JP2002257429A - 極低温冷凍機の騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＭ冷凍機など極低温冷凍機の内部から
発生する騒音の源である冷媒ガスの急激な圧力変化にと
もなう流れの乱れを低減して流体騒音を抑制可能であっ
て、冷凍機全体の重量を増加させることのない極低温冷
凍機の騒音低減装置を提供すること。 【解決手段】 とくに冷媒ガス管路１２内における流体
の流れを整流することに着目したもので、ハウジング部
３に取り付けたシリンダー４と、シリンダー４に冷媒ガ
スを供給する圧縮機２と、圧縮機２とシリンダー４との
間においてハウジング部３に配置したロータリーバルブ
１１と、を有するとともに、ロータリーバルブ１１を切
り替えることにより、シリンダー４内への冷媒ガスの給
排を行う極低温冷凍機の騒音低減装置であって、ロータ
リーバルブ１１とシリンダー４との間の冷媒ガス管路１
２に整流部材３２を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は極低温冷凍機の騒音
低減装置にかかるもので、とくにＧＭ冷凍機（ギフォー
ド・マクマホン冷凍機）その他の極低温冷凍機の騒音低
減装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＧＭ冷凍機などにおいて、ハウジ
ング部の外部にある圧縮機からのヘリウムガスなどの冷
媒ガスの供給および排気にともないそのハウジング部内
部での騒音発生の問題があった。図３にもとづき概説す
る。図３は、本出願人による特許第２６１７６８１号と
同様のＧＭ冷凍機１（極低温冷凍機）の一部省略断面図
であって、ＧＭ冷凍機１は、圧縮機２と、ハウジング部
３と、シリンダー４と、ディスプレーサー５と、を有す
る。

【０００３】圧縮機２は、ヘリウムガスなどの冷媒ガス
を圧縮し、高圧ガスとしてハウジング部３を介してシリ
ンダー４に供給するものである。

【０００４】ハウジング部３は、冷媒ガス導入孔６およ
び冷媒ガス導出孔７を形成し、その内部に可逆モーター
８と、クランク９と、スコッチヨーク１０と、ロータリ
ーバルブ１１と、を収容してあるとともに、シリンダー
４を取り付けている。

【０００５】上記圧縮機２からの圧縮冷媒ガスは、冷媒
ガス導入孔６からロータリーバルブ１１部分を経て冷媒
ガス管路１２からシリンダー４内に供給され、ギフォー
ド・マクマホン冷凍サイクルを行う。また、シリンダー
４からの冷媒ガスは、冷媒ガス管路１２からロータリー
バルブ１１部分の切り替えにより、ハウジング内空部１
３を経て冷媒ガス導出孔７から圧縮機２に還流する。

【０００６】可逆モーター８による回転動作をクランク
９およびそのクランクピン１４がスコッチヨーク１０の
往復直線運動に変換し、スコッチヨーク１０に結合して
あるディスプレーサー５をシリンダー４内で図中、上下
往復駆動する。

【０００７】ロータリーバルブ１１は、バルブ本体１５
およびバルブプレート１６を有する。バルブ本体１５
は、ハウジング部３内にこれを固定してあり、冷媒ガス
導入孔６に連通する冷媒ガス吸気孔１７をその中心軸部
に形成している。このバルブ本体１５からハウジング部
３を介してシリンダー４との間に冷媒ガス管路１２を形
成している。すなわち冷媒ガス管路１２は、バルブ本体
１５内の折れ曲がり管路部１２Ａと、ハウジング部３内
の直管路部１２Ｂと、からなっている。

【０００８】バルブプレート１６は、半径方向溝１８お
よび円弧状孔１９を形成してあるとともに、クランク９
のクランクピン１４に係合しており、可逆モーター８の
回転にともなってこのクランクピン１４により駆動さ
れ、バルブ本体１５に対して摺動回転する。

【０００９】シリンダー４への冷媒ガス供給時には、円
弧状孔１９と冷媒ガス管路１２との連通を遮断するとと
もに半径方向溝１８と冷媒ガス管路１２を連通し、冷媒
ガス吸気孔１７、半径方向溝１８および冷媒ガス管路１
２を経由してシリンダー４に高圧の冷媒ガスを供給す
る。シリンダー４からの冷媒ガス排気時には、図示の状
態のように、冷媒ガス管路１２と円弧状孔１９とを連通
し、円弧状孔１９およびハウジング内空部１３さらに冷
媒ガス導出孔７を介して冷媒ガスを圧縮機２側に排気す
る。

【００１０】シリンダー４は、第一段シリンダー４Ａお
よび第二段シリンダー４Ｂからこれを構成し、第一段シ
リンダー４Ａの下端部に第一段冷却ステージ２０を、第
二段シリンダー４Ｂの下端部に第二段冷却ステージ２１
をそれぞれ有する。ディスプレーサー５は、シリンダー
４に対応して、第一段ディスプレーサー５Ａおよび第二
段ディスプレーサー５Ｂを有し、第一段ディスプレーサ
ー５Ａに第一段蓄冷材２２を、第二段ディスプレーサー
５Ｂに第二段蓄冷材２３をそれぞれ充填してある。

【００１１】こうした構成のＧＭ冷凍機１において、可
逆モーター８および圧縮機２の運転により、シリンダー
４内でディスプレーサー５を所定周期ないし位相で上下
往復動させるとともに、冷媒ガス管路１２を介して冷媒
ガスを所定周期ないし位相でシリンダー４内に供給する
とともにシリンダー４から排気し、第一段冷却ステージ
２０（低温４０Ｋ〜５０Ｋレベル）および第二段冷却ス
テージ２１（極低温４Ｋレベル）にそれぞれ冷凍を発生
させる。

【００１２】しかして、圧縮機２からの圧縮冷媒ガスの
供給時、および圧縮機２への冷媒ガスの排気時に急激な
圧力変化（約２．２ＭＰａ〜０．２ＭＰａ）が生じ、こ
の圧力変化にともなってハウジング部３内、とくにロー
タリーバルブ１１直後の細い通路である冷媒ガス管路１
２内部での冷媒ガスの流れに乱れが生じて、間欠的な騒
音（流体騒音）が発生するという問題がある。すなわ
ち、冷媒ガスの供給および排気は、ディスプレーサー５
の駆動機構（可逆モーター８およびクランク９）に同期
したロータリーバルブ１１を介して行われており、この
ロータリーバルブ１１のバルブプレート１６が回転して
作動流体である冷媒ガスが冷媒ガス管路１２内で流入お
よび流出する際に、シリンダー４内およびハウジング内
空部１３内に対して比較的細長い冷媒ガス管路１２内で
圧力変化が生じ、管路内の流れに乱れが生じて流体騒音
の原因となっている。具体的には、冷媒ガス供給時に
は、細い冷媒ガス管路１２から比較的広い空間であるシ
リンダー４内に高圧ガスが拡散するために、流れの乱れ
により冷媒ガス管路１２の管壁に冷媒ガスが衝突して騒
音を発生する。また、冷媒ガス排気時には、細い冷媒ガ
ス管路１２から比較的広い空間であるハウジング内空部
１３内に冷媒ガスが拡散するために、同様にして、流れ
の乱れにより冷媒ガス管路１２あるいは円弧状孔１９の
管壁に冷媒ガスが衝突して騒音を発生する。いずれの場
合にも、冷媒ガス管路１２の長さおよび直径に関係した
基本振動数にもとづく可聴範囲の純音が発生することが
判明している。

【００１３】このような騒音を低減させる対策として、
冷凍機ケーシングすなわちハウジング部３およびシリン
ダー４の質量を増加させ、内部から発生する音をその質
量効果により外部遮断する方法、あるいは騒音源からの
振動を防振ゴムなどにより遮断して外部への騒音の放射
を防止する方法などがあるが、いずれにしてもＧＭ冷凍
機１全体の重量を増すことになり、製品としての可搬性
を損なうため、これを実施することは困難である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、ＧＭ冷凍機など極低
温冷凍機の内部から発生する騒音を低減可能な極低温冷
凍機の騒音低減装置を提供することを課題とする。

【００１５】また本発明は、冷凍機全体の重量を増加さ
せることなく、騒音を低減可能な極低温冷凍機の騒音低
減装置を提供することを課題とする。

【００１６】また本発明は、騒音源である冷媒ガスの急
激な圧力変化にともなう流れの乱れを低減して流体騒音
を抑制可能な極低温冷凍機の騒音低減装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、とく
に冷媒ガス管路内における流体の流れを整流することに
より冷媒ガス管路内の流れの乱れを低減することに着目
したもので、ハウジング部と、このハウジング部に取り
付けたシリンダーと、このシリンダー内において往復動
可能としたディスプレーサーと、このシリンダーに冷媒
ガスを供給する圧縮機と、この圧縮機と上記シリンダー
との間において上記ハウジング部に配置したロータリー
バルブと、を有するとともに、このロータリーバルブを
切り替えることにより、上記シリンダー内への上記冷媒
ガスの給排を行う極低温冷凍機の騒音低減装置であっ
て、上記ロータリーバルブと上記シリンダーとの間の冷
媒ガス管路に整流部材を設けたことを特徴とする極低温
冷凍機の騒音低減装置である。

【００１８】上記冷媒ガス管路は、上記ロータリーバル
ブの直後にこれを形成してあることができる。

【００１９】上記整流部材は、焼結合金などによる多孔
質体からこれを構成することができる。

【００２０】上記整流部材は、上記冷媒ガス管路のバル
ブ側端部およびシリンダー側端部の少なくともいずれか
一方にこれを設けることができる。とくに好ましくは、
冷媒ガス管路のバルブ側端部に当該整流部材を設けるこ
とにより、とくに高圧の冷媒ガスが狭い冷媒ガス管路を
通過する際の流れの乱れを効果的に抑制することができ
る。

【００２１】上記ディスプレーサーには、鉛材などによ
る蓄冷材を充填しておくことができる。

【００２２】本発明による極低温冷凍機の騒音低減装置
においては、好ましくはロータリーバルブに続いてその
直後にハニカム構造体などの多孔質体その他による整流
部材を設けることによって冷媒ガス管路内における冷媒
ガスの流れの乱れを拡散させ、流れを整流することがで
きる。したがって、細い冷媒ガス管路内で圧力変化する
冷媒ガスの乱れが抑制されるとともに、管壁に衝突する
ことが防止されて、極低温冷凍機の運転の際に発生する
騒音を低減することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
極低温冷凍機の騒音低減装置を図１および図２にもとづ
き説明する。ただし、図３と同様の部分には同一符号を
付し、その詳述はこれを省略する。図１は、ＧＭ冷凍機
３０（極低温冷凍機）の一部省略断面図であって、ＧＭ
冷凍機３０の全体構造そのものは、図３に示したＧＭ冷
凍機１と事実上同様であるが、ＧＭ冷凍機３０は、その
冷媒ガス管路１２部分に騒音低減装置３１を備えてい
る。

【００２４】騒音低減装置３１は、冷媒ガス管路１２内
に整流部材３２を設けることによりこれを構成する。図
２は、騒音低減装置３１の要部の説明図であって、整流
部材３２は、冷媒ガス管路１２の折れ曲がり管路部１２
Ａにおけるバルブ側端部３３、および直管路部１２Ｂに
おけるシリンダー側端部３４のそれぞれに所定の長さに
わたってこれを設けている。

【００２５】整流部材３２は、焼結合金などによる多孔
質体、金属材料による網材あるいは線材などからこれを
構成することができる。

【００２６】整流部材３２は、バルブ側端部３３および
シリンダー側端部３４の少なくともいずれか一方にこれ
を設けることができるが、より圧力差が大きいバルブ側
端部３３に設けることが望ましい。なお、ＧＭ冷凍機３
０の冷凍能力を勘案して、その圧力損失を無視すること
ができる範囲で、冷媒ガス管路１２における整流部材３
２の長さ、密度、あるいは配置形態を決定することがで
き、必要であれば、間欠的に多段に充填することもでき
る。

【００２７】こうした構成の騒音低減装置３１におい
て、冷媒ガスの圧力変化は、その供給および排気の両行
程で発生するが、たとえば、供給時について述べると、
ロータリーバルブ１１が開くと、高圧（約２．２ＭＰ
ａ）の冷媒ガスがロータリーバルブ１１（バルブ本体１
５）および冷媒ガス管路１２の折れ曲がり管路部１２Ａ
から直管路部１２Ｂを通ってシリンダー４（第一段シリ
ンダー４Ａ）内部に流入する。ロータリーバルブ１１直
後すなわち、冷媒ガス管路１２におけるバルブ側端部３
３の整流部材３２を通過する際に冷媒ガスの流れは減速
し、発生する乱れは整流部材３２の多孔質体の空孔径よ
り大きく成長することができないため、冷媒ガス管路１
２を通過する際に発生する撹乱は、抑制されて小さくな
り、その後の流れの中で拡散および減衰しやすくなる。
また、シリンダー側端部３４における整流部材３２によ
ってもさらに整流されることになる。したがって、ロー
タリーバルブ１１とシリンダー４との間の開放状態にと
もなう圧力変動が減衰され、騒音を低減可能である。

【００２８】また排気時においても、同様に、冷媒ガス
がシリンダー４側から冷媒ガス管路１２を介してハウジ
ング内空部１３方向に拡散する際に、冷媒ガス管路１２
におけるシリンダー側端部３４の整流部材３２、さらに
バルブ側端部３３における整流部材３２により冷媒ガス
はその流れを整流され、騒音源となる乱れを抑制するこ
とができる。

【００２９】なお本発明は、上述のＧＭ冷凍機１に限ら
ず、その運転にともない冷媒ガスの急激な圧力変動を生
ずる各種極低温冷凍機にこれを応用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ハニカム
構造などによる整流部材を、圧力変動が生ずる冷媒ガス
管路部分に設けることとしたので、流体騒音の源となる
冷媒ガスの乱れを整流し、簡単で、また全体重量を増加
させることなく、流体騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による騒音低減装置３１を
装備したＧＭ冷凍機３０（極低温冷凍機）の一部省略断
面図である。

【図２】同、騒音低減装置３１の要部の説明図である。

【図３】特許第２６１７６８１号と同様のＧＭ冷凍機１
（極低温冷凍機）の一部省略断面図である。

【符号の説明】

１ ＧＭ冷凍機（極低温冷凍機、図３） ２ 圧縮機 ３ ハウジング部 ４ シリンダー ４Ａ シリンダー４の第一段シリンダー ４Ｂ シリンダー４の第二段シリンダー ５ ディスプレーサー ５Ａ ディスプレーサー５の第一段ディスプレーサー ５Ｂ ディスプレーサー５の第二段ディスプレーサー ６ 冷媒ガス導入孔 ７ 冷媒ガス導出孔 ８ 可逆モーター ９ クランク １０ スコッチヨーク １１ ロータリーバルブ １２ 冷媒ガス管路 １２Ａ 冷媒ガス管路１２の折れ曲がり管路部 １２Ｂ 冷媒ガス管路１２の直管路部 １３ ハウジング内空部 １４ クランク９のクランクピン １５ ロータリーバルブ１１のバルブ本体 １６ ロータリーバルブ１１のバルブプレート １７ バルブ本体１５の冷媒ガス吸気孔 １８ バルブプレート１６の半径方向溝 １９ バルブプレート１６の円弧状孔 ２０ 第一段冷却ステージ ２１ 第二段冷却ステージ ２２ 第一段蓄冷材 ２３ 第二段蓄冷材 ３０ ＧＭ冷凍機（極低温冷凍機、図１） ３１ ＧＭ冷凍機３０の騒音低減装置（実施の形態、図
１、図２） ３２ 整流部材 ３３ 冷媒ガス管路１２の折れ曲がり管路部１２Ａにお
けるバルブ側端部 ３４ 冷媒ガス管路１２の直管路部１２Ｂにおけるシリ
ンダー側端部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジング部と、 このハウジング部に取り付けたシリンダーと、 このシリンダー内において往復動可能としたディスプレ
   ーサーと、 このシリンダーに冷媒ガスを供給する圧縮機と、 この圧縮機と前記シリンダーとの間において前記ハウジ
   ング部に配置したロータリーバルブと、を有するととも
   に、 このロータリーバルブを切り替えることにより、前記シ
   リンダー内への前記冷媒ガスの給排を行う極低温冷凍機
   の騒音低減装置であって、 前記ロータリーバルブと前記シリンダーとの間の冷媒ガ
   ス管路に整流部材を設けたことを特徴とする極低温冷凍
   機の騒音低減装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒ガス管路は、前記ロータリー
   バルブの直後にこれを形成してあることを特徴とする請
   求項１記載の極低温冷凍機の騒音低減装置。
3. 【請求項３】 前記整流部材は、多孔質体からこれを
   構成したことを特徴とする請求項１記載の極低温冷凍機
   の騒音低減装置。
4. 【請求項４】 前記整流部材は、前記冷媒ガス管路の
   バルブ側端部およびシリンダー側端部の少なくともいず
   れか一方にこれを設けたことを特徴とする請求項１記載
   の極低温冷凍機の騒音低減装置。