JP2008309452A - Coldness storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄冷器に関し、特に、粒状の蓄冷材が充填された蓄冷器に関し、中でも、蓄冷型極低温冷凍機に好適に適用される蓄冷器に関する。 The present invention relates to a regenerator, and more particularly, to a regenerator filled with a granular regenerator material, and more particularly to a regenerator that is suitably applied to a regenerative cryogenic refrigerator.
特許文献1には、蓄冷器内に充填された蓄冷材の粒子が蓄冷器外へ流出するのを防止するために、蓄冷器内に複数枚のフィルタが設けられた蓄冷器が提案されている。なお、一般的に、極低温冷凍機で使用される蓄冷材のうち、約60K以下の温度域では粒径が0.2mm程度の粒状の鉛または希土類合金の蓄冷材が使用される。このような蓄冷材は蓄冷器内を流動する高圧作動ガスによって圧力を受け、さらに粒子同士の接触によって摩耗や破損が生じ微粉末が発生する。特許文献1の発明によれば、この現象を蓄冷器の中に設置した複数枚のフィルタによって抑えている。
特許文献2の蓄冷器においては、特許文献1と同様な蓄冷材が充填された蓄冷器内の低温端及び高温端にそれぞれ、蓄冷材を押さえ込むリテーナと弾性体(バネ)を設けることにより、常時、蓄冷材に与圧をかけた状態を保持して、蓄冷材の蓄冷器外部への流出を防いでいる。詳細には、特許文献2の蓄冷器は、複数個の箱状のリテーナと、前記リテーナを付勢するバネを内蔵し、複数個の前記リテーナの中に蓄冷材がそれぞれ充填されている。また、この蓄冷器は、作動ガスを蓄冷材に対して均一に接触させるためのディストリビュータを有していない。
In the regenerator of
特許文献1の蓄冷器によれば、蓄冷材の摩耗又は破損によって蓄冷材粒子同士の隙間が拡大することにより、蓄冷材がガス流動に伴って動きやすくなる。これによって、特許文献1の蓄冷器によれば、比較的薄い(実施例では数mm)フィルタは傾いて、フィルタの周囲から蓄冷材が漏れ、蓄冷器外部への流出が起こるおそれが生じるという問題がある。
According to the regenerator of
特許文献2の蓄冷器によれば、蓄冷材を箱状のリテーナに充填することによって、特許文献1の問題の解消を図り、さらにバネにより、リテーナを介して蓄冷材に与圧を与えることにより蓄冷材粒子の摩耗、破損による粒間の隙間拡大を抑えている。しかし、この与圧を与えるバネを設置することにより、蓄冷器の内部空間において、低温側、高温側共にデッドスペースが拡大し冷凍性能を低下させる問題がある。加えて、特許文献2の蓄冷器は、ディストリビュータを有していないため、特に、作動ガスの流れ方向に直交する方向に関して、作動ガスが蓄冷材に対して均一に供給されにくいという問題がある。
According to the regenerator of
本発明の目的は、蓄冷材の流動が防止され、蓄冷器内のデッドスペースが低減され、冷凍性能が向上される蓄冷器を提供することである。 An object of the present invention is to provide a regenerator in which the flow of the regenerator material is prevented, the dead space in the regenerator is reduced, and the refrigeration performance is improved.
本発明は、第1の視点において、作動ガスが流通する内部空間に粒状の蓄冷材が充填された蓄冷器であって、前記内部空間に、前記作動ガスを分配するための複数の分岐流路を備えたディストリビュータと、前記ディストリビュータと前記粒状の蓄冷材の間に少なくとも配置され該蓄冷材を押さえると共に前記作動ガスが通過可能なリテーナと、を内蔵し、前記ディストリビュータは、前記リテーナを前記粒状の蓄冷材に向かって付勢するよう分散して配置された複数の弾性部材を内蔵する、ことを特徴とする蓄冷器を提供する。 In a first aspect, the present invention is a regenerator in which an internal space in which a working gas flows is filled with a granular regenerator material, and a plurality of branch channels for distributing the working gas to the internal space And a distributor that is disposed at least between the distributor and the granular regenerator material and that holds the regenerator material and allows the working gas to pass therethrough. A regenerator having a plurality of elastic members dispersed and arranged so as to be urged toward a regenerator material is provided.
本発明によれば、作動ガスを蓄冷材に対して分配するディストリビュータを設けたことにより、作動ガスが蓄冷材に対して均一に供給され、冷凍性能が向上する。さらに、本発明によれば、蓄冷材を与圧する弾性部材をディストリビュータ内に分散配置することにより、蓄冷器のデッドスペースとなるバネを設置するための空間を大幅に低減することができ、デッドスペースの増加による冷凍性能の低下を低減することができる。さらに、本発明によれば、弾性部材が複数個、蓄冷器面で分散配置されることにより、弾性部材から付勢されるリテーナの面に加わる荷重(面圧)が分散され、従来に比べて、リテーナ面を薄くすることができ、蓄冷器内のデッドスペースをさらに低減することができる。また、本発明によれば、リテーナの構造を簡素化することができると共に、リテーナに均等な荷重が加わるため、リテーナ、さらに蓄冷器の耐久性が向上する。 According to the present invention, by providing the distributor that distributes the working gas to the cold storage material, the working gas is uniformly supplied to the cold storage material, and the refrigeration performance is improved. Furthermore, according to the present invention, the elastic member that pressurizes the regenerator material is distributed and arranged in the distributor, so that the space for installing the spring that becomes the dead space of the regenerator can be greatly reduced. Decrease in refrigeration performance due to increase in the amount can be reduced. Furthermore, according to the present invention, a plurality of elastic members are distributed and arranged on the surface of the regenerator, so that the load (surface pressure) applied to the surface of the retainer urged from the elastic member is distributed, compared to the conventional case. The retainer surface can be made thinner, and the dead space in the regenerator can be further reduced. Moreover, according to this invention, while being able to simplify the structure of a retainer, since an equal load is added to a retainer, the durability of a retainer and also a regenerator is improved.
本発明の好ましい実施の形態においては、蓄冷器の高圧作動ガス流入出部に複数個の穴(複数の分岐流路)が開いたディストリビュータをそれぞれ配置し、そのディストリビュー夕の蓄冷器内部端面に複数箇所の座ぐりを設けて、そこに蓄冷材に与圧をかけるための小型のコイルバネ(弾性部材)をそれぞれ挿入して分散配置し、或いは複数の分岐流路に複数のコイルバネを分散配置し、このディストリビュータと蓄冷材の間に多孔質材または金網などから形成したリテーナを設ける。好ましくは、前記座ぐりを前記分岐流路の一部とする。また、好ましくは、リテーナには、筒状の蓄冷器内面に隙間無く接触するよう形成された、筒状の蓄冷器の軸方向長さが数mm以上のガイド部を設ける。 In a preferred embodiment of the present invention, a distributor having a plurality of holes (a plurality of branch flow paths) is arranged in the high-pressure working gas inflow / outflow portion of the regenerator, and a plurality of distributors are disposed on the inner end face of the regenerator. Provide spot facings, place small coil springs (elastic members) to apply pressure to the regenerator, and distribute them, or distribute multiple coil springs in multiple branch channels, A retainer formed of a porous material or a wire mesh is provided between the distributor and the cold storage material. Preferably, the counterbore is part of the branch channel. Preferably, the retainer is provided with a guide portion that is formed so as to be in contact with the inner surface of the tubular regenerator without a gap and whose axial length of the tubular regenerator is several mm or more.
本発明の好ましい実施の形態において、前記複数の弾性部材は、前記作動ガスの流通方向ないし蓄冷器の軸方向に直交する面上で分散配置される。これによって、弾性部材から付勢されるリテーナに加わる荷重が分散され、リテーナを薄くすることができ、蓄冷器内のデッドスペースをさらに低減することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of elastic members are arranged in a distributed manner on a plane orthogonal to the flow direction of the working gas or the axial direction of the regenerator. As a result, the load applied to the retainer urged by the elastic member is dispersed, the retainer can be thinned, and the dead space in the regenerator can be further reduced.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ディストリビュータにおいて、前記複数の分岐流路のうち少なくとも一部に、前記複数の弾性部材がそれぞれ収容されて分散配置される。これによって、デッドスペースがさらに低減される。 In a preferred embodiment of the present invention, in the distributor, the plurality of elastic members are respectively accommodated and arranged in at least a part of the plurality of branch flow paths. This further reduces dead space.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ディストリビュータの本体に形成された複数の座ぐりに前記複数の弾性部材がそれぞれ内蔵されて分散配置される。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of elastic members are housed in a plurality of spot facings formed in the main body of the distributor.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記蓄冷器の前記内部空間へ前記作動ガスを導入するための流路が、前記ディストリビュータに向かって拡開してなる。これによって、作動ガスが蓄冷材に対して均一に分配され、冷凍性能が向上される。 In a preferred embodiment of the present invention, a flow path for introducing the working gas into the internal space of the regenerator is expanded toward the distributor. Thereby, working gas is uniformly distributed with respect to a cool storage material, and refrigerating performance is improved.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ディストリビュータを、複数の小型コイルバネを保持できるステンレス等から形成する。 In a preferred embodiment of the present invention, the distributor is made of stainless steel or the like that can hold a plurality of small coil springs.
本発明の好ましい実施の形態においては、ディストリビュータ内に配置する複数の弾性部材、例えば、複数の小型コイルバネを、蓄冷器面内で均等に蓄冷材を与圧できるように軸対称的に配置する。 In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of elastic members arranged in the distributor, for example, a plurality of small coil springs, are arranged axisymmetrically so that the regenerator material can be evenly pressurized in the regenerator surface.
本発明の好ましい実施の形態によれば、リテーナは、作動ガスを通過させる多孔質な端面と、蓄冷器の内面と摺接するガイド部から構成される。 According to a preferred embodiment of the present invention, the retainer includes a porous end surface through which the working gas passes and a guide portion that is in sliding contact with the inner surface of the regenerator.
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。図1は、本発明の実施例1に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a regenerator according to
図1を参照すると、流路4,13を通じて作動ガス(例えば、Heガス)が流通する内部空間に粒状の蓄冷材9a,9b(例えば、径約0.2m)が充填された筒状の蓄冷器1は、その内部空間に、作動ガスを分配するための複数の分岐流路5,12を備えたディストリビュータ6,10と、ディストリビュータ6,10と蓄冷材9a,9bの間にそれぞれ配置され蓄冷材9a,9bをそれぞれ押さえると共に作動ガスが通過可能なリテーナ8a,8cと、を内蔵している。さらに、蓄冷材9a,9bの間には、リテーナ8bが挟められている。リテーナ8a,8b,8cは、作動ガスを通過させる多孔質材から形成され、蓄冷器1の内周面と隙間なく摺接するガイド部14をそれぞれ備えている。リテーナ8a,8b,8cは、作動ガスが通過する部分を多孔質材または金網等から形成することができる。
Referring to FIG. 1, a cylindrical cold storage in which an internal space in which a working gas (for example, He gas) flows through
蓄冷器1の作動ガス流出入部にそれぞれ配置されたディストリビュータ6,10は、少なくともリテーナ8a,8cを蓄冷材9a,9bに向かって付勢する複数の小型コイルバネ7,11をそれぞれ内蔵している。
小型コイルバネ7、11はそれぞれ、ディストリビュータ6,10において、複数の分岐流路5,12のうち少なくとも一部に収容されて、作動ガスの流通方向ないし蓄冷器1の軸方向に直交する面上で分散配置され、少なくともリテーナ8a,8cの各々に荷重を与えて、蓄冷材9a,9bを押さえつける役割をしている。なお、複数の分岐流路5,12は、ディストリビュータ6,10をそれぞれ軸方向に連通している。
The
蓄冷器1の内部空間へ作動ガスを導入するための流路4,13は、作動ガスの分配能が向上するよう、ディストリビュータ6,10に向かってそれぞれ拡開して、複数の分岐流路5,12にそれぞれ作動ガスを導入する。
The
以上説明した本発明の実施例1に係る蓄冷器の動作を説明する。なお、以下の説明においては、図1中上部を高温側2、同下部を低温側3とする。
The operation of the regenerator according to the first embodiment of the present invention described above will be described. In the following description, the upper part in FIG. 1 is the
引き続き図1を参照すると、高温側2の流路4より導入された作動ガスは、高温側2のディストリビュータ6で分散されて複数の分岐流路5に入り、さらにリテーナ8aを通過して、蓄冷材9aと接触する。続いて、作動ガスは、リテーナ8b、蓄冷材9b、リテーナ8cを通過して、低温側3のディストリビュータ10が備える複数の分岐流路12を通って低温側3の流路13で合流して蓄冷器1から流出する。また、低温側3からの作動ガスは蓄冷材9b,9aと接触しながら逆方向に流れる。
Still referring to FIG. 1, the working gas introduced from the
この作動ガスの往復動流により蓄冷材9a、9bは動かされ、蓄冷材9a、9b同士がそれぞれ相互に接触し、摩耗することによって隙間が生じる。このとき、複数の小型コイルバネ7,11によって、少なくともリテーナ8a,8cはそれぞれ均一に付勢されているため、蓄冷材9a、9bに荷重がかかり蓄冷材9a、9bの自由な動きは規制される。
The regenerative flow of the working gas moves the
また、複数の小型コイルバネ7,11は、ディストリビュータ6,10に内蔵されているため、配置に大きな空間を必要としない。このため冷凍性能を低下させる要因となる蓄冷器1内のデッドスペースを低減できる。
Further, since the plurality of
特に、本実施例によれば、複数の小型コイルバネ7,11を分岐流路6,10内に設置することにより、バネの設置スペースと作動ガスの流路が一体となるため、デッドスペースをさらに抑えて、蓄冷材9a,9bの収容空間をさらに拡大することができる。
In particular, according to the present embodiment, by installing a plurality of
また、複数の小型コイルバネ7,11はリテーナ8a,8cの端面に対して、それぞれ分散配置されているため、同端面に均等に荷重がかかり、荷重を受けるリテーナ8a,8cを薄く作製することができる。これにより、リテーナ8a,8cを小型化し、蓄冷器1内のデッドスペースをより低減することができる。
Further, since the plurality of
図2は、図1の蓄冷器において、複数の小型コイルバネ7,11の分散配置の一例を示す模式図であって、ディストリビュータ6,10の軸方向断面を示している。図2中、黒丸は小型コイルバネ7,11が配置されている分岐流路5,12を示し、白丸は小型コイルバネ7,11が配置されていない分岐流路5,12を示している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a distributed arrangement of the plurality of
図2を参照すると、複数の小型コイルバネ7,11は、ディストリビュータ6,10にそれぞれ形成された複数の分岐流路5,12のうちの一部に分散配置されていれば十分である。
Referring to FIG. 2, it is sufficient that the plurality of
本発明の実施例2に係る蓄冷器の説明においては、前記実施例1に係る蓄冷器と同様の構造、動作及び効果を有する点について、適宜前記実施例1の記載を参照することができるものとし、以下、主として、前記実施例1との相違点について説明する。 In the description of the regenerator according to the second embodiment of the present invention, the description of the first embodiment can be appropriately referred to for the same structure, operation and effect as the regenerator according to the first embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
図3は、本発明の実施例2に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。図3を参照すると、実施例2に係る蓄冷器1においては、ディストリビュータ6,10本体の蓄冷器1内側端面に、複数の分岐流路5,12とは別に、複数の座ぐり6a,10aがそれぞれ形成されている。複数の座ぐり6a,10aには、複数の小型コイルバネ7,11がそれぞれ内蔵されて、作動ガスの流通方向ないし蓄冷器1の軸方向に直交する面上で分散配置している。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of the regenerator according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, in the
本発明による蓄冷器は、前記実施例1又は2の固定式の蓄冷器だけではなく、GM冷凍機やスターリングの冷凍機のように可動するディスプレーサの内部に作成した蓄冷器にも適用することができる。以下、その実施例を説明する。図4は、本発明の実施例3に係り、本発明の蓄冷器がディスプレーサに適用された例を説明する断面図である。 The regenerator according to the present invention can be applied not only to the fixed regenerator of Example 1 or 2, but also to a regenerator created inside a displacer that moves like a GM refrigerator or a Stirling refrigerator. it can. Examples thereof will be described below. FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example in which the regenerator of the present invention is applied to a displacer according to the third embodiment of the present invention.
なお、本発明の実施例3に係る蓄冷器の説明においては、前記実施例1に係る蓄冷器と同様の構造、動作及び効果を有する点について、適宜前記実施例1の記載を参照することができるものとし、以下、主として、前記実施例1との相違点について説明する。 In the description of the regenerator according to the third embodiment of the present invention, the description of the first embodiment may be referred to as appropriate for the same structure, operation, and effect as the regenerator according to the first embodiment. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described.
図4を参照すると、往復動するディスプレーサ15の内部に、前記実施例1と同様な図1に示した蓄冷器1が構成されており、ディスプレーサ15の内部において、高温側のディストリビュータ6が備える複数の分岐流路5の一部に複数の小型コイルバネ7がそれぞれ設置され、低温側のディストリビュータ10が備える複数の分岐流路12の一部に複数の小型コイルバネ11がそれぞれ設置されている。また、中間のリテーナ8b,8bの間にも、蓄冷材9cが充填されている。
Referring to FIG. 4, the
本発明の蓄冷器をパルス管型冷凍機の冷凍部に適用した例を説明する。図5は、本発明による蓄冷器が適用されるパルス管型冷凍機のシステムを示すブロック図である。図5を参照すると、このパルス管型冷凍機19において、本発明による蓄冷器1は温度範囲が80K以下となる低温側の二段目蓄冷器1として使用されている。
An example in which the regenerator of the present invention is applied to a refrigeration unit of a pulse tube refrigerator will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a system of a pulse tube refrigerator to which the regenerator according to the present invention is applied. Referring to FIG. 5, in this
詳細には、このパルス管型冷凍機19は、コンプレッサ25と、それに接続された高圧側及び低圧側切換弁26,27とから構成される圧力振動発生部20と、圧力振動発生部20に接続された冷凍部24と、を有している。冷凍部24は、一段目及び二段目パルス管22,23と、一段目及び二段目パルス管22,23と、一段目及び二段目蓄冷器21,1から構成される多段蓄冷器と、を有している。また、冷凍部24は、絞り28〜31を介して、作動ガスの圧力変動と作動ガスの位置変動の位相をずらして実質的な熱輸送を発生させるためのバッファ32,33に接続されている。
Specifically, the
一段目のパルス管22は、一段目と二段目の蓄冷器21,1の間、すなわち、本発明による蓄冷器1の高温側の流路4に接続されている。二段目のパルス管23は、二段目の蓄冷器1の低温側の流路13に接続されている。例えば、一段目の蓄冷器21の高温側は約300K(室温)、二段目の蓄冷器1の高温側の流路4は約80〜60K、二段目の蓄冷器1の低温側の流路13は約20〜4Kに設定される。
The first-
パルス管型冷凍機19によれば、圧力振動発生部20から作動ガスが冷凍部24に導入されると共に、パルス管22,23内の作動ガスに圧力振動が付与されて熱音響効果による寒冷が発生し、これが蓄冷器21,1に伝達され、蓄冷器21,1内を作動ガスが往復動することにより、作動ガスは蓄冷器21,1内の蓄冷材に熱を奪われる動作と熱を吐き出す動作が連続的に行われ、この結果、蓄冷器21,1の両側が上記のような温度に維持される。
According to the pulse
本発明の蓄冷器は、蓄冷型極低温冷凍機に適用される。また、本発明の蓄冷器は、パルス管型冷凍機などの、蓄冷器が固定の冷凍機に適用される。或いは、本発明の蓄冷器は、GM型冷凍機、又はスターリング型冷凍機のように可動なディスプレーサ内に構成される。 The regenerator of the present invention is applied to a regenerative cryogenic refrigerator. The regenerator of the present invention is applied to a refrigerator having a fixed regenerator such as a pulse tube refrigerator. Alternatively, the regenerator of the present invention is configured in a movable displacer like a GM type refrigerator or a Stirling type refrigerator.
1 蓄冷器
2 蓄冷器の高温側
3 蓄冷器の低温側
4,13 作動ガスの流路
5,12 分岐流路
6,10 ディストリビュータ
6a,10a 座ぐり
7,11 小型コイルバネ(弾性部材)
8a,8b,8c リテーナ
9a,9b,9c 蓄冷材
14 ガイド部
15 ディスプレーサ
19 パルス管型冷凍機
20 圧力振動発生部
21,1 一段目及び二段目蓄冷器
22,23 一段目及び二段目パルス管
24 冷凍部
25 コンプレッサ
26,27 高圧側及び低圧側切換弁
28〜31 絞り
32,33 バッファ
DESCRIPTION OF
8a, 8b,
Claims (5)
前記内部空間に、前記作動ガスを分配するための複数の分岐流路を備えたディストリビュータと、前記ディストリビュータと前記粒状の蓄冷材の間に少なくとも配置され該蓄冷材を押さえると共に前記作動ガスが通過可能なリテーナと、を内蔵し、
前記ディストリビュータは、前記リテーナを前記粒状の蓄冷材に向かって付勢するよう分散して配置された複数の弾性部材を内蔵する、ことを特徴とする蓄冷器。 A regenerator in which a granular regenerator material is filled in an internal space where working gas flows,
A distributor having a plurality of branch passages for distributing the working gas in the internal space, and at least disposed between the distributor and the granular regenerator, presses the regenerator, and allows the working gas to pass through. Built-in retainer,
The distributor includes a plurality of elastic members dispersedly arranged so as to urge the retainer toward the granular cool storage material.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100907 |