JPH02213655A - Controller device for ultra-low temperature expansion machine - Google Patents

Controller device for ultra-low temperature expansion machine

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Publication number
JPH02213655A
JPH02213655A JP16135388A JP16135388A JPH02213655A JP H02213655 A JPH02213655 A JP H02213655A JP 16135388 A JP16135388 A JP 16135388A JP 16135388 A JP16135388 A JP 16135388A JP H02213655 A JPH02213655 A JP H02213655A
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JP
Japan
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displacer
pressure
movement cycle
displacement
cylinder
Prior art date
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Pending
Application number
JP16135388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuji Fujimoto
修二 藤本
Tadashi Ogura
小倉 正
Tomoaki Ko
倫明 康
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Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02213655A publication Critical patent/JPH02213655A/en
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  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce an abnormal vibration or noise of an expansion machine by a method wherein a displacement of a displacer in respect to a cylinder is detected and a valve means for changing-over a feeding or a discharging of gas in respect to an interior of cylinder is studied and controlled in such a way as the displacement of the displacer may show a predetermined ideal characteristic. CONSTITUTION:When an expansion machine is operated, refrigerant gas is supplied or discharged to or from expansion chambers 9 and 10 under a changing-over operation of a valve means 20, a displacer 4 is reciprocated within a cylinder 2 and its displacement is detected by a displacer displacement detecting means 25. At the second memory means (m2), the present time control instruction of the displacer 4 is stored. The control instruction of the present time moving cycle of the displacer 4 is corrected in response to a displacement detected by a displacer displacement detecting means 25 and a rational displacement characteristic in the moving cycle of the displacer 4 stored by the first memory means (m1), and this is applied as the next time moving cycle control instruction and stored in sequence. The valve means 20 is controlled for its operation in response to the present time moving cycle control instruction of the displacer 4 stored in the memory means (m2).

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧縮機から供給された高圧の冷媒ガスをシリ
ンダ内の膨脹室でディスプレーサ(置換器)の往復動に
より断熱膨脂させて極低温レベルの寒冷を発生させる極
低温膨脹機において、そのディスプレーサの移動を制御
する制御装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention is a highly insulated refrigerant that expands high-pressure refrigerant gas supplied from a compressor in an expansion chamber within a cylinder by reciprocating movement of a displacer. The present invention relates to a control device for controlling the movement of a displacer in a cryogenic expansion machine that generates cold at a low temperature level.

(従来の技術) 従来より、例えば特開昭58−214758号公報等に
開示されているように、冷媒ガスとしてのヘリウムガス
を圧縮する圧縮機と、その圧縮されたガスを膨張させる
膨張機とを高圧配管及び低圧配管によって閉回路に接続
してなり、上記膨張機における切換バルブにより上記高
圧及び低圧配管を膨張機のシリンダ内彫版室に交互に連
通させるとともに、この切換バルブの切換動作に応じて
シリンダ内でディスプレーサ(置換器)を往復動させて
、ヘリウムガスを膨脹室で膨張させることにより、極低
温レベルの寒冷を発生させるようにしたいわゆる改良ソ
ルベーサイクルやG−Mサイクル(ギフオード・マクマ
ホンサイクル)等のヘリウム冷凍機はよく知られ、各種
の用途に広く用いられている。
(Prior Art) Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-214758, a compressor that compresses helium gas as a refrigerant gas and an expander that expands the compressed gas have been used. are connected to a closed circuit by high-pressure piping and low-pressure piping, and a switching valve in the expander connects the high-pressure and low-pressure piping alternately to the engraving chamber in the cylinder of the expander, and the switching operation of the switching valve The so-called improved Solvay cycle and G-M cycle (Gifford/Gifford/ Helium refrigerators such as the McMahon cycle are well known and widely used for various purposes.

しかし、このガス圧駆動式の極低温冷凍機では、膨脹機
の運転時に、シリンダ内を往復動するディスプレーサが
該シリンダの端部に衝突して、その衝撃により異常振動
が生じるという問題がある。
However, this gas pressure-driven cryogenic refrigerator has a problem in that when the expander is in operation, the displacer reciprocating within the cylinder collides with the end of the cylinder, and the impact causes abnormal vibrations.

そこで、従来、特開昭61−262558号公報に開示
されるものでは、シリンダ内に膨脹室と同径の動力吸収
室を区画形成し、その動力吸収室を、冷凍ガスサイクル
の高圧回路に高圧制御バルブを介設したガス流入回路を
介して、また低圧回路に低圧制御バルブを介設したガス
流入回路を介してそれぞれ連通させるとともに、上記各
バルブの開度をディスブーレーサの移動位置に基づいて
調整するようにすることにより、ディスプレーサの動き
を動力吸収室内の圧力により制御して、そのシリンダ端
部への衝突を抑制するようにすることが提案されている
Therefore, in the conventional technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-262558, a power absorption chamber having the same diameter as the expansion chamber is formed in the cylinder, and the power absorption chamber is connected to the high pressure circuit of the refrigeration gas cycle. The valves are connected to each other through a gas inflow circuit with a control valve interposed therebetween, and to the low pressure circuit through a gas inflow circuit with a low pressure control valve interposed therebetween, and the opening degree of each of the above valves is determined based on the movement position of the disbo racer. It has been proposed that the movement of the displacer is controlled by the pressure in the power absorption chamber, thereby suppressing the collision with the end of the cylinder.

(発明が解決しようとする課題) ところで、この種の膨脹機においては、その作動開始時
に、冷却部を常温から最低温度まで冷却するいわゆるク
ールダウンの段階では、冷媒ガスの質量流量が小さく、
ディスプレーサは動き易くなるのに対し、クールダウン
後(最低温度到達時)の定常運転状態では、ガスの質量
流量が大きくなるので、ディスプレーサが動き難くなり
、その結果、クールダウンの前後でディスプレーサのス
トロークは第16図に示すように変化する。すなわち、
切換バルブがディスプレーサの動きに関係なく一定のパ
ターンで開閉するため、クールダウン初期には、図でA
線にて示す如(ディスプレーサの変位速度が速くなり、
ディスプレーサは大きな速度を持ったままシリンダの上
下端に衝突し、大きな衝撃が生じる。その後、B線に示
すようにディスプレーサは次第に動き難くなり、小さな
速度(又は速度零)でシリンダの上下端に衝突し、衝撃
は小さくなる。しかし、最低温度到達時には、C線に示
す如くディスプレーサの変位速度は非常に小さくなるが
、そのディスプレーサがシリンダの上下端に到達する以
前に切換バルブが開き、圧損ドライブによりディスプレ
ーサが却って加速されて大きな速度でシリンダに衝突す
る。
(Problems to be Solved by the Invention) In this type of expansion machine, at the start of operation, the mass flow rate of the refrigerant gas is small during the so-called cool-down stage in which the cooling section is cooled from room temperature to the lowest temperature.
While the displacer becomes easier to move, in the steady state of operation after cool-down (when the minimum temperature is reached), the mass flow rate of gas increases, making it difficult for the displacer to move, resulting in a stroke of the displacer before and after cool-down. changes as shown in FIG. That is,
Because the switching valve opens and closes in a fixed pattern regardless of the movement of the displacer, the
As shown by the line (the displacement speed of the displacer increases,
The displacer collides with the upper and lower ends of the cylinder while maintaining high speed, creating a large impact. Thereafter, as shown by line B, the displacer gradually becomes difficult to move, collides with the upper and lower ends of the cylinder at a small speed (or zero speed), and the impact becomes small. However, when the minimum temperature is reached, the displacement speed of the displacer becomes very small as shown in line C, but the switching valve opens before the displacer reaches the upper and lower ends of the cylinder, and the displacer is accelerated by the pressure drop drive, causing a large collides with the cylinder at speed.

しかるに、上記提案のものでは、こうしたクールダウン
前後のディスプレーサのストローク変化は考慮されてお
らず、膨張機運転時の異常振動や騒音を常に安定して低
減できない難がある。
However, the above-mentioned proposal does not take into account such changes in the stroke of the displacer before and after cool-down, and has the disadvantage that abnormal vibrations and noise during expansion machine operation cannot always be stably reduced.

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、上記の如きガス圧によってディスプレ
ーサを駆動するガス圧駆動式の極低温膨脹機において、
クールダウン前後の冷媒ガスの質量流量の変化に伴いデ
ィスプレーサの移動特性が変化しても、そのことに関係
なく、ディスプレーサがシリンダ端部に衝突するタッピ
ングを抑制し、よって膨脹機の異常振動や騒音を常に安
定して低減できるようにすることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to provide a gas pressure-driven cryogenic expander that drives a displacer using gas pressure as described above.
Even if the movement characteristics of the displacer change due to changes in the mass flow rate of refrigerant gas before and after cool-down, the tapping of the displacer colliding with the cylinder end is suppressed, thereby reducing abnormal vibration and noise of the expander. The goal is to be able to constantly and stably reduce the

(課題を解決するための手段) この目的を達成するために、本発明の解決手段は、シリ
ンダに対するディスプレーサの変位、又はディスプレー
サにより区画されるシリンダ内の駆動室に連通ずるサー
ジボリュームにおける。上記ディスプレーサ変位に対応
する圧力変化を検出し、そのディスプレーサ変位又は圧
力変化が予め設定した理想特性になるよう、シリンダ内
に対するガスの給排を切り換えるためのバルブ手段、又
はシリンダ内駆動室の圧力を調整するための圧力調整手
段を学習制御するものである。
Means for Solving the Problem To achieve this object, the solution of the invention is based on the displacement of the displacer relative to the cylinder or the surge volume communicating with the drive chamber in the cylinder delimited by the displacer. Valve means for detecting the pressure change corresponding to the displacement of the displacer and switching the supply and discharge of gas into the cylinder or the pressure in the drive chamber in the cylinder so that the displacer displacement or pressure change has ideal characteristics set in advance. This is to learn and control the pressure adjustment means for adjustment.

すなわち、第1図に示すように、請求項(1)記載の発
明では、密閉状のシリンダ(2)と、該シリンダ(2)
内に往復動可能に嵌装され、シリンダ(2)内空間に膨
脹室(9)、(10)を区画形成するディスプレーサ(
4)と、圧縮機から吐出されたヘリウム等の冷媒ガスの
上記膨脹室(9)。
That is, as shown in FIG. 1, the invention according to claim (1) includes a sealed cylinder (2);
a displacer (displacer) that is reciprocably fitted into the cylinder (2) and defines expansion chambers (9) and (10) in the inner space of the cylinder (2);
4) and the expansion chamber (9) for refrigerant gas such as helium discharged from the compressor.

(10)に対する給排を切り換えるバルブ手段(20)
とを備え、バルブ手段(20)の切換えに伴いディスプ
レーサ(4)を往復動させ、冷媒ガスを膨脹室(9)、
  (10)で膨張させて極低温レベルの寒冷を発生さ
せる極低温膨張機が前提である。
Valve means (20) for switching supply and discharge to (10)
The displacer (4) is reciprocated as the valve means (20) is switched, and the refrigerant gas is transferred to the expansion chamber (9).
The premise is a cryogenic expander that expands in (10) to generate cryogenic level cold.

そして、上記ディスプレーサ(4)の変位を検出するデ
ィスプレーサ変位検出手段(23)と、ディスプレーサ
(4)の今回の移動サイクルの制御指令及び次回の移動
サイクルの制御指令を逐次記憶し、かつ上記ディスプレ
ーサ変位検出手段(23)により検出されたディスプレ
ーサ(4)の変位特性を上記第1の記憶手段(m2)の
理想変位特性と比較して、その誤差の変化に基づいて今
回の移動サイクルの制御指令を修正し、次回の移動サイ
クルの制御指令とする第2の記憶手段(m2)と、今回
の移動サイクルの制御指令に基づいて上記バルブ手段(
20)を作動制御する制御手段(57)とを設ける。
A displacer displacement detection means (23) for detecting the displacement of the displacer (4), a control command for the current movement cycle of the displacer (4), and a control command for the next movement cycle are sequentially stored; The displacement characteristics of the displacer (4) detected by the detection means (23) are compared with the ideal displacement characteristics of the first storage means (m2), and a control command for the current movement cycle is issued based on the change in the error. a second storage means (m2) that corrects the control command for the next movement cycle; and a second storage means (m2) that corrects the control command for the next movement cycle;
20) is provided.

また、請求項(2)記載の発明では、前提とする極低温
膨張機は、そのディスプレーサ(4)が密閉状のシリン
ダ(2)内空間を膨脹室(9)、  (10)及び駆動
室(8)に区画形成するものであり、また、上記駆動室
(8)の圧力を調整するオリフィスバルブ等の圧力調整
手段(16)、(28)を具備している。
In addition, in the invention set forth in claim (2), the cryogenic expander is such that the displacer (4) connects the space inside the sealed cylinder (2) to the expansion chambers (9), (10) and the drive chamber ( 8), and is also equipped with pressure adjustment means (16), (28) such as an orifice valve for adjusting the pressure of the drive chamber (8).

そして、この極低温膨張機において、上記したディスプ
レーサ変位検出手段(23)と、第1及び第2の記憶手
段(m+ )、  (mz )とを設けるとともに、上
記圧力調整手段(16)、(28)を、上記ディスプレ
ーサ(4)の今回の移動サイクルの制御指令に基づいて
作動制御する制御手段(57)を設けたことを特徴とす
る。
In this cryogenic expander, the above-described displacer displacement detection means (23) and first and second memory means (m+), (mz) are provided, and the above-mentioned pressure adjustment means (16), (28) are provided. ) based on a control command for the current movement cycle of the displacer (4).

さらに、請求項(3)記載の発明では、極低温膨張機は
、上記シリンダ(2)内の駆動室(8)に連通するサー
ジボリューム(18)と、膨脹室(9)(10)に対す
る冷媒ガスの給排を切り換えるバルブ手段(20)とを
備えたものであり、この極低温膨張機において、上記サ
ージボリューム(18)内の実際の圧力を検出する圧力
検出手段(37)と、ディスプレーサ(4)の移動サイ
クルにおける上記サージボリューム(18)内の予め設
定された理想の圧力変化特性を記憶する第1の記憶手段
(m2)と、今回の移動サイクルの制御指令及び次回の
移動サイクルの制御指令を逐次記憶し、かつ上記圧力検
出手段(37)により検出されたサージボリューム(1
8)内の圧力変化特性を上記第1の記憶手段(m2)の
理想の圧力変化特性と比ビして、その誤差の変化に基づ
いて今回の移動サイクルの制御指令を修正し、次回の移
動サイクルの制御指令とする第2の記憶手段1、(m2
)と、今回の移動サイクルの制御指令に基づいて上記バ
ルブ手段(20)を作動制御する制御手段(57)とを
設ける。
Furthermore, in the invention set forth in claim (3), the cryogenic expander includes a surge volume (18) communicating with the drive chamber (8) in the cylinder (2), and a refrigerant for the expansion chambers (9) and (10). This cryogenic expander is equipped with a valve means (20) for switching gas supply and discharge, and a pressure detection means (37) for detecting the actual pressure in the surge volume (18), and a displacer ( 4) a first storage means (m2) for storing ideal pressure change characteristics set in advance in the surge volume (18) in the movement cycle; and a control command for the current movement cycle and control for the next movement cycle. The commands are stored sequentially, and the surge volume (1) detected by the pressure detection means (37) is
8) Compare the pressure change characteristics in the above first storage means (m2) with the ideal pressure change characteristics, modify the control command for the current movement cycle based on the change in error, and adjust the control command for the next movement. Second storage means 1, (m2
) and a control means (57) for controlling the operation of the valve means (20) based on the control command for the current movement cycle.

さらにまた、請求項(4)記載の発明では、前提とする
極低温膨張機は、そのディスプレーサ(4)が密閉状の
シリンダ(2)内空間を膨脹室(9)。
Furthermore, in the invention as set forth in claim (4), the cryogenic expander is based on the assumption that the displacer (4) uses the space inside the sealed cylinder (2) as the expansion chamber (9).

(10)及び駆動室(8)に区画形成するものであり、
また、上記駆動室(8)の圧力を調整するオリフィスバ
ルブ等の圧力調整手段(16)。
(10) and the drive chamber (8),
Also, a pressure adjustment means (16) such as an orifice valve for adjusting the pressure in the drive chamber (8).

(28)を備える。(28) is provided.

そして、この極低温膨張機において、上記したサージボ
リューム(18)内の実際の圧力を検出する圧力検出手
段(37)と、第1及び第2の記憶手段(m+ )、 
 (mz )とを設けるとともに、上記圧力調整手段(
16)、(28)を、上記デイスプレーサ(4)の今回
の移動サイクルの制御指令に基づいて作動制御する制御
手段(57)を設ける。
In this cryogenic expander, pressure detection means (37) for detecting the actual pressure in the surge volume (18) described above, first and second storage means (m+),
(mz), and the pressure adjustment means (
A control means (57) is provided for controlling the operation of 16) and (28) based on a control command for the current movement cycle of the displacer (4).

(作用) この構成により、請求項(1)記載の発明では、膨張機
の運転時、バルブ手段(20)の切換作動によりシリン
ダ(2)内の膨張室(9)、(10)に冷媒ガスが給排
され、このガスの給排に伴ってシリンダ(2)内でディ
スプレーサ(4)が往復動される。この往復動するディ
スプレーサ(4)の変位がディスプレーサ変位検出手段
(23)によって検出される。そして、第2の記憶手段
(m2)では、ディスプレーサ(4)の今回の制御指令
が記憶されるとともに、上記ディスプレーサ変位検出手
段(23)によって検出された変位と、第1の記憶手段
(m2)によって記憶されているディスプレーサ(4)
の移動サイクルにおける理想変位特性との誤差の変化に
基づき、上記ディスプレーサ(4)の今回の移動サイク
ルの制御指令が修正され、次回の移動サイクルの制御指
令とされて逐次記憶される。また、制御手段(57)に
より、上記第2の記憶手段(m2)により記憶されるデ
ィスプレーサ(4)の今回の移動サイクルの制御指令に
基づき上記バルブ手段(20)が作動制御される。この
ような学習制御により、ディスプレーサ(4)がその移
動サイクルを繰り返す毎に、その変位特性は第1の記憶
手段(m2)に記憶されている理想変位特性になるよう
に逐次修正され、ついには誤差が零となるように収束さ
れる。このため、上記ディスプレーサ(4)の理想変位
特性を、ディスプレーサ(4)がシリンダ(2)の中間
部位では一定速度で動き、シリンダ(2)の上下端に達
すると速度が略零となってディスプレーサ(4)の激し
い衝突が生じない特性とすると、膨張機のクールダウン
の前後でガスの質量流量の変化によってディスプレーサ
(4)の移動抵抗が変化しても、その変位特性を第1の
記憶手段(m2)の理想特性に収束でき、よってクール
ダウンの前後にも拘らず常に安定して、ディスプレーサ
(4)のタッピングを抑制して膨張機の異常振動や騒音
を低減できることとなる。
(Function) With this configuration, in the invention described in claim (1), when the expander is operated, refrigerant gas is supplied to the expansion chambers (9) and (10) in the cylinder (2) by switching operation of the valve means (20). Gas is supplied and discharged, and the displacer (4) is reciprocated within the cylinder (2) as the gas is supplied and discharged. The displacement of this reciprocating displacer (4) is detected by the displacer displacement detection means (23). The second storage means (m2) stores the current control command for the displacer (4), and also stores the displacement detected by the displacer displacement detection means (23) and the first storage means (m2). Displacer (4) remembered by
Based on the change in the error from the ideal displacement characteristic in the movement cycle, the control command for the current movement cycle of the displacer (4) is modified and sequentially stored as the control command for the next movement cycle. Further, the control means (57) controls the operation of the valve means (20) based on the control command for the current movement cycle of the displacer (4) stored in the second storage means (m2). Through such learning control, each time the displacer (4) repeats its movement cycle, its displacement characteristics are successively corrected to become the ideal displacement characteristics stored in the first storage means (m2), and finally It is converged so that the error becomes zero. Therefore, the ideal displacement characteristic of the displacer (4) is that the displacer (4) moves at a constant speed in the middle of the cylinder (2), and when it reaches the upper and lower ends of the cylinder (2), the speed becomes approximately zero, and the displacer (4) moves at a constant speed in the middle of the cylinder (2). Assuming the characteristic (4) that no violent collision occurs, even if the movement resistance of the displacer (4) changes due to a change in the gas mass flow rate before and after cooling down the expander, the displacement characteristic is stored in the first storage means. It is possible to converge to the ideal characteristic of (m2), and therefore it is possible to always stably suppress the tapping of the displacer (4) and reduce abnormal vibrations and noise of the expander, regardless of whether before or after cool-down.

また、請求項(a記載の発明では、上記と同様に、シリ
ンダ(2)内でのディスプレーサ(4)の往復動に伴い
、圧力調整手段(16)、(28)により駆動室(8)
内の圧力が略一定範囲に収まるよう調整される。そして
、第2の記憶手段(m2)により、上記ディスプレーサ
変位検出手段(23)によって検出されたディスプレー
サ(4)の変位と、第1の記憶手段(m2)の理想変位
特性との誤差の変化に基づいて今回の移動サイクルの制
御指令が修正されて次回の移動サイクルの制御指令とな
り、これら今回及び次回の移動サイクルの制御指令は逐
次記憶される。また、制御手段(57)により、上記第
2の記憶手段(m2)により記憶される今回の移動サイ
クルの制御指令に基づいて上記圧力調整手段(16)、
  (28)が作動制御される。このような学習制御に
より、ディスプレーサ(4)がその作動サイクルを繰り
返す毎に、その変位特性は第1の記憶手段(m2)に記
憶されている理想変位特性になるように逐次修正される
。よって、上記と同様に、膨張機のクールダウンの前後
にも拘らず常に安定して、ディスプレーサ(4)のタッ
ピングによる膨張機の異常振動や騒音を低減できる。
Further, in the invention as set forth in claim (a), similarly to the above, as the displacer (4) reciprocates within the cylinder (2), the pressure adjustment means (16) and (28) control the drive chamber (8).
The internal pressure is adjusted so that it stays within a substantially constant range. Then, the second storage means (m2) records the change in the error between the displacement of the displacer (4) detected by the displacer displacement detection means (23) and the ideal displacement characteristic of the first storage means (m2). Based on this, the control commands for the current movement cycle are modified to become the control commands for the next movement cycle, and these control commands for the current and next movement cycles are sequentially stored. The control means (57) also controls the pressure adjustment means (16) based on the control command for the current movement cycle stored in the second storage means (m2).
(28) is operationally controlled. Through such learning control, each time the displacer (4) repeats its operation cycle, its displacement characteristics are sequentially corrected to become the ideal displacement characteristics stored in the first storage means (m2). Therefore, similarly to the above, it is possible to always stably reduce abnormal vibrations and noise of the expander caused by tapping of the displacer (4), regardless of whether the expander is cooled down or not.

さらに、請求項(3)記載の発明では、シリンダ(2)
内でのディスプレーサ(4)の往復動に伴い、その駆動
室(8)内に連通するサージボリューム(18)内の圧
力がディスプレーサ(4)の変位に対応して変化し、こ
の圧力は圧力検出手段(37)によって検出される。こ
の圧力と、第1の記憶手段(m2)に記憶されているサ
ージボリューム圧力変化の理想特性との誤差の変化に基
づき今回の移動サイクルの制御指令が修正されて次回の
移動サイクルの制御指令とされ、これらは運次第2の記
憶手段(m2)に記憶される。さらに、制御手段(57
)により、上記第2の記憶手段(m2)により記憶され
る今回の制御指令に基づいて上記バルブ手段(20)が
作動制御される。
Furthermore, in the invention described in claim (3), the cylinder (2)
As the displacer (4) reciprocates within the drive chamber (8), the pressure within the surge volume (18) that communicates with the drive chamber (8) changes in accordance with the displacement of the displacer (4), and this pressure is detected by pressure detection. Detected by means (37). Based on the change in error between this pressure and the ideal characteristic of surge volume pressure change stored in the first storage means (m2), the control command for the current movement cycle is corrected and used as the control command for the next movement cycle. and these are stored in the second storage means (m2) depending on luck. Furthermore, the control means (57
), the operation of the valve means (20) is controlled based on the current control command stored in the second storage means (m2).

この学習制御により、ディスプレーサ(4)がその作動
サイクルを繰り返す毎に、上記サージボリューム(18
)内の圧力変化特性は第1の記憶手段(m2)に記憶さ
れている理想の圧力変化特性になるように逐次修正され
、よって、膨脹機のクールダウンの前後でディスプレー
サ(4)の移動抵抗が変化しても、その変位特性に対応
するサージボリューム(18)内圧力変化特性を理想特
性に収束できて、常に安定して膨脹機の異常振動や騒音
を低減できることになる。
Through this learning control, each time the displacer (4) repeats its operation cycle, the surge volume (18
) is successively corrected to become the ideal pressure change characteristic stored in the first storage means (m2), so that the movement resistance of the displacer (4) before and after cool-down of the expander Even if the pressure changes in the surge volume (18), which corresponds to the displacement characteristics, can be converged to the ideal characteristics, it is possible to always stably reduce abnormal vibrations and noise of the expander.

また、請求項(4)記載の発明では、上記と同様に、シ
リンダ(2)内のディスプレーサ(4)の変位に対応し
て変化する。サージボリューム(18)内の圧力と、第
1の記憶手段(m2)に記憶されているサージボリュー
ム圧力変化の理想特性との誤差の変化に基づき今回の移
動サイクルの制御指令が修正されて次回の移動サイクル
の制御指令とされ、これらは運次第2の記憶手段(mり
に記憶される。そして、制御手段(57)により、第2
の記憶手段(m2)により記憶される今回の制御指令に
基づいて上記圧力調整手段(16)。
Further, in the invention as set forth in claim (4), similarly to the above, the displacement changes in response to the displacement of the displacer (4) within the cylinder (2). Based on the change in error between the pressure in the surge volume (18) and the ideal characteristic of surge volume pressure change stored in the first storage means (m2), the control command for the current movement cycle is corrected and the control command for the next movement is adjusted. These are used as control commands for the movement cycle, and depending on luck, these are stored in the second storage means (m).Then, the control means (57)
The pressure adjusting means (16) based on the current control command stored in the storage means (m2) of.

(28)が作動制御される。この学習制御により、ディ
スプレーサ(4)がその作動サイクルを繰り返す毎に、
上記サージボリューム(18)内の圧力変化特性は第1
の記憶手段(m2)に記憶されている理想の圧力変化特
性になるように逐次修正され、よって、膨脹機のクール
ダウンの前後でディスプレーサ(4)の移動抵抗が変化
しても、その変位特性に対応するサージボリューム(1
8)内圧力変化特性を理想特性に収束でき、常に安定し
て膨脹機の異常振動や騒音を低減することができる。
(28) is operationally controlled. With this learning control, each time the displacer (4) repeats its operating cycle,
The pressure change characteristic within the surge volume (18) is the first
The pressure change characteristics are sequentially corrected to the ideal pressure change characteristics stored in the storage means (m2) of Surge volume corresponding to (1
8) Internal pressure change characteristics can be converged to ideal characteristics, and abnormal vibrations and noise of the expander can be constantly and stably reduced.

(第1実施例) 以下、本発明の実施例を第2図以下の図面に基づいて説
明する。
(First Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings from FIG. 2 onwards.

第2図は本発明を改良ソルベーサイクルを持つヘリウム
冷凍機に適用した第1実施例の全体構成を示し、(1)
は冷媒ガスとしてのヘリウムガスを断熱膨張させる膨脹
機であって、この膨脹機(1)は、上側の大径部(2a
)と下側の小径部(2b)とからなる2段構造の密閉円
筒状のシリンダ(2)を有し、このシリンダ(2)の上
端にはケーシング(3)が一体的に取り付けられている
FIG. 2 shows the overall configuration of a first embodiment in which the present invention is applied to a helium refrigerator with an improved Solvay cycle, and (1)
is an expansion machine that adiabatically expands helium gas as a refrigerant gas, and this expansion machine (1) has an upper large diameter part (2a
) and a lower small-diameter portion (2b), the cylinder has a closed cylindrical cylinder (2) with a two-stage structure, and a casing (3) is integrally attached to the upper end of this cylinder (2). .

上記シリンダ(2)内にはディスプレーサ(4)(置換
器)が往復動可能に嵌合されている。該ディスプレーサ
(4)は、シリンダ(2)の大径部(2a)内を摺動す
る密閉円筒状の大径部(4a)と、該大径部(4a)下
端に一体結合され、シリンダ(2)の小径部(2b)内
を摺動する密閉円筒状の小径部(4b)とからなる。こ
のディスプレーサ(4)の大径部(4a)上端には有底
円筒状の四部(4c)が形成され、該凹部(4c)内に
は上記ケーシング(3)の底壁部にシリンダ(2)内に
垂下するように取り付けた円筒状の摺接部(2C)が嵌
挿され、該摺接部(2C)外周面とディスプレーサ(4
)の凹部(4C)内周面とは凹部(4C)内周に嵌装し
た内周シール(5)によって気密シールされている。ま
た、ディスプレーサ(4)の大径部(4a)外周には第
1段シール(6)が、小径部(4b)外周には第2段シ
ール(7)がそれぞれ取り付けられており、この3つの
シール(5)〜(7)により、シリンダ(2)内空間が
上側から順に円環状の駆動室(8)、第1段膨張室(9
)及び第2段膨張室(10)に区画され、ディスプレー
サ(4)の上端凹部(4C)内には上記内周シール(5
)及び摺接部(2C)によって区画されるガス流出入室
(11)が形成されている。
A displacer (4) (displacer) is fitted into the cylinder (2) so as to be able to reciprocate. The displacer (4) is integrally connected to a closed cylindrical large diameter part (4a) that slides within the large diameter part (2a) of the cylinder (2), and to the lower end of the large diameter part (4a), and is integrally connected to the lower end of the large diameter part (4a). 2) and a closed cylindrical small diameter part (4b) that slides inside the small diameter part (2b). A bottomed cylindrical four part (4c) is formed at the upper end of the large diameter part (4a) of the displacer (4), and a cylinder (2) is formed in the bottom wall of the casing (3) in the recess (4c). A cylindrical sliding contact part (2C) attached to hang down inside is inserted, and the outer peripheral surface of the sliding contact part (2C) and the displacer (4
) is hermetically sealed with the inner peripheral surface of the recess (4C) by an inner peripheral seal (5) fitted on the inner peripheral surface of the recess (4C). In addition, a first stage seal (6) is attached to the outer periphery of the large diameter part (4a) of the displacer (4), and a second stage seal (7) is attached to the outer periphery of the small diameter part (4b). With the seals (5) to (7), the inner space of the cylinder (2) is divided into an annular drive chamber (8) and a first stage expansion chamber (9) in order from the top.
) and a second stage expansion chamber (10), and the inner circumferential seal (5
) and a sliding contact portion (2C) define a gas inflow/outflow chamber (11).

また、上記ディスプレーサ(4)の大径部(4a)内は
上記凹部(4c)内のガス流出入室(11)に連通孔(
12)を介して、また上記第1段膨張室(9)に連通孔
(13)を介してそれぞれ常時連通し、この大径部(4
a)内には蓄冷型熱交換器よりなる第1段蓄冷器(図示
せず)が嵌装されている。また、ディスプレーサ(4)
の小径部(4b)内は上記第1段膨張室(9)に連通孔
(14)を介して、第2段膨張室(10)に連通孔(1
5)を介してそれぞれ常時連通し、この小径部(4b)
内には上記第1段蓄冷器と同様の第2段蓄冷器(図示せ
ず)が嵌装されている。
Further, the large diameter portion (4a) of the displacer (4) has a communication hole (
12) and the first stage expansion chamber (9) through a communication hole (13), and this large diameter portion (4
A first stage regenerator (not shown) consisting of a regenerator type heat exchanger is fitted inside a). Also, displacer (4)
The inside of the small diameter portion (4b) is connected to the first stage expansion chamber (9) through a communication hole (14) and to the second stage expansion chamber (10) through a communication hole (14).
5), and are in constant communication with each other through the small diameter portion (4b).
A second stage regenerator (not shown) similar to the first stage regenerator is fitted inside.

また、上記ケーシング(3)には上記シリンダ(2)内
の駆動室(8)にオリフィスバルブ(16)を介設した
ガス流路(17)を介して連通ずるサージボリューム(
18)が形成されており、このサージボリューム(18
)内のガス圧及びオリフィスバルブ(16)のガス流動
抵抗によって中間室(8)内の圧力を略一定に保持する
ようにしている。
The casing (3) also has a surge volume (
18) is formed, and this surge volume (18
) and the gas flow resistance of the orifice valve (16) to maintain the pressure in the intermediate chamber (8) approximately constant.

(19)は上記シリンダ(2)内の膨張室(9)(10
)にヘリウムガスを給排するガス配管で、その一端は上
記シリンダ(2)土壁の貫通孔(2d)及び上記摺接部
(2c)内の空間を介してディスプレーサ凹部(4C)
内のガス流出入室(11)に連通している。ガス配管(
19)の他端は上記膨張室(9)、(10)に対するヘ
リウムガスの給排を切り換えるバルブ手段としての高低
圧制御バルブユニット(20)に接続されている。
(19) is the expansion chamber (9) (10) in the cylinder (2).
) is a gas pipe for supplying and discharging helium gas to and from the cylinder (2), one end of which connects to the displacer recess (4C) through the space in the through hole (2d) of the earthen wall of the cylinder (2) and the sliding contact part (2c).
It communicates with the gas inflow/outflow chamber (11) inside. Gas piping (
The other end of 19) is connected to a high/low pressure control valve unit (20) as a valve means for switching the supply and discharge of helium gas to and from the expansion chambers (9) and (10).

このバルブユニット(20)は、ヘリウムガスを圧縮す
る圧縮機(図示せず)の吐出側に高圧配管(21)を介
して、また同吸込側に低圧配管(22)を介してそれぞ
れ接続されており、バルブユニット(20)においてガ
ス配管(19)を高圧配管(21)又は低圧配管(22
)に切り換えて連通させ、ガス配管(19)を高圧配管
(21)に連通させたときには、圧縮機からの高圧ヘリ
ウムガスをガス配管(19)を介してシリンダ(2)内
の膨張室(9)、  (10)に導入充填することによ
り、ディスプレーサ(4)を上昇させる一方、ガス配管
(19)を低圧配管(22)に連通させたときには、上
記膨張室(9)、  (10)に充填されているヘリウ
ムガスを膨張させながら低圧配管(22)に排出するこ
とにより、ディスプレーサ(4)を下降させ、このディ
スプレーサ(4)の昇降移動サイクルに伴うヘリウムガ
スの膨張によって極低温レベルの寒冷を発生させるよう
に構成されている。
This valve unit (20) is connected to the discharge side of a compressor (not shown) for compressing helium gas via a high pressure pipe (21), and to the suction side of the same via a low pressure pipe (22). In the valve unit (20), the gas pipe (19) is connected to the high pressure pipe (21) or the low pressure pipe (22).
), and when the gas pipe (19) is connected to the high pressure pipe (21), high pressure helium gas from the compressor is passed through the gas pipe (19) to the expansion chamber (9) in the cylinder (2). ) and (10) to raise the displacer (4), and when the gas pipe (19) is connected to the low pressure pipe (22), the expansion chambers (9) and (10) are filled with gas. The displacer (4) is lowered by expanding and discharging the helium gas into the low-pressure pipe (22), and the expansion of the helium gas accompanying the up-and-down movement cycle of the displacer (4) cools the helium to a cryogenic level. is configured to occur.

さらに、上記ケーシング(3)には上記ディスプレーサ
(4)の変位(移動位置)を検出するデイプレーサ変位
検出手段としての変位計(23)が取り付けられている
。この変位計(23)は、第5図に拡大詳示するように
、シリンダ(2)の土壁に一体に取り付けられ内部が駆
動室(8)に連通ずる有底円筒状の耐圧容器からなるケ
ース(24)と、該ケース(24)の外周に配設された
コイル(25)と、ケース(24)内に往復動可能に嵌
挿され、かつ下端が上記ディスプレーサ(4)の大径部
(4a)上端に螺合締結されたコア(26)とを備えて
いる。上記コイル(25)は、例えば第6図に示すよう
にコア(26)によって磁気的に結合される1次コイル
(25a)及び逆極直列に接続された2つの2次コイル
(25b)、(25b)とからなり、コア(26)の移
動量に応じて変化する1次コイル(25a)に対する2
つの2次コイル(25b)、(25b)の磁気的結合度
の強弱を該2次コイル(25b)。
Furthermore, a displacement meter (23) is attached to the casing (3) as a displacer displacement detection means for detecting the displacement (movement position) of the displacer (4). As shown in enlarged detail in Fig. 5, this displacement meter (23) consists of a bottomed cylindrical pressure-resistant container that is integrally attached to the earthen wall of the cylinder (2) and whose interior communicates with the drive chamber (8). A case (24), a coil (25) disposed around the outer periphery of the case (24), and a coil (25) that is reciprocatably fitted into the case (24) and whose lower end is connected to the large diameter portion of the displacer (4). (4a) A core (26) is screwed onto the upper end. The coil (25) includes, for example, a primary coil (25a) magnetically coupled by a core (26) and two secondary coils (25b) connected in series with opposite polarities, as shown in FIG. 25b) for the primary coil (25a), which changes depending on the amount of movement of the core (26).
The strength and weakness of the magnetic coupling of the two secondary coils (25b) and (25b) are determined by the secondary coil (25b).

(25b)各々の誘起起電力として検出することにより
、ディスプレーサ(4)の変位を検出するようにしてい
る。
(25b) The displacement of the displacer (4) is detected by detecting each induced electromotive force.

そして、この変位計(23)の出力信号は上記制御バル
ブユニット(20)を作動制御するコントロールユニッ
ト(50)に入力されている。このコントロールユニッ
ト(50)では第3図に示す制御が行われる。すなわち
、コントロールユニット(50)は、メモリ(m2)及
びメモリ°(m2)の2つのメモリを有し、メモリ(m
+ )には第4図に示すように予め設定されたディスプ
レーサ(4)の移動1サイクルにおける理想変位特性に
対応する理想出力波形ydが記憶されている。
The output signal of this displacement meter (23) is input to a control unit (50) that controls the operation of the control valve unit (20). This control unit (50) performs the control shown in FIG. 3. That is, the control unit (50) has two memories, a memory (m2) and a memory (m2), and a memory (m2).
As shown in FIG. 4, an ideal output waveform yd corresponding to an ideal displacement characteristic in one cycle of movement of the displacer (4) is stored in advance.

この理想出力波形ydは、ディスプレーサ(4)の往復
動時にディスプレーサ(4)がシリンダ(2)の上下端
部に達したときには速度が略零となる波形に設定されて
いる。
This ideal output waveform yd is set to a waveform such that the speed becomes approximately zero when the displacer (4) reaches the upper and lower ends of the cylinder (2) during reciprocating movement of the displacer (4).

また、制御対象システムにおける変位計(23)からの
入力信号)’(k>(但し、k−1,2,・・・でディ
スプレーサ(4)の移動サイクル数を示す)はA/Dコ
ンバータ(51)でデジタル信号に変換された後、上記
メモリ(m2)の出力信号と比較されてその誤差e (
k)が求められる。この誤差e (k)は微分部(53
)で数値微分されて微分誤差会(k)となり、該微分誤
差さ(k)に2則部(54)で係数が乗じられ、次いで
制御部(57)からの制御出力u (k)が加算された
後、次のサイクルの制御出力u (k+1)として再度
メモリ(m2)に記憶される。上記誤差が加えられる前
に制御部(57)によりメモリ(m2)か・ら出力され
る制御出力u (k)は、D/Aコンバータ(56)に
よりアナログ化されて制御対象システムの制御バルブユ
ニット(20)に入力される。
In addition, the input signal from the displacement meter (23) in the controlled system)'(k>(k-1, 2, . . . indicates the number of movement cycles of the displacer (4)) is the A/D converter ( After being converted into a digital signal in step 51), it is compared with the output signal of the memory (m2) and its error e (
k) is calculated. This error e (k) is the differential part (53
) is numerically differentiated to obtain a differential error coefficient (k), the differential error (k) is multiplied by a coefficient in the two-law section (54), and then the control output u (k) from the control section (57) is added. After that, it is stored in the memory (m2) again as the control output u (k+1) for the next cycle. Before the above error is added, the control output u (k) output from the memory (m2) by the control unit (57) is converted into an analog by the D/A converter (56) and is converted into an analog signal by the control valve unit of the controlled system. (20) is input.

すなわち、本実施例では、上記メモリ(m2)により、
上記ディスプレーサ(4)の予め設定された理想変位特
性を記憶する第1の記憶手段が構成される。
That is, in this embodiment, the memory (m2) allows
A first storage means is configured to store a preset ideal displacement characteristic of the displacer (4).

また、メモリ(m2)により、ディスプレーサ(4)の
今回の移動サイクルの制御指令及び次回の移動サイクル
の制御指令を逐次記憶し、かつ上記変位計(23)によ
り検出されたディスプレーサ(4)の変位特性を上記メ
モリ(m+)(第1の記憶手段)の理想変位特性と比較
して、その誤差の変化に基づき、今回の移動サイクルの
制御指令を修正して次回の移動サイクルの制御指令とす
る第2の記憶手段が構成される。
The memory (m2) sequentially stores control commands for the current movement cycle of the displacer (4) and control commands for the next movement cycle, and also stores the displacement of the displacer (4) detected by the displacement meter (23). Compare the characteristics with the ideal displacement characteristics in the memory (m+) (first storage means), and based on the change in the error, modify the control command for the current movement cycle and use it as the control command for the next movement cycle. A second storage means is configured.

さらに、上記制御部(57)により、メモリ(m2)に
記憶されるディスプレーサ(4)の今回の移動サイクル
の制御指令に基づいて上記バルブユニット(20)の開
閉タイミングないし開度を制御する制御手段が構成され
る。
Further, the control unit (57) controls the opening/closing timing or opening degree of the valve unit (20) based on the control command for the current movement cycle of the displacer (4) stored in the memory (m2). is configured.

したがって、上記実施例においては、膨張機(1)の運
転時、コントロールユニット(50)による高低圧制御
バルブユニット(20)の切換作動によりシリンダ(2
)内の膨脹室(9)。
Therefore, in the above embodiment, when the expander (1) is operated, the control unit (50) switches the high/low pressure control valve unit (20) to the cylinder (2).
) in the expansion chamber (9).

(10)に対す゛るヘリウムガスの給排が切り換えられ
、このガスの給排に伴ってシリンダ(2)内でディスプ
レーサ(4)が往復動する。すなわち、ガス配管(19
)が高圧配管(21)に連通ずるようにバルブユニット
(20)が切り換えられたときには、圧縮機からの常温
の高圧ヘリウムガスがガス配管(19)を介してディス
プレーサ(4)の凹部(4C)内のガス流出入室(11
)に導入され、さらに、この室(11)からディスプレ
ーサ(4)内の各蓄冷器を通って順次膨張室(9)。
The supply and discharge of helium gas to and from the cylinder (10) are switched, and the displacer (4) reciprocates within the cylinder (2) as the gas is supplied and discharged. That is, gas piping (19
) is switched to communicate with the high pressure pipe (21), room temperature high pressure helium gas from the compressor flows through the gas pipe (19) to the recess (4C) of the displacer (4). gas inflow and outflow chamber (11
) and then from this chamber (11) through each regenerator in the displacer (4) and then sequentially into the expansion chamber (9).

(10)に充填され、上記蓄冷器を通る間に熱交換によ
って極低温まで冷却される。また、この高圧ヘリウムガ
スの導入によって膨脹室(9)。
(10), and is cooled to an extremely low temperature by heat exchange while passing through the regenerator. Furthermore, the expansion chamber (9) is created by introducing this high-pressure helium gas.

(10)の圧力が駆動室(8)よりも高くなり、この差
圧よりディスプレーサ(4)が上昇する。
The pressure in the drive chamber (10) becomes higher than that in the drive chamber (8), and the displacer (4) rises due to this differential pressure.

このディスプレーサ(4)の上昇移動によりその下方の
膨張室(9)、  (10)にさらに高圧ガスが充填さ
れる。この後、上記バルブユニット(20)が閉じるが
、その閉弁後もディスプレーサ(4)は慣性力によって
上昇し、これに伴い、上記ガス流出入室(11)内のヘ
リウムガスが両膨張室(9)、(10)に移動する。
As the displacer (4) moves upward, the expansion chambers (9) and (10) below it are further filled with high pressure gas. Thereafter, the valve unit (20) closes, but even after the valve closes, the displacer (4) rises due to inertia, and as a result, the helium gas in the gas inflow/outflow chamber (11) flows into both expansion chambers (9). ), move to (10).

そして、ディスプレーサ(4)が上昇端位置に達した後
、ガス配管(19)が高圧配管(21)に連通するよう
にバルブユニット(20)が切り換えられ、この開弁切
換えに伴い、上記膨張室(9)、  (10)内のヘリ
ウムガスがサイモン膨張し、このガス膨張によって寒冷
が発生する。この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ(4)内の蓄
冷器を通って上記ガス流出入室(11)内に戻り、その
間に蓄冷器を冷却しながら常温まで暖められる。そして
、この常温のヘリウムガスは膨張機(1)外に排出され
、ガス配管(19)及び低圧配管(22)を通って圧縮
機に流れてそれに吸入される。このガス排出に伴い上記
膨脹室(9)。
After the displacer (4) reaches the rising end position, the valve unit (20) is switched so that the gas pipe (19) communicates with the high pressure pipe (21), and with this valve opening switching, the expansion chamber The helium gas in (9) and (10) undergoes Simon expansion, and this gas expansion causes cooling. This extremely low temperature helium gas
Contrary to when the gas is introduced, the gas passes through the regenerator in the displacer (4) and returns to the gas inlet/outlet chamber (11), during which time the regenerator is cooled and warmed to room temperature. Then, this normal temperature helium gas is discharged to the outside of the expander (1), flows through the gas pipe (19) and the low pressure pipe (22) to the compressor, and is sucked into the compressor. With this gas discharge, the expansion chamber (9).

(10)内のガス圧が低下し、その駆動室(8)との圧
力差によりディスプレーサ(4)が下降し、このディス
プレーサ(4)の下降移動により膨張室(9)、(10
)内のガスが膨張機(1)外にさらに排出される。次い
で、バルブユニット(20)が再度閉じるが、この後も
ディスプレーサ(4)は下降端位置まで下降し、膨張室
(9)。
The gas pressure in (10) decreases, and the displacer (4) descends due to the pressure difference with the drive chamber (8), and the downward movement of this displacer (4) causes the expansion chambers (9), (10
) is further discharged to the outside of the expander (1). Next, the valve unit (20) closes again, but even after this, the displacer (4) descends to the lower end position and expands into the expansion chamber (9).

(10)内のガスが排出されて最初の状態に戻る。(10) The gas inside is exhausted and the state returns to the initial state.

以上により膨張機(1)の動作の1サイクルが終了し、
以後は上記と同様な動作が繰り返される。
With the above, one cycle of operation of the expander (1) is completed,
Thereafter, the same operation as above is repeated.

この場合、上記往復動するディスプレーサ(4)の変位
が変位計(23)によって検出される。また、コントロ
ールユニット(50)のメモリ(m2)では、ディスプ
レーサ(4)の1サイクル毎に、その今回の移動サイク
ルの制御指令が記憶されるとともに、上記変位計(23
)によって検出された変位と、メモリ(rr++ )に
よって記憶されているディスプレーサ(4)の理想変位
特性との誤差の変化に基づいて、上記今回の移動サイク
ルの制御指令が修正されて次回の移動サイクルの制御指
令とされ、この制御指令は上記今回の移動サイクルの制
御指令と共にメモリ(m2)に記憶される。そして、制
御部(57)により、上記メモリ(m2)により記憶さ
れるディスプレーサ(4)の今回の移動サイクルの制御
指令に基づいて上記高低圧制御バルブユニット(20)
の開閉タイミングないし開度が制御される。このため、
このような学習制御により、ディスプレーサ(4)がそ
の作動サイクルを繰り返す毎に、その変位特性はメモリ
(m2)に記憶されている理想変位特性になるように逐
次修正され、ついには誤差が零となるように収束される
。そして、上記メモリ(m2)に記憶されるディスプレ
ーサ(4)の理想変位特性は第4図に示す如くディスプ
レーサ(4)がシリンダ(2)上下端に衝突しない特性
であるので、膨脹機(1)のクールダウンの前後でガス
の質量流量の変化によってディスプレーサ(4)の移動
抵抗が変化しても、そのことに関係なくディスプレーサ
(4)の変位特性を上記理想特性に収束でき、よって膨
脹機(1)のクールダウン前後に関係なく常に安定して
、ディスプレーサ(4)がシリンダ(2)の上下壁に衝
突するタッピングを抑制でき、膨脹機(1)の異常振動
や騒音を低減することができる。
In this case, the displacement of the reciprocating displacer (4) is detected by the displacement meter (23). In addition, the memory (m2) of the control unit (50) stores the control command for the current movement cycle for each cycle of the displacer (4), and also stores the control command for the current movement cycle of the displacer (4).
), and the ideal displacement characteristic of the displacer (4) stored in the memory (rr++). Based on the change in error, the control command for the current movement cycle is corrected and the control command for the next movement cycle is adjusted. This control command is stored in the memory (m2) together with the control command for the current movement cycle. The control unit (57) then controls the high and low pressure control valve unit (20) based on the control command for the current movement cycle of the displacer (4) stored in the memory (m2).
The opening/closing timing or degree of opening is controlled. For this reason,
Through such learning control, each time the displacer (4) repeats its operation cycle, its displacement characteristics are successively corrected to become the ideal displacement characteristics stored in the memory (m2), and eventually the error becomes zero. It is converged so that The ideal displacement characteristic of the displacer (4) stored in the memory (m2) is such that the displacer (4) does not collide with the upper and lower ends of the cylinder (2) as shown in FIG. Even if the movement resistance of the displacer (4) changes due to changes in the gas mass flow rate before and after the cool-down of the expander ( Regardless of before or after cool-down in step 1), the tapping of the displacer (4) colliding with the upper and lower walls of the cylinder (2) can be suppressed, and abnormal vibrations and noise of the expander (1) can be reduced. .

(第2実施例) 第7図は本発明をガス圧駆動式のG−Mサイクルを持つ
ヘリウム冷凍機に適用した第2実施例を示す。尚、第2
図と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説
明は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 7 shows a second embodiment in which the present invention is applied to a helium refrigerator having a gas pressure-driven GM cycle. Furthermore, the second
The same parts as those in the figures are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

すなわち、この実施例では、ディスプレーサ(4)の上
端部にピストン部(4d)が一体に形成されている。一
方、シリンダ(2)の上端部には上記ピストン部(4d
)を往復動可能に嵌装するシリンダ部(2e)が設けら
れており、このシリンダ部(2e)内の空間上部にはピ
ストン部(4d)によって区画される駆動室(8)が形
成されている。また、シリンダ(2)内の上端にはガス
流出入室(11)が形成され、このガス流出入室(11
)にガス配管(19)の一端が開口されている。
That is, in this embodiment, the piston portion (4d) is integrally formed at the upper end portion of the displacer (4). On the other hand, the piston portion (4d) is located at the upper end of the cylinder (2).
) is fitted in a reciprocating manner, and a drive chamber (8) defined by a piston part (4d) is formed in the upper part of the space inside the cylinder part (2e). There is. Further, a gas inflow/outflow chamber (11) is formed at the upper end of the cylinder (2).
) is opened at one end of the gas pipe (19).

上記駆動室(8)にはコントロールユニット(50)に
よって作動制御される瞬時切換バルブ(28)が配管(
27)を介して接続され、この切換バルブ(28)は圧
縮機の吐出側(高圧側)及び吸込側(低圧側)に接続さ
れている。上記切換バルブ(28)は、第1及び第2の
2つの切換位置(1)、  CU)ををし、位置(1)
に切り換えたときには駆動室(8)を圧縮機の吐出側に
、位置(n)に切り換えたときには圧縮機の吸込側にそ
れぞれ連通させる。そして、この切換バルブ(28)を
コントロールユニット(50)によりディスプレーサ(
4)の変位に応じて一定のパターンで切換制御すること
により、駆動室(8)の圧力を略一定に調整するように
している。その他は、上記実施例と同様に構成されてい
る。
In the drive chamber (8), an instantaneous switching valve (28) whose operation is controlled by a control unit (50) is connected to a pipe (
27), and this switching valve (28) is connected to the discharge side (high pressure side) and suction side (low pressure side) of the compressor. The switching valve (28) has two switching positions (1), CU), a first and a second switching position, and a position (1).
When switched to position (n), the drive chamber (8) is communicated with the discharge side of the compressor, and when switched to position (n), the drive chamber (8) is communicated with the suction side of the compressor. This switching valve (28) is then controlled by the control unit (50) to control the displacer (
By controlling the switching in a fixed pattern according to the displacement of the drive chamber (8), the pressure in the drive chamber (8) is adjusted to be substantially constant. The rest of the structure is the same as that of the above embodiment.

尚、上記瞬時切換バルブ(28)に代え、第8図に示す
ように、上記の如き2つの切換位置(I)(n)に加え
、駆動室(8)と圧縮機吐出側及び吸込側との連通を遮
断する第3の切換位置(m)を有する切換バルブ(2g
’ )を採用してもよい。
In addition to the above-mentioned two switching positions (I) and (n), in place of the above-mentioned instantaneous switching valve (28), as shown in FIG. A switching valve (2g
') may be adopted.

したがって、この実施例でも、ディスプレーサ(4)の
変位に応じてバルブユニット(20)の開閉タイミング
及び開度が理想変位特性になるように学習制御され、よ
って上記実施例と同様の作用効果を奏することができる
Therefore, in this embodiment as well, the opening/closing timing and opening degree of the valve unit (20) are controlled in a learning manner so as to have ideal displacement characteristics according to the displacement of the displacer (4), and therefore the same effects as in the above embodiment are achieved. be able to.

(第3実施例) 第9図は第3実施例を示し、上記各実施例では高低圧制
御バルブユニット(20)の開閉タイミング及び開度を
制御するようにしたのに対し、シリンダ(2)内の中間
圧の圧力を調整することにより、ディスプレーサ(4)
の動きを制御するようにしたものである。
(Third Embodiment) FIG. 9 shows a third embodiment. In each of the above embodiments, the opening/closing timing and opening degree of the high/low pressure control valve unit (20) are controlled, whereas the cylinder (2) By adjusting the pressure of the intermediate pressure within the displacer (4)
It is designed to control the movement of.

すなわち、本実施例では、上記第1実施例と同様の構成
において、シリンダ(2)内の駆動室(8)とサージボ
リューム(18)とを連通するガス流路(17)の途中
に配設されたオリフィスバルブ(16’)により圧力調
整手段が構成され、このオリフィスバルブ(16’)は
、その開度を可変調整可能な可変ニードルバルブからな
る。
That is, in this embodiment, in the same configuration as the first embodiment, a gas flow path (17) that communicates with the drive chamber (8) in the cylinder (2) and the surge volume (18) is provided. The orifice valve (16') constitutes pressure regulating means, and the orifice valve (16') is a variable needle valve whose opening degree can be variably adjusted.

このニードルバルブの具体例を示すと、例えば第10図
に示すように圧電素子(34)の圧電力を利用したもの
、第11図に示す如く圧電素子(34)の変位を利用し
たもの、第12図に示すように圧電素子(34)の変形
を利用したものが採用される。第10図に示すバルブで
は、そのケース(29)に固定すりフィス(30)が貫
通形成されている。ケース(29)内空間は可撓性を有
する隔壁(31)によりガス室(32)と素子室(33
)とに仕切られ、隔壁(31)には、固定オリフィス(
30)のガス室(32)内への開口端開度を変えてオリ
フィス(30)でのガス流量を調整する流量調整部(3
1a)が突設されている。一方、素子室(33)には、
印加電圧に応じて変形する積層型ピエゾ圧電素子(34
)が隔壁(31)背面と素子室(33)奥底面との間に
掛は渡された状態で配設されており、この圧電素子(3
4)に印加する電圧をコントロールユニット(50)に
より調整することにより、オリフィス(30)の開度を
制御するようにしている。尚、(35)はガス室(32
)に連通ずるガス流路を形成する連通孔、(36)は隔
壁(31)の変位抵抗の低減のために素子室(33)を
外部に開放する連通孔である。
Specific examples of this needle valve include one that utilizes the piezoelectric force of a piezoelectric element (34) as shown in FIG. 10, one that utilizes the displacement of a piezoelectric element (34) as shown in FIG. As shown in FIG. 12, a device utilizing deformation of a piezoelectric element (34) is employed. In the valve shown in FIG. 10, a fixed sleeve (30) is formed through the case (29). The inner space of the case (29) is divided into a gas chamber (32) and an element chamber (33) by a flexible partition wall (31).
), and the partition wall (31) has a fixed orifice (
a flow rate adjustment unit (30) that adjusts the gas flow rate at the orifice (30) by changing the degree of opening of the opening end into the gas chamber (32);
1a) is provided protrudingly. On the other hand, in the element room (33),
A laminated piezoelectric element (34
) is placed between the back surface of the partition wall (31) and the bottom surface of the element chamber (33), with a hook being passed between the back surface of the partition wall (31) and the bottom surface of the element chamber (33).
4), the opening degree of the orifice (30) is controlled by adjusting the voltage applied to the control unit (50). In addition, (35) is the gas chamber (32
), and (36) is a communication hole that opens the element chamber (33) to the outside in order to reduce the displacement resistance of the partition wall (31).

また、第11図に示すものでは、ケース(29)内にガ
ス室(32’ )のみが形成され、該ガス室(32’)
には圧電素子(34)がその基端部をガス室(32’)
奥底面に固定した状態で配置され、該素子(34)の先
端部は固定オリフィス(30)のガス室(32’)内へ
の開口端に対向配置されており、圧電素子(34)に対
する印加電圧を調整することにより、該圧電素子(34
)を変形させて、その先端部でオリフィス(30)の開
度を制御するようにしている。
Furthermore, in the case shown in FIG. 11, only the gas chamber (32') is formed within the case (29), and the gas chamber (32')
The piezoelectric element (34) connects its base end to the gas chamber (32').
The element (34) is disposed in a fixed state on the inner bottom surface, and the tip of the element (34) is disposed opposite to the opening end of the fixed orifice (30) into the gas chamber (32'), so that no voltage is applied to the piezoelectric element (34). By adjusting the voltage, the piezoelectric element (34
) is deformed so that its tip controls the opening degree of the orifice (30).

さらに、第12図のものでは、圧電素子(34)の中心
部に変形オリフィス(30’ )が貫通形成されており
、圧電素子(34)の変形に伴いオリフィス(30’)
自体を変形させてその開度を調整する。これらのバルブ
(16’)は、圧電素子(34)を使用しているので、
その応答速度が速い特徴を有する。
Furthermore, in the one shown in FIG. 12, a deformation orifice (30') is formed through the center of the piezoelectric element (34), and as the piezoelectric element (34) deforms, the orifice (30')
Adjust its opening by deforming itself. These valves (16') use piezoelectric elements (34), so
It is characterized by its fast response speed.

そして、本実施例では、上記オリフィスバルブ(16’
)の開度をコントロールユニット(50)により制御す
るように構成されている。このオリフィスバルブ(16
’)に対する制御の態様は上記第1実施例と同様であり
(第3図参照)、そのメモリ(m2)で上記ディスプレ
ーサ(4)の予め設定された理想変位特性を記憶し、メ
モリ(m2)では、ディスプレーサ(4)の今回及び次
回の移動サイクルを逐次記憶するとともに、変位計(2
3)により検出されたディスプレーサ(4)の変位特性
を上記メモリ(m2)の理想変位特性と比較して、その
誤差の変化に基づき、今回の移動サイクルの制御指令を
修正して上記次回の移動サイクルの制御指令とする。そ
して、制御部(57)では、上記メモリ(m2)により
記憶される今回の制御指令に基づき、オリフィスバルブ
(16)の開度を制御し、駆動室(8)とサージボリュ
ーム(18)とのガス流通を調整して、ディスプレーサ
(4)の動きを制御するようにしている。
In this embodiment, the orifice valve (16'
) is configured so that the opening degree of the opening is controlled by a control unit (50). This orifice valve (16
') is the same as in the first embodiment (see Fig. 3), and the memory (m2) stores the preset ideal displacement characteristic of the displacer (4), and the memory (m2) Then, the current and next movement cycles of the displacer (4) are sequentially memorized, and the displacement meter (2) is
The displacement characteristics of the displacer (4) detected by step 3) are compared with the ideal displacement characteristics in the memory (m2), and based on the change in the error, the control command for the current movement cycle is corrected and the next movement is performed. Use as cycle control command. Then, the control unit (57) controls the opening degree of the orifice valve (16) based on the current control command stored in the memory (m2), and controls the opening of the drive chamber (8) and surge volume (18). The movement of the displacer (4) is controlled by adjusting the gas flow.

尚、高低圧制御バルブユニット(20)に対しては通常
の制御が行われる。
Note that normal control is performed on the high and low pressure control valve unit (20).

したがって、この実施例では、膨脹機(1)の運転時に
おけるディスプレーサ(4)の変位が変位計(23)に
より検出され、この変位信号がコントロールユニット(
50)に入力され、そのコントロールユニット(50)
の出力により、ディスプレーサ(4)の変位特性がメモ
リ(m2)に記憶されている理想の特性に収束するよう
にオリフィスバルブ(16)の開度が学習制御される。
Therefore, in this embodiment, the displacement of the displacer (4) during operation of the expander (1) is detected by the displacement meter (23), and this displacement signal is transmitted to the control unit (
50) and its control unit (50)
Based on the output, the opening degree of the orifice valve (16) is controlled by learning so that the displacement characteristic of the displacer (4) converges to the ideal characteristic stored in the memory (m2).

よって、上記各実施例と同様に、膨脹機(1)のクール
ダウン前後でもディスプレーサ(4)の変位特性が絶え
ず理想特性に修正されるので、その理想特性により、デ
ィスプレーサ(4)のタッピングを抑制し、膨脹機(1
)の振動及び騒音を安定して低減することかでざる。
Therefore, as in each of the above embodiments, the displacement characteristics of the displacer (4) are constantly corrected to the ideal characteristics even before and after cooling down the expander (1), so that tapping of the displacer (4) is suppressed by the ideal characteristics. and an expansion machine (1
) to stably reduce vibration and noise.

(第4実施例) 尚、上記第2実施例と同様の構成において、高低圧制御
バルブユニット(20)に対しては通常の制御を行い、
その代り、シリン、ダ(2)内の駆動室(8)の圧力を
調整する切換バルブ(28)を開閉制御するようにして
もよい。
(Fourth Embodiment) In the same configuration as the second embodiment, normal control is performed on the high and low pressure control valve unit (20),
Alternatively, a switching valve (28) that adjusts the pressure in the drive chamber (8) within the cylinder (2) may be controlled to open or close.

すなわち、本発明の第4実施例は、その基本的な構成が
上記第2実施例と同様であり(第7図によって説明する
)、ディスプレーサ(4)の変位を変位計(23)によ
って検出し、その変位特性がコントロールユニット(5
0)のメモリ(m2)に記憶した理想特性になるよう切
換バルブ(28)の開度を調整する。つまり、ディスプ
レーサ(4)が下降移動するストロークでは、そのシリ
ンダ(2)下端への衝突直前に切換バルブ(28)を切
換位置(n)に切り換えて、駆動室(8)を圧縮機の吸
込側に連通し、該駆動室(8)の圧力低下によりディス
プレーサ(4)の衝突を阻止するように、またディスプ
レーサ(4)の上昇ストロークでは、そのシリンダ(2
)上端への衝突直前に切換バルブ(28)を切換位置(
1)に切り換えて、駆動室(8)を圧縮機吐出側に連通
し、該駆動室(8)の圧力を上昇させてディスプレーサ
(4)の衝突を阻止するように、それぞれ切換バルブ(
28)を学習制御する。よって、この実施例では上記切
換バルブ(28)により圧力調整手段が構成される。
That is, the fourth embodiment of the present invention has the same basic configuration as the second embodiment (described with reference to FIG. 7), and the displacement of the displacer (4) is detected by the displacement meter (23). , whose displacement characteristics are determined by the control unit (5
The opening degree of the switching valve (28) is adjusted so that the ideal characteristic stored in the memory (m2) of 0) is obtained. In other words, during the downward movement stroke of the displacer (4), the switching valve (28) is switched to the switching position (n) immediately before it collides with the lower end of the cylinder (2), and the drive chamber (8) is moved to the suction side of the compressor. in order to prevent the displacer (4) from colliding due to the pressure drop in the drive chamber (8), and during the upward stroke of the displacer (4), its cylinder (2
) Just before the collision with the upper end, move the switching valve (28) to the switching position (
1) to communicate the drive chamber (8) with the compressor discharge side, and to increase the pressure in the drive chamber (8) and prevent the displacer (4) from colliding.
28) to perform learning control. Therefore, in this embodiment, the switching valve (28) constitutes a pressure regulating means.

したがって、この実施例でし上記各実施例と同様の作用
効果を奏することができる。
Therefore, this embodiment can provide the same effects as those of the above embodiments.

(第5実施例) また、第13図は第5実施例を示す。この実施例では、
ディスプレーサ(4)の変位に代え、該ディスプレーサ
(4)変位に対応するサージボリューム(18)内の圧
力を検出するようにしている。
(Fifth Example) Further, FIG. 13 shows a fifth example. In this example,
Instead of the displacement of the displacer (4), the pressure within the surge volume (18) corresponding to the displacement of the displacer (4) is detected.

すなわち、本実施例では、第14図に示すように、サー
ジボリューム(18)内の圧力はディスプレーサ(4)
の変位に対応していることに基づき、ディスプレーサ(
4)の変位を直接検出する代りに、サージボリューム(
18)内の圧力を検出するための圧力計(37)が具備
されている。
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 14, the pressure within the surge volume (18) is
Based on the fact that it corresponds to the displacement of
4) Instead of directly detecting the displacement of
A pressure gauge (37) is provided for detecting the pressure within 18).

この圧力計(37)の出力信号はコントロールユニット
(50)に入力されており、このコントロールユニット
(50)によりサージボリューム(18)内の圧力が理
想圧力変化特性になるよう、高低圧制御バルブユニット
(20)の開閉タイミング及び開度を学習制御するよう
にしている。
The output signal of this pressure gauge (37) is input to a control unit (50), and this control unit (50) controls the high and low pressure control valve unit so that the pressure in the surge volume (18) has ideal pressure change characteristics. The opening/closing timing and opening degree of (20) are controlled by learning.

つまり、コントロールユニット(50)のメモリ(m2
)には、上記ディスプレーサ(4)の1サイクルにおけ
る理想の変位特性に対応して予め設定されたサージボリ
ューム(18)内の理想の圧力変化特性が記憶されてい
る。また、メモリ(m2)は、ディスプレーサ(4)の
今回の移動サイクルの制御指令を記憶するとともに、上
記圧力計(37)により検出されたサージボリューム(
18)内の圧力変化特性と上記メモリ(m2)における
理想の圧力変化特性との誤差の変化に基づき、上記今回
の移動サイクルの制御指令を修正し次回の移動サイクル
の制御指令として記憶する。
That is, the memory (m2) of the control unit (50)
) stores an ideal pressure change characteristic within the surge volume (18) that is preset in correspondence to the ideal displacement characteristic in one cycle of the displacer (4). The memory (m2) also stores the control command for the current movement cycle of the displacer (4), and also stores the surge volume (
18) Based on the change in error between the pressure change characteristics in the memory (m2) and the ideal pressure change characteristics in the memory (m2), the control command for the current movement cycle is corrected and stored as the control command for the next movement cycle.

さらに、制御部(57)では、上記メモリ(m2)によ
り記憶される今回の移動サイクルの制御指令に基づいて
バルブユニット(20)の開閉タイミングないし開度を
制御するようになされている。
Further, the control section (57) controls the opening/closing timing or opening degree of the valve unit (20) based on the control command for the current movement cycle stored in the memory (m2).

したがって、この実施例の場合、ディスプレーサ(4)
の往復動に伴い、その変位に対応してサージボリューム
(18)内の圧力が第14図に示すように変動する。こ
のサージポリ・ニーム(18)内の圧力が圧力計(37
)によって検出され、この圧力計(37)の出力信号は
コントロールユニット(50)に入力される。コントロ
ールユニット(50)では、サージボリューム(18)
内の圧力変化特性とメモリ(m2)に記憶されている理
想特性との誤差の変化に応じてディスプレーサ(4)の
移動サイクルの制御指令が逐次修正され、その制御部(
57)によりバルブユニット(20)の開閉タイミング
ないし開度が制御される。よって、ディスプレーサ(4
)の゛動きをクールダウン前後でも一定に保持して、そ
のタッピングを常に安定して抑制することができる。
Therefore, in this embodiment, the displacer (4)
With the reciprocating movement of the surge volume (18), the pressure within the surge volume (18) fluctuates as shown in FIG. 14 in response to the displacement. The pressure inside this surge poly neem (18) is measured by the pressure gauge (37).
), and the output signal of this pressure gauge (37) is input to the control unit (50). In the control unit (50), the surge volume (18)
The control command for the movement cycle of the displacer (4) is sequentially modified in accordance with the change in the error between the pressure change characteristics in the internal space and the ideal characteristics stored in the memory (m2).
57) controls the opening/closing timing or opening degree of the valve unit (20). Therefore, the displacer (4
)'s movement before and after cooldown, and its tapping can be suppressed in a stable manner at all times.

特に、この場合、ディスプレーサ(4)の変位を間接的
に検出するセンサとして圧力計(37)を使用するため
、センサの信頼性を高めることができる利点がある。
Particularly in this case, since the pressure gauge (37) is used as a sensor that indirectly detects the displacement of the displacer (4), there is an advantage that the reliability of the sensor can be improved.

(第6実施例) 第15図は第6実施例を示す。この実施例では、基本的
には、上記第5実施例のようにサージボリューム(18
)内の圧力変化を検出する構成とし、このサージボリュ
ーム(18)の圧力に基づき、駆動室(8)とサージボ
リューム(18)の間の流路に配設されるオリフィスバ
ルブ(16)の開度を学習制御するようにしたものであ
る。よって、この実施例でも上記第5実施例と同様の作
用効果を奏することができる。
(Sixth Example) FIG. 15 shows a sixth example. In this embodiment, basically, the surge volume (18
), and based on the pressure of this surge volume (18), the orifice valve (16) located in the flow path between the drive chamber (8) and the surge volume (18) is opened. The degree is controlled by learning. Therefore, this embodiment can also provide the same effects as the fifth embodiment.

尚、上記各実施例では、ディスプレーサ(4)を直接ガ
ス圧により駆動するようにしたが、本発明は、シリンダ
内にスラックピストンを往復動可能に嵌挿して、該ピス
トンによりディスプレーサを駆動するタイプの膨脹機に
対しても適用することができる。
In each of the above embodiments, the displacer (4) is driven directly by gas pressure, but the present invention is of a type in which a slack piston is inserted into a cylinder so as to be able to reciprocate, and the displacer is driven by the piston. It can also be applied to the expansion machine.

また、本発明は、上記各実施例の如きヘリウムガス以外
の冷媒ガスを使用するものへの適用が可能であるのはい
うまでもない。
Furthermore, it goes without saying that the present invention can be applied to systems that use refrigerant gases other than helium gas, such as in each of the above-mentioned embodiments.

(発明の効果) 以上説明の如く、請求項(1)、 (21,(3)及び
(4)記載の発明によれば、ガス圧駆動式の極低温膨張
機において、シリンダに対するディスプレーサの変位、
又はシリンダ内の駆動室に連通ずるサージボリュームの
圧力変化を検出し、そのディスプレーサ変位又は圧力変
化が予め設定した理想特性になるよう、シリンダ内に対
するガスの給排を切り換えるためのバルブ手段、又はシ
リンダ内駆動室の圧力を調整するためのオリフィス手段
を学習制御するようにしたことにより、膨脹機のクール
ダウンの前後でガスの質量流量の変化によってディスプ
レーサの移動抵抗が変化しても、その変位特性又はサー
ジボリューム内圧力特性を、ディスプレーサがその移動
サイクルを繰り返す毎にディスプレーサがシリンダ上下
端に衝突しない理想特性に収束でき、よってクールダウ
ンの前後にも拘らず常に安定して、ディスプレーサのタ
ッピングを抑制して膨脹機の異常振動や騒音を低減する
ことができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the inventions described in claims (1), (21, (3), and (4)), in a gas pressure-driven cryogenic expander, the displacement of the displacer with respect to the cylinder,
Or a valve means or cylinder that detects a pressure change in a surge volume communicating with a drive chamber in the cylinder and switches the supply and discharge of gas to and from the cylinder so that the displacer displacement or pressure change has ideal characteristics set in advance. By learning and controlling the orifice means for adjusting the pressure in the internal drive chamber, even if the movement resistance of the displacer changes due to changes in the gas mass flow rate before and after cool-down of the expander, its displacement characteristics can be maintained. Alternatively, the pressure characteristics within the surge volume can be converged to ideal characteristics that prevent the displacer from colliding with the upper and lower ends of the cylinder each time the displacer repeats its movement cycle, so it is always stable and suppresses tapping of the displacer even before and after cool-down. This makes it possible to reduce abnormal vibrations and noise of the expander.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の構成を示す図である。第2図〜第6図
は本発明の第1実施例を示し、第2図(よその全体構成
図、第3図は制御システムを示すブロック図、第4図は
ディスプレーサの変位特性を示す特性図、第5図は変位
計の取付構造を示す断面図、第6図は変位計の作動原理
を示す電気回路図である。第7図は第2実施例を示す第
2図相当図、第8図は切換バルブの変形例を示す図であ
る。 第9図〜第12図は第3実施例を示し、tIS9図は第
2図相当図、第10図〜第12図はそれぞれオリフィス
バルブの具体例を示す断面図である。第13図及び第1
4図は第5実施例を示し、第13図は第2図相当図、第
14図はサージボリューム内の圧力変化及びディスプレ
ーサの変位の各特性を示す特性図である。第15図は第
6実施例を示す第2図相当図である。第16図は従来に
おけるディスプレーサの変位特性を示す特性図である。 (1)・・・膨脹機、(2)・・・シリンダ、(4)・
・・ディスプレーサ、(8)・・・駆動室、(9)、 
 (10)・・・膨張室、(16)、(16’)・・・
オリフィスバルブ(圧力調整手段)、(18)・・・サ
ージボリューム、(20)・・・高低圧制御バルブユニ
・ソト(バルブ手段)、(23)・・・変位計(ディス
プレーサ変位検出手段)、(28)、(28’)・・・
切換バルブ(圧力調整手段)、(37)・・・圧力計(
圧力検出手段)、(50)・・・コントロールユニット
、(rr++)・・・・メモリ(第1の記憶手段)、(
m2)・・・メモリ(第2の記憶手段)、(57)・・
・制御部(制御手段)。 第 図 第10図 第 図 第 図 晴間 第14図 時間
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the present invention. 2 to 6 show the first embodiment of the present invention, FIG. 2 (another overall configuration diagram), FIG. 3 is a block diagram showing the control system, and FIG. 4 shows the displacement characteristics of the displacer. 5 is a sectional view showing the mounting structure of the displacement meter, and FIG. 6 is an electric circuit diagram showing the operating principle of the displacement meter. FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. Figure 8 is a diagram showing a modified example of the switching valve. Figures 9 to 12 show the third embodiment, tIS9 is a diagram corresponding to Figure 2, and Figures 10 to 12 are diagrams of the orifice valve. 13 and 1 are cross-sectional views showing specific examples.
FIG. 4 shows the fifth embodiment, FIG. 13 is a diagram corresponding to FIG. 2, and FIG. 14 is a characteristic diagram showing the characteristics of the pressure change in the surge volume and the displacement of the displacer. FIG. 15 is a diagram corresponding to FIG. 2 showing the sixth embodiment. FIG. 16 is a characteristic diagram showing the displacement characteristics of a conventional displacer. (1)...Expansion machine, (2)...Cylinder, (4)...
... Displacer, (8) ... Drive chamber, (9),
(10)...expansion chamber, (16), (16')...
Orifice valve (pressure adjustment means), (18)...Surge volume, (20)...High and low pressure control valve Uni-Soto (valve means), (23)...Displacement meter (displacer displacement detection means), ( 28), (28')...
Switching valve (pressure adjustment means), (37)...pressure gauge (
pressure detection means), (50)...control unit, (rr++)...memory (first storage means), (
m2)...Memory (second storage means), (57)...
-Control unit (control means). Figure 10 Figure 10 Clearance Figure 14 Time

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)密閉状のシリンダ(2)と、該シリンダ(2)内
に往復動可能に嵌装され、シリンダ(2)内空間に膨脹
室(9)、(10)を区画形成するディスプレーサ(4
)と、圧縮機から吐出されたヘリウム等の冷媒ガスの上
記膨脹室(9)、(10)に対する給排を切り換えるバ
ルブ手段(20)とを備え、バルブ手段(20)の切換
えに伴いディスプレーサ(4)を往復動させて、冷媒ガ
スの膨脹室(9)、(10)での膨張により極低温レベ
ルの寒冷を発生させる極低温膨張機において、上記ディ
スプレーサ(4)の変位を検出するディスプレーサ変位
検出手段(23)と、上記ディスプレーサ(4)の移動
サイクルにおける予め設定された理想変位特性を記憶す
る第1の記憶手段(m_1)と、今回の移動サイクルの
制御指令及び次回の移動サイクルの制御指令を逐次記憶
し、かつ上記ディスプレーサ変位検出手段(23)によ
り検出されたディスプレーサ(4)の変位特性を上記第
1の記憶手段(m_1)の理想変位特性と比較して、そ
の誤差の変化に基づいて今回の移動サイクルの制御指令
を修正し、次回の移動サイクルの制御指令とする第2の
記憶手段(m_2)と、今回の移動サイクルの制御指令
に基づいて上記バルブ手段(20)を作動制御する制御
手段(57)とを設けたことを特徴とする極低温膨脹機
の制御装置。
(1) A sealed cylinder (2), and a displacer (4) fitted in the cylinder (2) so as to be able to reciprocate and define expansion chambers (9) and (10) in the inner space of the cylinder (2).
) and a valve means (20) for switching the supply and discharge of refrigerant gas such as helium discharged from the compressor to and from the expansion chambers (9) and (10). Displacer displacement detecting the displacement of the displacer (4) in a cryogenic expander that reciprocates and generates cryogenic level cold by expansion of refrigerant gas in the expansion chambers (9) and (10). a detection means (23), a first storage means (m_1) that stores ideal displacement characteristics set in advance in the movement cycle of the displacer (4), and a control command for the current movement cycle and control for the next movement cycle. The commands are sequentially stored, and the displacement characteristics of the displacer (4) detected by the displacer displacement detection means (23) are compared with the ideal displacement characteristics of the first storage means (m_1), and the change in the error is detected. A second storage means (m_2) corrects the control command for the current movement cycle based on the control command for the next movement cycle, and operates the valve means (20) based on the control command for the current movement cycle. A control device for a cryogenic expander, characterized in that it is provided with a control means (57) for controlling.
(2)密閉状のシリンダ(2)と、該シリンダ(2)内
に往復動可能に嵌装され、シリンダ(2)内空間を膨脹
室(9)、(10)及び中間圧室(8)に区画形成する
ディスプレーサ(4)と、上記駆動室(8)の圧力を調
整する圧力調整手段(16)、(28)と、圧縮機から
吐出されたヘリウム等の冷媒ガスの上記膨脹室(9)、
(10)に対する給排を切り換えるバルブ手段(20)
とを備え、バルブ手段(20)の切換えに伴いディスプ
レーサ(4)を往復動させて、冷媒ガスの膨脹室(9)
、(10)での膨張により極低温レベルの寒冷を発生さ
せる極低温膨張機において、上記ディスプレーサ(4)
の変位を検出するディスプレーサ変位検出手段(23)
と、上記ディスプレーサ(4)の移動サイクルにおける
予め設定された理想変位特性を記憶する第1の記憶手段
(m_1)と、今回の移動サイクルの制御指令及び次回
の移動サイクルの制御指令を逐次記憶し、かつ上記ディ
スプレーサ変位検出手段(23)により検出されたディ
スプレーサ(4)の変位特性を上記第1の記憶手段(m
_1)の理想変位特性と比較して、その誤差の変化に基
づいて今回の移動サイクルの制御指令を修正し、次回の
移動サイクルの制御指令とする第2の記憶手段(m_2
)と、今回の移動サイクルの制御指令に基づいて上記圧
力調整手段(16)、(28)を作動制御する制御手段
(57)とを設けたことを特徴とする極低温膨脹機の制
御装置。
(2) A sealed cylinder (2), which is fitted in the cylinder (2) so as to be able to reciprocate, and which expands the space inside the cylinder (2) into expansion chambers (9), (10) and an intermediate pressure chamber (8). a displacer (4) that is partitioned into a displacer (4), pressure adjusting means (16), (28) for adjusting the pressure of the drive chamber (8), and an expansion chamber (9) for the refrigerant gas such as helium discharged from the compressor. ),
Valve means (20) for switching supply and discharge to (10)
The displacer (4) is reciprocated in response to switching of the valve means (20), and the refrigerant gas is expanded into the expansion chamber (9).
, (10) in which the displacer (4) generates cryogenic level cold by expansion.
Displacer displacement detection means (23) for detecting displacement of
and a first storage means (m_1) for storing preset ideal displacement characteristics in the movement cycle of the displacer (4), and for sequentially storing control commands for the current movement cycle and control commands for the next movement cycle. , and the displacement characteristics of the displacer (4) detected by the displacer displacement detection means (23) are stored in the first storage means (m).
The second storage means (m_2) corrects the control command for the current movement cycle based on the change in the error by comparing it with the ideal displacement characteristic of m_1), and uses the control command for the next movement cycle as the control command for the next movement cycle.
), and a control means (57) for controlling the operation of the pressure adjustment means (16) and (28) based on a control command for the current movement cycle.
(3)密閉状のシリンダ(2)と、該シリンダ(2)内
に往復動可能に嵌装され、シリンダ(2)内空間を膨脹
室(9)、(10)及び駆動室(8)に区画形成するデ
ィスプレーサ(4)と、上記駆動室(8)に連通するサ
ージボリューム(18)と、圧縮機から吐出されたヘリ
ウム等の冷媒ガスの上記膨脹室(9)、(10)に対す
る給排を切り換えるバルブ手段(20)とを備え、バル
ブ手段(20)の切換えに伴いディスプレーサ(4)を
往復動させて、冷媒ガスの膨脹室(9)、(10)での
膨張により極低温レベルの寒冷を発生させる極低温膨張
機において、上記サージボリューム(18)内の実際の
圧力を検出する圧力検出手段(37)と、上記ディスプ
レーサ(4)の移動サイクルにおける上記サージボリュ
ーム(18)内の予め設定された理想の圧力変化特性を
記憶する第1の記憶手段(m_1)と、今回の移動サイ
クルの制御指令及び次回の移動サイクルの制御指令を逐
次記憶し、かつ上記圧力検出手段(37)により検出さ
れたサージボリューム(18)内の圧力変化特性を上記
第1の記憶手段(m_1)の理想の圧力変化特性と比較
して、その誤差の変化に基づいて今回の移動サイクルの
制御指令を修正し、次回の移動サイクルの制御指令とす
る第2の記憶手段(m_2)と、今回の移動サイクルの
制御指令に基づいて上記バルブ手段(20)を作動制御
する制御手段(57)とを設けたことを特徴とする極低
温膨脹機の制御装置。
(3) A sealed cylinder (2), fitted in the cylinder (2) so as to be able to reciprocate, and converting the inner space of the cylinder (2) into the expansion chambers (9), (10) and the drive chamber (8). A displacer (4) forming a partition, a surge volume (18) communicating with the drive chamber (8), and supply and discharge of refrigerant gas such as helium discharged from the compressor to and from the expansion chambers (9) and (10). The displacer (4) is reciprocated as the valve means (20) is switched, and the refrigerant gas expands in the expansion chambers (9) and (10) to reach a cryogenic level. In a cryogenic expander that generates cold, pressure detection means (37) detects the actual pressure in the surge volume (18), and pressure detection means (37) detects the actual pressure in the surge volume (18) during the movement cycle of the displacer (4). A first storage means (m_1) that stores the set ideal pressure change characteristics, a control command for the current movement cycle and a control command for the next movement cycle, and the pressure detection means (37) The detected pressure change characteristics in the surge volume (18) are compared with the ideal pressure change characteristics in the first storage means (m_1), and the control command for the current movement cycle is corrected based on the change in error. and a second storage means (m_2) for storing a control command for the next movement cycle, and a control means (57) for controlling the operation of the valve means (20) based on the control command for the current movement cycle. A control device for a cryogenic expansion machine characterized by:
(4)密閉状のシリンダ(2)と、該シリンダ(2)内
に往復動可能に嵌装され、シリンダ(2)内空間を膨脹
室(9)、(10)及び駆動室(8)に区画形成するデ
ィスプレーサ(4)と、上記駆動室(8)に連通するサ
ージボリューム(18)と、上記駆動室(8)の圧力を
調整する圧力調整手段(16)、(28)と、圧縮機か
ら吐出されたヘリウム等の冷媒ガスの上記膨脹室(9)
、(10)に対する給排を切り換えるバルブ手段(20
)とを備え、バルブ手段(20)の切換えに伴いディス
プレーサ(4)を往復動させて、冷媒ガスの膨脹室(9
)、(10)での膨張により極低温レベルの寒冷を発生
させる極低温膨張機において、上記サージボリューム(
18)内の実際の圧力を検出する圧力検出手段(37)
と、上記ディスプレーサ(4)の移動サイクルにおける
上記サージボリューム(18)内の予め設定された理想
の圧力変化特性を記憶する第1の記憶手段(m_1)と
、今回の移動サイクルの制御指令及び次回の移動サイク
ルの制御指令を逐次記憶し、かつ上記圧力検出手段(3
7)により検出されたサージボリューム(18)内の圧
力変化特性を上記第1の記憶手段(m_1)の理想の圧
力変化特性と比較して、その誤差の変化に基づいて今回
の移動サイクルの制御指令を修正し、次回の移動サイク
ルの制御指令とする第2の記憶手段(m_2)と、今回
の移動サイクルの制御指令に基づいて上記圧力調整手段
(16)、(28)を作動制御する制御手段(57)と
を設けたことを特徴とする極低温膨脹機の制御装置。
(4) A sealed cylinder (2), fitted in the cylinder (2) so as to be able to reciprocate, and converting the inner space of the cylinder (2) into the expansion chambers (9), (10) and the drive chamber (8). A displacer (4) forming a partition, a surge volume (18) communicating with the drive chamber (8), pressure adjustment means (16), (28) for adjusting the pressure of the drive chamber (8), and a compressor. The expansion chamber (9) for refrigerant gas such as helium discharged from the
, (10) valve means (20
), and the displacer (4) is reciprocated in response to switching of the valve means (20) to expand the refrigerant gas expansion chamber (9).
), (10) In a cryogenic expander that generates cryogenic level cold by expansion, the surge volume (
18) Pressure detection means (37) for detecting the actual pressure within
and a first storage means (m_1) that stores ideal pressure change characteristics set in advance in the surge volume (18) during the movement cycle of the displacer (4), and a control command for the current movement cycle and the next time. sequentially stores the control commands for the movement cycles of the pressure detecting means (3).
7) The pressure change characteristics in the surge volume (18) detected by the above are compared with the ideal pressure change characteristics in the first storage means (m_1), and the current movement cycle is controlled based on the change in error. A second storage means (m_2) that corrects the command and uses it as a control command for the next movement cycle, and control that operates and controls the pressure adjustment means (16) and (28) based on the control command for the current movement cycle. 1. A control device for a cryogenic expander, comprising means (57).
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