JP2013217516A5

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Publication number: JP2013217516A5
Application number: JP2012085943A
Authority: JP
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-12-26
Anticipated expiration: 2032-04-04

Description

上記の問題を解決するため、本発明による蓄冷式冷凍機は、蓄冷材を収容するシリンダと、前記シリンダの内部を流れる冷媒ガスを膨張させる膨張空間と、を有する膨張機と、前記膨張機の温度が相互に異なる二箇所間を、前記膨張機の外部に位置して熱的に連結する伝熱部材と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る実施例１の蓄冷式冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。実施例１の蓄冷式冷凍機１の他の実施形態について示す模式図である。実施例１の蓄冷式冷凍機１の他の実施形態について示す模式図である。実施例１の蓄冷式冷凍機１の他の実施形態について示す模式図である。本発明に係る実施例２の蓄冷式冷凍機４１の一実施形態について示す模式図である。本発明に係る実施例３の単段式の蓄冷式冷凍機５１及び蓄冷器の一実施形態について示す模式図である。本発明に係る実施例４の蓄冷式冷凍機１０１及び二段目蓄冷器１０３の一実施形態について示す模式図である。実施例４の蓄冷式冷凍機１０１の他の実施形態について示す模式図である。実施例４の蓄冷式冷凍機１０１の他の実施形態について示す模式図である。

高温側領域２４に対応する伝熱部材３３の軸方向の位置は、蓄冷式冷凍機１の通常運転時における高温側領域２４の温度分布を考慮して定められる。一般的な極低温冷凍機においては、図１中下側の伝熱部材３３の低温端は仕切り材２３よりも、所定距離だけ高温側に離隔していることが好ましい。また、伝熱部材３３の図１中上側の高温端は整流器２１よりも高温側に位置してもよい。

この低温端が位置する軸方向の領域は、冷媒ガスのヘリウムガスの比熱が非磁性材の第二蓄冷材の比熱を上回る領域であって、冷凍機の運転中においては例えば８〜２０Ｋの温度範囲（より好ましくは８〜１０数Ｋ）に収まる領域である。また、この温度領域で比熱が高い蓄冷材として非磁性材である鉛やビスマスが挙げられる。

加えて、外部配置された伝熱部材３３により、第一冷却ステージ２０から寒冷取出部８ａに向けて熱を伝達することから、第一冷却ステージ２０の温度を低下させて一段目の冷凍性能を高めることができる。また、伝熱部材３３の低温端が上述した冷媒ガスの比熱が蓄冷材の比熱を上回る温度領域に対応する寒冷取出部８ａに接続されていることから、伝熱部材３３により高温側から低温側に熱が伝達されても、高温側領域２４内の第二蓄冷材や冷媒ガスの温度も上昇されることがない。つまり、二段目の冷凍性能を確保した上で一段目の冷凍性能を高めることができる。加えて、伝熱部材３３を外付けとすることにより、特に低温端の接続箇所の軸方向における調整を容易なものとし、第一冷却ステージ２０の温度調整をより容易なものとすることができる。

本実施例３の蓄冷式冷凍機５１においては、図６に示すように、ディスプレーサ２内部の上段には銅やアルミニウムの金網等により構成される高温側領域５９が配置され、軸方向において高温側領域５９よりも仕切り板５２を挟んで低温側に位置する領域には、非磁性材の球である蓄冷材を複数有する低温側領域５３が配置されている。低温側領域５３よりも低温側には整流器１１との間にもう一つの仕切り板５２が配置されている。低温側領域５３と高温側領域５９とが蓄冷として機能する。

本実施例３の蓄冷式冷凍機５１及び蓄冷器によれば、伝熱部材５４の低温端から高温端に向けて寒冷が伝達されて、伝熱部材５４よりも高温側に位置する低温側領域５３の内部の蓄冷材が冷却され、冷凍機全体の冷凍能力を高めることができる。これとともに、伝熱部材５４の低温端は上述した温度領域に位置しているため、伝熱部材５４の高温端から熱が伝達されても、冷媒ガスの比熱が蓄冷材の比熱を上回っているため、温度上昇は防止され、冷凍能力の低下を招くことを防止できる。

伝熱部材１２０の高温端は一段冷却ステージ１１７の下端に位置し、伝熱部材１２０の低温端は二段目蓄冷器１０３の低温端に位置する図示しない二段冷却ステージの上端よりも高温側に位置している。

伝熱部材１２０の低温端が位置する軸方向の領域は、冷媒ガスのヘリウムガスの比熱が非磁性材の蓄冷材の比熱を上回る領域であって、冷凍機の運転中においては例えば８〜２０Ｋの温度範囲（より好ましくは８〜１０数Ｋ）に収まる領域である。この温度領域で比熱が高い蓄冷材は、例えば非磁性材である鉛やビスマスなどであり、これらの蓄冷材と対向する領域に伝熱部材１２０の低温端が連結される。

また、伝熱部材１２０が軸方向に延在しており、伝熱部材１２０の高温端から低温端に向けて熱を伝達することから、一段冷却ステージ１１７の温度を低下させて一段目の冷凍性能を高めることができる。伝熱部材１２０の低温端が上述した冷媒ガスの比熱が蓄冷材の比熱を上回る温度領域に位置していることから、伝熱部材１２０により高温端から低温端に熱が伝達されても、低温端近傍の上段の蓄冷器内の蓄冷材や冷媒ガスの温度も上昇されることがない。すなわち、二段目の冷凍性能を確保した上で一段目の冷凍性能を高めることができる。

１蓄冷式冷凍機
２第一ディスプレーサ
３第二ディスプレーサ
４ピン
５コネクタ
６ピン
７第一シリンダ
８第二シリンダ
８ａ寒冷取出部
９第一蓄冷器
１０整流器
１１整流器
１２室温室
１３第一開口
１４圧縮機
１５サプライバルブ
１６リターンバルブ
１７シール
１８第一膨張空間
１９第二開口
２０第一冷却ステージ
２１整流器
２２整流器
２３仕切り材
２４高温側領域（本発明の蓄冷器）
２５低温側領域
２６第二膨張空間
２７第三開口
２８第二冷却ステージ
２９熱交換部
３０熱交換部
３１圧入ピン
３２圧入ピン
３３伝熱部材

Claims

蓄冷材を収容するシリンダと、前記シリンダの内部を流れる冷媒ガスを膨張させる膨張空間と、を有する膨張機と、
前記膨張機の温度が相互に異なる二箇所間を、前記膨張機の外部に位置して熱的に連結する伝熱部材と、を備えることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
前記伝熱部材の低温端と高温端とは、前記シリンダの軸方向において異なる位置に連結されることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
前記伝熱部材の低温端は、前記シリンダの外周に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄冷式冷凍機。
前記伝熱部材の低温端は、前記シリンダの内部を流れる冷媒ガスの比熱が前記蓄冷材の比熱を上回る領域の前記シリンダの外周に連結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄冷式冷凍機。
前記シリンダは、前記蓄冷材が非磁性材である高温側領域と、前記蓄冷材が磁性材である低温側領域と、を含み、前記伝熱部材の低温端は前記高温側領域の前記シリンダの外周に連結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄冷式冷凍機。
前記シリンダは、一段冷却ステージと、前記一段冷却ステージよりも低温に冷却される二段冷却ステージと、を備え、
前記伝熱部材の高温端は、前記一段冷却ステージに連結されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄冷式冷凍機。
前記伝熱部材の高温端は、前記低温端とは軸方向において異なる位置の前記シリンダの外周に連結されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の蓄冷式冷凍機。
前記伝熱部材は、前記蓄冷材を外包する中空円環形状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の蓄冷式冷凍機。
前記膨張機はパルス管をさらに備え、前記伝熱部材の低温端は前記パルス管の外周に連結されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄冷式冷凍機。