JPH04335965A - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
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- JPH04335965A JPH04335965A JP10802191A JP10802191A JPH04335965A JP H04335965 A JPH04335965 A JP H04335965A JP 10802191 A JP10802191 A JP 10802191A JP 10802191 A JP10802191 A JP 10802191A JP H04335965 A JPH04335965 A JP H04335965A
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- JP
- Japan
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- electrical input
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Air Conditioning Control Device (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば赤外線検知素
子を80ケルビン程度の極低温に冷却するスターリング
冷凍機に関するものである。
子を80ケルビン程度の極低温に冷却するスターリング
冷凍機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5に従来スターリング冷凍機の構成例
を示す。図5においてスターリング冷凍機は、大きく分
けて圧縮機1とコールドフィンガ2と電源35と第1の
電気入力量制御器36より構成される。前記圧縮機1は
支持ばね18により位置決めされたピストン16が第1
のシリンダ17内部を往復運動する構造となっている。 前記ピストン16には非磁性材料からなる軽量のスリー
ブ19が連結され、前記スリーブ19には導電体を巻き
付けて可動コイル20を形成する。前記可動コイル20
はハウジング21の壁を通して外部に伸びる第1のリー
ド線22及び第2のリード線23と接続している。これ
らのリード線22、23は前記ハウジング21の外側に
第1の電気接点24及び第2電気接点25を持ち、前記
電源35と接続している。前記ハウジング21内には環
状永久磁石26及びヨーク27が設けられており、これ
らは、閉磁気回路を構成している。
を示す。図5においてスターリング冷凍機は、大きく分
けて圧縮機1とコールドフィンガ2と電源35と第1の
電気入力量制御器36より構成される。前記圧縮機1は
支持ばね18により位置決めされたピストン16が第1
のシリンダ17内部を往復運動する構造となっている。 前記ピストン16には非磁性材料からなる軽量のスリー
ブ19が連結され、前記スリーブ19には導電体を巻き
付けて可動コイル20を形成する。前記可動コイル20
はハウジング21の壁を通して外部に伸びる第1のリー
ド線22及び第2のリード線23と接続している。これ
らのリード線22、23は前記ハウジング21の外側に
第1の電気接点24及び第2電気接点25を持ち、前記
電源35と接続している。前記ハウジング21内には環
状永久磁石26及びヨーク27が設けられており、これ
らは、閉磁気回路を構成している。
【0003】前記可動コイル20は前記環状永久磁石2
6及び前記ヨーク27からなる閉磁気回路に設けられた
間隙28内で前記ピストン16の軸方向に往復運動でき
る構造になっている。前記間隙28内には前記可動コイ
ル20の運動方向を横切る半径方向に永久磁界が存在す
る。以上の前記スリーブ19、前記可動コイル20、前
記リード線22、23、前記環状永久磁石26、前記ヨ
ーク27は全体としてリニアモータ29を構成している
。前記第1のシリンダ17内側の前記ピストン16上部
の内部空間を圧縮室30と呼ぶ。前記圧縮室30には例
えばヘリウムなどの高圧の作動ガスが封入されている。 前記圧縮室30内の作動ガスが前記第1のシリンダ17
と前記ピストン16の隙間を通過しないように前記第1
のシリンダ17と前記ピストン16の隙間にはシール1
8、19が設けられている。以上が圧縮機1の構成であ
る。一方、前記コールドフィンガ2は円筒状の第2のシ
リンダ3及び共振ばね4により係合され前記第2のシリ
ンダ3内を摺動自在に往復するディスプレーサ5を有し
ている。前記第2のシリンダ3内部の空間は前記ディス
プレーサ5によって2分割されており、前記ディスプレ
ーサ5より上方の空間を低温室6、下方の空間を高温室
7と呼ぶ。前記ディスプレーサ5内部には再生器8、ガ
ス通過孔9、10が設けられ、前記低温室6と前記高温
室7は前記再生器8と前記ガス通過孔9、10を介して
連通しており、前記再生器8には例えば銅の金網などの
蓄冷材11が充填されている。前記第2のシリンダ3と
前記ディスプレーサ5の隙間を作動ガスが通過しないよ
うに前記ディスプレーサ5と前記第2シリンダ3の隙間
にはシール12、13が設けられている。前記コールド
フィンガ1の各室には前記圧縮機1と同様に例えばヘリ
ウムなどの高圧の作動ガスが封入されている。以上がコ
ールドフィンガ2の構成である。
6及び前記ヨーク27からなる閉磁気回路に設けられた
間隙28内で前記ピストン16の軸方向に往復運動でき
る構造になっている。前記間隙28内には前記可動コイ
ル20の運動方向を横切る半径方向に永久磁界が存在す
る。以上の前記スリーブ19、前記可動コイル20、前
記リード線22、23、前記環状永久磁石26、前記ヨ
ーク27は全体としてリニアモータ29を構成している
。前記第1のシリンダ17内側の前記ピストン16上部
の内部空間を圧縮室30と呼ぶ。前記圧縮室30には例
えばヘリウムなどの高圧の作動ガスが封入されている。 前記圧縮室30内の作動ガスが前記第1のシリンダ17
と前記ピストン16の隙間を通過しないように前記第1
のシリンダ17と前記ピストン16の隙間にはシール1
8、19が設けられている。以上が圧縮機1の構成であ
る。一方、前記コールドフィンガ2は円筒状の第2のシ
リンダ3及び共振ばね4により係合され前記第2のシリ
ンダ3内を摺動自在に往復するディスプレーサ5を有し
ている。前記第2のシリンダ3内部の空間は前記ディス
プレーサ5によって2分割されており、前記ディスプレ
ーサ5より上方の空間を低温室6、下方の空間を高温室
7と呼ぶ。前記ディスプレーサ5内部には再生器8、ガ
ス通過孔9、10が設けられ、前記低温室6と前記高温
室7は前記再生器8と前記ガス通過孔9、10を介して
連通しており、前記再生器8には例えば銅の金網などの
蓄冷材11が充填されている。前記第2のシリンダ3と
前記ディスプレーサ5の隙間を作動ガスが通過しないよ
うに前記ディスプレーサ5と前記第2シリンダ3の隙間
にはシール12、13が設けられている。前記コールド
フィンガ1の各室には前記圧縮機1と同様に例えばヘリ
ウムなどの高圧の作動ガスが封入されている。以上がコ
ールドフィンガ2の構成である。
【0004】前記圧縮機1の前記圧縮室30と前記コー
ルドフィンガ2の前記高温室7は、冷却器14を介して
連通している。また、前記圧縮室30、前記高温室7、
前記再生器8、前記低温室6は互いに連通しており、こ
れらの室全体を作動室15と呼ぶ。前記コールドフィン
ガ2の前記低温室6の上部には温度検出器37が設けて
あり前記低温室6の温度を検出する。前記第1の電気入
力量制御器36は前記温度検出器37の検出信号を入力
として前記リニアモータ29に供給する電気入力量を決
定し、前記電源35はこの決定に基づいて前記リニアモ
ータ29に出力する。
ルドフィンガ2の前記高温室7は、冷却器14を介して
連通している。また、前記圧縮室30、前記高温室7、
前記再生器8、前記低温室6は互いに連通しており、こ
れらの室全体を作動室15と呼ぶ。前記コールドフィン
ガ2の前記低温室6の上部には温度検出器37が設けて
あり前記低温室6の温度を検出する。前記第1の電気入
力量制御器36は前記温度検出器37の検出信号を入力
として前記リニアモータ29に供給する電気入力量を決
定し、前記電源35はこの決定に基づいて前記リニアモ
ータ29に出力する。
【0005】前記のように構成された従来の冷凍機の動
作について説明する。電源35より電気接点24、25
及びリード線22、23を介して可動コイル20に交流
電流を供給すると、可動コイル20には間隙28中の永
久磁界との相互作用により軸方向にローレンツ力が働く
。その結果ピストン16、スリーブ19及び可動コイル
20からなる組立体はピストン16の軸方向で上下に移
動する。今、可動コイル20に正弦波電流を印加すると
、ピストン16はシリンダ17の内部を往復運動し、圧
縮室30から低温室6に至る作動室15のガス圧力に正
弦波状の波動を与える。この正弦波状の圧力波動により
ディスプレーサ5内の再生器8を通過するガスの流量が
周期的に変化し、再生器8による圧力損失によってディ
スプレーサ5の両端には周期的な圧力差が生じる。この
圧力差と共振ばね4の共振によって再生器8を含むディ
スプレーサ5はピストン16と同じ周波数かつ異なった
位相でコールドフィンガ1内を軸方向に往復する。
作について説明する。電源35より電気接点24、25
及びリード線22、23を介して可動コイル20に交流
電流を供給すると、可動コイル20には間隙28中の永
久磁界との相互作用により軸方向にローレンツ力が働く
。その結果ピストン16、スリーブ19及び可動コイル
20からなる組立体はピストン16の軸方向で上下に移
動する。今、可動コイル20に正弦波電流を印加すると
、ピストン16はシリンダ17の内部を往復運動し、圧
縮室30から低温室6に至る作動室15のガス圧力に正
弦波状の波動を与える。この正弦波状の圧力波動により
ディスプレーサ5内の再生器8を通過するガスの流量が
周期的に変化し、再生器8による圧力損失によってディ
スプレーサ5の両端には周期的な圧力差が生じる。この
圧力差と共振ばね4の共振によって再生器8を含むディ
スプレーサ5はピストン16と同じ周波数かつ異なった
位相でコールドフィンガ1内を軸方向に往復する。
【0006】ピストン16及びディスプレーサ5が適当
な位相差を保って運動するとき、作動室15に封入され
た作動ガスは「逆スターリングサイクル」として既知の
熱力学サイクルを構成し、主として低温室6に冷熱を発
生する。上記「逆スターリングサイクル」とその冷熱発
生の原理については、文献「Cryocoolers」
(G.Walker,Plenum Press,N
ew York,1983,PP.117〜123)
に詳細に説明されている。
な位相差を保って運動するとき、作動室15に封入され
た作動ガスは「逆スターリングサイクル」として既知の
熱力学サイクルを構成し、主として低温室6に冷熱を発
生する。上記「逆スターリングサイクル」とその冷熱発
生の原理については、文献「Cryocoolers」
(G.Walker,Plenum Press,N
ew York,1983,PP.117〜123)
に詳細に説明されている。
【0007】以下にその原理について説明する。ピスト
ン16により圧縮された圧縮室30内のガスは冷却器1
4を経て流れる間に圧縮熱が冷却され、高温室17、ガ
ス通過孔9、再生器8に流れ込む。作動ガスは、再生器
8では半サイクル前に蓄えられた冷熱により予冷され、
低温室6内に入る。そして、大部分の作動ガスが低温室
6内に入ると膨張が始まり、低温室6内に冷熱を発生す
る。作動ガスは、次に逆の順序で再生器8に冷熱を放出
しながら流路を戻り圧縮室30に入る。この時、コール
ドフィンガ2先端部から熱を奪いその外部を冷却する。 このようにして、大部分の作動ガスが圧縮室30内に戻
ると再び圧縮が始まり、次のサイクルに移動する。以上
のようなプロセスを繰返すことにより低温室6の温度は
徐々に低下し、例えば80ケルビン程度の極低温に達す
る。このような冷却過程において冷却速度が低下しない
ように第1の電気入力量制御器36はピストン16の振
幅が可動範囲において常に最大となるように電気入力量
を制御している。また、定常冷却においてはコールドフ
ィンガ2の低温室6の温度を温度検出器37により検出
し、その検出信号を入力として第1の電気入力量制御器
36は低温室6の温度変動が例えば0.1ケルビン以下
となるように電源35がリニアモータ29に供給する電
気入力量を制御する。
ン16により圧縮された圧縮室30内のガスは冷却器1
4を経て流れる間に圧縮熱が冷却され、高温室17、ガ
ス通過孔9、再生器8に流れ込む。作動ガスは、再生器
8では半サイクル前に蓄えられた冷熱により予冷され、
低温室6内に入る。そして、大部分の作動ガスが低温室
6内に入ると膨張が始まり、低温室6内に冷熱を発生す
る。作動ガスは、次に逆の順序で再生器8に冷熱を放出
しながら流路を戻り圧縮室30に入る。この時、コール
ドフィンガ2先端部から熱を奪いその外部を冷却する。 このようにして、大部分の作動ガスが圧縮室30内に戻
ると再び圧縮が始まり、次のサイクルに移動する。以上
のようなプロセスを繰返すことにより低温室6の温度は
徐々に低下し、例えば80ケルビン程度の極低温に達す
る。このような冷却過程において冷却速度が低下しない
ように第1の電気入力量制御器36はピストン16の振
幅が可動範囲において常に最大となるように電気入力量
を制御している。また、定常冷却においてはコールドフ
ィンガ2の低温室6の温度を温度検出器37により検出
し、その検出信号を入力として第1の電気入力量制御器
36は低温室6の温度変動が例えば0.1ケルビン以下
となるように電源35がリニアモータ29に供給する電
気入力量を制御する。
【0008】前記のような従来装置には以下に述べるよ
うな課題があった。電源起動時には突入電流が発生し第
1の電気入力量制御器の決定した電気入力量を上回って
可動コイルに供給される。また、可動コイルに供給され
る電気入力量が急激に増大するとピストン、可動コイル
、支持ばねによって構成される振動系が過度に応答して
しまい非常に大きな振幅となる。以上述べた現象により
電源起動時にはピストンの振幅が可動範囲を越えて動作
し、部品が衝突して破損するという課題があった。
うな課題があった。電源起動時には突入電流が発生し第
1の電気入力量制御器の決定した電気入力量を上回って
可動コイルに供給される。また、可動コイルに供給され
る電気入力量が急激に増大するとピストン、可動コイル
、支持ばねによって構成される振動系が過度に応答して
しまい非常に大きな振幅となる。以上述べた現象により
電源起動時にはピストンの振幅が可動範囲を越えて動作
し、部品が衝突して破損するという課題があった。
【0009】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、電源起動時にピストンが可動範
囲を越えないようにして、部品の衝突及び破損を防止で
きる冷凍機を得ることを目的としている。
ためになされたもので、電源起動時にピストンが可動範
囲を越えないようにして、部品の衝突及び破損を防止で
きる冷凍機を得ることを目的としている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この発明に係る冷凍機
は、リニアモータの可動コイルに電源より供給する電気
入力量を決定している第1の電気入力量制御器に、電源
起動時に可動コイルに供給される電気入力量が急激に増
大しないように徐々に電気入力量を増加させるよう第1
の電気入力量制御器に指令する第2の電気入力量制御器
を設けたものである。
は、リニアモータの可動コイルに電源より供給する電気
入力量を決定している第1の電気入力量制御器に、電源
起動時に可動コイルに供給される電気入力量が急激に増
大しないように徐々に電気入力量を増加させるよう第1
の電気入力量制御器に指令する第2の電気入力量制御器
を設けたものである。
【0011】
【作用】この発明における第2の電気入力量制御器は、
電源起動時に可動コイルに供給される電気入力量が急激
に増大しないように電気入力量を徐々に増加させること
により、ピストンの振幅が可動範囲を越えて動作し部品
が衝突し破損することを防止する。
電源起動時に可動コイルに供給される電気入力量が急激
に増大しないように電気入力量を徐々に増加させること
により、ピストンの振幅が可動範囲を越えて動作し部品
が衝突し破損することを防止する。
【0012】
実施例1.図1はこの発明の一実施例を示す図である。
1〜37は上記従来装置と同一のものであり、ここでは
説明を省略する。38は電源35の起動時に可動コイル
に供給される電気入力量が急激に増大しないように第1
の電気入力量制御器36に指令する第2の電気入力量制
御器である。
説明を省略する。38は電源35の起動時に可動コイル
に供給される電気入力量が急激に増大しないように第1
の電気入力量制御器36に指令する第2の電気入力量制
御器である。
【0013】このような装置においては、第2の電気入
力量制御器38は電源35起動時に電流を図2に示す曲
線状に増加させるように第1の電気入力量制御器36に
指令し、この指令により第1の電気入力量制御器36は
電流を決定し、この決定に基づいて電源35はリニアモ
ータ29に供給する電流を変化させる。これにより、電
源起動時に部品が衝突することを防止できる。図2では
リニアモータ29に供給する電流を制御した例を示した
が、全く同様に電圧を制御してもこの発明を実施できる
。
力量制御器38は電源35起動時に電流を図2に示す曲
線状に増加させるように第1の電気入力量制御器36に
指令し、この指令により第1の電気入力量制御器36は
電流を決定し、この決定に基づいて電源35はリニアモ
ータ29に供給する電流を変化させる。これにより、電
源起動時に部品が衝突することを防止できる。図2では
リニアモータ29に供給する電流を制御した例を示した
が、全く同様に電圧を制御してもこの発明を実施できる
。
【0014】実施例2.上記実施例1では電源35起動
時の電流を曲線状に変化させたが、図3に示すように直
線状または階段状に変化させても同様の効果が期待でき
る。
時の電流を曲線状に変化させたが、図3に示すように直
線状または階段状に変化させても同様の効果が期待でき
る。
【0015】実施例3.上記実施例1ではコールドフィ
ンガ1と圧縮機2が一体化されたスターリング冷凍機で
あったが、図4に示すようなコールドフィンガ1と圧縮
機2が連結管40を介して互いに分離された分離型のス
ターリング冷凍機のように、リニアモータ29を有する
スターリング冷凍機ならどの形状のものでも同様の効果
が期待できる。
ンガ1と圧縮機2が一体化されたスターリング冷凍機で
あったが、図4に示すようなコールドフィンガ1と圧縮
機2が連結管40を介して互いに分離された分離型のス
ターリング冷凍機のように、リニアモータ29を有する
スターリング冷凍機ならどの形状のものでも同様の効果
が期待できる。
【0016】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、第2の
電気入力量制御器が電源起動時の電気入力量を徐々に増
加させるように指令できるように構成したので、電源起
動時の突入電流又は振動系の過度な応答による部品の可
動範囲を上回る動作を抑制し、これにより部品の衝突に
よる破損を防止できる効果がある。
電気入力量制御器が電源起動時の電気入力量を徐々に増
加させるように指令できるように構成したので、電源起
動時の突入電流又は振動系の過度な応答による部品の可
動範囲を上回る動作を抑制し、これにより部品の衝突に
よる破損を防止できる効果がある。
【図1】この発明の実施例1を示す断面図である。
【図2】この発明の実施例1における電源起動時の電流
制御のさせかたを示す図である。
制御のさせかたを示す図である。
【図3】この発明の実施例2における電源起動時の電流
制御のさせかたを示す図である。
制御のさせかたを示す図である。
【図4】この発明の実施例3を示す断面図である。
【図5】従来のスターリング冷凍機を示す断面図である
。
。
1 圧縮機
2 コールドフィンガ
3 第2シリンダ
5 ディスプレーサ
6 低温室
7 高温室
16 ピストン
17 第1シリンダ
29 リニアモータ
35 電源
36 第1電気入力量決定器
37 温度検出器
38 第2電気入力量決定器
40 連結管
Claims (1)
- 【請求項1】 第1シリンダと、前記第1シリンダの
中を往復運動するピストンと、交流電流を印加すること
により前記ピストンを往復運動させるリニアモータを備
えた圧縮機と、第2シリンダと、前記第2シリンダの中
を往復運動するディスプレーサと、前記ディスプレーサ
により仕切られた低温室と高温室を備えたコールドフィ
ンガと、前記リニアモータに印加する電気入力量を制御
する第1の電気入力量制御器と、前記第1の電気入力量
制御器に従って電気入力量を前記リニアモータに供給す
る電源と、前記電源起動時に前記リニアモータへの電気
入力量を徐々に増加させるように前記第1の電気入力量
制御器に指令する第2の電気入力量制御器とを備えたこ
とを特徴とする冷凍機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3108021A JP2556939B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP3108021A JP2556939B2 (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 冷凍機 |
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JPH04335965A true JPH04335965A (ja) | 1992-11-24 |
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ID=14473969
Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002053991A1 (fr) * | 2000-12-27 | 2002-07-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Refrigerateur a cycle de stirling et procede de commande du fonctionnement dudit refrigerateur |
JP2003314919A (ja) * | 2002-01-08 | 2003-11-06 | Sharp Corp | スターリング冷凍機 |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3108021A patent/JP2556939B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002053991A1 (fr) * | 2000-12-27 | 2002-07-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Refrigerateur a cycle de stirling et procede de commande du fonctionnement dudit refrigerateur |
US7121099B2 (en) | 2000-12-27 | 2006-10-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerator and method of controlling operation of the refrigerator |
JP2003314919A (ja) * | 2002-01-08 | 2003-11-06 | Sharp Corp | スターリング冷凍機 |
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Publication number | Publication date |
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JP2556939B2 (ja) | 1996-11-27 |
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