JPS5816158A - 蓄冷器を設えた超低温冷凍機 - Google Patents

蓄冷器を設えた超低温冷凍機

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JPS5816158A
JPS5816158A JP11487381A JP11487381A JPS5816158A JP S5816158 A JPS5816158 A JP S5816158A JP 11487381 A JP11487381 A JP 11487381A JP 11487381 A JP11487381 A JP 11487381A JP S5816158 A JPS5816158 A JP S5816158A
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JP
Japan
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heat exchanger
regenerator
working gas
expansion
way valve
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JP11487381A
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JPS6353465B2 (ja
Inventor
三田 英夫
信太郎 原田
正文 野川
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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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】 本発明は超低温冷凍機に関し、Iト”[にH°r述すれ
ば]、 OK以下の冷凍を短い時間で効率良く発生可能
にし逆スターリングサイクル或いはギホードマクマポン
サイクル等の利用範囲ヲ拡大キぜている超低温冷凍機に
関する。
本発明の目的は圧縮空間、冷却器、第1蓄冷器、第2蓄
冷器、第1膨張空間、第2膨張空間を順次連通させ、第
2蓄冷器と膨張空間との間に第3蓄冷器、一方向弁及び
熱交換器を設は熱交換器の第8蓄冷器側の一端に流入、
流出する1 0 Kの作動ガス(ヘリウムガス)により
熱交換器の高温側熱交換器と低温側熱交換器の熱容量の
大きい性質を利用し作動ガスどうしが熱交換する超低温
冷凍機を提供する。
本発明の一実施例を第1図〜第2図に基づき説明すれば
、圧縮シリンダ]−と圧縮ピストン2により形成される
圧縮空間8は冷却器4・、第1蓄冷器5を通り連通管6
.7を通りそれぞれ第1膨張空間8.第2蓄冷器9の一
端側へ連通している。
前記第2@冷器9の他端側は連通管11・32を通り、
それぞれ第2膨張空間10.前記第3蓄冷器38の一端
側に連通している。前記第8蓄冷器38の他端側は連通
管12・18の一端側に連通し該連通管12・18の他
端側はそれぞれ一方向弁14の一端側、一方向弁15の
一端側へ連通している。前記一方向弁14・15の他端
側はそれぞれ温熱交換器16の高温側熱交換器161F
と低温側熱交換器16bの−端側へ連通し、そして高温
側熱交換器1611と低温側熱交換器16bの他端側は
、それぞれ一方向弁17・18の一端へ連通している。
前記一方向弁17・18の他端側はそれぞれ連通管19
・20を通じ第8膨張空間2]へ連通している。
第3蓄冷器38はケース83a、焼結金属よりなるフィ
ルター33b−33(!、比熱の大なる球状の鉛よりな
る蓄冷器、33 dがケースの内部33eに充填してあ
り、14.・15は一方向弁で交流熱交換器16に連通
している。交流熱交換器16はケース16c 、高温側
通路16a、低温細通路16bで前記通路] (i n
はフィンチューブ166、フィン16fより4rり熱伝
導の良い金属(Cu系)で製造されている。17a・1
8aは一方向弁17・18への連通省である。この様に
構成された冷凍回路内にはヘリウムガス等の冷媒が充填
されている。
圧縮ピストン2にはロッド22が連結され、さらに該圧
縮ピストン2の外周上の一部には(3) れ、ロッド22の夕1壁の一部にもガス封止のためのシ
ール31が設けられている。
第1膨張空間8.第2膨張空間10.第8膨張空間21
はそれぞれ2段の凸型を有する膨張シリンダ24(、膨
張ピストン25によって形成される。膨張ピストンの各
段の外周上には該第1.2.3膨張空間8・10・21
内のガス封止のためのピストンリング26・27・28
が設置Uされている。又膨張ピストン25には、ロッド
29が連結され、該ロッド29の外壁上の一部にはガス
封止のためのシール80が設置されている。ロッド22
・29は図示されていない往復駆動機構(例えばクラン
ク)に連結され膨張ピストン25の方が圧縮ピストン2
より約90°位相が進む様に配置しである。
第2図−1〜第2図−4は前記熱交換器16の高温側熱
交換器16Bと低温側熱交換器16の作動ガスの流れの
1サイクルを示したものである。
(4) 以上の構成において本発明の作用について説明すれば圧
縮ピストン2と膨張ピストン25が圧縮空間8の作動ガ
ス(ヘリウム研・)は圧縮パストン2により圧縮された
後、冷却器4・で冷却され第1冷却器5を通り、さらに
冷却され連通管6・7を通りそれぞれ第1膨張空間8及
び第2蓄冷器9へと流入する。第1膨張空間8に入った
作動ガスは膨張ピストン25により膨張され約70にの
温度の冷凍を発生する。ところで第2蓄冷器9に流入し
た作動ガスにさらに冷却されて連通管11を通り第2膨
張t:> 111110と連通管32を通って第8蓄冷
器83へと流入する。第2膨張空間IOへ流入した作動
ガスは膨張ピストン25により膨張され約1.5 Kの
温度の冷凍を発生する。第8蓄冷器83へ流入した作動
ガスは粒状の鉛によりざらに冷却びれ連通管12・18
に流入する。
連通管12に流入した作動ガスは、一方向弁14を通っ
て、熱交換器16の高温側熱交換器16mに流入すると
、第8膨張空間21から連通管20と一方向弁18を通
って低温側熱交換器16L+の空間に入り込んでくる。
温度の低い作動ガスによって冷却され、一方向弁17、
そして連通管19を通って、第8膨張空間21−流入す
る。第8膨張空間21へ流入した作動ガスは膨張ピスト
ン25の膨張によって約4にの温度の冷凍を発生する。
他方、連通管13に流入した作動ガスは、一方向弁]5
によって熱交換器16の低温熱交換器16bには流入し
ない第8膨張空間21で膨張し終った作動ガスは、前記
膨張ピストン25の圧縮により連通管19・20へ流入
する。連通第19に流入した作動ガスは一方向弁17を
閉状態せしめ・熱交換器16の高温側熱交換器16aに
は流入しない。一方、連通孔20に流入した作動ガスは
、一方向弁18を通って熱交換器16の低温熱交換器1
6bに流入すると、第2蓄゛冷器9から一方向弁14を
順次通って、高温側熱交換器16aの空間に入り込んだ
湿度の高い作動ガスから熱を受け、温められて、そして
一方向弁15゜連通管13を通り第8蓄冷器33へ流入
する。
第8蓄冷器83へ流入した作動ガスはさらに温められて
、連通管82に流入し、第2蓄冷器9に流入する。
第2膨張空間】0で膨張し終った作動ガスも、膨張ピス
トン25の圧縮により連通’l?1]を通り第2蓄冷器
9に流入する。第2蓄冷器9に流入した作動ガスは、ざ
らにrlrRぬられ第1蓄冷器5へ流入する。第1 I
&張中空間8膨張し終った作動ガスは、膨張ピストン2
5の圧縮によって、連通せ6をaつで第1蓄冷器5に流
入する0第1蓄冷器5に流入した作動ガスは、渇められ
て冷却器4.へ流入し、さらに圧縮空間aへ流入する。
この様にして1ザイクルを++g戒する。
次に第2図−1〜第2図−41にノ、(つき、6’rJ
記熱交換器16の高温側熱交換器16flと低温側熱交
換器1ebの作動ガスの熱交換について説明する。膨張
ピストン25が下死点にいる詩、作動ガスの圧力はほぼ
最低用に近い(第2図−■に示す)。前記連通管11・
12・18前記一方向弁14.・15.前記熱交換器1
6の高温側熱交換器16aと低温熱交換器16b、一方
向弁17・18.連通管19・20.そして第3膨張空
間21の内部の作動ガスの圧力は、はぼ等しくなり、前
記一方向弁14噸・14・1718は、バネの力で閉状
態となる。第2図−1はこの状態を示している。次に膨
張ピストン25が下死点から上死点に向がって移動する
と(第2図−2に示す)。第8膨張空間21の作動ガス
は圧縮され、圧力が上昇し、連通管20を通って一方向
弁18を閉状態にせしめ、熱交換器16の低温側熱交換
器16bに流入する。
そしてざらに、低湿側熱交換器16bに流入した作動ガ
スは、一方向弁15を開状態にせしめ連通管13全通っ
て第3蓄冷器33に流入し、第8蓄冷器33内の作動ガ
スの圧力を高める。
第3蓄冷器38内の圧力の高まった作動ガスは、さらに
一方向弁14を開状態にし、高温側熱交換器16aに流
入すると、一方向弁18から(7) 一方向弁15に向って低温側熱交換器]、 f3 bを
流れている冷たい作動ガスによって冷却される。一方低
温側熱交換器1611を流れている作動ガスは温められ
、第3蓄冷器f33に流入する。
熱交換器16の高温側熱交換器1にBの作動ガスの圧力
は、前記連通管19内の作作ガスより低いため、一方向
弁17は閉状態を維E′1する。
膨張ピストン25が」−死点にくると、作動ガスの圧力
はほぼ最高圧近くなる。(第2図−8に示す。)次に、
連通管11・12・1X3、一方向弁141 ・I 5
 、M交換NN I O&)、!’/li’71a(t
ill熱交換器16aど低温側熱交換器1 (i b、
一方向弁17・18.連通管]9・20、ぞして第3膨
張空間2]の内部の作動力スはC1ば等しくなり、前記
一方向弁14・・15・181;−1バネの力で閉状態
になる。第2図−3にこの状p11を示している。膨張
ピストン25が」−死点が下死点に向って膨張すると(
第21図〜4・に示す)。第3 rxc張空間21の作
動ガスは約4. Kの冷凍を発4+、しながら、圧力が
低下する。
(8) その結果、熱交換器16の高温側熱交換器16a内の作
動ガス圧力は、一方向弁17を開状態にせしめる。さら
に、高温側熱交換器16aの作動ガスは連通管12の作
動ガスの圧力より低くなり、一方向弁1−4メも開状態
となる。この様にして第3蓄冷器38内の作動ガスは連
通管12.一方向弁14.高温側熱交換器16a、一方
向弁17.連通間19を通って第3膨張空間21に流入
する。一方、一方向弁18は、第8膨張空間21の作動
ガスの圧力が低下したため閉状態を維持する。他方熱交
換器16の低温側熱交換器16bの作動ガスは第3蓄冷
器33内作動ガスの圧力低下により一方向弁15を開状
態にせしめる。その結果、低温側熱交換器16b内の冷
えた作動ガスは高温側熱交換器I B bを一方向弁1
54から一方向弁17に向って流れている作動ガスを冷
却しながら第8蓄冷器38に流入する。
この様にして熱交換器16内で作動ガスどうしの熱交換
が行なわれて1サイクルを終える。
第7図は、この種の従来の冷凍機である。圧縮空間20
1内の作動ガスは圧縮ピストン209より圧縮された後
、冷却器202で冷却され、第1蓄冷器208を通り冷
却され第1膨張空間204と第2蓄冷器205へ流入す
る。前記第2蓄冷器205へ流入した作動ガスはさらに
冷却され第2膨張空間206と第8蓄冷器207へ流入
する。前記第8蓄冷器207へ流入した作動ガスはさら
に冷却され第8膨張空間208へ流入する。前記第1・
第2・第8膨張空曲204・206・208へ流入した
作動ガスは膨張ピストン210の膨張によって詠第1.
第2、第3膨張空間でそれぞれ、約70に、約15に、
約10にの温度の冷凍を発生する。ところで前記第8蓄
冷器内には鉛等の蓄熱材が充填されている。鉛等の蓄熱
材は低温になればなるほど比熱が著しく小さくなるため
、作動ガスと熱交換するには多量の蓄熱材を必要とする
この結果前記第3蓄冷器の死宕積に大きくなり、又作動
ガスが流れる流路抵抗も大きくなり、前記第8膨張空間
208では、IOKの冷凍を効率よく得られない。
本発明は前記第1図及び第2図に示すように一方向弁1
4・15と第2蓄冷器9との間に第8蓄冷器33を設け
たので連通管■2・18に流入流出する作動ガスの温度
は約10Kになり、その結果熱交換器16の効率を非常
に高くすることが出来、更に前記熱交換器16の高温側
熱交換器16aと低温側熱交換器16bで約10にの作
動ガス(ヘリウムガス)どうしが前述したヘリウムガス
の熱容量の大きい性質を利用して熱交換するため、この
結果前記熱交換器の死体積を小さくする事ができ、ざら
に流路抵抗も著しく小さくすることができ前記第8膨張
空間10において、IOK以下の冷凍を効率よく得る事
が出来その上、従来のこの種の冷凍機に比べより低い温
度を得る事が出来更に冷凍量が大きくなり、その結果冷
凍機を運転し始めてから第3膨張空間21の温度がIO
K以下の定常に達する時間を短かくする事が出来る。
(11) 第3図〜第6図は本発明に基づく他の実施例で第8蓄冷
器88と第8膨張空間21の間に熱交換器と一方向弁を
使用する場合に、一方向弁を2ケ使用して装置を簡単に
したもので詳細に説明するまでもなく、第1図に示す冷
凍機と同じ性能を得ることが出来るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の冷凍機の概略断面図、第2
図−1〜第2図−4・は第1図に示す冷凍機の作動ガス
の流れの1サイクルを示す作動図、第3図は熱交換器と
第8蓄冷器の断面図、第4図〜第7図は本発明の他の実
1+ni例の概略断面図、そして第8図は従来の実施例
の概略断面図である。 8:圧縮空間    4:冷却器 5;第1蓄冷器   8;第1膨張空間9:第2蓄冷器
   10:第2膨張空間14・15・17・18ニ一
方向弁 16:熱交換器   21:第8膨張空間88:第8蓄
冷器 (12) 83b・83e:焼結金属のフィルター88d:鉛球等
の蓄冷機 特許出願人 アイシン精機株式会祉 代表者  中 井 令 夫 Q               N −− q

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 圧縮空間、冷却器、蓄冷器おにび膨張空1111を順次
    通結し、第2膨張空間と第;3膨張空間との間に第8蓄
    冷器と交流交換器を設け、前記交流熱交換器の各相の任
    意の位置に一方向弁を互に反対方向になる様に設けて作
    動ガス双方が熱交換することを特徴とする冷凍機。
JP11487381A 1981-07-22 1981-07-22 蓄冷器を設えた超低温冷凍機 Granted JPS5816158A (ja)

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JP11487381A JPS5816158A (ja) 1981-07-22 1981-07-22 蓄冷器を設えた超低温冷凍機

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JPS5816158A true JPS5816158A (ja) 1983-01-29
JPS6353465B2 JPS6353465B2 (ja) 1988-10-24

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4845953A (en) * 1987-05-29 1989-07-11 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Refrigerating system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4845953A (en) * 1987-05-29 1989-07-11 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Refrigerating system

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JPS6353465B2 (ja) 1988-10-24

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