JPH0579720A - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
- Publication number
- JPH0579720A JPH0579720A JP24132391A JP24132391A JPH0579720A JP H0579720 A JPH0579720 A JP H0579720A JP 24132391 A JP24132391 A JP 24132391A JP 24132391 A JP24132391 A JP 24132391A JP H0579720 A JPH0579720 A JP H0579720A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- cold finger
- balance weight
- piston
- low
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 コールドフィンガで発生する振動を低減で
き、赤外線検知素子などの振動を嫌う電子素子を冷却す
る場合においても、コールドフィンガで発生する振動の
悪影響を防ぐことができる冷凍機を得ることを目的とす
る。 【構成】 ディスプレーサ20の往復運動の反力を打ち
消す方向に往復運動するようバランス用リニアモータ3
3で駆動されるバランスウェイト29をコールドフィン
ガ2に設けたものである。
き、赤外線検知素子などの振動を嫌う電子素子を冷却す
る場合においても、コールドフィンガで発生する振動の
悪影響を防ぐことができる冷凍機を得ることを目的とす
る。 【構成】 ディスプレーサ20の往復運動の反力を打ち
消す方向に往復運動するようバランス用リニアモータ3
3で駆動されるバランスウェイト29をコールドフィン
ガ2に設けたものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば赤外線検出素子
などのように極低温(例えば77K前後)に冷却して使
用する電子素子を冷却するスターリング冷凍機に関する
ものである。
などのように極低温(例えば77K前後)に冷却して使
用する電子素子を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2に従来のスターリング冷凍機の構成
例を示す。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、これらを結ぶ連結管3より
構成される。前記圧縮機1はシリンダ4と、前記シリン
ダ4の内面を滑りながら往復運動するピストン5を備え
ており、前記ピストン5は、ハウジング10の内壁から
伸びる支持ばね6の一端に取り付けられている。前記ピ
ストン5には可動コイル8が取り付けられ、前記可動コ
イル8は磁気回路15と共にリニアモータ28を構成し
ている。前記可動コイル8は非磁性材料からなる円筒状
のボビン7に導電線9を巻き付けて形成されている。前
記可動コイル8の前記導電線9は一対のリード線11と
接続しており、これらのリード線11は前記ハウジング
10に取り付けられた一対の電気端子12を持つ。前記
磁気回路15には永久磁石13、ヨーク14及び間隙1
6が設けられており、前記間隙16内には半径方向に永
久磁界が存在する。前記可動コイル8は前記磁気回路1
5に設けられた間隙16内で前記ピストン5の軸線方向
に往復運動できる構造になっている。圧縮機1全体には
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。シリンダ4内側のピストン上方の内部空間を圧縮室
17と呼び、圧縮室17内の作動ガスがシリンダ4とピ
ストン5の間隙を通過しにくくするために、シリンダ4
とピストン5の隙間はできるだけ狭く作られている。
例を示す。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、これらを結ぶ連結管3より
構成される。前記圧縮機1はシリンダ4と、前記シリン
ダ4の内面を滑りながら往復運動するピストン5を備え
ており、前記ピストン5は、ハウジング10の内壁から
伸びる支持ばね6の一端に取り付けられている。前記ピ
ストン5には可動コイル8が取り付けられ、前記可動コ
イル8は磁気回路15と共にリニアモータ28を構成し
ている。前記可動コイル8は非磁性材料からなる円筒状
のボビン7に導電線9を巻き付けて形成されている。前
記可動コイル8の前記導電線9は一対のリード線11と
接続しており、これらのリード線11は前記ハウジング
10に取り付けられた一対の電気端子12を持つ。前記
磁気回路15には永久磁石13、ヨーク14及び間隙1
6が設けられており、前記間隙16内には半径方向に永
久磁界が存在する。前記可動コイル8は前記磁気回路1
5に設けられた間隙16内で前記ピストン5の軸線方向
に往復運動できる構造になっている。圧縮機1全体には
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。シリンダ4内側のピストン上方の内部空間を圧縮室
17と呼び、圧縮室17内の作動ガスがシリンダ4とピ
ストン5の間隙を通過しにくくするために、シリンダ4
とピストン5の隙間はできるだけ狭く作られている。
【0003】一方、前記コールドフィンガ2は、細長い
円筒状の低温シリンダ18を備えており、前記低温シリ
ンダ18下部に設けられたスリーブ27の内面を滑りな
がら前記低温シリンダ18内を往復運動するディスプレ
ーサ20を有している。前記ディスプレーサ20は共振
ばね19により支持され、前記低温シリンダ18内部の
空間は前記ディスプレーサ20によって上下に2分割さ
れており、前記ディスプレーサ20より上方の空間を低
温室21、下方の空間を高温室22と呼ぶ。前記ディス
プレーサ20内部には再生器23とガス通過孔24が設
けられ、前記低温室21と前記高温室22は前記再生器
23と前記ガス通過孔24を介して連通しており、前記
再生器23内には例えば銅の金網などの蓄冷材25が充
填されている。前記スリーブ27と前記ディスプレーサ
20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20と前記スリーブ27の隙間はできるだけ狭く
作られている。前記コールドフィンガ2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。前記圧縮機1の前記圧縮室17と前
記コールドフィンガ2の前記高温室22は、前記連結管
3を介して連通している。また、前記圧縮室17、前記
連結管3内部の空間、前記低温室21、前記高温室2
2、前記再生器23及び前記ガス通過孔24は互いに連
通しており、これらの室全体を総合して作動室26と呼
ぶ。
円筒状の低温シリンダ18を備えており、前記低温シリ
ンダ18下部に設けられたスリーブ27の内面を滑りな
がら前記低温シリンダ18内を往復運動するディスプレ
ーサ20を有している。前記ディスプレーサ20は共振
ばね19により支持され、前記低温シリンダ18内部の
空間は前記ディスプレーサ20によって上下に2分割さ
れており、前記ディスプレーサ20より上方の空間を低
温室21、下方の空間を高温室22と呼ぶ。前記ディス
プレーサ20内部には再生器23とガス通過孔24が設
けられ、前記低温室21と前記高温室22は前記再生器
23と前記ガス通過孔24を介して連通しており、前記
再生器23内には例えば銅の金網などの蓄冷材25が充
填されている。前記スリーブ27と前記ディスプレーサ
20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20と前記スリーブ27の隙間はできるだけ狭く
作られている。前記コールドフィンガ2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。前記圧縮機1の前記圧縮室17と前
記コールドフィンガ2の前記高温室22は、前記連結管
3を介して連通している。また、前記圧縮室17、前記
連結管3内部の空間、前記低温室21、前記高温室2
2、前記再生器23及び前記ガス通過孔24は互いに連
通しており、これらの室全体を総合して作動室26と呼
ぶ。
【0004】上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。電気端子12及びリード線11を
介して可動コイル8の導電線9に交流電流を印加する
と、導電線9には隙間16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、可動コイ
ル8に取り付けられたピストン5はシリンダ4の内部を
往復運動し、圧縮室17から低温室21に至る作動室2
6のガス圧力に正弦状の波動を与える。この圧力波動に
伴って再生器23内部を作動ガスが行き来し、このとき
再生器23に生じる流体抵抗力により、再生器23を含
むディスプレーサ20には上下方向に力が作用する。こ
の力と共振ばね19の相互作用により、ディスプレーサ
20はピストン5と同じ周波数かつ異なった位相でコー
ルドフィンガ2内を軸方向に往復する。以上のようにピ
ストン5及びディスプレーサ20が適当な位相差を保っ
て運動するとき、以下に述べるような原理で冷凍を発生
することができる。
作について説明する。電気端子12及びリード線11を
介して可動コイル8の導電線9に交流電流を印加する
と、導電線9には隙間16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、可動コイ
ル8に取り付けられたピストン5はシリンダ4の内部を
往復運動し、圧縮室17から低温室21に至る作動室2
6のガス圧力に正弦状の波動を与える。この圧力波動に
伴って再生器23内部を作動ガスが行き来し、このとき
再生器23に生じる流体抵抗力により、再生器23を含
むディスプレーサ20には上下方向に力が作用する。こ
の力と共振ばね19の相互作用により、ディスプレーサ
20はピストン5と同じ周波数かつ異なった位相でコー
ルドフィンガ2内を軸方向に往復する。以上のようにピ
ストン5及びディスプレーサ20が適当な位相差を保っ
て運動するとき、以下に述べるような原理で冷凍を発生
することができる。
【0005】まずディスプレーサ20がコールドフィン
ガ2内の上部に位置しているときに、ピストン5が上方
に移動して作動室26内の作動ガス全体を圧縮する。圧
縮室17内の作動ガスは連結管3を経て、高温室22に
流れ込み、この間に圧縮時に発生する圧縮熱はハウジン
グ10、連結管3などを介して周囲空気に放熱される。
次にディスプレーサ20が下方に移動し、それとともに
高温室22の作動ガスは再生器23とガス通過孔24を
通って低温室21に移動する。このとき再生器23は半
サイクル前に蓄えた冷熱で作動ガスを予冷する。次にピ
ストン5が下方に移動することで作動室26内の作動ガ
ス全体を膨張させる。低温室21内においても作動ガス
は膨張し、低温室21内に冷熱を発生する。次にディス
プレーサ20が上方に移動し、それとともに低温室21
の作動ガスは再生器23とガス通過孔24を通って高温
室22に移動する。このとき再生器23は作動ガスによ
って予冷される。その後再びピストン5が上方に移動し
て作動ガスの圧縮が始まり、同様のサイクルが繰返され
る。ここでの作動ガスの圧縮と膨張はそれぞれピストン
5から仕事をうけとったり、ピストン5へ仕事を与えた
りしながら行われているので、作動ガスは圧縮時には熱
を出し、膨張時には外部から熱を吸収する。前述のよう
にディスプレーサ20がコールドフィンガ2内の上部に
位置しているとき、すなわち低温室21の容積が小さく
なっているときに作動ガスの圧縮がおこり、逆にディス
プレーサ20がコールドフィンガ2内の下部に位置して
いるとき、すなわち低温室21の容積が大きくなってい
るときに作動ガスの膨張がおこるので、低温室21は1
サイクル全体で見ると膨張が主体であり、コールドフィ
ンガ2の先端部外部から熱を奪い、被冷却体を冷却す
る。
ガ2内の上部に位置しているときに、ピストン5が上方
に移動して作動室26内の作動ガス全体を圧縮する。圧
縮室17内の作動ガスは連結管3を経て、高温室22に
流れ込み、この間に圧縮時に発生する圧縮熱はハウジン
グ10、連結管3などを介して周囲空気に放熱される。
次にディスプレーサ20が下方に移動し、それとともに
高温室22の作動ガスは再生器23とガス通過孔24を
通って低温室21に移動する。このとき再生器23は半
サイクル前に蓄えた冷熱で作動ガスを予冷する。次にピ
ストン5が下方に移動することで作動室26内の作動ガ
ス全体を膨張させる。低温室21内においても作動ガス
は膨張し、低温室21内に冷熱を発生する。次にディス
プレーサ20が上方に移動し、それとともに低温室21
の作動ガスは再生器23とガス通過孔24を通って高温
室22に移動する。このとき再生器23は作動ガスによ
って予冷される。その後再びピストン5が上方に移動し
て作動ガスの圧縮が始まり、同様のサイクルが繰返され
る。ここでの作動ガスの圧縮と膨張はそれぞれピストン
5から仕事をうけとったり、ピストン5へ仕事を与えた
りしながら行われているので、作動ガスは圧縮時には熱
を出し、膨張時には外部から熱を吸収する。前述のよう
にディスプレーサ20がコールドフィンガ2内の上部に
位置しているとき、すなわち低温室21の容積が小さく
なっているときに作動ガスの圧縮がおこり、逆にディス
プレーサ20がコールドフィンガ2内の下部に位置して
いるとき、すなわち低温室21の容積が大きくなってい
るときに作動ガスの膨張がおこるので、低温室21は1
サイクル全体で見ると膨張が主体であり、コールドフィ
ンガ2の先端部外部から熱を奪い、被冷却体を冷却す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上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。先端部で冷凍を
生成するコールドフィンガ2内部にはディスプレーサ2
0が往復運動しているので、運転中この往復運動の反力
によりコールドフィンガ2は振動を発生する。したがっ
て、例えば赤外線検知素子のように振動が伝わると画像
がぶれるなどの不都合がある電子素子をコールドフィン
ガ2先端部に取り付けて冷却する場合には、コールドフ
ィンガ2の振動低減を図らなくてはならないという課題
があった。
には以下に述べるような課題があった。先端部で冷凍を
生成するコールドフィンガ2内部にはディスプレーサ2
0が往復運動しているので、運転中この往復運動の反力
によりコールドフィンガ2は振動を発生する。したがっ
て、例えば赤外線検知素子のように振動が伝わると画像
がぶれるなどの不都合がある電子素子をコールドフィン
ガ2先端部に取り付けて冷却する場合には、コールドフ
ィンガ2の振動低減を図らなくてはならないという課題
があった。
【0007】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたもので、コールドフィンガで発生する振動の小さ
い冷凍機を提案するものである。
されたもので、コールドフィンガで発生する振動の小さ
い冷凍機を提案するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる冷凍機
は、ディスプレーサの往復運動の反力を打ち消す方向に
往復運動するようバランス用リニアモータで駆動される
バランスウェイトをコールドフィンガに設けたものであ
る。
は、ディスプレーサの往復運動の反力を打ち消す方向に
往復運動するようバランス用リニアモータで駆動される
バランスウェイトをコールドフィンガに設けたものであ
る。
【0009】
【作用】この発明においては、コールドフィンガに設け
られたバランスウェイトがディスプレーサの往復運動の
反力を打ち消す方向に往復運動するようバランス用リニ
アモータで駆動されるので、コールドフィンガで発生す
る振動を低減できる。
られたバランスウェイトがディスプレーサの往復運動の
反力を打ち消す方向に往復運動するようバランス用リニ
アモータで駆動されるので、コールドフィンガで発生す
る振動を低減できる。
【0010】
実施例1.図1は、この発明の一実施例を示す図であ
る。図において、圧縮機1と連結管3は従来装置とまっ
たく同じ構成であるが、コールドフィンガ2はその下部
にバランスウェイト29を内蔵したバランスユニット3
0を設けた点が従来装置と異なり、他は従来装置と同じ
構成である。前記バランスウェイト29にはバランス用
可動コイル31が取り付けられ、前記バランス用可動コ
イル31はバランス用磁気回路32と共にバランス用リ
ニアモータ33を構成している。前記バランス用可動コ
イル31は非磁性材料からなる円筒状のボビン34に導
電線35を巻き付けて形成されている。前記導電線35
は一対のリード線37と接続しており、これらのリード
線37は一対の電気端子38を持つ。前記バランス用磁
気回路32には永久磁石39、ヨーク40及び間隙41
が設けられており、前記間隙41内には半径方向に永久
磁界が存在する。前記バランス用可動コイル31は前記
間隙41内で前記コールドフィンガ2の軸線方向に往復
運動できる構造になっている。また、前記バランスウェ
イト29と前記バランス用可動コイル31から成る組立
体はスプリング42で支持されている。
る。図において、圧縮機1と連結管3は従来装置とまっ
たく同じ構成であるが、コールドフィンガ2はその下部
にバランスウェイト29を内蔵したバランスユニット3
0を設けた点が従来装置と異なり、他は従来装置と同じ
構成である。前記バランスウェイト29にはバランス用
可動コイル31が取り付けられ、前記バランス用可動コ
イル31はバランス用磁気回路32と共にバランス用リ
ニアモータ33を構成している。前記バランス用可動コ
イル31は非磁性材料からなる円筒状のボビン34に導
電線35を巻き付けて形成されている。前記導電線35
は一対のリード線37と接続しており、これらのリード
線37は一対の電気端子38を持つ。前記バランス用磁
気回路32には永久磁石39、ヨーク40及び間隙41
が設けられており、前記間隙41内には半径方向に永久
磁界が存在する。前記バランス用可動コイル31は前記
間隙41内で前記コールドフィンガ2の軸線方向に往復
運動できる構造になっている。また、前記バランスウェ
イト29と前記バランス用可動コイル31から成る組立
体はスプリング42で支持されている。
【0011】次にこの発明の装置の動作について説明す
る。この発明の装置は冷凍を発生する原理は従来装置と
まったく同様であるが、この発明においては、電気端子
38及びリード線37を介してバランス用可動コイル3
1の導電線35に交流電流を印加すると、導電線35に
は隙間41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、バランス用可動コイル3
1に取り付けられたバランスウェイト29はバランスユ
ニット30の内部を上下に往復運動する。ここで、バラ
ンスウェイト29がディスプレーサ20の往復運動の反
力を打ち消す方向に往復運動するような交流電流を導電
線35に印加すれば、コールドフィンガ2で発生する振
動を低減できる。図示されていないが、バランスウェイ
ト29とディスプレーサ20に変位センサなどを取り付
け、それぞれの往復運動が完全に互いの反力を打ち消す
ように、バランスウェイト29の運動をフィードバック
制御すれば、この発明をより効果的に実施できる。ま
た、バランスウェイト29を駆動する電力を節約するた
めに、バランスウェイト29とバランス用可動コイル3
1から成る組立体の質量とスプリング42のばね定数で
決まる共振周波数を冷凍機の運転周波数にできるだけ近
くなるように構成するのが良い。
る。この発明の装置は冷凍を発生する原理は従来装置と
まったく同様であるが、この発明においては、電気端子
38及びリード線37を介してバランス用可動コイル3
1の導電線35に交流電流を印加すると、導電線35に
は隙間41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、バランス用可動コイル3
1に取り付けられたバランスウェイト29はバランスユ
ニット30の内部を上下に往復運動する。ここで、バラ
ンスウェイト29がディスプレーサ20の往復運動の反
力を打ち消す方向に往復運動するような交流電流を導電
線35に印加すれば、コールドフィンガ2で発生する振
動を低減できる。図示されていないが、バランスウェイ
ト29とディスプレーサ20に変位センサなどを取り付
け、それぞれの往復運動が完全に互いの反力を打ち消す
ように、バランスウェイト29の運動をフィードバック
制御すれば、この発明をより効果的に実施できる。ま
た、バランスウェイト29を駆動する電力を節約するた
めに、バランスウェイト29とバランス用可動コイル3
1から成る組立体の質量とスプリング42のばね定数で
決まる共振周波数を冷凍機の運転周波数にできるだけ近
くなるように構成するのが良い。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、ディ
スプレーサの往復運動の反力を打ち消す方向に往復運動
するようバランス用リニアモータで駆動されるバランス
ウェイトをコールドフィンガに設けたことによって、コ
ールドフィンガで発生する振動を低減でき、赤外線検知
素子などの振動を嫌う電子素子を冷却する場合において
も、コールドフィンガで発生する振動の悪影響を防ぐこ
とができることができるという効果がある。
スプレーサの往復運動の反力を打ち消す方向に往復運動
するようバランス用リニアモータで駆動されるバランス
ウェイトをコールドフィンガに設けたことによって、コ
ールドフィンガで発生する振動を低減でき、赤外線検知
素子などの振動を嫌う電子素子を冷却する場合において
も、コールドフィンガで発生する振動の悪影響を防ぐこ
とができることができるという効果がある。
【図1】この発明の一実施例による冷凍機を示す断面図
である。
である。
【図2】従来の冷凍機を示す断面図である。
2 コールドフィンガ 18 低温シリンダ 20 ディスプレーサ 21 低温室 22 高温室 23 再生器 29 バランスウェイト 33 バランス用リニアモータ
Claims (1)
- 【請求項1】 筒状の低温シリンダと、前記低温シリン
ダの内部を低温室と高温室とに分け、かつ前記低温シリ
ンダ内を往復運動するディスプレーサと、前記ディスプ
レーサ内部に設けられた再生器とを備えたコールドフィ
ンガとを有する冷凍機において、前記ディスプレーサの
往復運動の反力を打ち消す方向に往復運動するようバラ
ンス用リニアモータで駆動されるバランスウェイトを前
記コールドフィンガに設けたことを特徴とする冷凍機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24132391A JPH0579720A (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24132391A JPH0579720A (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 冷凍機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0579720A true JPH0579720A (ja) | 1993-03-30 |
Family
ID=17072590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24132391A Pending JPH0579720A (ja) | 1991-09-20 | 1991-09-20 | 冷凍機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0579720A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100575660B1 (ko) * | 2000-02-17 | 2006-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 무윤활 맥동관 냉동기의 패시브 밸런서 |
JP2007117226A (ja) * | 2005-10-25 | 2007-05-17 | Kao Corp | 帯状シートの製造方法 |
JP2010527434A (ja) * | 2007-05-16 | 2010-08-12 | レイセオン カンパニー | 2つのコイルの単一の磁気回路のモータを備えたスターリングサイクル極低温冷却器 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01281370A (ja) * | 1988-05-07 | 1989-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | 冷却機 |
-
1991
- 1991-09-20 JP JP24132391A patent/JPH0579720A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH01281370A (ja) * | 1988-05-07 | 1989-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | 冷却機 |
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