CN113324342A - 超低温制冷机用压缩机系统及辅助冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明对超低温制冷机用压缩机系统的冷却提供冗余性。压缩机系统具备：压缩机单元，具备压缩机主体及液冷式热交换器，压缩机主体压缩超低温制冷机的制冷剂气体，液冷式热交换器使被压缩机主体压缩的制冷剂气体和用于润滑压缩机主体的油中的至少一种与冷却液进行热交换从而冷却制冷机气体和油中的至少一种；供给管路，从主冷却器向液冷式热交换器供给冷却液；回收管路，从液冷式热交换器向主冷却器回收冷却液；及备用冷却器，设置于压缩机单元的外部，并且代替主冷却器或与主冷却器一同使冷却液循环到液冷式热交换器，所述备用冷却器具备循环泵及配置在循环泵的入口侧或出口侧从而冷却冷却液的冷却器。

Description

超低温制冷机用压缩机系统及辅助冷却装置

本申请主张基于2020年2月28日申请的日本专利申请第2020-033085号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考而援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种超低温制冷机用压缩机系统及辅助冷却装置。

背景技术

提出有一种带双后冷却器的油润滑氦气压缩机(例如，参考专利文献1)。在该压缩机中内置有用于冷却氦气及油的两个后冷却器(即，水冷式后冷却器和空冷式后冷却器)。空冷式后冷却器与水冷式后冷却器串联配置或并联配置。通过使空冷式后冷却器的风扇运转，在水冷式后冷却器的冷却水回路受阻的情况下提供冗余性。

专利文献1：日本特开2019-505751号公报本发明人对上述压缩机进行了研究，其结果认识到了以下课题。实际上，通常很少发生需要使冷却风扇运转的紧急情况。在运转频率极低的情况下，冷却风扇出现粘着的风险可能会增加。若风扇出现了粘着，则风扇就无法送风。因此，使用冷却风扇带来的冗余性的可靠性可能会丧失。并且，空冷式后冷却器具有相应的尺寸。若内置有空冷式后冷却器，则压缩机会变得大型化，可能会造成成本的增加。

发明内容

本发明的一种实施方式的示例性目的之一在于对超低温制冷机用压缩机系统的冷却提供冗余性。

根据本发明的一种实施方式，超低温制冷机用压缩机系统具备：压缩机单元，具备压缩机主体及液冷式热交换器，所述压缩机主体压缩超低温制冷机的制冷剂气体，所述液冷式热交换器使被压缩机主体压缩的制冷剂气体和用于润滑压缩机主体的油中的至少一种与冷却液进行热交换从而冷却制冷剂气体和油中的至少一种；供给管路，从主冷却器向液冷式热交换器供给冷却液；回收管路，从液冷式热交换器向主冷却器回收冷却液；及备用冷却器，设置于压缩机单元的外部，并且代替主冷却器或与主冷却器一同使冷却液循环到液冷式热交换器，并且所述备用冷却器具备循环泵及配置在循环泵的入口侧或出口侧从而冷却冷却液的冷却器。

根据本发明的一种实施方式，用于超低温制冷机用压缩机单元的辅助冷却装置具备：供给管路，从主冷却器向内置于压缩机单元内的液冷式热交换器供给冷却液；回收管路，从液冷式热交换器向主冷却器回收冷却月；及备用冷却器，设置于压缩机单元的外部，并且代替主冷却器或与主冷却器一同使冷却液循环到液冷式热交换器，并且所述备用冷却器具备循环泵及配置在循环泵的入口侧或出口侧从而冷却冷却液的冷却器。

另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件和表述在方法、装置、系统等之间相互置换的方式也作为本发明的方式而有效。

根据本发明，能够对超低温制冷机用压缩机系统的冷却提供冗余性。

附图说明

图1是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机用压缩机系统的图。

图2是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机用压缩机系统的变形例的图。

图中：10-辅助冷却装置，12-供给管路，14-回收管路，16-连接管路，18-旁通管路，20-备用冷却器，22-循环泵，24-冷却器，34-传感器，40-控制器，70-主冷却器，100-压缩机系统，102-压缩机单元，106-超低温制冷机，110-压缩机主体，130-液冷式热交换器。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。在以下说明及附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。为了便于说明，在各附图中，适当设定各部的缩尺或形状，除非另有说明，其并不用于限定性解释。实施方式仅为示例，其对本发明的范围并不做任何限定。实施方式中记载的所有特征或其组合并非一定是发明的本质性内容。

图1是概略地表示实施方式所涉及的超低温制冷机用压缩机系统的图。压缩机系统100具备压缩机单元102及辅助冷却装置10。压缩机系统100与冷头104一同构成超低温制冷机106。并且，为了冷却压缩机单元102，设置有主冷却器70。由主冷却器70和辅助冷却装置10构成压缩机单元102的冷却系统。

压缩机单元102构成为，从冷头104回收超低温制冷机106的制冷剂气体，并使所回收的制冷剂气体升压，然后再次将制冷剂气体供给至冷头104。冷头104又被称为膨胀机，其具有室温部104a及低温部104b(又被称为冷却台)。由压缩机单元102和冷头104构成超低温制冷机106的制冷循环，由此将低温部104b冷却至所期望的超低温。制冷剂气体又被称为工作气体，其通常使用氦气，但是也可以使用其他适当的气体。

作为一例，超低温制冷机106为单级式或二级式的吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机，但也可以为脉管制冷机、斯特林制冷机或其他类型的超低温制冷机。冷头104根据超低温制冷机106的类型而具有不同的结构，但是压缩机单元102则与超低温制冷机106的类型无关地能够使用如下结构的压缩机单元。

另外，通常，从压缩机单元102供给至冷头104的制冷剂气体的压力和从冷头104回收至压缩机单元102的制冷剂气体的压力均远高于大气压，可以将其分别称为第1高压及第2高压。为了方便说明，将第1高压及第2高压分别简称为高压及低压。作为典型，高压例如为2～3MPa。低压例如为0.5～1.5MPa，低压例如约为0.8MPa。

压缩机单元102具备压缩机主体110、油管路112、油分离器114及吸附器116。并且，压缩机单元102还具备吐出端口118、吸入端口120、吐出流路122、吸入流路124、储罐126、旁通阀128及液冷式热交换器130。液冷式热交换器130具备制冷剂气体冷却部130a和油冷却部130b。而且，压缩机单元102还具备压缩机壳体132，所述压缩机壳体132容纳压缩机主体110、油分离器114及液冷式热交换器130等压缩机单元102的各构成要件。

压缩机主体110构成为，在内部压缩从其吸入口吸入的制冷剂气体并将其从吐出口吐出。压缩机主体110例如可以采用涡旋式、旋转式或使制冷剂气体升压的其他泵。压缩机主体110可以构成为吐出固定且恒定的制冷剂气体流量。或者，压缩机主体110也可以构成为能够改变吐出的制冷剂气体流量。压缩机主体110有时还被称为压缩仓。

在压缩机主体110中，为了冷却和润滑而使用油，被吸入的制冷剂气体在压缩机主体110内直接暴露于该油中。因此，制冷剂气体以混入有少量油的状态从吐出口输出。

油管路112具备油循环管路112a及油返回管路112b。油循环管路112a构成为，使从压缩机主体110流出的油经由油冷却部130b后再次流入压缩机主体110。在油循环管路112a上设置有对流过其内部的油流量进行控制的节流孔。并且，在油循环管路112a上还可以设置有去除油中含有的尘埃的过滤器。为了使被油分离器114回收的油返回至压缩机主体110，油返回管路112b将油分离器114连接于压缩机主体110。在油返回管路112b上可以设置有去除在油分离器114中分离的油中含有的尘埃的过滤器和控制返回到压缩机主体110的油量的节流孔。

设置油分离器114的目的在于，从制冷剂气体中分离出通过压缩机主体110时混入于制冷剂气体中的油。设置吸附器116的目的在于，通过吸附从制冷剂气体中去除残留于制冷剂气体中的例如气化的油及其他污染成分。油分离器114与吸附器116串联连接。在吐出流路122上，油分离器114配置于压缩机主体110侧，吸附器116配置于吐出端口118侧。

吐出端口118是为了从压缩机单元102输出被压缩机主体110升压成为高压的制冷剂气体而设置于压缩机壳体132上的制冷剂气体的出口，吸入端口120是为了将低压的制冷剂气体引入压缩机单元102中而设置于压缩机壳体132上的制冷剂气体的入口。吐出端口118通过制冷剂气体配管与冷头104的高压端口108a连接，吸入端口120通过制冷剂气体配管与冷头104的低压端口108b连接。高压端口108a和低压端口108b设置于冷头104的室温部104a上。在压缩机单元102内，压缩机主体110的气体吐出口通过吐出流路122与吐出端口118连接，吸入端口120通过吸入流路124与压缩机主体110的气体吸入口连接。

储罐126用作去除从冷头104返回至压缩机单元102的低压制冷剂气体中含有的脉动的容积。储罐126配置于吸入流路124上。

旁通阀128以迂回压缩机主体110的方式连接吐出流路122与吸入流路124。作为一例，旁通阀128在油分离器114与吸附器116之间从吐出流路122分支并在压缩机主体110与储罐126之间与吸入流路124连接。设置旁通阀128的目的在于，控制制冷剂气体流量和/或使停止压缩机单元102时的吐出流路122与吸入流路124均压化。

因此，从冷头104回收至压缩机单元102的制冷剂气体从低压端口108b流入至压缩机单元102的吸入端口120。制冷剂气体经过吸入流路124上的储罐126后回收至压缩机主体110的气体吸入口。制冷剂气体被压缩机主体110压缩而升压。从压缩机主体110的吐出口输出的制冷剂气体经过吐出流路122上的制冷剂气体冷却部130a、油分离器114及吸附器116后从吐出端口118离开压缩机单元102。制冷剂气体从高压端口108a供给至冷头104的内部。

液冷式热交换器130作为压缩机单元102的主冷却装置而内置于压缩机单元102中。液冷式热交换器130构成为，使被压缩机主体110压缩的制冷剂气体及对压缩机主体110进行润滑的油与冷却液或冷却流体进行热交换从而冷却制冷剂气体及油。作为典型，冷却液例如为自来水或工业用水等冷却水。

制冷剂气体冷却部130a为了冷却基于压缩机主体110对制冷剂气体进行压缩而产生的压缩而热被加热的高压制冷剂气体而配置于吐出流路122上。在本实施方式中，制冷剂气体冷却部130a配置在吐出流路122上的压缩机主体110的气体吐出口与油分离器114之间。油冷却部130b为了冷却流过油循环管路112a中的油而配置于油循环管路112a上。

在压缩机壳体132上还设置有冷却液入口端口134及冷却液出口端口136。液冷式热交换器130的入口侧与冷却液入口端口134连接，液冷式热交换器130的出口侧与冷却液出口端口136连接，从而形成压缩机单元102的内部冷却液流路。冷却液从冷却液入口端口134流入压缩机单元102并供给至液冷式热交换器130。在液冷式热交换器130中，已用于冷却制冷剂气体和油的冷却液从液冷式热交换器130经由冷却液出口端口136排出至压缩机单元102外部。制冷剂气体冷却部130a与油冷却部130b串联连接。在压缩机单元102的内部冷却液流路上，制冷剂气体冷却部130a配置于冷却液入口端口134侧，油冷却部130b配置于冷却液出口端口136侧。

在本实施方式中，液冷式热交换器130构成为冷却制冷剂气体和油这两者，但是并不只限定于此。液冷式热交换器130也可以构成为仅冷却制冷剂气体或油中的任一种。此时，例如，压缩机单元102可以具有两个液冷式热交换器，即，可以分别具有用于冷却制冷剂气体的热交换器和用于冷却油的热交换器。

冷却液从主冷却器70经由冷却液入口端口134供给至压缩机单元102。已用于冷却的冷却液从压缩机单元102经由冷却液出口端口136回收至主冷却器70。

主冷却器70构成为对冷却液进行温度调节的同时使其循环。冷却液被主冷却器70冷却至例如低于室温且高于冷却液的凝固点(在水的情况下为0℃)的温度。主冷却器70例如可以为公知的水冷却器。主冷却器70无需作为专用的冷却液源而设置于压缩机单元102上，通常，可以在需要冷却液的多个设备中通用。因此，主冷却器70可以与设置并使用超低温制冷机106的工厂、医院或其他地方中使用的各种设备连接从而向这些设备提供冷却液。

辅助冷却装置10具备用于从主冷却器70向液冷式热交换器130供给冷却液的供给管路12及用于从液冷式热交换器130向主冷却器70回收冷却液的回收管路14。供给管路12将主冷却器70的冷却液供给端口71连接于压缩机单元102的冷却液入口端口134，回收管路14将主冷却器70的冷却液回收端口72连接于压缩机单元102的冷却液出口端口136。

供给管路12及回收管路14例如可以为柔性管或刚性管等适于输送冷却液的适当的配管或流路。供给管路12和回收管路14各自的末端可以为能够装卸的接头(例如，自密封管接头)，此时，容易将辅助冷却装置10装卸于主冷却器70及压缩机单元102，因而方便。

辅助冷却装置10设置于压缩机单元102的外部，并且具备备用冷却器20，所述备用冷却器20代替主冷却器70或与主冷却器70一同使冷却液循环到液冷式热交换器130。

备用冷却器20具备循环泵22及与循环泵22串联连接的冷却器24。在本实施方式中，冷却器24配置在循环泵22的入口侧从而冷却冷却液。但是，并不只限于此，冷却器24也可以配置在循环泵22的出口侧从而冷却冷却液。

备用冷却器20相对于压缩机单元102与主冷却器70并联设置。备用冷却器20具备连接供给管路12与回收管路14的连接管路16，循环泵22和冷却器24设置于连接管路16上。

循环泵22使冷却液从回收管路14朝向供给管路12循环。循环泵22只要为具有恢复相对于供给管路12的回收管路14的压力损耗的泵能力并且适于冷却液的种类或组成等冷却液的性质的泵，则能够适当使用公知的泵。

作为一例，冷却器24为液冷式热交换器。因此，可以将压缩机单元102的液冷式热交换器130称为第1液冷式热交换器，将冷却器24称为第2液冷式热交换器。冷却器24构成为，通过从液冷式热交换器130回收过来的第1冷却液与流过第2冷却液管路26的第2冷却液之间的热交换来冷却第1冷却液。

第2冷却液管路26可以为将已用于冷却的冷却液排出至外部(例如，下水道)的非循环式管路，第2冷却液例如可以为自来水或工业用水等冷却水。或者，第2冷却液管路26也可以为循环式管路，其可以与主冷却器70连接从而由主冷却器70使冷却水循环。第2冷却液管路26也可以为与主冷却器70分体设置的第2水冷却器。或者，第2冷却液管路26还可以构成为，使其他冷却液(例如，冷却油)或冷却流体循环。

供给管路12和回收管路14以相对于连接管路16分别在主冷却器70侧能够从主冷却器70分离的方式连接于主冷却器70。供给管路12和回收管路14可以通过后述阀的关闭来从主冷却器70分离。或者，也可以从冷却液供给端口71及冷却液回收端口72卸下供给管路12及回收管路14从而从主冷却器70分离供给管路12和回收管路14。

备用冷却器20具备一组第1阀28及一组第2阀30。第1阀28和第2阀30例如均为开闭阀。另外，也可以设置三通阀来代替第1阀28和第2阀30的组合。

在连接管路16上，一组第1阀28中的一个阀设置于供给管路12侧而另一个阀设置于回收管路14侧，并且循环泵22和冷却器24配置在这两个第1阀28之间。第1阀28彼此同步地开闭。在两个第1阀28均被打开的情况下，备用冷却器20与液冷式热交换器130连接，在两个第1阀28均被关闭的情况下，备用冷却器20从液冷式热交换器130分离。

一组第2阀30中的一个阀设置于供给管路12上而另一个阀设置于回收管路14上。这两个第2阀30相对于连接管路16均配置于主冷却器70侧。第2阀30也彼此同步地开闭。在两个第2阀30均被打开的情况下，主冷却器70与液冷式热交换器130连接，在两个第2阀30均被关闭的情况下，主冷却器70从液冷式热交换器130分离。或者，第2阀30也可以为分别配置在供给管路12和回收管路14上以防止逆流的止回阀。

辅助冷却装置10可以具备旁通管路18，所述旁通管路18相对于连接管路16在主冷却器70侧连接供给管路12与回收管路14。旁通管路18成为使冷却液迂回液冷式热交换器130及备用冷却器20而循环到主冷却器70的流路的一部分。

在旁通管路18上设置有第3阀32。第3阀32例如为开闭阀。在第3阀32被打开的情况下，允许冷却液从供给管路12经由旁通管路18流向回收管路14，在第3阀32被关闭的情况下，阻断冷却液的经由旁通管路18的流动。第3阀32也可以为允许冷却液从供给管路12流向回收管路14而阻断冷却液从回收管路14流向供给管路12的止回阀。

在辅助冷却装置10中设置有旁通管路18的情况下，第2阀30相对于旁通管路18配置于备用冷却器20侧。因此，在关闭第2阀30且打开第3阀32的情况下，形成从主冷却器70的冷却液供给端口71经由旁通管路18到达冷却液回收端口72的冷却液的流路。即，通过旁通管路18形成不经由压缩机单元102的液冷式热交换器130的用于主冷却器70的冷却液循环路径。

连接管路16和旁通管路18均构成为能够装卸于供给管路12和回收管路14上。并且，连接管路16和旁通管路18例如也可以为柔性管或刚性管等适于输送冷却液的适当的配管或流路。

备用冷却器20及旁通管路18等辅助冷却装置10的构成要件也可以像压缩机单元102那样容纳于壳体中从而作为一个单元而提供。与分别准备单个零件的情况相比，相对于压缩机单元102及主冷却器70的辅助冷却装置10的安装作业变得容易。

压缩机系统100设置有各种传感器。例如，压缩机单元102具备测定冷却液的温度的第1温度传感器138。第1温度传感器138例如设置于液冷式热交换器130的出口侧(即，设置在压缩机单元102的内部冷却液流路上的液冷式热交换器130与冷却液出口端口136之间)。除此以外，还可以在液冷式热交换器130的入口侧设置测定冷却液的温度的另一个冷却液温度传感器，或者，也可以取而代之在液冷式热交换器130的入口侧设置测定冷却液的温度的另一个冷却液温度传感器。

并且，压缩机单元102还可以具备测定制冷剂气体的温度的第2温度传感器140。第2温度传感器140可以设置于吐出流路122上的例如制冷剂气体冷却部130a与油分离器114之间。与此同时，还可以在压缩机主体110的吐出口与制冷剂气体冷却部130a之间设置测定制冷剂气体的温度的另一个制冷剂气体温度传感器，或者，也可以取而代之在压缩机主体110的吐出口与制冷剂气体冷却部130a之间设置测定制冷剂气体的温度的另一个制冷剂气体温度传感器。压缩机单元102还可以具备测定油的温度的第3温度传感器142。第3温度传感器142可以设置在油循环管路112a上的压缩机主体110的油流入口与油冷却部130b之间。

备用冷却器20具备测定冷却液的温度的传感器34。传感器34配置于供给管路12上。传感器34相对于连接管路16配置于压缩机单元102侧，由此，不仅能够测定从备用冷却器20供给至压缩机单元102的冷却液的温度，而且还能够测定从主冷却器70供给至压缩机单元102的冷却液的温度。传感器34也可以代替冷却液的温度而测定冷却液的流量或压力，或者传感器34除了可以测定冷却液的温度以外还可以测定冷却液的流量或压力。换言之，传感器34可以由一个或多个不同的传感器构成，例如可以包含温度传感器、流量传感器及压力传感器中的至少一个传感器。除了传感器34以外，还可以在回收管路14上设置测定冷却液的温度、流量或压力的另一个传感器，或者，也可以代替传感器34而在回收管路14上设置测定冷却液的温度、流量或压力的另一个传感器。

在备用冷却器20设置有用于启动备用冷却器20的控制器40。控制器40构成为，从至少一个传感器接收表示该传感器的测定结果的传感器信号，并根据该测定结果来启动备用冷却器20。控制器40构成为，控制备用冷却器20的构成要件(循环泵22的开闭、第1阀28的开闭等)。

例如，控制器40可以根据由第1温度传感器138测定的冷却液的温度来启动备用冷却器20。此时，控制器40从第1温度传感器138接收表示冷却液的测定温度的第1温度传感器信号，并将该测定温度与温度阈值进行比较。该温度阈值被设定为如下值：在冷却液温度高于该阈值时评价为冷却液的温度过高。

作为由第1温度传感器138测定的冷却液温度超过温度阈值的原因之一，例如有从主冷却器70供给至压缩机单元102的冷却液的温度过高的情况(即，主冷却器70的冷却不良或故障)。

因此，在测定温度超过了温度阈值的情况下，控制器40启动备用冷却器20。另一方面，在测定温度未超过温度阈值的情况下，控制器40不启动备用冷却器20。

为了启动备用冷却器20，控制器40将循环泵22从关闭切换成打开从而开始循环泵22的冷却液输送动作，并且打开第1阀28。在第2冷却液管路26也为循环式管路的情况下，控制器40还可以将第2冷却液管路26的循环泵从关闭切换成打开。另外，在停止备用冷却器20运转时，控制器40将循环泵22切换成关闭，并关闭第1阀28。

此时，控制器40可以关闭第2阀30，从而从压缩机单元102分离主冷却器70。同时，控制器40可以打开第3阀32。由此，在不妨碍主冷却器70的冷却液的流动的情况下从压缩机单元102分离主冷却器70，并能够使用备用冷却器20来代替主冷却器70。在主冷却器70从压缩机单元102分离的情况下，可以进行主冷却器70的检查及维修。

为了启动备用冷却器20，控制器40也可以使用其他传感器。可以认为，压缩机单元102中的制冷剂气体或油的温度与从液冷式热交换器130回收或供给至液冷式热交换器130的冷却液的温度具有相关性。例如，可以认为，主冷却器70的冷却不良会导致液冷式热交换器130的冷却能力不足，制冷剂气体或油的温度会上升。因此，控制器40也可以根据由第2温度传感器140测定的制冷剂气体的温度来启动备用冷却器20。控制器40还可以根据由第3温度传感器142测定的油的温度来启动备用冷却器20。控制器40可以根据第1温度传感器138、第2温度传感器140及第3温度传感器142中的至少一个温度传感器的测定温度来启动备用冷却器20。

并且，为了启动备用冷却器20，控制器40还可以使用配置于压缩机单元102外部的传感器34。如上所述，传感器34可以测定冷却液的温度，控制器40可以根据由传感器34测定的冷却液的温度来启动备用冷却器20。

或者，传感器34可以测定冷却液的流量或压力。作为冷却液的流量或压力低于流量或压力的阈值的原因之一，可以认为是来自主冷却器70的冷却液的供给不够充分所致。该阈值设定为比从主冷却器70正常供给冷却液时的供给管路12(或回收管路14)上的流量或压力小的值。因此，控制器40也可以根据由传感器34测定的冷却液的流量或压力来启动备用冷却器20。控制器40可以将由传感器34测定的冷却液的流量或压力与流量或压力的阈值进行比较并在测定值低于阈值时启动备用冷却器20。另一方面，在测定值超过了阈值时，控制器40不启动备用冷却器20。

在仅在主冷却器70的冷却不良或故障等紧急情况下启动备用冷却器20的情况下，可以认为，这种情况的发生频率通常很低。在很多情况下，备用冷却器20经过长期停止运转(所谓休眠期间)之后启动。

因此，控制器40可以在任意时刻(例如，定期地)启动备用冷却器20。如此，基于控制器40的备用冷却器20的启动并不只限于根据设置于压缩机单元102的内部或压缩机单元102的外部的至少一个传感器的测定结果来进行。

控制器40可以从至少一个传感器接收表示该传感器的测定结果的传感器信号，并根据测定结果来监视备用冷却器20。例如，控制器40将由第1温度传感器138测定的冷却液温度与温度阈值进行比较。若测定温度未超过温度阈值，则控制器40判定备用冷却器20为正常。若测定温度超过了温度阈值，则控制器40判定备用冷却器20为不良。如此，能够确认备用冷却器20正常运转的情况。能够避免在长期停止运转期间忽略了故障的结果备用冷却器20无法在应代替主冷却器70进行运转的情况下进行运转等意外情况发生。

为了确认备用冷却器20的运转状态，控制器40可以在启动备用冷却器20的同时关闭第2阀30，从而从压缩机单元102分离主冷却器70。与此同时，控制器40可以打开第3阀32。能够在不妨碍主冷却器70的冷却液的流动的情况下从压缩机单元102分离主冷却器70，从而确认备用冷却器20的运转状态。若备用冷却器20产生了运转不良，则可以继续基于主冷却器70的冷却(即，使压缩机单元102、超低温制冷机106继续运转)的同时单独维修或更换备用冷却器20。这会提高压缩机系统100的可靠性。

在控制器40构成为根据设置于压缩机单元102内的传感器(例如，第1温度传感器138等)的测定结果来启动备用冷却器20的情况下，控制器40可以构成为集中控制压缩机系统100的动作的压缩机控制器的一部分。或者，在控制器40构成为根据设置于压缩机单元102的外部的传感器(例如，传感器34)的测定结果来启动备用冷却器20的情况下，控制器40可以与压缩机控制器分体设置。

控制器40在硬件方面由计算机的CPU或存储器等元件或电路来实现，并且在软件方面由计算机程序等来实现，但是在图中描绘出了通过它们的协作来实现的功能模块。本领域技术人员应当可以理解，这些功能模块可以通过硬件及软件的组合以各种形式实现。

另外，备用冷却器20的启动并非一定要通过控制器40的控制来自动进行。也可以由压缩机系统100的操作员通过手动使循环泵22运转并切换阀来启动备用冷却器20。

备用冷却器20不仅可以用作主冷却器70的替代，而且也可以与主冷却器70一同(同时)运转。这种主冷却器70与备用冷却器20的共同使用不仅可以在主冷却器70出现了冷却不良时共同使用，而且在主冷却器70正常运作时也可以共同使用。由此，主冷却器70的冷却能力与备用冷却器20的冷却能力叠加在一起，能够暂时增加压缩机系统100的冷却能力。

如上所述，根据实施方式，为了使冷却液循环到压缩机单元102的液冷式热交换器130，代替主冷却器70或与主冷却器70一同使用备用冷却器20，从而对压缩机单元102的冷却提供冗余性。通过使备用冷却器20运转，能够应对主冷却器70的经时老化或故障导致的冷却能力的下降或丧失。或者，通过使主冷却器70和备用冷却器20同时运转，能够暂时增加压缩机系统100的冷却能力。如此，压缩机单元102的冷却功能得到稳定化，压缩机单元102乃至超低温制冷机106的运行持续性及可靠性得到提高。

并且，在以往的结构中，在压缩机内安装了水冷式和空冷式的两个后冷却器，相对于此，在实施方式所涉及的压缩机系统100中，液冷式热交换器130配置于压缩机单元102内，备用冷却器20设置于压缩机单元102的外部。因此，能够将压缩机单元102设计成，作为标准装配仅具备液冷式热交换器130而不包括备用冷却器20的形式。压缩机单元102的结构变得简单，成本降低。备用冷却器20可以根据需要选择性地进行追加。

由于备用冷却器20设置于压缩机单元102的外部，因此配置位置的选择自由度增加。主冷却器70通常设置于远离压缩机单元102的地方(例如，另一个房间)，并且主冷却器70和压缩机单元102通过相对较长的冷却液配管连接在一起。可以从冷却液配管的路径上适当选择例如空闲空间等不干涉其他设备的地方来配置备用冷却器20。

在本实施方式中，备用冷却器20为液冷式冷却器。因此，不会出现空冷式冷却器特有的问题(例如冷却风扇的粘着等)。

图2是概略表示实施方式所涉及的超低温制冷机用压缩机系统的变形例的图。在图2所示的实施方式中，也与图1所示的实施方式同样地，压缩机系统100设置于压缩机单元102的外部，并且具备备用冷却器20，所述备用冷却器20代替主冷却器70或与主冷却器70一同使冷却液循环到压缩机单元102。备用冷却器20具备循环泵22及冷却器24。但是，冷却器24为空冷式冷却器，其具有冷却风扇，所述冷却风扇为了冷却流过连接管路16的冷却液而配置成朝向连接管路16送风。

为了确认备用冷却器20的运转状态，控制器40可以代替传感器34而根据冷却风扇的马达电压或电流来监视备用冷却器20，或者可以根据传感器34的测定结果及冷却风扇的马达电压或电流来监视备用冷却器20。并且，冷却风扇可以切换为正转或反转，此时，控制器40在判定备用冷却器20为不良的情况下可以使冷却风扇的反转。即使冷却风扇出现了粘着或者被灰尘堵塞，也能够通过使风扇反转来消除或缓和该现象。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应当可以理解，本发明并不只限定于上述实施方式，能够进行各种设计变更，能够存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。在一种实施方式中进行说明的各种特征也可以应用于其他实施方式中。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的各实施方式的效果。

在上述实施方式中，备用冷却器20和主冷却器70相对于压缩机单元102的液冷式热交换器130并联连接，但是本发明并不只限定于此。在一种实施方式中，备用冷却器20与主冷却器70也可以串联连接。此时，备用冷却器20可以设置于供给管路12(或回收管路14)上。

备用冷却器20的冷却器24并不只限于上述液冷式冷却器或空冷式冷却器，也可以采用其他形式的冷却器，例如，由冷却元件(例如，珀尔帖(Peltier)元件)冷却冷却液等。

以上，根据实施方式并使用具体语句对本发明进行了说明，但是实施方式仅表示本发明的原理及应用的一方面，在实施方式中，在不脱离技术方案中规定的本发明的思想的范围内，可以存在多种变形例或配置的变更。

Claims (7)

1.一种超低温制冷机用压缩机系统，其特征在于，具备：

压缩机单元，具备压缩机主体及液冷式热交换器，所述压缩机主体压缩超低温制冷机的制冷剂气体，所述液冷式热交换器使被所述压缩机主体压缩的制冷剂气体和用于润滑所述压缩机主体的油中的至少一种与冷却液进行热交换从而冷却所述制冷剂气体和所述油中的至少一种；

供给管路，从主冷却器向所述液冷式热交换器供给所述冷却液；

回收管路，从所述液冷式热交换器向所述主冷却器回收所述冷却液；及

备用冷却器，设置于所述压缩机单元的外部，并且代替所述主冷却器或与所述主冷却器一同使所述冷却液循环到所述液冷式热交换器，并且所述备用冷却器具备循环泵及配置在所述循环泵的入口侧或出口侧从而冷却所述冷却液的冷却器。

2.根据权利要求1所述的超低温制冷机用压缩机系统，其特征在于，

所述备用冷却器具备连接所述供给管路与所述回收管路的连接管路，所述循环泵和所述冷却器设置于所述连接管路上。

3.根据权利要求2所述的超低温制冷机用压缩机系统，其特征在于，

还具备旁通管路，所述旁通管路相对于所述连接管路在所述主冷却器侧连接所述供给管路与所述回收管路，并且所述旁通管路成为使所述冷却液迂回所述液冷式热交换器及所述备用冷却器而循环到所述主冷却器的流路的一部分。

4.根据权利要求2或3所述的超低温制冷机用压缩机系统，其特征在于，

所述供给管路和所述回收管路以相对于所述连接管路分别在所述主冷却器侧能够从所述著冷却器分离的方式连接于所述主冷却器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的超低温制冷机用压缩机系统，其特征在于，

所述压缩机单元具备测定所述冷却液、所述制冷剂气体或所述油的温度的温度传感器，

所述备用冷却器具备控制器，所述控制器根据由所述温度传感器测定的所述冷却液、所述制冷剂气体或所述油的温度来启动所述备用冷却器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的超低温制冷机用压缩机系统，其特征在于，

所述备用冷却器具备：传感器，测定所述冷却液的温度、流量或压力；及控制器，根据由所述传感器测定的所述冷却液的温度、流量或压力来启动所述备用冷却器。

7.一种辅助冷却装置，其为用于超低温制冷机用压缩机单元的辅助冷却装置，所述辅助冷却装置的特征在于，具备：

供给管路，从主冷却器向内置于所述压缩机单元内的液冷式热交换器供给冷却液；

回收管路，从所述液冷式热交换器向所述主冷却器回收所述冷却液；及

备用冷却器，设置于所述压缩机单元的外部，并且代替所述主冷却器或与所述主冷却器一同使所述冷却液循环到所述液冷式热交换器，并且所述备用冷却器具备循环泵及配置在所述循环泵的入口侧或出口侧从而冷却所述冷却液的冷却器。

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