JP3355985B2

JP3355985B2 - refrigerator

Info

Publication number: JP3355985B2
Application number: JP06070397A
Authority: JP
Inventors: 淳梶谷; 信生藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-03-14
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 2002-12-09
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: JPH10253184A

Description

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば赤外線検
知素子を例えば８０Ｋ程度の低温に冷却する冷凍機に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refrigerator for cooling an infrared detecting element to a low temperature of, for example, about 80K.

【０００２】[0002]

【従来の技術】冷凍機の例として図７に特願昭６２−２
７０９９７に記載されている従来のスターリング冷凍機
の構成例を示す。図７においてスターリング冷凍機は、
大きく分けて圧縮機１と膨張機２と電源３５と電力量制
御器３６より構成される。圧縮機１は支持ばね１８によ
り位置決めされたピストン１６が第１のシリンダ１７内
部を往復運動する構造となっている。ピストン１６には
非磁性材料からなる軽量のスリーブ１９が連結されてい
る。またスリーブ１９には導電体が巻き付けられ、可動
コイル２０が形成されている。可動コイル２０はハウジ
ング２１の壁を通して外部に伸びる第１のリード線２２
及び第２のリード線２３と接続している。これらのリー
ド線２２，２３はハウジング２１の外側に第１の電気接
点２４及び第２の電気接点２５を持ち、電源３５と接続
している。ハウジング２１内には環状永久磁石２６及び
ヨーク２７が設けられており、これらは、閉磁気回路を
構成している。可動コイル２０は環状永久磁石２６及び
ヨーク２７からなる閉磁気回路に設けられた間隙２８内
でピストン１６の軸方向に往復運動できる構造になって
いる。間隙２８内には可動コイル２０の運動方向を横切
る半径方向に永久磁界が存在する。以上のスリーブ１
９、可動コイル２０、リード線２２，２３、環状永久磁
石２６、ヨーク２７は全体としてリニアモータ２９を構
成している。第１のシリンダ１７の内側のピストン１６
上部の内部空間を圧縮室３０と呼ぶ。圧縮室３０には例
えばヘリウムなどの高圧の作動ガスが封入されている。
圧縮室３０内の作動ガスが第１のシリンダ１７とピスト
ン１６の隙間を通過しないように第１のシリンダ１７と
ピストン１６の隙間にはシール３１，３２が設けられて
いる。以上が圧縮機１の構成である。2. Description of the Related Art An example of a refrigerator is shown in FIG.
1 shows a configuration example of a conventional Stirling refrigerator described in No. 70997. In FIG. 7, the Stirling refrigerator is
It is roughly composed of a compressor 1, an expander 2, a power supply 35, and a power controller 36. The compressor 1 has a structure in which a piston 16 positioned by a support spring 18 reciprocates inside a first cylinder 17. A lightweight sleeve 19 made of a non-magnetic material is connected to the piston 16. A conductor is wound around the sleeve 19 to form a movable coil 20. The movable coil 20 has a first lead wire 22 extending outside through a wall of the housing 21.
And the second lead wire 23. These leads 22 and 23 have a first electrical contact 24 and a second electrical contact 25 outside the housing 21 and are connected to a power supply 35. An annular permanent magnet 26 and a yoke 27 are provided in the housing 21, and these constitute a closed magnetic circuit. The movable coil 20 has a structure capable of reciprocating in the axial direction of the piston 16 within a gap 28 provided in a closed magnetic circuit composed of an annular permanent magnet 26 and a yoke 27. A permanent magnetic field exists in the gap 28 in a radial direction transverse to the moving direction of the movable coil 20. Sleeve 1 above
9, the movable coil 20, the lead wires 22 and 23, the annular permanent magnet 26, and the yoke 27 constitute a linear motor 29 as a whole. Piston 16 inside first cylinder 17
The upper internal space is called a compression chamber 30. A high-pressure working gas such as helium is sealed in the compression chamber 30.
Seals 31 and 32 are provided in the gap between the first cylinder 17 and the piston 16 so that the working gas in the compression chamber 30 does not pass through the gap between the first cylinder 17 and the piston 16. The above is the configuration of the compressor 1.

【０００３】膨張機２は円筒状の第２のシリンダ３及び
共振ばね４により係合され第２のシリンダ３内を摺動自
在に往復するディスプレーサ５を有している。第２のシ
リンダ３内部の空間はディスプレーサ５によって２分割
されており、ディスプレーサ５より上方の空間を低温室
６、下方の空間を高温室７と呼ぶ。ディスプレーサ５内
部には再生器８、ガス通過孔９，１０が設けられ、低温
室６と高温室７は再生器８とガス通過孔９，１０を介し
て連通しており、再生器８には例えば銅の金網などの蓄
冷材１１が充填されている。第２のシリンダ３とディス
プレーサ５の隙間を作動ガスが通過しないようにディス
プレーサ５と第２のシリンダ３の隙間にはシール１２，
１３が設けられている。膨張機２の各室には圧縮機１と
同様に例えばヘリウムなどの高圧の作動ガスが封入され
ている。以上が膨張機２の構成である。圧縮機１の圧縮
室３０と膨張機２の高温室７は、連結管１４を介して連
通している。また、圧縮室３０、高温室７、再生器８、
低温室６は互いに連通しており、これらの室全体を作動
室１５と呼ぶ。The expander 2 includes a cylindrical second cylinder 3 and a displacer 5 engaged with a resonance spring 4 and slidably reciprocated in the second cylinder 3. The space inside the second cylinder 3 is divided into two by a displacer 5, and a space above the displacer 5 is called a low-temperature room 6, and a space below the displacer 5 is called a high-temperature room 7. A regenerator 8 and gas passage holes 9 and 10 are provided inside the displacer 5. The low-temperature chamber 6 and the high-temperature chamber 7 communicate with each other via the regenerator 8 and the gas passage holes 9 and 10. For example, a cold storage material 11 such as a copper wire mesh is filled. A seal 12 is provided between the displacer 5 and the second cylinder 3 so that the working gas does not pass through the gap between the second cylinder 3 and the displacer 5.
13 are provided. Each chamber of the expander 2 is filled with a high-pressure working gas such as helium, as in the compressor 1. The above is the configuration of the expander 2. The compression chamber 30 of the compressor 1 and the high-temperature chamber 7 of the expander 2 communicate with each other via a connection pipe 14. Further, the compression chamber 30, the high temperature chamber 7, the regenerator 8,
The low-temperature chambers 6 communicate with each other, and these entire chambers are referred to as a working chamber 15.

【０００４】電力量制御器３６は、スイッチ４０、第１
の電力量補正モジュール４１、定温補償モジュール４
２、及び起動時電力量制御モジュール４３から構成され
る。膨張機２の低温室６の上部には温度検出器３７が設
けてあり低温室６の温度を検出する。低温室温度検出器
３７の検出信号はスイッチ４０、第１の電力量補正モジ
ュール４１、及び定温補償モジュール４２に接続されて
いる。スイッチ４０は低温室温度検出器３７の検出信号
により、第１の電力量補正モジュール４１の出力に従う
クールダウンモード、定温補償モジュール４２の出力に
従う定温制御モードを切り替える。第１の電力量補正モ
ジュール４１は温度検出器３７の検出信号を入力として
リニアモータ２９に供給する電力量を操作する。定温補
償モジュール４２は温度検出器３７の検出信号を入力と
して検出温度を一定値となるようリニアモータ２９に供
給する電力量を操作する。起動時電力量制御モジュール
４３は電源起動時にリニアモータ２９への電力量を徐々
に増加させるように操作する。電力量制御器３６は各モ
ジュールによる操作の積をとり電力量を決定する。電源
３５はこの決定に基づいてリニアモータ２９に出力す
る。The electric power controller 36 includes a switch 40 and a first
Power amount correction module 41, constant temperature compensation module 4
2 and a start-up power amount control module 43. A temperature detector 37 is provided above the low temperature chamber 6 of the expander 2 and detects the temperature of the low temperature chamber 6. The detection signal of the low-temperature room temperature detector 37 is connected to the switch 40, the first electric energy correction module 41, and the constant temperature compensation module 42. The switch 40 switches between a cool-down mode according to the output of the first electric energy correction module 41 and a constant temperature control mode according to the output of the constant temperature compensation module 42 according to the detection signal of the low temperature room temperature detector 37. The first power amount correction module 41 controls the amount of power supplied to the linear motor 29 with the detection signal of the temperature detector 37 as an input. The constant temperature compensation module 42 receives the detection signal of the temperature detector 37 as input and controls the amount of power supplied to the linear motor 29 so that the detected temperature becomes a constant value. The start-time power control module 43 operates to gradually increase the power to the linear motor 29 when the power is turned on. The power controller 36 determines the amount of power by multiplying the operation of each module. The power supply 35 outputs to the linear motor 29 based on this determination.

【０００５】上記のように構成された従来のスターリン
グ冷凍機の動作について説明する。電源３５より電気接
点２４，２５及びリード線２２，２３を介して可動コイ
ル２０に交流電流を供給すると、可動コイル２０には間
隙２８中の永久磁界との相互作用により軸方向にローレ
ンツ力が働く。その結果ピストン１６と可動コイル２０
からなる組立体はピストン１６の軸方向で上下に移動す
る。今、可動コイル２０に正弦波電流を印加すると、ピ
ストン１６はシリンダ１７の内部を往復運動し、圧縮室
３０から低温室６に至る作動室１５のガス圧力に正弦波
状の波動を与える。この正弦波状の圧力波動によりディ
スプレーサ５内の再生器８を通過する作動ガスの流量が
周期的に変化し、再生器８による圧力損失によってディ
スプレーサ５の両端には周期的な圧力差が生じる。この
圧力差と共振ばね４の共振によって再生器８を含むディ
スプレーサ５はピストン１６と同じ周波数かつ異なった
位相で膨張機２内を軸方向に往復する。ピストン１６及
びディスプレーサ５が適当な位相差を保って運動すると
き、作動室１５に封入された作動ガスは「逆スターリン
グサイクル」として既知の熱力学サイクルを構成し、主
として低温室６に冷熱を発生する。The operation of the conventional Stirling refrigerator configured as described above will be described. When an alternating current is supplied from the power supply 35 to the movable coil 20 via the electrical contacts 24 and 25 and the lead wires 22 and 23, Lorentz force acts on the movable coil 20 in the axial direction due to the interaction with the permanent magnetic field in the gap 28. . As a result, the piston 16 and the moving coil 20
Moves up and down in the axial direction of the piston 16. Now, when a sine wave current is applied to the movable coil 20, the piston 16 reciprocates inside the cylinder 17, and gives a sine wave to the gas pressure in the working chamber 15 from the compression chamber 30 to the low temperature chamber 6. Due to the sinusoidal pressure wave, the flow rate of the working gas passing through the regenerator 8 in the displacer 5 periodically changes, and a periodic pressure difference is generated between both ends of the displacer 5 due to the pressure loss caused by the regenerator 8. Due to this pressure difference and the resonance of the resonance spring 4, the displacer 5 including the regenerator 8 reciprocates in the expander 2 in the axial direction at the same frequency as the piston 16 and at a different phase. When the piston 16 and the displacer 5 move with an appropriate phase difference, the working gas sealed in the working chamber 15 forms a thermodynamic cycle known as a “reverse Stirling cycle”, and mainly generates cold heat in the cold room 6. I do.

【０００６】上記「逆スターリングサイクル」とその冷
熱発生の原理については、文献「Ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ
ｓ」（Ｇ．Ｗａｌｋｅｒ，ＰｌｅｎｕｍＰｒｅｓｓ，
ＮｅｗＹｏｒｋ，１９８３，ＰＰ．１１７〜１２３）
に詳細に説明されている。以下にその原理について説明
する。ピストン１６により圧縮された圧縮室３０内の作
動ガスは高温室７、ガス通過孔９、再生器８に流れ込
む。作動ガスは、再生器８では半サイクル前に蓄えられ
た冷熱により予冷され、低温室６内に入る。そして、大
部分の作動ガスが低温室６内に入ると膨張が始まり、低
温室６内に冷熱を発生する。作動ガスは、次に逆の順序
で再生器８に冷熱を放出しながら流路を戻り圧縮室３０
に入る。この時、膨張機２先端部から熱を奪いその外部
を冷却する。このようにして、大部分の作動ガスが圧縮
室３０内に戻ると再び圧縮が始まり、次のサイクルに移
動する。以上のようなプロセスを繰返すことにより低温
室６の温度は徐々に低下し、例えば８０ケルビン程度の
低温を得ることができる。[0006] The above-mentioned "Reverse Stirling Cycle" and the principle of its cold generation are described in the document "Cryocooler".
s "(G. Walker, Plenum Press,
New York, 1983, PP. 117-123)
Is described in detail. The principle will be described below. The working gas in the compression chamber 30 compressed by the piston 16 flows into the high-temperature chamber 7, the gas passage 9, and the regenerator 8. The working gas is precooled in the regenerator 8 by the cold stored half a cycle before, and enters the low temperature chamber 6. Then, when most of the working gas enters the low-temperature chamber 6, expansion starts, and cold heat is generated in the low-temperature chamber 6. The working gas then returns to the flow path while releasing cold heat to the regenerator 8 in the reverse order, and returns to the compression chamber 30.
to go into. At this time, heat is taken from the tip of the expander 2 and the outside thereof is cooled. In this way, when most of the working gas returns into the compression chamber 30, compression starts again and moves to the next cycle. By repeating the above process, the temperature of the low-temperature chamber 6 gradually decreases, and a low temperature of, for example, about 80 Kelvin can be obtained.

【０００７】このようなスターリング冷凍機は、例えば
赤外線検出器に用いられ、例えば８０ケルビン程度の一
定温度を保つようにして自動制御により動作させる。そ
の場合、２つの動作モードに区別して動作させるのが普
通である。すなわち、低温室６の温度が目標の温度に対
しある程度以上高温の場合には、目標の温度近傍までの
冷却時間（クールダウンタイム）の短縮を目的として、
低温室６に発生する冷熱量が最大となるような動作モー
ド（クールダウンモード）で駆動し、目標の温度近傍と
なってからは目標値に収束させ維持するような動作モー
ド（定温制御モード）で駆動する。両モードの切換はス
イッチ４０により行われる。クールダウンモードにおい
ては、常にピストン１６の振幅を最大とすることで最大
の冷熱量を得ることができる。リニアモータ２９に供給
される電力量を一定とした場合、ピストン１６の振幅は
低温室６の温度により変動し、低温室６の温度が低下す
るにつれて小さくなる。これは低温室６の温度の低下に
ともない、低温室６内作動ガスの粘性が増大し圧縮機１
の圧縮負荷が増加することによる。そこで第１の電力量
補正モジュール４１は温度検出器３７により検出された
低温室６の温度信号を入力とし、低温室６の温度が低下
するにつれてリニアモータ２９への供給電力量を増大さ
せるよう操作する。一方、定温制御モードにおいては定
温補償モジュール４２が低温室６の温度信号を入力と
し、低温室６の温度変動が例えば０．１ケルビン以下と
なるように電源３５のリニアモータ２９への供給電力量
を制御する。低温補償モジュール４２の具体的な処理内
容としては、低温室温度と目標温度の差を算出し、算出
温度差を時間積分して電力操作量とするのが一般的であ
る。また、起動時電力量制御モジュール４３は、電源起
動時に可動コイル２０に供給される電力量が急激に増大
しないように徐々に電力量を増大するよう操作し、ピス
トン１３の振幅が可動範囲を越えて動作し部品が衝突し
破損することを防止する。電力量制御器３６は、第１の
電力量補正モジュール４１または定温補償モジュール４
２、及び起動時電力量制御モジュール４３によるそれぞ
れの操作を積算してリニアモータ２９に供給する電力量
を決定し、電源３５に指示する。リニアモータ２９に供
給する電源３５はこの決定に基づいてリニアモータ２９
に出力する。Such a Stirling refrigerator is used for, for example, an infrared detector, and is operated by automatic control so as to maintain a constant temperature of, for example, about 80 Kelvin. In such a case, it is common to operate in two operation modes. That is, when the temperature of the low-temperature chamber 6 is higher than the target temperature by a certain degree or more, the cooling time (cool-down time) to the vicinity of the target temperature is shortened.
An operation mode (constant temperature control mode) in which the drive is performed in an operation mode (cool-down mode) in which the amount of cold generated in the low-temperature chamber 6 is maximized, and converges to and maintains a target value after reaching a target temperature. Drive with Switching between the two modes is performed by the switch 40. In the cool-down mode, the maximum amount of cooling can be obtained by always maximizing the amplitude of the piston 16. When the amount of power supplied to the linear motor 29 is constant, the amplitude of the piston 16 fluctuates depending on the temperature of the low-temperature chamber 6, and decreases as the temperature of the low-temperature chamber 6 decreases. This is because the viscosity of the working gas in the low-temperature chamber 6 increases as the temperature of the low-temperature chamber 6 decreases, and
Due to an increase in the compression load. Therefore, the first electric energy correction module 41 receives the temperature signal of the low-temperature chamber 6 detected by the temperature detector 37 as an input, and operates to increase the electric power supplied to the linear motor 29 as the temperature of the low-temperature chamber 6 decreases. I do. On the other hand, in the constant temperature control mode, the constant temperature compensating module 42 receives the temperature signal of the low temperature chamber 6 as an input, and the amount of power supplied to the linear motor 29 of the power supply 35 so that the temperature fluctuation of the low temperature chamber 6 becomes, for example, 0.1 Kelvin or less. Control. As a specific processing content of the low-temperature compensation module 42, it is general that a difference between the low-temperature room temperature and the target temperature is calculated, and the calculated temperature difference is integrated over time to obtain a power operation amount. In addition, the start-time power amount control module 43 operates to gradually increase the power amount so that the power amount supplied to the movable coil 20 does not suddenly increase when the power is turned on, and the amplitude of the piston 13 exceeds the movable range. To prevent the parts from colliding and being damaged. The electric energy controller 36 is connected to the first electric energy correction module 41 or the constant temperature compensation module 4.
2, and the operation by the start-time power amount control module 43 is integrated to determine the amount of power to be supplied to the linear motor 29, and the power supply 35 is instructed. The power supply 35 to be supplied to the linear motor 29 is based on this determination.
Output to

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来装置
には以下に述べるような課題があった。クールダウンモ
ードにおいては、ピストン１６の振幅を常に最大振幅に
維持すればクールダウンタイムを最短にできる。しか
し、この振幅は実際には低温室６の温度だけでなく、圧
縮室３０内の作動ガス圧力によっても変化する。低温室
６の温度を一定とし、一定電力を供給したときの圧縮室
３０内の作動ガス圧力とピストン１６の振幅の関係を図
８に示す。図８において、Ｐ１０，Ｓ１０は、例えば圧
縮室３０内の作動ガス圧力が１０ｋｇ／ｃｍ²の時の供
給電力とピストン１６の振幅、Ｐ１５，Ｓ１５は、例え
ば圧縮室３０内の作動ガス圧力が１５ｋｇ／ｃｍ²の時
の供給電力とピストン１６の振幅である。図８からわか
るようにガス圧力が高いときほど、振幅が小さくなる。
これは、ガス圧力により圧縮抵抗が異なるためである。
圧縮室３０内の作動ガス圧力はガス温度にほぼ比例す
る。圧縮室３０内の作動ガス温度は冷凍機が起動してい
なければ冷凍機の外部環境温度と一致し、起動後は外部
環境温度より上昇する。したがって、圧縮室３０内の作
動ガス温度は、冷凍機の使用環境温度範囲よりも広い温
度範囲において変化する。これにより、前記のように低
温室６の温度だけで電力供給量を補正しても、圧縮室３
０のガス温度によってピストン１６の振幅が異なり、常
に最大振幅で動作させることができない。すなわち、ク
ールダウンモードにおいて、ガス温度が高い場合には圧
力振幅が小さくなるので冷却速度が低下しクールダウン
タイムが長くなり、逆に、ガス温度が低い場合にはピス
トン１６の振幅が大きくなり可動範囲を越えて動作し、
可動コイル２０がハウジング２１やヨーク２７と衝突し
て破損するという課題があった。The above-mentioned conventional apparatus has the following problems. In the cool down mode, if the amplitude of the piston 16 is always maintained at the maximum amplitude, the cool down time can be minimized. However, this amplitude actually varies not only with the temperature of the low-temperature chamber 6 but also with the working gas pressure in the compression chamber 30. FIG. 8 shows the relationship between the working gas pressure in the compression chamber 30 and the amplitude of the piston 16 when the temperature of the low-temperature chamber 6 is constant and constant power is supplied. In FIG. 8, P10 and S10 are, for example, the supply power and the amplitude of the piston 16 when the working gas pressure in the compression chamber 30 is 10 kg / cm ² , and P15 and S15 are, for example, when the working gas pressure in the compression chamber 30 is 15 kg. / Cm ² and the amplitude of the piston 16 when supplied. As can be seen from FIG. 8, the higher the gas pressure, the smaller the amplitude.
This is because the compression resistance varies depending on the gas pressure.
The working gas pressure in the compression chamber 30 is substantially proportional to the gas temperature. The working gas temperature in the compression chamber 30 coincides with the external environment temperature of the refrigerator if the refrigerator is not started, and rises after the startup. Therefore, the working gas temperature in the compression chamber 30 changes in a temperature range wider than the operating environment temperature range of the refrigerator. Thus, even if the power supply amount is corrected only by the temperature of the low-temperature chamber 6 as described above, the compression chamber 3
The amplitude of the piston 16 varies depending on the gas temperature of 0, and the piston 16 cannot always be operated at the maximum amplitude. That is, in the cool-down mode, when the gas temperature is high, the pressure amplitude becomes small, so that the cooling rate is reduced and the cool-down time is lengthened. Conversely, when the gas temperature is low, the amplitude of the piston 16 becomes large and the piston 16 becomes movable. Work beyond range,
There is a problem that the movable coil 20 collides with the housing 21 and the yoke 27 and is broken.

【０００９】一方、定温制御モードにおいては、高温室
７の内部の作動ガス温度によって、低温室６の温度安定
精度が変動するという課題があった。この課題の詳細に
ついて以下に説明する。冷凍機が生成し得る冷熱量は高
温室温度をＴＨ、低温室温度をＴＬとしたとき数１で表
されるカルノー効率ηによって決まる。数１は低温部の
温度を一定且つ冷凍機の冷却性能を一定としたとき、高
温室７の内部の作動ガスが高温であるほど、電力操作量
に対する発生冷熱量応答が小さくなることを示してい
る。つまり従来の冷凍機のように、高温室７の内部の作
動ガス温度に関係なく、低温室６の温度だけを検出して
低温室６の温度制御をした場合、高温室７の内部の作動
ガス温度が高ければ温度安定精度は良いが応答が遅くな
り、高温室７の内部の作動ガス温度が低ければ応答は速
いが温度安定精度が悪くなるという課題があった。ま
た、低温室温度に関して複数の目標温度を設定する場合
にも同様の課題があった。On the other hand, in the constant temperature control mode, there is a problem that the temperature stability accuracy of the low temperature chamber 6 varies depending on the temperature of the working gas inside the high temperature chamber 7. The details of this problem will be described below. The amount of cold heat that can be generated by the refrigerator is determined by the Carnot efficiency η expressed by Equation 1 when the high temperature room temperature is TH and the low temperature room temperature is TL. Equation 1 indicates that when the temperature of the low-temperature part is constant and the cooling performance of the refrigerator is constant, the higher the working gas inside the high-temperature chamber 7 is, the smaller the generated cold energy response to the power operation amount is. I have. That is, when the temperature of the low-temperature chamber 6 is controlled by detecting only the temperature of the low-temperature chamber 6 irrespective of the temperature of the working gas inside the high-temperature chamber 7 as in the conventional refrigerator, the working gas in the high-temperature chamber 7 is controlled. If the temperature is high, the temperature stability accuracy is good but the response is slow, and if the working gas temperature inside the high temperature chamber 7 is low, the response is fast but the temperature stability accuracy is poor. Further, there is a similar problem when a plurality of target temperatures are set for the low-temperature room temperature.

【００１０】[0010]

【数１】 (Equation 1)

【００１１】また、冷凍機の寿命に関しては以下に説明
するような課題があった。一般に冷凍機は長期間使用を
続けていると次第に冷却性能が劣化し、目標の低温が得
られなくなる。上記のようなスターリング冷凍機の場合
は主に摺動部の摩耗によって次第に冷却性能が劣化し、
入力電力量に対する発生冷熱量が次第に減少する。定温
補償モジュール４２は低温室６の温度が一定の低温にな
るように電力量を操作するので、冷却性能の劣化にとも
ない次第に電力量は増加していき、遂には許容電力値に
達した後、冷凍機は目標の低温が得られなくなってその
機能を失う。ここで、従来の冷凍機では、前記許容入力
電力値すなわち定温補償モジュール４２の電力量操作範
囲の上限値は、圧縮機１の内部の作動ガス温度によらず
一定値に設定していた。しかしながら、上記のように、
ピストン１３の振幅及びカルノー効率は圧縮機１の内部
の作動ガス温度によって異なる。よって従来の冷凍機が
寿命に近づくと、圧縮機１の内部の作動ガス温度が低い
場合には供給電力量が設定上限値に達していないのに部
品衝突や破損が生じ、圧縮機１の内部の作動ガス温度が
高い場合にはピストン１３の動作振幅に余裕があるにも
かかわらず電力制限によって目標の低温まで冷却できな
くなる。これにより結果的に冷凍機としての寿命が短縮
するという課題があった。Further, there is a problem as described below regarding the life of the refrigerator. In general, when a refrigerator is used for a long period of time, the cooling performance gradually deteriorates, and a target low temperature cannot be obtained. In the case of the above Stirling refrigerator, the cooling performance gradually deteriorates mainly due to the wear of the sliding parts,
The amount of generated cold energy with respect to the input electric energy gradually decreases. Since the constant-temperature compensation module 42 operates the electric energy so that the temperature of the low-temperature chamber 6 becomes a constant low temperature, the electric energy gradually increases with the deterioration of the cooling performance, and finally reaches the allowable electric power value. The refrigerator loses its function because the target low temperature cannot be obtained. Here, in the conventional refrigerator, the allowable input power value, that is, the upper limit value of the power amount operation range of the constant temperature compensation module 42 is set to a constant value regardless of the working gas temperature inside the compressor 1. However, as mentioned above,
The amplitude and the Carnot efficiency of the piston 13 differ depending on the working gas temperature inside the compressor 1. Therefore, when the conventional refrigerator approaches the end of its service life, if the working gas temperature inside the compressor 1 is low, even though the supplied electric energy does not reach the set upper limit, parts collision or damage occurs, and the inside of the compressor 1 When the working gas temperature is high, it is impossible to cool down to the target low temperature due to the power limitation, despite the fact that the operating amplitude of the piston 13 has a margin. As a result, there is a problem that the life of the refrigerator is shortened.

【００１２】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、ガス温度の変化による、クール
ダウンタイムの延長、部品の衝突と破損、及び温度安定
性の変動を防止できる冷凍機を得ること、またこれによ
り冷凍機寿命の短縮を防止することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can prevent the extension of the cool down time, the collision and breakage of parts, and the fluctuation of temperature stability due to a change in gas temperature. The purpose of the present invention is to obtain a refrigerator and to thereby prevent the life of the refrigerator from being shortened.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】第１の発明による冷凍機
は、従来の冷凍機に加え、圧縮機内部の作動ガス圧力を
検出し、圧力が高いほどリニアモータに印加する電力量
を大となるように操作する電力量制御により、圧縮抵抗
変動によらず常に可動部品を衝突や破損させることなく
可動範囲において最大動作をさせる手段を設けたことを
特徴とする。According to the first aspect of the present invention, in addition to the conventional refrigerator, the refrigerator according to the first invention detects the working gas pressure inside the compressor and increases the amount of electric power applied to the linear motor as the pressure increases. A means is provided for performing the maximum operation in the movable range without colliding or damaging the movable component irrespective of the change in the compression resistance by controlling the electric energy to be operated.

【００１４】また、第２の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、圧縮機内部の作動ガス圧力を検出し、圧
縮機内部の作動ガス圧力と低温室温度から近似的に求ま
るカルノー効率に反比例した電力操作により、圧縮機内
部の作動ガス圧力や目標とする低温室温度の値によらず
均一な低温室温度安定精度を得る手段を設けたことを特
徴とする。Further, the refrigerator according to the second aspect of the present invention, in addition to the conventional refrigerator, detects the working gas pressure inside the compressor, and obtains the Carnot efficiency approximately obtained from the working gas pressure inside the compressor and the low temperature chamber temperature. A means for obtaining uniform low-temperature chamber temperature stabilization accuracy irrespective of the value of the working gas pressure inside the compressor and the target low-temperature chamber temperature by power operation inversely proportional to

【００１５】また、第３の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、圧縮機内部に設置された温度検出器によ
って圧縮機内部の作動ガス温度を検出し、温度が高いほ
どリニアモータに印加する電力量を大となるように操作
する電力量制御により、圧縮抵抗変動によらず常に可動
部品を衝突や破損させることなく可動範囲において最大
動作をさせる手段を設けたことを特徴とする。In the refrigerator according to the third aspect of the present invention, in addition to the conventional refrigerator, the temperature of the working gas inside the compressor is detected by a temperature detector installed inside the compressor. A feature is provided in which power control is performed to increase the amount of power to be applied, and means is provided for performing the maximum operation in the movable range without colliding or damaging the movable component regardless of the compression resistance fluctuation.

【００１６】また、第４の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、圧縮機内部に設置された温度検出器によ
って圧縮機内部の作動ガス温度を検出し、圧縮機内部の
作動ガス温度と低温室温度から求まるカルノー効率に反
比例した電力操作により、圧縮機内部の作動ガス温度や
目標とする低温室温度の値によらず均一な低温室温度安
定精度を得る手段を設けたことを特徴とする。Further, in the refrigerator according to the fourth aspect of the invention, in addition to the conventional refrigerator, the temperature of the working gas inside the compressor is detected by a temperature detector installed inside the compressor, and the temperature of the working gas inside the compressor is detected. And means to obtain uniform low-temperature chamber temperature stabilization accuracy regardless of the working gas temperature inside the compressor or the target low-temperature chamber temperature value by power operation inversely proportional to the Carnot efficiency obtained from the low-temperature chamber temperature. And

【００１７】また、第５の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、圧縮機外部に設置された温度検出器によ
って圧縮機外部表面温度を検出し、温度が高いほどリニ
アモータに印加する電力量を大となるように操作する電
力量制御により、圧縮抵抗変動によらず常に可動部品を
衝突や破損させることなく可動範囲において最大動作を
させる手段を設けたことを特徴とする。Further, in the refrigerator according to the fifth aspect of the invention, in addition to the conventional refrigerator, a temperature detector installed outside the compressor detects a surface temperature of the exterior of the compressor, and the higher the temperature, the more the temperature is applied to the linear motor. A feature is provided in which a means for performing maximum operation in a movable range without colliding or damaging a movable component regardless of a change in compression resistance is provided by power amount control for operating to increase the power amount.

【００１８】また、第６の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、圧縮機外部に設置された温度検出器によ
って圧縮機外部表面温度を検出し、圧縮機外部表面温度
と低温室温度から近似的に求まるカルノー効率に反比例
した電力操作により、圧縮機外部表面温度や目標とする
低温室温度の値によらず均一な低温室温度安定精度を得
る手段を設けたことを特徴とする。Further, in the refrigerator according to the sixth aspect of the invention, in addition to the conventional refrigerator, the temperature of the external surface of the compressor is detected by a temperature detector installed outside the compressor, and the external surface temperature of the compressor and the low-temperature chamber temperature are detected. And a means for obtaining uniform low-temperature chamber temperature stabilization accuracy irrespective of the value of the compressor external surface temperature or the target low-temperature chamber temperature by power operation inversely proportional to the Carnot efficiency, which is approximately determined from.

【００１９】また、第７の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、冷凍機の外部環境温度を検出し、温度が
高いほどリニアモータに印加する電力量を大となるよう
に操作する電力量制御により、圧縮抵抗変動によらず常
に可動部品を衝突や破損させることなく可動範囲におい
て最大動作をさせる手段を設けたことを特徴とする。Further, the refrigerator according to the seventh aspect of the present invention detects the external environment temperature of the refrigerator in addition to the conventional refrigerator, and operates so that the higher the temperature, the larger the amount of electric power applied to the linear motor. A feature is provided in which, by means of electric energy control, means for performing maximum operation in the movable range without always colliding or damaging the movable component irrespective of the change in compression resistance is provided.

【００２０】また、第８の発明による冷凍機は、従来の
冷凍機に加え、冷凍機の外部環境温度を検出し、外部環
境温度と低温室温度から近似的に求まるカルノー効率に
反比例した電力操作により、外部環境温度や目標とする
低温室温度の値によらず均一な低温室温度安定精度を得
る手段を設けたことを特徴とする。The refrigerator according to an eighth aspect of the present invention is a refrigerator which, in addition to the conventional refrigerator, detects the external environment temperature of the refrigerator and operates the electric power in inverse proportion to the Carnot efficiency which is approximately determined from the external environment temperature and the low temperature room temperature. Thus, means for obtaining uniform low-temperature room temperature stabilization accuracy irrespective of the value of the external environment temperature or the target low-temperature room temperature is provided.

【００２１】[0021]

BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態１図１はこの発明の実施の形態１を示すスターリング冷凍
機構成図である。１から３５，３７，４０から４３は上
記従来装置と同一のものであり、ここでは省略する。図
において３８は圧縮機１の内部に取り付けられ作動ガス
の圧力を検出する圧力検出器であり、この圧力検出器３
８の出力端は第２の電力量補正モジュール４４及び圧力
−温度変換モジュール５５に接続されている。ここでガ
ス温度がガス圧力に比例することを利用する。圧力−温
度変換モジュール５５は圧力信号を温度信号に変換す
る。第２の電力量補正モジュール４４は圧力検出器３８
の検出信号を入力とし、圧縮機１の内部の作動ガス圧力
が高いときほどリニアモータ２９への供給電力量を増大
させるよう操作する。前記ガス圧力に対する電力量の変
化量は、この場合、ガス圧力に対する支持ばね１８とピ
ストン１６が形成するばね−質量系の共振周波数の変化
から逆算して、例えば図５に示すように、常にピストン
１６の振幅が可動範囲の最大値Ｓｍａｘになるような値
を求める。一方、熱量利得補償モジュール５２は、圧縮
機内ガス温度と低温室温度から求まるカルノー効率の逆
数を出力する。また電力リミッタ５３は定温補償モジュ
ール４２及び熱量利得補償モジュール５２によって操作
される電力量が、ピストン振幅が可動範囲を越える値と
ならないように電力量を制限する。この制限値は第１の
電力量補正モジュール４１及び第２の電力量補正モジュ
ール４４により操作された電力量に一致する。よって電
力リミッタ５３は第１の電力量補正モジュール４１及び
第２の電力量補正モジュール４４により操作された電力
量と、定温補償モジュール４２及び熱量利得補償モジュ
ール５２により操作された電力量とを比較して、どちら
か小さい方の値を出力するようにする。電力量制御器３
６は第１の電力量補正モジュール４１または定温補償モ
ジュール４２、及び起動時電力量制御モジュール４３、
第２の電力量補正モジュール４４による操作を積算して
電力量を決定する。Embodiment 1 FIG. 1 is a configuration diagram of a Stirling refrigerator showing Embodiment 1 of the present invention. Reference numerals 1 to 35, 37, and 40 to 43 are the same as those of the above-described conventional device, and thus are omitted here. In the figure, reference numeral 38 denotes a pressure detector which is attached inside the compressor 1 and detects the pressure of the working gas.
The output terminal 8 is connected to the second electric energy correction module 44 and the pressure-temperature conversion module 55. Here, the fact that the gas temperature is proportional to the gas pressure is used. The pressure-temperature conversion module 55 converts a pressure signal into a temperature signal. The second power correction module 44 includes the pressure detector 38.
The operation is performed such that the amount of electric power supplied to the linear motor 29 increases as the working gas pressure inside the compressor 1 increases. In this case, the amount of change in the amount of electric power with respect to the gas pressure is calculated in reverse from the change in the resonance frequency of the spring-mass system formed by the support spring 18 and the piston 16 with respect to the gas pressure. For example, as shown in FIG. A value is determined so that the amplitude of 16 becomes the maximum value Smax of the movable range. On the other hand, the calorie gain compensation module 52 outputs the reciprocal of the Carnot efficiency obtained from the compressor gas temperature and the low temperature chamber temperature. The power limiter 53 also limits the amount of power operated by the constant temperature compensation module 42 and the calorific value gain compensation module 52 so that the piston amplitude does not exceed the movable range. This limit value matches the amount of power operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44. Therefore, the power limiter 53 compares the power amount operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44 with the power amount operated by the constant temperature compensation module 42 and the heat amount gain compensation module 52. Output the smaller value. Electric energy controller 3
6 is a first electric energy correction module 41 or a constant temperature compensation module 42, and a starting electric energy control module 43;
The operation by the second electric energy correction module 44 is integrated to determine the electric energy.

【００２２】このように構成された冷凍機では、起動時
電力量制御モジュール４３による起動時制御後のクール
ダウンモードにおいては、リニアモータ２９に供給され
る電力量には常に低温室６の温度に対応した補正と圧縮
機１の内部の作動ガス圧力に対応した補正がなされ、ピ
ストン１３は振幅を常に可動範囲の最大値に保って動作
することが出来る。したがって、作動ガスの圧力振幅を
最大値に保ち低温室６に発生する冷熱量を最大値に維持
できるので、可動コイル２０をハウジング２１やヨーク
２７に衝突させて破損することなく、クールダウンタイ
ムを短縮できる。一方定温補償モードでは目標低温室温
度と高温室温度によって常にカルノー効率を考慮した電
力操作を行うので、熱制御系としてとらえた場合の補償
特性が目標低温室温度や高温室温度によらず均一にな
り、温度安定性や応答速度を均一にすることができる。
また、定温補償モードにおける電力操作範囲は、電力リ
ミッタ５３によりピストン振幅が可動範囲の最大値とな
る値を上限としているので、冷凍機の冷却効率の劣化が
進んでも、可動コイル２０をハウジング２１やヨーク２
７に衝突させて破損することなく、ピストン振幅が可動
範囲の最大値となるまで冷凍機として機能する。In the refrigerator configured as described above, in the cool-down mode after the start-up control by the start-up power amount control module 43, the electric power supplied to the linear motor 29 always has the temperature of the low-temperature chamber 6. Corresponding correction and correction corresponding to the working gas pressure inside the compressor 1 are performed, and the piston 13 can always operate with the amplitude kept at the maximum value of the movable range. Therefore, since the pressure amplitude of the working gas can be maintained at the maximum value and the amount of cold generated in the low-temperature chamber 6 can be maintained at the maximum value, the movable coil 20 does not collide with the housing 21 or the yoke 27 and is damaged, and the cool-down time is reduced. Can be shortened. On the other hand, in the constant temperature compensation mode, the power operation is always performed in consideration of the Carnot efficiency based on the target low temperature room temperature and high temperature room temperature, so that the compensation characteristics when considered as a thermal control system are uniform regardless of the target low temperature room temperature and high temperature room temperature. Therefore, the temperature stability and the response speed can be made uniform.
Further, since the power operation range in the constant temperature compensation mode is limited to a value at which the piston amplitude becomes the maximum value of the movable range by the power limiter 53, even if the cooling efficiency of the refrigerator deteriorates, the movable coil 20 is moved to the housing 21 or the housing 21. York 2
7. The refrigerator functions as a refrigerator until the piston amplitude reaches the maximum value of the movable range without being damaged by colliding with 7.

【００２３】ここで圧力検出器３８の取付位置は圧縮機
１の内部または高温室７の内部であればどこでもよい。
また、第２の電力量補正モジュール４４は電気回路で構
成してもよいし、電力量制御器を例えばマイクロプロセ
ッサとしたときのソフトウェアモジュールでもよく、実
現方法はハードウェア、ソフトウェアを問わない。ま
た、圧縮機１内部のガス圧力がピストン振幅にあたえる
影響と低温室温度がピストン振幅にあたえる影響とが独
立とみなせない場合には、例えば電力量制御器３６をマ
イクロプロセッサで構成して、例えば図６のように圧縮
機内部のガス圧力と低温室温度の２変数を入力し両変数
の高次関数としてピストン振幅が最大となる電力を出力
するソフトウェアモジュールを設け、第１の電力補正モ
ジュール４１と第２の電力補正モジュール４４の代わり
に配置すればよい。Here, the mounting position of the pressure detector 38 may be anywhere inside the compressor 1 or inside the high temperature chamber 7.
Further, the second power amount correction module 44 may be configured by an electric circuit, or may be a software module when the power amount controller is, for example, a microprocessor, and the realization method is not limited to hardware or software. If the effect of the gas pressure inside the compressor 1 on the piston amplitude and the effect of the low-temperature chamber temperature on the piston amplitude cannot be considered to be independent, for example, the power controller 36 may be configured by a microprocessor, for example. As shown in FIG. 6, there is provided a software module for inputting two variables of the gas pressure inside the compressor and the low-temperature chamber temperature and outputting a power at which the piston amplitude is maximized as a higher-order function of both variables. And the second power correction module 44.

【００２４】実施の形態２図２はこの発明の実施の形態２を示すスターリング冷凍
機構成図である。１から３５，３７，４０から４３は上
記従来装置と同一のものであり、ここでは省略する。図
において５１は圧縮機１の内部に取り付けられ封入ガス
の温度を検出する温度検出器であり、この温度検出器５
１の出力端は熱量利得補償モジュール５２及び温度−圧
力変換モジュール５６に接続されている。ここでガス温
度がガス圧力にほぼ比例することを利用する。温度−圧
力変換モジュール５６は温度信号を圧力信号に変換す
る。圧力信号は第２の電力量補正モジュール４４に接続
されている。第２の電力量補正モジュール４４は、圧力
が高いときほどリニアモータ２９への供給電力量を増大
させるよう操作する。圧力に対する電力の変化量は、こ
の場合、ガス圧力に対する支持ばね１８とピストン１６
から形成されるばね−質量系の共振周波数の変化から逆
算して、常にピストンの振幅が可動範囲の最大値になる
ような値に定める。一方、熱量利得補償モジュール５２
は、圧縮機内ガス温度と低温室温度から求まるカルノー
効率の逆数を出力する。また電力リミッタ５３は定温補
償モジュール４２と熱量利得補償モジュール５２によっ
て操作される電力量が、ピストン振幅が可動範囲を越え
る値とならないように電力を制限する。この制限値は第
１の電力量補正モジュール４１及び第２の電力量補正モ
ジュール４４により操作された電力量に一致する。よっ
て電力リミッタ５３は第１の電力量補正モジュール４１
及び第２の電力量補正モジュール４４により操作された
電力量と、定温補償モジュール４２及び熱量利得補償モ
ジュール５２により操作された電力量とを比較して、ど
ちらか小さい方の値を出力するようにする。電力量制御
器３６はクールダウンモードでは第１の電力量補正モジ
ュール４１と第２の電力量補正モジュール４４と起動時
電力量制御モジュール４３による操作を積算して電力量
を決め、また定温補償モードでは定温補償モジュール４
２と熱量利得補償モジュール５２と電力リミッタ５３と
起動時電力量制御モジュール４３による操作を積算して
電力量を決定する。Second Embodiment FIG. 2 is a configuration diagram of a Stirling refrigerator showing a second embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 35, 37, and 40 to 43 are the same as those of the above-described conventional device, and thus are omitted here. In the figure, reference numeral 51 denotes a temperature detector which is mounted inside the compressor 1 and detects the temperature of the sealed gas.
1 is connected to the calorie gain compensation module 52 and the temperature-pressure conversion module 56. Here, the fact that the gas temperature is substantially proportional to the gas pressure is used. The temperature-pressure conversion module 56 converts a temperature signal into a pressure signal. The pressure signal is connected to a second power correction module 44. The second power correction module 44 operates to increase the power supplied to the linear motor 29 as the pressure increases. In this case, the amount of change in the electric power with respect to the pressure is,
By calculating back from the change of the resonance frequency of the spring-mass system formed from the above, a value is determined so that the amplitude of the piston always becomes the maximum value of the movable range. On the other hand, the calorie gain compensation module 52
Outputs the reciprocal of the Carnot efficiency obtained from the compressor gas temperature and the low temperature chamber temperature. Further, the power limiter 53 limits the electric power operated by the constant temperature compensation module 42 and the calorific value gain compensation module 52 so that the piston amplitude does not exceed the movable range. This limit value matches the amount of power operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44. Therefore, the power limiter 53 is connected to the first power amount correction module 41.
And the power amount operated by the second power amount correction module 44 is compared with the power amount operated by the constant temperature compensation module 42 and the calorific value gain compensation module 52 to output the smaller value. I do. In the cool-down mode, the electric energy controller 36 determines the electric energy by integrating the operations of the first electric energy correction module 41, the second electric energy correction module 44, and the starting electric energy control module 43. Then fixed temperature compensation module 4
2, the operation by the calorific value gain compensation module 52, the power limiter 53, and the start-time power amount control module 43 are integrated to determine the power amount.

【００２５】このように構成された冷凍機では、起動時
電力量制御モジュール４３による起動時制御後のクール
ダウンモードにおいては、リニアモータ２９に供給され
る電力量には常に低温室６の温度に対応した補正と圧縮
機１の内部の作動ガス温度に対応した補正がなされ、ピ
ストン１３は振幅を常に可動範囲の最大値に保って動作
することが出来る。したがって、作動ガスの圧力振幅を
最大値に保ち低温室６に発生する冷熱量を最大値に維持
できるので、可動コイル２０をハウジング２１やヨーク
２７に衝突させて破損することなく、クールダウンタイ
ムを短縮できる。一方定温補償モードでは目標低温室温
度と高温室温度によって常にカルノー効率を考慮した電
力操作を行うので、熱制御系としてとらえた場合の補償
特性が目標低温室温度や高温室温度によらず均一にな
り、温度安定性や応答速度を均一にすることができる。
また、定温補償モードにおける電力操作範囲は、電力リ
ミッタ５３によりピストン振幅が可動範囲の最大値とな
る値を上限としているので、冷凍機の冷却性能の劣化が
進んでも、可動コイル２０をハウジング２１やヨーク２
７に衝突させて破損することなく、ピストン振幅が可動
範囲の最大値となるまで冷凍機として機能することがで
きる。In the refrigerator configured as described above, in the cool-down mode after the start-time control by the start-time power amount control module 43, the amount of power supplied to the linear motor 29 always falls within the temperature of the low-temperature chamber 6. Corresponding correction and correction corresponding to the working gas temperature inside the compressor 1 are performed, and the piston 13 can always operate with the amplitude kept at the maximum value of the movable range. Therefore, since the pressure amplitude of the working gas can be maintained at the maximum value and the amount of cold generated in the low-temperature chamber 6 can be maintained at the maximum value, the movable coil 20 does not collide with the housing 21 or the yoke 27 and is damaged, and the cool-down time is reduced. Can be shortened. On the other hand, in the constant temperature compensation mode, the power operation is always performed in consideration of the Carnot efficiency based on the target low temperature room temperature and high temperature room temperature, so that the compensation characteristics when considered as a thermal control system are uniform regardless of the target low temperature room temperature and high temperature room temperature. Therefore, the temperature stability and the response speed can be made uniform.
Further, since the power operation range in the constant temperature compensation mode has a maximum value at which the piston amplitude becomes the maximum value of the movable range by the power limiter 53, even if the cooling performance of the refrigerator deteriorates, the movable coil 20 is moved to the housing 21 or York 2
7 can be functioned as a refrigerator until the piston amplitude reaches the maximum value of the movable range without being damaged by the collision.

【００２６】ここで温度検出器５１の取付位置は圧縮室
３０内だけに限らず圧縮機１の内部であればどこでもよ
く、高温室７の内部でもよい。また、構造上、圧縮機１
の内部の作動ガス温度と高温室７の内部の作動ガス温度
が著しく異なる場合には、それぞれ別の温度検出器を設
け、高温室温度を熱量利得補償モジュール５２に、圧縮
室温度を第２の電力量補正モジュール４４に入力すれば
よい。また、第２の電力量補正モジュール４４は電気回
路で構成してもよいし、電力量制御器３６を例えばマイ
クロプロセッサとしたときのソフトウェアモジュールで
もよく、実現方法はハードウェア、ソフトウェアを問わ
ない。また、圧縮機内ガス温度がピストン振幅にあたえ
る影響と低温室温度がピストン振幅にあたえる影響とが
独立とみなせない場合には、例えば電力量制御器３６を
マイクロプロセッサで構成して、圧縮機内ガス温度と低
温室温度の２変数を入力し両変数の高次関数としてピス
トン振幅が最大となる電力を出力するソフトウェアモジ
ュールを設け、第１の電力補正モジュール４１と第２の
電力補正モジュール４４の代わりに配置すればよい。The mounting position of the temperature detector 51 is not limited to the inside of the compression chamber 30 but may be anywhere within the compressor 1 or the inside of the high temperature chamber 7. Also, due to the structure, the compressor 1
If the working gas temperature inside the high temperature chamber 7 is significantly different from the working gas temperature inside the high temperature chamber 7, separate temperature detectors are provided, and the high temperature chamber temperature is supplied to the calorie gain compensation module 52, and the compression chamber temperature is supplied to the second What is necessary is just to input into the electric energy correction module 44. Further, the second power amount correction module 44 may be configured by an electric circuit, or may be a software module when the power amount controller 36 is, for example, a microprocessor, and the realization method is not limited to hardware or software. If the effect of the gas temperature in the compressor on the piston amplitude and the effect of the low-temperature chamber temperature on the piston amplitude cannot be considered to be independent, for example, the electric energy controller 36 may be constituted by a microprocessor, and the gas temperature in the compressor may be reduced. And a software module for inputting the two variables of the low temperature and the low temperature, and outputting the power at which the piston amplitude becomes maximum as a higher-order function of both variables, is provided instead of the first power correction module 41 and the second power correction module 44. It should just be arranged.

【００２７】実施の形態３図３はこの発明の実施の形態３を示すスターリング冷凍
機構成図である。１から３５，３７，４０から４３は上
記従来装置と同一のものであり、ここでは省略する。図
において５４は圧縮機１の外部表面に取り付けられ圧縮
機１の外部表面の温度を検出する温度検出器であり、こ
の温度検出器５４の出力端は熱量利得補償モジュール５
２及び温度−圧力変換モジュール５６に接続されてい
る。ここで内部の作動ガス温度がガス圧力にほぼ比例す
ることを利用する。一般に圧縮機１と高温室７は外部に
対する熱抵抗を小さく設計するものであるから、外部表
面温度と内部の作動ガス温度とはほぼ同値と考えること
ができる。温度−圧力変換モジュール５６は温度信号を
圧力信号に変換する。圧力信号は第２の電力量補正モジ
ュール４４に接続されている。第２の電力量補正モジュ
ール４４は、圧力が高いときほどリニアモータ２９への
供給電力量を増大させるよう操作する。圧力に対する電
力の変化量は、この場合、ガス圧力に対する支持ばね１
８とピストン１６からなるばね−質量系の共振周波数の
変化から逆算して、常にピストンの振幅が可動範囲の最
大値になるような値に定める。一方、熱量利得補償モジ
ュール５２は、高温室温度と低温室温度から求まるカル
ノー効率の逆数を出力する。また電力リミッタ５３は定
温補償モジュール４２と熱量利得補償モジュール５２に
よって操作される電力量が、ピストン振幅が可動範囲を
越える値とならないように電力量を制限する。この制限
値は第１の電力量補正モジュール４１及び第２の電力量
補正モジュール４４により操作された電力量に一致す
る。よって電力リミッタ５３は第１の電力量補正モジュ
ール４１及び第２の電力量補正モジュール４４により操
作された電力量と、定温補償モジュール４２及び熱量利
得補償モジュール５２により操作された電力量とを比較
して、どちらか小さい方の値を出力するようにする。電
力量制御器３６はクールダウンモードには第１の電力量
補正モジュール４１と第２の電力量補正モジュール４４
と起動時電力量制御モジュール４３による操作を積算し
て電力量を決め、また定温補償モードには定温補償モジ
ュール４２と熱量利得補償モジュール５２と電力リミッ
タ５３と起動時電力量制御モジュール４３による操作を
積算して電力量を決定する。Third Embodiment FIG. 3 is a configuration diagram of a Stirling refrigerator showing a third embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 35, 37, and 40 to 43 are the same as those of the above-described conventional device, and thus are omitted here. In the figure, reference numeral 54 denotes a temperature detector which is attached to the outer surface of the compressor 1 and detects the temperature of the outer surface of the compressor 1. The output terminal of the temperature detector 54 is connected to the calorie gain compensating module 5.
2 and a temperature-pressure conversion module 56. Here, the fact that the working gas temperature inside is approximately proportional to the gas pressure is used. Generally, the compressor 1 and the high-temperature chamber 7 are designed to have a small thermal resistance to the outside, so that the external surface temperature and the internal working gas temperature can be considered to be substantially equal. The temperature-pressure conversion module 56 converts a temperature signal into a pressure signal. The pressure signal is connected to a second power correction module 44. The second power correction module 44 operates to increase the power supplied to the linear motor 29 as the pressure increases. In this case, the amount of change in the power with respect to the pressure is,
By calculating back from the change in the resonance frequency of the spring-mass system composed of the piston 8 and the piston 16, the piston is always set to a value such that the amplitude of the piston becomes the maximum value of the movable range. On the other hand, the calorie gain compensation module 52 outputs the reciprocal of the Carnot efficiency obtained from the high temperature room temperature and the low temperature room temperature. The power limiter 53 limits the amount of power operated by the constant temperature compensation module 42 and the calorific value gain compensation module 52 so that the piston amplitude does not exceed the movable range. This limit value matches the amount of power operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44. Therefore, the power limiter 53 compares the power amount operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44 with the power amount operated by the constant temperature compensation module 42 and the heat amount gain compensation module 52. Output the smaller value. The power controller 36 includes a first power correction module 41 and a second power correction module 44 in the cool down mode.
The power amount is determined by integrating the operations by the power control module 43 at start-up and the power amount at the start-up time. The amount of power is determined by integration.

【００２８】このように構成された冷凍機では、起動時
電力量制御モジュール４３による起動時制御後のクール
ダウンモードにおいては、リニアモータ２９に供給され
る電力量には常に低温室６の温度に対応した補正と圧縮
機１の内部の作動ガス温度に対応した補正がなされ、ピ
ストン１３は振幅を常に可動範囲の最大値に保って動作
することが出来る。したがって、作動ガスの圧力振幅を
最大値に保ち低温室６に発生する冷熱量を最大値に維持
できるので、可動コイル２０をハウジング２１やヨーク
２７に衝突させて破損することなく、クールダウンタイ
ムを短縮できる。一方定温補償モードでは目標低温室温
度と高温室温度によって常にカルノー効率を考慮した電
力操作を行うので、熱制御系としてとらえた場合の補償
特性が目標低温室温度や高温室温度によらず均一にな
り、温度安定性や応答速度を均一にすることができる。
また、定温補償モードにおける電力操作範囲は、電力リ
ミッタ５３によりピストン振幅が可動範囲の最大値とな
る値を上限としているので、冷凍機の冷却性能が劣化し
てきても、可動コイル２０をハウジング２１やヨーク２
７に衝突させて破損することなく、ピストン振幅が可動
範囲の最大値となるまで冷凍機として機能することがで
きる。In the refrigerator configured as described above, in the cool-down mode after the start-time control by the start-time power amount control module 43, the amount of power supplied to the linear motor 29 always becomes equal to the temperature of the low-temperature chamber 6. Corresponding correction and correction corresponding to the working gas temperature inside the compressor 1 are performed, and the piston 13 can always operate with the amplitude kept at the maximum value of the movable range. Therefore, since the pressure amplitude of the working gas can be maintained at the maximum value and the amount of cold generated in the low-temperature chamber 6 can be maintained at the maximum value, the movable coil 20 does not collide with the housing 21 or the yoke 27 and is damaged, and the cool-down time is reduced. Can be shortened. On the other hand, in the constant temperature compensation mode, the power operation is always performed in consideration of the Carnot efficiency based on the target low temperature room temperature and high temperature room temperature, so that the compensation characteristics when considered as a thermal control system are uniform regardless of the target low temperature room temperature and high temperature room temperature. Therefore, the temperature stability and the response speed can be made uniform.
Further, since the power operation range in the constant temperature compensation mode is limited to a value at which the piston amplitude becomes the maximum value of the movable range by the power limiter 53, even if the cooling performance of the refrigerator is deteriorated, the movable coil 20 is moved to the housing 21 or the housing 21. York 2
7 can be functioned as a refrigerator until the piston amplitude reaches the maximum value of the movable range without being damaged by the collision.

【００２９】ここで温度検出器５４の取付位置は圧縮機
１の外部表面でなく膨張機２の高温室７の外部表面でも
よい。また、第２の電力量補正モジュール４４は電気回
路で構成してもよいし、電力量制御器３６を例えばマイ
クロプロセッサとしたときのソフトウェアモジュールで
もよく、実現方法はハードウェア、ソフトウェアを問わ
ない。また、高温室温度がピストン振幅にあたえる影響
と低温室温度がピストン振幅にあたえる影響とが独立と
みなせない場合には、例えば電力量制御器３６をマイク
ロプロセッサで構成して、高温室温度と低温室温度の２
変数を入力し両変数の高次関数としてピストン振幅が最
大となる電力を出力するソフトウェアモジュールを設
け、第１の電力補正モジュール４１と第２の電力補正モ
ジュール４４の代わりに配置すればよい。Here, the temperature detector 54 may be mounted not on the outer surface of the compressor 1 but on the outer surface of the high temperature chamber 7 of the expander 2. Further, the second power amount correction module 44 may be configured by an electric circuit, or may be a software module when the power amount controller 36 is, for example, a microprocessor, and the realization method is not limited to hardware or software. If the effect of the high-temperature chamber temperature on the piston amplitude and the effect of the low-temperature chamber temperature on the piston amplitude cannot be considered to be independent, for example, the electric energy controller 36 may be configured by a microprocessor so that the high-temperature chamber temperature and the low-temperature Room temperature 2
A software module for inputting variables and outputting power at which the piston amplitude becomes maximum as a higher-order function of both variables may be provided, and may be disposed instead of the first power correction module 41 and the second power correction module 44.

【００３０】実施の形態４図４はこの発明の実施の形態４を示すスターリング冷凍
機構成図である。１から３５，３７，４０から４３は上
記従来装置と同一のものであり、ここでは省略する。図
において３９はスターリング冷凍機が置かれた環境の温
度を検出する温度検出器であり、この温度検出器３９の
出力端は熱量利得補償モジュール５２及び温度−圧力変
換モジュール５６に接続されている。ここで環境温度は
作動ガス圧力に比例するとみなす。温度−圧力変換モジ
ュール５６は環境温度信号を作動ガス圧力信号に変換す
る。圧力信号は第２の電力量補正モジュール４４に入力
される。第２の電力量補正モジュール４４は、圧力が高
いときほどリニアモータ２９への供給電力量を増大させ
るよう操作する。圧力に対する電力の変化量は、この場
合、ガス圧力に対する支持ばね１８とピストン１６から
形成されるばね−質量系の共振周波数の変化から逆算し
て、常にピストンの振幅が可動範囲の最大値になるよう
な値に定める。一方、熱量利得補償モジュール５２は、
高温室温度と低温室温度から求まるカルノー効率の逆数
を出力する。ここで環境温度と高温室温度を同一とみな
す。また電力リミッタ５３は定温補償モジュール４２と
熱量利得補償モジュール５２によって操作される電力量
が、ピストン振幅が可動範囲を越える値とならないよう
に電力量を制限する。この制限値は第１の電力量補正モ
ジュール４１及び第２の電力量補正モジュール４４によ
り操作された電力量に一致する。よって電力リミッタ５
３は第１の電力量補正モジュール４１及び第２の電力量
補正モジュール４４により操作された電力量と、定温補
償モジュール４２及び熱量利得補償モジュール５２によ
り操作された電力量とを比較して、どちらか小さい方の
値を出力するようにする。電力量制御器３６はクールダ
ウンモードには第１の電力量補正モジュール４１と第２
の電力量補正モジュール４４と起動時電力量制御モジュ
ール４３による操作を積算して電力量を決め、また定温
補償モードには定温補償モジュール４２と熱量利得補償
モジュール５２と電力リミッタ５３と起動時電力量制御
モジュール４３による操作を積算して電力量を決定す
る。Fourth Embodiment FIG. 4 is a configuration diagram of a Stirling refrigerator showing a fourth embodiment of the present invention. Reference numerals 1 to 35, 37, and 40 to 43 are the same as those of the above-described conventional device, and thus are omitted here. In the figure, reference numeral 39 denotes a temperature detector for detecting the temperature of the environment where the Stirling refrigerator is placed. The output terminal of the temperature detector 39 is connected to the calorie gain compensation module 52 and the temperature-pressure conversion module 56. Here, it is assumed that the environmental temperature is proportional to the working gas pressure. The temperature-pressure conversion module 56 converts an environmental temperature signal into a working gas pressure signal. The pressure signal is input to the second power amount correction module 44. The second power correction module 44 operates to increase the power supplied to the linear motor 29 as the pressure increases. In this case, the amount of change in the power with respect to the pressure is calculated in reverse from the change in the resonance frequency of the spring-mass system formed by the support spring 18 and the piston 16 with respect to the gas pressure, so that the amplitude of the piston always becomes the maximum value of the movable range. It is set to such a value. On the other hand, the calorie gain compensation module 52
It outputs the reciprocal of the Carnot efficiency obtained from the high temperature room temperature and the low temperature room temperature. Here, the environmental temperature and the high-temperature room temperature are regarded as the same. The power limiter 53 limits the amount of power operated by the constant temperature compensation module 42 and the calorific value gain compensation module 52 so that the piston amplitude does not exceed the movable range. This limit value corresponds to the amount of power operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44. Therefore, the power limiter 5
3 compares the power amount operated by the first power amount correction module 41 and the second power amount correction module 44 with the power amount operated by the constant temperature compensation module 42 and the heat amount gain compensation module 52, Or the smaller value is output. The power controller 36 is connected to the first power correction module 41 and the second power controller 41 in the cool-down mode.
The power amount is determined by integrating the operations of the power amount correction module 44 and the start-up power amount control module 43, and in the constant temperature compensation mode, the constant temperature compensation module 42, the heat amount gain compensation module 52, the power limiter 53, the start time power amount The operation by the control module 43 is integrated to determine the electric energy.

【００３１】このように構成された冷凍機では、起動時
電力量制御モジュール４３による起動時制御後のクール
ダウンモードにおいては、リニアモータ２９に供給され
る電力量について常に低温室６の温度に対応した補正と
スターリング冷凍機の外部環境温度に対応した補正がな
され、ピストン１３は従来の冷凍機と比較して振幅を精
度良く可動範囲の最大値に保って動作することができ
る。したがって、作動ガスの圧力振幅を最大値に保ち低
温室６に発生する冷熱量を最大値に維持できるので、可
動コイル２０をハウジング２１やヨーク２７に衝突させ
て破損することなく、クールダウンタイムを短縮でき
る。一方定温補償モードでは目標低温室温度と高温室温
度によって常にカルノー効率を考慮した電力操作を行う
ので、熱制御系としてとらえた場合の補償特性が目標低
温室温度や高温室温度によらず均一になり、温度安定性
や応答速度を均一にすることができる。また、定温補償
モードにおける電力操作範囲は、電力リミッタ５３によ
りピストン振幅が可動範囲の最大値となる値を上限とし
ているので、冷凍機の冷却性能が劣化してきても、可動
コイル２０をハウジング２１やヨーク２７に衝突させて
破損することなく、ピストン振幅が可動範囲の最大値と
なるまで冷凍機として機能することができる。In the refrigerator configured as described above, in the cool-down mode after the start-time control by the start-time power amount control module 43, the amount of power supplied to the linear motor 29 always corresponds to the temperature of the low-temperature chamber 6. Thus, the piston 13 can be operated with the amplitude kept at the maximum value of the movable range with higher precision as compared with the conventional refrigerator. Therefore, since the pressure amplitude of the working gas can be maintained at the maximum value and the amount of cold generated in the low-temperature chamber 6 can be maintained at the maximum value, the movable coil 20 does not collide with the housing 21 or the yoke 27 and is damaged, and the cool-down time is reduced. Can be shortened. On the other hand, in the constant temperature compensation mode, the power operation is always performed in consideration of the Carnot efficiency based on the target low temperature room temperature and high temperature room temperature. Therefore, the temperature stability and the response speed can be made uniform. Further, since the power operation range in the constant temperature compensation mode is limited to a value at which the piston amplitude becomes the maximum value of the movable range by the power limiter 53, even if the cooling performance of the refrigerator is deteriorated, the movable coil 20 is moved to the housing 21 or the housing 21. It can function as a refrigerator until the piston amplitude reaches the maximum value of the movable range without being damaged by the collision with the yoke 27.

【００３２】ここで、第２の電力量補正モジュール４４
は電気回路で構成してもよいし、電力量制御器３６を例
えばマイクロプロセッサとしたときのソフトウェアモジ
ュールでもよく、実現方法はハードウェア、ソフトウェ
アを問わない。また、環境温度がピストン振幅にあたえ
る影響と低温室温度がピストン振幅にあたえる影響とが
独立とみなせない場合には、例えば電力量制御器をマイ
クロプロセッサで構成して、環境温度と低温室温度の２
変数を入力し両変数の高次関数としてピストン振幅が最
大となる電力を出力するソフトウェアモジュールを設
け、第１の電力補正モジュール４１と第２の電力補正モ
ジュール４４の代わりに配置すればよい。Here, the second power amount correction module 44
May be constituted by an electric circuit, or may be a software module when the electric energy controller 36 is, for example, a microprocessor, and the realization method is not limited to hardware or software. If the effect of the environmental temperature on the piston amplitude and the effect of the low-temperature chamber temperature on the piston amplitude cannot be considered to be independent, for example, a power amount controller may be configured with a microprocessor to determine the relationship between the environmental temperature and the low-temperature room temperature. 2
A software module for inputting variables and outputting power at which the piston amplitude becomes maximum as a higher-order function of both variables may be provided, and may be disposed instead of the first power correction module 41 and the second power correction module 44.

【００３３】スターリング冷凍機の外部環境温度による
電力量補正を行った場合でも、圧縮機１の内部の作動ガ
ス温度による電力量補正を行った場合とほぼ同様の冷凍
機動作が得られることを以下に説明する。冷凍機が動作
していない状態においては、圧縮機１の内部の作動ガス
温度と環境温度とは同値である。冷凍機が起動すると、
圧縮機１の内部の作動ガス温度は環境温度に対して徐々
に上昇し、圧縮機１の熱抵抗によって決まる、ある一定
の温度差を保つようになるが、その上昇速度は低温室６
の温度の環境温度に対する下降速度よりも遅い。さら
に、低温室６の温度の下降にともない、圧縮抵抗の変化
はガス粘性増加による圧縮抵抗増加分が支配的となる。
すなわち、クールダウンモードにおいて低温室６の温度
がまだ大きく低下していない時期には圧縮機１の内部の
作動ガス温度と環境温度はほぼ同値であり、低温室６の
温度が低下すると圧縮抵抗の変化に及ぼす影響が相対的
に小さくなる。したがって、スターリング冷凍機の外部
環境温度を圧縮機１の内部の作動ガス温度とみなして補
正を行っても、圧縮機１の内部の作動ガス温度を直接検
知して補正した場合とほぼ同様の冷凍機動作となる。こ
の場合、圧縮機１の内部の作動ガス温度は必ず環境温度
よりも高いので、圧縮機１の内部の作動ガス温度を直接
検知して補正した場合にくらべ、ピストン振幅は小さく
なる傾向にある。よって、ガス温度を直接検知して補正
した場合にくらべ、クールダウンタイム短縮効果が小さ
くなる傾向にあるが、可動コイル２０のハウジング２１
やヨーク２７への衝突や破損が起こることはない。厳密
には、冷却性能の劣化が進むにつれて環境温度とガス温
度の差は大きくなる。よって冷却性能の劣化にともな
い、ガス温度やガス圧力を直接検出した場合と比べて誤
差が大きくなる。しかしながら従来の冷凍機より精度良
くピストンの振幅を可動範囲の最大値に保つことができ
る。これにより、部品の衝突や破損を防ぎ、且つクール
ダウンタイムを短縮できる。またこの方法によれば、圧
縮機１の内部に温度検出器を設けて圧縮機１の内部の作
動ガス温度を直接検知しなくてよいので、圧縮機１の構
造が複雑にならない。また、従来のスターリング冷凍機
に対してスターリング冷凍機の外部環境温度を検出する
温度検出器を新たに設置し、この方法を適用することは
容易である。It will be described that, even when the electric energy correction based on the external environment temperature of the Stirling refrigerator is performed, substantially the same refrigerator operation can be obtained as when the electric power correction based on the working gas temperature inside the compressor 1 is performed. Will be described. When the refrigerator is not operating, the temperature of the working gas inside the compressor 1 is equal to the environmental temperature. When the refrigerator starts,
The temperature of the working gas inside the compressor 1 gradually rises with respect to the ambient temperature, so that a certain temperature difference determined by the thermal resistance of the compressor 1 is maintained.
Is slower than the rate of decrease of the temperature with respect to the ambient temperature. Further, as the temperature of the low-temperature chamber 6 decreases, the change in the compression resistance is dominated by the increase in the compression resistance due to the increase in the gas viscosity.
That is, in the cool-down mode, the temperature of the working gas inside the compressor 1 and the environmental temperature are almost the same when the temperature of the low-temperature chamber 6 has not yet greatly decreased, and when the temperature of the low-temperature chamber 6 decreases, the compression resistance decreases. The effect on the change is relatively small. Therefore, even if the external environment temperature of the Stirling refrigerator is corrected assuming that it is the working gas temperature inside the compressor 1, almost the same refrigeration as when the working gas temperature inside the compressor 1 is directly detected and corrected. Machine operation. In this case, since the working gas temperature inside the compressor 1 is always higher than the ambient temperature, the piston amplitude tends to be smaller than when the working gas temperature inside the compressor 1 is directly detected and corrected. Therefore, compared with the case where the gas temperature is directly detected and corrected, the effect of reducing the cool-down time tends to be smaller.
No collision or damage to the yoke 27 occurs. Strictly speaking, the difference between the environmental temperature and the gas temperature increases as the cooling performance deteriorates. Therefore, an error increases as the cooling performance deteriorates as compared with the case where the gas temperature and the gas pressure are directly detected. However, the amplitude of the piston can be maintained at the maximum value of the movable range with higher accuracy than the conventional refrigerator. As a result, collision and breakage of components can be prevented, and the cool down time can be reduced. Further, according to this method, it is not necessary to provide a temperature detector inside the compressor 1 and directly detect the working gas temperature inside the compressor 1, so that the structure of the compressor 1 is not complicated. In addition, it is easy to newly install a temperature detector for detecting the external environment temperature of the Stirling refrigerator with respect to the conventional Stirling refrigerator and apply this method.

【００３４】[0034]

【発明の効果】第１の発明によれば、従来の低温室温度
による電力量補正に加え、圧縮機内部の作動ガス圧力に
よる電力量補正を行うので、クールダウンモードにおい
て従来より精度良くピストンの振幅を可動範囲の最大値
に保つことができる。これにより、部品の衝突や破損を
防ぎ、且つクールダウンタイムを短縮できる。According to the first aspect of the invention, in addition to the conventional electric power correction based on the low temperature chamber temperature, the electric power correction based on the working gas pressure inside the compressor is performed. The amplitude can be kept at the maximum value of the movable range. As a result, collision and breakage of components can be prevented, and the cool down time can be reduced.

【００３５】第２の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、圧縮機内部の作動ガス圧力によ
る電力量補正を行って、目標低温室温度や高温室温度に
よらず熱制御系の補償特性を均一にできるので、低温室
温度の安定精度を均一にすることができる。According to the second aspect, in addition to the conventional electric power correction based on the low-temperature chamber temperature, the electric power correction based on the working gas pressure inside the compressor is performed, so that the heat is corrected irrespective of the target low-temperature chamber temperature or high-temperature chamber temperature. Since the compensation characteristics of the control system can be made uniform, the stability accuracy of the low-temperature room temperature can be made uniform.

【００３６】第３の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、圧縮機内部の作動ガス温度によ
る電力量補正を行うので、クールダウンモードにおいて
従来より精度良くピストンの振幅を可動範囲の最大値に
保つことができる。これにより、部品の衝突や破損を防
ぎ、且つクールダウンタイムを短縮できる。According to the third aspect of the invention, in addition to the conventional electric power correction based on the low temperature chamber temperature, the electric power correction based on the working gas temperature inside the compressor is performed. The maximum value of the movable range can be maintained. As a result, collision and breakage of components can be prevented, and the cool down time can be reduced.

【００３７】第４の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、圧縮機内部の作動ガス温度によ
る電力量補正を行って、目標低温室温度や高温室温度に
よらず熱制御系の補償特性を均一にできるので、低温室
温度の安定精度を均一にすることができる。According to the fourth aspect of the invention, in addition to the conventional electric power correction based on the low-temperature chamber temperature, the electric power correction based on the working gas temperature inside the compressor is performed, so that the heat is corrected irrespective of the target low-temperature chamber temperature or the high-temperature chamber temperature. Since the compensation characteristics of the control system can be made uniform, the stability accuracy of the low-temperature room temperature can be made uniform.

【００３８】第５の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、圧縮機の外部表面温度による電
力量補正を行うので、クールダウンモードにおいて従来
より精度良くピストンの振幅を可動範囲の最大値に保つ
ことができる。この場合、ガス温度を直接検知しない
が、圧縮機の外部表面温度と圧縮機内部の作動ガス温度
とはほぼ同値である。したがってガス温度を直接検知し
た場合より僅かに精度は悪くなるが、ほぼ同様の効果が
得られる。これにより、部品の衝突や破損を防ぎ、且つ
クールダウンタイムを短縮できる。圧縮機外部に温度検
知器を設置するため圧縮機の構造が複雑にならず、また
従来の冷凍機への取付が容易である。According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the conventional electric power correction based on the low-temperature chamber temperature, the electric power correction based on the external surface temperature of the compressor is performed. It can be kept at the maximum value of the range. In this case, the gas temperature is not directly detected, but the external surface temperature of the compressor and the working gas temperature inside the compressor are almost the same value. Therefore, although the accuracy is slightly lower than in the case where the gas temperature is directly detected, substantially the same effect can be obtained. As a result, collision and breakage of components can be prevented, and the cool down time can be reduced. Since the temperature detector is installed outside the compressor, the structure of the compressor is not complicated, and the compressor can be easily attached to a conventional refrigerator.

【００３９】第６の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、圧縮機の外部表面温度による電
力量補正を行って、目標低温室温度や高温室温度によら
ず熱制御系の補償特性を均一にできるので、低温室温度
の安定精度を均一にすることができる。圧縮機外部に温
度検知器を設置するため圧縮機の構造が複雑にならず、
また従来の冷凍機への取付が容易である。According to the sixth aspect of the invention, in addition to the conventional electric power correction based on the low-temperature room temperature, the electric power correction based on the external surface temperature of the compressor is performed, so that the heat control can be performed regardless of the target low-temperature room temperature or the high-temperature room temperature. Since the compensation characteristics of the system can be made uniform, the stability accuracy of the low-temperature room temperature can be made uniform. Since the temperature detector is installed outside the compressor, the structure of the compressor is not complicated,
Also, it is easy to attach to a conventional refrigerator.

【００４０】第７の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、冷凍機の環境温度による電力量
補正を行うので、クールダウンモードにおいて従来より
精度良くピストンの振幅を可動範囲の最大値に保つこと
ができる。この場合、作動ガス温度を直接検知しない
が、作動ガス温度の影響が大きい起動直後は、作動ガス
温度と環境温度は同一とみなせるので、作動ガス温度を
直接検知した場合と同様の効果が得られる。これによ
り、部品の衝突や破損を防ぎ、且つクールダウンタイム
を短縮できる。圧縮機外部に温度検知器を設置するため
圧縮機の構造が複雑にならず、また従来の冷凍機への取
付が容易である。According to the seventh aspect, in addition to the conventional electric power correction based on the low-temperature room temperature, the electric power correction based on the environmental temperature of the refrigerator is performed. Can be kept at the maximum value. In this case, the working gas temperature is not directly detected, but immediately after start-up, where the influence of the working gas temperature is large, the working gas temperature and the environmental temperature can be regarded as the same, so that the same effect as when the working gas temperature is directly detected can be obtained. . As a result, collision and breakage of components can be prevented, and the cool down time can be reduced. Since the temperature detector is installed outside the compressor, the structure of the compressor is not complicated, and the compressor can be easily attached to a conventional refrigerator.

【００４１】第８の発明によれば、従来の低温室温度に
よる電力量補正に加え、冷凍機の環境温度による電力量
補正を行って、目標低温室温度や高温室温度によらず熱
制御系の補償特性を均一にできるので、低温室温度の安
定精度を均一にすることができる。圧縮機外部に温度検
知器を設置するため圧縮機の構造が複雑にならず、また
従来の冷凍機への取付が容易である。According to the eighth aspect, in addition to the conventional electric power correction based on the low-temperature room temperature, the electric power correction based on the environmental temperature of the refrigerator is performed, so that the thermal control system can be performed irrespective of the target low-temperature room temperature or the high-temperature room temperature. Can be made uniform, so that the stability accuracy of the low temperature room temperature can be made uniform. Since the temperature detector is installed outside the compressor, the structure of the compressor is not complicated, and the compressor can be easily attached to a conventional refrigerator.

[Brief description of the drawings]

【図１】この発明によるスターリング冷凍機の実施の
形態１を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of a Stirling refrigerator according to the present invention.

【図２】この発明によるスターリング冷凍機の実施の
形態２を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing Embodiment 2 of the Stirling refrigerator according to the present invention.

【図３】この発明によるスターリング冷凍機の実施の
形態３を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing Embodiment 3 of a Stirling refrigerator according to the present invention.

【図４】この発明によるスターリング冷凍機の実施の
形態４を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing Embodiment 4 of a Stirling refrigerator according to the present invention.

【図５】低温室温度一定とした場合のガス圧力とピス
トン振幅を一定にする電力との関係図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the gas pressure and the electric power for making the piston amplitude constant when the low-temperature chamber temperature is constant.

【図６】低温室温度とガス圧力とピストン振幅を一定
にする電力との関係図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship among low-temperature chamber temperature, gas pressure, and electric power for making the piston amplitude constant.

【図７】従来のスターリング冷凍機を示す図である。FIG. 7 is a view showing a conventional Stirling refrigerator.

【図８】従来のスターリング冷凍機において入力電力
量一定且つ低温室温度一定とした場合の、圧縮室内部の
作動ガス温度とピストンの振幅の関係図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the working gas temperature inside the compression chamber and the amplitude of the piston when the input power is constant and the low-temperature chamber temperature is constant in the conventional Stirling refrigerator.

[Explanation of symbols]

１圧縮機２膨張機３第２のシリンダ４共振ばね５ディスプレーサ６低温室７高温室８再生器９ガス通気孔１０ガス通気孔１１蓄冷材１２シール１３シール１４連結管１５作動室１６ピストン１７シリンダ１８支持ばね１９スリーブ２０可動コイル２１ハウジング２２リード線２３リード線２４第１の電気接点２５第２の電気接点２６環状永久磁石２７ヨーク２８間隙２９リニアモータ３０圧縮室３１シール３２シール３５電源３６電力量制御器３７温度検出器３８圧力検出器３９温度検出器４０スイッチ４１第１の電力量補正モジュール４２定温補償モジュール４３起動時電力制御モジュール４４第２の電力量補正モジュール５１温度検出器５２熱量利得補償モジュール５３電力リミッタ５４温度検出器５５圧力−温度変換モジュール５６温度−圧力変換モジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Expander 3 2nd cylinder 4 Resonance spring 5 Displacer 6 Low temperature room 7 High temperature room 8 Regenerator 9 Gas vent 10 Gas vent 11 Cold storage material 12 Seal 13 Seal 14 Connecting pipe 15 Working chamber 16 Piston 17 Cylinder Reference Signs List 18 support spring 19 sleeve 20 movable coil 21 housing 22 lead wire 23 lead wire 24 first electrical contact 25 second electrical contact 26 annular permanent magnet 27 yoke 28 gap 29 linear motor 30 compression chamber 31 seal 32 seal 35 power supply 36 power Amount controller 37 Temperature detector 38 Pressure detector 39 Temperature detector 40 Switch 41 First power amount correction module 42 Constant temperature compensation module 43 Start-up power control module 44 Second power amount correction module 51 Temperature detector 52 Calorie gain Compensation module 53 Force limiter 54 temperature detector 55 pressure - temperature conversion module 56 Temperature - Pressure conversion module

フロントページの続き (56)参考文献特開平６−207757（ＪＰ，Ａ) 特開平４−217753（ＪＰ，Ａ) 特開平３−211368（ＪＰ，Ａ) 特開平１−114673（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−242772（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 9/14 520 Continuation of the front page (56) References JP-A-6-207757 (JP, A) JP-A-4-217753 (JP, A) JP-A-3-211368 (JP, A) JP-A-1-114467 (JP) , A) JP-A-62-242772 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) F25B 9/14 520

Claims

(57) [Claims]

1. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. A pressure detector that detects a working gas pressure inside the compressor, a temperature detector that detects a temperature of the expander, a detection pressure of the pressure detector, and a detection of the temperature detector. A refrigerating machine comprising: a power correction module that obtains a change in compression resistance from a temperature and increases or decreases the power supplied to the compressor in proportion to the change in compression resistance.

2. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. A pressure detector that detects a working gas pressure inside the compressor, a temperature detector that detects a temperature of the expander, and the expander that keeps the temperature of the expander constant. A constant temperature compensation module that performs power operation based on the difference between the target temperature and the detected temperature, and the constant temperature compensation module in inverse proportion to the Carnot efficiency obtained from the detected pressure of the pressure detector and the detected temperature of the temperature detector. A refrigerator comprising: a calorie gain compensation module for increasing or decreasing the amount of electric power operation.

3. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. A refrigerator equipped with a temperature detector installed inside the compressor and detecting the temperature of the working gas inside the compressor, a temperature detector that detects the temperature of the expander, and a temperature detector that detects the temperature of the expander. A power correction module that obtains a change in compression resistance from the detected temperature and increases or decreases the power supplied to the compressor in proportion to the change in compression resistance.

4. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. A refrigerator equipped with a temperature detector installed inside the compressor and detecting the temperature of the working gas inside the compressor, a temperature detector that detects the temperature of the expander, and the temperature of the expander. A constant temperature compensation module that performs power operation based on the difference between the target temperature and the detected temperature of the expander so as to keep the temperature constant; and a constant temperature compensation module that is inversely proportional to the Carnot efficiency obtained from the detected temperatures of the two temperature detectors. A refrigerator comprising: a calorie gain compensation module for increasing or decreasing the amount of electric power operation.

5. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. A temperature detector that detects the external surface temperature of the compressor, a temperature detector that detects the temperature of the expander, and determines the compression resistance fluctuation from the detected temperatures of the two temperature detectors. A refrigerating machine comprising: a power correction module for increasing or decreasing the power supplied to the compressor in proportion to a resistance change.

6. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. In the refrigerator equipped with, a temperature detector for detecting the external surface temperature of the compressor, a temperature detector for detecting the temperature of the expander, and the expander of the expander to keep the temperature of the expander constant A constant temperature compensation module that performs power operation based on the difference between the target temperature and the detected temperature, and increases or decreases the power operation amount of the constant temperature compensation module in inverse proportion to the Carnot efficiency obtained from the external surface temperature of the compressor and the expander temperature. A refrigerating machine comprising:

7. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. In a refrigerator equipped with, a temperature detector for detecting the external environment temperature, a temperature detector for detecting the temperature of the expander,
A refrigerating machine comprising: a power correction module that obtains a change in compression resistance from the temperatures detected by the two temperature detectors and increases or decreases the power supplied to the compressor in proportion to the change in compression resistance.

8. A compressor, an expander connected to the compressor via a connecting pipe, a power supply for supplying power to the compressor, and a power controller for controlling power to be supplied to the compressor. In a refrigerator equipped with, a temperature detector for detecting the external environment temperature, a temperature detector for detecting the temperature of the expander,
A constant temperature compensation module that performs power operation based on a difference between a target temperature and a detected temperature of the expander so as to keep the temperature of the expander constant; and a Carnot efficiency that is inversely proportional to the Carnot efficiency obtained from the detected temperatures of the two temperature detectors. And a calorie gain compensation module for increasing or decreasing the power operation amount of the constant temperature compensation module.