JPS58214758A - 低温冷凍機 - Google Patents

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】 本発明は低温冷凍、特に空気作動低温膨張器（ｅｘｐａ
ｎｄｅｒ　）を作る方法及び装置に関する。

本発明が理想的に適している型の低温冷凍を作る装置は
アメリカ特許第３６２００２９号に記載されている。特
許者は置換器（ａｉｓｐｌａｃｅｒ　）がオリフィスを
経て駆動される大量の波動流体に逆らつ【周期的に動き
、それゆえ置換器用の外部駆動装置が要らない置換器−
膨張器（ｄｉｓｐｌａｃｅｒ−ｅｘｐａｎｄｅｒ　）型
冷凍機を記載している。仕事は波動ガスをオリアイスを
経て波動容積室内に押圧することで消費され、それによ
りこの作用で発生する熱は適当な熱父換で取除くことが
出来る。第３６２００２９号特許の装置は高圧流体を可
変容積室又は冷凍機の冷端に入れ、低圧の膨張ガスを冷
凍機から排出するために２ｆ！ｉｆの口を持つ回転弁を
有している。第３６２００２９号特許による装置は１段
より多くてもよく、この型の最近の装置は２段冷凍を使
い、第１段における３５°にと８５°にとの間の冷凍機
温度はヘリウムが作動流体の時に得られ、第２段におけ
る１０″にと２０″にとの間の温度も同じ作動流体で得
られている。

アメリカ特許第３１１９２３７号は、弁の摩耗時に洩れ
が増大され勝ちな回転弁を使った型の冷凍機を記載して
いる。

アメリカ特許第３２０５６６８号は空気作動冷凍機に使
われる型の現在の２＠の口を持つ弁を示している。

アメリカ特許第３６２５０１５号、３３１２０７２号は
夫々１重及び２１Ｆの回転弁円板を示している。

本発明は作動が固、定速度で作動する回転弁により行な
われる空気作動置換器−膨張器型冷凍機の冷凍能力を増
す方法及び装置を得ている。回転弁の口の数を増し、そ
れにより高圧流体が膨張器ピストンの下の可変容積室に
、及びこれから、弁の回転の１８０°毎より多くの頻度
で入り及び排出されることにより冷凍能力は２段式置換
器型冷凍機の両段でかなり増大する。冷凍能力のかなり
の増加はモータが５０又は６０サイクルの倒れの動力で
作動しても注目される。

第１図を参照すると、アメリカ特許第３６２００２９号
に記載のような冷凍機ｌＯが示され、この明細書は引用
して本発明に組入れられている。第１図の冷凍機は弁モ
ータハウジング１２と弁モータ１４とを有し、弁モータ
は順に適当な軸１５を経て弁円板１６を回転する。弁モ
ータ１４は冷凍機１０の上部ハウジング１８と液密的に
係合し、上部ハウジング１８は弁ステム２０を支持する
装置を有し、ステムは毛細管２４と波動オリフィス２６
とを有し、両者は波動容積室２２と連絡している。弁ス
テム２０を経て弁円板１６に排出口２８が連絡し、排出
口は順に低圧の膨張した流体を冷凍機１０から適当な出
口接手２９を経て排出することが出来る。高圧入口３０
は、高圧流体を弁モータの内部Ｋ、正しい順序で弁円板
を過ぎて、弁ステム２０内の通路３２を経てスラツクピ
ストン３４の内部に入れる装置を有し、ピストンは順に
第１ＲｔｌｔＬ換器３６と連絡し、置換器には、その中
に再生機４０を収容する内部通路３８に流体を入れる通
路装置を持っている。第１段置換器３６を経て進む流体
は通路４２を経て可変容積室４４に第１段の最后に出て
、熱湯４６の所に冷凍を生ずる。流体は可変容積室４４
から管４８、第２段置換器５２内の孔５０、再生器５４
を経て第２可変容積室５６に進み、これが順に第２段熱
湯５８０所に冷凍を生ずることが出来る。

作動時に、第１図、第２図による装置はヘリウムなど作
動流体の膨張で冷凍を提供する。ヘリウム源は高圧入口
３０に結合され、適当な排出管が排出即ち出口接手２９
に結合され、書利用のためヘリウムを回収する。冷凍機
１０は高圧ガスをステムを経て第１、及び第２膨張器の
再生器容積４０．５４に入れるよう回転する弁円板を持
つことで作動する。スジツクピストン３４は速かに上昇
して、第１段置換器３６と係合し、その上に捕えらｎた
小量のガスを圧縮する。スラツクピストン３４の上に捕
えられたガスは波動オリフィス２６を経て波動容積室２
２内に中間圧力で流れる。

高圧ガスは再生器を経て第１段置換器３６の冷端４６に
これが上昇する間供給し続ける。弁円板１６は、置換器
３６がガスを部分的に膨張させるため最大に到達する前
に通路３２への入口を閉じ、置換器３６の運動をおそく
する。弁円板１６が第２図に示す位置から９０°だけ回
転し、再生器を低圧出口２８に結合する時、スラツクピ
ストンは、その上のガスが低圧となり、且これが第１段
置換器３６と係合するまで速やかに下降する。ガスは、
置換器が下降してガスが再生器を経て流出する時、波動
容積室２２から波動オリフィス２６を経て流れ戻る。排
出口２８は置換器が底に打機る前に閉じて置換器をおそ
くし、衝撃を最小にする。

本発明による装置はモデルＣ８２０２冷凍機としてエア
ープロダクツ、ケミカル社から売られている。モデルＣ
８２０２は波動容積室内忙中間圧力を持ってＺｌ　７１
０．７９ＭＰａ　（３１５／　１１５ボンド／５Ｊｆ一
方インチ）で作動する。弁の調時は、置換器がストロー
クの各終端で減速し、聞きとれる打音が無いようにされ
る。慣性力は１４４回／分（６０サイクル動力で）の作
動速度ではまだ存在し、何かに応用を考えるべきである
。空気作動力はシール摩擦力又はその他の可変力より十
分大きく、それゆえ作動は装置の寿命に対し一定である
ことが見出されている。保守は、空気制御と固定された
口のある円板とが調節な必要としないので容易である。

シール及び弁円板上の摩耗の割合は十分に低く、部品を
長寿命に設計することが出来る。

第２図、第３図、第４図、第５図を参照すると、第１図
の普通の弁円板１６と弁ステム２０とが示されている。

第３図に示す弁円板は１８０°隔てられた入口開口即ち
溝６０．６２を有し、これらは高圧ガスを第４図に示す
口６４．６６に入れる。

溝６０．６２からほぼ９０″″の方向に向けられた溝６
３は口６４．６６を低圧排出口２８に結合して、ガスを
膨張空間と再生器とから排出する。弁ステ入内にある２
ｍの口６４．６６は通路３２の延長であり、作動流体を
置換器−膨張谷型冷凍機に入れ及び排出するよ５働らく
。弁円板上６は溝６３と溝６０．６２との間に十分の空
間を持ち、ガスが口６０と６２との上を通る時ガスは高
圧から低圧に直接バイパスすることは無い。弁ステム２
０は第１図に示すよう毛細管口６８を有している。

第６図から第９図を参照すると、２２には弁円板８０と
弁ステム８２とが示され、弁円板８ｏ上には３個の高圧
入口開口８４．８６．８８と低圧溝８９を、弁ステム８
２上には３＠の口９０．９２．９４を有し、ピストンの
再生容積に流体を入れ及びこれから流体を排出している
。毛細管口が弁ステム８２に９８で示すよう有している
。又プラグ１００が示されている。弁円板の各回転毎に
膨張器ピストンは弁モータの１回転当り、第２図から第
５図の弁が２回である代り、３回往復することは明らか
である。

第１図から第５図の装置の弁装１置は６０サイクル動力
で７２回／分回るステップモータを有し、このモータは
２洞の口を持つ弁ステム上で弁円板を回し、弁円板の回
転の１８０＠毎にガスを入れ、排出し、それゆえ置換器
を１４４回／分で往復させる。作られる冷凍は速度に比
例し、その他の事項は等して、それゆえ装置が５０サイ
クル動力で作動する時は約２０％の冷凍減となる。この
減少に打勝つため、膨張器を６０サイクルで駆動するよ
うソリッドステート周波数変換器を使う試みがなされて
いる。

第６図から第９図による弁を使って標準のモデルＣ８２
０２冷凍機で試験された時、第１表に示す次の結果が観
察された。

第　　１　　表 モータ周波数　　　弁型式　　　　冷凍−ワット第１段
　　第２段 ６０Ｈｚ　　　　　　　２０　　　　１０．０　　　　
２．３６０）ＩＺ　　　　　　　３０　　　　１４．０
　　　　２．８５０Ｈｚ　　　　　　　２０　　　　　
８．０　　　　１．８５０Ｈｚ　　　　　　　３０　　
　　１１．０　　　　２．２第１表の試第４の検討から
普通の冷凍機を５０又は６０サイクル動力で作動する時
冷凍に大きい増加があることが明らかである。

口の数を増した冷凍機を往復速度を増すよ５３゜さらに
冷凍能力を増すよう運転することは本発明の範囲内にあ
る。

又冷凍能力の増加は、一部はコンプレッサ（図示なし）
が２＠の口を持つ冷凍機の第１段では、７７°Ｋ、第２
段では２０°にの通常の定格で流れのいくらかがバイパ
スするのに対し、一方３個の口の弁では流れが全部使わ
れるためであることが見られる。それゆえ３閏の口の弁
は与えられた寸法の膨張器の中でより以上の冷凍を生ず
ることが出来るが、ピストン速度がより早いのでピスト
ンリングの寿命をいくらか減少する。しかし、このよう
な冷凍機は商業的見地から、これが価格差が僅かでより
高い冷凍能力を生ずることが出来るので実用に適してい
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用出来る置換器−膨張谷型な先行技
術装置シζ使ゎれる弁の図解図、第３図は第２図の線３
−３における図面、第４図は第２図の線４−４における
図面、第５図は第２図の線５−５における図面、第６図
は本発明による弁の断面図、第７図は第６図の線７−７
における断面図、第８図は第６図の線８−８における図
面、第９図は第６図の線９−９における図面である。 １ｏ・・・冷凍機、　　　１２・・・ハウジング、１４
・・・弁モータ、　　１５・・・軸、１６・・・弁円板
、　　　１８・・・ハウジング、２０・・・弁ステム、
　　２２・・・室、２４川毛細管、　　　２６・・・オ
リフィス、２８・・・排出口、　　　２９・・・出口接
手、３０・・・入口、　　　　３２・・・通路、３４・
・・スラックピストン、 ３６・・・置換器、　　　３８川通路、４０・・・再生
器、　　　４２・・・通路、４４・・・可変容積室、　
４６・・・熱湯、４８・・・管、　　　　　５ｏ・・・
孔、５２・・・置換器、　　　５４・・・再生器、５６
・・・可変容積室、　５８・・・熱湯、６０．６２．６
３・・・溝、 ６４．６６．６８・・・口、 ８０・・・弁円板、　　　８２・・・弁ステム、８４．
８６．８８・・・開口、 ８９・・・溝、 ９０１９２．９６．９８川口、 １００・・・プラグ。 特許出願人 エアー、プロダクツ、アンド、ケミカルス。 インコーホレーテッド 代理人 ム奴ｌ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ５ ＦＩＧ　６ ＦＩＧ８ ＦＩＧ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）回転弁により空気的に作動する低温膨張器（ｅｘ
   ｐａｎｄｅｒ　）の冷凍能力を増す方法において、前記
   弁の１回転肖り、より大きい頻度で前記膨張器に高圧流
   体を入れ、及びこれから排出するため前記弁内の口の数
   を増す段階を有する低温冷凍機の能力増大方法。 （２、特許請求の範囲第１項記載の低温冷凍機の能力増
   大方法において、前記弁の１回転嶋り少くとも３回、前
   記高圧流体は前記膨張器に入り、低圧流体は前記膨張器
   から排出される低温冷凍機能力増大方法。 （３）低温冷凍機にして、ピストンを収容するハウジン
   グを有し、前記ピスト／と前記ハウジングとは可変容積
   室を画定し、さらに前記可変容積室に高圧流体を入れる
   ことにより前記ピストンを往復させる装置を鳴し、前記
   高圧流体は前記流体の膨張により冷凍を生ずるよう前記
   ピストンに運動を起させ、さらに前記可変容積室に流体
   を入れ、及びこれから流体を排出するための回転弁を有
   する型の低温冷凍機において、 前記回転弁の口の数を２個より多くに増加して、それに
   より前配流体は前記回転弁の回転の１８０゜毎より多く
   の頻度で前記可変容積室に入り及びこれから排出され、
   それゆえ前記ピストｙの往復速度と前記冷凍機の冷凍能
   力とを増大することを特徴とする低温冷凍機。 （４）特許請求の範囲第３項記載の低温冷凍機において
   、前記弁は１２０″′宛隔てられた少くとも３飼の口を
   有する低温冷凍機。 （５）置換器−膨張器（ｄｉｓｐｌａｃｅｒ−ｅｘｐａ
   ｎｄｅｒ　）型低温冷凍機にして、前記置換器は固定速
   度で作動する回転弁により空気的に作動する低温冷凍機
   において。 前記回転弁の口の数を２＠より多くに増加して、それに
   より前記流体は前記回転弁の回転の１８０゜毎より多く
   の頻度で前記可変容積室に入り及びこれから排出され、
   それゆえ前記ピストンの往復速度と前記冷凍機の冷凍能
   力を増大することを特徴とする低温冷凍機。 ＋６）　　％ｉ！’ｌ″請求の範囲第３項記載の低温冷
   凍機において、前記弁は１２０°宛隔てられた少くとも
   ３個の口を有する低温冷凍機。