JPH074763A - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
- Publication number
- JPH074763A JPH074763A JP14886393A JP14886393A JPH074763A JP H074763 A JPH074763 A JP H074763A JP 14886393 A JP14886393 A JP 14886393A JP 14886393 A JP14886393 A JP 14886393A JP H074763 A JPH074763 A JP H074763A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pistons
- piston
- amplitude
- reciprocating movement
- refrigerator
- 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
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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】
【構成】圧縮部内に水平対向的設置した第一ピストン１
ａと第二ピストン１ｂ，第一ピストンのシャフト２ａ，
第二ピストンのシャフト２ｂ，ステータに取付られたコ
イルに電流し磁力を得る磁気軸受４ａ，４ｂ，両ピスト
ンシャフトと同軸上にそれぞれ設置する変位測定手段５
ａ，５ｂ，両ピストンシャフトの中央に取付られた永久
磁石６ａ，６ｂ，永久磁石を往復動させるためにシリン
ダ７ａ，７ｂに取付られたリニアモータコイル３ａ，３
ｂ，従来型の蓄冷器を装着したディスプレーサ部８，リ
ニアモータ電源９，制御部１０，磁気軸受電源１１によ
り構成されている。 【効果】圧縮部の両ピストンの振幅の制限および振幅中
心位置の制限を削除できる。さらに、冷凍機の冷凍能力
を制御することが可能となる。
ａと第二ピストン１ｂ，第一ピストンのシャフト２ａ，
第二ピストンのシャフト２ｂ，ステータに取付られたコ
イルに電流し磁力を得る磁気軸受４ａ，４ｂ，両ピスト
ンシャフトと同軸上にそれぞれ設置する変位測定手段５
ａ，５ｂ，両ピストンシャフトの中央に取付られた永久
磁石６ａ，６ｂ，永久磁石を往復動させるためにシリン
ダ７ａ，７ｂに取付られたリニアモータコイル３ａ，３
ｂ，従来型の蓄冷器を装着したディスプレーサ部８，リ
ニアモータ電源９，制御部１０，磁気軸受電源１１によ
り構成されている。 【効果】圧縮部の両ピストンの振幅の制限および振幅中
心位置の制限を削除できる。さらに、冷凍機の冷凍能力
を制御することが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機に係り、特に、
宇宙ステーションでの実験に用いられる汎用スターリン
グ冷凍機のように冷凍能力を調整する必要がある冷凍機
に関する。
宇宙ステーションでの実験に用いられる汎用スターリン
グ冷凍機のように冷凍能力を調整する必要がある冷凍機
に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下、スターリング冷凍機を例に、従来
の技術の説明を行う。図３にスターリング冷凍機の模式
図を示し、図４にその熱力学的サイクルを示す。まず、
これらの図を基に動作原理を説明する。スターリング冷
凍機は、基本的にはディスプレーサ，ピストン，蓄冷器
より構成されている。図４では、蓄冷器は、ディスプレ
ーサ内部に収納された構造になっているが、圧縮空間と
膨張空間を導通させる位置であればシリンダ外部に設置
してもよい。→の行程は圧縮行程であり、ピストン
が図中上方に移動しガスを圧縮する。このとき発生する
圧縮熱は水あるいは空気等の媒体を用い、シリンダ外部
に排出される。したがって、圧縮は等温的に行われるこ
とになる。→の行程は等容行程であり、ディスプレ
ーサのみが下方に移動し、ガスは、蓄冷器を通り圧縮空
間から膨張空間に移動する。→の行程は膨張行程で
あり、ディスプレーサとピストンの両者が下方に移動す
るため、膨張空間内のガスは膨張し、温度が低下するこ
とになる。熱力学的サイクル上は、この変化は等温変化
であり一定の熱負荷を外部から加えることにより実現す
ることができるが、これが冷凍能力に相当する。→
の行程は等容行程であり、ディスプレーサが上方に移動
し、→の行程とは逆にガスは蓄冷器を通り、膨張空
間から圧縮空間に移動する。このとき、まだ冷凍能力を
有するガスは、蓄冷器との熱交換により蓄冷器を冷却し
圧縮空間に移動することになる。それ故、→の行程
で、ガスは圧縮空間から膨張空間に移動する時に、蓄冷
器部での熱交換により冷却されることになる。このよう
なサイクルを繰り返すことにより一定の冷凍能力を有す
る冷凍機を実現することができる。この変化は瞬時に起
こるという前提で原理的には構成されているが、現実に
はこのような変化は起こり得ず、実際はピストンおよび
ディスプレーサを位相差を持った有限時間の正弦波形で
動かすことにより本サイクルを形成している。
の技術の説明を行う。図３にスターリング冷凍機の模式
図を示し、図４にその熱力学的サイクルを示す。まず、
これらの図を基に動作原理を説明する。スターリング冷
凍機は、基本的にはディスプレーサ，ピストン，蓄冷器
より構成されている。図４では、蓄冷器は、ディスプレ
ーサ内部に収納された構造になっているが、圧縮空間と
膨張空間を導通させる位置であればシリンダ外部に設置
してもよい。→の行程は圧縮行程であり、ピストン
が図中上方に移動しガスを圧縮する。このとき発生する
圧縮熱は水あるいは空気等の媒体を用い、シリンダ外部
に排出される。したがって、圧縮は等温的に行われるこ
とになる。→の行程は等容行程であり、ディスプレ
ーサのみが下方に移動し、ガスは、蓄冷器を通り圧縮空
間から膨張空間に移動する。→の行程は膨張行程で
あり、ディスプレーサとピストンの両者が下方に移動す
るため、膨張空間内のガスは膨張し、温度が低下するこ
とになる。熱力学的サイクル上は、この変化は等温変化
であり一定の熱負荷を外部から加えることにより実現す
ることができるが、これが冷凍能力に相当する。→
の行程は等容行程であり、ディスプレーサが上方に移動
し、→の行程とは逆にガスは蓄冷器を通り、膨張空
間から圧縮空間に移動する。このとき、まだ冷凍能力を
有するガスは、蓄冷器との熱交換により蓄冷器を冷却し
圧縮空間に移動することになる。それ故、→の行程
で、ガスは圧縮空間から膨張空間に移動する時に、蓄冷
器部での熱交換により冷却されることになる。このよう
なサイクルを繰り返すことにより一定の冷凍能力を有す
る冷凍機を実現することができる。この変化は瞬時に起
こるという前提で原理的には構成されているが、現実に
はこのような変化は起こり得ず、実際はピストンおよび
ディスプレーサを位相差を持った有限時間の正弦波形で
動かすことにより本サイクルを形成している。
【０００３】上記に示す冷凍サイクルを用い、対向型圧
縮部を備えた従来のスターリング冷凍機は、例えば、特
開平1ー200158 号公報に開示されている。これは、図５
に模式的に示されるように、水平方向に往復動する第一
ピストン１ａ：第一ピストンと水平対向的に配置され第
一ピストンと逆位相で往復動する第二ピストン１ｂ：第
一ピストンに作用的に連結される第一クランク部１３ａ
と逆位相をなす第二クランク部１３ｂが形成されたクラ
ンクシャフト１４を備え、前記の両ピストンを駆動する
クランク機構を有するものであり、圧縮部の振動低減を
目的としている。
縮部を備えた従来のスターリング冷凍機は、例えば、特
開平1ー200158 号公報に開示されている。これは、図５
に模式的に示されるように、水平方向に往復動する第一
ピストン１ａ：第一ピストンと水平対向的に配置され第
一ピストンと逆位相で往復動する第二ピストン１ｂ：第
一ピストンに作用的に連結される第一クランク部１３ａ
と逆位相をなす第二クランク部１３ｂが形成されたクラ
ンクシャフト１４を備え、前記の両ピストンを駆動する
クランク機構を有するものであり、圧縮部の振動低減を
目的としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】宇宙ステーションで利
用される汎用スターリング冷凍機にはその実験対象にあ
わせ冷凍能力の制御ができるような機構が要求される
が、従来装置では、圧縮部のピストンがクランクシャフ
トに固定されておりスターリング冷凍機の冷凍能力を変
化させるための圧縮空間の圧力および排気容積を調整で
きないという問題があった。
用される汎用スターリング冷凍機にはその実験対象にあ
わせ冷凍能力の制御ができるような機構が要求される
が、従来装置では、圧縮部のピストンがクランクシャフ
トに固定されておりスターリング冷凍機の冷凍能力を変
化させるための圧縮空間の圧力および排気容積を調整で
きないという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、圧縮部の両ピストンの振
幅の制限および振幅中心位置の制限を削除することで排
気容積が変化でき、冷凍能力の幅広い適用が可能な対向
圧縮部を備える冷凍機を提供することにある。すなわ
ち、圧縮空間の圧力および排気容積を調整することによ
り冷凍能力を制御する対向型圧縮部を備える冷凍機を提
供することにある。
幅の制限および振幅中心位置の制限を削除することで排
気容積が変化でき、冷凍能力の幅広い適用が可能な対向
圧縮部を備える冷凍機を提供することにある。すなわ
ち、圧縮空間の圧力および排気容積を調整することによ
り冷凍能力を制御する対向型圧縮部を備える冷凍機を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は対向的に配置する第一ピストンと第二ピス
トンそれぞれのピストンシャフトを磁気軸受とリニアモ
ータにより、磁気的に浮上，駆動させ、ピストンをリニ
アモータで駆動することで、ピストンと本体を完全非接
触とし、対向型圧縮部内の両ピストンの振幅中心位置お
よび振幅を調整できるよう両ピストンの変位検出手段と
リニア往復動電動機の電気入力成分を制御する手段を備
えたものである。
め、本発明は対向的に配置する第一ピストンと第二ピス
トンそれぞれのピストンシャフトを磁気軸受とリニアモ
ータにより、磁気的に浮上，駆動させ、ピストンをリニ
アモータで駆動することで、ピストンと本体を完全非接
触とし、対向型圧縮部内の両ピストンの振幅中心位置お
よび振幅を調整できるよう両ピストンの変位検出手段と
リニア往復動電動機の電気入力成分を制御する手段を備
えたものである。
【０００７】
【作用】本発明によれば、第一ピストンと第二ピストン
を磁気軸受により磁気的に浮上させ且つリニア往復動電
動機で駆動されるため、圧縮部の両ピストンの振幅の制
限および振幅中心位置の制限を削除できる。さらに、両
ピストンの振幅中心位置および振幅を両ピストンの変位
検出手段で検出し、その検出値にリンクしてリニア往復
動電動機の電気入力成分を調整することにより、冷凍機
の冷凍能力を制御することが可能となるので上記の目的
が達成される。
を磁気軸受により磁気的に浮上させ且つリニア往復動電
動機で駆動されるため、圧縮部の両ピストンの振幅の制
限および振幅中心位置の制限を削除できる。さらに、両
ピストンの振幅中心位置および振幅を両ピストンの変位
検出手段で検出し、その検出値にリンクしてリニア往復
動電動機の電気入力成分を調整することにより、冷凍機
の冷凍能力を制御することが可能となるので上記の目的
が達成される。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１に示すように本実施例では、冷凍機を構成する
第一圧縮部がシリンダ７ａ内部中央に設置した第一ピス
トン１ａ、そのピストンを支持するための第一ピストン
のシャフト２ａ，ピストンのシャフト２ａを磁気的に浮
上させるためにステータとコイルを組合せた磁気軸受４
ａ，ピストンのシャフト２ａと同軸上でシリンダ７ａ端
部に設置する軸方向変位検出手段５ａ，ピストンのシャ
フト２ａの中央に取付られた永久磁石６ａ，永久磁石を
往復動させるためにシリンダ７ａに取付られたリニアモ
ータコイル３ａより構成される。そして、第一圧縮部を
継手フランジ１２を介し、第一圧縮部と同一構成の第二
圧縮部が対向的に設置され、継手フランジ１２の流路で
第一と第二圧縮部の作動媒体が流通可能になっている。
また、継手フランジ１２の流路と連通して装着されてい
る連絡管を介して蓄冷器を装着したディスプレーサ部８
が接続されている。そして、両リニアモータコイル３
ａ，３ｂに電流を供給するリニアモータ電源９がある。
又、両変位測定手段５ａ，５ｂの信号をもとにリニアモ
ータ電源９を制御する制御部１０を有している。両磁気
軸受４ａ，４ｂに電流を供給する磁気軸受電源１１があ
る。本実施例は、上記記載のように構成されているスタ
ーリング冷凍機である。
る。図１に示すように本実施例では、冷凍機を構成する
第一圧縮部がシリンダ７ａ内部中央に設置した第一ピス
トン１ａ、そのピストンを支持するための第一ピストン
のシャフト２ａ，ピストンのシャフト２ａを磁気的に浮
上させるためにステータとコイルを組合せた磁気軸受４
ａ，ピストンのシャフト２ａと同軸上でシリンダ７ａ端
部に設置する軸方向変位検出手段５ａ，ピストンのシャ
フト２ａの中央に取付られた永久磁石６ａ，永久磁石を
往復動させるためにシリンダ７ａに取付られたリニアモ
ータコイル３ａより構成される。そして、第一圧縮部を
継手フランジ１２を介し、第一圧縮部と同一構成の第二
圧縮部が対向的に設置され、継手フランジ１２の流路で
第一と第二圧縮部の作動媒体が流通可能になっている。
また、継手フランジ１２の流路と連通して装着されてい
る連絡管を介して蓄冷器を装着したディスプレーサ部８
が接続されている。そして、両リニアモータコイル３
ａ，３ｂに電流を供給するリニアモータ電源９がある。
又、両変位測定手段５ａ，５ｂの信号をもとにリニアモ
ータ電源９を制御する制御部１０を有している。両磁気
軸受４ａ，４ｂに電流を供給する磁気軸受電源１１があ
る。本実施例は、上記記載のように構成されているスタ
ーリング冷凍機である。
【０００９】次に、本実施例の構成による動作を以下に
説明する。磁気軸受電源１１の電源を入れることによ
り、両ピストンシャフト１ａ，１ｂは、磁気浮上し、完
全非接触状態となる。そこで、リニアモータコイル３
ａ，３ｂにリニアモータ電源より交流電流を流すことで
両ピストン１ａ，１ｂを往復動させ、作動媒体の断熱膨
張を行うための膨張空間を持つディスプレーサ部８に必
要な圧力および排気容積を提供する。
説明する。磁気軸受電源１１の電源を入れることによ
り、両ピストンシャフト１ａ，１ｂは、磁気浮上し、完
全非接触状態となる。そこで、リニアモータコイル３
ａ，３ｂにリニアモータ電源より交流電流を流すことで
両ピストン１ａ，１ｂを往復動させ、作動媒体の断熱膨
張を行うための膨張空間を持つディスプレーサ部８に必
要な圧力および排気容積を提供する。
【００１０】次に、本装置を用い冷凍サイクルの冷凍能
力を調整する場合について、図２に示す制御フローチャ
ートに従い説明する。まず、操作者が負荷に見合った冷
凍能力を制御部に命令１５、制御部で、必要な冷凍能力
を得るための圧力および排気容積を演算器１６で演算
し、その演算結果を基に目標振幅および目標振幅中心位
置を演算器１７で演算し、変位測定手段より出力される
現在の振幅と目標振幅との偏差ｄ１を演算器１８で演算
し、比較器２０のｄ１が０となるまでリニアモータ電源
の直流成分を調整するよう制御する（ステップ２２）。
また、制御部では、振幅中心位置と目標値との偏差ｄ２
も演算器１９で演算し、比較器２１のｄ２が０となるま
でリニアモータ電源の交流成分を調整するよう制御する
（ステップ２３）。また、変位検出手段は、常に両ピス
トンの変位を検出し、制御部に信号を出力する（ステッ
プ２４）。
力を調整する場合について、図２に示す制御フローチャ
ートに従い説明する。まず、操作者が負荷に見合った冷
凍能力を制御部に命令１５、制御部で、必要な冷凍能力
を得るための圧力および排気容積を演算器１６で演算
し、その演算結果を基に目標振幅および目標振幅中心位
置を演算器１７で演算し、変位測定手段より出力される
現在の振幅と目標振幅との偏差ｄ１を演算器１８で演算
し、比較器２０のｄ１が０となるまでリニアモータ電源
の直流成分を調整するよう制御する（ステップ２２）。
また、制御部では、振幅中心位置と目標値との偏差ｄ２
も演算器１９で演算し、比較器２１のｄ２が０となるま
でリニアモータ電源の交流成分を調整するよう制御する
（ステップ２３）。また、変位検出手段は、常に両ピス
トンの変位を検出し、制御部に信号を出力する（ステッ
プ２４）。
【００１１】本実施例によれば、両ピストンを磁気浮上
させることにより、振幅の制限および振幅中心位置の制
限を削除している。更に、本装置では、それぞれのピス
トンを同位相で往復動させるために取付けられたリニア
モータコイルへの入力成分を調整することによって、振
幅および振幅中心位置を自由に制御できる。これは、圧
縮部の圧力および排気容積を調整することであり、冷凍
サイクルにおける冷凍能力を制御することを可能とし
た。
させることにより、振幅の制限および振幅中心位置の制
限を削除している。更に、本装置では、それぞれのピス
トンを同位相で往復動させるために取付けられたリニア
モータコイルへの入力成分を調整することによって、振
幅および振幅中心位置を自由に制御できる。これは、圧
縮部の圧力および排気容積を調整することであり、冷凍
サイクルにおける冷凍能力を制御することを可能とし
た。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、対向的に配置する第一
ピストンと第二ピストンを磁気軸受により磁気的に浮上
させ且つリニア往復動電動機で駆動されるため、圧縮部
の両ピストンの振幅の制限および振幅中心位置の制限を
削除できる。さらに、両ピストンの振幅中心位置および
振幅を両ピストンの変位検出手段で検出し、その検出値
にリンクしてリニア往復動電動機の電気入力成分を調整
することにより、冷凍機の冷凍能力を制御することが可
能となる。
ピストンと第二ピストンを磁気軸受により磁気的に浮上
させ且つリニア往復動電動機で駆動されるため、圧縮部
の両ピストンの振幅の制限および振幅中心位置の制限を
削除できる。さらに、両ピストンの振幅中心位置および
振幅を両ピストンの変位検出手段で検出し、その検出値
にリンクしてリニア往復動電動機の電気入力成分を調整
することにより、冷凍機の冷凍能力を制御することが可
能となる。
【図１】本発明の冷凍機の実施例を示す説明図。
【図２】同実施例の制御フローチャート。
【図３】スターリング冷凍サイクルの説明図。
【図４】その熱力学的サイクルの説明図。
【図５】従来の対向型圧縮部のブロック図。
１ａ…第一ピストン、１ｂ…第二ピストン、２ａ…第一
ピストンシャフト、２ｂ…第二ピストンシャフト、３
ａ，３ｂ…リニアモータコイル、４ａ，４ｂ…磁気軸
受、５ａ，５ｂ…変位測定手段、６ａ，６ｂ…可動永久
磁石、７ａ，７ｂ…シリンダ、８…ディスプレーサ、９
…リニアモータ電源、１０…制御部、１１…磁気軸受電
源、１２…継手フランジ。
ピストンシャフト、２ｂ…第二ピストンシャフト、３
ａ，３ｂ…リニアモータコイル、４ａ，４ｂ…磁気軸
受、５ａ，５ｂ…変位測定手段、６ａ，６ｂ…可動永久
磁石、７ａ，７ｂ…シリンダ、８…ディスプレーサ、９
…リニアモータ電源、１０…制御部、１１…磁気軸受電
源、１２…継手フランジ。
Claims (1)
- 【請求項１】対向的に配置された第一ピストンと第二ピ
ストンをリニア往復動電動機により同期駆動させる圧縮
部，両ピストンと位相差を持ち往復動するディスプレー
サ，作動媒体を予冷するための蓄冷器より構成される冷
凍機において、第一ピストンと第二ピストンをリニア往
復動電動機で駆動し、両ピストンの変位検出手段で検出
した検出値にリンクして、リニア往復動電動機の電気入
力成分を調整することにより、両ピストンの振幅中心及
び振幅を調整できるようにしたことを特徴とする冷凍
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14886393A JPH074763A (ja) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | 冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14886393A JPH074763A (ja) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | 冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074763A true JPH074763A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=15462425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14886393A Pending JPH074763A (ja) | 1993-06-21 | 1993-06-21 | 冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074763A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002161863A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リニア圧縮機のピストン衝突防止制御方法 |
| US6868686B2 (en) | 2002-04-04 | 2005-03-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Refrigeration cycle apparatus |
| JP2015004275A (ja) * | 2013-06-19 | 2015-01-08 | 株式会社前川製作所 | 超電導式非接触圧縮装置 |
| JP2016093019A (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | 株式会社日立製作所 | リニアモータ並びにリニアモータを搭載した圧縮機及び機器 |
-
1993
- 1993-06-21 JP JP14886393A patent/JPH074763A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002161863A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リニア圧縮機のピストン衝突防止制御方法 |
| US6868686B2 (en) | 2002-04-04 | 2005-03-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Refrigeration cycle apparatus |
| JP2015004275A (ja) * | 2013-06-19 | 2015-01-08 | 株式会社前川製作所 | 超電導式非接触圧縮装置 |
| JP2016093019A (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | 株式会社日立製作所 | リニアモータ並びにリニアモータを搭載した圧縮機及び機器 |
| US10371144B2 (en) | 2014-11-07 | 2019-08-06 | Hitachi, Ltd. | Linear motor, compressor equipped with linear motor and equipment equipped with linear motor |
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