JPH04251165A - 極低温冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレーサをシリ
ンダーの内部に摺動自在に設けることで、スターリング
、ギフォードマクマホン、ソルベーサイクル等のガスサ
イクルを使用して極低温の冷熱を発生し、この冷熱を各
種赤外線センサー及び超伝導デバイス等の冷却に利用す
る極低温冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に先行する特開平１−１２３９５
４号公報に記載された従来の極低温冷凍装置では、図２
に示すように、シリンダー１の内部にディスプレーサ２
を配置して膨張室３とバッファー室４を区画形成し、バ
ッファー室４に給排気装置５を連通し、この給排気装置
５の給入時にガス状冷媒をバッファー室４から蓄冷材６
を流通して膨張室３に給入し、排気時にこの膨張室３か
ら給排気装置５に帰還させることで、膨張室３を極低温
に冷却している。また前記ディスプレーサ２を駆動装置
５にてシリンダー１に対し往復摺動させ、その摺動間隙
７をシール材８にて閉塞すると共に、このディスプレー
サ２の樹脂壁９を高硬度のフェノール系樹脂等により厚
く形成して断熱機能を高めて蓄冷材６への高熱の侵入を
防止している。

【０００３】しかしながらこの種従来の極低温冷凍装置
では、前記樹脂壁９を厚く形成した分だけディスプレー
サ２が重く駆動負荷の大きなものになり駆動装置５が大
型化する欠点、またディスプレーサ２の表面温度が低下
することで、このディスプレーサ２表面とシリンダー１
間の温度差が拡がり、両部材１，２間の熱収縮差により
摺動間隙７が変化してシール機能の低下する等の欠点が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の欠点を
解消し、小型で高性能な極低温冷凍装置を提供するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ディスプレー
サをシリンダーの内部に摺動自在に設け、前記シリンダ
ーの内部を前記ディスプレーサにより膨張室とバッファ
ー室に区画し、前記バッファー室に給排気装置を連通し
て、この給排気装置と前記膨張室の間でガス状冷媒を往
復移動させてなるものであって、前記ディスプレーサを
外部管と内部管とよりなる２重管構造とし、前記内部管
に蓄冷材を収納すると共に、前記内部管と前記外部管の
間を真空に保持してなるものである。

【０００６】

【作用】本発明によれば、ディスプレーサは、真空空間
を形成したことで断熱機能が高まり蓄冷材の蓄積冷熱の
散逸を防止でき、またディスプレーサ表面の冷却を抑制
してこの表面とシリンダー間の温度差もそれによる摺動
間隙の変化も防止してシール不良の発生を防止でき、従
って極低温冷凍装置の冷凍能力を高く維持できるように
なる。またディスプレーサは内部に真空空間を有する分
だけ軽量化して低負荷となり、負荷の低減分だけその駆
動装置も低出力で小型なものにでき、従って極低温冷凍
装置を小型化できる。

【０００７】

【実施例】次に本発明の一実施例について説明する。

【０００８】図１において、１０は蓄冷材１１を収納し
たディスプレーサで、シリンダー１２の内部に摺動自在
に設けてある。蓄冷材１１はステンレス、銅、鉛等の低
温で比熱の大きい素材にてメッシュ状又は球状されてい
る。シリンダー１２はステンレス管で形成されている。 １３はシリンダー１２の内部にディスプレーサ１０で区
画形成された膨張室、１４はシリンダー１２の内部に同
様に区画形成されたバッファー室である。膨張室１３と
バッファー室１４は、ディスプレーサ１０外部において
このディスプレーサ１０に取り付けた環状シール部材１
５でシールされ、ディスプレーサ１０の内部において蓄
冷材１１の内部間隙を通して連通している。シール部材
１５は具体的にはシリンダー１２とディスプレーサ１０
の間の摺動間隙１６をシールしているためこの摺動間隙
１６が変化した場合にはシール機能の低下の危惧のある
ものである。１７はディスプレーサ１０を往復動作させ
る駆動装置で、モータ１８と回転板１９とクランク機構
２０を有し、このクランク機構２０をディスプレーサ１
０の支持杆２１に連結している。

【０００９】２２はバッファー室１４に連通した給排気
装置で、給入排気の圧力源としてのコンンプレッサー２
３と給入弁２４と排気弁２５とを有し、この給排気装置
２２と膨張室１３との間でガス状冷媒を往復移動させる
。給排気装置２２では、具体的には給入弁２４と排気弁
２５を制御装置（図示しない）を介してコンプレッサー
２３と連動させることで、コンプレッサー２３の給入圧
力が充分に高まった時点で給入弁２４だけを開成しまた
排気圧力が充分に高まった時点で排気弁２５だけを開成
すべく構成されている。

【００１０】而して前記ディスプレーサ１０は管壁が薄
く熱伝導性の悪いステンレス等で形成した外部管２６と
内部管２７とりよりなる２重管構造とし、内部管２７に
蓄冷材１１を収納すると共に、内部管２７と外部管２６
の間を真空に保持してある。真空空間２８は１０−２〜
１０−５Ｔｏｒｒの真空度に保たれ充分な断熱機能を有
している。またディスプレーサ１０はその外郭がステン
レス管２６で形成されるため、従来例の高硬度のフェノ
ール系等の樹脂製外郭とは異なり、各通気孔を簡単に寸
法精度良く加工してある。

【００１１】前記極低温冷凍装置では、給入過程におい
ては給排気装置２２の給入圧力が充分に高まった状態で
給入弁２４だけが開成すると、この給排気装置２２の高
圧冷媒はバッファー室１４から蓄冷材１１に流入し蓄冷
熱で冷却される。次にディスプレーサ１０が上死点Ａか
ら下降すると、蓄冷材１１の流入冷媒は膨張空間１３側
へ押し出されその間に蓄冷材１１を流通し膨張、冷却し
て膨張空間１３に流入する。その後、給入弁２４も閉成
される。

【００１２】また極低温冷凍装置では、排気過程におい
ては給排気装置２２の排気圧力が充分に高まった状態で
排気弁２５だけが開成すると、膨張室１３のガス状冷媒
は排気圧に引かれて膨張、冷却し、これにより低温端部
２９が冷却する。最後にディスプレーサ１０が下死点Ｂ
から上昇すると、冷却冷媒はディスプレーサ１０に押し
出され、その間に蓄冷材１１を冷却しながらバッファー
室１４を経て排気される。以上のように給入過程及び排
気過程からなるサイクルが繰り返されることで、次第に
蓄冷材１１もガス状冷媒も冷却し、結果として低温端部
２９に１５０〜２０Ｋ（−１２３〜２５３℃）の極低温
が発生する。

【００１３】また極低温冷凍装置では、ディスプレーサ
１０は、真空空間２８を形成したことで断熱機能が高ま
り蓄冷材１１の蓄積冷熱の散逸を防止でき、またディス
プレーサ１０表面の冷却を抑制してこの表面１０とシリ
ンダー１２間の温度差もそれによる摺動間隙１６の変化
も防止してシール不良の発生を防止でき、従って極低温
冷凍装置の冷凍能力を高く維持できるようになる。また
ディスプレーサ１０は内部に真空空間２８を有する分だ
け軽量化して低負荷となり、負荷の低減分だけその駆動
装置１７も低出力で小型なものにでき、従って極低温冷
凍装置を小型化できる。

【００１４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したから、デ
ィスプレーサに真空空間を形成したことでこのディスプ
レーサの断熱機能が高まり蓄冷材の蓄積冷熱の散逸を防
止でき、またディスプレーサ表面の冷却を抑制してこの
表面とシリンダー間の温度差もそれによる摺動間隙の変
化も防止してシール不良の発生を防止でき、よって極低
温冷凍装置の冷凍能力を高く維持できるようになり、ま
たディスプレーサは内部に真空空間を有する分だけ軽量
化して低負荷となり、負荷の低減分だけその駆動装置も
低出力で小型なものにでき、よって極低温冷凍装置を小
型化でき、従って小型で高性能な極低温冷凍装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】従来例の構成図である。

【符号の説明】

１０　　ディスプレーサ １１　　蓄冷材 １２　　シリンダー １３　　膨張室 １４　　バッファー室 ２２　　給排気装置 ２６　　外部管 ２７　　内部管 ２９　　真空空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ディスプレーサをシリンダーの内部に
   摺動自在に設け、前記シリンダーの内部を前記ディスプ
   レーサにより膨張室とバッファー室に区画し、前記バッ
   ファー室に給排気装置を連通して、この給排気装置と前
   記膨張室の間でガス状冷媒を往復移動させてなるもので
   あって、前記ディスプレーサを外部管と内部管とよりな
   る２重管構造とし、前記内部管に蓄冷材を収納すると共
   に、前記内部管と前記外部管の間を真空に保持してなる
   ことを特徴とする極低温冷凍装置。