JPH0566476U - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

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Publication number
JPH0566476U
JPH0566476U JP526492U JP526492U JPH0566476U JP H0566476 U JPH0566476 U JP H0566476U JP 526492 U JP526492 U JP 526492U JP 526492 U JP526492 U JP 526492U JP H0566476 U JPH0566476 U JP H0566476U
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JP
Japan
Prior art keywords
regenerator
thermal conductivity
outer container
cryogenic refrigerator
refrigerant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP526492U
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Japanese (ja)
Inventor
克明 金沢
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶対温度数K程度の極低温まで冷却するよう
な冷凍機の新規な構造に関し、蓄冷器を使用する極低温
冷凍機において、冷凍性能が高く、しかも製造工数が少
なく、メンテナンス期間を長くすることのできる極低温
冷凍機を提供することを目的とする。 【構成】 冷凍サイクル中に冷媒の寒冷を蓄える蓄冷器
を備えた極低温冷凍機において、前記蓄冷器の外側を覆
う外部容器を備え、前記外部容器は、前記冷媒による吸
熱部に近い部分は冷却温度領域での良熱伝導性を有し、
前記吸熱部から遠い部分は前記冷却温度領域よりも高い
温度領域での良熱伝導性を有し、前記吸熱部に近い部分
と遠い部分との間を結ぶ中間部分は不良熱伝導性を有す
るように、熱的機能が変化する傾斜機能材料で形成され
ている。
(57) [Abstract] [Purpose] Regarding the novel structure of a refrigerator that cools to an extremely low temperature of about several K in absolute temperature, a cryogenic refrigerator using a regenerator has high refrigeration performance and requires a large number of manufacturing steps. It is an object of the present invention to provide a cryogenic refrigerator, which has a small number and a long maintenance period. A cryogenic refrigerator provided with a regenerator that stores refrigeration in a refrigeration cycle, wherein an outer container that covers the outside of the regenerator is provided, and the outer container cools a portion near an endothermic portion of the refrigerant. Has good thermal conductivity in the temperature range,
A portion far from the heat absorbing portion has good thermal conductivity in a temperature region higher than the cooling temperature region, and an intermediate portion connecting between a portion close to the heat absorbing portion and a far portion has poor thermal conductivity. In addition, it is formed of a functionally graded material whose thermal function changes.

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the device]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】[Industrial applications]

本考案は、極低温冷凍機に関し、特に絶対温度10〜20°K程度の極低温ま で冷却するような冷凍機の新規な構造に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cryogenic refrigerator, and more particularly to a novel structure of a refrigerator that cools to an extremely low temperature of about 10 to 20 ° K in absolute temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】[Prior Art]

極低温冷凍機としては、ギフォード・マクマホン(GM)サイクル冷凍機や、 ソルベー冷凍機あるいはスターリング冷凍機などがあり、いずれも冷凍サイクル 内に蓄冷器を備えたディスプレーサを有している。 Cryogenic refrigerators include Gifford-McMahon (GM) cycle refrigerators, Solvay refrigerators and Stirling refrigerators, all of which have a displacer equipped with a regenerator in the refrigeration cycle.

【0003】 その冷凍サイクルは、圧縮機から送出された高圧の冷媒ガスを断熱膨張させる 吸熱工程の前後で冷媒ガスが蓄冷器を通過し、その際に蓄冷材との間で熱交換を 行う。冷媒ガスとしては、絶対温度10〜20°K付近でも液化しないヘリウム ガスなどが用いられる。In the refrigeration cycle, the refrigerant gas passes through the regenerator before and after the endothermic process of adiabatically expanding the high-pressure refrigerant gas sent from the compressor, and at that time, heat exchange is performed with the regenerator material. As the refrigerant gas, helium gas or the like that does not liquefy even at an absolute temperature of around 10 to 20 ° K is used.

【0004】 図2に、蓄冷器を備えた従来の技術によるGMサイクル冷凍機の構造を示す。 10は圧縮機であり、冷媒のヘリウムガスを圧縮する。圧縮されたヘリウムガス はガスクーラ11で冷却され、さらに油分離器12で冷媒ガス中に混入したオイ ルミスト等を除去する。FIG. 2 shows the structure of a conventional GM cycle refrigerator provided with a regenerator. Reference numeral 10 is a compressor, which compresses helium gas as a refrigerant. The compressed helium gas is cooled by the gas cooler 11, and the oil separator 12 further removes oil mist and the like mixed in the refrigerant gas.

【0005】 油分離器12を出たヘリウムガスは配管通路を開閉する吸気バルブ13を介し て配管14で蓄冷器を内蔵するコールドヘッド20に導入される。コールドヘッ ド20を出た冷媒のヘリウムガスは配管15から配管通路を開閉する排気バルブ 16を通過してサージタンク17を通過したのち常温常圧の冷媒ガスとなって圧 縮機10の入り口に戻る。以上のサイクルを繰り返すことによりコールドヘッド 20の先端部が冷却され極低温にいたる。The helium gas discharged from the oil separator 12 is introduced into a cold head 20 having a built-in regenerator through a pipe 14 via an intake valve 13 that opens and closes a pipe passage. The helium gas of the refrigerant that has exited the cold head 20 passes from the pipe 15 through the exhaust valve 16 that opens and closes the pipe passage, passes through the surge tank 17, and then returns to the inlet of the compressor 10 as the refrigerant gas at room temperature and pressure. .. By repeating the above cycle, the tip of the cold head 20 is cooled and reaches an extremely low temperature.

【0006】 次に、コールドヘッド20の構造についてさらに説明する。外側容器であるシ リンダ21の内部に内側容器である蓄冷器を備えたディスプレーサ22が配置さ れる。ディスプレーサ22はその内部の空間に蓄冷材23を充填している。Next, the structure of the cold head 20 will be further described. A displacer 22 having a regenerator as an inner container is arranged inside a cylinder 21 as an outer container. The displacer 22 has a space inside thereof filled with a regenerator material 23.

【0007】 蓄冷材23は熱容量が大きく、熱交換効率が高く、しかも熱伝導率が大きい材 料と構造を持ち、その上に内部を冷媒ガスが通過できるようにすることが必要で ある。このため、銅合金のメッシュを積層したり、あるいは均一な粒径の鉛粒が 充填される。24と25は冷媒ガスが蓄冷材23を出入りするための通路である 。The regenerator material 23 has a large heat capacity, a high heat exchange efficiency, and a material and structure having a high thermal conductivity, and it is necessary to allow the refrigerant gas to pass therethrough. Therefore, copper alloy meshes are laminated or lead particles with a uniform particle size are filled. Reference numerals 24 and 25 are passages through which the refrigerant gas enters and leaves the regenerator material 23.

【0008】 ディスプレーサ22は外側容器21の内側を動力装置(図示せず)によって上 下に駆動され、上死点と下死点との間を往復直線運動するようにされる。図2は ディスプレーサ22が上死点と下死点とのほぼ中間部に位置している様子を示し ている。The displacer 22 is driven up and down inside the outer container 21 by a power unit (not shown), and reciprocates linearly between a top dead center and a bottom dead center. FIG. 2 shows that the displacer 22 is located approximately in the middle of the top dead center and the bottom dead center.

【0009】 ディスプレーサ22の上部外壁にはガスシール27が取り付けてあり、冷凍を 発生する膨張室28の冷媒ガスが流出入する時、ディスプレーサ22と外側容器 21との隙間を通って移動しないように気密シールしている。A gas seal 27 is attached to the upper outer wall of the displacer 22 so as not to move through the gap between the displacer 22 and the outer container 21 when the refrigerant gas in the expansion chamber 28 that generates freezing flows in and out. It is hermetically sealed.

【0010】 次に、GM冷凍サイクルについて説明する。最初ディスプレーサ22が上死点 の位置で、排気バルブ16を閉じた状態で、吸気バルブ13を徐々に開けていく 。圧縮機10で高圧になったヘリウム冷媒ガスが吸気バルブ13と配管14を通 って、コールドヘッド20に導入される。Next, the GM refrigeration cycle will be described. First, the displacer 22 is at the top dead center position, and the intake valve 13 is gradually opened while the exhaust valve 16 is closed. The high-pressure helium refrigerant gas in the compressor 10 is introduced into the cold head 20 through the intake valve 13 and the pipe 14.

【0011】 次にディスプレーサ22を上死点から下死点に移動すると、冷媒ガスは通路2 4を通って蓄冷材23を通過する。その際、冷媒ガスは蓄冷材23と熱交換し、 蓄冷材23に熱を奪われ、通路25を通って下部の膨張室28に到る。Next, when the displacer 22 is moved from the top dead center to the bottom dead center, the refrigerant gas passes through the passage 24 and the cold storage material 23. At that time, the refrigerant gas exchanges heat with the regenerator material 23, the heat is removed by the regenerator material 23, and passes through the passage 25 to reach the lower expansion chamber 28.

【0012】 次に、ディスプレーサ22が下死点にある状態で、吸気バルブ13が閉じられ 、排気バルブ16を徐々に開放してゆくと、高圧の冷媒ガスは圧縮機10の入り 口側との圧力差によって一気に断熱膨張してその温度が低下し、膨張室28の冷 媒ガスは吸熱してフランジ29を介して周囲を冷却する。Next, when the displacer 22 is at the bottom dead center, the intake valve 13 is closed and the exhaust valve 16 is gradually opened, so that the high-pressure refrigerant gas enters the inlet side of the compressor 10. Due to the pressure difference, the temperature of the expansion chamber 28 is adiabatically expanded and the temperature of the expansion chamber 28 is lowered.

【0013】 さらに、ディスプレーサ22を下死点から上死点に向かって下降させると、膨 張室28の冷えた冷媒ガスは通路25、蓄冷材23、通路24、配管15、排気 バルブ16、サージタンク17、圧縮機10へと流れる。その際、冷媒ガスは蓄 冷材23と熱交換し、蓄冷材23を冷却する。Further, when the displacer 22 is lowered from the bottom dead center toward the top dead center, the cooled refrigerant gas in the expansion chamber 28 passes through the passage 25, the regenerator material 23, the passage 24, the pipe 15, the exhaust valve 16, and the surge. It flows to the tank 17 and the compressor 10. At that time, the refrigerant gas exchanges heat with the cold storage material 23 to cool the cold storage material 23.

【0014】 以上の冷凍サイクルを繰り返して冷却が行われる。Cooling is performed by repeating the above refrigeration cycle.

【0015】[0015]

【考案が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the device]

図2で示したコールドヘッド20のシリンダ21は、高圧の冷媒ガスと接し、 しかも蓄冷器を備えたディスプレーサ22の往復運動の際に慴動して摩擦熱によ り発熱して高温となる上部部分Hと、膨張室28を囲み極低温の冷媒ガスと接す る下部部分Cと、上部部分Hと下部部分Cとの間の中間部Mを含む。 The cylinder 21 of the cold head 20 shown in FIG. 2 is in contact with high-pressure refrigerant gas, and when the displacer 22 equipped with a regenerator reciprocates, the cylinder 21 is slid to generate heat due to frictional heat to a high temperature. It includes a portion H, a lower portion C that surrounds the expansion chamber 28 and contacts the cryogenic refrigerant gas, and an intermediate portion M between the upper portion H and the lower portion C.

【0016】 このような蓄冷器を使用する冷凍サイクル冷凍機のシリンダに要求される条件 としては以下のような項目がある。すなわち、 (1)極低温下でも充分な機械的強度を保つこと、 (2)極低温部分は通常真空中に配置されるが、シリンダ周囲の真空部へ、シリ ンダ内部の冷媒ガスを漏らさない気密性、 (3)高温となる上部部分Hの内面のガスシールを保つこと、 (4)極低温を発生する下部部分Cでは冷凍負荷から効率よく熱を吸収するため に高い熱伝導性を持たせること、 (5)上部高温部Hから下部低温部Cへの熱伝導による冷却損失の低減 などである。Conditions required for a cylinder of a refrigerating cycle refrigerator using such a regenerator include the following items. That is, (1) sufficient mechanical strength is maintained even at cryogenic temperatures, (2) cryogenic parts are normally placed in a vacuum, but refrigerant gas inside the cylinder does not leak to the vacuum area around the cylinder. Airtightness, (3) Keep the gas seal on the inner surface of the upper part H that becomes high temperature, and (4) Have a high thermal conductivity in the lower part C that generates extremely low temperature in order to efficiently absorb heat from the refrigeration load. (5) Reduction of cooling loss due to heat conduction from the upper high temperature part H to the lower low temperature part C.

【0017】 従来のGMサイクル冷凍機においては、上記諸条件を充たすシリンダ21とし てステンレス鋼のSUS304のむく材を一体切削加工して製造されていた。S US304は、低温でも機械的強度にすぐれ、しかも熱伝導率が小さいので高温 部分Hから低温部分Cへの熱伝達を妨げて冷凍損失を少なくする効果があった。In a conventional GM cycle refrigerator, a cylinder 21 satisfying the above conditions is manufactured by integrally cutting a strip of stainless steel SUS304. Since SUS304 has excellent mechanical strength even at low temperatures and has a low thermal conductivity, it has an effect of hindering heat transfer from the high temperature portion H to the low temperature portion C and reducing freezing loss.

【0018】 また加工性が比較的よく、入手も容易であるので、一体切削加工、気密溶接、 ガスシール慴動部分の表面仕上げをよくする、シール材を適切に選択する等によ って気密性の問題を対策していた。Further, since it has relatively good workability and is easily available, it is airtight by integrally cutting, airtight welding, improving the surface finish of the sliding portion of the gas seal, selecting an appropriate sealing material, etc. I was dealing with sexual problems.

【0019】 さらに、図2に示すように、シリンダ21の肉厚を中間部Mだけ他の部分より 薄く削り、高温部Hから低温部Cへの熱伝導を悪くする工夫がされていた。また 、低温部Cでの吸熱効果を高めるために良熱伝導性の銅フランジ29を填め込ん で熱伝導性を高めることも行われていた。Further, as shown in FIG. 2, the wall thickness of the cylinder 21 is cut only in the middle portion M thinner than the other portions so that the heat conduction from the high temperature portion H to the low temperature portion C is deteriorated. Further, in order to enhance the heat absorption effect in the low temperature portion C, a copper flange 29 having good thermal conductivity is inserted to enhance the thermal conductivity.

【0020】 しかし、SUS304材はもともと熱伝導率が低いために、中間部Mに使用す る材料としては好ましいが、高温部Hや低温部Cの材料としては熱伝導性の悪さ による以下のような問題がある。 (1)高温部Hのガスシール部分の慴動による摩擦熱が放熱しにくいため、高温 となり、ガスシール材が劣化し、寿命が短くなる。従ってガスシールの取り換え メンテナンスが頻繁に必要である。 (2)低温部Cの熱伝導が悪いために冷却効率が低くなる。 (3)中間部Mを薄肉化したり、低温部に銅フランジ29を取り付けるために製 造工数とコストが増加する。However, since SUS304 material has a low thermal conductivity from the beginning, it is preferable as a material used for the middle portion M, but as a material for the high temperature portion H and the low temperature portion C, due to poor thermal conductivity, it is as follows. There is a problem. (1) Since the frictional heat due to the sliding movement of the gas seal portion of the high temperature portion H is difficult to radiate, the temperature becomes high, the gas seal material deteriorates, and the life is shortened. Therefore, replacement and maintenance of the gas seal is necessary frequently. (2) Cooling efficiency is low due to poor heat conduction in the low temperature portion C. (3) Since the thickness of the intermediate portion M is reduced or the copper flange 29 is attached to the low temperature portion, the number of manufacturing steps and cost increase.

【0021】 本発明の目的は、蓄冷器を使用する極低温冷凍機において、冷凍性能が高く、 しかも製造工数が少なく、メンテナンス期間を長くすることのできる極低温冷凍 機を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a cryogenic refrigerator using a regenerator, which has a high refrigerating performance, a small number of manufacturing steps, and a long maintenance period. To do.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

本考案の極低温冷凍機は、冷凍サイクル中に冷媒の寒冷を蓄える蓄冷器を備え た極低温冷凍機において、前記蓄冷器の外側を覆う外部容器を備え、前記外部容 器は、前記冷媒による吸熱部に近い部分は冷却温度領域での良熱伝導性を有する 材料で形成され、前記吸熱部から遠い部分は前記冷却温度領域よりも高い温度領 域での良熱伝導性を有する材料で形成され、前記吸熱部に近い部分と遠い部分と の間を結ぶ中間部分は不良熱伝導性を有する材料で形成され、前記各材料が次第 に組成が変化する傾斜機能材料で接続されている。 The cryogenic refrigerator of the present invention is a cryogenic refrigerator having a regenerator for storing refrigerating refrigerant during a refrigeration cycle, wherein the cryogenic refrigerator is provided with an outer container covering the outside of the regenerator, and the external container comprises the refrigerant. The part close to the heat absorption part is made of a material having good thermal conductivity in the cooling temperature range, and the part far from the heat absorption part is made of a material having good heat conductivity in the temperature range higher than the cooling temperature range. The intermediate portion connecting between the portion close to the heat absorbing portion and the portion far from the heat absorbing portion is formed of a material having poor thermal conductivity, and each material is connected by a functionally graded material whose composition gradually changes.

【0023】[0023]

【作用】[Action]

低温部は低温での熱伝導性がよく、低温部から離れたより高い放熱性を要求さ れる部分でも良熱伝導性を有し、中間部では熱伝導性が悪い。このため、低温部 では吸熱効率が向上し、低温部から離れた部分では放熱性がよく、しかも中間部 ではその両端部間の熱伝導を妨げる。 The low temperature part has good thermal conductivity at low temperature, and the part that requires higher heat dissipation apart from the low temperature part also has good thermal conductivity, and the intermediate part has poor thermal conductivity. Therefore, the heat absorption efficiency is improved in the low temperature part, the heat dissipation is good in the part distant from the low temperature part, and the heat conduction between the both ends is hindered in the intermediate part.

【0024】[0024]

【実施例】【Example】

以下、図1を参照して本考案の極低温冷凍機の実施例について説明する。なお 、冷凍サイクルの圧縮機、ガスクーラ、油分離器、吸気バルブ、配管、排気バル ブ、サージタンク、動力装置等については図2のものと同様であるので、それら の説明と図示は本実施例においては省略する。 An embodiment of the cryogenic refrigerator of the present invention will be described below with reference to FIG. The compressor, the gas cooler, the oil separator, the intake valve, the piping, the exhaust valve, the surge tank, the power unit, etc. of the refrigeration cycle are the same as those in FIG. Omitted in.

【0025】 外側容器であるシリンダ1の内部に内側容器であるディスプレーサ2が配置さ れる。ディスプレーサ2はその内部の空間に蓄冷材3を充填している。蓄冷材3 は熱容量が大きく、熱交換効率が高く、しかも熱伝導率が高い材料と構造を持ち 、その上に内部を冷媒ガスが通過できるようにする為、銅合金のメッシュを積層 したり、あるいは均一な粒径の鉛粒が充填された構成を有する。4と5は冷媒ガ スが蓄冷材3を出入りするための通路である。A displacer 2 which is an inner container is arranged inside a cylinder 1 which is an outer container. The displacer 2 is filled with the regenerator material 3 in its internal space. The regenerator material 3 has a large heat capacity, a high heat exchange efficiency, and a material and a structure with high thermal conductivity, and a copper alloy mesh is laminated on top of it to allow the refrigerant gas to pass therethrough. Alternatively, it has a structure in which lead particles having a uniform particle size are filled. Reference numerals 4 and 5 are passages through which the refrigerant gas enters and leaves the regenerator material 3.

【0026】 蓄冷器を有するディスプレーサ2はベークライト等で形成され、シリンダ1の 内側を上死点と下死点との間を往復直線運動する。図1はディスプレーサ2が上 死点と下死点とのほぼ中間部に位置している様子を示している。The displacer 2 having a regenerator is made of bakelite or the like, and reciprocates linearly inside the cylinder 1 between a top dead center and a bottom dead center. FIG. 1 shows that the displacer 2 is located approximately in the middle of the top dead center and the bottom dead center.

【0027】 ディスプレーサ2の上部外壁にはガスシール7が取り付けてあり、冷凍を発生 する膨張室8へ流出入する冷媒ガスが吸気バルブと排気バルブの開閉時にディス プレーサ2とシリンダ1との隙間を通って移動しないように気密シールしている 。A gas seal 7 is attached to the upper outer wall of the displacer 2, so that the refrigerant gas flowing into and out of the expansion chamber 8 for generating refrigeration creates a gap between the displacer 2 and the cylinder 1 when opening and closing the intake valve and the exhaust valve. It is hermetically sealed so as not to move through it.

【0028】 シリンダ1は傾斜機能材料を使用して作られている。傾斜機能材料については 、例えば「工業材料」第36巻第12号(1988年8月別冊)の第72頁と第 73頁に記載されている。The cylinder 1 is made of functionally graded material. The functionally gradient material is described, for example, on pages 72 and 73 of "Industrial Materials" Vol. 36, No. 12 (August 1988 separate volume).

【0029】 傾斜機能材料は、従来一般に使用される均一材料や、異なる材料を貼り合わせ た複合材料とは異なり、物理的特性や性質あるいは機能などの異なる複数の素材 をその組成界面が明確に定まらない状態で濃度勾配を徐々になめらかに変化(傾 斜)させながら単一材として形成した材料であって、相異なる特性や機能を一つ の材料で実現することが可能である。The functionally gradient material is different from a generally used homogeneous material or a composite material in which different materials are bonded together, and the composition interface of a plurality of materials having different physical properties, properties, or functions is clearly defined. It is a material that is formed as a single material while gradually changing (gradienting) the concentration gradient in the absence of any condition, and it is possible to realize different characteristics and functions with one material.

【0030】 傾斜機能材料の製造法としては、化学蒸着法あるいは、傾斜組成制御焼結(成 分組成を変えて添加し、傾斜した濃度として焼結)、傾斜組成制御自己発熱法( 素材間の化学反応による発熱を利用して合成する)などがあり、本実施例ではい ずれの方法で製造してもよい。As the method for producing the functionally graded material, there are a chemical vapor deposition method, a gradient composition controlled sintering (added by changing the component composition and sintered as a graded concentration), a gradient composition controlled self-heating method (between materials). There is a method for synthesizing by utilizing heat generated by a chemical reaction), and any method may be used in the present embodiment.

【0031】 本実施例におけるシリンダ1において、ガスシールの慴動部の高温部Hには、 その温度域での高い熱伝導性を持ち、低温部Cは極低温下でも高熱伝導性を持た せ、高温部Hと低温部Cとの間をつなぐ中間部Mにはいずれの温度域でも熱伝導 率の低い特性を持たせている。In the cylinder 1 of the present embodiment, the high temperature portion H of the sliding portion of the gas seal has high thermal conductivity in that temperature range, and the low temperature portion C has high thermal conductivity even at an extremely low temperature. The intermediate portion M connecting the high temperature portion H and the low temperature portion C has characteristics of low thermal conductivity in any temperature range.

【0032】 これらの熱的傾斜機能を持たせるため、いくつかの素材の組成がなだらかに移 行するような傾斜機能材料を一体に製造し、切削加工してシリンダ1が製造され る。In order to have these thermal gradient functions, a gradient function material in which the composition of some materials gradually shifts is integrally manufactured, and the cylinder 1 is manufactured by cutting.

【0033】 高温部Hと低温部Cの上下方向の長さは、ディスプレーサ2の行程長さ(スト ローク)をカバーする程度に選ばれる。なお、シリンダ1の高温部Hの内壁表面 は、ガスシール7に対する耐摩耗性も持たせるように表面仕上げをよくし、さら に表面硬さを上げる。The vertical lengths of the high temperature portion H and the low temperature portion C are selected so as to cover the stroke length of the displacer 2. The inner wall surface of the high temperature portion H of the cylinder 1 has a good surface finish so as to have abrasion resistance against the gas seal 7, and the surface hardness is further increased.

【0034】 上記実施例の構造によれば、ガスシール7とシリンダ1との摩擦による発熱は 、高熱伝導率の高温部Hで速やかに放熱されて、ガスシール7の温度上昇を防止 し、さらにシールの当り面は耐摩耗性が大であるので、ガスシールの寿命を向上 する。According to the structure of the above-described embodiment, the heat generated by the friction between the gas seal 7 and the cylinder 1 is quickly dissipated in the high temperature portion H having high thermal conductivity to prevent the temperature rise of the gas seal 7, and The contact surface of the seal has high wear resistance, which improves the life of the gas seal.

【0035】 さらに、低温部Cは高熱伝導率により冷却効率が高まる。すなわち、少ない温 度差でも熱を吸収することができる。また、高温部Hと低温部Cとの間の温度差 は200°C以上になるが、中間部Mは熱伝導率が低く、高温部Hから低温部C への熱の流入が低減され、冷凍効果を高める。Furthermore, the cooling efficiency of the low temperature portion C is increased due to the high thermal conductivity. That is, heat can be absorbed even with a small temperature difference. Further, the temperature difference between the high temperature portion H and the low temperature portion C is 200 ° C. or more, but the intermediate portion M has a low thermal conductivity, and the flow of heat from the high temperature portion H to the low temperature portion C is reduced, Increase the freezing effect.

【0036】 以上述べた、考案の実施例においてはコールドヘッドは1段構成のものを説明 したが、本考案は蓄冷器を2段あるいはそれ以上の段数を従属接続した多段構成 のコールドヘッドにおいても適用できる。In the embodiment of the invention described above, the cold head has a one-stage configuration. However, the present invention also applies to a cold head having a multi-stage configuration in which two or more stages of regenerators are connected in cascade. Applicable.

【0037】 さらに、本考案は、GMサイクル冷凍機のみならず、蓄冷器を使用する他の冷 凍機たとえば、ソルベー冷凍機あるいはスターリング冷凍機などにも適用できる ことはいうまでもない。Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to the GM cycle refrigerator, but also to other refrigerators / coolers using a regenerator, for example, a solver refrigerator or a Stirling refrigerator.

【0038】 以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるもので はない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自 明であろう。Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0039】[0039]

【考案の効果】[Effect of the device]

以上説明したように、本考案によれば、蓄冷器を取り囲む外側容器に傾斜機能 材料を用いて、高温部、中間部、低温部をそれぞれ異なる特性を持たせることが できるので、冷凍効率が高く、しかも製造工数が少なく、さらにメンテナンス期 間を長くすることができる。 As described above, according to the present invention, since the functional material is used for the outer container surrounding the regenerator, the high temperature portion, the middle portion, and the low temperature portion can have different characteristics, so that the refrigerating efficiency is high. Moreover, the number of manufacturing steps is small, and the maintenance period can be extended.

【0040】 また、一体のむく材から切削加工できるので十分な精度と強度を得ることがで きる。Further, since it is possible to perform cutting work from an integrally peeled material, it is possible to obtain sufficient accuracy and strength.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本考案の実施例による極低温冷凍機における
コールドヘッドの構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a cold head in a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】 従来の技術によるGMサイクル冷凍機の構造
を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a GM cycle refrigerator according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・シリンダ(外側容器) 2・・・・・ディスプレーサ(蓄冷器) 3・・・・・蓄冷材 4,5・・・冷媒ガス通路 7・・・・・ガスシール 8・・・・・膨張室 1 ... Cylinder (outer container) 2 ... Displacer (regenerator) 3 ... Regenerator material 4, 5 ... Refrigerant gas passage 7 ... Gas seal 8 ... ... Expansion chamber

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】 冷凍サイクル中に冷媒の寒冷を蓄える蓄
冷器を備えた極低温冷凍機において、前記蓄冷器の外側
を覆う外部容器を備え、前記外部容器は、前記冷媒によ
る吸熱部に近い部分は冷却温度領域で良熱伝導性を有
し、前記吸熱部から遠い部分は前記冷却温度領域よりも
高い温度領域で良熱伝導性を有し、前記吸熱部に近い部
分と遠い部分との間を結ぶ中間部分は不良熱伝導性を有
するように熱伝導特性の傾斜機能を持たせた傾斜機能材
料で形成されている極低温冷凍機。
1. A cryogenic refrigerator provided with a regenerator for storing refrigerating refrigerant during a refrigeration cycle, comprising an outer container for covering an outer side of the regenerator, the outer container being a portion close to an endothermic portion of the refrigerant. Has good thermal conductivity in the cooling temperature range, and the part far from the heat absorbing part has good heat conductivity in the temperature range higher than the cooling temperature range, between the part close to the heat absorbing part and the far part. The cryogenic refrigerator in which the intermediate portion connecting the two is formed of a functionally graded material having a gradient function of heat conduction characteristics so as to have poor thermal conductivity.
【請求項2】 前記蓄冷器は、前記外部容器の内側で往
復直線運動をするように配置される内部容器と、該内部
容器の内側に充填された蓄冷材と、前記往復直線運動の
際に前記内部容器の外側と前記外部容器の内側との間で
前記冷媒の気密を保つガスシール部材とを有し、前記往
復直線運動の際に前記冷媒が前記蓄冷器を通過して前記
蓄冷器との間で熱交換を行い、前記外部容器の前記吸熱
部から遠い高い温度領域での良熱伝導性を有する部分は
前記ガスシールが前記往復直線運動の際に摺動する範囲
を含む請求項1記載の極低温冷凍機。
2. The regenerator stores an inner container arranged to make a reciprocating linear motion inside the outer container, a regenerator material filled inside the inner container, and a regenerator during the reciprocating linear motion. A gas seal member for keeping airtightness of the refrigerant between the outer side of the inner container and the inner side of the outer container, the refrigerant passing through the regenerator during the reciprocating linear motion, and the regenerator. 2. A portion having good thermal conductivity in a high temperature region far from the endothermic portion of the outer container, which performs heat exchange between the gas container and the outer container, includes a range in which the gas seal slides during the reciprocating linear motion. The cryogenic refrigerator described.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9423160B2 (en) 2012-04-04 2016-08-23 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Regenerative refrigerator

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