JP2007205608A - Cold accumulator type refrigerating machine - Google Patents

Cold accumulator type refrigerating machine Download PDF

Info

Publication number
JP2007205608A
JP2007205608A JP2006023269A JP2006023269A JP2007205608A JP 2007205608 A JP2007205608 A JP 2007205608A JP 2006023269 A JP2006023269 A JP 2006023269A JP 2006023269 A JP2006023269 A JP 2006023269A JP 2007205608 A JP2007205608 A JP 2007205608A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacer
cylinder
temperature side
regenerator
refrigerator
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2006023269A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Asami
宏 浅見
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.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries 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 Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP2006023269A priority Critical patent/JP2007205608A/en
Priority to CN 200610141660 priority patent/CN101012981A/en
Publication of JP2007205608A publication Critical patent/JP2007205608A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve seal balance and to elongate a maintenance interval, in a cold accumulator type refrigerating machine having a seal member for sealing a cylinder and a displacer. <P>SOLUTION: This cold accumulator type refrigerating machine comprises the cylinder 22, the displacer 23, a motor M for reciprocating the displacer 23 in the cylinder 22, and guide members 35, 36 disposed at a high-temperature side and a low-temperature side of the displacer 23, respectively, for guiding the movement of the displacer 23. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は蓄冷器式冷凍機に係り、特にシリンダーでディスプレーサーが往復移動する蓄冷器式冷凍機に関する。   The present invention relates to a regenerator refrigerator, and more particularly to a regenerator refrigerator in which a displacer reciprocates in a cylinder.

図1は、従来の一例である蓄冷器式冷凍機を示している。一般に、蓄冷器式冷凍機は、冷凍温度が40K以上である単段式のものと、冷凍温度を20K以下の極低温としうる2段式のものが知られているが、同図では単段式の蓄冷器式冷凍機1を示している。   FIG. 1 shows a regenerator type refrigerator as an example of the prior art. In general, there are two types of regenerator type refrigerators, a single-stage type having a freezing temperature of 40K or higher and a two-stage type having a freezing temperature of 20K or lower. 1 shows a regenerator type refrigerator 1 of a type.

蓄冷式冷凍機1は、大略するとシリンダー2,ディスプレーサー3,蓄冷材4,ガス供給装置5等により構成されている。シリンダー2の内部にはディスプレーサー3がシリンダー向に往復移動可能に配設されている。ディスプレーサー3の内部には蓄冷材4が配設されている。   The regenerator type refrigerator 1 generally includes a cylinder 2, a displacer 3, a regenerator material 4, a gas supply device 5, and the like. A displacer 3 is disposed inside the cylinder 2 so as to be reciprocally movable toward the cylinder. A cool storage material 4 is disposed inside the displacer 3.

またディスプレーサー3の図中上部にはガス流通孔9が形成されると共に、下部にはガス流通孔10が形成されている。よって、ガス供給装置5から供給されるヘリウム等の作動ガスは、このガス流通孔9,10を通ってディスプレーサー3の下端とシリンダー2の底面との間に形成される膨張室11に供給される。   A gas flow hole 9 is formed in the upper part of the displacer 3 in the figure, and a gas flow hole 10 is formed in the lower part. Therefore, the working gas such as helium supplied from the gas supply device 5 is supplied to the expansion chamber 11 formed between the lower end of the displacer 3 and the bottom surface of the cylinder 2 through the gas flow holes 9 and 10. The

また、従来では作動ガスがシリンダー2の内周面とディスプレーサー3の外周面との間の間隙を介して流れないよう、シリンダー2とディスプレーサー3との間をシールするシール部材が設けられていた。このシール部材としてはスリッパーシール12が用いられており、ディスプレーサー3の高温側(図中上側)に配設されていた。スリッパーシール12は、図2に示されるように、Oリング13とキャップシール14とよりなる構成とされている。更に、ディスプレーサー3の低温側(図中下側)には、シリンダー2内におけるディスプレーサー3の移動を案内する環状のウェアリング15が設けられていた(特許文献1参照)。   Further, conventionally, a sealing member for sealing between the cylinder 2 and the displacer 3 is provided so that the working gas does not flow through the gap between the inner peripheral surface of the cylinder 2 and the outer peripheral surface of the displacer 3. It was. A slipper seal 12 is used as the seal member, and is disposed on the high temperature side (the upper side in the figure) of the displacer 3. As shown in FIG. 2, the slipper seal 12 is configured by an O-ring 13 and a cap seal 14. Furthermore, an annular wear ring 15 for guiding the movement of the displacer 3 in the cylinder 2 was provided on the low temperature side (lower side in the figure) of the displacer 3 (see Patent Document 1).

一方、ガス供給装置5は、コンプレッサー7,吸気弁V1,及び排気弁V2とにより構成されている。ディスプレーサー3が下死点にあるとき、コンプレッサー7で生成された高圧の作動ガスは、吸気弁V1を開弁すると共に排気弁V2を閉弁することによりガス流路8を介してシリンダー2の内部に供給される。これにより、シリンダー2内の圧力は上昇する。   On the other hand, the gas supply device 5 includes a compressor 7, an intake valve V1, and an exhaust valve V2. When the displacer 3 is at bottom dead center, the high-pressure working gas generated by the compressor 7 opens the intake valve V1 and closes the exhaust valve V2 to close the cylinder 2 through the gas flow path 8. Supplied inside. Thereby, the pressure in the cylinder 2 rises.

この状態において、モータMを駆動することによりディスプレーサー3を上死点まで上動させる。これにより高圧の作動ガスは、ガス流通孔9、蓄冷材4、及びガス流通孔10を通り膨張室11内に進入する。続いて、吸気弁V1を閉弁すると共に排気弁V2を開弁する。これにより、膨張室11内の作動ガスは膨張し、これに伴い寒冷が発生する。   In this state, by driving the motor M, the displacer 3 is moved up to the top dead center. Thereby, the high-pressure working gas enters the expansion chamber 11 through the gas flow hole 9, the regenerator material 4, and the gas flow hole 10. Subsequently, the intake valve V1 is closed and the exhaust valve V2 is opened. Thereby, the working gas in the expansion chamber 11 expands, and coldness is generated accordingly.

続いて、モータMを駆動してディスプレーサー3を再び下死点まで移動させる。これにより、膨張した作動ガスは、ガス流通孔10、蓄冷材4、ガス流通孔9、及びガス流路8を通り、再びガス供給装置5に回収される。以上のサイクルを繰り返し行うことにより、膨張室11では30K程度の寒冷を発生することができる。尚、従来ではモータMの回転数は60rpm程度の回転速度でディスプレーサー3を駆動することが行われていた。
特開2004−233004号公報
Subsequently, the motor M is driven to move the displacer 3 to the bottom dead center again. As a result, the expanded working gas passes through the gas flow hole 10, the regenerator material 4, the gas flow hole 9, and the gas flow path 8 and is again collected by the gas supply device 5. By repeating the above cycle, the expansion chamber 11 can generate a cold of about 30K. Conventionally, the displacer 3 is driven at a rotational speed of the motor M of about 60 rpm.
JP 2004-233004 A

しかしながら従来の蓄冷式冷凍機1は、高温側と低温側に異なる特性を有するスリッパーシール12とウェアリング15が配設された構成とされていたため、低温側ではディスプレーサー3の移動を案内できるものの、高温側ではディスプレーサー3の移動を適正に案内することができないという問題点があった。   However, since the conventional regenerative refrigerator 1 has a configuration in which the slipper seal 12 and the wear ring 15 having different characteristics are disposed on the high temperature side and the low temperature side, the movement of the displacer 3 can be guided on the low temperature side. However, there is a problem that the movement of the displacer 3 cannot be properly guided on the high temperature side.

また、高温側においてディスプレーサー3が適正位置からずれることにより、ディスプレーサー3がシリンダー2に摺接して偏摩耗が発生してしまうという問題点があった。   Further, when the displacer 3 is displaced from the proper position on the high temperature side, the displacer 3 is in sliding contact with the cylinder 2 to cause uneven wear.

また、メンテナンスを行う場合には、ウェアリング15に対して摩耗が早いスリッパーシール12を基準に行う必要があり、メンテナンスインターバルが短いという問題点もあった。   In addition, when performing maintenance, it is necessary to perform the wear ring 15 on the basis of the slipper seal 12 that is quickly worn, and there is a problem that the maintenance interval is short.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ディスプレーサーの適正移動を確保すると共にメンテナンスインターバルの長期化を図りうる蓄冷器式冷凍機を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of said point, and it aims at providing the regenerator-type refrigerator which can aim at the prolongation of a maintenance interval while ensuring the appropriate movement of a displacer.

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.

請求項1記載の発明に係る蓄冷器式冷凍機は、
シリンダーと、
該シリンダー内に往復移動可能に配設されたディスプレーサーと、
該ディスプレーサーをシリンダー内で往復移動させる駆動手段と、
前記ディスプレーサーの高温側及び低温側にそれぞれ設けられ前記ディスプレーサーの移動を案内する案内部材とを有することを特徴とするものである。
The regenerator type refrigerator according to the invention of claim 1 is:
A cylinder,
A displacer disposed in a reciprocating manner in the cylinder;
Drive means for reciprocating the displacer in a cylinder;
And a guide member provided on each of the high temperature side and the low temperature side of the displacer for guiding the movement of the displacer.

上記発明によれば、案内部材を高温側と低温側にそれぞれ設けたことにより、案内部材の経時変化は高温側と低温側で略均一に発生するため、いずれか一方が偏って摩耗することを抑制できる。これにより、案内部材に起因してディスプレーサーがシリンダーに当接することを防止でき、信頼性の向上を図ることができる。   According to the above invention, since the guide member is provided on each of the high temperature side and the low temperature side, the temporal change of the guide member occurs substantially uniformly on the high temperature side and the low temperature side. Can be suppressed. As a result, the displacer can be prevented from coming into contact with the cylinder due to the guide member, and the reliability can be improved.

また、請求項2記載の発明は、
請求項1記載の蓄冷器式冷凍機において、
前記案内部材はフッ素樹脂製であることを特徴とするものである。
The invention according to claim 2
The regenerator type refrigerator according to claim 1,
The guide member is made of a fluororesin.

上記発明によれば、案内部材を平滑性が良好で高硬度のフッ素樹脂製により形成したことにより、シリンダー内におけるディスプレーサーの案内を確実に行えると共に、メンテナンスインターバルを長くすることができる。   According to the above invention, since the guide member is made of a fluororesin having good smoothness and high hardness, it is possible to reliably guide the displacer in the cylinder and to lengthen the maintenance interval.

また、請求項3記載の発明は、
請求項1又は2記載の蓄冷器式冷凍機において、
前記駆動手段は73〜150rpmの回転速度で前記ディスプレーサーを駆動することを特徴とするものである。
The invention according to claim 3
In the regenerator type refrigerator according to claim 1 or 2,
The driving means drives the displacer at a rotational speed of 73 to 150 rpm.

また、請求項4記載の発明は、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄冷器式冷凍機において、
前記案内部材は、環状溝が形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to claim 4
In the regenerator type refrigerator according to any one of claims 1 to 3,
The guide member is characterized in that an annular groove is formed.

また、請求項5記載の発明は、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄冷器式冷凍機において、
前記シリンダーと前記ディスプレーサーは単段であることを特徴とするものである。
The invention according to claim 5
The regenerator type refrigerator according to any one of claims 1 to 4,
The cylinder and the displacer are single-stage.

本発明によれば、案内部材の経時変化は高温側と低温側で略均一に発生し一方が偏って摩耗することを抑制できるため、案内部材に起因してディスプレーサーがシリンダーに当接することを防止でき、信頼性の向上を図ることができる。   According to the present invention, the change with time of the guide member can be substantially uniformly generated on the high temperature side and the low temperature side, and one side can be prevented from being worn unevenly, so that the displacer abuts on the cylinder due to the guide member. Can be prevented, and reliability can be improved.

次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図4は本発明の一実施例である蓄冷器式冷凍機20を示している。ヘリウム等の作動ガスを用い、蓄冷材を収容した蓄冷器を有する蓄冷器式冷凍機としては、ギフォードマクマホン(GM)サイクル冷凍機、(逆)スターリングサイクル冷凍機等が知られている。   FIG. 4 shows a regenerator type refrigerator 20 according to an embodiment of the present invention. As a regenerator type refrigerator having a regenerator containing a regenerator material using a working gas such as helium, a Gifford McMahon (GM) cycle refrigerator, a (reverse) Stirling cycle refrigerator, and the like are known.

本実施例では、ギフォードマクマホン(GM)冷凍機を例にとって説明するものとする。このGM冷凍機は、大略するとヘリウムガス圧縮機からのガス流路を弁を用いて制御し、膨張空間でヘリウムガスを膨張させることによって寒冷を得る構成とされている。   In this embodiment, a Gifford McMahon (GM) refrigerator will be described as an example. In general, this GM refrigerator is configured to control the gas flow path from the helium gas compressor using a valve and to expand the helium gas in the expansion space to obtain cold.

蓄冷器式冷凍機20は、大略するとシリンダー22、ディスプレーサー23、蓄冷材24、及びガス供給装置25、及び案内部材35,36等により構成されている。ガス供給装置25を構成するコンプレッサー27は、作動ガス(ヘリウムガス)を20数Kgf/cm2に圧縮する。この高圧の作動ガスは、吸気弁V1を開弁し、排気弁V2を閉弁することにより、ガス流路28を介してシリンダー22内に供給される。 The regenerator-type refrigerator 20 generally includes a cylinder 22, a displacer 23, a regenerator 24, a gas supply device 25, guide members 35 and 36, and the like. The compressor 27 constituting the gas supply device 25 compresses the working gas (helium gas) to 20 or more Kgf / cm 2 . The high-pressure working gas is supplied into the cylinder 22 via the gas flow path 28 by opening the intake valve V1 and closing the exhaust valve V2.

シリンダー22は、ステンレス等の熱伝導率が低く、気密性の高い剛性材料で形成されている。本実施例に係る蓄冷器式冷凍機20は、単段式の蓄冷器式冷凍機であるため、シリンダー22も一つのみ配設された構成とされている。また、シリンダー22の外形は、円筒形状とされている。   The cylinder 22 is made of a rigid material with low heat conductivity such as stainless steel and high airtightness. Since the regenerator type refrigerator 20 according to the present embodiment is a single-stage regenerator type refrigerator, only one cylinder 22 is provided. Further, the outer shape of the cylinder 22 is a cylindrical shape.

このシリンダー22の内部には、ディスプレーサー23が図中上下方向に往復移動可能な構成で収納されている。ディスプレーサー23の上部からは軸部材Sが上方に延在し、駆動用モータM(駆動手段)に結合したクランク機構26と結合している。従って、モータMが回転すると、この回転はクランク機構26により軸部材Sの上下運動に変換され、これによりディスプレーサー23はシリンダー22内を往復移動する。   Inside the cylinder 22, a displacer 23 is housed in a configuration that can reciprocate in the vertical direction in the figure. A shaft member S extends upward from the upper portion of the displacer 23 and is coupled to a crank mechanism 26 coupled to a driving motor M (driving means). Therefore, when the motor M rotates, this rotation is converted into the vertical movement of the shaft member S by the crank mechanism 26, and thereby the displacer 23 reciprocates in the cylinder 22.

本実施例では、モータMの回転速度は73〜150rpmの回転速度でディスプレーサー23を駆動する構成とするのがより好ましい。従来においては、モータMの回転速度は60〜72rpm程度が一般的であったが、本実施例では従来に比べてモータMの回転速度が高められており、よって冷凍能力の向上が図られている。しかしながら、モータMの回転速度の上昇に伴い、シリンダー22内におけるディスプレーサー23の往復速度及び単位時間当たりの往復回数も増大することになる。   In this embodiment, it is more preferable that the rotational speed of the motor M is configured to drive the displacer 23 at a rotational speed of 73 to 150 rpm. Conventionally, the rotation speed of the motor M is generally about 60 to 72 rpm, but in this embodiment, the rotation speed of the motor M is increased compared to the conventional speed, and thus the refrigerating capacity is improved. Yes. However, as the rotational speed of the motor M increases, the reciprocating speed of the displacer 23 in the cylinder 22 and the number of reciprocations per unit time also increase.

ここで、シリンダー22内におけるディスプレーサー23の支持構造に注目する。本実施例では、案内部材35,36としてウェアリングを用いており、ディスプレーサー23に配設されている。この案内部材35,36は、シリンダー22に対してディスプレーサー23の移動を案内する機能を奏するものである。しかしながら、従来用いられていたスリッパーシール12(図1及び図2参照)とことなり、シリンダー22とディスプレーサー23との間をシールする機能は有していない。   Here, attention is paid to the support structure of the displacer 23 in the cylinder 22. In the present embodiment, wear rings are used as the guide members 35 and 36 and are disposed in the displacer 23. The guide members 35 and 36 have a function of guiding the movement of the displacer 23 with respect to the cylinder 22. However, unlike the slipper seal 12 used conventionally (see FIGS. 1 and 2), it does not have a function of sealing between the cylinder 22 and the displacer 23.

この案内部材35,36は環状形状を有しており、ディスプレーサー23の外周に形成された環状溝内に配設されている。また図3に拡大して示すように、案内部材35,36には溝部16が形成されており、ガイド性を高めた構成とされている。   The guide members 35 and 36 have an annular shape and are disposed in an annular groove formed on the outer periphery of the displacer 23. Further, as shown in FIG. 3 in an enlarged manner, the guide members 35 and 36 are formed with the groove 16 so that the guide property is improved.

尚、本実施例では案内部材35,36をディスプレーサー23に設けているが、案内部材35,36の配設位置はディスプレーサー23に限定されるものではなく、シリンダー22の内周位置に環状溝を形成し、この環状溝内に配設する構成とすることも可能である。   In this embodiment, the guide members 35 and 36 are provided on the displacer 23. However, the disposition positions of the guide members 35 and 36 are not limited to the displacer 23, and the guide members 35 and 36 are annularly arranged at the inner peripheral position of the cylinder 22. It is also possible to form a groove and arrange it in the annular groove.

また、案内部材35,36の材質は、PTFE(四フッ化エチレン樹脂)が選定されている。このPTFEは、耐熱性、耐薬品性、潤滑性、硬度、耐屈曲性、耐摩耗性等に優れている。このため、ディスプレーサー23がシリンダー22内で往復移動しても、往復移動を円滑に支持し案内を行うことができる。これにより、ディスプレーサー23とシリンダー22との接触を防止することができ、シリンダー22,ディスプレーサー23に偏摩耗が発生することを抑制でき蓄冷器式冷凍機20の信頼性を向上させることができる。また、案内部材35,36は、従来用いられていたスリッパーシール12に比べて寿命が長いため、メンテナンスインターバルを伸ばすことができる。   Further, PTFE (tetrafluoroethylene resin) is selected as the material of the guide members 35 and 36. This PTFE is excellent in heat resistance, chemical resistance, lubricity, hardness, flex resistance, wear resistance and the like. For this reason, even if the displacer 23 reciprocates in the cylinder 22, the reciprocating movement can be smoothly supported and guided. Thereby, the contact between the displacer 23 and the cylinder 22 can be prevented, the occurrence of uneven wear in the cylinder 22 and the displacer 23 can be suppressed, and the reliability of the regenerator refrigerator 20 can be improved. . Further, since the guide members 35 and 36 have a longer life than the conventionally used slipper seal 12, the maintenance interval can be extended.

ところで、ウェアリングよりなる案内部材35,36は、上記のようにディスプレーサー23を支持及び案内する機能に優れるが、スリッパーシール12(図2参照)に比べてシール性が無い。図5は、図1に示した高温側にスリッパーシール12を配設すると共に低温側にウェアリング15を配設した従来の蓄冷式冷凍機1と、高温側に高温側案内部材35を配設すると共に低温側に低温側案内部材36を配設した蓄冷式冷凍機20の冷却特性を示している。   By the way, although the guide members 35 and 36 which consist of wear rings are excellent in the function which supports and guides the displacer 23 as mentioned above, there is no sealing performance compared with the slipper seal 12 (refer FIG. 2). FIG. 5 shows the conventional regenerative refrigerator 1 in which the slipper seal 12 is arranged on the high temperature side and the wear ring 15 is arranged on the low temperature side shown in FIG. 1, and the high temperature side guide member 35 is arranged on the high temperature side. The cooling characteristics of the regenerative refrigerator 20 provided with the low temperature side guide member 36 on the low temperature side are shown.

図5では、冷却特性を示すのに横軸に温度を取り、縦軸に熱負荷を取っている。また、図中矢印A60で示すのは本実施例に係る蓄冷式冷凍機20を60Hzでディスプレーサー23を駆動したときの特性であり、図中矢印A50で示すのは本実施例に係る蓄冷式冷凍機20を50Hzでディスプレーサー23を駆動したときの特性である。また、図中矢印B60で示すのは従来の蓄冷式冷凍機1を60Hzでディスプレーサー3を駆動したときの特性であり、図中矢印B50で示すのは従来の蓄冷式冷凍機1を50Hzでディスプレーサー3を駆動したときの特性である。   In FIG. 5, the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents heat load to show the cooling characteristics. In addition, the arrow A60 in the figure shows the characteristics when the regenerator 23 according to this embodiment is driven by the displacer 23 at 60 Hz, and the arrow A50 in the figure shows the cold storage type according to this embodiment. This is a characteristic when the refrigerator 20 is driven by the displacer 23 at 50 Hz. In addition, the arrow B60 in the figure shows the characteristics when the conventional cool storage refrigerator 1 is driven at 60 Hz and the displacer 3 is driven, and the arrow B50 in the figure shows the conventional cool storage refrigerator 1 at 50 Hz. This is a characteristic when the displacer 3 is driven.

同図より、矢印A60で示す特性と矢印B60で示す特性は略等しく、同様に矢印A50で示す特性と矢印B50で示す特性は略等しいことが分かる。これは、従来のようにスリッパーシール12を設けることによりシリンダー2とディスプレーサー3との間のシール性を向上させても、これが冷凍特性に大きく影響を及ぼさないことを意味している。   From the figure, it can be seen that the characteristic indicated by the arrow A60 and the characteristic indicated by the arrow B60 are substantially equal, and similarly, the characteristic indicated by the arrow A50 and the characteristic indicated by the arrow B50 are substantially equal. This means that even if the sealing performance between the cylinder 2 and the displacer 3 is improved by providing the slipper seal 12 as in the prior art, this does not greatly affect the refrigeration characteristics.

本発明ではこの点に注目し、従来用いられていたスリッパーシール12を案内部材に代えることによりシリンダー22内におけるディスプレーサー23の案内及び支持を確実に行い、冷凍特性を維持しつつ、かつシリンダー22及びディスプレーサー23に磨耗が発生することを抑制したことを特徴とするものである。よって、本実施例に係る蓄冷式冷凍機20は、上記理由によりディスプレーサー23の高温側に高温側案内部材35を配設し、低温側に低温側案内部材36配設した構成としている。   In the present invention, paying attention to this point, the displacer 23 used in the prior art is replaced with a guide member, thereby reliably guiding and supporting the displacer 23 in the cylinder 22, while maintaining the refrigeration characteristics and the cylinder. 22 and the displacer 23 are prevented from being worn. Therefore, the regenerative refrigerator 20 according to the present embodiment has a configuration in which the high temperature side guide member 35 is disposed on the high temperature side of the displacer 23 and the low temperature side guide member 36 is disposed on the low temperature side for the above reason.

次に、上記構成とされた蓄冷器式冷凍機20の動作について説明する。   Next, the operation of the regenerator type refrigerator 20 configured as described above will be described.

いま、モータMの駆動により、ディスプレーサー23がシリンダー22内の最下位置(この最下位置を下死点という)にあるとする。この状態おいて、ガス供給装置25の吸気弁V1を開弁すると共に排気弁V2を閉弁すると、コンプレッサー27で生成された高圧の作動ガスはガス流路28を介してシリンダー22の内部に供給される。これにより、シリンダー22内の圧力は上昇する。   Now, it is assumed that the displacer 23 is at the lowest position in the cylinder 22 by driving the motor M (this lowest position is called the bottom dead center). In this state, when the intake valve V1 of the gas supply device 25 is opened and the exhaust valve V2 is closed, the high-pressure working gas generated by the compressor 27 is supplied into the cylinder 22 via the gas flow path 28. Is done. Thereby, the pressure in the cylinder 22 rises.

この状態において、モータMによりディスプレーサー3をシリンダー22内の最上位置(この最上位置を上死点という)まで上動させる。これにより高圧の作動ガスは、ガス流通孔29、空間室33内の蓄冷材24、及びガス流通孔30を通り膨張室31内に流入する。この際、ガス供給装置25からシリンダー22とディスプレーサー23との間隙に流入しようとした作動ガスは主に高温側ウェアリング35によりシールされるため、シリンダー22に流入した作動ガスは略全て蓄冷材24内に流入する。   In this state, the displacer 3 is moved up by the motor M to the uppermost position in the cylinder 22 (this uppermost position is called top dead center). As a result, the high-pressure working gas flows into the expansion chamber 31 through the gas flow holes 29, the cool storage material 24 in the space chamber 33, and the gas flow holes 30. At this time, since the working gas which is about to flow into the gap between the cylinder 22 and the displacer 23 from the gas supply device 25 is mainly sealed by the high temperature side wear ring 35, almost all of the working gas which has flowed into the cylinder 22 is stored in the cold storage material. 24 flows in.

続いて、吸気弁V1を閉弁すると共に排気弁V2を開弁する。これにより、膨張室31内の作動ガスは膨張し、これに伴い膨張室31で寒冷が発生する。このように膨張室31で発生した寒冷により冷凍処理が行われると、モータMを駆動してディスプレーサー31を再び下死点まで移動させる。これにより、膨張室31内の作動ガスは、ガス流通孔30、空間室33内の蓄冷材24、ガス流通孔29、及びガス流路28を通り、再びガス供給装置5のコンプレッサー27に回収される。   Subsequently, the intake valve V1 is closed and the exhaust valve V2 is opened. As a result, the working gas in the expansion chamber 31 expands, and accordingly, cold is generated in the expansion chamber 31. When the freezing process is performed by the cold generated in the expansion chamber 31 as described above, the motor M is driven to move the displacer 31 to the bottom dead center again. As a result, the working gas in the expansion chamber 31 passes through the gas circulation hole 30, the cold storage material 24 in the space chamber 33, the gas circulation hole 29, and the gas flow path 28, and is again collected by the compressor 27 of the gas supply device 5. The

この際、膨張室31で膨張した作動ガスは冷却されているため、この冷却された作動ガスが蓄冷材24を通過することにより蓄冷材24は冷却される。よって、次の吸気工程で供給される作動ガスは、蓄冷材24を通る際に冷却されるため、効率のよい冷却処理を行うことが可能となる。   At this time, since the working gas expanded in the expansion chamber 31 is cooled, the cold storage material 24 is cooled by passing the cooled working gas through the cold storage material 24. Therefore, since the working gas supplied in the next intake process is cooled when passing through the cool storage material 24, an efficient cooling process can be performed.

上記した処理を1サイクルとして、蓄冷式冷凍機20は作動ガスの膨張室31への流入及び膨張処理を繰り返し実施し、これにより例えば30Kの極低温を実現することができる。   With the above-described process as one cycle, the regenerative refrigerator 20 repeatedly performs the flow of working gas into the expansion chamber 31 and the expansion process, thereby realizing, for example, a cryogenic temperature of 30K.

この冷却処理において、ディスプレーサー23はシリンダー22内を往復移動する。特に本実施例では、従来に比べてモータMの回転数を速くすることにより(73〜150rpm)により冷却効率の向上を図っている。このため、シリンダー22内でディスプレーサー23が往復移動する速度及び回数も従来に比べて増大している。   In this cooling process, the displacer 23 reciprocates in the cylinder 22. In particular, in this embodiment, the cooling efficiency is improved by increasing the rotational speed of the motor M (73 to 150 rpm) as compared with the conventional example. For this reason, the speed and the number of times the displacer 23 reciprocates in the cylinder 22 are also increased as compared with the conventional case.

しかしながら、本実施例ではシリンダー22の高温側に高温側案内部材35を設けると共に、低温側に低温側案内部材36を設けた構成としている。即ち、シリンダー22の上下位置にそれぞれ案内部材35,36が配設された構成とされている。ウェアリングよりなる案内部材35,36は、前記したように、従来用いられていたスリッパーシール12(図1及び図2参照)に比べて硬度及び耐磨耗性に優れている。   However, in this embodiment, the high temperature side guide member 35 is provided on the high temperature side of the cylinder 22 and the low temperature side guide member 36 is provided on the low temperature side. That is, the guide members 35 and 36 are disposed at the upper and lower positions of the cylinder 22, respectively. As described above, the guide members 35 and 36 made of wear rings are superior in hardness and wear resistance as compared to the slipper seal 12 (see FIGS. 1 and 2) that has been conventionally used.

このため、スリッパーシール12を用いていた従来の蓄冷式冷凍機1に比べ、案内部材35,36の交換を行うためのメンテナンスの間隔を延ばすことができる。また、高温側と低温側にそれぞれ案内部材35,36を設けたことにより、各案内部材35,36の摩耗は高温側と低温側で略均一に発生する。このため、高温側案内部材35或いは低温側案内部材36のいずれか一方が偏って摩耗することを防止でき、偏摩耗に起因してシリンダー22とディスプレーサー23との間のシール性が低下したり、またシリンダー22とディスプレーサー23が当接したりすることを防止できる。   For this reason, compared with the conventional regenerative refrigerator 1 using the slipper seal 12, the maintenance interval for exchanging the guide members 35 and 36 can be extended. Further, since the guide members 35 and 36 are provided on the high temperature side and the low temperature side, respectively, the wear of each guide member 35 and 36 occurs substantially uniformly on the high temperature side and the low temperature side. For this reason, it is possible to prevent any one of the high temperature side guide member 35 and the low temperature side guide member 36 from being unevenly worn, and the sealing performance between the cylinder 22 and the displacer 23 is reduced due to the uneven wear. Further, it is possible to prevent the cylinder 22 and the displacer 23 from coming into contact with each other.

また、ディスプレーサー23の高温側に配設される高温側案内部材35と、低温側に配設される低温側案内部材36は同一構成であるため、摩耗の発生も略同様に発生する。このため、各案内部材35,36が経時的に変化しても、ディスプレーサー23の案内は低温側と高温側で略同一の状態で行われるため、往復移動に際してディスプレーサー23がシリンダー22と接触することを長期にわたり防止することができる。   Further, since the high temperature side guide member 35 disposed on the high temperature side of the displacer 23 and the low temperature side guide member 36 disposed on the low temperature side have the same configuration, the occurrence of wear also occurs substantially in the same manner. For this reason, even if the guide members 35 and 36 change with time, the guide of the displacer 23 is performed in substantially the same state on the low temperature side and the high temperature side. This can be prevented for a long time.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、GM式冷凍機に限らず、スターリング冷凍機やその他の蓄冷器を用いた冷凍機に本発明を適用することが可能である。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, the present invention can be applied not only to the GM type refrigerator but also to a refrigerator using a Stirling refrigerator or other regenerator.

また、上記した各実施例では単段式の蓄冷器式冷凍機20に本願発明を適用した例について説明したが、本願発明の適用は単段式の式冷凍機に限定されるものではなく、多段式冷凍機の中の一部として適用することも可能なものである。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Further, in each of the above-described embodiments, the example in which the present invention is applied to the single-stage regenerator refrigerator 20 has been described, but the application of the present invention is not limited to the single-stage refrigerator, It can also be applied as part of a multistage refrigerator. It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

図1は、従来の一例である蓄冷器式冷凍機の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a regenerator-type refrigerator as an example of the prior art. 図2は、スリッパーシールを拡大して示す斜視図である。FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the slipper seal. 図3は、ウェアリングを拡大して示す斜視図である。FIG. 3 is an enlarged perspective view showing the wear ring. 図4は、本発明の一実施例である蓄冷器式冷凍機の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a regenerator refrigerator that is an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施例である蓄冷器式冷凍機の冷凍特性を従来の蓄冷器式冷凍機と比較して示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the refrigeration characteristics of a regenerator refrigerator that is an embodiment of the present invention in comparison with a conventional regenerator refrigerator.

符号の説明Explanation of symbols

20 蓄冷式冷凍機
22 シリンダー
23 ディスプレーサー
24 蓄冷材
25 ガス供給装置
26 クランク機構
27 コンプレッサー
31 膨張室
35 高温側案内部材
36 低温側案内部材
37 溝部
M モータ
S 軸部材
V1 吸気弁
V2 排気弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Cold storage type refrigerator 22 Cylinder 23 Displacer 24 Cold storage material 25 Gas supply apparatus 26 Crank mechanism 27 Compressor 31 Expansion chamber 35 High temperature side guide member 36 Low temperature side guide member 37 Groove part M Motor S Shaft member V1 Intake valve V2 Exhaust valve

Claims (5)

シリンダーと、
該シリンダー内に往復移動可能に配設されたディスプレーサーと、
該ディスプレーサーをシリンダー内で往復移動させる駆動手段と、
前記ディスプレーサーの高温側及び低温側にそれぞれ設けられ前記ディスプレーサーの移動を案内する案内部材と
を有することを特徴とする蓄冷器式冷凍機。
A cylinder,
A displacer disposed in a reciprocating manner in the cylinder;
Drive means for reciprocating the displacer in a cylinder;
A regenerator type refrigerator having a guide member provided on each of the high temperature side and the low temperature side of the displacer for guiding the movement of the displacer.
前記案内部材はフッ素樹脂製であることを特徴とする請求項1記載の蓄冷器式冷凍機。   The regenerator type refrigerator according to claim 1, wherein the guide member is made of a fluororesin. 前記駆動手段は73〜150rpmの回転速度で前記ディスプレーサーを駆動することを特徴とする請求項1又は2記載の蓄冷器式冷凍機。   The regenerator-type refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the driving means drives the displacer at a rotational speed of 73 to 150 rpm. 前記案内部材は、環状溝が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄冷器式冷凍機。   The regenerative refrigerator according to any one of claims 1 to 3, wherein the guide member has an annular groove. 前記シリンダーと前記ディスプレーサーは単段であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の蓄冷器式冷凍機。   The regenerator refrigerator according to any one of claims 1 to 4, wherein the cylinder and the displacer are single-stage.
JP2006023269A 2006-01-31 2006-01-31 Cold accumulator type refrigerating machine Pending JP2007205608A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006023269A JP2007205608A (en) 2006-01-31 2006-01-31 Cold accumulator type refrigerating machine
CN 200610141660 CN101012981A (en) 2006-01-31 2006-10-09 Cold accumulator type refrigeration machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006023269A JP2007205608A (en) 2006-01-31 2006-01-31 Cold accumulator type refrigerating machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007205608A true JP2007205608A (en) 2007-08-16

Family

ID=38485233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006023269A Pending JP2007205608A (en) 2006-01-31 2006-01-31 Cold accumulator type refrigerating machine

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2007205608A (en)
CN (1) CN101012981A (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010216711A (en) * 2009-03-16 2010-09-30 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cold storage device type refrigerator
CN103884126B (en) * 2012-12-19 2016-02-10 中国科学院理化技术研究所 Coaxial type pulse pipe refrigerator
JP6275524B2 (en) * 2014-03-25 2018-02-07 住友重機械工業株式会社 Stirling refrigerator
CN105299946B (en) * 2015-09-29 2018-09-04 中国科学院理化技术研究所 A kind of free piston stirling heat engine system
JP7195824B2 (en) * 2018-09-07 2022-12-26 住友重機械工業株式会社 cryogenic refrigerator

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6088275A (en) * 1983-10-05 1985-05-18 コンコルディア フルイトテヒニク ゲーエムベーハー Piston packing
JPH02130402U (en) * 1989-04-06 1990-10-26
JPH03236549A (en) * 1990-02-09 1991-10-22 Fuji Electric Co Ltd Expander for inverse stirling cycle refrigerator
JPH06159828A (en) * 1992-11-20 1994-06-07 Mitsubishi Electric Corp Cold heat storage type refrigerating machine
JPH07158746A (en) * 1993-09-30 1995-06-20 Carl Freudenberg:Fa Rod seal or piston seal
JPH1062024A (en) * 1996-08-22 1998-03-06 Mitsubishi Electric Corp Vuilleumier heat pump
JP2000081146A (en) * 1998-09-07 2000-03-21 Nok Corp Sealing device
JP2000121186A (en) * 1998-10-19 2000-04-28 Mitsubishi Electric Corp Cold storage refrigerating machine
JP2002250569A (en) * 2001-02-22 2002-09-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd Displacer of cold storage equipment
JP2004233004A (en) * 2003-01-31 2004-08-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cold storage unit
JP2005075963A (en) * 2003-09-02 2005-03-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd Ultracold cooling material, cold storage device and refrigerator

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6088275A (en) * 1983-10-05 1985-05-18 コンコルディア フルイトテヒニク ゲーエムベーハー Piston packing
JPH02130402U (en) * 1989-04-06 1990-10-26
JPH03236549A (en) * 1990-02-09 1991-10-22 Fuji Electric Co Ltd Expander for inverse stirling cycle refrigerator
JPH06159828A (en) * 1992-11-20 1994-06-07 Mitsubishi Electric Corp Cold heat storage type refrigerating machine
JPH07158746A (en) * 1993-09-30 1995-06-20 Carl Freudenberg:Fa Rod seal or piston seal
JPH1062024A (en) * 1996-08-22 1998-03-06 Mitsubishi Electric Corp Vuilleumier heat pump
JP2000081146A (en) * 1998-09-07 2000-03-21 Nok Corp Sealing device
JP2000121186A (en) * 1998-10-19 2000-04-28 Mitsubishi Electric Corp Cold storage refrigerating machine
JP2002250569A (en) * 2001-02-22 2002-09-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd Displacer of cold storage equipment
JP2004233004A (en) * 2003-01-31 2004-08-19 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cold storage unit
JP2005075963A (en) * 2003-09-02 2005-03-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd Ultracold cooling material, cold storage device and refrigerator

Also Published As

Publication number Publication date
CN101012981A (en) 2007-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI473956B (en) Cooler type freezer
US20100229572A1 (en) Regenerative refrigerator
JP5744692B2 (en) Cryogenic refrigerator, cryopump and displacer
JP6781651B2 (en) Rotary valve unit and rotary valve for cryogenic refrigerators and cryogenic refrigerators
JP2007205608A (en) Cold accumulator type refrigerating machine
US9534813B2 (en) Cryogenic refrigerator
JP2015055374A (en) Ultra-low temperature freezer
JP6161879B2 (en) Cryogenic refrigerator
JP2017120162A (en) Cryogenic refrigeration machine and rotary valve mechanism
JP5415502B2 (en) Cryogenic refrigerator
JP5541795B2 (en) Regenerator type refrigerator
WO2023149130A1 (en) Gifford-mcmahon (gm) refrigerator first-stage displacer, first-stage displacer assembly, and gifford-mcmahon refrigerator
JP7464398B2 (en) Cryogenic refrigerators and sealing parts
JP2007205679A (en) Cold-accumulator type refrigerator
JP2001248929A (en) Cold accumulator type refrigeration unit
JP2013174393A (en) Ultra-low temperature freezer
JP2016180590A (en) Cryogenic refrigeration machine
JP2001330330A (en) Cold-storage freezer utilizing phase difference between pressure fluctuation and position fluctuation and method for controlling the same
US20220290902A1 (en) Cryocooler
JP5507481B2 (en) Regenerator type refrigerator
JP2017048937A (en) Cryogenic refrigeration machine
JP6532392B2 (en) Cryogenic refrigerator
JP2015137798A (en) Very low temperature refrigeration machine
JP2012087970A (en) Cold storage refrigerator
JP2023085949A (en) Disassembling method for cryogenic refrigerator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080416

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100302

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100428

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110104