JP2017083052A - 蓄冷器および極低温冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄冷材と容器とのクリアランスを低減した極低温冷凍機の蓄冷器を提供する。【解決手段】蓄冷器は、容器外筒７４と、容器外筒７４との間に蓄冷材収容空間を形成する容器内筒７６と、蓄冷材収容空間内に軸方向に入れ子状に重ねられた複数の変形可能な皿状蓄冷部材６２と、蓄冷材収容空間の軸方向両端に配設され、軸方向圧縮力が加わるよう複数の変形可能な皿状蓄冷部材６２を挟持する一対の容器蓋部８０と、を備える。皿状蓄冷部材６２は、未変形状態において、容器外筒７４と容器内筒７６との筒間距離より短い径方向距離を有し、かつ、その径方向距離より長い径方向沿面長さを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、蓄冷器およびそれを有する極低温冷凍機に関する。

スターリング冷凍機やＧＭ冷凍機などの極低温冷凍機の蓄冷材として、積層された複数枚の金網が使用されることがある。そうした蓄冷材は容器に詰められて冷凍機に装着される。

特開平８−１５９５８３号公報

冷凍機運転中の熱収縮や製造上の公差などによって、蓄冷材と容器との間には僅かなクリアランスが生じうる。クリアランスは作動ガスの通路となりうる。作動ガスがクリアランスを流れると、蓄冷材との熱交換が有効に行われない。そのため、蓄冷器の効率が低下してしまうことになる。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、極低温冷凍機の蓄冷器において蓄冷材と容器とのクリアランスを低減することにある。

本発明のある態様によると、極低温冷凍機の蓄冷器は、軸方向に延在する容器外筒と、前記容器外筒との間に筒間距離を有して軸方向に延在し、前記容器外筒との間に蓄冷材収容空間を形成する容器内筒と、前記蓄冷材収容空間内に軸方向に入れ子状に重ねられた複数の変形可能な皿状蓄冷部材であって、前記皿状蓄冷部材の各々は、前記容器内筒に合わせた形状を有し前記容器内筒に貫通される中心開口を定める径方向内縁と、前記容器外筒に合わせた形状を有し前記径方向内縁と軸方向に異なる位置にある径方向外縁と、を備え、未変形状態において、前記筒間距離より短い前記径方向内縁から前記径方向外縁への径方向距離を有しかつ前記径方向距離より長い前記径方向内縁から前記径方向外縁への沿面長さを有する、複数の変形可能な皿状蓄冷部材と、前記蓄冷材収容空間の軸方向両端に配設され、軸方向圧縮力が加わるよう前記複数の変形可能な皿状蓄冷部材を挟持する一対の容器蓋部と、を備える。

本発明のある態様によると、極低温冷凍機の蓄冷器は、筒部内寸を有し、蓄冷材収容空間を内部に形成するよう軸方向に延在する容器筒部と、前記蓄冷材収容空間内に軸方向に入れ子状に重ねられた複数の変形可能な皿状蓄冷部材であって、前記皿状蓄冷部材の各々は、未変形状態において、前記筒部内寸より短い径方向外寸を有しかつ前記筒部内寸より長い径方向沿面長さを有する、複数の変形可能な皿状蓄冷部材と、前記蓄冷材収容空間の軸方向両端に配設され、軸方向圧縮力が加わるよう前記複数の変形可能な皿状蓄冷部材を挟持する一対の容器蓋部と、を備える。

本発明のある態様によると、上記のいずれかの蓄冷器を備える極低温冷凍機が提供される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、極低温冷凍機の蓄冷器において蓄冷材と容器とのクリアランスを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る極低温冷凍機を示す模式図である。 図１に示す膨張機を概略的に示す断面図である。 あるスターリング冷凍機の蓄冷器を概略的に示す断面図である。 第１実施形態に係る蓄冷材の積層構造を概略的に示す図である。 第１実施形態に係る組立作業中の蓄冷器を概略的に示す断面図である。 第１実施形態に係る組立完了後の蓄冷器を概略的に示す断面図である。 皿状蓄冷部材の他の構成例を示す図である。 皿状蓄冷部材の他の構成例を示す図である。 第２実施形態に係る蓄冷材の積層構造を概略的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスターリング冷凍機１０を概略的に示す図である。スターリング冷凍機１０は、圧縮機１１、接続管１２、及び膨張機１３を備える。

圧縮機１１は、圧縮機ケース１４を備える。圧縮機ケース１４は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。作動ガスは例えばヘリウムガスである。また、圧縮機１１は、圧縮機ケース１４に収容されている圧縮機ユニットを備える。圧縮機ユニットは圧縮機ピストン及び圧縮機シリンダを備えており、それらのうち一方は圧縮機ケース１４の中で往復移動するよう構成されている可動部材１５であり、他方は圧縮機ケース１４に固定されている静止部材である。圧縮機ユニットは、可動部材１５の中心軸に沿う方向に可動部材１５を圧縮機ケース１４に対して移動させるための駆動源を備える。圧縮機１１は、可動部材１５の往復移動を可能とするように可動部材１５を圧縮機ケース１４に支持する支持部１６を備える。可動部材１５は、ある振幅及び周波数で圧縮機ケース１４及び静止部材に対し振動する。この結果、圧縮機１１内の作動ガスの容積も、特定の振幅および周波数で振動する。

圧縮機ピストンと圧縮機シリンダとの間に作動ガス室が形成されている。この作動ガス室は、上述の静止部材及び圧縮機ケース１４に形成されている連通路を通じて、接続管１２の一端に接続されている。接続管１２の他端は、膨張機１３の作動ガス室へと接続されている。こうして接続管１２により、圧縮機１１の作動ガス室が膨張機１３の作動ガス室に接続される。

膨張機１３は、図２を参照して後述するように、膨張機本体２０、ディスプレーサ２２、及び少なくとも１つの支持部４０を備える。

図２は、本発明の第１実施形態に係る膨張機１３を概略的に示す図である。図２には膨張機１３の内部構造の概略を示す。

膨張機本体２０は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。この圧力容器は、内部を気密に保持するよう相互に連結された複数の容器部分から構成されていてもよい。ディスプレーサ２２は、膨張機本体２０の中で往復移動するよう構成されている可動部材である。支持部４０は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようにディスプレーサ２２を膨張機本体２０に支持する。

膨張機本体２０は、第１区画２４及び第２区画２６を備える。第１区画２４は、膨張機本体２０とディスプレーサ２２との間に形成される作動ガスの膨張空間２８を含む。膨張空間２８に隣接する膨張機本体２０の部分には、対象物を冷却するための冷却ステージ２９が設けられている。第２区画２６は、弾性部材３０を介してディスプレーサ２２を膨張機本体２０に支持するよう構成されている。

膨張機本体２０のうち、第１区画２４側の一部は、図示しない真空容器に収容される。フランジ４７は、真空容器内部の真空層と真空容器外部の大気層とを分離する。

第２区画２６は、ディスプレーサ２２の往復移動方向（図において矢印Ｃで示す）において第１区画２４と隣接する。第２区画２６と第１区画２４との間にはシール部２５が設けられており、これにより第２区画２６は第１区画２４から仕切られている。よって、第１区画２４における作動ガスの圧力変動は、第２区画２６に伝わらないか、または第２区画２６における作動ガスの圧力にあまり影響しない。なお、第２区画２６は、圧縮機１１から送られる作動ガスの平均圧力と同等の圧力となるように、作動ガスと同種のガスが封入されている。

ディスプレーサ２２は、第１区画２４に収容されているディスプレーサヘッド３２と、ディスプレーサロッド３４と、を備える。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサヘッド３２より細い軸部である。ディスプレーサ２２はその往復移動方向に平行である中心軸（図において一点鎖線Ａで示す）を有しており、ディスプレーサヘッド３２及びディスプレーサロッド３４はディスプレーサ２２の中心軸に同軸に設けられている。ディスプレーサ２２は内部空間を有しており、作動ガスと同種のガスで満たされている。

ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサヘッド３２からシール部２５を通って第２区画２６へと延在する。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするよう第２区画２６において膨張機本体２０により支持される。上述のシール部２５は例えば、ディスプレーサロッド３４と膨張機本体２０との間に形成されるロッドシールであってもよい。なお、ディスプレーサロッド３４もディスプレーサ２２と同様に内部空間を有している。ディスプレーサロッド３４はディスプレーサヘッド３２と接続しており、ディスプレーサ２２の内部空間と連通している。

第１区画２４は、ディスプレーサヘッド３２を囲むシリンダ部を形成する。このシリンダ部の底面とディスプレーサヘッド３２の先端面との間に膨張空間２８が形成されている。膨張空間２８は、ディスプレーサ２２の往復移動方向においてディスプレーサヘッド３２とディスプレーサロッド３４との接合部とは反対側に形成されている。この接合部とシール部２５との間には、接続管１２に接続されるガス空間３６が形成されている。

膨張機本体２０のシリンダ部の側面には、ディスプレーサヘッド３２の外周部に位置するように、蓄冷器３８が取り付けられる。より具体的には、蓄冷器３８は、ディスプレーサヘッド３２の外周部においてディスプレーサ２２の長手軸を中心軸とする円筒形状の領域に位置するように、膨張機本体２０のシリンダ部の側面に備えられる。膨張空間２８とガス空間３６との間の作動ガスの流通は蓄冷器３８を通じて可能である。

蓄冷器３８とガス空間３６の間には、水冷式熱交換器３７が設けられる。水冷式熱交換器３７は、圧縮機１１から供給された作動ガスを冷却し、その熱を膨張機１３の外部へ放出するための熱交換を実現する。また蓄冷器３８と冷却ステージ２９との間には、低温熱交換器３９が取り付けられる。

膨張機１３は、ディスプレーサ２２の往復移動方向における複数の異なる位置で、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようディスプレーサ２２を膨張機本体２０に支持する。そのために、膨張機１３は２つの支持部４０を備える。これら２つの支持部４０は第２区画２６に設けられている。このようにして、中心軸に対するディスプレーサ２２の傾動を抑制することができる。

支持部４０は上述の弾性部材３０を備える。弾性部材３０は、ディスプレーサ２２が中立位置から変位するときディスプレーサ２２に弾性的復元力が作用するように、ディスプレーサロッド３４と膨張機本体２０との間に配設されている。これにより、ディスプレーサ２２は、弾性部材３０のバネ定数、作動ガスの圧力に起因するバネ定数、およびディスプレーサ２２の重量から定まる固有振動数で往復移動する。

弾性部材３０は例えば、少なくとも１つの板バネを含むバネ機構を備える。板バネはフレクシャベアリングとも呼ばれるバネであり、ディスプレーサ２２の往復移動方向に柔軟であり、往復移動方向に垂直な方向に剛である。したがって、弾性部材３０により、ディスプレーサ２２はその中心軸に沿う方向への移動が許容されているが、それと直交する方向への移動は規制されている。ディスプレーサロッド３４は、弾性部材取付部５１を介して弾性部材３０に固定される。

このようにして、ディスプレーサ２２と弾性部材３０とからなる振動系が構成されている。この振動系は、圧縮機１１の可動部材１５の振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有してディスプレーサ２２が振動するよう構成されている。ディスプレーサ２２は、圧縮機１１の可動部材１５の振動によって生じる作動ガス圧力の脈動によって駆動される。ディスプレーサ２２及び圧縮機１１の可動部材１５の往復動によって膨張空間２８と圧縮機１１の作動ガス室との間に逆スターリングサイクルが形成される。こうして、膨張空間２８に隣接する冷却ステージが冷却され、スターリング冷凍機１０は対象物を冷却することができる。

続いて第１実施形態に係るスターリング冷凍機１０の蓄冷材積層構造について説明する。

図３は、あるスターリング冷凍機の蓄冷器１３８を概略的に示す断面図である。図３においては、ディスプレーサの図示を省略し、その中心軸を一点鎖線で示す。蓄冷器１３８は、ディスプレーサの中心軸と同軸に配設されている。

蓄冷器１３８は、容器外筒１５４及び容器内筒１５６を有する蓄冷材容器１５２を備える。容器内筒１５６はディスプレーサを案内するシリンダとして機能する。容器外筒１５４と容器内筒１５６との間に蓄冷材積層体１５８が収容されている。蓄冷材積層体１５８は、軸方向に積層された多数の金網部材１６０から形成されている。個々の金網部材１６０は、軸方向に垂直な平面に沿って延在する。蓄冷材積層体１５８の軸方向両端には一対の保持具１６２が設けられている。金網部材１６０は、環状またはドーナツ状の形状を有する。保持具１６２も同様に、環状またはドーナツ状の形状を有する。

一般に、金網部材１６０は、蓄冷材容器１５２の中の空間を完全に埋め、蓄冷材容器１５２と蓄冷材積層体１５８との間にクリアランスが生じないように寸法が定められている。しかし、実際には、図示されるように、蓄冷材積層体１５８と蓄冷材容器１５２との間には僅かなクリアランスが生じうる。容器外筒１５４と蓄冷材積層体１５８との間には外側クリアランス１６４ａが生じ、容器内筒１５６と蓄冷材積層体１５８との間には内側クリアランス１６４ｂが生じうる。こうしたクリアランスは、金網部材１６０の製造上の公差に起因する。あるいは、冷凍機運転中に冷却により、蓄冷材容器１５２に比べて蓄冷材積層体１５８に大きな熱収縮が生じ、それによりクリアランスが発生しうる。クリアランスは作動ガスの通路となる。作動ガスがクリアランスを流れると、作動ガスと蓄冷材との熱交換が有効に行われない。そのため、蓄冷器１３８の熱交換効率が低下してしまうことになる。僅かなクリアランスであっても、蓄冷器１３８の性能は顕著に低下しうる。

クリアランスを低減する一手法として考えられるのは、蓄冷器１３８の組立作業において蓄冷材積層体１５８を蓄冷材容器１５２に圧入することである。そのようにすれば、蓄冷材積層体１５８が蓄冷材容器１５２に密着するので、クリアランスが生じがたい。しかし、圧入作業には手間と時間がかかるので、蓄冷器１３８の製造コストが高くなる。また、蓄冷器１３８が一度作成された後で蓄冷材積層体１５８を交換することは事実上不可能である。

そこで、第１実施形態に係る蓄冷器３８は、組立作業性を向上しつつ、蓄冷材と容器とのクリアランスを低減し又は完全に除去することを指向する。

図４は、本発明の第１実施形態に係る蓄冷材の積層構造を概略的に示す図である。図５は、組立作業中の蓄冷器３８を概略的に示す断面図である。図６は、組立完了後の蓄冷器３８を概略的に示す断面図である。

蓄冷材積層体６０は、複数の変形可能な皿状蓄冷部材６２を備える。図４の左側に示されるように、皿状蓄冷部材６２の各々は、中空円すい台状に成形されている。図４の右側に示されるように、皿状蓄冷部材６２は、軸方向（図２と同様に矢印Ｃで示す）に入れ子状に重ねられて、蓄冷材積層体６０を形成する。

皿状蓄冷部材６２は、メタルファイバー（または金属繊維）の燒結体で形成されている。あるいは、皿状蓄冷部材６２は、発泡金属で形成されていてもよい。皿状蓄冷部材６２は、一枚以上の金網の積層物を備えてもよい。皿状蓄冷部材６２は、例えば７０％から８０％の空隙率を有する。このようにして、皿状蓄冷部材６２は、その前面と裏面との間を作動ガスが透過可能であるよう構成されている。

皿状蓄冷部材６２は、中心開口６４を定める径方向内縁６６と、径方向内縁６６と軸方向に異なる位置にある径方向外縁６８と、径方向内縁６６を径方向外縁６８に接続する接続部７０と、を備える。径方向内縁６６は、皿状蓄冷部材６２の前面と裏面をつなぐ円環状の内側面を有し、この内側面によって中心開口６４が定められている。中心開口６４は円形である。径方向外縁６８は、皿状蓄冷部材６２の前面と裏面をつなぐ円環状の外側面を有する。接続部７０は、径方向内縁６６を径方向外縁６８につなぐ軸方向に非垂直の傾斜面７０ａ、具体的には円すい面を有する。なお図４に径方向を矢印Ｂで示す。

図５に示されるように、蓄冷器容器７２は、軸方向に延在する容器外筒７４および容器内筒７６を備える。容器内筒７６はディスプレーサ２２（図５では破線で示す）を案内するシリンダとして機能する。容器内筒７６は、容器外筒７４と同軸に容器外筒７４の中に配設されている。よって、上述のように軸方向に入れ子状に重ねられた複数の変形可能な皿状蓄冷部材６２を収容する蓄冷材収容空間７８が、容器外筒７４と容器内筒７６との間に形成される。容器内筒７６は、容器外筒７４との間に筒間距離Ｇを有する。

皿状蓄冷部材６２の径方向内縁６６は容器内筒７６に合わせた形状を有しており、中心開口６４は容器内筒７６に貫通されている。皿状蓄冷部材６２の径方向外縁６８は、容器外筒７４に合わせた形状を有する。よって、容器内筒７６および容器外筒７４はそれぞれ径方向内縁６６および径方向外縁６８と概ね同様の円筒面を有する。なお、蓄冷材収容空間７８が皿状蓄冷部材６２を収容可能である限り、径方向内縁６６と容器内筒７６とは厳密に形状が一致する必要はなく、同様に径方向外縁６８と容器外筒７４とは厳密に形状が一致する必要はない。

未変形状態において、皿状蓄冷部材６２は、径方向内縁６６から径方向外縁６８への径方向距離Ｌ２より長い沿面長さＬ１を有する。ここで、沿面長さＬ１は、径方向内縁６６から接続部７０に沿って径方向外縁６８に至る長さである。径方向距離Ｌ２は筒間距離Ｇより短い。このようにして、皿状蓄冷部材６２の輪郭形状は、蓄冷器容器７２に遊挿可能であるように定められている。蓄冷器３８の組立作業において皿状蓄冷部材６２が蓄冷器容器７２に挿入されたとき、皿状蓄冷部材６２と蓄冷器容器７２との間にはクリアランス７９が形成される。

接続部７０は、皿状蓄冷部材６２に軸方向圧縮力が加わるとき径方向内縁６６と径方向外縁６８とが軸方向に相互に近づくとともに径方向内縁６６と径方向外縁６８とが径方向に相互に離れるよう変形可能である。言い換えれば、軸方向圧縮力のもとで、皿状蓄冷部材６２は、接続部７０の傾斜面７０ａの、軸方向に垂直な平面に対する傾斜角度θを小さくするよう変形可能である。

皿状蓄冷部材６２は弾性的に変形可能であることが望ましい。その場合、容器蓋部８０が取り外され軸方向圧縮力が解除されたとき皿状蓄冷部材６２は初期の形状に復元される。そうすれば、皿状蓄冷部材６２を蓄冷器容器７２に挿入するときと同様に、皿状蓄冷部材６２を蓄冷器容器７２から容易に取り外すことができる。

皿状蓄冷部材６２の前面と裏面をつなぐ外側面が軸方向圧縮力による変形前または変形後において容器外筒７４の表面と平行であるように径方向外縁６８が成形されていてもよい。同様に、皿状蓄冷部材６２の前面と裏面をつなぐ内側面が軸方向圧縮力による変形前または変形後において容器内筒７６の表面と平行であるように径方向内縁６６が成形されていてもよい。

また、蓄冷器容器７２は、蓄冷材収容空間７８の軸方向両端に配設された一対の容器蓋部８０を備える。一対の容器蓋部８０は、皿状蓄冷部材６２に軸方向圧縮力が加わるよう蓄冷材積層体６０を挟持する。容器蓋部８０は、蓄冷材積層体６０の軸方向末端面に適合する押さえ面８２を有する。押さえ面８２は、接続部７０と同様の円すい面または傾斜面である。あるいは、実際には皿状蓄冷部材６２の変形量はわずかであるので、押さえ面８２は平面であってもよい。

容器蓋部８０は、容器外筒７４および容器内筒７６と同じ金属材料で形成された環状またはドーナツ状のブロックであり、蓄冷器３８の内部と外部との間でガスを流通させるためのガス流通口（図示せず）を有する。図示の実施形態においては、容器蓋部８０の一方は容器外筒７４の端部に容器外筒７４と一体に形成され、容器蓋部８０の他方は容器内筒７６の端部に容器内筒７６と一体に形成されている。容器蓋部８０は、容器外筒７４および容器内筒７６に取付可能な別の部材として設けられていてもよい。

容器外筒７４は、図示しない外筒フランジを有し、容器内筒７６は、図示しない内筒フランジを有してもよい。外筒フランジは、容器外筒７４と一体形成された容器蓋部８０と軸方向反対側の容器外筒７４の端部に設けられ、当該端部から径方向外側に円板状に延在する。内筒フランジは、容器内筒７６と一体形成された容器蓋部８０と軸方向に同じ側の容器内筒７６の端部に設けられている。内筒フランジは、ディスプレーサ２２が挿通される中心貫通孔を有し、外筒フランジに沿って径方向外側に円板状に延在する。内筒フランジは、容器内筒７６の容器蓋部８０に軸方向に隣接し容器蓋部８０と一体に形成されている。外筒フランジと内筒フランジとは径方向外側部分でボルト等の締結部材によって相互に固定される。このようにして、両端の容器蓋部８０が相互に固定されてもよい。

蓄冷器３８の組立作業において容器蓋部８０が取り付けられたとき、容器蓋部８０から蓄冷材積層体６０に作用する軸方向圧縮力によって、皿状蓄冷部材６２の径方向内縁６６と径方向外縁６８とが軸方向に相互に近づくとともに径方向に相互に離れるよう変形する。こうして、図６に示されるように、皿状蓄冷部材６２の径方向内縁６６および径方向外縁６８がそれぞれ容器内筒７６および容器外筒７４に密着し、クリアランス７９を内外両側で埋められる。クリアランス７９が除去されるので、クリアランス７９への作動ガスの漏れによる蓄冷器３８の性能低下を防止することができる。

また、皿状蓄冷部材６２は蓄冷器容器７２に遊挿可能であるので、容易に脱着することができる。蓄冷器３８の組立作業性、およびメンテナンス等の際の分解容易性が向上される。

皿状蓄冷部材６２の寸法を例示すると、皿状蓄冷部材６２の軸方向高さＨは皿状蓄冷部材６２の直径Ｄの１／１００程度である。皿状蓄冷部材６２の厚さ（つまり前面から裏面への距離）は、軸方向高さＨより小さく、例えば軸方向高さＨの半分より小さい。軸方向圧縮力のもとでの皿状蓄冷部材６２の変形量は、軸方向高さＨの１／１０程度（つまり直径Ｄの１／１０００程度）である。クリアランス７９は、皿状蓄冷部材６２の変形量と同程度である。図示される接続部７０の傾斜角度やクリアランス７９の大きさなどいくつかの寸法は、理解を容易にするために便宜上誇張されて描かれていることに留意されたい。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

皿状蓄冷部材６２がすべて同じ構成を有する必要はない。ある皿状蓄冷部材６２が他の皿状蓄冷部材６２と異なる寸法を有し、及び／または材料で形成されていてもよい。個々の皿状蓄冷部材６２の空隙率や使用する材料を変えることで蓄冷器３８の温度分布に応じた様々な蓄冷材積層パターンが可能となる。例えば、蓄冷器３８の低温部に配置される皿状蓄冷部材６２が比較的低い空隙率を有し、蓄冷器３８の高温部に配置される皿状蓄冷部材６２が比較的高い空隙率を有してもよい。

容器蓋部８０は、軸方向圧縮力を調整可能であるよう構成されていてもよい。例えば、容器蓋部８０は、ボルト等の締結部材によって容器外筒７４および容器内筒７６に固定され、締結力が調整可能であってもよい。それにより、皿状蓄冷部材６２の変形量、および皿状蓄冷部材６２の蓄冷器容器７２への密着度が調節されてもよい。

図７および図８に示されるように、傾斜面（例えば円すい面）は皿状蓄冷部材６２の一部にのみ形成されていてもよい。図７の場合、皿状蓄冷部材６２は、径方向内縁６６と径方向外縁６８との間の中間部分に傾斜接続部８４を有する。図８の場合、皿状蓄冷部材６２は、傾斜内縁８６、傾斜外縁８８、および、これらを接続する平坦接続部９０を有する。

図９は、第２実施形態に係る蓄冷材の積層構造を概略的に示す図である。第２実施形態は、蓄冷器容器が単筒であり皿状蓄冷部材６２’が図４に示す中心開口６４を有しない点で第１実施形態と異なる。その余については、第２実施形態は第１実施形態と同様である。以下の説明では同様の箇所については冗長を避けるため説明を適宜省略する。

蓄冷器３８’は、蓄冷材収容空間を内部に形成するよう軸方向に延在する容器筒部７４’と、蓄冷材収容空間の軸方向両端に配設された一対の容器蓋部８０’を備える。複数の変形可能な皿状蓄冷部材６２’は、蓄冷材収容空間７８’内に軸方向に入れ子状に重ねられている。一対の容器蓋部８０’は、軸方向圧縮力が加わるよう皿状蓄冷部材６２’を挟持する。

皿状蓄冷部材６２’は、径方向中心部６６’と、径方向中心部６６’と軸方向に異なる位置にある径方向外縁６８’と、径方向中心部６６’を径方向外縁６８’に接続する接続部７０’と、を備える。皿状蓄冷部材６２’は、未変形状態において、容器筒部７４’の内寸Ｅより短い径方向外寸Ｆ１を有しかつ容器筒部７４’の内寸Ｅより長い径方向沿面長さ（すなわち、長さＦ２、長さＦ３、および長さＦ４の和）を有する。接続部７０’は、皿状蓄冷部材６２’に軸方向圧縮力が加わるとき径方向中心部６６’と径方向外縁６８’とが軸方向に相互に近づくとともに径方向中心部６６’から径方向外縁６８’が径方向に離れるよう変形可能である。

接続部７０’は、軸方向に垂直な平面に対する傾斜面を有する。具体的には、皿状蓄冷部材６２’の各々は、中空円すい台状に成形されている。あるいは、皿状蓄冷部材６２’の各々は、中空円すい状に成形されていてもよい。

このようにしても、軸方向圧縮力による皿状蓄冷部材６２’の変形によって蓄冷器３８’内のクリアランスを除去し、クリアランスへの作動ガスの漏れによる蓄冷器３８’の性能低下を防止することができる。また、皿状蓄冷部材６２’は容器筒部７４’に遊挿可能であるので、容易に脱着することができる。

蓄冷器３８および蓄冷器３８’は、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機、またはその他の蓄冷器式極低温冷凍機に使用することができる。蓄冷器３８’は、例えば、ＧＭ冷凍機のディスプレーサであってもよい。

３８ 蓄冷器、 ６２ 皿状蓄冷部材、 ６４ 中心開口、 ６６ 径方向内縁、 ６８ 径方向外縁、 ７０ 接続部、 ７４ 容器外筒、 ７６ 容器内筒、 ７８ 蓄冷材収容空間、 ８０ 容器蓋部、 Ｇ 筒間距離、 Ｌ１ 沿面長さ、 Ｌ２ 径方向距離。

Claims (6)

1. 極低温冷凍機の蓄冷器であって、
   軸方向に延在する容器外筒と、
   前記容器外筒との間に筒間距離を有して軸方向に延在し、前記容器外筒との間に蓄冷材収容空間を形成する容器内筒と、
   前記蓄冷材収容空間内に軸方向に入れ子状に重ねられた複数の変形可能な皿状蓄冷部材であって、前記皿状蓄冷部材の各々は、前記容器内筒に合わせた形状を有し前記容器内筒に貫通される中心開口を定める径方向内縁と、前記容器外筒に合わせた形状を有し前記径方向内縁と軸方向に異なる位置にある径方向外縁と、を備え、未変形状態において、前記筒間距離より短い前記径方向内縁から前記径方向外縁への径方向距離を有しかつ前記径方向距離より長い前記径方向内縁から前記径方向外縁への沿面長さを有する、複数の変形可能な皿状蓄冷部材と、
   前記蓄冷材収容空間の軸方向両端に配設され、軸方向圧縮力が加わるよう前記複数の変形可能な皿状蓄冷部材を挟持する一対の容器蓋部と、を備えることを特徴とする蓄冷器。
2. 前記皿状蓄冷部材の各々は、前記径方向内縁を前記径方向外縁に接続する接続部を備え、前記接続部は、前記軸方向圧縮力のもとで前記径方向内縁と前記径方向外縁とが軸方向に相互に近づくとともに前記径方向内縁と前記径方向外縁とが径方向に相互に離れるよう変形可能であることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷器。
3. 前記接続部は、軸方向に垂直な平面に対する傾斜面を有することを特徴とする請求項２に記載の蓄冷器。
4. 前記皿状蓄冷部材の各々は、中空円すい台状に成形されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄冷器。
5. 極低温冷凍機の蓄冷器であって、
   筒部内寸を有し、蓄冷材収容空間を内部に形成するよう軸方向に延在する容器筒部と、
   前記蓄冷材収容空間内に軸方向に入れ子状に重ねられた複数の変形可能な皿状蓄冷部材であって、前記皿状蓄冷部材の各々は、未変形状態において、前記筒部内寸より短い径方向外寸を有しかつ前記筒部内寸より長い径方向沿面長さを有する、複数の変形可能な皿状蓄冷部材と、
   前記蓄冷材収容空間の軸方向両端に配設され、軸方向圧縮力が加わるよう前記複数の変形可能な皿状蓄冷部材を挟持する一対の容器蓋部と、を備えることを特徴とする蓄冷器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の蓄冷器を備えることを特徴とする極低温冷凍機。

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