JP2885529B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
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- JP2885529B2 JP2885529B2 JP3079028A JP7902891A JP2885529B2 JP 2885529 B2 JP2885529 B2 JP 2885529B2 JP 3079028 A JP3079028 A JP 3079028A JP 7902891 A JP7902891 A JP 7902891A JP 2885529 B2 JP2885529 B2 JP 2885529B2
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- regenerator
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- filled
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Classifications
-
- 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
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/003—Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍機に係り、
特に蓄冷式の冷凍機に関する。
特に蓄冷式の冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】極低温の冷凍機には種々のタイプがあ
る。これらの中にギフォード・マクマホン冷凍機で代表
される蓄冷式の極低温冷凍機がある。この蓄冷式の極低
温冷凍機は、通常、圧縮されたヘリウムガスを蓄冷器に
通して冷却した後に低温部で膨脹させて寒冷を発生さ
せ、この低温のヘリウムガスを逆の経路で蓄冷器に通
し、蓄冷器内の蓄冷材を冷却した後に回収するサイクル
を採用している。
る。これらの中にギフォード・マクマホン冷凍機で代表
される蓄冷式の極低温冷凍機がある。この蓄冷式の極低
温冷凍機は、通常、圧縮されたヘリウムガスを蓄冷器に
通して冷却した後に低温部で膨脹させて寒冷を発生さ
せ、この低温のヘリウムガスを逆の経路で蓄冷器に通
し、蓄冷器内の蓄冷材を冷却した後に回収するサイクル
を採用している。
【０００３】ところで、このような蓄冷式の極低温冷凍
機では、常温部から低温部にかけて蓄冷器を複数段設け
ているものが多い。そして、最も低温側に位置する蓄冷
器、つまり最終段蓄冷器においては、低温下において比
熱の高い鉛が蓄冷材として用いられている。
機では、常温部から低温部にかけて蓄冷器を複数段設け
ているものが多い。そして、最も低温側に位置する蓄冷
器、つまり最終段蓄冷器においては、低温下において比
熱の高い鉛が蓄冷材として用いられている。
【０００４】しかしながら、上記のように最終段蓄冷器
の蓄冷材として鉛を用いた極低温冷凍機にあっては次の
ような問題があった。すなわち、鉛は低温下において比
熱の高い材料であるが、１５Ｋ以下になると温度の低下
に伴って比熱が急激に低下する。このため、最終段蓄冷
器の蓄冷材として鉛を用いたものでは、熱交換効率の低
下が影響して１０Ｋ以下を実現することが困難であっ
た。
の蓄冷材として鉛を用いた極低温冷凍機にあっては次の
ような問題があった。すなわち、鉛は低温下において比
熱の高い材料であるが、１５Ｋ以下になると温度の低下
に伴って比熱が急激に低下する。このため、最終段蓄冷
器の蓄冷材として鉛を用いたものでは、熱交換効率の低
下が影響して１０Ｋ以下を実現することが困難であっ
た。
【０００５】そこで、このような不具合を解消するため
に、最近では１０Ｋ以下における比熱が鉛より大きいＥ
ｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷材として用いた極低温冷
凍機が出現している。Ｅｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷
材として用いると、到達最低温度を４Ｋレベルまで下げ
ることができ、４．２Ｋ（液体ヘリウム温度）において
０．２Ｗ程度の冷凍能力が得られ、しかも１５Ｋ程度ま
での冷凍能力も鉛を用いたものより高い値が得られる。
に、最近では１０Ｋ以下における比熱が鉛より大きいＥ
ｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷材として用いた極低温冷
凍機が出現している。Ｅｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷
材として用いると、到達最低温度を４Ｋレベルまで下げ
ることができ、４．２Ｋ（液体ヘリウム温度）において
０．２Ｗ程度の冷凍能力が得られ、しかも１５Ｋ程度ま
での冷凍能力も鉛を用いたものより高い値が得られる。
【０００６】しかし、Ｅｒ3 Ｎｉを最終段蓄冷器の蓄冷
材として用いた極低温冷凍機にあっても、１０Ｋ付近以
下においてＥｒ3 Ｎｉの比熱が小さいため、特に４．２
Ｋ付近における冷凍能力がまだ低いと言う問題があっ
た。
材として用いた極低温冷凍機にあっても、１０Ｋ付近以
下においてＥｒ3 Ｎｉの比熱が小さいため、特に４．２
Ｋ付近における冷凍能力がまだ低いと言う問題があっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の蓄
冷式の極低温冷凍機にあっては、産業上、重要な温度で
ある４．２Ｋ付近において冷凍能力がまだ低いと言う問
題があった。そこで本発明は、４．２Ｋ付近において冷
凍能力の高い蓄冷式の極低温冷凍機を提供することを目
的としている。
冷式の極低温冷凍機にあっては、産業上、重要な温度で
ある４．２Ｋ付近において冷凍能力がまだ低いと言う問
題があった。そこで本発明は、４．２Ｋ付近において冷
凍能力の高い蓄冷式の極低温冷凍機を提供することを目
的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る蓄冷式の極低温冷凍機では、最終段に
位置している蓄冷器に、組成がＥｒ3 Ｎｉである蓄冷材
と、組成が一般式Ｅｒ(1-x) Ｒ(x) Ｎｉ（ただし、X は
0≦ X≦1 で、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）で表される蓄冷材と
を充填している。
に、本発明に係る蓄冷式の極低温冷凍機では、最終段に
位置している蓄冷器に、組成がＥｒ3 Ｎｉである蓄冷材
と、組成が一般式Ｅｒ(1-x) Ｒ(x) Ｎｉ（ただし、X は
0≦ X≦1 で、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐ
ｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔｍ，Ｙ
ｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）で表される蓄冷材と
を充填している。
【０００９】なお、上記一般式で表される蓄冷材を低温
側に充填することが好ましく、さらに上記一般式で表さ
れる蓄冷材を体積比で１０〜９０％の範囲に充填するこ
とが好ましい。
側に充填することが好ましく、さらに上記一般式で表さ
れる蓄冷材を体積比で１０〜９０％の範囲に充填するこ
とが好ましい。
【００１０】
【作用】上記一般式で表される蓄冷材は、１２Ｋ付近以
下の温度範囲においてＥｒ3 Ｎｉよりも高い比熱を示
す。したがって、上記一般式で表される蓄冷材を低温側
に充填しておくことによって、４．２Ｋ付近での冷凍能
力を大幅に向上させることが可能となる。
下の温度範囲においてＥｒ3 Ｎｉよりも高い比熱を示
す。したがって、上記一般式で表される蓄冷材を低温側
に充填しておくことによって、４．２Ｋ付近での冷凍能
力を大幅に向上させることが可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る蓄冷式の極低温冷
凍機、ここにはギフォード・マクマホン形の冷凍機が示
されている。この冷凍機は、大きく別けて、コ−ルドヘ
ッド１と、冷媒ガス導排出系２とで構成されている。
る。図１には本発明の一実施例に係る蓄冷式の極低温冷
凍機、ここにはギフォード・マクマホン形の冷凍機が示
されている。この冷凍機は、大きく別けて、コ−ルドヘ
ッド１と、冷媒ガス導排出系２とで構成されている。
【００１２】コ−ルドヘッド１は、閉じられたシリンダ
１１と、このシリンダ１１内に往復動自在に収容された
ピストン、すなわち断熱材で形成されたディスプレ−サ
１２と、このディスプレ−サ１２に対して往復動に必要
な動力を与えるモ−タ１３とで構成されている。
１１と、このシリンダ１１内に往復動自在に収容された
ピストン、すなわち断熱材で形成されたディスプレ−サ
１２と、このディスプレ−サ１２に対して往復動に必要
な動力を与えるモ−タ１３とで構成されている。
【００１３】シリンダ１１は、大径の第１シリンダ１４
と、この第１シリンダ１４に同軸的に接続された小径の
第２シリンダ１５とで構成されている。第１シリンダ１
４および第２シリンダ１５は、通常、薄いステンレス鋼
板等で形成されている。そして、第１シリンダ１４と第
２シリンダ１５との境界壁部分で第１段冷却ステ−ジ１
６を構成し、また第２シリンダ１５の先端壁部分で第１
段冷却ステ−ジ１６より低温の第２段冷却ステ−ジ１７
を構成している。
と、この第１シリンダ１４に同軸的に接続された小径の
第２シリンダ１５とで構成されている。第１シリンダ１
４および第２シリンダ１５は、通常、薄いステンレス鋼
板等で形成されている。そして、第１シリンダ１４と第
２シリンダ１５との境界壁部分で第１段冷却ステ−ジ１
６を構成し、また第２シリンダ１５の先端壁部分で第１
段冷却ステ−ジ１６より低温の第２段冷却ステ−ジ１７
を構成している。
【００１４】ディスプレ−サ１２は、第１シリンダ１４
内を往復動する第１ディスプレ−サ１８と、第２シリン
ダ１５内を往復動する第２ディスプレ−サ１９とで構成
されている。第１ディスプレ−サ１８と第２ディスプレ
−サ１９とは、連結機構２０によって軸方向に連結され
ている。
内を往復動する第１ディスプレ−サ１８と、第２シリン
ダ１５内を往復動する第２ディスプレ−サ１９とで構成
されている。第１ディスプレ−サ１８と第２ディスプレ
−サ１９とは、連結機構２０によって軸方向に連結され
ている。
【００１５】第１ディスプレ−サ１８の内部には、蓄冷
器を構成するための流体通路２１が軸方向に形成されて
おり、この流体通路２１には銅メッシュ等で形成された
蓄冷材２２が収容されている。
器を構成するための流体通路２１が軸方向に形成されて
おり、この流体通路２１には銅メッシュ等で形成された
蓄冷材２２が収容されている。
【００１６】第２ディスプレ−サ１９の内部には最終段
蓄冷器を構成するための流体通路２３が軸方向に形成さ
れており、この流体通路２３には複数の球状あるいは塊
状に分割された蓄冷材２４が収容されている。
蓄冷器を構成するための流体通路２３が軸方向に形成さ
れており、この流体通路２３には複数の球状あるいは塊
状に分割された蓄冷材２４が収容されている。
【００１７】蓄冷材２４は、図２にも示すように、第１
段冷却ステージ１６側、つまり高温側に充填された組成
がＥｒ3 Ｎｉである蓄冷材２４ａと、第２段冷却ステー
ジ１７側、つまり低温側に充填された、組成が一般式 Ｅｒ(1-x) Ｒ(x) Ｎｉ …(1) （ただし、X は 0≦ X≦1 で、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）で表さ
れる蓄冷材、この例では組成がＥｒＮｉである蓄冷材２
４ｂとで構成されている。そして、これら蓄冷材２４ａ
と蓄冷材２４ｂとは、セパレータ２８によって混合しな
いように分離されている。なお、この例では蓄冷材２４
ａの体積と蓄冷材２４ｂの体積との和に対して蓄冷材２
４ｂの体積が約５０％になる関係に充填されている。
段冷却ステージ１６側、つまり高温側に充填された組成
がＥｒ3 Ｎｉである蓄冷材２４ａと、第２段冷却ステー
ジ１７側、つまり低温側に充填された、組成が一般式 Ｅｒ(1-x) Ｒ(x) Ｎｉ …(1) （ただし、X は 0≦ X≦1 で、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐ
ｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）で表さ
れる蓄冷材、この例では組成がＥｒＮｉである蓄冷材２
４ｂとで構成されている。そして、これら蓄冷材２４ａ
と蓄冷材２４ｂとは、セパレータ２８によって混合しな
いように分離されている。なお、この例では蓄冷材２４
ａの体積と蓄冷材２４ｂの体積との和に対して蓄冷材２
４ｂの体積が約５０％になる関係に充填されている。
【００１８】第１ディスプレ−サ１８の外周面と第１シ
リンダ１４の内周面との間および第２ディスプレ−サ１
９の外周面と第２シリンダ１５の内周面との間には、そ
れぞれシ−ル装置２５、２６が装着されている。
リンダ１４の内周面との間および第２ディスプレ−サ１
９の外周面と第２シリンダ１５の内周面との間には、そ
れぞれシ−ル装置２５、２６が装着されている。
【００１９】第１ディスプレ−サ１８の図中上端は、連
結ロッド３１、スコッチヨ−クあるいはクランク軸３２
を介してモ−タ１３の回転軸に連結されている。したが
って、モ−タ１３が回転すると、この回転に同期してデ
ィスプレ−サ１２が図中実線矢印３３で示す方向に往復
動する。
結ロッド３１、スコッチヨ−クあるいはクランク軸３２
を介してモ−タ１３の回転軸に連結されている。したが
って、モ−タ１３が回転すると、この回転に同期してデ
ィスプレ−サ１２が図中実線矢印３３で示す方向に往復
動する。
【００２０】第１シリンダ１４の側壁上部には冷媒ガス
の導入口３４と排出口３５とが設けてあり、これら導入
口３４と排出口３５は冷媒ガス導排出系２に接続されて
いる。
の導入口３４と排出口３５とが設けてあり、これら導入
口３４と排出口３５は冷媒ガス導排出系２に接続されて
いる。
【００２１】冷媒ガス導排出系２は、シリンダ１１を経
由するヘリウムガス循環系を構成するもので、排出口３
５を低圧弁３６、圧縮機３７、高圧弁３８を介して導入
口３４に接続したものとなっている。すなわち、この冷
媒ガス導排出系２は、低圧（約５atm ）のヘリウムガス
を圧縮機３７で高圧（約１８atm ）に圧縮してシリンダ
１１内に送り込むものである。そして、低圧弁３６、高
圧弁３８はディスプレ−サ１２の往復動との関連におい
て後述する関係に開閉制御される。次に、上記のように
構成された冷凍機の動作を説明する。この冷凍機におい
て、寒冷を発生する部分、つまり冷却面に供される部分
は第１段冷却ステ−ジ１６と第２段冷却ステ−ジ１７と
である。
由するヘリウムガス循環系を構成するもので、排出口３
５を低圧弁３６、圧縮機３７、高圧弁３８を介して導入
口３４に接続したものとなっている。すなわち、この冷
媒ガス導排出系２は、低圧（約５atm ）のヘリウムガス
を圧縮機３７で高圧（約１８atm ）に圧縮してシリンダ
１１内に送り込むものである。そして、低圧弁３６、高
圧弁３８はディスプレ−サ１２の往復動との関連におい
て後述する関係に開閉制御される。次に、上記のように
構成された冷凍機の動作を説明する。この冷凍機におい
て、寒冷を発生する部分、つまり冷却面に供される部分
は第１段冷却ステ−ジ１６と第２段冷却ステ−ジ１７と
である。
【００２２】モ−タ１３が回転を開始すると、ディスプ
レ−サ１２が下死点と上死点との間を往復動する。ディ
スプレ−サ１２が下死点にあるとき、高圧弁３８が開い
て高圧ヘリウムガスがコ−ルドヘッド１内に流入する。
次に、ディスプレ−サ１２が上死点へと移動する。前述
の如く、第１ディスプレ−サ１８の外周面と第１シリン
ダ１４の内周面との間および第２ディスプレ−サ１９の
外周面と第２シリンダ１５の内周面との間にはそれぞれ
シ−ル装置２５、２６が装着されている。このため、デ
ィスプレ−サ１２が上死点へと向かうと、高圧ヘリウム
ガスは第１ディスプレ−サ１８に形成された流体通路２
１および第２ディスプレ−サ１９に形成された流体通路
２３を通って、第１ディスプレ−サ１８と第２ディスプ
レ−サ１９との間に形成された１段膨張室３９および第
２ディスプレ−サ１９と第２シリンダ１５の先端壁との
間に形成された２段膨張室４０へと流れる。この流れに
伴って、高圧ヘリウムガスは蓄冷材２２、２４によって
冷却され、結局、１段膨張室３９に流れ込んだ高圧ヘリ
ウムガスは３０Ｋレベルに、また２段膨張室４０に流れ
込んだ高圧ヘリウムガスは４Ｋレベルに冷却される。
レ−サ１２が下死点と上死点との間を往復動する。ディ
スプレ−サ１２が下死点にあるとき、高圧弁３８が開い
て高圧ヘリウムガスがコ−ルドヘッド１内に流入する。
次に、ディスプレ−サ１２が上死点へと移動する。前述
の如く、第１ディスプレ−サ１８の外周面と第１シリン
ダ１４の内周面との間および第２ディスプレ−サ１９の
外周面と第２シリンダ１５の内周面との間にはそれぞれ
シ−ル装置２５、２６が装着されている。このため、デ
ィスプレ−サ１２が上死点へと向かうと、高圧ヘリウム
ガスは第１ディスプレ−サ１８に形成された流体通路２
１および第２ディスプレ−サ１９に形成された流体通路
２３を通って、第１ディスプレ−サ１８と第２ディスプ
レ−サ１９との間に形成された１段膨張室３９および第
２ディスプレ−サ１９と第２シリンダ１５の先端壁との
間に形成された２段膨張室４０へと流れる。この流れに
伴って、高圧ヘリウムガスは蓄冷材２２、２４によって
冷却され、結局、１段膨張室３９に流れ込んだ高圧ヘリ
ウムガスは３０Ｋレベルに、また２段膨張室４０に流れ
込んだ高圧ヘリウムガスは４Ｋレベルに冷却される。
【００２３】ここで、高圧弁３８が閉じ、低圧弁３６が
開く。このように低圧弁３６が開くと、１段膨張室３９
内および２段膨張室４０内の高圧ヘリウムガスが膨張し
て寒冷を発生し、第１段冷却ステ−ジ１６および第２段
冷却ステ−ジ１７において吸熱が行われる。そして、デ
ィスプレ−サ１２が再び下死点へ移動すると、これに伴
って１段膨張室３９内および２段膨張室４０内のヘリウ
ムガスが排除される。膨張したヘリウムガスは流体通路
２１、２３内を通る間に蓄冷材２２、２４を冷却し、常
温となって排出される。以下、上述したサイクルが繰返
されて冷凍運転が行なわれる。
開く。このように低圧弁３６が開くと、１段膨張室３９
内および２段膨張室４０内の高圧ヘリウムガスが膨張し
て寒冷を発生し、第１段冷却ステ−ジ１６および第２段
冷却ステ−ジ１７において吸熱が行われる。そして、デ
ィスプレ−サ１２が再び下死点へ移動すると、これに伴
って１段膨張室３９内および２段膨張室４０内のヘリウ
ムガスが排除される。膨張したヘリウムガスは流体通路
２１、２３内を通る間に蓄冷材２２、２４を冷却し、常
温となって排出される。以下、上述したサイクルが繰返
されて冷凍運転が行なわれる。
【００２４】上述の如く、この実施例では第２ディスプ
レ−サ１９の流体通路２３、つまり最終段蓄冷器内に組
成がＥｒ3 Ｎｉで、磁性材である蓄冷材２４ａと、組成
がＥｒＮｉで、磁性材である蓄冷材２４ｂとを低温側に
蓄冷材２４ｂを位置させて充填している。
レ−サ１９の流体通路２３、つまり最終段蓄冷器内に組
成がＥｒ3 Ｎｉで、磁性材である蓄冷材２４ａと、組成
がＥｒＮｉで、磁性材である蓄冷材２４ｂとを低温側に
蓄冷材２４ｂを位置させて充填している。
【００２５】Ｅｒ3 Ｎｉは図３中に実線で、またＥｒＮ
ｉは図３中に破線で示す比熱特性を備えている。この図
から判るように、１２Ｋ付近以下の温度領域ではＥｒＮ
ｉの比熱がＥｒ3 Ｎｉのそれより大きい。また、１２Ｋ
付近以上ではＥｒ3 Ｎｉの比熱がＥｒＮｉのそれより大
きい。流体通路２３には温度勾配がつくので、実施例の
ように、Ｅｒ3 Ｎｉからなる蓄冷材２４ａを高温側に、
ＥｒＮｉからなる蓄冷材２４ｂを低温側に位置させて充
填しておくと、各蓄冷材の比熱特性を最も有効に活用で
き、４．２Ｋ付近での冷凍効率を向上させることができ
る。
ｉは図３中に破線で示す比熱特性を備えている。この図
から判るように、１２Ｋ付近以下の温度領域ではＥｒＮ
ｉの比熱がＥｒ3 Ｎｉのそれより大きい。また、１２Ｋ
付近以上ではＥｒ3 Ｎｉの比熱がＥｒＮｉのそれより大
きい。流体通路２３には温度勾配がつくので、実施例の
ように、Ｅｒ3 Ｎｉからなる蓄冷材２４ａを高温側に、
ＥｒＮｉからなる蓄冷材２４ｂを低温側に位置させて充
填しておくと、各蓄冷材の比熱特性を最も有効に活用で
き、４．２Ｋ付近での冷凍効率を向上させることができ
る。
【００２６】図４にはＥｒ3 Ｎｉ蓄冷材とＥｒＮｉ蓄冷
材の体積比率（ε）と蓄冷効率（η）との関係を求めた
計算結果が示されている。横軸は蓄冷器内の低温側に充
填されたＥｒＮｉ蓄冷材の蓄冷材全体に占める体積比率
（ε）を示し、縦軸は蓄冷効率（η）を示している。計
算で使用した蓄冷器の高温端温度は３２Ｋ、低温端温度
は４Ｋである。この図から、ＥｒＮｉ蓄冷材の比率が１
０〜９０％の範囲では、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材のみの場合
（ε＝０％）より高い蓄冷効率が得られることが判る。
これは１２Ｋ付近以下ではＥｒＮｉの比熱がＥｒ3 Ｎｉ
のそれより大きいことによる。
材の体積比率（ε）と蓄冷効率（η）との関係を求めた
計算結果が示されている。横軸は蓄冷器内の低温側に充
填されたＥｒＮｉ蓄冷材の蓄冷材全体に占める体積比率
（ε）を示し、縦軸は蓄冷効率（η）を示している。計
算で使用した蓄冷器の高温端温度は３２Ｋ、低温端温度
は４Ｋである。この図から、ＥｒＮｉ蓄冷材の比率が１
０〜９０％の範囲では、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材のみの場合
（ε＝０％）より高い蓄冷効率が得られることが判る。
これは１２Ｋ付近以下ではＥｒＮｉの比熱がＥｒ3 Ｎｉ
のそれより大きいことによる。
【００２７】図５にはＥｒＮｉ蓄冷材の比率が５０％の
蓄冷器を使用した場合と、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材のみの蓄冷
器を使用した場合との冷凍能力線図が示されている。こ
の図から判るように、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材のみの蓄冷器を
使用した場合に較べてＥｒＮｉ蓄冷材の比率が５０％の
蓄冷器を使用した場合には到達最低温度を下げることが
できるとともに、４．２Ｋにおける冷凍能力を向上させ
ることができる。
蓄冷器を使用した場合と、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材のみの蓄冷
器を使用した場合との冷凍能力線図が示されている。こ
の図から判るように、Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材のみの蓄冷器を
使用した場合に較べてＥｒＮｉ蓄冷材の比率が５０％の
蓄冷器を使用した場合には到達最低温度を下げることが
できるとともに、４．２Ｋにおける冷凍能力を向上させ
ることができる。
【００２８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。すなわち、上述した実施例は本発明を
ギフォード・マクマホン形冷凍機に適用した例である
が、スターリング冷凍機、改良形ソルベーサイクルＧＭ
冷凍機、ビルミヤ冷凍機等の蓄冷式の極低温冷凍機全般
に適用できる。また、蓄冷材の形状も球状、粒状、メッ
シュ状等の各種形状を選択できることは勿論である。
るものではない。すなわち、上述した実施例は本発明を
ギフォード・マクマホン形冷凍機に適用した例である
が、スターリング冷凍機、改良形ソルベーサイクルＧＭ
冷凍機、ビルミヤ冷凍機等の蓄冷式の極低温冷凍機全般
に適用できる。また、蓄冷材の形状も球状、粒状、メッ
シュ状等の各種形状を選択できることは勿論である。
【００２９】また、上述した実施例では、一般式(1) で
表される磁性蓄冷材としてＥｒＮｉを用いているが、図
３中に一点鎖線で示されているように、Ｅｒ0.9 Ｙｂ
0.1 Ｎｉ等の一般式(1) で表される組成の磁性材を用い
ることができる。
表される磁性蓄冷材としてＥｒＮｉを用いているが、図
３中に一点鎖線で示されているように、Ｅｒ0.9 Ｙｂ
0.1 Ｎｉ等の一般式(1) で表される組成の磁性材を用い
ることができる。
【００３０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、特
に産業上有用な４．２Ｋ付近での冷凍能力を向上させる
ことができる。
に産業上有用な４．２Ｋ付近での冷凍能力を向上させる
ことができる。
【図１】本発明の一実施例に係る極低温冷凍機の概略構
成図
成図
【図２】同冷凍機の最終段蓄冷器の構成を説明するため
の断面図
の断面図
【図３】Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材，ＥｒＮｉ蓄冷材、Ｅｒ0.9
Ｙｂ0.1 Ｎｉ蓄冷材および鉛の比熱特性を示す図
Ｙｂ0.1 Ｎｉ蓄冷材および鉛の比熱特性を示す図
【図４】Ｅｒ3 Ｎｉ蓄冷材，ＥｒＮｉ蓄冷材の体積比率
と蓄冷効率との関係を示す図
と蓄冷効率との関係を示す図
【図５】本発明に係る冷凍機と従来の冷凍機との冷凍能
力曲線をそれぞれ示す図。
力曲線をそれぞれ示す図。
１…コールドヘッド、 ２…冷媒ガス導
排出系、１１…シリンダ、 １２…
ディスプレーサ、１３…モータ、 １６…
第１段冷却ステージ、１７…第２段冷却ステージ、
１８…第１ディスプレーサ、１９…第２ディスプ
レーサ、 ２２，２４…蓄冷材、２１，２３…
蓄冷器を構成するための流体通路、２４ａ…組成がＥｒ
3 Ｎｉである蓄冷材、２４ｂ…組成がＥｒＮｉである蓄
冷材、２８…セパレータ。
排出系、１１…シリンダ、 １２…
ディスプレーサ、１３…モータ、 １６…
第１段冷却ステージ、１７…第２段冷却ステージ、
１８…第１ディスプレーサ、１９…第２ディスプ
レーサ、 ２２，２４…蓄冷材、２１，２３…
蓄冷器を構成するための流体通路、２４ａ…組成がＥｒ
3 Ｎｉである蓄冷材、２４ｂ…組成がＥｒＮｉである蓄
冷材、２８…セパレータ。
Claims (3)
- 【請求項１】圧縮されたヘリウムガスを蓄冷器に通して
冷却した後に低温部で膨脹させて寒冷を発生させる極低
温冷凍機において、前記蓄冷器に、組成がＥｒ3 Ｎｉで
ある蓄冷材と、組成が一般式Ｅｒ(1-x) Ｒ(x) Ｎｉ（た
だし、X は 0≦ X≦1 で、ＲはＹ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｔ
ｍ，Ｙｂ，Ｓｃから選ばれた希土類元素）で表される蓄
冷材とが充填されていることを特徴とする極低温冷凍
機。 - 【請求項２】Ｅｒ3 Ｎｉからなる蓄冷材が高温側に、組
成が前記一般式で表される蓄冷材が低温側に充填されて
いることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。 - 【請求項３】前記一般式で表される蓄冷材は、前記蓄冷
器内に体積比で１０〜９０％の範囲充填されていること
を特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3079028A JP2885529B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 極低温冷凍機 |
| EP19920303261 EP0508830B1 (en) | 1991-04-11 | 1992-04-10 | Cryogenic refrigerator |
| DE1992607801 DE69207801T2 (de) | 1991-04-11 | 1992-04-10 | Tiefsttemperaturkälteanlage |
| US08/146,735 US5447034A (en) | 1991-04-11 | 1993-11-04 | Cryogenic refrigerator and regenerative heat exchange material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3079028A JP2885529B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 極低温冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313648A JPH04313648A (ja) | 1992-11-05 |
| JP2885529B2 true JP2885529B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=13678481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3079028A Expired - Lifetime JP2885529B2 (ja) | 1991-04-11 | 1991-04-11 | 極低温冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885529B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-11 JP JP3079028A patent/JP2885529B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04313648A (ja) | 1992-11-05 |
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