JPH094936A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

極低温冷凍装置

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JPH094936A
JPH094936A JP15476095A JP15476095A JPH094936A JP H094936 A JPH094936 A JP H094936A JP 15476095 A JP15476095 A JP 15476095A JP 15476095 A JP15476095 A JP 15476095A JP H094936 A JPH094936 A JP H094936A
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JP
Japan
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refrigerant gas
regenerator
pressure
pulse tube
path
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JP15476095A
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Yuji Yamaguchi
勇治 山口
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄冷器とパルス管との間の冷媒ガス流路によ
り冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置において、冷凍効
率と保守耐久性とを向上した装置を提供する。 【構成】 極低温冷凍装置５００は、圧縮部１で加圧し
た高圧の冷媒ガス２ａを蓄冷器４及びパルス管６に与え
た後に、上記の蓄冷器４とパルス管６との内部で膨張さ
せた低圧の冷媒ガス２ｂを再び圧縮部１に戻すように循
環し、蓄冷器４に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷
５を冷却する。高圧の冷媒ガス２ａまたは低圧の冷媒ガ
ス２ｂによって蓄冷器４の高温端側４１と上記のパルス
管６の高温端側６１とを冷却することにより、冷凍効率
を向上する。蓄冷器４及びパルス管６に対して冷媒ガス
２ａ・２ｂを気を流入・流出する開閉弁３１・３２をス
プール弁体による開閉弁で構成することにより、開閉弁
の配置数を少なくして保守耐久性を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、パルス管で冷媒ガス
の圧力変化を行わせて得られる冷却熱を蓄冷器に蓄積す
るとともに、蓄冷器とパルス管との間の冷媒ガス流路に
より冷凍負荷を冷却する構成をもつ極低温冷凍装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の極低温冷凍装置は、パルス管式
極低温冷凍装置とも呼ばれており、高圧の冷媒ガスを、
蓄冷器を経てパルス管に与えた後に、蓄冷器とパルス管
との内部で膨張させた冷媒ガスを再び高圧の冷媒ガスに
戻す経路によって、冷媒ガスを循環させることにより蓄
冷器に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷を冷却する
ように構成されている。
【０００３】こうしたパルス管式極低温冷凍装置におい
て、金属水素化合物から発生させた水素を冷媒ガスとし
て、この冷媒ガスを蓄冷器から冷凍負荷を経てパルス管
に流通する経路に間欠的な循環を行わせるために、２つ
の金属水素化合物収納部を設けておき、一方の金属水素
化合物収納部を加熱して水素を発生する水素放出側と
し、他方の金属水素化合物収納部を冷却して水素を吸収
する水素吸収側とし、これらの金属水素化合物収納部の
加熱と冷却を交互に入れ換えるとともに、水素の間欠的
な循環を行わせる経路を交互に入れ換える構成（以下、
第１従来技術という）のものが特開平６−１４７６８６
などにより開示されている。
【０００４】そして、上記の第１従来技術では、冷却負
荷側への伝導熱による温度上昇を抑えて、冷凍効率を向
上させるために、蓄冷器の上端部分とパルス管の上端部
分、つまり、蓄冷器の高温端側とパルス管の高温端側と
を、冷媒ガスとは別個の冷却用流体によって冷却するこ
とが必要な構成になっている。
【０００５】また、蓄冷器に流入・流出して冷却熱を得
るための冷媒ガスを圧縮して循環させることにより冷却
効率を向上させるとともに、上記の流入・流出する流路
を開閉するための開閉弁として、糸巻形の弁体、つま
り、スプール弁体によるシーケンス弁を１対にして互い
に正反対の開閉位相で動作する開閉弁を用いたクライオ
ポンプ、つまり、極低温冷凍装置の構成（以下、第２従
来技術という）が本願出願人による出願にもとづく特開
昭６３−２１４５１などにより開示されている。
【０００６】さらに、上記の極低温冷凍装置におけるス
プール弁体の２つの太径部分の長さとその間の細径部分
の長さとの各長さの関係を所要量に設定することにより
開弁期間と閉弁期間とを所要の目的に合致させる構成
（以下、第３従来技術という）が本願出願人による出願
にもとづく特開平６−１５９８３２などにより開示され
ている。
【０００７】また、上記の第２従来技術におけるクライ
オポンプの複数を放射状に配置するとともに、各クライ
オポンプに対する各シーケンス弁の開閉位相を異ならせ
て順次に開閉動作させるために、各シーケンス弁を駆動
する各クランク軸の回転位相を順次に異ならせて配置し
た構成（以下、第４従来技術という）が本願出願人によ
る出願にもとづく特開平６−１５９８３５などにより開
示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記の第１従来技術に
よる極低温冷凍装置では、冷媒ガスの循環を冷媒ガスの
加熱・冷却による圧力変化のみによって行わせているた
め、冷媒ガスの単位時間当たりの利用効率が悪いので、
大きな冷凍能力を得るには、その能力の増加に対応し
て、各部を大型化しなければらなず、小型で大きな冷凍
能力を得るものを提供し得ないという第１の不都合があ
る。
【０００９】また、冷媒ガスの加熱側と冷却側との入れ
換えを行うための循環経路の切換が複雑になるため、多
数の流体弁類を配置せざるを得ないので、これら流体弁
類の機械的摩耗損による故障が生じ易く、頻繁な保守作
業が必要になり、長寿命の安定動作を行い得るものを提
供し得ないという第２の不都合がある。
【００１０】上記の第１の不都合を解決するために、第
１従来技術の構成に上記の第２従来技術における冷媒ガ
スを圧縮して循環する構成を組み合わせることにより、
冷媒ガスの単位時間当たりの利用効率を向上させて、小
型で大きな冷凍能力を得るものを提供することが考えら
れる。
【００１１】しかしながら、こうした構成でも、蓄冷器
の高温端側とパルス管の高温端側とを、冷媒ガスとは別
個の冷却用流体によって冷却、例えば、空冷または水冷
によって冷却しなければならないという構成を必要とす
る不都合は依然として解決し得ないものである。
【００１２】さらに、上記の第１従来技術における流体
弁類の構成部分に、上記の第２従来技術・第３従来技術
によるシーケンス弁構成を適用したとしても、各部を大
型化の回避や上記の多数の流体弁類の低減をなし得ない
という不都合は依然として解消し得ないものである。
【００１３】また、蓄冷器及びパルス管による冷凍能力
を発生する部分（以下、冷凍能力発生部という）の温度
が常温に近い場合には、冷媒循環量が少なく圧力差が大
きいが、冷凍能力発生部が低温になると、冷媒循環量が
多く圧力差が小さくなって冷凍能力に限界が生ずるとい
う不都合がある。したがって、こうした不都合のない極
低温冷凍装置の提供が望まれているという課題がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な高圧の冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管に与えた後
に、上記の蓄冷器とパルス管との内部で膨張させた冷媒
ガスを再び上記の高圧の冷媒ガスに戻す経路によって、
冷媒ガスを循環させることにより上記の蓄冷器に蓄積さ
れる冷却熱量によって冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装
置において、
【００１５】上記の蓄冷器及びパルス管から流出する冷
媒ガスを低圧化にして得られる低圧冷媒ガスによって上
記の蓄冷器の高温端側と上記のパルス管の高温端側とを
冷却する高温端側冷却手段を設ける第１の構成と、
【００１６】上記の第１の構成における高温端側冷却手
段に代えて、上記の蓄冷器及びパルス管から流出する冷
媒ガスを低圧化にした後に圧縮して得られる高圧冷媒ガ
スにより上記の蓄冷器の高温端側と上記のパルス管の高
温端側とを冷却する高温端側冷却手段を設ける第２の構
成と、
【００１７】上記の極低温冷凍装置において、開閉位相
が異なる２つのスプール弁体をもつ１対の開閉弁によっ
て上記の蓄冷器及びパルス管に対する上記の冷媒ガスの
流入及び流出を行う流路を開閉する流路開閉手段を設け
る第３の構成と、
【００１８】上記の第３の構成における流路開閉手段に
代えて、開閉位相が異なる２つのスプール弁体をもつ１
対の開閉構成の複数対を設けるとともに、これらの複数
対の各対が順次に位相を異ならせて開閉動作する開閉弁
によって上記の蓄冷器及びパルス管に対する上記の冷媒
ガスの流入及び流出を行う流路を開閉する流路開閉手段
を設ける第４の構成と、
【００１９】上記の極低温冷凍装置において、上記のパ
ルス管を上記の蓄冷器の外周につる巻き状に巻回させて
形成するつる巻きパルス管手段を設ける第５の構成と、
【００２０】上記のような圧縮部分により圧縮した高圧
冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、上記の
蓄冷器とパルス管との内部で膨張させた冷媒ガスを再び
上記の圧縮部分に戻す経路によって冷媒ガスを循環させ
ることにより上記の蓄冷器に蓄積される冷却熱量によっ
て冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置において、
【００２１】上記の高圧冷媒ガスを流通する流路と上記
の蓄冷器及びパルス管から流出した低圧の冷媒ガスを流
通する流路との間に上記の冷媒ガスを貯留する貯留部分
を設ける冷媒ガス貯留手段と、
【００２２】上記の高圧冷媒ガスの圧力と上記の圧縮を
行う前の冷媒ガスの圧力との圧力差が第１の所定値以下
になったときに上記の貯留部分に貯留した冷媒ガスを排
出して上記の経路の冷媒ガスに加入し、上記の圧力差が
第２の所定値を超えたときに上記の経路の冷媒ガスを上
記の貯留部に取り込む冷媒ガス排出取込手段とを設ける
第６の構成と、
【００２３】上記の第６の構成における冷媒ガス排出取
込手段に代えて、上記の冷凍負荷が第１の所定の温度以
下になったときに上記の貯留部分に貯留した冷媒ガスを
排出して上記の経路の冷媒ガスに加入し、上記の冷凍負
荷が第２の所定の温度を超えたときに上記の経路の冷媒
ガスを上記の貯留部に取り込む冷媒ガス排出取込手段を
設ける第７の構成と、
【００２４】上記の第６の構成における冷媒ガス排出取
込手段に代えて、上記の冷凍負荷が所定の温度以下にな
ったときに上記の貯留部分に貯留した冷媒ガスを排出し
て上記の経路の冷媒ガスに加入し、上記の高圧冷媒ガス
の圧力が所定の圧力値を超えたときに上記の経路の冷媒
ガスを上記の貯留部分に取り込む冷媒ガス排出取込手段
を設ける第８の構成と、
【００２５】上記の第６の構成における冷媒ガス排出取
込手段に代えて、上記の高圧冷媒ガスの圧力が所定の圧
力値以下のときに上記の貯留部分に貯留した冷媒ガスを
排出して上記の経路の冷媒ガスに加入し、上記の冷凍負
荷が所定の温度を超えたときに上記の経路の冷媒ガスを
上記の貯留部分に取り込む冷媒ガス排出取込手段を設け
る第９の構成と、
【００２６】上記の第６の構成における冷媒ガス排出取
込手段に代えて、上記の高圧冷媒ガスの圧力が第１の所
定の圧力値以下のときに上記の貯留部分に貯留した冷媒
ガスを排出して上記の経路の冷媒ガスに加入し、上記の
高圧冷媒ガスの圧力が第２の所定の圧力値を超えたとき
に上記の経路の冷媒ガスを上記の貯留部分に取り込む冷
媒ガス排出取込手段を設ける第１０の構成と、
【００２７】上記の第６の構成における冷媒ガス排出取
込手段に代えて、低圧の上記の冷媒ガスの圧力が第１の
所定の圧力値を超えたときに上記の貯留部分に貯留した
冷媒ガスを排出して上記の経路の冷媒ガスに加入し、低
圧の上記の冷媒ガスの圧力が第２の所定の圧力値以下の
ときに上記の経路の冷媒ガスを上記の貯留部分に取り込
む冷媒ガス排出取込手段を設ける第１１の構成とによっ
て、上記の課題を解決し得るようにしたものである。
【００２８】
【作用】第１の構成と第２の構成によれば、蓄冷器の高
温端側とパルス管の高温端側との冷却を冷凍熱操作用の
熱操作流体、つまり、冷媒ガス自体によって行っている
ので、当該部分の冷却に別個の熱操作流体を用いる構成
が不要になり、装置全体を小型化し得るとともに、別個
の熱操作流体を用いる構成に必要な運転部分の機械的な
消耗による保守作業が不要になり、長寿命の安定動作を
行い得るように作用する。
【００２９】第３の構成によれば、開閉位相の異なる２
つのスプール弁体をもつ１対の開閉弁によって冷媒ガス
の流路を開閉するため、複雑な開閉流路に対する多数の
開閉弁を設けていないので、多数の開閉弁に対するよう
な機械的な消耗による保守作業が不要になり、長寿命の
安定動作を行い得るように作用する。
【００３０】第４の構成によれば、複数対のスプール弁
体対を順次に位相を異ならせて開閉動作する開閉弁によ
って冷媒ガスの流路を開閉するため、同一の開閉速度で
開閉する場合には、各対のスプール弁体が、実質的に
は、流路の開閉の複数回ごとに１回しか往復摺動するの
みで済ませられ、機械的な消耗が複数分の１に低減でき
るので、機械的な消耗に対する保守作業が低減され、長
寿命の安定動作を行い得るように作用する。
【００３１】また、開閉弁を開閉駆動する駆動軸、例え
ば、スプール弁体を上下動作するクランク軸の回転速度
を同一速度にした場合には、開閉弁の開閉速度がスプー
ル弁体対の配置数だけ冷媒ガスの循環回数を速めること
ができるので、開閉弁の駆動軸を回転するモータの電源
周波数を変化させることなく、冷凍効果を向上し得るよ
うに作用する。
【００３２】第５の構成によれば、パルス管を蓄冷器の
周囲につる巻き状に巻回させて形成しているため、蓄冷
器とパルス管とを含む占有容積が蓄冷器を一回り大きく
した程度の大きさで済むとともに、設計上、パルス管の
長さを、蓄冷器の長さよりも長くした方が良好な効率が
得られる場合にも、つる巻き状にした分だけパルス管を
長くし得るので、装置を小型化し得るとともに冷媒ガス
の熱利用効率を向上し得るように作用する。
【００３３】第６の構成〜第１１の構成によれば、冷凍
能力発生部が到達可能な最低温度に達して冷媒の循環量
が最大限になった場合、または、冷却負荷の負荷量が大
きくなって冷却能力が不足した場合に、冷媒ガスの貯留
部分から冷媒ガスを加入して冷媒ガス量を増量し得るの
で、冷凍能力発生部の温度をさらに低くし、また、低下
または不足した分の冷却能力を補足して冷凍効果を向上
し得るように作用する。
【００３４】
【実施例】以下、図１〜図９により実施例を説明する。
これら図において、同一符号で示す部分は、図１〜図９
のうちのいずれかの図によって説明した同一符号の部分
と同一の機能をもつ部分である。
【００３５】〔第１実施例〕まず、図１により極低温冷
凍装置５００の第１実施例を説明する。図１において、
圧縮部１には、冷媒ガス、例えば、ヘリウムガスなどを
圧縮して高圧冷媒ガス２ａを管路２１に流出するための
圧縮機１１と、後記の低圧冷媒ガス２ｂを冷却用流体、
例えば、冷却水と熱交換して冷却するための熱交換器１
２とが設けてある。
【００３６】開閉弁３１は、管路２１の高圧冷媒ガス２
ａを管路２３に流入するための流路を開閉する開閉動作
を行うとともに、後記の開閉弁３２の開閉動作に対して
開閉位相が正反対の開閉動作を行うように構成した開閉
弁であり、こうした開閉弁３１と開閉弁３２の構成は上
記の第２従来技術で述べた１対のスプール弁体による開
閉弁で構成することができる。
【００３７】開閉弁３１は、高圧冷媒ガス２ａを、蓄冷
器４内の圧力とパルス管６内の圧力とを管路２１内の圧
力と同圧力にするための所要量、例えば、パルス管６の
容積の１／２の容積に相当する量だけ、管路２２側に向
けて流入する時間だけ開動作した後に閉動作し、その後
に、開閉弁３２が開動作する。そして、管路２２側に流
入した高圧冷媒ガス２ａは、管路２２→蓄冷器４→管路
２３の経路による第１の経路と、管路２２→オリフィス
７→パルス管６→管路２３の経路による第２の経路とに
よって管路２３に流入する。
【００３８】開閉弁３２が開動作すると、開閉弁３１の
開動作時に管路２３に流入した高圧冷媒ガス２ａは、蓄
冷器４→管路２２の経路による第１の経路と、パルス管
６→→オリフィス７→管路２２の経路による第２の経路
とを経た後に、開閉弁３２→管路２７→熱交換器１２→
管路２８→熱交換器８→管路２９の経路を経て圧縮機１
１に戻し入れられることにより、冷媒ガスの循環が行わ
れる。
【００３９】この戻し入れの経路には、オリフィス７が
介在しているために、管路２２側に流入した高圧冷媒ガ
ス２ａは、主として、蓄冷器４とパルス管６との容積内
で膨張して低圧になるが、この膨張の際に発生する冷却
熱量を蓄冷器４の内部の蓄冷材４ａ、例えば、小粒の鉛
玉の集積体または金属網の集積体などに与えて冷却熱量
を蓄冷材４ａに蓄積する。
【００４０】したがって、冷媒ガスの循環を繰り返すこ
とにより蓄冷器４の下部には冷却熱量が蓄積されてゆ
き、この蓄積によって冷凍負荷５に極低温の冷却が与え
られることになる。また、冷凍負荷５を蓄冷器４とパル
ス管６との下端側外周及び管路２３を包むように配置し
ても、同様に、極低温の冷却を得るように構成できるこ
とは言うまでもない。
【００４１】開閉弁３２から流出した冷媒ガスは、低圧
冷媒ガス２ｂになって熱交換器１２側に流出し、熱交換
器１２で冷却して常温程度の温度の低圧冷媒ガス２ｃに
された後に、熱交換器８に送り込まれる。
【００４２】低圧冷媒ガス２ｃは、熱交換器８を流通す
る際に、パルス管６の上端側と蓄冷器４の上端側、つま
り、パルス管６の高温端側６１と蓄冷器４の高温端側４
１とから熱を奪って高温の低圧冷媒ガス２ｄになった後
に、圧縮機１１に戻し入れられることになる。
【００４３】オリフィス５１とバッファタンク５２と
は、パルス管６に流入またはパルス管から流出する冷媒
ガスの圧力振動、つまり、高圧と低圧との繰り返しの位
相と、冷媒の流量変動の位相とのずれを形成するもので
ある。
【００４４】熱交換器８は、例えば、図２のように、パ
ルス管６の上端側と蓄冷器４の上端側とに密着または埋
め込ませて巻回した熱交換管であり、必要に応じて、図
５のように、熱交換管８を巻回する部分のパルス管６と
蓄冷器４との外径を細くすることにより全体の外径を小
型にして形成することができる。
【００４５】〔第２実施例〕まず、図２により第２実施
例を説明する。図２において、図１の構成と異なる箇所
は、パルス管６から流出した低圧冷媒ガス２ｂが、開閉
弁３２から、管路２７→圧縮機１１→管路２９→熱交換
器８→管路２８→熱交換器１２→管路２１→開閉弁３１
の経路を経て蓄冷器４に流入するように、経路が変更さ
れている箇所である。
【００４６】したがって、低圧冷媒ガス２ｂを、冷却せ
ずに、そのまま、圧縮機１１で圧縮して高圧冷媒ガス２
ｅにした後に熱交換器８に与え、蓄冷器４の高温端側４
１とパルス管６の高温端側６１とを冷却して高温の高圧
冷媒ガス２ｆにした後に熱交換器１２に与え、熱交換器
１２で冷却して得られる低温の高圧冷媒ガス２ａを蓄冷
器４に与えるという経路で冷媒ガスを循環していること
になるものである。なお、圧縮機１１には、冷却用の熱
交換器が設けてあるので、圧縮機１１から吐出される高
圧冷媒ガス２ｅは、常温程度の低い温度になっいる。
【００４７】〔第３実施例〕次に、図３により第３実施
例を説明する。図３は、図１・図２の構成における開閉
弁３１と開閉弁３２の部分の具体的な構成の実施例であ
る。
【００４８】図３において、開閉弁３１は、管路２１と
管路２２とが弁室３１Ａの壁部に対向状に配置してあ
り、スプール弁体３１Ｂの細径部分３１Ｂ１が管路２１
・２２の箇所に位置付けられたときに弁の開動作を行
い、太径部分３１Ｂ２が管路２１・２２の箇所に位置付
けられたときに弁の閉動作を行う構造になっている。
【００４９】つまり、弁室３１Ａの底部側に介入させた
耐圧縮ばね３１Ｃによってスプール弁体３１Ｂの下方側
を押し上げておき、クランク軸（図示せず）によって駆
動されている動作桿３１Ｄによりスプール弁体３１Ｂの
上下移動することにより、管路２１・２２間の流路の開
閉を行うようになっている。
【００５０】開閉弁３２は、開閉弁３１と同様の構成、
つまり、弁室３２Ａが弁室３１Ａに、スプール弁体３２
Ｂがスプール弁体３１Ｂに、耐圧縮ばね３２Ｃが耐圧縮
ばね３１Ｃに、動作桿３２Ｄが動作桿３１Ｄに、それぞ
れ対応し、スプール弁体３２Ｂの細径部分３２Ｂ１と太
径部分３２Ｂ２とが管路２６・２７の開閉動作を行う構
造になっている。
【００５１】そして、開閉弁３１の開閉動作と開閉弁３
２の開閉動作とが、正反対の位相で動作するように、つ
まり、開閉弁３１が開動作しているときには、開閉弁３
２が閉動作し、開閉弁３１が閉動作しているときには、
開閉弁３２が開動作するように、動作桿３１Ｄの上下動
作と動作桿３２Ｄの上下動作とをクランク軸によって駆
動している。
【００５２】〔第４実施例〕次に、図４により第４実施
例を説明する。図４は、図３の構成におけるオリフィス
５１とバッファタンク５２を不要にするようにした実施
例である。
【００５３】図４において、開閉弁３１は蓄冷器４側に
対する冷媒ガスの流路の開閉にのみ用い、また、開閉弁
３２はパルス管６側に対する冷媒ガスの流路の開閉にの
み用いるように流路を形成してあり、さらに、開閉弁３
１と開閉弁３２とは開閉動作の位相をずらせて、蓄冷器
４とパルス管６とに対する高圧冷媒ガスの流入に時差を
設け、また、蓄冷器４とパルス管６から低圧冷媒ガスの
流出にも時差を設けるように構成してあるので、図３の
オリフィス５１とバッファタンク５２を不要にすること
ができる。
【００５４】〔第５実施例〕次に、図５により第５実施
例を説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、図３の構成にお
ける開閉弁３１と開閉弁３２の部分を放射状に配置した
構成、つまり、星形エンジンのピストンと同様に配置し
た構成により、図１・図２の構成における開閉弁３１・
３２の各１回当たりの開閉動作を、スプール弁体３１ａ
〜３１ｈのうちの１つが行うように、電動機３５の軸３
６によって回転駆動されるカム３７により順次に位相を
ずらせて動作させる構成にしたものであり図５（ａ）は
図５（ｂ）のＡ−Ａ矢視図、図５（ｂ）は図５（ａ）の
Ｂ−Ｂ矢視図である。
【００５５】図５において、カム３７の凹部分３７Ａに
よって、スプール弁体３１ａ〜３１ｈのうちの１つ、例
えば、３１ａが管路２１と管路２２の間を開動作してい
るときは、他のスプール弁体は閉動作状態になってお
り、カム３７が回転して、スプール弁体３１ａが閉状態
になると、カム３７の凸部分３７Ｂによって、スプール
弁体３１ｅが管路２６と管路２７の間を開状態にすると
いうように、カム３７の回転にともなって、スプール弁
体３１ａ〜３１ｈのうちの対向する２つ、つまり、配置
位置が１８０°異なる２つのスプール弁体を１対とする
複数対のスプール弁体、つまり、３１ａと３１ｅ、３１
ｂと３１ｆ、３１ｃと３１ｇ、３１ｄと３１ｈを、それ
ぞれ１対として、順次に開閉動作を行うように動作す
る。
【００５６】各スプール弁体３１ａ〜３１ｈに対応する
各管路２１は環状溝流路２１ａによって、また、各管路
２２は環状溝流路２２ａによって、さらに、各管路２６
は環状溝流路２６ａによって、それぞれ対応する各１つ
の流路に結ばれるように構成してある。また、管路２１
と管路２２の間を開動作状態にする流路は、各耐圧縮ば
ね３２ａ〜３２ｈの空間部分を流通するように形成し、
管路２６と管路２７の間を開動作状態にする流路は、各
スプール弁体３１ａ〜３１ｈのカム３７側の空間部分を
流通するように形成してある。
【００５７】したがって、図５の場合には、スプール弁
体３１ａ〜３１ｈは、それぞれ、４回の膨張冷却操作に
対して各１回の開閉動作を行えばよいことになり、スプ
ール弁体３１ａ〜３１ｈの摩耗量が１／４になるので、
その分だけ装置の保守や故障が低減し得ることになる。
【００５８】〔第６実施例〕次に、図６により第６実施
例を説明する。図６は、図１・図２の構成におけるパル
ス管６を蓄冷器４の外周につる巻き状に巻回させて形成
した構成をもつものである。
【００５９】図６において、パルス管６は蓄冷器４の外
周をつる巻き状に巻回して蓄冷器４と一体状に小型に構
成してあるが、パルス管６の長さが長くなるため、パル
ス管６の実質的な容積を大きくできるので、冷媒ガスの
膨張容積を大きくし得るようにしてある。
【００６０】また、蓄冷器４とパルス管６との上端側、
つまり、高温端側の外径を細くした細径部分４Ａ・６Ａ
に、熱交換器８の熱交換管８１Ａ・８１Ｂを巻回すか、
または、埋め込んで構成することにより全体の外径を小
型に形成してある。
【００６１】なお、この部分における小型化を厳格にす
る必要がない場合には、細径部分４Ａ・６Ａを設けずに
熱交換管８１Ａ・８１Ｂを施して構成することができる
ことは言うまでもない。
【００６２】〔第７実施例〕次に、図７により第７実施
例を説明する。図７は、図１の構成における管路２９・
圧縮機１１・管路２１の部分の構成と、図２における管
路２７・圧縮機１１・管路２９の部分の構成とを変形し
て、冷凍能力発生部が到達可能な最低温度に達して冷媒
の循環量が最大限になった場合、または、冷却負荷の負
荷量が大きくなって冷却能力が不足した場合に、冷媒ガ
スを補給して冷媒ガスを増量することにより、冷凍能力
発生部の温度をさらに低くし、また、低下または不足し
た分の冷却能力を補足し得るように構成したものであ
る。
【００６３】図７において、各符号は図１の構成に対応
する符号であり、各符号箇所に（）書きで示した符号は
図２の構成に対応する符号である。また、（ ）書きの
無い符号箇所は、共通箇所または追加した機能部分であ
り、以下の説明は図１の構成の場合を例にとって説明す
る。
【００６４】圧力検出器１０１は管路２９内の冷媒ガス
２ｂの圧力、つまり、低圧の冷媒ガスの圧力を検出して
得られる検出信号１０１ａを制御部１０６に与え、圧力
検出器１０２は管路２１内の冷媒ガス２ａの圧力、つま
り、高圧冷媒ガスの圧力を検出して得られる検出信号１
０２ａを制御部１０６に与える。
【００６５】貯留部分１０５は、冷媒ガスを貯留してお
くためのタンクであって、高圧冷媒ガスを流通する管
路、つまり、管路２１と、蓄冷器４及びパルス管６から
流出した低圧の冷媒ガスを流通する管路、つまり、管路
２９との間を側路して設けたものであり、装置の動作開
始時に、ごく短時間だけ開閉弁１０４を開動作すること
により高圧冷媒ガス２ａを取り込んで冷媒ガス２ｈとし
て貯留してある。
【００６６】そして、この側路は、管路２９に対する管
路２９Ａ→開閉弁１０３→管路２９Ｂ→貯留部分１０５
の経路による側路と、管路２１に対する管路２１Ａ→開
閉弁１０４→管路２１Ｂ→貯留部分１０５の経路による
側路とで構成してあり、開閉弁１０３と開閉弁１０４と
は、常時は閉状態になっている。
【００６７】制御部１０６は、例えば、マイクロコンピ
ュータにより所要の制御処理を行う部分（以下、ＭＰＵ
という）であり、ＭＰＵの処理メモリに処理プログラム
と処理に必要な処理データ値とが記憶してある。
【００６８】処理データ値には、検出信号１０１ａによ
る圧力値ＰＡと、検出信号１０２ａによる圧力値ＰＢと
の圧力差ＰＣの基準となる第１のデータ値ＰＳ１、例え
ば、５〜１０気圧程度に相当する値と、第２のデータ値
ＰＳ２、例えば、１０〜１５気圧程度に相当する値が記
憶してあり、処理プログラムによって、圧力差ＰＣがデ
ータ値ＰＳ１以下のときには、開弁信号１０３ａを出力
して開閉弁１０３を開動作状態にして、冷媒ガスを循環
する経路、つまり、管路２９の冷媒ガス２ｂに冷媒ガス
２ｈを加入することにより、循環する冷媒ガスを増量す
る。
【００６９】そして、圧力差ＰＣがデータ値ＰＳ２を超
えたときには、開弁信号１０３ａを停止して開閉弁１０
３を閉動作状態にした後に、開弁信号１０４ａを所定の
短時間、例えば、０．５秒だけ出力して、冷媒ガスを循
環する経路、つまり、管路２１の冷媒ガス２ａを貯留部
分１０５に取り込み、冷媒ガス２ｈとして貯留すること
により、循環する冷媒ガスを元の量に戻すように制御す
る。
【００７０】したがって、冷凍能力発生部が到達可能な
最低温度に達して冷媒の循環量が最大限になった場合、
または、冷却負荷の負荷量が大きくなって冷却能力が不
足した場合に、冷媒ガスを補給して冷媒ガスを増量する
ことになり、冷凍能力発生部の温度をさらに低くし、ま
た、低下または不足した分の冷却能力が補足されること
になる。
【００７１】なお、制御部１０６は、装置全体の運転動
作を制御するための制御部の一部を利用して構成するこ
ともでき、また、ＭＵＰによらないディスクリートな回
路構成によって構成し得ることは言うまでもない。
【００７２】〔第８実施例〕次に、図８により第８実施
例を説明する。図８は、図７の構成における圧力検出器
１０１・１０２に代えて、冷凍負荷５の温度を検出する
温度検出器１０７を設けることにより、冷凍負荷５の冷
凍度合の低下に対応して貯留部分１０５の冷媒ガス２ｈ
の排出と取込とを制御するように変形して、図７の構成
と同様の制御動作と効果を得るように構成したものであ
る。
【００７３】図８において、温度検出器１０７は冷凍負
荷５の所要部分、例えば、冷凍負荷５と接する冷凍能力
発生部のヒートシンク部分の温度を検出した検出信号１
０７ａを制御部１０６に与える。
【００７４】制御部１０６には、処理データ値として、
検出信号１０７ａによる温度値ＨＡの基準となる第１の
データ値ＨＳ１、例えば、−１９６°Ｃに相当する値
と、第２のデータ値ＨＳ２、例えば、−１５０°Ｃに相
当する値が記憶してあり、処理プログラムによって、温
度値ＨＡが第１のデータ値ＨＳ１以下のときには、開弁
信号１０３ａを出力して開閉弁１０３を開動作状態にし
て、冷媒ガスを循環する経路、つまり、管路２９の冷媒
ガス２ｂに冷媒ガス２ｈを加入することにより、循環す
る冷媒ガスを増量する。
【００７５】そして、温度値ＨＡが第２のデータ値ＨＳ
２を超えたときには、開弁信号１０３ａを停止して開閉
弁１０３を閉動作状態にした後に、開弁信号１０４ａを
所定の短時間、例えば、０．５秒だけ出力して、冷媒ガ
スを循環する経路、つまり、管路２１の冷媒ガス２ａを
貯留部分１０５に取り込み、冷媒ガス２ｈとして貯留す
ることにより、循環する冷媒ガスを元の量に戻すように
制御する。
【００７６】したがって、冷凍能力発生部が到達可能な
最低温度に達して冷媒ガスの循環量が最大限になった場
合に、冷媒ガスを補給して冷媒ガスを増量することにな
り、冷凍能力発生部の温度をさらに低くすることができ
るようになる。
【００７７】〔第９実施例〕次に、図９により第９実施
例を説明する。図９は、図７の構成における圧力検出器
１０１に代えて、図８の構成における冷凍負荷５の温度
を検出する温度検出器１０７を設けることにより、図７
の構成と図８の構成との折衷的な制御動作と効果を得る
ように変形したものである。
【００７８】制御部１０６には、処理データ値として、
検出信号１０７ａによる温度値ＨＡの基準となるデータ
値ＨＳ、例えば、−１９６°Ｃに相当する値と、検出信
号１０２ａによる圧力値ＰＢの基準となるデータ値Ｐ
Ｄ、例えば、２２気圧に相当する値が記憶してあり、処
理プログラムによって、温度値ＨＡがデータ値ＨＳ以下
のときには、開弁信号１０３ａを出力して開閉弁１０３
を開動作状態にして、冷媒ガスを循環する経路、つま
り、管路２９の冷媒ガス２ｂに冷媒ガス２ｈを加入する
ことにより、循環する冷媒ガスを増量する。
【００７９】そして、圧力値ＰＢがデータ値ＰＤを超え
たときには、開弁信号１０３ａを停止して開閉弁１０３
を閉動作状態にした後に、開弁信号１０４ａを所定の短
時間、例えば、０．５秒だけ出力して、冷媒ガスを循環
する経路、つまり、管路２１の冷媒ガス２ａを貯留部分
１０５に取り込み、冷媒ガス２ｈとして貯留することに
より、循環する冷媒ガスを元の量に戻すように制御す
る。
【００８０】したがって、冷凍能力発生部が到達可能な
最低温度に達して冷媒ガスの循環量が最大限になった場
合に、冷媒ガスを補給して冷媒ガスを増量することにな
り、冷凍能力発生部の温度をさらに低くすることができ
るようになる。
【００８１】〔第１０実施例〕次に、図９により第１０
実施例を説明する。この実施例は、図９の構成におい
て、制御部１０６における制御処理を次のように変更し
て構成したものである。
【００８２】制御部１０６には、処理データ値として、
検出信号１０７ａによる温度値ＨＡの基準となるデータ
値ＨＳＡ、例えば、−１５０°Ｃに相当する値と、検出
信号１０２ａによる圧力値ＰＢの基準となるデータ値Ｐ
ＤＡ、例えば、１８気圧に相当する値が記憶してあり、
処理プログラムによって、圧力値ＰＢがデータ値ＰＤＡ
以下のときには、開弁信号１０３ａを出力して開閉弁１
０３を開動作状態にして、冷媒ガスを循環する経路、つ
まり、管路２９の冷媒ガス２ｂに冷媒ガス２ｈを加入す
ることにより、循環する冷媒ガスを増量する。
【００８３】そして、温度値ＨＡがデータ値ＨＳＡを超
えたときには、開弁信号１０３ａを停止して開閉弁１０
３を閉動作状態にした後に、開弁信号１０４ａを所定の
短時間、例えば、０．５秒だけ出力して、冷媒ガスを循
環する経路、つまり、管路２１の冷媒ガス２ａを貯留部
分１０５に取り込み、冷媒ガス２ｈとして貯留すること
により、循環する冷媒ガスを元の量に戻すように制御す
る。
【００８４】したがって、冷凍能力発生部が到達可能な
最低温度に達して冷媒ガスの循環量が最大限になった場
合、または、冷却負荷の負荷量が大きくなって冷却能力
が不足した場合に、冷媒ガスを補給して冷媒ガスを増量
することになり、冷凍能力発生部の温度をさらに低く
し、また、低下または不足した分の冷却能力が補足され
ることになる。
【００８５】〔第１１実施例〕次に、図７により第１１
実施例を説明する。この実施例は、図７の構成におい
て、制御部１０６における制御処理を次のように変更し
て構成したものである。
【００８６】圧力検出として、圧力検出器１０２のみを
用いて構成し、また、制御部１０６には、処理データ値
として、検出信号１０２ａによる圧力値ＰＢの基準とな
る第１のデータ値ＰＤ１として１８気圧、また、第２の
データ値ＰＤ２として２２気圧に相当する値とが記憶し
てあり、圧力値ＰＢが第１のデータ値ＰＤ１以下のとき
には、開弁信号１０３ａを出力して開閉弁１０３を開動
作状態にして、冷媒ガスを循環する経路、つまり、管路
２９の冷媒ガス２ｂに冷媒ガス２ｈを加入することによ
り、循環する冷媒ガスを増量する。
【００８７】そして、圧力値ＰＢがデータ値ＰＤ２を超
えたときには、開弁信号１０３ａを停止して開閉弁１０
３を閉動作状態にした後に、開弁信号１０４ａを所定の
短時間、例えば、０．５秒だけ出力して、冷媒ガスを循
環する経路、つまり、管路２１の冷媒ガス２ａを貯留部
分１０５に取り込み、冷媒ガス２ｈとして貯留すること
により、循環する冷媒ガスを元の量に戻すように制御す
る。
【００８８】したがって、冷凍能力発生部が到達可能な
最低温度に達して冷媒ガスの循環量が最大限になった場
合に、冷媒ガスを補給して冷媒ガスを増量することにな
り、冷凍能力発生部の温度をさらに低くすることができ
るようになる。
【００８９】〔第１２実施例〕次に、図７により第１２
実施例を説明する。この実施例は、図７の構成におい
て、制御部１０６における制御処理を次のように変更し
て構成したものである。
【００９０】圧力検出として、圧力検出器１０１のみを
用いて構成し、また、制御部１０６には、処理データ値
として、検出信号１０１ａによる圧力値ＰＡの基準とな
る第１のデータ値ＰＤ１として１０気圧、また、第２の
データ値ＰＤ２として７気圧に相当する値とが記憶して
あり、処理プログラムによって、圧力値ＰＡが第１のデ
ータ値ＰＤ１を超えたときには、開弁信号１０３ａを出
力して開閉弁１０３を開動作状態にして、冷媒ガスを循
環する経路、つまり、管路２９の冷媒ガス２ｂに冷媒ガ
ス２ｈを加入することにより、循環する冷媒ガスを増量
する。
【００９１】そして、圧力値ＰＡがデータ値ＰＤ２以下
のときには、開弁信号１０３ａを停止して開閉弁１０３
を閉動作状態にした後に、開弁信号１０４ａを所定の短
時間、例えば、０．５秒だけ出力して、冷媒ガスを循環
する経路、つまり、管路２１の冷媒ガス２ａを貯留部分
１０５に取り込み、冷媒ガス２ｈとして貯留することに
より、循環する冷媒ガスを元の量に戻すように制御す
る。
【００９２】したがって、冷凍能力発生部が到達可能な
最低温度に達して冷媒ガスの循環量が最大限になった場
合に、冷媒ガスを補給して冷媒ガスを増量することにな
り、冷凍能力発生部の温度をさらに低くすることができ
るようになる。
【００９３】〔実施例の構成の要約〕上記の第１実施例
の構成を要約すると、高圧の冷媒ガス２ａを、蓄冷器４
及びパルス管６に与えた後に、上記の蓄冷器４とパルス
管６との内部で膨張させた冷媒ガス２ｂを再び上記の高
圧の冷媒ガス２ａに戻す経路によって、冷媒ガスを循環
させることにより上記の蓄冷器４に蓄積される冷却熱量
によって冷凍負荷５を冷却する極低温冷凍装置５００に
おいて、
【００９４】上記の蓄冷器４及びパルス管６から流出す
る冷媒ガスを低圧化にして得られる低圧冷媒ガス２ｂに
よって上記の蓄冷器４の高温端側４１と上記のパルス管
６の高温端側６１とを冷却する高温端側冷却手段を設け
る第１の構成を構成していることになるものである。
【００９５】上記の第２実施例の構成を要約すると、上
記の第１の構成における高温端側冷却手段に代えて、上
記の蓄冷器４及びパルス管６から流出する冷媒ガス２ｂ
を低圧化にした後に圧縮して得られる高圧冷媒ガス２ａ
により上記の蓄冷器４の高温端側４１と上記のパルス管
６の高温端側６１とを冷却する高温端側冷却手段を設け
る第２の構成を構成していることになるものである。
【００９６】上記の第３実施例・第４実施例の構成を要
約すると、上記の極低温冷凍装置において、開閉位相が
異なる２つのスプール弁体３１Ｂ・３２Ｂをもつ１対の
開閉弁３１・３２によって上記の蓄冷器４及びパルス管
６に対する上記の冷媒ガス２ａの流入及び流出を行う流
路、例えば、管路２２と管路２６を開閉する流路開閉手
段を設ける第３の構成を構成していることになるもので
ある。
【００９７】上記の第５実施例の構成を要約すると、上
記の第３の構成における流路開閉手段に代えて、開閉位
相が異なる２つのスプール弁体をもつ１対の開閉構成の
複数対、例えば、スプール弁体３１ａ・３１ｅ、スプー
ル弁体３１ｂ・３１ｆ、スプール弁体３１ｃ・３１ｇ、
スプール弁体３１ｄ・３１ｈを設けるとともに、例え
ば、凹部分３７Ａと凸部分３７Ｂとをもつカム３７によ
って駆動することにより、これらの複数対の各対が順次
に位相を異ならせて開閉動作する開閉弁によって上記の
蓄冷器４及びパルス管に対する冷媒ガス２ａの流入及び
流出を行う流路、例えば、管路２１と管路２２の間の流
路と、管路２６と管路２７の間の流路を開閉する流路開
閉手段を設ける第４の構成を構成していることになるも
のである。
【００９８】上記の第６実施例の構成を要約すると、上
記の極低温冷凍装置において、上記のパルス管６を上記
の蓄冷器４の外周につる巻き状に巻回させて形成するつ
る巻きパルス管手段を設ける第５の構成を構成している
ことになるものである。
【００９９】上記の第７実施例の構成を要約すると、圧
縮部分、例えば、圧縮機１１により圧縮した高圧冷媒ガ
ス２ａを、蓄冷器４及びパルス管６に与えた後に、上記
の蓄冷器４とパルス管６との内部で膨張させた冷媒ガス
２ｂを再び上記の圧縮部分、つまり、圧縮機１１に戻す
経路によって冷媒ガスを循環させることにより上記の蓄
冷器４に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷５を冷却
する極低温冷凍装置５００において、
【０１００】上記の高圧冷媒ガス２ａを流通する流路、
例えば、管路２１と上記の蓄冷器４及びパルス管６から
流出した低圧の冷媒ガス２ｂを流通する流路、例えば、
管路２９との間に上記の冷媒ガスを貯留する貯留部分１
０５を設ける冷媒ガス貯留手段と、
【０１０１】上記の高圧冷媒ガス２ａの圧力と上記の圧
縮を行う前の冷媒ガス、例えば、冷媒ガス２ｂの圧力と
の圧力差ＰＣが第１の所定値ＰＳ１以下になったときに
上記の貯留部分１０５に貯留した冷媒ガス２ｈを排出し
て上記の経路、例えば、管路２９の冷媒ガス２ｂに加入
し、上記の圧力差ＰＣが第２の所定値ＰＳ２を超えたと
きに上記の経路、例えば、管路２１の冷媒ガス２ａを上
記の貯留部１０６に取り込む冷媒ガス排出取込手段とを
設ける第６の構成を構成していることになるものであ
る。
【０１０２】上記の第８実施例の構成を要約すると、上
記の第６の構成における冷媒ガス排出取込手段に代え
て、上記の冷凍負荷５が所定の第１の温度以下ＨＳ１に
なったときに上記の貯留部分１０６に貯留した冷媒ガス
２ｈを排出して上記の経路、例えば、管路２９の冷媒ガ
ス２ｂに加入し、上記の冷凍負荷５が第２の所定の温度
ＨＳ２を超えたときに上記の経路、例えば、管路２１の
冷媒ガス２ａを上記の貯留部１０５に取り込む冷媒ガス
排出取込手段を設ける第７の構成を構成していることに
なるものである。
【０１０３】上記の第９実施例の構成を要約すると、上
記の第６の構成における冷媒ガス排出取込手段に代え
て、上記の冷凍負荷５が所定の温度ＨＳ以下になったと
きに上記の貯留部分１０５に貯留した冷媒ガス２ｈを排
出して上記の経路、例えば、管路２９の冷媒ガス２ｂに
加入し、上記の高圧冷媒ガス２ａの圧力ＰＢが所定の圧
力値ＰＤを超えたときに上記の経路、例えば、管路２１
の冷媒ガス２ａを上記の貯留部１０６に取り込む冷媒ガ
ス排出取込手段を設ける第８の構成を構成していること
になるものである。
【０１０４】上記の第１０実施例の構成を要約すると、
上記の第６の構成における冷媒ガス排出取込手段に代え
て、上記の高圧冷媒ガス２ａの圧力ＰＢが所定の圧力値
ＰＤＡ以下のときに上記の貯留部分１０５に貯留した冷
媒ガス２ｈを排出して上記の経路、例えば、管路２９の
冷媒ガス２ｂに加入し、上記の冷凍負荷５の温度が所定
の温度ＨＳＡを超えたときに上記の経路、例えば、管路
２１の冷媒ガス２ａを上記の貯留部１０６に取り込む冷
媒ガス排出取込手段を設ける第９の構成を構成している
ことになるものである。
【０１０５】上記の第１１実施例の構成を要約すると、
上記の第６の構成における冷媒ガス排出取込手段に代え
て、上記の高圧冷媒ガス２ａ圧力ＰＢが第１の所定の圧
力値ＰＤ１以下のときに上記の貯留部分１０５に貯留し
た冷媒ガス２ｈを排出して上記の経路、例えば、管路２
９の冷媒ガス２ｂに加入し、上記の高圧冷媒ガス２ａ第
２の所定の圧力値ＰＤ２を超えたときに上記の経路の冷
媒ガスを上記の貯留部分に取り込む冷媒ガス排出取込手
段を設ける第１０の構成を構成していることになるもの
である。
【０１０６】上記の第１２実施例の構成を要約すると、
上記の第６の構成における冷媒ガス排出取込手段に代え
て、低圧の上記の冷媒ガス２ｂの圧力ＰＡが第１の所定
の圧力値ＰＤ１を超えたときに上記の貯留部分１０５に
貯留した冷媒ガス２ｈを排出して上記の経路、例えば、
管路２９の冷媒ガス２ｂに加入し、低圧の上記の冷媒ガ
ス２ｂの圧力が第２の所定の圧力値ＰＤ２以下のときに
上記の経路の冷媒ガスを上記の貯留部分に取り込む冷媒
ガス排出取込手段を設ける第１１の構成を構成している
ことになるものである。
【０１０７】〔変形実施〕この発明は次のように変形し
て実施することができる。
【０１０８】（１）第１従来技術の構成に、上記の第１
実施例・第２実施例における冷媒ガスによる熱交換器８
の冷却構成を適用して、上記の第１の構成と第２の構成
との構成を得る。
【０１０９】（２）第１従来技術の構成に、上記の第６
実施例におけるパルス管６のつる巻き冷却構成を適用し
て構成する。
【０１１０】（３）第７実施例〜第１２実施例の貯留部
分１０５の側路の接続箇所を、目的とする圧力の冷媒ガ
スが流通している他の箇所の管路に接続して構成する。
【０１１１】（４）第７実施例における第１のデータ値
ＰＳ１と第２のデータ値ＰＳ２とを同一のデータに設定
して構成する。
【０１１２】（５）第８実施例における第１のデータ値
ＨＳ１と第２のデータ値ＨＳ２とを同一のデータに設定
して構成する。
【０１１３】（６）第１１実施例・第１２実施例におけ
る第１のデータ値ＰＤ１と第２のデータ値ＰＤ２とを同
一のデータに設定して構成する。
【０１１４】（７）第１１実施例・第１２実施例におい
て、圧力検出器１０１と圧力検出器１０２とを用い、圧
力検出器１０１に対するデータ値を第１のデータ値ＰＤ
１、圧力検出器１０２に対するデータ値を第２のデータ
値ＰＤ２とし、または、圧力検出器１０１に対するデー
タ値を第２のデータ値ＰＤ２、圧力検出器１０２に対す
るデータ値を第１のデータ値ＰＤ１としそれぞれ、同一
のデータに設定して構成する。
【０１１５】（８）第３実施例・第４実施例において、
２つのスプール弁による開閉弁３１・３２を１つのスプ
ール弁による開閉弁で構成する。
【０１１６】（９）第９実施例において、高圧冷媒ガス
２ａの圧力検出信号、つまり、検出信号１０２ａの代わ
りに、低圧の冷媒ガス２ｂの圧力検出信号、つまり、検
出信号１０１ａにもとづいて、冷媒ガスの加入及び取込
を制御するように構成する。
【０１１７】
【発明の効果】この発明によれば、以上のように、第１
の構成と第２の構成では、蓄冷器の高温端側とパルス管
の高温端側との冷却を冷媒ガス自体によって行っている
ため、別個の熱操作流体を用いる構成が不要になるの
で、装置全体を小型化でき、また、機械的な消耗部分が
少なくなるので、長寿命の安定動作を行い得る装置を提
供できる。
【０１１８】第３の構成では、２つのスプール弁体をも
つ開閉弁で冷媒ガスの流路を開閉しているため、多数の
開閉弁を設ける場合よりも機械的な消耗部分が少なくな
るので、長寿命の安定動作を行い得る装置を提供し得
る。
【０１１９】第４の構成では、各開閉弁の開閉速度を同
一の開閉速度にした場合には、複数対のスプール弁体対
を順次に開閉動作して冷媒ガスの流路を開閉しているた
め、各開閉弁の機械的な消耗が複数分の１に低減できる
ので、長寿命の安定動作を行い得る装置を提供できる。
【０１２０】また、各開閉弁の開閉を駆動する駆動体、
例えば、スプール弁体対を駆動するクランク軸の回転速
度を同一の回転速度にした場合には、各開閉弁の開閉速
度が複数分の１になり、冷媒ガスの循環回数を複数倍に
できるので、冷凍効果を向上した装置を提供できる。
【０１２１】第５の構成では、パルス管を蓄冷器の周囲
につる巻き状に巻回させて形成しているため、蓄冷器と
パルス管とを含む占有容積が蓄冷器を一回り大きくした
程度の大きさで済むとともに、設計上、パルス管の長さ
を、蓄冷器の長さよりも長くした方が良好な効率が得ら
れる場合にも、つる巻き状にした分だけパルス管を長く
し得るので、蓄冷器とパルス管とを含む占有容積が小型
化して冷媒ガスの熱利用効率を向上し得る装置を提供で
きる。
【０１２２】第６の構成〜第１１の構成では、冷凍能力
発生部が到達可能な最低温度に達して冷媒ガスの循環量
が最大限になった場合、または、冷却負荷の負荷量が大
きくなって冷却能力が不足した場合に、冷媒ガスの貯留
部分から冷媒ガスを加入して冷媒ガス量を増量し得るの
で、冷凍能力発生部の温度をさらに低くし、また、低下
または不足した分の冷却能力を補足して冷凍効果を向上
し得る装置を提供できるなどの特長がある。
【図面の簡単な説明】
図面は実施例を示し、各図の内容は次のとおりである。
【図１】全体構成ブロック図
【図２】全体構成ブロック図
【図３】要部構成正面概略配置図
【図４】要部構成正面概略配置図
【図５】要部構成平面概略配置図
【図６】要部構成正面概略配置図
【図７】要部構成ブロック図
【図８】要部構成ブロック図
【図９】要部構成ブロック図
【符号の説明】
１ 圧縮部 ２ａ 高圧冷媒ガス ２ｂ 低圧冷媒ガス ２ｃ 低圧冷媒ガス ２ｄ 低圧冷媒ガス ２ｅ 高圧冷媒ガス ２ｆ 高圧冷媒ガス ２ｈ 冷媒ガス ４ 蓄冷器 ４Ａ 細径部分 ４ａ 蓄冷材 ５ 冷凍負荷 ６ パルス管 ６Ａ 細径部分 ７ オリフィス ８ 熱交換器 １１ 圧縮機 １２ 熱交換器 ２１ 管路 ２１Ａ 管路 ２１Ｂ 管路 ２１ａ 環状溝流路 ２２ 管路 ２２Ａ 流路 ２２ａ 環状溝流路 ２３ 管路 ２５ 管路 ２６ 管路 ２６Ａ 流路 ２６ａ 環状溝流路 ２７ 管路 ２８ 管路 ２９ 管路 ２９Ａ 管路 ２９Ｂ 管路 ３１ 開閉弁 ３１Ａ 弁室 ３１Ｂ スプール弁体 ３１Ｂ１ 細径部分 ３１Ｂ２ 太径部分 ３１Ｃ 耐圧縮ばね ３１Ｄ 動作桿 ３１ａ スプール弁体 ３１ｂ スプール弁体 ３１ｃ スプール弁体 ３１ｄ スプール弁体 ３１ｅ スプール弁体 ３１ｆ スプール弁体 ３１ｇ スプール弁体 ３１ｈ スプール弁体 ３２ 開閉弁 ３２Ａ 弁室 ３２Ｂ スプール弁体 ３２Ｂ１ 細径部分 ３２Ｂ２ 太径部分 ３２Ｃ 耐圧縮ばね ３２Ｄ 動作桿 ３５ 電動機 ３６ 軸 ３７ カム ３７Ａ 凹部分 ３７Ｂ 凸部分 ４１ 高温端側 ５１ オリフィス ５２ バッファタンク ６１ 高温端側 ８１Ａ 熱交換管 ８１Ｂ 熱交換管 １０１ 圧力検出器 １０１ａ 検出信号 １０２ 圧力検出器 １０２ａ 検出信号 １０３ 開閉弁 １０３ａ 開弁信号 １０４ 開閉弁 １０４ａ 開弁信号 １０５ 貯留部分 １０６ 制御部 １０７ 温度検出器 １０７ａ 検出信号 ５００ 極低温冷凍装置

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高圧の冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管
    に与えた後に、前記蓄冷器と前記パルス管との内部で膨
    張させた前記冷媒ガスを再び前記高圧の冷媒ガスに戻す
    経路によって前記冷媒ガスを循環させることにより前記
    蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷を冷却す
    る極低温冷凍装置であって、 前記蓄冷器及びパルス管から流出する前記冷媒ガスを低
    圧化して得られる低圧冷媒ガスによって前記蓄冷器の高
    温端側と前記パルス管の高温端側とを冷却する高温端側
    冷却手段を具備することを特徴とする極低温冷凍装置。
  2. 【請求項２】 高圧の冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管
    に与えた後に、前記蓄冷器と前記パルス管との内部で膨
    張させた前記冷媒ガスを再び前記高圧の冷媒ガスに戻す
    経路によって前記冷媒ガスを循環させることにより前記
    蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷を冷却す
    る極低温冷凍装置であって、 前記蓄冷器及びパルス管から流出する前記冷媒ガスを低
    圧化にした後に圧縮して得られる圧縮冷媒ガスにより前
    記蓄冷器の高温端側と前記パルス管の高温端側とを冷却
    する高温端側冷却手段を具備することを特徴とする極低
    温冷凍装置。
  3. 【請求項３】 高圧の冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管
    に与えた後に、前記蓄冷器と前記パルス管との内部で膨
    張させた前記冷媒ガスを再び前記高圧の冷媒ガスに戻す
    経路によって前記冷媒ガスを循環させることにより前記
    蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷を冷却す
    る極低温冷凍装置であって、 開閉位相が異なる２つのスプール弁体をもつ１対の開閉
    弁によって前記蓄冷器及びパルス管に対する前記冷媒ガ
    スの流入及び流出を行う流路を開閉する流路開閉手段を
    具備することを特徴とする極低温冷凍装置。
  4. 【請求項４】 高圧の冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管
    に与えた後に、前記蓄冷器と前記パルス管との内部で膨
    張させた前記冷媒ガスを再び前記高圧の冷媒ガスに戻す
    経路によって前記冷媒ガスを循環させることにより前記
    蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷を冷却す
    る極低温冷凍装置であって、 開閉位相が異なる２つのスプール弁体をもつ１対の開閉
    構成の複数対を設けるとともに、前記複数対の各対が順
    次に位相を異ならせて開閉動作する開閉弁によって前記
    蓄冷器及びパルス管に対する前記冷媒ガスの流入及び流
    出を行う流路を開閉する流路開閉手段を具備することを
    特徴とする極低温冷凍装置。
  5. 【請求項５】 高圧の冷媒ガスを、蓄冷器及びパルス管
    に与えた後に、前記蓄冷器と前記パルス管との内部で膨
    張させた前記冷媒ガスを再び前記高圧の冷媒ガスに戻す
    経路によって前記冷媒ガスを循環させることにより前記
    蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって冷凍負荷を冷却す
    る極低温冷凍装置であって、 前記パルス管を前記蓄冷器の外周につる巻き状に巻回さ
    せて形成するつる巻きパルス管手段を具備することを特
    徴とする極低温冷凍装置。
  6. 【請求項６】 圧縮部分により圧縮した高圧冷媒ガス
    を、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、前記蓄冷器と前
    記パルス管との内部で膨張させた前記冷媒ガスを再び前
    記圧縮部分に戻す経路によって前記冷媒ガスを循環させ
    ることにより前記蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって
    冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置であって、 前記高圧冷媒ガスを流通する流路と前記蓄冷器及びパル
    ス管から流出した低圧の前記冷媒ガスを流通する流路と
    の間に前記冷媒ガスを貯留する貯留部分を設ける冷媒ガ
    ス貯留手段と、 前記高圧冷媒ガスの圧力と前記低圧の前記冷媒ガスの圧
    力との圧力差が第１の所定値以下のときに前記貯留部分
    に貯留した前記冷媒ガスを排出して前記経路の前記冷媒
    ガスに加入し、前記圧力差が第２の所定値を超えたとき
    に前記経路の前記冷媒ガスを前記貯留部に取り込む冷媒
    ガス排出取込手段とを具備することを特徴とする極低温
    冷凍装置。
  7. 【請求項７】 圧縮部分により圧縮した高圧冷媒ガス
    を、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、前記蓄冷器と前
    記パルス管との内部で膨張させた前記冷媒ガスを再び前
    記圧縮部分に戻す経路によって前記冷媒ガスを循環させ
    ることにより前記蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって
    冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置であって、 前記高圧冷媒ガスを流通する流路と前記蓄冷器及びパル
    ス管から流出した低圧の前記冷媒ガスを流通する流路と
    の間に前記冷媒ガスを貯留する貯留部分を設ける冷媒ガ
    ス貯留手段と、 前記冷凍負荷が第１の所定の温度以下のときに前記貯留
    部分に貯留した前記冷媒ガスを排出して前記経路の前記
    冷媒ガスに加入し、前記冷凍負荷が第２の所定の温度を
    超えたときに前記経路の前記冷媒ガスを前記貯留部に取
    り込む冷媒ガス排出取込手段とを具備することを特徴と
    する極低温冷凍装置。
  8. 【請求項８】 圧縮部分により圧縮した高圧冷媒ガス
    を、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、前記蓄冷器と前
    記パルス管との内部で膨張させた前記冷媒ガスを再び前
    記圧縮部分に戻す経路によって前記冷媒ガスを循環させ
    ることにより前記蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって
    冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置であって、 前記高圧冷媒ガスを流通する流路と前記蓄冷器及びパル
    ス管から流出した低圧の前記冷媒ガスを流通する流路と
    の間に前記冷媒ガスを貯留する貯留部分を設ける冷媒ガ
    ス貯留手段と、 前記冷凍負荷が所定の温度以下のときに前記貯留部分に
    貯留した前記冷媒ガスを排出して前記経路の前記冷媒ガ
    スに加入し、前記高圧冷媒ガスの圧力が所定の圧力値を
    超えたときに前記経路の前記冷媒ガスを前記貯留部分に
    取り込む冷媒ガス排出取込手段とを具備することを特徴
    とする極低温冷凍装置。
  9. 【請求項９】 圧縮部分により圧縮した高圧冷媒ガス
    を、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、前記蓄冷器と前
    記パルス管との内部で膨張させた前記冷媒ガスを再び前
    記圧縮部分に戻す経路によって前記冷媒ガスを循環させ
    ることにより前記蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって
    冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置であって、 前記高圧冷媒ガスを流通する流路と前記蓄冷器及びパル
    ス管から流出した低圧の前記冷媒ガスを流通する流路と
    の間に前記冷媒ガスを貯留する貯留部分を設ける冷媒ガ
    ス貯留手段と、 前記高圧冷媒ガスの圧力が所定の圧力値以下のときに前
    記貯留部分に貯留した前記冷媒ガスを排出して前記経路
    の前記冷媒ガスに加入し、前記冷凍負荷が所定の温度を
    超えたときに前記経路の前記冷媒ガスを前記貯留部分に
    取り込む冷媒ガス排出取込手段とを具備することを特徴
    とする極低温冷凍装置。
  10. 【請求項１０】 圧縮部分により圧縮した高圧冷媒ガス
    を、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、前記蓄冷器と前
    記パルス管との内部で膨張させた前記冷媒ガスを再び前
    記圧縮部分に戻す経路によって前記冷媒ガスを循環させ
    ることにより前記蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって
    冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置であって、 前記高圧冷媒ガスを流通する流路と前記蓄冷器及びパル
    ス管から流出した低圧の前記冷媒ガスを流通する流路と
    の間に前記冷媒ガスを貯留する貯留部分を設ける冷媒ガ
    ス貯留手段と、 前記高圧冷媒ガスの圧力が第１の所定の圧力値以下のと
    きに前記貯留部分に貯留した前記冷媒ガスを排出して前
    記経路の前記冷媒ガスに加入し、前記高圧冷媒ガスの圧
    力が第２の所定の圧力値を超えたときに前記経路の前記
    冷媒ガスを前記貯留部分に取り込む冷媒ガス排出取込手
    段とを具備することを特徴とする極低温冷凍装置。
  11. 【請求項１１】 圧縮部分により圧縮した高圧冷媒ガス
    を、蓄冷器及びパルス管に与えた後に、前記蓄冷器と前
    記パルス管との内部で膨張させた前記冷媒ガスを再び前
    記圧縮部分に戻す経路によって前記冷媒ガスを循環させ
    ることにより前記蓄冷器に蓄積される冷却熱量によって
    冷凍負荷を冷却する極低温冷凍装置であって、 前記高圧冷媒ガスを流通する流路と前記蓄冷器及びパル
    ス管から流出した低圧の前記冷媒ガスを流通する流路と
    の間に前記冷媒ガスを貯留する貯留部分を設ける冷媒ガ
    ス貯留手段と、 低圧の前記冷媒ガスの圧力が第１の所定の圧力値を超え
    たときに前記貯留部分に貯留した前記冷媒ガスを排出し
    て前記経路の前記冷媒ガスに加入し、低圧の前記冷媒ガ
    スの圧力が第２の所定の圧力値以下のときに前記経路の
    前記冷媒ガスを前記貯留部分に取り込む冷媒ガス排出取
    込手段とを具備することを特徴とする極低温冷凍装置。
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