JP2871183B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents

極低温冷凍機

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JP2871183B2
JP2871183B2 JP3172590A JP17259091A JP2871183B2 JP 2871183 B2 JP2871183 B2 JP 2871183B2 JP 3172590 A JP3172590 A JP 3172590A JP 17259091 A JP17259091 A JP 17259091A JP 2871183 B2 JP2871183 B2 JP 2871183B2
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宏年 鳥居
弘之 森下
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Daikin Kogyo Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極低温冷凍機、詳しく
は、圧縮機を備えた圧縮ユニットと、極低温膨張機及び
前記膨張機に高圧ガスの供給と低圧ガスの排出との切換
えを行なう切換弁装置とを備えた極低温冷凍機に関す
る。
【0002】
【従来技術】従来、この種極低温冷凍機は、例えば特開
昭63ー148056号公報に記載されている。この従
来の極低温冷凍機は、図8に示すように、圧縮機Dをも
った圧縮ユニットCから延びる高圧ガス管Eと低圧ガス
管Fとの間に、ヒートステージGをもつシリンダHと、
モータベースI及びモータハウジングJとを備えた極低
温膨張機Kを接続し、この極低温膨張機Kに、前記シリ
ンダHに対し高圧ガスの供給と低圧ガスの排出との切換
えを行う切換弁装置Lを配設する一方、前記圧縮ユニッ
トCの高圧ガス管Eに、前記圧縮機Dで圧縮された高圧
ガスから圧縮機用の潤滑油を分離除去する油分離器M
と、該油分離器Mを通過した高圧ガス中の不純物を吸着
除去する吸着器Nとを設け、また、圧縮ユニットCの低
圧ガス管Fに、前記圧縮機Dに吸入される低圧ガスの圧
力変動を小さくするサージボトルPを設けている。
【0003】また、極低温冷凍機において、前記切換弁
装置Lのガス供給側及びガス排出側への切換時に発生す
る高圧ガスの圧力変動は前記油分離器M及び吸着器Nに
より、また低圧ガスの圧力変動は前記サージボトルPに
より減少するようにしているのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】所が、極低温冷凍機に
おける極低温膨張機Kは、前記圧縮ユニットCに対し通
常数メートルから十数メートル離反した場所に配設して
いるため、前記従来例のように圧縮ユニットCに油分離
器M、吸着器N及びサージボトルPを設けただけの場
合、圧縮ユニットC側において高圧ガスの圧力変動は前
記油分離器M及び吸着器Nにより小さくでき、また低圧
ガスの圧力変動は前記サージボトルPにより小さくでき
るのであるが、極低温膨張機K側では図3の鎖線で示す
ように高圧ガスの圧力変動P3 と低圧ガスの圧力変動P
4 とは殆んど小さくすることができなくて、高圧及び低
圧ガスの圧力変動が大きくなっているのである。このた
め、前記膨張機Aにおけるガスの給排効率が低下し、膨
張機K側での運転差圧△P2 が大きくなって、この運転
差圧△P2 と比例する冷凍能力が低下する問題がある。
所で、前記膨張機K側での高圧ガス及び低圧ガスの圧力
変動を小さくするには、前記圧縮ユニットCに設ける前
記油分離器M、吸着器N及びサージボトルPの容積を大
きくすればある程度の効果は期待できるのであるが、圧
力変動を大幅に低減できないだけでなく、全体が大形と
なり、コスト高となる問題があって、前記した問題点の
解決にはならないのである。
【0005】本発明は以上の問題点に鑑み発明したもの
で、その目的は、極低温膨張機が圧縮ユニットに対し遠
く離れた位置に配設される場合でも、圧力変動を吸収す
る容積部の容積を大きくすることなく、膨張機側でのガ
スの排気効率を高めることができて、冷凍能力を向上で
きるようにする点にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、圧縮機1を備えた圧縮ユニットAと、
極低温膨張機B及び前記膨張機Bに高圧ガスの供給と低
圧ガスの排出との切換えを行なう切換弁装置9とを備え
た極低温冷凍機において、前記圧縮機1から前記切換弁
装置9に至る高圧ガス通路13と、前記切換弁装置9か
ら前記圧縮機1に至る低圧ガス通路12とのうち、少な
くとも低圧ガス通路12における前記切換弁装置9の出
口近くに圧力変動を吸収する容積部14を設けたのであ
る。
【0007】又、前記高圧ガス通路13における切換弁
装置9の入口近くと、低圧ガス通路12における切換弁
装置9の出口近くとに、圧力変動を吸収する高圧用容積
部16と、低圧用容積部14とをそれぞれ設けるのが好
ましい。
【0008】又、極低温膨張機Bは、ヒートステージ4
1をもつシリンダ4と、モータベース5及びモータハウ
ジング6とを備え、前記モータベース5に、切換弁装置
9の切換えで高圧ガスの供給と低圧ガスの排出とを行な
う給排通路81をもつ通路ブロック8を配設すると共
に、前記切換弁装置9を介して前記給排通路81に連通
する排出通路82と、該排出通路82が連通する低圧用
容積部14とを設け、この低圧用容積部14に低圧ガス
通路12を接続してもよい。
【0009】また、前記極低温膨張機Bは、ヒートステ
ージ41をもつシリンダ4と、モータベース5及びモー
タハウジング6とを備え、このモータハウジング6に、
切換弁装置9を駆動するモータ11を内装すると共に、
該モータ11を覆うモータシェル15と前記モータハウ
ジング6との間に高圧用容積部16を設け、この高圧用
容積部16に高圧ガス通路13を接続するのが好まし
い。
【0010】
【作用】低圧ガス通路12における切換弁装置9の出口
近くに容積部14を設けたから、切換弁装置9が切換え
られ、膨張機の膨張空間が低圧ガス通路12に対し開閉
されるとき、低圧ガスに圧力変動が生ずることになる
が、このとき前記容積部14が前記切換弁装置9の入口
側、即ち、膨張空間に通ずる一次側と連通することにな
るから、前記膨張機B側における低圧ガスの圧力変動は
図3の点線で示した従来の圧力変動P4 に対し実線で示
したP2 に減少できるのであって、低圧ガスの排気効率
を増大できるのである。しかも、圧力変動が減少する結
果、図3に実線で示すごとく膨張機B側での運転差圧△
1 を点線で示した運転差圧△P2 に比較して大きくで
き、運転差圧△P1 と比例する冷凍能力を向上できるの
である。また、前記膨張機B側だけでなく圧縮ユニット
A側低圧ガスの圧力変動も小さくなるから、圧縮機1の
信頼性も向上できるのである。しかも、以上のように膨
張機B側に容積部14を設けることにより、膨張機Bが
圧縮ユニットAに対し遠く離れた位置に配設される場合
でも、圧縮ユニットA側にのみ容積部を設けている従来
例に比較して前記運転差圧△P1 を大きくできて、それ
だけ冷凍能力を向上できるから、冷凍能力を同じとした
場合、圧縮ユニットA側に容積部を設ける場合に比べて
容積部の容積を小さくでき、それだけ冷凍機が占めるス
ペースを狭くでき、省スペース化を図ることができるの
である。
【0011】又、高圧ガス通路13における切換弁装置
9の入口近くに高圧用容積部16を設けると共に、低圧
ガス通路12における切換弁装置9の出口近くに低圧用
容積部14を設けることにより、膨張機B側での高圧及
び低圧の圧力変動を小さくできて、ガスの給排気効率を
増大できるから、冷凍能力をより一層向上できるのであ
る。
【0012】又、ヒートステージ41をもつシリンダ4
と、モータベース5及びモータハウジング6とを備えた
極低温膨張機Bの前記モータベース5に、前記切換弁装
置9の切換えで高圧ガスの供給と低圧ガスの排出とを行
なう給排通路81をもつ通路ブロック8を配設すると共
に、前記切換弁装置9を介して前記給排通路81に連通
する排出通路82と、該排出通路82が連通する低圧用
容積部14とを設け、この低圧用容積部14に低圧ガス
通路12を接続することにより、前記容積部14を前記
給排通路81により近づけられるから圧力変動の減少を
それだけ有効に行えるし、また、特別の容器を用いるこ
となく前記低圧用容積部14を形成することができるの
であり、コストを低減できるのである。
【0013】また、前記極低温膨張機Bのモータハウジ
ング6に、切換弁装置9を駆動するモータ11を内装す
ると共に、該モータ11を覆うモータシェル15と前記
モータハウジング6との間に高圧用容積部16を設け、
この高圧用容積部16に高圧ガス通路13を接続するこ
とにより、高圧及び低圧ガスの圧力変動を減少できる
し、また、前記容積部16を給排通路81に近づけられ
るので、高圧ガスの圧力変動をそれだけ有効に減少でき
るし、また、特別の容器を用いることなく前記高圧用容
積部16を形成することができるのであり、コストを低
減できるのである。
【0014】
【実施例】図1において、Aは圧縮機1をもった圧縮ユ
ニット、Bは該圧縮ユニットAに高圧ガス管2及び低圧
ガス管3を介して連結される極低温膨張機である。
【0015】この膨張機Bは、下端部にヒートステージ
41をもつシリンダ4と、該シリンダ4の上端部に連結
し、かつ、前記低圧ガス管3の接続口51をもったモー
タベース5と、このモータベース5に取付け、かつ、前
記高圧ガス管2の接続口61をもったモータハウジング
6とを備え、前記シリンダ4に、該シリンダ4への高圧
ガスの導入と低圧ガスの排出とで往復動し、内部に畜冷
器71を設けたディスプレーサ7を往復動自由に内装
し、該ディスプレーサ7の下端部を膨張空間10に臨ま
せると共に、前記モータベース5に、前記各接続口5
1、61と連通して前記シリンダ4に対し高圧ガスの導
入と低圧ガスの排出とを行う給排通路81をもった通路
ブロック8と、高圧ガスの前記給排通路81への供給と
低圧ガスの給排通路81からの排出との切換えを行う弁
体91をもった切換弁装置9とを配設しており、また、
前記モータハウジング6には、前記弁体91を駆動する
モータ92を内装している。尚、前記弁体91には、高
圧ガスを前記給排通路81に供給するための高圧ポート
と、低圧ガスを前記給排通路81から排出するための低
圧ポートとが設けられている。
【0016】前記通路ブロック8の給排通路81は、前
記弁体91と接触する弁座面から軸方向に貫通して前記
シリンダ4の上部に開口している。また、前記通路ブロ
ック8には、前記弁座面から軸方向に延び、かつその先
端が半径方向に屈曲して前記接続口51に連通する排出
通路82を設けて、前記圧縮機1から低圧ガス管3及び
排出通路82を介して前記切換弁装置9に至る通路を低
圧ガス通路12とし、前記圧縮機1から高圧ガス管2と
モータベース5及びモータハウジング6内の空間を介し
て前記切換弁装置9に至る通路を高圧ガス通路13とし
ている。
【0017】そして、前記モータベース5に、前記排出
通路82と接続口51とが連通する横断面略半円筒形の
低圧用容積部14を設けて、該低圧用容積部14に、前
記接続口51を介して前記低圧ガス管3を接続すると共
に、前記モータハウジング6に内装したモータ11を覆
うモータシェル15の表面と前記モータハウジング6の
内面との間に、前記接続口61が連通する高圧用容積部
16を設け、この高圧用容積部16に、前記接続口61
を介して前記高圧ガス管2を接続している。
【0018】また、前記シリンダ4内における前記ディ
スプレーサ7と前記通路ブロック8との間に、前記ディ
スプレーサ7と所定ストロークを介して連動するスラッ
クピストン17を往復動自由に設けると共に、前記モー
タベース5における前記低圧用容積部14と対向する位
置に、キャピラリーチューブを介して前記給排通路81
に連通し、かつブリードを介して前記低圧ガス通路12
に連通する中間圧のサージボリウム18を設け、このサ
ージボリウム18を、オリフィス19を介して前記スラ
ックピストン17の作用室20と対向する対向室21に
連通させて該対向室21が中間圧となるようにし、前記
切換弁装置9により前記給排通路81から前記シリンダ
4内に高圧ガスを導入すると、該シリンダ4内の高圧と
前記対向室21の中間圧との圧力差により前記ディスプ
レーサ7が通路ブロック8に向かって往動し、また、前
記切換弁装置9により前記給排通路81が低圧ガス通路
12と連通して前記シリンダ4内が低圧になると、該シ
リンダ4内の低圧と前記対向室21内の中間圧との圧力
差により前記ディスプレーサ7がヒートステージ41に
向かって復動して、膨張後の低圧ガスが排出し、これら
高圧ガスの導入と排出との繰り返しによりヒートステー
ジ41に極低温を得るようにしている。
【0019】尚、図1中22は前記シリンダ4の通路ブ
ロック側端部に固定した取付フランジであって、この取
付フランジ22と前記モータベース5とモータハウジン
グ6とを連結ボルトで連結している。
【0020】本発明は以上のごとく構成するもので、図
1のごとくディスプレーサ7が復動位置にあり、弁体9
1の高圧ポートが給排通路81に対し閉じている状態で
は、高圧ガス通路13及び高圧用容積部16に高圧ガス
が充満している。そして、モータ11の駆動により前記
弁体91が回動して、該弁体91の高圧ポートが前記給
排通路81と連通するとき、図3の点線で示すように高
圧ポートが開き始めてから開き終わるまでの間高圧ガス
の圧力が低下し、また、前記高圧ポートが開き終えてか
らは昇圧することになるのであるが、前記高圧ガス通路
13における切換弁装置9の入口近くに高圧用容積部1
6を設けていて、図3の実線で示すように前記高圧ポー
トが開き始めてから開き終わるまでの間前記高圧用容積
部16の高圧ガスが高圧ポートから前記給排通路81に
流入することになるから、前記高圧ガスの圧力ダウンを
小さくできるのである。この結果、高圧ガスの圧力変動
1 は、図3の点線で示した圧力変動P3 に比較して実
線で示すように小さくできて、高圧ガスの給気効率を増
大できるのである。また、前記高圧ポートが閉じた後前
記弁体91が回動して、該弁体91の低圧ポートが給排
通路81と連通するとき、図3の点線で示すように低圧
ポートが開き始めてから開き終わるまでの間低圧ガスの
圧力が昇圧し、また、前記低圧ポートが開き終えてから
は降圧することになるのであるが、前記低圧ガス通路1
2における切換弁装置9の出口近くに低圧用容積部14
を設けていて、図3の実線で示すように前記低圧ポート
が開き始めてから開き終わるまでの間前記低圧用容積部
14の低圧ガスが低圧ポートから前記給排通路81に流
入することになるから、前記低圧ガスの圧力上昇を小さ
くできるのである。この結果、低圧ガスの圧力変動P2
は、図3の点線で示した圧力変動P4 に比較して実線で
示すように小さくできて、低圧ガスの排気効率を増大で
きるのである。以上のように給排通路81を低圧ガス通
路12から高圧ガス通路13に切換えるとき、及び給排
通路81を高圧ガス通路13から低圧ガス通路12に切
換えるとき、前記給排通路81に通じるシリンダ4側で
の高圧ガス及び低圧ガスの圧力変動を小さくできるか
ら、給排効率を増大でき、冷凍運転時における膨張機B
側での運転差圧△P1 を点線で示した従来の運転差圧△
2 に対し大きくでき、この運転差圧△P1 と比例する
冷凍能力を向上できるのである。また、以上のように極
低温膨張機B側に高圧用容積部16と低圧用容積部14
とを設けることにより、圧縮ユニットA側にサージボト
ルを設けている従来例に比較して前記運転差圧△P1
大きくできるから、冷凍能力を同じとした場合、圧縮ユ
ニットA側にサージボトルなどを設ける場合に比べて容
積部の容積を小さくでき、それだけ冷凍機が占めるスペ
ースを狭くでき、省スペース化を図ることができるので
ある。
【0021】尚、以上説明した実施例では、モータベー
ス5に低圧用容積部14を設けると共に、モータハウジ
ング6に高圧用容積部16を設けたが、その他、図4の
ごとく前記高圧ガス管2及び低圧ガス管3における極低
温膨張機B側に設けてもよい。図4における前記各容積
部14、16は、高圧ガス管2と低圧ガス管3とに圧力
容器を取付けたものであるが、その他、圧力容器を設け
る代わりに、図5に示すごとく高圧ガス管2と低圧ガス
管3とを大径部をもった段付き構造に形成して、その大
径部を前記容積部14、16としてもよい。また、前記
低圧用容積部14をモータベース5に設ける場合、図
6、7に示すごとく低圧用容積部を横断面略C字形に形
成し、この低圧用容積部14の外周りに前記サージボリ
ウム18を略C字形に形成してもよい。又、前記各容積
部14、16は、図1、2又は図6、7に示した構造と
図4又は図5に示した構造との何れか一方であってもよ
い。
【0022】また、以上の実施例では、低圧用容積部1
4と高圧用容積部16とを設けたが、その他高圧用容積
部16をなくし、低圧用容積部14だけを設けてもよい
のである。しかし、高圧用容積部16と低圧用容積部1
4とを設けた方が、前記運転差圧△P1 を大きくでき、
冷凍能力をより一層向上できる点で両方設けるのが好ま
しい。
【0023】
【発明の効果】以上のごとく本発明は、圧縮機1を備え
た圧縮ユニットAと、極低温膨張機B及び前記膨張機B
に高圧ガスの供給と低圧ガスの排出との切換えを行なう
切換弁装置9とを備えた極低温冷凍機において、前記圧
縮機1から前記切換弁装置9に至る高圧ガス通路13
と、前記切換弁装置9から前記圧縮機1に至る低圧ガス
通路12とのうち、少なくとも低圧ガス通路12におけ
る前記切換弁装置9の出口近くに圧力変動を吸収する容
積部14を設けたから、切換弁装置9が切換えられ、膨
張機の膨張空間が低圧ガス通路12に対し開閉されると
き、低圧ガスに圧力変動が生ずることになるが、このと
き前記容積部14が前記切換弁装置9の入口側、即ち、
膨張空間に通ずる一次側と連通することになるから、前
記膨張機B側における低圧ガスの圧力変動は図3の点線
で示した従来の圧力変動P4 に対し実線で示したP2
減少できるのであって、低圧ガスの排気効率を増大でき
るのである。しかも、圧力変動が減少する結果、図3に
実線で示すごとく膨張機B側での運転差圧△P1 を点線
で示した従来の運転差圧△P2 に比較して大きくでき、
運転差圧△P1と比例する冷凍能力を向上できるのであ
る。また、前記膨張機B側だけでなく圧縮ユニットA側
低圧ガスの圧力変動も小さくなるから、圧縮機1の信頼
性も向上できるのである。しかも、以上のように膨張機
B側に容積部14を設けることにより、膨張機Bが圧縮
ユニットAに対し遠く離れた位置に配設される場合で
も、圧縮ユニットA側にのみ容積部を設けている従来例
に比較して前記運転差圧△P1 を大きくできて、それだ
け冷凍能力を向上できるから、冷凍能力を同じとした場
合、圧縮ユニットA側に容積部を設ける場合に比べて容
積部の容積を小さくでき、それだけ冷凍機が占めるスペ
ースを狭くでき、省スペース化を図ることができるので
ある。
【0024】又、高圧ガス通路13における切換弁装置
9の入口近くに高圧用容積部16を設けると共に、低圧
ガス通路12における切換弁装置9の出口近くに低圧用
容積部14を設けることにより、膨張機B側での高圧及
び低圧の圧力変動を小さくできて、ガスの給排気効率を
増大できるから、運転差圧△P1 を一層大きくでき、冷
凍能力をより一層向上できるのである。
【0025】又、ヒートステージ41をもつシリンダ4
と、モータベース5及びモータハウジング6とを備えた
極低温膨張機Bの前記モータベース5に、前記切換弁装
置9の切換えで高圧ガスの供給と低圧ガスの排出とを行
なう給排通路81をもつ通路ブロック8を配設すると共
に、前記切換弁装置9を介して前記給排通路81に連通
する排出通路82と、該排出通路82が連通する低圧用
容積部14とを設け、この低圧用容積部14に低圧ガス
通路12を接続することにより、前記容積部14を前記
給排通路81により近づけられるから圧力変動の減少を
それだけ有効に行えるし、また、特別の容器を用いるこ
となく前記低圧用容積部14を形成することができるの
であり、コストを低減できるのである。
【0026】また、前記極低温膨張機Bにおけるモータ
ハウジング6内のモータ11を覆うモータシェル15と
前記モータハウジング6との間に高圧用容積部16を設
け、この高圧用容積部16に高圧ガス通路13を接続す
ることにより、高圧及び低圧ガスの圧力変動を減少でき
るし、また、前記容積部16を給排通路81に近づけら
れるので、高圧ガスの圧力変動をそれだけ有効に減少で
きるし、また、特別の容器を用いることなく前記高圧用
容積部16を形成することができるのであり、コストを
低減できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明極低温膨張機の要部のみの縦断面図であ
る。
【図2】図1のXーX線断面図である。
【図3】高圧及び低圧ガスの圧力変動を示す説明図であ
る。
【図4】容積部をガス管に設けた例を示す一部切欠図で
ある。
【図5】同容積部をガス管に設けた別の例を示す断面図
である。
【図6】別の実施例を示す図7のYーY線断面図であ
る。
【図7】図6の中央横断平面図である。
【図8】従来例の断面図である。
【符号の説明】
A 圧縮ユニット B 極低温膨張機 1 圧縮機 4 シリンダ 5 モータベース 6 モータハウジング 8 通路ブロック 81 給排通路 9 切換弁装置 91 弁体 11 モータ 12 低圧ガス通路 13 高圧ガス通路 14 低圧用容積部 15 モータシェル 16 高圧用容積部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 9/14 530

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮機1を備えた圧縮ユニットAと、極低
    温膨張機B及び前記膨張機Bに高圧ガスの供給と低圧ガ
    スの排出との切換えを行なう切換弁装置9とを備えた極
    低温冷凍機において、前記圧縮機1から前記切換弁装置
    9に至る高圧ガス通路13と、前記切換弁装置9から前
    記圧縮機1に至る低圧ガス通路12とのうち、少なくと
    も低圧ガス通路12における前記切換弁装置9の出口近
    くに圧力変動を吸収する容積部14を設けていることを
    特徴とする極低温冷凍機。
  2. 【請求項2】高圧ガス通路13における切換弁装置9の
    入口近くと、低圧ガス通路12における切換弁装置9の
    出口近くとに、圧力変動を吸収する高圧用容積部16
    と、低圧用容積部14とをそれぞれ設けている請求項1
    記載の極低温冷凍機。
  3. 【請求項3】極低温膨張機Bは、ヒートステージ41を
    もつシリンダ4と、モータベース5及びモータハウジン
    グ6とを備え、前記モータベース5に、切換弁装置9の
    切換えで高圧ガスの供給と低圧ガスの排出とを行なう給
    排通路81をもつ通路ブロック8を配設すると共に、前
    記切換弁装置9を介して前記給排通路81に連通する排
    出通路82と、該排出通路82が連通する低圧用容積部
    14とを設け、この低圧用容積部14に低圧ガス通路1
    2を接続している請求項1記載の極低温冷凍機。
  4. 【請求項4】極低温膨張機Bは、ヒートステージ41を
    もつシリンダ4と、モータベース5及びモータハウジン
    グ6とを備え、このモータハウジング6に、切換弁装置
    9を駆動するモータ11を内装すると共に、該モータ1
    1を覆うモータシェル15と前記モータハウジング6と
    の間に高圧用容積部16を設け、この高圧用容積部16
    に高圧ガス通路13を接続している請求項2又は3記載
    の極低温冷凍機。
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