JP2982502B2 - Expansion cylinder device for refrigerator - Google Patents

Expansion cylinder device for refrigerator

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JP2982502B2
JP2982502B2 JP4192544A JP19254492A JP2982502B2 JP 2982502 B2 JP2982502 B2 JP 2982502B2 JP 4192544 A JP4192544 A JP 4192544A JP 19254492 A JP19254492 A JP 19254492A JP 2982502 B2 JP2982502 B2 JP 2982502B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は逆スターリングサイクル
冷凍機など冷凍機の膨張シリンダ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an expansion cylinder device for a refrigerator such as a reverse Stirling cycle refrigerator.

【0002】[0002]

【従来の技術】ヘリウム,水素,窒素など低温で液化し
にくい気体を冷媒ガスとする冷凍サイクルとしてたとえ
ば逆スターリングサイクルが知られている。この冷凍サ
イクルを利用した冷凍機は図5の概要構成例に示すよう
に膨張シリンダ1と圧縮シリンダ2とを備えており、こ
れらはそれぞれの内部で往復動するピストン(膨張ピス
トン3と圧縮ピストン4)を有している。また被冷却体
5が取りつけられる冷却部6は膨張シリンダ1の端面を
気密に密閉するように形成されている。これら膨張シリ
ンダ1,膨張ピストン3および冷却部6で膨張シリンダ
装置が構成される。この膨張シリンダ1と圧縮シリンダ
2とは配管8によって連結されており、冷媒ガスは膨張
ピストン3に内蔵された冷媒ガス通路としての蓄冷器9
および冷媒ガスの連通路20を経由して膨張シリンダ1
の空間(以下膨張空間と称する)15と圧縮シリンダ2
の空間(以下圧縮空間と称する)16との間を後述の逆
スターリングサイクルの行程にしたがって交互に移送さ
れる。配管8においてはその外周あるいは特に設けた放
熱器から圧縮された冷媒ガスの放熱が行なわれる。なお
19は冷媒ガスの漏れを防止するために各ピストンの外
周に設けられたシールである。
2. Description of the Related Art A reverse Stirling cycle, for example, is known as a refrigeration cycle using a gas such as helium, hydrogen, or nitrogen which is hardly liquefied at a low temperature as a refrigerant gas. A refrigerator using this refrigeration cycle includes an expansion cylinder 1 and a compression cylinder 2 as shown in the schematic configuration example of FIG. 5, and these reciprocate within each other (expansion piston 3 and compression piston 4). )have. The cooling section 6 to which the cooled object 5 is attached is formed so as to hermetically seal the end face of the expansion cylinder 1. The expansion cylinder 1, the expansion piston 3 and the cooling unit 6 constitute an expansion cylinder device. The expansion cylinder 1 and the compression cylinder 2 are connected by a pipe 8, and refrigerant gas is stored in a regenerator 9 as a refrigerant gas passage built in the expansion piston 3.
And the expansion cylinder 1 via the communication passage 20 for the refrigerant gas
Space (hereinafter referred to as expansion space) 15 and compression cylinder 2
(Hereinafter referred to as a compression space) 16 are alternately transferred according to the process of a reverse Stirling cycle described later. In the pipe 8, the compressed refrigerant gas is radiated from its outer periphery or from a radiator provided in particular. Reference numeral 19 denotes a seal provided on the outer periphery of each piston in order to prevent refrigerant gas from leaking.

【0003】逆スターリングサイクルは基本的には下記
のように二つの等温行程と二つの等容行程から成り立
つ。これら各行程を実現するため、膨張ピストン3と圧
縮ピストン4とは所定の位相差をもって同期運動するよ
うに調整されている。 (1)等温圧縮行程 圧縮シリンダ1において圧縮空間16の冷媒ガスが圧縮
される。圧縮により発生した熱は配管8より外部に放熱
され等温行程となる。(膨張ピストン:中央部→上死
点,圧縮ピストン:下死点→中央部) (2)等容放熱行程 圧縮された冷媒ガスが容積を変えることなく前のサイク
ルで既に冷却されている蓄冷器9に放熱して低温となり
膨張シリンダ1の膨張空間15に移送される。(膨張ピ
ストン:上死点→中央部,圧縮ピストン:中央部→上死
点) (3)等温膨張行程 膨張シリンダ1の膨張空間15内の冷媒ガスが膨張ピス
トン3の動きにともない周囲より熱を奪って低温度で等
温膨張する。(膨張ピストン:中央部→下死点,圧縮ピ
ストン:上死点→中央部) (4)等容吸熱行程 低温度で膨張した冷媒ガスは容積を変えることなくふた
たび蓄冷器9を経て圧縮シリンダ2の圧縮空間16に戻
される。この際冷媒ガスは蓄冷器9より吸熱するので、
蓄冷器9は冷却され、冷媒ガスの温度は上昇して1サイ
クルを終了する。(膨張ピストン:下死点→中央部,圧
縮ピストン:中央部→下死点)以上が基本的な逆スター
リングサイクルの概要であり、被冷却体5は主として上
記(2)の等容放熱行程において冷却される。すなわち
この行程においては蓄冷器9を経て低温となった冷媒ガ
スが膨張空間15に移送され、膨張シリンダ1の端部1
Aの内面に沿って流動し、冷却部6,端部1Aを通じて
被冷却体5より熱を吸収してこれを冷却する。また
(3)の等温膨張行程における冷媒ガスの状態変化は実
際には上記とやゝ異なって等温変化と断熱変化の中間で
あるポリトロープ変化となり、その一部である断熱膨張
効果のため冷媒ガス温度は(2)の等容放熱行程よりさ
らに低下するが、冷媒ガスの流れがほとんどないので冷
却効果は等容放熱行程時より小さい。
[0003] The reverse Stirling cycle basically consists of two isothermal strokes and two equal volume strokes as follows. In order to realize each of these strokes, the expansion piston 3 and the compression piston 4 are adjusted so as to move synchronously with a predetermined phase difference. (1) Isothermal compression stroke In the compression cylinder 1, the refrigerant gas in the compression space 16 is compressed. The heat generated by the compression is radiated to the outside from the pipe 8 to perform an isothermal process. (Expansion piston: center → top dead center, compression piston: bottom dead center → center) (2) Equivalent heat radiation process The regenerator in which the compressed refrigerant gas is already cooled in the previous cycle without changing its volume The heat is radiated to the expansion cylinder 9 and the temperature is lowered to be transferred to the expansion space 15 of the expansion cylinder 1. (Expansion piston: top dead center → center, compression piston: center → top dead center) (3) Isothermal expansion process The refrigerant gas in the expansion space 15 of the expansion cylinder 1 generates heat from the surroundings as the expansion piston 3 moves. Takes away and expands isothermally at low temperatures. (Expansion piston: center → bottom dead center, compression piston: top dead center → center) (4) Isothermal heat absorption process The refrigerant gas expanded at a low temperature passes through the regenerator 9 again without changing its volume. Is returned to the compression space 16. At this time, since the refrigerant gas absorbs heat from the regenerator 9,
The regenerator 9 is cooled, the temperature of the refrigerant gas rises, and one cycle ends. (Expansion piston: bottom dead center → center, compression piston: center → bottom dead center) The above is the outline of the basic reverse Stirling cycle. Cooled. That is, in this process, the low-temperature refrigerant gas is transferred to the expansion space 15 via the regenerator 9 and the end portion 1 of the expansion cylinder 1
A flows along the inner surface of A and absorbs heat from the cooled object 5 through the cooling section 6 and the end 1A to cool it. The state change of the refrigerant gas in the isothermal expansion process of (3) is actually slightly different from the above, and is a polytropic change which is intermediate between the isothermal change and the adiabatic change. Is further reduced from the equal volume heat radiation process of (2), but the cooling effect is smaller than that of the equal volume heat radiation process because there is almost no flow of the refrigerant gas.

【0004】このような冷凍機においては被冷却体5か
ら効率よく熱を奪い、その温度を所定の冷却温度まで低
下させる時間を極力短縮させることが重要である。この
ための従来技術の例として図6に示す構成の膨張シリン
ダ装置がある。この膨張シリンダ装置では膨張ピストン
3頂部に設ける冷媒ガスの連通路20を、膨張シリンダ
1の端部1Aの内面の直近に斜めに開口させると、この
連通路20から高速で噴出する冷媒ガスに端部1Aの内
面に沿う方向および半径方向の複数の速度成分が与えら
れることに着目したもので、要するに膨張シリンダ1の
端部1Aの内面に沿う方向の速度成分で冷媒ガスをガイ
ドを設けることなしに端部1Aの内面に沿って冷却部6
まで循環させ、同時に半径方向の速度成分で冷媒ガスを
端部1Aの内面に勢いよく衝突させて熱伝達率の良い乱
流とし、これらによって良好な冷却を行なわせるように
したものである。さらに冷媒ガスが端部1Aの内面に沿
って流れ冷却部6および端部1Aを通じて被冷却体から
吸熱するのは、冷媒ガスが膨張シリンダに移送される間
すなわち膨張ピストンが上死点P1 から上下死点の中央
部位置P2 近傍まで移動する間のみであることに着目
し、膨張シリンダ1の端部1Aをその端面から膨張ピス
トン3の上下死点間の中央部位置P2 近傍までを厚肉状
にすることにより、熱容量を必要以上に増加させること
なく熱抵抗を減少させるようにしたものである。
In such a refrigerator, it is important to efficiently remove heat from the object 5 to be cooled and to reduce the time required to reduce the temperature to a predetermined cooling temperature as much as possible. An example of the prior art for this purpose is an expansion cylinder device having a configuration shown in FIG. In this expansion cylinder device, when the communication path 20 for the refrigerant gas provided at the top of the expansion piston 3 is opened obliquely in the immediate vicinity of the inner surface of the end 1A of the expansion cylinder 1, the refrigerant gas is discharged from the communication path 20 at a high speed. It focuses on the fact that a plurality of velocity components in the direction along the inner surface of the portion 1A and in the radial direction are given, that is, without providing a guide for the refrigerant gas with the velocity component in the direction along the inner surface of the end 1A of the expansion cylinder 1. Along the inner surface of the end 1A
And at the same time, the refrigerant gas vigorously collides with the inner surface of the end portion 1A with a velocity component in the radial direction to form a turbulent flow having a good heat transfer coefficient, thereby performing good cooling. Further, the reason why the refrigerant gas flows along the inner surface of the end portion 1A and absorbs heat from the cooled object through the cooling portion 6 and the end portion 1A is that the expansion piston moves up and down from the top dead center P1 while the refrigerant gas is transferred to the expansion cylinder. Focusing only on the movement during the movement to the vicinity of the center position P2 of the dead center, the end 1A of the expansion cylinder 1 is thickened from its end face to the vicinity of the center position P2 between the top and bottom dead centers of the expansion piston 3. By doing so, the thermal resistance is reduced without increasing the heat capacity more than necessary.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に冷凍機の入力は
冷媒ガスの高温側温度と低温側温度の差と、低温側温度
との比に冷凍出力を乗じた値となる。また、冷凍出力は
被冷却体を冷却する冷凍熱量と、例えば膨張シリンダの
管壁などからの侵入熱量の和となる。従って冷凍機の冷
凍効率を高めるためには、(1)要求される被冷却体の
冷却温度を満足しながら冷媒ガスの低温側温度をできる
だけ高い温度で運転する、(2)膨張シリンダの管壁な
どからの侵入熱量をできるだけ減少させることが必要と
なる。
Generally, the input of the refrigerator is a value obtained by multiplying the ratio of the difference between the high temperature and the low temperature of the refrigerant gas to the low temperature by the refrigerating output. The refrigeration output is the sum of the amount of refrigeration heat for cooling the object to be cooled and the amount of heat penetrating from, for example, the pipe wall of the expansion cylinder. Accordingly, in order to increase the refrigerating efficiency of the refrigerator, (1) the low-temperature side of the refrigerant gas is operated at the highest possible temperature while satisfying the required cooling temperature of the object to be cooled, and (2) the pipe wall of the expansion cylinder. It is necessary to reduce as much as possible the amount of heat penetrating from such as.

【0006】前述の膨張シリンダ装置を用いた冷凍機に
おいては、冷凍機の冷凍効率を高めるために膨張シリン
ダ端部をその端面から膨張ピストンの上下死点間の中央
部位置近傍までを厚肉状にすることにより、熱抵抗を減
少させて被冷却体と冷媒ガスとの間の温度差を小さく
し、冷媒ガスの低温側温度を高い温度で運転するように
しているが、シリンダ端部を厚肉状にしただけでは熱抵
抗の減少に限界がある(熱抵抗を減少するために厚肉状
端部を極端に厚くすると熱容量が増加し、逆に冷凍効率
が低下してしまう)。また、膨張ピストン頂部の冷媒ガ
スの連通路を斜めに開口して冷媒ガスと膨張シリンダ端
部および冷却部の間の熱伝達率を向上し、同様被冷却体
と冷媒ガスとの間の温度差を小さくしているが、例えば
冷却部の熱伝達面積は一定であり、熱伝達率の向上には
限界がある。更にまた、膨張シリンダの管壁から侵入す
る熱量に対しては、通常行なわれている管壁の厚さを薄
くして熱抵抗を増大する以外に特に対策が行なわれてい
ないので侵入熱量が冷凍機の効率を低下させているなど
の問題がある。
In the refrigerator using the above-mentioned expansion cylinder device, in order to increase the refrigeration efficiency of the refrigerator, the expansion cylinder end portion is thickened from its end surface to the vicinity of the center portion between the upper and lower dead centers of the expansion piston. By reducing the thermal resistance, the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas is reduced, and the low temperature side of the refrigerant gas is operated at a high temperature. There is a limit to the reduction of thermal resistance only by making the body thick (if the thick end is made extremely thick in order to reduce the thermal resistance, the heat capacity will increase and conversely the refrigeration efficiency will decrease). In addition, the communication path of the refrigerant gas at the top of the expansion piston is opened obliquely to improve the heat transfer coefficient between the refrigerant gas and the end of the expansion cylinder and the cooling unit, and similarly, the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas However, for example, the heat transfer area of the cooling unit is constant, and there is a limit in improving the heat transfer coefficient. Furthermore, since no measures have been taken against the amount of heat entering from the tube wall of the expansion cylinder except for increasing the thermal resistance by reducing the thickness of the tube wall, which is usually carried out, the amount of heat entering is frozen. There is a problem that the efficiency of the machine is reduced.

【0007】本発明の目的は前述の問題点を解決し、冷
凍機の冷凍効率をより高めることにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to further increase the refrigeration efficiency of a refrigerator.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は被冷却体を冷却する冷却部によりその端
面が気密に密閉されて膨張空間を形成する膨張シリンダ
と、この膨張シリンダの内部を前記膨張空間に対面して
往復動し、かつ冷媒ガスの通路としての蓄冷器がその内
部に設けられ、前記膨張空間に連通する膨張ピストンと
を備えた冷凍機の膨張シリンダ装置において、前記膨張
シリンダはチタン合金からなるようにし、冷却部は純チ
タンからなるようにする。あるいは前記膨張シリンダ
は、その冷却部側端部が厚肉状に形成される。また、こ
の厚肉状端部と冷却部とは純チタンからなり、この膨張
シリンダの厚肉状端部と冷却部とをを除いた部分はチタ
ン合金からなるようにする。そして冷却部の内面に溝、
例えば冷却部の中心軸に対し同心円状に設けられた1個
またはそれ以上の溝、あるいは冷却部の中心軸に対し半
径方向に設けられた1個またはそれ以上の溝、あるいは
互に直交するように設けられたそれぞれ1個またはそれ
以上の溝を設ける。また、膨張シリンダの厚肉状の端部
の内面に溝、例えばこの膨張シリンダの軸に平行に設け
られた1個またはそれ以上の溝、あるいはこの内面の円
周上に平行に設けられた1個もしくはそれ以上の溝、あ
るいはこの膨張シリンダの軸に対してねじ状に設けられ
た溝を設ける。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an expansion cylinder in which an end surface is hermetically sealed by a cooling unit for cooling a cooled body to form an expansion space, and an expansion cylinder. Reciprocating in the expansion space facing the expansion space, and a regenerator as a refrigerant gas passage is provided therein, and an expansion piston that communicates with the expansion space. The expansion cylinder is made of a titanium alloy, and the cooling section is made of pure titanium. Alternatively, the end of the expansion cylinder on the cooling section side is formed to be thick. The thick end portion and the cooling portion are made of pure titanium, and the portion excluding the thick end portion and the cooling portion of the expansion cylinder is made of a titanium alloy. And a groove on the inner surface of the cooling unit,
For example, one or more grooves provided concentrically with respect to the central axis of the cooling unit, or one or more grooves provided radially with respect to the central axis of the cooling unit, or orthogonal to each other. Are provided with one or more grooves, respectively. Also, a groove on the inner surface of the thick end of the expansion cylinder, for example, one or more grooves provided parallel to the axis of the expansion cylinder, or one or more grooves provided parallel to the circumference of the inner surface. One or more grooves or grooves provided in a threaded manner with respect to the axis of the expansion cylinder are provided.

【0009】[0009]

【作用】請求項1記載の本発明の冷凍機の膨張シリンダ
装置においては、膨張シリンダを熱抵抗の大きいチタン
合金からなるようにしたので膨張シリンダの管壁からの
侵入熱量を低減でき、また冷却部を熱抵抗の小さい純チ
タンからなるようにしたので、被冷却体と冷媒ガスとの
間の温度差をより小さくできる。請求項2においては、
膨張シリンダの冷却部側端部を厚肉状に形成したので、
この厚肉状端部の熱抵抗は低減され、被冷却体と冷媒ガ
スとの間の温度差が小さくなり、冷媒ガスの低温側温度
を高くして運転できる。請求項3においては、膨張シリ
ンダの冷却部側端部を厚肉状に形成し、この厚肉状端部
と冷却部とは熱抵抗の小さい純チタンからなり、この膨
張シリンダの厚肉状端部と冷却部とを除いた部分は熱抵
抗の大きいチタン合金からなるようにしたので、被冷却
体と冷媒ガスとの間の温度はより小さくなり、かつ膨張
シリンダの管壁からの侵入熱量を低減できる。請求項4
〜7は、冷却部の内面に溝、例えば冷却部の中心軸に対
し同心円状に設けられた1個またはそれ以上の溝、ある
いは半径方向に設けられた1個またはそれ以上の溝、あ
るいは互に直交するように設けられたそれぞれ1個また
はそれ以上の溝が設けられたもので、冷却部と冷媒ガス
との間の熱伝達率が大きくなり被冷却体と冷媒ガスとの
間の温度差がより小さくなる。請求項8〜11は膨張シ
リンダの厚肉状端部の内面に溝、例えばこの膨張シリン
ダの軸に平行に設けられた1個またはそれ以上の溝、こ
の内面の円周上に平行に設けられた1個もしくはそれ以
上の溝、あるいは、この膨張シリンダの軸に対してねじ
状に設けられた溝を設けたので、膨張シリンダの厚肉状
端部と冷媒ガスとの間の熱伝達率が大きくなり、被冷却
体と冷媒ガスとの間の温度差がより小さくなる。これら
によって冷凍機の効率はより高められる。
In the expansion cylinder device for a refrigerator according to the present invention, since the expansion cylinder is made of a titanium alloy having a large thermal resistance, the amount of heat penetrating from the tube wall of the expansion cylinder can be reduced, and cooling can be performed. Since the portion is made of pure titanium having a small thermal resistance, the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas can be further reduced. In claim 2,
As the cooling cylinder side end of the expansion cylinder is formed thick,
The thermal resistance of the thick end is reduced, the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas is reduced, and operation can be performed with the low-temperature side of the refrigerant gas raised. According to a third aspect of the present invention, the cooling section side end of the expansion cylinder is formed to be thick, and the thick end and the cooling section are made of pure titanium having low thermal resistance. Since the part excluding the part and the cooling part is made of a titanium alloy having a large thermal resistance, the temperature between the object to be cooled and the refrigerant gas becomes smaller, and the amount of heat entering from the pipe wall of the expansion cylinder is reduced. Can be reduced. Claim 4
7 to 7 are grooves on the inner surface of the cooling unit, for example, one or more grooves provided concentrically with respect to the center axis of the cooling unit, or one or more grooves provided in the radial direction, or The heat transfer coefficient between the cooling part and the refrigerant gas is increased, and the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas is increased. Becomes smaller. Claims 8 to 11 are grooves on the inner surface of the thickened end of the expansion cylinder, for example one or more grooves provided parallel to the axis of the expansion cylinder, provided parallel to the circumference of this inner surface. Since one or more grooves or grooves formed in a screw shape with respect to the axis of the expansion cylinder are provided, the heat transfer coefficient between the thick end of the expansion cylinder and the refrigerant gas is reduced. The temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas becomes smaller. These further increase the efficiency of the refrigerator.

【0010】[0010]

【実施例】図1は本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の
参考例を示す要部断面図である。図1に示す冷凍機の膨
張シリンダ装置は図6に示す従来の膨張シリンダ装置と
構造的には同様であるが、膨張シリンダ1はチタン合金
からなっている点が異なる。チタン合金の熱抵抗は、通
常膨張シリンダに用いられているステンレス鋼の熱抵抗
に比して大きい。例えばステンレス鋼SUS304とチ
タン合金Ti−6A1−4Vとを比較すると80〜30
0Kの平均熱伝導率から換算して、Ti−6A1−4V
の熱抵抗はSUS304の2倍となっており、膨張シリ
ンダ1の管壁からの侵入熱量が低減される。なお、図1
においては膨張シリンダ1の冷却部6側の端部1Aは厚
肉状に形成されているが、この発明はこの端部1Aが厚
肉状に形成されていない図5の1に示されるような通常
の膨張シリンダに適用して効果があることは勿論であ
る。
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a reference example of an expansion cylinder device of a refrigerator according to the present invention. The expansion cylinder device of the refrigerator shown in FIG. 1 is structurally similar to the conventional expansion cylinder device shown in FIG. 6, except that the expansion cylinder 1 is made of a titanium alloy. The thermal resistance of a titanium alloy is higher than the thermal resistance of stainless steel normally used for an expansion cylinder. For example, comparing stainless steel SUS304 with titanium alloy Ti-6A1-4V, 80-30
Calculated from the average thermal conductivity of 0K, Ti-6A1-4V
Has twice the thermal resistance of SUS304, and the amount of heat entering from the tube wall of the expansion cylinder 1 is reduced. FIG.
In FIG. 5, the end 1A of the expansion cylinder 1 on the side of the cooling section 6 is formed to be thick, but in the present invention, this end 1A is not formed to be thick, as shown in FIG. It is needless to say that the present invention is effective when applied to a normal expansion cylinder.

【0011】図2は本発明の実施例を示し、図2が図1
と異なるところは、図1は膨張シリンダ1全体がチタン
合金からなっているのに対し、図2は膨張シリンダ1の
厚肉状端部1Aを除いた部分がチタン合金からなり、こ
の膨張シリンダの厚肉状端部1Aと冷却部6とは純チタ
ンからなっている点にある。純チタンはSUS304に
比して、例えば80Kにおける熱抵抗は1/8であり、
被冷却体と冷媒ガスとの間の温度が小さくなり、冷媒ガ
スの低温側温度を高くして運転できる。そして、膨張シ
リンダ1の厚肉状端部1Aを除いた部分はチタン合金か
らなっているので膨張シリンダ1の管壁からの侵入熱量
が低減される。なお、図2に示すように冷却部6と膨張
シリンダの端部1Aとを純チタンで一体として製作し、
この結合体22を膨張シリンダ1の厚肉状端部を除いた
チタン合金からなる部分1Bにフランジ21を介して接
合するようにすると製作が容易である。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, and FIG.
1 differs from FIG. 1 in that the entire expansion cylinder 1 is made of a titanium alloy, whereas FIG. 2 is a part made of a titanium alloy except for the thick end portion 1A of the expansion cylinder 1. The thick end portion 1A and the cooling portion 6 are made of pure titanium. Pure titanium has a thermal resistance of 1/8 at 80K, for example, compared to SUS304.
The temperature between the object to be cooled and the refrigerant gas decreases, and the operation can be performed with the low-temperature side of the refrigerant gas raised. Since the portion of the expansion cylinder 1 other than the thick end portion 1A is made of a titanium alloy, the amount of heat entering from the tube wall of the expansion cylinder 1 is reduced. In addition, as shown in FIG. 2, the cooling unit 6 and the end 1A of the expansion cylinder are manufactured integrally with pure titanium,
If the joined body 22 is joined to the portion 1B made of a titanium alloy excluding the thick end portion of the expansion cylinder 1 via the flange 21, the manufacture is easy.

【0012】図3は本発明の異なる実施例を示し、図3
は図2の冷却部6の内面に溝23を設けたものである。
この溝23によって冷却部6の内面面積が増加し、かつ
この溝23によって連通路20から高速で噴出する冷媒
ガスはより乱流状態となるので冷却部6と冷媒ガスとの
間の熱伝達率が大きくなり、被冷却体と冷媒ガスとの間
の温度差がより小さくなる。この溝23は、例えば冷却
部6の中心軸に対し同心円状に設けられた1個あるいは
それ以上の溝、あるいは冷却部6の中心軸に対し半径方
向に設けられた1個あるいはそれ以上の溝、あるいは互
に直交するように設けられた1個あるいはそれ以上の溝
などで構成すると製作が容易である。
FIG. 3 shows a different embodiment of the present invention.
Is provided with a groove 23 on the inner surface of the cooling section 6 in FIG.
The groove 23 increases the inner surface area of the cooling unit 6 and the groove 23 causes the refrigerant gas ejected at high speed from the communication passage 20 to be in a more turbulent state, so that the heat transfer coefficient between the cooling unit 6 and the refrigerant gas is increased. And the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas becomes smaller. This groove 23 is, for example, one or more grooves provided concentrically with respect to the central axis of the cooling unit 6 or one or more grooves provided radially with respect to the central axis of the cooling unit 6. Or one or more grooves provided so as to be orthogonal to each other, the manufacture is easy.

【0013】図4は本発明の更に異なる実施例を示し、
図4は図2の膨張シリンダ端部1Aの内面に溝24を設
けたものである。この溝24によって膨張シリンダ端部
1Aの内面面積が増加し、かつこの溝24によって連通
路20から高速で噴出する冷媒ガスはより乱流状態とな
るので膨張シリンダ端部1Aと冷媒ガスとの間の熱伝達
率が大きくなり、被冷却体と冷媒ガスとの間の温度差が
より小さくなる。この溝24は、例えば膨張シリンダ1
の中心軸に平行に設けられた1個もしくはそれ以上の
溝、あるいはこの内面の円周上に平行に設けられた1個
もしくはそれ以上の溝、あるいはこの膨張シリンダ1の
軸に対してねじ状に設けられた溝などで構成すると製作
が容易である。
FIG. 4 shows yet another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view in which a groove 24 is provided on the inner surface of the expansion cylinder end 1A of FIG. The groove 24 increases the inner surface area of the expansion cylinder end 1A, and the groove 24 causes the refrigerant gas ejected at a high speed from the communication passage 20 to be in a more turbulent state. Is increased, and the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas becomes smaller. The groove 24 is formed, for example, in the expansion cylinder 1
One or more grooves provided in parallel with the central axis of the cylinder, or one or more grooves provided in parallel with the circumference of the inner surface thereof, or a threaded shape with respect to the axis of the expansion cylinder 1 It is easy to manufacture if it is constituted by grooves or the like provided in the groove.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置にお
いては、膨張シリンダを熱抵抗の大きいチタン合金で構
成して冷却部を熱抵抗の小さい純チタンで構成する、ま
た膨張シリンダの冷却部側端部を厚肉状に形成する、更
にまた、冷却部とこの膨張シリンダの厚肉状端部を純チ
タンで構成し、膨張シリンダの厚肉状端部と冷却部とを
除いた部分をチタン合金で構成する、更にまた、冷却部
の内面あるいは膨張シリンダの厚肉状端部の内面に溝を
設けることによって、被冷却体と冷媒ガスとの間の温度
差を小さくし、かつ膨張シリンダの管壁からの侵入熱量
を低減したので、極めて冷凍効率の高い冷凍機が得られ
る。
According to the expansion cylinder device of the refrigerator of the present invention, the expansion cylinder is made of a titanium alloy having a large thermal resistance, and the cooling section is made of pure titanium having a small thermal resistance. The end portion is formed to be thick, and furthermore, the cooling portion and the thick end portion of the expansion cylinder are made of pure titanium, and the portion excluding the thick end portion and the cooling portion of the expansion cylinder is made of titanium. By forming a groove on the inner surface of the cooling part or the inner surface of the thick end of the expansion cylinder, the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas is reduced, and the expansion cylinder is made of an alloy. Since the amount of heat entering from the pipe wall is reduced, a refrigerator having extremely high refrigeration efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の参考例を
示す要部断面図
FIG. 1 is a sectional view of a main part showing a reference example of an expansion cylinder device of a refrigerator according to the present invention.

【図2】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の実施例を
示す要部断面図
FIG. 2 is a sectional view of a main part showing an embodiment of an expansion cylinder device of a refrigerator according to the present invention.

【図3】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の更に異な
る実施例を示す要部断面図
FIG. 3 is a sectional view of a main part showing still another embodiment of the expansion cylinder device of the refrigerator of the present invention.

【図4】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の更に異な
る実施例を示す要部断面図
FIG. 4 is a sectional view of a main part showing still another embodiment of the expansion cylinder device of the refrigerator according to the present invention.

【図5】逆スターリングサイクル冷凍機の原理を示す構
成図
FIG. 5 is a configuration diagram showing the principle of a reverse Stirling cycle refrigerator.

【図6】従来の冷凍機の膨張シリンダ装置の一例を示す
一部断面を含む斜視図
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional expansion cylinder device of a refrigerator including a partial cross section.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 膨張シリンダ 1A 膨張シリンダの端部 1B 膨張シリンダ1の端部1Aを除いた部分 3 膨張ピストン 6 冷却部 9 蓄冷器 15 膨張空間 20 連通路 23 溝 24 溝 Reference Signs List 1 expansion cylinder 1A end of expansion cylinder 1B part excluding end 1A of expansion cylinder 1 3 expansion piston 6 cooling section 9 regenerator 15 expansion space 20 communication passage 23 groove 24 groove

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−110260(JP,A) 特開 平5−312425(JP,A) 実開 昭62−102967(JP,U) 実開 昭58−155570(JP,U) 実開 平4−132368(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 9/14 510 F25B 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-110260 (JP, A) JP-A-5-313425 (JP, A) Japanese Utility Model Showa 62-102967 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 58- 155570 (JP, U) Japanese Utility Model 4-132368 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) F25B 9/14 510 F25B 9/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被冷却体を冷却する冷却部によりその端面
が気密に密閉されて膨張空間を形成する膨張シリンダ
と、この膨張シリンダの内部を前記膨張空間に対面して
往復動し、かつ冷媒ガスの通路としての蓄冷器がその内
部に設けられ、前記膨張空間に連通する膨張ピストンと
を備えた冷凍機の膨張シリンダ装置において、前記膨張
シリンダはチタン合金からなるとともに、冷却部は純チ
タンからなることを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装
置。
An expansion cylinder whose end face is hermetically sealed by a cooling section for cooling an object to be cooled to form an expansion space, a reciprocating movement inside the expansion cylinder facing the expansion space, and a refrigerant. A regenerator as a gas passage is provided therein, and an expansion cylinder device for a refrigerator including an expansion piston communicating with the expansion space, wherein the expansion cylinder is made of a titanium alloy, and the cooling unit is made of pure titanium. An expansion cylinder device for a refrigerator.
【請求項2】請求項1記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、膨張シリンダはその冷却部側端部を厚肉状に
形成したことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
2. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 1, wherein an end portion of the expansion cylinder on the side of the cooling portion is formed to be thick.
【請求項3】被冷却体を冷却する冷却部によりその端面
が気密に密閉されて膨張空間を形成する膨張シリンダ
と、この膨張シリンダの内部を前記膨張空間に対面して
往復動し、かつ冷媒ガスの通路としての蓄冷器がその内
部に設けられ、前記膨張空間に連通する膨張ピストンと
を備えた冷凍機の膨張シリンダ装置において、膨張シリ
ンダは、その冷却部側端部が厚肉状に形成され、この厚
肉状端部と冷却部とは純チタンからなり、この膨張シリ
ンダの厚肉状端部と冷却部とをを除いた部分はチタン合
金からなることを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装
置。
3. An expansion cylinder whose end face is hermetically sealed by a cooling section for cooling a cooled body to form an expansion space, and an inside of the expansion cylinder reciprocatingly faces the expansion space and has a refrigerant. In an expansion cylinder device of a refrigerator, a regenerator as a gas passage is provided therein, and an expansion piston communicating with the expansion space. The expansion end of the refrigerator is characterized in that the thick end and the cooling part are made of pure titanium, and the part excluding the thick end and the cooling part of the expansion cylinder is made of a titanium alloy. Cylinder device.
【請求項4】請求項1〜3記載の冷凍機の膨張シリンダ
装置において、冷却部の内面に溝を設けたことを特徴と
する冷凍機の膨張シリンダ装置。
4. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 1, wherein a groove is provided on an inner surface of the cooling unit.
【請求項5】請求項4記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、冷却部の内面の溝は、冷却部の中心軸に対し
同心円状に設けられた1個またはそれ以上の溝からなる
ことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
5. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 4, wherein the groove on the inner surface of the cooling unit comprises one or more grooves provided concentrically with the center axis of the cooling unit. Characteristic expansion cylinder device for refrigerator.
【請求項6】請求項4記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、冷却部の内面の溝は、冷却部の中心軸に対し
半径方向に設けられた1個またはそれ以上の溝からなる
ことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
6. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 4, wherein the groove on the inner surface of the cooling unit comprises one or more grooves provided in a radial direction with respect to a center axis of the cooling unit. Characteristic expansion cylinder device for refrigerator.
【請求項7】請求項4記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、冷却部の内面の溝は、互に直交するように設
けられたそれぞれ1個またはそれ以上の溝からなること
を特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
7. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 4, wherein the grooves on the inner surface of the cooling unit are each formed of one or more grooves provided to be orthogonal to each other. Expansion cylinder device for refrigerator.
【請求項8】請求項2あるいは3記載の冷凍機の膨張シ
リンダ装置において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面
に溝を設けたことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装
置。
8. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 2, wherein a groove is provided on an inner surface of a thick end portion of the expansion cylinder.
【請求項9】請求項8記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面の溝は、こ
の膨張シリンダの軸に平行に設けられた1個またはそれ
以上の溝からなることを特徴とする冷凍機の膨張シリン
ダ装置。
9. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 8, wherein the groove on the inner surface of the thick end of the expansion cylinder has one or more grooves provided parallel to the axis of the expansion cylinder. An expansion cylinder device for a refrigerator, comprising:
【請求項10】請求項8記載の冷凍機の膨張シリンダ装
置において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面の溝は、
この内面の円周上に平行に設けられた1個もしくはそれ
以上の溝からなることを特徴とする冷凍機の膨張シリン
ダ装置。
10. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 8, wherein the groove on the inner surface of the thick end portion of the expansion cylinder is
An expansion cylinder device for a refrigerator, comprising one or more grooves provided in parallel on the circumference of the inner surface.
【請求項11】請求項8記載の冷凍機の膨張シリンダ装
置において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面の溝は、
この膨張シリンダの軸に対してねじ状に設けられた溝か
らなることを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
11. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 8, wherein the groove on the inner surface of the thick end of the expansion cylinder is
An expansion cylinder device for a refrigerator, comprising a groove provided in a screw shape with respect to the axis of the expansion cylinder.
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