JPH025322Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、極低温小型冷凍機等に使用される蓄
冷器に関するものである。

クライオエレクトロニクス分野等において用い
られる極低温小型冷凍機として、Solvay Cycle
Gifford−McMahon CycleあるいはStirling
Cycle等を利用したものが知られている。しかし
て、これらの冷凍機は、いずれも、蓄冷器の高温
端側に作動用ガスの圧縮を行なう圧縮機構を配置
するとともに、前記蓄冷器の低温端側に前記ガス
を膨張させる膨張機構を配設しておき、前記圧縮
機構側から前記膨張機構側へ送給されるガス、あ
るいは前記膨張機構側から前記圧縮機構側へ排出
されるガスと前記蓄冷器との間で熱の授受を行な
わせることによつて、前記膨張機構側を極低温に
導くようになつている。

ところで、従来この種冷凍機では、前記膨張機
構として、ピストン式のものを用いているが、こ
れをロータリ式にすると小型化が可能である。と
ころが、このためには、複数個の蓄冷器を後述す
るように１本の回転軸内に平行に配置する必要が
あるため、製作が難しいという問題がある。すな
わち、従来の蓄冷器は、シリンダ構造のハウジン
グ内に蓄熱エレメントを充填してなるものであ
る。しかして、かかる構造をそのままロータリ式
の冷凍機に適用する場合には、前記回転軸の内部
に、例えば、断面扇形の複数の空洞を穿設し、こ
れら各空洞内にそれぞれ蓄熱エレメントを充填し
て複数の蓄冷器を構成することになる。しかしな
がら、１本の回転軸内に円形以外の断面形状を有
した空洞を複数本穿設することは加工が難しく製
作に手間および時間を要するという問題がある。

本考案は、このような事情に着目してなされた
もので、複数個重合させた蓄熱エレメントと、そ
の両端部に添接された接続管を有する端板とを熱
収縮性材料により作られたチユーブ内に収容し、
そのチユーブを熱収縮により前記蓄熱エレメント
の外周及び前記端板の外周に密着させてなるもの
にすることによつて、前述した不都合を解消する
ことができるようにした蓄冷器を提供するもので
ある。

以下、本考案をロータリ式極低温冷凍装置に適
用した場合の一実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

軸心周りに回転可能な回転軸１の下端側を真空
断熱槽２内に挿入し、その挿入端部１ａを芯にし
てロータリ形の膨張機構３を構成している。膨張
機構３は、前記回転軸１の挿入端部１ａの外周囲
をケーシング４により囲繞するとともに、前記挿
入端部１ａにその外周面に開口する複数本の溝５
…を放射状に設け、これら各溝５…にベーン６…
を径方向に突没可能に嵌合させている。そしてこ
れらのベーン６…を遠心力あるいはばね力や圧力
等により外方へ突出させてその先端を前記ケーシ
ング４の内周面４ａに摺接させることによつて隣
接するベーン６，６間にそれぞれ膨張室７…を形
成している。なお、前記ケーシング４の内周面４
ａは、第５図に示すような特殊な形状に形成され
ており、図に示す第１領域および２領域を通
過中の膨張室７…は、前記回転体１の矢印方向
への回転に伴つて漸次容積が増大し、第３領域
を通過中の膨張室７…は、漸次容積が減少するよ
うになつている。また、前記回転軸１の内部に横
断面円形の空洞１０を設け、この空洞１０内に横
断面扇形で前記各膨張室７…に対応する複数の蓄
冷器８…を円周方向に密着させて配列させてい
る。蓄冷器８は、熱収縮性材料により作られたチ
ユーブ８ａ内に蓄熱エレメント８ｂ…を収容し、
前記チユーブ８ａを熱収縮により前記蓄熱エレメ
ント８ｂ…の外周に被着させてなる。詳述すれば
この蓄冷器８は、熱収縮させる前の円筒体状のチ
ユーブ８a′の軸心部に、扇形の銅板に多数の通気
孔を穿設してなる蓄熱エレメント８ｂと、ステン
レススチール線等を屈曲させてなるスペーサ８ｃ
とを交互に複数個重合させて配設するとともに、
その両端部に前記蓄熱エレメント８ｂ…と略同形
の端板８ｄ，８ｅを添接させ、しかる後に、前記
チユーブ８a′を加熱し熱収縮させることによつて
作られる。このようにして作られた蓄冷器８のチ
ユーブ８ａは、前記各蓄熱エレメント８ｂの外周
および前記端板８ｄ，８ｅの外周に密着すること
になり、また、前記チユーブ８ａの両端部は、前
記端板８ｄ，８ｅの周縁部外面に密着することに
なる。なお、前記各端板８ｄ，８ｅの中央部には
接続管８ｆ，８ｇがそれぞれ突設してある。そし
て、これら各蓄冷器８…の低温端側の接続管８ｆ
…をガス流出入ポート１１…を介して対応する膨
張室７…にそれぞれ連通させるとともに、前記各
蓄冷器８…の高温端側の接続管８ｇを切換機構１
３を介して給気系路１４または排気系路１５に所
定のタイミングで接続するようにしている。切換
機構１３は、前記回転体１の外周の前記真空断熱
槽２外に位置する部位に固定リング１６を気密に
嵌合させ、この固定リング１６の内周に前記給気
系路１４に連通する給気ポート１７と前記排気系
路１５に連通する排気ポート１８とを円周方向に
所定の間隔をあけて開口させるとともに、前記回
転体１外周の前記固定リング１６に対応する部位
に前記各蓄冷器８…に連通する複数のガス流出入
ポート１９…を円周方向に等角間隔をあけて開口
させてなるものである。前記給気ポート１７およ
び排気ポート１８はそれぞれ円周方向に細長なも
ので、前記給気ポート１７は前記第１領域を通
過中の膨張室７…に対応するガス流出入ポート１
９…に連通し前記排気ポート１８は前記第３領域
を通過中の膨張室７…に対応するガス流出入ポ
ート１９…に連通するように設定されている。ま
た前記給気系路１４は、圧縮機２１の吐出口２１
ａから吐出される高圧のガスをクーラ２２により
空冷した後に前記給気ポート１７へ導くようにし
たものであり、前記排気系路１５は、前記排気ポ
ート１８を介して排出されるガスを前記圧縮機２
１の吸込口２１ｂへ戻すようにしたものである。
なお、前記回転軸１は、接合部１ｂを境にして
上、下に分断し得るように構成されている。そし
て、前記蓄冷器８…の一方の接続管８ｆ…は、前
記ガス流出入ポート１１…の上端部にＯリング２
３…を介して着脱可能に嵌合させてあり、また、
他方の接続管８ｇ…は、前記ガス流出入ポート１
９…の下端部にＯリング２４…を介して着脱可能
に嵌合させてある。

次いで、この装置の作動を説明する。なお、本
実施例の装置は、６組の膨張室７…およびそれら
に対応する蓄熱器８…等を有しているが、これら
は、それぞれ同一の作用を営むので、特定のもの
を選択しその記号に（ ）を付して説明する。ま
た、この説明で、「膨張室７が領域、、ま
たはに存在する」という表現、またはそれに準
じた表現を用いるが、これは「膨張室７のガス流
出入ポート１９に対応する部位が領域、ま
たは内に存在する」ということを意味するもの
とする。

まず、膨張室７が第１の領域に存在する場合
には、この膨張室７に対応するガス流出入ポート
１９が給気ポート１７と連通した状態となつてい
る。そのため、圧縮機２１から吐出された高圧の
ガスが給気系路１４を通して前記ガス流出入ポー
ト１９内へ導入され、対応する蓄冷器８を通して
前記膨張室７内へ導びかれる。第１の領域に存
在する膨張室７においては、回転進み側のベーン
６の受圧面積が回転遅れ側のベーン６の受圧面積
よりも大きくなつているので、この膨張室７内に
高圧のガスが導入されると前記回転体１に矢印Ｘ
方向の回動付勢力が働き、該回転体１が前記膨張
室７とともに矢印Ｘ方向に回転する。そしてこの
膨張室７が第２の領域へ移行すると、前記ガス
流出入ポート１９が固定リング１６の内周面によ
つて閉止状態となり、給気系路１４からのガスの
供給は止まるが、前記膨張室７内に封入されたガ
スは今まだ高い圧力を有しており、しかも前記両
ベーン６，６の受圧面積の関係は前述したままで
あるため、該膨張室７内のガスは前記回転体１を
矢印Ｘ方向へ付勢しつつ膨張することになる。し
たがつて、第２の領域を通過中の膨張室７内の
ガスは断熱膨張を行ない、その温度が低下するこ
とになる。なお、ガスが断熱膨張を行なう際等に
発生する回転体１の回転力は、該回転体１に連結
した発電機（図示せず）等によつて吸収する。次
いで、前記膨張室７が、第３の領域へ移行する
と、前記ガス流出入ポート１９が排気ポート１８
と連通状態になる。そして、この領域に存在す
る膨張室７はケーシング４の形状により回転体１
の矢印Ｘ方向への回転に伴つて容積が漸次減少す
るようになつている。そのため、前記膨張室７内
の低温のガスは蓄冷器８を冷しながら前記排気ポ
ート１８部分へ導びかれ排気系路１５を介して順
次圧縮機２１へ戻されることになる。このように
して、内部のガスをはき出した膨張室７は次にガ
ス流出入口１９が閉止される第４の領域へ移行
し、この領域を通過した後、前記第１の領域
へ戻ることによつて１サイクルを終える。したが
つて、このようなサイクルを何度も繰り返すこと
によつて、前記ケーシング４部分が極低温とな
り、該ケーシング４の近傍に配置した熱負荷を冷
却しつづけることができることとなる。

このようにして冷凍機能を得ることができるわ
けであるが、本考案では、蓄冷器８を、前述した
ように、特殊な構造、つまり、熱収縮性材料によ
り作られたチユーブ８ａ内に蓄熱エレメント８ｂ
…を収容し、前記チユーブ８ａを熱収縮により前
記蓄熱エレメント８ｂ…の外周に被着させてなる
ものにしているので、この実施例のように１本の
回転軸１内に複数個の蓄冷器８…を相互に独立さ
せて設ける場合でも、製作が難しくなるという不
都合が生じない。すなわち、このような蓄冷器８
であれば、蓄熱エレメント８ｂ…を所定の形状に
成形しておき、その外周にチユーブ８ａを熱収縮
により被着させるだけで種々の断面形状のものを
容易に作り出すことができる。しかも、この蓄冷
器８は前記チユーブ８ａが外殻となるため、その
ままで、独立した蓄冷機能を発揮し得る。よつて
このようなものであれば、回転軸１内に断面円形
の単一の空洞１０を設けておき、この空洞１０内
に複数本の蓄冷器８…を収容することによつて、
ロータリ式の冷凍装置を構成することができる。
したがつて、回転軸内に例えば、断面扇形の空洞
を複数個穿設し、それら各空洞内に蓄熱エレメン
トをそれぞれ充填して複数の蓄冷器を作る場合に
比べてはるかに製作が容易になる。また、この実
施例のように、蓄冷器８を接続管８ｆ，８ｇをも
有したカートリツジタイプのものにしておけば、
使用条件に応じて違つた特性の蓄冷器８と容易に
交換することができるという効果も得られる。

なお、前記実施例では、Solvey Cycleの冷凍
機に本考案を適用した場合について説明したが本
考案はかならずしもこのようなものに限らず、例
えば、Gifford−McMahon CycleやStirling
Cycle等の冷凍機にも同様に適用が可能である。
また、適用の対象となる冷凍機はロータリ式のも
のに限らず、レシプロ式のものであつてもよい。

また、蓄冷器の断面形状は、前記のものに限ら
ず、円形のものやその他の形状のものであつても
よい。

さらに、蓄熱エレメントも前記実施例のものに
限定されないのは勿論であり、例えば、焼結金属
やセラミツク等の多孔質材料を用いて作つたもの
でもよい。

本考案は、以上のような構成であるから、種々
の断面形状のものを容易かつ安価に製作すること
ができ、ロータリ式の冷凍装置等に適用するのに
好適な蓄冷器を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示し、第１図は断面
図、第２図は第１図における−線断面図、第
３図は第１図における−線断面図、第４図は
第１図における−線断面図、第５図、第６図
は斜視図、第７図は製造過程を説明するための斜
視図である。 ８…蓄冷器、８ａ…チユーブ、８ｂ…蓄熱エレ
メント、８ｄ，８ｅ…端板、８ｆ，８ｇ…接続
管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数個重合させた蓄熱エレメントと、その両端
   部に添接させた接続管を有する端板とを熱収縮性
   材料により作られたチユーブ内に収容し、そのチ
   ユーブを熱収縮により前記蓄熱エレメントの外周
   及び前記端板の外周に密着させてなることを特徴
   とする蓄冷器。