JPH047492Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は高圧ヘリウムガスを冷却媒体として使
用し、極低温温度において寒冷を発生する蓄冷器
式冷凍機の改良に関するものである。

［従来の技術］ 従来から冷凍機の１つとして、高圧ヘリウムガ
ス等を冷却媒体として使用する蓄冷器式冷凍機が
多く採用されてきている。

第４図は、この種のギフオード・マクマホン式
の蓄冷器式冷凍機の概略構成例を断面図にて示し
たものである。第４図において、１は冷却媒体と
しての高圧ヘリウムガスを供給する圧縮機、２は
高圧ヘリウムガス配管、３は低圧ヘリウムガス配
管、４，５はそれぞれ高圧ヘリウムガス配管２，
低圧ヘリウムガス配管３とのコネクタ、６はモー
タハウジング、７はモータ、８はモータ軸、９は
ヘリウムガスを制御する制御バルブ、１０はモー
タハウジング６を支持する支持台、１１はヘリウ
ムガスの流れを制御バルブ９と組合わせて制御す
る制御ブロツク、１２，１３はヘリウムガスの通
路、１４はシール、１５はデイスプレーサの往復
動を制御するサブピストン、１６はシール、１７
はヘリウムガスの通路、１８は第一段デイスプレ
ーサ、１９は第一段蓄冷器であり通常銅製の金網
を重ねたもの等が使用される。また、２０は第一
段シリンダ、２１はヘリウムガスの通路、２２は
第一段寒冷発生区間、２３は被冷却物を取付ける
第一段ヒートステーシヨン、２４はシール、２５
は第二段シリンダ、２６は第二段蓄冷器であり通
常直径１mm以下の鉛球等が充填されている。さら
に、２７は第二段デイスプレーサ、２８はヘリウ
ムガスの通路、２９は被冷却物を取付ける第二段
ヒートステーシヨン、３０は第二段寒冷発生区
間、３１はサブピストン１５を駆動するためのヘ
リウムガス空間である。

かかる構成の蓄冷器式冷凍機において、圧縮機
１で高圧化された常温のヘリウムガスは、高圧ヘ
リウムガス配管２，コネクタ４を通つてモータハ
ウジング６内部に入る。一方、モータ７の回転に
伴いロータリ式の制御バルブ９と制御ブロツク１
１とによつて高圧ヘリウムガスの通路が、および
サブピストン１５によつてデイスプレーサの動き
が夫々制御される。また、上記高圧ヘリウムガス
はヘリウムガスの通路１３，１７を通つて第一段
蓄冷器１９で冷却され、ヘリウムガスの通路２１
を通つて一部は第一段寒冷発生区間２２に貯えら
れる。さらに、残りの高圧ヘリウムガスは第二段
蓄冷器２６を通つて更に冷却され、ヘリウムガス
の通路２８を通つて第二段寒冷発生区間３０に貯
えられる。

第４図は、各デイスプレーサ１８，２７が最上
部に位置する場合であり、第一段寒冷発生区間２
２と第二段寒冷発生区間３０には、高圧で極低温
のヘリウムガスが貯えられた状態である。ここ
で、モータ７の回転によつて制御バルブ９が回転
し、夫々の寒冷発生区間２２，３０は圧縮機１の
低圧ヘリウムガス配管３と連なる。その結果、
夫々の寒冷発生区間２２，３０のヘリウムガスは
断熱膨張を行ない、さらに低温となつて寒冷を発
生する。その後、夫々の寒冷発生区間２２，３０
にある低圧ヘリウムガスの寒冷を第一段蓄冷器１
９，第二段蓄冷器２６で回収するために、第一段
デイスプレーサ１８，第二段デイスプレーサ２７
はサブピストン１５の働きによつて下降する。さ
らに、高圧のヘリウムガスを第一段寒冷発生区間
２２，第二段寒冷発生区間３０に導入するため
に、第一段デイスプレーサ１８，第二段デイスプ
レーサ２７は上昇して第４図の状態に戻る。以上
のようなサイクルを繰返すことによつて、冷凍機
は間欠的に低温を発生することができる。

［考案が解決しようとする問題点］ ところで、前述したような蓄冷器式冷凍機にお
いて、第二段蓄冷器２６の蓄冷材に使用されてい
る蓄冷材（鉛，銅，ニツケル等）は、温度10^K以
下の極低温になると第５図に示すように、熱容量
すなわち比熱が小さくなつて第二段蓄冷器２６の
性能が低下し、結果的に蓄冷器式冷凍機の性能が
低下するという問題がある。従つて、かかる不具
合を防止するために第二段蓄冷器２６を大きくす
る、換言すれば蓄冷材を多く使用して蓄冷器２６
の熱容量を増大するようにすればよいが、このよ
うにすると蓄冷器２６の容積および重量が増加す
るばかりでなくコストも高くなり、結果的に蓄冷
器式冷凍機の容積および重量が増加しコストも高
いものになるという問題がある。また、蓄冷材は
直径が１mm以下であることから、その製造方法
（予め決められた直径にする）等が非常に困難で
あり、冷凍機のコストが一層高くなるという問題
がある。

そこで、本考案は上記のような問題点を解決す
るために成されたもので、その目的は蓄冷器の容
積および重量を低減すると共にコストを低下させ
つつ蓄冷器の性能を向上させ、もつて冷凍機の性
能を向上させつつその容積、重量ならびにコスト
の低減を図ることが可能な極めて製造が容易で信
頼性の高い蓄冷器式冷凍機を提供することにあ
る。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために本考案では、高圧
ヘリウムガスを冷却媒体として使用する蓄冷器式
冷凍機において、低温側が10^K以下となる蓄冷器
を内蔵するデイスプレーサを、FRP製の薄い多
孔蓄冷板と鉛製の薄い多孔蓄冷板とをそれぞれ交
互に重ね合わせて接着した積層板形デイスプレー
サとするようにしたことを特徴とする。

［作用］ 上述した構成の蓄冷器式冷凍機において、低温
側が10^K以下となる蓄冷器を内蔵するデイスプレ
ーサを、FRP製の薄い多孔蓄冷板と鉛製の薄い
多孔蓄冷板とをそれぞれ交互に重ね合わせて接着
した積層板形デイスプレーサとするようにしてい
ることから、蓄冷器高温側では、第５図に示すよ
うに比熱の大きい鉛製の薄い多孔蓄冷板が、主と
して蓄冷材としての役割を果たし、蓄冷器低温側
の10^k以下の温度領域においては、鉛製の薄い多
孔蓄冷板と、鉛とほぼ同等の比熱を有するFRP
製の薄い多孔蓄冷板との両方が、蓄冷材としての
役割を果たすため、10^k以下の温度領域でも、従
来の蓄冷器に比べて遜色にない性能を保有するこ
とができることになる。

従つて、本考案では、低温側が10^k以下となる
蓄冷器を内蔵するデイスプレーサとして、FRP
製の薄い多孔蓄冷板と、従来使用されている鉛を
用いた薄い多孔蓄冷板とをそれぞれ交互に重ね合
わせて、エポキシ系接着剤等の接着剤で接着した
積層板形デイスプレーサを使用しようとするもの
である。

［実施例］ 以下、上述のような考え方に基づく本考案の一
実施例について図面を参照して説明する。

第１図は、本考案による蓄冷器式冷凍機の構成
例を断面図にて示すものであり、第４図と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略し、ここ
では異なる部分についてのみ述べる。第１図にお
いて、３２はFRP製の薄い多孔蓄冷板と、鉛製
の薄い多孔蓄冷板とをそれぞれ交互に多数枚重ね
合わせてエポキシ系接着剤で接着して製作した、
第二段デイスプレーサとしての積層板形デイスプ
レーサである。また、３３は前述した第一段デイ
スプレーサ１８と、上述の積層板形デイスプレー
サ３２とを互いに結合するためのジヨイントであ
る。

第２図は、上述した積層板形デイスプレーサ３
２の構成例を分解斜視図にて示すものである。第
２図において、３４は鉛製の薄い多孔蓄冷板であ
り、周辺部は接着のため孔は施工されていない。
また、３５はFRP製の薄い多孔蓄冷板であり、
周辺部は接着のため孔は施工されていない。さら
に、３６はエポキシ系接着剤であり、鉛製の薄い
多孔蓄冷板３４とFRP製の薄い多孔蓄冷板３５
の円周上をそれぞれ交互に接着し、積層板形デイ
スプレーサ３２を形成した場合にデイスプレーサ
内部の高圧ヘリウムガスがデイスプレーサ外部に
漏れないように、充分に接着固化する役目を有し
ている。

第３図は、上述した積層板形デイスプレーサ３
２の構成例を斜視図にて示すものである。第３図
に示すように、鉛製の薄い多孔蓄冷板３４と
FRP製の薄い多孔蓄冷板３５とを、交互にエポ
キシ系接着剤３６で接着・固化したものであり、
その外周部は前述した第二段シリンダ２５の内部
に収まるように機械加工されている。なお、３７
は前述したシール２４を装着するためのシール溝
である。

かかる構成の蓄冷器式冷凍機において、第一段
蓄冷器１９からヘリウムガスの通路２１を通り、
第一段寒冷発生区間２２を通つてきた高圧ヘリウ
ムガスは、第二段デイスプレーサとしての積層板
形デイスプレーサ３２に入る。この時、積層形デ
イスプレーサ３２の上部端面が全て入口となつて
おり、前述した第４図のようにヘリウムガスの通
路２１がないため、積層形デイスプレーサ３２の
内部でが偏流が発生しない。次に第二段寒冷発生
区間３０で寒冷を発生した低圧ヘリウムガスは、
第二段デイスプレーサとしての積層形デイスプレ
ーサ３２に入る。この時も、積層形デイスプレー
サ３２の入口部は全面が入口となつており、ヘリ
ウムガスの偏流は発生しない。次に、積層形デイ
スプレーサ３２で蓄冷したヘリウムガスは、第一
段蓄冷器１９でさらに蓄冷した後に圧縮機１に戻
ることになる。

上述したように本実施例による蓄冷器式冷凍機
においては、次のような作用効果が得られるもの
である。

(a) 蓄冷材として、従来のような直径１mm以下の
球の代わりに薄い多孔板を使用しているので、
蓄冷材の製造が極めて容易となりコストダウン
を図ることができる。

(b) デイスプレーサの入口部，出口部にヘリウム
ガスの通路を必要としないので、その分だけデ
イスプレーサを小形でしかもコンパクトなもの
とすることができる。

(c) 使用している多孔板が、入口部，出口部と兼
用できるので、ヘリウムガスの偏流が発生せず
蓄冷器の性能を向上させることができる。

(d) 温度10^K以下でも蓄冷能力が低下しないので、
蓄冷器の性能を向上させることができる。

尚、本考案は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施すること
ができるものである。

上述した第１図の実施例では、本考案を蓄冷器
式冷凍機に適用した場合を述べたが、これに限ら
れることなく例えば蓄冷器を使用した極低温機器
についても本考案を同様に適用することができる
ものである。

その他、本考案はその要旨を変更しない範囲
で、種々に変形して実施することができるもので
ある。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案によれば、高圧ヘリ
ウムガスを冷却媒体として使用する蓄冷器式冷凍
機において、低温側が10^K以下となる蓄冷器を内
蔵するデイスプレーサを、FRP製の薄い多孔蓄
冷板と鉛製の薄い多孔蓄冷板とをそれぞれ交互に
重ね合わせて接着した積層板形デイスプレーサと
するようにしたので、蓄冷器の容積及び重量を低
減すると共にコストを低下させつつ蓄冷器の性能
を向上させ、もつて冷凍機の性能を向上させつつ
その容積、重量ならびにコストの低減を図ること
が可能な極めて製造が容易で信頼性の高い蓄冷器
式冷凍機が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面構成図、
第２図は同実施例における積層板形デイスプレー
サを示す分解斜視図、第３図は同実施例における
積層板形デイスプレーサの構成例を示す斜視図、
第４図は従来の蓄冷器式冷凍機を示す断面構成
図、第５図はFRP（Ｇ−10），鉛，ヘリウムガス
の比熱の比較図である。 １……圧縮機、２……高圧ヘリウムガス配管、
３……低圧ヘリウムガス配管、４，５……高圧ヘ
リウムガス配管２，低圧ヘリウムガス配管３との
コネクタ、６……モータハウジング、７……モー
タ、８……モータ軸、９……制御バルブ、１０…
…支持台、１１……制御ブロツク、１２，１３…
…ヘリウムガスの通路、１４……シール、１５…
…サブピストン、１６……シール、１７……ヘリ
ウムガスの通路、１８……第一段デイスプレー
サ、１９……第一段蓄冷器、２０……第一段シリ
ンダ、２１……ヘリウムガスの通路、２２……第
一段寒冷発生区間、２３……第一段ヒートステー
シヨン、２４……シール、２５……第二段シリン
ダ、２６……第二段蓄冷器、２７……第二段デイ
スプレーサ、２８……ヘリウムガスの通路、２９
……第二段ヒートステーシヨン、３０……第二段
寒冷発生区間、３１……ヘリウムガス空間、３２
……積層板形デイスプレーサ、３３……ジヨイン
ト、３４……鉛製の薄い多孔蓄冷板、３５……
FRP製の薄い多孔蓄冷板、３６……エポキシ系
接着剤、３７……シール溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 高圧ヘリウムガスを冷却媒体として使用する蓄
   冷器式冷凍機において、低温側が10^K以下となる
   蓄冷器を内蔵するデイスプレーサを、FRP製の
   薄い多孔蓄冷板と鉛製の薄い多孔蓄冷板とをそれ
   ぞれ交互に重ね合わせて接着した積層板形デイス
   プレーサとするようにしたことを特徴とする蓄冷
   器式冷凍機。