JPS6325460A - 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
接続きれ、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／Ｌ−，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
が知られている。また、圧縮機の吐出側配管には水冷式
のヘリウムクーラ、オイルセパレータ及び吸着器が順次
装設きれ、圧縮機から吐出きれた高温・高圧のヘリウム
ガスをヘリウムクーラで常温まで冷却した後、ヘリウム
ガスに含まれるオイルをオイルセパレータで分離し、き
らにはヘリウムガスに含まれる酸素、窒素、炭酸ガス等
の不純ガスやガス状のオイルを吸着器に吸着きせるよう
にし、以て冷凍サイクルに供給される作動ガスの純度を
高めていた。

（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では吸着器が常
温で使用されていることから、ヘリウムガスに含まれる
不純ガスやガス状のオイルを十分に吸着器の吸着剤（活
性度等）に吸着させることが困難であった。このため、
これらの不純物が冷凍サイクル内部で固体化し、再生器
の目詰まりをひき起したり、膨張機の摺動部に介在して
摩耗を促進させたり、微細孔をもつジュールトムソン弁
を詰まらせるなど、冷凍機の故障を誘発する原因になっ
ていた。また、吸着剤に吸着される不純物の総量をあま
り多くできないので、吸着器を短かい周期で交換しなけ
ればならず、サービス費用が嵩むなどの問題があった。

この発明は上述した事実に鑑みてなされたものであり、
吸着器の吸着性能を高め、冷凍機の信頼性の向上を図る
とともに、吸着器の交換周期を長くし、サービス費用の
低減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させる冷凍サイクルと、圧
縮機の吐出側配管に装設した吸着器と、この吸着器を冷
却するフロンガス冷凍機とを備えた構成である。

（ホ）作用 このように構成すると、ヘリウムガスに含まれる不純物
（ガス）が凝縮するか、若しくはその容積が著しく減少
し、不純物が吸着剤に良好に吸着保持される。このため
、冷凍サイクルに供給されるヘリウムガスの純度が十分
に高められる。また、吸着剤に吸着保持される不純物の
総量が比容積の関係で極めて多くなることから、吸着器
の交換周期が長くなり、サービス費用が低減される。

（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。

第１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。

第１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１２と、吸着器１３とが順次装設され、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、吸着器１３にはフロンガス冷凍機１
５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
るオイルが分離される。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
、炭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たヘリウム
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とに交互に連通許せるものである
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１０〜２０゜
Ｋの寒冷がそれぞれ得られる。

本実施例によれば、吸着器１３にフロンガス冷凍機１５
の蒸発器１６を取付け、吸着器１３を冷却するようにし
たので、オイルセパレータ１２で除去されなかったガス
状のオイルがミスト状に凝縮し、吸着剤に吸着されやす
くなる。また、ヘリウムガス中に極く僅か含まれている
水も凝縮し、吸着剤に良好に吸着される。さらにまた、
ヘリウムガス中の酸素、窒素、炭酸ガス等の不純ガスも
冷却によってその容積が著しく減少するため、活性炭等
の吸着剤に吸着保持されやすくなる。このように、吸着
器１３を冷却することによって吸着器１３の吸着性能を
飛躍的に向上させることができ、ギフオードマクマホン
サイクル１に供給されるヘリウムガスの純度が十分高め
られる。このため、ギフオードマクマホンサイクル１中
で不純物が固体化することによって生じる種々の弊害を
防止することができ、冷凍機の信頼性の向上が図れる。

また、吸着器１３全体が冷却きれることから、吸着剤に
吸着保持される不純ガスの総量が比容積の関係で極めて
多くなり、吸着器の交換周期が長くなってサービス等の
費用を低減することができる。さらにまた、圧縮機７か
らギフオードマクマホンサイクル１に供給されるヘリウ
ムガスの温度が低められるので、運転開始から定常温度
が得られるまでのクールダウン時間が短くなり、クール
ダウン特性が良好になるなど、冷凍機の効率を向上させ
ることもできる。

なお、フロンガス冷凍機１５による冷却温度は低ければ
低い程良いが、−２０〜３０℃程度あれば十分である。

第２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とジュールトムソンサイクル２０とを併用したヘ
リウムガス冷凍機の一実施例を示すものであり、第１図
のものと共通する部分には同一符号を付しである。この
ものでは圧縮機７の吸入側配管９にオイルクーラー２１
を有する低段側の圧縮機２２が縦続接続され、吸着器１
３下流側の吐出側配管８と圧縮機２２の吸入口との間に
ジュールトムソンサイクル２０が接続されている。ジュ
ールトムソンサイクル２０は往路２３と復路２４の熱交
換を行なう２つの熱交換器２５゜２６と、ジュールトム
ソン弁２７と、液体ヘリウム２８を生成する熱交換コイ
ル２９とを備え、ギフオードマクマホンサイクル１で発
生した寒冷を利用することによって熱交換コイル２９に
４．２゜Ｋの寒冷を発生させるようにしである。

この実施例でも吸着器１３がフロンガス冷凍機１５にて
冷却されているので、両サイクル１，２０に供給される
ヘリウムガスの純度を十分に高くでき、再生器４，５の
目詰まりや、膨張機２，３の摺動部の摩耗や、ジュール
トムソン弁２７の孔詰まりなどが防止される。また、吸
着器１３の交換周期を長くでき、両サイクル１，２０の
クールダウン特性が良好となる。

（ト）発明の効果 この発明は以上のように構成きれているので、吸着器の
吸着性能が高められ、冷凍サイクルに供給されるヘリウ
ムガスの純度を十分に高くして不純物による冷凍サイク
ルへの弊害を防止することができ、冷凍機の信頼性の向
上が図れるものである。また、吸着器全体が冷却される
ことによって吸着剤に吸着保持される不純物の総量が多
くなるため、吸着器を頻繁に交換する必要がなく、サー
ビス費用を低減できるものであり、さらには冷凍サイク
ルのクールダウン特性が良好となり、冷凍機効率の向上
が図れるものである。

【図面の簡単な説明】

一〇− 第１図及び第２図はそれぞれ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サイクル（冷凍サイクル
）、７・・・圧縮機、　　８・・・吐出側配管、　　９
・・・吸入側配管、　　１３・・・吸着器、　１５・・
・フロンガス冷凍機、　　２０・・・ジュールトムソン
サイクル（冷凍サイクル）。

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、圧縮機の吐出側配管に装設し
   た吸着器と、この吸着器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。