JPH02247461A - 冷凍機 - 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、冷凍機に係り、特に低温の冷凍能力が大きく
て、信頼性が高い小形ヘリウム冷凍機に関する。

〔従来の技術〕

従来の小形ヘレウム冷凍機、特に冷凍温度が３に〜５に
の極低温冷凍機は、特開昭５９−１０９７５１号及び第
２図に示すように、寒冷発生手段の膨張機１と、この膨
張機のガスの流れ回路と低温域で独立したジュール・ト
ムソン回路（以下、３１回路と呼ぶ）で構成していた。

第１圧縮機２で圧縮したガスヘリウムを膨張機１に供給
し、内部でガス膨張させて、Ｊ−Ｔ回路の熱交換器３，
４を配置ｌｔした第１及び第２ステージで、温度約５０
Ｋ及び約１５に寒冷を発生する。膨張後のガスヘリウム
は、第１圧縮機２に戻す、いっぽう、Ｊ・′１゛１部は
、以下の機器で構成されている。第２の圧縮機５で加圧
したガスヘリウムは、熱交換器６，３゜７．８，４，９
，１０を通り冷却されて、ジュール・トロソン弁１１（
以下、Ｊ−Ｔ弁と称す）でジュール・トムソン膨張して
、温度３に〜５にの寒冷を発生し、熱交換器１２で被冷
却体を冷却した後、熱交換器１０，８．６で熱交挨して
第２圧縮機５に戻る。また、極低温部を外部からのふく
射熱から保護するために、第１熱シールド板１３及び第
２シールド板１４を配置し、例えばＪ−Ｔ回路途中の熱
交換器７．９で冷却する。これら低温部を容器１５内に
納め、内部を真空断熱している。

第１．第２圧縮機２，５は通常ガス圧縮過程で潤滑油を
冷却剤としてガス中に注入するため、圧縮後のガス中に
は、濃度０　、１　ｐｐｓ＋程度の油が残存する。膨張
機内のガスの流れは、周期的に同一流路（膨張機内に組
込んだ蓄冷器と膨張室）内を出入するので、膨張機内の
ガスと伴に流入した油は、流入時に常温から極低温度ま
での温度分布をもった膨張機内で凝縮して析出するが、
万々膨張後のガス流出時、飽和温度−飽和圧力の関係に
従って、析出した油は気化しガスと伴に膨張機外に流出
する。すなわち、膨張機内に油が蓄積し続けることはな
く、膨張機は支障なく長時間運転することができる。

しかし、Ｊバエ゛回路では、第２圧縮機５を出たガスヘ
リウムは１回路内を一方のみ濶動するため温度が下がる
に従ってガス中の油が熱交換器内に析出し続け、熱交換
器の性能が劣化して温度が下がらなくなったり、Ｊパｒ
弁内オリフィスに析出して閉塞する等のトラブル生じて
いた。この種のトラブルは、同じ理由で曲以外の不純物
、例えば、水分や空気によっても生じる。

また、Ｊ−Ｔ回路には、ガスヘリウムを低温冷却するた
めに、多くの熱交換器が必要である。特に、熱交換器６
は、温度３００にの常温のガスヘリウムを温度約６０Ｋ
まで冷却するので、温度差が２４０にと大きくサイズの
大きな熱交換器となり、冷凍機の小形化、低価格化に支
障をきたしていた。

本発明の目的、Ｊ−Ｔ回路内が不純物で閉塞しない信頼
性の高い、かつ、小型、低価格な小形ヘリウム冷凍機を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、膨張機の低温
部から膨張回路の一部のガスヘリウムを膨張機外に取り
出し、これを、Ｊ・１゛回路の高圧。

低温部に導く・この高圧、低温のガスヘリウムを、Ｊパ
ｒ弁で膨張させて極低温で所定の冷凍能力を発生する。

膨張後のガスヘリウムは、前記のＪ・Ｔ弁流入前のガス
ヘリウムを冷却し、熱シールド板等を冷却した後、圧縮
機に戻し、加圧して膨張機回路に供給する様にした。

〔作用〕

Ｊ−Ｔ回路高圧・低温のガスヘリウムを膨張機内の低湿
部より供給するため、このガスヘリウムは膨張機内で十
分低温精製されて油、水分、空気等の不純物の無い高純
度のガスである。これによって、Ｊ−Ｔ弁が低温凝固し
た不純物で閉塞することがなく、長時間安定に冷凍運転
することができる。また、前記供給部の温度は、十分低
温域であるため、低温のガスヘリウム供給できる。した
がって、この温度域まで冷却するのに必要であった熱交
換器は、不要となり装置を小形できるとともに、装Ｎｉ
ｌ造コストを小さくできる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。蓄冷
式の膨張機１に流入した圧力約２１気圧の高圧ガスヘリ
ウムは、往復運動するディスプレーサ１６内の銅の全鋼
等の第１？９冷材で冷却されながら温度約３５にの第１
膨張室１７に流入し、残りは、鉛等の第２蓄冷材１８で
さらに低温に冷却されて、温度約１２にの第２の膨張１
９に流入する。ここで、各膨張室内のガスは圧力約７気
圧まで膨張し、寒冷を発生しながら、流入して来た道程
を逆流し、各蓄冷材を冷却し、第１圧縮機２に戻る。い
っぽう、第２＊張機室１９内の圧力が２１〜７気圧の範
囲にある高圧、低温の高純度ガスヘリウムの一部を取り
出し、熱交換器１０でさらに温度約５．６　Ｋまで冷却
し、Ｊ−Ｔ弁１１に流入させる。Ｊ−Ｔ弁でさらに約１
気圧まで膨張し、ヘリウムの液化温度約４．２　Ｋまで
温度は下がり、ガス一部が液化する。熱交換器１２で被
冷却体を冷却したのち、熱交換器１０に流入し、高圧ガ
スヘリウム冷却し、その後、熱交換器２０゜２１でそれ
ぞれ、第２シールド板１４．第１シールド板１３を冷却
し、第２圧縮機５に戻る。ここで、ガスは約６気圧まで
圧縮されて、第１圧縮機２内に流入する。

本実施例によれば、膨張機の低温の膨張室とＪ・Ｔ弁と
を連通しているので、低温運転状態では常に高純精度の
ガスヘリウムがＪ−Ｔ弁に供給され、この間に配置され
た熱交換器１０の伝熱面を不純度で汚染することなく、
また、Ｊ−Ｔ弁を不純物で閉塞することがなく、常に安
定した極低温の寒冷を、Ｊ−Ｔ弁で発生できる効果があ
る。また、膨張機から低温の高圧ガスヘリウムをＪ・１
゛回路の高圧回路に、直接供給するので、常温から膨張
機膨張機室の温度までの熱交換器を必要としないので、
装置の容器を小形化でき、かつ、低コストで製作できる
効果がある。なお、本実施例では、第２膨張室のガスヘ
リウムを熱交換器１０の高圧側に供給したが、第１膨張
室から供給しても、同様な効果が生じ、また、熱交換器
１０を無くシて、第２膨張室から直接Ｊ−Ｔ弁にガスヘ
リウムを供給しても、同様な効果が生じる。

また、本実施例では、Ｊ−Ｔ弁と第２膨張室とを離して
配置したが、膨張室の壁内にＪ−Ｔ弁と同等の機能を有
したオリフィス孔を内蔵させても同等の効果を生じる。

また、膨張機に関しても、ギフオード・マクスホン・ツ
ルベイ、逆スターリング、ビルマイヤーパルスチューブ
、クロードサイクル等によるガスの膨張で寒冷を発生す
る手段であれば、すべて適用可能である。

また、Ｊ・′ｒ弁及び熱交換器１０を設けない場合でも
、熱交換器１２を、膨張機１の第２のｐｌ！３張室１９
の温度レベルに冷却できる。これは、膨張機１と熱交換
器１２をどうしても離したい場合に有効で効果がある。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、Ｊ・Ｔ弁回路
に、高純度の高圧・低温のガスヘリウムを供給できるの
で、Ｊ−Ｔ回路を長時間安定に運転できるとともに、Ｊ
・１゛回路の熱交換器の数を少なくできるので、装置を
小形化でき、かつ、低コストで製作できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例になる小形ヘリウム冷凍機の構
造を説明する冷凍機の断面図、第２図は従来の冷凍機の
構造断面図である。 １・・・膨張機、１９・・・第２膨張室、１１・・・Ｊ
−Ｔ弁。 代理人　弁理士　小用勝′Ｋ）、 し 第　１　口 ／２ ／／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高圧ガスを膨張させて寒冷を発生する第１寒冷発生
   手段と、前記第１寒冷発生手段の寒冷で冷却した高圧ガ
   スで被冷却体を冷却する冷凍機において、前記第１寒冷
   発生手段の低温部から前記高圧ガスの１部を低温配管で
   前記第１寒冷発生手段外に導き、前記被冷却体を冷却し
   た後、低温配管を前記第１寒冷発生手段内を通らずに、
   常温度域に連通したことを特徴とする冷凍機。 ２、前記低温配管の途中に第２寒冷発生手段を設けたこ
   とを特徴とする請求項１記載の冷凍機。