JPH04159467A

JPH04159467A - 極低温膨張機

Info

Publication number: JPH04159467A
Application number: JP28462490A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nomura; 野村　和雄; Tokuji Nishijo; 西場　徳二
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-10-22
Filing date: 1990-10-22
Publication date: 1992-06-02

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。

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ホンサイクル、ソルベーサ
イクル等のガスサイクルを備えた極低温膨張機に関する
。

（口）従来の技術従来の極低温膨張機は例えば実公昭５　９−３　３９１
１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図及び第６
図において、排気包囲体５０（そのうちの壁５１の一部
分だけを図示）の中にはおおくの縦仕切り５２からなる
仕切り装置５３によって形成きれたクライオポンプ本体
が配置され、縦仕切り５２は多角形輪郭の配置で端部仕
切り５４．５５の間に延びている。仕切り５２は端部仕
切り５４．５５に設けられている旋回軸受内に係合する
突起５６．５７によって決まる縦軸線を軸線とするよう
に取付けられている。端部仕切り５４の下方にはリング
５８が周方向に回転するように取付けられ、このリング
は密封連結部５９によって包囲体壁５１を貫通するリン
ク機構６０によって回転きれている。リング５８は周方
向旋回部分６１に固定され、この部分は蝶番リング６２
によって各仕切り５２に連絡きれている。これによれば
、第５図に示される全閉位置から出発するリンク機構６
０の矢印ｆ，の方向の牽引によって矢印ｆ，の方向の周
方向回転運動が生じ、さらに前記牽引によって蝶番リン
グ６２を介して回転開き運動が生じて閉位置のときに仕
切り５２，５４、５５によって包囲されていた局限区域
と包囲体５０の残りの部分との間の広範な連通が起こる
。

仕切り５２は金属性の特有の特性を有し、望ましくは熱
伝導性の金属からなる。これは一面だけ吸着材物質のＭ
２Ｓで被覆され、これは一般に金属面に接着された活性
炭素またはゼオライトの粒子で形成されている。溶接さ
れた管などの冷却部材が仕切り５２を冷却できるように
するため２０″にのヘリウムを輸送する。仕切り５２の
内側面及びこれらの吸着材物質層６３は吸着によって捕
捉をするための壁を形成し、吸着材を有しない同じ仕切
り５２の外側面６４は凝縮によって捕捉するための壁を
形成している。

この構造の極低温膨張機ではヘリウムで冷却された仕切
り５２を閉位置にし、吸着をしない仕切り５２の外側面
６４によって凝縮可能気体を凝縮捕捉許せ、次いで仕切
り５２を開位置にして吸着材物質の層６３で凝縮不能気
体を吸着させて捕捉し、この吸着材物質に凝縮相物質層
に凝縮可能気体が吸着して凝縮不能気体の排気容量が減
少しないようにしている。

（ハ）発明が解決しようとする課題しかしながら、仕切り装置５３は仕切り５２の一方の面
で凝縮可能気体を凝縮捕捉し、他方の面で凝縮不能気体
を吸着材物質に吸着させて吸着捕捉しているため、仕切
り５２を閉位置にしたときにこれらの仕切りの合わせ部
の気密が不十分であると、吸着材物質に凝縮可能気体が
凝縮し、この吸着材物質での凝縮不能気体の吸着捕捉の
能力が低下する問題があった。

この発明は上記の問題を解決するもので、吸着面に凝縮
気体が運転初期に凝縮しないようにした極低温膨張機を
提供することを目的としたものである。

（二）課題を解決するための手段この発明は高温シリンダと低温シリンダとを一体に形成
したシリンダと、これらのシリンダ内を往復動するディ
スプレーサと、このディスプレーサ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
れらのバッファ−空間と膨張空間とを連通ずるガス通路
ｅ太１目転妹と、夫々のシリンダの外周に設けられたコ
ールドヘッドと、このコールドヘッドに取付けられた気
体補捉用のパネルとで構成きれた極低温膨張機において
、前記ディスプレーサに高温シリンダ側から低温シリン
ダ側への作動流体の流れを制御する流量制御装置を設け
、この流量制御装置で所定温度まで高温シリンダの温度
低下を低温シリングの温度低下より早くしたものである
。

また、この発明はシリンダのコールドへ１．、ドと気体
補捉用のパネルとの間の間隔を調整する部材を設けたも
のである。

（＊）作用この発明は上記のように構成したことにより、高温シリ
ンダ側から低温シリンダ側への作動流体の流れを流量制
御装置で規制し、運転初期に高温シリンダの温度低下を
低温シリンダの温度低下よりも早めてこの低温シリンダ
のパネルに気体を凝縮しないようにして凝縮しない気体
の吸着容量の低下を防止するようにしたものである。

（へ）実施例以下この発明を第１図乃至第３図に示す実施例に基いて
説明する。

１は圧縮装置で、この圧縮装置には給排気装置２の給気
弁３を有する高圧ライン４と排気弁５を有する低圧ライ
ン６とが接続きれている。７は負荷ユニットで、この負
荷ユニットは高真空にする室８を有する枠体９に取付け
られるケーシング１０と、このケーシング内に収納され
た極低温膨張機１１と、この膨張機に取付けられた吸着
装置１２とで構成されている。極低温膨張機１１はシリ
ンダ１３と、このシリンダ内を駆動装置（図示せず）に
連結されたシャフト１４によって摺動するディスプレー
サ１５とで形成されている。シリンダ１３は大径の高温
シリンダ１６と、小径の低温シリンダ１７とで形成され
ている。ディスプレーサ１５は高温シリンダ１６内を摺
動する第１デイスプレーサ１８と、低温シリンダ１７内
を摺動する第２デイスプレーサ１９とで形成きれている
。

ディスプレーサ１５の外周にはシリンダ１３の内壁に沿
って摺動するシールリング２０．２０が設けられている
。シリンダ１３内にはディスプレーサ１５によって可変
容積のバッファー空間２１、第１膨張空間２２及び第２
膨張空間２３が区画形成されている。バッファー空間２
１と第１・第２膨張空間２２．２３とは第１デイスプレ
ーサ１８内の第１空間２４と、第２デイスプレーサ１９
内の第２空間２５とを介して連通されている。

高温シリンダ１６には第１膨張空間２２側の外周に第１
コールドヘツド２６が、低温シリンダ１７には第２膨張
空間２３側の外周に第２コールドヘツド２７が取付けら
れている。

吸着装置１２は第１コールドヘツド２６に取付けられて
ケーシング１０の内壁に沿って設けられた輻射シールド
２８と、第２コールドヘツド２７に取付けられた吸着材
を有するクライオパネル２９と、このクライオパネルの
上部で輻射シールド２Ｂに取付けられたバッフル３０と
で構成されている。

３１は流量制御装置で、この流量制御装置はディスプレ
ーサ１５の第１空間２４と第２空間２５との間の連通路
３２に設けられている。流量制御装置３１は内部に１５
０°にで凝縮を始める二酸化炭素等の気体を充填したベ
ローズ３３で形成されている。

枠体９には高真空にする室８内とケーシング１０内とを
予め１０−Ｉトールの真空にする機械的な真空ポンプ３
４が取付けられている。

このように構成された極低温膨張機において、最初に枠
体９の室８内とケーシング１０内とは真空ポンプ３４に
よって１０−’トールの圧力まで排気される。次に、圧
縮装置１で圧縮されたヘリウム等の作動流体が極低温膨
張機１１の高温シリンダ１６と低温シリンダ１７内で第
１デイスプレーサ１８及び第２デイスプレーサ１９によ
って第１・第２膨張空間２２．２３で膨張して寒冷を発
生し、第１コールドヘツド２６は８０”Ｋ、第２コール
ドヘツド２７は１５’にの極低温に冷却されている。そ
して、室８内とケーシング１０内との残留ガスはバッフ
ル３０と輻射シールド２８とに水蒸気や二酸化炭素が凝
縮し、クライオパネル２９の吸着材にネオンやヘリウム
が吸着して捕捉きれる。枠体９の室８内は１０−”トー
ルの高真空にされる。

真空ポンプ３４での一次排気の終了した運転初期には流
量制御装置３１のベローズ３３が伸張し、連絡路３２を
璽いて第１空間２４から第２空間２５へ作動流体が流れ
ないようにされている。

すなわち、圧縮装置１で圧縮された作動流体は高圧ライ
ン４を給排気装置２の給気弁３を開放しているとき流れ
てバッファー空間２１に流入する。

このバッファー空間内の作動流体は第１デイスプレーサ
１８の第１空間２４内に入りディスプレーサ１５の膨張
行程のときに第１膨張空間２２内に入って膨張して寒冷
を発生し、高温シリンダ１６に取付けられた第１コール
ドヘツド２６を冷却している。また、第１空間２４から
第２空間２５内への作動流体の流れは流量制御装置３１
で阻止きれ、低温シリンダの第２膨張空間２３で作動流
体が寒冷を発生しないようにしている。また、第２コー
ルドヘツド２７は第１コールドヘツド２６から低温シリ
ンダ１７を介して熱伝導によって冷却されている。この
ため、第１コールドヘツド２６は第２コールドヘツド２
７よりも先に冷やされ、輻射シールド２８とバッフル３
０とがクライオパネル２９より低温になり、凝縮する水
蒸気や二酸化炭素がバッフル３０で凝縮して補捉され、
クライオパネル２９に水蒸気や二酸化炭素が補捉されな
いようにしている。

流量制御装置３１はベローズ３３内部の気体が１５０’
にで凝縮を始めてこのベローズが徐々に収縮することに
より、連絡路３２が段々に開口されて第１デイスプレー
サ１８の第１空間２４と第２デイスプレーサ１９の第２
空間２５とを介してバッファー空間２１内の作動流体が
第２膨張空間２３内に入る量が徐々に増える。この第２
膨張空間内で膨張して寒冷を発生する作動流体は低温シ
リンダ１７に取付けられた第２コールドへラド２７を徐
々に１５°Ｋに冷却している。そして、第２コールドヘ
ツド２７はクライオパネル２９を冷却してヘリウムやネ
オン等の気体を吸着材に吸着させるようにしている。ま
た、クライオパネル２９は極低温の運転初期に比較的高
温度で凝縮する水蒸気や二酸化炭素等が補捉されないの
で、１５°にで凝縮しないヘリウムやネオン等の気体を
補捉する面積が低下しないようにされている。

この発明は高温シリンダ１６を低温シリンダ１７よりも
運転初期に流量制御装置３１で所定温度まで早く低温度
に下げることにより、運転初期にクライオパネル２９に
水蒸気や二酸化炭素が凝縮し、このクライオパネルでの
ヘリウムやネオン等を補捉する面積が低下しないように
したものである。

尚、上記説明においては第１デイスプレーサ１６と第２
デイスプレーサ１７との間に流量制御装置３１を設けて
説明したが、第４図に示すように第１コールドヘツド３
５に設けたベローズ３６でクライオパネル３７を第２コ
ールドヘツド３８から熱的に結合切り離し自在にしてク
ライオパネル３７が運転初期に第２コールドヘツド３８
で冷却されないようにして凝縮する気体を補捉しないよ
うにしても同様な効果を有することは言うまでもない、
また、第２コールドヘツドにベローズを設けてクライオ
パネルを第２コールドヘツド自身の熱で結合切り離し自
在に設けても、第１空間と第２空間とを円筒リングの熱
膨張の違いで開口面積が変化するようにしても同様な効
果を有することは言うまでもない。

（ト）発明の効果以上のようにこの発明によれば、ディスプレーサに高温
シリンダ側から低温シリンダ側への作動流体の流れを制
限する流量制御装置を設け、この流量制御装置で所定温
度まで高温シリンダの温度低下を低温シリンダの温度低
下より早くしたのであるから、極低温運転初期に低温シ
リンダへの作動流体の流れを制限し、所定温度までの高
温シリンダの温度低下を低温シリンダの温度低下よりも
早くすることができ、運転初期に低温シリンダで冷却さ
れるパネルに凝縮して捕捉される気体が付着しないよう
にでき、低温シリンダのパネルでの吸着面積が運転初期
に減少しないようにできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す極低温ユニットの回
路図、第２図は同じく極低温膨張機の断面図、第３図は
同じく極低温膨張機の流量制御装置の開口時の状・態を
示す要部拡大断面図、第４図は他の実施例を示す極低温
膨張機にタライ才バネルを取付けた要部断面図、第５図
は従来例を示す初期排気段階のタライオポンブの一部分
解斜視図、第６図は同じく最終排気段階のタライオボン
ブの斜視図である。１３・・・シリンダ、　　１５・・・ディスプレーサ、
１６・・・高温シリンダ、　　１７・・・低温シリンダ
、２１・・・バッファー空間、　２２・・・第１膨張空
間、２３・・・第２膨張空間、　２４・・・第１空間、
　２５・・・第２空間、　　２６．３４・・・第１コー
ルドヘツド、　　２７．３７・・・第２コールドヘツド
、　　２８・・・輻射シールド、　　２９．３６・・・
クライオパネル、　　３０・・・バッフル、　３１・・
・流量制御装置、３３．３５・・・ベローズ。

Claims

【特許請求の範囲】１、高温シリンダと低温シリンダとを一体に形成したシ
リンダと、これらのシリンダ内を往復動するディスプレ
ーサと、このディスプレーサ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、これらの
バッファー空間と膨張空間とを連通するガス通路と、夫
々のシリンダの外周に設けられたコールドヘッドと、こ
のコールドヘッドに取付けられた気体補捉用のパネルと
で構成された極低温膨張機において、前記ディスプレー
サに高温シリンダ側から低温シリンダ側への作動流体の
流れを制御する流量制御装置を設け、この流量制御装置
で所定温度まで高温シリンダの温度低下を低温シリンダ
の温度低下より早くしたことを特徴とする極低温膨張機
。２、流量制御装置を内部に低温シリンダの到達温度より
も高い温度で凝縮する気体を充填したベローズで形成し
たことを特徴とする第１請求項に記載された極低温膨張
機。３、流量制御装置を熱膨張係数の異なる材料で形成した
ことを特徴とする第１請求項に記載された極低温膨張機
。４、高温シリンダと低温シリンダとを一体に形成したシ
リンダと、これらのシリンダ内を往復動するディスプレ
ーサと、このディスプレーサ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、これらの
バッファー空間と膨張空間とを連通するガス通路と、夫
々のシリンダの外周に設けられたコールドヘッドと、こ
のコールドヘッドに取付けられた気体補捉用のパネルと
で構成された極低温膨張機において、前記シリンダのコ
ールドヘッドとパネルの間の間隔を調整する部材を設け
たことを特徴とする極低温膨張機。５、低温シリンダのコールドヘッドと気体補捉用のパネ
ルとの間の間隔を調整する部材を内部に凝縮する気体を
充填したベローズで形成したことを特徴とする第４請求
項に記載された極低温膨張機。