JP2000292022A

JP2000292022A - ガスサイクル機関冷凍機

Info

Publication number: JP2000292022A
Application number: JP11096158A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Fujinami; 太藤並; Koichi Endo; 幸一遠藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: JP3654041B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スターリング冷凍機，パルス管冷凍機のガスサ
イクル機関冷凍機を実施対象に、そのコールドヘッドに
おける死容積，圧力損失を小さく抑えつつ熱通過率を高
めて熱効率の向上化を図る。【解決手段】ディスプレーサ４のシリンダ４ａ，もしく
はパルス管と外筒７との間に蓄冷器２を内蔵するととも
に、該蓄冷器の低温側端とディスプレーサのシリンダ開
口端にまたがって頂部内面にガス流路５ａを形成したコ
ールドヘッド５を被着して一体に組立てた構成におい
て、前記コールドヘッドをキャップ状体となしてその内
周面にガス流路の螺旋溝５ｂを形成するとともに、該螺
旋溝の始端，および終端部を開放してコールドヘッドの
内部にリング状の栓状部材を装填し、前記螺旋溝を経由
して作動ガスをコールドヘッドに流すようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆スターリングサ
イクル冷凍機（以下「スターリング冷凍機」と呼称す
る），もしくはパルス管冷凍機を対象とするガスサイク
ル機関冷凍機、詳しくは該冷凍機の低温伝熱部の構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】クライオクーラなどに適用して低温（絶
対温度８０Ｋ程度）の寒冷を得る冷凍機として、頭記し
たスターリング冷凍機，パルス管冷凍機などのガスサイ
クル機関冷凍機が公知である。

【０００３】ここで、スターリング冷凍機を例に挙げ
て、従来におけるスターリング冷凍機の構成，動作を図
４で説明する。図において、１は放熱フィン付きのシリ
ンダ１ａに内装した圧縮ピストン１ｂをリニアモータな
どの駆動モータ（図示せず）で往復動するガス圧縮機、
２はガス圧縮機１のシリンダ１ａの吐出口にガス導管３
を介して接続した蓄冷器、４は膨張シリンダ４ａと膨張
ピストン４ｂからなるディスプレーサ（膨張機）、５は
蓄冷器２の低温側端とディスプレーサ４のシリンダ開口
端との間を連通するように両者間にまたがって被せ、そ
の内面を凹面として蓄冷器２とディスプレーサ４の膨張
シリンダ４ａとの間を連通するガス流路５ａを形成した
円盤状のコールドヘッド（低温伝熱部材）、６は組立ベ
ース板である。

【０００４】ここで、蓄冷器３はディスプレーサ４のシ
リンダ４ａを取り巻いて組立ベース板６の上に固定した
外筒７との間の環状空間に装填されており、コールドヘ
ッド５とともに一体に組立られている。また、ガス圧縮
機１とディスプレーサ４の間の閉じた空間を作動空間と
してここに作動ガス（ヘリウムガス）が封入されてお
り、かつガス圧縮機１とディスプレーサ４とは相対的に
９０°の位相差で図示されてないモータで往復動され
る。そして、前記のコールドヘッド５はその頂部外面Ａ
を寒冷発生部として、ここに被冷却体（例えば赤外線セ
ンサの光電素子）Ｗを搭載して伝熱的に結合し、次に記
す冷凍サイクル（逆スターリングサイクル）により寒冷
を発生して被冷却体Ｗを極低温に冷却する。

【０００５】周知のように逆スターリングサイクルは、
等温圧縮，等容移送，等温膨張，等容移送の４工程でコ
ールドヘッドに寒冷を発生させる。すなわち、冷凍機の
定常動作では、等温圧縮工程でガス圧縮機１により作動
ガスが圧縮され、続く等容移送工程で作動ガスは蓄冷器
２により冷却されて膨張空間に送られる。次の等温膨張
工程では作動ガスが寒冷を発生し、コールドヘッド５を
伝熱して被冷却体８から熱を奪う。続く等容移送工程で
低温の作動ガスが蓄冷器２を冷却してガス圧縮機１に戻
る。そして、この冷凍サイクルを繰り返すことによりコ
ールドヘッド５に搭載した被冷却体Ｗが極低温に冷却さ
れる。

【０００６】なお、冷凍機の始動開始直後は低温部の作
動ガスは常温状態にあるので、最初の膨張過程ではガス
とコールドヘッド５との間に熱の移動はなく、作動ガス
は断熱膨張してガス温度が降下する。この冷えたガスが
等容変化でガス圧縮機側に戻る過程で蓄冷器２を冷却す
るので、次のサイクルで作動ガスがディスプレーサに送
り出されるときには、蓄冷器２の温度は前のサイクルよ
りも低くなっており、これに冷やされたガスがさらに断
熱膨張するので温度はますます低下し、この冷凍サイク
ルの繰り返しにより定常運転状態に移行して極低温の寒
冷を発生するようになる。

【０００７】なお、ガスサイクル機関冷凍機には、前記
のスターリング冷凍機におけるディスプレーサ４をパル
ス管に置き換え、このパルス管にオリフィス，リザーバ
を組合せて構成したパルス管冷凍機も知られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示し
た従来構造では次に記すような問題点がある。すなわ
ち、コールドヘッド５については、その製作，加工性の
面から円盤の内面を単純な凹面に加工してガス流路５ａ
を形成しているが、この構造では作動ガスとの接触面積
が大きく取れないことから、ここを通流する作動ガスと
の間の熱通過率が低く、このために小型で高効率な冷凍
機を得ることが困難である。

【０００９】すなわち、冷凍機は冷凍能力に対する消費
電力，体格（外形寸法）で評価され、その評価の因子と
してコールドヘッド５の熱通過率，ガス流路容積（死容
積），および圧力損失が挙げられる。ここでコールドヘ
ッド５の熱通過率，ガス流路の容積（死容積），圧力損
失の冷凍性能に与える影響について述べる。

【００１０】(1) まず熱通過率については、冷凍機の運
転状態でコールドヘッド５の冷却端温度Ｔａとガス流路
５ａを通流する低温ガスのガス温度Ｔｃとの間には、コ
ールドヘッド５の熱通過率（熱貫流率とも言う）に対応
した温度差ΔＴが発生する。したがって、冷却端温度Ｔ
ａを被冷却体８の要求する温度にするためには、低温ガ
ス温度Ｔｃを冷却端温度Ｔａよりもさらに温度差ΔＴだ
け低く（Ｔｃ＝Ｔａ−ΔＴ）する必要がある。一方、ス
ターリング冷凍機の理論熱効率（成績係数：ＣＯＰ）
は、高温ガス温度をＴｈとすると、

【００１１】

【数１】ＣＯＰ＝Ｔｃ／（Ｔｈ−Ｔｃ）＝（Ｔａ−Δ
Ｔ）／（Ｔｈ−Ｔａ＋ΔＴ）として表され、温度差ΔＴが大きくなると成績係数（Ｃ
ＯＰ）が低下し、同一の熱負荷に対しては冷凍機の入力
（消費電力）が増大する。また、冷却端温度Ｔａに対し
て温度差ΔＴを補償するように低温ガス温度Ｔｃを低く
すると、蓄冷器２での熱損失，ディスプレーサ４のピス
トン４ｂとシリンダ４ａとの相対変位に伴って生じるシ
ャトルロスなどの冷凍機自身の熱損失も増加して熱負荷
が増大する。このように、コールドヘッド５の熱通過率
が低いと、その分だけ被冷却体８が要求する冷却端温度
Ｔａに対して低温ガス温度Ｔｃを低めなければならず、
その結果として冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）が低下する
とともに冷却すべき熱負荷が増大するので入力が増加
し、冷凍機の効率が低下するようになる。

【００１２】かかる点、従来のコールドヘッド５では、
図４で示したように伝熱部材の内面を単純な凹面とし
て、その内面と蓄冷器２の端面，および膨張器４のシリ
ンダ開口端面との間の隙間で作動ガスが流れるガス流路
５ａを形成しているため、ガス流路５ａの内容積に対す
る作動ガスが直接接触する伝熱面積（穴の内周面）の比
率が小さく、このためにコールドヘッド５の熱通過率が
低くなる。

【００１３】(2) また、コールドヘッド５に形成したガ
ス流路５ａの容積（死容積）についてガス流路５ａの容
積が大きいと、ガス圧縮機１のピストン１ｂの変位（移
動）に対するガス圧力の変化が小さくなる。このため
に、冷凍サイクルの等温圧縮工程と等温膨張工程の間で
必要な圧力振幅を得るには、ピストン１ａのストローク
を大きくするか、ピストン１ａの断面積を大きくする必
要があるが、これは冷凍機の体格大型化を招くととも
に、同一のガス圧変化に要するガス圧縮機１のガス吐出
し量が増して冷凍機の入力，つまり消費電力が大きくな
る。

【００１４】(3) 一方、コールドヘッド５のガス流路５
ａにおける圧力損失は、ガス圧縮機１の入力を増加させ
るほか、ディスプレーサ４におけるガス圧振幅を小さく
して冷凍出力を低下させる原因となるため、ガス流路の
断面積（流路の容積）との関連でできるだけ小さく抑え
ることが必要である。また、上記した問題点は、そのま
まパルス管冷凍機についてもあてはまる。

【００１５】この発明は上記の点に鑑みなされたもので
あり、その目的は先記のスターリング冷凍機，パルス管
冷凍機などを実施対象に、そのコールドヘッドにおける
死容積，圧力損失を小さく抑えつつ熱通過率を高めるよ
う改良して小型な体格で熱効率の高いガスサイクル機関
冷凍機を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によればスターリング冷凍機，あるいはパル
ス管冷凍機を対象に次記のように構成するものとする。 (1) ガス圧縮機，蓄冷器，ディスプレーサ，および頂部
を寒冷発生部とするコールドヘッドを組合せて構成した
スターリング冷凍機を対象とするガスサイクル機関冷凍
機であり、ディスプレーサの膨張シリンダを内筒として
これを取り巻く外筒との間の空間に蓄冷器を内蔵すると
ともに、蓄冷器の低温側端とディスプレーサのシリンダ
開口端にまたがって頂部内面にガス流路を形成したコー
ルドヘッドを被着して蓄冷器，ディスプレーサ，コール
ドヘッドを一体に組立てたものにおいて、前記コールド
ヘッドをキャップ状体となしてその内周面に螺旋溝を形
成するとともに、該螺旋溝の始端，および終端部を除く
面域を覆ってコールドヘッドの内周面と前記膨張シリン
ダの外周面との間に栓状部材を装着し、前記螺旋溝を経
由して作動ガスをコールドヘッドに流すように構成する
（請求項１）。

【００１７】(2) ガス圧縮機，蓄冷器，パルス管，およ
び頂部を寒冷発生部とするコールドヘッドを組合せて構
成したパルス管冷凍機を対象とするガスサイクル機関冷
凍機であり、パルス管を内筒としてこれを取り巻く外筒
との間の空間に蓄冷器を内蔵するとともに、蓄冷器の低
温側端とパルス管の開口端にまたがって頂部内面にガス
流路を形成したコールドヘッドを被着して蓄冷器，パル
ス管，コールドヘッドを一体に組立てたものにおいて、
前記コールドヘッドをキャップ状体となしてその内周面
に螺旋溝を形成するとともに、該螺旋溝の始端，および
終端部を除く面域を覆ってコールドヘッドの内周面と前
記膨張シリンダの外周面との間に栓状部材を装着し、前
記螺旋溝を経由して作動ガスをコールドヘッドに流すよ
うに構成する（請求項２）。

【００１８】前項(1),(2) の構成によれば、冷凍サイク
ルでコールドヘッドを通流する作動ガスは経路の長い螺
旋溝を経由し、コールドヘッドの内周面を旋回して流
れ、その通流過程で低温の作動ガスが溝面を洗流してそ
の冷熱がコールドヘッドに伝熱する。したがって、作動
ガスとコールドヘッドとの接触面積が大きくとれるとと
もに、適正なガス流速も得られ、作動ガスとコールドヘ
ッドとの間の熱貫流が増大して両者間の熱通過率が高ま
る。また、コールドヘッドの内方に栓状部材を装填した
ことでガス流路の死容積が小さくなる。これにより、小
型な体格で熱効率の高いガスサイクル機関冷凍機が得ら
れる。また、本発明によれば、前項(1),(2) の構成は、
次記のような具体的態様で構成することができる。

【００１９】(3) コールドヘッドの内周面に形成した螺
旋溝を断面三角溝となして作動ガスとの接触面積の増大
化を図るようにする（請求項３）。 (4) コールドヘッドの内周面に複数条の螺旋溝を形成し
て作動ガスとの接触面積を一層増大化するようにする
（請求項４）。 (5) コールドヘッドの頂部内面に形成したガス流路を、
その中央に形成した凹状のガス集流部と、該ガス集流部
から放射状に延びたガス流路溝とで形成し、作動ガスと
の接触面積の増大化を図るようにする（請求項５）。

【００２０】(6) 栓状部材の両端面に、コールドヘッド
の内周面に形成した螺旋溝の始端と蓄冷器との間，およ
び低温螺旋溝の終端とコールドヘッドの頂部内面に形成
したガス流路との間を連通する溝部を形成し、蓄冷器か
ら流出した作動ガス，あるいはコールドヘッドのガス流
路を経由してディスプレーサ，ないしパルス管から還流
する作動ガスの圧力損失を押さえて螺旋溝へ円滑に導く
ようにする（請求項６）。

【００２１】(7) 栓状部材をディスプレーサの膨張シリ
ンダおよびパルス管よりも熱膨張率の大きな材料で構成
し、冷凍機運転時の低温状態では熱膨張差を利用してリ
ング状になる栓状部材がディスプレーサの膨張シリン
ダ，ないしパルス管の外周に締まり嵌め（焼き嵌めと同
様な原理）となって、作動ガスがコールドヘッドのガス
流路を流れずに栓状部材の内周面側の隙間にバイパスす
るのを防止するようにし（請求項７）、具体的にはディ
スプレーサの膨張シリンダおよびパルス管の材質をステ
ンレス，もしくはチタン合金とし、栓状部材の材質を比
熱が小さく、かつ熱膨張率がステンレスおよびチタン合
金よりも大きなアルミニウム，もしくはアルミニウム合
金とし、前記のように熱膨張差を利用して栓状部材をデ
ィスプレーサのシリンダ，ないしパルス管の外周に締ま
り嵌め式に密着結合させるとともに、冷凍機の起動から
定常運転に移行するまでのプルダウン時間の短縮化を図
るようにする（請求項８）。

【００２２】(9) 前項(2) のパルス管冷凍機において、
低温伝熱部部材のガス流路に通じるパルス管の開口端に
整流部を配し、かつ該整流部を筒状のホルダに収容した
上で、該ホルダの頂部から外周に張り出す鍔状フランジ
を栓状部材の端面と該部材の端面に締結した支持板との
間に挟持固定し（請求項９）、さらに前記整流部ホルダ
の先端にパルス管内に向けて拡大するテーパ面を形成す
る（請求項１０）ことで、パルス管を通流する作動ガス
の乱流発生を押さえて圧力損失の低減化を図るようにす
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、先記した各項に対応する本
発明の実施の形態を図１，図２，図３に示す実施例に基
づいて説明する。なお、各実施例の図中で図４に対応す
る同一部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

【００２４】〔実施例１〕図１は本発明の請求項２，３
を除く１〜８に対応する実施例として、スターリング冷
凍機を対象とした蓄冷器，ディスプレーサ，コールドヘ
ッドの組立構造を示すものである。この実施例において
は、蓄冷器２の低温側端とディスプレーサ４の膨張シリ
ンダの開口端との間にまたがって被着したコールドヘッ
ド５をキャップ状体となして外筒７に被着，溶接接合
し、さらにその内方にはリング状の栓状部材８が装填さ
れている。

【００２５】ここで、コールドヘッド５の内周面域には
ガス流路となる１ないし複数条の螺旋溝５ｂが形成され
ている。また、コールドヘッド５の頂部内面に形成した
ガス流路５ａは、図１(b) で示すように、その中心部に
形成したディスプレーサ４と略同径な凹状のガス集流部
５ａ-1と、該ガス集流部５ａ-1からコールドヘッド５の
内周面に向けて放射状に延在する複数条のガス流路溝５
ａ-2とからなる。

【００２６】一方、リング状の栓状部材８は、その内
径，外径寸法がそれぞれディスプレーサ４の膨張シリン
ダ４ａの外径，キャップ状コールドヘッド５の内径に対
応して設定されており、組立て状態では図示のように栓
状部材８がコールドヘッド５の内周面に形成した螺旋溝
５ａの端面をその内周側から塞ぐ。また、蓄冷器２と対
向する底面側端面にはガス流路として、図１(c) で示す
ように栓状部材８の内外周縁に沿って形成した周溝８
ａ，８ｂ，および中央のリブ突起８ｃを貫いて周溝８ａ
と８ｂとの間を結ぶ半径方向の凹溝８ｄが形成されてお
り、さらにコールドヘッド５の頂部内面に形成したガス
流路５ａと対向する上面側には外周縁に沿って周溝８ｅ
が切欠き形成されている。そして、前記の周溝８ａ，８
ｅは、それぞれ組立て位置で先記した螺旋溝５ｂの始
端，終端と連通し合い、さらに上面側の周溝８ｅは先記
したコールドヘッド５のガス流路溝５ａ-1に連通し合
う。

【００２７】かかる構成において、スターリング冷凍機
の運転時には、蓄冷器２から流出した作動ガスは、栓状
部材８の底面側に形成した前記溝８ａ，８ｂ，８ｄを通
じてコールドヘッド５の内周面に形成した螺旋溝５ｂを
通流し、その終端から出た後に栓状部材８の上面に形成
した周溝８ｅを通じてコールドヘッド５の頂部内面に形
成したガス流路５ａのガス流路溝５ａ-2，ガス集流部５
ａ-1を流れてディスプレーサ４の膨張シリンダ４ａに送
られる。したがって、このガス通流過程では、作動ガス
は通路容積に対する伝熱面積の割合が大きな螺旋溝５ｂ
に沿ってコールドヘッド５の内周面側を旋回しながら流
れた後、さらに頂部側ではガス流路溝５ａ-1を流れ、こ
の通流過程で作動ガスの冷熱がコールドヘッド５に伝熱
する。

【００２８】したがって、ガス流路の容積（死容積）を
低く抑えながら、一方ではコールドヘッド５と作動ガス
との間の伝熱面積を大きくとれ、これによりコールドヘ
ッド５の熱通過率が高くなり、冷凍サイクルで発生した
冷熱がコールドヘッド５に効率よく伝熱する。なお、螺
旋溝５ｂを多条溝として形成すれば、作動ガスとの伝熱
面積がより一層大きくなる。

【００２９】また、ディスプレーサ４は管壁からの熱伝
導による熱侵入を極力低く抑えるために、通常はステン
レス鋼，あるいはＴｉ合金などの熱伝導率の低い材料が
用いられているが、これに対して栓状部材８はディスプ
レーサ４よりも熱膨張率の大きな材質で構成する。これ
により、冷凍機運転時の低温状態ではディスプレーサ４
との熱膨張率の差を利用して栓状部材８がディスプレー
サの膨張シリンダ４ａの外周に締まり嵌め状態に密着さ
れる。したがって、作動ガスがコールドヘッド５のガス
流路５ａ，螺旋溝５ｂを経由せずに栓状部材８の内周面
と膨張シリンダ４ａとの間の隙間にバイパス（短絡）す
るのを効果的に防止できる。また、この場合に栓状部材
８の材質として、比熱の小さなアルミニウム，あるいは
アルミニウム合金を採用すれば、栓状部材８の熱容量が
小さくなるので前記効果に加えて冷凍機の起動から定常
運転に移行するプルダウン時間が短縮する効果が期待で
きる。

【００３０】〔実施例２〕図２は本発明の請求項３に対
応する実施例を示すものである。この実施例において
は、その構成が基本的に先記実施例１と同様であるが、
コールドヘッド５の内周面に形成した螺旋溝５ｂが断面
三角溝としてなる。

【００３１】これにより、図１の断面矩形溝と比べて螺
旋溝の周長／断面積比が大きくなるので、これによりガ
ス流路の死容積を小さく抑えつつ、作動ガスとコールド
ヘッド５との間の接触面積，つまり伝熱面積をより一層
高めることができ、これによりコールドヘッド５の熱通
過率を高めて大きな冷凍出力が得られる。

【００３２】〔実施例３〕図３はパルス管冷凍機を実施
対象とした本発明の請求項２，および９，１０に対応す
る実施例を示すものである。この実施例においては、図
１，図２に示したスターリング冷凍機のディスプレーサ
４に代えてパルス管９を設置し、このパルス管９と蓄冷
器２，コールドヘッド５，および栓状部材８が一体に組
立てられている。

【００３３】ここで、コールドヘッド５は先記実施例１
と同様に、キャップ状体となしてその内周面には螺旋溝
５ｂが形成されており、さらにコールドヘッド５の内周
面とパルス管９との間にはリング状の栓状部材８が装着
されている。また、パルス管９の開口端部には積層金網
などで作られた整流部１０が筒状のホルダ１１に収容さ
れこの位置に保持されている。この筒状ホルダ１１は図
示のように筒部の断面がＺ字形であり、その頂部から外
周に張出した鍔状フランジ１１ａを栓状部材８の端面と
該部材の上に載置した支持板１２との間に挟持し、かつ
支持板１２を栓状部材８にねじ１３で締結して定位置に
固定している。さらに、整流部１０を支持してパルス管
９の内方に突き出した筒形ホルダ１１の先端部には、パ
ルス管９の管内に向けて拡大するテーパ面１１ｂを形成
している。

【００３４】かかる構成により、実施例１のスターリン
グ冷凍機と同様にコールドヘッド５の熱通過率を高めて
パルス管冷凍機の熱効率向上が図れるほか、作動ガスが
パルス管９に流入，流出する際には整流部１０の整流作
用と併せて、前記のテーパ面１１ｂが渦などの乱流発生
を抑えてパルス管冷凍機の効率改善に寄与する。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の構成によれ
ば、コールドヘッドの内周面に螺旋溝を形成したこと
で、ここを流れる作動ガスとの熱交換面積の増加，並び
に適切なガス流速が得られて熱通過率，熱交換量の増大
化が図れる。さらに、コールドヘッド内に栓状部材を装
填したことでガス流路の死容積を低減して冷凍出力を高
めることができ、これにより小型な体格で熱効率の高い
ガスサイクル機関冷凍機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に対応するスターリング冷凍
機のコールドヘッド周辺部の構成図であり、(a) は縦断
面図、(b),(c) はそれぞれ(a) 図における矢視Ｘ−Ｘ，
Ｙ−Ｙ断面図

【図２】本発明の実施例２に対応するスターリング冷凍
機のコールドヘッド周辺部の構成断面図

【図３】本発明の実施例３に対応するパルス管冷凍機の
コールドヘッド周辺部の構成断面図

【図４】従来におけるスターリング冷凍機の全体構成図

【符号の説明】

１ガス圧縮機２蓄冷器４ディスプレーサ４ａ膨張シリンダ５コールドヘッド５ａガス流路５ａ-1 ガス集流部５ａ-2 ガス流路溝５ｂ螺旋溝７外筒８栓状部材８ａ，８ｂ，８ｄ，８ｅ溝（ガス流路）９パルス管１０整流部１１ホルダ１１ａフランジ１１ｂテーパ面１２支持板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス圧縮機，蓄冷器，ディスプレーサ，お
よび頂部を寒冷発生部とするコールドヘッドを組合せて
構成したスターリング冷凍機を対象とするガスサイクル
機関冷凍機であり、ディスプレーサの膨張シリンダを内
筒としてこれを取り巻く外筒との間の空間に蓄冷器を内
蔵するとともに、蓄冷器の低温側端とディスプレーサの
シリンダ開口端にまたがって頂部内面にガス流路を形成
したコールドヘッドを被着して蓄冷器，ディスプレー
サ，コールドヘッドを一体に組立てたものにおいて、前
記コールドヘッドをキャップ状体となしてその内周面に
螺旋溝を形成するとともに、該螺旋溝の始端，および終
端部を除く面域を覆ってコールドヘッドの内周面と前記
膨張シリンダの外周面との間に栓状部材を装着し、前記
螺旋溝を経由して作動ガスをコールドヘッドに流すよう
にしたことを特徴とするガスサイクル機関冷凍機。
【請求項２】ガス圧縮機，蓄冷器，パルス管，および頂
部を寒冷発生部とするコールドヘッドを組合せて構成し
たパルス管冷凍機を対象とするガスサイクル機関冷凍機
であり、パルス管を内筒としてこれを取り巻く外筒との
間の空間に蓄冷器を内蔵するとともに、蓄冷器の低温側
端とパルス管の開口端にまたがって頂部内面にガス流路
を形成したコールドヘッドを被着して蓄冷器，パルス
管，コールドヘッドを一体に組立てたものにおいて、前
記コールドヘッドをキャップ状体となしてその内周面に
螺旋溝を形成するとともに、該螺旋溝の始端，および終
端部を除く面域を覆ってコールドヘッドの内周面と前記
膨張シリンダの外周面との間に栓状部材を装着し、前記
螺旋溝を経由して作動ガスをコールドヘッドに流すよう
にしたことを特徴とするガスサイクル機関冷凍機。
【請求項３】請求項１，または２に記載の冷凍機におい
て、コールドヘッドの内周面に形成した螺旋溝を断面三
角形のＶ溝となしたことを特徴とするガスサイクル機関
冷凍機。
【請求項４】請求項１，２，３のいずれかの項に記載の
冷凍機において、コールドヘッドの内周面に複数条の螺
旋溝を形成したことを特徴とするガスサイクル機関冷凍
機。
【請求項５】請求項１，または２に記載の冷凍機におい
て、コールドヘッドの頂部内面に形成したガス流路が、
内筒の開口端と向かい合わせに形成した凹状のガス集流
部と、該ガス集流部から放射状に延びたガス流路溝とか
らなることを特徴とするガスサイクル機関冷凍機。
【請求項６】請求項１，または２に記載の冷凍機におい
て、栓状部材の両端面に、コールドヘッドの内周面に形
成した螺旋溝の始端と蓄冷器との間，および低温螺旋溝
の終端とコールドヘッドの頂部内面に形成したガス流路
との間を連通する溝部を形成したことを特徴とするガス
サイクル機関冷凍機。
【請求項７】請求項１，２，６のいずれかの項に記載の
冷凍機において、栓状部材をディスプレーサの膨張シリ
ンダおよびパルス管よりも熱膨張率の大きな材料で構成
したことを特徴とするガスサイクル機関冷凍機。
【請求項８】請求項７記載の冷凍機において、ディスプ
レーサの膨張シリンダおよびパルス管の材質をステンレ
ス，もしくはチタン合金とし、栓状部材の材質をアルミ
ニウム，もしくはアルミニウム合金としたことを特徴と
するガスサイクル機関冷凍機。
【請求項９】請求項２記載の冷凍機において、コールド
ヘッドのガス流路に通じるパルス管の開口端に整流部を
配し、該整流部を筒状のホルダに収容保持した上で、該
ホルダの頂部から外周に張り出す鍔状フランジを栓状部
材の端面と該部材の端面に締結した支持板との間に挟持
したことを特徴とするガスサイクル機関冷凍機。
【請求項１０】請求項９記載の冷凍機において、整流部
ホルダの先端にパルス管内に向けて拡大するテーパ面を
形成したことを特徴とするガスサイクル機関冷凍機。