JPS6050355A

JPS6050355A - 極低温冷凍装置

Info

Publication number: JPS6050355A
Application number: JP15943883A
Authority: JP
Inventors: 英文斎藤; 三谷　寿; 昌尚安藤; 猪坂　弘; 林　宗浩
Original assignee: Shimadzu Corp; Shimazu Seisakusho KK
Current assignee: Shimadzu Corp; Shimazu Seisakusho KK
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1983-08-31
Publication date: 1985-03-20
Also published as: JPH0427462B2

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

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
。

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。

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
。

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。

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
。

【図面の簡単な説明】

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

Claims

【特許請求の範囲】

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。