JPS6023761A - 冷凍装置 - Google Patents
冷凍装置Info
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- JPS6023761A JPS6023761A JP13045783A JP13045783A JPS6023761A JP S6023761 A JPS6023761 A JP S6023761A JP 13045783 A JP13045783 A JP 13045783A JP 13045783 A JP13045783 A JP 13045783A JP S6023761 A JPS6023761 A JP S6023761A
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- Japan
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- regenerator
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- refrigerator
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、スターリング、ギフオード・マクマホン等の
ＩＯＫ以下の冷凍を得る冷凍システムに関し、超伝導磁
石、ジョセフソン素子、あるいはタライオポンブの吸着
パネルの冷却用として利用される。
ＩＯＫ以下の冷凍を得る冷凍システムに関し、超伝導磁
石、ジョセフソン素子、あるいはタライオポンブの吸着
パネルの冷却用として利用される。
蓄冷器の蓄冷材料として、常温で気体状態にある物質、
特にヘリウムを用いる従来の冷凍システムとして、米国
特許第３．６９２．０９９号がある。これを第１−図に
示す。第１図では、蓄冷器１の内部に冷凍機の作動媒体
の流路２があり、単段膨張型の冷凍機の場合、上端３で
アフタークーラに通じ、下端４で膨張空間に通ずる。多
段膨張型の冷凍機の場合、上端３で高温側の膨張空間に
通じ、下端４で低温側の膨張空間に通ずる。蓄冷器１の
内部には蓄冷材料５が貯蔵され、作動媒体とは完全に分
離されているが、蓄冷材料５と作動媒体の熱交換は効率
良く行なうことができる。作動媒体力月の方向に流れる
とき、蓄冷材料５は作動媒体から熱を吸収する。逆に、
作動媒体がＨの方向に流れるとき、蓄冷材料５は作動媒
体に熱を放出する。供給管６を通して蓄冷材料５を外部
貯蔵タンク１２から蓄冷器１に供給する。蓄冷器１内の
圧力は、圧力計８によって指示され、安全弁７によって
異常圧力の発生を防止することができる。低温圧力セン
サ−９によって発生した電気信号は、リード線１０を通
して、常温部に設けた自動制御弁１１に伝達され、蓄冷
器１内の圧力に応じて自動制御弁１１が開閉し、蓄冷器
１内の圧力を制御することができる。
特にヘリウムを用いる従来の冷凍システムとして、米国
特許第３．６９２．０９９号がある。これを第１−図に
示す。第１図では、蓄冷器１の内部に冷凍機の作動媒体
の流路２があり、単段膨張型の冷凍機の場合、上端３で
アフタークーラに通じ、下端４で膨張空間に通ずる。多
段膨張型の冷凍機の場合、上端３で高温側の膨張空間に
通じ、下端４で低温側の膨張空間に通ずる。蓄冷器１の
内部には蓄冷材料５が貯蔵され、作動媒体とは完全に分
離されているが、蓄冷材料５と作動媒体の熱交換は効率
良く行なうことができる。作動媒体力月の方向に流れる
とき、蓄冷材料５は作動媒体から熱を吸収する。逆に、
作動媒体がＨの方向に流れるとき、蓄冷材料５は作動媒
体に熱を放出する。供給管６を通して蓄冷材料５を外部
貯蔵タンク１２から蓄冷器１に供給する。蓄冷器１内の
圧力は、圧力計８によって指示され、安全弁７によって
異常圧力の発生を防止することができる。低温圧力セン
サ−９によって発生した電気信号は、リード線１０を通
して、常温部に設けた自動制御弁１１に伝達され、蓄冷
器１内の圧力に応じて自動制御弁１１が開閉し、蓄冷器
１内の圧力を制御することができる。
冷凍機の運転に伴ない、蓄冷器１の温度が常温（約３０
０Ｋ）から２０に以下に低下するとき、一定の圧力を保
持するには外部貯蔵タンク１２から蓄冷器１に蓄冷材料
５を補給しなければならない。−例として、ヘリウム（
圧力１０気圧）の温度と密度の関係を第２図に示す。第
２図から分るように、温度３００にでは密度が１．６２
Ｘ１０−３ｇ／ｃｃである。温度２０にでは密度が２．
４５Ｘ１０−２ｇ／ｃｃであり、温度３００にの密度の
約１５倍となる。したがって、蓄冷器１内の圧力を１０
気圧に保持し、温度３００Ｋから２０Ｋに冷却するとき
、蓄冷器１の容積は変化しないため、当初の１４倍の質
量の蓄冷材料５を補給しなければならない。さらに、温
度４にでは密度が１．５３ｘｌ Ｏ−１ｇ／ｃｃであり
、温度２０にの密度の約６倍となる。したがって、蓄冷
器１内の圧力を１０気圧に保持し、温度２０Ｋがらさら
に４Ｋに冷却するとき、温度２０にの際の５倍の質量の
蓄冷材料５を補給しなければならない。
０Ｋ）から２０に以下に低下するとき、一定の圧力を保
持するには外部貯蔵タンク１２から蓄冷器１に蓄冷材料
５を補給しなければならない。−例として、ヘリウム（
圧力１０気圧）の温度と密度の関係を第２図に示す。第
２図から分るように、温度３００にでは密度が１．６２
Ｘ１０−３ｇ／ｃｃである。温度２０にでは密度が２．
４５Ｘ１０−２ｇ／ｃｃであり、温度３００にの密度の
約１５倍となる。したがって、蓄冷器１内の圧力を１０
気圧に保持し、温度３００Ｋから２０Ｋに冷却するとき
、蓄冷器１の容積は変化しないため、当初の１４倍の質
量の蓄冷材料５を補給しなければならない。さらに、温
度４にでは密度が１．５３ｘｌ Ｏ−１ｇ／ｃｃであり
、温度２０にの密度の約６倍となる。したがって、蓄冷
器１内の圧力を１０気圧に保持し、温度２０Ｋがらさら
に４Ｋに冷却するとき、温度２０にの際の５倍の質量の
蓄冷材料５を補給しなければならない。
今、蓄冷器１の冷却過程において、新たに流入する蓄冷
材料５を冷却するのに必要な吸収熱量を計算する。温度
３００Ｋから２０Ｋに冷却する際に必要な吸収熱量を八
にｂ−２，温度２０Ｋから４Ｋに冷却する際に必要な吸
収熱量を△Ｑ２−３とすれば次式が成立する。
材料５を冷却するのに必要な吸収熱量を計算する。温度
３００Ｋから２０Ｋに冷却する際に必要な吸収熱量を八
にｂ−２，温度２０Ｋから４Ｋに冷却する際に必要な吸
収熱量を△Ｑ２−３とすれば次式が成立する。
△Ｑ＋−２＝ＴＩＦｅｌ−４ ・（Ｈ＋ −Ｈ２） ・
・（第１ 式）％式％） ＋佐づ・呂−淘・（Ｈ−Ｈ） ・ （第２式）ここで、
Ｖｇ ：蓄冷器Ｉの内容積 Ｈ：エンタルピ ｌ ：密度 添字１ ＝−３００に、２ −２０に、３−４Ｋを示す
。
・（第１ 式）％式％） ＋佐づ・呂−淘・（Ｈ−Ｈ） ・ （第２式）ここで、
Ｖｇ ：蓄冷器Ｉの内容積 Ｈ：エンタルピ ｌ ：密度 添字１ ＝−３００に、２ −２０に、３−４Ｋを示す
。
また、第２式右辺の第１項は温度２０にの際に蓄冷ｍｌ
の内部に存在している蓄冷材料５を４Ｋに冷却するのに
必要とされる吸収熱量であり、第２項は温度３００にの
外部貯蔵タンク１２がら新たに流入する蓄冷材料５を４
Ｋに冷却するのに必要とされる吸収熱量である。
の内部に存在している蓄冷材料５を４Ｋに冷却するのに
必要とされる吸収熱量であり、第２項は温度３００にの
外部貯蔵タンク１２がら新たに流入する蓄冷材料５を４
Ｋに冷却するのに必要とされる吸収熱量である。
蓄冷器１の内容積＋ ’Ｖｒｅ７ｇ ＝ １００ ｃ
ｃと仮定し、第１式、第２式に下記の物性１ｆｔを代入
する。
ｃと仮定し、第１式、第２式に下記の物性１ｆｔを代入
する。
Ｈ＋＝１８３６ （Ｊ／ｇ）
Ｈ２’＝１１２．９ （Ｊ／ｇ）
Ｈ３＝１２．９５ （Ｊ／ｇ）
１０２＝０．０２４５ （ｇ／ｃｃ）
Ａ３＝Ｑ、１５３ 、（ｇ／ｃ ｃ）
従って、△Ｑｌ−２．八〇２゜３は、下記の値となる。
△にｂ−ｚ＝ ４２２０ Ｊ・・・・・・ （第３式）
ΔＱ２−３＝２３７００Ｊ・・・・・ （第４式）第３
式、第４式から、蓄冷器１の温度を２０Ｋから４Ｋに冷
却するのに必要な吸収熱量は、３００Ｋから２０Ｋに冷
却する場合の約５．６倍になることがわかる。
ΔＱ２−３＝２３７００Ｊ・・・・・ （第４式）第３
式、第４式から、蓄冷器１の温度を２０Ｋから４Ｋに冷
却するのに必要な吸収熱量は、３００Ｋから２０Ｋに冷
却する場合の約５．６倍になることがわかる。
このように、第１図に示す従来の冷凍システムでは、蓄
冷器Ｉが冷却される際、冷凍システムでは、圧力を維持
するために新たに蓄冷器１に流入する蓄冷材料が、常温
の外部貯蔵タンク１２から直接供給される。従って、冷
凍システムの特に最低温度部に熱負荷が集中し、しかも
この熱負荷が低温になるほど大きくなり、蓄冷器が正常
に作動するＩＯＫ以下の温度に到達できなかったり、到
達しても非常に不安定であった。
冷器Ｉが冷却される際、冷凍システムでは、圧力を維持
するために新たに蓄冷器１に流入する蓄冷材料が、常温
の外部貯蔵タンク１２から直接供給される。従って、冷
凍システムの特に最低温度部に熱負荷が集中し、しかも
この熱負荷が低温になるほど大きくなり、蓄冷器が正常
に作動するＩＯＫ以下の温度に到達できなかったり、到
達しても非常に不安定であった。
そこで、本発明は蓄冷器を所定の温度にまで冷却し、し
かも安定に作動させることを、その技術的課題とするも
のである。
かも安定に作動させることを、その技術的課題とするも
のである。
上記の技術的課題を達成するために講じた技術的手段は
、第１図の供給管６に冷凍システムの蓄冷器１よりも高
温の部分との熱交換部分を設けることである。
、第１図の供給管６に冷凍システムの蓄冷器１よりも高
温の部分との熱交換部分を設けることである。
上記技術的手段は次のように作用する。蓄冷器１が冷却
される際に、圧力を維持するため外部貯蔵タンク１２か
ら供給管６を通して蓄冷器１に新たな蓄冷材料５が流入
する。供給管６では冷凍システムの常温部分から最低温
度部分の間に熱交換部分があるため、蓄冷器１に流入す
る蓄冷材料は蓄冷器１よりわずかに高い温度にまで予冷
される例えば、蓄冷材料５が温度２０Ｋから４Ｋに冷却
されるとき、新たに蓄冷器１に流入する蓄冷材料５が温
度３０Ｋまで予冷されているとする。このとき、蓄冷器
１を冷却するのに必要な吸収熱量：△Ｑ’２−３とすれ
ば次式が成立する。
される際に、圧力を維持するため外部貯蔵タンク１２か
ら供給管６を通して蓄冷器１に新たな蓄冷材料５が流入
する。供給管６では冷凍システムの常温部分から最低温
度部分の間に熱交換部分があるため、蓄冷器１に流入す
る蓄冷材料は蓄冷器１よりわずかに高い温度にまで予冷
される例えば、蓄冷材料５が温度２０Ｋから４Ｋに冷却
されるとき、新たに蓄冷器１に流入する蓄冷材料５が温
度３０Ｋまで予冷されているとする。このとき、蓄冷器
１を冷却するのに必要な吸収熱量：△Ｑ’２−３とすれ
ば次式が成立する。
ΔＱ ”２−３ ＝ Ｔｈｑ ・１０２ （Ｈ２−Ｈａ
）＋Ｔｈｅｇ ・（１’、−７ｑ％Ｈｑ Ｈ３）−（第
５式）ここで、添字４ ・−３０Ｋ Ｈ４−−−１６８，４Ｊ／ｇ を示す。
）＋Ｔｈｅｇ ・（１’、−７ｑ％Ｈｑ Ｈ３）−（第
５式）ここで、添字４ ・−３０Ｋ Ｈ４−−−１６８，４Ｊ／ｇ を示す。
また、蓄冷器１の内容積： ％ｅｌ＝ １００ ｃ ｃ
と仮定し、計算すれば次のようになる。
と仮定し、計算すれば次のようになる。
△Ｑ’２−３ ＝ ２２４０ Ｊ −・−−−−−−−
−−−（ｆ６６式）これは、従来技術の場合の値、第４
式の約１割になり、冷凍システムの最低温度部への熱負
荷の集中が著しく軽減されることがゎがる。このため、
蓄冷器１が正常に作動する温度、例えば′４Ｋにまで冷
却される。
−−−（ｆ６６式）これは、従来技術の場合の値、第４
式の約１割になり、冷凍システムの最低温度部への熱負
荷の集中が著しく軽減されることがゎがる。このため、
蓄冷器１が正常に作動する温度、例えば′４Ｋにまで冷
却される。
本発明は、次の特有の効果を生じる。すなわち従来のも
のにおいて、蓄冷器１を所定の温度にまで冷却すること
は、蓄冷器１を起動時に液体ヘリウム等の寒剤で冷却す
ることによっても可能である。しかし、この場合冷凍シ
ステムの冷凍能力を上回る熱負荷が一度作用すると、熱
負荷が作用しなくなっても蓄冷器ｌが所定の温度に復帰
できない。さらに、寒剤がなければ起動できないという
別の問題を生じる。これに対し、本発明の場合には冷凍
システム自身で蓄冷材料５を予冷し、蓄冷器１を所定の
温度にまで冷却するため、冷凍能力を上回る熱負荷が一
度作用しても、熱負荷が作用しなくなれば、蓄冷器１が
所定の温度に復帰することができる。また、起動時に寒
剤を用意する必要もない。
のにおいて、蓄冷器１を所定の温度にまで冷却すること
は、蓄冷器１を起動時に液体ヘリウム等の寒剤で冷却す
ることによっても可能である。しかし、この場合冷凍シ
ステムの冷凍能力を上回る熱負荷が一度作用すると、熱
負荷が作用しなくなっても蓄冷器ｌが所定の温度に復帰
できない。さらに、寒剤がなければ起動できないという
別の問題を生じる。これに対し、本発明の場合には冷凍
システム自身で蓄冷材料５を予冷し、蓄冷器１を所定の
温度にまで冷却するため、冷凍能力を上回る熱負荷が一
度作用しても、熱負荷が作用しなくなれば、蓄冷器１が
所定の温度に復帰することができる。また、起動時に寒
剤を用意する必要もない。
■補助冷凍機の有無にかかわらず；
ｉ）蓄冷器よりも高温側に作動媒体との熱交換器を設け
て、外部貯蔵タンクと熱交換器、熱交換器と蓄冷器をそ
れぞれ蓄冷材料の供給管で連絡する。
て、外部貯蔵タンクと熱交換器、熱交換器と蓄冷器をそ
れぞれ蓄冷材料の供給管で連絡する。
ｉｉ ）蓄冷材料の供給管を膨張シリンダーに接触させ
て蓄冷器に連絡する。
て蓄冷器に連絡する。
ｉｉｉ ）蓄冷材料の供給管をふく射シールドに接触さ
せて蓄冷器に連絡する。
せて蓄冷器に連絡する。
１ｖ）ｉＦ冷材料の供給管を他の蓄冷器に接触させて蓄
冷器に供給する。
冷器に供給する。
■補助冷凍機が有る場合；
ｉ）補助冷凍機に作動流体との熱交換器を設けて、外部
貯蔵タンクと熱交換器、熱交換器と主冷凍機の蓄冷器を
それぞれ蓄冷材料の供給管で連絡する。
貯蔵タンクと熱交換器、熱交換器と主冷凍機の蓄冷器を
それぞれ蓄冷材料の供給管で連絡する。
ｉｉ ）蓄冷材料の供給管を補助冷凍機の膨張シリンダ
ーに接触させて主冷凍機の蓄冷器に連絡する。
ーに接触させて主冷凍機の蓄冷器に連絡する。
ｉｉｉ ）蓄冷材料の供給管を補助冷凍機のふく射シー
ルドに接触させて主冷凍機の蓄冷器に連絡する。
ルドに接触させて主冷凍機の蓄冷器に連絡する。
ｉｖ）蓄冷材料の供給管を補助冷凍機の蓄冷器に接触さ
せて主冷凍機の蓄冷器に連絡する。
せて主冷凍機の蓄冷器に連絡する。
■）補助冷凍機が主冷凍機を予冷するための伝熱板に蓄
冷材の供給管を接触させて主冷凍機の蓄冷器に連絡する
。
冷材の供給管を接触させて主冷凍機の蓄冷器に連絡する
。
〔第１実施例〕
以下、上記技術的手段の一具体例を示す第１の実施例に
ついて、第３図に基づいて説明する。
ついて、第３図に基づいて説明する。
第３図では、圧縮シリンダー１４と圧縮ピストン１５に
より形成される圧縮空間１７は、冷却器１８、第１Ｎ冷
器１９を通り、第１膨張空間２４に連通している。第１
膨張空間２４は第２蓄冷器２５を通り、第２膨張空間２
７に連通している。
より形成される圧縮空間１７は、冷却器１８、第１Ｎ冷
器１９を通り、第１膨張空間２４に連通している。第１
膨張空間２４は第２蓄冷器２５を通り、第２膨張空間２
７に連通している。
第２膨張空間２７は第３蓄冷器２８を通り、第３膨張空
間３０に連通している。第３膨張空間３０は、第４蓄冷
器１を通り、第４膨張空間３２に連通している。このよ
うにして、圧縮空間１７．冷却器１８．第１蓄冷器１９
．第１膨張空間２４゜そして第２蓄冷器２５を通り、第
２膨張空間２７、第３Ｎ冷器２８．第３膨張空間３０．
第４蓄冷器１．そして第４膨張空間３２から冷凍回路は
構成され、作動媒体として該冷凍回路内にはヘリウムガ
スが充填されている。圧縮ピストン１５にはロッド１４
が連結され、さらに圧縮ピストン１５の外周上の一部に
は、ガス封止のためのシール１６が設けられる。第１膨
張空間２４、第２膨張空間２７．第３膨張空間３０．お
よび第４膨張空間３２は、それぞれ３段の凸型を有する
膨張シリンダー２１．膨張ピストン２２によって形成さ
れる。膨張ピストンの各段の外周上には、第１．２゜３
．４膨張空間２４，２．７，３０．３２内のガス封止の
ためのシール２３，２６，２９．３１が設置されている
。また、膨張ピストン２２には６ツド２０が連結される
。ロッド１３．２０は図示されていない往復駆動機構（
例えばクランク機構）に連結される。
間３０に連通している。第３膨張空間３０は、第４蓄冷
器１を通り、第４膨張空間３２に連通している。このよ
うにして、圧縮空間１７．冷却器１８．第１蓄冷器１９
．第１膨張空間２４゜そして第２蓄冷器２５を通り、第
２膨張空間２７、第３Ｎ冷器２８．第３膨張空間３０．
第４蓄冷器１．そして第４膨張空間３２から冷凍回路は
構成され、作動媒体として該冷凍回路内にはヘリウムガ
スが充填されている。圧縮ピストン１５にはロッド１４
が連結され、さらに圧縮ピストン１５の外周上の一部に
は、ガス封止のためのシール１６が設けられる。第１膨
張空間２４、第２膨張空間２７．第３膨張空間３０．お
よび第４膨張空間３２は、それぞれ３段の凸型を有する
膨張シリンダー２１．膨張ピストン２２によって形成さ
れる。膨張ピストンの各段の外周上には、第１．２゜３
．４膨張空間２４，２．７，３０．３２内のガス封止の
ためのシール２３，２６，２９．３１が設置されている
。また、膨張ピストン２２には６ツド２０が連結される
。ロッド１３．２０は図示されていない往復駆動機構（
例えばクランク機構）に連結される。
第４蓄冷器１の内部には、作動媒体の流路２があり、流
路２のまわりには蓄冷材料５が封入され゛ており、蓄冷
材料５は常温で気体状態にある物質、例えばヘリウムで
ある。外部貯蔵タンク１２゜第１熱交換器３３．第２熱
交換器３４．第３熱交換器３５．そして第４蓄冷器１は
供給管６によって連通ずる。供給管６には、安全弁７．
圧力針８、そして常温部に設けた自動制御弁１１が取付
けられている。低温圧力センサ−９の電気信号は、リー
ド１ｆｉｔｌＯによって、自動制御弁１１に伝えられる
。
路２のまわりには蓄冷材料５が封入され゛ており、蓄冷
材料５は常温で気体状態にある物質、例えばヘリウムで
ある。外部貯蔵タンク１２゜第１熱交換器３３．第２熱
交換器３４．第３熱交換器３５．そして第４蓄冷器１は
供給管６によって連通ずる。供給管６には、安全弁７．
圧力針８、そして常温部に設けた自動制御弁１１が取付
けられている。低温圧力センサ−９の電気信号は、リー
ド１ｆｉｔｌＯによって、自動制御弁１１に伝えられる
。
第３図に示す実施例の作用について説明する。
圧縮空間１７内の作動媒体は、圧縮ピストン１５により
圧縮された後、冷却器１８で冷却され、第１Ｎ冷器１９
を通り、さらに冷却され、第１膨張空間２４及び第蓄冷
器２５へと流入する。第１膨張空間２４に入った作動媒
体は、膨張ピストン２２により膨張され、約７０−にの
温度の冷凍を発生す。ところで、第２蓄冷器２５に流入
した作動媒体は、さらに冷却されて、第２膨張空間２７
と第３Ｎ冷器２８へと流入する。第２膨張空間２７へ流
入した作動媒体は、膨張ピストン２２により膨張され、
約３０にの温度の冷凍を発生する。一方、第３Ｎ冷器２
８に流入した作動媒体は、さらに冷却されて、第３膨張
空間３０と第４Ｍ冷機器１へと流入する。第３膨張空間
３０に流入した作動媒体は、膨張ピストン２２により膨
張され、約１０にの温度の冷凍を発生する。また、第４
蓄冷器１に流入した作動媒体は、さらに冷却されて、第
４膨張空間３２に流入する。第４膨張空間３２に流入し
た作動媒体は、膨張ピストン２２により膨張され、約４
にの温度の冷凍を発生する。 蓄冷器１の温度は、冷凍
機の起動時には常温（約３００Ｋ）であるが、定常状態
ではＩＯＫから４Ｋに到達する。蓄冷器１の冷却過程に
おいて、蓄冷材料５を補給する方法について説明する。
圧縮された後、冷却器１８で冷却され、第１Ｎ冷器１９
を通り、さらに冷却され、第１膨張空間２４及び第蓄冷
器２５へと流入する。第１膨張空間２４に入った作動媒
体は、膨張ピストン２２により膨張され、約７０−にの
温度の冷凍を発生す。ところで、第２蓄冷器２５に流入
した作動媒体は、さらに冷却されて、第２膨張空間２７
と第３Ｎ冷器２８へと流入する。第２膨張空間２７へ流
入した作動媒体は、膨張ピストン２２により膨張され、
約３０にの温度の冷凍を発生する。一方、第３Ｎ冷器２
８に流入した作動媒体は、さらに冷却されて、第３膨張
空間３０と第４Ｍ冷機器１へと流入する。第３膨張空間
３０に流入した作動媒体は、膨張ピストン２２により膨
張され、約１０にの温度の冷凍を発生する。また、第４
蓄冷器１に流入した作動媒体は、さらに冷却されて、第
４膨張空間３２に流入する。第４膨張空間３２に流入し
た作動媒体は、膨張ピストン２２により膨張され、約４
にの温度の冷凍を発生する。 蓄冷器１の温度は、冷凍
機の起動時には常温（約３００Ｋ）であるが、定常状態
ではＩＯＫから４Ｋに到達する。蓄冷器１の冷却過程に
おいて、蓄冷材料５を補給する方法について説明する。
蓄冷器１の温度が低下すると、内部の圧力が低下する。
これは低温圧力センサーに検知され、電気信号がリード
線１０を通して自動制御弁１１に伝えられ、自動制御弁
１１が開かれる。このとき、貯蔵クンク１２から蓄冷材
料５が供給管６を通して第１熱交換器３３に流入する。
線１０を通して自動制御弁１１に伝えられ、自動制御弁
１１が開かれる。このとき、貯蔵クンク１２から蓄冷材
料５が供給管６を通して第１熱交換器３３に流入する。
第１熟交換器３３に流入した蓄冷材料５は第１膨張空間
２４内の作動媒体と熱交換し、冷却され、第２熱交換器
３４に流入する。第２熱交換器３４に流入した蓄冷材料
５は、第２膨張空間２７内の作動媒体と熱交換し、冷却
され、第３熱交換器３５に流入する。第３熱交換器３５
に流入した蓄冷材料５は、第３膨張空間３０内の作動媒
体と熱交換し、冷却され、第４蓄冷器１に流入する。第
４蓄冷器１に流入した蓄冷材料５は、第３熱交換器３０
においてあらかじめ蓄冷器よりもわずかに高い温度まで
冷却されているため、蓄冷器１に与える熱負荷は、第１
図に示す従来のものに比べて、非常に小さくなる。従つ
て、蓄冷器ｌは、容易に所定の温度３例えば４ Ｋに到
達することができる。。
２４内の作動媒体と熱交換し、冷却され、第２熱交換器
３４に流入する。第２熱交換器３４に流入した蓄冷材料
５は、第２膨張空間２７内の作動媒体と熱交換し、冷却
され、第３熱交換器３５に流入する。第３熱交換器３５
に流入した蓄冷材料５は、第３膨張空間３０内の作動媒
体と熱交換し、冷却され、第４蓄冷器１に流入する。第
４蓄冷器１に流入した蓄冷材料５は、第３熱交換器３０
においてあらかじめ蓄冷器よりもわずかに高い温度まで
冷却されているため、蓄冷器１に与える熱負荷は、第１
図に示す従来のものに比べて、非常に小さくなる。従つ
て、蓄冷器ｌは、容易に所定の温度３例えば４ Ｋに到
達することができる。。
次に、本発明の冷凍システムの蓄冷器１の安定性につい
て発明する。第４膨張空間３２に冷凍能力を上回る熱負
荷がかかった場合、蓄冷器１の温度が上昇し、その結果
、内部の圧力も上昇する。
て発明する。第４膨張空間３２に冷凍能力を上回る熱負
荷がかかった場合、蓄冷器１の温度が上昇し、その結果
、内部の圧力も上昇する。
これは低温用圧力センサー９に検知され、電気信号が自
動制御弁１１に伝えられ、自動制御弁１１が開けられる
。そして、蓄冷器１内にあった蓄冷材料５が第３熱交換
器３５に流入する。第３熱交換器３５に流入した蓄冷材
料５は、第３膨張空間３０内の作動媒体よりもまだ低い
温度にあるため、第３膨張空間３０内の作動媒体を冷却
した後。
動制御弁１１に伝えられ、自動制御弁１１が開けられる
。そして、蓄冷器１内にあった蓄冷材料５が第３熱交換
器３５に流入する。第３熱交換器３５に流入した蓄冷材
料５は、第３膨張空間３０内の作動媒体よりもまだ低い
温度にあるため、第３膨張空間３０内の作動媒体を冷却
した後。
第２熱交換器３４に流入する。第２熱交換器３４に流入
した蓄冷材料５は、第１膨張空間２７内の作動媒体より
もまだ低い温度にあるため、第２膨張空間２７内の作動
媒体を冷却した後、第１熱交換器３３に流入する。第１
熱交換器３３流入した蓄冷材料５は第１膨張空間２４内
の作動媒体を冷却した後、貯蔵タンク１２にもどされる
。このように、蓄冷器１の温度が上昇し、蓄冷材料５が
貯蔵タンク１２に流入する際に、蓄冷材料５が第３膨張
空間２０．第２膨張空間３０、そして第１膨張空間２４
内の作動媒体を冷却するため、従来の冷却システムに比
べて、熱負荷に対する抵抗力が非常に大きい。従って、
本発明の冷凍システムの安定性が秀れていることがわか
る。
した蓄冷材料５は、第１膨張空間２７内の作動媒体より
もまだ低い温度にあるため、第２膨張空間２７内の作動
媒体を冷却した後、第１熱交換器３３に流入する。第１
熱交換器３３流入した蓄冷材料５は第１膨張空間２４内
の作動媒体を冷却した後、貯蔵タンク１２にもどされる
。このように、蓄冷器１の温度が上昇し、蓄冷材料５が
貯蔵タンク１２に流入する際に、蓄冷材料５が第３膨張
空間２０．第２膨張空間３０、そして第１膨張空間２４
内の作動媒体を冷却するため、従来の冷却システムに比
べて、熱負荷に対する抵抗力が非常に大きい。従って、
本発明の冷凍システムの安定性が秀れていることがわか
る。
〔第２の実施例〕
次に、本発明の技術的手段の一具体例を示す第２の実施
例について第４図に基づき説明する。第４図で、第１の
実施例（第３図）との相違点は、第３図での第１熱交換
器３３．第２熱交換器３４、および第３熱交換器３５に
かえて、供給管６と膨張シリンダ２１の接触部３６，３
７．および３８を設けたことである。作動媒体と蓄冷材
料５の熱交換効率は第３図のものより若干低くなるが、
製作が容易である。
例について第４図に基づき説明する。第４図で、第１の
実施例（第３図）との相違点は、第３図での第１熱交換
器３３．第２熱交換器３４、および第３熱交換器３５に
かえて、供給管６と膨張シリンダ２１の接触部３６，３
７．および３８を設けたことである。作動媒体と蓄冷材
料５の熱交換効率は第３図のものより若干低くなるが、
製作が容易である。
〔第３の実施例〕
本発明の技術的手段の一具体例を示す第３の実施例につ
いて、第５図に基づき説明する。第５図で、第１の実施
例（第３図）との相違点は、ふく射シールド３９．４０
が設けられていること、第３図での第１熱交換器３３．
第２熱交換器３４゜および第３熱交換器３５にかえて、
供給管６とふく射シールド３９．４０の接触部４１．４
２を設けたこと、および供給管６と膨張シリンダー２１
の接触部４３を設計したことである。ふく射シールド３
９．４０は、高温部から低温部へのふく射熱をさえぎる
ものであり、ふく射シールド３９は、第１膨張空間２４
と、また、ふく射シールド４０は、第２膨張空間２７と
各々はぼ同じ温度となる。従って、蓄冷材料５は供給管
６とふく射シールド３９．４０の接触部４１．４２で予
冷され、最後に供給管６と膨張シリンダー２１の接触部
４３で予冷され、蓄冷器１に流入する。作動媒体と蓄冷
材料５の熱交換効率は第３図のものにより若干低くなる
が、製作が容易である。
いて、第５図に基づき説明する。第５図で、第１の実施
例（第３図）との相違点は、ふく射シールド３９．４０
が設けられていること、第３図での第１熱交換器３３．
第２熱交換器３４゜および第３熱交換器３５にかえて、
供給管６とふく射シールド３９．４０の接触部４１．４
２を設けたこと、および供給管６と膨張シリンダー２１
の接触部４３を設計したことである。ふく射シールド３
９．４０は、高温部から低温部へのふく射熱をさえぎる
ものであり、ふく射シールド３９は、第１膨張空間２４
と、また、ふく射シールド４０は、第２膨張空間２７と
各々はぼ同じ温度となる。従って、蓄冷材料５は供給管
６とふく射シールド３９．４０の接触部４１．４２で予
冷され、最後に供給管６と膨張シリンダー２１の接触部
４３で予冷され、蓄冷器１に流入する。作動媒体と蓄冷
材料５の熱交換効率は第３図のものにより若干低くなる
が、製作が容易である。
〔第４の実施例〕
本発明の技術的手段の一具体例を示す第４の実施例につ
いて、第６図に基づき説明する。第６図で、第１の実施
例（第３図）との相違点は、第３図での第１熱交換器３
３．第２熱交換器３４．および第２熱交換器３５にかえ
て、供給管６と第１蓄冷器１９．第２蓄冷器２５．第３
蓄冷器２８の接触部４４，４５．および４６を設けたこ
とである。作動媒体と蓄冷材料５め熱交換効率は第３図
のものより若干低くなるが製作が容易である。
いて、第６図に基づき説明する。第６図で、第１の実施
例（第３図）との相違点は、第３図での第１熱交換器３
３．第２熱交換器３４．および第２熱交換器３５にかえ
て、供給管６と第１蓄冷器１９．第２蓄冷器２５．第３
蓄冷器２８の接触部４４，４５．および４６を設けたこ
とである。作動媒体と蓄冷材料５め熱交換効率は第３図
のものより若干低くなるが製作が容易である。
〔第５の実施例〕
本発明の技術的手段の一具体例を示す、第５の実施例に
ついて、第７図に基づき説明する。番号１３〜３０で示
される各部の名称および作用は、第１の実施例（第３図
）と全く同じであるが、この部分は到達温度（第３膨張
空間）がＩＯＫ程度であり、補助冷凍機６４として作用
する。冷凍システムとしての最低温度１例えば４Ｋを得
るのは、番号４７〜５７．および１，２，５．９の各部
より構成される主冷凍機６５である。圧縮シリンダー４
８．圧縮ピストン４９より形成される圧縮空間５１は、
冷却器５２．蓄冷器１を通り、膨張シンダー５４、膨張
ピストン５５より形成される膨張空間５７に連通してい
る。このようにして、圧縮空間５１．冷却器５２．蓄冷
器１．そして膨張空間５７から冷凍回路は構成され、補
助冷凍機６４の冷凍回路とは別になっている。主冷凍機
５の冷凍回路には、作動媒体としてヘリウムが封入され
る。圧縮ピストン４９の外周上には、圧縮空間５１内の
ガス封止のためのシール５０が設置され、膨張ピストン
５５の外周上には、膨張空間５７内のガス封止のための
シール５６が設置されている。また、圧縮ピストン４９
．膨張ピストン５５には夫々ロッド４７．５３が連結さ
れる。ロッド４７，５３は図示されていない往復動機構
（例えばクランク機構）に連結される。伝熱板５８゜５
９および６０は、それぞれ補助冷凍機６４の第１膨張空
間２４．第２膨張空間２７．および第３膨張空間３０に
よって冷却される。伝熱板５８゜５９、および６０は、
圧縮シリンダー４８．冷却器５２．および膨張シリンダ
ー５４を冷却する。
ついて、第７図に基づき説明する。番号１３〜３０で示
される各部の名称および作用は、第１の実施例（第３図
）と全く同じであるが、この部分は到達温度（第３膨張
空間）がＩＯＫ程度であり、補助冷凍機６４として作用
する。冷凍システムとしての最低温度１例えば４Ｋを得
るのは、番号４７〜５７．および１，２，５．９の各部
より構成される主冷凍機６５である。圧縮シリンダー４
８．圧縮ピストン４９より形成される圧縮空間５１は、
冷却器５２．蓄冷器１を通り、膨張シンダー５４、膨張
ピストン５５より形成される膨張空間５７に連通してい
る。このようにして、圧縮空間５１．冷却器５２．蓄冷
器１．そして膨張空間５７から冷凍回路は構成され、補
助冷凍機６４の冷凍回路とは別になっている。主冷凍機
５の冷凍回路には、作動媒体としてヘリウムが封入され
る。圧縮ピストン４９の外周上には、圧縮空間５１内の
ガス封止のためのシール５０が設置され、膨張ピストン
５５の外周上には、膨張空間５７内のガス封止のための
シール５６が設置されている。また、圧縮ピストン４９
．膨張ピストン５５には夫々ロッド４７．５３が連結さ
れる。ロッド４７，５３は図示されていない往復動機構
（例えばクランク機構）に連結される。伝熱板５８゜５
９および６０は、それぞれ補助冷凍機６４の第１膨張空
間２４．第２膨張空間２７．および第３膨張空間３０に
よって冷却される。伝熱板５８゜５９、および６０は、
圧縮シリンダー４８．冷却器５２．および膨張シリンダ
ー５４を冷却する。
蓄冷材料５の供給管６には、伝熱板５８，５９゜および
６０との接触部６１，６２．および６３が設けられてい
る。
６０との接触部６１，６２．および６３が設けられてい
る。
このような構成の冷凍システムにおいて、蓄冷器１の冷
却過程で新たに流入する蓄冷材料５は、供給管６と伝熱
管５８．５９および６０．接触部６１．６２．および６
３で予冷されるため、主冷凍機６５にはほとんど熱負荷
を与えずに蓄冷器１を所定の温度１例えば４Ｋにまで冷
却することができる。
却過程で新たに流入する蓄冷材料５は、供給管６と伝熱
管５８．５９および６０．接触部６１．６２．および６
３で予冷されるため、主冷凍機６５にはほとんど熱負荷
を与えずに蓄冷器１を所定の温度１例えば４Ｋにまで冷
却することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基礎となる従来技術の概略説明図、第
２図はヘリウムの温度と密度を示す説明用グラフ、第３
図は、本発明の技術的手段の一具体例を示す第１の実施
例の説明用断面図、第４図は第２の実施例の説明用断面
図、第５図は第３の実施例の説明用断面図、第６図は第
４の実施例の説明用断面図、そして第７図は第５の実施
例の説明用断面図である。 １・・・蓄冷器、５・・・蓄冷材料、 ２１．５４・・・膨張シリンダ、 ３９．４０・・・ふく射シールド、 ６５・・・主冷凍機、６４・・・補助冷凍機。 特許出願人 アイシン精機株式会社 代表者 中井令夫
２図はヘリウムの温度と密度を示す説明用グラフ、第３
図は、本発明の技術的手段の一具体例を示す第１の実施
例の説明用断面図、第４図は第２の実施例の説明用断面
図、第５図は第３の実施例の説明用断面図、第６図は第
４の実施例の説明用断面図、そして第７図は第５の実施
例の説明用断面図である。 １・・・蓄冷器、５・・・蓄冷材料、 ２１．５４・・・膨張シリンダ、 ３９．４０・・・ふく射シールド、 ６５・・・主冷凍機、６４・・・補助冷凍機。 特許出願人 アイシン精機株式会社 代表者 中井令夫
Claims (2)
- （１）少なくとも一つの蓄冷器の蓄冷材料として常温で
気体状態にある物質を用いる、単段あるいは多段膨張型
の冷凍機において、前期蓄冷材料を、作動媒体、膨張シ
リンダー、ふく射シールド。 およびまたは他の蓄冷器によって予冷して、前記少なく
とも一つの蓄冷器に供給することを特徴とする冷凍機。 - （２）少なくとも一つの蓄冷器の蓄冷材料として常温で
気体状態にある物質を用いる、単段あるいは多段膨張型
の主冷凍機と、該主冷凍機を予冷する補助冷凍機とから
なる冷凍システムにおいて、前記の蓄冷材料を、前記補
助冷凍機の作動媒体。 前記補助冷凍機の膨張シリンダー、前記補助冷凍機のふ
く射シールド、前記補助冷凍機が前記主冷凍機を予冷す
るための伝熱板、およびまたは前記補助冷凍機の蓄冷器
によって予冷して、前記主冷凍機の蓄冷器に供給するこ
とを特徴とする冷凍システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13045783A JPS6023761A (ja) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | 冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13045783A JPS6023761A (ja) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | 冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6023761A true JPS6023761A (ja) | 1985-02-06 |
| JPH0349019B2 JPH0349019B2 (ja) | 1991-07-26 |
Family
ID=15034692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13045783A Granted JPS6023761A (ja) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | 冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6023761A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6399463A (ja) * | 1986-10-15 | 1988-04-30 | アイシン精機株式会社 | 冷凍機の再生器 |
| WO2011115200A1 (ja) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器、ｇｍ冷凍機およびパルスチューブ冷凍機 |
| WO2011115107A1 (ja) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器、ｇｍ冷凍機及びパルスチューブ冷凍機 |
| CN104457007A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机、一级蓄冷器及二级蓄冷器 |
| CN104457007B (zh) * | 2013-09-17 | 2017-01-04 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机、一级蓄冷器及二级蓄冷器 |
-
1983
- 1983-07-18 JP JP13045783A patent/JPS6023761A/ja active Granted
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6399463A (ja) * | 1986-10-15 | 1988-04-30 | アイシン精機株式会社 | 冷凍機の再生器 |
| CN102812311B (zh) * | 2010-03-19 | 2015-05-20 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷器、gm制冷机及脉冲管制冷机 |
| WO2011115107A1 (ja) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器、ｇｍ冷凍機及びパルスチューブ冷凍機 |
| CN102803867A (zh) * | 2010-03-19 | 2012-11-28 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷器、gm制冷机及脉冲管制冷机 |
| CN102812311A (zh) * | 2010-03-19 | 2012-12-05 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷器、gm制冷机及脉冲管制冷机 |
| JP5575875B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2014-08-20 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器、ｇｍ冷凍機及びパルスチューブ冷凍機 |
| US8991196B2 (en) | 2010-03-19 | 2015-03-31 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Regenerator, GM refrigerator, and pulse tube refrigerator |
| CN102803867B (zh) * | 2010-03-19 | 2015-05-20 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷器、gm制冷机及脉冲管制冷机 |
| WO2011115200A1 (ja) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | 住友重機械工業株式会社 | 蓄冷器、ｇｍ冷凍機およびパルスチューブ冷凍機 |
| US9488390B2 (en) | 2010-03-19 | 2016-11-08 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Regenerator, GM type refrigerator and pulse tube refrigerator |
| CN104457007A (zh) * | 2013-09-17 | 2015-03-25 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机、一级蓄冷器及二级蓄冷器 |
| CN104457007B (zh) * | 2013-09-17 | 2017-01-04 | 住友重机械工业株式会社 | 蓄冷式制冷机、一级蓄冷器及二级蓄冷器 |
| US10281175B2 (en) | 2013-09-17 | 2019-05-07 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Regenerative refrigerator, first stage regenerator, and second stage regenerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0349019B2 (ja) | 1991-07-26 |
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