斯特林制冷机的制作方法
【专利说明】斯特林制冷机
[0001]本申请主张基于2014年3月25日申请的日本专利申请第2014-062413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
[0002]本发明涉及一种制冷机，尤其涉及一种具备蓄冷器的斯特林制冷机。
【背景技术】
[0003]作为用于产生超低温的超低温制冷机，有多种类型。作为这种超低温制冷机之一，有斯特林制冷机。斯特林制冷机与吉福德麦克马洪(GifTord-McMahon ；GM)制冷机等其他超低温制冷机相比，具有易小型化的特征。并且，与GM制冷机相同，斯特林制冷机例如使用氦气等自然介质作为工作气体，因此对环境的影响也较小(参考专利文献I)。
[0004]专利文献1:日本特开2007-303721号公报
【发明内容】
[0005]作为本发明的一种实施方式的例示性目的之一，提供一种抑制具备蓄冷器的斯特林制冷机的制冷性能下降的技术。
[0006]为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的斯特林制冷机具备:蓄冷器，该蓄冷器具有低温端及高温端；及热交换器，形成有与蓄冷器的低温端热接触的多个凸部。热交换器在凸部之间具备凹部，通过该凹部形成工作气体的流通槽。
[0007]另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表现，也作为本发明的方式而有效。
[0008]根据本发明，能够提供一种抑制具备蓄冷器的斯特林制冷机的制冷性能下降的技术。
【附图说明】
[0009]图1是示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的图。
[0010]图2是示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的膨胀器的图。
[0011]图3是用于对实施方式所涉及的热交换器进行说明的立体剖视图。
[0012]图4是示意地表示实施方式所涉及的热交换器的外观的图。
[0013]图5(a)及图5(b)是对实施方式所涉及的低温热交换器和比较例所涉及的低温热交换器进行说明的图。
[0014]图6是对具备支承部件时的蓄冷器和低温热交换器进行说明的图。
[0015]图中:10_斯特林制冷机，11-压缩机，12-连接管，13-膨胀器，14-压缩机壳体，15-可动部件，16-支承部，20-膨胀器主体，22-置换器，24-第I区段，25-密封部，26-第2区段，28-膨胀空间，29-冷却台，30-弹性部件，32-置换器主体，34-置换器杆，36-气体空间，37-水冷式热交换器，38-蓄冷器，39-低温热交换器，39a-凸部，39b-凹部，40-支承部，41-蓄冷材料支承台，42-支承部件，51-弹性部件安装部。
【具体实施方式】
[0016]斯特林制冷机中有具备蓄冷器的制冷机。蓄冷器容纳由金属网等构成的蓄冷材料，并积蓄由工作气体产生的寒冷。蓄冷器与热交换器相邻设置，但有时在蓄冷器与热交换器之间插入用于设置间隙的支承部件。这是为了使通过热交换器的低温工作气体均匀地冷却蓄冷材料，并且抑制作为蓄冷材料的金属网由于自身重量或所通过的工作气体而挠曲。
[0017]然而，如果在蓄冷器与热交换器之间设置间隙，则会增加蓄冷器与冷却对象物之间的热阻，有可能会使制冷机的制冷性能下降。因此，本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机具备形成有与蓄冷器的低温端热接触的多个凸部的热交换器。
[0018]以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在下面的说明中，对相同要件标注相同符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构为例示，并不用于限定本发明的范围。
[0019]图1是示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机10的图。斯特林制冷机10具备:压缩机11、连接管12及膨胀器13。
[0020]压缩机11具备压缩机壳体14。压缩机壳体14是构成为气密地保持高压工作气体的压力容器。工作气体例如为氦气。并且，压缩机11具备容纳于压缩机壳体14的压缩机单元。压缩机单元具备压缩机活塞及压缩机缸，该压缩机活塞及压缩机缸中的一个是构成为在压缩机壳体14中往复移动的可动部件15，另一个为固定在压缩机壳体14的静止部件。压缩机单元具备用于使可动部件15相对于压缩机壳体14沿着可动部件15的中心轴的方向移动的驱动源。压缩机11具备以实现可动部件15的往复移动的方式将可动部件15支承于压缩机壳体14的支承部16。可动部件15以某一振幅及频率相对于压缩机壳体14及静止部件振动。压缩机11内的工作气体的容积也以特定的振幅及频率振动。
[0021]在压缩机活塞与压缩机缸之间形成有工作气体室。该工作气体室通过形成于上述静止部件及压缩机壳体14的连通路与连接管12的一端连接。连接管12的另一端连接于膨胀器13的工作气体室。这样，通过连接管12，压缩机11的工作气体室与膨胀器13的工作气体室连接。
[0022]如参考图2在下文描述那样，膨胀器13具备:膨胀器主体20、置换器22及支承部40。
[0023]图2是示意地表示本发明的一种实施方式所涉及的膨胀器13的图。图2中示出膨胀器13的内部结构的概要。
[0024]膨胀器13具备膨胀器主体20及置换器22。膨胀器主体20是构成为气密地保持高压工作气体的压力容器。置换器22是构成为在膨胀器主体20中往复移动的可动部件。并且，膨胀器13具备以实现置换器22的往复移动的方式将置换器22支承于膨胀器主体20的至少一个支承部40。
[0025]膨胀器主体20具备第I区段24及第2区段26。第I区段24包括形成于膨胀器主体20与置换器22之间的工作气体的膨胀空间28。在与膨胀空间28相邻的膨胀器主体20的部分设置有用于对对象物进行冷却的冷却台29。第2区段26构成为经由弹性部件30将置换器22支承于膨胀器主体20。
[0026]第2区段26在置换器22的往复移动方向(图中以箭头C表示)上与第I区段24相邻。在第2区段26与第I区段24之间设置有密封部25，由此将第2区段26和第I区段24隔开。因此，在第I区段24中的工作气体的压力变动不会传递至第2区段26或者对第2区段26中的工作气体的压力没有太大的影响。另外，第2区段26中封入有与工作气体相同种类的气体，以便成为与从压缩机11送来的工作气体的平均压力相同的压力。
[0027]置换器22具备容纳于第I区段24的置换器主体32及置换器杆34。置换器杆34为比置换器主体32更细的轴部。置换器22具有与其往复移动方向平行的中心轴，置换器主体32及置换器杆34以与置换器22的中心轴同轴的方式设置。置换器22具有内部空间，且被与工作气体相同种类的气体充满。
[0028]置换器杆34从置换器主体32穿过密封部25向第2区段26延伸。置换器杆34在第2区段26中被膨胀器主体20支承，以实现置换器22的往复移动。上述密封部25例如可以是形成于置换器杆34与膨胀器主体20之间的杆密封件。
[0029]第I区段24形成包围置换器主体32的缸部。在该缸部的底面与置换器主体32的端面之间形成有膨胀空间28。膨胀空间28形成于置换器22的往复移动方向上的与置换器主体32和置换器杆34的接合部相反的一侧。在该接合部与密封部25之间形成有与连接管12连接的气体空间36。
[0030]在膨胀器主体20的缸部的侧面，以位于置换器主体32的外周部的方式安装有蓄冷器38。更具体而言，蓄冷器38以在置换器主体32的外周部位于以置换器22的长轴为中心轴的圆筒形状区域的方式设置于膨胀器主体20的缸部侧面。蓄冷器38例如具备金属丝网的层叠结构。膨胀空间28与气体空间36之间的工作气体的流通通过蓄冷器38实现。
[0031]在蓄冷器38与气体空间36之间设置有水冷式热交换器37。水冷式热交换器37实现用于对从压缩机11供给的工作气体进行冷却并向膨胀器13的外部释放其热量的热交换。并且，在蓄冷器38与冷却台29之间安装有低温热交换器39。实施方式所涉及的斯特林制冷机10中，冷却台29与低温热交换器39形成为一体。为了便于说明，以下内容中区分冷却台29与低温热交换器39来进行说明。另外，低温热交换器39的详细内容将进行后述。
[0032]膨胀器13在置换器22的往复移动方向上的多个不同位置将置换器22支承于膨胀器主体20，以实现置换器22的往复移动。为此，膨胀器13具备2个支承部40。这两个支承部40设置于第2区段26。如此，能够抑制置换器22相对于中心轴倾斜。
[0033]支承部40具备上述弹性部件30。弹性部件30配设于置换器杆34与膨胀器主体20之间，以便在置换器22从中立位置位移时对置换器22施加弹性复原力。由此，置换器22以由弹性部件30的弹簧常数、工作气体的压力引起的弹簧常数及置换器22的重量确定的固有振动频率进行往复移动。置换器杆34经由弹性部件安装部51固定于弹性部件30。
[0034]弹性部件30例如具备至少包含I个板簧的弹簧机构。板簧是还称作弯曲弹簧(flexural spring)的弹簧，沿置换器22的往复移动方向柔软，沿与往复移动方向垂直的方向刚硬。这种板簧例如公开于日本特开2008-215440号公报。通过参考将该文献的全部内容援用于本申请说明书中。因此，通过弹性部件30，允许置换器22沿其中心轴的方向移动，但限制沿与其正交的方向移动。
[0035]这样，构成由置换器22及弹性部件30构成的振动系统。该振动系统构成为，使置换器22以和压缩机11的可动部件15的振动相