JP2011117698A

JP2011117698A - 蓄冷器

Info

Publication number: JP2011117698A
Application number: JP2009277701A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Ohashi; 義正大橋
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】冷媒の流れに伴って蓄冷メッシュ部材が蓄冷室において移動するおそれを抑制させる蓄冷器を提供する。
【解決手段】蓄冷器１は、蓄冷室２０を形成する筒壁２１と蓄冷室２０に対して冷媒を出し入れさせる冷媒出入孔２２，２３とを有する蓄冷容器２と、蓄冷容器２の蓄冷室２０に冷媒流れ方向において直列に収容された複数個の蓄冷メッシュ部材３とを有する。蓄冷メッシュ部材３は、蓄冷可能な金属で形成された第１線材３１と、容器の筒壁２１を構成する材料および第１線材３１を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ第２線材３２とが部分的に互いに接触しつつ絡み合った織物で形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍装置に使用される蓄冷器に関する。

冷凍装置では、冷熱を蓄積させる蓄冷器が使用されている。蓄冷器は、蓄冷室を形成する筒壁と蓄冷室に対して冷媒を出し入れさせる冷媒出入孔とを有する蓄冷容器と、蓄冷容器の蓄冷室に収容された蓄冷メッシュ部材とを有する。蓄冷メッシュ部材は、蓄冷容器の蓄冷室において、冷媒流れ方向において直列に複数並設された状態で収容されている。このような蓄冷器は極低温発生装置等の冷凍装置に組み込まれており、冷熱を蓄積させる。上記した蓄冷メッシュ部材は、一般的には、蓄冷可能な銅合金またはステンレス鋼等の金属で形成された線材をメッシュ状に編み込むことにより形成されている。

ところで、上記した蓄冷器が冷凍装置に組み込まれている状態では、冷凍装置の使用時において、蓄冷器に収容されている蓄冷メッシュ部材が低温域に冷却されるため、蓄冷メッシュ部材がこれの径方向に収縮する。このため冷媒が蓄冷器に流れて蓄冷器が冷却されると、蓄冷メッシュ部材の外縁部と蓄冷容器の筒壁の内周壁面との間に形成される隙間の隙間幅が増加する傾向がある。この場合、冷媒の流れに対して蓄冷器内に収容されている蓄冷メッシュ部材が追従移動するおそれがある。この場合、場合によっては、蓄冷器の熱バランスが変動するおそれがあり、蓄冷器の蓄冷能力および熱交換効率に影響を与えるおそれがある。

特許文献１には、極低温冷凍装置に使用する蓄冷器が開示されている。このものによれば、蓄冷器の蓋部、蓄冷器の内部を複数の分割室に仕切る仕切部材は、温度に対して負の熱膨張率をもつ材料で形成されている。特許文献２には、温度が降下するに伴って膨張する性質（温度に対して負の熱膨張率）をもつ材料で形成されたディスプレーサをシリンダのシリンダ室に配置する技術が開示されている。このものによれば、シリンダが冷却されたとしても、ディスプレーサの外径が増加するため、ディスプレーサの外周壁面とシリンダの内周壁面との隙間の隙間幅が減少し、この隙間から冷媒がリークすることが抑制される。

特開２００２−２８６３１１号公報特開２００１−５６１５８号公報

上記した特許文献１によれば、蓄冷器の蓋部および仕切部材は、温度に対して負の熱膨張率をもつ材料のみで形成されている。特許文献２によれば、温度に対して負の熱膨張率をもつ材料のみでディスプレーサが形成されている。このように特許文献１，２は、異なる線膨張係数をもつ複数の線材を複合化させたものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、異なる線膨張係数をもつ第１線材および第２線材を複合化させつつ蓄冷メッシュ部材を作成して蓄冷メッシュ部材の径方向の線膨張係数を調整でき、これにより蓄冷メッシュ部材が冷却されるときであっても、筒壁の内壁面と蓄冷メッシュ部材の外縁部との間に形成される隙間の隙間幅の増加が抑制され、従って、冷媒の流れに伴って蓄冷メッシュ部材が蓄冷室において追従移動するおそれを抑制させる蓄冷器を提供することを課題とする。

本発明に係る蓄冷器は、（ｉ）蓄冷室を形成する筒壁と蓄冷室に対して冷媒を出し入れさせる冷媒出入孔とを有する蓄冷容器と、（ｉｉ）蓄冷容器の蓄冷室に冷媒流れ方向において直列に収容された複数個の蓄冷メッシュ部材とを具備しており、（ｉｉｉ）蓄冷メッシュ部材は、冷媒出入孔に連通すると共に冷媒流体を通過させる細孔を形成するように、蓄冷可能な金属で形成された第１線材と、蓄冷容器の筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ第２線材とが互いに接触しつつ絡み合った織物で形成されている。

蓄冷メッシュ部材は、蓄冷可能な金属で形成された第１線材と、容器の筒壁を構成する材料および第１線材を形成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ第２線材とが互いに接触しつつ絡み合った織物で形成されている。

本発明によれば、互いに異なる線膨張係数をもつ第１線材および第２線材の混合割合により、蓄冷メッシュ部材の径方向の線膨張係数が調整される。ここで、織物は織布および不織布を含む。織布は、互いに異なる線膨張係数をもつ第１線材および第２線材を織り込んで形成されている。不織布は、互いに異なる線膨張係数をもつ第１線材および第２線材同士をパンチング処理等で機械的に絡めた構造をもつ。

蓄冷器の使用時には、冷却された冷媒が蓄冷器の蓄冷室を冷媒出入孔を介して通過するため、蓄冷メッシュ部材が冷却され、ひいては、蓄冷容器の筒壁の内径が小さなるように筒壁が径方向に熱収縮される。ここで、蓄冷メッシュ部材を構成する第２線材は、容器の筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ。このため蓄冷メッシュ部材が冷却されるとき、第２線材の熱収縮量が抑えられている。このため蓄冷メッシュ部材が冷却されるときであっても、筒壁の内壁面と蓄冷メッシュ部材の外縁部との間に形成される隙間の隙間幅の増加が抑制される。このため蓄冷メッシュ部材が低温に冷却されたとしても、冷媒の流れによって蓄冷メッシュ部材が追従移動するおそれが抑制される。

蓄冷メッシュ部材を形成する織物は、蓄冷可能な金属で形成された第１線材と、筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ第２線材とが互いに接触しつつ絡み合って形成されている。このため、蓄冷メッシュ部材が冷却されるとき、蓄冷メッシュ部材において互いに異なる線膨張係数をもつ第１線材および第２線材が互いに干渉して互いに作用することができ、蓄冷メッシュ部材の径方向の線膨張係数が調整される。

このため、冷凍装置の使用時において、蓄冷器に収容されている蓄冷メッシュ部材が冷却されて低温化されるとき、筒壁の材料および第１線材の材料の熱膨張係数よりも小さくされている第２線材の熱収縮量が抑えられ、ひいては、蓄冷メッシュ部材の全体の径方向の熱収縮が抑えられる。この結果、冷凍装置の使用時において蓄冷器が冷却されるとき、蓄冷メッシュ部材が第１線材のみで形成されている場合に比較して、蓄冷容器の筒壁の内壁面と蓄冷メッシュ部材の外縁部との間に形成される隙間の隙間幅の増加が抑制される。従って、蓄冷メッシュ部材が冷媒の流れに対して追従移動しにくくなる作用が得られる。

本発明によれば、互いに異なる線膨張係数をもつ第１線材および第２線材が部分的に互いに接触しつつ絡み合って蓄冷メッシュ部材が形成されている。このため第１線材および第２線材の混合割合により蓄冷メッシュ部材の径方向の線膨張係数が調整可能である。ここで、第１線材および第２線材が互いに干渉するように蓄冷メッシュ部材は変位することができる。結果として、蓄冷器が使用される低温時において、蓄冷メッシュ部材は、第２線材の動きと第１線材の動きとの双方が重なったように変位する。

本発明によれば、冷凍装置が作動するとき、冷媒が蓄冷器に流れて冷却されるため、蓄冷器に収容されている蓄冷メッシュ部材が冷却されて低温化される。このとき、蓄冷メッシュ部材の全体の熱膨張係数が調整されているため、蓄冷容器の筒壁の内壁面と蓄冷メッシュ部材の外縁部との間に形成される隙間の隙間幅の増加が抑制される。このため蓄冷器の筒壁と共に蓄冷メッシュ部材が低温に冷却されたとしても、冷媒の流れによって蓄冷メッシュ部材が追従移動するおそれが抑制される。この場合、蓄冷器の蓄冷機能および熱交換効率を良好に維持させるのに有利となる。従って蓄冷器が冷凍装置に搭載されている場合において、冷凍装置の冷凍性能が良好に維持される。

実施形態１に係り、蓄冷器の内部構造を示す断面図である。実施形態１に係り、蓄冷器の内部構造の要部を示す部分断面図である。実施形態１に係り、蓄冷メッシュ部材の主要部の平面図である。実施形態１に係り、蓄冷メッシュ部材の主要部の断面図である。実施形態２に係り、蓄冷メッシュ部材を構成する第１線材および第２線材の混合割合を変化させた場合における線膨張係数、ステンレス鋼等の線膨張係数を示すグラフである。実施形態３に係り、第１線材および第２線材を混合させた１本の混合線材を示す側面図である。実施形態４に係り、蓄冷器を搭載する極低温冷凍装置を示す図である。実施形態５に係り、蓄冷器を搭載する極低温冷凍装置を示す図である。

蓄冷器は、蓄冷室を形成する筒壁と蓄冷室に対して冷媒を出し入れさせる冷媒出入孔とを有する蓄冷容器と、蓄冷容器の蓄冷室に冷媒流れ方向において直列に収容された複数個の蓄冷メッシュ部材とを有する。蓄冷メッシュ部材は、冷媒出入孔に連通すると共に冷媒流体を通過させる複数の細孔を形成するように、蓄冷可能な金属で形成された第１線材と、容器の筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ第２線材とがメッシュ状に織り込んで形成された織物で形成されている。織物は、縦糸および横糸が１本ごとに交互に浮き沈みしつつ交錯する平織り、組織点が斜めに連続して綾線を表す綾織り、縦糸および横糸が５本以上で交錯点が隣り合わないようにされた朱子織り等を含む。このように織物構造は特に限定されない。

第１線材を構成する蓄冷可能な金属としては、筒壁を形成する材料と同一材料または同系材料で形成できる。同系材料とは、最大含有成分が共通する材料を意味する。第１線材を構成する蓄冷可能な金属としては、ステンレス鋼等の合金鋼、炭素鋼、銅、銅合金が例示される。ステンレス鋼としてはオーステナイト系が例示される。第２線材を構成する材料としては、容器の筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ材料とされている。第２線材を構成する材料としては、使用温度領域において温度変化に対して負の線膨張係数を有する材料が例示される。温度変化に対して負の線膨張係数を有する材料は、温度が降下すると膨張する材料を意味する。負の線膨張係数を有する材料としては、例えば、高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ，登録商標）、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン，登録商標）が挙げられる。

好ましくは、第２線材の熱伝導度は第１線材の熱伝導度よりも高くすることができる。この場合、蓄冷メッシュ部材の径方向における熱伝導のばらつきが抑制され、蓄冷メッシュ部材の径方向における温度のばらつき低減に貢献できる。

上記した蓄冷器は、蓄冷器を搭載する蓄冷型冷凍装置に適用できる。蓄冷型冷凍装置は、例えば、パルス管冷凍装置、スターリング冷凍装置、ギフォードマクマホン冷凍装置等に適用できる。

（実施形態１）
図１〜図４は本発明を具体化した実施形態１の概念を示す。図１に示すように、蓄冷器１は、蓄冷室２０を形成する筒壁２１と蓄冷室２０に対して冷媒を出し入れさせる第１冷媒出入孔２２および第２冷媒出入孔２３とを有する蓄冷容器２と、蓄冷容器２の蓄冷室２０において冷媒が流れる方向（矢印Ａ１，Ａ２方向）に沿って直列に積層されて収容された複数個の蓄冷メッシュ部材３とを有する。一般的には蓄冷容器２は、蓄冷性能を確保するため真空断熱室３０３に収容される。冷媒としては、ヘリウム、フルオロカーボン、炭酸ガス、アルゴン、ネオン、窒素等が例示される。

図１に示すように、蓄冷容器２は、蓄冷室２０を形成すると共に軸線Ｐ１をもつ筒壁２１と、筒壁２１の軸長方向の両端部を閉鎖する第１閉鎖板２４および第２閉鎖板２５と、第１閉鎖板２４に形成された第１冷媒出入孔２２と、第２閉鎖板２５に形成された第２冷媒出入孔２３とを有する。筒壁２１は円筒形状とされているが、場合によっては角筒形状でも良い。蓄冷室２０の断面形状は円形や四角形に限らず様々な形状が考えられる。例えば、断面リング形状の筒形状でも良い。また断面形状が軸線Ｐ１に沿った方向の途中で変化する２段形状などの多段形状でも良い。

筒壁２１は軸線Ｐ１を１周するように形成されており、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４系）で形成されているが、場合によっては他の合金鋼で形成しても良い。ステンレス鋼としてはオーステナイト系（ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系）が採用される。オーステナイト系は低温脆化しにくい材料である。この蓄冷器１は、蓄冷型の極低温発生装置等の冷凍装置に適用される。

図３は蓄冷メッシュ部材３の一部の平面視を示す。図４は蓄冷メッシュ部材３の一部の断面視を示す。蓄冷メッシュ部材３は、複数の細孔３０を形成するように、第１線材３１と第２線材３２とが互いに曲成されつつ部分的に接触するようにメッシュ状に織り込んで形成された平板状の織物で形成されている。当該織物を打ち抜くことによりあるいは切り取ることにより蓄冷メッシュ部材３を形成できる。筒壁２１が円筒形状であれば、筒壁２１の横断面形状に対応するように、蓄冷メッシュ部材３は円板状をなす。筒壁２１が角筒形状であれば、筒壁２１の横断面形状に対応するように、蓄冷メッシュ部材３は角板状をなす。蓄冷メッシュ部材３は、蓄冷容器２の蓄冷室２０において冷媒が流れる方向（矢印Ａ１，Ａ２方向）に沿って直列に積層される。蓄冷室２０において冷媒が流れる方向は、蓄冷メッシュ部材３の平面に直交する方向に沿った方向である。

第１線材３１は、蓄冷可能な金属で形成されている。第２線材３２を構成する材料は、蓄冷容器２の筒壁２１を構成する材料および第１線材３１を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数（具体的には、負の線膨張係数）をもつ。第２線材３２はできるだけ均等間隔で編み込まれていることが好ましい。複数の細孔３０は、冷媒出入孔２２，２３に連通すると共に冷媒を通過させることができる。なお、各第１線材３１および各第２線材３２の横断面形状は円形状とされているが、これに限らず、楕円形状、長円形状でも良い。

図３および図４に示すように、第１線材３１および第２線材３２は、互いに部分的に交差しつつ接触する接触領域３３を介して互いに摩擦接触しつつ、互いにくぐり合うように織り込まれている。接触領域３３は、第１線材３１および第２線材３２が互いに部分的に摩擦接触して係合する交差領域を意味する。接触領域３３の周囲には複数の細孔３０が存在するため、第１線材３１および第２線材３２は互いに接触領域３３で摩擦接触しつつも、第１線材３１および第２線材３２のそれぞれの変位性が確保されている。

接触領域３３において第１線材３１および第２線材３２が互いに摩擦接触して係合するため、第１線材３１および第２線材３２が互いに干渉して互いに追従動作が可能となる。ここで、第１線材３１は正の線膨張係数を有すると共に、第２線材３２は負の線膨張係数を有する。このため、温度降下に伴い、第２線材３２自体の長さが膨張するときであっても第１線材３１の長さは収縮する。結果として、蓄冷メッシュ部材３は、第２線材３２の膨張作用と第１線材３１の収縮作用との双方が重なった動作をする。このため第１線材３１と第２線材３２との混合割合によって、蓄冷メッシュ部材３の径方向の線膨張係数は調整される。

本実施形態によれば、第１線材３１を構成する蓄冷可能な金属としては、筒壁２１を形成する材料と同一材料または同系材料にできる。従って、低温脆化の抑制を考慮して、ステンレス鋼等の合金鋼が採用される。ステンレス鋼としてはオーステナイト系が採用される。具体的には、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６）が挙げられる。

蓄冷メッシュ部材３を形成する第２線材３２を構成する材料としては、蓄冷容器２の筒壁２１を構成する材料および第１線材３１を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ材料とされている。例えば、第２線材３２を構成する材料としては、蓄冷器１の使用温度領域（例えば、−２５０〜５０℃）において温度変化に対して負の線膨張係数を有する材料（例えば高分子材料）が挙げられる。負の線膨張係数を有する材料としては、例えば、高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ，登録商標）、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン，登録商標）が挙げられる。高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ，登録商標）、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン，登録商標）の熱伝導度は、第１線材３１を形成するオーステナイト系のステンレス鋼等の合金鋼の熱伝導度よりも高く、伝熱性が優れている。

なお本実施形態によれば、蓄冷メッシュ部材３のメッシュ数は１５０〜４００が例示される。第１線材３１の線径は０．０１８〜０．０６ｍｍが例示され、第２線材３２の線径は０．０１２〜０．１ｍｍが例示される。細孔３０の平均サイズは（０．０４〜０．１２ｍｍ）×（０．０４〜０．１２ｍｍ）が例示される。但しこれに限定されるものではない。

さて、蓄冷器１の使用時には、蓄冷器１の蓄冷室２０に収容されている蓄冷メッシュ部材３が冷却される。この場合、蓄冷容器２の筒壁２１の内径が小さくなるように、筒壁２１がこれの径方向（矢印Ｄ方向，図２参照）において矢印Ｄ１方向（求心方向）に向けて熱収縮される。ここで、蓄冷メッシュ部材３の第２線材３２を構成する材料は、蓄冷容器２の筒壁２１を構成する材料および第１線材３１を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ。具体的には、第２線材３２を構成する材料は、負の線膨張係数をもつ。

このため使用時において蓄冷メッシュ部材３が冷却されるとき、矢印Ｄ方向において、単位長さ当たり、筒壁２１の熱収縮量に比較して第２線材３２の熱収縮量は抑制される。

具体的には、負の線膨張係数をもつ第２線材３２だけをみると、第２線材３２はこれの長さ方向に膨張する。

これに対して、第１線材３１の材料は蓄冷器１の筒壁２１の材料と同系材料または同一材料であるため、第１線材３１の熱収縮量は、基本的には筒壁２１の線膨張係数および熱収縮量と大差ない。

このような本実施形態によれば、蓄冷メッシュ部材３の織物は、筒壁２１を構成する材料と同程度の線膨張係数をもつ第１線材３１と、筒壁２１を構成する材料および第１線材３１を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数（負の線膨張係数）をもつ第２線材３２とが編み込まれて形成されている。この結果、蓄冷メッシュ部材３の径方向（矢印Ｄ方向）の熱収縮量は、矢印Ｄ方向において、単位長さあたり、蓄冷器１の筒壁２１の熱収縮量に比較して少ない。

このため蓄冷器１の使用時において、蓄冷器１内の蓄冷メッシュ部材３が冷却されるとき、筒壁２１の内壁面２１ｉと蓄冷メッシュ部材３の外縁部３ｐとの間に形成される隙間３４の隙間幅ｔ１（図２参照）が、蓄冷メッシュ部材３を第１線材３１のみで織り込んだ場合に比較して、小さくなるか消失する。このため、蓄冷器１内の蓄冷メッシュ部材３が極低温等の低温に冷却されたとしても、冷媒の流れ（矢印Ａ１，Ａ２方向）によって蓄冷メッシュ部材３が冷媒の流れ方向に追従移動するおそれが抑制される。

以上説明したように本実施形態によれば、蓄冷器１に収容されている蓄冷メッシュ部材３が冷却されて低温化されるとき、蓄冷容器２の筒壁２１の内壁面２１ｉと蓄冷メッシュ部材３の外縁部３ｐとの間に形成される隙間３４の隙間幅ｔ１が小さくなるかあるいは消失する。このため蓄冷器１の蓄冷室２０に収容されている蓄冷メッシュ部材３が低温に冷却されたとしても、ガス状の冷媒の流れ（矢印Ａ１，Ａ２方向）によって蓄冷メッシュ部材３が追従移動するおそれが抑制される。このため蓄冷器１の所望の蓄冷性能および熱交換効率を確保するのに有利となる。

更に本実施形態によれば、蓄冷器１の使用温度域において、第２線材３２の熱伝導度は、ステンレス鋼等の合金鋼で形成されている第１線材３１の熱伝導度よりも高くされている。しかも第２線材３２は蓄冷メッシュ部材３の径方向に沿って延設されている。この結果、蓄冷メッシュ部材３の径方向（矢印Ｄ方向）における熱伝導のばらつきが抑制され、蓄冷メッシュ部材３の径方向の温度むらの低減に貢献できる。このため蓄冷器１の所望の蓄冷性能および熱交換効率を確保するのに有利となる。

また、第１線材３１および第２線材３２の双方を、高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ）またはパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン）で形成することも考えられる。この場合には、蓄冷メッシュ部材３をこれの径方向において熱膨張させ、隙間３４の隙間幅ｔ１（図２参照）を完全に無くすることも期待できる。しかしながらこれらの樹脂材料は蓄冷性が必ずしも充分ではないため、蓄冷メッシュ部材３の蓄冷性能および熱交換効率が低下する不具合があり、好ましくない。この意味で、蓄冷作用に優れた第１線材３１と、適度な線膨張係数をもつ第２線材３２との双方を織り込んだ織物で、蓄冷メッシュ部材３を形成することが好ましい。

ところで、熱伝導性が良い銅合金で第２線材を形成する場合が考えられる。あるいは、熱伝導性が良い銅合金で第１線材および第２線材の双方を形成する場合も考えられる。しかしながら銅合金の引張強度は必ずしも充分ではない。この場合、銅合金で形成された線材の線径が増加するため、１個あたりの細孔３０の開口面積が過剰に増加したり、細孔３０の総数が過剰に減少したりするおそれがある。この場合、冷媒の通過性が蓄冷器１の径方向（矢印Ｄ方向）においてばらつくおそれがある。この点本実施形態によれば、上記した第２線材３２を構成する高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ）、パラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン）は、銅合金等よりも、高い引張強度および高い弾性率を有する。このため、銅合金で第２線材３２を形成する場合に比較して、第２線材３２の線径を細くできる。この場合、１個当たりの細孔３０の開口面積の過剰化を抑えつつ細孔３０の総数を増加させることができる。この場合、蓄冷メッシュ部材３の径方向（矢印Ｄ方向）における冷媒の流れの均一化に貢献できる。なお、単位面積において、第２線材３２の本数／第１線材３１の本数）をαとすると、αは例えば１０〜０．０１の範囲内、１０〜０．０１の範囲内、１〜０．１の範囲内、０．８〜０．１５の範囲内とすることができる。但しこれに限定されるものではない。αはＸ方向およびＹ方向（図３参照）において同じ値とされていることが好ましい。場合によっては、Ｘ方向のαとＹ方向のαとは異なる値とされていても良い。

（実施形態２）
図５は実施形態２の結果を示す。本実施形態によれば、図３および図４に示す織物で形成された蓄冷メッシュ部材３の基本条件を維持しつつ、第１線材３１および第２線材３２の混合割合を変えた。第１線材３１はオーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成した。第２線材３２は高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ）で形成した。第１線材３１の線径は０．０１８ｍｍとし、第２線材３２の線径は０．０２ｍｍとした。細孔３０の平均サイズは０．０４６×０．０４４ｍｍとした。蓄冷メッシュ部材３のメッシュ数は４００とした。

単位面積あたり、試験例１では第１線材３１の本数：第２線材３２の本数＝１：１とした。試験例２では第１線材３１の本数：第２線材３２の本数＝２：１とした。試験例３では第１線材３１の本数：第２線材３２の本数＝５：１とした。試験例４では第１線材３１の本数：第２線材３２の本数＝１０：１とした。換言すると、単位面積あたり、（第２線材３２の本数／第１線材３１の本数）をαとすると、試験例１のαは１であり、試験例２のαは０．５であり、試験例３のαは０．２であり、試験例４のαは０．１である。αはＸ方向およびＹ方向（図３参照）において同じ値とされている。

試験例１〜４に係る線膨張係数についての計算結果を図５に示す。図５は、参考例１としてステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、参考例２としてステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）、参考例３として高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ）、参考例４としてパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン）についての線膨張係数も示す。図５に示すように、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の線膨張係数は＋１７×１０^−６であった。ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の線膨張係数は＋１６×１０^−６であった。高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ）の線膨張係数は−１２×１０^−６であった。パラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン）の線膨張係数は−６×１０^−６であった。

図５に示すように、試験例１〜試験例４に係る蓄冷メッシュ部材３の線膨張係数は、＋（２〜１５）×１０^−６であり、いずれも、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の線膨張係数よりも小さかった。

図５によれば、上記したαが減少するにつれて、負の線膨張係数をもつ第２線材３２の割合が減少すると共に、正の線膨張係数をもつ第１線材３１の割合が増加するため、蓄冷メッシュ部材３の径方向の線膨張係数は増加する傾向がある。すなわち、αが増加するにつれて、負の線膨張係数をもつ第２線材３２の混合割合が増加するため、蓄冷メッシュ部材３の線膨張係数は減少する傾向がある。ここで、隙間幅ｔ１（図２参照）を小さくさせるためには、αが高い方が好ましい。しかしαが過剰に高い場合には、蓄冷メッシュ部材３を蓄冷器１に組付ける条件よっては、筒壁２１の内壁面２１ｉと蓄冷メッシュ部材３の外縁部３ｐとが過剰に摩擦するおそれがないこともない。かかる事情を考慮すると、αとしては、０．１５〜０．９５の範囲内、０．２５〜０．８５の範囲内、０．２５〜０．７５の範囲内が好ましい。

（実施形態３）
図６は、蓄冷メッシュ部材３を織り込む混合線材３７を示す。混合線材３７は、第１線材３１と第２線材３２とを撚ることにより１本の線材として形成されている。第１線材３１は、オーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６）等の合金鋼で形成されており、高い蓄冷性を有する。第２線材３２は、高強度ポリエチレン樹脂（ダイニーマ）またはパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ザイロン）で形成されており、温度に対して負の線膨張係数を有すると共に、高い引張強度および高い弾性率を有する。混合線材３７の線膨張係数は、蓄冷容器２の筒壁２１を構成する材料の線膨張係数よりも小さくされている。このような混合線材３７は第１線材３１および第２線材３２の性質を併有することができる。第１線材３１および第２線材３２の混合割合を変更すれば、混合線材３７の線膨張係数等の物理的性質を調整できる。

（実施形態４）
図７は本発明をパルス管式の極低温冷却装置に適用した実施形態４を示す。本実施形態によれば、極低温冷却装置は、圧力振動源１００側から直列に、圧縮空間１０１および圧縮ピストン１０２をもつ圧力振動源１００と、連通配管１０４と、円筒形状をなす蓄冷器１と、冷凍出力取出部として機能する低温側熱交換器１０５と、空洞状のパルス管１０７と、位相制御器１１０とを有する。圧縮された冷媒の摩擦熱を低減させるための放熱器を連通配管１０４に設けることが好ましい。位相制御器１１０は、ガス状の冷媒の圧力波形を調整させるためのものであり、直列に、ガス状の冷媒の流量を絞る機能をもつ絞り部１１１と、タンク室をもつバッファタンク１１２とを有する。蓄冷器１のうち圧力振動源１００側は高温端１Ｈとされている。蓄冷器１のうち圧力振動源１００と反対側は低温端１Ｌとされている。パルス管１０７のうちバッファタンク１１２側は高温端１０７Ｈとされている。パルス管１０７のうち低温側熱交換器１０５側は低温端１０７Ｌとされている。蓄冷器１およびパルス管１０７は、真空容器３００の真空断熱室３０３内に収容されており、外部から蓄冷器１およびパルス管１０７への熱侵入は抑えられている。

蓄冷器１は実施形態１と同様な構造で構成されている。圧縮ピストン１０２が圧縮作用して圧縮空間１０１内のガス状の冷媒が圧縮されると、圧縮空間１０１内のガス状の冷媒は、連通配管１０４、蓄冷器１、低温側熱交換器１０５、パルス管１０７、絞り部１１１を経て繰り返してバッファタンク１１２に移動する。このように圧縮ピストン１０２が繰り返して往復移動すると、低温側熱交換器１０５において極低温の冷凍出力が取り出される。蓄冷器１およびパルス管１０７は真空容器３００の真空断熱室３０３内に収容されており、外部から蓄冷器１およびパルス管１０７への熱侵入は抑えられている。

本実施形態によれば、実施形態１と同様に、蓄冷器１に収容されている蓄冷メッシュ部材３が冷却されて低温化されるとき、図２に示すように、円筒形状をなす蓄冷容器２の筒壁２１の内壁面２１ｉと円板形状をなす蓄冷メッシュ部材３の外縁部３ｐとの間に形成される隙間３４の隙間幅ｔ１（図２参照）が小さくなるかあるいは消失する。このため蓄冷機内の蓄冷メッシュ部材３が低温に冷却されたとしても、冷媒の流れによって蓄冷メッシュ部材３が追従移動するおそれが抑制される。このため蓄冷器１の所望の蓄冷性能および熱交換効率を確保するのに有利となる。この場合、極低温冷却装置の冷凍出力を良好に確保できる。

本実施形態によれば、実施形態１と同様に、蓄冷器１の使用温度域において、第２線材３２の熱伝導度は、ステンレス鋼等の合金鋼で形成されている第１線材３１の熱伝導度よりも高くされている。この結果、蓄冷メッシュ部材３の径方向（矢印Ｄ方向）における熱伝導のばらつきが抑制され、蓄冷メッシュ部材３の全体の径方向の温度むらの低減に貢献できる。この場合、蓄冷器１における蓄冷作用および熱交換効率の向上に貢献でき、極低温冷却装置の冷凍出力を良好に確保できる。

（実施形態５）
図８は、本発明をスターリング冷凍サイクルを実行する極低温冷却装置に適用した実施形態５を示す。本実施形態によれば、極低温冷却装置は、圧力振動源１００側から直列に、圧縮空間１０１および圧縮ピストン１０２をもつ圧力振動源１００と、連通配管１０４、放熱器１１３と、円筒形状をなす２段式の蓄冷器１と、低温用の配管１１４と、膨張空間１１５および膨張ピストン１１６を有する膨張シリンダ１１７とを有する。蓄冷器１および膨張シリンダ１１７は真空容器３００の真空断熱室３０３内に収容されており、外部から蓄冷器１等への熱侵入は抑えられている。

蓄冷器１のうち圧力振動源１００側は高温端１Ｈとされている。蓄冷器１のうち圧力振動源１００と反対側は低温端１Ｌとされている。膨張ピストン１１６はロッド１１８を介して図略の駆動源により往復移動される。圧縮ピストン１０２が圧縮作用して圧縮空間１０１を圧縮させると、圧縮空間１０１内のガス状の冷媒が圧縮されつつ、連通配管１０４を経て放熱器１１３に至り、放熱器１１３で放熱され、更に、蓄冷器１、低温側熱交換器１０５を経て膨張空間１１５に移動する。なお、圧縮ピストン１０２の位相は膨張ピストン１１６の位相よりもほぼ６０〜１２０°遅れる。このように圧縮ピストン１０２と膨張ピストン１１６とが位相をずらして往復移動することにより、ガス状の冷媒が往復移動し、膨張空間１１５で冷凍が発生される。冷凍出力は膨張空間１１５側の低温側熱交換器１０５により取り出される。

図８に示すように、蓄冷器１の蓄冷容器２は、圧力振動源１００側に大径蓄冷室２０ａを形成する大径筒壁２１ａと冷媒を出し入れさせる第１冷媒出入孔２２とを有すると共に、小径蓄冷室２０ｃを形成する小径筒壁２１ｃと冷媒を出し入れさせる第２冷媒出入孔２３とを有する。大径蓄冷室２０ａには大径の複数個の蓄冷メッシュ部材３ａが積層されている。小径蓄冷室２０ｃには小径の複数個の蓄冷メッシュ部材３ｃが積層されている。蓄冷メッシュ部材３ａ，３ｃは共に、第１線材および第２線材をメッシュ状に編み込んで形成されている。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。第２線材３２は、蓄冷器１の蓄冷室２０の温度領域において温度変化に対して負の線膨張係数を有する材料で形成されているが、これに限らず、温度変化に対して零の線膨張係数を有する材料で形成されていても良い。あるいは正の線膨張係数を有する材料であって筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数を有する材料で形成されていても良い。

本発明は蓄冷型の冷凍装置に搭載される蓄冷器に利用することができる。

１は蓄冷器、２は蓄冷容器、２０は蓄冷室、２１は筒壁、３は蓄冷メッシュ部材、３０は細孔、３１は第１線材、３２は第２線材、３３は接触領域、３４は隙間、１００は圧力振動源、１０２は圧縮ピストン、１０５は低温側熱交換器、１０７はパルス管、１１０は位相制御器、１１２はバッファタンクを示す。

Claims

蓄冷室を形成する筒壁と前記蓄冷室に対して冷媒を出し入れさせる冷媒出入孔とを有する蓄冷容器と、前記蓄冷容器の前記蓄冷室に冷媒流れ方向において直列に収容された複数個の蓄冷メッシュ部材とを具備しており、
前記蓄冷メッシュ部材は、前記冷媒出入孔に連通すると共に冷媒を通過させる細孔を形成するように、蓄冷可能な金属で形成された第１線材と、前記蓄冷容器の前記筒壁を構成する材料および第１線材を構成する材料の線膨張係数よりも小さな線膨張係数をもつ第２線材とが互いに接触しつつ絡み合った織物で形成されている蓄冷器。
請求項１において、前記第２線材は、前記蓄冷器の前記蓄冷室の温度領域において温度変化に対して負または零の線膨張係数を有する蓄冷器。
請求項１または２において、前記第２線材の熱伝導度は前記第１線材の熱伝導度よりも高い蓄冷器。