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JPH0686964B2 - Expander for cryogenic refrigerator - Google Patents

Expander for cryogenic refrigerator

Info

Publication number
JPH0686964B2
JPH0686964B2 JP29926488A JP29926488A JPH0686964B2 JP H0686964 B2 JPH0686964 B2 JP H0686964B2 JP 29926488 A JP29926488 A JP 29926488A JP 29926488 A JP29926488 A JP 29926488A JP H0686964 B2 JPH0686964 B2 JP H0686964B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacer
tip
cylinder member
cylinder
cylindrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP29926488A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02143058A (en
Inventor
誠 廣保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP29926488A priority Critical patent/JPH0686964B2/en
Publication of JPH02143058A publication Critical patent/JPH02143058A/en
Publication of JPH0686964B2 publication Critical patent/JPH0686964B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧縮された冷媒ガスを膨張させて極低温レベ
ルの寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機用膨張機
の構造に係り、特に冷却能力の向上対策に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a structure of an expander for a cryogenic refrigerator, which expands a compressed refrigerant gas to generate a cryogenic level of refrigeration, In particular, it relates to measures for improving cooling capacity.

(従来の技術) 従来より、極低温レベルの寒冷を発生させるようにした
極低温冷凍機に配置される極低温冷凍機用膨張機の構造
として、例えば「Cryocoolers,Partl,p.204,(ISBN O-3
06-40715-9(v.1),1983 PlenumPress,New York)」に
開示されるごとく、第5図に示すように、シリンダ
(a)の先端に略半球状の低温端部(b)を設け、リジ
ェネレータ(c)を内蔵するディスプレーサ(d)の先
端を半球状に形成して、該先端と低温端部(b)の内壁
面との間に膨張空間(f)を形成するとともに、ディス
プレーサ(d)円筒面の先端付根に細孔(e)を設け、
該細孔(e)を介してディスプレーサ(d)内部から膨
張空間(f)に冷媒を流入させて膨張空間(f)で冷媒
を膨張させることにより、低温端部(b)の冷却効果を
向上させようとするものは公知の技術である。
(Prior Art) Conventionally, as a structure of an expander for a cryogenic refrigerator arranged in a cryogenic refrigerator for generating cryogenic levels, for example, "Cryocoolers, Partl, p.204, (ISBN O-3
06-40715-9 (v.1), 1983 PlenumPress, New York) ", as shown in FIG. 5, a substantially hemispherical low temperature end (b) is provided at the tip of the cylinder (a). The displacer (d) having the built-in regenerator (c) is formed with a hemispherical tip to form an expansion space (f) between the tip and the inner wall surface of the low temperature end (b). The displacer (d) is provided with a pore (e) at the root of the cylindrical surface,
Refrigerant flows from the inside of the displacer (d) into the expansion space (f) through the pores (e) to expand the refrigerant in the expansion space (f), thereby improving the cooling effect of the low temperature end portion (b). What is about to be done is a known technique.

また、上記のものと同文献において同時に開示されるご
とく、第6図に示すように、シリンダ(a)を二重管構
造とし、その二重管の間にリジェネレータ(c)を収納
するとともに、シリンダ(a)の先端の低温端部(b)
において、シリンダ(a)の二重管の間に内側管に外嵌
合しかつ外側管および外側端面とは所定の間隙を有する
内部部材(g)を設けて、その間隙を冷媒が流通する流
通空間(h)とする一方、内部部材(g)の先端の凹状
面の中央部に流通空間(h)とシリンダ(a)内部先端
の膨張空間(f)とを連通する細孔(i)を設け、寒冷
が発生する冷媒の膨張時、冷媒をリジェネレータ(c)
から流通空間(h)を経て膨張空間(f)に流入させる
ことにより、低温端部(b)における冷却効果をさらに
向上させようとするものも公知の技術である。
Further, as disclosed in the same document as the above, as shown in FIG. 6, the cylinder (a) has a double pipe structure, and the regenerator (c) is housed between the double pipes. , Low temperature end of cylinder (a) tip (b)
In the above, in the cylinder (a), an internal member (g) externally fitted to the inner pipe and having a predetermined gap between the outer pipe and the outer end face is provided between the double pipes of the cylinder (a), and the refrigerant flows through the gap. While forming the space (h), a pore (i) that connects the flow space (h) and the expansion space (f) at the inner tip of the cylinder (a) is formed in the center of the concave surface at the tip of the inner member (g). When the refrigerant is expanded, which causes cold, the refrigerant is re-generated (c).
It is a known technique to further improve the cooling effect at the low temperature end portion (b) by causing the gas to flow into the expansion space (f) through the circulation space (h).

(発明が解決しようとする課題) ところで、低温端部(b)の冷却効果を阻害する要因と
して、膨張空間(f)内における膨張した低温の冷媒の
寒冷が低温端外表面へ有効に伝えられないということが
ある。したがって、通常の装置のようなディスプレーサ
先端面の中央孔から膨張空間に冷媒を流通させる構造に
比べて、上記第5図のものでは、冷媒ガスの吸入,吐出
時、細孔(e)付近では、冷媒が低温端部(b)の壁面
に添って流れ、冷媒と低温端部(b)との熱伝達が良好
になって冷却効果が向上する。しかし、低温端部(b)
の先端付近では、なお冷媒と低温端部(b)との熱伝達
が不十分であり、総合的に冷却効果が十分向上しないと
いう問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) By the way, as a factor that impairs the cooling effect of the low temperature end portion (b), the cold of the expanded low temperature refrigerant in the expansion space (f) is effectively transmitted to the outer surface of the low temperature end. Sometimes there is no. Therefore, in comparison with the structure in which the refrigerant is circulated from the central hole on the tip surface of the displacer to the expansion space as in a normal device, in the one shown in FIG. , The refrigerant flows along the wall surface of the low temperature end portion (b), the heat transfer between the refrigerant and the low temperature end portion (b) is improved, and the cooling effect is improved. However, the cold end (b)
In the vicinity of the tip, the heat transfer between the refrigerant and the low temperature end (b) is still insufficient, and there is a problem that the overall cooling effect is not sufficiently improved.

それに対して、上記第6図のものでは、吸入,吐出され
る冷媒が低温端部(b)の表面全体で熱交換を行い、高
い冷却効果を発揮しうる。しかし、反面、高精度が要求
されるシリンダ(a)を二重管構造にし、その内部にリ
ジェネレータ(c)を設ける等の複雑な構造としている
ために、製造コストが高くつくとともに、装置が大形に
なるという問題がある。
On the other hand, in the case of FIG. 6 described above, the refrigerant sucked in and discharged from the low temperature end portion (b) exchanges heat with the entire surface, and a high cooling effect can be exhibited. However, on the other hand, since the cylinder (a) which requires high accuracy has a double pipe structure and the regenerator (c) is provided inside thereof, the manufacturing cost is high and the device is There is the problem of becoming large.

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、単純な構成でもって冷媒の混合効果を防止するこ
とにより、低コストで膨張機の冷却能力の向上を図るこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to prevent the mixing effect of refrigerants with a simple configuration, thereby improving the cooling capacity of an expander at low cost.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため第1の解決手段は、第1図に示
すように、極低温冷凍機用膨張機に、先端が閉鎖された
円筒状シリンダ部材(1)と、該シリンダ部材(1)の
先端部(1a)に該先端部(1a)の外形全体に亘って所定
の間隙を有するように外嵌され、かつ入口で機密状に支
持されるカップ状低温端部(2)と、内部に金属細線や
球のリジェネレータ(4)を有し、上記シリンダ部材
(1)内のシール部材(5)を介して摺動する円筒状デ
ィスプレーサ(3)とを設け、該ディスプレーサ(3)
の往復動により、高圧の冷媒ガスが膨張して上記低温端
部(2)に極低温レベルの寒冷が発生するようにする。
(Means for Solving the Problem) A first means for achieving the above object is, as shown in FIG. 1, a cylindrical cylinder member (1) having a closed end in an expander for a cryogenic refrigerator. ) And a cup shape that is fitted onto the tip end portion (1a) of the cylinder member (1) so as to have a predetermined gap over the entire outer shape of the tip end portion (1a) and is supported at the inlet in a confidential manner. A low temperature end (2) and a cylindrical displacer (3) which has a thin metal wire or spherical regenerator (4) inside and slides through a seal member (5) in the cylinder member (1). The displacer (3)
By the reciprocating motion of the high pressure refrigerant gas, the high pressure refrigerant gas is expanded to generate the cryogenic temperature at the low temperature end portion (2).

さらに、上記シリンダ部材(1)の先端部(1a)とディ
スプレーサ(3)の先端との間に冷媒が膨張する膨張空
間(6)が形成され、上記先端部(1a)と低温端部
(2)との間隙で冷媒ガスが流れる流通空間(7)が形
成しディスプレーサ(3)の円筒面および対応するシリ
ンダ部材(1)の先端部(1a)の円筒面に、ディスプレ
ーサ(3)内部と上記流通空間(7)とを冷媒ガスの流
通可能に連通する流通路(10)を設け、上記シリンダ部
材(1)の先端面(1b)中央に、流通空間(7)と膨張
空間(6)とを冷媒ガスの流通可能に連通する細孔(1
1)を設けたものである。。
Further, an expansion space (6) in which the refrigerant expands is formed between the tip portion (1a) of the cylinder member (1) and the tip of the displacer (3), and the tip portion (1a) and the low temperature end portion (2) are formed. ), A circulation space (7) through which the refrigerant gas flows is formed, and on the cylindrical surface of the displacer (3) and the corresponding cylindrical surface of the tip portion (1a) of the cylinder member (1), the inside of the displacer (3) and the above A flow passage (10) communicating with the distribution space (7) so that the refrigerant gas can flow is provided, and the distribution space (7) and the expansion space (6) are provided at the center of the tip surface (1b) of the cylinder member (1). Through which the refrigerant gas can flow (1
1) is provided. .

また、第2の解決手段は、上記第1の解決手段におい
て、リジェネレータ(4)を多数枚重ねた円形の金属製
金網で構成し、ディスプレーサ(3)を該金網の外周付
近に含浸固化された樹脂からなる円筒部(3b)を有する
ように構成したものである。
A second solving means is the same as the first solving means, which is constituted by a circular metal wire net having a large number of regenerators (4) stacked, and the displacer (3) is impregnated and solidified in the vicinity of the outer circumference of the wire net. It has a cylindrical portion (3b) made of a resin.

(作用) 以上の構成により、請求項(1)の発明では、寒冷が発
生する冷媒の膨張時、冷媒がディスプレーサ(3)の内
部から低温端部(2)とシリンダ部材(1)の先端部
(1a)との間の流通空間(7)を経て膨張空間(6)に
流入する。したがって、低温端部(2)内側の流通空間
(7)を流れることとなり、その結果、低温端部(2)
の冷却効果が向上することになる。
(Operation) According to the invention of claim (1), the refrigerant is expanded from the inside of the displacer (3) to the low temperature end portion (2) and the tip end portion of the cylinder member (1) during the expansion of the refrigerant causing cold. It flows into the expansion space (6) through the distribution space (7) between (1a). Therefore, it flows through the circulation space (7) inside the low temperature end (2), and as a result, the low temperature end (2)
The cooling effect will be improved.

しかも、その場合、リジェネレータ(4)をディスプレ
ーサ(3)内に収納し、シリンダ部材(1)を単管構造
としているので、装置全体を小形かつ簡易な構造とする
ことができ、よって、製造コストの大幅な増大を招くこ
となく、冷却能力が向上する。
Moreover, in that case, since the regenerator (4) is housed in the displacer (3) and the cylinder member (1) has a single pipe structure, the entire apparatus can be made small and simple, and therefore, the manufacturing Cooling capacity is improved without incurring a significant increase in cost.

請求項(2)の発明では、リジェネレータ(4)が金属
製の金網で構成されているので、熱膨張率がシリンダ部
材(1)と同じ程度になるとともに、ディスプレーサ
(3)の円筒面を仕上げる際、内部の金網により剛性が
保持され、良好な真円度を得ることができる。したがっ
て、ディスプレーサ(3)外周とシリンダ部材(1)内
周との良好な嵌合性が維持される。
In the invention of claim (2), since the regenerator (4) is composed of a metal wire mesh, the coefficient of thermal expansion is about the same as that of the cylinder member (1), and the cylindrical surface of the displacer (3) is At the time of finishing, rigidity is maintained by the wire mesh inside, and good roundness can be obtained. Therefore, good fitting property between the outer circumference of the displacer (3) and the inner circumference of the cylinder member (1) is maintained.

また、ディスプレーサ(3)が金属製金網に樹脂を含浸
固化させてなる円筒部(3b)を有するので、内部の蓄冷
材としての金網とシリンダ部材(1)との間の熱伝導が
有効に阻止される一方、高密度の金網によりリジェネレ
ータ(4)の熱交換効率が高く維持される。
Further, since the displacer (3) has a cylindrical portion (3b) formed by impregnating and solidifying a metal wire netting with resin, heat conduction between the wire netting as the internal cold storage material and the cylinder member (1) is effectively blocked. On the other hand, the heat exchange efficiency of the regenerator (4) is maintained high due to the high-density wire mesh.

よって、シリンダ部材(1)との嵌合性と高い熱交換効
率を維持しながら装置の小形化に対応することができ
る。
Therefore, it is possible to cope with the downsizing of the device while maintaining the fitting property with the cylinder member (1) and the high heat exchange efficiency.

(実施例) 以下、本発明の実施例について、第1図〜第4図に基づ
き説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to Figs.

第1図は請求項(1)および(2)の発明を適用した極
低温冷凍機用膨張機の主要部の構造を示し、(1)は先
端が閉鎖された円筒状シリンダ部材(1)であって、該
シリンダ部材(1)には、図示しないが圧縮機により圧
縮された冷媒ガスが供給配管(図示せず)等の供給通路
を経て流入するようになされている。
FIG. 1 shows a structure of a main part of an expander for a cryogenic refrigerator to which the inventions of claims (1) and (2) are applied. (1) is a cylindrical cylinder member (1) with a closed tip. Then, although not shown, the refrigerant gas compressed by the compressor flows into the cylinder member (1) through a supply passage such as a supply pipe (not shown).

また、(2)は該シリンダ部材(1)の先端部(1a)の
外側において先端部(1a)の外形全体に亘って所定の間
隙を有するように外嵌されるカップ状低温端部(2)で
あって、その入口ではシリンダ部材(1)の先端部(1
a)円筒面に機密状に支持されている。(3)は上記シ
リンダ部材(1)内をシール部材(5)を介して摺動す
る中空円柱状ディスプレーサであって、該ディスプレー
サ(3)の内部には、ヘリウム等の冷媒ガスが冷熱を付
与しながら流通するリジェネレータ(4)が収納されて
いる。
Further, (2) is a cup-shaped low-temperature end portion (2) fitted outside the tip end portion (1a) of the cylinder member (1) so as to have a predetermined gap over the entire outer shape of the tip end portion (1a). ), And at the inlet, the tip (1
a) Confidentially supported by the cylindrical surface. (3) is a hollow cylindrical displacer that slides in the cylinder member (1) via a seal member (5), and a refrigerant gas such as helium gives cold heat to the inside of the displacer (3). A regenerator (4) that circulates while being stored is stored.

そして、上記シリンダ部材(1)の先端部(1a)内壁面
と、ディスプレーサ(3)の先端面とにより、冷媒が膨
張する膨張空間(6)が形成され、シリンダ部材(1)
の先端部(1a)外壁面と低温端部(2)内壁面との間の
間隙により、冷媒が流通する流通空間(7)が形成され
ていている。
Then, the inner wall surface of the tip end portion (1a) of the cylinder member (1) and the tip end surface of the displacer (3) form an expansion space (6) in which the refrigerant expands, and the cylinder member (1).
The space between the outer wall surface of the tip portion (1a) and the inner wall surface of the low temperature end portion (2) forms a circulation space (7) through which the refrigerant flows.

一方、第2図に示すように、ディスプレーサ(3)円筒
面には、円周方向4箇所に等分配置された円孔(8),
…が設けられるとともに、シリンダ部材(1)の先端部
(1a)円筒面の上記円孔(8),…と対応する箇所に
は、ディスプレーサ(3)の上下動域に亘ってシリンダ
部材(1)の長手方向に延びる長孔(9),…が設けら
れている。すなわち、上記円孔(8),…と長孔
(9),…とにより、ディスプレーサ(3)内部と上記
流通空間(7)とを冷媒ガスの流通可能に連通する流通
路(10)が形成されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, on the cylindrical surface of the displacer (3), circular holes (8), which are evenly arranged at four locations in the circumferential direction,
Is provided, and at the location corresponding to the circular hole (8) on the cylindrical surface of the tip end portion (1a) of the cylinder member (1), the cylinder member (1) extends over the up-and-down motion range of the displacer (3). ) Are provided with elongated holes (9) ,. That is, the circular holes (8), ... And the long holes (9), ... Form a flow passage (10) for communicating the inside of the displacer (3) with the flow space (7) so that the refrigerant gas can flow. Has been done.

さらに、上記シリンダ部材(1)の先端面(1b)中央に
は、流通空間(7)と上記膨張空間(6)とを冷媒ガス
の流通可能に連通する細孔(11)が設けられていて、該
細孔(11)を介して流通空間(7)から膨張空間(6)
に冷媒を流すようになされている。
Further, in the center of the tip surface (1b) of the cylinder member (1), there is provided a fine hole (11) for communicating the circulation space (7) with the expansion space (6) so that the refrigerant gas can flow therethrough. , The expansion space (6) from the distribution space (7) through the pores (11)
It is designed to allow the refrigerant to flow.

つまり、ディスプレーサ(3)がシリンダ部材(1)の
先端側から後方に移動すると、リジェネレータ(4)を
通って冷却された冷媒ガスが流通路(10)から流通空間
(7)を経て、ディスプレーサ(3)の移動により体積
が増加しつつある膨張空間(6)に流れ込んで、低温端
部(2)に寒冷を生ぜしめる一方、ディスプレーサ
(3)がシリンダ部材(1)の後方から先端側に移動す
ると、上記過程で冷却された冷媒ガスが上記とは逆の経
路で低温端部(2)と熱交換を行った後ディスプレーサ
(3)内部に戻り、リジェネレータ(4)にその寒冷熱
を蓄熱して圧縮機側に戻るようになされている。
That is, when the displacer (3) moves rearward from the tip end side of the cylinder member (1), the refrigerant gas cooled through the regenerator (4) passes from the flow passage (10) through the distribution space (7) to the displacer. While flowing into the expansion space (6) whose volume is increasing due to the movement of (3), cold is generated in the low temperature end (2), while the displacer (3) moves from the rear of the cylinder member (1) to the front end side. When moving, the refrigerant gas cooled in the above process exchanges heat with the low temperature end portion (2) in a route opposite to the above, and then returns to the inside of the displacer (3) to transfer the cold heat to the regenerator (4). It stores heat and returns to the compressor side.

また、第3図および第4図に示すように、ディスプレー
サ(3)内部において、その先端には銅製の円柱状ブロ
ックからなる先端部材(3a)が設けられ、上記リジェネ
レータ(4)は上記先端部材(3a)の上に多数枚重ねた
円形の銅製金網で構成され、ディスプレーサ(3)は、
上記先端部材(3a)と、上記金網の外周付近に含浸固化
された後、外周面が上記シリンダ部材(1)の円筒内面
に嵌合する寸法に機械加工により仕上げられたエポキシ
製の円筒部(3b)とからなる。つまり、ディスプレーサ
(3)とリジェネレータ(4)とは一体に形成されてい
る。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, inside the displacer (3), a tip member (3a) made of a cylindrical block made of copper is provided at the tip, and the regenerator (4) is provided with the tip. The displacer (3) consists of circular copper wire nets that are stacked on top of the member (3a).
An epoxy cylinder part (3a) and an epoxy cylindrical part that is machined to a size such that the outer peripheral surface is impregnated and solidified in the vicinity of the outer periphery of the wire mesh and then the outer peripheral surface fits into the inner cylinder surface of the cylinder member (1). 3b) and. That is, the displacer (3) and the regenerator (4) are integrally formed.

したがって、請求項(1)の発明では、寒冷が発生する
冷媒ガスの膨張時、冷媒ガスが、低温端部(2)とシリ
ンダ部材(1)の先端部(1a)との間の間隙として形成
される流通空間(7)を経て、シリンダ部材(1)の先
端面中央に設けられた細孔(11)から膨張空間(6)に
流入するので、低温端部(2)内側の流通空間(7)を
流れることとなり、その結果、低温端部(2)の冷却効
果が向上する。
Therefore, in the invention of claim (1), when the refrigerant gas that causes cold is expanded, the refrigerant gas is formed as a gap between the low temperature end portion (2) and the tip end portion (1a) of the cylinder member (1). Since it flows into the expansion space (6) from the pores (11) provided in the center of the tip surface of the cylinder member (1) through the flow space (7) that is formed, the flow space () inside the low temperature end (2) ( 7), and as a result, the cooling effect of the low temperature end portion (2) is improved.

その場合、シリンダ部材(1)を単管構造とし、流通空
間(7)をシリンダ部材(1)の先端部(1a)と該先端
部(1a)をカバーするカップ状低温端部(2)とで構成
しているので、装置の構成として、一般に使用されてい
るシリンダ構造にカップ状低温端部(2)を付加するだ
けの簡易な構成で済み、よって、上記第6図に示される
二重管のシリンダ構造のように製造コストの大幅な増大
を招くことなく、極低温冷凍機用膨張機の冷却能力の向
上を図ることができるのである。
In that case, the cylinder member (1) has a single pipe structure, and the flow space (7) includes a tip portion (1a) of the cylinder member (1) and a cup-shaped low temperature end portion (2) covering the tip portion (1a). As a result of the construction of the device, a simple structure, in which the cup-shaped low temperature end (2) is added to the generally used cylinder structure, is sufficient. Therefore, the double structure shown in FIG. It is possible to improve the cooling capacity of the expander for a cryogenic refrigerator without incurring a large increase in manufacturing cost unlike the cylinder structure of a pipe.

加えて、二重管のシリンダ構造に比べて、リジェネレー
タ(4)がディスプレーサ(3)内部に収納されるの
で、装置全体の小形化を図ることができる利点をも有す
るものである。
In addition, since the regenerator (4) is housed inside the displacer (3) as compared with the double-tube cylinder structure, there is an advantage that the size of the entire apparatus can be reduced.

次に、ディスプレーサ(3)およびリジェネレータ
(4)の材質についてみるに、従来は、シリンダ部材の
素材であるステンレスとの熱膨張率が近く、しかも熱伝
導率の低い樹脂として、円筒状の布入りベークライトで
ディスプレーサを構成し、その内部にリジェネレータと
して銅製の金網や球状の鉛を入れる構造としている。そ
の場合、布入りベークライトが吸湿により寸法変化して
シリンダ部材との嵌合性が悪化したり、特に小型の冷凍
機の場合には内部の蓄冷材に対する布入りベークライト
製ディスプレーサの肉厚の比率が高くなって熱交換効率
が低下する等の問題があり、また、加工上も布入りベー
クライト円筒の弱い剛性のために高い真円度が得られ
ず、シリンダ部材の内壁との間で冷媒のリークが生ずる
虞れがある。
Next, regarding materials of the displacer (3) and the regenerator (4), conventionally, a cylindrical cloth is used as a resin having a thermal expansion coefficient close to that of stainless steel which is a material of the cylinder member and having a low thermal conductivity. The bakelite is used as a displacer, and copper wire mesh or spherical lead is used as a regenerator inside the displacer. In that case, the cloth-containing Bakelite will change its dimensions due to moisture absorption and the fitability with the cylinder member will deteriorate, and especially in the case of a small refrigerator, the thickness ratio of the cloth-containing Bakelite displacer to the internal regenerator material However, due to the weak rigidity of the cloth-filled bakelite cylinder, a high degree of roundness cannot be obtained during processing, and refrigerant leaks between the cylinder member and the inner wall. May occur.

それに対し、請求項(2)の発明では、リジェネレータ
(4)が銅製の金網で構成されているので、熱膨張率が
シリンダ部材(1)として通常使用されるステンレスと
それ程変わらない。また、ディスプレーサ(3)の円筒
面を仕上げる際、ディスプレーサ(3)とリジェネレー
タ(4)とが一体に形成され、内部の金網により剛性が
保持されているので、良好な真円度を得ることができ
る。したがって、ディスプレーサ(3)外周とシリンダ
部材(1)内面との良好な嵌合性を維持することができ
る。また、外周が上記金網に樹脂を含浸固化させてなる
円筒部(3b)で構成されているので、内部の蓄冷材とし
ての金網とシリンダ部材(1)との間の熱伝導を有効に
阻止しうる。なお、樹脂を含浸させる前に銅製の金網を
適度に押圧することにより、金網の密度を十分高くする
ことができるので、リジェネレータ(4)の熱交換効率
も高く維持することができる。すなわち、シリンダ部材
(1)との良好な嵌合性と高い熱交換効率とを維持しな
がら、装置の小形化に対応することができるのである。
On the other hand, in the invention of claim (2), since the regenerator (4) is composed of a copper wire mesh, the coefficient of thermal expansion is not so different from that of stainless steel normally used as the cylinder member (1). Further, when finishing the cylindrical surface of the displacer (3), the displacer (3) and the regenerator (4) are integrally formed, and the rigidity is maintained by the internal wire mesh, so that a good roundness can be obtained. You can Therefore, it is possible to maintain a good fit between the outer circumference of the displacer (3) and the inner surface of the cylinder member (1). Further, since the outer periphery is constituted by the cylindrical portion (3b) obtained by impregnating and solidifying the metal wire into the resin, the heat conduction between the metal wire mesh as the internal cold storage material and the cylinder member (1) is effectively prevented. sell. By appropriately pressing the copper wire mesh before impregnating it with the resin, the density of the wire mesh can be made sufficiently high, so that the heat exchange efficiency of the regenerator (4) can be kept high. That is, it is possible to cope with downsizing of the device while maintaining good fitting property with the cylinder member (1) and high heat exchange efficiency.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)の発明によれば、極
低温冷凍機用膨張機の構造として、ディスプレーサをリ
ジェネレータ内蔵型とし、シリンダ部材の先端部に円筒
カップ状の低温端部を所定の間隙を有するように外嵌
し、冷媒の流通する流通空間を形成するとともに、ディ
スプレーサおよびシリンダ部材の円筒面に冷媒流通路を
設け、シリンダ部材の先端面中央に流通空間とシリンダ
部材の内部先端の膨張空間とを連通する細孔を設けて、
冷媒ガスがディスプレーサ内部から流通空間を経て膨張
空間に流れるようにしたので、低温端部内側の流通空間
において高温側冷媒との混合効果を生ずることなく冷媒
ガスが流れ、よって、簡易な構成でもって膨張機の冷却
能力の向上と装置の小形化とを図ることができる。
(Effect of the invention) As described above, according to the invention of claim (1), as the structure of the expander for a cryogenic refrigerator, the displacer is a regenerator built-in type, and a cylindrical cup-shaped member is provided at the tip of the cylinder member. The low temperature end of the cylinder is fitted with a predetermined gap to form a circulation space in which the refrigerant flows, and a refrigerant circulation passage is provided in the cylindrical surface of the displacer and the cylinder member, and the circulation space is formed in the center of the tip surface of the cylinder member. By providing pores that communicate with the expansion space at the inner tip of the cylinder member,
Since the refrigerant gas is made to flow from the inside of the displacer to the expansion space through the distribution space, the refrigerant gas flows in the distribution space inside the low temperature end without causing a mixing effect with the high temperature side refrigerant, and thus with a simple configuration. It is possible to improve the cooling capacity of the expander and downsize the device.

請求項(2)の発明によれば、多数枚重ねた円形銅製の
金網でリジェネレータを構成し、その金網の外周部に含
浸させた円筒状樹脂でディスプレーサを構成したので、
シリンダ部材との嵌合性と熱交換率とを確保しながら装
置の小形化を図ることができる。
According to the invention of claim (2), since the regenerator is composed of a plurality of circular copper wire meshes and the cylindrical resin impregnated on the outer peripheral portion of the wire mesh is composed of the displacer,
The size of the device can be reduced while ensuring the fitting property with the cylinder member and the heat exchange rate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図〜第4図は本発明の実施例を示し、第1図は膨張
機の要部を示す縦断面図、第2図は上記第1図のII-II
線断面図、第3図はディスプレーサおよびリジェネレー
タの構造を示す部分縦断面図、第4図は上記第3図のIV
-IV線断面図である。第5図および第6図は従来の膨張
機の構造例を示し、第5図はディスプレーサの円筒面に
設けられた細孔から膨張空間に冷媒を流すようにしたも
の、第6図はシリンダ部材を二重管で構成したものの構
造をそれぞれ示す縦断面図である。 (1)……シリンダ部材、(1a)……先端部、(1b)…
…先端面、(2)……低温端部、(3)……ディスプレ
ーサ、(3a)……円筒部、(4)……リジェネレータ、
(5)……シール部材、(6)……膨張空間、(7)…
…流通空間、(10)……流通路、(11)……細孔。
1 to 4 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an essential part of an expander, and FIG. 2 is II-II of FIG.
A line sectional view, FIG. 3 is a partial vertical sectional view showing the structure of the displacer and the regenerator, and FIG. 4 is the IV of FIG.
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV 5 and 6 show an example of the structure of a conventional expander. FIG. 5 shows a structure in which a refrigerant is allowed to flow from an opening provided in a cylindrical surface of a displacer into an expansion space, and FIG. 6 shows a cylinder member. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a double tube structure. (1) …… Cylinder member, (1a) …… Tip, (1b)…
... Tip surface, (2) ... low temperature end, (3) ... displacer, (3a) ... cylindrical part, (4) ... regenerator,
(5) ... Seal member, (6) ... Expansion space, (7) ...
… Distribution space, (10) …… flow passage, (11) …… pores.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】先端が閉鎖された円筒状シリンダ部材
(1)と、該シリンダ部材(1)の先端部(1a)に該先
端部(1a)の外形全体に亘って所定の間隙を有するよう
に外嵌され、かつ入口で機密状に支持されるカップ状低
温端部(2)と、内部に金属細線や球のリジェネレータ
(4)を有し、上記シリンダ部材(1)内をシール部材
(5)を介して摺動する円筒状ディスプレーサ(3)と
を備え、該ディスプレーサ(3)の往復動により、高圧
の冷媒ガスが膨張して上記低温端部(2)に極低温レベ
ルの寒冷が発生するようにした極低温冷凍機用膨張機で
あって、 上記シリンダ部材(1)の先端部(1a)とディスプレー
サ(3)の先端との間には冷媒ガスが膨張する膨張空間
(6)が形成され、上記先端部(1a)と低温端部(2)
との間隙により冷媒ガスが流れる流通空間(7)が形成
されていて、 ディスプレーサ(3)の円筒面および対応するシリンダ
部材(1)の先端部(1a)の円筒面には、ディスプレー
サ(3)内部と上記流通空間(7)とを冷媒ガスの流通
可能に連通する流通路(10)が設けられ、上記シリンダ
部材(1)の先端面(1b)中央には、流通空間(7)と
膨張空間(6)とを冷媒ガスの流通可能に連通する細孔
(11)が設けられていることを特徴とする極低温冷凍機
用膨張機。
1. A cylindrical cylinder member (1) having a closed tip, and a tip portion (1a) of the cylinder member (1) having a predetermined gap over the entire outer shape of the tip portion (1a). The cylinder-shaped low-temperature end portion (2) which is fitted on the outer periphery of the cylinder and is supported at the inlet in a confidential manner, and the regenerator (4) for a fine metal wire or a ball inside, and the inside of the cylinder member (1) is a sealing member. And a cylindrical displacer (3) that slides through (5), and the reciprocating motion of the displacer (3) expands the high-pressure refrigerant gas to bring the low temperature end (2) to a cryogenic level of cold. Is an expander for a cryogenic refrigerator, in which an expansion space (6) in which a refrigerant gas expands is provided between the tip portion (1a) of the cylinder member (1) and the tip of the displacer (3). ) Is formed, and the tip portion (1a) and the low temperature end portion (2) are formed.
A flow space (7) through which the refrigerant gas flows is formed by the gap between the displacer (3) and the cylindrical surface of the displacer (3) and the corresponding tip end portion (1a) of the cylinder member (1). A flow passage (10) is provided which communicates the inside of the cylinder with the circulation space (7) so that the refrigerant gas can flow therethrough, and the cylinder member (1) is expanded at the center of the tip surface (1b) with the circulation space (7). An expander for a cryogenic refrigerator, which is provided with pores (11) communicating with the space (6) so that a refrigerant gas can flow therethrough.
【請求項2】リジェネレータ(4)は多数枚重ねた円形
の金属製金網により構成され、ディスプレーサ(3)は
該金網の外周付近に含浸固化された円筒状樹脂からなる
円筒部(3b)を有することを特徴とする請求項(1)記
載の低温冷凍機用膨張機。
2. A regenerator (4) is composed of a plurality of circular metal wire nets stacked together, and a displacer (3) has a cylindrical portion (3b) made of a cylindrical resin impregnated and solidified near the outer circumference of the wire net. The expander for a low-temperature refrigerator according to claim 1, which has.
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