JPS6033457A - Refrigeration system - Google Patents

Refrigeration system

Info

Publication number
JPS6033457A
JPS6033457A JP14270183A JP14270183A JPS6033457A JP S6033457 A JPS6033457 A JP S6033457A JP 14270183 A JP14270183 A JP 14270183A JP 14270183 A JP14270183 A JP 14270183A JP S6033457 A JPS6033457 A JP S6033457A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
expansion
refrigerant
refrigerator
regenerator
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP14270183A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0583827B2 (en
Inventor
三田 英夫
冽 石橋
雄治郎 鵜飼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP14270183A priority Critical patent/JPS6033457A/en
Publication of JPS6033457A publication Critical patent/JPS6033457A/en
Publication of JPH0583827B2 publication Critical patent/JPH0583827B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の対象〕 本発明は、圧縮室、熱交換器、蓄冷器、そして(1) 膨張室より成る主冷凍機(例えば、スターリングサイク
ル冷凍機、ギホードマクマホンサイクル冷凍機、ギホー
ドサイクル冷凍機、ツルベイサイクル冷凍機、そしてブ
ルミャーサイクル冷凍機等と、圧縮室、熱交換器、蓄冷
器、そして膨張室より成る予冷冷凍機(例えば、スター
リングサイクル冷凍機、ギホードサイクル冷凍機、ソル
ベイサイク冷凍機、そしてブルミャーサイクル冷凍機等
)とを組合わせ、略6に以下の温度の冷凍を発生せしめ
る冷凍システムに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] The present invention relates to a main refrigerator (for example, a Stirling cycle refrigerator, a Gifford-McMahon cycle refrigerator, pre-cooling refrigerators (for example, Stirling cycle refrigerators, gearboxes, etc.) consisting of a compression chamber, a heat exchanger, a regenerator, and an expansion chamber The present invention relates to a refrigeration system that generates refrigeration at a temperature of approximately 6 or below by combining the following types of refrigerators: a horde cycle refrigerator, a Solvaycycle refrigerator, a Blumyer cycle refrigerator, etc.

〔本発明の利用分野〕[Field of application of the present invention]

上記冷凍システムは、ジョセフソン素子、スキッド素子
を常時極低温の状態に維持する冷却システムあるいは、
液体ヘリウムで冷却された超電導磁石を収納しているク
ライオスタットに取り付け、クライオスタットに侵入す
る熱によって蒸発するヘリウム蒸気を再び液化し、クラ
イオスタット内のヘリウム蒸気を再び液化せしめ、クラ
イオスタット内の液体ヘリウムの量を常に一定に保持せ
しめる冷却システム等に利用される。
The above-mentioned refrigeration system is a cooling system that constantly maintains the Josephson element or skid element at an extremely low temperature, or
A superconducting magnet cooled with liquid helium is attached to a cryostat containing a superconducting magnet, and the helium vapor that evaporates due to the heat that enters the cryostat is liquefied again. It is used in cooling systems that keep the temperature constant.

(2) 〔従来技術〕 従来の冷凍システムとしては、実公昭43−17026
号の多段式冷却機関に記載された冷凍システムがある。
(2) [Prior art] As a conventional refrigeration system,
There is a refrigeration system described in the multi-stage cooling engine of No.

これを第1図に°ζ説明すれば、次の通りである。即ち
、クランクゲース2には110kg/2. 5cut程
度の高圧ヘリウムが封入してあり、該クランクケース2
内にはモータ4で駆動されるクランクシャフト3が、設
置され、該クランクシャフト3には4個所のクランク部
があって、各部には夫々連杆を介してピストン5,6,
7.及び8を設け、各ピストン5,6,7.及び8は前
記クランクシャフト3に対して直角に並設した適宜のシ
リンダーへ往復自在に嵌合しである。ピストン5と、こ
れに組み合わされたシリンダーは二段構えにした冷却機
構のうちの第一段冷却機関(予冷冷凍機)の圧縮室9を
形成し、絶縁性の延長部10を有するピストン6と、こ
れに組み合わされたシリンダーは、前記第二段構えの機
構のうち第一段の冷却機関(予冷冷凍機)の膨張室11
を形成してい(3) る。そして、このピストン5と6との運動位相関係は、
スターリングサイクル方式特有のものであって、ピスト
ン6がピストン5より90度位相が進むようにせしめで
ある。
This can be explained as follows with reference to FIG. That is, crank case 2 has a weight of 110 kg/2. Approximately 5 cuts of high-pressure helium is sealed in the crankcase 2.
A crankshaft 3 driven by a motor 4 is installed inside, and the crankshaft 3 has four crank parts, and each part is connected to a piston 5, 6,
7. and 8, each piston 5, 6, 7 . and 8 are reciprocatably fitted into appropriate cylinders arranged in parallel at right angles to the crankshaft 3. The piston 5 and the cylinder combined therewith form a compression chamber 9 of a first-stage cooling engine (pre-cooling refrigerator) in a two-stage cooling mechanism, and the piston 6 and the cylinder having an insulating extension part 10 , the cylinder combined with this is the expansion chamber 11 of the first stage cooling engine (precooling refrigerator) of the second stage mechanism.
It forms (3). The motion phase relationship between the pistons 5 and 6 is
This is unique to the Stirling cycle system, and allows the piston 6 to be 90 degrees ahead of the piston 5 in phase.

ピストン5と6が交互に行動すると、冷媒は第一の圧縮
室9から第一の膨張室11へ充たされるが、該冷媒は第
一の熱交換器12乃至蓄冷器13を通り、第一の冷却ヘ
ッド15の内側へ接しながら第一の導通路14を経て、
前記第一の膨張室11に達する。この冷却ヘッドは、熱
の良導体で以て構成されている。このような第一段の冷
却機関(予冷冷凍機)に接続される第2段の冷却機関(
主冷凍m>は、熱絶縁性の延長部16.17を有するピ
ストン7及びピストン8から成り、各ピストンの運動位
相は、ピストン8がピストン7より90度位相が進むよ
うにせしめである。ピストン7乃至はこれに附設した絶
縁性の延長部16を嵌め込まれたシリンダー、第二の圧
縮室18を形成し、ピストン8とこれに接続した延長部
17が嵌まったシリンダーは第二の膨張室19を形成す
る(4) 冷媒は、第二の圧縮室18乃至第二の熱交換器20、蓄
冷器21及び第二の導通路22を経て第二の膨張室19
の間を交互に作動する。そして、該第二の導通路22は
、冷却ヘッド23の一部に形成されて居り、該ヘッド部
において、所望の冷凍能力を得ることができる。
When the pistons 5 and 6 act alternately, the refrigerant is filled from the first compression chamber 9 to the first expansion chamber 11, passing through the first heat exchanger 12 to the regenerator 13, and then filling the first expansion chamber 11 with the refrigerant. Passing through the first conduction path 14 while contacting the inside of the cooling head 15,
The first expansion chamber 11 is reached. This cooling head is made of a good thermal conductor. The second stage cooling engine (precooling refrigerator) is connected to such a first stage cooling engine (precooling refrigerator).
The main refrigeration m> consists of a piston 7 and a piston 8 with thermally insulating extensions 16, 17, the phase of movement of each piston being such that piston 8 is 90 degrees ahead of piston 7 in phase. The cylinder into which the piston 7 or the insulating extension 16 attached thereto is fitted forms a second compression chamber 18, and the cylinder into which the piston 8 and the extension 17 connected thereto are fitted forms a second expansion chamber. Forming a chamber 19 (4) The refrigerant passes through the second compression chamber 18 to the second heat exchanger 20, the regenerator 21, and the second conduction path 22 to the second expansion chamber 19.
It operates alternately between. The second conduction path 22 is formed in a part of the cooling head 23, and a desired refrigerating capacity can be obtained in the head portion.

叙上のような第1図の構造において注意すべき点は、熱
交換器20の部分であり、これは前記第一の冷却へラド
15の一部へ熱的関係において、特に近密なる状態で設
置せられ、該熱交換器の前の圧縮室18内で冷媒が圧縮
され、その圧縮によって発生する熱は、該熱交換器20
の材質を通して第一の冷却ヘッド15へ移行し、この圧
縮熱は該冷却ヘッド15によってその温度まで低下せし
めるようにしている点である。
What should be noted in the structure of FIG. The refrigerant is compressed in the compression chamber 18 in front of the heat exchanger, and the heat generated by the compression is transferred to the heat exchanger 20.
The heat of compression is transferred to the first cooling head 15 through the material of the cooling head 15, and the heat of compression is lowered to that temperature by the cooling head 15.

〔従来技術の問題点及びその技術的分析〕このような2
段カスケードの冷却機では、略30にの温度の冷凍を発
生し得るが、略6に以下の温度の冷凍を発!Lすること
は出来ないという欠点(5) がある。
[Problems with the prior art and their technical analysis] Such 2
A stage cascade chiller can generate refrigeration at temperatures of approximately 30 degrees Celsius, but refrigeration at temperatures below approximately 6 degrees Celsius can occur! There is a drawback (5) that it is not possible to do L.

かかる不具合を技術的に分析すると次の通りである。即
ち、第1段の冷却機関(予冷冷凍機)は、常温で運転さ
れ(熱交換器12内の冷媒の温度が常温、略330にで
ある。)しかも1膨張力式(膨張室が1個)であるので
、蓄冷器13の高温部と低温部の温度差が大きくなり、
蓄冷器13の非効率による熱損失も増大し、膨張室11
では、略90にの温度の冷凍を発生し、この冷凍によっ
て、第2段の冷却機関の熱交換器20内の冷媒は冷却さ
れ、熱交換器20内の冷媒の温度は、略90にとなり、
第2段の冷却機関も、1段膨張方式であるので、略6に
以下の温度の冷凍を膨張室19で得ようとすると、蓄冷
器21の高温側と低温側の温度差が略84に以上の温度
となって、蓄冷器21の非効率による熱損失が増大し、
膨張室19では、略30にの温度の冷凍しか発生しなく
なる。
A technical analysis of this problem is as follows. That is, the first-stage cooling engine (pre-cooling refrigerator) is operated at room temperature (the temperature of the refrigerant in the heat exchanger 12 is room temperature, approximately 330℃), and is of the one-expansion type (one expansion chamber). ), the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part of the regenerator 13 increases,
Heat loss due to inefficiency of the regenerator 13 also increases, and the expansion chamber 11
Then, freezing occurs at a temperature of approximately 90°C, and by this freezing, the refrigerant in the heat exchanger 20 of the second stage cooling engine is cooled, and the temperature of the refrigerant in the heat exchanger 20 becomes approximately 90°C. ,
The second-stage cooling engine is also of the one-stage expansion type, so if you try to obtain refrigeration at a temperature below about 6.5 degrees in the expansion chamber 19, the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side of the regenerator 21 will be about 84 degrees. When the temperature exceeds the above, heat loss due to inefficiency of the regenerator 21 increases,
In the expansion chamber 19, only freezing at a temperature of approximately 30°C occurs.

又、6に以下の温度の冷凍を膨張室で効率良く得るには
、理論的にも実験的にも冷媒の最大圧力(6) を冷媒の臨界圧力(ヘリウムの場合2.3 atm)以
下か、もしくは、冷媒の最大圧力と最小圧力の間に冷媒
の臨界圧力が存在するように最大圧力と最小圧力を設定
しなければならないが、クランクケース2内の冷媒の圧
力は、略44kg/cJであるので、第2段の冷却機関
の冷媒の平均圧力も略44kg/caとなり、6に以下
の温度の冷凍を効率良く得ることは出来ない。
In addition, in order to efficiently obtain refrigeration at a temperature below 6 in the expansion chamber, both theoretically and experimentally, the maximum pressure of the refrigerant (6) must be below the critical pressure of the refrigerant (2.3 atm in the case of helium). Alternatively, the maximum pressure and minimum pressure must be set so that the critical pressure of the refrigerant exists between the maximum and minimum pressure of the refrigerant, but the pressure of the refrigerant in the crankcase 2 is approximately 44 kg/cJ. Therefore, the average pressure of the refrigerant in the second stage cooling engine is also approximately 44 kg/ca, making it impossible to efficiently achieve refrigeration at temperatures below 6.5 kg/ca.

上述した61(以下の冷凍を効率良く得る冷媒の圧力に
ついて、第2図のT−8線図(温度−エントロピー線図
)で、例えば冷媒としてヘリウムを使用した場合につい
て説明する。
The pressure of the refrigerant that efficiently achieves the refrigeration described in 61 (below) will be explained using the T-8 diagram (temperature-entropy diagram) in FIG. 2, for example, when helium is used as the refrigerant.

al、a2.;13.a4で示されるサイクルは、最低
圧力4atm(最大圧力が臨界圧力以上の場合)、最高
圧力12atm、圧縮比3、等温膨張行程4.2にの場
合で、第2段の冷却機に加えられる仕事量は、面積al
、a2.a3.a4に相当し、膨張室19で発生する冷
凍量は面積a2.a2’、a3° a3に相当する。
al, a2. ;13. The cycle indicated by a4 has a minimum pressure of 4 atm (when the maximum pressure is above the critical pressure), a maximum pressure of 12 atm, a compression ratio of 3, an isothermal expansion stroke of 4.2, and the work applied to the second stage cooler. The amount is the area al
, a2. a3. a4, and the amount of refrigeration generated in the expansion chamber 19 is equal to the area a2. a2', a3° Corresponds to a3.

bl、b2.b3.b4で示されるサイクルは(7) 、最低圧力1atm(最高圧力と最低圧力の間に臨界圧
力が存在する場合)、最高圧3 atm、圧縮比3、等
温圧縮行程10K、等温膨張行程4.2の場合で、第2
段の冷却機に加えられる仕事量は、面積bl、b2.b
3.b4に相当し、膨張室19で発生する冷凍量は面積
b2.b2°、b3”、b3に相当し、この一部は蓄冷
器21で使用される。即ち、冷媒が蓄冷器21を通って
膨張室19に流入する時(T−3線図上のb1→b2)
の放出する熱量Q12 (bl、b2.b2’ 、bl
の面積に相当する)は、膨張室19から蓄冷器21に流
出する時(T−3線図上のb3→b4)の吸収する熱量
Q34 (b4.b3.b3”、b4゛の面積に相当す
る)より太き(なっているので、この差分(面積b1.
b2.b2°、b1と面積b4.b3.b3°、b4゛
の差分に相当する)の熱量は、1サイクル毎に膨張室1
9に流れ込むため、膨張室19で実質的に使用出来る冷
凍量は、面積b2.b2’ 、b3’ 、b3に面積b
1゜b2.b2′、blを加えた面積から面積b4゜(
8) b3.b3″、l)4°を引いた値に相当する。
bl, b2. b3. The cycle indicated by b4 is (7): minimum pressure 1 atm (if a critical pressure exists between the maximum pressure and minimum pressure), maximum pressure 3 atm, compression ratio 3, isothermal compression stroke 10K, isothermal expansion stroke 4.2 In the case of the second
The amount of work applied to the stage cooler is determined by the areas bl, b2. b
3. b4, and the amount of refrigeration generated in the expansion chamber 19 is the area b2. b2°, b3'', and b3, a part of which is used in the regenerator 21. That is, when the refrigerant flows into the expansion chamber 19 through the regenerator 21 (b1→ on the T-3 diagram) b2)
The amount of heat released by Q12 (bl, b2.b2', bl
) is the amount of heat absorbed when it flows out from the expansion chamber 19 to the regenerator 21 (b3→b4 on the T-3 diagram) This difference (area b1.
b2. b2°, b1 and area b4. b3. The amount of heat (corresponding to the difference between b3° and b4゛) is
9, the amount of refrigeration that can be practically used in the expansion chamber 19 is the area b2. b2', b3', b3 have area b
1°b2. The area b4゜(
8) b3. b3″, l) corresponds to the value minus 4°.

第2段の冷却機の効率は、膨張室19で使用出来る冷凍
量を第2段の冷却機に加えた仕事量で割った値で示すこ
とが出来る。al、a2.a3゜a4のサイクルとbl
、b2.b3.b4のサイクルを比較すると、・、 al、a2.a3.a4のサイクルの効率b1.b2.
b3..b4のサイクルの効率#0.24 となり、bl、b2.b3.b4のサイクルの方がal
、a2.a3.a4のサイクルより、約2倍効率が上ま
わる。即ち、冷媒の最高圧力と最低圧力の間に臨界圧力
が存在するようにせしめたサイクルbl、b2.b3.
b4の方が、冷媒の最低圧力を臨界圧力より高くせしめ
たサイクルa1、a2.a3.a4より効率が良い。
The efficiency of the second stage cooler can be expressed as the amount of refrigeration that can be used in the expansion chamber 19 divided by the amount of work applied to the second stage cooler. al, a2. a3゜a4 cycle and bl
, b2. b3. Comparing the cycles of b4, ・, al, a2. a3. a4 cycle efficiency b1. b2.
b3. .. The cycle efficiency of b4 is #0.24, and bl, b2. b3. b4 cycle is more al
, a2. a3. The efficiency is about twice as high as that of the a4 cycle. That is, cycles bl, b2 . b3.
b4 is better than cycles a1, a2. a3. More efficient than A4.

(9) 同様の理由により、冷媒の最高圧力が臨界圧力以下にせ
しめた方が、冷媒の最低圧力を臨界圧力より高くせしめ
たサイクルより効率が良い(説明省絡)。
(9) For the same reason, a cycle in which the maximum pressure of the refrigerant is made to be below the critical pressure is more efficient than a cycle in which the minimum pressure of the refrigerant is made to be higher than the critical pressure (explanation omitted).

〔技術的課題〕[Technical issues]

本発明は、予冷冷凍機を主冷凍機とをカスケードに組合
せ、略6に以下の温度の冷凍を効率良く得ることを技術
的課題とする。
The technical object of the present invention is to combine a pre-cooling refrigerator and a main refrigerator in a cascade, and to efficiently obtain freezing at a temperature of about 6 or below.

〔技術的手段〕[Technical means]

上記技術的課題を解決するため講じた技術的手段は、圧
縮室101(201)、熱交換器102(202)、蓄
冷器103 (203,2o5>、膨張室104 (2
04,206)より基本的に構成された主冷凍機100
(200)と、圧縮室151(251)、熱交換器15
2(252)、蓄冷器153.155 (253) 、
膨張室154.156 (254)より基本的に構成さ
れた予冷冷凍機150(250)において、前記主冷凍
機100の膨張段数を1段以上、前記予冷冷凍ta15
0の膨張段数を2段以上にせしめるか、もしく(10) は、前記主冷凍機200の膨張段数を2段以上、前記予
冷冷凍機250の膨張段数を1段以上にせしめ、前記主
冷凍機100(200)の冷媒の最大圧力を冷媒の臨界
圧力以下、もしくは冷媒の最高圧力と最低圧力の間に冷
媒の高い圧力が存在するようにし、前記予冷冷凍機15
0(250)の冷媒の最低圧力を冷媒の臨界圧力以上に
せしめ、前記主冷凍機100(200)の冷媒を圧縮す
る時に発生した熱を前記予冷冷凍機150(250)で
発生した冷凍で冷却することである。
The technical measures taken to solve the above technical problems are compression chamber 101 (201), heat exchanger 102 (202), regenerator 103 (203, 2o5>, expansion chamber 104 (2
04,206) Main refrigerator 100 basically configured from
(200), compression chamber 151 (251), heat exchanger 15
2 (252), regenerator 153.155 (253),
In the precooling refrigerator 150 (250) basically configured with expansion chambers 154, 156 (254), the number of expansion stages of the main refrigerator 100 is one or more, and the precooling refrigerator ta15
0, or (10), the number of expansion stages of the main refrigerator 200 is made to be two or more stages, the number of expansion stages of the pre-cooling refrigerator 250 is made to be one or more, and the number of expansion stages of the main refrigerator 200 is made to be one or more stages. The maximum pressure of the refrigerant in the precooling refrigerator 15 is set to be below the critical pressure of the refrigerant, or a high pressure of the refrigerant exists between the maximum pressure and the minimum pressure of the refrigerant.
The minimum pressure of the refrigerant at 0 (250) is made to exceed the critical pressure of the refrigerant, and the heat generated when compressing the refrigerant in the main refrigerator 100 (200) is cooled by the refrigeration generated in the pre-cooling refrigerator 150 (250). It is to be.

〔技術的手段の作用〕[Effect of technical means]

上記技術的手段は、次のように作用する。 The above technical means works as follows.

主冷凍機の膨張段数が1段以上、予冷冷凍機の膨張段数
が2段以−トの場合(第3図の実施例)について説明す
ると、主冷凍機100の圧縮室101で圧縮ピストン1
10によって圧縮され昇温した冷媒は、熱交換器102
に流入する。熱交換器102に流入した冷媒の熱は伝熱
板121を伝わって予冷冷凍機150の膨張室15Gで
発生した冷凍によって吸収される。予冷冷凍機150の
膨張段数は2段であるので、膨張室156で発生する冷
凍の温度は略2OKとなり、主冷凍機100の熱交換器
102から蓄冷器103に流出する冷媒の温度も略2O
Kとなる。その結果、蓄冷器103の高温側と低温側の
温度差(略14k)が小さくなり、蓄冷器103の非効
率による熱損失が減少し膨張室104で略6に以下の温
度の冷凍を発生することが出来る。
To explain the case where the main refrigerator has one or more expansion stages and the pre-cooling refrigerator has two or more expansion stages (the embodiment shown in FIG. 3), the compression piston 1 in the compression chamber 101 of the main refrigerator 100
The refrigerant compressed and heated by the heat exchanger 102
flows into. The heat of the refrigerant flowing into the heat exchanger 102 is transmitted through the heat exchanger plate 121 and absorbed by the refrigeration generated in the expansion chamber 15G of the precooling refrigerator 150. Since the number of expansion stages of the pre-cooling refrigerator 150 is two, the temperature of the refrigeration generated in the expansion chamber 156 is approximately 20K, and the temperature of the refrigerant flowing out from the heat exchanger 102 of the main refrigerator 100 to the regenerator 103 is also approximately 20K.
It becomes K. As a result, the temperature difference (approximately 14K) between the high temperature side and the low temperature side of the regenerator 103 becomes smaller, heat loss due to inefficiency of the regenerator 103 decreases, and refrigeration occurs in the expansion chamber 104 at a temperature of approximately 6°C or less. I can do it.

主冷凍機の膨張段数が2段以上、予冷冷凍機の膨張室段
数が1段以上(第4図の実施例)について説明すると、
主冷凍機200の圧縮室20.1で圧縮ピストン210
によって圧縮され昇温した冷媒は、熱交換器202に流
入する。熱交換器2゜2に流入した冷媒の熱は、伝熱板
221を伝わって予冷冷凍機250の膨張室254で発
生した略7OKの温度の冷凍によって冷却され、熱交換
器202から蓄冷器203に流入する。主冷凍機200
の膨張段数は、2段であるので、膨張室2゜4では、略
2OKの温度の冷凍を発生している。
To explain the case where the main refrigerator has two or more expansion stages and the pre-cooling refrigerator has one or more expansion chamber stages (the embodiment shown in Fig. 4),
Compression piston 210 in compression chamber 20.1 of main refrigerator 200
The refrigerant compressed and heated by the heat exchanger 202 flows into the heat exchanger 202 . The heat of the refrigerant that has flowed into the heat exchanger 2゜2 is transmitted through the heat exchanger plate 221, cooled by freezing at a temperature of approximately 7 OK generated in the expansion chamber 254 of the pre-cooling refrigerator 250, and transferred from the heat exchanger 202 to the regenerator 203. flows into. Main refrigerator 200
Since the number of expansion stages is two, freezing at a temperature of approximately 2 OK occurs in the expansion chamber 2°4.

その結果、蓄冷器205の高温側と低温側の温度差(略
14K)が小さくなり、膨張室206で略6に以下の冷
凍を発生ずることが出来る。
As a result, the temperature difference (approximately 14 K) between the high temperature side and the low temperature side of the regenerator 205 becomes small, and the following refrigeration can occur in the expansion chamber 206 at approximately 6 degrees.

主冷凍機100(’200)と予冷冷凍機150(25
0)とは、伝熱板121 (221)を介し熱的に接触
しているだけで、主冷凍機100(200)と予冷冷凍
機150(250)の冷媒の圧力は各各の独立に設定出
来る。すなわち、主冷凍機100(200)には膨張室
104(206)で略6に以下の温度の冷凍を効率良く
発生する低い圧力(即ち、冷媒の最高圧力を冷媒の臨界
圧力以下、もしくは、最高圧力と最低圧力の間に冷媒の
臨界圧力が存在するように冷媒の圧力を設定する。)の
冷媒を主冷凍機100(200)に封入することが出来
、一方、予冷冷凍機150(250)の膨張室154,
156 (254)で冷媒が発生する冷凍の温度は、6
により十分高い温度(例えば、略20K、あるいは略7
0K)であるので、冷媒は比較的理想気体に近づくとい
う理由により、冷媒の最低圧力を冷媒の臨界圧力以上に
せしめ、膨張室154,156 (254)に流出入(
13) する冷媒量を増大させ、膨張室154,156 (25
4)で効率良く冷凍を発生させることが出来る。
Main refrigerator 100 ('200) and pre-cooling refrigerator 150 (25
0) means that they are in thermal contact only through the heat transfer plate 121 (221), and the refrigerant pressures of the main refrigerator 100 (200) and pre-cooling refrigerator 150 (250) are set independently for each. I can do it. That is, the main refrigerator 100 (200) has a low pressure (i.e., the maximum pressure of the refrigerant is lower than the critical pressure of the refrigerant, or the maximum The refrigerant pressure can be set so that the critical pressure of the refrigerant exists between the pressure and the minimum pressure. expansion chamber 154,
The temperature of refrigeration at which the refrigerant is generated at 156 (254) is 6
at a sufficiently high temperature (e.g. approximately 20K, or approximately 7
Since the refrigerant is relatively close to an ideal gas, the minimum pressure of the refrigerant is made to be higher than the critical pressure of the refrigerant, and the flow in and out of the expansion chambers 154, 156 (254) is
13) Increase the amount of refrigerant to expand the expansion chambers 154, 156 (25
4) makes it possible to efficiently generate refrigeration.

〔本発明によって生じた特有の効果〕[Special effects produced by the present invention]

本発明は、次の特有の効果を生じる。すなわち主冷凍機
100(200)と予冷冷凍機150(250)は、各
々少なくとも1台以上あれば良いので冷凍システムの構
成が簡単になり、その結果、冷凍システムの信頼性が著
しく向上する上、また重量も軽減でき、冷凍機の占有体
積も減少する主冷凍機100(200)の冷媒の最高圧
力をれ臨界圧力以下、もしくは、最高圧力と最低圧力の
間に冷媒の臨界圧力が存在するようにせしめであるので
、冷媒の圧力は低(、圧縮室101(201)、膨張室
104(204)の冷媒の気密を保持しているピストン
リング107,108 (207,208)に作用する
面圧が減少し、ピストンリング107,108 (20
7,208)の摩耗量も減少する。その結果、主冷凍機
100(2(14) 00)の寿命が増大する。
The present invention produces the following unique effects. That is, since at least one each of the main refrigerator 100 (200) and the pre-cooling refrigerator 150 (250) is required, the configuration of the refrigeration system is simplified, and as a result, the reliability of the refrigeration system is significantly improved. In addition, the weight can be reduced, and the volume occupied by the refrigerator can also be reduced. Since it is a fake, the pressure of the refrigerant is low (the surface pressure acting on the piston rings 107, 108 (207, 208) that maintains the airtightness of the refrigerant in the compression chamber 101 (201) and the expansion chamber 104 (204)). decreases, piston rings 107, 108 (20
7,208) also reduces the amount of wear. As a result, the life of the main refrigerator 100 (2 (14) 00) is increased.

主冷凍機100(200)の冷媒が圧縮される時に発生
ずる熱は、比較的高い圧力(冷媒の最小圧力が冷媒の臨
界圧力以上)が充填されている予冷冷凍機150(25
0)の膨張室156(254)内で効率良く発生されて
いる冷凍によって冷却されるので、主冷凍機100(2
00)の膨張室104 (204,206)の冷凍量が
小さくても、短時間で膨張室104 (204,206
)の冷媒の温度は、定常状態に達する。
The heat generated when the refrigerant in the main refrigerator 100 (200) is compressed is absorbed by the heat generated when the refrigerant in the main refrigerator 100 (200) is compressed.
Since the cooling is efficiently generated in the expansion chamber 156 (254) of the main refrigerator 100 (254),
00) Even if the amount of refrigeration in the expansion chamber 104 (204, 206) is small, the expansion chamber 104 (204, 206)
) the temperature of the refrigerant reaches a steady state.

〔実施例〕〔Example〕

前記技術手段の一旦体例を示す実施例について第3図及
び第4図を用いて説明する。
An embodiment illustrating the technical means will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

第3図は、主冷凍機100の膨張段数が1段で、予冷冷
凍機150の膨張段数が2段の実施例である。すなわち
圧縮シリンダー109、圧縮ピストン110、ピストン
リング107から形成された圧縮室101は、順次、熱
交換器102、蓄冷器103の一端に連通しており、蓄
冷器103の他端は、膨張シリンダー111、膨張ピス
トン112、ピストンリング108から形成された膨張
室104に連通せしめてあり、圧縮ピストン110と膨
張ピストン112は、それぞれロッド113.114に
固着しており、ロッド113,114は図示していない
駆動機構(例えば、クランク機構に接続され、膨張ピス
トン112の動きが、圧縮ピストン110の動きより略
90度位相が進むようにせしめ、圧縮シリンダー109
、膨張シリンダー111は、図示していない駆動機構の
ケースに固着しである。この様にして主冷凍v!110
0が構成されている。
FIG. 3 shows an embodiment in which the main refrigerator 100 has one expansion stage and the pre-cooling refrigerator 150 has two expansion stages. That is, a compression chamber 101 formed by a compression cylinder 109, a compression piston 110, and a piston ring 107 is sequentially connected to one end of a heat exchanger 102 and a regenerator 103, and the other end of the regenerator 103 is connected to an expansion cylinder 111. , an expansion piston 112, and an expansion chamber 104 formed by a piston ring 108. The compression piston 110 and the expansion piston 112 are fixed to rods 113 and 114, respectively, and the rods 113 and 114 are not shown. A drive mechanism (e.g., connected to a crank mechanism that causes the movement of the expansion piston 112 to be approximately 90 degrees ahead of the movement of the compression piston 110 in phase with the compression cylinder 109
, the expansion cylinder 111 is fixed to a case of a drive mechanism (not shown). In this way, the main frozen v! 110
0 is configured.

圧縮シリンダー157、圧縮ピストン158゜ピストン
リング159から形成された圧縮室151は、順次、熱
交換器152、蓄冷器153の一端に連通しており、蓄
冷器153の他端は、膨張シリンダー160、膨張ピス
トン161、ピストンリング162,163から形成さ
れた膨張室154に連通せしめてあり、膨張室154は
、蓄冷器155の一端に連通され、蓄冷器155の他端
は、膨張シリンダー160、膨張ピストン161、ピス
トンリング163から形成される膨張室156に連通ゼ
しめてあり、圧縮ピストン158、膨張ピストン161
には、それぞれロッド164.165が固着され、図示
していない駆動機構(例えばクランク機構等)に接続せ
しめてあり、膨張ピストン161の動きの方が圧縮ピス
トン158の動きより略90度位相が進むようにしてあ
り、圧縮シリンダー157、膨張シリンダー160は、
図示していない駆動機構のケースに固着せしめである。
A compression chamber 151 formed by a compression cylinder 157, a compression piston 158, and a piston ring 159 sequentially communicates with a heat exchanger 152 and one end of a regenerator 153, and the other end of the regenerator 153 is connected to an expansion cylinder 160, The expansion chamber 154 is connected to an expansion chamber 154 formed by an expansion piston 161 and piston rings 162 and 163. The expansion chamber 154 is connected to one end of a regenerator 155, and the other end of the regenerator 155 is connected to an expansion cylinder 160 and an expansion piston. 161 and an expansion chamber 156 formed by a piston ring 163, and a compression piston 158 and an expansion piston 161.
Rods 164 and 165 are fixed to each of the rods and connected to a drive mechanism (for example, a crank mechanism, etc.) not shown, and the movement of the expansion piston 161 is approximately 90 degrees ahead of the movement of the compression piston 158. The compression cylinder 157 and the expansion cylinder 160 are
It is fixed to the case of a drive mechanism (not shown).

この様にして予冷冷凍機150が構成されている。The pre-cooling refrigerator 150 is configured in this way.

予冷冷凍機150の膨張室156と主冷凍機110の熱
交換器102とは、伝熱板121を介し熱的に導通する
ようにせしめてあり、同様に膨張室156と膨張シリン
ダー111の中央下部も伝熱板121を介し熱的に導通
され、伝熱板121の下面には、ふく射シールドケース
122が固着せしめである。予冷冷凍機150の膨張室
154と主冷凍機100の圧縮シリンダー109の中央
部と膨張シリンダー111の中央上部は、伝熱板(17
) 123を介し熱的に導通せしめ、伝熱板123の下面に
は、ふく射シールドケース124が固着しである。熱交
換器152の下部、圧縮シリンダー160の中央部、圧
縮シリンダー109の上部、膨張シリンダー111の上
部には、真空プレート125が気密に固着され、真空プ
レート125の下面には真空ケース126が固着せしめ
てあり、0リング127で真空空間128が真空を保持
出来るようにせしめである。
The expansion chamber 156 of the pre-cooling refrigerator 150 and the heat exchanger 102 of the main refrigerator 110 are thermally connected to each other via the heat transfer plate 121. The heat exchanger plate 121 is also thermally connected to the heat exchanger plate 121, and a radiation shield case 122 is fixed to the lower surface of the heat exchanger plate 121. A heat exchanger plate (17
) 123 , and a radiation shield case 124 is fixed to the lower surface of the heat exchanger plate 123 . A vacuum plate 125 is airtightly fixed to the lower part of the heat exchanger 152, the center part of the compression cylinder 160, the upper part of the compression cylinder 109, and the upper part of the expansion cylinder 111, and a vacuum case 126 is fixed to the lower surface of the vacuum plate 125. The O-ring 127 allows the vacuum space 128 to maintain a vacuum.

このため、圧縮室101で圧縮ピストン110によって
圧縮され昇温した冷媒は熱交換器102に流入する。熱
交換器102に流入した冷媒の熱交換器は、伝熱板12
1を伝わって予冷冷凍機150の膨張室156で発生し
た略2OKの温度の冷凍によって冷却される。その結果
、熱交換器102内の冷媒は、略20Kになって熱交換
器102から蓄冷器103に流入し、蓄冷器103内に
の蓄冷材によって、さらに冷却され、膨張室104に流
入する。膨張室104で膨張し終った冷媒は膨張ピスト
ン112の上方向への移動によって(18) 膨張され、略6に以下の温度の冷凍を発生する。
Therefore, the refrigerant that has been compressed and heated by the compression piston 110 in the compression chamber 101 flows into the heat exchanger 102 . The heat exchanger for the refrigerant that has flowed into the heat exchanger 102
1 and is cooled by refrigeration at a temperature of approximately 2 OK generated in the expansion chamber 156 of the pre-cooling refrigerator 150. As a result, the refrigerant in the heat exchanger 102 becomes approximately 20K, flows from the heat exchanger 102 into the regenerator 103, is further cooled by the regenerator material in the regenerator 103, and flows into the expansion chamber 104. The refrigerant that has finished expanding in the expansion chamber 104 is expanded by the upward movement of the expansion piston 112 (18), and refrigeration occurs at a temperature of about 60° C. or less.

膨張ピストン112の下方向への移動によって膨張室1
04内の冷媒は、蓄冷器103に流入し、そこで蓄冷材
によって温められ、熱交換器102を通って圧縮室10
1に流入し、−行程を終了する。
Due to the downward movement of the expansion piston 112, the expansion chamber 1
The refrigerant in 04 flows into the regenerator 103, where it is warmed by the regenerator material, passes through the heat exchanger 102, and enters the compression chamber 10.
1 and completes the -stroke.

次に、予冷冷凍機150について説明する。圧41ft
151で圧縮ピストン158によって圧縮され昇温した
冷媒は、熱交換器152に流入すると、冷却水等の寒剤
で冷却され、略300にとなって蓄冷器153に流入し
、そこで蓄冷材によってさらに冷却され、低い温度とな
って膨張室154に流入する。膨張室154に流入した
冷媒のうち一部は、蓄冷器+55に流入して、そこで蓄
冷材155よって冷j;nされ、さらに低い温度となっ
て、膨張室156に流入する。膨張室154,156に
流入した冷媒は、膨張ピストン161の上方向への移動
によって膨張し、膨張室154,156でそれぞれ略7
0に、略20にの冷凍を発生する。膨張室154,15
6で膨張し終った冷媒は、膨張ピストン161の下方向
への移動によって、膨張室154内の冷媒は、蓄冷器1
53に流入し、膨張室156の冷媒は、蓄冷器155に
流入し、そこで蓄冷材によって温められ、膨張室154
を通って蓄冷器153に流入する。蓄冷器153に流入
した冷媒は、そこで蓄冷材によって温められ、熱交換器
152を通って圧縮室151に流入し、−行程を完了す
る。
Next, the precooling refrigerator 150 will be explained. pressure 41ft
The refrigerant, which has been compressed and heated by the compression piston 158 at 151, flows into the heat exchanger 152, where it is cooled by a cooling agent such as cooling water, becomes approximately 300 ml, and flows into the regenerator 153, where it is further cooled by the regenerator. and flows into the expansion chamber 154 at a low temperature. A portion of the refrigerant that has flowed into the expansion chamber 154 flows into the regenerator +55, where it is cooled by the regenerator material 155, becomes an even lower temperature, and flows into the expansion chamber 156. The refrigerant that has flowed into the expansion chambers 154 and 156 is expanded by the upward movement of the expansion piston 161, and the refrigerant is expanded in the expansion chambers 154 and 156 by approximately 7.
Freezing of approximately 20°C occurs. Expansion chambers 154, 15
By moving the expansion piston 161 downward, the refrigerant in the expansion chamber 154 is transferred to the regenerator 1.
The refrigerant in the expansion chamber 156 flows into the regenerator 155, where it is warmed by the regenerator material, and the refrigerant in the expansion chamber 154 flows into the expansion chamber 154.
It flows into the regenerator 153 through. The refrigerant that has flowed into the regenerator 153 is warmed by the regenerator material there, flows into the compression chamber 151 through the heat exchanger 152, and completes the -stroke.

圧縮シリンダー109、膨張シリンダー111の常温部
より侵入す熱は、伝熱板123を伝わって予冷冷凍機1
50の膨張室154内で発生している冷凍によって吸収
される。又、真空プレート125、真空ケース126よ
り、伝熱板123、ふく射シールドケース122に侵入
するふく射熱も伝熱板123を伝わって予冷冷凍機15
0の膨張室154で発生した冷凍によって吸収される。
The heat that enters from the normal temperature parts of the compression cylinder 109 and the expansion cylinder 111 is transmitted through the heat transfer plate 123 to the precooling refrigerator 1.
It is absorbed by the refrigeration occurring within the expansion chamber 154 of 50. In addition, radiation heat that enters the heat transfer plate 123 and the radiation shield case 122 from the vacuum plate 125 and the vacuum case 126 is also transmitted through the heat transfer plate 123 to the precooling refrigerator 15.
It is absorbed by the refrigeration generated in the expansion chamber 154 of 0.

膨張シリンダー111の略70にの温度の部分より侵入
する熱は、伝熱板121を伝わって予冷冷凍機156内
で発生している冷凍によって吸収される。又、ふく射シ
ールドケース124、伝熱板123より伝i+1i21
、ふく射シールドケース122に侵入するふく射熱も、
伝熱板121を伝わって予冷冷凍機150の膨張室15
6で発生している冷凍によって吸収される。
The heat that enters from the portion of the expansion cylinder 111 at a temperature of approximately 70°C is transmitted through the heat exchanger plate 121 and absorbed by the refrigeration occurring within the precooling refrigerator 156. Also, the radiation i+1i21 is transmitted from the radiation shield case 124 and the heat exchanger plate 123.
, radiation heat that enters the radiation shield case 122,
The expansion chamber 15 of the pre-cooling refrigerator 150 is transmitted through the heat transfer plate 121.
It is absorbed by the freezing occurring at 6.

第4図は、主冷凍機200の膨張段数が2段で、予冷冷
凍tJl1250の膨張段数が1段の実施例である。圧
縮シリンダー209、圧縮ピストン210、ピストン2
07から形成された圧縮空間201は、順次、熱交換器
202、蓄冷器203の一端に連通しており、蓄冷器2
03の他端は、膨張シリンダー211、膨張ピストン2
12、ピストンリング208,213から形成される膨
張室204と蓄冷器205の一端に連通せしめてあり、
蓄冷器205の他端は、膨張シリンダー211、膨張ピ
ストン212、ピストンリング213より形成される膨
張室206に連通しており、圧縮ピストン210、膨張
ピストン212は、それぞれロッド213,214が固
着せしめてあり、ロッド213,214は、図示してい
ない駆動機構(例えばクランク機構等)に接続してあり
、膨張ピ(21) ストン212の動きの方が圧縮ピストン210の動きよ
り略90度位相が進むようにせしめ、圧縮シリンダー2
09.膨張シリンダー211は、図示していない駆動機
構のケースに固着している。
FIG. 4 shows an embodiment in which the main refrigerator 200 has two expansion stages and the pre-cooled freezer tJl1250 has one expansion stage. Compression cylinder 209, compression piston 210, piston 2
The compression space 201 formed from 07 is sequentially connected to one end of the heat exchanger 202 and the regenerator 203, and the regenerator 2
The other end of 03 is an expansion cylinder 211 and an expansion piston 2.
12. The expansion chamber 204 formed by the piston rings 208 and 213 is communicated with one end of the regenerator 205;
The other end of the regenerator 205 communicates with an expansion chamber 206 formed by an expansion cylinder 211, an expansion piston 212, and a piston ring 213, and the compression piston 210 and expansion piston 212 are fixed to rods 213 and 214, respectively. The rods 213 and 214 are connected to a drive mechanism (for example, a crank mechanism, etc.) not shown, and the movement of the expansion piston (21) and stone 212 is approximately 90 degrees ahead of the movement of the compression piston 210. So that the compression cylinder 2
09. The expansion cylinder 211 is fixed to a case of a drive mechanism (not shown).

この様にして、主冷凍機200が構成されている圧縮シ
リンダー255、圧縮ピストン256、ピストンリング
257から形成される圧縮室251は、順次、熱交換器
252、蓄冷器253の一端に連通しており、蓄冷器2
53の他端は、膨張シリンダー258、膨張ピストン2
59、ピストンリング260から形成される膨張ピスト
ン254に連通せしめてあり、圧縮ピストン256 、
膨張ピストン259には、それぞれロッド261.26
2が固着してあり、ロッド261,262は、図示して
いない駆動機構(例えば、クランク機構等)に接続され
、膨張ピストン259の動きが圧縮ピストン256の動
きより略90度位相が進むようにせしめ、圧縮シリンダ
ー255、膨張シリンダー258は、図示していない駆
動機構の(22) ケースに固着している。このようにして予冷冷凍機25
0が構成されている。
In this way, the compression chamber 251 formed by the compression cylinder 255, compression piston 256, and piston ring 257, which constitute the main refrigerator 200, is sequentially communicated with the heat exchanger 252 and one end of the regenerator 253. Cage, regenerator 2
The other end of 53 is an expansion cylinder 258 and an expansion piston 2.
59, is connected to an expansion piston 254 formed from a piston ring 260, and is connected to a compression piston 256;
The expansion pistons 259 each have rods 261, 26
2 is fixed, and the rods 261 and 262 are connected to a drive mechanism (for example, a crank mechanism, etc.) not shown, so that the movement of the expansion piston 259 is approximately 90 degrees ahead of the movement of the compression piston 256. The compression cylinder 255 and expansion cylinder 258 are fixed to a case (22) of a drive mechanism (not shown). In this way, the pre-cooling refrigerator 25
0 is configured.

予冷冷凍l11250の膨張室254と主冷凍機200
の熱交換器202とは、伝熱板221を介し、熱的に導
通ずるようにせしめてあり、同様に膨、張室254と膨
張シリンダー211の中央部は、伝熱板212を介し熱
的に導通している。伝熱板21の下面には、ふく射シー
ルドケース222が固着せしめである。膨張シリンダー
211の膨張室204の近傍部には、ふく射シールド板
223が固着せしめてあり、ふく射シールド板223の
下面には、ふく射シールドケース224が固着せしめで
ある。熱交換器252の下部、膨張シリンダー258の
中央部、圧縮シリンダー209の中央部、膨張シリンダ
ー211の上方部には、真空プレート225が気密に固
着せしめてあり、真空プレート225の下面には、真空
ケース226が固着しており、Oリング227で真空空
間228が真空を保持出来るようにせしめである。
Expansion chamber 254 of pre-cooled freezer l11250 and main refrigerator 200
The heat exchanger 202 is thermally conductive through the heat exchanger plate 221, and similarly, the expansion chamber 254 and the center of the expansion cylinder 211 are thermally connected through the heat exchanger plate 212. It is electrically conductive. A radiation shield case 222 is fixed to the lower surface of the heat exchanger plate 21. A radiation shield plate 223 is fixed to a portion of the expansion cylinder 211 near the expansion chamber 204, and a radiation shield case 224 is fixed to the lower surface of the radiation shield plate 223. A vacuum plate 225 is airtightly fixed to the lower part of the heat exchanger 252, the center of the expansion cylinder 258, the center of the compression cylinder 209, and the upper part of the expansion cylinder 211. A case 226 is fixed, and an O-ring 227 is used to maintain a vacuum in a vacuum space 228.

このため、圧縮室201で圧縮ピストン210によって
圧縮され昇温した冷媒は、熱交換器202に流入する。
Therefore, the refrigerant whose temperature has been increased by being compressed by the compression piston 210 in the compression chamber 201 flows into the heat exchanger 202 .

熱交換器202に流入した冷媒の熱は、伝熱板221を
伝わって予冷冷凍機250の膨張室254で発生した略
7OKの温度の冷媒によって冷却される。その結果、熱
交換器202ないの冷媒は、略7OKとなって熱交換器
202から蓄冷器203に流入すると、そこで蓄冷材に
よってさらに冷却され、低い温度になって膨張室204
と蓄冷器205に流入する。蓄冷器205に流入した冷
媒は、そこで蓄冷材によってさらに低い温度に冷却され
、膨張室206に流入する。
The heat of the refrigerant flowing into the heat exchanger 202 is transmitted through the heat transfer plate 221 and cooled by the refrigerant generated in the expansion chamber 254 of the pre-cooling refrigerator 250 and having a temperature of approximately 7 OK. As a result, the refrigerant in the heat exchanger 202 becomes approximately 7 OK and flows from the heat exchanger 202 into the regenerator 203, where it is further cooled by the regenerator material, becomes lower in temperature, and enters the expansion chamber 203.
and flows into the regenerator 205. The refrigerant that has flowed into the regenerator 205 is further cooled to a lower temperature by the regenerator material, and then flows into the expansion chamber 206 .

膨張室204,206に流入した冷媒は、膨張ピストン
212の上方向への移動によって、膨張され、各々略2
OKに、略6に以下の温度の冷凍を発生する。膨張室2
04,206で膨張し終った冷媒は、膨張ピストン21
2の下方向への移動によって、膨張室204の冷媒は蓄
冷器203に流入し、膨張室206の冷媒は蓄冷器20
5に流入し、そこで蓄冷材によって温められ、蓄冷器2
03に流入する。蓄冷器203に流入した冷媒は、蓄冷
材によって温められ、熱交換器202を通って圧縮室2
01に流入し、−行程を完了する。
The refrigerant flowing into the expansion chambers 204 and 206 is expanded by the upward movement of the expansion piston 212, and each refrigerant is expanded by approximately 2
OK, refrigeration occurs at a temperature of approximately 6 degrees or less. Expansion chamber 2
The refrigerant that has finished expanding at 04,206 is moved to the expansion piston 21.
2, the refrigerant in the expansion chamber 204 flows into the regenerator 203, and the refrigerant in the expansion chamber 206 flows into the regenerator 20.
5, where it is heated by the cold storage material, and is heated by the cold storage material 2.
It flows into 03. The refrigerant flowing into the regenerator 203 is warmed by the regenerator material, passes through the heat exchanger 202, and enters the compression chamber 2.
01 and complete the -stroke.

次に、予冷冷凍機250について説明する。圧縮室25
1で圧縮ピストン256によって圧縮され昇温した冷媒
は、熱交換器252に流入すると、冷却水等の寒剤で冷
却され略300にとなって蓄冷器253に流入し、そこ
で蓄冷材によってさらに低い温度に冷却され、膨張室2
54に流入すると、膨張ビス1ン259の上方向への移
動によって、膨張室254内の冷媒は膨張され、略70
にの温度の冷凍を発生する。膨張室254内で膨張し終
った冷媒は、膨張ピストン259の下方向への移動によ
って、蓄冷器253に流入し、こで蓄冷材によって温め
られ、熱交換器252を通って圧縮室251に流入し、
−行程を完了する。
Next, the precooling refrigerator 250 will be explained. Compression chamber 25
When the refrigerant, which has been compressed and heated by the compression piston 256 in step 1, flows into the heat exchanger 252, it is cooled by a cryogen such as cooling water to a temperature of approximately 300°C, and then flows into the regenerator 253, where the temperature is further lowered by the regenerator material. expansion chamber 2.
54, the refrigerant in the expansion chamber 254 is expanded by the upward movement of the expansion screw 1 259, and the refrigerant in the expansion chamber 254 is expanded to approximately 70
Temperatures of refrigeration occur. The refrigerant that has finished expanding in the expansion chamber 254 flows into the regenerator 253 by the downward movement of the expansion piston 259, where it is warmed by the regenerator material, and flows into the compression chamber 251 through the heat exchanger 252. death,
-Complete the journey.

膨張シリンダー211の常温部より侵入する熱は、伝熱
板221を伝わって予冷冷凍機250の膨張室254内
で発生している冷凍によって吸収される。又、真空プレ
ート225、真空ケース226より、伝熱板221とふ
く射シールドケース(25) 222に侵入するふく射熱は、伝熱板を伝わって予冷冷
凍機250の膨張室254で発生した冷凍によって吸収
される。伝熱板221、ふく射シールドケース222よ
り、ふく射シールド板223、ふく射シールドケース2
24に侵入するふく射熱は、ふく射シールド板223を
伝わって、主冷凍機200の膨張室204で発生した冷
凍によって吸収される。
Heat that enters from the room temperature portion of the expansion cylinder 211 is transmitted through the heat transfer plate 221 and absorbed by the refrigeration generated within the expansion chamber 254 of the pre-cooling refrigerator 250. Furthermore, the radiation heat that enters the heat transfer plate 221 and the radiation shield cases (25) 222 from the vacuum plate 225 and the vacuum case 226 is absorbed by the refrigeration generated in the expansion chamber 254 of the pre-cooling refrigerator 250 through the heat transfer plate. Ru. Heat transfer plate 221, radiation shield case 222, radiation shield plate 223, radiation shield case 2
The radiation heat penetrating into the main refrigerator 24 is transmitted through the radiation shield plate 223 and absorbed by the refrigeration generated in the expansion chamber 204 of the main refrigerator 200.

尚、第3図と第4図の実施例は、主冷凍機1゜0(20
0)、予冷冷凍機150(250)ともスターリングサ
イクル冷凍機の場合について説明したが、主冷凍機、予
冷冷凍機とも他の冷凍機、例えばギホードマクマホンサ
イクル冷凍機、ギホードサイクル冷凍機、ツレベイサイ
クル冷凍機、ブルミャーサイクル冷凍機等でも良い。
In the embodiments shown in Figs. 3 and 4, the main refrigerator is 1°0 (20
0) and the precooling refrigerator 150 (250) are both Stirling cycle refrigerators, but both the main refrigerator and the precooling refrigerator can be used with other refrigerators, such as Gifford-McMahon cycle refrigerators, Gifford cycle refrigerators, and Stirling cycle refrigerators. A Bay cycle refrigerator, a Blumyer cycle refrigerator, etc. may also be used.

〔他の実施例〕[Other Examples]

第5図は本発明に関する他の実施例である。すなわち、
予冷冷凍機350の膨張室354を蓄冷器335の一端
に連通させ、蓄冷器355の他端を導管366の一端に
連通せしめ、導管366の(26) 中央部は、主冷凍機300の熱交換器302を通って、
膨張室356に連通している。他の構成は、第3図の実
施例と同様であるので、説明を省略する。予冷冷凍機3
50の導管366を流れる低い温度の冷媒は、主冷凍機
300の圧縮室301で圧縮、昇温され、熱交換器30
2に流れ込んだ冷媒を冷却する。他の作用も第3図の実
施冷凍機と同様であるので説明を省略する。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. That is,
The expansion chamber 354 of the pre-cooling refrigerator 350 is communicated with one end of the regenerator 335, the other end of the regenerator 355 is communicated with one end of the conduit 366, and the central part (26) of the conduit 366 is used for heat exchange of the main refrigerator 300. Through the vessel 302,
It communicates with the expansion chamber 356. The other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG. 3, so their explanation will be omitted. Pre-cooling refrigerator 3
The low temperature refrigerant flowing through the conduit 366 of 50 is compressed and heated in the compression chamber 301 of the main refrigerator 300, and then transferred to the heat exchanger 30.
Cool the refrigerant flowing into 2. Other functions are also similar to the refrigerator shown in FIG. 3, so explanation thereof will be omitted.

〔他の実施例〕[Other Examples]

第6スターリングは、本発明に関する他の実施例である
。すなわち、予冷冷凍機450の膨張室456を形成し
ている膨張シリンダー460のシリンダーヘッド460
aに閉じた回路を構成している導管466を熱的に固着
せしめ、導管466の一部を主冷凍機400の熱交換器
402内を通るようにし、専管466内に寒剤(例えば
、ネオン、水素等)を充填し、シリンダーヘッド460
aを熱交換器402よりも高い位置に設ける。他の構成
は、第3図と同様であるので説明を省略する。
The 6th Starling is another embodiment of the present invention. That is, the cylinder head 460 of the expansion cylinder 460 forming the expansion chamber 456 of the pre-cooling refrigerator 450
A conduit 466 constituting a closed circuit is thermally fixed, a part of the conduit 466 passes through the heat exchanger 402 of the main refrigerator 400, and a cryogen (for example, neon, hydrogen, etc.), and the cylinder head 460
a is provided at a higher position than the heat exchanger 402. The other configurations are the same as those shown in FIG. 3, so their explanation will be omitted.

予冷冷凍機450の膨張室456で発生した冷凍によっ
て、シリンダーヘッド460aの近傍の導管466内の
寒剤は、液化し、重力の作用によって熱交換器402内
の導管466に流れそこで主冷凍機400の圧縮室40
1で圧縮、昇温され、熱交換器402に流れ込んだ冷媒
を冷却すると、寒剤は、再び気体となって、シリンダー
ヘッド460aの近傍の導管466内にもどる。他の作
用は第3図と同様であるので説明を省略する。
Due to the refrigeration that occurs in the expansion chamber 456 of the precooler 450, the refrigerant in the conduit 466 near the cylinder head 460a is liquefied and flows under the action of gravity to the conduit 466 in the heat exchanger 402 where it is transferred to the main refrigerator 400. Compression chamber 40
When the refrigerant that has been compressed and heated in step 1 and has flowed into the heat exchanger 402 is cooled, the refrigerant becomes a gas again and returns to the conduit 466 near the cylinder head 460a. Other operations are the same as those shown in FIG. 3, so their explanation will be omitted.

〔他の実施例〕[Other Examples]

第7図は本発明に関する他の実施例である。すなわち、
予冷冷凍機550の膨張室556を形成している膨張シ
リンダー560のシリンダーヘッド560aに昇圧機5
61を有する一巡した回路を構成している導管566の
一部を熱的に固着し、導管566の一部を主冷凍機50
0の熱交換器502内を通るようにし、導管566内に
寒剤(例えば、ネオン、ヘリウム等)を充填する。他の
構成は、第3図と同様であるので説明を省略する予冷冷
凍機550の膨張室556で発生した冷凍によってシリ
ンダーヘッド560aの近傍の導管566内の寒剤は冷
却され、冷却された寒剤は、昇圧機561によって昇圧
され、熱交換器502内の導管566に流れ、そこで主
冷凍機500の圧縮室501で圧縮、昇温され、熱交換
器502に流れ込んだ冷媒を冷却し、再びシリンダーへ
ラド560aの近傍は、導管566にもどる。他の作用
は、第3図と同様であるので、説明を省略する。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. That is,
A booster 5 is installed in the cylinder head 560a of the expansion cylinder 560 that forms the expansion chamber 556 of the pre-cooling refrigerator 550.
A part of the conduit 566 constituting the circuit with 61 is thermally fixed, and a part of the conduit 566 is connected to the main refrigerator 50.
0 through the heat exchanger 502, and the conduit 566 is filled with a cryogen (eg, neon, helium, etc.). The rest of the configuration is the same as that in FIG. 3, so the explanation will be omitted.The refrigerant in the conduit 566 near the cylinder head 560a is cooled by the refrigeration generated in the expansion chamber 556 of the pre-cooling refrigerator 550, and the cooled refrigerant is The refrigerant is pressurized by the booster 561 and flows into the conduit 566 in the heat exchanger 502, where it is compressed and heated in the compression chamber 501 of the main refrigerator 500, cools the refrigerant that flows into the heat exchanger 502, and returns to the cylinder. The vicinity of rad 560a returns to conduit 566. Other functions are the same as those shown in FIG. 3, so their explanation will be omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、従来の冷却機関の作動機構を破断して示した
斜視図、第2図は主冷凍機に充填する冷媒の圧力につい
て説明しているT−3線図(温度エントロピー線図)、
第3図は主冷凍機の膨張段数が1段以上、予冷冷凍機の
膨張段数が2段以上の場合の本発明の実施例を示す断面
図、第4図は主冷凍機の膨張段数が2段以上、予冷冷凍
機の膨張段数が1段以−トの場合の本発明の一実施例を
示す断面図、第5図は本発明の他の変形実施例を示(2
9) す断面図、第6図は本発明の更に他の変形実施例を示す
断面図、そして第7図は本発明の更に他の変形実施例を
示す断面図である。 101(201) ・・・圧縮室、102(202)・
・・熱交換器、103 (203,205)・・・蓄冷
器、104 (204,206) ・・・膨張室、10
0(200) ・・・主冷凍機、151(251) ・
・・圧縮室、152(252) ・・・熱交換器、15
3,155 (253) ・・・蓄冷器、154,15
6 (254> ・・・膨張室、150 (250) 
・・・予冷冷凍機特許出願人 1イレシ積纒株式会社 代表者中井令夫 (30) 特開昭GO−33457(9)
Figure 1 is a cutaway perspective view of the operating mechanism of a conventional cooling engine, and Figure 2 is a T-3 diagram (temperature entropy diagram) explaining the pressure of the refrigerant charged in the main refrigerator. ,
FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the present invention in which the main refrigerator has one or more expansion stages and the precooling refrigerator has two or more expansion stages. FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of the present invention when the number of expansion stages of the precooling refrigerator is one or more stages.
9) FIG. 6 is a cross-sectional view showing still another modified embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another modified embodiment of the present invention. 101 (201) ... Compression chamber, 102 (202)
...Heat exchanger, 103 (203,205) ...Regenerator, 104 (204,206) ...Expansion chamber, 10
0 (200) ... Main refrigerator, 151 (251) ・
...Compression chamber, 152 (252) ...Heat exchanger, 15
3,155 (253) ...Regenerator, 154,15
6 (254>...expansion chamber, 150 (250)
...Pre-cooling refrigerator patent applicant 1 Reio Nakai (30), representative of Ireshi Sekisei Co., Ltd. JP-A-Sho GO-33457 (9)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 圧縮室、熱交換器、蓄冷器、そして膨張室より成る
主冷凍機と、圧縮室、熱交換器、蓄冷器、そして膨張室
より成る予冷冷凍機において、前記主冷凍機の膨張段数
を1段以上、前記予冷冷凍機の膨張段数を2段以上にせ
しめるか、もしくは、前記主冷凍機の膨張段数を2段以
上、前記予冷冷凍機の膨張段数を1段以上にせしめ、前
記主冷凍機の冷媒の最高圧力を冷媒の臨界圧力以下、も
しくは、冷媒の最高圧力と最低圧力の間に冷媒の臨界圧
力が存在するようにし、前記予冷冷凍機の冷媒の最低圧
力を冷媒の臨界圧力以上にせしめ、前記主冷凍機の冷媒
を前記予冷冷凍機で冷却することを特徴とした冷凍シス
テム。
1 In a main refrigerator consisting of a compression chamber, a heat exchanger, a regenerator, and an expansion chamber, and a precooling refrigerator consisting of a compression chamber, a heat exchanger, a regenerator, and an expansion chamber, the number of expansion stages of the main refrigerator is set to 1. or more, the number of expansion stages of the precooling refrigerator is two or more, or the number of expansion stages of the main refrigerator is two or more, the number of expansion stages of the precooling refrigerator is one or more, and the main refrigerator The maximum pressure of the refrigerant in the pre-cooling refrigerator is set to be lower than the critical pressure of the refrigerant, or the critical pressure of the refrigerant exists between the maximum pressure and the minimum pressure of the refrigerant, and the minimum pressure of the refrigerant of the pre-cooling refrigerator is set to be higher than the critical pressure of the refrigerant. A refrigeration system characterized in that the refrigerant of the main refrigerator is cooled by the pre-cooling refrigerator.
JP14270183A 1983-08-03 1983-08-03 Refrigeration system Granted JPS6033457A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14270183A JPS6033457A (en) 1983-08-03 1983-08-03 Refrigeration system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14270183A JPS6033457A (en) 1983-08-03 1983-08-03 Refrigeration system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6033457A true JPS6033457A (en) 1985-02-20
JPH0583827B2 JPH0583827B2 (en) 1993-11-29

Family

ID=15321543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14270183A Granted JPS6033457A (en) 1983-08-03 1983-08-03 Refrigeration system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6033457A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4317026Y1 (en) * 1967-06-12 1968-07-15
JPS5568562A (en) * 1978-11-16 1980-05-23 Aisin Seiki Refrigerator
JPS5644555A (en) * 1979-09-17 1981-04-23 Aisin Seiki Refrigerating system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4317026Y1 (en) * 1967-06-12 1968-07-15
JPS5568562A (en) * 1978-11-16 1980-05-23 Aisin Seiki Refrigerator
JPS5644555A (en) * 1979-09-17 1981-04-23 Aisin Seiki Refrigerating system

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0583827B2 (en) 1993-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5317878A (en) Cryogenic cooling apparatus
US3218815A (en) Cryogenic refrigeration apparatus operating on an expansible fluid and embodying a regenerator
JP2001355929A (en) Pulse tube cryogenic refrigerating device using integrated buffer volume
US4700545A (en) Refrigerating system
CN114151989B (en) Superconducting magnet
JP2650437B2 (en) Cold storage cryogenic refrigerator
JP2609327B2 (en) refrigerator
JP2551000B2 (en) Cryogenic generator
CN107036320B (en) Cold compression type pulse tube refrigerator and precooling type refrigerator system
Gifford et al. A new refrigeration system for 4.2 K
US4281517A (en) Single stage twin piston cryogenic refrigerator
JP2008215783A (en) Cryogenic refrigerating machine and cryogenic refrigerating method
JPS6033457A (en) Refrigeration system
JPH0452468A (en) Cryogenic refrigerator
JP2636240B2 (en) Helium liquefaction method
JPH03194364A (en) Cryostatic freezer
JPS61225556A (en) Cryogenic cooling device
JPH0412378B2 (en)
JPH0349019B2 (en)
JPS608668A (en) Refrigeration system
JPS608674A (en) Cryogenic refrigerator
JPS625056A (en) Refrigerator
JP3379148B2 (en) Cryogenic cooling device
JP2698477B2 (en) Cryogenic refrigerator
JPH0481096B2 (en)