JPS6050355A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

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JPS6050355A
JPS6050355A JP15943883A JP15943883A JPS6050355A JP S6050355 A JPS6050355 A JP S6050355A JP 15943883 A JP15943883 A JP 15943883A JP 15943883 A JP15943883 A JP 15943883A JP S6050355 A JPS6050355 A JP S6050355A
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JP
Japan
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cold
cold box
expander
heat exchanger
insulating tube
Prior art date
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JP15943883A
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Japanese (ja)
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JPH0427462B2 (en
Inventor
英文 斎藤
三谷 寿
昌尚 安藤
猪坂 弘
林 宗浩
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Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
Original Assignee
Shimadzu Corp
Shimazu Seisakusho KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、クライオポンプやヘリウムの液化装置等に好
適に使用できる極低温冷凍装置に一関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application The present invention relates to a cryogenic refrigeration system that can be suitably used in cryopumps, helium liquefaction equipment, and the like.

(ロ)従来技術 クライオポンプや小型のヘリウム液化装置等には、キフ
ォードマクマホンサイクル、ソルベーサイクル、スター
リングサイクル等のガスサイクルを利用した極低温小型
冷凍機が使用されている。
(b) Prior Art Cryopumps, small helium liquefaction equipment, etc. use cryogenic compact refrigerators that utilize gas cycles such as the Kifford-McMahon cycle, the Solvay cycle, and the Stirling cycle.

ところで、従来のクライオポンプは、例えば、第1図に
示すように、断熱対策を施したコールドボックスaと、
このコールドボックスa内に配設され該ボックスa内の
ガスを順次液化させ吸着するクライオパネルb、cと、
このクライオパネルb、cを冷却するソルベーサイクル
式の極低温冷凍装置dとを具備してなる。そして、この
冷凍装置dは、エネルギ吸収用のジェネレータmに接続
され導入されるガスを断熱膨張させて低温化する膨張機
eと、この膨張411eに低温端を接続した蓄冷器fと
、この蓄冷器fの高温端に圧縮機gの吐出口g1に連通
する給気径路りまたは吸込目g2に連通する排気径路i
を選択的に接続するタイミングバルブjとを備えてなる
もので、前記膨張機eのケーシングに設けたコールドへ
・ラドにで前記クライオパネルb、cを冷却しうるよう
になっている。ところが、従来のものは、予冷手段たる
蓄冷−器eを全部コールドへラドhを納めるべきコール
ドボックスa内に収容しているため、このコールドボッ
クスa全体が不必要に大型化すると(、sう不都合を招
く。すなわち、従来のものは、コールドヘッド部分に膨
張機と全予冷手段とが一体化されて存在するため、該コ
ールドヘッド部分、ひl、Nては、前記コールドボック
スaの大型化や大重量化を招く。そのため、真空断熱容
器たるコールドボックスの製作費が高くつくだけでなく
、この冷凍装置のコールドヘッド部分を1要な構成要素
とするクライオポンプの本体部等が不当に大型化するこ
とになり、設置の自由度が低下するとともに、設置スペ
ースの確保が難しくなるとl、%う問題がある。
By the way, a conventional cryopump, for example, as shown in FIG. 1, has a cold box a with heat insulation measures,
Cryopanels b and c are arranged in this cold box a and sequentially liquefy and adsorb the gas in the box a;
It is equipped with a Solvay cycle type cryogenic freezing device d for cooling the cryopanels b and c. The refrigeration device d includes an expander e that is connected to a generator m for energy absorption and adiabatically expands the introduced gas to lower its temperature, a regenerator f whose low-temperature end is connected to the expansion 411e, and a regenerator f that A supply air path communicating with the discharge port g1 of the compressor g or an exhaust path i communicating with the suction port g2 is connected to the high temperature end of the device f.
It is equipped with a timing valve j for selectively connecting the cryopanels b and c to a cold rad provided in the casing of the expander e. However, in the conventional system, the entire cold storage device e, which is a pre-cooling means, is housed in the cold box a, which is supposed to house the cold storage device h. In other words, in the conventional type, the expander and the entire precooling means are integrated in the cold head portion, so the cold head portion, H1, N, and the like increase the size of the cold box a. As a result, not only is the production cost of the cold box, which is a vacuum insulated container, high, but the main body of the cryopump, of which the cold head of the refrigeration equipment is one of the essential components, is unduly large. As a result, the degree of freedom in installation is reduced, and it becomes difficult to secure installation space, which poses a problem.

(ハ)目的 本考案は、このような享情に着目してなされたもので、
゛コールドボックス内に配設されるコールドヘッド部分
の小型化を図ることができる極低温冷凍装置を提供する
ことを目的とする。
(c) Purpose This invention was created with a focus on such pleasure.
An object of the present invention is to provide a cryogenic refrigeration device that can reduce the size of a cold head portion disposed within a cold box.

(ニ)構成 本発明は、かかる目的を達成するために、前述したクラ
イオパネル等の熱負荷、コールドへラド゛および膨張機
が収容されるコールドボックスの外側に該コールドボッ
クスに連通ずる断熱チューブを設け、この断熱チューブ
内に予冷手段の一部または全部を収容したことを特徴と
する。
(d) Structure In order to achieve the above object, the present invention provides an insulating tube communicating with the cold box outside the cold box in which the heat load such as the cryopanel, the cold heater, and the expander are housed. It is characterized in that a part or all of the precooling means is housed within the heat insulating tube.

(ホ)実施例 以下、本発明の一実施例を第2図および第3図を参照し
て説明する。
(E) Example An example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 and 3.

第2図は、クライオポンプの概略断面図であり、第3図
は、その回路説明図である。このクライオポンプは、気
密性を有しかつ断熱文寸策を施したコールドボックスl
と、このコールドボックスlの内部に配設したクライオ
ノぐネル2.3と、これらのクライオパネル2,3を冷
却する極低1島冷凍装置4とを具備してなる。クライオ
ノくネル2.3は、熱伝導の良い薄金属板を有底円筒体
状に成形してなるもので、1段目のクライオパネル2の
内側に2段目のクライオパネル3を配設している。また
、極低温冷凍装置4は、クロードサイクル式のもので、
対をなす膨張機5.6と、圧縮機7から吐出されるヘリ
ウム等の高圧冷媒ガスAを前記各膨張機5.6の高圧ポ
ート5a、6aに供給する給気径路8と、前記各膨張機
5,6の低圧ポート5b、6bから排出される低温、低
圧の冷媒ガスBを前記圧縮機7に戻す排気径路9と、こ
の排気径路9内のガスBの冷気を利用して前記給気径路
8内のカスAを予冷する工・冷手段lOとを備えてなる
もので、前記各膨張@5.6のケーシングに設けたコー
ルドへラド11.12で熱負荷たる前記各クライオパネ
ル2.3を冷却するようになっている。膨張機5,6は
、エネルギ吸収用のジェネレータ(図示せず)に接続し
た回転体5C16Cの回転に伴なわせて該回転体5C1
6Cの外周囲に形成した膨張室5d〜5g、6d〜6g
の容積を増減させうるように構成したロータリ式のもの
である。そして、前記高圧ボート5a、6aは、前記回
顧体5C16Cの回転に伴なって容積が増加しようとす
る膨張室5d、6dに連通させてあり、前記低圧ボート
5b、6bは、容積が減少しつつある膨張室5f、5g
、6f、6gに連通させである。また、予冷手段10は
、前記給気径路8および前記排気径路9の各幹部8a、
9a間に介設した主熱交換機13ならびに第1の補助熱
交換器14と、前記給気径路8および前記排気径路9の
分岐部8b、9b間に介設した第2の補助熱交換機15
とからなる。そして、このt冷手段ioの一部たる主熱
交換機13を断熱チューブ16内に収容した状態で前記
コールドボックスlの外部に配設している。断熱チュー
ブ16は、前記両径路8.9を包囲する外殻17を有し
、この外殻17と前記両径路8.9との間には外部から
の熱侵入を防ぐための真空断熱層18が設けである。さ
らに、要すれば、この真空断熱層18にアルミ泊等で作
ったスーパーインシュレーション(図示せず)を設ける
。なお、この断熱チューブ16の一端は、前記コールド
ボックス1に接続されており、また、該チューブ16の
非熱交換器収容部分16aは、可撓変形ζIf能に作ら
れている。
FIG. 2 is a schematic sectional view of the cryopump, and FIG. 3 is an explanatory diagram of its circuit. This cryopump is a cold box with airtightness and heat insulation.
The cold box 1 is equipped with a cryo panel 2.3 disposed inside the cold box 1, and an ultra-low single-island freezing device 4 for cooling these cryopanels 2 and 3. The cryonocular 2.3 is made by forming a thin metal plate with good heat conduction into a cylindrical shape with a bottom, and the second stage cryopanel 3 is arranged inside the first stage cryopanel 2. ing. Further, the cryogenic freezing device 4 is of a Claude cycle type,
A pair of expanders 5.6, an air supply path 8 that supplies high-pressure refrigerant gas A such as helium discharged from the compressor 7 to the high-pressure ports 5a and 6a of each of the expanders 5.6, and each expansion An exhaust path 9 that returns the low-temperature, low-pressure refrigerant gas B discharged from the low-pressure ports 5b and 6b of the machines 5 and 6 to the compressor 7, and the cold air of the gas B in this exhaust path 9 is used to generate the air supply. It is equipped with a cooling means lO for pre-cooling the waste A in the path 8, and each cryopanel 2. 3 to be cooled. The expanders 5 and 6 rotate the rotating body 5C16C connected to an energy absorption generator (not shown).
Expansion chambers 5d to 5g, 6d to 6g formed around the outer periphery of 6C
It is a rotary type that can increase or decrease its volume. The high-pressure boats 5a, 6a are communicated with expansion chambers 5d, 6d whose volumes are about to increase as the recirculation body 5C16C rotates, and the low-pressure boats 5b, 6b are connected to expansion chambers 5d, 6d whose volumes are about to increase as the recirculation body 5C16C rotates. Some expansion chambers 5f, 5g
, 6f, and 6g. Further, the precooling means 10 includes each trunk 8a of the air supply path 8 and the exhaust path 9,
A main heat exchanger 13 and a first auxiliary heat exchanger 14 are interposed between the main heat exchanger 13 and the first auxiliary heat exchanger 14, and a second auxiliary heat exchanger 15 is interposed between the branch parts 8b and 9b of the air supply path 8 and the exhaust path 9.
It consists of The main heat exchanger 13, which is a part of the cooling means io, is housed in a heat insulating tube 16 and is disposed outside the cold box l. The heat insulating tube 16 has an outer shell 17 surrounding both the paths 8.9, and a vacuum heat insulating layer 18 between the outer shell 17 and the both paths 8.9 to prevent heat from entering from the outside. is the provision. Furthermore, if necessary, super insulation (not shown) made of aluminum insulation or the like is provided on this vacuum insulation layer 18. Note that one end of the heat insulating tube 16 is connected to the cold box 1, and the non-heat exchanger accommodating portion 16a of the tube 16 is made to be flexibly deformable ζIf.

このよう、?i−a成のものであれば、J)0記冷凍装
置4がクロー1サイクルを営んで、そのコールドへット
11.12に存在する熱を吸収し続けることになるため
、これら各コールドヘッド11.12に接続したクライ
オパネル2.3を冷却することができ、クライオポンプ
としての機能が発揮される。しかも、このものは、前記
冷凍装置4の予冷手段lOの一部である主熱交換器13
を断熱チューブ16に収納した状態でコールドボックス
lの外部に配設している。そのため、前記コールドボッ
クスl内には非常に小フな補助熱交換器14.15を配
置するだけでよく、前記コールドへ、ンド11.12部
分に一体化される構成部品の小型、軽屑化を計ることが
できる。すなわち、このようなものであれば、コールド
へラド11.12部分に一体化される構成部品は、はと
んど膨張機5.6のみとなり、きわめて小さなコールド
ボックスl内に収納することがIJT能になる。したが
って、コールドボックスlの製作が容易になってコスト
ダウンを図ることができるだけでな、く、かかる冷凍装
置4のコールドへツF’ 11.12部分を主要部とす
るクライオポンプの本体を小型でしかも軽量なものにす
ることができる。そのため、設置の自由度が高くなり、
設置スペースの確保が容易になるという効果が得られる
like this,? If it is of the i-a configuration, the J) 0 refrigeration device 4 will continue to perform the claw cycle and absorb the heat existing in its cold heads 11 and 12, so each of these cold heads The cryopanel 2.3 connected to 11.12 can be cooled and functions as a cryopump. Moreover, this one is a main heat exchanger 13 which is a part of the precooling means lO of the refrigeration device 4.
is housed in a heat insulating tube 16 and placed outside the cold box l. Therefore, it is only necessary to arrange a very small auxiliary heat exchanger 14.15 in the cold box 1, and the components integrated into the cold box 11.12 can be made smaller and lighter in weight. can be measured. In other words, if this is the case, the only component that will be integrated into the cold herad 11.12 will be the expander 5.6, and it will be best to store it in an extremely small cold box l. become capable. Therefore, it is not only possible to manufacture the cold box l easily and reduce costs, but also to make the main body of the cryopump, whose main part is the cold compartment F'11.12 of the refrigeration system 4, smaller. Moreover, it can be made lightweight. Therefore, the degree of freedom in installation is increased,
This has the effect of making it easier to secure installation space.

なお、前記実施例では、予冷手段の一部をコールドボッ
クスの外部に配置した場合について説り1したが、本発
明はこのようなものに限られないのは勿論であり、予冷
手段の全部をコールドボックスの外部に配設してもよい
。すなわち、この場合には、例えば、第2図に示す主熱
交換器13を若干大きくするとともに、補助熱交換器1
4.15を省略することになる。
In the above embodiment, a case where a part of the precooling means is arranged outside the cold box has been described, but the present invention is of course not limited to such a case, and the entire precooling means is disposed outside the cold box. It may also be placed outside the cold box. That is, in this case, for example, the main heat exchanger 13 shown in FIG. 2 may be made slightly larger, and the auxiliary heat exchanger 1 may be
4.15 will be omitted.

また、ガスサイクルは、クロー1サイクルに限らず、例
えば、ソルベサイクルやギフオードマクマホンサイクル
あるいはスターリングサイクル等であってもよい。第4
図は、ソルベサイクル式の冷凍装置4′に本発明を適用
した場合のもの1である。この装置4゛では、熱交換器
21と、対をな\ す蓄冷器22.23とによって予冷手段24を構成して
いる。そして、この予冷手段24の一部である前記熱交
換器21を断熱チューブ16に収納した状態でコールド
ボックス1の外部に配設している。なお、第4図におい
て、25はタイミングバルブ、26は前記膨張器5.6
に接続したジェネレータである。本発明のさらに他の実
施例としでは、前記タイミングバルブ25を前記熱交換
器2工よりも圧縮器7側に配設し、この熱交換器2工を
蓄冷器として作用させるようにしたもの等も考えられる
Further, the gas cycle is not limited to the Claw 1 cycle, and may be, for example, a Sorbet cycle, a Gifford-McMahon cycle, a Stirling cycle, or the like. Fourth
The figure shows a case 1 in which the present invention is applied to a sorbet cycle type refrigeration device 4'. In this device 4', a precooling means 24 is constituted by a heat exchanger 21 and a pair of regenerators 22 and 23. The heat exchanger 21, which is a part of the precooling means 24, is housed in the heat insulating tube 16 and is disposed outside the cold box 1. In addition, in FIG. 4, 25 is a timing valve, and 26 is the expander 5.6.
This is a generator connected to. In yet another embodiment of the present invention, the timing valve 25 is disposed closer to the compressor 7 than the second heat exchanger, and the second heat exchanger functions as a regenerator. can also be considered.

さらに、熱負荷はクライオパネルに限らず、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であ葛。
Furthermore, the heat load is not limited to cryopanels, and can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention.

効果 本発明は、以上のような構成であるから、コールドボッ
クス内に配設されるコールドへツー・部分の小型化を図
ることができる極低温冷凍装置を提供できるものである
Effects Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a cryogenic refrigeration system that can reduce the size of the cold storage section disposed in the cold box.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来例を示す概略断面図である。第2図は本発
明の一実施例を示す概略断面図、第3図は同回路説明図
である。第4図は本発明の他の実施例を示す概略断面図
である。 1・・・コールドボッ0クス 2.3・・・熱負荷(クライオパネル)4.4゛・・Φ
冷凍装置 5.6・◆・膨張機 7Φ・・圧縮機 8##O給気経路 9 * e・排気経路 10.24雫・・予冷手段 11.12**sコールドヘット 16・・や断熱チューブ 代理人 弁理士 赤澤−博
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a conventional example. FIG. 2 is a schematic sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram of the same circuit. FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention. 1...Cold box 2.3...Heat load (cryo panel) 4.4゛...Φ
Refrigeration device 5.6・◆・Expanser 7Φ・・Compressor 8##O Air supply path 9 *e・Exhaust path 10.24 drops・・Precooling means 11.12**s Cold head 16・・Insulation tube Agent Patent Attorney Hiroshi Akazawa

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 圧□縮機から供給される高圧の冷奴ガスを膨張Jせて低
温化させる膨張機と、この膨張機から導出される冷媒ガ
スの冷気を利用して前記膨張機に導入する冷媒カスを予
冷する蓄冷器あるいは熱交換器等の予冷手段とを具備し
、前記IV6張機の近傍に設けたコールドヘッドで熱負
荷を冷却しうるように構成した冷凍装置において、前記
熱負荷、コールドヘッドおよび膨張機が収容されるコー
ルドボックスの外側に該コールドボックスに連通ずる断
熱チューブを設け、この断熱チューブ内に前記予冷手段
の一部または全部を収容したことを特徴とする極低温冷
凍装置。
An expander that expands and lowers the temperature of the high-pressure cold gas supplied from the compressor, and pre-cools the refrigerant scum introduced into the expander using the cold air of refrigerant gas derived from this expander. In the refrigeration system, the refrigeration system is equipped with a pre-cooling means such as a regenerator or a heat exchanger, and is configured such that the heat load can be cooled by a cold head provided near the IV6 expansion machine, wherein the heat load, the cold head, and the expansion machine A cryogenic freezing apparatus characterized in that an insulating tube communicating with the cold box is provided outside the cold box in which the precooling means is housed, and a part or all of the precooling means is accommodated within the insulating tube.
JP15943883A 1983-08-31 1983-08-31 Cryogenic refrigerator Granted JPS6050355A (en)

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JPH0427462B2 JPH0427462B2 (en) 1992-05-11

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