JP2815031B2 - 冷凍装置 - Google Patents
冷凍装置Info
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- JP2815031B2 JP2815031B2 JP3154975A JP15497591A JP2815031B2 JP 2815031 B2 JP2815031 B2 JP 2815031B2 JP 3154975 A JP3154975 A JP 3154975A JP 15497591 A JP15497591 A JP 15497591A JP 2815031 B2 JP2815031 B2 JP 2815031B2
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1428—Control of a Stirling refrigeration machine
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は気体を冷媒として用い
る冷凍装置の効率を向上させる構成に関する。
る冷凍装置の効率を向上させる構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヘリウム, 水素, 窒素など低温で液化し
にくい気体を冷媒として用いる冷凍装置として逆スター
リングサイクルを利用したものが知られており、従来技
術による構成の一例を図５に示す。この冷凍装置は圧縮
ピストン１を内蔵した圧縮シリンダ２と膨張ピストン３
を内蔵した膨張シリンダ４とを備えており、膨張シリン
ダ４の先端部の近傍が冷却部５を形成する。また膨張ピ
ストン３の内部にはステンレス製の金網の類で形成され
た蓄冷器６が設けられている。圧縮シリンダ２と膨張シ
リンダ４とは連通管７で連通されている。圧縮ピストン
１は駆動手段、例えば円環状の空隙を備えた永久磁石８
とその空隙内で軸方向の直線運動の可能な可動コイル９
とで構成されたリニアアクチュエータ10に接続され、リ
ニアアクチュエータ10にはさらに圧縮ピストン１の位置
を検出する、例えば差動トランスのような位置検出器11
が接続されている。リニアアクチュエータ10による圧縮
ピストン１の駆動は上記の位置検出器11, 信号の比較手
段としての比較回路12, 偏差信号増幅器13より構成され
るサーボ系により行われる。膨張ピストン３の駆動も同
様に駆動手段、例えば永久磁石14と可動コイル15とより
なるリニアアクチュエータ16, 位置検出器17, 信号比較
回路18,偏差信号増幅器19で構成されるサーボ系により
行われる。膨張ピストン３の駆動信号20は正弦波発生装
置21によって与えられる正弦波であり、圧縮ピストン１
の駆動信号22は、遅延回路23により駆動信号20に所定の
位相遅れが与えられたものである。これによって圧縮ピ
ストン１は膨張ピストン３の往復運動にたいして常に一
定の位相差を保った往復振動を行う。
にくい気体を冷媒として用いる冷凍装置として逆スター
リングサイクルを利用したものが知られており、従来技
術による構成の一例を図５に示す。この冷凍装置は圧縮
ピストン１を内蔵した圧縮シリンダ２と膨張ピストン３
を内蔵した膨張シリンダ４とを備えており、膨張シリン
ダ４の先端部の近傍が冷却部５を形成する。また膨張ピ
ストン３の内部にはステンレス製の金網の類で形成され
た蓄冷器６が設けられている。圧縮シリンダ２と膨張シ
リンダ４とは連通管７で連通されている。圧縮ピストン
１は駆動手段、例えば円環状の空隙を備えた永久磁石８
とその空隙内で軸方向の直線運動の可能な可動コイル９
とで構成されたリニアアクチュエータ10に接続され、リ
ニアアクチュエータ10にはさらに圧縮ピストン１の位置
を検出する、例えば差動トランスのような位置検出器11
が接続されている。リニアアクチュエータ10による圧縮
ピストン１の駆動は上記の位置検出器11, 信号の比較手
段としての比較回路12, 偏差信号増幅器13より構成され
るサーボ系により行われる。膨張ピストン３の駆動も同
様に駆動手段、例えば永久磁石14と可動コイル15とより
なるリニアアクチュエータ16, 位置検出器17, 信号比較
回路18,偏差信号増幅器19で構成されるサーボ系により
行われる。膨張ピストン３の駆動信号20は正弦波発生装
置21によって与えられる正弦波であり、圧縮ピストン１
の駆動信号22は、遅延回路23により駆動信号20に所定の
位相遅れが与えられたものである。これによって圧縮ピ
ストン１は膨張ピストン３の往復運動にたいして常に一
定の位相差を保った往復振動を行う。
【０００３】圧縮ピストン１と膨張ピストン３とが一定
の位相差を保って往復運動を行うと、圧縮シリンダ２で
圧縮された冷媒気体は膨張シリンダ４の冷却部５で膨張
を繰り返し冷却部５に低温を発生する。冷却部５で膨張
の都度発生する低温は蓄冷器６に蓄えられ、冷却部５の
温度は一定の低温となる。
の位相差を保って往復運動を行うと、圧縮シリンダ２で
圧縮された冷媒気体は膨張シリンダ４の冷却部５で膨張
を繰り返し冷却部５に低温を発生する。冷却部５で膨張
の都度発生する低温は蓄冷器６に蓄えられ、冷却部５の
温度は一定の低温となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、冷凍装置で
消費される電力は、圧縮ピストン駆動手段および膨張ピ
ストン駆動手段で消費されるが、これら駆動系の可動質
量とばね常数により定まる共振周波数で運転すると最小
となる。ところが、ばね常数の一部を構成している冷媒
気体の圧縮に基づくガスばねのばね常数は、冷却部の温
度、すなわち、低温側の冷媒ガスの温度によって低下す
る。
消費される電力は、圧縮ピストン駆動手段および膨張ピ
ストン駆動手段で消費されるが、これら駆動系の可動質
量とばね常数により定まる共振周波数で運転すると最小
となる。ところが、ばね常数の一部を構成している冷媒
気体の圧縮に基づくガスばねのばね常数は、冷却部の温
度、すなわち、低温側の冷媒ガスの温度によって低下す
る。
【０００５】このため、始動時、運転周波数を消費電力
の最も小さい共振周波数に設定しても、運転時間の経過
にともなって共振周波数が低下し、共振周波数が運転周
波数より小さくなって圧縮ピストン駆動手段の消費電力
が増大してしまう。また、逆に定常運転時に共振周波数
と運転周波数を合わせると、始動時は共振周波数が運転
周波数より大きくなって消費電力が増大する。これらの
問題は圧縮ピストン駆動手段でも全く同様である。
の最も小さい共振周波数に設定しても、運転時間の経過
にともなって共振周波数が低下し、共振周波数が運転周
波数より小さくなって圧縮ピストン駆動手段の消費電力
が増大してしまう。また、逆に定常運転時に共振周波数
と運転周波数を合わせると、始動時は共振周波数が運転
周波数より大きくなって消費電力が増大する。これらの
問題は圧縮ピストン駆動手段でも全く同様である。
【０００６】本発明の目的は前述の問題点を解決し、常
に駆動系の共振周波数で運転可能な冷凍装置を提供する
ことにある。
に駆動系の共振周波数で運転可能な冷凍装置を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、圧縮シリンダと冷却部が形成された膨
張シリンダとを熱交換器と蓄冷器とを介して連通し、冷
媒ガスを封入したそれぞれのシリンダに内蔵された圧縮
ピストンと膨張ピストンとが相互に位相差を与えられて
周期的に往復運動することにより、圧縮シリンダで圧縮
された温度の高い冷媒ガスを熱交換器での放熱と蓄冷器
での冷却を経て温度の低い膨張シリンダに移送し、膨張
シリンダで膨張させてさらに冷却温度にまで低下させた
後に再び同一の径路を逆行させて圧縮シリンダへ戻す逆
スターリングサイクルによる冷凍装置において、圧縮ピ
ストン駆動手段と、この圧縮ピストン駆動手段により周
期的に往復運動する圧縮ピストンと、この圧縮ピストン
の位置検出器と、膨張ピストン駆動手段と、この膨張ピ
ストン駆動手段により周期的に往復運動する膨張ピスト
ンと、この膨張ピストンの位置検出器と、膨張シリンダ
の冷却部の温度検出器と、前記圧縮ピストンの位置検出
器および前記冷却部の温度検出器に接続され冷媒気体の
ばね常数の温度変化を補償するようこの位置検出器の位
置信号のゲインを制御するゲイン調整器と、前記膨張ピ
ストンの位置検出器および前記冷却部の温度検出器に接
続され冷媒気体のばね常数の温度変化を補償するようこ
の位置検出器の位置信号のゲインを制御するゲイン調整
器と、前記圧縮ピストン側のゲイン調整器により補償さ
れた圧縮ピストンの位置信号および別途与えられる駆動
信号の偏差信号を圧縮ピストン駆動手段に与える信号比
較手段と、前記膨張ピストン側のゲイン調整器により補
償された膨張ピストンの位置信号および別途与えられる
駆動信号の偏差信号を膨張ピストン駆動手段に与える信
号比較手段とを備えるようにする、あるいは圧縮ピスト
ン駆動手段と、この圧縮ピストン駆動手段により周期的
に往復運動する圧縮ピストンと、この圧縮ピストンの位
置検出器と、膨張ピストン駆動手段と、この膨張ピスト
ン駆動手段により周期的に往復運動する膨張ピストン
と、この膨張ピストンの位置検出器と、膨張シリンダの
冷却部の温度検出器と、前記膨張ピストンの位置検出器
および前記冷却部の温度検出器に接続され冷媒気体のば
ね常数の温度変化を補償するようこの位置検出器の位置
信号のゲインを制御するゲイン調整器と、前記圧縮ピス
トンの位置信号および別途与えられる駆動信号の偏差信
号を圧縮ピストン駆動手段に与える信号比較手段と、前
記膨張ピストン側のゲイン調整器により補償された膨張
ピストンの位置信号および別途与えられる駆動信号の偏
差信号を膨張ピストン駆動手段に与える信号比較手段と
を備えるようにする。
めに、本発明は、圧縮シリンダと冷却部が形成された膨
張シリンダとを熱交換器と蓄冷器とを介して連通し、冷
媒ガスを封入したそれぞれのシリンダに内蔵された圧縮
ピストンと膨張ピストンとが相互に位相差を与えられて
周期的に往復運動することにより、圧縮シリンダで圧縮
された温度の高い冷媒ガスを熱交換器での放熱と蓄冷器
での冷却を経て温度の低い膨張シリンダに移送し、膨張
シリンダで膨張させてさらに冷却温度にまで低下させた
後に再び同一の径路を逆行させて圧縮シリンダへ戻す逆
スターリングサイクルによる冷凍装置において、圧縮ピ
ストン駆動手段と、この圧縮ピストン駆動手段により周
期的に往復運動する圧縮ピストンと、この圧縮ピストン
の位置検出器と、膨張ピストン駆動手段と、この膨張ピ
ストン駆動手段により周期的に往復運動する膨張ピスト
ンと、この膨張ピストンの位置検出器と、膨張シリンダ
の冷却部の温度検出器と、前記圧縮ピストンの位置検出
器および前記冷却部の温度検出器に接続され冷媒気体の
ばね常数の温度変化を補償するようこの位置検出器の位
置信号のゲインを制御するゲイン調整器と、前記膨張ピ
ストンの位置検出器および前記冷却部の温度検出器に接
続され冷媒気体のばね常数の温度変化を補償するようこ
の位置検出器の位置信号のゲインを制御するゲイン調整
器と、前記圧縮ピストン側のゲイン調整器により補償さ
れた圧縮ピストンの位置信号および別途与えられる駆動
信号の偏差信号を圧縮ピストン駆動手段に与える信号比
較手段と、前記膨張ピストン側のゲイン調整器により補
償された膨張ピストンの位置信号および別途与えられる
駆動信号の偏差信号を膨張ピストン駆動手段に与える信
号比較手段とを備えるようにする、あるいは圧縮ピスト
ン駆動手段と、この圧縮ピストン駆動手段により周期的
に往復運動する圧縮ピストンと、この圧縮ピストンの位
置検出器と、膨張ピストン駆動手段と、この膨張ピスト
ン駆動手段により周期的に往復運動する膨張ピストン
と、この膨張ピストンの位置検出器と、膨張シリンダの
冷却部の温度検出器と、前記膨張ピストンの位置検出器
および前記冷却部の温度検出器に接続され冷媒気体のば
ね常数の温度変化を補償するようこの位置検出器の位置
信号のゲインを制御するゲイン調整器と、前記圧縮ピス
トンの位置信号および別途与えられる駆動信号の偏差信
号を圧縮ピストン駆動手段に与える信号比較手段と、前
記膨張ピストン側のゲイン調整器により補償された膨張
ピストンの位置信号および別途与えられる駆動信号の偏
差信号を膨張ピストン駆動手段に与える信号比較手段と
を備えるようにする。
【０００８】
【作用】冷却部の温度検出器と、この冷却部の温度検出
器に接続される圧縮ピストンの位置信号のゲイン調整器
あるいは膨張ピストンの位置信号のゲイン調整器とを備
え、始動時から運転時間の経過にともなって低下する膨
張ピストン側の冷媒気体の温度を前記の冷却部の温度検
出器で求め、この冷媒気体の温度の低下によって小さく
なるガスばねのばね常数を、前記ゲイン調整器のゲイン
をあげて電気的ばねのばね常数を大きくすることによ
り、全体のばね常数を一定になるよう補正しているの
で、駆動系の共振周波数は一定に保持される。これによ
って運転周波数を常に駆動系の共振周波数に合わせて運
転することができる。
器に接続される圧縮ピストンの位置信号のゲイン調整器
あるいは膨張ピストンの位置信号のゲイン調整器とを備
え、始動時から運転時間の経過にともなって低下する膨
張ピストン側の冷媒気体の温度を前記の冷却部の温度検
出器で求め、この冷媒気体の温度の低下によって小さく
なるガスばねのばね常数を、前記ゲイン調整器のゲイン
をあげて電気的ばねのばね常数を大きくすることによ
り、全体のばね常数を一定になるよう補正しているの
で、駆動系の共振周波数は一定に保持される。これによ
って運転周波数を常に駆動系の共振周波数に合わせて運
転することができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例における冷凍装置の
構成を示す一部断面構造を含む系統図であり、図５に示
す従来の冷凍装置と異なるところは、圧縮ピストンの位
置検出器11で得られた位置信号のゲイン調整器33と、膨
張ピストンの位置検出器17で得られた位置信号のゲイン
調整器32と、これらゲイン調整器17および32と接続され
る冷却部５の温度検出器31とが備えられている点にあ
る。
構成を示す一部断面構造を含む系統図であり、図５に示
す従来の冷凍装置と異なるところは、圧縮ピストンの位
置検出器11で得られた位置信号のゲイン調整器33と、膨
張ピストンの位置検出器17で得られた位置信号のゲイン
調整器32と、これらゲイン調整器17および32と接続され
る冷却部５の温度検出器31とが備えられている点にあ
る。
【００１０】ところで、冷凍装置で消費される電力は膨
張ピストン駆動手段および膨張ピストン駆動手段で消費
されるが、膨張ピストンは冷凍仕事に相当する仕事量を
作動ガスから受け取る側に作用するので、通常、その入
力は小さく消費される電力の大部分は圧縮ピストン駆動
手段で費やされるので、以下に圧縮ピストン駆動手段の
消費電力について述べるが、膨張ピストン駆動手段にお
いても全く同様である。
張ピストン駆動手段および膨張ピストン駆動手段で消費
されるが、膨張ピストンは冷凍仕事に相当する仕事量を
作動ガスから受け取る側に作用するので、通常、その入
力は小さく消費される電力の大部分は圧縮ピストン駆動
手段で費やされるので、以下に圧縮ピストン駆動手段の
消費電力について述べるが、膨張ピストン駆動手段にお
いても全く同様である。
【００１１】前述の圧縮ピストンの駆動系を見ると、圧
縮ピストン, 可動コイル等からなる可動質量と、圧縮ピ
ストンの中心位置を定める図示していない機械ばね，圧
縮ピストンの位置信号のフィードバックゲイン (これは
電気的ばねと見なすことができる),圧縮ピストンの変位
によって変化する冷媒気体の圧力 (これはガスばねと見
なすことができる) の３種のばね常数とからなってい
る。これら可動質量とばね常数とによって、この駆動系
は近似的に２次おくれ系となっており、このような２次
おくれ系の消費電力は可動質量とばね常数とから定まる
共振周波数で運転する場合最小となる。前述の３種のば
ね常数のうち機械ばねおよび電気的ばねは冷却部の温度
に影響を受けないが、ガスばねは冷却部の温度、すなわ
ち、膨張ピストン側の冷媒の温度によってばね常数が変
化する。従って、冷凍機始動から運転時間の経過にとも
なって膨張ピストン側の冷媒気体の温度が低下すると、
冷媒気体の圧力が低下し、圧縮ピストンの変位に対する
圧力変化が小さくなり、ガスばねのばね常数は低下す
る。
縮ピストン, 可動コイル等からなる可動質量と、圧縮ピ
ストンの中心位置を定める図示していない機械ばね，圧
縮ピストンの位置信号のフィードバックゲイン (これは
電気的ばねと見なすことができる),圧縮ピストンの変位
によって変化する冷媒気体の圧力 (これはガスばねと見
なすことができる) の３種のばね常数とからなってい
る。これら可動質量とばね常数とによって、この駆動系
は近似的に２次おくれ系となっており、このような２次
おくれ系の消費電力は可動質量とばね常数とから定まる
共振周波数で運転する場合最小となる。前述の３種のば
ね常数のうち機械ばねおよび電気的ばねは冷却部の温度
に影響を受けないが、ガスばねは冷却部の温度、すなわ
ち、膨張ピストン側の冷媒の温度によってばね常数が変
化する。従って、冷凍機始動から運転時間の経過にとも
なって膨張ピストン側の冷媒気体の温度が低下すると、
冷媒気体の圧力が低下し、圧縮ピストンの変位に対する
圧力変化が小さくなり、ガスばねのばね常数は低下す
る。
【００１２】このため、始動時、運転周波数を消費電力
の最も小さい共振周波数に設定しても、運転時間の経過
にともなって共振周波数が低下し、共振周波数が運転周
波数より小さくなって圧縮ピストン駆動手段の消費電力
が増大してしまう。また、逆に定常運転時に共振周波数
と運転周波数を合わせると、始動時は共振周波数が運転
周波数より大きくなって消費電力が増大する。これらの
問題は膨張ピストン駆動手段でも全く同様である。
の最も小さい共振周波数に設定しても、運転時間の経過
にともなって共振周波数が低下し、共振周波数が運転周
波数より小さくなって圧縮ピストン駆動手段の消費電力
が増大してしまう。また、逆に定常運転時に共振周波数
と運転周波数を合わせると、始動時は共振周波数が運転
周波数より大きくなって消費電力が増大する。これらの
問題は膨張ピストン駆動手段でも全く同様である。
【００１３】これに対し、本発明においては、始動時か
ら運転時間の経過にともなって低下する膨張ピストン側
の冷媒気体の温度を冷却部５の温度検出器31で求め、こ
の冷媒ガスの温度の低下によって小さくなるガスばねの
ばね常数をゲイン調整器33および32のゲインをあげて電
気的ばねのばね常数を大きくすることにより、全体のば
ね常数を一定になるよう補正しているので、駆動系の共
振周波数は一定に保持される。これによって常に駆動系
の共振周波数で運転ができる。
ら運転時間の経過にともなって低下する膨張ピストン側
の冷媒気体の温度を冷却部５の温度検出器31で求め、こ
の冷媒ガスの温度の低下によって小さくなるガスばねの
ばね常数をゲイン調整器33および32のゲインをあげて電
気的ばねのばね常数を大きくすることにより、全体のば
ね常数を一定になるよう補正しているので、駆動系の共
振周波数は一定に保持される。これによって常に駆動系
の共振周波数で運転ができる。
【００１４】図２は本発明の異なる実施例における冷凍
装置の構成を示す一部断面構造を含む系統図であり、図
５に示す従来の冷凍装置と異なるところは膨張ピストン
の位置検出器17で得られた位置信号のゲイン調整器32
と、このゲイン調整器32と接続される冷却部５の温度検
出器31とが備えられている点にある。
装置の構成を示す一部断面構造を含む系統図であり、図
５に示す従来の冷凍装置と異なるところは膨張ピストン
の位置検出器17で得られた位置信号のゲイン調整器32
と、このゲイン調整器32と接続される冷却部５の温度検
出器31とが備えられている点にある。
【００１５】図２に示す本発明の冷凍装置と図１に示す
本発明の冷凍装置と比較して、図１に示す本発明の冷凍
装置は、圧縮ピストン側および膨張ピストン側それぞれ
においてばね常数の補償を行っているが、図２に示す本
発明の冷凍装置は膨張ピストン側のみにばね常数の補償
を行ったものである。
本発明の冷凍装置と比較して、図１に示す本発明の冷凍
装置は、圧縮ピストン側および膨張ピストン側それぞれ
においてばね常数の補償を行っているが、図２に示す本
発明の冷凍装置は膨張ピストン側のみにばね常数の補償
を行ったものである。
【００１６】冷媒ガスの温度低下によるガスばね定数の
変化は、冷却部５が設けられている膨張ピストン側の方
が顕著であるので、膨張ピストン側のみばね常数の補償
を行うことはその補償効果をあまり損なうことなく補償
のための回路を簡略化できる特徴がある。
変化は、冷却部５が設けられている膨張ピストン側の方
が顕著であるので、膨張ピストン側のみばね常数の補償
を行うことはその補償効果をあまり損なうことなく補償
のための回路を簡略化できる特徴がある。
【００１７】図３は、図１に示す本発明の冷凍装置、あ
るいは図２に示す本発明の冷凍装置において、温度検出
器31として測温抵抗体を用いた場合の要部の回路を示
す。位置検出器11あるいは17の位置信号はゲイン調整器
33あるいは32の入力抵抗Ｒ1 を介してオペアンプ331 の
−入力端子に接続される。オペアンプ331 の出力端子は
信号比較回路12あるいは18に接続されるとともに、測温
抵抗体の温度検出器31を含むフィードバック回路を介し
−入力端子に接続される。このフィードバック回路は測
温抵抗体の温度検出器31の抵抗ＲＴと並列に抵抗Ｒ3 が
接続され、これら抵抗ＲＴ, Ｒ3 と直列に抵抗Ｒ2が接
続される。この場合、ゲイン調整器33あるいは32の増幅
率Ｋは(1) 式に示される。
るいは図２に示す本発明の冷凍装置において、温度検出
器31として測温抵抗体を用いた場合の要部の回路を示
す。位置検出器11あるいは17の位置信号はゲイン調整器
33あるいは32の入力抵抗Ｒ1 を介してオペアンプ331 の
−入力端子に接続される。オペアンプ331 の出力端子は
信号比較回路12あるいは18に接続されるとともに、測温
抵抗体の温度検出器31を含むフィードバック回路を介し
−入力端子に接続される。このフィードバック回路は測
温抵抗体の温度検出器31の抵抗ＲＴと並列に抵抗Ｒ3 が
接続され、これら抵抗ＲＴ, Ｒ3 と直列に抵抗Ｒ2が接
続される。この場合、ゲイン調整器33あるいは32の増幅
率Ｋは(1) 式に示される。
【００１８】
【数１】
【００１９】(1) 式において、測温抵抗体の抵抗ＲＴは
温度が低い程大きな抵抗値を示し、Ｋは大きくなる。従
って、温度が下がるとフィードバックゲインが大きくな
り、前記した電気的ばね定数を大きくすることができ
る。Ｒ1〜Ｒ3 の値を適切に選ぶことにより、冷却部の
温度低下で小さくなるガスばねのばね常数を補償して、
全体として一定のばね常数に保持できる。
温度が低い程大きな抵抗値を示し、Ｋは大きくなる。従
って、温度が下がるとフィードバックゲインが大きくな
り、前記した電気的ばね定数を大きくすることができ
る。Ｒ1〜Ｒ3 の値を適切に選ぶことにより、冷却部の
温度低下で小さくなるガスばねのばね常数を補償して、
全体として一定のばね常数に保持できる。
【００２０】図４は、図１に示す本発明の冷凍装置ある
いは図２に示す本発明の冷凍装置において、温度検出器
31として、例えば、熱電対などのアナログ信号出力の温
度検出器を用いた場合の要部の回路を示す。位置検出器
11あるいは17の位置信号はゲイン調整器の入力抵抗Ｒ11
を経てオペアンプ331 の−入力端子へ接続される。オペ
アンプ331 の出力端子は信号比較回路12あるいは18へ接
続されるとともにフィードバック回路を介し−入力端子
に接続される。フィードバック回路は、オペアンプの出
力端子と−入力端子間に直接接続される抵抗Ｒ1 と、例
えばシュミットトリガ素子からなるトリガ要素334 で制
御される接点332 に直列に結線され、抵抗Ｒ1 に並列に
接続される抵抗Ｒ2 と、例えばシュミットトリガ素子か
らなるトリガ要素335 で制御される接点333に直列に接
触され、抵抗Ｒ1 に並列に接続される抵抗Ｒ3 とからな
っている。冷却部５の温度検出器31のアナログ信号出力
はトリガ要素334 および335 に入力される。トリガ要素
334 および335 は異なるトリガレベルに設定されてお
り、設定値以下の低温ではいずれも「１」信号を発し、
測温抵抗体接点332 あるいは接点333 をＯＦＦするよう
になっている。
いは図２に示す本発明の冷凍装置において、温度検出器
31として、例えば、熱電対などのアナログ信号出力の温
度検出器を用いた場合の要部の回路を示す。位置検出器
11あるいは17の位置信号はゲイン調整器の入力抵抗Ｒ11
を経てオペアンプ331 の−入力端子へ接続される。オペ
アンプ331 の出力端子は信号比較回路12あるいは18へ接
続されるとともにフィードバック回路を介し−入力端子
に接続される。フィードバック回路は、オペアンプの出
力端子と−入力端子間に直接接続される抵抗Ｒ1 と、例
えばシュミットトリガ素子からなるトリガ要素334 で制
御される接点332 に直列に結線され、抵抗Ｒ1 に並列に
接続される抵抗Ｒ2 と、例えばシュミットトリガ素子か
らなるトリガ要素335 で制御される接点333に直列に接
触され、抵抗Ｒ1 に並列に接続される抵抗Ｒ3 とからな
っている。冷却部５の温度検出器31のアナログ信号出力
はトリガ要素334 および335 に入力される。トリガ要素
334 および335 は異なるトリガレベルに設定されてお
り、設定値以下の低温ではいずれも「１」信号を発し、
測温抵抗体接点332 あるいは接点333 をＯＦＦするよう
になっている。
【００２１】冷却部の温度が常温状態ではトリガ要素33
4 および335 はいずれも「０」信号を発しており、接点
332 および333 はいずれもＯＮ状態にあり、抵抗Ｒ21,
Ｒ31およびＲ41は並列に接続された状態で、フィードバ
ック量は大きく、ゲイン調整器33あるいは32のゲインは
最も小さくなっている。冷凍装置始動後、冷却部５の温
度が低下すると、まず、トリガ要素335 が「１」となり
接点333 がＯＦＦし、ゲイン調整器33あるいは32のゲイ
ンは高くなる。更に、温度が低下するとトリガ要素334
が「１」となり、接点333 がＯＦＦし、ゲイン調整器の
ゲインは最も高くなる。このように、冷却部の温度の低
下に従って、ゲイン調整器のゲインを段階的に切り換
え、冷却部の温度低下で小さくなるガスばねのばね常数
を補正して全体としてほぼ一定のばね常数を保持でき
る。
4 および335 はいずれも「０」信号を発しており、接点
332 および333 はいずれもＯＮ状態にあり、抵抗Ｒ21,
Ｒ31およびＲ41は並列に接続された状態で、フィードバ
ック量は大きく、ゲイン調整器33あるいは32のゲインは
最も小さくなっている。冷凍装置始動後、冷却部５の温
度が低下すると、まず、トリガ要素335 が「１」となり
接点333 がＯＦＦし、ゲイン調整器33あるいは32のゲイ
ンは高くなる。更に、温度が低下するとトリガ要素334
が「１」となり、接点333 がＯＦＦし、ゲイン調整器の
ゲインは最も高くなる。このように、冷却部の温度の低
下に従って、ゲイン調整器のゲインを段階的に切り換
え、冷却部の温度低下で小さくなるガスばねのばね常数
を補正して全体としてほぼ一定のばね常数を保持でき
る。
【００２２】なお図３の実施例ではばね常数を連続して
変えられるので、運転周波数を常に共振周波数に合わせ
ることができるが、系全体のゲインが常に変化するた
め、駆動系の安定化のため応答速度が制限される場合が
ある。図４の実施例では駆動系の安定度は高いが、ばね
常数は段階的に変化するので、運転周波数と共振周波数
との間に多少の差を生じ、図３の実施例より駆動入力が
やや大きくなる場合がある。
変えられるので、運転周波数を常に共振周波数に合わせ
ることができるが、系全体のゲインが常に変化するた
め、駆動系の安定化のため応答速度が制限される場合が
ある。図４の実施例では駆動系の安定度は高いが、ばね
常数は段階的に変化するので、運転周波数と共振周波数
との間に多少の差を生じ、図３の実施例より駆動入力が
やや大きくなる場合がある。
【００２３】
【発明の効果】冷却部の温度検出器と、この冷却部の温
度検出器に接続される圧縮ピストンの位置信号のゲイン
調整器あるいは膨張ピストンの位置信号のゲイン調整器
とを備え、始動時から運転時間の経過にともなって低下
する膨張ピストン側の冷媒気体の温度を前記の冷却部の
温度検出器で求め、この冷媒気体の温度の低下によって
小さくなるガスばねのばね常数を、前記ゲイン調整器の
ゲインをあげて電気的ばねのばね常数を大きくすること
により、全体のばね常数を一定になるよう補正して駆動
系の共振周波数をほぼ一定に保持することができた。こ
れにより運転周波数を常に駆動系の共振周波数に合わせ
て運転することができ、消費電力は著しく低下する。
度検出器に接続される圧縮ピストンの位置信号のゲイン
調整器あるいは膨張ピストンの位置信号のゲイン調整器
とを備え、始動時から運転時間の経過にともなって低下
する膨張ピストン側の冷媒気体の温度を前記の冷却部の
温度検出器で求め、この冷媒気体の温度の低下によって
小さくなるガスばねのばね常数を、前記ゲイン調整器の
ゲインをあげて電気的ばねのばね常数を大きくすること
により、全体のばね常数を一定になるよう補正して駆動
系の共振周波数をほぼ一定に保持することができた。こ
れにより運転周波数を常に駆動系の共振周波数に合わせ
て運転することができ、消費電力は著しく低下する。
【図１】本発明の一実施例における冷凍装置の構成を示
す一部断面構造を含む系統図
す一部断面構造を含む系統図
【図２】本発明の異なる実施例における冷凍装置の構成
を示す一部断面構造を含む系統図
を示す一部断面構造を含む系統図
【図３】図１あるいは図２に示す本発明の冷凍装置にお
いて、温度検出器に測温抵抗体を用いた場合の要部の回
路図
いて、温度検出器に測温抵抗体を用いた場合の要部の回
路図
【図４】図１あるいは図２に示す本発明の冷凍装置にお
いて、温度検出器にアナログ信号出力の温度検出器を用
いた場合の要部回路図
いて、温度検出器にアナログ信号出力の温度検出器を用
いた場合の要部回路図
【図５】従来の冷凍装置の構成を示す一部断面構造を含
む系統図
む系統図
１ 圧縮ピストン ２ 圧縮シリンダ ３ 膨張ピストン ４ 膨張シリンダ ５ 冷却部 ６ 蓄冷器 ７ 連通管 １０ 圧縮ピストン駆動手段 １１ 位置検出器（圧縮ピストンの） １２ 信号比較手段（圧縮ピストン側の） １６ 膨張ピストン駆動手段 １７ 位置検出器（膨張ピストンの） １８ 信号比較手段（膨張ピストン側の） ２０ 駆動信号（膨張ピストン側の） ２２ 駆動信号（圧縮ピストン側の） ２４ 熱交換器 ３１ 温度検出器（膨張シリンダの冷却部の） ３２ ゲイン調整器（膨張ピストン側の） ３３ ゲイン調整器（圧縮ピストン側の）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/14 520
Claims (4)
- 【請求項１】圧縮シリンダと冷却部が形成された膨張シ
リンダとを熱交換器と蓄冷器とを介して連通し、冷媒ガ
スを封入したそれぞれのシリンダに内蔵された圧縮ピス
トンと膨張ピストンとが相互に位相差を与えられて周期
的に往復運動することにより、圧縮シリンダで圧縮され
た温度の高い冷媒ガスを熱交換器での放熱と蓄冷器での
冷却を経て温度の低い膨張シリンダに移送し、膨張シリ
ンダで膨張させてさらに冷却温度にまで低下させた後に
再び同一の径路を逆行させて圧縮シリンダへ戻す逆スタ
ーリングサイクルによる冷凍装置において、圧縮ピスト
ン駆動手段と、この圧縮ピストン駆動手段により周期的
に往復運動する圧縮ピストンと、この圧縮ピストンの位
置検出器と、膨張ピストン駆動手段と、この膨張ピスト
ン駆動手段により周期的に往復運動する膨張ピストン
と、この膨張ピストンの位置検出器と、膨張シリンダの
冷却部の温度検出器と、前記圧縮ピストンの位置検出器
および前記冷却部の温度検出器に接続され冷媒気体のば
ね常数の温度変化を補償するようこの位置検出器の位置
信号のゲインを制御するゲイン調整器と、前記膨張ピス
トンの位置検出器および前記冷却部の温度検出器に接続
され冷媒気体のばね常数の温度変化を補償するようこの
位置検出器の位置信号のゲインを制御するゲイン調整器
と、前記圧縮ピストン側のゲイン調整器により補償され
た圧縮ピストンの位置信号および別途与えられる駆動信
号の偏差信号を圧縮ピストン駆動手段に与える信号比較
手段と、前記膨張ピストン側のゲイン調整器により補償
された膨張ピストンの位置信号および別途与えられる駆
動信号の偏差信号を膨張ピストン駆動手段に与える信号
比較手段とを備えたことを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項２】圧縮シリンダと冷却部が形成された膨張シ
リンダとを熱交換器と蓄冷器とを介して連通し、冷媒ガ
スを封入したそれぞれのシリンダに内蔵された圧縮ピス
トンと膨張ピストンとが相互に位相差を与えられて周期
的に往復運動することにより、圧縮シリンダで圧縮され
た温度の高い冷媒ガスを熱交換器での放熱と蓄冷器での
冷却を経て温度の低い膨張シリンダに移送し、膨張シリ
ンダで膨張させてさらに冷却温度にまで低下させた後に
再び同一の径路を逆行させて圧縮シリンダへ戻す逆スタ
ーリングサイクルによる冷凍装置において、圧縮ピスト
ン駆動手段と、この圧縮ピストン駆動手段により周期的
に往復運動する圧縮ピストンと、この圧縮ピストンの位
置検出器と、膨張ピストン駆動手段と、この膨張ピスト
ン駆動手段により周期的に往復運動する膨張ピストン
と、この膨張ピストンの位置検出器と、膨張シリンダの
冷却部の温度検出器と、前記膨張ピストンの位置検出器
および前記冷却部の温度検出器に接続され冷媒気体のば
ね常数の温度変化を補償するようこの位置検出器の位置
信号のゲインを制御するゲイン調整器と、前記圧縮ピス
トンの位置信号および別途与えられる駆動信号の偏差信
号を圧縮ピストン駆動手段に与える信号比較手段と、前
記膨張ピストン側のゲイン調整器により補償された膨張
ピストンの位置信号および別途与えられる駆動信号の偏
差信号を膨張ピストン駆動手段に与える信号比較手段と
を備えたことを特徴とする冷凍装置。 - 【請求項３】請求項１もしくは２記載の冷凍装置におい
て、膨張シリンダの冷却部の温度検出器はゲイン調整器
に設けられたオペアンプの出力端子と−入力端子間に接
続される測温抵抗体からなることを特徴とする冷凍装
置。 - 【請求項４】請求項１もしくは２記載の冷凍装置におい
て、膨張シリンダの冷却部の温度検出器はゲイン調整器
に設けられたオペアンプの出力端子と−入力端子間に接
続される複数個の抵抗と直列に結線された接点をその信
号出力により開閉するアナログ信号出力の温度検出器か
らなることを特徴とする冷凍装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3154975A JP2815031B2 (ja) | 1990-08-21 | 1991-06-27 | 冷凍装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-219755 | 1990-08-21 | ||
| JP21975590 | 1990-08-21 | ||
| JP3154975A JP2815031B2 (ja) | 1990-08-21 | 1991-06-27 | 冷凍装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04340061A JPH04340061A (ja) | 1992-11-26 |
| JP2815031B2 true JP2815031B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=26483099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3154975A Expired - Fee Related JP2815031B2 (ja) | 1990-08-21 | 1991-06-27 | 冷凍装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2815031B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526962A (ja) * | 2004-02-05 | 2007-09-20 | マイクロゲン エナジー リミテッド | 既存の交流電流を有する回路に原動機駆動のオルタネータを接続するための装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR0301492A (pt) * | 2003-04-23 | 2004-12-07 | Brasil Compressores Sa | Sistema de ajuste de frequências de ressonância em compressor linear |
| CN111212548B (zh) * | 2019-11-05 | 2023-08-04 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种用于随钻仪器电路系统的磁极驱动降温系统及方法 |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP3154975A patent/JP2815031B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007526962A (ja) * | 2004-02-05 | 2007-09-20 | マイクロゲン エナジー リミテッド | 既存の交流電流を有する回路に原動機駆動のオルタネータを接続するための装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04340061A (ja) | 1992-11-26 |
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