(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張機と、圧縮機と、前記圧縮機を前記膨張機に接続する接続管と、を備え、
前記膨張機は、
中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス膨張空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス圧縮空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、
前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備え、
前記接続管は、
一端にて前記圧縮機に接続され、他端に分岐部を備える主管と、
前記分岐部で前記主管から分岐する第１枝管と、
前記分岐部で前記主管から分岐する第２枝管と、を備え、
前記容器部分は、前記中心軸に対して一方側に形成され前記第１枝管に接続される第１接続口と、前記中心軸に対して他方側に形成され前記第２枝管に接続される第２接続口と、を備え、
前記第１接続口は、前記作動ガス圧縮空間を径方向内向きに流れて前記作動ガス圧縮空間の中心部に向かう第１ガス流れを生成するように前記容器部分に形成され、
前記第２接続口は、前記第１ガス流れとは反対向きに前記作動ガス圧縮空間を径方向内向きに流れて前記作動ガス圧縮空間の中心部に向かう第２ガス流れを生成するように前記容器部分に形成されていることを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
前記容器部分は、前記中心軸まわりに延在する側壁部を備え、
前記第１接続口と前記第２接続口とは、前記中心軸を挟んで向かい合うように前記側壁部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスターリング冷凍機。
【請求項３】
前記膨張機は、前記中心軸に沿って延在するディスプレーサをさらに備え、
前記ディスプレーサは、軸方向一端側にて前記作動ガス膨張空間に面し、軸方向他端側にて前記作動ガス圧縮空間に面するディスプレーサヘッドを備え、
前記蓄冷器は、前記中心軸の方向における前記ディスプレーサの往復移動を案内するよう前記ディスプレーサヘッドの周囲に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスターリング冷凍機。
【請求項４】
膨張機と、少なくとも１つの圧縮機と、前記少なくとも１つの圧縮機を前記膨張機に接続する少なくとも１つの接続管と、を備え、
前記膨張機は、
中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス圧縮空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス膨張空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、
前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備え、
前記容器部分は、前記中心軸に対して一方側に形成され前記接続管に接続される第１接続口と、前記中心軸に対して他方側に形成され前記接続管に接続される第２接続口と、を備え、
前記第１接続口は、前記作動ガス圧縮空間を径方向内向きに流れて前記作動ガス圧縮空間の中心部に向かう第１ガス流れを生成するように前記容器部分に形成され、
前記第２接続口は、前記第１ガス流れとは反対向きに前記作動ガス圧縮空間を径方向内向きに流れて前記作動ガス圧縮空間の中心部に向かう第２ガス流れを生成するように前記容器部分に形成されていることを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項５】
前記膨張機は、前記作動ガス圧縮空間から前記蓄冷器に流入する作動ガスを冷却するために前記蓄冷器の他端側に配置された放熱器を備え、
前記容器部分は、前記作動ガス圧縮空間を挟んで前記放熱器の底面と向かい合う底壁部を備え、
前記第１接続口および前記第２接続口はそれぞれ、前記第１ガス流れおよび前記第２ガス流れを前記作動ガス圧縮空間に直接流入させるように、前記中心軸の方向に前記放熱器の底面と前記底壁部との間において前記容器部分に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のスターリング冷凍機。
【請求項６】
膨張機と、少なくとも１つの圧縮機と、前記少なくとも１つの圧縮機を前記膨張機に接続する少なくとも１つの接続管と、を備え、
前記膨張機は、
中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス圧縮空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス膨張空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、
前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備え、
前記容器部分は、前記接続管に接続される複数の接続口を備え、前記複数の接続口は、各々が前記作動ガス圧縮空間を径方向内向きに流れて前記作動ガス圧縮空間の中心部に向かう複数の作動ガス流れを生成するように前記容器部分に形成されていることを特徴とするスターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリング冷凍機の一種として、圧縮機の可動部と膨張機の可動部とが機械的に連結されていないスプリット式スターリング冷凍機が知られている。スプリット式スターリング冷凍機は、圧縮機と、膨張機と、圧縮機を膨張機に接続する接続管とを有する。接続管は膨張機の側部に接続され膨張機の作動ガス受入室に連通される。膨張機には蓄冷器が設けられている。作動ガスは接続管の出口から作動ガス受入室を経由して蓄冷器に流入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１２１１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮機から膨張機に作動ガスが流入するとき、接続管の出口から作動ガス受入室に作動ガスが噴出する。噴出したガスはその勢いによって、ガス受入室のある領域、例えば接続管出口と反対側の領域に向かう。よって、その領域から蓄冷器に流入するガス流量は、他の領域、例えば接続管の側の領域から蓄冷器に流入するガス流量よりも多くなりうる。このようにして、蓄冷器内に偏流が生成される。すなわち、蓄冷器内にガスの流量が比較的多い場所と比較的少ない場所とが生まれ、その結果、これら領域間には温度差が生じうる。このような不均一な蓄冷器温度分布は、蓄冷器の性能低下の原因となる。偏流は、冷凍機の運転周波数が高い場合や冷凍機が大型である場合に顕著となりうる。
【０００５】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、スターリング冷凍機の蓄冷器に生じうる作動ガスの偏流を緩和することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、膨張機と、圧縮機と、前記圧縮機を前記膨張機に接続する接続管と、を備えるスターリング冷凍機が提供される。前記膨張機は、中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス膨張空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス圧縮空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備える。前記接続管は、一端にて前記圧縮機に接続され、他端に分岐部を備える主管と、前記分岐部で前記主管から分岐する第１枝管と、前記分岐部で前記主管から分岐する第２枝管と、を備える。前記容器部分は、前記中心軸に対して一方側に形成され前記第１枝管に接続される第１接続口と、前記中心軸に対して他方側に形成され前記第２枝管に接続される第２接続口と、を備える。
【０００７】
本発明のある態様によると、膨張機と、少なくとも１つの圧縮機と、前記少なくとも１つの圧縮機を前記膨張機に接続する少なくとも１つの接続管と、を備えるスターリング冷凍機が提供される。前記膨張機は、中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス圧縮空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス膨張空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備える。前記容器部分は、前記中心軸に対して一方側に形成され前記接続管に接続される第１接続口と、前記中心軸に対して他方側に形成され前記接続管に接続される第２接続口と、を備える。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スターリング冷凍機の蓄冷器に生じうる作動ガスの偏流を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機を概略的に示す図である。
【図２】本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機の膨張機を概略的に示す断面図である。
【図３】あるスターリング冷凍機の膨張機を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るスターリング冷凍機の膨張機を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明のある実施形態に係るスターリング冷凍機１０を概略的に示す図である。スターリング冷凍機１０は、圧縮機１１、接続管１２、及び膨張機１３を備える。スターリング冷凍機１０は、スプリット式のスターリング冷凍機である。
【００１３】
圧縮機１１は、圧縮機ケース１４を備える。圧縮機ケース１４は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。作動ガスは例えばヘリウムガスである。また、圧縮機１１は、圧縮機ケース１４に収容されている圧縮機ユニットを備える。圧縮機ユニットは圧縮機ピストン及び圧縮機シリンダを備えており、それらのうち一方は圧縮機ケース１４の中で往復移動するよう構成されている可動部材１５であり、他方は圧縮機ケース１４に固定されている静止部材である。圧縮機ユニットは、可動部材１５の中心軸に沿う方向に可動部材１５を圧縮機ケース１４に対して移動させるための駆動源を備える。圧縮機１１は、可動部材１５の往復移動を可能とするように可動部材１５を圧縮機ケース１４に支持する支持部１６を備える。可動部材１５は、ある振幅及び周波数で圧縮機ケース１４及び静止部材に対し振動する。この結果、圧縮機１１内の作動ガスの容積及び圧力も、特定の振幅および周波数で振動する。
【００１４】
圧縮機ピストンと圧縮機シリンダとの間に作動ガス室が形成されている。この作動ガス室は、上述の静止部材及び圧縮機ケース１４に形成されている連通路を通じて、接続管１２の一端に接続されている。接続管１２の他端は、膨張機１３の作動ガス受入室へと接続されている。こうして接続管１２により、圧縮機１１の作動ガス室が膨張機１３の作動ガス受入室に接続される。
【００１５】
膨張機１３は、図２を参照して後述するように、膨張機容器２０、ディスプレーサ２２、及び少なくとも１つの支持部４０を備える。
【００１６】
図２は、本発明のある実施形態に係る膨張機１３を概略的に示す図である。図２には膨張機１３の内部構造の概略を示す。
【００１７】
膨張機容器２０は、高圧の作動ガスを気密に保持するよう構成されている圧力容器である。この圧力容器は、内部を気密に保持するよう相互に連結された複数の容器部分から構成されていてもよい。ディスプレーサ２２は、膨張機容器２０の中で往復移動するよう構成されている可動部材である。支持部４０は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようにディスプレーサ２２を膨張機容器２０に支持する。
【００１８】
膨張機容器２０は、第１区画２４及び第２区画２６を備える。第１区画２４は、膨張機容器２０とディスプレーサ２２との間に形成される作動ガスの膨張空間２８及び圧縮空間３６を含む。膨張空間２８に隣接する膨張機容器２０の部分には、対象物を冷却するための冷却ステージ２９が設けられている。冷却ステージ２９はコールドヘッドとも呼ばれる。第２区画２６は、弾性部材３０を介してディスプレーサ２２を膨張機容器２０に支持するよう構成されている。
【００１９】
第２区画２６は、ディスプレーサ２２の往復移動方向（図において矢印Ｃで示す）において第１区画２４と隣接する。第２区画２６と第１区画２４との間にはシール部２５が設けられており、これにより第２区画２６は第１区画２４から仕切られている。よって、第１区画２４における作動ガスの圧力変動は、第２区画２６に伝わらないか、または第２区画２６における作動ガスの圧力にあまり影響しない。なお、第２区画２６は、接続管１２を流れる作動ガスの平均圧力と同等の圧力となるように、作動ガスと同種のガスが封入されている。
【００２０】
ディスプレーサ２２は、第１区画２４に収容されているディスプレーサヘッド３２と、ディスプレーサロッド３４と、を備える。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサヘッド３２より細い軸部である。ディスプレーサ２２はその往復移動方向に平行である中心軸（図において一点鎖線Ａで示す）を有しており、ディスプレーサヘッド３２及びディスプレーサロッド３４はディスプレーサ２２の中心軸に同軸に設けられている。ディスプレーサヘッド３２は内部に空洞を有しており、作動ガスと同種のガスで満たされている。
【００２１】
ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサヘッド３２からシール部２５を通って第２区画２６へと延在する。ディスプレーサロッド３４は、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするよう第２区画２６において膨張機容器２０により支持される。上述のシール部２５は例えば、ディスプレーサロッド３４と膨張機容器２０との間に形成されるロッドシールであってもよい。なお、ディスプレーサロッド３４もディスプレーサヘッド３２と同様に内部に空洞を有している。ディスプレーサロッド３４の空洞はディスプレーサヘッド３２の空洞と接続している。ディスプレーサロッド３４の末端が開放され、ディスプレーサ２２の内部空洞は第２区画２６に連通されていてもよい。
【００２２】
第１区画２４は、ディスプレーサヘッド３２を囲むシリンダ部を形成する。このシリンダ部の底面（すなわち冷却ステージ２９の内面）とディスプレーサヘッド３２の先端面３２ａとの間に膨張空間２８が形成されている。膨張空間２８は、ディスプレーサ２２の往復移動方向においてディスプレーサヘッド３２とディスプレーサロッド３４との接合部とは反対側に形成されている。この接合部とシール部２５との間には、膨張機１３における作動ガスの圧縮空間３６が形成されている。よって、ディスプレーサヘッド３２は、軸方向一端側にて膨張空間２８に面し、軸方向他端側にて圧縮空間３６に面する。圧縮空間３６は接続管１２を通じて圧縮機１１に接続される膨張機１３の作動ガス受入室である。
【００２３】
膨張機容器２０のシリンダ部には、ディスプレーサヘッド３２の径方向外側に隣接して蓄冷器３８が設けられている。ここで径方向は中心軸の方向に垂直な方向をいう。こうして蓄冷器３８は膨張機容器２０に収容されている。蓄冷器３８は、ディスプレーサ２２と同軸に軸方向に延在し、環状またはドーナツ状に形成されている。より具体的には、蓄冷器３８は、ディスプレーサヘッド３２の外周部においてディスプレーサ２２の長手軸を中心軸とする円筒形状の領域に位置するように、膨張機容器２０のシリンダ部の側面に備えられる。蓄冷器３８は蓄冷材として例えば、金網の積層構造を備える。膨張空間２８と圧縮空間３６との間の作動ガスの流通は蓄冷器３８を通じて可能である。膨張空間２８は、中心軸の方向において蓄冷器３８の一端側に位置し、圧縮空間３６は、中心軸の方向において蓄冷器３８の他端側に位置する。
【００２４】
軸方向において蓄冷器３８と圧縮空間３６の間には、蓄冷器３８に隣接して放熱器３７が設けられる。放熱器３７は例えば水冷式熱交換器である。放熱器３７も蓄冷器３８と同様に環状またはドーナツ状に形成されている。放熱器３７は蓄冷器３８とともにシリンダ部を形成する。
【００２５】
放熱器３７は、圧縮機１１から供給された作動ガスを冷却し、その熱を膨張機１３の外部へ放出するための熱交換を実現する。圧縮機１１から圧縮空間３６に供給される作動ガスは一般に室温より高い温度を有するので、放熱器３７は、この高温ガスを室温程度に冷却する。
【００２６】
放熱器３７は、ディスプレーサヘッド３２の周囲に配設されている。ディスプレーサヘッド３２の側面は放熱器３７の内壁部と摺動可能であり、それにより放熱器３７はディスプレーサヘッド３２の軸方向往復移動を案内することができる。圧縮空間３６と膨張空間２８との作動ガスの流通を妨げるシール部が、ディスプレーサヘッド３２の側面と放熱器３７の内壁部との間に形成されていてもよい。
【００２７】
また、軸方向において蓄冷器３８と冷却ステージ２９との間には、蓄冷器３８に隣接して低温熱交換器３９が取り付けられる。低温熱交換器３９は、ディスプレーサ先端部の周囲に配設されている。圧縮空間３６と膨張空間２８とを接続する作動ガス流路が放熱器３７、蓄冷器３８、及び低温熱交換器３９によって形成されている。径方向において蓄冷器３８とディスプレーサヘッド３２との間には微小なクリアランスが形成されていてもよい。同様に、径方向において低温熱交換器３９とディスプレーサヘッド３２との間には微小なクリアランスが形成されていてもよい。
【００２８】
膨張機１３は、ディスプレーサ２２の往復移動方向における複数の異なる位置で、ディスプレーサ２２の往復移動を可能とするようディスプレーサ２２を膨張機容器２０に支持する。そのために、膨張機１３は２つの支持部４０を備える。これら２つの支持部４０は第２区画２６に設けられている。また、蓄冷器３８及び放熱器３７は上述のように、中心軸の方向におけるディスプレーサ２２の往復移動を案内するようディスプレーサヘッド３２の周囲に配設されている。よって、蓄冷器３８及び放熱器３７もまた、ディスプレーサ２２の支持部を形成する。このようにして、中心軸に対するディスプレーサ２２の傾動を抑制することができる。
【００２９】
支持部４０は上述の弾性部材３０を備える。弾性部材３０は、ディスプレーサ２２が中立位置から変位するときディスプレーサ２２に弾性的復元力が作用するように、ディスプレーサロッド３４と膨張機容器２０との間に配設されている。これにより、ディスプレーサ２２は、弾性部材３０のバネ定数、作動ガスの圧力に起因するバネ定数、およびディスプレーサ２２の重量から定まる固有振動数で往復移動する。
【００３０】
弾性部材３０は例えば、少なくとも１つの板バネを含むバネ機構を備える。板バネはフレクシャベアリングとも呼ばれるバネであり、ディスプレーサ２２の往復移動方向に柔軟であり、往復移動方向に垂直な方向に剛である。したがって、弾性部材３０により、ディスプレーサ２２はその中心軸に沿う方向への移動が許容されているが、それと直交する方向への移動は規制されている。ディスプレーサロッド３４は、弾性部材取付部５１を介して弾性部材３０に固定される。
【００３１】
このようにして、ディスプレーサ２２と弾性部材３０とからなる振動系が構成されている。この振動系は、圧縮機１１の可動部材１５の振動と同一の周波数で当該振動と位相差を有してディスプレーサ２２が振動するよう構成されている。ディスプレーサ２２は、圧縮機１１の可動部材１５の振動によって圧縮空間３６に生じる作動ガス圧力の脈動によって駆動される。ディスプレーサ２２の往復動及び圧縮機１１の可動部材１５の往復動によって膨張空間２８と圧縮空間３６との間に逆スターリングサイクルが形成される。こうして、膨張空間２８に隣接する低温熱交換器３９が冷却される。低温熱交換器３９によって冷却ステージ２９が冷却され、スターリング冷凍機１０は対象物を冷却することができる。
【００３２】
続いて、接続管１２及び膨張機容器２０の構成について更に説明する。
【００３３】
接続管１２は、主管６０、第１枝管６２、及び第２枝管６４を備える。主管６０は、その一端にて圧縮機１１に接続され、他端に分岐部６６を備える。第１枝管６２は、分岐部６６で主管６０から分岐する。同様に、第２枝管６４は、分岐部６６で主管６０から分岐する。
【００３４】
膨張機容器２０は、冷却ステージ２９に加えて、第１容器部分２０ａ、第２容器部分２０ｂ、第３容器部分２０ｃ、及び第４容器部分２０ｄを備える。冷却ステージ２９、第１容器部分２０ａ、第２容器部分２０ｂ、第３容器部分２０ｃ、及び第４容器部分２０ｄは、この記載の順に隣接して配置され、膨張機容器２０の内部を気密に保持するよう相互に連結されている。
【００３５】
膨張機容器２０は、概ね筒状に形成されており、その側壁を第１容器部分２０ａ、第２容器部分２０ｂ、第３容器部分２０ｃ、及び第４容器部分２０ｄにより形成する。また、軸方向において膨張機容器２０の一端は冷却ステージ２９により閉じられ、他端は第４容器部分２０ｄにより閉じられている。
【００３６】
第１容器部分２０ａは、蓄冷器３８及び低温熱交換器３９を囲む。第２容器部分２０ｂは、放熱器３７を囲む。第３容器部分２０ｃは、側壁部５２及び底壁部５４を備え、圧縮空間３６を囲む。側壁部５２は、第２容器部分２０ｂを第４容器部分２０ｄに接続する。側壁部５２は、中心軸まわりに周方向に延在する。底壁部５４は、側壁部５２と第４容器部分２０ｄとの接合部において側壁部５２から径方向内側に延在する。底壁部５４の中心にはディスプレーサロッド３４を通す貫通孔が形成されている。底壁部５４とディスプレーサロッド３４との間にロッドシールが形成される。第４容器部分２０ｄは、第２区画２６を画定する。
【００３７】
第３容器部分２０ｃは、中心軸に対して一方側に形成された第１接続口５６と、中心軸に対して他方側に形成された第２接続口５８と、を備える。第１接続口５６は、側壁部５２に形成されている。第２接続口５８は、中心軸を挟んで第１接続口５６と向かい合うように側壁部５２に形成されている。第１接続口５６及び第２接続口５８は、周方向に１８０度間隔で形成されている。第１接続口５６及び第２接続口５８は、中心軸に垂直な平面において中心軸を対称点として点対称に形成されている。
【００３８】
第１接続口５６に第１枝管６２が接続される。同様に、第２接続口５８に第２枝管６４が接続される。第１枝管６２は、径方向に外向きに第１接続口５６から分岐部６６まで延在する。第２枝管６４は、径方向に外向きに第２接続口５８から延在する出口部６４ａと、出口部６４ａを分岐部６６に接続する接続部６４ｂと、を備える。接続部６４ｂは、第４容器部分２０ｄの外面に沿って分岐部６６から出口部６４ａへと延びている。こうして、膨張機１３の圧縮空間３６が複数の接続口を通じて圧縮機１１に接続されている。
【００３９】
膨張機１３の圧縮空間３６に圧縮機１１から作動ガスが流入するとき、第１接続口５６は中心軸に向かう第１ガス流れ６８を生成する。このとき、第２接続口５８は、第１ガス流れ６８と反対向きに中心軸に向かう第２ガス流れ７０を生成する。こうして、接続管１２は、各々が蓄冷器３８の中心軸に向かう複数の作動ガス流れを圧縮空間３６に生成するように膨張機容器２０に接続されている。
【００４０】
なお、分岐部６６は第２接続口５８の側に設けられていてもよい。この場合、第２枝管６４が径方向に外向きに第２接続口５８から分岐部６６まで延在してもよい。第１枝管６２は、径方向に外向きに第１接続口５６から延在する出口部と、出口部を分岐部６６に接続する接続部と、を備えてもよい。
【００４１】
あるいは、第１枝管６２及び第２枝管６４のそれぞれが、対応する接続口から径方向外向きに延在する出口部と、出口部を分岐部６６に接続する接続部と、を備えてもよい。この場合、第１枝管６２における作動ガスの圧力損失が第２枝管６４における作動ガスの圧力損失と等しくなるように、第１枝管６２及び第２枝管６４が構成されていてもよい。例えば、第１枝管６２と第２枝管６４とが等しい経路、長さ、及び／または断面積を有してもよい。
【００４２】
また、第１枝管６２及び／または第２枝管６４の接続部は、第３容器部分２０ｃの外面に沿って周方向に延びていてもよい。
【００４３】
図３は、あるスターリング冷凍機の膨張機１１３を概略的に示す断面図である。膨張機１１３は、圧縮空間１３６に単一の接続口１５６を有する。接続口１５６は、非分岐の接続管１１２を通じて圧縮機１１に接続される。
【００４４】
膨張機１１３のその他の構成は、図２に示す膨張機１３と概ね同様である。例えば、蓄冷器３８は、中心軸の方向におけるディスプレーサ２２の往復移動を案内するようディスプレーサヘッド３２の周囲に配設されている。蓄冷器３８は、軸方向一端側に位置する膨張空間２８と軸方向他端側に位置する圧縮空間１３６との間の作動ガス流路を形成する。
【００４５】
圧縮機１１から接続口１５６を通じて圧縮空間１３６に噴出したガスはその勢いによって、矢印７２で図示するように、接続口１５６と反対側の壁面１５８に向かう。ガスは壁面１５８によって放熱器３７へと向けられる。ガスは放熱器３７を通って蓄冷器３８に流入する。そのため、接続口１５６と反対側に位置する蓄冷材に流入するガス流量は、接続口１５６の側に位置する蓄冷材に流入するガス流量よりも多くなる。
【００４６】
ガスは蓄冷器３８から膨張空間２８に流入し膨張する。矢印７４で図示するように、膨張空間２８からの戻りガスに関しては逆に、接続口１５６の側に位置する蓄冷材に流入するガス流量が、接続口１５６と反対側に位置する蓄冷材に流入するガス流量よりも多くなる。
【００４７】
このようにして、蓄冷器３８の内部に偏流が生成される。すなわち、蓄冷器３８における軸方向ガス流れに不均一な分布が生じる。その結果、接続口１５６と反対側に位置する蓄冷材は、接続口１５６の側に位置する蓄冷材に比べて作動ガスから多くの熱を受け取り、蓄冷器３８には周方向及び／または径方向に温度差が生じる。このような不均一な蓄冷器温度分布は、圧力損失の増加や蓄冷器効率の低下を招き、蓄冷器３８の性能を低下させうる。偏流ひいては冷凍性能の低下は、冷凍機の運転周波数が高い場合や冷凍機の径方向寸法が大きい場合に顕著となりうる。
【００４８】
これに対して、本実施形態に係る膨張機１３においては、図２に示されるように第１ガス流れ６８とこれに対向する第２ガス流れ７０とが圧縮空間３６の中心部にて衝突し、その勢いが抑えられる。したがって、本実施形態に係る膨張機１３は、蓄冷器３８に生じうる作動ガスの偏流を緩和し、好ましくは防止することができる。よって、中心軸に垂直な面における蓄冷器３８の温度分布が均一化され、冷凍性能が向上される。この性能向上は、コールドヘッド温度が低いほど大きくなる。
【００４９】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【００５０】
例えば、１以上の接続口が蓄冷器の中心軸に対して一方側に形成され、１以上の接続口が蓄冷器の中心軸に対して他方側に形成されてもよい。こうして、３つ又はそれより多数の接続口が形成されてもよい。接続口は等角度間隔に形成されてもよい。例えば、一方側に１つの接続口が形成され、他方側に２つの接続口が形成され、これら３つの接続口が周方向に１２０度間隔に形成されてもよい。つまり軸方向に見て正三角形状に接続口が配置されていてもよく、この場合、接続口は中心軸を挟んで向かい合ってはいない。あるいは、４つの接続口が周方向に９０度間隔に形成され、第１組の接続口が中心軸を挟んで向かい合い、第２組の接続口が中心軸を挟んで向かい合っていてもよい。
【００５１】
複数の接続口は等角度間隔に形成されていなくてもよい。例えば、複数の接続口からなる接続口の第１グループが蓄冷器の中心軸に対して一方側に形成され、複数の接続口からなる接続口の第２グループが蓄冷器の中心軸に対して他方側に形成されてもよい。第１グループの接続口は、周方向において互いに近接して配置されてもよい。同様に、第２グループの接続口は、周方向において互いに近接して配置されてもよい。こうして、第１グループの接続口と第２グループの接続口とが対向していてもよい。
【００５２】
第１接続口５６、第２接続口５８、及び／または、その他の接続口は、側壁部５２ではなく、底壁部５４に形成されていてもよい。この場合、底壁部５４に形成された接続口に対応する接続管は、第４容器部分２０ｄ及び第２区画２６を通じて当該接続口に接続されてもよい。
【００５３】
図４に示されるように、スターリング冷凍機は、複数の圧縮機１１を備えてもよい。この場合、圧縮機１１ごとに接続管１２’及び接続口５６’が設けられていてもよい。接続管１２’は、分岐部を有しない管であってもよい。
【００５４】
あるいは、上述の実施形態と同様に、個々の圧縮機１１に対応する接続管１２’が分岐部を有してもよい。この場合、接続管１２’は分岐部において主管から分岐する複数の枝管を有する。枝管のそれぞれが対応する接続口に接続されてもよい。
【００５５】
ある実施形態においては、蓄冷器はディスプレーサに内蔵されていてもよい。この場合、膨張機容器は、蓄冷器内蔵ディスプレーサに隣接する圧縮空間を囲む容器部分を備えてもよい。容器部分は、ディスプレーサ中心軸に対して一方側に形成された１以上の接続口と、ディスプレーサ中心軸に対して他方側に形成された１以上の接続口と、を備えてもよい。接続口のそれぞれには、対応する枝管、または非分岐の接続管が接続されてもよい。
【００５６】
ある実施形態に係るスターリング冷凍機は、スターリング型パルス管冷凍機であってもよい。
【００５７】
本発明の実施形態は以下のように表現することもできる。
【００５８】
１．膨張機と、圧縮機と、前記圧縮機を前記膨張機に接続する接続管と、を備え、
前記膨張機は、
中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス膨張空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス圧縮空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、
前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備え、
前記接続管は、
一端にて前記圧縮機に接続され、他端に分岐部を備える主管と、
前記分岐部で前記主管から分岐する第１枝管と、
前記分岐部で前記主管から分岐する第２枝管と、を備え、
前記容器部分は、前記中心軸に対して一方側に形成され前記第１枝管に接続される第１接続口と、前記中心軸に対して他方側に形成され前記第２枝管に接続される第２接続口と、を備えることを特徴とするスターリング冷凍機。
【００５９】
２．前記容器部分は、前記中心軸まわりに延在する側壁部を備え、
前記第１接続口と前記第２接続口とは、前記中心軸を挟んで向かい合うように前記側壁部に形成されていることを特徴とする実施形態１に記載のスターリング冷凍機。
【００６０】
３．前記膨張機は、前記中心軸に沿って延在するディスプレーサをさらに備え、
前記ディスプレーサは、軸方向一端側にて前記作動ガス膨張空間に面し、軸方向他端側にて前記作動ガス圧縮空間に面するディスプレーサヘッドを備え、
前記蓄冷器は、前記中心軸の方向における前記ディスプレーサの往復移動を案内するよう前記ディスプレーサヘッドの周囲に配設されていることを特徴とする実施形態１または２に記載のスターリング冷凍機。
【００６１】
４．膨張機と、少なくとも１つの圧縮機と、前記少なくとも１つの圧縮機を前記膨張機に接続する少なくとも１つの接続管と、を備え、
前記膨張機は、
中心軸の方向に延在する蓄冷器であって、前記中心軸の方向において前記蓄冷器の一端側に位置する作動ガス圧縮空間と前記中心軸の方向において前記蓄冷器の他端側に位置する作動ガス膨張空間との間の作動ガス流路を形成する蓄冷器と、
前記蓄冷器を収容する膨張機容器であって、前記作動ガス圧縮空間を囲む容器部分を備える膨張機容器と、を備え、
前記容器部分は、前記中心軸に対して一方側に形成され前記接続管に接続される第１接続口と、前記中心軸に対して他方側に形成され前記接続管に接続される第２接続口と、を備えることを特徴とするスターリング冷凍機。
【００６２】
５．前記容器部分は、前記中心軸まわりに延在する側壁部を備え、
前記第１接続口と前記第２接続口とは、前記中心軸を挟んで向かい合うように前記側壁部に形成されていることを特徴とする実施形態４に記載のスターリング冷凍機。
【００６３】
６．前記スターリング型の冷凍機は、単一の圧縮機と、前記単一の圧縮機を前記膨張機に接続する単一の接続管と、を備え、
前記接続管は、
一端にて前記圧縮機に接続され、他端に分岐部を備える主管と、
前記分岐部で前記主管から分岐し、前記第１接続口に接続される第１枝管と、
前記分岐部で前記主管から分岐し、前記第２接続口に接続される第２枝管と、を備えることを特徴とする実施形態４または５に記載のスターリング冷凍機。
【００６４】
７．前記膨張機は、前記中心軸に沿って延在するディスプレーサをさらに備え、
前記ディスプレーサは、軸方向一端側にて前記作動ガス膨張空間に面し、軸方向他端側にて前記作動ガス圧縮空間に面するディスプレーサヘッドを備え、
前記蓄冷器は、前記中心軸の方向における前記ディスプレーサの往復移動を案内するよう前記ディスプレーサヘッドの周囲に配設されていることを特徴とする実施形態４から６のいずれかに記載のスターリング冷凍機。
【符号の説明】
【００６５】
１０  スターリング冷凍機、  １１  圧縮機、  １２  接続管、  １３  膨張機、  ２０  膨張機容器、  ２０ａ  第１容器部分、  ２０ｂ  第２容器部分、  ２０ｃ  第３容器部分、  ２０ｄ  第４容器部分、  ２２  ディスプレーサ、  ２８  膨張空間、  ３２  ディスプレーサヘッド、  ３６  圧縮空間、  ３８  蓄冷器、  ５２  側壁部、  ５６  第１接続口、  ５８  第２接続口、  ６０  主管、  ６２  第１枝管、  ６４  第２枝管、  ６６  分岐部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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