JPH0412378B2 - - Google Patents
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- JPH0412378B2 JPH0412378B2 JP60143984A JP14398485A JPH0412378B2 JP H0412378 B2 JPH0412378 B2 JP H0412378B2 JP 60143984 A JP60143984 A JP 60143984A JP 14398485 A JP14398485 A JP 14398485A JP H0412378 B2 JPH0412378 B2 JP H0412378B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerator
- expansion
- heat
- compression
- working gas
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Description
【発明の詳細な説明】
(発明の利用分野)
本発明は、高温領域と低温領域の2系統の冷凍
機からなる低温を発生するための低温装置に関す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Application of the Invention) The present invention relates to a low-temperature device for generating low temperature, which includes two systems of refrigerators, one in a high-temperature region and one in a low-temperature region.
本発明は略5k以下の温度の冷凍を発生せしめ
る冷凍装置に利用できるもので、この冷凍装置
は、液体ヘリウムで冷却された超伝導磁石を収納
しているクライオスタツトに取付け、クライオス
タツトに侵入する熱によつて蒸発するヘリウムガ
スを再び液化せしめ、クライオスタツト内の液体
ヘリウムの量を一定に保持せしめる冷却装置等に
利用される。 The present invention can be used in a refrigeration device that generates refrigeration at a temperature of about 5K or less, and this refrigeration device is installed in a cryostat that houses a superconducting magnet cooled with liquid helium, and the cryostat is penetrated into the cryostat. It is used in cooling devices that liquefy helium gas that evaporates due to heat and maintains a constant amount of liquid helium in a cryostat.
(従来技術とその問題点)
本発明に関する従来技術として、米国特許第
4335579号明細書に示される低温装置が既に知ら
れている。このものは、第5図に示される如く、
動力源101によつて回転されるクランクシヤフ
ト102、該クランクシヤフト102によつて摺
動されるピストン103、膨張部104,10
5、低温部106,107、図示されていない圧
縮部、放熱部、熱交換器を有する高温領域の冷凍
機と、動力源108によつて回転されるクラン
クシヤフト109、該クランクシヤフト109に
よつて摺動されるピストン110,111、圧縮
部112、膨張部113、放熱部114、蓄冷器
115を有する低温領域の冷凍機を備える。放
熱部114は、低温部107と熱的に結合され、
低温領域の冷凍機の圧縮部112で発生する作動
ガスの圧縮熱が低温部107で吸熱されるように
なつている。又、低温領域の冷凍機の圧縮シリン
ダ116及び膨張シリンダ117は、低温部10
6と予冷板118を介して熱的に結合され、常温
部から圧縮部112及び膨張部113に流入する
熱を減少させている。(Prior art and its problems) As a prior art related to the present invention, US Pat.
A cryogenic device is already known as shown in document No. 4335579. This one, as shown in Figure 5,
A crankshaft 102 rotated by a power source 101, a piston 103 slid by the crankshaft 102, and expansion parts 104, 10.
5. A high-temperature region refrigerator having low-temperature parts 106 and 107, a compression part, a heat radiation part, and a heat exchanger (not shown), and a crankshaft 109 rotated by a power source 108, by the crankshaft 109. A refrigerator in a low-temperature region includes sliding pistons 110 and 111, a compression section 112, an expansion section 113, a heat radiation section 114, and a regenerator 115. The heat dissipation section 114 is thermally coupled to the low temperature section 107,
The heat of compression of the working gas generated in the compression section 112 of the refrigerator in the low temperature region is absorbed by the low temperature section 107. Further, the compression cylinder 116 and expansion cylinder 117 of the refrigerator in the low temperature region are connected to the low temperature section 10.
6 through a pre-cooling plate 118, thereby reducing heat flowing from the normal temperature section into the compression section 112 and the expansion section 113.
ピストンリング119,120,121,12
2は作動ガスの連通を防ぐシールである。 Piston rings 119, 120, 121, 12
2 is a seal that prevents communication of working gas.
この従来の低温装置では、圧縮シリンダ116
及び膨張シリンダ117を高温領域の冷凍機の低
温部106で予冷板118を介して冷却している
にもかかわらず、例えば圧縮部112の温度が
10Kレベル、膨張部113の温度が4Kレベルの
時、低温部106の温度が20Kレベルで、典型的
な値として、圧縮部112に数ワツト、膨張部1
13に0.5ワツト程度の熱侵入が存在する。この
ため装置全体の効率が劣化し、低温領域の冷凍機
の膨張部113で同一の冷凍出力を得るには、低
温装置全体に大きな入力が必要となり、装置が大
型化し、重量も増大する。これは、低温領域の冷
凍機の圧縮部112、膨張部113が、シリンダ
116,117内に摺動配置されるピストン11
1,110によつて形成されているため、ピスト
ンのシリンダ間に形成されピストンの摺動を許容
するための間隙に動作ガスが侵入し、この動作ガ
スが常温部から運ぶ熱、及びピストンを伝わる熱
を充分小さくできないためである。 In this conventional cryogenic apparatus, the compression cylinder 116
For example, even though the expansion cylinder 117 is cooled in the low temperature section 106 of the refrigerator in the high temperature region via the precooling plate 118, the temperature of the compression section 112 is low.
When the temperature of the expansion section 113 is at the 10K level and the temperature of the expansion section 113 is at the 4K level, the temperature of the low temperature section 106 is at the 20K level.
13, there is a heat intrusion of about 0.5 watts. For this reason, the efficiency of the entire device deteriorates, and in order to obtain the same refrigeration output in the expansion section 113 of the refrigerator in the low temperature region, a large input is required for the entire low temperature device, which increases the size and weight of the device. This is because a compression section 112 and an expansion section 113 of a refrigerator in a low temperature region are arranged on a piston 11 that is slidably disposed within cylinders 116 and 117.
1,110, the working gas enters the gap formed between the cylinders of the piston to allow the piston to slide, and the heat carried by this working gas from the normal temperature part and transmitted through the piston. This is because the heat cannot be reduced sufficiently.
さらに、従来の冷凍機では、ピストン103,
110,111の材質として熱伝導を抑えるため
にベークライト等の樹脂を用いている。このため
樹脂から発生するガス、クランクシヤフト10
2,109の軸受で用いられる潤滑油、あるいは
ピストンリング119,120,121,122
の摩耗粉等の不純物が作動ガスに混入し、放熱部
114、蓄冷器115の表面汚染等が原因となる
冷凍機の性能劣化が起きていた。 Furthermore, in the conventional refrigerator, the piston 103,
Resin such as Bakelite is used as the material for 110 and 111 in order to suppress heat conduction. Therefore, the gas generated from the resin, the crankshaft 10
Lubricating oil used in bearings 2,109 or piston rings 119, 120, 121, 122
Impurities such as abrasion powder from the compressor were mixed into the working gas, and the performance of the refrigerator was degraded due to surface contamination of the heat radiating section 114 and the regenerator 115.
(本発明の技術的課題)
本発明は、常温部からの熱侵入を低減させて冷
凍効率を向上させると共に、作動ガスに不純物を
混入させないことで、前述した従来技術の不具合
を解消させることを、解決すべき技術的課題とす
る。(Technical Problems of the Present Invention) The present invention aims to eliminate the above-mentioned problems of the conventional technology by reducing heat intrusion from the room temperature region to improve refrigeration efficiency, and by preventing impurities from being mixed into the working gas. , as a technical problem to be solved.
(本発明の技術的手段とその作用)
上記技術的課題を達成するために講じた手段
は、高温領域の冷凍機を構成する1個以上の圧
縮部および1個以上の膨張部をすべてタービンに
よつて構成し、低温領域の冷凍機を構成する1
個以上の圧縮部および1個以上の膨張部を金属製
ベローズによつて構成したことである。(Technical means of the present invention and its effects) The means taken to achieve the above technical problem is that one or more compression sections and one or more expansion sections constituting a refrigerator in a high temperature region are all connected to a turbine. 1, which constitutes a refrigerator in a low temperature region.
One or more compression parts and one or more expansion parts are constructed of metal bellows.
本発明の基本的な構成は上記の如くであるの
で、低温領域の冷凍機を構成する圧縮部および膨
張部内の作動ガスが、ベローズによつてその内部
に保持され、常温部から隔離されるので作動ガス
による常温部からの熱侵入が低減される。 Since the basic structure of the present invention is as described above, the working gas in the compression section and the expansion section that constitute the refrigerator in the low temperature region is retained therein by the bellows and is isolated from the normal temperature section. Heat intrusion from the normal temperature section due to the working gas is reduced.
さらに、低温領域の冷凍機において作動ガスに
接する面がすべて金属となるため、表面から発生
するガスが極めて少なく、潤滑油、摩耗粉等の不
純物が作動ガスに混入することは全くない。従つ
て放熱部、蓄冷器の表面汚染が原因となる冷凍機
の性能劣化が起きない。 Furthermore, since all surfaces in contact with the working gas in a refrigerator operating in a low-temperature region are made of metal, very little gas is generated from the surfaces, and impurities such as lubricating oil and abrasion powder are never mixed into the working gas. Therefore, performance deterioration of the refrigerator due to surface contamination of the heat radiating section and the regenerator does not occur.
高温領域の冷凍機においても、タービンの軸受
に気体軸受を用いることができるので、作動ガス
に不純物を混入することなく、従つて冷凍機の性
能劣化が起きない。 Even in refrigerators operating in high-temperature regions, gas bearings can be used as turbine bearings, so impurities are not mixed into the working gas, and the performance of the refrigerator does not deteriorate.
(実施例)
以下本発明の実施例を第1図に基づいて説明す
る。第1図において、本発明による低温装置は、
高温領域の冷凍機と低温領域の冷凍機よりな
る。高温領域の冷凍機はモーター等の動力源に
連動される圧縮タービン1、放熱部2、熱交換器
3、および膨張タービン4を有する。低温領域の
冷凍機はモーター等の動力源に連結されるクラ
ンクシヤフト等と連動されるロツド状の連結部材
5,6を有し、この連結部材5,6の下端には、
圧縮ベローズ7、膨張ベローズ8が固定されてい
る。ベローズ7,8の他端は、支持円筒9,10
にそれぞれ固定されている。上記連結部材5,
6、支持円筒9,10は熱伝導性の小さな部材に
より形成される。(Example) An example of the present invention will be described below based on FIG. In FIG. 1, the cryogenic device according to the present invention is
It consists of a high-temperature region refrigerator and a low-temperature region refrigerator. A high-temperature region refrigerator includes a compression turbine 1, a heat radiation section 2, a heat exchanger 3, and an expansion turbine 4, which are linked to a power source such as a motor. A refrigerator in a low-temperature region has rod-shaped connecting members 5 and 6 that are connected to a crankshaft or the like that is connected to a power source such as a motor, and the lower ends of these connecting members 5 and 6 are
A compression bellows 7 and an expansion bellows 8 are fixed. The other end of the bellows 7, 8 is a support cylinder 9, 10.
are fixed respectively. The connecting member 5,
6. The support cylinders 9 and 10 are formed of small thermally conductive members.
圧縮ベローズ7、膨張ベローズ8との間は、放
熱部11および蓄冷器12、凝縮器13によつて
連通している。放熱部11には、高温領域の冷凍
機の低温作動ガスが出入りできる流路14を設
ける。連結部材5,6の上端はそれぞれクランク
シヤフト等に連結されて往復運動する連結防1
5,16にベローズ17,18を介して固定し、
これらのベローズ17,18の一端を真空容器1
9に取付けている。 The compression bellows 7 and the expansion bellows 8 are communicated through a heat radiation section 11, a regenerator 12, and a condenser 13. The heat radiation section 11 is provided with a flow path 14 through which low-temperature working gas of the refrigerator in the high-temperature region can enter and exit. The upper ends of the connecting members 5 and 6 are respectively connected to a crankshaft or the like and are connected to a connecting block 1 that reciprocates.
5, 16 via bellows 17, 18,
One end of these bellows 17, 18 is connected to the vacuum container 1.
It is installed on 9.
圧縮ベローズ7、放熱部11、蓄冷器12、凝
縮器13、および膨張空間8によつて構成される
低温領域の冷凍機の圧縮ベローズ7および膨張
空間8の容積は動力源、クランクシヤフト等に連
動するベローズ17および18の往復運動によつ
て変動し、変動の位相差を膨張ベローズ8が圧縮
ベローズ7に対して略90度進むように駆動するこ
とにより、膨張ベローズ8で冷凍を発生し、圧縮
ベローズ7で圧縮熱を発生する。上記圧縮熱及び
圧縮部に常温より侵入する熱は、放熱部11にお
いて、高温領域を冷凍機の低温作動ガスによつ
て吸収され、上記の熱は高温領域の冷凍機の冷
凍負荷となる。膨張部をベローズ8で構成し、一
端を断熱連結部材6と連動させ、他端を断熱支持
円筒10で固定することにより、従来のピスト
ン・シリンダタイプの冷凍機において、ピスト
ン・シリンダとの間隙に存在する作動ガスが膨張
空間に運ぶ熱を無くし、又ピストン及びシリンダ
ーを伝わる伝導熱も低減でき、膨張ベローズ8で
発生する膨張仕事を有効に冷凍出力として外部に
取出すことができる。 The volumes of the compression bellows 7 and the expansion space 8 of the low-temperature region refrigerator, which are composed of the compression bellows 7, the heat radiation part 11, the regenerator 12, the condenser 13, and the expansion space 8, are linked to the power source, crankshaft, etc. By driving the expansion bellows 8 to advance approximately 90 degrees with respect to the compression bellows 7, the expansion bellows 8 generates refrigeration and compresses. The bellows 7 generates compression heat. The compression heat and the heat that enters the compression section from room temperature are absorbed by the low temperature working gas of the refrigerator in the high temperature region in the heat radiation section 11, and the above heat becomes a refrigeration load of the refrigerator in the high temperature region. By constructing the expansion part with a bellows 8, one end of which is interlocked with the heat insulating connecting member 6, and the other end fixed with the heat insulating support cylinder 10, it is possible to fit into the gap between the piston and the cylinder in a conventional piston/cylinder type refrigerator. The heat carried by the existing working gas to the expansion space can be eliminated, and the conductive heat transmitted through the piston and cylinder can also be reduced, and the expansion work generated in the expansion bellows 8 can be effectively extracted to the outside as refrigeration output.
同様に、圧縮部をベローズ7で構成し一端を断
熱連結部材6と連動し、他端を断熱支持円筒9で
固定することにより、圧縮ベローズに侵入する熱
を低減でき、従つて、高温領域の冷凍機の冷凍
負荷を低減することができる。 Similarly, by configuring the compression part with a bellows 7, one end of which is interlocked with the heat insulating connecting member 6, and the other end fixed with the heat insulating support cylinder 9, it is possible to reduce the heat that enters the compression bellows, thereby reducing the heat in the high temperature region. The refrigeration load on the refrigerator can be reduced.
ベローズ7,8の容積変化は、ベローズ7,8
の一端に固定した断熱連結部材5,6の往復運動
で行なわれる。この連結部材5,6は、真空容器
19を大気に対して真空気密する、常温部のベロ
ーズ17,18の一端に固定されている。この端
面には、さらに常温部の駆動機構の往復運動を伝
える連結棒15,16が固定されており、連結棒
15,16の往復運動は、ベローズ17,18を
介し、直接断熱連結部材5,6に伝わる。 The volume change of bellows 7, 8 is
This is done by reciprocating the heat insulating connecting members 5 and 6 fixed to one end of the . The connecting members 5 and 6 are fixed to one end of the bellows 17 and 18 in the normal temperature section, which make the vacuum container 19 vacuum-tight with respect to the atmosphere. Connecting rods 15 and 16 that transmit the reciprocating motion of the drive mechanism of the normal temperature section are further fixed to this end face, and the reciprocating motion of the connecting rods 15 and 16 is directly transmitted to the heat insulating connecting member 5, via bellows 17 and 18. 6.
一方、圧縮タービン1、放熱器2、熱交換器
3、膨張タービン4、および流路14によつて構
成される高温領域の冷凍機において、圧縮ター
ビン1はモーター等の動力源に連動されていて、
軸受は作動ガスを利用した気体軸受になつてい
る。圧縮タービン1において、圧縮された作動ガ
スは熱を発生する。この圧縮熱は放熱器2で取去
られる。放熱器2を出た作動ガスは、流路14か
ら出た作動ガスと熱交換器3で熱交換し、冷却さ
れ、膨張タービン4に流入する。膨張タービン4
は、発電機等の動力吸収装置に連動されていて、
膨張仕事は真空容器19外の高周波抵抗によつて
消費される。作動ガスは膨張タービン4を回すこ
とによつて冷凍を発生する。膨張タービン4を出
た作動ガスは流路14に流入し、低温領域の冷凍
機における放熱器11を流れる作動ガスを冷却
する。流路14を出たガスは熱交換器3に流入
し、放熱器2を出た作動ガスと熱交換し、加温さ
れ、圧縮タービン1にもどる。 On the other hand, in a high-temperature region refrigerator composed of a compression turbine 1, a radiator 2, a heat exchanger 3, an expansion turbine 4, and a flow path 14, the compression turbine 1 is linked to a power source such as a motor. ,
The bearing is a gas bearing that uses working gas. In the compression turbine 1, the compressed working gas generates heat. This compression heat is removed by the heat radiator 2. The working gas exiting the radiator 2 exchanges heat with the working gas exiting from the flow path 14 in the heat exchanger 3, is cooled, and flows into the expansion turbine 4. expansion turbine 4
is linked to a power absorption device such as a generator,
Expansion work is dissipated by high frequency resistance outside the vacuum vessel 19. The working gas generates refrigeration by rotating the expansion turbine 4. The working gas that has exited the expansion turbine 4 flows into the flow path 14 and cools the working gas flowing through the radiator 11 in the refrigerator in the low temperature region. The gas exiting the flow path 14 flows into the heat exchanger 3, exchanges heat with the working gas exiting the radiator 2, is heated, and returns to the compression turbine 1.
このように、本発明では低温領域の冷凍機に
金属製ベローズ7,8を用い、高温領域の冷凍機
に気体軸受を用いたタービン1,4を採用して
いるため、従来の低温装置におけるように樹脂か
らのアウトガス、軸受の潤滑油、およびピストン
リングの摩耗粉等の不純物が作動ガスに混入し
て、放熱部、蓄冷器の表面を汚染し、冷凍機の性
能劣化を生じるということが全くない。 As described above, in the present invention, the metal bellows 7 and 8 are used for the refrigerator in the low temperature region, and the turbines 1 and 4 using gas bearings are used in the refrigerator in the high temperature region. There is no possibility that impurities such as outgas from the resin, lubricating oil from the bearings, and abrasion powder from the piston rings will mix into the working gas, contaminate the surfaces of the heat dissipation section and regenerator, and cause deterioration in the performance of the refrigerator. do not have.
以下、本発明の第1の変形例について第2図に
従つて説明する。第2図において低温領域の冷凍
機は第1図の実施例と全く同じであるが、高温
領域の冷凍機が異なる。膨張タービン21,4
が直列2段膨張方式であり、熱交換器20,22
も2段構成となつている。熱交換器20,22の
間で膨張タービン21によつて作動ガスに膨張仕
事をさせているため、熱交換器20,22の非効
率を補償しているため、高温領域の冷凍機の性
能が第1図の実施例に比べて向上する。 A first modification of the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 2, the refrigerator in the low temperature region is exactly the same as the embodiment shown in FIG. 1, but the refrigerator in the high temperature region is different. Expansion turbine 21, 4
is a series two-stage expansion method, and the heat exchangers 20 and 22
It also has a two-tier configuration. Since the expansion turbine 21 performs expansion work on the working gas between the heat exchangers 20 and 22, the inefficiency of the heat exchangers 20 and 22 is compensated for, so the performance of the refrigerator in the high temperature region is improved. This is improved compared to the embodiment shown in FIG.
次に、本発明の第2の変形例について第3図に
従つて説明する。第3図において、低温領域の冷
凍機は第1図の実施例と全く同じであるるが、
高温領域の冷凍機が異なる。膨張タービン3
1,4が並列2段膨張方式であり、熱交換器3
0,32,33は3段構成になつている。熱交換
器30を出た高圧作動ガスの一部が膨張タービン
31に入り、膨張タービン31で膨張仕事をし、
熱交換器33を出た低圧作動ガスと合流する。膨
張タービン31で生ずる膨張仕事によつて熱交換
器30,32,33の非効率を補償しているた
め、高温領域の冷凍機の性能が第1図の実施例
に比べて向上する。 Next, a second modification of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 3, the refrigerator in the low temperature region is exactly the same as the embodiment shown in FIG.
The refrigerators in the high temperature range are different. expansion turbine 3
1 and 4 are parallel two-stage expansion type, and heat exchanger 3
0, 32, and 33 have a three-stage configuration. A part of the high pressure working gas leaving the heat exchanger 30 enters the expansion turbine 31 and performs expansion work in the expansion turbine 31.
It joins with the low pressure working gas exiting the heat exchanger 33. Since the inefficiency of the heat exchangers 30, 32, and 33 is compensated for by the expansion work produced by the expansion turbine 31, the performance of the refrigerator in the high temperature region is improved compared to the embodiment shown in FIG.
さらに、本発明の第3の変形例について第4図
に従つて説明する。第4図において、高温領域の
冷凍機は第1図の実施例と全く同じであるが、
低温領域の冷凍機が異なる。第1図における蓄
冷器2を、第4図では蓄冷器40,41の2分割
にし、蓄冷器40,41の間で膨張ベローズ42
に連通させている。モーター等の動力源に連結さ
れるクランクシヤフト等と連動されるロツド状の
連結部材43の下端に膨張ベローズ42が固定さ
れている。膨張ベローズ42の他端は、支持円筒
44に固定されている。膨張ベローズ42の溶液
変化は、膨張ベローズ42の一端に固定した断熱
連結部材43の往復運動が行なわれる。この連結
部材43は真空容器19を大気に対して真空気密
する:常温部のベローズ45の一端に固定されて
いる。この端面には、さらに常温部の駆動機構の
往復運動を伝える連結棒46が固定されており、
連結棒46の往復運動はベローズ45を介し、直
接断熱連結部材43に伝わる。連結棒46の往復
運動の位相は連結棒16に合わせる。 Furthermore, a third modification of the present invention will be explained with reference to FIG. In FIG. 4, the refrigerator in the high temperature region is exactly the same as the embodiment shown in FIG.
The refrigerators in the low temperature range are different. The regenerator 2 in FIG. 1 is divided into two regenerators 40 and 41 in FIG.
It communicates with An expansion bellows 42 is fixed to the lower end of a rod-shaped connecting member 43 that is interlocked with a crankshaft or the like that is connected to a power source such as a motor. The other end of the expansion bellows 42 is fixed to a support cylinder 44 . The solution of the expansion bellows 42 is changed by reciprocating a heat insulating connecting member 43 fixed to one end of the expansion bellows 42. This connecting member 43 makes the vacuum container 19 vacuum-tight with respect to the atmosphere: it is fixed to one end of a bellows 45 in the normal temperature section. A connecting rod 46 that transmits the reciprocating motion of the drive mechanism of the normal temperature section is further fixed to this end surface.
The reciprocating motion of the connecting rod 46 is directly transmitted to the heat insulating connecting member 43 via the bellows 45. The phase of the reciprocating movement of the connecting rod 46 is matched to that of the connecting rod 16.
このように第4図の変形例では、蓄冷器40,
41の中間体で、膨張ベローズ42によつて作動
ガスが膨張仕事をするため、蓄冷器40,41の
非効率を補償することができ、第1図の実施例に
比べて、低温領域の冷凍機の性能が向上する。 In this way, in the modification shown in FIG. 4, the regenerator 40,
41, the working gas performs expansion work by the expansion bellows 42, so it is possible to compensate for the inefficiency of the regenerators 40 and 41, and compared to the embodiment shown in FIG. Improves machine performance.
以上の変形例の他に、高温領域の冷凍機にお
いて圧縮タービン1、放熱器2を複数にし、多段
圧縮とすることができる。また、低温領域の冷凍
機において圧縮ベローズ7、放熱器11を複数
にし、多段圧縮とすることができる。 In addition to the above-mentioned modifications, in a high-temperature region refrigerator, a plurality of compression turbines 1 and radiators 2 may be provided to perform multistage compression. Further, in a refrigerator for a low temperature region, a plurality of compression bellows 7 and a plurality of radiators 11 can be provided to perform multistage compression.
(効果)
従来技術の欠点を解消するためには、第6図に
示す低温装置でも可能である。第6図に示す低温
装置は、圧縮タービン60、放熱部61、熱交換
器62,63,64、膨張タービン65、J−T
弁66、凝縮器67、および真空容器68によつ
て構成される。圧縮タービン60はモーター等の
動力源に連動されていて、軸受は作動ガスを利用
した気体軸受になつている。圧縮タービン60に
おいて圧縮された作動ガスは熱を発生する。この
圧縮熱は放熱器61で取去られる。放熱器61を
出た作動ガスは熱交換器62に流入し、冷却され
る。熱交換器62を出た作動ガスの一部は膨張タ
ービン65に流入し、膨張して冷凍を発生し、熱
交換器64から出た作動ガスと合流する。熱交換
器62を出た作動ガスの大部分は熱交換器63に
流入し、さらに冷却され、熱交換器64に流入
し、増々冷却される。熱交換器64を出た作動ガ
スはL−T弁66でジユールトムソン膨張を生
じ、劣化する。この後、作動ガス(液)は凝縮器
67に流入し、凝縮器67内で蒸発したヘリウム
を凝縮する。凝縮器67を出た作動ガスは熱交換
器64,63,62によつて加温されて圧縮ター
ビン60にもどされる。真空容器68は低温部と
大気との断熱の作用をする。(Effects) In order to eliminate the drawbacks of the prior art, the low temperature apparatus shown in FIG. 6 can also be used. The low-temperature device shown in FIG.
It is composed of a valve 66, a condenser 67, and a vacuum vessel 68. The compression turbine 60 is linked to a power source such as a motor, and the bearing is a gas bearing that uses working gas. The working gas compressed in the compression turbine 60 generates heat. This compression heat is removed by a heat radiator 61. The working gas leaving the radiator 61 flows into the heat exchanger 62 and is cooled. A portion of the working gas exiting the heat exchanger 62 flows into the expansion turbine 65, expands to generate refrigeration, and merges with the working gas exiting the heat exchanger 64. Most of the working gas leaving the heat exchanger 62 flows into the heat exchanger 63 and is further cooled, and flows into the heat exchanger 64 where it is further cooled. The working gas leaving the heat exchanger 64 undergoes Joel-Thompson expansion at the L-T valve 66 and is degraded. Thereafter, the working gas (liquid) flows into the condenser 67, and the helium evaporated within the condenser 67 is condensed. The working gas exiting the condenser 67 is heated by heat exchangers 64, 63, and 62 and returned to the compression turbine 60. The vacuum container 68 acts as a heat insulator between the low temperature part and the atmosphere.
このように、膨張タービン65に加えてJ−T
弁65を用いればヘリウムの凝縮は可能であり、
常温部からの熱侵入も低減でき、作動ガスに不純
物を混入させないことも可能である。しかし、ジ
ユールトムソン膨張は等エンタルピー過程であ
り、基本的に非可逆過程であるため、冷凍効率が
低い。さらに、膨張タービン65で発生する冷凍
の温度は一般的に15K程度が限界とされている。
熱交換器64で作動ガスをさらに冷却しても、J
−T弁66でジユールトムソン膨張し、液化する
ためには、圧縮タービン60で作動ガスの圧力を
1atmから15atm程度に上げなくてはならない。
タービン式の圧縮機ではピストン式に比べて大流
量のガスを処理できるが、圧力比は低く、この傾
向はHeのような軽い気体の場合に著しい。例え
ば、文献「低温工学ハンドブツク」内田老鶴圃新
社、表6.3、P124に掲載されている例では圧力比
12.6を達成するのに11段の圧縮タービンを要して
いる。 In this way, in addition to the expansion turbine 65, the J-T
Helium can be condensed using the valve 65,
It is also possible to reduce heat intrusion from the room temperature section, and it is also possible to prevent impurities from being mixed into the working gas. However, Joel-Thompson expansion is an isenthalpic process and is basically an irreversible process, so the refrigeration efficiency is low. Furthermore, the temperature of refrigeration generated by the expansion turbine 65 is generally limited to about 15K.
Even if the working gas is further cooled by the heat exchanger 64, J
- In order to expand and liquefy the working gas in the T-valve 66, the pressure of the working gas is increased in the compression turbine 60.
It is necessary to increase the voltage from 1 atm to around 15 atm.
Turbine-type compressors can process a larger flow rate of gas than piston-type compressors, but the pressure ratio is lower, and this tendency is especially noticeable for light gases like He. For example, the pressure ratio is
It takes an 11-stage compression turbine to achieve 12.6.
このように、従来技術に対する他の解決手段で
ある第6図の低温装置では、冷凍効率の低下と11
段以上の圧縮タービンを必要とする2つの不具合
を生ずる。 As described above, the cryogenic device shown in FIG. 6, which is another solution to the conventional technology, suffers from a decrease in refrigeration efficiency and
This creates two problems that require more than one stage compression turbine.
これに対し、本発明では高温領域の冷凍機と
低温領域の冷凍機のいずれも基本的に可逆過程
であり、冷凍効率が高い。しかも高温領域の冷凍
機の圧縮タービンに要求される圧力比はジユー
ルトムソン膨張を使用していないため、2〜3程
度でも良く、圧縮タービンの段数は少なくて良
い。さらに、高温領域の冷凍機と低温領域の冷
凍機の回路は全く独立しているため、高温領域
の冷凍機の作動ガスは、ヘリウム以外の気体例
えば窒素、ネオン、ヘリウムとネオンの混合物を
使用することができる。これらの気体はヘリウム
より重いため、圧縮タービン1の圧力比を大きく
することができる。 In contrast, in the present invention, both the high-temperature region refrigerator and the low-temperature region refrigerator are basically reversible processes, and the refrigeration efficiency is high. Moreover, the pressure ratio required for the compression turbine of the refrigerator in the high temperature range may be about 2 to 3, since Joule-Thompson expansion is not used, and the number of stages of the compression turbine may be small. Furthermore, since the circuits of the high-temperature region refrigerator and the low-temperature region refrigerator are completely independent, the working gas of the high-temperature region refrigerator uses a gas other than helium, such as nitrogen, neon, or a mixture of helium and neon. be able to. Since these gases are heavier than helium, the pressure ratio of the compression turbine 1 can be increased.
第1図、第2図、第3図および第4図は本発明
の第1実施例、第2実施例、第3実施例および第
4実施例を示す説明図、第5図は従来例を示す断
面図、第6図は比較例を示す説明図である。
図中:1……圧縮タービン、2……放熱器、3
……熱交換器、4……膨張タービン、5,6……
連結部材、7……圧縮ベローズ、8……膨張ベロ
ーズ、9,10……円筒、11……放熱部、12
……蓄冷器、13……凝縮器、15,16……連
結棒。
1, 2, 3, and 4 are explanatory diagrams showing a first embodiment, a second embodiment, a third embodiment, and a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows a conventional example. The sectional view shown in FIG. 6 is an explanatory diagram showing a comparative example. In the diagram: 1...Compression turbine, 2...Radiator, 3
...Heat exchanger, 4...Expansion turbine, 5,6...
Connection member, 7... Compression bellows, 8... Expansion bellows, 9, 10... Cylinder, 11... Heat radiation part, 12
...Regenerator, 13... Condenser, 15, 16... Connecting rod.
Claims (1)
凍機の作動ガスとを熱交換させる低温装置におい
て、前記高温領域の冷凍機が気体軸受を用いたタ
ービンからなる一個以上の圧縮部と膨張部を有
し、前記低温領域の冷凍機が動力源と連結する連
結部材によつて伸縮し且つ支持円筒に支持された
金属製ベローズからなる一個以上の圧縮部と膨張
部とを有し、前記支持円筒と前記連結部材とを別
のベローズで結合させていることを特徴とする低
温装置。1. In a low-temperature device that exchanges heat between the working gas of a refrigerator in a low-temperature region and the working gas of a refrigerator in a high-temperature region, the refrigerator in the high-temperature region has one or more compression parts and expansion parts each consisting of a turbine using a gas bearing. The refrigerator in the low-temperature region has one or more compression parts and expansion parts made of metal bellows that are expandable and contracted by a connecting member connected to a power source and supported by a support cylinder, and the support A low temperature device characterized in that the cylinder and the connecting member are connected by another bellows.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14398485A JPS625057A (en) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | Cryogenic device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14398485A JPS625057A (en) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | Cryogenic device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS625057A JPS625057A (en) | 1987-01-12 |
| JPH0412378B2 true JPH0412378B2 (en) | 1992-03-04 |
Family
ID=15351603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14398485A Granted JPS625057A (en) | 1985-07-02 | 1985-07-02 | Cryogenic device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS625057A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0623882Y2 (en) * | 1987-11-30 | 1994-06-22 | 株式会社島津製作所 | Aircraft tower small refrigerator |
| JP2815961B2 (en) * | 1990-02-26 | 1998-10-27 | キヤノン株式会社 | Recording device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59158959A (en) * | 1983-03-02 | 1984-09-08 | 株式会社日立製作所 | Expansion machine |
| JPS608668A (en) * | 1983-06-24 | 1985-01-17 | アイシン精機株式会社 | Refrigeration system |
-
1985
- 1985-07-02 JP JP14398485A patent/JPS625057A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS625057A (en) | 1987-01-12 |
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