JPH0435714A - 高分子量気体の吸脱着装置及びこれを用いる冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はスクリュー型圧縮機における作動気体の漏れを
減少させ体積効率を向上するために、作動気体中に該気
体よりも高分子量の気体を注入して混合気体として圧縮
する場合において、該混合気体に対して高分子量気体の
吸脱着を繰返し行い連続運転ができるようにする技術に
関する。

（従来の技術） スクリュー型圧縮機は互いに噛み合わせた雄・雌一対の
スクリューロータを協同回転させながら両ロータ間の閉
し込み空間の容積変化を生ぜしめるように動作させるも
のであるが、この場合の圧縮効率は、両ロータによって
形成されるシールラインからの気体の漏れ量、すなわち
該シールラインによって形成される閉じ込み空間からの
気体の短絡漏洩量に大きく左右される。このため従来は
、このような短絡漏洩量を少なくするため、前記両ロー
タの表面粗さを極力平滑化し両ロータ聞及びケーシング
との間等のクリアランスをできるだけ小さくするように
色々な工夫が行われている。

（発明が解決しようとする課題） これに対し、本出願人は前記従来技術の改良方向と異な
り、作動気体中に該気体よりも高分子量の気体を注入し
て混合気体として運転することにより、閉じ込み空間か
らの気体の短絡漏洩量を減少させスクリュー型回転機械
の体積効率を向上させる運転方法を発明した。この発明
については、平成２年４月１７日に「スクリュー型回転
機械の運転方法」としてすでに特許出願（特願平２−１
０１４９４号）をしている。

本発明は、前記出願の「スクリュー型回転機械の運転方
法」をスクリュー型圧縮機を用いる冷却装置（ヒートポ
ンプを含む）に採用する場合に、該装置の能率の良い連
続運転を可能にする作動気体からの高分子量気体の吸脱
着装置とこの装置を用いるに好適な冷却装置を得ること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のスクリュー型圧縮機を用いる冷却装置の高分子
量気体の吸脱着装置は、前記の目的を達成するために、 前記圧縮機に対して複数個の吸着器を接続し、切替弁の
開閉によって、前記圧縮機の吐出側に一の吸着器が接続
されて作動気体と高分子量気体の吐出混合気体が導入さ
れ該吸着器が前記混合気体中の高分子量気体の吸着を行
うときは、他の吸着器が前記圧縮機の吸入側に接続され
て該吸着器が高分子量気体を冷却負荷域からの戻り作動
気体中に注入する脱着を行うような高分子量気体の吸脱
着回路を形成する。

この場合、冷却負荷域からの戻り作動気体が適度に加温
された後に脱着を行う吸着器に導入されるように該吸着
器の手前に加温器を設けることができる。

また本発明の冷却装置は、前記の目的を達成するために
、 請求項１の高分子量気体の吸脱着装置、該吸脱着装置の
吸着器において高分子量気体を吸着された作動気体を冷
却する補助寒冷部、該補助寒冷部により冷却された作動
気体を絞り膨脹させるジュール・トムソン弁、該弁によ
り温度低下した作動気体が導入される冷却負荷域、前記
冷却負荷域から導出された作動気体を流量調整弁を介し
てスクリュー型圧縮機の吸入側及び脱着を行う吸着器側
に戻す回路を有する。

（作用） 本発明の高分子量気体の吸脱着装置は、スクリュー型圧
縮機に接続される複数個の吸着器を運転側と待機側に切
替弁の開閉によって交互に切替え、前記圧縮機の吐出側
に接続されたーの吸着器により吐出混合気体中から高分
子量気体を吸着するとき、前記圧縮機の吸入側に接続さ
れた他の吸着器により冷却負荷域からの戻り作動気体中
に高分子量気体を注入するように回路の切替えが行われ
、装置の能率のよい連続運転が行われる。この際、冷却
負荷域からの戻り作動気体を加温することにより高分子
量気体の注入を調節することができる。

また、本発明の冷却装置は、前記機能を有する高分子量
気体の吸脱着装置に、補助寒冷部、ジュール・トムソン
弁、冷却負荷域及び流量調整弁を介してスクリュー型圧
縮機の吸入側、脱着を行う吸着器側に作動気体を分けて
戻す回路を連結することにより、能率のよい冷却装置の
連続運転を可能とする。

（実施例） 図面は本発明の一実施例であって高分子量気体の吸脱着
装置を用いたヘリウム冷凍機を示すものである。

１はスクリュー型圧縮機、３．４は吸着剤２を充填した
吸着器、５は加温器、６ａ、　７ａ、　８ａ、　９ａは
吸着器３用の切替弁、６ｂ、　７ｂ、　８ｂ、　９ｂは
吸着器４用の切替弁、１１．１２は流量調整弁、１３は
作動ガス（ヘリウムガス）と高分子量ガス（Ｒ−２２）
の混合ガスの吐出管、１４は作動ガス吸入管、１５は作
動ガス分流管、１６は混合ガス吸入管、１７は送入管、
１８は返戻管である。

また、２２は補助寒冷流路、２３はジュール・トムソン
弁（ＪＴ弁）、２４は冷却負荷域、２５は被冷却流体流
路、２６は冷却管、２７は返戻管、２８は冷却管である
。

前記の構造において、スクリュー型圧縮機１、吸着器３
，４及び加温器５を含む回路系統の側を吸脱着側系統Ａ
と言い、補助寒冷流路２２及び冷却負荷域２４等を含む
回路系統の側を負荷側系統Ｂと言う。両系統Ａ、Ｂは送
入管１７と返戻管１８とにより互いに連結される関係に
ある。

次にこのヘリウム冷凍機の作動について説明する。

（イ）吸着器３が運転側となり吸着器４が待機側すなわ
ち脱着器として働く場合 吸着器３に関するガスの流入流出を司る切替弁の開閉は
、切替弁６Ｌ　７ａが開放となり、８ａ、　９ａが閉鎖
となる。一方、吸着器４に関するガスの流入流出を司る
切替弁の開閉は、切替弁６ｂ、　７ｂが閉鎖となり、８
ｂ、　　９ｂが開放となる。

この切替弁操作により、開放の各切替弁を流れるガスの
方向は図中の実線矢印のようになる。

したがって、スクリュー型圧縮機１から吐出された作動
ガスと高分子量ガスとの混合ガスからなる高圧ガスは、
吐出管１３から切替弁６ａを通って吸着器３に導入され
、ここで吸着剤によって高分子量ガスが吸着分離される
。高分子量ガスを分離された作動ガスは切替弁７８を経
て送入管１７に流入する。途中で補助寒冷流路２２を流
れる液体窒素により冷却され、また冷却管２８を流れる
戻り作動ガスによっても冷却される。

このように冷却された作動ガスは次にジュール・トムソ
ン弁２３において断熱的に膨脹して寒冷を発生し、この
低圧となった作動ガスが冷却負荷域２４に流入して冷却
管２６を流れる際に被冷却流体流路２５を流れる被冷却
流体に寒冷を与える。

次いで作動ガスは、返戻管２７を経て冷却管２８に至り
、前記のように送入管Ｉ７を流れる作動ガスと熱交換を
して冷却作用を遂行し、返戻管１８に還流する。

返戻管１８を流れる戻り作動ガスは、流量調整弁１１．
１２において待機側の吸着器４へ導く戻り作動ガスの流
量を適当に制御調整されて、一部は作動ガス吸入管１４
を経て直接にスクリュー型圧縮機１に吸入され、また作
動ガス分流管１５に分流した戻り作動ガスの他部は加温
器５に導入される。ここで作動ガスは所定の温度まで昇
温するように加熱により調温せしめられる。

次に適当に加熱調温された作動ガスは、切替弁８ｂを通
って待機側の吸着器４に導入される。この吸着器４は脱
着器として働き、戻り作動ガスの温度に応じた分量の高
分子量ガスが吸着剤２から脱着され〔吸着器４が運転側
として作動していた際に吸着していた高分子量ガスが脱
着される〕作動ガスと高分子量ガスとの混合ガスとなり
、切替弁９ｂを通り混合ガス吸入管１６を経て作動ガス
吸入管１４内の作動ガスと混合して一緒にスクリュー型
圧縮機１に吸入されてサイクルを完了する。なお、加温
器５は前記のように、待機側の吸着器４に導入される戻
り作動ガスの温度を制御し、吸着剤２からの高分子量ガ
スの脱着量を制御する機能を有するものである。そして
前記の作動が連続的に繰返し行われる。

（ロ）吸着器４が運転側となり吸着器３が待機側すなわ
ち脱着器として働く場合 吸着器４に関するガスの流入流出を司る切替弁の開閉は
、切替弁６ｂ、　７ｂが開放となり、８ｂ、　９ｂが閉
鎖となる。一方、吸着器３に関するガスの流入流出を司
る切替弁の開閉は、切替弁６ａ、　７ｍが閉鎖となり、
切替弁８！、　９！が開放となる。

この切替弁操作により開放の各切替弁を流れるガスの方
向は図中の点線矢印のようになる。

したがって、スクリュー型圧縮機１から吐出された作動
ガスと高分子量ガスとの混合ガスからなる高圧ガスは、
吐出管１３から切替弁６ｂを通って吸着器４に導入され
、ここで高分子量ガスを分離された作動ガスは切替弁７
ｂを経て送入管１７に流入する。負荷側系統Ｂ内におけ
る作動は前記（イ）の場合と全く同様に行われる。

返戻管１８を流れる戻り作動ガスは、（旬の場合と同様
に、一部が作動ガス分流管１５を経て加温器５に導入さ
れて調温された後、切替弁８ａを通って待機側の吸着器
３に導入される。ここで脱着により作動ガスと高分子量
ガスとの混合ガスとなって切替弁９ａを通り混合ガス吸
入管１６を経て作動ガス吸入管１４内の作動ガスと共に
スクリュー型圧縮機１に吸入されてサイクルを完了する
。

前記したヘリウム冷凍機のサイクルは所謂クロード・サ
イクルと言われるものである。なお、実施例では寒冷発
生のためジュール・トムソン弁を用いたが、これに代っ
て膨脹機（エキスパンター）を用いることができるのは
勿論である。また、前記実施例からも明らかなように、
吸脱着側系統Ａと負荷側系統Ｂとは、作動ガスの送入管
１７と返戻管１８により互いに連結された構成となって
いる。

したがって負荷側系統Ｂを前記実施例に換えて受液器、
凝縮器、膨脹弁１、蒸発器等からなる所謂圧縮式冷凍機
の構成のものを用い、これを吸脱着側系統Ａと送入管１
７、返戻管１８により互いに連結すれば冷媒の気液状態
変化を伴う冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）にも
適用できる。

〔発明の効果〕

本発明の高分子量気体の吸脱着装置は、スクリュー型圧
縮機に接続される複数個の吸着器を運転側と待機側に切
替弁の開閉によって交互に切替えることができ、これに
より、前記圧縮機の吐出側に接続されたーの吸着器によ
り吐出混合気体中から高分子量気体を吸着するとき、前
記圧縮機の吸入側に接続された他の吸着器により冷却負
荷域からの戻り作動気体中に高分子量気体を注入するよ
うにすることができるから、装置の能率のよい連続運転
を行うことができる。この際、冷却負荷域からの戻り作
動気体を適宜加温すれば、高分子量気体の注入量を加減
することができる。

また、本発明の冷却装置は、前記機能を有する高分子量
気体の吸脱着装置に、補助寒冷部、ジュール・トムソン
弁、冷却負荷域及び流量調整弁を介してスクリュー型圧
縮機の吸入側、脱着を行う吸着器側に作動気体を分けて
戻す分流回路を連結することにより、スクリュー型圧縮
機の体積効率を高めるとともに冷却装置を能率良く連続
運転することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すフローシートダイヤグラ
ムである。 １・・スクリュー型圧縮機、３，４・・吸着器、５・・
加温器、６ａ、　６ｂ、　７ｍ、　７ｂ、　８ａ、　８
ｂ、　９ａ。 ９ｂ・切替弁、２２・・補助寒冷部としての補助寒冷流
路、２３・・ジュール・トムソン弁、２４・・冷却負荷
域。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）作動気体中に高分子量気体を注入して混合気体と
   し、これを圧縮するようにしたスクリュー型圧縮機を用
   いる冷却装置の高分子量気体の吸脱着装置において、前
   記圧縮機に対して複数個の吸着器を接続し、切替弁の開
   閉によって、前記圧縮機の吐出側に一の吸着器が接続さ
   れて吐出混合気体が導入され該吸着器が前記混合気体中
   の高分子量気体の吸着を行うときは、他の吸着器が前記
   圧縮機の吸入側に接続されて該吸着器が高分子量気体を
   冷却負荷域からの戻り作動気体中に注入する脱着を行う
   ような高分子量気体の吸脱着回路が形成されていること
   を特徴とする高分子量気体の吸脱着装置。
2. （２）冷却負荷域からの戻り作動気体が適度に加温され
   た後に脱着を行う吸着器に導入されるように該吸着器の
   手前に加温器が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の高分子量気体の吸脱着装置。
3. （３）請求項１の高分子量気体の吸脱着装置、該吸脱着
   装置の吸着器において高分子量気体を吸着された作動気
   体を冷却する補助寒冷部、該補助寒冷部により冷却され
   た作動気体を絞り膨脹させるジュール・トムソン弁、該
   弁により温度低下した作動気体が導入される冷却負荷域
   、前記冷却負荷域から導出された作動気体を流量調整弁
   を介してスクリュー型圧縮機の吸入側及び脱着を行う吸
   着器側に戻す回路を有する冷却装置。