JP2534176Y2 - 冷凍機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は例えば赤外線素子や超
伝導体を極低温、一般には１００Ｋ以下の温度に冷却す
るスターリング冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来のスターリング冷凍機の構成
例を示す。図に示したスターリング冷凍機はスプリット
式スターリング冷凍機と呼ばれるもので、スターリング
冷凍機の代表的一例であり、図４において、スプリット
式スターリング冷凍機は大きく分けて１の圧縮機と２の
コールドフィンガとこれらを結ぶ連結管３より構成され
る。前記圧縮機１はシリンダ４とピストン５を備え、前
記ピストン５は連接棒６とクランク７を介して図には示
されていないが電動機によって駆動され、前記シリンダ
４内部を往復する構造となっている。前記シリンダ４の
上部にはシリンダヘッド８がとりつけられ、前記シリン
ダヘッド８でしきられた内部空間を圧縮室と呼ぶ。前記
クランク７等の前記ピストン５を駆動する機構部材はハ
ウジング１０内に収められ、前記ピストン５によって前
記圧縮室９と仕切られた前記ハウジング１０内の空間を
バルク室１１と呼ぶ。前記シリンダ４、前記シリンダヘ
ッド８及び前記ハウジング１０は互いに外部と気密性を
保つように接合され、内部の前記圧縮室９や前記バルク
室１１には例えばヘリウム、水素などの高圧の作動ガス
が封入されている。前記ピストン５の側面には、前記シ
リンダ４との間のすきまを作動がガスが通過しないよう
にピストンリング１２が装着されている。また、外部へ
の放熱性を高めるために前記シリンダヘッド８上部には
並列に配置された複数のガス流通孔２８が設けられた放
熱器２７と、前記シリンダ４の外面にはフィン１３が設
けられている。

【０００３】一方前記コールドフィンガ２は円筒状の低
温シリンダ１４内を摺動自在に往復するディスプレーサ
１５を有している。前記低温シリンダ１４内部の空間は
前記ディスプレーサ１５によって２分割されており、前
記ディスプレーサ１５より上方の空間を低温室１６、下
方の空間を高温室１７と呼ぶ。前記ディスプレーサ１５
内部には再生器１８とガス通過孔１９が設けられ、前記
低温室１６と前記高温室１７は前記再生器１８と前記ガ
ス通過孔１９を介して連通しており、前記再生器１８内
には蓄冷材２０が充てんされている。前記低温シリンダ
１４と前記ディスプレーサ１５のすきまを作動ガスが通
過しないように、前記ディスプレーサ１５の側面にはシ
ールリング２１がはめ込まれている。前記コールドフィ
ンガ２の下部には制御シリンダ２２と制御室２３が設け
られ、前記ディスプレーサ１５の下端にとりつけられて
いる制御ピストン２４は前記高温室１７と前記制御シリ
ンダ２２を通り抜け前記制御室２３に突出している。前
記制御シリンダ２２と前記制御ピストン２４のすきまを
作動ガスが通過しないように前記制御シリンダ２２には
シールリング２５が取付けられている。上記したコール
ドフィンガ２の各室は前記圧縮機１と同様に例えばヘリ
ウム、水素などの高圧の作動ガスが封入されている。

【０００４】前記圧縮機１の放熱器２７と前記コールド
フィンガ２の高温室１７は前記連結管３を介して連通し
ている。また、前記圧縮室９、前記放熱器２７内部の空
間、前記連結管３内部の空間、前記低温室１６、前記高
温室１７、前記再生器１８及び前記ガス通過孔１９は互
いに連通しており、これらの室全体を総合して作動室２
６と呼ぶ。

【０００５】上記のように構成された従来の冷凍機の動
作について説明する。ピストン５はシリンダ４の内部を
往復することによって、圧縮室９から低温室１６に至る
作動室２６のガス圧力に正弦状の波動を与える。一方、
バルク室１１は、その容積がピストン５の行程容積より
充分に大きいため、内部のガス圧力はピストン５が往復
運動してもあまり変化しない。コールドフィンガ２の制
御シリンダ２２にとりつけられたシールリング２５は、
前述の作動室２６のガスの圧力波動のように短い周期の
圧力変化に対してはほぼ完全に密封するが長時間的にみ
れば密封は不完全であるので、制御室２３内のガス圧は
ほぼ作動室２６内のガス圧の平均値に保たれる。

【０００６】図５から図８は従来装置の動作原理を冷凍
サイクルの順を追って説明するものである。図５に示し
たサイクルの一過程において、圧縮機１のピストン５は
シリンダ４内の下方に位置し、コールドフィンガ２のデ
ィスプレーサ１５は低温シリンダ１４上方に位置してい
る。

【０００７】図５から図６に至る間にピストン５は上昇
して作動室２６のガスを圧縮する。圧縮によって生じた
熱は、ガスが放熱器の並列に配置されたガス流通孔を通
過する際、外部へと放熱される。図６の時点において作
動室２６のガス圧力は制御室２３内のガス圧力よりも大
きくなっており、この差圧によって制御ピストン２４に
生ずる下向きの力は、シールリング２１及び２５の静摩
擦力に打ちかってディスプレーサ１５を下方へと動かし
始め、図７に示すように低温シリンダ１４の下部へ移動
させる。このディスプレーサ１５の移動に伴って高温室
１７のガスは再生器１８を通って低温室１６に移り、こ
のとき再生器１８に充てんされている蓄冷材２０は通過
するガスから熱を吸収しガスを温度降下させる。

【０００８】図７から図８に至る過程で圧縮機１のピス
トン５は下降し作動室２６のガスを膨張させ、この膨張
によって低温室１６内のガスはさらに温度降下し、コー
ルドフィンガ２上部の周囲から熱を吸収する。この吸熱
作用が冷凍機としての被冷除体を冷除する役割を担う。
作動室２６ではガスの膨張により圧力が低下するので、
図８の時点では作動室２６内より制御室２３の方がガス
圧は大きくなっている。この差圧によって制御ピストン
２４に上向きにかかる力はシールリング２１及び２５の
静摩擦力に討ちかって、ディスプレーサ１５を上方へと
動かし始め、図５に示したように低温シリンダ１４の上
部へ移動させる。

【０００９】このディスプレーサ１５の移動に伴って低
温室１６の低温ガスは再生器１８を通過し、再生器１８
内の蓄冷材２０に冷熱を蓄えるとともにガス自身は温度
上昇しながら高温室１７へ流入する。以上のようなサイ
クルをくり返すことによって、冷凍運動がおこなわれ
る。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】以上のような従来装置
には、以下に述べる課題があった。図５から図６に示し
たピストン５が上昇して作動室２６のガスを圧縮する過
程において、圧縮室９から放熱器２７の並列に配置され
た各々のガス流通孔２８までの流路抵抗が異なるため、
作動ガスは流路抵抗が少ない放熱器２７の並列に配置さ
れた複数のガス通過孔２８の中央部しか通過しないの
で、圧縮によって生じた熱は放熱器で充分放熱されず、
温度が高いまま高温室１７へ流入する。冷凍機の冷凍効
率は高温室１７のガス温度が高くなると低下するので、
従来の装置は冷凍効率が低いという課題があった。

【００１１】この考案はかかる課題を解決するためにな
されたもので、圧縮によって生じた熱を充分外気に放熱
することによって冷凍機の冷凍効率を高めることを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この考案の冷凍機は並列
に配置された複数のガス流通孔が設けられた放熱器と圧
縮室との間に整流器を備えたものである。

【００１３】

【作用】この考案においては、圧縮室を出た作動ガスは
整流器を通過する際、整流器によって整流されて、放熱
器の並列に配置された複数のガス流通孔の全てを均等に
通過するため、圧縮によって生じた熱を効率良く放熱で
き、高温室のガス温度上昇を抑制する。

【００１４】

【実施例】図１はこの考案の一実施例を示す断面図であ
り、コールドフィンガ２と連結管３は従来装置と全く同
じもので、圧縮機１は放熱器２７と圧縮室９との間に金
網２９の整流器が取り付けられている点が従来装置と異
なり、他は全く同じ構成である。

【００１５】また、上記実施例では金網２９の整流器を
使用した場合について説明したが、図２に示す多孔ディ
スク３０の整流器を使用しても、上記実施例と同様の効
果を奏する。

【００１６】図３に多孔ディスク３０の詳細を示す。前
記多孔ディスク３０は例えばセラミック等で製作され、
薄い板に多数のガス流通孔３１が設けられている。前記
多孔ディスク３０のガス流通孔３１は前記放熱器２７の
ガス流通孔２８と直列に配置されて、前記圧縮室９と前
記放熱器２７のガス流通孔２８は前記整流器３０のガス
流通孔３１を介して連通している。

【００１７】上記のような考案の冷凍機は冷凍を発生す
る原理は従来の冷凍機と全く同じであるが、圧縮過程に
おいて、作動ガスは前記整流器を通過する際、前記整流
器によって整流されて、前記放熱器２７の並列に配置さ
れた複数のガス流通孔２８の全てを均等に通過するた
め、圧縮によって生じた熱は、従来装置よりも効率良く
外部へ放熱できる。

【００１８】したがって、この考案の冷凍機では、作動
ガスは整流器により整流されて、放熱器２７の並列に配
置された複数のガス流通孔２８の全てを均等に通過し、
圧縮によって生じた熱を効率良く放熱できるので高温室
１７のガス温度上昇を抑制でき、冷凍効率が高い冷凍機
を実現できる。

【００１９】

【考案の効果】この考案は以上説明したとおり、放熱器
と圧縮室との間に整流器を設けるという簡単な構造によ
って、放熱器の効率を高め、作動ガスの温度上昇をおさ
えることができるので、冷凍効率を高めるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を示す断面図である。

【図２】この考案の一実施例を示す断面図である。

【図３】この考案の一実施例を示す図である。

【図４】従来装置の構造を示す断面図である。

【図５】従来の冷凍機の動作原理を説明するための断面
図である。

【図６】従来の冷凍機の動作原理を説明するための断面
図である。

【図７】従来の冷凍機の動作原理を説明するための断面
図である。

【図８】従来の冷凍機の動作原理を説明するための断面
図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ コールドフィンガ ３ 連結管 ４ シリンダ ５ ピストン ８ シリンダヘッド ９ 圧縮室 １４ 低温シリンダ １５ ディスプレーサ １６ 低温室 １７ 高温室 ２７ 放熱器 ２８ ガス流通孔 ２９ 金網 ３０ 多孔ディスク ３１ ガス流通孔

フロントページの続き (72)考案者 清田 浩之 鎌倉市上町屋325番地 三菱電機株式会 社 鎌倉製作所内 (56)参考文献 特開 昭64−46543（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−228267（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の低温シリンダと、前記低温シリン
   ダの内部を低温室と高温室に分け、かつ前記低温シリン
   ダを往復運動するディスプレーサを備えたコールドフィ
   ンガと、シリンダと、前記シリンダの一端面をふさぐシ
   リンダヘッドと、前記シリンダの中を往復運動するピス
   トンと、前記シリンダ、前記シリンダヘッド及び前記ピ
   ストンによって仕切られた圧縮室と、前記圧縮室に連通
   し、かつ並列に配置された複数のガス流通孔が設けられ
   た放熱器と、前記放熱器と前記圧縮室との間に上記放熱
   器の複数のガス流通孔と連通し上記圧縮室からの作動ガ
   スを整流する複数のガス流通孔を有する整流器を備えた
   圧縮機と、前記コールドフィンガの高温室と前記圧縮機
   の前記放熱器とを連結させる連結管とを具備したことを
   特徴とする冷凍機。