JPH11257774A - 蓄冷型冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、信頼性の高い、かつ、高効率な
蓄冷型冷凍機を得る。 【解決手段】 蓄冷型冷凍機は、２台の圧縮機１と、吸
気／排気バルブ２０、２１を有する２台の膨張機から構
成されている。２台の膨張機は１／２サイクルずらして
運転される。そして、２台の膨張機からの排気ガスが一
旦配管アダプタ３０にて混合された後、２台の圧縮機１
のそれぞれに戻される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数台の圧縮機
と膨張機を備えた蓄冷型冷凍機に関し、効率を向上し、
信頼性を高めることができる蓄冷型冷凍機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄冷型冷凍機について２段ＧＭ冷
凍機を例にあげて図１０に基づいて説明する。図１０に
おいて、１はヘリウムガスを圧縮する圧縮機、２は圧縮
機１の吸気側に配設された低圧側バッファータンク、３
は圧縮機１の排気側に配設された高圧側バッファータン
ク、７ａ、７ｂは直径を順次縮小したパイプを同軸上に
連結一体化したシリンダの１段目シリンダと２段目シリ
ンダ、８ａは１段目シリンダ７ａ内に摺動可能に配設さ
れた１段目デスプレーサ、８ｂは２段目シリンダ７ｂ内
に１段目デスプレーサ８ａと同様に摺動可能に配設され
た２段目デスプレーサ、これらの１段目および２段目デ
スプレーサ８ａ、８ｂはそれぞれ自在継手（図示せず）
で連結一体化されて構成されている。９ａは１段目シリ
ンダ７ａと１段目ディスプレーサー８ａとの間に配設さ
れてヘリウムガスが漏れることを防止する１段目シー
ル、９ｂは２段目シリンダ７ｂと２段目ディスプレーサ
ー８ｂとの間に配設されてヘリウムガスが漏れることを
防止する２段目シール、１１ａは１段目シリンダ７ａの
低温端の外周面に配設された１段目ステージ、１１ｂは
２段目シリンダ７ｂの低温端の外周面に配設された２段
目ステージ、１２ａは１段目シリンダ７ａと１段目デス
プレーサ８ａとの間に形成された空間である１段目膨脹
空間、１２ｂは２段目シリンダ７ｂと２段目デスプレー
サ８ｂとの間に形成された空間である２段目膨脹空間、
１０ａは１段目デスプレーサ８ａ内に蓄冷材として銅メ
ッシュおよび鉛玉を用いた１段目蓄冷器、１０ｂは２段
目デスプレーサ８ｂ内に蓄冷材として磁性蓄冷材の１種
であるHo-Er-Ruの組成を有する材料を用いた２段目蓄冷
器、２０は圧縮機１からシリンダに高圧のガスを供給す
るタイミングを制御する吸気バルブ、２１は１段目およ
び２段目シリンダ７ａ、７ｂ内のヘリウムガス（低圧の
ガス）を圧縮機１に排出するタイミングをコントロール
する排気バルブ、２２は１段目および２段目シリンダ７
ａ、７ｂ内を１段目および２段目デスプレーサ８ａ、８
ｂを往復運動させるとともに、この往復運動に連動して
吸気バルブ２０および排気バルブ２１の開閉をおこなう
駆動モータである。

【０００３】ここで、１段目および２段目シリンダ７
ａ、７ｂ、１段目および２段目デスプレーサ８ａ、８
ｂ、１段目および２段目シール９ａ、９ｂ、１段目およ
び２段目蓄冷器１０ａ、１０ｂ、１段目および２段目ス
テージ１１ａ、１１ｂ、１段目および２段目膨張空間１
２ａ、１２ｂ、吸気バルブ２０、排気バルブ２１および
駆動モータ２２から膨張機が構成されている。即ち、こ
の従来の蓄冷型冷凍機は、１台の圧縮機１と２台の膨張
機とから構成されている。

【０００４】つぎに、このように構成された蓄冷型冷凍
機の動作について説明する。まず、１段目および２段目
デスプレーサ８ａ、８ｂが最下端にあり、吸気バルブ２
０が開き、排気バルブ２１が閉じている状態で、圧縮機
１で圧縮された高圧のヘリウムガスが、まず高圧側バッ
ファータンク３に流入し、それから１段目蓄冷器１０ａ
に流入し、１段目蓄冷器１０ａで蓄冷材により所定の温
度まで冷却されて、１段目膨張空間１２ａへ流入する。
１段目膨張空間１２ａに流入した高圧ガスの一部はさら
に２段目蓄冷器１０ｂで蓄冷材により所定の温度まで冷
却されて、２段目膨張空間１２ｂへ流入する。この結
果、１段目および２段目膨張空間１２ａ、１２ｂは高圧
状態になる。

【０００５】ついで、１段目および２段目デスプレーサ
８ａ、８ｂが上方に動き、それにともない高圧のヘリウ
ムガスが１段目および２段目膨脹空間１２ａ、１２ｂに
次々と供給される。この間、吸気および排気バルブ２
０、２１は動かない（吸気バルブ：開、排気バルブ：
閉）。この際、高圧のヘリウムガスは、１段目蓄冷器１
０ａおよび２段目蓄冷器１０ｂで所定の温度まで冷却さ
れる。

【０００６】そして、１段目および２段目デスプレーサ
８ａ、８ｂが最上端付近になったときに、吸気バルブ２
０が閉じられ、少し遅れて排気バルブ２１が開かれる。
このとき、高圧のヘリウムガスは断熱的に膨脹して冷凍
を発生する。そこで、１段目および２段目膨脹空間１２
ａ、１２ｂ内に存在するヘリウムガスはそれぞれの温度
レベルで低温・低圧になり、１段目ステージ１１ａおよ
び２段目ステージ１１ｂはこのヘリウムガスにより冷却
される。

【０００７】ついで、１段目および２段目デスプレーサ
８ａ、８ｂが下方に移動することにより、低温・低圧の
ヘリウムガスが、２段目および１段目蓄冷器１０ｂ、１
０ａに流入して蓄冷材を冷却した後、排気バルブ２１か
ら排気され、さらに低圧側バッファータンク２を通過し
て、圧縮機１に戻される。デスプレーサ８ａ、８ｂが最
下端に移動し、１段目および２段目膨脹空間１２ａ、１
２ｂの体積が略最小となった状態で、排気バルブ２１が
閉じられ、吸気バルブ２０が開かれて、圧縮機１で圧縮
された高圧のヘリウムガスが高圧側バッファータンク
３、次いで膨張機に流入し、１段目および２段目膨脹空
間３ａ、３ｂの圧力が低圧から高圧になる。上述の過程
を１サイクルとして動作する。

【０００８】このようにして、上述の動作を繰り返すこ
とにより、１段目ステージ１１ａおよび２段目ステージ
１１ｂが冷却され。１段目ステージ１１ａおよび２段目
ステージ１１ｂの代表的な温度はそれぞれ５０Ｋおよび
４.２Ｋである。この従来例では１台の圧縮機を２台の
膨張機で利用しているが、２台の膨張機とも上述したよ
うな動作をする。

【０００９】ここで、この従来の蓄冷型冷凍機の動作に
おけるバッファータンクおよび膨張空間の圧力変化を図
１１を参照しつつ説明する。図１１中、曲線Ａは高圧側
バッファータンク３の圧力変化を、曲線Ｂは低圧側バッ
ファータンク２の圧力変化を、曲線Ｃは２段目膨張空間
１２ｂの圧力変化を示している。また、図１１の横軸は
位相角度を示し、位相角度３６０度で１サイクルとす
る。２段目膨張空間１２ｂの圧力は、吸気バルブ２０が
開き、排気バルブ２１を閉じる（-30度）と上昇する。
このとき、高圧側バッファータンク３および低圧側バッ
ファータンク２の圧力は低下する。つぎに、吸気バルブ
２０を閉じると（排気バルブ２１は閉じたまま。120
度）、２段目膨張空間１２ｂの圧力は少し下がり、高圧
側バッファータンク３の圧力は上昇する。つぎに、吸気
バルブ２０は閉じたまま排気バルブ２１を開く（150
度）と、２段目膨張空間１２ｂ内の圧力は下がる。この
とき、低圧側バッファータンク２の圧力は上昇する。こ
のサイクルを繰り返す。従って、低圧側バッファータン
ク２、高圧側バッファータンク３の圧力は周期的に変動
をうける。高圧側バッファータンク３および低圧側バッ
ファータンク２の圧力が周期的に変動をうけると圧縮機
１に負担をかけることになり、圧縮機１の信頼性を低下
させる。また、２段目膨張空間１２ｂ内の圧力変動が小
さくなり、図示の仕事が小さくなるため、冷凍能力も低
下する。従来の蓄冷型冷凍機では、この冷凍能力の低下
を防ぐため２台の膨張機のサイクルを１／２サイクルず
つずらすことで高圧側バッファータンク３と低圧側バッ
ファータンク２の圧力変動を低減している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄冷型冷凍機は
以上のように構成されているので、容量の十分大きい圧
縮機１に容量の小さい膨張機を２台接続する場合には、
膨張機に十分流量が確保されるので１台当たりの冷凍能
力が低下せず、有効である。しかしながら、圧縮機１と
膨張機のそれぞれの容量が適合している場合や、逆に圧
縮機１より膨張機の容量の方が大きい場合では、圧縮機
１から膨張機へ十分なヘリウムガスを供給できず、２台
の膨張機の冷凍能力は低下してしまう。また、圧縮機１
と膨張機のそれぞれの容量が適合している場合でも、圧
縮機１と膨張機をそれぞれ１台ずつ接続し、各圧縮機１
の吸気側および吐出側に高圧側バッファータンク３およ
び低圧側バッファータンク２を接続すると、高圧側バッ
ファータンク３および低圧側バッファータンク２の圧力
は上述したように変動する。この圧力変動を低減するた
めには容量の大きい低圧側バッファータンク２あるいは
高圧側バッファータンク３を設置する必要があり、これ
はスペース、重量、コストを増やすことにつながり、望
ましいことではない。

【００１１】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、信頼性の高い、かつ、高効率な
蓄冷型冷凍機を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る蓄冷型冷
凍機は、複数台の圧縮機と、吸気／排気バルブを有する
複数台の膨張機から構成される蓄冷型冷凍機において、
上記複数台の膨張機のサイクルをずらして運転するよう
にするとともに、上記複数台の膨張機からの排気ガスを
一旦排気ガス混合器にて混合した後、上記複数台の圧縮
機のそれぞれに戻すようにしたものである。

【００１３】また、上記複数台の圧縮機からの吐出ガス
を一旦吐出ガス混合器にて混合した後、上記複数台の膨
張機のそれぞれに戻すようにしたものである。

【００１４】また、複数台の圧縮機と、吸気／排気バル
ブを有する複数台の膨張機から構成される蓄冷型冷凍機
において、上記複数台の膨張機のサイクルをずらして運
転するようにするとともに、上記複数台の圧縮機からの
吐出ガスを一旦吐出ガス混合器にて混合した後、上記複
数台の膨張機のそれぞれに戻すようにしたものである。

【００１５】また、２台の圧縮機と２台の膨張機とから
構成し、２台の膨張機のサイクルを１／２サイクルずつ
ずらして運転するようにしたものである。

【００１６】また、上記排気ガス混合器が混合用バッフ
ァータンクで構成されているものである。

【００１７】また、上記吐出ガス混合器が混合用バッフ
ァータンクで構成されているものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る蓄
冷型冷凍機の構成を示す断面図である。図において、図
１０に示した従来の蓄冷型冷凍機と同一または相当部分
には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の
形態１による蓄冷型冷凍機は、図１に示されるように、
２台の膨張機と２台の圧縮機１とから構成されている。
そして、各膨張機から排気されたガスは、一旦排気ガス
ガス混合器としての配管アダプタ３０で混合された後、
各圧縮機１に戻されるように構成されている。さらに、
各圧縮機１で圧縮されたヘリウムガスは、それぞれ高圧
側バッファタンク３を介して膨張機に送気されるように
構成されている。さらにまた、２台の膨張機は、１／２
サイクルずつずらして運転される。なお、膨張機は、１
段目および２段目シリンダ７ａ、７ｂ、１段目および２
段目デスプレーサ８ａ、８ｂ、１段目および２段目シー
ル９ａ、９ｂ、１段目および２段目蓄冷器１０ａ、１０
ｂ、１段目および２段目ステージ１１ａ、１１ｂ、１段
目および２段目膨張空間１２ａ、１２ｂ、吸気バルブ２
０、排気バルブ２１および駆動モータ２２から構成され
ている。また、配管アダプタ３０は、小さい容量を有
し、２台の膨張機からの排気ガスを混合するだけのもの
である。また、１台の圧縮機１の容量は１台の膨張機の
容量にほぼ適合している。

【００１９】つぎに、このように構成された蓄冷型冷凍
機の動作について説明する。なお、２台の膨張機は、１
／２サイクルずらして運転されるので、説明の便宜上、
一方の膨張機に着目して説明する。まず、１段目および
２段目デスプレーサ８ａ、８ｂが最下端にあり、吸気バ
ルブ２０が開き、排気バルブ２１が閉じている状態で、
圧縮機１で圧縮された高圧のヘリウムガスが、高圧側バ
ッファータンク３に流入し、それから１段目蓄冷器１０
ａに流入し、１段目蓄冷器１０ａで蓄冷材により所定の
温度まで冷却されて、１段目膨張空間１２ａへ流入す
る。１段目膨張空間１２ａに流入した高圧ガスの一部は
さらに２段目蓄冷器１０ｂで蓄冷材により所定の温度ま
で冷却されて、２段目膨張空間１２ｂへ流入する。この
結果、１段目および２段目膨張空間１２ａ、１２ｂは高
圧状態になる。

【００２０】ついで、１段目および２段目デスプレーサ
８ａ、８ｂが上方に動き、それにともない高圧のヘリウ
ムガスが１段目および２段目膨脹空間１２ａ、１２ｂに
次々と供給される。この間、吸気および排気バルブ２
０、２１は動かない（吸気バルブ：開、排気バルブ：
閉）。この際、高圧のヘリウムガスは、１段目蓄冷器１
０ａおよび２段目蓄冷器１０ｂで所定の温度まで冷却さ
れる。

【００２１】そして、１段目および２段目デスプレーサ
８ａ、８ｂが最上端付近になったときに、吸気バルブ２
０が閉じられ、少し遅れて排気バルブ２１が開かれる。
このとき、高圧のヘリウムガスは断熱的に膨脹して冷凍
を発生する。そこで、１段目および２段目膨脹空間１２
ａ、１２ｂ内に存在するヘリウムガスはそれぞれの温度
レベルで低温・低圧になり、１段目ステージ１１ａおよ
び２段目ステージ１１ｂはこのヘリウムガスにより冷却
される。

【００２２】ついで、１段目および２段目デスプレーサ
８ａ、８ｂが下方に移動することにより、低温・低圧の
ヘリウムガスが、２段目および１段目蓄冷器１０ｂ、１
０ａに流入して蓄冷材を冷却した後、排気バルブ２１か
ら排気される。この排気バルブ２１から排気されたヘリ
ウムガスは、一旦配管アダプタ３０に流入し、他方の膨
張機から排気されたヘリウムガスと混合されて、圧縮機
１に戻される。デスプレーサ８ａ、８ｂが最下端に移動
し、１段目および２段目膨脹空間１２ａ、１２ｂの体積
が略最小となった状態で、排気バルブ２１が閉じられ、
吸気バルブ２０が開かれて、圧縮機１で圧縮された高圧
のヘリウムガスが高圧側バッファータンク３、次いで膨
張機に流入し、１段目および２段目膨脹空間３ａ、３ｂ
の圧力が低圧から高圧になる。上述の過程を１サイクル
として動作する。この時、他方の膨張機は、１／２サイ
クルずれて一方の膨張機と同様に動作する。

【００２３】このようにして、上述の動作を繰り返すこ
とにより、２台の膨張機の１段目ステージ１１ａおよび
２段目ステージ１１ｂが冷却され。１段目ステージ１１
ａおよび２段目ステージ１１ｂの代表的な温度はそれぞ
れ５０Ｋおよび４.２Ｋである。

【００２４】図２はこの実施の形態１における配管アダ
プタ３０内の圧力変動を示す図であり、図中、比較のた
めに、２台の膨張機を１台１台個別に動作させた場合の
配管アダプタ３０内の圧力変動を点線および一点鎖線で
示す。この実施の形態１では、１／２サイクルずれて運
転される２台の膨張機から排気されたヘリウムガスは、
配管アダプタ３０内で混合されるので、配管アダプタ３
０内の圧力は、２台の膨張機を１台１台個別に動作させ
た場合の配管アダプタ３０内の圧力変動が平均化された
ものとなる。その結果、配管アダプタ３０内の圧力変動
は、図２に示されるように、大幅に低減される。

【００２５】図３はこの実施の形態１における一方の膨
張機の膨張空間および配管アダプタ３０内の圧力変動を
示す図であり、図中、比較のために、２台の膨張機を１
台１台個別に動作させた場合の１台の膨張機の膨張空間
および配管アダプタ３０内の圧力変動を点線で示す。吸
気バルブ２０が閉じられ、少し遅れて排気バルブ２１が
開けられて高圧のヘリウムガスが断熱的に膨張する時の
膨張空間内の圧力は、配管アダプタ３０内の圧力に影響
される。２台の膨張機を１台１台個別に動作させた場
合、図３中点線で示されるように、吸気バルブ２０を閉
じたまま排気バルブ２１を開くと、配管アダプタ３０内
の圧力は大きく上昇する。この時の膨張空間内の圧力
は、配管アダプタ３０内の圧力上昇分高圧側に引き上げ
られる。一方、この実施の形態１では、図３中実線で示
されるように、配管アダプタ３０内の圧力は上昇しない
ので、その分膨張空間内の圧力は低圧側に引き下げられ
る。その結果、この実施の形態１における膨張空間の圧
力変動が大きくなる。冷凍機の冷凍能力は図示の仕事に
ほぼ比例する。Ｗ＝∫ＰｄＶ ・・・式（１）ここ
で、Ｗは図示の仕事を、Ｐは圧力を、Ｖは膨張空間の体
積を表している。式（１）から、膨張空間の圧力変動が
増加すると、図示の仕事が増加するのが分かる。そし
て、図示の仕事が増加すると、冷凍能力が増加し、効率
も向上することになる。

【００２６】このように、この実施の形態１によれば、
２台の膨張機と２台の圧縮機１とから構成し、２台の膨
張機のサイクルを１／２サイクルずらして運転するよう
にし、さらに２台の膨張機からの排気ガスを一旦配管ア
ダプタ３０で混合した後各圧縮機１に戻すようにしてい
るので、２台の圧縮機１への戻りガスの動作圧力・処理
流量が均一化され、負荷の平均化が図られる。その結
果、特定の圧縮機１に負荷が偏ることがなく、圧縮機１
の信頼度が増すとともに、効率の向上が図られる。ま
た、配管アダプタ３０内の圧力変動が抑えら、膨張空間
内の圧力変動が大きくなるので、図示の仕事が増加し、
蓄冷型冷凍機の冷凍能力を増加させることができるとと
もに、効率を向上させることができる。また、２台の膨
張機のサイクルを１／２サイクルずらして運転し、さら
に２台の膨張機からの排気ガスを一旦混合した後２台の
圧縮機１のそれぞれに戻すようにしているので、２台の
膨張機から排出されたガスを混合するように作用する容
量の小さい配管アダプタ３０を用いて、圧縮機１の吸気
側のガス圧力変動を抑えることができる。そこで、容量
の大きい低圧側バッファタンクが不要となり、省スペー
ス化、軽量化、低コスト化を達成することができるとと
もに、各膨張機に十分なヘリウムガスを供給できるよう
になり、冷凍機の冷凍能力の低下を抑えることができ
る。

【００２７】実施の形態２．この実施の形態１では、ガ
ス混合器として、２台の膨張機から排気されたガスを混
合するために小容量の配管アダプタ３０を用いるものと
しているが、この実施の形態２では、図４に示されるよ
うに、排気ガス混合器として、配管アダプタ３０に比べ
て大容量の低圧側混合用バッファタンク３１を用いるも
のとしている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同
様に構成されている。この実施の形態２によれば、２台
の膨張機からの排気ガスが大容量の低圧側混合用バッフ
ァタンク３１で混合された後各圧縮機１に戻すようにし
ているので、小容量の配管アダプタ３０で混合する場合
に比べて、低圧側混合用バッファタンク３１内の圧力変
動がさらに抑えられる。その結果、２台の圧縮機１への
戻りガスの動作圧力・処理流量がより均一化され、負荷
の平均化が図られるので、圧縮機１の信頼性が増し、効
率を向上させることができる。

【００２８】実施の形態３．この実施の形態２では、２
台の圧縮機１の吐出ガスが２台の高圧側バッファタンク
３のそれぞれを介して各膨張機に供給されるものとして
いるが、この実施の形態３では、図５に示されるよう
に、２台の圧縮機１の吐出ガスが一旦吐出ガス混合器と
しての大容量の高圧側混合用バッファタンク３２で混合
された後、各膨張機に供給されるものとしている。な
お、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されてい
る。

【００２９】つぎに、この実施の形態３による蓄冷型冷
凍機の動作の特徴部分について説明する。２台の圧縮機
１から吐出されたヘリウムガスは、高圧側混合用バッフ
ァタンク３２に流入して混合された後、２台の膨張機に
供給される。この時、２台の膨張機のサイクルは１／２
サイクルずれて運転されているので、一方の膨張機では
吸気バルブ２０が閉じられ、排気バルブ２１が開けられ
ている時には、他方の膨張機では吸気バルブが２０開け
られ、排気バルブ２１が閉じられている。そこで、高圧
側混合用バッファタンク３２で混合されたヘリウムガス
は、他方の膨張機にのみ供給される。つまり、２台の圧
縮機１の吐出ガスが１台の膨張機に供給されることにな
り、ガスの供給能力が２倍となる。ここで、２台の圧縮
機１、２台の膨張機および２台の高圧側バッファタンク
３から構成されるシステムにおいて、１台の圧縮機１か
らの吐出ガスを１台の高圧側バッファタンク３を介して
１台の膨張機に供給するように運転させる場合、圧縮機
１のガス供給能力に限りがあることから、高圧側バッフ
ァタンク３内の圧力にはΔＰの変動が生じてしまう。し
かしながら、この実施の形態３では、ガスの供給能力が
２倍となるので、膨張機へのガス供給に伴う高圧側混合
用バッファタンク３２内の圧力変動は１／２ΔＰとな
る。

【００３０】したがって、この実施の形態３によれば、
上記実施の形態２の効果に加えて、高圧側混合用バッフ
ァタンク３２の圧力変動が抑えられるので、その分膨張
空間内の圧力変動が大きくなり、図示の仕事が増加し、
蓄冷型冷凍機の冷凍能力を増加させることができるとと
もに、効率を向上させることができる。また、負荷の均
一化が図られ、圧縮機１の信頼性を向上させることがで
きる。

【００３１】なお、上記実施の形態３では、ガス混合器
として大容量の高圧側混合用バッファタンク３２を用い
るものとしているが、ガス混合器として小容量の配管ア
ダプタを用いてもよい。この場合、省スペース化、軽量
化、低コスト化を達成することができる。また、上記実
施の形態３では、２台の圧縮機１の吸気側および吐出側
にそれぞれ低圧側混合用バッファタンク３１および高圧
側混合用バッファタンク３２を配設し、膨張機の排気ガ
スおよび圧縮機の吐出ガスをそれぞれ混合するものとし
ているが、膨張機の排気ガスは混合せず、圧縮機１の吐
出ガスを高圧側混合用バッファタンク３２により混合す
るものとしてもよい。この場合、高圧側混合用バッファ
タンク３２内の圧力変動が抑えられることに起因する効
果が得られる。

【００３２】実施の形態４．上記実施の形態１〜３で
は、１台の圧縮機１の容量が１台の膨張機の容量にほぼ
適合している場合に適用されるものであるが、この実施
の形態４では、１台の圧縮機１の容量が１台の膨張機の
容量に比べて小さく、１台の圧縮機１を１台の膨張機に
接続したのでは十分な冷凍能力が得られない場合に適用
されるものである。つまり、この実施の形態４では、図
６に示されるように、２台の膨張機と４台の圧縮機１と
を備え、２台の膨張機からの排出ガスが一旦低圧側混合
用バッファタンク３１に流入・混合された後、４台の圧
縮機１に供給され、２台ずつの圧縮機１からの吐出ガス
がそれぞれ高圧側混合用バッファタンク３２に流入・混
合された後、各膨張機にそれぞれ供給されるものとして
いる。

【００３３】この実施の形態４によれば、１台の圧縮機
１の容量が１台の膨張機の容量に比べて小さいような場
合においても、十分なヘリウムガス流量を膨張機に供給
できるようになり、冷凍能力を向上させることができ
る。また、低圧側混合用バッファタンク３１および高圧
側混合用バッファタンク３２内の圧力変動が抑えられ、
圧縮機１への負担を軽減でき、図示の仕事の量を増加で
きるので、信頼性、効率を向上させることができる。

【００３４】実施の形態５．上記実施の形態４では、２
台の膨張機からの排出ガスを一旦低圧側混合用バッファ
タンク３１に流入・混合した後、４台の圧縮機１に供給
するものとしているが、この実施の形態５では、図７に
示されるように、２台の膨張機からの排出ガスを一旦低
圧側混合用バッファタンク３１に流入・混合した後、３
台の圧縮機１に供給するものとしている。この場合、１
台の膨張機当たり圧縮機１．５台分のヘリウムガス流量
を確保することができ、最適なヘリウムガス流量を膨張
機に供給することができる。このため、効率をさらに向
上させることができる。

【００３５】実施の形態６．この実施の形態６では、図
８に示されるように、低圧側混合用バッファタンク３１
と高圧側混合用バッファタンク３２とがバッファタンク
３３に一体化に形成されている。なお、他の構成は上記
実施の形態３と同様に構成されている。

【００３６】ここで、バッファタンク３３の構造につい
て図９を参照しつつ説明する。バッファタンク３３は、
一対の端板３５により円筒状の外筒３４の上下の開口を
塞口して密閉缶体を作製し、さらに円筒状の内筒３６に
より該密閉缶体の内部空間を内周側空間と外周側空間と
に気密に画成して作製されている。そして、内筒３６に
より画形された密閉缶体の内周側空間と外周側空間とが
高圧側混合用バッファタンク３２と低圧側混合用バッフ
ァタンク３１とに相当している。そして、２台の膨張機
の各排気配管がそれぞれ低圧側吸気ポート３７ａおよび
低圧側排気ポート３７ｂに接続されて各圧縮機１の吸気
側に連結され、２台の膨張機の各吸気配管がそれぞれ高
圧側吸気ポート３８ａおよび高圧側排気ポート３８ｂに
接続されて各圧縮機１の吐出側に連結されている。

【００３７】この実施の形態６によれば、２台の膨張機
のサイクルは１／２サイクルずらして運転され、２台の
膨張機からの排出ガスが一旦低圧側混合用バッファタン
ク３１に流入・混合された後、２台の圧縮機１に供給さ
れ、２台の圧縮機１からの吐出ガスがそれぞれ高圧側混
合用バッファタンク３２に流入・混合された後、各膨張
機にそれぞれ供給されるので、上記実施の形態３と同様
の効果を奏する。また、低圧側混合用バッファタンク３
１と高圧側混合用バッファタンク３２とが一体に構成さ
れているので、バッファタンク３３全体のコンパクト化
が図られる。また、低圧側混合用バッファタンク３１が
高圧側混合用バッファタンク３２の外周側に配置されて
いるので、圧量変動量の大きい低圧側混合用バッファタ
ンク３１の容量を大きくとることができ、バッファタン
ク３３の大型化を抑えて、効果的に圧力変動を抑えるこ
とができる。また、圧力の高い高圧側混合用バッファタ
ンク３２が内周側に配置されているので、外筒３４の肉
厚を最小にすることができ、また低圧側混合用バッファ
タンク３１と高圧側混合用バッファタンク３２とを画成
する内筒３６がバッファタンク３３の機械的強度を高め
ているので、端板３５の肉厚を薄くすることができ、バ
ッファタンク３３の軽量化、低コスト化を実現すること
ができる。

【００３８】なお、上記各実施の形態では、２台の膨張
機のシステムに適用するものとして説明しているが、膨
張機は２台に限定されるものではなく、各膨張機のサイ
クルがずれて運転されるものであれば３台でも、４台で
もよい。

【００３９】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４０】この発明に係る蓄冷型冷凍機は、複数台の
圧縮機と、吸気／排気バルブを有する複数台の膨張機か
ら構成される蓄冷型冷凍機において、上記複数台の膨張
機のサイクルをずらして運転するようにするとともに、
上記複数台の膨張機からの排気ガスを一旦排気ガス混合
器にて混合した後、上記複数台の圧縮機のそれぞれに戻
すようにしたので、排気ガス混合器内の圧力変動が抑え
られる。そこで、複数台の圧縮機への戻りガスの動作圧
力・処理流量が均一化され、負荷の平均化が図られ、圧
縮機の信頼度が増すとともに、効率の向上が図られ、さ
らに膨張空間内の圧力変動が大きくなり、図示の仕事が
増加して冷凍能力を増加させることができる蓄冷型冷凍
機が得られる。

【００４１】また、上記複数台の圧縮機からの吐出ガス
を一旦吐出ガス混合器にて混合した後、上記複数台の膨
張機のそれぞれに戻すようにしたので、吐出ガス混合器
内の圧力変動が抑えられ、圧縮機の負荷をより均一化で
きるとともに、膨張空間内の圧力変動を大きくすること
ができる。

【００４２】また、複数台の圧縮機と、吸気／排気バル
ブを有する複数台の膨張機から構成される蓄冷型冷凍機
において、上記複数台の膨張機のサイクルをずらして運
転するようにするとともに、上記複数台の圧縮機からの
吐出ガスを一旦吐出ガス混合器にて混合した後、上記複
数台の膨張機のそれぞれに戻すようにしたので、吐出ガ
ス混合器内の圧力変動が抑えられる。そこで、複数台の
圧縮機の吐出ガスの動作圧力・処理流量が均一化され、
負荷の平均化が図られ、圧縮機の信頼度が増すととも
に、効率の向上が図られ、さらに膨張空間内の圧力変動
が大きくなり、図示の仕事が増加して冷凍能力を増加さ
せることができる。

【００４３】また、２台の圧縮機と２台の膨張機とから
構成し、２台の膨張機のサイクルを１／２サイクルずつ
ずらして運転するようにしたので、圧縮機の戻りガスあ
るいは吐出ガスの動作圧力・処理流量の均一化が図られ
る。

【００４４】また、上記排気ガス混合器が混合用バッフ
ァータンクで構成されているので、混合器内の圧力変動
をより抑えることができる。

【００４５】また、上記吐出ガス混合器が混合用バッフ
ァータンクで構成されているので、混合器内の圧力変動
をより抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る蓄冷型冷凍機
の構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１における配管アダプ
タ内の圧力変動を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態１における一方の膨張
機の膨張空間および配管アダプタ内の圧力変動を示す図
である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る蓄冷型冷凍機
の構成を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係る蓄冷型冷凍機
の構成を示す断面図である。

【図６】 この発明の実施の形態４に係る蓄冷型冷凍機
の構成を示す断面図である。

【図７】 この発明の実施の形態５に係る蓄冷型冷凍機
の構成を示す断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態６に係る蓄冷型冷凍機
の構成を示す断面図である。

【図９】 この発明の実施の形態６に係る蓄冷型冷凍機
のバッファタンクを示す図である。

【図１０】 従来の蓄冷型冷凍機の構成を示す断面図で
ある。

【図１１】 従来の蓄冷型冷凍機における膨張機の膨張
空間およびバッファタンク内の圧力変動を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機、７ａ １段目シリンダ（膨張機）、７ｂ
２段目シリンダ（膨張機）、８ａ １段目デスプレーサ
（膨張機）、８ｂ ２段目デスプレーサ（膨張機）、９
ａ １段目シール（膨張機）、９ｂ ２段目シール（膨
張機）、１０ａ１段目蓄冷器（膨張機）、１０ｂ ２段
目蓄冷器（膨張機）、１１ａ １段目ステージ（膨張
機）、１１ｂ ２段目ステージ（膨張機）、１２ａ １
段目膨張空間（膨張機）、１２ｂ ２段目膨張空間（膨
張機）、２０ 吸気バルブ（膨張機）、２１ 排気バル
ブ（膨張機）、３０ 配管アダプタ（排気ガス混合
器）、３１ 低圧側混合用バッファタンク（排気ガス混
合器）、３２ 高圧側混合用バッファタンク（吐出ガス
混合器）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数台の圧縮機と、吸気／排気バルブを
   有する複数台の膨張機から構成される蓄冷型冷凍機にお
   いて、上記複数台の膨張機のサイクルをずらして運転す
   るようにするとともに、上記複数台の膨張機からの排気
   ガスを一旦排気ガス混合器にて混合した後、上記複数台
   の圧縮機のそれぞれに戻すようにしたことを特徴とする
   蓄冷型冷凍機。
2. 【請求項２】 上記複数台の圧縮機からの吐出ガスを一
   旦吐出ガス混合器にて混合した後、上記複数台の膨張機
   のそれぞれに戻すようにしたことを特徴とする請求項１
   記載の蓄冷型冷凍機。
3. 【請求項３】 複数台の圧縮機と、吸気／排気バルブを
   有する複数台の膨張機から構成される蓄冷型冷凍機にお
   いて、上記複数台の膨張機のサイクルをずらして運転す
   るようにするとともに、上記複数台の圧縮機からの吐出
   ガスを一旦吐出ガス混合器にて混合した後、上記複数台
   の膨張機のそれぞれに戻すようにしたことを特徴とする
   蓄冷型冷凍機。
4. 【請求項４】 ２台の圧縮機と２台の膨張機とから構成
   し、２台の膨張機のサイクルを１／２サイクルずつずら
   して運転するようにしたことを特徴とする請求項１乃至
   請求項３のいずれかに記載の蓄冷型冷凍機。
5. 【請求項５】 上記排気ガス混合器が混合用バッファー
   タンクで構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の蓄冷型冷凍機。
6. 【請求項６】 上記吐出ガス混合器が混合用バッファー
   タンクで構成されていることを特徴とする請求項２また
   は請求項３記載の蓄冷型冷凍機。