(57)【要約】【課題】冷熱消費器を冷却する冷熱設備であって、単段または多段の圧縮機を備え、少なくとも１つの熱交換器を備え、少なくとも１つの放圧タービンを備えるものを改良して、負荷変動が短時間で生じる場合に冷熱設備の確実で経済的な運転を実現するものを提供する。【解決手段】冷熱設備に対応して、液状の冷媒を貯蔵する機能を有する貯蔵装置が配置されているか、または冷熱設備に貯蔵装置が、貯蔵装置から少なくとも一時的に液状の冷媒が冷熱回路に供給されるように組み込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷熱消費器（Ｋ）を冷却する冷熱設備であって、
・単段または多段の圧縮機（Ｖ）を備え、該圧縮機（Ｖ）は、冷熱設備内で循環する冷媒を圧縮する機能を有し、
・少なくとも１つの熱交換器（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５）を備え、該熱交換器（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５）は、冷媒を冷却する機能を有し、
・少なくとも１つの放圧タービン（Ｘ，Ｘ’）を備え、該放圧タービン（Ｘ，Ｘ’）は、冷媒出力を形成するように冷媒を放圧する機能を有するものにおいて、
当該冷熱設備に対応して、液状の冷媒を貯蔵する機能を有する貯蔵装置が配置されているか、または当該冷熱設備に貯蔵装置が組み込まれていて、該貯蔵装置から少なくとも一時的に液状の冷媒（８）が冷熱回路に供給されるようになっていることを特徴とする、冷熱設備。
【請求項２】
貯蔵装置は、デュワー（Ｓ）である、請求項１記載の冷熱設備。
【請求項３】
冷媒は、ヘリウムである、請求項１または２記載の冷熱設備。
【請求項４】
所定の冷熱負荷値を超えると、貯蔵装置から液状の冷媒（８）の供給を行うことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の冷熱設備を運転する方法。
【請求項５】
液状の冷媒（８）を供給する間、複数の放圧タービン（Ｘ，Ｘ’）または複数の放圧タービン（Ｘ，Ｘ’）の少なくとも１つを絞るか、または遮断し、これにより解放される圧縮流れを追加的に液化する、請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷熱消費器を冷却する冷熱設備であって、単段または多段の圧縮機を備え、圧縮機は、冷熱設備内で循環する冷媒を圧縮する機能を有し、少なくとも１つの熱交換器を備え、熱交換器は、冷媒を冷却する機能を有し、少なくとも１つの放圧タービンを備え、放圧タービンは、冷熱出力を形成するように冷媒を放圧する機能を有するものに関する。
【０００２】
さらに本発明は、冷熱設備を運転する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
冒頭の冷熱設備は、背景技術において広く公知であり、その一例が、たとえ特許文献１に挙げられている。冒頭の冷熱設備では、恒温の冷熱出力が、単一成分または多成分の冷媒、たとえばヘリウムの気化により形成される。そのために冷媒は、１つまたは複数の放圧タービン内で放圧される。
【０００４】
冷媒としてヘリウムが用いられる特に冒頭の冷熱設備では、生じる負荷変動が電気式の加熱装置により補償される。冷熱設備自体は、その最大出力で運転される。冒頭の冷熱設備、特に５Ｋを下回る温度範囲のヘリウム冷熱設備の負荷は、比較的ゆっくりとしか上昇可能ではない。膨張タービンが短時間で高出力運転できる場合でも、その出力は徐々に冷熱生産に提供される。要求される冷熱設備の出力上昇は、熱交換器の温度降下を要求する。温度降下により、一時的に、提供可能なタービン出力の大部分が消費される。
【０００５】
負荷上昇が早過ぎる場合、冷熱消費器の冷熱回路内の温度が上昇し、冷熱設備の冷熱回路内の流体の生産が中断される。これにより冷熱設備が不安定なので所望されない状態となる。これに対して負荷の突発的な停止は、それ程問題ではない。その際、一般的に、失われる負荷は、冷媒の液化により補償することができる。冷媒は、冷熱設備の冷媒ストックの一部であってよく、または周囲温度においてガス状で供給してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７００５０９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭で述べた冷熱設備ならびに冒頭で述べた冷熱設備を運転する方法を改良して、前述の欠点を解消し、特に負荷変動が（短時間で）生じる場合に冷熱設備の確実で経済的な運転を実現するものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するための本発明の装置によれば、冷熱消費器を冷却する冷熱設備であって、単段または多段の圧縮機を備え、圧縮機は、冷熱設備内で循環する冷媒を圧縮する機能を有し、少なくとも１つの熱交換器を備え、熱交換器は、冷媒を冷却する機能を有し、少なくとも１つの放圧タービンを備え、放圧タービンは、冷熱出力を形成するように冷媒を放圧する機能を有するものにおいて、冷熱設備に対応して、液状の冷媒を貯蔵する機能を有する貯蔵装置が配置されているか、または冷熱設備に貯蔵装置が組み込まれていて、貯蔵装置から少なくとも一時的に液状の冷媒が冷熱回路に供給されるようになっている。
【０００９】
好適には、貯蔵装置は、デュワーである。
【００１０】
好適には、冷媒は、ヘリウムである。
【００１１】
この課題を解決するための本発明の方法によれば、冷熱設備を運転する方法において、所定の冷熱負荷値を超えると、貯蔵装置から液状の冷媒の供給を行う。
【００１２】
好適には、液状の冷媒を供給する間、複数の放圧タービンまたは複数の放圧タービンの少なくとも１つを絞るか、または遮断し、これにより解放される圧縮流れを追加的に液化する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱負荷が急に上昇する場合、冷熱設備の冷熱回路は、好適にはデュワーである貯蔵装置からの液状の冷媒で補助される。その液状の冷媒は、その時点で生産された冷熱設備の液体流れを直ちに補充する。さらに、生じる冷媒蒸気の冷熱を冷熱設備の熱交換器を迅速に調整するために用いることができる。気化され加熱された冷媒は、好適にはあとで通常運転で熱負荷が僅かな場合に液化し戻される。
【００１４】
さらに本発明による冷熱設備を運転する方法によれば、液状の冷媒を供給する間、複数の放圧タービンまたは複数の放圧タービンの少なくとも１つを絞るか、または遮断し、これにより解放される圧縮流れを追加的に液化する。
【００１５】
本発明による冷熱設備を運転する方法の好適な態様によれば、好適には、追加的に加熱したい冷媒の冷熱出力に基づいて、冷熱消費器を介してではなく直接に低圧に放圧する冷熱設備の個々の放圧タービン（図１に示す態様では放圧タービンＸ）を絞るかまたは遮断することができる量の液状の冷媒が供給される。好適には、先ず最高運転温度を有する膨張タービンもしくは放圧タービンが絞られるかまたは遮断され、そのあとで次に高い運転温度を有する膨張タービンもしくは放圧タービンが絞られるかまたは遮断される。これにより解放される圧縮流れは、追加的な流れとして液化され、冷熱消費器に供給される。制限された時間窓で、このような方法により、冷熱設備の継続冷熱出力を約１００％まで上回る冷熱出力を形成することができる。
【００１６】
本発明による冷熱設備ならびに本発明による冷熱設備を運転する方法では、冷熱出力は、恒温の蒸気出力としてだけでなく、加熱作用を有する単相の冷媒流れとして用いることもできる。
【００１７】
さらに単相の冷媒流れを補足するために、１つまたは複数の低温の循環ポンプを用いることもできる。
【００１８】
以下に、図１に示す態様に基づいて、本発明による冷熱設備、本発明による冷熱設備を運転する方法ならびに好適な構成を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による冷熱設備の１態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を、図示の態様を用いて具体的に説明する。
図１に示す、冷熱消費器Ｋのための冷熱準備機能を有する冷熱設備は、５つの熱交換器Ｅ１〜Ｅ５、単段または多段の圧縮機ユニットＶ、２つの放圧タービンＸ，Ｘ’、分離器Ｄ、デュワー（デュワー瓶）Ｓ、５つの放圧弁ａ〜ｅならびにこれらの構成要素を接続するライン１〜１３を備えている。ここで言及しておくと、本発明の思想は、圧縮機ユニットおよび放圧タービンの別の配置構造にも適用可能である。
【００２１】
圧縮機ユニットＶ内で最大回路圧に圧縮される冷媒は、ライン１を介して熱交換器Ｅ１を通ってガイドされ、熱交換器Ｅ１において冷媒（向流）に対して冷却される。冷媒の主流れがライン２を介して熱交換器Ｅ２，Ｅ３を通ってガイドされ、熱交換器Ｅ２，Ｅ３において冷媒に対して冷却されるのに対して、冷媒の部分流れは、ライン３を介して第１の放圧タービンＸに供給され、第１の放圧タービンＸ内で冷媒出力を形成するように放圧される。放圧された冷媒部分流れは、次いでライン３’を介して、加熱したい冷媒流れ１２に提供される（冷媒流れについては後述する）。
【００２２】
前述の冷媒２の主流れは、第２の放圧タービンＸ’内で冷媒出力を形成するように放圧され、次いでライン４を介して熱交換器Ｅ４，Ｅ５を通ってガイドされ、熱交換器Ｅ４，Ｅ５において冷媒に対して所望の最低の回路温度に冷却される。熱交換器Ｅ５を通過したあとで、冷媒流れは、ライン５を介して、略示した冷熱消費器Ｋに供給される。冷熱消費器Ｋでは、冷媒に所定の熱が供給され、したがって冷媒温度が大幅に上昇する。
【００２３】
冷熱回路の始動プロセスの間に、冷熱消費器Ｋから取り出された冷媒は、ライン６を介して分離器Ｄに供給される。分離器Ｄの液溜めに生じる冷媒の液体成分は、ライン９を介して分離器Ｄから取り出され、冷却したい冷媒４に対する向流で、ライン９を介して熱交換器５を通ってガイドされ、次いで新たに分離器Ｄに送られる。
【００２４】
分離器Ｄのヘッドで、ライン１０を介してガス状の冷媒が取り出されて、熱交換器Ｅ４に供給され、熱交換器Ｅ４において冷却したい冷媒流れ４に対して加熱される。ライン１２を介して、冷媒流れは、次いで熱交換器Ｅ３，Ｅ２，Ｅ１を通ってガイドされ、その際、冷却したい冷媒流れに対する向流で加熱される。ライン１３を介して、このように加熱された冷媒は、熱交換器Ｅ１から取り出され、新たに圧縮機ユニットＶに供給される。
【００２５】
通常運転の間、冷熱消費器Ｋ内で加熱された冷媒は、ライン７を介して、貯蔵装置に供給される。貯蔵装置は、図１に示すように、好適にはデュワーＳとして構成されている。デュワーＳのガス空間から、ライン１１を介して、ガス状の冷媒が取り出され、直接に熱交換器Ｅ４に供給される。
【００２６】
冷熱消費器Ｋにおいて熱負荷が高まると、ライン８を介して、液状の冷媒が、デュワーＳから分離器Ｄを介して冷熱回路に供給される。液状の冷媒８の供給は、好適には、冷熱消費器Ｋにおいて設定された冷熱負荷値を超過してはじめて行われる。
【００２７】
図示の調整弁（制御弁）ａ〜ｅは、対応して配置されたライン３，６，７，８，１１における冷媒流量を調節する機能を有している。調整弁ａにより、放圧タービンＸを絞ることができ、その結果、これにより解放される圧縮流れもしくは冷媒流れは、追加的に液化することができる。調整弁ｄは、デュワーＳから供給される液状の冷媒の流量を決定し、調整弁ｄは、好適には、分離器Ｄ内の液位に関して制御される。調節可能な液面を下回ると、調整弁ｄが開き、これによりデュワーＳからライン８を介して液状の冷媒の供給が実現される。調整弁ｅが通常差圧測定により制御されるのに対して、調整弁ｂ，ｃは、好適には冷熱消費器Ｋの直ぐ上流側の冷媒の圧力に関して制御される。
【００２８】
本発明による冷熱設備および本発明による冷熱設備を運転する方法により、短時間で生じる負荷変動に迅速かつ確実に反応することができる。貯蔵装置ならびに相応の調整弁として要求される追加的な手間（コスト）は、限定的であり、達成される効果により補完される。
【符号の説明】
【００２９】
Ｅ１〜Ｅ５  熱交換器、  Ｘ，Ｘ’  放圧タービン、  Ｖ  圧縮機ユニット、  Ｄ  分離器、  Ｋ  冷熱消費器、  Ｓ  デュワー、  ａ〜ｅ  放圧弁
【図１】
2013057495.tif 000003