JPS625058A

JPS625058A - 流体の圧縮または膨張機

Info

Publication number: JPS625058A
Application number: JP14398285A
Authority: JP
Inventors: 雄治郎鵜飼
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1987-01-12

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】（発明の利用分野）本発明は、液体ヘリウム、気体ヘリウム、液体窒素等の
１００に以下の流体の処理に適する圧縮または膨張機に
好適であシ、又、これら流体のためのポンプとしても利
用可能なものである。

（従来技術とその問題点）スターリング、ギフオード・マクマホン、クロード等の
極低温冷凍機において作業流体である気体ヘリウムの圧
縮または膨張に用いられる装置は、クライオジエニツク
エンジニアリングコンファ・エイチー５．１２巻のメタ
ルペローズエクスノやンションエンジン（Ｃｒｙｏｇｅ
ｎｉｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉ　ｎｇ　Ｃｏｎｆ、　、　Ｈ
−５，Ｖｏｌ、　１２゜Ａ　Ｍｅｔａｌ　Ｂ＠ｌｌｏｗ
ｓ　Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅ）に示される如
く、熔接ベローズを用い、添付第３図に示す如く公知で
ある。このものは、ベローズ１０１の上部に凸型フラン
ジ１０２．下部に固定フランジ１０３が熔接されている
。固定フランジ１０３はゲルト１０４によって底板１０
５に取付けられ、固定フランジ１０３と底板１０５の間
にはメタルＯリング１０６がある。

底板１０５は筒１０７と熔接されている。凸型フランジ
１０２は？シト１０８によってロンド１０９に取付けら
れ、とのロッド１０９は、モーター等の動力源に連動さ
れるクランクにより図において上下動する。凸型７ラン
ジ１０２の外周に接してガイド１１０が設置され、ガイ
ド１１０の上にはフェルト１１１が積層されている。接
続管１１２はポル）１１３によって底板１０５に取付け
られる。接続管１１２と底板１０５の間にはメタルＯリ
ング１１４がある。

節１０１の外部の空間は、高真空になっており、ベロー
ズ１０１の内部は作業流体であるヘリウムガスが封入さ
れている。筒１０７の内部でかつベローズ１０１の外部
の空間にも、ベローズ１０１に圧縮力を加えるためのヘ
リウムガスが封入されている。

このように構成された従来例において、ロッド１０９が
上下動すると凸７ランジ１０２も上下動し、その結果ベ
ローズ１０１が伸縮する。

ベローズ１０１は内部のヘリウムガスを接続管１１２を
通して、吸入、排気する。吸入時にヘリウムガスの圧力
が低く、排気時に高い場合、ベローズ１０１はヘリウム
ガスに対して圧縮仕事をすることになる。逆に、吸入時
にヘリウムガスの圧力が高く、排気時に低い場合、ベロ
ーズ１０１はヘリウムガスに対して膨張仕事をすること
圧なる。ガイド１１０は凸フ２ンジ１０２の上下動の横
振れを防止する。

この種の圧縮または膨張機は、第２図に示す如き超伝導
コイル冷却用のスターリング冷凍機の圧縮および膨張機
に利用される。第２図において、モーター等よシなる効
力源１の駆動力は瀘速機２を介してクランクケース３，
４内のクランクに伝達され、圧縮機５および膨張機６を
動かす。圧縮機５．冷却器１．配管８．′＃冷器９、配
管１０．凝縮器１１．配管１２および膨張機６は順次連
通し、内部には作業流体であるヘリウムガスが封入され
ている。圧縮機５内のヘリウムガスは圧縮された後、配
管１３から入シ配管１４から出る冷媒、例えば液体窒素
と冷却器７で熱交換し、冷却される。冷却器７内のヘリ
ウムガスは、配管８を通シ、蓄冷器９に入シ、さらに冷
却される。蓄冷器９を通ったヘリウムガスは配管１０を
経て、凝縮器１１に入シ、液体ヘリウム容器１８内のヘ
リウムガス１９を冷却し再凝縮させる。凝縮器１１を通
づたヘリウムガスは配管１２を経て膨張機６に入シ、膨
張されて約４．２にの冷凍を発生する。上板１５ａ。

胴１５ｂから成シ、その内部に真空空間を形成する第２
部材として機能する真空容器１５は、内部が高真空（約
１０−’　Ｔｏｒｒ）になっておシ、断熱性を保持する
。上板１６＆、液溜め１６ｂ。

胴１６ｃから成る、ふく射シールド１６は、液溜め１６
ｂ内の液体窒素１７によって冷却され、外部からのふく
射熱をさえぎることができる。

液体ヘリウム容器１８の内部ＫＦｉ超伝導コイル２１が
あり、液体ヘリウム２０によって、約４．２にの低温に
保持する。

このように利用される従来の圧縮または膨張機は、しか
し、ベローズ１０１の外部のヘリウムガスが、ベローズ
１０１近辺の低温部と図示されていない上方向の室温部
との間で対流を作る。フェルト１１１はこの対流を抑制
するが、それでも対流によって生ずる熱侵入が大きく、
冷凍機の出力を大幅に降下させていたつまた、ガイド１
１０と凸フランジ１０２０間の摺動部が低温部に位置す
るため、ガイド１１０と凸フランジ１０２の摺動によっ
て生ずる摩擦熱が、冷凍機の出力を低下させていた。

（本発明の技術的課題）そこで、本発明は、ベローズの外部のヘリウムガスの対
流によって生ずる熱侵入を無くするとともに、ガイドと
凸フランジの間の摺動によって生ずる摩擦熱が冷凍機の
出力を低下させないようＫすることを、解艇すべき技術
的課題とする。

（本発明の技術的手段とその作用）前記技術的課題を解決するために、本発明は、ロッド装
置の下部と筒装置の底部とにそれぞれ内側ベローズと少
なくとも一個の外側ベローズの端を固定し、内側ベロー
ズの内部を作動空間、両ベローズ間を真空層に且つ外側
ベローズと筒装置との間を真空部とさせ、該真空部の外
側にロッド装置の往復動を案内するガイド装置を配す技
術的手段を採用する。

本発明は上記のようであるので、村ローズの外部の空間
は高真空となっておシ、気体の対流によって生じる熱侵
入は極めて小さく無視できる程度である。また、ロッド
の往復動をガイドするガイド部材が真空部の外部に配設
されているため、ロッドの摺動によって発生する摩擦熱
は冷凍機の出力に悪影響を与えることはほとんどない。

（実施例）第２図に示す如き圧縮機または膨張機は、本発明の実施
例によれば以下の如く構成される。

第１図を参照する。

動力源によってラム３１を介して往復動するロッド装置
は、ラム３１に、ｆルト３０止めされるロッド２８を有
し、該ロッド２８の下部に２段凸型フランジ２３をゲル
ト２９止めする。

ロッド装置を囲む筒装置は、ラム３１を案内し且つ上板
１５ａＫ＆ルト３６止めされ下部フランジ３３を有する
筒状のガイド部３５と、上板１５ａＫ＆ルト止めされ且
つ下部にがルト２５によシ固定されるフランジ２４を有
する円筒２６よシなる。

下部フランジ３３とラム３１のフランジ間には上部ベロ
ーズ３２が配され、上部ベローズ３２の端部を両フラン
ジに熔接する。３４はシール材を示す。

２段凸型フランジ２３にその一端が且つ固定フランジ２
４にその他端が熔接される内側ベローズ２２０内部忙流
体の作動空間（圧縮又は膨張用）が形成される。作動空
間はロッド２８の往復動に応じ配管１２によって作動流
体の吸入、排出を行なう。内側フランジ２２の外側忙離
間して外側フランジ２７を配し、外側７ランジ２７の端
部を２段凸型７ランジ２３および固定７ランジ２４に熔
接させる。外側７ランシ２７と円筒２６および上部ベロ
ーズ３２との間の空間は真空部４７とする。同、配管１
２はデルト４２によシ固定７ランジ２４に止着される。

４１Ｆｉシール材である。内側ベローズ２２と外側ベロ
ーズ２７との間に真空層４８を作るため、配管３Ｔを介
して真空引きポート４０に両ベローズ２２．２７間の空
間を連通させる。３８は真空計を、又、３９は制御パル
′ｆ３９を示す。

上記構成において、内側ベローズ２２と外側ベローズ２
Ｔとの間の第１の真空層４８と、外側ベローズ２Ｔと上
部ベローズ３２および円筒２６とで形成される第２の真
空１部とは隔離された真空空間となっている。このため
、気体の対流による熱侵入は極めて小さい。また、内側
ベローズ２２内の作業流体であるヘリウムガスが洩れて
も、真空引きによシ真空層４８の真空度を変えることは
ない。このため、真空容器１５の外部からの熱侵入によ
る液体ヘリウム容器１８（第２図参照）内の圧力が液体
ヘリウムの蒸発によって急激に上昇することはない。

又、ガイド部３５とラム３１との間の摩擦熱温２の真空
部４７によって遮断できるので冷凍機の出力に影響を与
えない。

（効果）外側ベローズは、内側ベローズ内部の作動空間の流体の
膨張、圧縮特性に影響を与えない。

即ち、外側ベローズの死容積は大でも良いこ七になり、
その羽根枚数（山の数）を内側ベローズより十分に多く
とることができる。かくして、外側ベローズが内側ベロ
ーズよシ先きにその気密性を損なうことはない。従って
、仮りに、内側ベローズの気密性が失なわれ、内側ベロ
ーズを介しての作動流体の洩れが生じても、この流体洩
れは外側ベローズで、第２の真空部へ洩出するのを未然
に防止される。かくして、本発明による圧縮または膨張
機を第２図の冷凍機に用いても液体ヘリウム容器内の圧
上昇はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は本発
明の一例の適用可能な冷凍機を示すある。図中：１２・・・配管、２２・・・内側ベローズ、２６
・・・円筒、２７・・・外側ベローズ、２８・・・ロッ
ド、３２・・・上部ベローズ、４Ｔ・・・真空部、４８
・・・真空層。

Claims

【特許請求の範囲】

　動力源によって往復動するロッド装置、該ロッド装置
を囲み且つ内部が真空となっている筒装置、該筒装置の
底部と前記ロッド装置の下部とにその端部が固定され且
つ内部に作動空間を作る内側ベローズ、該内側ベローズ
の外側に配され且つ前記内側ベローズとの間に真空層を
形成する少なくとも一個の外側ベローズ、前記内側ベロ
ーズ内の作動空間の作動流体の吸入吐出をなす配管、前
記筒装置内の真空部の外部に配され且つ前記ロッド装置
の往復動を案内するガイド装置とよりなる流体の圧縮ま
たは膨張機。