JP3996537B2

JP3996537B2 - 蓄冷器用仕切り材及び蓄冷器

Info

Publication number: JP3996537B2
Application number: JP2003087100A
Authority: JP
Inventors: 徹丸山
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP2004293924A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数種の蓄冷材が充填され、その中を低温のガスが通ることにより、蓄冷材が冷気を蓄えるようにされた蓄冷器用の仕切り材に係り、特に、最低到達温度が４Ｋ以下であるギフォード・マクマホン・サイクル冷凍機（４Ｋ−ＧＭ冷凍機と称する）に用いるのに好適な、仕切りとしての機能を十分に果たし、且つ、蓄冷器、蓄冷材の両方にダメージを与えることなく容易に挿入・分解作業を行なうことができ、蓄冷器及び蓄冷材の安全な再利用が可能な蓄冷器用仕切り材、該仕切り材を備えた蓄冷器、及び、該蓄冷器を備えた冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリウム等のガス冷媒を用い、蓄冷材を収容した蓄冷器を利用して低温を得る蓄冷器式の極低温冷凍機として、ＧＭ冷凍機やスターリング・サイクル冷凍機、パルス管冷凍機等が知られている。
【０００３】
例えばＧＭ冷凍機では、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されているように、図１に示す如く、ディスプレーサ（ピストン）を構成する蓄冷器１０と、この蓄冷器１０が挿入されるシリンダ４０とを有する膨張器に、圧縮された冷媒ガス（例えばヘリウムガス）を供給し、この冷媒ガスを膨張器内で断熱膨張させて寒冷を得る。図において、１８はガス流路、２０は蓄冷材、４２は、シリンダ４０内の膨張空間である。
【０００４】
現在、冷凍機の蓄冷材２０には、鉛球や磁性蓄冷材の球が採用されている。一般に極低温冷凍機の蓄冷器内部において、蓄冷材は複数種用いられ、異種の蓄冷材同士が混じり合わないように、間に仕切りを設けている。仕切りに求められる機能として、冷凍機の運転姿勢及び冷媒ガスの往復動によって蓄冷材同士が混じり合わないこと、冷媒ガスの流れを極力阻害しないこと、が挙げられる。
【０００５】
従来、仕切りの材料にはフェルトが用いられてきた。しかしながら、フェルトは蓄冷材充填の際の圧力により潰れが生じ、圧力損失の増大を招くだけでなく、冷凍機姿勢や冷媒ガス圧力の変化によって位置が安定せず、蓄冷材同士が混合する問題があった。
【０００６】
これを解決するため、出願人は特許文献４で、フェルト製の仕切り材をステンレス製のインサートリングで固定する方法を提案している。
【０００７】
出願人が特許文献４で提案した蓄冷器の構造を図２（全体図）及び図３（仕切り材部分の分解斜視図）に示す。図のように蓄冷器１０内に複数種（図２では２種）の蓄冷材２０、２２が充填してあり、この中を低温のガスが通ることにより、蓄冷材２０、２２が冷気を蓄えることができるようになっている。図において、１２は蓄冷器筒、１４は、蓄冷器上蓋、１６は同じく下蓋、１４Ａ、１６Ａはガス流路、２６は、蓄冷材２０、２２を仕切るためのフェルト製の仕切り材、２８は、該仕切り材２６の上下に配設された金網、２８は、仕切り材２６の蓄冷器筒１２内での回転を防止するための、外周面が細目ローレット加工されたステンレス製のインサートリングである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−３２４８３１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４６３３５号公報
【特許文献３】
特開２０００−２９２０２２号公報
【特許文献４】
特開２００２−３１８０２１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インサートリング２８を蓄冷器筒１２に圧入する必要があるため、メンテナンスの上で分解が大変困難で、工数がかかり、又、分解時にはインサートリング２８を無理して引き抜くので蓄冷器筒１２を変形させ、蓄冷器筒の再利用ができないという問題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、仕切りとしての機能を十分に果たし、且つ、蓄冷器、蓄冷材の両方にダメージを与えることなく容易に挿入・分解作業を行なうことができ、蓄冷器及び蓄冷材の安全な再利用が可能な蓄冷器用の仕切り材を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数種の蓄冷材が充填され、その中を低温のガスが通ることにより、蓄冷材が冷気を蓄えるようにされた蓄冷器用の仕切り材であって、蓄冷材が通過しない金網を間に挟んだ、ガスが通過するための開口部を有する複数のプレートからなり、蓄冷器筒内の回転を抑制可能な一定の厚さを有すると共に、中央部に、該仕切り材を蓄冷器筒外に引き出すためのねじが設けられており、挿入の際の金網の外周の塑性変形によって、蓄冷器筒内壁との隙間を無くしてシールするように、前記金網の外径が、蓄冷器筒の内径より大とされ、前記プレートが溶接又はかしめによって固定されていることにより、前記課題を解決したものである。
【００１５】
本発明は、又、前記の蓄冷器用仕切り材を備えたことを特徴とする蓄冷器を提供するものである。
又、前記の蓄冷器を備えたことを特徴とする冷凍機を提供するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態は、図４に示す如く、複数種（図では３種）の蓄冷材２０、２２、２４が充填され、その中を低温のガスが通ることによって、蓄冷材２０、２２、２４が冷気を蓄えるようにされた蓄冷器において、前記蓄冷材２０、２２、２４の間、及び、上下の蓋１４、１６との間に、図５（（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は底面図）に示す如く、蓄冷材（例えば直径が最小０．２ｍｍの球）が通過しない金網５２を数枚、間に挟んだ、ガスが通過するための大きな開口部５４Ａ、５６Ａを有する複数（図では２枚）の金属製プレート５４、５６からなり、蓄冷器筒内の回転を抑制可能な厚みｔを有する仕切り材５０を配設したものである。
【００１８】
前記プレート５４、５６は、溶接又はかしめにより固定され、その中央部には、仕切り材５０を蓄冷器筒外に引き出すためのねじ部５６Ｂが設けられている。
【００１９】
前記仕切り材５０の厚みｔは、蓄冷材が混合する場合、蓄冷器筒軸に直角な軸における仕切り材５０の回転が考えられるため、その回転を抑制するために、図６に示す如く、仕切り材５０横断面の対角線の長さＬが、蓄冷器筒１２の内径Ｄよりも十分大きくなるように設定する。例えば、厚みｔを、蓄冷器筒内径Ｄに対して１５％以上とすることができる。
【００２０】
ここで、仕切り材５０中の金網５２の外径は、蓄冷器筒内径Ｄよりも大きくして、挿入の際の金網５２の外周の塑性変形によって、筒内壁の隙間を無くしてシールするようにされている。
【００２１】
本実施形態において、仕切り材５０が例え斜めに入ったとしても、仕切り材５０そのものの厚さｔは一定であるため、回転量は僅かである。そのため、筒内壁と仕切り材の間に蓄冷材が通過するほどの隙間が生じることはなく、蓄冷材同士が混合することはない。
【００２２】
又、蓄冷器のメンテナンスで分解する際は、図７に示す如く、仕切り材５０に設けられたねじ部５６Ｂに対となるねじ部６０Ｃを設けた治具６０を用い、両者のねじ部を係合させた後、該治具６０により仕切り材５０を引張って取り出すことができる。図において、６０Ｂは、治具６０の上端に設けられたローレット部である。
【００２３】
このようにすれば、蓄冷器筒１２と蓄冷材２０、２２、２４にダメージを与えることがないので、蓄冷器、蓄冷材両方の再利用が可能となる。
【００２４】
なお、前記第１実施形態においては、仕切り材５０に３つの長穴状の開口部が設けられていたが、開口部の形状や数は、これに限定されず、例えば図８に示す第２実施形態のように、丸穴を５つ設けても良い。
【００２７】
本実施形態は、特に、４Ｋ−ＧＭ冷凍機に用いるのに好適であるが、本発明の適用対象はこれに限定されず、例えばスターリング・サイクル冷凍機、パルス管冷凍機等、他の蓄冷器式冷凍機にも同様に用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、フェルトを使用しないので、フェルト潰れが無く、圧力損失を実測で約１／２に低減することができた。又、インサートリングを使用せずに、仕切り材が厚みを有するので蓄冷器内の回転を防止し蓄冷材の混入防止が可能で、且つ、仕切り材の中央部に設けたねじ部を利用することで仕切り材の取り出しが可能となり、蓄冷器筒と蓄冷材にダメージを与えることがないので、メンテナンスにおける蓄冷器及び蓄冷材の、より安全な再利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の蓄冷器の全体構成を示す縦断面図
【図２】特許文献４で提案した蓄冷器の構成を示す縦断面図
【図３】図２の蓄冷器の仕切り材部分の構成を示す分解斜視図
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示す縦断面図
【図５】第１実施形態で用いられている仕切り材の平面図、断面図及び底面図
【図６】前記仕切り材の外径の決め方を説明する断面図
【図７】前記仕切り材を蓄冷器筒外に引き出すための治具の一例の構成を示す斜視図
【図８】本発明の第２実施形態の仕切り材を示す平面図

Claims

複数種の蓄冷材が充填され、その中を低温のガスが通ることにより、蓄冷材が冷気を蓄えるようにされた蓄冷器用の仕切り材であって、
蓄冷材が通過しない金網を間に挟んだ、ガスが通過するための開口部を有する複数のプレートからなり、
蓄冷器筒内の回転を抑制可能な一定の厚さを有すると共に、
中央部に、該仕切り材を蓄冷器筒外に引き出すためのねじが設けられており、
挿入の際の金網の外周の塑性変形によって、蓄冷器筒内壁との隙間を無くしてシールするように、前記金網の外径が、蓄冷器筒の内径より大とされ、
前記プレートが溶接又はかしめによって固定されていることを特徴とする蓄冷器用仕切り材。
前記仕切り材の厚みは、該仕切り材横断面の対角線の長さが、蓄冷器筒内の内径よりも十分大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷器用仕切り材。
複数種の蓄冷材が充填され、その中を低温のガスが通ることにより、蓄冷材が冷機を蓄えるようにされた蓄冷器において、
前記蓄冷材の間に、請求項１又は２に記載の仕切り材を配設したことを特徴とする蓄冷器。
請求項３に記載の蓄冷器を備えたことを特徴とする冷凍機。