JPH08159583A - 極低温冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディスプレーサ内に流入するガスを確実に固
体蓄冷器に作用させて、該固体蓄冷器を効率的に冷却す
ることが出来るようにする。 【構成】 シリンダ１０内を往復動するディスプレーサ
３の筒部内に固体蓄冷器２を装填した極低温冷凍機にお
いて、ディスプレーサ３の内面及び固体蓄冷器２の外周
面に設ける互いに螺合するねじ部５１，５２により、該
ディスプレーサ３の内面に沿う隙間通路４を流れるガス
を前記固体蓄冷器２に侵入させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレーサに固形
状蓄冷器を内装した極低温冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高圧ガスの導入と低圧ガスの排
出との切換動作により、ディスプレーサを往復動させて
極低温を得るようにした極低温冷凍機は、例えば特開平
３−１９５８６８号公報に示されている。

【０００３】この極低温冷凍機は、本体ハウジングにシ
リンダを取付けて、このシリンダに、固体蓄冷器を装填
して成るディスプレーサを移動自由に内装し、該シリン
ダ内の下部に膨張空間を設けると共に、前記ディスプレ
ーサの上部にスラックピストンを摺動自由に内装して、
このスラックピストンに前記ディスプレーサを連動連結
する一方、前記本体ハウジングに、高圧ガスの導入と低
圧ガスの排出とを交互に行なう高低圧配管用接続具と中
間圧ガスを供給する中間圧配管用接続具とを設け、前記
高低圧配管用接続具に通ずる通路を前記ディスプレーサ
に連通させ、また、前記中間圧配管用接続具に通ずるサ
ージボリウムを、オリフィスを介して前記スラックピス
トンの上部空間に連通させているのであって、以上の極
低温冷凍機にあっては、本体ハウジングに対する高圧ガ
スの導入乃至低圧ガスの排気の繰り返しに伴う前記ディ
スプレーサの往復動により、ガスを該ディスプレーサ内
の蓄冷器を通過させて、該蓄冷器を冷却するようにして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで以上の極低温
冷凍機では、別途形成した固体蓄冷器を前記ディスプレ
ーサ内に装填するに際して、該蓄冷器の外径を前記ディ
スプレーサの内径とほぼ同一として、該蓄冷器をディス
プレーサ内に圧入すると、該デイスプレーサの内周面が
前記蓄冷器により傷つく不具合があるし、また該固体蓄
冷器の交換が行ない難いのであり、そのため従来では、
図５において概略的に示したように、蓄冷器Ａの外径を
ディスプレーサＢの内径よりも一回り小さくして、該蓄
冷器Ａを前記ディスプレーサＢ内に遊挿するようにして
いる。

【０００５】ところが以上の構造のものでは、前記ディ
スプレーサＢの内周と蓄冷器Ａの外周との間に隙間Ｃが
生じることから、ディスプレーサＢ内を流れるガスの一
部が、図５において矢印Ｘで示すように、密度の高い前
記蓄冷器Ａ内から逃げて前記隙間Ｃに流れ込み、そのた
め、該蓄冷器Ａの熱交換量が低下して、冷凍機の冷凍能
力の低下を招く不具合があるし、また冷凍機の運転時、
該固体蓄冷器がディスプレーサ内において振動する不具
合もある。

【０００６】本発明は、以上の実情に鑑みて開発したも
のであって目的とするところは、前記ディスプレーサ内
に流入するガスを確実に固体蓄冷器に作用させて、該固
体蓄冷器を効率的に冷却することの出来る極低温冷却機
を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、高圧ガスの導入と低圧ガ
スの排気との繰り返しによりシリンダ１０内を往復動す
るディスプレーサ３を備え、該ディスプレーサ３の筒部
内に固体蓄冷器２を装填した極低温冷凍機において、前
記デイスプレーサ３内に、該ディスプレーサ３の内面に
沿う隙間通路４を流れるガスを径方向に屈曲させる隙間
通路制御手段５を設けたのである。

【０００８】請求項２記載の発明は、隙間通路制御手段
５を、ディスプレーサ３の内面及び固体蓄冷器２の外周
面に設ける互いに螺合するねじ部５１・５２より構成し
たのである。

【０００９】請求項３記載の発明は、隙間通路制御手段
５を、複数に分割した固体蓄冷器２ａ・２ｂ・２ｃ間に
介装され、中央部にガス孔５３ｂを有し、外周部に遮断
部５３ａをそれぞれ設けた遮断プレート５３により構成
したのである。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明によれば、ディスプレーサ
内を通るガスの一部が、密度の高い前記蓄冷器２内から
逃げて前記隙間通路４に流れ込んでも、前記隙間通路制
御手段５により、該隙間通路４内に流入したガスを、前
記固体蓄冷器２に対して径方向内方に向けて屈曲させ
て、該固体蓄冷器２内に再度侵入させるので、前記ディ
スプレーサ３内に流入するガスを確実に固体蓄冷器２に
作用させることが出来る。

【００１１】また請求項２記載の発明によれば、前記し
た請求項１記載の発明の作用に加えて、前記固体蓄冷器
２を前記ディスプレーサ３内に螺合するだけで、前記デ
ィスプレーサ３の内面を傷つけることなくスムーズに前
記固体蓄冷器２を装填することが出来、しかも冷凍機の
運転時、該固体蓄冷器２がディスプレーサ３内において
不用意にガタ付くことがない。

【００１２】また請求項３記載の発明によれば、前記し
た請求項１記載の作用に加えて、前記各固体蓄冷器２ａ
・２ｂ・２ｃ間に前記遮断プレート５３を介装するだけ
で、各固体蓄冷器２ａ・２ｂ・２ｃを前記ディスプレー
サ３内に容易に装填することが出来る。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明を適用する極低温冷凍機の基
本構造を示したものであって、本体ハウジング１の下部
にシリンダ１０を取付けて、このシリンダ１０に、固体
蓄冷器（図示せず）を装填したディスプレーサ３をシー
ルリング３１を介して摺動自由に内装して、該シリンダ
１０内の下部に膨張空間１１を設ける一方、前記シリン
ダ１０内における前記ディスプレーサ３の上方にスラッ
クピストン１２をシールリング１３・１４を介して摺動
自由に内装して、前記ディスプレーサ３の上部に設けた
連動部３２を介して、該ディスプレーサ３を前記スラッ
クピストン１２に連動連結している。

【００１４】前記ディスプレーサ３は、図２に示すよう
に、固体蓄冷器２を収容する有底円筒状の筒部３ａと、
該筒部３ａの上部開口を閉じる蓋３ｂとから成り、蓋３
ｂに前記連動部３２を突設する一方、前記筒部３ａの下
部には、筒部３ａ内を前記膨張空間１１に連通する連通
孔３３を設けている。

【００１５】尚、前記固体蓄冷器２は、銅、ステンレ
ス、鉛などの金属チップを加圧して円柱状に固形化した
ものである。

【００１６】また前記本体ハウジング１には、高圧ガス
の導入と低圧ガスの排出とを交互に行なう高低圧配管用
接続具１５と、中間圧ガスを供給する中間圧配管用接続
具１６とを設け、前記高低圧配管用接続具１５に通じる
通路１５ａを前記ディスプレーサ３内に連通させる一
方、前記中間圧配管用接続具１６に通じるサージボリウ
ム１７を、オリフィス１７ａを介して前記スラックピス
トン１２の上部空間１８と連通させている。

【００１７】図中、１９は前記シリンダ１０の下端部に
組付けたヒートステーションである。

【００１８】（実施例１）以上の構成から成る極低温冷
凍機において、本発明は、前記ディスプレーサ３内に、
該ディスプレーサ３の内面に生じる隙間通路４を流れる
ガスを径方向に屈曲させる隙間通路制御手段５を設ける
のであって、図２に示す実施例では、前記デイスプレー
サ３の内周面に、断面三角形のねじ山から成る雌ねじ部
５１を、また前記固体蓄冷器２の外周面には、前記雌め
じ部５１に螺合可能な断面三角形のねじ山から成る雄ね
じ部５２をそれぞれ形成し、該雄ねじ部５２の前記雌ね
じ部５１への螺着により、前記固体蓄冷器２を前記ディ
スプレーサ３内に装填すると共に、螺着している前記両
ねじ部５１・５２により、これら両ねじ部５１・５２
間、換言すれば、前記ディスプレーサ３の内周面と固体
蓄冷器２の外周面との間に生じる隙間通路４を流れるガ
スを、固体蓄冷器２の半径方向内方に向かって屈曲させ
る隙間通路制御手段５としたのである。

【００１９】即ち、雄ねじ部５２を前記雌ねじ部５１に
螺合可能とするためには、雌ねじ部５１のねじ溝と雄ね
じ部５２のねじ山との間に、両ねじ部５１・５２の螺合
を許容するための隙間通路４が生じるが、この隙間通路
４は、螺合している両ねじ部５１・５２により、固体蓄
冷器２の径方向内方に向かって斜めに延びているので、
該隙間通路４内に流入したガスは、前記ねじ部５１の斜
面に沿って径方向内方に向かって固体蓄冷器２へと流れ
て、該固体蓄冷器２内に再度侵入するようになってい
る。

【００２０】次に以上の構成からなる極低温冷凍機の作
動について説明する。

【００２１】作動の説明に際し、前記ディスプレーサ３
及びスラックピストン１２が図１に示したように最下部
に位置している状態から運転が始まるものとし、また、
前記サージボリウム１７には中間圧配管用接続具１６を
介して中間圧に保持されるガスが供給され、中間圧に保
持されているものとする。

【００２２】この状態で運転を開始すると、高圧ガスが
前記高低圧配管用接続具１５を介して前記通路１５ａ内
に導入されて、スラックピストン１２の上下間に圧力差
が生ずると、先ず前記スラックピストン１２が前記ディ
スプレーサ３に対し所定ストローク上動した後、前記連
動部３２と係合し、該ディスプレーサ３が、前記スラッ
クピストン１２と連動して上動する一方、前記通路１５
ａ内に導入される高圧ガスは、前記ディスプレーサ３内
を通って固体蓄冷器２を冷却しながら膨張空間１１に流
入するのである。

【００２３】そして該ディスプレーサ３が上動した後、
前記膨張空間１１で膨張したガスが前記通路１５ａ及び
高低圧配管用接続具１５を介して排出されるのであっ
て、これに伴い、前記スラックピストン１２の上下間に
圧力差が生じて、スラックピストン１２が下動し、前記
ディスプレーサ３を押し下げると共に、前記膨張空間１
１内のガスは、前記ディスプレーサ３内を通って前記蓄
冷器２を冷却しながら排出され、以後、以上のサイクル
が繰返されるのである。

【００２４】ところで、前記ガスが、前記ディスプレー
サ３内を通って前記固体蓄冷器２を冷却する際、ガスの
一部が、密度の高い前記蓄冷器２内から逃げて前記隙間
通路４に流れ込むが、この隙間通路４は、螺合している
両ねじ部５１・５２により、固体蓄冷器２の径方向内方
に向かって斜めに延びているので、該隙間通路４内に流
入したガスは、前記ねじ部５１の斜面に沿って径方向内
方に向かって固体蓄冷器２へと流れて、該固体蓄冷器２
内に再度侵入し、前記蓄冷器Ａを冷却するのである。従
って全体として、該蓄冷器Ａの熱交換量が従来よりも増
大するのである。

【００２５】また以上の実施例では、前記固体蓄冷器２
を前記ディスプレーサ３内に、前記両ねじ部５１・５２
を介して螺着するようにしているので、該固体蓄冷器２
の前記ディスプレーサ３内への装填に伴い、前記デイス
プレーサ３内の内周面に傷を付ける不具合も少なく、し
かも冷凍機の運転時、固体蓄冷器２がディスプレーサ３
内において不用意にガタ付くことがないのである。

【００２６】（実施例２）また図３及び図４は、本発明
の別の実施例を示したものであって、かかる実施例で
は、前記固体蓄冷器２を３分割に形成すると共に、分割
形成した各固体蓄冷器２ａ〜２ｃの外径を前記ディスプ
レーサ３の内径よりも小さくして、これら各固体蓄冷器
２ａ〜２ｃを前記ディスプレーサ３内に直列状に遊挿す
るのであり、前記ディスプレーサ３内への前記各固体蓄
冷器２ａ〜２ｃの遊挿に伴い、前記各固体蓄冷器２ａ〜
２ｃの外周面とディスプレーサ３の内周面との間に隙間
通路４が生じるのである。

【００２７】そこで、実施例２では、前記隙間通路４を
流れるガスを径方向に屈曲させる隙間通路制御手段５と
して、前記ディスプレーサ３内に密嵌可能な円盤状の遮
断プレート５３を形成して、該遮断プレート５３を前記
ディスプレーサ３内に収容した各固体蓄冷器２ａ〜２ｃ
間に介装し、各遮断プレート５３の外周部を、前記各固
体蓄冷器２ａ〜２ｃの外周面とディスプレーサ３の内周
面との間に生じる隙間通路４を途中で遮断する遮断部５
３ａとすると共に、各遮断プレート５３における中央部
で、前記各固体蓄冷器２ａ〜２ｃの軸方向端面と対接す
る部位に、同一径とした複数のガス孔５３ｂを互いに等
間隔開けて形成するのである。

【００２８】以上の遮断プレート５３は、銅板やステン
レス板から形成するのが好ましく、またその厚さは、
１．５ｍｍ〜２ｍｍとするのが好ましい。

【００２９】また図３に示す実施例では、前記各固体蓄
冷器２ａ〜２ｃ間にそれぞれ１枚の遮断プレート５３を
介装しているが、複数枚の遮断プレート５３を重合させ
て介装するようにしてもよい。

【００３０】斯くして以上の実施例においても、冷凍機
の運転時、ガスが前記ディスプレーサ３内を通って前記
固体蓄冷器２ａ〜２ｃを冷却する際、ディスプレーサ３
内を流れるガスの一部が、密度の高い前記蓄冷器２内か
ら逃げて前記隙間通路４に流れ込むが、この隙間通路４
は、各固体蓄冷器２ａ〜２ｃ間に介装している各遮断プ
レートの遮断部５３ａにより途中で遮断されているの
で、該隙間通路４に流れ込むガスは、これら各遮断部５
３ａの手前で前記固体蓄冷器２ａ〜２ｃに対して径方向
内方に屈曲して流れて、各遮断部５３ａの手前に位置す
る各固体蓄冷器２ａ〜２ｃ内に再度侵入した後、前記ガ
ス孔５３ｂを介して各遮断部５３ａの後方に位置する各
固体蓄冷器２ａ〜２ｃに送りこまれて、各固体蓄冷器２
ａ〜２ｃを冷却するのである。

【００３１】またガスが遮断プレートのガス孔５３ｂを
通過する際、等間隔開けて配設した複数の該ガス孔５３
ｂで整流されて、該ガス孔５３ｂの下流に位置する蓄冷
器に送り込まれるので、各固体蓄冷器２ａ〜２ｃを通過
するガスの流れが均一となり、各固体蓄冷器２ａ〜２ｃ
の冷却が一層促進されるのである。

【００３２】従って全体として、該蓄冷器Ａの熱交換量
が従来よりも増大するのである。

【００３３】以上の実施例では、前記各固体蓄冷器２ａ
〜２ｃを前記ディスプレーサ３内に遊挿すると共に、薄
肉の遮断プレート５３をディスプレーサ３内に嵌め込む
だけなので、ディスプレーサ３内への各固体蓄冷器２ａ
〜２ｃ及び遮断プレート５３の組込時、固体蓄冷器をデ
ィスプレーサ内に圧入する場合に比較して、該ディスプ
レーサ３の内周面に傷をつける不具合も少ないのであ
る。

【００３４】

【発明の効果】以上のごとく請求項１にかかる発明によ
れば、シリンダ１０内を往復動するディスプレーサ３の
筒部内に固体蓄冷器２を装填した極低温冷凍機におい
て、前記デイスプレーサ３内に、該ディスプレーサ３の
内面に沿う隙間通路４を流れるガスを径方向に屈曲させ
る隙間通路制御手段５を設けたことにより、前記ディス
プレーサ内を通るガスの一部が、密度の高い前記蓄冷器
２内から逃げて前記隙間通路４に流れ込んでも、前記隙
間通路制御手段５により、該隙間通路４内に流入したガ
スを、前記固体蓄冷器２に対して径方向内方に向けて屈
曲させて、該固体蓄冷器２内に再度侵入させることが出
来るので、前記ディスプレーサ３内に流入するガスを確
実に固体蓄冷器２に作用させて、該固体蓄冷器２を効率
的に冷却し、該固体蓄冷器２の熱交換量を増大すること
が出来る。

【００３５】また請求項２記載の発明によれば、隙間通
路制御手段５を、ディスプレーサ３の内面及び固体蓄冷
器２の外周面に設ける互いに螺合するねじ部５１・５２
より構成して、前記固体蓄冷器２をディスプレーサ３内
に螺着するようにしたので、前記した請求項１記載の発
明の効果に加えて、前記固体蓄冷器２を前記ディスプレ
ーサ３内に螺合するだけの簡単な作業により、前記ディ
スプレーサ３の内面を傷つけることなくスムーズに前記
固体蓄冷器２を装填することが出来、しかも冷凍機の運
転時、該固体蓄冷器２がディスプレーサ３内において不
用意にガタ付くこともないのである。

【００３６】また請求項３記載の発明によれば、隙間通
路制御手段５を、複数に分割した固形状蓄冷器２ａ・２
ｂ２ｃ間に介装し、中央部にガス孔５３ｂを有し、外周
部に遮断部５３ａをそれぞれ設けた遮断プレート５３に
より構成したことにより、前記した請求項１記載の発明
の効果に加えて、前記各固体蓄冷器２ａ・２ｂ・２ｃ間
に前記遮断プレート５３を介装するだけの簡単な作業に
より、各固体蓄冷器２ａ・２ｂ・２ｃを前記ディスプレ
ーサ３内に容易に装填することが出来ながら、前記ディ
スプレーサ３の内面に傷つけるのを少なくすることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用する極低温冷凍機の断面図。

【図２】 固体蓄冷器を装填したディスプレーサの断面
図。

【図３】 固体蓄冷器を装填したディスプレーサの別の
実施例を示す断面図。

【図４】 遮断プレートの平面図。

【図５】 固体蓄冷器を装填したディスプレーサの従来
例を示す断面図。

【符号の説明】

１０ シリンダ ２ 固体蓄冷器 ３ ディスプレーサ ４ 隙間通路 ５ 隙間通路制御手段 ５１・５２ ねじ部 ５３ 遮断プレート ５３ａ 遮断部 ５３ｂ ガス孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧ガスの導入と低圧ガスの排気との繰り
   返しによりシリンダ（１０）内を往復動するディスプレ
   ーサ（３）を備え、該ディスプレーサ（３）の筒部内に
   固体蓄冷器（２）を装填した極低温冷凍機において、前
   記デイスプレーサ（３）内に、該ディスプレーサ（３）
   の内面に沿う隙間通路（４）を流れるガスを径方向に屈
   曲させる隙間通路制御手段（５）を設けていることを特
   徴とする極低温冷凍機。
2. 【請求項２】隙間通路制御手段（５）を、ディスプレー
   サ（３）の内面及び固体蓄冷器（２）の外周面に設ける
   互いに螺合するねじ部（５１）（５２）より構成してい
   る請求項１記載の極低温冷凍機。
3. 【請求項３】隙間通路制御手段（５）を、複数に分割し
   た固体蓄冷器（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）間に介装し、中
   央部にガス孔（５３ｂ）を有し、外周部に遮断部（５３
   ａ）をそれぞれ設けた遮断プレート（５３）により構成
   している請求項１記載の極低温冷凍機。