JPH0240360Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本考案は、ヘリウム冷凍液化装置等に使用可能
なジユール・トムソン弁に関するものである。

(ロ) 従来技術 ヘリウム冷凍液化装置においては、反転温度以
下にまで冷却した高圧のヘリウムガスを自由膨脹
させて液化させる部分に、ジユール・トムソン弁
を用いている。ところが、このようなジユールト
ムソン弁として絞り部の流路面積が一定したもの
を使用すると、温度変化や液化量の調整等によつ
て流量が変化した場合にその前後の圧力比が大き
く変動する。その結果、効率が大幅に低下すると
ともに、該ジユール・トムソン弁の前段側に配置
した機器類に圧力変動に伴う悪影響を及ぼすこと
になり、例えば、熱交換器その他の疲労破壊を招
き易くなるなどの不都合がある。したがつて、か
かる冷凍液化装置等に組み込むジユール・トムソ
ン弁としては、絞り部の流路面積を変化させ得る
ようにしたものが望ましいが、従来のものは、流
路調節に複雑かつ大がかりな機構を用いたものが
ほとんどであり実用的でない。なお、極低温領域
以外で使用される弁機構の分野では、例えば、特
開昭51−89224号公報に示されるように、圧電セ
ラミツクの変形を利用して流路調節を行えるよう
にしたものも提案されている。すなわち、この弁
機構は、中央部外周に対をなす開口を有し、内部
に一方の開口を一端に連通させる第１通路と他方
の開口を他端に連通させる第２通路とを設けた円
筒棒を備えている。この円筒棒の中央部外周に
は、圧電セラミツク製のスリーブが外嵌させてあ
るとともに、両端には前記各通路を他の管路に接
続するための継具が螺着してあり、これら両継具
で前記圧電スリーブの両端を挾持している。そし
て、前記圧電スリーブを径方向に変形させて該圧
電スリーブの内周面と円筒棒の外周面との間に形
成される環状流路の開口面積を変化させることに
よつて、一方の通路からその環状流路を通して他
方の通路に流れるガスのリーク速度を調整できる
ようになつている。

ところで、円筒体状をなす圧電スリーブは、そ
の径を拡縮させると、その変形に伴つて軸心方向
の長さも変化するのは周知の通りである。そのた
め、この弁機構では前記圧電スリーブと各継具と
の間にＯリングを介在させて、圧電スリーブの端
面と各継具との間からガスが漏洩するのを防止し
ている。

ところが、ジユール・トムソン弁が配設される
極低温雰囲気中では、Ｏリングのような部材の弾
性を利用したシール要素は、そのシール性能を十
分に発揮し得ない。そのため、かかる弁機構を、
ジユール・トムソン弁として使用した場合には、
圧電スリーブが拡径して、その端面と各継具との
間にも〓間が生じた場合に、ガスの弁外への漏洩
が問題となり、正確な制御を期待できないという
問題が発生する。

(ハ) 目的 本考案は、このような事情に着目してなされた
もので、小形化が可能である上に、絞り部の流路
面積を正確かつ容易に制御することができ、しか
も、構造の簡略化をも図ることができるジユー
ル・トムソン弁を提供することを目的とする。

(ニ) 構成 本考案は、かかる目的を達成するために、管路
の途中に設けられた出口孔を有する固定隔壁と、
この固定隔壁の前段側に軸心方向にスライド可能
に設けられた入口孔を有する可動隔壁と、この可
動隔壁と前記固定隔壁との間に設けられ前記入口
孔を前記出口孔に連通させる軸心孔を有した円筒
体状の圧電セラミツクと、前記可動隔壁を圧電セ
ラミツク方向に付勢して該圧電セラミツクと前記
両隔壁とを常時密着させるばねとを具備してなる
ものにし、前記軸心孔により形成される絞り部の
流路面積をこの圧電セラミツクの変形により変化
させ得るように構成したことを特徴とするもので
ある。

しかして、このような構成によれば、印加電圧
を調整して円筒体状の圧電セラミツクを拡径させ
ることによつて絞り部の流路面積を大きくするこ
とができ、縮径させることによつて流路面積を小
さくすることができる。なお、その際に、圧電セ
ラミツクは、軸心方向へも伸縮することになる
が、ばねの付勢力により可動隔壁を圧電セラミツ
クに押付けて常時密着させているとともに、その
押付力により該圧電セラミツクを固定隔壁に常時
密着させるようにしているので、その変形に伴つ
て圧電セラミツクと各隔壁との間に〓間が生じる
ようなことはない。そのため、ガス漏洩の原因と
なる〓間の大きさが圧電セラミツクの変形に伴つ
て変化するような不具合が一切なく、流路面積の
変化に正確に対応したガス流通制御を行うことが
可能となる。

(ホ) 実施例 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。

第１図は、ヘリウム冷凍液化装置の概略的なシ
ステム説明図であり、図中１はコンプレツサ、２
はこのコンプレツサ１から吐出される高圧のヘリ
ウムガスを複数の熱交換器３，４および本考案に
係るジユール・トムソン弁５を介してデユワー６
に導く高圧回路、７は前記デユワー６内の低圧の
ヘリウムガスを前記熱交換器３，４を通して前記
コンプレツサ１に戻す低圧回路、８は前記高圧回
路２内のヘリウムガスを十分に冷却するための冷
媒が流通する補助回路である。すなわち、このヘ
リウム冷凍液化装置では、コンプレツサ１から吐
出される高圧のヘリウムガスが熱交換器３，４で
リターンの低温ヘリウムガスおよび冷媒と熱交換
して冷却されながらジユール・トムソン弁５にま
で導びかれ、該ジユール・トムソン弁５を通過し
自由膨脹することによつてその一部が液化する。
そして、液化しきれなかつたヘリウムガスおよび
蒸発したヘリウムガスが低圧回路７を通して前記
コンプレツサ１に戻されるようになつている。な
お、前記コンプレツサ１の直後に配設されている
サージタンク、ろ過装置およびアフタークーラ等
は図示を省略してある。

ここで、ジユール・トムソン弁５は、第２図に
拡大して示すように、前記高圧回路２の一部をな
す管路９の途中に出口孔１１を有した固定隔壁１
２を設けるとともに、この固定隔壁１２の前段側
に入口孔１３を有した可動隔壁１４を軸心方向に
スライド可能に設け、これら両隔壁１２，１４間
に絞り部１５を設けたものである。詳述すれば絞
り部１５は、前記両隔壁１２，１４間に前記入口
孔１３および出口孔１１よりも小径な軸心孔１６
ａを有した円筒体状の圧電セラミツク１６を介設
したもので、この圧電セラミツク１６の軸心孔１
６ａ内を絞り部１５の流路１７としている。圧電
セラミツク１６は、その端子１６ｂ，１６ｃ間に
印加する電圧を変化させることによつて、第３図
に示すように、比較的太短い形状（実線参照）か
ら比較的細長い形状（想像線参照）にまで変形し
得るようになつており、該圧電セラミツク１の変
形によつて前記流路１７の流路面積が変化するよ
うになつている。なお、前記管路９の前記可動隔
壁１４よりも前段側にねじ部１８を設け、このね
じ部１８にガス通路１９を有した蓋体２０を螺着
している。そして、この蓋体２０と前記可動隔壁
１４との間に圧縮コイルばね２１を介設し、この
ばね２１の付勢力によつて前記各隔壁１２，１４
と前記圧電セラミツク１６とを常時密着させるよ
うにしている。

このような構成のジユール・トムソン弁５であ
れば、圧電セラミツク１６の端子１６ｂ，１６ｃ
間に印加する電圧を変化させることによつて、該
圧電セラミツク１６が前述したように変形し、絞
り部１５の流路面積が変化することになる。その
ため、このジユール・トムソン弁５の上流あるい
は上流と下流の圧力を検出し、その検出値に基い
て前記両端子１６ｂ，１６ｃ間に印加する電圧を
制御するようにしてやれば、該ジユール・トムソ
ン弁５を流れるヘリウムガスの流量のいかんにか
かわらず、該ジユール・トムソン弁５の上流側と
下流側との圧力比を略一定に維持するようなこと
も可能となる。したがつて、効率を高い値に保つ
ことができるとともに、ジユール・トムソン弁５
の前段側に配置した熱交換器３，４等の機器類に
圧力変動による悪影響を与えるおそれも解消でき
る。しかも、このものは、圧電セラミツク１６の
変形を利用して流路１７の面積を変化させるよう
にしたものであるため、弁体等を作動させるもの
に比べて構造がはるかに簡単であり、大幅な小形
化も可能である。また、圧電セラミツク１６に印
加する電圧を変化させるだけでよいため、制御も
容易であり、難しい調整等を要することなく正確
な作動を保証することができる。その上、前記圧
電セラミツク１６には電流が流れないため、発熱
の心配もない。

(ヘ) 効果 本考案は、以上のような構成であるから、小形
化が可能である上に、絞り部の流路面積を正確か
つ容易に制御することができ、しかも、構造の簡
略化をも図ることができるジユール・トムソン弁
を提供できるものである。特に、本考案では、軸
心孔により絞り部を形成する円筒体状の圧電セラ
ミツクを固定隔壁と可動隔壁との間に配設し、ば
ねの付勢力によりその圧電セラミツクと前記各隔
壁とを常時密着させるようにしているので、この
圧電セラミツクを変形させても、それに伴つてガ
ス漏洩の原因となる〓間が生じたりその〓間の大
きさが変化するという不具合を格別なシール部材
を用いることなしに防止することができる。その
ため、極低温雰囲気中で使用しても流路面積の変
化に正確に対応したガス流通制御を行うことがで
きるという優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すシステム説明
図、第２図は同実施例の要部を示す断面図、第３
図は同実施例における圧電セラミツクの斜視図で
ある。 ５，５′……ジユール・トムソン弁、１５……
絞り部、１６……圧電セラミツク、１７……流
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 管路の途中に設けられた出口孔を有する固定隔
   壁と、この固定隔壁の前段側に軸心方向にスライ
   ド可能に設けられた入口孔を有する可動隔壁と、
   この可動隔壁と前記固定隔壁との間に設けられ前
   記入口孔を前記出口孔に連通させる軸心孔を有し
   た円筒体状の圧電セラミツクと、前記可動隔壁を
   圧電セラミツク方向に付勢して該圧電セラミツク
   と前記両隔壁とを常時密着させるばねとを具備し
   てなり、前記軸心孔により形成される絞り部の流
   路面積をこの圧電セラミツクの変形により変化さ
   せ得るように構成したことを特徴とするジユー
   ル・トムソン弁。