JPH0689954B2 - 極低温冷凍機の冷却部構造 - Google Patents
極低温冷凍機の冷却部構造Info
- Publication number
- JPH0689954B2 JPH0689954B2 JP23902286A JP23902286A JPH0689954B2 JP H0689954 B2 JPH0689954 B2 JP H0689954B2 JP 23902286 A JP23902286 A JP 23902286A JP 23902286 A JP23902286 A JP 23902286A JP H0689954 B2 JPH0689954 B2 JP H0689954B2
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- JP
- Japan
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- cooling
- displacer
- cooled
- cooling unit
- cylinder
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスターリング冷凍機等の極低温冷凍機に係り、
特に被冷却体と冷凍機の冷却部を直接接触させる場合、
被冷却体のサイズにかかわらず接触熱抵抗等による有効
冷却能力の低下を防止する冷却部構造に関する。
特に被冷却体と冷凍機の冷却部を直接接触させる場合、
被冷却体のサイズにかかわらず接触熱抵抗等による有効
冷却能力の低下を防止する冷却部構造に関する。
従来、スターリング冷凍機等の極低温冷凍機の冷却部構
造については、インフラレツド・フイジツクス，ボリユ
ーム23,ナンバー２（1983年）第77頁から第84頁（Infra
red phys.,Vol.23,No.2,（1983）pp77−84）において一
例が示されている。
造については、インフラレツド・フイジツクス，ボリユ
ーム23,ナンバー２（1983年）第77頁から第84頁（Infra
red phys.,Vol.23,No.2,（1983）pp77−84）において一
例が示されている。
すなわち、冷凍機の冷却部にばねを介して被冷却部への
押し付け板が取り付けられており、ばねを圧縮して用い
ることにより接触熱抵抗による有効冷却能力の低下を防
止していた。
押し付け板が取り付けられており、ばねを圧縮して用い
ることにより接触熱抵抗による有効冷却能力の低下を防
止していた。
上記従来技術は、接触圧を上げるためのばね部及び冷却
板を経由して被冷却体から熱をとつていたため、接触熱
抵抗を減らすことはできるが、ばね部の熱容量や熱伝導
に起因する熱抵抗に関しては考慮されていなかつた。ま
た、シリンダ径よりサイズの大きい被冷却体を冷却する
場合、冷却板を大きくすることは可能であるが、ばね部
のみが熱の流路となるため冷却板に温度分布が生じ均一
な冷却が不可能であるといつた問題があつた。
板を経由して被冷却体から熱をとつていたため、接触熱
抵抗を減らすことはできるが、ばね部の熱容量や熱伝導
に起因する熱抵抗に関しては考慮されていなかつた。ま
た、シリンダ径よりサイズの大きい被冷却体を冷却する
場合、冷却板を大きくすることは可能であるが、ばね部
のみが熱の流路となるため冷却板に温度分布が生じ均一
な冷却が不可能であるといつた問題があつた。
本発明の目的は上記問題点に鑑み、被冷却体との接触熱
抵抗を減らすのみならず、被冷却体のサイズがデイスプ
レーサ用シリンダより大きな場合においても、熱抵抗が
小さく均一な冷却が可能な極低温冷凍機の冷却部を提供
することにある。
抵抗を減らすのみならず、被冷却体のサイズがデイスプ
レーサ用シリンダより大きな場合においても、熱抵抗が
小さく均一な冷却が可能な極低温冷凍機の冷却部を提供
することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る極低温冷凍機
の冷却部の構成は、往復動するデイスプレーサとこれを
囲むシリンダとからなる極低温冷凍機の冷却部におい
て、前記シリンダの端部にシリンダの断面積より大き
く、被冷却体の大きさに合つた断面積を有し、膨張空間
の一部となる空間を設けると同時に、前記空間とデイス
プレーサ用シリンダの間にベローズ状管部を設けたもの
である。前者は冷却部の温部分布をなくし被冷却体を均
一に冷却するために設けたものであり、後者は被冷却体
との接触圧をあげ接触熱抵抗を小さくするために設けた
ものである。
の冷却部の構成は、往復動するデイスプレーサとこれを
囲むシリンダとからなる極低温冷凍機の冷却部におい
て、前記シリンダの端部にシリンダの断面積より大き
く、被冷却体の大きさに合つた断面積を有し、膨張空間
の一部となる空間を設けると同時に、前記空間とデイス
プレーサ用シリンダの間にベローズ状管部を設けたもの
である。前者は冷却部の温部分布をなくし被冷却体を均
一に冷却するために設けたものであり、後者は被冷却体
との接触圧をあげ接触熱抵抗を小さくするために設けた
ものである。
断面積がデイスプレーサ用シリンダのものより大きく、
さらに被冷却体に合つた大きさであり、膨張空間の一部
となる空間をシリンダ端部に設けた冷却部はその内部が
作動媒体に満たされており、冷凍機の運転動作により内
部作動媒体が圧縮、膨張をくり返す。すなわち、従来の
冷却部同様、拡げた部分の空間に存在する作動媒体が被
冷却体から熱を奪う媒体となるから、前記付加空間を構
成する空間先端の、被冷却体と接触する部分は温度分布
がほとんどなく一様な温度状態となる。また、被冷却体
に対し、接触する部分は冷凍機内部の封入圧力に耐える
所まで薄肉化してやれば、熱伝導に起因する熱抵抗を小
さく抑えることができる。
さらに被冷却体に合つた大きさであり、膨張空間の一部
となる空間をシリンダ端部に設けた冷却部はその内部が
作動媒体に満たされており、冷凍機の運転動作により内
部作動媒体が圧縮、膨張をくり返す。すなわち、従来の
冷却部同様、拡げた部分の空間に存在する作動媒体が被
冷却体から熱を奪う媒体となるから、前記付加空間を構
成する空間先端の、被冷却体と接触する部分は温度分布
がほとんどなく一様な温度状態となる。また、被冷却体
に対し、接触する部分は冷凍機内部の封入圧力に耐える
所まで薄肉化してやれば、熱伝導に起因する熱抵抗を小
さく抑えることができる。
一方、ベローズ構造には次のような作用がある。すなわ
ち、ベローズにより前記付加冷却部が被冷却体とある角
度をもつて位置づけられていても微小角度であれば吸収
が可能であり、冷却部と被冷却部とを一様に接触させる
ことが可能である。また、ベローズを圧縮した状態で被
冷却体に冷却部を接触させ接触圧を上げることも可能で
あるが封入圧力と外部雰囲気圧との圧力差によりベロー
ズ部が変形するのを利用して接触圧を上げることも可能
である。本作用により接触熱抵抗を減小させるための接
触圧の増加が図れる。
ち、ベローズにより前記付加冷却部が被冷却体とある角
度をもつて位置づけられていても微小角度であれば吸収
が可能であり、冷却部と被冷却部とを一様に接触させる
ことが可能である。また、ベローズを圧縮した状態で被
冷却体に冷却部を接触させ接触圧を上げることも可能で
あるが封入圧力と外部雰囲気圧との圧力差によりベロー
ズ部が変形するのを利用して接触圧を上げることも可能
である。本作用により接触熱抵抗を減小させるための接
触圧の増加が図れる。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。本図
はスターリング冷凍機を例にとり、冷却部の拡大断面図
を示したものであるが、被冷却体６を直接冷却する冷却
部１、デイスプレーサ５、デイスプレーサ５用のシリン
ダ３、冷却部１とシリンダ３の間に設けられたベローズ
部２により膨張空間４が形成されている。デイスプレー
サ５が上下に振動することにより膨張空間４の作動媒体
が、本図には示していないが、圧縮空間との間で圧縮，
膨張することにより冷却能力が得られることになる。し
たがつて、膨張空間４の作動媒体は、過渡時には温度分
布を呈しているものの、定常状態では一様な温度になつ
ていると考えて良い。特に、冷却部１外部は、通常、真
空断熱層でおおわれるから、膨張空間４の壁付近は輻射
の影響によりわずかな温度勾配があるものの、些程顕著
ではない。そのため、被冷却体６と接する冷却部１の面
は全面一定温度になつていると考えられる。また、冷却
部１の冷却面積は対象とする被冷却体の面積に応じ任意
に形成しても冷凍機の動作上、何等問題はなく、被冷却
体６を均一に冷却することが可能である。
はスターリング冷凍機を例にとり、冷却部の拡大断面図
を示したものであるが、被冷却体６を直接冷却する冷却
部１、デイスプレーサ５、デイスプレーサ５用のシリン
ダ３、冷却部１とシリンダ３の間に設けられたベローズ
部２により膨張空間４が形成されている。デイスプレー
サ５が上下に振動することにより膨張空間４の作動媒体
が、本図には示していないが、圧縮空間との間で圧縮，
膨張することにより冷却能力が得られることになる。し
たがつて、膨張空間４の作動媒体は、過渡時には温度分
布を呈しているものの、定常状態では一様な温度になつ
ていると考えて良い。特に、冷却部１外部は、通常、真
空断熱層でおおわれるから、膨張空間４の壁付近は輻射
の影響によりわずかな温度勾配があるものの、些程顕著
ではない。そのため、被冷却体６と接する冷却部１の面
は全面一定温度になつていると考えられる。また、冷却
部１の冷却面積は対象とする被冷却体の面積に応じ任意
に形成しても冷凍機の動作上、何等問題はなく、被冷却
体６を均一に冷却することが可能である。
一方、冷却部１とシリンダ３の間にベローズ状の可撓部
を設けたことにより、被冷却体６が別の部材に固定さ
れ、冷却部１の冷却面との間に多少の傾斜角を有してい
てもこれを吸収し均一な面接触を実現することができ
る。また、ベローズ部２がばね効果を有しているため、
被冷却体６に対する接触圧の向上が図れるものならず、
冷凍機内部の作動媒体圧が外部雰囲気圧より高い場合に
は、ベローズ部の変形により、より高い接触圧が得られ
ることになる。
を設けたことにより、被冷却体６が別の部材に固定さ
れ、冷却部１の冷却面との間に多少の傾斜角を有してい
てもこれを吸収し均一な面接触を実現することができ
る。また、ベローズ部２がばね効果を有しているため、
被冷却体６に対する接触圧の向上が図れるものならず、
冷凍機内部の作動媒体圧が外部雰囲気圧より高い場合に
は、ベローズ部の変形により、より高い接触圧が得られ
ることになる。
第２図はベローズ２を設けない場合の実施例である。冷
却部１で構成された膨張空間１はデイスプレーサ５が往
復動してもデイスプレーサ５により占有されない空間、
すなわち死容積となる。冷凍機全体の死容積を基準に考
えれば、新たな冷却部１を設けたことによる死容積の増
加の割合は、性能の低下原因になる程ではない。従来の
実験的経験から考察すれば、冷却部１の死容積はデイス
プレーサ掃気容積の２分の１以下であれば冷凍機の性能
上、特に問題はない。これを、第２図を用いて数式化す
れば、式（１）（２）を前提として式（３）で表すこと
ができる。
却部１で構成された膨張空間１はデイスプレーサ５が往
復動してもデイスプレーサ５により占有されない空間、
すなわち死容積となる。冷凍機全体の死容積を基準に考
えれば、新たな冷却部１を設けたことによる死容積の増
加の割合は、性能の低下原因になる程ではない。従来の
実験的経験から考察すれば、冷却部１の死容積はデイス
プレーサ掃気容積の２分の１以下であれば冷凍機の性能
上、特に問題はない。これを、第２図を用いて数式化す
れば、式（１）（２）を前提として式（３）で表すこと
ができる。
Ve＝πd2・/4 …（１） ここで、Ve:デイスプレーサ掃気容積 d:デイスプレーサ外径 ：デイスプレーサストローク Vd＝πD2t/4＋πd2t′/4 …（２） ここで、Vd:冷却部の死容積 D:冷却部の径 t:冷却部の高さ ｔ′：シリンダ部死容積高さ Vd≦Ve/2 …（３） 本条件の下で冷却部１を設計すれば冷凍機性能に影響を
及ぼすことはほとんどない。
及ぼすことはほとんどない。
第３図，第４図は本発明の効果を線図として示したもの
である。第３図は接触圧に対する熱接触コングクタンス
の変化を示したものである。熱接触コンダクタンスは接
触熱抵抗の逆数で定義されるものであり、高い程、熱が
移動し易いことを示している。本図より、接触圧を増加
させることにより熱損失を減らすことができるから、有
効冷却能力の向上が図れる。
である。第３図は接触圧に対する熱接触コングクタンス
の変化を示したものである。熱接触コンダクタンスは接
触熱抵抗の逆数で定義されるものであり、高い程、熱が
移動し易いことを示している。本図より、接触圧を増加
させることにより熱損失を減らすことができるから、有
効冷却能力の向上が図れる。
第４図は接触面積に対する冷却部の吸熱量の変化を示し
たものである。接触熱抵抗や冷却部の肉厚等が一定の場
合、被冷却体との接触面積に比例して吸熱量は増加す
る。すなわち、被冷却体に見合つた冷却部を設定するこ
とにより、有効冷却能力の大幅な改善が図れる。
たものである。接触熱抵抗や冷却部の肉厚等が一定の場
合、被冷却体との接触面積に比例して吸熱量は増加す
る。すなわち、被冷却体に見合つた冷却部を設定するこ
とにより、有効冷却能力の大幅な改善が図れる。
〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、被冷却体の被冷却部面
を完全に覆つた冷却面により冷却することができるの
で、均一な冷却を行うことができると同時に有効冷却能
力の向上が図れる。また、ベローズ部を設けたことによ
り被冷却体に対する接触圧を高めることができるから、
接触熱抵抗の減小により有効冷却能力の向上を図ること
ができる。さらに被冷却体と冷却部との間に取り付け誤
差があつても、ベローズ部により、これを吸収すること
が可能であり均一な冷却を行うことができる。
を完全に覆つた冷却面により冷却することができるの
で、均一な冷却を行うことができると同時に有効冷却能
力の向上が図れる。また、ベローズ部を設けたことによ
り被冷却体に対する接触圧を高めることができるから、
接触熱抵抗の減小により有効冷却能力の向上を図ること
ができる。さらに被冷却体と冷却部との間に取り付け誤
差があつても、ベローズ部により、これを吸収すること
が可能であり均一な冷却を行うことができる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は他の
実施例を示す断面図、第３図，第４図はそれぞれ本発明
の効果を実証する冷却部の特性線図である。 １……冷却部、２……ベローズ、３……シリンダ、４…
…膨張空間、５……デイスプレーサ、６……被冷却体。
実施例を示す断面図、第３図，第４図はそれぞれ本発明
の効果を実証する冷却部の特性線図である。 １……冷却部、２……ベローズ、３……シリンダ、４…
…膨張空間、５……デイスプレーサ、６……被冷却体。
Claims (2)
- 【請求項１】膨張空間をディスプレーサとこれを囲むシ
リンダにて構成し、該ディスプレーサが往復動すること
により該シリンダ端部で冷却能力を得るように構成され
た極低温冷凍機の冷却部構造において、該シリンダ先端
に該ディスプレーサを囲む部分の断面積より大きな断面
積を有し、膨張空間の一部となる空間を設けるととも
に、該空間と前記ディスプレーサ用シリンダとの間にベ
ローズ状部を設けたことを特徴とする極低温冷凍機の冷
却部構造。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の極低温冷却
機の冷却部構造において、該空間の容積を該ディスプレ
ーサの断面積とストロークの積で決まる掃気容積の1/2
以下にしたことを特徴とする極低温冷凍機の冷却部構
造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23902286A JPH0689954B2 (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 極低温冷凍機の冷却部構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23902286A JPH0689954B2 (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 極低温冷凍機の冷却部構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6396455A JPS6396455A (ja) | 1988-04-27 |
| JPH0689954B2 true JPH0689954B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=17038721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23902286A Expired - Lifetime JPH0689954B2 (ja) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | 極低温冷凍機の冷却部構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689954B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8020433B2 (en) | 2003-03-25 | 2011-09-20 | Tearlab Research, Inc. | Systems and methods for a sample fluid collection device |
| US7051569B2 (en) * | 2002-08-06 | 2006-05-30 | Ocusense, Inc. | Systems and methods for calibrating osmolarity measuring devices |
| US7810380B2 (en) | 2003-03-25 | 2010-10-12 | Tearlab Research, Inc. | Systems and methods for collecting tear film and measuring tear film osmolarity |
| JP6792556B2 (ja) | 2014-09-23 | 2020-11-25 | ティアラブ リサーチ，インク． | 液体サンプルを分析するためのデバイス |
-
1986
- 1986-10-09 JP JP23902286A patent/JPH0689954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6396455A (ja) | 1988-04-27 |
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