JPH11281177A

JPH11281177A - 蓄冷式冷凍機用圧縮機

Info

Publication number: JPH11281177A
Application number: JP8632498A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Iwamoto; 剛岩本; Katsuhiko Ito; 勝彦伊藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄冷式冷凍機、特に、最低到達温度が４Ｋ以
下に到達する蓄冷式冷凍機において、機器のサイズを大
きく変えないまま、高圧側の圧力の上昇を防ぐととも
に、作動ガスの高圧と低圧間の圧力差を大きくとれるよ
うに圧縮機の構造を改良し冷凍機の性能をアップするこ
とを課題とする。【解決手段】冷媒のヘリウムガスを圧縮機で圧縮した
高圧ヘリウムガスを冷凍機へ供給し、冷凍機で膨張し圧
力の低下した低圧ヘリウムガスを再び圧縮機へ戻すよう
に構成された蓄冷式冷凍機において、冷凍機で処理でき
ないヘリウムガスを、圧力スイッチ６１と、適正量の高
圧のヘリウムガスをバイパスできる流路径を有する電磁
弁４７とを組み合わせてなる高圧側と低圧側間にバイパ
スする機構を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄冷式冷凍機用圧縮
機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】蓄冷式冷凍機は蓄冷材を利用し、極低温
領域まで冷却できる冷凍機であって、その種類はギホ−
ドマクマホン式冷凍機(以下ＧＭ冷凍機という)、ジュ−
ルトムソン式＋ＧＭ冷凍機、クロ−ドサイクル冷凍機、
スタ−リング冷凍機等がある。

【０００３】図３は一般的なＧＭ冷凍機の構成を示す。
図３でａは圧縮機、ｂは冷凍機で、これらは供給ライン
ｃと戻りラインｄで接続されている。冷凍機ｂの内部構
造は、図４に示す如く、ヘリウムガスの導入及び排出を
切換えるためのロ−タリ−バルブ１を切換える電動機２
と、ディスプレ−サ３に連結されてその往復運動を回転
運動に変え、その往復運動の上下限を限定するための運
動変換機構４を備えている。つまり、冷凍機に導かれた
ガスが蓄冷材を内蔵したディスプレ−サ３を通過し、ガ
スがロ−タリ−バルブ１によって断熱膨張して蓄冷機内
の蓄冷材と熱交換して蓄冷材に逐次蓄冷されていき、こ
の連続動作によって最低到達温度まで冷却する。

【０００４】蓄冷式冷凍機、特に、ＧＭ冷凍機における
圧縮機は、作動ガスとして、ヘリウムガスを使用する。
圧縮機の本体(ガスを昇圧する回転原動機を有する構造)
は、空調用冷凍機もしくは業務用冷凍庫等に使用されて
いる圧縮機本体を流用している。又、冷凍機用の圧縮機
は、極低温を発生する冷凍機にヘリウムガスを供給する
ものである。極低温は、圧縮機から供給される高圧のヘ
リウガスが、冷凍機内で、高圧から低圧に膨張する際に
発生する寒冷で得られる。図３に示すように、冷凍機ｂ
と圧縮機ａはガス配管ｃ，ｄで接続されており、この系
は、一定のヘリウムガスが充填されているクロ−ズドシ
ステムである。

【０００５】図２に従来型の圧縮機ユニット配管系統例
を示す。冷媒のヘリウムガスは、圧縮機本体２４が稼動
すると矢印ａ方向の流路をたどり、アフタ−ク−ラ２６
によって熱交換する。この時は、水冷であって、特にさ
ほど低温には到達しない。次に冷媒のヘリウムガスは、
オイルセパレ−タ２１を通過し、圧縮機本体２４内部の
潤滑のために含有した油分をこゝで分離する。次にアド
ソ−バ１８内部の活性炭等によって更に微細な不純物を
吸着し、継ぎ手部１９を経て冷凍機へ高圧のヘリウムガ
スが供給される。

【０００６】アブゾ−バ１８の手前にバイパス通路が分
岐し、バイパス弁３０を介しストレ−ジタンク１５と連
結している。１６は電磁弁で、バイパス弁３０と並列に
設けられている。１７は安全弁でこれが開くと大気に放
出される。

【０００７】図２の状態では、バイパス弁３０、電磁弁
１６、安全弁１７は閉じている。冷凍機で膨張し圧力の
低下したガスはリタ−ンガス用セルフシ−ル継ぎ手１４
を経て、ストレ−ジタンク１５により圧力変動を和ら
げ、ストレ−ナ１３を通過して圧縮機本体２４の吸入側
へ戻る。

【０００８】冷凍機が冷却される過程で、冷凍機側で処
理できない程多量のヘリウムガスを送り込むため、高圧
側のヘリウムガスの圧力が上昇する。このため、主にバ
ネ式のバイパス弁３０を圧縮機に設けて、高圧側ヘリウ
ムガスを低圧側にバイパスして高圧側のヘリウムガスの
圧力の上昇を防いでいる。冷凍機が所定の温度まで冷却
されると、冷凍機内のヘリウムガスの密度が大きくなる
ため、圧力差が小さくなり、差圧式のバネ式バイパス弁
３０が閉じ、ヘリウムガスは、バイパスせずに、冷凍機
に供給される。

【０００９】この方式であると、バイパス弁３０が圧力
差とバネ反力により開閉するため、全開から全閉までの
圧力に差があり、また、バネの精度により開閉する圧力
差がばらつく。このため、冷凍機が所定の温度となり、
全閉としたい圧力差に対して、バネ式のバイパス弁３０
の設定差圧を大きくしておく必要がある。

【００１０】設定圧力を高くおくと、冷凍機が冷却され
る過程で、高圧側圧力が高くなり、設計圧力を高くする
必要がある。設計圧力を高くすると、機器の耐圧圧力を
大きくする必要が生じ、機器の大型化が必要になる。逆
に、設計圧力を高くしないと冷凍機の性能に起因する高
圧側と低圧側のヘリウムガスの圧力差が大きくとれない
ので、性能アップが難しい。

【００１１】また、高圧側のヘリウムガスの圧力により
作動するバネ式圧力調整器（絶対圧との差をとる）は、
バイパス差圧式のバネ式バイパス弁３０と同様に、高圧
側の圧力とバネ反力により開閉する。このため、全開か
ら全閉までの圧力に差があり、また、バネの精度により
開閉する圧力差がばらつくので性能アップが難しい。

【００１２】さらに低圧側のヘリウムガス圧力により作
動する圧力調整器は、バイパスにより低圧側のヘリウム
ガスの圧力が変化してしまうので適用できない。

【００１３】ＧＭ冷凍機側で処理できないヘリウムガス
をストレ−ジタンクに溜め込み、高圧側のヘリウムガス
の圧力の上昇を防ぎ、ＧＭ冷凍機の温度が降下し、高圧
側のヘリウムガスの圧力が降下してから、必要なヘリウ
ムガスをストレ−ジタンクから供給する方式もあるが、
装置が大型化する。

【００１４】また、圧縮機には、停止後、圧縮機の潤滑
油の逆流を防ぐため、高圧側と低圧側のヘリウムガスの
圧力を均一にする必要があり、このための電磁弁１６が
設置されている。さらに、流路が高圧になりすぎた場合
のために安全弁１７が設置されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】蓄冷式冷凍機、特に、
最低到達温度が４Ｋ以下に到達する蓄冷式冷凍機におい
て、機器のサイズを大きく変えないまま、高圧側の圧力
の上昇を防ぐとともに、作動ガスの高圧と低圧間の圧力
差を大きくとれるよう圧縮機の構造を改良し冷凍機の性
能をアップすることを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】冷媒のヘリウムガスを圧
縮機で圧縮した高圧ヘリウムガスを冷凍機へ供給し、冷
凍機で膨張し圧力の低下した低圧ヘリウムガスは再び圧
縮機へ戻すように構成された蓄冷式冷凍機において、冷
凍機で処理できないヘリウムガスを、圧力スイッチ６１
と、適正量の高圧のヘリウムガスをバイパスできる流路
径を有する電磁弁４７とを組み合わせてなる高圧側と低
圧側間のバイパス機構を設けた。又、前記電磁弁４７
は、停止後、圧縮機の潤滑油の逆流を防ぐため、高圧側
と低圧側のヘリウムガスの圧力を均一にする機能を兼ね
ている。圧力スイッチ６１と電磁弁４７の組み合わせを
圧力センサ−と流量制御弁の組み合せにしてもよい。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１に基いて説明する。図２のバ
ネ式のバイパス弁３０の代わりに、圧力スイッチ６１と
電磁弁４７の組み合せで、冷凍機が冷却される過程で、
冷凍機で処理できない高圧側のヘリウムガスを高圧側か
ら低圧側にバイパスさせる構造とした。圧力スイッチ６
１は、上昇側と下降側の「入り」「切り」を設定できる
ものでも、上昇側と下降側にそれぞれ設置してもよい。

【００１８】電磁弁４７は、適正量の高圧のヘリウムガ
スをバイパスできる流路径を有し、流路径が適正以上で
あると冷却過程の差圧が小さくなり冷凍機が冷却されな
くなる。また、流路径が適正以下であるとパイパスでき
る高圧側のヘリウムガス量が少なく、高圧側のヘリウム
ガスの圧力の上昇を防ぐことができなくなる。また、電
磁弁４７の流路径を大きくし、オリフィス等で、バイパ
スする配管の流路径を適正としてもよい。

【００１９】電磁弁４７は、停止後、圧縮機の潤滑油の
逆流を防ぐため、高圧側と低圧側のヘリウムガスの圧力
を均一にする機能を兼ねている。なお、圧力スイッチ６
１と電磁弁４７の組み合わせは、図示しないが圧力セン
サ−と流量制御弁の組み合わせでもよく、何れにしても
これらの制御装置を設けることが本発明の要点である。

【００２０】（作動）冷凍機が冷却される過程で、圧縮
機の高圧側のヘリウムガス圧力が上昇して、高圧側に設
置した圧力スイッチ６１の上昇側の設定圧力に達する
と、圧力スイッチ６１が作動し、その信号が制御回路に
送信され、高圧側と低圧側の間に設置されている電磁弁
４７が開き、適正量の高圧側のヘリウムガスが低圧側に
バイパスされる。

【００２１】冷凍機が冷却されると、冷凍機内のヘリウ
ムガスの密度が大きくなるため、高圧側のヘリウムガス
の圧力が下降し、圧力スイッチ６１の下降側の設定圧力
に到達すると、圧力スイッチ６１が作動して、電磁弁４
７を閉じる。かくして高圧側のヘリウムガスは、バイパ
スせずに、冷凍機に供給される。

【００２２】圧力スイッチ６１の上昇側と下降側の設定
圧力を適正に設定することにより、冷凍機運転開始から
の冷凍機で処理できないヘリウムガスは、高圧側から低
圧側へバイパスし、高圧側のヘリウムガス圧力の上昇を
防ぐことができる。また、冷凍機が所定の温度まで冷却
されたときに、高圧側の圧力と低圧側の圧力を大きくと
ることができる。バイパス路に設けた電磁弁４７は、停
止後、高圧側と低圧側のヘリウムガスの圧力を均一にす
る機能を兼ねているので、従来のように高圧側と低圧側
のヘリウムガスの圧力を均一にする目的で図２の公知例
に示した電磁弁１６は不要となる。

【００２３】

【発明の効果】冷凍機で処理できないヘリウムガスを、
圧力スイッチ６１と、適正量の高圧ヘリウムガスをバイ
パスできる流路径を有する電磁弁４７を組み合わせてな
る高圧側と低圧側のバイパス機構を設けたので、設計圧
力を高めたり、装置を大型化することなく、冷凍機が冷
却される過程で、冷凍機側で処理できないヘリムガスを
処理でき、また、冷凍機が所定の温度まで冷却されたと
きの圧力差を大きくとることができて、冷凍能力のアッ
プを図ることができる。さらに、高圧側と低圧側のヘリ
ウムガスの圧力を均一にする機能を備えている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧縮機ユニットの配管系統図。

【図２】従来の圧縮機ユニットの配管系統図。

【図３】一般的な冷凍機の概略説明図。

【図４】公知冷凍機の断面図。

【符号の説明】

３０バイパス弁４７電磁弁６１圧力スイッチ

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒のヘリウムガスを圧縮機で圧縮した
高圧ヘリウムガスを冷凍機へ供給し、冷凍機で膨張し圧
力の低下した低圧ヘリウムガスを再び圧縮機へ戻すよう
に構成された蓄冷式冷凍機において、冷凍機で処理でき
ないヘリウムガスを、圧力スイッチ(61)と、適正量の高
圧のヘリウムガスをバイパスできる流路径を有する電磁
弁(47)とを組み合わせてなる高圧側と低圧側のバイパス
機構を設けたことを特徴とする蓄冷式冷凍機用圧縮機。
【請求項２】電磁弁(47)は、停止後、圧縮機の潤滑油
の逆流を防ぐため、高圧側と低圧側のヘリウムガスの圧
力を均一にする機能を兼ねている請求項１記載の蓄冷式
冷凍機用圧縮機。
【請求項３】圧力スイッチ(61)と電磁弁(47)の組み合
わせ代え、圧力センサ−と流量制御弁の組み合せにした
請求項１記載の蓄冷式冷凍機用圧縮機。