JPS62106262A

JPS62106262A - 極低温冷凍機の圧縮ユニツト

Info

Publication number: JPS62106262A
Application number: JP24747985A
Authority: JP
Inventors: 野村　和雄; 勝治吉川; 西場　徳二
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1985-11-05
Filing date: 1985-11-05
Publication date: 1987-05-16

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】（イ）産業上の利用分野この発明はヘリウム等の気体を液化するのに使用する極
低温冷凍機の圧縮ユニットに関する。

（ロ）従来の技術この稿の極低温冷凍機は低温工学ハンドブック（昭和５
７年９月１５日内田老鶴圃新社発行　Ｐ１３８〜Ｐ１４
１）に開示されているように、圧縮ユニットで圧縮した
ヘリウムガス等の気体をギフオード・マクマホンサイク
Ａ／（以下ＧＭサイクルという）および箋ジュール・ト
ムソンサイクル（以下ＪＴサイクルという）に供給して
極低温状態に冷却し、ヘリウムガス等の気体を液化する
のに使用するものが知られており、近年、ＭＲＩ（核磁
気共鳴イメージングシステム）、極低温高分解能電子顕
微鏡、核融合、ＭＨＤ発電、シンクロトロン放射光発生
装置、磁気浮上列車、ジョセフノンコンビーーター、起
電導磁場単結晶引上げ装置などにおいて超電導コイルを
液化ガスで冷却するのに利用されている。

第２図は上述した極低温冷凍機の圧縮ユニットの１例を
示すものである。第２図において、図示方向に気体の流
れを許容する第１の逆止弁１と、オイルの逆流防止、並
びに低圧側圧力の脈動平滑用のアキュームレータ２と、
低段側圧縮機３の吸入口３ａおよび吐出口３ｂと、オイ
ルセパレータ４と、オイルの逆流防止、並びに中圧側圧
力の脈動平滑用のアキュームレータ５と、高段側圧縮機
６の吸入口６ａおよび吐出口６ｂと、水冷式熱交換器７
と、オイルセパレータ８と、水分除去用のドライヤー９
と、炭化水素や窒素、炭酸ガス等の不純物を吸着する活
性炭を収容した吸着器００とが順次配管１１ないし２１
にて縦続接続されている。吸着器１０の出口側の配管２
１には気体往管２２が接続され、この気体性；ｉ￥２２
には２本の分岐管２２１゜２２２が接続されている。ま
た、分岐管２２２には開閉弁２３が装設され、分岐管２
２１．２２２の端末にはそれぞれ高圧気１体往口２４．
２５が設けられている。

オイルセパレータ４とアキュームレータ５０間の配管１
５には図示方向に気体の流れを許容する第２の逆止弁２
６を有する気体戻り管２７が接続され、この気体戻り管
２７の端部には中圧気体戻り口２８が設けられている。

また、逆止弁１の上流側の配管１１には端部に低圧気体
戻り口２９を有する気体戻り管３０が接続されている。

また、低段側圧縮機３および高段側圧縮機６の吐出側の
配管１４．１７にはそれぞれ排気口３１．３２が設けら
れて（・る。

３３は低段側圧縮機３のオイルクーラで、その連絡回路
３４にはオイル注入口３５が設けられて℃・る。

３６は高段側圧縮機６のオイルクーラで、その連絡回路
３７にはオイル注入口３８が設けられて（・る。

３９は低段側圧縮機３の吐出側の配管１５と吸入側の配
管１２とを連結するバイパス回路であり、このバイパス
回路３９には圧力調整弁４ｏが装設されるとともに、圧
カスインチ４１、安全弁４２および圧力計４３が接続さ
れている。４４は高段側圧縮機６の吐出側の配管２０と
吸入側の配管１５とを連結するバイパス回路であり、こ
のバイパス回路４４には圧力調整弁４５が装設されると
ともに、圧カスインチ４６．安全弁４７および圧力計４
８が接続されている。４９および５ｏは逆止弁１とアキ
ュームレータ２との間の配管１２に接続された圧力スイ
ッチおよび圧力計である。５１は吸着器１ｏの出口側の
配管２１と逆止弁１の上流側の配管１１とに配管５２．
５３を介して接続されたバッファータンクであり、配管
５２には開閉弁５４および圧力調整弁５５が装設され、
配、管５３には開閉弁５６および圧力調整弁５７が装設
されている。また、バッファータンク５１には安全弁５
８と、排気兼気体充填口５９　とが設けられている。６
０は水冷式熱交換器７、オイルクーラ３３および３６に
順次冷却水を流す水回路である。

なお、気体注口２４．２５、気体戻り口２８．２９、排
気口３１．３２、オイル注入口３５．３８および排気兼
気体充填口５９は何れもセルフシール方式のカップリン
グが使用されている。また、圧力調整弁５５は設定圧（
例えば１８ａｔｇ）以上で開となるものを使用し、圧力
調整弁５７は設定圧（例えば０５ａｔｇ）以下で開とな
るものを使用している。また、ドライヤー９は水分除去
後、装置から取外されるものである。

上述した圧縮ユニットは第３図に示すように、気体注口
２４と気体戻り口２８との間に０Ｍサイクル６１が接続
され、気体注口２５と気体戻り口２９との間にＪＴプサ
イル６２が接続され、極低温冷凍機の圧縮ユニットとし
て使用される。この冷凍機はヘリウムガスを４．２Ｋに
冷却し、液体ヘリウム６３を生成するものである。

次に、上述した極低温冷凍機の圧縮ユニットの動作を説
明する。

ユニット内の配管は排気口３１．３２および排気兼気体
充填口５９を利用して真空引きが行なわれ、気体戻り口
２９および排気兼気体充填口５９を利用してヘリウムガ
スが封入されている。

逆止弁１およびアキュームレータ２を介して低段側圧縮
機３に吸入されたヘリウムガスは５〜６ａｔｇ、４０〜
５０°Ｃの中圧気体として吐出口３ｂから吐出される。

そして、この中圧気体はオイルセパレータ４およびアキ
ュームレータ５を介して高段側圧縮機６の吸入口６ａに
吸入される。高段側圧縮機６は１７〜１８　ａｔｇ、７
０〜８０℃の高圧気体を吐出しここの高圧気体は水冷式
熱交換器７で常温に近い１０〜３５℃まで冷却された後
、オイルセパレータ８および吸着器１ｏを通って気体往
管２２へ送られる。そして、気体往管２２の高圧気体は
分岐管２２１．２２２を介して０Ｍサイクル６１および
ＪＴプサイル６２に供給される。

圧縮機３．６の運転開始当初は両サイクル６１゜６２の
気体温度が高いため、配管２１の気体圧力が１８ａｔｇ
以上になり、配管１１の気体圧力が１　ａｔｇ以上にな
る。このとき、圧力調整弁５５が開になり、圧力開閉弁
５７が閉になるので、配管２１の高圧気体の一部が配管
５２を通ってバッファータンク５１に回収される。

その後、両サイクル６１．６２の気体温度の低下に伴な
って配管１１．２１の気体圧力が低くなり、開閉弁５５
が閉、開閉弁５７が開となる。このため、バッファータ
ンク５１のヘリウムガスが配管５３．１１を通って低段
側圧縮機３に吸入され、通常運転に入る。

なお、圧力調整弁４０．４５、圧力スイッチ４１．４６
．４９および安全弁４２．４７．５８は圧縮機３゜６の
故障時や配管系の目詰まり等の異常時にユニット全体の
保護を図るためのものである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点上述したように、圧縮ユニットは圧縮機３，６の運転開
始当初（クールダウン時）、余剰の気体（ヘリウムガス
）をバッファータンク５１に回収させている。しかしな
がら、余剰の気体がパンファータンク５１に回収される
際、吸着器１０を通過するので、吸着器１０は圧縮ユニ
ットが運転を行なうたびに多量の不純物を吸着すること
になる。

このため、０Ｍサイクル６１およびＪＴプサイル６２へ
供給する気体を清浄化するという吸着器１００本来の機
能が早期に損われ、吸着器１０を頻繁に交換しなければ
ならなかった。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたもので、吸着
器をＧＭサイクルおよびＪＴサイクルに供給されろ気体
の清浄化のみに使用し、吸着器の吸着機能が早期に失わ
れるのを防止することを目的とする。

に）問題点を解決するための手段この発明ではＪＴサイクルの気体戻り口とＧＭサイクル
およびＪＴサイクルの気体注口との間に第１の逆止弁、
低段側圧縮機、高段側圧縮機および吸着器を頭次配管に
て縦続接続し、低段側圧縮機と高段側圧縮機との間の配
管とＧＭサイクルの気体戻り口とを第２の逆止弁を介し
て配管接続し、第１の逆止弁と低段側圧縮機との間の配
管と高段側圧縮機と吸着器との間の配管とをそれぞれ設
定圧力の異なる圧力調整弁を介してバッファータンクに
配管接続した構成である。

犀）作用高段側圧縮機と吸着器との間の配管を高圧側の圧力調整
弁を介してバッファータンクに配管接続したので、低段
側圧縮機および高段側圧縮機の運転開始当初、余剰の気
体は吸着器を通らないでバッファータンクに回収される
。また、低段側圧縮機と高段側圧縮機との間の配管とＧ
Ｍサイクルの気体戻り口とを第２の逆止弁を介して配管
接続するとともに、第１の逆止弁と低段側圧縮機との間
の配管を低圧側の圧力調整弁を介してバッファータンク
に配管接続したので、不純物やオイルを含む圧縮ユニッ
トの気体がＧＭサイクルやＪＴサイクルの気体戻り口に
逆流する心配がない。

この発明によれば、ＧＭサイクルおよびＪＴサイクルに
供給される気体のみを吸着器で清浄化するので、吸着器
の寿命が長（なる。また、圧縮ユニットの浄化されてい
ない気体が両サイクルに逆流するのを阻止でき、両サイ
クルの管路な汚す心配もない。

（へ）実施例以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例装置を示すものであり、第
２図に示すものと共通する部分には同一符号を付しであ
る。

第１図において、ＪＴプサイル６２の気体戻り口２９と
０Ｍサイクル６１およびＪＴプサイル６２の気体注口２
４．２５との間に逆止弁１、アキュームレータ２、低段
側圧縮機３、オイルセパレータ４、アキュームレータ５
、高段側圧縮機６、水冷式熱交換器７、オイルセパレー
タ８、ドライヤー９および吸着器１０が気体戻り管３０
、配管１２　ないし２０、気体往管２２および分岐管２
２１，２２２にて順次縦続接続されている。また、ドラ
イヤー９と吸着器１０との間の配管２０とバッファータ
ンク５１とが開閉弁５４および圧力調整弁５５を備えた
配管５２にて接続され、逆止弁１とアキュームレータ２
との間の配管１２とバッファータンク５１とが開閉弁５
６および圧力調整弁５７を備えた配管５３にて接続され
ている。その他の構成は第２図のものと同一であるので
、説明を省略する。

本実施例によれば、両正縮機３．６の運転開始当初にお
いて、高段側圧縮機６から吐出された気体の一部（余剰
の気体）をバッファータンク５１に回収する際、余剰の
気体が吸着器１０を流れないようにできろ。このため、
吸着器１０で浄化される気体はＧＭプサイル６１および
ＪＴプサイル６２に供給される気体のみとなり、吸着器
１０の吸着機能が早期に失われる心配がない。また、圧
縮ユニットの不純物やオイルを含む気体が両サイクルの
気体戻り口２８．２９に逆流するのを逆止弁２６．１で
阻止できろため、圧縮ユニットの気体全部を吸着器１０
で浄化させることな（１両サイクル６１．６２の管路の
汚れを防止できる。

（ト）発明の効果この発明は以上のように構成されているので、低段側圧
縮機および高段側圧縮機の運転開始当初（クールダウン
時）における余剰の気体を吸着器を通さずにバッファー
タンクに回収させ、ＧＭサイクルおよびＪＴサイクルに
供給される気体のみを吸着器で清浄化することができ、
吸着器の吸着機能が早期に失われるのを防止して吸着器
の交換頻度を少なくできるなど、経済性および使い勝手
に優れている。また、圧縮ユニットの浄化されていない
気体が両サイクルに逆流し、両サイクルの管路な汚す心
配もなく、極低温冷凍機の耐用年数を長くできるなど、
実用性に富んでいる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例装置の系統図、第２図は従
来装置の１例を示す系統図、第３図は極低温冷凍機の１
例を示す系統図である。１・・・第１の逆止弁、　　３・・・低段側圧縮機、６
・・・高段側圧縮機、　　１０・・・吸着器、　２４・
・・ＧＭサイクルの気体往口、　　２５・・・ＪＴサイ
クルの気体注口、　　２６・・・第２の逆止弁、　２８
・・・ＧＭサイクルの気体戻り口、２９・・・ＪＴサイ
クルの気体戻り口、　　５１・・・バッファータンク、
　５５．５７・・・圧力調整弁。出願人　三洋電機株式会社　外１名代理人　弁理士　　佐　野　静　夫第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ジュール・トムソンサイクル（ＪＴサイクル）の
気体戻り口とギフォード・マクマホンサイクル（ＧＭサ
イクル）およびＪＴサイクルの気体往口との間に第１の
逆止弁、低段側圧縮機、高段側圧縮機および吸着器を順
次配管にて縦続接続し、低段側圧縮機と高段側圧縮機と
の間の配管とＧＭサイクルの気体戻り口とを第２の逆止
弁を介して配管接続し、第１の逆止弁と低段側圧縮機と
の間の配管と高段側圧縮機と吸着器との間の配管とをそ
れぞれ設定圧力の異なる圧力調整弁を介してバッファー
タンクに配管接続したことを特徴とする極低温冷凍機の
圧縮ユニット。