| 【発明の名称】 |
油を含まないガスを供給するフェイルセーフ油潤滑式ヘリウムコンプレッサ |
| 【発明者】 |
【氏名】ラルフ シー． ロングスワース
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| 【要約】 |
【課題】油を含まないヘリウムガスが供給されるフェイルセーフの油潤滑式ヘリウムコンプレッサ【解決手段】 油潤滑式ヘリウムコンプレッサユニットにおいて、吸着器は、システムが停止する前にコンプレッサから吸着器に移送されるすべての油を吸着器によって保持することができる。コンプレッサ自体は、油がコンプレッサユニットの外部に移送される前に、保護スイッチのために停止するか、あるいは油の不足のために焼き付く。ユニットおよびそれに連結された冷蔵システムは、吸着器に移送できる油の限界に達したためにコンプレッサが停止する前に、選択された設計寿命よりも長い間動作することができる。吸着器は、システムの寿命の間にコンプレッサから出る油と同じ量に、少なくとも２５％の安全マージンを加えた量を保持することができる。
【解決手段】油潤滑式ヘリウムコンプレッサユニットにおいて、吸着器は、システムが停止する前にコンプレッサから吸着器に移送されるすべての油を吸着器によって保持することができる。コンプレッサ自体は、油がコンプレッサユニットの外部に移送される前に、保護スイッチのために停止するか、あるいは油の不足のために焼き付く。ユニットおよびそれに連結された冷蔵システムは、吸着器に移送できる油の限界に達したためにコンプレッサが停止する前に、選択された設計寿命よりも長い間動作することができる。吸着器は、システムの寿命の間にコンプレッサから出る油と同じ量に、少なくとも２５％の安全マージンを加えた量を保持することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 油潤滑式コンプレッサユニットであって、油潤滑式ガスコンプレッサを動作させるために油だめ内で最小量Ａの油が必要であり、前記コンプレッサ内の油の初期充填量が量Ａを超え、前記コンプレッサが、前記潤滑油の第１の部分を油のキャリオーバとして含む圧縮ガスを出力する、油だめを有するハウジング内の前記油潤滑式ガスコンプレッサと、前記圧縮ガスおよび前記油キャリオーバの第１の部分を入力され、前記コンプレッサから移送されたときに停止を生じさせる量Ｂより少なくとも約２５％多い油を含むようなサイズである吸着器とを有し、前記ユニットの動作時には、前記圧縮ガスが前記吸着器から出て、油が前記吸着器から出ることはない油潤滑式ガスコンプレッサユニット。
【請求項２】 前記油吸着器が油を吸着し保持することができる率は、前記コンプレッサからの前記第１の部分中の油出力の率に少なくとも等しい、請求項１に記載のコンプレッサユニット。
【請求項３】 Ｂは、前記初期充填量からＡだけ減じた量以下である、請求項１に記載のコンプレッサユニット。
【請求項４】 油潤滑式コンプレッサユニットであって、油潤滑式ガスコンプレッサを動作させるために油だめ内で最小量Ａの油が必要であり、前記コンプレッサ内の油の初期充填量が量Ａを超え、前記コンプレッサが、前記潤滑油の第１の部分を油のキャリオーバとして含む圧縮ガスを出力する、油だめを有するハウジング内の前記油潤滑式ガスコンプレッサと、前記コンプレッサから前記圧縮ガスおよび前記油キャリオーバの第１の部分を入力され、前記圧縮ガスを前記潤滑油の第２の部分と共に出力し、前記第１の部分から分離された残りの部分が、油分離器から前記コンプレッサハウジングに戻される前記油分離器と、前記圧縮ガスおよび前記油キャリオーバの第２の部分を入力され、前記コンプレッサから移送されたときに停止を生じさせる量Ｂより少なくとも約２５％多い油を含むようなサイズである吸着器とを有し、前記ユニットの動作時には、前記圧縮ガスが前記吸着器から出て、油が前記吸着器から出ることはない油潤滑式ガスコンプレッサユニット。
【請求項５】 前記分離器と前記吸着器の組合せは、前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットにおいて、前記量Ｂを前記油キャリオーバ第２の部分の率ｗ２で除した商に等しい設計寿命を有する、請求項４に記載のコンプレッサユニット。
【請求項６】 Ｂは、前記初期充填量からＡだけ減じた量以下である、請求項５に記載のコンプレッサユニット。
【請求項７】 前記吸着器が油を吸着し保持することができる率は、前記コンプレッサからの前記第１の部分中の油出力の率ｗ１の約１０％に少なくとも等しい、請求項４に記載のコンプレッサユニット。
【請求項８】 前記油分離器と前記吸着器は単一のエンクロージャとして一体化される、請求項４に記載のコンプレッサユニット。
【請求項９】 前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットは、最初、前記コンプレッサユニットの事前に選択された最小設計寿命に、前記油キャリオーバの第２の部分Ｂ１の単位時間当たり油量を乗じた積に、安全係数として量Ｂ２を加えた値に等しい前記油量Ｂを含む、請求項４に記載のコンプレッサユニット。
【請求項１０】 各量は、重量単位と体積単位のうちの一方で測定される、請求項４に記載のコンプレッサユニット。
【請求項１１】 前記油分離器と前記吸着器は単一のエンクロージャとして一体化される、請求項９に記載のコンプレッサユニット。
【請求項１２】 前記分離器と前記吸着器の組合せは、前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットにおいて、前記量Ｂを前記油キャリオーバ第２の部分の率ｗ２で除した商に等しい設計寿命を有する、請求項１１に記載のコンプレッサユニット。
【請求項１３】 前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットは最初、前記コンプレッサユニットの事前に選択された最小設計寿命に、前記油キャリオーバの第２の部分Ｂ１の単位時間当たり量を乗じた積に、安全係数として量Ｂ２を加えた値に等しい前記油量Ｂを含む、請求項１１に記載のコンプレッサユニット。
【請求項１４】 前記吸着器が油を吸着し保持することができる率は、前記コンプレッサからの前記第１の部分中の油出力の率ｗ１の約１０％に少なくとも等しい、請求項１１に記載のコンプレッサユニット。
【請求項１５】 油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法であって、油潤滑式ガスコンプレッサの潤滑油入口に油を供給するために油だめで最小量Ａの油が必要とされる、油だめを有するハウジング内の前記油潤滑式ガスコンプレッサを設けるステップと、前記量Ａを超える初期充填量の油を前記コンプレッサに加えるステップと、前記潤滑油の第１の部分を油キャリオーバとして含む圧縮ガスを出力するように前記コンプレッサを動作させるステップと、前記コンプレッサから移送されたときに停止を生じさせる量Ｂより少なくとも約２５％多い油を含むようなサイズである吸着器に、前記圧縮ガスおよび前記油キャリオーバの第１の部分を入力するステップとを含む、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項１６】 前記コンプレッサからの前記第１の部分中の油出力の率に少なくとも等し率に、前記吸着器が油を吸着し保持することができる率を選択するステップをさらに含む、請求項１５に記載の、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項１７】 油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法であって、油潤滑式ガスコンプレッサの潤滑油入口に油を供給するために油だめで最小量Ａの油が必要とされる、油だめを有するハウジング内の前記油潤滑式ガスコンプレッサを設けるステップと、前記量Ａを超える初期充填量の油を前記コンプレッサに加えるステップと、前記潤滑油の第１の部分を油キャリオーバとして含む圧縮ガスを出力するように前記コンプレッサを動作させるステップと、前記コンプレッサからの前記圧縮ガスおよび前記油キャリオーバの第１の部分を油分離器に入力し、前記分離器から前記圧縮ガスを前記潤滑油の第２の部分と共に出力するステップと、前記第１の部分から分離された残りの部分を前記油分離器から前記コンプレッサハウジングに戻すステップと、前記コンプレッサから移送されたときに停止を生じさせる量Ｂより少なくとも約２５％多い油を含むようなサイズである吸着器に、前記分離器からの前記圧縮ガスおよび前記第２の油部分を入力するステップとを含む、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項１８】 前記分離器と前記吸着器の組合せは、前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットにおいて、前記量Ｂを前記油キャリオーバの第２の部分の率ｗ２で除した商に等しい設計寿命を有する、請求項１７に記載の、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項１９】 前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットは、最初、前記コンプレッサユニットの事前に選択された最小設計寿命に、前記油キャリオーバの第２の部分Ｂ１の単位時間当たり量を乗じた積に、安全係数として量Ｂ２を加えた値に等しい前記油量Ｂを含む、請求項１８に記載の、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項２０】 前記吸着器が油を吸着し保持することができる率は、前記コンプレッサからの前記第１の部分中の油出力の率ｗ１の約１０％に少なくとも等しい、請求項１７に記載の、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項２１】 前記油分離器と前記吸着器は単一のエンクロージャとして一体化される、請求項１７に記載の、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
【請求項２２】 前記コンプレッサユニットの事前に選択された設計寿命に、前記油キャリオーバの第２の部分Ｂ１の単位時間当たり量を乗じた積に、安全係数として量Ｂ２を加えた値に等しい前記油量Ｂを用いて前記油潤滑式ガスコンプレッサユニットを初期充填するステップをさらに含む、請求項１７に記載の、油を含まない圧縮された冷蔵ガスを供給する方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の背景】本発明は、全般的には、低温冷蔵システムに使用するヘリウムコンプレッサユニットに関し、特に、ユニットのより長い寿命の間、油を含まない加圧されたヘリウムガスが供給される点でフェイルセーフの油潤滑式ヘリウムコンプレッサに関する。油潤滑式空気調和コンプレッサは、ＧＭ型低温冷蔵庫への加圧されたヘリウムの供給に関する標準になっている。このような比較的廉価であるが信頼できるコンプレッサを使用できるのは、数年にわたってＧＭ型冷蔵システムの低温膨張器への油の進入を確実に防止する油分離器および吸着器の開発による。
【０００２】現在の所、ＧＭ冷蔵庫製造業者は、吸着器を１０，０００時間から３０，０００時間の間隔で交換することを推奨している。この時間間隔は、油潤滑式コンプレッサから高圧ガス排出を受ける油分離器から油が持ち越される率に依存する。分離器からの冷媒ガス内の油キャリオーバは吸着器に向かう。油を保持する吸着器の容量と、ユーザが吸着器を交換する前に許容する危険の程度とによって、障害のない時間間隔が決定される。吸着器からの油キャリオーバは、冷媒ガスに同伴する油がシステムの低温側に入り、この油がＧＭ型膨張器の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。油がＧＭ冷蔵ユニットの低温側に入った後で油を除去するための費用はかなり高額である。
【０００３】油のキャリオーバの危険を回避するために、製造業者およびユーザは、吸着器の寿命を予測する際の適切な不確実性マージンについて慎重に考慮する傾向がある。コンプレッサ製造業者も、十分な油を保持するようにコンプレッサの油だめを慎重に設計しているので、軸受から油がなくなり軸受が焼付けの危険にさらされる前にコンプレッサからかなりの量の油をなくすことになる。
【０００４】本発明の譲受人によって製造されたコンプレッサユニットのデータ分析を行ったところ、ヘリウムガスを使用する低温システム用のこのようなコンプレッサユニットは、吸着器が物理的に保持できる油の２倍から３倍の量の油を通常保持することがわかった。したがって、吸着器に油が満たされる前にコンプレッサの動作を停止するプログラムがないかぎり、吸着器から、連結されたシステムの冷却側への油のキャリオーバには本質的な危険が存在する。周囲温度の変化によるコンプレッサの油レベルの変動は小さいものであるが、それにもかかわらず、コンプレッサに油を充填する際に、この変動について考慮しておく必要がある場合がある。
【０００５】油は通常、吸着器の交換回数が３回または４回になったときにコンプレッサに追加される。この油の追加は、吸着器によって除去される油を補うものである。しかし、コンプレッサに追加する油の量の判定にはかなりの不確実性が伴い、コンプレッサに過度の量の油が充填される場合もある。
【０００６】油分離器の設計に対する最近の改良により、吸着器への油キャリオーバ率は、約６ＫＷの電力を使用する毎分１０立方フィートのヘリウムコンプレッサの場合、毎年２０ｇ未満になっている。このコンプレッサの油だめは約１５００ｇの油を保持する。したがって、軸受が焼き付くほど油を失うには約７５年（１５００÷２）かかる。合理的なサイズの吸着器は約５００ｇの油を保持することができるので、吸着器をシステムの通常の１０年の寿命にわたって使用し続けることを推奨することが合理的である。稼動が１０年を超える場合、吸着器を交換することが一般に推奨されるが、１５００ｇの油から開始する際、実際には油を追加する必要はない。あらゆることが過剰に行われることにより、障害（吸着器から油が持ち越される）が回避されるという意味はある。
【０００７】吸着器のサイズに基づく１０年の交換間隔とすることによって、従来の補修コストが削減されるが、油分離器または油戻り循環路に障害が起こった場合に油が持ち越される可能性はなくならない。吸着器が、システムが停止する前にコンプレッサから出るすべての油を保持し、かつ油分離器で障害が起こったときに存在するかも知れない高い率で油が吸着器に入るときにすべての油を保持することができる場合、分離器の障害にもかかわらず、吸着器からの油キャリオーバの可能性は存在しない。上述の数値例で使用されている従来型のコンプレッサの油同伴率は、毎時１２０ｇ程度になるであろう。したがって、吸着器は、低温側へのキャリオーバなしに、この例ではこの率（毎時１２０ｇ）で油を収集できなければならない。
【０００８】所望の寿命に対して十分であるが、通常のキャリオーバが吸着器の容量を超えないように制限され、油分離器に障害が起こった場合に膨張器に油をキャリオーバしないようにする油の充填量で、より長い寿命の間動作する油潤滑式ヘリウムコンプレッサが必要である。
【０００９】
【発明の概要】全般的には、本発明によれば、圧縮されたヘリウムを油を含まない状態で供給する、より長い寿命を有するフェイルセーフ油潤滑式ヘリウムコンプレッサユニットが提供される。
【００１０】本発明による油潤滑式ヘリウムコンプレッサユニットにおいて、吸着器は、システムが停止する前にコンプレッサから吸着器に移送されるすべての油を吸着器によって保持することができる。このユニットから、たとえばＧＭ型冷蔵システムの膨張器に油が移送されることはなく、あるいは油を移送することはできない。したがって、コンプレッサ自体は、油がコンプレッサユニットの外部に移送される前に、保護スイッチのために停止するか、あるいは場合によっては油の不足のために焼き付く。各構成要素は、通常の環境において、吸着器に移送できる油の限界に達したためにコンプレッサが停止する前に、ユニットおよびそれに連結された冷蔵システムが、選択された設計寿命、たとえば１０年を超える期間にわたって動作できるようなサイズにされている。
【００１１】各構成要素のサイズを決定し各構成要素を装填する際に安全率を考慮しなければならないことを認識した場合、コンプレッサシステムが停止する前に所定の寿命の間動作する能力は以下のように解釈することができる。
【００１２】（ａ）吸着器は、システムの寿命の間にコンプレッサから出る油と同じ量に、少なくとも約２５％の安全マージンを加えた量を保持するようなサイズにされる。
【００１３】（ｂ）油分離器またはコンプレッサ油戻り機構に障害が起こった場合、吸着器は、障害の起こった油分離器から油が出る際の最高流出率、たとえば、コンプレッサから油が出るのと同じ率で流入する油を保持する。言い換えれば、吸着器から何らキャリオーバすることなく、コンプレッサの停止で動作が終わる。
【００１４】（ｃ）寿命がｘ年である場合、油分離器は、毎年通常の動作の下で、１００/ｘ％未満の油がコンプレッサから吸着器に移送されるように効率よく有効に動作する。また、このような条件下でｘ年の稼動期間にわたってコンプレッサから吸着器に移送できる十分な量の油が最初に存在しなければならない。言い換えれば、寿命が１０年である場合、各年に、１０％未満の油がコンプレッサから「失われ」、吸着器によって保持される。
【００１５】（ｄ）吸着器は、ｘ年の期間にわたって補修を必要としない。したがって、分離器と吸着器を単一の容器において組み合わせることができる。
【００１６】したがって、本発明の目的は、油潤滑式コンプレッサユニットの意図された寿命の間コンプレッサの予想される正味油出力全体を保持することのできる吸着器を有する改良された油潤滑式コンプレッサユニットを提供することである。
【００１７】本発明の他の目的は、油が吸着器に入る際の最高流入率以上の率で油を吸収することのできる吸着器を有する改良された油潤滑式コンプレッサユニットを提供することである。
【００１８】本発明の他の目的は、ユニットに結合された冷蔵システムへの油のキャリオーバによる障害の危険なしに少なくとも１０年間動作することのできる改良された油潤滑式コンプレッサユニットを提供することである。
【００１９】本発明の他の目的は、コンプレッサから汲み出され、吸着器によって保持することのできるすべての潤滑油を含むことのできる吸着器を有する改良された油潤滑式コンプレッサユニットを提供することである。
【００２０】本発明の他の目的は、従来技術のユニットよりも経済的に製造できる改良された油潤滑式コンプレッサユニットを提供することである。
【００２１】本発明の他の目的および利点は本明細書から明らかになろう。
【００２２】したがって、本発明は、いくつかのステップと、このようなステップのうちの１つまたは複数の、他の各ステップとの関係と、このようなステップを実施するようになされた構造の特徴、各要素の組合せ、および各部品の配置を実現する装置とを含む。これらはすべて、以下の詳細な開示で例示されており、本発明の範囲は特許請求の範囲に示されている。
【００２３】本発明をより完全に理解するには、添付の図面に関連して以下の詳細な説明を参照されたい。
【００２４】
【好ましい実施形態の説明】図１を参照するとわかるように、本発明による油潤滑式ヘリウムコンプレッサユニット１０は、モータ１４によって駆動されコンプレッサハウジング１６に含まれるコンプレッサ１２を備えている。冷却コイル１８をコンプレッサハウジング１６の周りに熱伝導関係に巻いて、冷却剤、たとえば水を冷却コイルに循環させ、コンプレッサモータからの熱を逃がす。
【００２５】コンプレッサ１２からの排出配管２０は、冷却コイル１８と熱伝導関係にある後置冷却器コイル２２に高圧ガスを移送する。戻り配管または吸入配管２４は、公知の方法でコンプレッサ１２に低圧ガスを移送する。
【００２６】ハウジング１６の底部にある油だめ内の油２６のプールは、コンプレッサの動作中にコンプレッサ１２の潤滑油入口２９に油が供給されるような液位である。油だめ内の高圧の油は、油冷却ループ３９の入口３７に流入する。油は、冷却剤、たとえば水が循環されている冷却循環路１８と熱接触しながら流れる。油は、計量オリフィス３５を通って低圧ガス戻り配管２４に戻る。
【００２７】油２６はコンプレッサを潤滑するが、一部の油は排出配管２０内の圧縮ガス、一般にはヘリウムと共にキャリオーバ（持越し）される。圧縮ガスが負荷を冷却する際に使用できるように冷蔵庫（図示せず）に供給される前にこのキャリオーバ油をなくす必要がある。
【００２８】この目的のために、後置冷却器２２から出た油およびガスは、頂部近傍の油分離器２８に入る。油は、本発明の新規の部分ではなく、したがって、本明細書で詳しく説明することのない公知の技法によって分離器内で圧縮ガスから分離される。油分離器２８内で分離された油は、配管３０によって分離器から出て、コンプレッサ吸入配管２４に入る。ガスと油の混合物は圧縮され、コンプレッサハウジングに排出され、そこで大部分の油がガスから分離され油だめ内に収集される。それによって、油はコンプレッサ油だめに再循環される。
【００２９】しかし、圧縮ガスと共に油分離器に入った油のうちの僅かな部分が圧縮ガス中にあって配管３２を介して油分離器２８から出る。これがコンプレッサからの正味流出量である。このガス／油混合物は、圧縮ガスからすべての油を除去しその油を保持するようなサイズの吸着器３４に入る。したがって、油を含まない圧縮ガス（ヘリウム）が、冷蔵庫と連結された吸着器３４の排出配管３６によって吸着器３４から出る。ガスは、冷蔵庫内で冷却のために使用された後、低下した圧力で吸入配管２４を通してコンプレッサに戻る。完全な冷蔵システム、たとえばＧＭ型冷蔵庫は、本出願には示されていないが、本発明の新規の部分ではない。
【００３０】図２は、吸着器３４’と油分離器２８’が、図１の個別の要素２８、３４の性能を併せ持つ一体化ユニット３８であることを除いて、図１の実施形態とほぼ同様な本発明による油潤滑式ヘリウムコンプレッサの代替実施形態を示している。図１の相互に連結する油／ガス配管３２は、一体化ユニット３８の内部構造の一部（図示せず）である。
【００３１】吸着器３４’は補修なしでシステムの意図された寿命の間動作するようなサイズであるので、２つの機能を単一のハウジングにおいて一体化することが可能である。この結果、複雑さ、サイズ、コストが低減される。
【００３２】図３は、排出配管２０を介したコンプレッサ１２からのガス／油の排出が、ファン４２によって冷却される熱交換器４０によって空冷される、本発明による油潤滑式ヘリウムコンプレッサの他の代替実施形態である。コンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１６から延びておりファンからの強制対流に依存するフィン４４によって冷却される。その他の点で、ユニット１０”は図２の実施形態と同様である。
【００３３】図４は、油が所定の液位に存在することを検知するために吸着器に油液位検知スイッチ５０が埋め込まれている、本発明による油潤滑式ヘリウムコンプレッサの他の代替実施形態である。「Ｂａ」として指定されたある量の油がコンプレッサから吸着器に移送された場合にコンプレッサを停止するためにコンプレッサ制御回路にセンサ５０が接続されている。吸着器は、油が吸着器から出ることのないように「Ｃ」として指定された追加量の油を安全マージンとして保持するように構成されている。
【００３４】図５（ａ）、（ｂ）は、ヘリウムを室温で１００ｐｓｉｇから３２０ｐｓｉｇ（０．８Ｍｐａから２．３Ｍｐａ）に圧縮する排気量が１０ｃｆｍ（２８３Ｌ／ｍ）である油潤滑式スクロールコンプレッサによって得られた実験データのグラフである。同伴する油を含む高圧ヘリウムは、コンプレッサから水冷後置冷却器を通り、次に図１に示されている構成と同様な油分離器および吸着器を通って流れる。この試験の場合、油分離器からの油戻り配管３０に遮断弁が追加されており、主吸着器の下流側に小形の二次吸着器（図示せず）を設置した。油分離器２８は、油液位を測定できるように外側に取り付けられたサイトチューブを有している。主吸着器と二次吸着器は共にセルフシール継手に接続され、取り外して計量することができるようにした。以前の試験では、このような動作圧油が約１１０ｇ／時の率でコンプレッサから分離器に移送されることが示された。
【００３５】時間０で、油戻り弁を閉じ、３０分間隔でコンプレッサを停止させ、両方の吸着器を計量した。主吸着器３４の重量と時間との関係は図５（ａ）にプロットされており、二次吸着器の重量と時間との関係は図５（ｂ）にプロットされている。図５（ａ）を参照するとわかるように、８時間の間、分離器２８から吸着器３４に測定可能な油の移送が行われることはなかった。約８８０ｇの油が油分離器２８の底部に収集され、垂直に向けられたカートリッジ型の分離器要素のほぼ中央に上昇した。次の５時間の間、油は１００ｇ／時を超える率で吸着器３４に蓄積され、分離器２８内の油液位は一定のままであった。
【００３６】図５（ｂ）を参照すると、測定可能な限界内では、１２．５時間と１３時間の間のあるときまで吸着器から油が出ることがないことがわかる。吸着器３４によって保持される油の量、４４０ｇは、飽和されているすべての内側吸着器層に基づく計算上の設計値に近い。この層内のガス速度は約５０ｆｔ／分（０．２５ｍ／秒）である。約１２．５時間で吸着器３４から出る乾性のガスから吸着器の設計容量での湿性のガスへの鋭い遷移は、吸着器に入ることのできる油の最大量を吸着器の容量の８０％に制限する設計によって非常に良好な安全マージンがもたらされることを示している。
【００３７】本発明の目標を満たし、すなわち、補修を必要とせず障害の恐れのないより長い寿命を実現するには、ある要件を満たさなければならない。この場合の「障害」が、ヘリウムコンプレッサユニット１０の意図された動作寿命全体にわたって排出配管３６で圧縮ガスと共に吸着器３４から出る油のキャリオーバを表すことを理解されたい。本出願では、障害には、モータ／コンプレッサの機械的または電気的障害も、油分離器が圧縮ガスから油を適切に分離することに失敗することも含まれない。前述のように、障害は、圧縮ガスと共に吸着器３４から出る油のキャリオーバである。このような障害によって、下流側冷却システムにかなりの損害が生じる。
【００３８】図において、「Ａ」で示されている最低油液位は、コンプレッサが停止しないようにするためにコンプレッサハウジング内で必要とされる油の量である。停止は、ａ）油液位スイッチ、ｂ）油が冷却循環路３７の入口よりも低くなり、過熱により停止が起こるか、あるいは油の循環の欠如を検知するスイッチ、ｃ）油液位が循環ポンプ入口２９よりも低くなり、軸受が焼き付く、ことなどいくつかの異なる要因で起こる。初期油液位は、「Ｂｃ」として指定された最低油液位を超える油の量を表す。動作中のコンプレッサ内の実際の油液位は、排出配管２０を介してハウジングから出る油と吸入配管２４を介してハウジングに戻る油との差（正味流出量）の結果として、初期油液位から最低油液位に向かって降下する。
【００３９】したがって、初期液位から最低油液位への油液位の降下は、油／ガス配管３２を介して油分離器２８から出て吸着器３４に入る油の量に対応する。吸着器３４において、油が保持され、同時に、油を含まない高圧のガスがガス排出配管３６によって流出する。
【００４０】吸着器３４は、最低油液位、すなわち量「Ｂｃ」よりも高い立上げ時のコンプレッサハウジング１６内の油の量を完全に吸着器３４に含めることができるようなサイズにすることができる。したがって、適切なサイズにされた吸着器３４では、それに連結された冷蔵システムに配管３６を介して油がキャリオーバ（持ち越し）されることがなくなる。コンプレッサは、連続的に動作する場合、最低油液位に達するが、吸着器からの油の流出はない。
【００４１】あるいは、吸着器は、コンプレッサにある量の油「Ｂａ」が移送されたときにコンプレッサを停止する油液位スイッチを内部に備えることができる。「Ｂａ」は、「Ｂｃ」より多くても少なくてもよいが、停止を生じさせる、２つの値のうちのより小さい値が、「Ｂ」として指定される。
【００４２】吸着器３４のサイズを決定する際には、油分離器効率の予想される通常の変動、排出配管２０においてコンプレッサからキャリオーバされる油の量の通常の変動、製造時にコンプレッサハウジング１６に油を充填する際の通常の変動、温度の変化によって起こる油の体積の通常の変動などが考慮される。構成要素のサイズおよびコストを削減するために、吸着器のサイズを決める際には、これらの変数を考慮するのに適した安全係数を選択しなければならない。
【００４３】上記で指摘したように、吸着器３４は、最低油液位によって表される量を超える、少なくともある量「Ｂ」の油をシステム内に保持することができる。体積容量だけでなく、吸着器３４は、排出配管２０を介したコンプレッサからの油出力に対応する率で配管３２から入る油を保持することができなければならない。何らかの理由で、油分離器２８が完全な動作不良に陥り、油が配管３０、２４を介してコンプレッサハウジング１６に戻ることがなくなった場合、コンプレッサによってくみ上げられたすべての油が吸着器に直接流入する。吸着器３４は、すべての油を物理的に保持することができるが、コンプレッサ１２が油を供給する率で油を受け取ることができなければならない。そうでない場合、油は出口配管３６において圧縮ガスと共にキャリオーバされる。
【００４４】図１から４に示されているシステムは単一の油分離器２８を有している。したがって、障害が起こると、吸着器３４に油がキャリオーバされる率が最大になり、すなわち、排出配管２０を介したコンプレッサからの油出力と同じ率になる。あるいは、油分離器は、２つの分離段を有し、コンプレッサ１６と分離器２８との間の流れの中に大形油分離器（図示せず）を配置するように構成することができる。経験によれば、典型的な大形油分離機は、コンプレッサから出力された油の７５％から９０％を除去する。分離された油は、配管３０に類似しているが配管３０から独立した配管を通してコンプレッサに戻される。大形油分離器に障害が起こった場合、主分離器２８の、吸着器へのキャリオーバ率が高くなる可能性があるが、それにもかかわらず、この持越し率はコンプレッサからの供給率の１０％よりもかなり低い。両方の油分離器に同時に障害が起こる確率は、吸着器３４に移送できる油の推定最大量と油が移送される際の推定最高移送率とを低減させることが可能であり、それによって「フェイルセーフ」基準がおそらく満たされるほど低い。吸着器への最高移送率を、油がコンプレッサから出る際の率の１０％に低下させるのは容易であることが、経験によってわかっている。したがって、油を吸着器に移送することのできる最高移送率を、油がコンプレッサから出る率、たとえば１０％よりも小さいある値に低減させる手段を含めることが本発明の範囲内で考えられる。
【００４５】上記で指摘したように、（ａ）油分離器が存在しないか、あるいは（ｂ）油分離器が作動していないか、あるいは（ｃ）戻り配管３０が障害があると仮定した場合、吸着器３４は、コンプレッサ１２から放出できるすべての油を含めることができなければならない。
【００４６】図１、２、および４のそれぞれにおいて、冷却剤、たとえば水が循環される冷却コイル１８との熱交換によってコンプレッサハウジング１６の底部で油を冷却するための循環ループ３９が設けられている。
【００４７】図３は、排出配管２０を介したコンプレッサ１２からのガス／油排出が、ファン４２によって冷却される熱交換器４０で空冷される、本発明による油潤滑式ヘリウムコンプレッサの他の代替実施形態である。コンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１６から延びておりファンからの強制対流に依存するフィン４４によって冷却される。その他の点で、ユニット１０”は図２の実施形態と同様である。
【００４８】各構造（図２、３）は、油潤滑式ヘリウムコンプレッサユニットの意図された寿命の間のフェイルセーフ動作と、小型化およびコストの削減を可能にする分離器／吸着器の組合せとを実現するという利点を有する。ユニットの意図された寿命の間、吸着器を補修する必要はない。
【００４９】したがって、前述の説明から明らかになった目的のうち、上記に記載された目的が、効率的に実現されることがわかる。本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに上記の方法の実施および上記の構造にある種の変更を加えることができるので、上記の説明に含まれかつ添付の図面に示されたすべての事項は、例示的な意味で解釈されるものであり、制限的な意味で解釈されるものではない。
【００５０】請求の範囲が、本明細書で説明する本発明の一般的な特徴および特定の特徴のすべてをカバーするものであることも理解されたい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５０１３５６１１２
【氏名又は名称】アイジーシー−エーピーディー クライオジェニクス、 インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＩＧＣ−ＡＰＤ Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．
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| 【出願日】 |
平成１３年９月１０日（２００１．９．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８３２８
【弁理士】
【氏名又は名称】金田 暢之 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６８５３５（Ｐ２００２−１６８５３５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月１４日（２００２．６．１４） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２７３６８５（Ｐ２００１−２７３６８５） |
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