JP2550245Y2 - 蓄冷器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、冷凍機の冷却サイクルを効率良く営むため
に低温端近傍に配設して使用される蓄冷器に関するもの
である。

［従来の技術］ 蓄冷器を利用したものの１つに、スターリング冷凍機
がある。この冷凍機では、冷却効率を高めるために蓄冷
器をコールドヘッド近傍に置いて使用するようにしてい
る。第２図は、小型高効率化を更に高めるために蓄冷器
１をディスプレーサ２内に収容した例である。同図につ
いて簡単に説明すると、クランクケース３の直交位置に
シリンダ４、５が突設してあり、シリンダ４内に摺動可
能にディスプレーサ２を嵌装し、シリンダ５内に摺動可
能にピストン６を嵌装している。シリンダ４とディスプ
レーサ２の両端との間には反転拡縮される膨脹室７及び
ガス導入室８が形成され、両室７、８はディスプレーサ
２内に収容した蓄冷器１の内部で連通されている。一
方、シリンダ５とピストン６との間には圧縮室９が形成
され、この圧縮室９を連結配管10によって前記ガス導入
室８と接続している。そして、これらのピストン６及び
ディスプレーサ２をモータ11によって駆動されるクラン
ク12（または斜板）に連結し、90°異なる位相下に同期
駆動するようにしている。

このような構成により、この冷凍機は、圧縮室９でピ
ストン６によって加圧した高圧の作動ガス（Heなど）を
膨脹室７に送り込み、ディスプレーサ２の作動を利用し
て断熱膨脹させ、この時にコールドヘッド13に寒冷を得
て、再び圧縮室９にHeガスを送り戻すという周知のスタ
ーリングサイクルを繰り返し行うことができるようにな
っている。

しかして、蓄冷器１の果す役割を言えば、膨脹室７か
ら送り出されるHeガスから寒冷を得て、次に膨脹室７に
送り込まれるHeガスの予冷を行うことにある。このた
め、蓄冷器１は熱交換効率に優れていなければならず、
熱伝導率の大きい銅メッシュ等をエレメント1aにしてこ
れを積層構造にしたものが一般的に採用されている。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、前述したクランクケース３のクランク室14
内には、クランク12等を潤滑するために必要な油やグリ
ス等が入れられており、また、ピストン６の摺動隙間か
らシール15を通してHeガスが漏れ封入量が減少すること
を防ぐために同様のHeガスを充填している。このため、
該クランク室14内はオイルミスト及び油分蒸気の混合し
たHeガスが充満した状態にある。

しかし、このような構成は、次のような重大な問題を
生じさせる。すなわち、ピストン６の最大膨脹時に着目
すると、圧縮室９が減圧されるのに対してクランク室14
は加圧されるので、差圧によってクランク室14内のHeガ
スがシール15を通じて僅かずつ圧縮室９に逆流する。そ
して、逆流したHeガスが連結配管10を通って膨脹室７に
送り込まれる際にオイルミストを連行する。このため、
膨脹室７に臨む部位にはオイルミストが冷却されて凝固
し、徐々に堆積していく現象が生じる。そして、それが
ある程度の量に達した場合に、低温流路を塞いで圧損や
ロスを大きくしたり、ディスプレーサ摺動面に介在して
ディスプレーサ２を傷つけ破損に至らしめる等といった
事態を招く。このように、オイルミストが漏れること
は、冷凍機の効率や寿命に、遅速、致命的損害を与える
ことを意味する。

そこで、従来では、ベローズを用いてクランク室14と
圧縮室９との間を可撓的に密閉したり、連結配管10など
の流路にオイルのアドゾーバを取り付ける等の工夫が凝
らされている（図示省略）。しかし、前者ではベローズ
は耐久性に乏しくその上にベローズを組み込むために冷
凍機本体の体積を増大しなければならない不都合があ
り、後者ではアドゾーバが流路内のむだ容積や圧損の増
大を引き起こす割りにHeガスとの接触面積を十分確保で
きず所期のオイル除去効果が得られない欠点があって、
何れも十分な解決策とはなり得ないでいる。

本考案は、このような問題点に着目してなされたもの
であって、オイル対策のための適切な手段を講じること
を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、かかる目的を達成するために、メッシュエ
レメントを積層して構成される蓄冷器の高温端側エレメ
ント積層間に、オイルに対して吸着性のあるフィルタを
介設したことを特徴としている。

［作用］ 蓄冷器の高温端側エレメント積層間にフィルタを介設
しておくと、作動ガスがオイルミストを伴った状態で蓄
冷器内に導入されても膨脹室に至る前に除去されるの
で、オイル侵入を防ぐ手段として有効である。そして、
構造的な面から言えば、この部位は連結配管など他の部
位に比べて流路面積が広いため圧損がさほど問題になら
ず、しかも吸着面積を広くとれるので良好な吸着効果が
得られるメリットがあり、また、簡易に構成できるため
冷凍機の外形を大きくすることもない。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を第１図を参照して説明す
る。なお、第２図と共通する部分には同一符号を付して
ある。

第１図において、ディスプレーサ２内に本実施例の蓄
冷器21を収容している。この蓄冷器21は、図中細線で示
す銅メッシュエレメント1aの積層構造において、ディス
プレーサ高温端2aに近い部位にオイルに対して吸着性の
あるフィルタ1b（図中太線で示される）を介設してい
る。

フィルタ1bとしては、吸着材をメッシュ状に編んで銅
エレメント1aと同形の吸着エレメントをつくり、これを
蓄冷器製作過程で各銅エレメント1a間に間欠的に介挿す
るか、或いは、吸着作用のある粒状の物質を銅エレメン
ト1aの積層間に詰め込んでフィルタ1bとするか、これら
の２つが簡便なものとして先ず考えられる。エレメント
にする場合は、炭素繊維などの材料をメッシュに編んだ
上で焼成（例えば蒸焼きなど）し、表面を活性化する
と、吸着機能を高めることができる。吸着材と銅とでメ
ッシュを編んで兼用エレメントをつくるようにしてもよ
い。また、粒状のものを詰め込む場合は、アルミナとシ
リカの合成ゼオライト（含水ケイ酸塩）等が適用可能
で、表面にできる穴に選択的にオイルを捕獲させる。

しかして、このようなフィルタ1bを備えた蓄冷器21を
例えば第２図に示したスターリング冷凍機に適用すれ
ば、ガス導入室８にオイルミストが侵入しても、それが
蓄冷器21内に入って銅エレメント1aと熱交換を行う間に
複数段に配設された各フィルタ1bによって除去されるの
で、最終的に膨脹室７内にはオイルミストのないクリー
ンはHeガスを送り込むことができる。このため、オイル
が膨脹室７の近傍においてもたらしていた不具合を有効
に解決することができる。

そして、構造的な面から言えば、この部位は連結配管
10など他の部位に比べて流路面積が広いため圧損が問題
にならず、吸着面積を広くとれるわりにはむだ容積を増
大させることもないため、従来のアドゾーバに比べて優
れており、また、ダイヤフラムのように可動式ではない
ので耐久性に問題が生じるようなこともない。さらに、
このように蓄冷器21において吸着機能を実現すれば、冷
凍機の内部構造を殆ど変更しなくて良いので、既存の冷
凍機にも比較的簡単に適用できるメリットが得られる。

なお、フィルタは上述したものに限定されず、オイル
ミストを吸着できるものであればよい。また、蓄冷器は
必ずしもディスプレーサ収容形である必要はなく、適用
対象もスプリットスターリング冷凍機を始めとして他の
冷凍サイクルにも及ぶものである。その他、各部の断面
形状なども、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
が可能である。

［考案の効果］ 本考案の蓄冷器を用いれば、圧損やむだ容積の増大を
招かずに、コンパクトな構成で、しかも優れたオイル吸
着機能を備えることができるので、各種冷凍機に好適に
適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例をディスプレーサ収容状態で
示す部分拡大断面図、第２図は蓄冷器を備えた従来のス
ターリング冷凍機を示す全体断面図である。 1a……メッシュエレメント 1b……フィルタ 2a……高温端 21……蓄冷器

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】メッシュエレメントを積層して構成される
   蓄冷器において、前記エレメントの高温端側積層間に、
   オイルに対して吸着性のあるフィルタを介設したことを
   特徴とする蓄冷器。