JPS63204077A - 極低温Ｈｅ蓄冷器 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は極低温１１ｅ蓄冷器に係り、特にＨｅ冷凍機を
小型化することができる蓄冷器に関する。

［従来の技術］ 一般に、ｔｈｅは大気圧下において温度４，２に程度で
液化し、超電導磁石等の極低温分野にて極めて有効に活
用されるものである。このＨｅを冷却する冷凍機として
蓄冷材を内在する蓄冷器に熱サイクルを生じさせて蓄冷
材にＨｅからの熱の蓄積と吐出とを反復させ、これによ
りＨｅの温度を降下させる蓄冷方式の冷凍機が知られて
いるが、従来この冷凍機ではＨｅを温度２０〜１５に程
度（大気圧下）にまでしか冷却することができなかった
。

これは、一般に用いられている固形の蓄冷材の比熱は温
度が下がると共に低下してしまい、温度４〜５に程度で
良好な比熱を示す適当な蓄冷材が見つからなかったから
である。

このような背景の下で、ＧｄＲｈ　（ガドリニウムロジ
ウム）が極低温域においても大きな比熱を有することが
確認され、このＧｄＲｈを蓄冷材として用いてＩｌｅの
温度を４．２に程度にまで降下させ（ｑる試験機が開発
された。しかしながら、Ｇｄ１ｌｈは極めて高価なもの
であり、このＧｄＲｈを用いた冷凍機を実用化すること
は困難であった。

そこで、ＧｄＲｈに代わる蓄冷材として今度はＨｅガス
が注目されるようになった。Ｈｅは温度が下がると共に
その比熱が上昇し、温度４〜５ＫにおいてＧｄＲｈの２
倍程度もの比熱を示すことがわかったからである。具体
的には、ｔｉｅは流体であるのでこの蓄冷材としてのｌ
ｌｅをコイル状あるいは球状のカプセル内に密封し、そ
の外側部に冷却されるべき作動ガスとしてのＨｅを流通
させることにより、作動ガスからの熱をカプセル内のＨ
ｅに伝達し蓄積させようとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、この場合カプセル内のＨｅに低温時でも作動
Ｈｅガスに匹敵する密度を持たせるためには常温下の封
入圧を５００ａｔｍ程度にまで高める必要があり、極め
て小容量の冷凍４１１以外では実用化されていない。

そこで、本発明者は特願昭６１−１４２８６０号におい
て常温部にバッフ７タンクを設けることにより常温時の
封入圧を低くおさえる冷凍機を提案した。

この提案によれば、大容量のｌｌｅＨｅ冷凍機用化が達
成される。

しかしながら、バッフ７タンクや常温部と低温部とを連
絡させる配管を設けるために装置が大型化せざるを得な
かった。

かくして本発明の目的は、小型のｔｉｅ冷凍機を実現す
ることかできる極低温＋１８蓄冷器を提供することにあ
る。

ｃ問題点を解決するための手段］ 本発明の極低温Ｈｅ蓄冷器は上記目的を達成するために
、＋１８を蓄冷材として伝熱管内に導入し、該伝熱管外
側に冷凍サイクルの作動ガスとなるＨｅを流通させてこ
の作動ガスを冷却するＨｅ冷凍機の蓄冷器において、上
記伝熱管の一端を閉じると共に他端に該伝熱管内外への
Ｈｅの移動を規制するための絞りを設けてこれを上記作
動ガス中に開口させたものである。

［作　用］ すなわち、本発明においては冷凍サイクルの作動ガス（
ｔｉｅ）の一部が絞りを介して伝熱管内に入り蓄冷材と
なる。このとき、絞りの大きさを冷凍サイクルの１サイ
クルを通して伝熱管内のＨｅの圧力変動がほとんど無視
できる程度に設定すれば、蓄冷器としての機能が常時確
保される。

このような構成とすることにより、常温部にバッファタ
ンク等を設ける必要がなくなり、この蓄冷器全体を冷凍
機のディスプレーサに組み込むことが可能となる。これ
によりＨｅ冷凍機の小型化が達成される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る極低温Ｈｅ蓄冷器の概
略構成図である。その上面及び下面に作動ガスを流通さ
せるための多数の細孔を設けた容器本体１内に多層にコ
イル状の伝熱管２が設けられている。この伝熱管２はそ
の一端部２１が閉じられると共に他端部２２は絞り２３
を介して作動ガス中に開口されている。

このような構成の蓄冷器に冷凍サイクルの作動ガス１ｌ
ｅ）を流通させると、伝熱管２の端部２２が開口してい
るので作動ガスが伝熱管２内に充填される。ここで、絞
り２３の大きさは冷凍サイクルの１サイクルを通して伝
熱管２内のガスの圧力変動がほとんど無視できる程度に
設定しておく。

すると、冷凍１サイクルの過程において作動ガスから伝
熱管２に熱が伝わり、この熱が伝熱管２内のｌｌｅガス
に伝導してここに蓄えられる。

すなわち、端部２２から伝熱管２内に導入されたｔｌｅ
ガスが蓄熱材として機能するようになる。

このようにして、作動ガスとなるＨｅを温度４．２に程
度にまで冷却することができる。

第２図に本発明の極低温Ｈｅ蓄冷器を用いたＨｅ冷凍機
の構成を示す。

図示するようにｌｌｅガス冷媒を圧縮する圧縮機３と、
シリンダ４と、シリンダ４内を往復動しガス冷媒を吸排
気するディスプレーサ５と、ガス冷媒を吸排気する吸気
弁６および排気弁７とから主に構成されて冷凍サイクル
が形成されている。

ディスプレーサ５はその上部から１段目ディスプレーサ
８，２段目ディスプレーサ９及び３段目ディスプレーサ
１０に分割されており、これら各ディスプレーサ８内に
はそれぞれＣｕメツシュからなる第１段蓄冷器１１　、
　Ｐｂ粒が充填された第２段蓄冷器１２及び本発明に係
る極低温１１ｅ蓄冷器からなる第３段蓄冷器１３が備え
られている。すなわち、第３段蓄冷器１３はその一端が
閉じられると共に他端が絞り１４を介して３段目ディス
プレーサ１０内に開口している伝熱管からなっている。

また、これらディスプレーサ８〜１０はシリンダ４内の
往復動によりその下部にそれぞれ第１段膨張室１５．第
２段膨張室１６及び第３段膨張室１７が形成されるよう
に構成されている。

このように形成された冷凍サイクルはまず、吸気弁６が
開放されて圧縮機３から高圧ガス冷媒がシリンダ４の上
部に導入される。この高圧ガス冷媒は各ディスプレーサ
８〜１０が上死点位置に移動することにより各蓄冷器１
１〜１３を通過して冷却され、各膨張室１５〜１７に移
送される。

次いで、吸気弁６が閉じられ排気弁７が開放されると共
に各ディスプレーサ８〜１０が降下移ＵＪし、各膨張室
１５〜１７内のガス冷媒が再び各蓄冷器１１〜１３を通
過して圧縮機３へ戻り、１サイクルが形成される。

このようにして、第１段冷凍出力１８においては７ＯＫ
、第２段冷凍出力１９においては２０Ｋ、第３段冷凍出
力２０においては４にの温度を１７にとができた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次の如き慢れた効
果が発揮される。

（１）　　常温部にバッファタンク等を設ける必要がな
く、蓄冷器全体を冷凍機のディスプレーサに組み込むこ
とが可能となるので冷凍機の小型化を図ることができる
。

Ｑ）　構造が簡単で部品点数も少なく製造コストが低い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る極低温Ｈｅ蓄冷器の概
略構成図、第２図は本発明の蓄冷器を用いたＨｅ冷凍機
の構成図である。 図中、２は伝熱管、２３は絞りである。 特　許　出　願　人　　石川島播磨重工業株式会社代理
人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 ２・イ云熟菅 ２３・・・款υ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｈｅを蓄冷材として伝熱管内に導入し、該伝熱管外側に
   冷凍サイクルの作動ガスとなるＨｅを流通させてこの作
   動ガスを冷却するＨｅ冷凍機の蓄冷器において、上記伝
   熱管の一端を閉じると共に他端に該伝熱管内外へのＨｅ
   の移動を規制するための絞りを設けてこれを上記作動ガ
   ス中に開口させたことを特徴とする極低温Ｈｅ蓄冷器。