JP2001153479A - Refrigerating plant - Google Patents

Refrigerating plant

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JP2001153479A
JP2001153479A JP33914499A JP33914499A JP2001153479A JP 2001153479 A JP2001153479 A JP 2001153479A JP 33914499 A JP33914499 A JP 33914499A JP 33914499 A JP33914499 A JP 33914499A JP 2001153479 A JP2001153479 A JP 2001153479A
Authority
JP
Japan
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expansion
displacer
compression
cylinder
storage material
Prior art date
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Pending
Application number
JP33914499A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Ikegami
和男 池上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP33914499A priority Critical patent/JP2001153479A/en
Publication of JP2001153479A publication Critical patent/JP2001153479A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the decline of the refrigerating efficiency of a refrigerating plant by reducing the pressure loss of a working medium when the medium is passed through a cold storage material due to an impurity, such as the moisture, etc. SOLUTION: A refrigerating plant is provided with an expansion section 30 which houses a displacer 31 containing a cold storage material 33 in such a way that the displacer 31 can make reciprocating motions in an expansion cylinder 32 and a driving section 20 which houses a driving mechanism 22 for moving the displacer 31 forward and backward and generates cold heat by expanding the working medium in an expanded space 34 formed in the cylinder 32 by moving the displacer 31 forward and backward in the cylinder 32. The refrigerating plant is also provided with a heating means 41 provided on the cooled section-side outer peripheral surface of the cylinder 32 and a control means 42 which controls the heating means 41. The control means 42 controls the heating means 41 to make heating operation for a fixed period of time after the refrigerating plant is actuated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、低温の発生に用い
るスターリング冷凍機等のガス圧縮/膨張機からなる冷
凍装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refrigeration system comprising a gas compression / expansion machine such as a Stirling refrigerator used for generating a low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、バイオテクノロジーの分野や電子
デバイスの分野等の先端技術分野において、各種試料や
各種材料の極低温の保存技術の開発が急務になってい
る。特に、スターリング冷凍機などの冷凍装置は、上記
極低温を実現する手段として注目され各種赤外線センサ
ー、超電導デバイス等の冷却用やバイオメディカル用の
フリーザ、冷凍庫等に広く利用されようとしている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an urgent need to develop techniques for preserving various samples and various materials at extremely low temperatures in advanced technology fields such as the field of biotechnology and the field of electronic devices. In particular, refrigerating devices such as Stirling refrigerating machines have attracted attention as means for achieving the extremely low temperatures, and are now being widely used for cooling various types of infrared sensors, superconducting devices and the like, and for freezers and freezers for biomedical applications.

【0003】ここで、図5を参照して、従来のディスプ
レーサタイプのスターリング冷凍機の構造について説明
する。
Here, the structure of a conventional displacer type Stirling refrigerator will be described with reference to FIG.

【0004】図5に示す冷凍装置は、クランク機構12
2を備えた駆動部120、ディスプレーサ131を備え
た膨張部130及び圧縮ピストン151を備えた圧縮部
150等を有している。
[0005] The refrigeration apparatus shown in FIG.
2, an expansion section 130 having a displacer 131, a compression section 150 having a compression piston 151, and the like.

【0005】膨張部130は、ディスプレーサ131を
収納する膨張シリンダ132、該膨張シリンダ132の
頭部側(図5において上側)に設けられた膨張空間13
4、ディスプレーサ131に駆動力を伝達する挿通孔1
59aに挿通されたディスプレーサロッド135、ディ
スプレーサ131内に設けられた蓄冷材133を有し
て、膨張シリンダ132の頭部に被冷却部となるコール
ドヘッド112が取付けられている。ディスプレーサ1
31は、両端が開口した筒体の内部に、例えば金属メッ
シュ部材からなる蓄冷材133が積層されており、筒体
の一方の開口から流入した作動ガスは蓄冷材133の内
部を通過し、他方の開口から流出するまでの過程で、蓄
冷材133との熱交換が行われる。
The expansion section 130 includes an expansion cylinder 132 for accommodating a displacer 131 and an expansion space 13 provided on the head side (upper side in FIG. 5) of the expansion cylinder 132.
4. Insertion hole 1 for transmitting driving force to displacer 131
A cold head 112 serving as a part to be cooled is attached to the head of the expansion cylinder 132, having a displacer rod 135 inserted through 59 a and a cold storage material 133 provided in the displacer 131. Displacer 1
31, a cold storage material 133 made of, for example, a metal mesh member is laminated inside a cylindrical body having both ends opened, and a working gas flowing from one opening of the cylindrical body passes through the inside of the cold storage material 133, The heat exchange with the cold storage material 133 is performed in the process until it flows out of the opening of the heat storage material 133.

【0006】また、圧縮部150は、圧縮ピストン15
1を収納する圧縮シリンダ152、該圧縮シリンダ15
2の頭部側(図5において左側)に設けられた圧縮空間
153、挿通孔159bを挿通して圧縮ピストン151
に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド158等を有し
ている。
The compression section 150 includes a compression piston 15
1, a compression cylinder 152 for storing
The compression piston 153 is inserted through the compression space 153 and the insertion hole 159b provided on the head side (the left side in FIG.
And a compression piston rod 158 for transmitting a driving force to the motor.

【0007】そして、圧縮シリンダ152の上部側面に
は、挿通孔159aと連通するガス流路Gが形成されて
いる。
[0007] On the upper side surface of the compression cylinder 152, a gas flow path G communicating with the insertion hole 159a is formed.

【0008】このような構成で、モータ121が駆動さ
れてクランク機構122が回動することにより、回動力
が圧縮ピストン151及びディスプレーサ131に伝達
されて、圧縮ピストン151はディスプレーサ131に
対して位相が略90度遅れた往復運動をするようにな
る。
In such a configuration, when the motor 121 is driven and the crank mechanism 122 rotates, the rotational power is transmitted to the compression piston 151 and the displacer 131, and the phase of the compression piston 151 is shifted with respect to the displacer 131. The reciprocating motion is delayed by about 90 degrees.

【0009】そして、圧縮ピストン151が下死点から
上死点に移動すると、圧縮空間153内の作動ガスが圧
縮される。この間、ディスプレーサ131は上動して上
死点に達した後、下動するようになる。
[0009] When the compression piston 151 moves from the bottom dead center to the top dead center, the working gas in the compression space 153 is compressed. During this time, the displacer 131 moves upward and reaches the top dead center, and then moves downward.

【0010】圧縮ピストン151の上動に伴い圧縮され
た作動ガスは、ガス流路Gを流動して膨張部130側に
送られ、ディスプレーサ131が下動すると作動ガスは
蓄冷材133を通過し蓄冷材133と熱交換して膨張空
間134に送られる。
The working gas compressed along with the upward movement of the compression piston 151 flows through the gas flow path G and is sent to the expansion section 130 side. When the displacer 131 moves down, the working gas passes through the cold storage material 133 and cools. The heat is exchanged with the material 133 and sent to the expansion space 134.

【0011】ディスプレーサ131が下死点に達するに
従い、圧縮ピストン151は上死点から下死点に移動
し、作動ガスは膨張して降温する。この時の膨張過程は
等温膨張過程であるため、膨張により降温しただけ外部
の熱を吸熱する。即ち、コールドヘッド112から熱を
奪うことができる。
As the displacer 131 reaches the bottom dead center, the compression piston 151 moves from the top dead center to the bottom dead center, and the working gas expands and cools down. Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, external heat is absorbed as much as the temperature is reduced by the expansion. That is, heat can be taken from the cold head 112.

【0012】圧縮ピストン151が下死点に近づくに従
い、ディスプレーサ131は上動を始め、作動ガスはデ
ィスプレーサ131を通過し、蓄冷材133から吸熱し
て圧縮空間153に戻る。
As the compression piston 151 approaches the bottom dead center, the displacer 131 starts moving upward, and the working gas passes through the displacer 131, absorbs heat from the cold storage material 133 and returns to the compression space 153.

【0013】このようなサイクルにより、圧縮空間15
3で圧縮された作動ガスはガス流路G、挿通孔159a
を経てディスプレーサ131に流動し、当該ディスプレ
ーサ131内に設けられたメッシュ状の蓄冷材133の
間を通過して膨張空間134に流入して膨張する。
By such a cycle, the compression space 15
The working gas compressed in 3 is supplied to the gas flow path G and the insertion hole 159a.
, Flows into the displacer 131, passes through the mesh-like cold storage material 133 provided in the displacer 131, flows into the expansion space 134, and expands.

【0014】膨張空間134で膨張した作動ガスは、同
じ経路をたどりディスプレーサ131、挿通孔159
a、ガス流路Gを経て圧縮空間153に流入する。
The working gas expanded in the expansion space 134 follows the same path, and the displacer 131 and the insertion hole 159
a, flows into the compression space 153 via the gas flow path G.

【0015】以上のサイクルを繰り返すことにより、膨
張シリンダ132の頭部に設けたコールドヘッド112
が冷却される。
By repeating the above cycle, the cold head 112 provided at the head of the expansion cylinder 132 is provided.
Is cooled.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】そして、上記構造より
なる冷凍装置においては、製造及び組立時に混入、或い
は連続運転時に作動ガスや構成部品等から発生する水
分、不純物ガス(例えば、二酸化炭素等)のコンタミ
(不純物)を完全に除去することができない。このた
め、冷凍装置本体内のコンタミが金属メッシュ部材等か
らなる蓄冷材133を通過する際に集積・凝固して、金
属メッシュ部材等の目詰まりを引き起こしていた。そし
て、この結果、作動ガスが蓄冷材133を通過する際に
圧力損失が生じ、膨張空間134での膨張仕事が減少す
るとともに、蓄冷材133での熱交換効率の低下を引き
起こし、これによって冷凍装置の成績係数が大きく低下
するという問題があった。
In the refrigerating apparatus having the above structure, moisture and impurity gas (for example, carbon dioxide, etc.) mixed during production and assembly, or generated from working gas and components during continuous operation. Contamination (impurities) cannot be completely removed. For this reason, the contaminants in the refrigeration apparatus body accumulate and solidify when passing through the cold storage material 133 made of a metal mesh member or the like, causing clogging of the metal mesh member or the like. Then, as a result, a pressure loss occurs when the working gas passes through the cold storage material 133, the expansion work in the expansion space 134 is reduced, and the heat exchange efficiency in the cold storage material 133 is reduced. There is a problem that the coefficient of performance of the system is greatly reduced.

【0017】そこで、本発明は、かかる水分等の不純物
による蓄冷材通過時の作動ガスの圧力損失を低減させ、
冷凍効率の低下を抑制した冷凍装置を提供することを目
的とする。
Therefore, the present invention reduces the pressure loss of the working gas when passing through the cold storage material due to the impurities such as moisture.
It is an object of the present invention to provide a refrigeration apparatus that suppresses a decrease in refrigeration efficiency.

【0018】[0018]

【課題を解決する為の手段】本発明は、内部に蓄冷材を
有するディスプレーサを膨張シリンダ内で往復動可能に
収容する膨張部と、前記ディスプレーサを往復動させる
駆動機構を収容する駆動部とを有し、前記ディスプレー
サを膨張シリンダ内で往復動させ、該膨張シリンダ内に
形成される膨張空間内の作動ガスの膨張行程により冷熱
を発生させる冷凍装置において、前記膨張シリンダの被
冷却部側の外周側面に設けられた加熱手段と、該加熱手
段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段により、
冷凍装置の起動開始後一定時間、前記加熱手段による加
熱を行うことを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided an expansion section for accommodating a displacer having a cold storage material therein in a reciprocating manner in an expansion cylinder, and a driving section for accommodating a driving mechanism for reciprocating the displacer. A refrigerating device that reciprocates the displacer in an expansion cylinder to generate cold heat by an expansion stroke of a working gas in an expansion space formed in the expansion cylinder; Heating means provided on the side surface, comprising a control means for controlling the heating means, by the control means,
The heating by the heating means is performed for a fixed time after the start of the refrigerating apparatus.

【0019】この構成を用いることにより、冷凍装置の
起動開始後一定時間、被冷却部側の蓄冷材の温度低下が
抑制され、作動ガス中に混在する水分蒸気等の不純物
(コンタミ)が他の蓄冷材部分にて凝固し、加熱終了
後、被冷却部側の蓄冷材部分にて凝固することとなり、
蓄冷材の不純物凝固個所を分散させ、蓄冷材通過時の作
動ガスの圧力損失を低減させることができる。
By using this configuration, the temperature of the cold storage material on the cooled part side is prevented from lowering for a certain period of time after the start of the refrigerating apparatus, and impurities (contaminants) such as moisture vapor mixed in the working gas are removed. It solidifies in the cold storage material part, and after heating, it will solidify in the cold storage material part on the part to be cooled,
It is possible to disperse the impurity solidification portions of the cold storage material and reduce the pressure loss of the working gas when passing through the cold storage material.

【0020】そして、具体的には、圧縮シリンダに前記
ディスプレイと位相が略90度ずれて往復運動する圧縮
ピストンが往復自在に内設されて、該圧縮シリンダと圧
縮ピストンとにより形成される圧縮空間内の作動ガスを
圧縮する圧縮部を有し、前記膨張空間に前記圧縮部から
の圧縮された作動ガスが流動し、これを膨張させ冷熱を
発生させる冷凍装置である。この構成により、スターリ
ング冷凍機等のガス圧縮/膨張機において上述の効果が
得られる。
More specifically, a compression piston reciprocatingly reciprocatingly shifted in phase by approximately 90 degrees from the display is provided in the compression cylinder, and a compression space formed by the compression cylinder and the compression piston is provided. A refrigerating apparatus having a compression unit for compressing a working gas in the inside, wherein the compressed working gas from the compression unit flows into the expansion space, expands the working gas, and generates cold heat. With this configuration, the above-described effects can be obtained in a gas compression / expansion machine such as a Stirling refrigerator.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る実施の形態
を、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施の形
態にかかるスターリング冷凍機の断面図を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of the Stirling refrigerator according to the present embodiment.

【0022】スターリング冷凍機は、クランク22a,
22bからなるクランク機構22を備えた駆動部20、
ディスプレーサ31を備えた膨張部30及び圧縮ピスト
ン51を備えた圧縮部50等を有し、膨張部30と圧縮
部50とが並設されて駆動部20の上部に設けられてい
る。
The Stirling refrigerator has a crank 22a,
A drive unit 20 including a crank mechanism 22 composed of 22b;
It has an expansion section 30 provided with a displacer 31, a compression section 50 provided with a compression piston 51, and the like. The expansion section 30 and the compression section 50 are provided side by side and provided above the drive section 20.

【0023】駆動部20は、クランク機構22に回転駆
動力を与えるモータ21、クランク機構22を潤滑する
ためのオイルを貯留するオイル槽23、クランク22
a,22bに連結されたコネクティングロッド24a,
24b、該コネクティングロッド24a,24bに連結
されたクロスガイド25a,25b等を有している。
The drive section 20 includes a motor 21 for applying a rotational driving force to the crank mechanism 22, an oil tank 23 for storing oil for lubricating the crank mechanism 22, and a crank 22.
a, connecting rod 24a connected to 22b,
24b, and cross guides 25a and 25b connected to the connecting rods 24a and 24b.

【0024】なお、クランク22aとクランク22bと
は、シャフト22cに偏心して連結され、かつ、圧縮ピ
ストン51の位相がディスプレーサ31の位相に対して
略90度遅れるようにクランク22a,22bの取付角
度が設定されている。
The cranks 22a and 22b are connected eccentrically to the shaft 22c, and the mounting angles of the cranks 22a and 22b are set so that the phase of the compression piston 51 is delayed by about 90 degrees with respect to the phase of the displacer 31. Is set.

【0025】膨張部30は、ディスプレーサ31を収納
する膨張シリンダ32、該膨張シリンダ32の頭部側
(図1において上側)に設けられた膨張空間34、ディ
スプレーサ31に駆動力を伝達するディスプレーサロッ
ド35、ディスプレーサ31内に設けられた蓄冷材33
等を有して、膨張シリンダ32の頭部に被冷却部となる
コールドヘッド12が取付けられている。
The expansion section 30 includes an expansion cylinder 32 for accommodating the displacer 31, an expansion space 34 provided on the head side (upper side in FIG. 1) of the expansion cylinder 32, and a displacer rod 35 for transmitting a driving force to the displacer 31. , A cold storage material 33 provided in the displacer 31
The cold head 12 serving as a portion to be cooled is attached to the head of the expansion cylinder 32.

【0026】図2は膨張部30の構成を示す詳細図で、
膨張シリンダ32の頭部側(図1において上側)の外周
側面には、加熱手段としてのヒーター41が巻回されて
おり、制御回路42からの通電制御によってそのオン・
オフ制御が行われている。
FIG. 2 is a detailed view showing the configuration of the expansion section 30.
A heater 41 as a heating means is wound around the outer peripheral side on the head side (upper side in FIG. 1) of the expansion cylinder 32.
Off control is being performed.

【0027】従来、冷凍装置の起動開始後、ディスプレ
ーサ31内の蓄冷材33はコールドヘッド12側から順
次温度低下して所定の温度勾配を有するようになる。こ
のため、従来装置では、蓄冷材33はコールドヘッド1
2側蓄冷材部分33aが最も早く作動ガス中に混在して
いる水分等のコンタミの凝固点温度付近まで冷却される
が、上記ヒーター41を冷凍装置の起動開始後一定時間
通電することにより、ディスプレーサ31の頭部側の膨
張空間34での作動ガスの温度低下を抑制し、蓄冷材3
3のコールドヘッド12側の温度低下を抑制して、蓄冷
材34の他の蓄冷材部分33b(図2において下側)
が、コンタミの凝固点温度付近まで冷却されるようにし
ている。これにより、冷凍装置の起動開始後一定時間、
作動ガス中に混在する水分蒸気等のコンタミ(不純物)
が、蓄冷材部分33bにて凝固し、ヒーター41による
加熱終了後、被冷却部側の蓄冷材部分33aにて凝固す
ることとなり、蓄冷材33内の不純物凝固個所を分散さ
せ、蓄冷材33通過時の作動ガスの圧力損失を低減させ
ることができる。
Conventionally, after the start of the refrigerating apparatus, the temperature of the regenerative material 33 in the displacer 31 decreases gradually from the cold head 12 side to have a predetermined temperature gradient. For this reason, in the conventional apparatus, the cold storage material 33 is
The second-side regenerator material portion 33a is cooled to the vicinity of the freezing point temperature of the contaminants such as moisture mixed in the working gas, but the heater 41 is energized for a certain period of time after the start of the refrigerating apparatus, thereby displacing the displacer 31. Of the working gas in the expansion space 34 on the head side of the cold storage material 3
3, the temperature of the cold head 12 is suppressed, and the other cold storage material portion 33b of the cold storage material 34 (the lower side in FIG. 2).
However, it is cooled to around the freezing point temperature of the contamination. As a result, a certain period of time after the start of the refrigerating device,
Contaminants (impurities) such as water vapor mixed in working gas
Is solidified in the cold storage material portion 33b, and after the heating by the heater 41, is solidified in the cold storage material portion 33a on the side to be cooled, dispersing the impurity solidification locations in the cold storage material 33 and passing through the cold storage material 33. The pressure loss of the working gas at the time can be reduced.

【0028】ここで、制御回路42では、起動開始後一
定時間、蓄冷材部分33aがコンタミの凝固点温度以上
となる、他の蓄冷材部分33bにおいてコンタミの凝固
点温度以下の個所が発生するように、ヒーター41の通
電時間及び通電電圧を制御している。
In the control circuit 42, the cold storage material portion 33a has a temperature higher than the freezing point of the contaminant for a certain period of time after the start of activation, and a portion lower than the freezing temperature of the contaminant is generated in the other cold storage material portion 33b. The energizing time and energizing voltage of the heater 41 are controlled.

【0029】尚、スターリング冷凍機などのガス圧縮膨
張機において、連続運転時に構成部品などから発生する
コンタミとしては、水分および二酸化炭素が殆どである
ため、本実施形態例では、起動開始後一定時間は、蓄冷
材部分33aが水の凝固点(約0℃)及び二酸化炭素の
凝固点(約−80℃)より高い0℃以上となり、その他
の蓄冷材部分33bにおいて−80℃以下の個所が発生
するようにヒーター41の加熱制御を行っている。
In a gas compression / expansion machine such as a Stirling refrigerating machine, most of the contaminants generated from components and the like during continuous operation are water and carbon dioxide. Is such that the cold storage material portion 33a becomes 0 ° C. or higher, which is higher than the freezing point of water (about 0 ° C.) and the freezing point of carbon dioxide (about −80 ° C.), and a portion of −80 ° C. or less occurs in the other cold storage material portion 33b. The heating of the heater 41 is controlled.

【0030】また、圧縮部50は、圧縮ピストン51を
収納する圧縮シリンダ52、該圧縮シリンダ52の頭部
側(図1において上側)に設けられた圧縮空間53、圧
縮シリンダ52の外側面を覆うように設けられて圧縮に
より発生した作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン
54、圧縮シリンダ52の駆動部20側に配設された隔
壁55、隔壁55に形成された挿通孔59bを挿通して
圧縮ピストン51に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッ
ド58等を有している。
The compression section 50 covers a compression cylinder 52 for accommodating a compression piston 51, a compression space 53 provided on the head side (upper side in FIG. 1) of the compression cylinder 52, and an outer surface of the compression cylinder 52. Fins 54 for dissipating the heat of the working gas generated by the compression to the outside, the partition wall 55 provided on the drive section 20 side of the compression cylinder 52, and the insertion holes 59b formed in the partition wall 55. And a compression piston rod 58 for transmitting a driving force to the compression piston 51.

【0031】なお、圧縮シリンダ52及び隔壁55に
は、挿通孔59bと並設された挿通孔59aが形成さ
れ、当該挿通孔59aにディスプレーサロッド35が挿
通している。
An insertion hole 59a is formed in the compression cylinder 52 and the partition wall 55 in parallel with the insertion hole 59b, and the displacer rod 35 is inserted through the insertion hole 59a.

【0032】これにより、圧縮部50と膨張部30とを
同一方向に配設することができ、ガス圧縮/膨張機の占
有空間を小さくすることが可能になっている。
Thus, the compression section 50 and the expansion section 30 can be arranged in the same direction, and the space occupied by the gas compression / expansion machine can be reduced.

【0033】また、圧縮ピストンロッド58が挿通する
挿通孔59bには、シール部材71が挿着され、ディス
プレーサロッド35が挿通する挿通孔59aには、シー
ル部材73が挿着されて、オイルが圧縮部50や膨張部
30に侵入しないようになっている。
A seal member 71 is inserted into an insertion hole 59b through which the compression piston rod 58 is inserted, and a seal member 73 is inserted into an insertion hole 59a through which the displacer rod 35 is inserted, so that oil is compressed. It does not enter the part 50 or the inflatable part 30.

【0034】さらに、圧縮シリンダ52の上部側面に
は、挿通孔59aと連通するガス流路Gが形成され、圧
縮シリンダ52及びディスプレーサ31にはガスシール
72,74がそれぞれ設けられている。
Further, a gas passage G communicating with the insertion hole 59a is formed on the upper side surface of the compression cylinder 52, and gas seals 72 and 74 are provided in the compression cylinder 52 and the displacer 31, respectively.

【0035】次に上記構成に基づき、冷凍装置の動作を
説明する。クランク機構22が回動することにより、回
動力がコネクティングロッド24a,24b等を介して
圧縮ピストン51及びディスプレーサ31に伝達され
て、圧縮ピストン51はディスプレーサ31に対して位
相が略90度遅れた往復運動をするようになる。
Next, the operation of the refrigeration system based on the above configuration will be described. When the crank mechanism 22 rotates, the rotational power is transmitted to the compression piston 51 and the displacer 31 via the connecting rods 24a, 24b, etc., and the compression piston 51 reciprocates with a phase delayed by about 90 degrees with respect to the displacer 31. Get to exercise.

【0036】そして、圧縮ピストン51が下死点から上
死点に移動すると、圧縮空間53内の作動ガスは圧縮さ
れる。この間、ディスプレーサ31は上動して上死点に
達した後、下動するようになる。
When the compression piston 51 moves from the bottom dead center to the top dead center, the working gas in the compression space 53 is compressed. During this time, the displacer 31 moves upward and reaches the top dead center, and then moves downward.

【0037】圧縮ピストン51の上動に伴い圧縮された
作動ガスは、ガス流路Gを流動して放熱フィン54によ
り放熱されながら膨張部30側に送られる。ディスプレ
ーサ31が下動すると作動ガスは蓄冷材33を通過し当
該蓄冷材33と熱交換して膨張空間34に送られる。
The working gas compressed along with the upward movement of the compression piston 51 flows through the gas flow path G and is sent to the expansion section 30 while being radiated by the radiation fins 54. When the displacer 31 moves down, the working gas passes through the cold storage material 33, exchanges heat with the cold storage material 33, and is sent to the expansion space 34.

【0038】ディスプレーサ31が下死点に達するに従
い、圧縮ピストン51は上死点から下死点に移動し、作
動ガスは膨張して降温する。この時の膨張過程は等温膨
張過程であるため、膨張により降温しただけ外部の熱を
吸熱する。即ち、コールドヘッド12から熱を奪うこと
ができる。
As the displacer 31 reaches the bottom dead center, the compression piston 51 moves from the top dead center to the bottom dead center, and the working gas expands and cools down. Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, external heat is absorbed as much as the temperature is reduced by the expansion. That is, heat can be taken from the cold head 12.

【0039】圧縮ピストン51が下死点に近づくに従
い、ディスプレーサ31は上動を始め、作動ガスはディ
スプレーサ31を通過し、蓄冷材33から吸熱して圧縮
空間53に戻り1サイクルが終了する。
As the compression piston 51 approaches the bottom dead center, the displacer 31 starts moving upward, the working gas passes through the displacer 31, absorbs heat from the cold storage material 33, returns to the compression space 53, and one cycle is completed.

【0040】このサイクルにおいて、上記ヒーター41
及び制御回路42による加熱を行わない場合には、膨張
空間34に流動した作動ガスに混在する水分や不純物ガ
ス等のコンタミPが蓄冷材33のコールドヘッド12側
の蓄冷材部分33aに集中・凝固すると目詰りを起して
しまう(図4参照)。
In this cycle, the heater 41
When the heating by the control circuit 42 is not performed, the contamination P such as moisture and impurity gas mixed in the working gas flowing into the expansion space 34 is concentrated and solidified on the cold storage material portion 33 a of the cold storage material 33 on the cold head 12 side. Then, clogging occurs (see FIG. 4).

【0041】そこで、本発明では、膨張シリンダ32の
被冷却部側の外周側面にヒーター41を設けて、冷凍装
置の起動開始後一定時間、ヒーター41による加熱を行
い、作動ガスに含まれているコンタミPを蓄冷材部分3
3bにて凝固させ、ヒーター41による加熱終了後、被
冷却部側の蓄冷材部分33aにて凝固することとなり、
蓄冷材33内の不純物凝固個所を分散させている(図3
参照)。
Therefore, in the present invention, a heater 41 is provided on the outer peripheral side surface of the expansion cylinder 32 on the side of the portion to be cooled, and heating is performed by the heater 41 for a certain time after the start of the refrigerating apparatus, and the working gas is contained. Contamination P with cold storage material part 3
3b, and after the heating by the heater 41 is completed, it solidifies in the cold storage material portion 33a on the part to be cooled,
The locations where impurities solidify in the cold storage material 33 are dispersed (FIG. 3).
reference).

【0042】このとき、蓄冷材33内に分散して凝固し
たコンタミPは、膨張空間34と蓄冷材33との間を流
動する作動ガスの流路を大幅に塞いでしまうことがな
く、作動ガスが蓄冷材33を通過する際の圧力損失増加
を抑制することができる。
At this time, the contaminants P dispersed and solidified in the cold storage material 33 do not significantly block the flow path of the working gas flowing between the expansion space 34 and the cold storage material 33, and Can be suppressed from increasing the pressure loss when passing through the cold storage material 33.

【0043】上記実施の形態の説明は、本発明を説明す
るためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を
限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。
又、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許
請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能で
ある。
The description of the above embodiments is for the purpose of illustrating the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or reducing the scope thereof.
Further, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上述べたとおり本発明によれば、作動
ガス中に混在する不純物が蓄冷材内で凝固することによ
る、蓄冷材通過時の作動ガスの圧力損失増加を防ぎ、冷
凍効率の低下を抑制することができる。
As described above, according to the present invention, the pressure loss of the working gas when passing through the cold storage material is prevented from increasing due to the solidification of the impurities mixed in the working gas in the cold storage material, and the refrigeration efficiency is reduced. Can be suppressed.

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

【図1】本発明の一実施の形態におけるスターリング冷
凍機の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a Stirling refrigerator according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の膨張部の詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of an expansion portion of FIG.

【図3】図1の膨張部の動作を説明する説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the operation of the expansion section in FIG. 1;

【図4】図1の膨張部の動作を説明する説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation of the expansion section in FIG. 1;

【図5】従来の技術の説明に適用されるスターリング冷
凍機の概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view of a Stirling refrigerator applied to the description of the conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

30 膨張部 31 ディスプレーサ 32 膨張シリンダ 33 蓄冷材 34 膨張空間 41 ヒータ(加熱手段) 42 制御回路(制御手段) 50 圧縮部 51 圧縮ピストン 52 圧縮シリンダ 53 圧縮空間 REFERENCE SIGNS LIST 30 expansion section 31 displacer 32 expansion cylinder 33 cold storage material 34 expansion space 41 heater (heating means) 42 control circuit (control means) 50 compression section 51 compression piston 52 compression cylinder 53 compression space

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に蓄冷材を有するディスプレーサを
膨張シリンダ内で往復動可能に収容する膨張部と、前記
ディスプレーサを往復動させる駆動機構を収容する駆動
部とを有し、前記ディスプレーサを膨張シリンダ内で往
復動させ、該膨張シリンダ内に形成される膨張空間内の
作動ガスの膨張行程により冷熱を発生させる冷凍装置に
おいて、 前記膨張シリンダの被冷却部側の外周側面に設けられた
加熱手段と、該加熱手段を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段により、冷凍装置の起動開始後一定時間、
前記加熱手段による加熱を行うことを特徴とする冷凍装
置。
1. An expansion unit for accommodating a displacer having a cold storage material therein in a reciprocating manner in an expansion cylinder, and a driving unit for accommodating a drive mechanism for reciprocating the displacer, wherein the displacer is an expansion cylinder. A refrigerating device that reciprocates within the expansion cylinder to generate cold heat by an expansion stroke of a working gas in an expansion space formed in the expansion cylinder, wherein a heating unit provided on an outer peripheral side surface of a portion to be cooled of the expansion cylinder is provided. Control means for controlling the heating means, the control means, for a certain time after the start of the refrigerating apparatus,
A refrigerating apparatus, wherein heating is performed by the heating means.
【請求項2】 圧縮シリンダに前記ディスプレイと位相
が略90度ずれて往復運動する圧縮ピストンが往復自在
に内設されて、該圧縮シリンダと圧縮ピストンとにより
形成される圧縮空間内の作動ガスを圧縮する圧縮部を有
し、前記膨張空間に前記圧縮部からの圧縮された作動ガ
スが流動し、これを膨張させ冷熱を発生させることを特
徴とする請求項1記載の冷凍装置。
2. A compression piston reciprocatingly reciprocatingly shifted by approximately 90 degrees with respect to the display is provided inside a compression cylinder, and a working gas in a compression space formed by the compression cylinder and the compression piston is provided. 2. The refrigerating apparatus according to claim 1, further comprising a compression section for compressing, wherein the working gas compressed from the compression section flows into the expansion space, expands the working gas, and generates cold heat.
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