JPH06313643A - 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】 冷却ファン１６が送風する冷却用空気をオイ
ル熱交換器１２Ａに導くフード７１の端部に、所定温度
より低い時には平板になり、これより高い温度ではカー
ル状に巻き取られた形状となる、温度によって異なる二
つの形状を記憶した形状記憶合金製のスクリーン７３を
設置したので、外気の温度が大きく下がった時には流路
７２が狭まってオイル熱交換器１２Ａに送風される冷却
用空気の流量が減少するので冷却作用が減り、圧縮機１
１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、寒冷地の冬期に外気温度が大きく低下するこ
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６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に戻すための側路管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、冷却水の結氷により使用
できないのはもちろん、図６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７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・側路管３６にある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１
１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・側路管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・側路管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空冷式オイル熱交換器
と、この空冷式オイル熱交換器に冷却用空気を送風する
冷却ファンとを設けた極低温冷凍装置において、前記冷
却用空気の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど狭ま
るように可変に設けたものであり、

【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および冷媒
体を主として冷却するための熱交換器からなる一体型熱
交換器と、この一体型熱交換器に冷却用空気を送風する
冷却ファンとを設けた極低温冷凍装置において、前記冷
却用空気の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど狭ま
るように可変に設けたものであり、

【００１６】また、前記空冷式オイル熱交換器に至る前
記冷却用空気の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど
狭まるように可変に設けたものであり、

【００１７】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と、この空
冷式オイル熱交換器に冷却用空気を送風する冷却ファン
とを設けた極低温冷凍装置において、前記冷却用空気の
流路開口面積を調整するスクリーンとこのスクリーンの
巻き取り機構とを具備し、前記冷却用空気の流路開口面
積を前記冷却用空気の温度が低いほど小さくなるように
可変に設けたものであり、

【００１８】また、前記冷却用空気の流路開口面積を調
整するスクリーンとこのスクリーンの巻き取り機構とを
具備し、前記冷却用空気の流路開口面積をオイル戻り経
路の温度が低いほど小さくなるように可変に設けたもの
である。

【００１９】

【作用】冷却ファンが送る冷却用空気（外気）の温度が
低下するほど、その流路が狭まって冷却用空気の流量が
減少し、空冷式オイル熱交換器における熱交換効率が下
がる。このため、空冷式オイル熱交換器を通過したオイ
ルの温度が必要以上に低下して、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。

【００２０】

【実施例】以下、本発明になる極低温冷凍装置５００Ａ
を、図１〜図５に基づいてさらに詳細に説明する。な
お、これらの図において、図６・図７における符号と同
一の符号で示した部分は、図６・図７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。

【００２１】図１において、符号７１は、冷却ファン１
６が回転して送風する冷却用の空気（外気）を空冷式の
オイル熱交換器１２Ａに案内するためのフードであり、
このフードの端部に所定温度、例えば０℃以下では破線
のように平板になり、これより高い温度では実線のよう
にカール状に巻き取られた形状となる、温度によって異
なる二つの形状を記憶した形状記憶合金製のスクリーン
７３が設置されている。

【００２２】このため、外気の温度が前記所定温度より
高い時には、流路７２が大きく開口して冷却ファン１６
が送風する多量の冷却用空気がオイル熱交換器１２Ａに
吹き付けられ、この中を流れるオイルが効果的に冷却さ
れるが、外気の温度が前記所定温度より下がると、流路
７２の開口部が自然に狭まって冷却ファン１６が送風す
る冷却用空気の流量が減少し、オイル熱交換器１２Ａの
内部を流れているオイルを冷却する作用効果が自動的に
減少する。

【００２３】したがって、外気が所定の温度以下に下が
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を通過しても必要以上に温度が低
下することがない。これにより、寒冷地の冬期などで外
気温度が大きく低下することがあっても、オイルは粘性
が増加することがなく、圧縮機１１には常に十分な量の
オイルが流入することから、温度センサなどを設けて監
視したり、特別な制御を行わなくても、圧縮機１１は四
季を問わず常に正常な状態で運転される。

【００２４】形状記憶合金で形成するスクリーン７３
は、図２に示したような構成とすることも可能である。
この場合も、温度が所定温度以下では流路７２を狭め、
所定温度より高い温度で流路７２を拡げるように、異な
る２形状を記憶させている。

【００２５】また、図３に示したようにオイル熱交換器
１２Ａと第２熱交換器１２Ｂとを並設し、形状記憶合金
製のスクリーン７３をオイル熱交換器１２Ａ側にのみ設
置することも可能であり、図１のオイル熱交換器１２に
代えて、オイル熱交換器１２Ａのオイルパイプと第２熱
交換器１２Ｂの冷媒パイプとを並設するなどして一体化
した熱交換器を設置することもできる。

【００２６】また、スクリーン７３を、所定温度以上に
なると予め記憶している特定の形状に戻るが、温度がこ
れより下がっても他の特定の形状に復帰することのない
タイプの形状記憶素材で形成することもできる。

【００２７】この場合は、温度が所定温度以上になって
予め記憶している特定の形状に戻ろうとする力より弱い
力で、且つ、温度が所定温度より下がって予め記憶して
いる特定の形状に戻ろうとしなくなった時の形状記憶素
材を変形し得る力がスクリーン７３の端部に付与される
ように、例えば図４のようにスプリング７４を引き伸ば
した状態で、ロール状に巻き取られたスクリーン７３の
端部に連結する。

【００２８】スクリーン７３とスプリング７４とをこの
ように連結することにより、スクリーン７３は、温度が
所定温度以上になると記憶している形状に戻ろうとする
力がスプリング７４の力に勝ってロール状に巻き取ら
れ、温度が所定温度より下がると今度はスプリング７４
の力が勝って引き伸ばされるので、冷却用空気の流路７
２の開口面積は外気の温度によって自動的に調整され
る。

【００２９】また、図５に示したように、ロール式シャ
ッターのスクリーン７３Ａをステップモータ７５によっ
て引き上げたり、送り出して自重や別途設けたウエイト
（図示せず）によって降下するように設けて、流路７２
の開口面積を制御することも可能である。

【００３０】図５において、符号５２・６２はそれぞれ
温度センサとコントローラであり、温度センサ５２が計
測する冷却用空気の温度が所定温度、例えば０℃を越え
ている時には、ステップモータ７５を所定の位置に回転
してスクリーン７３Ａを所要位置まで引き上げ、温度セ
ンサ５２が計測する冷却用空気が前記所定温度以下であ
る時には、ステップモータ７５の回転を所定の位置まで
戻して、スクリーン７３Ａを所要位置まで降下させ、流
路７２の開口面積を制御することにより、冷却ファン１
６がオイル熱交換器１２に送風する冷却用空気の流量
が、冷却用空気の温度によって加減できるようになって
いる。

【００３１】また、温度センサ５２に代えてオイル戻り
経路３６に温度センサ５３を設け、この温度センサ５３
の計測温度に基づいて流路７２の開口面積を制御するよ
うにしても良い。

【００３２】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。

【００３３】例えば、形状記憶素材製のスクリーン７３
は、アコーデオンカーテン式に屈伸可能に設けることも
可能である。

【００３４】また、スクリーン７３を形成する形状記憶
素材としては、形状記憶合金であっても良いし、形状記
憶樹脂であっても良い。

【００３５】また、図４におけるスクリーン７３を通常
の素材で形成し、スプリング７４を形状記憶素材で形成
し、この部材の変形する力を利用してスクリーン７３を
移動するように設けることも可能である。

【００３６】また、スクリーン７３・７３Ａは上下方向
に移動しても良いし、左右方向に開閉するものであって
も構わない。

【００３７】また、スクリーン７３・７３Ａに代えて、
角度調節可能なフラップを複数設置し、このフラップの
取り付け角度を、冷却用空気の温度が所定温度より低く
なった時に、流路７２の開口面積が狭まるように制御す
ることも可能である。

【００３８】

【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
を冷却するための空冷式オイル熱交換器と、この空冷式
オイル熱交換器に冷却用空気を送風する冷却ファンとを
設けた極低温冷凍装置において、前記冷却用空気の流路
を前記冷却用空気の温度が低いほど狭まるように可変に
設けたものであり、

【００３９】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および冷媒
体を主として冷却するための熱交換器からなる一体型熱
交換器と、この一体型熱交換器に冷却用空気を送風する
冷却ファンとを設けた極低温冷凍装置において、前記冷
却用空気の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど狭ま
るように可変に設けたものであり、

【００４０】また、前記空冷式オイル熱交換器に至る前
記冷却用空気の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど
狭まるように可変に設けたものであり、

【００４１】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と、この空
冷式オイル熱交換器に冷却用空気を送風する冷却ファン
とを設けた極低温冷凍装置において、前記冷却用空気の
流路開口面積を調整するスクリーンとこのスクリーンの
巻き取り機構とを具備し、前記冷却用空気の流路開口面
積を前記冷却用空気の温度が低いほど小さくなるように
可変に設けたものであり、

【００４２】また、前記冷却用空気の流路開口面積を調
整するスクリーンとこのスクリーンの巻き取り機構とを
具備し、前記冷却用空気の流路開口面積をオイル戻り経
路の温度が低いほど小さくなるように可変に設けた設け
たものであるから、

【００４３】冷却ファンが送風する冷却用空気の温度が
低下すると、冷却用空気の流路が狭まって冷却用空気の
流量が減少し、空冷式オイル熱交換器における熱交換効
率が低下する。このため、空冷式オイル熱交換器を通過
したオイルの温度が必要以上に低下することを防止し
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。

【００４４】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
が増大して循環量が大きく減少すると云ったことがな
く、必要な循環量を確保することが可能である。

【００４５】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】他の実施例の説明図。

【図３】他の実施例の説明図。

【図４】他の実施例の説明図。

【図５】他の実施例の説明図。

【図６】極低温冷凍装置の全体構成を示すブロック図。

【図７】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 側路管 ３７ 減圧器 ４１ 電熱ヒータ ５１・５２・５３ 温度センサ ６１・６２ コントローラ ７１ フード ７２ 流路 ７３・７３Ａ スクリーン ７４ スプリング ７５ ステップモータ 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 (5)

【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空冷式オイル熱交換器と、この
   空冷式オイル熱交換器に冷却用空気を送風する冷却ファ
   ンとを設けた極低温冷凍装置であって、前記冷却用空気
   の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど狭まるように
   可変に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および冷
   媒体を主として冷却するための熱交換器からなる一体型
   熱交換器と、この一体型熱交換器に冷却用空気を送風す
   る冷却ファンとを設けた極低温冷凍装置であって、前記
   冷却用空気の流路を前記冷却用空気の温度が低いほど狭
   まるように可変に設けたことを特徴とする極低温冷凍装
   置。
3. 【請求項３】 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および冷
   媒体を主として冷却するための熱交換器からなる一体型
   熱交換器と、この一体型熱交換器に冷却用空気を送風す
   る冷却ファンと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に至る前記冷却用空気の流路を前
   記冷却用空気の温度が低いほど狭まるように可変に設け
   たことを特徴とする極低温冷凍装置。
4. 【請求項４】 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と、この
   空冷式オイル熱交換器に冷却用空気を送風する冷却ファ
   ンとを設けた極低温冷凍装置であって、前記冷却用空気
   の流路開口面積を調整するスクリーンとこのスクリーン
   の巻き取り機構とを具備し、前記冷却用空気の流路開口
   面積を前記冷却用空気の温度が低いほど小さくなるよう
   に可変に設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。
5. 【請求項５】 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と、この
   空冷式オイル熱交換器に冷却用空気を送風する冷却ファ
   ンとを設けた極低温冷凍装置であって、前記冷却用空気
   の流路開口面積を調整するスクリーンとこのスクリーン
   の巻き取り機構とを具備し、前記冷却用空気の流路開口
   面積をオイル戻り経路の温度が低いほど小さくなるよう
   に可変に設けたことを特徴とする極低温冷凍装置。