JP5523789B2 - 蓄冷式冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、蓄冷容器内に金属メッシュの蓄冷材を充填し、高圧冷媒ガスの断熱膨張等によって寒冷を発生して蓄冷する蓄冷式冷凍機に関する。

従来、シリンダ内で蓄冷材が充填された蓄冷容器を往復動させることで冷媒ガスを断熱膨張させて寒冷を得るギフォードマクマホン（ＧＭ）冷凍機の蓄冷式冷凍機として、例えば図１０及び図１１に縦断面図を示すような蓄冷式冷凍機１００がある。この蓄冷式冷凍機１００は、シリンダ１０１、蓄冷容器１０２、蓄冷材１０３、駆動装置１０４、冷媒ガス供給装置１０５等を備えて構成されている。シリンダ１０１は円筒形状をなし、内部には蓄冷容器１０２が軸方向に往復動可能に収納されており、蓄冷容器１０２下方の下部には膨張空間１０６が形成されている。さらにシリンダ１０１には、上部開口周囲にフランジ１０７が形成されており、フランジ１０７上に天板１０８を設けることによって上部開口が閉塞されている。

天板１０８上には、駆動装置１０４が載置されている。駆動装置１０４は電動機１０９を備え、電動機１０９の回転を駆動カム１１０により駆動シャフト１１１の往復動作に変換すると共に、切替弁駆動カム１１２によりシリンダ１０１内の給排気を可能にするよう天板１０８に設けられた給排気切替弁１１３の駆動シャフト１１１の往復動作に同期させた給排気切替動作に変換するようになっている。さらに駆動シャフト１１１は、下端部が天板１０８を貫通して蓄冷容器１０２の上部に取着され、蓄冷容器１０２のシリンダ１０１内での軸方向の往復動を可能にしている。なお、１１４は駆動部ケース、１１５は給気継手、１１６は排気継手である。

また、シリンダ１０１内に往復動可能となるよう周囲に空隙１１７を設けて収納された蓄冷容器１０２は、上端板１１８と下端板１１９によって両端が閉塞された円筒形状をなし、上端板１１８には高温側冷媒口１２０が形成され、底側の側壁部に低温側冷媒口１２１が形成されている。さらに上部外壁面には、全周にわたってシール１２２が設けられている。さらに、蓄冷容器１０２の円形断面の内空間には、図１１に示すように金属ワイヤ（例えば３００Ｋ〜８０Ｋの温度域では銅ワイヤ）１２３ａを平織り、綾織り等して円形に形成した金属メッシュ１２３を積層して形成した蓄冷材１０３が、積層方向を蓄冷容器１０２の往復動方向にするように充填されている。

そして、このように構成された蓄冷式冷凍機１００では、冷媒ガス供給装置１０５の吸気継手１１５に接続された冷媒ガス源１０５ａからの高圧冷媒ガス、例えばヘリウムガス等を、蓄冷容器１０２が往復動するシリンダ１０１内に供給し流通させることで、金属メッシュ１２３からなる蓄冷材１０３に蓄冷する。すなわち、冷媒ガス供給装置１０５からの高圧冷媒ガスは、給排気切替弁１１３を介しシリンダ１０１内に供給され、さらに高温側冷媒口１２０から蓄冷容器１０２内に供給される。

供給された高圧冷媒ガスは蓄冷容器１０２内を流通して膨張空間１０６に供給され、蓄冷容器１０２の往復動により膨張空間１０６内で吸熱が生じる。この吸熱で冷却された冷媒ガスは、低温側冷媒口１２１から、蓄冷容器１０２に流入し、容器内を流通する間に蓄冷材１０３である金属メッシュ１２３への蓄冷が行われ、給排気切替弁１１３、排気継手１１６を介して冷媒ガス供給装置１０５に回収される。

一方、こうしたシリンダ１０１内で蓄冷材１０３（金属メッシュ１２３）が充填された蓄冷容器１０２を、冷媒ガスを流通させながら往復動させる蓄冷式冷凍機１００では、その蓄冷容器１０２、蓄冷材１０３の必要とする機能が、機能させたい温度領域で比熱が高いこと、運転周波数程度の冷凍サイクル（蓄冷容器１０２内では高温、低温の冷媒ガスの往復流）で、蓄冷材の中心部までが冷媒ガスと同程度の均一な温度になるような熱拡散、蓄冷材内のガス空間で適度な流速により冷媒ガス・蓄冷材間の熱伝達を促進すること、あるいは粘性、流路の折れ曲がりによる冷媒ガスの圧力損失を抑えること等であり、さらに、蓄冷容器１０２内の冷媒ガスの流れが均一な流れで、満遍なく蓄冷材の比熱を有効に利用できることである。

しかし、上述の蓄冷式冷凍機１００は、蓄冷容器１０２内に流路抵抗の低い経路が存在するため、より多くの冷媒ガスが、流路抵抗の低い経路を流れ、それにより熱交換の不均一が発生し、熱交換の不十分な温度の高い冷媒ガスが膨張空間１０６に流入し、冷凍損失が生じ、冷凍性能が低下する虞がある。

すなわち、蓄冷材１０３が複数の金属メッシュ１２３を往復動方向（蓄冷容器１０２の軸方向）に積層したものであるため、金属メッシュ１２３の外周と蓄冷容器１０２の内側壁面との間に隙間１２４が生じ、その寸法は不均一なものとなりやすい。そして、この隙間１２４が流路抵抗の低い経路となり、隙間１２４には、蓄冷材１０３の積層した金属メッシュ１２３部分を流通する矢印Ｘの冷媒ガスの流れと異なる矢印Ｙで示す蓄冷容器１０２の内側壁面に沿った軸方向の冷媒ガスの流れが生じ、冷凍損失が生じてしまうことになる。さらに、隙間１２４の不均一性は、蓄冷式冷凍機１００が大容量のものになると積層する金属メッシュ１０３が多くなり、特に発生しやすい。

また、金属メッシュ１２３を蓄冷容器１０２の内周形状に合わせ、例えば円形に切り抜くなどして形成した場合、金属メッシュ１２３の外周部分は、一部で金属ワイヤ１２３ａの織り込みの拘束力が弱くなり、金属ワイヤ１２３ａが切れ端となって欠落する。欠落した切れ端が蓄冷容器１０２等の冷媒ガスの流通路内の不純物になると、これが直接要因となって冷凍性能が低下する。さらに金属メッシュ１２３毎の欠落量、外周部分の形状に差があると、蓄冷材としての性能がばらつく等して蓄冷式冷凍機１００の信頼性が低いものとなってしまう虞がある。

なお、上記の蓄冷式冷凍機１００と同じギフォードマクマホン（ＧＭ）冷凍機としては、ヘリウムガスが流通するディスプレーサ内に多数の粒形状の蓄冷材を充填したもの（例えば、特許文献１参照）や、ヘリウムガスが流通する筒状容器内に金属メッシュをフェルト製の流出防止材の支持材として設けて、ＨｏＣｕ_２等の磁性材料からなる多数の粒状物の蓄冷材と多数の鉛からなる粒状物の蓄冷材を充填したりしたもの（例えば、特許文献２参照）があり、さらに、第１細線と第２細線等をマット状に形成してロール状に巻き上げて蓄冷材とし、ヘリウムガスが流通する蓄冷器内に収納したもの（例えば、特許文献３参照）がある。

特許第３２９３５３８号公報 特許第３５８８６４７号公報 特許第３８１４４１８号公報

上記のように複数の金属メッシュを蓄冷材とした蓄冷式冷凍機では、例えば円形状に形成した金属メッシュの外周部分で金属ワイヤの織り込みの拘束力が一部で弱くなり、金属ワイヤの一部が欠落するなどして蓄冷材と蓄冷容器内側壁との間に不均一な隙間が生じたり、切れ端が冷媒ガスの流通路内の不純物になったりして、冷凍性能の低下の要因となる。また金属メッシュ毎の欠落量に差が生じるため、蓄冷材としての性能がばらつき、蓄冷式冷凍機の信頼性が低いものとなってしまう虞があった。

こうした状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは、冷凍性能の低下を防止し、信頼性を向上させることができる金属メッシュを蓄冷材とした蓄冷式冷凍機を提供することにある。

この発明は上記目的を達成するものであって、シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、前記蓄冷材は、各々の前記金属メッシュの外周部の全周にわたり弾性を有する充填部材が配設されて前記金属メッシュを構成する金属ワイヤの端部が前記充填部材で固定され、かつ前記蓄冷材の外周形状が前記蓄冷容器の内周形状に略等しく形成されていることを特徴とするものである。
また、シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、前記蓄冷材は、前記金属メッシュの各々の外周部分に前記金属メッシュを構成する金属ワイヤの端部を覆うように充填部材が充填されていることを特徴とするものである。

また、シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、前記蓄冷材は、前記金属メッシュの各々の外周部の全周にわたり織り込み部分が圧延処理された圧延処理部が形成され前記織り込み部分のワイア同士が互いに拘束しあうことで固定されており、かつ前記蓄冷材の外周形状が前記蓄冷容器の内周形状に略等しく形成されていることを特徴とするものである。

また、シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、前記蓄冷材は、前記金属メッシュの各々の外周部分が全周にわたって折り曲げられ、周端に向かって漸次径大となるスカート状の折り曲げ部が形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、冷凍性能の低下を防止することができると共に、信頼性を向上させることができる等の効果を有する。

本発明の第１の実施形態における蓄冷式冷凍機の縦断面図である。 図１に示す蓄冷式冷凍機の蓄冷容器の縦断面図である。 図１に示す蓄冷式冷凍機に係る金属メッシュで、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は断面図である。 本発明の第２の実施形態における蓄冷式冷凍機の蓄冷容器の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態における蓄冷式冷凍機の蓄冷容器の縦断面図である。 図５に示す蓄冷式冷凍機に係る金属メッシュで、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は断面図である。 本発明の第４の実施形態における蓄冷式冷凍機の蓄冷容器の縦断面図である。 図７に示す蓄冷式冷凍機に係る金属メッシュで、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は断面図である。 本発明の第５の実施形態における蓄冷式冷凍機の蓄冷容器の縦断面図である。 従来の蓄冷式冷凍機を示す縦断面図である。 図１０に示す蓄冷式冷凍機の金属メッシュの平面図である。

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、従来例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、従来と異なる本発明の実施の形態の構成について説明する。

（第１の実施形態）
先ず本発明の第１の実施形態を図１乃至図３により説明する。

図１乃至図３に示すように、第１の実施形態の蓄冷式冷凍機１は、従来例と蓄冷容器１０２の円形断面の内空間に充填された蓄冷材２を積層して形成する金属メッシュ３の構成が異なっている。すなわち、１枚１枚の金属メッシュ３は、金属ワイヤ１２３ａを平織り、綾織り等して円形に形成したもので、その円形の外周部分の全周にわたり、各金属ワイヤ１２３ａの切断面を覆うように、連続して弾性を有する接着剤等の充填部材４の充填が施工されて配設され、金属ワイヤ１２３ａの端部が充填部材４で固定されている。また、充填部材４が外周部分に充填された金属メッシュ３の外径寸法は、蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく形成されており、金属メッシュ３を複数積層してなる蓄冷材２の外周形状が、蓄冷容器１０２の内周形状に略等しいものとなっている。なお、蓄冷材２は、その外径寸法の最大値が蓄冷容器１０２の内径寸法に等しく、最小値が最大値よりも金属メッシュ３の開き目寸法だけ小さい値となっている。

そして、上述のように形成された金属メッシュ３で蓄冷材２が構成された蓄冷式冷凍機１では、冷媒ガス供給装置１０５から供給された、例えばヘリウムガス等の高圧冷媒ガスは、従来例と同様、蓄冷容器１０２が往復動するシリンダ１０１内に供給される。さらに冷媒ガスは、高温側冷媒口１２０から蓄冷容器１０２内に供給され、蓄冷容器１０２内に充填された蓄冷材２の積層された金属メッシュ３部分を矢印Ｘで示すように流通して膨張空間１０６に供給され、蓄冷容器１０２の往復動により膨張空間１０６内で吸熱が生じる。

また吸熱で冷却された冷媒ガスは、低温側冷媒口１２１から、蓄冷容器１０２に流入し、容器内の金属メッシュ３部分を流通し、その間に蓄冷材２（積層した金属メッシュ３）に蓄冷を行い、その後、冷媒ガス供給装置１０５に回収される。なお、こうした過程のなかで蓄冷容器１０２内を流通する冷媒ガスは、金属メッシュ３の外径寸法が蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく、これを積層した蓄冷材２の外周形状が蓄冷容器１０２の内周形状に略等しくなっているので、蓄冷材２と蓄冷容器１０２の内側壁との間に、流路抵抗の低い経路となる隙間は形成されず、蓄冷容器１０２の内側壁に沿って流通することがない。

以上の通り、本実施形態によれば、冷媒ガスは、蓄冷容器１０２内に積層された金属メッシュ３部分を流通し、熱交換の不均一が発生することがなく、冷凍損失が生じることがない。また金属メッシュ３は、外周部分を形成する金属ワイヤ１２３ａの端部が充填部材４で覆われ、固定されているので、金属ワイヤ１２３ａの切れ端が冷媒ガスの流通路内の不純物となることがなく、冷凍性能が低下することがない。さらに、金属メッシュ３毎の欠落量、外周部分の形状に差が生じることもなく、蓄冷材２としての性能にばらつきがなくなり、蓄冷式冷凍機１の信頼性が向上する。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図４により説明する。

図４に示すように、第２の実施形態の蓄冷式冷凍機１１は、従来例と蓄冷容器１０２の内空間に充填された蓄冷材１２の構成が異なっている。すなわち、蓄冷材１２は、複数の円形の金属メッシュ１２３を積層し、蓄冷容器１０２の内周形状に合わせた金属メッシュ積層体で、その外周部分の全面にわたり各金属メッシュ１２３の金属ワイヤ１２３ａの切断面を覆うように、連続して弾性を有する接着剤等の充填部材１４の充填が施工され、金属ワイヤ１２３ａの端部が充填部材１４で一括して固定されている。また、充填部材１４が外周部分に充填された複数の金属メッシュ１２３を積層してなる蓄冷材１２の金属メッシュ積層体の外径寸法は、蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しくて、最大値が蓄冷容器１０２の内径寸法に等しく、最小値が最大値よりも金属メッシュ１２３の開き目寸法だけ小さい値となっており、外周形状は、蓄冷容器１０２の内周形状に略等しいものとなっている。

そして、上述のように形成された金属メッシュ積層体が蓄冷材１２を構成する蓄冷式冷凍機１１では、冷媒ガス供給装置１０５から供給された、例えばヘリウムガス等の高圧冷媒ガスは、従来例と同様、蓄冷容器１０２が往復動するシリンダ１０１内に供給される。さらに冷媒ガスは、高温側冷媒口１２０から蓄冷容器１０２内に供給され、蓄冷容器１０２内に充填された蓄冷材１２の金属メッシュ積層体部分を矢印Ｘで示すように流通して膨張空間１０６に供給され、蓄冷容器１０２の往復動により膨張空間１０６内で吸熱が生じる。

また吸熱で冷却された冷媒ガスは、低温側冷媒口１２１から、蓄冷容器１０２に流入し、容器内の金属メッシュ積層体部分を流通し、その間に蓄冷材１２（金属メッシュ積層体）に蓄冷を行い、その後、冷媒ガス供給装置１０５に回収される。なお、こうした過程のなかで蓄冷容器１０２内を流通する冷媒ガスは、蓄冷材１２（金属メッシュ積層体）の外径寸法が蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく、外周形状が蓄冷容器１０２の内周形状に略等しくなっているので、蓄冷材１２と蓄冷容器１０２の内側壁との間に、流路抵抗の低い経路となる隙間は形成されず、蓄冷容器１０２の内側壁に沿って流通することがない。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、熱交換の不均一が発生せず、冷凍損失を生じることがなく、また金属ワイヤ１２３ａの端部が充填部材１４で一括して固定されているので切れ端が生ぜず、冷媒ガスの流通路内の不純物となることもないため、冷凍性能が低下することがない。さらに、蓄冷材１２としての性能にばらつきがなくなり、蓄冷式冷凍機１１の信頼性が向上する。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を図５及び図６により説明する。

図５及び図６に示すように、第３の実施形態の蓄冷式冷凍機２１は、従来例と蓄冷容器１０２の円形断面の内空間に充填された蓄冷材２２を積層して形成する金属メッシュ２３の構成が異なっている。すなわち、１枚１枚の金属メッシュ２３は、金属ワイヤ１２３ａを平織り、綾織り等して円形に形成したもので、その円形の外周部の織り込み部分が圧延機等によって圧延処理がなされ、外周部に全周にわたり圧延処理部２４が形成され、外周部の金属ワイヤ１２３ａは、織り込み部分のワイヤ同士が圧延処理部２４で互いを拘束し合うことで固定されている。また、圧延処理部２４が形成された金属メッシュ２３の外径寸法は、蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく形成されており、金属メッシュ２３を複数積層してなる蓄冷材２２の外周形状が、蓄冷容器１０２の内周形状に略等しいものとなっている。なお、蓄冷材２２の外径寸法の最大値が蓄冷容器１０２の内径寸法に等しく、最小値が最大値よりも金属メッシュ２３の開き目寸法だけ小さい値となっている。

そして、上述のように形成された金属メッシュ２３を複数積層して蓄冷材２２が構成された蓄冷式冷凍機２１では、冷媒ガス供給装置１０５から供給された、例えばヘリウムガス等の高圧冷媒ガスは、従来例と同様、蓄冷容器１０２が往復動するシリンダ１０１内に供給される。さらに冷媒ガスは、高温側冷媒口１２０から蓄冷容器１０２内に供給され、蓄冷容器１０２内に充填された蓄冷材２２の金属メッシュ２３部分を矢印Ｘで示すように流通して膨張空間１０６に供給され、蓄冷容器１０２の往復動により膨張空間１０６内で吸熱が生じる。

また吸熱で冷却された冷媒ガスは、低温側冷媒口１２１から、蓄冷容器１０２に流入し、容器内の金属メッシュ２３部分を流通し、その間に蓄冷材２２（積層した金属メッシュ２３）に蓄冷を行い、その後、冷媒ガス供給装置１０５に回収される。なお、こうした過程のなかで蓄冷容器１０２内を流通する冷媒ガスは、金属メッシュ２３の外径寸法が蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく、これを積層した蓄冷材２２の外周形状が蓄冷容器１０２の内周形状に略等しくなっているので、蓄冷材２２と蓄冷容器１０２の内側壁との間に、流路抵抗の低い経路となる隙間は形成されず、蓄冷容器１０２の内側壁に沿って流通することがない。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、熱交換の不均一が発生せず、冷凍損失を生じることがなく、また金属メッシュ２３は、外周部の金属ワイヤ１２３ａが圧延処理部２４で固定され、拘束力が弱いために金属ワイヤ１２３ａが脱落し、切れ端が冷媒ガスの流通路内の不純物となることがなく、冷凍性能が低下することがない。さらに、金属メッシュ２３毎の欠落量、外周部分の形状に差が生じることもなく、蓄冷材２２としての性能にばらつきがなくなり、蓄冷式冷凍機２１の信頼性が向上する。

（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を図７及び図８により説明する。

図７及び図８に示すように、第４の実施形態の蓄冷式冷凍機３１は、従来例と蓄冷容器１０２の円形断面の内空間に充填された蓄冷材３２を積層して形成する金属メッシュ３３の構成が異なっている。すなわち、１枚１枚の金属メッシュ３３は、金属ワイヤ１２３ａを平織り、綾織り等して円形に形成したもので、その外周部分が偏平な円錐台を形成するように折り曲げられ、周端に向かって漸次径大となるスカート状の折り曲げ部３４が外周部の全周にわたり形成されている。この折り曲げ部３４により外周部における金属ワイヤ１２３ａは互いに拘束し合い、ほころび難くなっている。また、折り曲げ部３４が形成された金属メッシュ３３の外径寸法は、蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく形成されており、金属メッシュ３３を複数積層してなる蓄冷材３２の外周形状が、蓄冷容器１０２の内周形状に略等しいものとなっている。なお、蓄冷材３２は、その外径寸法の最大値が蓄冷容器１０２の内径寸法に等しく、最小値が最大値よりも金属メッシュ３３の開き目寸法だけ小さい値となっている。

そして、上述のように形成された金属メッシュ３３を複数積層して蓄冷材３２が構成された蓄冷式冷凍機３１では、冷媒ガス供給装置１０５から供給された、例えばヘリウムガス等の高圧冷媒ガスは、従来例と同様、蓄冷容器１０２が往復動するシリンダ１０１内に供給される。さらに冷媒ガスは、高温側冷媒口１２０から蓄冷容器１０２内に供給され、蓄冷容器１０２内に充填された蓄冷材３２の金属メッシュ３３部分を矢印Ｘで示すように流通して膨張空間１０６に供給され、蓄冷容器１０２の往復動により膨張空間１０６内で吸熱が生じる。

また吸熱で冷却された冷媒ガスは、低温側冷媒口１２１から、蓄冷容器１０２に流入し、容器内の金属メッシュ３３部分を流通し、その間に蓄冷材３２（積層した金属メッシュ３３）に蓄冷を行い、その後、冷媒ガス供給装置１０５に回収される。なお、こうした過程のなかで蓄冷容器１０２内を流通する冷媒ガスは、金属メッシュ３３の外径寸法が蓄冷容器１０２の内径寸法に略等しく、これを積層した蓄冷材３２の外周形状が蓄冷容器１０２の内周形状に略等しくなっているので、蓄冷材３２と蓄冷容器１０２の内側壁との間に、流路抵抗の低い経路となる隙間は形成されず、蓄冷容器１０２の内側壁に沿って流通することがない。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、熱交換の不均一が発生せず、冷凍損失を生じることがなく、また金属メッシュ３３は、外周部の金属ワイヤ１２３ａが折り曲げ部３４で互いに拘束し合い、ほころび難くなっており、脱落して切れ端が冷媒ガスの流通路内の不純物となることがなく、冷凍性能が低下することがない。さらに、金属メッシュ３３毎の欠落量、外周部分の形状に差が生じることもなく、蓄冷材３２としての性能にばらつきがなくなり、蓄冷式冷凍機３１の信頼性が向上する。

（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を図９により説明する。

図９に示すように、第５の実施形態の蓄冷式冷凍機４１は、シリンダ１０１内に往復動可能に収納された蓄冷容器４２の内部の形状が、従来例と異なっている。すなわち、蓄冷容器４２の内側壁には、その中間部に流路抵抗として冷媒ガスの流通方向に交差する段差が形成されるように、凸部４３が全周にわたり内方に突出するよう設けられている。また、蓄冷容器４２の円形断面の内空間には、金属ワイヤ１２３ａを平織り、綾織り等して円形に形成した複数の金属メッシュ１２３を積層して形成した蓄冷材１０３が、積層方向を蓄冷容器４２の往復動方向にするように充填されている。なお、蓄冷容器４２の内側壁に段差が形成されるよう凸部４３を全周に設けたが、同一円周上に部分的に、または分散させて複数設けても、あるいは１つ設けるだけでもよく、さらに冷媒ガスの流通方向に交差するように段部を凸部４３と同様に設けるようにしてもよい。なお、蓄冷材１０３は、その外径寸法の最大値が蓄冷容器４２の内径寸法に等しく、最小値が最大値よりも金属メッシュ１２３の開き目寸法だけ小さい値となっている。

そして、上述のように蓄冷容器４２が形成された蓄冷式冷凍機４１では、冷媒ガス供給装置１０５から供給された、例えばヘリウムガス等の高圧冷媒ガスは、従来例と同様、蓄冷容器４２が往復動するシリンダ１０１内に供給される。さらに冷媒ガスは、高温側冷媒口１２０から蓄冷容器４２内に供給され、蓄冷容器４２内に充填された蓄冷材１０３の金属メッシュ１２３の中央部を矢印Ｘで示すように流通すると共に、蓄冷容器４２の内側壁近傍を壁面に沿って流れる冷媒ガスについては、矢印Ｚで示すように流路抵抗である凸部４３で中央部方向に流れ方向が変えられて流通して膨張空間１０６に供給され、蓄冷容器４２の往復動により膨張空間１０６内で吸熱が生じる。

また吸熱で冷却された冷媒ガスは、低温側冷媒口１２１から、蓄冷容器４２に流入し、容器内の金属メッシュ１２３部分を流通し、その間に蓄冷材１０３（積層した金属メッシュ１２３）に蓄冷を行い、その後、冷媒ガス供給装置１０５に回収される。

以上の通り、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様、熱交換の不均一が発生せず、冷凍損失を生じることがない。

なお、蓄冷容器４２に従来の金属メッシュ１２３を充填するようにしたが、第１の実施形態と同様の外周部分全周に充填部材４が設けられた金属メッシュ３を充填するようにしてもよく、このようにすることにより、外周部の金属ワイヤ１２３ａが脱落して切れ端が冷媒ガスの流通路内の不純物となることがなく、冷凍性能が低下することがなく、さらに蓄冷性能にばらつきがなくなり、蓄冷式冷凍機４１の信頼性を向上させることができる。

１,１１，２１，３１，４１…蓄冷式冷凍機、２，１２，２２，３２,１０３…蓄冷材、３，２３，３３,１２３…金属メッシュ、４，１４…充填部材、２４…圧延処理部、３４…圧延処理部、４２，１０２…蓄冷容器、４３…凸部、１０１…シリンダ、１０４…駆動装置、１０５…冷媒ガス供給装置、１０５ａ…冷媒ガス源、１０６…膨張空間、７…フランジ、８…天板、９…電動機、１１０…駆動カム、１１１…駆動シャフト、１１２…切替弁駆動カム、１１３…給排気切替弁、１１４…駆動部ケース、１１５…吸気継手、１１６…排気継手、１１７…空隙、１１８…上端板、１１９…下端板、１２０…高温側冷媒口、１２１…低温側冷媒口、１２２…シール、１２３ａ…金属ワイヤ、１２４…隙間

Claims (5)

1. シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、
   前記蓄冷材は、各々の前記金属メッシュの外周部の全周にわたり弾性を有する充填部材が配設されて前記金属メッシュを構成する金属ワイヤの端部が前記充填部材で固定され、かつ前記蓄冷材の外周形状が前記蓄冷容器の内周形状に略等しく形成されていることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
2. シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、
   前記蓄冷材は、前記金属メッシュの各々の外周部分に前記金属メッシュを構成する金属ワイヤの端部を覆うように充填部材が充填されていることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
3. シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、
   前記蓄冷材は、前記金属メッシュの各々の外周部の全周にわたり織り込み部分が圧延処理された圧延処理部が形成され前記織り込み部分のワイア同士が互いに拘束しあうことで固定されており、かつ前記蓄冷材の外周形状が前記蓄冷容器の内周形状に略等しく形成されていることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
4. シリンダに往復動可能に収納した蓄冷容器内に複数の金属メッシュを往復動方向に積層してなる蓄冷材を充填すると共に、前記蓄冷容器内を往復動方向に流通するよう冷媒ガスを供給し、該冷媒ガスの断熱膨張により寒冷を発生して蓄冷を行う蓄冷式冷凍機であって、
   前記蓄冷材は、前記金属メッシュの各々の外周部分が全周にわたって折り曲げられ、周端に向かって漸次径大となるスカート状の折り曲げ部が形成されていることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
5. 前記蓄冷容器は、円筒形状であり、該蓄冷容器の内周形状に略等しく外周形状が形成された前記蓄冷材は、外径寸法の最大値が前記蓄冷容器の内径寸法に等しく、最小値が最大値よりも前記金属メッシュの開き目寸法だけ小さい値となっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の蓄冷式冷凍機。

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