JPH01210765A - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
- Publication number
- JPH01210765A JPH01210765A JP3514188A JP3514188A JPH01210765A JP H01210765 A JPH01210765 A JP H01210765A JP 3514188 A JP3514188 A JP 3514188A JP 3514188 A JP3514188 A JP 3514188A JP H01210765 A JPH01210765 A JP H01210765A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- cold head
- suction
- cryogenic refrigerator
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 21
- 239000001307 helium Substances 0.000 abstract description 12
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 abstract 1
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Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はヘリウム等を冷媒として使用する小型の極低温
冷凍機に関する。
冷凍機に関する。
（従来の技術）
絶対温度１０〜２０［Ｋ］ １”ｉｓ度の極低７．１ま
で冷凍を行う小型の冷凍機としては、ギフオード・マク
マホン（以下ＧＭと略す）式コールドヘッドと、ヘリウ
ム圧縮機を組み合わせたＧＭ冷凍機があり、超電導マグ
ネットの冷却用や、クライオポンプ用として広く使用さ
れている。
で冷凍を行う小型の冷凍機としては、ギフオード・マク
マホン（以下ＧＭと略す）式コールドヘッドと、ヘリウ
ム圧縮機を組み合わせたＧＭ冷凍機があり、超電導マグ
ネットの冷却用や、クライオポンプ用として広く使用さ
れている。
ＧＭ冷凍機の基本的構成を第３図を用いて説明する。圧
縮機（１）のガス吐出側にはガスクーラー、油セパレー
タ、油フイルタ−、等の機器や配管からなる高圧部機器
■が設けられ、吸気弁■を介して０Ｍ式コールドヘッド
（へ）に配管で接続される。
縮機（１）のガス吐出側にはガスクーラー、油セパレー
タ、油フイルタ−、等の機器や配管からなる高圧部機器
■が設けられ、吸気弁■を介して０Ｍ式コールドヘッド
（へ）に配管で接続される。
０Ｍ式コールドヘッド（／′１）はシリンダ０．ディス
プレーサ０、蓄冷材■、ガスシール（８）、ディスプレ
ーサｒｇ動機構（ロ）から構成される。ディスプレーサ
（６）はディスプレーサｔＱｉ［機構０〕）によりシリ
ンダ０の上死点、不死点間を一定の周期で往復の１する
。
プレーサ０、蓄冷材■、ガスシール（８）、ディスプレ
ーサｒｇ動機構（ロ）から構成される。ディスプレーサ
（６）はディスプレーサｔＱｉ［機構０〕）によりシリ
ンダ０の上死点、不死点間を一定の周期で往復の１する
。
ディスプレーサ■にはガスシール（８）が設けられ、デ
ィスプレーサ０とシリンダ０間のギャップの冷媒ヘリウ
ムガスの流通を防いでおり、冷媒ヘリウムガスはディス
プレーサ０内に置かれろ蓄冷材■内を流通する構造とな
っている。０Ｍ式コールドヘッド０）と圧縮機０）のガ
ス吸入側の間には排気弁（１０）や、サージタンク等か
ら成る低圧部機器（１１）が設けられる。
ィスプレーサ０とシリンダ０間のギャップの冷媒ヘリウ
ムガスの流通を防いでおり、冷媒ヘリウムガスはディス
プレーサ０内に置かれろ蓄冷材■内を流通する構造とな
っている。０Ｍ式コールドヘッド０）と圧縮機０）のガ
ス吸入側の間には排気弁（１０）や、サージタンク等か
ら成る低圧部機器（１１）が設けられる。
圧縮機（１）で昇圧昇温した冷媒ヘリウムガスは高圧部
機器■で冷却され、また浦ミスト等の不純物を除去され
て吸気弁０から０Ｍ式コールドヘッド０）内へ流入する
。吸気弁■、排気弁（１０）の開閉タイミングとディス
プレーサ０の位置は第４図に示す様な関係にある。すな
わちディスプレーサ０が下死点にある時に、吸気弁（３
）が開いてシリンダ■上部空間に冷媒ヘリウムガスが流
入する。この時排気弁（１０）は閉じたままである。吸
気弁（３）が開いたままディスプレーサ０が上死点へ移
動し、冷媒ヘリウムガスは蓄冷材■と熱交換しつつシリ
ンダ■下部空間へ流通する。ディスプレーサ０が上死点
へつくと同時に吸気弁０が閉じ、排気弁（１０）が開く
。すると断熱膨張によりシリンダ０下部空間に寒冷が生
じる。ディスプレーサ０が下死点に到達するまで排気弁
（１０）は開いており、冷却されたヘリウムガスは蓄冷
材■と熱交換しつつ０Ｍ式コールドヘッド０）外へ流出
してゆく。以上のサイクルをくり返してシリンダ０の下
部空間が極低温に冷却される。
機器■で冷却され、また浦ミスト等の不純物を除去され
て吸気弁０から０Ｍ式コールドヘッド０）内へ流入する
。吸気弁■、排気弁（１０）の開閉タイミングとディス
プレーサ０の位置は第４図に示す様な関係にある。すな
わちディスプレーサ０が下死点にある時に、吸気弁（３
）が開いてシリンダ■上部空間に冷媒ヘリウムガスが流
入する。この時排気弁（１０）は閉じたままである。吸
気弁（３）が開いたままディスプレーサ０が上死点へ移
動し、冷媒ヘリウムガスは蓄冷材■と熱交換しつつシリ
ンダ■下部空間へ流通する。ディスプレーサ０が上死点
へつくと同時に吸気弁０が閉じ、排気弁（１０）が開く
。すると断熱膨張によりシリンダ０下部空間に寒冷が生
じる。ディスプレーサ０が下死点に到達するまで排気弁
（１０）は開いており、冷却されたヘリウムガスは蓄冷
材■と熱交換しつつ０Ｍ式コールドヘッド０）外へ流出
してゆく。以上のサイクルをくり返してシリンダ０の下
部空間が極低温に冷却される。
（９！明が解決しようとする課題）
この様な構成から成ろ極低温冷凍機においては圧縮機Ｏ
）の圧力脈動が避けられない問題として生じろ。すなわ
ち、圧縮機中は常にヘリウムを圧縮しようとしているの
に対し、吸気弁（３）と排気弁（１１）がかわるがわる
開閉をくり返すために圧縮機（υの低圧側の容積と高圧
側の容積が見かけ上増えたり減ったりするのと同じ事に
なり圧縮機Ｏ）の吐出・吸入圧力が脈動する。圧力脈動
が生じると圧縮機（υ内の各部、例えば吐出弁等に繰り
返し応力が作用するために定常的な圧力のもとで運転し
た場合に比して著しく寿命が低下してしまうという問題
点がある。また、０Ｍ式コールドヘッド０）へ供給する
ヘリウムガス中の油分等不純物は極低温下で冷凍して性
能低下や故障をひきおこすため、極力とり除かなければ
ならないが、油フィルター等の不純物を分離する装置の
性能は定常流に比べて脈動流の場合劣化するために、装
置の大型化を招く等の問題がある。
）の圧力脈動が避けられない問題として生じろ。すなわ
ち、圧縮機中は常にヘリウムを圧縮しようとしているの
に対し、吸気弁（３）と排気弁（１１）がかわるがわる
開閉をくり返すために圧縮機（υの低圧側の容積と高圧
側の容積が見かけ上増えたり減ったりするのと同じ事に
なり圧縮機Ｏ）の吐出・吸入圧力が脈動する。圧力脈動
が生じると圧縮機（υ内の各部、例えば吐出弁等に繰り
返し応力が作用するために定常的な圧力のもとで運転し
た場合に比して著しく寿命が低下してしまうという問題
点がある。また、０Ｍ式コールドヘッド０）へ供給する
ヘリウムガス中の油分等不純物は極低温下で冷凍して性
能低下や故障をひきおこすため、極力とり除かなければ
ならないが、油フィルター等の不純物を分離する装置の
性能は定常流に比べて脈動流の場合劣化するために、装
置の大型化を招く等の問題がある。
これら・の点に鑑み、本発明は０Ｍ式コールドヘッドを
用いて圧縮機に脈動が生じない極低温冷凍機を提供する
ことを目的とする。
用いて圧縮機に脈動が生じない極低温冷凍機を提供する
ことを目的とする。
（課題を解決するための手段）
ｈ記口的を達成するために、本発明の極低温冷凍機は１
台の圧縮機に冷媒ガス吸排サイクルの位相を互いに１８
０°ずらして運転する２台のギフオードマクマホン式コ
ールドヘッドを１１η列に接続した構成とする。
台の圧縮機に冷媒ガス吸排サイクルの位相を互いに１８
０°ずらして運転する２台のギフオードマクマホン式コ
ールドヘッドを１１η列に接続した構成とする。
（作用）
本発明の極低温冷凍機においては、２台の０Ｍヘッドの
吸排サイクルの位相が１８０’ずれているため、圧縮機
からり、ると高圧、低圧部の容積が互いに常に等しくな
るために圧力脈動が打ち消され、圧縮機の吸気、吐出圧
力を安定なものとすることができる。
吸排サイクルの位相が１８０’ずれているため、圧縮機
からり、ると高圧、低圧部の容積が互いに常に等しくな
るために圧力脈動が打ち消され、圧縮機の吸気、吐出圧
力を安定なものとすることができる。
（実施例）
第１図に本発明の一実施例を示す。圧縮機ａ）のガス吐
出側には高圧部機器■があり、吸気弁（Ａ）を介して０
Ｍ式コールドヘッド（Ａ）が、また吸気弁（Ｂ）を介し
て０Ｍ式コールドヘッド（Ｂ）が接続されている。０Ｍ
式コールドヘッド（Ａ）は排気弁（Ａ）を介して、また
０Ｍ式コールドヘッド（Ｂ）は排気弁（Ｂ）を介して圧
縮機中吸入側の低圧部機器（１１）と接続されている。
出側には高圧部機器■があり、吸気弁（Ａ）を介して０
Ｍ式コールドヘッド（Ａ）が、また吸気弁（Ｂ）を介し
て０Ｍ式コールドヘッド（Ｂ）が接続されている。０Ｍ
式コールドヘッド（Ａ）は排気弁（Ａ）を介して、また
０Ｍ式コールドヘッド（Ｂ）は排気弁（Ｂ）を介して圧
縮機中吸入側の低圧部機器（１１）と接続されている。
２台の０Ｍコールドヘッド（Ａ） 、 （Ｂ）のヘリウ
ノ、ガス吸排サイクルは第２図に示す様に互いの位相が
１８０”ずらして運転される様にする。位相を１８０°
ずらす最も簡単な方法は、２台の０Ｍコールドヘッド
のディスプレーサ駆動機構および弁の開閉機構の運転電
源を共通にして才９き、初期状態を互いに１８０＠ずら
しておく方法である。
ノ、ガス吸排サイクルは第２図に示す様に互いの位相が
１８０”ずらして運転される様にする。位相を１８０°
ずらす最も簡単な方法は、２台の０Ｍコールドヘッド
のディスプレーサ駆動機構および弁の開閉機構の運転電
源を共通にして才９き、初期状態を互いに１８０＠ずら
しておく方法である。
この様な構成の極低温冷凍機においては圧縮機の高圧側
の容積も、低圧側の容積も常に一定鼠であるために圧力
の脈動が発生せず、圧縮機は定常的なガスの圧縮を行う
ことができろ。そのために圧縮機内にくり返し応力が発
生することもなく、圧縮機の信頼性が向上する。
の容積も、低圧側の容積も常に一定鼠であるために圧力
の脈動が発生せず、圧縮機は定常的なガスの圧縮を行う
ことができろ。そのために圧縮機内にくり返し応力が発
生することもなく、圧縮機の信頼性が向上する。
なお、０Ｍ式コールドヘッドは４台、６台等の偶数台で
あってもよい。
あってもよい。
以上述べた様に本発明に係る極低温冷凍機においては、
２台の０Ｍヘッドのガス吸排サイクルが１８０°ずれる
ので圧力脈動の発生を防止でき、くり返し応力による圧
縮機寿命低下の防止、油フィルター等不純物分離装置の
性能向上による信頼性向上、バッファ容積の小量化によ
り装置の小型化がはかれる等の効果を奏することができ
る。また、０Ｍヘッドを２台にしたことによる信頼性の
向上がはかれることもいうまでもない。
２台の０Ｍヘッドのガス吸排サイクルが１８０°ずれる
ので圧力脈動の発生を防止でき、くり返し応力による圧
縮機寿命低下の防止、油フィルター等不純物分離装置の
性能向上による信頼性向上、バッファ容積の小量化によ
り装置の小型化がはかれる等の効果を奏することができ
る。また、０Ｍヘッドを２台にしたことによる信頼性の
向上がはかれることもいうまでもない。
第１図は本発明の一実施例の極低温冷凍機を示す構成図
、第２図（ａ） 、 （ｂ）は第１図の運転パターンを
示す図、第３図は従来装置の構成図、第４図（ａ） 、
（ｂ）は第３図の運転パターンを示す図である。 １・・・圧縮機 ２・・・高圧部機器３・・・吸
気弁 ４・・・０Ｍ式コールドヘッド５・・・シ
リンダ ６・・・ディスプレーサ７・・・蓄冷材
８・・・ガスシール９・・・ディスプレーサ駆動
機構 １０・・・排気弁 １１・・・低圧部機器第１図 イ立 才Ｕ 片 （＋）） 第２図 第 ３ 図
、第２図（ａ） 、 （ｂ）は第１図の運転パターンを
示す図、第３図は従来装置の構成図、第４図（ａ） 、
（ｂ）は第３図の運転パターンを示す図である。 １・・・圧縮機 ２・・・高圧部機器３・・・吸
気弁 ４・・・０Ｍ式コールドヘッド５・・・シ
リンダ ６・・・ディスプレーサ７・・・蓄冷材
８・・・ガスシール９・・・ディスプレーサ駆動
機構 １０・・・排気弁 １１・・・低圧部機器第１図 イ立 才Ｕ 片 （＋）） 第２図 第 ３ 図
Claims (1)
- 圧縮機と、この圧縮機の低圧側と高圧側に互いに並列
に接続され冷媒ガス吸排サイクルの位相が互いに１８０
°ずれて運転される偶数台のギフォードマクマホン式コ
ールドヘッドを具えた事を特徴とする極低温冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035141A JP2612018B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 極低温冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63035141A JP2612018B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 極低温冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01210765A true JPH01210765A (ja) | 1989-08-24 |
| JP2612018B2 JP2612018B2 (ja) | 1997-05-21 |
Family
ID=12433637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63035141A Expired - Lifetime JP2612018B2 (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | 極低温冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2612018B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013174411A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| JP2017058050A (ja) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 株式会社東芝 | 冷凍システムおよびその制御方法 |
| JP2017161146A (ja) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | アイシン精機株式会社 | Ｇｍ冷凍機 |
| 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 |
| US11408406B2 (en) | 2016-12-02 | 2022-08-09 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | GM cryocooler and method of operating GM cryocooler |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62200139A (ja) * | 1986-02-25 | 1987-09-03 | 岩谷産業株式会社 | 冷凍機 |
-
1988
- 1988-02-19 JP JP63035141A patent/JP2612018B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62200139A (ja) * | 1986-02-25 | 1987-09-03 | 岩谷産業株式会社 | 冷凍機 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013174411A (ja) * | 2012-02-27 | 2013-09-05 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| CN103292509A (zh) * | 2012-02-27 | 2013-09-11 | 住友重机械工业株式会社 | 超低温制冷机 |
| JP2017058050A (ja) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 株式会社東芝 | 冷凍システムおよびその制御方法 |
| WO2017047633A1 (ja) * | 2015-09-15 | 2017-03-23 | 株式会社 東芝 | 冷凍システムおよびその制御方法 |
| US11359843B2 (en) | 2015-09-15 | 2022-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Refrigeration system and method for controlling the same |
| JP2017161146A (ja) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | アイシン精機株式会社 | Ｇｍ冷凍機 |
| 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 |
| US11408406B2 (en) | 2016-12-02 | 2022-08-09 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | GM cryocooler and method of operating GM cryocooler |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2612018B2 (ja) | 1997-05-21 |
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