JPS62223575A

JPS62223575A - 蓄冷器

Info

Publication number: JPS62223575A
Application number: JP6690786A
Authority: JP
Inventors: 良中島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-03-25
Filing date: 1986-03-25
Publication date: 1987-10-01

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】（発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、たとえば超電導マグネットに用いられる小形
冷凍機の蓄冷器に関する。

（従来の技術）ヘリウムの液化等に使用される小形極低温冷凍機は、２
０に以下の温度にヘリウムガスを予冷するためのＧＭサ
イクルの冷凍機と、予冷されたヘリウムガスをＪ−Ｔ弁
で断熱膨張して液化するＪ−Ｔ回路とを有して構成され
ているが、極低温の冷凍には、外部からの侵入熱を除去
Ｊ゛るために、液体窒素で冷却するラディエーション・
シールドが必要であり、ＧＭ冷凍様等の予冷冷凍機では
第１段で窒素を７７Ｋに冷却し、第２段で窒素を２０に
以下に冷凍するようにしている。

上記予冷冷凍機は、蓄冷器を内蔵したディスブレーナを
、シリンダ内で往復動させて、ＧＭサイクルを行ない寒
冷を発生するようにしており、蓄冷器は、第１段と第２
段では、熱容Ｇを考慮して材料を異質なものとし、第１
段には、１００〜２００メツシユ程度の銅製金網を積層
し、第２段には、鉛の小球を充填したもので構成してい
る。

一方蓄冷材は熱容量が大ぎく、ヘリウムガスとの熱伝達
が良好であることが望ましく、金網のメツシュを細かく
し、あるいは小球の直径を小さくすれば、熱交換効率が
よくなることは判っているが、この場合にはガスの通風
抵抗が大きくなり、圧力損失が大きくなってしまう。

予冷冷凍機において、ディスプレーサの駆動方式として
、モータを用いる方式と、ガスを用いる方式のものがあ
るが、駆動に要する荷重は蓄冷器の通風抵抗の影響が支
配的であり、モータのみの駆動では、負荷トルクが大き
くなり、モータが大形化し、またガス駆動では蓄冷器の
圧力損失が変化してディスプレーサのバランスがくずれ
てしまうことになる。（小型ヘリウム冷凍機住友重機械
技報ＶＯＬ　３２Ｎｏ９６　（１９８４）参照）そこで
これらの欠点を解消するために、モータ駆動とガス駆動
を組み合せたハイブリッド方式の駆動方式が提案された
が、この駆動方式では構成が複雑になり、長期間の使用
における信頼性が低くなってしまうという難点がある。

（発明が解決しようとする問題点）以上述べたように、蓄冷器の金網のメツシュを細かくし
たり、鉛小球の直径を小さくしたものでは、蓄冷器の通
風抵抗が大きくなりディスプレーサの円滑な駆動を行な
い得ない。

そこで本発明は、以上の欠点を除去するもので、現状の
蓄冷器と同程度の１冷能力を保らながら、通風抵抗を小
さく設定し得るようにした蓄冷器を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の蓄冷器では、蓄冷器本体内部に形成した空間の
低温ガス流路側に通用抵抗の大きい蓄冷材を設けるとと
もに、空間の高温ガス流路側に通風抵抗の小さい蓄冷材
を設けることで構成され、熱容ｉ１を減じることなく圧
力損失を低減できるようにした。

（作　用）本発明の蓄冷器において、高温ガス流路から蓄冷器本体
内に導かれるヘリウムガスは、動粘性係数が大きい高温
側では、ガス流路の相等直径が大きく設定されているの
で、従来のものに比べて圧力損失を小さくでき、また蓄
冷材の熱容量は従来構成のものと同じに保てる。

（実施例）以下本発明の一実施例を図面につき説明する。

第１図は３００Ｋから７７にの温度レベルで用いられる
蓄冷器を示し、ベークライト製蓄冷器本体１の一端側に
は高温ガス流路２が、また他端側には低温ガス流路３が
それぞれ内部空間４に連通ずるように形成されている。

上記内部空間４の高温ガス側の部位には、銅線で作った
１００メツシユの金網の積層体５が、また内部空間４の
低温ガス側の部位には、銅線で作った２００メツシユの
金網の積層体６が、中間位置に同じく銅線で作った１５
０メツシユの金網積層体７を介して配設されている。

第３図は７７Ｋから２０に以下の温度レベルで用いられ
る蓄冷°器を示し、ベークライト製蓄冷器本体１０は、
第１図に示す蓄冷器本体１と同様な構成をなし、内部空
間の高温ガス流路１１側には直径の大ぎい鉛球１２が充
填され、低温ガス流路１３側には直径の小さい鉛球１４
が充填されている。

次に作用を説明する。

蓄冷器内のガスの流れは一般に層流であるから、圧力損
失△Ｐは次式で示される。

ここで△Ｐ：圧力損失ａ　：定数 μ　：ガスの粘性係数し　−ガス流路の長さＵ　：ガス流速Ｄｅ＝ガス流路の相等直径ガスの流速Ｕは、作動ガス流量が一定の場合次式が成立
する。

ここでｂ：定数 ρ：ガスの密度（１）　、　（２）より蓄冷器本体の寸法が同一の場合ａ−ｂ−Ｌは一μ 定の値となるので、圧力１員失△Ｐは、（□）ρ すなわち動粘性係数νに比例し、相等直径の４乗に反比
例する。

ν ヘリウムガスの動粘性係数νは、第５図に示すように、
ガス温度下（Ｋ）とともに増加する。

一方苔冷能力は、蓄冷材の熱容■に依存し、これは充填
される金網、鉛球の占有面積率によって定まる。

すなわち１００メツシュ線径０．０９１ｍｍの金網と、
１５０メツシュ線径０．０６１ｍｎ＋の金網とを比較す
ると、占積率は１００メツシユの金網が２８％、１５０
メツシユの金網が２８％であり、相当直径は、１００メ
ツシユの金網が０．１６３ｍｍ、１５０メツシユの金網
が０．１０８ｍｍである。

しかして、蓄冷器本体１の高温ガス流路２から入り込む
ヘリウムガスは、粗いメツシュの金網積層体を通り、つ
いで密なメツシュの金網ｆＩ層体を通ることになり、熱
容量を減することなく圧力損失を低減し得、また蓄冷器
本体１０に入り込むヘリウムガスも、直径の大きい鉛球
層から直径の小さい鉛球層に通り扱け、この場合にも熱
容量を減することなく圧力損失を低減し得る。

〔発明の効果］以上述べたように本発明によれば、蓄冷能力を減じるこ
となく、蓄冷器の圧力損失を低減することができ、これ
によりＧＭ冷凍機のディスプレーサ駆動力を低減でき、
したがって小形モータでディスプレーサを駆動できるこ
とになるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蓄冷器の第１段部分を示す断面図
、第２図は第１図の■−■線に沿った断面図、第３図は
本発明による蓄冷器の第２段部分を示す断面図、第４図
は第３図のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図、第５図はヘリ
ウムガスの動粘性係数と温度との関係を示ず図である。１・・・蓄冷器本体、２・・・高温ガス流路、３・・・
低温ガス流路、５・・・金網積層体、６・・・金網積層
体、１０・・・蓄冷器本体、１２・・・大径鉛球充填部
、１４・・・小径鉛球充填部。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄第２図

Claims

【特許請求の範囲】

１．一端側に高温ガス流路および他端側に低温ガス流路
を設けた蓄冷器本体と、この蓄冷器本体の内部空間の低
温ガス流路側に配設された通風抵抗の大きい蓄冷材と、
上記蓄冷器本体の内部空間の高温ガス流路側に配設され
た通風抵抗の小さい蓄冷材とを有する蓄冷器。
２．蓄冷材が積層した金網で形成され、メツシュの大小
により通風抵抗の大小を設定したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の蓄冷器。
３．蓄冷材が充填された鉛球で形成され、鉛球の直径の
大小により通風抵抗の大小を設定したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の蓄冷器。