JPH02123285A - Cryogenic expanding machine - Google Patents
Cryogenic expanding machineInfo
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- JPH02123285A JPH02123285A JP27542888A JP27542888A JPH02123285A JP H02123285 A JPH02123285 A JP H02123285A JP 27542888 A JP27542888 A JP 27542888A JP 27542888 A JP27542888 A JP 27542888A JP H02123285 A JPH02123285 A JP H02123285A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
この発明はギフオードマクマポンザイクル、ソルベーザ
イクル等のガスサイクルを用いた極低温用膨張機の改良
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application This invention relates to an improvement in a cryogenic expander using a gas cycle such as a Gifford MacMapon cycle or a Solva cycle.
(ロ)従来の技術
従来の極低温用膨張機は例えば特公昭45 +、 47
87号公報に示されているように構成されている。ここ
で、この公報を参考に従来例を説明する。第5図乃至第
7図においで、50は低圧の冷媒を加圧する圧縮機、5
1.52はそれぞれ吸気弁53又は排気弁54を有し、
かつ、圧縮機50と蓄熱材55を連通する給気バイブと
排気バイブである。56はクランク機構57により駆動
されるディスプレーサ−58を有するシリンダで、この
ディスプレーサ−の移動によって膨張空間59が形成さ
れ、この膨張空間はバイブロ0により蓄熱材55と連通
している。また、ディスプレーサ−58を駆動するクラ
ンク機構57は給気弁53及び排気弁54と連動してお
り、給気弁53はディスプレーサ−5Bが下死点に達し
たとき開き、上死点に達する直前に閉じる。排気弁54
はディスプレーサ−5Bが上死点に達したとき開いて、
下死点に達したとき閉じる。61は負荷熱交換器で、こ
の熱交換器はバイブロ0に取付けられて被冷却物を冷却
するようにしている。(b) Conventional technology Conventional cryogenic expanders are, for example, those published by the Japanese Patent Publications No. 1973 +, 47.
It is constructed as shown in Japanese Patent No. 87. Here, a conventional example will be explained with reference to this publication. In FIGS. 5 to 7, 50 is a compressor that pressurizes low-pressure refrigerant;
1.52 each have an intake valve 53 or an exhaust valve 54,
Additionally, there are an air supply vibe and an exhaust vibe that communicate the compressor 50 and the heat storage material 55. Reference numeral 56 denotes a cylinder having a displacer 58 driven by a crank mechanism 57. Movement of this displacer forms an expansion space 59, and this expansion space communicates with the heat storage material 55 through a vibro 0. Further, the crank mechanism 57 that drives the displacer 58 is linked with an air supply valve 53 and an exhaust valve 54, and the air supply valve 53 opens when the displacer 5B reaches the bottom dead center, and immediately before reaching the top dead center. Close to. Exhaust valve 54
opens when displacer 5B reaches top dead center,
Closes when bottom dead center is reached. 61 is a load heat exchanger, and this heat exchanger is attached to the vibro 0 to cool the object to be cooled.
この構造の極低温用膨張機では圧縮機50で圧縮された
冷媒を給気弁53から蓄熱材55に導き、この蓄熱材で
予冷却された冷媒を膨張空間59で断熱膨張させて自ら
冷却し、排気弁54の開放で膨張空間59から蓄熱材5
5へ流れる冷媒で負荷熱交換器61を冷却し、被冷却物
が極低温に冷却されるようにしている。In the cryogenic expander with this structure, the refrigerant compressed by the compressor 50 is guided from the air supply valve 53 to the heat storage material 55, and the refrigerant pre-cooled by the heat storage material is adiabatically expanded in the expansion space 59 to cool itself. , when the exhaust valve 54 is opened, the heat storage material 5 is discharged from the expansion space 59.
The load heat exchanger 61 is cooled by the refrigerant flowing to the refrigerant 5, so that the object to be cooled is cooled to an extremely low temperature.
(ハ)発明が解決しようとする課題
しかしながら、従来の蓄熱材55は粒状の鉛をフェルト
62.62を介し金網63.63で挾持して形成されて
いるため、圧縮機50の運転による振動や冷媒の流れ等
で鉛が密に充填されると、隙間が拡大されて粒状の鉛が
動きやすくなり、この鉛同志がぶつかり合って凝若し、
鉛の熱交換面積が減少して冷凍能力が低下する問題があ
った。(C) Problems to be Solved by the Invention However, since the conventional heat storage material 55 is formed by sandwiching granular lead between felts 62 and 62 and wire meshes 63 and 63, vibrations caused by the operation of the compressor 50 and When lead is densely packed due to the flow of refrigerant, the gap expands and the granular lead moves more easily, causing the lead to collide with each other and coagulate.
There was a problem in that the heat exchange area of the lead decreased and the refrigeration capacity decreased.
この発明は上記の問題を解決するもので、鉛で形成され
た蓄熱材の熱交換面積が減少するのを防止することを目
的としたものである。This invention solves the above-mentioned problem, and aims to prevent the heat exchange area of a heat storage material made of lead from decreasing.
(ニ)課題を解決するための手段
この発明はシリンダ内に形成されたバッファー空間と膨
張空間とを連通ずるディスプレーサ−の内部に充填する
蓄熱材を、鉛を線状に成形しかつ、この鉛を折曲げ、あ
るいは網状にして重ね合わせて形成したものである。(d) Means for Solving the Problems This invention provides a heat storage material to be filled inside a displacer that communicates a buffer space formed in a cylinder with an expansion space, by molding lead into a linear shape. It is formed by folding or overlapping each other into a net shape.
(ホ)作用
この発明は上記のように構成したことにより、ディスプ
レーサ−の内部に充填した鉛が互にぶつかり合わないよ
うにし、鉛で形成きれた蓄熱材の熱交換面積がttIM
I、て減少しないようにしたものである。(E) Effect By having the above structure, the present invention prevents the lead filled inside the displacer from colliding with each other, and the heat exchange area of the heat storage material made of lead is reduced to ttIM.
I, so that it does not decrease.
(へ)実施例
以下この発明を第1図乃至第4図に示す実施例に基いて
説明する。(f) Examples The present invention will be explained below based on the examples shown in FIGS. 1 to 4.
1は圧縮機で、この圧縮機には給気弁2を有する給気バ
イブ3と、排気弁4を有する排気バイブ5とが接続され
ている。この給気バイブと排気バイブとは集合きれて密
封された容器6の上壁7に設けられた給排気口8に接続
されている。容器6は大径の第1シリンダ9と、小径の
第2シリンダ10とで形成されている。この第1・第2
シリンダ内には駆動装置(図示せず)に連結きれたシャ
フト11によって上下に往復摺動する第1ディスプレー
サ−12と第2ディスプレーサ−13とが収納されてい
るとともに、これらのディスプレーサ−によって可変容
積のバッファー空間14、第1膨張空間15及び第2膨
張空間16が区画形成されている。また、第1・第2デ
ィスプレーサ−12,13の外周にはシールリング17
.17が取付けられている。バッファー空間14と第1
・第2膨張空間15.16とは第1ディスプレーサ−1
2内の第1空間18と、第2ディスプレーサ−13内の
第2空間19とを介して連通きれている。第1空間18
内には網金網で形成された蓄熱材20が充填されている
。第2空間19内には線状の鉛で形成された蓄熱材21
が充填されている。この蓄熱材は鉛を線状に成形し、こ
の鉛を折曲げた後、それを重ね合わせて形成している。Reference numeral 1 denotes a compressor, and an air supply vibe 3 having an air intake valve 2 and an exhaust vibe 5 having an exhaust valve 4 are connected to this compressor. The air supply and exhaust vibes are assembled together and connected to an air supply and exhaust port 8 provided on the upper wall 7 of the sealed container 6. The container 6 is formed of a first cylinder 9 with a large diameter and a second cylinder 10 with a small diameter. This first and second
A first displacer 12 and a second displacer 13 are housed in the cylinder and are moved up and down by a shaft 11 connected to a drive device (not shown). A buffer space 14, a first expansion space 15, and a second expansion space 16 are defined. Further, a seal ring 17 is provided on the outer periphery of the first and second displacers 12 and 13.
.. 17 is installed. buffer space 14 and the first
・The second expansion space 15.16 is the first displacer 1.
The first space 18 in the second displacer 2 and the second space 19 in the second displacer 13 communicate with each other. First space 18
The inside is filled with a heat storage material 20 made of wire mesh. Inside the second space 19 is a heat storage material 21 made of linear lead.
is filled. This heat storage material is formed by forming lead into a linear shape, bending the lead, and then stacking them together.
蓄熱材21は第2空間19内でフェルト22.22を介
して金網23.23により挾持されている。The heat storage material 21 is held in the second space 19 by a wire mesh 23.23 via a felt 22.22.
そして、線状の鉛は極く細いカーボンや樹脂及び金属等
を芯線24にし、この芯線にPvD+CvD等の方法で
鉛をめっきして形成するか、あるいは引き抜き法等で形
成されている。The linear lead is formed by using a core wire 24 made of extremely thin carbon, resin, metal, etc., and plating lead on this core wire by a method such as PvD+CvD, or by a drawing method.
第2シリンダ10の底壁25には被冷却物を冷却する負
荷熱交換器26が取付けられている。A load heat exchanger 26 is attached to the bottom wall 25 of the second cylinder 10 to cool the object to be cooled.
このように構成された極低温用膨張機において、圧縮4
1111で加圧された作動冷媒は第1・第2ディスプレ
ーサ−12,13が第1・第2シリンダ9,10内の第
1・第2膨張空間15.16(IIで最下位(上死点)
にあるとき、給気弁2が開、排気弁4が閉となって、給
気バイブ3からバッファー空間14に流入する。そして
、第1・第2ディスプレーサ−12,13を膨張空間1
5,16側からバッファー空間14([へ移動させる過
程ではバッファー空間14の作動冷媒が第1ディスプレ
ーサ−12の第1空間18の蓄熱材20で予冷却されつ
つ第1膨張空間15に流入するとともに、第1・第2デ
ィスプレーサ−12,13の第1・第2空間18.19
の蓄熱材20.21で予冷却いれつつ第2膨張空間16
に流入する。その後、第1ディスプレーサ−12が第1
シリンダ9内のバッファー空間14側で最上位(下死点
)に到達すると、給気弁2が閉、排気弁4が開となって
、作動冷媒は第1・第2膨張空間15.16で膨張して
自ら冷却される。再び、第1・第2ディスプレーサ−1
2,13がバッファー空間14から第1・第2膨張空間
15.16側へ移動する過程では第1・第2膨張空間1
5.16の作動冷媒が第1・第2ディスプレーサ−12
,13の蓄熱材20.21を夫々冷却しつつバッファー
空間14を通り、排気バイブ5から圧縮機1へ戻る。以
後、同様に繰返して第2シリンダ10の底壁25の負荷
熱交換器26を極めて低い温度に冷却するようにしてい
る。In the cryogenic expander configured in this way, compression 4
The working refrigerant pressurized at 1111 moves from the first and second displacers 12 and 13 to the first and second expansion spaces 15 and 16 (II) at the lowest point (top dead center) in the first and second cylinders 9 and 10. )
, the air supply valve 2 is opened, the exhaust valve 4 is closed, and air flows from the air supply vibe 3 into the buffer space 14. Then, the first and second displacers 12 and 13 are moved to the expansion space 1.
In the process of moving from the 5 and 16 sides to the buffer space 14, the working refrigerant in the buffer space 14 flows into the first expansion space 15 while being pre-cooled by the heat storage material 20 in the first space 18 of the first displacer 12. , the first and second spaces 18 and 19 of the first and second displacers 12 and 13
The second expansion space 16 is pre-cooled with the heat storage material 20 and 21.
flows into. After that, the first displacer 12
When the uppermost point (bottom dead center) is reached on the side of the buffer space 14 in the cylinder 9, the air supply valve 2 is closed and the exhaust valve 4 is opened, and the working refrigerant flows into the first and second expansion spaces 15 and 16. It expands and cools itself. Again, the first and second displacer-1
2 and 13 from the buffer space 14 to the first and second expansion spaces 15 and 16, the first and second expansion spaces 1
5.16 working refrigerant is the first and second displacer 12
, 13 are cooled, passing through the buffer space 14 and returning from the exhaust vibe 5 to the compressor 1. Thereafter, the load heat exchanger 26 on the bottom wall 25 of the second cylinder 10 is repeatedly cooled to an extremely low temperature.
負荷熱交換器26を低い温度に冷却する作動冷媒に予冷
を与える蓄熱材21は線状に形成した鉛を折曲げ、それ
を束ねて第2空間19に充填することにより、圧縮機1
の運転による振動や、作動冷媒の流れ及び第2ディスプ
レーサ−13の往復摺動で鉛が異なる方向に動きに<<
シ、互いにぶつかり合って摩耗したり、凝着したりする
のを防止できるようにしている。そのため、蓄熱材21
は鉛同志の凝着により、熱交換面積が減少したり、隙間
がなくなったりして冷凍能力の低下が起こらないように
している。The heat storage material 21 that pre-cools the working refrigerant that cools the load heat exchanger 26 to a low temperature is made by bending lead formed into a linear shape, bundling it, and filling the second space 19 with the compressor 1.
The lead moves in different directions due to vibrations caused by the operation, the flow of the working refrigerant, and the reciprocating sliding of the second displacer 13.
This prevents them from colliding with each other, causing wear and adhesion. Therefore, the heat storage material 21
This prevents lead from adhering to each other, reducing the heat exchange area and eliminating gaps, thereby reducing the refrigerating capacity.
尚、上記説明においては、鉛を線状にしてから折曲げ加
工して蓄熱材21を形成するように説明したが、折曲げ
加工した芯線に鉛をめっきして形成してもよく、更に、
鉛を発泡させて形成しても、また、鉛のかわりに、芯線
にガドリウム、イツトリウム及びエルビウム系の材料を
コーティングしても同様な効果を有することは言うまで
もない。In the above description, the heat storage material 21 is formed by forming lead into a wire and then bending it. However, it may also be formed by plating lead on a bent core wire.
It goes without saying that similar effects can be obtained even if lead is foamed or the core wire is coated with gadolinium, yttrium, or erbium-based materials instead of lead.
(ト)発明の効果
この発明の極低温用膨張機はシリンダ内に形成されたバ
ッファー空間と膨張空間とを連通するディスプレーサ−
の内部に充填する蓄熱材を、鉛を線状に成形し、この鉛
を折曲げ、あるいは網状にして重ね合わせて形成したの
であるから、線状の鉛を折曲げ、あるいは網状にして重
ね合わせて蓄熱材を形成するごとによって、圧縮機の振
動や作動冷媒の流れ及びディスプレーサ−の往復摺動で
鉛同志がぶつかり合って摩耗したり、凝着したりするの
を防止でき、蓄熱材の熱交換面積が減少して冷凍能力が
低下するのを防止できるものである。(G) Effects of the Invention The cryogenic expander of the present invention has a displacer that communicates the buffer space formed in the cylinder with the expansion space.
The heat storage material to be filled inside was formed by forming lead into wires and then folding or overlapping the lead into a net shape. By forming the heat storage material with the heat storage material, it is possible to prevent the lead from colliding with each other and causing abrasion or adhesion due to the vibrations of the compressor, the flow of the working refrigerant, and the reciprocating sliding of the displacer. This can prevent the refrigerating capacity from decreasing due to a decrease in the exchange area.
第1図はこの発明の一実施例を示す極低温用膨張機の断
面図、第2図はこの発明の膨張機における蓄熱材の要部
拡大斜視図、第3図は同じく蓄熱材の要部拡大断面図、
第4図は同じく蓄熱材を折曲げた状態を示す要部拡大断
面図、第5図は従来の極低温用膨張機の断面図、第6図
は同じく蓄熱器の断面図、第7図は同じく粒状の鉛が凝
着した状態を示す拡大平面図である。
9・・・第1シリンダ、 10・・・第2シリング、
12・・・第1ディスプレーサ−13・・・第2ディス
プレーサ−14・・・バッファー空間、15・・・第1
膨張室、 16・・・第2膨張室、 21・・・蓄熱材
。
第
図
第2図
第3rIJ
第4図
第
図
第7図FIG. 1 is a cross-sectional view of a cryogenic expander showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part of a heat storage material in an expander of this invention, and FIG. 3 is a main part of a heat storage material. Enlarged cross-sectional view,
Fig. 4 is an enlarged cross-sectional view of the main parts showing the heat storage material in a bent state, Fig. 5 is a cross-sectional view of a conventional cryogenic expander, Fig. 6 is a cross-sectional view of the heat storage device, and Fig. 7 is a cross-sectional view of the conventional cryogenic expander. FIG. 3 is an enlarged plan view showing a state in which granular lead is adhered. 9...First cylinder, 10...Second cylinder,
12...First displacer-13...Second displacer-14...Buffer space, 15...First
Expansion chamber, 16... Second expansion chamber, 21... Heat storage material. Figure 2 Figure 3rIJ Figure 4 Figure 7
Claims (1)
プレーサーと、このディスプレーサーによってシリンダ
内部に区画形成されるバッファー空間及び膨張空間と、
このバッファー空間と膨張空間とを連通するディスプレ
ーサーの内部に充填される蓄熱材とを備えた極低温用膨
張機において、前記蓄熱材は鉛を線状に成形し、かつ、
この鉛を折曲げ、あるいは網状にして重ね合わせて形成
したことを特徴とする極低温用膨張機。1. A cylinder, a displacer that slides back and forth within the cylinder, and a buffer space and an expansion space defined inside the cylinder by the displacer;
In a cryogenic expansion machine equipped with a heat storage material filled inside a displacer that communicates the buffer space and the expansion space, the heat storage material is made of lead formed into a linear shape, and
This cryogenic expander is characterized by being formed by folding or stacking this lead into a net shape.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27542888A JPH02123285A (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Cryogenic expanding machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27542888A JPH02123285A (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Cryogenic expanding machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02123285A true JPH02123285A (en) | 1990-05-10 |
Family
ID=17555382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27542888A Pending JPH02123285A (en) | 1988-10-31 | 1988-10-31 | Cryogenic expanding machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02123285A (en) |
-
1988
- 1988-10-31 JP JP27542888A patent/JPH02123285A/en active Pending
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