JP2500732Y2 - ガスサイクル冷凍機 - Google Patents
ガスサイクル冷凍機Info
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- JP2500732Y2 JP2500732Y2 JP1891291U JP1891291U JP2500732Y2 JP 2500732 Y2 JP2500732 Y2 JP 2500732Y2 JP 1891291 U JP1891291 U JP 1891291U JP 1891291 U JP1891291 U JP 1891291U JP 2500732 Y2 JP2500732 Y2 JP 2500732Y2
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- Japan
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- pressure
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案はエネルギ効率向上を図っ
たガスサイクル冷凍機に関する。
たガスサイクル冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は冷媒ガスにヘリウムを使用した従
来のギフオード・マクマホン型蓄冷器式冷凍機の原理図
である。
来のギフオード・マクマホン型蓄冷器式冷凍機の原理図
である。
【０００３】図において、１は高圧ヘリウムガスを供給
する圧縮機、２は高圧ヘリウムガス配管、３は低圧ヘリ
ウムガス配管、４はヘリウムガスの流れを制御するため
のロータリバルブ、５はロータリバルブ４の高圧ヘリウ
ムガス入口、６は低圧ヘリウムガス出口、１０はディス
プレーサ、９はディスプレーサの往復動を制御するため
に設けられた小ピストン、１４は小ピストン９の上部に
設けられた可変容量空間（以後、第一室と呼ぶ）、７は
第一室１４にヘリウムガスを供給・排出する通路、１１
は蓄冷器、１５はディスプレーサ１０の上部に設けられ
た可変容量空間（以後、第二室と呼ぶ）、１６はディス
プレーサ１０の下部に設けられた可変容量空間（以後、
第三室と呼ぶ）で、ディスプレーサ１０が上下に往復動
する場合、第二室１５の容積が増加する場合、第三室１
６の容積は減少し、逆に第二室１５の容積が減少する場
合、第三室１６の容積は増加する。８は第二室１５、蓄
冷器１１にヘリウムガスを供給・排出する通路、１２は
小ピストン９のシール、１３はディスプレーサ１０のシ
ール、１７は第三室１６と蓄冷器１１とを連通するヘリ
ウムガス配管、図６は図５の具体的な構造例である。
する圧縮機、２は高圧ヘリウムガス配管、３は低圧ヘリ
ウムガス配管、４はヘリウムガスの流れを制御するため
のロータリバルブ、５はロータリバルブ４の高圧ヘリウ
ムガス入口、６は低圧ヘリウムガス出口、１０はディス
プレーサ、９はディスプレーサの往復動を制御するため
に設けられた小ピストン、１４は小ピストン９の上部に
設けられた可変容量空間（以後、第一室と呼ぶ）、７は
第一室１４にヘリウムガスを供給・排出する通路、１１
は蓄冷器、１５はディスプレーサ１０の上部に設けられ
た可変容量空間（以後、第二室と呼ぶ）、１６はディス
プレーサ１０の下部に設けられた可変容量空間（以後、
第三室と呼ぶ）で、ディスプレーサ１０が上下に往復動
する場合、第二室１５の容積が増加する場合、第三室１
６の容積は減少し、逆に第二室１５の容積が減少する場
合、第三室１６の容積は増加する。８は第二室１５、蓄
冷器１１にヘリウムガスを供給・排出する通路、１２は
小ピストン９のシール、１３はディスプレーサ１０のシ
ール、１７は第三室１６と蓄冷器１１とを連通するヘリ
ウムガス配管、図６は図５の具体的な構造例である。
【０００４】図６において、図５と同一符号のものは同
一の機能を有する部品である。図６において、１８，１
９は高圧ヘリウムガス配管２、低圧ヘリウムガス配管３
とのコネクタ、２０はモータハウジング、２１は高圧ヘ
リウムガス空間、２２はモータ、２３はモータ軸、２４
は支持台、２５はヘリウムガスの流れをロータリバルブ
４と組合せて制御する制御板、２６は低圧ヘリウムガス
の通路、１０はディスプレーサ、１１は蓄冷器で、通
常、銅製の金網を多数重ねて蓄冷器が構成されている。
２７は第二室１５と蓄冷器１１に連通し、ヘリウムガス
が出入する通路、２８はシリンダ、１６は第三室で、こ
の空間で寒冷が発生する。２９は被冷却物を取り付ける
ヒートステーションであり、冷却温度は８０Ｋ程度であ
る。
一の機能を有する部品である。図６において、１８，１
９は高圧ヘリウムガス配管２、低圧ヘリウムガス配管３
とのコネクタ、２０はモータハウジング、２１は高圧ヘ
リウムガス空間、２２はモータ、２３はモータ軸、２４
は支持台、２５はヘリウムガスの流れをロータリバルブ
４と組合せて制御する制御板、２６は低圧ヘリウムガス
の通路、１０はディスプレーサ、１１は蓄冷器で、通
常、銅製の金網を多数重ねて蓄冷器が構成されている。
２７は第二室１５と蓄冷器１１に連通し、ヘリウムガス
が出入する通路、２８はシリンダ、１６は第三室で、こ
の空間で寒冷が発生する。２９は被冷却物を取り付ける
ヒートステーションであり、冷却温度は８０Ｋ程度であ
る。
【０００５】以上の構成の作用をみると、圧縮機１で高
圧にされた常温のヘリウムガスは高圧ヘリウムガス配管
２、コネクタ１８を通って、高圧ヘリウムガス空間２１
に入る。さらにモータ２２の回転に伴い、ロータリバル
ブ４と制御板２５の働きにより、高圧のヘリウムガスの
通路７を通って、第一室１４に給排気され、その結果、
小ピストン９の上部に働くガス圧力によりディスプレー
サ１０の往復動が制御される。
圧にされた常温のヘリウムガスは高圧ヘリウムガス配管
２、コネクタ１８を通って、高圧ヘリウムガス空間２１
に入る。さらにモータ２２の回転に伴い、ロータリバル
ブ４と制御板２５の働きにより、高圧のヘリウムガスの
通路７を通って、第一室１４に給排気され、その結果、
小ピストン９の上部に働くガス圧力によりディスプレー
サ１０の往復動が制御される。
【０００６】冷凍サイクルに従って、ディスプレーサ１
０の動きを示したものが図７である。まず、図７（ｂ）
のようにディスプレーサ１０が下死点にある場合、第一
室１４は高圧ヘリウムガスが充填されており、高圧ヘリ
ウムガスは通路８、第二室１５、通路２７を通り、蓄冷
器１１で冷却され、通路１７を通って第三室１６に貯え
られる。次に第二室１５がロータリバルブ４の働きによ
り低圧ヘリウムガスの通路２６と連結すると、ディスプ
レーサ１０上下面の圧力差によりディスプレーサ１０が
上部に動く。図６はディスプレーサ１０が上死点にある
場合で、第二室１５にあったヘリウムガスは第三室１６
に移動する。図７では（ｃ）に対応する。
０の動きを示したものが図７である。まず、図７（ｂ）
のようにディスプレーサ１０が下死点にある場合、第一
室１４は高圧ヘリウムガスが充填されており、高圧ヘリ
ウムガスは通路８、第二室１５、通路２７を通り、蓄冷
器１１で冷却され、通路１７を通って第三室１６に貯え
られる。次に第二室１５がロータリバルブ４の働きによ
り低圧ヘリウムガスの通路２６と連結すると、ディスプ
レーサ１０上下面の圧力差によりディスプレーサ１０が
上部に動く。図６はディスプレーサ１０が上死点にある
場合で、第二室１５にあったヘリウムガスは第三室１６
に移動する。図７では（ｃ）に対応する。
【０００７】次に、通路８はロータリバルブ４の働きに
より低圧ヘリウムガスの通路２６と連なり、その第三室
１６内部の高圧ヘリウムガスは断熱膨張を行ない、さら
に低温となって寒冷を発生する。この状態を図７（ｄ）
に示す。次にロータリバルブ４の働きにより第一室１４
に高圧ヘリウムガスが充填され、ディスプレーサ１０は
下降する。この時、第三室１６にある低温ヘリウムガス
の寒冷を蓄冷器１１で回収する。この状態を図７（ａ）
に示す。
より低圧ヘリウムガスの通路２６と連なり、その第三室
１６内部の高圧ヘリウムガスは断熱膨張を行ない、さら
に低温となって寒冷を発生する。この状態を図７（ｄ）
に示す。次にロータリバルブ４の働きにより第一室１４
に高圧ヘリウムガスが充填され、ディスプレーサ１０は
下降する。この時、第三室１６にある低温ヘリウムガス
の寒冷を蓄冷器１１で回収する。この状態を図７（ａ）
に示す。
【０００８】図７（ａ）の状態から、第二室１５、第三
室１６に高圧ヘリウムガスを導入するために、ロータリ
バルブ４の働きにより高圧ヘリウムガス空間２１と通路
８が連なり、図７（ｂ）の状態に戻る。このサイクルを
繰り返すことにより冷凍機は間欠的に低温を発生でき
る。
室１６に高圧ヘリウムガスを導入するために、ロータリ
バルブ４の働きにより高圧ヘリウムガス空間２１と通路
８が連なり、図７（ｂ）の状態に戻る。このサイクルを
繰り返すことにより冷凍機は間欠的に低温を発生でき
る。
【０００９】
【考案が解決しようとする課題】上記従来の蓄冷式冷凍
機には解決すべき次の課題があった。
機には解決すべき次の課題があった。
【００１０】即ち、従来の冷凍機では図７（ｃ）の状態
から図７（ｄ）の状態へサイクルが移る場合、第三室１
６内部の高圧ヘリウムガスは断熱膨張を行ない寒冷を発
生する。この時、冷凍機より排出される高圧ヘリウムガ
スのエネルギが有効に利用されていないという問題があ
った。
から図７（ｄ）の状態へサイクルが移る場合、第三室１
６内部の高圧ヘリウムガスは断熱膨張を行ない寒冷を発
生する。この時、冷凍機より排出される高圧ヘリウムガ
スのエネルギが有効に利用されていないという問題があ
った。
【００１１】特に、複数の冷凍機を使用する場合、ヘリ
ウムガスを高圧にする圧縮機の所要動力が大きくなるた
め、この未利用のエネルギは一層大きくなる。
ウムガスを高圧にする圧縮機の所要動力が大きくなるた
め、この未利用のエネルギは一層大きくなる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本考案は上記課題の解決
手段として、蓄冷器、ディスプレーサ、シリンダ、ガス
分配器等で構成され、高圧のヘリウムガス等を作動媒体
として用いるガスサイクル冷凍機において、前記蓄冷
器、ディスプレーサ、シリンダ等よりなる複数の寒冷発
生器と、同寒冷発生器の複数に対し分離して設けられた
１個のガス分配器と、一方の寒冷発生器より排出される
高圧の作動媒体の一部を他方の寒冷発生器の作動媒体と
して供給可能に設けられた流路とを具備してなることを
特徴とするガスサイクル冷凍機を提供しようとするもの
である。
手段として、蓄冷器、ディスプレーサ、シリンダ、ガス
分配器等で構成され、高圧のヘリウムガス等を作動媒体
として用いるガスサイクル冷凍機において、前記蓄冷
器、ディスプレーサ、シリンダ等よりなる複数の寒冷発
生器と、同寒冷発生器の複数に対し分離して設けられた
１個のガス分配器と、一方の寒冷発生器より排出される
高圧の作動媒体の一部を他方の寒冷発生器の作動媒体と
して供給可能に設けられた流路とを具備してなることを
特徴とするガスサイクル冷凍機を提供しようとするもの
である。
【００１３】
【作用】本考案は上記のように構成されるので次の作用
を有する。
を有する。
【００１４】即ち、１個のガス分配器に対し、複数の寒
冷発生器を設け、かつ、一方の寒冷発生器より排出され
る高圧の作動媒体を他方の寒冷発生器の作動媒体として
供給可能に流路を設けるので、一方の寒冷発生器から排
出される初期の作動媒体を他方の寒冷発生器に利用でき
る。これにより圧縮機の所要動力が大幅に低減される。
冷発生器を設け、かつ、一方の寒冷発生器より排出され
る高圧の作動媒体を他方の寒冷発生器の作動媒体として
供給可能に流路を設けるので、一方の寒冷発生器から排
出される初期の作動媒体を他方の寒冷発生器に利用でき
る。これにより圧縮機の所要動力が大幅に低減される。
【００１５】
【実施例】本考案の一実施例を図１〜図４により説明す
る。
る。
【００１６】図１は本実施例に係るガスサイクル冷凍機
を縦断面で示した原理図、図２は図１の具体的な構造
図、図３は上記実施例のディスプレーサの位置を時間の
経過と共に示す線図、図４は上記実施例のシリンダ内の
圧力を時間の経過と共に示す線図である。なお、従来例
と同一の構成部材には同符号を付し、説明を省略する。
を縦断面で示した原理図、図２は図１の具体的な構造
図、図３は上記実施例のディスプレーサの位置を時間の
経過と共に示す線図、図４は上記実施例のシリンダ内の
圧力を時間の経過と共に示す線図である。なお、従来例
と同一の構成部材には同符号を付し、説明を省略する。
【００１７】図１において、本実施例を構成する主要な
機器は圧縮機１、１個のガス分配器５０、２個の寒冷発
生器６０，７０とこれらの機器を接続するヘリウムガス
配管である。図１では寒冷発生器が２個の場合である
が、３個以上であってもよい。
機器は圧縮機１、１個のガス分配器５０、２個の寒冷発
生器６０，７０とこれらの機器を接続するヘリウムガス
配管である。図１では寒冷発生器が２個の場合である
が、３個以上であってもよい。
【００１８】図２において、３０，３３はガス分配器５
０より寒冷発生器６０にヘリウムガスを供給・排気する
ガス配管、３１，３２，３４，３５はガス配管３０，３
３を接続する継手である。３６，３９はガス分配器５０
より寒冷発生器７０にヘリウムガスを供給・排気するガ
ス配管、３７，３８，４０，４１はガス配管３６，３９
を接続する継手である。図２の具体例において、寒冷発
生器６０，７０のそれぞれは圧縮機１とガス分配器５０
を各々組合せることにより図６に示す従来の装置と同様
の作用、即ち、寒冷発生作用を行なう。
０より寒冷発生器６０にヘリウムガスを供給・排気する
ガス配管、３１，３２，３４，３５はガス配管３０，３
３を接続する継手である。３６，３９はガス分配器５０
より寒冷発生器７０にヘリウムガスを供給・排気するガ
ス配管、３７，３８，４０，４１はガス配管３６，３９
を接続する継手である。図２の具体例において、寒冷発
生器６０，７０のそれぞれは圧縮機１とガス分配器５０
を各々組合せることにより図６に示す従来の装置と同様
の作用、即ち、寒冷発生作用を行なう。
【００１９】次に、上記構成、即ち、複数の寒冷発生器
６０，７０を備えた本実施例の作用について説明する。
６０，７０を備えた本実施例の作用について説明する。
【００２０】寒冷発生器６０，７０が描くサイクルを、
従来例の図７の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ａ）に対応する状態で表わしたものが図３、図４であ
る。
従来例の図７の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ａ）に対応する状態で表わしたものが図３、図４であ
る。
【００２１】図３では寒冷発生器６０，７０の各々のデ
ィスプレーサ１０の位置を実線と破線で表わしている。
図４はシリンダ内圧力（即ち第二室１５と寒冷を発生す
る第三室１６の圧力）を実線と破線で表わしている（高
圧ヘリウムガスの圧力を２１Kg／cm2 Ｇ、低圧ヘリウム
ガスの圧力を７Kg／cm2 Ｇとした）。
ィスプレーサ１０の位置を実線と破線で表わしている。
図４はシリンダ内圧力（即ち第二室１５と寒冷を発生す
る第三室１６の圧力）を実線と破線で表わしている（高
圧ヘリウムガスの圧力を２１Kg／cm2 Ｇ、低圧ヘリウム
ガスの圧力を７Kg／cm2 Ｇとした）。
【００２２】即ち、寒冷発生器６０がサイクル（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）を描く場合、寒冷発生
器７０はサイクル（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）→
（ｃ）と描くようにガス分配器５０によって制御されて
いる。この場合、図４において、寒冷発生器６０が
（ａ）→（ｂ）の変化を行なう場合、同時に寒冷発生器
７０が（ｃ）→（ｄ）と変化する場合に排気される高圧
ヘリウムガスをガス配管３６、ガス分配器５０、ガス配
管３０の順に経由して供給されることにより、寒冷発生
器６０は図４Ａ点の圧力まで上昇する。Ａ点以上の高圧
ではロータリバルブ４を切換えて圧縮機１から直接供給
される高圧ヘリウムガスにて昇圧され、２１Kg／cm2 Ｇ
となる。また、寒冷発生器６０が（ｃ）→（ｄ）の変化
を行なう場合は逆に寒冷発生器７０に初期の排気高圧ヘ
リウムガスを供給し、Ｂ点まで圧力が下がると共に寒冷
発生器７０の圧力はＢ点まで昇圧することができる。
（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）を描く場合、寒冷発生
器７０はサイクル（ｃ）→（ｄ）→（ａ）→（ｂ）→
（ｃ）と描くようにガス分配器５０によって制御されて
いる。この場合、図４において、寒冷発生器６０が
（ａ）→（ｂ）の変化を行なう場合、同時に寒冷発生器
７０が（ｃ）→（ｄ）と変化する場合に排気される高圧
ヘリウムガスをガス配管３６、ガス分配器５０、ガス配
管３０の順に経由して供給されることにより、寒冷発生
器６０は図４Ａ点の圧力まで上昇する。Ａ点以上の高圧
ではロータリバルブ４を切換えて圧縮機１から直接供給
される高圧ヘリウムガスにて昇圧され、２１Kg／cm2 Ｇ
となる。また、寒冷発生器６０が（ｃ）→（ｄ）の変化
を行なう場合は逆に寒冷発生器７０に初期の排気高圧ヘ
リウムガスを供給し、Ｂ点まで圧力が下がると共に寒冷
発生器７０の圧力はＢ点まで昇圧することができる。
【００２３】以上の通り、本実施例によれば１つのガス
分配器５０に対し、２つの寒冷発生器６０，７０を設
け、双方を逆位相の関係となるよう運転し、一方から排
出される高圧のヘリウムガスの一部を、他方の吸気側へ
供給するので、他方の寒冷発生器はすでに比較的高い初
期圧を有していることになり、相応して圧縮機１に要す
る動力が節約されるため、著しくエネルギ効率が高まる
という利点がある。
分配器５０に対し、２つの寒冷発生器６０，７０を設
け、双方を逆位相の関係となるよう運転し、一方から排
出される高圧のヘリウムガスの一部を、他方の吸気側へ
供給するので、他方の寒冷発生器はすでに比較的高い初
期圧を有していることになり、相応して圧縮機１に要す
る動力が節約されるため、著しくエネルギ効率が高まる
という利点がある。
【００２４】
【考案の効果】本考案は上記のように構成されるので次
の効果を有する。
の効果を有する。
【００２５】即ち、１つのガス分配器に対し、複数の寒
冷発生器を設け、一方の高圧の作動媒体の排気を他方の
作動媒体として供給可能に構成したので、従来、冷凍機
内部で断熱膨張を行なうために排気していた高圧ヘリウ
ムガスの一部を利用することができるため、圧縮機で消
費される所要動力が大幅に低減できる。この結果、著し
くエネルギ効率の高いガスサイクル冷凍機が得られる。
冷発生器を設け、一方の高圧の作動媒体の排気を他方の
作動媒体として供給可能に構成したので、従来、冷凍機
内部で断熱膨張を行なうために排気していた高圧ヘリウ
ムガスの一部を利用することができるため、圧縮機で消
費される所要動力が大幅に低減できる。この結果、著し
くエネルギ効率の高いガスサイクル冷凍機が得られる。
【図１】本考案の一実施例の原理図である。
【図２】図１の具体的な構造図である。
【図３】上記実施例のディスプレーサの位置を時間の経
過と共に示す線図である。
過と共に示す線図である。
【図４】上記実施例のシリンダ内の圧力を時間の経過と
共に示す線図である。
共に示す線図である。
【図５】従来例の原理図である。
【図６】図５の具体的な構造図である。
【図７】従来例の冷凍サイクルを順次的に示す図であ
る。
る。
１ 圧縮機 １０ ディスプレーサ １１ 蓄冷器 ３０，３３，３６，３９ ガス配管 ５０ ガス分配器 ６０，７０ 寒冷発生器
Claims (1)
- 【請求項１】 蓄冷器、ディスプレーサ、シリンダ、ガ
ス分配器等で構成され、高圧のヘリウムガス等を作動媒
体として用いるガスサイクル冷凍機において、前記蓄冷
器、ディスプレーサ、シリンダ等よりなる複数の寒冷発
生器と、同寒冷発生器の複数に対し分離して設けられた
１個のガス分配器と、一方の寒冷発生器より排出される
高圧の作動媒体の一部を他方の寒冷発生器の作動媒体と
して供給可能に設けられた流路とを具備してなることを
特徴とするガスサイクル冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1891291U JP2500732Y2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ガスサイクル冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1891291U JP2500732Y2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ガスサイクル冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547761U JPH0547761U (ja) | 1993-06-25 |
| JP2500732Y2 true JP2500732Y2 (ja) | 1996-06-12 |
Family
ID=11984825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1891291U Expired - Lifetime JP2500732Y2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | ガスサイクル冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2500732Y2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103032984A (zh) * | 2011-09-28 | 2013-04-10 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6654103B2 (ja) * | 2016-06-02 | 2020-02-26 | 住友重機械工業株式会社 | Ｇｍ冷凍機 |
| JP6781678B2 (ja) | 2016-12-02 | 2020-11-04 | 住友重機械工業株式会社 | Ｇｍ冷凍機およびｇｍ冷凍機の運転方法 |
| WO2018101273A1 (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | 住友重機械工業株式会社 | Ｇｍ冷凍機およびｇｍ冷凍機の運転方法 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP1891291U patent/JP2500732Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103032984A (zh) * | 2011-09-28 | 2013-04-10 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷装置 |
| CN103032984B (zh) * | 2011-09-28 | 2015-05-20 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0547761U (ja) | 1993-06-25 |
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