JP4408738B2 - 冷却装置 - Google Patents
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Description
なお、本明細書では、冷凍機とは、例えばスターリングサイクルを用いて放熱部から熱を放出し、吸熱部で熱を吸収する冷凍装置の機関部を意味し、冷却装置とは、前記冷凍機、被冷却物収容部、冷凍機と被冷却物収容部の間の熱伝達部、筐体等を含む装置全体を意味する。
このスターリングサイクル冷凍機の原理及び構造は、既に公知となっているため、ここではその説明は省略するが、例えばスターリングサイクル冷凍機の駆動機構の一例が、特許文献1に開示されている。また、スターリングサイクル冷凍機を用いた冷却装置が、例えば特許文献2乃至4等に開示されている。
即ち、上端部に吸熱部を有するスターリングサイクル冷凍機と、該冷凍機を懸架する、下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、上記冷凍機の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第1の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第2の弾性部材と、上記第1の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第1の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第1の支持部材と、上記第2の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第2の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第2の支持部材とを備える懸架ユニットと、上記吸熱部に熱伝導部を兼ねた装着部を介して取付けられた冷却ブロックと、該冷却ブロックに設けられた被冷却物収容部とからなる冷却装置によって解決された。
この冷却装置に使用されたスターリングサイクル冷凍機1は、下面に外部の電源部・制御部と接続するための配線群2を備え、上部の円筒形突起部3の下部分に放熱部4を、上部分に吸熱部5を各々備えている。そして、放熱部4で放熱された熱は、放熱フィン6を介して外部に放熱される。吸熱部5は冷却ブロック7と熱的に結合され、冷却ブロック7に装着された試料を冷却する。スターリングサイクル冷凍機1の内部には、鉛直方向で往復運動をするピストン(図示せず)等の機構があり、該スターリングサイクル冷凍機1は、主として鉛直方向に振動する。
この実施の形態においては、冷凍機1の円筒状突起部3の端部に存在する上記吸熱部5に、冷却ブロックの本体7aの下方に設けられた熱伝導部を兼ねた装着部7bを介して、該冷却ブロック7が取付けられている。
この場合、冷却ブロック7に直接試料を入れた容器を挿着できるため、熱伝導効率が良いという利点がある。冷却する試料収納容器を変更したい場合には、現在使用している冷却ブロック7を吸熱部5から取り外し、その容器が挿着できる被冷却物収容部7cが形成された他の冷却ブロック7を、その冷却ブロックの装着部7bを介して吸熱部5に取付けることにより対処すればよい。
この際、冷凍機1の振動は、該冷凍機1と冷却ブロック7とが装着部7bを介して直接接合されていることから、冷却ブロック7にも伝えられ、該冷却ブロック7の被冷却物収容部7cに収納された試料には、振動による攪拌と、吸熱による冷却とが同時に作用することとなる。
特に、冷凍機1の懸架ユニット50として、後に詳述する構成を採用すると、冷凍機1の円筒状突起部3の振動をその円筒の軸方向に規制できると共に、その振動を任意に調整することができるため、冷凍機1からの振動を、試料の振動攪拌に有効に利用することが可能となる。
即ち、図7に示したように、矩形状の被冷却物収容部7cの底面四隅に、マグネット18の一方の磁極(実施の形態ではS極)を配置し、冷却ブロックの本体7aの対向する上面四隅に、マグネット18の他方の磁極(実施の形態ではN極)を配置し、両マグネット18,18の引き合う力を利用し、冷却ブロックの本体7aと被冷却物収容部7cとの結合が成されていることが好ましい。
また、別体とした冷却ブロックの本体7aと被冷却物収容部7cとの結合が、マグネットを使用した磁力結合により成されているものとした場合には、冷却ブロックの本体7aと被冷却物収容部7cとの密着性が保たれ、熱的結合が維持されると共に、両者の熱による膨張、収縮の差異による接合面のズレも吸収できるという利点がある。
具体的には、冷却ブロックの本体7aの上面に、長手方向に沿って円弧状の溝19を形成し、被冷却物収容部7cの下面に、上記円弧状の溝19に対応する円弧状の凸部20を形成したものである。
また、冷却ブロックの本体7aと被冷却物収容部7cとの結合面間には、熱伝導流体が充填されている。被冷却物収容部7cの板面中央付近には、熱伝導流体を結合面間に注入する孔(熱伝導流体注入孔)21が設けられ、冷却ブロックの本体7aの上面両端付近には、余分な熱伝導流体を溜める溝(液溜め溝)22が設けられている。
なお、当然、振動に何ら影響されない試料の冷却或いは凍結にも使用できる。
なお、上記基底部材30を円環状に形成し、その中央の空間に上記配線群2の一部を収納するように形成することも可能である。
この中間部材41は、細長い平板の両端の近傍を直角に曲げることによって形成されたコ字状部材である。そして、コ字の下辺に対応する下部分41aとコ字の上辺に対応する上部分41bに、それぞれ上記シャフト34を貫通させるための第1と第2の貫通孔41c,41dがそれぞれ形成されている。また、コ字の縦辺に対応する中央部分41eには、スターリングサイクル冷凍機1をネジで固定するための貫通孔41fが設けられている。
この中間部材41は、スターリングサイクル冷凍機1の外周を取り囲む略円筒状の中央部分41eと、該略円筒状の中央部分41eの下端と上端に該円筒の軸に対して垂直にそれぞれ設けたフランジである下部分41aと上部分41bで形成されたボビン状部材である。そして、上記下部分41aと上部分41bに、上記シャフト34を貫通させるための第1と第2の貫通孔41c、41dが、それぞれ120°の等間隔で形成されている。
Claims (6)
- 上端部に吸熱部を有するスターリングサイクル冷凍機と、該冷凍機を懸架する、下端に雄ネジが形成された複数のシャフトと、それぞれのシャフトの雄ネジと螺合する雌ネジが上面に形成された基底部材と、上記冷凍機の外周面に固定されて上記シャフトが貫通する貫通孔を有する中間部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の下側に装着された第1の弾性部材と、上記シャフトが貫通している弾性部材であって上記中間部材の上記貫通孔の上側に装着された第2の弾性部材と、上記第1の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第1の弾性部材の端部を支える上記シャフトに固定された第1の支持部材と、上記第2の弾性部材の上記貫通孔と反対側の端部で該第2の弾性部材を支える上記シャフトに固定された第2の支持部材とを備える懸架ユニットと、上記吸熱部に熱伝導部を兼ねた装着部を介して取付けられた冷却ブロックと、該冷却ブロックに設けられた被冷却物収容部とからなることを特徴とする、冷却装置。
- 上記被冷却物収容部が、上記冷却ブロックと別体に構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の冷却装置。
- 上記被冷却物収容部と冷却ブロックとの結合が、マグネットを利用した磁力結合により成されていることを特徴とする、請求項2に記載の冷却装置。
- 上記被冷却物収容部と冷却ブロックとの結合面が、下に凸の湾曲面に形成されていることを特徴とする、請求項2、又は3に記載の冷却装置。
- 上記被冷却物収容部と冷却ブロックとの結合面間に、熱伝導流体が充填されていることを特徴とする、請求項2乃至4のいずれかに記載の冷却装置。
- 上記懸架ユニットの第2の支持部材が、上記シャフトに形成された第2の雄ネジに螺合するダブルナットであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれかに記載の冷却装置。
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