JPH0737099Y2 - 寒冷輸送装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、スペース上の都合や加熱の都合で被冷却体を
直接に冷凍装置で冷却できない場合等に例えばヘリウム
ガスの冷媒を遠隔位置に輸送してそこに用意した被冷却
体を冷却するに適用される寒冷輸送装置に関する。

（従来の技術） 従来、冷凍装置から離れた位置に設けられた被冷却体を
冷却する場合、例えば第３図のように、予冷用圧縮機ａ
により供給されるヘリウムガスの冷媒で冷却されるヒー
トステーションｂを備えた予冷用冷凍装置ｃと、該ヒー
トステーションｂに熱的に接触させた第１冷却ステージ
ｄから遠隔位置に設けられた被冷却体ｅに熱的に接触し
た第２冷却ステージｆへ冷媒を供給する冷媒供給用圧縮
機ｇを備えた冷媒輸送装置ｈとを設け、該被冷却体ｅを
冷却することが行われている。この場合、予冷用冷凍装
置ｃとしてG-Mサイクル、ソルベーサイクル等の小型の
冷凍機が使用され、ヒートステーションｂは膨脹した冷
媒で冷却されて約70K以下に冷却される。そして、冷媒
供給用圧縮機ｇから吐出される室温の冷媒は、熱交換器
ｉで約70Kに冷却されている該圧縮機ｇへの戻りの冷媒
と熱交換され、更にヒートステーションｂに接触する第
１冷却ステージｄで70Kに冷却されて第２冷却ステージ
ｆへと流れ、そこで被冷却体ｅを冷却し、熱交換器ｉを
通り乍ら圧縮機ｇからの冷媒と熱交換して該圧縮機ｇの
吸入側に戻る。

また、第４図示のように、予冷用冷凍装置ｃのヒートス
テーションｂに約20K以下に冷却される第２段ヒートス
テーションｊを追加して設け、第１冷却ステージｄから
第２冷却ステージｆへの配管を分岐し、該配管を第２熱
交換器ｋを介して該第２段ヒートステーションｊに熱的
に接触して設けた第３冷却ステージｌに接続すると共に
該第３冷却ステージｌを更に第２被冷却体ｍに接触させ
た第４冷却ステージｎ及び第２熱交換器ｋを介して第２
冷却ステージｆから熱交換器ｉへの戻りの配管に接続す
るようにした寒冷輸送装置も知られている。これに於い
ては、予冷用冷凍装置ｃの予冷用圧縮機ａから送り出さ
れる室温の冷媒は、熱交換器ｉで約70Kに冷却された該
圧縮機ｇへの戻りの冷媒と熱交換され、更に第１冷却ス
テージｄでヒートステーションｂにより冷却され、冷媒
の一部は第２熱交換器ｋに流れ、残りは70Kの第２冷却
ステージｆへと流れる。第２冷却ステージｆに流れた冷
媒は、第３図の場合と同様に被冷却体ｅを冷却したのち
熱交換器ｉを介して圧縮機ｇに戻る。また、第２熱交換
器ｋに流れた冷媒は、約20Kに冷却された第１熱交換器
ｉへの戻り冷媒と熱交換したのち第３冷却ステージｌで
第２段ヒートステーションｊにより冷却され、第４冷却
ステージｎへと流れる。ここで、第２被冷却体ｍを冷却
し、第２熱交換器ｋで第３冷却ステージｌに向かう冷媒
と熱交換したのち被冷却物ｅを冷却してきた冷媒と合流
し、熱交換器ｉを通って圧縮機ｇに戻り、その際、熱交
換器ｉに於いて第１冷却ステージｄに向かう冷媒と熱交
換を行う。

（考案が解決しようとする課題） 前記した従来の被冷却体を冷却するための寒冷輸送装置
は、冷媒が流通する通路の中央に冷却されるべきガスが
流通する通路を設けた２重管の構成を有し且つ各通路内
に金属メッシュを設けた形式の熱交換器を使用するが、
この種の熱交換器は寒冷輸送装置の性能に合わせて製作
するを要し、製作が容易でなく高価になる不都合があ
る。冷媒を冷却する装置として、銅のメッシュまたは鉛
の小粒子から成る蓄冷体を収めた蓄冷器が市販されてい
るが、これは放熱作用を行ったのちは冷却する必要があ
り、吸熱と放熱が繰り返されるように使用しなければな
らない。

本考案は、熱交換器を使用せずに蓄冷器を利用して簡単
且つ安価な寒冷輸送装置を得ることを目的とするもので
ある。

（課題を解決するための手段） 本考案では、上記目的を達成するため、予冷用圧縮機に
より供給される冷媒で冷却されるヒートステーションを
備えた予冷用冷凍装置と、該ヒートステーションに熱的
に接触させた第１冷却ステージから被冷却体に熱的に接
触した第２冷却ステージへ冷媒を供給する冷媒供給用圧
縮機を備えた冷媒輸送装置とを設けて該被冷却体を冷却
する装置に於て、該冷媒供給用圧縮機の吐出側及び吸入
側を夫々開閉バルブを介して途中に蓄冷器を介在した一
本のパイプに接続し、該パイプの先端を延長してその途
中に前記第１冷却ステージ及び第２冷却ステージを順次
介在させ、更に該パイプの終端を閉塞して前記ヒートス
テーションに熱的に接触させて第３冷却ステージに構成
するようにした。

（作用） 予冷用圧縮機を運転して冷媒をヒートステーションに送
り、その温度を約70K以下に冷却し、この状態で冷媒輸
送装置の冷媒供給用圧縮機を運転する。そして、該冷媒
供給用圧縮機の吐出側のバルブを開き、冷媒をパイプに
介在した蓄冷器で冷却したのちヒートステーションに接
触した第１冷却ステージで更に約70Kに冷却して第２冷
却ステージに送り、そこで被冷却体を冷却する。該パイ
プの終端は閉塞されて該ヒートステーションに熱的に接
触され、該冷媒が吸収した被冷却体の熱と該冷媒の圧縮
熱とが除去される。次いで冷媒供給用圧縮機の吐出側の
開閉バルブを閉じると共に吸入側の開閉バルブを開き、
冷却された冷媒を第１冷却ステージ及び蓄冷器を通して
冷媒供給用圧縮機へ回収する。冷却された冷媒が蓄冷器
を通るとき、該蓄冷器の蓄冷体を冷却する。こうした作
動を繰り返すことにより、第２冷却ステージに接した被
冷却体が約70K以下に冷却される。

第２冷却ステージへ一本のパイプを介して冷媒供給用圧
縮機から冷媒を往復させることにより、被冷却体を冷却
するので、蓄冷体を収めた蓄冷器に吸熱と放熱を繰り返
させることが出来、冷媒の往復の配管を設ける形式の熱
交換器を使用することなく遠隔位置の被冷却体の冷却用
に寒冷輸送することが出来る。

（実施例） 本考案の実施例を図面第１図に基づき使用すると、同図
に於いて符号（１）は予冷用圧縮機（２）により供給さ
れる冷媒で冷却されるヒートステーション（３）を備え
たG-Mサイクルやソルベーサイクルの予冷用冷凍装置、
（４）は該ヒートステーション（３）に熱的に接触させ
て設けた第１冷却ステージ（５）から遠隔位置の被冷却
体（６）に熱的に接触した第２冷却ステージ（７）へ例
えばヘリウムガス等の冷媒を供給する冷媒供給用圧縮機
（８）を備えた冷媒輸送装置を示す。該冷媒供給用圧縮
機（８）の吐出側及び吸入側を夫々開閉バルブ（９）
（10）を介して途中に蓄冷器（11）を介在した一本のパ
イプ（12）に接続し、該パイプ（12）の先端を延長して
その途中に前記第１冷却ステージ（５）及び第２冷却ス
テージ（７）が順次介在される。該パイプ（12）の終端
は閉塞され前記ヒートステーション（３）に熱的に接触
されて第３冷却ステージ（13）に構成される。該蓄冷器
（11）は、そのケーシングの内部の冷媒の通路に銅のメ
ッシュから成る蓄冷体を収めて構成され、パイプ（12）
を通る冷媒の温度が該蓄冷体の温度よりも高い場合に
は、該蓄冷体は冷媒より熱を奪って冷媒を冷却し、パイ
プ（12）を通る冷媒の温度が該蓄冷体の温度よりも低い
場合には、該蓄冷体より熱を奪って該蓄冷体を冷却する
作用を行う。

その作動を説明すると、予冷用冷凍装置（１）の予冷用
圧縮機（２）を運転してヒートステーション（３）に例
えばヘリウムガスの冷媒を流通させ、該ヒートステーシ
ョン（３）を例えば70K以下に冷却したのち、冷媒輸送
装置（４）の冷媒供給用圧縮機（８）を運転する。そし
て、該冷媒供給用圧縮機（８）の吐出側の開閉バルブ
（９）を開き、圧縮されたヘリウムガス等の冷媒をパイ
プ（12）に送り出す。該冷媒は、蓄冷器（11）を通り熱
交換されて冷却されたのち第１冷却ステージ（５）にお
いてヒートステーション（３）と熱交換して更に冷却さ
れる。この冷却された冷媒が第２冷却ステージ（７）に
向かい、被冷却体（６）を冷却する。該冷媒は、被冷却
体（６）よりの熱と圧縮による熱をもつようになるが、
こうした熱はパイプ（12）の終端の第３冷却ステージ
（13）に於いてヒートステーション（３）に吸収され
る。次いで冷媒供給用圧縮機（８）の吐出側のバルブ
（９）を閉じ、その吸入側の開閉バルブ（10）を開く。
これによって、該パイプ（12）内の冷媒は、第１冷却ス
テージ（５）、蓄冷器（11）を通り熱交換し、冷媒供給
用圧縮機（８）に回収される。

以上が１サイクルの作動で、開閉バルブ（９）（10）を
周期的に交互に開閉することにより、以上のサイクルが
繰り返され、被冷却体（６）が冷却されるが、冷媒は第
１乃至第３冷却ステージ（５）（７）（13）を結ぶ一本
のパイプ（12）内を往復するので、蓄冷器（11）による
冷媒の熱交換が可能になり、設計製作の難しい熱交換器
を使用することなく効率の良い冷却を行える。

被冷却体（６）の他にもう１つの第２被冷却体（14）を
冷却する場合、第２図示のように、予冷用冷凍装置
（１）のヒートステーション（３）に更に例えば20Kに
冷却される第２段ヒートステーション（15）を連設して
２段に構成し、前記パイプ（12）の蓄冷器（11）と第１
冷却ステージ（５）の間から分岐した分岐パイプ（16）
を設け、該分岐パイプ（16）の途中に、第２蓄冷器（1
7）と、該第２段ヒートステーション（15）に熱的に接
触した第４冷却ステージ（18）と、第２被冷却体（14）
に熱的に接触した第５冷却ステージ（19）を介在させ、
該分岐パイプ（16）の終端を閉塞して該第２段ヒートス
テーション（15）に熱的に接触する第６冷却ステージ
（20）に構成し、次のような作動により第２被冷却体
（14）の冷却が行われる。

即ち、予冷用冷凍装置（１）を作動させてヒートステー
ション（３）を例えば70Kに冷却すると共に第２段ヒー
トステーション（15）を例えば20Kに冷却し、冷媒輸送
装置（４）の冷媒供給用圧縮機（８）を運転し、その吐
出側の開閉バルブ（９）を開く。これにより、蓄冷器
（11）で熱交換しながらパイプ（12）内をその終端まで
冷媒が流れるが、冷媒の一部は分岐パイプ（16）を通っ
て第２蓄冷器（17）で熱交換しながらその終端まで流れ
る。パイプ（12）及び分岐パイプ（16）を流れる冷媒
は、その途中の第１冷却ステージ（５）及び第４冷却ス
テージ（18）で更に冷却され、被冷却体（６）及び第２
被冷却体（14）を冷却すべく第２冷却ステージ（７）及
び第５冷却ステージ（19）に向かう。そして、第３冷却
ステージ（13）及び第６冷却ステージ（20）に於いて、
夫々被冷却体（６）、第２被冷却体（14）の熱除去と圧
縮熱除去とが行われる。

次いで冷媒供給用圧縮機（８）の吐出側の開閉バルブ
（９）を閉じ、吸入側の開閉バルブ（10）を開くと、パ
イプ（12）、分岐パイプ（16）内の冷媒が蓄冷器（1
1）、第２蓄冷器（17）を冷却しながら該冷媒供給用圧
縮機（８）に回収される。これを繰り返すことにより２
つの被冷却体を同時に冷却することができる。

第２図示の場合の実験では、予冷用冷凍装置（１）のヒ
ートステーション（３）を70K、第２段ヒートステーシ
ョン（15）を20Kに冷却し、第２冷却ステージ（７）に1
0W、第５冷却ステージ（19）に1Wの熱を印加したとこ
ろ、第２冷却ステージ（７）には84.7K、第５冷却ステ
ージ（19）には20.2Kの温度を得ることができた。ま
た、到達温度は、第２冷却ステージ（７）では62.5K、
第５冷却ステージ（19）では16.6Kであった。

（考案の効果） 以上のように、本考案によれば、予冷用冷凍装置のヒー
トステーションに接触させた第１冷却ステージから被冷
却体に接した第２冷却ステージへ冷媒を供給する冷媒輸
送装置に於いて、冷媒供給用圧縮機の吐出側と吸入側を
夫々開閉バルブを介して途中に蓄冷器を設けた一本のパ
イプに接続し、該パイプの途中に第１、第２冷却ステー
ジを介在させ、該パイプの終端を閉塞して該ヒートステ
ーションに接触する第３冷却ステージに構成したので、
一本のパイプ内で冷媒が往復し、該冷媒を熱交換器より
も安価な蓄冷器で熱交換することができ、遠隔位置の被
冷却体の冷却のための寒冷輸送装置の製作が容易になる
等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の線図、第２図は本考案の他の
実施例の線図、第３図及び第４図は従来例の線図であ
る。 （１）……予冷用冷凍装置 （２）……予冷用圧縮機 （３）……ヒートステーション （４）……冷媒輸送装置 （５）……第１冷却ステージ （６）……被冷却体 （７）……第２冷却ステージ （８）……冷媒供給用圧縮機 （９）（10）……開閉バルブ （11）……蓄冷器 （12）……パイプ （13）……第３冷却ステージ （14）……第２被冷却体 （15）……第２段ヒートステーション （16）……分岐パイプ （17）……第２蓄冷器 （18）……第４冷却ステージ （19）……第５冷却ステージ （20）……第６冷却ステージ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】予冷用圧縮機により供給される冷媒で冷却
   されるヒートステーションを備えた予冷用冷凍装置と、
   該ヒートステーションに熱的に接触させた第１冷却ステ
   ージから被冷却体に熱的に接触した第２冷却ステージへ
   冷媒を供給する冷媒供給用圧縮機を備えた冷媒輸送装置
   とを設けて該被冷却体を冷却する装置に於て、該冷媒供
   給用圧縮機の吐出側及び吸入側を夫々開閉バルブを介し
   て途中に蓄冷器を介在した一本のパイプに接続し、該パ
   イプの先端を延長してその途中に前記第１冷却ステージ
   及び第２冷却ステージを順次介在させ、更に該パイプの
   終端を閉塞して前記ヒートステーションに熱的に接触さ
   せて第３冷却ステージに構成したことを特徴とする寒冷
   輸送装置。
2. 【請求項２】前記ヒートステーションに更に第２段ヒー
   トステーションを連設して２段に構成し、前記パイプの
   蓄冷器と第１冷却ステージの間を分岐して分岐パイプを
   設け、該分岐パイプの途中に、第２蓄冷器と該第２段ヒ
   ートステーションに熱的に接触した第４冷却ステージと
   第２被冷却体に熱的に接触した第５冷却ステージを介在
   させ、該分岐パイプの終端を閉塞して該第２段ヒートス
   テーションに熱的に接触する第６冷却ステージに構成し
   たことを特徴とする請求項１に記載の寒冷輸送装置。