JP5840543B2

JP5840543B2 - 蓄冷式冷凍機

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Publication number: JP5840543B2
Application number: JP2012063187A
Authority: JP
Inventors: 善勝平塚; 中野　恭介; 恭介中野
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: US20130247592A1; JP2013194996A; US9127864B2; CN103322719B; CN103322719A

Description

本発明は蓄冷式冷凍機に係り、特に蓄冷材を用いた蓄冷式冷凍機に関する。

例えば、ギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、「ＧＭ冷凍機」と略記する。）、スターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機等の冷凍機では、内部に蓄冷材が装填された蓄冷器を利用して低温を得る構成とされている。

例えばパルスチューブ冷凍機は、圧縮機、パルス管、蓄冷器、及び位相制御部等を有している。圧縮機で生成された高圧の作動ガスは、蓄冷器及びパルス管を通り、位相制御部に流入する。この際、位相制御部は、パルス管内において圧縮機から送り出される正弦波的な作動ガスの圧力変化と、流量変化との間に位相差を発生させる。これにより、パルス管と蓄冷器との間に寒冷が発生する。

蓄冷器は、内部に蓄冷材が装填されている。この蓄冷材は、冷却された作動ガスが圧縮機に戻る際に冷却され、また作動ガスがパルス管に流入する際に当該作動ガスを冷却する。よって、蓄冷器を設けることにより、冷凍機の冷却効率を高めることができる。この蓄冷材としては、例えば金属繊維からなる蓄冷板をランダムに多数積み重ね、これを圧縮焼結させたものを用いていた（特許文献１）。

また、従来の蓄冷材は、蓄冷器の高温端から低温端まで同じ径（直径）を有した金属繊維を用いていた。更に、蓄冷器内における金属繊維の空隙率も蓄冷器の高温端から低温端まで同じ割合とされていた。

特開２００２−２０６８１６号公報

ところで、蓄冷器の高温端側の温度は例えば３００Ｋ程度であるのに対し、低温端側の温度は例えば８０Ｋ程度となる。このように、蓄冷器の高温端側では温度が高いため、作動ガスの粘度が高くなり流体抵抗が大きくなる傾向がある。これに対して低温端側では温度が低いため、作動ガスの粘度が低くなり流体抵抗が小さくなる傾向がある。

そのため、低温側では冷却された粘性の低い作動ガスが蓄冷材内を流れる時、蓄冷材の線径が大きく空隙率が大きい場合には熱交換効率が不良となり、蓄冷材に効率よく蓄冷させることができないという問題点があった。

また、作動ガスが高温側に達した時には、作動ガスの温度は上昇して粘度が大きくなっている。そのため、蓄冷材の線径が小さく空隙率が小さい場合には作動ガスの流体抵抗による損失が大きくなるという問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、蓄冷材の蓄冷効率の向上を図ることにより冷凍効率の向上を図った蓄冷式冷凍機を提供することを目的とする。

上記の課題は、第１の観点からは、
寒冷を発生させる作動ガスの流路途中に、前記作動ガスの熱を蓄冷する蓄冷材が装填された蓄冷器が配設された蓄冷式冷凍機において、
前記蓄冷材は、繊維材をランダムに積み重ねた後に加熱して焼結させた焼結体であって、
高温側から低温側に向かうにつれて前記繊維材の径が連続的に漸次細くなることを特徴とする蓄冷式冷凍機により解決することができる。

開示の発明によれば、蓄冷材の蓄冷効率は向上し、これに伴い蓄冷式冷凍機の冷凍効率の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態である冷凍機を示す断面図である。本発明の第１実施形態である冷凍機に設けられる蓄冷器の断面図である。本発明の第２実施形態である冷凍機に設けられる蓄冷器の断面図である。本発明の第３実施形態である冷凍機に設けられる蓄冷器の断面図である。第２及び第３実施形態に係る冷凍機の冷凍効率を従来と比較して示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態である蓄冷式冷凍機を示している。本実施形態では、蓄冷式冷凍機としてスターリング型パルスチューブ冷凍機１（以下、単に冷凍機という）を例に挙げて説明するものとする。この冷凍機１は、大略すると圧縮機２と、膨張器３と、位相制御部４とを有している。

圧縮機２は、ハウジング５の内部にシリンダー６、ピストン７、リニアモーター８、及び板ばねユニット１５等を設けた構成とされている。

シリンダー６は、ハウジング５の中央部に図中左右方向に延在するよう設けられている。このシリンダー６の内部には、対向配置させた一対のピストン７が配設されている。ピストン７はシリンダー６内において、軸方向（図１における左右方向）に直線的に往復移動可能な構成とされている。この一対のピストン７の間には、圧縮室１２が形成されている。この圧縮室１２は、通路１３を介して膨張器３に接続されている。

リニアモーター８は、各ピストン７にそれぞれ設けられている。このリニアモーター８は、ピストン７をシリンダー６内で往復移動するよう駆動するものである。このリニアモーター８は、永久磁石９、電磁コイル１０、ヨーク１１、及び支持ホルダ１９を有した構成とされている。

永久磁石９は、支持ホルダ１９を用いてピストン７に固定されている。よって、永久磁石９はピストン７と一体的に移動する。またヨーク１１は、ハウジング５に固定されている。このヨーク１１には環状の凹部が形成されており、永久磁石９はこの凹部内で軸方向に移動可能な構成とされている。

電磁コイル１０は、ヨーク１１の永久磁石９と対向する位置（凹部の内部）に配設されている。この電磁コイル１０には、図示しない電源から所定周波数の交流電流が供給される。交流電流が電磁コイル１０に供給されると、永久磁石９と電磁コイル１０との間には軸方向に駆動力が発生する。前記のように電磁コイル１０はヨーク１１に固定されているため、リニアモーター８が発生する駆動力によりピストン７はシリンダー６内で軸方向に駆動される。

板ばねユニット１５は、その外周部分が支持部材１４を介してハウジング５に固定されると共に、その内周部分にピストン７が固定された構成とされている。この板ばねユニット１５は、圧縮機２内でピストン７を往復移動可能に支持する機能を奏する。よって、リニアモーター８によりピストン７が軸方向に駆動されると、板ばねユニット１５はピストン７の軸方向移動を許容すると共に、移動した際にはピストン７に対してリニアモーター８による駆動方向と反対方向に弾性反発力を付勢する。

これにより各ピストン７はシリンダー６内において軸方向に往復移動を行い、これに伴い圧縮室１２内の作動ガスの圧力を上下させる。この圧縮室１２内の作動ガスの圧力変動は、通路１３を介して膨張器３に供給され、これに基づき膨張器３では寒冷が発生する。

膨張器３は蓄冷器２０Ａ、パルス管２１、及び低温熱交換器２２等を有しており、パルスチューブ冷凍機を構成する。

蓄冷器２０Ａは、圧縮機２からパルス管２１に至る作動ガスの流路途中に配設されている。この蓄冷器２０Ａは、筒状体の内部に寒冷を蓄冷させる蓄冷材３０Ａ（図２参照。なお、蓄冷材３０Ａについては後に詳述する）が装填された構成とされている。

パルス管２１は円筒状の管であり、蓄冷器２０Ａに低温熱交換器２２内の通路２２ａを介して接続される。なお、本実施形態では蓄冷器２０Ａとパルス管２１の接続タイプとして折り返し型を例示しているが、インラインタイプとすることも可能である。

次に、パルスチューブ冷凍機の動作を説明する。圧縮機２から供給された作動ガスのエネルギーは、蓄冷器２０Ａ、低温熱交換器２２、パルス管２１を通過し位相制御部４で消費される。位相制御部４は、例えば、イナータンスチューブ４０とバッファタンク４１とにより構成され、パルス管２１内で作動ガスの圧力と変位との間に位相差を生じさせる。

蓄冷器２０Ａとパルス管２１との間では、位相差を生じた作動ガスが等温状態から断熱状態に移行する際に消費された仕事分のエネルギーギャップが生じ、その差を補間するように低温熱交換器２２から吸熱が起き寒冷が発生する。一方で、パルス管２１の高温側（図１における下端部）に配設された放熱器２３では、低温熱交換器２２から吸熱された熱分を放熱する。この一連の動作を繰り返すことで、低温熱交換器２２に熱的に接続された非冷却物が冷却される。

次に、図２を参照して膨張器３を構成する蓄冷器２０Ａについて詳述する。

蓄冷器２０Ａは、本体部２５、スペーサ２４、及び蓄冷材３０Ａ等により構成されている。本体部２５は、例えばステンレス製の筒状態である。蓄冷材３０Ａ及びスペーサ２４は、この本体部２５の内部に装填される。スペーサ２４は蓄冷材３０Ａに対して高温端側ＰＨ側に配設されており、その中央に形成された流路２４ａは通路１３に接続されている。

蓄冷材３０Ａは、例えば熱伝導率が高い銅或いは銅合金の繊維材をメッシュ状或いはランダムに積み重ねた後、これを加熱して焼結させた焼結体である。よって、蓄冷器２０Ａの組み立ては、本体部２５に焼結体である蓄冷材３０Ａを挿入装着するだけでよく、組み立て性の向上を図ることができる。

また本実施形態に係る蓄冷材３０Ａでは、繊維材の径（線径）を蓄冷器２０Ａの高温端側（図中、矢印ＰＨで示す図中下側）から低温端側（図中、矢印ＰＣで示す図中上側）に向けて漸次細くなるよう構成している。即ち、本実施形態に係る蓄冷器２０Ａは、低温端側ＰＣに配設される繊維材の径が高温端側ＰＨに配設される繊維材の径に対して小さくなるよう設定されている。また、低温端側ＰＣと高温端側ＰＨとの間においては、高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向かうにつれて繊維材の径は連続的に漸次細くなるよう設定されている。

繊維材の径の一例を挙げると、稼動時における蓄冷器２０Ａの高温端側ＰＨの温度が３００Ｋであり、低温端側ＰＣにおける温度が８０Ｋの冷凍機１の場合、低温端側ＰＣにおける繊維材の径を０．０２ｍｍとし、高温端側ＰＨにおける繊維材の径を０．０５ｍｍとすることができる。

また本実施形態のように蓄冷器２０Ａ内において繊維材の径を異ならせることにより、蓄冷材３０Ａ内に形成される空隙の空隙率も低温端側ＰＣと高温端側ＰＨ側で異なることになる。本実施形態では、例えば低温端側ＰＣ側の空隙率が３０パーセントで、高温端側ＰＨ側の空隙率が７０パーセントとなっている。また、低温端側ＰＣと高温端側ＰＨとの間においては、高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向かうにつれて蓄冷材３０Ａの空隙率は連続的に漸次小さくなるよう構成している。

作動ガスは蓄冷器２０Ａの内部を流れるが、その特性は蓄冷器２０Ａの低温端側ＰＣと高温端側ＰＨで均一ではない。低温端側ＰＣでは温度が８０Ｋと極低温になるのに対し、ＰＨでは３００Ｋと低温端側ＰＣ側に比べて高い温度になる。このため、作動ガスは低温端側ＰＣでは粘度が低くなり、また高温端側ＰＨでは粘度が高くなる特性を示す。

ここで、蓄冷材３０Ａの低温端側ＰＣに注目する。上記のように低温端側ＰＣにおいては繊維材の径が小さく、また空隙率も小さくなっている。よって、蓄冷材３０Ａの低温端側ＰＣにおける流体抵抗は大きくなっている。

先ず、膨張することにより寒冷が発生した作動ガスがパルス管２１から蓄冷器２０Ａを通り圧縮機２に向かって流れる場合を想定する。この場合、寒冷が発生することにより温度低下した粘度の低い作動ガスは、蓄冷器２０Ａの低温端側ＰＣに流れ込む。

ここで、低温端側ＰＣでは作動ガスの粘度が低いため、繊維材の線径を比較的細くして流路径を小さくすることができる。一方、高温端側ＰＨでは、作動ガスの粘度が大きいため、幾何形状としては低温端側の繊維材の線径より太くして、流路径を大きくしている。そのため、低温端側ＰＣにおいては、蓄冷材３０Ａに効率よく蓄冷することができる。また、繊維材の線径に加えて、更に空隙率を調整することが望ましい。

低温端側ＰＣを通過した作動ガスは、高温端側ＰＨに向け流れる。この際、繊維材の径及び空隙率は高温端側ＰＨに向けて漸次増大するため、低温側で伝熱面積が増加しより多くの熱交換が行われる。

次に、圧縮機２で圧縮された作動ガスが蓄冷器２０Ａからパルス管２１に向かって流れる場合を想定する。この場合、圧縮機２において圧縮された高温で粘度の高い作動ガスは、先ず蓄冷器２０Ａの高温端側ＰＨに流れ込む。その後、蓄冷材３０Ａに冷却されながら蓄冷材３０Ａの高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向けて流れてパルス管２１に至り、膨張することで寒冷が発生する。この一連の動作を繰り返すことで、冷却対象物を冷却する。
本実施形態に係る冷凍機１によれば、高温端側ＰＨの繊維材の線径を低温端側の繊維材の線径より太くしているので、蓄冷器２０Ａ内における熱損が低下し、冷凍機１の冷凍効率を向上させることができる。

次に、本発明の第２及び第３実施形態について説明する。

図３は本発明の第２実施形態である冷凍機に設けられる蓄冷材３０Ｂを示しており、また図４は本発明の第３実施形態である冷凍機に設けられる蓄冷材３０Ｃを示している。

なお、図３及び図４において、第１実施形態の説明に用いた図１及び図２に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明は省略するものとする。また、第２及び第３実施形態の特徴は蓄冷材３０Ｂ，３０Ｃにあり、他の構成は第１実施形態に係る冷凍機１と同一構成であるため、図３及び図４には蓄冷材３０Ｂ，３０Ｃのみを図示し、他の構成の図示も省略するものとする。

前記した第１実施形態では、蓄冷材３０Ａを低温端側ＰＣから高温端側ＰＨまで一体的な構成とし、低温端側ＰＣに配設される繊維材の径が高温端側ＰＨに配設される繊維材の径に対して連続的に小さくなるよう設定した。これに対して第２及び第３実施形態では、蓄冷材３０Ｂ及び蓄冷材３０Ｃを複数に分割し、分割された各蓄冷材分割体を構成する繊維材の径を低温端側ＰＣから高温端側ＰＨに向けて変化させたことを特徴としている。

図３に示す第２実施形態では、蓄冷材３０Ｂを３分割している。よって、蓄冷材３０Ｂは第１蓄冷材分割体３０Ｂ−１、第２蓄冷材分割体３０Ｂ−２、及び第３蓄冷材分割体３０Ｂ−３により構成されている。また、図４に示す第３実施形態では、蓄冷材３０Ｃを４分割している。よって、蓄冷材３０Ｃは第１蓄冷材分割体３０Ｃ−１、第２蓄冷材分割体３０Ｃ−２、第３蓄冷材分割体３０Ｃ−３、及び第４蓄冷材分割体３０Ｃ−４により構成されている。

この各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３及び各分割体３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４は、熱伝導率が高い銅或いは銅合金等の繊維材をメッシュ状或いはランダムに積み重ねた後、これを加熱して焼結させた焼結体である。よって、第２及び第３実施形態の蓄冷器２０Ｂ，２０Ｃを組み立てるには、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４を本体部２５に後述する順序で挿入装着するのみでよく、組み立て性の向上を図ることができる。

また、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４を本体部２５に挿入装着することにより、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４の境界位置には境界部３１Ａ〜３１Ｃが形成される。

次に、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４の個々の具体的構成について説明する。

先ず、第２実施形態である第１乃至第３蓄冷材分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３について説明する。いま、第１蓄冷材分割体３０Ｂ−１を構成する繊維材の径をＤＢ_１ｍｍとすると共に空隙率をＳＢ_１とし、第２蓄冷材分割体３０Ｂ−２を構成する繊維材の径をＤＢ_２ｍｍとすると共に空隙率をＳＢ_２とし、第３蓄冷材分割体３０Ｂ−３を構成する繊維材の径をＤＢ_３ｍｍとすると共に空隙率をＳＢ_３とする。

第２実施形態の蓄冷器２０Ｂは、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３を構成する繊維材の径をＤＢ_１＜ＤＢ_３でかつＤＢ_１≦ＤＢ_２、ＤＢ_２≦ＤＢ_３を満たす寸法とし、また空隙率をＳＢ_１＜ＳＢ_３でかつＳＢ_１≦ＳＢ_２、ＳＢ_２≦ＳＢ_３となるよう構成したことを特徴としている。

この構成とすることにより、第２実施形態に係る蓄冷器２０Ｂも、第１実施形態に係る蓄冷器２０Ａと同様に、低温端側ＰＣにおける繊維材の径及び空隙率は高温端側ＰＨにおける繊維材の径及び空隙率に比べて小さくなる。また、高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向けて蓄冷器２０Ｂ内における繊維材の径及び空隙率は、蓄冷器２０Ｂの高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向けて段階的に小さくなる。

次に、第３実施形態である第１乃至第４蓄冷材分割体３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４について説明する。いま、第１蓄冷材分割体３０Ｃ−１を構成する繊維材の径をＤＣ_１ｍｍとすると共に空隙率をＳＣ_１とし、第２蓄冷材分割体３０Ｃ−２を構成する繊維材の径をＤＣ_２ｍｍとすると共に空隙率をＳＣ_２とし、第３蓄冷材分割体３０Ｃ−３を構成する繊維材の径をＤＣ_３ｍｍとすると共に空隙率をＳＣ_３とし、第４蓄冷材分割体３０Ｃ−４を構成する繊維材の径をＤＣ_４ｍｍとすると共に空隙率をＳＣ_４する。

第３実施形態の蓄冷器２０Ｃは、各分割体３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４を構成する繊維材の径をＤＣ_１＜ＤＣ_４でかつＤＣ_１≦ＤＣ_２、ＤＣ_２≦ＤＣ_３、ＤＣ_３≦ＤＣ_４を持たす寸法とし、また空隙率をＳＣ_１＜ＳＣ_４でかつＳＣ_１≦ＳＣ_２、ＳＣ_２≦ＳＣ_３、ＳＣ_３≦ＳＣ_４となるよう構成したことを特徴としている。

この構成とすることにより、第３実施形態に係る蓄冷器２０Ｃも、第１実施形態に係る蓄冷器２０Ａと同様に、低温端側ＰＣにおける繊維材の径及び空隙率は高温端側ＰＨにおける繊維材の径及び空隙率に比べて小さくなる。また、高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向けて蓄冷器２０Ｃ内における繊維材の径及び空隙率は、高温端側ＰＨから低温端側ＰＣに向けて段階的に小さくなる。

このように、第２及び第３実施形態においても、低温端側ＰＣにおける繊維材の径及び空隙率は、高温端側ＰＨにおける繊維材の径及び空隙率に比べて小さくなるため、第１実施形態と同様に作動ガスがパルス管２１から蓄冷器２０Ａを通り圧縮機２に向かって流れる場合には蓄冷材３０Ａを効率よく冷却することができ、また作動ガスが蓄冷器２０Ａからパルス管２１に向かって流れる場合には、蓄冷材３０Ａにより作動ガスを効率よく冷却することができる。よって、第２及び第３実施形態によっても、蓄冷器２０Ｂ，２０Ｃ内における熱損が低下し、冷凍効率を向上させることができる。

図５は、第２実施形態に係る冷凍機と、第３実施形態に係る冷凍機の冷凍能力を比較して示す図である。同図では、横軸に蓄冷材の分割数を取り、縦軸に冷凍能力（Ｗ）を取っている。また、図中矢印Ａで示すのは３分割した蓄冷材３０Ｂを用いた冷凍機の冷凍能力であり、図中矢印Ｂで示すのは４分割した蓄冷材３０Ｃを用いた冷凍機の冷凍能力である。

なお、同図に示す実験では、第２実施形態に係る蓄冷材３０Ｂとして、第１蓄冷材分割体３０Ｂ−１を構成する繊維材の径（直径）が０．０２３ｍｍで空隙率が５０パーセント、第２及び第３蓄冷材分割体３０Ｂ−２，３０Ｂ−３を構成する繊維材の径（直径）が０．０４ｍｍで空隙率が７０パーセントのものを使用した。

また、第３実施形態に係る蓄冷材３０Ｃとして、第１蓄冷材分割体３０Ｃ−１を構成する繊維材の径（直径）が０．０２３ｍｍで空隙率が３０パーセント、第２及び第３蓄冷材分割体３０Ｃ−２，３０Ｃ−３を構成する繊維材の径（直径）が０．０４ｍｍで空隙率が４０パーセント、第４蓄冷材分割体３０Ｃ−４を構成する繊維材の径（直径）が０．０５ｍｍで空隙率が７０パーセントのものを使用した。

なお、図中矢印Ｃで示すのは、参考のため蓄冷材の特性を低温端側から高温端側で均一した従来の冷凍機の冷凍能力を示している。また、何れの冷凍機も低温端側ＰＣにおける冷却温度が７７Ｋとされているものである。

同図に示されるように、第２及び第３実施形態に係る冷凍機Ａ，Ｂの冷凍能力は、従来の冷凍機Ｃの冷凍能力に比べて大きく向上していることが分かる。よって、同図から低温端側ＰＣにおける繊維材の径及び空隙率を高温端側ＰＨにおける繊維材の径及び空隙率に比べて小さくした蓄冷材３０Ｂ，３０Ｃを用いることにより、従来に比べて高い冷凍能力を得ることができることが実証された。

また、第２実施形態に係る冷凍機Ａの冷凍能力と第３実施形態に係る冷凍機Ｂの冷凍能力を比較すると、分割数の多い第３実施形態に係る冷凍機Ｂの方が冷凍能力が高くなっていることが分かる。

これは、蓄冷材の分割数を増やすことにより境界部の数も増大することに起因するものである。以下、その理由について説明する。

第２及び第３実施形態のように蓄冷材が分割されることにより、分割された各分割体の間には境界部が形成される。具体的には、３分割された第２実施形態では蓄冷材３０Ｂでは第１蓄冷材分割体３０Ｂ−１〜第３蓄冷材分割体３０Ｂ−３の間に二つの境界部３１Ａ，３１Ｂが形成され、４分割された第３実施形態では蓄冷材３０Ｃは第１蓄冷材分割体３０Ｃ−１〜第４蓄冷材分割体３０Ｃ−４の間に三つの境界部３１Ａ〜３１Ｃが形成される。

この各境界部３１Ａ〜３１Ｃでは各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４は分離しているため、各境界部３１Ａ〜３１Ｃには微細な間隙が形成される。そのため、この各境界部３１Ａ〜３１Ｃの熱伝導率は、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４の熱伝導率に比べて低くなる。

従って、低温端側ＰＣの第１蓄冷材分割体３０Ｂ−１，３０Ｃ−１に蓄冷された冷熱は、境界部３１Ａにより第２蓄冷材分割体３０Ｂ−２，３０Ｃ−２に熱伝導することが抑制される。また、高温端側ＰＨの第３蓄冷材分割体３０Ｂ−３及び第４蓄冷材分割体３０Ｃ−４の高熱は、境界部３１Ｂ，３１Ｃにより第２蓄冷材分割体３０Ｂ−２及び第３蓄冷材分割体３０Ｃ−３に熱伝導することが抑制される。

このように、蓄冷器を分割することにより各分割体は境界部において熱的に分離され、よって低温端側ＰＣは低温状態を維持することができる。従って、分割数を増やして熱分離される境界部の数を増やすことにより、より効率的に蓄冷器の低温端側ＰＣの温度を低く維持することができる。上記した理由により、蓄冷材の分割数を増やすことにより、冷凍機の冷凍能力を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

具体的には、上記した第２及び第３実施形態では、各分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４の個々においては、繊維材の径及び空隙率が均一である構成とした。しかしながら、個々の分割体３０Ｂ−１〜３０Ｂ−３、３０Ｃ−１〜３０Ｃ−４の内部において、繊維材の径及び空隙率が低温側と高温側の間で変化するよう構成することも可能である。

また、上記した第２実施形態では蓄冷材３０Ｂを３分割し、第３実施形態では蓄冷材３０Ｃを４分割した例を示したが、蓄冷材の分割数はこれに限定されるものではなく、適宜選定することが可能なものである。

１冷凍機
２圧縮機
３膨張器
４位相制御部
５ハウジング
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ蓄冷器
２１パルス管
２２低温熱交換器
２５本体部
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ蓄冷材
３０Ｂ−１，３０Ｃ−１第１蓄冷材分割体
３０Ｂ−２，３０Ｃ−２第２蓄冷材分割体
３０Ｂ−３，３０Ｃ−３第３蓄冷材分割体
３０Ｃ−４第４蓄冷材分割体
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ境界部
４０イナータンスチューブ
４１バッファタンク

Claims

寒冷を発生させる作動ガスの流路途中に、前記作動ガスの熱を蓄冷する蓄冷材が装填された蓄冷器が配設された蓄冷式冷凍機において、
前記蓄冷材は、繊維材をランダムに積み重ねた後に加熱して焼結させた焼結体であって、
高温側から低温側に向かうにつれて前記繊維材の径が連続的に漸次細くなることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
前記蓄冷材は、
前記高温側から前記低温側に向かうにつれて、前記繊維材の空隙率が連続的に漸次小さくなることを特徴とする請求項１記載の蓄冷式冷凍機。