JPH01142368A - 航空機用冷凍装置 - Google Patents

航空機用冷凍装置

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JPH01142368A
JPH01142368A JP30399387A JP30399387A JPH01142368A JP H01142368 A JPH01142368 A JP H01142368A JP 30399387 A JP30399387 A JP 30399387A JP 30399387 A JP30399387 A JP 30399387A JP H01142368 A JPH01142368 A JP H01142368A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、磁気探査用5QUIDを冷却するために航空
機に搭載される冷凍装置に関するものである。
[従来の技術] 磁気センサの目的で5QUID (超伝導量子干渉素子
)を装備する対温哨戒機等の航空機では、5QUIDを
必要な極低温に保持するために冷凍装置が搭載される。
ところで、5QUIDは磁場の外乱を生じる膨張機等の
可動部が近くに存在するとセンサ特性が著しく阻害され
るため、極低温冷凍機を直接その近傍に配置することは
できない。そのため、従来の航空機では、5QUIDを
収容するデユワ−に機内の遠隔位置で設置した冷凍機か
ら液体He等を移送するか、或いは予めデユワ−内に定
量の液体He等を注入、貯溜して使用するが、のいずれ
かの方式が採用される。
しかし、前者の方式では遠距離移送に伴って熱侵入が非
常に大きく、LHeが途中で蒸発してしまう問題がある
。そのため、搭載する冷凍機に液化能力の大きい大容量
のものを確保しなければならない不都合がある。一方、
後者の方式では、デュワー内にLHeが溜っている限ら
れた時間しか磁気探査が行なえないのが致命的である。
[発明が解決しようとする問題点] そこで、これらの相反する問題点を合理的に解決する方
策として、本発明者等は、先に出願した特願昭62−1
19524号において、5QUIDに対する冷凍機可動
部の外乱の影響を最少限に抑えながら、LHeの移送距
離を短縮できるようにした航空機における冷凍機の搭載
配置構造を提案している。
この既提案に係るものは、可動部を含む冷凍機本体と、
低温Heガスを膨張させて液体Heを生成するジュール
・トムソン弁(以下、J/T弁という)とを、最終段熱
交換器(通常、J/T熱交換器と呼ばれる)を介在させ
た離反位置に配置して搭載するようにしたものである。
すなわち、冷凍機本体で発生される低温Heガスをリタ
ーンガスと熱交換して十分に冷やし込むための最終段熱
交換器(以下、J/T熱交換器という)が長尺寸法に亙
るものであることに着目し、冷凍機本体とJ/T弁とを
その両側に分離して配置することで、5QUIDI、:
LHeを供給するJ/T弁とを近接させる一方で、冷凍
機本体の可動部を遠ざけることができるようにしたもの
である。そして、このようにすれば、LHeの移送距離
を短く熱侵入を少なくし、冷凍効率の増大を通して搭載
冷凍機の小型化を図る効果が期待できる。
しかし乍ら、上記の冷凍装置を実施する上で、次のよう
な点が新たに解決すべき技術的課題として提起される。
すなわち、この冷凍システムの場合、長尺なJ/T熱交
換器での熱侵入が大きいと、J/T弁に至るまでにHe
ガスを液化するのに必要な温度にまで冷やし込むことが
できなくなってしまうことである。
本発明は、上記の新たな技術的課題を克服するためにな
されたもので、既述の航空機用新型冷凍装置について、
そのJ/T熱交換器での熱侵入を減少し、J/T弁に液
体冷媒を生成するのに必要十分なHeガス等の低温冷媒
ガスを送り込むことができるよう改良したものを提供す
る。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、可動部を含む冷凍機本体と、この冷凍機本体
で発生される低温冷媒ガスをリターンガスと熱交換する
J/T熱交換器に通して更に冷やし込んでから膨張させ
て液体冷媒を生成するJ/T弁とを、前記J/T熱交換
器を介在させた離反位置に配置して航空機に搭載するよ
うにした冷凍装置に、更に次のような冷却回路を設置し
て構成される。
すなわち、前記冷凍機本体の高圧ラインから前記J/T
弁に圧送される低温冷媒ガスの一部を流通させる冷却回
路を分岐し、この冷却回路を、前記J/T熱交換器を包
囲する熱シールド板のまわりに敷設したことを特徴とし
ている。
[作用]  ゛ このような冷却回路を追加したものであると、J/T熱
交換器を包囲する熱シールド板が該冷却回路に分岐して
流通される低温冷媒ガスにより冷却されるため、J/T
熱交換器への熱侵入を適確に防止することができる。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
航空機に搭載される本冷凍装置は、冷凍機本体1と、こ
の冷凍機本体1で発生される低温Heガスをリターンガ
スと熱交換する長尺なJ/T熱交換器(最終段熱交換器
)2と、このJ/T熱交換器2を通して更に冷やし込ま
れた低温Heガスを自由膨張させてその一部を液化させ
るJ/T弁3と、このJ/T弁3で生成される液体He
を貯溜し内部に収容された5QUID5を極低温に保持
するデユワ−4とからなっている。そして、膨張機等の
可動部を構成要素に含む冷凍機本体1とデユワ−4に近
接配置されるJ/T弁3とを、J/T熱交換器2の長尺
寸法を介在させた両側の離反位置に配置し、5QUID
5と膨張機等との距離を確保するようにしている。
冷凍機本体1は、2段膨張機から構成される小形冷凍機
6と、これに併設したJ/T回路12とからなっている
小形冷凍機6は、シリンダ7a、7bにピストン(リジ
ェネレータ)8a、8bを往復動可能に嵌装し、両シリ
ンダ端に拡縮自在の膨張室(コールドヘッド)9a、9
bをそれぞれ形成しているとともに、シリンダ7aの高
温端側をタイミングバルブ(給気弁11aと排気弁11
b)を介してコンプレッサ10の入口又は出口側と間欠
的に連通させており、これらタイミングバルブの切換操
作によって、Heガス等の作動ガスにギフオード・マク
マホン(GM)サイクルを営ませるようにしている。
一方J/T回路12は、コンプレッサ13と、このコン
プレッサ13の出口側から前記J/T熱交換器2を通し
て前記J/T弁3にHeガスを圧送する高圧ラインHと
、前記デユワ−4からのリターンガスを前記1/T熱交
換器3を通してコンプレッサ13の入口側に戻す低圧ラ
インLとを具備してなっている。そして、J/T熱交換
器2よりも高温側のJ/T回路12には、低圧ラインL
を帰還するリターンガスのもつ冷熱を高圧ラインHに圧
送されるHeガスに移送するための適数段の再生熱交換
器14a、14bが介設されている。
また、高圧ラインHの途中には、前記小型冷凍機6のコ
ールドヘッド9a、9bからそれぞれ冷熱を移送するた
めの熱交換器15a、15bが介設されている。なお、
図中16はコンプレッサ出口側で高圧ラインHに介設さ
せるアフタークーラを示す。
かくして、コンプレッサ12の出口から順に、アフター
クーラ16、再生熱交換器14a1熱交換器15a、再
生熱交換器14b1熱交換器15b1更にJ/T熱交換
器2を通して高圧ラインHに圧送される低温Heガスは
、常温からJ/T弁3の入口側に至るまでで20に前後
にまで冷やし込まれることになる。
このような基本構成の冷凍装置において、本発明による
と、高圧ラインHからJ/T弁3に圧′送される低温H
eガスの一部を流通させる冷却回路17を分岐させてい
る。この冷却回路17は、具体的には、内部に低温He
ガスを導通ずるシールドガスチューブ(細管)等をもっ
て構成される。
そして、実施例の場合、その始端aを高圧ラインHから
熱交換器15aと再生熱交換器14bとの間の位置で分
岐させ、その終端すを低圧ラインLの熱交換器15a、
15bの間の位置に流量調整弁18を介して接続してい
る。
しかして、この冷却回路17はJ/T熱交換器2とJ/
T弁3とを真空雰囲気に囲む熱シールド19の内部に案
内されて、J/T熱交換器2等を包囲する内外二重の熱
シールド板20a、20bのまわりに敷設されている。
第2図は、この冷却回路17を敷設した熱シールド19
の断面構造の詳細を図示している。ここにおいて、中心
に高圧のHeガスを通す内側チューブ21(高圧ライン
H)が挿通され、その周りにリターンガスをカウンター
フローで流通させる外側チューブ22(低圧ラインL)
が配置され、これらを内外二重の熱シールド板20a、
20bが包囲し、更にその外周を外管23が気密に包囲
している。なお、熱シールド板20a、20bの間等の
層間には、スーパインシュレーション24a、24b、
24cが介装されている。そして、まず内側熱シールド
板20aの外周に、その高温端から低温端に向けて内部
に低温Heガスを流通するシールドガスチューブ25(
冷却回路17)が平行に敷設されており、これが低温端
側で折返   ゛されて、今度は外側熱シールド板20
bの外周をその低温端から高温端に向けて平行に敷設さ
れている。
さて、このように冷凍機本体1の高圧ラインHから分岐
させた冷却回路17を、J/T熱交換器2とJ/T弁3
とを包囲する熱シールド板20a120bのまわりに敷
設したものであれば、熱シールド板20a、20bが低
温Heガスで冷却され奪熱されるため、この部分での外
部からの熱侵入が適確に防止できる。すなわち、熱シー
ルド板20a、20bがより完全な熱シール作用を果し
、スーバインシュレーション24a〜24c等の存在も
相まって、内側チューブ21(高圧ラインH)に圧送さ
れる低温Heガスへの熱侵入を最大限に防止することが
できる。
この結果、長尺のJ/T熱交換器2を流通する間の熱侵
入に起因し、同冷凍機本体1からJ/T熱交換器2を介
して圧送される低温Heガスが、J/T弁3に必要な温
度にまで冷やし込むことができなくなるという危険性を
確実に回°避することができる。言い換えると、可動部
を含む冷凍機本体1とJ/T弁3とをJ/T熱交換器2
を挟んで分離して配置する冷凍装置の技術的課題を克服
することができる。
なお、本発明は上述した実施例以外にも、様々な実施態
様を採ることができるのはもとよりである。例えば、熱
シールド板20a、20bのまわりに敷設する冷却回路
17(シールドガスチューブ25)は、これを螺旋状に
巻き付ける等、その敷設形態を随意に変更し得る。また
、冷却回路17を敷設する熱シールド板は、図示例のよ
うにJ/T熱交換器2とJ/T弁3とを包囲するものに
限らず、必要ならデユワ−4を包囲するものにも適用で
きる。
本発明の冷凍装置では、膨張機等の可動部を含む冷凍機
本体1の構成については、その構造や冷凍サイクルの種
別等につき別設特定されるものではない。例えば、実施
例のGMサイクルを利用するものに代え、スターリング
サイクルやブルマイヤサイクルなどを利用してもよい。
なお、冷媒ガスとしては、He以外にN2等を利用する
ことも可能である。
[発明の効果コ 以上のように、本発明によると、システムの低温冷媒ガ
スの一部を利用してJ/T熱交換器での熱侵入が最小限
に抑えられるものに改善しているため、冷凍機本体とJ
/T弁とをJ/T熱交換器を介在させて離反位置に配置
する航空機用冷凍装置の問題点が適確に除去でき、冷凍
効率よく搭載冷凍機を小型化できる等、この種装置特有
の利点が円滑に発揮できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す航空機用冷凍装置のシ
ステム回路図である。第2図はJ/T熱交換器を囲う熱
シールドの構造を示す断面斜視図である。 1・・・冷凍機本体 2・・・J/T熱交換器(最終段熱交換器)3・・・J
/T弁(ジュール・トムソン弁)4・・・デユワ−5・
・・5QUID 6・・・小型冷凍機 9a、9b・・・膨張室(コールドヘッド)12・・・
J/T回路   13・・・コンプレッサ14a、14
b・・・再生熱交換器 15a、15b・・・熱交換器 17・・・冷却回路    19・・・熱シールド20
a、20b・・・熱シールド板 21・・・チューブ(高圧ライン) 22・・・チューブ(低圧ライン) 23・・・外管

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 可動部を含む冷凍機本体と、この冷凍機本体で発生され
    る低温冷媒ガスをリターンガスと熱交換する最終段熱交
    換器に通して更に冷やし込んでから膨張させて液体冷媒
    を生成するジュール・トムソン弁とを、前記最終段熱交
    換器を介在させた離反位置に配置して航空機に搭載する
    ようにしたものにおいて、前記冷凍機本体の高圧ライン
    から前記ジュール・トムソン弁に圧送される低温冷媒ガ
    スの一部を流通させる冷却回路を分岐し、この冷却回路
    を、前記最終段熱交換器を包囲する熱シールド板のまわ
    りに敷設したことを特徴とする航空機用冷凍装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012133041A1 (ja) * 2011-03-31 2012-10-04 三菱重工業株式会社 航空機・宇宙機用流体冷却システム及び航空機・宇宙機用流体冷却方法
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