JPH06323665A - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置

Info

Publication number
JPH06323665A
JPH06323665A JP5114369A JP11436993A JPH06323665A JP H06323665 A JPH06323665 A JP H06323665A JP 5114369 A JP5114369 A JP 5114369A JP 11436993 A JP11436993 A JP 11436993A JP H06323665 A JPH06323665 A JP H06323665A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ejection port
gas
gas ejection
needle
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5114369A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Aihara
敏 相原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5114369A priority Critical patent/JPH06323665A/ja
Publication of JPH06323665A publication Critical patent/JPH06323665A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/02Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect
    • F25B2309/022Gas cycle refrigeration machines using the Joule-Thompson effect characterised by the expansion element

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一方の閉止端に透光窓を備えた外管と、前記
外管内に一方の閉止端が外管の閉止端に対向させて配置
され他端が外管の閉止端の他端と封着されて二重管部を
構成した内管と、前記外管と内管との二重管の間に構成
された真空領域と、前記内管の閉止端の真空領域内に前
記透光窓に対向し設けられた冷却型光電変換素子と、前
記内管内にこの内壁に内装され、熱交換用フィン付パイ
プを介して密接し所定の高圧に保持された円筒体と、前
記円筒体に装着されたベローズ型温度センサと、前記温
度センサに機械的に連動させた膨脹弁調節用ニードルバ
ルブでなる第一のガス噴出口と、前記ニードルバルブに
設けられたその閉止状態において漏洩する第二のガス噴
出口とを具備した冷却装置。 【効果】 本発明に係る冷却装置は、冷却温度の変動が
無視できる程度に微小にできるので、温度の変化による
悪影響の大きい赤外線検知器の冷却に適用して著効があ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外線検知用の半導体
素子(以下、赤外検知素子と称する)などの半導体素子
を液体窒素、または液体アルゴン温度程度に冷却するた
めに用いられるジュール・トムソン型の冷却装置、特に
ガス消費量を節約できる流量調節型(以下、デマンド・
フロー型と称する)の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】波長3〜5ミクロン帯、8〜12ミクロ
ン帯の赤外線を赤外検知素子によって検知するには、そ
の赤外検知素子を液体窒素温度(77K)程度に冷却す
る必要がある。冷却方法としては、液体窒素で直接冷却
する方法、小型スターリング冷却器による方法、高圧ガ
スの断熱膨脹におけるジュール・トムソン効果を利用し
た冷却器などがある。そのうち、ジュール・トムソン型
冷却器は高圧ガスの供給を除けば非常に小型であり、航
空機搭載用など広く使用されている。
【0003】ジュール・トムソン冷却器は、膨脹弁のノ
ズルの大きさが固定のものと、冷媒ガスの液化を生じて
液化ガスが十分存在すると、冷却器の先端に備えた温度
検知ベローズの機械的変形により膨脹弁調節用のニード
ルを駆動して膨脹弁のノズルを塞いでガスの消費を節約
する流量調節(デマンド・フロー)型のものがある。以
下にデマンド・フロー型冷却器について説明する。
【0004】図4にデマンド・フローの冷却装置の一例
を断面図で示す。
【0005】円筒1にらせん状に巻き付けられた熱交換
用フィン付きパイプ2は先端部で膨脹弁の噴出口4を持
つブロック3に接続されている。円筒1の一端にはベロ
ーズ5が溶接により接続されており、円筒1に設けた隔
壁6とともに密閉部7を形成している。該密閉部7には
冷却に使用する高圧ガスと同じガスが、枝管8を通して
封入され、この枝管は封入後封じ切られている。ベロー
ズ5の底部に連結棒9が固定されており、この連結棒9
には噴出口4の開口を開閉するニードル10が固定され
ている。冷却装置全体は、冷却すべき赤外検知素子1
4、赤外透過窓13を持つ真空デュア12の内管11に
挿入して使用される。
【0006】ここで、上記ニードル10は下降して上記
噴出口4に挿通されると、その側面の円錐面部が噴出口
4と密接してこの噴出口4を閉止し、高圧ガス15の噴
出を停めるようになっている。
【0007】以下、この冷却装置の動作原理について説
明する。
【0008】図4において、冷却装置の高圧ガス導入口
から高圧窒素ガスを導入すると膨脹弁の噴出口4から高
圧ガスが噴出し、ジュール・トムソン効果によって温度
が低下する。このガスは、円筒1と真空デュアの内管1
1との間にあるフィン付きパイプの隙間を通って流れ、
パイプ内部の高圧ガスと熱交換を行ないながら外部に放
出される。その結果、冷却が進行しついに窒素ガスの液
化温度に達すると、噴出ガスは液化し、噴出口付近に液
化窒素が蓄積する。この状態になると冷却装置先端部の
密閉部7も温度が降下し、内部の窒素ガスも液化して急
激に圧力が降下する。その結果、ベローズ5が伸び連結
棒9を介してニードル10が噴出口を塞ぎガスの噴出を
停止させる。外部からの熱の流入によって液化窒素はや
がて蒸発してなくなり再び温度が上昇すると、密閉部7
の温度も上昇し、液化していた内部の封入ガスが再び気
化して圧力が上昇し、ベローズ5の変形により連結棒9
を介してニードル10を噴出口4から引き離し、十分な
液化窒素の蓄積が生じるまでガスの噴出を続ける。
【0009】このようにデマンド・フロー型冷却装置で
は、冷却開始の初期には大流量のガスによって急速に冷
却が進行し、一旦冷却が完了すると噴出口が閉じ、あと
は外部からの熱の流入に見合っただけの高圧ガスの消費
しかしないから、高圧ガスの消費の点できわめて経済的
である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上に述べたデマンド・
フロー方式のジュール・トムソン型の冷却装置では、冷
却部の温度がある程度上昇して初めてガス噴出口の弁が
開くので、弁の開閉にともなって同じ周期で検知素子の
温度が変動する欠点がある。赤外検知素子の温度変動
は、素子の暗電流の変化につながり、特に温度変化に敏
感な10ミクロン帯赤外検知素子などの冷却で問題とな
った。
【0011】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、冷却時の周期的温度変化が事実上無視出来る程度
に小さいデマンド・フロー方式のジュール・トムソン型
冷却装置の提供を目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る冷却装置
は、一方の閉止端に透光窓を備えた外管と、前記外管内
に一方の閉止端が外管の閉止端に対向させて配置され他
端が外管の閉止端の他端と封着されて二重管部を構成し
た内管と、前記外管と内管との二重管の間に構成された
真空領域と、前記内管の閉止端の真空領域内に前記透光
窓に対向し設けられた冷却型光電変換素子と、前記内管
内にこの内壁に内装され、熱交換用フィン付パイプを介
して密接し所定の高圧に保持された円筒体と、前記円筒
体に装着されたベローズ型温度センサと、前記温度セン
サに機械的に連動させた膨脹弁調節用ニードルバルブで
なる第一のガス噴出口と、前記ニードルバルブに設けら
れたその閉止状態において漏洩する第二のガス噴出口と
を具備してなるものである。
【0013】
【作用】本発明に係る冷却装置は、冷却温度の変動が無
視できる程度に微小にできるので、温度の変化による悪
影響の大きい赤外線検知器の冷却に適用して著効があ
る。
【0014】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例について図面を参
照して詳細に説明する。
【0015】図1および図2に赤外線検知器の冷却に適
用される一実施例の冷却装置を示す。本発明はガス噴出
部のみ従来と異なり、他は変わらないのでこの変わらな
い部分については図面に従来と同じ符号を付けて示し説
明を省略する。
【0016】図4に示し説明した従来技術の冷却装置で
は、膨脹弁のガス噴出口4は円形の穴であり、ニードル
はその先端が円錐形であって、冷却が進行するとニード
ル10は下降してガス噴出口を事実上完全に塞ぎ、ガス
の噴出は停止するのであるが、本願はニードルが最も下
降してもガスを漏洩させるように構成されている。この
実施例は、図2(a)にニードルの斜視図、図2(b)
にガス噴出口について第一のガス噴出口と第二のガス噴
出口を説明するための平面図、図2(c)にガス噴出口
部の断面図で示される構造上の特徴を備える。
【0017】上記各部からも明らかなように、ニードル
100の円錐面100aをこのニードルの長さ方向に形
成された切削面部100bが形成されている。そして、
ガス噴出口101は、ニードル100の上記円錐面10
0aが接する一部のガス噴出口である第一のガス噴出口
101aと、上記ニードル100の切削面部100bと
これに対向する一部のガス噴出口とで形成される第2の
ガス噴出口101bとを具備する。かかる構成により、
冷却が進行してニードル100が下降し第一のガス噴出
口101aが閉止されても、第二のガス噴出口101b
からは微少なガス噴出は継続されて冷却温度の周期的変
動が事実上皆無になった。
【0018】これは上に述べたように意図的に設けた微
小な開口、すなわち第二のガス噴出口101bから噴出
(漏洩)されるガスの噴出で液化温度に保持されるの
で、この状態では、ニードルの周期的な開閉が起こらな
いことを示している。実験の結果にれば、第二のガス噴
出口101bから噴出(漏洩)させるガス量の設定は液
化温度を保持するに必要な量以上あれば良いが、液化温
度を保持するに必要な量以下でも温度変動の防止に対し
て十分に効果があることがわかった。漏洩されるガス流
量の設定は、液化温度を持続するに必要な流量の約1/
2から2倍程度が適当である。
【0019】なお、上に述べた切削面部100bは平面
状に切削した面を図に例示したが、これに限らず、円錐
面100aの曲率よりも大きい曲率で設けられた切削面
で形成されても、またはニードルの長さ方向に円錐面に
設けられた溝でもよい。
【0020】このような実施例の冷却装置は、冷却持続
時の高圧ガス消費量は従来のものにくらべやや増加する
ものの、冷却温度の変動が事実上ゼロになり、赤外線検
知器の冷却に使用する上での利益は非常に大きいものが
ある。
【0021】(実施例2)次に第2の実施例について第
1図および第3図(a)、(b)を参照して詳細に説明
する。
【0022】第3図(a)にガス噴出口の部分を斜視図
で、第3図(b)にガス噴出口の部分を上面図で夫々示
す。図に示されるように、ガス噴出口200が円形部の
第一のガス噴出口200aと、この円形部より外方のブ
ロック3に一部研削を施して拡張した溝部200bで構
成されている。そして、前記第一のガス噴出口200a
はニードル10の円錐面10aが前記第一のガス噴出口
200aに接して閉塞されるが、このとき、前記拡張部
による第二のガス噴出口200bからは微小なガス噴出
(漏洩)が継続されて冷却温度の周期的変動が事実上皆
無になった。
【0023】これは上に述べたように意図的に設けた微
小な溝部、すなわち第二のガス噴出口202cから漏洩
されるガスによる冷却が液化温度に保持されることは実
施例1と変わらない。
【0024】次に本発明は上記実施例に限定されるもの
でなく、ニードルおよびガス噴出口の双方に第2図およ
び第3図に示されるような切削面部および拡張部を設け
てもよい。
【0025】さらに、ニードルおよびガス噴出口は従来
どおり完全に閉止できる構造とし、一定の漏洩流量を与
える第二のガス噴出口を別に設けてもよい。
【0026】
【発明の効果】叙上の如く本発明に係る冷却装置は、冷
却温度の変動が無視できる程度に微小にできるので、温
度の変化による悪影響の大きい赤外線検知器の冷却に適
用して著効がある。
【0027】また、本発明は構造が簡単であるので、実
施が容易である利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るデマンド・フロー方式のジュール
・トムソン型冷却装置を説明するための断面図。
【図2】本発明の実施例1に係る冷却装置の要部を説明
するための(a)はニードルの斜視図、(b)はニード
ルの断面図、(c)はガス噴出口部の断面図。
【図3】本発明の実施例2に係る冷却装置の要部を説明
するための(a)はガス噴出口部の断面図、(b)はガ
ス噴出口部の上面図。
【図4】従来技術のデマンド・フロー方式のジュール・
トムソン型冷却装置を説明するための断面図。
【符号の説明】
1 円筒 2 熱交換用フィン付きパイプ 3 ガス噴出口ブロック 4 ガス噴出口 5 ベローズ 6 隔壁 7 密閉部 8 枝管 9 連結棒 10,100 ガス調節用ニードル 10a,100a ニードルの円錐面 11 検知器真空デュア内管 12 検知器真空デュア 13 赤外線透過窓 14 赤外検知素子 15 冷却用ガス 101,200 ガス噴出口 101a,200a 第一のガス噴出口 101b,200b 第二のガス噴出口

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方の閉止端に透光窓を備えた外管と、
    前記外管内に一方の閉止端が外管の閉止端に対向させて
    配置され他端が外管の閉止端の他端と封着されて二重管
    部を構成した内管と、前記外管と内管との二重管の間に
    構成された真空領域と、前記内管の閉止端の真空領域内
    に前記透光窓に対向し設けられた冷却型光電変換素子
    と、前記内管内にこの内壁に内装され、熱交換用フィン
    付パイプを介して密接し所定の高圧に保持された円筒体
    と、前記円筒体に装着されたベローズ型温度センサと、
    前記温度センサに機械的に連動させた膨脹弁調節用ニー
    ドルバルブでなる第一のガス噴出口と、前記ニードルバ
    ルブに設けられたその閉止状態において漏洩する第二の
    ガス噴出口とを具備した冷却装置。
JP5114369A 1993-05-17 1993-05-17 冷却装置 Pending JPH06323665A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5114369A JPH06323665A (ja) 1993-05-17 1993-05-17 冷却装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5114369A JPH06323665A (ja) 1993-05-17 1993-05-17 冷却装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06323665A true JPH06323665A (ja) 1994-11-25

Family

ID=14635989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5114369A Pending JPH06323665A (ja) 1993-05-17 1993-05-17 冷却装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06323665A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8033281B2 (en) 2007-11-09 2011-10-11 Todd Douglas Kneale Modular transportable life support device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8033281B2 (en) 2007-11-09 2011-10-11 Todd Douglas Kneale Modular transportable life support device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3320755A (en) Cryogenic refrigeration system
US3273356A (en) Heat exchanger-expander adapted to deliver refrigeration
CN106091462A (zh) 一种使用记忆金属合金的自调式节流制冷器
US3728868A (en) Cryogenic refrigeration system
US3714796A (en) Cryogenic refrigeration system with dual circuit heat exchanger
US3257823A (en) Expansion and liquefying apparatus employing the joule-thomson effect
US5961038A (en) Thermal type expansion valve
JPH06323665A (ja) 冷却装置
US4237699A (en) Variable flow cryostat with dual orifice
US5249425A (en) Venting control system for cryostats
JPH06347113A (ja) ジュール・トムソン型冷却装置
US3495419A (en) Cryogenic cooling apparatus
US5181386A (en) Cryogenic cooling apparatus
US5598711A (en) Fluid deflection method using a skirt
JP2001116401A (ja) 膨張弁
JPS5849867A (ja) ジユ−ル・トムソン効果による冷却装置の制御装置
US5592822A (en) Fluid deflection skirt apparatus
JPS6129658A (ja) ジユール‐トムソン熱交換冷却機のオリフイス閉塞防止方法、冷却機およびジユール‐トムソン低温槽
JPH02176493A (ja) センサの冷却装置
JPH05332655A (ja) 極低温冷凍機の取付装置
JPH07218046A (ja) 膨張弁
US5548963A (en) Joule-Thompson cryostat for use with multiple coolants
US7454916B2 (en) System for controlling cryogenic fluid flow rate and Joule-Thomson effect cooler comprising same
JPH02236125A (ja) 赤外線検知器
JP2003035473A (ja) 膨張弁ユニット