極低温冷凍機
【課題】より効果的に冷凍の効率を高めることができる極低温冷凍機を提供すること。
【解決手段】本発明による極低温冷凍機１は、第一ディスプレーサ２と、第一ディスプレーサ２との間に第一膨張空間３を形成する第一シリンダ４と、第一ディスプレーサ２に連結される第二ディスプレーサ５と、第二ディスプレーサ５との間に第二膨張空間６を形成する第二シリンダ７と、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される絞り部９と、絞り部９を第一膨張空間３側に連通する流路１０とを含み、絞り部９は第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に位置することを特徴とする。
【解決手段】本発明による極低温冷凍機１は、第一ディスプレーサ２と、第一ディスプレーサ２との間に第一膨張空間３を形成する第一シリンダ４と、第一ディスプレーサ２に連結される第二ディスプレーサ５と、第二ディスプレーサ５との間に第二膨張空間６を形成する第二シリンダ７と、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される絞り部９と、絞り部９を第一膨張空間３側に連通する流路１０とを含み、絞り部９は第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に位置することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮装置から供給される高圧の冷媒ガスを用いて、サイモン膨張を発生させて極低温の寒冷を発生する極低温冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、ＧＭ冷凍機のピストンとシリンダとの間の隙間のガスに膨張仕事をさせるＧＭ冷凍機が記載されている。この冷凍機は、位相調整機構として機能する直線溝を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０１９００４４７Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の技術においては、二段式のディスプレーサが往復運動するにあたり、上述した直線溝の高温側部分が一段側の膨張空間に対して進入と退出を繰り返すこととなるため、絞りとしての流路抵抗が変化してしまい、所望の位相調整が困難となって、冷凍の効率を高めることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、より効果的に冷凍の効率を高めることができる極低温冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題を解決するため、本発明による極低温冷凍機は、
第一ディスプレーサと、当該第一ディスプレーサとの間に第一膨張空間を形成する第一シリンダと、前記第一ディスプレーサに連結される第二ディスプレーサと、当該第二ディスプレーサとの間に第二膨張空間を形成する第二シリンダと、前記第二ディスプレーサの外周面に形成されて前記第二膨張空間から螺旋状に延びる螺旋溝と、当該螺旋溝の前記第一ディスプレーサ側に連通される絞り部と、当該絞り部を前記第一膨張空間側に連通する流路とを含み、前記絞り部は前記第一膨張空間よりも常に前記第二膨張空間側に位置することを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記極低温冷凍機において
前記流路は前記外周面に前記第二ディスプレーサの軸方向に延びる形態にて形成され、前記流路の前記軸方向に垂直な断面における流路断面積は、前記絞り部の当該絞り部の延在する方向に垂直な断面内の絞り部断面積よりも大きいこととしてもよい。
【０００８】
加えて、前記極低温冷凍機において
前記流路断面積は前記絞り部から離れるにつれて連続的に大きくなることとしてもよい。
【０００９】
あるいは、前記極低温冷凍機において
前記流路は前記第二ディスプレーサ内に位置する第二蓄冷器に連通することとしてもよい。すなわち、前記流路は前記第二蓄冷器を介して前記第一膨張空間に前記絞り部を連通する。
【００１０】
また、前記極低温冷凍機において
前記流路は前記第二ディスプレーサの径方向に延びる形態を有して前記絞り部を兼ねることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の極低温冷凍機によれば、前記第二ディスプレーサの外周側のサイドクリアランスをパルス冷凍機に見立てた上で、適切な位相調整を行った上で損失を低減し、冷凍の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施例１の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【図２】実施例１の極低温冷凍機１のサイドクリアランスをパルス冷凍機のパルスチューブと視た場合のフロー図である。
【図３】本発明に係る実施例２の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【図４】本発明に係る実施例３の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【図５】本発明に係る実施例４の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例１の極低温冷凍機１は例えばギフォードマクマホン（ＧＭ）タイプのものとして構成可能であり、図１に示すように、第一ディスプレーサ２と、第一ディスプレーサ２との間に第一膨張空間３を形成する第一シリンダ４と、第一ディスプレーサ２に連結される第二ディスプレーサ５と、第二ディスプレーサ５との間に第二膨張空間６を形成する第二シリンダ７とを含む。
【００１５】
さらに、極低温冷凍機１は、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される絞り部９と、絞り部９を第一膨張空間３側に連通する流路１０と、を含み、絞り部９は第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に位置するものとしている。
【００１６】
第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５とはともに円筒状の外周面を有しており、第一ディスプレーサ２の内部には、第一蓄冷器１１が配置され、第二ディスプレーサ５に内部には第二蓄冷器１２が配置される。第一ディスプレーサ２の高温側よりの部分と第一シリンダ４との間にはシール１３が設けられ、第一シリンダ４の上端には圧縮機１４、サプライバルブ１５、リターンバルブ１６からなる吸排気系統を相互に接続する配管のうち給排共通配管が接続されている。
【００１７】
第一ディスプレーサ２の上端は図示しない軸部材が結合され第一シリンダ４の上端から突出されており、図示しないクランク機構を介して図示しない駆動用モータに連結されている。軸部材、クランク機構、駆動用モータは第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５を軸方向に往復運動させる駆動機構を構成する。
【００１８】
第一ディスプレーサ２は下部が開口した有底円筒形状の第一シリンダ４内に収納され、第二ディスプレーサ５は上部が開口した有底円筒形状の第二シリンダ７内に収納されており、第一シリンダ４と第二シリンダ７とは一体的に構成されている。
【００１９】
第一シリンダ４、第二シリンダ７は高い強度と低い熱伝導率及び十分なヘリウム遮断能を確保するため例えばステンレス鋼により構成される。第一ディスプレーサ２は、軽い比重と十分な耐摩耗性、比較的高い強度、低い熱伝導率を確保するため、例えば布入りフェノール等により構成される。第二ディスプレーサ５は、例えば外周面に耐摩耗性の高いフッ素樹脂などの皮膜を施した金属製の筒で構成される。第一蓄冷器１１は例えば金網等の蓄冷材により構成され、第二蓄冷器１２は、例えば鉛球等の蓄冷材をフェルト及び金網により軸方向に挟持することにより構成されている。
【００２０】
第二ディスプレーサ５の外周面には、第二膨張空間６に連通する始端を有するとともに螺旋状に第一膨張空間３側に延びる螺旋溝８が形成されており、螺旋溝８は第二ディスプレーサ５の軸方向の中間にて終了する終端を有している。
【００２１】
さらにこの螺旋溝８の終端から第二ディスプレーサ５の外周面において軸方向に延びる溝状の絞り部９が形成される。絞り部９は図１中に示す第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５が上死点に位置する状態において、第一シリンダ４の底面よりも下側に終端が位置している。この絞り部９の終端からさらに、第一膨張空間３に連通するとともに第二ディスプレーサ５の図１中の頂部に延びる流路１０が第二ディスプレーサ５の外周面に形成される。
【００２２】
なお、第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に絞り部９が位置するとは、絞り部９全体が、第一膨張空間３が最大となる第一ディスプレーサ２が上死点に位置する場合に第一膨張空間３に露出する外周面の露出部分よりも第二膨張空間６側に位置することを指す。つまり、図１において、絞り部９の上端は、第一膨張空間３を画成するシリンダ４の下端部よりも下方に位置している。
【００２３】
流路１０は第二ディスプレーサ５の外周面に第二ディスプレーサ５の軸方向に延びる形態にて形成されており、流路１０の軸方向に垂直な断面における流路断面積Ａ１０は、絞り部９の絞り部９の延在する方向に垂直な断面内の絞り部断面積Ａ９（Ａ１０＞Ａ９）よりも大きく形成される。
【００２４】
圧縮機１４を動作させてサプライバルブ１５を開とすると、サプライバルブ１５を介して高圧のヘリウムガスが上述した給排共通配管から第一シリンダ４内に供給され、第一シリンダ４と第一ディスプレーサ２内の第一蓄冷器１１を連通する連通路と第一蓄冷器１１、第一蓄冷器１１と第一膨張空間３とを連通する連通路を介して、第一膨張空間３に供給される。
【００２５】
第一膨張空間３に供給された高圧のヘリウムガスは更にその大部分が、第一膨張空間３と第二蓄冷器１２とを連通する連通路を介して第二蓄冷器１２に供給され、さらに、第二蓄冷器１２と第二膨張空間６とを連通する連通路を介して第二膨張空間６に供給される。なお、第一膨張空間３に供給された高圧のヘリウムガスのうち残りの一部分は、流路１０、絞り部９の第二ディスプレーサ５の外周面上に構成される経路を介して螺旋溝８内の高圧側に供給される。また、第二膨張空間６に供給された高圧のヘリウムガスのうち一部分は、螺旋溝８内の低圧側に供給される。
【００２６】
図２は、螺旋溝８をパルスチューブ型冷凍機のパルス管に見立てた冷媒ガスフロー図である。絞り部９は、給排共通配管とパルス管として機能する螺旋溝８の高温側とを連通する連通路に配置されたオリフィスに対応する。螺旋溝８内の冷媒ガスは、軸方向の略中間に位置する部分が仮想的なガスピストン８Ｐを構成する。
【００２７】
ここで、ガスピストン８Ｐは、必ず往復運動中螺旋溝８内に収まり、ガスピストン８Ｐの高温側に高温側空間８Ｈが存在し、低温側に低温側空間８Ｌが存在するようにガスピストン８Ｐの軸方向の長さと位相が調整される。ガスピストン８Ｐの軸方向の長さと位相は、位相調整機構として機能する絞り部９（オリフィス）の断面積及び全長により調整される。
【００２８】
次に、冷凍機の動作を説明する。冷媒ガス供給工程のある時点においては、第一ディスプレーサ２および第二ディスプレーサ５はそれぞれ第一シリンダ４および第二シリンダ７の下死点に位置する。それと同時、またはわずかにずれたタイミングでサプライバルブ１５を開とすると、サプライバルブ１５を介して高圧のヘリウムガスが給排共通配管から第一シリンダ４内に供給され、第一ディスプレーサ２の上部から第一ディスプレーサ２の内部（第一蓄冷器１１）に流入する。第一蓄冷器１１に流入した高圧のヘリウムガスは、第一蓄冷材により冷却されながら第一ディスプレーサ２の下部に位置する連通路を介して、第一膨張空間３に供給される。
【００２９】
第一膨張空間３に供給された高圧のヘリウムガスは更にその大部分が、図示しない連通路１７を介して第二蓄冷器１２に供給される。ここで、第二蓄冷器１２に供給されない残りのヘリウムガスは、流路１０および絞り部９を通じて螺旋溝８に高温側から供給される。このガスは図３における高温側空間８Ｈに存在するヘリウムガスに対応し、ガスピストン８Ｐが螺旋溝８から第一膨張空間３に流出することを抑える役割を果たす。ここで、流路１０の断面積は絞り部９の断面積と比較して十分に大きいため、ヘリウムガスが流路１０を流れるときの抵抗は、絞り部９を流れるときの抵抗と比較して十分に小さい。そのため、第一膨張空間３から高温側空間８Ｈに流入するヘリウムガスの流入抵抗は、絞り部９の断面積及び全長により調整することができる。
【００３０】
第二蓄冷器１２に流入した高圧のヘリウムガスは、第二蓄冷器１２内で第二蓄冷材に冷却されて第二膨張空間６に供給される。第二膨張空間６に供給された高圧のヘリウムガスのうち一部分は、螺旋溝８内に低温側から供給される。このガスは、図３における低温側空間８Ｌ内に存在するヘリウムガスに対応する。
【００３１】
ここで、上述のとおり、絞り部９の断面積は、螺旋溝８の断面積と比べて小さいため、高温側空間８Ｈに流入するヘリウムガスが螺旋溝８に流入する際の流入抵抗は、低温側空間８Ｌに流入するヘリウムガスが螺旋溝８に流入する際の流入抵抗に比べて大きい。そのため、高温側空間８Ｈに流入するヘリウムガスのガス量は、低温側空間８Ｌに流入するヘリウムガスのガス量よりも小さくなり、高温側空間８Ｈのガスが第二膨張空間６に抜けることは防止される。
【００３２】
このようにして、第一膨張空間３、第二膨張空間６、螺旋溝８は、高圧のヘリウムガスで満たされ、サプライバルブ１５は閉とされる。この時、第一ディスプレーサ２および第二ディスプレーサ５は、第一シリンダ４及び第二シリンダ７内の上死点に位置する。それと同時、またはわずかにずれたタイミングでリターンバルブ１６を開とすると、第一膨張空間３、第二膨張空間６、螺旋溝８の冷媒ガスは減圧され、膨張する。膨張により低温になった第一膨張空間３のヘリウムガスは図示しない第一冷却ステージの熱を吸収し、第二膨張空間６のヘリウムガスは図示しない第二冷却ステージの熱を吸収する。
【００３３】
第一ディスプレーサ２及び第二ディスプレーサ５は下死点に向けて移動し、第一膨張空間３、第二膨張空間６の容積は減少する。第二膨張空間６のヘリウムガスは、上述した図示しない連通路、第二蓄冷器１２を介して第一膨張空間３内に回収される。ここで、螺旋溝８内の低温側空間８Ｌのヘリウムガスも、第二膨張空間６を介して回収される。
【００３４】
第一膨張空間３内のヘリウムガスは、第一蓄冷器１１を介して圧縮機１４の吸入側に戻される。その際、第一蓄冷材、第二蓄冷材は、冷媒ガスにより冷却される。この工程を１サイクルとし、冷凍機はこの冷却サイクルを繰り返すことで、第一冷却ステージ、第二冷却ステージを冷却する。
【００３５】
上述した本実施例１の極低温冷凍機１によれば、以下のような有利な作用効果を得ることができる。第二ディスプレーサ５と第二シリンダ７とのサイドクリアランスを構成する螺旋溝８内に仮想的なガスピストン８Ｐを構成して、このガスピストン８Ｐをサイドクリアランスの低温側と高温側との間のヘリウムガスの通流を防止するシールとして機能させることができる。
【００３６】
つまり、仮想的なガスピストン８Ｐにより、第二ディスプレーサ５の外周面と第二シリンダ７の内周面との間のサイドクリアランスを介してヘリウムガスが相互に移動することを防止して、リーク損失が発生することを防止して冷凍の効率を高めることができる。
【００３７】
加えて、この仮想的なガスピストン８Ｐによりサイドクリアランスをパルスチューブ型冷凍機とみたて、ガスピストン８Ｐよりも低温側の低温側空間８Ｌを第三の膨張空間として利用することができるので、これによっても冷凍効率を高めることができる。
【００３８】
また、ガスピストン８Ｐの軸方向の長さと位相を調整する位相調整機構を構成するダブルインレットを、第二ディスプレーサ５の外周面に軸方向に延在する溝状の絞り部９により構成することができるため、位相調整機構をより簡易に構成することができる。さらに、この絞り部９を上述した第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５の往復運動に係わらずに常に第一膨張空間３内に入らないようにすることができるため、ダブルインレットとしての流量係数を往復運動の全領域にわたって一定として、位相調整機能を安定させることができる。
【００３９】
このように本実施例１においては位相調整機能を安定させることができることから、ガスピストン８Ｐの長さと位相を安定させて、上述したシール機能も安定させ、リーク損失をより確実に防止するとともに、第三の膨張空間もより確実に確保して冷凍効率を高めることができる。
【００４０】
なお、本実施例１の絞り部９は第二ディスプレーサ５の外周面上の軸方向に延びる溝状としているが、これに換えて、流路１０の始端から図１中下方に延びて螺旋溝８の終端に連通する孔部とすることもできる。
【実施例２】
【００４１】
上述した実施例１の極低温冷凍機１では、高圧ヘリウムガスは第一膨張空間３から螺旋溝８に向けて流路１０および絞り部９を通流し、低圧ヘリウムガスは螺旋溝８から第一膨張空間３に通流する。つまり、冷媒ガスがダブルインレットとして機能する絞り部９を双方向に通流する。ここで、高圧ヘリウムガスは低圧ヘリウムガスよりも密度が高いため、低圧ヘリウムガスと比較して流速が小さく、圧力損失が小さい。そのため、１サイクルに絞り部９を通過するガス量は、高圧ヘリウムガスの方が低圧ヘリウムガスよりもわずかに多く、双方向に通流するガス流量の間にアンバランスが生じる。その結果、冷却サイクルを重ねるごとに螺旋溝８の高温側から低温側に向けた定常流れが発生する。この流れは、図２中時計回りの矢印Ｌに示す二次流れである。
【００４２】
本実施例２においては、上述した実施例１における流路１０の図３（ａ）においては一定とした流路１０の延在方向における流路断面積Ａ１０を、図３（ｂ）に示すように絞り部９から離れるにつれて連続的に大きくなることとしている。なお、図３においては、流路１０を第二ディスプレーサ５の径方向から視た幅方向寸法の調整により流路断面積Ａ１０を調整しているが、径方向の深さ方向も合わせて調整してもよい。
【００４３】
これによれば、図２に示した二次流れの発生を予め妨げる抵抗を流路１０の流路断面線Ａ１０の縮小によりヘリウムガスの流れに付与することができる。つまり、ヘリウムガスが第一膨張空間３から螺旋溝８に向けて絞り部９を通流する際の流路抵抗を、螺旋溝８から第一膨張空間３にむけて通流する際の絞り部９による流路抵抗よりも大きくすることで、二次流れＬの発生を抑制することができる。そのため、二次流れＬに伴う熱損失を防止して、冷凍効率を高めることができる。
【実施例３】
【００４４】
上述した実施例１及び実施例２においては、流路１０を第二ディスプレーサ５の外周面の軸方向に設ける構成を示したが、径方向に設けることもできる。以下それについての実施例３について述べる。
【００４５】
本実施例３の極低温冷凍機１は、流路１０−１以外の構成は図１に示した実施例１と基本的に同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付し相違点を主に説明する。つまり、図４に示すように、本実施例３の極低温冷凍機１においても、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される絞り部９とを前提として含み、絞り部９を第二蓄冷器１２に連通する流路１０−１を含み、絞り部９は第一膨張空間３よりも常に第二シリンダ７内部に位置するものとしている。
【００４６】
本実施例３においても、絞り部９は第二ディスプレーサ５の外周面において軸方向に延びる溝状を構成しており、絞り部９の上端は図４に示すように、第一シリンダ４の底部つまり第一膨張空間３よりも常に下に位置している。
【００４７】
本実施例３においても、上述した実施例１と同様に、第二ディスプレーサ５の外周面と第二シリンダ７の内周面との間のサイドクリアランスを構成する螺旋溝８を、図２に示したようにパルスチューブ型冷凍機と見立てて、螺旋溝８内に仮想的なガスピストン８Ｐを構成して、流量係数が一定の絞り部９をダブルインレットとして長さと位相と適切に調整することができる。
【００４８】
つまりガスピストン８Ｐにより確実なシール機能を具備させてリーク損失を防止して、冷凍効率を高めることができ、螺旋溝８内の低温側空間８Ｌを第三の膨張空間として利用して付加的な冷凍を行いこれによっても冷凍効率を高めることができる。
【００４９】
また、高温側空間８Hに流入するヘリウムガスは、第二蓄冷器１２を介して流入する。そのため、実施例１と比較してより低温に冷却された状態で螺旋溝８に流入することができ、好ましい。
【実施例４】
【００５０】
上述した実施例１〜３においては、絞り部９を第二ディスプレーサ５の外周面に対して軸方向に延在させる溝としているが、第二ディスプレーサ５の径方向に延びる孔部により流路を構成して、さらにこの孔部に絞り部の役割を兼ねさせることもできる。以下それについての実施例４について述べる。
【００５１】
本実施例４の極低温冷凍機１は、流路１０−２が径方向に延びる形態であり絞り部を兼ねること以外の構成は図４に示した実施例３と基本的に同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付し相違点を主に説明する。
【００５２】
図５に示すように、本実施例４の極低温冷凍機１においては、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される流路１０−２を含む。流路１０−２は第二ディスプレーサ５の径方向に延びて第二蓄冷器１２に連通し、流路１０−２はやはり第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に位置しており、第一ディスプレーサ２及び第二ディスプレーサ５の往復運動に係わらず常に第一膨張空間３には露出しないものとしている。
【００５３】
なお、本実施例４においては、螺旋溝８の流路１０−２に連通される連通部分８Ｔは、連通部分８Ｔの延在する方向に垂直な断面内の螺旋溝断面積が流路１０−２に近づくにつれて連続的に小さくなることとしている。これにより、連通部分８Ｔにおけるヘリウムガスの通流を円滑なものとしている。
【００５４】
本実施例４においても、上述した実施例１と同様に、第二ディスプレーサ５の外周面と第二シリンダ７の内周面との間のサイドクリアランスを構成する螺旋溝８を、図２に示したようにパルスチューブ型冷凍機と見立てて、螺旋溝８内に仮想的なガスピストン８Ｐを構成し、さらに絞り部を兼ねる流路１０−２をダブルインレットとして長さと位相と適切に調整して、ガスピストン８Ｐにシール機能を具備させることができる。すなわち、リーク損失を防止して、冷凍効率を高めることができ、螺旋溝８内の低温側空間８Ｌを第三の膨張空間として利用してこれによっても冷凍効率を高めることができる。
【００５５】
また、流路１０−２自体が絞り部を兼ねており、絞り部は流量係数を小さくする観点から予め断面積が螺旋溝断面積よりも小さく設定される。つまり、第二蓄冷器１２内の第二蓄冷材としての鉛球等の外径に対して流路１０−２の内径を小さく設定しておけば、流路１０−２の第二蓄冷器１２側の開口部から鉛球が入り込むことを防止することができ、鉛球の第二蓄冷器１２外への脱落を防止することができる。
【００５６】
なお、仮に流路１０−２の内径を第二蓄冷材の外径よりも大きくする必要がある場合には、鉛球の径よりも網目の小さい網等の適宜の脱落防止手段を流路１０−２の第二蓄冷器１２側に設けることにより対応可能である。
【００５７】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、上述した極低温冷凍機においては段数が二段である場合を示したが、この段数は三段等に適宜選択することが可能である。
【００５９】
実施例では、絞り部９及び流路１０が第二ディスプレーサ５の外周面上の軸方向に延びる溝状としているが、これに限られない。例えば、螺旋溝８の延長線上に絞り部９、流路１０を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、サイドクリアランスにおけるリーク損失を低減し、かつ、サイドクリアランスを第三の膨張空間として利用して、冷凍の効率を高める極低温冷凍機に関するものである。
【００６１】
本発明によれば、サイドクリアランスをパルスチューブ型冷凍機として利用するにあたり仮想的なガスピストンの軸方向の長さや位相の調整をより確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 極低温冷凍機
２ 第一ディスプレーサ
３ 第一膨張空間
４ 第一シリンダ
５ 第二ディスプレーサ
６ 第二膨張空間
７ 第二シリンダ
８ 螺旋溝
８Ｐ ガスピストン
８Ｈ 高温側空間
８Ｌ 低温側空間
９ 絞り部
１０ 流路（軸方向）
１０−１ 流路（径方向）
１０−２ 流路（径方向：絞り部を兼ねる）
１１ 第一蓄冷器
１２ 第二蓄冷器
１３ シール
１４ 圧縮機
１５ サプライバルブ
１６ リターンバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮装置から供給される高圧の冷媒ガスを用いて、サイモン膨張を発生させて極低温の寒冷を発生する極低温冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、ＧＭ冷凍機のピストンとシリンダとの間の隙間のガスに膨張仕事をさせるＧＭ冷凍機が記載されている。この冷凍機は、位相調整機構として機能する直線溝を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中国特許出願公開第１０１９００４４７Ａ号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の技術においては、二段式のディスプレーサが往復運動するにあたり、上述した直線溝の高温側部分が一段側の膨張空間に対して進入と退出を繰り返すこととなるため、絞りとしての流路抵抗が変化してしまい、所望の位相調整が困難となって、冷凍の効率を高めることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、より効果的に冷凍の効率を高めることができる極低温冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題を解決するため、本発明による極低温冷凍機は、
第一ディスプレーサと、当該第一ディスプレーサとの間に第一膨張空間を形成する第一シリンダと、前記第一ディスプレーサに連結される第二ディスプレーサと、当該第二ディスプレーサとの間に第二膨張空間を形成する第二シリンダと、前記第二ディスプレーサの外周面に形成されて前記第二膨張空間から螺旋状に延びる螺旋溝と、当該螺旋溝の前記第一ディスプレーサ側に連通される絞り部と、当該絞り部を前記第一膨張空間側に連通する流路とを含み、前記絞り部は前記第一膨張空間よりも常に前記第二膨張空間側に位置することを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記極低温冷凍機において
前記流路は前記外周面に前記第二ディスプレーサの軸方向に延びる形態にて形成され、前記流路の前記軸方向に垂直な断面における流路断面積は、前記絞り部の当該絞り部の延在する方向に垂直な断面内の絞り部断面積よりも大きいこととしてもよい。
【０００８】
加えて、前記極低温冷凍機において
前記流路断面積は前記絞り部から離れるにつれて連続的に大きくなることとしてもよい。
【０００９】
あるいは、前記極低温冷凍機において
前記流路は前記第二ディスプレーサ内に位置する第二蓄冷器に連通することとしてもよい。すなわち、前記流路は前記第二蓄冷器を介して前記第一膨張空間に前記絞り部を連通する。
【００１０】
また、前記極低温冷凍機において
前記流路は前記第二ディスプレーサの径方向に延びる形態を有して前記絞り部を兼ねることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の極低温冷凍機によれば、前記第二ディスプレーサの外周側のサイドクリアランスをパルス冷凍機に見立てた上で、適切な位相調整を行った上で損失を低減し、冷凍の効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施例１の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【図２】実施例１の極低温冷凍機１のサイドクリアランスをパルス冷凍機のパルスチューブと視た場合のフロー図である。
【図３】本発明に係る実施例２の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【図４】本発明に係る実施例３の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【図５】本発明に係る実施例４の極低温冷凍機１の一実施形態について示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例１の極低温冷凍機１は例えばギフォードマクマホン（ＧＭ）タイプのものとして構成可能であり、図１に示すように、第一ディスプレーサ２と、第一ディスプレーサ２との間に第一膨張空間３を形成する第一シリンダ４と、第一ディスプレーサ２に連結される第二ディスプレーサ５と、第二ディスプレーサ５との間に第二膨張空間６を形成する第二シリンダ７とを含む。
【００１５】
さらに、極低温冷凍機１は、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される絞り部９と、絞り部９を第一膨張空間３側に連通する流路１０と、を含み、絞り部９は第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に位置するものとしている。
【００１６】
第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５とはともに円筒状の外周面を有しており、第一ディスプレーサ２の内部には、第一蓄冷器１１が配置され、第二ディスプレーサ５に内部には第二蓄冷器１２が配置される。第一ディスプレーサ２の高温側よりの部分と第一シリンダ４との間にはシール１３が設けられ、第一シリンダ４の上端には圧縮機１４、サプライバルブ１５、リターンバルブ１６からなる吸排気系統を相互に接続する配管のうち給排共通配管が接続されている。
【００１７】
第一ディスプレーサ２の上端は図示しない軸部材が結合され第一シリンダ４の上端から突出されており、図示しないクランク機構を介して図示しない駆動用モータに連結されている。軸部材、クランク機構、駆動用モータは第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５を軸方向に往復運動させる駆動機構を構成する。
【００１８】
第一ディスプレーサ２は下部が開口した有底円筒形状の第一シリンダ４内に収納され、第二ディスプレーサ５は上部が開口した有底円筒形状の第二シリンダ７内に収納されており、第一シリンダ４と第二シリンダ７とは一体的に構成されている。
【００１９】
第一シリンダ４、第二シリンダ７は高い強度と低い熱伝導率及び十分なヘリウム遮断能を確保するため例えばステンレス鋼により構成される。第一ディスプレーサ２は、軽い比重と十分な耐摩耗性、比較的高い強度、低い熱伝導率を確保するため、例えば布入りフェノール等により構成される。第二ディスプレーサ５は、例えば外周面に耐摩耗性の高いフッ素樹脂などの皮膜を施した金属製の筒で構成される。第一蓄冷器１１は例えば金網等の蓄冷材により構成され、第二蓄冷器１２は、例えば鉛球等の蓄冷材をフェルト及び金網により軸方向に挟持することにより構成されている。
【００２０】
第二ディスプレーサ５の外周面には、第二膨張空間６に連通する始端を有するとともに螺旋状に第一膨張空間３側に延びる螺旋溝８が形成されており、螺旋溝８は第二ディスプレーサ５の軸方向の中間にて終了する終端を有している。
【００２１】
さらにこの螺旋溝８の終端から第二ディスプレーサ５の外周面において軸方向に延びる溝状の絞り部９が形成される。絞り部９は図１中に示す第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５が上死点に位置する状態において、第一シリンダ４の底面よりも下側に終端が位置している。この絞り部９の終端からさらに、第一膨張空間３に連通するとともに第二ディスプレーサ５の図１中の頂部に延びる流路１０が第二ディスプレーサ５の外周面に形成される。
【００２２】
なお、第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に絞り部９が位置するとは、絞り部９全体が、第一膨張空間３が最大となる第一ディスプレーサ２が上死点に位置する場合に第一膨張空間３に露出する外周面の露出部分よりも第二膨張空間６側に位置することを指す。つまり、図１において、絞り部９の上端は、第一膨張空間３を画成するシリンダ４の下端部よりも下方に位置している。
【００２３】
流路１０は第二ディスプレーサ５の外周面に第二ディスプレーサ５の軸方向に延びる形態にて形成されており、流路１０の軸方向に垂直な断面における流路断面積Ａ１０は、絞り部９の絞り部９の延在する方向に垂直な断面内の絞り部断面積Ａ９（Ａ１０＞Ａ９）よりも大きく形成される。
【００２４】
圧縮機１４を動作させてサプライバルブ１５を開とすると、サプライバルブ１５を介して高圧のヘリウムガスが上述した給排共通配管から第一シリンダ４内に供給され、第一シリンダ４と第一ディスプレーサ２内の第一蓄冷器１１を連通する連通路と第一蓄冷器１１、第一蓄冷器１１と第一膨張空間３とを連通する連通路を介して、第一膨張空間３に供給される。
【００２５】
第一膨張空間３に供給された高圧のヘリウムガスは更にその大部分が、第一膨張空間３と第二蓄冷器１２とを連通する連通路を介して第二蓄冷器１２に供給され、さらに、第二蓄冷器１２と第二膨張空間６とを連通する連通路を介して第二膨張空間６に供給される。なお、第一膨張空間３に供給された高圧のヘリウムガスのうち残りの一部分は、流路１０、絞り部９の第二ディスプレーサ５の外周面上に構成される経路を介して螺旋溝８内の高圧側に供給される。また、第二膨張空間６に供給された高圧のヘリウムガスのうち一部分は、螺旋溝８内の低圧側に供給される。
【００２６】
図２は、螺旋溝８をパルスチューブ型冷凍機のパルス管に見立てた冷媒ガスフロー図である。絞り部９は、給排共通配管とパルス管として機能する螺旋溝８の高温側とを連通する連通路に配置されたオリフィスに対応する。螺旋溝８内の冷媒ガスは、軸方向の略中間に位置する部分が仮想的なガスピストン８Ｐを構成する。
【００２７】
ここで、ガスピストン８Ｐは、必ず往復運動中螺旋溝８内に収まり、ガスピストン８Ｐの高温側に高温側空間８Ｈが存在し、低温側に低温側空間８Ｌが存在するようにガスピストン８Ｐの軸方向の長さと位相が調整される。ガスピストン８Ｐの軸方向の長さと位相は、位相調整機構として機能する絞り部９（オリフィス）の断面積及び全長により調整される。
【００２８】
次に、冷凍機の動作を説明する。冷媒ガス供給工程のある時点においては、第一ディスプレーサ２および第二ディスプレーサ５はそれぞれ第一シリンダ４および第二シリンダ７の下死点に位置する。それと同時、またはわずかにずれたタイミングでサプライバルブ１５を開とすると、サプライバルブ１５を介して高圧のヘリウムガスが給排共通配管から第一シリンダ４内に供給され、第一ディスプレーサ２の上部から第一ディスプレーサ２の内部（第一蓄冷器１１）に流入する。第一蓄冷器１１に流入した高圧のヘリウムガスは、第一蓄冷材により冷却されながら第一ディスプレーサ２の下部に位置する連通路を介して、第一膨張空間３に供給される。
【００２９】
第一膨張空間３に供給された高圧のヘリウムガスは更にその大部分が、図示しない連通路１７を介して第二蓄冷器１２に供給される。ここで、第二蓄冷器１２に供給されない残りのヘリウムガスは、流路１０および絞り部９を通じて螺旋溝８に高温側から供給される。このガスは図３における高温側空間８Ｈに存在するヘリウムガスに対応し、ガスピストン８Ｐが螺旋溝８から第一膨張空間３に流出することを抑える役割を果たす。ここで、流路１０の断面積は絞り部９の断面積と比較して十分に大きいため、ヘリウムガスが流路１０を流れるときの抵抗は、絞り部９を流れるときの抵抗と比較して十分に小さい。そのため、第一膨張空間３から高温側空間８Ｈに流入するヘリウムガスの流入抵抗は、絞り部９の断面積及び全長により調整することができる。
【００３０】
第二蓄冷器１２に流入した高圧のヘリウムガスは、第二蓄冷器１２内で第二蓄冷材に冷却されて第二膨張空間６に供給される。第二膨張空間６に供給された高圧のヘリウムガスのうち一部分は、螺旋溝８内に低温側から供給される。このガスは、図３における低温側空間８Ｌ内に存在するヘリウムガスに対応する。
【００３１】
ここで、上述のとおり、絞り部９の断面積は、螺旋溝８の断面積と比べて小さいため、高温側空間８Ｈに流入するヘリウムガスが螺旋溝８に流入する際の流入抵抗は、低温側空間８Ｌに流入するヘリウムガスが螺旋溝８に流入する際の流入抵抗に比べて大きい。そのため、高温側空間８Ｈに流入するヘリウムガスのガス量は、低温側空間８Ｌに流入するヘリウムガスのガス量よりも小さくなり、高温側空間８Ｈのガスが第二膨張空間６に抜けることは防止される。
【００３２】
このようにして、第一膨張空間３、第二膨張空間６、螺旋溝８は、高圧のヘリウムガスで満たされ、サプライバルブ１５は閉とされる。この時、第一ディスプレーサ２および第二ディスプレーサ５は、第一シリンダ４及び第二シリンダ７内の上死点に位置する。それと同時、またはわずかにずれたタイミングでリターンバルブ１６を開とすると、第一膨張空間３、第二膨張空間６、螺旋溝８の冷媒ガスは減圧され、膨張する。膨張により低温になった第一膨張空間３のヘリウムガスは図示しない第一冷却ステージの熱を吸収し、第二膨張空間６のヘリウムガスは図示しない第二冷却ステージの熱を吸収する。
【００３３】
第一ディスプレーサ２及び第二ディスプレーサ５は下死点に向けて移動し、第一膨張空間３、第二膨張空間６の容積は減少する。第二膨張空間６のヘリウムガスは、上述した図示しない連通路、第二蓄冷器１２を介して第一膨張空間３内に回収される。ここで、螺旋溝８内の低温側空間８Ｌのヘリウムガスも、第二膨張空間６を介して回収される。
【００３４】
第一膨張空間３内のヘリウムガスは、第一蓄冷器１１を介して圧縮機１４の吸入側に戻される。その際、第一蓄冷材、第二蓄冷材は、冷媒ガスにより冷却される。この工程を１サイクルとし、冷凍機はこの冷却サイクルを繰り返すことで、第一冷却ステージ、第二冷却ステージを冷却する。
【００３５】
上述した本実施例１の極低温冷凍機１によれば、以下のような有利な作用効果を得ることができる。第二ディスプレーサ５と第二シリンダ７とのサイドクリアランスを構成する螺旋溝８内に仮想的なガスピストン８Ｐを構成して、このガスピストン８Ｐをサイドクリアランスの低温側と高温側との間のヘリウムガスの通流を防止するシールとして機能させることができる。
【００３６】
つまり、仮想的なガスピストン８Ｐにより、第二ディスプレーサ５の外周面と第二シリンダ７の内周面との間のサイドクリアランスを介してヘリウムガスが相互に移動することを防止して、リーク損失が発生することを防止して冷凍の効率を高めることができる。
【００３７】
加えて、この仮想的なガスピストン８Ｐによりサイドクリアランスをパルスチューブ型冷凍機とみたて、ガスピストン８Ｐよりも低温側の低温側空間８Ｌを第三の膨張空間として利用することができるので、これによっても冷凍効率を高めることができる。
【００３８】
また、ガスピストン８Ｐの軸方向の長さと位相を調整する位相調整機構を構成するダブルインレットを、第二ディスプレーサ５の外周面に軸方向に延在する溝状の絞り部９により構成することができるため、位相調整機構をより簡易に構成することができる。さらに、この絞り部９を上述した第一ディスプレーサ２と第二ディスプレーサ５の往復運動に係わらずに常に第一膨張空間３内に入らないようにすることができるため、ダブルインレットとしての流量係数を往復運動の全領域にわたって一定として、位相調整機能を安定させることができる。
【００３９】
このように本実施例１においては位相調整機能を安定させることができることから、ガスピストン８Ｐの長さと位相を安定させて、上述したシール機能も安定させ、リーク損失をより確実に防止するとともに、第三の膨張空間もより確実に確保して冷凍効率を高めることができる。
【００４０】
なお、本実施例１の絞り部９は第二ディスプレーサ５の外周面上の軸方向に延びる溝状としているが、これに換えて、流路１０の始端から図１中下方に延びて螺旋溝８の終端に連通する孔部とすることもできる。
【実施例２】
【００４１】
上述した実施例１の極低温冷凍機１では、高圧ヘリウムガスは第一膨張空間３から螺旋溝８に向けて流路１０および絞り部９を通流し、低圧ヘリウムガスは螺旋溝８から第一膨張空間３に通流する。つまり、冷媒ガスがダブルインレットとして機能する絞り部９を双方向に通流する。ここで、高圧ヘリウムガスは低圧ヘリウムガスよりも密度が高いため、低圧ヘリウムガスと比較して流速が小さく、圧力損失が小さい。そのため、１サイクルに絞り部９を通過するガス量は、高圧ヘリウムガスの方が低圧ヘリウムガスよりもわずかに多く、双方向に通流するガス流量の間にアンバランスが生じる。その結果、冷却サイクルを重ねるごとに螺旋溝８の高温側から低温側に向けた定常流れが発生する。この流れは、図２中時計回りの矢印Ｌに示す二次流れである。
【００４２】
本実施例２においては、上述した実施例１における流路１０の図３（ａ）においては一定とした流路１０の延在方向における流路断面積Ａ１０を、図３（ｂ）に示すように絞り部９から離れるにつれて連続的に大きくなることとしている。なお、図３においては、流路１０を第二ディスプレーサ５の径方向から視た幅方向寸法の調整により流路断面積Ａ１０を調整しているが、径方向の深さ方向も合わせて調整してもよい。
【００４３】
これによれば、図２に示した二次流れの発生を予め妨げる抵抗を流路１０の流路断面線Ａ１０の縮小によりヘリウムガスの流れに付与することができる。つまり、ヘリウムガスが第一膨張空間３から螺旋溝８に向けて絞り部９を通流する際の流路抵抗を、螺旋溝８から第一膨張空間３にむけて通流する際の絞り部９による流路抵抗よりも大きくすることで、二次流れＬの発生を抑制することができる。そのため、二次流れＬに伴う熱損失を防止して、冷凍効率を高めることができる。
【実施例３】
【００４４】
上述した実施例１及び実施例２においては、流路１０を第二ディスプレーサ５の外周面の軸方向に設ける構成を示したが、径方向に設けることもできる。以下それについての実施例３について述べる。
【００４５】
本実施例３の極低温冷凍機１は、流路１０−１以外の構成は図１に示した実施例１と基本的に同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付し相違点を主に説明する。つまり、図４に示すように、本実施例３の極低温冷凍機１においても、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される絞り部９とを前提として含み、絞り部９を第二蓄冷器１２に連通する流路１０−１を含み、絞り部９は第一膨張空間３よりも常に第二シリンダ７内部に位置するものとしている。
【００４６】
本実施例３においても、絞り部９は第二ディスプレーサ５の外周面において軸方向に延びる溝状を構成しており、絞り部９の上端は図４に示すように、第一シリンダ４の底部つまり第一膨張空間３よりも常に下に位置している。
【００４７】
本実施例３においても、上述した実施例１と同様に、第二ディスプレーサ５の外周面と第二シリンダ７の内周面との間のサイドクリアランスを構成する螺旋溝８を、図２に示したようにパルスチューブ型冷凍機と見立てて、螺旋溝８内に仮想的なガスピストン８Ｐを構成して、流量係数が一定の絞り部９をダブルインレットとして長さと位相と適切に調整することができる。
【００４８】
つまりガスピストン８Ｐにより確実なシール機能を具備させてリーク損失を防止して、冷凍効率を高めることができ、螺旋溝８内の低温側空間８Ｌを第三の膨張空間として利用して付加的な冷凍を行いこれによっても冷凍効率を高めることができる。
【００４９】
また、高温側空間８Hに流入するヘリウムガスは、第二蓄冷器１２を介して流入する。そのため、実施例１と比較してより低温に冷却された状態で螺旋溝８に流入することができ、好ましい。
【実施例４】
【００５０】
上述した実施例１〜３においては、絞り部９を第二ディスプレーサ５の外周面に対して軸方向に延在させる溝としているが、第二ディスプレーサ５の径方向に延びる孔部により流路を構成して、さらにこの孔部に絞り部の役割を兼ねさせることもできる。以下それについての実施例４について述べる。
【００５１】
本実施例４の極低温冷凍機１は、流路１０−２が径方向に延びる形態であり絞り部を兼ねること以外の構成は図４に示した実施例３と基本的に同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付し相違点を主に説明する。
【００５２】
図５に示すように、本実施例４の極低温冷凍機１においては、第二ディスプレーサ５の外周面に形成されて第二膨張空間６から螺旋状に延びる螺旋溝８と、螺旋溝８の第一ディスプレーサ２側に連通される流路１０−２を含む。流路１０−２は第二ディスプレーサ５の径方向に延びて第二蓄冷器１２に連通し、流路１０−２はやはり第一膨張空間３よりも常に第二膨張空間６側に位置しており、第一ディスプレーサ２及び第二ディスプレーサ５の往復運動に係わらず常に第一膨張空間３には露出しないものとしている。
【００５３】
なお、本実施例４においては、螺旋溝８の流路１０−２に連通される連通部分８Ｔは、連通部分８Ｔの延在する方向に垂直な断面内の螺旋溝断面積が流路１０−２に近づくにつれて連続的に小さくなることとしている。これにより、連通部分８Ｔにおけるヘリウムガスの通流を円滑なものとしている。
【００５４】
本実施例４においても、上述した実施例１と同様に、第二ディスプレーサ５の外周面と第二シリンダ７の内周面との間のサイドクリアランスを構成する螺旋溝８を、図２に示したようにパルスチューブ型冷凍機と見立てて、螺旋溝８内に仮想的なガスピストン８Ｐを構成し、さらに絞り部を兼ねる流路１０−２をダブルインレットとして長さと位相と適切に調整して、ガスピストン８Ｐにシール機能を具備させることができる。すなわち、リーク損失を防止して、冷凍効率を高めることができ、螺旋溝８内の低温側空間８Ｌを第三の膨張空間として利用してこれによっても冷凍効率を高めることができる。
【００５５】
また、流路１０−２自体が絞り部を兼ねており、絞り部は流量係数を小さくする観点から予め断面積が螺旋溝断面積よりも小さく設定される。つまり、第二蓄冷器１２内の第二蓄冷材としての鉛球等の外径に対して流路１０−２の内径を小さく設定しておけば、流路１０−２の第二蓄冷器１２側の開口部から鉛球が入り込むことを防止することができ、鉛球の第二蓄冷器１２外への脱落を防止することができる。
【００５６】
なお、仮に流路１０−２の内径を第二蓄冷材の外径よりも大きくする必要がある場合には、鉛球の径よりも網目の小さい網等の適宜の脱落防止手段を流路１０−２の第二蓄冷器１２側に設けることにより対応可能である。
【００５７】
以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
【００５８】
例えば、上述した極低温冷凍機においては段数が二段である場合を示したが、この段数は三段等に適宜選択することが可能である。
【００５９】
実施例では、絞り部９及び流路１０が第二ディスプレーサ５の外周面上の軸方向に延びる溝状としているが、これに限られない。例えば、螺旋溝８の延長線上に絞り部９、流路１０を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、サイドクリアランスにおけるリーク損失を低減し、かつ、サイドクリアランスを第三の膨張空間として利用して、冷凍の効率を高める極低温冷凍機に関するものである。
【００６１】
本発明によれば、サイドクリアランスをパルスチューブ型冷凍機として利用するにあたり仮想的なガスピストンの軸方向の長さや位相の調整をより確実に行うことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ 極低温冷凍機
２ 第一ディスプレーサ
３ 第一膨張空間
４ 第一シリンダ
５ 第二ディスプレーサ
６ 第二膨張空間
７ 第二シリンダ
８ 螺旋溝
８Ｐ ガスピストン
８Ｈ 高温側空間
８Ｌ 低温側空間
９ 絞り部
１０ 流路（軸方向）
１０−１ 流路（径方向）
１０−２ 流路（径方向：絞り部を兼ねる）
１１ 第一蓄冷器
１２ 第二蓄冷器
１３ シール
１４ 圧縮機
１５ サプライバルブ
１６ リターンバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ディスプレーサと、当該第一ディスプレーサとの間に第一膨張空間を形成する第一シリンダと、前記第一ディスプレーサに連結される第二ディスプレーサと、当該第二ディスプレーサとの間に第二膨張空間を形成する第二シリンダと、前記第二ディスプレーサの外周面に形成されて前記第二膨張空間から螺旋状に延びる螺旋溝と、当該螺旋溝の前記第一ディスプレーサ側に連通される絞り部と、当該絞り部を前記第一膨張空間側に連通する流路とを含み、前記絞り部は前記第一膨張空間よりも常に前記第二膨張空間側に位置することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記流路は前記外周面に前記第二ディスプレーサの軸方向に延びる形態にて形成され、前記流路の前記軸方向に垂直な断面における流路断面積は、前記絞り部の当該絞り部の延在する方向に垂直な断面内の絞り部断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記流路断面積は前記絞り部から離れるにつれて連続的に大きくなることを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記流路は前記第二ディスプレーサ内に位置する第二蓄冷器に連通することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記流路は前記第二ディスプレーサの径方向に延びる形態を有して前記絞り部を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の極低温冷凍機。
【請求項１】
第一ディスプレーサと、当該第一ディスプレーサとの間に第一膨張空間を形成する第一シリンダと、前記第一ディスプレーサに連結される第二ディスプレーサと、当該第二ディスプレーサとの間に第二膨張空間を形成する第二シリンダと、前記第二ディスプレーサの外周面に形成されて前記第二膨張空間から螺旋状に延びる螺旋溝と、当該螺旋溝の前記第一ディスプレーサ側に連通される絞り部と、当該絞り部を前記第一膨張空間側に連通する流路とを含み、前記絞り部は前記第一膨張空間よりも常に前記第二膨張空間側に位置することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記流路は前記外周面に前記第二ディスプレーサの軸方向に延びる形態にて形成され、前記流路の前記軸方向に垂直な断面における流路断面積は、前記絞り部の当該絞り部の延在する方向に垂直な断面内の絞り部断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記流路断面積は前記絞り部から離れるにつれて連続的に大きくなることを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記流路は前記第二ディスプレーサ内に位置する第二蓄冷器に連通することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記流路は前記第二ディスプレーサの径方向に延びる形態を有して前記絞り部を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の極低温冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−７９７９２（Ｐ２０１３−７９７９２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１２６６（Ｐ２０１１−２２１２６６）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
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