JP3710976B2

JP3710976B2 - Cryogenic refrigerator

Info

Publication number: JP3710976B2
Application number: JP32778799A
Authority: JP
Inventors: 徳二西場; 勇治山口; 智徳田村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP2001140758A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導マグネット等の冷却装置、極低温における物性テスト装置又はクライオポンプなどに利用される極低温冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、極低温冷凍装置は、極低温に冷却されたパネルに気体分子を凝縮又は吸着して高真空圧を発生させるクライオポンプに利用されて、上記パネルを極低温(例えば１０〜２０Ｋ)に冷却したり、超電導マグネットや物性テスト装置の冷却装置に利用されて、超電導マグネットや試料を極低温(例えば４Ｋ)まで冷却させるものである。
【０００３】
このような極低温冷凍装置１は、図５に示すように、圧縮機２を備えた圧縮ユニット３と冷凍機４とが冷媒配管５にて接続されて構成される。圧縮ユニット３における冷媒配管９には、圧縮機２の吐出側に熱交換器６が配設されて、圧縮機２にて加圧された高温高圧の冷媒（以下「ヘリウムガス」と言う。）が常温の高圧ガスに熱交換される。この高圧ガスが冷凍機４へ供給されて断熱膨張され、冷凍機４の低温端部４Ａが極低温に冷却される。
【０００４】
図５中の符号７はオイルセパレータ、符号８はアドソーバ、符号５０はバッファタンクである。
【０００５】
上述したオイルセパレータ７には、シェル内にグラスウールを内蔵しその両側を金具で押さえた構造のものが使われていた。そして、圧縮機２から吐出されたヘリウムガスを熱交換器６を介してこのシェルの一側から流し込むことにより、ヘリウムガスがグラスウールを通過する際に、ヘリウムガスに含まれているオイルをグラスウールで捕捉させ、ヘリウムガスのみをこのシェルの他端から流出させると共に、グラスウールで捕捉されたオイルその他端の下部から圧縮機２へ回収してこの圧縮機２の内部の摺動部の摩耗を抑えるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヘリウムガスが流れ込んだオイルセパレータ７内の状態は次のようであると考えられる。
【０００７】
オイルセパレータ７に流れ込んだヘリウムガス中のオイル微粒子がグラスウールの繊維に衝突するとこのオイル微粒子はグラスウールの繊維に付着する。更に、グラスウールの繊維に付着したオイル微粒子に次のオイル微粒子が付着し、段々にその粒子が大きくなりやがて重力により下方に落ちる。オイルセパレータ７の入口近くのグラスウールはほとんどオイルで濡れてくるが、オイルセパレータ７の出口に行くに従って下流側のグラスウールは途中でほとんどオイル微粒子が落ちてしまい、へリウムだけがオイルセパレータ７の出口から出て行く。
【０００８】
重力で下方に落ちたオイル粒子は、まとまって液となり、オイル出口から排出される。
【０００９】
しかし、オイルセパレータ７に流れ込むヘリウムガスの流量が多くなったり、ヘリウム中のオイル微粒子の混合比率が高くなると、グラスウール内で分離しきれなくなって、下流側のグラスウールのメッシュにオイルが付着してしまう。
【００１０】
メッシュ全面にオイルが付着すると、ヘリウムガスの流路（グラスウールのメッシュ）が閉塞されて局部的にヘリウムガスの流速が速くなる。流速の速いヘリウムガスによりメッシュに付着しているオイルが吹き飛ばされ、オイルセパレータ７内の出口側の空間にオイルの粒子として飛散する。このようなオイルの流出は、いずれ冷凍機４まで侵入し、冷凍機４内で凍結して、冷凍機４の不良の発生の原因となることが考えられる。
【００１１】
また、オイルセパレータ７からのオイルの流出により、圧縮機２に戻るオイルの量が少なくなると、圧縮機２内のオイル不足が生じて、圧縮機２内部の摺動部の摩耗が進んで、耐久性が劣ることが考えられる。
【００１２】
本発明の課題は、上述の事情を考慮してなされたものであり、オイルセパレータで、ヘリウムガス（冷媒）とオイルとを確実に分離して、オイルが冷凍機まで侵入しにくくして冷凍機の不良の発生低下、並びに圧縮機の耐久性を向上させることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、冷媒を圧縮して加圧する圧縮機を備えた圧縮ユニットと、この圧縮ユニットからの加圧冷媒により極低温を実現する冷凍機と、この圧縮機の吐出側に配置されるオイルセパレータとを有する極低温冷凍装置において、上記オイルセパレータの筺体は、筒状の横長の中央シェルと、この中央シェルの一側の開口を閉塞するキャプ状の入口シェルと、この中央シェルの他側の開口を閉塞するキャプ状の出口シェルとから構成されており、前記入口シェルの上部に冷媒の入口管がつながれ、前記出口シェルの上部に冷媒の出口管が下部にオイル吐出管がそれぞれつながれ、前記中央シェルの内部においては、この入口シェルから出口シェルへ向かって流れる冷媒の流れ方向に沿ってまずグラスウールが配置されその下流側に向かって順次目の粗さが粗い複数種の網が配置され、且つ一番目の粗い網の流出側には邪魔板を配置し、この邪魔板は前記中央シェルの内壁に沿って取り付けられるよう略円形でその下部が扇形に切り取られ冷媒の通路となる開口となっており、この切り取られ縁には一番目の粗い網から吐出され邪魔板に当たったオイルを中央シェルの内壁に導くための案内路が形成されているようにしたものである。
【００１４】
請求項１に記載された発明には次の作用がある。中央シェルに配置された複数種類の網によって確実にヘリウム中のオイルが分離され、且つこのシェル内の邪魔板は、その下部が開放されているので、この下部がオイルの通路となりスムーズにシェル内をオイルが流れる。しかも、邪魔板に当たったオイルはスムーズにシェルの内壁に沿って流下する。これにより、オイルセパレータから確実にオイルとヘリウムガスとを分離して取り出せ、オイルが冷凍機まで侵入しにくくなる。又、圧縮機の耐久性が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る極低温冷凍装置の一実施の形態における冷媒回路を示す回路図である。この実施の形態における極低温冷凍装置１０は、クライオポンプ等に利用され約１０Ｋまで冷却する冷凍装置であり、圧縮機１１を備えた圧縮ユニット１２と、冷凍機１３とを有して構成される。
【００２４】
圧縮ユニット１２は、圧縮機１１を配設した冷媒配管１５の吸込側にバッファタンク１６が、吐出側に熱交換器１７、オイルセパレータ１８及びアドソーバ１９が順次配設されたものであり、圧縮機１１が、冷媒（ヘリウムガス）を圧縮して高温高圧の加圧冷媒とする。
【００２５】
熱交換器１７は、圧縮機１１からの高温高圧冷媒を熱交換して、常温の高圧冷媒（たとえば約２０〜２１ｋｇ／ｃｍ２）とする。オイルセパレータ１８は、圧縮機１１内で潤滑・冷却用に使用された冷媒中のオイルを分離する。更に、アドソーバ１９は、オイルセパレータ１８にて除去しきれなかった上記オイルや、このオイル中の揮発成分を活性炭を用いて吸着する。また、バッファタンク１６は、後述するように、冷凍機１３による冷媒の吸込、排出によって発生する冷媒の圧力脈動を吸収して圧縮機１１へ導くものである。
【００２６】
上記冷凍機１３は、圧縮ユニット１２におけるアドソーバ１９からの常温高圧冷媒（たとえば約２０〜２１ｋｇ／ｃｍ２）を導入して断熱膨張を繰り返し、低温端部６０をたとえば約１０Ｋに冷却、低温端部７０をたとえば約８０Ｋに冷却する。これらの低温端部２０により、クライオポンプを構成する。
【００２７】
この冷凍機１３には吸込側冷媒配管２１及び排出側冷媒配管２２が設けられる。吸込側冷媒配管２１は、往き側冷媒配管２３を介して、圧縮ユニット１２における冷媒配管１５のアドソーバ１９側端部に接続される。これらの往き側冷媒配管２３及び吸込側冷媒配管２１により、上述のように、圧縮ユニット１２の圧縮機１１からの高圧冷媒が冷凍機１３内へ導入される。また、排出側冷媒配管２２は、戻り側冷媒配管２４を介して、圧縮ユニット１２における冷媒配管１５のバッファタンク１６側端部に接続される。これらの排出側冷媒配管２２及び戻り側冷媒配管２４により、冷凍機１３にて膨張した低圧冷媒（たとえば約４ｋｇ／ｃｍ２）が圧縮ユニット１２の圧縮機１１へ戻される。
【００２８】
ここで、圧縮ユニット１２の冷媒配管１５、冷凍機１３の吸込側冷媒配管２１及び排出側冷媒配管２２、並びに往き側冷媒配管２３及び戻り側冷媒配管２４が、冷媒を圧縮ユニット１２と冷凍機１３との間で循環させる循環経路を構成する。
【００２９】
前記オイルセパレータ１８の内部構造は次の通りである。
【００３０】
図２において、シェル３０は、筒状の中央シェル３１と、キャプ状の入口（一側）シェル３２と、キャプ状の出口（一側）シェル３３とから構成されており、中央シェル３１の両側の開口を２つの出入口シェル３２、３３で溶接により塞ぐようになっている。
【００３１】
３４は入口シェル３２の上部に接続された冷媒入口管で、熱交換器１７につながれている。
【００３２】
３５は中央シェル３１に配置されたグラスウール、３６はヘリウムガスの入口側となる部分に配置されグラスウールの一側を押さえる入口側押さえ金具で、多数の孔が形成されたいわゆるパンチングメタルである。３７は目の細かい第１の網で、ヘリウムガスの出口側となる部分に配置されている。３８は目の粗い第２の網で、第１の網３７の出口側に配置されている。この第２の網３８は約１０枚程度積層状態になっている。
【００３３】
３９はヘリウムガスの出口側となる部分に配置され第２の網３８の一側を押さえる出口側押さえ金具で、多数の孔が形成されたいわゆるパンチングメタルである。
【００３４】
４０は邪魔板で、出口側押さえ金具３９の出口側に配設されている。この邪魔板４０は、図３乃至４で示すように略円形でその下部が約１５０度の扇形に切り取られ開口４１となっている。
【００３５】
４２はその切り取られた部分の上辺にそって設けられた案内路で、略Ｕ字状に折り曲げ中央が高く両端に行くに従って低くなるように傾斜している。尚この邪魔板４０の周縁フランジ４３が中央シェル３１の内壁に溶接されることによって、この邪魔板４０がシェル３０内に固定されている。
【００３６】
４４は出口シェルの上部に取りつけられた冷媒出口管で、アドソーバ１９（図１参照）につながれている。４５は出口シェルの下部に取りつけられたオイル吐出管で、圧縮機１１（図１参照）の吸込側８０につながれている。
【００３７】
尚、４６はオイルセパレータ１８の固定用の脚片である。
【００３８】
このような構造のオイルセパレータ１８に、冷媒入口配管３４からヘリウムガスが流入すると、そのヘリウムガスはグラスウール３５を通過する。その際、ヘリウムガス中のオイル微粒子がグラスウール３５の繊維に衝突するとこのオイル微粒子はグラスウールの繊維に付着する。更に、このグラスウールの繊維に付着したオイル微粒子に次のオイル微粒子が付着し、次第にその粒子が大きくなりやがて重力により下方に落ちる。
【００３９】
従って、冷媒入口管３４近く（入口押さえ金具３６付近）のグラスウールはこの現象により、ほとんどオイルで濡れた状態となる。しかしながら、冷媒出口管４４近く（出口押さえ金具３９付近）のグラスウールに行くに従って（下流側の）グラスウールは途中でほとんどオイル微粒子が落ちてしまい、へリウムだけとなりこのヘリウムが出口押さえ金具３９の孔から吐出される。吐出されたヘリウムガスは邪魔板４０の開口４１を介して出口シェル３３の内方に導かれ、その後冷媒吐出管４４を介してアドソーバ１９に至る。
【００４０】
一方、グラスウール３５の繊維に付着して落下したオイルは、オイルセパレータ１８の下部４７に溜まり、オイル吐出管４５近く（出口押さえ金具３９付近）のグラスウール３５に行くに従って出口シェル３３の下部４８に導かれ、その後オイル吐出管４５を介して圧縮機１１に戻される。
【００４１】
しかしながら、オイルセパレータ１８の冷媒入口配管３４から流入する冷媒中のオイルの量が極端に増加したり、又は、流入する全体の冷媒量が増加すると、前記メカニズムによりオイルが分離しきれなくなり、目の細かい網（第１の網）３７の表面にオイルが付着滞留してしまう。目の細かい網３７にオイルが滞留すると、冷媒ガスの流路面積が狭くなり、冷媒の流速が増すため、目の細かい網３７に付着したオイルを吹き飛ばす。従来のオイルセパレータであれば液滴となったオイルが冷媒出口配管４４から冷媒と一緒に排出されてしまう場合がある。
【００４２】
しかるに、本発明によると、目の細かい網３７から吹き飛ばされた液滴は、粒子が大きいため下流の目の粗い第２の網３７に衝突して重力により下方に落ちる。従って、出口押さえ金具３９付近では確実にヘリウムガスとオイルとは分離されている。
【００４３】
更に、万一分離しきれずに出口押さえ金具３９の上部の孔４９からオイルが吐出されたとしても、そのオイルは邪魔板４０に当たって下方に落下し、案内路４２で受けられこの案内路４２に沿って図３矢印のようにその両側に流れ、オイルセパレータ１８の内壁を伝わって出口シェル３３の下部４８に導かれ、上述したオイルとともに、オイル吐出管４５を介して圧縮機１１に戻される。
【００４４】
これによって、このオイルセパレータ１８に流れ込んだヘリウムガス中のオイルは確実に分離され、オイルはオイル吐出管４５を介して圧縮機１１（図１参照）の吸込側８０に戻され、オイルの除去されたヘリウムガスのみがアドソーバ１９に流れる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明は、冷媒を圧縮して加圧する圧縮機を備えた圧縮ユニットと、この圧縮ユニットからの加圧冷媒により極低温を実現する冷凍機と、この圧縮機の吐出側に配置されるオイルセパレータとを有する極低温冷凍装置において、上記オイルセパレータの筺体は、筒状の横長の中央シェルと、この中央シェルの一側の開口を閉塞するキャプ状の入口シェルと、この中央シェルの他側の開口を閉塞するキャプ状の出口シェルとから構成されており、前記入口シェルの上部に冷媒の入口管がつながれ、前記出口シェルの上部に冷媒の出口管が下部にオイル吐出管がそれぞれつながれ、前記中央シェルの内部においては、この入口シェルから出口シェルへ向かって流れる冷媒の流れ方向に沿ってまずグラスウールが配置されその下流側に向かって順次目の粗さが粗い複数種の網が配置され、且つ一番目の粗い網の流出側には邪魔板を配置し、この邪魔板は前記中央シェルの内壁に沿って取り付けられるよう略円形でその下部が扇形に切り取られ冷媒の通路となる開口となっており、この切り取られ縁には一番目の粗い網から吐出され邪魔板に当たったオイルを中央シェルの内壁に導くための案内路が形成されているようにしたものである。
これにより、中央シェルに配置された複数種類の網によって確実にヘリウム中のオイルが分離され、且つこのシェル内の邪魔板は、その下部が開放されているので、この下部がオイルの通路となりスムーズにシェル内をオイルが流れる。しかも、邪魔板に当たったオイルはスムーズにシェルの内壁に沿って流下する。これにより、オイルセパレータから確実にオイルとヘリウムガスとを分離して取り出せ、オイルが冷凍機まで侵入しにくくなる。又、圧縮機の耐久性が向上する
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るオイルセパレータが配置された極低温冷凍装置の冷媒回路図である。
【図２】図１に示したオイルセパレータの内部構造図である。
【図３】図２の３−３断面図である。
【図４】図１に示したオイルセパレータの邪魔板の断面図である。
【図５】従来の極低温冷凍装置の冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０極低温冷凍装置
１１圧縮機
１２圧縮ユニット
１３冷凍機
１８オイルセパレータ
３０シェル
３５グラスウール
３７第１の網
３８第２の網
４０邪魔板
４２案内路（オイルの通路）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cryogenic refrigeration apparatus used for a cooling apparatus such as a superconducting magnet, a physical property test apparatus at cryogenic temperature, or a cryopump.
[0002]
[Prior art]
Generally, a cryogenic refrigerator is used for a cryopump that generates high vacuum pressure by condensing or adsorbing gas molecules to a panel cooled to a cryogenic temperature, thereby cooling the panel to a cryogenic temperature (for example, 10 to 20 K). Or, it is used in a cooling device for a superconducting magnet or a physical property test apparatus to cool the superconducting magnet or sample to an extremely low temperature (for example, 4K).
[0003]
As shown in FIG. 5, such a cryogenic refrigeration apparatus 1 is configured by connecting a compressor unit 3 including a compressor 2 and a refrigerator 4 through a refrigerant pipe 5. The refrigerant pipe 9 in the compression unit 3 is provided with a heat exchanger 6 on the discharge side of the compressor 2, and is a high-temperature and high-pressure refrigerant pressurized by the compressor 2 (hereinafter referred to as “helium gas”). Is exchanged with high-pressure gas at room temperature. This high-pressure gas is supplied to the refrigerator 4 and adiabatically expanded, and the low temperature end 4A of the refrigerator 4 is cooled to a cryogenic temperature.
[0004]
Reference numeral 7 in FIG. 5 is an oil separator, reference numeral 8 is an adsorber, and reference numeral 50 is a buffer tank.
[0005]
The oil separator 7 described above has a structure in which glass wool is built in a shell and both sides thereof are held by metal fittings. Then, by flowing the helium gas discharged from the compressor 2 from one side of this shell through the heat exchanger 6, when the helium gas passes through the glass wool, the oil contained in the helium gas is made of glass wool. Only helium gas is allowed to flow out from the other end of the shell, and the oil trapped by glass wool is recovered from the lower part of the other end to the compressor 2 to suppress wear of the sliding portion inside the compressor 2. I have to.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, it is thought that the state in the oil separator 7 into which helium gas has flowed is as follows.
[0007]
When oil particulates in the helium gas flowing into the oil separator 7 collide with glass wool fibers, the oil particulates adhere to the glass wool fibers. Further, the following oil fine particles adhere to the oil fine particles adhering to the fiber of the glass wool, and the particles gradually increase and fall downward due to gravity. The glass wool near the inlet of the oil separator 7 is almost wet with oil, but as it goes to the outlet of the oil separator 7, almost all of the fine particles of oil fall off on the downstream side, and only helium is from the outlet of the oil separator 7. get out.
[0008]
Oil particles that have fallen downward due to gravity are collected into a liquid and discharged from the oil outlet.
[0009]
However, if the flow rate of the helium gas flowing into the oil separator 7 increases or the mixing ratio of the oil fine particles in the helium increases, it cannot be separated in the glass wool, and oil adheres to the downstream glass wool mesh. .
[0010]
If oil adheres to the entire mesh surface, the flow path of helium gas (glass wool mesh) is blocked, and the flow rate of helium gas is locally increased. The oil adhering to the mesh is blown away by the helium gas having a high flow velocity, and scattered as oil particles in the space on the outlet side in the oil separator 7. It is considered that such oil spillage eventually enters the refrigerator 4 and freezes in the refrigerator 4, causing a failure of the refrigerator 4.
[0011]
Further, when the amount of oil returning to the compressor 2 is reduced due to the outflow of oil from the oil separator 7, the oil shortage in the compressor 2 occurs, and wear of the sliding portion inside the compressor 2 progresses, resulting in durability. It is considered that the property is inferior.
[0012]
An object of the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and an oil separator reliably separates helium gas (refrigerant) and oil so that the oil does not easily enter the refrigerator and the refrigerator. It is to improve the durability of the compressor as well as to reduce the occurrence of defects.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The invention described in claim 1 includes a compression unit including a compressor that compresses and pressurizes the refrigerant, a refrigerator that realizes cryogenic temperature by the pressurized refrigerant from the compression unit, and a discharge side of the compressor. In the cryogenic refrigeration apparatus having an oil separator, the casing of the oil separator includes a cylindrical horizontally long central shell, a cap-shaped inlet shell that closes an opening on one side of the central shell, and the central shell. A cap-shaped outlet shell that closes the opening on the other side, and an inlet pipe for the refrigerant is connected to the upper part of the inlet shell, an outlet pipe for the refrigerant is connected to the upper part of the outlet shell, and an oil discharge pipe is provided to the lower part. In each of the central shells, glass wool is first arranged along the flow direction of the refrigerant flowing from the inlet shell toward the outlet shell, and the downstream side thereof. A plurality of types of nets having coarser meshes are arranged sequentially, and a baffle plate is arranged on the outflow side of the first coarser net, and the baffle plates are substantially circular so that they can be attached along the inner wall of the central shell. The lower part is cut out in a fan shape to form an opening that serves as a refrigerant passage. At this edge, the guide path for guiding the oil discharged from the first coarse mesh and hitting the baffle to the inner wall of the central shell Is formed.
[0014]
The invention described in claim 1 has the following action. The oil in the helium is surely separated by multiple types of nets arranged in the central shell, and the lower part of the baffle plate in the shell is open, so this lower part becomes the oil passage and smoothly in the shell The oil flows. Moreover, the oil that hits the baffle flows smoothly along the inner wall of the shell. Thereby, oil and helium gas can be reliably separated and taken out from the oil separator, and the oil does not easily enter the refrigerator. Further, the durability of the compressor is improved.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a refrigerant circuit in an embodiment of a cryogenic refrigeration apparatus according to the present invention. The cryogenic refrigeration apparatus 10 in this embodiment is a refrigeration apparatus that is used for a cryopump or the like and cools to about 10K, and includes a compression unit 12 including a compressor 11 and a refrigerator 13. .
[0024]
The compression unit 12 includes a buffer tank 16 on the suction side of the refrigerant pipe 15 in which the compressor 11 is disposed, and a heat exchanger 17, an oil separator 18, and an adsorber 19 on the discharge side. 11 compresses the refrigerant (helium gas) into a high-temperature and high-pressure pressurized refrigerant.
[0025]
The heat exchanger 17 heat-exchanges the high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor 11 to obtain a normal-temperature high-pressure refrigerant (for example, about 20 to 21 kg / cm 2). The oil separator 18 separates oil in the refrigerant used for lubrication and cooling in the compressor 11. Further, the adsorber 19 adsorbs the above-mentioned oil that could not be removed by the oil separator 18 and volatile components in the oil using activated carbon. Further, as will be described later, the buffer tank 16 absorbs the pressure pulsation of the refrigerant generated by the refrigerant suction and discharge by the refrigerator 13 and leads it to the compressor 11.
[0026]
The refrigerator 13 introduces a normal-temperature high-pressure refrigerant (for example, about 20 to 21 kg / cm 2) from the adsorber 19 in the compression unit 12 and repeats adiabatic expansion, cools the low-temperature end 60 to, for example, about 10 K, and cools the low-temperature end 70. Is cooled to about 80K, for example. These low-temperature ends 20 constitute a cryopump.
[0027]
The refrigerator 13 is provided with a suction side refrigerant pipe 21 and a discharge side refrigerant pipe 22. The suction side refrigerant pipe 21 is connected to the end of the refrigerant pipe 15 in the compression unit 12 on the adsorber 19 side via the forward side refrigerant pipe 23. As described above, the high-pressure refrigerant from the compressor 11 of the compression unit 12 is introduced into the refrigerator 13 by the forward-side refrigerant pipe 23 and the suction-side refrigerant pipe 21. Further, the discharge side refrigerant pipe 22 is connected to the buffer tank 16 side end portion of the refrigerant pipe 15 in the compression unit 12 via the return side refrigerant pipe 24. The low-pressure refrigerant (for example, about 4 kg / cm 2) expanded in the refrigerator 13 is returned to the compressor 11 of the compression unit 12 through the discharge-side refrigerant pipe 22 and the return-side refrigerant pipe 24.
[0028]
Here, the refrigerant pipe 15 of the compression unit 12, the suction-side refrigerant pipe 21 and the discharge-side refrigerant pipe 22 of the refrigerator 13, and the forward-side refrigerant pipe 23 and the return-side refrigerant pipe 24 serve as refrigerant for the compression unit 12 and the refrigerator 13. A circulation path that circulates between the two is configured.
[0029]
The internal structure of the oil separator 18 is as follows.
[0030]
In FIG. 2, the shell 30 includes a cylindrical central shell 31, a cap-shaped inlet (one side) shell 32, and a cap-shaped outlet (one side) shell 33. The two opening / closing shells 32 and 33 are used to close the opening.
[0031]
A refrigerant inlet pipe 34 is connected to the upper part of the inlet shell 32 and is connected to the heat exchanger 17.
[0032]
Reference numeral 35 denotes glass wool disposed in the central shell 31, and 36 is a so-called punching metal in which a large number of holes are formed. Reference numeral 37 denotes a fine first mesh, which is arranged at a portion on the helium gas outlet side. Reference numeral 38 denotes a second mesh having a coarse mesh, which is disposed on the exit side of the first mesh 37. About ten second nets 38 are stacked.
[0033]
Reference numeral 39 denotes an outlet side presser fitting which is arranged at a portion on the outlet side of the helium gas and presses one side of the second net 38, and is a so-called punching metal in which a large number of holes are formed.
[0034]
Reference numeral 40 denotes a baffle plate, which is disposed on the outlet side of the outlet side holding metal fitting 39. As shown in FIGS. 3 to 4, the baffle plate 40 has a substantially circular shape and a lower portion thereof is cut into a fan shape of about 150 degrees to form an opening 41.
[0035]
Reference numeral 42 denotes a guide path provided along the upper side of the cut portion, and is inclined so that the center is bent in a substantially U shape and becomes lower toward both ends. The baffle plate 40 is fixed in the shell 30 by welding the peripheral flange 43 of the baffle plate 40 to the inner wall of the central shell 31.
[0036]
44 is a refrigerant | coolant exit pipe | tube attached to the upper part of an exit shell, and is connected with the adsorber 19 (refer FIG. 1). Reference numeral 45 denotes an oil discharge pipe attached to the lower part of the outlet shell, which is connected to the suction side 80 of the compressor 11 (see FIG. 1).
[0037]
Reference numeral 46 denotes a leg piece for fixing the oil separator 18.
[0038]
When helium gas flows from the refrigerant inlet pipe 34 into the oil separator 18 having such a structure, the helium gas passes through the glass wool 35. At this time, when oil fine particles in the helium gas collide with the fiber of the glass wool 35, the oil fine particle adheres to the fiber of the glass wool. Furthermore, the following oil fine particles adhere to the oil fine particles adhering to the fiber of the glass wool, and the particles gradually increase and eventually fall downward due to gravity.
[0039]
Accordingly, the glass wool near the refrigerant inlet pipe 34 (in the vicinity of the inlet pressing bracket 36) is almost wet with oil due to this phenomenon. However, as it goes to the glass wool near the refrigerant outlet pipe 44 (near the outlet presser fitting 39), almost all of the oil particles fall on the way (downstream side), and only helium becomes helium from the hole of the outlet presser fitting 39. Discharged. The discharged helium gas is guided to the inside of the outlet shell 33 through the opening 41 of the baffle plate 40 and then reaches the adsorber 19 through the refrigerant discharge pipe 44.
[0040]
On the other hand, the oil that adheres to and falls on the fibers of the glass wool 35 collects in the lower part 47 of the oil separator 18, and is guided to the lower part 48 of the outlet shell 33 as it goes to the glass wool 35 near the oil discharge pipe 45 (near the outlet presser fitting 39). Then, it is returned to the compressor 11 through the oil discharge pipe 45.
[0041]
However, if the amount of oil in the refrigerant flowing in from the refrigerant inlet pipe 34 of the oil separator 18 is extremely increased or the total amount of refrigerant flowing in is increased, the oil cannot be completely separated by the mechanism. Oil adheres and stays on the surface of the fine net (first net) 37. If the oil stays in the fine mesh 37, the flow area of the refrigerant gas becomes narrow and the flow velocity of the refrigerant increases, so that the oil attached to the fine mesh 37 is blown off. In the case of a conventional oil separator, the oil that has become droplets may be discharged from the refrigerant outlet pipe 44 together with the refrigerant.
[0042]
However, according to the present invention, the droplets blown off from the fine mesh 37 collide with the second coarse mesh 37 downstream and fall down due to gravity. Therefore, the helium gas and the oil are reliably separated in the vicinity of the outlet holding metal fitting 39.
[0043]
Furthermore, even if the oil is discharged from the upper hole 49 of the outlet presser fitting 39 without being separated, the oil hits the baffle plate 40 and falls downward and is received by the guide path 42 along the guide path 42. As shown by the arrows in FIG. 3, the gas flows to both sides of the oil separator 18, is guided to the lower part 48 of the outlet shell 33 through the inner wall of the oil separator 18, and is returned to the compressor 11 through the oil discharge pipe 45 together with the oil described above.
[0044]
As a result, the oil in the helium gas flowing into the oil separator 18 is reliably separated, and the oil is returned to the suction side 80 of the compressor 11 (see FIG. 1) via the oil discharge pipe 45 to remove the oil. Only helium gas flows to the adsorber 19.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, the invention described in claim 1 includes a compression unit including a compressor that compresses and pressurizes a refrigerant, a refrigerator that realizes a cryogenic temperature by the pressurized refrigerant from the compression unit, and the compressor In the cryogenic refrigeration apparatus having an oil separator disposed on the discharge side of the oil separator, the casing of the oil separator includes a cylindrical horizontally long central shell and a cap-shaped inlet shell that closes an opening on one side of the central shell. And a cap-shaped outlet shell that closes the opening on the other side of the central shell. A refrigerant inlet pipe is connected to the upper part of the inlet shell, and a refrigerant outlet pipe is connected to the lower part of the outlet shell. The oil discharge pipes are connected to each other, and glass wool is first arranged along the flow direction of the refrigerant flowing from the inlet shell toward the outlet shell inside the central shell. A plurality of types of meshes having coarser meshes are arranged sequentially toward the downstream side, and a baffle plate is arranged on the outflow side of the first coarser mesh, and the baffle plates are arranged along the inner wall of the central shell. It is roughly circular so that it can be attached, and its lower part is cut out in the shape of a fan to form a passage for the refrigerant. The oil that hits the baffle and is discharged from the roughest net on the cut edge is applied to the inner wall of the central shell. A guide path for guiding is formed.
As a result, the oil in the helium is reliably separated by a plurality of types of nets arranged in the central shell, and the lower part of the baffle plate in the shell is open, so that the lower part becomes an oil passage and is smooth. Oil flows through the shell. Moreover, the oil that hits the baffle flows smoothly along the inner wall of the shell. Thereby, oil and helium gas can be reliably separated and taken out from the oil separator, and the oil does not easily enter the refrigerator. In addition, the durability of the compressor is improved. [Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram of a cryogenic refrigeration apparatus provided with an oil separator according to the present invention.
2 is an internal structural view of the oil separator shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line 3-3 in FIG.
4 is a cross-sectional view of a baffle plate of the oil separator shown in FIG.
FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram of a conventional cryogenic refrigeration apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cryogenic refrigerator 11 Compressor 12 Compressor unit 13 Refrigerator 18 Oil separator 30 Shell 35 Glass wool 37 First net 38 Second net 40 Baffle plate 42 Guide path (oil path)

Claims

冷媒を圧縮して加圧する圧縮機を備えた圧縮ユニットと、この圧縮ユニットからの加圧冷媒により極低温を実現する冷凍機と、この圧縮機の吐出側に配置されるオイルセパレータとを有する極低温冷凍装置において、
上記オイルセパレータの筺体は、筒状の横長の中央シェルと、この中央シェルの一側の開口を閉塞するキャプ状の入口シェルと、この中央シェルの他側の開口を閉塞するキャプ状の出口シェルとから構成されており、
前記入口シェルの上部に冷媒の入口管がつながれ、前記出口シェルの上部に冷媒の出口管が下部にオイル吐出管がそれぞれつながれ、
前記中央シェルの内部においては、この入口シェルから出口シェルへ向かって流れる冷媒の流れ方向に沿ってまずグラスウールが配置されその下流側に向かって順次目の粗さが粗い複数種の網が配置され、且つ一番目の粗い網の流出側には邪魔板を配置し、
この邪魔板は前記中央シェルの内壁に沿って取り付けられるよう略円形でその下部が扇形に切り取られ冷媒の通路となる開口となっており、この切り取られ縁には一番目の粗い網から吐出され邪魔板に当たったオイルを中央シェルの内壁に導くための案内路が形成されていることを特徴とする極低温冷凍装置。 A pole having a compression unit including a compressor that compresses and pressurizes the refrigerant, a refrigerator that realizes cryogenic temperature by the pressurized refrigerant from the compression unit, and an oil separator disposed on the discharge side of the compressor In low temperature refrigeration equipment,
The casing of the oil separator includes a cylindrical horizontally long central shell, a cap-shaped inlet shell that closes an opening on one side of the central shell, and a cap-shaped outlet shell that closes an opening on the other side of the central shell. And consists of
The refrigerant inlet pipe is connected to the upper part of the inlet shell, the refrigerant outlet pipe is connected to the upper part of the outlet shell, and the oil discharge pipe is connected to the lower part.
Inside the central shell, glass wool is first arranged along the flow direction of the refrigerant flowing from the inlet shell toward the outlet shell, and a plurality of types of nets having coarser meshes are arranged gradually toward the downstream side. And a baffle plate is placed on the outflow side of the first coarse net,
This baffle plate is substantially circular so that it can be attached along the inner wall of the central shell, and its lower part is cut out in a fan shape to form a refrigerant passage, and the cut edge is discharged from the first coarse mesh. A cryogenic refrigeration apparatus , characterized in that a guide path is formed for guiding oil hitting the baffle plate to the inner wall of the central shell .