JPH07845Y2 - refrigerator - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は，例えば赤外線素子の冷却等に用いられるス
ターリング冷凍機のような，移動体がその両端の圧力差
によつて往復動駆動させる冷凍機に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] This invention is a refrigeration system in which a moving body is reciprocatingly driven by a pressure difference between both ends thereof, such as a Stirling refrigerator used for cooling an infrared element. It is about machines.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第２図，第３図（Ｉ）〜（IV），及び第４図は従来の冷
凍機の動作を示すもので，この冷凍機は，往復動形コン
プレツサ（１）とコールドフインガー部（２）とを含
む。コンプレツサ（１）のピストン（３）はヘリウムの
ような冷媒ガスを加圧して正弦曲線上の圧力変動を起こ
させる。第２圧縮空間（４）における圧力変動は，供給
パイプ（５）を通してコールドフインガ部（２）内に伝
達される。コールドフインガ部（２）のハウジング
（６）内には円筒状の移動体（７）が自由に往復運動し
てコールドフインガ部（２）内の第１圧縮空間（８）と
膨張空間（９）の容積を変えるようにされている。移動
体（７）は蓄熱式熱交換器（10）を含む。ヘリウムは第
１圧縮空間（８）と膨張空間（９）との間を熱交換器
（10）を通つて自由に流れる。上記移動体（７）と一体
のピストン部材（11）が第１圧縮空間（８）の端部のガ
ススプリング空間（12）内に延びており，弾性体（20）
により支持されている。前記弾性体は，弾性体用ロツド
（21）に支持され，前記弾性体用ロツド（21）は，後部
シリンダ（23）を突き抜け，ストツパ（22）により固定
され，さらに底部のシリンダ（24）に覆われ固定されて
いる。FIGS. 2, 3 (I) to (IV), and FIG. 4 show the operation of a conventional refrigerator, which comprises a reciprocating compressor (1) and a cold finger section (2). ) And. The piston (3) of the compressor (1) pressurizes a refrigerant gas such as helium to cause pressure fluctuation on a sinusoidal curve. The pressure fluctuation in the second compression space (4) is transmitted to the cold finger part (2) through the supply pipe (5). A cylindrical moving body (7) freely reciprocates in the housing (6) of the cold finger part (2) to move the first compression space (8) and the expansion space () in the cold finger part (2). The volume of 9) is changed. The moving body (7) includes a heat storage heat exchanger (10). Helium freely flows between the first compression space (8) and the expansion space (9) through the heat exchanger (10). The piston member (11) integrated with the moving body (7) extends into the gas spring space (12) at the end of the first compression space (8), and the elastic body (20).
It is supported by. The elastic body is supported by an elastic rod (21), the elastic rod (21) penetrates a rear cylinder (23), is fixed by a stopper (22), and is further fixed to a bottom cylinder (24). Covered and fixed.

上記した冷凍機は加圧されたガスの二個の分離されたガ
ス空間を含むものとして示されている。ガスの作動空間
はコンプレツサ（１）の第二圧縮空間（４）内のガス
と，供給パイプ（５）内のガスと，第１圧縮空間（８）
内と膨張空間（９）内にあるガスと，熱交換器（10）内
のガスとを含む。別のガス空間を形成するのはガススプ
リング空間（12）である。また，前記移動体（７）は，
内部シリンダ（17）によつて移動方向が規定されてお
り，ピストン部材用シール（13）および移動体用シール
（14）は前記内部シリンダ（17）の内側に設けられ,Oリ
ング（18）およびＯリング（19）は内部シリンダの外側
から内部シリンダを支持している。ピストン部材（11）
を取囲むピストン部材用シール（13）および内部シリン
ダを支持するＯリング（18）によつて前記スプリング空
間（11）は前記ガス作動空間に対してシールされてい
る。また，前記移動体用シール（14）とＯリング（19）
によつて第１圧縮空間（８）と膨張空間（９）の間を移
動するガスが熱交換器（10）を通るように強制する。さ
らにピストン（３）にはピストン用シール（15）が備え
られ，作動空間とクランク機構（図示せず）の納められ
たバツフア空間の間をシールしている。次に上記した冷
凍機の動作を第４図に示したガススプリング空間，作動
空間内のガス圧力と移動体の変位の関係図を含めて説明
する。第３図（Ｉ）〜（IV）と，第４図の（Ｉ）〜（I
V）はそれぞれ対応している。第３図（Ｉ）のサイクル
の時点においては，移動体（７）の下端にはコールドフ
インガ部（２）内の膨張空間（９）内にあり，コンプレ
ツサ（１）は作動空間内のガスを圧縮しつつあるコンプ
レツサ（１）のピストン（３）の圧縮運動は作動空間内
の圧力を最低圧力から最高圧力まで上昇させる。スプリ
ング空間（12）内の圧力は作動空間内の最低から最高ま
での圧力レベルの間のあるレベルで安定している。かく
して，ある時点では作動空間内において増加しつつある
圧力は，移動体用シール（14）およびピストン部材用シ
ール（13）の摩擦抵抗および弾性体（20）の弾性力を克
服するに十分な差圧をピストン部材（11）に対して発生
させる。そこで，ピストン部材（11）および移動体
（７）は第３図（II）に示す位置まで急速に上昇する。
この移動体（７）の運動によつて第１圧縮空間（８）の
ほぼ周囲温度の高圧のガスは熱交換器（10）を通過して
予冷された後，膨張空間（９）内に強制的に導かれる。
そして熱交換器（10）は通過していく加圧されたガスの
熱を吸収し，ガスを冷却する。かくして図示しないクラ
ンク機構による正弦曲線状駆動によつて，いまや，コン
プレツサのピストン（３）は第３図（III）のように作
動空間の容積を膨張させ始め，この膨張によつて膨張空
間（９）内の高圧ヘリウムガスは更に一層冷却される。
熱交換器（10）の全長にわたり200K以上の温度勾配を維
持させるような冷却作用を発生させるのは膨張空間
（９）におけるこの冷却である。ピストン（３）の膨張
運動における時点で，作動空間内の圧力がスプリング空
間の（12）の圧力以下に下降し，その差圧および弾性体
の弾性力がシールの摩擦力に打勝つのに十分なだけピス
トン部材（11）に対して作用する。これにより，移動体
（７）は第３図（IV）の位置に向けて下方に駆動させら
れる。第３図（IV）の位置はすなわち第３図（Ｉ）の位
置になる前のスタート位置でもある。また，このとき，
膨張空間（９）内の冷却されたガスは，熱交換器（10）
内を通過することによつて該熱交換器（10）を冷却した
後，ほぼ周囲温度のガスとなり第１圧縮空間（８）に戻
る。The refrigerator described above is shown as including two separate gas spaces for pressurized gas. The working space of the gas is the gas in the second compression space (4) of the compressor (1), the gas in the supply pipe (5), and the first compression space (8).
It includes the gas inside and inside the expansion space (9) and the gas inside the heat exchanger (10). Another gas space forms the gas spring space (12). In addition, the moving body (7) is
The movement direction is defined by the internal cylinder (17), and the piston member seal (13) and the movable body seal (14) are provided inside the internal cylinder (17), and the O-ring (18) and The O-ring (19) supports the inner cylinder from the outside of the inner cylinder. Piston members (11)
The spring space (11) is sealed from the gas working space by a piston member seal (13) that surrounds it and an O-ring (18) that supports the internal cylinder. In addition, the moving body seal (14) and the O-ring (19)
Thus, the gas moving between the first compression space (8) and the expansion space (9) is forced to pass through the heat exchanger (10). Further, the piston (3) is provided with a piston seal (15) to seal between the working space and a buffer space in which a crank mechanism (not shown) is housed. Next, the operation of the above-mentioned refrigerator will be described with reference to the gas spring space shown in FIG. 4, the relationship between the gas pressure in the working space and the displacement of the moving body. 3 (I) to (IV) and FIG. 4 (I) to (I
V) correspond to each. At the time of the cycle in FIG. 3 (I), the lower end of the moving body (7) is in the expansion space (9) in the cold finger part (2), and the compressor (1) is the gas in the working space. The compressive movement of the piston (3) of the compressor (1), which is compressing, raises the pressure in the working space from a minimum pressure to a maximum pressure. The pressure in the spring space (12) is stable at a level between the lowest and the highest pressure level in the working space. Thus, at some point, the increasing pressure in the working space is sufficient to overcome the frictional resistance of the moving body seal (14) and the piston member seal (13) and the elastic force of the elastic body (20). Pressure is generated on the piston member (11). Then, the piston member (11) and the moving body (7) rapidly rise to the position shown in Fig. 3 (II).
Due to the movement of the moving body (7), the high-pressure gas at substantially the ambient temperature in the first compression space (8) passes through the heat exchanger (10) to be pre-cooled, and then is forced into the expansion space (9). Be guided.
The heat exchanger (10) absorbs the heat of the pressurized gas passing therethrough and cools the gas. Thus, by the sinusoidal drive by the crank mechanism (not shown), the piston (3) of the compressor now begins to expand the volume of the working space as shown in Fig. 3 (III), and this expansion causes the expansion space (9 The high pressure helium gas in () is further cooled.
It is this cooling in the expansion space (9) that produces the cooling effect that maintains a temperature gradient of 200 K or more over the entire length of the heat exchanger (10). At the time of the expansion motion of the piston (3), the pressure in the working space drops below the pressure in (12) of the spring space, and the pressure difference and the elastic force of the elastic body are sufficient to overcome the frictional force of the seal. It acts on the piston member (11) as much as possible. As a result, the moving body (7) is driven downward toward the position shown in Fig. 3 (IV). The position shown in FIG. 3 (IV) is also a start position before the position shown in FIG. 3 (I). Also, at this time,
The cooled gas in the expansion space (9) is transferred to the heat exchanger (10).
After cooling the heat exchanger (10) by passing through it, it becomes a gas of approximately ambient temperature and returns to the first compression space (8).

〔考案が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the device]

前記のような従来装置には以下に述べるような問題点が
あつた。すなわち，ピストン部材用シール（13）や移動
体用シール（14）を始め，それと摺り合う摺動面を持つ
ピストン部材（11）やシリンダ（６）は損傷し易いた
め，いずれ交換が必要になる。また，これらのシール
は，冷凍機の性能や消費電力にも大きな影響を及ぼし，
ものによつては冷凍機の性能や消費電力に対する要求を
満足しないものがあり，新品のうちから交換が必要にな
る場合もある。このようなとき、従来装置においてはこ
の部分の構造が複雑であるのでピストン部材用シール
（13）や移動体用シール（14）を変換しにくく手間もか
かつた。熱交換器（10）に対しても同じことがいえる。
ある程度長時間運転をした熱交換器（10）は，交換が必
要となる場合がある。このような時も，分解組立に手間
がかかり，交換しにくかつた。また，弾性体（18）を支
持するために部品単数が多くなり機構が複雑なため組立
にも時間をようするので，製造コスト増大の原因となつ
ていた。The conventional device as described above has the following problems. That is, since the piston member seal (13) and the moving body seal (14), and the piston member (11) and the cylinder (6) having sliding surfaces that slide with them are easily damaged, they will eventually need to be replaced. . In addition, these seals have a great influence on the performance and power consumption of the refrigerator,
Some of them do not meet the requirements for the performance and power consumption of the refrigerator, and it may be necessary to replace the new one. In such a case, in the conventional device, since the structure of this portion is complicated, it is difficult and time-consuming to convert the piston member seal (13) and the moving body seal (14). The same is true for the heat exchanger (10).
The heat exchanger (10) that has been operating for some time may need to be replaced. Even in such a case, disassembling and assembling took time, and it was difficult to replace it. Also, since the number of single parts is increased to support the elastic body (18) and the mechanism is complicated, it takes time to assemble, which causes an increase in manufacturing cost.

この考案はかかる課題を解決するためになされたもので
あり，ピストン部材用シールや熱交換器などの交換を容
易にでき，手間や製造コストを小さくできる冷凍機を得
ることを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to obtain a refrigerator in which the seal for the piston member, the heat exchanger, and the like can be easily replaced, and the labor and manufacturing cost can be reduced.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

この考案に係る冷凍機はシリンダ（６）内部にピストン
部材用シール（13）と移動体用シール（14）を有する内
部シリンダ（17）を設け，さらに移動体を支持する弾性
体（20）を内部シリンダ（17）で支持するようにしたも
のである。The refrigerator according to the present invention is provided with an internal cylinder (17) having a seal (13) for a piston member and a seal (14) for a moving body inside the cylinder (6), and further an elastic body (20) for supporting the moving body. It is designed to be supported by the internal cylinder (17).

〔作用〕[Action]

この考案は，移動体（７）を支持する弾性体がピストン
部材用シール（13）と移動体用シール（14）を有する内
部シリンダ（17）により支持されているので構造が簡単
で，ピストン部材用シール（13）と移動体用シール（1
4）交換が必要になつた場合も手間を小さくする事がで
きる。また，構造が簡単なため部品点数も少なく，製造
コストも小さくする事ができる。This invention has a simple structure because the elastic body supporting the moving body (7) is supported by the internal cylinder (17) having the seal (13) for piston member and the seal (14) for moving body. Seal (13) and moving body seal (1
4) The time and effort can be reduced even when replacement becomes necessary. Moreover, since the structure is simple, the number of parts is small and the manufacturing cost can be reduced.

〔実施例〕〔Example〕

第１図は，この考案の一実施例を示す図である。内部シ
リンダ（17）に弾性体（20）と嵌合する溝が設けてあ
り，この溝に弾性体（20）は内部シリンダ（17）に支持
されている。また，ピストン部材（11）の端部には，弾
性体用ロツド（25）が取り付けられており，前記弾性体
用ロツド（25）の外側には，内部シリンダ（17）と同様
弾性体（20）を嵌合させるための溝が設けてある。この
溝に弾性体（20）が嵌合することによつて弾性体（20）
は弾性体用ロツド（25）を支持している。すなわち移動
体（７）は弾性体（20）を介して内部シリンダ（17）に
支持されていることになる。このような構成をすること
により得られた長所は，まず従来例で示したストツパ
（22）や底部シリンダ（24）が必要なく，構造として簡
単になる。また，この実施例において示されるように，
移動体（７）を内部シリンダ（17）と弾性体（20）を含
む一体の組立品として取り扱うことができ，移動体全体
を交換する必要のある場合など特に有利である。この考
案に関する冷凍機は，移動体（７）を支持する弾性体
（20）が，内部シリンダによつて支持される構造を持つ
ことにより，部品数が減り，組立，分解，部品の交換が
簡単にできる。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. The inner cylinder (17) is provided with a groove for fitting with the elastic body (20), and the elastic body (20) is supported by the inner cylinder (17) in this groove. An elastic rod (25) is attached to the end of the piston member (11), and an elastic body (20) similar to the internal cylinder (17) is attached to the outside of the elastic rod (25). ) Is provided for fitting. By fitting the elastic body (20) in this groove, the elastic body (20)
Supports an elastic rod (25). That is, the moving body (7) is supported by the internal cylinder (17) via the elastic body (20). The advantage obtained by such a structure is that the stopper (22) and the bottom cylinder (24) shown in the conventional example are not necessary and the structure is simple. Also, as shown in this example,
The moving body (7) can be handled as an integrated assembly including the inner cylinder (17) and the elastic body (20), which is particularly advantageous when it is necessary to replace the entire moving body. The refrigerator according to the present invention has a structure in which the elastic body (20) supporting the moving body (7) is supported by the internal cylinder, so that the number of parts is reduced, and assembly, disassembly, and replacement of parts are easy. You can

〔考案の効果〕[Effect of device]

以上説明したようにこの考案によれば，ピストン部材用
シール（13）や移動体用シール（14）を始め，それと摺
り合う摺動面を持つピストン部材（11）や熱交換器（1
0）などに交換の必要が生じた場合，部品点数が少なく
構造も簡単なので，部品交換が楽で，また製造コストも
小さくすることができる。さらに，移動体（７）を支持
する弾性体（20）が内部シリンダによつて支持される構
造を持つことにより，移動体（７）を内部シリンダと弾
性体（20）を含む一体の組立として取り扱うことができ
るため，この移動体のみを全体から取り出し，弾性体
（20）の取り付けられたままの状態でピストン部材用シ
ール（13）や移動体用シール（14）の摺動状態を調べる
ことができる。As described above, according to the present invention, the piston member seal (13) and the movable body seal (14) are started, and the piston member (11) and the heat exchanger (1
When it is necessary to replace the parts, the number of parts is small and the structure is simple, so parts replacement is easy and the manufacturing cost can be reduced. Further, since the elastic body (20) supporting the moving body (7) is supported by the inner cylinder, the moving body (7) is integrated into the inner cylinder and the elastic body (20). Since it can be handled, take out only this moving body from the whole, and check the sliding state of the piston member seal (13) and the moving body seal (14) with the elastic body (20) still attached. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は，この考案の一実施例による冷凍機を示す図，
第２図は従来の冷凍機の例，第３図（Ｉ）〜（IV）は従
来の冷凍機の動作を示す図，第４図はガススプリング空
間内のガス圧力と作動空間内のガス圧力と移動体の変位
の関係を示す図である。 図中（１）はコンプレツサ，（２）はコールドフイン
ガ，（５）は供給パイプ，（７）は移動体，（13）はピ
ストン部材シール，（14）は移動体用シール，（17）は
内部シリンダ，（20）は弾性体を示す。 図中同一符号は，同一又は，相当部分を示す。FIG. 1 is a diagram showing a refrigerator according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an example of a conventional refrigerator, FIGS. 3 (I) to (IV) are diagrams showing the operation of the conventional refrigerator, and FIG. 4 is a gas pressure in a gas spring space and a gas pressure in an operating space. It is a figure which shows the relationship of the displacement of a mobile body. In the figure, (1) is a compressor, (2) is a cold finger, (5) is a supply pipe, (7) is a moving body, (13) is a piston member seal, (14) is a moving body seal, (17). Indicates an internal cylinder, and (20) indicates an elastic body. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 谷口 仁志 神奈川県鎌倉市上町屋730番地 三菱電機 エンジニアリング株式会社鎌倉事業所内 (72)考案者 宮澤 武 神奈川県鎌倉市上町屋730番地 三菱電機 エンジニアリング株式会社鎌倉事業所内 (56)参考文献 特開 昭62−228841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−280553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−226566（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hitoshi Taniguchi 730 Kamimachiya, Kamakura City, Kanagawa Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd. Kamakura Plant (72) Inventor Takeshi Miyazawa 730 Kamimachiya, Kamakura City, Kanagawa Mitsubishi Electric Engineering Co., Ltd. Kamakura Plant (56) Reference JP 62-228841 (JP, A) JP 62-280553 (JP, A) JP 63-226566 (JP, A)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項１】筒状のシリンダの一端において外部から吸
熱を行うコールドフィンガと、前記シリンダの内部を第
１圧縮空間と膨張空間とに分け、かつ弾性体に支持され
ながら前記シリンダ内部を往復動をする移動体と、前記
第１圧縮空間と前記膨張空間とが前記移動体の外周と前
記シリンダの内周の隙間を介して連通することを防ぐた
めの移動体用シールと、前記移動体の上部に設けられた
ピストン部材と、前記ピストン部材の上部周囲を囲むガ
ススプリング空間と前記第１圧縮空間とが前記ピストン
部材の外周の隙間を介して連通することを防ぐためのピ
ストン部材用シールと、前記移動体用シールと前記ピス
トン部材用シールまたはその一方を備え、かつ前記シリ
ンダと着脱可能な内部シリンダと、第２圧縮空間を備え
かつ前記第２圧縮空間内の作動ガスに周期的な圧力変動
を与えるコンプレッサと、前記第１圧縮空間と前記第２
圧縮空間とを連通させる供給パイプとを有する冷凍機に
おいて、前記移動体を支持している前記弾性体が前記内
部シリンダにより支持されていることを特徴とする冷凍
機。1. A cold finger that absorbs heat from the outside at one end of a cylindrical cylinder, and the inside of the cylinder is divided into a first compression space and an expansion space, and reciprocates inside the cylinder while being supported by an elastic body. Of the moving body, a moving body seal for preventing the first compression space and the expansion space from communicating with each other through a gap between the outer circumference of the moving body and the inner circumference of the cylinder, and A piston member provided at an upper portion, a gas spring space surrounding the upper periphery of the piston member and the first compression space for preventing communication between the piston member and the first compression space via a gap on the outer periphery of the piston member; A movable body seal and / or a piston member seal, and an internal cylinder detachable from the cylinder, and a second compression space, and the second compression A compressor providing a periodic pressure fluctuations in the working gas in between, the said first compression space second
A refrigerator having a supply pipe that communicates with a compression space, wherein the elastic body supporting the moving body is supported by the internal cylinder.