JPH074761A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

極低温冷凍装置

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JPH074761A
JPH074761A JP5146296A JP14629693A JPH074761A JP H074761 A JPH074761 A JP H074761A JP 5146296 A JP5146296 A JP 5146296A JP 14629693 A JP14629693 A JP 14629693A JP H074761 A JPH074761 A JP H074761A
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JP
Japan
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oil
cooling
heat exchanger
temperature
air
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JP5146296A
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English (en)
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Shigeru Murayama
茂 村山
Tokuji Nishijo
徳二 西場
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 気温が大幅に低下した時にも、圧縮機の圧縮
部においてオイル不足を来さないようにする。 【構成】 温度センサ52が計測する冷却用空気の温度
が所定温度(例えば0℃)以下になると、ファンモータ
16Mに供給する電力の周波数を減らして、冷却ファン
16の回転数が減少するように設けてあるので、気温が
大きく下がった時には、オイル熱交換器12Aにおける
冷却作用が自動的に低下し、側路管36を流れるオイル
の温度は所定温度を下回ることがない。このため、寒冷
地の冬期などに気温が大きく下がることがあっても、オ
イルの粘性が増加して流量不足になることがないので、
圧縮機11には常に十分な量のオイルが供給され、年間
を通して正常な状態で運転されることから、極低温冷却
器23では常に正常な状態の冷却作用がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧ガス体を冷却媒体
として膨張冷却を行う極低温冷凍装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】この種の装置は、図4に例示した極低温
冷凍装置500のように、圧縮部100で加圧した冷媒
体、例えばヘリウムを極低温冷却部200に送って所要
の冷却を行った後、圧縮部100に戻し、再び加圧して
極低温冷却部200に送ると云う循環を行うと共に、圧
縮部100における種々の動作を円滑安定に行うための
調整部300を設けた構成になっている。
【0003】具体的に説明すると、圧縮機11により所
定のガス体、例えばヘリウムガスを冷媒体として用いて
加圧し、第2熱交換器12Bで圧縮による温度上昇分を
冷却した後、オイルセパレータ13に与えて加圧の際に
用いたオイル分を分流し、オイル分は後記する経路を介
して圧縮機11に戻し、冷却後の冷媒体をアドソーバ1
4に与える。アドソーバ14は、内部に活性炭などの吸
収剤を収納したものであり、オイルセパレータ13で分
流しきれなかった細かいオイル分を吸収分離して、冷媒
体のみを往路管21に送出する。
【0004】冷媒体は、供給弁22を介してクライオポ
ンプなどからなる極低温冷却機23で所要の冷却作用を
果した後、排出弁24・復路管25を経由してアキュム
レータ15に流入し、ここに一時的に貯溜されて、再び
圧縮機11で加圧されると云う循環経路を辿る。
【0005】圧縮機11内での圧縮時に、オイルと冷媒
体の混合流体に生ずる発熱分を、第1熱交換器12Cに
おいて冷却する。
【0006】調整部300は、オイルセパレータ13の
オイル出口側と復路管25との間を側路する側路管31
の途中に設けた差圧弁32と均圧弁33とによって所要
の圧力調節を行うことにより、極低温冷却機23または
圧縮機11に対する不要な高圧などを側路して極低温冷
却機23と圧縮機11との異常運転を防止する調整動作
と、オイルセパレータ13で分離したオイル分を圧縮機
11に戻す側路管34に、キャピラリーチューブなどか
らなる減圧器35を設けて減圧する調整動作と、圧縮機
11内のオイルをオイル熱交換器12Aで冷却して再び
圧縮機11に戻すための側路管36に、キャピラリーチ
ューブなどからなる減圧器37を設けて減圧する調整動
作と、を行うものである。
【0007】なお、第1熱交換器12Cは前記したよう
に冷媒体とオイルとの混合流体を冷却するための熱交換
器であり、冷媒体の圧縮熱の大半を冷却する。また、第
2熱交換器12Bは主として冷媒体を冷却するための熱
交換器であり、圧縮機11の動作部分、例えばモータ部
の発熱と、圧縮熱の熱伝導部分とを冷却する。また、オ
イル熱交換器12Aは主にオイルを冷却するための熱交
換器であり、圧縮機11内のオイルを冷却し、冷媒体の
圧縮過程における発熱を抑えるものである。
【0008】そして、これら第1熱交換器12C・第2
熱交換器12B・オイル熱交換器12Aに、冷却ファン
16を用いて相対的に冷たい空気(外気)を冷却用空気
として送風し、熱交換効率の改善を図っている。
【0009】しかし、上記構成の極低温冷凍装置500
は、しばしば空気の清浄な高地に建てられた例えば天文
台の観測機器に設けられることがあり、そのような高緯
度の寒冷地に設置する場合には、冬期に氷点下になるこ
とも珍しいことではない。
【0010】したがって、特開平3−217763号公
報などに開示されている、オイル熱交換器12Aを水冷
する方式の極低温冷凍装置が、冷却水の凝固により使用
できないのはもちろん、図4に示したオイル熱交換器1
2Aを空冷する極低温冷凍装置500であっても、気温
が低くなると、冷却ファン16で冷却したオイルの温度
が低下し過ぎて粘性が増し、これによりオイル循環に支
障を来し、正常な運転が出来なくなると云った問題点が
あった。
【0011】このため、例えば図5に例示したように、
圧縮機11の外表面に加熱手段としての電熱ヒータ41
を設置すると共に、温度センサ51を設けて圧縮機11
の温度を計測し、コントローラ61によって電熱ヒータ
41への通電を制御し、圧縮機11の温度が所定温度
(例えば、0℃)以下に低下しないように工夫した、極
低温冷凍装置500Bがある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の極
低温冷凍装置500Bにおいては、電熱ヒータ41が折
角暖めた圧縮機11のオイルは、冷却ファン16が送風
して冷却するオイル熱交換器12Aにおいて冷却される
ので、オイル熱交換器12A出口部の温度は外気の温度
によって大きく左右される。このため、例えば寒冷地に
おける冬期などで気温が低くなり過ぎると、オイル熱交
換器12A・側路管36においてオイルの温度が下がり
過ぎ、粘性が増して循環量不足を来し、圧縮機11の安
定した運転を継続することができなくなることがあっ
た。
【0013】また、気温がそれほど低下していない時に
も、メンテナンスを行う時などでは長時間に渡って運転
を停止させることになり、これにより圧縮機11・オイ
ル熱交換器12A・側路管36などの温度が下がってし
まうため、再起動するためのウォーミングアップに長時
間を要するようになり、再起動した後もオイル熱交換器
12A・側路管36が十分暖められるまではオイル温度
が低く、十分な量のオイル循環が確保されないことか
ら、圧縮機11が苛酷な条件下で運転され、装置寿命を
縮めると云った問題点もあり、この点の解決が課題とな
っていた。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の課題を解決するため、オイルを介在させて冷媒体を加
圧する圧縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極
低温冷却部に供給して所要の極低温冷却を行う極低温冷
凍装置において、前記圧縮部に、オイルを空冷するため
の冷却ファンと熱交換器、および冷媒体を空冷するため
の冷却ファンと熱交換器を設け、前記オイル用冷却ファ
ンの回転数を、このファンが送風する空気の温度に基づ
いて制御する制御機構を設けたものであり、
【0015】前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷
却ファンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷
却ファンと熱交換器を設け、前記オイル用の熱交換器出
口部におけるオイル温度を検出し、この温度が所定温度
以下になった時、前記オイル用冷却ファンの回転数を下
げる制御機構を設けたものであり、
【0016】前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷
却ファンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷
却ファンと熱交換器を設け、前記オイル用冷却ファンの
回転数を、このファンが送風する空気の温度または前記
オイル用の熱交換器出口部におけるオイル温度に基づい
て、所定温度範囲内で段階的または連続的に変化させる
制御機構を設けたものである。
【0017】
【作用】オイル用冷却ファンが送風する冷却用空気(外
気)が所定の温度以下に下がった時、あるいはオイル用
熱交換器を流れるオイルの出口温度が所定温度にまで低
下した時には、前記冷却ファンの回転数を減らして空冷
式オイル熱交換器に送る冷却用空気の量を減少させ、空
冷式オイル熱交換器におけるオイルの冷却作用を減じ
る。このため、オイル熱交換器でオイルが過度に冷却さ
れることが回避でき、温度低下に起因するオイルの粘性
増加がないから、寒冷地における冬期などで気温が大き
く低下することがあっても、オイルの循環量が大きく減
少して装置の正常な運転ができなくなると云った懸念が
ない。
【0018】
【実施例】以下、本発明になる極低温冷凍装置500A
を、図1〜図3に基づいてさらに詳細に説明する。な
お、これらの図において、図4・図5における符号と同
一の符号で示した部分は、図4・図5により説明した部
分と同一の機能を持つ部分であり、本発明の理解を損な
わない範囲で説明を省略した。
【0019】図1において、符号52は、冷却ファン1
6Aが空冷式のオイル熱交換器12Aに吹き付けている
冷却用空気(外気)の温度を計測するための温度セン
サ、符号62は、冷却ファン16Aの回転数を制御する
ためのコントローラである。
【0020】前記コントローラ62は、ファンモータ1
6Mに供給する電力の周波数を変換制御するインバータ
62Aを備えており、温度センサ52が計測した温度デ
ータに基づいてインバータ62Aがファンモータ16M
に供給する電力の周波数を制御し、冷却用ファン16A
の回転数を制御するようになっている。
【0021】具体的には、前記コントローラ62は、図
示しないメモリー部に、例えば図2に実線で示したよう
な気温−周波数の変換プログラムを記憶内蔵しており、
このため温度センサ52が計測する気温が0℃以上であ
れば、ファンモータ16Mには定格の周波数、例えば5
0Hzの電力が供給されて、冷却ファン16Aは最大の
回転数で回転し、前記温度が−10℃未満であればファ
ンモータ16Mに供給される周波数は0Hzになるので
冷却ファン16Aの回転は停止し、前記温度が0℃〜−
10℃の間では、2.5Hz/℃の割合で周波数が減少
するので、気温が下がるにつれて冷却ファン16Aの回
転数が自動的に減少し、オイル熱交換器12Aにおける
冷却作用が低下する。
【0022】一方、第2熱交換器12Bに冷却用の空気
を送風するための冷却ファン16Bは、圧縮機11が起
動している間は休むことなく運転され、圧縮機11で圧
縮されて極低温冷却機23に供給されている加圧冷媒体
を冷却する機能を果たす。
【0023】したがって、上記構成の極低温冷凍装置5
00Aにおいては、温度センサ52が計測している気温
が大きく下がることがあっても、電熱ヒータ41によっ
て加熱されたオイルは、オイル熱交換器12Aを通過し
た後も必要以上に温度が低下する懸念がないから、寒冷
地の冬期などでも温度低下に起因するオイルの粘性増加
がなく、圧縮機11には常に十分な量のオイルが流入し
て、圧縮機11は四季を問わず常に正常な状態で運転さ
れる。
【0024】なお、温度センサ52が計測する気温が0
℃〜−10℃の間にある時に、例えば図2の破線で示し
たように定格周波数の1/2、すなわち30Hzの電力
がファンモータ16Mに供給されるように設けることも
可能である。また、例えば図2の一点鎖線で示したよう
に、温度センサ52の計測する気温が0℃〜−8℃にあ
る時に、2℃毎に周波数を5Hz変化させるようにし
て、段階的に周波数を変化させることも可能である。
【0025】また、温度センサ52に代えて温度センサ
53を、側路管36のオイル熱交換器12A出口側の管
内に挿入設置し、管内を流れているオイルの温度を直接
計測したり、管外に貼り付け設置して管壁を介して管内
を流れているオイルの温度を計測したり、あるいは管壁
内に埋め込み設置し、管内を流れているオイル温度を計
測するなどして、オイル熱交換器12Aで熱交換したオ
イルの温度に基づき、例えば前記図2の横軸をオイルの
温度に置き換えるなどして、冷却ファン16Aの回転数
を制御することもできる。
【0026】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。例えば、冷
却ファン16Aの回転数を低下させる手段、低下させ始
める時の温度などは適宜変更可能である。
【0027】また、図3に示したように、オイル熱交換
器12Aと第2熱交換器12Bとを外観上1基の熱交換
器のように併設することも可能である。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように本発明の極低温冷凍
装置は、オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧縮部を
備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却部に供
給して所要の極低温冷却を行う極低温冷凍装置におい
て、前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷却ファン
と熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷却ファン
と熱交換器を設け、前記オイル用冷却ファンの回転数
を、このファンが送風する空気の温度に基づいて制御す
る制御機構を設けたものであり、
【0029】前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷
却ファンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷
却ファンと熱交換器を設け、前記オイル用の熱交換器出
口部におけるオイル温度を検出し、この温度が所定温度
以下になった時、前記オイル用冷却ファンの回転数を下
げる制御機構を設けたものであり、
【0030】前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷
却ファンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷
却ファンと熱交換器を設け、前記オイル用冷却ファンの
回転数を、このファンが送風する空気の温度または前記
オイル用の熱交換器出口部におけるオイル温度に基づい
て、所定温度範囲内で段階的または連続的に変化させる
制御機構を設けたものであるから、
【0031】オイル用冷却ファンが送風する冷却用空気
(外気)が所定温度以下に下がった時、あるいはオイル
用の熱交換器を流れるオイルの温度が所定温度にまで低
下した時には、前記ファンの回転数を減らしてオイル用
熱交換器に送る空気の量を減少させ、オイル用熱交換器
の過度の温度低下を防ぐことができる。このため、冬期
などに気温が大きく低下することがあっても、オイル用
熱交換器を通過したオイルの温度を所定温度以上に維持
し、必要なオイル循環量を確保することが可能である。
【0032】これにより、気温が冬期などに大きく低下
することがあっても、圧縮機を正常な状態で運転するこ
とができるので、極低温冷凍装置を例えば寒冷地に設置
する天文台の電波望遠鏡の観測機器などを冷却する装置
として使用する時にも、全く問題なく冷凍作用を発揮す
ることが可能になるなど、顕著な効果を奏するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例の説明図。
【図2】オイル用冷却ファンの回転数を制御する説明
図。
【図3】変形実施の要部の説明図。
【図4】極低温冷凍装置の全体構成を示すブロック図。
【図5】従来技術の説明図。
【符号の説明】
11 圧縮機 12A オイル熱交換器 12B 第2熱交換器 12C 第1熱交換器 13 オイルセパレータ 14 アドソーバ 15 アキュムレータ 16・16A・16B 冷却ファン 16M ファンモータ 21 往路管 22 供給弁 23 極低温冷却機 24 排出弁 25 復路管 36 側路管 37 減圧器 41 電熱ヒータ 51・52・53 温度センサ 61・62 コントローラ 62A インバータ 100 圧縮部 200 極低温冷却部 300 調整部 500・500A・500B 極低温冷凍装置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧
    縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却
    部に供給して所要の極低温冷却を行う極低温冷凍装置で
    あって、前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷却フ
    ァンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷却フ
    ァンと熱交換器を設け、前記オイル用冷却ファンの回転
    数を、このファンが送風する空気の温度に基づいて制御
    する制御機構を設けたことを特徴とする極低温冷凍装
    置。
  2. 【請求項2】 オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧
    縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却
    部に供給して所要の極低温冷却を行う極低温冷凍装置で
    あって、前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷却フ
    ァンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷却フ
    ァンと熱交換器を設け、前記オイル用の熱交換器出口部
    におけるオイル温度を検出し、この温度が所定温度以下
    になった時、前記オイル用冷却ファンの回転数を下げる
    制御機構を設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。
  3. 【請求項3】 オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧
    縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却
    部に供給して所要の極低温冷却を行う極低温冷凍装置で
    あって、前記圧縮部に、オイルを空冷するための冷却フ
    ァンと熱交換器、および冷媒体を空冷するための冷却フ
    ァンと熱交換器を設け、前記オイル用冷却ファンの回転
    数を、このファンが送風する空気の温度または前記オイ
    ル用の熱交換器出口部におけるオイル温度に基づいて、
    所定温度範囲内で段階的または連続的に変化させる制御
    機構を設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。
JP5146296A 1993-06-17 1993-06-17 極低温冷凍装置 Pending JPH074761A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997004277A1 (fr) * 1995-07-19 1997-02-06 Daikin Industries, Ltd. Dispositif refrigerant basse temperature a faible variation de capacite de refrigeration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997004277A1 (fr) * 1995-07-19 1997-02-06 Daikin Industries, Ltd. Dispositif refrigerant basse temperature a faible variation de capacite de refrigeration
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