JP2953209B2 - 低温ヘリウム圧縮機及びその冷却方法 - Google Patents
低温ヘリウム圧縮機及びその冷却方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温ヘリウム圧縮機及び
その冷却方法に関し、更に詳しくは、液化ヘリウムを製
造する液化装置に用いる低温ヘリウム圧縮機を駆動する
電動機とその冷却方法に関する。
その冷却方法に関し、更に詳しくは、液化ヘリウムを製
造する液化装置に用いる低温ヘリウム圧縮機を駆動する
電動機とその冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液化ヘリウムは実在気体のうちで最も低
い沸点を有し、超電導発電機など超電導電力応用機器へ
の利用が図られている。かかる液化ヘリウムを製造する
には、従来、図４に示すような二元冷凍サイクルが考え
られてきた。すなわち、液化ヘリウム製造装置は、直列
に連結した複数の低温ヘリウム圧縮機５１を内蔵する圧
縮機ユニット５２と、圧縮されたヘリウムを断熱膨張さ
せて液化させるヘリウム液化ユニット５３とからなるヘ
リウム冷凍サイクルと、液化窒素を製造し圧縮機ユニッ
ト５２に供給する窒素液化ユニット５４からなる窒素冷
却サイクルとから構成され、圧縮機ユニット５２内でヘ
リウムガスを圧縮し、圧縮したヘリウムガスを液化窒素
により冷却し、次いでヘリウム液化ユニット５３内でヘ
リウムガスを更に冷却後、断熱膨張させてその一部を液
化し、製造した液化ヘリウムを超電導発電機５５等で使
用するものである。
い沸点を有し、超電導発電機など超電導電力応用機器へ
の利用が図られている。かかる液化ヘリウムを製造する
には、従来、図４に示すような二元冷凍サイクルが考え
られてきた。すなわち、液化ヘリウム製造装置は、直列
に連結した複数の低温ヘリウム圧縮機５１を内蔵する圧
縮機ユニット５２と、圧縮されたヘリウムを断熱膨張さ
せて液化させるヘリウム液化ユニット５３とからなるヘ
リウム冷凍サイクルと、液化窒素を製造し圧縮機ユニッ
ト５２に供給する窒素液化ユニット５４からなる窒素冷
却サイクルとから構成され、圧縮機ユニット５２内でヘ
リウムガスを圧縮し、圧縮したヘリウムガスを液化窒素
により冷却し、次いでヘリウム液化ユニット５３内でヘ
リウムガスを更に冷却後、断熱膨張させてその一部を液
化し、製造した液化ヘリウムを超電導発電機５５等で使
用するものである。
【０００３】上述した液化ヘリウム製造装置において、
低温ヘリウム圧縮機５１を駆動するには電動機５７が用
いられ、この電動機５７の発熱を圧縮機ユニット５２内
で冷却する必要がある。従来、この電動機５７の冷却
は、電動機の固定子外周部のケーシングにジャケットを
設け、ここに液化窒素を導入して固定子、ケーシング等
を冷却し、同時に電動機内部に圧縮機で圧縮したヘリウ
ムガスの一部を流して電動機内部を冷却していた。この
場合、ジャケットを通過した液化窒素は圧縮機ユニット
下部の液化窒素５８に供給され、電動機内部を通過した
ヘリウムガスは圧縮機上流側の熱交換器に戻していた。
低温ヘリウム圧縮機５１を駆動するには電動機５７が用
いられ、この電動機５７の発熱を圧縮機ユニット５２内
で冷却する必要がある。従来、この電動機５７の冷却
は、電動機の固定子外周部のケーシングにジャケットを
設け、ここに液化窒素を導入して固定子、ケーシング等
を冷却し、同時に電動機内部に圧縮機で圧縮したヘリウ
ムガスの一部を流して電動機内部を冷却していた。この
場合、ジャケットを通過した液化窒素は圧縮機ユニット
下部の液化窒素５８に供給され、電動機内部を通過した
ヘリウムガスは圧縮機上流側の熱交換器に戻していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した電動
機の冷却ではヘリウムの冷却に必要な液化窒素の量に加
えて、電動機の冷却のために相当余分に液化窒素を必要
とする問題があった。これにより、窒素液化ユニット５
４の容量、及び圧縮機ユニット５２との連結管の容量が
増大し、設備費が高くなる問題があった。その上、窒素
液化ユニット５４に戻る窒素の温度が相当に低く（約８
０Ｋ）、そのため窒素液化ユニット内の低温部分に戻り
配管用の連結部を設ける必要があり、窒素液化ユニット
が複雑化し設備費が更に高くなる問題があった。
機の冷却ではヘリウムの冷却に必要な液化窒素の量に加
えて、電動機の冷却のために相当余分に液化窒素を必要
とする問題があった。これにより、窒素液化ユニット５
４の容量、及び圧縮機ユニット５２との連結管の容量が
増大し、設備費が高くなる問題があった。その上、窒素
液化ユニット５４に戻る窒素の温度が相当に低く（約８
０Ｋ）、そのため窒素液化ユニット内の低温部分に戻り
配管用の連結部を設ける必要があり、窒素液化ユニット
が複雑化し設備費が更に高くなる問題があった。
【０００５】また、液化窒素をヘリウム冷却用と電動機
冷却用に二分して供給する必要があり、特に電動機はそ
の負荷がそれぞれ異なるのでそれぞれの電動機用に液化
窒素用の流量調節弁５９を備え、運転状態に応じてこれ
を制御する必要があった。従って、それぞれ独立した制
御装置が必要になる問題があった。更に、運転開始に先
立って圧縮機ユニットを予冷する場合に、電動機が極低
温（約７７Ｋ、−１９６°Ｃ）の液化窒素により急激に
冷やされるため局部歪を生じ、電動機が急速起動できな
くなるおそれがあった。
冷却用に二分して供給する必要があり、特に電動機はそ
の負荷がそれぞれ異なるのでそれぞれの電動機用に液化
窒素用の流量調節弁５９を備え、運転状態に応じてこれ
を制御する必要があった。従って、それぞれ独立した制
御装置が必要になる問題があった。更に、運転開始に先
立って圧縮機ユニットを予冷する場合に、電動機が極低
温（約７７Ｋ、−１９６°Ｃ）の液化窒素により急激に
冷やされるため局部歪を生じ、電動機が急速起動できな
くなるおそれがあった。
【０００６】本発明は上述した問題を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、液化
窒素の必要量を低減して窒素液化ユニット、連結管等の
設備費を低減することができ、制御が簡単であり、かつ
予冷により局部歪が生じるおそれのない、低温ヘリウム
圧縮機とその冷却方法を提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、液化
窒素の必要量を低減して窒素液化ユニット、連結管等の
設備費を低減することができ、制御が簡単であり、かつ
予冷により局部歪が生じるおそれのない、低温ヘリウム
圧縮機とその冷却方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれは、窒素・
ヘリウム二元冷凍サイクルに使用する低温ヘリウム圧縮
機であって、ヘリウム圧縮機を駆動する電動機を備え、
該電動機は電動機外周を間隔を隔てて囲む案内筒と、該
案内筒と電動機の外周部との間に互いに軸方向に整合し
て設けられた冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換器とを
有し、前記冷却フィンは蒸発した窒素ガスにより冷却さ
れ、かつ前記ヘリウム・窒素熱交換器は、電動機内部を
通過したヘリウムガスを冷却フィンを通過した窒素ガス
により間接冷却するようになっている、ことを特徴とす
る。
ヘリウム二元冷凍サイクルに使用する低温ヘリウム圧縮
機であって、ヘリウム圧縮機を駆動する電動機を備え、
該電動機は電動機外周を間隔を隔てて囲む案内筒と、該
案内筒と電動機の外周部との間に互いに軸方向に整合し
て設けられた冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換器とを
有し、前記冷却フィンは蒸発した窒素ガスにより冷却さ
れ、かつ前記ヘリウム・窒素熱交換器は、電動機内部を
通過したヘリウムガスを冷却フィンを通過した窒素ガス
により間接冷却するようになっている、ことを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明の好ましい実施例によれば、
前記案内筒には更に、ヘリウムガスの冷却によって蒸発
した窒素ガスを前記冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換
器に導く案内板が設けられている。更に、本発明によれ
ば、窒素・ヘリウム二元冷凍サイクルに使用する低温ヘ
リウム圧縮機の冷却方法であって、ヘリウムガスの冷却
によって蒸発した窒素ガスにより、低温ヘリウム圧縮機
を駆動する電動機の外周部を冷却し、ヘリウムガスによ
り前記電動機の内部を冷却し、更に電動機外周部を冷却
した窒素ガスにより電動機内部を冷却した前記ヘリウム
ガスを冷却する、ことを特徴とする。
前記案内筒には更に、ヘリウムガスの冷却によって蒸発
した窒素ガスを前記冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換
器に導く案内板が設けられている。更に、本発明によれ
ば、窒素・ヘリウム二元冷凍サイクルに使用する低温ヘ
リウム圧縮機の冷却方法であって、ヘリウムガスの冷却
によって蒸発した窒素ガスにより、低温ヘリウム圧縮機
を駆動する電動機の外周部を冷却し、ヘリウムガスによ
り前記電動機の内部を冷却し、更に電動機外周部を冷却
した窒素ガスにより電動機内部を冷却した前記ヘリウム
ガスを冷却する、ことを特徴とする。
【０００９】
【作用】従来は液化窒素により電動機を冷却し、圧縮機
ユニット内で蒸発した窒素は、そのまま窒素液化ユニッ
トに戻していたが、本発明では逆に蒸発後の窒素ガスに
より電動機を冷却し、液化窒素は本来の目的のみに使用
するものである。すなわち、上述した本発明によれば、
案内筒と電動機の外周部との間に互いに軸方向に整合し
て設けられた冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換器とを
有し、ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスに
より、低温ヘリウム圧縮機を駆動する電動機の外周部を
冷却し、ヘリウムガスにより電動機の内部を冷却し、更
に電動機外周部を冷却した窒素ガスにより電動機内部を
冷却したヘリウムガスを冷却するので、圧縮機ユニット
を出る窒素ガスの温度は従来に較べて相当高くなる（例
えば、７８Ｋから１１７Ｋ）。従って、圧縮機ユニット
内で同一の電動機の発熱を冷却するために必要な液化窒
素の量が少なくなり、窒素液化ユニット、連結管等の設
備費を低減することができる。
ユニット内で蒸発した窒素は、そのまま窒素液化ユニッ
トに戻していたが、本発明では逆に蒸発後の窒素ガスに
より電動機を冷却し、液化窒素は本来の目的のみに使用
するものである。すなわち、上述した本発明によれば、
案内筒と電動機の外周部との間に互いに軸方向に整合し
て設けられた冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換器とを
有し、ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスに
より、低温ヘリウム圧縮機を駆動する電動機の外周部を
冷却し、ヘリウムガスにより電動機の内部を冷却し、更
に電動機外周部を冷却した窒素ガスにより電動機内部を
冷却したヘリウムガスを冷却するので、圧縮機ユニット
を出る窒素ガスの温度は従来に較べて相当高くなる（例
えば、７８Ｋから１１７Ｋ）。従って、圧縮機ユニット
内で同一の電動機の発熱を冷却するために必要な液化窒
素の量が少なくなり、窒素液化ユニット、連結管等の設
備費を低減することができる。
【００１０】また、蒸発した窒素ガスにより電動機を冷
却することから、液化窒素を用いる場合のように厳密な
制御を必要とせず、実質的には制御装置が不要であり、
かつ予冷により局部歪が生じるおそれもなくなる。
却することから、液化窒素を用いる場合のように厳密な
制御を必要とせず、実質的には制御装置が不要であり、
かつ予冷により局部歪が生じるおそれもなくなる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。図１は、本発明による低温ヘリウム圧縮
機を用いた液化ヘリウム製造装置の全体構成図である。
この図において、液化ヘリウム製造装置は、直列に連結
した複数の低温ヘリウム圧縮機１０を内蔵する圧縮機ユ
ニット２０と、圧縮されたヘリウムを断熱膨張させて液
化させるヘリウム液化ユニット５３とからなるヘリウム
冷凍サイクルと、液化窒素を製造し圧縮機ユニット２０
に供給する窒素液化ユニット３０からなる窒素冷却サイ
クルとから構成される。すなわち、液化ヘリウム製造装
置は、ヘリウム冷凍サイクルと窒素冷却サイクルとから
構成される二元冷凍サイクルである。
して説明する。図１は、本発明による低温ヘリウム圧縮
機を用いた液化ヘリウム製造装置の全体構成図である。
この図において、液化ヘリウム製造装置は、直列に連結
した複数の低温ヘリウム圧縮機１０を内蔵する圧縮機ユ
ニット２０と、圧縮されたヘリウムを断熱膨張させて液
化させるヘリウム液化ユニット５３とからなるヘリウム
冷凍サイクルと、液化窒素を製造し圧縮機ユニット２０
に供給する窒素液化ユニット３０からなる窒素冷却サイ
クルとから構成される。すなわち、液化ヘリウム製造装
置は、ヘリウム冷凍サイクルと窒素冷却サイクルとから
構成される二元冷凍サイクルである。
【００１２】この装置の使用において、圧縮機ユニット
２０内でヘリウムガスを圧縮し、圧縮したヘリウムガス
を液化窒素８により冷却し、次いでヘリウム液化ユニッ
ト５３内でヘリウムガスを更に冷却後、断熱膨張させて
その一部を液化し、製造された液化ヘリウムを超電導発
電機５５等で使用する。ヘリウム液化ユニット５３は、
熱交換器、膨張機、膨張弁等により構成される。なお、
ヘリウム液化ユニット５３と超電導発電機５５は、図４
に示した従来の液化ヘリウム製造装置と同一であり、詳
細の説明は省略する。
２０内でヘリウムガスを圧縮し、圧縮したヘリウムガス
を液化窒素８により冷却し、次いでヘリウム液化ユニッ
ト５３内でヘリウムガスを更に冷却後、断熱膨張させて
その一部を液化し、製造された液化ヘリウムを超電導発
電機５５等で使用する。ヘリウム液化ユニット５３は、
熱交換器、膨張機、膨張弁等により構成される。なお、
ヘリウム液化ユニット５３と超電導発電機５５は、図４
に示した従来の液化ヘリウム製造装置と同一であり、詳
細の説明は省略する。
【００１３】更に、図１に示すように、圧縮機ユニット
２０内には、ヘリウムガスを冷却する複数の熱交換器
２、４、６が設けられ、また圧縮機ユニット２０の下部
には熱交換器２、４、６を冷却する液化窒素８が熱交換
器２、４、６よりも高いレベルまで供給されている。更
に、窒素液化ユニット３０は圧縮機３２、膨張弁３４、
液化熱交換器３６、低温熱交換器３８からなる窒素冷却
サイクルであり、かつその膨張弁３４の上流側と圧縮機
ユニット２０内とを結ぶ液化窒素供給ラインには別の膨
張弁４０が設けられている。低温高圧の窒素は膨張弁４
０により減圧され、大部分が液化窒素となって圧縮機ユ
ニット２０に供給される。圧縮機ユニット２０内の圧力
は、常圧（１ａｔｍ）であり、約７７Ｋの液化窒素と窒
素ガスが供給され、液化窒素は圧縮機ユニット下部の液
化窒素８に混入する。また、圧縮機ユニット２０の上部
と、液化熱交換器３６と低温熱交換器３８の連結部との
間には窒素ガスの戻りラインが設けられており、蒸発し
た窒素ガスはこのラインを介して直接窒素液化ユニット
３０に戻される。
２０内には、ヘリウムガスを冷却する複数の熱交換器
２、４、６が設けられ、また圧縮機ユニット２０の下部
には熱交換器２、４、６を冷却する液化窒素８が熱交換
器２、４、６よりも高いレベルまで供給されている。更
に、窒素液化ユニット３０は圧縮機３２、膨張弁３４、
液化熱交換器３６、低温熱交換器３８からなる窒素冷却
サイクルであり、かつその膨張弁３４の上流側と圧縮機
ユニット２０内とを結ぶ液化窒素供給ラインには別の膨
張弁４０が設けられている。低温高圧の窒素は膨張弁４
０により減圧され、大部分が液化窒素となって圧縮機ユ
ニット２０に供給される。圧縮機ユニット２０内の圧力
は、常圧（１ａｔｍ）であり、約７７Ｋの液化窒素と窒
素ガスが供給され、液化窒素は圧縮機ユニット下部の液
化窒素８に混入する。また、圧縮機ユニット２０の上部
と、液化熱交換器３６と低温熱交換器３８の連結部との
間には窒素ガスの戻りラインが設けられており、蒸発し
た窒素ガスはこのラインを介して直接窒素液化ユニット
３０に戻される。
【００１４】図２は本発明による低温ヘリウム圧縮機の
全体構成図である。図２に示すように、低温ヘリウム圧
縮機１０は、ヘリウム圧縮機１１を駆動する電動機１２
を備え、電動機１２は電動機外周を間隔を隔てて囲む案
内筒１４と、案内筒１４と電動機１２の外周部との間に
互いに軸方向に整合して設けられた冷却フィン１６とヘ
リウム・窒素熱交換器１８とを有する。電動機１２は、
回転子１２ａ、軸受１２ｂ、固定子１２ｃ等を備え、回
転子１２ａの回転によりヘリウム圧縮機１１を駆動す
る。電動機１２の内部には圧縮後のヘリウムガスが導入
できるようになっている。冷却フィン１６は、電動機の
ケーシング外周に嵌め込まれたアルミニウム製フィンと
するのが良い。またヘリウム・窒素熱交換器１８は電動
機内部を通過したヘリウムガスを冷却フィン１６を通過
した窒素ガスにより間接冷却する。ヘリウム・窒素熱交
換器１８はフィンチューブ式熱交換器であり、フィンの
まわりを窒素ガスが流れ、チューブ内をヘリウムガスが
流れるようになっている。更に、案内筒１４には、ヘリ
ウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスを冷却フィン
１６とヘリウム・窒素熱交換器１８に導く案内板１９が
設けられている。案内板１９は圧縮機ユニット２０内部
を仕切り、蒸発した窒素ガスの全量を案内筒１４に導く
ようになっているのが良い。
全体構成図である。図２に示すように、低温ヘリウム圧
縮機１０は、ヘリウム圧縮機１１を駆動する電動機１２
を備え、電動機１２は電動機外周を間隔を隔てて囲む案
内筒１４と、案内筒１４と電動機１２の外周部との間に
互いに軸方向に整合して設けられた冷却フィン１６とヘ
リウム・窒素熱交換器１８とを有する。電動機１２は、
回転子１２ａ、軸受１２ｂ、固定子１２ｃ等を備え、回
転子１２ａの回転によりヘリウム圧縮機１１を駆動す
る。電動機１２の内部には圧縮後のヘリウムガスが導入
できるようになっている。冷却フィン１６は、電動機の
ケーシング外周に嵌め込まれたアルミニウム製フィンと
するのが良い。またヘリウム・窒素熱交換器１８は電動
機内部を通過したヘリウムガスを冷却フィン１６を通過
した窒素ガスにより間接冷却する。ヘリウム・窒素熱交
換器１８はフィンチューブ式熱交換器であり、フィンの
まわりを窒素ガスが流れ、チューブ内をヘリウムガスが
流れるようになっている。更に、案内筒１４には、ヘリ
ウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスを冷却フィン
１６とヘリウム・窒素熱交換器１８に導く案内板１９が
設けられている。案内板１９は圧縮機ユニット２０内部
を仕切り、蒸発した窒素ガスの全量を案内筒１４に導く
ようになっているのが良い。
【００１５】本発明による低温ヘリウム圧縮機の冷却方
法によれば、ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素
ガスにより、ヘリウム圧縮機１１を駆動する電動機１２
の外周部を冷却し、ヘリウムガスにより電動機１２の内
部を冷却し、更に電動機外周部を冷却した窒素ガスによ
り電動機内部を冷却したヘリウムガスを冷却する。すな
わち、図１において、熱交換器２、４、６で熱交換し蒸
発した窒素ガスは、全量が冷却フィン１６と案内筒１４
の間を通り、電動機１２が発する熱を奪った後、その上
部に設けられたヘリウム・窒素熱交換器１８に入り、チ
ューブ内を流れる電動機内部冷却後のヘリウムガスと熱
交換して圧縮機ユニット２０の外に出、窒素液化ユニッ
ト３０に戻される。一方、ヘリウム・窒素熱交換器１８
で冷却されたヘリウムガスは、前段の圧縮機出口側に戻
され熱交換器を経て再び圧縮機に吸入される。また、図
１の例では、１段圧縮機の場合は冷却されたヘリウムガ
スは、入口ガスと合流し、熱交換器２に入る。
法によれば、ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素
ガスにより、ヘリウム圧縮機１１を駆動する電動機１２
の外周部を冷却し、ヘリウムガスにより電動機１２の内
部を冷却し、更に電動機外周部を冷却した窒素ガスによ
り電動機内部を冷却したヘリウムガスを冷却する。すな
わち、図１において、熱交換器２、４、６で熱交換し蒸
発した窒素ガスは、全量が冷却フィン１６と案内筒１４
の間を通り、電動機１２が発する熱を奪った後、その上
部に設けられたヘリウム・窒素熱交換器１８に入り、チ
ューブ内を流れる電動機内部冷却後のヘリウムガスと熱
交換して圧縮機ユニット２０の外に出、窒素液化ユニッ
ト３０に戻される。一方、ヘリウム・窒素熱交換器１８
で冷却されたヘリウムガスは、前段の圧縮機出口側に戻
され熱交換器を経て再び圧縮機に吸入される。また、図
１の例では、１段圧縮機の場合は冷却されたヘリウムガ
スは、入口ガスと合流し、熱交換器２に入る。
【００１６】上記本発明によれば、案内筒１４と電動機
１２の外周部との間に互いに軸方向に整合して設けられ
た冷却フィン１６とヘリウム・窒素熱交換器１８とを有
し、ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスによ
り、ヘリウム圧縮機１１を駆動する電動機１２の外周部
を冷却し、ヘリウムガスにより電動機の内部を冷却し、
更に電動機外周部を冷却した窒素ガスにより電動機内部
を冷却したヘリウムガスを冷却するので、圧縮機ユニッ
トを出る窒素ガスの温度は従来に較べて高くなる（例え
ば、７８Ｋから１１７Ｋ）。すなわち、熱交換によって
電動機発熱相当分は全量窒素ガスに吸収され、その分液
化窒素消費量が減る。従って、圧縮機ユニット２０内で
同一の電動機の発熱を冷却するために必要な液化窒素の
量が少なくなる。これにより、窒素液化ユニット、連結
管等の設備費を低減することができる。
１２の外周部との間に互いに軸方向に整合して設けられ
た冷却フィン１６とヘリウム・窒素熱交換器１８とを有
し、ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスによ
り、ヘリウム圧縮機１１を駆動する電動機１２の外周部
を冷却し、ヘリウムガスにより電動機の内部を冷却し、
更に電動機外周部を冷却した窒素ガスにより電動機内部
を冷却したヘリウムガスを冷却するので、圧縮機ユニッ
トを出る窒素ガスの温度は従来に較べて高くなる（例え
ば、７８Ｋから１１７Ｋ）。すなわち、熱交換によって
電動機発熱相当分は全量窒素ガスに吸収され、その分液
化窒素消費量が減る。従って、圧縮機ユニット２０内で
同一の電動機の発熱を冷却するために必要な液化窒素の
量が少なくなる。これにより、窒素液化ユニット、連結
管等の設備費を低減することができる。
【００１７】また、電動機負荷と蒸発する窒素ガス量と
はほぼ比例し、かつ、電動機と圧縮機が直結されており
同じ温度範囲で運転されることから、電動機冷却系の窒
素ガスの流量制御は特に必要でない。すなわち、蒸発し
た窒素ガスにより電動機を冷却することから、液化窒素
による冷却の場合のように厳密な制御を必要とせず、実
質的には制御装置が不要である。又、予冷は熱交換器を
冷却した後のガスを用いるため急激に冷却されることが
なく、電動機に局部歪を生じるおそれがない。
はほぼ比例し、かつ、電動機と圧縮機が直結されており
同じ温度範囲で運転されることから、電動機冷却系の窒
素ガスの流量制御は特に必要でない。すなわち、蒸発し
た窒素ガスにより電動機を冷却することから、液化窒素
による冷却の場合のように厳密な制御を必要とせず、実
質的には制御装置が不要である。又、予冷は熱交換器を
冷却した後のガスを用いるため急激に冷却されることが
なく、電動機に局部歪を生じるおそれがない。
【００１８】図３は、窒素液化ユニットにおける物質収
支を（Ａ）従来の方法による場合、と（Ｂ）本発明の方
法による場合、とを比較した計算例を示している。
（Ａ）と（Ｂ）とは電動機から同一の熱量を冷却により
回収した場合を比較している。（Ａ）と（Ｂ）との比較
から明らかなように、窒素ガスの戻り温度が（Ａ）の７
８Ｋに較べて（Ｂ）では１１７Ｋであり、本発明では相
当に高い。これは、従来のように蒸発した窒素ガスをそ
のまま戻すのではなく、本発明では電動機の冷却に使用
してから戻すことによる。この温度の違いから窒素ガス
の全体必要量は（Ａ）６，３２５kg/h から（Ｂ）６，
２９０kg/h へ減り、また圧縮機ユニットに供給される
量も（Ａ）１，３９８kg/h から（Ｂ）１，１３６kg/h
へ約２０％低減している。更に、戻り温度が１１７Ｋ
と高いため、戻りの窒素ガスを液化熱交換器３６と低温
熱交換器３８の連結部に直接戻すことができる。従っ
て、従来のように窒素液化ユニット内の低温部分に戻り
配管用の連結部を設ける必要がない。
支を（Ａ）従来の方法による場合、と（Ｂ）本発明の方
法による場合、とを比較した計算例を示している。
（Ａ）と（Ｂ）とは電動機から同一の熱量を冷却により
回収した場合を比較している。（Ａ）と（Ｂ）との比較
から明らかなように、窒素ガスの戻り温度が（Ａ）の７
８Ｋに較べて（Ｂ）では１１７Ｋであり、本発明では相
当に高い。これは、従来のように蒸発した窒素ガスをそ
のまま戻すのではなく、本発明では電動機の冷却に使用
してから戻すことによる。この温度の違いから窒素ガス
の全体必要量は（Ａ）６，３２５kg/h から（Ｂ）６，
２９０kg/h へ減り、また圧縮機ユニットに供給される
量も（Ａ）１，３９８kg/h から（Ｂ）１，１３６kg/h
へ約２０％低減している。更に、戻り温度が１１７Ｋ
と高いため、戻りの窒素ガスを液化熱交換器３６と低温
熱交換器３８の連結部に直接戻すことができる。従っ
て、従来のように窒素液化ユニット内の低温部分に戻り
配管用の連結部を設ける必要がない。
【００１９】
【発明の効果】上述したように本発明によれば、１．液
化窒素供給量が少なくかつ窒素ガス戻り温度が高いた
め、窒素液化系とヘリウム液化系の連結や両設備の設計
が容易になる、２．液化窒素の供給量が少なくて済むた
め、窒素液化ユニットが小さくて済む、３．電動機冷却
のための制御装置が不要になる、４．予冷は熱交換器を
冷却した後のガスを用いるため、電動機の温度の急変に
よに局部歪を生じるおそれがない、等の効果を有する。
化窒素供給量が少なくかつ窒素ガス戻り温度が高いた
め、窒素液化系とヘリウム液化系の連結や両設備の設計
が容易になる、２．液化窒素の供給量が少なくて済むた
め、窒素液化ユニットが小さくて済む、３．電動機冷却
のための制御装置が不要になる、４．予冷は熱交換器を
冷却した後のガスを用いるため、電動機の温度の急変に
よに局部歪を生じるおそれがない、等の効果を有する。
【００２０】すなわち、要約すれば、従来は液化窒素に
より電動機を冷却し、圧縮機ユニット内で蒸発した液化
窒素は、そのまま窒素液化ユニットに戻していたが、本
発明では逆に蒸発後の窒素ガスにより電動機を冷却し、
液化窒素は本来の目的のみに使用するので、液化窒素の
必要量を低減して窒素液化ユニット、連結管等の設備費
を低減することができ、制御が簡単で制御装置が不要と
なり、かつ予冷により局部歪が生じるおそれがなくな
る、等の効果を有する。
より電動機を冷却し、圧縮機ユニット内で蒸発した液化
窒素は、そのまま窒素液化ユニットに戻していたが、本
発明では逆に蒸発後の窒素ガスにより電動機を冷却し、
液化窒素は本来の目的のみに使用するので、液化窒素の
必要量を低減して窒素液化ユニット、連結管等の設備費
を低減することができ、制御が簡単で制御装置が不要と
なり、かつ予冷により局部歪が生じるおそれがなくな
る、等の効果を有する。
【図１】本発明による低温ヘリウム圧縮機を用いた液化
ヘリウム製造装置の全体構成図である。
ヘリウム製造装置の全体構成図である。
【図２】本発明による低温ヘリウム圧縮機の全体構成図
である。
である。
【図３】窒素液化ユニットにおける物質収支の比較例で
ある。
ある。
【図４】従来の液化ヘリウム製造装置の全体構成図であ
る。
る。
２、４、６ 熱交換器 ８ 液化窒素 １０ 低温ヘリウム圧縮機 １１ ヘリウム圧縮機 １２ 電動機 １４ 案内筒 １６ 冷却フィン １８ ヘリウム・窒素熱交換器 １９ 案内板 ２０ 圧縮機ユニット ３０ 窒素液化ユニット ３２ 圧縮機 ３４ 膨張弁 ３６ 液化熱交換器 ３８ 低温熱交換器 ４０ 膨張弁 ５３ ヘリウム液化ユニット ５５ 超電導発電機
フロントページの続き (72)発明者 大矢 博志 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 朝倉 啓 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (72)発明者 森 幹郎 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川 島播磨重工業株式会社 豊洲総合事務所 内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/00 F25J 1/00
Claims (3)
- 【請求項１】 窒素・ヘリウム二元冷凍サイクルに使用
する低温ヘリウム圧縮機であって、 ヘリウム圧縮機を駆動する電動機を備え、該電動機は電
動機外周を間隔を隔てて囲む案内筒と、該案内筒と電動
機の外周部との間に互いに軸方向に整合して設けられた
冷却フィンとヘリウム・窒素熱交換器とを有し、 前記冷却フィンは蒸発した窒素ガスにより冷却され、か
つ前記ヘリウム・窒素熱交換器は、電動機内部を通過し
たヘリウムガスを冷却フィンを通過した窒素ガスにより
間接冷却するようになっている、ことを特徴とする低温
ヘリウム圧縮機。 - 【請求項２】 前記案内筒には更に、ヘリウムガスの冷
却によって蒸発した窒素ガスを前記冷却フィンとヘリウ
ム・窒素熱交換器に導く案内板が設けられている、こと
を特徴とする請求項１に記載の低温ヘリウム圧縮機。 - 【請求項３】 窒素・ヘリウム二元冷凍サイクルに使用
する低温ヘリウム圧縮機の冷却方法であって、 ヘリウムガスの冷却によって蒸発した窒素ガスにより、
ヘリウム圧縮機を駆動する電動機の外周部を冷却し、ヘ
リウムガスにより前記電動機の内部を冷却し、更に電動
機外周部を冷却した窒素ガスにより電動機内部を冷却し
た前記ヘリウムガスを冷却する、ことを特徴とする低温
ヘリウム圧縮機の冷却方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22242192A JP2953209B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 低温ヘリウム圧縮機及びその冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22242192A JP2953209B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 低温ヘリウム圧縮機及びその冷却方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674582A JPH0674582A (ja) | 1994-03-15 |
| JP2953209B2 true JP2953209B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=16782129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22242192A Expired - Fee Related JP2953209B2 (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 低温ヘリウム圧縮機及びその冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953209B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3742204B2 (ja) * | 1996-11-21 | 2006-02-01 | 日世株式会社 | 成形焼き菓子の製造方法 |
| KR102459885B1 (ko) * | 2022-06-07 | 2022-10-28 | 한국표준과학연구원 | 서브켈빈 순환식 저온유지장치 및 이를 이용한 저온유지방법 |
-
1992
- 1992-08-21 JP JP22242192A patent/JP2953209B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0674582A (ja) | 1994-03-15 |
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