JP2000130874A

JP2000130874A - 蓄冷型冷凍機

Info

Publication number: JP2000130874A
Application number: JP10307386A
Authority: JP
Inventors: Shiyoui Shiyu; 紹偉朱; Arata Kono; 新河野; Masabumi Nogawa; 正文野川; Tatsuo Inoue; 龍夫井上
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12
Also published as: US6279324B1

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄冷型冷凍機に用いる圧力振動装置内の高圧
通路の圧力低下または低圧通路の圧力上昇を軽減して冷
凍性能を向上させるとともに、圧縮機効率の低下を防止
すること。【解決手段】高圧通路３２の途中に高圧側バッファタ
ンク３８を、低圧通路３３の途中に低圧側バッファタン
ク３９を連通させた。このため作動ガスの全吐出流量及
び全吸入流量を増加させることができ、高圧通路３２で
の圧力低下及び低圧通路３３での圧力上昇を防止するこ
とができ、ひいては冷凍性能を向上させることができ
る。また、高圧通路３２及び低圧通路３３での圧力が安
定し、高圧通路３２内または低圧通路３３内での作動ガ
スの脈動を防止もしくは低減できるので、脈動による圧
縮機の効率低下を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に蓄冷材が充
填された蓄冷器を用いる蓄冷型冷凍機に関し、特に、こ
の種の冷凍機に用いる圧力振動装置の改良に係るもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、図６に示すような蓄冷型冷凍
機１０４が知られている。この蓄冷型冷凍機１０４は、
蓄冷器１１、コールドヘッド１２、膨張部１３を順次連
結して構成される冷凍発生部１０と、蓄冷器１１に連結
され冷凍発生部１０内の作動流体の圧力振動を生ぜしめ
る圧力振動装置２０とを備えてなる。圧力振動装置２０
は、吐出口２１ａ及び吸入口２１ｂを持つ圧縮機２１
と、一端が圧縮機２１の吐出口２１ａに連通した高圧通
路２２と、一端が圧縮機２１の吸入口２１ｂに連通した
低圧通路２３と、高圧通路２２の他端に連通した高圧開
閉弁２４と、低圧通路２３の他端に連通した低圧開閉弁
２５と、高圧開閉弁２４と蓄冷器１１とを連結する高圧
側連結通路２６と、低圧開閉弁２５と蓄冷器１１とを連
結する低圧側連結通路２７とを具備するもので構成され
る。

【０００３】膨張部１３としては、ＧＭ（ギフォード・
マクマホン）冷凍機やＳＶ（ソルベイ）冷凍機の場合に
はピストン等の機械的に容積変化を起こさせるもので、
またＧＭ型パルス管冷凍機の場合には中空の空間容積を
持つパルス管によって構成される。

【０００４】上記構成の蓄冷型冷凍機１０４において、
高圧開閉弁２４と低圧開閉弁２５の開閉タイミングによ
って発生させた周期的な圧力振動を冷凍発生部１０内の
作動空間（蓄冷器１１、コールドヘッド１２、膨張部１
３等とそれらの連結流路で成る空間）側に導入し、その
圧力振動を利用して膨張部１３で冷凍出力を発生させ、
それをコールドヘッド１２を介して取出すものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の蓄冷型冷凍
機では、その運転サイクル中、高圧開閉弁を開として圧
力振動装置の高圧通路から冷凍発生部内の作動空間側に
作動ガスを流出する行程では、高圧通路の圧力は、通常
はその圧力を維持できずにいくらか低下し、次の行程で
高圧開閉弁が閉になると、高圧通路の圧力が上昇すると
いう現象が観測される。また、低圧開閉弁を開として冷
凍発生部内の作動空間側から圧力振動装置の低圧通路に
作動ガスが流入する行程では、低圧通路の圧力は、通常
はその圧力を維持できずにいくらか上昇し、次の行程で
低圧開閉弁が閉になると、低圧通路の圧力が上昇すると
いう現象が観測される。このような高圧通路内圧の低下
と低圧通路内圧の上昇は、作動空間内の作動ガスの挙動
にも悪影響を与え、冷凍性能の低下につながることにな
る。即ち、低圧開閉弁が閉じ高圧開閉弁が開いた瞬間に
高圧通路内圧が低下するので、作動空間内の圧力は設定
高圧に緩やかに漸近し、時には設定高圧に達しない場合
も起こり得る。同様に、高圧開閉弁が閉じ低圧開閉弁が
開いた瞬間に低圧通路内圧が上昇するので、作動空間内
の圧力は設定低圧に緩やかに漸近し、時には設定低圧に
達しない場合も起こり得る。作動ガスの設定高圧や設定
低圧への緩やかな漸近は、この種の冷凍機においてＰＶ
仕事若しくは仮想ＰＶ仕事を小さくする結果を招く。同
様に、作動ガスが設定高圧や設定低圧に達しない場合も
ＰＶ仕事若しくは仮想ＰＶ仕事を小さくする結果を招
く。いずれの場合にしても、高圧通路内圧の低下及び低
圧通路内圧の上昇は、冷凍性能の低下を招くこととな
る。また、高圧通路と低圧通路とで１サイクル中に圧力
が変動して両通路内で作動ガスが脈動し、この脈動によ
り圧縮機の効率が低下するという問題も起こる。

【０００６】故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、蓄冷型冷凍機において、該蓄冷型冷凍機
に用いる圧力振動装置内の高圧通路の圧力低下または低
圧通路の圧力上昇を軽減して圧縮機の効率低下を防止す
るとともに、冷凍機の冷凍性能を向上させることを技術
的課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、まず、高
圧開閉弁を開として圧力振動装置の高圧通路から冷凍発
生部内の作動空間側へ作動ガスを流出する行程での高圧
通路内の圧力低下現象について鋭意研究を行った結果、
高圧開閉弁の開弁作用に伴い高圧通路内の作動ガスが冷
凍発生部側へ流出するときの流出流量が、圧縮機から高
圧通路に吐出される作動ガスの吐出流量を上回り、この
ため高圧通路内の作動ガスが膨張して瞬間的に圧力低下
が起こることを突き止めた。従って、作動ガスの上記吐
出流量を増加することにより上記圧力低下を軽減するこ
とができることに着眼し、本発明をするに至った。即
ち、上記技術的課題を解決するためになされた請求項１
の発明は、蓄冷器を備える冷凍発生部と、該冷凍発生部
に連結され前記冷凍発生部内の作動流体の圧力振動を生
ぜしめる圧力振動装置とを具備する蓄冷型冷凍機におい
て、前記圧力振動装置は、吐出口及び吸入口を持つ圧縮
機と、一端が前記圧縮機の吐出口に連通した高圧通路
と、一端が前記圧縮機の吸入口に連通した低圧通路と、
前記高圧通路の他端に連通した高圧開閉弁と、前記低圧
通路の他端に連通した低圧開閉弁と、前記高圧開閉弁と
前記冷凍発生部とを連結する高圧側連結通路と、前記低
圧開閉弁と前記冷凍発生部とを連結する低圧側連結通路
と、前記高圧通路の途中に連通した高圧源とを具備する
ことを特徴とする蓄冷型冷凍機としたことである。

【０００８】上記発明によれば、高圧通路の途中に高圧
源が連通されているので、高圧開閉弁が開となった瞬間
での作動ガスの吐出流量は、圧縮機から吐出される本来
の吐出流量分に加え、高圧源から吐出される吐出流量分
が加味される。このため作動ガスの全吐出流量を増加さ
せることができる。従って、高圧通路での圧力低下を防
止することができ、ひいては冷凍性能を向上させること
ができる。また、高圧通路での圧力が安定し、該高圧通
路内での脈動を防止もしくは低減できるので、脈動によ
る圧縮機の効率低下を防止することができる。

【０００９】高圧源は高圧開閉弁の近傍で高圧通路に連
通されていることが好ましい。高圧源が高圧開閉弁から
遠い位置で高圧通路に連通されている場合、高圧開閉弁
が開弁した際に高圧源から吐出される作動ガスの応答遅
れが生じ、高圧源からの作動ガスの補充効果を充分に発
揮することができない場合がある。これに対し、高圧源
が高圧開閉弁の近傍で高圧通路に連通されていれば、高
圧開閉弁が開弁した際に高圧源から吐出される作動ガス
が瞬時に応答するので、高圧源からの作動ガスの補充効
果が確実に発揮できる。

【００１０】また、高圧源としては、圧力振動装置に使
用する圧縮機とは別の圧縮機の吐出口等を利用すること
も考えられるが、請求項２の発明のように、高圧源を高
圧側バッファタンクとするのが好ましい。高圧源として
高圧側バッファタンクを使用することにより、この高圧
側バッファタンクを、高圧開閉弁が開となった瞬間での
高圧源として利用できるのみならず、高圧側バッファタ
ンクのタンク内空間を高圧通路内空間として利用でき
る。このことは、高圧通路内空間を増加させ、高圧開閉
弁が閉状態のときの高圧通路内空間の圧力増加の緩和に
つながる。従って、高圧開閉弁が閉状態のときの圧縮機
の入力仕事が軽減され、冷凍効率が一層向上するもので
ある。

【００１１】次に、本発明者等は、低圧開閉弁を開とし
て冷凍発生部内の作動空間から圧力振動装置の低圧通路
へ作動ガスが流入する行程での低圧通路内の圧力上昇現
象について鋭意研究を行った結果、低圧開閉弁の開弁作
用に伴い冷凍発生部の作動空間内の作動ガスが圧力振動
装置の低圧通路へと流入する流入流量が、低圧通路から
圧縮機に吸入される作動ガスの吸入流量を上回り、この
ため瞬間的に低圧通路内の作動ガスが圧縮され、これが
原因で圧力上昇が起こることを突き止めた。従って、作
動ガスの上記吸入流量を増加させることにより、低圧通
路内での作動ガスの圧縮を防止して圧力上昇を軽減する
ことができることに着眼し、本発明をするに至った。即
ち、上記技術的課題を解決するためになされた請求項３
の発明は、蓄冷器を備える冷凍発生部と、該冷凍発生部
に連結され前記冷凍発生部内の作動流体の圧力振動を生
ぜしめる圧力振動装置とを具備する蓄冷型冷凍機におい
て、前記圧力振動装置は、吐出口及び吸入口を持つ圧縮
機と、一端が前記圧縮機の吐出口に連通した高圧通路
と、一端が前記圧縮機の吸入口に連通した低圧通路と、
前記高圧通路の他端に連通した高圧開閉弁と、前記低圧
通路の他端に連通した低圧開閉弁と、前記高圧開閉弁と
前記冷凍発生部とを連結する高圧側連結通路と、前記低
圧開閉弁と前記冷凍発生部とを連結する低圧側連結通路
と、前記低圧通路の途中に連通した低圧源とを具備する
ことを特徴とする蓄冷型冷凍機としたことである。

【００１２】上記発明によれば、低圧通路の途中に低圧
源が連通されているので、低圧開閉弁が開となった瞬間
での作動ガスの吸入流量は、圧縮機へ吸入される本来の
吸入流量分に加え、低圧源に吸入される吸入流量分が加
味される。このため作動ガスの全吸入流量を増加させる
ことができる。従って、低圧通路での圧力上昇を軽減す
ることができ、ひいては冷凍性能を向上させることがで
きる。また、低圧通路での圧力が安定し、該低圧通路内
での脈動を防止もしくは低減できるので、脈動による圧
縮機の効率低下を防止することができる。

【００１３】低圧源は低圧開閉弁の近傍で低圧通路に連
通されていることが好ましい。低圧源が低圧開閉弁から
遠い位置で低圧通路に連通されている場合、低圧開閉弁
が開弁した際に低圧源に吸入される作動ガスの応答遅れ
が生じ、低圧源への作動ガスの吸入効果を充分に発揮す
ることができない場合がある。これに対し、低圧源が低
圧開閉弁の近傍で低圧通路に連通されていれば、低圧開
閉弁が開弁した際に作動ガスが瞬時に低圧源へ吸入され
るので、低圧源への作動ガスの吸入効果が確実に発揮で
きる。

【００１４】また、低圧源としては、圧力振動装置に使
用する圧縮機とは別の圧縮機の吸入口等を利用すること
も考えられるが、請求項４の発明のように、低圧源を低
圧側バッファタンクとするのが好ましい。低圧源として
低圧側バッファタンクを使用することにより、この低圧
側バッファタンクを、低圧開閉弁が開となった瞬間での
低圧源として利用できるのみならず、低圧側バッファタ
ンクのタンク内空間を低圧通路内空間として利用でき
る。このことは、低圧通路内空間を増加させ、低圧開閉
弁が閉状態のときの低圧内空間の圧力減少の緩和につな
がる。従って、低圧開閉弁が閉状態のときの圧縮機の入
力仕事が軽減され、冷凍効率が一層向上するものであ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。尚、以下の実施形態例において、従来技術
と同一部分については同一の符号で示すものとする。

【００１６】図１は、本発明の実施例における蓄冷型冷
凍機１０１の構成概略図である。この蓄冷型冷凍機１０
１は、蓄冷器１１、コールドヘッド１２、膨張部１３を
順次連結して構成される冷凍発生部１０と、蓄冷器１１
に連結され冷凍発生部１０内の作動流体の圧力振動を生
ぜしめる圧力振動装置３０とを備えてなる。

【００１７】圧力振動装置３０は、吐出口３１ａ及び吸
入口３１ｂを持つ圧縮機３１と、一端が圧縮機３１の吐
出口３１ａに連通した高圧通路３２と、一端が圧縮機３
１の吸入口３１ｂに連通した低圧通路３３と、高圧通路
３２の他端に連通した高圧開閉弁３４と、低圧通路３３
の他端に連通した低圧開閉弁３５と、高圧開閉弁３４と
蓄冷器１１とを連結する高圧側連結通路３６と、低圧開
閉弁３５と蓄冷器１１とを連結する低圧側連結通路３７
と、高圧通路３２の途中に連通した高圧源としての高圧
側バッファタンク３８と、低圧通路３３の途中に連通し
た低圧源としての低圧側バッファタンク３９とを具備す
るもので構成される。

【００１８】膨張部１３としては、ＧＭ（ギフォード・
マクマホン）冷凍機やＳＶ（ソルベイ）冷凍機の場合に
はピストン等の機械的に容積変化を起こさせるもので、
またＧＭ型パルス管冷凍機の場合には中空の空間容積を
持つパルス管によって構成される。

【００１９】上記構成の蓄冷型冷凍機１０１において、
高圧開閉弁３４と低圧開閉弁３５の開閉タイミングによ
って発生させた周期的な圧力振動を冷凍発生部１０内の
作動空間（蓄冷器１１、コールドヘッド１２、膨張部１
３等とそれらの連結流路で成る空間）側に導入し、その
圧力振動を利用して膨張部１３で冷凍出力を発生させ、
それをコールドヘッド１２を介して取出すものである。

【００２０】図２は、図１の蓄冷型冷凍機１０１におけ
る高圧開閉弁３４及び低圧開閉弁３５の開閉状態と、各
部位における圧力変化を併記したグラフ、図３は、比較
のために参照する従来技術で説明した図６の蓄冷型冷凍
機１０４における高圧開閉弁２４及び低圧開閉弁２５の
開閉状態と、各部位における圧力変化を併記したグラフ
である。尚、図２、図３の下部の高圧及び低圧開閉弁の
開閉状態を示すグラフにおいて、太線部分はそれぞれの
開閉弁が開状態であることを、細線部分はそれぞれの開
閉弁が閉状態であることを示す。また、図２、図３の上
部の圧力変化を示すグラフにおいて、上側の細線Ａが、
高圧通路内の部位（図１及び図６における点Ａで示す部
位）での圧力変化を、下側の細線Ｂが、低圧通路内の部
位（図１及び図３における点Ｂで示す部位）での圧力変
化を、太線Ｃが、作動空間内（図１及び図３における点
Ｃで示す部位）での圧力変化を示すものである。

【００２１】まず、図２及び図３の区間Ｉ（高圧開閉弁
が閉であり、低圧開閉弁が開である状態）に着目してみ
ると、図２の細線Ａで示す高圧通路３２内の圧力変化
は、時間がたつにつれて比較的緩やかに上昇しており、
圧力の上昇勾配が小さいことがわかる。これに対し、図
３の細線Ａで示す高圧通路２２内の圧力変化は、図２の
ものよりも圧力の上昇勾配が大きいことがわかる。これ
は、本例においては、高圧通路３２に高圧側バッファタ
ンク３８が連通しており、この高圧側バッファタンク３
８内の空間が高圧通路内の空間として作用し、見かけ上
高圧通路内の容積が従来のものよりも大きくなっている
ことに起因している。即ち、本例の蓄冷型冷凍機１０１
においては、高圧開閉弁３４が閉の間、圧縮機３１の吐
出口３１ａから吐出される作動ガスの充填空間は、高圧
通路３２内の空間に高圧側バッファタンク３８内の空間
を加えたものであるので、作動ガスの充填空間が従来よ
りも大きく取れ、このため圧力の上昇勾配が小さくな
る。これに対し、従来の蓄冷型冷凍機１０４において
は、高圧通路２２にバッファタンクが連通していないの
で、高圧開閉弁２４が閉の間、圧縮機２１の吐出口２１
ａから吐出される作動ガスの充填空間は、高圧通路２２
内の空間のみであり、このため圧力の上昇勾配が本例の
ものよりも大きくなるものである。

【００２２】高圧通路の圧力上昇勾配が大きくなるとい
うことは、それだけ圧縮機の負荷が変動するということ
であり、圧縮機の耐久性を考慮した場合に好ましくな
い。これに対し、本例では、高圧通路３２の圧力上昇勾
配は従来よりも小さいので、圧縮機３１の負荷変動が小
さく、圧縮機３１の耐久性をさらに向上させることがで
きる。

【００２３】また、区間Ｉでの終了時点での高圧通路内
の圧力を見ると、図３に示す従来の蓄冷型冷凍機では、
設定高圧からからなり上回った圧力となっている。これ
に対し、図２に示す本例の蓄冷型冷凍機では、設定高圧
よりもわずかに大きい圧力値を示すが、図３に比べて低
く抑えられ、設定高圧にかなり近い値となっている。こ
の理由は、前述したように、本例の蓄冷型冷凍機１０１
は、高圧通路３２の途中に高圧側バッファタンク３８が
連通していることで高圧通路３２での圧力上昇勾配が小
さくなり、その結果、最終的な高圧通路内圧も小さく抑
えられるのに対し、従来の蓄冷型冷凍機１０４では、高
圧通路２２での圧力上昇勾配が大きいので、最終的な高
圧通路内圧も大きくなるためである。このため本例にお
ける蓄冷型冷凍機１０１の圧縮機３１にかかる負荷は、
最終的な高圧通路内圧が低く抑えられることから、従来
の蓄冷型冷凍機１０４の圧縮機２１にかかる負荷よりも
少なく、圧縮機の入力仕事が軽減でき、ひいては冷凍効
率を向上させることができる。

【００２４】次に、区間Ｉから区間ＩＩ（高圧開閉弁が
開であり、低圧開閉弁が閉である状態）に切り換わる瞬
間での各部位の圧力変化に着目すると、図２における高
圧通路内の圧力は、若干低下する（図示点ａ）が、それ
ほど落ち込まずにすぐに上昇していることがわかる。こ
れは、以下の理由に基づく。即ち、高圧開閉弁３２が閉
から開に切り換わった瞬間に高圧通路３２から冷凍発生
部１０に作動ガスが流出するが、この流出ガスを補うべ
く、圧縮機３１の吐出口３１ａから作動ガスが吐出され
るとともに、高圧側バッファタンク３８からも作動ガス
が吐出される。このため高圧側バッファタンク３８から
吐出される分だけ作動ガスの全吐出流量が増加し、作動
ガスの流出分を充分に補うことができ、この結果、作動
ガスの流出量に対して吐出量が少ないことによって生じ
る高圧通路内での圧力低下が比較的少な目に抑えられる
のである。これに対し、図３における高圧通路内の圧力
は、図から明らかなようにかなり低下している。これ
は、高圧通路に高圧側バッファタンクが連通していない
ので、高圧通路に吐出される作動ガスは圧縮機から吐出
される分のみであり、開閉弁が切り換わった瞬間に、高
圧通路から冷凍発生部に流出する作動ガス分を圧縮機か
らの吐出分で補いきれず、このため圧力低下が激しく起
こるのである。

【００２５】また、このときにおける作動空間内の圧力
変化を見ると、図２に示す本例の蓄冷型冷凍機では、設
定低圧から急峻に立ち上がってすぐに高圧通路内の圧力
に漸近する。これに対し、図３に示す従来の蓄冷型冷凍
機では、設定低圧から緩やかに立ち上がり、高圧通路内
の圧力に緩やかに漸近しているのがわかる。この違いは
以下の理由による。即ち、図２においては、区間Ｉから
区間ＩＩに切り換わった瞬間の高圧通路内の圧力低下が
少ないために、作動空間内の圧力と高圧通路内の圧力と
の圧力差が充分取れ、このため作動空間内の圧力は急峻
に立ち上がり、高圧通路内の圧力にすぐに漸近する。こ
れに対し、図３においては、区間Ｉから区間ＩＩに切り
換わった瞬間の高圧通路内の圧力低下が大きいので、作
動空間内の圧力と高圧通路内の圧力との圧力差が充分に
とれず、このため作動空間内の圧力は緩やかに上昇し、
高圧通路内の圧力に緩やかに漸近するのである。

【００２６】次に、区間ＩＩに着目してみると、図２の
細線Ｂで示す低圧通路３３内の圧力変化は、時間がたつ
につれて比較的緩やかに下降しており、圧力の下降勾配
が小さいことがわかる。これに対し、図３の細線Ｂで示
す低圧通路２３内の圧力変化は、図２のものよりも圧力
の下降勾配が大きいことがわかる。これは、本例におい
ては、低圧通路３３に低圧側バッファタンク３９が連通
しており、この低圧側バッファタンク３９内の空間が低
圧通路内の空間として作用し、見かけ上低圧通路内の容
積が従来のものよりも大きくなっていることに起因して
いる。即ち、本例の蓄冷型冷凍機１０１においては、低
圧開閉弁３５が閉の間、圧縮機３１の吸入口３１ｂへ吸
入される作動ガスの吸入空間は、低圧通路３３内の空間
に低圧側バッファタンク３９内の空間を加えたものであ
るので、作動ガスの吸入空間が従来よりも大きく取れ、
このため吸入時の圧力の下降勾配が小さくなる。これに
対し、従来の蓄冷型冷凍機１０４においては、低圧通路
２３にバッファタンクが連通していないので、低圧開閉
弁２５が閉の間、圧縮機２１の吸入口２１ｂに吸入され
る作動ガスの吸入空間は低圧通路２３内の空間のみであ
り、このため吸入時の圧力の下降勾配が本例のものより
も大きくなるものである。

【００２７】低圧通路の圧力下降勾配が大きくなるとい
うことは、それだけ圧縮機の負荷が変動するということ
であり、圧縮機の耐久性を考慮した場合に好ましくな
い。これに対し、本例では、低圧通路３３の圧力下降勾
配は従来よりも小さいので、圧縮機３１の負荷変動が小
さく、圧縮機３１の耐久性をさらに向上させることがで
きる。

【００２８】また、区間ＩＩでの終了時点での低圧通路
内の圧力を見ると、図３に示す従来の蓄冷型冷凍機で
は、設定低圧からからなり下回った圧力となっている。
これに対し、図２に示す本例の蓄冷型冷凍機では、設定
低圧よりもわずかに小さい圧力値を示すが、図３に比べ
て高く抑えられ、設定低圧にかなり近い値となってい
る。この理由は、前述したように、本例の蓄冷型冷凍機
は、低圧通路の途中に低圧側バッファタンクが連通して
いることで低圧通路での圧力下降勾配が小さくなり、そ
の結果、最終的な低圧通路内圧も小さく抑えられるのに
対し、従来の蓄冷型冷凍機では、低圧通路での圧力上昇
勾配が大きいので、最終的な低圧通路内圧も大きくなる
ためである。このため本例における蓄冷型冷凍機の圧縮
機にかかる負荷は、最終的な低圧通路内圧が低く抑えら
れることから、従来の蓄冷型冷凍機の圧縮機にかかる負
荷よりも少なく、圧縮機の入力仕事が軽減でき、ひいて
は冷凍効率を向上させることができる。

【００２９】次に、区間ＩＩから区間ＩＩＩ（高圧開閉
弁が閉であり、低圧開閉弁が開である状態）に切り換わ
る瞬間での各部位の圧力変化に着目すると、図２におけ
る低圧通路内の圧力は、若干上昇する（図示点ｂ）が、
それほど落ち込まずにすぐに低下していることがわか
る。これは、以下の理由に基づく。即ち、低圧開閉弁３
３が閉から開に切り換わった瞬間に冷凍発生部１０から
低圧通路３３へ作動ガスが流入するが、この流入ガスを
吸入すべく、圧縮機３１の吸入口３１ｂに作動ガスが吸
入されるとともに、低圧側バッファタンク３９へも作動
ガスが吸入される。このため低圧側バッファタンク３９
に吸入される分だけ作動ガスの全吸入流量が増加し、作
動ガスの流入分に見合った量の作動ガスを吸入すること
ができ、この結果、作動ガスの流入量に対して吸入量が
少ないことによって生じる低圧通路内での圧力上昇が比
較的少な目に抑えられるのである。これに対し、図３に
おける低圧通路内の圧力は、図からあきらかなようにか
なり低下している。これは、低圧通路に低圧側バッファ
タンクが連通していないので、低圧通路内の作動ガスの
吸入量は圧縮機の吸入口に吸入される分のみであり、低
圧開閉弁が閉から開に切り換わった瞬間に、冷凍発生部
から低圧通路に流入する作動ガス分を圧縮機での吸入で
は補いきれず、このため圧力上昇が激しく起こるのであ
る。

【００３０】また、このときにおける作動空間内の圧力
変化を見ると、図２に示す本例の蓄冷型冷凍機では、設
定高圧から急峻に立ち下がってすぐに低圧通路内の圧力
に漸近する。これに対し、図３に示す従来の蓄冷型冷凍
機では、設定高圧から緩やかに立ち下がり、低圧通路内
の圧力に緩やかに漸近しているのがわかる。この違いは
以下の理由による。即ち、図２においては、区間ＩＩか
ら区間ＩＩＩに切り換わった瞬間の低圧通路内の圧力上
昇が少ないために、作動空間内の圧力と高圧通路内の圧
力との圧力差が充分取れ、このため作動空間内の圧力は
急峻に立ち下がり、低圧通路内の圧力にすぐに漸近す
る。これに対し、図３においては、区間ＩＩから区間Ｉ
Ｉに切り換わった瞬間の低圧通路内の圧力上昇が大きい
ので、作動空間内の圧力と低圧通路内の圧力との圧力差
が充分にとれず、このため作動空間内の圧力は緩やかに
上昇し、低圧通路内の圧力に緩やかに漸近するのであ
る。

【００３１】また、区間Ｉの終点時点及び区間ＩＩの終
点時点における作動空間内の圧力は、図２の場合は、区
間Ｉにおいては設定低圧に、区間ＩＩにおいては設定高
圧に達しているが、図３の場合は、区間Ｉにおいては設
定低圧よりも高く、区間ＩＩにおいては設定高圧よりも
低くなっている。この違いは、以下の理由により説明で
きる。即ち、図３における従来の蓄冷型冷凍機では、区
間Ｉの開始時点において低圧開閉弁が開となった瞬間に
おける低圧通路の圧力上昇が大きいので、区間Ｉの終点
時点において低圧開閉弁が閉となるまでに低圧通路内の
圧力が設定低圧にまで下降できず、このため低圧通路内
圧に漸近する作動空間内圧も当然設定低圧まで下降でき
ない。同様に、従来の蓄冷型冷凍機では、区間ＩＩの開
始時点において高圧開閉弁が開となった瞬間における高
圧通路の圧力低下が大きいので、区間ＩＩの終点時点に
おいて高圧開閉弁が閉となるまでに高圧通路内の圧力が
設定高圧にまで上昇できず、このため高圧通路内圧に漸
近する作動空間内圧も当然設定高圧まで上昇できない。
これに対し、本例の蓄冷型冷凍機では、区間Ｉの開始時
点における低圧通路内の圧力上昇及び区間ＩＩの開始時
点における高圧通路内の圧力低下が少ないので、区間Ｉ
の終了時点における低圧通路内圧及び区間ＩＩの終了時
点における高圧通路内圧はそれぞれ設定低圧及び設定高
圧にすることができ、この結果、区間Ｉにおいて低圧通
路内圧に漸近し、区間ＩＩにおいて高圧通路内圧に漸近
する作動空間内圧は、区間Ｉの終了時点では設定低圧
に、区間ＩＩの終了時点では設定高圧にすることができ
るのである。

【００３２】区間Ｉ及び区間ＩＩの終点時点における作
動空間内の圧力と、開閉弁の切り換わり時点における作
動空間内圧の立ち上がりまたは立ち下がり勾配は、蓄冷
型冷凍機の冷凍性能に大きく影響する。本例のように区
間Ｉ及び区間ＩＩの終了時点における作動空間内の圧力
が設定圧にまで十分に上昇または下降してる場合は、十
分に設定圧にまで上昇または下降していない従来技術よ
りも、冷凍効率の向上が望める。また、本例のように開
閉弁の切り換わり時点における作動空間内圧の立ち上が
りまたは立ち下がりが急峻である場合は、作動空間内圧
の立ち上がりまたは立ち下がりが緩やかな従来技術より
も、冷凍効率の向上が望める。

【００３３】また、高圧側バッファタンク３８は高圧開
閉弁３４の近傍で高圧通路３２に連通されていることが
好ましい。高圧側バッファタンク３８が高圧開閉弁３４
から遠い位置で高圧通路３２に連通されている場合、高
圧開閉弁３４が開弁した際に高圧側バッファタンク３８
から吐出される作動ガスの応答遅れが生じ、高圧側バッ
ファタンク３８からの作動ガスの補充効果を充分に発揮
することができない場合がある。これに対し、高圧側バ
ッファタンク３８が高圧開閉弁３４の近傍で高圧通路３
２に連通されていれば、高圧開閉弁３４が開弁した際に
高圧側バッファタンク３８から吐出される作動ガスが瞬
時に応答するので、高圧側バッファタンク３８からの作
動ガスの補充効果が確実に発揮できる。

【００３４】同様に、低圧側バッファタンク３９は低圧
開閉弁３５の近傍で低圧通路３３に連通されていること
が好ましい。低圧側バッファタンク３９が低圧開閉弁３
５から遠い位置で低圧通路３３に連通されている場合、
低圧開閉弁３５が開弁した際に低圧側バッファタンク３
９に吸入される作動ガスの応答遅れが生じ、低圧側バッ
ファタンク３９への作動ガスの吸入効果を充分に発揮す
ることができない場合がある。これに対し、低圧側バッ
ファタンク３９が低圧開閉弁３５の近傍で低圧通路３３
に連通されていれば、低圧開閉弁３５が開弁した際に作
動ガスが瞬時に低圧側バッファタンク３９へ吸入される
ので、低圧側バッファタンク３９への作動ガスの吸入効
果が確実に発揮できる。

【００３５】尚、高圧側バッファタンク３８及び低圧側
バッファタンク３９の大きさについては、大きければ大
きい程、本発明に則した効果も大きくなるが、好ましく
は、作動空間の容積の１〜１０倍程度である。作動空間
の容積の１倍以下であると、本発明に則した効果が薄れ
る。また、作動空間の容積の１０倍以上であると、スペ
ース的な不利益が生じる。ただし、上記範囲以外の大き
さのバッファタンクでも、本発明の効果を奏すること
は、いうまでもない。

【００３６】以上のように、本例の蓄冷型冷凍機１０１
は、蓄冷器１１を備える冷凍発生部１０と、該冷凍発生
部１０に連結され冷凍発生部１０内の作動流体の圧力振
動を生ぜしめる圧力振動装置３０とを具備し、圧力振動
装置３０は、吐出口３１ａ及び吸入口３１ｂを持つ圧縮
機３１と、一端が圧縮機３１の吐出口３１ａに連通した
高圧通路３２と、一端が圧縮機３１の吸入口３１ｂに連
通した低圧通路３３と、高圧通路３２の他端に連通した
高圧開閉弁３４と、低圧通路３３の他端に連通した低圧
開閉弁３５と、高圧開閉弁３４と冷凍発生部１０とを連
結する高圧側連結通路３６と、低圧開閉弁３５と冷凍発
生部１０とを連結する低圧側連結通路３７と、高圧通路
３２の途中に連通した高圧源としての高圧側バッファタ
ンク３８を具備するので、高圧開閉弁３４が開となった
瞬間での作動ガスの吐出流量は、圧縮機３１から吐出さ
れる本来の吐出流量分に加え、高圧側バッファタンク３
８から吐出される吐出流量分が加味される。このため作
動ガスの全吐出流量を増加させることができ、高圧通路
３２での圧力低下を防止することができ、ひいては冷凍
性能を向上させることができる。また、高圧通路３２で
の圧力が安定し、該高圧通路３２内での作動ガスの脈動
を防止もしくは低減できるので、脈動による圧縮機３１
の効率低下を防止することができる。

【００３７】また、本例の蓄冷型冷凍機１０１は、低圧
通路３３の途中にも低圧源としての低圧側バッファタン
ク３９が連通されているので、低圧開閉弁３５が開とな
った瞬間での作動ガスの吸入流量は、圧縮機３１へ吸入
される本来の吸入流量分に加え、低圧側バッファタンク
３９に吸入される吸入流量分が加味される。このため作
動ガスの全吸入流量を増加させることができ、低圧通路
３３での圧力低下を軽減することができ、ひいては冷凍
性能を向上させることができる。また、低圧通路３３で
の圧力が安定し、該低圧通路３３内での作動ガスの脈動
を防止もしくは低減できるので、脈動による圧縮機３１
の効率低下を防止することができる。

【００３８】

【実施例】（第１実施例）図４は、本発明の第１実施例
にかかる蓄冷型冷凍機であり、ＧＭ型パルス管冷凍機で
ある。このＧＭ型パルス管冷凍機は、蓄冷器１１、コー
ルドヘッド１２、パルス管１４、オリフィス１５ａ及び
バッファタンク１５ｂよりなる位相調節部１５を順次連
結して構成される冷凍発生部４０と、蓄冷器１１に連結
され冷凍発生部４０内の作動流体の圧力振動を生ぜしめ
る圧力振動装置３０とを備えてなる。尚、圧力振動装置
３０の詳細構成は、上記発明の実施の形態で説明した図
２に示す蓄冷型冷凍機の圧力振動装置３０と同一構成で
あるので、同一符号で示してその具体的説明を省略す
る。

【００３９】上記構成の蓄冷型冷凍機１０２において、
高圧開閉弁３４と低圧開閉弁３５の開閉タイミングによ
って発生させた周期的な圧力振動が冷凍発生部４０内の
作動空間（蓄冷器１１、コールドヘッド１２、パルス管
１４等とそれらの連結流路で成る空間）側に導入され
る。また、位相調節部１５の作用により作動空間内の作
動ガスの圧力振動と変位とに位相差がつけられる。この
位相差を最適に制御することで、パルス管１４の低温端
部（コールドヘッド１２に隣接する側の端部）で冷凍出
力を発生させ、それをコールドヘッド１２を介して取出
すものである。

【００４０】（第２実施例）図５は、本発明の第２実施
形態例にかかる蓄冷型冷凍機であり、ＧＭ冷凍機であ
る。このＧＭ冷凍機１０３は、蓄冷器１１、コールドヘ
ッド１２、膨張部１６を順次連結して構成される冷凍発
生部５０と、蓄冷器１１に連結され冷凍発生部５０内の
作動流体の圧力振動を生ぜしめる圧力振動装置３０とを
備えてなる。尚、圧力振動装置３０の詳細構成は、上記
実施例で説明した図２に示す蓄冷型冷凍機の圧力振動装
置３０と同一構成であるので、同一符号で示してその具
体的説明を省略する。

【００４１】膨張部１６は、シリンダ１６ａと、ディス
プレーサピストン１６ｂとよりなり、ディスプレーサピ
ストン１６ｂは図示せぬ外部駆動機構等によってシリン
ダ１６ａ内を往復動可能にされている。また、シリンダ
１６ａとディスプレーサピストン１６ｂの前面で区画さ
れた空間で膨張空間１７を画成している。尚、ディスプ
レーサピストン１６ｂの背面空間と蓄冷器１１の高温端
部（コールドヘッド１２とは反対側の端部）とは、通路
１８で連結されている。この通路１８は、ディスプレー
サピストン１６ｂの前面圧と背面圧とを等しくするため
に設けられたものであり、他の方法で該ピストン１６ｂ
の前面圧と背面圧とを等しくできれば、この通路１８は
必ずしも必要な構成ではない。

【００４２】上記構成のＧＭ冷凍機１０３において、高
圧開閉弁３４と低圧開閉弁３５の開閉タイミングによっ
て発生させた周期的な圧力振動が冷凍発生部４０内の作
動空間（蓄冷器１１、コールドヘッド１２、膨張部１６
とそれらの連結流路で成る空間）側に導入される。ま
た、図示せぬ外部駆動機構によりディスプレーサピスト
ン１６ｂがシリンダ１６ａ内を往復する。この圧力振動
とディスプレーサピストン１６ｂの往復により、作動空
間内の作動ガスの圧力振動と変位とに位相差がつけられ
る。この位相差を最適に制御することで、膨張空間１７
で冷凍出力を発生させ、それをコールドヘッド１２を介
して取出すものである。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蓄冷型冷凍機において、該蓄冷型冷凍機に用いる圧力振
動装置内の高圧通路の圧力低下または低圧通路の圧力上
昇を軽減して冷凍性能を向上させることができる。ま
た、高圧通路または低圧通路内での作動ガスの脈動を防
止もしくは低減できるので、脈動による圧縮機の効率低
下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における、蓄冷型冷凍機の
構成概略図である。

【図２】本発明の実施の形態における蓄冷型冷凍機の、
高圧開閉弁及び低圧開閉弁の開閉状態と、各部位におけ
る圧力変化を併記したグラフである。

【図３】従来技術における蓄冷型冷凍機の、高圧開閉弁
及び低圧開閉弁の開閉状態と、各部位における圧力変化
を併記したグラフである。

【図４】本発明の第１実施例における、ＧＭ型パルス管
冷凍機の構成概略図である。

【図５】本発明の第２実施例における、ＧＭ冷凍機の構
成概略図である。

【図６】従来技術における、蓄冷型冷凍機の構成概略図
である。

【符号の説明】

１０、４０、５０・・・冷凍発生部１１・・・蓄冷器１２・・・コールドヘッド１３・・・膨張部３０・・・圧力振動装置３１・・・圧縮機、３１ａ・・・吐出口、３１ｂ・
・・吸入口３２・・・高圧通路３３・・・低圧通路３４・・・高圧開閉弁３５・・・低圧開閉弁３６・・・高圧側連結通路３７・・・低圧側連結通路３８・・・高圧側バッファタンク（高圧源）３９・・・低圧側バッファタンク（低圧源）１０１・・・蓄冷型冷凍機１０２・・・ＧＭ型パルス管冷凍機１０３・・・ＧＭ冷凍機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上龍夫愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄冷器を備える冷凍発生部と、該冷凍発
生部に連結され前記冷凍発生部内の作動流体の圧力振動
を生ぜしめる圧力振動装置とを具備する蓄冷型冷凍機に
おいて、前記圧力振動装置は、吐出口及び吸入口を持つ圧縮機
と、一端が前記圧縮機の吐出口に連通した高圧通路と、
一端が前記圧縮機の吸入口に連通した低圧通路と、前記
高圧通路の他端に連通した高圧開閉弁と、前記低圧通路
の他端に連通した低圧開閉弁と、前記高圧開閉弁と前記
冷凍発生部とを連結する高圧側連結通路と、前記低圧開
閉弁と前記冷凍発生部とを連結する低圧側連結通路と、
前記高圧通路の途中に連通した高圧源とを具備すること
を特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項２】請求項１において、前記高圧源は高圧側バッファタンクであることを特徴と
する蓄冷型冷凍機。
【請求項３】蓄冷器を備える冷凍発生部と、該冷凍発
生部に連結され前記冷凍発生部内の作動流体の圧力振動
を生ぜしめる圧力振動装置とを具備する蓄冷型冷凍機に
おいて、前記圧力振動装置は、吐出口及び吸入口を持つ圧縮機
と、一端が前記圧縮機の吐出口に連通した高圧通路と、
一端が前記圧縮機の吸入口に連通した低圧通路と、前記
高圧通路の他端に連通した高圧開閉弁と、前記低圧通路
の他端に連通した低圧開閉弁と、前記高圧開閉弁と前記
冷凍発生部とを連結する高圧側連結通路と、前記低圧開
閉弁と前記冷凍発生部とを連結する低圧側連結通路と、
前記低圧通路の途中に連通した低圧源とを具備すること
を特徴とする蓄冷型冷凍機。
【請求項４】請求項３において、前記低圧源は低圧側バッファタンクであることを特徴と
する蓄冷型冷凍機。