JP6147208B2 - 蓄冷式冷凍機 - Google Patents

Description

本発明は、蓄冷式冷凍機に関する。

蓄冷式冷凍機は、冷却対象物を例えば１００Ｋ（ケルビン）程度から４Ｋ程度までの範囲で冷却するために使用される。蓄冷式冷凍機には、例えば、ギフォード・マクマホン式（ＧＭ）冷凍機、パルスチューブ冷凍機、スターリング冷凍機、ソルベー冷凍機などがある。蓄冷式冷凍機の用途は例えば、超電導磁石や検出器等の冷却、あるいは、クライオポンプである。

特開平５−１８６２２号公報 特開平４−６８２６８号公報

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、蓄冷式冷凍機の小型化及び／または冷凍能力の向上を実現することにある。

本発明のある態様によると、冷却ステージを備えるシリンダと、前記冷却ステージと同一段の蓄冷器を備え、前記シリンダの中を軸方向に移動可能に配設されているディスプレーサと、前記ディスプレーサと前記冷却ステージとの間のガス膨張空間と前記蓄冷器の低温端とを連通する低温側ガス流路と、を備える単段式または多段式の蓄冷式冷凍機が提供される。前記シリンダは、前記冷却ステージから高温側へと前記軸方向に延びるシリンダ側壁を備える。前記ディスプレーサは、前記シリンダ側壁に対向して前記軸方向に延びるディスプレーサ側壁を備える。前記低温側ガス流路は、前記ディスプレーサ側壁の外周面と前記シリンダ側壁の内周面とにより画定されているガス流通隙間と、前記ガス流通隙間と前記蓄冷器の低温端とを連通するディスプレーサガス通路と、を備える。前記ガス流通隙間は、前記軸方向において低温側で前記ガス膨張空間に連続する。前記ディスプレーサガス通路は、前記ガス流通隙間に通じる隙間側開口を前記ディスプレーサ側壁の外周面に有する。前記隙間側開口の軸方向位置は、前記蓄冷器の低温端の軸方向位置に比べて高温側にある。

本発明によれば、蓄冷式冷凍機の小型化及び／または冷凍能力の向上を実現することができる。

本発明のある実施形態に係る蓄冷式冷凍機を概略的に示す図である。 本発明のある実施形態に係る蓄冷式冷凍機の二段低温端を概略的に示す図である。 ある蓄冷式冷凍機の二段低温端を概略的に示す図である。 本発明の他の実施形態に係る蓄冷式冷凍機の二段低温端を概略的に示す図である。 本発明の更なる実施形態に係る蓄冷式冷凍機の二段ディスプレーサの低温側を概略的に示す図である。

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。

図１は、本発明のある実施形態に係る蓄冷式冷凍機を概略的に示す図である。ＧＭ冷凍機１のような蓄冷式冷凍機は、蓄冷器部、膨張機、及び圧縮機を備える。たいていの場合、蓄冷器部は膨張機に設けられている。蓄冷器部は、作動ガス（例えばヘリウムガス）を予冷するよう構成されている。膨張機は、蓄冷器部により予冷された作動ガスをさらに冷却するために、予冷された作動ガスを膨張させる空間を備える。蓄冷器部は、膨張により冷却された作動ガスによって冷却されるよう構成されている。圧縮機は、蓄冷器部から作動ガスを回収し圧縮して、蓄冷器部に再び作動ガスを供給するよう構成されている。

図示のＧＭ冷凍機１のような二段式の冷凍機においては、蓄冷器部は、一段蓄冷器と二段蓄冷器とを備える。一段蓄冷器は、圧縮機から供給される作動ガスを一段蓄冷器の低温端温度へと予冷するよう構成されている。二段蓄冷器は、一段蓄冷器により予冷された作動ガスを二段蓄冷器の低温端温度へと予冷するよう構成されている。

ＧＭ冷凍機１は、圧縮機として機能するガス圧縮機３と、膨張機として機能する二段式のコールドヘッド１０とを有する。コールドヘッド１０は、一段冷却部１５と、二段冷却部５０とを有し、これらの冷却部は、フランジ１２に同軸となるように連結されている。一段冷却部１５は一段高温端２３ａ及び一段低温端２３ｂを備え、二段冷却部５０は二段高温端５３ａ及び二段低温端５３ｂを備える。一段冷却部１５は二段冷却部５０と直列に接続されている。従って一段低温端２３ｂは二段高温端５３ａに隣接する。

一段冷却部１５は、一段シリンダ２０、一段ディスプレーサ２２、一段蓄冷器３０、一段膨張室３１、及び一段冷却ステージ３５を備える。一段シリンダ２０は中空の気密容器である。一段ディスプレーサ２２は、軸方向Ｑに往復運動可能であるように一段シリンダ２０内に設けられている。一段蓄冷器３０は、一段ディスプレーサ２２内に充填された一段蓄冷材を備える。従って一段ディスプレーサ２２は、一段蓄冷材を収容する容器である。一段膨張室３１は、一段低温端２３ｂにおいて一段シリンダ２０内に形成される。一段膨張室３１は、一段ディスプレーサ２２の往復運動により容積が変化する。一段冷却ステージ３５は、一段低温端２３ｂにおいて一段シリンダ２０の外側に取り付けられている。

一段シリンダ２０は、一段冷却ステージ３５から高温側へと軸方向Ｑに沿って延びる一段シリンダ側壁２１を備える。一段ディスプレーサ２２は、一段シリンダ側壁２１に対向して軸方向Ｑに沿って延びる一段ディスプレーサ側壁２４を備える。

一段高温端２３ａには、一段蓄冷器３０にヘリウムガスを流出入させるために複数の一段高温側ガス通路４０ａが設けられている。一段低温端２３ｂには、一段蓄冷器３０と一段膨張室３１との間でヘリウムガスを流出入させるために一段低温側ガス流路４０ｂが設けられている。一段低温側ガス流路４０ｂは、一段膨張室３１と一段蓄冷器３０の低温端とを連通する。

一段低温側ガス流路４０ｂは、一段ディスプレーサガス通路４０ｃと、一段ガス流通隙間４０ｄと、を備える。一段ディスプレーサガス通路４０ｃは、一段ガス流通隙間４０ｄと一段蓄冷器３０の低温端とを連通する。一段ディスプレーサガス通路４０ｃは、一段ガス流通隙間４０ｄに通じる隙間側開口と、一段蓄冷器３０の低温端に通じる蓄冷器側開口と、隙間側開口と蓄冷器側開口とを接続する接続路と、を有する。

一段ガス流通隙間４０ｄは、一段ディスプレーサ側壁２４の外周面と一段シリンダ側壁２１の内周面とにより画定されている。一段ガス流通隙間４０ｄは、軸方向Ｑにおける低温側にて一段膨張室３１に連続する。一方、軸方向Ｑにおいて一段ガス流通隙間４０ｄの高温側には、一段ガス流通隙間４０ｄと一段高温端２３ａとの間のガス流れを封じる一段シール３９が設けられている。一段シール３９は、一段シリンダ２０と一段ディスプレーサ２２との間に配設されている。従って、一段高温端２３ａと一段低温端２３ｂとの間の作動ガス流れは一段蓄冷器３０を経由する。

二段冷却部５０は、二段シリンダ５１、二段ディスプレーサ５２、二段蓄冷器６０、二段膨張室５５、及び二段冷却ステージ８５を備える。二段シリンダ５１は中空の気密容器である。二段ディスプレーサ５２は、一段ディスプレーサ２２とともに軸方向Ｑに往復運動可能であるように二段シリンダ５１内に設けられている。二段蓄冷器６０は、二段ディスプレーサ５２内に充填された二段蓄冷材を備える。従って二段ディスプレーサ５２は、二段蓄冷材を収容する容器である。二段膨張室５５は、二段低温端５３ｂにおいて二段シリンダ５１内に設けられている。二段膨張室５５は、二段ディスプレーサ５２の往復運動により容積が変化する。二段冷却ステージ８５は、二段低温端５３ｂにおいて二段シリンダ５１の外側に取り付けられている。

二段シリンダ５１は、二段冷却ステージ８５から高温側へと軸方向Ｑに沿って延びる二段シリンダ側壁５６を備える。二段ディスプレーサ５２は、二段シリンダ側壁５６に対向して軸方向Ｑに沿って延びる二段ディスプレーサ側壁５７を備える。二段ディスプレーサ側壁５７の低温端は二段ディスプレーサ底部５８により塞がれている。

二段高温端５３ａには、二段蓄冷器６０にヘリウムガスを流出入させるために二段高温側ガス通路４０ｅが設けられている。図示されるＧＭ冷凍機１においては、二段高温側ガス通路４０ｅは、一段膨張室３１を二段蓄冷器６０に接続する。二段低温端５３ｂには、二段膨張室５５にヘリウムガスを流出入させるために二段低温側ガス流路５４ａが設けられている。二段低温側ガス流路５４ａは、二段膨張室５５と二段蓄冷器６０の低温端とを連通する。

二段低温側ガス流路５４ａは、二段ディスプレーサガス通路５４ｂと、二段ガス流通隙間５４ｃと、を備える。二段ディスプレーサガス通路５４ｂは、二段ガス流通隙間５４ｃと二段蓄冷器６０の低温端とを連通する。

二段ガス流通隙間５４ｃは、二段ディスプレーサ側壁５７の外周面と二段シリンダ側壁５６の内周面とにより画定されている。二段ガス流通隙間５４ｃは、軸方向Ｑにおいて低温側で二段膨張室５５に連続する。一方、軸方向Ｑにおいて二段ガス流通隙間５４ｃの高温側には、二段ガス流通隙間５４ｃと二段高温端５３ａとの間のガス流れを封じる二段シール５９が設けられている。二段シール５９は、二段シリンダ５１と二段ディスプレーサ５２との間に配設されている。従って、二段高温端５３ａと二段低温端５３ｂとの間の作動ガス流れは二段蓄冷器６０を経由する。なお、二段冷却部５０は、二段ガス流通隙間５４ｃを通じた二段高温端５３ａと二段低温端５３ｂとの間のいくらかのガス流れが許容されるよう構成されていてもよい。

図２は、本発明のある実施形態に係る蓄冷式冷凍機の二段低温端５３ｂを概略的に示す図である。二段ディスプレーサガス通路５４ｂは、二段ガス流通隙間５４ｃに通じる隙間側開口７０と、二段蓄冷器６０の低温端に通じる蓄冷器側開口７１と、を有する。よって、隙間側開口７０は二段ディスプレーサ側壁５７の外周面に形成され、蓄冷器側開口７１は二段ディスプレーサ側壁５７の内周面に形成されている。また、二段ディスプレーサガス通路５４ｂは、隙間側開口７０と蓄冷器側開口７１とを接続する接続路７２を有する。隙間側開口７０は、二段ディスプレーサ５２の低温側に設けられている二段ディスプレーサ５２からその外部へのガス出口（及びディスプレーサ外部から二段ディスプレーサ５２へのガス入口）である。

二段ディスプレーサガス通路５４ｂは、二段ディスプレーサ側壁５７に形成されている屈曲流路である。隙間側開口７０及び蓄冷器側開口７１は軸方向Ｑに垂直な径方向に沿って形成され、接続路７２は軸方向Ｑに沿って形成されている。

隙間側開口７０の軸方向位置は、二段蓄冷器６０の低温端の軸方向位置に比べて高温側にある。すなわち、隙間側開口７０は、蓄冷器側開口７１よりも軸方向Ｑに関し高温側に位置する。

二段冷却ステージ８５は、二段冷却ステージ側部８６と二段冷却ステージ底部８７とを備える。図２に示されるように、二段ディスプレーサ５２が上死点に位置するとき、隙間側開口７０の軸方向位置は、二段冷却ステージ側部８６の高温側の端部の軸方向位置に一致する。

二段ガス流通隙間５４ｃは、二段ディスプレーサガス通路５４ｂより狭い。このようにすれば、ヘリウムガスが二段ガス流通隙間５４ｃを通るときのガスと二段冷却ステージ側部８６との熱交換量を増加することができる。具体的には、二段ガス流通隙間５４ｃの径方向の幅は、接続路７２の径方向の幅より小さい。また、二段ガス流通隙間５４ｃの径方向の幅は、隙間側開口７０及び／または蓄冷器側開口７１の軸方向の幅より小さくてもよい。

図１に示されるように、ＧＭ冷凍機１は、ガス圧縮機３とコールドヘッド１０とを接続する配管７を備える。配管７には高圧バルブ５及び低圧バルブ６が設けられている。ＧＭ冷凍機１は、高圧のヘリウムガスがガス圧縮機３から高圧バルブ５及び配管７を介して一段冷却部１５に供給されるよう構成されている。また、ＧＭ冷凍機１は、低圧のヘリウムガスが一段冷却部１５から配管７及び低圧バルブ６を介してガス圧縮機３に排気されるよう構成されている。

ＧＭ冷凍機１は、一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２の往復運動のための駆動モータ８を備える。駆動モータ８により、一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２は軸方向Ｑに沿って一体に往復運動する。また、駆動モータ８は、この往復運動に連動して高圧バルブ５の開弁と低圧バルブ６の開弁とを選択的に切り替えるように高圧バルブ５及び低圧バルブ６に連結されている。このようにして、ＧＭ冷凍機１は、作動ガスの吸気行程と排気行程とを適切に切り替えられるよう構成されている。

以上のように構成されたＧＭ冷凍機１の動作について説明する。まず、一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２がそれぞれ一段シリンダ２０及び二段シリンダ５１内の下死点またはその近傍に位置するとき、高圧バルブ５が開かれる。一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２は下死点から上死点に向けて移動する。この間、低圧バルブ６は閉じられている。

ガス圧縮機３から、高圧のヘリウムガスが一段冷却部１５に流入する。高圧のヘリウムガスは、一段高温側ガス通路４０ａから一段ディスプレーサ２２の内部に流入し、一段蓄冷器３０によって所定の温度まで冷却される。冷却されたヘリウムガスは、一段低温側ガス流路４０ｂから一段膨張室３１に流入する。一段膨張室３１へ流入した高圧のヘリウムガスの一部は、二段高温側ガス通路４０ｅから二段ディスプレーサ５２の内部に流入する。このヘリウムガスは、二段蓄冷器６０によって、さらに低い所定の温度まで冷却され、二段低温側ガス流路５４ａから二段膨張室５５に流入する。これらの結果、一段膨張室３１及び二段膨張室５５内は、高圧状態となる。

一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２がそれぞれ一段シリンダ２０及び二段シリンダ５１内の上死点またはその近傍に到達すると、高圧バルブ５が閉弁される。それと概ね同時に低圧バルブ６が開かれる。一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２は、今度は上死点から下死点に向けて移動を開始する。

一段膨張室３１及び二段膨張室５５内のヘリウムガスは減圧され膨張する。その結果、ヘリウムガスが冷却される。一段膨張室３１にて冷却されたヘリウムガスは、一段低温側ガス流路４０ｂ（すなわち、一段ガス流通隙間４０ｄ及び一段ディスプレーサガス通路４０ｃ）を通じて一段蓄冷器３０に入る。一段膨張室３１及び一段ガス流通隙間４０ｄのガス流れによるガスと一段冷却ステージ３５との熱交換により、一段冷却ステージ３５が冷却される。また、二段膨張室５５にて冷却されたヘリウムガスは、二段低温側ガス流路５４ａ（すなわち、二段ガス流通隙間５４ｃ及び二段ディスプレーサガス通路５４ｂ）を通じて二段蓄冷器６０に入る。二段膨張室５５及び二段ガス流通隙間５４ｃのガス流れによるガスと二段冷却ステージ８５との熱交換により、二段冷却ステージ８５が冷却される。ヘリウムガスは一段蓄冷器３０及び二段蓄冷器６０を冷却し、低圧バルブ６及び配管７を介してガス圧縮機３に戻る。

一段ディスプレーサ２２及び二段ディスプレーサ５２がそれぞれ一段シリンダ２０及び二段シリンダ５１内の下死点またはその近傍に到達すると、低圧バルブ６が閉弁される。それと概ね同時に高圧バルブ５が再び開かれる。

ＧＭ冷凍機１は、以上の動作を１サイクルとし、これを繰り返す。こうして、ＧＭ冷凍機１は、一段冷却ステージ３５、二段冷却ステージ８５においてそれぞれに熱接続された冷却対象物（不図示）から熱を吸収し、冷却することができる。一段高温端２３ａの温度は、例えば室温である。一段低温端２３ｂ及び二段高温端５３ａ（すなわち一段冷却ステージ３５）の温度は、例えば約２０Ｋ〜約４０Ｋの範囲にある。二段低温端５３ｂ（すなわち二段冷却ステージ８５）の温度は、例えば約４Ｋである。

本実施形態においては、隙間側開口７０が二段蓄冷器６０の低温端に比べて高温側に位置する。言い換えれば、二段ディスプレーサ５２の低温側のガス出入口の位置を二段蓄冷器６０の端部よりも高温側に設けられている。そのため、隙間側開口７０から二段ディスプレーサ底部５８までの軸方向距離が大きくなり、二段ガス流通隙間５４ｃを軸方向Ｑに長くとることができる。二段ガス流通隙間５４ｃは、二段膨張室５５で膨張し冷却されたガスが二段膨張室５５から隙間側開口７０へと二段冷却ステージ側部８６に隣接して流れるガス流路である。冷却されたガスの流路が長いので、ガスと二段冷却ステージ側部８６との熱交換量が増える。よって、ＧＭ冷凍機１の冷凍能力を向上することができる。

本実施形態に係るガス流路構成の利点は、図３に例示する構成との比較によって明確となる。図３に示される二段低温端１５３ｂは、本実施形態に係り図２に示す二段ディスプレーサガス通路５４ｂに代えて、二段蓄冷器１６０の低温端から径方向に沿って直線的に二段ディスプレーサ側壁１５７に形成された二段ディスプレーサガス通路１５４ｂを有する。また、図３に示される二段低温端１５３ｂは、本実施形態に係り図２に示す二段ガス流通隙間５４ｃと同じ軸方向長さを有する二段ガス流通隙間１５４ｃを有する。そのために、二段低温端１５３ｂは、本実施形態に係り図２に示す二段冷却ステージ底部８７に比べて軸方向Ｑに顕著に厚い二段ディスプレーサ底部１５８を有する。二段蓄冷器１６０の低温端は二段膨張室１５５から離れる。

したがって、本実施形態によると、二段ディスプレーサ底部５８の軸方向厚さが小さいので、二段蓄冷器６０の低温端を二段膨張室５５に近づけることができる。図３に示すような厚い二段ディスプレーサ底部１５８に占められていた無駄スペースは不要となる。二段冷却部５０の軸方向長さを短くして、ＧＭ冷凍機１を小型化することが可能となる。

見方を変えると、本実施形態においては蓄冷器側開口７１が隙間側開口７０に比べて低温側に配置されるので、本実施形態に係る二段蓄冷器６０は、図３に示す二段蓄冷器１６０よりも軸方向に長くすることができる。よって、二段蓄冷器６０の蓄冷材を増量することができるので、ＧＭ冷凍機１の冷凍能力を向上することができる。

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。

例えば、図４に示されるように、二段ディスプレーサガス通路５４ｂの蓄冷器側開口７１は、二段ディスプレーサ底部５８に形成されていてもよい。隙間側開口７０は、上述の実施形態と同様に、二段ディスプレーサ側壁５７の外周面に形成されている。このようにして、隙間側開口７０が蓄冷器側開口７１よりも軸方向Ｑに関し高温側に配置されていてもよい。

あるいは、図５に示されるように、二段ディスプレーサ５２は、隙間側開口７０を有するディスプレーサ本体部７５と、蓄冷器側開口７１を有するディスプレーサ蓋部７６と、を備えてもよい。ディスプレーサ本体部７５は、本体ネジ部７７を備え、ディスプレーサ蓋部７６は、蓋ネジ部７８を備えてもよい。このような構成によると、本実施形態に係る屈曲したガス流路構成をディスプレーサ低温端に実現することが容易である。

ディスプレーサ本体部７５の低温端は開放されており、この開口部からディスプレーサ蓋部７６がディスプレーサ本体部７５の低温端に挿入され、蓋ネジ部７８が本体ネジ部７７に螺合される。このようにして、ディスプレーサ蓋部７６がディスプレーサ本体部７５に固定される。

ディスプレーサ蓋部７６は、ディスプレーサ本体部７５の低温端を塞ぐディスプレーサ底部７９と、ディスプレーサ本体部７５の低温端に挿入されるようディスプレーサ底部７９から高温側へと延びる内壁部８０と、を備える。蓄冷器側開口７１は内壁部８０の低温端に設けられている。蓋ネジ部７８は内壁部８０の高温側の端部に設けられている。複数の蓄冷器側開口７１が周方向に沿って形成されていてもよい。

ディスプレーサ本体部７５は、ディスプレーサ蓋部７６の内壁部８０を囲む外壁部８１を備える。隙間側開口７０は、蓄冷器側開口７１よりも軸方向Ｑに関し高温側に位置するように外壁部８１に設けられている。複数の隙間側開口７０が周方向に沿って形成されていてもよい。外壁部８１の低温端は、ディスプレーサ底部７９の外周部に当接する。本体ネジ部７７は、隙間側開口７０よりいくらか高温側に設けられている。内壁部８０と外壁部８１との間に接続路７２が形成される。

なお、図５に示す実施形態とは逆に、ディスプレーサ本体部７５が蓄冷器側開口７１を有する内壁部を備え、ディスプレーサ蓋部７６が隙間側開口７０を有する外壁部を備えてもよい。この場合、ディスプレーサ本体部７５の低温端がディスプレーサ蓋部７６で覆われ、蓋ネジ部７８が本体ネジ部７７に螺合され、ディスプレーサ蓋部７６がディスプレーサ本体部７５に固定されてもよい。

上述の実施形態においては、二段式の蓄冷式冷凍機の第二段を例として説明したが、本発明の実施形態はこれに限られない。例えば、実施形態に係るガス流路構成は、二段式の蓄冷式冷凍機の第一段の低温端（例えば、一段低温端２３ｂ）に設けられてもよい。この場合、一段ディスプレーサガス通路４０ｃが、一段ディスプレーサ側壁２４及び／または一段ディスプレーサ底部に形成された屈曲流路として形成されてもよい。例えば、一段ディスプレーサガス通路４０ｃの隙間側開口及び蓄冷器側開口が径方向に沿って一段ディスプレーサ側壁２４に形成され、一段ディスプレーサガス通路４０ｃの接続路が軸方向Ｑに沿って一段ディスプレーサ側壁２４に形成されてもよい。隙間側開口の軸方向位置は、一段蓄冷器３０の低温端の軸方向位置に比べて高温側にある。隙間側開口は、蓄冷器側開口よりも軸方向Ｑに関し高温側に位置する。実施形態に係るガス流路構成は、第一段及び第二段の両方の低温端に設けられてもよい。

あるいは、実施形態に係るガス流路構成は、単段式の蓄冷式冷凍機の低温端に設けられてもよい。さらには、実施形態に係るガス流路構成は、三段式（またはその他の多段式）の蓄冷式冷凍機の少なくとも１つの段の低温端に設けられてもよい。

上述の実施形態においては、ＧＭ冷凍機１を例として説明したが、これに限られず、実施形態に係るガス流路構成は、蓄冷器を内蔵するディスプレーサを備える他の種類の蓄冷式冷凍機に設けられてもよい。

実施形態に係るガス流路構成を備えるＧＭ冷凍機１又はその他の蓄冷式冷凍機は、超伝導マグネット、クライオポンプ、Ｘ線検出器、赤外線センサ、量子光子検出器、半導体検出器、希釈冷凍機、Ｈｅ３冷凍機、断熱消磁冷凍機、ヘリウム液化機、クライオスタット等における冷却手段または液化手段として使用されてもよい。

１ ＧＭ冷凍機、 ２０ 一段シリンダ、 ２１ 一段シリンダ側壁、 ２２ 一段ディスプレーサ、 ２３ａ 一段高温端、 ２３ｂ 一段低温端、 ２４ 一段ディスプレーサ側壁、 ３０ 一段蓄冷器、 ３１ 一段膨張室、 ３３ 開口、 ３５ 一段冷却ステージ、 ４０ｂ 一段低温側ガス流路、 ４０ｃ 一段ディスプレーサガス通路、 ４０ｄ 一段ガス流通隙間、 ５０ 二段冷却部、 ５１ 二段シリンダ、 ５２ 二段ディスプレーサ、 ５３ａ 二段高温端、 ５３ｂ 二段低温端、 ５４ａ 二段低温側ガス流路、 ５４ｂ 二段ディスプレーサガス通路、 ５４ｃ 二段ガス流通隙間、 ５５ 二段膨張室、 ５６ 二段シリンダ側壁、 ５７ 二段ディスプレーサ側壁、 ５８ 二段ディスプレーサ底部、 ６０ 二段蓄冷器、 ７０ 隙間側開口、 ７１ 蓄冷器側開口、 ７２ 接続路、 ８５ 二段冷却ステージ、 ８６ 二段冷却ステージ側部、 ８７ 二段冷却ステージ底部。

Claims (4)

1. 単段式または多段式の蓄冷式冷凍機であって、
   冷却ステージを備えるシリンダと、
   前記冷却ステージと同一段の蓄冷器を備え、前記シリンダの中を軸方向に移動可能に配設されているディスプレーサと、
   前記ディスプレーサと前記冷却ステージとの間のガス膨張空間と前記蓄冷器の低温端とを連通する低温側ガス流路と、を備え、
   前記シリンダは、前記冷却ステージから高温側へと前記軸方向に延びるシリンダ側壁を備え、前記ディスプレーサは、前記シリンダ側壁に対向して前記軸方向に延びるディスプレーサ側壁を備え、
   前記低温側ガス流路は、前記ディスプレーサ側壁の外周面と前記シリンダ側壁の内周面とにより画定されているガス流通隙間と、前記ガス流通隙間と前記蓄冷器の低温端とを連通するディスプレーサガス通路と、を備え、前記ガス流通隙間は、前記軸方向において低温側で前記ガス膨張空間に連続しており、
   前記ディスプレーサガス通路は、前記ガス流通隙間に通じる隙間側開口を前記ディスプレーサ側壁の外周面に有し、前記隙間側開口の軸方向位置は、前記蓄冷器の低温端の軸方向位置に比べて高温側にあることを特徴とする蓄冷式冷凍機。
2. 前記ガス流通隙間は、前記ディスプレーサガス通路より狭いことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
3. 前記ディスプレーサガス通路は、前記蓄冷器の低温端に通じる蓄冷器側開口を有し、
   前記ディスプレーサは、前記隙間側開口を有する本体部と、前記蓄冷器側開口を有する蓋部と、を備え、前記本体部は本体ネジ部を備え、前記蓋部は前記本体ネジ部に螺合されている蓋ネジ部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の蓄冷式冷凍機。
4. 前記多段式の蓄冷式冷凍機は、高温段である第一段と低温段である第二段とを備える二段式の蓄冷式冷凍機であり、前記ディスプレーサガス通路は、前記第二段に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の蓄冷式冷凍機。

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