[發明專利]原料氣體液化裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201780056417.1
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN109690216B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 山添直隆;阪本智浩;宮崎英隆;仮屋大祐;三輪靖雄;齋藤雄一;木村洋介
• 申請（專利權）人: 川崎重工業株式會社
• 主分類號: F25J1/02
• 分類號: F25J1/02;F01D17/00;F01D17/06;F01D17/10;F01K17/04;F01K25/10;F25B9/06;F25J1/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲

原料氣體液化裝置具備：供給原料氣體的進給管路；具有使冷卻原料氣體用的制冷劑膨脹并生成冷熱的渦輪式膨脹機及設置于膨脹機的入口側的膨脹機入口閥，且有制冷劑進行循環的制冷劑循環管路；進行原料氣體和制冷劑的熱交換的熱交換器；利用與液氮的熱交換進行原料氣體及制冷劑的初期冷卻的冷卻器；以及在膨脹機啟動時及停止時，以操作膨脹機入口閥的開度，并使膨脹機的轉速與規定的目標值一致的形式進行反饋控制的控制裝置。

技術領域

本發明涉及對例如氫氣那樣在極低溫液化的原料氣體進行液化的原料氣體液化裝置及其控制方法。

背景技術

以往，已知對例如氫氣那樣在極低溫液化的原料氣體進行液化的原料氣體液化裝置。專利文獻1中公開了這種技術。

專利文獻1的原料氣體液化裝置由本申請的發明者們研究而成，為本申請發明的現有技術。該原料氣體液化裝置具備供液化的原料氣體通過的進給管路、使用于冷卻原料氣體的制冷劑循環的制冷劑循環管路、及進行原料氣體和制冷劑的熱交換的熱交換器、利用與液氮的熱交換來進行原料氣體及制冷劑的初期冷卻的冷卻器等。在此，在制冷劑循環管路設置有壓縮機、渦輪式膨脹機（膨脹渦輪）、調節流入膨脹機的制冷劑的流量的膨脹機入口閥、對膨脹機進行旁通的膨脹機旁通閥。在制冷劑循環管路循環的制冷劑由壓縮機壓縮，由膨脹機進行隔熱膨脹從而降溫，由熱交換器而與原料氣體進行熱交換從而升溫，向壓縮機返回。

上述專利文獻1的原料氣體液化裝置中，在膨脹機的轉子軸承采用空氣軸承單元，在膨脹機啟動開始前，使初期冷卻后的制冷劑流向空氣軸承單元，進行膨脹機的初期冷卻。

又，上述專利文獻1的原料氣體的液化裝置中，使膨脹機入口閥及膨脹機旁通閥的開度基于預先設定的閥開度計劃發生變化，由此謀求對熱交換器的負荷減輕及膨脹機的軸振動降低，并進行膨脹機的啟動及停止。

現有技術文獻：

專利文獻：

專利文獻1 ：日本特開2016-183827號公報。

發明內容

發明要解決的問題：

一般而言，膨脹機的運轉特性（轉動始動?停止特性）因機器的經年劣化和原料氣體、制冷劑所包含的混雜物對軸承的粘著等而隨運轉變化。但在專利文獻1的原料氣體的液化裝置中，膨脹機入口閥及膨脹機旁通閥的開度隨著閥開度計劃變化，而在伴隨于此的膨脹機的轉速的變化中未考慮到運轉特性的變化。在這點上，專利文獻1的技術還留有改良的余地。

解決問題的手段：

根據本發明的一形態的原料氣體液化裝置，其特征在于，

具備：供給沸點比氮氣低溫的原料氣體的進給管路；

作為用于冷卻所述原料氣體的制冷劑進行循環的制冷劑循環管路，是具有使所述制冷劑膨脹并生成冷熱的渦輪式膨脹機及設置于所述膨脹機的入口側的膨脹機入口閥的制冷劑循環管路；

進行所述原料氣體和所述制冷劑的熱交換的熱交換器；

利用與液氮的熱交換進行所述原料氣體及所述制冷劑的初期冷卻的冷卻器；

檢測所述膨脹機的轉速的膨脹機轉速傳感器； 以及

所述膨脹機啟動時及停止時，利用使所述膨脹機的轉速與規定的目標值一致的反饋控制來生成所述膨脹機入口閥的開度指令，將該開度指令向所述膨脹機入口閥輸出的控制裝置。

又，根據本發明的一實施形態的原料氣體液化裝置的控制方法，其特征在于，

是具備：供給沸點比氮氣低溫的原料氣體的進給管路；

作為用于冷卻所述原料氣體的制冷劑進行循環的制冷劑循環管路，是具有使所述制冷劑膨脹并生成冷熱的渦輪式膨脹機及設置于所述膨脹機的入口側的膨脹機入口閥的制冷劑循環管路；