JPH04192B2 - - Google Patents

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、大気圧近傍の作動ガス圧で作動し、
放熱器を他の冷凍機や低温冷媒で冷却し、極低温
で冷凍を発生する、低温領域の冷凍機（例えばス
ターリングサイクル冷凍機、ギホード・マクマホ
ンサイクル冷凍機等）の予冷回路に関するもので
ある。

（従来の技術） 従来のこの種の冷凍機の予冷方法の一例として
米国特許第4335579号公報に開示されたものが有
る。すなわち、第５図に示すように、高温領域の
冷凍機は２つの温度領域で冷凍出力を発生し、高
温側の冷凍部８には熱伝導率の高い部材２４が組
み付けられ、該部材２４は、低温領域の冷凍機の
シリンダー１５，１６の表面と熱的に接続してい
る。こうして、該低温領域の冷凍機が運転開始か
ら定常状態に到るまでの、予冷時において、前記
高温領域の冷凍機の高温側・冷凍部８で発生する
冷凍出力により、低温領域の冷凍機のシリンダー
１５，１６は急冷され、該低温領域の冷凍機の予
冷時間は短縮される。該低温領域の冷凍機が定常
状態に有る時、部材２４はサーマルアンカーとし
て働き、該冷凍部８で発生する冷凍出力は前記シ
リンダー１５，１６を伝わる常温からの侵入熱を
取り除く作用をする。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前記のシリンダー壁を他の冷凍機で
冷やすという予冷方法では、低温領域の冷凍機の
蓄冷器や膨脹空間を急冷して、予冷時間を短縮す
ることができないという欠点が有る。

すなわち、高温領域の冷凍出力で、低温領域の
放熱器２１ａを冷却し、冷温領域の冷凍機を運転
すると、膨脹空間２０で作動ガスの膨脹仕事によ
り発生する冷凍出力により、蓄冷器は冷却されて
行くが、該低温領域冷凍機の作動ガス圧が大気圧
付近に限られると、冷凍出力が小さく冷却時間は
長くなる。更に該蓄冷器１９は作動ガスと蓄冷材
との間の熱交換器として作用するので、放熱部で
高温領域の冷凍機で冷却された作動ガスは、蓄冷
器の低温側あるいは膨脹空間を予冷する効果を持
たない。

本発明は、かかる不具合のない予冷方法を提供
することを技術的課題とするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記技術的課題を解決する為に、本発明におい
て講じた技術的手段は、圧縮空間、膨張空間並び
に両空間の間に介設された放熱器及び蓄冷器を備
え、放熱器を他の冷凍機の冷媒もしくは低温冷媒
で冷却する冷凍機において、圧縮空間と前記膨張
空間との間に、放熱器及び前記蓄冷器とは平行
に、冷凍機の予冷時にのみ開く開閉弁と膨張空間
から圧縮空間へのみ作動ガスの流れを許容する一
方向弁を介設したことである。

（作用） 上記技術的手段の作用は次のとおりである。

すなわち、予冷時においては高温部と低温部を
連通する配管に配置した開閉弁を開け、一方向弁
は低温部から高温部に作動ガスが流れる時開くよ
うに設置する。

低温領域の冷凍機の圧縮空間から膨脹空間へ作
動ガスが移動する半周期においては、作動ガスは
全て放熱器を通過し、この際、高温領域の冷凍機
の冷凍により冷却され、この冷やされた作動ガス
は蓄冷材を冷やし、作動ガス自身は蓄冷材から熱
を得て昇温し膨脹空間に至る。次に膨脹空間から
圧縮空間へ作動ガスが移動する半周期において
は、高温部と低温部を連通する配管に配置した、
一方向弁は開状態となるので、一部の作動ガスは
該予冷回路を通り直接高温部（例えば圧縮空間
等）へ流れ込む。残りの作動ガスは蓄冷器を通過
するがこの時、前の半周期で作動ガスから蓄冷材
に移動した冷凍を回収し、放熱器を経て圧縮空間
に流れ込む。こうして、低温部から高温部へ作動
ガスが移動する半周期において、予冷回路を通過
する作動ガス量が、蓄冷器を通るガス量に比して
多い程蓄冷器を通過する作動ガスの往復流量が不
均衡となり、蓄冷材はすみやかに放熱器を流出し
た作動ガスの温度まで冷却される。逆に、蓄冷器
を通過する作動ガスの往復流量が等しくなる程蓄
冷材と作動ガスとの間で各半周期更に受授される
熱量は等しくなり、蓄冷材は冷却されない。

蓄冷材及び膨脹空間の温度が、放熱器を流れる
高温領域冷凍機の作動ガス温度あるいは、低温冷
媒の温度に近づき、予冷が終了した時には、予冷
回路に設けた開閉弁を閉じ、低温領域冷凍機の高
温部から低温部への作動ガスの移動に伴うヒート
リークが起きないようにする。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図に
基づいて説明する。

第１図において、圧縮空間１０１、放熱器１０
２、蓄冷器１０３、膨脹空間１０４を順次連通せ
しめた作動空間と平行に、圧縮空間１０１と膨脹
空間１０４を短絡した予冷回路１０５を設ける。
更に該予冷回路１０５には、圧縮空間１０１にで
きる限り近い位置に開閉弁１０６を、続いて該開
閉弁１０６にできる限り近い位置に一方向弁１０
７を配置し、膨脹空間１０４にできる限り近い位
置には開閉弁１０６ａを配置する。該一方向弁１
０７は膨脹空間１０４から圧縮空間１０１に向つ
て作動ガスが流れる時開き、逆に、圧縮空間１０
１から、膨脹空間１０４に向つて作動ガスが流れ
る時閉じる向きにする。

予冷開始時、予冷回路１０５内の２箇の開閉弁
１０６，１０６ａを開にする。作動ガスが圧縮空
間１０１から膨脹空間１０４に向つて流れる半周
期においては、予冷回路１０５内の一方向弁１０
７は閉じているので、圧縮空間１０１内の作動ガ
スは全て放熱部１０２を通過し、ここで冷媒配管
１０８を流れている冷媒の温度付近まで冷却され
る。冷却された作動ガスは、蓄冷器１０３を通過
する際蓄冷器に冷凍を与え、自身は昇温して膨脹
空間１０４に流入する。（作動ガス圧が大気圧近
傍で膨脹仕事が小さい時、該膨脹空間１０４で膨
脹仕事による作動ガス温度の降下はわずかであ
る。） 次に、膨脹空間１０４から圧縮空間１０１に向
つて作動ガスが流れる半周期には、予冷回路１０
５内の一方向弁１０７は導通状態となり、膨脹空
間１０４内の作動ガスは蓄冷器１０３から、放熱
部１０２を経て圧縮空間１０１に流れる部分と、
予冷回路１０５を通り直接圧縮空間１０１に流れ
る部分に分けられる。こうして（作用）の項で述
べた如く、蓄冷器１０３を往復する作動ガス量が
不均衡となり、予冷効果を発揮する。予冷終了後
は２箇所の開閉弁１０６，１０６ａを閉じ、予冷
回路１０５を付け加えた事による死容積の増加や
熱侵入の増加を最小にする。

開閉弁が圧縮空間１０１あるいは膨脹空間１０
４に近づけて配置できない時は、第２図で示すよ
うに一方向弁１０９，１０９ａを圧縮空間１０１
及び膨脹空間１０４にできる限り近づけて配置
し、開閉弁１１０を膨脹空間１０４に近接する一
方向１０９ａの膨脹空間１０４側にできるだけ近
づけて配置しても良い。

膨脹空間が２箇以上の所謂る多段膨脹の低温領
域、冷凍機の場合予冷回路は、基本的に第１図及
び第２図で示した１段膨脹の時と同じである。２
段膨脹の予冷回路を第３図及び第４図に示す。開
閉弁が圧縮空間１０１及び２箇の膨脹空間１０４
ａ，１０４ｂに近接して配置できる時、予冷回路
は第３図で示される。すなわち、第１図と同様圧
縮空間１０１と第１膨脹空間１０４ａ及び圧縮空
間１０１と第２膨脹空間１０４ｂをそれぞれ短絡
する予冷回路１０５ａ，１０５を設け、該回路内
に圧縮空間１０１及び２箇の膨脹空間１０４ａ，
１９４ｂにそれぞれできる限り近づけて３箇の開
閉弁１０６，１０６ａ，１０６ｂを配し、更にそ
れぞれの予冷回路の内で、開閉弁１０６にできる
限り近い所に一方向弁１０７，１０７ａを設け
る。これらの一方向弁は作動ガスが各膨脹空間１
０４ｂ，１０４ａから圧縮空間１０１に流れる時
導通し、圧縮空間１０１から各膨脹空間１０４
ｂ，１０４ａに流れようにする時閉じる。予冷開
始時３箇の開閉弁を導通させておくと、圧縮空間
１０１から各膨脹空間１０４ａ，１９４ｂへ作動
ガスが流れる半周期には、一方向弁１０７，１０
７ａは閉じているので全ての作動ガスは放熱器１
０２及び第１蓄冷器１０３ａを通過する。ところ
が各膨脹空間１０４ａ，１０４ｂから圧縮空間１
０１へ作動ガスが流れる次の半周期には、２箇の
一方向弁は導通するので、予冷回路１０５，１０
５ａを通つて作動ガスの一部は各膨脹空間１０４
ａ，１０４ｂから直接圧縮空間１０１に流れ込
み、各蓄冷器１０３ａ，１０３ｂを往復する作動
ガスの量は不均衡となり、予冷効果を発揮する。

この予冷回路を簡便にするために、予冷時間は
多少長くなるが第１膨脹空間１０４ａと圧縮空間
１０１を短絡する回路１０５ａを取り除いても良
い。

空間配置として、開閉弁が圧縮空間１０１及び
膨脹空間１０４ａ，１０４ｂの近くに置けない時
は、第４図に示すように、一方向弁１０９，１０
９ｂ，１０９ａを圧縮空間１０１及び第１膨脹空
間１０４ａ、第２膨脹空間１０４ｂにできる限り
近づけて配置しても良い。この時２箇の一方向弁
１０６ｂ，１０６ａにできる限り近い場所に開閉
弁１１０ａ，１１０を設ける。予冷回路を簡便に
するために、予冷時間は多少長くなるが、第１膨
脹空間１０４ａと圧縮空間１０１を短絡する回路
１０５ｂを取り除いても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、冷凍機の予冷時において、冷媒が膨
脹空間で発生する冷凍温度は蓄冷器温度よりも高
いが、その冷媒の多くは蓄冷器を流れることな
く、予冷時にのみ開く開閉弁及び一方向弁を介し
て直接的に圧縮空間へと流れる。従つて、このと
き膨脹空間から圧縮空間へと向かう冷媒は蓄冷器
をあまり加熱しないので、冷凍機の予冷時間が短
縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る予冷回路の実施例のう
ち、１段膨脹で、開閉弁が圧縮空間及び膨脹空間
に近接して配置できる場合を示す概念図、第２図
は本発明に係る予冷回路の実施例のうち、１段膨
脹で開閉弁が圧縮空間及び膨脹空間に近接して配
置できない場合を示す概念図、第３図は、本発明
に係る予冷回路の実施例のうち、２段膨脹で開閉
弁が圧縮空間及び２箇の膨脹空間に近接して配置
できる場合を示す概念図、第４図は、本発明に係
る予冷回路の実施例のうち、２段膨脹で開閉弁が
圧縮空間及び２箇の膨脹空間に近接して配置でき
ない場合を示す概念図、及び第５図は、従来の予
冷回路を使用した冷凍機の断面図である。 １０１……圧縮空間、１０２……放熱部、１０
３……蓄冷器、１０４……膨脹空間、１０５……
予冷回路、１０６……開閉弁、１０７……一方向
弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮空間、膨張空間並びに前記両空間の間に
   介設された放熱器及び蓄冷器を備え、前記放熱器
   を他の冷凍機の冷媒もしくは低温冷媒で冷却する
   冷凍機において、 前記圧縮空間と前記膨張空間との間に、前記放
   熱器及び前記蓄冷器とは平行に、前記冷凍機の予
   冷時にのみ開く開閉弁と前記膨張空間から前記圧
   縮空間へのみ作動ガスの流れを許容する一方向弁
   を介設してなる、冷凍機の予冷回路。