JPH06313638A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外気の温度が大幅に低下した時にも、圧縮機
の圧縮部においてオイル不足を来さないようにする。 【構成】 オイル熱交換器１２Ａのオイル入口側とオイ
ル出口側とを側路管３８で連通し、温度センサ５２が計
測する圧縮機１１に戻るオイルの温度が所定温度（例え
ば１０℃）以下になった時に、三方弁３９を切り替えて
圧縮機１１から吐出したオイルが、オイル熱交換器１２
Ａを側路して側路管３８に流れるように設けてあるの
で、外気温度が大きく下がった時には、オイル熱交換器
１２Ａにおける冷却作用がなくなり、圧縮機１１に戻る
オイルの温度は所定温度を下回ることがない。このた
め、寒冷地の冬期などに外気温度が大きく下がることが
あっても、オイルの粘性が増加して流量不足になること
がないので、圧縮機１１には常に十分な量のオイルが供
給され、年間を通して正常な状態で運転されることか
ら、極低温冷却器２３では常に正常な状態の冷却作用が
なされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加圧ガス体を冷却媒体
として膨張冷却を行う極低温冷凍装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の装置は、図２に例示した極低温
冷凍装置５００のように、圧縮部１００で加圧した冷媒
体、例えばヘリウムを極低温冷却部２００に送って所要
の冷却を行った後、圧縮部１００に戻し、再び加圧して
極低温冷却部２００に送ると云う循環を行うと共に、圧
縮部１００における種々の動作を円滑安定に行うための
調整部３００を設けた構成になっている。

【０００３】具体的に説明すると、圧縮機１１により所
定のガス体、例えばヘリウムガスを冷媒体として用いて
加圧し、第２熱交換器１２Ｂで圧縮による温度上昇分を
冷却した後、オイルセパレータ１３に与えて加圧の際に
用いたオイル分を分流し、オイル分は後記する経路を介
して圧縮機１１に戻し、冷却後の冷媒体をアドソーバ１
４に与える。アドソーバ１４は、内部に活性炭などの吸
収剤を収納したものであり、オイルセパレータ１３で分
流しきれなかった細かいオイル分を吸収分離して、冷媒
体のみを往路管２１に送出する。

【０００４】冷媒体は、供給弁２２を介してクライオポ
ンプなどからなる極低温冷却機２３で所要の冷却作用を
果した後、排出弁２４・復路管２５を経由してアキュム
レータ１５に流入し、ここに一時的に貯溜されて、再び
圧縮機１１で加圧されると云う循環経路を辿る。

【０００５】圧縮機１１内での圧縮時に、オイルと冷媒
体の混合流体に生ずる発熱分を、第１熱交換器１２Ｃに
おいて冷却する。

【０００６】調整部３００は、オイルセパレータ１３の
オイル出口側と復路管２５との間を側路する側路管３１
の途中に設けた差圧弁３２と均圧弁３３とによって所要
の圧力調節を行うことにより、極低温冷却機２３または
圧縮機１１に対する不要な高圧などを側路して極低温冷
却機２３と圧縮機１１との異常運転を防止する調整動作
と、オイルセパレータ１３で分離したオイル分を圧縮機
１１に戻す側路管３４に、キャピラリーチューブなどか
らなる減圧器３５を設けて減圧する調整動作と、圧縮機
１１内のオイルをオイル熱交換器１２Ａで冷却して再び
圧縮機１１に戻すためのオイル戻り経路３６に、キャピ
ラリーチューブなどからなる減圧器３７を設けて減圧す
る調整動作と、を行うものである。

【０００７】なお、第１熱交換器１２Ｃは前記したよう
に冷媒体とオイルとの混合流体を冷却するための熱交換
器であり、冷媒体の圧縮熱の大半を冷却する。また、第
２熱交換器１２Ｂは主として冷媒体を冷却するための熱
交換器であり、圧縮機１１の動作部分、例えばモータ部
の発熱と、圧縮熱の熱伝導部分とを冷却する。また、オ
イル熱交換器１２Ａは主にオイルを冷却するための熱交
換器であり、圧縮機１１内のオイルを冷却し、冷媒体の
圧縮過程における発熱を抑えるものである。

【０００８】そして、これら第１熱交換器１２Ｃ・第２
熱交換器１２Ｂ・オイル熱交換器１２Ａに、冷却ファン
１６を用いて相対的に冷たい空気（外気）を冷却用空気
として送風し、熱交換効率の改善を図っている。

【０００９】しかし、上記構成の極低温冷凍装置５００
は、しばしば空気の清浄な高地に建てられた例えば天文
台の観測機器に設けられることがあり、そのような高緯
度の寒冷地に設置する場合には、冬期に氷点下になるこ
とも珍しいことではない。

【００１０】したがって、特開昭３−２１７７６３号公
報などに開示されている、オイル熱交換器１２Ａを水冷
する方式の極低温冷凍装置が、冷却水の凝固により使用
できないのはもちろん、図２に示したオイル熱交換器１
２Ａを空冷する極低温冷凍装置５００であっても、外気
温度が低くなると、冷却ファン１６で冷却したオイルの
温度が低下し過ぎて粘性が増し、これによりオイル循環
に支障を来し、正常な運転が出来なくなると云った問題
点があった。

【００１１】このため、例えば図３に例示したように、
圧縮機１１の外表面に加熱手段としての電熱ヒータ４１
を設置すると共に、温度センサ５１を設けて圧縮機１１
の温度を計測し、コントローラ６１によって電熱ヒータ
４１への通電を制御し、圧縮機１１の温度が所定温度
（例えば、０℃）以下に低下しないように工夫した、極
低温冷凍装置５００Ｂがある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の極
低温冷凍装置５００Ｂにおいては、電熱ヒータ４１が折
角暖めた圧縮機１１のオイルは、冷却ファン１６が送風
して冷却するオイル熱交換器１２Ａにおいて冷却される
ので、オイル熱交換器１２Ａ出口部の温度は外気温度に
より大きく左右される。このため、例えば寒冷地におけ
る冬期などで外気温度が低くなり過ぎると、オイル熱交
換器１２Ａ・オイル戻り経路３６においてオイルの温度
が下がり過ぎ、オイルの粘性が増して循環量不足を来
し、圧縮機１１の安定した運転を継続することができな
くなることがあった。

【００１３】また、外気の温度がそれほど低下していな
い時にも、メンテナンスを行う時などでは長時間に渡っ
て運転を停止させることになり、これにより圧縮機１１
・オイル熱交換器１２Ａ・オイル戻り経路３６などの温
度が下がってしまうため、再起動するためのウォーミン
グアップに長い時間を要するようになり、再起動した後
もオイル熱交換器１２Ａ・オイル戻り経路３６が十分暖
められるまではオイル温度が低く、十分な量のオイル循
環が確保されないことから、圧縮機１１が苛酷な条件下
で運転され、装置寿命を縮めると云った問題点もあり、
この点の解決が課題となっていた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
の課題を解決するため、オイルを介在させて冷媒体を加
圧する圧縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極
低温冷却部に供給して所要の極低温冷却を行うと共に、
圧縮部にオイルを冷却するためのオイル熱交換器を設け
た極低温冷凍装置において、前記オイル熱交換器のオイ
ル入口側とオイル出口側とを側路管で連通すると共に、
この側路管のオイル流量を、側路管が合流接続したオイ
ル戻り経路の温度に基づいて制御する制御機構を設けた
ものであり、

【００１５】オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧縮
部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却部
に供給して所要の極低温冷却を行うと共に、圧縮部にオ
イルを冷却するための空冷式オイル熱交換器を設けた極
低温冷凍装置において、前記空冷式オイル熱交換器のオ
イル入口側とオイル出口側とを側路管で連通すると共
に、この側路管のオイル流量を、前記空冷式オイル熱交
換器に送風する空気の温度に基づいて制御する制御機構
を設けたものである。

【００１６】

【作用】側路管が合流接続したオイル戻り経路を流れる
オイルの温度が所定の温度まで低下した時、あるいは空
冷式オイル熱交換器に送る空気が所定の温度以下に下が
った時には、側路管を流れるオイルの流量を増やし、オ
イル熱交換器に流れるオイルの流量を減らすことによ
り、オイル戻り経路を流れるオイルの温度が必要以上に
低下することが防止して、オイルの粘性増加が防止でき
ることから、外気の温度が寒冷地における冬期などで大
きく低下することがあっても、オイルの循環量が大きく
減少して圧縮機の正常な運転ができなくなると云った懸
念がない。

【００１７】

【実施例】以下、本発明になる極低温冷凍装置５００Ａ
を、図１に基づいてさらに詳細に説明する。なお、図１
において、図２・図３における符号と同一の符号で示し
た部分は、図２・図３により説明した部分と同一の機能
を持つ部分であり、本発明の理解を損なわない範囲で説
明を省略した。

【００１８】符号３８は、オイル熱交換器１２Ａのオイ
ル入口側とオイル出口側とを連通する側路管である。こ
の側路管３８にはコントローラ６２が制御する三方弁３
９を介して、温度センサ５２が計測するオイルの温度が
所定温度、例えば１０℃より下がった時に、圧縮機１１
から吐出したオイルがオイル熱交換器１２Ａを側路して
流れるように設けてある。

【００１９】上記構成の極低温冷凍装置５００Ａにおい
ては、外気の温度が下がってオイル熱交換器１２Ａにお
けるオイルの冷却作用が強くなり、温度センサ５２が計
測するオイル温度が所定温度まで低下すると、三方弁３
９が切り替わって圧縮機１１から吐出したオイルがオイ
ル熱交換器１２Ａを側路して側路管３８に流れるように
なる。

【００２０】このため、外気の温度が大きく下がること
があっても、電熱ヒータ４１によって加熱されたオイル
は、オイル熱交換器１２Ａを通過した後も必要以上に温
度が低下する懸念がないから、寒冷地の冬期などでも温
度低下に起因するオイルの粘性増加がなく、圧縮機１１
には常に十分な量のオイルが流入して、圧縮機１１は四
季を問わず常に正常な状態で運転される。

【００２１】なお、前記温度センサ５２は、オイル戻り
経路３６の管内に挿入設置して、管内を流れているオイ
ルの温度を直接計測する他、管外に貼り付け設置して管
壁を介して管内を流れているオイルの温度を計測した
り、あるいは管壁内に埋め込み設置して、管内を流れて
いるオイルの温度を計測することなども可能である。

【００２２】また、前記温度センサ５２に代えて温度セ
ンサ５３を、オイル熱交換器１２Ａに送る冷却用空気
（外気）の温度が計測できるように設置し、この温度セ
ンサ５３が計測する冷却用空気が所定温度、例えば０℃
より高い時には、圧縮機１１から吐出したオイルがオイ
ル熱交換器１２Ａに流れるように三方弁３９を操作し、
温度センサ５３が計測するオイルも温度が前記所定温度
より下がった時には、圧縮機１１から吐出したオイルが
側路管３８に流れてオイル熱交換器１２Ａを側路するよ
うに三方弁３９を操作し、圧縮器１１に戻るオイルの異
常温度低下を防止することも可能である。

【００２３】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱
しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００２４】例えば、三方弁３９に代えて、オイル熱交
換器１２Ａに流れるオイル流量と側路管３８に流れるオ
イル流量との比が自在に調節できる弁を設置することも
可能である。また、この種の弁は、側路管３８とオイル
戻り経路３６との合流部に設置したり、オイル戻り経路
３６の途中に設置することも可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の極低温冷凍
装置は、オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧縮部を
備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却部に供
給して所要の極低温冷却を行うと共に、圧縮部にオイル
を冷却するためのオイル熱交換器を設けた極低温冷凍装
置において、前記オイル熱交換器のオイル入口側とオイ
ル出口側とを側路管で連通すると共に、この側路管のオ
イル流量を、側路管が合流接続したオイル戻り経路の温
度に基づいて制御する制御機構を設けたものであり、

【００２６】オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧縮
部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却部
に供給して所要の極低温冷却を行うと共に、圧縮部にオ
イルを冷却するための空冷式オイル熱交換器を設けた極
低温冷凍装置において、前記空冷式オイル熱交換器のオ
イル入口側とオイル出口側とを側路管で連通すると共
に、この側路管のオイル流量を、前記空冷式オイル熱交
換器に送風する空気の温度に基づいて制御する制御機構
を設けたものであるから、

【００２７】側路管が接続したオイル戻り経路を流れる
オイルの温度が所定の温度まで低下した時、あるいは外
気が所定の温度以下に下がった時には、側路管を流れる
オイルの流量が増え、オイル熱交換器に流れるオイルの
流量が減少して、オイル戻り経路を流れるオイルの温度
が必要以上に低下することがない。

【００２８】このため、外気の温度が寒冷地における冬
期などで大きく低下することがあっても、オイルの粘性
が増加して循環量が大きく減少すると云ったことがな
く、必要なオイル循環量を確保することが可能である。

【００２９】これにより、外気温度が冬期などに異常に
低下することがあっても、圧縮機を正常な状態で運転す
ることができるので、極低温冷凍装置を例えば寒冷地に
設置する天文台の電波望遠鏡の観測機器などを冷却する
装置として使用する時にも、全く問題なく冷凍作用を発
揮することが可能になるなど、顕著な効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の説明図。

【図２】極低温冷凍装置の全体構成を示すブロック図。

【図３】従来技術の説明図。

【符号の説明】

１１ 圧縮機 １２Ａ オイル熱交換器 １２Ｂ 第２熱交換器 １２Ｃ 第１熱交換器 １３ オイルセパレータ １４ アドソーバ １５ アキュムレータ １６ 冷却ファン ２１ 往路管 ２２ 供給弁 ２３ 極低温冷却機 ２４ 排出弁 ２５ 復路管 ３６ オイル戻り経路 ３７ 減圧器 ３８ 側路管 ３９ 三方弁 ４１ 電熱ヒータ ５１・５２・５３ 温度センサ ６１・６２ コントローラ １００ 圧縮部 ２００ 極低温冷却部 ３００ 調整部 ５００・５００Ａ・５００Ｂ 極低温冷凍装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧
   縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却
   部に供給して所要の極低温冷却を行うと共に、圧縮部に
   オイルを冷却するためのオイル熱交換器を設けた極低温
   冷凍装置であって、前記オイル熱交換器のオイル入口側
   とオイル出口側とを側路管で連通すると共に、この側路
   管のオイル流量を、側路管が合流接続したオイル戻り経
   路の温度に基づいて制御する制御機構を設けたことを特
   徴とする極低温冷凍装置。
2. 【請求項２】 オイルを介在させて冷媒体を加圧する圧
   縮部を備え、この圧縮部で加圧した冷媒体を極低温冷却
   部に供給して所要の極低温冷却を行うと共に、圧縮部に
   オイルを冷却するための空冷式オイル熱交換器を設けた
   極低温冷凍装置であって、前記空冷式オイル熱交換器の
   オイル入口側とオイル出口側とを側路管で連通すると共
   に、この側路管のオイル流量を、前記空冷式オイル熱交
   換器に送風する空気の温度に基づいて制御する制御機構
   を設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。