JPH05312423A - ダブルインレット型冷凍装置 - Google Patents

ダブルインレット型冷凍装置

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JPH05312423A
JPH05312423A JP11743992A JP11743992A JPH05312423A JP H05312423 A JPH05312423 A JP H05312423A JP 11743992 A JP11743992 A JP 11743992A JP 11743992 A JP11743992 A JP 11743992A JP H05312423 A JPH05312423 A JP H05312423A
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JP
Japan
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pipe
heat exchanger
regenerator
pulse tube
compressor
Prior art date
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Pending
Application number
JP11743992A
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English (en)
Inventor
Kazuo Ikegami
和男 池上
Masato Osumi
正人 大隅
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Publication of JPH05312423A publication Critical patent/JPH05312423A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F25B9/145Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle pulse-tube cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25B2309/1408Pulse-tube cycles with pulse tube having U-turn or L-turn type geometrical arrangements
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    • F25B2309/14241Pulse tubes with basic schematic including an orifice reservoir multiple inlet pulse tube

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、パルスチューブを利用したダブル
インレット型冷凍装置において、蓄冷器の高温端部にお
ける温度上昇を防止し、冷凍能力の低下防止した極低温
用の冷凍装置を提供する。 【構成】 内部にガス状冷媒が充填されたコンプレッサ
1と、該コンプレッサ1に第1パイプ5を介して配管接
続され、蓄冷材6が充填された蓄冷器4と、該蓄冷器4
に第2パイプ8を介して配管接続された中空のパルスチ
ューブ7と、前記第2パイプ8の途中に設けられた低温
取出用交換器9と、前記パルスチューブ7に第3パイプ
11を介して配管接続されたバッファタンク10と、前
記第1パイプ5、及び第3パイプ11間に配管接続され
た第4パイプ16と、を備え、前記蓄冷器4の高温端部
18周面に放熱用熱交換器21を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パルスチューブを利用
して100(−173℃)以下の極低温を実現する冷凍
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の冷凍装置として図3に示
すものがある。
【0003】同図において1は内部に20K以下の極低
温にて液体状態となるガス状冷媒、例えばヘリウムが充
填されたコンプレッサであり、シリンダ2内にピストン
3が移動可能に設けられている。4はコンプレッサ1に
第1パイプ5を介して連結された蓄冷器であり、内部に
銅や鉛等の蓄冷材6を充填している。7はこの蓄冷器4
に第2パイプ8を介して連結されたパルスチューブであ
り、ステンレス鋼より形成されている。9は100K以
下の極低温を取り出すための低温取出用熱交換器であ
り、銅などの熱伝導性の高い材料からなり、第2パイプ
8の途中に設けられている。10は該パルスチューブ7
に第3パイプ11を介して連結されたバッファタンクで
あり、この第3パイプ11の途中にニードル弁等のオリ
フィス弁12が設けられている。13は蓄冷器4のコン
プレッサ1側端部に設けられた放熱用熱交換器、14は
パルスチューブ7のバッファタンク10側端部に設けら
れた放熱用熱交換器であり、水冷式あるいは空冷式の放
熱フィンが用いられている。また、これらの材料として
は熱伝導率の高い銅等が用いられている。
【0004】尚、蓄冷器4、低温取出用熱交換器9、パ
ルスチューブ7、及びこれらを連結する第2パイプ8は
断熱のために真空チャンバ(真空度10-4torr以下)1
5に収納されている。
【0005】上記の構成においてコンプレッサ1のピス
トン3の図3下方向への移動による圧縮過程においてコ
ンプレッサ1で圧縮されたガス状冷媒は、放熱用熱交換
器13及び蓄冷器4を通る間に冷却されてパルスチュー
ブ7内に流入し、このパルスチューブ7内の残留冷媒は
圧縮されてその圧縮熱が放熱用熱交換器14に放熱され
てバッファタンク10内に流入する。
【0006】その後、ピストン3の図3上方向への移動
による膨張過程においてコンプレッサ1内へガス状冷媒
を吸引動作することでパルスチューブ7内のガス状冷媒
を復帰移動させ、パルスチューブ7内で断熱膨張させ
て、更に低温化させて低温取出用熱交換器9及び蓄冷器
4を冷却してコンプレッサ1に帰還させる。
【0007】このようにガス状冷媒の往復移動サイクル
を繰り返すことにより、低温取出用熱交換器9にて極低
温を得るようにしたものである。
【0008】しかしながら、この冷凍装置では、低温取
出用熱交換器9が或る程度低温(約100K)になって
くると、膨張過程においてバッファタンク10、及びパ
ルスチューブ7内の高温端にある室温付近の高い温度の
ガス状冷媒が低温取出用熱交換器9に流入し、低温用取
出用熱交換器9で得られる温度が限られてしまうという
問題があった。
【0009】この対策として、Cryogenics、vol 30、P2
57〜261、1990年では、図2に示すダブルインレット型
冷凍装置が提案されている。この冷凍装置は、新たにオ
リフィス弁12、及び放熱用熱交換器14間の第3パイ
プ11と、第1パイプ5との間を第4パイプ16にて接
続し、その中間部に流量を調整するオリフィス弁17を
設けた構成となっている。
【0010】このダブルインレット型冷凍装置では、コ
ンプレッサ1のピストン3の図2下方向への移動による
圧縮過程においてコンプレッサ1で圧縮されたガス状冷
媒は、放熱用熱交換器13、及び蓄冷器4に流入すると
共に、その一部が第4パイプ16、オリフィス弁17を
介してバッファタンク10、及び放熱用熱交換器14に
流入する。
【0011】この際、コンプレッサ1で圧縮されたガス
状冷媒が、放熱用熱交換器13及び蓄冷器4を通る間に
冷却されてパルスチューブ7内に流入し、このパルスチ
ューブ7内の残留冷媒は圧縮されてその圧縮熱が放熱用
熱交換器14に放熱され、バッファタンク10内に流入
する。
【0012】その後、ピストン3の図2上方向への移動
による膨張過程においてコンプレッサ1内へガス状冷媒
を吸引動作することでパルスチューブ7内のガス状冷媒
を復帰移動させ、パルスチューブ7内で断熱膨張させ
て、更に低温化させて低温取出用熱交換器9及び蓄冷器
4を冷却してコンプレッサ1に帰還させる。この際、バ
ッファタンク10、及びパルスチューブ7内の高温端に
ある室温付近の高い温度のガス状冷媒は、第4パイプ1
6、オリフィス弁17を介してコンプレッサ1に帰還す
ることになる。
【0013】これにより、膨張過程において低温取出用
熱交換器9へバッファタンク10、及びパルスチューブ
7内の高温端にある室温付近の高い温度のガス状冷媒が
低温取出用熱交換器9に流入するのを防止し、低温取出
用熱交換器9を更に低温化することが可能であった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ダ
ブルインレット型冷凍装置では、膨張過程においてバッ
ファタンク10、及び放熱用熱交換器14にある室温付
近の高い温度のガス状冷媒が、第4パイプ16、オリフ
ィス弁17を介してコンプレッサ1、及び蓄冷器4に流
入し、その結果、蓄冷器4の高温端部18において前記
ガス状冷媒が滞留し、蓄冷器4の高温端部18の温度を
上昇させていた。
【0015】そのため、この冷凍装置を長時間の運転を
行った場合、蓄冷器4の高温端部18における温熱が低
温用取出用熱交換器9まで伝わり、得られる冷凍温度が
40〜50K程度となり、冷凍能力を低下させる新たな
問題を含んでいた。
【0016】本発明は斯かる従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであって、上記ダブルインレット型冷凍装
置において、蓄冷器の高温端部における温度上昇を防止
し、冷凍能力の低下を防止した極低温用の冷凍装置を提
供するものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部にガス状
冷媒が充填されたコンプレッサと、該コンプレッサに第
1パイプを介して配管接続され、蓄冷材が充填された蓄
冷器と、該蓄冷器に第2パイプを介して配管接続された
中空のパルスチューブと、前記第2パイプの途中に設け
られた低温取出用交換器と、前記パルスチューブに第3
パイプを介して配管接続されたバッファタンクと、前記
第1パイプ、及び第3パイプ間に配管接続された第4パ
イプと、を備え、前記蓄冷器の高温端部周面に放熱用熱
交換器を設けたものである。
【0018】
【作用】本発明によれば、蓄冷器の高温端部周面に設け
られた放熱用熱交換器により、前記高温端部にて発生す
る温熱が確実に放熱される。
【0019】
【実施例】以下本発明の冷凍装置の一実施例を図1に基
づいて説明する。尚、前述の図2装置と同じ構成につい
ては同一符号を付して示している。
【0020】同図において、蓄冷器4の高温端部18周
面には、水冷式の放熱用熱交換器21が設けられてい
る。
【0021】尚、放熱用熱交換器21、蓄冷器4、低温
取出用熱交換器9、パルスチューブ7、及びこれらを連
結する第2パイプ8は断熱のために真空チャンバ(真空
度10-4torr以下)15に収納され、放熱用熱交換器2
1に冷却水が真空チャンバ15外部から供給されてい
る。
【0022】従って、コンプレッサ1のピストン3の図
1上方向への移動による膨張過程において、第4パイプ
16から流入する高温のガス状冷媒が蓄冷器4の高温端
部18にて滞留し温熱が発生することになるが、高温端
部18周面に設けられた放熱用熱交換器21にて水冷さ
れ、高温端部18が温度上昇するのが防止される。
【0023】このため、冷凍装置の長時間運転を行った
場合、蓄冷器4の高温端部18における温熱が低温用取
出用熱交換器9まで伝わり、冷凍能力を低下させること
がない。
【0024】このようにガス状冷媒の往復移動サイクル
を繰り返すことにより、低温取出用熱交換器9にて極低
温が得られることになり、この結果、低温取出用熱交換
器9に30〜40Kの極低温が得られることが確認され
た。
【0025】尚、上記実施例では、放熱用熱交換器21
として水冷式熱交換器を用いた場合について説明した
が、この他に空冷式熱交換器を用いても同様の効果を奏
することができる。
【0026】但し、空冷式熱交換器を設ける場合には、
蓄冷器4の高温端部18のみを真空チャンバ15の外部
に設け、その高温端部周面に空冷式熱交換器を取付け、
外気にて空冷可能とする必要がある。
【0027】
【発明の効果】以上述べた通り本発明によれば、蓄冷器
の高温端部周面に設けられた放熱用熱交換器により、前
記高温端部にて発生する温熱が確実に放熱される。
【0028】従って、冷凍装置の長時間運転を行った場
合に、蓄冷器の高温端部における温度上昇を防止し、冷
凍能力の低下を防止した極低温用の冷凍装置を実現する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すダブルインレット型冷
凍装置のシステム構成図である。
【図2】従来のダブルインレット型冷凍装置のシステム
構成図である。
【図3】従来の冷凍装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
1 コンプレッサ 4 蓄冷器 5 第1パイプ 7 パルスチューブ 8 第2パイプ 9 低温取出用熱交換器 10 バッファタンク 11 第3パイプ 12 オリフィス弁 16 第4パイプ 17 オリフィス弁 18 高温端部 21 放熱用熱交換器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部にガス状冷媒が充填されたコンプレッ
    サと、 該コンプレッサに第1パイプを介して配管接続され、蓄
    冷材が充填された蓄冷器と、 該蓄冷器に第2パイプを介して配管接続された中空のパ
    ルスチューブと、 前記第2パイプの途中に設けられた低温取出用交換器
    と、 前記パルスチューブに第3パイプを介して配管接続され
    たバッファタンクと、 前記第1パイプ、及び第3パイプ間に配管接続された第
    4パイプと、を備え、 前記蓄冷器の高温端部周面に放熱用熱交換器を設けたこ
    とを特徴とするダブルインレット型冷凍装置。
JP11743992A 1992-05-11 1992-05-11 ダブルインレット型冷凍装置 Pending JPH05312423A (ja)

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JP11743992A JPH05312423A (ja) 1992-05-11 1992-05-11 ダブルインレット型冷凍装置

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JPH05312423A true JPH05312423A (ja) 1993-11-22

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Cited By (3)

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EP1352199A1 (en) * 2001-01-19 2003-10-15 Praxair Technology, Inc. Cryogenic pulse tube system
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