(57)【要約】【課題】蓄冷材の流動が防止され、蓄冷器内のデッドスペースが低減され、冷凍性能を向上させることができる蓄冷器を提供すること。【解決手段】流路４，１３を通じて作動ガスが流通する内部空間に粒状の蓄冷材９ａ，９ｂが充填された蓄冷器１は、その内部空間に、作動ガスを分配するための複数の分岐流路５，１２を備えたディストリビュータ６，１０と、ディストリビュータ６，１０と蓄冷材９ａ，９ｂの間にそれぞれ配置され蓄冷材９ａ，９ｂをそれぞれ押さえると共に作動ガスが通過可能なリテーナ８ａ，８ｃと、を内蔵し、ディストリビュータ６，１０は、リテーナ８ａ，８ｃを蓄冷材９ａ，９ｂに向かって付勢する複数の小型コイルバネ７，１１をそれぞれ内蔵し、小型コイルバネ７、１１はそれぞれ、ディストリビュータ６，１０において、複数の分岐流路５，１２のうち少なくとも一部に収容されて、作動ガスの流通方向ないし蓄冷器１の軸方向に直交する面上で分散配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスが流通する内部空間に粒状の蓄冷材が充填された蓄冷器であって、
前記内部空間に、前記作動ガスを分配するための複数の分岐流路を備えたディストリビュータと、前記ディストリビュータと前記粒状の蓄冷材の間に少なくとも配置され該蓄冷材を押さえると共に前記作動ガスが通過可能なリテーナと、を内蔵し、
前記ディストリビュータは、前記リテーナを前記粒状の蓄冷材に向かって付勢するよう分散して配置された複数の弾性部材を内蔵する、ことを特徴とする蓄冷器。
【請求項２】
前記ディストリビュータにおいて、前記複数の分岐流路のうち少なくとも一部に、前記複数の弾性部材がそれぞれ収容されたことを特徴とする請求項１記載の蓄冷器。
【請求項３】
前記ディストリビュータの本体に形成された複数の座ぐりに前記複数の弾性部材がそれぞれ内蔵されたことを特徴とする請求項１記載の蓄冷器。
【請求項４】
前記蓄冷器の前記内部空間へ前記作動ガスを導入するための流路が、前記ディストリビュータに向かって拡開してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一記載の蓄冷器。
【請求項５】
前記複数の弾性部材は、前記作動ガスの流通方向ないし前記蓄冷器の軸方向に直交する面上で分散配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一記載の蓄冷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄冷器に関し、特に、粒状の蓄冷材が充填された蓄冷器に関し、中でも、蓄冷型極低温冷凍機に好適に適用される蓄冷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、蓄冷器内に充填された蓄冷材の粒子が蓄冷器外へ流出するのを防止するために、蓄冷器内に複数枚のフィルタが設けられた蓄冷器が提案されている。なお、一般的に、極低温冷凍機で使用される蓄冷材のうち、約６０Ｋ以下の温度域では粒径が０．２ｍｍ程度の粒状の鉛または希土類合金の蓄冷材が使用される。このような蓄冷材は蓄冷器内を流動する高圧作動ガスによって圧力を受け、さらに粒子同士の接触によって摩耗や破損が生じ微粉末が発生する。特許文献１の発明によれば、この現象を蓄冷器の中に設置した複数枚のフィルタによって抑えている。
【０００３】
特許文献２の蓄冷器においては、特許文献１と同様な蓄冷材が充填された蓄冷器内の低温端及び高温端にそれぞれ、蓄冷材を押さえ込むリテーナと弾性体（バネ）を設けることにより、常時、蓄冷材に与圧をかけた状態を保持して、蓄冷材の蓄冷器外部への流出を防いでいる。詳細には、特許文献２の蓄冷器は、複数個の箱状のリテーナと、前記リテーナを付勢するバネを内蔵し、複数個の前記リテーナの中に蓄冷材がそれぞれ充填されている。また、この蓄冷器は、作動ガスを蓄冷材に対して均一に接触させるためのディストリビュータを有していない。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９６５８７号公報
【特許文献２】特開平７−２６９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の蓄冷器によれば、蓄冷材の摩耗又は破損によって蓄冷材粒子同士の隙間が拡大することにより、蓄冷材がガス流動に伴って動きやすくなる。これによって、特許文献１の蓄冷器によれば、比較的薄い（実施例では数ｍｍ）フィルタは傾いて、フィルタの周囲から蓄冷材が漏れ、蓄冷器外部への流出が起こるおそれが生じるという問題がある。
【０００６】
特許文献２の蓄冷器によれば、蓄冷材を箱状のリテーナに充填することによって、特許文献１の問題の解消を図り、さらにバネにより、リテーナを介して蓄冷材に与圧を与えることにより蓄冷材粒子の摩耗、破損による粒間の隙間拡大を抑えている。しかし、この与圧を与えるバネを設置することにより、蓄冷器の内部空間において、低温側、高温側共にデッドスペースが拡大し冷凍性能を低下させる問題がある。加えて、特許文献２の蓄冷器は、ディストリビュータを有していないため、特に、作動ガスの流れ方向に直交する方向に関して、作動ガスが蓄冷材に対して均一に供給されにくいという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、蓄冷材の流動が防止され、蓄冷器内のデッドスペースが低減され、冷凍性能が向上される蓄冷器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の視点において、作動ガスが流通する内部空間に粒状の蓄冷材が充填された蓄冷器であって、前記内部空間に、前記作動ガスを分配するための複数の分岐流路を備えたディストリビュータと、前記ディストリビュータと前記粒状の蓄冷材の間に少なくとも配置され該蓄冷材を押さえると共に前記作動ガスが通過可能なリテーナと、を内蔵し、前記ディストリビュータは、前記リテーナを前記粒状の蓄冷材に向かって付勢するよう分散して配置された複数の弾性部材を内蔵する、ことを特徴とする蓄冷器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作動ガスを蓄冷材に対して分配するディストリビュータを設けたことにより、作動ガスが蓄冷材に対して均一に供給され、冷凍性能が向上する。さらに、本発明によれば、蓄冷材を与圧する弾性部材をディストリビュータ内に分散配置することにより、蓄冷器のデッドスペースとなるバネを設置するための空間を大幅に低減することができ、デッドスペースの増加による冷凍性能の低下を低減することができる。さらに、本発明によれば、弾性部材が複数個、蓄冷器面で分散配置されることにより、弾性部材から付勢されるリテーナの面に加わる荷重（面圧）が分散され、従来に比べて、リテーナ面を薄くすることができ、蓄冷器内のデッドスペースをさらに低減することができる。また、本発明によれば、リテーナの構造を簡素化することができると共に、リテーナに均等な荷重が加わるため、リテーナ、さらに蓄冷器の耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、蓄冷器の高圧作動ガス流入出部に複数個の穴（複数の分岐流路）が開いたディストリビュータをそれぞれ配置し、そのディストリビュー夕の蓄冷器内部端面に複数箇所の座ぐりを設けて、そこに蓄冷材に与圧をかけるための小型のコイルバネ（弾性部材）をそれぞれ挿入して分散配置し、或いは複数の分岐流路に複数のコイルバネを分散配置し、このディストリビュータと蓄冷材の間に多孔質材または金網などから形成したリテーナを設ける。好ましくは、前記座ぐりを前記分岐流路の一部とする。また、好ましくは、リテーナには、筒状の蓄冷器内面に隙間無く接触するよう形成された、筒状の蓄冷器の軸方向長さが数ｍｍ以上のガイド部を設ける。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態において、前記複数の弾性部材は、前記作動ガスの流通方向ないし蓄冷器の軸方向に直交する面上で分散配置される。これによって、弾性部材から付勢されるリテーナに加わる荷重が分散され、リテーナを薄くすることができ、蓄冷器内のデッドスペースをさらに低減することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ディストリビュータにおいて、前記複数の分岐流路のうち少なくとも一部に、前記複数の弾性部材がそれぞれ収容されて分散配置される。これによって、デッドスペースがさらに低減される。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ディストリビュータの本体に形成された複数の座ぐりに前記複数の弾性部材がそれぞれ内蔵されて分散配置される。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記蓄冷器の前記内部空間へ前記作動ガスを導入するための流路が、前記ディストリビュータに向かって拡開してなる。これによって、作動ガスが蓄冷材に対して均一に分配され、冷凍性能が向上される。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ディストリビュータを、複数の小型コイルバネを保持できるステンレス等から形成する。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、ディストリビュータ内に配置する複数の弾性部材、例えば、複数の小型コイルバネを、蓄冷器面内で均等に蓄冷材を与圧できるように軸対称的に配置する。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態によれば、リテーナは、作動ガスを通過させる多孔質な端面と、蓄冷器の内面と摺接するガイド部から構成される。
【実施例１】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。
【００１９】
図１を参照すると、流路４，１３を通じて作動ガス（例えば、Ｈｅガス）が流通する内部空間に粒状の蓄冷材９ａ，９ｂ（例えば、径約０．２ｍ）が充填された筒状の蓄冷器１は、その内部空間に、作動ガスを分配するための複数の分岐流路５，１２を備えたディストリビュータ６，１０と、ディストリビュータ６，１０と蓄冷材９ａ，９ｂの間にそれぞれ配置され蓄冷材９ａ，９ｂをそれぞれ押さえると共に作動ガスが通過可能なリテーナ８ａ，８ｃと、を内蔵している。さらに、蓄冷材９ａ，９ｂの間には、リテーナ８ｂが挟められている。リテーナ８ａ，８ｂ，８ｃは、作動ガスを通過させる多孔質材から形成され、蓄冷器１の内周面と隙間なく摺接するガイド部１４をそれぞれ備えている。リテーナ８ａ，８ｂ，８ｃは、作動ガスが通過する部分を多孔質材または金網等から形成することができる。
【００２０】
蓄冷器１の作動ガス流出入部にそれぞれ配置されたディストリビュータ６，１０は、少なくともリテーナ８ａ，８ｃを蓄冷材９ａ，９ｂに向かって付勢する複数の小型コイルバネ７，１１をそれぞれ内蔵している。
【００２１】
小型コイルバネ７、１１はそれぞれ、ディストリビュータ６，１０において、複数の分岐流路５，１２のうち少なくとも一部に収容されて、作動ガスの流通方向ないし蓄冷器１の軸方向に直交する面上で分散配置され、少なくともリテーナ８ａ，８ｃの各々に荷重を与えて、蓄冷材９ａ，９ｂを押さえつける役割をしている。なお、複数の分岐流路５，１２は、ディストリビュータ６，１０をそれぞれ軸方向に連通している。
【００２２】
蓄冷器１の内部空間へ作動ガスを導入するための流路４，１３は、作動ガスの分配能が向上するよう、ディストリビュータ６，１０に向かってそれぞれ拡開して、複数の分岐流路５，１２にそれぞれ作動ガスを導入する。
【００２３】
以上説明した本発明の実施例１に係る蓄冷器の動作を説明する。なお、以下の説明においては、図１中上部を高温側２、同下部を低温側３とする。
【００２４】
引き続き図１を参照すると、高温側２の流路４より導入された作動ガスは、高温側２のディストリビュータ６で分散されて複数の分岐流路５に入り、さらにリテーナ８ａを通過して、蓄冷材９ａと接触する。続いて、作動ガスは、リテーナ８ｂ、蓄冷材９ｂ、リテーナ８ｃを通過して、低温側３のディストリビュータ１０が備える複数の分岐流路１２を通って低温側３の流路１３で合流して蓄冷器１から流出する。また、低温側３からの作動ガスは蓄冷材９ｂ，９ａと接触しながら逆方向に流れる。
【００２５】
この作動ガスの往復動流により蓄冷材９ａ、９ｂは動かされ、蓄冷材９ａ、９ｂ同士がそれぞれ相互に接触し、摩耗することによって隙間が生じる。このとき、複数の小型コイルバネ７，１１によって、少なくともリテーナ８ａ，８ｃはそれぞれ均一に付勢されているため、蓄冷材９ａ、９ｂに荷重がかかり蓄冷材９ａ、９ｂの自由な動きは規制される。
【００２６】
また、複数の小型コイルバネ７，１１は、ディストリビュータ６，１０に内蔵されているため、配置に大きな空間を必要としない。このため冷凍性能を低下させる要因となる蓄冷器１内のデッドスペースを低減できる。
【００２７】
特に、本実施例によれば、複数の小型コイルバネ７，１１を分岐流路６，１０内に設置することにより、バネの設置スペースと作動ガスの流路が一体となるため、デッドスペースをさらに抑えて、蓄冷材９ａ，９ｂの収容空間をさらに拡大することができる。
【００２８】
また、複数の小型コイルバネ７，１１はリテーナ８ａ，８ｃの端面に対して、それぞれ分散配置されているため、同端面に均等に荷重がかかり、荷重を受けるリテーナ８ａ，８ｃを薄く作製することができる。これにより、リテーナ８ａ，８ｃを小型化し、蓄冷器１内のデッドスペースをより低減することができる。
【００２９】
図２は、図１の蓄冷器において、複数の小型コイルバネ７，１１の分散配置の一例を示す模式図であって、ディストリビュータ６，１０の軸方向断面を示している。図２中、黒丸は小型コイルバネ７，１１が配置されている分岐流路５，１２を示し、白丸は小型コイルバネ７，１１が配置されていない分岐流路５，１２を示している。
【００３０】
図２を参照すると、複数の小型コイルバネ７，１１は、ディストリビュータ６，１０にそれぞれ形成された複数の分岐流路５，１２のうちの一部に分散配置されていれば十分である。
【実施例２】
【００３１】
本発明の実施例２に係る蓄冷器の説明においては、前記実施例１に係る蓄冷器と同様の構造、動作及び効果を有する点について、適宜前記実施例１の記載を参照することができるものとし、以下、主として、前記実施例１との相違点について説明する。
【００３２】
図３は、本発明の実施例２に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。図３を参照すると、実施例２に係る蓄冷器１においては、ディストリビュータ６，１０本体の蓄冷器１内側端面に、複数の分岐流路５，１２とは別に、複数の座ぐり６ａ，１０ａがそれぞれ形成されている。複数の座ぐり６ａ，１０ａには、複数の小型コイルバネ７，１１がそれぞれ内蔵されて、作動ガスの流通方向ないし蓄冷器１の軸方向に直交する面上で分散配置している。
【実施例３】
【００３３】
本発明による蓄冷器は、前記実施例１又は２の固定式の蓄冷器だけではなく、ＧＭ冷凍機やスターリングの冷凍機のように可動するディスプレーサの内部に作成した蓄冷器にも適用することができる。以下、その実施例を説明する。図４は、本発明の実施例３に係り、本発明の蓄冷器がディスプレーサに適用された例を説明する断面図である。
【００３４】
なお、本発明の実施例３に係る蓄冷器の説明においては、前記実施例１に係る蓄冷器と同様の構造、動作及び効果を有する点について、適宜前記実施例１の記載を参照することができるものとし、以下、主として、前記実施例１との相違点について説明する。
【００３５】
図４を参照すると、往復動するディスプレーサ１５の内部に、前記実施例１と同様な図１に示した蓄冷器１が構成されており、ディスプレーサ１５の内部において、高温側のディストリビュータ６が備える複数の分岐流路５の一部に複数の小型コイルバネ７がそれぞれ設置され、低温側のディストリビュータ１０が備える複数の分岐流路１２の一部に複数の小型コイルバネ１１がそれぞれ設置されている。また、中間のリテーナ８ｂ，８ｂの間にも、蓄冷材９ｃが充填されている。
【実施例４】
【００３６】
本発明の蓄冷器をパルス管型冷凍機の冷凍部に適用した例を説明する。図５は、本発明による蓄冷器が適用されるパルス管型冷凍機のシステムを示すブロック図である。図５を参照すると、このパルス管型冷凍機１９において、本発明による蓄冷器１は温度範囲が８０Ｋ以下となる低温側の二段目蓄冷器１として使用されている。
【００３７】
詳細には、このパルス管型冷凍機１９は、コンプレッサ２５と、それに接続された高圧側及び低圧側切換弁２６，２７とから構成される圧力振動発生部２０と、圧力振動発生部２０に接続された冷凍部２４と、を有している。冷凍部２４は、一段目及び二段目パルス管２２，２３と、一段目及び二段目パルス管２２，２３と、一段目及び二段目蓄冷器２１，１から構成される多段蓄冷器と、を有している。また、冷凍部２４は、絞り２８〜３１を介して、作動ガスの圧力変動と作動ガスの位置変動の位相をずらして実質的な熱輸送を発生させるためのバッファ３２，３３に接続されている。
【００３８】
一段目のパルス管２２は、一段目と二段目の蓄冷器２１，１の間、すなわち、本発明による蓄冷器１の高温側の流路４に接続されている。二段目のパルス管２３は、二段目の蓄冷器１の低温側の流路１３に接続されている。例えば、一段目の蓄冷器２１の高温側は約３００Ｋ（室温）、二段目の蓄冷器１の高温側の流路４は約８０〜６０Ｋ、二段目の蓄冷器１の低温側の流路１３は約２０〜４Ｋに設定される。
【００３９】
パルス管型冷凍機１９によれば、圧力振動発生部２０から作動ガスが冷凍部２４に導入されると共に、パルス管２２，２３内の作動ガスに圧力振動が付与されて熱音響効果による寒冷が発生し、これが蓄冷器２１，１に伝達され、蓄冷器２１，１内を作動ガスが往復動することにより、作動ガスは蓄冷器２１，１内の蓄冷材に熱を奪われる動作と熱を吐き出す動作が連続的に行われ、この結果、蓄冷器２１，１の両側が上記のような温度に維持される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の蓄冷器は、蓄冷型極低温冷凍機に適用される。また、本発明の蓄冷器は、パルス管型冷凍機などの、蓄冷器が固定の冷凍機に適用される。或いは、本発明の蓄冷器は、ＧＭ型冷凍機、又はスターリング型冷凍機のように可動なディスプレーサ内に構成される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。
【図２】図１の蓄冷器において、複数の小型コイルバネの分散配置の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例２に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る蓄冷器の構造を示す断面図である。
【図５】本発明による蓄冷器が適用されるパルス管型冷凍機のシステムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  蓄冷器
２  蓄冷器の高温側
３  蓄冷器の低温側
４，１３  作動ガスの流路
５，１２  分岐流路
６，１０  ディストリビュータ
６ａ，１０ａ  座ぐり
７，１１  小型コイルバネ（弾性部材）
８ａ，８ｂ，８ｃ  リテーナ
９ａ，９ｂ，９ｃ  蓄冷材
１４  ガイド部
１５  ディスプレーサ
１９  パルス管型冷凍機
２０  圧力振動発生部
２１，１  一段目及び二段目蓄冷器
２２，２３  一段目及び二段目パルス管
２４  冷凍部
２５  コンプレッサ
２６，２７  高圧側及び低圧側切換弁
２８〜３１  絞り
３２，３３  バッファ
【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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