JP2001248930A - Cryogenic refrigeration unit - Google Patents

Cryogenic refrigeration unit

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JP2001248930A
JP2001248930A JP2000063720A JP2000063720A JP2001248930A JP 2001248930 A JP2001248930 A JP 2001248930A JP 2000063720 A JP2000063720 A JP 2000063720A JP 2000063720 A JP2000063720 A JP 2000063720A JP 2001248930 A JP2001248930 A JP 2001248930A
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JP
Japan
Prior art keywords
gas
refrigerant gas
expansion chamber
flow path
stopper
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000063720A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Rei Kobayashi
令 小林
Hiroshi Asami
宏 浅見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cryogenic refrigeration unit which is simple of structure and is capable of obtaining ultralow temperature. SOLUTION: A displacer is inserted into a cylinder, and an expansion chamber is demarcated at one end of the cylinder. A drive means reciprocates the displacer. A first gas passage leads to the expansion chamber. Cold accumulating material is filled in a first gas passage. The gas flowing in the first gas passage performs heat exchange with the cold accumulating material. A gas supply system supplies refrigerating gas into the expansion chamber through the first gas passage, and recovers refrigerant gas from the expansion chamber. The supply and recovery of the refrigerant gas are performed synchronously with the reciprocation of the displacer. A refrigerant gas container is coupled with the expansion chamber through the second gas passage having flow resistance. A third gas passage leads to a refrigerant gas container. A gas pressure reducing means reduces the pressure within the refrigerant container through the third gas passage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、極低温冷凍機に関
し、特に冷媒ガスの膨張により吸熱を生ずる極低温冷凍
機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigerator, and more particularly to a cryogenic refrigerator that generates heat by expansion of a refrigerant gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】ギフォードマクマホン(GM)冷凍機と
ジュールトムソン(JT)回路とを組み合わせて極低温
を得る冷凍機が知られている。GM冷凍機が、JT回路
を流れるヘリウムガスを予冷する。JT弁を通過して冷
却されたヘリウムガスが液化され、冷媒ガス容器に溜ま
る。冷媒ガス容器内を、真空ポンプを用いて減圧するこ
とにより、2K程度の極低温が得られる。
2. Description of the Related Art There is known a refrigerator which obtains a cryogenic temperature by combining a Gifford McMahon (GM) refrigerator with a Joule Thomson (JT) circuit. A GM refrigerator pre-cools the helium gas flowing through the JT circuit. Helium gas cooled after passing through the JT valve is liquefied and accumulated in the refrigerant gas container. By reducing the pressure in the refrigerant gas container using a vacuum pump, an extremely low temperature of about 2K can be obtained.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】GM冷凍機とJT回路
とを組み合わせた冷凍機においては、両者を熱的に結合
する必要があるため、構造が複雑になる。
In a refrigerator in which a GM refrigerator and a JT circuit are combined, the structure is complicated because both must be thermally coupled.

【0004】本発明の目的は、構造がより簡単で、かつ
極低温を得ることが可能な極低温冷凍機を提供すること
である。
[0004] It is an object of the present invention to provide a cryogenic refrigerator having a simpler structure and capable of obtaining a cryogenic temperature.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、シリンダと、前記シリンダ内に挿入され、該シリン
ダの一方の端部に膨張室を画定するディスプレーサと、
前記ディスプレーサを、前記シリンダの軸方向に往復駆
動する駆動手段と、前記膨張室に連通する第1のガス流
路と、前記第1のガス流路内に充填され、該第1のガス
流路内を流れるガスと熱交換を行う蓄冷材と、前記第1
のガス流路を介して、前記膨張室内への冷媒ガスの供給
と、該膨張室からの冷媒ガスの回収とを、前記ディスプ
レーサの往復運動に同期して行うガス供給系と、前記膨
張室に、流動抵抗を有する第2のガス流路を介して結合
した冷媒ガス容器と、前記冷媒ガス容器に連通した第3
のガス流路と、前記第3のガス流路を介して、前記冷媒
ガス容器内を減圧するガス減圧手段とを有する極低温冷
凍機が提供される。
According to one aspect of the present invention, a cylinder, a displacer inserted into the cylinder and defining an expansion chamber at one end of the cylinder;
Driving means for reciprocatingly driving the displacer in the axial direction of the cylinder, a first gas flow path communicating with the expansion chamber, and a first gas flow path filled in the first gas flow path. A cold storage material for exchanging heat with a gas flowing through the inside;
A gas supply system for supplying the refrigerant gas into the expansion chamber and recovering the refrigerant gas from the expansion chamber in synchronization with the reciprocating motion of the displacer; A refrigerant gas container coupled through a second gas flow path having flow resistance, and a third refrigerant gas container connected to the refrigerant gas container.
And a cryogenic refrigerator having gas pressure reducing means for reducing the pressure in the refrigerant gas container via the third gas flow path.

【0006】膨張室内で吸熱が生じ、膨張室内の冷却さ
れた冷媒ガスが第2のガス流路を通って冷媒ガス容器内
に漏れる。冷媒ガス容器内を減圧することにより、冷媒
ガス容器内で吸熱が生じ、極低温を得ることができる。
Heat is absorbed in the expansion chamber, and the cooled refrigerant gas in the expansion chamber leaks into the refrigerant gas container through the second gas flow path. By reducing the pressure in the refrigerant gas container, heat is absorbed in the refrigerant gas container, and an extremely low temperature can be obtained.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】図1に、本発明の実施例による極
低温冷凍機の概略断面図を示す。実施例による極低温冷
凍機は、GM冷凍機1、冷媒ガス容器50、及びガス排
気系80を含んで構成される。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention. The cryogenic refrigerator according to the embodiment includes a GM refrigerator 1, a refrigerant gas container 50, and a gas exhaust system 80.

【0008】GM冷凍機1の構成について説明する。G
M冷凍機1は、第1段目シリンダ10aと、第2段目シ
リンダ10bとの2段構成とされている。第2段目シリ
ンダ10bの高温端が、第1段目シリンダ10aの低温
端に連結されている。第2段目シリンダ10bは、第1
段目シリンダ10aよりも小さな径を有する。第1段目
シリンダ10a及び第2段目シリンダ10b内に、それ
ぞれ第1段目ディスプレーサ11a及び第2段目ディス
プレーサ11bが挿入されている。第1段目ディスプレ
ーサ11aと第2段目ディスプレーサ11bとは、相互
に連結されており、駆動機構3により、シリンダの軸方
向に往復駆動される。
The configuration of the GM refrigerator 1 will be described. G
The M refrigerator 1 has a two-stage configuration including a first-stage cylinder 10a and a second-stage cylinder 10b. The high temperature end of the second stage cylinder 10b is connected to the low temperature end of the first stage cylinder 10a. The second stage cylinder 10b is
It has a smaller diameter than the stage cylinder 10a. A first-stage displacer 11a and a second-stage displacer 11b are inserted into the first-stage cylinder 10a and the second-stage cylinder 10b, respectively. The first-stage displacer 11a and the second-stage displacer 11b are connected to each other, and are driven by the drive mechanism 3 to reciprocate in the axial direction of the cylinder.

【0009】第1段目ディスプレーサ11a及び第2段
目ディスプレーサ11bの内部に、それぞれガス流路1
2a及び12bが形成されている。ガス流路12a及び
12b内に、それぞれ蓄冷材13a及び13bが充填さ
れている。
The gas passages 1 are provided inside the first-stage displacer 11a and the second-stage displacer 11b, respectively.
2a and 12b are formed. The gas flow paths 12a and 12b are filled with cold storage materials 13a and 13b, respectively.

【0010】第1段目シリンダ10a内の高温端に空洞
14が画定され、低温端に第1段目膨張室15aが画定
されている。第2段目シリンダ10b内の低温端に第2
段目膨張室15bが画定されている。第1段目膨張室1
5aの周囲に、第1段目冷却ステージ18が熱的に結合
している。第2段目膨張室15bの周囲に、第2段目冷
却ステージ19が配置されている。第2段目冷却ステー
ジ19は、第2段目膨張室に熱的に結合している。
A cavity 14 is defined at a high temperature end in the first stage cylinder 10a, and a first stage expansion chamber 15a is defined at a low temperature end. At the low temperature end in the second stage cylinder 10b, the second
A stage expansion chamber 15b is defined. First stage expansion chamber 1
A first cooling stage 18 is thermally coupled around 5a. A second cooling stage 19 is disposed around the second expansion chamber 15b. The second cooling stage 19 is thermally connected to the second expansion chamber.

【0011】第1段目ディスプレーサ11a及び第2段
目ディスプレーサ11bに複数のガス流路L1〜L4が
設けられている。ガス流路L1は、空洞14とガス流路
12aとを接続し、ガス流路L2は、ガス流路12aと
第1段目膨張室15aとを接続し、ガス流路L3は、第
1段目膨張室15aとガス流路13bとを接続し、ガス
流路L4は、ガス流路12bと第2段目膨張室15bと
を接続する。
A plurality of gas flow paths L1 to L4 are provided in the first stage displacer 11a and the second stage displacer 11b. The gas flow path L1 connects the cavity 14 and the gas flow path 12a, the gas flow path L2 connects the gas flow path 12a and the first-stage expansion chamber 15a, and the gas flow path L3 is connected to the first-stage expansion chamber 15a. The gas flow path L4 connects the gas flow path 12b and the second-stage expansion chamber 15b.

【0012】第1段目シリンダ10aの高温端側の空洞
14が、冷媒ガス供給系5に接続されている。冷媒ガス
供給系5は、ガス圧縮機6、バルブ7、8、及びガス流
路9を含んで構成される。バルブ7及び8は、それぞれ
ガス圧縮機6の排気口側及び吸気口側に取り付けられて
いる。バルブ7を開き、バルブ8を閉じると、ガス圧縮
機6からバルブ7及びガス流路9を通って空洞14内に
冷媒ガス(一般的にはヘリウムガス)が供給される。バ
ルブ7を閉じ、バルブ8を開くと、空洞14内の冷媒ガ
スがガス流路9及びバルブ8を通ってガス圧縮機6に回
収される。
A cavity 14 on the high temperature end side of the first stage cylinder 10a is connected to the refrigerant gas supply system 5. The refrigerant gas supply system 5 includes a gas compressor 6, valves 7, 8, and a gas flow path 9. The valves 7 and 8 are mounted on the exhaust port side and the intake port side of the gas compressor 6, respectively. When the valve 7 is opened and the valve 8 is closed, refrigerant gas (generally helium gas) is supplied from the gas compressor 6 into the cavity 14 through the valve 7 and the gas passage 9. When the valve 7 is closed and the valve 8 is opened, the refrigerant gas in the cavity 14 is collected in the gas compressor 6 through the gas passage 9 and the valve 8.

【0013】バルブ7及び8の開閉と、ディスプレーサ
11a及び11bの往復駆動とを、所定の位相差で同期
させて行うことにより、第1段目膨張室15a及び第2
段目膨張室15b内で吸熱が生ずる。
The opening and closing of the valves 7 and 8 and the reciprocating drive of the displacers 11a and 11b are performed in synchronization with a predetermined phase difference, so that the first stage expansion chamber 15a and the second stage
Endothermic occurs in the stage expansion chamber 15b.

【0014】次に、冷媒ガス容器50及びガス排気系8
0について説明する。冷媒ガス容器50が、第2段目シ
リンダ10bの低温端に取り付けられている。冷媒ガス
容器50内の空間が、ガス流路51を介して第2段目膨
張室15bに連通している。冷媒ガス容器50の壁に設
けられたガス流路52が、容器の内外を連通させてい
る。
Next, the refrigerant gas container 50 and the gas exhaust system 8
0 will be described. A refrigerant gas container 50 is attached to the low temperature end of the second stage cylinder 10b. The space in the refrigerant gas container 50 communicates with the second-stage expansion chamber 15b via the gas flow path 51. A gas flow channel 52 provided on the wall of the refrigerant gas container 50 communicates the inside and outside of the container.

【0015】ガス排気系80は、ガス流路81、ポンプ
82、及びガス流路83を含んで構成される。ガス流路
81は、ポンプ82の吸気口とガス流路52とを接続す
る。また、ガス流路81は、第2段目冷却ステージ19
及び第1段目冷却ステージ18と熱的に結合している。
ガス流路81内を流れる冷媒ガスと、第1段目膨張室1
5a及び第2段目膨張室15b内の冷媒ガスとの間で熱
交換が行われる。ガス流路83は、ポンプ82の排気口
とガス圧縮機6の吸気口とを接続する。
The gas exhaust system 80 includes a gas flow path 81, a pump 82, and a gas flow path 83. The gas passage 81 connects the intake port of the pump 82 and the gas passage 52. Further, the gas passage 81 is provided in the second cooling stage 19.
And is thermally coupled to the first cooling stage 18.
The refrigerant gas flowing in the gas passage 81 and the first-stage expansion chamber 1
Heat exchange is performed between the refrigerant gas in the expansion chamber 5a and the second stage expansion chamber 15b. The gas passage 83 connects an exhaust port of the pump 82 and an intake port of the gas compressor 6.

【0016】ポンプ82は、ガス流路52及び81を介
して、冷媒ガス容器50内を減圧する。冷媒ガス容器5
0内から排気された冷媒ガスは、ガス流路83を通って
ガス供給系5に戻される。
The pump 82 reduces the pressure in the refrigerant gas container 50 through the gas flow paths 52 and 81. Refrigerant gas container 5
The refrigerant gas exhausted from the inside is returned to the gas supply system 5 through the gas passage 83.

【0017】図2に、冷媒ガス容器50の詳細な断面図
を示す。隔壁55、円筒状の側壁56、及び蓋57が、
冷媒ガスを蓄積する空洞を画定する。隔壁55及び蓋5
7は、熱伝導率の高い材料、例えば銅で形成されてい
る。側壁56は、熱伝導率の低い材料、例えばステンレ
スで形成されている。これらの部材は、相互に銀ろう付
けされている。隔壁55は、第2段目シリンダ10bの
低温端を塞ぐ。蓋57に、図1でも示されているガス流
路52が形成されている。
FIG. 2 is a detailed sectional view of the refrigerant gas container 50. The partition 55, the cylindrical side wall 56, and the lid 57
A cavity for storing the refrigerant gas is defined. Partition wall 55 and lid 5
7 is formed of a material having high thermal conductivity, for example, copper. The side wall 56 is formed of a material having low thermal conductivity, for example, stainless steel. These parts are mutually silver brazed. The partition wall 55 blocks the low temperature end of the second stage cylinder 10b. In the lid 57, the gas flow path 52 also shown in FIG. 1 is formed.

【0018】蓋57の内面に、銅で形成されたフィン5
9が取り付けられている。フィン59は、冷媒ガス容器
50内の冷媒ガスと蓋57との熱交換効率を高める。蓋
57が、第3段目冷却ステージとして働く。
A fin 5 made of copper is provided on the inner surface of the lid 57.
9 is attached. The fins 59 increase the heat exchange efficiency between the refrigerant gas in the refrigerant gas container 50 and the lid 57. The lid 57 functions as a third cooling stage.

【0019】隔壁55に、貫通孔60が形成されてい
る。貫通孔60は、第2段目膨張室15bと冷媒ガス容
器50内の空洞とを連通させる。貫通孔60の内周面
は、冷媒ガス容器50側が細くなったテーパ状の形状と
されている。貫通孔60の内周面に整合するテーパ状の
外周面を有する栓58が、第2段目膨張室15b側から
貫通孔60内に挿入されている。栓58は、例えばステ
ンレス鋼で形成されている。栓58の細い方の先端の直
径は6mmであり、栓の長さは20mmであり、テーパ
面の傾きは1/50である。栓58の先端が、冷媒ガス
容器50内に突出している。
A through hole 60 is formed in the partition wall 55. The through hole 60 allows the second-stage expansion chamber 15b to communicate with the cavity in the refrigerant gas container 50. The inner peripheral surface of the through hole 60 has a tapered shape in which the refrigerant gas container 50 side is narrowed. A plug 58 having a tapered outer peripheral surface aligned with the inner peripheral surface of the through hole 60 is inserted into the through hole 60 from the second-stage expansion chamber 15b side. The stopper 58 is formed of, for example, stainless steel. The diameter of the narrow end of the plug 58 is 6 mm, the length of the plug is 20 mm, and the inclination of the tapered surface is 1/50. The tip of the stopper 58 projects into the refrigerant gas container 50.

【0020】栓58の先端に、円盤状のストッパ61
が、ボルト62で固定されている。ストッパ61は、栓
58の抜けを防止する。なお、栓58が第2段目膨張室
15b側にわずかに移動できるように、あそびを持たせ
ている。ストッパ61の隔壁55側の面に、半径方向の
溝63が形成されている。
At the tip of the stopper 58, a disc-shaped stopper 61 is provided.
Are fixed by bolts 62. The stopper 61 prevents the stopper 58 from coming off. The stopper 58 is provided with a play so that the stopper 58 can slightly move toward the second-stage expansion chamber 15b. A groove 63 in the radial direction is formed on the surface of the stopper 61 on the partition 55 side.

【0021】第2段目膨張室15b内の圧力が冷媒ガス
容器50内の圧力よりも高いとき、栓58の外周面が貫
通孔60の内周面にほぼ密着する。この状態で、栓58
の外周面と貫通孔60の内周面との間の僅かな隙間を通
って、第2段目膨張室15bから冷媒ガス容器50内に
冷媒ガスが漏れる。冷媒ガス容器50内を大気圧とし、
第2段目膨張室15b内のヘリウムガス圧(ゲージ圧)
を1MPa(約10kgf/cm2)、1.5MPa
(約15kgf/cm2)、及び2MPa(約20kg
f/cm2)としたとき、常温におけるヘリウムガスの
漏れ量は、それぞれ76sccm、155.4scc
m、及び307sccmであった。
When the pressure in the second stage expansion chamber 15 b is higher than the pressure in the refrigerant gas container 50, the outer peripheral surface of the plug 58 comes into close contact with the inner peripheral surface of the through hole 60. In this state, the stopper 58
The refrigerant gas leaks from the second-stage expansion chamber 15b into the refrigerant gas container 50 through a slight gap between the outer peripheral surface of the second hole and the inner peripheral surface of the through hole 60. The inside of the refrigerant gas container 50 is set to the atmospheric pressure,
Helium gas pressure (gauge pressure) in the second stage expansion chamber 15b
To 1 MPa (about 10 kgf / cm 2 ), 1.5 MPa
(About 15 kgf / cm 2 ) and 2 MPa (about 20 kg
f / cm 2 ), the leakage amount of helium gas at room temperature is 76 sccm and 155.4 sccc, respectively.
m, and 307 sccm.

【0022】冷媒ガス容器50内の圧力が第2段目膨張
室15b内の圧力よりも高いとき、栓58が第2段目膨
張室15b側に移動し、ストッパ61が隔壁55に接触
する。栓58と貫通孔60との間の間隙が広がるため、
ガス流路51の流動抵抗が小さくなる。冷媒ガス容器5
0内の冷媒ガスが、溝63、及び栓58と貫通孔60と
の間の隙間を通って第2段目膨張室15b内に戻る。従
って、冷媒ガス容器50内の圧力が何らかの原因で上昇
した場合、冷媒ガスがガス流路51を通ってGM冷凍機
1内に戻る。このようにして、冷媒ガス容器50内の圧
力の上昇が防止される。
When the pressure in the refrigerant gas container 50 is higher than the pressure in the second-stage expansion chamber 15b, the stopper 58 moves toward the second-stage expansion chamber 15b, and the stopper 61 contacts the partition wall 55. Since the gap between the plug 58 and the through hole 60 is widened,
The flow resistance of the gas flow path 51 is reduced. Refrigerant gas container 5
The refrigerant gas in the chamber 0 returns to the second-stage expansion chamber 15b through the groove 63 and the gap between the plug 58 and the through hole 60. Therefore, when the pressure in the refrigerant gas container 50 rises for some reason, the refrigerant gas returns to the GM refrigerator 1 through the gas flow path 51. In this way, an increase in the pressure in the refrigerant gas container 50 is prevented.

【0023】上記実施例による極低温冷凍機は、JT回
路を流れる冷媒ガスをGM冷凍機で予冷する方式に比べ
て、簡単な構造を有する。
The cryogenic refrigerator according to the above embodiment has a simple structure as compared with the system in which the refrigerant gas flowing through the JT circuit is precooled by the GM refrigerator.

【0024】次に、実施例による極低温冷凍機の動作に
ついて説明する。図1に示したGM冷凍機1を運転する
と、第1段目膨張室15a及び第2段目膨張室15b内
で吸熱が生ずる。通常の運転状態では、第2段目膨張室
15b内の圧力(ゲージ圧で0.6〜2MPa)が冷媒
ガス容器50内の圧力よりも高い。このため、第2段目
膨張室15b内の冷却された冷媒ガスが、冷媒ガス容器
50内に漏れる。
Next, the operation of the cryogenic refrigerator according to the embodiment will be described. When the GM refrigerator 1 shown in FIG. 1 is operated, heat is absorbed in the first-stage expansion chamber 15a and the second-stage expansion chamber 15b. In a normal operation state, the pressure in the second-stage expansion chamber 15b (0.6 to 2 MPa in gauge pressure) is higher than the pressure in the refrigerant gas container 50. Therefore, the cooled refrigerant gas in the second-stage expansion chamber 15 b leaks into the refrigerant gas container 50.

【0025】ポンプ82が、冷媒ガス容器50内を減圧
する。冷媒ガス容器50内の圧力が低下し、冷媒ガス容
器50内の温度が低下する。ガス流路51の流動抵抗及
びポンプ82による吸引流量を調節することにより、到
達温度を制御することができる。発明者の実験では、冷
凍能力を50mWとしたときの第2の膨張室15b内の
温度が2.4Kになり、冷媒ガス容器50内の温度が
1.88Kになった。このときのポンプ82の吸引流量
は、104リットル/hであった。4Heの1.88K
における蒸気圧は約10Torrである。従って、冷媒
ガス容器50内の圧力は、約10Torrになっている
と考えられる。
A pump 82 reduces the pressure inside the refrigerant gas container 50. The pressure in the refrigerant gas container 50 decreases, and the temperature in the refrigerant gas container 50 decreases. The ultimate temperature can be controlled by adjusting the flow resistance of the gas flow path 51 and the suction flow rate by the pump 82. In the experiment of the inventor, the temperature in the second expansion chamber 15b when the refrigerating capacity was 50 mW was 2.4K, and the temperature in the refrigerant gas container 50 was 1.88K. At this time, the suction flow rate of the pump 82 was 104 liter / h. 4 He 1.88K of
Is about 10 Torr. Therefore, it is considered that the pressure in the refrigerant gas container 50 is about 10 Torr.

【0026】冷媒ガス容器50内から排気され、ガス流
路81内を流れる冷媒ガスが、第2段目冷却ステージ1
9及び第1段目冷却ステージ18を冷やす。このため、
冷凍効率を高めることができる。なお、これらの熱的結
合を行わない場合でも、極低温を得ることが可能であ
る。この場合には、冷凍能力はやや犠牲になるが、構造
が簡単になる。
The refrigerant gas exhausted from the refrigerant gas container 50 and flowing through the gas passage 81 is supplied to the second cooling stage 1.
9 and the first cooling stage 18 are cooled. For this reason,
The refrigeration efficiency can be improved. In addition, even when these thermal couplings are not performed, extremely low temperatures can be obtained. In this case, the refrigeration capacity is slightly sacrificed, but the structure is simplified.

【0027】第2段目膨張室15bから冷媒ガス容器5
0内への冷媒ガスの漏れ量が多くなると、GM冷凍機の
冷凍能力が低下する。このため、漏れ量を、GM冷凍機
内のガス流路を流れる冷媒ガスの平均流量の1%以下と
することが好ましい。
From the second stage expansion chamber 15b to the refrigerant gas container 5
If the amount of the refrigerant gas leaking into zero increases, the refrigeration capacity of the GM refrigerator decreases. For this reason, it is preferable that the amount of leakage be 1% or less of the average flow rate of the refrigerant gas flowing through the gas flow path in the GM refrigerator.

【0028】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
比較的簡単な構成の極低温冷凍機を用い、2Kオーダの
極低温を得ることが可能である。
As described above, according to the present invention,
Using a cryogenic refrigerator having a relatively simple configuration, it is possible to obtain a cryogenic temperature of the order of 2K.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例による極低温冷凍機の概略断面
図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例による極低温冷凍機の冷媒ガス容器の断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a refrigerant gas container of the cryogenic refrigerator according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GM冷凍機 3 駆動機構 5 ガス供給系 6 ガス圧縮機 7、8 バルブ 9 ガス流路 10a、10b シリンダ 11a、11b ディスプレーサ 12a、12b ガス流路 13a、13b 蓄冷材 15a、15b 膨張室 18、19 冷却ステージ 50 冷媒ガス容器 51、52 ガス流路 57 蓋 59 フィン 80 ガス排気系 81、83 ガス流路 82 ポンプ Reference Signs List 1 GM refrigerator 3 drive mechanism 5 gas supply system 6 gas compressor 7, 8 valve 9 gas flow path 10a, 10b cylinder 11a, 11b displacer 12a, 12b gas flow path 13a, 13b cold storage material 15a, 15b expansion chamber 18, 19 Cooling stage 50 Refrigerant gas container 51, 52 Gas flow path 57 Cover 59 Fin 80 Gas exhaust system 81, 83 Gas flow path 82 Pump

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダと、 前記シリンダ内に挿入され、該シリンダの一方の端部に
膨張室を画定するディスプレーサと、 前記ディスプレーサを、前記シリンダの軸方向に往復駆
動する駆動手段と、 前記膨張室に連通する第1のガス流路と、 前記第1のガス流路内に充填され、該第1のガス流路内
を流れるガスと熱交換を行う蓄冷材と、 前記第1のガス流路を介して、前記膨張室内への冷媒ガ
スの供給と、該膨張室からの冷媒ガスの回収とを、前記
ディスプレーサの往復運動に同期して行うガス供給系
と、 前記膨張室に、流動抵抗を有する第2のガス流路を介し
て結合した冷媒ガス容器と、 前記冷媒ガス容器に連通した第3のガス流路と、 前記第3のガス流路を介して、前記冷媒ガス容器内を減
圧するガス減圧手段とを有する極低温冷凍機。
A cylinder; a displacer inserted into the cylinder to define an expansion chamber at one end of the cylinder; a driving means for reciprocatingly driving the displacer in an axial direction of the cylinder; A first gas flow path communicating with the chamber; a cold storage material filled in the first gas flow path and performing heat exchange with gas flowing in the first gas flow path; A gas supply system for supplying refrigerant gas to the expansion chamber through the passage and recovering the refrigerant gas from the expansion chamber in synchronization with the reciprocating motion of the displacer; A refrigerant gas container coupled via a second gas flow path having: a third gas flow path communicating with the refrigerant gas container; and a refrigerant gas container through the third gas flow path. Cryogenic refrigeration having gas decompression means for depressurizing .
【請求項2】 前記第2のガス流路が、 前記膨張室と前記冷媒ガス容器との間の隔壁を貫通し、
前記冷媒ガス容器側が細くなっているテーパ状内周面を
有する貫通孔と、 前記貫通孔の内周面に整合するテーパ状の外周面を有
し、前記膨張室側から該貫通孔内に挿入され、先端が前
記冷媒ガス容器内に突出し、該外周面と前記貫通孔の内
周面との間に冷媒ガスの通路を画定する栓と、 前記栓の、前記冷媒ガス容器内への突出部に取り付けら
れ、前記栓の抜けを防止するストッパとを含んで構成さ
れる請求項1に記載の極低温冷凍機。
2. The second gas flow path penetrates a partition wall between the expansion chamber and the refrigerant gas container,
A through hole having a tapered inner peripheral surface having a narrower refrigerant gas container side; and a tapered outer peripheral surface matching the inner peripheral surface of the through hole, being inserted into the through hole from the expansion chamber side. A stopper projecting into the refrigerant gas container, the stopper defining a passage for the refrigerant gas between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the through hole; and a protrusion of the stopper into the refrigerant gas container. The cryogenic refrigerator according to claim 1, further comprising: a stopper attached to the refrigerator and configured to prevent the stopper from coming off.
【請求項3】 前記栓が前記貫通孔の内周面に密着した
状態から前記膨張室側へある距離だけ移動できるように
前記ストッパが取り付けられており、該ストッパにより
前記栓の移動が拘束されている状態のとき、前記冷媒ガ
ス容器から前記膨張室内へガスが流れるようにガスの通
路が画定される請求項2に記載の極低温冷凍機。
3. The stopper is attached so that the stopper can move from the state in which the stopper is in close contact with the inner peripheral surface of the through hole toward the expansion chamber by a certain distance, and the stopper restricts the movement of the stopper. 3. The cryogenic refrigerator according to claim 2, wherein a gas passage is defined such that the gas flows from the refrigerant gas container into the expansion chamber when the refrigerant gas is in the state.
【請求項4】 さらに、前記ガス減圧手段で排気された
冷媒ガスを、前記ガス供給系に戻す第4のガス流路を有
する請求項1〜3のいずれかに記載の極低温冷凍機。
4. The cryogenic refrigerator according to claim 1, further comprising a fourth gas flow path for returning the refrigerant gas exhausted by the gas pressure reducing means to the gas supply system.
【請求項5】 前記第3のガス流路が、前記膨張室に熱
的に結合し、該第3のガス流路内を流れる冷媒ガスと前
記膨張室内の冷媒ガスとの間で熱交換が行われる請求項
1〜4のいずれかに記載の極低温冷凍機。
5. The third gas flow path is thermally coupled to the expansion chamber, and heat exchange occurs between the refrigerant gas flowing in the third gas flow path and the refrigerant gas in the expansion chamber. The cryogenic refrigerator according to any one of claims 1 to 4, which is performed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104792056A (en) * 2015-04-22 2015-07-22 浙江大学 JT throttling refrigerating machine gas coupled with regenerative refrigerating machine
US11149993B2 (en) 2017-07-07 2021-10-19 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cryocooler with heat transfer blocks having fins

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