JP2550248Y2 - Regenerator - Google Patents

Regenerator

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JP2550248Y2
JP2550248Y2 JP7645689U JP7645689U JP2550248Y2 JP 2550248 Y2 JP2550248 Y2 JP 2550248Y2 JP 7645689 U JP7645689 U JP 7645689U JP 7645689 U JP7645689 U JP 7645689U JP 2550248 Y2 JP2550248 Y2 JP 2550248Y2
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regenerator
working gas
flow passage
guide groove
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Description

【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、スターリングサイクル、GMサイクル、ソル
ベーサイクル、ヴェルミェールサイクル等による冷凍機
や、パルス管冷凍機等に適用される蓄冷器に関するもの
である。
[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to refrigerating machines applied to Stirling cycle, GM cycle, Solvay cycle, Vermier cycle, etc., and pulse tube refrigerators etc. It is.

[従来の技術] 蓄冷器は、冷凍機の常温側と低温側を接続する作動ガ
ス(He等)の流通ラインに介設され、低温側で冷却され
て常温側に送り出される作動ガスから寒冷を得て、新た
に常温側から低温側に送り込まれる作動ガスを予冷却す
る役割をなす。(作動ガスの時間当りの往復回数を作動
周波数という)。従来からの蓄冷器構造は、中空体状ケ
ーシングに常温側流路穴と低温側流路穴を穿設し、これ
らの流路穴間にエレメントを充填している。エレメント
には銅やリン青銅などの蓄冷材料をメッシュに編んだも
のが多く用いられ、これを常温側流路に臨む部位から低
温側流路に臨む部位までケーシング内に積層してある。
また、これにより蓄冷器がある作動周波数で使用される
とき、作動ガスが送り込まれる際の低温側流路でのガス
の温度をT1、作動ガスが送り出される際の低温側流路で
のガスの温度をT2、これらを通じて一定した常温側流路
でのガスの温度をThとすると、η=(Th−T1)/(Th
T2)×100で与えられるηを温度効率と呼び、その作動
周波数における蓄冷器の性能を表わす目安にしている
が、この温度効率ηは一般に99%以上が目標とされ、最
低でも98%以上のものが要求される。このような高い温
度効率を得るために、従来ではメッシュ目を細かくして
熱交換面積を大きくする工夫がされており、また、積層
端のエレメントに限っては目の粗いメッシュを用い、こ
こで作動ガスを平面方向に分散できるようにしている。
[Related Art] A regenerator is provided in a circulation line of a working gas (He or the like) connecting a normal temperature side and a low temperature side of a refrigerator, and cools the cooling gas from a working gas cooled at a low temperature side and sent to a normal temperature side. In addition, it serves to pre-cool the working gas newly sent from the normal temperature side to the low temperature side. (The number of reciprocations of the working gas per time is called an operating frequency). In a conventional regenerator structure, a normal temperature side flow passage hole and a low temperature side flow passage hole are formed in a hollow casing, and an element is filled between these flow passage holes. As the element, a material obtained by knitting a regenerative material such as copper or phosphor bronze into a mesh is often used, and the element is laminated in a casing from a portion facing the normal temperature side channel to a portion facing the low temperature side channel.
Further, when the regenerator is used at a certain operating frequency, the temperature of the gas in the low-temperature side passage when the working gas is sent is T 1 , and the gas in the low-temperature side passage when the working gas is sent out is T 1 temperature T 2 of the, when the temperature of the gas at the room temperature side flow passage constant through these and T h, η = (T h -T 1) / (T h -
Η given by T 2 ) × 100 is called temperature efficiency, which is a measure of the performance of a regenerator at its operating frequency. Generally, this temperature efficiency η is targeted at 99% or more, and at least 98% or more. Is required. In order to obtain such a high temperature efficiency, conventionally, measures have been taken to increase the heat exchange area by making the mesh finer, and a coarse mesh is used only for the element at the lamination end. The working gas can be dispersed in the plane direction.

[考案が解決しようとする課題] しかし、実際に冷凍機を稼動させると、蓄冷器の性能
は必ずしも上述した理論計算どおりにいかないことが多
い。例えば、4Hz以上の作動周波数に対応できる熱交換
面積を有しているはずの蓄冷器が、2〜2.5Hz程度で温
度効率が急激に97%前後にまで低下することがある。本
考案者は、数種類の蓄冷材料を用いて温度効率の対周波
数特性を求める実験を行い、これらを比較検討した結
果、その原因が蓄冷器の内部構造にあって、蓄冷器内を
通過する作動ガスの流速が速くなると目の粗いメッシュ
を配置しただけでは作動ガスが十分に分散されなくな
り、結果的にエレメントは一部しか機能できなくなると
の結論に至ったものである。
[Problem to be Solved by the Invention] However, when the refrigerator is actually operated, the performance of the regenerator often does not always follow the theoretical calculation described above. For example, a regenerator that should have a heat exchange area capable of coping with an operating frequency of 4 Hz or more may have a temperature efficiency that is sharply reduced to about 97% at about 2 to 2.5 Hz. The present inventor conducted experiments to determine frequency efficiency versus temperature characteristics using several types of regenerative materials, and as a result of comparing and examining them, the cause was found to be due to the internal structure of the regenerator and the operation passing through the regenerator. It was concluded that the working gas would not be sufficiently dispersed only by placing the coarse mesh when the gas flow rate was increased, and as a result, the element could only partially function.

本考案は、以上のような経緯によってなされたもので
あって、蓄冷器の内部構造を工夫することにより、対周
波数特性を改善してより高い周波数での使用を可能にす
ることを目的としている。
The present invention has been made in the above-described manner, and aims at improving the frequency characteristic and enabling use at higher frequencies by devising the internal structure of the regenerator. .

[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、次のような
構造を採用したものである。
[Means for Solving the Problems] The present invention employs the following structure to achieve the above object.

すなわち、本考案の蓄冷器は、中空体状ケーシングに
常温側流路穴と低温側流路穴を穿設し、これらの流路穴
間にエレメントを充填してなるものにおいて、少なくと
もエレメントの一端に臨むケーシング内面に前記流路穴
に連続する案内溝を設け、この案内溝に沿って、該流路
穴から導入される作動ガスをエレメント全域に分散させ
得るようにしたことを特徴としている。
In other words, the regenerator according to the present invention comprises a hollow body-shaped casing in which a normal temperature side flow path hole and a low temperature side flow path hole are formed, and an element is filled between these flow path holes. A guide groove that is continuous with the flow passage hole is provided on the inner surface of the casing facing the, and the working gas introduced from the flow passage hole can be dispersed along the guide groove throughout the element.

[作用] 従来では、作動周波数が高くなると、流路穴から導入
される作動ガスが該流路穴の開口形状に応じた方向に噴
流に近い状態となって流れ、エレメント全体に行き亘ら
なかったが、このものは流路穴に導入される作動ガスを
案内溝を通すことで特定方向の噴流が生じないように
し、エレメント全体に分散させて蓄冷器全体が有効に機
能し得るようにしたため、作動周波数が高くなっても、
所要の温度効率を十分に確保することが可能になる。
[Action] Conventionally, when the operating frequency is increased, the working gas introduced from the flow passage hole flows in a state close to a jet in a direction corresponding to the opening shape of the flow passage hole, and does not reach the entire element. However, in this case, the working gas introduced into the flow passage hole is prevented from generating a jet in a specific direction by passing through the guide groove, and is dispersed throughout the element so that the entire regenerator can function effectively. , Even if the operating frequency increases,
The required temperature efficiency can be sufficiently ensured.

[実施例] 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、スターリング冷凍機の膨脹シリンダ1内を
示す縦断面図である。膨脹シリンダ1内には摺動可能に
ディスプレーサ2が嵌装してあり、低温端2a側に形成さ
れる膨脹室3と常温端2b側に形成されるガスポート室4
とを該ディスプレーサ2内部で連通し、摺動動作ととも
に両室3、4間に作動ガスの流れを生ぜしめる。そし
て、ガスポート室4から膨脹室3内に圧縮した作動ガス
を十分に送り込んだ状態で図外のコンプレッサ等により
作動ガスを膨脹させてコールドヘッド1aに寒冷を得、そ
の後作動ガスをガスポート室4に送り出すという冷凍サ
イクルを繰り返す。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the inside of an expansion cylinder 1 of a Stirling refrigerator. A displacer 2 is slidably fitted in the expansion cylinder 1, and an expansion chamber 3 formed on the low temperature end 2a side and a gas port chamber 4 formed on the normal temperature end 2b side.
Are communicated inside the displacer 2 to generate a flow of working gas between the two chambers 3 and 4 together with the sliding operation. Then, while sufficiently compressing the working gas from the gas port chamber 4 into the expansion chamber 3, the working gas is expanded by a compressor or the like (not shown) to obtain cold in the cold head 1a. Repeat the refrigeration cycle of sending to 4.

そして、このディスプレーサ2に一体的に本発明の蓄
冷器Aを組み込んでいる。蓄冷器Aのケーシング5は、
円筒状の側板5aと、この側板5aの両端を蓋着する頂板5b
ならびに底板5cとからなっている。側板5aの頂部には第
1図および第2図に示すような放射方向の低温側流路穴
6が刻設してあり、この流路穴6を通じてケーシング5
内が膨脹室3に対して連通可能となっている。また、底
板5cには第1図に示すような屈曲した常温側流路穴7が
穿設してあり、この流路穴7を通じてケーシング5内が
ガスポート4に対して連通可能となっている。そして、
これらの流路穴6、7間に、リン青銅をメッシュに編ん
だ2種類のエレメント8a、8bを積層配置している。積層
端に配置されるエレメント8aは流入する作動ガスを平面
方向に分散させるためにメッシュ目を粗くしてあり、そ
れ以外の部位に配置されるエレメント8bは本来の蓄冷効
果を高めるためにメッシュ目を細かくしてある。
Then, the regenerator A of the present invention is integrated into the displacer 2. The casing 5 of the regenerator A
A cylindrical side plate 5a, and a top plate 5b covering both ends of the side plate 5a.
And a bottom plate 5c. At the top of the side plate 5a, a low-temperature side flow path hole 6 in the radial direction as shown in FIG. 1 and FIG.
The inside can communicate with the expansion chamber 3. Also, a bent room temperature side flow passage hole 7 as shown in FIG. 1 is formed in the bottom plate 5c, and the inside of the casing 5 can communicate with the gas port 4 through the flow passage hole 7. . And
Between these flow path holes 6 and 7, two types of elements 8a and 8b in which phosphor bronze is woven into a mesh are stacked and arranged. The element 8a arranged at the lamination end has a coarse mesh in order to disperse the flowing working gas in a plane direction, and the element 8b arranged in other parts has a mesh mesh in order to enhance the original cold storage effect. Has been refined.

このような構成において、本実施例ではさらに、前記
頂板5bの内面5b1に第3図に示すような放射状の案内溝9
a並びに円周状の案内溝9bを刻設している。案内溝9a
は、各流路穴6に連続し得る部位から中心部に向かって
徐々に幅及び溝深さを縮小させつつ延びる開口形状をな
し、案内溝9bは一定の幅及び溝深さで周回し前記各案内
溝9aと略中間部分において交叉する開口形状をなしてい
る。
In such a configuration, the present embodiment also includes guide radial as shown in FIG. 3 the inner surface 5b 1 of the top plate 5b grooves 9
a and a circumferential guide groove 9b are engraved. Guide groove 9a
Has an opening shape that gradually decreases in width and groove depth from a portion that can be continuous with each flow path hole 6 toward the center, and the guide groove 9b circulates at a constant width and groove depth. Each of the guide grooves 9a has an opening shape that crosses at a substantially intermediate portion.

しかして、蓄冷器4をこのような構造に設けておく
と、膨脹室3から低温側流路穴6に導入された作動ガス
はこれらの案内溝9a、9bの案内作用を受けて特定方向に
集束しにくくなり、中心に向かう流れと円周方向に沿う
流れとを生じつつ平面的に分散してエレメント8aの全域
にムラなく侵入して行けることになる。また、作動周波
数が高くなって流速が増すと、それらの案内作用も次第
に大きくなるため、分散の効果はより実効を伴うことに
なる。このため、図示スターリング冷凍機を従来に比し
てより高い周波数で使用しても、蓄冷器Aにおいて正常
な機能が確保できるため、理論計算に近い温度効率で適
確に作動させることが可能となるものである。そして、
このような高サイクル運転が可能になることで冷凍能力
が向上し、その結果、冷凍機の小型化を図り得るものと
なり、しかも、コンプレッサ等をモータと接続して駆動
する際の減速機構が簡単になり、さらに一般の汎用モー
タで直接駆動できるようになる等、冷凍機にとって極め
て大きい効果がもたらされることになる。
If the regenerator 4 is provided in such a structure, the working gas introduced from the expansion chamber 3 into the low-temperature side flow passage hole 6 receives the guide action of the guide grooves 9a and 9b and moves in a specific direction. It is difficult to converge, and a flow toward the center and a flow along the circumferential direction are generated, dispersed in a plane, and can uniformly enter the entire area of the element 8a. Also, when the operating frequency increases and the flow velocity increases, their guiding action also increases, so that the dispersion effect becomes more effective. For this reason, even if the illustrated Stirling refrigerator is used at a higher frequency than the conventional one, the normal function of the regenerator A can be ensured, so that it is possible to operate properly with a temperature efficiency close to the theoretical calculation. It becomes. And
Such high-cycle operation improves the refrigerating capacity, and as a result, the size of the refrigerating machine can be reduced, and the deceleration mechanism for driving a compressor or the like connected to the motor is simple. , And can be driven directly by a general-purpose motor.

なお、案内溝の形状は図示例に限定されるものではな
く、ケーシング頂板5bが側板5aに対して別体に設けられ
る場合は第4図に示すようなものであってもよい。図示
のものは、頂板内面5b1の各低温側流路穴6に対応した
部位から中心に向かって漸次縮小する螺旋溝10を刻設
し、周方向の分散効果と径方向の分散効果とを同時に奏
することができるようにしたものである。また、このよ
うな案内溝は、底板5cの内面に常温側流路穴7と連続さ
せて設けてもよく、その場合はガスポート室4から下端
のエレメント8aに導入される作動ガスに分散効果を与え
ることができる。さらに、本考案を独立形の蓄冷器とし
て使用してもよいのは勿論であり、適用対象もスターリ
ング冷凍機に限らない。
The shape of the guide groove is not limited to the illustrated example, and may be as shown in FIG. 4 when the casing top plate 5b is provided separately from the side plate 5a. Those shown, engraved spiral groove 10 to gradually reduce toward the center from the portion corresponding to the respective low-temperature side flow passage holes 6 of the top plate inner surface 5b 1, the circumferential direction of the dispersion effect and radially and a dispersion effect It is designed to be played at the same time. Further, such a guide groove may be provided on the inner surface of the bottom plate 5c so as to be continuous with the room temperature side flow passage hole 7. In this case, the working gas introduced from the gas port chamber 4 to the lower end element 8a has a dispersing effect. Can be given. Further, the present invention may of course be used as a stand-alone regenerator, and the application is not limited to the Stirling refrigerator.

[考案の効果] 本考案は、流路穴から導入される作動ガスを案内溝に
よって分散し、エレメントに全域から流入させることで
蓄冷器全体が有効に機能し得るようにした構造により、
作動周波数が高くなっても所要の温度効率が十分に得ら
れるようにし、その結果、冷凍機の冷凍能力を有効に向
上させることのできる蓄冷器を提供できるものである。
[Effects of the Invention] The present invention has a structure in which the working gas introduced from the flow passage hole is dispersed by the guide groove and flows into the element from the entire area, so that the entire regenerator can function effectively.
It is possible to provide a regenerator capable of sufficiently obtaining required temperature efficiency even when the operating frequency is increased, and as a result, capable of effectively improving the refrigerating capacity of the refrigerator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図〜第3図は本考案の一実施例を示し、第1図はス
ターリング冷凍機に適用した状態で示す縦断面図、第2
図は低温側流路穴を示す一部を取り除いた部分拡大斜視
図、第3図は案内溝が設けられているケーシング内面を
示す斜視図である。また、第4図は本考案の他の実施例
を示す第3図相当の斜視図である。 5……ケーシング、5b1……内面 6……低温側流路穴、7……高温側流路穴 8a、8b……エレメント 9a、9b、10……案内溝
1 to 3 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a state where the present invention is applied to a Stirling refrigerator.
The figure is a partially enlarged perspective view showing a low-temperature side flow path hole with a part removed, and FIG. 3 is a perspective view showing an inner surface of a casing provided with a guide groove. FIG. 4 is a perspective view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the present invention. 5 Casing, 5b 1 Inner surface 6 Low-temperature channel hole, 7 High-temperature channel hole 8a, 8b Element 9a, 9b, 10 Guide groove

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】中空体状ケーシングに常温側流路穴と低温
側流路穴を穿設し、これらの流路穴間にエレメントを充
填してなるものにおいて、少なくともエレメントの一端
に臨むケーシング内面に前記流路穴に連続する案内溝を
設け、この案内溝に沿って、該流路穴から導入される作
動ガスをエレメント全域に分散させ得るようにしたこと
を特徴とする蓄冷器。
1. A hollow body-like casing having a normal temperature side flow path hole and a low temperature side flow path hole, and an element filled between these flow path holes, wherein at least an inner surface of the casing facing one end of the element. And a guide groove continuous with the flow passage hole, and the working gas introduced from the flow passage hole can be dispersed throughout the element along the guide groove.
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