JPS61128065A - 極低温冷凍機 - Google Patents
極低温冷凍機Info
- Publication number
- JPS61128065A JPS61128065A JP24950284A JP24950284A JPS61128065A JP S61128065 A JPS61128065 A JP S61128065A JP 24950284 A JP24950284 A JP 24950284A JP 24950284 A JP24950284 A JP 24950284A JP S61128065 A JPS61128065 A JP S61128065A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- helium gas
- heat exchanger
- temperature
- compressor
- refrigerant gas
- 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.)
- Pending
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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〕
本発明は極低温冷凍機に係り、特にジュールトムソン効
果を利用したものに好適な極低温冷凍機に関するもので
ある。
果を利用したものに好適な極低温冷凍機に関するもので
ある。
従来の極低温冷凍装置は１例えば特開昭５８−１６１５
６号公報に記載のように、圧縮機から出た高圧ヘリウム
ガスを断熱膨張（等エントロピー膨張）させて寒冷を発
生させる膨張機と、高圧ヘリウムガスと回収される低圧
ヘリウムガスとを熱交換させて高圧ヘリウムガスを冷却
する熱交換器と、該熱交換器を通り熱交換させた高圧低
温のヘリウムガスを等エントロピー膨張させて液化）こ
導くクユールトムソン弁より成っている。
６号公報に記載のように、圧縮機から出た高圧ヘリウム
ガスを断熱膨張（等エントロピー膨張）させて寒冷を発
生させる膨張機と、高圧ヘリウムガスと回収される低圧
ヘリウムガスとを熱交換させて高圧ヘリウムガスを冷却
する熱交換器と、該熱交換器を通り熱交換させた高圧低
温のヘリウムガスを等エントロピー膨張させて液化）こ
導くクユールトムソン弁より成っている。
このような従来形式の極低温冷凍機では、クールダウン
運転時にジュールトムソン弁を流れるヘリウムガスの温
度に応じて弁開度を変えるのが昔通であ（）、ガス温度
の降下につれて開度を絞るようになっている。したがっ
て、クールダウン運転の間は、運転員がジュールトムソ
ン弁の開度操作をしなければならないという不便さがあ
った。
運転時にジュールトムソン弁を流れるヘリウムガスの温
度に応じて弁開度を変えるのが昔通であ（）、ガス温度
の降下につれて開度を絞るようになっている。したがっ
て、クールダウン運転の間は、運転員がジュールトムソ
ン弁の開度操作をしなければならないという不便さがあ
った。
また、ｉｌ前記ジ、−ルトムソン弁の先端は４．５°に
付近の極低温でるり、ジュールトムソン弁の開度操作部
は常温部にあるので、弁軸な介して熱が侵入し冷凍機の
冷凍能力を低下させていた。特に冷凍能力が１〜２Ｗの
ような小形の極低温冷凍機においては、この熱侵入の低
減が重要な問題となる。
付近の極低温でるり、ジュールトムソン弁の開度操作部
は常温部にあるので、弁軸な介して熱が侵入し冷凍機の
冷凍能力を低下させていた。特に冷凍能力が１〜２Ｗの
ような小形の極低温冷凍機においては、この熱侵入の低
減が重要な問題となる。
本発明の目的は、クールダウン時の運転操作の簡単な極
低温冷凍機を提供することｉこある。
低温冷凍機を提供することｉこある。
本発明は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記冷媒ガス
を断熱膨張させて寒冷を発生させる膨張機と、ＷＩ前記
冷媒ガスを冷却する熱交換器と、前記圧縮機と前記膨張
機と前記熱交換器とを連絡して終段の熱交換器な出たと
ころの配管に該配管を通る冷媒ガスの温度に応じて開度
が変化する絞り孔を有する絞り部材を設けたことを特徴
とし、クールダウン時の運転操作を簡単にしたものであ
る。
を断熱膨張させて寒冷を発生させる膨張機と、ＷＩ前記
冷媒ガスを冷却する熱交換器と、前記圧縮機と前記膨張
機と前記熱交換器とを連絡して終段の熱交換器な出たと
ころの配管に該配管を通る冷媒ガスの温度に応じて開度
が変化する絞り孔を有する絞り部材を設けたことを特徴
とし、クールダウン時の運転操作を簡単にしたものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図とＮ２図とによって説
明する。
明する。
第１図はピストン式の膨張機を使用した極低温冷凍機を
示す。
示す。
圧縮機１００および圧縮機２００は真空保冷槽３００の
外に設けられ、圧縮機１００は仕事を終え低圧になった
ヘリウムガスを圧縮して圧縮機２００に送り、圧縮機２
００はヘリウムガスをさらに圧縮して高圧のヘリウムガ
スにして吐出する。
外に設けられ、圧縮機１００は仕事を終え低圧になった
ヘリウムガスを圧縮して圧縮機２００に送り、圧縮機２
００はヘリウムガスをさらに圧縮して高圧のヘリウムガ
スにして吐出する。
真空保冷槽３００の中には、！１熱交換器３１Ｏ２票２
熱交換器３２０および′Ｍ３熱文熱器換器３３０第１段
膨張機３４０オＪ−び第２段膨張１ａ３５０ト、ｔＪｘ
冷却コイル３６０および第２冷却コイル３７０と、絞り
部３８０ と熱負荷部３９０とが設けである。
熱交換器３２０および′Ｍ３熱文熱器換器３３０第１段
膨張機３４０オＪ−び第２段膨張１ａ３５０ト、ｔＪｘ
冷却コイル３６０および第２冷却コイル３７０と、絞り
部３８０ と熱負荷部３９０とが設けである。
前記圧縮機２００から吐出された高圧のヘリウムガスは
第１段膨張機３４０側と第１熱交換器３１０側とに分岐
し、その大部分はＮ１段膨張機３４０側に流れて、第１
段膨張９３４０で断熱膨張をし、さらに第２段膨張１！
３５Ｇで断熱膨張して寒冷わ発生し、各段の膨張機に取
付けた第１冷却コイル３６０および第２冷却コイル３７
０を冷やし、圧縮機２００の吸込側に戻る。
第１段膨張機３４０側と第１熱交換器３１０側とに分岐
し、その大部分はＮ１段膨張機３４０側に流れて、第１
段膨張９３４０で断熱膨張をし、さらに第２段膨張１！
３５Ｇで断熱膨張して寒冷わ発生し、各段の膨張機に取
付けた第１冷却コイル３６０および第２冷却コイル３７
０を冷やし、圧縮機２００の吸込側に戻る。
圧縮機２００から吐出され分岐した残りの高圧ヘリウム
ガスは第１熱交換器３１０に入り、高圧ヘリウムガスに
対向して流れ圧縮機１００に入る低圧ヘリウムガスによ
って冷却される。冷却された高圧ヘリウムガスは第１段
膨張９３４０によつて冷やされた第１冷却コイル３６Ｇ
に入りて冷却される。第１冷却コイル３６０を出た高圧
ヘリウムガスは′Ｍ２熱交換器３２０に入り、高圧ヘリ
ウムガスに対向して流れる低圧ヘリウムガスによって冷
却される。
ガスは第１熱交換器３１０に入り、高圧ヘリウムガスに
対向して流れ圧縮機１００に入る低圧ヘリウムガスによ
って冷却される。冷却された高圧ヘリウムガスは第１段
膨張９３４０によつて冷やされた第１冷却コイル３６Ｇ
に入りて冷却される。第１冷却コイル３６０を出た高圧
ヘリウムガスは′Ｍ２熱交換器３２０に入り、高圧ヘリ
ウムガスに対向して流れる低圧ヘリウムガスによって冷
却される。
冷却された高圧ヘリウムガスは′Ｍ２段膨張＠ ３５０
によって冷やされた第２冷却コイル３７０に入つて冷却
される。第２冷却コイル３７０を出た高圧ヘリウムガス
は第３熱交換５３３０に入り、高圧ヘリウムガスに対向
して流れ熱負荷部３９０で仕事をして圧縮１ａ１００側
に戻る低圧ヘリウムガスによってさらに冷却され１０°
Ｋ（絶対１１以下になる。１０’に以下に冷却された高
圧ヘリウムガスは絞り部３８０に入り、等エンタルピー
膨張して低圧、低温になると同時に、ジュールトムソ、
ン効果によりて一部が液化する。一部液体を含んだミス
ト状の低圧、低温のヘリウムガスは熱負荷部３９０を通
り仕事をする過程で液体が気化し、低圧、低温のヘリウ
ムガスとなプて′Ｎ３熱交換器３３０に入り、順次！２
熱交換器３２０および第１熱交換器３１Ｇを通って、各
熱交換器内で対向する高圧ヘリウムガスを冷却しながら
低圧ヘリウムガス自身は温度上昇して、低温、常温のヘ
リウムガスとなって圧縮機１００の吸込側に戻る。
によって冷やされた第２冷却コイル３７０に入つて冷却
される。第２冷却コイル３７０を出た高圧ヘリウムガス
は第３熱交換５３３０に入り、高圧ヘリウムガスに対向
して流れ熱負荷部３９０で仕事をして圧縮１ａ１００側
に戻る低圧ヘリウムガスによってさらに冷却され１０°
Ｋ（絶対１１以下になる。１０’に以下に冷却された高
圧ヘリウムガスは絞り部３８０に入り、等エンタルピー
膨張して低圧、低温になると同時に、ジュールトムソ、
ン効果によりて一部が液化する。一部液体を含んだミス
ト状の低圧、低温のヘリウムガスは熱負荷部３９０を通
り仕事をする過程で液体が気化し、低圧、低温のヘリウ
ムガスとなプて′Ｎ３熱交換器３３０に入り、順次！２
熱交換器３２０および第１熱交換器３１Ｇを通って、各
熱交換器内で対向する高圧ヘリウムガスを冷却しながら
低圧ヘリウムガス自身は温度上昇して、低温、常温のヘ
リウムガスとなって圧縮機１００の吸込側に戻る。
次に第２図により絞り部３８０の詳細を説明する。
絞り部３８０は、熱交換器を出る高圧ヘリウムガスが最
低温度となる！ｌ！３熱交換器３３０の出口側で第３熱
交換器３３０と熱負荷部３９０との間に設け、この間を
つなく°配管３８１および３８３に取付けたフランジ３
８２と３８４との間に設ける。フランジ３１１１２とフ
ランク３８４との合せ面に絞り部材である絞り板３８６
の入る溝部３８５を設け、先端に円弧状の絞り孔３８７
を有する絞り板３８６がはさまれる。
低温度となる！ｌ！３熱交換器３３０の出口側で第３熱
交換器３３０と熱負荷部３９０との間に設け、この間を
つなく°配管３８１および３８３に取付けたフランジ３
８２と３８４との間に設ける。フランジ３１１１２とフ
ランク３８４との合せ面に絞り部材である絞り板３８６
の入る溝部３８５を設け、先端に円弧状の絞り孔３８７
を有する絞り板３８６がはさまれる。
絞り部材である絞り板３８６は配管材料（銅、アルミニ
ウム、ステンレス鋼等）に比べて熱膨張係数が大きい材
料（テフロン等を用いてもよい）とし、ｉｉ度の変化に
より絞り板３８６の先端に設けた円弧状の絞り孔３８７
が太き（なったり小さくなったりして開度が変わり、従
来のジュールトムソン弁と同様の作用を行う。
ウム、ステンレス鋼等）に比べて熱膨張係数が大きい材
料（テフロン等を用いてもよい）とし、ｉｉ度の変化に
より絞り板３８６の先端に設けた円弧状の絞り孔３８７
が太き（なったり小さくなったりして開度が変わり、従
来のジュールトムソン弁と同様の作用を行う。
すなわち、熱膨張係数の大きい材料で作られた絞り板３
８６はクールダウン運転により絞り部３８０を通過する
ヘリウムガスの温度降下につれて収縮し、絞り孔３８７
のように円弧状のノズル断面にしておくと絞り板３８６
は平板状になろうとするため、絞り板３８６の孔径はド
ーナツ型の平板の孔径に比べて増々小さくなり、あたか
もヘリウムガスの温度降下に伴つで、クユールトムソン
弁の開度が絞られたの。同じ作用をする。
８６はクールダウン運転により絞り部３８０を通過する
ヘリウムガスの温度降下につれて収縮し、絞り孔３８７
のように円弧状のノズル断面にしておくと絞り板３８６
は平板状になろうとするため、絞り板３８６の孔径はド
ーナツ型の平板の孔径に比べて増々小さくなり、あたか
もヘリウムガスの温度降下に伴つで、クユールトムソン
弁の開度が絞られたの。同じ作用をする。
また、絞り板３８６をはさんだフランジ３８２および３
８４の溝部３８５の大きさｌこは、絞り弁３８６が収縮
をするための隙間を必要とするが、あまり大きいとこの
隙間を通ってヘリウムガスが流れ所定の性能を出せな鳴
なるので、できるだけ小さ々する必要がある。常温時に
おいて溝部３８５ と絞り板３８６との隙間を零にして
おけば、温度降下によって配管材料より熱膨張係数の大
きい絞り板３８６の方がより縮んで、溝部３８５と絞り
板３８６との間に隙間を生じ、絞り板３８６は拘束され
ることな（収縮できる。ただし実際には、この隙間は大
変小さなものなのでヘリウムガスの洩れが、性能に影響
するほどのことはない。
８４の溝部３８５の大きさｌこは、絞り弁３８６が収縮
をするための隙間を必要とするが、あまり大きいとこの
隙間を通ってヘリウムガスが流れ所定の性能を出せな鳴
なるので、できるだけ小さ々する必要がある。常温時に
おいて溝部３８５ と絞り板３８６との隙間を零にして
おけば、温度降下によって配管材料より熱膨張係数の大
きい絞り板３８６の方がより縮んで、溝部３８５と絞り
板３８６との間に隙間を生じ、絞り板３８６は拘束され
ることな（収縮できる。ただし実際には、この隙間は大
変小さなものなのでヘリウムガスの洩れが、性能に影響
するほどのことはない。
上記実施例によれば、ヘリウムガスの温度降下につれて
絞り孔は自動的に絞られていくので開度調節の操作が不
要となり、クールダウン運転時の操作が簡単になる。ま
た、従来のジュールトムソン弁と違って開度操作のため
の弁軸がないので、弁軸な通っての熱侵入がなくなり冷
凍機の冷凍能力が向上するという効果がある。
絞り孔は自動的に絞られていくので開度調節の操作が不
要となり、クールダウン運転時の操作が簡単になる。ま
た、従来のジュールトムソン弁と違って開度操作のため
の弁軸がないので、弁軸な通っての熱侵入がなくなり冷
凍機の冷凍能力が向上するという効果がある。
次に、絞り部３８０の他の実施例を＠３図によって説明
する。
する。
同図において、Ｍ記−実施例と同一符号は同一部材を示
す。本実施例において、前記一実施例との相違点は、第
２図に示す一つの材料でなる絞り板３８６の代わりに、
熱膨張係数の異なる複数枚の材料な重ね合せて一体化し
て、第３図に示すような絞り板３８８ としたことであ
る。
す。本実施例において、前記一実施例との相違点は、第
２図に示す一つの材料でなる絞り板３８６の代わりに、
熱膨張係数の異なる複数枚の材料な重ね合せて一体化し
て、第３図に示すような絞り板３８８ としたことであ
る。
絞り部材である絞り板３８８は熱膨張係数の異なる材料
である３８８ａおよび３８８ｂから成り、材料３８８ｂ
は材料３８８ａより熱膨張係数の大きい材料である。
である３８８ａおよび３８８ｂから成り、材料３８８ｂ
は材料３８８ａより熱膨張係数の大きい材料である。
絞り板３８８は先端に円弧状の絞り孔３８７を有して、
クールダウン運転により絞り部３８０′を通過するヘリ
ウムガスの温度降下につれて、材料３８８ｂが材料３８
８３より多く収縮して材料３８８ａを引張り、絞り孔３
８７が小さくなる。
クールダウン運転により絞り部３８０′を通過するヘリ
ウムガスの温度降下につれて、材料３８８ｂが材料３８
８３より多く収縮して材料３８８ａを引張り、絞り孔３
８７が小さくなる。
また、絞り板３８８は前記一実施例のように絞り板金体
の収縮で絞り孔３８７を調整する方式でないため、材料
３８８ａおよび３８８ｂは配管３８１および３８３の熱
膨張係数より大きくなければならない必要もなく、フラ
ンク３８２および３８４で構成される溝部３８５の幅寸
法も、絞り板３８８との間に絞り板３８８がすべるため
の隙間を必要としないので、絞り板３８８を押え付けて
はさむことができる。
の収縮で絞り孔３８７を調整する方式でないため、材料
３８８ａおよび３８８ｂは配管３８１および３８３の熱
膨張係数より大きくなければならない必要もなく、フラ
ンク３８２および３８４で構成される溝部３８５の幅寸
法も、絞り板３８８との間に絞り板３８８がすべるため
の隙間を必要としないので、絞り板３８８を押え付けて
はさむことができる。
上記実施例によれば、前記−実施例と同様の効果が得ら
れろと共に、絞り板はフランジによって押え付けて止め
られるので絞り板をはさむ寸法の精度を＠記−実施例の
ものほど厳しくする必要がないという利点がある。
れろと共に、絞り板はフランジによって押え付けて止め
られるので絞り板をはさむ寸法の精度を＠記−実施例の
ものほど厳しくする必要がないという利点がある。
温度降下に合わせて絞り孔が自動的に絞られる構へ
造になっているので、従来のようにジュールトムソン弁
の絞り調整の操作がなくなり、クールダウン時の運転操
作が簡単になるという効果がある。
の絞り調整の操作がなくなり、クールダウン時の運転操
作が簡単になるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例である極低温冷凍機のシステ
ム系統図、第２図は第１図の絞り部材を示す軸方向の詳
細断面図、＠３図は′ｊＥ１図の絞り部材の他の実施例
を示す軸方向の詳細断面図であ１００、２００・・・・
・・圧縮機、３４０ 、 ｓＷ−・・・・・・膨張機、
３１０ないし３３０熱交換器、３８０．３８０’・・・
・・・ 絞り部、才１図 才２図 邸−一一一系タリネ（
ム系統図、第２図は第１図の絞り部材を示す軸方向の詳
細断面図、＠３図は′ｊＥ１図の絞り部材の他の実施例
を示す軸方向の詳細断面図であ１００、２００・・・・
・・圧縮機、３４０ 、 ｓＷ−・・・・・・膨張機、
３１０ないし３３０熱交換器、３８０．３８０’・・・
・・・ 絞り部、才１図 才２図 邸−一一一系タリネ（
Claims (1)
- １、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、前記冷媒ガスを断熱
膨張させて寒冷を発生させる膨張機と、前記冷媒ガスを
冷却する熱交換器と、前記圧縮機と前記膨張機と前記熱
交換器とを連絡して冷媒ガスを通す配管とから構成され
た極低温冷凍機において、前記冷媒ガスの最低温度のも
のが出る最終段の熱交換器を出たところの配管に該配管
を通る冷媒ガスの温度に応じて開度が変化する絞り孔を
有する絞り部材を設けたことを特徴とする極低温冷凍機
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24950284A JPS61128065A (ja) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | 極低温冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24950284A JPS61128065A (ja) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | 極低温冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61128065A true JPS61128065A (ja) | 1986-06-16 |
Family
ID=17193917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24950284A Pending JPS61128065A (ja) | 1984-11-28 | 1984-11-28 | 極低温冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61128065A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170015568A (ko) * | 2010-05-12 | 2017-02-08 | 브룩스 오토메이션, 인크. | 극저온 냉각용 시스템 및 방법 |
-
1984
- 1984-11-28 JP JP24950284A patent/JPS61128065A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170015568A (ko) * | 2010-05-12 | 2017-02-08 | 브룩스 오토메이션, 인크. | 극저온 냉각용 시스템 및 방법 |
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