JP2829589B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents

極低温冷凍機

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Iwatani Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は、冷媒としてガスを使用
する極低温冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ガスを作動流体としている極低温
冷凍機にあっては、図７に示すように、圧縮機ユニット
(50)と寒冷発生ユニット(51)とをロータリ弁で構成した
流路切換弁(52)を介して接続し、流路切換弁(52)の切り
換え作動で寒冷発生ユニット(51)が圧縮機ユニット(50)
の高圧ガス通路(53)に連通する状態と、寒冷発生ユニッ
ト(51)が圧縮機ユニット(50)の低圧ガス通路(54)に連通
する状態とに切り換えられるように構成してある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
極低温冷凍機では、寒冷発生ユニット(51)が流路切換弁
(52)を介して圧縮機ユニット(52)の高圧ガス通路(53)及
び低圧ガス通路(54)に連通されていることから、寒冷発
生ユニット(51)内を高圧ガスで満たす際も、寒冷発生ユ
ニット(51)から高圧ガスを吸引する際にも出入りするガ
ス量が多いことから、同じ吐出圧力の圧縮機でも大流量
の圧縮機を使用しなければならないという問題があっ
た。本発明は、このような点に着目し、小流量の圧縮機
を使用することのできる極低温冷凍機を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明は、バッファタンクを寒冷発生ユニットに連
通可能に配置し、このバッファタンクへのガス給排を流
路切換弁の切換作動に連動して行うことにより、バッフ
ァタンク内に圧縮機の吐出圧力と圧縮機への戻り圧力と
の中間圧力で作動流体(冷媒ガス)を貯溜するように構成
したことを特徴としている。
【０００５】
【作用】本発明では、バッファタンクを寒冷発生ユニッ
トに連通可能に配置し、このバッファタンクへのガス給
排を流路切換弁の切換作動に連動して行い、寒冷発生ユ
ニットが圧縮機ユニットのいずれのガス通路にも連通し
ない状態に流路切換弁が位置している際に寒冷発生ユニ
ットとバッファタンクとを連通させる。これにより、バ
ッファタンク内に圧縮機の吐出圧力と圧縮機への戻り圧
力との中間圧力で作動流体(冷媒ガス)を貯溜することが
できる。そして、寒冷発生ユニットが圧縮機ユニットに
連通する前にバッファタンク内に貯溜されているガスが
寒冷発生ユニット内に流入し、寒冷発生ユニット内を中
間圧まで上昇させる。この中間圧の状態での寒冷発生ユ
ニットが圧縮機ユニットの高圧ガス通路に連通して、圧
縮機の吐出圧力まで昇圧される。次いで、寒冷発生ユニ
ットと高圧ガス通路との連通が遮断された状態でバッフ
ァタンクと寒冷発生ユニットとが連通して、寒冷発生ユ
ニット内の圧力ガスがバッファタンク内に流入して、寒
冷発生ユニット内の圧力が中間圧まで減圧される。次い
で寒冷発生ユニットと圧縮機ユニットの低圧ガス通路と
が連通し、寒冷発生ユニット内の作動ガスが圧縮機で吸
引される。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の１つの実施形態を
示す概略構成図、図２はその概念図であり、図中符号
(１)は圧縮機ユニット、(２)はピストン昇降式のコール
ドヘッドで構成した寒冷発生ユニットであり、この圧縮
機ユニット(１)と寒冷発生ユニット(２)とはバルブユニ
ット(３)を介して接続されている。
【０００７】圧縮機ユニット(１)は、圧縮機(４)の吐出
口から導出した高圧ガス通路(５)に冷却器(６)、油分離
器(７)、油吸着器(８)を直列に配置し、油分離器(７)と
油吸着器(８)との間から分岐導出したバイパス路(９)を
調圧弁(10)を介して圧縮機(４)の吸込口に連通されてい
る低圧ガス通路(11)に連通接続している。
【０００８】バルブユニット(３)はロータリ式四方弁で
構成した流路切換弁(12)と、この流路切換弁(12)の駆動
用電動モータ(13)とで構成してあり、流路切換弁(12)の
第１ポート(14)を圧縮機ユニット(１)の高圧ガス通路
(５)に、第２ポート(15)を圧縮機ユニット(１)の低圧ガ
ス通路(11)に、第３ポート(16)を寒冷発生ユニット(２)
に、第４ポート(17)をバッファタンク(18)にそれぞれ連
通接続してある。
【０００９】流路切換弁(12)は、図示を省略したロータ
の回転により、高圧ガス通路(５)が寒冷発生ユニット
(２)に連通する状態、バッファタンク(18)が寒冷発生ユ
ニット(２)に連通する状態、低圧ガス通路(11)が寒冷発
生ユニット(２)に連通する状態、バッファタンク(18)が
寒冷発生ユニット(２)に連通する状態の４つの状態を順
次繰り返すようにしてある。
【００１０】図３は本発明の別の実施形態の概念図を示
し、これは、流路切換弁(12)をロータリ式三方弁で構成
し、この流路切換弁(12)の第１ポート(14)を圧縮機ユニ
ット(１)の高圧ガス通路(５)に、第２ポート(15)を圧縮
機ユニット(１)の低圧ガス通路(11)に第３ポート(16)を
寒冷発生ユニット(２)にそれぞれ連通接続するととも、
流路切換弁(12)と寒冷発生ユニット(２)とを接続する冷
媒ガス通路(19)に開閉弁(20)を介してバッファタンク(1
8)を連通接続し、開閉弁(20)を流路切換弁(12)の作動に
連動して開閉作動するように構成したもので、この開閉
弁(20)は流路切換弁(12)の作動により寒冷発生ユニット
(２)が圧縮機ユニット(１)の高・低圧いずれのガス通路
(５)(11)にも連通しない状態で開弁し、寒冷発生ユニッ
ト(２)が圧縮機ユニット(１)の高・低圧いずれかのガス
通路(５)(11)に連通している状態では閉弁するように構
成してある。
【００１１】上述のように構成した極低温冷凍機では、
寒冷発生ユニット(２)と圧縮機ユニット(１)とが連通す
る状態ではバッファタンク(18)と寒冷発生ユニット(２)
とは非導通の状態となり、寒冷発生ユニット(２)と圧縮
機ユニット(１)とが非連通の状態ではバッファタンク(1
8)と寒冷発生ユニット(２)とは導通することになるか
ら、バッファタンク(18)内に圧縮機(４)の吐出圧と圧縮
機(４)への戻し圧との中間圧力で作動流体(冷媒ガス)が
封入されたり、その中間圧の作動流体が寒冷発生ユニッ
ト(２)に供給されたりすることになるから、圧縮機(４)
を通過する作動流体の量が少なくなり、小流量の圧縮機
(４)で寒冷発生ユニット(２)内の圧力変動幅を大きく取
ることができる。
【００１２】図４から図６は寒冷発生ユニット(２)とし
てパルス管式のコールドヘッドを使用した場合を示し、
この寒冷発生ユニット(２)は、蓄冷器(21)とパルス管(2
2)と、蓄冷器(21)とパルス管(22)とを接続する吸熱用連
結路(23)とで構成してある。
【００１３】図４及び図５に示すものは、圧縮機ユニッ
ト(１)と寒冷発生ユニット(２)との接続路に配置した流
路切換弁(12)をロータリ式五方弁で構成し、流路切換弁
(12)の第１ポート(14)を圧縮機ユニット(１)の高圧ガス
通路(５)に、第２ポート(15)を圧縮機ユニット(１)の低
圧ガス通路(11)に、第３ポート(16)を寒冷発生ユニット
(２)の蓄冷器(21)に、第４ポート(17)をバッファタンク
(18)に、第５ポート(24)をパルス管(22)にそれぞれ連通
接続してある。
【００１４】流路切換弁(12)は、図示を省略したロータ
の回転により、高圧ガス通路(５)が蓄冷器(21)に連通す
る状態、バッファタンク(18)がパルス管(22)に連通する
状態、低圧ガス通路(11)が蓄冷器(21)に連通する状態、
バッファタンク(18)がパルス管(22)に連通する状態の４
つの状態を順次繰り返すようにしてある。
【００１５】図６は別の実施態様での概念図を示し、こ
れは、流路切換弁(12)をロータリ式三方弁で構成し、こ
の流路切換弁(12)の第１ポート(14)を圧縮機ユニット
(１)の高圧ガス通路(５)に、第２ポート(15)を圧縮機ユ
ニット(１)の低圧ガス通路(11)に第３ポート(16)を寒冷
発生ユニット(２)の蓄冷器(21)にそれぞれ連通接続する
ととも、寒冷発生ユニット(２)のパルス管(22)の高温端
部に開閉弁(20)を介してバッファタンク(18)を連通接続
し、開閉弁(20)を流路切換弁(12)の作動に連動して開閉
作動するように構成したもので、この開閉弁(20)は流路
切換弁(12)の作動により蓄冷器(21)が圧縮機ユニット
(１)の高・低圧いずれのガス通路(５)(11)にも連通しな
い状態で開弁し、寒冷発生ユニット(２)が圧縮機ユニッ
ト(１)の高・低圧いずれかのガス通路(５)(11)に連通し
ている状態では閉弁するように構成してある。
【００１６】
【発明の効果】本発明では、バッファタンクを寒冷発生
ユニットに連通可能に配置し、このバッファタンクへの
ガス給排を流路切換弁の切換作動に連動して行い、寒冷
発生ユニットが圧縮機ユニットのいずれのガス通路にも
連通しない状態のみ寒冷発生ユニットとバッファタンク
とを連通させるように構成してあることから、バッファ
タンク内に圧縮機の吐出圧力と圧縮機への戻り圧力との
中間圧力で作動流体(冷媒ガス)を貯溜することができ
る。これにより、寒冷発生ユニットが圧縮機ユニットに
連通する前にバッファタンク内に貯溜されているガスが
寒冷発生ユニット内に流入して、寒冷発生ユニット内を
中間圧まで上昇させ、中間圧の状態での寒冷発生ユニッ
トが圧縮機ユニットの高圧ガス通路に連通して、圧縮機
の吐出圧力まで昇圧されることになるから、流路切換弁
の切り換え後短時間のうちに寒冷発生ユニット内の圧力
を所定の高圧状態にすることができる。
【００１７】また、寒冷発生ユニット内が高圧になった
のちには、寒冷発生ユニットと高圧ガス通路との連通が
遮断されるが、その状態でバッファタンクと寒冷発生ユ
ニットとが連通して、寒冷発生ユニット内の圧力ガスが
バッファタンク内に流入し、寒冷発生ユニット内の圧力
は中間圧まで減圧され、次いで寒冷発生ユニットと圧縮
機ユニットの低圧ガス通路とが連通し、寒冷発生ユニッ
ト内の作動ガスが圧縮機で吸引され、寒冷発生ユニット
内は所定の低圧状態になるが、この場合にも、寒冷発生
ユニット内の圧力(中間圧)と圧縮機の吸込圧との差圧が
小さいことから短時間のうちに寒冷発生ユニット内を所
定の低圧状態にすることができる。
【００１８】これにより、極低温冷凍機を構成する圧縮
機を小能力のものにすることができるうえ、寒冷発生ユ
ニットでの圧力切り換えサイクルを短くすることがで
き、冷凍機としての能力を向上させることができる。
【００１９】さらに、流路切換弁をロータリ式弁で構成
した場合には、寒冷発生ユニットと圧縮機ユニットとの
断続及び寒冷発生ユニットとバッファタンクとの断続の
切り換え制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つの実施形態を示す概略構成図である。
【図２】その概念図である。
【図３】異なる実施形態を示す概念図である。
【図４】別の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】その概念図である。
【図６】異なる実施形態を示す概念図である。
【図７】従来技術の概念図である。
【符号の説明】
１…圧縮機ユニット、２…寒冷発生ユニット、５…高圧
ガス通路、11…低圧ガス通路、12…流路切換弁、14…流
路切換弁の第１ポート、15…流路切換弁の第２ポート、
16…流路切換弁の第３ポート、17…流路切換弁の第４ポ
ート、18…バッファタンク、19…冷媒ガス通路、20…開
閉弁、21…蓄冷器、22…パルス管、23…吸熱用連結路、
24…流路切換弁の第５ポート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−194164（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298764（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−257325（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−34963（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−88360（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/15 530 F25B 9/00 311

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧縮機ユニット(１)と寒冷発生ユニット
    (２)とを流路切換弁(12)を介して接続し、この流路切換
    弁(12)の切換作動で寒冷発生ユニット(２)が圧縮機ユニ
    ット(１)の高圧ガス通路(５)に連通する状態と、寒冷発
    生ユニット(２)が圧縮機ユニット(１)の低圧ガス通路(1
    1)に連通する状態とに切換えられるように構成されてい
    る極低温冷凍機において、 流路切換弁(12)を四方弁で構成し、四方弁で構成した流
    路切換弁(12)の第１ポート(14)を圧縮機ユニット(１)の
    高圧ガス通路(５)に、第２ポート(15)を圧縮機ユニット
    (１)の低圧ガス通路(11)に、第３ポート(16)を寒冷発生
    ユニット(２)に、第４ポート(17)をバッファタンク(18)
    にそれぞれ連通接続し、流路切換弁(12)の切り換え作動
    で寒冷発生ユニット(２)を圧縮機ユニット(１)の高圧ガ
    ス通路(５)と、低圧ガス通路(11)及びバッファタンク(1
    8)とに択一的に連通させるように構成したことを特徴と
    する極低温冷凍機。
  2. 【請求項２】 流路切換弁(12)をロータリ弁で構成した
    請求項１に記載の極低温冷凍機。
  3. 【請求項３】 圧縮機ユニット(１)と寒冷発生ユニット
    (２)とを流路切換弁(12)を介して接続し、この流路切換
    弁(12)の切換作動で寒冷発生ユニット(２)が圧縮機ユニ
    ット(１)の高圧ガス通路(５)に連通する状態と、寒冷発
    生ユニット(２)が圧縮機ユニット(１)の低圧ガス通路(1
    1)に連通する状態とに切換えられるように構成されてい
    る極低温冷凍機において、 流路切換弁(12)と寒冷発生ユニット(２)とを接続する冷
    媒ガス通路(19)にバッファタンク(18)を開閉弁(20)を介
    して分岐接続し、この開閉弁(20)を前記流路切換弁(12)
    の切換作動に連動して開閉作動させることにより、寒冷
    発生ユニット(２)が圧縮機ユニット(１)の高圧ガス通路
    (５)に連通する状態と、寒冷発生ユニット(２)が圧縮機
    ユニット(１)の低圧ガス通路(11)に連通する状態と、寒
    冷発生ユニット(２)がバッファタンク(18)に連通する状
    態とに切換られるようにしたことを特徴とする極低温冷
    凍機。
  4. 【請求項４】 流路切換弁(12)と開閉弁(20)とをそれぞ
    れロータリ弁で構成した請求項３に記載の極低温冷凍
    機。
  5. 【請求項５】 圧縮機ユニット(１)と寒冷発生ユニット
    (２)とを流路切換弁(12)を介して接続し、この流路切換
    弁(12)の切換作動で寒冷発生ユニット(２)が圧縮機ユニ
    ット(１)の高圧ガス通路(５)に連通する状態と、寒冷発
    生ユニット(２)が圧縮機ユニット(１)の低圧ガス通路(1
    1)に連通する状態とに切換えられるように構成されてい
    る極低温冷凍機において、 蓄冷器(21)とパルス管(22)とを吸熱用連結路(23)を介し
    て接続して寒冷発生ユニット(２)を構成し、流路切換弁
    (12)の第１ポート(14)を圧縮機ユニット(１)の高圧ガス
    通路(５)に、第２ポート(15)を圧縮機ユニット(１)の低
    圧ガス通路(11)に、第３ポート(16)を寒冷発生ユニット
    (２)の蓄冷器(21)に、第４ポート(17)をバッファタンク
    (18)に、第５ポート(24)をパルス管(22)にそれぞれ連通
    接続し、流路切換弁(12)の作動で寒冷発生ユニット(２)
    の蓄冷器(21)が圧縮機ユニット(１)の高圧ガス通路(５)
    に連通する状態、寒冷発生ユニット(２)の蓄冷器(21)が
    圧縮機ユニット(１)の低圧ガス通路(11)に連通する状
    態、寒冷発生ユニット(２)のパルス管(22)がバッファタ
    ンク(18)に連通する状態を択一的に切り換えるように構
    成したことを特徴とする極低温冷凍機。
  6. 【請求項６】 流路切換弁(12)をロータリ弁で構成した
    請求項５に記載の極低温冷凍機。
  7. 【請求項７】 圧縮機ユニット(１)と寒冷発生ユニット
    (２)とを流路切換弁(12)を介して接続し、この流路切換
    弁(12)の切換作動で寒冷発生ユニット(２)が圧縮機ユニ
    ット(１)の高圧ガス通路(５)に連通する状態と、寒冷発
    生ユニット(２)が圧縮機ユニット(１)の低圧ガス通路(1
    1)に連通する状態とに切換えられるように構成されてい
    る極低温冷凍機において、 蓄冷器(21)とパルス管(22)とを吸熱用連結路(23)を介し
    て接続して寒冷発生ユニット(２)を構成し、流路切換弁
    (12)を蓄冷器(21)に連通接続するとともに、パルス管(2
    2)の高温端部にバッフアタンク(18)を開閉弁(25)を介し
    て連通接続し、この開閉弁(25)を前記流路切換弁(12)の
    切換作動に連動して開閉作動させることにより、蓄冷器
    (21)が圧縮機ユニット(１)の高圧ガス通路(５)に連通す
    る状態と、蓄冷器(21)が圧縮機ユニット(１)の低圧ガス
    通路(11)に連通する状態と、パルス管(22)がバッファタ
    ンク(18)に連通する状態とに切換られるようにしたこと
    を特徴とする極低温冷凍機。
  8. 【請求項８】 流路切換弁(12)と開閉弁(20)とをそれぞ
    れロータリ弁で構成した請求項７に記載の極低温冷凍
    機。
JP8169353A 1996-04-05 1996-06-28 極低温冷凍機 Expired - Fee Related JP2829589B2 (ja)

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