JPH11159898A - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
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- JPH11159898A JPH11159898A JP33036097A JP33036097A JPH11159898A JP H11159898 A JPH11159898 A JP H11159898A JP 33036097 A JP33036097 A JP 33036097A JP 33036097 A JP33036097 A JP 33036097A JP H11159898 A JPH11159898 A JP H11159898A
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Abstract
期を長くし、大きな出力を出すことができて、振動も生
じないようにする。 【解決手段】 遠心式のコンプレッサ2とタービン3を
備え、コンプレッサ2の翼12を1段とした冷凍機1で
あって、コンプレッサ2で圧縮されてタービン3へ導入
されるガス13を例えばヘリウムとアルゴン、ヘリウム
と窒素等を混合したガスとする。
Description
である。
タ、送電ケーブル、超電導電力貯蔵設備等の高温超電導
機器は、絶対温度で20k〜80kに冷却する必要があ
る。
冷凍機が使用されており、斯かる冷凍機としては、窒素
ガスを作動媒体としたN2液化冷凍機、ヘリウムを用い
たレシプロ型のスターリング冷凍機、ギフォードマクマ
フォンサイクルが用いられた小型の冷凍機、等がある。
N2液化型冷凍機の場合、冷却温度が70k程度までな
ら使用可能であるが、冷却温度が約64kよりも低温に
なった場合には、液化窒素が固化し、使用できない。
凍機の場合、ピストンの往復動のために摺動する部品の
数が多く、従って部品の摩耗等によりメンテナンスの周
期が短くなる。
た冷凍機の場合は、2段階でヘリウムガスを膨張して2
0kまで温度を低下させることができるが、出力が小さ
いうえ、レシプロ型であるため振動もある。
化することがなく、且つメンテナンスの周期を長くする
ことができ、しかも大きい出力を得ることができ、振動
の少い冷凍機を提供することを目的としてなしたもので
ある。
プレッサとタービンを備え、コンプレッサの翼を1段と
した冷凍機であって、コンプレッサで圧縮されてタービ
ンへ導入されるガスを、ヘリウムとヘリウムよりも分子
量が大きく且つ少なくとも大気中で不活性であるガスと
の混合ガスとしたものである。
く且つ大気中で不活性であるガスを、ネオン、アルゴ
ン、クリプトン、窒素、フロンのうちの少なくとも何れ
かひとつとしたものである。
合ガスを選択することにより冷却媒体が固化することに
よる運転不能が生じることなく、又摺動部品が少なくて
メンテナンスの周期の長期化を図ることができ、更に大
きな出力を得ることができしかも振動が生じず、更に冷
凍機の小型化を図ることができる。
図面を参照しつつ説明する。
し、図中、1は、上部にコンプレッサ2を、又下部にタ
ービン3を夫々備えると共にコンプレッサ2とタービン
3との間にモータ4を備えた冷凍機である。
設けたジャーナル軸受6並に下部に設けたジャーナル軸
受6よりも上部に設けたスラスト軸受7を介して竪軸8
が回転可能に収納されており、ジャーナル軸受6として
は、ガス軸受又は磁気軸受が使用されている。
固設されていると共に、ケーシング5には、内周がロー
タ9の外周に対して所定の間隔を有するステータ10
が、ロータ9を同心状に内嵌するよう、収納されてい
る。而して、ステータ10に三相交流を給電すること
で、電磁作用によりロータ9を介して竪軸8が回転し得
るようになっている。
プレッサ2のケーシング11が設置されていると共に、
竪軸8のケーシング11内へ突出した上端部分には、複
数の遠心式の翼12が1段だけ取付けられている。而し
て、ケーシング11の上部入口11aからケーシング1
1内へ導入されたガス13は翼12により加圧されて圧
縮比2程度に圧縮され、ケーシング11の側部出口11
bからケーシング11外へ送出されるようになってい
る。
ビン3のケーシング14が設置されていると共に、竪軸
8のケーシング14内に突出した下端部分には、複数の
遠心式の翼15が取付けられている。而して、ケーシン
グ14の側部入口14aからケーシング14内へ導入さ
れたガス13は翼15の部分で仕事をして翼15延いて
は竪軸8を回転させ、膨張して下部出口14bからケー
シング14外へ送出されるようになっている。
側部出口11bには、管路16が接続されていると共に
管路16の中途部にはガス13の流れ方向上流側から下
流側へ向けて順次クーラ17、熱交換器18が接続され
ており、管路16の先端はタービン3におけるケーシン
グ14の側部入口14aに接続されている。
出口14bには、管路19が接続されていると共に管路
19の中途部には、ガス13の流れ方向上流側から下流
側へ向けて順次冷却対象物体20、熱交換器18が接続
されている。而して、熱交換器18では管路16側を流
れるガス13と管路19側を流れるガス13とは対向流
となっている。
めに供給する冷却流体21の側部入口である。
13について詳述する。
分子量が大きく且つ少なくとも大気中で不活性であるガ
スとの混合ガスを使用する。
ム、ネオン、アルゴン、クリプトンといった希ガス類、
窒素、R−14、R−116といったフロン等がある。
のガスを混合するのは次の理由による。すなわち、ヘリ
ウムは分子量が4程度で非常に軽いため、純粋のヘリウ
ムを翼12が1段のコンプレッサ2で圧縮比2程度に圧
縮するには、ヘリウムの音速が略1000m/sec.
であることからすると翼12の周速を800〜1000
m/sec.といった高速としなければならず、従って
翼12を始めその周辺の機器を構成する部品の材料が周
速に耐えることができない。
えることができるようにするには、コンプレッサ2の翼
12を4〜5段の多段にする必要があるが、翼12を複
数段にすると装置が大型化してしまう。
伝導率が大きいため、熱交換器はコンパクトとなり、酸
化物超電導物質を用いた高温超電導機器の冷却を十分に
行なうことができるが、上述のガスのうちヘリウム以外
のガスの場合には、熱伝導率が低いため熱交換器が大き
くなる。
のガスはヘリウムよりも分子量が大きいため、圧縮性は
良好であり、少い翼段数のコンプレッサ2により約2程
度の圧縮比のガスを得ることができる(例えば入口側1
0atmなら出口側20atm)。
れかのガスを混合して混合ガスとすれば、見掛けの分子
量が大きく且つ熱伝導率の比較的高い少なくとも空気中
で不活性であるガスを得ることができる。
前述のヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素、フロン等の
ガスを混合した混合ガスを使用するのである。
との関係が図示されており、図3にはヘリウムのモル混
合比と熱伝導率との関係が図示されている。
を徐々に減少させてアルゴン或いは窒素の混合比を徐々
に増加させると、混合ガスの分子量は徐々に増大し、熱
伝導率は徐々に減少することが分る。
合して混合ガスを製造することにより、圧縮性が良好で
熱伝導率が高いガスが得られる。
る混合ガスがガス13として適用されることになる。
説明する。
ータ4が駆動されて竪軸8が回転し、竪軸8の回転によ
りコンプレッサ2の翼12、タービン3の翼15が回転
している。
管路19から上部入口11aを通りコンプレッサ2のケ
ーシング11内へ導入されたガス13は、1段の翼12
により圧縮比2程度に圧縮され、ケーシング11の側部
出口11bから管路16へ送出され、クーラ17で冷却
されて熱交換器18へ導入される。
ス13は管路19から熱交換器18へ導入されたガス1
3により冷却されて、管路16から側部入口14aを通
りタービン3のケーシング14内へ送給され、膨張によ
り翼15にエネルギを与えて仕事をすると共に所定の温
度まで急激に温度が低下する。この際、タービン3の翼
15を介して竪軸8に与えられたエネルギはモータ4の
補助動力としてコンプレッサ2の駆動に使用される。
ーシング14の下部出口14bから管路19へ送出さ
れ、管路19から冷却対象物体20へ送給され、冷却対
象物体20を冷却して自らは温度がある程度上昇し、管
路19から熱交換器18へ送給され、管路16から熱交
換器18へ送給されるガス13を冷却し、自らは更に温
度上昇して管路19を通り、再びコンプレッサ2におけ
るケーシング11の上部入口11aからケーシング11
内へ導入されて圧縮比2程度に圧縮され、以後は再び前
述のごとき循環を繰返す。
示され、図中、符号a、b、c、d、eは図1の冷凍機
1及び各機器の系統の付された符号a、b、c、d、e
に対応しており、そのときの温度は図4の縦軸に示され
た温度となる。
は、ヘリウムと、ヘリウムよりも分子量が大きく且つ少
なくとも大気中で不活性のガスとを混合したガス13を
使用し、冷却温度に合せて固化しないガスを選択して混
入するため、冷却対象物体20を約20k程度に冷却す
る場合にも冷却媒体に固化が生じることがなく運転が可
能となり、又遠心式であり、ガス軸受又は磁気軸受を用
いたオイルフリー構造であるため摺動部品の数が少な
く、従ってメンテナンスの周期が長くなり、更には出力
を大きく取ることができて振動も少なく装置としての信
頼性が向上し、更に又1段で必要な圧縮比を得ることが
できて冷凍機1自体を小型にすることができる。
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
で種々変更を加え得ることは勿論である。
固化による運転不能が生じることがない、 II)メンテナンスの周期を長く取ることができる、 III)出力を大きくすることができ、また振動が生じ
ることもない、 IV)1段でガスを所定の圧縮比となるよう圧縮できる
ため、冷凍機の小型化を図ることができる、 等、種々の優れた効果を奏し得る。
を加えた概要図である。
ラフである。
グラフである。
る。
Claims (2)
- 【請求項1】 遠心式のコンプレッサとタービンを備
え、コンプレッサの翼を1段とした冷凍機であって、コ
ンプレッサで圧縮されてタービンへ導入されるガスを、
ヘリウムとヘリウムよりも分子量が大きく且つ少なくと
も大気中で不活性であるガスとの混合ガスとしたことを
特徴とする冷凍機。 - 【請求項2】 ヘリウムよりも分子量が大きく且つ大気
中で不活性であるガスを、ネオン、アルゴン、クリプト
ン、窒素、フロンのうちの少なくとも何れかひとつとし
た請求項1に記載の冷凍機。
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JP33036097A JP3928230B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 冷凍機用の回転機械 |
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ID=18231747
Family Applications (1)
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JP33036097A Expired - Lifetime JP3928230B2 (ja) | 1997-12-01 | 1997-12-01 | 冷凍機用の回転機械 |
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- 1997-12-01 JP JP33036097A patent/JP3928230B2/ja not_active Expired - Lifetime
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