JP2000283581A - Cold storage refrigerator and refrigerating unit - Google Patents

Cold storage refrigerator and refrigerating unit

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JP2000283581A
JP2000283581A JP11089420A JP8942099A JP2000283581A JP 2000283581 A JP2000283581 A JP 2000283581A JP 11089420 A JP11089420 A JP 11089420A JP 8942099 A JP8942099 A JP 8942099A JP 2000283581 A JP2000283581 A JP 2000283581A
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JP
Japan
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cylinder
piston
flow path
stage
space
Prior art date
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Pending
Application number
JP11089420A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichiro Iketani
陽一郎 池谷
Tatsuo Koizumi
達雄 小泉
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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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
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/003Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress influence onto the peripheral field by forming the core of a first piston of a specific material and filling a first gas channel formed in the side wall of a first cylinder with a first cold storage material for exchanging heat with refrigerant gas. SOLUTION: A first stage piston 31 inserted into a first stage cylinder 30 defines a first stage expansion chamber 35 at the end of a second stage cylinder 40 and couples the high temperature end of the second stage piston 48 with the first stage piston 31 through a coupling member 32. The columnar core part 48a of the second stage piston 48 is formed of a material selected from a group of polyether etherketone, polyamideimide, polyetherimide, and glass fiber reinforced epoxy. The gas channel 43 of a cold head 41 interconnects a gas channel 45 and a second stage expansion chamber 50 and the gas channel 44 of a stop ring 46 interconnects the first stage expansion chamber 35 and the gas channel 45. The gas channel 45 is filled with cold storage materials 51, 52.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄冷器式冷凍機に
関し、シリンダ内をピストンが往復運動し、シリンダの
低温端で吸熱を行う蓄冷器式冷凍機に関する。
The present invention relates to a regenerator refrigerator, and more particularly to a regenerator refrigerator in which a piston reciprocates in a cylinder and absorbs heat at a low temperature end of the cylinder.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2に、従来の2段構成のGM式冷凍機
の断面図を示す。ヘリウム圧縮機10が、ヘリウムガス
を約20Kgf/cm2の圧力まで圧縮し、高圧ヘリウ
ムガスを供給する。高圧ヘリウムガスは、吸気弁V1、
ガス流路16を介して第1段目シリンダ11内に供給さ
れる。第1段目シリンダ11には、第2段目シリンダ1
2が結合されている。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a sectional view of a conventional two-stage GM refrigerator. The helium compressor 10 compresses helium gas to a pressure of about 20 kgf / cm 2 and supplies high-pressure helium gas. High pressure helium gas is supplied to the intake valve V1,
The gas is supplied into the first-stage cylinder 11 through the gas passage 16. The first-stage cylinder 11 includes the second-stage cylinder 1
2 are connected.

【0003】第1段目シリンダ11及び第2段目シリン
ダ12内には、それぞれ相互に結合された第1段目ディ
スプレーサ13及び第2段目ディスプレーサ14が挿入
されている。第1段目ディスプレーサ13は、第1段目
シリンダ11内の第2段目シリンダ12側に、膨張空間
21を画定し、その反対側に、高温側空間27を画定す
る。第1段目ピストン13の、高温側空間27側の端部
から、軸部材Sが第1段目シリンダ11の外部まで延在
する。軸部材Sは、駆動用モータMにより駆動されるク
ランク機構15に結合している。第2段目ディスプレサ
サ14は、第2段目シリンダ12内の、第1段目シリン
ダ11に連結していない方の端部に、膨張空間22を画
定する。
[0003] A first-stage displacer 13 and a second-stage displacer 14 that are connected to each other are inserted into the first-stage cylinder 11 and the second-stage cylinder 12, respectively. The first-stage displacer 13 defines an expansion space 21 on the second-stage cylinder 12 side in the first-stage cylinder 11, and defines a high-temperature side space 27 on the opposite side. The shaft member S extends from the end of the first-stage piston 13 on the high-temperature-side space 27 side to the outside of the first-stage cylinder 11. The shaft member S is connected to a crank mechanism 15 driven by a driving motor M. The second-stage displacer 14 defines an expansion space 22 at an end of the second-stage cylinder 12 that is not connected to the first-stage cylinder 11.

【0004】第1段目ディスプレーサ13及び第2段目
ディスプレーサ14内に、それぞれ空洞17及び18が
形成されている。空洞17及び18内に、それぞれ蓄冷
材25及び26が充填されている。空洞17は、ガス流
路23aを介して高温側空間27に連通し、ガス流路2
3bを介して膨張空間21に連通している。空洞18
は、ガス流路24aを介して膨張空間21に連通し、ガ
ス流路24bを介して膨張空間22に連通している。
[0004] Cavities 17 and 18 are formed in the first stage displacer 13 and the second stage displacer 14, respectively. The cavities 17 and 18 are filled with cold storage materials 25 and 26, respectively. The cavity 17 communicates with the high-temperature side space 27 via the gas flow path 23a,
It communicates with the expansion space 21 via 3b. Cavity 18
Communicates with the expansion space 21 via the gas flow path 24a and communicates with the expansion space 22 via the gas flow path 24b.

【0005】通常、第1段目シリンダ11及び第2段目
シリンダ12は、十分な強度、低い熱伝導率、十分なヘ
リウムガス遮蔽能を有するステンレス綱(たとえばSU
S304)等によって形成される。第1段目ディスプレ
ーサ13及び第2段目ディスプレーサ14は、比重が軽
く、十分な耐摩耗性、比較的高い強度、及び低い熱伝導
率を有する布入りフェノール(ベークライト)等によっ
て形成される。
Usually, the first-stage cylinder 11 and the second-stage cylinder 12 are made of stainless steel (for example, SU) having sufficient strength, low thermal conductivity, and sufficient helium gas shielding ability.
S304) and the like. The first-stage displacer 13 and the second-stage displacer 14 are formed of phenol (bakelite) containing cloth having a low specific gravity, sufficient abrasion resistance, relatively high strength, and low thermal conductivity.

【0006】図示していないが、第1段目ディスプレー
サ13の外周面と第1段目シリンダ11の内周面との間
にシールリングが配置され、この間隙を通ってヘリウム
ガスが輸送されることを防止している。同様に、第2段
目ディスプレーサ14と第2段目シリンダ12の間にも
同様のシールリングが配置されている。
Although not shown, a seal ring is arranged between the outer peripheral surface of the first stage displacer 13 and the inner peripheral surface of the first stage cylinder 11, and helium gas is transported through this gap. Is preventing that. Similarly, a similar seal ring is arranged between the second stage displacer 14 and the second stage cylinder 12.

【0007】第1段目シリンダの、膨張空間21側の端
部に、第1段目ヒートステーション19が熱的に結合し
ている。第2段目シリンダ12の、膨張空間22側の端
部に、第2段目ヒートステーション20が熱的に結合し
ている。
A first-stage heat station 19 is thermally connected to the end of the first-stage cylinder on the side of the expansion space 21. A second-stage heat station 20 is thermally connected to an end of the second-stage cylinder 12 on the expansion space 22 side.

【0008】ヘリウム圧縮機10から吸気弁V1を介し
て供給される高圧ヘリウムガスは、ガス流路16を介し
て第1段目シリンダ11内の高温側空間27内に導入さ
れる。高温側空間27内に導入されたヘリウムガスは、
ガス流路23a、空洞17、及びガス流路23bを通っ
て、第1段目膨張空間21内に輸送される。ヘリウムガ
スが空間17内を移動する時に、蓄冷材25とヘリウム
ガスとの間で熱交換が行われる。
The high-pressure helium gas supplied from the helium compressor 10 through the intake valve V 1 is introduced into the high-temperature space 27 in the first-stage cylinder 11 through the gas passage 16. The helium gas introduced into the high-temperature side space 27 is
The gas is transported into the first-stage expansion space 21 through the gas flow path 23a, the cavity 17, and the gas flow path 23b. When the helium gas moves in the space 17, heat exchange is performed between the cold storage material 25 and the helium gas.

【0009】第1段目膨張空間21内のヘリウムガス
は、さらにガス流路24a、空洞18、及びガス流路2
4bを通って第2段目の膨張空間22内に輸送される。
ヘリウムガスが空洞18内を移動する時、蓄冷材26と
ヘリウムガスとの間で熱交換が行われる。なお、図2に
示すガス流路23、24は、冷媒ガスの流れを説明する
ために機能的に記載したものであり、実際の構造とは異
なる。
The helium gas in the first-stage expansion space 21 is further supplied to the gas passage 24 a, the cavity 18, and the gas passage 2.
4b, and is transported into the second-stage expansion space 22.
As the helium gas moves through the cavity 18, heat exchange occurs between the cold storage material 26 and the helium gas. The gas flow paths 23 and 24 shown in FIG. 2 are functionally described for explaining the flow of the refrigerant gas, and are different from the actual structure.

【0010】吸気弁V1が閉じ、排気弁V2が開いた時
には、第2段目シリンダ12、第1段目シリンダ11内
の高圧ヘリウムガスは、吸気の場合とは逆の経路をたど
ってガス流路16、排気弁V2を経由してヘリウム圧縮
機10に回収される。
When the intake valve V1 is closed and the exhaust valve V2 is opened, the high-pressure helium gas in the second-stage cylinder 12 and the first-stage cylinder 11 flows along a path reverse to that in the case of intake. The gas is recovered by the helium compressor 10 via the passage 16 and the exhaust valve V2.

【0011】GM式冷凍機の作動時においては、駆動用
モータMの回転によって第1段目ディスプレーサ13及
び第2段目ディスプレーサ14が図中矢印で示すよう
に、シリンダの軸方向に往復駆動される。第1段目ディ
スプレーサ13及び第2段目ディスプレーサ14が下方
に駆動された時、吸気弁V1が開き、高圧ヘリウムガス
が第1段目シリンダ11及び第2段目シリンダ12内に
供給される。
During operation of the GM type refrigerator, the first stage displacer 13 and the second stage displacer 14 are reciprocally driven in the axial direction of the cylinder as indicated by arrows in the figure by the rotation of the drive motor M. You. When the first-stage displacer 13 and the second-stage displacer 14 are driven downward, the intake valve V1 opens, and high-pressure helium gas is supplied into the first-stage cylinder 11 and the second-stage cylinder 12.

【0012】駆動用モータMによって第1段目ディスプ
レーサ13及び第2段目ディスプレーサ14が上方に駆
動された時、吸気弁V1が閉じ、排気弁V2が開いて、
ヘリウムガスがヘリウム圧縮機10に回収される。これ
により、第1段目シリンダ11及び第2段目シリンダ1
2内の膨張空間が低圧になる。この時、膨張空間21、
22においては、ヘリウムガスの膨張によって寒冷が発
生する。冷却されたヘリウムガスは、空洞18及び17
内を移動する時に、蓄冷材26及び25を冷却する。
When the first-stage displacer 13 and the second-stage displacer 14 are driven upward by the drive motor M, the intake valve V1 is closed and the exhaust valve V2 is opened.
Helium gas is collected by the helium compressor 10. Thereby, the first-stage cylinder 11 and the second-stage cylinder 1
The pressure in the expansion space in 2 becomes low. At this time, the expansion space 21,
In 22, the helium gas expands to cause cold. The cooled helium gas is supplied to the cavities 18 and 17
When moving inside, the cool storage materials 26 and 25 are cooled.

【0013】次の吸気工程で供給される高圧ヘリウムガ
スは、蓄冷材17、18と熱交換を行って冷却され、膨
張空間21及び22内へ導入される。次の排気工程で、
冷却されたヘリウムガスが膨張することにより、さらに
冷却が進む。定常状態においては、第1段目シリンダ1
1の膨張空間21が、たとえば40K〜70K程度の温
度に保たれ、第2段目シリンダ12の膨張空間22が数
K〜20K程度の温度に保たれる。
The high-pressure helium gas supplied in the next intake step is cooled by exchanging heat with the cold storage materials 17 and 18 and is introduced into the expansion spaces 21 and 22. In the next exhaust process,
The expansion of the cooled helium gas further promotes cooling. In the steady state, the first cylinder 1
One expansion space 21 is maintained at a temperature of, for example, about 40K to 70K, and the expansion space 22 of the second stage cylinder 12 is maintained at a temperature of about several K to 20K.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】冷凍性能を高めるため
に、第2段目ディスプレーサ14内の空洞18の低温端
近傍に磁性蓄冷材が配置される。ディスプレーサの往復
運動に追随してこの磁性蓄冷材も往復運動する。このた
め、低温端周辺の磁場が時間的に変動してしまう。した
がって、このGM式冷凍機は、磁場が時間的に変動して
はならないような用途に用いることができない。
In order to enhance the refrigerating performance, a magnetic regenerator is disposed near the low-temperature end of the cavity 18 in the second stage displacer 14. The magnetic regenerator also reciprocates following the reciprocating motion of the displacer. For this reason, the magnetic field around the low-temperature end fluctuates with time. Therefore, this GM refrigerator cannot be used for applications where the magnetic field must not fluctuate over time.

【0015】本発明の目的は、周辺磁場への影響を少な
くすることが可能な蓄冷器式冷凍機を提供することであ
る。
An object of the present invention is to provide a regenerator-type refrigerator capable of reducing the influence on the peripheral magnetic field.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、柱面からなる内周面を有する第1のシリンダと、前
記第1のシリンダの内周面により画定された空間内に挿
入された第1のピストンであって、前記第1のシリンダ
の第1の端部と該第1のピストンの先端との間に第1の
空間を画定し、少なくとも芯部が、ポリエーテルエーテ
ルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、及
びガラス繊維強化エポキシからなる群より選択された一
つの材料で形成されている前記第1のピストンと、前記
第1のシリンダの側壁内に形成され、前記第1の空間に
連通し、前記第1の空間内に冷媒ガスを供給し、または
前記第1の空間から冷媒ガスを回収する第1のガス流路
と、前記第1のガス流路内に充填され、該第1のガス流
路内を移動する冷媒ガスと熱交換を行う第1の蓄冷材と
を有する蓄冷器式冷凍機が提供される。
According to one aspect of the present invention, a first cylinder having an inner peripheral surface composed of a columnar surface and a first cylinder inserted into a space defined by the inner peripheral surface of the first cylinder. A first piston defining a first space between a first end of the first cylinder and a tip of the first piston, at least a core of which is a polyetheretherketone; The first piston formed of one material selected from the group consisting of polyamide imide, polyether imide, and glass fiber reinforced epoxy; and the first piston formed in a side wall of the first cylinder; A first gas flow path that communicates with the space and supplies the refrigerant gas into the first space, or recovers the refrigerant gas from the first space, and is filled in the first gas flow path; Refrigerant moving in the first gas flow path Regenerator refrigerator having a first cold accumulating material to perform a scan and heat exchange is provided.

【0017】第1の蓄冷材が第1のシリンダ内に配置さ
れているため、第1のピストンが往復運動しても蓄冷材
は動かない。このため、磁性蓄冷材を用いても、外部磁
場への影響を軽減することができる。また、第1のガス
流路が第1のシリンダの側壁内に形成されているため、
ピストン内に形成する場合に比べて、その断面積を大き
くすることが可能になる。蓄冷材を充填されているガス
流路の断面積を大きくすると、冷媒ガスの流速が遅くな
り、熱交換効率を高めることが可能になる。上記材料の
線膨張係数が、比較的ステンレスのそれに近いため、シ
リンダをステンレスの線膨張係数に近い材料で形成する
場合、低温になってもピストンとシリンダとの隙間をほ
ぼ一定に保つことができる。
Since the first cold storage material is disposed in the first cylinder, the cold storage material does not move even if the first piston reciprocates. For this reason, even if a magnetic regenerator material is used, the influence on an external magnetic field can be reduced. Further, since the first gas passage is formed in the side wall of the first cylinder,
The cross-sectional area can be increased as compared with the case where the piston is formed in the piston. When the cross-sectional area of the gas passage filled with the regenerator material is increased, the flow rate of the refrigerant gas is reduced, and the heat exchange efficiency can be increased. Since the linear expansion coefficient of the above material is relatively close to that of stainless steel, when the cylinder is formed of a material having a linear expansion coefficient close to that of stainless steel, the gap between the piston and the cylinder can be kept almost constant even at low temperatures. .

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるG
M式冷凍機の第2段目の断面図を示す。すなわち、図2
に示す従来の冷凍機の第2段目シリンダ12及び第2段
目ディスプレーサ14に相当する部分である。実施例に
よるGM式冷凍機の第1段目部分は、図2に示すものと
同様であるため、図1では図示を省略している。
FIG. 1 shows a G according to an embodiment of the present invention.
The sectional view of the 2nd stage of the M type refrigerator is shown. That is, FIG.
2 corresponds to the second-stage cylinder 12 and the second-stage displacer 14 of the conventional refrigerator shown in FIG. The first stage portion of the GM refrigerator according to the embodiment is the same as that shown in FIG. 2, and therefore is not shown in FIG.

【0019】円筒状の第1段目シリンダ30に、それよ
りも小径の第2段目シリンダ40が連結されている。第
2段目シリンダ40の、第1段目シリンダ30に連結さ
れている方の端部を高温端と呼び、他端を低温端と呼
ぶ。第2段目シリンダ40は、外側円筒状部材40aと
内側円筒状部材40bを含んで構成される。外側円筒状
部材40a及び内側円筒状部材40bは、例えばステン
レスで形成される。外側円筒状部材40aの一方の端部
に鍔状部42が形成され、その外周面が第1段目シリン
ダ30の内周面に密着している。外側円筒状部材40a
の他方の端部は、コールドヘッド41で閉塞されてい
る。
A second-stage cylinder 40 having a smaller diameter than the first-stage cylinder 30 is connected to the cylindrical first-stage cylinder 30. The end of the second stage cylinder 40 that is connected to the first stage cylinder 30 is called a high temperature end, and the other end is called a low temperature end. The second stage cylinder 40 includes an outer cylindrical member 40a and an inner cylindrical member 40b. The outer cylindrical member 40a and the inner cylindrical member 40b are formed of, for example, stainless steel. A flange 42 is formed at one end of the outer cylindrical member 40 a, and its outer peripheral surface is in close contact with the inner peripheral surface of the first stage cylinder 30. Outer cylindrical member 40a
Is closed by a cold head 41.

【0020】内側円筒状部材40bは、外側円筒状部材
40a内に、それと同軸状に配置されている。内側円筒
状部材40bと外側円筒状部材40aとの間に、円筒状
のガス流路45が画定される。内側円筒状部材40bの
低温端が、コールドヘッド41により支持されている。
高温端においては、外側円筒状部材40aと内側円筒状
部材40aとの間に止め輪46が装填され、内側円筒状
部材40bの位置が固定される。
The inner cylindrical member 40b is disposed within the outer cylindrical member 40a and coaxially therewith. A cylindrical gas flow path 45 is defined between the inner cylindrical member 40b and the outer cylindrical member 40a. The low temperature end of the inner cylindrical member 40 b is supported by the cold head 41.
At the high temperature end, a retaining ring 46 is loaded between the outer cylindrical member 40a and the inner cylindrical member 40a, and the position of the inner cylindrical member 40b is fixed.

【0021】内側円筒状部材40b内に第2段目ピスト
ン48が挿入されている。第2段目シリンダ40の低温
端に、第2段目ピストン48、第2段目シリンダ40、
及びコールドヘッド41で囲まれた第2段目膨張空間5
0が画定される。
A second stage piston 48 is inserted into the inner cylindrical member 40b. At the low-temperature end of the second-stage cylinder 40, a second-stage piston 48, a second-stage cylinder 40,
And second-stage expansion space 5 surrounded by cold head 41
0 is defined.

【0022】第1段目シリンダ30内に第1段目ピスト
ン31が挿入されている。第1段目ピストン31は、第
1段目シリンダ30の空洞内の、第2段目シリンダ40
側の端部に第1段目膨張空間35を画定する。第2段目
ピストン48の高温端が、連結部材32を介して第1段
目ピストン31に連結されている。
A first stage piston 31 is inserted into the first stage cylinder 30. The first-stage piston 31 is provided in the cavity of the first-stage cylinder 30 in the second-stage cylinder 40.
A first-stage expansion space 35 is defined at the side end. The high-temperature end of the second-stage piston 48 is connected to the first-stage piston 31 via the connection member 32.

【0023】第2段目ピストン48は、中実の円柱状の
芯部48aと、その柱面を覆う被覆膜48bを含んで構
成される。芯部48aは、例えばポリエーテルエーテル
ケトンで形成される。ポリエーテルエーテルケトン素材
は、例えば日本ポリペンコ株式会社により、ポリペンコ
PEEKという商品名で市販されている。被覆膜48b
は、耐摩耗性樹脂、例えばテフロン系コーティング剤等
で形成される。被覆膜48bの表面にはらせん状の溝が
設けられている。らせん状の溝が設けられていることに
より、第2段目ピストン48と内側円筒状部材40bと
の間の隙間を流れるガスが、らせん溝に沿って流れるよ
うになる。これにより、冷凍性能の向上を図ることがで
きる。らせん溝を設けることの効果は、特許公報第26
59684号に詳細に説明されている。
The second stage piston 48 includes a solid cylindrical core portion 48a and a coating film 48b covering the column surface. The core 48a is formed of, for example, polyetheretherketone. The polyetheretherketone material is marketed by, for example, Japan Polypenco Co., Ltd. under the trade name of Polypenco PEEK. Coating film 48b
Is formed of a wear-resistant resin such as a Teflon-based coating agent. A spiral groove is provided on the surface of the coating film 48b. By providing the spiral groove, the gas flowing in the gap between the second stage piston 48 and the inner cylindrical member 40b flows along the spiral groove. Thereby, the refrigerating performance can be improved. The effect of providing a helical groove is described in
No. 59684 describes this in detail.

【0024】コールドヘッド41にガス流路43が形成
されている。ガス流路43は、ガス流路45と第2段目
膨張空間50とを連通させる。止め輪46にガス流路4
4が形成されている。ガス流路44は、第1段目膨張空
間35とガス流路45とを連通させる。ガス流路43及
び44は、シリンダの軸に沿って見たとき、等間隔で配
置された例えば8個程度の貫通孔により構成される。
A gas passage 43 is formed in the cold head 41. The gas passage 43 communicates the gas passage 45 with the second-stage expansion space 50. Gas flow path 4 in retaining ring 46
4 are formed. The gas flow path 44 connects the first-stage expansion space 35 to the gas flow path 45. When viewed along the axis of the cylinder, the gas flow paths 43 and 44 are configured by, for example, about eight through holes arranged at equal intervals.

【0025】ガス流路45の低温端近傍に第1の蓄冷材
51が充填され、その他の部分に第2の蓄冷材52が充
填されている。第1の蓄冷材51は、例えば温度4K程
度で比熱の大きくなる磁性蓄冷材であり、第2の蓄冷材
52は、例えば鉛球である。第1の蓄冷材51が充填さ
れた部分と第2の蓄冷材52が充填された部分との境界
がフェルト55で仕切られ、両者が混ざり合わないよう
にされている。ガス流路45と43との境界がフェルト
54及び金網53で仕切られ、ガス流路45と44との
境界がフェルト57及び金網56で仕切られている。こ
れにより、第1の蓄冷材51及び第2の蓄冷材52がガ
ス流路45内に保持される。
The first cold storage material 51 is filled in the vicinity of the low-temperature end of the gas passage 45, and the second cold storage material 52 is filled in other portions. The first regenerative material 51 is, for example, a magnetic regenerative material whose specific heat increases at a temperature of about 4K, and the second regenerative material 52 is, for example, a lead ball. The boundary between the portion filled with the first cool storage material 51 and the portion filled with the second cool storage material 52 is separated by felt 55 so that the two are not mixed. The boundary between the gas flow paths 45 and 43 is partitioned by a felt 54 and a wire mesh 53, and the boundary between the gas flow paths 45 and 44 is partitioned by a felt 57 and a wire mesh 56. Thereby, the first cool storage material 51 and the second cool storage material 52 are held in the gas flow passage 45.

【0026】図1に示す実施例では、ヘリウムガスが第
1段目膨張空間35から、ガス流路44、45及び43
を経由して、第2段目膨張空間50内に供給され、逆の
流路を辿って第2段目膨張空間50から第1段目膨張空
間35内に回収される。第2段目ピストン48が往復運
動しても、磁性を有する第1の蓄冷材51は動かない。
このため、外部磁場への影響を軽減することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, helium gas is supplied from the first-stage expansion space 35 to the gas passages 44, 45 and 43.
Is supplied into the second-stage expansion space 50, and is recovered from the second-stage expansion space 50 into the first-stage expansion space 35 by following the reverse flow path. Even if the second stage piston 48 reciprocates, the first cold storage material 51 having magnetism does not move.
Therefore, the influence on the external magnetic field can be reduced.

【0027】また、蓄冷材は、一般的に重い金属で形成
される。図2の従来例に示すように蓄冷材をディスプレ
ーサ(ピストン)内に充填すると、ピストンが重くな
る。本実施例の場合には、ピストン内に蓄冷材を充填す
る必要がないため、ピストンを軽くすることができる。
このため、ピストンを往復運動させても冷凍機全体の重
心の移動量が小さくなり、振動を低減することができ
る。また、可動部分に加わる負荷が小さくなり、信頼性
向上にもつながる。
The regenerator material is generally formed of a heavy metal. When the cold storage material is filled in the displacer (piston) as shown in the conventional example of FIG. 2, the piston becomes heavy. In the case of the present embodiment, it is not necessary to fill the piston with cold storage material, so that the piston can be made lighter.
For this reason, even if the piston is reciprocated, the amount of movement of the center of gravity of the entire refrigerator becomes small, and vibration can be reduced. Further, the load applied to the movable part is reduced, which leads to improvement in reliability.

【0028】また、第2段目ピストン48の芯部48a
を形成するポリエーテルエーテルケトンの線膨張係数
は、ステンレスの線膨張係数に比較的近い。シリンダと
ピストンとの熱収縮量がほぼ等しくなり、両者間の隙間
を一定に保つことが可能になる。なお、ポリエーテルエ
ーテルケトン以外に、ポリアミドイミド、ポリエーテル
イミド、ガラス繊維強化エポキシを用いても同様の効果
が期待できる。
The core 48a of the second stage piston 48
Is relatively close to the linear expansion coefficient of stainless steel. The heat contraction amounts of the cylinder and the piston become substantially equal, and the gap between them can be kept constant. Similar effects can be expected by using polyamide imide, polyether imide, or glass fiber reinforced epoxy in addition to polyether ether ketone.

【0029】さらに、本実施例では、シリンダが二重構
造になっているため、外部からの衝撃によりシリンダの
外周面が変形しても、内側のシリンダ面の変形を防止す
ることができる。
Furthermore, in this embodiment, since the cylinder has a double structure, even if the outer peripheral surface of the cylinder is deformed by an external impact, the inner cylinder surface can be prevented from being deformed.

【0030】さらに、本実施例の構造を採用することに
より、蓄冷材が配置されているガス流路の断面積を大き
くすることが可能になる。ガス流路の断面積を大きくす
ると、冷媒ガスの移動速度が小さくなる。このため、冷
媒ガスと蓄冷材との熱交換効率を高めることができる。
また、ガス流路の断面積を大きくすると、流路抵抗が小
さくなり、圧力損失を小さくすることができる。このた
め、PV仕事量を大きくすることが可能になる。
Further, by adopting the structure of this embodiment, it becomes possible to increase the cross-sectional area of the gas flow passage in which the cold storage material is disposed. Increasing the cross-sectional area of the gas flow path decreases the moving speed of the refrigerant gas. Therefore, the heat exchange efficiency between the refrigerant gas and the cold storage material can be increased.
When the cross-sectional area of the gas flow path is increased, the flow path resistance is reduced, and the pressure loss can be reduced. For this reason, it is possible to increase the PV work.

【0031】図1において、第2段目ピストン48の直
径を25mm、内側円筒状部材40bの外径を32m
m、外側円筒状部材40aの内径を45.5mmとした
場合を考える。このとき、ガス流路45の断面積は約8
22mm2になる。これに対し、第2段目ピストン48
の断面積は491mm2である。図2に示す従来例のよ
うに第2段目ピストン内に蓄冷材を充填する場合には、
ガス流路の断面積を491mm2よりも大きくすること
ができない。本実施例のように、シリンダの側壁内にガ
ス流路を設けることにより、ピストンの断面積に依存す
ることなく、ガス流路の断面積を大きくすることができ
る。ガス流路の断面積増大の十分な効果を得るために、
ガス流路45の断面積をピストンの断面積よりも大きく
することが好ましい。
In FIG. 1, the diameter of the second stage piston 48 is 25 mm, and the outer diameter of the inner cylindrical member 40b is 32 m.
m, the case where the inner diameter of the outer cylindrical member 40a is 45.5 mm is considered. At this time, the cross-sectional area of the gas passage 45 is about 8
22 mm 2 . On the other hand, the second stage piston 48
Has a cross-sectional area of 491 mm 2 . When the second stage piston is filled with the cold storage material as in the conventional example shown in FIG.
The cross-sectional area of the gas passage cannot be made larger than 491 mm 2 . By providing the gas flow path in the side wall of the cylinder as in this embodiment, the cross-sectional area of the gas flow path can be increased without depending on the cross-sectional area of the piston. In order to obtain a sufficient effect of increasing the cross-sectional area of the gas flow path,
It is preferable that the cross-sectional area of the gas passage 45 be larger than the cross-sectional area of the piston.

【0032】図1に示す実施例では、2段GM式冷凍機
の第2段目のピストン及びシリンダについて説明した
が、第1段目のピストン及びシリンダを図1の実施例に
示す構造としてもよい。また、より一般的にn段GM式
冷凍機の一部の段もしくはすべての段を、図1に示す構
造としてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 1, the second stage piston and cylinder of the two-stage GM refrigerator have been described. However, the first stage piston and cylinder may have the structure shown in the embodiment of FIG. Good. More generally, some or all of the stages of the n-stage GM refrigerator may have the structure shown in FIG.

【0033】また、上記実施例では、GM冷凍機を例に
とって説明したが、上記実施例の構造は、シリンダ、ピ
ストン、及び蓄冷材を有する冷凍機、例えばスターリン
グ冷凍機にも適用可能である。
In the above embodiment, the GM refrigerator has been described as an example. However, the structure of the above embodiment can be applied to a refrigerator having a cylinder, a piston, and a regenerator, for example, a Stirling refrigerator.

【0034】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄冷材を、可動ピストン内ではなく固定されたシリンダ
の側壁内に充填することにより、信頼性の高い蓄冷機を
得ることができる。また、蓄冷材として磁性材料を使用
する場合には、外部磁場への影響を低減することができ
る。
As described above, according to the present invention,
By filling the cold storage material not in the movable piston but in the side wall of the fixed cylinder, a highly reliable cold storage device can be obtained. When a magnetic material is used as the cold storage material, the influence on the external magnetic field can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるGM式冷凍機の第2段目
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a second stage of a GM refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来例のGM式冷凍機の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a conventional GM refrigerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ヘリウム圧縮機 11 第1段目シリンダ 12 第2段目シリンダ 13 第1段目ディスプレーサ 14 第2段目ディスプレーサ 15 クランク機構 16、23、24 ガス流路 17、18 空洞 19、20 ヒートステーション 21、22 膨張空間 25、26 蓄冷材 27 高温側空間 30 第1段目シリンダ 31 第1段目ピストン 32 連結部材 35 第1段目膨張空間 40 第2段目シリンダ 41 コールドヘッド 42 鍔部 43、44、45 ガス流路 48 第2段目ピストン 50 第2段目膨張空間 51 第1の蓄冷材 52 第2の蓄冷材 53、56 金網 54、55、57 フェルト DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Helium compressor 11 1st stage cylinder 12 2nd stage cylinder 13 1st stage displacer 14 2nd stage displacer 15 Crank mechanism 16,23,24 Gas flow path 17,18 Cavity 19,20 Heat station 21, 22 Expansion space 25, 26 Cold storage material 27 High temperature side space 30 First stage cylinder 31 First stage piston 32 Connecting member 35 First stage expansion space 40 Second stage cylinder 41 Cold head 42 Flange 43, 44, 45 Gas flow path 48 Second stage piston 50 Second stage expansion space 51 First cold storage material 52 Second cold storage material 53, 56 Wire mesh 54, 55, 57 Felt

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 柱面からなる内周面を有する第1のシリ
ンダと、 前記第1のシリンダの内周面により画定された空間内に
挿入された第1のピストンであって、前記第1のシリン
ダの第1の端部と該第1のピストンの先端との間に第1
の空間を画定し、少なくとも芯部が、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、
及びガラス繊維強化エポキシからなる群より選択された
一つの材料で形成されている前記第1のピストンと、 前記第1のシリンダの側壁内に形成され、前記第1の空
間に連通し、前記第1の空間内に冷媒ガスを供給し、ま
たは前記第1の空間から冷媒ガスを回収する第1のガス
流路と、 前記第1のガス流路内に充填され、該第1のガス流路内
を移動する冷媒ガスと熱交換を行う第1の蓄冷材とを有
する蓄冷器式冷凍機。
A first cylinder having an inner peripheral surface formed of a columnar surface; and a first piston inserted into a space defined by an inner peripheral surface of the first cylinder, wherein the first piston is inserted in a space defined by the inner peripheral surface of the first cylinder. Between the first end of the cylinder and the tip of the first piston.
At least the core is a polyetheretherketone, a polyamideimide, a polyetherimide,
And a first piston formed of one material selected from the group consisting of: a glass fiber reinforced epoxy, and a first piston formed in a side wall of the first cylinder, communicating with the first space, A first gas flow path for supplying a refrigerant gas into the first space or collecting the refrigerant gas from the first space; and a first gas flow path filled in the first gas flow path. A regenerator-type refrigerator having a refrigerant gas moving inside and a first regenerator material performing heat exchange.
【請求項2】 前記第1のシリンダが、内側筒状部材
と、外側筒状部材とを含み、該内側筒状部材の外周面と
該外側筒状部材の内周面との間に前記第1のガス流路を
画定する請求項1に記載の蓄冷器式冷凍機。
2. The first cylinder includes an inner cylindrical member and an outer cylindrical member, and the first cylinder is disposed between an outer peripheral surface of the inner cylindrical member and an inner peripheral surface of the outer cylindrical member. The regenerative refrigerator according to claim 1, wherein one refrigerating refrigerator is defined.
【請求項3】 さらに、前記第1のシリンダの、前記第1
の端部と反対側の第2の端部に結合し、前記第1のガス
流路を経由して前記第1の空間に連通する内部空洞を画
定する第2のシリンダと、 前記第2のシリンダ内に挿入された第2のピストンであ
って、その先端に前記第1のガス流路に連通する第2の
空間を画定する第2のピストンと、 前記第2の空間に連通し、該第2の空間内に冷媒ガスを
供給し、または該第2の空間内から冷媒ガスを回収する
第2のガス流路と、 前記第2のガス流路内に充填され、該第2のガス流路内
を移動する冷媒ガスと熱交換を行う第2の蓄冷材とを有
する請求項1または2に記載の蓄冷器式冷凍機。
3. The first cylinder of claim 1, further comprising:
A second cylinder coupled to a second end opposite to the end of the second cylinder and defining an internal cavity communicating with the first space via the first gas flow path; A second piston inserted into the cylinder, the tip of which defines a second space communicating with the first gas flow path; and a second piston communicating with the second space, A second gas flow path for supplying the refrigerant gas into the second space or recovering the refrigerant gas from the second space; and a second gas filled in the second gas flow path, 3. The regenerator according to claim 1, further comprising a refrigerant gas moving in the flow path and a second regenerator material that exchanges heat. 4.
【請求項4】 さらに、前記第1のピストンの外周面に
形成され、前記第1のピストンの外周面と前記第1のシ
リンダの内周面との間に、前記第1のガス流路と並列に
接続されたらせん状のガス流路を画定するらせん状の溝
を有する請求項1〜3のいずれかに記載の蓄冷器式冷凍
機。
4. The first gas flow path formed on an outer peripheral surface of the first piston and between an outer peripheral surface of the first piston and an inner peripheral surface of the first cylinder. The regenerator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a spiral groove that defines a spiral gas flow path connected in parallel.
【請求項5】 前記第1のシリンダがステンレスで形成
されている請求項1〜4のいずれかに記載の蓄冷器式冷
凍機。
5. The regenerator according to claim 1, wherein the first cylinder is formed of stainless steel.
【請求項6】 柱面からなる内周面を有する第1のシリ
ンダと、 前記第1のシリンダの内周面により画定された空間内に
挿入された第1のピストンであって、前記第1のシリン
ダの第1の端部と該第1のピストンの先端との間に第1
の空間を画定する前記第1のピストンと、 前記第1のシリンダの側壁内に形成され、前記第1の空
間に連通し、前記第1の空間内に冷媒ガスを供給し、ま
たは前記第1の空間から冷媒ガスを回収する第1のガス
流路と、 前記第1のガス流路内に充填され、該第1のガス流路内
を移動する冷媒ガスと熱交換を行う第1の蓄冷材とを有
し、 前記第1のガス流路の、前記第1のシリンダの軸に直交
する断面の面積が、前記第1のピストンの、前記第1の
シリンダの軸に直交する断面の面積よりも大きい蓄冷器
式冷凍機。
6. A first cylinder having an inner peripheral surface formed of a columnar surface, and a first piston inserted into a space defined by an inner peripheral surface of the first cylinder, wherein the first piston is provided in the first cylinder. Between the first end of the cylinder and the tip of the first piston.
The first piston defining a space, and formed in a side wall of the first cylinder and communicating with the first space to supply a refrigerant gas into the first space; or A first gas flow path for recovering the refrigerant gas from the space, and a first regenerative cooler which is charged in the first gas flow path and exchanges heat with the refrigerant gas moving in the first gas flow path Material, the area of the cross section of the first gas flow path orthogonal to the axis of the first cylinder, the area of the cross section of the first piston orthogonal to the axis of the first cylinder Larger regenerator refrigerator.
【請求項7】 ステンレスからなるシリンダと、 前記シリンダ内に挿入され、少なくとも芯部がポリエー
テルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリエーテル
イミド、及びガラス繊維強化エポキシからなる群より選
択された一つの材料で形成されているピストンとを有す
る装置。
7. A cylinder made of stainless steel, and inserted into the cylinder, at least a core of which is made of one material selected from the group consisting of polyetheretherketone, polyamideimide, polyetherimide, and glass fiber reinforced epoxy. A device having a piston formed.
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