JPH04320765A - 極低温冷凍装置 - Google Patents
極低温冷凍装置Info
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- JPH04320765A JPH04320765A JP8857991A JP8857991A JPH04320765A JP H04320765 A JPH04320765 A JP H04320765A JP 8857991 A JP8857991 A JP 8857991A JP 8857991 A JP8857991 A JP 8857991A JP H04320765 A JPH04320765 A JP H04320765A
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- metal hydride
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- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
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- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 claims description 26
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- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 abstract description 4
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
- F25B9/145—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1406—Pulse-tube cycles with pulse tube in co-axial or concentric geometrical arrangements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
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- F25B2309/1408—Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
-
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1421—Pulse-tube cycles characterised by details not otherwise provided for
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- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1424—Pulse tubes with basic schematic including an orifice and a reservoir
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスチューブとコン
プレッサーとの間で水素を含むガス状冷媒を往復移動さ
せてなる極低温冷凍装置に関する。
プレッサーとの間で水素を含むガス状冷媒を往復移動さ
せてなる極低温冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本出願人が特願平２−１３４５６４号で
出願した従来の極低温冷凍装置では、図４に示すように
、コンプレッサー１を、蓄冷器２、低温端熱交換器３及
びパルスチューブ４に順次連通し、このパルスチューブ
４とコンプレッサー１との間で水素を含むガス状冷媒を
往復移動させると共に、パルスチューブ４の高温端部５
に、水素フィルター６を介して小容器７を連通し、この
小容器７に金属水素化物８を収納している。
出願した従来の極低温冷凍装置では、図４に示すように
、コンプレッサー１を、蓄冷器２、低温端熱交換器３及
びパルスチューブ４に順次連通し、このパルスチューブ
４とコンプレッサー１との間で水素を含むガス状冷媒を
往復移動させると共に、パルスチューブ４の高温端部５
に、水素フィルター６を介して小容器７を連通し、この
小容器７に金属水素化物８を収納している。
【０００３】これにより前記ガス状冷媒は、圧縮過程に
おいてパルスチューブ４から小容器７に流入してここで
金属水素化物８に対して平衡水素圧力が上昇して吸収さ
れるようになり、また膨張過程において小容器７から強
制排気されこの小容器７内が低圧化して金属水素化物８
から放出されるようになり、よってガス状冷媒の吸収、
放出量分だけバルスチューブ４に吸排気量が加算され実
質的に装置全体の容積がアップされるようになり、従っ
て実質的容積のアップ分だけ、バルスチューブ４を小型
化できるようにしている。
おいてパルスチューブ４から小容器７に流入してここで
金属水素化物８に対して平衡水素圧力が上昇して吸収さ
れるようになり、また膨張過程において小容器７から強
制排気されこの小容器７内が低圧化して金属水素化物８
から放出されるようになり、よってガス状冷媒の吸収、
放出量分だけバルスチューブ４に吸排気量が加算され実
質的に装置全体の容積がアップされるようになり、従っ
て実質的容積のアップ分だけ、バルスチューブ４を小型
化できるようにしている。
【０００４】しかしながら前記極低温冷凍装置では、前
記水素フィルター６を前記小容器７の入口部分の狭い範
囲にしか設けていないめ、このフィルター６の流通冷媒
は極端に絞られ前記金属水素化物８に対し局部に集中し
不均一にしか作用し得ず水素の吸収・解離作用更には水
素流自体も不安定なものとなり、この流通冷媒の不安定
状態は前記コンプレッサー１の往復駆動周波数のアップ
時にはいっそう顕著になり、従って所定の冷凍能力の得
られない欠点がある。
記水素フィルター６を前記小容器７の入口部分の狭い範
囲にしか設けていないめ、このフィルター６の流通冷媒
は極端に絞られ前記金属水素化物８に対し局部に集中し
不均一にしか作用し得ず水素の吸収・解離作用更には水
素流自体も不安定なものとなり、この流通冷媒の不安定
状態は前記コンプレッサー１の往復駆動周波数のアップ
時にはいっそう顕著になり、従って所定の冷凍能力の得
られない欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は斯る点に鑑み
、高周波駆動時においても性能の劣化及び能力の低下を
生じない極低温冷凍装置をコンパクトな構造で提供する
ものである。
、高周波駆動時においても性能の劣化及び能力の低下を
生じない極低温冷凍装置をコンパクトな構造で提供する
ものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、コンプレッサ
ーを、蓄冷器、低温端熱交換器及びパルスチューブに順
次連通し、このパルスチューブと前記コンプレッサーと
の間で水素を含むガス状冷媒を往復移動させると共に、
前記パルスチューブの高温端部に小容器を連通し、この
小容器に金属水素化物を収納してなるものであって、前
記小容器を扁平形状に形成し、この小容器の扁平面に前
記金属水素化物を広範囲で敷設すると共に、前記小容器
の内部に、平板状水素フィルターを前記金属水素化物に
対し略平行な態様で配設したものである。
ーを、蓄冷器、低温端熱交換器及びパルスチューブに順
次連通し、このパルスチューブと前記コンプレッサーと
の間で水素を含むガス状冷媒を往復移動させると共に、
前記パルスチューブの高温端部に小容器を連通し、この
小容器に金属水素化物を収納してなるものであって、前
記小容器を扁平形状に形成し、この小容器の扁平面に前
記金属水素化物を広範囲で敷設すると共に、前記小容器
の内部に、平板状水素フィルターを前記金属水素化物に
対し略平行な態様で配設したものである。
【０００７】
【作用】本発明によれば、ガス状冷媒は小容器の内部で
拡散してから平板状水素フィルターの広範囲面を円滑に
透過して金属水素化物に対しその略全域に均等に作用す
るようになり、よって前記ガス状冷媒の水素は、前記金
属水素化物に対しその表面全体に均等に加圧・減圧作用
することで吸収・解離作用が高速化して安定し、水素流
自体も安定したものとなり、従って極低温冷凍装置は高
周波駆動時においても安定した冷凍能力を維持できるよ
うになる。
拡散してから平板状水素フィルターの広範囲面を円滑に
透過して金属水素化物に対しその略全域に均等に作用す
るようになり、よって前記ガス状冷媒の水素は、前記金
属水素化物に対しその表面全体に均等に加圧・減圧作用
することで吸収・解離作用が高速化して安定し、水素流
自体も安定したものとなり、従って極低温冷凍装置は高
周波駆動時においても安定した冷凍能力を維持できるよ
うになる。
【０００８】
【実施例】次に本発明の一実施例について説明する。
【０００９】図１、図２において、９はコンプレッサー
で、シリンダー１０にピストン１１を収納している。こ
のコンプレッサー９は、図示しない駆動装置による高周
波駆動時にはピストン１１が高速で往復動するように構
成されている。１２はコンプレッサー９に連通した予冷
系熱交換器で、水冷又は空冷される。１３は予冷系熱交
換器１２に連通した蓄冷器で、蓄冷剤１４を収納してい
る。１５は蓄冷器１３に連通した低温端熱交換器、１６
は低温端熱交換器１５に連通したステンレス鋼製のパル
スチューブで、圧縮過程においてガス状圧縮冷媒を流入
部１７から高温端部１８に向けて圧送する。高温端部１
８は、バルスチューブ１６内で発生した圧縮熱により加
熱され、その熱を水冷又は空冷により放熱するように構
成されている。
で、シリンダー１０にピストン１１を収納している。こ
のコンプレッサー９は、図示しない駆動装置による高周
波駆動時にはピストン１１が高速で往復動するように構
成されている。１２はコンプレッサー９に連通した予冷
系熱交換器で、水冷又は空冷される。１３は予冷系熱交
換器１２に連通した蓄冷器で、蓄冷剤１４を収納してい
る。１５は蓄冷器１３に連通した低温端熱交換器、１６
は低温端熱交換器１５に連通したステンレス鋼製のパル
スチューブで、圧縮過程においてガス状圧縮冷媒を流入
部１７から高温端部１８に向けて圧送する。高温端部１
８は、バルスチューブ１６内で発生した圧縮熱により加
熱され、その熱を水冷又は空冷により放熱するように構
成されている。
【００１０】而して前記極低温冷凍装置は、その高温端
部１８に、小容器１９を連通し、この小容器１９に金属
水素化物２０を収納してある。前記小容器１９は、扁平
形状に形成し、この小容器１９の扁平面１９ａに前記金
属水素化物２０を広範囲で敷設すると共に、この小容器
１９の内部に、平板状水素フィルター２１を前記金属水
素化物２０に対し略平行な態様で配設してある。また前
記金属水素化物２０は、図３において、縦軸に圧力（ａ
ｔｍ）を横軸に水素吸収量（ｗｔ％）を夫々とって、Ｐ
Ｃ曲線を示すように、水素ガスが圧縮されこの金属水素
化物２０に対し平衡圧力が高まり矢印Ａ方向に移行する
場合に水素ガスを吸収し、また水素ガスが低圧化してこ
の金属水素化物２０に対し平衡圧力が低下し矢印Ｂ方向
に移行する場合に水素ガスを放出する特性を有するよう
に構成してある。
部１８に、小容器１９を連通し、この小容器１９に金属
水素化物２０を収納してある。前記小容器１９は、扁平
形状に形成し、この小容器１９の扁平面１９ａに前記金
属水素化物２０を広範囲で敷設すると共に、この小容器
１９の内部に、平板状水素フィルター２１を前記金属水
素化物２０に対し略平行な態様で配設してある。また前
記金属水素化物２０は、図３において、縦軸に圧力（ａ
ｔｍ）を横軸に水素吸収量（ｗｔ％）を夫々とって、Ｐ
Ｃ曲線を示すように、水素ガスが圧縮されこの金属水素
化物２０に対し平衡圧力が高まり矢印Ａ方向に移行する
場合に水素ガスを吸収し、また水素ガスが低圧化してこ
の金属水素化物２０に対し平衡圧力が低下し矢印Ｂ方向
に移行する場合に水素ガスを放出する特性を有するよう
に構成してある。
【００１１】前記極低温冷凍装置では、圧縮過程におい
ては、コンプレッサー９のピストンで圧縮されたガス状
冷媒は、予冷系熱交換器１２、蓄冷器１３及び低温端熱
交換器１５を通る間に冷却してパルスチューブ１６に流
入しこのパルスチューブ１６の残留冷媒を圧縮してその
圧縮熱を高温端部１８で放熱し、その後、膨張過程にお
いては、ピストン１１が引き上げられ、ガス状冷媒は、
復帰移動しパルスチューブ１６内で断熱膨張し更に低温
化して低温端熱交換器１５及び蓄冷器１５を冷却しコン
プレッサー９に戻るようになり、斯る往復移動サイクル
を繰り返すことにより低温端熱交換器１５に１５０〜２
０Ｋ（−１２３〜２５３℃）の極低温が得られる。
ては、コンプレッサー９のピストンで圧縮されたガス状
冷媒は、予冷系熱交換器１２、蓄冷器１３及び低温端熱
交換器１５を通る間に冷却してパルスチューブ１６に流
入しこのパルスチューブ１６の残留冷媒を圧縮してその
圧縮熱を高温端部１８で放熱し、その後、膨張過程にお
いては、ピストン１１が引き上げられ、ガス状冷媒は、
復帰移動しパルスチューブ１６内で断熱膨張し更に低温
化して低温端熱交換器１５及び蓄冷器１５を冷却しコン
プレッサー９に戻るようになり、斯る往復移動サイクル
を繰り返すことにより低温端熱交換器１５に１５０〜２
０Ｋ（−１２３〜２５３℃）の極低温が得られる。
【００１２】また前記極低温冷凍装置では、ガス状冷媒
は、圧縮過程において前記小容器１９の内部の金属水素
化物２０に対して平衡水素圧力が上昇して吸収されるよ
うになり、また膨張過程において前記小容器１９から強
制排気されこの小容器１９の内部が低圧化して金属水素
化物２０から放出されるようになり、よって、ガス状冷
媒の吸収、放出分だけパルスチューブ１６に吸排気量が
加算され実質的に容器全体の吸排気量がアップされるよ
うになり、従って実質的容積のアップ分だけ、パルスチ
ューブ１６を小型化できるようになる。
は、圧縮過程において前記小容器１９の内部の金属水素
化物２０に対して平衡水素圧力が上昇して吸収されるよ
うになり、また膨張過程において前記小容器１９から強
制排気されこの小容器１９の内部が低圧化して金属水素
化物２０から放出されるようになり、よって、ガス状冷
媒の吸収、放出分だけパルスチューブ１６に吸排気量が
加算され実質的に容器全体の吸排気量がアップされるよ
うになり、従って実質的容積のアップ分だけ、パルスチ
ューブ１６を小型化できるようになる。
【００１３】また前記極低温冷凍装置では、ガス状冷媒
は小容器１９の内部で拡散してから平板状水素フィルタ
ー２１の広範囲面を円滑に通過して金属水素化物２０に
対しその略全域に均等に作用するようになり、よって前
記ガス状冷媒の水素は前記金属水素化物２０に対しその
表面全体に均等に加圧・減圧作用することで吸収・解離
作用が高速化して安定し、水素流自体も安定したものと
なり、従って極低温冷凍装置は高周波駆動時においても
安定した冷凍能力を維持できるようになる。
は小容器１９の内部で拡散してから平板状水素フィルタ
ー２１の広範囲面を円滑に通過して金属水素化物２０に
対しその略全域に均等に作用するようになり、よって前
記ガス状冷媒の水素は前記金属水素化物２０に対しその
表面全体に均等に加圧・減圧作用することで吸収・解離
作用が高速化して安定し、水素流自体も安定したものと
なり、従って極低温冷凍装置は高周波駆動時においても
安定した冷凍能力を維持できるようになる。
【００１４】
【発明の効果】本発明は以上のように構成したから、ガ
ス状冷媒は小容器の内部で拡散してから平板状水素フィ
ルターの広範囲面を円滑に通過して金属水素化物に対し
その略全域に均等に作用するようになり、よって前記ガ
ス状冷媒の水素は前記金属水素化物に対しその表面全体
に均等に加圧・減圧作用することで吸収・解離作用が高
速化し安定し、水素流自体も安定したものとなり、従っ
て極低温装置の冷凍能力を高速駆動時においても高く維
持できる。
ス状冷媒は小容器の内部で拡散してから平板状水素フィ
ルターの広範囲面を円滑に通過して金属水素化物に対し
その略全域に均等に作用するようになり、よって前記ガ
ス状冷媒の水素は前記金属水素化物に対しその表面全体
に均等に加圧・減圧作用することで吸収・解離作用が高
速化し安定し、水素流自体も安定したものとなり、従っ
て極低温装置の冷凍能力を高速駆動時においても高く維
持できる。
【図１】本発明の一実施例の冷媒回路図である。
【図２】本発明の一実施例の概略的縦断面図である。
【図３】本発明の一実施例に備えた金属水素化物におけ
る水素ガスの吸収・解離特性図である。
る水素ガスの吸収・解離特性図である。
【図４】従来例の構成図である。
９ コンプレッサー
１３ 蓄冷器
１５ 低温端熱交換器
１６ パルスチューブ
１８ 高温端部
１９ 小容器
１９ａ 扁平面
２０ 金属水素化物
２１ 平板状水素フィルター
Claims (1)
- 【請求項１】 コンプレッサーを、蓄冷器、低温端熱
交換器及びパルスチューブに順次連通し、このパルスチ
ューブと前記コンプレッサーとの間で水素を含むガス状
冷媒を往復移動させると共に、前記パルスチューブの高
温端部に小容器を連通し、この小容器に金属水素化物を
収納してなるものであって、前記小容器を扁平形状に形
成し、この小容器の扁平面に前記金属水素化物を広範囲
で敷設すると共に、前記小容器の内部に、平板状水素フ
ィルターを前記金属水素化物に対し略平行な態様で配設
したことを特徴とする極低温冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8857991A JPH04320765A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 極低温冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8857991A JPH04320765A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 極低温冷凍装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320765A true JPH04320765A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=13946758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8857991A Pending JPH04320765A (ja) | 1991-04-19 | 1991-04-19 | 極低温冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04320765A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006189245A (ja) * | 2005-01-04 | 2006-07-20 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ヘリウム再凝縮用の同軸多段パルス管 |
| GB2501191A (en) * | 2012-06-20 | 2013-10-16 | Oxford Instr Nanotechnology Tools Ltd | Cryogenic refrigeration system |
-
1991
- 1991-04-19 JP JP8857991A patent/JPH04320765A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006189245A (ja) * | 2005-01-04 | 2006-07-20 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ヘリウム再凝縮用の同軸多段パルス管 |
| JP4617251B2 (ja) * | 2005-01-04 | 2011-01-19 | 住友重機械工業株式会社 | ヘリウム再凝縮用の同軸多段パルス管 |
| US8418479B2 (en) | 2005-01-04 | 2013-04-16 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Co-axial multi-stage pulse tube for helium recondensation |
| GB2501191A (en) * | 2012-06-20 | 2013-10-16 | Oxford Instr Nanotechnology Tools Ltd | Cryogenic refrigeration system |
| GB2501191B (en) * | 2012-06-20 | 2015-11-18 | Oxford Instr Nanotechnology Tools Ltd | Reduction of blockages in a cryogenic refrigerator system such as for magnetic resonance imaging systems |
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