JPS608668A - 冷凍システム - 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】 〔発明の対象〕 本発明は、圧縮空間、冷却器、蓄冷器、７１１交換器、
膨張空間より構成された複数個の主冷凍機（例えば、ス
ターリングサイクル冷凍機、ギホーＩマクマポンザイク
ル冷凍機、ギボードサイクル冷凍機、ツルベイサイクル
冷凍機、プルミー１−−　！Ｊ゛イクル冷凍機等）と予
冷冷凍機（例えば、スタ′−リングサイクル冷凍機、ギ
ボートマクマボンザイク冷凍機、ギ；１クードザイクル
冷凍機、ツルー・イ刃イクル冷凍機、ブルミャーザイク
ル冷凍機、クロードザイクル冷凍機等）を組合せ、略６
１＜以下のｆ′Ｘｊｔ度の冷凍を発生せしめる冷凍シス
テムに関すイ〕ものである。

〔本発明の利用分野〕

上記冷凍機システムは、ジョセフソン素子、スキッド素
子等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
るクラーイオスクツトに取り（＝Ｊ番）、タライオスク
ットに侵入するｉ１％によって蒸発するヘリウム蒸気を
再び液化−１しめ、クラ・イメスクット内の液体ヘリウ
ムの量を常に一定に保持Ｑしめる冷却システふ等に利用
される。

〔従来技術〕

本発明に関する冷凍機は、従来、本出願人の実願昭５４
−１７１８５９号の超低温冷凍機がある。これを第１図
にて説明ずれは、次の通りである。冷凍機Ａと冷凍機Ｂ
とは、はぼ１８０度の位相差（即、該冷凍機への膨張ピ
ストン２０及び圧縮ピストン２は、それぞれ該冷凍機Ｂ
の膨張ピストン２０及び圧縮ピストン２０対して、はぼ
１８０度の位相差をもって運動している）をもって駆動
されている。冷凍機への作動から説明すると、圧縮空間
３内の冷媒（ヘリウムガス）は圧縮ピストン２により圧
縮された後、冷却器４で冷却され、第１蓄冷器５を通り
、さらに冷却され、第１膨張空間８及び第２蓄冷器６へ
流入する。第１膨張空間８に入った冷媒は膨張ピストン
２０により膨張され、約７０にの温度の冷凍を発生ずる
。ところで第２蓄冷器６に流入した冷媒は、さらに冷却
され、第２膨張空間９と熱交換器７へと流入する。

第２膨張空間９へ流入した冷媒は、膨張ビス１ン２０に
より膨張され、約１５にの温度の冷凍を発生する。一方
熱交換器７に流入した作動ガスは、冷凍ＩａＢの該熱交
換器７内を第２蓄冷器６の方向に流れる冷媒によって冷
却され、第３膨張空間ｌＯへ流入し、膨張ピストン２０
により膨張され、１０に以下の温度の冷凍を発生ずる。

第３膨張空間１０で膨張し終わった冷媒は、膨張ピスト
ン２０の圧縮により、熱交換器７−・流入すると、冷凍
機Ｂの該熱交換器７内を第３膨張空間１０の方向に流れ
ている冷媒から熱を与えられ、温度がｉｌ’（ｉめられ
、第２蓄冷器６へ流入する。第２膨張空間９で膨張し終
わった冷媒は、膨張ピストン２０の圧縮により第２蓄冷
器６へ流入する。第２蓄冷器６に流入した冷媒は、温め
られ、第１蓄冷Ｒ５５’＼流入する。第１膨張空間８で
膨張し終わった作動ガスは、膨張ビス（・ン２０の１玉
縮により、第１　！ＹＪ　７ｈ器５へ流入する。第１蓄
冷器５−・；メ【人した冷媒は温められ、冷却器４へ流
入し、さらに圧縮空間３に流入する。この様にして冷凍
機Δば１ザ・イクルを形成する。冷凍ｔ１３１Ｉ３の作
用は、冷凍機Ａよりほぼ１８０度の位相差をもって駆動
されている点を除いて該冷凍機Ａと同様である。

（従来技術の問題点及び技術的分析〕 この従来の冷凍機では、４’−ｒ　Ｇ　Ｋ以下の温度の
冷凍を効率良く　（即、少ない消費動力）を発生ずるこ
とが出来ない欠点がある。

かかる不具合を技術的に分析すると次の通りである。即
し、Ｇ　ｉ（以下の温度の冷凍を第３膨張空間ＩＯ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
を臨界圧力（ヘリウムの場合２、　３　ａｔｍ以下か、
もしくは、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。これを第２図のｉ”　−Ｓ線スプリング（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。

ａｌ　＋　ａ７　ｔ　ａ３　＋　８４で示されるサイク
ルは、最低圧力４ａｔｍ（Ｑ低圧が、臨界圧力以上の場
合）、最高圧力１２ａｔｍ、圧縮比３、等温圧縮行程１
０　Ｋ、等温膨張行程４．２にの場合で、冷凍機に加え
られる仕事量は、面積ｉｌ＋　＋　”２　＋　”Ｅ＋　
ａ４に相当し、第３膨張空間ＩＯで発生ずる冷凍量は面
積ａ２＋　８２’＋　’＋　８３に相当すＪ る。

ｂｌ、ｌ）２＋　ｂ３＋　ｂ４で示されるサイクルは、
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）、圧縮比３、等温圧縮行程１０　Ｋ、
等温膨張行程４．２にの場合で、冷凍１３１　ニ加エラ
レル仕事屋は、面Ｊｊｆｆ　ｂ　Ｉ、１１２　、ｂＪ、
ｂ＋に相当し、第３膨張空間１０で発生−Ｊる冷凍量は
面積ｂ２．　１１２°　＋　ｌ］３’＋　ｂＪに相当し
、この一部は熱交ＪｒＡ器７で使用される。ｆｉｌｌ　
ｔ）、冷媒が熱交換器７を通って第３膨張空間１０に流
入する時（’ｌ’−３線図上のｂｌ−・１１２）の放出
Ｊる熱量Ｑｔ２　（ｂｌ、ｂ２．　ｂ２’　、Ｊの面積
に相当）は、第３膨張空間１０から熱交換器７に流出す
る時（Ｔ−３線図上のｈ３−・ｂ＜）のＩＩＪ＜収′〕
゛る熱量Ｑ３（ｖ　（ｂ４．　ｂ３＋　１１３′、ｂ４
’　の面Ｊｉ’ｔに相当）より大きくなっているので、
ごの差分（面積ｔｌｌ＋　Ｌ）２＋　１１２”＋　１３
１と面積ｂ４．　ｂ：３＋ｂ３’＋１）４’　の差分に
相当）の熱量は、１サイクル毎に第３膨張空間１０に流
れ込むため、第３膨張空間１０で、実質的に使用出来る
冷凍量は、面積ｂ２．　ｂ２’　＋　ｂ３”＋　ｂ３に
面積ｂ１．　ｂ２＋　ｂ２’、ｂｌを加えた蓄冷器から
面積ｂ４．ｂ３＋　ｂ３’＋　ｂ、、゛　を引いた値に
相当する。

冷凍機の効率は、第３膨張空間１０で使用出来る冷凍量
を冷凍機に加えた仕事量で割った値で示すことが出来る
。　ａｌｔ　８２＋　８３＋　８４のサイクルとｂｌ　
＋　ｂ、　＋　ｂ３　＋　ｂ４のサイクルを比較すると
、 ａｌｔ　ａ２＋　ａ３．ａ４のサイクルの効率ｂｌ、ｂ
２ｉ　ｂ３．　ｂ４のサイクルの効率ヰ０２ゲ となり、　ｂＩ、ｂ２＋　ｂ３＋　ｂ４のサイクルの方
がａｌｔ　８２＋　８３＋　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ゼしめたサイクルＩ）Ｉ
、ｌ＋２．　ｂ３．　ｂ、１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ａｌ。

ａ２＋　８３＋　ａ４のより効率が良い。

同様の理由により、冷媒の最高圧力が臨界圧力以下にせ
しめたサイクルの方が、冷媒の最低圧力を臨界圧より高
くせしめたサイクルより効率が良い（説明省略２゜ 負”、３膨張空間１０で６に以下の温度の冷凍を効率良
く得るため、冷媒の最大圧力を冷媒のし１ル界圧力以下
、もしくは最大圧力と最小圧力の間に冷時の臨界圧力が
存在するよう、低い圧力に設定すると、第１膨張空間８
と第２膨張空間９の冷凍■がネ’ｉ’　シ＜減少し、第
１蓄冷器５の高温側とイ」切益側の温度差のため、第１
蓄冷器５と第１蓄冷器５の非効率による！；ハ損失によ
って、さらに第１膨張空間８と第２膨張空間９の冷凍量
が減少し、第１膨張空間８と第２膨張空間９の冷媒の温
度が上背する。その結果、熱交換器７の低温側と高温側
の温度差が増大し、熱交換器７で冷凍ｔａＡの冷媒と冷
凍機Ｂの冷媒とが交換しなければならない熱量が増大す
るため、熱交換器７の低温側の温度が上昇し、第３膨張
空間１ｏは温度も上昇し、冷凍量も減少する。

〔技術的課題〕

本発明は、主冷凍機の冷媒の最大圧力を臨界圧力以下、
もしくは、最大圧力と最低圧力の間に臨界圧力が存在す
るように最大圧力と最低圧力を設定せしめ、主冷凍機の
膨張空間で６に以下の温度の冷凍を効率良く発生せしめ
ることを技術的課題　１とする。

〔技術的手段〕

上記技術的課題を解決するため講じた技術的手段は、圧
縮空間２ｏ１．冷却器２ｏ２．蓄冷器２０３、熱交換器
２０５より成る主冷凍ｔａ２００Ａと主冷凍機２００Ｂ
、もしくは、圧縮空間３０１　！、冷却器３ｏ２．熱交
換器３０５そして膨張空間３０６より成る主冷凍機３０
０Ａと主冷凍機３゜ＯＢにおいて、前記主冷凍ｔｆｆ１
２００Ａ、（３００Ａ）と主冷凍機２００Ｂ、、（３０
０１３とは、はぼ１８０度の位相差（即ち、主冷凍機２
００１３．（３００Ｂ）（７）膨張ピストン２０８．　
（３０Ｂ）と圧縮ピストン２１１．　（３１１）はそれ
ぞれ主冷凍機２００Ｂ、（３００Ｂ）１７）膨張ピスト
７２０８、（３０Ｂ）と圧縮ピストン２１１．　（３１
１）に対して、略１８０度の位相差をもって運動−１し
めである）をもって駆動せしめ、主冷凍機２００Ａ、２
００１３．　（３００Δ、３００１３）の冷媒の最高圧
力を冷媒の臨界圧力以下、もしく　４Ｊ、１１↓高圧力
と最低圧力の間に臨界圧力が存在するよ・）に冷媒の圧
力を設定し、熱交換器２０５’（３（１５）を各々ノ主
冷凍ｔａ２００Ａ　（３００Ａ）　ト２　（１０３（３
００Ｂ）が相互に共有せしめ、熱交換Ｒｉ＋２０５　（
３０５）　で各々ノ主冷凍ｔａ２００Ａ（３００Ａ）、
２００Ｂ　（３００１３）の冷媒が相互にシシ交換出来
るようにさせ、予冷冷凍機２００Ｃ（３００Ｃ）の蓄冷
器２２５（３２５）とそれぞれｔ冷凍８Ｍ２０　ＯＡ　
（３００Ａ）と２００Ｂ（３００Ｂ）の冷却器２０２（
３０２）に連通せしめ、さらに主冷凍機２００Ａ（３０
０Ａ）と２００Ｂ（３００Ｂ＞の冷却器２０２　（３０
２）を予冷冷凍機２００Ｃ（３００Ｃ）の膨張空間２２
６（３２Ｇ）に連通し、予冷冷凍機２００Ｃ（３００Ｃ
）の冷媒の最低圧力を冷媒の臨界圧力以上にすることで
ある。

〔技術的手段の作用〕

上記技術的手段は、次のように作用する。すなわち、主
冷凍ＪＪＭ２００Ａと２００Ｂの膨張空間２０６で略６
に以下の温度の冷凍をリノ率良く発生ずる低い圧力（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２０ＯＡ
、２００Ｂに充填しても、主冷凍１１１２００　Ａと２
００Ｂの圧縮ピストン２１１によって圧縮され、昇温し
た冷媒は、予冷冷凍ｌａ２００　Ｃの蓄冷器２２５と膨
張空間２２６の間を流れている冷媒によって十分低い温
度（例えば、略２０Ｋ）まで冷却されているため、蓄冷
器２０３の高温側と低温側の温度差が小さくなり、蓄冷
器２０３の非すノ率によって発生ずる熱損失も減少し、
膨張空間２０・１の冷媒の温度も十分低くなる。その結
果、熱交換器２０５の高温側と低温側の温度差が減少し
、熱交換器２，０５で冷凍機２００Δと２００Ｂの冷媒
とが和瓦に交換しなければならない熱量は減少するため
、熱交換器２０５の低温側の温度が低くなり、膨張空間
２０６で６に以下の冷凍を効率良く発生ずることができ
る。

一方、予冷冷凍１晟２００Ｃの１１彰張空間２２６で冷
媒が発生する温度は、６により十分高いｆ温度（例えば
、１略２０Ｋ）であるため、冷媒は理想気体に近づくの
で、冷媒の最低圧縮ピストン２を冷媒の臨界圧力以上に
することによって、膨張空間２２６に流入する冷媒量が
増大し、低い温度（例えば、略２０Ｋ）の冷媒を効率良
く発生ずることが出来る。しかるに、主冷凍１２１２０
０　Ａと２００　Ｂの冷媒が充填されている作動空間は
、予冷冷ｃｌ（匿２００Ｃの冷媒が充填されている作動
回！？８−とう）離しているので、主冷凍機２００Δ、
２００１３と予冷冷凍機には、それぞれ前述した最適な
圧力の冷媒を充填することが出来るので、主冷凍機２０
０Δ、２００Ｂの効率も、予冷冷凍機の効率も良くなり
、膨張空間２０６で６に以下の温度の冷凍を効率良く発
生ずることが出来る。

〔本発明によって生じた特をの効果〕

本発明は、次の特有の効果を請しる。すなわち、主冷凍
機２０ＯＡ’、２００Ｂの冷媒の最低圧力は、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せしめであるので、圧縮空
間２０１．膨張空間２０４内の圧力は低くなり、圧縮空
間２０１．膨張空間２０４内の冷媒の気密を保持してい
るピストンリング２１．３，２１４に作用する面圧が減
少し、ピストンリング２１３．２１４の摩耗量も減少す
る。その結果、主冷凍機２００八、２００Ｂの寿命が増
大する。

主冷凍代２０〇八、２００１３の冷媒が圧縮される時、
発生した熱は、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ｔｔ３！２
００　Ｃの膨張空間２２Ｇ内で効率良く発生されて冷凍
によって冷却されいるので、主冷凍機２００Ａ、２００
Ｂの膨張空間２０４，２０６の冷凍量が小さくても、短
時間で膨張空間２０４．２０（ｉの冷媒の温度は、足音
状態に達する〔実施例〕 前記技術手段の一具体例を示す実施例について第３図を
用いて説明する。

圧縮シリンダー２１Ｏ９圧縮ビスｌン２１１゜ピストン
リング２１３から圧縮空間２０１は形成された冷却器２
０２．蓄冷器２０３の一端に運１ｉＴｉしており、蓄冷
器２０３の他Ｉに；ＩＩは、膨張シリンダー２０７．膨
張ピストン２０８．ピストンリング２１４そしてピスト
ンリング２１５から形成された膨張空間２０４と熱交換
器２０５の一端に連）ｍしている。熱交換器２０５の他
端は膨張シリンダー２０７．膨張ピストン２０８．そし
てビス１ンリング２１５から形成された膨張空間２０Ｇ
に連通している。膨張ピストン２０８．ｌＥ縮ピストン
２１１には、それぞれロッド２０９，２１２が固着せし
めてあり、ロッド２０９，２１２の先端には、図示して
いない駆動部（例えば、クランク等）に接続されており
、膨張ピストン２０８が圧縮ピストン２１１より略９０
度位相が進むようにせしめである。この様にして、主冷
凍機２００Ａが構成されている。主冷凍ｔｊｌｔ　２０
０　Ｂも同様に構成されている。主冷凍＋Ｊｌ１２００
　Ａの膨張ピストン２０８と圧縮ピストン２１１の動き
は、主冷凍機２００．８の膨張ヒストン２０８と圧縮ピ
ストン２１１の動きに対して略１８０度の位相差をもっ
ている。

主冷凍１７ｕ２００Ａ、２００Ｂの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
に臨界圧力が存在するように冷媒を充填し、熱交換器２
０５を各々の主冷凍機２０ＯＡと２００Ｂが相互に共有
するようにせしめ、熱交換器２０５で各々ノ主冷凍ｔ１
００Ａ、２００Ｂの冷媒が相互に熱交換出来るようにし
である。

一方、予冷冷凍機２００Ｃの構成について説明する。

圧縮シリンダー２２９．圧縮ピストン２２８そしてピス
トンリング２３１から形成された圧し１１空間２２１は
、順次、冷却器２２２．蓄冷器２２３の一端に連通して
おり、蓄冷器２２３の他’＋ｉｉは、膨張シリンダー２
３４．膨張ピストン２２７そしてピストンリング２３２
，２３３から形成された膨張空間２４と蓄冷器２２５の
−６１１１に連通ＩＬＬめてあり、にｊ７’ｊｉ器２２
５の他醪晶、１、主冷凍ｔスＷ２Ｏ０Δ、２００１うの
冷却器２０２０）−・ｂｉ’ｈｉに連通しくおり、冷却
器２０２の他端は膨張シリンダー２３４、膨張ピストン
２２７．そし゛ζピストンリング２３３より形成された
膨張空間２６に連通−けしめ、膨張ピストン２２７と圧
縮ピストン２２８に目、それぞれロツ１２３５と２３０
が固着しており、ロッド２３５と２３０の先端には、図
示していない駆動部（例えば、クランク機構等）が接続
され、膨張ピストン２２７が圧縮ピストン２２８より略
９０度位相が進むようにせしめである。

尚、本実施例では、主冷凍機を２開設りた場合について
説明したが、２個以上ならば、何個でも良い。予冷冷凍
機についても、１開設＆Ｊた場合について説明したが、
１個以上ならば、何個でも良い。又、本実施例では、主
冷凍機２００Ａ、２００Ｂとして予冷冷凍機の場合につ
いて説明したが、他の冷凍機、即ち、主冷凍機の場合、
ギボードマクマボンザイクル冷凍機、ギホードサイクル
冷凍機、ソルヘイザイクル冷凍機、プルミャーザイクル
冷凍機等でも良く、予冷冷凍機の場合、ギホードマクマ
ボンザイクル冷凍機、ギボードサイクル冷凍機、ツルベ
イサイクル冷凍機、ブルミャーサイクル冷凍機、クロー
１°サイクル冷凍機等でも良い。

冷凍システムの作用について説明する。主冷凍システム
２００Ａについて説明すると、圧縮空間２０１で圧縮ピ
ストン２１１によって圧縮された冷媒は冷却器２０２に
流入し、そこで予冷冷凍機２００Ｃの冷媒によって冷却
され、蓄冷器２０３に流入する。蓄冷器２０３に流入し
た冷媒は、そこでさらに低い温度にまで冷却され、膨張
空間２０４と熱交換器２０５に流入する。熱交換器２０
５に流入した冷媒は、主冷凍機２００Ｂの冷媒によつ°
ζ冷却され、さらに温度が低くなって膨張空間２０６に
流入する。膨張空間２０４そして２０６に流入した冷媒
は、膨張ピストン２０８によって膨張させられ、それぞ
れ略１０　Ｋ以−「の冷凍を発生ずる。膨張空間２０４
と２０６で膨張し終わった冷媒は、膨張ピストン２０８
によって、それぞれ、蓄冷器２０３と熱交換器２０５に
流入する。熱交換器２０５に流入した冷媒は、主冷凍機
２００Ｂの冷媒によって温められ、蓄冷器２０３に流入
する。蓄冷器２０３に流入した冷媒は、そこで温められ
、冷却器２０２をｉｉｎつ°ζ、圧縮空間２０１に流入
し、−行程を終了する。主冷凍機２００Ｂの圧縮ピスト
ン２１１．膨張ビスｌン２０８の動きに対し略１８０度
の位相差をもって駆動されていることを除いては、主冷
凍機２００Δと同様の作用である。

予冷冷凍機２００Ｃついて説明すると、ｊＬ［ｔｉｉｔ
空間２２１で圧縮ピストン２２８によって圧縮された冷
媒は、冷却器２２２で冷却器２２２を流れる例えば水等
で冷却され、蓄冷器２２３に流入すると、そこでさらに
冷却され低い温度になって、膨゛張空間２２４と蓄冷器
２２５に流入した冷媒は、そこでさらに冷却され低い温
度になって、冷却器２０２に流入し、主冷凍機２００Ａ
、２．００Ｂの冷媒を冷却し、膨張空間２２６に流入す
る。膨張空間２２４と２２６に流入した冷媒は、膨張ピ
ストン２２７によって膨張させられ、それぞれ、順次、
低い温度の冷凍を発生する。膨張空間２２４と２２６で
膨張し終わった冷媒は、それぞれ、蓄冷器２２３．冷却
器２０２に流入する。冷却器２０２に流入した冷媒は、
再び、冷却器２０２を介し主冷凍機２００Ａ、２００Ｂ
の冷媒を冷却し、蓄冷器２２５に流入し、そこで、温め
られ、蓄冷器２２３に流入する。蓄冷器２２３に流入し
た冷媒は、そこで、温められ冷却器２２２を通って圧縮
空間２２１に再びもどる。このようにして−行程を終了
する。

〔他の実施例〕

第４図は、本発明に関する他の実施例である。

即ち、主冷凍機３００Δ、３００Ｂを１段膨張にし、構
造を簡単にしたものであり、予冷冷凍機３００Ｃば、第
３図の実施例にお１．３る予冷冷凍機２ＯＯＣと同一で
ある。

圧縮シリンダー３１０．圧縮ピストン３１１゜そしてピ
ストンリング３１３から構成された圧縮空間３０１は、
順次、冷却器３０２．熱交換器３０５、そして膨張シリ
ンダー３０７．膨張ビス１ン３０８．ピストンリング３
１４から形成された膨張空間３０６に連通せしめ、膨張
ビスＩ・ン３０８、圧縮ピストン３１１には、ｌ」ツ］
３０９と３１２が固着してあり、ロッド３０９と３１２
の先＋％ｉは、図示していない駆動部が接続され、膨張
ピストン３０８が圧縮ピストン３１１により略９０度位
相が進むようにせしめである。このようにして主冷凍機
３００Δ、３００Ｂが構成され、主冷凍機３００Δの膨
張ピストン３０８と圧縮ビスｌン３１１の動きは、それ
ぞれ主冷凍機３００　Ｂの膨張ピストン３０８と圧縮ピ
ストン３１１の動きに対し略１８０度の位相差をもって
いる。

予冷冷凍機３００Ｃの蓄冷器３２５は、主冷凍ｍ、３０
　ＯＡ、３００Ｂ（７）冷却器３０２の一端に連通せし
めてあり、冷却器３０２の他θ１δは、膨張空間３２６
に連通している。

第５図は、本発明の他の実施例である。即ち、予冷冷凍
機４００Ｃを１段膨張にし、構造を節単にしたものであ
り、主冷凍＋ｆｆ１４００Ａ、４００Ｂは、第３図の実
施例にお＆Ｊる主冷凍機２０〇八。

２００Ｂと同一である。

圧縮シリンダー４２９．圧縮ピストン４２８゜そしてピ
ストンリング４３１から形成された圧縮空間４２１は、
順次、冷却器４２２．蓄冷器４２３、主冷凍機４００八
と４００Ｂの冷却器４０２の一端に辻通し、冷却器４０
２の他端は、膨張シリンダー４３４．膨張ピストン４２
７．ピストンリング４３２から形成される膨張空間４２
６に連通せしめてあり、膨張ピストン４２７と圧縮ピス
トン４２８には、それぞれロッド４３５と４３０が固着
してあり、ロッド４３５と４３０の先端に図示していな
い駆動部が接続され、膨張ピストン４２７が圧縮ピスト
ン４２８より略９０度位相が進むようせしめである。

第６図は、本発明の他の実施例である。即ち、主冷凍機
５００Ａと５００Ｂの冷媒を圧縮Ｊ゛る１−輩、発生し
た熱を冷却器５０２を介し、に冷冷凍１幾５００Ｃで効
率良く回収する実施例であり、主冷凍機５００Δと５０
０Ｂは第２図の実施例におりる主冷凍機２００Δと２０
０Ｂと同一・である。

圧縮シリンダー５２９．圧縮ビス１ン５２８゜そしてビ
スＩ・ンリング５３１から形成された圧縮空間５２１は
、順次、冷却器５２２．蓄冷器５２３の一端に連通して
おり、蓄冷ｘ：：　５２３の他端は、膨張シリンダー５
３４．膨張ピストン５２７゜そしてピストンリング５３
２．　５３３によって形成される膨張空間５２４と蓄冷
器５２５の一１°！ｊ：！に連通せしめてあり、蓄冷器
５２５の他端は、膨張シリンダー５３４．膨張ピストン
５２７．そしてピストンリング５３４によって形成され
る膨張空間５２６に連通させ、膨張シリンダー５３４の
膨張空間５２６のまわりには、熱交換器５３６が固着せ
しめてあり、熱交換器５３６の両端は、主冷凍機５００
Ａと５００Ｂの冷却器５０２に連通しており、熱交換器
５３Ｇは、冷却器５０２より高い位置に設り、熱交換器
５３６の内部には、ネオンあるいは、水素等の寒剤が充
填せしめである。

このようにして、予冷冷凍１１５００Ｇが構成されてい
る。膨張ピストン５２７によって膨張空間５２６内で膨
張し、低い温度の冷凍を発生した冷媒は、膨張シリンダ
ー５３４の壁を介し、熱交換器５３６内のネオンあるい
は水素等の寒剤を、液化せしめる。ネオンあるいは液化
した水素等の液化した寒剤は、重力の作用によって冷却
器５０２に移動し、冷却器５０２内を流れている主冷凍
機５００Ａと５００Ｂの冷媒を冷却すると、再び気体と
なって熱交換器５３６にもどる。このようにして、予冷
冷凍機５００Ｃによって主冷凍機５００Ａと５００Ｂの
冷媒は冷却される。

第７図は、本発明の他の実施例である。予冷例６００Ｃ
の膨張空間６２６の近傍の膨張シリンダー６３４には熱
交換器６３６が固着−１しめてあり、熱交換器６３６の
一端にブロワ−１あるいはポンプあるいは圧縮機等の寒
剤を昇圧する昇圧機６３７の吸い込め口を連通し、昇圧
機６３７の吐出口は、主冷凍機６００Ａと６００１３の
冷却器６０２の一端に連通せしめ、冷却器６０２の他６
ｉｉＪは、熱交換器６３６の他端に連通させ、熱交換器
６３６には、例えば、ヘリウム、ネオンあるいは、水−
素等の寒剤が充填されている。他の構成は第６図の実施
例と同一である。

膨張ピストン６２７によって膨張空間６２Ｇ内で膨張し
、低い温度の冷凍を発生した冷媒は、膨張シリンダ−６
３４の壁を介し熱交換器６３６の寒剤を冷却する。冷却
された寒剤は昇圧機６３７によって昇圧され、主冷凍ｔ
ＪＩＨｉＯｏＡと６００　Ｂの冷却器６０２に流入し、
冷却器６０２内を、＞ＩＬれている主冷凍機６００Ａと
６００１３の冷媒を冷ノ、１１し、昇温して再び熱交換
器６３Ｇにもどる。この様にすることによって、熱交換
器６３Ｇと冷却器６０２の位置関係には制約がなくなる
。

第８図は、本発明の他の実施例である。予冷冷凍ＩＪｘ
７００ｃの膨張空間７２６の上方の膨張シリンダー７３
４の上面にｆｊハ電専の良い冷却板７３６の下面を固着
せしめ、冷却板の上面には、主冷凍機７００Ａと７００
Ｂの冷却器を固着しである。

他の構成は、第６図の実施例と同一である。

予冷冷凍機７００　Ｃの膨張空間７２６で発生した冷凍
は、熟電導にもとづき、冷却板７３６を介し、主冷凍機
７００Ａと７００Ｂの冷却器７０２に伝達され、冷却器
７０２内を流れている主冷凍１７００Ａと７００Ｂの冷
媒を冷却する。

第９図は、本発明の他の実施例である。即ち、主冷凍機
８００Ａ、８００Ｂの冷却器８０２と熱交換器８０５の
間に熱交換器８１６を設け、熱交換器８１６を各々の主
冷凍機８００Ａ、８００Ｂが相互に共有するようにせし
め、熱交換器８１６でも、熱交換器８０５と同様、各々
の主冷凍機８００Ａ、８００Ｂの冷媒が相互に熱交換出
来るようにしである。他の構成、主冷凍機Ｑ、、００　
Ａ、８００Ｂ、予冷冷凍機８００Ｃとも、第３図の実施
例と同一・である。

第１０図は、主冷凍機９００Δ、’１００１３の冷却器
９０２に、熱交換器９０３の一端を連通させ、熱交換器
９０３の他端を膨張空間９０４とＷｊ冷器９０５の一端
に連通し、蓄冷器９０５の他端を　′膨張空間９（ＩＧ
に連通せしめ、４ハ交換２；￥９０５を主冷凍機の９０
０Δ、９００Ｂを主冷凍機９００Δが相互に共有するよ
うにせしめ、各々の主冷加機９００Ａ、９００Ｂの冷媒
が相互に熱交１ｐ′！出）１（るようにしである。他の
構成は、主冷凍機９００Δ、９００１３．予冷冷凍機９
００Ｃとも、第３図の実施例と同一である。

第１１図は、本発明の他の実施例である。主冷凍４７１
１００　ＯＡ、１０００Ｂ）蓄冷＜ｉ：　１０００３と
熱交換器１０００５の間に蓄冷器１０１６を設け、他の
構成は、主冷凍機１０００Δ、１００（ＩＢ、そし−Ｃ
予冷冷凍機１０００Ｃとも、第３図の実施例と同一であ
る。

第１２図は、本発明の他の実施例である。主冷凍機１１
００八、ｌ１００Ｂ（７）熱交換器１１０５と膨張空間
１１０６の間に蓄冷器１１１６を設け、他の構成は、主
冷凍機１１００Ｃととも、第３図の実施例と同一である
。

第１３図は、本発明の他の実施例である。即ち、主冷凍
機１２００．ａ、、１２００Ｂの冷却器１２０２と熱交
換器１２０５との間に蓄冷器１２１６を設け、他の構成
は、主冷凍機１２０ＯＡ、１２００Ｂ、そして主冷凍機
１２０ｏｃとも、第４図の実施例と同一である。

第１４図は、本発明の伯の実施例である。即ち、主冷凍
機１３００Ａ、１３００Ｃの熱交換器１３０５と膨張空
間１３０６の間に蓄冷器１３１６を設＆ノ、他の構成は
、主冷凍機１３００Δ、１３００　Ｂ、、そして予冷冷
凍機１３００Ｃとも、第４図の実施例と同一である。

第１５図は、本発明の他の実施例である。即ち、主冷凍
機１４００八、１４００Ｂの冷却器１４０２と熱交換器
１４０５の間に蓄冷器１４１６を設け、熱交換器１４０
５と膨張空間１４０６の間に蓄冷器を設け、他の構成は
、主冷凍機１４００Ａ、１４００１３．そして予冷冷凍
機１４００Ｃとも、第４図の実施例と同一である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超低温冷凍機の作動回路図、第２図は第
１図の冷凍機に冷媒としてヘリウムを（リコ用した場合
のＴ−３線図、第３図は本発明冷凍システムの一実施例
を示す作動回路図、第４図は本発明の他の変形実施例示
す作動回路図、第５１問シよ本発明の更に他の変形実施
例を示す作動回１／＆図、第６図は本発明の更に他の変
形実施例を示す作動回路図、第７図は本発明の更に池の
変形実施例を示す作動回路図、第８図は本発明の更に他
の変形実施例を示す作動回路図、第９図は本発明の更に
他の変形実施例を示す作動回路図、第１０図は本発明の
更に他の変形実施例を示す作動回路図、第１１図は本発
明の更に他の変形実施例を示す作動変形実施例を示す作
動回路しｌ、そして第１５図は本発明の更に他の変形実
施例を示す作動回１ｔＰｔ図である。 ２００Ａ　（３０ＯＡ＞、２００Ｂ　（３００Ｂ）・・
・主冷凍機、２００Ｃ（３００Ｃ）　・・・予冷冷凍機
、２０１（３０１）　・・・圧縮空間、２０２（３０２
）　・・・冷却器、２０３・・・蓄冷器、２０４，２０
６　（３０６）　・・・膨張空間、２０５（３０５）　
・・・熱交換器 特許出願人 アイシン精機株式会社 代表壱中井令夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１圧縮空間、冷却器、蓄冷器、熱交換器、そして膨
   張空間より成る主冷凍機、もしくは、圧縮空間、冷却器
   、熱交換器、そして膨張空間より成る主冷凍機において
   、前記主冷凍機を複数個配し、前記熱交換器を各々の前
   記主冷凍機が相互に共有するようにせしめ、前記熱交換
   器で各々の前記主冷凍機の冷媒を相互に熱交換させ、前
   記主冷凍機の冷媒を予冷冷凍機で冷却することを特徴と
   した冷凍システム。 （２）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、最高圧力と最低圧力の間に冷媒の臨界
   圧が存在するようにせしめ、予冷冷凍機の最低圧力を冷
   媒の臨界圧力以上にしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の冷凍システム。