JPH0933130A - 蓄冷器式冷凍機 - Google Patents

蓄冷器式冷凍機

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JPH0933130A
JPH0933130A JP7182661A JP18266195A JPH0933130A JP H0933130 A JPH0933130 A JP H0933130A JP 7182661 A JP7182661 A JP 7182661A JP 18266195 A JP18266195 A JP 18266195A JP H0933130 A JPH0933130 A JP H0933130A
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JP
Japan
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magnetic
regenerator
displacer
cold
cylinder
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Withdrawn
Application number
JP7182661A
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English (en)
Inventor
Shinobu Matsuo
忍 松尾
Katsuhide Ohira
勝秀 大平
Kenji Nakamichi
憲治 中道
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0933130A publication Critical patent/JPH0933130A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

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  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は絶対温度4K以下の低温を実現でき
る蓄冷器式冷凍機を提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明は蓄冷器を内蔵するディスプレー
サ及びシリンダ、ガス分配手段等で構成された高圧ガス
を作動媒体とする蓄冷器式冷凍機において、前記シリン
ダに固定されると共に前記ディスプレーサに摺動可能に
接触して設けられた磁性体と、前記シリンダに近接して
設けられた極低温流体容器と、同極低温流体容器内に前
記磁性体に磁場の印加除去可能に設けられた超伝導マグ
ネットとを具備してなることを特徴とする蓄冷器式冷凍
機、を解決手段とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は極低温機器の冷却ま
たはガスの液化などに適用される蓄冷器式冷凍機に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来からの冷凍機の一つとして、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。図4はこの種のギフォード
マクマホン式蓄冷器式冷凍機(小型冷凍機)の概略構成
例を断面図にして示したものである。図4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と組合せ
て制御する制御ブロック、12,13はヘリウムガスの
通路、14はシール、15はディスプレーサの往復運動
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は第一段ディスプレーサ、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ョン、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1mm以下の鉛球等が充填されている。さらに
27は第二段ディスプレーサ、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ョ
ン、30は第二段寒冷発生区間、31はサブピストン1
5を駆動するためのヘリウムガス空間である。32は侵
入熱を低減するための断熱用真空容器、33は真空容器
のフランジ部である。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を通ってモータハウ
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9と制御ブロック11とによって高
圧ヘリウムガスの通路が、およびサブピストン15によ
ってディ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通路13,17を通
って第一段蓄冷器19で冷却され、ヘリウムガス通路2
1を通っ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2
6を通って更に冷却され、ヘリウムガス通路28を通っ
て、第二段寒冷発生区間30に貯えられる。図4は、各
ディスプレーサ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の回転によって制御バルブ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、さらに低温となって寒冷を発生する。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、第一段ディスプレーサ18、第二段ディスプレー
サ27はサブピストン15の働きによって下降する。さ
らに、高圧のヘリウムガスを第一段寒冷発生区間22、
第二段寒冷発生区間30に導入するために、第一段ディ
スプレーサ18、第二段ディスプレーサ27は上昇して
図4の状態に戻る。以上のようなサイクルを繰返すこと
によって、冷凍機は間欠的に低温を発生することができ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の蓄冷器式小
型冷凍機には解決すべき次の課題があった。
【0004】即ち、従来の蓄冷器式小型冷凍機では高圧
ガスの断熱膨張を利用しているため寒冷発生の効率が悪
く、冷凍出力を増加させることが困難であり、寒冷発生
温度が絶対温度約4K程度が限界で、それ以下には降温
できないという問題があった。
【0005】本発明は上記課題を解決した蓄冷器式冷凍
機を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、蓄冷器を内蔵するディスプレーサ及びシリ
ンダ、ガス分配手段等で構成された高圧ガスを作動媒体
とする蓄冷器式冷凍機において、前記シリンダに固定さ
れると共に前記ディスプレーサに摺動可能に接触して設
けられた磁性体と、前記シリンダに近接して設けられた
極低温流体容器と、同極低温流体容器内に前記磁性体に
磁場の印加除去可能に設けられた超伝導マグネットとを
具備してなることを特徴とする蓄冷器式冷凍機、を構成
とするのでシリンダに固定され、かつ、ディスプレーサ
には摺動可能に接触して設置された磁性体に、ディスプ
レーサの上下動に合わせて超伝導マグネットにより、極
低温流体容器内から磁場を印加、除去することにより、
磁性体の磁気冷凍効果により発生した寒冷をディスプレ
ーサを介して蓄冷器に蓄えることができ、磁気冷凍、即
ち、エリクソンサイクルが構成される。従って、ガスの
断熱膨張による寒冷発生に加え、磁気冷凍(エリクソン
サイクル)による寒冷発生により、冷凍能力が増大す
る。これにより従来の蓄冷器式冷凍機で困難であった、
絶対温度4Kの寒冷発生温度を実現できる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図1〜図
3により説明する。なお、従来例と同様の構成部材には
同符号を付し、必要ある場合を除き説明を省略する。
【0008】図1は本形態に係る蓄冷器式冷凍機の模式
的縦断面図、図2は上記図1に示す磁性体34の温度−
磁気エントロピ線図上に描いた磁気冷凍サイクル(エリ
クソンサイクル)図、図3は図2のエリクソンサイクル
のI〜IVの各過程における、ディスプレーサ27(図
1)の動作を示す説明図である。
【0009】図1において、25はディスプレーサ27
用の第二段シリンダ、34は蓄冷器26を収容するディ
スプレーサ27に接触して設置した磁性体であり、例え
ば絶対温度20Kレベルの代表的な磁性体としてGGG
(Gd3 Ga5 12)がある。ディスプレーサ27は磁
性体34と接触を保ちながら上下動する。35は極低温
流体容器37に設けられた超伝導マグネット、36は超
伝導マグネット35を冷却するため、極低温流体容器3
7内に収納された極低温流体(液体ヘリウムなど)、3
7は第二段シリンダ25を囲んで設けられた極低温流体
容器、38は極低温流体36の導入管、39は蒸発した
極低温流体36を逃気するための逃気管である。なお極
低温流体容器37は図示しない支持材により真空容器フ
ランジ33に固定されている。
【0010】次に上記構成の作用について説明する。本
形態では高圧ガスの断熱膨張による寒冷の発生過程は従
来例と同様である。以下、本形態の要部に係る磁気冷凍
による寒冷の発生過程を説明する。
【0011】図2は磁性体34の温度−磁気エントロピ
線図上に描いた磁気冷凍サイクル(エリクソンサイク
ル)であり、図3はエリクソンサイクルの各過程におけ
るディスプレーサ(蓄冷器)の動作を示す説明図であ
る。
【0012】図2および図3において、サイクルを過程
I〜IVで対応させて説明すると; I→II:(等温磁化)蓄冷器26が最下点にあるとき、
超伝導マグネット35に電流を流し、磁性体34に印加
される磁場をH1 からH2 に増加させる。このとき磁性
体34は発熱するが、この熱量Q1 はディスプレーサ2
7を介して、蓄冷器26の上部に放熱される(図3の
(a))。 II→III :(等磁冷却)磁場をH2 に保持したまま、蓄
冷器26がディスプレーサ27と共に上方へ移動する。
このとき磁性体34は蓄冷器26に熱量Q3 ′を与え、
温度が低下する(図3の(b))。 III →IV:(等温消磁)蓄冷器26が最上点にあるとき
超伝導マグネット35に流す電流を減じ、磁性体34に
印加される磁場をH2 からH1 へ消磁させる。このとき
磁性体34は蓄冷器26の下部より熱量Q2 を吸熱する
(図3の(c))。 IV→I:(等磁場加熱)磁場をH1 に保持したまま、蓄
冷器26がディスプレーサ27と共に下方へ移動する。
このとき磁性体34は蓄冷器26より熱量Q3 を受けと
り加熱される(図3の(d))。
【0013】以上のサイクル(エリクソンサイクルと呼
ばれる)を繰り返すことにより蓄冷器26の下部が徐々
に冷却され、従来の高圧ガスの断熱膨張のみを利用する
場合よりも大きな冷凍能力が得られ、また寒冷発生温度
を絶対温度4Kよりも十分低くすることができる。
【0014】以上の通り、本形態によれば従来通りの高
圧ガスの断熱膨張による寒冷発生に加え、極低温流体容
器37にあって冷却された超伝導マグネット35により
磁性体34に磁場を発生・消失して得られるエリクソン
サイクルにより、更に低い寒冷を発生させるので、従来
の蓄冷器式冷凍機では実現困難であった絶対温度4K以
下の低温を十分に実現できるという利点がある。
【0015】また、高性能冷凍機であるにも拘らず小型
なので、運搬及び設置場所の選択が容易という利点があ
る。
【0016】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。
【0017】即ち、本発明によれば蓄冷器式冷凍機のデ
ィスプレーサに摺動可能に接触して磁性体を設置し、か
つ、極低温流体容器を近接して設け、その内部に該磁性
体に磁場を印加したり、除去したりする超伝導マグネッ
トを設置したことにより、高圧ガスの断熱膨張による寒
冷発生に加え、磁気冷凍(エリクソンサイクル)による
寒冷発生が利用できるため、冷凍能力が大きく、寒冷発
生温度の低い蓄冷器式冷凍機が得られる。
【0018】また、従来の蓄冷器式冷凍機では実現困難
であった絶対温度4K以下の低温を容易に実現できる。
【0019】また、高性能にも拘らず、運搬容易でか
つ、設置場所の自由度の高い小型の蓄冷器式冷凍機が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る蓄冷器式冷凍機の
模式的縦断面図、
【図2】図1の磁性体34の温度−磁気エントロピ線図
上に描いたエリクソンサイクルの説明図、
【図3】図2のエリクソンサイクルのI〜IVの各過程に
おけるディスプレーサ27(図1)の動作を示す説明図
で、(a)は図2のI→IIの、(b)は同じくII→III
の、(c)は同じくIII →IVの、(d)は同じくIV→I
の各過程に対応する図、
【図4】従来の蓄冷器式冷凍機を示す模式的縦断面図で
ある。
【符号の説明】
25 第二段シリンダ 26 蓄冷器 27 ディスプレーサ 28 ヘリウムガス通路 34 磁性体 35 超伝導マグネット 36 極低温流体 37 極低温流体容器 38 導入管 39 逃気管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 蓄冷器を内蔵するディスプレーサ及びシ
    リンダ、ガス分配手段等で構成された高圧ガスを作動媒
    体とする蓄冷器式冷凍機において、前記シリンダに固定
    されると共に前記ディスプレーサに摺動可能に接触して
    設けられた磁性体と、前記シリンダに近接して設けられ
    た極低温流体容器と、同極低温流体容器内に前記磁性体
    に磁場の印加除去可能に設けられた超伝導マグネットと
    を具備してなることを特徴とする蓄冷器式冷凍機。
JP7182661A 1995-07-19 1995-07-19 蓄冷器式冷凍機 Withdrawn JPH0933130A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20021001