JP2731142B1 - Regenerator - Google Patents
RegeneratorInfo
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- JP2731142B1 JP2731142B1 JP25722396A JP25722396A JP2731142B1 JP 2731142 B1 JP2731142 B1 JP 2731142B1 JP 25722396 A JP25722396 A JP 25722396A JP 25722396 A JP25722396 A JP 25722396A JP 2731142 B1 JP2731142 B1 JP 2731142B1
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Abstract
【要約】
【課題】 冷媒ガスとの熱交換効率を向上するととも
に、余分な工程を省いて蓄冷器を通過する冷媒ガスの貫
通面積や貫通経路長などの流路特性を要求どおり正しく
設定することができ、かつプレート及びケーシングの設
計自由度の高い蓄冷器を実現することができる有益な技
術の提供。
【解決手段】 ケーシングの内部にプレート積層体を実
装し、プレート積層体とケーシング内を通過する気体と
の間で熱を交換する再生式熱交換器において、プレート
積層体23を構成する角型プレート30は、多角形形状
のステンレス薄板に所定のパターンの細孔31が形成さ
れ、また外周の縁辺部にプレート厚を薄くした薄肉部3
2が設けられている。ケーシング22aへの充填に際
し、角型プレート30の細孔31のパターンを視覚的に
捉え、外形形状を確認して所定の回転角で挿入されるた
め、所望の流路特性を容易に設定される。Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heat exchange efficiency with a refrigerant gas and to set an appropriate flow path characteristic such as a penetration area and a penetration path length of a refrigerant gas passing through a regenerator by omitting an extra step. The present invention provides a useful technology capable of realizing a regenerator having a high degree of freedom in designing a plate and a casing. SOLUTION: In a regenerative heat exchanger in which a plate laminate is mounted inside a casing and heat is exchanged between the plate laminate and a gas passing through the casing, a square plate constituting the plate laminate 23 is provided. Reference numeral 30 denotes a thin-walled portion 3 in which a predetermined pattern of pores 31 is formed in a polygonal stainless steel thin plate, and a plate thickness is reduced on the outer peripheral edge.
2 are provided. When filling the casing 22a, the pattern of the pores 31 of the square plate 30 is visually grasped, the outer shape is confirmed, and the casing is inserted at a predetermined rotation angle, so that desired flow path characteristics can be easily set. .
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、逆スターリング冷
凍機、GM冷凍機又はパルス管冷凍機などの極低温冷凍
機に用いられる蓄冷器(再生式熱交換器又はリジェネレ
ータとも言う)に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a regenerator (also called a regenerative heat exchanger or regenerator) used in a cryogenic refrigerator such as an inverse Stirling refrigerator, a GM refrigerator or a pulse tube refrigerator.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は蓄冷器の利用例を示す図であり、
特に限定しないが、逆スターリング冷凍機(以下「冷凍
機」と略す)の模式構成図である。この冷凍機は、概
略、二つのシリンダ装置1、2とその間を接続する配管
3とから構成されている。図面右側のシリンダ装置1は
「圧縮シリンダ」と呼ばれるもの、図面左側のシリンダ
装置2は「膨張シリンダ」と呼ばれるものであり、以
下、これらの通称で呼ぶことにする。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a diagram showing an example of use of a regenerator.
Although not particularly limited, it is a schematic configuration diagram of a reverse Stirling refrigerator (hereinafter abbreviated as “refrigerator”). This refrigerator generally comprises two cylinder devices 1 and 2 and a pipe 3 connecting between the two cylinder devices. The cylinder device 1 on the right side of the drawing is called a “compression cylinder”, and the cylinder device 2 on the left side of the drawing is called an “expansion cylinder”.
【0003】圧縮シリンダ1は、所定の周期で往復動す
るピストン(以下「圧縮ピストン」)4によって内部を
2室に画成し、圧縮ピストン4が上死点位置(図示の位
置)のときに容積を最小とする室(以下「圧縮室」)5
を、配管3に連通させて構成する。なお、6は気密性確
保のためのシール部材である。膨張シリンダ2は、所定
の周期で往復動するピストン(以下「膨張ピストン」)
7と、この膨張ピストン7に内装された蓄冷器8と、膨
張ピストン7が上死点位置(図示の位置は中間点位置)
のときに容積を最小とする室(以下「膨張室」)9と、
膨張室9の室壁を兼ねるとともに被冷却体10に接する
冷却部11と、を備えている。なお、12〜14は気密
性確保のためのシール部材である。The interior of the compression cylinder 1 is divided into two chambers by a piston (hereinafter, "compression piston") 4 reciprocating at a predetermined cycle, and when the compression piston 4 is at a top dead center position (position shown). Chamber with minimum volume (hereinafter "compression chamber") 5
Is connected to the pipe 3. Reference numeral 6 denotes a seal member for ensuring airtightness. The expansion cylinder 2 is a piston that reciprocates at a predetermined cycle (hereinafter, “expansion piston”).
7, the regenerator 8 provided inside the expansion piston 7, and the expansion piston 7 at the top dead center position (the position shown is the middle position).
A chamber (hereinafter referred to as an “expansion chamber”) 9 having a minimum volume at the time of
A cooling unit 11 which also serves as a chamber wall of the expansion chamber 9 and is in contact with the cooled object 10. Reference numerals 12 to 14 are seal members for ensuring airtightness.
【0004】蓄冷器8は、両端開放の円筒状ケーシング
内に、蓄冷材としてマトリックスと呼ばれる多数枚(た
とえば1000枚以上)の円型メッシュプレートを積層
状態に充填して構成される。圧縮室5と膨張室9との間
は、配管3、膨張ピストン7の側面孔7a、蓄冷器8の
内部、及び、膨張ピストン7の端面孔7bを介して連通
しており、これら連通各部に、ヘリウム、水素又は窒素
等の高圧の冷媒ガスが充填されている。The regenerator 8 is formed by filling a large number (for example, 1000 or more) of circular mesh plates called a matrix as a regenerator material in a cylindrical casing open at both ends. The communication between the compression chamber 5 and the expansion chamber 9 is via the pipe 3, the side hole 7 a of the expansion piston 7, the inside of the regenerator 8, and the end surface hole 7 b of the expansion piston 7. , High pressure refrigerant gas such as helium, hydrogen or nitrogen.
【0005】このような構成の冷凍機は、逆スターリン
グサイクル、すなわち、「等温圧縮行程」、「等容放熱
行程」、「等温膨張行程」及び「等容吸熱行程」の四つ
の行程からなるサイクルを繰り返し実行する。図7は上
記冷凍機のピストン軌跡図である。実線のサインカーブ
Aは膨張ピストン2の往復動軌跡を示し、一点鎖線のサ
インカーブBは圧縮ピストン1の往復動軌跡を示してい
る。なお、黒丸(●)は上死点、黒三角(▲)は中間
点、白丸(○)は下死点を表している。この軌跡図から
理解されるように、圧縮ピストン1と膨張ピストン2の
往復動周期は一致し、かつ、圧縮ピストン1の周期が1
/4周期(位相角で90度)遅れている。The refrigerating machine having such a configuration has a reverse Stirling cycle, that is, a cycle including four strokes of an "isothermal compression stroke", an "isothermal radiation stroke", an "isothermal expansion stroke", and an "isothermal heat absorption stroke". Is repeatedly executed. FIG. 7 is a piston locus diagram of the refrigerator. A solid sine curve A indicates a reciprocating locus of the expansion piston 2, and a dashed sine curve B indicates a reciprocating locus of the compression piston 1. In addition, a black circle (●) indicates a top dead center, a black triangle (▲) indicates a middle point, and a white circle (O) indicates a bottom dead center. As can be understood from this trajectory diagram, the reciprocating motion cycle of the compression piston 1 and the expansion piston 2 matches, and the cycle of the compression piston 1 is 1
/ 4 cycle (90 degrees in phase angle).
【0006】以下、各行程の動作を説明すると、 (1)等温圧縮行程では、圧縮室5内の冷媒ガスが圧縮
され、この圧縮によって生じた熱は配管3から外部に逃
がされ等温過程となる。 (2)等容放熱行程では、圧縮された冷媒ガスがその容
積を変えることなく膨張室9に移送されるが、移送経路
中の蓄冷器8は、前のサイクルの等容吸熱行程で冷却さ
れているため、この蓄冷器8によって熱交換が行われ、
膨張室9には充分に冷やされた冷媒ガスが移送される。 (3)等温膨張行程では、膨張室9の容積拡大に伴い、
同室9内の冷媒ガスが周囲の熱(主に冷却部11の熱)
を奪いながら等温膨張する。 (4)等容吸熱行程では、等温膨張した冷媒ガスがその
容積を変えることなく圧縮室5に移送されるが、移送経
路中の蓄冷器8は、前の等容放熱行程で熱を蓄えている
ため、低温の冷媒ガスと高温の蓄冷器8との間で熱交換
が行われ、蓄冷器8は冷やされ、冷媒ガスの温度は上昇
して1サイクルが完了する。The operation of each process will be described below. (1) In the isothermal compression process, the refrigerant gas in the compression chamber 5 is compressed, and the heat generated by this compression is released from the pipe 3 to the outside, and the isothermal process is performed. Become. (2) In the equal volume heat radiation process, the compressed refrigerant gas is transferred to the expansion chamber 9 without changing its volume, but the regenerator 8 in the transfer path is cooled by the equal volume heat absorption process in the previous cycle. Therefore, heat exchange is performed by the regenerator 8,
A sufficiently cooled refrigerant gas is transferred to the expansion chamber 9. (3) In the isothermal expansion process, as the volume of the expansion chamber 9 increases,
The refrigerant gas in the same room 9 is the surrounding heat (mainly the heat of the cooling unit 11).
While isothermally expanding. (4) In the equal volume heat absorption process, the refrigerant gas that has expanded isothermally is transferred to the compression chamber 5 without changing its volume, but the regenerator 8 in the transfer path stores heat in the previous equal volume heat radiation process. Therefore, heat exchange is performed between the low-temperature refrigerant gas and the high-temperature regenerator 8, the regenerator 8 is cooled, the temperature of the refrigerant gas rises, and one cycle is completed.
【0007】次に、蓄冷器が内装されたシリンダ装置、
特に膨張シリンダの詳細について図8を参照して説明す
る。図8において、20は膨張シリンダ(図6の膨張シ
リンダ2に相当)である。膨張シリンダ20は、シリン
ダ本体21の内部に所定の周期(図12のサインカーブ
A参照)で往復動するピストン22を実装しており、こ
のピストン22は、筒状のケーシング22aと、該筒状
のケーシング22aに蓄冷材として実装された円型のプ
レート積層体23と、該ケーシング22aの下端側開放
口を閉鎖する中実部22bと、ケーシング22aの上端
に穿設された開口22cと、中実部22bの上端−側面
間に穿設された連通路22dとを含む蓄冷器24を備え
ている。Next, a cylinder device in which a regenerator is housed,
In particular, details of the expansion cylinder will be described with reference to FIG. 8, reference numeral 20 denotes an expansion cylinder (corresponding to the expansion cylinder 2 in FIG. 6). The expansion cylinder 20 has a piston 22 that reciprocates at a predetermined cycle (see a sine curve A in FIG. 12) inside a cylinder main body 21. The piston 22 includes a cylindrical casing 22a and a cylindrical casing 22a. A circular plate laminate 23 mounted on the casing 22a as a cold storage material, a solid portion 22b for closing an opening at a lower end side of the casing 22a, an opening 22c formed at an upper end of the casing 22a, The regenerator 24 includes a communication passage 22d formed between the upper end and the side surface of the real part 22b.
【0008】ケーシング22aの上端に穿設された開口
22c、及び中実部22bの上端−側面間に穿設された
連通路22dは、蓄冷器24を通過する冷媒ガス(気
体)の出入口になる。このような蓄冷器24に実装され
るプレート積層体23は、図9に示すようにメッシュス
クリーンから打ち抜いて製作された円型のメッシュプレ
ート25を、ケーシング22aの一端側から蓄冷材充填
部22eへ順次挿入し、1000枚以上を積層して構成
していた。このように蓄冷材として円型のメッシュプレ
ート25を適用することにより、ケーシング22a内を
通過する冷媒ガスの良好な流路を確保することができ
る。すなわち、ケーシング22aの蓄冷材充填部22e
は工作機械を用いて切削加工により形成されるため、そ
の断面形状が円型である方が寸法精度を高め易い利点が
ある。一方、メッシュスクリーンから打ち抜かれたメッ
シュプレート25の寸法精度は極めて低いが、蓄冷材充
填部22eに挿入されると、図12(a)に示すよう
に、円型メッシュプレート25の外縁部が均等に押圧さ
れた状態で蓄冷材充填部22e内壁に密着する。そのた
め、蓄冷材充填部22e内壁とメッシュプレート25a
外端部との間に形成される隙間の発生を防止することが
でき、ケーシング22a内を通過する冷媒ガスはプレー
ト積層体23と接触する本来の流路が確保されて熱交換
効率を向上させることができる。An opening 22c formed in the upper end of the casing 22a and a communication passage 22d formed between the upper end and the side surface of the solid portion 22b serve as an inlet and outlet for a refrigerant gas (gas) passing through the regenerator 24. . As shown in FIG. 9, the plate stack 23 mounted on such a regenerator 24 is formed by punching a circular mesh plate 25 punched out of a mesh screen from one end of a casing 22a to a regenerator material filling portion 22e. They were inserted sequentially, and 1000 or more sheets were laminated. By applying the circular mesh plate 25 as the cold storage material in this way, it is possible to secure a good flow path of the refrigerant gas passing through the inside of the casing 22a. That is, the cold storage material filling portion 22e of the casing 22a
Since is formed by cutting using a machine tool, a circular cross section has the advantage that dimensional accuracy can be easily increased. On the other hand, although the dimensional accuracy of the mesh plate 25 punched from the mesh screen is extremely low, when the mesh plate 25 is inserted into the cold storage material filling portion 22e, the outer edge of the circular mesh plate 25 becomes uniform as shown in FIG. In the state where it is pressed, it comes into close contact with the inner wall of the cold storage material filling portion 22e. Therefore, the inner wall of the cold storage material filling portion 22e and the mesh plate 25a
It is possible to prevent the generation of a gap formed with the outer end portion, and the refrigerant gas passing through the casing 22a has an original flow path in contact with the plate laminate 23 to improve heat exchange efficiency. be able to.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような蓄冷器24にあっては、メッシュプレート25
の外形形状が円型であることに伴う特有の不具合も有し
ている。すなわち、 多数のメッシュプレートを一枚のメッシュスクリー
ンから打ち抜いて製作するため、それぞれのメッシュプ
レートの形状ばらつきが大きく、しかも積層する際のプ
レート同士の重なり具合もその都度異なり、たとえば図
10(c)に示すように所定のらせん状のガス流路26
を設定するため、図10(a)及び(b)に示すように
各円型メッシュプレート25の基準方向(図中矢印にて
表示)をα度ずつずらしてα、α×2、α×3、・・・
のように挿入する場合、基準方向の回転角度を正確に把
握、設定することが極めて難しい。なお、図10におい
て、メッシュプレート25の回転角の説明を明確にする
ため基準方向を便宜的に矢印で示した。However, in the regenerator 24 described above, the mesh plate 25
Also has a specific problem associated with the circular outer shape. That is, since a large number of mesh plates are punched and manufactured from one mesh screen, the shape variation of each mesh plate is large, and the degree of overlap between the plates when laminating is different each time. For example, FIG. As shown in FIG.
10 (a) and (b), the reference direction (indicated by an arrow in the figure) of each circular mesh plate 25 is shifted by α degrees, and α, α × 2, α × 3 are set. ...
It is extremely difficult to accurately grasp and set the rotation angle in the reference direction. In FIG. 10, the reference direction is indicated by an arrow for the sake of clarity of the description of the rotation angle of the mesh plate 25.
【0010】 メッシュプレート25の外径寸法とケ
ーシング22aの蓄冷材充填部22eの内径とがほぼ一
致するため、適当な押圧力でメッシュプレート25を挿
入、充填しなければならないが、この際、メッシュプレ
ート25が変形しないようにその押圧力を微妙に調節し
なければならない。 メッシュプレート25の充填容易性及び熱交換効率
を考慮すると、ケーシング22aの形は円筒状以外にで
きないため、設計自由度がない。[0010] Since the outer diameter of the mesh plate 25 and the inner diameter of the cold storage material filling portion 22e of the casing 22a substantially match, the mesh plate 25 must be inserted and filled with an appropriate pressing force. The pressing force must be finely adjusted so that the plate 25 is not deformed. In consideration of the ease of filling the mesh plate 25 and the heat exchange efficiency, the shape of the casing 22a cannot be made other than the cylindrical shape, so there is no design freedom.
【0011】そこで、このような不都合を解消する改善
策として、図11(a)に示すように、角型のメッシュ
プレート27(以下、角型メッシュプレートと記す)を
用いて、各角型メッシュプレート27の基準方向を外形
形状(辺および角)により把握し、ケーシング22aへ
の挿入時の回転角を順次ずらして所定の流路特性を設定
することが考えられる。このような角型メッシュプレー
ト27によれば、たとえば正方形のメッシュプレートの
場合90度、六角形のメッシュプレートの場合60度ご
とに基準方向を回転させることができ、図11(b)に
示すように所定のガス流路26を容易に設定することが
できる。またメッシュプレートの形状に制約がなくなる
ため、ケーシング22aの設計自由度を向上させること
ができる。なお、図11において、図10同様メッシュ
プレート27の回転角を表すために基準線を便宜的に矢
印で示した。As a remedy for solving such inconveniences, as shown in FIG. 11A, a rectangular mesh plate 27 (hereinafter, referred to as a rectangular mesh plate) is used to form each square mesh plate. It is conceivable that the reference direction of the plate 27 is grasped from the outer shape (sides and corners), and the rotation angle at the time of insertion into the casing 22a is sequentially shifted to set a predetermined flow path characteristic. According to such a rectangular mesh plate 27, for example, the reference direction can be rotated by 90 degrees in the case of a square mesh plate and 60 degrees in the case of a hexagonal mesh plate, as shown in FIG. The predetermined gas flow path 26 can be easily set. In addition, since there is no restriction on the shape of the mesh plate, the degree of freedom in designing the casing 22a can be improved. In FIG. 11, the reference line is indicated by an arrow for the sake of convenience in order to represent the rotation angle of the mesh plate 27 as in FIG.
【0012】ところが、このような角型メッシュプレー
ト27を蓄冷材として用いると、新たな不具合が生じ
る。すなわち、ケーシング22aの蓄冷材充填部22e
は、上述したように工作機械により切削加工して形成さ
れるため、図12(b)に示すように多角形形状の穴を
角型メッシュプレート27の形状に整合するように形成
しようとすると、その角部(B部)に切削工具及び切削
軌跡の丸み(アール)R2が必然的に形成される。そこ
で、充填される角型メッシュプレート27が、蓄冷材充
填部22eの角B部のアールR2に整合性良く密着する
ためには、所定の寸法精度を有していなければならない
が、上述したようにメッシュプレートにおいては精度良
く所望の寸法を実現することが極めて難しいため、角部
(A部)における寸法精度が低くなる。このような状態
の角部(A部およびB部)においては、ケーシング22
aの蓄冷材充填部22eの角B部と角型メッシュプレー
ト27の角A部との間に隙間22fが形成され、蓄冷材
であるプレート積層体23を通過せずに隙間を22fを
通過する冷媒ガスの量が増加して、十分な熱交換が行わ
れない問題がある。However, when such a rectangular mesh plate 27 is used as a cold storage material, a new problem occurs. That is, the cold storage material filling portion 22e of the casing 22a
Is formed by cutting with a machine tool as described above. Therefore, as shown in FIG. 12B, when it is attempted to form a polygonal hole so as to match the shape of the square mesh plate 27, A roundness (R) R2 of the cutting tool and the cutting locus is inevitably formed at the corner (B). Therefore, in order for the square mesh plate 27 to be filled to be in close contact with the radius R2 of the corner B of the cold storage material filling portion 22e with good consistency, it must have a predetermined dimensional accuracy, as described above. In a mesh plate, it is extremely difficult to achieve a desired dimension with high accuracy, so that the dimensional accuracy at a corner (A portion) is low. In the corner portions (A portion and B portion) in such a state, the casing 22
A gap 22f is formed between the corner B of the cold storage material filling portion 22e and the corner A of the square mesh plate 27, and passes through the gap 22f without passing through the plate laminate 23 that is the cold storage material. There is a problem that the amount of the refrigerant gas increases and sufficient heat exchange is not performed.
【0013】そこで、本発明は、冷媒ガスとの熱交換効
率を向上するとともに、余分な工程を省いて蓄冷器を通
過する冷媒ガスの貫通面積や貫通経路長などの流路特性
を要求どおり正しく設定することができ、かつプレート
及びケーシングの設計自由度の高い蓄冷器を提供するこ
とを目的とする。Accordingly, the present invention improves the heat exchange efficiency with the refrigerant gas and eliminates an extra step to properly adjust the flow path characteristics such as the penetration area and the penetration path length of the refrigerant gas passing through the regenerator as required. It is an object to provide a regenerator that can be set and has a high degree of freedom in designing a plate and a casing.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、ケーシングの内部に蓄冷材
として多数の細孔を有するプレートを積層したプレート
積層体を実装し、該プレート積層体とケーシング内を通
過する気体との間で熱交換を行う蓄冷器において、前記
プレート積層体を構成するプレートが、多角形状を有
し、かつ該プレートの縁辺部を、外部応力に対して高い
変形性を有するように形成したことを特徴とする。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 mounts a plate laminated body in which a plate having a large number of pores as a cold storage material is laminated inside a casing, In a regenerator that performs heat exchange between a plate laminate and a gas passing through a casing, a plate constituting the plate laminate has a polygonal shape, and an edge of the plate is subjected to external stress. And has high deformability.
【0015】本発明では、角型プレートの外形形状(辺
あるいは角)を視覚的に把握して、各プレートの挿入時
の回転角度を順次ずらすことが可能であるため、所望の
ガス流路を容易に設定することができる。また、角型プ
レートの縁辺部に高い変形性(たとえば薄肉部または高
変形性材料を用いた複合構造)を持たせているため、蓄
冷材充填部への挿入に際して、この縁辺部が容易に変形
して蓄冷材充填部の形状に整合するため、プレートの挿
入押圧力の微細な調整を必要とせず、蓄冷器の製造工程
が簡略化される。さらに、角型プレートの形状は四角
形、六角形に限らず八角形、平行四辺形、ひし形等回転
対称形状であればよく、従来のような円型のみという蓄
冷材の形状の制約を取り除くことができるので、プレー
ト及びケーシングの設計自由度を向上させることができ
る。In the present invention, since the outer shape (side or corner) of the square plate can be visually grasped and the rotation angle at the time of inserting each plate can be sequentially shifted, a desired gas flow path can be formed. It can be easily set. In addition, since the edge of the square plate has high deformability (for example, a thin portion or a composite structure using a highly deformable material), the edge is easily deformed when inserted into the cold storage material filling portion. In addition, since the shape matches the shape of the cold storage material filling portion, fine adjustment of the plate insertion pressing force is not required, and the manufacturing process of the cold storage device is simplified. Furthermore, the shape of the square plate is not limited to a square and a hexagon, but may be an octagon, a parallelogram, a rhombus, or any other rotationally symmetric shape. Therefore, the degree of freedom in designing the plate and the casing can be improved.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図1及び図2は、本発明に係る蓄冷器
に適用される角型プレートの一実施例を示す図である。
図1(a)及び図2(a)において、角型プレート30
は、たとえばステンレス素材の薄板に所定のパターンの
細孔31が形成され、また外周の縁辺部にプレート厚を
薄くした薄肉部32が設けられている。この薄肉部32
は十分に変形する程度に形成されている。ここで、角型
プレート30は、多角形形状、たとえば正方形を有して
おり、図1の実施例においては、ケーシング22aの蓄
冷材充填部22eの辺寸法と一致している。また、角型
プレート30の角部(A部)には、従来(図12)の角
型メッシュプレート27同様、アールR1が形成されて
いるが、この角A部のアールR1は蓄冷材充填部22e
の角B部のアールR2よりも小さく形成されている。一
方、図2の実施例においては、角型プレート30の辺寸
法は蓄冷材充填部22eの辺寸法よりも大きく設定され
ているとともに、図1の実施例同様、角型プレート30
の角A部のアールR1は蓄冷材充填部22eの角B部の
アールR2よりも小さく形成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are views showing one embodiment of a square plate applied to the regenerator according to the present invention.
1A and 2A, the square plate 30
For example, a predetermined pattern of pores 31 is formed in a stainless steel thin plate, and a thin portion 32 having a reduced plate thickness is provided on the outer peripheral edge. This thin part 32
Are formed to such an extent that they are sufficiently deformed. Here, the square plate 30 has a polygonal shape, for example, a square, and in the embodiment of FIG. 1, matches the side dimension of the cold storage material filling portion 22e of the casing 22a. The corner R of the square plate 30 is formed with a radius R1 like the square mesh plate 27 of the related art (FIG. 12). 22e
Is formed to be smaller than the radius R2 of the corner B portion. On the other hand, in the embodiment of FIG. 2, the side dimensions of the square plate 30 are set to be larger than the side dimensions of the cold storage material filling portion 22e, and as in the embodiment of FIG.
Of the corner A of the cold storage material filling portion 22e is smaller than the radius R2 of the corner B of the cold storage material filling portion 22e.
【0017】このような角型プレート30を蓄冷材とし
て用いた蓄冷器の製造工程は、図3(a)に示すよう
に、角型プレート30の基準方向を外形形状(辺および
角)により把握することができ、蓄冷材充填部22eへ
の挿入時の回転角を順次ずらして所定の流路特性を設定
することができる。たとえば、角型プレートが正方形の
場合、90度毎に角度をずらして挿入することにより、
図11(b)同様のらせん状のガス流路が設定できる。
なお、図3(a)において、図10、図11同様角型プ
レート30の回転角を表すために基準線を便宜的に矢印
で示した。In the manufacturing process of a regenerator using such a rectangular plate 30 as a cold storage material, as shown in FIG. 3A, the reference direction of the rectangular plate 30 is grasped by the external shape (sides and corners). It is possible to set a predetermined flow path characteristic by sequentially shifting the rotation angle at the time of insertion into the cold storage material filling section 22e. For example, if the square plate is a square, by inserting it at an angle every 90 degrees,
A spiral gas flow path similar to that shown in FIG. 11B can be set.
In FIG. 3A, the reference line is indicated by an arrow for the sake of convenience to indicate the rotation angle of the square plate 30 as in FIGS.
【0018】次いで、本実施例の角型プレート30のケ
ーシング22a内での積層状態を図3(b)に示すと、
角型プレート30の縁辺部に形成された薄肉部32が蓄
冷材充填部22eの辺寸法よりも大きく形成されている
ため、薄肉部がC部のように変形して蓄冷材充填部22
e内壁に密着して充填される。このように、ケーシング
22aへの角型プレート30の充填に際し、角型プレー
ト30の細孔31のパターンを視覚的に捉え、外形形状
(辺あるいは角)を確認して所定の回転角で挿入するこ
とができるため、所望の流路特性を容易に設定すること
ができる。また、角型プレート30の縁辺部に形成され
た薄肉部32が蓄冷材充填部22e内壁に密着して接触
するため、図12(b)に示したような隙間22fの発
生を防止して、隙間を通過するガス流路の形成を抑制す
ることができ、本来のガス流路であるプレート積層体2
3と冷媒ガスとが良好に接触して熱交換効率を向上する
ことができる。さらに、角型プレート30の形状を任意
の多角形状に設定することができるため、ケーシングの
設計自由度を向上させることができる。しかも、角型プ
レート30の蓄冷材充填部22eへの挿入押圧力の微細
な調整を必要としないため、蓄冷器24の製造工程が簡
略化されて、製造工程の自由化への適応性を高めること
ができる。Next, FIG. 3B shows a state in which the square plate 30 of the present embodiment is laminated in the casing 22a.
Since the thin portion 32 formed on the edge portion of the square plate 30 is formed to be larger than the side dimension of the cold storage material filling portion 22e, the thin portion is deformed like the portion C and the cold storage material filling portion 22e is formed.
e Filled closely to the inner wall. As described above, when filling the rectangular plate 30 into the casing 22a, the pattern of the pores 31 of the rectangular plate 30 is visually grasped, the outer shape (side or corner) is confirmed, and the casing 22a is inserted at a predetermined rotation angle. Therefore, desired flow path characteristics can be easily set. Further, since the thin portion 32 formed at the edge of the rectangular plate 30 is in close contact with the inner wall of the cold storage material filling portion 22e, the generation of the gap 22f as shown in FIG. The formation of the gas flow path passing through the gap can be suppressed, and the plate laminate 2 which is the original gas flow path
3 and the refrigerant gas are in good contact, and the heat exchange efficiency can be improved. Furthermore, since the shape of the square plate 30 can be set to any polygonal shape, the degree of freedom in designing the casing can be improved. Moreover, since it is not necessary to finely adjust the pressing force of inserting the rectangular plate 30 into the cold storage material filling portion 22e, the manufacturing process of the cool storage device 24 is simplified, and the adaptability to the liberalization of the manufacturing process is improved. be able to.
【0019】次に、上述した角型プレート30の製造工
程について図4を参照して説明する。本実施例の角型プ
レート30の製造方法には、半導体製造工程等に適用さ
れるフォトエッチング技術を有効に利用することができ
る。また、冷媒ガスとの熱交換を行う蓄冷材として一般
的に用いられているステンレス材料を角型プレート30
に適用し、その製造方法を示す。Next, a manufacturing process of the above-described square plate 30 will be described with reference to FIG. In the method of manufacturing the square plate 30 according to the present embodiment, a photo-etching technique applied to a semiconductor manufacturing process or the like can be effectively used. In addition, a stainless steel material generally used as a cold storage material for exchanging heat with a refrigerant gas is made of a square plate 30.
And its manufacturing method will be described.
【0020】まず、図4(a)に示すようにステンレス
基板40上の全面にフォトレジスト41を形成した後、
図4(b)に示すように角型プレートの縁辺部の薄肉部
を形成する位置のフォトレジスト41を除去するよう
に、図示していないフォトマスクによりパターニングす
る。次いで、パターニングされたフォトレジスト41を
用いて図4(c)に示すように角型プレートの縁辺部を
エッチングして薄肉部40aを形成する。フォトレジス
ト41を除去した後、図4(d)に示すようにステンレ
スプレート40及び薄肉部40a上の全面に再びフォト
レジスト42を形成し、図示していないフォトマスクに
よりステンレスプレート40を貫通する細孔を形成する
位置のフォトレジスト42をパターニングして開口部4
3を形成する。次いで、パターニングされたフォトレジ
スト42を用いてエッチングを施し、図4(f)に示す
ように所定の位置に細孔44を形成する。このような一
連の製造工程により、たとえば外形寸法口30〜8m
m、薄肉部幅4〜1mm、細孔形成部プレート厚0.1
〜0.02mm、薄肉部プレート厚0.01〜0.00
5mmの角型プレート30が得られる。ここで、角型プ
レート30の角部のアールは、挿入される蓄冷材充填部
22e角部のアールに比べて小さく形成される。First, as shown in FIG. 4A, after a photoresist 41 is formed on the entire surface of a stainless steel substrate 40,
As shown in FIG. 4B, patterning is performed using a photomask (not shown) so as to remove the photoresist 41 at a position where a thin portion at the edge of the rectangular plate is formed. Next, as shown in FIG. 4C, the edge of the rectangular plate is etched using the patterned photoresist 41 to form a thin portion 40a. After removing the photoresist 41, as shown in FIG. 4D, a photoresist 42 is formed again on the entire surface of the stainless steel plate 40 and the thin portion 40a, and a thin film penetrating the stainless steel plate 40 by a photomask (not shown). The photoresist 42 at the position where the hole is to be formed is patterned to form the opening 4.
Form 3 Next, etching is performed using the patterned photoresist 42 to form pores 44 at predetermined positions as shown in FIG. By such a series of manufacturing steps, for example, the external dimension opening 30 to 8 m
m, thin part width 4 to 1 mm, pore forming part plate thickness 0.1
~ 0.02mm, thin part plate thickness 0.01 ~ 0.00
A 5 mm square plate 30 is obtained. Here, the radius of the corner of the square plate 30 is formed smaller than the radius of the corner of the cold storage material filling portion 22e to be inserted.
【0021】このようにして図3に示すような縁辺部に
薄肉部32が形成された角型プレート30が得られ、蓄
冷材充填部22eへの挿入、充填により、薄肉部32が
変形して(たわんで)、蓄冷材充填部22eの辺部及び
角部に整合して密着する。そのため、角型プレート30
の外周(全辺および全角)と蓄冷材充填部22e内壁と
の間の隙間の形成が防止される。ここで、角型プレート
の角部のアールは蓄冷材充填部の角部のアールより小さ
く形成されているため、蓄冷材充填部22eへの挿入に
際し、薄肉部32が変形して(たわんで)、アールがよ
り大きい蓄冷材充填部22eの内壁に整合して密着す
る。これに対して仮に角型プレート30の角部アールが
蓄冷材充填部22eの角部のアールより大きい場合に
は、角型プレート30の角部が変形しても蓄冷材充填部
22eの内壁に整合して接することはなく、隙間が形成
され、冷媒ガスの抜けが生じ、熱交換効率が悪化する。In this way, a rectangular plate 30 having a thin portion 32 formed on the edge as shown in FIG. 3 is obtained, and the thin portion 32 is deformed by insertion and filling into the cold storage material filling portion 22e. (Deflection), and aligns and adheres to the sides and corners of the cold storage material filling portion 22e. Therefore, the square plate 30
The formation of a gap between the outer periphery (all sides and full widths) and the inner wall of the cold storage material filling portion 22e is prevented. Here, since the radius of the corner of the rectangular plate is smaller than the radius of the corner of the cold storage material filling portion, the thin portion 32 is deformed (bent) when inserted into the cold storage material filling portion 22e. The radius is aligned with and adhered to the inner wall of the larger cold storage material filling portion 22e. On the other hand, if the corner radius of the square plate 30 is larger than the radius of the corner of the cold storage material filling portion 22e, even if the corner portion of the square plate 30 is deformed, the inner wall of the cold storage material filling portion 22e will remain. There is no contact in alignment, a gap is formed, refrigerant gas escapes, and heat exchange efficiency deteriorates.
【0022】次に、蓄冷材として適用される角型プレー
ト30の他の形態を示す実施例を図5を参照して説明す
る。図5(a)及び(b)に上述した実施例同様、外形
形状が正方形のステンレスプレートからなる角型プレー
トの例を示す。本実施例においては上述した角型プレー
トの細孔の形状及び配置等のパターンと異なり、隣合う
2辺に平行、かつ連続的に形成された略L字型の細孔3
1群を有している。このようなパターンの細孔31群を
有する角型プレート30を蓄冷材充填部22eに90度
ずつ回転させて挿入、充填することにより、角型プレー
ト30間の細孔31の連続性が向上し、圧力損失の低減
されたガス流路を設定することができる。Next, an embodiment showing another form of the square plate 30 applied as a cold storage material will be described with reference to FIG. FIGS. 5A and 5B show an example of a square plate made of a stainless steel plate having a square outer shape, similarly to the above-described embodiment. In the present embodiment, unlike the above-described pattern such as the shape and arrangement of the pores of the rectangular plate, substantially L-shaped pores 3 are formed in parallel and continuously on two adjacent sides.
It has one group. The continuity of the pores 31 between the rectangular plates 30 is improved by inserting and filling the rectangular plate 30 having the group of the pores 31 having such a pattern in the regenerator material filling portion 22e by rotating it 90 degrees at a time. Thus, a gas flow path with reduced pressure loss can be set.
【0023】また、図5(c)には外形形状が六角形の
角型プレート30の例を示す。本実施例の角型プレート
30においては、蓄冷材充填部22eへの挿入、充填に
際し、60度ずつ回転させたガス流路を設定できるた
め、角型プレート30間の細孔31の連続性をより向上
させることができ、一層の圧力損失の低減及びガス流路
の設定自由度の向上を図ることができる。FIG. 5C shows an example of a rectangular plate 30 having a hexagonal outer shape. In the square plate 30 of the present embodiment, since the gas flow path rotated by 60 degrees can be set at the time of insertion and filling into the cold storage material filling portion 22e, the continuity of the pores 31 between the square plates 30 is improved. The pressure loss can be further reduced, and the degree of freedom in setting the gas flow path can be further improved.
【0024】図5に示したいずれの実施形態において
も、角型プレート30の外形形状を視覚的に認識して、
蓄冷材充填部22eへの挿入に際し、所定の回転角度を
視覚的に把握することができるため、ガス流路の設定を
極めて容易に行うことができるとともに、上述した実施
例同様、角型プレート30の薄肉部32と蓄冷材充填部
22eの内壁とが隙間を生じることなく整合、密着する
ため、冷媒ガスは本来のプレート積層体23を通過し、
熱交換効率の向上を図ることができる。In any of the embodiments shown in FIG. 5, the outer shape of the square plate 30 is visually recognized,
At the time of insertion into the cold storage material filling portion 22e, a predetermined rotation angle can be visually grasped, so that the gas flow path can be set very easily, and the square plate 30 can be formed similarly to the above-described embodiment. The thin portion 32 and the inner wall of the cold storage material filling portion 22e are aligned and adhered without any gap, so that the refrigerant gas passes through the original plate laminate 23,
Heat exchange efficiency can be improved.
【0025】なお、上記実施例の説明においては、角型
プレート30として正多角形形状(正方形、正六角形)
を示したが、本発明の蓄冷器に適用される角型プレート
の外形形状は、回転対称形状を有し、かつ角型プレート
30の回転角度を視覚的に確認することができる形状で
あればよいため、たとえば平行四辺形、ひし形等の形状
を有していてもよい。また、本発明においては、熱交換
効率を向上させるための条件として、蓄冷材充填部22
eの内壁に対して角型プレート30の縁辺部が変形して
整合、密着すれば良いため、上記実施例に示したように
薄肉部32を有する形状に限定されるものではなく、縁
辺部が外部応力に対して容易に変形する構造であれば本
発明の蓄冷器に良好に適用することができる。たとえ
ば、縁辺部に変形性の高い材質を採用した複合構造の角
型プレートとすることもできる。ここで、縁辺部の変形
は、塑性変形あるいは弾性変形の種類を問わないことは
いうまでもない。In the description of the above embodiment, the square plate 30 is a regular polygon (square, regular hexagon).
However, if the outer shape of the square plate applied to the regenerator of the present invention has a rotationally symmetric shape and a shape in which the rotation angle of the square plate 30 can be visually confirmed, For example, it may have a shape such as a parallelogram or a diamond. In the present invention, as a condition for improving the heat exchange efficiency, the cold storage material
Since the edge of the square plate 30 may be deformed and aligned with and tightly adhered to the inner wall of e, the shape is not limited to the shape having the thin-walled portion 32 as shown in the above-described embodiment. Any structure that is easily deformed by external stress can be suitably applied to the regenerator of the present invention. For example, a rectangular plate having a composite structure in which a material having high deformability is used at the edge may be used. Here, it is needless to say that the deformation of the edge portion is not limited to the type of plastic deformation or elastic deformation.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、角型プレートの外形形
状(辺あるいは角)を視覚的に捉らえて、蓄冷材充填部
への挿入の際の、各プレートの回転角度を順次ずらすこ
とが可能であるため、所望のガス流路を容易に実現する
ことができる。また、角型プレートの縁辺部に高い変形
性(たとえば薄肉部、高変形性材料を用いた複合構造)
を持たせているため、蓄冷材充填部への挿入、充填に際
して、この縁辺部容易に変形して蓄冷材充填部内壁形状
に整合するため、両者間の隙間の発生を防止して、熱交
換効率の向上を図ることができるとともに、角型プレー
トの挿入押圧力の微細な調整を必要としないため、蓄冷
器の製造工程を簡略化することができる。さらに、角型
プレートの外形形状は四角形、六角形に限らず八角形、
平行四辺形、ひし形等回転対称形であればよく、従来の
ような円型のメッシュプレートに制約されていたケーシ
ングの設計自由度を大幅に向上させることができる。According to the present invention, the outer shape (side or corner) of the rectangular plate is visually grasped, and the rotation angle of each plate is sequentially shifted when the plate is inserted into the cold storage material filling portion. Therefore, a desired gas flow path can be easily realized. In addition, high deformability (for example, a thin portion, a composite structure using a highly deformable material) on the edge of the square plate
In order to insert and fill the cold storage material filling section, this edge is easily deformed and conforms to the inner wall shape of the cold storage material filling section. Efficiency can be improved, and fine adjustment of the insertion pressing force of the square plate is not required, so that the manufacturing process of the regenerator can be simplified. Furthermore, the outer shape of the square plate is not limited to a square and a hexagon, but an octagon,
A rotationally symmetrical shape such as a parallelogram or a rhombus may be used, and the degree of freedom in designing the casing, which is limited by the conventional circular mesh plate, can be greatly improved.
【図1】一実施例の角型プレートの外観図(その1)で
ある。FIG. 1 is an external view (part 1) of a square plate according to an embodiment.
【図2】一実施例の角型プレートの外観図(その2)で
ある。FIG. 2 is an external view of a square plate according to one embodiment (part 2).
【図3】一実施例の角型プレートを適用した蓄冷器の製
造工程図である。FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a regenerator using a square plate according to one embodiment.
【図4】一実施例の角型プレートの製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the square plate of one embodiment.
【図5】他の実施例の角型プレートの外観図である。FIG. 5 is an external view of a square plate according to another embodiment.
【図6】逆スターリングサイクル冷凍機の模式図であ
る。FIG. 6 is a schematic diagram of a reverse Stirling cycle refrigerator.
【図7】逆スターリングサイクル冷凍機のピストン軌跡
図である。FIG. 7 is a piston trajectory diagram of the reverse Stirling cycle refrigerator.
【図8】従来のシリンダ装置(膨張シリンダ)の概念的
な断面図である。FIG. 8 is a conceptual sectional view of a conventional cylinder device (expansion cylinder).
【図9】従来のメッシュプレート積層体の製造工程図で
ある。FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a conventional mesh plate laminate.
【図10】従来の蓄冷器における冷媒ガスの流路の設定
概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of setting a flow path of a refrigerant gas in a conventional regenerator.
【図11】従来の蓄冷器の改善策における冷媒ガスの流
路の設定概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram of setting a flow path of a refrigerant gas in a conventional regenerator improvement measure.
【図12】プレート形状と熱交換効率の概念説明図であ
る。FIG. 12 is a conceptual explanatory diagram of a plate shape and heat exchange efficiency.
20:膨張シリンダ 21:シリンダ本体 22:ピストン 22a:ケーシング 22b:中実部 22c:開口 22d:連通路 22e:蓄冷材充填部 22f:隙間 23:プレート積層体 24:蓄冷器 25:円型メッシュプレート 25a:メッシュ穴 26:ガス流路 27:角型メッシュプレート 30:角型プレート 31、44:細孔 32、40a:薄肉部 40:ステンレス基板 41、42:フォトレジスト 43:開口部 Reference Signs List 20: expansion cylinder 21: cylinder body 22: piston 22a: casing 22b: solid portion 22c: opening 22d: communication passage 22e: cold storage material filling portion 22f: gap 23: plate laminate 24: regenerator 25: circular mesh plate 25a: Mesh hole 26: Gas flow path 27: Square mesh plate 30: Square plate 31, 44: Pores 32, 40a: Thin portion 40: Stainless steel substrate 41, 42: Photoresist 43: Opening
Claims (1)
孔を有するプレートを積層したプレート積層体を実装
し、該プレート積層体とケーシング内を通過する気体と
の間で熱交換を行う蓄冷器において、 前記プレート積層体を構成するプレートが、多角形形状
を有し、かつ該プレートの縁辺部を、外部応力に対して
高い変形性を有するように形成したことを特徴とする蓄
冷器。1. A regenerator for mounting a plate laminate in which a plate having a large number of pores is laminated as a regenerator material inside a casing, and performing heat exchange between the plate laminate and a gas passing through the casing. 3. The regenerator according to claim 1, wherein the plates constituting the plate laminate have a polygonal shape, and the edges of the plates are formed to have high deformability against external stress.
Priority Applications (1)
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JP25722396A JP2731142B1 (en) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Regenerator |
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