JPH0634216A - Expansion cylinder device of refrigerator - Google Patents

Expansion cylinder device of refrigerator

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JPH0634216A
JPH0634216A JP19254492A JP19254492A JPH0634216A JP H0634216 A JPH0634216 A JP H0634216A JP 19254492 A JP19254492 A JP 19254492A JP 19254492 A JP19254492 A JP 19254492A JP H0634216 A JPH0634216 A JP H0634216A
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expansion cylinder
expansion
refrigerator
cylinder device
cooling
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Futoshi Fujinami
太 藤並
Keiji Oshima
恵司 大嶋
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Abstract

PURPOSE:To improve a refrigerating efficiency by reducing the quantity of heat penetrating from the tube wall of an expansion cylinder and by lessening a temperature difference between a body to be cooled and a refrigerant gas, in an expansion cylinder device of a refrigerator. CONSTITUTION:An expansion cylinder 1 is constructed of a titanium alloy having a large thermal resistance. Besides, the end part 1A on the cooling part 6 side of the expansion cylinder 1 is so shaped as to have a large thickness. Moreover, the cooling part 6 is constructed of pure titanium of which the thermal resistance is small.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は逆スターリングサイクル
冷凍機など冷凍機の膨張シリンダ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an expansion cylinder device for a refrigerator such as a reverse Stirling cycle refrigerator.

【0002】[0002]

【従来の技術】ヘリウム,水素,窒素など低温で液化し
にくい気体を冷媒ガスとする冷凍サイクルとしてたとえ
ば逆スターリングサイクルが知られている。この冷凍サ
イクルを利用した冷凍機は図5の概要構成例に示すよう
に膨張シリンダ1と圧縮シリンダ2とを備えており、こ
れらはそれぞれの内部で往復動するピストン(膨張ピス
トン3と圧縮ピストン4)を有している。また被冷却体
5が取りつけられる冷却部6は膨張シリンダ1の端面を
気密に密閉するように形成されている。これら膨張シリ
ンダ1,膨張ピストン3および冷却部6で膨張シリンダ
装置が構成される。この膨張シリンダ1と圧縮シリンダ
2とは配管8によって連結されており、冷媒ガスは膨張
ピストン3に内蔵された冷媒ガス通路としての蓄冷器9
および冷媒ガスの連通路20を経由して膨張シリンダ1
の空間(以下膨張空間と称する)15と圧縮シリンダ2
の空間(以下圧縮空間と称する)16との間を後述の逆
スターリングサイクルの行程にしたがって交互に移送さ
れる。配管8においてはその外周あるいは特に設けた放
熱器から圧縮された冷媒ガスの放熱が行なわれる。なお
19は冷媒ガスの漏れを防止するために各ピストンの外
周に設けられたシールである。
2. Description of the Related Art A reverse Stirling cycle is known, for example, as a refrigeration cycle in which a gas such as helium, hydrogen, or nitrogen that is difficult to liquefy at low temperature is used as a refrigerant gas. A refrigerator utilizing this refrigeration cycle is provided with an expansion cylinder 1 and a compression cylinder 2 as shown in the schematic configuration example of FIG. 5, and these pistons (expansion piston 3 and compression piston 4 reciprocate inside). )have. The cooling unit 6 to which the cooled body 5 is attached is formed so as to hermetically seal the end surface of the expansion cylinder 1. The expansion cylinder device, the expansion piston 3, and the cooling unit 6 constitute an expansion cylinder device. The expansion cylinder 1 and the compression cylinder 2 are connected by a pipe 8, and the refrigerant gas is a regenerator 9 as a refrigerant gas passage built in the expansion piston 3.
And the expansion cylinder 1 via the communication passage 20 for the refrigerant gas.
Space (hereinafter referred to as expansion space) 15 and compression cylinder 2
And the space 16 (hereinafter referred to as a compression space) are alternately transferred in accordance with the process of the reverse Stirling cycle described later. The heat of the compressed refrigerant gas is radiated from the outer periphery of the pipe 8 or a radiator provided in particular. Reference numeral 19 is a seal provided on the outer circumference of each piston in order to prevent refrigerant gas from leaking.

【0003】逆スターリングサイクルは基本的には下記
のように二つの等温行程と二つの等容行程から成り立
つ。これら各行程を実現するため、膨張ピストン3と圧
縮ピストン4とは所定の位相差をもって同期運動するよ
うに調整されている。 (1)等温圧縮行程 圧縮シリンダ1において圧縮空間16の冷媒ガスが圧縮
される。圧縮により発生した熱は配管8より外部に放熱
され等温行程となる。(膨張ピストン:中央部→上死
点,圧縮ピストン:下死点→中央部) (2)等容放熱行程 圧縮された冷媒ガスが容積を変えることなく前のサイク
ルで既に冷却されている蓄冷器9に放熱して低温となり
膨張シリンダ1の膨張空間15に移送される。(膨張ピ
ストン:上死点→中央部,圧縮ピストン:中央部→上死
点) (3)等温膨張行程 膨張シリンダ1の膨張空間15内の冷媒ガスが膨張ピス
トン3の動きにともない周囲より熱を奪って低温度で等
温膨張する。(膨張ピストン:中央部→下死点,圧縮ピ
ストン:上死点→中央部) (4)等容吸熱行程 低温度で膨張した冷媒ガスは容積を変えることなくふた
たび蓄冷器9を経て圧縮シリンダ2の圧縮空間16に戻
される。この際冷媒ガスは蓄冷器9より吸熱するので、
蓄冷器9は冷却され、冷媒ガスの温度は上昇して1サイ
クルを終了する。(膨張ピストン:下死点→中央部,圧
縮ピストン:中央部→下死点) 以上が基本的な逆スターリングサイクルの概要であり、
被冷却体5は主として上記(2)の等容放熱行程におい
て冷却される。すなわちこの行程においては蓄冷器9を
経て低温となった冷媒ガスが膨張空間15に移送され、
膨張シリンダ1の端部1Aの内面に沿って流動し、冷却
部6,端部1Aを通じて被冷却体5より熱を吸収してこ
れを冷却する。また(3)の等温膨張行程における冷媒
ガスの状態変化は実際には上記とやゝ異なって等温変化
と断熱変化の中間であるポリトロープ変化となり、その
一部である断熱膨張効果のため冷媒ガス温度は(2)の
等容放熱行程よりさらに低下するが、冷媒ガスの流れが
ほとんどないので冷却効果は等容放熱行程時より小さ
い。
The reverse Stirling cycle basically consists of two isothermal steps and two isovolume steps as described below. In order to realize each of these strokes, the expansion piston 3 and the compression piston 4 are adjusted so as to synchronously move with a predetermined phase difference. (1) Isothermal compression process In the compression cylinder 1, the refrigerant gas in the compression space 16 is compressed. The heat generated by the compression is radiated to the outside from the pipe 8 and becomes an isothermal process. (Expansion piston: central part → top dead center, compression piston: bottom dead center → center part) (2) Equal volume heat dissipation process Regenerator in which compressed refrigerant gas is already cooled in the previous cycle without changing volume The heat is radiated to 9 and the temperature becomes low, and the temperature is transferred to the expansion space 15 of the expansion cylinder 1. (Expansion piston: top dead center → center, compression piston: center → top dead center) (3) Isothermal expansion stroke The refrigerant gas in the expansion space 15 of the expansion cylinder 1 generates heat from the surroundings as the expansion piston 3 moves. It robs and expands isothermally at low temperature. (Expansion piston: central part → bottom dead center, compression piston: top dead center → center part) (4) Endothermic endothermic process Refrigerant gas expanded at a low temperature passes through the regenerator 9 again without changing its volume, and then the compression cylinder 2 Is returned to the compressed space 16. At this time, the refrigerant gas absorbs heat from the regenerator 9,
The regenerator 9 is cooled, the temperature of the refrigerant gas rises, and one cycle is completed. (Expansion piston: bottom dead center → center, compression piston: center → bottom dead center) The above is the outline of the basic reverse Stirling cycle.
The cooled object 5 is cooled mainly in the equal volume heat dissipation step (2). That is, in this process, the refrigerant gas having a low temperature through the regenerator 9 is transferred to the expansion space 15,
It flows along the inner surface of the end portion 1A of the expansion cylinder 1 and absorbs heat from the cooled object 5 through the cooling part 6 and the end portion 1A to cool it. In addition, the state change of the refrigerant gas in the isothermal expansion process of (3) actually becomes a polytropic change that is intermediate between the isothermal change and the adiabatic change, which is slightly different from the above. Is lower than that in the isochoric heat dissipation step, but the cooling effect is smaller than that in the isochoric heat dissipation step because there is almost no refrigerant gas flow.

【0004】このような冷凍機においては被冷却体5か
ら効率よく熱を奪い、その温度を所定の冷却温度まで低
下させる時間を極力短縮させることが重要である。この
ための従来技術の例として図6に示す構成の膨張シリン
ダ装置がある。この膨張シリンダ装置では膨張ピストン
3頂部に設ける冷媒ガスの連通路20を、膨張シリンダ
1の端部1Aの内面の直近に斜めに開口させると、この
連通路20から高速で噴出する冷媒ガスに端部1Aの内
面に沿う方向および半径方向の複数の速度成分が与えら
れることに着目したもので、要するに膨張シリンダ1の
端部1Aの内面に沿う方向の速度成分で冷媒ガスをガイ
ドを設けることなしに端部1Aの内面に沿って冷却部6
まで循環させ、同時に半径方向の速度成分で冷媒ガスを
端部1Aの内面に勢いよく衝突させて熱伝達率の良い乱
流とし、これらによって良好な冷却を行なわせるように
したものである。さらに冷媒ガスが端部1Aの内面に沿
って流れ冷却部6および端部1Aを通じて被冷却体から
吸熱するのは、冷媒ガスが膨張シリンダに移送される間
すなわち膨張ピストンが上死点P1 から上下死点の中央
部位置P2 近傍まで移動する間のみであることに着目
し、膨張シリンダ1の端部1Aをその端面から膨張ピス
トン3の上下死点間の中央部位置P 2 近傍までを厚肉状
にすることにより、熱容量を必要以上に増加させること
なく熱抵抗を減少させるようにしたものである。
In such a refrigerator, the object to be cooled 5
Efficiently removes heat and lowers the temperature to the specified cooling temperature.
It is important to shorten the time required for lowering as much as possible. this
As an example of the prior art for
There is a device. In this expansion cylinder device, the expansion piston
3 The refrigerant gas communication passage 20 provided at the top of the expansion cylinder
When opening diagonally in the immediate vicinity of the inner surface of the end portion 1A of 1,
The refrigerant gas ejected from the communication passage 20 at high speed is
Given multiple velocity components in the direction along the plane and in the radial direction,
It is focused on that the expansion cylinder 1
The refrigerant gas is guided by the velocity component in the direction along the inner surface of the end 1A.
The cooling part 6 along the inner surface of the end 1A without providing
Circulates up to, and at the same time the refrigerant gas with a radial velocity component
The inner surface of the end portion 1A is vigorously collided to cause a disturbance with a good heat transfer coefficient.
To ensure good cooling.
It was done. In addition, the refrigerant gas flows along the inner surface of the end 1A.
From the object to be cooled through the flow cooling unit 6 and the end 1A.
It absorbs heat while the refrigerant gas is transferred to the expansion cylinder.
That is, the expansion piston is at the top dead center P1From the top and bottom dead center
Part position P2Focus on only while moving to the neighborhood
The end portion 1A of the expansion cylinder 1 from the end face
Central position P between top and bottom dead centers of ton 3 2Thick wall up to the vicinity
To increase the heat capacity more than necessary
It is designed to reduce heat resistance.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般に冷凍機の入力は
冷媒ガスの高温側温度と低温側温度の差と、低温側温度
との比に冷凍出力を乗じた値となる。また、冷凍出力は
被冷却体を冷却する冷凍熱量と、例えば膨張シリンダの
管壁などからの侵入熱量の和となる。従って冷凍機の冷
凍効率を高めるためには、(1)要求される被冷却体の
冷却温度を満足しながら冷媒ガスの低温側温度をできる
だけ高い温度で運転する、(2)膨張シリンダの管壁な
どからの侵入熱量をできるだけ減少させることが必要と
なる。
Generally, the input of the refrigerator has a value obtained by multiplying the refrigerating output by the ratio of the difference between the high temperature side and the low temperature side of the refrigerant gas and the low temperature side temperature. Further, the refrigerating output is the sum of the amount of refrigerating heat for cooling the object to be cooled and the amount of heat entering from the wall of the expansion cylinder, for example. Therefore, in order to improve the refrigerating efficiency of the refrigerator, (1) the cooling side temperature of the refrigerant gas is operated as high as possible while satisfying the required cooling temperature of the cooled object, (2) the pipe wall of the expansion cylinder It is necessary to reduce the amount of heat entering from such as.

【0006】前述の膨張シリンダ装置を用いた冷凍機に
おいては、冷凍機の冷凍効率を高めるために膨張シリン
ダ端部をその端面から膨張ピストンの上下死点間の中央
部位置近傍までを厚肉状にすることにより、熱抵抗を減
少させて被冷却体と冷媒ガスとの間の温度差を小さく
し、冷媒ガスの低温側温度を高い温度で運転するように
しているが、シリンダ端部を厚肉状にしただけでは熱抵
抗の減少に限界がある(熱抵抗を減少するために厚肉状
端部を極端に厚くすると熱容量が増加し、逆に冷凍効率
が低下してしまう)。また、膨張ピストン頂部の冷媒ガ
スの連通路を斜めに開口して冷媒ガスと膨張シリンダ端
部および冷却部の間の熱伝達率を向上し、同様被冷却体
と冷媒ガスとの間の温度差を小さくしているが、例えば
冷却部の熱伝達面積は一定であり、熱伝達率の向上には
限界がある。更にまた、膨張シリンダの管壁から侵入す
る熱量に対しては、通常行なわれている管壁の厚さを薄
くして熱抵抗を増大する以外に特に対策が行なわれてい
ないので侵入熱量が冷凍機の効率を低下させているなど
の問題がある。
In the refrigerator using the above-mentioned expansion cylinder device, in order to enhance the refrigerating efficiency of the refrigerator, the end of the expansion cylinder is thick-walled from its end face to the vicinity of the central position between the upper and lower dead centers of the expansion piston. By reducing the heat resistance, the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas is reduced, and the low temperature side temperature of the refrigerant gas is operated at a high temperature. There is a limit to the reduction of thermal resistance just by making it fleshy (if the thick end is made extremely thick to reduce the thermal resistance, the heat capacity increases and conversely the refrigeration efficiency decreases). In addition, the communication passage of the refrigerant gas at the top of the expansion piston is opened obliquely to improve the heat transfer coefficient between the refrigerant gas and the end of the expansion cylinder and the cooling portion, and similarly, the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas is increased. Although the heat transfer area of the cooling unit is constant, there is a limit to the improvement of the heat transfer coefficient. Furthermore, with respect to the amount of heat entering from the pipe wall of the expansion cylinder, no measures have been taken other than increasing the thermal resistance by reducing the thickness of the pipe wall that is usually performed, so the amount of entering heat is frozen. There is a problem that the efficiency of the machine is reduced.

【0007】本発明の目的は前述の問題点を解決し、冷
凍機の冷凍効率をより高めることにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and further improve the refrigerating efficiency of the refrigerator.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は被冷却体を冷却する冷却部によりその端
面が気密に密閉されて膨張空間を形成する膨張シリンダ
と、この膨張シリンダの内部を前記膨張空間に対面して
往復動し、かつ冷媒ガスの通路としての蓄冷器がその内
部に設けられ、前記膨張空間に連通する膨張ピストンと
を備えた冷凍機の膨張シリンダ装置において、前記膨張
シリンダはチタン合金からなるようにする。更にこの膨
張シリンダはその冷却部側端部を厚肉状に形成する。更
にまたこれらの冷却部は純チタンからなるようにする。
あるいは前記膨張シリンダは、その冷却部側端部が厚肉
状に形成され、この厚肉状端部と冷却部とは純チタンか
らなり、この膨張シリンダの厚肉状端部を除いた部分は
チタン合金からなるようにする。そして冷却部の内面に
溝、例えば冷却部の中心軸に対し同心円状に設けられた
1個またはそれ以上の溝、あるいは冷却部の中心軸に対
し半径方向に設けられた1個またはそれ以上の溝、ある
いは互に直交するように設けられたそれぞれ1個または
それ以上の溝を設ける。また、膨張シリンダの厚肉状の
端部の内面に溝、例えばこの膨張シリンダの軸に平行に
設けられた1個またはそれ以上の溝、あるいはこの内面
の円周上に平行に設けられた1個もしくはそれ以上の
溝、あるいはこの膨張シリンダの軸に対してねじ状に設
けられた溝を設ける。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention relates to an expansion cylinder whose end surface is hermetically sealed by a cooling part for cooling an object to be cooled to form an expansion space, and this expansion cylinder. In the expansion cylinder device of a refrigerator provided with a regenerator that reciprocates the inside of the expansion surface facing the expansion space, and a regenerator as a passage of a refrigerant gas is provided therein, and an expansion piston communicating with the expansion space. The expansion cylinder is made of titanium alloy. Further, this expansion cylinder has a thickened end portion on the cooling section side. Furthermore, these cooling parts are made of pure titanium.
Alternatively, in the expansion cylinder, an end portion on the cooling portion side is formed thick, and the thick end portion and the cooling portion are made of pure titanium, and a portion excluding the thick end portion of the expansion cylinder is Use a titanium alloy. And a groove on the inner surface of the cooling part, for example one or more grooves concentrically provided with respect to the central axis of the cooling part, or one or more grooves provided radially with respect to the central axis of the cooling part. Grooves, or one or more grooves each provided orthogonal to each other are provided. Also, a groove is formed on the inner surface of the thick-walled end of the expansion cylinder, for example, one or more grooves provided parallel to the axis of the expansion cylinder, or 1 provided on the circumference of the inner surface in parallel. There may be one or more grooves, or a groove threaded on the shaft of the expansion cylinder.

【0009】[0009]

【作用】請求項1あるいは2記載の本発明の冷凍機の膨
張シリンダ装置においては、膨張シリンダを熱抵抗の大
きいチタン合金からなるようにしたので膨張シリンダの
管壁からの侵入熱量を低減できる。また、請求項2にお
いては、膨張シリンダの冷却部側端部を厚肉状に形成し
たので、この厚肉状端部の熱抵抗は低減され、被冷却体
と冷媒ガスとの間の温度差が小さくなり、冷媒ガスの低
温側温度を高くして運転できる。請求項3においては、
請求項1あるいは2における冷却部を熱抵抗の小さい純
チタンからなるようにしたので、被冷却体と冷媒ガスと
の間の温度差をより小さくできる。請求項4において
は、膨張シリンダの冷却部側端部を厚肉状に形成し、こ
の厚肉状端部と冷却部とは熱抵抗の小さい純チタンから
なり、この膨張シリンダの厚肉状端部を除いた部分は熱
抵抗の大きいチタン合金からなるようにしたので、被冷
却体と冷媒ガスとの間の温度はより小さくなり、かつ膨
張シリンダの管壁からの侵入熱量を低減できる。請求項
5〜8は、冷却部の内面に溝、例えば冷却部の中心軸に
対し同心円状に設けられた1個またはそれ以上の溝、あ
るいは半径方向に設けられた1個またはそれ以上の溝、
あるいは互に直交するように設けられたそれぞれ1個ま
たはそれ以上の溝が設けられたもので、冷却部と冷媒ガ
スとの間の熱伝達率が大きくなり被冷却体と冷媒ガスと
の間の温度差がより小さくなる。請求項9〜12は膨張
シリンダの厚肉状端部の内面に溝、例えばこの膨張シリ
ンダの軸に平行に設けられた1個またはそれ以上の溝、
この内面の円周上に平行に設けられた1個もしくはそれ
以上の溝、あるいは、この膨張シリンダの軸に対してね
じ状に設けられた溝を設けたので、膨張シリンダの厚肉
状端部と冷媒ガスとの間の熱伝達率が大きくなり、被冷
却体と冷媒ガスとの間の温度差がより小さくなる。これ
らによって冷凍機の効率はより高められる。
In the expansion cylinder device for a refrigerator of the present invention as defined in claim 1 or 2, since the expansion cylinder is made of a titanium alloy having a high thermal resistance, the amount of heat penetrating from the wall of the expansion cylinder can be reduced. Further, in claim 2, since the end of the expansion cylinder on the cooling portion side is formed thick, the thermal resistance of the thick end is reduced, and the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas is reduced. Can be reduced, and the temperature on the low temperature side of the refrigerant gas can be increased to operate. In claim 3,
Since the cooling part in claim 1 or 2 is made of pure titanium having a small thermal resistance, the temperature difference between the object to be cooled and the refrigerant gas can be made smaller. According to a fourth aspect of the present invention, the end portion of the expansion cylinder on the cooling portion side is formed thick, and the thick end portion and the cooling portion are made of pure titanium having a small thermal resistance. Since the parts excluding the parts are made of a titanium alloy having a high thermal resistance, the temperature between the object to be cooled and the refrigerant gas becomes smaller and the amount of heat entering from the wall of the expansion cylinder can be reduced. According to claims 5 to 8, grooves are formed on the inner surface of the cooling section, for example, one or more grooves provided concentrically with respect to the central axis of the cooling section, or one or more grooves provided in the radial direction. ,
Alternatively, one or more grooves provided so as to be orthogonal to each other are provided, and the heat transfer coefficient between the cooling part and the refrigerant gas is increased, so that the cooling target and the refrigerant gas are cooled. The temperature difference becomes smaller. Claims 9 to 12 are grooves on the inner surface of the thickened end of the expansion cylinder, for example one or more grooves provided parallel to the axis of this expansion cylinder,
Since one or more grooves provided in parallel on the circumference of the inner surface or grooves provided in a screw shape with respect to the axis of the expansion cylinder are provided, the thick-walled end portion of the expansion cylinder is provided. The heat transfer coefficient between the refrigerant gas and the refrigerant gas increases, and the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas decreases. These enhance the efficiency of the refrigerator.

【0010】[0010]

【実施例】図1は本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の
一実施例を示す要部断面図である。図1に示す本発明の
冷凍機の膨張シリンダ装置は図6に示す従来の膨張シリ
ンダ装置と構造的には同様であるが、膨張シリンダ1は
チタン合金からなっている点が異なる。チタン合金の熱
抵抗は、通常膨張シリンダに用いられているステンレス
鋼の熱抵抗に比して大きい。例えばステンレス鋼SUS
304とチタン合金Ti−6A1−4Vとを比較すると
80〜300Kの平均熱伝導率から換算して、Ti−6
A1−4Vの熱抵抗はSUS304の2倍となってお
り、膨張シリンダ1の管壁からの侵入熱量が低減され
る。なお、図1においては膨張シリンダ1の冷却部6側
の端部1Aは厚肉状に形成されているが、この発明はこ
の端部1Aが厚肉状に形成されていない図5の1に示さ
れるような通常の膨張シリンダに適用して効果があるこ
とは勿論である。
1 is a cross-sectional view of a main part showing an embodiment of an expansion cylinder device for a refrigerator according to the present invention. The expansion cylinder device of the refrigerator of the present invention shown in FIG. 1 is structurally similar to the conventional expansion cylinder device shown in FIG. 6, except that the expansion cylinder 1 is made of a titanium alloy. The thermal resistance of titanium alloy is higher than that of stainless steel which is usually used for expansion cylinders. For example, stainless steel SUS
Comparing 304 and titanium alloy Ti-6A1-4V, the average thermal conductivity of 80 to 300K is converted to Ti-6.
The thermal resistance of A1-4V is twice that of SUS304, and the amount of heat penetrating from the tube wall of the expansion cylinder 1 is reduced. In addition, in FIG. 1, the end portion 1A of the expansion cylinder 1 on the side of the cooling portion 6 is formed thick, but the present invention is the same as in FIG. 5 where the end portion 1A is not formed thick. Of course, it is effective when applied to a normal expansion cylinder as shown.

【0011】図2は本発明の異なる実施例を示し、図2
が図1と異なるところは、図1は膨張シリンダ1全体が
チタン合金からなっているのに対し、図2は膨張シリン
ダ1の厚肉状端部1Aを除いた部分がチタン合金からな
り、この膨張シリンダの厚肉状端部1Aと冷却部6とは
純チタンからなっている点にある。純チタンはSUS3
04に比して、例えば80Kにおける熱抵抗は1/8で
あり、被冷却体と冷媒ガスとの間の温度が小さくなり、
冷媒ガスの低温側温度を高くして運転できる。そして、
膨張シリンダ1の厚肉状端部1Aを除いた部分はチタン
合金からなっているので膨張シリンダ1の管壁からの侵
入熱量が低減される。なお、図2に示すように冷却部6
と膨張シリンダの端部1Aとを純チタンで一体として製
作し、この結合体22を膨張シリンダ1の厚肉状端部を
除いたチタン合金からなる部分1Bにフランジ21を介
して接合するようにすると製作が容易である。
FIG. 2 shows a different embodiment of the present invention.
1 differs from FIG. 1 in that the entire expansion cylinder 1 is made of titanium alloy in FIG. 1, whereas the part of the expansion cylinder 1 excluding the thick-walled end 1A is made of titanium alloy. The thick-walled end portion 1A of the expansion cylinder and the cooling portion 6 are made of pure titanium. Pure titanium is SUS3
Compared with 04, for example, the thermal resistance at 80K is 1/8, and the temperature between the cooled object and the refrigerant gas becomes smaller,
It is possible to operate by increasing the low temperature side temperature of the refrigerant gas. And
Since the portion of the expansion cylinder 1 excluding the thick-walled end portion 1A is made of a titanium alloy, the amount of heat entering from the tube wall of the expansion cylinder 1 is reduced. In addition, as shown in FIG.
The end portion 1A of the expansion cylinder and the end portion 1A of the expansion cylinder are integrally made of pure titanium, and the combined body 22 is joined to the portion 1B made of titanium alloy excluding the thick end portion of the expansion cylinder 1 via the flange 21. Then it is easy to manufacture.

【0012】図3は本発明の更に異なる実施例を示し、
図3は図2の冷却部6の内面に溝23を設けたものであ
る。この溝23によって冷却部6の内面面積が増加し、
かつこの溝23によって連通路20から高速で噴出する
冷媒ガスはより乱流状態となるので冷却部6と冷媒ガス
との間の熱伝達率が大きくなり、被冷却体と冷媒ガスと
の間の温度差がより小さくなる。この溝23は、例えば
冷却部6の中心軸に対し同心円状に設けられた1個ある
いはそれ以上の溝、あるいは冷却部6の中心軸に対し半
径方向に設けられた1個あるいはそれ以上の溝、あるい
は互に直交するように設けられた1個あるいはそれ以上
の溝などで構成すると製作が容易である。なお、この溝
23は図1に示す実施例に適用しても同様な効果がある
ことは勿論である。
FIG. 3 shows a further different embodiment of the invention,
In FIG. 3, a groove 23 is provided on the inner surface of the cooling unit 6 of FIG. This groove 23 increases the inner surface area of the cooling unit 6,
In addition, the groove 23 causes the refrigerant gas ejected from the communication passage 20 at a high speed to be in a more turbulent state, so that the heat transfer coefficient between the cooling unit 6 and the refrigerant gas is increased, and the refrigerant gas between the cooled object and the refrigerant gas is increased. The temperature difference becomes smaller. The groove 23 is, for example, one or more grooves concentrically provided with respect to the central axis of the cooling unit 6, or one or more grooves radially provided with respect to the central axis of the cooling unit 6. , Or one or more grooves provided so as to be orthogonal to each other, it is easy to manufacture. It is needless to say that the groove 23 has the same effect when applied to the embodiment shown in FIG.

【0013】図4は本発明の更に異なる実施例を示し、
図4は図2の膨張シリンダ端部1Aの内面に溝24を設
けたものである。この溝24によって膨張シリンダ端部
1Aの内面面積が増加し、かつこの溝24によって連通
路20から高速で噴出する冷媒ガスはより乱流状態とな
るので膨張シリンダ端部1Aと冷媒ガスとの間の熱伝達
率が大きくなり、被冷却体と冷媒ガスとの間の温度差が
より小さくなる。この溝24は、例えば膨張シリンダ1
の中心軸に平行に設けられた1個もしくはそれ以上の
溝、あるいはこの内面の円周上に平行に設けられた1個
もしくはそれ以上の溝、あるいはこの膨張シリンダ1の
軸に対してねじ状に設けられた溝などで構成すると製作
が容易である。なお、この溝24は図1に示す実施例に
適用しても同様な効果があることは勿論である。
FIG. 4 shows a further different embodiment of the invention,
FIG. 4 shows a groove 24 formed on the inner surface of the expansion cylinder end 1A of FIG. The groove 24 increases the inner surface area of the expansion cylinder end 1A, and the groove 24 makes the refrigerant gas ejected from the communication passage 20 at a high speed into a more turbulent state. The heat transfer coefficient is increased, and the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas becomes smaller. This groove 24 is, for example, the expansion cylinder 1
One or more grooves provided parallel to the central axis of, or one or more grooves provided parallel to the circumference of this inner surface, or threaded with respect to the axis of this expansion cylinder 1. It is easy to manufacture if it is configured with a groove provided on the. It is needless to say that the groove 24 has the same effect when applied to the embodiment shown in FIG.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置にお
いては、膨張シリンダを熱抵抗の大きいチタン合金で構
成する、また膨張シリンダの冷却部側端部を厚肉状に形
成する、更にまた冷却部を熱抵抗の小さい純チタンで構
成する、更にまた、冷却部とこの膨張シリンダの厚肉状
端部を純チタンで構成し、膨張シリンダの厚肉状端部を
除いた部分をチタン合金で構成する、更にまた、冷却部
の内面あるいは膨張シリンダの厚肉状端部の内面に溝を
設けることによって、被冷却体と冷媒ガスとの間の温度
差を小さくし、かつ膨張シリンダの管壁からの侵入熱量
を低減したので、極めて冷凍効率の高い冷凍機が得られ
る。
In the expansion cylinder device of the refrigerator of the present invention, the expansion cylinder is made of a titanium alloy having a large thermal resistance, and the end of the expansion cylinder on the cooling portion side is formed thick. Part is made of pure titanium with low thermal resistance. Furthermore, the cooling part and the thick end of this expansion cylinder are made of pure titanium, and the part excluding the thick end of the expansion cylinder is made of titanium alloy. Further, by providing a groove on the inner surface of the cooling section or the inner surface of the thick end of the expansion cylinder, the temperature difference between the cooled object and the refrigerant gas is reduced, and the tube wall of the expansion cylinder is formed. Since the amount of heat penetrating from is reduced, a refrigerator with extremely high refrigeration efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の一実施例
を示す要部断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts showing an embodiment of an expansion cylinder device for a refrigerator according to the present invention.

【図2】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の異なる実
施例を示す要部断面図
FIG. 2 is a sectional view of an essential part showing a different embodiment of the expansion cylinder device of the refrigerator of the present invention.

【図3】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の更に異な
る実施例を示す要部断面図
FIG. 3 is a sectional view of an essential part showing a further different embodiment of the expansion cylinder device of the refrigerator of the present invention.

【図4】本発明の冷凍機の膨張シリンダ装置の更に異な
る実施例を示す要部断面図
FIG. 4 is a sectional view of an essential part showing a further different embodiment of the expansion cylinder device for a refrigerator of the present invention.

【図5】逆スターリングサイクル冷凍機の原理を示す構
成図
FIG. 5 is a block diagram showing the principle of a reverse Stirling cycle refrigerator.

【図6】従来の冷凍機の膨張シリンダ装置の一例を示す
一部断面を含む斜視図
FIG. 6 is a perspective view including an example of a partial cross section showing an example of an expansion cylinder device of a conventional refrigerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 膨張シリンダ 1A 膨張シリンダの端部 1B 膨張シリンダ1の端部1Aを除いた部分 3 膨張ピストン 6 冷却部 9 蓄冷器 15 膨張空間 20 連通路 23 溝 24 溝 1 Expansion Cylinder 1A End of Expansion Cylinder 1B Except End 1A of Expansion Cylinder 3 Expansion Piston 6 Cooling Section 9 Regenerator 15 Expansion Space 20 Communication Passage 23 Groove 24 Groove

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】被冷却体を冷却する冷却部によりその端面
が気密に密閉されて膨張空間を形成する膨張シリンダ
と、この膨張シリンダの内部を前記膨張空間に対面して
往復動し、かつ冷媒ガスの通路としての蓄冷器がその内
部に設けられ、前記膨張空間に連通する膨張ピストンと
を備えた冷凍機の膨張シリンダ装置において、前記膨張
シリンダはチタン合金からなることを特徴とする冷凍機
の膨張シリンダ装置。
1. An expansion cylinder whose end surface is hermetically sealed by a cooling part for cooling an object to be cooled to form an expansion space; and an inside of this expansion cylinder which reciprocates so as to face the expansion space, and a refrigerant. In an expansion cylinder device of a refrigerator having a regenerator as a gas passage provided therein and an expansion piston communicating with the expansion space, the expansion cylinder is made of a titanium alloy. Expansion cylinder device.
【請求項2】請求項1記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、膨張シリンダはその冷却部側端部を厚肉状に
形成したことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
2. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 1, wherein an end of the expansion cylinder on the cooling portion side is formed thick.
【請求項3】請求項1あるいは2記載の冷凍機の膨張シ
リンダ装置において、冷却部は純チタンからなることを
特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
3. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the cooling portion is made of pure titanium.
【請求項4】被冷却体を冷却する冷却部によりその端面
が気密に密閉されて膨張空間を形成する膨張シリンダ
と、この膨張シリンダの内部を前記膨張空間に対面して
往復動し、かつ冷媒ガスの通路としての蓄冷器がその内
部に設けられ、前記膨張空間に連通する膨張ピストンと
を備えた冷凍機の膨張シリンダ装置において、膨張シリ
ンダは、その冷却部側端部が厚肉状に形成され、この厚
肉状端部と冷却部とは純チタンからなり、この膨張シリ
ンダの厚肉状端部を除いた部分はチタン合金からなるこ
とを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
4. An expansion cylinder whose end face is hermetically sealed by a cooling part for cooling an object to be cooled to form an expansion space, and the inside of this expansion cylinder reciprocates to face the expansion space, and a refrigerant. In an expansion cylinder device of a refrigerator having a regenerator as a gas passage provided therein and an expansion piston communicating with the expansion space, the expansion cylinder has a thick end portion on the cooling unit side. An expansion cylinder device for a refrigerator, wherein the thick-walled end portion and the cooling portion are made of pure titanium, and a portion excluding the thick-walled end portion of the expansion cylinder is made of titanium alloy.
【請求項5】請求項1〜3あるいは4記載の冷凍機の膨
張シリンダ装置において、冷却部の内面に溝を設けたこ
とを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
5. An expansion cylinder device for a refrigerator according to any one of claims 1 to 3 or 4, wherein a groove is provided on an inner surface of the cooling part.
【請求項6】請求項5記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、冷却部の内面の溝は、冷却部の中心軸に対し
同心円状に設けられた1個またはそれ以上の溝からなる
ことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
6. The expansion cylinder device for a refrigerating machine according to claim 5, wherein the groove on the inner surface of the cooling portion comprises one or more grooves concentrically provided with respect to the central axis of the cooling portion. An expansion cylinder device for a refrigerator.
【請求項7】請求項5記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、冷却部の内面の溝は、冷却部の中心軸に対し
半径方向に設けられた1個またはそれ以上の溝からなる
ことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
7. The expansion cylinder device for a refrigerating machine according to claim 5, wherein the groove on the inner surface of the cooling portion comprises one or more grooves provided in the radial direction with respect to the central axis of the cooling portion. An expansion cylinder device for a refrigerator.
【請求項8】請求項5記載の冷凍機の膨張シリンダ装置
において、冷却部の内面の溝は、互に直交するように設
けられたそれぞれ1個またはそれ以上の溝からなること
を特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
8. The expansion cylinder device for a refrigerating machine according to claim 5, wherein the grooves on the inner surface of the cooling portion are each formed of one or more grooves provided so as to be orthogonal to each other. Expansion cylinder device for refrigerator.
【請求項9】請求項2,3あるいは4記載の冷凍機の膨
張シリンダ装置において、膨張シリンダの厚肉状端部の
内面に溝を設けたことを特徴とする冷凍機の膨張シリン
ダ装置。
9. An expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 2, 3 or 4, wherein a groove is provided on an inner surface of a thick end of the expansion cylinder.
【請求項10】請求項9記載の冷凍機の膨張シリンダ装
置において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面の溝は、
この膨張シリンダの軸に平行に設けられた1個またはそ
れ以上の溝からなることを特徴とする冷凍機の膨張シリ
ンダ装置。
10. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 9, wherein the groove on the inner surface of the thick-walled end portion of the expansion cylinder comprises:
An expansion cylinder device for a refrigerator, comprising one or more grooves provided in parallel to the axis of the expansion cylinder.
【請求項11】請求項9記載の冷凍機の膨張シリンダ装
置において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面の溝は、
この内面の円周上に平行に設けられた1個もしくはそれ
以上の溝からなることを特徴とする冷凍機の膨張シリン
ダ装置。
11. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 9, wherein the groove on the inner surface of the thick-walled end portion of the expansion cylinder comprises:
An expansion cylinder device for a refrigerator, comprising one or more grooves provided in parallel on the circumference of the inner surface.
【請求項12】請求項9記載の冷凍機の膨張シリンダ装
置において、膨張シリンダの厚肉状端部の内面の溝は、
この膨張シリンダの軸に対してねじ状に設けられた溝か
らなることを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
12. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 9, wherein the groove on the inner surface of the thick end of the expansion cylinder is
An expansion cylinder device for a refrigerator comprising a groove provided in a screw shape with respect to the axis of the expansion cylinder.
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