JPH0350371Y2

JPH0350371Y2 -

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Publication number: JPH0350371Y2
Application number: JP1986000813U
Authority: JP
Priority date: 1986-01-08
Filing date: 1986-01-08
Publication date: 1991-10-28
Also published as: JPS62115058U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は高圧ヘリウムガスを冷却媒体として使
用する蓄冷器式冷凍機に係り、特に蓄冷器の改良
に関するものである。

［従来の技術］従来からの冷凍機の１つとして、高圧ヘリウム
ガス等を冷却媒体として使用する蓄冷器式冷凍機
が多く採用されてきている。

第３図は、この種のギフオード・マクマホン式
の蓄冷器式冷凍機の概略構成例を断面図にて示し
たものである。第３図において、１は冷却媒体と
しての高圧ヘリウムガスを供給する圧縮機、２は
高圧ヘリウムガス配管、３は低圧ヘリウムガス配
管、４，５はそれぞれ高圧ヘリウムガス配管２、
低圧ヘリウムガス配管３とのコネクタ、６はモー
タハウジング、７はモータ、８はモータ軸、９は
ヘリウムガスを制御する制御バルブ、１０はモー
タハウジング６を支持する支持台、１１はヘリウ
ムガスの流れを制御バルブ９と組合わせて制御す
る制御ブロツク、１２，１３はヘリウムガスの通
路、１４はシール、１５はデイスプレーサの往復
動を制御するサブピストン、１６はシール、１７
はヘリウムガスの通路、１８は第一段デイスプレ
ーサ、１９は第一段蓄冷器であり通常銅製の金網
を重ねたもの等が使用される。また、２０は第一
段シリンダ、２１はヘリウムガスの通路、２２は
第一段寒冷発生区間、２３は被冷却物を取付ける
第一段ヒートステーシヨン、２４はシール、２５
は第二段シリンダ、２６は第二段蓄冷器であり通
常直径１ミリ以下の鉛球等の充填されている。さ
らに、２７は第二段デイスプレーサ、２８はヘリ
ウムガスの通路、２９は被冷却物を取付ける第二
段ヒートステーシヨン、３０は第二段寒冷発生区
間、３１はサブピストン１５を駆動するためのヘ
リウムガス空間である。

かかる構成の蓄冷器式冷凍機において、圧縮機
１で高圧化された常温のヘリウムガスは、高圧ヘ
リウムガス配管２、コネクタ４を通つてモータハ
ウジング６内部に入る。一方、モータ７の回転に
伴いロータリ式の制御バルブ７と制御ブロツク１
１とによつて高圧ヘリウムガスの通路が、および
サブピストン１５によつてデイスプレーサの動き
が夫々制御される。また、上記高圧ヘリウムガス
はヘリウムガスの通路１３，１７を通つて第一段
蓄冷器１９で冷却され、ヘリウムガスの通路２１
を通つて一部は第一段寒冷発生区間２２に貯えら
れる。さらに、残りの高圧ヘリウムガスは第二段
蓄冷器２６を通つて更に冷却され、ヘリウムガス
の通路２８を通つて第二段寒冷発生区間３０に貯
えられる。

第３図はデイスプレーサ１８，２７が最上部に
位置する場合であり、第一段寒冷発生区間２２と
第二段寒冷発生区間３０には、高圧で極低温のヘ
リウムガスが貯えられた状態である。ここで、モ
ータ７の回転によつて制御バルブ９が回転し、
夫々の寒冷発生区間２２，３０は圧縮機１の低圧
ヘリウムガス配管３と連なる。その結果、夫々の
寒冷発生区間２２，３０のヘリウムガスは断熱膨
張を行ない、さらに低温となつて寒冷を発生す
る。その後、夫々の寒冷発生区間２２，３０にあ
る低圧ヘリウムガスの寒冷を第一段蓄冷器１９、
第二段蓄冷器２６で回収するために、第一段デイ
スプレーサ１８、第二段デイスプレーサ２７はサ
ブピストン１５の働きによつて下降する。さら
に、高圧のヘリウムガスを第一段寒冷発生区間２
２、第二段寒冷発生区間３０に導入するために、
第一段デイスプレーサ１８、第二段デイスプレー
サ２７は上昇して第３図の状態に戻る。以上のよ
うなサイクルを繰返すことによつて、冷凍機は間
欠的に低温を発生することができる。

［考案が解決しようとする問題点］ところで、前述したような蓄冷器式冷凍機にお
いて、第二段蓄冷器２６にはその蓄冷材として第
４図に示すような鉛等でできた球状の蓄冷材３２
が使用されているが、この第４図のような鉛製の
蓄冷材は第５図に示すように、20^K以下の極低温
になると熱容量すなわち比熱が小さくなつて蓄冷
器２６の性能が低下し、結果的に蓄冷器式冷凍機
の性能が低下することになる。特に10^K以下にお
いては、ほとんど蓄冷器として役割を果たさなく
なる。従つて、20^K以下の極低温を蓄冷器式冷凍
機で実現させる場合には、蓄冷器の性能低下防止
のために蓄冷器を大きくする、換言すれば蓄冷材
を多く使用するようにすればよいが、このように
すると蓄冷器２６の容積および重量が増加するば
かりでなくコストも高くなり、結果的に蓄冷器式
冷凍機の容積および重量が増加しコストも高いも
のになるという問題がある。また、10^K以下の極
低温を蓄冷器式冷凍機で実現させることは非常に
困難であり、冷凍機の効率（性能）も悪くなると
いう問題がある。

そこで、本考案は上記のような問題点を解決す
るために成されたもので、その目的は蓄冷器の容
積および重量を低減すると共にコストを低下させ
つつ蓄冷器の性能を向上させ、もつて冷凍機の性
能を向上させつつその容積、重量ならびにコスト
の低減を図ることが可能な信頼性の高い蓄冷器式
冷凍機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］上記の目的を達成するため本考案では、高圧ヘ
リウムガスを冷却媒体として使用する蓄冷器式冷
凍機において、蓄冷器に使用される球状の蓄冷材
を外皮と内実の二層構造とし、この二層構造蓄冷
材の内実に常温から20^K付近で比熱の大きい材料
（鉛等の材料）を使用し、また外皮に20^K以下で比
熱の大きい材料（ヨーロピウム・サルフアイド
（EuS），ガドリニウム・ロジウム（GdRh）等の
材料）を使用するようにしたことを特徴とする。

［作用］上述した構成の蓄冷器式冷凍機においては、二
層構造蓄冷材の内実に常温から20^K付近で比熱の
大きい材料を使用し、また外皮に20^K以下で比熱
の大きい材料を使用するようにしていることか
ら、常温から20^K付近までは従来使用されている
鉛等が蓄冷材として役割を果たし、20^K以下にお
いてはEuS，GdRh等が蓄冷材としての役割を果
たすので、蓄冷器の20^K以下での性能低下を防止
することができることになる。

［実施例］以下、本考案の一実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図および第２図は本考案による一実施例を
示すもので、第１図は本考案による球状の蓄冷材
が密に充填された状態を示すものであり、また第
２図は本考案による二層に構成した球状蓄冷材の
断面図を示すものである。

第１図および第２図において、４０は常温から
20^K付近で比熱の大きい鉛等の材料でできた内実
であり、また４１は20^K以下で比熱の大きいヨー
ロピウム・サルフアイド（EuS）、ガドリニウ
ム・ロジウム（GdRh）等の材料でできた外皮で
ある。

すなわち本実施例による蓄冷器式冷凍機は、前
述した第３図における第二段蓄冷器２６に使用さ
れる球状の蓄冷材を、第２図に示すように外皮４
１と内実４０の二層構造とし、この二層構造蓄冷
材の内実４０に常温から20^K付近で比熱の大きい
鉛等の材料を使用し、また外皮４１に20^K以下で
比熱の大きいヨーロピウムサルフアイド（EuS）、
ガドリニウム・ロジウム（GdRh）等の材料を使
用し、かかる球状の蓄冷材を第１図に示すように
密状態で第二段蓄冷器２６に充填する構成とした
ものである。

かかる構成の蓄冷器式冷凍機において、鉛等で
構成された蓄冷材の内実部分４０は常温から20^K
付近までは比熱が比較的大きく、したがつて蓄冷
材としての役割を果たすことになる。次に、冷凍
機の冷凍が進んで20^K以下になると、今度はヨー
ロピウム・サルフアイド（EuS）、ガドリニウ
ム・ロジウム（GdRh）等の材料で構成された蓄
冷材の外皮部分４１の比熱が内実部分４０の比熱
よりも大きくなるので、この部分が蓄冷材として
の役割を果たすことになる。従つて、常温から
10^K以下までの広い温度領域において蓄冷器の性
能を充分に発揮することができることになる。

上述したように本実施例による蓄冷器式冷凍機
においては、次のような作用効果が得られるもの
である。

(a) 常温から10^K以下の広範囲の温度領域におい
て蓄冷器の性能を向上することができる。

(b) 蓄冷器の性能向上（使用する蓄冷材が少量で
済む）により、蓄冷器の容積および重量を低減
すると共にコストを低下させることができる。

(c) 上記ａ，ｂにより冷凍機としての性能を向上
させつつその容積、重量ならびにコストの低減
を図ることができる。

尚、本考案は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施すること
ができるものである。

上述した第１図の実施例では、本考案を蓄冷器
式冷凍機に適用した場合を述べたが、これに限ら
れることなく例えば蓄冷器を使用した極低温機器
についても本考案を同様に適用することができる
ものである。

また、上述した第１図の実施例では二層構造蓄
冷材の内実に常温から20^K付近で比熱の大きい材
料として鉛等を使用し、また外皮に20^K以下で比
熱の大きい材料としてヨーロピウム・サルフアイ
ド（EuS）、ガドリニウム・ロジウム（GdRh）等
を夫々使用した場合を述べたが、これに限られる
ことなくその他の材料を使用するようにしても良
いことは言うまでもない。

その他、本考案はその要旨を変更しない範囲
で、種々に変形して実施することができるもので
ある。

［考案の効果］以上説明したように本考案によれば、高圧ヘリ
ウムガスを冷却媒体として使用する蓄冷器式冷凍
機において、蓄冷器に使用される球状の蓄冷材を
外皮と内実の二層構造とし、この二層構造蓄冷材
の内実に常温から20^K付近で比熱の大きい材料
（鉛等の材料）を使用し、また外皮に20^K以下で比
熱の大きい材料（ヨーロピウムサルフアイド
（EuS）、ガドリニウム・ロジウム（GdRh）等の
材料）を使用するようにしたので、蓄冷器の容積
および重量を低減すると共にコストを低下させつ
つ蓄冷器の性能を向上させ、もつて冷凍機の性能
を向上させつつその容積、重量ならびにコストの
低減を図ることが可能な極めて信頼性の高い蓄冷
器式冷凍機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による蓄冷材の充填
状況を示す図、第２図は本考案に適用する蓄冷材
を示す断面構成図、第３図は従来の蓄冷器式冷凍
機を示す断面構成図、第４図は従来の蓄冷材（鉛
球）の充填状況を示す図、第５図は鉛とヨーロピ
ウムサルフアイド（EuS）の比熱の比較図であ
る。１……圧縮機、２……高圧ヘリウムガス配管、
３……低圧ヘリウムガス配管、４，５……高圧ヘ
リウムガス配管２，低圧ヘリウムガス配管３との
コネクタ、６……モータハウジング、７……モー
タ、８モータ軸、９……制御バルブ、１０……支
持台、１１……制御ブロツク、１２，１３……ヘ
リウムガスの通路、１４……シール、１５……サ
ブピストン、１６……シール、１７……ヘリウム
ガスの通路、１８……第一段デイスプレーサ、１
９……第一段蓄冷器、２０……第一段シリンダ、
２１……ヘリウムガスの通路、２２……第一段寒
冷発生区間、２３……第一段ヒートステーシヨ
ン、２４……シール、２５……第二段シリンダ、
２６……第二段蓄冷器、２７……第二デイスプレ
ーサ、２８……ヘリウムガスの通路、２９……第
二段ヒートステーシヨン、３０……第二段寒冷発
生区間、３１……ヘリウムガス空間、３２……球
状蓄冷材、４０……内実部分、４１……外皮部
分。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

高圧ヘリウムガスを冷却媒体として使用する蓄
冷器式冷凍機において、蓄冷器に使用される球状
の蓄冷材を外皮と内実の二層構造とし、この二層
構造蓄冷材の内実に常温から20^K付近で比熱の大
きい材料を使用し、また外皮に20^K以下で比熱の
大きい材料を使用するようにしたことを特徴とす
る蓄冷器式冷凍機。