JP2004183918A - 極低温冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒ガスを無駄にすることなく、冷媒ガスの急激な膨張に対してシリンダ歪みによる冷凍能力の低下を防止する。
【解決手段】シリンダ２２、２４内と吸排気切替弁１２の高圧側又は低圧側を連通するバイパス流路５０を設け、該バイパス流路５０中に安全弁５２を挿入して、シリンダ内の異常な高圧を吸排気切替弁の高圧側又は低圧側に逃がす。
【選択図】 図２
【解決手段】シリンダ２２、２４内と吸排気切替弁１２の高圧側又は低圧側を連通するバイパス流路５０を設け、該バイパス流路５０中に安全弁５２を挿入して、シリンダ内の異常な高圧を吸排気切替弁の高圧側又は低圧側に逃がす。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍機に係り、特に、ギフォードマクマホンサイクル等を用いた４ＫＧＭ冷凍機に用いるのに好適な、急激な内圧上昇によるシリンダの損傷を防止することが可能な極低温冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＭ冷凍機を使用したアプリケーションで、メンテナンス時に冷凍機を装置から引抜く場合がある。この際、冷凍機シリンダの低温部は、急激に昇温されるため、内部の極低温状態のヘリウムガスが急激に膨張し、シリンダが歪むことにより、冷凍能力が低下する可能性がある。
【０００３】
圧力容器である冷凍装置には、通常、図１に示す如く安全弁（高圧側安全弁４０及び低圧側安全弁４２）が装着される。安全弁が装着される位置は、通常、冷凍機部の吸排気切替弁（例えばロータリバルブ）１２と圧縮機１０の間である。
【０００４】
図において、２０は冷凍機、２２、２４は、例えば上下２段に配置されたシリンダ、２６、２８は、該シリンダ２２、２４内をそれぞれ往復動（図では上下動）するディスプレーサ、３０、３２は、該ディスプレーサ２６、２８にそれぞれ内蔵された蓄冷器、３４は、例えばスコッチヨーク機構３６を介して、前記ディスプレーサ２６、２８を上下動させるための駆動モータ、Ｖ１は吸排気切替弁１２の吸気側弁、Ｖ２は同じく排気側弁である。
【０００５】
ＧＭ冷凍機の場合、冷凍能力向上のために、吸排気切替弁１２の開閉タイミングは最適化されている。吸気側弁Ｖ１と排気側弁Ｖ２の開閉の状態は、次の４通りが考えられる。
【０００６】
（１）Ｖ１開、Ｖ２開
（２）Ｖ１開、Ｖ２閉
（３）Ｖ１閉、Ｖ２開
（４）Ｖ１閉、Ｖ２閉
【０００７】
上記４通りの開閉状態に応じて、（１）の場合は、冷凍機２０内のガスは低圧側及び高圧側に通じているため、設定圧力が低い低圧側の安全弁４２が作動する。又、（２）の場合は、高圧側の安全弁４０が作動する。又、（３）の場合は、低圧側の安全弁４２が作動する。
【０００８】
しかしながら、（４）の場合、冷凍機２０と安全弁４０、４２間のガス流路１４は、吸気側弁Ｖ１及び排気側弁Ｖ２によって閉め切られているため、安全弁４０、４２は作動せず、冷凍機２０内の圧力が上昇する。
【０００９】
上記のように、冷凍機停止時のバルブの開閉状態によっては、シリンダ２２、２４内部のヘリウムガスが急激に膨張し、シリンダを変形させる可能性があった。
【００１０】
このような問題を解決するべく、出願人は、特許文献１で、前記吸排気切替弁１２を構成するロータリバルブからシリンダ２２に通じるガス流路１４の途中に安全弁４４を設けることを提案している。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２４１７９６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、安全弁４４の出側を外部に開放していたため、シリンダ２２、２４内の圧力が上昇すると、安全弁４４から多量のヘリウムガスが外部に放出され、再度使用する場合、ヘリウムガスを再充填する必要があるという問題点を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、冷媒ガスを大気に開放することなく、シリンダ内の圧力上昇を防止することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蓄冷器を内蔵した少なくとも１つのディスプレーサを往復動可能に収容したシリンダを備え、該シリンダへの高圧の冷媒ガスの流入及び前記シリンダからの低圧の冷媒ガスの流出を吸排気切替弁で制御するようにした極低温冷凍機において、前記シリンダ内と吸排気切替弁の高圧側又は低圧側を連通するバイパス流路を設け、該バイパス流路中に安全弁を挿入して、シリンダ内の異常な高圧を吸排気切替弁の高圧側又は低圧側に逃がすようにして、前記課題を解決したものである。
【００１５】
本発明は、又、前記極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ、超伝導マグネット、物性測定装置、再凝縮装置等を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態は、図１に示した従来例と同様の極低温冷凍機において、図２に示す如く、シリンダ２２内と吸排気切替弁１２の低圧側を連通するバイパス流路５０を設け、該バイパス流路５０中に安全弁５２を挿入して、シリンダ２２内の異常な高圧を吸排気切替弁１２の低圧側に逃すようにしたものである。
【００１８】
第１実施形態の具体的な構成を図３に示す。図３においては、安全弁５２が冷凍機２０のハウジング２１に内蔵されている。図において、ＰＲは高圧側圧力計、ＰＳは低圧側圧力計である。
【００１９】
前記安全弁５２は、図４に詳細に示す如く、バイパス流路５０内を図の上下方向に移動可能な弁体５４と、該弁体５４を弁座５６の方向（図の下方向）に付勢するための圧縮コイルばね５８を含んで構成されている。
【００２０】
以下、作用を説明する。
【００２１】
まず、通常運転時には、図４（Ａ）に示す如く、ばね５８の作用で弁体５４が弁座５６の開口５７を閉じる方向に付勢されているので、安全弁５２は閉じられている。従って、通常の動作が行なわれる。
【００２２】
一方、冷凍機低温状態での真空容器からの引抜きや真空断熱の破壊等で、シリンダ２２、２４内の圧力が急激に上昇した場合には、図４（Ｂ）に示す如く、冷媒ガスの圧力により、ばね５８に抗して弁体５４が図の上方に移動する。従って、弁座５６の開口５７が開かれ、シリンダ２２内の冷媒ガスが、矢印に示す如く、該安全弁５２を通って吸排気切替弁１２の低圧側に安全に逃がされる。
【００２３】
この際、冷媒ガスが大気に開放されず、吸排気切替弁１２の低圧側、即ち、圧縮機１０の入口側に戻されるので、無駄が無く、冷媒ガスを補充することなく再復帰可能である。
【００２４】
本実施形態においては、バイパス流路５０を吸排気切替弁１２の低圧側に接続しているので、安全弁５２の設定圧を比較的低く設定でき、シリンダ２２、２４の圧力を低い状態に維持することができる。
【００２５】
なお、バイパス流路５０の接続先は吸排気切替弁１２の低圧側に限定されず、図５に示す第２実施形態のように、吸排気切替弁１２の高圧側、即ち、圧縮機１０の出口側に接続することもできる。
【００２６】
又、前記実施形態においては、安全弁５２を冷凍機２０に内蔵していたので、構成がコンパクトである。なお、安全弁５２を冷凍機２０の外部に設けることも可能である。
【００２７】
本発明の適用対象は、４ＫＧＭ冷凍機に限定されず、他のＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機（４Ｋ含む）、及び、これらの冷凍機を使用する、超伝導マグネット、ＭＲＩ、ＳＭＥＳ、ヘリウムフリーマグネット、磁気分離装置等に適用できる。冷媒の種類はヘリウムに限定されず、吸排気切替弁１２の種類も、ロータリバルブに限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷媒ガスを無駄にすることなく、冷媒ガスの急激な膨張に対してシリンダ歪みによる冷凍能力の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】安全弁が装着された従来の極低温冷凍機の構成を示す、一部断面図を含む管路図
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示す、一部断面図を含む管路図
【図３】第１実施形態の具体的な構成を示す縦断面図
【図４】図３の安全弁の部分を拡大して示す断面図
【図５】本発明の第２実施形態の構成を示す、一部断面図を含む管路図
【符号の説明】
１０…圧縮機
１２…吸排気切替弁（ロータリバルブ）
Ｖ１…吸気側弁
Ｖ２…排気側弁
２０…冷凍機
２１…ハウジング
２２、２４…シリンダ
２６、２８…ディスプレーサ
３０、３２…蓄冷器
４４、５２…安全弁
５０…バイパス流路
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低温冷凍機に係り、特に、ギフォードマクマホンサイクル等を用いた４ＫＧＭ冷凍機に用いるのに好適な、急激な内圧上昇によるシリンダの損傷を防止することが可能な極低温冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＭ冷凍機を使用したアプリケーションで、メンテナンス時に冷凍機を装置から引抜く場合がある。この際、冷凍機シリンダの低温部は、急激に昇温されるため、内部の極低温状態のヘリウムガスが急激に膨張し、シリンダが歪むことにより、冷凍能力が低下する可能性がある。
【０００３】
圧力容器である冷凍装置には、通常、図１に示す如く安全弁（高圧側安全弁４０及び低圧側安全弁４２）が装着される。安全弁が装着される位置は、通常、冷凍機部の吸排気切替弁（例えばロータリバルブ）１２と圧縮機１０の間である。
【０００４】
図において、２０は冷凍機、２２、２４は、例えば上下２段に配置されたシリンダ、２６、２８は、該シリンダ２２、２４内をそれぞれ往復動（図では上下動）するディスプレーサ、３０、３２は、該ディスプレーサ２６、２８にそれぞれ内蔵された蓄冷器、３４は、例えばスコッチヨーク機構３６を介して、前記ディスプレーサ２６、２８を上下動させるための駆動モータ、Ｖ１は吸排気切替弁１２の吸気側弁、Ｖ２は同じく排気側弁である。
【０００５】
ＧＭ冷凍機の場合、冷凍能力向上のために、吸排気切替弁１２の開閉タイミングは最適化されている。吸気側弁Ｖ１と排気側弁Ｖ２の開閉の状態は、次の４通りが考えられる。
【０００６】
（１）Ｖ１開、Ｖ２開
（２）Ｖ１開、Ｖ２閉
（３）Ｖ１閉、Ｖ２開
（４）Ｖ１閉、Ｖ２閉
【０００７】
上記４通りの開閉状態に応じて、（１）の場合は、冷凍機２０内のガスは低圧側及び高圧側に通じているため、設定圧力が低い低圧側の安全弁４２が作動する。又、（２）の場合は、高圧側の安全弁４０が作動する。又、（３）の場合は、低圧側の安全弁４２が作動する。
【０００８】
しかしながら、（４）の場合、冷凍機２０と安全弁４０、４２間のガス流路１４は、吸気側弁Ｖ１及び排気側弁Ｖ２によって閉め切られているため、安全弁４０、４２は作動せず、冷凍機２０内の圧力が上昇する。
【０００９】
上記のように、冷凍機停止時のバルブの開閉状態によっては、シリンダ２２、２４内部のヘリウムガスが急激に膨張し、シリンダを変形させる可能性があった。
【００１０】
このような問題を解決するべく、出願人は、特許文献１で、前記吸排気切替弁１２を構成するロータリバルブからシリンダ２２に通じるガス流路１４の途中に安全弁４４を設けることを提案している。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２４１７９６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、安全弁４４の出側を外部に開放していたため、シリンダ２２、２４内の圧力が上昇すると、安全弁４４から多量のヘリウムガスが外部に放出され、再度使用する場合、ヘリウムガスを再充填する必要があるという問題点を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、冷媒ガスを大気に開放することなく、シリンダ内の圧力上昇を防止することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、蓄冷器を内蔵した少なくとも１つのディスプレーサを往復動可能に収容したシリンダを備え、該シリンダへの高圧の冷媒ガスの流入及び前記シリンダからの低圧の冷媒ガスの流出を吸排気切替弁で制御するようにした極低温冷凍機において、前記シリンダ内と吸排気切替弁の高圧側又は低圧側を連通するバイパス流路を設け、該バイパス流路中に安全弁を挿入して、シリンダ内の異常な高圧を吸排気切替弁の高圧側又は低圧側に逃がすようにして、前記課題を解決したものである。
【００１５】
本発明は、又、前記極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ、超伝導マグネット、物性測定装置、再凝縮装置等を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態は、図１に示した従来例と同様の極低温冷凍機において、図２に示す如く、シリンダ２２内と吸排気切替弁１２の低圧側を連通するバイパス流路５０を設け、該バイパス流路５０中に安全弁５２を挿入して、シリンダ２２内の異常な高圧を吸排気切替弁１２の低圧側に逃すようにしたものである。
【００１８】
第１実施形態の具体的な構成を図３に示す。図３においては、安全弁５２が冷凍機２０のハウジング２１に内蔵されている。図において、ＰＲは高圧側圧力計、ＰＳは低圧側圧力計である。
【００１９】
前記安全弁５２は、図４に詳細に示す如く、バイパス流路５０内を図の上下方向に移動可能な弁体５４と、該弁体５４を弁座５６の方向（図の下方向）に付勢するための圧縮コイルばね５８を含んで構成されている。
【００２０】
以下、作用を説明する。
【００２１】
まず、通常運転時には、図４（Ａ）に示す如く、ばね５８の作用で弁体５４が弁座５６の開口５７を閉じる方向に付勢されているので、安全弁５２は閉じられている。従って、通常の動作が行なわれる。
【００２２】
一方、冷凍機低温状態での真空容器からの引抜きや真空断熱の破壊等で、シリンダ２２、２４内の圧力が急激に上昇した場合には、図４（Ｂ）に示す如く、冷媒ガスの圧力により、ばね５８に抗して弁体５４が図の上方に移動する。従って、弁座５６の開口５７が開かれ、シリンダ２２内の冷媒ガスが、矢印に示す如く、該安全弁５２を通って吸排気切替弁１２の低圧側に安全に逃がされる。
【００２３】
この際、冷媒ガスが大気に開放されず、吸排気切替弁１２の低圧側、即ち、圧縮機１０の入口側に戻されるので、無駄が無く、冷媒ガスを補充することなく再復帰可能である。
【００２４】
本実施形態においては、バイパス流路５０を吸排気切替弁１２の低圧側に接続しているので、安全弁５２の設定圧を比較的低く設定でき、シリンダ２２、２４の圧力を低い状態に維持することができる。
【００２５】
なお、バイパス流路５０の接続先は吸排気切替弁１２の低圧側に限定されず、図５に示す第２実施形態のように、吸排気切替弁１２の高圧側、即ち、圧縮機１０の出口側に接続することもできる。
【００２６】
又、前記実施形態においては、安全弁５２を冷凍機２０に内蔵していたので、構成がコンパクトである。なお、安全弁５２を冷凍機２０の外部に設けることも可能である。
【００２７】
本発明の適用対象は、４ＫＧＭ冷凍機に限定されず、他のＧＭ冷凍機、パルスチューブ冷凍機（４Ｋ含む）、及び、これらの冷凍機を使用する、超伝導マグネット、ＭＲＩ、ＳＭＥＳ、ヘリウムフリーマグネット、磁気分離装置等に適用できる。冷媒の種類はヘリウムに限定されず、吸排気切替弁１２の種類も、ロータリバルブに限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷媒ガスを無駄にすることなく、冷媒ガスの急激な膨張に対してシリンダ歪みによる冷凍能力の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】安全弁が装着された従来の極低温冷凍機の構成を示す、一部断面図を含む管路図
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示す、一部断面図を含む管路図
【図３】第１実施形態の具体的な構成を示す縦断面図
【図４】図３の安全弁の部分を拡大して示す断面図
【図５】本発明の第２実施形態の構成を示す、一部断面図を含む管路図
【符号の説明】
１０…圧縮機
１２…吸排気切替弁（ロータリバルブ）
Ｖ１…吸気側弁
Ｖ２…排気側弁
２０…冷凍機
２１…ハウジング
２２、２４…シリンダ
２６、２８…ディスプレーサ
３０、３２…蓄冷器
４４、５２…安全弁
５０…バイパス流路
Claims (5)
- 蓄冷器を内蔵した少なくとも１つのディスプレーサを往復動可能に収容したシリンダを備え、該シリンダへの高圧の冷媒ガスの流入及び前記シリンダからの低圧の冷媒ガスの流出を吸排気切替弁で制御するようにした極低温冷凍機において、
前記シリンダ内と吸排気切替弁の高圧側又は低圧側を連通するバイパス流路を設け、
該バイパス流路中に安全弁を挿入して、シリンダ内の異常な高圧を吸排気切替弁の高圧側又は低圧側に逃がすようにしたことを特徴とする極低温冷凍機。 - 請求項１に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ。
- 請求項１に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする超伝導マグネット。
- 請求項１に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする物性測定装置。
- 請求項１に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする再凝縮装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002348681A JP2004183918A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 極低温冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002348681A JP2004183918A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 極低温冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004183918A true JP2004183918A (ja) | 2004-07-02 |
Family
ID=32751527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002348681A Pending JP2004183918A (ja) | 2002-11-29 | 2002-11-29 | 極低温冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004183918A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103574963A (zh) * | 2012-08-07 | 2014-02-12 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷机 |
| CN104990297A (zh) * | 2011-09-26 | 2015-10-21 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷装置 |
| CN110352324A (zh) * | 2017-03-10 | 2019-10-18 | 住友重机械工业株式会社 | Gm制冷机 |
-
2002
- 2002-11-29 JP JP2002348681A patent/JP2004183918A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104990297A (zh) * | 2011-09-26 | 2015-10-21 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷装置 |
| CN104990297B (zh) * | 2011-09-26 | 2017-08-22 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷装置 |
| CN103574963A (zh) * | 2012-08-07 | 2014-02-12 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷机 |
| CN110352324A (zh) * | 2017-03-10 | 2019-10-18 | 住友重机械工业株式会社 | Gm制冷机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050315 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061107 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20061219 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070313 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20070511 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070710 |