(57)【要約】【課題】断熱材の取外しを行なうことなく、破損位置とその程度の予測が可能であり、極低温用機器への応力を許容限界内となるような適切な冷却速度を求めることのできる極低温用機器の冷却方法について提案する。【解決手段】極低温用機器の冷却において、その極低温用機器および接続用配管に歪みゲージを取り付け、この歪みゲージの出力に応じて極低温用機器の冷却速度を調整する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温用機器の冷却において、その極低温用機器および接続用配管に歪みゲージを取り付け、この歪みゲージの出力に応じて極低温用機器の冷却速度を調整することを特徴とする極低温用機器の冷却方法。
【請求項２】
極低温用機器の冷却において、その極低温用機器および接続用配管に歪みゲージを取り付け、この歪みゲージの出力を監視することにより、該機器が熱応力等によって破損するか否かの判断に役立てるようにすることを特徴とする極低温用機器の冷却方法。
【請求項３】
前記極低温用機器が、空気分離装置または極低温液体用貯蔵タンクであることを特徴とする極低温用機器の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転時あるいは使用時等に、極低温まで冷却される極低温用機器の冷却方法に関し、とくに熱応力等による該機器の破損を防いで、効率的かつ経済性に優れた極低温用機器の運転あるいは使用を可能にするための技術を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極低温用機器の代表例としては、空気分離装置および極低温液体用貯蔵タンクがある。これらの機器は、常温から−２００℃程度の温度範囲で使用され、急激な温度変化にさらされる場合があることから、機器の保護には細心の注意が必要とされている。
【０００３】
例えば、空気分離装置では、その構成機器のうち、精留塔や液化ガスタンク等の極低温用機器およびこれにつながる接続配管は、運転時と停止時において２００℃以上もの温度差を生じる（運転時：−２００℃程度、停止時：常温）。そのために、これらの機器は、急激な温度降下に伴う急激な熱応力の発生によって、しばしば破損する現象がみられる。そのため、従来は主として、これらの機器に温度計を取り付けてそれを監視しながら冷却速度を制御することにより、機器への急激な応力変動を防いで、機器の破損を防いできた。
【０００４】
また、特開平０７−２６９７９６号公報に示されるような極低温液体用貯蔵タンクである可搬式液化ガスタンクにおいても、空タンクへの液化ガスの注入に伴うタンク内温度の急激な降下によって、急激な熱応力が発生し、該タンクが破損する現象が見られる。なお、この現象は、大型の固定式タンクであっても同様に生じている。
【０００５】
また、これら極低温用機器および接続配管は、一般に分厚い断熱材で包囲されている。従って、従来技術では目視による観察や簡単な測定によって破損状況等を確認することができず、性能の劣化や断熱材表面の温度変化等から推定したり、定期点検時に大量の断熱材を取外して非破壊検査等を行なうことにより、機器の安全性を確認するようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
極低温用機器の従来の冷却方法は、上述した問題点を抱えているが、さらに次のような課題があった。それは、これらの極低温用機器が、実験値や経験値等を基準とした安全率を前提として運転されているため、どうしても好ましい冷却速度以下に抑えられてしまい、そのために冷却に常に余計な時間がかかってしまい、効率および経済性の点から改善が求められていた。
【０００７】
しかしながら、前記極低温用機器に発生する応力というのは、機器の材質や板厚、形状等、機器ごとの特徴に応じて異なるため、従来のような温度測定のみによって冷却速度を決定する方法では、実際にどの程度の応力が機器に生じているのかを判断することができず、適切な冷却速度を設定することができないという問題点があった。
【０００８】
さらに、破損の発生箇所やその程度を予測する適切な方法が確立されていないため、破損の発生の有無に係わらず、定期的に大量の断熱材の取外し取り付けを伴う検査まで行なう必要が生じ、コスト高になるという問題点もあった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、断熱材の取外しを行なうことなく、破損位置とその程度の予測が可能であり、極低温用機器への応力を許容限界内となるような適切な冷却速度を求めることのできる極低温用機器の冷却方法について提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、従来技術の抱える上記問題点について鋭意検討し、下記要旨構成に係る冷却方法を開発するに至った。
すなわち、本発明は、極低温用機器の冷却において、その極低温用機器および接続用配管に歪みゲージを取り付け、この歪みゲージの出力に応じて極低温用機器の冷却速度を調整することを特徴とする極低温用機器の冷却方法である。
【００１１】
また、本発明は、極低温用機器の冷却において、その極低温用機器および接続用配管に歪みゲージを取り付け、この歪みゲージの出力を監視することにより、該機器が熱応力等によって破損するか否かの判断に役立てるようにすることを特徴とする極低温用機器の冷却方法空気分離装置である。
【００１２】
なお、本発明においては、前記極低温用機器が、空気分離装置または極低温液体用貯蔵タンクであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、極低温用機器および接続用配管の適所に、予め複数の歪みゲージを取り付けておき、各歪みゲージの測定値を監視しながら、前記各測定値が機器の許容応力内となるように冷却速度の決定を行なう。なお、その歪みゲージは、精留塔の各気液体入・出口部や熱交換器の入・出口部など、応力の集中が起こりやすい部分に複数設置することが好ましい。
【００１４】
次に、本発明において、歪みゲージの出力に基づいて、これらの機器の冷却速度を制御するには、下記のいずれか一の方法を採用することが好ましい。
▲１▼　機器の適所に複数個取り付けた歪みゲージの出力が、設計値、計算値あるいは試運転調整時の実測値から求めた機器ごとの許容応力値になるように、液体酸素、液体窒素あるいは、これらの液化ガスの原料となる圧縮空気の入・出処理量を調整して、該機器の冷却速度を制御する方法、
▲２▼　機器の内外面に複数個取り付けた歪みゲージの出力の差が、各機器ごとに設定した許容値（計算値または実測値）を超えないように、液体酸素、液体窒素あるいは、これらの液化ガスの原料となる圧縮空気の入・出処理量を調整して、冷却速度を調整する方法。
【００１５】
本発明方法によれば、機器ごとの条件に応じて設定される許容応力値（設定値）に基いて、冷却速度を調整することが可能である。それ故に、従来と比較すると、冷却速度の上昇と共に装置の起動時間を必要最小限にまで短縮することが可能になる。とくに、本発明を空気分離装置に適用した場合には、装置起動時の冷却過渡期において、該機器に急激で過大な応力が作用していないかを監視しながら冷却速度を制御することができるため、起動時間を著しく短縮することができる。
【００１６】
また、上記冷却速度を短縮するために行なわれる液体窒素または液体酸素の注入のタイミングおよびスピードの判定、あるいは注入量の減少が可能となり、効率および経済性の向上が可能となる。
【００１７】
また、本発明方法によれば、歪みゲージの積算値や瞬時値などから、破損に至るほどの応力が作用していないかを的確に判断できるため、断熱材を取り外すことなく、破損の可能性を判断することができる。さらに、機器の特定の部位における冷却パターンの傾向管理を行なうことにより、トラブルが発生した場合にも、不良部位をある程度特定することができる。
【００１８】
本発明は、空気分離装置の極低温機器の他、バルクタンクなどのその他の液化タンクなどに適用してもよい。
【００１９】
【実施例】
本発明の実施例を図１に示す。この図に示すように、空気圧縮機１により圧縮された空気は、吸着塔２に供給され、水分および二酸化炭素が吸着除去される。吸着塔２を出た空気は、極低温機器の１つである熱交換器３に供給され、精留塔４にて分離回収された窒素および酸素から冷熱を回収後、精留塔４にて液化され、沸点差を利用して液体酸素と液体窒素に分離される。これらの装置で発生する冷熱のロスは、膨張タービン９により気体を断熱膨張させることによって補充される。液体酸素と液体窒素は、それぞれ液化タンク５、６に貯蔵され、必要に応じて精留塔４に出入される。歪みゲージ７は、熱交換器３、精留塔４、液化タンク５、６および接続配管の各所に複数設置し、測定データは監視装置８に伝送し、測定値に基づいて液体酸素あるいは液体窒素の注入量を制御する。
【００２０】
上記空気分離装置を構成する機器のうち、極低温機器と呼ばれる熱交換器３、精留塔４および液化タンク５、６では、運転時と停止時で２００℃以上もの温度差があり、熱応力等により機器や接続用配管に破損が発生し易い。これらの熱応力を考慮して機器およびシステムの設計が行なわれるが、装置起動時の冷却過渡期や、極低温機器への水分の浸入による断熱材の氷結により、部分的に応力が集中する可能性がある。しかしながら、本発明では、機器等に設置された歪みゲージ７により、機器材料の伸縮を監視し、応力の程度に応じて冷却速度を調整することができるため、起動時間を必要最小限まで短縮することができるようになる。
【００２１】
また、液化ガスタンクにおいては、液化ガス注入開始時における冷却過渡期に機器等に設置された歪みゲージ７により、機器材料の伸縮を監視し、応力の程度に応じて液化ガスの注入量を制御して冷却速度を調整することができるため、液化ガスタンクへの液化ガス充填時間を必要最小限まで短縮することができるようになる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる極低温用機器の冷却方法によれば、極低温用機器および接続配管に設置した歪みゲージの出力を監視することにより、機器等にかかる熱応力に応じて冷却速度を調整することができ、機器の破損を防いで、効率的かつ経済性に優れた極低温用機器の運転および使用を可能にする冷却方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる空気分離装置の構成図を示したものである。
【符号の説明】
１：空気圧縮機
２：吸着器
３：熱交換器
４：精留塔
５、６：液化タンク
７：歪みゲージ
８：監視装置
９：膨張タービン
【図１】
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