(57)【要約】【課題】製造コストが安く、且つ効率良く冷却できる極低温用の冷却装置を提供する。【解決手段】円筒状の外形をもつ圧縮機２ａと、これと同等の円筒状の内面を有する一体型の圧縮機用放熱器３ａとを備える。一体型圧縮機用放熱器３ａは、その外面に、平行で高密度のフィンからなるフィン群を複数箇所に備え、下部に、円周の一部を分離する間隔部と固定用締付け部３４とを有する。間隔部の間隔を固定用締付け部３４へのねじ３６のねじ込み具合で調節できるので、圧縮機２ａへの嵌め合わせが容易になり、圧縮機２ａへの密着固定が容易に且つ確実に実行できる。【選択図】        図１
2004333015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部および制御部と、を同一筐体内に収納して構成される冷却装置であって、
前記圧縮機として円筒状の外形を有する圧縮機を備え、
この圧縮機の放熱器として、その内面が圧縮機の円筒状の外形の直径と同等の直径を有する円筒状であり、その外面には円筒状の外形の中心軸に平行な複数の放熱フィンを備え、その下部に前記中心軸に平行な間隔部を有し、この間隔部を挟む両端部の外側に間隔部の幅を調節するための固定用締付け部を備え、且つ熱伝導性に優れた材料からなる一体型の圧縮機用放熱器を備えている、
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記放熱フィンを、少なくとも、前記中心軸を含む水平面を中心としてその上下に配した水平面に平行な２組のフィン群と、前記中心軸を含み且つ前記水平面に対して４５度の傾きをもつ２つの面に平行な４組のフィン群と、で構成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種センサーや通信用デバイス等を小型冷凍機によって極低温に冷却する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線センサーや磁気センサーを例えば液体窒素温度のような極低温に冷却すると、その検出感度が向上する。このため、これらのセンサーに極低温発生用小型冷凍機を組み合わせて、これらのセンサーを防災・警備用暗視装置や生体磁気計測装置等へ適用することが今後拡大するものと期待されている。また、通信デバイスをそのような極低温に冷却すると、その対雑音比が向上するので、それらのデバイスの小型化、低損失化が可能となる。したがって、このような冷却性能を有する小型冷凍機を用いた冷却装置は移動体通信やサブミリ波、ミリ波の通信デバイスの高性能化にも有効である。このような理由から、近年、各種センサーや通信用デバイス等を液体窒素温度近傍の極低温まで冷却できる小型冷凍機を用いた冷却装置の開発が積極的に推進されている。
【０００３】
図５および図６は、このような冷却装置の従来例の上部の構成を示し、図５は筐体内部の正面図、図６は筐体内部の側面図である。
筐体１は屋外据付けのために防雨構造となっており、筐体１の内部は仕切板６で上下に分けられている。図５および図６は、仕切り板６より上の部分だけを示した図である。極低温を発生するための冷凍機は、圧縮機２と膨張機４と膨張機４の下部に配されている不図示の真空容器とで構成され、これらを運転、制御するための電源部および制御部は、図示されていないが、仕切板６の下側の空間に収納されている。冷却対象となるセンサー等は真空容器に収納される。
【０００４】
特に発生する熱量の大きい圧縮機２および膨張機４が、仕切板６より上の空間に配置され、発生熱による温度上昇を抑制するために、圧縮機２の外面には７個の圧縮機用放熱ユニット３が取り付けられ、膨張機４の外側面には１対の膨張機用放熱器５が取り付けられている。圧縮機用放熱ユニット３への熱の伝達を良くするため、圧縮機２の外面の軸方向の中央部（放散熱量の特に多い部分）には、軸方向に垂直な断面が正八角形になる多面体形状部２１が形成されており、この多面体形状部２１の下辺を除く７辺のそれぞれに、伝熱グリース等の伝熱材を介して、高い密度にフィンを備えた圧縮機用放熱ユニット３がねじ３１によって取り付けられている。これらの放熱手段に効果的に冷却用の外気を流通させるために、放熱手段の外側を覆って風洞７が配置され、風洞７の一端には風洞７内に冷却用の外気を吸い込ませるファン８が配置されている。圧縮機用放熱ユニット３および膨張機用放熱器５のフィンは圧縮機２の軸方向と同じ方向を長さ方向とし、風洞７はこの方向の両側を開口部としている。風洞７は、直射日光等によって温度上昇する筐体１からの熱が更に内部へ侵入することを抑制する働きもする。
【０００５】
なお、上記のように、この種の冷却装置において、発熱量の大きい圧縮機等を分離配置してこれらを強制冷却するようにしたものとしては、例えば、特開２００１−３０４７１１号公報に記載のものが知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
先行特許文献：特開２００１−３０４７１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
極低温用の冷凍機の圧縮機は、小型で比較的大きな発熱量を有するので、その熱量を効果的に放散するために、放熱手段のフィンの密度を最大限に大きくしている。上記した従来の冷却装置においては、圧縮機の外形を多面体形状にして、個々の面にフィン密度を高くできる平行フィンを有する放熱ユニットをねじで取り付けている。しかし、圧縮機の外形を多面体形状に加工することおよびそこにねじ孔を加工することは多くの加工工数を必要とし、また多面体形状部にそれぞれの放熱ユニットを別々にねじで固定することも多くの組立工数を必要とする。
【０００８】
この発明の課題は、上記のように多くの加工工数および組立工数を必要としなくて製造コストが安く、且つ効率良く冷却できる極低温用の冷却装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、圧縮機と膨張機と被冷却体を収納する真空容器とを備える冷凍機と、これらを運転制御する電源部および制御部と、を同一筐体内に収納して構成される冷却装置であって、前記圧縮機として円筒状の外形を有する圧縮機を備え、この圧縮機の放熱器として、その内面が圧縮機の円筒状の外形の直径と同等の直径を有する円筒状であり、その外面には円筒状の外形の中心軸に平行な複数の放熱フィンを備え、その下部に前記中心軸に平行な間隔部を有し、この間隔部を挟む両端部の外側に間隔部の幅を調節するための固定用締付け部を備え、且つ熱伝導性に優れた材料からなる一体型の圧縮機用放熱器を備えている。
【００１０】
圧縮機の外形が円筒形であるので、圧縮機の外形加工は単純な旋盤加工となり、圧縮機の加工工数が大幅に低減する。また、放熱器の内面の形状を圧縮機の外形形状に合わせて円筒状にしており、且つ放熱器の下部に中心軸に平行な間隔部を有し、この間隔部を挟む両端部の外側に間隔部の幅を調節するための固定用締付け部を備えているので、間隔部の幅を広げることで圧縮機に放熱器を装着することが容易になり、且つ、間隔部の幅を狭めることによって、放熱器の内面を圧縮機の外面に押し付けて密着させ、熱伝導の良い状態に固定することができ、圧縮機が発生する熱を効率良くフィンに伝えることができる。間隔部の幅は、例えば固定用締付け部のねじの締め具合を調節することによって容易に調節できる。更に、放熱器が一体型であるから、放熱器の取付け工数は少なくて済む。
【００１１】
請求項２の発明は、前記放熱フィンを、少なくとも、前記中心軸を含む水平面を中心としてその上下に配した水平面に平行な２組のフィン群と、前記中心軸を含み且つ前記水平面に対して４５度の傾きをもつ２つの面に平行な４組のフィン群と、で構成する。
放熱フィンを、加工が容易でフィン密度を高くできる平行配置のフィン群を複数箇所に配置することによって構成しているので、高いフィン密度のフィンを備えた圧縮機用放熱器を得ることができる。また、圧縮機が配置される空間の軸方向に垂直な断面形状は正方形または矩形となるので、この形状内に、平行なフィンで構成されるフィン群を複数箇所に配置する場合には、フィンの先端の包絡線をできるだけその形状に近づけることによって、形成できるフィンの数を多くすることができる。しかし、放熱器に必要な可撓性の確保も勘案すると、前記包絡線を八角形とするのが最も実用的である。八角形の内、圧縮機の下面には膨張機が配置されるのでフィン群を配置することはできず、上面には大きさの制限からフィンが配置されないこともあるので、少なくとも水平方向の両側および水平から４５度傾いた方向の４箇所にフィンが配置されることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明による冷却装置の特徴は、圧縮機の外形が円筒状に加工されていること、および、圧縮機用の放熱器が、円筒状の内面を有し、圧縮機の外面に嵌め合わされた後に間隔部の締め付けで圧縮機に密着固定される一体型の放熱器であること、である。
以下において、この発明による冷却装置の実施の形態について実施例を用いてより詳しく説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号をつける。
【００１３】
図１および図２は、この発明による冷却装置の実施例の上部の構成を示し、図１は筐体内部の正面図、図２は筐体内部の側面図であり、それぞれ従来例の図５および図６に対応する。
筐体１は屋外据付けのために防雨構造となっており、筐体１の内部は仕切板６で上下に分けられている。図１および図２は、仕切り板６より上の部分だけを示した図である。極低温を発生するための冷凍機は、圧縮機２ａと膨張機４と膨張機４の下部に配されている不図示の真空容器とで構成され、これらを運転、制御するための電源部および制御部は、図示されていないが、仕切板６の下側の空間に収納されている。冷却対象となるセンサー等は真空容器に収納される。
【００１４】
特に発生する熱量の大きい圧縮機２ａおよび膨張機４が、仕切板６より上の空間に配置され、発生熱による温度上昇を抑制するために、圧縮機２ａの外面には一体型の圧縮機用放熱器３ａが取り付けられ、膨張機４の外側面には１対の膨張機用放熱器５が取り付けられている。これらの放熱手段に効果的に冷却用の外気を流通させるために、放熱手段の外側を覆って風洞７が配置され、風洞７の一端には風洞７内に冷却用の外気を吸い込ませるためのファン８が配置されている。一体型圧縮機用放熱器３ａおよび膨張機用放熱器５のフィンは圧縮機２の軸方向と同じ方向を長さ方向とし、風洞７はこの方向の両側を開口部としている。風洞７は、直射日光等によって温度上昇する筐体１からの熱が更に内部へ侵入することを抑制する働きもする。
【００１５】
図３は、実施例の一体型圧縮機用放熱器３ａの構造を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図４は、この一体型圧縮機用放熱器３ａを圧縮機２ａに装着する方法を示し、（ａ）は装着方向を示す正面図、（ｂ）は装着された状態を示す正面図である。
圧縮機２ａの外形は、図４（ａ）に示すように、加工が最も容易な円筒状である。一体型圧縮機用放熱器３ａは、熱伝導率の高いアルミや銅を材料とし、型による引き抜き加工等によって一体に成形される。その外面には、円筒の中心軸を含む水平面に平行でその上下に配置された１０枚のフィンからなる２つの側面のフィン群と円筒の中心軸を含み水平面から４５度傾いている２つの面の両側に平行に配置された４つの斜め配置のフィン群と円筒の中心軸を含む垂直面に平行でその両側に配置された１０枚のフィンからなる上部のフィン群とを備え、これらのフィン群を基盤部３２で一体化している。基盤部３２の内面は圧縮機２ａの外形に合わせた円筒状である。図３（ａ）では、上記のフィン群を総称してフィン部３３と記している。更に、一体型圧縮機用放熱器３ａは、その下部に、円周の一部を長さ方向に分離する間隔部３５を有し、間隔部３５を挟む両端の外側の膨張機４を接続する部分の外側に、間隔部３５の間隔を調節して一体型圧縮機用放熱器３ａの内面を圧縮機２ａの円筒状の外面に嵌め合わせて密着・固定させるための固定用締付け部３４を備えている。対向する固定用締付け部３４の間隔はねじ３６によって調節される。
【００１６】
図４（ａ）に示したように、一体型圧縮機用放熱器３ａが圧縮機２ａの外側に嵌め合わされる際には、ねじ３６を緩めて、嵌め合わせを容易にする。図４（ｂ）に示したように嵌め合わせが完了した後、ねじ３６を締めつけて、一体型圧縮機用放熱器３ａの内面を圧縮機２ａの円筒状の外面に密着・固定させる。なお、この嵌め合わせの際には、接触面に伝熱グリース等の伝熱材を塗布して熱抵抗をできる限り少なくする。この説明からも明らかなように、この実施例の場合には、圧縮機に放熱器を装着する作業がきわめて簡単な作業になり、しかも両者間には優れた熱伝導状態が得られる。
【００１７】
上記の実施例においては、放熱器の上部にもフィンを配置しているが、装置の大きさに制限がある場合には、これを無くして放熱器の上面を風洞に接触させ、風洞に放熱フィンの機能を兼ねさせることも有効である。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、圧縮機の外形を円筒形としているので、圧縮機の外形加工は単純な旋盤加工となり、圧縮機の加工工数が大幅に低減する。また、放熱器の内面の形状を圧縮機の外形形状に合わせて円筒状にしており、且つ放熱器の下部に中心軸に平行な間隔部を有し、この間隔部を挟む両端部の外側に間隔部の幅を調節するための固定用締付け部を備えているので、間隔部の幅を広げることで圧縮機に放熱器を装着することが容易になり、且つ、間隔部の幅を狭めることによって、放熱器の内面を圧縮機の外面に押し付けて密着させ、熱伝導の良い状態に固定することができ、圧縮機が発生する熱を効率良くフィンに伝えることができる。更に、放熱器が一体型であるから、放熱器の取付け工数は少なくて済む。
【００１９】
したがって、この発明によれば、加工工数および組立工数が少なくなるので、製造コストが安く且つ効率良く冷却できる極低温用の冷却装置を提供することができる。
請求項２の発明においては、放熱フィンを、加工が容易な平行配置のフィン群を複数箇所に配置することによって構成しているので、高いフィン密度のフィンを備えた圧縮機用放熱器を得ることができる。また、圧縮機が配置される空間の軸方向に垂直な断面形状は正方形または矩形となるので、この形状内に、平行なフィンで構成されるフィン群を配置する場合には、フィンの先端の包絡線をできるだけその形状に近づけることによって、形成できるフィンの数を多くすることができる。しかし、放熱器に必要な可撓性の確保も勘案すると、前記包絡線を八角形とするのが最も実用的である。八角形の内、圧縮機の下面には膨張機が配置されるのでフィン群を配置することはできず、上面には大きさの制限からフィンが配置されないこともあるので、少なくとも水平方向の両側および水平から４５度傾いた方向の４箇所にフィン群が配置されることになる。
【００２０】
したがって、この発明によれば、実用的には最も効率よく冷却できる冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による冷却装置の実施例の構成を示す装置上部の内部正面図
【図２】この発明による冷却装置の実施例の構成を示す装置上部の内部側面図
【図３】実施例の圧縮機用放熱器の構造を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図
【図４】実施例の圧縮機用放熱器を圧縮機に装着する方法を示し、（ａ）は装着方向を示す正面図、（ｂ）は装着された状態を示す正面図
【図５】従来技術による冷却装置の一例の構造を示す装置上部の内部正面図
【図６】従来技術による冷却装置の一例の構造を示す装置上部の内部側面図
【符号の説明】
１  筺体
２、２ａ  圧縮機
２１  多面体形状部
３  圧縮機用放熱ユニット
３１  ねじ
３ａ  一体型圧縮機用放熱器
３２  基盤部                    ３３  フィン部
３４  固定用締付け部            ３５  間隔部
３６  ねじ
４  膨張機
５  膨張機用放熱器
６  仕切板
７  風洞
８  ファン
【図１】
2004333015.tif 000003
【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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