JPH0481096B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、低温領域の冷凍機、又は高温領域と
低温領域の２系統の冷凍機からなり低温を発生す
るための低温装置に関する。

本発明は、圧縮空間、冷却器、蓄冷器及び膨張
空間より構成される１箇の低温領域冷凍機又は、
圧縮空間、冷却器、蓄冷器、熱交換器及び膨張空
間より構成される複数箇の低温領域冷凍機である
スターリングサイクル冷凍機、ブルミヤサイクル
冷凍機、ギフオードサイクル冷凍機、ギフオード
マクマホンサイクル冷凍機等と、高温領域冷凍機
であるスターリングサイクル冷凍機、ギフオード
マクマホンサイクル冷凍機、ソルベイサイクル冷
凍機、ブルミヤサイクル冷凍機、クロードサイク
ル冷凍機等を組み合せ、略5K以下の温度の冷凍
を発生せしめる冷凍装置に利用できるもので、こ
の冷凍装置は、液体ヘリウムで冷却された超伝導
磁石を収納しているクライオスタツトに取り付
け、クライオスタツトに侵入する熱によつて蒸発
するヘリウム蒸気を再び液化せしめ、クライオス
タツト内の液体ヘリウムの量を常に一定に保持せ
しめる冷却装置等に利用される。

（従来の技術） 従来、低温装置としては、米国特許第4335579
号明細書に示される低温装置が既に知られてい
る。このものは、第２図に示される如く、動力源
１０１によつて回転されるクランクシヤフト１０
２、該クランクシヤフト１０２によつて摺動され
るピストン１０３、膨張空間１０４，１０５及び
低温部１０６，１０７を有する高温領域の冷凍機
と、動力源１０８によつて回転されるクランクシ
ヤフト１０９、該クランクシヤフト１０９によつ
て摺動されるピストン１１０，１１１、圧縮空間
１１２、膨張空間１１３、放熱部１１４及び蓄冷
器１１５を有する低温領域の冷凍機を備えてい
る。放熱部１１４は、低温部１０７と熱的に結合
され、低温領域の冷凍機の圧縮空間１１２で発生
する動作ガスの圧縮熱が低温部１０７で吸熱され
るようになつている。又、低温領域の冷凍機の圧
縮シリンダ１１６及び膨張シリンダ１１７は、低
温部１０６と予冷板１１８を介して熱的に結合さ
れ、常温部から圧縮空間１１２及び膨張空間１１
３に流入する熱を減少させている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この従来の低温装置では、圧縮シリン
ダ１１６及び膨張シリンダ１１７を高温領域の冷
凍機の低温部１０６で予冷板１１８を介して冷却
しているにもかかわらず、例えば圧縮空間１１２
の温度が10Kレベル、膨張空間１１３の温度が
4Kレベルの時、低温部１０６の温度が20Kレベ
ルで、典型的な値として、圧縮空間１１２に数ワ
ツト、膨張空間１１３に0.5ワツト程度の熱侵入
が存在する。このため、装置全体の効率が劣化
し、低温領域の冷凍機の膨張空間１１３で同一の
冷凍出力を得るには、低温装置全体に大きな入力
が必要となり、装置が大型化し、重量も増大する
欠点がある。これは、低温領域の冷凍機の圧縮空
間１１２及び膨張空間１１３が、シリンダ１１
６，１１７内に摺動配置されるピストン１１１，
１１０によつて形成されているため、ピストンと
シリンダ間に形成されピストンの摺動を許容する
ための間隙に動作ガスが侵入し、この動作ガスが
常温部から運ぶ熱、及びピストンを伝わる熱を充
分小さくできないためである。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解
決し、常温部からの熱侵入を低減させて冷凍効率
を向上させることができる低温装置を提供するこ
とを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、圧縮空
間、膨張空間、放熱器、蓄冷器よりなる低温領域
の冷凍機において、圧縮空間及び膨張空間のうち
の１個以上の該空間を伸縮するベローズによつて
形成し、該ベローズの一端を真空容器内に設けた
連結部材に接続せしめ、該連結部材の他端を、一
端が該真空容器に気密固定された低温側伸縮部材
に気密に接続し、更に動力源と連結した連結棒に
連結したことを特徴とする低温領域の冷凍機を要
旨とするものである。

また、他の本発明は、圧縮空間、膨張空間、放
熱器、蓄冷器よりなる高温領域の冷凍機と、圧縮
空間、膨張空間、放熱器、蓄冷器よりなる低温領
域の冷凍機とからなる低温装置において、前記低
温領域の冷凍機を上記構成にし、かつ、高温領域
の冷凍機として、その膨張空間を低温領域の冷凍
機の放熱器に接続して、該膨張空間で発生した冷
凍で該低温領域の冷凍機の放熱器を流れる作動ガ
スを冷却するように構成したことを特徴とする低
温装置を要旨とするものである。

本発明の低温装置の構成は上記の如くであるの
で、圧縮空間乃至は膨張空間内の動作ガスが、ベ
ローズによつてその内部に保持され、常温部から
隔離されるので、動作ガスによる常温部からの熱
侵入を効果的に低減することができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の一実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す図であり、同
図に示す低温装置は、低温領域の冷凍機１０と高
温領域の冷凍機１１よりなる。高温領域の冷凍機
１１は、モーター等の動力源に連結されるクラン
クシヤフト（図示せず）と連動されるピストン１
２，１３、シリンダ１４，１５内にピストン１
２，１３によつて夫々形成される圧縮空間１６と
膨張空間１７、放熱部１８及び蓄冷器１９を有す
る。一方、低温領域の冷凍機１０は、モーター等
の動力源に連結されるクランクシヤフト（図示せ
ず）等と連動されるロツド状の連結部材２０，２
１を有し、この連結部材２０，２１の下端には、
その内部に膨張空間２２と圧縮空間２３を夫々形
成するベローズ２４，２５が固定されている。ベ
ローズ２４，２５の他端は、支持円筒２６，２７
に夫々固着されている。上記連結部材２０，２１
及び支持円筒２６，２７は熱伝導性の小さな部材
により形成される。

圧縮空間２３と膨張空間２２との間は、放熱部
２８及び蓄冷器２９によつて連通している。放熱
部２８には、高温領域の冷凍機１１の低温動作ガ
スが出入りできる流路３０を設ける。連結部材２
０及び２１の上端は夫々クランクシヤフト等に連
結されて往復運動する連結棒３１及び３２にベロ
ーズ、ダイヤフラム等の伸縮部材３３及び３４を
介して固定し、これらの伸縮部材３３，３４の一
端を真空容器３５に取り付けている。

（作用） 圧縮空間２３、放熱部２８、蓄冷器２９及び膨
張空間２２によつて構成される低温領域の冷凍機
１０の圧縮空間２３及び膨張空間２２の容積は、
動力源、クランクシヤフト等に連動するベローズ
２５及び２４の往復運動によつて変動し、変動の
位相差を膨張ベローズ２４が圧縮ベローズ２５に
対して略90度進むように駆動することにより、膨
張空間２２で冷凍を発生し、圧縮空間２３で圧縮
熱を発生する。上記圧縮熱及び圧縮部２３に常温
より侵入する熱は、放熱部２８において高温領域
の冷凍機１１の低温動作ガスによつて吸収され、
上記の熱は高温領域の冷凍機の冷凍負荷となる。
膨張空間２２をベローズ２４で構成し、一端を断
熱連結部材２０と連動させ、他端を断熱支持円筒
２６で固定することにより、従来のピストン・シ
リンダタイプ冷凍機において、ピストン・シリン
ダとの間隙に存在する動作ガスが膨張空間を運ぶ
熱を無くし、又、ピストン及びシリンダを伝わる
伝導熱も低減し、膨張部２２で発生する膨張仕事
を有効に冷凍出力として外部に取り出すことがで
きる。

一方、圧縮空間２３をベローズ２５で構成し、
一端を断熱連結部材２１と連動させ、他端を断熱
支持円筒２７で固定することにより、前記の膨張
空間２２と同様に、圧縮部２３に侵入する熱を低
減でき、従つて、高温領域の冷凍機の冷凍負荷を
低減することができる。

膨張空間２２（圧縮空間２３）の容積変化は、
ベローズ２４，２５の一端に固定した断熱連結部
材２０，２１の往復運動で行われる。この連結部
材２０，２１は、真空容器３５を大気に対して真
空気密する、常温部の伸縮部材３３，３４の一端
に固定されている。この端部には、さらに常温部
の駆動機構の往復運動を伝える連結棒３１，３２
が固定されており、連結棒３１，３２の往復運動
は、伸縮部材３３，３４を介して直接断熱連結部
材２０，２１に伝わる。

なお、上記実施例では、膨張空間２２及び圧縮
空間２３の双方をベローズによつて形成したが、
いずれか一方の空間のみをベローズによつて形成
してもよく、また該空間を２個以上設けてもよ
い。

また高温領域の冷凍機における圧縮空間及び／
又は膨張空間もベローズによつて形成してもよ
い。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、低温領
域の冷凍機の動作ガスは上記ベローズ２５及び２
４によつて完全に外部から遮断されているので、
ピストン・シリンダタイプの冷凍機のように、常
温部からの熱侵入による冷凍効率を劣化するよう
なことはなく、更には、駆動部で用いられる潤滑
油、あるいは摺動部のシール材の摩耗粉等の不純
物が動作ガスに混入することがなく、蓄冷材の汚
染、放熱部内の流路３０の表面汚染等が原因とな
る冷凍機の性能劣化も起きないので、その効果は
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る低温装置を示
す説明図、第２図は従来の低温装置を示す説明図
である。 １０……低温領域の冷凍機、１１……高温領域
の冷凍機、２０，２１……連結部材、２２……膨
張空間、２３……圧縮空間、２４，２５……ベロ
ーズ、２８……放熱部、２９……蓄冷器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮空間、膨張空間、放熱器、蓄冷器よりな
   る低温領域の冷凍機において、圧縮空間及び膨張
   空間のうちの１個以上の該空間を伸縮するベロー
   ズによつて形成し、該ベローズの一端を真空容器
   内に設けた連結部材に接続せしめ、該連結部材の
   他端を、一端が該真空容器に気密固定された低温
   側伸縮部材に気密に接続し、更に動力源と連結し
   た連結棒に連結したことを特徴とする低温領域の
   冷凍機。 ２ 圧縮空間、膨張空間、放熱器、蓄冷器よりな
   る高温領域の冷凍機と、圧縮空間、膨張空間、放
   熱器、蓄冷器よりなる低温領域の冷凍機とからな
   る低温装置において、前記低温領域の冷凍機とし
   て、圧縮空間及び膨張空間のうちの１個以上の該
   空間を伸縮するベローズによつて形成し、該ベロ
   ーズの一端を真空容器内に設けた連結部材に接続
   せしめ、該連結部材の他端を、一端が該真空容器
   に気密固定された低温側伸縮部材に気密に接続
   し、更に動力源に連結した連結棒に連結した構成
   とし、かつ、高温領域の冷凍機として、その膨張
   空間を低温領域の冷凍機の放熱器に接続して、該
   膨張空間で発生した冷凍で該低温領域の冷凍機の
   放熱器を流れる作動ガスを冷却するように構成し
   たことを特徴とする低温装置。