JPH0251111B2 - - Google Patents
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- JPH0251111B2 JPH0251111B2 JP16109683A JP16109683A JPH0251111B2 JP H0251111 B2 JPH0251111 B2 JP H0251111B2 JP 16109683 A JP16109683 A JP 16109683A JP 16109683 A JP16109683 A JP 16109683A JP H0251111 B2 JPH0251111 B2 JP H0251111B2
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- flow path
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- compression
- expansion
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- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 52
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 52
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 claims description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 25
- 239000011232 storage material Substances 0.000 claims description 19
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の対象〕
本発明は、略4.3K極低温の冷凍を得るジユー
ルトムソン回路等の予冷を行う冷凍機に関するも
のである。
ルトムソン回路等の予冷を行う冷凍機に関するも
のである。
本発明は、略4.3Kの極低温で起こる超電導磁
石、ジヨセフソン素子、スキツド素子等に利用さ
れている。
石、ジヨセフソン素子、スキツド素子等に利用さ
れている。
従来のこの種のものとしては、第１図に示す如
きものがある。すなわち、圧縮ピストン１′が下
死点より上死点へ動くと、圧縮行程容積２′のガ
スが圧縮され、発熱して、アフタークーラ３′で
冷却され、蓄熱器４′に入り、蓄熱器４′に詰めら
れている蓄熱材５′と熱交換し、更に冷却され、
流路６′を通つて膨張行程容積７′に入る。膨張ピ
ストン８′が形成する膨張行程容積７′は、圧縮ピ
ストン１′が形成する圧縮行程容積２′より約90度
位相が進んで動く為、圧縮ピストン１′が上死点
に来た時、膨張ピストン８′は約中間位置にあり、
ここから下死点に向かうと、膨張行程容積７′の
ガスが膨張され、温度が低下する。
きものがある。すなわち、圧縮ピストン１′が下
死点より上死点へ動くと、圧縮行程容積２′のガ
スが圧縮され、発熱して、アフタークーラ３′で
冷却され、蓄熱器４′に入り、蓄熱器４′に詰めら
れている蓄熱材５′と熱交換し、更に冷却され、
流路６′を通つて膨張行程容積７′に入る。膨張ピ
ストン８′が形成する膨張行程容積７′は、圧縮ピ
ストン１′が形成する圧縮行程容積２′より約90度
位相が進んで動く為、圧縮ピストン１′が上死点
に来た時、膨張ピストン８′は約中間位置にあり、
ここから下死点に向かうと、膨張行程容積７′の
ガスが膨張され、温度が低下する。
次に、膨張ピストン８′が下死点から上死点へ
動くと、膨張行程容積のガスは、圧縮されずに押
されて、流路６′を通り、そこで予冷熱交換器
９′を流れる流体から熱を吸収し加温され、蓄熱
器４′に入り、蓄熱材５′と熱交換し、更に加熱さ
れ、アフタークーラ３′を通つて圧縮行程容積
２′に入る。そして、圧縮ピストン１′は下死点に
着き一サイクルを完了する。
動くと、膨張行程容積のガスは、圧縮されずに押
されて、流路６′を通り、そこで予冷熱交換器
９′を流れる流体から熱を吸収し加温され、蓄熱
器４′に入り、蓄熱材５′と熱交換し、更に加熱さ
れ、アフタークーラ３′を通つて圧縮行程容積
２′に入る。そして、圧縮ピストン１′は下死点に
着き一サイクルを完了する。
このように従来の予冷冷凍機においては、ガス
が圧縮ピストン１′及び膨張ピストン８′の相互の
往復運動に従つて、圧縮行程容積２′と膨張行程
容積７′の間をアフタークーラ３′、蓄熱器４′お
よび流路６′を介して往復する。このガスの往復
によつて予冷熱交換器９′を流れる流体を冷却し、
アフタークーラ３′でこの流体が吸収した熱を放
出する。出力となるこの吸収熱を大きくするに
は、流路６′を流れるガスと予冷熱交換器９′を流
れる流体との熱交換の効率を良くすることであ
る。
が圧縮ピストン１′及び膨張ピストン８′の相互の
往復運動に従つて、圧縮行程容積２′と膨張行程
容積７′の間をアフタークーラ３′、蓄熱器４′お
よび流路６′を介して往復する。このガスの往復
によつて予冷熱交換器９′を流れる流体を冷却し、
アフタークーラ３′でこの流体が吸収した熱を放
出する。出力となるこの吸収熱を大きくするに
は、流路６′を流れるガスと予冷熱交換器９′を流
れる流体との熱交換の効率を良くすることであ
る。
しかるに従来の予冷熱交換器９′においては、
これを流れる流体の熱伝達係数が小さく、且つ、
伝熱面積が小さい。更に流路６′を流れるガスの
熱伝達係数が小さく、且つ、伝熱面積が小さい。
従つて、これらのガスと流体との熱交換の効率が
悪い。又、流路６′を流れるガスの温度が、熱交
換の過程で略同一温度であるのに対して、予冷熱
交換器９′を流れる流体の温度は入口と出口で可
成りの温度差となる為、特に、入口においては熱
交換するガスと流体間の温度差が大きく非可逆で
損失の多い熱交換になつている。
これを流れる流体の熱伝達係数が小さく、且つ、
伝熱面積が小さい。更に流路６′を流れるガスの
熱伝達係数が小さく、且つ、伝熱面積が小さい。
従つて、これらのガスと流体との熱交換の効率が
悪い。又、流路６′を流れるガスの温度が、熱交
換の過程で略同一温度であるのに対して、予冷熱
交換器９′を流れる流体の温度は入口と出口で可
成りの温度差となる為、特に、入口においては熱
交換するガスと流体間の温度差が大きく非可逆で
損失の多い熱交換になつている。
そこで本発明は、ガスと流体間の熱交換の効率
を良くすることと、熱交換する各部分ができるだ
け温度差が小さい状態で熱交換することをその技
術的課題とするものである。
を良くすることと、熱交換する各部分ができるだ
け温度差が小さい状態で熱交換することをその技
術的課題とするものである。
上記技術的課題を解決するために講じた技術的
手段は、圧縮シリンダーと、その中を往復運動す
る圧縮ピストンと、この圧縮ピストンが形成する
圧縮行程容積に隣接する蓄熱熱交換器と、この蓄
熱熱交換器と流路を介して導通する膨張シリンダ
ーと、この膨張シリンダーの中で往復運動し前記
圧縮行程容積と約90度の位相差で変動する膨張行
程容積を形成する膨張ピストンからなる冷凍機に
おいて、前記蓄熱熱交換器が前記圧縮行程容積と
膨張行程容積を導通せしめる第１流路と、該第１
流路を流れる作動ガスと熱交換し冷却される流体
が前記第１流路の膨張行程容積側に隣接されるそ
の一端開口と前記第１流路の圧縮行程容積側に隣
設されるその他端開口との間を流動す少なくとも
１個の第２流路を有し、これら各流路には蓄熱材
が詰められてなる構成とすることである。
手段は、圧縮シリンダーと、その中を往復運動す
る圧縮ピストンと、この圧縮ピストンが形成する
圧縮行程容積に隣接する蓄熱熱交換器と、この蓄
熱熱交換器と流路を介して導通する膨張シリンダ
ーと、この膨張シリンダーの中で往復運動し前記
圧縮行程容積と約90度の位相差で変動する膨張行
程容積を形成する膨張ピストンからなる冷凍機に
おいて、前記蓄熱熱交換器が前記圧縮行程容積と
膨張行程容積を導通せしめる第１流路と、該第１
流路を流れる作動ガスと熱交換し冷却される流体
が前記第１流路の膨張行程容積側に隣接されるそ
の一端開口と前記第１流路の圧縮行程容積側に隣
設されるその他端開口との間を流動す少なくとも
１個の第２流路を有し、これら各流路には蓄熱材
が詰められてなる構成とすることである。
〔技術的手段の作用〕
前記技術的手段は次のように作用する。すなわ
ち、圧縮ピストン１が下死点より上死点へ動くと
圧縮行程容積２のガスが圧縮され、発熱してアフ
タークーラ３を通り、冷却され、蓄熱熱交換器４
の第１流路に入り、該第１流路に詰められている
蓄熱材５と熱交換し、更に冷却され、通路７を通
つて膨張行程容積８に入る。膨張行程容積８は、
圧縮行程容積２より約90度位相が進んで動くた
め、圧縮ピストン１が上死点にきた時、膨張ピス
トン９は約中間位置にあり、ここから下死点に向
かうと、膨張行程容積８のガスが膨張されて温度
が下がる。
ち、圧縮ピストン１が下死点より上死点へ動くと
圧縮行程容積２のガスが圧縮され、発熱してアフ
タークーラ３を通り、冷却され、蓄熱熱交換器４
の第１流路に入り、該第１流路に詰められている
蓄熱材５と熱交換し、更に冷却され、通路７を通
つて膨張行程容積８に入る。膨張行程容積８は、
圧縮行程容積２より約90度位相が進んで動くた
め、圧縮ピストン１が上死点にきた時、膨張ピス
トン９は約中間位置にあり、ここから下死点に向
かうと、膨張行程容積８のガスが膨張されて温度
が下がる。
次に、膨張ピストン９が下死点から上死点へ動
くと、膨張行程容積８のガスは、圧縮されずに押
されて、流路７を通つて蓄熱熱交換器４の第１流
路に入り、ここで再び蓄熱材５と熱交換すると共
に、蓄熱材５、壁１０及び蓄熱材６からなる熱交
換媒体を介して、第１流路の膨張行程側に隣設さ
れる第２流路の一端開口１１より入つた流体と熱
交換し、従つて二重に加熱され、アフタークーラ
３を通つて圧縮行程容積２に戻る。第２流路の一
端開口１１より入つた流体は、蓄熱材６を通る間
に徐々に冷却されて第１流路の圧縮行程側に隣設
される第２流路の他端開口１２から出る。尚、第
２流路を流れる流体がジユールトムソン回路の作
動媒体である場合には、該流体は第１流路の膨張
行程側に隣設される第２流路の一端開口１１から
第１流路の圧縮行程側に隣接される第２流路の他
端開口１２へ流れる。また、第２流路を流れる流
体が冷凍機の作動媒体である場合には、該流体は
一端開口１１と他端開口１２との間を流動する。
くと、膨張行程容積８のガスは、圧縮されずに押
されて、流路７を通つて蓄熱熱交換器４の第１流
路に入り、ここで再び蓄熱材５と熱交換すると共
に、蓄熱材５、壁１０及び蓄熱材６からなる熱交
換媒体を介して、第１流路の膨張行程側に隣設さ
れる第２流路の一端開口１１より入つた流体と熱
交換し、従つて二重に加熱され、アフタークーラ
３を通つて圧縮行程容積２に戻る。第２流路の一
端開口１１より入つた流体は、蓄熱材６を通る間
に徐々に冷却されて第１流路の圧縮行程側に隣設
される第２流路の他端開口１２から出る。尚、第
２流路を流れる流体がジユールトムソン回路の作
動媒体である場合には、該流体は第１流路の膨張
行程側に隣設される第２流路の一端開口１１から
第１流路の圧縮行程側に隣接される第２流路の他
端開口１２へ流れる。また、第２流路を流れる流
体が冷凍機の作動媒体である場合には、該流体は
一端開口１１と他端開口１２との間を流動する。
以上の如く本発明によれば、次の特有の効果が
得られる。すなわち、蓄熱熱交換器の各流路には
熱伝達係数を大きくし、且つ伝熱面積を大きくす
る蓄熱材が詰められており、高効率な熱交換器の
性能と従来の蓄熱材５の外に、間接的に蓄熱効果
を有する蓄熱材６からなる高効率な蓄熱器の性能
と両方具備しており、又冷凍機が有するほとんど
全ての温度分布を有する蓄熱器でガスと流体との
熱交換を行うため、流体に合わせた温度レベルか
ら徐々に冷却でき、ガスと流体との温度差が小さ
い状態で熱交換できる。
得られる。すなわち、蓄熱熱交換器の各流路には
熱伝達係数を大きくし、且つ伝熱面積を大きくす
る蓄熱材が詰められており、高効率な熱交換器の
性能と従来の蓄熱材５の外に、間接的に蓄熱効果
を有する蓄熱材６からなる高効率な蓄熱器の性能
と両方具備しており、又冷凍機が有するほとんど
全ての温度分布を有する蓄熱器でガスと流体との
熱交換を行うため、流体に合わせた温度レベルか
ら徐々に冷却でき、ガスと流体との温度差が小さ
い状態で熱交換できる。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例について、第２図に基づ
いて説明する。
いて説明する。
圧縮ピストン１は圧縮シリンダー１３の中で往
復運動する。アフタークーラ３及び蓄熱熱交換器
４の内径側の壁が膨張シリンダー１４の壁の一部
を形成して、この膨張シリンダーの中を膨張ピス
トン９が往復運動する。圧縮行程容積２は、圧縮
ピストン１と膨張ピストン９の背面によつて変動
し、膨張行程容積８は、膨張ピストン９によつ
て、圧縮行程容積より約90度位相を進ませて変動
する。圧縮行程容積２と膨張行程容積８を導通す
る第流路は、アフタークーラ３と流路７との間に
て蓄熱熱交換器４内に形成される。蓄熱熱交換器
４は、大・中・小径の同心円筒によつて２つの環
状の密封容器を形成しており、中・小径の同心円
筒間に第１流路が形成され、大・中径の同心円筒
管間に第１流路を流れる作動ガスと熱交換し冷却
される流体が流れる第２流路が形成されている。
各流路内には蓄熱材５及び蓄熱材６となるリング
状の金網又は金属孔明板等が層状に詰められ、両
蓄熱材５，６は中径の円筒壁に密着又は融合して
いる。第２流路は第１流路の膨張行程容積８側に
隣設されるその一端開口１１と第１流路の圧縮行
程容積２側に隣接されるその他端開口１２を有
し、予冷されるべき図示しないジユールトムソン
回路の作動流体が一端開口１１より他端開口１２
へ流れるようになつている。
復運動する。アフタークーラ３及び蓄熱熱交換器
４の内径側の壁が膨張シリンダー１４の壁の一部
を形成して、この膨張シリンダーの中を膨張ピス
トン９が往復運動する。圧縮行程容積２は、圧縮
ピストン１と膨張ピストン９の背面によつて変動
し、膨張行程容積８は、膨張ピストン９によつ
て、圧縮行程容積より約90度位相を進ませて変動
する。圧縮行程容積２と膨張行程容積８を導通す
る第流路は、アフタークーラ３と流路７との間に
て蓄熱熱交換器４内に形成される。蓄熱熱交換器
４は、大・中・小径の同心円筒によつて２つの環
状の密封容器を形成しており、中・小径の同心円
筒間に第１流路が形成され、大・中径の同心円筒
管間に第１流路を流れる作動ガスと熱交換し冷却
される流体が流れる第２流路が形成されている。
各流路内には蓄熱材５及び蓄熱材６となるリング
状の金網又は金属孔明板等が層状に詰められ、両
蓄熱材５，６は中径の円筒壁に密着又は融合して
いる。第２流路は第１流路の膨張行程容積８側に
隣設されるその一端開口１１と第１流路の圧縮行
程容積２側に隣接されるその他端開口１２を有
し、予冷されるべき図示しないジユールトムソン
回路の作動流体が一端開口１１より他端開口１２
へ流れるようになつている。
以上の構成からなる本実施例の作用を説明す
る。
る。
圧縮ピストン１が下死点より上死点へ動くと圧
縮行程容積２のガスが圧縮され、発熱してアフタ
ークーラ３を通り、冷却され、蓄熱熱交換器４の
第１流路に入り、該第１流路に詰められている蓄
熱材５と熱交換し、更に冷却され、通路７を通つ
て膨張行程容積８に入る。膨張行程容積８は、圧
縮行程容積より約90度位相が進んで動くため、圧
縮ピストン１が上死点にきた時、膨張ピストン９
は約中間位置にあり、ここから下死点に向かう
と、膨張行程容積８のガスが膨張されて温度が下
がる。
縮行程容積２のガスが圧縮され、発熱してアフタ
ークーラ３を通り、冷却され、蓄熱熱交換器４の
第１流路に入り、該第１流路に詰められている蓄
熱材５と熱交換し、更に冷却され、通路７を通つ
て膨張行程容積８に入る。膨張行程容積８は、圧
縮行程容積より約90度位相が進んで動くため、圧
縮ピストン１が上死点にきた時、膨張ピストン９
は約中間位置にあり、ここから下死点に向かう
と、膨張行程容積８のガスが膨張されて温度が下
がる。
次に、膨張ピストン９が下死点から上死点へ動
くと、膨張行程容積８のガスは、圧縮されずに押
されて、流路７を通つて蓄熱熱交換器４の第１流
路に入り、ここで再び蓄熱材５と熱交換すると共
に、蓄熱材５、壁１０及び蓄熱材６からなる熱交
換媒体を介して、第１流路の膨張行程側に隣設さ
れる第２流路の一端開口１１より入つた流体と熱
交換し、従つて二重に加熱され、アフタークーラ
３を通つて圧縮行程容積２に戻る。第２流路の一
端開口１１より入つた流体は、蓄熱材６を通る間
に徐々に冷却されて第１流路の圧縮行程側に隣設
される第２流路の他端開口１２から出る。
くと、膨張行程容積８のガスは、圧縮されずに押
されて、流路７を通つて蓄熱熱交換器４の第１流
路に入り、ここで再び蓄熱材５と熱交換すると共
に、蓄熱材５、壁１０及び蓄熱材６からなる熱交
換媒体を介して、第１流路の膨張行程側に隣設さ
れる第２流路の一端開口１１より入つた流体と熱
交換し、従つて二重に加熱され、アフタークーラ
３を通つて圧縮行程容積２に戻る。第２流路の一
端開口１１より入つた流体は、蓄熱材６を通る間
に徐々に冷却されて第１流路の圧縮行程側に隣設
される第２流路の他端開口１２から出る。
以上説明した実施例においては、本発明の予冷
冷凍機によりジユールトムソン回路の予冷を行う
例を説明したが、本発明は主冷凍機（冷凍機）の
予冷を行うことにも利用することができる。尚、
この際には、主冷凍機の作動ガスが第１流路の膨
張行程容積８側に隣設されるその一端開口１１と
第１流路の圧縮行程容積２側に隣設されるその他
端開口１２との間を流動する。
冷凍機によりジユールトムソン回路の予冷を行う
例を説明したが、本発明は主冷凍機（冷凍機）の
予冷を行うことにも利用することができる。尚、
この際には、主冷凍機の作動ガスが第１流路の膨
張行程容積８側に隣設されるその一端開口１１と
第１流路の圧縮行程容積２側に隣設されるその他
端開口１２との間を流動する。
第１図は従来の冷凍機の断面図、そして第２図
は本発明の冷凍機の断面図である。 １……圧縮ピストン、２……圧縮行程容積、３
……アフタークーラ、４……蓄熱熱交換器、５，
６……蓄熱材、７……流路、８……膨張行程容
積、９……膨張ピストン、１１……一端開口、１
２……他端開口、１３……圧縮シリンダー、１４
……膨張シリンダー。
は本発明の冷凍機の断面図である。 １……圧縮ピストン、２……圧縮行程容積、３
……アフタークーラ、４……蓄熱熱交換器、５，
６……蓄熱材、７……流路、８……膨張行程容
積、９……膨張ピストン、１１……一端開口、１
２……他端開口、１３……圧縮シリンダー、１４
……膨張シリンダー。
Claims (1)
- １ 圧縮シリンダーと、その中を往復運動する圧
縮ピストンと、この圧縮ピストンが形成する圧縮
行程容積に隣接する蓄熱熱交換器と、この蓄熱熱
交換器と流路を介して導通する膨張シリンダー
と、この膨張シリンダーの中で往復運動し前記圧
縮行程容積と約90度の位相差で変動する膨張行程
容積を形成する膨張ピストンからなる冷凍機にお
いて、前記蓄熱熱交換器は前記圧縮行程容積と膨
張行程容積を導通せしめる第１流路と、該第１流
路を流れる作動ガスと熱交換し冷却される流体が
前記第１流路の前記膨張行程容積側から前記圧縮
行程容積側へ流れる少なくとも１個の第２流路を
有し、これら各流路には蓄熱材が詰められてなる
ことを特徴とする予冷冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16109683A JPS6053753A (ja) | 1983-09-01 | 1983-09-01 | 予冷冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16109683A JPS6053753A (ja) | 1983-09-01 | 1983-09-01 | 予冷冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6053753A JPS6053753A (ja) | 1985-03-27 |
| JPH0251111B2 true JPH0251111B2 (ja) | 1990-11-06 |
Family
ID=15728528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16109683A Granted JPS6053753A (ja) | 1983-09-01 | 1983-09-01 | 予冷冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6053753A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6287766A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-22 | アイシン精機株式会社 | 蓄熱型熱交換器 |
-
1983
- 1983-09-01 JP JP16109683A patent/JPS6053753A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6053753A (ja) | 1985-03-27 |
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