JP2836175B2 - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
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- JP2836175B2 JP2836175B2 JP2085874A JP8587490A JP2836175B2 JP 2836175 B2 JP2836175 B2 JP 2836175B2 JP 2085874 A JP2085874 A JP 2085874A JP 8587490 A JP8587490 A JP 8587490A JP 2836175 B2 JP2836175 B2 JP 2836175B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compression
- space
- piston
- diameter portion
- bellows
- 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.)
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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
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressor (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、冷凍機に関するものである。
(従来技術) 本発明に関する従来技術としては特開平1−174865号
公報に記載された冷凍装置がある。
公報に記載された冷凍装置がある。
これを第4図に基づいて説明する。図に於いて圧縮空
間301、放熱器302、蓄冷器303、熱交換器304、配管31
0、と膨張空間305が順次連通されており、圧縮空間301
と膨張空間312とはそれぞれ伸縮可能なベローズ311と31
2で形成されている冷凍装置である。
間301、放熱器302、蓄冷器303、熱交換器304、配管31
0、と膨張空間305が順次連通されており、圧縮空間301
と膨張空間312とはそれぞれ伸縮可能なベローズ311と31
2で形成されている冷凍装置である。
(発明が解決しようとする課題) しかし前記圧縮空間301の容積は、膨張空間312の容積
に比較して十分大きいため、ベローズ311は短時間で気
密性を失うという問題点がある。
に比較して十分大きいため、ベローズ311は短時間で気
密性を失うという問題点がある。
本発明は、圧縮空間、放熱器、蓄冷器、熱交換器、膨
張空間より構成される冷凍機に於いて、充分に気密性が
保持され充分に信頼性のある冷凍機とすることを技術的
課題とするものである。
張空間より構成される冷凍機に於いて、充分に気密性が
保持され充分に信頼性のある冷凍機とすることを技術的
課題とするものである。
(課題を解決するための手段) 上記技術的課題を解決するために講じた技術的手段
は、 圧縮空間、放熱器、蓄冷器、熱交換器、膨張空間を順
次連通せしめた冷凍機において、 前記膨張空間は、一端が前記蓄冷器に気密的に固定さ
れた伸縮可能なベローズ及び該ベローズの他端に気密的
に固定された可動ヘッドで形成し、前記圧縮空間は圧縮
シリンダー及び圧縮ピストンで形成し、前記圧縮シリン
ダーには、前記圧縮ピストンに摺動可能に内接せしめる
大径部と、前記圧縮ピストンに接続した圧縮ピストンロ
ッドに摺動可能に内接せしめるとともに前記大径部より
も小さい外径を有する小径部が形成されていることを特
徴とする冷凍機としたことである。
は、 圧縮空間、放熱器、蓄冷器、熱交換器、膨張空間を順
次連通せしめた冷凍機において、 前記膨張空間は、一端が前記蓄冷器に気密的に固定さ
れた伸縮可能なベローズ及び該ベローズの他端に気密的
に固定された可動ヘッドで形成し、前記圧縮空間は圧縮
シリンダー及び圧縮ピストンで形成し、前記圧縮シリン
ダーには、前記圧縮ピストンに摺動可能に内接せしめる
大径部と、前記圧縮ピストンに接続した圧縮ピストンロ
ッドに摺動可能に内接せしめるとともに前記大径部より
も小さい外径を有する小径部が形成されていることを特
徴とする冷凍機としたことである。
(作用) 上記技術的手段によれば、圧縮空間は、圧縮シリンダ
ーと圧縮ピストンにより形成されており、容積の広い圧
縮空間をベローズにより構成していないので、圧縮空間
の気密性が長時間確保されるものである。
ーと圧縮ピストンにより形成されており、容積の広い圧
縮空間をベローズにより構成していないので、圧縮空間
の気密性が長時間確保されるものである。
また、圧縮シリンダーには、圧縮ピストンに摺動可能
に内接せしめる大径部と、圧縮ピストンに接続した圧縮
ピストンロッドに摺動可能に内接せしめるとともに大径
部よりも小さい外径を有する小径部が形成されているの
で、常温部からの熱伝導による熱は、小径部を伝わって
低温側に伝達されることになる。ここで、熱伝導により
伝達される熱量は、伝熱面積に比例する。また、小径部
の外径は、大径部の外径よりも小さいので、小径部の断
面積は大径部の断面積よりも小さい。従って、常温部の
熱は、小径部の小さな断面積を伝熱面積として伝導され
るので、熱の伝達が最小限に抑えられるものである。
に内接せしめる大径部と、圧縮ピストンに接続した圧縮
ピストンロッドに摺動可能に内接せしめるとともに大径
部よりも小さい外径を有する小径部が形成されているの
で、常温部からの熱伝導による熱は、小径部を伝わって
低温側に伝達されることになる。ここで、熱伝導により
伝達される熱量は、伝熱面積に比例する。また、小径部
の外径は、大径部の外径よりも小さいので、小径部の断
面積は大径部の断面積よりも小さい。従って、常温部の
熱は、小径部の小さな断面積を伝熱面積として伝導され
るので、熱の伝達が最小限に抑えられるものである。
さらに、膨張空間は、一端が蓄冷器に気密的に固定さ
れた伸縮可能なベローズと、該ベローズの他端に気密的
に固定された可動ヘッドで形成されており、可動ヘッド
が往復動することにより膨張空間の容積変化を生ぜしめ
る構成である。従って、膨張空間の容積変化時にはベロ
ーズの一端を固定する蓄冷器自体は固定されたままで往
復動しない。このため、蓄冷器内の蓄冷材が可動して作
動流体と接触することによる摩擦熱の発生を防止できる
ものである。
れた伸縮可能なベローズと、該ベローズの他端に気密的
に固定された可動ヘッドで形成されており、可動ヘッド
が往復動することにより膨張空間の容積変化を生ぜしめ
る構成である。従って、膨張空間の容積変化時にはベロ
ーズの一端を固定する蓄冷器自体は固定されたままで往
復動しない。このため、蓄冷器内の蓄冷材が可動して作
動流体と接触することによる摩擦熱の発生を防止できる
ものである。
(実施例) 以下実施例について説明する。
第1図は本実施例で主冷凍機100及び副冷凍機200はい
づれもスターリング冷凍機よりなり、圧縮空間101、放
熱器102、蓄冷器103、熱交換器104、膨張空間105を順次
連通せしめた主冷凍機100において、膨張室106、ヘツド
107で形成せしめ、圧縮空間101は圧縮シリンダー108、
圧縮ピストン109としてピストンリング110とで形成し、
圧縮シリンダー108には、圧縮ピストン109に摺動可能に
内接する大径部108aと、圧縮ピストン109に接続せしめ
たロッド111に摺動可能に内接する小径部108bが形成さ
れており、図より明らかなように小径部108bの外径は、
大径部108aの外径よりも十分小さくされているものであ
る。
づれもスターリング冷凍機よりなり、圧縮空間101、放
熱器102、蓄冷器103、熱交換器104、膨張空間105を順次
連通せしめた主冷凍機100において、膨張室106、ヘツド
107で形成せしめ、圧縮空間101は圧縮シリンダー108、
圧縮ピストン109としてピストンリング110とで形成し、
圧縮シリンダー108には、圧縮ピストン109に摺動可能に
内接する大径部108aと、圧縮ピストン109に接続せしめ
たロッド111に摺動可能に内接する小径部108bが形成さ
れており、図より明らかなように小径部108bの外径は、
大径部108aの外径よりも十分小さくされているものであ
る。
主冷凍機100と副冷凍機200とは放熱器102を介して熱
的に結合せしめ、副冷凍機200で発生した低温の冷凍で
主冷凍機100の圧縮空間101内で作動ガスを圧縮した時に
発生する圧縮熱を吸熱し、膨張空間105内で6k以下の冷
凍を発生させる。
的に結合せしめ、副冷凍機200で発生した低温の冷凍で
主冷凍機100の圧縮空間101内で作動ガスを圧縮した時に
発生する圧縮熱を吸熱し、膨張空間105内で6k以下の冷
凍を発生させる。
圧縮空間101は圧縮シリンダー108、圧縮ピストン109
とピストンリング110で形成されているために、圧縮空
間101内の作動ガス温度は十分に低く(例えば30〜20k)
更に作動ガス圧力も比較的低い(1kg/cm2前後)ので、
前記ピストンリング110(材質は充填材入りテフロン)
の摩耗量は非常に少ない、従って圧縮空間101の寿命は
長い。
とピストンリング110で形成されているために、圧縮空
間101内の作動ガス温度は十分に低く(例えば30〜20k)
更に作動ガス圧力も比較的低い(1kg/cm2前後)ので、
前記ピストンリング110(材質は充填材入りテフロン)
の摩耗量は非常に少ない、従って圧縮空間101の寿命は
長い。
又副冷凍機200の圧縮空間201、放熱器202、配管203、
蓄冷器204、205、熱交換器206、配管207、そして第2膨
張空間209を順次連通し、蓄冷器204の低温端は第1膨張
空間208に連通してある。
蓄冷器204、205、熱交換器206、配管207、そして第2膨
張空間209を順次連通し、蓄冷器204の低温端は第1膨張
空間208に連通してある。
第1膨張空間208は約80kの温度の冷凍を発生してお
り、第2膨張空間209では約30〜15kの温度の冷凍を発生
しており、1は副射シールドケース、2は真空ケース、
3は真空プレート、4は真空空間である。
り、第2膨張空間209では約30〜15kの温度の冷凍を発生
しており、1は副射シールドケース、2は真空ケース、
3は真空プレート、4は真空空間である。
主冷凍機100に於いて、ロツド111はガイドピン113に
固着してあり、ガイドピストン113はピストン114、コネ
クテイングロツド115、クランクシヤフト116に接続して
いる。
固着してあり、ガイドピストン113はピストン114、コネ
クテイングロツド115、クランクシヤフト116に接続して
いる。
ロツド111はロツドシール112が取り付けられており、
小径部108bのシリンダー部に摺動可能に接合している。
小径部108bのシリンダー部に摺動可能に接合している。
圧縮シリンダー108の小径部108bの下部は金属0リン
グ118を介しガイドシリンダー117に気密に固着せしめて
ある。ガイドシリンダー117とガイドピストン113とは摺
動可能に接合している。
グ118を介しガイドシリンダー117に気密に固着せしめて
ある。ガイドシリンダー117とガイドピストン113とは摺
動可能に接合している。
第2図は第1図の主冷凍機100のA〜A断面であり、
ヘツド109にはロツド119a、119bが固着せしめてあり、
ロツド119a、119bはそれぞれロツド120a、120bを介して
ガイドピストン121a、121bに固着している。
ヘツド109にはロツド119a、119bが固着せしめてあり、
ロツド119a、119bはそれぞれロツド120a、120bを介して
ガイドピストン121a、121bに固着している。
ガイドピストン121a、121bはそれぞれピストンピン12
2a,122b、コネクテイングロツド123a,123bを介してクラ
ンクシヤフト116に接続せしめてある。ロツド119a,119b
の下端にはそれぞれベローズ、ベロフラムにあるいはダ
イヤフラム等の気密を保持でき、伸縮可能な部材124a,1
24bの一端に気密に固着せしめてあり、他端はそれぞれ
ガイドシリンダー125a,125bに気密固着してあり、126a,
126bはロッドシールである。
2a,122b、コネクテイングロツド123a,123bを介してクラ
ンクシヤフト116に接続せしめてある。ロツド119a,119b
の下端にはそれぞれベローズ、ベロフラムにあるいはダ
イヤフラム等の気密を保持でき、伸縮可能な部材124a,1
24bの一端に気密に固着せしめてあり、他端はそれぞれ
ガイドシリンダー125a,125bに気密固着してあり、126a,
126bはロッドシールである。
上記説明のように、ヘッド109はロッド119a、119b等
を介してクランクシャフト116に連結されているので、
ヘッド109は可動的となり、冷凍機の運転中クランクシ
ャフト116の駆動に伴いロッド119a、119bが往復動し、
これによりヘッド109も往復動して膨張空間105の容積が
変化するものである。
を介してクランクシャフト116に連結されているので、
ヘッド109は可動的となり、冷凍機の運転中クランクシ
ャフト116の駆動に伴いロッド119a、119bが往復動し、
これによりヘッド109も往復動して膨張空間105の容積が
変化するものである。
クランクシヤフト116は図示していない電動機に接続
しており、膨張空間109の容積変化は圧縮空間101の容積
変化101より位相約90度進むようにしてあり、主冷凍機1
00はスターリングサイクルを形成している。
しており、膨張空間109の容積変化は圧縮空間101の容積
変化101より位相約90度進むようにしてあり、主冷凍機1
00はスターリングサイクルを形成している。
第1図における熱交換器104は疑縮器の場合で配管129
の上端は前記熱交換器104の下部に連通しており、下端
はタンク131に連通している。
の上端は前記熱交換器104の下部に連通しており、下端
はタンク131に連通している。
配管130の一端は熱交換器104の上部に連通しており、
他端はタンク131の気相部131b(ヘリウム蒸気)に連通
している。131aは液相部(液体ヘリウム)であり被冷却
体132は、液相131bにつかつている。
他端はタンク131の気相部131b(ヘリウム蒸気)に連通
している。131aは液相部(液体ヘリウム)であり被冷却
体132は、液相131bにつかつている。
副冷凍機200には比較的高い圧力(例えば20kg/cm2)
のヘリウムガスが封入されており前記主冷凍機100には
比較的に低い圧力(例えば1kg/cm2)のヘリウムガスが
封入してある。
のヘリウムガスが封入されており前記主冷凍機100には
比較的に低い圧力(例えば1kg/cm2)のヘリウムガスが
封入してある。
圧縮空間101で圧縮された作動ガスは放熱器102を通過
するとき、副冷凍機200の第2膨張空間209で発生した冷
凍で冷却され、蓄冷器103を通つて、更に低い温度に冷
却され、熱交換器104を通つて膨張空間105に流入し、ヘ
ツド109の下方向の移動により等温的に膨張し約4.2kの
冷凍を発生する。
するとき、副冷凍機200の第2膨張空間209で発生した冷
凍で冷却され、蓄冷器103を通つて、更に低い温度に冷
却され、熱交換器104を通つて膨張空間105に流入し、ヘ
ツド109の下方向の移動により等温的に膨張し約4.2kの
冷凍を発生する。
ヘツド109の下方向の移動により、膨張空間105内の作
動ガスは、熱交換器104を通る。この時タンク103内のヘ
リウム蒸気は配管130を通つて熱交換器104に流入し、熱
交換器104の内部を通る4.2kの作動ガスにより冷却され
液体となり配管129内を流れタンク131の液相部131aにた
まる。
動ガスは、熱交換器104を通る。この時タンク103内のヘ
リウム蒸気は配管130を通つて熱交換器104に流入し、熱
交換器104の内部を通る4.2kの作動ガスにより冷却され
液体となり配管129内を流れタンク131の液相部131aにた
まる。
熱交換器104を通つた作動ガスは順次蓄冷器103、放熱
器102を通つて温度が高くなり、圧縮空間101にもどり1
サイクルを完了するものである。
器102を通つて温度が高くなり、圧縮空間101にもどり1
サイクルを完了するものである。
第3図はその他の実施例である。
蓄冷器103′の中間部は配管151を介し第1膨張空間15
2に連通している。
2に連通している。
第1膨張空間152はベローズ153、ピストン154、ヘツ
ド155によつて形成されている。
ド155によつて形成されている。
ピストン154は順次ロツド156、157、ガイドピストン1
58に固着せしめてあり、ガイドピストン158は順次ピス
トン159、コネクテイングロツド160を介してクランクシ
ヤフト116に接続せしめる。
58に固着せしめてあり、ガイドピストン158は順次ピス
トン159、コネクテイングロツド160を介してクランクシ
ヤフト116に接続せしめる。
第1膨張空間152は第2膨張空間107′の容積とほぼ同
じであるので前記ベローズ153の伸縮長さは小さいので
寿命は長い。
じであるので前記ベローズ153の伸縮長さは小さいので
寿命は長い。
この様に前記冷却システムはジヨセフソン素子、スキ
ツド素子を常時極低温状態に維持する冷却システム、或
いは液体ヘリウムで冷却された超電導磁石を収納してい
るクライオスタツトに取り付け、クライオスタツトに侵
入する熱によつて蒸発するヘリウム蒸気を再び液化せし
め、クライオスタツト内の液体ヘリウム量を常に一定に
保持せしめる冷却システムに利用するものである。
ツド素子を常時極低温状態に維持する冷却システム、或
いは液体ヘリウムで冷却された超電導磁石を収納してい
るクライオスタツトに取り付け、クライオスタツトに侵
入する熱によつて蒸発するヘリウム蒸気を再び液化せし
め、クライオスタツト内の液体ヘリウム量を常に一定に
保持せしめる冷却システムに利用するものである。
(発明の効果) 以上のように、本発明によれば、圧縮空間を圧縮シリ
ンダーと圧縮ピストンにより形成し、容積の広い圧縮空
間をベローズにより構成していないので、圧縮空間の気
密性が長時間確保されるものである。また、従来のベロ
ーズで圧縮空間を構成したものは、ベローズの一枚一枚
の板の間にスキ間を設けることになり、死体積が大きく
なってしまう。これに対し、本発明においては、圧縮空
間を圧縮シリンダーと圧縮ピストンで形成しているの
で、上記スキ間がなく、圧縮空間内の死体積が小さくな
り、圧縮比が大きくなって膨張空間内で発生する冷凍量
が増大するものである。
ンダーと圧縮ピストンにより形成し、容積の広い圧縮空
間をベローズにより構成していないので、圧縮空間の気
密性が長時間確保されるものである。また、従来のベロ
ーズで圧縮空間を構成したものは、ベローズの一枚一枚
の板の間にスキ間を設けることになり、死体積が大きく
なってしまう。これに対し、本発明においては、圧縮空
間を圧縮シリンダーと圧縮ピストンで形成しているの
で、上記スキ間がなく、圧縮空間内の死体積が小さくな
り、圧縮比が大きくなって膨張空間内で発生する冷凍量
が増大するものである。
また、圧縮シリンダーには、圧縮ピストンに摺動可能
に内接せしめる大径部と、圧縮ピストンに接続した圧縮
ピストンロッドに摺動可能に内接せしめるとともに大径
部よりも小さい外径を有する小径部が形成されているの
で、常温部からの熱は、小径部の小さな断面積を伝熱面
積として伝導され、熱の伝達が最小限に抑えられるもの
である。
に内接せしめる大径部と、圧縮ピストンに接続した圧縮
ピストンロッドに摺動可能に内接せしめるとともに大径
部よりも小さい外径を有する小径部が形成されているの
で、常温部からの熱は、小径部の小さな断面積を伝熱面
積として伝導され、熱の伝達が最小限に抑えられるもの
である。
また、膨張空間は、一端が蓄冷器に気密的に固定され
た伸縮可能なベローズと、該ベローズの他端に気密的に
固定された可動ヘッドで形成されており、可動ヘッドが
往復動することにより膨張空間の容積変化を生ぜしめる
構成である。従って、膨張空間の容積変化時にはベロー
ズの一端を固定する蓄冷器自体は固定されたままで往復
動しない。このため、蓄冷器内の蓄冷材が可動して作動
流体と接触することによる摩擦熱の発生を防止できるも
のである。
た伸縮可能なベローズと、該ベローズの他端に気密的に
固定された可動ヘッドで形成されており、可動ヘッドが
往復動することにより膨張空間の容積変化を生ぜしめる
構成である。従って、膨張空間の容積変化時にはベロー
ズの一端を固定する蓄冷器自体は固定されたままで往復
動しない。このため、蓄冷器内の蓄冷材が可動して作動
流体と接触することによる摩擦熱の発生を防止できるも
のである。
第1図は本実施例の説明図、第2図は第1図のA〜A断
面図、第3図は他の実施例の説明図、第4図は従来例の
説明図である。 100……主冷凍機(冷凍機)、101……圧縮空間、102…
…放熱器、103……蓄冷器、104……熱交換器、105……
膨張空間、106……ベローズ、107……ヘツド(可動ヘッ
ド)、108……圧縮シリンダー、108a……大径部、108b
……小径部、109……圧縮ピストン、110……ピストンリ
ング、200……副冷凍機。
面図、第3図は他の実施例の説明図、第4図は従来例の
説明図である。 100……主冷凍機(冷凍機)、101……圧縮空間、102…
…放熱器、103……蓄冷器、104……熱交換器、105……
膨張空間、106……ベローズ、107……ヘツド(可動ヘッ
ド)、108……圧縮シリンダー、108a……大径部、108b
……小径部、109……圧縮ピストン、110……ピストンリ
ング、200……副冷凍機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−49856(JP,A) 特開 昭56−82361(JP,A) 特開 昭61−265460(JP,A) 特開 昭60−33457(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 9/14 510 F25B 9/14 520
Claims (1)
- 【請求項1】圧縮空間、放熱器、蓄冷器、熱交換器、膨
張空間を順次連通せしめた冷凍機において、 前記膨張空間は、一端が前記蓄冷器に気密的に固定され
た伸縮可能なベローズ及び該ベローズの他端に気密的に
固定された可動ヘッドで形成し、前記圧縮空間は圧縮シ
リンダー及び圧縮ピストンで形成し、前記圧縮シリンダ
ーには、前記圧縮ピストンに摺動可能に内接せしめる大
径部と、前記圧縮ピストンに接続した圧縮ピストンロッ
ドに摺動可能に内接せしめるとともに前記大径部よりも
十分小さい外径を有する小径部が形成されていることを
特徴とする冷凍機。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2085874A JP2836175B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | 冷凍機 |
US07/674,956 US5088289A (en) | 1990-03-31 | 1991-03-26 | Refrigeration system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2085874A JP2836175B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | 冷凍機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03286969A JPH03286969A (ja) | 1991-12-17 |
JP2836175B2 true JP2836175B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=13871045
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2085874A Expired - Lifetime JP2836175B2 (ja) | 1990-03-31 | 1990-03-31 | 冷凍機 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
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