JPH0579358U - Cold generation mechanism of cryogenic refrigerator - Google Patents
Cold generation mechanism of cryogenic refrigeratorInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 単純な構造により寒冷の発生効率を高める
とともに、寒冷の利用効率の向上も図った極低温冷凍機
２０の寒冷発生機構２１を提供すること。
【構成】 ディスプレーサー３下部の冷媒ガス流路２
２の形状を工夫することに着目したもので、冷媒ガスを
収容するシリンダ２内を往復動するとともに蓄冷材４を
内蔵しかつ連通穴１４を形成したディスプレーサー３と
を有し、ディスプレーサー３とシリンダ２との間の膨張
空間６における冷媒ガスの断熱膨張により低温を発生さ
せる極低温冷凍機２０の寒冷発生機構２１であって、膨
張空間６に臨むディスプレーサー３の下部外表面に、連
通穴１４および膨張空間６に連通するらせん状のネジ溝
からなる冷媒ガス流路２２を形成したことを特徴とす
る。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a cold generation mechanism 21 of a cryogenic refrigerator 20 which has a simple structure to enhance the efficiency of cold generation and also to improve the utilization efficiency of cold. [Configuration] Refrigerant gas flow path 2 below the displacer 3
Focusing on devising the shape of 2, the displacer 3 has a displacer 3 that reciprocates in the cylinder 2 that stores the refrigerant gas, that has the cool storage material 4 built therein, and has the communication hole 14 formed therein. A cold generation mechanism 21 of a cryogenic refrigerator 20 that generates a low temperature by adiabatic expansion of a refrigerant gas in an expansion space 6 between a cylinder 2 and a cylinder 2, and communicates with a lower outer surface of a displacer 3 facing the expansion space 6. It is characterized in that the refrigerant gas flow path 22 formed of a spiral thread groove communicating with the hole 14 and the expansion space 6 is formed.
Description
【０００１】[0001]
本考案は圧縮した冷媒ガスを断熱膨張させることにより極低温レベルの寒冷 を発生させる極低温冷凍機の寒冷発生部の構造にかかるもので、とくに寒冷発生 効率の向上と、発生した寒冷の利用効率の向上とを図った極低温冷凍機の寒冷発 生機構に関するものである。 The present invention relates to the structure of the cold generation part of a cryogenic refrigerator that generates cold at a cryogenic level by adiabatic expansion of compressed refrigerant gas. Particularly, it improves the efficiency of cold generation and the utilization efficiency of the generated cold. The present invention relates to a cold generation mechanism of a cryogenic refrigerator with an improved temperature.
【０００２】[0002]
極低温レベルの寒冷を得るために、圧縮した冷媒ガスを断熱膨張させること により寒冷発生部で発生させた寒冷を蓄冷材を用いて熱交換させる再生熱交換型 などの極低温冷凍機がある。 In order to obtain a cryogenic level of cold, there is a cryogenic refrigerator such as a regenerative heat exchange type in which the cold generated in the cold generating part is heat-exchanged by adiabatic expansion of compressed refrigerant gas using a cold storage material.
【０００３】 図２にこうした極低温冷凍機１の要部、とくにその寒冷発生部１Ａを示す。 この極低温冷凍機１は、公知の冷凍サイクルたとえばギフォード・マクマホ ン冷凍サイクル（ＧＭ冷凍サイクル）を採用したもので、先端を閉鎖したステン レス製の円筒型のシリンダ２と、このシリンダ２内を往復動するディスプレーサ ー３とを有する。FIG. 2 shows a main part of such a cryogenic refrigerator 1, particularly a cold generating part 1A thereof. This cryogenic refrigerator 1 employs a known refrigeration cycle, for example, the Gifford-McMahon refrigeration cycle (GM refrigeration cycle). It has a reciprocating displacer 3.
【０００４】 ディスプレーサー３は、その内部に網状あるいは球状等とした鉛などによる 蓄冷材４を内蔵するとともに、シリンダ２との間にシール材５を設けて膨張空間 ６を形成する。The displacer 3 contains a regenerator material 4 made of lead or the like in a net shape or a spherical shape inside the displacer 3, and a seal material 5 is provided between the displacer 3 and the cylinder 2 to form an expansion space 6.
【０００５】 また、ディスプレーサー３の底部には、連通穴７を形成することにより、冷 媒ガスが蓄冷材４の部分から膨張空間６の部分に流入・排出可能としている。Further, by forming a communication hole 7 at the bottom of the displacer 3, the cooling medium gas can flow into and out of the expansion space 6 from the cold storage material 4.
【０００６】 図示の状態がディスプレーサー３の上死点とすれば、当該寒冷発生部１Ａは ディスプレーサー３より下方部分となる。If the state shown in the drawing is the top dead center of the displacer 3, the cold generating part 1 A is located below the displacer 3.
【０００７】 こうした構成の極低温冷凍機１は、ディスプレーサー３の上下往復運動、お よび冷媒ガスの供給、膨張、排出により膨張空間６に寒冷を発生させるものであ る。In the cryogenic refrigerator 1 having such a configuration, the reciprocating motion of the displacer 3 and the supply, expansion and discharge of the refrigerant gas generate cold in the expansion space 6.
【０００８】 すなわち、圧縮機（図示せず）により圧縮された冷媒ガスは、冷媒ガス導入 流路（図示せず）から極低温冷凍機１に導入される。That is, the refrigerant gas compressed by the compressor (not shown) is introduced into the cryogenic refrigerator 1 from the refrigerant gas introduction flow path (not shown).
【０００９】 極低温冷凍機１内で蓄冷材４に接触して冷却された低温・高圧の冷媒ガスが 連通穴７を通って膨張空間６に導入される。The low-temperature, high-pressure refrigerant gas cooled by contacting the regenerator material 4 in the cryogenic refrigerator 1 is introduced into the expansion space 6 through the communication hole 7.
【００１０】 この状態で、ディスプレーサー３が駆動機構（図示せず）により上方に引き 上げられると、膨張空間６は最大容積となる。In this state, when the displacer 3 is pulled upward by a drive mechanism (not shown), the expansion space 6 reaches the maximum volume.
【００１１】 つぎに、上記冷媒ガス導入流路を低圧の戻り流路に切り替えると、膨張空間 ６内の高圧冷媒ガスが膨張することにより寒冷を発生する。Next, when the refrigerant gas introduction passage is switched to the low-pressure return passage, the high-pressure refrigerant gas in the expansion space 6 expands to generate cold.
【００１２】 ついで、ディスプレーサー３を上記駆動機構により下方に移動させると、寒 冷を発生した冷媒ガスは連通穴７を通り、蓄冷材４を冷却しつつ上記圧縮機に戻 る。Next, when the displacer 3 is moved downward by the drive mechanism, the refrigerant gas that has generated cold passes through the communication hole 7 and returns to the compressor while cooling the regenerator material 4.
【００１３】 上記冷媒ガス導入流路を高圧の供給流路に切り替えるとともに上記圧縮機か らの冷媒ガスの供給を行い、こうしたサイクルを繰り返す。The refrigerant gas introduction flow path is switched to a high-pressure supply flow path, the refrigerant gas is supplied from the compressor, and such a cycle is repeated.
【００１４】 しかしながら、上述のような寒冷発生部１Ａの構造であると、低温の冷媒ガ スと接触する膨張空間６を形成するシリンダ２の内壁面がその下方部の狭い部分 のみに限定され、発生した寒冷を有効に取り出すことが困難である（寒冷の利用 効率が低い）という問題がある。However, with the structure of the cold-generating part 1A as described above, the inner wall surface of the cylinder 2 forming the expansion space 6 that comes into contact with the low-temperature refrigerant gas is limited to only the narrow portion at the lower part thereof. There is a problem that it is difficult to effectively take out the generated cold (low cold utilization efficiency).
【００１５】 こうした問題を解決するために、図３に示す極低温冷凍機１０のように、デ ィスプレーサー１１の下部外周に円周溝１２および連絡路１３を形成するととも に、連通穴１４を横方向に設けた寒冷発生機構１５が公知である。In order to solve such a problem, as in a cryogenic refrigerator 10 shown in FIG. 3, a circumferential groove 12 and a communication path 13 are formed on the outer periphery of the lower portion of the displacer 11, and a communication hole 14 is formed. A cold generation mechanism 15 having a horizontal direction is known.
【００１６】 こうした極低温冷凍機１０では、連通穴１４からの冷媒ガスが円周溝１２を 介して膨張空間６に流れることが可能であるため、その寒冷発生部１０Ａが極低 温冷凍機１の寒冷発生部１Ａ（図２）の場合よりは拡大される。In such a cryogenic refrigerator 10, since the refrigerant gas from the communication hole 14 can flow into the expansion space 6 via the circumferential groove 12, the cold generating portion 10 A thereof has an extremely low temperature refrigerator 1. It is enlarged compared to the case of the cold generation part 1A (FIG. 2).
【００１７】 また、冷媒ガスを円周溝１２部分のシリンダ２内の内壁に強制的に接触させ ることにより冷媒ガスとシリンダ２との接触面積の増加を図り、発生した寒冷の 利用効率を向上させる工夫がなされている。Further, by forcibly bringing the refrigerant gas into contact with the inner wall of the cylinder 2 in the circumferential groove 12 portion, the contact area between the refrigerant gas and the cylinder 2 is increased, and the utilization efficiency of the generated cold is improved. It has been devised to make it happen.
【００１８】 しかしながら、こうした工夫は、円周溝１２および連絡路１３が冷媒ガスの 流れに対して抵抗を生じることになり、寒冷の発生効率の方が低下するという問 題がある。However, such a device has a problem that the circumferential groove 12 and the communication path 13 cause resistance to the flow of the refrigerant gas, and the efficiency of cold generation is reduced.
【００１９】 また、冷媒ガスが接触するシリンダ２の内壁面の増加割合は、ディスプレー サー１１の円周溝１２の幅により制約されるため、寒冷の利用効率についても必 ずしも最大となるとは言えない。Further, the increase rate of the inner wall surface of the cylinder 2 with which the refrigerant gas comes into contact is limited by the width of the circumferential groove 12 of the displacer 11, so that the utilization efficiency of cold is not necessarily the maximum. I can not say.
【００２０】 一方、ディスプレーサー１１の下部外周をすべて円周溝１２と同一外径とす ると、こうした円周溝１２は冷媒ガスの膨張に際して寒冷の発生に寄与せず、寒 冷発生に寄与しないデッドボリュームが増加するため、寒冷の発生効率が低下し てしまうという問題がある。On the other hand, if the outer circumference of the lower portion of the displacer 11 is the same as the outer diameter of the circumferential groove 12, the circumferential groove 12 does not contribute to the generation of cold during the expansion of the refrigerant gas, but contributes to the generation of cold. Since there is an increase in dead volume, there is the problem that the efficiency of cold generation will decrease.
【００２１】[0021]
本考案は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、単純な構造により 寒冷の発生効率を高めるとともに、寒冷の利用効率の向上も図った極低温冷凍機 の寒冷発生機構を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a cold generation mechanism of a cryogenic refrigerator that not only enhances the efficiency of cold generation with a simple structure but also improves the efficiency of use of cold. It is an issue.
【００２２】[0022]
すなわち本考案は、ディスプレーサー下部の冷媒ガス流路の形状を工夫する ことに着目したもので、冷媒ガスを収容するシリンダと、このシリンダ内を往復 動するとともに蓄冷材を内蔵し、かつ連通穴を形成したディスプレーサーとを有 し、このディスプレーサーと上記シリンダとの間の膨張空間における上記冷媒ガ スの断熱膨張により低温を発生させる極低温冷凍機の寒冷発生機構であって、上 記膨張空間に臨む上記ディスプレーサーの下部外表面に、上記連通穴および該膨 張空間に連通するらせん状のネジ溝からなる冷媒ガス流路を形成したことを特徴 とする極低温冷凍機の寒冷発生機構である。 In other words, the present invention focuses on devising the shape of the refrigerant gas flow path under the displacer, and includes a cylinder that stores the refrigerant gas, a cylinder that reciprocates in the cylinder and has a built-in cold storage material, and a communication hole. And a displacer that forms a cold discharge mechanism of a cryogenic refrigerator that generates a low temperature by adiabatic expansion of the refrigerant gas in the expansion space between the displacer and the cylinder. A cooling gas generation mechanism for a cryogenic refrigerator, characterized in that a refrigerant gas flow path consisting of the communication hole and a spiral thread groove communicating with the expansion space is formed on the lower outer surface of the displacer facing the space. Is.
【００２３】[0023]
本考案による極低温冷凍機の寒冷発生機構においては、ディスプレーサーの 下部の冷媒ガス流路をネジ溝により形成したため、連続したらせん状の冷媒ガス 流路とすることができ、冷媒ガスの流れに対する抵抗を低減させて冷媒ガスを流 れやすくさせることが可能となるため、冷媒の供給、膨張、排出の効率が改善さ れ、寒冷の発生効率の向上を期待することができる。 In the cryogenic mechanism of the cryogenic refrigerator according to the present invention, since the refrigerant gas flow path at the bottom of the displacer is formed by the thread groove, it is possible to form a continuous spiral refrigerant gas flow path, and to prevent the flow of the refrigerant gas. Since it becomes possible to reduce the resistance and make it easier for the refrigerant gas to flow, it is possible to improve the efficiency of refrigerant supply, expansion, and discharge, and to expect an improvement in cold generation efficiency.
【００２４】 同時に、上記ネジ溝によってシリンダの内壁面と冷媒ガスとの接触面積が増 加するため、寒冷の利用効率の向上も期待することができる。At the same time, the screw groove increases the contact area between the inner wall surface of the cylinder and the refrigerant gas, so that improvement in the efficiency of use of cold can be expected.
【００２５】[0025]
つぎに本考案の一実施例による極低温冷凍機２０の寒冷発生機構２１を図１ にもとづき説明する。ただし、図２および図３と同様の部分については同一符号 を付し、その詳述はこれを省略する。 Next, the cold generation mechanism 21 of the cryogenic refrigerator 20 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the same parts as those in FIGS. 2 and 3 are designated by the same reference numerals, and the detailed description thereof will be omitted.
【００２６】 当該寒冷発生機構２１においては、前記ディスプレーサー３の下部に連続し たらせん状のネジ溝による冷媒ガス流路２２を形成する。In the cold generation mechanism 21, the refrigerant gas flow path 22 is formed in the lower portion of the displacer 3 by a continuous spiral groove.
【００２７】 したがって、連通穴１４と膨張空間６とはこのらせん状の冷媒ガス通路２２ により連通している。Therefore, the communication hole 14 and the expansion space 6 are communicated with each other by the spiral refrigerant gas passage 22.
【００２８】 こうした構成の極低温冷凍機２０において、従来と同様に冷媒ガスの断熱膨 張により寒冷発生部２０Ａに寒冷を発生する。In the cryogenic refrigerator 20 having such a configuration, cold is generated in the cold generating portion 20A by adiabatic expansion of the refrigerant gas as in the conventional case.
【００２９】 この際、ディスプレーサー３下部の冷媒ガス流路２２を連続のネジ溝構造と してあるため、連通穴１４から供給、膨張、排出される冷媒ガスは、抵抗を受け ることなく膨張空間６と蓄冷材４の部分を移動することが可能となる。At this time, since the refrigerant gas flow path 22 below the displacer 3 has a continuous thread groove structure, the refrigerant gas supplied, expanded, and discharged from the communication hole 14 expands without receiving resistance. It is possible to move between the space 6 and the cool storage material 4.
【００３０】 すなわち、膨張空間６への供給および膨張空間６からの排出の際に効率よく 冷媒ガスの移動が可能であるとともに、冷媒ガスの膨張に際してはこの冷媒ガス 通路２２はデッドボリュームとならずに寒冷の発生に寄与するので、寒冷の発生 効率の向上を期待することができる。That is, the refrigerant gas can be efficiently moved when being supplied to the expansion space 6 and discharged from the expansion space 6, and the refrigerant gas passage 22 does not become a dead volume when the refrigerant gas is expanded. Since it contributes to the generation of cold, it can be expected to improve the efficiency of cold generation.
【００３１】 また、ネジ溝による連続したらせん状の冷媒ガス流路２２であるため、冷媒 ガスの移動にともなってこの冷媒ガス流路２２内に存在する冷媒ガスと接触する シリンダ２の内壁面の面積が増加し、寒冷の利用効率向上も期待することができ る。Further, since it is the continuous spiral refrigerant gas flow path 22 formed by the screw groove, the inner wall surface of the cylinder 2 that comes into contact with the refrigerant gas existing in the refrigerant gas flow path 22 as the refrigerant gas moves. The area can be increased, and it can be expected to improve the efficiency of cold use.
【００３２】 なお、ディスプレーサー３の下部の冷媒ガス流路となるネジ溝の形状などに ついては、任意に設計可能である。It should be noted that the shape of the screw groove, which serves as the refrigerant gas flow path under the displacer 3, can be arbitrarily designed.
【００３３】 なお本考案は、ＧＭ冷凍サイクルを利用した極低温冷凍機のみならず、他の タイプの極低温冷凍機にも応用可能である。The present invention can be applied not only to the cryogenic refrigerator using the GM refrigeration cycle, but also to other types of cryogenic refrigerators.
【００３４】[0034]
以上のように本考案によれば、ディスプレーサー下部の冷媒ガス流路をネジ 溝構造とするだけの簡単な構造とすることにより、寒冷の発生効率および寒冷の 利用効率の向上が可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the generation efficiency of cold and the utilization efficiency of cold by making the refrigerant gas flow path in the lower portion of the displacer into a simple structure having a thread groove structure.
【００３５】[0035]
【図１】本考案の一実施例による極低温冷凍機２０の要
部断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a cryogenic refrigerator 20 according to an embodiment of the present invention.
【図２】従来の極低温冷凍機１の要部断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a main part of a conventional cryogenic refrigerator 1.
【図３】従来の他の極低温冷凍機１０の要部断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of another conventional cryogenic refrigerator 10.
１ 極低温冷凍機 １Ａ 極低温冷凍機１の寒冷発生部１Ａ ２ 円筒型のシリンダ ３ ディスプレーサー ４ 蓄冷材 ５ シール材 ６ 膨張空間 ７ 連通穴 １０ 極低温冷凍機 １１ ディスプレーサー １１Ａ ディスプレーサー１１の寒冷発生部 １２ 円周溝 １３ 連絡路 １４ 連通穴 １５ 寒冷発生機構 ２０ 極低温冷凍機 ２０Ａ 極低温冷凍機２０の寒冷発生部 ２１ 極低温冷凍機２０の寒冷発生機構 ２２ ネジ溝による連続したらせん状の冷媒ガス通路 1 Cryogenic refrigerator 1A Chilling generation part of cryogenic refrigerator 1 1A 2 Cylinder type cylinder 3 Displacer 4 Cooling material 5 Sealing material 6 Expansion space 7 Communication hole 10 Cryogenic refrigerator 11 Displacer 11A Displacer 11 cold Generation part 12 Circumferential groove 13 Communication path 14 Communication hole 15 Cold generation mechanism 20 Cryogenic refrigerator 20A Chill generation part of cryogenic refrigerator 21 Chill generation mechanism of cryogenic refrigerator 20 22 Continuous spiral with screw groove Refrigerant gas passage
Claims (1)
かつ連通穴を形成したディスプレーサーとを有し、 このディスプレーサーと前記シリンダとの間の膨張空間
における前記冷媒ガスの断熱膨張により低温を発生させ
る極低温冷凍機の寒冷発生機構であって、 前記膨張空間に臨む前記ディスプレーサーの下部外表面
に、前記連通穴および該膨張空間に連通するらせん状の
ネジ溝からなる冷媒ガス流路を形成したことを特徴とす
る極低温冷凍機の寒冷発生機構。1. A cylinder containing a refrigerant gas, and a regenerator that reciprocates in the cylinder and has a built-in regenerator material,
And a displacer having a communication hole formed therein, which is a cold generation mechanism of a cryogenic refrigerator that generates a low temperature by adiabatic expansion of the refrigerant gas in an expansion space between the displacer and the cylinder, A cooling gas generation mechanism for a cryogenic refrigerator, characterized in that a refrigerant gas flow path including a communication hole and a spiral thread groove communicating with the expansion space is formed on an outer surface of a lower portion of the displacer facing the expansion space. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2320292U JP2521299Y2 (en) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Cold generation mechanism of cryogenic refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2320292U JP2521299Y2 (en) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Cold generation mechanism of cryogenic refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0579358U true JPH0579358U (en) | 1993-10-29 |
| JP2521299Y2 JP2521299Y2 (en) | 1996-12-25 |
Family
ID=12104088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2320292U Expired - Lifetime JP2521299Y2 (en) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | Cold generation mechanism of cryogenic refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2521299Y2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103032987A (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-10 | 住友重机械工业株式会社 | Cryogenic refrigerator |
| JP2013072597A (en) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryogenic refrigerator |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP2320292U patent/JP2521299Y2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013072597A (en) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryogenic refrigerator |
| CN103032987A (en) * | 2011-10-05 | 2013-04-10 | 住友重机械工业株式会社 | Cryogenic refrigerator |
| JP2013079792A (en) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Cryogenic refrigerator |
| US9494346B2 (en) | 2011-10-05 | 2016-11-15 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Cryogenic refrigerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2521299Y2 (en) | 1996-12-25 |
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