JP2006234337A - 極低温冷凍機 - Google Patents

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富雄 西谷
Etsuji Kawaguchi
悦治 川口
Hiromitsu Gama
裕充 蒲
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1418—Pulse-tube cycles with valves in gas supply and return lines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Abstract

【課題】 水素ガスやＬＮＧ等の可燃性ガスの再凝縮等の用途にでも使用することのできる防爆型のガス冷凍機を提供する。
【解決手段】 圧縮機ユニット(２)とコールドヘッド(６)とをバルブユニット(５)を介して接続している極低温冷凍機であって、バルブユニット(５)を構成する流体圧切換弁(Ｖ)をスプール弁(10)やガス作動モータ(21)を回転駆動源とするロータリー弁(20)で構成し、この流体圧切換弁(Ｖ)を極低温冷凍機の圧縮機ユニット(２)を循環する冷媒ガスの一部を使用して切換作動するように構成して防爆構造とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、防爆型の極低温冷凍機に関し、特に、ギフォード−マクマフォン冷凍機やパルス管冷凍機等の小型のガスサイクル冷凍機に関する。
近年、小型の極低温冷凍機の能力が向上し、到達温度の数Ｋ(例えば４.２Ｋ)になるものも提案されている。そのため、小型極低温冷凍機の適用範囲が広がり、水素やＬＮＧの再凝縮に使用する可能性もでてきた。そして、ガスサイクル冷凍機の場合、コールドヘッド内への冷媒ガスの給排を制御するための冷媒ガス流路を切換機構が必要であり、従来は、ロータリー弁を使用して冷媒ガスの給排制御を行っている
そして、ガスサイクル冷凍機は圧縮−膨張の断熱変化で低温を得るようにしていることから、冷媒ガス給排切換機構はコールドヘッドの近傍に配置される。そして、従来ロータリー弁の駆動源として電動モータを使用していたことから、水素ガスやＬＮＧ等の可燃性ガスの再凝縮等にはそのままの構造では使用しにくいという問題があった。
本発明は、このような点に着目して、水素ガスやＬＮＧ等の可燃性ガスの再凝縮等の用途にでも使用することのできる防爆型のガス冷凍機を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために本発明は、コールドヘッドへの冷媒ガスの給排切換に流体圧切換弁を使用し、この流体圧切換弁の作動流体を冷媒ガスの一部で構成したことを特徴としている。
本発明では、コールドヘッドに圧縮機ユニットの高圧ポートと低圧ポートとに切換え接続する冷媒ガスの流路切換機構を流体圧切換弁で構成し、その流体圧切換弁の作動源として、冷媒ガスの一部を使用するようにしていることから、水素ガスやＬＮＧ等の可燃性ガスの再凝縮等に使用しても、電気火花等が発生することがなく、簡単なかつ経済的な構成で防爆仕様にすることができる。
図１は、本発明の一実施形態を示す極低温冷凍機の概略構成図である。
この極低温冷凍機は、圧縮機(１)を内蔵した圧縮機ユニット(２)と、流路切換弁体(３)とこの流路切換弁体(３)の駆動源(４)とからなるバルブユニット(５)と、冷熱発生部となるコールドヘッド(６)とで構成してある。
バルブユニット(５)を構成している流路切換弁体(３)は、その入口ポートを高圧ポート(７)と低圧ポート(８)の２ポートで構成するとともに、出口ポート(９)を１ポートに形成したスプール弁(10)で構成してある。また、流路切換弁体(３)の駆動源(４)は流体圧シリンダ(11)で構成してあり、流体圧シリンダ(11)のプランジャ(12)の進退移動に連動して流路切換弁体(３)を出退させて、出口ポート(９)に連通する入口ポート(７)(８)を選択切換えすることにより流体圧切換弁(Ｖ)に構成してある。
このバルブユニット(５)では、スプール弁(10)の出口ポート(９)はコールドヘッド(６)の蓄冷室(13)とを一系統の冷媒ガス給排管(14)で連通接続し、スプール(10)の高圧ポート(４)を圧縮機(１)の吐出口から導出されている高圧ガス路(15)に、スプール弁(10)の低圧ポート(４)を圧縮機(１)の吸込口に連通接続されている低圧ガス路(16)それぞれ連通接続してある。
流路切換弁体(３)を切換作動させる流体圧シリンダ(11)は、圧縮機ユニット(２)の高圧ガス路(15)と低圧ガス路(16)とにロータリー式切換弁(17)を介して連通接続してある。
このように構成した極低温冷凍機では、圧縮機ユニット(２)とロータリー式切換弁(17)とを非防爆区域内(Ｅ)に配置することにより、コールドヘッド(６)とバルブユニット(５)の流路切換弁体(３)とその駆動源(４)とを防爆構造とすることができ、水素ガスやＬＮＧ等の可燃性ガス貯蔵槽でのこれらガスの再凝縮溶冷却機器として使用することができる。
図２は本発明の別の実施形態を示し、これはバルブユニット(５)をロータリー弁(20)とこのロータリー弁(20)を回転駆動させるガス作動モータ(21)とで構成し、ロータリー弁(20)でコールドヘツドへの冷媒ガス給排制御を行うようにし、極低温冷凍機の圧縮機ユニット(２)からコールドヘッドに送給される冷媒ガスの一部を、ガス作動モータ(21)に供給することで冷媒ガスをガス作動モータ(21)の駆動用ガスとすることで流体圧切換弁(Ｖ)としたものである。この場合にはコールドヘッド(６)とバルブユニット(５)とを防爆構造とすることができ、圧縮機ユニット(２)だけを非防爆区域内(Ｅ)に配置することで、水素ガスやＬＮＧ等の可燃性ガス貯蔵槽でのこれらガスの再凝縮溶冷却機器として使用することができる。
本発明は、ギフォード−マクマフォン冷凍機やパルス管冷凍機等の小型のガスサイクル冷凍機に適用することできる。
本発明では、防爆構造の極低温冷凍機を提供することができるので、ＬＮＧや水素等の可燃性ガスを冷却源として使用する場合での再液化が可能となり、従来の不活性ガスや液体空気とは異なる温度域での安定冷却を行なうことができる。
本発明の一実施形態を示す極低温冷凍機の概略構成図である。 本発明の別の実施形態を示す極低温冷凍機の概略構成図である。
符号の説明
２…圧縮機ユニット、６…コールドヘッド、５…バルブユニット、10…スプール弁、20…ロータリー弁、21…ガス作動モータ、Ｖ…流体圧切換弁。

Claims (3)

  1. 圧縮機ユニット(２)とコールドヘッド(６)とをバルブユニット(５)を介して接続している極低温冷凍機であって、
    バルブユニット(５)を流体圧切換弁(Ｖ)で構成し、この流体圧切換弁(Ｖ)を極低温冷凍機の圧縮機ユニット(２)を循環する冷媒ガスの一部を使用して切換作動するように構成して防爆構造としたことを特徴とする極低温冷凍機。
  2. 流体圧切換弁(Ｖ)をスプール弁(10)で構成した請求項１に記載の極低温冷凍機。
  3. 流体圧切換弁(Ｖ)をガス作動モータ(21)を回転駆動源とするロータリー弁(20)で構成した請求項１に記載の極低温冷凍機。

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