JP2001317827A - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
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- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
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- Multiple-Way Valves (AREA)
Abstract
ファタンク7および第2バッファタンク8と、蓄冷器3
と第1バッファタンク7との間に接続された第2切り換
えバルブ9と、蓄冷器3と第2バッファタンク8との間
に接続された第3切り換えバルブ10と、各切り換えバ
ルブを制御する制御部とを有している。
Description
わせることができる低温などの極低温を生じさせること
ができる極低温冷凍機に関する。
を超伝導動作させるための低温などの極低温を生じさせ
るために、GM(ギフォード・マクマフォン)冷凍機、
パルス管冷凍機などが採用されている。
る。
縮する圧縮機51に対して、メインバルブ52を介して
蓄冷器53を接続し、蓄冷器53の低温端に対して流路
抵抗部材54を介してディスプレーサ55を接続し、蓄
冷器53の高温端とディスプレーサ55の高温端とを接
続している。そして、ディスプレーサ55を動作させる
ためのディスプレーサ駆動機構56を有している。
を示す図である。
動作させることにより、圧縮機41から高圧冷媒ガスを
蓄冷器43に供給する状態と低圧冷媒ガスを圧縮機41
に戻す状態とを選択することができ、ディスプレーサ駆
動機構56によりディスプレーサ55を動作させること
ができる。この結果、冷媒ガスの圧縮、膨脹を繰り返し
て冷熱を発生させることができる。
である。
を圧縮する圧縮機71に対して、メインバルブ72を介
して蓄冷器73を接続し、蓄冷器73の低温端に対して
流路抵抗部材74を介してパルス管75を接続し、パル
ス管75の高温端に対してサブバルブ(例えば、オリフ
ィスバルブ)76を介してバッファタンク77を接続し
ている。
の時間変化を示す図、図10中(B)はサブバルブ76
の開度の時間変化を示す図である。
動作させることにより、圧縮機71から高圧冷媒ガスを
蓄冷器73に供給する状態と低圧冷媒ガスを圧縮機71
に戻す状態とを選択することができる。そして、この状
態選択に起因して、蓄冷器73および流路抵抗部材74
を通してパルス管75に圧力波が供給されるので、パル
ス管75の高温端部にガスが出入りすることによりパル
ス管75の内部においてガスピストン(図9中の破線参
照)が往復動し、冷媒ガスの圧縮、膨脹を繰り返して冷
熱を発生させることができる(ガスピストンの変位とガ
ス圧の変動とにより、パルス管の低温端部の冷媒ガスに
仕事をさせて冷熱を発生させることができる)。
冷凍機を採用した場合には、高圧冷媒ガスの供給開始時
における蓄冷器53の内部圧力が小さく、膨脹後の冷媒
ガスの還流開始時における蓄冷器53の内部圧力が大き
いので、冷媒ガスの吸排気を行わせるメインバルブにお
ける圧力損失に起因する仕事損失が大きく、冷凍効率が
低いという不都合がある。
た場合には、パルス管75とバッファタンク77とをサ
ブバルブ76を介して接続しているので安定性を高める
ことができるが、サブバルブ76により受動的に位相を
制御しているだけであるから位相差が不充分であるとと
もに、高圧冷媒ガスの供給開始時における蓄冷器73の
内部圧力が小さく、膨脹後の冷媒ガスの還流開始時にお
ける蓄冷器73の内部圧力が大きいので、冷媒ガスの吸
排気を行わせるメインバルブにおける圧力損失に起因す
る仕事損失が大きく、冷凍効率が低いという不都合があ
る。
たものであり、冷凍効率が高い極低温冷凍機を提供する
ことを目的としている。
は、圧縮機からの高圧冷媒ガスとこの圧縮機に戻る低圧
冷媒ガスとを第1切り換えバルブにより切り換えて冷熱
を発生するものであって、前記蓄冷器の高温端と接続さ
れた第1バッファタンク、第2バッファタンクと、これ
らの第1バッファタンク、第2バッファタンクの接続部
にそれぞれ設けられ、かつ前記第1切り換えバルブの切
り換え動作に対応付けられて開度が変化される第2切り
換えバルブ、第3切り換えバルブとを含むものである。
ージとしてディスプレーサを採用し、ディスプレーサを
駆動するディスプレーサ駆動機構をさらに含むものであ
る。
ージとしてパルス管を採用し、パルス管の高温端と接続
された第3バッファタンクと、この第3バッファタンク
の接続部に設けられ、かつ流体抵抗を変化させることが
できる流路抵抗部材とをさらに含むものである。
部材を、開路状態と閉路状態とを選択できるバルブを介
して第3バッファタンクと接続したものである。
高圧冷媒ガスとこの圧縮機に戻る低圧冷媒ガスとを第1
切り換えバルブにより切り換えて冷熱を発生するもので
あって、前記蓄冷器の高温端と接続された第1バッファ
タンク、第2バッファタンクと、これらの第1バッファ
タンク、第2バッファタンクの接続部にそれぞれ設けら
れ、かつ前記第1切り換えバルブの切り換え動作に対応
付けられて開度が変化される第2切り換えバルブ、第3
切り換えバルブと、前記パルス管の高温端に設けられた
ムービングプラグとを含むものである。
ングプラグと圧縮機との間に介在して開路状態と閉路状
態とを選択できるバルブをさらに含むものである。
の高圧冷媒ガスとこの圧縮機に戻る低圧冷媒ガスとを第
1切り換えバルブにより切り換えて冷熱を発生するに当
たって、第1切り換えバルブにより高圧冷媒ガスの供給
を開始させる前に第2切り換えバルブによって第1バッ
ファタンクと蓄冷器とを連通させて蓄冷器の内部圧力を
高め、逆に、第1切り換えバルブにより低圧冷媒ガスを
圧縮機に戻す動作を開始させる前に第3切り換えバルブ
によって第2バッファタンクと蓄冷器とを連通させて蓄
冷器の内部圧力を低下させるので、第1切り換えバルブ
により上記の何れかの動作を開始させる時点において第
1切り換えバルブの両端における圧力差を小さくするこ
とができ、第1切り換えバルブにおける圧力損失を小さ
くし、仕事損失を小さくすることができ、ひいては冷凍
効率を高めることができる。
却ステージとしてディスプレーサを採用し、ディスプレ
ーサを駆動するディスプレーサ駆動機構をさらに含むの
であるから、GM冷凍機の冷凍効率を高めることができ
る。
却ステージとしてパルス管を採用し、パルス管の高温端
と接続された第3バッファタンクと、この第3バッファ
タンクの接続部に設けられ、かつ流体抵抗を変化させる
ことができる流路抵抗部材とをさらに含むのであるか
ら、パルス管冷凍機の冷凍効率を高めることができる。
路抵抗部材を、開路状態と閉路状態とを選択できるバル
ブを介して第3バッファタンクと接続しているのである
から、バルブの制御を行うことによって請求項3と同様
の作用を達成することができる。
機からの高圧冷媒ガスとこの圧縮機に戻る低圧冷媒ガス
とを第1切り換えバルブにより切り換えて冷熱を発生す
るに当たって、第1切り換えバルブにより高圧冷媒ガス
の供給を開始させる前に第2切り換えバルブによって第
1バッファタンクと蓄冷器とを連通させて蓄冷器の内部
圧力を高め、逆に、第1切り換えバルブにより低圧冷媒
ガスを圧縮機に戻す動作を開始させる前に第3切り換え
バルブによって第2バッファタンクと蓄冷器とを連通さ
せて蓄冷器の内部圧力を低下させるので、第1切り換え
バルブにより上記の何れかの動作を開始させる時点にお
いて第1切り換えバルブの両端における圧力差を小さく
することができ、第1切り換えバルブにおける圧力損失
を小さくし、仕事損失を小さくすることができる。
プラグを設けているので、冷凍機の内部で発生する循環
流を防止し、安定性を高めることができる。
きるとともに、パルス管冷凍機の性能安定性を高めるこ
とができる。
ムービングプラグと圧縮機との間に介在して開路状態と
閉路状態とを選択できるバルブをさらに含むのであるか
ら、バルブによってムービングプラグを動作させること
により、請求項5と同様の作用を達成することができ
る。
発明の極低温冷凍機の実施の態様を詳細に説明する。
様としてのGM冷凍機を示す概略図である。
縮機1と、圧縮機1からの高圧冷媒ガスの供給と圧縮機
1への低圧冷媒ガスの吸入とを切り換える第1切り換え
バルブ2と、第1切り換えバルブ2に対して高温端が接
続された蓄冷器3と、蓄冷器3の低温端に対して第1流
路抵抗部材4を介して低温端が接続されたディスプレー
サ5と、ディスプレーサ5を駆動するディスプレーサ駆
動機構6とを有している。そして、蓄冷器3の高温端と
ディスプレーサ5の高温端とを接続してディスプレーサ
駆動機構6による駆動力を小さくできるようにしてい
る。そして、蓄冷器3の高温端に接続された第1バッフ
ァタンク7および第2バッファタンク8と、蓄冷器3と
第1バッファタンク7との間に接続された第2切り換え
バルブ9と、蓄冷器3と第2バッファタンク8との間に
接続された第3切り換えバルブ10と、各切り換えバル
ブを制御する制御部(図示せず)とを有している。
御を説明する概略図である。
作を説明する図であり、ガス吸入工程とガス吐出行程と
を示している。ここで、ガス吸入工程は、圧縮機1から
高圧冷媒ガスを吐出し、蓄冷器3に導入する工程であ
り、ガス吐出行程は、蓄冷器3から低圧冷媒ガスを圧縮
機1に戻す工程である。
作を説明する図であり、第1切り換えバルブ2のガス吸
入工程に先行して開路し、第1切り換えバルブ2のガス
吸入工程が終了するまで開路状態を継続する。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ2のガス
吐出工程に先行して開路し、第1切り換えバルブ2のガ
ス吐出工程が終了するまで開路状態を継続する。
りである。
凍機と同様に、第1切り換えバルブ2を制御するととも
に、ディスプレーサ駆動機構6によりディスプレーサ5
を駆動することによって、冷媒ガスの圧縮、膨脹を反復
して冷熱を発生させ、蓄冷器3に蓄冷することができ
る。
切り換えバルブの動作タイミングが図2に示すように設
定されているのであるから、ガス吸入工程を開始する前
に第2切り換えバルブ9を通して第1バッファタンク7
から高圧冷媒ガスが蓄冷器3に供給されて、蓄冷器3の
内部圧力と圧縮機1から吐出される高圧冷媒ガスの圧力
との差を小さくすることができ、ひいてはガス吸入工程
開始時における圧力差を小さくして圧力損出を小さく
し、仕事損失を小さくすることができる。なお、第2切
り換えバルブ9はガス吸入工程の終了時点まで開路して
いるのであるから、第1バッファタンク7の内部圧力は
高圧冷媒ガスにより再び上昇され、次の動作に備える。
逆に、ガス吐出行程を開始する前に第3切り換えバルブ
10を通して膨脹後の冷媒ガスが第2バッファタンク8
に供給されて、蓄冷器3の内部圧力と圧縮機1の吸入側
の圧力との差を小さくすることができ、ひいてはガス吐
出行程開始時における圧力差を小さくし、仕事損失を小
さくすることができる。なお、第3切り換えバルブ10
はガス吐出行程の終了時点まで開路しているのであるか
ら、第2バッファタンク8の内部圧力は圧縮機1の吸入
側の圧力により再び低下され、次の動作に備える。
に伴って冷凍効率を高めることができる。
態様としてのパルス管冷凍機を示す概略図である。
る圧縮機11と、圧縮機1からの高圧冷媒ガスの供給と
圧縮機11への低圧冷媒ガスの吸入とを切り換える第1
切り換えバルブ12と、第1切り換えバルブ12に対し
て高温端が接続された蓄冷器13と、蓄冷器13の低温
端に対して第1流路抵抗部材14を介して低温端が接続
されたパルス管15と、パルス管15の高温端に接続さ
れた第2流路抵抗部材(例えば、オリフィスバルブ)1
6と、第2流路抵抗部材16を介してパルス管15に接
続された第3バッファタンク17と、第2流路抵抗部材
16と第3バッファタンク17との間に接続されてパル
ス管15と第3バッファタンク17との間の流路抵抗を
変化させる第4切り換えバルブ18と、蓄冷器13の高
温端に接続された第1バッファタンク19および第2バ
ッファタンク20と、蓄冷器3と第1バッファタンク1
9との間に接続された第2切り換えバルブ21と、蓄冷
器13と第2バッファタンク20との間に接続された第
3切り換えバルブ22と、各切り換えバルブを制御する
制御部(図示せず)とを有している。
御を説明する概略図である。
動作を説明する図であり、ガス吸入工程とガス吐出行程
とを示している。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ12のガ
ス吸入工程に先行して開路し、第1切り換えバルブ12
のガス吸入工程が終了するまで開路状態を継続する。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ12のガ
ス吐出工程に先行して開路し、第1切り換えバルブ12
のガス吐出工程が終了するまで開路状態を継続する。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ12のガ
ス吸入工程が終了とほぼ同時に開路し、所定時間だけ開
路状態を継続する。
とおりである。
ルス管冷凍機と同様に、第1切り換えバルブ2を制御し
て、蓄冷器13を通してパルス管15に圧力波を供給す
ることによって、パルス管15の内部のガスピストン
(図3中の破線参照)により冷媒ガスの圧縮、膨脹を反
復して冷熱を発生させ、蓄冷器3に蓄冷することができ
る。
切り換えバルブの動作タイミングが図2に示すように設
定されているのであるから、ガス吸入工程を開始する前
に第2切り換えバルブ21を通して第2バッファタンク
19から高圧冷媒ガスが蓄冷器13に供給されて、蓄冷
器13の内部圧力と圧縮機11から吐出される高圧冷媒
ガスの圧力との差を小さくすることができ、ひいてはガ
ス吸入工程開始時における圧力差を小さくして圧力損出
を小さくし、仕事損失を小さくすることができる。な
お、第2切り換えバルブ21はガス吸入工程の終了時点
まで開路しているのであるから、第2バッファタンク1
9の内部圧力は高圧冷媒ガスにより再び上昇され、次の
動作に備える。逆に、ガス吐出行程を開始する前に第3
切り換えバルブ22を通して膨脹後の冷媒ガスが第3バ
ッファタンク20に供給されて、蓄冷器13の内部圧力
と圧縮機11の吸入側の圧力との差を小さくすることが
でき、ひいてはガス吐出行程開始時における圧力差を小
さくし、仕事損失を小さくすることができる。なお、第
3切り換えバルブ22はガス吐出行程の終了時点まで開
路しているのであるから、第3バッファタンク20の内
部圧力は圧縮機11の吸入側の圧力により再び低下さ
れ、次の動作に備える。
に伴って冷凍効率を高めることができる。
の実施態様としてのパルス管冷凍機を示す概略図であ
る。
機と異なる点は、第2流路抵抗部材16、第1バッファ
タンク17および第4切り換えバルブ18に代えて、パ
ルス管15の高温端に設けられたムービングプラグ23
と、このムービングプラグ23の上部空間を圧縮機11
の吐出側、吸入側の一方に接続し、または何れとも接続
されないように制御する第5切り換えバルブ24とを設
けた点のみである。
5の高温端部に内装されたピストンであり、第5切り換
えバルブ24によって圧縮機11に対する接続状態を制
御することによってパルス管15内のガスピストン(図
5中の破線参照)の変位をアクティブに、かつ確実に制
御することができる。
御を説明する概略図である。
動作を説明する図であり、ガス吸入工程とガス吐出行程
とを示している。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ12のガ
ス吸入工程に先行して開路し、第1切り換えバルブ12
のガス吸入工程が終了するまで開路状態を継続する。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ12のガ
ス吐出工程に先行して開路し、第1切り換えバルブ12
のガス吐出工程が終了するまで開路状態を継続する。
動作を説明する図であり、第1切り換えバルブ12のガ
ス吸入工程の途中から第1切り換えバルブ12のガス吐
出行程の途中までの間にムービングプラグ23の上部空
間と圧縮機11の吐出側とを連通し、次いで、第1切り
換えバルブ12のガス吐出工程の途中から第1切り換え
バルブ12の吸入工程の途中までの間にムービングプラ
グ23の上部空間と圧縮機11の吸入側とを連通すべく
切り換え動作される。
ービングプラグ23が隔壁の働きをして、パルス管冷凍
機の性能不安定性の原因の1つと考えられている、パル
ス管冷凍機の内部で発生する循環流を防止することがで
きる。
用を達成することができる。
以外の圧力源と接続した場合にも同様の作用を達成する
ことができる。
により何れかの動作を開始させる時点において第1切り
換えバルブの両端における圧力差を小さくすることがで
き、第1切り換えバルブにおける圧力損失を小さくし、
仕事損失を小さくすることができ、ひいては冷凍効率を
高めることができるという特有の効果を奏する。
え、GM冷凍機の冷凍効率を高めることができるという
特有の効果を奏する。
え、パルス管冷凍機の冷凍効率を高めることができる。
とによって請求項3と同様の効果を奏する。
より何れかの動作を開始させる時点において第1切り換
えバルブの両端における圧力差を小さくすることがで
き、第1切り換えバルブにおける圧力損失を小さくし、
仕事損失を小さくすることができ、しかも冷凍機の内部
で発生する循環流を防止し、安定性を高めることができ
る、ひいては冷凍効率を高めることができるとともに、
パルス管冷凍機の性能安定性を高めることができるとい
う特有の効果を奏する。
ングプラグを動作させることにより、請求項5と同様の
効果を奏する。
GM冷凍機を示す概略図である。
る概略図である。
のパルス管冷凍機を示す概略図である。
る概略図である。
としてのパルス管冷凍機を示す概略図である。
る概略図である。
する概略図である。
ァタンク 8、20 第2バッファタンク 9、21 第2切り
換えバルブ 10、22 第3切り換えバルブ 15 パルス管 16 第2流路抵抗部材 17 第3バッファタンク 18 第4切り換えバルブ 23 ムービングプラグ 24 第5切り換えバルブ
Claims (6)
- 【請求項1】 圧縮機(1)(11)からの高圧冷媒ガ
スとこの圧縮機(1)(11)に戻る低圧冷媒ガスとを
第1切り換えバルブ(2)(12)により切り換えて冷
熱を発生する極低温冷凍機において、 前記蓄冷器(3)(13)の高温端と接続された第1バ
ッファタンク(7)(19)、第2バッファタンク
(8)(20)と、 これらの第1バッファタンク(7)(19)、第2バッ
ファタンク(8)(20)の接続部にそれぞれ設けら
れ、かつ前記第1切り換えバルブ(2)(12)の切り
換え動作に対応付けられて開度が変化される第2切り換
えバルブ(9)(21)、第3切り換えバルブ(10)
(22)とを含むことを特徴とする極低温冷凍機。 - 【請求項2】 前記冷却ステージ(5)はディスプレー
サ(5)であり、ディスプレーサ(5)を駆動するディ
スプレーサ駆動機構(6)をさらに含む請求項1に記載
の極低温冷凍機。 - 【請求項3】 前記冷却ステージ(15)はパルス管
(15)であり、パルス管(15)の高温端と接続され
た第3バッファタンク(17)と、この第3バッファタ
ンク(17)の接続部に設けられ、かつ流体抵抗を変化
させることができる流路抵抗部材(16)(18)とを
さらに含む請求項1に記載の極低温冷凍機。 - 【請求項4】 前記流路抵抗部材(16)は、開路状態
と閉路状態とを選択できるバルブ(18)を介して第3
バッファタンク(17)と接続されている請求項3に記
載の極低温冷凍機。 - 【請求項5】 圧縮機(11)からの高圧冷媒ガスとこ
の圧縮機(11)に戻る低圧冷媒ガスとを第1切り換え
バルブ(12)により切り換えて冷熱を発生する極低温
冷凍機において、 前記蓄冷器(13)の高温端と接続された第1バッファ
タンク(19)、第2バッファタンク(20)と、 これらの第1バッファタンク(19)、第2バッファタ
ンク(20)の接続部にそれぞれ設けられ、かつ前記第
1切り換えバルブ(12)の切り換え動作に対応付けら
れて開度が変化される第2切り換えバルブ(21)、第
3切り換えバルブ(22)と、 前記パルス管(15)の高温端に設けられたムービング
プラグ(23)とを含むことを特徴とする極低温冷凍
機。 - 【請求項6】 前記ムービングプラグ(23)と圧縮機
(11)との間に介在して開路状態と閉路状態とを選択
できるバルブ(24)をさらに含む請求項5に記載の極
低温冷凍機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000134997A JP4261023B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | 極低温冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000134997A JP4261023B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | 極低温冷凍機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001317827A true JP2001317827A (ja) | 2001-11-16 |
JP4261023B2 JP4261023B2 (ja) | 2009-04-30 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000134997A Expired - Fee Related JP4261023B2 (ja) | 2000-05-08 | 2000-05-08 | 極低温冷凍機 |
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