JPH06207754A - Regenerator in freezer and its manufacturing method - Google Patents

Regenerator in freezer and its manufacturing method

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JPH06207754A
JPH06207754A JP270293A JP270293A JPH06207754A JP H06207754 A JPH06207754 A JP H06207754A JP 270293 A JP270293 A JP 270293A JP 270293 A JP270293 A JP 270293A JP H06207754 A JPH06207754 A JP H06207754A
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storage material
material layer
cold storage
case
regenerator
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Masao Ono
正雄 大野
Chikahide Fujiyama
周秀 藤山
Naoshi Kamisaka
直志 神阪
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

PURPOSE:To prevent an unbalanced state of a heat exchanging operation from being produced while a loss of heat transfer caused by a partition wall being prevented and to improve an efficiency of a regenerator. CONSTITUTION:A regenerator performs a heat accumulation as well as a heating of gaseous refrigerant through a heat exchanging operation with gaseous refrigerant supplied or discharged from expansion spaces 20 and 21. Caps 36 and 37 having helium gas flowing holes 38 and 39 are fixed to both opening ends of a case 32 which is formed into a cylinder. In addition, within the case 32 piled up are in a radial direction of the case 32 and filled a column-like cold heat accumulation material layer 34 located at a center of the case 32 and a cylindrical cold heat accumulation material layer 35 located outside the column-like cold heat accumulation layer 34. In addition, each of the cold heat accumulation layers 34 and 35 is formed such that a rate of clearance of the cylindrical cold heat accumulation layer 35 located outside the layer 34 is larger than that of the column-like cold heat accumulation material layer 34. As a result, helium gas flows substantially in a uniform manner within the case 32, resulting in that the partition wall can be eliminated and an unbalanced state in heat exchanging operation can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機に使用される再
生器(再生式熱交換器)及びその製造方法に関し、特
に、蓄冷材に係るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a regenerator (regenerative heat exchanger) used in a refrigerator and a method for manufacturing the regenerator, and more particularly to a regenerator material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ヘリウムガス等の高圧の冷媒
ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低
温冷凍機として、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、この圧
縮機で圧縮された冷媒ガスを膨張させる膨張機とを組合
わせてなり、上記膨張機のシリンダ内でディスプレーサ
を往復動させ、その膨張空間で冷媒ガスを断熱膨張させ
て寒冷を発生させるようにしたGM冷凍機や、リニアモ
ータ圧縮機から吐出される脈動をもったガスにより膨張
機のディスプレーサを往復動させて、膨張空間での冷媒
ガスの膨張により寒冷を発生させるようにしたスターリ
ング冷凍機が知られている。こうした極低温冷凍機にお
ける膨張機には、再生器(リジェネレータ)と呼ばれる
再生式熱交換器が内蔵されているが、この再生器は、通
常、ガスが往来可能なディスプレーサとしてのケース内
に充填された多数の粒状の鉛からなるマトリックス、つ
まり、蓄冷材を備え、該蓄冷材を通過するガス冷媒と熱
交換して蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うタイプのものが
一般的に採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a compressor for compressing a refrigerant gas and a compressor for compressing the refrigerant gas have been used as a cryogenic refrigerator for expanding a high pressure refrigerant gas such as helium gas to generate a cryogenic level of refrigeration. A GM refrigerator that is combined with an expander for expanding the refrigerant gas, reciprocates the displacer in the cylinder of the expander, and adiabatically expands the refrigerant gas in the expansion space to generate cold, A Stirling refrigerator is known in which a displacer of an expander is reciprocated by pulsating gas discharged from a linear motor compressor to generate cold by expansion of a refrigerant gas in an expansion space. The expander in such a cryogenic refrigerator has a built-in regenerative heat exchanger called a regenerator, and this regenerator is usually filled in a case as a displacer through which gas can flow. A matrix comprising a large number of granular lead particles, that is, a type in which a cold storage material is provided and heat is stored and heated by exchanging heat with a gas refrigerant passing through the cold storage material is generally adopted. .

【0003】しかしながら、上記再生器においては、図
4に示すように、ケース(91)の両端部に取付けられたキ
ャップ(92, 93)の中央部にガス冷媒の流通孔(94, 95)が
形成される一方、上記ケース(91)に充填された蓄冷材(9
6)の空隙率が全体に均一に形成されているので、中心部
を流れるガス冷媒の流速V1が早く、外側を流れるガス冷
媒の流速V2が遅くなり、中心部では熱交換が過剰になっ
て能力不足になり、逆に、外側では熱交換が少なく能力
過剰になり、全体に熱交換がアンバランスになるという
問題があった。そこで、従来、特開平2―309158
号公報に示されるように、ケース内に円筒状の仕切壁を
設け、該仕切壁の内側と外側とには、空隙率の異なる蓄
冷材を充填するようにしてガス冷媒がケース内を全体に
均一に流れるようにし、熱交換のアンバランスを防止す
ることが提案されている。
However, in the above regenerator, as shown in FIG. 4, gas refrigerant flow holes (94, 95) are formed in the central portions of caps (92, 93) attached to both ends of the case (91). While being formed, the regenerator material (9
Since the porosity of 6) is formed uniformly throughout, the flow velocity V1 of the gas refrigerant flowing through the center is fast, the flow velocity V2 of the gas refrigerant flowing outside is slow, and the heat exchange becomes excessive in the center. There was a problem that the capacity was insufficient, and conversely, there was little heat exchange on the outside and the capacity was excessive, resulting in an overall imbalance in heat exchange. Therefore, in the past, Japanese Patent Laid-Open No. 2-309158
As shown in the publication, a cylindrical partition wall is provided in the case, and the inside and the outside of the partition wall are filled with a cold storage material having different porosity so that the gas refrigerant is entirely filled in the case. It has been proposed to ensure uniform flow and to prevent heat exchange imbalance.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した再生
器においては、仕切壁を設けているので、熱伝導損失が
生じるという問題があった。つまり、蓄冷材の両端部で
約200℃の温度差が生じるので、上記仕切壁を薄肉に
形成しても熱伝導損失が生じ、再生器効率が低下すると
いう問題があった。
However, in the above-mentioned regenerator, since the partition wall is provided, there is a problem that heat conduction loss occurs. That is, since a temperature difference of about 200 ° C. occurs at both ends of the regenerator material, there is a problem that even if the partition wall is made thin, heat conduction loss occurs and the regenerator efficiency decreases.

【0005】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、第1の目的は、仕切壁による熱伝導損失を防止しつ
つ、熱交換のアンバランスを防止して再生器効率を向上
させることにある。また、本発明の第2の目的は、上記
再生器の製造できる方法を実現することにある。
The present invention has been made in view of the above problems. A first object of the present invention is to prevent heat conduction loss due to a partition wall and prevent unbalance of heat exchange to improve regenerator efficiency. Especially. A second object of the present invention is to realize a method capable of manufacturing the above regenerator.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明が講じた手段は、空隙率の異なる複数の蓄
冷材層を互いに直接密接するように形成したものであ
る。すなわち、図2及び図3に示すように、請求項1に
係る発明が講じた手段は、上記第1の目的を達成すべ
く、先ず、膨張空間(20, 21)に給排されるガス冷媒との
熱交換により蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うようにした
冷凍機の再生器を前提としている。そして、筒状に形成
されたケース(32)の両開口端にガス冷媒の流通孔(38, 3
9)を有するキャップ(36, 37)が取付けられている。更
に、上記ケース(32)内には、ケース(32)の中心上に位置
する柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(34)の外側に
位置する1又は2以上の筒状蓄冷材層(35)とがケース(3
2)の半径方向に積層して充填されている。加えて、上記
各蓄冷材層(34, 35)は、柱状蓄冷材層(34)からケース(3
2)内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたが
って空隙率が大きくなるように形成された構成としてい
る。
In order to achieve the above object, the means taken by the present invention is to form a plurality of cold storage material layers having different porosities so as to be in direct contact with each other. That is, as shown in FIG. 2 and FIG. 3, in order to achieve the first object, the means taken by the invention according to claim 1 is a gas refrigerant which is first supplied to and discharged from the expansion space (20, 21). It is premised on a regenerator of a refrigerator that stores heat and heats a gas refrigerant by exchanging heat with. Then, the gas refrigerant flow holes (38, 3
Caps (36, 37) with 9) are fitted. Furthermore, in the case (32), a columnar cold storage material layer (34) located on the center of the case (32) and one or more tubular shapes located outside the columnar cold storage material layer (34) Cooling material layer (35) and case (3
It is stacked and filled in the radial direction of 2). In addition, each of the cold storage material layers (34, 35) is formed from the columnar cold storage material layer (34) to the case (3
2) The structure is formed such that the porosity increases as it goes to the tubular cold storage material layer (35) located on the outer side of the inside.

【0007】また、請求項2に係る発明が講じた手段
は、第2の目的を達成すべく、上記請求項1の極低温冷
凍機の再生器の製造方法として、先ず、ケース(32)の中
心上に位置する柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(3
4)の外側に位置する1又は2以上の筒状蓄冷材層(35)と
を、該柱状蓄冷材層(34)からケース(32)内の外側に位置
する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがって空隙率が大き
くなるように形成すると共に、ケース(32)の充填有効長
さより長く且つケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)
との間及び各蓄冷材層(34, 35)の間に小隙が存する外形
に形成する。続いて、上記ケース(32)の一端部にキャッ
プ(37)を取付けた状態で、他端の開口端より上記各蓄冷
材層(34, 35)を挿入する。その後、上記ケース(32)の開
口端部に、ケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)との
間及び各蓄冷材層(34, 35)の間が密接するように各蓄冷
材層(34, 35)を長手方向に圧縮しつゝキャップ(36)を取
付け、該ケース(32)内に各蓄冷材層(34, 35)を充填する
構成としている。
In order to achieve the second object, the means taken by the invention according to claim 2 is, as a method for manufacturing a regenerator for a cryogenic refrigerator according to claim 1, first of all, a case (32) The columnar cold storage material layer (34) located on the center and the columnar cold storage material layer (3
One or more tubular cold storage material layers (35) located outside 4) and the tubular cold storage material layers (35) located outside the columnar cold storage material layer (34) inside the case (32). The inner wall surface of the case (32) and the cylindrical regenerator material layer (35) are longer than the effective filling length of the case (32) and formed so that the porosity increases as
And a space between the cold storage material layers (34, 35). Then, with the cap (37) attached to one end of the case (32), the cold storage material layers (34, 35) are inserted from the opening end of the other end. After that, the opening end of the case (32) is closely contacted between the inner peripheral surface of the case (32) and the tubular cold storage material layer (35) and between the cold storage material layers (34, 35). The cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction, a cap (36) is attached, and the cold storage material layers (34, 35) are filled in the case (32).

【0008】[0008]

【作用】上記の構成により、請求項1に係る発明では、
膨脹空間(20, 21)に給排気されるガス冷媒は、再生器ケ
ース(32)の内部を通り、該ケース(32)内の各蓄冷材層(3
4, 35)と熱交換して蓄熱及びガス冷媒の加熱を行ってい
る。このケース(32)内には、複数の蓄冷材層(34, 35)を
半径方向に積層形成し、中心部の柱状蓄冷材層(34)から
外側の筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがって空隙率が大
きくなるように形成しているので、ガス冷媒は、流通孔
(38, 39)から柱状蓄冷材層(34)に向ってケース(32)内に
流入するものゝ該柱状蓄冷材層(34)の空隙率が小さいこ
とから、外側の筒状蓄冷材層(35)にも分散されることに
なる。このことから、上記ガス冷媒は、各蓄冷材層(34,
35)をほゞ均一に流れることになる。この結果、該各蓄
冷材層(34, 35)とガス冷媒との熱交換がほゞ均一に行わ
れることになり、再生器効率が向上することになる。
With the above construction, in the invention according to claim 1,
The gas refrigerant supplied to and exhausted from the expansion spaces (20, 21) passes through the inside of the regenerator case (32), and each regenerator material layer (3) in the case (32) is discharged.
4, 35) exchanges heat with the other to store heat and heat the gas refrigerant. In this case (32), a plurality of cool storage material layers (34, 35) are laminated in the radial direction, and the columnar cool storage material layer (34) at the central portion goes to the outer cylindrical cool storage material layer (35). Since it is formed so that the porosity increases according to
(38, 39) flows into the case (32) from the columnar cold storage material layer (34) into the case (32): Since the columnar cold storage material layer (34) has a small porosity, the outer tubular cold storage material layer ( It will also be dispersed in 35). From this, the gas refrigerant, each cold storage material layer (34,
35) will flow almost uniformly. As a result, the heat exchange between the cold storage material layers (34, 35) and the gas refrigerant is performed almost uniformly, and the regenerator efficiency is improved.

【0009】また、請求項2に係る発明では、各蓄冷材
層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さよりやゝ長く形
成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿入した
後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケース(3
2)に充填するので、該各蓄冷材層(34, 35)がやゝ外側に
膨出し、各蓄冷材層(34, 35)が互いに密接すると共に、
ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)とが密接することにな
り、各蓄冷材層(34, 35)の間などに間隙が生ずることが
なく、ガス冷媒の吹き抜けが防止される。
According to the second aspect of the invention, the cold storage material layers (34, 35) are formed to be slightly longer than the effective filling length of the case (32), and the cold storage material layers (34, 35) are formed as cases. After inserting it into the (32), compress each cold storage material layer (34, 35) in the longitudinal direction and
Since it is filled in 2), each of the cold storage material layers (34, 35) bulges slightly outward, and each of the cold storage material layers (34, 35) are in close contact with each other,
Since the case (32) and the tubular cold storage material layer (35) are in close contact with each other, there is no gap between the cold storage material layers (34, 35) and the like, and blow-through of the gas refrigerant is prevented.

【0010】[0010]

【発明の効果】従って、請求項1に係る発明によれば、
複数の蓄冷材層(34, 35)を半径方向に積層して形成する
と共に、中心部の柱状蓄冷材層(34)から外側の筒状蓄冷
材層(35)にいくにしたがって空隙率が大きくなるように
形成したゝめに、ガス冷媒が、外側の筒状蓄冷材層(35)
にも分散されることになる。この結果、該各蓄冷材層(3
4, 35)を流れるガス冷媒の流量をほゞ均一にすることが
できるので、該各蓄冷材層(34, 35)とガス冷媒との熱交
換をほゞ均一に行わせることができ、熱交換能力の不足
部分と過剰部分との発生を確実に防止することができる
ことから、再生器効率を向上させることができる。更
に、上記各蓄冷材層(34, 35)の間に仕切壁を設けること
なく該各蓄冷材層(34, 35)を密接するようにしているの
で、熱伝導損失を低減することができ、再生器効率の向
上を図ることができる。
Therefore, according to the invention of claim 1,
A plurality of cool storage material layers (34, 35) are laminated in the radial direction, and the porosity increases from the columnar cool storage material layer (34) at the center to the outer cylindrical cool storage material layer (35). In addition, the gas refrigerant is added to the outer cylindrical regenerator material layer (35).
Will also be dispersed. As a result, each cold storage material layer (3
Since the flow rate of the gas refrigerant flowing through the cooling medium can be made substantially uniform, the heat exchange between each of the cold storage material layers (34, 35) and the gas refrigerant can be carried out almost uniformly. Since it is possible to reliably prevent the generation of the insufficient portion and the excessive portion of the exchange capacity, it is possible to improve the regenerator efficiency. Furthermore, since the cold storage material layers (34, 35) are closely contacted without providing a partition wall between the cold storage material layers (34, 35), heat conduction loss can be reduced. It is possible to improve the efficiency of the regenerator.

【0011】また、請求項2に係る発明によれば、各蓄
冷材層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さよりやゝ長
く形成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿入し
た後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケース
(32)に充填するようにしたゝめに、該各蓄冷材層(34, 3
5)の膨出によって各蓄冷材層(34, 35)を互いに密接させ
ることができると共に、ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)
とを互いに密接させることができる。この結果、上記各
蓄冷材層(34, 35)の間などの間隙を確実に防止すること
ができ、ガス冷媒の吹き抜けを防止することができる。
According to the second aspect of the invention, the regenerator material layers (34, 35) are formed to be slightly longer than the effective filling length of the case (32), and the regenerator material layers (34, 35) are formed. After inserting into the case (32), compress each cold storage material layer (34, 35) in the longitudinal direction.
In order to fill the (32), each of the cold storage material layers (34, 3
The cold storage material layers (34, 35) can be brought into close contact with each other by the bulging of 5), and the case (32) and the tubular cold storage material layer (35)
And can be close to each other. As a result, it is possible to reliably prevent a gap between the cold storage material layers (34, 35) and the like, and prevent blow-through of the gas refrigerant.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の実施例に係る極低温冷凍機とし
てのG−Mサイクルを持つヘリウム冷凍機を示し、 (1)
は、図外の圧縮機で圧縮された冷媒ガスとしてのヘリウ
ムガスを膨張させる膨張機であって、この膨張機(1)
は、圧縮機に対し高圧及び低圧ガス配管(いずれも図示
せず)によって接続されて閉回路が形成されている。上
記膨張機(1) は、上記高圧ガス配管が接続される高圧ガ
ス入口(2) 及び低圧ガス配管が接続される低圧ガス出口
(3) を有するバルブハウジング(4) と、該バルブハウジ
ング(4) の下部に一体的に気密接合され、上側の大径部
(5a)及び下側の小径部(5b)よりなる2段構造のシリンダ
(5) とを備え、上記バルブハウジング(4) の内部には、
上記高圧ガス入口(2) に連通するモータ室(6) と、該モ
ータ室(6) に連通する上下方向の貫通孔(7) と、上記低
圧ガス出口(3) に補助オリフィス(8) を介して連通する
サージボリューム(9) とが形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a helium refrigerator having a GM cycle as a cryogenic refrigerator according to an embodiment of the present invention, (1)
Is an expander that expands helium gas as a refrigerant gas compressed by a compressor (not shown), and this expander (1)
Are connected to the compressor by high-pressure and low-pressure gas pipes (both not shown) to form a closed circuit. The expander (1) has a high pressure gas inlet (2) to which the high pressure gas pipe is connected and a low pressure gas outlet to which the low pressure gas pipe is connected.
A valve housing (4) having (3) and a large diameter portion on the upper side, which is integrally airtightly joined to the lower portion of the valve housing (4).
Cylinder with two-stage structure consisting of (5a) and lower small diameter part (5b)
(5) and the inside of the valve housing (4) is
A motor chamber (6) communicating with the high pressure gas inlet (2), a vertical through hole (7) communicating with the motor chamber (6), and an auxiliary orifice (8) at the low pressure gas outlet (3). And a surge volume (9) communicating therewith is formed.

【0013】また、上記バルブハウジング(4) とシリン
ダ(5) との接合部には、該シリンダ(5) の上側閉塞端部
を構成するバルブステム(10)が設けられ、該バルブステ
ム(10)は、上記バルブハウジング(4) の貫通孔(7) に気
密嵌合されたバルブシート部(10a) と、上記シリンダ大
径部(5a)内の上部に垂下する垂下部(10b) とを備えてな
り、該バルブシート部(10a) の上方における貫通孔(7)
の内部が、上記モータ室(6) を介して高圧ガス配管に連
通するバルブ室(11)に形成されている。また、上記バル
ブステム(10)には、上半部が2つの分岐流路(12a, 12a)
に分岐され且つ上記バルブ室(11)とシリンダ(5) 内とに
連通する第1ガス流路(12)と、一端が後述するロータリ
バルブ(24)の低圧ポート(27)を介して第1ガス流路(12)
に連通すると共に、他端が上記バルブハウジング(4) に
形成した連通路(14)を介して低圧ガス出口(3) に連通す
る第2ガス流路(13)とが形成されている。そして、該第
2ガス流路(13)は、バルブステム(10)の上面中心部に、
第1ガス流路(12)の分岐流路(12a, 12a)は、バルブステ
ム(10)の上面で第2ガス流路(13)の開口部に対して対称
位置にそれぞれ開口されている。
A valve stem (10) constituting the upper closed end of the cylinder (5) is provided at the joint between the valve housing (4) and the cylinder (5). ) Is a valve seat part (10a) that is airtightly fitted in the through hole (7) of the valve housing (4) and a hanging part (10b) that hangs above the cylinder large diameter part (5a). A through hole (7) provided above the valve seat (10a)
The interior of the is formed in a valve chamber (11) communicating with the high-pressure gas pipe via the motor chamber (6). Further, the valve stem (10) has two branch flow passages (12a, 12a) in the upper half.
The first gas flow path (12) which is branched into the first chamber and communicates with the valve chamber (11) and the cylinder (5), and one end of which is connected to the first low pressure port (27) of the rotary valve (24) which will be described later. Gas flow path (12)
And a second gas flow path (13) which is connected to the low pressure gas outlet (3) through the communication passage (14) formed in the valve housing (4) at the other end. Then, the second gas flow path (13) is provided at the center of the upper surface of the valve stem (10).
The branch passages (12a, 12a) of the first gas passage (12) are opened at symmetrical positions with respect to the opening of the second gas passage (13) on the upper surface of the valve stem (10).

【0014】一方、上記シリンダ(5) における大径部(5
a)内の上端部には、該シリンダ大径部(5a)内の上部に駆
動空間(15)を区画形成する略カップ形状のスラックピス
トン(16)がその上端内側面を上記バルブステム(10)の垂
下部(10b) に気密状に摺接せしめた状態で往復動可能に
嵌合され、上記駆動空間(15)は、上記バルブハウジング
(4) 内のサージボリューム(9) にオリフィス(17)を介し
て常時連通している。上記スラックピストン(16)は底壁
(16a) を有し、該底壁(16a) には、ピストン(16)内外を
連通する中心孔(16b) 及び連通孔(16c) が形成されてい
る。また、上記シリンダ(5) 内には、ディスプレーサ(1
8)が往復動可能に嵌合されている。該ディスプレーサ(1
8)は、シリンダ(5) の大径部(5a)の下半部内を摺動する
密閉円筒状の大径部(18a) と、該大径部(18a) の下端に
一体形成され、シリンダ(5) の小径部(5b)内を摺動する
密閉円筒状の小径部(18b) とからなり、このディスプレ
ーサ(18)により、上記スラックピストン(16)下方のシリ
ンダ(5) 内空間が上側から順に中間空間(19)、第1段膨
張空間(20)及び第2段膨張空間(21)に区画されている。
そして、上記ディスプレーサ(18)の大径部(18a) 内の空
間は、下部流通孔(18c) を介して第1段膨張空間(20)に
常時連通され、また、小径部(18b) 内の空間は、上部流
通孔(18d) 及び下部流通孔(18e) を介して第1段及び第
2段膨張空間(20, 21)の双方に常時連通されている。
On the other hand, the large diameter portion (5
At the upper end of (a), a substantially cup-shaped slack piston (16) for partitioning and forming a drive space (15) in the upper part of the cylinder large diameter part (5a) is formed on the inner surface of the upper end of the valve stem (10). ) Is fitted to the hanging part (10b) in an airtight manner so as to be able to reciprocate.
The surge volume (9) in (4) is in constant communication with the orifice (17). The slack piston (16) is the bottom wall
The bottom wall (16a) has a central hole (16b) and a communication hole (16c) communicating with the inside and outside of the piston (16). Also, inside the cylinder (5), the displacer (1
8) is fitted so that it can reciprocate. The displacer (1
8) is a closed cylindrical large diameter portion (18a) that slides in the lower half of the large diameter portion (5a) of the cylinder (5) and is integrally formed at the lower end of the large diameter portion (18a). It consists of a closed cylindrical small diameter part (18b) that slides in the small diameter part (5b) of (5), and this displacer (18) allows the space inside the cylinder (5) below the slack piston (16) to be on the upper side. It is divided into an intermediate space (19), a first-stage expansion space (20) and a second-stage expansion space (21) in this order.
The space in the large diameter portion (18a) of the displacer (18) is always communicated with the first stage expansion space (20) through the lower circulation hole (18c), and also in the small diameter portion (18b). The space is always communicated with both the first-stage and second-stage expansion spaces (20, 21) through the upper circulation hole (18d) and the lower circulation hole (18e).

【0015】更に、上記ディスプレーサ(18)の大径部(1
8a) の上端には、後述する再生器(30)の上部キャップ(3
6)が設けられ、該上部キャップ(36)には、大径部(18a)
内の空間と上記中間空間(19)とを連通する上部流通孔(3
8)が穿設されると共に、管状の係止片(22)が一体に突設
されている。該係止片(22)は、上記スラックピストン底
壁(16a) の中心孔(16b) を貫通してピストン(16)の内部
に所定寸法だけ延び、その上端部にはピストン底壁(16
a) に係合するフランジ状の係止部(22a) が一体に形成
されている。そして、スラックピストン(16)の上昇移動
時、係止部(22a)は、ピストン(16)が所定ストロークだ
け上昇した時点でその底壁(16a) に係合し、ディスプレ
ーサ(18)をピストン(16)によって駆動して上昇開始させ
るように、つまり、ディスプレーサ(18)を所定ストロー
クの遅れをもってピストン(16)に追従移動させている。
Further, the large diameter portion (1) of the displacer (18) is
8a), the upper cap (3
6) is provided, and the upper cap (36) has a large diameter portion (18a).
An upper flow hole (3 that communicates the internal space with the intermediate space (19)
8) is drilled and a tubular locking piece (22) is integrally projected. The locking piece (22) penetrates through the center hole (16b) of the slack piston bottom wall (16a) and extends to the inside of the piston (16) by a predetermined dimension, and the piston bottom wall (16
A flange-shaped locking portion (22a) that engages with (a) is integrally formed. Then, when the slack piston (16) moves upward, the locking portion (22a) engages with the bottom wall (16a) of the piston (16) when the piston (16) moves upward by a predetermined stroke, and the displacer (18) moves the piston (16) The displacer (18) is moved to follow the piston (16) with a delay of a predetermined stroke so that the displacer (18) is driven by the drive mechanism (16) to start rising.

【0016】また、上記バルブハウジング(4) のバルブ
室(11)内には、モータ室(6) に配置したバルブモータ(2
3)によって回転駆動されるロータリバルブ(24)が配設さ
れ、該ロータリバルブ(24)の切換動作により、高圧ガス
配管に連通するバルブ室(11)と、低圧ガス配管に連通す
る連通路(14)とをシリンダ(5) 内の中間空間(19)、第1
及び第2段膨張空間(20, 21)に対し交互に連通するよう
になされている。すなわち、上記ロータリバルブ(24)
は、バルブモータ(23)の出力軸(23a) に回転不能にかつ
摺動可能に連結されている。また、バルブ(24)の上面と
モータ(23)との間にはスプリング(25)が縮装されてお
り、このスプリング(25)のばね力及びバルブ室(11)に導
入された高圧ヘリウムガスの圧力によりロータリバルブ
(24)の下面はバルブステム(10)の上面に対し一定の押圧
力で押し付けられている。
Further, in the valve chamber (11) of the valve housing (4), the valve motor (2) arranged in the motor chamber (6) is
A rotary valve (24) rotationally driven by 3) is provided, and a switching operation of the rotary valve (24) causes a valve chamber (11) communicating with the high pressure gas pipe and a communication passage (communicating passage communicating with the low pressure gas pipe). 14) and the intermediate space (19) in the cylinder (5), the first
And the second stage expansion spaces (20, 21) are alternately communicated. That is, the rotary valve (24)
Is non-rotatably and slidably connected to the output shaft (23a) of the valve motor (23). Further, a spring (25) is compressed between the upper surface of the valve (24) and the motor (23), and the spring force of this spring (25) and the high-pressure helium gas introduced into the valve chamber (11). Rotary valve by pressure
The lower surface of (24) is pressed against the upper surface of the valve stem (10) with a constant pressing force.

【0017】一方、上記ロータリバルブ(24)の下面に
は、その半径方向に対向する外周縁から中心方向に所定
長さだけ切り込んでなる1対の高圧ポート(26, 26)と、
該高圧ポート(26, 26)に対しロータリバルブ(24)の回転
方向に略90°の角度間隔をあけて配置され、バルブ(2
4)下面の中心から外周縁近傍に向かって直径方向に切り
欠いてなる低圧ポート(27)とが形成されている。上記バ
ルブモータ(23)の駆動によりロータリバルブ(24)がその
下面をバルブステム(10)の上面に圧接させながら回転し
て切換動作する際、このロータリバルブ(24)の切換動作
に応じてスラックピストン(16)及びディスプレーサ(18)
をシリンダ(5) 内で往復動させる。そして、バルブ(24)
下面の高圧ポート(26, 26)の内端がそれぞれ第1ガス流
路(12)に合致したときには、バルブ室(11)を高圧ポート
(26, 26)及び第1ガス流路(12)を介してシリンダ(5) 内
の中間空間(19)、第1及び第2段膨張空間(20, 21)に連
通させて、これら各空間(19 〜 21)に高圧ヘリウムガス
を導入充填することにより、スラックピストン(16)及び
該ピストン(16)によって駆動されるディスプレーサ(18)
を上昇させる。一方、第2ガス流路(13)に常時連通する
低圧ポート(27)の外端が上記第1ガス流路(12)に合致し
たときには、上記シリンダ(5) 内の各空間(19 〜 21)を
第1ガス流路(12)、低圧ポート(27)、第2ガス流路(13)
及び連通路(14)を介して低圧ガス出口(3) に連通させ
て、各空間(19 〜 21)に充填されているヘリウムガスを
低圧ガス配管に排出することにより、スラックピストン
(16)及びディスプレーサ(18)を下降させ、膨張空間(20,
21)内のヘリウムガスの膨張によって寒冷を発生させて
いる。
On the other hand, on the lower surface of the rotary valve (24), a pair of high pressure ports (26, 26) are formed by cutting a predetermined length in the central direction from the outer peripheral edges facing each other in the radial direction,
The high pressure ports (26, 26) are arranged at an angular interval of approximately 90 ° in the rotational direction of the rotary valve (24), and the valve (2
4) A low pressure port (27) is formed by cutting out in the diameter direction from the center of the lower surface toward the vicinity of the outer peripheral edge. When the rotary valve (24) is rotated by the drive of the valve motor (23) while pressing its lower surface against the upper surface of the valve stem (10) to perform the switching operation, the slack is changed according to the switching operation of the rotary valve (24). Piston (16) and Displacer (18)
Reciprocate in the cylinder (5). And valves (24)
When the inner ends of the high pressure ports (26, 26) on the lower surface match the first gas flow passages (12), the valve chamber (11) is moved to the high pressure port.
These spaces are communicated with the intermediate space (19) in the cylinder (5) and the first and second expansion spaces (20, 21) through the (26, 26) and the first gas flow path (12). By introducing and filling high-pressure helium gas into (19-21), the slack piston (16) and the displacer (18) driven by the piston (16)
Raise. On the other hand, when the outer end of the low pressure port (27), which is in constant communication with the second gas flow path (13), matches the first gas flow path (12), each space (19 to 21) in the cylinder (5). ) Is the first gas flow path (12), low pressure port (27), second gas flow path (13)
And the low-pressure gas outlet (3) through the communication passage (14) to discharge the helium gas filled in each space (19 to 21) into the low-pressure gas pipe.
(16) and displacer (18) are lowered, and the expansion space (20,
Cold is generated by the expansion of the helium gas in 21).

【0018】更に、上記ディスプレーサ(18)の大径部(1
8a) 内の空間には、蓄冷型の熱交換器からなる第1段再
生器(30)が、また、小径部(18b) 内の空間には、同様の
第2段再生器(31)がそれぞれ嵌装されている。該各再生
器(30, 31)は、図2に示すように、ケース(32)内に蓄冷
材(33)が充填されてなり、該蓄冷材(33)内の空隙がガス
通路になっている。そして、上記ディスプレーサ(18)が
シリンダ(5) 内を上昇する吸気行程にあるときには、前
の排気行程で極低温レベルに温度降下した各再生器(30,
31)の蓄冷材(33)を、中間空間(19)から第1又は第2段
膨張空間(20, 21)に向かう常温のヘリウムガスと接触さ
せて、両者の熱交換によりそのガスを極低温レベル近く
まで冷却する。一方、上記ディスプレーサ(18)が下降す
る排気行程にあるときには、各膨張空間(20, 21)での膨
張により極低温レベルに温度降下したヘリウムガスをシ
リンダ(5) 外に排出する途中で各再生器(30, 31)の蓄冷
材(33)と接触させて、両者の熱交換によりその再生器(3
0, 31)を極低温レベル近くまで再度冷却している。
Further, the large diameter portion (1
In the space inside 8a) there is a first stage regenerator (30) consisting of a heat storage type heat exchanger, and in the space inside the small diameter part (18b) there is a similar second stage regenerator (31). Each is fitted. As shown in FIG. 2, each of the regenerators (30, 31) has a case (32) filled with a regenerator material (33), and voids in the regenerator material (33) serve as gas passages. There is. Then, when the displacer (18) is in the intake stroke in which it rises in the cylinder (5), the regenerators (30, 30,
The regenerator material (33) of (31) is brought into contact with the helium gas at room temperature which goes from the intermediate space (19) to the first or second expansion space (20, 21), and the heat exchange between the two makes the gas extremely low temperature. Cool to near level. On the other hand, during the exhaust stroke in which the displacer (18) descends, each regeneration is performed while discharging the helium gas whose temperature has dropped to the cryogenic level due to expansion in each expansion space (20, 21) to the outside of the cylinder (5). The regenerator (3) is brought into contact with the regenerator material (33) of the regenerator (30, 31) by heat exchange between them.
0, 31) is recooled to near the cryogenic level.

【0019】上記各再生器(30, 31)は、図2に示すよう
に、円筒状のケース(32)内に柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄
冷材層(35)とよりなる蓄冷材(33)が充填されて形成され
ている。そして、該ケース(32)の両開口端部には、それ
ぞれ上部キャップ(36)と下部キャップ(37)とが取付けら
れおり、該上部キャップ(36)には、中心上に流通孔(38)
が上下両面に亘って形成され、上記下部キャップ(37)に
は、内端が内面の中心上に、外端が両側面にそれぞれ開
口した逆T字状の流通孔(39)が形成されている。該各流
通孔(38, 39)は、ケース(32)の外部と内部とを連通し、
第1段再生器(30)における上記下部キャップ(37)の流通
孔(39)は、上述したように、上記ディスプレーサ(18)の
大径部(18a) における下部流通孔(18c) に、上記上部キ
ャップ(36)の流通孔(38)は、ディスプレーサ(18)の大径
部(18a) における上部流通孔(38)になっており、該上部
キャップ(36)に上記係止片(22)が形成されている。尚、
第2段再生器(31)においては、第1段再生器(30)におけ
る係止片(22)が形成されておらず、上部キャップ(36)の
流通孔(38)が上記ディスプレーサ(18)の小径部(18b) に
おける上部流通孔(18d) に連通し、下部キャップ(37)の
流通孔(39)が、上述したように、上記ディスプレーサ(1
8)の小径部(18b) における下部流通孔(18e) になってお
り、その他の構成は、第1段再生器(30)と同様である。
As shown in FIG. 2, each of the regenerators (30, 31) has a cylindrical case (32) having a columnar cold storage material layer (34) and a tubular cold storage material layer (35). It is formed by filling the material (33). An upper cap (36) and a lower cap (37) are attached to both open ends of the case (32), and the upper cap (36) has a through hole (38) on the center thereof.
Is formed over both upper and lower surfaces, and the lower cap (37) has an inverted T-shaped through hole (39) having an inner end on the center of the inner surface and an outer end on both side surfaces. There is. Each of the circulation holes (38, 39) communicates the outside and the inside of the case (32) with each other.
The circulation hole (39) of the lower cap (37) in the first-stage regenerator (30) is, as described above, formed in the lower circulation hole (18c) of the large diameter portion (18a) of the displacer (18). The flow hole (38) of the upper cap (36) is an upper flow hole (38) in the large diameter portion (18a) of the displacer (18), and the locking piece (22) is attached to the upper cap (36). Are formed. still,
In the second-stage regenerator (31), the locking piece (22) in the first-stage regenerator (30) is not formed, and the flow hole (38) of the upper cap (36) has the displacer (18). Communicating with the upper flow hole (18d) in the small diameter portion (18b) of the lower cap (37), the flow hole (39) of the lower cap (37) is
It is a lower flow hole (18e) in the small diameter part (18b) of 8), and other configurations are the same as those of the first stage regenerator (30).

【0020】上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(3
5)は、本発明の特徴とするところであって、ケース(32)
の半径方向に積層され、上記第1段再生器(30)では、銅
繊維などの繊維メッシュで形成され、上記第2段再生器
(31)では、鉛繊維などの繊維メッシュで形成されてい
る。該柱状蓄冷材層(34)は、ケース(32)より小径の円柱
状に形成されてケース(32)の中心上に設けられる一方、
上記筒状蓄冷材層(35)は、外径がケース(32)の内径に、
内径が柱状蓄冷材層(34)の外径にそれぞれ一致する円筒
状に形成されて上記ケース(32)の内周面と柱状蓄冷材層
(34)の外周面との間に介設されており、該筒状蓄冷材層
(35)の外周面がケース(32)の内周面に密接し、筒状蓄冷
材層(35)の内周面が柱状蓄冷材層(34)の外周面に密接し
ている。更に、上記柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材層(3
5)とは、中央部の柱状蓄冷材層(34)の空隙率が、外側の
筒状蓄冷材層(35)の空隙率より小さくなるように形成さ
れ、具体的に、例えば、柱状蓄冷材層(34)の空隙率は8
0%に、筒状蓄冷材層(35)の空隙率は85%に設定され
ている。
The columnar cool storage material layer (34) and the tubular cool storage material layer (3
5) is a feature of the present invention, and the case (32)
The first stage regenerator (30) is formed of a fiber mesh such as copper fiber, and the second stage regenerator is
In (31), it is formed of a fiber mesh such as lead fiber. The columnar cold storage material layer (34) is formed in a cylindrical shape having a smaller diameter than the case (32) and is provided on the center of the case (32).
The tubular cold storage material layer (35), the outer diameter is the inner diameter of the case (32),
The inner wall surface of the case (32) and the columnar cold storage material layer are formed in a cylindrical shape whose inner diameter matches the outer diameter of the columnar cold storage material layer (34).
The cylindrical cold storage material layer is provided between the outer peripheral surface of (34) and
The outer peripheral surface of (35) is in close contact with the inner peripheral surface of the case (32), and the inner peripheral surface of the tubular regenerator material (35) is in close contact with the outer peripheral surface of the columnar regenerator material layer (34). Furthermore, the columnar cold storage material layer (34) and the tubular cold storage material layer (3
5) and is formed so that the porosity of the central columnar cold storage material layer (34) is smaller than the void rate of the outer cylindrical cold storage material layer (35), specifically, for example, the columnar cold storage material The porosity of the layer (34) is 8
The porosity of the cylindrical regenerator material layer (35) is set to 0% and 85%.

【0021】そこで、次に、上記再生器(30, 31)の製造
方法を説明する。先ず、上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状
蓄冷材層(35)を銅繊維や鉛繊維などの繊維メッシュでそ
れぞれ円柱状及び円筒状に形成する。その際、該柱状蓄
冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(35)の各長さX1, X2をケー
ス(32)の充填有効長さXよりやゝ長く形成し、且つ中央
部の柱状蓄冷材層(34)の長さX1を外側の筒状蓄冷材層(3
5)の長さX2に対して同じ長さか又は該柱状蓄冷材層(34)
の長さX1をやゝ長く形成する(X<X2≦X1)。更に、上
記筒状蓄冷材層(35)の外径は、ケース(32)の内径よりや
ゝ小径に、柱状蓄冷材層(34)の外径を筒状蓄冷材層(35)
の内径よりよりやゝ小径にそれぞれ形成し、単に、上記
筒状蓄冷材層(35)をケース(32)に挿入し、且つ柱状蓄冷
材層(34)を筒状蓄冷材層(35)に挿入した状態において、
上記ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)との間、該筒状蓄冷
材層(35)と柱状蓄冷材層(34)との間に小隙が存する径に
上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(35)を形成す
る。
Therefore, a method of manufacturing the regenerator (30, 31) will be described next. First, the columnar cold storage material layer (34) and the tubular cold storage material layer (35) are formed into a cylindrical shape and a cylindrical shape, respectively, with a fiber mesh such as copper fiber or lead fiber. At that time, the lengths X1 and X2 of the columnar cold storage material layer (34) and the tubular cold storage material layer (35) are formed to be slightly longer than the effective filling length X of the case (32), and the columnar shape of the central portion The length X1 of the cold storage material layer (34) is set to the outer cylindrical cold storage material layer (3
The same length as the length X2 of 5) or the columnar cold storage material layer (34)
The length X1 is made slightly longer (X <X2 ≦ X1). Furthermore, the outer diameter of the tubular cold storage material layer (35) is slightly smaller than the inner diameter of the case (32), and the outer diameter of the columnar cold storage material layer (34) is set to the tubular cold storage material layer (35).
Each of them is formed to have a diameter slightly smaller than the inner diameter of the cylindrical regenerator material layer, and the cylindrical regenerator material layer (35) is simply inserted into the case (32), and the columnar regenerator material layer (34) is formed into the tubular regenerator material layer (35). In the inserted state,
Between the case (32) and the tubular regenerator material layer (35), between the tubular regenerator material layer (35) and the columnar regenerator material layer (34), the columnar regenerator material layer has a diameter in which a small gap exists. (34) and the tubular cold storage material layer (35) are formed.

【0022】その後、上記ケース(32)の一端部に何れか
のキャップ(36, 37)を取付け、例えば、下部キャップ(3
7)を取付け、該ケース(32)の他端の開口端より上記筒状
蓄冷材層(35)及び柱状蓄冷材層(34)を挿入する。この状
態において、上述したように、ケース(32)と筒状蓄冷材
層(35)との間、該筒状蓄冷材層(35)と柱状蓄冷材層(34)
との間に小隙が生じている。続いて、上記ケース(32)の
開口端部に、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮しつ
ゝ上部キャップ(36)を取付ける。この上部キャップ(36)
の取付により、各蓄冷材層(34, 35)が半径方向に膨出
し、ケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)の外周面と
が、及び筒状蓄冷材層(35)の内周面と柱状蓄冷材層(34)
の外周面とが密接した状態でケース(32)内に各蓄冷材層
(34, 35)が充填され、上記再生器(30, 31)の製造が完了
することになる。
Then, one of the caps (36, 37) is attached to one end of the case (32), and, for example, the lower cap (3
7) is attached, and the cylindrical regenerator material layer (35) and the columnar regenerator material layer (34) are inserted from the opening end at the other end of the case (32). In this state, as described above, between the case (32) and the tubular cold storage material layer (35), the tubular cold storage material layer (35) and the columnar cold storage material layer (34)
There is a gap between and. Then, the cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction and the upper caps (36) are attached to the open ends of the case (32). This Top Cap (36)
By mounting, the cold storage material layers (34, 35) swell in the radial direction, and the inner peripheral surface of the case (32) and the outer peripheral surface of the tubular cold storage material layer (35) and the tubular cold storage material layer ( Inner peripheral surface of 35) and columnar cold storage material layer (34)
Each regenerator material layer in the case (32) in close contact with the outer peripheral surface of
(34, 35) are filled, and the production of the regenerators (30, 31) is completed.

【0023】次に、上記実施例の作動について説明す
る。冷凍機の作動は基本的に通常のものと同様に行われ
る。すなわち、先ず、膨張機(1) におけるシリンダ(5)
内の圧力が低圧であって、スラックピストン(16)とディ
スプレーサ(18)とが下降端位置にある状態において、バ
ルブモータ(23)の駆動によるロータリバルブ(24)の回転
により、その高圧ポート(26, 26)が、バルブステム(10)
上面の第1ガス流路(12)に合致してロータリバルブ(24)
が高圧側に開く。これに伴い、圧縮機から高圧ガス配管
及び膨張機(1) のモータ室(6) を介してバルブ室(11)に
供給されている常温の高圧ヘリウムガスが、上記ロータ
リバルブ(24)の高圧ポート(26, 26)及び第1ガス流路(1
2)を介して中間空間(19)に導入される。更に、このヘリ
ウムガスは中間空間(19)からディスプレーサ(18)の各再
生器(30, 31)を通って順次各膨張空間(20, 21)に充填さ
れ、この再生器(30, 31)を通る間に前の排気行程で冷却
されている再生器(30, 31)との熱交換によって極低温レ
ベル近くまで冷却される。また、上記ピストン(16)上側
の駆動空間(15)と下側の中間空間(19)との圧力差によっ
てピストン(16)が上昇する。そして、このピストン(16)
の上昇ストロークが所定値に達すると、該ピストン(16)
の底壁(16a) とディスプレーサ(18)上端の係止片(22)と
が係合して、ディスプレーサ(18)は圧力変化に対し遅れ
を持ってピストン(16)により引き上げられ、このディス
プレーサ(18)の上昇移動によりその下方の膨張空間(20,
21)に更に高圧ガスが充填される(吸気行程)。
Next, the operation of the above embodiment will be described. The operation of the refrigerator is basically the same as that of a normal refrigerator. That is, first, the cylinder (5) in the expander (1)
When the internal pressure is low and the slack piston (16) and displacer (18) are in the lower end position, the rotary valve (24) is rotated by the drive of the valve motor (23), and its high pressure port ( 26, 26) is the valve stem (10)
A rotary valve (24) matching the first gas flow path (12) on the upper surface
Opens to the high pressure side. Along with this, the high-pressure helium gas at room temperature supplied from the compressor to the valve chamber (11) through the high-pressure gas pipe and the motor chamber (6) of the expander (1) becomes the high pressure of the rotary valve (24). Port (26, 26) and first gas flow path (1
It is introduced into the intermediate space (19) via 2). Further, this helium gas is sequentially filled from the intermediate space (19) through the regenerators (30, 31) of the displacer (18) into the expansion spaces (20, 21), and the regenerators (30, 31) are filled with the helium gas. While passing, it is cooled to near cryogenic levels by heat exchange with the regenerators (30, 31) that were cooled in the previous exhaust stroke. Further, the piston (16) rises due to the pressure difference between the drive space (15) above the piston (16) and the intermediate space (19) below. And this piston (16)
When the rising stroke of the piston reaches a predetermined value, the piston (16)
The bottom wall (16a) of the displacer engages with the locking piece (22) at the upper end of the displacer (18), and the displacer (18) is pulled up by the piston (16) with a delay relative to the pressure change. The upward movement of (18) causes the expansion space (20,
21) is further filled with high-pressure gas (intake stroke).

【0024】この後、上記ロータリバルブ(24)が閉じる
と、その後もディスプレーサ(18)は慣性力によって上昇
し、これに伴い、ディスプレーサ(18)上方の中間空間(1
9)内のヘリウムガスが第1及び第2段膨張空間(20, 21)
に移動する。そして、ディスプレーサ(18)が上昇端位置
に達した後、ロータリバルブ(24)の低圧ポート(27)が上
記第1ガス流路(12)に合致してバルブ(24)が低圧側に開
き、この開弁に伴い、上記ディスプレーサ(18)下方の各
膨張空間(20, 21)内のヘリウムガスが断熱膨張し、この
ヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する(膨張行
程)。
After this, when the rotary valve (24) is closed, the displacer (18) also rises due to inertial force thereafter, and accordingly, the intermediate space (1) above the displacer (18) is increased.
9) Helium gas in the first and second expansion space (20, 21)
Move to. Then, after the displacer (18) reaches the rising end position, the low pressure port (27) of the rotary valve (24) matches the first gas flow path (12), and the valve (24) opens to the low pressure side. Along with this valve opening, the helium gas in the expansion spaces (20, 21) below the displacer (18) adiabatically expands, and the expansion of the helium gas produces cold (expansion stroke).

【0025】この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ(18)内の再生
器(30, 31)を通って上記中間空間(19)内に戻り、その間
に再生器(30, 31)内の各蓄冷材層(34, 35)を極低温レベ
ルまで冷却しながら自身が常温まで暖められる。そし
て、この常温のヘリウムガスは、更に中間空間(19)内の
ヘリウムガスと共に第1ガス流路(12)、バルブ(24)の低
圧ポート(27)、連通路(14)を介して膨張機(1) 外に排出
され、低圧ガス配管を通って圧縮機に吸入される。この
ガス排出に伴い上記中間空間(19)内のガス圧が低下し
て、その駆動空間(15)との圧力差によりスラックピスト
ン(16)が下降し、このピストン(16)の底壁(16a) がディ
スプレーサ(18)の上面に当接した後は該ディスプレーサ
(18)が押圧されて下降し、このディスプレーサ(18)の下
降移動により膨張空間(20, 21)内のガス冷媒が膨張機
(1) 外に更に排出される(排気行程)。次いで、ロータ
リバルブ(24)が閉じるが、この後もディスプレーサ(18)
は下降端位置まで下降し、膨張空間(20, 21)内のヘリウ
ムガスが排出されて最初の状態に戻る。以上により膨張
機(1) の動作の1サイクルが終了し、以後は上記と同様
な動作が繰り返される。
The helium gas in this cryogenic state is
Contrary to the time of introducing the gas, the regenerator (18) passes through the regenerators (30, 31) to return to the intermediate space (19), during which each regenerator layer (30, 31) has a regenerator material layer. While cooling (34, 35) to the cryogenic level, it can be warmed to room temperature. The room temperature helium gas is further expanded together with the helium gas in the intermediate space (19) through the first gas flow path (12), the low pressure port (27) of the valve (24) and the communication path (14). (1) It is discharged to the outside and drawn into the compressor through the low-pressure gas pipe. With this gas discharge, the gas pressure in the intermediate space (19) decreases, and the slack piston (16) descends due to the pressure difference between the driving space (15) and the bottom wall (16a) of the piston (16). ) Contacts the upper surface of the displacer (18),
(18) is pressed and descends, and the downward movement of this displacer (18) causes the gas refrigerant in the expansion spaces (20, 21) to expand.
(1) Further discharged to the outside (exhaust stroke). The rotary valve (24) then closes, but after this the displacer (18)
Falls to the lower end position, and the helium gas in the expansion space (20, 21) is discharged to return to the initial state. With the above, one cycle of the operation of the expander (1) is completed, and thereafter, the same operation as described above is repeated.

【0026】この実施例において、本発明の特徴とする
各再生器(30, 31)は、ケース(32)内に柱状蓄冷材層(34)
と筒状蓄冷材層(35)とを半径方向に積層形成し、中心部
の柱状蓄冷材層(34)の空隙率を小さく、外側の筒状蓄冷
材層(35)の空隙率が大きく形成しているので、ヘリウム
ガスは、一方の流通孔(38, 39)から柱状蓄冷材層(34)に
向ってケース(32)内に流入するものゝ該柱状蓄冷材層(3
4)の空隙率が小さいことから、外側の筒状蓄冷材層(35)
にも分散されることになる。このことから、上記ヘリウ
ムガスは、各蓄冷材層(34, 35)をほゞ均一に流れること
になる。この結果、該各蓄冷材層(34, 35)とヘリウムガ
スとの熱交換がほゞ均一に行われることになる。また、
上記各蓄冷材層(34, 35)の長さX1, X2をケース(32)の充
填有効長さXよりやゝ長く形成し、該各蓄冷材層(34, 3
5)をケース(32)に挿入した後、各蓄冷材層(34, 35)を長
手方向に圧縮してケース(32)に充填し、各再生器(30, 3
1)を製造するので、該各蓄冷材層(34, 35)がやゝ外側に
膨出し、各蓄冷材層(34, 35)が互いに、また、ケース(3
2)と筒状蓄冷材層(35)とが互いにそれぞれ間隙を存する
ことなく密接することになる。
In this embodiment, each of the regenerators (30, 31), which is a feature of the present invention, has a columnar cold storage material layer (34) inside a case (32).
And the cylindrical regenerator material layer (35) are laminated in the radial direction to reduce the porosity of the columnar regenerator material layer (34) at the center and increase the porosity of the outer tubular regenerator material layer (35). Therefore, the helium gas flows into the case (32) from one of the circulation holes (38, 39) toward the columnar cold storage material layer (34).
Since the porosity of 4) is small, the outer cylindrical cold storage material layer (35)
Will also be dispersed. From this, the helium gas flows in the cold storage material layers (34, 35) almost uniformly. As a result, the heat exchange between the cold storage material layers (34, 35) and the helium gas is carried out almost uniformly. Also,
The lengths X1 and X2 of the cold storage material layers (34, 35) are formed to be slightly longer than the effective filling length X of the case (32), and the cold storage material layers (34, 3) are formed.
After inserting (5) into the case (32), compress the cold storage material layers (34, 35) in the longitudinal direction and fill the case (32) with each regenerator (30, 3).
Since 1) is manufactured, the cold storage material layers (34, 35) bulge slightly outward so that the cold storage material layers (34, 35) are in contact with each other and the case (3
2) and the tubular cold storage material layer (35) are in close contact with each other without a gap.

【0027】従って、本実施例によれば、上記柱状蓄冷
材層(34)と筒状蓄冷材層(35)とを半径方向に積層して形
成すると共に、中心部の柱状蓄冷材層(34)の空隙率が小
さく、外側の筒状蓄冷材層(35)の空隙率が大きくなるよ
うに形成したゝめに、ヘリウムガスが、外側の筒状蓄冷
材層(35)にも分散されることになる。この結果、該各蓄
冷材層(34, 35)を流れるヘリウムガスの流量をほゞ均一
にすることができるので、該各蓄冷材層(34, 35)とヘリ
ウムガスとの熱交換をほゞ均一に行わせることができ、
熱交換能力の不足部分と過剰部分との発生を確実に防止
することができることから、再生器効率を向上させるこ
とができる。更に、上記柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材
層(35)との間に仕切壁を設けることなく該各蓄冷材層(3
4, 35)を密接するようにしているので、熱伝導損失を低
減することができ、再生器効率の向上を図ることができ
る。また、上記再生器(30, 31)の製造方法によれば、各
蓄冷材層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さXよりや
ゝ長く形成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿
入した後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケ
ース(32)に充填するようにしたゝめに、該各蓄冷材層(3
4, 35)の膨出によって各蓄冷材層(34, 35)を互いに密接
させることができると共に、ケース(32)と筒状蓄冷材層
(35)とを互いに密接させることができる。この結果、上
記各蓄冷材層(34, 35)の間などの間隙を確実に防止する
ことができることから、ヘリウムガスの吹き抜けを防止
することができる。
Therefore, according to this embodiment, the columnar regenerator material layer (34) and the tubular regenerator material layer (35) are laminated in the radial direction, and the central columnar regenerator material layer (34) is formed. ) Has a small porosity and the outer cylindrical cold storage material layer (35) has a large porosity.Helium gas is also dispersed in the outer cylindrical cold storage material layer (35). It will be. As a result, since the flow rate of the helium gas flowing through the cold storage material layers (34, 35) can be made substantially uniform, the heat exchange between the cold storage material layers (34, 35) and the helium gas can be made almost uniform. Can be done evenly,
Since it is possible to reliably prevent the generation of the insufficient portion and the excessive portion of the heat exchange capacity, it is possible to improve the regenerator efficiency. Furthermore, each cold storage material layer (3) is provided without providing a partition wall between the columnar cold storage material layer (34) and the tubular cold storage material layer (35).
4, 35) are in close contact with each other, so that heat conduction loss can be reduced and regenerator efficiency can be improved. Further, according to the manufacturing method of the regenerator (30, 31), each cold storage material layer (34, 35) is formed to be slightly longer than the effective filling length X of the case (32), and each cold storage material layer (34 (34, 35) are inserted into the case (32), the respective cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction so as to be filled in the case (32). 3
The cold storage material layers (34, 35) can be brought into close contact with each other by bulging (4, 35), and the case (32) and the tubular cold storage material layer
(35) and can be in close contact with each other. As a result, it is possible to surely prevent the gaps between the cold storage material layers (34, 35) and the like, so that it is possible to prevent blow-through of the helium gas.

【0028】尚、本実施例においては、上記蓄冷材(33)
を柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材層(35)との2層で形成
したが、本発明は、蓄冷材(33)を3層以上に形成しても
よい。その際、外側に位置する筒状蓄冷材層にいくにし
たがって空隙率を大きく形成する。また、本発明は、上
記実施例の如きG−Mサイクルを持つヘリウム冷凍機に
限らず、スターリング冷凍機やビルマイヤヒートポンプ
装置等のヒートポンプ装置における再生器、更にはヘリ
ウムガス以外の冷媒ガスを使用するものに対しても適用
できるのは勿論である。
In this embodiment, the regenerator material (33) is used.
Although the columnar cold storage material layer (34) and the tubular cold storage material layer (35) are formed in two layers, the present invention may be formed in three or more layers. At that time, the porosity is formed so as to increase toward the outer layer of the cold storage material layer. Further, the present invention is not limited to the helium refrigerator having the GM cycle as in the above embodiment, but uses a regenerator in a heat pump device such as a Stirling refrigerator or a Bilmeier heat pump device, or a refrigerant gas other than helium gas. Of course, it can also be applied to those that do.

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

【図1】極低温冷凍機の全体構成を示す一部破断正面図
である。
FIG. 1 is a partially cutaway front view showing the overall configuration of a cryogenic refrigerator.

【図2】再生器を示す拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a regenerator.

【図3】各蓄冷材層をケースに挿入した状態を示す再生
器の要部の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of a main part of the regenerator showing a state in which each cold storage material layer is inserted into a case.

【図4】従来の再生器を示す拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a conventional regenerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 膨張機 5 シリンダ 18 ディスプレーサ 20,21 膨張空間 30,31 再生器 32 ケース 34 柱状蓄冷材層 35 筒状蓄冷材層 36,37 キャップ 38,39 流通孔 1 Expander 5 Cylinder 18 Displacer 20,21 Expansion space 30,31 Regenerator 32 Case 34 Columnar regenerator material layer 35 Cylindrical regenerator material layer 36,37 Cap 38,39 Circulation hole

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 膨張空間(20, 21)に給排されるガス冷媒
との熱交換により蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うように
した冷凍機の再生器において、 筒状に形成されたケース(32)の両開口端にガス冷媒の流
通孔(38, 39)を有するキャップ(36, 37)が取付けられる
一方、 上記ケース(32)内には、ケース(32)の中心上に位置する
柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(34)の外側に位置
する1又は2以上の筒状蓄冷材層(35)とがケース(32)の
半径方向に積層して充填され、 上記各蓄冷材層(34, 35)は、柱状蓄冷材層(34)からケー
ス(32)内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにし
たがって空隙率が大きくなるように形成されていること
を特徴とする冷凍機の再生器。
1. A regenerator of a refrigerator in which heat is stored and gas refrigerant is heated by exchanging heat with the gas refrigerant supplied to and discharged from the expansion space (20, 21), and a cylindrical case ( While the caps (36, 37) having the gas refrigerant circulation holes (38, 39) are attached to both open ends of (32), the columnar shape located on the center of the case (32) is provided in the case (32). The cool storage material layer (34) and one or more tubular cool storage material layers (35) located outside the columnar cool storage material layer (34) are stacked in the radial direction of the case (32) and filled. The respective cold storage material layers (34, 35) are formed such that the porosity increases from the columnar cold storage material layer (34) to the tubular cold storage material layer (35) located outside the case (32). Refrigerator regenerator characterized by being
【請求項2】 請求項1の冷凍機の再生器の製造方法で
あって、 ケース(32)の中心上に位置する柱状蓄冷材層(34)と、該
柱状蓄冷材層(34)の外側に位置する1又は2以上の筒状
蓄冷材層(35)とを、該柱状蓄冷材層(34)からケース(32)
内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがっ
て空隙率が大きくなるように形成すると共に、ケース(3
2)の充填有効長さより長く且つケース(32)の内周面と筒
状蓄冷材層(35)との間及び各蓄冷材層(34, 35)の間に小
隙が存する外形に形成し、 上記ケース(32)の一端部にキャップ(37)を取付けた状態
で、他端の開口端より上記各蓄冷材層(34, 35)を挿入
し、 その後、上記ケース(32)の開口端部に、ケース(32)の内
周面と筒状蓄冷材層(35)との間及び各蓄冷材層(34, 35)
の間が密接するように各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に
圧縮しつゝキャップ(36)を取付け、該ケース(32)内に各
蓄冷材層(34, 35)を充填することを特徴とする冷凍機の
再生器の製造方法。
2. The method for manufacturing a regenerator for a refrigerator according to claim 1, wherein the columnar cold storage material layer (34) is located on the center of the case (32), and the outside of the columnar cold storage material layer (34). And one or more tubular cold storage material layers (35) located at the column-shaped cold storage material layer (34) to the case (32).
The cylindrical cold storage material layer (35) located on the outer side of the inside is formed so that the porosity increases, and the case (3
It is longer than the effective filling length of 2) and has an outer shape with a small gap between the inner peripheral surface of the case (32) and the tubular cold storage material layer (35) and between each cold storage material layer (34, 35). , With the cap (37) attached to one end of the case (32), insert each of the cold storage material layers (34, 35) from the open end of the other end, and then open the open end of the case (32). Between the inner peripheral surface of the case (32) and the cylindrical regenerator material layer (35) and each regenerator material layer (34, 35).
The cold storage material layers (34, 35) are compressed in the longitudinal direction so that the spaces are closely attached, and the caps (36) are attached, and the cold storage material layers (34, 35) are filled in the case (32). A method of manufacturing a regenerator of a refrigerator, which is characterized by the above.
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