JP6403608B2 - 極低温冷凍機及びロータリージョイント - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。極低温冷凍機10は、作動ガス(例えばヘリウムガス)を圧縮する圧縮機12と、作動ガスを断熱膨張により冷却する膨張機14と、を備える。極低温冷凍機10は、ギフォードマクマホン(Gifford-McMahon;GM)冷凍機など任意の蓄冷式冷凍機である。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10は、2つの第2高圧区間(または、上方加圧区間及び下方加圧区間)の更に両側に2つの緩衝区間を追加的に有する点で、第1の実施の形態に係る極低温冷凍機10と相違する。すなわち、第2高圧区間と周囲圧力区間との間に緩衝区間が形成される。
図6は、本発明の第3の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。第3の実施の形態に係る極低温冷凍機10は、低圧側のシール構造に関して第1及び第2の実施の形態に係る極低温冷凍機10と相違する。
図8は、本発明の第4の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。第4の実施の形態に係る極低温冷凍機10においては、第3の実施の形態に係る極低温冷凍機10と同様に、作動ガスシール部120は、第1高圧区間126において第1径を有し、第2高圧区間127において第2径を有し、第1径は第2径より小さい。
図9は、本発明の第5の実施の形態に係る極低温冷凍機10を概略的に示す図である。第5の実施の形態に係る極低温冷凍機10においては、第3の実施の形態に係る極低温冷凍機10と同様に、ステータ底壁部179がロータ軸端114を囲む半密閉区画を形成する。ただし、第5の実施の形態に係る極低温冷凍機10は、第3の実施の形態に係る極低温冷凍機10と異なり、シールディスクを有しない。このようにしても、第1高圧区間126から周囲環境への第1高圧作動ガスの漏れを防止することができる。
図10は、本発明の第6の実施の形態に係る超電導風力発電装置200を概略的に示す図である。超電導風力発電装置200は、基礎202上に立設される支柱204と、支柱204の上端に設置されるナセル206と、該ナセル206に対して回転自在に組付けられた回転ヘッド208とを有している。回転ヘッド208には、複数枚の風車ブレード210が取り付けられている。ナセル206の内部において、回転ヘッド208には、超電導発電機212が接続されている。
Claims (16)
- 静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第1高圧を有する第1高圧作動ガスのための第1高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第1高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第1高圧より低い第2高圧を有する第2高圧作動ガスのための第2高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第2高圧流路と、
前記第1高圧流路に連通する第1高圧区間、前記第1高圧区間と隣接し前記第2高圧流路に連通する第2高圧区間、及び、前記第2高圧区間とは反対側で前記第1高圧区間と隣接する加圧区間へと前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記第1高圧より低い中間圧を有することを特徴とする極低温冷凍機。 - 前記作動ガスシール部は、前記第1高圧区間とは反対側で前記第2高圧区間と隣接する第1緩衝区間を形成し、前記第1緩衝区間は、前記周囲圧力より高く前記第2高圧より低い第1緩衝圧を有することを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 前記第1緩衝区間に接続される緩衝容積を備えることを特徴とする請求項2に記載の極低温冷凍機。
- 前記緩衝容積は、圧力制御弁を介して前記第1緩衝区間に接続されることを特徴とする請求項3に記載の極低温冷凍機。
- 前記第1緩衝区間からガスを回収する補助圧縮機を備えることを特徴とする請求項2から4のいずれかに記載の極低温冷凍機。
- 前記第1緩衝圧は、0.11MPaから0.2MPaの範囲から選択されることを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載の極低温冷凍機。
- 前記作動ガスシール部は、前記第1高圧区間とは反対側で前記加圧区間と隣接する第2緩衝区間を形成し、前記第2緩衝区間は、前記周囲圧力より高く前記中間圧より低い第2緩衝圧を有することを特徴とする請求項2から6のいずれかに記載の極低温冷凍機。
- 前記加圧区間は、前記第2高圧流路に連通することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の極低温冷凍機。
- 前記第2高圧及び/または前記中間圧は、0.11MPaから0.2MPaの範囲から選択されることを特徴とする請求項1に記載の極低温冷凍機。
- 極低温冷凍機の圧縮機と前記極低温冷凍機の膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントであって、前記圧縮機は静止部に設置され、前記膨張機は前記静止部に軸回転可能に支持される回転部に設置され、前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い圧力を有する作動ガスの流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る作動ガスの流路と、
前記作動ガスの流路に連通する高圧区間、前記高圧区間と隣接する第1加圧区間、及び、前記第1加圧区間とは反対側で前記高圧区間と隣接する第2加圧区間へと前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記第1加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記高圧区間より低い第1中間圧を有し、前記第2加圧区間は、前記周囲圧力より高く前記高圧区間より低い第2中間圧を有することを特徴とするロータリージョイント。 - 静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第1高圧を有する第1高圧作動ガスのための第1高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第1高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第1高圧より低い第2高圧を有する第2高圧作動ガスのための第2高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第2高圧流路と、
前記第1高圧流路に連通する第1高圧区間と前記第2高圧流路に連通する第2高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記ロータは、前記回転軸の周囲で径方向に延在し前記回転軸に垂直な環状平坦面を有し、
前記作動ガスシール部は、前記周囲圧力から前記第2高圧区間をシールするよう前記回転軸まわりに配設されるシールディスクを備え、前記シールディスクは、前記環状平坦面に接触するシール面を有することを特徴とする極低温冷凍機。 - 前記作動ガスシール部は、前記シールディスクを前記ステータに連結し前記シールディスクを前記環状平坦面に付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項11に記載の極低温冷凍機。
- 前記シールディスクは、前記第2高圧を受ける受圧面を有し、前記第2高圧によって前記環状平坦面に押し付けられることを特徴とする請求項11または12に記載の極低温冷凍機。
- 前記作動ガスシール部は、前記シールディスクと前記ロータとの間に配設され前記回転軸まわりに延在する第1補助シールを備え、前記クリアランスは、前記第1補助シールと前記シール面との間に形成される緩衝区間を含み、前記緩衝区間は、前記周囲圧力より高く前記第2高圧より低い緩衝圧を有することを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載の極低温冷凍機。
- 静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第1高圧を有する第1高圧作動ガスのための第1高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第1高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第1高圧より低い第2高圧を有する第2高圧作動ガスのための第2高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第2高圧流路と、
前記第1高圧流路に連通する第1高圧区間と前記第2高圧流路に連通する第2高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記作動ガスシール部は、前記第1高圧区間において第1径を有し、前記第2高圧区間において第2径を有し、前記第1径は前記第2径より小さいことを特徴とする極低温冷凍機。 - 静止部と前記静止部に軸回転可能に支持される回転部とを有する装置に設置される極低温冷凍機であって、
前記静止部に設置される圧縮機と、
前記回転部に設置される膨張機と、
前記圧縮機と前記膨張機との流体連絡のためのロータリージョイントと、を備え、
前記ロータリージョイントは、
前記回転部の回転軸と同軸に前記回転部に固定されるロータと、
前記ロータとの間にクリアランスを形成するよう前記ロータと隣接配置され前記静止部に固定されるステータと、
前記極低温冷凍機の周囲圧力より高い第1高圧を有する第1高圧作動ガスのための第1高圧流路であって、前記ステータから前記クリアランスを通じて前記ロータに至る第1高圧流路と、
前記周囲圧力より高く前記第1高圧より低い第2高圧を有する第2高圧作動ガスのための第2高圧流路であって、前記ロータから前記クリアランスを通じて前記ステータに至る第2高圧流路と、
前記第1高圧流路に連通する第1高圧区間と前記第2高圧流路に連通する第2高圧区間とに前記クリアランスを仕切る作動ガスシール部と、を備え、
前記ロータは、前記回転部に固定されるロータ基部と、前記ロータ基部とは軸方向反対側に位置し前記ステータとの間に前記第1高圧区間を形成するロータ軸端と、を備え、
前記ステータは、前記ロータ軸端を囲む半密閉区画を形成するステータ底壁部を備えることを特徴とする極低温冷凍機。
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