JP2010175117A - Refrigerator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sophisticated refrigerator by achieving appropriate operation of a displacer. <P>SOLUTION: The refrigerator includes: a pulse tube 3; a cooling storage device 2 connected to the low temperature side 32 of the pulse tube 3; pressure vibration sources 11, 12 connected to the high temperature side 22 of the cooling storage device 2 and applying pressure vibration to working gas; cylinders 41, 42 having a first cylinder 41 having one end 411 communicated with the high temperature side 31 of the pulse tube 3 and a second cylinder 42 having a cross section smaller than that of the first cylinder 41 and one end 422 communicated with the high temperature side 21 of the cooling storage device 2; and pistons 43, 44 having a first piston 43 reciprocated within the first cylinder 41 and a second piston 44 cooperatively operated with opposite displacement amount with respect to the first piston 43 and reciprocated within the second cylinder 42. Since the cross sections of the first and second cylinders 41, 42 are different from each other, even if pressure differs, force applied to the pistons 43, 44 can be controlled to be operated properly. As a result, the refrigerator can be operated efficiently. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、いわゆるディスプレーサをもつパルス管を用いた冷凍機に関する。   The present invention relates to a refrigerator using a pulse tube having a so-called displacer.

従来のGM型パルス管冷凍機におけるディスプレーサの構成としては、蓄冷器の高温側とパルス管の高温側とを連絡するシリンダとそのシリンダ内で往復動するピストンとをもつものが開示されている(特許文献1)。この装置のシリンダにおいては蓄冷器側とパルス管側とにおける径が同じである。   As a configuration of a displacer in a conventional GM type pulse tube refrigerator, one having a cylinder that connects the high temperature side of the regenerator and the high temperature side of the pulse tube and a piston that reciprocates within the cylinder is disclosed ( Patent Document 1). In the cylinder of this apparatus, the diameter in the regenerator side and the pulse tube side is the same.

特開2002−81776号公報(図1など)JP 2002-81776 A (FIG. 1 etc.)

ディスプレーサを高周波型のパルス管冷凍機に適用する場合には、蓄冷器での圧力損失が大きくなり、ディスプレーサの両端での圧力変動の大きさが大きく異なることになる。そのためにディスプレーサ内に配されるピストンには両側から異なる大きさの圧力を受けることになりディスプレーサ自体が仕事をしたり、ディスプレーサのピストンを通じて仕事の遣り取りをすることになる。ディスプレーサが仕事をするためには外部からのエネルギー投入が必要になって冷凍機のエネルギー効率が低下したり、仕事の遣り取りが生起する結果、冷凍機の性能が十分に発揮できなかったりする。   When the displacer is applied to a high-frequency pulse tube refrigerator, the pressure loss in the regenerator increases, and the magnitude of pressure fluctuation at both ends of the displacer greatly differs. For this reason, the pistons arranged in the displacer receive pressures of different sizes from both sides, and the displacer itself works or exchanges work through the piston of the displacer. In order for the displacer to work, it is necessary to input energy from the outside, so that the energy efficiency of the refrigerator is reduced, and as a result of the exchange of work, the performance of the refrigerator cannot be fully exhibited.

本発明は上記実情に鑑み為されたものであり、ディスプレーサの適正な作動を実現することにより高性能な冷凍機を提供することを解決すべき課題とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it the problem which should be solved to provide a high-performance refrigerator by implement | achieving the suitable operation | movement of a displacer.

上記課題を解決する請求項1に係る冷凍機の特徴は、パルス管と、
前記パルス管の低温側に接続された蓄冷器と、
前記蓄冷器の高温側に接続され作動ガスに圧力振動を付与する圧力振動源と、
前記パルス管の高温側に一端部が連通する第1シリンダと前記第1シリンダとは異なる断面積をもち前記蓄冷器の高温側に一端部が連通する第2シリンダとをもつシリンダと、
前記第1シリンダ内を往復動する第1ピストンと前記第1ピストンに対して反対の変位量で連動して前記第2シリンダ内を往復動する第2ピストンとをもつピストンと、
を有することにある。なお、第1及び第2シリンダの断面積とは作動ガスが流れる方向に直交する方向における断面積である。ここで、「第1ピストン及び第2ピストンの変動量は反対になっている」とは、第1ピストンが第1シリンダ内を拡張する方向に変位したときには第2ピストンは第2シリンダ内を縮小する方向に同じ大きさだけ変位し、反対に、第2ピストンが第2シリンダ内を拡張する方向に変位したときには第1ピストンは第1シリンダ内を縮小する方向に同じ大きさだけ変位することを意味する。
The features of the refrigerator according to claim 1 for solving the above-described problems are a pulse tube,
A regenerator connected to the low temperature side of the pulse tube;
A pressure vibration source connected to the high temperature side of the regenerator to apply pressure vibration to the working gas;
A first cylinder having one end communicating with the high temperature side of the pulse tube and a cylinder having a second cylinder having a different cross-sectional area from the first cylinder and one end communicating with the high temperature side of the regenerator;
A piston having a first piston that reciprocates in the first cylinder and a second piston that reciprocates in the second cylinder in conjunction with an amount of displacement opposite to the first piston;
It is in having. The cross-sectional areas of the first and second cylinders are cross-sectional areas in a direction orthogonal to the direction in which the working gas flows. Here, “the fluctuation amounts of the first piston and the second piston are opposite” means that when the first piston is displaced in the direction of expanding the inside of the first cylinder, the second piston contracts within the second cylinder. When the second piston is displaced in the direction of expanding the inside of the second cylinder, the first piston is displaced by the same amount in the direction of reducing the inside of the first cylinder. means.

上記課題を解決する請求項2に係る冷凍機の特徴は、請求項1において、前記第1シリンダ及び前記第2シリンダはそれぞれの他端部側で背向状態にて連結されて同一の空間を区画し、
前記ピストンは前記第1ピストン及び前記第2ピストンを軸方向に相対移動不能に一体化して接続する連結部材をもつことにある。
A feature of the refrigerator according to claim 2 that solves the above-described problem is that in claim 1, the first cylinder and the second cylinder are connected in a back-facing state on the other end side to form the same space. Partition and
The piston has a connecting member that integrally connects the first piston and the second piston so as not to move relative to each other in the axial direction.

上記課題を解決する請求項3に係る冷凍機の特徴は、請求項1又は2において、前記第1ピストンは前記第2ピストンよりも断面積が大きいことにある。   The feature of the refrigerator according to claim 3 that solves the above-mentioned problem is that, in claim 1 or 2, the first piston has a larger cross-sectional area than the second piston.

上記課題を解決する請求項4に係る冷凍機の特徴は、請求項1〜3の何れか1項において、前記第1シリンダ及び前記第2シリンダに対して前記第1ピストン及び前記第2ピストンを中立位置に付勢する付勢部材を有することにある。   A feature of the refrigerator according to claim 4 that solves the above-described problem is that in any one of claims 1 to 3, the first piston and the second piston are connected to the first cylinder and the second cylinder. There is a biasing member for biasing to the neutral position.

上記課題を解決する請求項5に係る冷凍機の特徴は、請求項1〜4の何れか1項において、前記圧力振動源は前記シリンダと前記ピストンとの相対位置を検出するピストン位置検出手段をもち、前記相対位置に基づいて前記作動ガスに圧力振動を付与することにある。   A feature of the refrigerator according to claim 5 that solves the above-described problem is that in any one of claims 1 to 4, the pressure vibration source includes a piston position detecting unit that detects a relative position between the cylinder and the piston. In other words, pressure vibration is applied to the working gas based on the relative position.

請求項1に係る発明においては、第1シリンダと第2シリンダとの断面積を相違させることで、第1及び第2シリンダ内の圧力に相違があっても、ピストンに印加される力を適正に作動するように制御することが可能になる。   In the invention which concerns on Claim 1, even if there exists a difference in the pressure in a 1st and 2nd cylinder by making the cross-sectional area of a 1st cylinder and a 2nd cylinder different, the force applied to a piston is appropriate. It is possible to control to operate at the same time.

請求項2に係る発明においては、第1及び第2シリンダを連結して一体化することにより、作動ガスが系外に漏れ出すことが防止できると共に。第1及び第2ピストンの接続も簡単な構成で容易に行うことができる。   In the invention which concerns on Claim 2, while connecting a 1st and 2nd cylinder and integrating, it can prevent that working gas leaks out of a system. The first and second pistons can be easily connected with a simple configuration.

請求項3に係る発明においては、パルス管の高温側に接続されて蓄冷器による圧力低下により第2ピストンよりも相対的に低圧力である第1ピストンの断面積を第2ピストンの断面積よりも大きくすることにより、ピストン全体として印加される力を釣り合うようにすることで、ピストンにて消費される仕事を低減させることができる。   In the invention which concerns on Claim 3, it is connected to the high temperature side of a pulse tube, and the cross-sectional area of the 1st piston which is lower pressure than a 2nd piston by the pressure fall by a cool storage is made into the cross-sectional area of a 2nd piston. Also, by increasing the force, it is possible to reduce the work consumed by the piston by balancing the force applied to the entire piston.

請求項4に係る発明によれば、付勢部材を設けることにより、ピストンを適正に作動させることが可能になる。   According to the invention which concerns on Claim 4, it becomes possible to operate a piston appropriately by providing a biasing member.

請求項5に係る発明においては、ピストンの位置に応じて圧力振動源を制御することにより、パルス管内での作動ガスの圧力変動及び圧力分布を適正化することが可能になる。   In the invention which concerns on Claim 5, it becomes possible to optimize the pressure fluctuation and pressure distribution of the working gas in a pulse tube by controlling a pressure vibration source according to the position of a piston.

実施例の冷凍機の概念模式図である。It is a conceptual schematic diagram of the refrigerator of an Example. 変形例の冷凍機の概念模式図である。It is a conceptual schematic diagram of the refrigerator of the modification. 変形例の冷凍機の概念模式図である。It is a conceptual schematic diagram of the refrigerator of the modification.

本発明の冷凍機について以下実施形態に基づき詳細に説明する。本実施形態の冷凍機はパルス管と蓄冷器と圧力振動源とディスプレーサに相当するシリンダ及びピストンとを有する。パルス管と蓄冷器とはそれぞれの低温側で接続されている。蓄冷器は内部に蓄冷材が充填されている。パルス管と蓄冷器との間には熱交換器を介設することもできる。パルス管と蓄冷器とは内径が異なることが普通なので(蓄冷器の方がパルス管よりも径が大きい)、両者の間に内面がテーパ状となった内部空間をもつ接続部材を介設することができる。両者の内径が異なる場合に、蓄冷器とパルス管とのそれぞれの端部に熱交換器を設けることができる。その場合には接続部材を熱交換器の間に介設する。接続部材は内部に作動ガスの流れを制御するガイド部材をもつことができる。ガイド部材は作動ガスの流れが均等になるようにする形状にすることができる。例えば、ガイド部材として接続部材の内部空間内に配設可能な大きさであって、その形状が接続部材の内部空間と両端の断面積の比率と同等の比率で縮小するような両端部の断面をもつ漏斗状の部材とすることができる。   The refrigerator of the present invention will be described in detail based on the following embodiments. The refrigerator of the present embodiment has a pulse tube, a regenerator, a pressure vibration source, and a cylinder and a piston corresponding to a displacer. The pulse tube and the regenerator are connected to each low temperature side. The regenerator is filled with a regenerator material. A heat exchanger can be interposed between the pulse tube and the regenerator. Since the inner diameter of the pulse tube and the regenerator is usually different (the regenerator has a larger diameter than the pulse tube), a connecting member having an inner space with an inner surface tapered between them is interposed. be able to. When the inner diameters of the two are different, a heat exchanger can be provided at each end of the regenerator and the pulse tube. In that case, the connecting member is interposed between the heat exchangers. The connecting member can have a guide member for controlling the flow of the working gas inside. The guide member can be shaped so that the working gas flow is uniform. For example, the cross section at both ends is a size that can be disposed in the internal space of the connecting member as a guide member, and whose shape is reduced at a ratio equivalent to the ratio of the cross sectional area of the internal space of the connecting member and both ends. A funnel-shaped member having

シリンダは第1シリンダと第2シリンダとをもつ。第1シリンダはパルス管の高温側に一端部が接続され、第2シリンダは蓄冷器の高温側に接続される。第1シリンダと第2シリンダとは断面積が異なる。蓄冷器での圧力損失を考慮すると、パルス管側に接続される第1シリンダ内の圧力が第2シリンダ内の圧力よりも低くなるため、ピストンに加えられる力を同等にするためには、第1シリンダの断面積を第2シリンダの断面積よりも大きくすることが望ましい。第1及び第2シリンダのそれぞれの断面積の大きさは蓄冷器での圧力損失の大きさ、第1及び第2シリンダ内の圧力変動の位相差をそれぞれ考慮した上で、圧力振動の1サイクル内において全体として見た場合に、後述する第1ピストン及び第2ピストンに加わる力が釣り合うように設定することが望ましい。第1シリンダと第2シリンダとは別々の部材にも一体化させることもできる。一体化させる場合にはそれぞれのシリンダの軸方向が平行になるような構成が望ましく、それぞれのシリンダの軸が一致することがより望ましい。例えば、両者を背向状態にて他端部側で接続する。   The cylinder has a first cylinder and a second cylinder. One end of the first cylinder is connected to the high temperature side of the pulse tube, and the second cylinder is connected to the high temperature side of the regenerator. The first cylinder and the second cylinder have different cross-sectional areas. Considering the pressure loss in the regenerator, the pressure in the first cylinder connected to the pulse tube side is lower than the pressure in the second cylinder. Therefore, in order to equalize the force applied to the piston, It is desirable to make the cross-sectional area of one cylinder larger than the cross-sectional area of the second cylinder. The size of the cross-sectional area of each of the first and second cylinders is one cycle of pressure vibration in consideration of the magnitude of pressure loss in the regenerator and the phase difference of pressure fluctuations in the first and second cylinders. When viewed as a whole, it is desirable that the force applied to the first piston and the second piston, which will be described later, be balanced. The first cylinder and the second cylinder can also be integrated into separate members. In the case of integration, it is desirable that the axial directions of the respective cylinders be parallel, and it is more desirable that the axes of the respective cylinders coincide. For example, both are connected on the other end side in a back-facing state.

ピストンは第1ピストンと第2ピストンとをもつ。第1ピストンは第1シリンダ内にて往復動し、第2ピストンは第2シリンダ内にて往復動する。第1ピストン及び第2ピストンは同じ変位量で連動している。第1ピストン及び第2ピストンを連動させる方法は特に限定しない。例えば、第1シリンダ及び第2シリンダを背向状態にて接続した上で、両者の間を接続する連結部材を採用することができる。連結部材は第1ピストン及び第2ピストンを各シリンダの軸方向に相対移動不能に一体化させる部材である。更には完全に第1ピストン及び第2ピストンを一体化することもできる。その他には、第1ピストン及び第2ピストンは第1及び第2シリンダ内にてそれぞれ区画する空間が縮小する方向に付勢されており、その上で、両ピストンの間を互いに背面側に引っ張るようにワイヤなどにて接続するような構成を採用することもできる。また、第1ピストン及び第2ピストンはシリンダ内で中立位置に向けて付勢されることが望ましい。ピストンの付勢は付勢部材により行うことができる。付勢部材はバネなどの弾性体により実現できる。バネを配置する位置としては第1シリンダと第1ピストンとで区画する空間内、並びに、第2シリンダと第2ピストンとで区画する空間内のそれぞれに配置することができる。また、第1ピストン及び第2ピストンを接続する連結部材を採用し、シリンダなどとその連結部材との間をフレクシャベアリングにて接続する構成が挙げられる。更に、ピストンはモータなどの駆動源により駆動されることで変位量が調節されるような構成を採用できる。積極的に変位を制御する構成を採用することにより、冷凍機の性能が向上できる。ここで、駆動源を設けることにより、エネルギーは消費するものの、前述したように、各シリンダの断面積を異なるものとして適正化しているために、投入するエネルギーは少なくて済む。第1ピストン43及び第2ピストン44の周部分にはシリンダ41及び42との間での密閉性を付与することができるシール部材を配設されることも可能である。   The piston has a first piston and a second piston. The first piston reciprocates within the first cylinder, and the second piston reciprocates within the second cylinder. The first piston and the second piston are interlocked with the same displacement. The method for interlocking the first piston and the second piston is not particularly limited. For example, it is possible to employ a connecting member that connects the first cylinder and the second cylinder in a back-facing state and connects the two. The connecting member is a member that integrates the first piston and the second piston so that they cannot move relative to each other in the axial direction of each cylinder. Furthermore, the first piston and the second piston can be completely integrated. In addition, the first piston and the second piston are urged in a direction in which the spaces defined in the first and second cylinders are reduced, respectively, and then, the two pistons are pulled toward each other on the back side. Thus, it is possible to adopt a configuration in which connection is made with a wire or the like. Further, it is desirable that the first piston and the second piston are urged toward the neutral position in the cylinder. The piston can be biased by a biasing member. The urging member can be realized by an elastic body such as a spring. The positions where the springs are arranged can be arranged in a space defined by the first cylinder and the first piston and in a space defined by the second cylinder and the second piston. Moreover, the structure which employ | adopts the connection member which connects a 1st piston and a 2nd piston, and connects between a cylinder etc. and its connection member with a flexure bearing is mentioned. Furthermore, the piston can be configured to adjust the amount of displacement by being driven by a drive source such as a motor. By adopting a configuration that positively controls the displacement, the performance of the refrigerator can be improved. Here, although the energy is consumed by providing the drive source, as described above, since the cross-sectional areas of the cylinders are optimized to be different, less energy is input. It is also possible to dispose a seal member that can provide sealing between the cylinders 41 and 42 on the peripheral portions of the first piston 43 and the second piston 44.

圧力振動源は蓄冷器の高温側に接続される。圧力振動源は作動ガスの圧力を振動させる。圧力の振動方法は特に限定しないが、シリンダとピストンとを組み合わせ、ピストンを駆動源により駆動することによる方法、高圧源と低圧源とを用意し、交互に切り替えることにより、圧力振動を生起する方法がある。高圧源及び低圧源はポンプの吸入側(低圧源)と吐出側(高圧源)とを用いることができる。作動ガスへの圧力振動の付与は前述したピストンとシリンダとの相対位置(位相)に応じて制御することができる。   The pressure vibration source is connected to the high temperature side of the regenerator. The pressure vibration source vibrates the pressure of the working gas. The pressure vibration method is not particularly limited, but a method in which a cylinder and a piston are combined and the piston is driven by a drive source, and a method of generating pressure vibration by preparing a high pressure source and a low pressure source and switching them alternately. There is. As the high pressure source and the low pressure source, the suction side (low pressure source) and the discharge side (high pressure source) of the pump can be used. Application of pressure vibration to the working gas can be controlled in accordance with the relative position (phase) between the piston and the cylinder.

(実施例1)
(構成)
本発明の冷凍機について実施例に基づき以下詳細に説明する。なお、本実施例にて用いる図面は模式図であり、その縮尺や細部の構造については必ずしも正確でない場合がある。本実施例のパルス管冷凍機は、図1に示すように、圧力振動源11及び12と蓄冷器2とパルス管3とシリンダ41及び42とピストン43及び44とと熱交換器51及び52と接続部材6とを有する。
Example 1
(Constitution)
The refrigerator of the present invention will be described below in detail based on examples. The drawings used in this embodiment are schematic diagrams, and the scale and details of the structure may not always be accurate. As shown in FIG. 1, the pulse tube refrigerator of the present embodiment includes pressure vibration sources 11 and 12, a regenerator 2, a pulse tube 3, cylinders 41 and 42, pistons 43 and 44, heat exchangers 51 and 52, And a connecting member 6.

蓄冷器2とパルス管3とはそれぞれの低温側22及び32にて熱交換器51及び52並びに接続部材6を介して接続される。圧力振動源11及び12は配管71により蓄冷器2の高温側21に接続される。シリンダ41及び42は、パルス管3の高温側31に一端部411が配管72を介して接続された第1シリンダ41と蓄冷器2の高温側21に配管73を介して一端部422が接続された第2シリンダ42とをもつ。第1シリンダ41及び第2シリンダ42は背向状態で配設されており、それぞれの他端部側にて一体化されて内外を区画している。第1シリンダ41及び第2シリンダ42はその断面積が異なっている。断面積については後に詳しく説明する。   The regenerator 2 and the pulse tube 3 are connected via the heat exchangers 51 and 52 and the connecting member 6 at the low temperature sides 22 and 32 respectively. The pressure vibration sources 11 and 12 are connected to the high temperature side 21 of the regenerator 2 by a pipe 71. The cylinders 41 and 42 have one end 422 connected to the first cylinder 41 and the high temperature side 21 of the regenerator 2 connected to the high temperature side 31 of the pulse tube 3 via a pipe 72 via a pipe 73. And a second cylinder 42. The 1st cylinder 41 and the 2nd cylinder 42 are arrange | positioned in the back state, and are integrated in each other end part side, and have divided the inside and outside. The first cylinder 41 and the second cylinder 42 have different cross-sectional areas. The cross-sectional area will be described in detail later.

ピストン43及び44は全体として第1シリンダ41及び第2シリンダ42にて区画される空間内に配設される。ピストン43及び44は、第1シリンダ41内に摺動自在に配設された第1ピストン43と、第2シリンダ42内に摺動自在に配設された第2ピストン44とを有する。両ピストン43及び44は連結部材45にて一体化されている。ピストン43及び44の位置はピストン位置検出手段8により検出される。両ピストン43及び44共にシリンダ41及び42との間の密閉性を向上するシール部材431及び441が周設されている。   The pistons 43 and 44 are disposed in a space defined by the first cylinder 41 and the second cylinder 42 as a whole. The pistons 43 and 44 include a first piston 43 slidably disposed in the first cylinder 41 and a second piston 44 slidably disposed in the second cylinder 42. Both pistons 43 and 44 are integrated by a connecting member 45. The positions of the pistons 43 and 44 are detected by the piston position detecting means 8. Both pistons 43 and 44 are provided with sealing members 431 and 441 that improve the sealing performance between the cylinders 41 and 42.

圧力振動源11及び12はシリンダ11とピストン12と図示しない動力源とをもつ。ピストン12はシリンダ11内にて摺動可能に配されており、動力源によりシリンダ11内を往復運動させられることにより、作動ガスが配管71を介してシリンダ11内と蓄冷器2及び第2シリンダ42内との間を移動する。ピストン12を駆動する際の位相はピストン位置検出手段8により検出されたピストン43及び44の位置に応じて決定することもできる。つまり、圧力振動源11及び12により生成される作動ガスの圧力振動の位相とパルス管3内の作動ガスの位相(ピストン43及び44の位置により推定できる)との位相差が適正になるように制御する。   The pressure vibration sources 11 and 12 include a cylinder 11, a piston 12, and a power source (not shown). The piston 12 is slidably arranged in the cylinder 11, and is reciprocated in the cylinder 11 by a power source, so that the working gas passes through the pipe 71, the regenerator 2, and the second cylinder. 42 to move between. The phase when driving the piston 12 can also be determined according to the positions of the pistons 43 and 44 detected by the piston position detecting means 8. That is, the phase difference between the pressure vibration phase of the working gas generated by the pressure vibration sources 11 and 12 and the phase of the working gas in the pulse tube 3 (which can be estimated by the positions of the pistons 43 and 44) is appropriate. Control.

蓄冷器2には蓄冷材が充填されている。低温端22には第1熱交換器51が接続される。第1熱交換器51は蓄冷器2とほぼ同径である。パルス管3は低温端32に第2熱交換器52が接続される。パルス管3は蓄冷器2よりも径が小さい。第1熱交換器51及び第2熱交換器52の間は接続部材6により接続される。接続部材6は、第1熱交換器51に接続される一端部側611と第2熱交換器52に接続される他端部側612とをもつ外筒部材61とガイド部材62とをもつ。外筒部材61は一端部側611が第1熱交換器51とほぼ同径であり、他端部側612が第2熱交換器52と同径である。ガイド部材62は薄板から形成され、外筒部材61と同様に一端部側611から他端部側612に向けて縮径される漏斗状の部材である。ガイド部材62は、外筒部材61の内部に固定される。   The regenerator 2 is filled with a regenerator material. A first heat exchanger 51 is connected to the low temperature end 22. The first heat exchanger 51 has substantially the same diameter as the regenerator 2. In the pulse tube 3, a second heat exchanger 52 is connected to the low temperature end 32. The pulse tube 3 has a smaller diameter than the regenerator 2. The first heat exchanger 51 and the second heat exchanger 52 are connected by the connection member 6. The connecting member 6 includes an outer cylinder member 61 having a first end side 611 connected to the first heat exchanger 51 and a second end side 612 connected to the second heat exchanger 52 and a guide member 62. The outer cylinder member 61 has one end 611 having substantially the same diameter as the first heat exchanger 51 and the other end 612 having the same diameter as the second heat exchanger 52. The guide member 62 is formed of a thin plate and is a funnel-shaped member that is reduced in diameter from the one end side 611 toward the other end side 612 in the same manner as the outer cylinder member 61. The guide member 62 is fixed inside the outer cylinder member 61.

(作用効果)
以上の構成を有することから本実施例の冷凍機は以下の作用効果を有する。すなわち、圧力振動源11及び12により生成した圧力振動は第2シリンダ42と蓄冷器2の高温側21とに入力される。蓄冷器2内には蓄冷材が充填されているため、一定の圧力損失が生じる。そのためにパルス管3の高温側31に接続された第1シリンダ41内の圧力は概ねその圧力損失の値だけ小さくなる。ここで、第1シリンダ41と第2シリンダ42との断面積を異なる大きさにしているため、その圧力差に影響されずに適正にピストン43及び44をシリンダ41及び42内を移動(振動)させることができる。ここで、第1シリンダ41内の圧力振幅をP1、第2シリンダ42内の圧力振幅をP2(P1よりも小さい)、第1シリンダ41の断面積をS1、第2シリンダ42の断面積をS2とすると、理想としてはP1×S1=P2×S2となるように設定されていることが望ましい。ここで、P1及びP2のそれぞれの値の変動の位相が同一であれば、蓄冷器2における圧力損失の割合を考慮して両者の断面積S1及びS2の比を決定できるが、P1及びP2それぞれの値はある程度の位相差を有した状態(例えば、第1シリンダ41内の圧力変動が第2シリンダ42内の圧力変動よりも遅れて変動することがある)で変動しているため、P1及びP2それぞれの値の1サイクル中における最大値又は実効値を用いてS1及びS2の比を決定することもできる。
(Function and effect)
Since it has the above structure, the refrigerator of a present Example has the following effects. That is, the pressure vibration generated by the pressure vibration sources 11 and 12 is input to the second cylinder 42 and the high temperature side 21 of the regenerator 2. Since the regenerator 2 is filled with the regenerator material, a certain pressure loss occurs. Therefore, the pressure in the first cylinder 41 connected to the high temperature side 31 of the pulse tube 3 is reduced by the value of the pressure loss. Here, since the cross-sectional areas of the first cylinder 41 and the second cylinder 42 have different sizes, the pistons 43 and 44 are appropriately moved (vibrated) within the cylinders 41 and 42 without being affected by the pressure difference. Can be made. Here, the pressure amplitude in the first cylinder 41 is P1, the pressure amplitude in the second cylinder 42 is P2 (smaller than P1), the sectional area of the first cylinder 41 is S1, and the sectional area of the second cylinder 42 is S2. Then, ideally, it is desirable to set P1 × S1 = P2 × S2. Here, if the phase of fluctuation of each value of P1 and P2 is the same, the ratio of the cross-sectional areas S1 and S2 can be determined in consideration of the ratio of the pressure loss in the regenerator 2, but each of P1 and P2 can be determined. Since the value of f1 varies in a state having a certain phase difference (for example, the pressure fluctuation in the first cylinder 41 may fluctuate later than the pressure fluctuation in the second cylinder 42), P1 and It is also possible to determine the ratio of S1 and S2 using the maximum value or the effective value of each value of P2 in one cycle.

以上説明したように、蓄冷器2の高温側21及びパルス管3の高温側31の間の圧力差には位相差があるために、所定の位相範囲においてはP1×S1の値がP2×S2よりも大きくなってピストン43及び44が第2シリンダ42側(図面左方)に押圧され、その他の所定の位相範囲においてはP1×S1の値がP2×S2よりも小さくなってピストン43及び44が第1シリンダ41側(図面右方)に押圧される。この場合に、断面積S1及びS2の大きさが異なるために、作動ガスの圧力振動の1サイクルの間で外部からのエネルギー投入量を減少することができ、冷凍機を効率的に運転することができる。特に、断面積S1及びS2の比を圧力振動の1サイクル中の平均値にて決定している場合には、1サイクル内においてエネルギー投入量を最小化することが可能になる。   As described above, since there is a phase difference in the pressure difference between the high temperature side 21 of the regenerator 2 and the high temperature side 31 of the pulse tube 3, the value of P1 × S1 is P2 × S2 in a predetermined phase range. And the pistons 43 and 44 are pressed toward the second cylinder 42 (the left side in the drawing), and in other predetermined phase ranges, the value of P1 × S1 becomes smaller than P2 × S2 and the pistons 43 and 44 Is pressed to the first cylinder 41 side (right side of the drawing). In this case, since the sizes of the cross-sectional areas S1 and S2 are different, the amount of energy input from the outside can be reduced during one cycle of the pressure oscillation of the working gas, and the refrigerator can be operated efficiently. Can do. In particular, when the ratio of the cross-sectional areas S1 and S2 is determined by an average value during one cycle of pressure vibration, the amount of energy input can be minimized within one cycle.

(変形例)
本変形例の冷凍機は、図2に示すように、第1シリンダ41内に配設した付勢部材としてのコイルバネ91と、第2シリンダ42内に配設した付勢部材としてのコイルバネ92とを有する以外は実施例と同様の構成をもつ。なお、同一の部材には同一の符号を付している。コイルバネ91はピストン43の頂面と第1シリンダ41の内壁との間にて圧縮されるように配設され、コイルバネ92はピストン44の頂面と第2シリンダ42の内壁との間にて圧縮されるように配設される。コイルバネ91及び92はピストン43及び44を介して付勢力を伝達し、その付勢力が釣り合う位置(中立位置)にピストン43及び44が移動することになる。ここで、中立位置は外部から入力される作動ガスによって変化する位置である。中立位置は圧力振動源11及び12から入力される作動ガスの位相に対して、望ましい位置になるように設定する。中立位置(釣り合いの位置)はコイルバネ91及び92のバネ定数を調節することにより調節できる。付勢部材91及び92を設けたことにより作動ガスの圧力振動に対し、ピストン位置(位相)の追従性を向上することができる。
(Modification)
As shown in FIG. 2, the refrigerator of this modification includes a coil spring 91 as an urging member disposed in the first cylinder 41, and a coil spring 92 as an urging member disposed in the second cylinder 42. The configuration is the same as that of the embodiment except that In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member. The coil spring 91 is disposed so as to be compressed between the top surface of the piston 43 and the inner wall of the first cylinder 41, and the coil spring 92 is compressed between the top surface of the piston 44 and the inner wall of the second cylinder 42. Arranged as described above. The coil springs 91 and 92 transmit an urging force via the pistons 43 and 44, and the pistons 43 and 44 move to a position (neutral position) where the urging forces are balanced. Here, the neutral position is a position that varies depending on the working gas input from the outside. The neutral position is set to a desired position with respect to the phase of the working gas input from the pressure vibration sources 11 and 12. The neutral position (balance position) can be adjusted by adjusting the spring constants of the coil springs 91 and 92. By providing the urging members 91 and 92, it is possible to improve the followability of the piston position (phase) against the pressure vibration of the working gas.

ここで、コイルバネ91及び92に代えて(加えて)、付勢部材としてのフレクシャベアリング93を採用することができる(図3)。フレクシャベアリング93は連結部材45とシリンダ41及び42との間を接続している。ピストン43及び44とシリンダ41及び42との間に生じる変位の大きさに応じて、ピストン43及び44の変位を戻す方向に付勢する。   Here, instead of (in addition to) the coil springs 91 and 92, a flexure bearing 93 as an urging member can be employed (FIG. 3). The flexure bearing 93 connects between the connecting member 45 and the cylinders 41 and 42. The piston 43 and 44 are urged in a direction to return the displacement of the pistons 43 and 44 according to the magnitude of the displacement generated between the cylinders 41 and 42.

11…圧力振動源(シリンダ) 12…圧力振動源(ピストン)
2…蓄冷器2 21…高温側 22…低温側
3…パルス管 31…高温側 32…低温側
41…シリンダ(第1シリンダ) 42…シリンダ(第2シリンダ) 43…ピストン(第1ピストン) 44…ピストン(第2ピストン) 431、441…シール部材
51、52…熱交換器
6…接続部材 61…外筒部材 62…ガイド部材
71、72、73…配管
8…ピストン位置検出手段
91、92…コイルバネ 93…フレクシャベアリング
11 ... Pressure vibration source (cylinder) 12 ... Pressure vibration source (piston)
2 ... Regenerator 2 21 ... High temperature side 22 ... Low temperature side 3 ... Pulse tube 31 ... High temperature side 32 ... Low temperature side 41 ... Cylinder (first cylinder) 42 ... Cylinder (second cylinder) 43 ... Piston (first piston) 44 ... Piston (second piston) 431, 441 ... Sealing member 51, 52 ... Heat exchanger 6 ... Connection member 61 ... Outer cylinder member 62 ... Guide member 71, 72, 73 ... Piping 8 ... Piston position detecting means 91, 92 ... Coil spring 93 ... Flexure bearing

Claims (5)

パルス管と、
前記パルス管の低温側に接続された蓄冷器と、
前記蓄冷器の高温側に接続され作動ガスに圧力振動を付与する圧力振動源と、
前記パルス管の高温側に一端部が連通する第1シリンダと前記第1シリンダとは異なる断面積をもち前記蓄冷器の高温側に一端部が連通する第2シリンダとをもつシリンダと、
前記第1シリンダ内を往復動する第1ピストンと前記第1ピストンに対して反対の変位量で連動して前記第2シリンダ内を往復動する第2ピストンとをもつピストンと、
を有することを特徴とする冷凍機。
A pulse tube,
A regenerator connected to the low temperature side of the pulse tube;
A pressure vibration source connected to the high temperature side of the regenerator to apply pressure vibration to the working gas;
A first cylinder having one end communicating with the high temperature side of the pulse tube and a cylinder having a second cylinder having a different cross-sectional area from the first cylinder and one end communicating with the high temperature side of the regenerator;
A piston having a first piston that reciprocates in the first cylinder and a second piston that reciprocates in the second cylinder in conjunction with an amount of displacement opposite to the first piston;
A refrigerator having the above.
前記第1シリンダ及び前記第2シリンダはそれぞれの他端部側で背向状態にて連結されて同一の空間を区画し、
前記ピストンは前記第1ピストン及び前記第2ピストンを軸方向に相対移動不能に一体化して接続する連結部材をもつ請求項1に記載の冷凍機。
The first cylinder and the second cylinder are connected in a back-facing state on the other end side to define the same space,
2. The refrigerator according to claim 1, wherein the piston has a connecting member that integrally connects the first piston and the second piston so as not to move relative to each other in the axial direction.
前記第1ピストンは前記第2ピストンよりも断面積が大きい請求項1又は2に記載の冷凍機。   The refrigerator according to claim 1 or 2, wherein the first piston has a larger cross-sectional area than the second piston. 前記第1シリンダ及び前記第2シリンダに対して前記第1ピストン及び前記第2ピストンを中立位置に付勢する付勢部材を有する請求項1〜3の何れか1項に記載の冷凍機。   The refrigerator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a biasing member that biases the first piston and the second piston toward a neutral position with respect to the first cylinder and the second cylinder. 前記圧力振動源は前記シリンダと前記ピストンとの相対位置を検出するピストン位置検出手段をもち、前記相対位置に基づいて前記作動ガスに圧力振動を付与する請求項1〜4の何れか1項に記載の冷凍機。   5. The pressure vibration source according to claim 1, wherein the pressure vibration source includes a piston position detection unit that detects a relative position between the cylinder and the piston, and applies pressure vibration to the working gas based on the relative position. The refrigerator as described.
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