CN104819592B - 蓄冷器及蓄冷器式制冷机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓄冷器及蓄冷器式制冷机。本发明提供一种在维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时抑制蓄冷材料的使用量的技术。本发明的蓄冷器(34)积蓄由制冷剂气体的膨胀而产生的寒冷，该蓄冷器(34)具备：由非磁性材料构成的蓄冷材料、由磁性材料构成的蓄冷材料以及容器，该容器具有高温端和低温端，在高温端侧容纳由非磁性材料构成的蓄冷材料，并且在低温端侧容纳由磁性材料构成的蓄冷材料。容器还容纳插入部件(35)，该插入部件(35)将流过容纳由磁性材料构成的蓄冷材料的区域的制冷剂气体的流路面积改变为低温端侧的流路面积比高温端侧的流路面积窄。
Description
本申请主张基于2014年1月31日申请的日本专利申请第2014-017385号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种蓄冷器及具备该蓄冷器的蓄冷器式制冷机，该蓄冷器积蓄从压缩装置供给的高压制冷剂气体通过西蒙膨胀而产生的寒冷。
背景技术
作为蓄冷器式制冷机，例如有专利文献1中记载的制冷机。置换器式的蓄冷器式制冷机中，使置换器在缸体内部往复运动的同时使膨胀空间内的制冷剂气体膨胀，从而产生寒冷。并且，脉冲管式蓄冷器式制冷机中，使脉冲管内的气体活塞往复运动的同时使膨胀空间内的制冷剂气体膨胀，从而产生寒冷。在膨胀空间内产生的制冷剂气体的寒冷由蓄冷器积蓄的同时传递到冷却台而达到所希望的超低温，从而对连接于冷却台的冷却对象进行冷却。另外，作为制冷剂气体，例如使用氦气。
蓄冷器中使用蓄冷材料。由铜等非磁性材料构成的蓄冷材料在例如10K以下的超低温区域中，比作为制冷剂气体的氦气的比热小。因此，在超低温区域中的蓄冷器中使用由在该温度区域中比热较大的磁性材料构成的蓄冷材料。
专利文献1：日本特开2008-224161号公报
通常，由磁性材料构成的蓄冷材料的成本比由非磁性材料构成的蓄冷材料高。因此，从降低蓄冷器及具备该蓄冷器的蓄冷器式制冷机的成本的角度考虑，希望在维持制冷性能的同时减少由磁性材料构成的蓄冷材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时抑制蓄冷材料的使用量的技术。
为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的蓄冷器为积蓄由制冷剂气体的膨胀而产生的寒冷的蓄冷器，其具备：由非磁性材料构成的蓄冷材料、由磁性材料构成的蓄冷材料及容器，该容器具有高温端和低温端，且在高温端侧容纳由非磁性材料构成的蓄冷材料，并且在低温端侧容纳由磁性材料构成的蓄冷材料。所述容器还容纳插入部件，该插入部件将流过容纳由磁性材料构成的蓄冷材料的区域的制冷剂气体的流路面积改变为低温端侧的流路面积比高温端侧的流路面积窄。
根据本发明，能够维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时抑制蓄冷材料的使用量。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机的一例的示意图。
图2是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器的温度特性曲线的一例的图。
图3是用于说明第2蓄冷器中的制冷剂气体的质量分布的图。
图4(a)-图4(d)是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器所容纳的插入部件的示意图。
图5(a)-图5(b)是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器所容纳的由多个部件构成的插入部件的示意图。
图6是表示脉冲管型的蓄冷器式制冷机的示意图。
图中：1-蓄冷器式制冷机，C1-第1间隙，P1-第1连接点，V1-蓄冷器供给阀，2-第1置换器，C2-第2间隙，P2-第2连接点，V2-蓄冷器回流阀，3-第2置换器，P3-第3连接点，V3-第1供给阀，4-销，V4-第1回流阀，5-连接器，V5-第2供给阀，6-销，V6-第2回流阀，7-第1缸体，V7-流量控制阀，8-第2缸体，V8-流量控制阀，9-第1蓄冷器，10、11-整流器，12-室温室，13-第1开口，14-压缩机，15-供给阀，16-回流阀，17-密封件，18-第1膨胀空间，19-第2开口，20-第1冷却台，21、22-整流器，24-高温侧区域，25-低温侧区域，26-第2膨胀空间，27-第3开口，28-第2冷却台，29、30-盖部，31、32-压入销，34-第2蓄冷器，35-插入部件，36-薄壁管，101-蓄冷器式制冷机，102-第1蓄冷器，103-第2蓄冷器，104-第1脉冲管，105-第2脉冲管，107-压缩机，108、109-分支管，110-第1供排气共同配管，111-第2供排气共同配管，112-第3供排气共同配管，113-第1整流换热器，114-第2整流换热器，115-第3整流换热器，116-第4整流换热器，117-冷却台，118-第1低温端连结管，119-第2低温端连结管，124-高温侧区域，125-低温侧区域。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
在说明本发明的实施方式所涉及的蓄冷器之前，对使用实施方式所涉及的蓄冷器的蓄冷器式制冷机进行说明。
图1是表示实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机1的一例的示意图。实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机1为例如将氦气用作制冷剂气体的吉福德-麦克马洪(GM)式的超低温制冷机。如图1所示，蓄冷器式制冷机1具备第1置换器2及与第1置换器2在长边方向上连结的第2置换器3。第1置换器2和第2置换器3例如经由销4、连接器5、销6连接。
第1缸体7和第2缸体8形成为一体，分别具备高温端和低温端。第1缸体7的低温端和第2缸体8的高温端在第1缸体7的底部连接。第2缸体8以与第1缸体7在同一轴向上延伸的方式形成，且直径小于第1缸体7的直径的圆筒部件。第1缸体7为将第1置换器2以能够在长边方向上往复移动的方式容纳的容器。此外，第2缸体8为将第2置换器3以能够在长边方向上往复移动的方式容纳的容器。
考虑到强度、导热系数、氦隔离能力等，第1缸体7、第2缸体8例如使用不锈钢。第2置换器3的外周部为由不锈钢等金属制成的筒。在第2置换器3的外周面上可形成氟化乙烯树脂等耐磨性树脂的保护膜。
在第1缸体7的高温端设有往复驱动第1置换器2及第2置换器3的止转棒轭机构(未图示)。第1置换器2、第2置换器3分别沿着第1缸体7、第2缸体8往复移动。第1置换器2及第2置换器3分别具备高温端和低温端。
第1置换器2具有圆筒状的外周面，在第1置换器2的内部填充有第1蓄冷材料。第1置换器2的内部容积作为第1蓄冷器9发挥作用。在第1蓄冷器9的上部设有整流器10，在下部设有整流器11。在第1置换器2的高温端形成有使制冷剂气体从室温室12流向第1置换器2的第1开口13。
室温室12为由第1缸体7和第1置换器2的高温端形成的空间。室温室12的容积随着第1置换器2的往复移动发生变化。在室温室12上连接有将由压缩机14、供给阀15、回流阀16构成的吸排气系统相互连接的配管中的供排气共同配管。并且，在第1置换器2的偏靠高温端的部分与第1缸体7之间安装有密封件17。
在第1置换器2的低温端形成有将制冷剂气体经由第1间隙C1导入到第1膨胀空间18的第2开口19。第1膨胀空间18为由第1缸体7和第1置换器2形成的空间。第1膨胀空间18的容积随着第1置换器2的往复移动发生变化。在第1缸体7的外周中与第1膨胀空间18相对应的位置配置有与未图示的冷却对象物热连接的第1冷却台20。第1冷却台20被流过第1间隙C1的制冷剂气体冷却。
第2置换器3具有圆筒状的外周面。第2置换器3的内部被上端的整流器21、下端的整流器22、位于上下中间的分隔件23在轴向上分为两级。在第2置换器3的内部容积中的比分隔件23更靠高温侧的高温侧区域24填充有例如由铅或铋等非磁性材料制成的第2蓄冷材料。在分隔件23的低温(下级)侧的低温侧区域25填充有与高温侧区域24不同的蓄冷材料，例如由HoCu2等磁性材料制成的第3蓄冷材料。铅或铋、HoCu2等形成为球状，多个球状形成物聚集而构成蓄冷材料。分隔件23防止高温侧区域24的蓄冷材料与低温侧区域25的蓄冷材料混合。该第2置换器3的内部容积即高温侧区域24和低温侧区域25作为第2蓄冷器34发挥作用。第1膨胀空间18和第2置换器3的高温端由连接器5周围的连通路连通。制冷剂气体经由该连通路从第1膨胀空间18流向第2蓄冷器34。
在第2置换器3的低温端形成有用于使制冷剂气体经由第2间隙C2流向第2膨胀空间26的第3开口27。第2膨胀空间26为由第2缸体8和第2置换器3形成的空间。第2膨胀空间26的容积随着第2置换器3的往复移动发生变化。第2间隙C2由第2缸体8的低温端和第2置换器3形成。
在第2缸体8外周的与第2膨胀空间26相对应的位置配置有与冷却对象物热连接的第2冷却台28。第2冷却台28被流过第2间隙C2的制冷剂气体冷却。
从比重、强度、导热系数等观点考虑，第1置换器2例如使用夹布酚醛树脂等。第1蓄冷材料例如由金属丝网等构成。并且，通过毛毡及金属丝网在轴向上夹持例如铅、铋等球状的第2蓄冷材料而构成第2置换器3。另外，如上所述，可通过分隔件将第2置换器3的内部容积分割成多个区域。
第1置换器2及第2置换器3可在低温端分别具备盖部29及盖部30。从与置换器主体接合的观点考虑，盖部29及盖部30具有两级状的圆柱形形状。盖部29通过压入销31固定于第1置换器2，盖部30通过压入销32固定于第2置换器3。由此，能够增加第1冷却台20、第2冷却台28这两个冷却台的实际换热面积，从而提高冷却效率。
接着，对实施方式所涉及的蓄冷器式制冷机1的动作进行说明。在制冷剂气体供给工序的某一时间点，第1置换器2及第2置换器3位于第1缸体7及第2缸体8的下止点。若与此同时或者在稍微错开的时刻打开供给阀15，则高压氦气(例如2.2MPa的氦气)经由供给阀15从供排气共同配管供给至第1缸体7内，并从位于第1置换器2上部的第1开口13流入到第1置换器2内部的第1蓄冷器9中。流入到第1蓄冷器9中的高压氦气被第1蓄冷材料冷却的同时，经由位于第1置换器2下部的第2开口19及第1间隙C1供给至第1膨胀空间18。
供给至第1膨胀空间18的高压氦气经由连接器5周围的连通路流入到第2置换器3内部的第2蓄冷器34中。流入到第2蓄冷器34中的高压氦气被第2蓄冷材料冷却的同时，经由位于第2置换器3下部的第3开口27及第2间隙供给至第2膨胀空间26。
如此一来，第1膨胀空间18及第2膨胀空间26被高压氦气填满，供给阀15被关闭。此时，第1置换器2及第2置换器3位于第1缸体7及第2缸体8内的上止点。若与此同时或者在稍微错开的时刻打开回流阀16，则第1膨胀空间18、第2膨胀空间26内的制冷剂气体被减压而膨胀，成为低压氦气(例如0.8MPa的氦气)。此时，通过制冷剂气体的膨胀产生寒冷。通过膨胀成为低温的第1膨胀空间18的氦气经由第1间隙C1吸收第1冷却台20的热量。此外，第2膨胀空间26的氦气经由第2间隙C2吸收第2冷却台28的热量。
第1置换器2及第2置换器3朝向下止点移动，从而第1膨胀空间18及第2膨胀空间26的容积减小。第2膨胀空间26内的氦气经由第2间隙C2、第3开口27、第2蓄冷器34及连通路返回到第1膨胀空间18。并且，第1膨胀空间18内的氦气经由第2开口19、第1蓄冷器9及第1开口13返回到压缩机14的吸入侧。此时，第1蓄冷材料、第2蓄冷材料及第3蓄冷材料被制冷剂气体冷却。即，第1蓄冷材料、第2蓄冷材料及第3蓄冷材料积蓄通过制冷剂气体的膨胀而产生的寒冷。将该工序作为1个循环，蓄冷器式制冷机1重复进行该冷却循环，由此对第1冷却台20及第2冷却台28进行冷却。
接着，对实施方式所涉及的第2蓄冷器34的内部结构进行详细说明。
如上所述，蓄冷器式制冷机1中的冷却循环包括重复进行作为制冷剂气体的氦气流入、流出第2蓄冷器的动作。以下，对第2蓄冷器34中存在的氦气的温度特性曲线及质量变化进行说明。
图2是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器34的温度特性曲线的一例的图，是表示将第2蓄冷器的高温端至低温端的距离设为1并以此进行标准化时的第2蓄冷器34的温度特性曲线的曲线图。如图2所示，第2蓄冷器34的温度特性曲线并不从高温端朝向低温端线性下降。如图2所示，第2蓄冷器34的高温端(标准化距离为0)的温度为40K左右，低温端(标准化距离为1)的温度为5K左右。第2蓄冷器34的温度特性曲线从高温端到标准化距离为0.2左右为止，降低至10K左右，到标准化距离成为2/3～3/4为止降低至5K左右。
由此，在第2蓄冷器34中，从低温端到标准化距离的1/4至1/3的区域几乎没有温度梯度。因此，即使减少从低温端到标准化距离的1/4至1/3的区域的蓄冷材料也不会导致制冷性能的降低。另外，从低温端到标准化距离的1/4至1/3的区域是温度为5K左右的区域，是填充有由HoCu2等磁性材料构成的第3蓄冷材料的区域。以下对第2蓄冷器34中的制冷剂气体的质量分布与制冷能力的关系进行说明。
图3是用于说明第2蓄冷器34中的制冷剂气体的质量分布的图。将第2蓄冷器34中存在的氦气的质量设为Mr，将该质量的单位时间的变化量设为dMr/dt。并且，流入第2蓄冷器34的高温端的氦气的质量流量设为dma/dt，从低温端流出的氦气的质量流量设为dme/dt。此时，以下式成立。
dma/dt＝dma/dt-dMr/dt (1)
另外，dma/dt表示第2蓄冷器34的高温端中的氦气的质量ma的时间微分。同样的，dme/dt表示第2蓄冷器34的低温端中的氦气的质量me的时间微分。
将第2蓄冷器34的容积设为V，将第2蓄冷器34中的氦气的平均密度设为ρ。假设第2蓄冷器34的容积V恒定，则第2蓄冷器34中存在的氦气的质量Mr成为以下式。
Mr＝Vρ (2)
若将式(2)代入到式(1)，则得到以下式。
dma/dt＝dma/dt-Vdρ/dt (3)
众所周知，超低温区域中的氦气的密度很大程度上依赖于压力。例如，2.2MPa的氦气的密度在温度为25K时大约为40kg/m3，但是在温度为5K时大约成为160kg/m3。因此，从第2蓄冷器34的高温端流入的氦气会随着流向低温端而被冷却，密度变大。即，上述式(3)中，Vdρ/dt＞0。由此得到以下式(4)。
dma/dt＞dma/dt (4)
式(4)表示，从第2蓄冷器34的低温端流出的氦气的质量流量比流入到高温端的氦气的质量流量小。
将第2蓄冷器34的低温端中的氦气的圧力设为Pe。在制冷剂气体供给工序中，由于从压缩机14供给高圧氦气，因此在第2膨胀空间26氦气会等压膨張。当氦气仅增加了微量体积dV时，氦气所做的功we由以下式(5)给出。
we＝PedV (5)
另外，在第2膨胀空间26中氦气所做的功we越大，在第2膨胀空间26中产生的寒冷越大。
在此，假设在第2蓄冷器34的低温端中，流出质量为M的氦气而氦气增加了微量体积dV。此时，ρdV＝dM成立。dM为氦气在第2膨胀空间26中増加的氦气质量。这是由从第2蓄冷器34的低温端流出的氦气引起的。由此得到式(6)。
we＝Pe/ρ×dme (6)
并且，第2蓄冷器34的低温端中的氦气的圧力Pe为作用于第2蓄冷器34的低温端的力f除以第2蓄冷器34的低温端的流路面积Se的值。即为
Pe＝f/Se (7)
若将式(7)代入式(6)，则得到以下式(8)。
we＝Pe/(ρ×Se)×dme (8)
式(8)表示，第2膨胀空间26中氦气所做的功we与从第2蓄冷器34的低温端流出的氦气的质量dme成正比，与第2蓄冷器34的低温端的流路面积Se成反比。
若归纳以上，则可由式(4)与式(8)至少导出以下内容。
(a)从第2蓄冷器34的低温端流出的氦气的质量流量比流入到第2蓄冷器34的高温端的氦气的质量流量小。
(b)氦气在第2膨胀空间26中所做的功we与从第2蓄冷器34的低温端流出的氦气的质量dme成正比。
(c)氦气在第2膨胀空间26中所做的功we与第2蓄冷器34的低温端的流路面积Se成反比。
(a)表明，第2蓄冷器34的低温端附近的氦气的质量流量dme/dt较小，即流入的焓较小，因此需要蓄热的热量也可以较小。这表明能够减少第2蓄冷器34的低温端附近的蓄冷材料。
(b)表示，若第2蓄冷器34的低温端附近的氦气的质量流量dme/dt变小，则氦气在第2膨胀空间26中所做的功we也会变小。另一方面(c)表明，即使第2蓄冷器34的低温端附近的氦气的质量流量变小，也能够通过减小第2蓄冷器34的低温端的流路面积Se来抵消功we的減少量。至少能够防止功we显著降低。这是因为，即使氦气的质量流量dme/dt减少，通过减小第2蓄冷器34的低温端的流路面积Se也能够增加压力振幅，从而能够保持做功量。
基于上述，实施方式所涉及的第2蓄冷器34中容纳插入部件，该插入部件将流过容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的区域的氦气的流路面积改变为低温端侧的流路面积比高温端侧的流路面积窄。
图4(a)-图4(d)是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器34中容纳的插入部件35的示意图。更具体而言，图4(a)-图4(d)是第2蓄冷器34中容纳有插入部件35的状态的沿包括第2蓄冷器34的长轴的平面的剖视图。
图4(a)表示插入部件35，该插入部件35构成为与长轴垂直的截面的面积从一端朝向另一端连续增大。图4(a)表示与长轴平行的截面为裙部从一端朝向另一端成直线形的梯形形状的插入部件35。除此之外，裙部也可从一端朝向另一端呈曲线状扩展。
如图4(a)所示，插入部件35以一端成为第2蓄冷器34的高温侧另一端成为第2蓄冷器34的低温侧的方式被插入于第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的区域(上述低温侧区域25)。由此，第2蓄冷器34中容纳有由磁性材料构成的第3蓄冷材料空間的体積相比容纳插入部件35之前变小。因此，需要填充于第2蓄冷器34的由磁性材料构成的第3蓄冷材料的量也减少。
而且，第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的低温侧区域25的氦气的流路面积变成低温端侧比高温端侧窄。由此，能够加大第2蓄冷器34的低温端中的氦气的圧力振幅。结果，与在第2蓄冷器34中插入插入部件35之前相比，可使第2膨胀空间26中氦气所做的功we变大。
图4(b)是表示插入部件35的另一方式的图。图4(b)所示的插入部件35是设置有流路面积从一端朝向另一端连续减小的流路的管状部件。另外，图4(b)中示出关于流路的截面，裙部从一端朝向另一端成为直线状时的情况，但是，裙部也可以从一端朝向另一端呈曲线状扩展。
如图4(b)所示，插入部件35以一端成为第2蓄冷器34的高温侧，另一端成为第2蓄冷器34的低温侧的方式嵌入容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的低温侧区域25。而且，由磁性材料构成的第3蓄冷材料容纳于设置于插入部件35的流路。由此，第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的空间的体积与容纳插入部件35之前相比变得更小。因此，需要填充于第2蓄冷器34的由磁性材料构成的第3蓄冷材料的量减少。
而且，与图4(a)所示的情况相同，第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料区域的氦气的流路面积变成低温端侧比高温端侧窄。由此，能够加大第2蓄冷器34的低温端中的氦气的圧力振幅。结果，与在第2蓄冷器34中插入插入部件35之前相比，可使第2膨胀空间26中氦气所做的功we变大。因此，能够抑制制冷性能的降低，从而能够维持制冷性能。
图4(c)是表示插入部件35的又一方式的图。图4(c)所示的插入部件35构成为截面积从一端朝向另一端阶段性增加。图4(c)所示的插入部件35与图4(a)所示的插入部件35不同，截面积并不从一端朝向另一端连续增加。其他与图4(a)所示的插入部件35相同，图4(c)所示的插入部件也以一端成为第2蓄冷器34的高温侧，另一端成为第2蓄冷器34的低温侧的方式插入于第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的低温侧区域25中。其效果也与图4(a)所示的插入部件35相同。
图4(d)是表示插入部件35的又一方式的图。图4(d)所示插入部件35为设置有流路面积从一端朝向另一端阶段性减小的流路的管状部件。图4(d)所示的插入部件35与图4(b)所示的插入部件35不同，流路面积不是连续减少的。其他与图4(b)所示的插入部件35相同，图4(d)所示的插入部件35也以一端成为第2蓄冷器34的高温侧，另一端成为第2蓄冷器34的低温侧的方式嵌入于容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料低温侧区域25中。其效果也与图4(b)所示的插入部件35相同。
图4(a)-图4(d)所示的例子均可通过在现有的第2蓄冷器34中插入插入部件35来降低需要填充于第2蓄冷器34中的由磁性材料构成的第3蓄冷材料的同时维持制冷性能。由于能够继续使用现有的第2蓄冷器34，因此还可以抑制蓄冷器式制冷机的制造成本。而且，图4(a)-图4(d)所示的插入部件35均可以通过使用已知的含布酚醛树脂等来实现。
另外，图4(b)及图4(d)通过使插入部件35嵌入来改变第2蓄冷器34中由磁性材料构成的第3蓄冷材料的流路面积。作为替代，也可以改变第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的容器本身的形状。具体而言，也可以将第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的第3蓄冷材料的容器本身的形状改变为具有插入图4(b)或图4(d)的插入部件35后的流路面积的形状。
图4(a)-图4(d)是表示插入部件35为单个部件的情况的一例的图。插入部件35并不限定于单个部件，也可以由多个部件构成。以下对这种情况进行说明。
图5(a)-图5(b)是表示实施方式所涉及的第2蓄冷器34中容纳的由多个部件构成的插入部件35的示意图。更加具体而言，图5(a)是表示由多个部件构成的插入部件35的插入状态的第2蓄冷器34的立体图。而且，图5(b)是表示图5(a)所示的第2蓄冷器34的沿包括其长轴的平面的剖视图。
图5(a)-图5(b)所示的插入部件35由多个薄壁管36构成。即，通过将多个薄壁管36组合，使其发挥一个插入部件35的功能。其中，各个薄壁管36的内径小于1mm，优选为约0.3mm左右。另外，各个薄壁管36的长轴方向长度比第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的蓄冷材料的低温侧区域25的长轴方向的长度短。多个薄壁管36分散容纳于第2蓄冷器34中容纳由磁性材料构成的蓄冷材料的低温侧区域25中的低温侧。
其中，“分散容纳”是指使多个薄壁管36的各个长轴与第2蓄冷器34的长轴平行，并且多个薄壁管36在与第2蓄冷器34的长轴垂直的方向上分散，从而容纳于第2蓄冷器34。由此，如图5(b)所示，在第2蓄冷器34中，低温侧区域25的氦气的流路面积小于高温侧区域24的流路面积。因此，第2蓄冷器34能够获得与图4(a)-图4(d)中示出的插入有插入部件35的情况相同的效果。
此外，通过将多个薄壁管36分散容纳于第2蓄冷器34的低温侧区域25，能够增大薄壁管36与氦气接触的部分的面积。在实施方式所涉及的薄壁管36中，以高压状态封入有与作为制冷剂气体的氦气相同的氦气。因此，薄壁管36分别发挥蓄冷材料的功能。通过增加薄壁管36与氦气接触的部分的面积，能够提高氦气与薄壁管36之间的热交换效率。结果，能够使由多个薄壁管36构成的插入部件35作为一个蓄冷材料发挥功能。
(脉冲管型的制冷机)
以上，示出了将实施方式所涉及的第2蓄冷器34适用于置换器式的制冷机的情况，但本发明也可以适用于脉冲管型的制冷机。以下对将本发明适用于脉冲管型的制冷机时的情况进行叙述。
图6是示意地表示脉冲管型的蓄冷器式制冷机101的图。如图6所示，脉冲管型的蓄冷器式制冷机101具备：第1蓄冷器102、第2蓄冷器103、第1脉冲管104及第2脉冲管105。第1蓄冷器102、第1脉冲管104及第2脉冲管105各自的高温端分别经由与高温端相对应的第1供排气共同配管110、第2供排气共同配管111及第3供排气共同配管112分别连接于从压缩机107的吐出侧三分支的分支管108及从吸入侧三分支的分支管109。
在分支管108的与第1供排气共同配管110连接的第1连接点P1之前配置有蓄冷器供给阀V1。在分支管108的与第2供排气共同配管111连接的第2连接点P2之前配置有第1供给阀V3。并且，在分支管108的与第3供排气共同配管112连接的第3连接点P3之前配置有第2供给阀V5。
在分支管109的与第1供排气共同配管110连接的第1连接点P1之前配置蓄冷器回流阀V2。在分支管109的与第2供排气共同配管111连接的第2连接点P2之前配置有第1回流阀V4。在分支管109的与第3供排气共同配管112连接的第3连接点P3之前配置第2回流阀V6。
第2供排气共同配管111的第1脉冲管104的高温端与第2连接点P2之间配置有流量控制阀V7。而且第3供排气共同配管112的第2脉冲管105的高温端与第3连接点P3之间配置有流量控制阀V8。这些流量控制阀作为脉冲管内产生的气体活塞的相位调整机构发挥作用。而且，也能够使用节流孔来代替流量控制阀。
在第1脉冲管104的高温端配置有第1整流换热器113，低温端配置有第2整流换热器114。在第2脉冲管105的高温端配置有第3整流换热器115，低温端配置有第4整流换热器116。
第1脉冲管104的低温端与第1蓄冷器102的低温端通过冷却台117热连接。第1脉冲管104的低温端与第1蓄冷器102的低温端通过位于冷却台117的内部的第1低温端连结管118连接成能够使制冷剂气体流通。第2脉冲管105的低温端与第2蓄冷器103的低温端通过第2低温端连结管119连接成能够使制冷剂气体流通。
并且，在脉冲管型的蓄冷器式制冷机101中，第2蓄冷器103的内部与上述置换器式的第2蓄冷器34相同，包括上级的具有非磁性材料的高温侧区域124及下级的具有磁性材料的蓄冷材料的低温侧区域125。由高温侧区域124与低温侧区域125相结合而构成第2蓄冷器103。
上述结构的脉冲管型蓄冷器式制冷机101中，在高圧制冷剂气体的供给过程中，若开启第1供给阀V3与第2供给阀V5，则制冷剂气体经由分支管108及第2供排气共同配管111或第3供排气共同配管112流入到第1脉冲管104及第2脉冲管105的低温端。
而且，若开启蓄冷器供给阀V1，则制冷剂气体从压缩机107经由分支管108及第1供排气共同配管110，从第1蓄冷器102流入到第1脉冲管104的低温端，并且通过第2蓄冷器103流向第2脉冲管105的高温端。
另一方面，在低压制冷剂气体的回收过程中，若开启第1回流阀V4或第2回流阀V6，则第1脉冲管104或第2脉冲管105内的制冷剂气体从各自的高温端通过第2供排气共同配管111或第3供排气共同配管112及分支管109，回收至压缩机107。而且，若开启蓄冷器回流阀V2，则第1脉冲管104内的制冷剂气体从低温端经由第1蓄冷器102、第1供排气共同配管110、分支管109回收至压缩机107。同样地，第2脉冲管105内的制冷剂气体经由第2蓄冷器103、第1蓄冷器102、第1供排气共同配管110、分支管109回收至压缩机107。
在脉冲管型的蓄冷器式制冷机101中，通过重复进行作为被压缩机107压缩的工作流体的氦气等制冷剂气体流入到第1蓄冷器102、第2蓄冷器103、第1脉冲管104、第2脉冲管105的动作及工作流体从第1脉冲管104、第2脉冲管105、第1蓄冷器102、第2蓄冷器103流出并回收至压缩机107的动作，在蓄冷器及脉冲管的低温端产生寒冷。并且，通过使冷却对象与这些低温端热连接，能够从冷却对象吸收热量。
与上述置换器式的蓄冷器式制冷机1中的第2蓄冷器34的情况相同，在脉冲管型的蓄冷器式制冷机101中可也以在第2蓄冷器103的低温侧区域125插入图4(a)-图4(d)或图5(a)-图5(b)所示的插入部件35。其效果与置换器式的蓄冷器式制冷机1相同。另外，图6示出了在脉冲管型的蓄冷器式制冷机101中的第2蓄冷器103的低温侧区域125中插入图4(a)所示的插入部件35的情况。
如上所述，采用本发明的第2蓄冷器34及第2蓄冷器103，能够在维持蓄冷器式制冷机的制冷性能的同时，抑制蓄冷材料的使用量。
以上，对本发明的优选实施例进行了详细说明，但本发明并不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的前提下，可对上述实施例实施各种变形及替换。
例如，在上述蓄冷器式制冷机中示出了级数为两级的情况，但该级数能够适当地选择为三级以上。并且，在实施方式中，对蓄冷器式制冷机为置换器式的GM制冷机或脉冲管型的例子进行了说明，但并不限于此。例如，本发明也能够适用于斯特林制冷机、苏尔威制冷机等。
Claims (7)
1.一种蓄冷器，其积蓄由制冷剂气体的膨胀而产生的寒冷，其特征在于，具备：
由非磁性材料构成的蓄冷材料；
由磁性材料构成的蓄冷材料；及
容器，其具有高温端和低温端，且在高温端侧容纳由所述非磁性材料构成的蓄冷材料，并且在低温端侧容纳由所述磁性材料构成的蓄冷材料，
所述容器还容纳插入部件，该插入部件将流过容纳由所述磁性材料构成的蓄冷材料的区域的制冷剂气体的流路面积改变为低温端侧的流路面积比高温端侧的流路面积窄。
2.根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，
所述插入部件构成为其截面积从一端朝向另一端增大，
在所述容器的由所述磁性材料构成的蓄冷材料的区域中，以所述插入部件的一端成为高温侧，另一端成为低温侧的方式容纳所述插入部件。
3.根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，
所述插入部件为设置有流路面积从一端朝向另一端减小的流路的管状的部件，并以一端成为所述容器的高温侧，另一端成为所述容器的低温侧的方式嵌入到容纳所述容器的由所述磁性材料构成的蓄冷材料的区域，
由所述磁性材料构成的蓄冷材料容纳在设置于所述插入部件的流路中。
4.根据权利要求1所述的蓄冷器，其特征在于，
所述插入部件由多个薄壁管构成，
所述多个薄壁管的长轴方向的长度分别比所述容器中的容纳由所述磁性材料构成的蓄冷材料的区域的长轴方向的长度短，
在所述容器的容纳由所述磁性材料构成的蓄冷材料的区域的低温侧，分散容纳所述多个薄壁管。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的蓄冷器，其特征在于，
所述插入部件由酚醛树脂构成。
6.根据权利要求4所述的蓄冷器，其特征在于，
构成所述插入部件的多个薄壁管中分别封入有与所述制冷剂气体相同种类的气体。
7.一种蓄冷器式制冷机，其特征在于，具备：
根据权利要求1至4中的任意一项所述的蓄冷器；及
压缩机，向所述蓄冷器供给高压的制冷剂气体，并且压缩从所述蓄冷器返回来的低压制冷剂气体。
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