JP4323400B2 - Regenerator and regenerator type refrigerator - Google Patents
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本発明は蓄冷器及び蓄冷型冷凍機に関する。本発明は、スターリング冷凍機、GM冷凍機、パルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機に用いられる蓄冷器に利用することができる。 The present invention relates to a regenerator and a regenerative refrigerator. The present invention can be used for a regenerator used in a regenerative refrigerator such as a Stirling refrigerator, a GM refrigerator, and a pulse tube refrigerator.
従来技術として、図10に示すように、蓄冷器120が組み込まれたスターリング冷凍機500が知られている(特許文献1)。このスターリング冷凍機500によれば、図10に示すように、圧縮部113aは、蓄冷器120、熱交換器118、膨張部115aに直列的に接続されている。圧縮部113aは圧縮ピストン113で規定される。膨張部115aは膨脹ピストン115で規定される。そして、駆動源111が矢印A1方向に回転すると、駆動源111の駆動力は伝達機構112、114を介して所定の位相角を与えつつ、圧縮ピストン113、及び、膨張ピストン115にそれぞれ伝達されることによって、スターリング冷凍機500が実現される。このスターリング冷凍機500によれば、蓄冷器120は、圧縮部113aから吐出される冷媒ガスの流れ方向に沿って径が連続的に縮径された円錐筒形状をなす。なお蓄冷器120の流路断面形状は円形をなす。
As a conventional technique, as shown in FIG. 10, a Stirling
上記した円錐形状をなす蓄冷器120については、流路断面積は、低温側120Lで小さく、高温側120Hへ向かうにつれて連続的に増加するよう設定されている。また他の従来技術として、図11に示される蓄冷器130も知られている。この蓄冷器130は径が全長にわたり同一の直円筒形状をなす。この蓄冷器130は、低温側130Lから高温側130Hまで、流路の断面が円形で、且つ、流路断面積が同一値に設定されている。この蓄冷器130には金網135が充填されて配置されている。
上記した図11に示される蓄冷器130は前記したように直円筒形状をなし、これの低温側130Lから高温側130Hまで、流路の断面が円形で、且つ、流路断面積が同一値に設定されている。このため蓄冷器130の蓄冷材のエレメントとして金網135が使用されるとき、金網135のサイズは基本的には同一径で済むため、金網135の製作費が抑制される。更に、直円筒形状をなす蓄冷器130は円錐形状に比較して製造しやすいという利点を有する。しかしながら、直円筒形状をなす蓄冷器130によれば、その径が大きくなると、冷媒ガスの流れ方向に対して直角な同一面において温度のばらつきが発生し易い。殊に、蓄冷器130のうち中温側130Mから低温側130Lにかけて、冷媒ガスの流れ方向に対して直角な同一面において温度のばらつきが発生し易い。即ち、蓄冷器130の中温側130Mから低温側130Lにかけて、これの径方向の中央領域と外周領域とで温度のばらつきが発生し易い。この場合、蓄冷器130の熱交換の効率が著しく低下し、冷凍機の本来の性能が充分に発揮されにくいおそれがある。
The above-described
蓄冷器130において、温度のばらつきが生じる理由としては次のように推察される。即ち、蓄冷器130の低温側130Lと高温側130Hとでは温度がかなり異なる関係上、蓄冷器130の低温側130Lと高温側130Hとで冷媒ガスの密度がかなり異なる。ここで、蓄冷器130の低温側130Lでは、冷媒ガスは低温であるため、冷媒ガスの密度が大きい。また、蓄冷器130の高温側130Hでは冷媒ガスは高温であるため、冷媒ガスの密度が小さい。このため冷媒ガスが同一流量であっても、冷媒ガスの流量体積は、高温側130Hで大きいものの、低温側130Lでは小さい。このため蓄冷器130を流れる冷媒ガスの流速は、一般的には高温側130Hで速く、蓄冷器130の低温側130Lで遅くなる傾向がある。
The reason why the temperature variation occurs in the
このように冷媒ガスの流速が遅い蓄冷器130の低温側130Lでは、蓄冷器130の径方向の中央領域と外縁領域との位置の影響が大きく発現される。この結果、蓄冷器130の低温側130Lでは、蓄冷器130の径方向の中央領域を流れる冷媒ガスの流速と、蓄冷器130の径方向の外縁領域を流れる冷媒ガスの流速との間における差が大きくなる。従って、直円筒形状をなす蓄冷器130内では、中央領域と外縁領域における蓄冷材と冷媒ガスとの間の熱伝達率の差、及び、同一円周領域内における蓄冷材と冷媒ガスとの間の熱伝達率の差が大きくなる。
Thus, in the
このため蓄冷器130の低温側130Lでは、蓄冷器130の径方向の中央領域と外縁領域とで温度の差が大きくなり、蓄冷器130の熱交換の効率を低下させるものと推察される。
For this reason, in the
また上記した図10に示す円錐形状の蓄冷器120は、低温側120Lが内径が小さくなるように形成されているため、蓄冷器120の低温側120Lでは、直円筒形状の蓄冷器130の場合よりも、冷媒ガスの流速が径方向の中央領域と周縁領域とで差が大きくなることは抑制される。故に、円錐形状の蓄冷器120は、低温側120Lにおいて、中央領域と外縁領域とで温度の差を小さくできるという利点を有する。
Further, since the
しかしながら上記した円錐形状をなす蓄冷器120は、直円筒形状の蓄冷器130の場合よりも、製造が必ずしも容易ではない。更に、円錐形状の蓄冷器120によれば、蓄冷材のエレメントとして金網が使用される場合、多数枚(例えば約300〜3000枚であるが、これに限定されない)の金網を厚み方向に積層させるため、金網の外径のサイズを一枚一枚づつ変えなければならない。このため外径のサイズが異なる多数の金網を用いなければならず、蓄冷材のエレメントである金網の製作費がかなり高くなる欠点が生じる。
However, the
金網の製作費の高騰を抑える方策として、球状の蓄冷材の集合体を使うことが考えられる。しかしこの場合には、略300K〜略40Kの温度範囲で使用する球状の蓄冷材の集合体を用いて、金網と同程度の伝熱表面積(熱交換面積)を得ようとすると、球状の蓄冷材の径が小さくなる。この結果、冷媒ガスの圧力損失が金網の場合よりもかなり大きくなる問題がある。 As a measure to suppress the rise in wire mesh production costs, it is conceivable to use a spherical regenerator material assembly. However, in this case, if an attempt is made to obtain a heat transfer surface area (heat exchange area) similar to that of a wire mesh using an assembly of spherical regenerator materials used in a temperature range of approximately 300K to approximately 40K, a spherical regenerator The diameter of the material is reduced. As a result, there is a problem that the pressure loss of the refrigerant gas becomes considerably larger than that in the case of the wire mesh.
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、高温端と低温端とを繋ぐ方向における中間位置に段部をもつ蓄冷器を採用し、蓄冷器の流れ方向に直角な同一面での冷媒ガスの流速の不均一性を緩和でき、蓄冷器の低温側において蓄冷器の径方向の中央領域と外縁領域とにおける温度の差を少なくすることができ、これにより蓄冷器の熱交換の効率を良好にできるのに有利であり、ケースの高温側と低温側とを繋ぐ方向における中間位置に設けられている段部における冷媒ガスの淀みを抑え、蓄冷器における熱交換効率を高める蓄冷器及び蓄冷型冷凍機を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above situation, adopting a regenerator having a stepped portion at an intermediate position in the direction connecting the high temperature end and the low temperature end, and on the same plane perpendicular to the flow direction of the regenerator. The non-uniformity in the flow rate of the refrigerant gas can be alleviated, and the temperature difference between the central area and the outer edge area in the radial direction of the regenerator can be reduced on the low temperature side of the regenerator, thereby improving the efficiency of heat exchange of the regenerator A regenerator that increases the heat exchange efficiency in the regenerator, and suppresses stagnation of refrigerant gas at the step provided in the intermediate position in the direction connecting the high temperature side and the low temperature side of the case. It is an object to provide a cold storage type refrigerator.
様相1の本発明に係る蓄冷器は、高温の冷媒ガスが通過する高温側と低温の冷媒ガスが通過する低温側と前記高温側及び前記低温側に連通すると共に蓄冷材を収容するための収容室を有するケースと、ケースの収容室内に収容された金網を基材とする蓄冷材とを備え、蓄冷型冷凍機に用いられる蓄冷器であって、
ケースは、金網を基材とする蓄冷材を収容室に収容しつつ、高温側と高温側よりも流路断面積が小さくされた低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の形状に形成されており、ケースの段部は、流路断面積が大きな側と、流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
ケースのうち段部には、段部における冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、
ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させるように複数個の粒状部材の集合体で構成されており、粒状部材の集合体は、段部において流路断面積の大きな側に挿入されている他に、段部において流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とするものである。
Of like
The case has at least one step at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side where the cross-sectional area of the flow path is smaller than that of the high temperature side while accommodating the regenerator material based on the wire mesh in the storage chamber. The step of the case has a shape that connects the side having a larger channel cross-sectional area and the side having a smaller channel cross-sectional area than the side having a larger channel cross-sectional area. And
A distributor (excluding the wire mesh) that suppresses the stagnation of the refrigerant gas in the step portion is provided in the step portion of the case.
The distributor is composed of an aggregate of a plurality of granular members so that the refrigerant gas can pass through. The aggregate of the granular members is inserted into the step section at the side having a larger flow path cross-sectional area, It is also characterized in that it is also inserted on the side of the channel having a smaller cross-sectional area .
様相2の本発明に係る蓄冷器は、高温の冷媒ガスが通過する高温側と低温の冷媒ガスが通過する低温側と前記高温側及び前記低温側に連通すると共に蓄冷材を収容するための収容室を有するケースと、ケースの収容室内に収容された金網を基材とする蓄冷材とを備え、蓄冷型冷凍機に用いられる蓄冷器であって、
ケースは、金網を基材とする蓄冷材を収容室に収容しつつ、高温側と高温側よりも流路断面積が小さくされた低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されており、ケースの段部は、流路断面積が大きな側と、流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
ケースのうち段部には、段部における冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させるように複数の細孔を有する多孔質部材で形成されており、多孔質部材は、段部において流路断面積の大きな側に挿入されている他に、段部において流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とするものである。
The regenerator according to the second aspect of the present invention is connected to the high-temperature side through which the high-temperature refrigerant gas passes, the low-temperature side through which the low-temperature refrigerant gas passes through, the high-temperature side, and the low-temperature side. A regenerator used in a regenerative refrigerator, comprising a case having a chamber, and a regenerator material based on a wire mesh housed in the housing chamber of the case,
The case has at least one step at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side where the cross-sectional area of the flow path is smaller than that of the high temperature side while accommodating the regenerator material based on the wire mesh in the storage chamber. The case has a shape that connects the side with a larger channel cross-sectional area and the side with a smaller channel cross-sectional area than the side with a larger channel cross-sectional area. And
A distributor (excluding a wire mesh) that suppresses stagnation of refrigerant gas in the step part is provided in the step part of the case, and the distributor is formed of a porous member having a plurality of pores so as to allow the refrigerant gas to pass therethrough. In addition to being inserted into the step having a large channel cross-sectional area, the porous member is also inserted into the step having a small channel cross-sectional area. is there.
様相3の本発明に係る蓄冷型冷凍機は、極低温を生成する冷凍系を具備する蓄冷型冷凍機において、冷凍系は蓄冷器を有しており、蓄冷器は、高温の冷媒ガスが通過する高温側と低温の冷媒ガスが通過する低温側と高温側及び低温側に連通すると共に蓄冷材を収容するための収容室を有するケースと、ケースの収容室内に収容された金網を基材とする蓄冷材とを備えており、
ケースは、金網を基材とする蓄冷材を収容室に収容しつつ、高温側と高温側よりも流路断面積が小さくされた低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されており、ケースの段部は、流路断面積が大きな側と、流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、ケースのうち段部には、段部における冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、
ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させるように複数個の粒状部材の集合体で構成されており、粒状部材の集合体は、段部において流路断面積の大きな側に挿入されている他に、段部において流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とするものである。
The regenerator type refrigerator according to the present invention of
The case has at least one step at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side where the cross-sectional area of the flow path is smaller than that of the high temperature side while accommodating the regenerator material based on the wire mesh in the storage chamber. The case has a shape that connects the side with a larger channel cross-sectional area and the side with a smaller channel cross-sectional area than the side with a larger channel cross-sectional area. In the case, a distributor (excluding the wire mesh) that suppresses the stagnation of the refrigerant gas at the step is provided at the step.
The distributor is composed of an aggregate of a plurality of granular members so that the refrigerant gas can pass through. The aggregate of the granular members is inserted into the step section at the side having a larger flow path cross-sectional area, It is also characterized in that it is also inserted on the side of the channel having a smaller cross-sectional area .
様相4の本発明に係る蓄冷型冷凍機は、極低温を生成する冷凍系を具備する蓄冷型冷凍機において、冷凍系は蓄冷器を有しており、蓄冷器は、高温の冷媒ガスが通過する高温側と低温の冷媒ガスが通過する低温側と高温側及び低温側に連通すると共に蓄冷材を収容するための収容室を有するケースと、ケースの収容室内に収容された金網を基材とする蓄冷材とを備えており、
ケースは、金網を基材とする蓄冷材を収容室に収容しつつ、高温側と高温側よりも流路断面積が小さくされた低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されており、ケースの段部は、流路断面積が大きな側と、流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
ケースのうち段部には、段部における冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させるように複数の細孔を有する多孔質部材で形成されており、多孔質部材は、段部において流路断面積の大きな側に挿入されている他に、段部において流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とするものである。
A regenerator type refrigerator according to the present invention of aspect 4 is a regenerator type refrigerator having a refrigerating system that generates a cryogenic temperature, the refrigerating system has a regenerator, and the regenerator passes through a high-temperature refrigerant gas. A case having a storage chamber for storing a cool storage material and communicating with the low temperature side, the high temperature side and the low temperature side through which the low temperature refrigerant gas passes, and a metal mesh stored in the storage chamber of the case as a base material With cold storage material
The case has at least one step at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side where the cross-sectional area of the flow path is smaller than that of the high temperature side while accommodating the regenerator material based on the wire mesh in the storage chamber. The case has a shape that connects the side with a larger channel cross-sectional area and the side with a smaller channel cross-sectional area than the side with a larger channel cross-sectional area. And
A distributor (excluding a wire mesh) that suppresses stagnation of refrigerant gas in the step part is provided in the step part of the case, and the distributor is formed of a porous member having a plurality of pores so as to allow the refrigerant gas to pass therethrough. In addition to being inserted into the step having a large channel cross-sectional area, the porous member is also inserted into the step having a small channel cross-sectional area. is there.
冷媒ガスの密度は基本的には温度に反比例する。即ち、温度が低いほど冷媒ガスの密度は大きくなり、温度が高いほど冷媒ガスの密度が小さい。故に、温度が低いほど冷媒ガスの流量体積は小さくなり、温度が高いほど冷媒ガスの流量体積は大きくなる。 The density of the refrigerant gas is basically inversely proportional to the temperature. That is, the lower the temperature, the higher the density of the refrigerant gas, and the higher the temperature, the lower the density of the refrigerant gas. Therefore, the lower the temperature, the smaller the refrigerant gas flow volume, and the higher the temperature, the larger the refrigerant gas flow volume.
本発明に係る蓄冷器によれば、相対的に温度の低い側(即ち、冷媒ガスの流量体積が相対的に小さい側)の流路断面積は、相対的に温度の高い側(即ち、冷媒ガスの流量体積が相対的に大きい側)の流路断面積よりも小さく設定されている。このため、直円筒形状の蓄冷器を用いる場合に比較して、相対的に温度が低い側の冷媒ガスの流速と、相対的に温度が高い側の冷媒ガスの流速との差を低減させることができる。 According to the regenerator according to the present invention, the flow path cross-sectional area on the relatively low temperature side (i.e., the side where the refrigerant gas flow volume is relatively small) has the relatively high temperature side (i.e., the refrigerant). It is set smaller than the cross-sectional area of the flow path on the side where the gas flow volume is relatively large. For this reason, the difference between the flow rate of the refrigerant gas having a relatively low temperature and the flow rate of the refrigerant gas having a relatively high temperature is reduced as compared to the case of using a straight cylindrical regenerator. Can do.
この結果、径サイズが大きな直円筒形状の蓄冷器を用いる場合に比較して、蓄冷器において、冷媒ガスの流れ方向に直角な同一面において冷媒ガスの流速が不均一になりにくい。従って、直円筒形状の蓄冷器を用いる場合に比較して、蓄冷器において径方向の中央領域と外縁領域とで径方向の温度のばらつきと、同一円周領域での円周方向の温度のばらつきが少なくなる。特に、蓄冷器の低温側において径方向の中央領域と外縁領域とで温度のばらつきが少なくなる。このため蓄冷器の熱交換の効率が良好となる。 As a result, compared with the case where a straight cylindrical regenerator having a large diameter size is used, in the regenerator, the flow rate of the refrigerant gas is less likely to be uneven on the same plane perpendicular to the flow direction of the refrigerant gas. Therefore, compared to the case of using a straight cylindrical regenerator, the temperature variation in the radial direction between the central region and the outer edge region in the regenerator and the temperature variation in the circumferential direction in the same circumferential region. Less. In particular, variation in temperature between the radial central region and the outer edge region is reduced on the low temperature side of the regenerator. For this reason, the efficiency of heat exchange of the regenerator is good.
本発明によれば、蓄冷器の流れ方向に直角な同一面での冷媒ガスの流速の不均一性が緩和される。従って蓄冷器の径方向の中央領域と外縁領域との間における径方向の温度の差と、同一円周領域での円周方向の温度の差を小さくできる。殊に、蓄冷器の低温側において、径方向の中央領域と外縁領域との間における温度の差を小さくできる。これにより蓄冷器の熱交換における効率を良好にできる。 According to the present invention, the non-uniformity in the flow velocity of the refrigerant gas on the same plane perpendicular to the flow direction of the regenerator is alleviated. Therefore, the difference in the temperature in the radial direction between the central region and the outer edge region in the radial direction of the regenerator and the difference in the temperature in the circumferential direction in the same circumferential region can be reduced. In particular, on the low temperature side of the regenerator, the temperature difference between the radial center region and the outer edge region can be reduced. Thereby, the efficiency in heat exchange of the regenerator can be improved.
更に本発明によれば、ケースは、高温側と低温側とを繋ぐ方向における中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されている。蓄冷材として金網を使用するため、円錐形状をなす蓄冷器に比較して、金網の外径のサイズの種類を減少させることができる。このため蓄冷材である金網の製造コストを低減でき、蓄冷材のコスト、ひいては蓄冷器の全体のコストを低減させるのに有利となる。 Further, according to the present invention, the case is formed in a cylindrical shape having a step having at least one step at an intermediate position in a direction connecting the high temperature side and the low temperature side. Since a wire mesh is used as the cold storage material, the size of the outer diameter of the wire mesh can be reduced as compared to a conical regenerator. For this reason, the manufacturing cost of the wire mesh which is a cool storage material can be reduced, and it becomes advantageous to reduce the cost of a cool storage material, and by extension, the whole cost of a cool storage device.
ところで、ケースのうち段部は、ケースの高温側と低温側とを繋ぐ方向における中間位置に設けられており、流路断面積が大きな側と、流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、ケースの流路断面積が大きく変化する箇所である。ケースの流路断面積が大きく変わる箇所では、冷媒ガスの淀みが生じるおそれがある。 By the way, the step portion of the case is provided at an intermediate position in the direction connecting the high temperature side and the low temperature side of the case, and the flow passage is cut off from the side having the larger flow path cross-sectional area and the side having the larger flow path cross-sectional area. It has a shape connecting the side with a small area, and is a location where the flow path cross-sectional area of the case changes greatly. There is a risk that refrigerant gas will stagnate at locations where the flow path cross-sectional area of the case changes greatly.
そこで、本発明によれば、金網を基材とする蓄冷材をケースの収容室に収容しつつ、ケースのうち段部にはディストリビュータ(複数個の粒状部材の集合体または多孔質部材)が設けられている。ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させて案内する機能をもつものである。ディストリビュータによって段部における冷媒ガスの流れの淀みが抑えられ、流れの均一性が改善される。これにより蓄冷器のケースの収容室に収容されている蓄冷材のエレメントが効率的に使用され、蓄冷器における熱交換効率が良好になる。 Therefore, according to the present invention, a distributor (an assembly of a plurality of granular members or a porous member) is provided in a step portion of the case while storing a regenerator material based on a wire mesh in a storage chamber of the case. It has been. The distributor has a function of guiding through the refrigerant gas. The distributor suppresses the stagnation of the flow of the refrigerant gas in the step portion, and improves the flow uniformity. Thereby, the element of the cool storage material accommodated in the storage chamber of the case of the regenerator is efficiently used, and the heat exchange efficiency in the regenerator is improved.
ディストリビュータを構成する複数個の粒状部材の集合体は、3次元的に網目開口形状をもち、ケースの段部に挿入されている。ディストリビュータを構成する多孔質部材は、複数の細孔を有しており、ケースの段部に挿入されている。 The aggregate of the plurality of granular members constituting the distributor has a three-dimensional mesh opening shape and is inserted into the step portion of the case. The porous member constituting the distributor has a plurality of pores and is inserted into the step portion of the case .
本発明によれば、蓄冷材は金網を基材とする。基材とするとは、蓄冷材の全重量のうち重量比で20%以上を占めることをいう。金網は、蓄冷材の全重量のうち重量比で50%以上を占めても良い。金網は、冷媒ガスが通過する通路を形成するように線材を組み合わせたものである。金網は、球等の粒状の蓄冷材に比べて、冷媒ガスの圧力損失を抑えつつ、金網の表面積、即ち金網の熱交換にたずさわる面積を大きくできるので、蓄冷器における熱交換の効率が向上する。従って、蓄冷材のエレメントとして金網を基材とすれば、球等の粒状蓄冷材に比べて、冷媒ガスの圧力損失を小さくしつつ、金網の伝熱表面積、即ち、冷媒ガスとの熱交換にたずさわる表面積を大きくできる利点が生じる。 According to the present invention, the cold storage material has a wire mesh as a base material. The term “base material” means that the weight ratio accounts for 20% or more of the total weight of the regenerator material. The wire mesh may occupy 50% or more by weight of the total weight of the regenerator material. The wire mesh is a combination of wire rods so as to form a passage through which refrigerant gas passes. Compared to granular regenerators such as spheres, the wire mesh can increase the surface area of the wire mesh, that is, the area involved in the heat exchange of the wire mesh, while suppressing the pressure loss of the refrigerant gas, so that the efficiency of heat exchange in the regenerator is improved. . Therefore, if a wire mesh is used as a base material for the regenerator material, the heat transfer surface area of the wire mesh, that is, heat exchange with the refrigerant gas is reduced while reducing the pressure loss of the refrigerant gas compared to a granular regenerator material such as a sphere. There is an advantage that the surface area to be touched can be increased.
冷媒ガスの粘性は温度が高いほど大きくなり、冷媒ガスの粘性は温度が低いほど小さくなる。従って、蓄冷器のうち高温側では冷媒ガスの粘性が高く、冷媒ガスの粘性に起因する圧力損失が大きくなりがちである。また、金網のメッシュ数が大きいほど、金網の網目開口は細かく、金網のメッシュ数が小さいほど、金網の網目開口は粗い。そこで本発明の好ましい形態によれば、ケースの高温側つまり流路断面積が大きい側に配置される金網のメッシュ数は、ケースの低温側つまり流路断面積が小さい側に配置される金網のメッシュ数よりも小さく設定されている。このため、ケースのうち高温側つまり流路断面積が大きい側に配置される金網の網目開口は、ケースのうち低温側つまり流路断面積が小さい側に配置される金網の網目開口よりも粗く設定されている。これにより高温側において冷媒ガスの粘性に起因する圧力損失が抑制され、冷凍機の性能向上に貢献できる。 The viscosity of the refrigerant gas increases as the temperature increases, and the viscosity of the refrigerant gas decreases as the temperature decreases. Therefore, the viscosity of the refrigerant gas is high on the high temperature side of the regenerator, and the pressure loss due to the viscosity of the refrigerant gas tends to increase. The mesh opening of the wire mesh is finer as the mesh number of the wire mesh is larger, and the mesh opening of the wire mesh is coarser as the mesh number of the wire mesh is smaller. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the number of meshes of the wire mesh disposed on the high temperature side of the case, that is, the side having a large flow path cross-sectional area, It is set smaller than the number of meshes. For this reason, the mesh opening of the wire mesh arranged on the high temperature side, that is, the side having the larger flow path cross-sectional area of the case is coarser than the mesh opening of the metal mesh arranged on the low temperature side, that is, the side having the smaller flow area of the case. Is set. Thereby, the pressure loss resulting from the viscosity of the refrigerant gas on the high temperature side is suppressed, which can contribute to the improvement of the performance of the refrigerator.
また、冷媒ガスの熱伝達率は一般的には冷媒ガスの熱伝導率の低下と流速が低くなることから温度が低くなるにつれて低下する。また、メッシュ数が大きい金網は、金網の線材径が同一であれば、メッシュ数が小さい金網よりも伝熱表面積が大きい。メッシュ数の大きい金網の線径が、メッシュ数の小さい金網の線径より小さい場合でも、充填枚数が増えるので、メッシュ数の小さい金網よりも伝熱表面積は大きい。この場合、線径が小さいので、蓄冷材としての金網の熱応答性は良好となる。そこで好ましい形態によれば、蓄冷器の低温側、即ち、蓄冷器の流路断面積の小さい側に、メッシュ数が大きい金網(即ち、伝熱表面積が大きい金網)を配置すれば、蓄冷器の低温側における金網の伝熱面積が確保され、蓄冷器の低温側において冷媒ガスの熱伝達率が低下する不具合を軽減できる。結果として、蓄冷器の蓄冷材と冷媒ガスとの熱伝達が良好となり、蓄冷器における熱交換効率を高めることができ、冷凍機の性能向上に貢献できる。 Further, the heat transfer coefficient of the refrigerant gas generally decreases as the temperature decreases because the heat conductivity of the refrigerant gas decreases and the flow velocity decreases. In addition, a wire mesh having a large number of meshes has a larger heat transfer surface area than a wire mesh having a small number of meshes if the wire diameter of the wire mesh is the same. Even when the wire diameter of the wire mesh having a large mesh number is smaller than the wire diameter of the wire mesh having a small mesh number, the number of filled sheets is increased, so that the heat transfer surface area is larger than that of the wire mesh having a small mesh number. In this case, since the wire diameter is small, the thermal responsiveness of the wire mesh as the cold storage material is good. Therefore, according to a preferred embodiment, if a wire mesh having a large mesh number (that is, a wire mesh having a large heat transfer surface area) is arranged on the low temperature side of the regenerator, that is, on the side where the flow passage cross-sectional area of the regenerator is small, the regenerator The heat transfer area of the wire mesh on the low temperature side is ensured, and the problem that the heat transfer coefficient of the refrigerant gas decreases on the low temperature side of the regenerator can be reduced. As a result, heat transfer between the regenerator material and the refrigerant gas of the regenerator is improved, the heat exchange efficiency in the regenerator can be increased, and the performance of the refrigerator can be improved.
ところで、ケースのうち段部は、ケースの高温端と低温端とを繋ぐ方向における中間位置に設けられており、ケースの流路断面積が大きく変化する箇所である。ケースの流路断面積が大きく変わる箇所では、冷媒ガスの淀みが生じるおそれがある。そこで、本発明によれば、ケースのうち段部には、ディストリビュータが設けられている。ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させて案内する機能をもつものである。ディストリビュータによって、淀みがちな段部における冷媒ガスの流れの均一性が改善される。これにより蓄冷器のケースの収容室に収容されている蓄冷材のエレメントが効率的に使用され、蓄冷器の熱交換効率が良好になる。また冷媒ガスの圧力損失も低減される。 By the way, the step part of the case is provided at an intermediate position in the direction connecting the high temperature end and the low temperature end of the case, and is a place where the flow path cross-sectional area of the case changes greatly. There is a risk that refrigerant gas will stagnate at locations where the flow path cross-sectional area of the case changes greatly. So, according to this invention, the distributor is provided in the step part of the case. The distributor has a function of guiding through the refrigerant gas. The distributor improves the uniformity of the refrigerant gas flow in the stepped portion. Thereby, the element of the cool storage material accommodated in the storage chamber of the case of the regenerator is used efficiently, and the heat exchange efficiency of the regenerator is improved. The pressure loss of the refrigerant gas also Ru is reduced.
ディストリビュータは、蓄冷器の高温側と低温側とを繋ぐ方向において並設された第1ディストリビュータ部と第2ディストリビュータ部とを備えており、第1ディストリビュータ部と第2ディストリビュータ部との間に、冷媒ガスが流入できる空間が形成されている形態を例示できる。当該空間は冷媒ガスを混合させて均一性を向上させる混合室として機能でき、冷媒ガスの温度ムラの低減に有利となる。 De I string Byuta includes a first distributor unit are juxtaposed in a direction connecting the hot and cold sides of the regenerator comprises a second distributor unit, between the first distributor unit and the second distributor unit In addition, a mode in which a space into which the refrigerant gas can flow can be illustrated. The space can function as a mixing chamber that improves the uniformity by mixing the refrigerant gas, which is advantageous for reducing the temperature unevenness of the refrigerant gas.
ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させるように複数個の粒状部材の集合体で構成されている形態を例示できる。ディストリビュータを複数個の粒状部材の集合体で構成しており、ディストリビュータの伝熱表面積が大きくなるので蓄冷材として機能をもつことによって、蓄冷器の熱交換の効率がさらに良好となる。粒状部材としては金属材料で形成することが好ましい。例えば銅、銅合金(例えばブロンズ)、鉛等の金属材料を基材とする細かい球にすると良い。球の直径としては、例えば0.1〜1ミリメートル、殊に0.2〜0.5ミリメートルにできるが、これらに限定されるものではない。 The distributor can be exemplified by a configuration constituted by an aggregate of a plurality of granular members so that the refrigerant gas passes therethrough. Since the distributor is composed of an aggregate of a plurality of granular members, and the heat transfer surface area of the distributor is increased, the heat storage efficiency of the regenerator is further improved by having a function as a regenerator material. The granular member is preferably formed of a metal material. For example, a fine sphere based on a metal material such as copper, copper alloy (for example, bronze), or lead may be used. The diameter of the sphere can be, for example, 0.1 to 1 millimeter, particularly 0.2 to 0.5 millimeter, but is not limited thereto.
ディストリビュータは、冷媒ガスを通過させる複数の細孔を有する多孔質部材で形成されている形態を例示できる。細孔は冷媒ガスが通過できる大きさとする。多孔質部材としては、冷媒ガスを通過させるように、粒状部材の集合体を焼結または結合剤で結合させた形態が例示される。特に、粒状部材の集合体を焼結させた焼結金属等の焼結部材が例示される。この場合、細孔を有する焼結部材と冷媒ガスとの伝熱表面積が増加するため、熱交換効率を高めることができる。 The distributor can be exemplified by a form formed of a porous member having a plurality of pores through which the refrigerant gas passes. The pores are sized so that the refrigerant gas can pass through. As a porous member, the form which combined the aggregate | assembly of the granular member with the sintering or the binder so that refrigerant gas may be passed is illustrated. In particular, a sintered member such as a sintered metal obtained by sintering an aggregate of granular members is exemplified. In this case, since the heat transfer surface area between the sintered member having pores and the refrigerant gas is increased, the heat exchange efficiency can be increased.
まず、参考例から説明する。
(参考例1)
以下、本発明の参考例1について図1を参照しつつ具体的に説明する。図1は2段形状をなす蓄冷器4をスターリング冷凍機100に適用した例を示す。シリンダ1aの圧縮空間1は順次、高温用の配管2、放熱器3、2段形状の蓄冷器4、低温用の配管5を介して、膨張空間7の低温端に設けた熱交換器6に連通されている。圧縮空間1を形成している圧縮ピストン10はロッド11を介して、図略の駆動部に接続されている。膨張空間7を形成しているシリンダ8aの膨張ピストン8は、ロッド9を介して、図略の駆動部に接続されている。圧縮ピストン10の位相は膨張ピストン8の位相よりも略60度〜120度遅れている。このようにしてスターリング冷凍機100(蓄冷型冷凍機)を構成している。圧縮ピストン10と膨張ピストン8とが位相をずらして往復運動することによって、冷媒ガスが往復移動し、膨張空間7で低い温度の冷凍を発生することは良く知られている。
First, a reference example will be described.
(Reference Example 1)
Hereinafter, Reference Example 1 of the present invention will be specifically described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example in which a regenerator 4 having a two-stage shape is applied to a
図1に示すように、蓄冷器4のケース40は段保有形状をなしており、蓄冷器4の大径の第1収容室41aを形成する大径の第1筒41と、小径の第2収容室42aを形成する小径の第2筒42とを備えている。第1筒41は、第1筒41の軸長方向にわたり径D1が同一の直円筒形状をなす。第2筒42は、第2筒42の軸長方向にわたり径D2が同一の直円筒形状をなす。第1筒41と第2筒42との境界はリング状の段部44とされている。図1に示すように、大径の第1筒41の端は高温側4H(例えば常温領域)とされ、放熱器3に接続されている。小径の第2筒42の端は低温側4L(例えば30〜80K)とされ、配管5を介して熱交換器6に繋がれている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、ケース40の第2筒42の先端部には、冷媒ガスの流れを円滑にするための円錐面48が形成されている。更に、円錐面48に対向するように、複数の貫通孔49aを有する多孔部材49が配置されている。
As shown in FIG. 1, a
蓄冷材のエレメントである金網4aは、外径サイズが大きく設定されている。金網4aは、大径の第1筒41の大径の第1収容室41a内に充填状態で配置されている。蓄冷材のエレメントである金網4bの外径サイズは、金網4aの外径サイズよりも小さく設定されている。複数の金網4bは、蓄冷器4の小径の第2筒42の小径の第2収容室42a内に充填状態で配置されている。小径の第2収容室42aは膨張空間7に近いため、段保有形状の蓄冷器4は温度が低下するにつれて、流路断面積が段階的に小さくなるように設定されている。従って金網の温度としては、金網4a、4bの順に温度が低くなっている。
The
上述したように、冷媒ガスの密度は基本的には温度に反比例する。即ち、温度が低いほど冷媒ガスの密度は大きくなり、温度が高いほど冷媒ガスの密度は小さくなる。従って、温度が低いほど冷媒ガスの流量体積は小さくなり、温度が高いほど冷媒ガスの流量体積は大きくなる。このように冷媒ガスが同一質量であっても、冷媒ガスの流量体積が蓄冷器4の低温側4Lと高温側4Hとで異なる。
As described above, the density of the refrigerant gas is basically inversely proportional to the temperature. That is, the density of the refrigerant gas increases as the temperature decreases, and the density of the refrigerant gas decreases as the temperature increases. Accordingly, the lower the temperature, the smaller the refrigerant gas flow volume, and the higher the temperature, the larger the refrigerant gas flow volume. Thus, even if the refrigerant gas has the same mass, the flow volume of the refrigerant gas differs between the
前述したように従来技術によれば、段部を有しない直円筒形状をなす蓄冷器によれば、中温側〜低温側において、蓄冷器の径方向の中央領域と外縁領域とで冷媒ガスの流速の差が大きくなる。従って、蓄冷器のうち、径方向の中央領域と外縁領域とで径方向の温度のばらつきと、同一円周領域での円周方向の温度のばらつきが起こり、蓄冷器の熱交換の効率が著しく低下するおそれがある。 As described above, according to the prior art, according to the regenerator having a straight cylindrical shape having no step portion, the flow rate of the refrigerant gas in the central region and the outer edge region in the radial direction of the regenerator on the intermediate temperature side to the low temperature side. The difference becomes larger. Therefore, among the regenerators, the temperature variation in the radial direction between the central region and the outer edge region in the radial direction and the temperature variation in the circumferential direction in the same circumferential region occur, and the heat exchange efficiency of the regenerator is remarkably high. May decrease.
この点について本参考例に係る蓄冷器4は段付き円筒形状に設定されており、蓄冷器4のうち冷媒ガスの流量体積が小さくなる低温側4Lの流路断面積は、冷媒ガスの流量体積が大きくなる高温側4Hの流路断面積よりも小さく設定されている。このため、蓄冷器4のうち低温側4Lの冷媒ガスの流速と、高温側4Hの冷媒ガスの流速との差をできるだけ小さくすることができる。ここで、蓄冷器4の低温側4Lの冷媒ガスの流速は、高温側4Hの冷媒ガスの流速とほぼ同じ程度とすることが好ましい。
In this regard, the regenerator 4 according to this reference example is set in a stepped cylindrical shape, and the flow path cross-sectional area on the
このような本参考例に係る蓄冷器4によれば、低温側4Lにおいて、冷媒ガスの流れ方向に直角な同一面での流速が不均一となりにくい。即ち、蓄冷器4のうち、低温側4Lにおいて、径方向の中央領域と外縁領域とで冷媒ガスの流速の差と、同一円周領域での円周方向における冷媒ガスの流量の差が小さくなる。この結果、蓄冷器4において、径方向及び円周方向における温度の差が小さくなる。殊に、蓄冷器4の中温側〜低温側4Lにかけて径方向及び円周方向における温度のばらつきが少なくなる。故に蓄冷器4の熱交換の効率が良好となる。
According to the regenerator 4 according to this reference example, the flow velocity on the same plane perpendicular to the flow direction of the refrigerant gas is unlikely to be nonuniform on the
また、前記した蓄冷材のエレメントは金網4a、4bであるため、球等の粒状蓄冷材の集合体に比べて、圧力損失が小さくなる。更に金網4a、4bは、表面積、即ち熱交換にたずさわる面積が球等の粒状蓄冷材の集合体に比べて、大きいので熱交換の効率が向上する。
Moreover, since the element of the above-mentioned cool storage material is the
また冷媒ガスの粘性は温度が高いほど大きくなり、冷媒ガスの粘性は温度が低いほど小さくなる。従って、蓄冷器4のうち高温側4Hでは冷媒ガスの粘性が高く、冷媒ガスの粘性に起因する圧力損失が大きくなりがちである。この点について本実施例に係る蓄冷器4によれば、ケース40のうち流路断面積が大きい側(高温側4H)である大径の第1筒41内に充填される金網4aのメッシュ数をMaとし、ケース40のうち流路断面積が小さい側(低温側4L)である小径の第2筒42内に充填される金網のメッシュ数をMbとしたとき、MaはMbよりも小さく設定されている。ここで、メッシュ数が小さいほど網目開口は粗く、圧力損失は相対的に低い。メッシュ数が大きいほど、網目開口は細かく、金網に起因する圧力損失が相対的に高い。従って本実施例によれば、高温側4Hに配置される金網4aの網目開口は、低温側4Lに配置される金網4bの網目開口よりも粗く設定されており、金網に起因する圧力損失を小さくするようになっている。この結果、高温側4Hにおける冷媒ガスの粘性が高いことに起因する圧力損失を補うことができる。故に、蓄冷器4の低温側4Lと高温側4H との圧力損失のバランスが改善され、冷凍性能を確保するのに貢献できる。
The viscosity of the refrigerant gas increases as the temperature increases, and the viscosity of the refrigerant gas decreases as the temperature decreases. Therefore, the viscosity of the refrigerant gas is high on the
本参考例によれば、図1に示すように、蓄冷器4のケース40は段保有の円筒形状をなしており、直円筒形状の第1筒41と直円筒形状の第2筒42とをほぼ同軸的に連結させて形成されている。このような同軸的な直円筒形状の蓄冷器4は、段付きであっても、図10に示す円錐形状の蓄冷器120よりも製造が容易である。
According to the present reference example, as shown in FIG. 1, the
更に本参考例によれば、図1に示すように、蓄冷器4を構成する第1筒41と第2筒42との境界域であるリング鍔状をなす段部44は、金網4aを挿入する方向(矢印Y方向)に対して直角方向またはほぼ直角方向に沿っている。このため多数の金網4aをケース40の第1収容室41aに充填するときにおけるストッパ面として、段部44は機能することができる。よって、多数の金網4aをケース40の第1収容室41aに高密度で充填させるのに有利となる。
Further, according to the present reference example, as shown in FIG. 1, the
更に本参考例によれば、金網4aの外径は第1収容室41aの内径に対応しており、金網4bの外径は第2収容室42aの内径に対応している。このため多数の金網4bを第2収容室42aに高密度に充填させるのに有利である。同様に、多数の金網4aを第1収容室41aに高密度に充填させるのに有利である。これにより金網4a,4bの充填枚数を確保でき、金網4a,4bの熱交換面積を確保できる。
Furthermore, according to this reference example, the outer diameter of the
また本参考例によれば、蓄冷器4を構成する第1筒41及び第2筒42は、円錐形状ではなく、直円筒形状をなしている。このため金網4bを第2収容室42aに押し込める押込力を有効に利用して金網4bを第2収容室42aに押し込むことができ、金網4bの高密度充填に適し、金網4bによる伝熱表面積を確保するのに有利となる。同様に、金網4aを第1収容室41aに押し込む押込力を有効に利用して金網4aを第1収容室41aに押し込むことができ、金網4aの高密度充填に適し、伝熱表面積を確保するのに有利となる。
Moreover, according to this reference example, the
なお、従来技術に係る円錐形状の蓄冷器120の場合には、金網等の蓄冷材を押込力FE(図10参照)で蓄冷器120内に押し込んで充填させるとき、蓄冷器120の円錐壁121により押込力FEが径方向の力F1を分力として生成させるため、金網や球等の蓄冷材を蓄冷器120内にこれの軸長方向に押し込める押込力が低下する傾向がみられる。なお、蓄冷器4は1つの段部44を有する段保有形状をしているが、2つの段部を有する段保有形状、3つの段部を有する段保有形状でも良いことは勿論である。また、冷凍機は、本参考例では、スターリング冷凍機であるが、GM冷凍機、パルス管冷凍機等の蓄冷型冷凍機であれば、どのようなサイクルでも良い。
In the case of the
(参考例2)
図2は参考例2を示す。本参考例は前記した参考例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図2に示すように、段保有形状をなす蓄冷器4Bを、蓄冷型冷凍機であるパルス管冷凍機200に適用した実施例である。パルス管27の低温端27Lには熱交換器26が接続されている。パルス管27の高温端27Hには放熱器28が接続されている。放熱器28は、イナータンスチューブ29を介してバッファタンク30に接続されている。パルス管27の冷媒ガスがイナータンスチューブ29を介してバッファタンク30に対して行き来することにより、冷媒ガスの圧力波形の位相が調整される。従って、イナータンスチューブ29及びバッファタンク30は冷媒ガスの位相と圧力振幅とを調整する圧力波形位相制御要素として機能するものである。イナータンスチューブ29とバッファタンク30は冷凍系を電気回路として考えたとき、それぞれインダクタンスとキャパシタンスに相当する機能を奏する。
(Reference Example 2)
FIG. 2 shows Reference Example 2. This reference example has basically the same configuration and the same function and effect as the reference example 1 described above. Hereinafter, the description will focus on the different parts. As shown in FIG. 2, it is the Example which applied the
図2に示すように、蓄冷器4Bのケース240は段保有の円筒形状をなしており、蓄冷器4Bの大径の第1収容室241aを形成する大径の第1筒241と、小径の第2収容室242aを形成する小径の第2筒242と、中径の第3収容室243aを形成する中径の第3筒243とを備えている。第1筒241と第2筒243との間はリング形状の段部244とされている。第2筒242と第3筒243との間には、リング形状の段部245が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
蓄冷材のエレメントである金網4aは、外径サイズが金網4bよりも大きく設定されている。金網4aは、大径の第1筒241の大径の第1収容室241a内に充填状態で配置されている。蓄冷材のエレメントである金網4bは、金網4aよりも外径サイズが小さく設定されている。金網4bは、蓄冷器4の小径の第2筒242の小径の第2収容室242a内に充填状態で配置されている。また、蓄冷材のエレメントである金網4cの外径サイズは、金網4aの外径サイズよりも小さく設定されており、且つ、金網4bの外径サイズよりも大きく設定されている。この中径の金網4cは、蓄冷器4の中径の第3筒243の中径の第3収容室243aに充填状態で配置されている。
The
金網の温度としては、金網4a、4c、4bの順に温度が低くなっている。3段保有形状の蓄冷器4Bでは、温度が下がるにつれて、段階的に流路断面積が小さくされている。
As the temperature of the wire mesh, the temperature decreases in the order of the wire meshes 4a, 4c, and 4b. In the
上述したように、冷媒ガスの密度は温度に反比例する。即ち、蓄冷器4Bの高温側24Hほど冷媒ガスの密度は大きくなり、流量体積が大きくなり、蓄冷器4Bの低温側24Lほど冷媒ガスの密度は大きくなり、流量体積が小さくなる。本実施例に係る段付き形状をなす蓄冷器4Bによれば、図2に示すように、低温側24Lの流路断面積を高温側24Hの流路断面積よりも小さくしている。このため、低温側24Lの冷媒ガスの流速と、高温側24Hの冷媒ガスの流速との間の差を低減させることができる。この結果、蓄冷器4においても、冷媒ガスの流れ方向に直角な同一面での流速が不均一となりにくい。この結果、蓄冷器4Bにおいて径方向の中央領域と外縁領域とでの温度の差が小さくなり、且つ、同一円周領域での円周方向の温度の差が小さくなる。殊に、蓄冷器4Bの低温側24Lにおいて、径方向の中央領域と外縁領域とでの温度の差が小さくなり、且つ、同一円周領域での円周方向の温度の差が小さくなる。故に蓄冷器4Bの熱交換の効率が良好となる。
As described above, the density of the refrigerant gas is inversely proportional to the temperature. That is, the density of the refrigerant gas increases as the
また、前記した蓄冷材のエレメントは金網4a、4b、4cであるため、球等の粒状蓄冷材に比べて、冷媒ガスの圧力損失を小さくしつつ、金網4a、4b、4cの表面積、即ち熱交換にたずさわる面積を大きくでき、熱交換の効率を向上させ得る。 Further, since the elements of the cold storage material described above are the metal meshes 4a, 4b, and 4c, the surface area of the metal meshes 4a, 4b, and 4c, that is, the heat, while reducing the pressure loss of the refrigerant gas as compared with the granular cold storage material such as a sphere. The area involved in exchange can be increased, and the efficiency of heat exchange can be improved.
また本参考例に係る蓄冷器4Bによれば、ケース240のうち流路断面積が大きい側(高温側24H)である大径の第1筒241内に充填される金網4aのメッシュ数をMaとし、ケース4のうち流路断面積が小さい側(低温側24L)である小径の第2筒242内に充填される金網のメッシュ数をMbとし、ケース4のうち流路断面積が中間側(中温側24m)である中径の第3筒243内に充填される金網のメッシュ数をMcとしたとき、メッシュ数の大きさとしては、Ma>Mc>Mbの関係に設定されている。換言すると、網目開口の大きさとしては、金網4aの網目開口開口>金網4cの網目開口開口>金網4bの網目開口開口の関係に設定されている。この結果、蓄冷器4Bにおいて、冷媒ガスが流れる流路断面積については、高温側24Hの金網4aの方が、低温側24Lの金網4bよりも大きい。この結果、蓄冷器4の全長での圧力損失のバランスが良好となる。
Further, according to the
(参考例3)
図3は参考例3にかかる蓄冷器4Cを示す。本参考例は前記した参考例1,2と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図3に示すように、蓄冷器4Cのケース440は、蓄冷器4Cの大径の第1収容室441aを形成する直円筒形状をなす大径の第1筒441と、小径の第2収容室442aを形成する直円筒形状をなす小径の第2筒442と、円錐形状の第3収容室443aを形成する円錐形状の第3筒443とを備えている。円錐形状の第3筒443は第1筒441と第2筒442とを繋いでいる。大径の第1収容室441aには金網4aが充填状態に配置されている。また小径の第2収容室442aには金網4bが充填状態に配置されている。
(Reference Example 3)
FIG. 3 shows a
蓄冷器4Cの流路断面積が変化する部分、即ち、円錐形状をなす第3筒443の第3収容室443a内に、冷媒ガス案内機能を有するディストリビュータ340が配設されている。図3に示すように、ディストリビュータ340のうち径方向の中央領域には、冷媒ガスを案内するストレート状をなす複数の孔340aが貫通状態に形成されている。ディストリビュータ340のうち径方向の外周領域には、曲成部340cを有する複数の孔340bが設けられている。曲成部340cは、流路断面積の大きい第1収容室441aから、流路断面積の小さい第2収容室442aに向けて延設されている。この結果、円錐形状の第3筒443が存在したとしても、第1収容室441aから第2収容室442aに向かう冷媒ガスの流れができるだけ均一化される。これにより蓄冷器4Cにおける温度ムラが低減され、殊に、蓄冷器4Cの低温側44Lにおける温度ムラが低減される。
A
(参考例4)
図4及び図5は参考例4に係る蓄冷器4Dを示す。本実施例は前記した参考例1,2,3と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図4に示すように、蓄冷器4Dのケース440は、蓄冷器4の大径の第1収容室441aを形成する直円筒形状をなす大径の第1筒441と、小径の第2収容室442aを形成する直円筒形状をなす小径の第2筒442と、円錐形状の第3収容室443aを形成する円錐形状の第3筒443とを備えている。本実施例においても図4に示すように、大径の第1収容室441aには金網4aが充填状態で配置されている。小径の第2収容室442aには金網4bが充填状態で配置されている。
( Reference Example 4 )
4 and 5 show a
直円錐形状の第3筒443は、直円筒形状をなす第1筒441及び第2筒442を繋いでいる。蓄冷器4Dの流路断面積が変化する部分、即ち、円錐形状の第3収容室443aに、冷媒ガス案内機能を有するディストリビュータ500が配設されている。
The
図5に示すように、ディストリビュータ500は平面視で円形状をなす。ディストリビュータ500の径方向の外周領域には、多数個のスリット501が放射方向に形成されている。このスリット501はディストリビュータ500の外周側に開口502を有する。ディストリビュータ500の径方向の中央領域には、円形状をなす多数個の孔505が貫通状態に設けられている。これにより蓄冷器4Dにおいて、流路断面積が大きい大径の第1収容室441aと、流路断面積が小さい小径の第2収容室442aとのガス流れができるだけ均一になるようにされている。
As shown in FIG. 5, the
図4に示すように、スリット501の外周側の開口502は、円錐形状の第3筒443の内壁面443fに直接的に対面する。このため内壁面443fに接触する関係で停滞して淀みがちな冷媒ガスであっても、その冷媒ガスをスリット501を介して流通させることができる。故に、内壁面443fに接触する冷媒ガスが淀むことを低減させるのに有利となり、蓄冷器4Dにおける温度ムラの低減に一層有利となる。特に、蓄冷器4Dの低温端44Lにおける温度ムラの低減に有利となる。
As shown in FIG. 4, the
(参考例5)
図6は参考例5に係る蓄冷器4Eを示す。本実施例は前記した参考例1、2と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図6に示すように、蓄冷器4Eのケース40は段保有の筒形状をなしており、蓄冷器4Eの大径の第1収容室41aを形成する直円筒形状をなす大径の第1筒41と、小径の第2収容室42aを形成する直円筒形状をなす小径の第2筒42とを備えている。第1筒41は、径が第1筒41の全長にわたり同一の直円筒形状をなす。第2筒42は、径が第2筒42の全長にわたり同一の直円筒形状をなす。第1筒41と第2筒42との境界はリング形状の段部44とされている。
(Reference Example 5 )
FIG. 6 shows a
図6に示すように、冷媒ガスの流路断面積が変化する部分には、つまり、段部44には、2つのディストリビュータ、つまり、第1ディストリビュータ部60と第2ディストリビュータ部61とが冷媒ガスの流れ方向において直列配置で並設されている。図6に示すように、第1ディストリビュータ部60は、大きい流路断面積の方に充填された金網4aに対面して宛われている。第1ディストリビュータ部60には複数の孔60pが貫通状態に形成されている。第2ディストリビュータ部61は、小さい流路断面積の方に充填された金網4bに対面して宛われている。第2ディストリビュータ部61には複数の孔61pが貫通状態に形成されている。なお、図6に示すように、孔60p,61pは大径の第1収容室41aと小径の第2収容室42aとを連通させる。
As shown in FIG. 6, two distributors, that is, a
図6に示すように、第1ディストリビュータ部60と第2ディストリビュータ部61との間には、円形状をなす空間68が設けられている。空間68は孔60p,61pに連通する。空間68は、蓄冷器4Eのうち流路断面積が急変する部分である段部44または段部44の近傍に配置されている。空間68は、冷媒ガスの流れのムラを均一化させるべく、冷媒ガスを混合させて均一性を向上させる混合室として機能できる。更に、空間68は、径方向の中央領域と外縁領域とで冷媒ガスの流速をできるだけ均一化させる機能も果たす。従って蓄冷器4Eにおける温度ムラの低減に有利となる。特に、蓄冷器4Eの低温端4Lにおける温度ムラの低減に有利となる。
As shown in FIG. 6, a
(実施例1)
図7は実施例1に係る蓄冷器4Fを示す。本実施例は前記した参考例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図7に示すように、蓄冷器4Fのケース440は、蓄冷器4Fの大径の第1収容室441aを形成する直円筒形状をなす大径の第1筒441と、小径の第2収容室442aを形成する直円筒形状をなす小径の第2筒442と、円錐形状の第3収容室443aを形成する円錐形状の第3筒443とを備えている。円錐形状の第3筒443は、直円筒形状をなす第1筒441と第2筒442とを繋いでいる。
(Example 1 )
Figure 7 shows a
蓄冷器4Fのうち流路断面積が変化する部位、つまり、第3筒443には、複数個の粒状部材700の集合体701が配置されている。隣設する粒状部材700間が通路704とされている。通路704は3次元的な網目開口形状となる。このような複数個の粒状部材700の集合体701はディストリビュータとしての役割を果たす。多数個の粒状部材700の集合体701が設けられているため、伝熱表面積が大きくなるので蓄冷材として機能をもつことによって、蓄冷器4Fの熱交換の効率がさらに良好となる。粒状部材700としては金属材料で形成することが好ましい。例えば銅、銅合金(例えばブロンズ)、鉛等の金属材料を基材とする細かい球にすると良い。
An
(実施例2)
図8は実施例2に係る蓄冷器4Mを示す。本実施例は前記した実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図8に示すように、多数個の粒状部材700の集合体701を焼結して形成された焼結部材750(多孔質部材)が設けられている。焼結部材750は複数の細孔754を有しており、蓄冷器4Mのうち流路断面積が変化する部位つまり第3筒443に設けられている。焼結部材750の細孔754は冷媒ガスが通過できるものである。焼結部材750は、ディストリビュータとしての役割を果たす。
(Example 2 )
FIG. 8 shows a
(参考例6)
図9は参考例6を示す。本参考例は前記した実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図9に示すように、蓄冷器4のケース40は段保有の筒形状をなしており、大径の第1収容室41aを形成する大径の第1筒41と、小径の第2収容室42aを形成する小径の第2筒42とを備えている。金網4aは、大径の第1筒41の大径の第1収容室41a内に充填状態で配置されている。蓄冷材のエレメントである複数個の球4eは、小径の第2筒42の小径の第2収容室42a内に充填状態で配置されている。
(Reference Example 6 )
FIG. 9 shows Reference Example 6 . This reference example has basically the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment. Hereinafter, the description will focus on the different parts. As shown in FIG. 9, the
(その他)
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
(Other)
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.
本発明は蓄冷器を備える蓄冷型冷凍機に利用することができる。 The present invention can be used for a regenerative refrigerator equipped with a regenerator.
図中、4は蓄冷器、4a,4bは金網、40はケース、41は第1筒、41aは第1収容室、42は第2筒、42aは第2収容室、43は第3筒、43aは第3収容室、44は段部、700は粒状部材、701は集合体、750は焼結部材を示す。 In the figure, 4 is a regenerator, 4a and 4b are wire meshes, 40 is a case, 41 is a first cylinder, 41a is a first storage chamber, 42 is a second cylinder, 42a is a second storage chamber, 43 is a third cylinder, 43a is a 3rd storage chamber, 44 is a step part, 700 is a granular member, 701 is an aggregate | assembly, 750 shows a sintered member.
Claims (6)
前記ケースは、前記金網を基材とする前記蓄冷材を前記収容室に収容しつつ、前記高温側と前記高温側よりも流路断面積が小さくされた前記低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の形状に形成されており、前記ケースの前記段部は、流路断面積が大きな側と、前記流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
前記ケースのうち前記段部には、前記段部における前記冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、
前記ディストリビュータは、前記冷媒ガスを通過させるように複数個の粒状部材の集合体で構成されており、前記粒状部材の集合体は、前記段部において前記流路断面積の大きな側に挿入されている他に、前記段部において前記流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とする蓄冷器。 A case having a high-temperature side through which a high-temperature refrigerant gas passes, a low-temperature side through which a low-temperature refrigerant gas passes, a high-temperature side and a low-temperature side, and a storage chamber for storing a cold storage material; A regenerator used in a regenerator and comprising a regenerator material based on a wire mesh housed in a room,
The case is located at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side whose flow path cross-sectional area is smaller than that of the high temperature side while accommodating the cold storage material based on the wire mesh in the storage chamber. The step portion of the case has a channel cross-sectional area larger than the side having a larger channel cross-sectional area and a channel cross-sectional area larger than the side having the larger channel cross-sectional area. It has a shape that connects the small side,
A distributor (excluding a wire mesh) that suppresses stagnation of the refrigerant gas in the step portion is provided in the step portion of the case,
The distributor is composed of an aggregate of a plurality of granular members so as to allow the refrigerant gas to pass therethrough, and the aggregate of the granular members is inserted on the large side of the flow path cross-sectional area in the stepped portion. In addition to the above , the regenerator is also inserted in the step portion on the small side of the flow path cross-sectional area .
前記ケースは、前記金網を基材とする前記蓄冷材を前記収容室に収容しつつ、前記高温側と前記高温側よりも流路断面積が小さくされた前記低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されており、前記ケースの段部は、流路断面積が大きな側と、前記流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
前記ケースのうち前記段部には、前記段部における前記冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、前記ディストリビュータは、前記冷媒ガスを通過させるように複数の細孔を有する多孔質部材で形成されており、前記多孔質部材は、前記段部において前記流路断面積の大きな側に挿入されている他に、前記段部において前記流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とする蓄冷器。 A case having a high-temperature side through which a high-temperature refrigerant gas passes, a low-temperature side through which a low-temperature refrigerant gas passes, a high-temperature side and a low-temperature side, and a storage chamber for storing a cold storage material; A regenerator used in a regenerator and comprising a regenerator material based on a wire mesh housed in a room,
The case is located at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side whose flow path cross-sectional area is smaller than that of the high temperature side while accommodating the cold storage material based on the wire mesh in the storage chamber. It is formed in a cylindrical shape having a step having at least one step portion, and the step portion of the case has a flow passage cross-sectional area larger than a side having a larger flow passage cross-sectional area and a side having a larger flow passage cross-sectional area. It has a shape that connects the small side,
A distributor (excluding a wire mesh) that suppresses stagnation of the refrigerant gas in the step portion is provided in the step portion of the case, and the distributor has a plurality of pores so as to allow the refrigerant gas to pass therethrough. In addition to being inserted in the step portion at the side having a larger cross-sectional area of the channel, the porous member is also disposed on the side having a smaller cross-sectional area in the step portion. A regenerator characterized by being inserted .
前記ケースは、前記金網を基材とする前記蓄冷材を前記収容室に収容しつつ、前記高温側と前記高温側よりも流路断面積が小さくされた前記低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されており、前記ケースの前記段部は、流路断面積が大きな側と、前記流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
前記ケースのうち前記段部には、前記段部における前記冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、
前記ディストリビュータは、前記冷媒ガスを通過させるように複数個の粒状部材の集合体で構成されており、前記粒状部材の集合体は、前記段部において前記流路断面積の大きな側に挿入されている他に、前記段部において前記流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とする蓄冷型冷凍機。 In a regenerative refrigerator having a refrigeration system that generates a cryogenic temperature, the refrigeration system has a regenerator, and the regenerator passes a high temperature side through which a high-temperature refrigerant gas passes and a low-temperature refrigerant gas through. A case having a storage room for storing a cold storage material and communicating with the low temperature side, the high temperature side and the low temperature side; and a cold storage material based on a wire mesh housed in the storage chamber of the case And
The case is located at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side whose flow path cross-sectional area is smaller than that of the high temperature side while accommodating the cold storage material based on the wire mesh in the storage chamber. It is formed in a cylindrical shape having a step having at least one step portion, and the step portion of the case has a channel cross-sectional area larger than a side having a larger channel cross-sectional area and a side having a larger channel cross-sectional area. Has a shape that connects the small side,
A distributor (excluding a wire mesh) that suppresses stagnation of the refrigerant gas in the step portion is provided in the step portion of the case,
The distributor is composed of an aggregate of a plurality of granular members so as to allow the refrigerant gas to pass therethrough, and the aggregate of the granular members is inserted on the large side of the flow path cross-sectional area in the stepped portion. In addition, the regenerative refrigerator is also inserted in the step portion on the side having a smaller cross-sectional area of the flow path .
前記ケースは、前記金網を基材とする前記蓄冷材を前記収容室に収容しつつ、前記高温側と前記高温側よりも流路断面積が小さくされた前記低温側との間の中間位置に少なくとも1段の段部を有する段保有の筒形状に形成されており、前記ケースの段部は、流路断面積が大きな側と、前記流路断面積が大きな側よりも流路断面積が小さな側とを繋ぐ形状を有しており、
前記ケースのうち前記段部には、前記段部における前記冷媒ガスの淀みを抑えるディストリビュータ(金網を除く)が設けられており、前記ディストリビュータは、前記冷媒ガスを通過させるように複数の細孔を有する多孔質部材で形成されており、前記多孔質部材は、前記段部において前記流路断面積の大きな側に挿入されている他に、前記段部において前記流路断面積の小さな側にも挿入されていることを特徴とする蓄冷型冷凍機。 In a regenerative refrigerator having a refrigeration system that generates a cryogenic temperature, the refrigeration system has a regenerator, and the regenerator passes a high temperature side through which a high-temperature refrigerant gas passes and a low-temperature refrigerant gas through. A case having a storage room for storing a cold storage material and communicating with the low temperature side, the high temperature side and the low temperature side; and a cold storage material based on a wire mesh housed in the storage chamber of the case And
The case is located at an intermediate position between the high temperature side and the low temperature side whose flow path cross-sectional area is smaller than that of the high temperature side while accommodating the cold storage material based on the wire mesh in the storage chamber. It is formed in a cylindrical shape having a step having at least one step portion, and the step portion of the case has a flow passage cross-sectional area larger than a side having a larger flow passage cross-sectional area and a side having a larger flow passage cross-sectional area. It has a shape that connects the small side,
A distributor (excluding a wire mesh) that suppresses stagnation of the refrigerant gas in the step portion is provided in the step portion of the case, and the distributor has a plurality of pores so as to allow the refrigerant gas to pass therethrough. In addition to being inserted in the step portion at the side having a larger cross-sectional area of the channel, the porous member is also disposed on the side having a smaller cross-sectional area in the step portion. A regenerative refrigerator that is inserted .
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