JP2009052818A - 蓄冷型冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄冷器の熱交換、圧力損失、死容積および加工・組付け工数を改善することとで、コストが安く、効率の高い、性能の安定した蓄冷型冷凍機を提供すること。
【解決手段】 作動ガスを圧縮する第１圧縮空間２、３および第２圧縮空間５と、第１圧縮空間２、３と第２圧縮空間５とで圧縮された作動ガスの熱を放熱する放熱器６と、放熱器６を流出入する作動ガスと熱交換する蓄冷器７と、蓄冷器７で冷却された作動ガスが膨張する膨張空間９と、を備える蓄冷型冷凍機１であって、蓄冷器７はメッシュシート７ａとフィルムシート７ｂを重ね合わせてロール状に巻回形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばスターリング冷凍機、パルス管冷凍機あるいはＧＭ冷凍機などの蓄冷器を使って冷凍を発生する蓄冷型冷凍機に関するものである。

従来技術の蓄冷型冷凍機に使われる蓄冷器を図８に示す。従来技術の蓄冷型冷凍機は、高温端で高温空間と連通するとともに低温端で低温空間と連通し、高温端と低温端との間で温度勾配方向に伸びる側壁部が筒体で形成されている断熱容器と、断熱容器に内包され、作動ガスが断熱容器を経由して高温空間と低温空間とを往復流動する際に作動ガスと熱交換を行う、プラスチック材料を含む蓄冷材とを備えた蓄冷器８０（図８）が設けられる蓄冷式冷凍機で、側壁部が円筒体であって、蓄冷材がプラスチック材料の細い線材を織って形成されるメッシュシート８１を円筒体の中心軸の周りにロール状に巻きつけることにより形成される（例えば、特許文献１）。

また、細い線材で折られた金網などのメッシュシートをプレスで打抜いて形成される例えば円形のメッシュプレートを容器に多数枚積層した蓄冷器を備えた蓄冷型冷凍機がある（例えば、特許文献２）。
特許第３６４２９８０号公報 特開平０９−２２９５０２号公報

しかしながら、特許文献１によれば、図８の蓄冷器８０に示すように、ロール状に巻かれ互いに交叉する線材８１ｘ、８１ｙからなるメッシュシート８１の間を作動ガスが往復流動する。図９は、ロール状に巻かれたメッシュシート８１の流れに直交する断面ＤＤの一部を展開した図で、図９の（ａ）、（ｂ）は、断面ＤＤに直交する線材８１ｙが各ロール層の間で規則正しく配列しており線材８１ｘ、８１ｙで囲まれて形成される個々の流路ａ１、ｂ１の形状と面積が、同じになる理想的な状態を示す。図９の（ｃ）は、細い線材８０ａ、８０ｂで囲まれて形成される個々の流路ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６、ｃ７が多数形成され、形状と面積が異なり、流路ｃ１、ｃ７のように面積の広い流路もあれば、流路ｃ２、ｃ４のように面積の狭い流路もある実際の状態を示す。広い面積流路では、作動ガスの流速が遅くなり熱伝達率が低下し作動ガスと蓄冷材との熱交換が良好に行われず、蓄冷器の熱損失が増大して蓄冷型冷凍機の冷凍能力が低下する問題がある。また、蓄冷器８０の流路ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６、ｃ７において作動ガスの流速が均一にならず、狭い面積の流路では局所的な圧力損失が発生し、消費電力が増大する問題がある。さらに、ロール状に巻かれたメッシュシートの間の流路断面が不規則であるため、蓄冷器ごとに個体差が生じて冷凍性能がバラツキやすく性能が安定しない問題がある。

また、特許文献２によれば、金網などのメッシュシートから例えば円形のメッシュプレートを多数枚プレスで打ち抜き、蓄冷容器に充填するため、加工費、組付け費が高く、蓄冷器のコストが高くなり、その結果、蓄冷型冷凍機のコストが高くなる問題がある。さらに、メッシュプレートを充填した蓄冷器は、充填率が低く死容積が大きいので作動ガスの圧力振幅低下を防ぐため、圧縮容積を大きくしなければならず、圧縮ピストンの往復動に基づく機械損失が増大し、蓄冷型冷凍機の効率が低下する問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、蓄冷器の熱交換、圧力損失、死容積および加工・組付け工数を改善することとで、従来に対して、コストが安く、効率の高い、性能の安定した蓄冷型冷凍機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、作動ガスを圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部で圧縮された前記作動ガスの熱を放熱する筒状の放熱器と、
前記放熱器を往復流動する前記作動ガスと熱交換する蓄冷器と、
前記蓄冷器で冷却された前記作動ガスが膨張する膨張部とを備える蓄冷型冷凍機であって、
前記蓄冷器は、メッシュシートとフィルムシートを重ね合わせて巻回形成される。

また、請求項２に記載の発明は、メッシュシートを形成する線材は、メッシュシートを巻回中心に対し傾斜する。

また、請求項３に記載の発明は、傾斜は、４５度の角度である。

また、請求項４に記載の発明は、フィルムシートは、作動ガスが流動する複数の孔を備える。

また、請求項５に記載の発明は、メッシュシートおよびフィルムシートの少なくとも一つは、樹脂材である。

請求項１に記載の発明では、蓄冷器は、メッシュシートとフィルムシートを重ね合わせてメッシュシートとフィルムシートを重ね合わせて巻回形成されるので、フィルムシートと、メッシュシートを形成する線材とで囲まれた個々の流路は、同じ形状、同じ面積で、規則正しく配列され、メッシュシートを巻回する軸（以下、巻回軸）に直交する蓄冷器の断面全体に渡り作動ガスは均等に流動し、個々の流路の流速、熱伝達率が均等になる。個々の流路の流速が均等になることで、局所的な圧力損失がなくなり消費電力が低減でき、熱伝達率が均等になることで蓄冷器の伝熱性能が高くなり、また個々の流路の形状、面積が同じになることで蓄冷器毎の圧力損失と熱伝達率のバラツキがなくなる。従って、効率の高い、性能の安定した蓄冷型冷凍機を提供できる。

蓄冷器は、重ね合わせたメッシュシートとフィルムシートとをロール状に巻回して形成されるので、従来技術のメッシュシートをプレスで打抜いたメッシュプレートを容器に多数枚積層する必要はなく、加工・組付け工数が少なくなり、蓄冷器のコストが安くでき、コストの安い蓄冷型冷凍機を提供できる。

さらには、蓄冷器の死容積はフィルムシートの体積分、少なくなり、蓄冷器の充填率は、上記のメッシュプレートを多数枚積層する従来技術の蓄冷器より充填率が高く、圧縮部の容積を増大することなく作動ガスの圧力振幅を大きくでき、コンパクトで冷凍能力の大きい蓄冷型冷凍機を提供できる。

また、請求項２に記載の発明では、メッシュシートを形成する線材は、メッシュシートの巻回中心に対し傾斜するので、互いに交叉する各々の線材とフィルムシートとで囲まれて形成される個々の流路を流動する作動ガスは、初めの線材に沿い流動し、次に初めの線材に交叉する線材を越えてその越えた線材に沿って流動する。引続き順次、隣の桝目の交叉する線材へと同じように流動を繰返しながら、蓄冷器の高温端から低温端に至る（図６）。また同じようにして、作動ガスは蓄冷器の低温端から高温端に至る。従って、作動ガスが、メッシュシートの桝目ごとに互いに交叉する線材に沿って流動することで、巻回軸方向に対して線材が傾斜せずにロール状に巻回された蓄冷器の巻回軸方向に直交する線材によって生じる流動抵抗が低減できる（図３）。さらに、蓄冷器の同じ長さでは、流れの曲がる箇所数が巻回軸方向に対し線材を傾斜して巻回した蓄冷器の方が線材を傾斜せず巻回した蓄冷器より少ないので、曲がりによる圧力損失は少なくなる。従って、蓄冷器の圧力損失が小さなることで、消費電力が低減でき、結果、蓄冷型冷凍機の効率が高くなる。

また、請求項３に記載の発明では、メッシュシートを形成する線材は、メッシュシートを巻回する軸に対し４５度傾斜することで、作動ガスは交叉する両方の線材に沿って均等に流動するので、蓄冷器の圧力損失が小さなり、消費電力が低減でき、結果、蓄冷型冷凍機の効率が高くなる。

また、請求項４に記載の発明では、フィルムシートは、複数の孔を備えるので、蓄冷器内の作動ガスは複数の孔を通ってフィルムシートで隔てられた各層間を行き来し、蓄冷器の巻回軸に直交する断面で圧力が均等になり、作動ガスはメッシュシート、フィルムシートと各断面全面でそれぞれ均等に流れて熱交換され、蓄冷器の伝熱性能が向上し、蓄冷型冷凍機の効率が高くなる。

また、請求項５に記載の発明では、メッシュシートおよび前記フィルムシートの少なくとも一つは、樹脂材である。樹脂材の体積当たりの熱容量は作動ガスの熱容量より十分大きいく蓄冷器の熱容量を適切に確保でき、しかも熱伝導率はメッシュシートの金属材料に比べ小さく、蓄冷器の流れ方向の熱伝導損失を低減できるので、蓄冷型冷凍機の効率が高くなる。

以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機の断面図である。蓄冷型冷凍機１は、第１圧縮空間２（圧縮部）が流路４ａを介し、第１圧縮空間３（圧縮部）は流路４ｂ介し、流路４ｃで合流して第２圧縮空間５（圧縮部）に連通する。第２圧縮空間５は、順次、多数個の流路孔４ｄ、リング形状の流路４ｅを介して放熱器６、蓄冷器７、吸熱器８、リング形状の流路９ａを介在して膨張空間９（膨張部）に連通し、作動ガスにヘリウムを充填し、スターリングサイクル機関が形成される。

シリンダブロック３１は、ピストン３２が摺動可能に外接するシリンダ部３１ａ（シリンダ）と、シリンダ部３１ａの下側に位置するマニホールド部３１ｂと、マニホールド部３１ｂの下側に位置する駆動ケース部３１ｃと、駆動ケース部３１ｃ用の蓋３１ｄとを備える。

膨張空間９は、シリンダブロック３１のシリンダ部３１ａと、樹脂摺動材のピストン３２と、シリンダ部３１ａを内部に収納する圧力容器３４の閉じた端面のコールドヘッド３４ａとで囲まれ形成される。ピストン３２の温端側の外径は低温側より僅かに大きく、この温端側の外周面はシリンダ部３１ａの内周面と微小間隙を持って、シリンダ部３１ａに挿入され、滑り軸受の機能とヘリウム（作動ガス）をシールするクリアランスシール機能とを備える。この滑り軸受機能によりピストン３２の小径側の外周面とシリンダ部３１ａの内周面との接触が阻止される。

第１圧縮空間２は、マニホールド部３１ｂと、一端が閉じ他端がマニホールド部３１ｂの凹部に気密に篏合固定した非磁性材の圧縮シリンダ１４と、圧縮シリンダ１４の内周面を摺動する可動体１２とで囲まれて形成される。可動体１２を介在して第１圧縮空間２の反対側には、圧縮シリンダ１４と可動体１２とでバッファ空間１３が形成される。同様に第１圧縮空間３は、マニホールド部３１ｂと、一端が閉じ他端がマニホールド部３１ｂの凹部に気密に篏合固定した非磁性材の圧縮シリンダ２４と、圧縮シリンダ２４の内周面を摺動する可動体２２とで囲まれて形成され、可動体２２を介在して第１圧縮空間３の反対側には、圧縮シリンダ２４と可動体２２とでバッファ空間２３が形成される。

第２圧縮空間５は、マニホールド３１ｂと、ピストン３２の背面と、背面に固定されたロッド３３とで囲まれた空間で形成され、マニホールド３１ｂに配備した流路４ｃを介し流路４ａと、４ｂに連通する。流路４ｃには、ロッド３３が貫通しており、ヘリウムはロッド３３の外周面の外側を流動する。

圧縮シリンダ１４、２４の外周面には、それぞれ可動体１２、２２を駆動するリニアモータ１０、２０の固定子１１、２１が篏合固定され、固定子１１と２１は互いにマニホールド部３１ｂに対して対称に位置する。リニアモータ１０、２０は、それぞれ固定子１１、２１と可動体１２、２２から構成され、固定子１１、２１は磁性材の外ヨーク１１ａ、２１ａと、コイル１１ｂ、２１ｂとを備える。可動体１２、２２は、磁性材の内ヨーク１２ａ、２２ａと、内ヨーク１２ａ、２２ａの外周部中央の溝に接着された永久磁石１２ｂ、２２ｂと、内ヨーク１２ａ、２２ａの一端の凸部に篏合固定した非磁性材の圧縮ピストン１２ｃ、２２ｃと、他端の凸部に篏合固定した非磁性材の調整部材１２ｄ、２２ｄとを備える。圧縮ピストン１２ｃ、２２ｃと調整部材１２ｄ、２２ｄの外周面には樹脂摺動材の薄いリング１２ｆ、２２ｆが接着され、リング１２ｆ、２２ｆは滑り軸受の機能とともに、圧縮シリンダ１４、２４の内周面に対し僅かな隙間を持ってヘリウムをシールするクリアランスシール機能とを備える。この滑り軸受機能により内ヨーク１２ａ、２２ａおよび永久磁石１２ｂ、２２ｂの外周面と圧縮シリンダ１４、２４の内周面との接触が阻止される。

コイル１１ｂ、２１ｂが共に電流を流さない状態において、可動体１２は固定子１１に対し、可動体２２は固定子２１に対しそれぞれ中立点に位置し、圧縮ピストン１２ｃと２２ｃとがマニホールド３１ｂに対し互いに対称になるよう、固定子１１、２１の位置が定められる。第１圧縮空間２と３は、マニホールド３１ｂに配備した流路４ａ、４ｂを介して互いに連通する。第１圧縮空間２の容積と第１圧縮空間３の容積は同じで、バッファ空間１３の容積とバッファ空間２３の容積も同じであり、可動体１２の質量と可動体２２の質量は同じである。また、リニアモータ１０と２０は同一である。

第１圧縮空間２のガスバネ、バッファ空間１３のガスバネ、リニアモータ１０の磁気バネを合成した合成バネと、可動体１２の質量とで、可動体１２はバネ・質量の固有の共振周波数を持つ振動系を形成し、同様に第１圧縮空間３のガスバネ、バッファ空間２３のガスバネ、リニアモータ２０の磁気バネとを合成した合成バネと、可動体２２の質量とで、可動体２２はバネ・質量の固有の共振周波数を持つ振動系を形成し、可動体１２と２２の共振周波数は同じになる。この共振周波数の交流電流をリニアモータ１０、２０に通電すると可動体１２と２２の往復動のストロークは、大きくなり、高い効率でヘリウムを圧縮できる。

放熱器６は、第１圧縮空間２、３、第２圧縮空間５とで圧縮されたヘリウムの熱を外部に放熱する。そして放熱器６は、シリンダ部３１ａの常温側外周面側に配備され、放熱器６の一端はマニホールド３１ｂの上方に気密に固定され、他端は圧力容器３４の開放した端部に気密に固定される。放熱器６とマニホールド部３１ｂの上面との間にリング形状の流路４ｅが形成され、流路４ｅは放熱器６とシリンダ部３１ａに設けた多数個の流路孔４ｄとに連通する。

蓄冷器７は、放熱器６と吸熱器８の間でシリンダ部３１ａの外周面と圧力容器３４の内周面との間に配備され、第１圧縮空間２、３、第２圧縮空間５と膨張空間９を往復流動するヘリウムと熱交換し、膨張空間９へ流れるヘリウムを冷却し、第１圧縮空間２、３、第２圧縮空間５へ流れるヘリウムを加熱する。

吸熱器８は、シリンダ部３１ａの低温側外周面と圧力容器３４の低温側内周面との間に配備され、吸熱器８の外周面に対応するシリンダ部３１ａの壁を介在して非冷却体４０を冷却する。吸熱器８と圧力容器３４の閉じた端面の外周側内面との間には、リング形状の流路９ａが形成され、流路９ａは吸熱器８と膨張空間９とに連通する。尚、吸熱器８を配備しない場合、膨張空間９を形成する圧力容器３４のコールドヘッド３４ａが吸熱器となる。

ロッド３３は、流路４ｃと、マニホールド３１ｂに挿入された樹脂摺動材のリング３８の孔を貫通してシリンダブロック３１の駆動ケース部３１ｃに突出し、ロッド３３の下端面は保持器３７に固定される。保持器３７の上面と駆動ケース部３１ｃの内側の上面との間と、保持器３７の下面と駆動ケース部３１ｃの蓋３１ｄとの間にはそれぞれバネ３５、３６が配備される。ロッド３３とリング３８との間には、微少な間隙が設けられ、リング３８はロッド３３が往復動可能にする滑り軸受の機能と、クリアランスシール機能とを備える。

ピストン３２も可動体１２、２２と同じようにバネ・質量の固有振動系を形成する。即ち、バネ３５、３６の撓みで生じる力と、ピストン３２の質量、ロッド３３の質量、保持器３７の質量の合計質量とで、バネ・質量の固有の共振周波数を持つ振動系を形成し、ピストン３２の前面と背面に作用する圧力による力とロッド３３の下端面に作用する圧力による力との合力がピストン３２を往復動させる駆動力となって、その共振周波数でピストン３２の往復動のストロークが大きくなり、膨張空間９で大きな冷凍能力が得られる。ピストン３２の共振周波数と前述の可動体１２、２２の共振周波数とが合うように可動体１２、２２の調整部材１２ｄ、２２ｄの質量を増減する。共振周波数を合わせることにより、少ない電力で大きな冷凍能力が得られ、効率よく冷却が出来る。

図２は、図１の蓄冷器７の斜視図を示し、図３は図２のメッシュシート７ａの一部を拡大し平面上に展開した図である。図２に示すように、蓄冷器７は、図３の細い互いに直交する多数本の線材Ｘ１、Ｙ１とで織られたメッシュシート７ａとフィルムシート７ｂを重ね合わせて巻回軸Ａ（軸）回りにロール状に巻回し形成される。巻回軸Ａは蓄冷器７の高温側の中心と低温側の中心とを結ぶ線である。

図４は、本発明に係わる蓄冷器の巻回軸Ａに直交する任意の断面の一部を平面上に展開した図である。図４に示すように、メッシュシート７ａの線材Ｘ１と、線材Ｙ１と、フィルムシート７ｂで囲まれた流路Ｓ１は蓄冷器７の巻回軸Ａに直交する断面全体に渡り同じ形状、同じ面積である。メッシュシート７ａのメッシュサイズは、例えば、線材Ｘ１、Ｙ１の線径は共に０．０２〜０．２ｍｍ、目開き０．０５〜０．２ｍｍが用いられる。フィルムシート７ｂの厚さは、例えば０．０２〜０．０５ｍｍが用いられる。メッシュシート７ａとフィルムシート７ｂの材質は、金属あるいは樹脂材のいずれでも良いが、蓄冷器７の流れ方向の熱伝導損失の低減の観点から熱伝導の小さい樹脂材の方が金属より望ましい。また、樹脂材の熱容量は作動ガスであるヘリウムの熱容量より十分大きいので、メッシュシート７ａとフィルムシート７ｂを樹脂材にしてもよい。

次に、本発明の作用と効果について説明する。

リニアモータ１０、２０のコイル１１ｂ、２１ｂに前述の共振周波数の交流電流を通電すると、可動体１２と２２は、互いに対向し往復動し、第１圧縮空間２、３と、第２圧縮空間５とを合計した空間でヘリウムが圧縮、膨張される。第１圧縮空間２と、第１圧縮空間３で圧縮されたヘリウムは、それぞれ流路４ａ、流路４ｂを通って流路４ｃで合流し、順次、第２圧縮空間５、多数個の流路孔４ｄ、リング形状の流路４ｅを通って放熱器６に流入する。ピストン３２の図１の下方向への移動により第２圧縮空間５で圧縮されたヘリウムも流路孔４ｄ、流路４ｅを通って放熱器６に流入する。放熱器６は流入したヘリウムの圧縮熱を外部に放熱する。放熱器６から蓄冷器７に流入するヘリウムは蓄冷材であるメッシュシート７ａおよびフィルムシート７ｂと熱交換し流れ方向に沿って順次、低い温度に冷却され、吸熱器８、リング形状の流路９ａを通って膨張空間９に流入すると、ピストン３２の下方向の移動により膨張空間９で膨張し冷凍を発生する。続いて、ピストン３２が上方向へ移動すると、ヘリウムは上述の逆方向の流れになり、蓄冷器７であるメッシュシート７ａおよびフィルムシート７ｂにより流れ方向に沿い徐々に暖められ、放熱器６を通って第１圧縮空間２、３と第２圧縮空間５へ戻り、１サイクルを終了する。吸熱器８は、往復流動する温度の低いヘリウムにより冷却され、冷却された吸熱器８は吸熱器８を形成する圧力容器３４の壁を介在して被冷却体４０を冷却する。

図３の太実線は、流路Ｓ１（図４）を流れるヘリウムの代表的な流れを示す。蓄冷器７では、メッシュシート７ａを形成する線材Ｘ１、Ｙ１とフィルムシート７ｂとで囲まれた流路Ｓ１をヘリウムが流動し、ヘリウムと線材Ｘ１、Ｙ１、フィルムシート７ｂとの間で熱交換が行われる。即ち、蓄冷器７の高温端から低温端に向かう流れでは、ヘリウムは線材Ｘ１、Ｙ１、フィルムシート７ｂによって冷却され、流れに沿って徐々に温度が低くなり蓄冷器７の低温端ではほぼ膨張空間９の温度近くまで冷却される。蓄冷器７の低温端から高温端に向かう流れでは、線材Ｘ１、Ｙ１、フィルムシート７ｂは膨張空間９で膨張し低い温度になったヘリウムによって冷却され、一方ヘリウムは線材Ｘ１、Ｙ１、フィルムシート７ｂにより加熱され、蓄冷器７の高温端ではほぼ放熱器６の温度近くまで昇温される。

フィルムシート７ａと、メッシュシート７ｂを形成する線材Ｘ１、Ｙ１とで囲まれる個々の流路Ｓ１は、図４に示すように同じ形状、同じ面積で、規則正しく配列されるので、巻回軸Ａに直交する蓄冷器７の断面全体に渡り作動ガスは均等に流動し、個々の流路Ｓ１の流速、熱伝達率が均等になる。流路Ｓ１の流速が均等になることで局所的な圧力損失がなくなり消費電力が低減でき、熱伝達率が均等なることで蓄冷器７の伝熱性能が高くなり、また個々の流路Ｓ１の形状、面積が同じになることで蓄冷器毎の圧力損失と熱伝達率のバラツキがなくなる。従って、効率の高い、性能の安定した蓄冷型冷凍機１を提供できる。

蓄冷器７は、重ね合わせたメッシュシート７ａとフィルムシート７ｂとをロール状に巻回して形成されるので、従来技術のメッシュシート７ａをプレスで打抜いた例えば、円環形状のメッシュプレートを容器に多数枚積層する必要はなく、加工・組付け工数が少なくなり、蓄冷器７のコストが安くでき、コストの安い蓄熱型冷凍機１を提供できる。

さらには、蓄冷器の死容積はフィルムシート７ｂの体積分、少なくなり、蓄冷器７の充填率は、上記のメッシュプレートを多数枚積層する従来技術の蓄冷器より充填率が高く、第１圧縮空間２、３の容積を増大することなく作動ガスの圧力振幅を大きくでき、コンパクトで冷凍能力の大きい蓄冷型冷凍機１を提供できる。

また、メッシュシート７ａおよびフィルムシート７ｂの少なくとも一つは、樹脂材であるので、樹脂材の体積当たりの熱容量は作動ガスの熱容量より十分大きいく蓄冷器７の熱容量を適切に確保でき、しかも熱伝導率は金属に比べ小さく、蓄冷器７の流れ方向の熱伝導損失を低減できるので、膨張空間９で発生する冷凍能力が増大し、蓄冷型冷凍機１の効率が高くなる。

（実施例２）
図５は、本発明に係わる蓄冷器の斜視図を示し、図６は図５のメッシュシートの一部を拡大し平面上に展開した図で、図中の太実線はメッシュシート５７ａの交叉する各線材Ｘ２、Ｙ２と、フィルムシート５７ｂとで形成される流路を流れるヘリウムの代表的な流れを示す。蓄冷器５７は、図１の蓄冷型冷凍機１の蓄冷器７を変更したものである。蓄冷器５７は、メッシュシート５７ａとフィルムシート５７ｂを重ね合わせて巻回軸Ｂ（軸）回りにロール状に巻回して形成されると共に、線材Ｘ２、Ｙ２がメッシュシート５７ａの巻回軸Ｂ方向に対し傾斜する。傾斜することで、フィルムシート５７ｂと、メッシュシート５７ａを形成する線材Ｘ２と、Ｙ２とで囲まれて形成される個々の流路を流動するヘリウムは、図６に示すように、初めの線材Ｙ２に沿い、次に初めの線材Ｙ２に交差する線材Ｘ２を越えてその越えた線材Ｘ２に沿い流動し、引続き順次、隣の桝目の線材Ｙ２、次に線材Ｘ２を越えてその越えた線材Ｘ２に沿っての流動を繰り返して蓄冷器５７の高温端から低温端に至る。また、同じようにして、ヘリウムは蓄冷器５７の低温端から高温端へ至る。ヘリウムが、メッシュシート５７ａの桝目ごとに斜め（線材Ｘ２、Ｙ２）に沿って流動することで、図３の太実線で示される流れのように巻回軸Ｂ方向に直交する線材Ｘ１に当って生じる流動抵抗は低減できる。さらに、図３、図６から判るように蓄冷器が同じ長さ（図３のＬと図６のＬは同じ長さで図示）では、流れの曲がる箇所数が、図６の巻回軸Ｂ方向に対し線材Ｘ２が傾斜して巻回した蓄冷器５７の方が、巻回軸Ａ方向に対し線材Ｘ１が傾斜せず巻回した蓄冷器７より、少ないので曲がりによる圧力損失を低減できる。従って、蓄冷器５７の圧力損失が小さなることで、消費電力が低減でき、結果、蓄冷器５７を組込んだ蓄冷型冷凍機１の効率が高くなる。

また、線材Ｘ２がメッシュシート５７ａを巻回する軸に対し４５度傾斜すると、作動ガスは交叉する両方の線材Ｘ２、Ｙ２を均等に各流路Ｓ１を流動するので、蓄冷器５７の圧力損失が小さなり、消費電力が低減でき、冷器５７を組込んだ蓄冷型冷凍機１の効率が高くなる。

尚、現象を判り易くするため、図３と図６の太実線で示すヘリウムの流れ線の曲がり部は直角で示しているが、実際の流れは曲線である。

（実施例３）
図７は、本発明に係わる蓄冷器６７の斜視図を示す。蓄冷器６７は、メッシュシート６７ａとフィルムシート６７ｂを重ね合わせ巻回軸Ｃ（軸）回りにロール状に巻回して形成され、フィルムシート６７ｂに複数個の小さな孔６７ｃ（直径略１ｍｍ）が備えられる。メッシュシート６７ａを形成する線材Ｘ３、Ｙ３は、図５と同様、メッシュシート６７ａの巻回軸Ｃ方向に対し傾斜している。

蓄冷器６７内のヘリウムは、複数個の孔６７ｃと通ってフィルムシート６７ｂで隔てられた各層間を行き来するので、蓄冷器６７の巻回軸Ｃに直交する断面で圧力が均等になり、該断面を流れる作動ガスは均等に流れて熱交換され、蓄冷器６７の効率が高くなり、蓄冷器６７を組込んだ蓄冷型冷凍機１の効率が高くなる。

尚、吸熱器８に外部から高温で加熱し、放熱器６を例えば冷却水で冷却することで、蓄冷型冷凍機１はスターリングエンジンになり、リニアモータ１０、２０はリニア発電機に変わり電力を得ることが出来る。また、吸熱器８を温水で加熱し、放熱器６を液化天然ガス（−１６２℃）で冷却することで、温水が熱源となり、蓄冷型冷凍機１はスターリングサイクルの低温エンジンに変わり電力を得ることが出来る。

本発明に係わる実施例１の蓄冷型冷凍機の断面図である。 図１の蓄冷器の斜視図である。 図２のメッシュシートの一部を拡大し平面上に展開した図である。 図１の蓄冷器の巻回軸に直交する断面の一部を平面上に展開した図である。 本発明に係わる実施例２の蓄冷器の斜視図である。 図５のメッシュシートの一部を拡大し平面上に展開した図である。 本発明に係わる実施例３の蓄冷器の斜視図である。 本発明に係わる従来技術の蓄冷器の斜視図である。 図８の蓄冷器メッシュシートの一部を拡大し平面上に展開した図で（ａ）と（ｂ）は各ロール層が規則正しく並んだ理想図で、（ｃ）は実際の図である。

符号の説明

１ 蓄冷型冷凍機
２、３ 第１圧縮空間（圧縮部）
５ 第２圧縮空間（圧縮部）
６ 放熱器
７、５７、６７ 蓄冷器
７ａ、５７ａ、６７ａ メッシュシート
７ｂ、５７ｂ、６７ｂ フィルムシート
８ 吸熱器
９ 膨張空間（膨張部）
６７ｃ 孔
Ａ、Ｂ、Ｃ 巻回軸（軸）
Ｘ１、Ｙ１、Ｘ２、Ｙ２、Ｘ３、Ｙ３ 線材

Claims (5)

1. 作動ガスを圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部で圧縮された前記作動ガスの熱を放熱する筒状の放熱器と、
   前記放熱器を往復流動する前記作動ガスと熱交換する蓄冷器と、
   前記蓄冷器で冷却された前記作動ガスが膨張する膨張部とを備える蓄冷型冷凍機であって、
   前記蓄冷器は、メッシュシートとフィルムシートを重ね合わせてにロール状に巻回形成される、ことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
2. 前記メッシュシートを形成する線材は、前記メッシュシートを巻回中心に対し傾斜する、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷型冷凍機。
3. 前記傾斜は、４５度の角度である、ことを特徴とする請求項２に記載の蓄冷型冷凍機。
4. 前記フィルムシートは、前記作動ガスが流動する複数の孔を備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の蓄冷型冷凍機。
5. 前記メッシュシートおよび前記フィルムシートの少なくとも一つは、樹脂材である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の蓄冷型冷凍機。

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