JP3271346B2 - Refrigerator regenerator and method of manufacturing the same - Google Patents

Refrigerator regenerator and method of manufacturing the same

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JP3271346B2
JP3271346B2 JP00270293A JP270293A JP3271346B2 JP 3271346 B2 JP3271346 B2 JP 3271346B2 JP 00270293 A JP00270293 A JP 00270293A JP 270293 A JP270293 A JP 270293A JP 3271346 B2 JP3271346 B2 JP 3271346B2
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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

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、冷凍機に使用される再
生器(再生式熱交換器)及びその製造方法に関し、特
に、蓄冷材に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a regenerator (regenerative heat exchanger) used in a refrigerator and a method for producing the same, and more particularly to a regenerator material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ヘリウムガス等の高圧の冷媒
ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低
温冷凍機として、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、この圧
縮機で圧縮された冷媒ガスを膨張させる膨張機とを組合
わせてなり、上記膨張機のシリンダ内でディスプレーサ
を往復動させ、その膨張空間で冷媒ガスを断熱膨張させ
て寒冷を発生させるようにしたGM冷凍機や、リニアモ
ータ圧縮機から吐出される脈動をもったガスにより膨張
機のディスプレーサを往復動させて、膨張空間での冷媒
ガスの膨張により寒冷を発生させるようにしたスターリ
ング冷凍機が知られている。こうした極低温冷凍機にお
ける膨張機には、再生器(リジェネレータ)と呼ばれる
再生式熱交換器が内蔵されているが、この再生器は、通
常、ガスが往来可能なディスプレーサとしてのケース内
に充填された多数の粒状の鉛からなるマトリックス、つ
まり、蓄冷材を備え、該蓄冷材を通過するガス冷媒と熱
交換して蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うタイプのものが
一般的に採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a compressor for compressing a refrigerant gas and a compressor for compressing the refrigerant gas have been used as a cryogenic refrigerator for expanding a high-pressure refrigerant gas such as helium gas to generate cryogenic cooling. A GM refrigerator that combines an expander that expands a refrigerant gas, reciprocates a displacer in a cylinder of the expander, and adiabatically expands the refrigerant gas in the expansion space to generate cold. There is known a Stirling refrigerator in which a displacer of an expander is reciprocated by pulsating gas discharged from a linear motor compressor to generate cold by expansion of a refrigerant gas in an expansion space. The expander of such a cryogenic refrigerator has a built-in regenerative heat exchanger called a regenerator. This regenerator is usually filled in a case as a displacer through which gas can flow. A matrix made of a large number of granular lead, that is, a type having a regenerator material, and performing heat storage and heating of the gas refrigerant by exchanging heat with a gas refrigerant passing through the regenerator material is generally adopted. .

【0003】しかしながら、上記再生器においては、図
4に示すように、ケース(91)の両端部に取付けられたキ
ャップ(92, 93)の中央部にガス冷媒の流通孔(94, 95)が
形成される一方、上記ケース(91)に充填された蓄冷材(9
6)の空隙率が全体に均一に形成されているので、中心部
を流れるガス冷媒の流速V1が早く、外側を流れるガス冷
媒の流速V2が遅くなり、中心部では熱交換が過剰になっ
て能力不足になり、逆に、外側では熱交換が少なく能力
過剰になり、全体に熱交換がアンバランスになるという
問題があった。そこで、従来、特開平2―309158
号公報に示されるように、ケース内に円筒状の仕切壁を
設け、該仕切壁の内側と外側とには、空隙率の異なる蓄
冷材を充填するようにしてガス冷媒がケース内を全体に
均一に流れるようにし、熱交換のアンバランスを防止す
ることが提案されている。
However, in the above-mentioned regenerator, as shown in FIG. 4, gas refrigerant circulation holes (94, 95) are formed at the center of caps (92, 93) attached to both ends of the case (91). While being formed, the cold storage material (9
6) Since the porosity is uniformly formed as a whole, the flow rate V1 of the gas refrigerant flowing in the center is fast, the flow rate V2 of the gas refrigerant flowing outside is slow, and heat exchange is excessive in the center. There was a problem that the capacity was insufficient, and conversely, the heat exchange was small on the outside and the capacity was excessive, and the heat exchange was unbalanced as a whole. Therefore, conventionally, Japanese Patent Application Laid-Open
As shown in the publication, a cylindrical partition wall is provided in the case, and the inside and outside of the partition wall are filled with a cold storage material having a different porosity so that the gas refrigerant is entirely inside the case. It has been proposed to provide a uniform flow and prevent heat exchange imbalance.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した再生
器においては、仕切壁を設けているので、熱伝導損失が
生じるという問題があった。つまり、蓄冷材の両端部で
約200℃の温度差が生じるので、上記仕切壁を薄肉に
形成しても熱伝導損失が生じ、再生器効率が低下すると
いう問題があった。
However, in the above-described regenerator, since the partition wall is provided, there is a problem that heat conduction loss occurs. That is, since a temperature difference of about 200 ° C. occurs at both ends of the cold storage material, even if the partition wall is formed thin, heat conduction loss occurs, and there is a problem that the regenerator efficiency is reduced.

【0005】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、第1の目的は、仕切壁による熱伝導損失を防止しつ
つ、熱交換のアンバランスを防止して再生器効率を向上
させることにある。また、本発明の第2の目的は、上記
再生器の製造できる方法を実現することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and a first object of the present invention is to prevent a heat conduction loss due to a partition wall and to prevent an imbalance in heat exchange, thereby improving a regenerator efficiency. It is in. A second object of the present invention is to realize a method for manufacturing the regenerator.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明が講じた手段は、空隙率の異なる複数の蓄
冷材層を互いに直接密接するように形成したものであ
る。すなわち、図2及び図3に示すように、請求項1に
係る発明が講じた手段は、上記第1の目的を達成すべ
く、先ず、膨張空間(20, 21)に給排されるガス冷媒との
熱交換により蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うようにした
冷凍機の再生器を前提としている。そして、筒状に形成
されたケース(32)の両開口端にガス冷媒の流通孔(38, 3
9)を有するキャップ(36, 37)が取付けられている。更
に、上記ケース(32)内には、ケース(32)の中心上に位置
する柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(34)の外側に
位置する1又は2以上の筒状蓄冷材層(35)とがケース(3
2)の半径方向に積層して充填されている。加えて、上記
各蓄冷材層(34, 35)は、柱状蓄冷材層(34)からケース(3
2)内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたが
って空隙率が大きくなるように形成された構成としてい
る。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the means taken by the present invention is such that a plurality of cold storage material layers having different porosity are formed so as to be in direct contact with each other. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the means according to the first aspect of the present invention firstly uses the gas refrigerant supplied to and discharged from the expansion space (20, 21) to achieve the first object. It is assumed that the regenerator of the refrigerator is configured to store heat and heat the gas refrigerant by heat exchange with the regenerator. The gas refrigerant circulation holes (38, 3) are formed at both open ends of the cylindrical case (32).
A cap (36, 37) having 9) is attached. Further, inside the case (32), a columnar cold storage material layer (34) located on the center of the case (32) and one or more cylindrical cold storage material layers located outside the columnar cold storage material layer (34). Cool storage material layer (35) and case (3
It is filled by laminating in the radial direction of 2). In addition, each of the cold storage material layers (34, 35) is separated from the columnar cold storage material layer (34) by the case (3).
2) The configuration is such that the porosity increases as it goes to the cylindrical cold storage material layer (35) located inside and outside.

【0007】また、請求項2に係る発明が講じた手段
は、第2の目的を達成すべく、上記請求項1の極低温冷
凍機の再生器の製造方法として、先ず、ケース(32)の中
心上に位置する柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(3
4)の外側に位置する1又は2以上の筒状蓄冷材層(35)と
を、該柱状蓄冷材層(34)からケース(32)内の外側に位置
する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがって空隙率が大き
くなるように形成すると共に、ケース(32)の充填有効長
さより長く且つケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)
との間及び各蓄冷材層(34, 35)の間に小隙が存する外形
に形成する。続いて、上記ケース(32)の一端部にキャッ
プ(37)を取付けた状態で、他端の開口端より上記各蓄冷
材層(34, 35)を挿入する。その後、上記ケース(32)の開
口端部に、ケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)との
間及び各蓄冷材層(34, 35)の間が密接するように各蓄冷
材層(34, 35)を長手方向に圧縮しつゝキャップ(36)を取
付け、該ケース(32)内に各蓄冷材層(34, 35)を充填する
構成としている。
Further, in order to achieve the second object, the means adopted by the invention according to claim 2 is a method for manufacturing a regenerator for a cryogenic refrigerator according to claim 1, which first comprises the steps of: A columnar cold storage material layer (34) located on the center;
4) and one or more cylindrical cold storage material layers (35) located outside the case (32) from the columnar cold storage material layer (34). As the porosity is increased as it goes, the inner peripheral surface of the case (32) is longer than the effective filling length of the case (32) and the cylindrical cold storage material layer (35).
And between the respective cold storage material layers (34, 35). Subsequently, with the cap (37) attached to one end of the case (32), each of the cold storage material layers (34, 35) is inserted from the open end of the other end. Thereafter, at the opening end of the case (32), the gap between the inner peripheral surface of the case (32) and the cylindrical cold storage material layer (35) and between the respective cold storage material layers (34, 35) are closely contacted. Each cold storage material layer (34, 35) is compressed in the longitudinal direction, a cap 36 is attached, and the case (32) is filled with each cold storage material layer (34, 35).

【0008】[0008]

【作用】上記の構成により、請求項1に係る発明では、
膨脹空間(20, 21)に給排気されるガス冷媒は、再生器ケ
ース(32)の内部を通り、該ケース(32)内の各蓄冷材層(3
4, 35)と熱交換して蓄熱及びガス冷媒の加熱を行ってい
る。このケース(32)内には、複数の蓄冷材層(34, 35)を
半径方向に積層形成し、中心部の柱状蓄冷材層(34)から
外側の筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがって空隙率が大
きくなるように形成しているので、ガス冷媒は、流通孔
(38, 39)から柱状蓄冷材層(34)に向ってケース(32)内に
流入するものゝ該柱状蓄冷材層(34)の空隙率が小さいこ
とから、外側の筒状蓄冷材層(35)にも分散されることに
なる。このことから、上記ガス冷媒は、各蓄冷材層(34,
35)をほゞ均一に流れることになる。この結果、該各蓄
冷材層(34, 35)とガス冷媒との熱交換がほゞ均一に行わ
れることになり、再生器効率が向上することになる。
According to the first aspect of the present invention,
The gas refrigerant supplied to and exhausted from the expansion spaces (20, 21) passes through the inside of the regenerator case (32), and the respective cold storage material layers (3, 3) in the case (32).
4, 35), heat storage and gas refrigerant heating. In this case (32), a plurality of cold storage material layers (34, 35) are laminated in the radial direction, and go from the columnar cold storage material layer (34) at the center to the outer cylindrical cold storage material layer (35). The gas refrigerant is formed so that the porosity increases according to
(38, 39) flowing into the case (32) toward the columnar cold storage material layer (34) .Since the porosity of the columnar cold storage material layer (34) is small, the outer cylindrical cold storage material layer ( 35). From this, the gas refrigerant is stored in each cold storage material layer (34,
35) will flow almost uniformly. As a result, heat exchange between each of the cold storage material layers (34, 35) and the gas refrigerant is performed almost uniformly, and the regenerator efficiency is improved.

【0009】また、請求項2に係る発明では、各蓄冷材
層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さよりやゝ長く形
成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿入した
後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケース(3
2)に充填するので、該各蓄冷材層(34, 35)がやゝ外側に
膨出し、各蓄冷材層(34, 35)が互いに密接すると共に、
ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)とが密接することにな
り、各蓄冷材層(34, 35)の間などに間隙が生ずることが
なく、ガス冷媒の吹き抜けが防止される。
According to the second aspect of the present invention, each of the cold storage material layers (34, 35) is formed to be slightly longer than the effective filling length of the case (32), and each of the cold storage material layers (34, 35) is formed in the case. (32), each cold storage material layer (34, 35) is compressed in the longitudinal direction and the case (3
2), each cold storage material layer (34, 35) swells slightly outward, and each cold storage material layer (34, 35) comes into close contact with each other,
Since the case (32) and the tubular cold storage material layer (35) are in close contact with each other, there is no gap between the cold storage material layers (34, 35) and the like, and blow-through of the gas refrigerant is prevented.

【0010】[0010]

【発明の効果】従って、請求項1に係る発明によれば、
複数の蓄冷材層(34, 35)を半径方向に積層して形成する
と共に、中心部の柱状蓄冷材層(34)から外側の筒状蓄冷
材層(35)にいくにしたがって空隙率が大きくなるように
形成したゝめに、ガス冷媒が、外側の筒状蓄冷材層(35)
にも分散されることになる。この結果、該各蓄冷材層(3
4, 35)を流れるガス冷媒の流量をほゞ均一にすることが
できるので、該各蓄冷材層(34, 35)とガス冷媒との熱交
換をほゞ均一に行わせることができ、熱交換能力の不足
部分と過剰部分との発生を確実に防止することができる
ことから、再生器効率を向上させることができる。更
に、上記各蓄冷材層(34, 35)の間に仕切壁を設けること
なく該各蓄冷材層(34, 35)を密接するようにしているの
で、熱伝導損失を低減することができ、再生器効率の向
上を図ることができる。
Therefore, according to the first aspect of the present invention,
A plurality of cold storage material layers (34, 35) are laminated in the radial direction, and the porosity increases from the columnar cold storage material layer (34) at the center to the outer cylindrical cold storage material layer (35). In order to form the gas refrigerant, the outer cylindrical cold storage material layer (35)
Will also be distributed. As a result, each cold storage material layer (3
4, 35), the flow rate of the gas refrigerant can be made almost uniform, so that the heat exchange between each of the cold storage material layers (34, 35) and the gas refrigerant can be made almost uniform, Since the occurrence of a shortage portion and an excess portion of the exchange capacity can be reliably prevented, the regenerator efficiency can be improved. Furthermore, since each of the cold storage material layers (34, 35) is brought into close contact without providing a partition wall between each of the cold storage material layers (34, 35), heat conduction loss can be reduced. The efficiency of the regenerator can be improved.

【0011】また、請求項2に係る発明によれば、各蓄
冷材層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さよりやゝ長
く形成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿入し
た後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケース
(32)に充填するようにしたゝめに、該各蓄冷材層(34, 3
5)の膨出によって各蓄冷材層(34, 35)を互いに密接させ
ることができると共に、ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)
とを互いに密接させることができる。この結果、上記各
蓄冷材層(34, 35)の間などの間隙を確実に防止すること
ができ、ガス冷媒の吹き抜けを防止することができる。
According to the second aspect of the present invention, each regenerator material layer (34, 35) is formed to be slightly longer than the effective filling length of the case (32), and the regenerator material layer (34, 35) is formed. After inserting the cold storage material layers (34, 35) in the longitudinal direction,
In order to fill (32), each of the cold storage material layers (34, 3
The cold storage material layers (34, 35) can be brought into close contact with each other by the bulging of 5), and the case (32) and the cylindrical cold storage material layer (35)
Can be brought into close contact with each other. As a result, it is possible to reliably prevent a gap such as between the above-described regenerative material layers (34, 35), and prevent blow-by of the gas refrigerant.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の実施例に係る極低温冷凍機とし
てのG−Mサイクルを持つヘリウム冷凍機を示し、 (1)
は、図外の圧縮機で圧縮された冷媒ガスとしてのヘリウ
ムガスを膨張させる膨張機であって、この膨張機(1)
は、圧縮機に対し高圧及び低圧ガス配管(いずれも図示
せず)によって接続されて閉回路が形成されている。上
記膨張機(1) は、上記高圧ガス配管が接続される高圧ガ
ス入口(2) 及び低圧ガス配管が接続される低圧ガス出口
(3) を有するバルブハウジング(4) と、該バルブハウジ
ング(4) の下部に一体的に気密接合され、上側の大径部
(5a)及び下側の小径部(5b)よりなる2段構造のシリンダ
(5) とを備え、上記バルブハウジング(4) の内部には、
上記高圧ガス入口(2) に連通するモータ室(6) と、該モ
ータ室(6) に連通する上下方向の貫通孔(7) と、上記低
圧ガス出口(3) に補助オリフィス(8) を介して連通する
サージボリューム(9) とが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a helium refrigerator having a GM cycle as a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention;
Is an expander that expands helium gas as a refrigerant gas compressed by a compressor (not shown), and the expander (1)
Are connected to the compressor by high-pressure and low-pressure gas pipes (both not shown) to form a closed circuit. The expander (1) has a high-pressure gas inlet (2) to which the high-pressure gas pipe is connected, and a low-pressure gas outlet to which the low-pressure gas pipe is connected.
A valve housing (4) having (3) and an upper large-diameter portion integrally airtightly joined to a lower portion of the valve housing (4).
(5a) and a two-stage cylinder consisting of the lower small-diameter part (5b)
(5), and inside the valve housing (4),
A motor chamber (6) communicating with the high-pressure gas inlet (2), a vertical through hole (7) communicating with the motor chamber (6), and an auxiliary orifice (8) at the low-pressure gas outlet (3). And a surge volume (9) communicating therewith.

【0013】また、上記バルブハウジング(4) とシリン
ダ(5) との接合部には、該シリンダ(5) の上側閉塞端部
を構成するバルブステム(10)が設けられ、該バルブステ
ム(10)は、上記バルブハウジング(4) の貫通孔(7) に気
密嵌合されたバルブシート部(10a) と、上記シリンダ大
径部(5a)内の上部に垂下する垂下部(10b) とを備えてな
り、該バルブシート部(10a) の上方における貫通孔(7)
の内部が、上記モータ室(6) を介して高圧ガス配管に連
通するバルブ室(11)に形成されている。また、上記バル
ブステム(10)には、上半部が2つの分岐流路(12a, 12a)
に分岐され且つ上記バルブ室(11)とシリンダ(5) 内とに
連通する第1ガス流路(12)と、一端が後述するロータリ
バルブ(24)の低圧ポート(27)を介して第1ガス流路(12)
に連通すると共に、他端が上記バルブハウジング(4) に
形成した連通路(14)を介して低圧ガス出口(3) に連通す
る第2ガス流路(13)とが形成されている。そして、該第
2ガス流路(13)は、バルブステム(10)の上面中心部に、
第1ガス流路(12)の分岐流路(12a, 12a)は、バルブステ
ム(10)の上面で第2ガス流路(13)の開口部に対して対称
位置にそれぞれ開口されている。
A joint between the valve housing (4) and the cylinder (5) is provided with a valve stem (10) constituting an upper closed end of the cylinder (5). ) Includes a valve seat portion (10a) hermetically fitted in the through hole (7) of the valve housing (4), and a hanging portion (10b) hanging down at an upper portion in the cylinder large diameter portion (5a). And a through hole (7) above the valve seat portion (10a).
Is formed in a valve chamber (11) communicating with the high-pressure gas pipe through the motor chamber (6). The upper half of the valve stem (10) has two branch flow paths (12a, 12a).
And a first gas flow path (12) communicating with the valve chamber (11) and the cylinder (5), and a first gas flow path (27) having one end through a low pressure port (27) of a rotary valve (24) described later. Gas flow path (12)
And a second gas flow path (13) whose other end communicates with the low-pressure gas outlet (3) through a communication path (14) formed in the valve housing (4). The second gas flow path (13) is provided at the center of the upper surface of the valve stem (10).
The branch flow paths (12a, 12a) of the first gas flow path (12) are respectively opened on the upper surface of the valve stem (10) at symmetrical positions with respect to the opening of the second gas flow path (13).

【0014】一方、上記シリンダ(5) における大径部(5
a)内の上端部には、該シリンダ大径部(5a)内の上部に駆
動空間(15)を区画形成する略カップ形状のスラックピス
トン(16)がその上端内側面を上記バルブステム(10)の垂
下部(10b) に気密状に摺接せしめた状態で往復動可能に
嵌合され、上記駆動空間(15)は、上記バルブハウジング
(4) 内のサージボリューム(9) にオリフィス(17)を介し
て常時連通している。上記スラックピストン(16)は底壁
(16a) を有し、該底壁(16a) には、ピストン(16)内外を
連通する中心孔(16b) 及び連通孔(16c) が形成されてい
る。また、上記シリンダ(5) 内には、ディスプレーサ(1
8)が往復動可能に嵌合されている。該ディスプレーサ(1
8)は、シリンダ(5) の大径部(5a)の下半部内を摺動する
密閉円筒状の大径部(18a) と、該大径部(18a) の下端に
一体形成され、シリンダ(5) の小径部(5b)内を摺動する
密閉円筒状の小径部(18b) とからなり、このディスプレ
ーサ(18)により、上記スラックピストン(16)下方のシリ
ンダ(5) 内空間が上側から順に中間空間(19)、第1段膨
張空間(20)及び第2段膨張空間(21)に区画されている。
そして、上記ディスプレーサ(18)の大径部(18a) 内の空
間は、下部流通孔(18c) を介して第1段膨張空間(20)に
常時連通され、また、小径部(18b) 内の空間は、上部流
通孔(18d) 及び下部流通孔(18e) を介して第1段及び第
2段膨張空間(20, 21)の双方に常時連通されている。
On the other hand, the large-diameter portion (5
At the upper end in a), a substantially cup-shaped slack piston (16) that defines a driving space (15) in the upper part of the cylinder large-diameter portion (5a) has its upper end inner surface facing the valve stem (10). ) Is reciprocally fitted in an airtight sliding contact with the hanging part (10b) of the valve housing (15).
The surge volume (9) in (4) is always in communication with the orifice (17). The above slack piston (16) is the bottom wall
The bottom wall (16a) is formed with a center hole (16b) and a communication hole (16c) communicating the inside and outside of the piston (16). The cylinder (5) has a displacer (1
8) is fitted reciprocally. The displacer (1
The large diameter portion (18a), which slides in the lower half of the large diameter portion (5a) of the cylinder (5), and the lower end of the large diameter portion (18a) are formed integrally with the cylinder (5). (5) consists of a closed cylindrical small-diameter portion (18b) that slides in the small-diameter portion (5b) .The displacer (18) raises the space inside the cylinder (5) below the slack piston (16). , An intermediate space (19), a first-stage expansion space (20), and a second-stage expansion space (21).
The space in the large-diameter portion (18a) of the displacer (18) is always communicated with the first-stage expansion space (20) through the lower communication hole (18c), and the space in the small-diameter portion (18b) is also provided. The space is always in communication with both the first and second-stage expansion spaces (20, 21) via the upper communication hole (18d) and the lower communication hole (18e).

【0015】更に、上記ディスプレーサ(18)の大径部(1
8a) の上端には、後述する再生器(30)の上部キャップ(3
6)が設けられ、該上部キャップ(36)には、大径部(18a)
内の空間と上記中間空間(19)とを連通する上部流通孔(3
8)が穿設されると共に、管状の係止片(22)が一体に突設
されている。該係止片(22)は、上記スラックピストン底
壁(16a) の中心孔(16b) を貫通してピストン(16)の内部
に所定寸法だけ延び、その上端部にはピストン底壁(16
a) に係合するフランジ状の係止部(22a) が一体に形成
されている。そして、スラックピストン(16)の上昇移動
時、係止部(22a)は、ピストン(16)が所定ストロークだ
け上昇した時点でその底壁(16a) に係合し、ディスプレ
ーサ(18)をピストン(16)によって駆動して上昇開始させ
るように、つまり、ディスプレーサ(18)を所定ストロー
クの遅れをもってピストン(16)に追従移動させている。
Further, the large diameter portion (1) of the displacer (18)
8a), the upper cap (3) of the regenerator (30)
6) is provided, and the upper cap (36) has a large-diameter portion (18a).
The upper circulation hole (3) that communicates the space inside the space with the intermediate space (19).
8) is drilled, and a tubular locking piece (22) is integrally provided. The locking piece (22) extends through the center hole (16b) of the slack piston bottom wall (16a) into the piston (16) by a predetermined size, and has a piston bottom wall (16
a) A flange-shaped locking portion (22a) that engages with (a) is integrally formed. When the slack piston (16) moves upward, the locking portion (22a) engages with the bottom wall (16a) when the piston (16) moves up by a predetermined stroke, and moves the displacer (18) to the piston (16). 16), the displacer (18) is moved to follow the piston (16) with a delay of a predetermined stroke.

【0016】また、上記バルブハウジング(4) のバルブ
室(11)内には、モータ室(6) に配置したバルブモータ(2
3)によって回転駆動されるロータリバルブ(24)が配設さ
れ、該ロータリバルブ(24)の切換動作により、高圧ガス
配管に連通するバルブ室(11)と、低圧ガス配管に連通す
る連通路(14)とをシリンダ(5) 内の中間空間(19)、第1
及び第2段膨張空間(20, 21)に対し交互に連通するよう
になされている。すなわち、上記ロータリバルブ(24)
は、バルブモータ(23)の出力軸(23a) に回転不能にかつ
摺動可能に連結されている。また、バルブ(24)の上面と
モータ(23)との間にはスプリング(25)が縮装されてお
り、このスプリング(25)のばね力及びバルブ室(11)に導
入された高圧ヘリウムガスの圧力によりロータリバルブ
(24)の下面はバルブステム(10)の上面に対し一定の押圧
力で押し付けられている。
In the valve chamber (11) of the valve housing (4), a valve motor (2) disposed in a motor chamber (6) is provided.
A rotary valve (24) rotationally driven by 3) is provided, and a switching operation of the rotary valve (24) causes a valve chamber (11) communicating with the high-pressure gas pipe, and a communication path ( 14) and the intermediate space (19) in the cylinder (5),
And the second-stage expansion space (20, 21). That is, the rotary valve (24)
Is non-rotatably and slidably connected to the output shaft (23a) of the valve motor (23). Further, a spring (25) is contracted between the upper surface of the valve (24) and the motor (23), and the spring force of the spring (25) and the high-pressure helium gas introduced into the valve chamber (11). Rotary valve by pressure
The lower surface of (24) is pressed against the upper surface of the valve stem (10) with a constant pressing force.

【0017】一方、上記ロータリバルブ(24)の下面に
は、その半径方向に対向する外周縁から中心方向に所定
長さだけ切り込んでなる1対の高圧ポート(26, 26)と、
該高圧ポート(26, 26)に対しロータリバルブ(24)の回転
方向に略90°の角度間隔をあけて配置され、バルブ(2
4)下面の中心から外周縁近傍に向かって直径方向に切り
欠いてなる低圧ポート(27)とが形成されている。上記バ
ルブモータ(23)の駆動によりロータリバルブ(24)がその
下面をバルブステム(10)の上面に圧接させながら回転し
て切換動作する際、このロータリバルブ(24)の切換動作
に応じてスラックピストン(16)及びディスプレーサ(18)
をシリンダ(5) 内で往復動させる。そして、バルブ(24)
下面の高圧ポート(26, 26)の内端がそれぞれ第1ガス流
路(12)に合致したときには、バルブ室(11)を高圧ポート
(26, 26)及び第1ガス流路(12)を介してシリンダ(5) 内
の中間空間(19)、第1及び第2段膨張空間(20, 21)に連
通させて、これら各空間(19 〜 21)に高圧ヘリウムガス
を導入充填することにより、スラックピストン(16)及び
該ピストン(16)によって駆動されるディスプレーサ(18)
を上昇させる。一方、第2ガス流路(13)に常時連通する
低圧ポート(27)の外端が上記第1ガス流路(12)に合致し
たときには、上記シリンダ(5) 内の各空間(19 〜 21)を
第1ガス流路(12)、低圧ポート(27)、第2ガス流路(13)
及び連通路(14)を介して低圧ガス出口(3) に連通させ
て、各空間(19 〜 21)に充填されているヘリウムガスを
低圧ガス配管に排出することにより、スラックピストン
(16)及びディスプレーサ(18)を下降させ、膨張空間(20,
21)内のヘリウムガスの膨張によって寒冷を発生させて
いる。
On the other hand, on the lower surface of the rotary valve (24), a pair of high-pressure ports (26, 26) cut by a predetermined length from the radially opposed outer peripheral edge in the center direction,
The high pressure ports (26, 26) are arranged at an angular interval of about 90 ° in the rotation direction of the rotary valve (24), and the valve (2
4) A low-pressure port (27) is formed which is cut out in the diameter direction from the center of the lower surface toward the vicinity of the outer peripheral edge. When the rotary valve (24) is rotated by pressing the lower surface thereof against the upper surface of the valve stem (10) by the drive of the valve motor (23) to perform a switching operation, slack occurs in accordance with the switching operation of the rotary valve (24). Piston (16) and displacer (18)
Is reciprocated in the cylinder (5). And valve (24)
When the inner ends of the high pressure ports (26, 26) on the lower surface respectively match the first gas flow path (12), the valve chamber (11) is connected to the high pressure port.
(26, 26) and the first gas flow path (12), and communicate with the intermediate space (19) in the cylinder (5) and the first and second stage expansion spaces (20, 21). The slack piston (16) and the displacer (18) driven by the piston (16) by introducing and filling high-pressure helium gas into (19 to 21).
To rise. On the other hand, when the outer end of the low pressure port (27) constantly communicating with the second gas flow path (13) coincides with the first gas flow path (12), each space (19 to 21) in the cylinder (5) is turned on. ) To the first gas passage (12), the low pressure port (27), the second gas passage (13)
The helium gas filled in each space (19 to 21) is discharged to the low-pressure gas pipe by communicating with the low-pressure gas outlet (3) through the communication passage (14) and the slack piston.
(16) and the displacer (18) are lowered, and the expansion space (20,
Cold is generated by the expansion of helium gas in 21).

【0018】更に、上記ディスプレーサ(18)の大径部(1
8a) 内の空間には、蓄冷型の熱交換器からなる第1段再
生器(30)が、また、小径部(18b) 内の空間には、同様の
第2段再生器(31)がそれぞれ嵌装されている。該各再生
器(30, 31)は、図2に示すように、ケース(32)内に蓄冷
材(33)が充填されてなり、該蓄冷材(33)内の空隙がガス
通路になっている。そして、上記ディスプレーサ(18)が
シリンダ(5) 内を上昇する吸気行程にあるときには、前
の排気行程で極低温レベルに温度降下した各再生器(30,
31)の蓄冷材(33)を、中間空間(19)から第1又は第2段
膨張空間(20, 21)に向かう常温のヘリウムガスと接触さ
せて、両者の熱交換によりそのガスを極低温レベル近く
まで冷却する。一方、上記ディスプレーサ(18)が下降す
る排気行程にあるときには、各膨張空間(20, 21)での膨
張により極低温レベルに温度降下したヘリウムガスをシ
リンダ(5) 外に排出する途中で各再生器(30, 31)の蓄冷
材(33)と接触させて、両者の熱交換によりその再生器(3
0, 31)を極低温レベル近くまで再度冷却している。
Further, the large diameter portion (1) of the displacer (18)
A first-stage regenerator (30) composed of a regenerative heat exchanger is provided in the space inside 8a), and a similar second-stage regenerator (31) is provided in the space inside the small diameter portion (18b). Each is fitted. As shown in FIG. 2, each of the regenerators (30, 31) has a case (32) filled with a cold storage material (33), and a gap in the cold storage material (33) serves as a gas passage. I have. When the displacer (18) is in the intake stroke rising in the cylinder (5), each regenerator (30,
The cold storage material (33) of (31) is brought into contact with room temperature helium gas flowing from the intermediate space (19) to the first or second stage expansion space (20, 21), and the gas is cooled to a very low temperature by heat exchange between the two. Cool to near level. On the other hand, when the displacer (18) is in the descending exhaust stroke, each helium gas whose temperature has dropped to a cryogenic level due to expansion in each expansion space (20, 21) is discharged to the outside of the cylinder (5) during the regeneration. The regenerator (3) is brought into contact with the cold storage material (33) of the
0, 31) is cooled again to near the cryogenic level.

【0019】上記各再生器(30, 31)は、図2に示すよう
に、円筒状のケース(32)内に柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄
冷材層(35)とよりなる蓄冷材(33)が充填されて形成され
ている。そして、該ケース(32)の両開口端部には、それ
ぞれ上部キャップ(36)と下部キャップ(37)とが取付けら
れおり、該上部キャップ(36)には、中心上に流通孔(38)
が上下両面に亘って形成され、上記下部キャップ(37)に
は、内端が内面の中心上に、外端が両側面にそれぞれ開
口した逆T字状の流通孔(39)が形成されている。該各流
通孔(38, 39)は、ケース(32)の外部と内部とを連通し、
第1段再生器(30)における上記下部キャップ(37)の流通
孔(39)は、上述したように、上記ディスプレーサ(18)の
大径部(18a) における下部流通孔(18c) に、上記上部キ
ャップ(36)の流通孔(38)は、ディスプレーサ(18)の大径
部(18a) における上部流通孔(38)になっており、該上部
キャップ(36)に上記係止片(22)が形成されている。尚、
第2段再生器(31)においては、第1段再生器(30)におけ
る係止片(22)が形成されておらず、上部キャップ(36)の
流通孔(38)が上記ディスプレーサ(18)の小径部(18b) に
おける上部流通孔(18d) に連通し、下部キャップ(37)の
流通孔(39)が、上述したように、上記ディスプレーサ(1
8)の小径部(18b) における下部流通孔(18e) になってお
り、その他の構成は、第1段再生器(30)と同様である。
As shown in FIG. 2, each of the regenerators (30, 31) includes a cold storage material layer (34) and a cylindrical cold storage material layer (35) in a cylindrical case (32). It is formed by filling a material (33). An upper cap (36) and a lower cap (37) are respectively attached to both open ends of the case (32), and the upper cap (36) has a flow hole (38) on the center.
Are formed over the upper and lower surfaces, and the lower cap (37) is formed with an inverted T-shaped flow hole (39) having an inner end on the center of the inner surface and an outer end opened on both sides. I have. The respective communication holes (38, 39) communicate the outside and the inside of the case (32),
As described above, the flow hole (39) of the lower cap (37) in the first stage regenerator (30) is connected to the lower flow hole (18c) in the large diameter portion (18a) of the displacer (18). The flow hole (38) of the upper cap (36) is an upper flow hole (38) in the large-diameter portion (18a) of the displacer (18), and the upper cap (36) is provided with the locking piece (22). Are formed. still,
In the second-stage regenerator (31), the locking piece (22) in the first-stage regenerator (30) is not formed, and the flow hole (38) of the upper cap (36) is connected to the displacer (18). As described above, the lower cap (37) has the communication hole (39) communicating with the upper communication hole (18d) in the small diameter portion (18b).
The lower flow hole (18e) in the small diameter portion (18b) of (8) is the same as the first stage regenerator (30) in other configurations.

【0020】上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(3
5)は、本発明の特徴とするところであって、ケース(32)
の半径方向に積層され、上記第1段再生器(30)では、銅
繊維などの繊維メッシュで形成され、上記第2段再生器
(31)では、鉛繊維などの繊維メッシュで形成されてい
る。該柱状蓄冷材層(34)は、ケース(32)より小径の円柱
状に形成されてケース(32)の中心上に設けられる一方、
上記筒状蓄冷材層(35)は、外径がケース(32)の内径に、
内径が柱状蓄冷材層(34)の外径にそれぞれ一致する円筒
状に形成されて上記ケース(32)の内周面と柱状蓄冷材層
(34)の外周面との間に介設されており、該筒状蓄冷材層
(35)の外周面がケース(32)の内周面に密接し、筒状蓄冷
材層(35)の内周面が柱状蓄冷材層(34)の外周面に密接し
ている。更に、上記柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材層(3
5)とは、中央部の柱状蓄冷材層(34)の空隙率が、外側の
筒状蓄冷材層(35)の空隙率より小さくなるように形成さ
れ、具体的に、例えば、柱状蓄冷材層(34)の空隙率は8
0%に、筒状蓄冷材層(35)の空隙率は85%に設定され
ている。
The columnar cold storage material layer (34) and the cylindrical cold storage material layer (3)
5) is a feature of the present invention, wherein the case (32)
The first stage regenerator (30) is formed of a fiber mesh such as copper fiber, and is formed in the second stage regenerator (30).
(31) is formed of a fiber mesh such as lead fiber. The columnar cold storage material layer (34) is formed in a columnar shape with a smaller diameter than the case (32) and is provided on the center of the case (32),
The cylindrical cold storage material layer (35) has an outer diameter on the inner diameter of the case (32),
The inner surface of the case (32) and the columnar cold storage material layer are formed in a cylindrical shape whose inner diameter corresponds to the outer diameter of the columnar cold storage material layer (34), respectively.
(34), the tubular cold storage material layer
The outer peripheral surface of (35) is in close contact with the inner peripheral surface of the case (32), and the inner peripheral surface of the tubular cold storage material layer (35) is in close contact with the outer peripheral surface of the columnar cold storage material layer (34). Further, the columnar cold storage material layer (34) and the cylindrical cold storage material layer (3
5) is formed such that the porosity of the columnar cold storage material layer (34) in the center is smaller than the porosity of the outer cylindrical cold storage material layer (35) .Specifically, for example, the columnar cold storage material The porosity of the layer (34) is 8
The porosity of the tubular regenerative material layer (35) is set to 85%.

【0021】そこで、次に、上記再生器(30, 31)の製造
方法を説明する。先ず、上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状
蓄冷材層(35)を銅繊維や鉛繊維などの繊維メッシュでそ
れぞれ円柱状及び円筒状に形成する。その際、該柱状蓄
冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(35)の各長さX1, X2をケー
ス(32)の充填有効長さXよりやゝ長く形成し、且つ中央
部の柱状蓄冷材層(34)の長さX1を外側の筒状蓄冷材層(3
5)の長さX2に対して同じ長さか又は該柱状蓄冷材層(34)
の長さX1をやゝ長く形成する(X<X2≦X1)。更に、上
記筒状蓄冷材層(35)の外径は、ケース(32)の内径よりや
ゝ小径に、柱状蓄冷材層(34)の外径を筒状蓄冷材層(35)
の内径よりよりやゝ小径にそれぞれ形成し、単に、上記
筒状蓄冷材層(35)をケース(32)に挿入し、且つ柱状蓄冷
材層(34)を筒状蓄冷材層(35)に挿入した状態において、
上記ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)との間、該筒状蓄冷
材層(35)と柱状蓄冷材層(34)との間に小隙が存する径に
上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(35)を形成す
る。
Next, a method of manufacturing the regenerators (30, 31) will be described. First, the columnar regenerative material layer (34) and the cylindrical regenerative material layer (35) are formed into a columnar shape and a cylindrical shape, respectively, using a fiber mesh such as a copper fiber or a lead fiber. At this time, the lengths X1 and X2 of the columnar cold storage material layer (34) and the tubular cold storage material layer (35) are formed to be slightly longer than the effective filling length X of the case (32), and the columnar shape at the center is formed. The length X1 of the cold storage material layer (34) is
5) The same length as the length X2 or the columnar cold storage material layer (34)
Is formed slightly longer (X <X2 ≦ X1). Further, the outer diameter of the cylindrical cold storage material layer (35) is slightly smaller than the inner diameter of the case (32), and the outer diameter of the columnar cold storage material layer (34) is changed to the cylindrical cold storage material layer (35).
Each of them is formed to have a diameter slightly smaller than the inner diameter of the cylindrical cold storage material layer (35), and the cylindrical cold storage material layer (35) is simply inserted into the case (32), and the columnar cold storage material layer (34) is formed into the cylindrical cold storage material layer (35). In the inserted state,
The column-shaped cold storage material layer has a diameter between the case (32) and the cylindrical cold storage material layer (35), and a small gap between the cylindrical cold storage material layer (35) and the columnar cold storage material layer (34). (34) and a tubular cold storage material layer (35) are formed.

【0022】その後、上記ケース(32)の一端部に何れか
のキャップ(36, 37)を取付け、例えば、下部キャップ(3
7)を取付け、該ケース(32)の他端の開口端より上記筒状
蓄冷材層(35)及び柱状蓄冷材層(34)を挿入する。この状
態において、上述したように、ケース(32)と筒状蓄冷材
層(35)との間、該筒状蓄冷材層(35)と柱状蓄冷材層(34)
との間に小隙が生じている。続いて、上記ケース(32)の
開口端部に、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮しつ
ゝ上部キャップ(36)を取付ける。この上部キャップ(36)
の取付により、各蓄冷材層(34, 35)が半径方向に膨出
し、ケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)の外周面と
が、及び筒状蓄冷材層(35)の内周面と柱状蓄冷材層(34)
の外周面とが密接した状態でケース(32)内に各蓄冷材層
(34, 35)が充填され、上記再生器(30, 31)の製造が完了
することになる。
Thereafter, one of the caps (36, 37) is attached to one end of the case (32), and for example, the lower cap (3
7) is attached, and the cylindrical cold storage material layer (35) and the columnar cold storage material layer (34) are inserted from the open end of the other end of the case (32). In this state, as described above, between the case (32) and the tubular cold storage material layer (35), the tubular cold storage material layer (35) and the columnar cold storage material layer (34)
And a small gap is formed between Subsequently, the cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction, and an upper cap (36) is attached to the open end of the case (32). This top cap (36)
Each cold storage material layer (34, 35) swells in the radial direction due to the mounting of the case, the inner peripheral surface of the case (32) and the outer peripheral surface of the cylindrical cold storage material layer (35), and the cylindrical cold storage material layer ( 35) Inner peripheral surface and columnar cold storage material layer (34)
Each cold storage material layer is placed in the case (32) in close contact with the outer peripheral surface of
(34, 35) are filled, and the production of the regenerator (30, 31) is completed.

【0023】次に、上記実施例の作動について説明す
る。冷凍機の作動は基本的に通常のものと同様に行われ
る。すなわち、先ず、膨張機(1) におけるシリンダ(5)
内の圧力が低圧であって、スラックピストン(16)とディ
スプレーサ(18)とが下降端位置にある状態において、バ
ルブモータ(23)の駆動によるロータリバルブ(24)の回転
により、その高圧ポート(26, 26)が、バルブステム(10)
上面の第1ガス流路(12)に合致してロータリバルブ(24)
が高圧側に開く。これに伴い、圧縮機から高圧ガス配管
及び膨張機(1) のモータ室(6) を介してバルブ室(11)に
供給されている常温の高圧ヘリウムガスが、上記ロータ
リバルブ(24)の高圧ポート(26, 26)及び第1ガス流路(1
2)を介して中間空間(19)に導入される。更に、このヘリ
ウムガスは中間空間(19)からディスプレーサ(18)の各再
生器(30, 31)を通って順次各膨張空間(20, 21)に充填さ
れ、この再生器(30, 31)を通る間に前の排気行程で冷却
されている再生器(30, 31)との熱交換によって極低温レ
ベル近くまで冷却される。また、上記ピストン(16)上側
の駆動空間(15)と下側の中間空間(19)との圧力差によっ
てピストン(16)が上昇する。そして、このピストン(16)
の上昇ストロークが所定値に達すると、該ピストン(16)
の底壁(16a) とディスプレーサ(18)上端の係止片(22)と
が係合して、ディスプレーサ(18)は圧力変化に対し遅れ
を持ってピストン(16)により引き上げられ、このディス
プレーサ(18)の上昇移動によりその下方の膨張空間(20,
21)に更に高圧ガスが充填される(吸気行程)。
Next, the operation of the above embodiment will be described. The operation of the refrigerator is basically performed in the same manner as a normal refrigerator. That is, first, the cylinder (5) in the expander (1)
When the internal pressure is low and the slack piston (16) and the displacer (18) are at the lower end position, the rotation of the rotary valve (24) driven by the valve motor (23) causes the high pressure port ( 26, 26) but the valve stem (10)
Rotary valve (24) matching the first gas flow path (12) on the upper surface
Opens to the high pressure side. Along with this, normal-temperature high-pressure helium gas supplied from the compressor to the valve chamber (11) via the high-pressure gas pipe and the motor chamber (6) of the expander (1) is supplied to the high-pressure helium gas of the rotary valve (24). Ports (26, 26) and the first gas flow path (1
It is introduced into the intermediate space (19) via 2). Further, the helium gas is sequentially filled from the intermediate space (19) through the regenerators (30, 31) of the displacer (18) into the respective expansion spaces (20, 21), and the regenerators (30, 31) are filled. During the passage, it is cooled to near the cryogenic level by heat exchange with the regenerator (30, 31) cooled in the previous exhaust stroke. Further, the piston (16) rises due to a pressure difference between the drive space (15) above the piston (16) and the lower intermediate space (19). And this piston (16)
When the ascent stroke of the piston reaches a predetermined value, the piston (16)
The bottom wall (16a) of the displacer (18) and the locking piece (22) at the upper end of the displacer (18) are engaged, and the displacer (18) is pulled up by the piston (16) with a delay with respect to a change in pressure. 18), the expansion space (20,
21) is further filled with high-pressure gas (intake stroke).

【0024】この後、上記ロータリバルブ(24)が閉じる
と、その後もディスプレーサ(18)は慣性力によって上昇
し、これに伴い、ディスプレーサ(18)上方の中間空間(1
9)内のヘリウムガスが第1及び第2段膨張空間(20, 21)
に移動する。そして、ディスプレーサ(18)が上昇端位置
に達した後、ロータリバルブ(24)の低圧ポート(27)が上
記第1ガス流路(12)に合致してバルブ(24)が低圧側に開
き、この開弁に伴い、上記ディスプレーサ(18)下方の各
膨張空間(20, 21)内のヘリウムガスが断熱膨張し、この
ヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する(膨張行
程)。
Thereafter, when the rotary valve (24) is closed, the displacer (18) further rises due to the inertial force, and accordingly, the intermediate space (1) above the displacer (18).
9) Helium gas in the first and second stage expansion space (20, 21)
Go to Then, after the displacer (18) reaches the rising end position, the low pressure port (27) of the rotary valve (24) matches the first gas flow path (12) and the valve (24) opens to the low pressure side, With the opening of the valve, the helium gas in each of the expansion spaces (20, 21) below the displacer (18) expands adiabatically, and the expansion of the helium gas causes cooling (expansion stroke).

【0025】この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ(18)内の再生
器(30, 31)を通って上記中間空間(19)内に戻り、その間
に再生器(30, 31)内の各蓄冷材層(34, 35)を極低温レベ
ルまで冷却しながら自身が常温まで暖められる。そし
て、この常温のヘリウムガスは、更に中間空間(19)内の
ヘリウムガスと共に第1ガス流路(12)、バルブ(24)の低
圧ポート(27)、連通路(14)を介して膨張機(1) 外に排出
され、低圧ガス配管を通って圧縮機に吸入される。この
ガス排出に伴い上記中間空間(19)内のガス圧が低下し
て、その駆動空間(15)との圧力差によりスラックピスト
ン(16)が下降し、このピストン(16)の底壁(16a) がディ
スプレーサ(18)の上面に当接した後は該ディスプレーサ
(18)が押圧されて下降し、このディスプレーサ(18)の下
降移動により膨張空間(20, 21)内のガス冷媒が膨張機
(1) 外に更に排出される(排気行程)。次いで、ロータ
リバルブ(24)が閉じるが、この後もディスプレーサ(18)
は下降端位置まで下降し、膨張空間(20, 21)内のヘリウ
ムガスが排出されて最初の状態に戻る。以上により膨張
機(1) の動作の1サイクルが終了し、以後は上記と同様
な動作が繰り返される。
The helium gas in the extremely low temperature state is as follows:
Contrary to the above-mentioned gas introduction, it returns to the above-mentioned intermediate space (19) through the regenerator (30, 31) in the displacer (18), and in the meantime, each cold storage material layer in the regenerator (30, 31). While (34, 35) is cooled to a cryogenic level, it warms itself to room temperature. Then, the helium gas at room temperature is further expanded with the helium gas in the intermediate space (19) through the first gas flow path (12), the low pressure port (27) of the valve (24), and the communication path (14). (1) It is discharged outside and sucked into the compressor through low-pressure gas piping. With this gas discharge, the gas pressure in the intermediate space (19) decreases, and the slack piston (16) descends due to the pressure difference with the driving space (15), and the bottom wall (16a ) Contacts the upper surface of the displacer (18)
(18) is pressed and descends, and the downward movement of the displacer (18) causes the gas refrigerant in the expansion space (20, 21) to expand.
(1) It is further discharged outside (exhaust stroke). Next, the rotary valve (24) is closed, and thereafter the displacer (18)
Descends to the lower end position, the helium gas in the expansion space (20, 21) is discharged, and returns to the initial state. Thus, one cycle of the operation of the expander (1) is completed, and thereafter, the same operation as described above is repeated.

【0026】この実施例において、本発明の特徴とする
各再生器(30, 31)は、ケース(32)内に柱状蓄冷材層(34)
と筒状蓄冷材層(35)とを半径方向に積層形成し、中心部
の柱状蓄冷材層(34)の空隙率を小さく、外側の筒状蓄冷
材層(35)の空隙率が大きく形成しているので、ヘリウム
ガスは、一方の流通孔(38, 39)から柱状蓄冷材層(34)に
向ってケース(32)内に流入するものゝ該柱状蓄冷材層(3
4)の空隙率が小さいことから、外側の筒状蓄冷材層(35)
にも分散されることになる。このことから、上記ヘリウ
ムガスは、各蓄冷材層(34, 35)をほゞ均一に流れること
になる。この結果、該各蓄冷材層(34, 35)とヘリウムガ
スとの熱交換がほゞ均一に行われることになる。また、
上記各蓄冷材層(34, 35)の長さX1, X2をケース(32)の充
填有効長さXよりやゝ長く形成し、該各蓄冷材層(34, 3
5)をケース(32)に挿入した後、各蓄冷材層(34, 35)を長
手方向に圧縮してケース(32)に充填し、各再生器(30, 3
1)を製造するので、該各蓄冷材層(34, 35)がやゝ外側に
膨出し、各蓄冷材層(34, 35)が互いに、また、ケース(3
2)と筒状蓄冷材層(35)とが互いにそれぞれ間隙を存する
ことなく密接することになる。
In this embodiment, each regenerator (30, 31), which is a feature of the present invention, includes a columnar cold storage material layer (34) in a case (32).
And the cylindrical cold storage material layer (35) are laminated in the radial direction, the porosity of the columnar cold storage material layer (34) at the center is small, and the porosity of the outer cylindrical cold storage material layer (35) is large. Helium gas flows into the case (32) from one of the circulation holes (38, 39) toward the columnar cold storage material layer (34).
Since the porosity of 4) is small, the outer cylindrical cold storage material layer (35)
Will also be distributed. From this, the helium gas flows almost uniformly in each cold storage material layer (34, 35). As a result, heat exchange between each of the cold storage material layers (34, 35) and the helium gas is performed almost uniformly. Also,
The length X1, X2 of each of the cold storage material layers (34, 35) is formed slightly longer than the effective filling length X of the case (32), and the respective cold storage material layers (34, 3) are formed.
5) is inserted into the case (32), and each regenerator material layer (34, 35) is compressed in the longitudinal direction to fill the case (32), and each regenerator (30, 3)
1), the respective cold storage material layers (34, 35) swell slightly outward, and the respective cold storage material layers (34, 35) are connected to each other and to the case (3).
2) and the tubular cold storage material layer (35) are in close contact with each other without any gap.

【0027】従って、本実施例によれば、上記柱状蓄冷
材層(34)と筒状蓄冷材層(35)とを半径方向に積層して形
成すると共に、中心部の柱状蓄冷材層(34)の空隙率が小
さく、外側の筒状蓄冷材層(35)の空隙率が大きくなるよ
うに形成したゝめに、ヘリウムガスが、外側の筒状蓄冷
材層(35)にも分散されることになる。この結果、該各蓄
冷材層(34, 35)を流れるヘリウムガスの流量をほゞ均一
にすることができるので、該各蓄冷材層(34, 35)とヘリ
ウムガスとの熱交換をほゞ均一に行わせることができ、
熱交換能力の不足部分と過剰部分との発生を確実に防止
することができることから、再生器効率を向上させるこ
とができる。更に、上記柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材
層(35)との間に仕切壁を設けることなく該各蓄冷材層(3
4, 35)を密接するようにしているので、熱伝導損失を低
減することができ、再生器効率の向上を図ることができ
る。また、上記再生器(30, 31)の製造方法によれば、各
蓄冷材層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さXよりや
ゝ長く形成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿
入した後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケ
ース(32)に充填するようにしたゝめに、該各蓄冷材層(3
4, 35)の膨出によって各蓄冷材層(34, 35)を互いに密接
させることができると共に、ケース(32)と筒状蓄冷材層
(35)とを互いに密接させることができる。この結果、上
記各蓄冷材層(34, 35)の間などの間隙を確実に防止する
ことができることから、ヘリウムガスの吹き抜けを防止
することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the columnar cold storage material layer (34) and the cylindrical cold storage material layer (35) are laminated in the radial direction and formed at the center. The helium gas is also dispersed in the outer cylindrical cold storage material layer (35) in order that the porosity of the outer cylindrical cold storage material layer (35) is small and the porosity of the outer cylindrical cold storage material layer (35) is large. Will be. As a result, the flow rate of the helium gas flowing through each of the cold storage material layers (34, 35) can be made substantially uniform, so that heat exchange between each of the cold storage material layers (34, 35) and the helium gas can be substantially performed. Can be performed uniformly,
Since it is possible to reliably prevent the generation of the insufficient portion and the excess portion of the heat exchange capacity, it is possible to improve the regenerator efficiency. Furthermore, each cold storage material layer (3) is provided without providing a partition wall between the columnar cold storage material layer (34) and the cylindrical cold storage material layer (35).
4, 35) are closely arranged, so that heat conduction loss can be reduced and regenerator efficiency can be improved. According to the method for manufacturing the regenerator (30, 31), each regenerator material layer (34, 35) is formed to be slightly longer than the effective filling length X of the case (32), and the regenerator material layer (34) is formed. After inserting the cold storage material layers (34, 35) into the case (32), the respective cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction to fill the case (32). Three
Each of the cold storage material layers (34, 35) can be brought into close contact with each other by the expansion of the cold storage material layer (4, 35), and the case (32) and the cylindrical cold storage material layer
(35) can be brought into close contact with each other. As a result, it is possible to reliably prevent a gap such as between the respective regenerative material layers (34, 35), thereby preventing helium gas from flowing through.

【0028】尚、本実施例においては、上記蓄冷材(33)
を柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材層(35)との2層で形成
したが、本発明は、蓄冷材(33)を3層以上に形成しても
よい。その際、外側に位置する筒状蓄冷材層にいくにし
たがって空隙率を大きく形成する。また、本発明は、上
記実施例の如きG−Mサイクルを持つヘリウム冷凍機に
限らず、スターリング冷凍機やビルマイヤヒートポンプ
装置等のヒートポンプ装置における再生器、更にはヘリ
ウムガス以外の冷媒ガスを使用するものに対しても適用
できるのは勿論である。
In this embodiment, the cold storage material (33)
Is formed by two layers of the columnar cold storage material layer (34) and the cylindrical cold storage material layer (35), but in the present invention, the cold storage material (33) may be formed in three or more layers. At that time, the porosity is formed to be larger toward the outermost cylindrical cold storage material layer. Further, the present invention is not limited to the helium refrigerator having the GM cycle as in the above embodiment, but uses a regenerator in a heat pump device such as a Stirling refrigerator or a Billmeyer heat pump device, and further uses a refrigerant gas other than helium gas. It is needless to say that the present invention can also be applied to those that do.

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

【図1】極低温冷凍機の全体構成を示す一部破断正面図
である。
FIG. 1 is a partially broken front view showing the entire configuration of a cryogenic refrigerator.

【図2】再生器を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a regenerator.

【図3】各蓄冷材層をケースに挿入した状態を示す再生
器の要部の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a main part of the regenerator showing a state in which each cold storage material layer is inserted into a case.

【図4】従来の再生器を示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a conventional regenerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 膨張機 5 シリンダ 18 ディスプレーサ 20,21 膨張空間 30,31 再生器 32 ケース 34 柱状蓄冷材層 35 筒状蓄冷材層 36,37 キャップ 38,39 流通孔 1 Expander 5 Cylinder 18 Displacer 20,21 Expansion space 30,31 Regenerator 32 Case 34 Column cold storage material layer 35 Cylindrical cold storage material layer 36,37 Cap 38,39 Flow hole

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−129257(JP,A) 実開 平2−93663(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 9/00 Continuation of the front page (56) References JP-A-3-129257 (JP, A) JP-A-2-93663 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F25B 9 / 00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 膨張空間(20, 21)に給排されるガス冷媒
との熱交換により蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うように
した冷凍機の再生器において、 筒状に形成されたケース(32)の両開口端にガス冷媒の流
通孔(38, 39)を有するキャップ(36, 37)が取付けられる
一方、 上記ケース(32)内には、ケース(32)の中心上に位置する
柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(34)の外側に位置
する1又は2以上の筒状蓄冷材層(35)とがケース(32)の
半径方向に積層して充填され、 上記各蓄冷材層(34, 35)は、柱状蓄冷材層(34)からケー
ス(32)内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにし
たがって空隙率が大きくなるように形成されていること
を特徴とする冷凍機の再生器。
A regenerator of a refrigerator configured to store heat and heat a gas refrigerant by exchanging heat with a gas refrigerant supplied to and discharged from an expansion space (20, 21). Caps (36, 37) having gas refrigerant flow holes (38, 39) are attached to both open ends of the (32), while the case (32) has a columnar shape located at the center of the case (32). A cold storage material layer (34) and one or more cylindrical cold storage material layers (35) located outside the columnar cold storage material layer (34) are stacked and filled in the radial direction of the case (32), Each of the cold storage material layers (34, 35) is formed such that the porosity increases as going from the columnar cold storage material layer (34) to the cylindrical cold storage material layer (35) located outside the case (32). A regenerator for a refrigerator, which is characterized in that:
【請求項2】 請求項1の冷凍機の再生器の製造方法で
あって、 ケース(32)の中心上に位置する柱状蓄冷材層(34)と、該
柱状蓄冷材層(34)の外側に位置する1又は2以上の筒状
蓄冷材層(35)とを、該柱状蓄冷材層(34)からケース(32)
内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがっ
て空隙率が大きくなるように形成すると共に、ケース(3
2)の充填有効長さより長く且つケース(32)の内周面と筒
状蓄冷材層(35)との間及び各蓄冷材層(34, 35)の間に小
隙が存する外形に形成し、 上記ケース(32)の一端部にキャップ(37)を取付けた状態
で、他端の開口端より上記各蓄冷材層(34, 35)を挿入
し、 その後、上記ケース(32)の開口端部に、ケース(32)の内
周面と筒状蓄冷材層(35)との間及び各蓄冷材層(34, 35)
の間が密接するように各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に
圧縮しつゝキャップ(36)を取付け、該ケース(32)内に各
蓄冷材層(34, 35)を充填することを特徴とする冷凍機の
再生器の製造方法。
2. The method for manufacturing a regenerator for a refrigerator according to claim 1, wherein a columnar cold storage material layer (34) located on the center of the case (32) and an outer side of the columnar cold storage material layer (34). And one or more cylindrical cold storage material layers (35) located in the case (32) from the columnar cold storage material layer (34).
It is formed so that the porosity increases toward the cylindrical cold storage material layer (35) located inside and outside, and the case (3
The outer shape is longer than the effective filling length of 2) and has a small gap between the inner peripheral surface of the case (32) and the cylindrical cold storage material layer (35) and between each cold storage material layer (34, 35). With the cap (37) attached to one end of the case (32), insert each of the cold storage material layers (34, 35) through the open end of the other end, and then open the open end of the case (32). In the part, between the inner peripheral surface of the case (32) and the cylindrical cold storage material layer (35) and each cold storage material layer (34, 35)
The cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction so that the space between them is close to each other, a cap (36) is attached, and the case (32) is filled with each cold storage material layer (34, 35). A method for producing a regenerator for a refrigerator.
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