JPS59173663A - ガスサイクル冷凍装置 - Google Patents
ガスサイクル冷凍装置Info
- Publication number
- JPS59173663A JPS59173663A JP4833183A JP4833183A JPS59173663A JP S59173663 A JPS59173663 A JP S59173663A JP 4833183 A JP4833183 A JP 4833183A JP 4833183 A JP4833183 A JP 4833183A JP S59173663 A JPS59173663 A JP S59173663A
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- JP
- Japan
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- gas
- stage
- heat
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- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明はヘリウムガスサイクル冷凍機の極低温熱伝達
器に関するものである。
器に関するものである。
一般にヘリウムガスサイクル冷凍機において、冷凍発生
到達温度は１０′に付近である、冷凍機は蓄熱熱交喚器
な用い、ヘリウムガスが高圧より低圧に膨張した時に発
生する冷凍熱を蓄熱材に蓄えることにより順次温度降下
をする。蓄熱材の熱エネルギー貯蔵能力は蓄熱材の密度
と比熱の遺すなわち容積比熱で表わされる。蓄熱材は温
度が降下するに従い比熱が減少し熱エネルギーを蓄える
ことが出来なくなり、１５に、１１下において冷凍機効
率が極めて悪くなり、不経済となる。この蓄熱材の容積
比熱の減少を補助するために鉛球の他にセラミチク、希
土類元素等を多段蓄熱熱交換器とし試みられているが成
功していない。
到達温度は１０′に付近である、冷凍機は蓄熱熱交喚器
な用い、ヘリウムガスが高圧より低圧に膨張した時に発
生する冷凍熱を蓄熱材に蓄えることにより順次温度降下
をする。蓄熱材の熱エネルギー貯蔵能力は蓄熱材の密度
と比熱の遺すなわち容積比熱で表わされる。蓄熱材は温
度が降下するに従い比熱が減少し熱エネルギーを蓄える
ことが出来なくなり、１５に、１１下において冷凍機効
率が極めて悪くなり、不経済となる。この蓄熱材の容積
比熱の減少を補助するために鉛球の他にセラミチク、希
土類元素等を多段蓄熱熱交換器とし試みられているが成
功していない。
第１図は従来のガスサイクル冷凍機の、構成を示す概略
図で、図において、１はガス圧縮機、２はモーター、６
はガス切替弁、４は１段シリンダー、５は２段シリンダ
ー、６は１段ピストン、７は２段ピストン、８は１段シ
ール、９は２段シール、１０は１段蓄熱材、１１は２段
蓄熱材、１２は１段熱伝達器、１６は２段極低温熱伝達
器、１４は１段冷凍発生＆阪 １５は２段冷凍発生部よ
り構成されている。
図で、図において、１はガス圧縮機、２はモーター、６
はガス切替弁、４は１段シリンダー、５は２段シリンダ
ー、６は１段ピストン、７は２段ピストン、８は１段シ
ール、９は２段シール、１０は１段蓄熱材、１１は２段
蓄熱材、１２は１段熱伝達器、１６は２段極低温熱伝達
器、１４は１段冷凍発生＆阪 １５は２段冷凍発生部よ
り構成されている。
循環ヘリウムガスは圧縮機１で加圧され、その高圧ヘリ
ウムガスは切替弁乙に入り、１段蓄熱材１０を通り一部
は１段冷凍発生部１４へ、残りは２段蓄熱材１１を通り
２段冷凍発生部１５へ入る、この時各１，２段ピストン
はシリンダー内を上昇し、高圧ヘリウムガスが各１，２
段冷凍発生部を満たす。ピストンが最上端に達した時、
切替弁６が圧縮機１の低圧系に連通し、各１，２段冷凍
発生部の高圧ガ、スは低圧に）影服し冷凍を発生する。
ウムガスは切替弁乙に入り、１段蓄熱材１０を通り一部
は１段冷凍発生部１４へ、残りは２段蓄熱材１１を通り
２段冷凍発生部１５へ入る、この時各１，２段ピストン
はシリンダー内を上昇し、高圧ヘリウムガスが各１，２
段冷凍発生部を満たす。ピストンが最上端に達した時、
切替弁６が圧縮機１の低圧系に連通し、各１，２段冷凍
発生部の高圧ガ、スは低圧に）影服し冷凍を発生する。
この後者１，２段ピストンは下降し、冷凍°ガスは各１
，２段蓄熱材を通過し蓄熱材の熱を取り、すなわち冷熱
を蓄え圧縮機に戻り、上記サイクルを繰り返えすことに
より極低温を発生する。
，２段蓄熱材を通過し蓄熱材の熱を取り、すなわち冷熱
を蓄え圧縮機に戻り、上記サイクルを繰り返えすことに
より極低温を発生する。
上記のように構成された従来のガスサイ、クル冷凍機１
ま蓄熱材の１段に銅又は銅合金の金網を積層し、２段に
鉛球を充填している。この蓄熱材の容積比熱すなわち熱
エネルギーを有効に貯蔵する能力は１段で６００に〜６
ＤＫ、２段で６０に〜１５にであり、冷凍機の到達温度
は１０Ｋが限界となり、冷゛凍機効率を無視して過大な
２段蓄熱材を設けた冷凍機で８Ｋが最低到達温度となっ
ている。
ま蓄熱材の１段に銅又は銅合金の金網を積層し、２段に
鉛球を充填している。この蓄熱材の容積比熱すなわち熱
エネルギーを有効に貯蔵する能力は１段で６００に〜６
ＤＫ、２段で６０に〜１５にであり、冷凍機の到達温度
は１０Ｋが限界となり、冷゛凍機効率を無視して過大な
２段蓄熱材を設けた冷凍機で８Ｋが最低到達温度となっ
ている。
第２図は本発明に関係する蓄熱材の温度と容積比熱の物
性値を示した。縦軸を容積比熱（密度と比熱の積）、横
軸を給体温度にで表わしてあり、一般に用いている極低
温蓄熱材料の鉛球とガスサイクル冷凍機の運転圧力に相
当する冷媒ヘリウムガスの物性比較である・。図で明ら
かなどと＜２０ａｔｍの高圧供給ヘリウムガスと鉛蓄熱
材の交点は１５に付近にあり、鉛の容積比熱は温度降下
に従い小さくなり、逆に冷媒ヘリウムガスの容積比熱は
大きくなることがわかる。さらに、鉛蓄熱材料の場合は
ＩＯＫの到達温度を得るためには多量の鉛を使用しなけ
ればならないこともわかる。本発明は上記の知見に基づ
いてなされたもので、本発明は２段−極低温熱伝達器を
容器状に設け、極低温時の容積比熱の大きなヘリウムガ
スを内封し、冷凍熱エネルギーを蓄える蓄熱材となし従
来装置より低い到達温度を効率よく、簡便に得られる蓄
熱型極低温熱伝達器を提供することを目的とするもので
ある。
性値を示した。縦軸を容積比熱（密度と比熱の積）、横
軸を給体温度にで表わしてあり、一般に用いている極低
温蓄熱材料の鉛球とガスサイクル冷凍機の運転圧力に相
当する冷媒ヘリウムガスの物性比較である・。図で明ら
かなどと＜２０ａｔｍの高圧供給ヘリウムガスと鉛蓄熱
材の交点は１５に付近にあり、鉛の容積比熱は温度降下
に従い小さくなり、逆に冷媒ヘリウムガスの容積比熱は
大きくなることがわかる。さらに、鉛蓄熱材料の場合は
ＩＯＫの到達温度を得るためには多量の鉛を使用しなけ
ればならないこともわかる。本発明は上記の知見に基づ
いてなされたもので、本発明は２段−極低温熱伝達器を
容器状に設け、極低温時の容積比熱の大きなヘリウムガ
スを内封し、冷凍熱エネルギーを蓄える蓄熱材となし従
来装置より低い到達温度を効率よく、簡便に得られる蓄
熱型極低温熱伝達器を提供することを目的とするもので
ある。
以下実施例に従って本発明の詳細な説明する。
第６図は本発明の一実施例を示す断面図である。
５、 ７． １１．１５は前記従来装置の該当部分に相
当する。
当する。
１６はヘリウムガス室、１７は一方弁、１８は止め輪、
１９は内槽、２０は外壁で、第１図における極低温熱伝
達器１ろが本発明により変更せしめられて蓄熱型極低温
熱伝達°よ÷ろＤを構成する。
１９は内槽、２０は外壁で、第１図における極低温熱伝
達器１ろが本発明により変更せしめられて蓄熱型極低温
熱伝達°よ÷ろＤを構成する。
上記のように構成された本発明による蓄熱形振低温熱伝
達器６０を具えた冷凍機において゛、作動時には圧縮機
より供給された冷媒ヘリウム高圧ガスが蓄熱材１１を通
過し、ピストフッ０周囲細大より放出し内壁１９と熱交
換し、冷凍発生部１Ｃ３に入る、この時一方弁１７は差
圧により封止されており、ヘリウムガス室１６には高圧
ＪＪスが供給されない。冷凍発生部１５が高圧ガスで満
たされてｅストンが遺上端に達する迄圧縮機から高圧ガ
スは供給され、ピストンが最上端に達すると、切替弁に
より圧縮機低圧系に連通し、冷凍発生部の高圧ガスは低
圧に膨張し冷凍を発生しピストンは最下端に降下する。
達器６０を具えた冷凍機において゛、作動時には圧縮機
より供給された冷媒ヘリウム高圧ガスが蓄熱材１１を通
過し、ピストフッ０周囲細大より放出し内壁１９と熱交
換し、冷凍発生部１Ｃ３に入る、この時一方弁１７は差
圧により封止されており、ヘリウムガス室１６には高圧
ＪＪスが供給されない。冷凍発生部１５が高圧ガスで満
たされてｅストンが遺上端に達する迄圧縮機から高圧ガ
スは供給され、ピストンが最上端に達すると、切替弁に
より圧縮機低圧系に連通し、冷凍発生部の高圧ガスは低
圧に膨張し冷凍を発生しピストンは最下端に降下する。
この時冷凍ガスは蓄熱材を冷し、ガスは温度上昇して圧
縮機に戻る。このサイクルを繰り返えすことにより極低
温を発生することになる。
縮機に戻る。このサイクルを繰り返えすことにより極低
温を発生することになる。
一方弁１７は構造的にある８度の洩れがあり温度降下に
よりヘリウムガス室が過度に低圧になることはみられな
い。又少しのガス洩れで生じたヘリウムガス室１６の内
圧増加は低圧膨張時に一方弁からシリンダー内に流出し
、実質上圧縮機低圧に相当する圧力を維持することにな
る。
よりヘリウムガス室が過度に低圧になることはみられな
い。又少しのガス洩れで生じたヘリウムガス室１６の内
圧増加は低圧膨張時に一方弁からシリンダー内に流出し
、実質上圧縮機低圧に相当する圧力を維持することにな
る。
市め輪１８は一方弁１７の飛び出しを防止するものであ
る。ヘリウムガス室の低圧ヘリウムガス（例えば５ ａ
ｔｍ ）が蓄熱材として有効に働くのは第２図からも７
に以下であることがわかる。
る。ヘリウムガス室の低圧ヘリウムガス（例えば５ ａ
ｔｍ ）が蓄熱材として有効に働くのは第２図からも７
に以下であることがわかる。
内壁１９と外壁２０は固着しており、内外壁の径方向位
置で温度差はみられなく、軸方向に、温度差がつく。従
って蓄熱形振低温熱伝達器の寸法を長さ方向に延長する
ことにより積極的な３段目蓄熱材又は４段目蓄熱材を具
えたものとすることができる。
置で温度差はみられなく、軸方向に、温度差がつく。従
って蓄熱形振低温熱伝達器の寸法を長さ方向に延長する
ことにより積極的な３段目蓄熱材又は４段目蓄熱材を具
えたものとすることができる。
第４図はこの発明の他の実施例を示す断面図である。５
．７．１１． １’５． １６．１９．２０は前記の該
当部分に相当する。
．７．１１． １’５． １６．１９．２０は前記の該
当部分に相当する。
２１は一方弁、２２はスプリング、２６は安全弁、２４
はボデー、２５はスプリング、２６はδ周整ネジ、２７
は袋ナツト、２８はシール、２９は放出口である。
はボデー、２５はスプリング、２６はδ周整ネジ、２７
は袋ナツト、２８はシール、２９は放出口である。
上記のように構成された蓄熱形極低温熱伝達器４０の作
動は第６図の場合とほぼ同様である。一方弁２１は例え
ば板弁の場合−＼リウムガス室１６のガス置換に支障を
およぼさない。冷凍発生部１５が高圧になると一方弁２
１か弱いスプリング２２を押し下げ、ヘリウムガス室１
６に高圧ガスが供給される。冷凍機温度が降下している
間および弁のガス洩れ量に追従してヘリウムガスが供給
される。ヘリウムガス室１６の圧力はほぼ圧縮機高圧に
相当する圧力を維持することになる。
動は第６図の場合とほぼ同様である。一方弁２１は例え
ば板弁の場合−＼リウムガス室１６のガス置換に支障を
およぼさない。冷凍発生部１５が高圧になると一方弁２
１か弱いスプリング２２を押し下げ、ヘリウムガス室１
６に高圧ガスが供給される。冷凍機温度が降下している
間および弁のガス洩れ量に追従してヘリウムガスが供給
される。ヘリウムガス室１６の圧力はほぼ圧縮機高圧に
相当する圧力を維持することになる。
冷凍機の停止又は蓄熱形極低温熱伝達器４０の温度−上
昇が発生すると、ヘリウムガス室１６の内圧は上昇する
。この時一方弁２１はより強く封止されるが安全弁２６
が室１６の過度の圧力上昇を防止する。調整ネジ２６は
スプリング２５の力を設定Ｉ７、安全弁２６をボデー２
４に押しつげている。設定圧力以上にヘリウムガス室が
上昇すると、安全弁２３を開は高圧ヘリウムガスが細径
の放出［コ２９よりシリンダーに戻ることになる。
昇が発生すると、ヘリウムガス室１６の内圧は上昇する
。この時一方弁２１はより強く封止されるが安全弁２６
が室１６の過度の圧力上昇を防止する。調整ネジ２６は
スプリング２５の力を設定Ｉ７、安全弁２６をボデー２
４に押しつげている。設定圧力以上にヘリウムガス室が
上昇すると、安全弁２３を開は高圧ヘリウムガスが細径
の放出［コ２９よりシリンダーに戻ることになる。
シール２８はインジューム材等で完全に洩れのないよう
に袋ナツト２７で押し付は一〇ある。
に袋ナツト２７で押し付は一〇ある。
ヘリウムガス室の高圧ヘリウムガス（例えば２０ ａｔ
ｍ ）が蓄熱材として有効に蓄熱するのは第２図から温
度１′５に以下であることがわかる。
ｍ ）が蓄熱材として有効に蓄熱するのは第２図から温
度１′５に以下であることがわかる。
蓄熱形、葦低温熱伝達器を長さ方向に延長することによ
り第４図の高圧型を第６段蓄熱材とし、１５に〜７にの
温度域に応用し、第６図の低圧型を第４段蓄熱材として
７に〜４にの温度域に有効に機能させることができる。
り第４図の高圧型を第６段蓄熱材とし、１５に〜７にの
温度域に応用し、第６図の低圧型を第４段蓄熱材として
７に〜４にの温度域に有効に機能させることができる。
この時ピストンは各３，４段の蓄熱材長、直径に相当し
た寸法となりピストン内部に蓄熱材を入れる必要がなく
なる。
た寸法となりピストン内部に蓄熱材を入れる必要がなく
なる。
上記実施例では一方弁を板弁、箱弁で図示したが球弁そ
の他の弁形式のものであってもよい。
の他の弁形式のものであってもよい。
第６図、第４図の実施例で−＼リウムガ不室に高容積比
熱物質を充填することも可能であり有効であ、〜る３゜ 、 ヘリウムガス室１６を当初Ｊ：り高圧ガスの密閉
容器と成すか、ヘリウムガス室と常温〃ス溜部とを毛細
管で連通してもよく、同様の［］的を達成することがで
きるものである。
熱物質を充填することも可能であり有効であ、〜る３゜ 、 ヘリウムガス室１６を当初Ｊ：り高圧ガスの密閉
容器と成すか、ヘリウムガス室と常温〃ス溜部とを毛細
管で連通してもよく、同様の［］的を達成することがで
きるものである。
以上詳述したように、本発明ではガスサイクル冷凍装置
において、極低温発生冷熱な取出ず４低温熱伝達器を内
壁および外壁で畷ってｄ器となし、ヘリウムガスを収容
せしめて等晶型極低温熱伝達器としたから、極低温を有
効に熱伝達取り出しでき、従来のガスサイクル冷凍装置
に比して、同様の運転手段をもって、その到達温度を更
に低下させることが可能となり、熱エネルギー効率が向
上し、極低温発生に必要な高価な・蓄熱材を密閉サイク
ル中のヘリウムガスに置きかえることにより経済的な効
果がある。
において、極低温発生冷熱な取出ず４低温熱伝達器を内
壁および外壁で畷ってｄ器となし、ヘリウムガスを収容
せしめて等晶型極低温熱伝達器としたから、極低温を有
効に熱伝達取り出しでき、従来のガスサイクル冷凍装置
に比して、同様の運転手段をもって、その到達温度を更
に低下させることが可能となり、熱エネルギー効率が向
上し、極低温発生に必要な高価な・蓄熱材を密閉サイク
ル中のヘリウムガスに置きかえることにより経済的な効
果がある。
第１図は従来のガスサイクル冷凍機の構成を示す概略図
、第２図は済熱材の温度と容積比熱の物性値第６図はこ
の発明の一実施例、第４図はこの発明の他の実施例であ
る。 図において、１は圧縮機、５は２段シリンダー、７は２
段ヒ０ストン、１１は２段蓄熱材、１６は２段極低温熱
伝−達器、１５は２段冷凍発生部、１６はヘリウムガス
室、１７は一方弁、１９は内壁、２０は外壁、２１は一
方弁、２ろは安全弁、３０゜４０は本発明による蓄熱型
極低（゛温熱伝達器。 （外４名〕 ／シ 蒸２図 １廣（Ｋ） ヘリウムヒ鉛の客積比熱２ 幕４ 図
、第２図は済熱材の温度と容積比熱の物性値第６図はこ
の発明の一実施例、第４図はこの発明の他の実施例であ
る。 図において、１は圧縮機、５は２段シリンダー、７は２
段ヒ０ストン、１１は２段蓄熱材、１６は２段極低温熱
伝−達器、１５は２段冷凍発生部、１６はヘリウムガス
室、１７は一方弁、１９は内壁、２０は外壁、２１は一
方弁、２ろは安全弁、３０゜４０は本発明による蓄熱型
極低（゛温熱伝達器。 （外４名〕 ／シ 蒸２図 １廣（Ｋ） ヘリウムヒ鉛の客積比熱２ 幕４ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）ヘリウムガスな冷媒と−４−るガスサイクル冷凍装
置において、極低温発生冷熱を取り出す甑低温熱伝達器
を内壁および外壁で檜い容器となし、ヘリウムガスを収
容せしめて、蓄熱器としたことを特徴とするガスサイク
ル冷凍装置における蓄熱形極低温熱伝達器。 ２）容器内ガス圧力がガスサイクル冷凍装置の低圧圧力
および高圧圧力のいずれかになるこ゛とく一方弁を設け
た特許請求の範囲第１項記載の蓄熱形極低温熱伝達器。 ３）内壁と外壁の空間に高容積比熱物質を充填しヘリウ
ムガスを内封したｌ＋許請求の範囲第１項記載の蓄熱形
極低温熱伝達器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4833183A JPS59173663A (ja) | 1983-03-23 | 1983-03-23 | ガスサイクル冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4833183A JPS59173663A (ja) | 1983-03-23 | 1983-03-23 | ガスサイクル冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59173663A true JPS59173663A (ja) | 1984-10-01 |
| JPH0250380B2 JPH0250380B2 (ja) | 1990-11-02 |
Family
ID=12800428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4833183A Granted JPS59173663A (ja) | 1983-03-23 | 1983-03-23 | ガスサイクル冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59173663A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62115060U (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-22 | ||
| JP2015152259A (ja) * | 2014-02-17 | 2015-08-24 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589347A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-19 | インタ−ナシヨナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−シヨン | 熱消散装置 |
-
1983
- 1983-03-23 JP JP4833183A patent/JPS59173663A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589347A (ja) * | 1981-06-30 | 1983-01-19 | インタ−ナシヨナル・ビジネス・マシ−ンズ・コ−ポレ−シヨン | 熱消散装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62115060U (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-22 | ||
| JP2015152259A (ja) * | 2014-02-17 | 2015-08-24 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0250380B2 (ja) | 1990-11-02 |
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