JPH087327Y2 - 温度検知管付き冷却器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、赤外線サーモグラフィー等に使用される赤
外線検出器を冷却するための冷却器に関するものであ
る。

「従来の技術」 ArやN₂等のガスをオリフィスより噴出させて、ジュー
ルトムソン効果を利用して被冷却物を冷却する冷却器
は、主に赤外線検出器の冷却を目的として使用されてき
た。近年、赤外線素子を使用したサーモビュワー（赤外
線映像装置）が広く一般に利用され始め、このサーモビ
ュアーの画質に影響を与える赤外線検出器を冷却する冷
却器の安定性が求められるようになった。この冷却器の
温度および冷媒の流量の制御方法として従来次の２つの
タイプの温度制御方法を持つ温度検知管付き冷却器が知
られている。

第５図および第６図はそれぞれ従来の温度検知器付き
冷却器の第１の例、第２の例を示すものである。

第５図において、第１の例の温度検知器付き冷却器10
は、外筒11内に管状本体12を有し、該管状本体12のまわ
りにはひれ付き管13が螺旋状に巻かれている。また、管
状本体12およびひれ付き管13の外側でかつ外筒11の内壁
11aの内側である空間は、ひれ付き管13のひれを横切っ
て流れる排出ガスの通路である排出路14となっている。

前記螺旋状に巻かれたひれ付き管13は管状本体12の先
端に設けた先端リング12aに支持された噴出管20に連結
されていて、気体を高圧にして液化可能な冷却材（例え
ば、N₂,Ar、空気）がその逆転温度以下の温度で前記噴
出管20に供給され、オリフィス20Aより噴霧される。

さらに管状本体12の中には制御部ハウジング12Aが気
密に配設されており、このハウジング12A内には収縮可
能なベローズ15と、このベローズ15によって気密にかつ
移動可能なように付勢部材16Aで付勢して支持された作
動ピストン16とが設けられている。この作動ピストン16
には制御部ハウジング12Aの端部を封じる制御部キャッ
プ18を摺動自在に貫通している弁棒17が連結していて、
この弁棒17の先端には弁部材19が取り付けられている。

ベローズ15の開口端部15aはオリフィス20Aの方向へ動
かないように前記制御部キャップ18の一端18aに取り付
けられて繋止されている。

制御部ハウジング12Aの内側でかつベロース15の外側
にある空間は、適当な材料の（例えば冷却材と同一のも
のであってもよい）平衡状態にある液体と蒸気の作動流
体で満たされた制御室21を形成している。

以上のように構成された第１の例の温度検知器付き冷
却器10によって被冷却物22を温度および流量を制御しつ
つ冷却するには以下に示す機構による。

ひれ付き管13を通って供給される冷却材は途中排気ガ
スで冷却され噴出管20に導かれオリフィス20Aから空間
部23に噴霧し、ジュールトムソン効果によって冷却材が
温度降下し、これによりこの空間部23は低温に冷却さ
れ、この空間部23に隣接した外筒11の側面に設置された
被冷却物22を冷却する。

そしてその後冷却材は気体となって排出路14を通って
外部に導出され、この間ひれつき管13を流れる導入冷却
材を冷却するとともに、この導出する冷却材気体の温度
が制御室21に伝わり、制御室21に封入されている作動流
体がこの温度により状態が変化する。たとえば導出され
る気体の温度が所定の温度より低ければ、制御室21内に
封入されている作動流体の圧力は降下して収縮可能なベ
ローズ15に加えられた圧力が下がりベローズ15が膨張す
る。ベローズ15の開口端15aは制御部キャップ18の一端1
8aによって繋止されているので、ベローズ15は図中右方
向へ膨張して作動ピストン16をこの方向に押して移動さ
せる。弁部材19はこの作動ピストン16の先端に取り付け
られているので、作動ピストン16と共に移動し、弁部材
19がオリフィス20Aを徐々に閉鎖して冷却材の噴出量を
減少させる。また、冷却材の噴出量が減少して空間部23
の温度が上昇しその温度の排出気体によって、制御室21
の温度も上昇し、制御室21の圧力が上昇し、この結果こ
の圧力でベローズ15が収縮して弁部材19はオリフィス20
Aを開放させ、冷却材の噴出量を増加させる。

第６図において第２の例の温度検知器付き冷却器30
は、外筒11内に管状本体12を有し、該管状本体12のまわ
りにはひれ付き管13が螺旋状に巻かれている。また、管
状本体12およびひれ付き管13の外側でかつ外筒11の内壁
11aの内側である空間は、ひれ付き管13のひれを横切っ
て流れる排出ガスの通路である排出路14となっている。

前記螺旋状に巻かれたひれ付き管13はオリフィス20A
を設けた噴出管20に連結されていて、気体を高圧にして
液化可能な冷却材（例えば、N₂,Ar,空気）がその逆転温
度以下の温度でオリフィス20Aに供給される。

さらに管状本体12の中には収縮可能なベローズ15と、
このベローズ15によって気密にかつ移動するように支持
された作動ピストン16とが設けられており、該作動ピス
トン16は補助用リング31に接続されている。補助用リン
グ31には棒状の弁キャリア32が取り付けられていて、さ
らに弁キャリア32の先端には支柱33,33に支えられて弁
部材19が取り付けられている。

管状本体12の先端には、先端リング12aが設けられ、
該先端リング12aにオリフィス20Aを有する噴出管20が取
り付けられている。また、ベローズ15の開口部15aはオ
リフィス20Aの方向へ動かないように制御部キャップ18
の一端18aに取り付けられて繋止されている。ベローズ1
5には空間部23に溜まった冷却液の量の変化を検知する
検知管34が接続されており、弁部材19と平行に設置され
ている。

さらに、管状本体12の内側でかつベロース15の外側に
ある空間は、適当な材料の（例えば冷却材と同一のも
の）平衡状態にある液体と蒸気で満たされた制御室21を
形成し、検知管34に連通している。

以上のように構成された第２の例の温度検知器付き冷
却器30によって被冷却物22を温度を制御しつつ冷却する
には以下に示す機構による。

ひれ付き管13を通って供給される冷却材は排出される
気体により冷却されながら噴出管20に導かれ、オリフィ
ス20Aから空間部23に噴霧され、ジュールトムソン効果
によって温度が降下し、この空間部23を冷却して、空間
部23に隣接した外筒11の側面に設置された被冷却物22を
冷却する。このとき空間部23がい脚されることにより、
空間部23に冷却液が溜まり、検知管34がこれを検知し、
検知管34内の圧力が降下することによりこれと連通した
制御室21の空間も圧力が降下し、この結果収縮可能のベ
ローズ15に加えられる圧力が下がりベローズ15が膨張す
る。ベローズ15の開口端15aは制御部キャップ18の一端1
8aによって繋止されているので、ベローズ15は図中右方
向へ膨張して作動ピストン16をこの方向に押して移動さ
せる。補強リング31はこの作動ピストン16の先端に取り
付けられているので、作動ピストン16と共に移動し、こ
の補強リングに弁キャリア34を介して取り付けられてい
る弁部材19がオリフィス20Aを徐々に閉鎖して冷却材の
噴出量を減少させる。また、冷却材の噴出量が減少して
空間部23の温度が上昇すると、検知管34の温度も上昇し
従って検知管34に連通した制御室21の温度も上昇し、こ
の結果昇圧し、この圧力でベローズ15が収縮して弁部材
19が押し出されてオリフィス20Aを開放させ、冷却材の
噴出量を増加させる。

「考案が解決しようとする課題」 このような従来の温度検知器付き冷却器にあっては、
第１の例、第２の例のいずれの温度検知器付き冷却器1
0、30においても被冷却物22とその温度を検知する検知
部（第１の例においては、制御室21、第２の例において
は検知管34）とが離れているため、被冷却物22の実際の
温度の検知と弁部材19の動作の応答の遅れが生じ、弁部
材の開閉動作は連続的ではなく間欠的となる。さらにこ
の応答の遅れにより弁部材19のオリフィス20Aを開口し
ている時間も長くなるため、冷却材の噴出する量が多く
なりその圧力も高くなる。この結果、被冷却物22の設置
された外筒側面へ与えられる冷却剤からの衝突エネルギ
ー及び圧力波が大きくなる。特に、被冷却物の温度変動
と衝突エネルギーや圧力波から生じるマイクロフォニッ
クは、被冷却物を赤外線検知器とした場合、ノイズを発
生させる原因となり、この赤外線検知器がサーモグラフ
ィーに組み込まれた場合はそのサーモグラフィーに画面
の乱れが生じる。

さらに、第２の例の温度検知器付き冷却器30において
は、温度検知器付き冷却器30の配置される方向により空
間部23に溜まった冷却液と検知管34との位置関係が変化
し、位置によっては検知管だけが冷却され被冷却物の安
定した温度制御ができない場合がある。しかし、この欠
点に関しては特開昭48−62026号公報に記載された方法
により改善が試みられているが、この方法によっても冷
却器の配置される方向によっては安定した温度制御を行
うには不十分である。

また第１の例、第２の例のいずれの温度検知器付き冷
却器10、30においても、弁部材19、オリフィス20Aは精
密に加工されており破損しやすく、特にその外筒11内へ
取り付ける際の取り扱いが難しい。

本考案は前記事情に鑑みてなされたもので、被冷却物
の温度変動が小さく、被冷却物への衝突エネルギーおよ
び圧力波が小さく、また冷却器の配置される方法によら
ずに安定した温度制御が可能な温度検知器付き冷却器を
提供することを目的とし、さらに弁部材およびオリフィ
ス部を保護することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本考案の温度検知器付き冷却器は、外筒内に、高圧の
冷却材ガスを供給するひれ付き管と、これに連通してい
るオリフィスを有する噴出管と、前記冷却材ガスを噴出
するオリフィスを開閉する弁棒よりなる弁部材と、該弁
部材を制御気体が封入された制御室内の圧力変動によっ
て移動せしめる弁部材移動機構と、前記制御室内と連通
して、前記オリフィスより噴出する気体の温度を感知す
るよう配置してなる検知管とを装着してなるとともに、
該検知管を前記オリフィスより噴出する空間を規制する
外筒内に、少なくとも異なる二方向の外筒内壁面に接す
るような形状として配置したことを特徴とすることを問
題解決の手段とし、またその中で特に、前記検知部をＬ
字状にすることを問題解決の手段とした。

「作用」 このような構成の温度検知器付き冷却器にあっては、
オリフィスより噴出する気体の温度を感知するよう配置
してなる検知管を、前記オリフィスより噴出する空間を
規制する外筒内に、少なくとも異なる二方向の外筒内壁
面に接するような形状として配置したことにより、冷却
材ガスをオリフィスより噴出させてジュールトムソン効
果を利用して前記外筒側面の外側に接する被冷却物を冷
却する際、検知管は被冷却物の位置する外筒の内壁周面
に接しているため被冷却物の温度変動を直接検知するこ
とが可能となり、この温度変動に応じた冷却剤の噴出量
の調節を遅延することなく行い、被冷却物の温度を一定
に維持することができる。

そして検知管は、冷却器の設置される方向によらず常
にオリフィスに対して向かい合う位置にあるため、冷却
器の設置方向によらずに安定した温度制御を行うことが
できる。

また、必要最小限の流量の調節を連続的に繰り返すた
め、被冷却物に対する冷却剤からの衝突エネルギーおよ
び圧力波は最小限のものとなる。

さらに、検知管をＬ字状にした場合、管状本体を外筒
に挿入する際、この検知管は案内の役目をし、弁部材お
よびオリフィスを保護する。

「実施例」 以下、図面を参照して本考案の温度検知管付き冷却器
を詳しく説明する。

第１図は、本考案の温度検知管付き冷却器の一例を示
すものである。第１図において、本考案の温度検知管付
き冷却器40は、外筒11内に管状本体12を有し、該管状本
体12のまわりにはひれ付き管13が螺旋状に巻かれてい
る。また、管状本体12およびひれ付き管13の外側でかつ
外筒11の内壁11aの内側である空間は、ひれ付き管13の
ひれを横切って流れる排出ガスの通路である排出路14と
なっている。

前記螺旋状に巻かれたひれ付き管13の一端13aは（右
端）は外部に延出し、他端13bは（左端）は管状本体12
の端部に設けた環状の支持部材19にこれを横断して配置
されたオリフィス20Aを有する噴出管20に連結されてい
る。

そして、前記ひれ付き管13に外部の一端13aから高圧
に圧縮された冷却材ガス（例、N₂,Ar,空気等）が供給さ
れ、途中排出するガスで冷却され、前記噴出管20のオリ
フィス20Aより膨張して噴出し、それぞれの冷却材ガス
の沸点に近い（N₂：−196℃,Ar:−185℃，空気：−194
℃等、いずれも1atm）低温が得られる。

また、前記管状本体12の中には収縮可能なベローズ1
5、このベローズ15内には作動ピストン16が挿入されて
ベローズ15の一端が固着連結されている。そしてこの作
動ピストン16の前記ベローズ15よりの延出端16aは管状
本体12の内壁に摺動するガイド部材を形成している。

また、前記作動ピストン16の他端16bには弁棒17が連
結されていて、該弁棒17は、前記管状本体12の一端を封
止している制御部キャップ18を摺動自在に貫通し、Ｕ字
状に屈曲してその先端部は針状の弁部材19を形成し、前
記噴出管20に設けたオリフィス20Aに臨むように配され
ている。そして前記管状本体12内のベローズ15の開口部
15aは前記管状本体12の端部を封止している制御部キャ
ップ18に気密に取り付けられている。さらに前記制御部
ハウジング12Aには該制御部ハウジング12A内に前記制御
部キャップ18を貫通して連通する検知管41が接続されて
おり、この検知管41は外筒11の内壁に接するように配置
されている。そして制御部ハウジング12A内のベローズ1
5の外側を囲む空間には、気体導入管42より所望温度の
低い温度でその圧力変化が顕著な制御気体（例えば前記
冷却材ガスと同一のものであってもよい）で満たされて
密閉された制御室21を形成し、そして前記制御気体は検
知管41内にまで充満されている。

以上のように構成された本考案の温度検知管付き冷却
器40によって被冷却物22を温度を制御しつつ冷却するに
は以下に示す機構による。

ひれ付き管13に、該ひれ付き管13の外部にのびる一端
13aより窒素ガス等の冷却材ガスが高圧に圧縮された状
態で導入され、途中排出する低温気体によって冷却さ
れ、噴出管20を通ってオリフィス20Aに至る。そしてこ
こに供給された冷却材ガスはオリフィス20Aから空間部2
3に噴出し、ジュールトムソン効果によってこの作動ガ
スは更に温度降下し、空間部23を冷却する。そして空間
部23に隣接した外筒11の側面に設置された被冷却物22を
冷却する。ついで空間部23が冷却したガスは排出路14を
通って排出口43より排出される。この間前記ひれ付き管
13に通って供給される冷却用作動ガスを冷却する。一方
空間部23に配置された検知管41は空間部23の冷雰囲気に
曝されていて、その時その時の温度を感知し、該検知管
41に封入されている制御気体の状態を変動せしめる。す
なわち空間部23の温度が所定温度より低くなると、検知
管41内の制御気体の圧力は低くなり、この結果検知管41
と連通している制御室21内の圧力も低下する。そして該
制御21室内の収縮可能のベローズ15は制御室21の空間か
ら加えられる圧力が低下しベローズ15が伸張する。これ
に伴ってベローズ15によって支持されている作動ピスト
ン16は図中右方向に移動し、そして作動ピストン16の左
側先端に取り付けられている弁棒17は、作動ピストン16
と共に移動し、この結果弁棒17の先端針状弁部材19が噴
出管20のオリフィス20Aを徐々に閉鎖して冷却材ガスの
噴出量を減少させる。

また、冷却材ガスの噴出量が減少して空間部23の温度
が上昇すると、これを検知管41が感知し、検知管41内に
封入されている制御気体が膨張して圧力が上昇し、これ
とともに連通している制御室21内の圧力も上昇する。こ
の結果ベローズ15が収縮して弁棒17は図面中左側に移動
し、弁棒17の先端針状弁部材19がオリフィス20Aより離
れこれを開放させ、冷却材の噴出量を増加させる。

以上のようにして空間部23の温度が所定の低温度に精
密に制御されるが、本考案の検知管41は被冷却物22が配
置される外筒の内壁周面に接するような形状としてある
ため被冷却物22の温度変動を直接検知することが可能と
なり、この温度変動に応じた冷却剤の噴出量の調節を遅
延することなく行い、被冷却物の温度を一定に維持する
ことができる。

そしてこの検知管41は、特に外筒内壁面にＬ字状に接
するようにすると、冷却器40の設置される方向によらず
常にオリフィス20Aに対して向かい合う位置にあるた
め、冷却器40の設置方向によらずに安定した温度制御を
行うことができる。

また、必要最小限の流量の調節を連続的に繰り返すた
め、被冷却物22に対する冷却剤からの衝突エネルギーお
よび圧力波は最小限のものとなる。

さらに、Ｌ字形検知管41の形状によって、管状本体を
外周に挿入する際、二方向の位置を規制して、このＬ字
形検知管41は案内の役目をし、弁棒17およびオリフィス
20Aを保護する。

「比較例１」 第１図に示したのと同じ構成の本考案の温度検知管付
き冷却器と第５図に示した従来の第１の例の温度検知管
付き冷却器および第６図に示した従来の第２の例の温度
検知管付き冷却器とを作製し、冷却材ガスとしてArガス
を用いて被冷却器の温度変化を測定した結果のグラフを
第２図、第３図、第４図に示した。第２図は本考案の温
度検知管付き冷却器に対応しており、第３図、第４図は
それぞれ従来の第１の例および第２の例に対応する。第
２図〜第４図のグラフの縦軸は温度を表しており、よこ
軸は時間を表している。

グラフからわかるように、従来の第１の例、第２の例
の温度検知管付き冷却器はいずれも温度変動が５℃ある
が、本考案の温度検知管付き冷却器は−186℃を維持し
ており温度変動がない。

「比較例２」 第１表は本考案と従来の第１の例および第２の例の温
度検知管付き冷却器で冷却した赤外線検出器をそれぞれ
サーモグラフィーに実装したときのノイズの発生状況を
示したものである。

TYPE−A,TYPE−Ｂはそれぞれ従来の第１の例および第
２の例の温度検知管付き冷却器に対応しており、TYPE−
Ｃは本考案の温度検知管付き冷却器に対応している。こ
こで、TYPE−ＡおよびTYPE−Ｂについては被冷却物に対
する衝突エネルギーと圧力波を緩衝させるデフューザー
を取り付けたが、そのノイズ発生を防止する効果はほと
んど無かった。本考案の温度検知管付き冷却器によるTY
PE−Ｃについてはデフューザーを取り付けなくともノイ
ズの発生は見られず良好な画像が得られた。

「考案の効果」 以上説明したように、本考案の温度検知管付き冷却器
は、被冷却物の温度変動が小さく、被冷却物への衝突エ
ネルギーおよび圧力波が小さく、また冷却器の配置され
る方向によらずに安定した温度制御が可能である。さら
にその製造時に外筒内に管状本体を挿入する際に弁部材
およびオリフィス部を保護することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の温度検知管付き冷却器の一例を示す該
略構成図であり、第２図〜第４図はそれぞれ本考案の温
度検出器付き冷却器と従来の第１の例および第２の例の
温度検出器付き冷却器を用いて冷却を行った時の被冷却
物の温度変動の比較を示すためのグラフであり、第５図
および第６図はそれぞれ従来の温度検知管付き冷却器の
第１の例、第２の例を示す概略構成図である。 11…外筒、12…管状本体、13…ひれ付き管、15…ベロー
ズ、17…弁棒、20…噴出管、20A…オリフィス、34…検
知管、40…温度検知管付き冷却器、41…Ｌ字状の検知
管。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】外筒内に、高圧の冷却用作動ガスを供給す
   るひれ付き管と、これに連通しているオリフィスを有す
   る噴出管と、前記冷却用作動ガスを噴出するオリフィス
   を開閉する弁棒よりなる弁部材と、該弁部材を制御気体
   が封入された制御室内の圧力変動によって移動せしめる
   弁部材移動機構と、前記制御室内と連通して、前記オリ
   フィスより噴出する気体の温度を感知するよう配置して
   なる検知管とを装着してなるとともに、該検知管を前記
   オリフィスより噴出する空間を規制する外筒内に、少な
   くとも異なる二方向の外筒内壁面に接するような形状と
   して配置したことを特徴とする温度検知管付き冷却器。
2. 【請求項２】前記検知管の形状をＬ字状にした請求項１
   の温度検知管付き冷却器。