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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- heat transfer
- gas
- stage
- heat
- pressure
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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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