JPH0356860Y2 - - Google Patents

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JPH0356860Y2
JPH0356860Y2 JP19532185U JP19532185U JPH0356860Y2 JP H0356860 Y2 JPH0356860 Y2 JP H0356860Y2 JP 19532185 U JP19532185 U JP 19532185U JP 19532185 U JP19532185 U JP 19532185U JP H0356860 Y2 JPH0356860 Y2 JP H0356860Y2
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expansion
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expansion cylinder
piston
expansion piston
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 この考案は気体を冷媒として用いる冷凍機の膨
張シリンダ装置に関する。
[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] This invention relates to an expansion cylinder device for a refrigerator that uses gas as a refrigerant.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

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第5図の概要構
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の端部7を気密
に密閉するように形成されている。膨張シリンダ
1と圧縮シリンダ2とは配管8によつて連結され
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を経由して膨張シ
リンダ1の空間15と圧縮シリンダ2の空間16
との間を後述の逆スターリングサイクルの行程に
したがつ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。なお符号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。
For example, a reverse Stirling cycle is known as a refrigeration cycle that uses a gas that is difficult to liquefy at low temperatures, such as helium, hydrogen, or nitrogen, as a refrigerant gas. A refrigerator using this refrigeration cycle is equipped with an expansion cylinder 1 and a compression cylinder 2, as shown in the schematic configuration example in FIG. 4). Further, the cooling section 6 to which the object to be cooled 5 is attached is formed so as to hermetically seal the end 7 of the expansion cylinder 1. The expansion cylinder 1 and the compression cylinder 2 are connected by a pipe 8, and the refrigerant gas is transferred to the space 15 of the expansion cylinder 1 and the compression cylinder via a regenerator 9 as a refrigerant gas passage built in the expansion piston 3. 2 space 16
and are alternately transferred according to the reverse Stirling cycle described later. In the pipe 8, heat is radiated from the compressed refrigerant gas from its outer periphery or from a specially provided radiator. Note that reference numeral 19 is a seal provided on the outer periphery of each piston to prevent leakage of refrigerant gas.

逆スターリングサイクルは基本的には下記のよ
うに二つの等温工程と二つの等容工程から成り立
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つて同
期運動するように調整されている。
The reverse Stirling cycle basically consists of two isothermal steps and two isovolumic steps as shown below. In order to realize each of these strokes, the expansion piston 3 and the compression piston 4 are adjusted to move synchronously with a predetermined phase difference.

(1) 等温圧縮行程 圧縮シリンダ1において空間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つて
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を経て低温となつた冷媒ガスが空
間15に移送され、膨張シリンダ1の端部7の内
壁に沿つて流動し、冷却部6、端部7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つ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。
(1) Isothermal compression stroke Refrigerant gas in the space 16 is compressed in the compression cylinder 1. The heat generated by compression is radiated to the outside through piping 8, resulting in an isothermal process. (Expansion piston: center → top dead center, compression piston: bottom dead center → center) (2) Isochoric heat radiation stroke A regenerator in which the compressed refrigerant gas has already been cooled in the previous cycle without changing its volume. The heat is radiated to the space 15 of the expansion cylinder 1, and the temperature becomes low. (Expansion piston: top dead center → center, compression piston: center → top dead center) (3) Isothermal expansion stroke The refrigerant gas in the space 15 of the expansion cylinder 1 removes heat from the surroundings as the expansion piston 3 moves. It expands isothermally at low temperatures. (Expansion piston: center → bottom dead center, compression piston: top dead center → center) (4) Equal volume endothermic stroke The refrigerant gas expanded at low temperature passes through the regenerator 9 again to the compression cylinder 2 without changing its volume. is returned to the space 16. At this time, the refrigerant gas absorbs heat from the regenerator 9, so 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 an outline of the basic reverse Stirling cycle, and the cooled body 5 mainly performs the isovolumic heat radiation stroke in (2) above. cooled down. That is, in this process, the refrigerant gas that has become low temperature is transferred to the space 15 through the regenerator 9, flows along the inner wall of the end 7 of the expansion cylinder 1, and passes through the cooling section 6 and the end 7 to the object to be cooled 5. It absorbs more heat and cools it down. Also
The state change of the refrigerant gas during the isothermal expansion process in (3) is actually a polytropic change, which is between isothermal change and adiabatic change. The cooling effect is lower than that in the isovolume heat radiation stroke (2), but since there is almost no flow of refrigerant gas, the cooling effect is smaller than in the isovolume heat radiation stroke.

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。
In such a refrigerator, it is important to efficiently remove heat from the object to be cooled 5 and to reduce the time required to lower the temperature to a predetermined cooling temperature as much as possible.

この目的のための従来技術の例として第6図に
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の頂部10に冷媒
ガス通路となる蓄冷器9から空間15へ向けて連
通路14が膨張ピストン3の往復動方向に開口し
た細孔として設けてある。既に述べたように等容
放熱行程において膨張ピストン3が上死点より下
降して行くと、これにともない低温の冷媒ガスが
連通路14を通つて空間15に流入する。この時
連通路14が細孔であるため流れの断面積が絞ら
れるので、連通路からは流速が大きくかつ低温の
冷媒ガスが噴出する。この噴出流が膨張シリンダ
1の端部7の内壁に沿つて流れることにより、冷
媒ガスは被冷却体5から冷却部6に連なる端部7
の内壁を通じて熱を吸収し冷却を行なう。さらに
端部7は冷却部6に連ねて厚肉に形成してあり、
冷却部6から冷媒ガスへの伝熱経路の断面積を大
きくとつてある。これによつてステンレス鋼など
の熱伝導率の比較的小さい材料を用いた場合でも
伝熱経路の熱抵抗が小さく抑えられ、良好な熱伝
導が得られるようにしてある。また冷却部6に機
械的剛性が与えられ、被冷却体5の取りつけにお
けるはめ込み、締めつけあるいははんだ付けなど
で加わる機械的熱的な力に十分耐え得るようにも
なつている。
An example of the prior art for this purpose is an expansion cylinder device having the configuration shown in FIG. In this expansion cylinder device, a communication passage 14 is provided in the top portion 10 of the expansion piston 3 as a pore opening in the reciprocating direction of the expansion piston 3 from the regenerator 9 serving as a refrigerant gas passage to the space 15. As already mentioned, as the expansion piston 3 descends from the top dead center during the isovolumic heat dissipation stroke, low-temperature refrigerant gas flows into the space 15 through the communication path 14. At this time, since the communication passage 14 is a small hole, the cross-sectional area of the flow is narrowed, and therefore, a high-flow rate and low-temperature refrigerant gas is ejected from the communication passage. As this jet stream flows along the inner wall of the end 7 of the expansion cylinder 1, the refrigerant gas is transferred from the object 5 to the end 7 connected to the cooling section 6.
It absorbs heat and cools it through its inner wall. Furthermore, the end portion 7 is formed thickly so as to be continuous with the cooling portion 6.
The cross-sectional area of the heat transfer path from the cooling part 6 to the refrigerant gas is set large. As a result, even when a material with relatively low thermal conductivity, such as stainless steel, is used, the thermal resistance of the heat transfer path can be kept low, and good heat conduction can be obtained. Furthermore, the cooling section 6 is provided with mechanical rigidity so that it can sufficiently withstand the mechanical and thermal forces applied when fitting, tightening, or soldering the object 5 to be cooled.

しかしながらこの構成では低温で高速の冷媒ガ
スにまず接するのは冷却部端面17の一部のみで
あり、膨張シリンダ1の端部7の内壁面に沿う流
れは冷却部端面17から循環してきた流速の低下
しているものとなつている。したがつて端部7の
内壁面が冷媒ガスへの熱伝達に対して有効に機能
せず、冷却効率の向上と所定の冷却温度までの立
下り時間の短縮という要件が十分にみたされない
という欠点を有する。
However, in this configuration, only a part of the end face 17 of the cooling part first comes into contact with the low-temperature, high-speed refrigerant gas, and the flow along the inner wall surface of the end 7 of the expansion cylinder 1 has a flow rate that is higher than that circulating from the end face 17 of the cooling part. It has become a declining trend. Therefore, the inner wall surface of the end portion 7 does not function effectively for heat transfer to the refrigerant gas, and the disadvantage is that the requirements of improving cooling efficiency and shortening the falling time to a predetermined cooling temperature are not fully met. has.

この欠点を解消するため第7図に示すように膨
張ピストン3の頂部10に円柱状のガイド11を
設け、これと膨張シリンダ1の端部7の内壁との
間に幅の狭い流路12を形成させたものがある。
このように構成することによつて端部7の内壁に
沿う低温の流れを与えようとするものであり、蓄
冷器9から空間15への冷媒ガスの連通路18は
膨張ピストン3の往復動方向と直角方向に設けた
細孔13と前記の流路12とで形成されている。
この構成では冷媒ガスへの熱伝達は良好となる
が、その反面ガイド11の質量と、ガイド11の
分だけ長くなつた端部7の厚肉部の質量とに相当
する熱容量の増加をもたらす。これは被冷却体5
以外に余計な冷却対象が付加されたことになり結
果的には効率の良い冷却と所定冷却温度への速い
立下りとを得る点での問題は依然として解決され
ていない。
In order to eliminate this drawback, a cylindrical guide 11 is provided at the top 10 of the expansion piston 3, as shown in FIG. There is something that has been formed.
With this configuration, a low-temperature flow is provided along the inner wall of the end portion 7, and the communication path 18 for refrigerant gas from the regenerator 9 to the space 15 is in the reciprocating direction of the expansion piston 3. It is formed by a pore 13 provided perpendicularly to the flow path 12 and the flow path 12 described above.
This configuration improves heat transfer to the refrigerant gas, but on the other hand, increases the heat capacity corresponding to the mass of the guide 11 and the mass of the thick portion of the end portion 7, which is longer by the length of the guide 11. This is the object to be cooled 5
In addition to this, an additional object to be cooled is added, and as a result, the problem of obtaining efficient cooling and rapid cooling down to a predetermined cooling temperature remains unsolved.

〔考案の目的〕[Purpose of invention]

この考案は上述の欠点を除去して冷却効率が高
くしかも所定の冷却温度への立下り時間の短かい
膨張シリンダ装置を提供することを目的とする。
The object of this invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and provide an expansion cylinder device with high cooling efficiency and a short falling time to a predetermined cooling temperature.

〔考案の要点〕[Key points of the idea]

この考案は膨張ピストン頂部に設ける冷媒ガス
の連通路を、膨張シリンダの端部の内壁の直近に
斜めに開口させると、連通路から高速で噴出する
冷媒ガスに端部の内壁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の端部の内壁に沿う
方向の速度成分で冷媒ガスをガイドを設けること
なしに端部の内壁面に沿つて冷却部まで循環さ
せ、同時に半径方向の速度成分で冷媒ガスを端部
の内壁に勢いよく衝突させて熱伝達率の良い乱流
とし、これらによつ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の内
壁に沿つて流れ端部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から上下死点の中
央部位置近傍まで移動する間のみであることに着
目し、膨張シリンダの端部をその内端面から膨張
ピストンの上下死点間の中央位置近傍までを厚肉
とすることにより、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。
This idea allows the refrigerant gas communication passage provided at the top of the expansion piston to be opened obliquely close to the inner wall at the end of the expansion cylinder. This method focuses on the fact that multiple velocity components are given in the direction, and in short, the refrigerant gas is guided along the inner wall surface of the end portion of the expansion cylinder by the velocity component in the direction along the inner wall surface of the end portion of the expansion cylinder without providing a guide. At the same time, the refrigerant gas is forced to collide with the inner wall of the end portion using a velocity component in the radial direction, creating a turbulent flow with a good heat transfer coefficient, thereby achieving good cooling. Furthermore, the refrigerant gas flows along the inner wall of the end and absorbs heat from the object to be cooled through the end, while the refrigerant gas is transferred to the expansion cylinder, that is, near the center position of the expansion piston from top dead center to top dead center. By focusing on the fact that the end of the expansion cylinder is thick from the inner end surface to the vicinity of the center position between the top and bottom dead center of the expansion piston, the heat capacity is increased more than necessary. It is designed to reduce thermal resistance.

〔考案の実施例〕[Example of idea]

第1図はこの考案の実施例を示すもので、冷媒
ガスの連通路24は膨張ピストン23の頂部30
の周縁を形成する斜面の上に複数の細孔として設
けられており、膨張シリンダ21の端部27の内
壁面の直近に開口している。しかも開口の向きは
膨張ピストン23の往復動方向に対して斜めとな
るように設定されている。この構成においては従
来技術と同様に等容放熱行程において膨張ピスト
ン23が上死点より下降して行く過程において蓄
冷器29を経て低温となつた冷媒ガスが連通路2
4から高速で端部内空間35に噴出してくる。し
かしながら本実施例の構成では連通路24が膨張
ピストン23の往復動方向に対して斜めに開口し
ているので、噴出した冷媒ガスには膨張ピストン
23の往復動方向と半径方向との二つの速度成分
が与えられる。連通路24はまた膨張シリンダ2
1の端部27の内壁面の直近に開口しているの
で、膨張ピストン23の往復動方向の速度成分に
より冷媒ガスは図中の矢印のようにガイドが設け
られていなくても端部27の内壁に沿つて高速で
流れ、内端面36にまでも循環することが可能と
なる。さらに半径方向の速度成分により端部27
の内壁面に勢いよく衝突するので、冷媒ガスは熱
伝達効果の大きな乱流となる。この乱流を生ずる
効果は本実施例のようにガイドのない方がその整
流作用を受けないだけに顕著である。したがつて
乱流となつた冷媒ガスが端部27の内壁に沿つて
高速で移動することとなり、その結果端部27か
ら冷媒ガスへの熱伝達はガイドを設けた場合より
も良好となる。さらに連通路24の開口部が膨張
シリンダ21の内壁面に接する斜面上に設けられ
ているので、該斜面と端部27の内壁面とが連通
路24の開口部付近に溝を形成し、この溝に噴出
した冷媒ガスがガスの流れを加速し、さらに冷却
効果を高める効果も加わる。
FIG. 1 shows an embodiment of this invention, in which the refrigerant gas communication passage 24 is connected to the top 30 of the expansion piston 23.
A plurality of pores are provided on the slope forming the periphery of the expansion cylinder 21 , and open immediately adjacent to the inner wall surface of the end 27 of the expansion cylinder 21 . Moreover, the direction of the opening is set to be oblique to the reciprocating direction of the expansion piston 23. In this configuration, as in the prior art, in the process of the expansion piston 23 descending from the top dead center in the isovolumic heat dissipation stroke, the refrigerant gas, which has become low temperature through the regenerator 29, is transferred to the communication path 2.
4 and ejects into the end inner space 35 at high speed. However, in the configuration of this embodiment, since the communication passage 24 opens obliquely to the reciprocating direction of the expansion piston 23, the ejected refrigerant gas has two velocities, one in the reciprocating direction of the expansion piston 23 and the other in the radial direction. ingredients are given. The communication path 24 also connects the expansion cylinder 2
1, the refrigerant gas flows through the end 27 even without a guide as shown by the arrow in the figure, due to the velocity component in the reciprocating direction of the expansion piston 23. It flows at high speed along the inner wall and can circulate even to the inner end surface 36. Furthermore, due to the radial velocity component, the end 27
Since the refrigerant gas collides with the inner wall surface of the refrigerant, it becomes a turbulent flow with a large heat transfer effect. The effect of producing this turbulent flow is more pronounced when there is no guide, as in this embodiment, because the rectifying effect is not applied. Therefore, the turbulent refrigerant gas moves at high speed along the inner wall of the end portion 27, and as a result, heat transfer from the end portion 27 to the refrigerant gas is better than when a guide is provided. Furthermore, since the opening of the communication passage 24 is provided on the slope that contacts the inner wall surface of the expansion cylinder 21, the slope and the inner wall surface of the end portion 27 form a groove near the opening of the communication passage 24. The refrigerant gas ejected into the groove accelerates the gas flow, further increasing the cooling effect.

上記における連通路24からの冷媒ガスの噴出
は、膨張ピストン23が上下死点間の中央部を通
過するまで行なわれるが、それ以降下死点まで移
動する間は膨張行程となり、連通路24を通過す
る冷媒ガス量は減少し、したがつて端部27の内
壁面に沿う冷媒ガスの流速も低下する。この行程
における冷媒ガスの状態変化は既に述べたように
ポリトロープ変化であり、その一部である断熱膨
張効果のために冷媒ガスの温度は等容行程の場合
よりもさらに低くなる。しかし冷媒ガスの流速が
低下しているので端部27から冷媒ガスへ伝達さ
れる熱量は冷媒ガスの温度が低下しているのにも
かかわらず大幅に減少する。このことから端部2
7中の伝熱経路の熱抵抗を減少させる必要のある
領域は内端面36から膨張ピストン23の上下死
点の中央部近傍までで良く、それ以上必要ないこ
とがわかる。第1図の実施例に示された内端面3
6からの厚肉部23の長さlは上記の理由にもと
づいて定められたものでl≒a+1/2Lで与えら れる。ここでaは内端面36から膨張ピストン2
3の上死点までの距離、Lは膨張ピストン23の
上下死点間の距離すなわちストロークである。こ
のようにして不必要な熱容量の増加を抑えること
ができる。
The refrigerant gas is ejected from the communication passage 24 in the above manner until the expansion piston 23 passes the center between the top and bottom dead centers, but after that, the expansion stroke continues while the expansion piston 23 moves to the bottom dead center. The amount of refrigerant gas passing through decreases, and therefore the flow velocity of the refrigerant gas along the inner wall surface of the end portion 27 also decreases. As mentioned above, the state change of the refrigerant gas in this stroke is a polytropic change, and due to the adiabatic expansion effect, which is a part of this change, the temperature of the refrigerant gas becomes even lower than in the case of the isovolume stroke. However, because the flow rate of the refrigerant gas is reduced, the amount of heat transferred from the end 27 to the refrigerant gas is significantly reduced, even though the temperature of the refrigerant gas is reduced. From this, end 2
It can be seen that the area in which it is necessary to reduce the thermal resistance of the heat transfer path in 7 is from the inner end surface 36 to the vicinity of the center of the vertical dead center of the expansion piston 23, and no further area is necessary. Inner end surface 3 shown in the embodiment of FIG.
The length l of the thick portion 23 from 6 is determined based on the above-mentioned reason and is given by l≈a+1/2L. Here, a is from the inner end surface 36 to the expansion piston 2.
3, and L is the distance between the top and bottom dead centers of the expansion piston 23, that is, the stroke. In this way, unnecessary increases in heat capacity can be suppressed.

以上のように本実施例においては、ガイドを設
けなくともガイドのある場合よりも熱伝達の良い
冷媒ガスの流れを作り出すことができる。しかも
ガイドや不必要な厚肉部のないことから必要最小
限の熱容量しか保有していない。これらが相まつ
て冷却効率を向上させ、しかも所定の冷却温度に
冷却するまでの時間を短縮させることが可能であ
る。
As described above, in this embodiment, even without providing a guide, it is possible to create a flow of refrigerant gas with better heat transfer than in the case with a guide. Moreover, since there are no guides or unnecessary thick parts, it has only the minimum necessary heat capacity. These factors combine to improve cooling efficiency and shorten the time required for cooling to a predetermined cooling temperature.

第2図は本考案の別の実施例で、第1図と異な
る開口方向を与えた連通路34が設けられてい
る。すなわち連通路34が膨張ピストン23の半
径方向に対してさらに斜めの方向に開口してお
り、これによつて冷媒ガスには前記の膨張ピスト
ン23の往復動方向、半径方向の二成分のほか
に、さらに周方向の成分が加わつた三つの速度成
分が与えられる。その結果冷媒ガスは第1と第3
の成分(往復動方向と周方向)により膨張シリン
ダ21の端部27の内壁面に沿つて第2図中の矢
印のように周方向に旋回しつつ内端面36まで吹
きつけられる流れとなる。これに既に説明した第
3の速度成分(半径方向)による乱流効果が加わ
るため、端部27の内壁から冷媒ガスへの熱伝達
が一層良好となり冷却特性がさらに高められる利
点を有する。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention, in which a communicating passage 34 is provided with an opening direction different from that in FIG. 1. In other words, the communication passage 34 opens in a diagonal direction with respect to the radial direction of the expansion piston 23, so that the refrigerant gas contains not only the two components in the reciprocating direction of the expansion piston 23 and the radial direction. , three velocity components are given to which a circumferential component is added. As a result, the refrigerant gas is
(in the reciprocating direction and the circumferential direction), the flow turns along the inner wall surface of the end portion 27 of the expansion cylinder 21 in the circumferential direction as indicated by the arrow in FIG. 2, and is blown to the inner end surface 36. Since the turbulent flow effect due to the third velocity component (radial direction) described above is added to this, there is an advantage that the heat transfer from the inner wall of the end portion 27 to the refrigerant gas is even better, and the cooling characteristics are further improved.

また以上の実施例においては連通路24あるい
は34が複数の円形断面の細孔として示されてい
るが、これらを図示されてはいないがスリツト状
に形成しても同様の効果が得られる。
Further, in the embodiments described above, the communication passages 24 or 34 are shown as a plurality of pores with circular cross sections, but the same effect can be obtained even if these are formed in the shape of slits (not shown).

上記の複数のスリツト状の連通路をさらに変形
させたものが第3図aに示した第3の実施例であ
る。本実施例では連通路を膨張シリンダ21の端
部27の内壁近傍を一巡する連続した細〓54と
してある。この細〓54は第3図bの膨張ピスト
ン53の分解図に示すように膨張ピストン53の
頂部50にすり鉢状の面41を設けて、これに対
して縁を錐面42として仕上げた円板43を、錐
面42と面41とが微小間隔を置いて対向するよ
う配置することにより形成する。細〓54の微小
間隔を一様に保つため、膨張ピストン53頂部5
0に設けた軸44に円板43を嵌合させ、さらに
所定の高さに仕上げた台座45で支え、軸44と
円板43とを電子ビーム溶接等で溶接する。頂部
50に設けた流通孔46は冷媒ガスを膨張シリン
ダ内部より細〓54に導びくためのものである。
本実施例の構成においては、膨張ピストン53の
往復動方向と半径方向の二つの速度成分を有する
冷媒ガスが、空間的に切れ目なく端部27の内壁
に吹きつけられるので、複数個の細孔やスリツト
として連通路が設けられている場合よりもさらに
良好な熱伝達効果が得られる。
A third embodiment shown in FIG. 3a is a further modification of the plurality of slit-shaped communication passages described above. In this embodiment, the communication path is a continuous narrow diameter 54 that goes around the vicinity of the inner wall of the end portion 27 of the expansion cylinder 21. As shown in the exploded view of the expansion piston 53 in FIG. 3b, this narrow diameter 54 is a circular plate with a cone-shaped surface 41 provided at the top 50 of the expansion piston 53 and a conical surface 42 at the edge. 43 is formed by arranging the conical surface 42 and the surface 41 to face each other with a minute interval therebetween. In order to maintain a uniform minute interval between the expansion pistons 53 and 54,
The disk 43 is fitted onto the shaft 44 provided at 0, supported by a pedestal 45 finished to a predetermined height, and the shaft 44 and the disk 43 are welded together by electron beam welding or the like. The communication hole 46 provided in the top portion 50 is for guiding the refrigerant gas from inside the expansion cylinder to the narrow hole 54 .
In the configuration of this embodiment, the refrigerant gas having two velocity components, one in the reciprocating direction of the expansion piston 53 and the other in the radial direction, is blown onto the inner wall of the end portion 27 without any spatial break. Even better heat transfer effects can be obtained than in the case where the communication passages are provided as holes or slits.

さらに第4の実施例を第4図に示した。この実
施例においては連通路24を斜めに開口させるた
めに設ける膨張ピストン23の頂部30の周縁の
斜面を延長して錐面状の導流面51を形成させて
ある。この構成では内端面36まで循環する冷媒
ガスは端部内空間35の中央部で停留することな
く、第4図中の矢印のように導流面51に沿つて
下降し、熱伝達をさらに良好とする循環流を作り
出す効果がある。導流面51は膨張ピストン23
の往復動方向に対し傾斜しているため、これを設
けたことによる頂部30の高さの増加はわずかで
あり、これによる厚肉部28の長さの増加も少な
く、熱的に大きな影響をおよぼすことはない。本
実施例では導流面51が錐面で形成されている
が、同様の機能を果すものであれば球面のような
曲面であつてもよい。また連通路24も前に記し
たようなスリツト状のものや連続した細〓も採用
できる。
Further, a fourth embodiment is shown in FIG. In this embodiment, the inclined surface of the peripheral edge of the top portion 30 of the expansion piston 23 provided for opening the communication passage 24 obliquely is extended to form a conical flow guide surface 51. In this configuration, the refrigerant gas circulating up to the inner end surface 36 does not stay in the center of the end inner space 35, but descends along the flow guide surface 51 as indicated by the arrow in FIG. 4, improving heat transfer. This has the effect of creating a circulating flow. The flow guiding surface 51 is the expansion piston 23
Since it is inclined with respect to the reciprocating direction of the top part 30, the increase in the height of the top part 30 due to the provision of this part is small, and the increase in the length of the thick part 28 due to this part is also small, and it has no large thermal effect. It will not cause any damage. Although the flow guide surface 51 is formed as a conical surface in this embodiment, it may be formed as a curved surface such as a spherical surface as long as it performs the same function. Furthermore, the communication path 24 may also be a slit-like one or a continuous narrow one as described above.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

この考案によれば膨張ピストンの内部の冷媒ガ
ス通路から膨張シリンダの端部内空間への冷媒ガ
スの連通路が、膨張シリンダの端部の内壁にきわ
めて近く、しかも斜めに開口するように設けられ
ているので、膨張シリンダの端部内空間に連通路
から噴出する低温の冷媒ガスには、膨張シリンダ
の端部の内壁面に沿う速度成分と、内壁に垂直に
向かう半径方向との複数の速度成分が与えられ
る。したがつて前者の速度成分によつて冷媒ガス
は特にガイドを設けなくても端部の内壁面に沿つ
て流動し、内部端面まで循環する。さらに後者の
速度成分によつて冷媒ガスは端部の内壁に勢いよ
く衝突して前記の流れを端部の内壁からの熱伝達
をさらに良好な乱流とする。しかもこの効果はガ
イドがないので特に顕著である。このように複数
の速度成分のもたらす効果により、ガイドを設け
た場合よりも効率よく冷却部を冷却することが可
能となり、ガイドの質量に相当する熱容量を低減
できる上でも有効である。
According to this invention, the refrigerant gas communication path from the refrigerant gas passage inside the expansion piston to the space inside the end of the expansion cylinder is provided very close to the inner wall of the end of the expansion cylinder, and opens obliquely. Therefore, the low-temperature refrigerant gas ejected from the communication passage into the space inside the end of the expansion cylinder has multiple velocity components, one along the inner wall surface of the end of the expansion cylinder and the other in the radial direction perpendicular to the inner wall. Given. Therefore, due to the former velocity component, the refrigerant gas flows along the inner wall surface of the end portion without providing any particular guide, and circulates to the inner end surface. Further, due to the latter velocity component, the refrigerant gas collides with the inner wall of the end portion with force, making the flow a turbulent flow that further improves heat transfer from the inner wall of the end portion. Moreover, this effect is particularly remarkable since there is no guide. As described above, the effect of the plurality of velocity components makes it possible to cool the cooling section more efficiently than when a guide is provided, and is also effective in reducing the heat capacity corresponding to the mass of the guide.

さらに膨張シリンダの端部において熱抵抗を減
少させるために設ける厚肉部も、冷媒ガスの噴出
が行なわれる領域にのみ必要である点に着目して
膨張シリンダの内端面から膨張ピストンの上下死
点の中央部近傍までの必要最小限の長さとしたの
で、これによつても余分な熱容量の保有を避ける
ことができる。
Furthermore, the thick wall part provided at the end of the expansion cylinder to reduce thermal resistance is necessary only in the area where the refrigerant gas is ejected. Since the length is set to the minimum necessary length to the vicinity of the central portion of the tube, it is also possible to avoid retaining excess heat capacity.

以上のように簡単な構成で、冷却部からの冷媒
ガスへの熱伝達を良好とし、しかも不必要な熱容
量を保有させないことから冷却効率を高めしかも
所定の冷却温度まで到達する時間を短縮すること
が可能となる。
With the above-mentioned simple configuration, the heat transfer from the cooling part to the refrigerant gas is good, and unnecessary heat capacity is not retained, thereby increasing cooling efficiency and shortening the time to reach a predetermined cooling temperature. becomes possible.

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

第1図は本考案における冷凍機の膨張シリンダ
装置の実施例の斜視断面図、第2図、第3図およ
び第4図は本考案における冷凍機の膨張シリンダ
装置のそれぞれ異なる実施例の斜視断面図、第5
図は本考案の適用例としての逆スターリングサイ
クル説明のための冷凍機の概要構成図、第6図お
よび第7図は従来技術による冷凍機の膨張シリン
ダ装置のそれぞれ異なる断面図である。 1,21……膨張シリンダ、2……圧縮シリン
ダ、3,23,53……膨張ピストン、4……圧
縮ピストン、5……被冷却体、6,26……冷却
部、7,27……端部、9,29……蓄冷器、1
0,30,50……頂部、11……ガイド、12
……流路、13……細孔、14,18,24,3
4……連通路、15,16……空間、17……冷
却部端面、28……厚肉部、35……端部内空
間、36……内端面、41……面、42……錐
面、43……円板、44……軸、45……台座、
46……流通孔、51……導流面、54……細
〓。
FIG. 1 is a perspective sectional view of an embodiment of an expansion cylinder device for a refrigerator according to the present invention, and FIGS. 2, 3, and 4 are perspective sectional views of different embodiments of the expansion cylinder device for a refrigerator according to the present invention. Figure, 5th
The figure is a schematic configuration diagram of a refrigerator for explaining a reverse Stirling cycle as an application example of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are different sectional views of expansion cylinder devices of a refrigerator according to the prior art. 1, 21... Expansion cylinder, 2... Compression cylinder, 3, 23, 53... Expansion piston, 4... Compression piston, 5... Body to be cooled, 6, 26... Cooling section, 7, 27... End, 9, 29...Regenerator, 1
0, 30, 50...Top, 11...Guide, 12
... Channel, 13 ... Pore, 14, 18, 24, 3
4... Communication path, 15, 16... Space, 17... Cooling part end surface, 28... Thick wall part, 35... End inner space, 36... Inner end surface, 41... Surface, 42... Conical surface , 43... Disc, 44... Shaft, 45... Pedestal,
46...Flow hole, 51...Driving surface, 54...Slim.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 1 被冷却体に対する冷却部により端部が気密に
密閉された膨張シリンダと、該膨張シリンダの
内側において冷却部近傍を上死点として往復動
しかつ冷媒ガス通路が内部に設けられた膨張ピ
ストンとを備えたものにおいて、前記冷媒ガス
通路から膨張シリンダの端部内空間への連通路
が膨張ピストンの頂部近傍において膨張シリン
ダ内壁の直近に斜めに開口するよう配設されて
おり、さらに膨張シリンダの端部が内端面から
膨張ピストンの上下死点間の中央部位置近傍ま
で厚肉に形成されていることを特徴とする冷凍
機の膨張シリンダ装置。 2 実用新案登録請求の範囲第1項記載のものに
おいて、連通路が膨張ピストンの径方向に対し
て斜めに開口するよう配設されていることを特
徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。 3 実用新案登録請求の範囲第1項記載のものに
おいて、連通路が細〓であることを特徴とする
冷凍機の膨張シリンダ装置。 4 実用新案登録請求の範囲第1項記載のものに
おいて、膨張ピストンの頂部が膨張シリンダの
内端面に対して凸となる曲面で形成されている
ことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ装置。
[Claims for Utility Model Registration] 1. An expansion cylinder whose end is hermetically sealed by a cooling section for the object to be cooled, and a reciprocating reciprocating cylinder with a top dead center near the cooling section inside the expansion cylinder, and a refrigerant gas passage. and an expansion piston provided inside, wherein a communication path from the refrigerant gas passage to the inner space at the end of the expansion cylinder is arranged so as to open obliquely in the vicinity of the top of the expansion piston and immediately adjacent to the inner wall of the expansion cylinder. An expansion cylinder device for a refrigerator, characterized in that the end of the expansion cylinder is formed thick from the inner end surface to the vicinity of the center position between the top and bottom dead centers of the expansion piston. 2. The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 1, wherein the communication passage is arranged to open obliquely with respect to the radial direction of the expansion piston. 3. The expansion cylinder device for a refrigerator as described in claim 1 of the utility model registration, characterized in that the communication passage is narrow. 4 Utility Model Registration The expansion cylinder device for a refrigerator according to claim 1, wherein the top of the expansion piston is formed with a curved surface that is convex with respect to the inner end surface of the expansion cylinder.
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