JP2001227832A - Starling refrigerating machine - Google Patents

Starling refrigerating machine

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JP2001227832A
JP2001227832A JP2000040363A JP2000040363A JP2001227832A JP 2001227832 A JP2001227832 A JP 2001227832A JP 2000040363 A JP2000040363 A JP 2000040363A JP 2000040363 A JP2000040363 A JP 2000040363A JP 2001227832 A JP2001227832 A JP 2001227832A
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pressure
helium
vessel
pressure vessel
container
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Kazuhiko Ueda
和彦 上田
Shozo Tanaka
章三 田中
Tetsuyuki Okano
哲之 岡野
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Sharp Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent low-temperature generation efficiency from decreasing by suppressing the decrease in the pressure of a helium gas in a pressure container. SOLUTION: When a piston 16 and a displacer 18 reciprocate in first and second cylinders that are arranged in first and second pressure containers 11 and 12 that are filled with helium, the helium in the first and second pressure containers 11 and 12 repeats compression and inflation at a fixed period. The inside of the first pressure container 11 communicates with an auxiliary container 25 via a connecting path 26, and the helium that is sealed into the auxiliary container 25 is filled into the first pressure container 11 through the connecting path 26. The filling of the helium is controlled by a control valve 27 that is provided in the connecting path 26.

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
られるスターリング冷凍機に関する。
[0001] The present invention relates to a Stirling refrigerator used for generating a low temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】低温の発生を目的とした往復駆動式のス
ターリング冷凍機は、熱サイクル的には逆スターリング
サイクルエンジンとも呼ばれている。
2. Description of the Related Art A reciprocating Stirling refrigerator for generating a low temperature is also called an inverted Stirling cycle engine in terms of heat cycle.

【0003】図8は、従来のスターリング冷凍機の概略
構成を示す断面図である。このスターリング冷凍機は、
第1圧力容器11と、この第1圧力容器11に同軸状態
で連結された第2圧力容器12とを有している。第1圧
力容器11および第2圧力容器12は、一方の端面11
aおよび12a同士が相互に突き合わされて同心状態で
連結されており、各端面11aおよび12aに設けられ
た貫通孔13によって、それぞれの内部同士が連通して
いる。
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic structure of a conventional Stirling refrigerator. This Stirling refrigerator is
It has a first pressure vessel 11 and a second pressure vessel 12 coaxially connected to the first pressure vessel 11. The first pressure vessel 11 and the second pressure vessel 12 have one end face 11
a and 12a abut each other and are concentrically connected to each other, and the insides thereof communicate with each other by through holes 13 provided in the end faces 11a and 12a.

【0004】第1圧力容器11の内部には、第1シリン
ダ14が貫通孔13と同心状態で設けられており、ま
た、第2圧力容器12の内部にも、第2シリンダ15
が、貫通孔13と同心状態で設けられている。第1圧力
容器11内に設けられた第1シリンダ14は、第1圧力
容器11の端面11aに固定されており、第2シリンダ
15は、第2圧力容器12の各端面12aおよび12b
とは適当な間隔をあけた状態で配置されている。
A first cylinder 14 is provided inside the first pressure vessel 11 so as to be concentric with the through-hole 13. A second cylinder 15 is also provided inside the second pressure vessel 12.
Are provided concentrically with the through holes 13. The first cylinder 14 provided in the first pressure vessel 11 is fixed to an end face 11 a of the first pressure vessel 11, and the second cylinder 15 is connected to each end face 12 a and 12 b of the second pressure vessel 12.
Are arranged at appropriate intervals.

【0005】また、第1シリンダ14の内部には、ピス
トン16が摺動可能に配置されている。ピストン16
と、第1圧力容器11におけるピストン16が対向した
端面11bとは、ピストンスプリング17によって連結
されている。
[0005] A piston 16 is slidably disposed inside the first cylinder 14. Piston 16
The end face 11 b of the first pressure vessel 11 facing the piston 16 is connected by a piston spring 17.

【0006】第2圧力容器12内に配置された第2シリ
ンダ15の内部には、ディスプレーサ18のディスプレ
ーサ本体部18aが摺動可能に配置されている。ディス
プレーサ18の軸心部には、第1シリンダ14内に配置
されたピストン16の軸心部を挿通するロッド部18b
が設けられている。そして、ロッド部18bの先端部
と、ピストンスプリング17が取り付けられた第1圧力
容器11の端面11bとは、ディスプレーサスプリング
19によって連結されている。
A displacer body 18a of the displacer 18 is slidably disposed inside a second cylinder 15 disposed in the second pressure vessel 12. A rod portion 18 b that passes through the axial portion of the piston 16 disposed in the first cylinder 14 is inserted into the axial portion of the displacer 18.
Is provided. The distal end of the rod 18 b and the end surface 11 b of the first pressure vessel 11 to which the piston spring 17 is attached are connected by a displacer spring 19.

【0007】第2圧力容器12の内部には、作動空間2
1が形成されている。作動空間は、第2シリンダ15内
を摺動するディスプレーサ本体18aと第1シリンダ1
4内を摺動するピストン15との間の圧縮空間21a
と、ディスプレーサ本体18aと第2圧力容器12にお
ける端面12bに設けられたコールドヘッド12cとの
間の膨張空間21bとによって構成されている。
The working space 2 is provided inside the second pressure vessel 12.
1 is formed. The working space includes a displacer main body 18a that slides in the second cylinder 15 and the first cylinder 1
Compression space 21a between the piston 15 and the piston 15
And an expansion space 21b between the displacer body 18a and the cold head 12c provided on the end surface 12b of the second pressure vessel 12.

【0008】圧縮空間21aと膨張空間21bとは、第
2圧力容器12の周面と第2シリンダとの間に設けられ
た再生器22によって連結されている。再生器22は、
メッシュ形状の銅材等によって構成されている。
[0008] The compression space 21a and the expansion space 21b are connected by a regenerator 22 provided between the peripheral surface of the second pressure vessel 12 and the second cylinder. The regenerator 22
It is composed of a mesh-shaped copper material or the like.

【0009】第1圧力容器11および第2圧力容器12
は、充填されたヘリウムがそれぞれ外部に漏洩しないよ
うに、Oリング等のシール部材によって、あるいは、溶
接等の方法によって、それぞれシールされている。
First pressure vessel 11 and second pressure vessel 12
Are sealed by a sealing member such as an O-ring or by a method such as welding so that the filled helium does not leak outside.

【0010】このような構成のスターリング冷凍機の動
作について説明する。ピストンスプリング19が連結さ
れたピストン16が、リニアモーター等のピストン駆動
装置(図示せず)によって、第1シリンダ14内を、一
定の周期によって往復駆動されると、圧縮空間21a内
の作動媒体であるヘリウムガスが、一定の周期で、圧縮
と膨張とを繰り返す。これにより、ディスプレーサ18
は、ピストン16の往復運動に連動する第1圧力容器1
1および第2圧力容器12内のヘリウムガスの圧力変動
によって、第2シリンダ15内を一定の周期で往復運動
される。
The operation of the above-structured Stirling refrigerator will be described. When the piston 16 to which the piston spring 19 is connected is reciprocated in the first cylinder 14 at a constant cycle by a piston driving device (not shown) such as a linear motor, the working medium in the compression space 21a is used. A certain helium gas repeats compression and expansion at a constant cycle. Thereby, the displacer 18
Is the first pressure vessel 1 linked to the reciprocating motion of the piston 16.
Due to the pressure fluctuation of the helium gas in the first and second pressure vessels 12, the second cylinder 15 is reciprocated in a constant cycle.

【0011】ディスプレーサ18の往復運動の周期は、
ピストン16の往復運動の周期と同一であり、所定の位
相差(通常90度)になるように、各構成部の形状、ガ
ス圧等が設計されている。このようにして、ディスプレ
ーサ18が往復運動すると、膨張空間21bにおいてヘ
リウムガスが膨張し、これにより、コールドヘッド12
cが冷却され、低温が生成される。
The cycle of the reciprocating movement of the displacer 18 is
The shape, gas pressure, etc. of each component are designed to be the same as the cycle of the reciprocating motion of the piston 16 and to have a predetermined phase difference (usually 90 degrees). As described above, when the displacer 18 reciprocates, the helium gas expands in the expansion space 21b, whereby the cold head 12
c is cooled and a low temperature is generated.

【0012】スターリング冷凍機の作動媒体であるヘリ
ウムには、運転時の圧力として、熱力学的及び運動力学
的に最適値が存在する。この最適運転圧力は、冷凍機を
高効率にて運転するために重要であり、任意な圧力によ
る運転では適正な運転性能は得られない。
Helium, which is the working medium of the Stirling refrigerator, has an optimum thermodynamic and kinetic value as the operating pressure. This optimum operating pressure is important for operating the refrigerator with high efficiency, and proper operating performance cannot be obtained with operation at an arbitrary pressure.

【0013】図9は、ヘリウムの圧力と、スターリング
冷凍機の冷凍能力を示すCOP値(Coefficie
nt Of Performance)との関係を示す
グラフである。COP値が最大となるガス圧C1に対し
て適当な上限値(充填基準圧力)Pb2および下限値
(安定境界下限値)Pb1を設定して、ヘリウムの圧力
をその範囲内に設定することにより、高効率にて運転さ
れる。従って、スターリング冷凍機を長時間にわたって
効率よく運転するには、圧力容器内のヘリウムの圧力
を、常時、上限値Pb1と下限値Pb2との範囲内に保
つことが望ましい。
FIG. 9 shows the helium pressure and the COP value (Coefficie) indicating the refrigerating capacity of the Stirling refrigerator.
9 is a graph showing a relationship with the nt of the performance. By setting an appropriate upper limit value (filling reference pressure) Pb2 and a lower limit value (stable boundary lower limit value) Pb1 with respect to the gas pressure C1 at which the COP value becomes maximum, and setting the helium pressure within the range, Operated with high efficiency. Therefore, in order to operate the Stirling refrigerator efficiently for a long time, it is desirable that the pressure of helium in the pressure vessel is always kept within the range between the upper limit value Pb1 and the lower limit value Pb2.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】第1および第2の圧力
容器11および12内に作動媒体として充填されるヘリ
ウムは、比熱が大きく不活性であり、スターリング冷凍
機の冷凍能力を高めるために、通常、20気圧以上の高
圧なガス状態で使用される。ヘリウムは、近年問題化し
ている地球温暖化、オゾン層破壊等の要因にならないな
ど、環境面でも好適な物質である。ヘリウムよりも分子
径が小さな水素は、比熱が非常に大きいが、爆発の危険
性も大きく、スターリング冷凍機の作動媒体としてはほ
とんど使用されていない。このように、ヘリウムは、ス
ターリング冷凍機の作動媒体として、今後も、さらに使
用されると考えられる。
Helium filled as a working medium in the first and second pressure vessels 11 and 12 has a large specific heat and is inactive. In order to increase the refrigerating capacity of the Stirling refrigerator, Usually, it is used in a high-pressure gas state of 20 atm or more. Helium is an environmentally suitable substance, as it does not cause global warming, ozone layer depletion, etc., which have become problems in recent years. Hydrogen, which has a smaller molecular diameter than helium, has a very high specific heat, but has a high risk of explosion, and is hardly used as a working medium of a Stirling refrigerator. As described above, helium is considered to be further used as a working medium of the Stirling refrigerator.

【0015】しかしながら、ヘリウムは水素に次いで分
子径が小さいために、圧力容器内から外部に漏洩し易い
という問題がある。圧力容器のシールの方法はOリング
等のシール部材の使用や圧力容器の溶接などの方法が用
いられるが、圧力容器からのガス漏洩はこれらシール部
のシール不良から生ずる場合が多い。ヘリウム以外のガ
スに対しては気密性が得られる場合でも、ヘリウムを用
いた場合にはその分子径が小さいために、シール部か
ら、または圧力容器の壁のピンホール等から直接外部に
漏洩することがある。このように、ヘリウムは、スター
リング冷凍機の作動媒体として、熱的特性および環境面
からは非常に有利である反面、漏洩の危険性が高い物質
と言える。
However, since helium has the second smallest molecular diameter after hydrogen, there is a problem that helium easily leaks from the inside of the pressure vessel to the outside. As a method for sealing the pressure vessel, a method such as use of a sealing member such as an O-ring or welding of the pressure vessel is used. However, gas leakage from the pressure vessel often results from poor sealing of these seal portions. Even when gas tightness is obtained with respect to gases other than helium, when helium is used, since helium has a small molecular diameter, it leaks directly to the outside from a seal portion or a pinhole in a pressure vessel wall. Sometimes. As described above, helium is a material having a high risk of leakage, while being very advantageous in terms of thermal characteristics and environment as a working medium of the Stirling refrigerator.

【0016】上述のように、スターリング冷凍機の運転
においては、圧力容器内のヘリウムの圧力を所定の範囲
内に保つことが望ましいが、ヘリウムが圧力容器から漏
洩し易い物質であるために、スターリング冷凍機を長期
間にわたって運転させると、ヘリウムが圧力容器の外部
へ漏洩し、圧力容器内のヘリウムの圧力が、運転に好適
な圧力の下限値Pb1よりも低下するおそれがあり、長
期間にわたって高効率で運転することができないおそれ
がある。
As described above, in the operation of the Stirling refrigerator, it is desirable to keep the pressure of helium in the pressure vessel within a predetermined range. However, since helium is a substance that easily leaks from the pressure vessel, When the refrigerator is operated for a long period of time, helium leaks to the outside of the pressure vessel, and the pressure of helium in the pressure vessel may fall below the lower limit Pb1 of the pressure suitable for operation. It may not be possible to operate at efficiency.

【0017】本発明は、このような問題を解決するもの
であり、その目的は、長時間にわたる運転においても、
圧力容器内の作動媒体圧力を安定的に維持することがで
き、高効率で低温を発生させることができるスターリン
グ冷凍機を提供することにある。
The present invention has been made to solve such a problem, and its object is to solve the problem even when driving for a long time.
An object of the present invention is to provide a Stirling refrigerator capable of stably maintaining a working medium pressure in a pressure vessel and generating a low temperature with high efficiency.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明のスターリング冷
凍機は、作動媒体が充填されている圧力容器内に配置さ
れたシリンダ内をピストンおよびディスプレーサがそれ
ぞれ往復運動することによって、圧力容器内の作動媒体
が一定周期で圧縮および膨張を繰り返し、それにより低
温が発生されるスターリング冷凍機であって、作動媒体
が圧力容器よりも高圧な状態で封入された補助容器と、
前記圧力容器の内部と該補助容器の内部とを連通する連
結路と、該補助容器から該圧力容器への作動媒体の通流
を制御するべく該連絡路に設けられた制御弁と、を有す
ることを特徴とする。
According to the Stirling refrigerator of the present invention, a piston and a displacer reciprocate in a cylinder arranged in a pressure vessel filled with a working medium, whereby the operation in the pressure vessel is performed. A Stirling refrigerator in which the medium repeats compression and expansion at a constant cycle, thereby generating a low temperature, and an auxiliary container in which the working medium is sealed at a higher pressure than the pressure container,
A connection path communicating between the inside of the pressure vessel and the inside of the auxiliary vessel, and a control valve provided in the communication path to control the flow of the working medium from the auxiliary vessel to the pressure vessel. It is characterized by the following.

【0019】前記圧力容器内の圧力と前記補助容器内の
圧力との差が設定値よりも小さい場合に、前記制御弁に
よって補助容器から圧力容器への作動媒体の通流が遮断
される。
When the difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in the auxiliary vessel is smaller than a set value, the flow of the working medium from the auxiliary vessel to the pressure vessel is shut off by the control valve.

【0020】好ましくは、前記圧力容器内の圧力と前記
補助容器内の圧力との差が設定値より小さい場合に、所
定の信号が出力される。
Preferably, a predetermined signal is output when a difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in the auxiliary vessel is smaller than a set value.

【0021】好ましくは、予め設定された基準時間にお
ける前記補助容器内の作動媒体の圧力変化量が設定値よ
り大きい場合に、所定の信号が出力される。
Preferably, a predetermined signal is output when a pressure change amount of the working medium in the auxiliary container at a preset reference time is larger than a set value.

【0022】好ましくは、予め設定された基準時間にお
ける前記補助容器から前記圧力容器への作動媒体の流量
が設定値より大きい場合に、所定の信号が出力される。
Preferably, a predetermined signal is output when the flow rate of the working medium from the auxiliary container to the pressure container at a preset reference time is larger than a set value.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】(実施の形態1)図1は、本発明のスター
リング冷凍機の実施の形態の一例を示す概略構成図であ
る。このスターリング冷凍機は、第1圧力容器11と、
この第1圧力容器11に同軸状態で連結された第2圧力
容器12とを有している。第1圧力容器11および第2
圧力容器12は、一方の端面11aおよび12a同士が
相互に突き合わされて同心状態で連結されており、各端
面11aおよび12aに設けられた貫通孔13によっ
て、それぞれの内部同士が連通している。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an embodiment of a Stirling refrigerator of the present invention. This Stirling refrigerator has a first pressure vessel 11,
A second pressure vessel 12 is coaxially connected to the first pressure vessel 11. First pressure vessel 11 and second pressure vessel 11
The pressure vessel 12 has one end faces 11a and 12a abutted on each other and is connected concentrically, and the insides of the pressure vessels 12 communicate with each other by through holes 13 provided in each end face 11a and 12a.

【0025】第1圧力容器11の内部には、第1シリン
ダ14が貫通孔13と同心状態で設けられており、ま
た、第2圧力容器12の内部には、第2シリンダ15
が、貫通孔13と同心状態で設けられている。第1圧力
容器11内に設けられた第1シリンダ14は、第1圧力
容器11の端面11aに固定されており、第2シリンダ
15は、第2圧力容器12の各端面12aおよび12b
とは適当な間隔をあけた状態で配置されている。
A first cylinder 14 is provided inside the first pressure vessel 11 so as to be concentric with the through hole 13, and a second cylinder 15 is provided inside the second pressure vessel 12.
Are provided concentrically with the through holes 13. The first cylinder 14 provided in the first pressure vessel 11 is fixed to an end face 11 a of the first pressure vessel 11, and the second cylinder 15 is connected to each end face 12 a and 12 b of the second pressure vessel 12.
Are arranged at appropriate intervals.

【0026】また、第1シリンダ14の内部には、ピス
トン16が摺動可能に配置されている。ピストン16
と、第1圧力容器11におけるピストン16が対向する
端面11bとは、ピストンスプリング17によって連結
されている。
A piston 16 is slidably disposed inside the first cylinder 14. Piston 16
The end face 11 b of the first pressure vessel 11 facing the piston 16 is connected by a piston spring 17.

【0027】第2圧力容器12内に配置された第2シリ
ンダ15の内部には、ディスプレーサ18のディスプレ
ーサ本体部18aが摺動可能に配置されている。ディス
プレーサ18の軸心部には、第1シリンダ14内に配置
されたピストン16の軸心部を挿通するロッド部18b
が摺動可能に設けられている。そして、ロッド部18b
の先端部と、ピストンスプリング17が取り付けられた
第1圧力容器11の端面11bとは、ディスプレーサス
プリング19によって連結されている。
A displacer body 18a of a displacer 18 is slidably disposed inside a second cylinder 15 disposed in the second pressure vessel 12. A rod portion 18 b that passes through the axial portion of the piston 16 disposed in the first cylinder 14 is inserted into the axial portion of the displacer 18.
Are slidably provided. And the rod part 18b
And the end face 11 b of the first pressure vessel 11 to which the piston spring 17 is attached, is connected by a displacer spring 19.

【0028】第2圧力容器12の内部には、作動空間2
1が形成されている。作動空間21は、第2シリンダ1
5内を摺動するディスプレーサ本体18aと第1シリン
ダ14内を摺動するピストン16との間の圧縮空間21
aと、ディスプレーサ本体18aと第2圧力容器12に
おける端面12bに設けられたコールドヘッド12cと
の間の膨張空間21bとによって構成されている。
The working space 2 is provided inside the second pressure vessel 12.
1 is formed. The working space 21 includes the second cylinder 1
The compression space 21 between the displacer main body 18a sliding in the inside 5 and the piston 16 sliding in the first cylinder 14
a and an expansion space 21b between the displacer body 18a and the cold head 12c provided on the end face 12b of the second pressure vessel 12.

【0029】圧縮空間21aと膨張空間21bとは、第
2圧力容器12の周面と第2シリンダとの間に設けられ
た再生器22によって連結されている。再生器22は、
メッシュ形状の銅材等によって構成されている。
The compression space 21a and the expansion space 21b are connected by a regenerator 22 provided between the peripheral surface of the second pressure vessel 12 and the second cylinder. The regenerator 22
It is composed of a mesh-shaped copper material or the like.

【0030】第1圧力容器11の内部は、第1シリンダ
14内を摺動するピストン16に対して背面空間23に
なっており、第1圧力容器11には、背面空間23の圧
力を検出する第1圧力計24が設けられている。
The inside of the first pressure vessel 11 forms a back space 23 with respect to the piston 16 sliding in the first cylinder 14, and the pressure in the back space 23 is detected in the first pressure vessel 11. A first pressure gauge 24 is provided.

【0031】なお、以下本文中において、第1圧力容器
11内のガス圧とは上記背面空間内のガス圧と同意であ
る。
In the following description, the gas pressure in the first pressure vessel 11 is the same as the gas pressure in the back space.

【0032】第1圧力容器11の外周面には、補助容器
25が設けられている。この補助容器25の内部は、第
1圧力容器11の内部と、連結路26によって連通され
ており、連結路26には、この連結路26内を通流する
作動媒体の流量を調節する制御弁27が設けられてい
る。補助容器25には、内部の圧力を測定する第2圧力
計28が設けられている。
An auxiliary container 25 is provided on the outer peripheral surface of the first pressure container 11. The inside of the auxiliary container 25 is communicated with the inside of the first pressure vessel 11 by a connection passage 26. The connection passage 26 has a control valve for adjusting the flow rate of the working medium flowing through the connection passage 26. 27 are provided. The auxiliary container 25 is provided with a second pressure gauge 28 for measuring the internal pressure.

【0033】第1圧力容器11および第2圧力容器12
内には、作動媒体として、20〜30気圧程度のへリウ
ムが、ガス状態で充填されている。また、補助容器25
内には、第1および第2の圧力容器11および12内に
充填されたヘリウムガスよりも高圧(例えば、35〜5
0気圧)のヘリウムがガス状態で充填されている。そし
て、第1圧力容器11、第2圧力容器12、補助容器2
5は、充填されたヘリウムがそれぞれ外部に漏洩しない
ように、Oリング等のシール部材によって、あるいは、
溶接等の方法によって、それぞれシールされている。
First pressure vessel 11 and second pressure vessel 12
Inside, helium of about 20 to 30 atm is filled in a gaseous state as a working medium. In addition, the auxiliary container 25
Is higher than the helium gas filled in the first and second pressure vessels 11 and 12 (for example, 35 to 5).
(0 atm) of helium in a gaseous state. Then, the first pressure vessel 11, the second pressure vessel 12, the auxiliary vessel 2
5 is a sealing member such as an O-ring or the like so that the filled helium does not leak outside.
Each is sealed by a method such as welding.

【0034】本構成では、第1シリンダ14と第2シリ
ンダ15との2つによってシリンダを構成したが、圧縮
空間21aと再生器22との間のガス流路を形成する一
体のシリンダとすることも可能である。
In this construction, the first cylinder 14 and the second cylinder 15 constitute a cylinder. However, the cylinder is an integral cylinder which forms a gas flow path between the compression space 21a and the regenerator 22. Is also possible.

【0035】このような構成のスターリング冷凍機の動
作について説明する。ピストンスプリング19が連結さ
れたピストン16が、リニアモーター等のピストン駆動
装置(図示せず)によって、第1シリンダ14内を、一
定の周期によって往復駆動されると、圧縮空間21a内
の作動媒体であるヘリウムガスが、一定の周期で、圧縮
と膨張とを繰り返す。これにより、ディスプレーサ18
は、ピストン16の往復運動に連動する第1圧力容器1
1および第2圧力容器12内のヘリウムガスの圧力変動
によって、第2シリンダ15内を一定の周期で往復運動
する。
The operation of the above-structured Stirling refrigerator will be described. When the piston 16 to which the piston spring 19 is connected is reciprocated in the first cylinder 14 at a constant cycle by a piston driving device (not shown) such as a linear motor, the working medium in the compression space 21a is used. A certain helium gas repeats compression and expansion at a constant cycle. Thereby, the displacer 18
Is the first pressure vessel 1 linked to the reciprocating motion of the piston 16.
Due to the pressure fluctuation of the helium gas in the first and second pressure vessels 12, the second cylinder 15 reciprocates at a constant cycle.

【0036】ディスプレーサ18の往復運動の周期は、
ピストン16の往復運動の周期と同一であり、所定の位
相差(通常90度)になるように、各構成部の形状、ガ
ス圧等が設計されている。このようにして、ディスプレ
ーサ18が往復運動すると、膨張空間21bにおいてヘ
リウムガスが膨張することにより、コールドヘッド12
cが冷却され、低温が生成される。
The cycle of the reciprocating movement of the displacer 18 is
The shape, gas pressure, etc. of each component are designed to be the same as the cycle of the reciprocating motion of the piston 16 and to have a predetermined phase difference (usually 90 degrees). In this manner, when the displacer 18 reciprocates, the helium gas expands in the expansion space 21b, thereby causing the cold head 12 to expand.
c is cooled and a low temperature is generated.

【0037】ヘリウムガスは、ピストン16およびディ
スプレーサ18の往復運動によって作動空間21内が一
定の周期で圧縮と膨張とを繰り返すことにより、作動空
間21内の圧力が一定の周期で変動する。この場合、背
面空間23内のヘリウムガスもピストン16の往復運動
に連動して、わずかに圧縮および膨張を繰り返し、背面
空間23の圧力も、一定の周期で変動し、その圧力変動
が、第1圧力容器11に設けられた第1圧力計24によ
って検出される。
The helium gas repeatedly compresses and expands in the working space 21 at a constant cycle due to the reciprocating motion of the piston 16 and the displacer 18, so that the pressure in the working space 21 fluctuates at a constant cycle. In this case, the helium gas in the back space 23 also slightly compresses and expands in conjunction with the reciprocating motion of the piston 16, and the pressure in the back space 23 also fluctuates at a constant cycle. It is detected by a first pressure gauge 24 provided in the pressure vessel 11.

【0038】第1圧力容器11内の背面空間23のヘリ
ウムガスの圧力の変動状態を図2に示す。第1圧力容器
11の内部の圧力の変動の振幅Pdは、往復運動するピ
ストン16の振幅変化に追従するが、第1圧力容器11
内の温度条件が一定の場合には、その振幅の中心値は、
第1圧力容器11内に充填されているヘリウムのガス圧
のみに依存する。この第1圧力容器11の内部の圧力の
振幅中心の圧力、すなわち、振幅中心圧力をPaveと
する。
FIG. 2 shows how the pressure of the helium gas in the back space 23 in the first pressure vessel 11 fluctuates. The amplitude Pd of the pressure fluctuation inside the first pressure vessel 11 follows the amplitude change of the reciprocating piston 16, but the first pressure vessel 11
If the temperature condition inside is constant, the center value of the amplitude is
It depends only on the gas pressure of the helium filled in the first pressure vessel 11. The pressure at the center of the amplitude of the pressure inside the first pressure vessel 11, that is, the amplitude center pressure is Pave.

【0039】この振幅中心圧力Paveは、第1圧力容
器11内に充填されているヘリウムの全体のガス圧(平
均)が一定の場合には一定となり、第1圧力容器11内
全体のガス圧の増減に伴って、増減する。第1圧力容器
11内の温度条件が一定の場合には、第1圧力容器11
全体のガス圧は、第1圧力容器11内に存在しているガ
スの質量に比例する。従って、第1圧力容器11内のヘ
リウムが外部に漏洩している場合には、第1圧力容器1
1内に存在しているヘリウムの質量が減少するために、
温度条件が一定であれば、第1圧力容器11のガス圧が
減少し、振幅平均圧力Paveも低下する。その結果、
スターリング冷凍機の運転時においては、第1圧力計2
4の測定値に基づいて、変動する第1圧力容器11内の
ヘリウムの振幅中心ガス圧Paveをモニターすること
により、ヘリウムの漏洩を検知することができる。
The amplitude center pressure Pave is constant when the gas pressure (average) of the entire helium filled in the first pressure vessel 11 is constant, and is equal to the total gas pressure in the first pressure vessel 11. Increases or decreases with increase or decrease. When the temperature condition in the first pressure vessel 11 is constant, the first pressure vessel 11
The total gas pressure is proportional to the mass of the gas present in the first pressure vessel 11. Therefore, when the helium in the first pressure vessel 11 is leaking outside, the first pressure vessel 1
Because the mass of helium present in 1 decreases,
If the temperature condition is constant, the gas pressure in the first pressure vessel 11 decreases, and the amplitude average pressure Pave also decreases. as a result,
During operation of the Stirling refrigerator, the first pressure gauge 2
By monitoring the fluctuating center gas pressure Pave of helium in the first pressure vessel 11 based on the measurement value of 4, the leakage of helium can be detected.

【0040】図3は、本発明のスターリング冷凍機の第
1圧力容器11内の圧力制御の手順を示すフローチャー
トである。この場合、初期条件として、第1圧力容器1
1内(背面空間24内)全体のヘリウムのガス圧力を、
振幅中心ガス圧Paveの安定境界下限値Pb1および
充填基準圧力Pb2を予め設定する。そして、スターリ
ング冷凍機を高効率で運転するために、第1圧力容器1
1には、設定された充填基準圧力Pb2となるように、
ヘリウムが初期充填されている。
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for controlling the pressure in the first pressure vessel 11 of the Stirling refrigerator according to the present invention. In this case, as an initial condition, the first pressure vessel 1
The gas pressure of helium in the whole 1 (in the back space 24) is
A stable boundary lower limit value Pb1 of the amplitude center gas pressure Pave and a filling reference pressure Pb2 are set in advance. Then, in order to operate the Stirling refrigerator with high efficiency, the first pressure vessel 1
1, so that the set filling reference pressure Pb2 is obtained.
Helium is initially filled.

【0041】この制御では、まず、第1圧力容器11に
設けられた第1圧力計11により、第1圧力容器11内
のヘリウムのガス圧Paを測定する(図3のステップS
1参照、以下同様)。この場合、第1圧力容器11内の
ヘリウムのガス圧は、ピストン16の往復によって、一
定周期で変動しており、第1圧力計11によって測定さ
れたガス圧力Paの平均値が、振幅中心ガス圧Pave
として算出される(ステップS2)。
In this control, first, the gas pressure Pa of helium in the first pressure vessel 11 is measured by the first pressure gauge 11 provided in the first pressure vessel 11 (step S in FIG. 3).
1, the same applies hereinafter). In this case, the gas pressure of helium in the first pressure vessel 11 fluctuates at a constant cycle due to the reciprocation of the piston 16, and the average value of the gas pressure Pa measured by the first pressure gauge 11 is equal to the amplitude center gas. Pressure Pave
(Step S2).

【0042】振幅中心ガス圧Paveが算出されると、
その算出された振幅中心ガス圧Paveが、予め設定さ
れた振幅中心ガス圧の安定境界下限値Pb1と比較され
る(ステップS3)。そして、算出された振幅中心ガス
圧Paveが安定境界下限値Pb1よりも大きくなって
いる場合(Pave>Pb1)には、ステップS1へ戻
る。これに対して、算出された振幅中心ガス圧Pave
が安定境界下限値Pb1の場合(Pave≦Pb1)に
は、制御弁27を開放する(ステップS4)。これによ
り、補助容器12内のヘリウムが、連結路26を通って
第1圧力容器11内に流入し、背面空間23の圧力が上
昇する。従って、第1圧力計24の測定値に基づいて算
出される振幅中心ガス圧Paveも上昇するとになる。
When the amplitude center gas pressure Pave is calculated,
The calculated amplitude center gas pressure Pave is compared with a preset stable boundary lower limit value Pb1 of the amplitude center gas pressure (step S3). Then, when the calculated amplitude center gas pressure Pave is larger than the stable boundary lower limit value Pb1 (Pave> Pb1), the process returns to step S1. On the other hand, the calculated amplitude center gas pressure Pave
Is lower than the stable boundary lower limit value Pb1 (Pave ≦ Pb1), the control valve 27 is opened (step S4). Thereby, the helium in the auxiliary container 12 flows into the first pressure container 11 through the connection path 26, and the pressure in the back space 23 increases. Therefore, the amplitude center gas pressure Pave calculated based on the measurement value of the first pressure gauge 24 also increases.

【0043】このようにして、第1圧力容器11内の圧
力が上昇することによって、算出される振幅中心ガス圧
Paveが上昇し、その振幅中心ガス圧Paveが、予
め設定された振幅中心ガス圧の充填基準圧力Pb2と比
較される(ステップS5)。そして、振幅中心ガス圧P
aveが、充填基準圧力Pb2に等しくなると(Pav
e=Pb2)、制御弁14が閉鎖される(ステップS
6)。
As the pressure in the first pressure vessel 11 increases in this manner, the calculated amplitude center gas pressure Pave increases, and the amplitude center gas pressure Pave becomes equal to a predetermined amplitude center gas pressure. (Step S5). And the amplitude center gas pressure P
When ave becomes equal to the filling reference pressure Pb2 (Pav
e = Pb2), and the control valve 14 is closed (step S)
6).

【0044】このような制御が繰り返されることによっ
て、第1圧力容器11内のヘリウムが、何らかの原因で
外部に漏洩して、振幅中心ガス圧Paveが低下する
と、補助容器25内から第1圧力容器11内にヘリウム
が補充され、第1圧力容器11内の圧力低下が防止され
る。その結果、第1圧力容器11内の背面空間23にお
ける振幅中心圧力Paveは、予め設定された充填基準
圧力Pb2と安定境界下限値Pb1との間に制御される
なお、本実施の形態では、振幅中心圧力Paveが安定
境界下限値Pb1になると、制御弁27を開放、振幅中
心圧力Paveが充填基準圧力Pb2になると制御弁2
7を閉鎖するように構成して、補助容器25から第1圧
力容器11内ヘのリウムの通流を、オン−オフ制御する
構成としたが、振幅中心圧力Paveが、スターリング
冷凍機の運転効率が最大となる最適圧力値Pbに常に維
持されるように、制御弁27の開度を可変制御する構成
としても良い。
When such control is repeated, the helium in the first pressure vessel 11 leaks to the outside for some reason and the amplitude center gas pressure Pave decreases. Helium is replenished in the pressure vessel 11 to prevent the pressure in the first pressure vessel 11 from dropping. As a result, the amplitude center pressure Pave in the back space 23 in the first pressure vessel 11 is controlled between a preset filling reference pressure Pb2 and a stable boundary lower limit value Pb1. When the center pressure Pave reaches the stable boundary lower limit value Pb1, the control valve 27 is opened. When the amplitude center pressure Pave reaches the filling reference pressure Pb2, the control valve 2 opens.
7 is closed, and the flow of helium from the auxiliary container 25 to the inside of the first pressure container 11 is controlled to be on-off. However, the amplitude center pressure Pave is reduced by the operating efficiency of the Stirling refrigerator. The opening degree of the control valve 27 may be variably controlled so that is always maintained at the optimal pressure value Pb at which the maximum pressure Pb becomes maximum.

【0045】(実施の形態2)本実施の形態2では、図
1に示すスターリング冷凍機において、第1圧力容器1
1内の圧力と補助容器25内の圧力との圧力差が設定圧
力差より小さい場合に、制御弁27により、補助容器2
5から第1圧力容器11へのヘリウムの通流を遮断する
ように制御しており、その制御の手順を図4にフローチ
ャートとして示す。
(Embodiment 2) In the present embodiment 2, in the Stirling refrigerator shown in FIG.
When the pressure difference between the pressure in the first container 1 and the pressure in the auxiliary container 25 is smaller than the set pressure difference, the control valve 27 controls the auxiliary container 2
5 to the first pressure vessel 11 is controlled so as to block the flow of helium, and the control procedure is shown as a flowchart in FIG.

【0046】この場合、ヘリウムが補助容器25内から
制御弁27を介して第1圧力容器11内へ円滑に流入で
きるように、補助容器25の内部圧力と第1圧力容器1
1の内部圧力との圧力差の基準値が、基準圧力差△Pc
1として、予め設定されている。
In this case, the internal pressure of the auxiliary container 25 and the first pressure container 1 are set so that helium can smoothly flow from the auxiliary container 25 through the control valve 27 into the first pressure container 11.
1. The reference value of the pressure difference from the internal pressure is the reference pressure difference ΔPc
1 is set in advance.

【0047】本実施の形態では、まず、補助容器25内
の圧力Pcが、補助容器25に設けられた第2圧力計2
8によって測定される(図4のステップS11参照、以
下同様)。また、第1圧力容器11に設けられた第1圧
力計11により、第1圧力容器11内のヘリウムのガス
圧Paを測定し(ステップS12)、その平均値が、振
幅中心ガス圧Paveとして算出される(ステップS1
3)。
In this embodiment, first, the pressure Pc in the auxiliary container 25 is measured by the second pressure gauge 2 provided in the auxiliary container 25.
8 (see step S11 in FIG. 4, the same applies hereinafter). Further, the gas pressure Pa of helium in the first pressure vessel 11 is measured by the first pressure gauge 11 provided in the first pressure vessel 11 (step S12), and the average value is calculated as the amplitude center gas pressure Pave. (Step S1
3).

【0048】そして、測定された補助容器25の内部圧
力Pcと、算出された振幅中心ガス圧Paveとの差
が、圧力差△Pcとして演算され(ステップS14)、
演算された圧力差△Pcが、予め設定された基準圧力差
△Pc1と比較される(ステップS15)。この場合、
圧力差△Pcが、基準圧力差△Pc1以上になっている
に場合(△Pc≧△Pc1)に、算出された振幅中心ガ
ス圧Paveが、振幅中心ガス圧の安定境界下限値Pb
1と比較される(ステップS16)。
Then, the difference between the measured internal pressure Pc of the auxiliary container 25 and the calculated amplitude center gas pressure Pave is calculated as a pressure difference ΔPc (step S14).
The calculated pressure difference ΔPc is compared with a preset reference pressure difference ΔPc1 (step S15). in this case,
When the pressure difference △ Pc is equal to or larger than the reference pressure difference △ Pc1 (△ Pc ≧ △ Pc1), the calculated amplitude center gas pressure Pave becomes the stable boundary lower limit value Pb of the amplitude center gas pressure.
1 (step S16).

【0049】そして、算出された振幅中心ガス圧Pav
eが安定境界下限値Pb1の場合(Pave≦Pb1)
には、制御弁27を開放し(ステップS17)、補助容
器12内のヘリウムを、連結路26を通って第1圧力容
器11内に流入させる。その後、第1圧力計24の測定
値に基づいて演算される振幅中心ガス圧Paveを、予
め設定された振幅中心ガス圧の充填基準圧力Pb2と比
較し(ステップS18)、振幅中心ガス圧Paveが、
充填基準圧力Pb2に等しくなると(Pave=Pb
2)、制御弁27を閉鎖する(ステップS19)。
Then, the calculated amplitude center gas pressure Pav
When e is the stable boundary lower limit value Pb1 (Pave ≦ Pb1)
Then, the control valve 27 is opened (step S17), and the helium in the auxiliary container 12 flows into the first pressure container 11 through the connection path 26. Thereafter, the amplitude center gas pressure Pave calculated based on the measurement value of the first pressure gauge 24 is compared with a preset filling reference pressure Pb2 of the amplitude center gas pressure (Step S18), and the amplitude center gas pressure Pave is determined. ,
When it becomes equal to the filling reference pressure Pb2 (Pave = Pb
2), the control valve 27 is closed (step S19).

【0050】このように、第1圧力容器11からヘリウ
ムが漏洩することによって、補助容器25内から第1圧
力容器11内にヘリウムが補充され、これにより、補助
容器25内のヘリウム量が減少して、補助容器12内の
圧力が低下する。第1圧力容器11からのヘリウムの漏
洩が継続的な場合、補助容器25内のヘリウム量が減少
し続けるため、補助容器12内の圧力も低下し続けるこ
とになり、最終的には、補助容器25内の圧力は、振幅
中心ガス圧Paveの充填基準圧力Pb2以下になる。
その結果、第1圧力容器11内においても振幅中心ガス
圧Paveが充填基準圧力Pb2を上回らなくなる。
As described above, helium is replenished from the inside of the auxiliary container 25 into the first pressure container 11 due to the leakage of helium from the first pressure container 11, whereby the amount of helium in the auxiliary container 25 decreases. Thus, the pressure in the auxiliary container 12 decreases. When helium leaks from the first pressure vessel 11 continuously, the amount of helium in the auxiliary vessel 25 continues to decrease, so that the pressure in the auxiliary vessel 12 also decreases, and finally, the auxiliary vessel 25 The pressure in 25 becomes equal to or lower than the filling reference pressure Pb2 of the amplitude center gas pressure Pave.
As a result, even within the first pressure vessel 11, the amplitude center gas pressure Pave does not exceed the filling reference pressure Pb2.

【0051】この場合、第1圧力容器11内の圧力と補
助容器25内の圧力との圧力差△Pcが減少し続けて、
圧力差△Pcが設定圧力差△Pc1より小さくなると、
制御弁27が遮断されるようになっている。このため
に、制御弁27が、常時、解放されることによって、第
1圧力容器11の内部と補助容器25の内部とが連通し
て、背面空間23の容積が補助容器25の容積分だけ増
加するというおそれがない。スターリング冷凍機では、
冷凍能力と運転効率とを考慮して、背面空間23の容積
を設計しているために、このように、背面空間23の容
積が増加することを回避することによって、スターリン
グ冷凍機の冷凍能力と運転効率の低下を防止することが
できる。
In this case, the pressure difference ΔPc between the pressure in the first pressure vessel 11 and the pressure in the auxiliary vessel 25 continues to decrease,
When the pressure difference ΔPc becomes smaller than the set pressure difference ΔPc1,
The control valve 27 is shut off. Therefore, the control valve 27 is always opened, so that the inside of the first pressure vessel 11 communicates with the inside of the auxiliary container 25, and the volume of the back space 23 increases by the volume of the auxiliary container 25. There is no fear of doing it. In a Stirling refrigerator,
Since the volume of the rear space 23 is designed in consideration of the refrigeration capacity and the operation efficiency, the refrigeration capacity of the Stirling refrigerator is reduced by avoiding the increase in the volume of the rear space 23 in this manner. A decrease in operating efficiency can be prevented.

【0052】(実施の形態3)本実施の形態3における
スターリング冷凍機では、図5示すフローチャートに基
づいて圧力制御を実施するようになつている。図5に示
すように、補助容器25の内部圧力と第1圧力容器11
の内部圧力との圧力差△Pcが、基準圧力差△Pc1を
下回った場合に(ステップS15)、スターリング冷凍
機の外部に対して、補助容器25の内部圧力と第1圧力
容器11の内部圧力との圧力差△Pcが、基準圧力差△
Pc1を下回ることによって制御弁27が閉鎖されたこ
とを示す信号を送るとともに(ステップS20)、制御
弁27を閉鎖する(ステップS19)。
(Embodiment 3) In the Stirling refrigerator according to Embodiment 3, pressure control is performed based on a flowchart shown in FIG. As shown in FIG. 5, the internal pressure of the auxiliary container 25 and the first pressure container 11
When the pressure difference ΔPc from the internal pressure of the Stirling refrigerator is smaller than the reference pressure difference ΔPc1 (step S15), the internal pressure of the auxiliary container 25 and the internal pressure of the first pressure container 11 Pressure difference {Pc is the reference pressure difference}
A signal indicating that the control valve 27 is closed by dropping below Pc1 is sent (step S20), and the control valve 27 is closed (step S19).

【0053】このように、制御弁27が閉鎖されたこと
を示す信号が出力されると、例えば、警報ランプの点灯
等によって、制御弁27が閉鎖されたことが報知され
る。これにより、補助容器25内へのヘリウムの補充等
が実施されることになる。
When the signal indicating that the control valve 27 has been closed is output, the fact that the control valve 27 has been closed is notified by, for example, lighting of an alarm lamp. As a result, helium is replenished into the auxiliary container 25 and the like.

【0054】(実施の形態4)図6は、本実施の形態4
における制御の手順を示すフローチャートである。本実
施の形態では、補助容器25内のヘリウムのガス圧の変
化量が、設定基準変化量より大きい場合、スターリング
冷凍機外部に対して、第1圧力容器11に、ヘリウムの
異常な漏洩が発生している信号を発するようになってい
る。
(Embodiment 4) FIG. 6 shows Embodiment 4 of the present invention.
4 is a flowchart showing a control procedure in the embodiment. In the present embodiment, when the change amount of the gas pressure of helium in the auxiliary container 25 is larger than the set reference change amount, abnormal leakage of helium occurs in the first pressure container 11 to the outside of the Stirling refrigerator. To emit a signal.

【0055】この場合、補助容器25内のヘリウムの圧
力の基準時間当たりの低下量が、△Xdとして予め設定
されている。この基準圧力低下量△Xdは、設計時にお
いて想定される第1圧力容器11からのヘリウムの外部
への不可避的な漏洩量に基づいて設定される。
In this case, the amount of decrease in the pressure of helium in the auxiliary container 25 per reference time is preset as ΔXd. The reference pressure decrease amount ΔXd is set based on the inevitable leakage amount of helium from the first pressure vessel 11 to the outside which is assumed at the time of design.

【0056】本実施の形態4では、まず、補助容器25
内のヘリウムの圧力Pcが、補助容器25に設けられた
第2圧力計28によって測定され(図6のステップS2
1参照、以下同様)、基準時間当たりの補助容器12内
のヘリウムの圧力の低下量△Xcを算出する(ステップ
S22)。そして、補助容器25内の作動媒体圧力の低
下量△Xcが、予め設定された基準圧力低下量△Xdと
比較され(ステップS23)、補助容器25内のヘリウ
ムの圧力の低下量△Xcが、基準圧力低下量△Xd以上
になっている場合には(△Xc≧△Xd)、そのことを
示す信号が外部に出力される(ステップS24)。補助
容器25内のヘリウムの圧力の低下量△Xcが、基準圧
力低下量△Xdよりも小さくなっている場合には、実施
の形態3と同様に、第1圧力容器11内の圧力が検出さ
れて(ステップS12)、以下、図5に示すフローチャ
ートと同様の手順で制御されるために、図5に示すフロ
ーチャートのステップと同様の符号を付して説明を省略
する。
In the fourth embodiment, first, the auxiliary container 25
The pressure Pc of helium inside is measured by the second pressure gauge 28 provided in the auxiliary container 25 (step S2 in FIG. 6).
1, the same applies hereinafter), and the amount of decrease ΔXc in the pressure of helium in the auxiliary container 12 per reference time is calculated (step S22). Then, the reduction amount △ Xc of the working medium pressure in the auxiliary container 25 is compared with a preset reference pressure reduction amount △ Xd (step S23), and the reduction amount △ Xc of the helium pressure in the auxiliary container 25 is If the reference pressure drop amount is equal to or more than △ Xd (△ Xc ≧ △ Xd), a signal indicating this is output to the outside (step S24). When the decrease amount △ Xc of the helium pressure in the auxiliary container 25 is smaller than the reference pressure decrease amount △ Xd, the pressure in the first pressure container 11 is detected as in the third embodiment. Since the control is performed in the same procedure as in the flowchart shown in FIG. 5 (step S12), the same reference numerals as in the steps in the flowchart shown in FIG.

【0057】補助容器25内のヘリウムの圧力の低下量
△Xcが、基準圧力低下量△Xdより大きく、このまま
放置すれば、第1圧力容器11内のヘリウムの圧力は低
下し続けるために、最終的には、振幅中心ガス圧の安定
境界下限値Pb1以下になる。本実施の形態では、第1
圧力容器11内のヘリウムの圧力が、振幅中心ガス圧の
安定境界下限値Pb1以下になることがより早く認識す
ることができ、従って、スターリング冷凍機の運転効率
が著しく低下し、冷凍能力の不足、最悪の場合、ピスト
ン、ディスプレーサ等のスターリング冷凍機内部構造体
の破損等の重大な問題の発生をより確実に防止すること
ができる。
The decrease amount △ Xc of the helium pressure in the auxiliary container 25 is larger than the reference pressure decrease amount △ Xd. If the helium pressure is left as it is, the helium pressure in the first pressure container 11 continues to decrease. Specifically, the amplitude center gas pressure becomes equal to or lower than the stable boundary lower limit value Pb1. In the present embodiment, the first
It can be quickly recognized that the pressure of helium in the pressure vessel 11 becomes equal to or lower than the lower limit Pb1 of the stable boundary of the amplitude center gas pressure. Therefore, the operating efficiency of the Stirling refrigerator is significantly reduced, and the refrigeration capacity is insufficient. In the worst case, it is possible to more reliably prevent serious problems such as breakage of the internal structure of the Stirling refrigerator such as the piston and the displacer.

【0058】さらに、第1圧力容器11からの漏洩量が
大きいことの認識から、第1圧力容器11のシール等の
早期の点検および補修を実施することができる。
Further, from the recognition that the amount of leakage from the first pressure vessel 11 is large, early inspection and repair of the seal and the like of the first pressure vessel 11 can be performed.

【0059】(実施の形態5)図7は、本実施形態5に
おける制御の手順を示すフローチャートである。
(Embodiment 5) FIG. 7 is a flowchart showing a control procedure according to Embodiment 5 of the present invention.

【0060】本実施の形態5では、連結路26に流量計
(図示せず)を設けて、スターリング冷凍機の第1圧力
容器11内のヘリウムの漏洩が不可避である場合に、そ
の漏洩量を十分補充できるように、補助容器の体積を設
計する。この場合、補助容器25から第1圧力容器11
への基準時間当たりヘリウムの補充流量△Xdが予め設
定されている。この△Xdは、設計時に想定される第1
圧力容器11から外部への不可避的漏洩量に基づいて設
定される。
In the fifth embodiment, a flow meter (not shown) is provided in the connection path 26 to reduce the amount of leakage of helium in the first pressure vessel 11 of the Stirling refrigerator when it is inevitable. Design the volume of the auxiliary container so that it can be sufficiently refilled. In this case, the first pressure vessel 11
The helium replenishment flow rate ΔXd per reference time is preset. This ΔXd is the first value assumed at the time of design.
It is set based on the amount of inevitable leakage from the pressure vessel 11 to the outside.

【0061】本実施の形態では、まず、補助容器25内
の圧力Pcが、補助容器25に設けられた第2圧力計2
8によって測定される(図7のステップS11参照、以
下同様)。また、第1圧力容器11に設けられた第1圧
力計11により、第1圧力容器11内のヘリウムのガス
圧Paを測定し(ステップS12)、その平均値が、振
幅中心ガス圧Paveとして算出される(ステップS1
3)。
In this embodiment, first, the pressure Pc in the auxiliary container 25 is measured by the second pressure gauge 2 provided in the auxiliary container 25.
8 (see step S11 in FIG. 7, the same applies hereinafter). Further, the gas pressure Pa of helium in the first pressure vessel 11 is measured by the first pressure gauge 11 provided in the first pressure vessel 11 (step S12), and the average value is calculated as the amplitude center gas pressure Pave. (Step S1
3).

【0062】そして、測定された補助容器25の内部圧
力Pcと、算出された振幅中心ガス圧Paveとの差
が、圧力差△Pcとして演算され(ステップS14)、
演算された圧力差△Pcが、予め設定された基準圧力差
△Pc1と比較される(ステップS15)。
Then, the difference between the measured internal pressure Pc of the auxiliary container 25 and the calculated amplitude center gas pressure Pave is calculated as the pressure difference ΔPc (step S14).
The calculated pressure difference ΔPc is compared with a preset reference pressure difference ΔPc1 (step S15).

【0063】圧力差△Pcが、基準圧力差△Pc1を下
回っている場合(△Pc<△Pc1)には、スターリン
グ冷凍機の外部に対して、補助容器25の内部圧力と第
1圧力容器11の内部圧力との圧力差△Pcが、基準圧
力差△Pc1を下回ることによって制御弁27が閉鎖さ
れることを示す信号を出力するとともに(ステップS2
0)、制御弁27を閉鎖するようになっている(ステッ
プS19)。
When the pressure difference ΔPc is smaller than the reference pressure difference ΔPc1 (△ Pc <△ Pc1), the internal pressure of the auxiliary container 25 and the first pressure container 11 And outputs a signal indicating that the control valve 27 is closed when the pressure difference ΔPc from the internal pressure falls below the reference pressure difference ΔPc1 (step S2).
0), the control valve 27 is closed (step S19).

【0064】これに対して、圧力差△Pcが、基準圧力
差△Pc1以上になっているに場合(△Pc≧△Pc
1)には、算出された振幅中心ガス圧Paveが、振幅
中心ガス圧の安定境界下限値Pb1と比較される(ステ
ップS16)。
On the other hand, when the pressure difference に Pc is equal to or larger than the reference pressure difference △ Pc1 (cPc ≧ △ Pc
In 1), the calculated amplitude center gas pressure Pave is compared with the stable boundary lower limit value Pb1 of the amplitude center gas pressure (step S16).

【0065】算出された振幅中心ガス圧Paveが安定
境界下限値Pb1の場合(Pave≦Pb1)には、制
御弁27を開放し(ステップS17)、補助容器12内
のヘリウムを、連結路26を通って第1圧力容器11内
に流入させる。
If the calculated amplitude center gas pressure Pave is the lower limit Pb1 of the stable boundary (Pave ≦ Pb1), the control valve 27 is opened (step S17), and the helium in the auxiliary container 12 is connected to the connection path 26. Through the first pressure vessel 11.

【0066】その後、補助容器25に設けられた流量計
に基づいて、第1圧力容器11内に補充されたヘリウム
の流量が測定され(ステップS31)、測定されたヘリ
ウムの補充量に基づいて、基準時間当りの補充されたヘ
リウムの流量△Xaを算出する(ステップS32)。算
出された基準時間当りの補充ヘリウム流量△Xaが、予
め設定された基準時間当りのヘリウムの基準流量△Xb
と比較され、基準時間当りの補充ヘリウム流量△Xa
が、基準時間当りのヘリウムの基準流量△Xb以上にな
っている場合には(△Xa≧△Xb)、そのことを示す
信号が外部に出力される(ステップS34)。
Thereafter, the flow rate of helium replenished in the first pressure vessel 11 is measured based on the flow meter provided in the auxiliary vessel 25 (step S31), and based on the measured helium replenishment amount, The flow rate ΔXa of the replenished helium per reference time is calculated (step S32). The calculated replenishment helium flow rate per reference time ΔXa is equal to a preset reference flow rate of helium per reference time ΔXb.
Helium flow rate per reference time ΔXa
Is greater than or equal to the reference flow rate ヘ Xb of helium per reference time (△ Xa ≧ △ Xb), a signal indicating this is output to the outside (step S34).

【0067】これに対して、基準時間当りの補充ヘリウ
ム流量△Xaが、基準時間当りのヘリウムの基準流量△
Xbよりも小さくなっている場合(△Xa<△Xb)に
は、第1圧力計24の測定値に基づいて演算される振幅
中心ガス圧Paveを、予め設定された振幅中心ガス圧
の充填基準圧力Pb2と比較し(ステップS18)、振
幅中心ガス圧Paveが、充填基準圧力Pb2に等しく
なると(Pave=Pb2)、制御弁27が閉鎖される
(ステップS19)。
On the other hand, the replenishment helium flow rate per reference time {Xa is the helium reference flow rate per reference time}
If it is smaller than Xb (△ Xa <△ Xb), the amplitude center gas pressure Pave calculated based on the measurement value of the first pressure gauge 24 is set to a predetermined filling reference of the amplitude center gas pressure. Compared with the pressure Pb2 (step S18), when the amplitude center gas pressure Pave becomes equal to the filling reference pressure Pb2 (Pave = Pb2), the control valve 27 is closed (step S19).

【0068】このように、補充されるヘリウムガスの流
量△Xaが基準ヘリウムガス流量△Xbより大きい場合
には、そのことを示す信号が出力されるために、スター
リング冷凍機の運転効率が著しく低下して、冷凍能力の
不足、最悪の場合、ピストン、ディスプレーサ等のスタ
ーリング冷凍機内部構造体の破損等の重大な問題が発生
することをより確実に回避することができる。
As described above, when the flow rate △ Xa of the helium gas to be replenished is larger than the reference helium gas flow rate △ Xb, a signal indicating the fact is output, so that the operating efficiency of the Stirling refrigerator significantly decreases. Then, it is possible to more reliably avoid the occurrence of a serious problem such as damage to the internal structure of a Stirling refrigerator such as a piston, a displacer, or the like, in the worst case of insufficient refrigeration capacity.

【0069】さらに、第1圧力容器11からの漏洩量が
大きいことの認識から、第1圧力容器11のシール等の
早期の点検および補修を行うことができる。
Further, from the recognition that the amount of leakage from the first pressure vessel 11 is large, early inspection and repair of the seal and the like of the first pressure vessel 11 can be performed.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明のスターリング冷凍機は、このよ
うに、補助容器内に封入された作動媒体が、制御弁によ
って、圧力容器に通流されるようになっているために、
圧力容器内の作動媒体の圧力の低下を防止することがで
き、低温発生効率が低下することを防止することができ
る。
According to the Stirling refrigerator of the present invention, since the working medium sealed in the auxiliary container is made to flow through the pressure container by the control valve,
A decrease in the pressure of the working medium in the pressure vessel can be prevented, and a decrease in low-temperature generation efficiency can be prevented.

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

【図1】本発明のスターリング冷凍機の実施の形態の一
例を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of a Stirling refrigerator of the present invention.

【図2】そのスターリング冷凍機の動作説明のための圧
力陽気内のガス圧力の変化を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a change in gas pressure in a pressure chamber for explaining an operation of the Stirling refrigerator.

【図3】そのスターリング冷凍機の動作の一例を示すフ
ローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the Stirling refrigerator.

【図4】そのスターリング冷凍機の動作の他の例を示す
フローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing another example of the operation of the Stirling refrigerator.

【図5】そのスターリング冷凍機の動作のさらに他の例
を示すフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart showing still another example of the operation of the Stirling refrigerator.

【図6】そのスターリング冷凍機の動作のさらに他の例
を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing still another example of the operation of the Stirling refrigerator.

【図7】そのスターリング冷凍機の動作のさらに他の例
を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing still another example of the operation of the Stirling refrigerator.

【図8】従来のスターリング冷凍機の概略構成を示す断
面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of a conventional Stirling refrigerator.

【図9】スターリング冷凍機における圧力容器内の作動
媒体のガス圧とCOPとの関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a gas pressure of a working medium in a pressure vessel and a COP in a Stirling refrigerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第1圧力容器 12 第2圧力容器 14 第1シリンダ 15 第2シリンダ 16 ピストン 17 ピストンスプリング 18 ディスプレーサ 19 ディスプレーサスプリング 24 第1圧力計 25 補助容器 26 連結路 27 制御弁 28 第2圧力計 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 1st pressure vessel 12 2nd pressure vessel 14 1st cylinder 15 2nd cylinder 16 piston 17 piston spring 18 displacer 19 displacer spring 24 1st pressure gauge 25 auxiliary vessel 26 connection path 27 control valve 28 2nd pressure gauge

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 作動媒体が充填されている圧力容器内に
配置されたシリンダ内をピストンおよびディスプレーサ
がそれぞれ往復運動することによって、圧力容器内の作
動媒体が一定周期で圧縮および膨張を繰り返し、それに
より低温が発生されるスターリング冷凍機であって、 作動媒体が圧力容器よりも高圧な状態で封入された補助
容器と、 前記圧力容器の内部と該補助容器の内部とを連通する連
結路と、 該補助容器から該圧力容器への作動媒体の通流を制御す
るべく該連絡路に設けられた制御弁と、 を有することを特徴とするスターリング冷凍機。
A piston and a displacer reciprocate in a cylinder disposed in a pressure vessel filled with a working medium, whereby the working medium in the pressure vessel repeatedly compresses and expands at a constant cycle. A Stirling refrigerator in which a low temperature is generated by an auxiliary container in which a working medium is sealed at a pressure higher than that of a pressure container; and a connection path that communicates the inside of the pressure container with the inside of the auxiliary container. A control valve provided in the communication path to control the flow of the working medium from the auxiliary container to the pressure container.
【請求項2】 前記圧力容器内の圧力と前記補助容器内
の圧力との差が設定値よりも小さい場合に、前記制御弁
によって補助容器から圧力容器への作動媒体の通流が遮
断される請求項1記載のスターリング冷凍機。
2. When the difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in the auxiliary vessel is smaller than a set value, the control valve shuts off the flow of the working medium from the auxiliary vessel to the pressure vessel. The Stirling refrigerator according to claim 1.
【請求項3】 前記圧力容器内の圧力と前記補助容器内
の圧力との差が設定値より小さい場合に、所定の信号が
出力される請求項1記載のスターリング冷凍機。
3. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein a predetermined signal is output when a difference between the pressure in the pressure vessel and the pressure in the auxiliary vessel is smaller than a set value.
【請求項4】 予め設定された基準時間における前記補
助容器内の作動媒体の圧力変化量が設定値より大きい場
合に、所定の信号が出力される請求項1記載のスターリ
ング冷凍機。
4. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein a predetermined signal is output when a pressure change amount of the working medium in the auxiliary container at a preset reference time is larger than a set value.
【請求項5】 予め設定された基準時間における前記補
助容器から前記圧力容器への作動媒体の流量が設定値よ
り大きい場合に、所定の信号が出力される請求項1記載
のスターリング冷凍機。
5. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein a predetermined signal is output when a flow rate of the working medium from the auxiliary container to the pressure container at a preset reference time is larger than a set value.
【請求項6】 予め設定された基準時間における前記圧
力容器内の作動媒体の圧力変化が設定値より大きい場合
に、所定の信号が出力される請求項1記載のスターリン
グ冷凍機。
6. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein a predetermined signal is output when a pressure change of the working medium in the pressure vessel at a preset reference time is greater than a set value.
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