(57)【要約】【課題】従来の蓄冷式冷凍機について、冷媒の膨張圧力を臨界圧力よりも低く設定した場合、ミスト状に液化した冷媒の大部分は冷却ステージと平行に流れるために冷却ステージと接触せず、熱交換を直接行わないため液化冷媒の潜熱が冷却に寄与しない。【解決手段】膨張室３７でミスト状に液化した冷媒を蓄冷器先端開口部４２から蓄冷器先端流路４３へ流入させ、第２の蓄冷器側面開口部４１から噴出して冷却ステージ側壁７ａに衝突させることにより、液化した冷媒と冷却ステージ７の熱交換を促進する。【選択図】図２
2008224061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーと、
このシリンダー内に収納した容器内に蓄冷材を収納して成る蓄冷器と、
前記シリンダー内の一側と連通するように設けられ前記蓄冷器を前記シリンダー内を移動するように駆動させる蓄冷器駆動手段と、
前記蓄冷材を介した前記シリンダー内への冷媒の送出と前記シリンダー内で膨張した前記冷媒の回収を行うコンプレッサーと、
前記シリンダーの他側でシリンダーを閉塞するように設けられ、前記蓄冷器との間で膨張室を形成する冷却ステージと、
前記蓄冷器における前記冷却ステージと対向する底部の側面に開口するように形成した第１の蓄冷器側面開口部ならびにこの第１の蓄冷器側面開口部と連通して前記蓄冷器の底部に設けた蓄冷材低温側流路と
前記蓄冷器の底部の前記膨張室に接した面に設けられた蓄冷器先端開口部と前記第１の蓄冷器側面開口部よりも前記膨張室側の前記蓄冷器の底部に設けた第２の蓄冷器側面開口部を連絡する蓄冷器先端流路と、
を備えることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
【請求項２】
前記第２の蓄冷器側面開口部に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項３】
前記膨張室に、前記蓄冷器の駆動に伴って前記蓄冷器先端開口部内に収容される凸部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項４】
前記第２の蓄冷器側面開口部と前記膨張室の間の前記蓄冷器底部の径が前記第２の蓄冷器側面開口部と前記第１の蓄冷器側面開口部側の間の前記蓄冷器底部の径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項５】
前記第２の蓄冷器側面開口部よりも前記膨張室側の前記蓄冷器底部の側面に絞り部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項６】
前記冷却ステージの側面内側に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項７】
前記冷却ステージの側面内側に多孔質部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の蓄冷式冷凍機。
【請求項８】
シリンダーに収納され蓄冷材が内蔵された容器から成る蓄冷器と前記シリンダーの一側で前記シリンダーを閉塞するように設けられた冷却ステージの間に形成される膨張室に、前記蓄冷器における前記冷却ステージと対向する底部の側面に開口するように形成した第１の蓄冷器側面開口部と前記蓄冷材を連絡するように前記蓄冷器の底部に設けられた蓄冷材低温側流路と前記蓄冷材を介してコンプレッサーから冷媒を送出し、
前記膨張室で前記冷媒を膨張させてミスト状に液化させ、
前記シリンダーの他側に連絡して設けられた蓄冷器駆動手段によって前記蓄冷器を前記シリンダー内を移動するように駆動させて前記膨張室内の冷媒を強制対流させ、
前記蓄冷器の底部の前記膨張室に接した面に設けられた蓄冷器先端開口部と前記第１の蓄冷器側面開口部よりも前記膨張室側の前記蓄冷器の底部に設けた第２の蓄冷器側面開口部を連絡する蓄冷器先端流路に前記蓄冷器先端開口部から前記冷媒を流入させ、
前記第２の蓄冷器側面開口部から前記冷媒を噴出させて前記冷却ステージに衝突させることを特徴とする蓄冷式冷凍方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の膨張圧縮による冷凍サイクルを用い、蓄冷器と冷却ステージ間で形成されるギャップにおいて冷却ステージと冷媒の熱交換を行う蓄冷式冷凍機および蓄冷式冷凍方法であって、特に冷凍サイクルにおける冷媒の膨張圧力が冷媒の臨界圧力よりも低い圧力で運転される蓄冷式冷凍機および蓄冷式冷凍方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の蓄冷式冷凍機はガス状の冷媒の断熱膨張サイクルにより寒冷を得ている。
【０００３】
このような蓄冷式冷凍機に関して、極低温の場合は冷媒を理想気体として扱えなくなるため非理想性による効率の低下が発生する。この温度レベルの場合は冷媒が液化する圧力まで膨張圧力を下げ、液化した冷媒の潜熱を利用した冷凍サイクルの方が冷却効率を高くすることができる。向流式冷凍機であるジュール・トムソン冷凍機はこの潜熱を利用した冷凍機であり、冷却ステージは液溜め内での沸騰熱伝達により冷却される。向流式冷凍機においては冷媒流路内に液溜めを設けることは容易である。しかし、従来の蓄冷式冷凍機を冷媒が液化しうる膨張圧力、すなわち臨界圧力よりも低い膨張圧力で運転する場合においては冷媒と被冷却物との熱交換のメカニズム上、液化した冷媒と被冷却物の熱交換効率が悪かった。
【０００４】
従来の蓄冷式冷凍機について、図１０を用いて以下説明する。図１０は２段の蓄冷部を有する従来の蓄冷式冷凍機の概略を示す断面図である。
【０００５】
シリンダー１０５内に第１蓄冷器１１６、蓄冷器連結部１２１、第２蓄冷器１３６で構成されるディスプレーサー１７１が収納されている。
【０００６】
第１蓄冷器１１６は内部に第１蓄冷材１１２、上面に第１上部シール１１３を有する第１蓄冷器容器１１１で構成され、第１蓄冷器底部１１４には第１蓄冷材低温側流路１１５が設けられている。第１上部シール１１３は第１蓄冷器１１６側面とシリンダー１０５のギャップを閉塞しており、また上方の空間と第１蓄冷材１１２を連絡する貫通穴１７２が設けられている。第１蓄冷材低温側流路は第１蓄冷材１１２下方と第１蓄冷器容器１１１側面とを連通している。
【０００７】
蓄冷器連結部１２１は第１蓄冷器底部１１４の底面に接続されており、また底面は第２蓄冷器１３６を構成する第２上部シール１３３と接続されている。蓄冷器連結部１２１には蓄冷器連結部流路１２２が設けられており、この蓄冷器連結部流路１２２は第１蓄冷器１１６、蓄冷器連結部１２１、シリンダー１０５によって形成される膨張室１１７と第２蓄冷器１３６を連通している。
【０００８】
第２蓄冷器１３６は内部に第２蓄冷材１３２、上面に第２上部シール１３３を有する第２蓄冷器容器１３１で構成され、第２蓄冷器底部１３４には第２蓄冷材低温側流路１３５が設けられている。第２上部シール１３３は第２蓄冷器１３６側面とシリンダー１０５のギャップを閉塞しており、蓄冷器連結部流路１２２と第２蓄冷材１３２を連通する貫通穴１７３が設けられている。第２蓄冷材低温側流路１３５は第２蓄冷材１３２下方と第２蓄冷器容器１３１側面とを連通している。また、第２蓄冷器容器１３１と冷却ステージ１０７によって膨張室１３７が形成されている。
【０００９】
シリンダー１０５は一側がシリンダー天板１０６に、他側が冷却ステージ１０７によって閉塞されている。冷却ステージ１０７は冷却ステージ側壁１０７ａ、冷却ステージ底板１０７ｂで構成される。モーター１０３、スコッチヨーク１０４はディスプレーサー１７１の駆動手段である。スコッチヨーク１０４はシリンダー天板１０６を貫通してディスプレーサー１７１によって接続されており、モーター１０３の駆動によってディスプレーサー１７１がシリンダー１０５内で駆動される。なお、図１０はディスプレーサー１７１が最大限上昇した状態を示している。また、シリンダー天板１０６を貫通する配管１０８によってシリンダー１０５内とコンプレッサー１０１が連絡されており、配管１０８には吸気バルブ１０２ａ、排気バルブ１０２ｂが設けられている。
【００１０】
シリンダー１０５、シリンダー天板１０６、第１上部シール１１３、第２上部シール１３３、第１蓄冷器容器１１１、第２蓄冷器容器１３１にはステンレス等の断熱材を用いる。第１蓄冷材１１２、第２蓄冷材１３２には鉛や磁性蓄冷材等を複数の球の焼結体やハニカム構造体に形成して用いる。冷却ステージ１０７には銅などの熱伝導率の高い材料を用いる。
【００１１】
図１１は、図１０における破線１３８で示されるディスプレーサー１７１下端近傍の概略を拡大して示している。
【００１２】
第２蓄冷材低温側流路１３５は第２蓄冷材１３２下端と第２蓄冷器１３６側面の第２蓄冷器側面開口部１４０とを連絡している。また、１３９は第２蓄冷器底部１３４と冷却ステージ側壁１０７ａによって形成され、膨張室１３７と第２蓄冷器側面開口部１４０を連絡するギャップを示す。
【００１３】
以下、従来装置の作用について説明する。
【００１４】
コンプレッサー１０１は配管１０８を介してシリンダー１０５内へ圧縮した冷媒を供給し、またシリンダー１０５内で膨張する冷媒の取り込みを行う。シリンダー１０５内の冷媒圧力Ｐはコンプレッサー１０１によってＰＬからＰＨの間で変動する（ＰＬ＜ＰＨ）。
【００１５】
コンプレッサー１０１で圧力ＰＨに圧縮された冷媒は配管１０８を介してシリンダー１０５へ供給される。シリンダー１０５内に供給された冷媒は上部シール１１３の貫通穴１７２、第１蓄冷材１１２、第１蓄冷材低温側流路１１５を通過して膨張室１１７へ流入する。さらに膨張室１１７から蓄冷器連結部流路１２２、第２上部シール１３３の貫通穴１７３、第２蓄冷材１３２、第２蓄冷材低温側流路１３５を通過して膨張室１３７へ流入する。このようにしてシリンダー１０５内は圧力ＰＨの冷媒で満たされる。ここでシリンダー１０５内の冷媒を膨張させることによってシリンダー１０５内で寒冷が発生する。膨張室１３７内で発生する寒冷によって、冷却ステージ１０７に接続された被冷却物の冷却を行う。
【００１６】
膨張室１１７における冷凍サイクルによる寒冷の発生について、図１２を用いて以下説明する。図１２は膨張室１３７における冷媒の圧力と体積の関係を示す。膨張室１３７の体積Ｖに関して、ディスプレーサー１７１が最大限上昇しているときの体積をＶｍａｘ、ディスプレーサー１７１が最大限下降しているときの体積をＶｍｉｎとする。
【００１７】
膨張室１３７の体積がＶｍｉｎで排気バルブ１０２ｂが開いていると膨張室１３７の冷媒圧力はＰＬであり、図１２のＡ点に相当する。
【００１８】
排気バルブ１０２ｂを閉じて吸気バルブ１０２ａを開くと、コンプレッサー１０１から圧力ＰＨの冷媒が第１蓄冷器１１６、第２蓄冷器１３６を通過して冷却された後に膨張室１３７に流入し、膨張室１３７の冷媒圧力はＰＨとなる。図１２のＡ→Ｂの過程に相当する。
【００１９】
吸気バルブ１０２ａが開いた状態でディスプレーサー１７１が上昇すると膨張室１３７の体積はＶｍａｘまで増加し、膨張室１３７の体積増加に応じて膨張室１３７に圧力ＰＨの冷媒がさらに流入する。図１２のＢ→Ｃの過程に相当する。
【００２０】
吸気バルブ１０２ａを閉じて排気バルブ１０２ｂを開くと、膨張室１３７内の冷媒は急激に膨張し、それに伴って温度が低下する。これによって膨張室１３７において寒冷が発生する。膨張室１３７の冷媒は圧力ＰＬに達するまでコンプレッサー１０１へ流出する。図１２のＣ→Ｄの過程に相当する。
【００２１】
排気バルブ１０２ｂが開いた状態でディスプレーサー１７１が下降すると、膨張室１３７の体積はＶｍｉｎまで減少し、体積減少に応じて膨張室１３７内の冷媒はディスプレーサー１７１の下降によって強制対流され、コンプレッサー１０１へ流出する。図１２のＤ→Ａの過程に相当する。以上の冷凍サイクルを繰り返すことによって被冷却物の冷却を行う。
【００２２】
膨張室１３７における冷媒と被冷却物との熱交換のメカニズムについて、図１１を用いて以下説明する。
【００２３】
図１２のＣ→Ｄ及びＤ→Ａの過程において、膨張室１３７の冷媒は膨張して熱交換ギャップ１３９、第２蓄冷材低温側流路１３５、第２蓄冷材１３２を通過して蓄冷器連結部流路１２２へ流出する。この際に冷却ステージ１０７は冷媒と熱交換を行って冷却され、被冷却物を冷却する。冷媒と冷却ステージ１０７との熱交換の大半は、冷媒が熱交換ギャップ１３９を通過する際に行われる。
【００２４】
このような冷凍サイクルを用いたメカニズムによって被冷却物の冷却を行う蓄冷式冷凍機として、例えば特許文献１に示す装置がある。
【００２５】
このような蓄冷式冷凍機において、圧力ＰＬを冷媒の臨界圧力よりも低く設定して運転した場合、図１２のＣ→Ｄの過程において冷媒がミスト状に液化する。しかし、膨張室１３７の冷媒は強制対流によって冷却ステージ側壁１０７ａと平行に流れるため、ミスト状液化冷媒の大部分は熱交換ギャップ１３９を通過する際に冷却ステージ側壁１０７ａと接触することなく通過してしまい、ミスト状液化冷媒の潜熱が冷却に寄与しない。
【特許文献１】特開平４−５２４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
従来の蓄冷式冷凍機について、冷媒の膨張圧力を冷媒の臨界圧力よりも低い圧力として運転した場合、膨張室内においてミスト状に液化した冷媒の大部分は冷却ステージと熱交換を行わなかったため、冷媒の潜熱が被冷却物冷却に寄与しなかった。
【００２７】
従って、本発明はミスト状に液化した冷媒と冷却ステージの熱交換効率を改善することにより冷却効率を向上させた蓄冷式冷凍機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明による蓄冷式冷凍機は、シリンダーと、このシリンダー内に収納した容器内に蓄冷材を収納して成る蓄冷器と、前記シリンダー内の一側と連通するように設けられ前記蓄冷器を前記シリンダー内を移動するように駆動させる蓄冷器駆動手段と、前記蓄冷材を介した前記シリンダー内への冷媒の送出と前記シリンダー内で膨張した前記冷媒の回収を行うコンプレッサーと、前記シリンダーの他側でシリンダーを閉塞するように設けられ、前記蓄冷器との間で膨張室を形成する冷却ステージと、前記蓄冷器における前記冷却ステージと対向する底部の側面に開口するように形成した第１の蓄冷器側面開口部ならびにこの第１の蓄冷器側面開口部と連通して前記蓄冷器の底部に設けた蓄冷材低温側流路と前記蓄冷器の底部の前記膨張室に接した面に設けられた蓄冷器先端開口部と前記第１の蓄冷器側面開口部よりも前記膨張室側の前記蓄冷器の底部に設けた第２の蓄冷器側面開口部を連絡する蓄冷器先端流路とを備えることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明による蓄冷式冷凍方法は、シリンダーに収納され蓄冷材が内蔵された容器から成る蓄冷器と前記シリンダーの一側で前記シリンダーを閉塞するように設けられた冷却ステージの間に形成される膨張室に、前記蓄冷器における前記冷却ステージと対向する底部の側面に開口するように形成した第１の蓄冷器側面開口部と前記蓄冷材を連絡するように前記蓄冷器の底部に設けられた蓄冷材低温側流路と前記蓄冷材を介してコンプレッサーから冷媒を送出し、前記膨張室で前記冷媒を膨張させてミスト状に液化させ、前記シリンダーの他側に連絡して設けられた蓄冷器駆動手段によって前記蓄冷器を前記シリンダー内を移動するように駆動させて前記膨張室内の冷媒を強制対流させ、前記蓄冷器の底部の前記膨張室に接した面に設けられた蓄冷器先端開口部と前記第１の蓄冷器側面開口部よりも前記膨張室側の前記蓄冷器の底部に設けた第２の蓄冷器側面開口部を連絡する蓄冷器先端流路に前記蓄冷器先端開口部から前記冷媒を流入させ、前記第２の蓄冷器側面開口部から前記冷媒を噴出させて前記冷却ステージに衝突させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、冷凍サイクルにおける膨張時にミスト状に液化した冷媒と冷却ステージとの接触を促進させて熱交換効率を改善し、冷却効率を向上させた蓄冷式冷凍機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は本実施例による蓄冷式冷凍機の概略を示す断面図である。また、図２、図３はそれぞれ図１の破線３８の範囲で示した冷却ステージ近傍の概略を示す断面図、一部切欠き斜視図である。
【００３３】
本実施例による蓄冷式冷凍機の全体の構成について図１を用いて以下説明する。本実施例は、第２の蓄冷器側面開口部４１、蓄冷器先端開口部４２を連絡する蓄冷器先端流路４３が設けられている点が従来技術の蓄冷式冷凍機と異なる。
【００３４】
シリンダー５内に第１蓄冷器１６、蓄冷器連結部２１、第２蓄冷器３６で構成されるディスプレーサー７１が収納されている。
【００３５】
第１蓄冷器１６は内部に第１蓄冷材１２、上面に第１上部シール１３を有する第１蓄冷器容器１１で構成され、第１蓄冷器底部１４には第１蓄冷材低温側流路１５が設けられている。第１上部シール１３は第１蓄冷器１６側面とシリンダー５のギャップを閉塞しており、また上方の空間と第１蓄冷材１２を連絡する貫通穴７２が設けられている。第１蓄冷材低温側流路は第１蓄冷材１２下方と第１蓄冷器容器１１側面とを連通している。
【００３６】
蓄冷器連結部２１は第１蓄冷器底部１４の底面に接続されており、また底面は第２蓄冷器３６を構成する第２上部シール３３と接続されている。蓄冷器連結部２１には蓄冷器連結部流路２２が設けられており、この蓄冷器連結部流路２２は第１蓄冷器１６、蓄冷器連結部２１、シリンダー５によって形成される膨張室１７と第２蓄冷器３６を連通している。
【００３７】
第２蓄冷器３６は内部に第２蓄冷材３２、上面に第２上部シール３３を有する第２蓄冷器容器３１で構成され、第２蓄冷器底部３４には第２蓄冷材低温側流路３５、蓄冷器先端流路４３が設けられている。第２上部シール３３は第２蓄冷器３６側面とシリンダー５のギャップを閉塞しており、蓄冷器連結部流路２２と第２蓄冷材３２を連通する貫通穴７３が設けられている。
【００３８】
シリンダー５は一側がシリンダー天板６に、他側が冷却ステージ７によって閉塞されている。冷却ステージ７は冷却ステージ側壁７ａ、冷却ステージ底板７ｂで構成される。モーター３、スコッチヨーク４はディスプレーサー７１の駆動手段である。スコッチヨーク４はシリンダー天板６を貫通してディスプレーサー７１によって接続されており、モーター３の駆動によってディスプレーサー７１がシリンダー５内で駆動される。なお、図１はディスプレーサー７１が最大限上昇した状態を示している。また、シリンダー天板６を貫通する配管８によってシリンダー５内とコンプレッサー１が連絡されており、配管８には吸気バルブ２ａ、排気バルブ２ｂが設けられている。
【００３９】
シリンダー５、シリンダー天板６、第１上部シール１３、第２上部シール３３、第１蓄冷器容器１１、第２蓄冷器容器３１にはステンレス等の断熱材を用いる。第１蓄冷材１２、第２蓄冷材３２には鉛や磁性蓄冷材等を複数の球の焼結体やハニカム構造体に形成して用いる。冷却ステージ７には銅などの熱伝導率の高い材料を用いる。
【００４０】
次に、図１の破線３８に示す冷却ステージ７近傍の詳細について、図２、図３を用いて以下説明する。
【００４１】
第２蓄冷器底部３４に設けられた第２蓄冷材低温側流路３５は、第２蓄冷器３６の側面に設けられた第１の蓄冷器側面開口部４０と第２蓄冷材３２の下端とを連絡するように形成されている。この第２蓄冷材低温側流路３５は、図３に示すように第２蓄冷器底部３４内で分岐して複数の第１の蓄冷器側面開口部４０と連絡している。
【００４２】
また、第２蓄冷器３６に設けられた蓄冷器先端流路４３は、第２蓄冷器底部３４の膨張室３７と接した面に設けられた蓄冷器先端開口部４２と、第１の蓄冷器側面開口部４０よりも下方に設けられた第２の蓄冷器側面開口部４１とを連絡するように形成されている。この蓄冷器先端流路４３は、図３に示すように蓄冷器先端開口部４２から第２蓄冷器３６軸方向に伸び、第２蓄冷器底部３４内の第２蓄冷材低温側流路３５よりも下方で分岐して複数の第２の蓄冷器側面開口部４１と連絡している。
【００４３】
５１は第２蓄冷器底部３４の周面と冷却ステージ側壁７ａ内面との間で形成される熱交換ギャップであり、膨張室３７と第１の蓄冷器側面開口部４０とを連絡している。また、熱交換ギャップ５１は、膨張室３７から第２の蓄冷器側面開口部４１までの蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３と、第２の蓄冷器側面開口部４１から第１の蓄冷器側面開口部４０までの蓄冷材側熱交換ギャップ５２とで形成される。
【００４４】
本実施例による作用について以下説明する。
【００４５】
膨張室３７の体積Ｖは第２蓄冷器３６の上下動によってＶｍｉｎからＶｍａｘの間で変動する（Ｖｍｉｎ＜Ｖｍａｘ）。膨張室３７の体積は第２蓄冷器３６が最大限上昇した状態でＶｍａｘ、第２蓄冷器３６が最大限下降した状態でＶｍｉｎとなる。また、冷媒の圧力ＰはコンプレッサーによってＰＬからＰＨの間で変動する（ＰＬ＜ＰＨ）。なお、圧力ＰＬは冷媒の臨界圧力よりも低い圧力である。
【００４６】
図１２におけるＣ→Ｄの過程において、膨張室３７の冷媒は断熱膨張によって温度が低下し、一部がミスト状に液化する。
【００４７】
図１２におけるＤ→Ａの過程において、膨張室３７の冷媒の一部は第２蓄冷器３６の下降に伴って蓄冷器先端開口部４２から蓄冷器先端流路４３へ流入する。蓄冷器先端流路４３に流入した冷媒は第２の蓄冷器側面開口部４１から噴出し、ミスト状液化冷媒は冷却ステージ側壁７ａに衝突する。これによってミスト状液化冷媒は冷却ステージ７と接触して直接熱交換を行うため、冷媒と冷却ステージ７との熱交換効率を改善することができる。
【００４８】
なお、膨張室３７から流出する冷媒について、蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３へ流入する冷媒と蓄冷器先端流路４３へ流入する冷媒の量の比率は蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３と蓄冷器先端流路４３の流路抵抗の大きさに依存する。蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３に対する蓄冷器先端流路４３の流路抵抗が小さいほど蓄冷器先端流路４３へ流入する冷媒の量は増加する。
【００４９】
また、図４は本実施例の変形例であり、第２の蓄冷器側面開口部４１に絞り部６１を設けた蓄冷式冷凍機の冷却ステージ７近傍の概略を示す断面図である。
【００５０】
第２の蓄冷器側面開口部４１に絞り部６１を設けることによって第２の蓄冷器側面開口部４１の断面積を減少させ、第２の蓄冷器側面開口部４１から噴出する冷媒の流速を増加させることができる。
【００５１】
本実施例は蓄冷式冷凍機における最終段の冷却部になされるものであり、蓄冷式冷凍機が有する冷却段の段数に関わらず適用可能である。
【００５２】
本実施例によれば、第２蓄冷器３６先端に蓄冷器先端流路４３を設けることにより、ミスト状に液化した冷媒を冷却ステージ７に衝突させて直接熱交換させることにより、冷媒と冷却ステージ７との熱交換効率を改善し、冷却効率を向上することができる。
【実施例２】
【００５３】
図５は本実施例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図である。本実施例による蓄冷式冷凍機は、冷却ステージ底板７ｂの上側に凸部６２が設けられている。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
膨張室３７の体積がＶｍｉｎとなったとき、蓄冷器先端流路４３内には圧力ＰＬの冷媒が残存し、蓄冷器先端流路４３の体積は無効容積となる。
【００５５】
凸部６２は銅などの熱伝導率の高い材料で構成され、蓄冷器先端開口部４２の形状、深さを考慮して、第２蓄冷器３６の下降に伴って蓄冷器先端開口部４２に収容されるように設けられている。例えば蓄冷器先端開口部４２が円形であるときは、凸部６２は蓄冷器先端開口部４２よりも底面の径が小さく、高さが蓄冷器先端流路４３の深さよりも小さい円柱形、円錐台形などの形状に形成する。凸部６２が第２蓄冷器３６の下降に伴って蓄冷器先端開口部４２から蓄冷器先端流路４３に収容されることによって蓄冷器先端流路４３の無効容積を小さくすることができる。
【００５６】
本実施例によれば、冷却ステージ底板７ｂの上側に設けた凸部６２が第２蓄冷器３６の下降時に蓄冷器先端流路４３に収容されることによって蓄冷器先端流路４３の無効容積を小さくし、冷却効率をさらに向上することができる。
【実施例３】
【００５７】
図６は本実施例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ７近傍の概略を示す断面図である。本実施例による蓄冷式冷凍機は、蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３を形成する第２蓄冷器３６における第２蓄冷器底部３４の径を大きくしており、その結果、蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３のギャップ間隔が蓄冷材側熱交換ギャップ５２のギャップ間隔よりも小さくなっている。
【００５８】
蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３のギャップ間隔が小さくなっているために流路抵抗が増加し、膨張室３７の冷媒の量について蓄冷器先端流路４３へ流入する比率を増加させて冷却効率を向上することができる。
【００５９】
なお、図６においては第２の蓄冷器側面開口部４１から第２蓄冷器底部３４の径を変更したものとして図示しているが、蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３の中途から第２蓄冷器底部３４の径を変更したものでも同様の効果が得られる。
【００６０】
また、図７は本実施例の別の変形例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ７近傍の概略を示す断面図である。図７に示すように蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３における第２蓄冷器底部３４の側面に絞り部６３を設けることにより、蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３の流路抵抗を増加させている。
【００６１】
本実施例によれば、蓄冷器先端側熱交換ギャップ５３の流路抵抗を増加させることにより、さらに冷却効率を向上することができる。
【実施例４】
【００６２】
図８は本実施例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図である。本実施例による蓄冷式冷凍機は冷却ステージ側壁７ａの内面に凹凸が設けられている。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
冷却ステージ側壁７ａ内面に凹凸を設けることによって冷媒と冷却ステージ側壁７ａの熱交換面積が増加するため、冷媒と冷却ステージ７の熱交換効率を改善することができる。
【００６４】
また、本実施例においては冷却ステージ７に衝突した液化冷媒だけでなく、ガス状の冷媒との熱交換面積も増加させることができるため、予冷段階における熱交換効率も改善される。
【００６５】
図９は本実施例の変形例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図であり、冷却ステージ側壁７ａ内面に多孔質部材６４が設けられている。多孔質部材６４を設けることによって冷却ステージ側壁７ａと冷媒が接触する面積が増加するため、冷媒と冷却ステージ７の熱交換率を改善することができる。
【００６６】
本実施例によれば、冷却ステージ側壁７ａに凹凸または多孔質部材６４を設けることによって冷却ステージ７と冷媒との熱交換面積を増加させ、さらに冷却効率を向上することができる。
【００６７】
以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、上記複数の実施例に説明した特徴を任意に組み合わせたところの構成による蓄冷式冷凍機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１による蓄冷式冷凍機の概略を示す断面図。
【図２】実施例１による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図３】実施例１による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す一部切欠き斜視図。
【図４】実施例１の変形例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図５】実施例２による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図６】実施例３による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図７】実施例３の変形例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図８】実施例４による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図９】実施例４の変形例による蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図１０】従来の蓄冷式冷凍機の概略を示す断面図。
【図１１】従来の蓄冷式冷凍機の冷却ステージ近傍の概略を示す断面図。
【図１２】膨張室３７、１３７における冷媒の圧力と体積の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６９】
１、 １０１  コンプレッサー
２ａ、１０２ａ  吸気バルブ
２ｂ、１０２ｂ  排気バルブ
３、１０３  モーター
４、１０４  スコッチヨーク
５、１０５  シリンダー
６、１０６  シリンダー天板
７、１０７  冷却ステージ
７ａ、１０７ａ  冷却ステージ側壁
７ｂ、１０７ｂ  冷却ステージ底板
８、１０８  配管
１１、１１１  第１蓄冷器容器
１２、１１２  第１蓄冷材
１３、１１３  第１上部シール
１４、１１４  第１蓄冷器底部
１５、１１５  第１蓄冷材低温側流路
１６、１１６  第１蓄冷器
１７、１１７、３７、１３７  膨張室
２１、  １２１  蓄冷器連結部
２２、１２２  蓄冷器連結部流路
３１、１３１  第２蓄冷器容器
３２、１３２  第２蓄冷材
３３、１３３  第２上部シール
３４、１３４  第２蓄冷器底部
３５、１３５  第２蓄冷材低温側流路
３６、１３６  第２蓄冷器
４０  第１の蓄冷器側面開口部
４１  第２の蓄冷器側面開口部
４２  蓄冷器先端開口部
４３  蓄冷器先端流路
５１、１３９  熱交換ギャップ
５２  蓄冷材側熱交換ギャップ
５３  蓄冷器先端側熱交換ギャップ
６１、６３  絞り部
６２  凸部
６４  多孔質部材
７１、１７１  ディスプレーサー
７２、７３、１７２、１７３  貫通穴 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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