JP3271346B2 - 冷凍機の再生器及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機に使用される再
生器（再生式熱交換器）及びその製造方法に関し、特
に、蓄冷材に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ヘリウムガス等の高圧の冷媒
ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低
温冷凍機として、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、この圧
縮機で圧縮された冷媒ガスを膨張させる膨張機とを組合
わせてなり、上記膨張機のシリンダ内でディスプレーサ
を往復動させ、その膨張空間で冷媒ガスを断熱膨張させ
て寒冷を発生させるようにしたＧＭ冷凍機や、リニアモ
ータ圧縮機から吐出される脈動をもったガスにより膨張
機のディスプレーサを往復動させて、膨張空間での冷媒
ガスの膨張により寒冷を発生させるようにしたスターリ
ング冷凍機が知られている。こうした極低温冷凍機にお
ける膨張機には、再生器（リジェネレータ）と呼ばれる
再生式熱交換器が内蔵されているが、この再生器は、通
常、ガスが往来可能なディスプレーサとしてのケース内
に充填された多数の粒状の鉛からなるマトリックス、つ
まり、蓄冷材を備え、該蓄冷材を通過するガス冷媒と熱
交換して蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うタイプのものが
一般的に採用されている。

【０００３】しかしながら、上記再生器においては、図
４に示すように、ケース(91)の両端部に取付けられたキ
ャップ(92, 93)の中央部にガス冷媒の流通孔(94, 95)が
形成される一方、上記ケース(91)に充填された蓄冷材(9
6)の空隙率が全体に均一に形成されているので、中心部
を流れるガス冷媒の流速V1が早く、外側を流れるガス冷
媒の流速V2が遅くなり、中心部では熱交換が過剰になっ
て能力不足になり、逆に、外側では熱交換が少なく能力
過剰になり、全体に熱交換がアンバランスになるという
問題があった。そこで、従来、特開平２―３０９１５８
号公報に示されるように、ケース内に円筒状の仕切壁を
設け、該仕切壁の内側と外側とには、空隙率の異なる蓄
冷材を充填するようにしてガス冷媒がケース内を全体に
均一に流れるようにし、熱交換のアンバランスを防止す
ることが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した再生
器においては、仕切壁を設けているので、熱伝導損失が
生じるという問題があった。つまり、蓄冷材の両端部で
約２００℃の温度差が生じるので、上記仕切壁を薄肉に
形成しても熱伝導損失が生じ、再生器効率が低下すると
いう問題があった。

【０００５】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、第１の目的は、仕切壁による熱伝導損失を防止しつ
つ、熱交換のアンバランスを防止して再生器効率を向上
させることにある。また、本発明の第２の目的は、上記
再生器の製造できる方法を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明が講じた手段は、空隙率の異なる複数の蓄
冷材層を互いに直接密接するように形成したものであ
る。すなわち、図２及び図３に示すように、請求項１に
係る発明が講じた手段は、上記第１の目的を達成すべ
く、先ず、膨張空間(20, 21)に給排されるガス冷媒との
熱交換により蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うようにした
冷凍機の再生器を前提としている。そして、筒状に形成
されたケース(32)の両開口端にガス冷媒の流通孔(38, 3
9)を有するキャップ(36, 37)が取付けられている。更
に、上記ケース(32)内には、ケース(32)の中心上に位置
する柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(34)の外側に
位置する１又は２以上の筒状蓄冷材層(35)とがケース(3
2)の半径方向に積層して充填されている。加えて、上記
各蓄冷材層(34, 35)は、柱状蓄冷材層(34)からケース(3
2)内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたが
って空隙率が大きくなるように形成された構成としてい
る。

【０００７】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、第２の目的を達成すべく、上記請求項１の極低温冷
凍機の再生器の製造方法として、先ず、ケース(32)の中
心上に位置する柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(3
4)の外側に位置する１又は２以上の筒状蓄冷材層(35)と
を、該柱状蓄冷材層(34)からケース(32)内の外側に位置
する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがって空隙率が大き
くなるように形成すると共に、ケース(32)の充填有効長
さより長く且つケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)
との間及び各蓄冷材層(34, 35)の間に小隙が存する外形
に形成する。続いて、上記ケース(32)の一端部にキャッ
プ(37)を取付けた状態で、他端の開口端より上記各蓄冷
材層(34, 35)を挿入する。その後、上記ケース(32)の開
口端部に、ケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)との
間及び各蓄冷材層(34, 35)の間が密接するように各蓄冷
材層(34, 35)を長手方向に圧縮しつゝキャップ(36)を取
付け、該ケース(32)内に各蓄冷材層(34, 35)を充填する
構成としている。

【０００８】

【作用】上記の構成により、請求項１に係る発明では、
膨脹空間(20, 21)に給排気されるガス冷媒は、再生器ケ
ース(32)の内部を通り、該ケース(32)内の各蓄冷材層(3
4, 35)と熱交換して蓄熱及びガス冷媒の加熱を行ってい
る。このケース(32)内には、複数の蓄冷材層(34, 35)を
半径方向に積層形成し、中心部の柱状蓄冷材層(34)から
外側の筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがって空隙率が大
きくなるように形成しているので、ガス冷媒は、流通孔
(38, 39)から柱状蓄冷材層(34)に向ってケース(32)内に
流入するものゝ該柱状蓄冷材層(34)の空隙率が小さいこ
とから、外側の筒状蓄冷材層(35)にも分散されることに
なる。このことから、上記ガス冷媒は、各蓄冷材層(34,
35)をほゞ均一に流れることになる。この結果、該各蓄
冷材層(34, 35)とガス冷媒との熱交換がほゞ均一に行わ
れることになり、再生器効率が向上することになる。

【０００９】また、請求項２に係る発明では、各蓄冷材
層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さよりやゝ長く形
成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿入した
後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケース(3
2)に充填するので、該各蓄冷材層(34, 35)がやゝ外側に
膨出し、各蓄冷材層(34, 35)が互いに密接すると共に、
ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)とが密接することにな
り、各蓄冷材層(34, 35)の間などに間隙が生ずることが
なく、ガス冷媒の吹き抜けが防止される。

【００１０】

【発明の効果】従って、請求項１に係る発明によれば、
複数の蓄冷材層(34, 35)を半径方向に積層して形成する
と共に、中心部の柱状蓄冷材層(34)から外側の筒状蓄冷
材層(35)にいくにしたがって空隙率が大きくなるように
形成したゝめに、ガス冷媒が、外側の筒状蓄冷材層(35)
にも分散されることになる。この結果、該各蓄冷材層(3
4, 35)を流れるガス冷媒の流量をほゞ均一にすることが
できるので、該各蓄冷材層(34, 35)とガス冷媒との熱交
換をほゞ均一に行わせることができ、熱交換能力の不足
部分と過剰部分との発生を確実に防止することができる
ことから、再生器効率を向上させることができる。更
に、上記各蓄冷材層(34, 35)の間に仕切壁を設けること
なく該各蓄冷材層(34, 35)を密接するようにしているの
で、熱伝導損失を低減することができ、再生器効率の向
上を図ることができる。

【００１１】また、請求項２に係る発明によれば、各蓄
冷材層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さよりやゝ長
く形成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿入し
た後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケース
(32)に充填するようにしたゝめに、該各蓄冷材層(34, 3
5)の膨出によって各蓄冷材層(34, 35)を互いに密接させ
ることができると共に、ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)
とを互いに密接させることができる。この結果、上記各
蓄冷材層(34, 35)の間などの間隙を確実に防止すること
ができ、ガス冷媒の吹き抜けを防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例に係る極低温冷凍機とし
てのＧ−Ｍサイクルを持つヘリウム冷凍機を示し、 (1)
は、図外の圧縮機で圧縮された冷媒ガスとしてのヘリウ
ムガスを膨張させる膨張機であって、この膨張機(1)
は、圧縮機に対し高圧及び低圧ガス配管（いずれも図示
せず）によって接続されて閉回路が形成されている。上
記膨張機(1) は、上記高圧ガス配管が接続される高圧ガ
ス入口(2) 及び低圧ガス配管が接続される低圧ガス出口
(3) を有するバルブハウジング(4) と、該バルブハウジ
ング(4) の下部に一体的に気密接合され、上側の大径部
(5a)及び下側の小径部(5b)よりなる２段構造のシリンダ
(5) とを備え、上記バルブハウジング(4) の内部には、
上記高圧ガス入口(2) に連通するモータ室(6) と、該モ
ータ室(6) に連通する上下方向の貫通孔(7) と、上記低
圧ガス出口(3) に補助オリフィス(8) を介して連通する
サージボリューム(9) とが形成されている。

【００１３】また、上記バルブハウジング(4) とシリン
ダ(5) との接合部には、該シリンダ(5) の上側閉塞端部
を構成するバルブステム(10)が設けられ、該バルブステ
ム(10)は、上記バルブハウジング(4) の貫通孔(7) に気
密嵌合されたバルブシート部(10a) と、上記シリンダ大
径部(5a)内の上部に垂下する垂下部(10b) とを備えてな
り、該バルブシート部(10a) の上方における貫通孔(7)
の内部が、上記モータ室(6) を介して高圧ガス配管に連
通するバルブ室(11)に形成されている。また、上記バル
ブステム(10)には、上半部が２つの分岐流路(12a, 12a)
に分岐され且つ上記バルブ室(11)とシリンダ(5) 内とに
連通する第１ガス流路(12)と、一端が後述するロータリ
バルブ(24)の低圧ポート(27)を介して第１ガス流路(12)
に連通すると共に、他端が上記バルブハウジング(4) に
形成した連通路(14)を介して低圧ガス出口(3) に連通す
る第２ガス流路(13)とが形成されている。そして、該第
２ガス流路(13)は、バルブステム(10)の上面中心部に、
第１ガス流路(12)の分岐流路(12a, 12a)は、バルブステ
ム(10)の上面で第２ガス流路(13)の開口部に対して対称
位置にそれぞれ開口されている。

【００１４】一方、上記シリンダ(5) における大径部(5
a)内の上端部には、該シリンダ大径部(5a)内の上部に駆
動空間(15)を区画形成する略カップ形状のスラックピス
トン(16)がその上端内側面を上記バルブステム(10)の垂
下部(10b) に気密状に摺接せしめた状態で往復動可能に
嵌合され、上記駆動空間(15)は、上記バルブハウジング
(4) 内のサージボリューム(9) にオリフィス(17)を介し
て常時連通している。上記スラックピストン(16)は底壁
(16a) を有し、該底壁(16a) には、ピストン(16)内外を
連通する中心孔(16b) 及び連通孔(16c) が形成されてい
る。また、上記シリンダ(5) 内には、ディスプレーサ(1
8)が往復動可能に嵌合されている。該ディスプレーサ(1
8)は、シリンダ(5) の大径部(5a)の下半部内を摺動する
密閉円筒状の大径部(18a) と、該大径部(18a) の下端に
一体形成され、シリンダ(5) の小径部(5b)内を摺動する
密閉円筒状の小径部(18b) とからなり、このディスプレ
ーサ(18)により、上記スラックピストン(16)下方のシリ
ンダ(5) 内空間が上側から順に中間空間(19)、第１段膨
張空間(20)及び第２段膨張空間(21)に区画されている。
そして、上記ディスプレーサ(18)の大径部(18a) 内の空
間は、下部流通孔(18c) を介して第１段膨張空間(20)に
常時連通され、また、小径部(18b) 内の空間は、上部流
通孔(18d) 及び下部流通孔(18e) を介して第１段及び第
２段膨張空間(20, 21)の双方に常時連通されている。

【００１５】更に、上記ディスプレーサ(18)の大径部(1
8a) の上端には、後述する再生器(30)の上部キャップ(3
6)が設けられ、該上部キャップ(36)には、大径部(18a)
内の空間と上記中間空間(19)とを連通する上部流通孔(3
8)が穿設されると共に、管状の係止片(22)が一体に突設
されている。該係止片(22)は、上記スラックピストン底
壁(16a) の中心孔(16b) を貫通してピストン(16)の内部
に所定寸法だけ延び、その上端部にはピストン底壁(16
a) に係合するフランジ状の係止部(22a) が一体に形成
されている。そして、スラックピストン(16)の上昇移動
時、係止部(22a)は、ピストン(16)が所定ストロークだ
け上昇した時点でその底壁(16a) に係合し、ディスプレ
ーサ(18)をピストン(16)によって駆動して上昇開始させ
るように、つまり、ディスプレーサ(18)を所定ストロー
クの遅れをもってピストン(16)に追従移動させている。

【００１６】また、上記バルブハウジング(4) のバルブ
室(11)内には、モータ室(6) に配置したバルブモータ(2
3)によって回転駆動されるロータリバルブ(24)が配設さ
れ、該ロータリバルブ(24)の切換動作により、高圧ガス
配管に連通するバルブ室(11)と、低圧ガス配管に連通す
る連通路(14)とをシリンダ(5) 内の中間空間(19)、第１
及び第２段膨張空間(20, 21)に対し交互に連通するよう
になされている。すなわち、上記ロータリバルブ(24)
は、バルブモータ(23)の出力軸(23a) に回転不能にかつ
摺動可能に連結されている。また、バルブ(24)の上面と
モータ(23)との間にはスプリング(25)が縮装されてお
り、このスプリング(25)のばね力及びバルブ室(11)に導
入された高圧ヘリウムガスの圧力によりロータリバルブ
(24)の下面はバルブステム(10)の上面に対し一定の押圧
力で押し付けられている。

【００１７】一方、上記ロータリバルブ(24)の下面に
は、その半径方向に対向する外周縁から中心方向に所定
長さだけ切り込んでなる１対の高圧ポート(26, 26)と、
該高圧ポート(26, 26)に対しロータリバルブ(24)の回転
方向に略９０°の角度間隔をあけて配置され、バルブ(2
4)下面の中心から外周縁近傍に向かって直径方向に切り
欠いてなる低圧ポート(27)とが形成されている。上記バ
ルブモータ(23)の駆動によりロータリバルブ(24)がその
下面をバルブステム(10)の上面に圧接させながら回転し
て切換動作する際、このロータリバルブ(24)の切換動作
に応じてスラックピストン(16)及びディスプレーサ(18)
をシリンダ(5) 内で往復動させる。そして、バルブ(24)
下面の高圧ポート(26, 26)の内端がそれぞれ第１ガス流
路(12)に合致したときには、バルブ室(11)を高圧ポート
(26, 26)及び第１ガス流路(12)を介してシリンダ(5) 内
の中間空間(19)、第１及び第２段膨張空間(20, 21)に連
通させて、これら各空間(19 〜 21)に高圧ヘリウムガス
を導入充填することにより、スラックピストン(16)及び
該ピストン(16)によって駆動されるディスプレーサ(18)
を上昇させる。一方、第２ガス流路(13)に常時連通する
低圧ポート(27)の外端が上記第１ガス流路(12)に合致し
たときには、上記シリンダ(5) 内の各空間(19 〜 21)を
第１ガス流路(12)、低圧ポート(27)、第２ガス流路(13)
及び連通路(14)を介して低圧ガス出口(3) に連通させ
て、各空間(19 〜 21)に充填されているヘリウムガスを
低圧ガス配管に排出することにより、スラックピストン
(16)及びディスプレーサ(18)を下降させ、膨張空間(20,
21)内のヘリウムガスの膨張によって寒冷を発生させて
いる。

【００１８】更に、上記ディスプレーサ(18)の大径部(1
8a) 内の空間には、蓄冷型の熱交換器からなる第１段再
生器(30)が、また、小径部(18b) 内の空間には、同様の
第２段再生器(31)がそれぞれ嵌装されている。該各再生
器(30, 31)は、図２に示すように、ケース(32)内に蓄冷
材(33)が充填されてなり、該蓄冷材(33)内の空隙がガス
通路になっている。そして、上記ディスプレーサ(18)が
シリンダ(5) 内を上昇する吸気行程にあるときには、前
の排気行程で極低温レベルに温度降下した各再生器(30,
31)の蓄冷材(33)を、中間空間(19)から第１又は第２段
膨張空間(20, 21)に向かう常温のヘリウムガスと接触さ
せて、両者の熱交換によりそのガスを極低温レベル近く
まで冷却する。一方、上記ディスプレーサ(18)が下降す
る排気行程にあるときには、各膨張空間(20, 21)での膨
張により極低温レベルに温度降下したヘリウムガスをシ
リンダ(5) 外に排出する途中で各再生器(30, 31)の蓄冷
材(33)と接触させて、両者の熱交換によりその再生器(3
0, 31)を極低温レベル近くまで再度冷却している。

【００１９】上記各再生器(30, 31)は、図２に示すよう
に、円筒状のケース(32)内に柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄
冷材層(35)とよりなる蓄冷材(33)が充填されて形成され
ている。そして、該ケース(32)の両開口端部には、それ
ぞれ上部キャップ(36)と下部キャップ(37)とが取付けら
れおり、該上部キャップ(36)には、中心上に流通孔(38)
が上下両面に亘って形成され、上記下部キャップ(37)に
は、内端が内面の中心上に、外端が両側面にそれぞれ開
口した逆Ｔ字状の流通孔(39)が形成されている。該各流
通孔(38, 39)は、ケース(32)の外部と内部とを連通し、
第１段再生器(30)における上記下部キャップ(37)の流通
孔(39)は、上述したように、上記ディスプレーサ(18)の
大径部(18a) における下部流通孔(18c) に、上記上部キ
ャップ(36)の流通孔(38)は、ディスプレーサ(18)の大径
部(18a) における上部流通孔(38)になっており、該上部
キャップ(36)に上記係止片(22)が形成されている。尚、
第２段再生器(31)においては、第１段再生器(30)におけ
る係止片(22)が形成されておらず、上部キャップ(36)の
流通孔(38)が上記ディスプレーサ(18)の小径部(18b) に
おける上部流通孔(18d) に連通し、下部キャップ(37)の
流通孔(39)が、上述したように、上記ディスプレーサ(1
8)の小径部(18b) における下部流通孔(18e) になってお
り、その他の構成は、第１段再生器(30)と同様である。

【００２０】上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(3
5)は、本発明の特徴とするところであって、ケース(32)
の半径方向に積層され、上記第１段再生器(30)では、銅
繊維などの繊維メッシュで形成され、上記第２段再生器
(31)では、鉛繊維などの繊維メッシュで形成されてい
る。該柱状蓄冷材層(34)は、ケース(32)より小径の円柱
状に形成されてケース(32)の中心上に設けられる一方、
上記筒状蓄冷材層(35)は、外径がケース(32)の内径に、
内径が柱状蓄冷材層(34)の外径にそれぞれ一致する円筒
状に形成されて上記ケース(32)の内周面と柱状蓄冷材層
(34)の外周面との間に介設されており、該筒状蓄冷材層
(35)の外周面がケース(32)の内周面に密接し、筒状蓄冷
材層(35)の内周面が柱状蓄冷材層(34)の外周面に密接し
ている。更に、上記柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材層(3
5)とは、中央部の柱状蓄冷材層(34)の空隙率が、外側の
筒状蓄冷材層(35)の空隙率より小さくなるように形成さ
れ、具体的に、例えば、柱状蓄冷材層(34)の空隙率は８
０％に、筒状蓄冷材層(35)の空隙率は８５％に設定され
ている。

【００２１】そこで、次に、上記再生器(30, 31)の製造
方法を説明する。先ず、上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状
蓄冷材層(35)を銅繊維や鉛繊維などの繊維メッシュでそ
れぞれ円柱状及び円筒状に形成する。その際、該柱状蓄
冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(35)の各長さX1, X2をケー
ス(32)の充填有効長さＸよりやゝ長く形成し、且つ中央
部の柱状蓄冷材層(34)の長さX1を外側の筒状蓄冷材層(3
5)の長さX2に対して同じ長さか又は該柱状蓄冷材層(34)
の長さX1をやゝ長く形成する（Ｘ＜X2≦X1）。更に、上
記筒状蓄冷材層(35)の外径は、ケース(32)の内径よりや
ゝ小径に、柱状蓄冷材層(34)の外径を筒状蓄冷材層(35)
の内径よりよりやゝ小径にそれぞれ形成し、単に、上記
筒状蓄冷材層(35)をケース(32)に挿入し、且つ柱状蓄冷
材層(34)を筒状蓄冷材層(35)に挿入した状態において、
上記ケース(32)と筒状蓄冷材層(35)との間、該筒状蓄冷
材層(35)と柱状蓄冷材層(34)との間に小隙が存する径に
上記柱状蓄冷材層(34)及び筒状蓄冷材層(35)を形成す
る。

【００２２】その後、上記ケース(32)の一端部に何れか
のキャップ(36, 37)を取付け、例えば、下部キャップ(3
7)を取付け、該ケース(32)の他端の開口端より上記筒状
蓄冷材層(35)及び柱状蓄冷材層(34)を挿入する。この状
態において、上述したように、ケース(32)と筒状蓄冷材
層(35)との間、該筒状蓄冷材層(35)と柱状蓄冷材層(34)
との間に小隙が生じている。続いて、上記ケース(32)の
開口端部に、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮しつ
ゝ上部キャップ(36)を取付ける。この上部キャップ(36)
の取付により、各蓄冷材層(34, 35)が半径方向に膨出
し、ケース(32)の内周面と筒状蓄冷材層(35)の外周面と
が、及び筒状蓄冷材層(35)の内周面と柱状蓄冷材層(34)
の外周面とが密接した状態でケース(32)内に各蓄冷材層
(34, 35)が充填され、上記再生器(30, 31)の製造が完了
することになる。

【００２３】次に、上記実施例の作動について説明す
る。冷凍機の作動は基本的に通常のものと同様に行われ
る。すなわち、先ず、膨張機(1) におけるシリンダ(5)
内の圧力が低圧であって、スラックピストン(16)とディ
スプレーサ(18)とが下降端位置にある状態において、バ
ルブモータ(23)の駆動によるロータリバルブ(24)の回転
により、その高圧ポート(26, 26)が、バルブステム(10)
上面の第１ガス流路(12)に合致してロータリバルブ(24)
が高圧側に開く。これに伴い、圧縮機から高圧ガス配管
及び膨張機(1) のモータ室(6) を介してバルブ室(11)に
供給されている常温の高圧ヘリウムガスが、上記ロータ
リバルブ(24)の高圧ポート(26, 26)及び第１ガス流路(1
2)を介して中間空間(19)に導入される。更に、このヘリ
ウムガスは中間空間(19)からディスプレーサ(18)の各再
生器(30, 31)を通って順次各膨張空間(20, 21)に充填さ
れ、この再生器(30, 31)を通る間に前の排気行程で冷却
されている再生器(30, 31)との熱交換によって極低温レ
ベル近くまで冷却される。また、上記ピストン(16)上側
の駆動空間(15)と下側の中間空間(19)との圧力差によっ
てピストン(16)が上昇する。そして、このピストン(16)
の上昇ストロークが所定値に達すると、該ピストン(16)
の底壁(16a) とディスプレーサ(18)上端の係止片(22)と
が係合して、ディスプレーサ(18)は圧力変化に対し遅れ
を持ってピストン(16)により引き上げられ、このディス
プレーサ(18)の上昇移動によりその下方の膨張空間(20,
21)に更に高圧ガスが充填される（吸気行程）。

【００２４】この後、上記ロータリバルブ(24)が閉じる
と、その後もディスプレーサ(18)は慣性力によって上昇
し、これに伴い、ディスプレーサ(18)上方の中間空間(1
9)内のヘリウムガスが第１及び第２段膨張空間(20, 21)
に移動する。そして、ディスプレーサ(18)が上昇端位置
に達した後、ロータリバルブ(24)の低圧ポート(27)が上
記第１ガス流路(12)に合致してバルブ(24)が低圧側に開
き、この開弁に伴い、上記ディスプレーサ(18)下方の各
膨張空間(20, 21)内のヘリウムガスが断熱膨張し、この
ヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する（膨張行
程）。

【００２５】この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ(18)内の再生
器(30, 31)を通って上記中間空間(19)内に戻り、その間
に再生器(30, 31)内の各蓄冷材層(34, 35)を極低温レベ
ルまで冷却しながら自身が常温まで暖められる。そし
て、この常温のヘリウムガスは、更に中間空間(19)内の
ヘリウムガスと共に第１ガス流路(12)、バルブ(24)の低
圧ポート(27)、連通路(14)を介して膨張機(1) 外に排出
され、低圧ガス配管を通って圧縮機に吸入される。この
ガス排出に伴い上記中間空間(19)内のガス圧が低下し
て、その駆動空間(15)との圧力差によりスラックピスト
ン(16)が下降し、このピストン(16)の底壁(16a) がディ
スプレーサ(18)の上面に当接した後は該ディスプレーサ
(18)が押圧されて下降し、このディスプレーサ(18)の下
降移動により膨張空間(20, 21)内のガス冷媒が膨張機
(1) 外に更に排出される（排気行程）。次いで、ロータ
リバルブ(24)が閉じるが、この後もディスプレーサ(18)
は下降端位置まで下降し、膨張空間(20, 21)内のヘリウ
ムガスが排出されて最初の状態に戻る。以上により膨張
機(1) の動作の１サイクルが終了し、以後は上記と同様
な動作が繰り返される。

【００２６】この実施例において、本発明の特徴とする
各再生器(30, 31)は、ケース(32)内に柱状蓄冷材層(34)
と筒状蓄冷材層(35)とを半径方向に積層形成し、中心部
の柱状蓄冷材層(34)の空隙率を小さく、外側の筒状蓄冷
材層(35)の空隙率が大きく形成しているので、ヘリウム
ガスは、一方の流通孔(38, 39)から柱状蓄冷材層(34)に
向ってケース(32)内に流入するものゝ該柱状蓄冷材層(3
4)の空隙率が小さいことから、外側の筒状蓄冷材層(35)
にも分散されることになる。このことから、上記ヘリウ
ムガスは、各蓄冷材層(34, 35)をほゞ均一に流れること
になる。この結果、該各蓄冷材層(34, 35)とヘリウムガ
スとの熱交換がほゞ均一に行われることになる。また、
上記各蓄冷材層(34, 35)の長さX1, X2をケース(32)の充
填有効長さＸよりやゝ長く形成し、該各蓄冷材層(34, 3
5)をケース(32)に挿入した後、各蓄冷材層(34, 35)を長
手方向に圧縮してケース(32)に充填し、各再生器(30, 3
1)を製造するので、該各蓄冷材層(34, 35)がやゝ外側に
膨出し、各蓄冷材層(34, 35)が互いに、また、ケース(3
2)と筒状蓄冷材層(35)とが互いにそれぞれ間隙を存する
ことなく密接することになる。

【００２７】従って、本実施例によれば、上記柱状蓄冷
材層(34)と筒状蓄冷材層(35)とを半径方向に積層して形
成すると共に、中心部の柱状蓄冷材層(34)の空隙率が小
さく、外側の筒状蓄冷材層(35)の空隙率が大きくなるよ
うに形成したゝめに、ヘリウムガスが、外側の筒状蓄冷
材層(35)にも分散されることになる。この結果、該各蓄
冷材層(34, 35)を流れるヘリウムガスの流量をほゞ均一
にすることができるので、該各蓄冷材層(34, 35)とヘリ
ウムガスとの熱交換をほゞ均一に行わせることができ、
熱交換能力の不足部分と過剰部分との発生を確実に防止
することができることから、再生器効率を向上させるこ
とができる。更に、上記柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材
層(35)との間に仕切壁を設けることなく該各蓄冷材層(3
4, 35)を密接するようにしているので、熱伝導損失を低
減することができ、再生器効率の向上を図ることができ
る。また、上記再生器(30, 31)の製造方法によれば、各
蓄冷材層(34, 35)をケース(32)の充填有効長さＸよりや
ゝ長く形成し、該各蓄冷材層(34, 35)をケース(32)に挿
入した後、各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に圧縮してケ
ース(32)に充填するようにしたゝめに、該各蓄冷材層(3
4, 35)の膨出によって各蓄冷材層(34, 35)を互いに密接
させることができると共に、ケース(32)と筒状蓄冷材層
(35)とを互いに密接させることができる。この結果、上
記各蓄冷材層(34, 35)の間などの間隙を確実に防止する
ことができることから、ヘリウムガスの吹き抜けを防止
することができる。

【００２８】尚、本実施例においては、上記蓄冷材(33)
を柱状蓄冷材層(34)と筒状蓄冷材層(35)との２層で形成
したが、本発明は、蓄冷材(33)を３層以上に形成しても
よい。その際、外側に位置する筒状蓄冷材層にいくにし
たがって空隙率を大きく形成する。また、本発明は、上
記実施例の如きＧ−Ｍサイクルを持つヘリウム冷凍機に
限らず、スターリング冷凍機やビルマイヤヒートポンプ
装置等のヒートポンプ装置における再生器、更にはヘリ
ウムガス以外の冷媒ガスを使用するものに対しても適用
できるのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】極低温冷凍機の全体構成を示す一部破断正面図
である。

【図２】再生器を示す拡大断面図である。

【図３】各蓄冷材層をケースに挿入した状態を示す再生
器の要部の斜視図である。

【図４】従来の再生器を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

1 膨張機 5 シリンダ 18 ディスプレーサ 20,21 膨張空間 30,31 再生器 32 ケース 34 柱状蓄冷材層 35 筒状蓄冷材層 36,37 キャップ 38,39 流通孔

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−129257（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−93663（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 9/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 膨張空間(20, 21)に給排されるガス冷媒
   との熱交換により蓄熱及びガス冷媒の加熱を行うように
   した冷凍機の再生器において、 筒状に形成されたケース(32)の両開口端にガス冷媒の流
   通孔(38, 39)を有するキャップ(36, 37)が取付けられる
   一方、 上記ケース(32)内には、ケース(32)の中心上に位置する
   柱状蓄冷材層(34)と、該柱状蓄冷材層(34)の外側に位置
   する１又は２以上の筒状蓄冷材層(35)とがケース(32)の
   半径方向に積層して充填され、 上記各蓄冷材層(34, 35)は、柱状蓄冷材層(34)からケー
   ス(32)内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにし
   たがって空隙率が大きくなるように形成されていること
   を特徴とする冷凍機の再生器。
2. 【請求項２】 請求項１の冷凍機の再生器の製造方法で
   あって、 ケース(32)の中心上に位置する柱状蓄冷材層(34)と、該
   柱状蓄冷材層(34)の外側に位置する１又は２以上の筒状
   蓄冷材層(35)とを、該柱状蓄冷材層(34)からケース(32)
   内の外側に位置する筒状蓄冷材層(35)にいくにしたがっ
   て空隙率が大きくなるように形成すると共に、ケース(3
   2)の充填有効長さより長く且つケース(32)の内周面と筒
   状蓄冷材層(35)との間及び各蓄冷材層(34, 35)の間に小
   隙が存する外形に形成し、 上記ケース(32)の一端部にキャップ(37)を取付けた状態
   で、他端の開口端より上記各蓄冷材層(34, 35)を挿入
   し、 その後、上記ケース(32)の開口端部に、ケース(32)の内
   周面と筒状蓄冷材層(35)との間及び各蓄冷材層(34, 35)
   の間が密接するように各蓄冷材層(34, 35)を長手方向に
   圧縮しつゝキャップ(36)を取付け、該ケース(32)内に各
   蓄冷材層(34, 35)を充填することを特徴とする冷凍機の
   再生器の製造方法。