JPH02290472A - 極低温冷凍機用のヘリウム圧縮装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、数Ｋ〜数十Ｋ程度の極低温レベルを得る冷凍
機に組込まれて使用されるヘリウム圧縮装置に関する。

（従来の技術） 従来、特開昭Ｅｌ　１−２８５４Ｅｌ　１号公報に開示
され、かつ、第２図に示すように、この種圧縮装置から
吐出される高圧ヘリウムガスは２００’Ｃ以上の高温に
達し、油分離効率の低下や油劣化を招くことから、圧縮
機のケーシング（Ｋ）の外周部に、冷却水を循環させる
水コイル（Ｗ）を配設して、これに高圧のヘリウムガス
が流通される吐出ガスコイル（Ｈ）を付設し、吐出ガス
を冷却するようにしている。

この場合、熱交換により水コイル（Ｗ）内に発生する気
泡を流れに逆らわずに上方に抜いてやる必要があるため
、その入口部（ａ）を下方に出口部（ｂ）を上方に位置
させている。又、水により冷却される吐出ガスは、水と
は対向流とし、温度の低下が進む出口部では低温の水と
熱交換させ、高温のままの入口部では昇温された水と熱
交換さ．せるほうが、全体として熱交換効率が高くなる
ため、その入口部（Ｃ）を上方に出口部（ｄ）を下方に
位置させている。

又、同様に、高温とされる潤滑油の温度を低減するため
、油循環コイル（０）を、その入口部（ｅ）が上方に出
口部（ｆ）が下方に位置するように冷却コイル（Ｗ）に
付設している。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のものは、冷却媒体に水を用い、吐出ガス又は潤滑
油との間で主に顕熱のやりとりで冷却を行うものだから
、対向流にして熱交換効率を向上させる必要があり、下
から上に向かう水コイル（Ｗ）に対し吐出ガスコイル（
Ｈ）及び油循環コイル（０）を上から下に向かわせてお
り、順次温度低下が進み低温とされる出口側の吐出ガス
コイル（Ｗ）及び油循環コイル（０）が下方に位置され
ることになるため、この下方部分で結露が発生すると、
直ちにこの結露水が下方に垂れてしまう問題が起こるの
である。

このため、通常、ケーシング（Ｋ）の下部には、結露水
を受け止めるドレンバンを配置し、又、その排水機構を
設ける必要が生じて構成が複雑化するのである。

本発明では、冷却媒体にフロンを用い、被冷却媒体とな
る吐出ガス等の流通方向を変更することにより、結露の
垂れ下がりの問題を防止できて吐出ガス等の良好な冷却
を行うことができる極低温冷凍機用のヘリウム圧縮装置
を提供することを主たる目的とするものである。

（課題を解決するための手段） そこで本発明では、ケーシング（１）の内部に圧縮要素
（３）を備え、低圧のヘリウムガスを吸入して圧縮し、
高圧のヘリウムガスを吐出するようにした極低温冷凍機
用のヘリウム圧縮装置であって、前記ケーシング（１）
の外周部に、フロンを循環させる冷却コイル（６）をそ
の入口部が下方に出口部が上部に位置するように配設す
ると共に、高圧のヘリウムガスを流通させる吐出ガスコ
イル（７）を、その入口部が下方に出口部が上方に位置
するように、前記冷却コイル（６）に熱交換可能に付設
することにした。

又、加えて、前記ケーシング（１）の内部に充填した潤
滑油を循環させる油循環コイル（８）を、その入口部が
下方に出口部が上方に位置するように、前記冷却コイル
（θ）に熱交換可能に付設することにした。

更に、上記構成において、運転の起動時、前記冷却コイ
ル（６）にフロンを循環させた後に、前記圧縮要素（３
）を駆動する起動制御手段（９）を設けることにした。

（作用） フロンは冷却コイル（６）中を下から上に流れるため、
蒸発による気化ガスが下流個に円滑に取出せる。又、吐
出ガスは吐出ガスコイル（７）中を下から上に流れ、フ
ロンの流れとは対向流にはならないが、冷却は、フロン
の大き゜な蒸発潜熱により行われ、しかも、冷却コイル
（６）の上下で温度差が殆どなくなることから、対向流
としなくとも十分な冷却が行える。しかも、このとき、
冷却の進んだ吐出ガスの出口部が上方に位置され、高温
側が下方に位置されるため、低温側の上部で結露が発生
しても、その結露水は下方側の高温部分で蒸発される。

又、同様に、油循環コイル（８）に流通される油も、下
から上に流れるから、低温の上部出口側で発生する結露
水が下方に垂れるまでの間に蒸発される。

更に、起動制御手段（９）により、その運転の起動時、
冷却コイル（６）にフロンを循環させた後１に、圧縮要
素（３）を駆動すれば、フロンによる冷却負荷を軽減で
き、起動開始当初から良好な冷却が行える。

（実施例） 第１図に示すものは、極低温膨張機やジュールトムソン
熱交換回路等の極低温冷凍機ユニー／　ト（Ｕ）に接続
するヘリウム圧縮装置であり、密閉形のケーシング（１
）の内部に、モータ（２）で駆動するロータリー式の圧
縮要素（３）を備え、吸入管（４）から吸入する低圧の
ヘリウムガスをシリンダ室（３０）で圧縮し、ケーシン
グ（１）の内部を経て、吐出管（５）から高圧のヘリウ
ムガスを吐出するようにしている。吐出管（５）には油
分離器（５０）を接続し、分離油をキャビラＵ（５１）
を介して吸入管（４）に戻すようにしている。（５２）
は水分等の吸着器、（５３）は低圧ヘリウムの圧力変動
を吸収するサージボトルである。

以上の構成において、ケーシング（１）の外周部に、フ
ロンを循環させる冷却コイル（６）を、その入口部（θ
ａ）が下方に出口部（６ｂ）が上方に位置するように巻
回状に配設し、この冷却コイル（６）に、フロン用圧縮
機（８１）、凝縮Ｗ　（８２）　、膨張弁（６３）を備
える冷却ユニッ｝　（８０）を接続して、前記膨張弁（
６２）を流出した低圧液状のフロンを、その下方から上
方に流通させ、蒸発させる。

又、前記吐出管（５）に連続する吐出ガスコイル（７）
を、その入口部（７ａ）が下方に出口部（７ｂ）が上方
に位置するように、前記冷却コイル（６）の上部側に熱
交換可能に付設し、冷却コイル（６）を流通する低圧液
状のフロンの蒸発潜熱により、吐出ガスコイル（７）を
流通する吐出ガスを冷却させる。

更に、前記ケーシング（１）の底部には、潤滑油を充填
しており、底部から油潤滑コイル（８）を引延ばして、
その入口部（８ａ）を下に出口部（８ｂ）を上に位置さ
せて、前記冷却コイル（６）の下部側に熱交換器可能に
付設し、その出口部をオリフィス（８０）を介して、前
記吸入管（４）に接続する。

尚、前記冷却コイル（６）及び吐出ガスフィル（７）、
油循環コイル（８）は、熱電導体（１０）で覆っている
。

以上の構成によれば、フロンは冷却コイル（６）中を下
から上に流れるため、蒸発による気化ガスが下流側に円
滑に取出せる。又、吐出ガスは吐出ガスコイル（７）中
を下から上に流れ、フロンの流れとは対向流にはならな
いが、冷却は、フロンの大きな蒸発潜熱により行われ、
冷却コイル（６）の上下で温度差が殆どなくなることか
ら、対向流としなくとも十分な冷却が行える。しかも、
このとき、冷却の進んだ吐出ガスの出口部が上方に位置
され、高温側が下方に位置されるため、低温側の上部で
結露が発生しても、その結露水は下方倒の高温部分で蒸
発されるため、結露水が下に垂れることが防止できる。

従って、下部にドレンバン及びその排出機構を設ける必
要がない。同様に、油循環コイル（８）に流通される油
も、下から上に流れるから、低温の上部出口側で発生す
る結露水が下方に垂れるまでの間に蒸発でき、ドレンパ
ン等は必要ナい。

又、以上の構成において、運転の起動時、まず初めに前
記冷却コイル（６）にフロンを循環させ、その後に、前
記圧縮要素（３）を駆動する起動制御手段（９）を設け
る。具体的にはフロン側起動手段（９１）によりフロン
側圧縮機（６１）のモータＮ３　１　ａ）を駆動した後
、タイマ手段（９３）で一定時間計時した後に、ヘリウ
ム側起動手段（９２）により圧縮要素（３）に結合した
モータ（２）を駆動する。この場合には、フロン側圧縮
機（６１）の負荷を軽減でき、起動開始当初から良好な
冷却が行えると共に、起動時間差により起動電流のピー
ク値を低減できる利点も得られる。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、フロンの蒸発潜熱により吐出ガ
ス又は油の冷却を行い、吐出ガスコイル（７）又は油循
環、コイル（８）を下から上に向かわせるようにしたか
ら、低温側の上部で結露が゛発生しても、その結露水は
下方側の高温部分で蒸発されるため、下部に別途ドレン
バン等を設置する必要がなく、良好な吐出ガス冷却又は
油冷却を行えるのである。

加えて、起動制御手段（９）により、その運転の起動時
、冷却コイル（６）にフロンを循環させた後に、圧縮要
素（３）を駆動すれば、フロンによる冷却負荷を軽減で
き、起動開始当初から良好な冷却が行えるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る圧縮装置の構成図、第２図は従来
例の構成図である。 （１）・・・・ケーシング （３）・・・・圧縮要素 （６）・・・・冷却コイル （７）・・・・吐出ガスコイル （８）・・・・油循環コイル （９）・・・・起動制御手段 （８　ａ，　　７　ａｌ　　８　ａ）・・・・入口部（
６ｂ，７ｂ，８ｂ）・・・・出口部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケーシング（１）の内部に圧縮要素（３）を備え、
   低圧のヘリウムガスを吸入して圧縮し、高圧のヘリウム
   ガスを吐出するようにした極低温冷凍機用のヘリウム圧
   縮装置であって、前記ケーシング（１）の外周部に、フ
   ロンを循環させる冷却コイル（６）をその入口部が下方
   に出口部が上部に位置するように配設すると共に、高圧
   のヘリウムガスを流通させる吐出ガスコイル（７）を、
   その入口部が下方に出口部が上方に位置するように、前
   記冷却コイル（６）に熱交換可能に付設していることを
   特徴とする極低温冷凍機用のヘリウム圧縮装置。 ２）前記ケーシング（１）の内部に充填した潤滑油を循
   環させる油循環コイル（８）を、その入口部が下方に出
   口部が上方に位置するように、前記冷却コイル（６）に
   熱交換可能に付設している請求項１記載の極低温冷凍機
   用のヘリウム圧縮装置。 ３）運転の起動時、前記冷却コイル（６）にフロンを循
   環させた後に、前記圧縮要素（３）を駆動する起動制御
   手段（９）を備える請求項１又は請求項２記載の極低温
   冷凍機用のヘリウム圧縮装置。