JP2018040516A - Compressor unit and cooling system - Google Patents

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純也 濱▲崎▼
Junya Hamazaki
純也 濱▲崎▼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor unit that can utilize energy of oil passing through an oil circulation line.SOLUTION: A compressor unit compresses gas returning from a refrigerator, and supplies it to the refrigerator. The compressor unit comprises: a compressor body for compressing the gas; an oil circulation line provided separately from a gas line for circulating the gas between the compressor body and the refrigerator, to circulate oil for cooling the compressor body; and a power takeoff part 22 for taking power from a flow of the oil circulating through the oil circulation line.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、冷凍機から戻ってくるガスを圧縮して冷凍機に供給する圧縮機ユニットおよびそのような圧縮機ユニットを備える冷却システムに関する。   The present invention relates to a compressor unit that compresses a gas returning from a refrigerator and supplies the compressed gas to the refrigerator, and a cooling system including such a compressor unit.

ギフォード・マクマホン式(GM)冷凍機、パルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機、およびソルベー冷凍機等の極低温冷凍機は、冷却対象物を、100K(ケルビン)程度の低温から4Kの極低温までの範囲で冷却することができる。そのような冷凍機は、超電導磁石や検出器等の冷却、クライオポンプ等に用いられている。   Cryogenic refrigerators such as Gifford-McMahon (GM) refrigerators, pulse tube refrigerators, Stirling refrigerators, and Solvay refrigerators can be used to cool objects from as low as 100K (Kelvin) to as low as 4K. Can be cooled in the range. Such refrigerators are used for cooling superconducting magnets and detectors, cryopumps, and the like.

冷凍機には、動作ガスとして使用されるヘリウムガスを圧縮するための圧縮機ユニットが付随する。この圧縮機ユニットでは、圧縮機本体を冷却するための冷媒として、オイルが使用されている。   The refrigerator is accompanied by a compressor unit for compressing helium gas used as the working gas. In this compressor unit, oil is used as a refrigerant for cooling the compressor body.

特開2010−255911号公報JP 2010-255911 A

特許文献1に記載されるような従来の圧縮機ユニットでは、オイル循環ラインにオリフィスを設けることによりオイルに圧力損失を生じさせ、オイル循環ラインの内部を流れるオイル流量を制御したりオイル循環ラインにガスが流入するのを抑止する。オリフィスによるエネルギーの消費は、有効に活用されていないかもしれない。   In a conventional compressor unit as described in Patent Document 1, pressure loss is caused in oil by providing an orifice in the oil circulation line, and the flow rate of oil flowing inside the oil circulation line is controlled or the oil circulation line is provided. Suppresses the inflow of gas. The energy consumption by the orifice may not be exploited effectively.

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、オイル循環ラインを流れるオイルのエネルギーを活用できる圧縮機ユニットを提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the compressor unit which can utilize the energy of the oil which flows through an oil circulation line.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の圧縮機ユニットは、冷凍機から戻ってくるガスを圧縮して当該冷凍機に供給する圧縮機ユニットであって、ガスを圧縮するための圧縮機本体と、圧縮機本体と冷凍機との間でガスを循環させるためのガスラインとは別に設けられ、圧縮機本体を冷却するためのオイルを循環させるオイル循環ラインと、オイル循環ラインを循環するオイルの流れから動力を取り出すための動力取出部と、を備える。   In order to solve the above problems, a compressor unit according to an aspect of the present invention is a compressor unit that compresses gas returning from a refrigerator and supplies the compressed gas to the refrigerator, and compresses the gas. Separated from the compressor main body and the gas line for circulating gas between the compressor main body and the refrigerator, the oil circulation line for circulating the oil for cooling the compressor main body, and the oil circulation line are circulated A power take-out unit for taking out power from the flow of oil to be removed.

本発明の別の態様は、冷却システムである。この冷却システムは、ガスを使用する冷凍機と、冷凍機から戻ってくるガスを圧縮して該冷凍機に供給する圧縮機ユニットと、を備える。圧縮機ユニットは、ガスを圧縮するための圧縮機本体と、圧縮機本体と冷凍機との間でガスを循環させるためのガスラインとは別に設けられ、圧縮機本体を冷却するためのオイルを循環させるオイル循環ラインと、オイル循環ラインを循環するオイルの流れから動力を取り出すための動力取出部と、を含む。   Another aspect of the present invention is a cooling system. The cooling system includes a refrigerator that uses gas and a compressor unit that compresses the gas returning from the refrigerator and supplies the compressed gas to the refrigerator. The compressor unit is provided separately from the compressor main body for compressing the gas and the gas line for circulating the gas between the compressor main body and the refrigerator, and oil for cooling the compressor main body is provided. An oil circulation line for circulation; and a power take-out unit for taking out power from the flow of oil circulating through the oil circulation line.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and those obtained by replacing the constituent elements and expressions of the present invention with each other among apparatuses, methods, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、オイル循環ラインを流れるオイルのエネルギーを活用できる。   According to the present invention, the energy of oil flowing through the oil circulation line can be utilized.

実施の形態に係る圧縮機ユニットを備える冷凍機システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a refrigerator system provided with the compressor unit which concerns on embodiment. 図1の動力取出部とその周辺を示す図である。It is a figure which shows the power extraction part of FIG. 1, and its periphery. 変形例に係る冷凍機システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the refrigerator system which concerns on a modification. 変形例に係る動力取出部とその周辺を示す図である。It is a figure which shows the power extraction part which concerns on a modification, and its periphery.

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。   Hereinafter, the same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are appropriately omitted. In addition, the dimensions of the members in each drawing are appropriately enlarged or reduced for easy understanding. Also, in the drawings, some of the members that are not important for describing the embodiment are omitted.

図1は、実施の形態に係る圧縮機ユニット10を備える冷凍機システム2の構成を示す模式図である。冷凍機システム2は、対象物を冷却するGM冷凍機4と、GM冷凍機4と2本のフレキシブル配管8,9で接続された圧縮機ユニット10と、を備える。GM冷凍機4、圧縮機ユニット10および2本のフレキシブル配管8,9は、冷却対象を冷却する冷却システムを構成する。   Drawing 1 is a mimetic diagram showing the composition of refrigerator system 2 provided with compressor unit 10 concerning an embodiment. The refrigerator system 2 includes a GM refrigerator 4 that cools an object, and a compressor unit 10 that is connected to the GM refrigerator 4 by two flexible pipes 8 and 9. The GM refrigerator 4, the compressor unit 10, and the two flexible pipes 8 and 9 constitute a cooling system that cools the object to be cooled.

GM冷凍機4は、公知の2段式のGM冷凍機であり、例えば本出願人が先に出願した特開2011−190953号公報に記載の技術を使用して構成されてもよい。   The GM refrigerator 4 is a known two-stage GM refrigerator, and may be configured using, for example, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-190953 filed earlier by the present applicant.

高圧フレキシブル配管8は、圧縮機ユニット10からGM冷凍機4へ高圧の動作ガス、例えばヘリウムガスを供給する。低圧フレキシブル配管9は、GM冷凍機4から圧縮機ユニット10へ低圧のヘリウムガスを供給する。   The high-pressure flexible pipe 8 supplies a high-pressure operating gas such as helium gas from the compressor unit 10 to the GM refrigerator 4. The low-pressure flexible pipe 9 supplies low-pressure helium gas from the GM refrigerator 4 to the compressor unit 10.

圧縮機ユニット10は、圧縮機本体である圧縮カプセル11と、高圧側配管13と、低圧側配管14と、オイルセパレータ15と、アドソーバ16と、ストレージタンク17と、バイパス機構18と、動力取出部22と、オイル冷却配管33と、冷却流体配管34と、を含む。圧縮機ユニット10は、GM冷凍機4から低圧フレキシブル配管9を介して戻される低圧のヘリウムガスを圧縮カプセル11で昇圧し、高圧フレキシブル配管8を介して再びGM冷凍機4に供給する。   The compressor unit 10 includes a compression capsule 11, which is a compressor body, a high-pressure side pipe 13, a low-pressure side pipe 14, an oil separator 15, an adsorber 16, a storage tank 17, a bypass mechanism 18, and a power take-out unit. 22, an oil cooling pipe 33, and a cooling fluid pipe 34. The compressor unit 10 raises the pressure of the low-pressure helium gas returned from the GM refrigerator 4 through the low-pressure flexible pipe 9 by the compression capsule 11 and supplies the pressure to the GM refrigerator 4 again through the high-pressure flexible pipe 8.

GM冷凍機4から戻ってくるヘリウムガスは、低圧フレキシブル配管9を介して先ずストレージタンク17に流入する。ストレージタンク17は、戻ってくるヘリウムガスに含まれる脈動を除去する。ストレージタンク17は比較的大きな容量を有しているため、ヘリウムガスをストレージタンク17内に導入することにより脈動を軽減または除去することができる。   The helium gas returning from the GM refrigerator 4 first flows into the storage tank 17 via the low-pressure flexible pipe 9. The storage tank 17 removes pulsation contained in the returning helium gas. Since the storage tank 17 has a relatively large capacity, pulsation can be reduced or eliminated by introducing helium gas into the storage tank 17.

ストレージタンク17で脈動が軽減または除去されたヘリウムガスは、低圧側配管14に導出される。低圧側配管14は圧縮カプセル11に接続されており、よってストレージタンク17において脈動が軽減または除去されたヘリウムガスは圧縮カプセル11に供給される。   The helium gas whose pulsation is reduced or removed by the storage tank 17 is led to the low-pressure side pipe 14. The low-pressure side pipe 14 is connected to the compression capsule 11, so that helium gas whose pulsation is reduced or removed in the storage tank 17 is supplied to the compression capsule 11.

圧縮カプセル11は、低圧側配管14のヘリウムガスを圧縮して昇圧する。圧縮カプセル11は、本実施の形態ではスクロール方式のポンプであり、スクロール52と、シャフト54と、モータ56と、を含む。スクロール52とモータ56とは、略鉛直方向に並ぶよう配置される。スクロール52は、一対のうず巻き形をした固定スクロールと可動スクロール(いずれも不図示)とを有する。モータ56が駆動してシャフト54が回転すると、可動スクロールが旋回する。これにより、固定スクロールと可動スクロールの2つのスクロールで仕切られる空間の容積が変化し、ヘリウムガスを吸引して圧縮する。なお、圧縮カプセル11は、ロータリ式のポンプであってもよい。   The compression capsule 11 compresses the helium gas in the low pressure side pipe 14 to increase the pressure. The compression capsule 11 is a scroll pump in the present embodiment, and includes a scroll 52, a shaft 54, and a motor 56. The scroll 52 and the motor 56 are arranged so as to be aligned in a substantially vertical direction. The scroll 52 has a pair of spiral-shaped fixed scroll and movable scroll (both not shown). When the motor 56 is driven to rotate the shaft 54, the movable scroll turns. As a result, the volume of the space partitioned by the two scrolls, the fixed scroll and the movable scroll, changes, and helium gas is sucked and compressed. The compression capsule 11 may be a rotary pump.

圧縮カプセル11は、昇圧されたヘリウムガスを高圧側配管13A(13)に送り出す。ヘリウムガスは圧縮カプセル11で昇圧される際、圧縮カプセル11内のオイルが若干混入した状態で高圧側配管13A(13)に送り出される。   The compression capsule 11 sends the pressurized helium gas to the high-pressure side pipe 13A (13). When the pressure of the helium gas is increased by the compression capsule 11, the helium gas is sent out to the high-pressure side pipe 13 </ b> A (13) in a state in which the oil in the compression capsule 11 is slightly mixed.

オイル冷却配管33は、圧縮カプセル11を冷却するためのオイルを循環させる。ここで、従来の圧縮機ユニットでは、オイル冷却配管33にオリフィスやキャピラリを設けることによりオイルに圧力損失を生じさせ、オイル冷却配管33の内部を流れるオイル流量を制御したりオイル冷却配管33にヘリウムガスが流入するのを抑止している。これに対し、本実施の形態では、オイル冷却配管33にオリフィスやキャピラリを設けずに、動力取出部22によりオイルから動力を取り出すことによりオイルに圧力損失を生じさせ、オイル流量の制御等する。動力取出部22の構成については、図2で後述する。   The oil cooling pipe 33 circulates oil for cooling the compression capsule 11. Here, in the conventional compressor unit, the oil cooling pipe 33 is provided with an orifice or capillary to cause a pressure loss in the oil, and the flow rate of oil flowing inside the oil cooling pipe 33 is controlled, or the oil cooling pipe 33 is filled with helium. Gas is prevented from flowing in. On the other hand, in the present embodiment, the oil cooling pipe 33 is not provided with an orifice or a capillary, but power is taken out from the oil by the power take-out unit 22 to cause a pressure loss in the oil, and the oil flow rate is controlled. The configuration of the power take-out unit 22 will be described later with reference to FIG.

冷却流体配管34は、オイル冷却配管33を流れるオイル等を冷却するための流体(ここでは冷却水)を循環させる。   The cooling fluid pipe 34 circulates a fluid (here, cooling water) for cooling the oil flowing through the oil cooling pipe 33.

オイル冷却配管33と冷却流体配管34とは、熱交換器12を構成する。熱交換器12は、圧縮カプセル11におけるヘリウムガスの圧縮の際に発生する熱(以下、圧縮熱と称す)を圧縮機ユニット10の外部へ放出するための熱交換を実現する。熱交換器12は、オイル冷却配管33を流れるオイルの冷却処理を行うオイル熱交換部26と、昇圧されたヘリウムガスを冷却するガス熱交換部27と、を有している。   The oil cooling pipe 33 and the cooling fluid pipe 34 constitute the heat exchanger 12. The heat exchanger 12 implements heat exchange for releasing heat generated when the helium gas is compressed in the compression capsule 11 (hereinafter referred to as compression heat) to the outside of the compressor unit 10. The heat exchanger 12 includes an oil heat exchanging unit 26 that cools oil flowing through the oil cooling pipe 33 and a gas heat exchanging unit 27 that cools the pressurized helium gas.

オイル熱交換部26は、オイルが流れるオイル冷却配管33の一部26Aと、冷却水が流れる冷却流体配管34の一部34Aと、を有し、それらの配管の間で熱交換が行われるよう構成される。圧縮カプセル11からオイル冷却配管33へ排出されるオイルは圧縮熱により高温となっている。そのような高温のオイルがオイル熱交換部26を通過すると、熱交換によりオイルの熱が冷却水に移送され、オイル熱交換部26を出るオイルの温度はオイル熱交換部26に入るオイルの温度よりも低くなる。すなわち、圧縮熱はオイル冷却配管33を流れるオイルを介して冷却水に移送される。   The oil heat exchanging section 26 has a part 26A of the oil cooling pipe 33 through which oil flows and a part 34A of the cooling fluid pipe 34 through which cooling water flows, and heat exchange is performed between these pipes. Composed. The oil discharged from the compression capsule 11 to the oil cooling pipe 33 has a high temperature due to the compression heat. When such high-temperature oil passes through the oil heat exchanger 26, the heat of the oil is transferred to the cooling water by heat exchange, and the temperature of the oil that exits the oil heat exchanger 26 is the temperature of the oil that enters the oil heat exchanger 26. Lower than. That is, the compression heat is transferred to the cooling water through the oil flowing through the oil cooling pipe 33.

ガス熱交換部27は、高圧のヘリウムガスが流れる高圧側配管13Aの一部13Cと、冷却水が流れる冷却流体配管34の他の一部34Bと、を有する。ガス熱交換部27について、オイル熱交換部26と同様に、圧縮熱は高圧側配管13A(13)内を流れるヘリウムガスを介して冷却水に移送される。   The gas heat exchanging unit 27 includes a part 13C of the high-pressure side pipe 13A through which high-pressure helium gas flows and another part 34B of the cooling fluid pipe 34 through which cooling water flows. About the gas heat exchange part 27, like the oil heat exchange part 26, compression heat is transferred to cooling water via helium gas which flows through the inside of the high-pressure side pipe 13A (13).

冷却水に移送された熱は、外部に排出される。特に、空冷ファン40からの風を受けて外部に排出される。   The heat transferred to the cooling water is discharged to the outside. In particular, it receives wind from the air cooling fan 40 and is discharged to the outside.

圧縮カプセル11で昇圧され、ガス熱交換部27で冷却されたヘリウムガスは、高圧側配管13A(13)を介してオイルセパレータ15に供給される。オイルセパレータ15ではヘリウムガスに含まれるオイルが分離されると共に、オイルに含まれる不純物や塵埃も除去される。   The helium gas pressurized by the compression capsule 11 and cooled by the gas heat exchange unit 27 is supplied to the oil separator 15 through the high-pressure side pipe 13A (13). The oil separator 15 separates oil contained in the helium gas and removes impurities and dust contained in the oil.

オイルセパレータ15でオイル除去が行われたヘリウムガスは、高圧側配管13B(13)を介してアドソーバ16に送られる。アドソーバ16は、ヘリウムガスに含まれる特に気化したオイル成分を除去するためのものである。そして、アドソーバ16において気化したオイル成分が除去されると、ヘリウムガスは高圧フレキシブル配管8に導出され、これによりGM冷凍機4に供給される。   The helium gas from which oil has been removed by the oil separator 15 is sent to the adsorber 16 through the high-pressure side pipe 13B (13). The adsorber 16 is for removing a particularly vaporized oil component contained in the helium gas. And if the oil component vaporized in the adsorber 16 is removed, helium gas will be guide | induced to the high voltage | pressure flexible piping 8, and, thereby, will be supplied to the GM refrigerator 4. FIG.

バイパス機構18は、バイパス配管19、高圧側圧力検出装置20、およびバイパス弁21を有する。バイパス配管19は、高圧側配管13Bと低圧側配管14とを連通する配管である。高圧側圧力検出装置20は、高圧側配管13B内のヘリウムガスの圧力を検出する。バイパス弁21は、バイパス配管19を開閉する電動弁装置である。また、バイパス弁21は常閉弁とされているが、高圧側圧力検出装置20により駆動制御される構成とされている。   The bypass mechanism 18 includes a bypass pipe 19, a high pressure side pressure detection device 20, and a bypass valve 21. The bypass pipe 19 is a pipe that connects the high-pressure side pipe 13 </ b> B and the low-pressure side pipe 14. The high pressure side pressure detection device 20 detects the pressure of the helium gas in the high pressure side pipe 13B. The bypass valve 21 is an electric valve device that opens and closes the bypass pipe 19. Further, although the bypass valve 21 is a normally closed valve, it is configured to be driven and controlled by the high pressure side pressure detector 20.

具体的には、高圧側圧力検出装置20がオイルセパレータ15からアドソーバ16に至るヘリウムガスの圧力(即ち、高圧側配管13B内の圧力)が既定圧力以上になったことを検出した際、バイパス弁21は高圧側圧力検出装置20に駆動されて開弁される構成とされている。これにより、既定圧力以上のヘリウムガスがGM冷凍機4に供給される可能性が低減される。   Specifically, when the high pressure side pressure detection device 20 detects that the pressure of the helium gas from the oil separator 15 to the adsorber 16 (that is, the pressure in the high pressure side pipe 13B) is equal to or higher than a predetermined pressure, the bypass valve 21 is configured to be opened by being driven by the high pressure side pressure detector 20. Thereby, possibility that helium gas more than predetermined pressure will be supplied to GM refrigerator 4 is reduced.

オイル戻り配管24は、高圧側がオイルセパレータ15に接続されており、低圧側が低圧側配管14に接続されている。また、オイル戻り配管24の途中には、オイルセパレータ15で分離されたオイルに含まれる塵埃を除去するフィルタ28と、オイルの戻り量を制御するオリフィス29が設けられている。   The oil return pipe 24 has a high pressure side connected to the oil separator 15 and a low pressure side connected to the low pressure side pipe 14. A filter 28 for removing dust contained in the oil separated by the oil separator 15 and an orifice 29 for controlling the return amount of the oil are provided in the middle of the oil return pipe 24.

図2は、図1の動力取出部22とその周辺を示す図である。動力取出部22は、第1回転体42と、第2回転体44と、を含む。第1回転体42は、略歯車状に形成され、オイル冷却配管33内に配置される。第1回転体42は特に、その回転軸R1が、第1回転体42が配置されるオイル冷却配管33の部分の延在方向すなわちオイルが流れる方向に実質的に直交するようにオイル冷却配管33に配置される。また、第1回転体42特には、その回転軸R1がオイル冷却配管33の中心軸C1から離れた位置に位置するようにオイル冷却配管33内に配置される。第1回転体42は、歯42aがオイルの流れを受けることにより回転し、オイルに圧力損失を生じさせる。   FIG. 2 is a diagram showing the power take-out unit 22 in FIG. 1 and its surroundings. The power take-out unit 22 includes a first rotating body 42 and a second rotating body 44. The first rotating body 42 is formed in a substantially gear shape and is disposed in the oil cooling pipe 33. In particular, the first rotating body 42 has an oil cooling pipe 33 such that the rotation axis R1 is substantially orthogonal to the extending direction of the oil cooling pipe 33 where the first rotating body 42 is arranged, that is, the oil flowing direction. Placed in. Further, the first rotating body 42, particularly the rotation axis R <b> 1 is arranged in the oil cooling pipe 33 so as to be located at a position away from the center axis C <b> 1 of the oil cooling pipe 33. The first rotating body 42 rotates when the teeth 42a receive the flow of oil, causing pressure loss in the oil.

第2回転体44は、第1回転体42と同様に略歯車状に形成され、第1回転体42とは直接的にも間接的にも非接触に、冷却流体配管34内に配置される。第2回転体44は特に、その回転軸R2が、第2回転体44が配置される冷却流体配管34の部分の延在方向すなわちオイルが流れる方向に実質的に直交し、かつ、第1回転体42の回転軸R1と実質的に平行となるよう冷却流体配管34内に配置される。また、第2回転体44は特に、その回転軸R1がオイル冷却配管33の中心軸C2から離れた位置、好ましくは第1回転体42側に離れた位置に位置するように冷却流体配管34内に配置される。   The second rotating body 44 is formed in a substantially gear shape like the first rotating body 42, and is disposed in the cooling fluid pipe 34 in a non-contact manner directly or indirectly with the first rotating body 42. . In particular, the rotation axis R2 of the second rotating body 44 is substantially perpendicular to the extending direction of the portion of the cooling fluid pipe 34 where the second rotating body 44 is disposed, that is, the direction in which oil flows, and the first rotation. It arrange | positions in the cooling fluid piping 34 so that it may become substantially parallel to the rotating shaft R1 of the body 42. FIG. In addition, the second rotating body 44 is particularly located in the cooling fluid pipe 34 so that the rotating shaft R1 is located at a position away from the central axis C2 of the oil cooling pipe 33, preferably at a position away from the first rotating body 42 side. Placed in.

第1回転体42と第2回転体44は、マグネットギアを構成する。第1回転体42の回転力は、磁力を介して、回転体同士が非接触で、第2回転体44に伝達される。したがって、第1回転体42の歯42aがオイルの流れを受けて回転すると、第2回転体44が第1回転体42とは反対方向に回転する。第2回転体44が回転すると、第2回転体44の歯44aが冷却水をかき、冷却水が冷却流体配管34内を循環する。つまり、第2回転体44は、冷却水を循環させる駆動源として用いられる。   The first rotating body 42 and the second rotating body 44 constitute a magnet gear. The rotational force of the first rotator 42 is transmitted to the second rotator 44 through the magnetic force without contact between the rotators. Therefore, when the teeth 42 a of the first rotating body 42 are rotated by receiving the flow of oil, the second rotating body 44 rotates in the opposite direction to the first rotating body 42. When the second rotating body 44 rotates, the teeth 44 a of the second rotating body 44 sprinkle cooling water, and the cooling water circulates in the cooling fluid pipe 34. That is, the second rotating body 44 is used as a drive source for circulating the cooling water.

第1回転体42および第2回転体44の形状(径の大きさ、歯の数、歯たけの長さ等)は、オイルに生じる圧力損失や冷却水の流速等を勘案して、実験またはシミュレーションに基づいて決定すればよい。   The shape of the first rotator 42 and the second rotator 44 (the size of the diameter, the number of teeth, the length of the teeth, etc.) is determined by experiment or simulation in consideration of pressure loss generated in oil, the flow rate of cooling water, and the like. It may be determined based on.

以上説明した実施の形態に係る圧縮機ユニット10によると、動力取出部22によりオイルの流れから動力を取り出すことにより内部を流れるオイルに圧力損失を生じさせることができる。すなわち、圧縮機ユニット10によると、オイル流量を制御等するためにオイル冷却配管33で発生させる圧力損失の少なくとも一部を回収でき、オイル冷却配管33を流れるオイルのエネルギーを活用できる。   According to the compressor unit 10 according to the embodiment described above, pressure loss can be caused in the oil flowing inside by taking out power from the oil flow by the power take-out unit 22. That is, according to the compressor unit 10, at least a part of the pressure loss generated in the oil cooling pipe 33 in order to control the oil flow rate can be recovered, and the energy of the oil flowing through the oil cooling pipe 33 can be utilized.

また、実施の形態に係る圧縮機ユニット10によると、第1回転体42の回転力は、磁力を介して、回転体同士が非接触で、第2回転体44に伝達される。ここで、第1回転体42の回転を第2回転体44に伝達するためのシャフトをオイル冷却配管33から外に突出させる場合、オイルが漏れないようにシールする必要が生じる。オイル冷却配管33内は比較的高圧になるため、オイルが漏れないようシールするのは困難である。これに対し、上述のように第1回転体42の回転が非接触で第2回転体44に伝達されるため、すなわち回転を伝達するためのシャフトをオイル冷却配管33から外に突出させる必要がないため、このような問題は生じない。   Further, according to the compressor unit 10 according to the embodiment, the rotational force of the first rotating body 42 is transmitted to the second rotating body 44 through the magnetic force without contact between the rotating bodies. Here, when the shaft for transmitting the rotation of the first rotating body 42 to the second rotating body 44 is protruded from the oil cooling pipe 33, it is necessary to seal the oil so as not to leak. Since the oil cooling pipe 33 has a relatively high pressure, it is difficult to seal the oil so as not to leak. On the other hand, as described above, the rotation of the first rotating body 42 is transmitted to the second rotating body 44 in a non-contact manner, that is, it is necessary to project the shaft for transmitting the rotation from the oil cooling pipe 33 to the outside. Therefore, such a problem does not occur.

また、実施の形態に係る圧縮機ユニット10によると、動力取出部22によりオイルの流れから取り出した動力により、冷却流体配管34の冷却水を循環させることができる。これにより、冷却水を循環させるためのポンプが不要になり、圧縮機ユニット10の製造コストを低減できる。なお、動力取出部22により取り出した動力だけでは冷却水を循環させには不十分であり、ポンプが必要になる場合も考えられる。この場合でも、ポンプに投入するエネルギー量を抑えることができるため、圧縮機ユニット10のランニングコストを低減できる。   Moreover, according to the compressor unit 10 which concerns on embodiment, the cooling water of the cooling fluid piping 34 can be circulated with the motive power taken out from the flow of oil by the motive power extraction part 22. FIG. Thereby, the pump for circulating cooling water becomes unnecessary and the manufacturing cost of the compressor unit 10 can be reduced. Note that the power extracted by the power extraction unit 22 is not sufficient for circulating the cooling water, and a pump may be necessary. Even in this case, since the amount of energy input to the pump can be suppressed, the running cost of the compressor unit 10 can be reduced.

以上、実施の形態に係る圧縮機ユニット10およびそれを備える冷凍機システム2について説明した。この実施の形態は例示であり、その各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   Heretofore, the compressor unit 10 according to the embodiment and the refrigerator system 2 including the compressor unit 10 have been described. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective components, and such modifications are also within the scope of the present invention.

(変形例1)
実施の形態では、圧縮カプセル11のスクロール52とモータ56とが略鉛直方向に並ぶよう配置されたいわゆる縦置きタイプの圧縮機について説明したが、これに限られず、圧縮カプセルのスクロールとモータとが略水平方向に並ぶよう配置されたいわゆる横置きタイプの圧縮機に本実施の形態に係る技術思想が適用されてもよい。
(Modification 1)
In the embodiment, a so-called vertical type compressor in which the scroll 52 and the motor 56 of the compression capsule 11 are arranged so as to be aligned in a substantially vertical direction has been described. The technical idea according to the present embodiment may be applied to a so-called horizontal type compressor arranged so as to be arranged in a substantially horizontal direction.

図3は、変形例に係る冷凍機システム102の構成を示す模式図である。図3は図1に対応する。冷凍機システム102は、GM冷凍機4と、GM冷凍機4と2本のフレキシブル配管8,9で接続された圧縮機ユニット110と、備える。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a refrigerator system 102 according to a modification. FIG. 3 corresponds to FIG. The refrigerator system 102 includes a GM refrigerator 4 and a compressor unit 110 connected to the GM refrigerator 4 by two flexible pipes 8 and 9.

圧縮機ユニット110は、圧縮カプセル111と、高圧側配管13と、低圧側配管14と、オイルセパレータ15と、アドソーバ16と、ストレージタンク17と、バイパス機構18と、動力取出部22と、オイル冷却配管33と、冷却流体配管34と、バルクオイルセパレータ160と、を含む。バルクオイルセパレータ160は、ヘリウムガスからオイルを分離する。なお、横置きタイプの圧縮機については、特開2011−99669に詳しい。   The compressor unit 110 includes a compression capsule 111, a high-pressure side pipe 13, a low-pressure side pipe 14, an oil separator 15, an adsorber 16, a storage tank 17, a bypass mechanism 18, a power take-out unit 22, oil cooling A pipe 33, a cooling fluid pipe 34, and a bulk oil separator 160 are included. Bulk oil separator 160 separates oil from helium gas. The horizontal type compressor is described in detail in JP 2011-99669A.

図3に示すように、横置きタイプの圧縮機においても、オイル冷却配管33と冷却流体配管34との間に動力取出部22を設けることができる。   As shown in FIG. 3, the power take-out portion 22 can be provided between the oil cooling pipe 33 and the cooling fluid pipe 34 also in the horizontal type compressor.

(変形例2)
実施の形態では、GM冷凍機4を例として説明したが、これに限られず、冷凍機に動作ガスを供給する圧縮機に本実施の形態に係る技術的思想が適用されてもよい。そのような冷凍機は例えばGM型またはスターリング型パルスチューブ冷凍機や、スターリング冷凍機や、ソルベー冷凍機であってもよい。
(Modification 2)
In the embodiment, the GM refrigerator 4 has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the technical idea according to the present embodiment may be applied to a compressor that supplies operating gas to the refrigerator. Such a refrigerator may be, for example, a GM type or Stirling type pulse tube refrigerator, a Stirling refrigerator, or a Solvay refrigerator.

(変形例3)
実施の形態では、動力取出部22により取り出した動力により冷却流体配管34の冷却水を循環させる場合について説明したが、これに限られない。例えば、動力取出部22により取り出した動力を用いて、発電機により発電してもよい。この場合、第2回転体44により発電機を駆動しても、第2回転体44が発電機の一部であってもよい。
(Modification 3)
In the embodiment, the case where the cooling water of the cooling fluid pipe 34 is circulated by the power extracted by the power extraction unit 22 is described, but the present invention is not limited to this. For example, the power extracted by the power extraction unit 22 may be used to generate power with a generator. In this case, even if the generator is driven by the second rotating body 44, the second rotating body 44 may be a part of the generator.

(変形例4)
実施の形態では、動力取出部22の第1回転体42および第2回転体44が、略歯車状に形成される場合について説明したが、これに限られない。動力取出部の第1回転体および第2回転体の形状としては、様々な形状が考えられる。
(Modification 4)
In the embodiment, the case where the first rotating body 42 and the second rotating body 44 of the power extraction unit 22 are formed in a substantially gear shape has been described, but the present invention is not limited thereto. Various shapes are conceivable as the shapes of the first rotating body and the second rotating body of the power extraction unit.

図4は、変形例に係る動力取出部122とその周辺を示す図である。第1回転体142は、第1羽根車142aと、第1マグネットギア部142bと、を含む。第1羽根車142aと第1マグネットギア部142bとは、実質的に同軸に一体に形成され、同時に回転する。第1回転体142は、第1羽根車142aおよび第1マグネットギア部142bの回転軸R3がオイルが流れる方向に実質的に直交するようにオイル冷却配管33内に配置される。第2回転体144は、第2羽根車144aと、第2マグネットギア部144bと、を含む。第2羽根車144a、第2マグネットギア部144bはそれぞれ、第1羽根車142a、第1マグネットギア部142bと同様に構成される。第2回転体144は、第2羽根車144aおよび第2マグネットギア部144bの回転軸R4が第1羽根車142aおよび第1マグネットギア部142bの回転軸R3と実質的に重なるように冷却流体配管34内に配置される。   FIG. 4 is a diagram showing the power take-out unit 122 and its surroundings according to a modification. The first rotating body 142 includes a first impeller 142a and a first magnet gear portion 142b. The 1st impeller 142a and the 1st magnet gear part 142b are integrally formed substantially coaxially, and rotate simultaneously. The first rotating body 142 is disposed in the oil cooling pipe 33 so that the rotation shaft R3 of the first impeller 142a and the first magnet gear portion 142b is substantially orthogonal to the direction in which the oil flows. The second rotating body 144 includes a second impeller 144a and a second magnet gear portion 144b. The second impeller 144a and the second magnet gear portion 144b are configured similarly to the first impeller 142a and the first magnet gear portion 142b, respectively. The second rotating body 144 is a cooling fluid pipe so that the rotation shaft R4 of the second impeller 144a and the second magnet gear portion 144b substantially overlaps the rotation shaft R3 of the first impeller 142a and the first magnet gear portion 142b. 34.

オイルの流れを受けて第1羽根車142aひいては第1マグネットギア部142bが回転すると、その回転力が磁力を介して第2マグネットギア部144bに伝達され、第2マグネットギア部144bひいては第2羽根車144aが回転する。第2羽根車144aは、冷却流体配管34の冷却水をかいて循環させる。   When the first impeller 142a and then the first magnet gear portion 142b rotate in response to the oil flow, the rotational force is transmitted to the second magnet gear portion 144b via the magnetic force, and the second magnet gear portion 144b and then the second blade. The car 144a rotates. The second impeller 144a circulates by cooling the cooling fluid piping 34.

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施の形態および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。例えば、請求項に記載のオイル循環ラインは、オイル冷却配管33を含んで実現されてもよい。また例えば、請求項に記載のガスラインは、高圧側配管13および低圧側配管14を含んで実現されてもよい。また例えば、請求項に記載の冷却流体循環ラインは、冷却流体配管34を含んで実現されてもよい。   Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiment generated by the combination has the effects of the combined embodiment and the modified examples. In addition, it should be understood by those skilled in the art that the functions to be fulfilled by the constituent elements described in the claims are realized by the individual constituent elements shown in the embodiments and the modified examples or by their linkage. . For example, the oil circulation line described in the claims may be realized including the oil cooling pipe 33. Further, for example, the gas line recited in the claims may be realized including the high-pressure side pipe 13 and the low-pressure side pipe 14. Further, for example, the cooling fluid circulation line described in the claims may be realized including the cooling fluid pipe 34.

10 圧縮機ユニット、 22 動力取出部、 42 第1回転体、 44 第2回転体、 110 圧縮機ユニット、 122 動力取出部、 142 第1回転体、 144 第2回転体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Compressor unit, 22 Power take-out part, 42 1st rotary body, 44 2nd rotary body, 110 Compressor unit, 122 Power take-out part, 142 1st rotary body, 144 2nd rotary body.

Claims (4)

冷凍機から戻ってくるガスを圧縮して当該冷凍機に供給する圧縮機ユニットであって、
ガスを圧縮するための圧縮機本体と、
前記圧縮機本体と前記冷凍機との間でガスを循環させるためのガスラインとは別に設けられ、前記圧縮機本体を冷却するためのオイルを循環させるオイル循環ラインと、
前記オイル循環ラインを循環するオイルの流れから動力を取り出すための動力取出部と、を備えることを特徴とする圧縮機ユニット。
A compressor unit that compresses the gas returning from the refrigerator and supplies the compressed gas to the refrigerator,
A compressor body for compressing gas;
An oil circulation line provided separately from a gas line for circulating gas between the compressor body and the refrigerator, and for circulating oil for cooling the compressor body;
A compressor unit comprising: a power extraction unit for extracting power from a flow of oil circulating in the oil circulation line.
前記動力取出部は、
前記オイル循環ラインを循環するオイルの流れにより回転する第1回転体と、
前記第1回転体とは非接触に配置され、前記第1回転体の回転に基づき回転するよう構成された第2回転体と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の圧縮機ユニット。
The power take-out part is
A first rotating body that rotates by the flow of oil circulating in the oil circulation line;
2. The compressor unit according to claim 1, further comprising: a second rotating body that is disposed in contact with the first rotating body and configured to rotate based on the rotation of the first rotating body. .
冷却流体を循環させる冷却流体循環ラインをさらに備え、
前記冷却流体循環ラインは、前記オイル循環ラインとの間で熱交換を行い前記オイル循環ラインを冷却し、
前記第2回転体は、冷却流体を循環させる駆動源として用いられることを特徴とする請求項2に記載の圧縮機ユニット。
A cooling fluid circulation line for circulating the cooling fluid;
The cooling fluid circulation line performs heat exchange with the oil circulation line to cool the oil circulation line,
The compressor unit according to claim 2, wherein the second rotating body is used as a drive source for circulating a cooling fluid.
ガスを使用する冷凍機と、
前記冷凍機から戻ってくるガスを圧縮して該冷凍機に供給する圧縮機ユニットと、を備え、
前記圧縮機ユニットは、
ガスを圧縮するための圧縮機本体と、
前記圧縮機本体と前記冷凍機との間でガスを循環させるためのガスラインとは別に設けられ、前記圧縮機本体を冷却するためのオイルを循環させるオイル循環ラインと、
前記オイル循環ラインを循環するオイルの流れから動力を取り出すための動力取出部と、を含むことを特徴とする冷却システム。
A refrigerator that uses gas,
A compressor unit that compresses the gas returning from the refrigerator and supplies the compressed gas to the refrigerator,
The compressor unit is
A compressor body for compressing gas;
An oil circulation line provided separately from a gas line for circulating gas between the compressor body and the refrigerator, and for circulating oil for cooling the compressor body;
And a power extractor for extracting power from the oil flow circulating in the oil circulation line.
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