JPH0579358U - 極低温冷凍機の寒冷発生機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 単純な構造により寒冷の発生効率を高める
とともに、寒冷の利用効率の向上も図った極低温冷凍機
２０の寒冷発生機構２１を提供すること。 【構成】 ディスプレーサー３下部の冷媒ガス流路２
２の形状を工夫することに着目したもので、冷媒ガスを
収容するシリンダ２内を往復動するとともに蓄冷材４を
内蔵しかつ連通穴１４を形成したディスプレーサー３と
を有し、ディスプレーサー３とシリンダ２との間の膨張
空間６における冷媒ガスの断熱膨張により低温を発生さ
せる極低温冷凍機２０の寒冷発生機構２１であって、膨
張空間６に臨むディスプレーサー３の下部外表面に、連
通穴１４および膨張空間６に連通するらせん状のネジ溝
からなる冷媒ガス流路２２を形成したことを特徴とす
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は圧縮した冷媒ガスを断熱膨張させることにより極低温レベルの寒冷 を発生させる極低温冷凍機の寒冷発生部の構造にかかるもので、とくに寒冷発生 効率の向上と、発生した寒冷の利用効率の向上とを図った極低温冷凍機の寒冷発 生機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

極低温レベルの寒冷を得るために、圧縮した冷媒ガスを断熱膨張させること により寒冷発生部で発生させた寒冷を蓄冷材を用いて熱交換させる再生熱交換型 などの極低温冷凍機がある。

【０００３】 図２にこうした極低温冷凍機１の要部、とくにその寒冷発生部１Ａを示す。 この極低温冷凍機１は、公知の冷凍サイクルたとえばギフォード・マクマホ ン冷凍サイクル（ＧＭ冷凍サイクル）を採用したもので、先端を閉鎖したステン レス製の円筒型のシリンダ２と、このシリンダ２内を往復動するディスプレーサ ー３とを有する。

【０００４】 ディスプレーサー３は、その内部に網状あるいは球状等とした鉛などによる 蓄冷材４を内蔵するとともに、シリンダ２との間にシール材５を設けて膨張空間 ６を形成する。

【０００５】 また、ディスプレーサー３の底部には、連通穴７を形成することにより、冷 媒ガスが蓄冷材４の部分から膨張空間６の部分に流入・排出可能としている。

【０００６】 図示の状態がディスプレーサー３の上死点とすれば、当該寒冷発生部１Ａは ディスプレーサー３より下方部分となる。

【０００７】 こうした構成の極低温冷凍機１は、ディスプレーサー３の上下往復運動、お よび冷媒ガスの供給、膨張、排出により膨張空間６に寒冷を発生させるものであ る。

【０００８】 すなわち、圧縮機（図示せず）により圧縮された冷媒ガスは、冷媒ガス導入 流路（図示せず）から極低温冷凍機１に導入される。

【０００９】 極低温冷凍機１内で蓄冷材４に接触して冷却された低温・高圧の冷媒ガスが 連通穴７を通って膨張空間６に導入される。

【００１０】 この状態で、ディスプレーサー３が駆動機構（図示せず）により上方に引き 上げられると、膨張空間６は最大容積となる。

【００１１】 つぎに、上記冷媒ガス導入流路を低圧の戻り流路に切り替えると、膨張空間 ６内の高圧冷媒ガスが膨張することにより寒冷を発生する。

【００１２】 ついで、ディスプレーサー３を上記駆動機構により下方に移動させると、寒 冷を発生した冷媒ガスは連通穴７を通り、蓄冷材４を冷却しつつ上記圧縮機に戻 る。

【００１３】 上記冷媒ガス導入流路を高圧の供給流路に切り替えるとともに上記圧縮機か らの冷媒ガスの供給を行い、こうしたサイクルを繰り返す。

【００１４】 しかしながら、上述のような寒冷発生部１Ａの構造であると、低温の冷媒ガ スと接触する膨張空間６を形成するシリンダ２の内壁面がその下方部の狭い部分 のみに限定され、発生した寒冷を有効に取り出すことが困難である（寒冷の利用 効率が低い）という問題がある。

【００１５】 こうした問題を解決するために、図３に示す極低温冷凍機１０のように、デ ィスプレーサー１１の下部外周に円周溝１２および連絡路１３を形成するととも に、連通穴１４を横方向に設けた寒冷発生機構１５が公知である。

【００１６】 こうした極低温冷凍機１０では、連通穴１４からの冷媒ガスが円周溝１２を 介して膨張空間６に流れることが可能であるため、その寒冷発生部１０Ａが極低 温冷凍機１の寒冷発生部１Ａ（図２）の場合よりは拡大される。

【００１７】 また、冷媒ガスを円周溝１２部分のシリンダ２内の内壁に強制的に接触させ ることにより冷媒ガスとシリンダ２との接触面積の増加を図り、発生した寒冷の 利用効率を向上させる工夫がなされている。

【００１８】 しかしながら、こうした工夫は、円周溝１２および連絡路１３が冷媒ガスの 流れに対して抵抗を生じることになり、寒冷の発生効率の方が低下するという問 題がある。

【００１９】 また、冷媒ガスが接触するシリンダ２の内壁面の増加割合は、ディスプレー サー１１の円周溝１２の幅により制約されるため、寒冷の利用効率についても必 ずしも最大となるとは言えない。

【００２０】 一方、ディスプレーサー１１の下部外周をすべて円周溝１２と同一外径とす ると、こうした円周溝１２は冷媒ガスの膨張に際して寒冷の発生に寄与せず、寒 冷発生に寄与しないデッドボリュームが増加するため、寒冷の発生効率が低下し てしまうという問題がある。

【００２１】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、単純な構造により 寒冷の発生効率を高めるとともに、寒冷の利用効率の向上も図った極低温冷凍機 の寒冷発生機構を提供することを課題とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】

すなわち本考案は、ディスプレーサー下部の冷媒ガス流路の形状を工夫する ことに着目したもので、冷媒ガスを収容するシリンダと、このシリンダ内を往復 動するとともに蓄冷材を内蔵し、かつ連通穴を形成したディスプレーサーとを有 し、このディスプレーサーと上記シリンダとの間の膨張空間における上記冷媒ガ スの断熱膨張により低温を発生させる極低温冷凍機の寒冷発生機構であって、上 記膨張空間に臨む上記ディスプレーサーの下部外表面に、上記連通穴および該膨 張空間に連通するらせん状のネジ溝からなる冷媒ガス流路を形成したことを特徴 とする極低温冷凍機の寒冷発生機構である。

【００２３】

【作用】

本考案による極低温冷凍機の寒冷発生機構においては、ディスプレーサーの 下部の冷媒ガス流路をネジ溝により形成したため、連続したらせん状の冷媒ガス 流路とすることができ、冷媒ガスの流れに対する抵抗を低減させて冷媒ガスを流 れやすくさせることが可能となるため、冷媒の供給、膨張、排出の効率が改善さ れ、寒冷の発生効率の向上を期待することができる。

【００２４】 同時に、上記ネジ溝によってシリンダの内壁面と冷媒ガスとの接触面積が増 加するため、寒冷の利用効率の向上も期待することができる。

【００２５】

【実施例】

つぎに本考案の一実施例による極低温冷凍機２０の寒冷発生機構２１を図１ にもとづき説明する。ただし、図２および図３と同様の部分については同一符号 を付し、その詳述はこれを省略する。

【００２６】 当該寒冷発生機構２１においては、前記ディスプレーサー３の下部に連続し たらせん状のネジ溝による冷媒ガス流路２２を形成する。

【００２７】 したがって、連通穴１４と膨張空間６とはこのらせん状の冷媒ガス通路２２ により連通している。

【００２８】 こうした構成の極低温冷凍機２０において、従来と同様に冷媒ガスの断熱膨 張により寒冷発生部２０Ａに寒冷を発生する。

【００２９】 この際、ディスプレーサー３下部の冷媒ガス流路２２を連続のネジ溝構造と してあるため、連通穴１４から供給、膨張、排出される冷媒ガスは、抵抗を受け ることなく膨張空間６と蓄冷材４の部分を移動することが可能となる。

【００３０】 すなわち、膨張空間６への供給および膨張空間６からの排出の際に効率よく 冷媒ガスの移動が可能であるとともに、冷媒ガスの膨張に際してはこの冷媒ガス 通路２２はデッドボリュームとならずに寒冷の発生に寄与するので、寒冷の発生 効率の向上を期待することができる。

【００３１】 また、ネジ溝による連続したらせん状の冷媒ガス流路２２であるため、冷媒 ガスの移動にともなってこの冷媒ガス流路２２内に存在する冷媒ガスと接触する シリンダ２の内壁面の面積が増加し、寒冷の利用効率向上も期待することができ る。

【００３２】 なお、ディスプレーサー３の下部の冷媒ガス流路となるネジ溝の形状などに ついては、任意に設計可能である。

【００３３】 なお本考案は、ＧＭ冷凍サイクルを利用した極低温冷凍機のみならず、他の タイプの極低温冷凍機にも応用可能である。

【００３４】

【考案の効果】

以上のように本考案によれば、ディスプレーサー下部の冷媒ガス流路をネジ 溝構造とするだけの簡単な構造とすることにより、寒冷の発生効率および寒冷の 利用効率の向上が可能となる。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例による極低温冷凍機２０の要
部断面図である。

【図２】従来の極低温冷凍機１の要部断面図である。

【図３】従来の他の極低温冷凍機１０の要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 極低温冷凍機 １Ａ 極低温冷凍機１の寒冷発生部１Ａ ２ 円筒型のシリンダ ３ ディスプレーサー ４ 蓄冷材 ５ シール材 ６ 膨張空間 ７ 連通穴 １０ 極低温冷凍機 １１ ディスプレーサー １１Ａ ディスプレーサー１１の寒冷発生部 １２ 円周溝 １３ 連絡路 １４ 連通穴 １５ 寒冷発生機構 ２０ 極低温冷凍機 ２０Ａ 極低温冷凍機２０の寒冷発生部 ２１ 極低温冷凍機２０の寒冷発生機構 ２２ ネジ溝による連続したらせん状の冷媒ガス通路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒ガスを収容するシリンダと、 このシリンダ内を往復動するとともに蓄冷材を内蔵し、
   かつ連通穴を形成したディスプレーサーとを有し、 このディスプレーサーと前記シリンダとの間の膨張空間
   における前記冷媒ガスの断熱膨張により低温を発生させ
   る極低温冷凍機の寒冷発生機構であって、 前記膨張空間に臨む前記ディスプレーサーの下部外表面
   に、前記連通穴および該膨張空間に連通するらせん状の
   ネジ溝からなる冷媒ガス流路を形成したことを特徴とす
   る極低温冷凍機の寒冷発生機構。