JPH0641098Y2 - 冷凍機の膨張シリンダ冷却側端面への伝熱端子取付け構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は例えば赤外線検出素子等を極低温に冷却する
スターリング冷凍機の膨張機、特にその膨張シリンダ冷
却側端面への伝熱端子取付け構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のスターリング冷凍機は通常圧縮機と、膨張シリン
ダを有する膨張機と、この圧縮機と膨張機とを接続し冷
媒の流路となる接続管とで構成されている。また、膨張
シリンダ内には、この中を往復する膨張ピストン（ディ
スプレーサともいう）があり、この膨張ピストンは蓄冷
器を内蔵しているものがある。この冷凍機の動作につい
て述べると、圧縮機の膨張ピストンにより圧縮されて高
温高圧になり、接続管を通って膨張シリンダに流入し
た、例えばヘリウム、水素などの冷媒ガスは、蓄冷器で
冷却された後膨張シリンダ内で膨張して温度が下がり周
囲の熱を吸収して冷却作用をする。この冷凍機の膨張シ
リンダの冷却側端面への伝熱端子取付け構造に関して
は、例えば第２図に示すものがある。図において、密閉
された膨張シリンダ１の上側端面が冷却側端面２であ
り、この冷却側端面２の上に伝熱端子３が載り、冷却側
端面２と伝熱端子３の下面とは互に面接触している。こ
の伝熱端子３の上方に圧縮ばね５を介して伝熱端子４が
取付けられており、伝熱端子３と伝熱端子４とは可撓性
伝熱部材６の両端に固着されて伝熱路を構成している。
一方、ガラス製の外壁９と内壁10とからなる２重壁構造
で開口部周縁にフランジ11を形成した円筒状の断熱容器
８が膨張シリンダ１の冷却側端面２側を覆っており、フ
ランジ11を膨張シリンダ１の下部に形成したフランジ12
にボルト13で固定して膨張シリンダ１の冷却側端面２側
が密閉されている。また、断熱容器８と膨張シリンダ１
とで区切った空間である真空断熱部15と、外壁９と内壁
10とで区切った空間である真空断熱部14とは、熱の侵入
を防ぐため、真空引き後封止されて真空状態となってお
り、封止口16は真空断熱部15の真空引き用の孔である。
さらに、内壁10の底の上面が被冷却体18を載せる載置台
17を形成しており、この載置台17に載っている被冷却体
18と冷却側端面２と間の熱抵抗を減らすため、載置台17
の下面に伝熱端子４の上面が圧縮ばね５で押圧されて面
接触している。この圧縮ばね５の作用で伝熱端子３の下
面も冷却側端面２に押圧されて面接触している。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、このような従来の冷凍機の膨張シリンダ１の
冷却側端面２への伝熱端子３取付け構造は伝熱端子３お
よび伝熱端子４がそれぞれ圧縮ばね５により冷却側端子
２および載置台17の下面に押圧されて面接触している。
一方、面接触による熱抵抗は、材料、接触面の表面あら
さ、硬度、接触面圧などに左右されるため、材料の選
択、高精度な機械加工により従来熱抵抗を減らす努力が
されてきたが、接触面圧を決定する圧縮ばね５の押圧力
は、次に述べる理由により制約される。即ち、膨張シリ
ンダ１のシリンダ壁を通して外部から侵入する熱を極力
低減するため、膨張シリンダ１内の冷媒ガス圧力に耐え
る範囲で可能な限り前記シリンダ壁は薄肉に作られてい
る。このため、圧縮ばね５の押圧力はこのシリンダ壁を
変形させない範囲内にする必要がある。従って、伝熱端
子３の下面と冷却側端面２との接触による熱抵抗および
伝熱端子４の上面と内壁10の載置台17の下面との接触に
よる熱抵抗とを低減することは限度があるので、冷却側
端面２の温度を被冷却体18が必要とする温度よりかなり
低い温度まで下げないと、被冷却体18の温度を所望の温
度まで冷却できない。このため冷凍機は、効率が低下し
て消費電力が増大し、過負荷運転による寿命の低下を招
くとともに、冷却性能も低下するといった種々の問題が
ある。

この考案は、被冷却体と膨張シリンダの冷却側端面との
間の伝熱路における接触接続部分の熱抵抗を低減するこ
とにより、消費電力を低減し、耐用期間を大幅に改善
し、高冷却性能化した冷凍機の膨張シリンダ冷却側端面
への伝熱端子取付け構造を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この考案によれば、密閉し
た薄肉中空円筒状の膨張シリンダ内で冷媒ガスが膨張す
ることにより低温を発生するようにした膨張機におい
て、前記膨張シリンダの冷却側端面に伝熱端子を、膨張
シリンダの円筒軸に対して点対称に設けられ、互にその
巻き方向が逆向きのねじにより固定するものとする。

〔作用〕

この考案においては、右ねじ孔と左ねじ孔とを膨張シリ
ンダの円筒軸に対称に、冷却側端面に設け、前記右ねじ
孔と前記左ねじ孔とにそれぞれ右ねじと左ねじとを捩じ
込んで伝熱端子を前記冷却側端面に固定したので、伝熱
端子を冷却側端面に固定する際、膨張シリンダの円筒軸
に対称に設けた一対の右ねじ孔と左ねじ孔とにそれぞれ
右ねじと左ねじを捩じ込んで同時に締め付けることによ
り、ねじの締め付けトルクは互に方向が逆で大きさが同
じとなり、捩りモーメントが作用して膨張シリンダの円
筒壁が変形することはない。このため、互に対向する伝
熱端子の面と冷却側端面との接触面圧の増加が可能とな
り、接触面での熱抵抗も低下する。

〔実施例〕

以下、この考案の一実施例を第１図に基づいて説明す
る。第２図と共通あるいは同一の部分は同一の符号で示
す。図において、密閉された膨張シリンダ１の上側端面
が冷却側端面２であり、この冷却側端面２の上に伝熱端
子３が載り、対向する冷却側端面２と伝熱端子３の下面
とは互に面接触している。冷却側端面２に設けた右ねじ
孔21と左ねじ孔22に右ねじ23と左ねじ24をそれぞれ捩じ
込むことにより、伝熱端子３を冷却側端面２に固定して
いる。伝熱端子３の上方に圧縮ばね５を介して伝熱端子
４を取付けており、伝熱端子３と伝熱端子４とを可撓性
伝熱部材６の両端に固着して伝熱路を構成している。

前述の構成において、冷却側端面２に膨張シリンダ１の
円筒軸に対称に設けた一対の右ねじ孔21と左ねじ孔22と
にそれぞれ右ねじ23と左ねじ24を捩じ込んで伝熱端子３
を冷却側端面２に固定する際、膨張シリンダ１の円筒軸
に対称な２つのねじを同時に締め付けることにより、ね
じが右ねじと左ねじであるため、ねじの締め付けトルク
は互に方向が逆で力が同じとなり、膨張シリンダ１には
捩りモーメントが作用せず、膨張シリンダ１の円筒壁も
変形することはない。また、対向する伝熱端子３の下面
と冷却側端面２との接触面圧も増加が可能となり、これ
により接触面での熱抵抗も低下する。このため、被冷却
体18と、膨張シリンダ１の冷却側端面２との間の伝熱路
における熱抵抗が低減するので、冷却側端面２の温度を
被冷却体18の所望温度より大幅に下げる必要がなくなる
結果、冷凍機の効率低下を防止でき、消費電力の低減が
可能となる。また、過負荷運転による冷凍機の寿命の低
下もなくなるとともに、冷却性能の大幅な向上が図れる
という利点がある。

〔考案の効果〕

この考案は、右ねじ孔と左ねじ孔とを膨張シリンダの円
筒軸に対称に、冷却側端面に設け、前記右ねじ孔と前記
左ねじ孔とにそれぞれ右ねじと左ねじとを捩じ込んで前
記伝熱端子を前記冷却側端面に固定したのち、伝熱端子
を冷却側端面に固定する際、捩りモーメントが作用して
膨張シリンダの円筒壁が変形することはない。従って、
伝熱端子の面と冷却側端面との接触面圧の増加が可能と
なり、接触面の熱抵抗も低下するので、被冷却体と膨張
シリンダの冷却側端面との間の伝熱路における熱抵抗が
低減し、冷却側端面の温度を被冷却体の所望温度より大
幅に下げる必要がなくなる。その結果、冷凍機は、効率
が向上して消費電力が低減し、過負荷運転が不要となっ
て耐用期間が大幅に延びるとともに、高冷却性能化する
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の要部を示す断面図、第２
図は従来の冷凍機の膨張機を示す要部断面図である。 １……膨張シリンダ、２……冷却側端面、３……伝熱端
子、４……伝熱端子、５……圧縮ばね、６……可撓性伝
熱部材、17……載置台、18……被冷却体、21……右ねじ
孔、22……左ねじ孔、23……右ねじ、24……左ねじ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉した薄肉中空円筒状の膨張シリンダ内
   で冷媒ガスが膨張することにより低温を発生するように
   した膨張機において、前記膨張シリンダの冷却側端面に
   伝熱端子を、膨張シリンダの円筒軸に対して点対称に設
   けられ、互にその巻き方向が逆向きのねじにより固定し
   たことを特徴とする冷凍機の膨張シリンダ冷却側端面へ
   の伝熱端子取付け構造。