原料气体液化装置及其控制方法制造方法及图纸

原料气体液化装置具有：原料气体以热交换器、液化制冷剂贮槽及供给系JT阀的顺序通过的进给管路；具有制冷剂以压缩机、热交换器、循环系JT阀、液化制冷剂贮槽及热交换器的顺序通过并向压缩机返回的制冷剂液化路径，和制冷剂以压缩机、热交换器、膨胀机、热交换器的顺序通过并向压缩机返回的冷热生成路径的制冷剂循环管路；以及控制装置。控制装置判定制冷剂贮槽液位是否在规定的容许范围内，若制冷剂贮槽液位在容许范围内，则操作供给系JT阀的开度，并将热交换器的高温侧制冷剂流路的出口侧制冷剂温度控制为规定的温度设定值，若制冷剂贮槽液位在容许范围外，则操作供给系JT阀的开度，并将制冷剂贮槽液位控制在容许范围内。

Raw Gas Liquefaction Device and Its Control Method

The raw gas liquefaction device has a feeding pipeline through which the raw gas passes in the order of heat exchanger, liquefied refrigerant tank and JT valve of supply system; a refrigerant liquefaction path through which the refrigerant passes in the order of compressor, heat exchanger, circulating JT valve, liquefied refrigerant tank and heat exchanger and returns to the compressor; and a refrigerant liquefaction path through which the compressor, heat exchanger, expander and heat exchanger return to the compressor. The refrigerant circulation pipeline through which the heat exchanger passes sequentially and returns to the compressor the heat and cold generation path; and the control device. The control device determines whether the refrigerant tank level is within the allowable range. If the refrigerant tank level is within the allowable range, the opening of the JT valve is operated. The outlet side refrigerant temperature of the refrigerant flow path on the high temperature side of the heat exchanger is controlled to the prescribed temperature setting value. If the refrigerant tank level is outside the allowable range, the opening of the JT valve of the supply system is operated. The liquid level of refrigerant tank is controlled within the allowable range.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】原料气体液化装置及其控制方法
本专利技术涉及对例如氢气那样在极低温液化的原料气体进行液化的原料气体液化装置及其控制方法。
技术介绍
以往已知对例如氢气那样在极低温液化的原料气体进行液化的原料气体液化装置。专利文献1中公开了这种技术。专利文献1的原料气体液化装置由本申请的专利技术者们研究而成，为本申请专利技术的现有技术。图9示出专利文献1所示的以往的原料气体液化装置200。如图9所示，专利文献1的原料气体液化装置200具备供原料气体（例如氢气）流动的进给管路1和供进行原料气体的冷却的制冷剂（例如氢气）流动的制冷剂循环管路3。又，原料气体液化装置200中设置有进给管路1的原料气体和制冷剂循环管路3的制冷剂进行热交换的热交换器81~86、和由贮存于液化制冷剂贮槽40的液化制冷剂冷却原料气体的冷却器88。进给管路1以热交换器81~86、冷却器88、及供给系焦耳-汤姆逊阀（以下称为“供给系JT阀16”）的顺序通过。向进给管路1导入由未图示的压缩机等升压后的高压的原料气体。进给管路1中，在通过热交换器81~86及冷却器88期间冷却的原料气体因由供给系JT阀16进行焦耳-汤姆逊（等焓）膨胀而液化，成为液化原料气体。在制冷剂循环管路3中形成有制冷剂液化路径41和冷热生成路径42的局部重复的两个循环流路。制冷剂液化路径41以低压侧的压缩机（以下称为“低压压缩机32”）、高压侧的压缩机（以下称为“高压压缩机33”）、热交换器81~86、循环系焦耳-汤姆逊阀（以下称为“循环系JT阀36”）、液化制冷剂贮槽40、及热交换器86~81的顺序通过并向低压压缩机32返回。该制冷剂液化路径41的制冷剂由压缩机32、33升压，由热交换器81~86冷却，因由循环系JT阀36进行焦耳-汤姆逊膨胀而液化，向液化制冷剂贮槽40流入。液化制冷剂贮槽40中产生的液化制冷剂的蒸发气体在通过热交换器86~81期间升温，向低压压缩机32的入口返回。另一方面，冷热生成路径42以高压压缩机33、热交换器81~82、高压侧的膨胀机（以下称为“高压膨胀机37”）、热交换器84、低压侧的膨胀机（以下称为“低压膨胀机38”）、及热交换器85~81的顺序通过并向高压压缩机33返回。制冷剂液化路径41和冷热生成路径42从高压压缩机33到第二段热交换器82为止共用。从第二段热交换器82出来的制冷剂的一部分分向冷热生成路径42。冷热生成路径42的制冷剂通过膨胀机37、38从而成为低温气体，该低温气体在通过热交换器85~81期间升温，向高压侧的压缩机33的入口返回。原料气体液化装置200的工序由控制装置6管理。控制装置6取得进给管路1及制冷剂循环管路3的工序数据（例如原料气体及制冷剂的流量・压力・温度、液化制冷剂贮槽40的液位、压缩机32、33及膨胀机37、38的转速等），基于它们控制旁通阀34和JT阀16、36的开度。专利文献1的原料气体液化装置200中，以低压膨胀机38的出口侧制冷剂温度为规定的设定值的形式调节供给系JT阀16的开度，由此控制原料气体的液化量。由此，制冷剂温度与原料气体的液化量以不产生对原料气体的冷热不足、过冷却的形式平衡。又，专利文献1的原料气体液化装置200中设置有对高压压缩机33进行旁通的旁通流路31b，在此设置旁通阀34。而且，以检测到的高压压缩机33的出口侧制冷剂压力为规定的压力的形式调节旁通阀34的开度，由此对在制冷剂循环管路3循环的制冷剂的量进行控制。现有技术文献：专利文献：专利文献1：日本特开2016-176654号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：一般而言，焦耳-汤姆逊阀根据入口温度、压力（即开始等焓膨胀的温度、压力），液化收获率发生变化，入口温度越低，液化收获率越高。上述专利文献1的原料气体液化装置200中，若循环系JT阀36的入口压力、入口温度变动，则循环系JT阀36的液化收获率变动。若循环系JT阀36的液化收获率变动，则液化制冷剂贮槽40的液位难以稳定，循环平衡被打乱。一旦被打乱的循环平衡难以恢复。专利文献1中，对于循环系JT阀36的开度、液化制冷剂贮槽40的液位的控制并未特别说明。因此，本专利技术的课题为在原料气体液化装置中，通过在使液化制冷剂贮槽的液位稳定化的同时保持良好的循环平衡来使液化原料气体的制造稳定化。解决问题的手段：根据本专利技术的一形态的原料气体液化装置特征在于，具备：原料气体以热交换器的原料流路、贮存液化的制冷剂的液化制冷剂贮槽及供给系焦耳-汤姆逊阀的顺序通过的进给管路；具有所述制冷剂以压缩机、所述热交换器的高温侧制冷剂流路、循环系焦耳-汤姆逊阀、所述液化制冷剂贮槽及所述热交换器的第一低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的制冷剂液化路径，以及所述制冷剂以所述压缩机、膨胀机、所述热交换器的第二低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的冷热生成路径的制冷剂循环管路；对所述热交换器的高温侧制冷剂流路的出口侧制冷剂温度或所述热交换器的原料流路的出口侧原料气体温度进行检测的温度传感器；对作为所述液化制冷剂贮槽的液位的制冷剂贮槽液位进行检测的液位传感器；以及判定所述制冷剂贮槽液位是否在规定的容许范围内，若所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内，则以操作所述供给系焦耳-汤姆逊阀的开度，并使所述温度传感器检测的温度为规定的温度设定值的形式进行控制，若所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围外，则以操作所述供给系焦耳-汤姆逊阀的开度，并使所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内的形式进行控制的控制装置。又，根据本专利技术的一形态的原料气体液化装置的控制方法特征在于，作为具备：原料气体以热交换器的原料流路、贮存液化的制冷剂的液化制冷剂贮槽及供给系焦耳-汤姆逊阀的顺序通过的进给管路；以及具有所述制冷剂以压缩机、所述热交换器的高温侧制冷剂流路、循环系焦耳-汤姆逊阀、所述液化制冷剂贮槽及所述热交换器的第一低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的制冷剂液化路径，以及所述制冷剂以所述压缩机、膨胀机、所述热交换器的第二低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的冷热生成路径的制冷剂循环管路的原料气体液化装置的控制方法；当作为所述液化制冷剂贮槽的液位的制冷剂贮槽液位在规定的容许范围外时，以操作所述供给系焦耳-汤姆逊阀的开度，并使所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内的形式进行控制；当所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内时，以操作所述供给系焦耳-汤姆逊阀的开度，并使所述热交换器的高温侧制冷剂流路的出口侧制冷剂温度或所述热交换器的原料流路的出口侧原料气体温度为规定的温度设定值的形式进行控制。根据上述原料气体液化装置及其控制方法，当制冷剂贮槽液位在容许范围外时，以使制冷剂贮槽液位在容许范围内的形式控制制冷剂贮槽液位。即，当制冷剂贮槽液位在容许范围外时，优先使制冷剂贮槽液位在容许范围内。由此，无论制冷剂贮槽液位的初期位置如何，制冷剂贮槽液位都迅速成容许范围内，易稳定液化制冷剂贮槽的液位。又，根据上述原料气体液化装置及其控制方法，当制冷剂贮槽液位在容许范围内时，以热交换器的出口侧制冷剂温度或出口侧原料气体温度保持为温度设定值的形式控制出口侧制冷剂温度或出口侧原料气体温度，热交换器的出口侧制冷剂温度得以稳定。由此，循环系焦耳-汤姆逊阀的入口温度稳定化，循环系焦耳-汤姆逊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原料气体液化装置，其特征在于，具备：原料气体以热交换器的原料流路、贮存液化的制冷剂的液化制冷剂贮槽及供给系焦耳‑汤姆逊阀的顺序通过的进给管路；具有所述制冷剂以压缩机、所述热交换器的高温侧制冷剂流路、循环系焦耳‑汤姆逊阀、所述液化制冷剂贮槽及所述热交换器的第一低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的制冷剂液化路径，以及所述制冷剂以所述压缩机、膨胀机、所述热交换器的第二低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的冷热生成路径的制冷剂循环管路；对所述热交换器的高温侧制冷剂流路的出口侧制冷剂温度或所述热交换器的原料流路的出口侧原料气体温度进行检测的温度传感器；对作为所述液化制冷剂贮槽的液位的制冷剂贮槽液位进行检测的液位传感器； 以及判定所述制冷剂贮槽液位是否在规定的容许范围内，若所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内，则以操作所述供给系焦耳‑汤姆逊阀的开度，并使所述温度传感器检测的温度为规定的温度设定值的形式进行控制，若所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围外，则以操作所述供给系焦耳‑汤姆逊阀的开度，并使所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内的形式进行控制的控制装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.08 JP 2016-2385341.一种原料气体液化装置，其特征在于，具备：原料气体以热交换器的原料流路、贮存液化的制冷剂的液化制冷剂贮槽及供给系焦耳-汤姆逊阀的顺序通过的进给管路；具有所述制冷剂以压缩机、所述热交换器的高温侧制冷剂流路、循环系焦耳-汤姆逊阀、所述液化制冷剂贮槽及所述热交换器的第一低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的制冷剂液化路径，以及所述制冷剂以所述压缩机、膨胀机、所述热交换器的第二低温侧制冷剂流路的顺序通过并向所述压缩机返回的冷热生成路径的制冷剂循环管路；对所述热交换器的高温侧制冷剂流路的出口侧制冷剂温度或所述热交换器的原料流路的出口侧原料气体温度进行检测的温度传感器；对作为所述液化制冷剂贮槽的液位的制冷剂贮槽液位进行检测的液位传感器；以及判定所述制冷剂贮槽液位是否在规定的容许范围内，若所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内，则以操作所述供给系焦耳-汤姆逊阀的开度，并使所述温度传感器检测的温度为规定的温度设定值的形式进行控制，若所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围外，则以操作所述供给系焦耳-汤姆逊阀的开度，并使所述制冷剂贮槽液位在所述容许范围内的形式进行控制的控制装置。2.根据权利要求1所述的原料气体液化装置，其特征在于，以随着负荷率变高所述温度设定值降低的形式，所述温度设定值与所述负荷率相关联；所述控制装置采用基于所述负荷率的设定值而求得的所述温度设定值。3.根据权利要求2所述的原料气体液化装置，其特征在于，以当所述制冷剂贮槽液位在包含于所述容许范围内的规定的适当范围时为零，当所述制冷剂贮槽液位在低于所述适当范围时为负值，当所述制冷剂贮槽液位超过所述适当范围时为正值的形式，设定温度修正量与所述制冷剂贮槽液位相关联；所述控制装置使用基于所述制冷剂贮槽液位求得的所述设定温度修正量，以该设定温度修正量来修正的所述温度设定值。4.根据权利要求1所述的原料气体液化装置，其特征在于，还具备对在所述制冷剂循环管路流动的所述制冷剂中流向所述冷热生成路径的所述制冷剂的比例进行检测的流量传感器；所述控制装置当负荷率的变动在规定范围内时，固定所述循环系焦耳-汤姆逊阀的开度，当所述负荷率的变动在规定范围外时，以在所述制冷剂循环管路流动的所述制冷剂中流向所述冷热生成路径的所述制冷剂的比例为规定的值的形式操作所述循环系焦耳-汤姆逊阀的开度，控制流向所述冷热生成路径的所述制冷剂的流量。5.根据权利要求4所述的原料气体液化装置，其特征在于，以所述负荷率与向所述膨胀机流入的制冷剂压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：阪本智浩，宫崎英隆，山添直隆，仮屋大祐，三轮靖雄，斋藤雄一，木村洋介，小宫俊博，松田吉洋，中川圭介，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP