JPS61256158A - 冷凍装置 - Google Patents
冷凍装置Info
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- JPS61256158A JPS61256158A JP60095741A JP9574185A JPS61256158A JP S61256158 A JPS61256158 A JP S61256158A JP 60095741 A JP60095741 A JP 60095741A JP 9574185 A JP9574185 A JP 9574185A JP S61256158 A JPS61256158 A JP S61256158A
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- refrigerator
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
- F02G1/0445—Engine plants with combined cycles, e.g. Vuilleumier
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2250/00—Special cycles or special engines
- F02G2250/18—Vuilleumier cycles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、高温領域と低温領域の2系統の冷凍機からな
り、低温を発生させるための冷凍システムに関する。
り、低温を発生させるための冷凍システムに関する。
本発明は、圧縮空間2冷却器、蓄冷器、膨脹空間より構
成される1箇の低温領域冷凍機又は、圧縮空間、冷却器
1M冷器、熱交換器、膨脹空間より構成される複数筒の
低温領域冷凍機(例えば、スターリングサイクル冷凍機
、ブルミャサイクル冷凍機、ギフオードサイクル冷凍機
、ギフオードマクマホンサイクル冷凍機等)と、高温領
域冷凍機(例えば、スターリングサイクル冷凍機、ギフ
オードマクマホンサイクル冷凍機、ツルベイサイクル冷
凍機、ブルミャサイクル冷凍機、クロードサイクル冷凍
機等)を組み合せ、作動媒体の臨界温度以下の低温で熱
エネルギーを吸収する冷凍システムに関するものであり
、液体ヘリウムで冷却された超伝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。
成される1箇の低温領域冷凍機又は、圧縮空間、冷却器
1M冷器、熱交換器、膨脹空間より構成される複数筒の
低温領域冷凍機(例えば、スターリングサイクル冷凍機
、ブルミャサイクル冷凍機、ギフオードサイクル冷凍機
、ギフオードマクマホンサイクル冷凍機等)と、高温領
域冷凍機(例えば、スターリングサイクル冷凍機、ギフ
オードマクマホンサイクル冷凍機、ツルベイサイクル冷
凍機、ブルミャサイクル冷凍機、クロードサイクル冷凍
機等)を組み合せ、作動媒体の臨界温度以下の低温で熱
エネルギーを吸収する冷凍システムに関するものであり
、液体ヘリウムで冷却された超伝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。
(従来の技術)
本発明に関する冷凍システムとして、従来、米国特許第
4335579号明細書または特公昭51−13900
号公報に開示されるものがある。
4335579号明細書または特公昭51−13900
号公報に開示されるものがある。
前者のものは、第6図に示される如く、動力源201に
よって回転されるクランクシャフト202、該クランク
シャフト202によって摺動されるピストン203、膨
脹空間204,205、低温部206,207を有する
高温領域の冷凍機と、動力源208によって回転される
クランクシャフト209、該クランクシャフト209に
よって摺動されるピストン210,211、圧縮空間2
12、膨脹空間213、放熱部214、蓄冷器215を
有する冷温領域の冷凍機を備える。放熱部214は、低
温部207と熱的に結合され、低温領域の冷凍機の圧縮
空間212で発生する作動媒体の圧縮熱が低温部207
で吸熱されるようになっている。又、低温領域の冷凍機
の圧縮シリンダ216及び膨張シリンダ217は、低温
部206と予冷板218を介して熱的に結合され、常温
部から圧縮空間212及び膨脹空間213に流入する熱
を減少させている。
よって回転されるクランクシャフト202、該クランク
シャフト202によって摺動されるピストン203、膨
脹空間204,205、低温部206,207を有する
高温領域の冷凍機と、動力源208によって回転される
クランクシャフト209、該クランクシャフト209に
よって摺動されるピストン210,211、圧縮空間2
12、膨脹空間213、放熱部214、蓄冷器215を
有する冷温領域の冷凍機を備える。放熱部214は、低
温部207と熱的に結合され、低温領域の冷凍機の圧縮
空間212で発生する作動媒体の圧縮熱が低温部207
で吸熱されるようになっている。又、低温領域の冷凍機
の圧縮シリンダ216及び膨張シリンダ217は、低温
部206と予冷板218を介して熱的に結合され、常温
部から圧縮空間212及び膨脹空間213に流入する熱
を減少させている。
特公昭51−13900号公報のものは、第2図に示さ
れるT−5線図(ヘリウムを例にとる)に示される如く
、低温で熱エネルギーを吸収する方法に関するもので、
圧縮空間、放熱部、熱交換部(蓄冷器又は熱交換器等)
そして膨脹空間から成る冷凍機において、作動媒体の圧
力を少なくとも臨界圧力(Pc)にほぼ等しい圧力より
も、たえず高く維持し、膨張部の温度を作動媒体の臨界
温度(Tc)以下にするものである。ここで、膨脹空間
での作動媒体の膨張仕事によって発生する吸収熱量QE
、及びこの吸熱を得るのに必要な外部から作動媒体に
与えられる機械仕事量Wは、各各、a、aよ’ a3
’ a*及びa、aよaa a4で囲まれる面積で表
される。
れるT−5線図(ヘリウムを例にとる)に示される如く
、低温で熱エネルギーを吸収する方法に関するもので、
圧縮空間、放熱部、熱交換部(蓄冷器又は熱交換器等)
そして膨脹空間から成る冷凍機において、作動媒体の圧
力を少なくとも臨界圧力(Pc)にほぼ等しい圧力より
も、たえず高く維持し、膨張部の温度を作動媒体の臨界
温度(Tc)以下にするものである。ここで、膨脹空間
での作動媒体の膨張仕事によって発生する吸収熱量QE
、及びこの吸熱を得るのに必要な外部から作動媒体に
与えられる機械仕事量Wは、各各、a、aよ’ a3
’ a*及びa、aよaa a4で囲まれる面積で表
される。
(発明が解決しようとする問題点)
第6図の冷凍システムでは、圧縮シリンダ216及び膨
張シリンダ217を高温領域の冷凍機の低温部206で
予冷板218を介して冷却しているにもかかわらず、例
えば圧縮空間212の温度がIOKレベル、膨脹空間2
13の温度が4にレベルの時、低温部206の温度が2
0にレベルで、典型的な値として、圧縮空間212に数
ワット、膨脹空間213に0.5ワット程度の熱侵入が
存在する。このため装置全体の効率が劣化し、低温領域
の冷凍機の膨脹空間213で同一の冷凍出力を得るには
、低温装置全体に大きな入力が必要となり、装置が大型
化し、重量も増大する。これは、低温領域の冷凍機の圧
縮空間212、膨脹空間213が、シリンダ216,2
17内に摺動配置されるピストン211,210によっ
て形成されているため、ピストンとシリンダ間に形成さ
れピストンの摺動を許容するための間隙に作動媒体が侵
入し、この作動媒体が常温部から運ぶ熱、及びピストン
を伝わる熱を充分小さくできないためである。
張シリンダ217を高温領域の冷凍機の低温部206で
予冷板218を介して冷却しているにもかかわらず、例
えば圧縮空間212の温度がIOKレベル、膨脹空間2
13の温度が4にレベルの時、低温部206の温度が2
0にレベルで、典型的な値として、圧縮空間212に数
ワット、膨脹空間213に0.5ワット程度の熱侵入が
存在する。このため装置全体の効率が劣化し、低温領域
の冷凍機の膨脹空間213で同一の冷凍出力を得るには
、低温装置全体に大きな入力が必要となり、装置が大型
化し、重量も増大する。これは、低温領域の冷凍機の圧
縮空間212、膨脹空間213が、シリンダ216,2
17内に摺動配置されるピストン211,210によっ
て形成されているため、ピストンとシリンダ間に形成さ
れピストンの摺動を許容するための間隙に作動媒体が侵
入し、この作動媒体が常温部から運ぶ熱、及びピストン
を伝わる熱を充分小さくできないためである。
又、実公昭51−13900号公報のものは、作動媒体
の臨界温度以下の低温で効率良く、熱エネルギーを吸収
することができないという欠点がある。
の臨界温度以下の低温で効率良く、熱エネルギーを吸収
することができないという欠点がある。
かかる不具合は、圧縮空間、放熱部、熱交換部(M冷器
又は熱交換器等)そして、膨脹空間から成る冷凍機にお
いて、作動媒体の圧力を少なくとも臨界圧力にほぼ等し
い圧力よりも、たえず高く維持したため、臨界温度以下
の温度において、作動媒体を膨張させ吸熱をさせる際、
状態変化が生じないことによる。外部からの仕事量Wは
、T−3線図内の臨界圧力に近く、臨界温度付近以下の
低温領域で、著しく細く歪められ、このため吸収熱量Q
Eが減少している。
又は熱交換器等)そして、膨脹空間から成る冷凍機にお
いて、作動媒体の圧力を少なくとも臨界圧力にほぼ等し
い圧力よりも、たえず高く維持したため、臨界温度以下
の温度において、作動媒体を膨張させ吸熱をさせる際、
状態変化が生じないことによる。外部からの仕事量Wは
、T−3線図内の臨界圧力に近く、臨界温度付近以下の
低温領域で、著しく細く歪められ、このため吸収熱量Q
Eが減少している。
こうして、熱エネルギーの吸収の効率を表すC0P(達
成効率)=QE/Wは大きく減少していることがわかる
。
成効率)=QE/Wは大きく減少していることがわかる
。
一例として、作動媒体がヘリウムガス、最大圧力−3a
tm+圧力比3.圧縮部の温度10に、膨脹空間の温度
4.2にの時、COPはおよそ12%である。
tm+圧力比3.圧縮部の温度10に、膨脹空間の温度
4.2にの時、COPはおよそ12%である。
そこで本発明は、従来技術の問題点を解消し、常温部か
らの熱侵入を低減させて冷凍効率を向上させるとともに
、作動媒体の状態変化を生じせしめ、作動媒体の臨界温
度以下の低温で熱エネルギーを効率よく吸収することを
技術的課題とする。
らの熱侵入を低減させて冷凍効率を向上させるとともに
、作動媒体の状態変化を生じせしめ、作動媒体の臨界温
度以下の低温で熱エネルギーを効率よく吸収することを
技術的課題とする。
〔発明の構成〕。
(問題点を解決するための手段)
上記技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、
低温領域の冷凍機を構成する1箇以上の圧縮空間及び1
箇以上の膨脹空間のうち、1箇以上を動力源と連結され
る連結部材によって伸縮するベローズによって構成し、
該ベローズによって構成される空間の作動媒体の最大圧
力を該作動媒体の臨界圧力以下もしくは、該作動媒体の
最大圧力と最小圧力の間に、該作動媒体の臨界圧力が存
在するようにした手段を有し、低温領域の冷凍機の膨脹
空間で、作動媒体の一部又は全部を液化させるようにし
たことにある。
低温領域の冷凍機を構成する1箇以上の圧縮空間及び1
箇以上の膨脹空間のうち、1箇以上を動力源と連結され
る連結部材によって伸縮するベローズによって構成し、
該ベローズによって構成される空間の作動媒体の最大圧
力を該作動媒体の臨界圧力以下もしくは、該作動媒体の
最大圧力と最小圧力の間に、該作動媒体の臨界圧力が存
在するようにした手段を有し、低温領域の冷凍機の膨脹
空間で、作動媒体の一部又は全部を液化させるようにし
たことにある。
(作用)
本発明の構成は上記の如くであるので、圧縮ないしは膨
脹空間内の作動媒体が、ベローズによってその内部に保
持され、常温部から隔離されるので作動媒体による常温
部からの熱侵入が低減されるとともに、作動媒体の最大
圧力を臨界圧力以下もしくは、最大圧力と最小圧力の間
に臨界圧力が存在するようにしたので、作動媒体を膨張
させ吸熱させる際、状態変化が生じ、従来技術の問題点
を低減できる。
脹空間内の作動媒体が、ベローズによってその内部に保
持され、常温部から隔離されるので作動媒体による常温
部からの熱侵入が低減されるとともに、作動媒体の最大
圧力を臨界圧力以下もしくは、最大圧力と最小圧力の間
に臨界圧力が存在するようにしたので、作動媒体を膨張
させ吸熱させる際、状態変化が生じ、従来技術の問題点
を低減できる。
(実施例)
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図において、本発明による冷凍システムは、低温領
域の冷凍機10と高温領域の冷凍機11よりなる。高温
領域の冷凍機11は、モーター等の動力源に連結される
クランクシャフトと連動されるピストン12,13、シ
リンダ14.15内にピストン12.13によって夫々
形成される圧縮空間16と膨脹空間17、放熱部18及
び蓄冷器19を有する。低温領域の冷凍機10は、モー
。
域の冷凍機10と高温領域の冷凍機11よりなる。高温
領域の冷凍機11は、モーター等の動力源に連結される
クランクシャフトと連動されるピストン12,13、シ
リンダ14.15内にピストン12.13によって夫々
形成される圧縮空間16と膨脹空間17、放熱部18及
び蓄冷器19を有する。低温領域の冷凍機10は、モー
。
ター等の動力源に連結されるクランクシャフト等と連動
されるロッド状の連結部材20.21を有し、この連結
部材20.21の下端には、その内部に膨脹空間22と
圧縮空間23を夫々形成するベローズ24.25が固定
されている。ベローズ24.25の他端は、支持円筒2
6.27に夫々固着されている。上記連結部材20,2
1、支持円筒26.27は熱伝導性の小さな部材により
形成される。
されるロッド状の連結部材20.21を有し、この連結
部材20.21の下端には、その内部に膨脹空間22と
圧縮空間23を夫々形成するベローズ24.25が固定
されている。ベローズ24.25の他端は、支持円筒2
6.27に夫々固着されている。上記連結部材20,2
1、支持円筒26.27は熱伝導性の小さな部材により
形成される。
圧縮空間23と、膨脹空間22との間は、放熱部28及
び蓄冷器29によって連通している。放熱部28には、
高温領域の冷凍機11の低温作動媒体が出入りできる流
路30を設ける。連結部材20及び21の上端は夫々ク
ランクシャフト等に連結されて往復運動する連結棒31
及び32にベローズ33及び34を介して固定し、これ
らのベローズ33.34の一端を真空容器35に取り付
けている。
び蓄冷器29によって連通している。放熱部28には、
高温領域の冷凍機11の低温作動媒体が出入りできる流
路30を設ける。連結部材20及び21の上端は夫々ク
ランクシャフト等に連結されて往復運動する連結棒31
及び32にベローズ33及び34を介して固定し、これ
らのベローズ33.34の一端を真空容器35に取り付
けている。
圧縮空間23.放熱部282M冷器29及び膨脹空間2
2によって構成される低温領域の冷凍機10の圧縮空間
23及び膨脹空間22の容積は動力源、クランクシャフ
ト等に連動するベローズ25及び24の往復運動によっ
て変動し、変動の位相差を膨張へローズ24が圧縮ベロ
ーズ25に対して略90°進むように駆動することによ
り、膨脹空間22で冷凍を発生し、圧縮空間23で圧縮
熱を発生する。上記圧縮熱及び圧縮部に常温より侵入す
る熱は、放熱部28において高温領域の冷凍機11の低
温作動媒体によって吸収され、上記の熱は高温領域の冷
凍機の冷凍負荷となる。膨脹空間22をベローズ24で
構成し、一端をIJfr熱連結部材20と連動させ、他
端を断熱支持円筒26で固定することにより、従来のピ
ストン・シリンダタイプ冷凍機において、ピストン・シ
リンダとの間隙に存在する作動媒体が膨脹空間に運ぶ熱
を無くし、又、ピストン及びシリンダを伝わる伝導熱も
低減し、膨張部22で発生する膨張仕事を有効に冷凍出
力として外部に取り出すことができる。 一方、圧縮空
間23をベローズ25で構成し一端を断熱連結部材21
と連動し、他端を断熱支持円筒27で固定することによ
り、前記の膨脹空間と同様に、圧縮部に侵入する熱を低
減でき、従って、高温領域の冷凍機の冷凍負荷を低減す
ることができる。
2によって構成される低温領域の冷凍機10の圧縮空間
23及び膨脹空間22の容積は動力源、クランクシャフ
ト等に連動するベローズ25及び24の往復運動によっ
て変動し、変動の位相差を膨張へローズ24が圧縮ベロ
ーズ25に対して略90°進むように駆動することによ
り、膨脹空間22で冷凍を発生し、圧縮空間23で圧縮
熱を発生する。上記圧縮熱及び圧縮部に常温より侵入す
る熱は、放熱部28において高温領域の冷凍機11の低
温作動媒体によって吸収され、上記の熱は高温領域の冷
凍機の冷凍負荷となる。膨脹空間22をベローズ24で
構成し、一端をIJfr熱連結部材20と連動させ、他
端を断熱支持円筒26で固定することにより、従来のピ
ストン・シリンダタイプ冷凍機において、ピストン・シ
リンダとの間隙に存在する作動媒体が膨脹空間に運ぶ熱
を無くし、又、ピストン及びシリンダを伝わる伝導熱も
低減し、膨張部22で発生する膨張仕事を有効に冷凍出
力として外部に取り出すことができる。 一方、圧縮空
間23をベローズ25で構成し一端を断熱連結部材21
と連動し、他端を断熱支持円筒27で固定することによ
り、前記の膨脹空間と同様に、圧縮部に侵入する熱を低
減でき、従って、高温領域の冷凍機の冷凍負荷を低減す
ることができる。
膨脹空間22 (圧縮空間23)の容積変化は、ベロー
ズ24(25)の一端に固定した断熱連結部材20(2
1)の往復運動で行なわれる。この連結部材20(21
)は、真空容器25を大気に対して真空気密する、常温
部のベローズ33 (34)の一端に固定されている。
ズ24(25)の一端に固定した断熱連結部材20(2
1)の往復運動で行なわれる。この連結部材20(21
)は、真空容器25を大気に対して真空気密する、常温
部のベローズ33 (34)の一端に固定されている。
この端面には、さらに常温部の駆動機構の往復運動を伝
える連結棒31(32)が固定されており、連結棒31
(32)の往復運動は、ベローズ33(34)を介し
、直接断熱連結部材20(21)に伝わる。
える連結棒31(32)が固定されており、連結棒31
(32)の往復運動は、ベローズ33(34)を介し
、直接断熱連結部材20(21)に伝わる。
圧縮空間23と放熱部28を連結する流路36は、流路
37.弁装置38を介して作動媒体源39に至る。弁装
置38は、作動媒体の最大圧力を、作動媒体の臨界圧力
以下、もしくは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に
作動媒体の臨界圧力が存在するように調圧するもので、
流路37の作動媒体圧が設定圧力を越えると、流路37
から分岐する流路40に設けられる一方向弁41・を介
してリリーフされる。作動媒体の一部又は全部は、蓄冷
器29の低温側又は、膨脹空間22、又は蓄冷器29の
低温側と膨脹空間22で液化される。
37.弁装置38を介して作動媒体源39に至る。弁装
置38は、作動媒体の最大圧力を、作動媒体の臨界圧力
以下、もしくは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に
作動媒体の臨界圧力が存在するように調圧するもので、
流路37の作動媒体圧が設定圧力を越えると、流路37
から分岐する流路40に設けられる一方向弁41・を介
してリリーフされる。作動媒体の一部又は全部は、蓄冷
器29の低温側又は、膨脹空間22、又は蓄冷器29の
低温側と膨脹空間22で液化される。
低温領域の冷凍機10の作動媒体は高温領域の冷凍機1
1の作動媒体と流路30で熱的に結合している以外は、
全く独立しており、高温領域の冷凍機の比較的高い作動
媒体圧力(例えば17atm程度)とは無関係に、低温
領域の冷凍機の作動媒体圧力を設定することができる。
1の作動媒体と流路30で熱的に結合している以外は、
全く独立しており、高温領域の冷凍機の比較的高い作動
媒体圧力(例えば17atm程度)とは無関係に、低温
領域の冷凍機の作動媒体圧力を設定することができる。
はじめに、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に、作動
媒体の臨界圧力が存在する場合の吸熱の作用の一例を第
2図のす、bよりab午で表わす。
媒体の臨界圧力が存在する場合の吸熱の作用の一例を第
2図のす、bよりab午で表わす。
比較的高圧で圧縮空間23から放熱部289M冷器29
を通って膨脹空間22に移動した作動媒体は、途中で冷
却され液化している(b+→b2)。
を通って膨脹空間22に移動した作動媒体は、途中で冷
却され液化している(b+→b2)。
膨脹空間22で作動媒体が膨張すると圧力は減少し、b
、において、液体の一部が気化し始める。2相共存線X
に交差するす、から、作動媒体は圧力を一定に保ちなが
ら膨張気化を続け、b、ですべで気体となる。b、力1
らb8に至る気化過程の際、作動媒体はそれに必要な気
化熱を吸収し、この結果、大きな吸熱が期待できる。
、において、液体の一部が気化し始める。2相共存線X
に交差するす、から、作動媒体は圧力を一定に保ちなが
ら膨張気化を続け、b、ですべで気体となる。b、力1
らb8に至る気化過程の際、作動媒体はそれに必要な気
化熱を吸収し、この結果、大きな吸熱が期待できる。
ところで、作動媒体が蓄冷器29を通って膨脹空間22
に移動する時、蓄冷器29へ放出する熱量Q1λ(b、
b2b、Hb、’ で囲まれる面積)は、膨脹空間22
から蓄冷器29を通って圧縮空間23へ作動媒体が移動
していく時(b、−b4)、蓄冷器29から吸収する熱
量Q、4(b午bjb3” b′+)より大きくなって
いる。この差分の熱量は、1サイクル毎に膨脹空間22
に流れ込み、上記の気化熱を伴う大きな吸熱の一部を消
費することになる。
に移動する時、蓄冷器29へ放出する熱量Q1λ(b、
b2b、Hb、’ で囲まれる面積)は、膨脹空間22
から蓄冷器29を通って圧縮空間23へ作動媒体が移動
していく時(b、−b4)、蓄冷器29から吸収する熱
量Q、4(b午bjb3” b′+)より大きくなって
いる。この差分の熱量は、1サイクル毎に膨脹空間22
に流れ込み、上記の気化熱を伴う大きな吸熱の一部を消
費することになる。
この蓄冷器29での作動媒体の熱の吸排熱の非平衡を考
慮した実質の吸熱量をQr゛とすると、QE’=面積b
:Lb、′bう° b3−(面積す、bより5 煽′
−面積b4b3b3’ b4′> となり、外部から
の仕事量W=面積す、bユbab4−F、す、吸熱の実
質効率をcop“+= にl、、 l /W とすると、cop’ でも、前記の「低温で熱エネルギ
ーを吸収する方法」の効率を上まわることを以下の例で
示す。
慮した実質の吸熱量をQr゛とすると、QE’=面積b
:Lb、′bう° b3−(面積す、bより5 煽′
−面積b4b3b3’ b4′> となり、外部から
の仕事量W=面積す、bユbab4−F、す、吸熱の実
質効率をcop“+= にl、、 l /W とすると、cop’ でも、前記の「低温で熱エネルギ
ーを吸収する方法」の効率を上まわることを以下の例で
示す。
すなわち、前記の計算例と同じヘリウムを作動媒体、圧
力比3.圧縮空間温度10に、膨脹空間温度4.2にの
時、最低圧力をIatmとすると、COP”はおよそ2
4%となり、約2倍の効率増加となる。
力比3.圧縮空間温度10に、膨脹空間温度4.2にの
時、最低圧力をIatmとすると、COP”はおよそ2
4%となり、約2倍の効率増加となる。
次に、作動媒体の最大圧力を、作動媒体の臨界圧力以下
にした場合の一例を第3図に示す。作動媒体の最大圧力
をQ、 5 atmとし、上記と同じ条件でcop’を
求めると、およそ40%となり、「低温で熱エネルギー
を吸収する方法」と比較して約3.3倍の効率増加とな
る。
にした場合の一例を第3図に示す。作動媒体の最大圧力
をQ、 5 atmとし、上記と同じ条件でcop’を
求めると、およそ40%となり、「低温で熱エネルギー
を吸収する方法」と比較して約3.3倍の効率増加とな
る。
第4図は本発明の変形例を示すもので、低温領域の冷凍
機45は圧縮空間46及び第1膨脹空間47、第2膨脹
空間48を持つ2段膨張式の冷凍機で、圧縮空間46と
第1膨脹空間470間に放熱部49と第1蓄冷器50を
、又、第1膨脹空間47と第2膨脹空間48との間に第
2蓄冷器51を夫々配し、一つの密封空間を形成してい
る。
機45は圧縮空間46及び第1膨脹空間47、第2膨脹
空間48を持つ2段膨張式の冷凍機で、圧縮空間46と
第1膨脹空間470間に放熱部49と第1蓄冷器50を
、又、第1膨脹空間47と第2膨脹空間48との間に第
2蓄冷器51を夫々配し、一つの密封空間を形成してい
る。
これらの作動空間には、作動媒体(例えばヘリウム等)
が、作動媒体の最大圧力が作動媒体の臨界圧力以下もし
くは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に作動媒体の
臨界圧力が存在するような圧力の作動媒体を充満させる
もので、放熱部49と作動媒体源52と連結する流路5
3中に第1図と同様な弁装置54が配設される。流路5
3からの分岐路にはリリーフ用の一方向弁55が設けら
れる。
が、作動媒体の最大圧力が作動媒体の臨界圧力以下もし
くは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に作動媒体の
臨界圧力が存在するような圧力の作動媒体を充満させる
もので、放熱部49と作動媒体源52と連結する流路5
3中に第1図と同様な弁装置54が配設される。流路5
3からの分岐路にはリリーフ用の一方向弁55が設けら
れる。
圧縮空間46はベローズ56で構成され、一端は断熱連
結棒57と連動し、他端は断熱支持円筒65に固定する
。断熱連結棒57は真空容器58を大気に対して真空気
密する常温部のベローズ59の一端に固定され、この端
面には、さらに第1図のものと同様の常温部の駆動機構
の往復運動を伝える連結棒60が固定されている。第1
膨脹空間47及び、第2膨脹空間48の構成は前記圧縮
空間46と同じで、ベローズ61,62.断熱連結棒6
3,64及び断熱支持円筒66.67、さらに真空気密
用ベローズ68,69.連結棒70.71は、夫々上記
圧縮空間における関係と同じである。放熱部49には高
温領域の冷凍機72の低温動作ガスが出入りできる流路
73が設けられ圧縮空間46で発生した圧縮熱等を高温
領域の冷凍機72の冷凍負荷として取り去る作用をする
。
結棒57と連動し、他端は断熱支持円筒65に固定する
。断熱連結棒57は真空容器58を大気に対して真空気
密する常温部のベローズ59の一端に固定され、この端
面には、さらに第1図のものと同様の常温部の駆動機構
の往復運動を伝える連結棒60が固定されている。第1
膨脹空間47及び、第2膨脹空間48の構成は前記圧縮
空間46と同じで、ベローズ61,62.断熱連結棒6
3,64及び断熱支持円筒66.67、さらに真空気密
用ベローズ68,69.連結棒70.71は、夫々上記
圧縮空間における関係と同じである。放熱部49には高
温領域の冷凍機72の低温動作ガスが出入りできる流路
73が設けられ圧縮空間46で発生した圧縮熱等を高温
領域の冷凍機72の冷凍負荷として取り去る作用をする
。
高温領域の冷凍機72は3段膨張の冷凍機で、圧縮空間
74と第1膨脹空間75.第2膨脹空間76、第3膨脹
空間77との間に、放熱部78と第1蓄冷器79及び第
2蓄冷器80.第3蓄冷器81を夫々配し、さらに第3
N冷器81と第3膨脹空間77とは動作ガス流路73を
介して連通している。
74と第1膨脹空間75.第2膨脹空間76、第3膨脹
空間77との間に、放熱部78と第1蓄冷器79及び第
2蓄冷器80.第3蓄冷器81を夫々配し、さらに第3
N冷器81と第3膨脹空間77とは動作ガス流路73を
介して連通している。
作動は次の通りである。第1図のものと同様に駆動部か
らの力は、連結棒70及び71、さらに断熱連結棒63
及び64を伝わってベローズ61及び62を上死点に置
き、同時に、駆動部からの力は連結棒60、さらに断熱
連結棒57を伝わって、圧縮空間へローズ56をその下
死点より上死点に向って移動させる。この時、圧縮空間
46内に充満している作動媒体を圧縮する。
らの力は、連結棒70及び71、さらに断熱連結棒63
及び64を伝わってベローズ61及び62を上死点に置
き、同時に、駆動部からの力は連結棒60、さらに断熱
連結棒57を伝わって、圧縮空間へローズ56をその下
死点より上死点に向って移動させる。この時、圧縮空間
46内に充満している作動媒体を圧縮する。
次に、圧縮ベローズ56をさらに上死点まで移動させな
がら膨張ベローズ61及び62を下死点に向って移動さ
せることにより、圧縮空間46内の作動媒体を膨脹空間
47及び48内に移し、この流動中、作動媒体は圧縮熱
を放熱部49で、流路73を流れる高温領域の冷凍機内
の比較的圧力の高い作動媒体に放出し、さらに熱エネル
ギーを蓄冷器50及び51へ放出して、臨界温度以下の
温度となり、蓄冷器51の膨張側、あるいは膨脹空間、
あるいは蓄冷器と膨張器の両方において、その一部、又
は全部が液化する。
がら膨張ベローズ61及び62を下死点に向って移動さ
せることにより、圧縮空間46内の作動媒体を膨脹空間
47及び48内に移し、この流動中、作動媒体は圧縮熱
を放熱部49で、流路73を流れる高温領域の冷凍機内
の比較的圧力の高い作動媒体に放出し、さらに熱エネル
ギーを蓄冷器50及び51へ放出して、臨界温度以下の
温度となり、蓄冷器51の膨張側、あるいは膨脹空間、
あるいは蓄冷器と膨張器の両方において、その一部、又
は全部が液化する。
圧縮ベローズ56が上死点に至り、圧縮空間46の作動
媒体がすべて膨脹空間47及び48に移動した後、さら
に膨張ベローズ61及び62を、下死点に向って動かす
と、膨脹空間48で液化した作動媒体は気化し始め、そ
の気化熱として膨張ベローズ62の外部の熱源より、熱
を吸収する。
媒体がすべて膨脹空間47及び48に移動した後、さら
に膨張ベローズ61及び62を、下死点に向って動かす
と、膨脹空間48で液化した作動媒体は気化し始め、そ
の気化熱として膨張ベローズ62の外部の熱源より、熱
を吸収する。
膨張ベローズ62が下死点に達する前に、作動媒体がす
べて気化する場合は、その時から膨張ベローズ62が下
死点に至るまでの間、作動媒体は膨張仕事をし、引き続
き熱を吸収する。
べて気化する場合は、その時から膨張ベローズ62が下
死点に至るまでの間、作動媒体は膨張仕事をし、引き続
き熱を吸収する。
膨脹空間47及び48で膨張吸熱した作動媒体は、膨張
ベローズ61及び62が上死点に向って移動し始め、同
時に圧縮ベローズ56が上死点より下死点に向って移動
する時、膨脹空間47及び48から蓄冷器50及び51
と50を夫々通り、さらに放熱部49を通って圧縮空間
46に移る。
ベローズ61及び62が上死点に向って移動し始め、同
時に圧縮ベローズ56が上死点より下死点に向って移動
する時、膨脹空間47及び48から蓄冷器50及び51
と50を夫々通り、さらに放熱部49を通って圧縮空間
46に移る。
この時、作動媒体は、蓄冷器50及び51において熱エ
ネルギーを吸収し、圧縮空間46に戻った時、サイクル
の初めに、圧縮空間4Gに存在した時と同じ温度まで昇
温される。
ネルギーを吸収し、圧縮空間46に戻った時、サイクル
の初めに、圧縮空間4Gに存在した時と同じ温度まで昇
温される。
膨張ベローズ61及び62が上死点に至り、同時に圧縮
ベローズ56が下死点に到達した時、サイクルは完了し
、このあと同じ動作を繰り返す。
ベローズ56が下死点に到達した時、サイクルは完了し
、このあと同じ動作を繰り返す。
本発明のさらに他の実施例を第5図に示す。
低温領域の冷凍[2つの冷凍機90及び91から構成さ
れ、これらは熱交換器92で熱的に結合している。上記
冷凍機90及び91は同様の構造で、圧縮空間93(9
4)、放熱部95(96)、蓄冷器97(98)、熱交
換器99 (100)及び膨脹空間101(102)か
ら構成され、夫々配管によって連通せしめられている。
れ、これらは熱交換器92で熱的に結合している。上記
冷凍機90及び91は同様の構造で、圧縮空間93(9
4)、放熱部95(96)、蓄冷器97(98)、熱交
換器99 (100)及び膨脹空間101(102)か
ら構成され、夫々配管によって連通せしめられている。
圧縮空間93(94)はベローズ103(104)で形
成され、断熱支持円筒105 (106)によって一端
を固定され、断熱支持棒107(108)の往復運動に
より体積変化を生じせしめられる。膨脹空間101(1
02)も同様にベローズ109 (110)で形成され
、断熱支持円筒105(106)によって一端を固定さ
れ、断熱支持棒107(108)の往復運動により体積
変化を生じせしめられる。
成され、断熱支持円筒105 (106)によって一端
を固定され、断熱支持棒107(108)の往復運動に
より体積変化を生じせしめられる。膨脹空間101(1
02)も同様にベローズ109 (110)で形成され
、断熱支持円筒105(106)によって一端を固定さ
れ、断熱支持棒107(108)の往復運動により体積
変化を生じせしめられる。
各々の冷凍機90及び91の作動媒体の圧力はほぼ等し
く、それぞれその最大圧力が作動媒体の臨界圧力以下も
しくは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に作動媒体
の臨界圧力が存在するように設定せしめられるため、前
述の実施例と同様に、放熱部95(96)と作動媒体源
111(112)を連結する流路113(114)中に
弁装置115(116)が配設され、流路113(11
4)からの分岐管117(118)にはリリーフ用の一
方向弁119(120)が配設されている。各々の冷凍
機90及び91は略180°の位相差で運転されるいわ
ゆる対向流型の冷凍機で、熱交換器92内の各々の作動
媒体の流路99及び100を、作動媒体は各々逆位相で
流れ、互いに熱の授受を行う。各々の冷凍機90及び9
1の圧縮空間93及び94で発生する圧縮熱は高温領域
の冷凍機121の冷凍負荷として、各々の放熱部95.
96に於いて、流路122,123を流れる高温領域の
冷凍機121の比較的高い圧力(略15気圧)の作動媒
体に受は渡される。
く、それぞれその最大圧力が作動媒体の臨界圧力以下も
しくは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に作動媒体
の臨界圧力が存在するように設定せしめられるため、前
述の実施例と同様に、放熱部95(96)と作動媒体源
111(112)を連結する流路113(114)中に
弁装置115(116)が配設され、流路113(11
4)からの分岐管117(118)にはリリーフ用の一
方向弁119(120)が配設されている。各々の冷凍
機90及び91は略180°の位相差で運転されるいわ
ゆる対向流型の冷凍機で、熱交換器92内の各々の作動
媒体の流路99及び100を、作動媒体は各々逆位相で
流れ、互いに熱の授受を行う。各々の冷凍機90及び9
1の圧縮空間93及び94で発生する圧縮熱は高温領域
の冷凍機121の冷凍負荷として、各々の放熱部95.
96に於いて、流路122,123を流れる高温領域の
冷凍機121の比較的高い圧力(略15気圧)の作動媒
体に受は渡される。
尚、低温領域の冷凍機の124(125)は断熱支持棒
、126(127)は断熱支持円筒であり、高温領域の
冷凍機121は、前述の実施例と略同−である圧縮空間
128、放熱部129、蓄冷器130,131、膨脹空
間132,133、断熱支持棒134.135を有する
も、夫々の断熱支持棒は前述の実施例と同様に駆動力を
受けて対応ベローズの伸縮を行うものである。
、126(127)は断熱支持円筒であり、高温領域の
冷凍機121は、前述の実施例と略同−である圧縮空間
128、放熱部129、蓄冷器130,131、膨脹空
間132,133、断熱支持棒134.135を有する
も、夫々の断熱支持棒は前述の実施例と同様に駆動力を
受けて対応ベローズの伸縮を行うものである。
本発明は、低温領域の冷凍機の作動媒体がベローズによ
って完全に外部から遮断されているので、ピストン・シ
リンダタイプの冷凍機のように、駆動部で用いられる潤
滑油、あるいは摺動部のシール材の摩耗粉等の不純物が
作動媒体に混入することがなく、蓄冷材の汚染、放熱部
内の流路の表面汚染等が原因となる冷凍機の性能劣化が
起きない。
って完全に外部から遮断されているので、ピストン・シ
リンダタイプの冷凍機のように、駆動部で用いられる潤
滑油、あるいは摺動部のシール材の摩耗粉等の不純物が
作動媒体に混入することがなく、蓄冷材の汚染、放熱部
内の流路の表面汚染等が原因となる冷凍機の性能劣化が
起きない。
さらに、作動媒体の最大圧力を作動媒体の臨界圧力以下
、もしくは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に作動
媒体の臨界圧力が存在するようにしたので、作動媒体の
圧力が低くなり、ベローズの寿命が増大する。
、もしくは、作動媒体の最大圧力と最小圧力の間に作動
媒体の臨界圧力が存在するようにしたので、作動媒体の
圧力が低くなり、ベローズの寿命が増大する。
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は従来のも
のと比較した本発明のS−T線図、第3図は第2図と同
様な線図、第4.5図は本発明の変形例を夫々示す図、
及び第6図は従来の冷凍システムを示す図である。 10.45,90.91・・・低温領域の冷凍機、11
,72,121・・・高温領域の冷凍機、24.25,
56,61.62,103,104.109,110・
・・ベローズ、38.54.115,116・・・弁装
置 1イシシw4種林式会社 代表者中井令夫
のと比較した本発明のS−T線図、第3図は第2図と同
様な線図、第4.5図は本発明の変形例を夫々示す図、
及び第6図は従来の冷凍システムを示す図である。 10.45,90.91・・・低温領域の冷凍機、11
,72,121・・・高温領域の冷凍機、24.25,
56,61.62,103,104.109,110・
・・ベローズ、38.54.115,116・・・弁装
置 1イシシw4種林式会社 代表者中井令夫
Claims (1)
- 高温領域と低温領域の2系統の冷凍機からなり低温を発
生させるための冷凍システムにおいて、前記低温領域の
冷凍機を構成する1箇以上の圧縮空間及び1箇以上の膨
脹空間のうち、1箇以上を動力源と連結される連結部材
によつて伸縮するベローズによつて構成し、該ベローズ
によつて構成される空間の作動媒体の最大圧力を該作動
媒体の臨界圧力以下もしくは、該作動媒体の最大圧力と
最小圧力の間に、該作動媒体の臨界圧力が存在するよう
にした手段を有し、前記低温領域の冷凍機の膨脹空間で
、前記作動媒体の一部又は全部を液化させるようにした
冷凍システム。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60095741A JPS61256158A (ja) | 1985-05-06 | 1985-05-06 | 冷凍装置 |
US06/860,034 US4700545A (en) | 1985-05-06 | 1986-05-06 | Refrigerating system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60095741A JPS61256158A (ja) | 1985-05-06 | 1985-05-06 | 冷凍装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61256158A true JPS61256158A (ja) | 1986-11-13 |
JPH0350957B2 JPH0350957B2 (ja) | 1991-08-05 |
Family
ID=14145911
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60095741A Granted JPS61256158A (ja) | 1985-05-06 | 1985-05-06 | 冷凍装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4700545A (ja) |
JP (1) | JPS61256158A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63194260U (ja) * | 1987-05-30 | 1988-12-14 |
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JP2884684B2 (ja) * | 1990-03-30 | 1999-04-19 | アイシン精機株式会社 | 冷却システム |
JP2836175B2 (ja) * | 1990-03-31 | 1998-12-14 | アイシン精機株式会社 | 冷凍機 |
US5107683A (en) * | 1990-04-09 | 1992-04-28 | Trw Inc. | Multistage pulse tube cooler |
US5099650A (en) * | 1990-04-26 | 1992-03-31 | Boreas Inc. | Cryogenic refrigeration apparatus |
US5345769A (en) * | 1992-11-12 | 1994-09-13 | Boreas, Inc. | Cryogenic refrigeration apparatus |
US5647218A (en) * | 1995-05-16 | 1997-07-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Cooling system having plural cooling stages in which refrigerate-filled chamber type refrigerators are used |
AU2000220028A1 (en) * | 2000-01-12 | 2001-07-24 | Mikio Kinoshita | Heat engine and method of driving the heat engine |
US7490482B2 (en) * | 2006-09-23 | 2009-02-17 | Lawes Roland C | Absorption space cooler with no forced pumping |
US20080196444A1 (en) * | 2007-02-20 | 2008-08-21 | Roland Lawes | Pumpless absorption refrigerator using a jet |
BR102016019880B1 (pt) * | 2016-08-26 | 2023-12-26 | Brazil Innovation Commerce Ltda | Regenerador ativo para motores térmicos e processo de controle para ciclo termodinâmico do regenerador ativo |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS59158959A (ja) * | 1983-03-02 | 1984-09-08 | 株式会社日立製作所 | 膨張機 |
JPS608668A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-17 | アイシン精機株式会社 | 冷凍システム |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3147600A (en) * | 1963-06-19 | 1964-09-08 | Malaker Lab Inc | Multi-stage cryogenic engine |
JPS5956055A (ja) * | 1982-09-24 | 1984-03-31 | アイシン精機株式会社 | スタ−リングサイクル冷凍機 |
-
1985
- 1985-05-06 JP JP60095741A patent/JPS61256158A/ja active Granted
-
1986
- 1986-05-06 US US06/860,034 patent/US4700545A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59158959A (ja) * | 1983-03-02 | 1984-09-08 | 株式会社日立製作所 | 膨張機 |
JPS608668A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-17 | アイシン精機株式会社 | 冷凍システム |
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---|---|---|---|---|
JPS63194260U (ja) * | 1987-05-30 | 1988-12-14 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0350957B2 (ja) | 1991-08-05 |
US4700545A (en) | 1987-10-20 |
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