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公開番号2025062181
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-14
出願番号2023171069
出願日2023-10-02
発明の名称蓄冷型冷凍システム
出願人大学共同利用機関法人自然科学研究機構
代理人個人
主分類F25B 9/00 20060101AFI20250407BHJP(冷凍または冷却;加熱と冷凍との組み合わせシステム;ヒートポンプシステム;氷の製造または貯蔵;気体の液化または固体化)
要約【課題】超電導を実現する程度の極低温の冷却における効率を向上する。
【解決手段】パルス管14を備える蓄冷型冷凍機10において、蓄冷器(低温側)16と蓄冷器(高温側)17との間に熱交換器200を備える。熱交換器200には、蒸気圧縮式冷凍機30の冷媒を供給することによって蓄冷型冷凍機の高温端18(室温)と低温端15の間の中間温度まで冷却する。即ち、熱交換器200の部分で、蓄冷型冷凍機10から熱を抽出する。
こうすることにより、蒸気圧縮式冷凍機30における消費電力を考慮したとしても、システム全体としての冷却効率を向上させることが可能となる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
蓄冷型冷凍システムであって、
圧力駆動源と、両端に高温端と低温端を有する蓄冷器と、位相調節器とを有する蓄冷型冷凍機と、
前記高温端と前記低温端との間に備えられ、前記高温端および前記低温端における温度の間で設定された中間温度で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器を冷却する冷却機構とを備える蓄冷型冷凍システム。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
請求項１記載の蓄冷型冷凍システムであって、
前記冷却機構は、前記蓄冷型冷凍機とは異なる形式の冷凍機である蓄冷型冷凍システム。
【請求項３】
請求項２記載の蓄冷型冷凍システムであって、
冷却効率を冷凍能力／消費電力で定義するとき、前記蓄冷型冷凍機のみにおける冷却効率よりも、前記蓄冷型冷凍機および前記冷凍機の消費電力の合計値を踏まえた冷却効率が高くなるように、前記中間温度が設定されている蓄冷型冷凍システム。
【請求項４】
請求項２記載の蓄冷型冷凍システムであって、
前記中間温度は、前記冷凍機で冷却できる下限の温度に基づいて設定されている蓄冷型冷凍システム。
【請求項５】
請求項１記載の蓄冷型冷凍システムであって、
前記蓄冷型冷凍機は、前記蓄冷器の前記低温端に接続されたパルス管を備えるパルス管式冷凍機である蓄冷型冷凍システム。
【請求項６】
請求項５記載の蓄冷型冷凍システムであって、
前記蓄冷型冷凍機は、前記パルス管の前記低温端に対向する端が室温に開放されている蓄冷型冷凍システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温の冷却を実現する蓄冷型冷凍システムに関し、詳しくはその冷却効率を向上する技術に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
一般に超電導を実現するためには、２０～４０Ｋほどの環境が必要とされている。かかる冷却を実現する装置として、蓄冷型冷凍機が用いられることが多い。蓄冷型冷凍機としては、スターリング冷凍機、ＧＭ(Gifford-McMahon)冷凍機、パルス管冷凍機などが知られている。しかし、蓄冷型冷凍機は、極低温の冷凍を実現することはできるものの、その冷却効率は十分に高いものとは言えなかった。
【０００３】
特許文献１は、蓄冷型冷凍機の冷却効率を向上させるための技術として、室温から所定の中間温度までの冷却を蒸気圧縮型冷凍機で行い、中間温度から極低温の冷却を蓄冷型冷凍機で行うというカスケード式極低温冷凍機を開示している。カスケード式極低温冷凍機では、図１に示すように、圧縮器、蓄冷器、パルス管、バッファタンクを備える蓄冷型冷凍機において、蓄冷器およびパルス管の高温端に熱交換器を設け、別途用意した蒸気圧縮式冷凍機で中間温度まで冷却された冷媒との熱交換を行うようになっている。こうすることで、高温端は中間温度となるから、蓄冷型冷凍機は中間温度から極低温までの冷却を担うことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１７５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、極低温の冷却効率については、従来技術でも十分ということは言えず、さらなる向上が求められるとともに、その余地が残されていた。本発明は、蓄冷型冷凍機による極低温の冷却効率の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、蓄冷型冷凍システムであって、
圧力駆動源と、両端に高温端と低温端を有する蓄冷器と、位相調節器とを有する蓄冷型冷凍機と、
前記高温端と前記低温端との間に備えられ、前記高温端および前記低温端における温度の間で設定された中間温度で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換器を冷却する冷却機構とを備える構成とすることができる。
【０００７】
本発明によれば、熱交換器により、蓄冷器から熱を抽出する（以下、このことを「抽熱」と呼ぶこともある）ことができる。高温端と低温端との間で蓄冷器を中間温度に冷却すると言い換えてもよい。抽熱することにより、蓄冷型冷凍機の冷却効率を向上させることができ、冷却機構で消費する電力を考慮しても全体として冷却効率の向上を図ることができる。
従来技術におけるカスケード式極低温冷凍機は、蓄冷型冷凍機の高温端を中間温度まで冷却するための消費電力がかさむことがあったが、本発明では高温端の冷却を避けることにより、一層の冷却効率の向上を図ることが可能となる。
【０００８】
本発明において、冷却機構は、例えば、液体窒素など中間温度以下の冷媒を熱交換器に供給する機構としてもよい。こうすれば、冷却機構で消費する電力を、非常に小さくすることができる利点がある。
【０００９】
本発明において熱交換器は、種々の態様で設けることができる。例えば、一体の蓄冷器のいずれかの部位に熱交換器を取り付けてもよい。また、蓄冷器を高温側、低温側に分け、両者を接続する接続部分に熱交換器を取り付けるようにしてもよい。いずれの場合においても、熱交換器は、蓄冷器の外側に取り付ける方法としてもよいし、蓄冷器の一部に組み込むようにしてもよい。
【００１０】
本発明において、熱交換器、冷却機構は２以上設けても差し支えない。例えば、蓄冷器において、第１の中間温度で熱を抽出する熱交換器および冷却機構と、第２の中間温度で熱を抽出する熱交換器および冷却機構を設ける態様をとることもできる。３つ以上を備えることも可能である。
（【００１１】以降は省略されています）

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