JPH0689954B2 - Cryogenic cooling unit structure - Google Patents
Cryogenic cooling unit structureInfo
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- JPH0689954B2 JPH0689954B2 JP23902286A JP23902286A JPH0689954B2 JP H0689954 B2 JPH0689954 B2 JP H0689954B2 JP 23902286 A JP23902286 A JP 23902286A JP 23902286 A JP23902286 A JP 23902286A JP H0689954 B2 JPH0689954 B2 JP H0689954B2
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- cooling
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- cooled
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスターリング冷凍機等の極低温冷凍機に係り、
特に被冷却体と冷凍機の冷却部を直接接触させる場合、
被冷却体のサイズにかかわらず接触熱抵抗等による有効
冷却能力の低下を防止する冷却部構造に関する。The present invention relates to a cryogenic refrigerator such as a Stirling refrigerator,
Especially when the cooling target of the refrigerator is brought into direct contact with the object to be cooled,
The present invention relates to a cooling unit structure that prevents a reduction in effective cooling capacity due to contact thermal resistance or the like regardless of the size of a cooled object.
従来、スターリング冷凍機等の極低温冷凍機の冷却部構
造については、インフラレツド・フイジツクス,ボリユ
ーム23,ナンバー2(1983年)第77頁から第84頁(Infra
red phys.,Vol.23,No.2,(1983)pp77−84)において一
例が示されている。Conventionally, regarding the structure of the cooling section of a cryogenic refrigerator such as a Stirling refrigerator, Infrastructured Fujis, Vol. 23, No. 2 (1983), pages 77 to 84 (Infra
An example is shown in red phys., Vol. 23, No. 2, (1983) pp77-84).
すなわち、冷凍機の冷却部にばねを介して被冷却部への
押し付け板が取り付けられており、ばねを圧縮して用い
ることにより接触熱抵抗による有効冷却能力の低下を防
止していた。That is, a pressing plate for the cooled portion is attached to the cooled portion of the refrigerator via a spring, and the compression of the spring prevents the effective cooling capacity from decreasing due to contact thermal resistance.
上記従来技術は、接触圧を上げるためのばね部及び冷却
板を経由して被冷却体から熱をとつていたため、接触熱
抵抗を減らすことはできるが、ばね部の熱容量や熱伝導
に起因する熱抵抗に関しては考慮されていなかつた。ま
た、シリンダ径よりサイズの大きい被冷却体を冷却する
場合、冷却板を大きくすることは可能であるが、ばね部
のみが熱の流路となるため冷却板に温度分布が生じ均一
な冷却が不可能であるといつた問題があつた。In the above-mentioned related art, since heat is taken from the object to be cooled via the spring part and the cooling plate for increasing the contact pressure, the contact thermal resistance can be reduced, but the heat capacity and heat conduction of the spring part cause No consideration was given to the heat resistance that occurs. In addition, when cooling an object to be cooled having a size larger than the cylinder diameter, it is possible to make the cooling plate large, but since only the spring part serves as a heat flow path, a temperature distribution occurs on the cooling plate and uniform cooling is achieved. There was a problem when it was impossible.
本発明の目的は上記問題点に鑑み、被冷却体との接触熱
抵抗を減らすのみならず、被冷却体のサイズがデイスプ
レーサ用シリンダより大きな場合においても、熱抵抗が
小さく均一な冷却が可能な極低温冷凍機の冷却部を提供
することにある。In view of the above problems, the object of the present invention is not only to reduce the contact thermal resistance with the object to be cooled but also to provide uniform cooling with a small thermal resistance even when the size of the object to be cooled is larger than that of the displacer cylinder. An object is to provide a possible cryogenic refrigerator cooling unit.
上記目的を達成するために、本発明に係る極低温冷凍機
の冷却部の構成は、往復動するデイスプレーサとこれを
囲むシリンダとからなる極低温冷凍機の冷却部におい
て、前記シリンダの端部にシリンダの断面積より大き
く、被冷却体の大きさに合つた断面積を有し、膨張空間
の一部となる空間を設けると同時に、前記空間とデイス
プレーサ用シリンダの間にベローズ状管部を設けたもの
である。前者は冷却部の温部分布をなくし被冷却体を均
一に冷却するために設けたものであり、後者は被冷却体
との接触圧をあげ接触熱抵抗を小さくするために設けた
ものである。In order to achieve the above-mentioned object, the structure of the cooling unit of the cryogenic refrigerator according to the present invention is such that in the cooling unit of the cryogenic refrigerator consisting of a reciprocating displacer and a cylinder surrounding the displacer, the end of the cylinder is Has a cross-sectional area that is larger than the cross-sectional area of the cylinder and that matches the size of the object to be cooled, and provides a space that is part of the expansion space, and at the same time, forms a bellows between the space and the displacer cylinder. It is provided with a pipe part. The former is provided to eliminate the temperature distribution in the cooling part and to uniformly cool the cooled object, and the latter is provided to increase the contact pressure with the cooled object and reduce the contact thermal resistance. .
断面積がデイスプレーサ用シリンダのものより大きく、
さらに被冷却体に合つた大きさであり、膨張空間の一部
となる空間をシリンダ端部に設けた冷却部はその内部が
作動媒体に満たされており、冷凍機の運転動作により内
部作動媒体が圧縮、膨張をくり返す。すなわち、従来の
冷却部同様、拡げた部分の空間に存在する作動媒体が被
冷却体から熱を奪う媒体となるから、前記付加空間を構
成する空間先端の、被冷却体と接触する部分は温度分布
がほとんどなく一様な温度状態となる。また、被冷却体
に対し、接触する部分は冷凍機内部の封入圧力に耐える
所まで薄肉化してやれば、熱伝導に起因する熱抵抗を小
さく抑えることができる。The cross-sectional area is larger than that of the cylinder for displacer,
In addition, the cooling medium, which has a size that fits the object to be cooled and has a space that forms part of the expansion space at the end of the cylinder, is filled with working medium. Repeats compression and expansion. That is, as in the conventional cooling unit, the working medium existing in the space of the expanded portion is a medium that removes heat from the object to be cooled, so that the portion of the tip of the space forming the additional space, which is in contact with the object to be cooled, has a temperature. A uniform temperature condition with almost no distribution. Further, if the portion that comes into contact with the object to be cooled is thinned to a place that can withstand the sealing pressure inside the refrigerator, the thermal resistance due to heat conduction can be suppressed to a small level.
一方、ベローズ構造には次のような作用がある。すなわ
ち、ベローズにより前記付加冷却部が被冷却体とある角
度をもつて位置づけられていても微小角度であれば吸収
が可能であり、冷却部と被冷却部とを一様に接触させる
ことが可能である。また、ベローズを圧縮した状態で被
冷却体に冷却部を接触させ接触圧を上げることも可能で
あるが封入圧力と外部雰囲気圧との圧力差によりベロー
ズ部が変形するのを利用して接触圧を上げることも可能
である。本作用により接触熱抵抗を減小させるための接
触圧の増加が図れる。On the other hand, the bellows structure has the following effects. That is, even if the additional cooling portion is positioned at a certain angle with the object to be cooled by the bellows, absorption is possible at a minute angle, and the cooling portion and the object to be cooled can be brought into uniform contact. Is. It is also possible to raise the contact pressure by bringing the cooling part into contact with the object to be cooled while the bellows is compressed, but it is possible to use the deformation of the bellows part due to the pressure difference between the filling pressure and the external atmospheric pressure. It is also possible to raise. This action can increase the contact pressure to reduce the contact thermal resistance.
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。本図
はスターリング冷凍機を例にとり、冷却部の拡大断面図
を示したものであるが、被冷却体6を直接冷却する冷却
部1、デイスプレーサ5、デイスプレーサ5用のシリン
ダ3、冷却部1とシリンダ3の間に設けられたベローズ
部2により膨張空間4が形成されている。デイスプレー
サ5が上下に振動することにより膨張空間4の作動媒体
が、本図には示していないが、圧縮空間との間で圧縮,
膨張することにより冷却能力が得られることになる。し
たがつて、膨張空間4の作動媒体は、過渡時には温度分
布を呈しているものの、定常状態では一様な温度になつ
ていると考えて良い。特に、冷却部1外部は、通常、真
空断熱層でおおわれるから、膨張空間4の壁付近は輻射
の影響によりわずかな温度勾配があるものの、些程顕著
ではない。そのため、被冷却体6と接する冷却部1の面
は全面一定温度になつていると考えられる。また、冷却
部1の冷却面積は対象とする被冷却体の面積に応じ任意
に形成しても冷凍機の動作上、何等問題はなく、被冷却
体6を均一に冷却することが可能である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. This drawing shows an enlarged cross-sectional view of the cooling unit by taking a Stirling refrigerator as an example. The cooling unit 1 for directly cooling the cooled body 6, the displacer 5, the cylinder 3 for the displacer 5, An expansion space 4 is formed by the bellows part 2 provided between the cooling part 1 and the cylinder 3. Although the displacer 5 vibrates vertically, the working medium in the expansion space 4 is compressed with the compression space, although not shown in the figure.
The expansion will provide the cooling capacity. Therefore, it can be considered that the working medium in the expansion space 4 has a uniform temperature in the steady state although it has a temperature distribution in the transient state. In particular, since the outside of the cooling unit 1 is usually covered with a vacuum heat insulating layer, there is a slight temperature gradient in the vicinity of the wall of the expansion space 4 due to the effect of radiation, but it is not so remarkable. Therefore, it is considered that the entire surface of the cooling part 1 in contact with the cooled body 6 has a constant temperature. Further, even if the cooling area of the cooling unit 1 is arbitrarily formed according to the area of the object to be cooled, there is no problem in the operation of the refrigerator, and the object to be cooled 6 can be cooled uniformly. .
一方、冷却部1とシリンダ3の間にベローズ状の可撓部
を設けたことにより、被冷却体6が別の部材に固定さ
れ、冷却部1の冷却面との間に多少の傾斜角を有してい
てもこれを吸収し均一な面接触を実現することができ
る。また、ベローズ部2がばね効果を有しているため、
被冷却体6に対する接触圧の向上が図れるものならず、
冷凍機内部の作動媒体圧が外部雰囲気圧より高い場合に
は、ベローズ部の変形により、より高い接触圧が得られ
ることになる。On the other hand, since the bellows-shaped flexible portion is provided between the cooling unit 1 and the cylinder 3, the body 6 to be cooled is fixed to another member, and a slight inclination angle is formed between the cooling unit 1 and the cooling surface. Even if it has, it can be absorbed and a uniform surface contact can be realized. Moreover, since the bellows portion 2 has a spring effect,
The contact pressure to the cooled object 6 cannot be improved,
When the working medium pressure inside the refrigerator is higher than the outside atmospheric pressure, the higher contact pressure can be obtained due to the deformation of the bellows portion.
第2図はベローズ2を設けない場合の実施例である。冷
却部1で構成された膨張空間1はデイスプレーサ5が往
復動してもデイスプレーサ5により占有されない空間、
すなわち死容積となる。冷凍機全体の死容積を基準に考
えれば、新たな冷却部1を設けたことによる死容積の増
加の割合は、性能の低下原因になる程ではない。従来の
実験的経験から考察すれば、冷却部1の死容積はデイス
プレーサ掃気容積の2分の1以下であれば冷凍機の性能
上、特に問題はない。これを、第2図を用いて数式化す
れば、式(1)(2)を前提として式(3)で表すこと
ができる。FIG. 2 shows an embodiment in which the bellows 2 is not provided. The expansion space 1 composed of the cooling unit 1 is a space that is not occupied by the displacer 5 even if the displacer 5 reciprocates,
That is, the dead volume. Considering the dead volume of the entire refrigerator as a reference, the rate of increase in the dead volume due to the provision of the new cooling unit 1 is not such a factor that causes a decrease in performance. In consideration of conventional experimental experience, if the dead volume of the cooling unit 1 is not more than ½ of the displacer scavenging volume, there is no particular problem in the performance of the refrigerator. If this is mathematically expressed using FIG. 2, it can be expressed by Equation (3) on the premise of Equations (1) and (2).
Ve=πd2・/4 …(1) ここで、Ve:デイスプレーサ掃気容積 d:デイスプレーサ外径 :デイスプレーサストローク Vd=πD2t/4+πd2t′/4 …(2) ここで、Vd:冷却部の死容積 D:冷却部の径 t:冷却部の高さ t′:シリンダ部死容積高さ Vd≦Ve/2 …(3) 本条件の下で冷却部1を設計すれば冷凍機性能に影響を
及ぼすことはほとんどない。Ve = πd 2 · / 4 (1) where Ve: displacer scavenging volume d: displacer outer diameter: displacer stroke Vd = πD 2 t / 4 + πd 2 t ′ / 4… (2) here Vd: Dead volume of cooling section D: Diameter of cooling section t: Height of cooling section t ′: Dead volume height of cylinder section Vd ≦ Ve / 2 (3) Design cooling section 1 under these conditions If this is done, it will hardly affect the performance of the refrigerator.
第3図,第4図は本発明の効果を線図として示したもの
である。第3図は接触圧に対する熱接触コングクタンス
の変化を示したものである。熱接触コンダクタンスは接
触熱抵抗の逆数で定義されるものであり、高い程、熱が
移動し易いことを示している。本図より、接触圧を増加
させることにより熱損失を減らすことができるから、有
効冷却能力の向上が図れる。3 and 4 show the effect of the present invention as a diagram. FIG. 3 shows changes in thermal contact congruence with contact pressure. The thermal contact conductance is defined by the reciprocal of the thermal contact resistance, and the higher the thermal contact conductance, the more easily the heat is transferred. From this figure, it is possible to improve the effective cooling capacity because the heat loss can be reduced by increasing the contact pressure.
第4図は接触面積に対する冷却部の吸熱量の変化を示し
たものである。接触熱抵抗や冷却部の肉厚等が一定の場
合、被冷却体との接触面積に比例して吸熱量は増加す
る。すなわち、被冷却体に見合つた冷却部を設定するこ
とにより、有効冷却能力の大幅な改善が図れる。FIG. 4 shows changes in the amount of heat absorbed by the cooling part with respect to the contact area. When the contact heat resistance and the thickness of the cooling part are constant, the amount of heat absorption increases in proportion to the contact area with the object to be cooled. That is, the effective cooling capacity can be significantly improved by setting the cooling unit that matches the object to be cooled.
〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、被冷却体の被冷却部面
を完全に覆つた冷却面により冷却することができるの
で、均一な冷却を行うことができると同時に有効冷却能
力の向上が図れる。また、ベローズ部を設けたことによ
り被冷却体に対する接触圧を高めることができるから、
接触熱抵抗の減小により有効冷却能力の向上を図ること
ができる。さらに被冷却体と冷却部との間に取り付け誤
差があつても、ベローズ部により、これを吸収すること
が可能であり均一な冷却を行うことができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the surface to be cooled of the object to be cooled can be cooled by the cooling surface that completely covers the surface of the object to be cooled. The cooling capacity can be improved. Further, since the bellows portion is provided, the contact pressure with respect to the cooled object can be increased,
By reducing the contact thermal resistance, it is possible to improve the effective cooling capacity. Further, even if there is a mounting error between the object to be cooled and the cooling portion, the bellows portion can absorb the error and uniform cooling can be performed.
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は他の
実施例を示す断面図、第3図,第4図はそれぞれ本発明
の効果を実証する冷却部の特性線図である。 1……冷却部、2……ベローズ、3……シリンダ、4…
…膨張空間、5……デイスプレーサ、6……被冷却体。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment, and FIGS. 3 and 4 are characteristic diagram of a cooling unit demonstrating the effect of the present invention. Is. 1 ... Cooling part, 2 ... Bellows, 3 ... Cylinder, 4 ...
… Expansion space, 5 …… Displacer, 6 …… Cooled body.
Claims (2)
リンダにて構成し、該ディスプレーサが往復動すること
により該シリンダ端部で冷却能力を得るように構成され
た極低温冷凍機の冷却部構造において、該シリンダ先端
に該ディスプレーサを囲む部分の断面積より大きな断面
積を有し、膨張空間の一部となる空間を設けるととも
に、該空間と前記ディスプレーサ用シリンダとの間にベ
ローズ状部を設けたことを特徴とする極低温冷凍機の冷
却部構造。1. A cooling unit structure of a cryogenic refrigerator, wherein an expansion space is composed of a displacer and a cylinder surrounding the displacer, and the displacer reciprocates to obtain a cooling capacity at an end of the cylinder. A cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the portion surrounding the displacer at the tip of the cylinder, and a space forming a part of the expansion space is provided, and a bellows-shaped portion is provided between the space and the displacer cylinder. A cooling unit structure of a cryogenic refrigerator characterized by the following.
機の冷却部構造において、該空間の容積を該ディスプレ
ーサの断面積とストロークの積で決まる掃気容積の1/2
以下にしたことを特徴とする極低温冷凍機の冷却部構
造。2. The cooling unit structure of a cryogenic cooler according to claim 1, wherein the volume of the space is 1/2 of the scavenging volume determined by the product of the cross-sectional area of the displacer and the stroke.
A cooling section structure of a cryogenic refrigerator characterized by the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23902286A JPH0689954B2 (en) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | Cryogenic cooling unit structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23902286A JPH0689954B2 (en) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | Cryogenic cooling unit structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6396455A JPS6396455A (en) | 1988-04-27 |
| JPH0689954B2 true JPH0689954B2 (en) | 1994-11-14 |
Family
ID=17038721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23902286A Expired - Lifetime JPH0689954B2 (en) | 1986-10-09 | 1986-10-09 | Cryogenic cooling unit structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689954B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7810380B2 (en) | 2003-03-25 | 2010-10-12 | Tearlab Research, Inc. | Systems and methods for collecting tear film and measuring tear film osmolarity |
| US8020433B2 (en) | 2003-03-25 | 2011-09-20 | Tearlab Research, Inc. | Systems and methods for a sample fluid collection device |
| US7051569B2 (en) * | 2002-08-06 | 2006-05-30 | Ocusense, Inc. | Systems and methods for calibrating osmolarity measuring devices |
| BR112017005121A2 (en) | 2014-09-23 | 2018-07-31 | Tearlab Res Inc | systems and methods for integrating microfluidic tear collection and lateral flow analysis of analytes of interest. |
-
1986
- 1986-10-09 JP JP23902286A patent/JPH0689954B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6396455A (en) | 1988-04-27 |
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