JPS6325461A - ヘリウムガス冷凍機 - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は作動ガスとしてヘリウムガスを使用し、圧縮
機と、この圧縮機に吐出側配管及び吸入側配管を介して
接続され、極低温の寒冷を発生させるギフオードマクマ
ホンサイクル、ツルベイサイクル、ジュールトムソンサ
イクル等の冷凍サイクルを備えたヘリウムガス冷凍機に
関する。

（ロ）従来の技術 この種のヘリウムガス冷凍機は例えば低温工学ハンドブ
ック（昭和５７年９月１５日内田老鶴圃新社発行Ｐ１３
８〜Ｐ１４１）に開示されているように、圧縮機で圧縮
したヘリウムガスをギフオードマクマホンサイクル及び
ジュールトムソンサイクル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
や、真空技術マニュアル（昭和５８年７月３０日産業図
書株式会社発行Ｐ２２０）に開示されているように、圧
縮機で圧縮したヘリウムガスをギフオードマクマホンサ
イクルに供給し、クライオポンプの冷熱源として使用す
るものが知られている。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 ところで、上述したヘリウムガス冷凍機はヘリウムガス
を圧縮するのにフロンガス用の圧縮機を改良して使用し
ているため、次のような問題があった。

ｉ）　ヘリウムガスは、その比熱比が１．６７とフロン
ガスに比べて大きいことから、圧縮比を大きくすると吐
出ガス温度が著しく上昇し、潤滑才イルが劣化して圧縮
機の信頼性を損う心配がある。

そこで、吸入圧力を高くし、かつ圧縮比を大きくしてヘ
リウムガスの循環量を多くすることが困難であった。

ｉｉ）シリンダまわりの冷却の都合上、密閉又は半密閉
の往復動圧縮機よりもロータリー圧縮機が多く使用され
ている。しかしながら、ロータリー圧縮機を使用する場
合、大型のものがないため、冷凍機の能力を大きくする
には圧縮機を複数台使用しなければならず、周辺機器も
それにつれて著しく増加していた。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたものであり、
圧縮機の信頼性を低下させることなく、小型の圧縮機を
用いて冷凍能力の向上を図ることを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 この発明のヘリウムガス冷凍機はヘリウムガスの圧縮機
と、この圧縮機に吐出側配管及び吸入側配管を介して接
続され、極低温の寒冷を発生きせる冷凍サイクルと、圧
縮機の吸入側配管を流れるヘリウムガスを冷却するフロ
ンガス冷凍機とを備えた構成である。

（＊）作用 このように構成すると、圧縮機に吸入されるヘリウムガ
スの温度が低くなるので、圧縮機の吸入圧力を高くし、
かつ圧縮比を大きくしても吐出ガス温度が異常に上昇す
る心配がなく、潤滑オイルの劣化が防止される。乙のた
め、圧縮機に悪影響を与えることなくヘリウムガスの循
環量を大きくすることができ、小型の圧縮機を用いなが
ら冷凍能力の大きな冷凍機を作ることが可能である。

（へ）実施例 以下、この発明を図面に示す実施例について詳細に説明
する。

図は冷凍サイクルとしてギフオードマクマホンサイクル
１を用いたヘリウムガス冷凍機の一実施例を示すもので
ある。

図において、ギフオードマクマホンサイクル１は２段の
膨張機２，３と再生器４，５とで構成され、給排気弁６
を介してヘリウムガス圧縮機７の吐出側配管８と吸入側
配管９とに接続されている。圧縮機７には水冷式のオイ
ルクーラ１０が設けられている。また、吐出側配管８に
は水冷式のヘリウムクーラ１１と、オイルフィルター１
２と、吸着器１３とが順次装設きれ、オイルフィルター
１２と吸入側配管９とがオイル戻し管１４にて接続され
ている。また、オイル戻し管１４の接続部より下流側の
吸入側配管９にはフロンガス冷凍機１５の蒸発器１６が
取付けられている。このフロンガス冷凍機１５はフロン
ガス圧縮機１７、凝縮器１８、減圧装置１９及び蒸発器
１６を順次環状に接続したものである。

上述したヘリウムガス冷凍機は圧縮機７から吐出された
高温・高圧のヘリウムガスがヘリウムクーラ１１に入り
、ここで常温まで冷却される。

ヘリウムクーラ１１を通過したヘリウムガスは次にオイ
ルフィルター１２に入り、ここでヘリウムガスに含まれ
る潤滑オイルが分離きれる。そして、分離されたオイル
はオイル戻し管１４を通って吸入側配管９に戻される。

オイルフィルター１２を通過したヘリウムガスは次に吸
着器１３に入り、ここでヘリウムガスに含まれる酸素、
窒素、戻酸ガス等の不純ガスやオイルフィルター１２で
除去されなかったガス状のオイルが活性炭等の吸着剤に
吸着保持される。このようにして純度の高められトヘリ
ウムガスが給排気弁６を介してギフオードマクマホンサ
イクル１に供給される。給排気弁６は膨張機２，３の往
復運動と同期してギフオードマクマホンサイクル１を吐
出側配管８と吸入側配管９とに交互に連通させるもので
あるから、再生器４，５では蓄冷が行なわれ、定常運転
時には膨張機２で７０〜８０°に５膨張機３で１０〜２
０　’にの寒冷がそれぞれ得られる。

本実施例によれば、吸入側配管９にフロンガス冷凍機１
５の蒸発器１６を取付け、吸入側配管９を流れるヘリウ
ムガスを冷却するようにしたので、圧縮機７の吸入ガス
温度が低くなり、圧縮機７の吸入圧力を高くし、かつ圧
縮比を大きくしても吐出ガス温度が異常に高くなる心配
がない。このため、圧縮機７に小型のものを使用しなが
らへリウムガスの循環量を増大させ、冷凍機の能力を大
きくすることができ、しかも潤滑オイルが劣化する心配
がなく、圧縮機７の摺動部の摩耗やバルブへのスラッジ
の付着を防止できるなど、圧縮機７の信頼性を損わない
ようにできる。また、吸入ガス温度が低く、ヘリウムガ
スの比容積が小さくなるので、圧縮機７０体積効率を向
上させることもできる。さらにまた、オイル戻し管１４
から吸入側配管９に戻されるオイルがフロンガス冷凍機
１５によって冷却されるので、潤滑オイルの冷却効果も
著大となる。

（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、吸入側配
管を流れるヘリウムガスをフロンガス冷凍機で冷却して
圧縮機の吸入ガス温度を低めることができ、小型の圧縮
機を用いつつ、吸入圧力を高め、かつ圧縮比を大きくし
てヘリウムガスの循環量を増大させ、冷凍能力を向上さ
せることができるとともに、潤滑オイルの劣化を防止し
、圧縮機の信頼性が損われないようにできるものである
。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の一実施例を示すヘリウムガス冷凍機の配
管系統図である。 １・・・ギフオードマクマホンザイクル（冷凍ザイクル
）、　７・・・圧縮機、　８・・・吐出側配管、　　９
・・・吸入側配管、　　１５・・・フロンガス冷凍機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヘリウムガスの圧縮機と、この圧縮機に吐出側配
   管及び吸入側配管を介して接続され、極低温の寒冷を発
   生させる冷凍サイクルと、圧縮機の吸入側配管を流れる
   ヘリウムガスを冷却するフロンガス冷凍機とを備えたこ
   とを特徴とするヘリウムガス冷凍機。