JP2583721B2 - 蓄冷型冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、蓄冷器を備えた蓄冷
型冷凍機に関し、特に蓄冷器の熱交換の効率を高めて冷
凍能力の効率を向上できる蓄冷型冷凍機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１８は例えば特公昭４６−１０２５５
号公報に示された従来の蓄冷型冷凍機の概略構成を示す
断面図であり、図において２１はモータ、４は圧縮機、
５はガス管、６は吸気用カム、７は吸気用カム６に連動
する吸気バルブ、８は排気用カム、９は排気用カム８に
連動する排気バルブ、１０はベアリングであり、このベ
アリング１０はモーター２１、吸気用カム６および排気
用カム８の中心線１１から少し離れたところに位置して
いる。１２はベアリング１０と連動し上下動する操作
棒、１３はシリンダ、１４は操作棒１２を介し、モータ
２１によって駆動され、シリンダ１３内を往復運動する
可動部材であり、この可動部材１４の内部には熱を貯蔵
するリン青銅のメッシュ、または鉛玉からなる蓄冷器１
５が配設され、可動部材１４の上端部および下端部には
蓄冷器１５に通じるガス通路１４ａ，１４ｂが設けられ
ている。

【０００３】１６，１７はシリンダ１３と可動部材１４
とにより囲まれ、可動部材１４の上方と下方とにそれぞ
れ形成された第１および第２の閉鎖室、１８は第１の閉
鎖室１６と第２の閉鎖室１７とを隔離するシールで、可
動部材１４の上端部にとりつけられ、シリンダ１３の内
周面に接し、可動部材１４と共に移動する。１９は操作
棒１２にとりつけられたシール、２０は伝熱部である。

【０００４】つぎに、上記従来の蓄冷型冷凍機の動作に
ついて説明する。圧縮機４で圧縮され吐出されたヘリウ
ム等の高圧のガスは、吸気カム６と連動する吸気バルブ
７が開いているとき、ガス管５を通りシリンダ１３の第
１の閉鎖室１６に流入する。第１の閉鎖室１６に流入し
たガスはガス通路１４ａを通り蓄冷器１５内に導入さ
れ、ここで前回のサイクルで蓄冷器１５内に蓄えられて
いた冷熱によって冷却される。この冷却されたガスはガ
ス通路１４ｂを通り、第２の閉鎖室１７に流入する。こ
のときシール１９が存在するためガスはシリンダー１３
の外部にもれず、またシール１８が存在するため、ガス
はシリンダー１３と可動部材１４との隙間に流れない。
第２の閉鎖室１７に流入したガスはここで膨張し、冷熱
を発生し伝熱部２０を介し被冷却物（図示せず）を冷却
する。

【０００５】第２の閉鎖室１７で膨張し、低圧となった
ガスは、可動部材１４の移動によって再びガス通路１４
ｂを通り、蓄冷器１５を逆方向に通過し、通過時に蓄冷
器１５と熱交換し蓄冷器１５を冷却する。この熱交換に
より加熱されたガスはガス通路１４ａを通り第一の閉鎖
室１６に達し、排気カム８と連動する排気バルブ９が開
いているとき、ガス管５から圧縮機４に導入され、再び
圧縮機４で圧縮される。

【０００６】ついで、可動部材１４の位置、吸気バルブ
７と排気バルブ９の開閉タイミングおよび第２の閉鎖室
１７の圧力変化のそれぞれの位相の対応関係を説明す
る。図１９の（ａ）〜（ｄ）は、可動部材１４の位置、
吸気バルブ７と排気バルブ９の開閉タイミング、第２の
閉鎖室１７の圧力変化のそれぞれの位相の対応関係を示
したものである。

【０００７】まず、可動部材１４はベアリング１０によ
り、モータ２１の回転運動が往復運動に変換されて、図
１９の（ａ）に示すように、シリンダ１３内を上下動し
ている。ここで、図１９の横軸の位相は可動部材１４が
下死点にあるときを０°、上死点にあるときを１８０°
とし、３６０°で１サイクルを終えるとしたものであ
る。また、吸気カム６と排気カム８とはモータ２１の軸
の回転と連動している。そこで、吸気バルブ７は、図１
９の（ｂ）に示すように、−３０°で開き、１２０°で
閉じるように作動する。また、排気バルブ９は、図１９
の（ｃ）に示すように、１５０°で開き、３３０°で閉
じるように作動する。さらに、第２の閉鎖室１７の圧力
変化はこの吸気および排気バルブ７，９の開閉に応じて
変化する。すなわち、図１９の（ｄ）に示すように、−
３０°で吸気バルブ７が開いた瞬間に圧力が高くなり、
１５０°で排気バルブが開いた瞬間に圧力は低くなる。

【０００８】ここで、モーター２１の回転速度は一定で
あるため、図１９の位相の１°がすすむのに要する時間
は１サイクルの時間を３６０でわった時間に等しい。例
えば、１サイクルの時間を１秒とすると可動部材１４は
図２０に示すように移動する。この時、可動部材１４の
下死点を０ｃｍとしている。また、第２の閉鎖室１７の
圧力は図２１のように変化している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄冷型冷凍機は
以上のように構成され、モータ２１の回転速度を一定と
しているので、排気バルブ９が開いた瞬間に蓄冷器１５
を通過する流量が最大になる。図２２は伝熱部２０の温
度が５０Ｋのときの蓄冷器１５を介し第２の閉鎖室１７
に流出入するガスの流量を示したものである。図２２で
は第２の閉鎖室１７に流入する場合を正としている。排
気バルブ９を開いた瞬間のとき（図２２の０．４〜０．
５ｓｅｃのとき）流量が最大になるので蓄冷器の効率は
このとき最も悪くなる。蓄冷器設計の際、通常は１サイ
クルの平均流量をもとに設計するので、流量が平均から
大きくずれていると所定の蓄冷器の効率を得ることがで
きず、したがって蓄冷型冷凍機の冷凍能力の効率も悪く
なるという課題があった。

【００１０】また、図２３は伝熱部２０の温度が４．２
Ｋのときの蓄冷器１５を介し第２の閉鎖室１７に流出入
するガスの流量を示したものである。この場合、ガスの
圧縮性はほとんどなくなっているので排気バルブ９を開
いた瞬間もガスの流量はあまりかわることがなく、むし
ろ可動部材１４の速度が速いほど流量が多くなる。また
第２の閉鎖室１７に流入するときのほうが流出するとき
より最大の流量が多くなっている。いずれにしても流量
が平均からずれることになるので所定の蓄冷器の効率を
得ることができず、したがって蓄冷型冷凍機の冷凍能力
の効率も悪くなるという課題もあった。

【００１１】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、蓄冷型冷凍機のモーターの１サイ
クル中の回転速度を変化させ、１サイクル中の流量を平
均化することにより、蓄冷器の熱交換の効率を高め、蓄
冷型冷凍機の冷凍能力の効率を向上することを目的とし
たものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る蓄冷型冷凍機は、ステッピングモータの回転を往復運
動に変換することによりシリンダ内を往復運動する可動
部材と、可動部材の移動により容積がかわる閉鎖室を有
し、吸気バルブが開いたとき圧縮機から吐出されたガス
を蓄冷器を介し閉鎖室に導いて膨張させ、再びこの蓄冷
器を経て、排気バルブが開いたときガスを圧縮機に戻
し、１サイクルを終える蓄冷型冷凍機において、上記ス
テッピングモータを駆動するモータ駆動装置と、１サイ
クルの中で上記ステッピングモータの回転速度を変化さ
せるように、上記ステッピングモータを駆動する上記モ
ータ駆動装置のパルスの間隔を制御するパルス発振コン
トローラとを備えたものである。

【００１３】また、この発明の請求項２に係る蓄冷型冷
凍機は、上記パルス発振コントローラが、上記排気バル
ブが開いてから上記可動部材が上死点に達するまでの期
間の上記モータの回転速度を遅く、他の期間は上記モー
タの回転速度を速くなるように、上記モータ駆動装置の
パルスの間隔を制御するようにしたものである。

【００１４】また、この発明の請求項３に係る蓄冷型冷
凍機は、上記排気バルブが開くタイミングを上記可動部
材が上死点に達したタイミングと略同時にするととも
に、上記パルス発振コントローラが、上記可動部材が上
死点に達するタイミングの近傍の所定期間上記モータの
回転速度を遅くなるように、上記モータ駆動装置のパル
スの間隔を制御するようにしたものである。

【００１５】また、この発明の請求項４に係る蓄冷型冷
凍機は、上記吸気バルブを閉じ、上記排気バルブを開く
タイミングを上記可動部材が上死点に達したタイミング
と略同時にするとともに、上記パルス発振コントローラ
が、上記可動部材が上死点に達するタイミングの近傍の
所定期間上記モータの回転速度を遅くなるように、上記
モータ駆動装置のパルスの間隔を制御するようにしたも
のである。

【００１６】また、この発明の請求項５に係る蓄冷型冷
凍機は、上記パルス発振コントローラが、上記可動部材
の移動速度を上死点から下死点まであるいは下死点から
上死点まで等速直線運動させるように、上記モータ駆動
装置のパルスの間隔を制御するようにしたものである。

【００１７】また、この発明の請求項６に係る蓄冷型冷
凍機は、上記パルス発振コントローラが、上記可動部材
が下死点から上死点まで移動する時間の方が上死点から
下死点まで移動する時間より長くなるように、上記モー
タ駆動装置のパルスの間隔を制御するようにしたもので
ある。

【００１８】また、この発明の請求項７に係る蓄冷型冷
凍機は、モータの回転を往復運動に変換することにより
シリンダ内を往復運動する可動部材と、可動部材の移動
により容積がかわる閉鎖室を有し、吸気バルブを開いた
とき圧縮機から吐出されたガスを蓄冷器を介し閉鎖室に
導いて膨張させ、再びこの蓄冷器を経て、排気バルブが
開いたときガスを圧縮機に戻し、１サイクルを終える蓄
冷型冷凍機において、上記シリンダ下端の伝熱部の温度
を検出する温度センサーと、上記温度センサーで検出さ
れる上記伝熱部の温度レベルに応じて１サイクル中の上
記モータの回転速度を変化させるコントローラとを備え
たものである。

【００１９】また、この発明の請求項８に係る蓄冷型冷
凍機は、モータの回転を往復運動に変換することにより
シリンダ内を往復運動する可動部材と、可動部材の移動
により容積がかわる閉鎖室を有し、吸気バルブを開いた
とき圧縮機から吐出されたガスを蓄冷器を介し閉鎖室に
導いて膨張させ、再びこの蓄冷器を経て、排気バルブが
開いたときガスを圧縮機に戻し、１サイクルを終える蓄
冷型冷凍機において、上記シリンダー内の圧力を測定す
る圧力センサーと、シリンダ下端の伝熱部の温度を検出
する温度センサーと、上記圧力センサーと上記温度セン
サーとの出力結果をもとに上記閉鎖室への流量を計算
し、その流量が１サイクルで一定となる様、１サイクル
中の上記モータの回転速度を変化させるコントローラと
を備えたものである。

【００２０】

【作用】この発明の請求項１に係る蓄冷型冷凍機におい
ては、モータとしてステッピングモータを使用し、パル
ス発振コントロールにより、パルスの間隔をコントロー
ルして、容易に１サイクル内のステッピングモータの回
転速度を変化させることができる。そして、１サイクル
内のステッピングモータの回転速度を変化させることに
より、１サイクル内の流量を平均化させ、蓄冷器の効率
をあげ、冷凍機の効率を上げることができる。

【００２１】また、この発明の請求項２、５、６に係る
蓄冷型冷凍機においては、排気バルブを開いてから可動
部材が上死点に達するまでの期間のモータの回転速度を
おそくしたり、可動部材の移動を上死点から下死点まで
あるいは下死点から上死点まで等速直線運動させたり、
可動部材が下死点から上死点まで移動する時間の方が上
死点から下死点まで移動する時間より長くすることによ
り、１サイクルの流量を平均化させ、蓄冷器の効率をあ
げ冷凍機の効率をあげることができる。

【００２２】また、この発明の請求項３に係る蓄冷型冷
凍機においては、排気バルブを開くタイミングを可動部
材が上死点に達したタイミングと略同時にすることによ
り、図示仕事の損失をなくし冷凍機の効率をあげること
ができる。さらに、可動部材が上死点に達するタイミン
グの近傍でモータの回転速度を遅くすることにより、排
気バルブがゆっくり開かれ、急峻な開放にともなう流量
の大幅な変動が抑制され、流量の平均化が図られる。

【００２３】また、この発明の請求項４に係る蓄冷型冷
凍機においては、吸気バルブを閉じ、排気バルブを開く
タイミングを可動部材が上死点に達したタイミングと略
同時にすることにより、図示仕事を大きくし、冷凍機の
効率をあげることができる。さらに、可動部材が上死点
に達するタイミングの近傍でモータの回転速度を遅くす
ることにより、排気バルブがゆっくり開かれ、急峻な開
放にともなう流量の大幅な変動が抑制され、流量の平均
化が図られる。

【００２４】また、この発明の請求項７に係る蓄冷型冷
凍機においては、温度センサで検出される伝熱部の温度
レベルに基づいてコントローラによりモータの回転速度
を変化させて、温度レベルに最も適した回転速度で蓄冷
型冷凍機を動作させることができる。

【００２５】また、この発明の請求項８に係る蓄冷型冷
凍機においては、コントローラにより圧力センサーと温
度センサーとの出力結果をもとに流量を計算し、その流
量が一定となるようにモータの回転速度を変化させてい
るので、１サイクルのモータの回転速度を最も効率があ
がるように設定することができる。

【００２６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１． この実施例１は、この発明の請求項１、２に係る一実施
例である。図１はこの発明の実施例１による蓄冷型冷凍
機の概略構成を示す断面図であり、図において図１８に
示す従来の蓄冷型冷凍機と同一または相当部分には同一
符号を付し、その説明を省略する。図において、１はス
テッピングモータ、２はステッピングモータ１のモータ
駆動装置、３はステッピングモータ１を駆動するパルス
の間隔をコントロールするパルス発振コントローラであ
る。なお、この実施例１による蓄冷型冷凍機では、モー
タ２１をステッピングモータ１とする以外の構成は、図
１８に示される蓄冷型冷凍機と同一である。

【００２７】つぎに、上記実施例１の動作について説明
する。この実施例１では、排気バルブ９を開いてから可
動部材１４が上死点に達するまでの時間を従来の２倍の
時間とり、その分それ以後の時間を短縮するように、パ
ルス発振コントローラ３によりステッピングモータ１の
回転速度を１サイクルの中でコントロールしている。こ
の時、サイクルの周期を１秒としたときの膨張空間に流
出入するガスの質量流量は、図２に示すようになってい
る。その結果、排気バルブ９を開いた瞬間の流量が、図
２２に示される従来の流量に比べて１／２に減った。ま
た、全体的に流量が平均化された。これにより蓄冷器１
５の効率は２倍ほどよくなり、冷凍機の冷凍能力の効率
が向上された。

【００２８】このように構成された上記実施例１によれ
ば、ステッピングモータ１の回転速度を１サイクルの中
で変化させているので、１サイクル内の流量を平均化さ
せることができ、蓄冷器１５の効率を上げて、冷凍機の
冷凍能力を向上することができる。

【００２９】また、パルス発振コントローラ３によりス
テッピングモータ１の回転速度をコントロールしている
ので、容易に高精度にステッピングモータ１の回転速度
を変えることができる。

【００３０】また、排気バルブ９を開いてから可動部材
１４が上死点に達するまでの時間を従来の２倍の時間と
り、その分それ以後の時間を短縮しているので、排気バ
ルブ９を開いた瞬間の流量が、従来の流量に比べて１／
２にまで低減され、全体的に流量の平均化が図られ、こ
れにより蓄冷器１５の効率は２倍ほどよくなり、冷凍機
の冷凍能力の効率を向上することができる。

【００３１】実施例２． この実施例２は、この発明の請求項１、２に係る他の実
施例である。図３はこの発明の実施例２による蓄冷型冷
凍機の概略構成を示す断面図である。この実施例２にお
ける上記実施例１と異なるところは、シリンダ１３の下
方に設けたシリンダ１３よりも容積の小さいシリンダ２
３と、可動部材１４の下方に設けられ、シリンダ２３内
を往復運動し、内部には蓄冷器２５と、この蓄冷器２５
に通じるガス通路２４ａ，２４ｂを有する可動部材２４
と、可動部材２４とシリンダ２３とで囲まれ形成された
第３の閉鎖室２７と、第２の閉鎖室１７と第３の閉鎖室
２７とを隔離するシール２８と、伝熱部３０とを設けた
点であり、この場合も上記実施例１と同様の作用効果が
得られる。なお、動作については前述と同様であるので
その説明を省略する。

【００３２】実施例３． この実施例３は、この発明の請求項１、２に係るさらに
他の実施例である。図４はこの発明の実施例３による蓄
冷型冷凍機の概略構成を示す断面図である。この実施例
３において上記実施例１と異なるところは３段式にした
ところであり、シリンダ２３よりも容積の小さいシリン
ダ３３と、可動部材２４の下方に設けられ、シリンダ３
３内を往復運動し内部には蓄冷器３５とこの蓄冷器３５
に通じるガス通路３４ａ，３４ｂを有する可動部材３４
と、可動部材３４とシリンダ３３とで囲まれ形成された
第４の閉鎖室３７と、第３の閉鎖室２７と第４の閉鎖室
３７とを隔離するシール３８とを設けている。この場合
も上記実施例１と同様の作用効果が得られる。なお、動
作については前述と同様であるのでその説明を省略す
る。

【００３３】実施例４． この実施例４は、この発明の請求項１、２に係るさらに
他の実施例である。図５はこの発明の実施例４による蓄
冷型冷凍機の概略構成を示す断面図であり、この実施例
４において上記実施例１と異なるところは、蓄冷器１５
をシリンダの外側に設置した点である。この場合も上記
実施例１と同様の作用効果が得られる。なお動作につい
ては前述と同様であるのでその説明を省略する。

【００３４】実施例５． この実施例５は、この発明の請求項３に係る一実施例で
ある。図６の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれこの発明の実施
例５による蓄冷型冷凍機の可動部材の位置、吸気バルブ
の開度、排気バルブの開度、および第２の閉鎖室の圧力
変化と位相との関係を示したグラフである。この実施例
５における上記実施例１と異なるところは排気バルブ９
が開くタイミングを可動部材１４が上死点に達したタイ
ミングと略同時にし、かつ、ステッピングモータ１の回
転速度を可動部材１４が上死点に達する近傍の例えば３
０°の範囲で遅くしていることである。

【００３５】上記実施例１では、排気バルブ９が開いて
から可動部材１４が上死点に達するまでの期間を遅くし
た結果、Ｐ−Ｖ線図は図７の（ａ）にＡで示すような部
分ができる可能性があった。これは図示仕事（Ｐ−Ｖ線
図の面積に等しい）の損失を招き、冷凍能力の損失を招
くことになる。この実施例５によれば、排気バルブ９が
開くタイミングと可動部材１４が上死点に達するタイミ
ングとを略同時にした結果、図７の（ｂ）に示すような
Ｐ−Ｖ線図になり、図示仕事の損失を招くことはない。
さらに、ステッピングモータ１の回転速度が可動部材１
４が上死点に達する近傍で遅くなり、つまり排気バルブ
９がゆっくり開けられて、排気バルブ９の急峻な開放に
ともなう流量の大幅な変化が抑制されて、流量の変化が
少なくなる。したがって、流量の平均化され、蓄冷器１
５の効率が上がり、冷凍機の冷凍能力が向上する。

【００３６】実施例６． この実施例６は、この発明の請求項４に係る一実施例で
ある。図８はこの発明の実施例６による蓄冷型冷凍機の
可動部材の位置、吸気バルブの開度、排気バルブの開
度、および第２の閉鎖室の圧力変化と位相との関係を示
したグラフである。この実施例６における上記実施例１
と異なるところは、吸気バルブ７が閉じ、排気バルブ９
が開くタイミングを可動部材１４が上死点に達したタイ
ミングと略同時にし、かつ、ステッピングモータ１の回
転速度を可動部材１４が上死点に達する近傍で遅くして
いることである。その作用効果は上記実施例５とほぼ同
等であり、上記実施例５よりさらに図示仕事を大きくと
ることができるとともに、冷凍能力は向上する。

【００３７】実施例７． この実施例７は、この発明の請求項５に係る一実施例で
ある。図９はこの発明の実施例７による蓄冷型冷凍機の
可動部材の位置と時間との関係を示したグラフであり、
この実施例７における上記実施例１と異なるところは、
可動部材１４の動きを下死点から上死点までおよび上死
点から下死点までを等速直線運動としたことである。こ
の実施例７によれば、伝熱部２０が４．２Ｋのときの第
２の閉鎖室１７へのガスの流量は、図１０に示すよう
に、可動部材１４が等速直線運動しているためほぼ一定
となっている。したがって、蓄冷器１５の設計が容易に
なり、また、効率も向上し、その結果冷凍機の効率も向
上する。

【００３８】実施例８． この実施例８は、この発明の請求項６に係る一実施例で
ある。図１１はこの発明の実施例８による蓄冷型冷凍機
の可動部材の位置と時間との関係を示すグラフであり、
可動部材１４が下死点から上死点まで移動する時間を上
死点から下死点に移動する時間より長くしたものであ
る。この実施例８によれば、第２の閉鎖室１７へのガス
の流量は、図１２に示すように、ガスが第２の閉鎖室１
７へ流入するときの最大流量が減少し、第２の閉鎖室１
７から流出するときの最大流量とほぼ同じぐらいの大き
さになっている。したがって、流量が平均化されたこと
により蓄冷器１５の効率があがり、蓄冷型冷凍機の効率
があがる。

【００３９】実施例９． この実施例９は、この発明の請求項７に係る一実施例で
ある。図１３はこの発明の実施例９による蓄冷型冷凍機
の概略構成を示す断面図である。この実施例１３におけ
る上記実施例１と異なるところは、伝熱部２０に温度セ
ンサー６０を設置し、温度センサー６０の出力によりス
テッピングモータ１の回転速度を伝熱部２０の温度に応
じた回転速度に変えるパルス発振コントローラ３を設置
したことである。

【００４０】つぎに、この実施例９の動作について説明
する。第２の閉鎖室１７へ流出入するヘリウムの流量は
温度によってことなる。例えば、５０Ｋの場合には図２
２に示すようなものになり、４．２Ｋの場合には図２３
に示すようなものになる。それゆえ温度によってモータ
の回転速度を変更する必要がある。例えば、温度センサ
ー６０が５０Ｋを示しているとする。この温度センサー
６０の出力はパルス発振コントローラ３に入力される。
パルス発振コントローラ３は、上記実施例１と同様に可
動部材１４が動くようにステッピングモータ１の回転速
度をコントロールする。そして、伝熱部２０の温度がだ
んだん下がっていき、温度センサー６０が４．２Ｋを示
すようになるとパルス発振コントローラ３は、上記実施
例７と同様に可動部材１４が動くようにステッピングモ
ータ１の回転速度をコントロールする。

【００４１】このように上記実施例９によれば、伝熱部
２０の温度を温度センサー６０により検出し、パルス発
振コントローラ３が伝熱部２０の温度に応じてステッピ
ングモータ１の回転速度を変更できるので、初期冷却か
ら到達温度に達するまで１サイクルの流量は常に平均化
されて、蓄冷器１５の効率があがり、蓄冷型冷凍機の効
率があがる。

【００４２】実施例１０． この実施例１０は、この発明の請求項７に係る他の実施
例である。図１４はこの発明の実施例１０による蓄冷型
冷凍機の概略構成を示す断面図であり、この実施例１０
では蓄冷器１５，２５をシリンダ１６，２３の外側に設
置したものである。ステッピングモータ５１の回転運動
はベアリング５０で往復運動に変換され、操作棒２２を
介し、可動部材２４を往復運動させるように構成してい
る。ステッピングモータ５１はモータ駆動装置５２で駆
動される。また、温度センサー６０、６１が伝熱部２
０、３０に取り付けられている。

【００４３】つぎに、上記実施例１０の動作について説
明する。伝熱部２０、３０の温度は温度センサー６０、
６１により検出される。伝熱部３０の温度は伝熱部２０
の温度より低い。例えば、伝熱部２０の温度が５０Ｋ、
伝熱部３０の温度が４．２Ｋとすると、第２の閉鎖室１
７への流量は図２２に示すようになり、第３の閉鎖室２
７への流量は図２３に示すようになる。したがって、ス
テッピングモータ１とステッピングモータ５１の最適な
回転速度は異なる。そこで、ステッピングモータ１では
上記実施例１と同様に回転させ、ステッピングモータ５
１では上記実施例７と同様に回転させることにより、ど
ちらも最適な回転速度になり蓄冷器１５，２５の効率が
あがり、蓄冷型冷凍機の効率もあがる。

【００４４】実施例１１． この実施例１１は、この発明の請求項７に係るさらに他
の実施例である。図１５はこの発明の実施例１１による
蓄冷型冷凍機の概略構成を示す断面図であり、蓄冷器１
５，２５，３５をシリンダ１３，２３，３３の外側に設
置したものである。ステッピングモータ５４の回転運動
はベアリング５３で往復運動に変換され、操作棒３２を
介し、可動部材３４を往復運動させるように構成してい
る。ステッピングモータ５４はモータ駆動装置５５で駆
動される。また、温度センサー６０、６１、６２が伝熱
部２０、３０、４０に取り付けられている。この場合も
実施例１０と同様の作用効果が得られる。なお、動作に
ついては前述と同様であるのでその説明を省略する。

【００４５】実施例１２． この実施例１２は、この発明の請求項８に係る一実施例
である。図１６はこの発明の実施例１２による蓄冷型冷
凍機の概略構成を示す断面図であり、この実施例１２で
は、温度センサー６０を伝熱部２０にとりつけるととも
に、圧力センサー６３を圧力導管６４を介し、伝熱部２
０にとりつけたものである。これにより第２の閉鎖室１
７への流量は次式で計算できる。 これをパルス発振コントローラ３に入力し、１サイクル
の流量を記憶させる。次のサイクルでは、前サイクルで
得た流量をもとに、１サイクルの流量が平均化するよう
上記実施例１、７または８のように可動部材１４が動く
ように、パルス発振コントローラ３でステッピングモー
タ１の回転速度をコントロールする。これにより１サイ
クルの流量が平均化され、蓄冷器１５の効率はあがり、
蓄冷型冷凍機の効率も向上する。

【００４６】実施例１３． この実施例１３は、この発明の請求項８に係る他の実施
例である。図１７はこの発明の実施例１３による蓄冷型
冷凍機の概略構成を示す断面図であり、この実施例１３
では、圧力センサー６３を圧力導管６４を介し、第１の
閉鎖室１６にとりつけたものである。蓄冷器１５の圧力
降下は小さいので十分正確に第２の閉鎖室１７の圧力を
測定でき、また取り付け位置が室温なので取り付けも容
易にできる。この場合も上記実施例１２と同様の作用効
果が得られる。なお、動作については前述と同様である
のでその説明を省略する。

【００４７】なお、上記各実施例では、蓄冷型冷凍機の
１種であるギフォード・マクマホン冷凍機を用いて説明
しているが、本願発明は、他の蓄冷型冷凍機であるソル
ベイサイクル冷凍機、スターリング冷凍機、ビルマイヤ
ー冷凍機にも適用できることはいうまでもない。

【００４８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４９】この発明の請求項１に係る蓄冷型冷凍機
は、ステッピングモータの回転を往復運動に変換するこ
とによりシリンダ内を往復運動する可動部材と、可動部
材の移動により容積がかわる閉鎖室を有し、吸気バルブ
が開いたとき圧縮機から吐出されたガスを蓄冷器を介し
閉鎖室に導いて膨張させ、再びこの蓄冷器を経て、排気
バルブが開いたときガスを圧縮機に戻し、１サイクルを
終える蓄冷型冷凍機において、ステッピングモータを駆
動するモータ駆動装置と、１サイクルの中でステッピン
グモータの回転速度を変化させるように、ステッピング
モータを駆動するモータ駆動装置のパルスの間隔を制御
するパルス発振コントローラとを備えたので、１サイク
ル内の流量を平均化させ、蓄冷器の効率をあげ、冷凍機
の冷却能力の効率をあげることができる。また、パルス
発振コントローラによりステッピングモータの１サイク
ル内の回転速度を容易に変化させることができる。

【００５０】また、この発明の請求項２に係る蓄冷型冷
凍機は、パルス発振コントローラが、排気バルブが開い
てから可動部材が上死点に達するまでの期間のモータの
回転速度を遅く、他の期間はモータの回転速度を速くな
るように、モータ駆動装置のパルスの間隔を制御するよ
うにしたので、１サイクルの流量を平均化させ、蓄冷器
の効率をあげ冷凍機の効率をあげることができる。

【００５１】また、この発明の請求項３に係る蓄冷型冷
凍機は、排気バルブが開くタイミングを可動部材が上死
点に達したタイミングと略同時にするとともに、パルス
発振コントローラが、可動部材が上死点に達するタイミ
ングの近傍の所定期間モータの回転速度を遅くなるよう
に、モータ駆動装置のパルスの間隔を制御するようにし
たので、図示仕事の損失をなくし、冷凍機の効率をあげ
ることができる。

【００５２】また、この発明の請求項４に係る蓄冷型冷
凍機は、吸気バルブを閉じ、排気バルブを開くタイミン
グを可動部材が上死点に達したタイミングと略同時にす
るとともに、パルス発振コントローラが、可動部材が上
死点に達するタイミングの近傍の所定期間モータの回転
速度を遅くなるように、モータ駆動装置のパルスの間隔
を制御するようにしたので、図示仕事を大きくし、冷凍
機の効率を一層あげることができる。

【００５３】また、この発明の請求項５に係る蓄冷型冷
凍機は、パルス発振コントローラが、可動部材の移動速
度を上死点から下死点まであるいは下死点から上死点ま
で等速直線運動させるように、モータ駆動装置のパルス
の間隔を制御するようにしたので、１サイクルの流量を
平均化させ、蓄冷器の効率をあげ冷凍機の効率をあげる
ことができる。

【００５４】また、この発明の請求項６に係る蓄冷型冷
凍機は、パルス発振コントローラが、可動部材が下死点
から上死点まで移動する時間の方が上死点から下死点ま
で移動する時間より長くなるように、モータ駆動装置の
パルスの間隔を制御するようにしたので、１サイクルの
流量を平均化させ、蓄冷器の効率をあげ冷凍機の効率を
あげることができる。

【００５５】また、この発明の請求項７に係る蓄冷型冷
凍機は、シリンダ下端の伝熱部の温度を検出する温度セ
ンサーと、この温度センサーで検出される伝熱部の温度
レベルに応じて１サイクル中のモータの回転速度を変化
させるコントローラとを備えているので、伝熱部の温度
レベルによってモータの回転速度を変化させ、温度レベ
ルに最も適した回転速度で蓄冷型冷凍機を動作させるこ
とができる。

【００５６】また、この発明の請求項８に係る蓄冷型冷
凍機は、シリンダ内の圧力を測定する圧力センサーと、
シリンダ下端の伝熱部の温度を検出する温度センサー
と、圧力センサーと温度センサーとの出力結果をもとに
閉鎖室への流量を計算し、その流量が１サイクルで一定
となるように、１サイクル中のモータの回転速度を変化
させるコントローラとを備えているので、流量を測定し
て、１サイクルの回転速度を最も効率があがるように設
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施例１による蓄冷型冷凍機の概
略構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施例１による蓄冷型冷凍機にお
ける第２の閉鎖室への流量の変化を示すグラフである。

【図３】 この発明の実施例２による蓄冷型冷凍機の概
略構成を示す断面図である。

【図４】 この発明の実施例３による蓄冷型冷凍機の概
略構成を示す断面図である。

【図５】 この発明の実施例４による蓄冷型冷凍機の概
略構成を示す断面図である。

【図６】 この発明の実施例５による蓄冷型冷凍機の可
動部材の位置、吸気バルブの開度、排気バルブの開度、
第２の閉鎖室の圧力変化と位相との関係を示すグラフで
ある。

【図７】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
１および実施例５による蓄冷型冷凍機のＰ−Ｖ線図を示
すグラフである。

【図８】 この発明の実施例６による蓄冷型冷凍機の可
動部材の位置、吸気バルブの開度、排気バルブの開度、
第２の閉鎖室の圧力変化と位相との関係を示すグラフで
ある。

【図９】 この発明の実施例７による蓄冷型冷凍機の可
動部材の位置と時間との関係を示すグラフである。

【図１０】 この発明の実施例７による蓄冷型冷凍機の
第２の閉鎖室への流量の変化を示すグラフである。

【図１１】 この発明の実施例８による蓄冷型冷凍機の
可動部材の位置と時間との関係を示すグラフである。

【図１２】 この発明の実施例８による蓄冷型冷凍機の
第２の閉鎖室への流量の変化を示すグラフである。

【図１３】 この発明の実施例９による蓄冷型冷凍機の
概略構成を示す断面図である。

【図１４】 この発明の実施例１０による蓄冷型冷凍機
の概略構成を示す断面図である。

【図１５】 この発明の実施例１１による蓄冷型冷凍機
の概略構成を示す断面図である。

【図１６】 この発明の実施例１２による蓄冷型冷凍機
の概略構成を示す断面図である。

【図１７】 この発明の実施例１３による蓄冷型冷凍機
の概略構成を示す断面図である。

【図１８】 従来の蓄冷型冷凍機の概略構成を示す断面
図である。

【図１９】 従来の蓄冷型冷凍機の可動部材の位置、吸
気バルブの開度、排気バルブの開度、第２の閉鎖室の圧
力変化と位相との関係を示すグラフである。

【図２０】 従来の蓄冷型冷凍機の可動部材の位置と時
間との関係を示すグラフである。

【図２１】 従来の蓄冷型冷凍機の圧力変化を示すグラ
フである。

【図２２】 従来の蓄冷型冷凍機の第２の閉鎖室への流
量の変化を示すグラフである。

【図２３】 従来の蓄冷型冷凍機の第２の閉鎖室への流
量の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ステッピングモータ、２ モータ駆動装置、３ パ
ルス発振コントローラ、４ 圧縮機、７ 吸気バルブ、
９ 排気バルブ、１３ シリンダ、１４ 可動部材、１
５ 蓄冷器、１６ 第１の閉鎖室、１７ 第２の閉鎖
室、２０、３０、４０ 伝熱部、６０、６１、６２ 温
度センサー、６３ 圧力センサー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森津 一樹 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (72)発明者 松本 隆博 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (72)発明者 中川 修一 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内 (72)発明者 岸田 光弘 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 中央研究所内 (72)発明者 安藤 収二 赤穂市天和651番地 三菱電機株式会社 赤穂製作所内

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステッピングモータの回転を往復運動に
   変換することによりシリンダ内を往復運動する可動部材
   と、可動部材の移動により容積がかわる閉鎖室を有し、
   吸気バルブが開いたとき圧縮機から吐出されたガスを蓄
   冷器を介し閉鎖室に導いて膨張させ、再びこの蓄冷器を
   経て、排気バルブが開いたときガスを圧縮機に戻し、１
   サイクルを終える蓄冷型冷凍機において、上記ステッピ
   ングモータを駆動するモータ駆動装置と、１サイクルの
   中で上記ステッピングモータの回転速度を変化させるよ
   うに、上記ステッピングモータを駆動する上記モータ駆
   動装置のパルスの間隔を制御するパルス発振コントロー
   ラとを備えたことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
2. 【請求項２】 上記パルス発振コントローラが、上記排
   気バルブが開いてから上記可動部材が上死点に達するま
   での期間の上記モータの回転速度を遅く、他の期間は上
   記モータの回転速度を速くなるように、上記モータ駆動
   装置のパルスの間隔を制御するようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の蓄冷型冷凍機。
3. 【請求項３】 上記排気バルブが開くタイミングを上記
   可動部材が上死点に達したタイミングと略同時にすると
   ともに、上記パルス発振コントローラが、上記可動部材
   が上死点に達するタイミングの近傍の所定期間上記モー
   タの回転速度を遅くなるように、上記モータ駆動装置の
   パルスの間隔を制御するようにしたことを特徴とする請
   求項１記載の蓄冷型冷凍機。
4. 【請求項４】 上記吸気バルブを閉じ、上記排気バルブ
   を開くタイミングを上記可動部材が上死点に達したタイ
   ミングと略同時にするとともに、上記パルス発振コント
   ローラが、上記可動部材が上死点に達するタイミングの
   近傍の所定期間上記モータの回転速度を遅くなるよう
   に、上記モータ駆動装置のパルスの間隔を制御するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の蓄冷型冷凍機。
5. 【請求項５】 上記パルス発振コントローラが、上記可
   動部材の移動速度を上死点から下死点まであるいは下死
   点から上死点まで等速直線運動させるように、上記モー
   タ駆動装置のパルスの間隔を制御するようにしたことを
   特徴とする請 求項１記載の蓄冷型冷凍機。
6. 【請求項６】 上記パルス発振コントローラが、上記可
   動部材が下死点から上死点まで移動する時間の方が上死
   点から下死点まで移動する時間より長くなるように、上
   記モータ駆動装置のパルスの間隔を制御するようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の蓄冷型冷凍機。
7. 【請求項７】 モータの回転を往復運動に変換すること
   によりシリンダ内を往復運動する可動部材と、可動部材
   の移動により容積がかわる閉鎖室を有し、吸気バルブを
   開いたとき圧縮機から吐出されたガスを蓄冷器を介し閉
   鎖室に導いて膨張させ、再びこの蓄冷器を経て、排気バ
   ルブが開いたときガスを圧縮機に戻し、１サイクルを終
   える蓄冷型冷凍機において、上記シリンダ下端の伝熱部
   の温度を検出する温度センサーと、上記温度センサーで
   検出される上記伝熱部の温度レベルに応じて１サイクル
   中の上記モータの回転速度を変化させるコントローラと
   を備えたことを特徴とする蓄冷型冷凍機。
8. 【請求項８】 モータの回転を往復運動に変換すること
   によりシリンダ内を往復運動する可動部材と、可動部材
   の移動により容積がかわる閉鎖室を有し、吸気バルブを
   開いたとき圧縮機から吐出されたガスを蓄冷器を介し閉
   鎖室に導いて膨張させ、再びこの蓄冷器を経て、排気バ
   ルブが開いたときガスを圧縮機に戻し、１サイクルを終
   える蓄冷型冷凍機において、上記シリンダー内の圧力を
   測定する圧力センサーと、シリンダ下端の伝熱部の温度
   を検出する温度センサーと、上記圧力センサーと上記温
   度センサーとの出力結果をもとに上記閉鎖室への流量を
   計算し、その流量が１サイクルで一定となる様、１サイ
   クル中の上記モータの回転速度を変化させるコントロー
   ラとを備えたことを特徴とする蓄冷型冷凍機。