JP3588647B2 - 蓄冷器および冷凍機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄冷器および冷凍機に係り、特に、多数の粒状物によって構成された蓄冷材を有する蓄冷器、および、多数の粒状物によって構成された蓄冷材を用いた冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、「ＧＭ冷凍機」と略記する。）、スターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機等の冷凍機では、内部に蓄冷材が充填された蓄冷器を利用して、低温を得る。
【０００３】
例えばＧＭ冷凍機では、蓄冷器を備えたディスプレーサピストンとこのディスプレーサピストンが挿入されるシリンダとを有する膨張器に、圧縮された作動流体（冷媒ガス）を供給し、この作動流体（冷媒ガス）を膨張器内で断熱膨張させて寒冷を得る。
【０００４】
得ようとする寒冷の温度等に応じて、使用する膨張器の段数が適宜選定されると共に、蓄冷器に使用される蓄冷材の種類も適宜選定される。
【０００５】
例えば、４Ｋ程度以下まで冷却することができるタイプのＧＭ冷凍機では、一般に、２段ディスプレーサが使用される。高温部側に配置される第１段目の蓄冷器には、例えば、多数の鉛玉によって構成される第１の蓄冷材と、多数の金属メッシュによって構成される第２の蓄冷材とが、低温部側からこの順番で充填される。低温部側に配置される第２段目の蓄冷器には、例えば、粒状の多数の磁性材料によって構成される第１の蓄冷材と、多数の鉛玉によって構成される第２の蓄冷材とが、低温部側からこの順番で充填される。
【０００６】
１つの蓄冷器内に第１および第２の蓄冷材を充填する場合には、一般に、これら２つの蓄冷材の間に仕切り材が配置される。この仕切り材は、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材との間にガス流路を確保しつつ、これら第１および第２の蓄冷材を隔て、フェルト製の仕切り材が多用されている。
【０００７】
蓄冷器内から蓄冷器外への蓄冷材の流出を防止するために、上記の仕切り材と同様にして構成される流出防止材が、第１の蓄冷材における低温部側の端に隣接して、また、第２の蓄冷材における高温部側の端に隣接して、それぞれ配置される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
冷凍機の運転時には、蓄冷器内の高温部側から低温部側へと、また、低温部側から高温部側へと、冷媒ガスが高速で繰り返し流通する。第１および第２の蓄冷材が充填された蓄冷器では、冷媒ガスの流通に伴って、第１および第２の蓄冷材を隔てている仕切り材に外力が働く。
【０００９】
この外力によって仕切り材が変形したり傾いたりすると、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とが混合することがある。このような混合が生じると、蓄冷器の性能、ひいては冷凍機の性能が低下する。
【００１０】
また、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とを共に多数の粒状物によって構成する場合、第１の蓄冷材は、例えば、第２の蓄冷材を構成する粒状物の平均粒径よりも小さな平均粒径を有する多数の粒状物によって構成される。
【００１１】
このようにして構成された第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とが混合すると、蓄冷器の性能が低下する。また、蓄冷材全体のかさ体積が減少し、第１の蓄冷材の低温部側の端に隣接して配置された流出防止材、または、第２の蓄冷材の高温部側の端に隣接して配置された流出防止材が変形したり傾いたりして、蓄冷器内から蓄冷材が流出することもある。
【００１２】
蓄冷器からの蓄冷材の流出は、蓄冷器の性能、ひいては冷凍機の性能を低下させるばかりでなく、冷凍機の異常動作の要因となる。
【００１３】
本発明の目的は、性能が低下し難い蓄冷器を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、性能が低下し難い冷凍機を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止する仕切り材と、前記仕切り材の両側に設けられて該仕切り材の傾きを防止する傾き防止材とを有する蓄冷器が提供される。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、圧縮された冷媒ガスを生成する圧縮機と、（ｉ） シリンダ、（ｉｉ）前記シリンダ内に挿入され、該シリンダの一方の端部に第１の空間を画定すると共に他方の端部に第２の空間を画定しつつ往復運動を行うピストン、（ｉｉｉ） 前記第１の空間と前記第２の空間との間に形成されたガス流路、および、（ｉｖ）前記ガス流路内に配置された蓄冷器であって、（ａ） 長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、（ｂ） 前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、（ｃ） 前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、（ｄ） 前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止する仕切り材と、（ｅ） 前記仕切り材の傾きを防止する傾き防止材とを有する蓄冷器と、を含み、前記圧縮機から前記圧縮された冷媒ガスの供給を受ける膨張器とを具備した冷凍機が提供される。
【００１７】
第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とを仕切り材によって隔てる他に、この仕切り材の傾きを傾き防止材によって防止することにより、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材との混合を防止することが可能になる。蓄冷器からの蓄冷材の流出を防止することも可能になる。その結果として、蓄冷器の性能低下、ひいては冷凍機の性能低下が抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、実施例による蓄冷器を含むディスプレーサピストンを概略的に示す断面図である。同図に示すディスプレーサピストン３０は、外周面に螺旋状の溝１ａが切られたディスプレーサ筒１と、ディスプレーサ筒１の一方の開放端に装着された下蓋３と、ディスプレーサ筒１の他方の開放端に装着された上蓋５とによって構成された筒状容器７を備える。下蓋３は、ディスプレーサ筒１内と外部とを繋ぐガス流路３ａを有し、上蓋５は、ディスプレーサ筒１内と外部とを繋ぐガス流路５ａを有する。
【００１９】
第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９とが、下蓋３側からこの順番で筒状容器７内に充填されて、蓄冷器を構成している。
【００２０】
第１の蓄冷材８は、例えばＨｏＣｕ２ またはＥｒＮｉ０．９Ｃｏ０．１等の磁性材料からなる多数の粒状物８ａによって構成された磁性蓄冷材である。粒状物８ａ全体の平均粒径は、例えば０．２ｍｍ程度であり、個々の粒状物８ａの組成は互いに同一である。
【００２１】
第２の蓄冷材９は、例えば鉛からなる多数の粒状物（鉛玉）９ａによって構成され、これらの鉛玉９ａ全体の平均粒径は、例えば０．４ｍｍである。
【００２２】
２枚の金属メッシュ１０ａが下蓋３の内側表面上に配置され、この金属メッシュ１０ａ上にフェルト製の下部流出防止材１１が配置される。金属メッシュ１０ａは、下部流出防止材１１の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、下蓋３と共に、下部流出防止材１１の下蓋３（ガス流路３ａ）側への移動や傾きを防止する機能を有する。
【００２３】
１枚の金属メッシュ１０ｂが下部流出防止材１１上に配置され、この金属メッシュ１０ｂに隣接して固定用リング１２が配置される。固定用リング１２は、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接される。金属メッシュ１０ｂは、下部流出防止材１１の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング１２と共に、下部流出防止材１１の第１の蓄冷材８側への移動や傾きを防止する傾き防止材１３を構成する。
【００２４】
下部流出防止材１１の移動や傾きが防止されることから、この下部流出防止材１１は、第１の蓄冷材８とガス流路３ａとの間にガス流路を確保しつつ、第１の蓄冷材８からガス流路３ａへの粒状物８ａの流出を長期に亘って抑止することができる。
【００２５】
固定用リング１５ａが第２の蓄冷材９上に配置される。固定用リング１５ａは、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接される。第２の蓄冷材９を構成している多数の鉛玉９ａの一部は、固定用リング１５ａの内周面によって画定される空間内に入り込む。
【００２６】
１枚の金属メッシュ１６ａが固定用リング１５ａ上に配置され、この金属メッシュ１６ａ上にフェルト製の上部流出防止材１７が配置される。金属メッシュ１６ａは、上部流出防止材１７の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング１５ａと共に、上部流出防止材１７の第２の蓄冷材９側への移動や傾きを防止する傾き防止材１８ａを構成する。
【００２７】
２枚の金属メッシュ１６ｂが上部流出防止材１７上に配置され、この金属メッシュ１６ｂに隣接して固定用リング１５ｂが配置される。固定用リング１５ｂは、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接される。金属メッシュ１６ｂは、上部流出防止材１７の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング１５ｂと共に、上部流出防止材１７の上蓋５側への移動や傾きを防止する傾き防止材１８ｂを構成する。
【００２８】
上部流出防止材１７の移動や傾きが防止されることから、この上部流出防止材１７は、第２の蓄冷材９とガス流路５ａとの間にガス流路を確保しつつ、第２の蓄冷材９からガス流路５ａへの鉛玉９ａの流出を長期に亘って抑止することができる。
【００２９】
図示のディスプレーサピストン３０においては、第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９との間に、第１の蓄冷材８側から順番に、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接された固定用リング２０ａと、１枚の金属メッシュ２１ａと、フェルト製の仕切り材２２と、１枚の金属メッシュ２１ｂと、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接された固定用リング２０ｂとが配置される。
【００３０】
図２は、固定用リング２０ａ、金属メッシュ２１ａ、仕切り材２２、金属メッシュ２１ｂおよび固定用リング２０ｂを拡大して示す分解斜視図である。
【００３１】
固定用リング２０ａは第１の蓄冷材５上に配置される。第１の蓄冷材５を構成している多数の粒状物８ａの一部は、固定用リング２０ａの内周面によって画定される空間内に入り込む。
【００３２】
金属メッシュ２１ａは固定用リング２０ａ上に配置され、この金属メッシュ２１ａ上に仕切り材２２が配置される。金属メッシュ２１ａは、仕切り材２２の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング２０ａと共に、仕切り材２２の第１の蓄冷材８側への移動や傾きを防止する傾き防止材２３ａを構成する。
【００３３】
金属メッシュ２１ｂは仕切り材２２上に配置され、この金属メッシュ２１ｂ上に固定用リング２０ｂが配置される。第２の蓄冷材９を構成している多数の鉛玉９ａの一部は、固定用リング２０ｂの内周面によって画定される空間内に入り込む。金属メッシュ２１ｂは、仕切り材２２の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング２０ｂと共に、仕切り材２２の第２の蓄冷材９側への移動や傾きを防止する傾き防止材２３ｂを構成する。
【００３４】
仕切り材２２の移動や傾きが防止されることから、この仕切り材２２は、第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９との間にガス流路を確保しつつ、第１および第２の蓄冷材８、９間での粒状物８ａと鉛玉９ａとの混合を長期に亘って防止することができる。
【００３５】
このように、ディスプレーサピストン３０では、蓄冷材の流出が長期に亘って防止されると共に、第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９との混合が長期に亘って防止されることから、その性能が長期に亘って低下し難い。
【００３６】
ディスプレーサピストン３０の温度は、このディスプレーサピストン３０を用いた冷凍機の運転時と停止時とで大きく変動する。冷凍機の運転時および停止時のいずれにおいても個々の固定リング１２、１５ａ、１５ｂ、２０ａ、２０ｂがディスプレーサ筒１の内周面に圧接されるように、各固定用リングの大きさおよび材質、ならびにディスプレーサ筒１の材質を選定することが好ましい。
【００３７】
例えば、ディスプレーサ筒１および各固定用リングは同じ組成のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）によって作製され、各固定用リングの外径はディスプレーサ筒１の内径より若干大きき目にされる。各固定用リングは、例えば室温下でディスプレーサ筒１内に圧入される。
【００３８】
ディスプレーサピストン３０内部での冷媒ガスの流れを乱さないように、各固定用リングの肉厚は、できるだけ薄いことが好ましい。固定用リングの肉厚は、その材質、外径等に応じて適宜選定される。
【００３９】
次に、実施例による冷凍機について、図３を参照しつつ説明する。
【００４０】
図３は、実施例による冷凍機の構成を概略的に示す。同図に示す冷凍機１００は、圧縮された冷媒ガス（以下、「圧縮冷媒ガス」という。）を生成する圧縮機４０と、圧縮機４０から圧縮冷媒ガスの供給を受け、この圧縮冷媒ガスを断熱膨張させて寒冷を得る膨張器６０と、膨張器６０上に配置された動力室９０とを備えた２段式のＧＭ冷凍機である。冷媒ガスとしては、例えばヘリウムガスが用いられる。
【００４１】
膨張器６０は、２段式のシリンダ７０と、このシリンダ７０内に挿入された２段のディスプレーサピストン８０とを有する。
【００４２】
シリンダ７０は、内径が相対的に大きい第１段目のシリンダ部７２と、内径が相対的に小さい第２段目のシリンダ部７４と、第２段目のシリンダ部７４の一端を閉塞する冷却ステージ７６とを有する。以下、冷却ステージ７６およびその近傍を「低温部」という。
【００４３】
第２段目のシリンダ部７４の他端は第１段目のシリンダ部７２の一端に連接され、第１段目のシリンダ部７２の他端につば部７８が固着される。以下、第１段目のシリンダ部７２におけるつば部７８側の開口およびその近傍を「高温部」という。動力室９０が高温部側の開口を塞いでいる。
【００４４】
第１段目のシリンダ部７２および第２段目のシリンダ部７４は、ステンレス鋼のような熱伝導率が低く気密性の高い剛性材料によって形成され、冷却ステージ７６は銅のような熱伝導性の良好な材料によって形成される。このシリンダ７０は、図示を省略した真空容器内に収められる。
【００４５】
ディスプレーサピストン８０は、第１蓄冷器（第１ディスプレーサピストン）８２と、図１に示したディスプレーサピストン３０によって構成される第２蓄冷器（第２ディスプレーサピストン；以下、「第２蓄冷器３０」という。）と、ピストンロッド８４とを有する。
【００４６】
第１蓄冷器８２は、第１段目のシリンダ部７２内に挿入される。この第１蓄冷器８２には、多数の鉛玉によって構成される第１の蓄冷材と、多数の金属メッシュによって構成される第２の蓄冷材とが、低温部側からみてこの順番で充填される。第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とは、例えばフェルト製の仕切り材によって互いに隔てられる。
【００４７】
第１蓄冷器８２の外周面にはシール材８６、例えば環状のスリッパシール８６が装着される。
【００４８】
第２蓄冷器３０は、第１蓄冷器８２における低温部側の端面に連結器具８８を介して連結され、第１段目のシリンダ部７２における低温部側の領域から第２段目のシリンダ部７４内にかけて挿入される。第２蓄冷器３０は、下蓋３が冷却ステージ７６側に位置するように配置される。
【００４９】
ピストンロッド８４の一端は第１蓄冷器８２における高温部側の端面に連結され、他端は、図示を省略したクランクに接続される。このクランクは、つば部７８上に配置された動力室９０内のモータＭの回転軸に接続される。モータＭは、ディスプレーサピストン８０をシリンダ７０の軸方向に往復運動させるための動力を発生する。
【００５０】
ディスプレーサピストン８０は、第２蓄冷器３０における低温部側の端面と冷却ステージ６５の内側底面との間に常に空間Ｓ１を、また、第１蓄冷器８２における低温部側の端面と第２段目のシリンダ部における高温部側の端面との間に常に空間Ｓ２を形成しつつ、往復運動を行う。このとき、第１蓄冷器８２における高温部側の端面と動力室９０を画定しているハウジング９２の底面との間には、常に空間Ｓ３が形成される。空間Ｓ１、Ｓ２およびＳ３それぞれの広さは、ディスプレーサピストン８０の往復運動に伴って変化する。
【００５１】
動力室９０内には、２つのバルブＶ１、Ｖ２を備えたロータリーバルブ装置Ｖが配設される。ロータリーバルブ装置Ｖは、例えば上記のモータＭから動力の供給を受ける。
【００５２】
バルブＶ１、Ｖ２それぞれの一端には配管５０が接続され、それぞれの他端には、圧縮機４０から圧縮冷媒ガスの供給を受ける圧縮冷媒ガス供給管５２または膨張器６０から排出された冷媒ガスの供給を受ける冷媒ガス回収管５４が接続される。配管５０の一端は、ハウジング９２の底に形成された開口９２ａに接続される。
【００５３】
圧縮機４０で生成された圧縮冷媒ガスは、圧縮冷媒ガス供給管５２、ロータリーバルブ装置Ｖ（バルブＶ１）および配管５０を介して、開口９２ａからシリンダ７０内に供給される。シリンダ７０内に供給された冷媒ガスは、空間Ｓ３、第１蓄冷器８２内、空間Ｓ２、第２蓄冷器３０内および空間Ｓ１に達する。
【００５４】
シリンダ７０内に供給された冷媒ガスは、所定のタイミングで、開口９２ａからシリンダ７０外へ排出される。排出された冷媒ガスは、配管５０、ロータリーバルブ装置Ｖ（バルブＶ２）および冷媒ガス回収管５４を経て、圧縮機４０に回収される。圧縮機４０に回収された冷媒ガスは、再利用される。
【００５５】
シリンダ７０内への圧縮冷媒ガスの供給のタイミングおよびシリンダ７０外への冷媒ガスの排出のタイミングは、例えば、ロータリーバルブ装置Ｖによって制御される。
【００５６】
冷凍機１００の動作時には、シリンダ７０内への圧縮冷媒ガスの供給とシリンダ７０内からの冷媒ガスの排出とが、ディスプレーサピストン８０の往復運動と所定の位相差の下に繰り返し行われる。ディスプレーサピストン８０の往復運動に伴って、空間Ｓ１、空間Ｓ２内で吸熱が生じる。
【００５７】
冷却された冷媒ガスが第２蓄冷器３０内および第１蓄冷器８２内を通過することによってこれらの蓄冷器３０、８２内の蓄冷材が徐々に冷却され、やがてほぼ一定の温度となる。このとき、第２蓄冷器３０の到達温度は、第１蓄冷器８２の到達温度よりも低い。冷却ステージ６５が例えば４Ｋ程度まで冷却される。
【００５８】
前述したように第２蓄冷器３０では、蓄冷材の流出が長期に亘って防止されると共に、第１の蓄冷材８（図１参照）と第２の蓄冷材９（図１参照）との混合が長期に亘って防止されることから、その性能が長期に亘って低下し難い。
【００５９】
また、第１蓄冷器８２には、前述したように、多数の鉛玉によって構成される第１の蓄冷材と、多数の金属メッシュによって構成される第２の蓄冷材とが充填される。第２の蓄冷材を構成する多数の金属メッシュは第１蓄冷器８２の長さ方向に積層されて充填され、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とは仕切り材によって互いに隔てられる。したがって、第１の蓄冷器８２においても、第１の蓄冷材（鉛玉）と第２の蓄冷材（金属メッシュ）との混合は起こり難い。第１の蓄冷器８２の性能は、長期に亘って低下し難い。
【００６０】
第１および第２の蓄冷器８２および３０の性能が長期に亘って低下し難いことから、冷凍機１００の性能も長期に亘って低下し難い。
【００６１】
以上、実施例による蓄冷器および冷凍機について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６２】
例えば、蓄冷器用の筒状容器は、ディスプレーサ筒と上蓋が一体成形されたものであってもよい。ディスプレーサ筒の外周面に螺旋状に溝を切ることは必須ではないが、２段式のディスプレーサピストンにおいて低温部側に配置される蓄冷器では、ディスプレーサ筒の外周面に螺旋状に溝を切ることが好ましい。
【００６３】
図示した蓄冷器３０において第１の蓄冷材を構成する粒状物の材質は、磁性材料に限定されるものではない。蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、鉛玉等を使用することも可能であろう。また、この第１の蓄冷材を構成する多数の粒状物は、必ずしも粒径が揃っていなくてもよい。全体での平均粒径は、その材質および蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、概ね０．２〜０．５ｍｍの範囲内で適宜選択可能である。
【００６４】
例えば、２段ディスプレーサを用いて到達温度が概ね４Ｋ以下の極低温冷凍機を構成する場合、２段ディスプレーサにおける低温部側の蓄冷器では、磁性材料からなる粒状物によって第１の蓄冷材を構成することが好ましい。磁性材料の具体例としては、前述したＨｏＣｕ２ およびＥｒＮｉ０．９Ｃｏ０．１の他に、ＮｄＩｎＣｕ２ 、ＳｍＩｎＣｕ２ 、Ｅｒ３Ｎｉ、Ｅｒ０．７Ｈｏ０．３Ｎｉ 等が挙げられる。
【００６５】
このとき、第２の蓄冷材の構成材料は鉛玉に限定されるものではない。蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、例えば複数種の磁性材料によって第２の蓄冷材を構成することも可能であろう。
【００６６】
第２の蓄冷材を多数の粒状物によって構成する場合、これら多数の粒状物全体での平均粒径は、その材質および蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、概ね０．１〜１．０ｍｍの範囲内で適宜選択可能である。
【００６７】
なお、本明細書でいう「粒状物」とは、粉砕粉のように不定形の物、球状物、および、ペレット状に成形したものを含むものとする。
【００６８】
仕切り材は、フェルト以外に、多孔性金属、積層された複数枚の金網等によって作製することもできる。
【００６９】
仕切り材の傾きを防止する傾き防止材は、金属メッシュと固定用リングとによって構成する他、多数の孔が形成されたパンチングメタルや、扁平形状の金属リング等によって構成することも可能である。
【００７０】
固定用リングを用いて傾き防止材を構成する場合、固定用リングは、切欠き付きリングであってもよい。
【００７１】
固定用リングは、ディスプレーサ筒の内周面に圧接させる他、接着剤を用いてディスプレーサ筒の内周面に固着させてもよい。また、ディスプレーサ筒の内周面に雌ねじを切り、固体用リングの外周面に雄ねじを切って、ディスプレーサ筒内に固定用リングを螺入させることでディスプレーサ筒内の所定位置に固定用リングを配置してもよい。
【００７２】
ディスプレーサピストンは、蓄冷器を２台備えた２段ディスプレーサの他、蓄冷器を１台のみ備えた１段ディスプレーサであってもよい。３つ以上の蓄冷器を連結させて３段以上のディスプレーサピストンを構成することも可能である。
【００７３】
例えば、図３に示した高温部側の空間Ｓ３と低温部側の空間Ｓ１とを繋ぐガス流路をシリンダ７０の外に設け、このガス流路の一部を第１蓄冷器８２と第２蓄冷器３０とによって構成することも可能である。この場合、ディスプレーサピストン７０に代えて、内部にガス流路を有さないピストンが用いられる。蓄冷器を１台のみ用いる場合についても同様である。
【００７４】
第１の蓄冷材と第２の蓄冷材との混合を、１つの仕切り材と、この仕切り材の両側に配置した計２つの傾き防止材とによって防止した蓄冷器は、ＧＭ冷凍機以外にも、例えばスターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機に使用することができる。
【００７５】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば性能が低下し難い蓄冷器および冷凍機が提供される。装置寿命の長い冷凍機を得ることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるディスプレーサピストンを概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示したディスプレーサピストン内に装填された金属メッシュ、仕切り材および固定用リングを拡大して示す分解斜視図である。
【図３】実施例による冷凍機を示す概略図である。
【符号の説明】
７…筒状容器、 ８…第１の蓄冷材、 ８ａ…第１の蓄冷材を構成する粒状物、 ９…第２の蓄冷材、 ９ａ…第２の蓄冷材を構成する粒状物（鉛玉）、 ２０ａ、２０ｂ…固定用リング（固定材）、 ２１ａ、２１ｂ…金属メッシュ（支持材）、 ２２…仕切り材、 ２３ａ、２３ｂ…傾き防止材、 ３０…ディスプレーサピストン、 ４０…圧縮機、 ６０…膨張器、 ７０…シリンダ、 ８０…ディスプレーサピストン、 ８２…第１蓄冷器、 １００…冷凍機。
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄冷器および冷凍機に係り、特に、多数の粒状物によって構成された蓄冷材を有する蓄冷器、および、多数の粒状物によって構成された蓄冷材を用いた冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、「ＧＭ冷凍機」と略記する。）、スターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機等の冷凍機では、内部に蓄冷材が充填された蓄冷器を利用して、低温を得る。
【０００３】
例えばＧＭ冷凍機では、蓄冷器を備えたディスプレーサピストンとこのディスプレーサピストンが挿入されるシリンダとを有する膨張器に、圧縮された作動流体（冷媒ガス）を供給し、この作動流体（冷媒ガス）を膨張器内で断熱膨張させて寒冷を得る。
【０００４】
得ようとする寒冷の温度等に応じて、使用する膨張器の段数が適宜選定されると共に、蓄冷器に使用される蓄冷材の種類も適宜選定される。
【０００５】
例えば、４Ｋ程度以下まで冷却することができるタイプのＧＭ冷凍機では、一般に、２段ディスプレーサが使用される。高温部側に配置される第１段目の蓄冷器には、例えば、多数の鉛玉によって構成される第１の蓄冷材と、多数の金属メッシュによって構成される第２の蓄冷材とが、低温部側からこの順番で充填される。低温部側に配置される第２段目の蓄冷器には、例えば、粒状の多数の磁性材料によって構成される第１の蓄冷材と、多数の鉛玉によって構成される第２の蓄冷材とが、低温部側からこの順番で充填される。
【０００６】
１つの蓄冷器内に第１および第２の蓄冷材を充填する場合には、一般に、これら２つの蓄冷材の間に仕切り材が配置される。この仕切り材は、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材との間にガス流路を確保しつつ、これら第１および第２の蓄冷材を隔て、フェルト製の仕切り材が多用されている。
【０００７】
蓄冷器内から蓄冷器外への蓄冷材の流出を防止するために、上記の仕切り材と同様にして構成される流出防止材が、第１の蓄冷材における低温部側の端に隣接して、また、第２の蓄冷材における高温部側の端に隣接して、それぞれ配置される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
冷凍機の運転時には、蓄冷器内の高温部側から低温部側へと、また、低温部側から高温部側へと、冷媒ガスが高速で繰り返し流通する。第１および第２の蓄冷材が充填された蓄冷器では、冷媒ガスの流通に伴って、第１および第２の蓄冷材を隔てている仕切り材に外力が働く。
【０００９】
この外力によって仕切り材が変形したり傾いたりすると、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とが混合することがある。このような混合が生じると、蓄冷器の性能、ひいては冷凍機の性能が低下する。
【００１０】
また、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とを共に多数の粒状物によって構成する場合、第１の蓄冷材は、例えば、第２の蓄冷材を構成する粒状物の平均粒径よりも小さな平均粒径を有する多数の粒状物によって構成される。
【００１１】
このようにして構成された第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とが混合すると、蓄冷器の性能が低下する。また、蓄冷材全体のかさ体積が減少し、第１の蓄冷材の低温部側の端に隣接して配置された流出防止材、または、第２の蓄冷材の高温部側の端に隣接して配置された流出防止材が変形したり傾いたりして、蓄冷器内から蓄冷材が流出することもある。
【００１２】
蓄冷器からの蓄冷材の流出は、蓄冷器の性能、ひいては冷凍機の性能を低下させるばかりでなく、冷凍機の異常動作の要因となる。
【００１３】
本発明の目的は、性能が低下し難い蓄冷器を提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、性能が低下し難い冷凍機を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止する仕切り材と、前記仕切り材の両側に設けられて該仕切り材の傾きを防止する傾き防止材とを有する蓄冷器が提供される。
【００１６】
本発明の他の観点によれば、圧縮された冷媒ガスを生成する圧縮機と、（ｉ） シリンダ、（ｉｉ）前記シリンダ内に挿入され、該シリンダの一方の端部に第１の空間を画定すると共に他方の端部に第２の空間を画定しつつ往復運動を行うピストン、（ｉｉｉ） 前記第１の空間と前記第２の空間との間に形成されたガス流路、および、（ｉｖ）前記ガス流路内に配置された蓄冷器であって、（ａ） 長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、（ｂ） 前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、（ｃ） 前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、（ｄ） 前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止する仕切り材と、（ｅ） 前記仕切り材の傾きを防止する傾き防止材とを有する蓄冷器と、を含み、前記圧縮機から前記圧縮された冷媒ガスの供給を受ける膨張器とを具備した冷凍機が提供される。
【００１７】
第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とを仕切り材によって隔てる他に、この仕切り材の傾きを傾き防止材によって防止することにより、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材との混合を防止することが可能になる。蓄冷器からの蓄冷材の流出を防止することも可能になる。その結果として、蓄冷器の性能低下、ひいては冷凍機の性能低下が抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、実施例による蓄冷器を含むディスプレーサピストンを概略的に示す断面図である。同図に示すディスプレーサピストン３０は、外周面に螺旋状の溝１ａが切られたディスプレーサ筒１と、ディスプレーサ筒１の一方の開放端に装着された下蓋３と、ディスプレーサ筒１の他方の開放端に装着された上蓋５とによって構成された筒状容器７を備える。下蓋３は、ディスプレーサ筒１内と外部とを繋ぐガス流路３ａを有し、上蓋５は、ディスプレーサ筒１内と外部とを繋ぐガス流路５ａを有する。
【００１９】
第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９とが、下蓋３側からこの順番で筒状容器７内に充填されて、蓄冷器を構成している。
【００２０】
第１の蓄冷材８は、例えばＨｏＣｕ２ またはＥｒＮｉ０．９Ｃｏ０．１等の磁性材料からなる多数の粒状物８ａによって構成された磁性蓄冷材である。粒状物８ａ全体の平均粒径は、例えば０．２ｍｍ程度であり、個々の粒状物８ａの組成は互いに同一である。
【００２１】
第２の蓄冷材９は、例えば鉛からなる多数の粒状物（鉛玉）９ａによって構成され、これらの鉛玉９ａ全体の平均粒径は、例えば０．４ｍｍである。
【００２２】
２枚の金属メッシュ１０ａが下蓋３の内側表面上に配置され、この金属メッシュ１０ａ上にフェルト製の下部流出防止材１１が配置される。金属メッシュ１０ａは、下部流出防止材１１の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、下蓋３と共に、下部流出防止材１１の下蓋３（ガス流路３ａ）側への移動や傾きを防止する機能を有する。
【００２３】
１枚の金属メッシュ１０ｂが下部流出防止材１１上に配置され、この金属メッシュ１０ｂに隣接して固定用リング１２が配置される。固定用リング１２は、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接される。金属メッシュ１０ｂは、下部流出防止材１１の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング１２と共に、下部流出防止材１１の第１の蓄冷材８側への移動や傾きを防止する傾き防止材１３を構成する。
【００２４】
下部流出防止材１１の移動や傾きが防止されることから、この下部流出防止材１１は、第１の蓄冷材８とガス流路３ａとの間にガス流路を確保しつつ、第１の蓄冷材８からガス流路３ａへの粒状物８ａの流出を長期に亘って抑止することができる。
【００２５】
固定用リング１５ａが第２の蓄冷材９上に配置される。固定用リング１５ａは、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接される。第２の蓄冷材９を構成している多数の鉛玉９ａの一部は、固定用リング１５ａの内周面によって画定される空間内に入り込む。
【００２６】
１枚の金属メッシュ１６ａが固定用リング１５ａ上に配置され、この金属メッシュ１６ａ上にフェルト製の上部流出防止材１７が配置される。金属メッシュ１６ａは、上部流出防止材１７の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング１５ａと共に、上部流出防止材１７の第２の蓄冷材９側への移動や傾きを防止する傾き防止材１８ａを構成する。
【００２７】
２枚の金属メッシュ１６ｂが上部流出防止材１７上に配置され、この金属メッシュ１６ｂに隣接して固定用リング１５ｂが配置される。固定用リング１５ｂは、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接される。金属メッシュ１６ｂは、上部流出防止材１７の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング１５ｂと共に、上部流出防止材１７の上蓋５側への移動や傾きを防止する傾き防止材１８ｂを構成する。
【００２８】
上部流出防止材１７の移動や傾きが防止されることから、この上部流出防止材１７は、第２の蓄冷材９とガス流路５ａとの間にガス流路を確保しつつ、第２の蓄冷材９からガス流路５ａへの鉛玉９ａの流出を長期に亘って抑止することができる。
【００２９】
図示のディスプレーサピストン３０においては、第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９との間に、第１の蓄冷材８側から順番に、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接された固定用リング２０ａと、１枚の金属メッシュ２１ａと、フェルト製の仕切り材２２と、１枚の金属メッシュ２１ｂと、ディスプレーサ筒１の内周面に圧接された固定用リング２０ｂとが配置される。
【００３０】
図２は、固定用リング２０ａ、金属メッシュ２１ａ、仕切り材２２、金属メッシュ２１ｂおよび固定用リング２０ｂを拡大して示す分解斜視図である。
【００３１】
固定用リング２０ａは第１の蓄冷材５上に配置される。第１の蓄冷材５を構成している多数の粒状物８ａの一部は、固定用リング２０ａの内周面によって画定される空間内に入り込む。
【００３２】
金属メッシュ２１ａは固定用リング２０ａ上に配置され、この金属メッシュ２１ａ上に仕切り材２２が配置される。金属メッシュ２１ａは、仕切り材２２の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング２０ａと共に、仕切り材２２の第１の蓄冷材８側への移動や傾きを防止する傾き防止材２３ａを構成する。
【００３３】
金属メッシュ２１ｂは仕切り材２２上に配置され、この金属メッシュ２１ｂ上に固定用リング２０ｂが配置される。第２の蓄冷材９を構成している多数の鉛玉９ａの一部は、固定用リング２０ｂの内周面によって画定される空間内に入り込む。金属メッシュ２１ｂは、仕切り材２２の変形を抑制する支持材として機能すると同時に、固定用リング２０ｂと共に、仕切り材２２の第２の蓄冷材９側への移動や傾きを防止する傾き防止材２３ｂを構成する。
【００３４】
仕切り材２２の移動や傾きが防止されることから、この仕切り材２２は、第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９との間にガス流路を確保しつつ、第１および第２の蓄冷材８、９間での粒状物８ａと鉛玉９ａとの混合を長期に亘って防止することができる。
【００３５】
このように、ディスプレーサピストン３０では、蓄冷材の流出が長期に亘って防止されると共に、第１の蓄冷材８と第２の蓄冷材９との混合が長期に亘って防止されることから、その性能が長期に亘って低下し難い。
【００３６】
ディスプレーサピストン３０の温度は、このディスプレーサピストン３０を用いた冷凍機の運転時と停止時とで大きく変動する。冷凍機の運転時および停止時のいずれにおいても個々の固定リング１２、１５ａ、１５ｂ、２０ａ、２０ｂがディスプレーサ筒１の内周面に圧接されるように、各固定用リングの大きさおよび材質、ならびにディスプレーサ筒１の材質を選定することが好ましい。
【００３７】
例えば、ディスプレーサ筒１および各固定用リングは同じ組成のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）によって作製され、各固定用リングの外径はディスプレーサ筒１の内径より若干大きき目にされる。各固定用リングは、例えば室温下でディスプレーサ筒１内に圧入される。
【００３８】
ディスプレーサピストン３０内部での冷媒ガスの流れを乱さないように、各固定用リングの肉厚は、できるだけ薄いことが好ましい。固定用リングの肉厚は、その材質、外径等に応じて適宜選定される。
【００３９】
次に、実施例による冷凍機について、図３を参照しつつ説明する。
【００４０】
図３は、実施例による冷凍機の構成を概略的に示す。同図に示す冷凍機１００は、圧縮された冷媒ガス（以下、「圧縮冷媒ガス」という。）を生成する圧縮機４０と、圧縮機４０から圧縮冷媒ガスの供給を受け、この圧縮冷媒ガスを断熱膨張させて寒冷を得る膨張器６０と、膨張器６０上に配置された動力室９０とを備えた２段式のＧＭ冷凍機である。冷媒ガスとしては、例えばヘリウムガスが用いられる。
【００４１】
膨張器６０は、２段式のシリンダ７０と、このシリンダ７０内に挿入された２段のディスプレーサピストン８０とを有する。
【００４２】
シリンダ７０は、内径が相対的に大きい第１段目のシリンダ部７２と、内径が相対的に小さい第２段目のシリンダ部７４と、第２段目のシリンダ部７４の一端を閉塞する冷却ステージ７６とを有する。以下、冷却ステージ７６およびその近傍を「低温部」という。
【００４３】
第２段目のシリンダ部７４の他端は第１段目のシリンダ部７２の一端に連接され、第１段目のシリンダ部７２の他端につば部７８が固着される。以下、第１段目のシリンダ部７２におけるつば部７８側の開口およびその近傍を「高温部」という。動力室９０が高温部側の開口を塞いでいる。
【００４４】
第１段目のシリンダ部７２および第２段目のシリンダ部７４は、ステンレス鋼のような熱伝導率が低く気密性の高い剛性材料によって形成され、冷却ステージ７６は銅のような熱伝導性の良好な材料によって形成される。このシリンダ７０は、図示を省略した真空容器内に収められる。
【００４５】
ディスプレーサピストン８０は、第１蓄冷器（第１ディスプレーサピストン）８２と、図１に示したディスプレーサピストン３０によって構成される第２蓄冷器（第２ディスプレーサピストン；以下、「第２蓄冷器３０」という。）と、ピストンロッド８４とを有する。
【００４６】
第１蓄冷器８２は、第１段目のシリンダ部７２内に挿入される。この第１蓄冷器８２には、多数の鉛玉によって構成される第１の蓄冷材と、多数の金属メッシュによって構成される第２の蓄冷材とが、低温部側からみてこの順番で充填される。第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とは、例えばフェルト製の仕切り材によって互いに隔てられる。
【００４７】
第１蓄冷器８２の外周面にはシール材８６、例えば環状のスリッパシール８６が装着される。
【００４８】
第２蓄冷器３０は、第１蓄冷器８２における低温部側の端面に連結器具８８を介して連結され、第１段目のシリンダ部７２における低温部側の領域から第２段目のシリンダ部７４内にかけて挿入される。第２蓄冷器３０は、下蓋３が冷却ステージ７６側に位置するように配置される。
【００４９】
ピストンロッド８４の一端は第１蓄冷器８２における高温部側の端面に連結され、他端は、図示を省略したクランクに接続される。このクランクは、つば部７８上に配置された動力室９０内のモータＭの回転軸に接続される。モータＭは、ディスプレーサピストン８０をシリンダ７０の軸方向に往復運動させるための動力を発生する。
【００５０】
ディスプレーサピストン８０は、第２蓄冷器３０における低温部側の端面と冷却ステージ６５の内側底面との間に常に空間Ｓ１を、また、第１蓄冷器８２における低温部側の端面と第２段目のシリンダ部における高温部側の端面との間に常に空間Ｓ２を形成しつつ、往復運動を行う。このとき、第１蓄冷器８２における高温部側の端面と動力室９０を画定しているハウジング９２の底面との間には、常に空間Ｓ３が形成される。空間Ｓ１、Ｓ２およびＳ３それぞれの広さは、ディスプレーサピストン８０の往復運動に伴って変化する。
【００５１】
動力室９０内には、２つのバルブＶ１、Ｖ２を備えたロータリーバルブ装置Ｖが配設される。ロータリーバルブ装置Ｖは、例えば上記のモータＭから動力の供給を受ける。
【００５２】
バルブＶ１、Ｖ２それぞれの一端には配管５０が接続され、それぞれの他端には、圧縮機４０から圧縮冷媒ガスの供給を受ける圧縮冷媒ガス供給管５２または膨張器６０から排出された冷媒ガスの供給を受ける冷媒ガス回収管５４が接続される。配管５０の一端は、ハウジング９２の底に形成された開口９２ａに接続される。
【００５３】
圧縮機４０で生成された圧縮冷媒ガスは、圧縮冷媒ガス供給管５２、ロータリーバルブ装置Ｖ（バルブＶ１）および配管５０を介して、開口９２ａからシリンダ７０内に供給される。シリンダ７０内に供給された冷媒ガスは、空間Ｓ３、第１蓄冷器８２内、空間Ｓ２、第２蓄冷器３０内および空間Ｓ１に達する。
【００５４】
シリンダ７０内に供給された冷媒ガスは、所定のタイミングで、開口９２ａからシリンダ７０外へ排出される。排出された冷媒ガスは、配管５０、ロータリーバルブ装置Ｖ（バルブＶ２）および冷媒ガス回収管５４を経て、圧縮機４０に回収される。圧縮機４０に回収された冷媒ガスは、再利用される。
【００５５】
シリンダ７０内への圧縮冷媒ガスの供給のタイミングおよびシリンダ７０外への冷媒ガスの排出のタイミングは、例えば、ロータリーバルブ装置Ｖによって制御される。
【００５６】
冷凍機１００の動作時には、シリンダ７０内への圧縮冷媒ガスの供給とシリンダ７０内からの冷媒ガスの排出とが、ディスプレーサピストン８０の往復運動と所定の位相差の下に繰り返し行われる。ディスプレーサピストン８０の往復運動に伴って、空間Ｓ１、空間Ｓ２内で吸熱が生じる。
【００５７】
冷却された冷媒ガスが第２蓄冷器３０内および第１蓄冷器８２内を通過することによってこれらの蓄冷器３０、８２内の蓄冷材が徐々に冷却され、やがてほぼ一定の温度となる。このとき、第２蓄冷器３０の到達温度は、第１蓄冷器８２の到達温度よりも低い。冷却ステージ６５が例えば４Ｋ程度まで冷却される。
【００５８】
前述したように第２蓄冷器３０では、蓄冷材の流出が長期に亘って防止されると共に、第１の蓄冷材８（図１参照）と第２の蓄冷材９（図１参照）との混合が長期に亘って防止されることから、その性能が長期に亘って低下し難い。
【００５９】
また、第１蓄冷器８２には、前述したように、多数の鉛玉によって構成される第１の蓄冷材と、多数の金属メッシュによって構成される第２の蓄冷材とが充填される。第２の蓄冷材を構成する多数の金属メッシュは第１蓄冷器８２の長さ方向に積層されて充填され、第１の蓄冷材と第２の蓄冷材とは仕切り材によって互いに隔てられる。したがって、第１の蓄冷器８２においても、第１の蓄冷材（鉛玉）と第２の蓄冷材（金属メッシュ）との混合は起こり難い。第１の蓄冷器８２の性能は、長期に亘って低下し難い。
【００６０】
第１および第２の蓄冷器８２および３０の性能が長期に亘って低下し難いことから、冷凍機１００の性能も長期に亘って低下し難い。
【００６１】
以上、実施例による蓄冷器および冷凍機について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００６２】
例えば、蓄冷器用の筒状容器は、ディスプレーサ筒と上蓋が一体成形されたものであってもよい。ディスプレーサ筒の外周面に螺旋状に溝を切ることは必須ではないが、２段式のディスプレーサピストンにおいて低温部側に配置される蓄冷器では、ディスプレーサ筒の外周面に螺旋状に溝を切ることが好ましい。
【００６３】
図示した蓄冷器３０において第１の蓄冷材を構成する粒状物の材質は、磁性材料に限定されるものではない。蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、鉛玉等を使用することも可能であろう。また、この第１の蓄冷材を構成する多数の粒状物は、必ずしも粒径が揃っていなくてもよい。全体での平均粒径は、その材質および蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、概ね０．２〜０．５ｍｍの範囲内で適宜選択可能である。
【００６４】
例えば、２段ディスプレーサを用いて到達温度が概ね４Ｋ以下の極低温冷凍機を構成する場合、２段ディスプレーサにおける低温部側の蓄冷器では、磁性材料からなる粒状物によって第１の蓄冷材を構成することが好ましい。磁性材料の具体例としては、前述したＨｏＣｕ２ およびＥｒＮｉ０．９Ｃｏ０．１の他に、ＮｄＩｎＣｕ２ 、ＳｍＩｎＣｕ２ 、Ｅｒ３Ｎｉ、Ｅｒ０．７Ｈｏ０．３Ｎｉ 等が挙げられる。
【００６５】
このとき、第２の蓄冷材の構成材料は鉛玉に限定されるものではない。蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、例えば複数種の磁性材料によって第２の蓄冷材を構成することも可能であろう。
【００６６】
第２の蓄冷材を多数の粒状物によって構成する場合、これら多数の粒状物全体での平均粒径は、その材質および蓄冷器に求められる性能や用途等に応じて、概ね０．１〜１．０ｍｍの範囲内で適宜選択可能である。
【００６７】
なお、本明細書でいう「粒状物」とは、粉砕粉のように不定形の物、球状物、および、ペレット状に成形したものを含むものとする。
【００６８】
仕切り材は、フェルト以外に、多孔性金属、積層された複数枚の金網等によって作製することもできる。
【００６９】
仕切り材の傾きを防止する傾き防止材は、金属メッシュと固定用リングとによって構成する他、多数の孔が形成されたパンチングメタルや、扁平形状の金属リング等によって構成することも可能である。
【００７０】
固定用リングを用いて傾き防止材を構成する場合、固定用リングは、切欠き付きリングであってもよい。
【００７１】
固定用リングは、ディスプレーサ筒の内周面に圧接させる他、接着剤を用いてディスプレーサ筒の内周面に固着させてもよい。また、ディスプレーサ筒の内周面に雌ねじを切り、固体用リングの外周面に雄ねじを切って、ディスプレーサ筒内に固定用リングを螺入させることでディスプレーサ筒内の所定位置に固定用リングを配置してもよい。
【００７２】
ディスプレーサピストンは、蓄冷器を２台備えた２段ディスプレーサの他、蓄冷器を１台のみ備えた１段ディスプレーサであってもよい。３つ以上の蓄冷器を連結させて３段以上のディスプレーサピストンを構成することも可能である。
【００７３】
例えば、図３に示した高温部側の空間Ｓ３と低温部側の空間Ｓ１とを繋ぐガス流路をシリンダ７０の外に設け、このガス流路の一部を第１蓄冷器８２と第２蓄冷器３０とによって構成することも可能である。この場合、ディスプレーサピストン７０に代えて、内部にガス流路を有さないピストンが用いられる。蓄冷器を１台のみ用いる場合についても同様である。
【００７４】
第１の蓄冷材と第２の蓄冷材との混合を、１つの仕切り材と、この仕切り材の両側に配置した計２つの傾き防止材とによって防止した蓄冷器は、ＧＭ冷凍機以外にも、例えばスターリング冷凍機やパルスチューブ冷凍機に使用することができる。
【００７５】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば性能が低下し難い蓄冷器および冷凍機が提供される。装置寿命の長い冷凍機を得ることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例によるディスプレーサピストンを概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示したディスプレーサピストン内に装填された金属メッシュ、仕切り材および固定用リングを拡大して示す分解斜視図である。
【図３】実施例による冷凍機を示す概略図である。
【符号の説明】
７…筒状容器、 ８…第１の蓄冷材、 ８ａ…第１の蓄冷材を構成する粒状物、 ９…第２の蓄冷材、 ９ａ…第２の蓄冷材を構成する粒状物（鉛玉）、 ２０ａ、２０ｂ…固定用リング（固定材）、 ２１ａ、２１ｂ…金属メッシュ（支持材）、 ２２…仕切り材、 ２３ａ、２３ｂ…傾き防止材、 ３０…ディスプレーサピストン、 ４０…圧縮機、 ６０…膨張器、 ７０…シリンダ、 ８０…ディスプレーサピストン、 ８２…第１蓄冷器、 １００…冷凍機。
Claims (13)
- 長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、
前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、
前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、
前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止する仕切り材と、
前記仕切り材の両側に設けられて該仕切り材の傾きを防止する傾き防止材であって、該傾き防止材の各々が、前記仕切り材の変形を抑止する支持材と、前記支持材に隣接しつつ、外周面が前記筒状容器の内側面に接触する環状の固定材とを含む傾き防止材と
を有する蓄冷器。 - 前記仕切り材が、フェルト、多孔性金属、又は積層された複数枚の金網によって構成された請求項１に記載の蓄冷器。
- 長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、
前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、
前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、
前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止し、繊維によって構成された仕切り材と、
前記仕切り材の両側に設けられて該仕切り材の傾きを防止する傾き防止材であって、該傾き防止材の各々が、前記仕切り材の変形を抑止する支持材と、前記支持材に隣接しつつ、外周面が前記筒状容器の内側面に接触する環状の固定材とを含む傾き防止材と
を有する蓄冷器。 - 前記支持材が、金属メッシュ、又はパンチングメタルによって構成された請求項１〜３のいずれかに記載の蓄冷器。
- 前記固定材が、扁平形状の金属リング、又は切欠き付きリングによって構成された請求項１〜４のいずれかに記載の蓄冷器。
- 前記固定材が、前記筒状容器内に圧入された請求項１〜５のいずれかに記載の蓄冷器。
- 圧縮された冷媒ガスを生成する圧縮機と、
（ｉ）シリンダ、（ｉｉ）前記シリンダ内に挿入され、該シリンダの一方の端部に第１の空間を画定すると共に他方の端部に第２の空間を画定しつつ往復運動を行うピストン、（ｉｉｉ）前記第１の空間と前記第２の空間との間に形成されたガス流路、および、（ｉＶ）前記ガス流路内に配置された蓄冷器であって、（ａ）長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、（ｂ）前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、（ｃ）前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、（ｄ）前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止する仕切り材と、（ｅ）前記仕切り材の両側に設けられて該仕切り材の傾きを防止する傾き防止材であって、該傾き防止材の各々が、前記仕切り材の変形を抑止する支持材と、前記支持材に隣接しつつ、外周面が前記筒状容器の内側面に接触する環状の固定材とを含む傾き防止材とを有する蓄冷器と、を含み、前記圧縮機から前記圧縮された冷媒ガスの供給を受ける膨張器と
を具備した冷凍機。 - 前記仕切り材が、フェルト、多孔性金属、又は積層された複数枚の金網によって構成された請求項７に記載の冷凍機。
- 圧縮された冷媒ガスを生成する圧縮機と、
（ｉ）シリンダ、（ｉｉ）前記シリンダ内に挿入され、該シリンダの一方の端部に第１の空間を画定すると共に他方の端部に第２の空間を画定しつつ往復運動を行うピストン、（ｉｉｉ）前記第１の空間と前記第２の空間との間に形成されたガス流路、および、（ｉＶ）前記ガス流路内に配置された蓄冷器であって、（ａ）長さ方向の一方の端部ないしその近傍および他方の端部ないしその近傍にそれぞれガス流通口が設けられた中空の筒状容器と、（ｂ）前記筒状容器内の第１の領域に充填された多数の粒状物によって構成される第１の蓄冷材と、（ｃ）前記筒状容器の長さ方向に関して前記第１の領域に隣り合う第２の領域に充填された第２の蓄冷材と、（ｄ）前記第１の蓄冷材と前記第２の蓄冷材との間に配置され、これら第１および第２の蓄冷材間にガス流路を確保しつつ、前記第１の蓄冷材から前記第２の蓄冷材への前記粒状物の移動を抑止し、繊維によって構成された仕切り材と、（ｅ）前記仕切り材の両側に設けられて該仕切り材の傾きを防止する傾き防止材であって、該傾き防止材の各々が、前記仕切り材の変形を抑止する支持材と、前記支持材に隣接しつつ、外周面が前記筒状容器の内側面に接触する環状の固定材とを含む傾き防止材とを有する蓄冷器と、を含み、前記圧縮機から前記圧縮された冷媒ガスの供給を受ける膨張器と
を具備した冷凍機。 - 前記支持材が、金属メッシュ、又はパンチングメタルによって構成された請求項７〜９のいずれかに記載の冷凍機。
- 前記固定材が、扁平形状の金属リング、又は切欠き付きリングによって構成された請求項７〜１０のいずれかに記載の冷凍機。
- 前記固定材が、前記筒状容器内に圧入された請求項７〜１１のいずれかに記載の冷凍機。
- 前記固定材が、前記冷凍機の運転時および停止時のいずれにおいても前記筒状容器の内周面に圧接されるような材質からなる請求項７〜１２のいずれかに記載の冷凍機。
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