JPH11248274A - 金属メッシュ蓄冷材およびこの金属メッシュ蓄冷材を用いた蓄冷冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな熱交換効率を得ることができる金属メ
ッシュ蓄冷材を提供する。 【解決手段】 金属メッシュ蓄冷材２１を構成する金属
線２２は、銅やステンレスで形成されており、その表面
には凹部２３が形成されている。こうすることによっ
て、体積当たりの表面積が大きくなって熱交換効率が高
められる。上記凹部２３の形成は、サンドブラス法また
はショットピーニング等によって行う。上記構成の金属
メッシュ蓄冷材２１は、蓄冷冷凍機のディスプレーサに
充填されて冷媒ガスとの熱交換効率を高める。その結
果、従来と同じ容積のディスプレーサに充填した場合に
は熱交換容量(蓄冷熱量)を大きでき、従来と同じ熱交換
容量(蓄冷熱量)を得る場合にはディスプレーサを小型に
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属メッシュ蓄
冷材、および、この金属メッシュ蓄冷材を用いた蓄冷冷
凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、蓄冷冷凍機としてギフォード
マクマホン冷凍機やスターリング冷凍機等がある。以
下、ギフォードマクマホン冷凍機について、図３に示す
ような２段ギフォードマクマホン冷凍機を例に簡単に説
明する。この冷凍機では、圧縮機１からの高圧ヘリウム
ガスを第１膨張シリンダ２および第２膨張シリンダ３内
に導入排出するためのバルブディスク４を有している。
そして、吸気時には、バルブディスク４を図３(a)に示
すように位置させて、ヘリウムガスの吸入口５と第１膨
張シリンダ２とを連通させる。そうすると、第１膨張シ
リンダ２に供給されたヘリウムガスは第１ディスプレー
サ６内の蓄冷材７によって冷却されながら第２膨張シリ
ンダ３に供給され、第２ディスプレーサ８内の蓄冷材９
によって冷却されながら先端部の膨張室１０に至る。そ
の場合、中間圧力に保持されている中間圧室１１の圧力
と高圧の膨張室１０の圧力との圧力差によって、両ディ
スプレーサ６,８がバルブディスク４側に移動し、膨張
室１０の体積が増加する。

【０００３】一方、排気時においては、上記バルブディ
スク４を図３(b)に示すように位置させて、ヘリウムガ
スの排気口１２と第１膨張シリンダ２とを連通させる。
そうすると、膨張室１０内が一気に減圧され、発生した
冷熱で冷却されたヘリウムガスが両蓄冷材９,７を冷却
しながら排気口１２より排気される。その場合、中間圧
力に保持されている中間圧室１１の圧力と低圧の膨張室
１０の圧力との圧力差によって、両ディスプレーサ６,
８が膨張室１０側に移動し、膨張室１０の体積が減少す
る。

【０００４】こうして、上記バルブモータ１３によって
バルブディスク４を回転駆動することによって第１ヒー
トステーション１４および第２ヒートステーション１５
が極低温に冷却される。また、得られた冷熱が蓄冷材
７,９に蓄えられて、吸入口５から吸気されたヘリウム
ガスを冷却する。尚、通常、第１ディスプレーサ６内の
蓄冷材７は銅やステンレスの金属メッシュで構成される
一方、第２ディスプレーサ８内の蓄冷材９は鉛球で構成
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、上記従
来のギフォードマクマホン冷凍機の第１ディスプレーサ
６用の蓄冷材７は、銅やステンレスの金属メッシュで構
成されて、例えば、図４に示すような組織を有してい
る。こうして、蓄冷材における体積当たりの表面積を大
きくして熱交換効率を高めるようにしている。しかしな
がら、上述のような第１ディスプレーサ６用の蓄冷材７
の構成では、高温のヘリウムガスを５０Ｋ〜８０Ｋまで
冷却するには熱交換効率がまだ十分ではない。したがっ
て、第１ディスプレーサ６の容積は、第２ディスプレー
サ８の容積に比して大きく、冷凍機全体の小型化を阻害
しているという問題がある。

【０００６】そこで、この発明の目的は、さらに大きな
熱交換効率を得ることができる金属メッシュ蓄冷材、お
よび、この金属メッシュ蓄冷材を用いた蓄冷冷凍機を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、金属の線材をメッシュ状に
組み合わせて形成された金属メッシュ蓄冷材であって、
上記線材は、その表面に凹部を有していることを特徴と
している。

【０００８】上記構成によれば、金属メッシュ蓄冷材を
構成する金属の線材の表面には凹部が形成されている。
そのために、上記線材の表面積が大きくなり、従来の金
属メッシュ蓄冷材と同じ太さの線材を使用して、同じ組
織,同じ密度でメッシュ状に組み合わせた場合には、上
記従来の金属メッシュ蓄冷材よりも大きな熱交換面積が
得られる。こうして、金属メッシュ蓄冷材の熱交換効率
が高められる。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明の金属メッシュ蓄冷材において、上記凹部は、
金属の線材の表面に粒子を衝突させて形成されたもので
あることを特徴としている。

【００１０】上記構成によれば、上記凹部が、例えばサ
ンドブラス法やショットピーニング法等によって簡単に
形成される。

【００１１】また、請求項３に係る発明の蓄冷冷凍機
は、請求項１あるいは請求項２に係る発明の金属メッシ
ュ蓄冷材を、ディスプレーサ内に充填したことを特徴と
している。

【００１２】上記構成によれば、ディスプレーサ内に充
填された金属メッシュ蓄冷材は大きな熱交換面積を有し
ている。したがって、従来と同じ充填密度である場合に
は、冷媒ガスとの熱交換効率が高められる。その結果、
上記ディスプレーサの容積が従来と同じ容積である場合
には、熱交換容量(蓄冷熱量)が大きくなる。また、従来
と同じ熱交換容量(蓄冷熱量)を得る場合には、上記ディ
スプレーサの容積が小さくなる。

【００１３】また、請求項４に係る発明の蓄冷冷凍機
は、請求項１あるいは請求項２に係る発明の金属メッシ
ュ蓄冷材を、粒状蓄冷材と共にディスプレーサ内に充填
したことを特徴としている。

【００１４】上記構成によれば、ディスプレーサ内に充
填された金属メッシュ蓄冷材は大きな熱交換面積を有し
ている。したがって、上記金属メッシュ蓄冷材と冷媒ガ
スとの熱交換効率が高められる。その結果、上記ディス
プレーサの容積および粒状蓄冷材の容積が従来と同じで
ある場合には、熱交換容量(蓄冷熱量)が大きくなる。ま
た、従来と同じ粒状蓄冷材の容積で従来と同じ熱交換容
量(蓄冷熱量)を得る場合には、上記金属メッシュ蓄冷材
の容積が小さくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の金属
メッシュ蓄冷材における拡大外観を示す模式図である。
この金属メッシュ蓄冷材２１は、金属メッシュを構成す
る銅やステンレスの金属線２２の表面に凹部２３を形成
することによって、体積当たりの表面積を大きくして、
熱交換効率をより高めたものである。

【００１６】ここで、上述のような金属線２２の表面に
対する凹部２３の形成は、砂を吹き付ける所謂サンドブ
ラス法あるいは粒子を当てる所謂ショットピーニング法
等によって行う。その場合における凹部２３の形成は、
表面に凹部が形成されていない金属線で織り上げた金属
メッシュに対して、サンドブラス法やショットピーニン
グを行って形成してもよい。あるいは、予め金属メッシ
ュに織り上げる前の金属線を複数本引き揃えた状態でサ
ンドブラス法やショットピーニングを行って形成しても
よい。

【００１７】上記構成を有する金属メッシュ蓄冷材２１
は、例えば、図３に示すようなギフォードマクマホン冷
凍機やスターリング冷凍機等のフエノール樹脂等で円筒
形に形成されたディスプレーサ内に敷き詰められる。そ
して、このディスプレーサ内を通過するヘリウムガス等
の冷媒ガスとの熱交換によって上記冷媒ガスを冷却した
り、上記冷媒ガスから受けた冷熱を蓄積する。その場合
に、金属メッシュ蓄冷材２１を構成する金属線２２の表
面には凹部２３が形成されているために表面積が大きく
なり、従来の金属メッシュ蓄冷材と同じ太さの金属線を
使用し、同じ織組織,同じ織密度で織り上げても、大き
な熱交換面積を得ることができる。したがって、従来と
同じ素材で形成した金属メッシュ蓄冷材２１を同じ充填
密度でディスプレーサ内に敷き詰めた場合における冷媒
ガスとの熱交換効率を高めることができる。その結果、
従来と同じ容積のディスプレーサに充填した場合には熱
交換容量(蓄冷熱量)を大きくでき、従来と同じ熱交換容
量(蓄冷熱量)を得る場合にはディスプレーサを小型にで
きるのである。

【００１８】ところで、図１は、上記金属線２２の表面
に凹部２３をサンドブラス法で形成する際に吹き付ける
砂の径、あるいは、ショットピーニング法で形成する際
に当てる粒子の径が、金属線２２の直径(約０.０５mm)
に比して比較的大きい場合の例を示している。図２は、
上記サンドブラス法適用時の砂の径やショットピーニン
グ法適用時の粒子の径が、金属線２６の直径に比して小
さい場合に得られる金属メッシュ蓄冷材２５の拡大外観
を示す模式図である。

【００１９】この金属メッシュ蓄冷材２５の場合には、
金属線２６の表面にクレータ状の凹部２７が形成されて
いる。この場合にも、形成する凹部２７の数を多くする
ことによって体積当たりの表面積を大きくし、熱交換効
率を高めることができる。したがって、この金属メッシ
ュ蓄冷材２５を、例えばギフォードマクマホン冷凍機や
スターリング冷凍機等のディスプレーサ用の蓄冷材とし
て用いた場合には、熱交換容量(蓄冷熱量)を大きくでき
る。あるいは、上記ディスプレーサを小型にできるので
ある。

【００２０】尚、上記実施の形態においては、上記金属
メッシュ蓄冷材２１,２５のみを蓄冷冷凍機のディスプ
レーサに充填しているが、鉛や希土類金属の金属球と組
み合わせて充填して更なる熱交換容量(蓄冷熱量)の向上
を図っても差し支えない。また、上記実施の形態におい
ては、この発明の金属メッシュ蓄冷材をギフォードマク
マホン冷凍機に用いているが、スターリング冷凍機等の
他の蓄冷冷凍機に用いることができることは言うまでも
ない。

【００２１】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の金属メッシュ蓄冷材は、金属の線材の表面に凹
部を有しているので、上記線材の表面積が大きくなり、
従来の金属メッシュ蓄冷材と同じ太さの線材を使用し
て、同じ組織,同じ密度でメッシュ状に組み合わせて場
合には、上記従来の金属メッシュ蓄冷材よりも大きな熱
交換面積を得ることができる。すなわち、この発明によ
れば、熱交換効率の高い金属メッシュ蓄冷材を得ること
ができる。

【００２２】また、請求項２に係る発明の金属メッシュ
蓄冷材における上記凹部は、金属の線材の表面に粒子を
衝突させて形成されるので、例えばサンドブラス法やシ
ョットピーニング法等によって簡単に形成できる。

【００２３】また、請求項３に係る発明の蓄冷冷凍機
は、請求項１あるいは請求項２に係る発明の金属メッシ
ュ蓄冷材をディスプレーサ内に充填したので、従来と同
じ充填密度で上記ディスプレーサに充填した場合には、
冷媒ガスとの熱交換効率を高めることができる。すなわ
ち、この発明によれば、従来と同じ容積のディスプレー
サを用いる場合には、熱交換容量(蓄冷熱量)を大きくで
きる。また、従来と同じ熱交換容量(蓄冷熱量)を得る場
合には、上記ディスプレーサを小型にできる。

【００２４】また、請求項４に係る発明の蓄冷冷凍機
は、請求項１あるいは請求項２に係る発明の金属メッシ
ュ蓄冷材を粒状蓄冷材とともにディスプレーサ内に充填
したので、上記金属メッシュ蓄冷材と冷媒ガスの熱交換
効率が高められる。すなわち、この発明によれば、上記
ディスプレーサの容積および粒状蓄冷材の容積が従来と
同じである場合には、熱交換容量(蓄冷熱量)を大きくで
きる。また、従来と同じ粒状蓄冷材の容積で従来と同じ
熱交換容量(蓄冷熱量)を得る場合には、上記金属メッシ
ュ蓄冷材の容積を小さくでき、延いては上記ディスプレ
ーサを小型にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の金属メッシュ蓄冷材における拡大外
観を示す模式図である。

【図２】図１とは異なる金属メッシュ蓄冷材の拡大外観
を示す模式図である。

【図３】２段ギフォードマクマホン冷凍機の動作説明図
である。

【図４】従来の金属メッシュ蓄冷材の外観を示す図であ
る。

【符号の説明】

２１,２５…金属メッシュ蓄冷材、 ２２,２６…金属
線、２３,２７…凹部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属の線材(２２,２６)をメッシュ状に
   組み合わせて形成された金属メッシュ蓄冷材(２１,２
   ５)であって、 上記線材(２２,２６)は、その表面に凹部(２３,２７)を
   有していることを特徴とする金属メッシュ蓄冷材。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の金属メッシュ蓄冷材に
   おいて、 上記凹部(２３,２７)は、金属の線材の表面に粒子を衝
   突させて形成されたものであることを特徴とする金属メ
   ッシュ蓄冷材。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載の金属
   メッシュ蓄冷材をディスプレーサ内に充填したことを特
   徴とする蓄冷冷凍機。
4. 【請求項４】 請求項１あるいは請求項２に記載の金属
   メッシュ蓄冷材を粒状蓄冷材と共にディスプレーサ内に
   充填したことを特徴とする蓄冷冷凍機。