JP6284794B2 - Regenerator - Google Patents

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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
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    • Y02E60/14Thermal energy storage

Description

本発明は、圧縮装置から供給される高圧の冷媒ガスのサイモン膨張により発生した寒冷を蓄積する蓄冷器に関する。   The present invention relates to a regenerator for accumulating cold generated by Simon expansion of high-pressure refrigerant gas supplied from a compressor.

極低温を発生する冷凍機としてギフォードマクマホン(Gifford-McMahon;GM)冷凍機が知られている。GM冷凍機は、シリンダ内でディスプレーサを往復移動することにより、膨張空間の体積を変化させる。この体積変化に対応して膨張空間と圧縮機の吐出側と吸気側とを選択的に接続することで、冷媒ガスが膨張空間で膨張する。膨張空間で発生した冷媒ガスの寒冷は、蓄冷器にて蓄積されながら冷却ステージに伝達されて所望の極低温に到達して、冷却ステージに接続された冷却対象を冷却する(特許文献1参照)。   A Gifford-McMahon (GM) refrigerator is known as a refrigerator that generates an extremely low temperature. The GM refrigerator changes the volume of the expansion space by reciprocating the displacer in the cylinder. The refrigerant gas expands in the expansion space by selectively connecting the expansion space, the discharge side of the compressor, and the intake side in response to the volume change. The cold of the refrigerant gas generated in the expansion space is transmitted to the cooling stage while being accumulated in the regenerator, reaches a desired cryogenic temperature, and cools the cooling target connected to the cooling stage (see Patent Document 1). .

特開平7−324832号公報JP 7-324832 A

蓄冷器には蓄冷材が用いられる。冷媒ガスは蓄冷材が充填された蓄冷器の中を流れるときに、蓄冷材との間で熱交換をする。ここで、蓄冷器に充填される蓄冷材は、蓄冷器を流れる冷媒ガスの流速が、蓄冷機内の位置によらず一様であることを前提に設計される。しかしながら、例えば蓄冷器の内壁の流路抵抗の影響により、蓄冷器中を冷媒ガスが流れるとき、蓄冷器中の内壁付近を流れる冷媒ガスの流速と、蓄冷器の中心部を流れる冷媒ガスの流速とが異なってくることがある。この場合、蓄冷材の設計の前提がくずれ、蓄冷器の効率が低下する。   A regenerator material is used for the regenerator. When the refrigerant gas flows through the regenerator filled with the regenerator material, the refrigerant gas exchanges heat with the regenerator material. Here, the regenerator material filled in the regenerator is designed on the assumption that the flow rate of the refrigerant gas flowing through the regenerator is uniform regardless of the position in the regenerator. However, for example, when the refrigerant gas flows through the regenerator due to the influence of the channel resistance of the inner wall of the regenerator, the flow rate of the refrigerant gas flowing near the inner wall of the regenerator and the flow rate of the refrigerant gas flowing through the center of the regenerator May be different. In this case, the premise of the design of the regenerator material is broken, and the efficiency of the regenerator is reduced.

本発明は、極低温冷凍機における蓄冷器の効率を向上させる技術を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the technique which improves the efficiency of the cool storage in a cryogenic refrigerator.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の蓄冷器は、冷媒ガスの膨張により生じた寒冷を蓄積する蓄冷材と、蓄冷材を収容し、冷媒ガスが流通する筒状の容器と、容器に収容され、容器の軸方向の厚さが一様な挿入部材とを備える。挿入部材は、冷媒ガスの流路となる開口部が少なくとも外周部に設けられており、挿入部材全体の開口率が、挿入部材の中心部の開口率よりも大きい。   In order to solve the above-described problem, a regenerator according to an aspect of the present invention includes a regenerator material that accumulates cold generated by expansion of a refrigerant gas, a cylindrical container that houses the regenerator material and through which refrigerant gas flows, And an insertion member that is accommodated in the container and has a uniform axial thickness of the container. The insertion member is provided with an opening serving as a refrigerant gas flow path at least in the outer peripheral portion, and the opening ratio of the entire insertion member is larger than the opening ratio of the central portion of the insertion member.

本発明によれば、極低温冷凍機における蓄冷器の効率を向上することができる。   According to the present invention, the efficiency of the regenerator in the cryogenic refrigerator can be improved.

実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機の一例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically an example of the regenerator type refrigerator which concerns on embodiment. 実施の形態に係る第2蓄冷器を流れる冷媒ガスの流速分布を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the flow velocity distribution of the refrigerant gas which flows through the 2nd regenerator which concerns on embodiment. 実施の形態に係る挿入部材の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the insertion member which concerns on embodiment. 図4(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材の開口率を説明する図である。FIGS. 4A to 4B are diagrams illustrating the aperture ratio of the insertion member according to the embodiment. 図5(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材の別の形状を模式的に示す図である。Fig.5 (a)-(b) is a figure which shows typically another shape of the insertion member which concerns on embodiment. 実施の形態に係る挿入部材のさらに別の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically another shape of the insertion member which concerns on embodiment. 図7(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材の外周部における円周方向の開口率の変化を説明する図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining changes in the opening ratio in the circumferential direction at the outer peripheral portion of the insertion member according to the embodiment. 図8(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材の開口率の変化を示す概念図である。FIGS. 8A to 8B are conceptual diagrams illustrating changes in the aperture ratio of the insertion member according to the embodiment.

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機1の一例を模式的に示す図である。実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機1は、例えば冷媒ガスとしてヘリウムガスを用いるギフォードマクマホン(GM)タイプの極低温冷凍機である。図1に示すように、蓄冷器式冷凍機1は、第1ディスプレーサ2と、第1ディスプレーサ2に長手方向に連結される第2ディスプレーサ3を備える。第1ディスプレーサ2と第2ディスプレーサ3とは、例えば、ピン4、コネクタ5、ピン6を介して接続される。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a regenerator refrigerator 1 according to an embodiment. The regenerator type refrigerator 1 according to the embodiment is a Gifford McMahon (GM) type cryogenic refrigerator that uses helium gas as a refrigerant gas, for example. As shown in FIG. 1, the regenerator type refrigerator 1 includes a first displacer 2 and a second displacer 3 connected to the first displacer 2 in the longitudinal direction. The first displacer 2 and the second displacer 3 are connected via, for example, a pin 4, a connector 5, and a pin 6.

第1シリンダ7と第2シリンダ8とは一体に形成されており、それぞれ高温端と低温端とを備える。第1シリンダ7の低温端と第2シリンダ8の高温端とが第1シリンダ7の底部にて接続されている。第2シリンダ8は第1シリンダ7と同一の軸方向に延在する形態にて形成されており、第1シリンダ7よりも小径の筒状の部材である。第1シリンダ7は第1ディスプレーサ2を長手方向に往復移動可能に収容する筒状の容器である。また第2シリンダ8は第2ディスプレーサ3を長手方向に往復移動可能に収容する筒状の容器である。   The first cylinder 7 and the second cylinder 8 are integrally formed, and each has a high temperature end and a low temperature end. The low temperature end of the first cylinder 7 and the high temperature end of the second cylinder 8 are connected at the bottom of the first cylinder 7. The second cylinder 8 is formed in a form extending in the same axial direction as the first cylinder 7, and is a cylindrical member having a smaller diameter than the first cylinder 7. The 1st cylinder 7 is a cylindrical container which accommodates the 1st displacer 2 so that a reciprocation is possible in a longitudinal direction. The second cylinder 8 is a cylindrical container that accommodates the second displacer 3 so as to be reciprocally movable in the longitudinal direction.

第1シリンダ7、第2シリンダ8には、強度、熱伝導率、ヘリウム遮断能などを考慮して、例えばステンレス鋼が用いられる。第2ディスプレーサ3の外周部は、ステンレス鋼などの金属製の筒である。第2ディスプレーサ3の外周面上には、フッ素樹脂などの耐摩耗性樹脂の皮膜を形成してもよい。   For example, stainless steel is used for the first cylinder 7 and the second cylinder 8 in consideration of strength, thermal conductivity, helium blocking ability, and the like. The outer peripheral portion of the second displacer 3 is a cylinder made of metal such as stainless steel. On the outer peripheral surface of the second displacer 3, a film of an abrasion resistant resin such as a fluororesin may be formed.

第1シリンダ7の高温端には、第1ディスプレーサ2および第2ディスプレーサ3を往復駆動するスコッチヨーク機構(図示せず)が設けられている。第1ディスプレーサ2、第2ディスプレーサ3は、それぞれ第1シリンダ7、第2シリンダ8にそって往復移動する。第1ディスプレーサ2および第2ディスプレーサ3は、それぞれ高温端と低温端とを備える。   A scotch yoke mechanism (not shown) that reciprocates the first displacer 2 and the second displacer 3 is provided at the high temperature end of the first cylinder 7. The first displacer 2 and the second displacer 3 reciprocate along the first cylinder 7 and the second cylinder 8, respectively. The first displacer 2 and the second displacer 3 each have a high temperature end and a low temperature end.

第1ディスプレーサ2は円筒状の外周面を有する容器である。第1ディスプレーサ2には、比重、強度、熱伝導率などの観点から、例えば布入りフェノール樹脂等が用いられる。第1ディスプレーサ2の内部には、例えばメッシュ状に加工された金属(金網)を積層した第1蓄冷材が充填されている。第1ディスプレーサ2の内部容積は第1蓄冷器9として機能する。第1蓄冷器9の上部には整流器10が、下部には整流器11が設置される。第1ディスプレーサ2の高温端には、室温室12から第1ディスプレーサ2に冷媒ガスを流通する第1開口13が形成されている。   The first displacer 2 is a container having a cylindrical outer peripheral surface. For the first displacer 2, for example, a phenol resin with cloth is used from the viewpoint of specific gravity, strength, thermal conductivity, and the like. The inside of the first displacer 2 is filled with a first cold storage material in which, for example, metal (metal mesh) processed into a mesh shape is stacked. The internal volume of the first displacer 2 functions as the first regenerator 9. A rectifier 10 is installed in the upper part of the first regenerator 9, and a rectifier 11 is installed in the lower part. A first opening 13 through which refrigerant gas flows from the room temperature chamber 12 to the first displacer 2 is formed at the high temperature end of the first displacer 2.

室温室12は、第1シリンダ7と第1ディスプレーサ2の高温端により形成される空間である。室温室12は、第1ディスプレーサ2の往復移動に伴い容積が変化する。室温室12には、圧縮機14、サプライバルブ15、リターンバルブ16からなる吸排気系統を相互に接続する配管のうち、給排共通配管が接続されている。また、第1ディスプレーサ2の高温端よりの部分と第1シリンダ7との間にはシール17が装着されている。   The room temperature chamber 12 is a space formed by the first cylinder 7 and the high temperature end of the first displacer 2. The room temperature chamber 12 changes in volume as the first displacer 2 reciprocates. The room temperature chamber 12 is connected to a common supply / exhaust pipe among the pipes connecting the intake and exhaust systems including the compressor 14, the supply valve 15, and the return valve 16. In addition, a seal 17 is attached between the portion of the first displacer 2 from the high temperature end and the first cylinder 7.

第1ディスプレーサ2の低温端には、第1膨張空間18に第1クリアランスC1を介して冷媒ガスを導入する第2開口19が形成されている。第1膨張空間18は、第1シリンダ7と第1ディスプレーサ2により形成される空間である。第1膨張空間18は、第1ディスプレーサ2の往復移動に伴い容積が変化する。第1シリンダ7の外周のうち、第1膨張空間18に対応する位置には、図示しない冷却対象物に熱的に接続された第1冷却ステージ20が配置されている。第1冷却ステージ20は、第1クリアランスC1を通る冷媒ガスにより冷却される。   A second opening 19 is formed at the low temperature end of the first displacer 2 for introducing the refrigerant gas into the first expansion space 18 via the first clearance C1. The first expansion space 18 is a space formed by the first cylinder 7 and the first displacer 2. The volume of the first expansion space 18 changes as the first displacer 2 reciprocates. A first cooling stage 20 that is thermally connected to an object to be cooled (not shown) is disposed at a position corresponding to the first expansion space 18 in the outer periphery of the first cylinder 7. The first cooling stage 20 is cooled by the refrigerant gas passing through the first clearance C1.

第2ディスプレーサ3は円筒状の外周面を有している。第2ディスプレーサ3の内部は、上端の整流器21、下端の整流器22、上下中間に位置する仕切部材23を挟んで軸方向に二段に分かれている。第2ディスプレーサ3の内部容積のうち、仕切部材23よりも高温側の高温側領域24には、例えば鉛やビスマスなどの非磁性材からなる第2蓄冷材が充填される。仕切部材23の低温(下段)側の低温側領域25には、高温側領域24とは異なる蓄冷材、例えばHoCuなどの磁性材からなる第3蓄冷材が充填される。鉛やビスマス、HoCu等は球状に形成されており、複数の球状の形成物が集まって蓄冷材が構成されている。仕切部材23は、高温側領域24の蓄冷材と低温側領域25の蓄冷材とが混合するのを防止するために、第2蓄冷材と第3蓄冷材とが通過することを規制するフィルタ(不図示)を備えている。この第2ディスプレーサ3の内部容積である高温側領域24と低温側領域25とが第2蓄冷器34として機能する。第1膨張空間18と第2ディスプレーサ3の高温端とは、コネクタ5周りの連通路で連通されている。この連通路を介して第1膨張空間18から第2蓄冷器34に冷媒ガスが流通する。 The second displacer 3 has a cylindrical outer peripheral surface. The inside of the second displacer 3 is divided into two stages in the axial direction with a rectifier 21 at the upper end, a rectifier 22 at the lower end, and a partition member 23 located in the middle between the upper and lower sides. Of the internal volume of the second displacer 3, the high temperature side region 24 higher than the partition member 23 is filled with a second cold storage material made of a nonmagnetic material such as lead or bismuth. The low temperature side region 25 on the low temperature (lower stage) side of the partition member 23 is filled with a third cold storage material made of a magnetic material such as HoCu 2 , which is different from the high temperature side region 24. Lead, bismuth, HoCu 2 and the like are formed in a spherical shape, and a plurality of spherical formations are gathered to form a cold storage material. The partition member 23 is a filter that restricts the passage of the second cold storage material and the third cold storage material in order to prevent the cold storage material in the high temperature region 24 and the cold storage material in the low temperature region 25 from mixing. (Not shown). The high temperature side region 24 and the low temperature side region 25, which are internal volumes of the second displacer 3, function as the second regenerator 34. The first expansion space 18 and the high temperature end of the second displacer 3 are communicated with each other through a communication path around the connector 5. Refrigerant gas flows from the first expansion space 18 to the second regenerator 34 through this communication path.

第2ディスプレーサ3の低温端には、第2膨張空間26に第2クリアランスC2を介して冷媒ガスを流通させるための第3開口27が形成されている。第2膨張空間26は、第2シリンダ8と第2ディスプレーサ3により形成される空間である。第2膨張空間26は、第2ディスプレーサ3の往復移動に伴い容積が変化する。第2クリアランスC2は、第2シリンダ8の低温端と第2ディスプレーサ3により形成される。   A third opening 27 is formed at the low temperature end of the second displacer 3 for allowing the refrigerant gas to flow through the second expansion space 26 via the second clearance C2. The second expansion space 26 is a space formed by the second cylinder 8 and the second displacer 3. The volume of the second expansion space 26 changes as the second displacer 3 reciprocates. The second clearance C <b> 2 is formed by the low temperature end of the second cylinder 8 and the second displacer 3.

第2シリンダ8の外周の第2膨張空間26に対応する位置には、冷却対象物に熱的に接続された第2冷却ステージ28が配置されている。第2冷却ステージ28は、第2クリアランスC2を通る冷媒ガスにより冷却される。   A second cooling stage 28 that is thermally connected to the object to be cooled is disposed at a position corresponding to the second expansion space 26 on the outer periphery of the second cylinder 8. The second cooling stage 28 is cooled by the refrigerant gas passing through the second clearance C2.

第1ディスプレーサ2および第2ディスプレーサ3は、それぞれ低温端に蓋部29および蓋部30を備えてもよい。蓋部29および蓋部30は、ディスプレーサ本体との接合の観点から、二段状の円柱形状を有している。蓋部29は圧入ピン31により第1ディスプレーサ2に固定され、蓋部30は圧入ピン32により第2ディスプレーサ3に固定される。   The first displacer 2 and the second displacer 3 may include a lid portion 29 and a lid portion 30 at the low temperature end, respectively. The lid portion 29 and the lid portion 30 have a two-stage cylindrical shape from the viewpoint of joining with the displacer body. The lid portion 29 is fixed to the first displacer 2 by a press-fit pin 31, and the lid portion 30 is fixed to the second displacer 3 by a press-fit pin 32.

第2蓄冷器34は、高温側領域24を流れる冷媒ガスの流速分布を調整する第1挿入部材35a、および低温側領域25を流れる冷媒ガスの流速分布を調整する第2挿入部材35bを備える。以下、第1挿入部材35aおよび第2挿入部材35bを区別しない場合は、「挿入部材35」と総称する。なお、挿入部材35の詳細は後述する。   The second regenerator 34 includes a first insertion member 35 a that adjusts the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the high temperature side region 24, and a second insertion member 35 b that adjusts the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the low temperature side region 25. Hereinafter, when the first insertion member 35a and the second insertion member 35b are not distinguished, they are collectively referred to as “insertion member 35”. Details of the insertion member 35 will be described later.

次に、実施の形態に係る蓄冷器式冷凍機1の動作を説明する。冷媒ガス供給工程のある時点においては、第1ディスプレーサ2および第2ディスプレーサ3は、第1シリンダ7および第2シリンダ8の下死点に位置する。それと同時、またはわずかにずれたタイミングでサプライバルブ15を開とすると、サプライバルブ15を介して高圧のヘリウムガス(例えば2.2MPaのヘリウムガス)が給排共通配管から第1シリンダ7内に供給され、第1ディスプレーサ2の上部に位置する第1開口13から第1ディスプレーサ2の内部の第1蓄冷器9に流入する。第1蓄冷器9に流入した高圧のヘリウムガスは、第1蓄冷材により冷却されながら第1ディスプレーサ2の下部に位置する第2開口19および第1クリアランスC1を介して、第1膨張空間18に供給される。   Next, the operation of the regenerator type refrigerator 1 according to the embodiment will be described. At a certain point in the refrigerant gas supply process, the first displacer 2 and the second displacer 3 are located at the bottom dead center of the first cylinder 7 and the second cylinder 8. When the supply valve 15 is opened at the same time or at a slightly shifted timing, high-pressure helium gas (for example, 2.2 MPa helium gas) is supplied into the first cylinder 7 from the supply / discharge common pipe via the supply valve 15. Then, the air flows into the first regenerator 9 inside the first displacer 2 from the first opening 13 located at the upper part of the first displacer 2. The high-pressure helium gas that has flowed into the first regenerator 9 is cooled by the first regenerator material and enters the first expansion space 18 via the second opening 19 and the first clearance C1 that are located below the first displacer 2. Supplied.

第1膨張空間18に供給された高圧のヘリウムガスは、コネクタ5周りの連通路を介して、第2ディスプレーサ3の内部の第2蓄冷器34に流入する。第2蓄冷器34に流入した高圧のヘリウムガスは、第2蓄冷材により冷却されながら第2ディスプレーサ3の下部に位置する第3開口27および第2クリアランスを介して、第2膨張空間26に供給される。   The high-pressure helium gas supplied to the first expansion space 18 flows into the second regenerator 34 inside the second displacer 3 through the communication passage around the connector 5. The high-pressure helium gas that has flowed into the second regenerator 34 is supplied to the second expansion space 26 through the third opening 27 and the second clearance that are positioned below the second displacer 3 while being cooled by the second regenerator material. Is done.

このようにして、第1膨張空間18および第2膨張空間26は、高圧のヘリウムガスで満たされ、サプライバルブ15は閉とされる。このとき、第1ディスプレーサ2および第2ディスプレーサ3は、第1シリンダ7および第2シリンダ8内の上死点に位置する。それと同時、またはわずかにずれたタイミングでリターンバルブ16を開とすると、第1膨張空間18、第2膨張空間26内の冷媒ガスは減圧され膨張し、低圧のヘリウムガス(例えば0.8MPaのヘリウムガス)となる。このとき、冷媒ガスの膨張により、寒冷が発生する。膨張により低温になった第1膨張空間18のヘリウムガスは第1クリアランスC1を介して第1冷却ステージ20の熱を吸収する。また、第2膨張空間26のヘリウムガスは第2クリアランスC2を介して第2冷却ステージ28の熱を吸収する。   In this way, the first expansion space 18 and the second expansion space 26 are filled with the high-pressure helium gas, and the supply valve 15 is closed. At this time, the first displacer 2 and the second displacer 3 are located at the top dead center in the first cylinder 7 and the second cylinder 8. When the return valve 16 is opened at the same time or slightly shifted timing, the refrigerant gas in the first expansion space 18 and the second expansion space 26 is decompressed and expanded, and low-pressure helium gas (for example, 0.8 MPa helium). Gas). At this time, cold is generated by the expansion of the refrigerant gas. The helium gas in the first expansion space 18 that has become low temperature due to expansion absorbs the heat of the first cooling stage 20 through the first clearance C1. The helium gas in the second expansion space 26 absorbs the heat of the second cooling stage 28 through the second clearance C2.

第1ディスプレーサ2および第2ディスプレーサ3は下死点に向けて移動し、第1膨張空間18および第2膨張空間26の容積は減少する。第2膨張空間26内のヘリウムガスは、第2クリアランスC2、第3開口27、第2蓄冷器34、および連通路を介して第1膨張空間18に戻される。さらに、第1膨張空間18内のヘリウムガスは、第2開口19、第1蓄冷器9、および第1開口13を介して、圧縮機14の吸入側に戻される。その際、第1蓄冷材、第2蓄冷材、および第3蓄冷材は、冷媒ガスにより冷却される。すなわち、第1蓄冷材、第2蓄冷材、および第3蓄冷材は、冷媒ガスの膨張により生じた寒冷を蓄積する。この工程を1サイクルとし、蓄冷器式冷凍機1はこの冷却サイクルを繰り返すことで、第1冷却ステージ20および第2冷却ステージ28を冷却する。   The first displacer 2 and the second displacer 3 move toward the bottom dead center, and the volumes of the first expansion space 18 and the second expansion space 26 decrease. The helium gas in the second expansion space 26 is returned to the first expansion space 18 via the second clearance C2, the third opening 27, the second regenerator 34, and the communication path. Further, the helium gas in the first expansion space 18 is returned to the suction side of the compressor 14 through the second opening 19, the first regenerator 9, and the first opening 13. In that case, the 1st cool storage material, the 2nd cool storage material, and the 3rd cool storage material are cooled with refrigerant gas. That is, the 1st cool storage material, the 2nd cool storage material, and the 3rd cool storage material accumulate cold produced by expansion of refrigerant gas. This process is defined as one cycle, and the regenerator type refrigerator 1 cools the first cooling stage 20 and the second cooling stage 28 by repeating this cooling cycle.

次に、実施の形態に係る挿入部材35についてより詳細に説明する。   Next, the insertion member 35 according to the embodiment will be described in more detail.

図2は、実施の形態に係る第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速分布を説明するための模式図であり、挿入部材35を備えない場合の流速分布を示す図である。上述したように、第2蓄冷器34は、蓄冷材として球状に形成された複数の形成物を収容している。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 according to the embodiment, and is a diagram illustrating the flow velocity distribution when the insertion member 35 is not provided. As described above, the second regenerator 34 accommodates a plurality of formations formed in a spherical shape as a regenerator material.

図2おいて、符号40および符号41で示す矢印は冷媒ガスの流速を示すベクトルである。具体的に、ベクトル40a、ベクトル40b、ベクトル40c、ベクトル40d、ベクトル40e、およびベクトル40fは、第2蓄冷器34の高温端側を流れる冷媒ガスの流速分布を示す。また、ベクトル41a、ベクトル41b、ベクトル41c、ベクトル41d、ベクトル41e、およびベクトル41fは、第2蓄冷器34の低温端側を流れる冷媒ガスの流速分布を示す。   In FIG. 2, arrows indicated by reference numerals 40 and 41 are vectors indicating the flow rate of the refrigerant gas. Specifically, the vector 40 a, the vector 40 b, the vector 40 c, the vector 40 d, the vector 40 e, and the vector 40 f indicate the flow velocity distribution of the refrigerant gas that flows on the high temperature end side of the second regenerator 34. Further, the vector 41a, the vector 41b, the vector 41c, the vector 41d, the vector 41e, and the vector 41f indicate the flow velocity distribution of the refrigerant gas that flows on the low temperature end side of the second regenerator 34.

図2においては、第2蓄冷器34の高温端側における中心部の流速を示すベクトル40c、ベクトル40dの長さと、第2蓄冷器34の内壁付近の流速を示すベクトル40a、ベクトル40fの長さとが同等である。これは、第2蓄冷器34の高温側の端部においては、冷媒ガスの流速分布は第2蓄冷器34の位置によらず一様であることを示している。   In FIG. 2, the lengths of vectors 40c and 40d indicating the flow velocity at the center of the second regenerator 34 on the high temperature end side, and the lengths of vectors 40a and 40f indicating the flow velocity near the inner wall of the second regenerator 34 are shown. Are equivalent. This indicates that the flow velocity distribution of the refrigerant gas is uniform at the high temperature side end of the second regenerator 34 regardless of the position of the second regenerator 34.

これに対し、第2蓄冷器34の低温端側における中心部の流速を示すベクトル41c、ベクトル41dの長さは、第2蓄冷器34の内壁付近の流速を示すベクトル41a、ベクトル41fの長さよりも長い。これは、第2蓄冷器34の低温側の端部においては、冷媒ガスの流速分布は一様でないことを示している。   On the other hand, the length of the vector 41c and vector 41d indicating the flow velocity at the central portion on the low temperature end side of the second regenerator 34 is longer than the length of the vector 41a and vector 41f indicating the flow velocity near the inner wall of the second regenerator 34. Also long. This indicates that the flow velocity distribution of the refrigerant gas is not uniform at the low temperature side end of the second regenerator 34.

第2蓄冷器34が収容する蓄冷材は半径がそろうように形成された金属球である。このため、第2蓄冷器34中の蓄冷材に起因する流路抵抗は第2蓄冷器34の位置によらず一様と言える。一方、第2蓄冷器34の内壁に起因する冷媒ガスの流路抵抗は、当然ながら、第2蓄冷器34の内壁にのみ存在し、第2蓄冷器34の中心部には存在しない。このため、第2蓄冷器34の内壁付近の流路抵抗は、第2蓄冷器34の中心部における流路抵抗よりも大きい。   The regenerator material accommodated in the second regenerator 34 is a metal sphere formed so that the radii are the same. For this reason, it can be said that the flow path resistance resulting from the regenerator material in the second regenerator 34 is uniform regardless of the position of the second regenerator 34. On the other hand, the flow path resistance of the refrigerant gas caused by the inner wall of the second regenerator 34 naturally exists only on the inner wall of the second regenerator 34 and does not exist in the center of the second regenerator 34. For this reason, the flow path resistance in the vicinity of the inner wall of the second regenerator 34 is larger than the flow path resistance at the center of the second regenerator 34.

この結果、冷媒ガスが第2蓄冷器34を高温端から低温端に向けて流れるにしたがって、第2蓄冷器34の内壁付近の流速は、第2蓄冷器34の中心部における流速よりも小さくなる。ゆえに、第2蓄冷器34の低温側の端部においては、冷媒ガスの流速分布は一様でなく、低温端側に凸部がある半球状ないし回転放物面状の形状となる。   As a result, as the refrigerant gas flows through the second regenerator 34 from the high temperature end toward the low temperature end, the flow velocity near the inner wall of the second regenerator 34 becomes smaller than the flow velocity at the center of the second regenerator 34. . Therefore, the flow velocity distribution of the refrigerant gas is not uniform at the low temperature side end of the second regenerator 34, and has a hemispherical or rotary parabolic shape with a convex portion on the low temperature end side.

第2蓄冷器34はほぼ均一な形状の蓄冷材をほぼ均一に充填している。したがって、冷媒ガスと蓄冷材との間の熱交換効率は冷媒ガスの流速に依存するといえる。具体的には、蓄冷材の中を流れる冷媒ガスの流速が大きいほど、蓄冷材との間の熱交換効率が大きくなる。このため、第2蓄冷器34の低温端側では、第2蓄冷器34の中心部に存在する蓄冷材の温度は、第2蓄冷器34の内壁付近に存在する蓄冷材の温度よりも高くなる。結果として、第2蓄冷器34の長軸に対して垂直な方向に蓄冷材の温度勾配ができる。そうすると、第2蓄冷器34の中心部に存在する蓄冷材から、第2蓄冷器34の内壁付近に存在する蓄冷材に向かって熱の移動が生じ、エントロピー損失となる。ゆえに、第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速分布が一様でなくなると、第2蓄冷器34の効率が低下する。なお、冷媒ガスが低温端から高温端に向けてながれる場合には、上記と逆に向かう熱の移動が生じる。   The second regenerator 34 is substantially uniformly filled with a regenerator material having a substantially uniform shape. Therefore, it can be said that the heat exchange efficiency between the refrigerant gas and the cold storage material depends on the flow rate of the refrigerant gas. Specifically, the greater the flow rate of the refrigerant gas flowing through the regenerator material, the greater the efficiency of heat exchange with the regenerator material. For this reason, on the low temperature end side of the second regenerator 34, the temperature of the regenerator material present at the center of the second regenerator 34 is higher than the temperature of the regenerator material present near the inner wall of the second regenerator 34. . As a result, a temperature gradient of the regenerator material is created in a direction perpendicular to the long axis of the second regenerator 34. If it does so, a heat transfer will arise from the cool storage material which exists in the center part of the 2nd cool storage device 34 toward the cool storage material which exists near the inner wall of the 2nd cool storage device 34, and it becomes entropy loss. Therefore, when the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 is not uniform, the efficiency of the second regenerator 34 decreases. In addition, when the refrigerant gas flows from the low temperature end toward the high temperature end, the heat moves in the direction opposite to the above.

以上を踏まえ、実施の形態に係る第2蓄冷器34は、第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速分布を一様とするための挿入部材35を備える。   Based on the above, the second regenerator 34 according to the embodiment includes an insertion member 35 for making the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 uniform.

図3は、実施の形態に係る挿入部材35の形状を模式的に示す図である。挿入部材35は、円筒状の容器である第2蓄冷器34に挿入される。このため、挿入部材35は、第2蓄冷器34の内壁に収まるように、円板状に形成されている。挿入部材35は、第2蓄冷器34に挿入されたときに、第2蓄冷器34の軸方向の厚さが一様となるように形成されている。挿入部材35はまた、冷媒ガスの流路となる開口部36が、第2蓄冷器34に挿入されたときに高温端側から低温端側まで貫通するように設けられている。例えば、挿入部材は、複数の開口が配置された板状の部材である。図3においては、煩雑となることを避けるため、ひとつの開口部36にのみ符号を付している。しかしながら、図3において白抜きで示す形状はいずれも開口部36である。後述する図4および図5においても同様である。   FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the shape of the insertion member 35 according to the embodiment. The insertion member 35 is inserted into the second regenerator 34 that is a cylindrical container. For this reason, the insertion member 35 is formed in a disk shape so as to fit in the inner wall of the second regenerator 34. The insertion member 35 is formed so that the axial thickness of the second regenerator 34 is uniform when inserted into the second regenerator 34. The insertion member 35 is also provided so that the opening 36 serving as a refrigerant gas flow path penetrates from the high temperature end side to the low temperature end side when inserted into the second regenerator 34. For example, the insertion member is a plate-like member having a plurality of openings. In FIG. 3, only one opening 36 is denoted by a symbol to avoid complication. However, all of the shapes shown in white in FIG. The same applies to FIGS. 4 and 5 described later.

図3において、符号37で示す黒丸は挿入部材35の中心37である。図3に示すように、挿入部材35は中心37を含む中心部の領域には開口部36が設けられておらず、挿入部材35の外周部には開口部36が少なくともひとつ設けられている。   In FIG. 3, the black circle indicated by reference numeral 37 is the center 37 of the insertion member 35. As shown in FIG. 3, the insertion member 35 is not provided with an opening 36 in the central region including the center 37, and at least one opening 36 is provided on the outer periphery of the insertion member 35.

ここで挿入部材35の「外周部」とは、挿入部材35の中心37を共通の中心とする2つの同心円に囲まれた円環状領域である。挿入部材35の外周部を構成する円環状領域において、外側の円は挿入部材35の外周と一致してもよい。また、挿入部材35の「内周部」とは、外周部を構成する円環状領域における内側の円で囲まれた領域である。挿入部材35の内周部は、挿入部材35の中心37を含む挿入部材35の中心部の領域ともいえる。   Here, the “outer peripheral portion” of the insertion member 35 is an annular region surrounded by two concentric circles having the center 37 of the insertion member 35 as a common center. In the annular region constituting the outer peripheral portion of the insertion member 35, the outer circle may coincide with the outer periphery of the insertion member 35. Further, the “inner peripheral portion” of the insertion member 35 is a region surrounded by an inner circle in an annular region constituting the outer peripheral portion. It can be said that the inner peripheral portion of the insertion member 35 is a region of the central portion of the insertion member 35 including the center 37 of the insertion member 35.

図4(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材35の開口率を説明する図である。より具体的には、図4(a)は図3に示す挿入部材35の全体の開口率を説明する図であり、図4(b)は図3に示す挿入部材35の中心部の開口率を説明する図である。   FIGS. 4A to 4B are diagrams illustrating the aperture ratio of the insertion member 35 according to the embodiment. More specifically, FIG. 4A is a diagram for explaining the overall aperture ratio of the insertion member 35 shown in FIG. 3, and FIG. 4B is an aperture ratio at the center of the insertion member 35 shown in FIG. FIG.

図4(a)に示すように、挿入部材35全体の開口率は、挿入部材35の上面部の全表面積Saに対する、挿入部材35の上面部における開口部36の面積の総和Sbの百分率で示される。図4(a)において斜線で示す領域が、挿入部材35全体の開口率を計算する際の対象となる領域である。   As shown in FIG. 4A, the opening ratio of the entire insertion member 35 is expressed as a percentage of the total area Sb of the area of the opening 36 in the upper surface portion of the insertion member 35 with respect to the total surface area Sa of the upper surface portion of the insertion member 35. It is. In FIG. 4A, a hatched region is a region that is a target for calculating the aperture ratio of the entire insertion member 35.

これに対し、挿入部材35の中心部の開口率は、挿入部材35の中心37を中心とする円形領域38における開口率である。すなわち、挿入部材35の中心部の開口率は、円形領域38の面積Scに対する、円形領域38における開口部36の面積の総和Sdの百分率で示される。図4(b)において斜線で示す領域が、円形領域38である。したがって、図4(a)においては、円形領域38は挿入部材35の上面部全体と一致する。なお、図4(b)に示す円形領域38は、上述した挿入部材35の内周部の一例である。   On the other hand, the opening ratio at the center of the insertion member 35 is the opening ratio in the circular region 38 centered on the center 37 of the insertion member 35. That is, the aperture ratio at the center of the insertion member 35 is expressed as a percentage of the total area Sd of the areas of the openings 36 in the circular area 38 with respect to the area Sc of the circular area 38. A region indicated by diagonal lines in FIG. 4B is a circular region 38. Therefore, in FIG. 4A, the circular region 38 coincides with the entire upper surface portion of the insertion member 35. Note that the circular region 38 illustrated in FIG. 4B is an example of the inner peripheral portion of the insertion member 35 described above.

図3および図4(a)−(b)に示すように、挿入部材35は、開口部36の外周部における開口部36の密度が、中心部における開口部36の密度よりも大きくなるように形成されている。このため、挿入部材35は、挿入部材35全体の開口率が、挿入部材35の中心部の開口率よりも大きい。すなわち、挿入部材35は、外周部は中心部と比較して開口部36が多く設けられており、冷媒ガスが流れやすくなっている。これにより、第2蓄冷器34に挿入部材35を挿入すると、冷媒ガスは第2蓄冷器34の内壁側の方が中心部よりも冷媒ガスの流路抵抗が小さくなる。結果として、第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速分布が一様に近づく。   As shown in FIGS. 3 and 4 (a)-(b), the insertion member 35 is configured such that the density of the opening 36 in the outer periphery of the opening 36 is greater than the density of the opening 36 in the center. Is formed. For this reason, in the insertion member 35, the opening ratio of the entire insertion member 35 is larger than the opening ratio of the central portion of the insertion member 35. That is, the insertion member 35 has a larger number of openings 36 in the outer peripheral portion than the central portion, and the refrigerant gas can easily flow. Accordingly, when the insertion member 35 is inserted into the second regenerator 34, the refrigerant gas has a smaller flow resistance of the refrigerant gas on the inner wall side of the second regenerator 34 than on the center portion. As a result, the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 approaches uniformly.

図3および図4(a)−(b)は、複数の開口部36が備えられ、それらが同一形状である挿入部材35を示している。挿入部材35が備える開口部36の形状は同一でなくてもよく、大きさや形が異なっていてもよい。   3 and 4 (a)-(b) show an insertion member 35 provided with a plurality of openings 36 and having the same shape. The shape of the opening 36 provided in the insertion member 35 may not be the same, and the size and shape may be different.

図5(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材35の別の形状を模式的に示す図である。具体的に図5(a)−(b)は、形は同じであるが、大きさが異なる開口部36を備える挿入部材35を示す図である。   Fig.5 (a)-(b) is a figure which shows typically another shape of the insertion member 35 which concerns on embodiment. Specifically, FIGS. 5A and 5B are views showing an insertion member 35 having openings 36 having the same shape but different sizes.

図5に示す挿入部材35は、中心37の付近には開口部36が設けられていない。また、図5に示す挿入部材35において、外周部に設けられた開口部36aの大きさは、その内側に設けられた開口部36bと比較して大きい。ここで図5(a)は挿入部材35全体を示している。また図5(b)は、挿入部材35の中心部を示している。図5(a)−(b)に示す挿入部材35も、図3に示す挿入部材35と同様に、挿入部材35全体の開口率が、挿入部材35の中心部の開口率よりも大きい。   The insertion member 35 shown in FIG. 5 does not have an opening 36 near the center 37. Further, in the insertion member 35 shown in FIG. 5, the size of the opening 36a provided in the outer peripheral portion is larger than the size of the opening 36b provided in the inner side thereof. Here, FIG. 5A shows the entire insertion member 35. FIG. 5B shows the center portion of the insertion member 35. The insertion member 35 shown in FIGS. 5A and 5B also has an opening ratio of the entire insertion member 35 larger than the opening ratio of the central portion of the insertion member 35, similarly to the insertion member 35 shown in FIG. 3.

図6は、実施の形態に係る挿入部材35のさらに別の形状を模式的に示す図である。具体的に、図6は、大きさも形も異なる開口部36を備える挿入部材35を示す図である。   FIG. 6 is a diagram schematically showing still another shape of the insertion member 35 according to the embodiment. Specifically, FIG. 6 is a view showing an insertion member 35 having openings 36 having different sizes and shapes.

図6に示す挿入部材35も、中心37の付近には開口部36が設けられていない。また、図6に示す挿入部材35において、外周部に設けられた開口部36aの大きさは、内側に設けられた開口部36bと比較して大きい。図6に示す挿入部材35も、図3および図4に示す挿入部材35と同様に、挿入部材35全体の開口率が、挿入部材35の中心部の開口率よりも大きい。   The insertion member 35 shown in FIG. 6 also has no opening 36 in the vicinity of the center 37. Further, in the insertion member 35 shown in FIG. 6, the size of the opening 36a provided on the outer peripheral portion is larger than that of the opening 36b provided on the inner side. As with the insertion member 35 shown in FIGS. 3 and 4, the insertion member 35 shown in FIG. 6 has a larger opening ratio than the central portion of the insertion member 35.

以上のように、実施の形態に係る挿入部材35は、中心部よりも外周部の方が開口率が大きくなるように構成されている。このため、挿入部材35の中心部は外周部と比較して流路抵抗が大きくなり、挿入部材35を通過する冷媒ガスは中心部の方が外周部よりも流速の減少の仕方が大きい。これにより、挿入部材35を挿入することにより、第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速を、第2蓄冷器34内部の位置によらず一様に近づけることができる。   As described above, the insertion member 35 according to the embodiment is configured such that the aperture ratio is greater at the outer peripheral portion than at the central portion. For this reason, the flow path resistance of the central portion of the insertion member 35 is greater than that of the outer peripheral portion, and the refrigerant gas passing through the insertion member 35 has a greater flow rate reduction method in the central portion than in the outer peripheral portion. Thereby, by inserting the insertion member 35, the flow rate of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 can be made uniform regardless of the position inside the second regenerator 34.

ここで、第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速を第2蓄冷器34内部の位置によらず一様とする観点から見ると、挿入部材35の開口率は、挿入部材35の周方向には一定であることが好ましい。   Here, from the viewpoint of making the flow rate of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 uniform regardless of the position inside the second regenerator 34, the opening ratio of the insertion member 35 is in the circumferential direction of the insertion member 35. Is preferably constant.

図7(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材35の外周部における円周方向の開口率の変化を説明する図である。図7(a)において、第1部分領域39aは、挿入部材35の中心37を共通の中心とする同心円42a、42bに囲まれた円環状領域、すなわち挿入部材35の外周部の一部である。また図7(b)において、第2部分領域39bは、挿入部材35の中心37を共通の中心とする同心円42a、42bに囲まれた円環状領域の一部であり、図7(a)に示す第1部分領域39aとは異なる領域である。図7(a)−(b)において、同心円42aは、挿入部材35の外周と一致してもよい。なお、第1部分領域39aと第2部分領域39bとは、いずれも少なくとも一つの開口部36を含むように定める。   FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining changes in the opening ratio in the circumferential direction at the outer peripheral portion of the insertion member 35 according to the embodiment. In FIG. 7A, the first partial region 39 a is an annular region surrounded by concentric circles 42 a and 42 b having the center 37 of the insertion member 35 as a common center, that is, a part of the outer peripheral portion of the insertion member 35. . In FIG. 7B, the second partial region 39b is a part of an annular region surrounded by concentric circles 42a and 42b having the center 37 of the insertion member 35 as a common center. This is a region different from the first partial region 39a shown. 7A to 7B, the concentric circle 42a may coincide with the outer periphery of the insertion member 35. The first partial region 39a and the second partial region 39b are determined so as to include at least one opening 36.

第1部分領域39aと第2部分領域39bとは異なる領域であるため、開口率も異なる。しかしながら実施の形態に係る挿入部材35は、開口部36が周方向に周期的に出現するように構成されている。このため、第1部分領域39aと第2部分領域39bとが異なる領域であったとしても、その開口率の差は所定の範囲Rに収まる。   Since the first partial region 39a and the second partial region 39b are different regions, the aperture ratios are also different. However, the insertion member 35 according to the embodiment is configured such that the openings 36 appear periodically in the circumferential direction. For this reason, even if the first partial region 39a and the second partial region 39b are different regions, the difference in aperture ratio is within a predetermined range R.

図8(a)−(b)は、実施の形態に係る挿入部材35の開口率の変化を示す概念図である。より具体的に、図8(a)は挿入部材35の半径方向に沿った開口率の変化の傾向を示すグラフであり、図8(b)は挿入部材35の周方向に沿った開口率の変化の傾向を示すグラフである。図8(a)−(b)は、少なくとも1つの開口部36を含む部分領域を設定して開口率を導出した場合を示す。   FIGS. 8A to 8B are conceptual diagrams showing changes in the aperture ratio of the insertion member 35 according to the embodiment. More specifically, FIG. 8A is a graph showing a change tendency of the aperture ratio along the radial direction of the insertion member 35, and FIG. 8B is a graph of the aperture ratio along the circumferential direction of the insertion member 35. It is a graph which shows the tendency of a change. FIGS. 8A and 8B show a case where the aperture ratio is derived by setting a partial region including at least one opening 36.

上述したように、実施の形態に係る挿入部材35は、外周部における開口部36の密度が、内周部における開口部36の密度よりも大きい。このため図8(a)に示すように、挿入部材35の開口率は中心部から半径方向に向かって離れるほど大きくなる。   As described above, in the insertion member 35 according to the embodiment, the density of the openings 36 in the outer peripheral portion is larger than the density of the openings 36 in the inner peripheral portion. For this reason, as shown to Fig.8 (a), the aperture ratio of the insertion member 35 becomes so large that it leaves | separates from a center part toward radial direction.

一方、実施の形態に係る挿入部材35は、開口部36が周方向に周期的に出現するように構成されている。このため図7(a)−(b)を参照して説明したように、挿入部材35の開口率は半径方向の距離が等しい場合、周方向に移動しても開口率の差は所定の範囲Rに収まる。これにより、挿入部材35は、周方向に沿った流路抵抗の差も一定の範囲に収まることになる。したがって、挿入部材35を通過する冷媒ガスは、挿入部材35の周方向のどの位置を通過しても、流速の減少率は一定の範囲Rに収まる。ゆえに、挿入部材35を挿入することにより、第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速を、第2蓄冷器34内部の位置によらず一様に近づけることができる。   On the other hand, the insertion member 35 according to the embodiment is configured such that the openings 36 appear periodically in the circumferential direction. For this reason, as described with reference to FIGS. 7A and 7B, when the aperture ratio of the insertion member 35 is the same in the radial direction, the difference in aperture ratio is within a predetermined range even if it moves in the circumferential direction. Fits in R. Thus, the insertion member 35 has a difference in flow path resistance along the circumferential direction within a certain range. Therefore, the refrigerant gas passing through the insertion member 35 has a rate of decrease in the flow rate within a certain range R regardless of the position in the circumferential direction of the insertion member 35. Therefore, by inserting the insertion member 35, the flow rate of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 can be made uniform regardless of the position inside the second regenerator 34.

第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速分布が一様に近づくことにより、第2蓄冷器34の長軸に対して垂直な方向に蓄冷材の温度分布も均一となる。これにより、第2蓄冷器34に収容された蓄冷材に関し、第2蓄冷器34の長軸に対して垂直な方向への熱の移動が抑制され、エントロピーの損失も抑制できる。したがって第2蓄冷器34の効率が向上し、ひいては第2蓄冷器34を備える蓄冷器式冷凍機1の冷凍性能を向上することができる。   When the flow velocity distribution of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 approaches uniformly, the temperature distribution of the regenerator material also becomes uniform in the direction perpendicular to the major axis of the second regenerator 34. Thereby, regarding the regenerator material accommodated in the second regenerator 34, the movement of heat in the direction perpendicular to the major axis of the second regenerator 34 is suppressed, and the loss of entropy can also be suppressed. Accordingly, the efficiency of the second regenerator 34 can be improved, and as a result, the refrigerating performance of the regenerator refrigerator 1 including the second regenerator 34 can be improved.

ところで、第2蓄冷器34に挿入部材35を挿入すると、挿入部材35の体積の分だけ、第2蓄冷器34に充填できる蓄冷材が減少する。第2蓄冷器34に充填する蓄冷材の減少は、第2蓄冷器34を備える蓄冷器式冷凍機1の冷凍性能の低下の原因ともなりうる。   By the way, when the insertion member 35 is inserted into the second regenerator 34, the regenerator material that can be filled in the second regenerator 34 is reduced by the volume of the insertion member 35. The decrease in the regenerator material charged in the second regenerator 34 can also cause a decrease in the refrigerating performance of the regenerator refrigerator 1 including the second regenerator 34.

そこで実施の形態に係る挿入部材35に、上述した仕切部材23としての機能を持たせ、仕切部材23の代わりに第2蓄冷器34に挿入してもよい。上述したように、第2蓄冷器34は第2蓄冷材と、第2蓄冷材とは異なる材質の第3蓄冷材を、それぞれ高温側領域24および低温側領域25に収容している。挿入部材35の開口部36の両端に、第2蓄冷材と3蓄冷材とが通過することを規制するフィルタを設け、第1蓄冷材と第2蓄冷材との境界に挿入する。これにより、挿入部材35が上述した仕切部材23の機能を持たせることができる。   Therefore, the insertion member 35 according to the embodiment may have the function as the partition member 23 described above, and may be inserted into the second regenerator 34 instead of the partition member 23. As described above, the second regenerator 34 accommodates the second regenerator material and the third regenerator material made of a material different from the second regenerator material in the high temperature side region 24 and the low temperature side region 25, respectively. Filters that restrict the passage of the second and third regenerator materials are provided at both ends of the opening 36 of the insertion member 35, and are inserted at the boundary between the first and second regenerator materials. Thereby, the insertion member 35 can give the function of the partition member 23 mentioned above.

仕切部材23は従来から第2蓄冷器34に収容されているため、仕切部材23を挿入部材35に代えても、それによって第2蓄冷器34に充填できる蓄冷材が従来より減少することはない。従来の仕切部材23よりも挿入部材35が厚い場合は、その差分だけ第2蓄冷器34に充填できる蓄冷材が従来より減少することになる。しかしながら、仕切部材23に加えて挿入部材35を第2蓄冷器34にさらに挿入するよりは、その影響を抑えることができる。これにより、第2蓄冷器34に充填できる蓄冷材の量を維持しつつ、かつ第2蓄冷器34を流れる冷媒ガスの流速分布を一様に近づけることができる。または、仕切部材23に隣接する位置に挿入部材35を配置してもよい。   Since the partition member 23 is conventionally accommodated in the second regenerator 34, even if the partition member 23 is replaced with the insertion member 35, the regenerator material that can be filled in the second regenerator 34 does not decrease as compared with the conventional case. . When the insertion member 35 is thicker than the conventional partition member 23, the cool storage material which can be filled in the 2nd cool storage 34 by the difference will decrease from the past. However, the influence can be suppressed rather than inserting the insertion member 35 into the second regenerator 34 in addition to the partition member 23. As a result, the flow rate distribution of the refrigerant gas flowing through the second regenerator 34 can be made closer to uniform while maintaining the amount of the regenerator material that can be charged in the second regenerator 34. Alternatively, the insertion member 35 may be disposed at a position adjacent to the partition member 23.

以上説明したように、本発明の第2蓄冷器34によれば、蓄冷器の効率を向上することができる。   As described above, according to the second regenerator 34 of the present invention, the efficiency of the regenerator can be improved.

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions are made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. be able to.

上記では、挿入部材35を第2蓄冷器34に挿入する場合について主に説明した。挿入部材35は第2蓄冷器34に代えて、あるいはそれに加えて、第1蓄冷器9に挿入してもよい。この場合、第1蓄冷器9の内周部の大きさに合わせて、挿入部材35を適宜拡大して用いればよい。第1蓄冷器9の効率が向上できるので、蓄冷器式冷凍機1の冷凍性能をさらに向上することができる。   In the above description, the case where the insertion member 35 is inserted into the second regenerator 34 has been mainly described. The insertion member 35 may be inserted into the first regenerator 9 instead of or in addition to the second regenerator 34. In this case, the insertion member 35 may be appropriately enlarged and used in accordance with the size of the inner peripheral portion of the first regenerator 9. Since the efficiency of the first regenerator 9 can be improved, the refrigerating performance of the regenerator type refrigerator 1 can be further improved.

上述した蓄冷器式冷凍機においては段数が二段である場合を示したが、この段数は一段でもよいし、三段以上に適宜選択することも可能である。また、実施の形態では、蓄冷器式冷凍機がディスプレーサ式のGM冷凍機である例について説明したが、これに限られない。例えば、本発明は、パルスチューブ型のGM冷凍機、スターリング冷凍機、ソルベイ冷凍機などにも適用することができる。   In the above-described regenerator type refrigerator, the case where the number of stages is two is shown, but the number of stages may be one, or may be appropriately selected to be three or more. In the embodiment, the example in which the regenerator type refrigerator is a displacer type GM refrigerator has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, the present invention can be applied to a pulse tube type GM refrigerator, a Stirling refrigerator, a Solvay refrigerator, and the like.

1 蓄冷器式冷凍機、 C1 第1クリアランス、 2 第1ディスプレーサ、 C2 第2クリアランス、 3 第2ディスプレーサ、 4 ピン、 5 コネクタ、 6 ピン、 7 第1シリンダ、 8 第2シリンダ、 9 第1蓄冷器、 10,11 整流器、 12 室温室、 13 第1開口、 14 圧縮機、 15 サプライバルブ、 16 リターンバルブ、 17 シール、 18 第1膨張空間、 19 第2開口、 20 第1冷却ステージ、 21,22 整流器、 23 仕切部材、 24 高温側領域、 25 低温側領域、 26 第2膨張空間、 27 第3開口、 28 第2冷却ステージ、 29,30 蓋部、 31,32 圧入ピン、 34 第2蓄冷器、 35 挿入部材、 36 開口部、 37 中心、 38 円形領域、 39a 第1部分領域、 39b 第2部分領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Regenerator type refrigerator, C1 1st clearance, 2 1st displacer, C2 2nd clearance, 3 2nd displacer, 4 pins, 5 connectors, 6 pins, 7 1st cylinder, 8 2nd cylinder, 9 1st cool storage 10, 11 rectifier, 12 room temperature chamber, 13 first opening, 14 compressor, 15 supply valve, 16 return valve, 17 seal, 18 first expansion space, 19 second opening, 20 first cooling stage, 21, 22 Rectifier, 23 Partition member, 24 High temperature side region, 25 Low temperature side region, 26 Second expansion space, 27 Third opening, 28 Second cooling stage, 29, 30 Lid, 31, 32 Press-fit pin, 34 Second cold storage , 35 insertion member, 36 opening, 37 center, 38 circular region, 39a first Partial region, 39b Second partial region.

Claims (3)

冷媒ガスの膨張により生じた寒冷を蓄積する蓄冷材と、
前記蓄冷材を収容し、冷媒ガスが流通する筒状の容器と、
前記容器に収容され、前記容器の軸方向の厚さが一様な挿入部材とを備え、
前記挿入部材は、冷媒ガスの流路となる開口部が少なくとも外周部に設けられており、前記挿入部材全体の開口率が、前記挿入部材の中心部の開口率よりも大きく、
前記挿入部材は、同一形状の複数の開口部を備え、外周部における開口部の密度が、内周部における開口部の密度よりも大きいことを特徴とする蓄冷器。
A regenerator material that accumulates the cold produced by the expansion of the refrigerant gas;
A cylindrical container that houses the cold storage material and through which refrigerant gas flows;
An insertion member that is housed in the container and has a uniform axial thickness of the container,
Said insert member has an opening serving as the refrigerant gas flow path is provided at least on the outer peripheral portion, the insertion member across the aperture ratio is much larger than the aperture ratio of the center portion of the insertion member,
Regenerator said insert member includes a plurality of openings of the same shape, the density of the openings at the outer peripheral portion, characterized in size Ikoto than the density of the openings in the inner peripheral portion.
前記挿入部材は、前記挿入部材の外周部において、少なくとも一つの開口部を含む第1部分領域における開口率と、前記挿入部材の外周部において前記第1部分領域とは異なる第2部分領域における開口率との差が、所定の範囲となるように開口率が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の蓄冷器。   The insertion member has an opening ratio in a first partial region including at least one opening in an outer peripheral portion of the insertion member, and an opening in a second partial region different from the first partial region in the outer peripheral portion of the insertion member. The regenerator according to claim 1, wherein an opening ratio is provided so that a difference from the rate falls within a predetermined range. 前記蓄冷材は、第1蓄冷材と、前記第1蓄冷材とは異なる材質の第2蓄冷材とを含み、
前記容器は、前記第1蓄冷材と前記第2蓄冷材とをそれぞれ異なる領域に収容し、
前記挿入部材は、前記第1蓄冷材と前記第2蓄冷材とが前記開口部を通ることを規制するフィルタを備えており、前記第1蓄冷材と前記第2蓄冷材との境界に挿入されることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄冷器。
The cold storage material includes a first cold storage material and a second cold storage material made of a material different from the first cold storage material,
The container accommodates the first cold storage material and the second cold storage material in different regions,
The insertion member includes a filter that restricts the first cool storage material and the second cool storage material from passing through the opening, and is inserted into a boundary between the first cool storage material and the second cool storage material. The regenerator according to claim 1 or 2 , wherein
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108645069A (en) * 2018-06-04 2018-10-12 中船重工鹏力(南京)超低温技术有限公司 Shut-off member for regenerator and the Cryo Refrigerator using the shut-off member

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4359872A (en) * 1981-09-15 1982-11-23 North American Philips Corporation Low temperature regenerators for cryogenic coolers
JP2563272Y2 (en) * 1992-10-30 1998-02-18 巍洲 橋本 Low temperature regenerator
JPH08159583A (en) * 1994-12-07 1996-06-21 Daikin Ind Ltd Cryogenic refrigerator
JP2889221B1 (en) * 1998-03-31 1999-05-10 株式会社移動体通信先端技術研究所 Regenerator
JP3996537B2 (en) * 2003-03-27 2007-10-24 住友重機械工業株式会社 Partition material for regenerator and regenerator
JP4364032B2 (en) * 2004-03-26 2009-11-11 学校法人同志社 Thermoacoustic device
GB0602035D0 (en) * 2006-02-01 2006-03-15 Isis Innovation Reciprocating thermodynamic machine
CN101900447B (en) * 2010-08-31 2012-08-15 南京柯德超低温技术有限公司 G-M refrigerator with phase modulating mechanism
JP5805421B2 (en) * 2011-04-04 2015-11-04 住友重機械工業株式会社 Regenerator type refrigerator and partition member
US9423160B2 (en) * 2012-04-04 2016-08-23 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Regenerative refrigerator
JP5889743B2 (en) * 2012-07-20 2016-03-22 住友重機械工業株式会社 Regenerative refrigerator
CN103321777B (en) * 2013-05-10 2015-02-25 万斌 Heat exchanger of Stirling engine
CN103604258B (en) * 2013-11-12 2015-08-12 上海交通大学 A kind of discharge opeing type gas-liquid separator

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