JPH01281372A - Cooling device - Google Patents

Cooling device

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Publication number
JPH01281372A
JPH01281372A JP11131788A JP11131788A JPH01281372A JP H01281372 A JPH01281372 A JP H01281372A JP 11131788 A JP11131788 A JP 11131788A JP 11131788 A JP11131788 A JP 11131788A JP H01281372 A JPH01281372 A JP H01281372A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
coil
cooling system
heat
displacer
cooled
Prior art date
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Pending
Application number
JP11131788A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Kazumoto
数本 芳男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP11131788A priority Critical patent/JPH01281372A/en
Publication of JPH01281372A publication Critical patent/JPH01281372A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Landscapes

  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To maintain a high efficiency operation constantly, by dividing an electric motor into two parts, adopting superconductive material for a coil of one part of the motor which is cooled by an auxiliary cooling system. CONSTITUTION:At starting-up of a cooling device, No.2 electric terminals 58 and 59 are connected to an alternative current power source which is equal to the resonance frequency of the system to generate cold heat in an expansion space 6 in a main cooling system and in No.2 expansion space 38 in an auxiliary cooling system 40 respectively. During this process, the low temperature part of No.2 cold finger 36 and a linear motor 28 are rapidly cooled because the low temperature part of the auxiliary cooling system is heat-insulated by a vacuum Dewar vessel 31. At this time, when the temperature of a coil 23 composed of superconductive material falls enough below the critical temperature, the coil 23 reaches superconductive state. Then, the power source connected to the terminals 58 and 59 is switched to terminals 26 and 27 to supply electric current to the coil 23. The electric power supplied to the linear motor 28 is effectively consumed for driving a piston 2 with less heat generation on the coil 23.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、スターリング冷却機等の各種1了の)h却
、冷凍、冷蔵、空調等に用いられるガス冷却機に関する
ものである。
The present invention relates to a gas cooler used for cooling, freezing, refrigeration, air conditioning, etc., such as a Stirling cooler.

【従来の技術】[Conventional technology]

第3図は特願昭62−270998号に示された従来の
スターリング冷却機の概略構成を示す断西側面図である
。図において、1はシリンダであり、このシリンダ1の
内部でピストン2が往復運動を行う。3はコールドフィ
ンガであり、作動ガスの圧力変動によって往復運動する
ディスプレーサ4を内包すると共に、その下部は連通管
5によりシリンダ1と連通している。ディスプレーサ4
の上部の作動表面4hは膨張空間6の境界をなしており
、圧縮空間7と共に作動空間を構成する。 ディスプレーサ4内に備えろ蓄熱器8は中心孔9を経て
その下側の作動ガスに通ずると共に、中心孔10と半径
方向流通ダクト11を経て上側の作動ガスに通ずること
ができる。また、この機械では膨張させられた冷作動ガ
スと冷却すべき物体の間の熱交換のための熱交換器とし
てフリーザ12を備又でいる。 ピストン2はシール13,14を備え、ディスプレーサ
4とコールドフィンガ3の間にはシール15.16を備
えろ。また、ビス)・ン2はその下側に硬紙又はアルミ
ニウムのごとき非磁性及び非磁化材料から成る軽量のス
リーブ17を備えている。スリーブ17には環状永久磁
石18が固定され、ピストン2の軸線方向に環状間隙1
9内で往復運動できるようになっている。環状間隙19
内には、環状永久磁石is、軟鉄環状ディスク20゜軟
鉄シリンダ21及び軟鉄円形ディスク22から成る閉磁
気回路によって半径方向に磁界が作られている。さらに
、軟鉄シリンダ21には超−導体から成る導電体が巻き
付けられてコイル23を形成し、このコイル23はシリ
ンダ1の壁を通すリード線24.25に接続され、これ
らのリード線24.25はシリンダ1の外部でそれぞれ
電気端子26,27に接続されている。前記したスリー
ブ17.環状永久磁石18.環状間隙19.軟鉄環状デ
ィスク20.軟鉄シリンダ21.軟鉄円形ディスク22
.コイル23及びリード1i24.25は全体としてピ
ストン駆動用のりニアモータ28を構成している。 ピストン2及びディスプレーサ4ばそれぞれピストン用
弾性部材29とディスプレーサ用弾性部材30を介して
シリンダ1及びコールドフィンガ3に往復動可能に係合
され、ビスI・ン2及びディスプレーサ4の静止時の固
定位置及び運転時の中立位置を定めている。さらに、真
空デユワ−31はシール32及びボルト33によりフラ
ンジ34に気密に締結され、真空デユワ−31内を真空
ポンプ(図示しない)によって排気することにより、外
界から低温部への熱の侵入を防止するようになっている
。35は被冷却体であり、コールドフィンガ3内の1l
fi空間6及びフリーザ12から成る低温部に熱的に接
触し、このため冷却機によって冷却されるようになって
いる。 36は第2コールドフインガであり・作動ガスの圧力変
動による往復運動する第2デイスプレーサ37を内包し
ている。第2デイスプレーサ37の下部の作動表面37
aは第211!張空間38の境界をなしており、この第
2膨張空間38はピストン2の作動表面2BPディスプ
レーサ4の作動表面4a及び第2デイスプレーサ37の
作動表面37bに囲まれた圧縮空間7と共に、膨張空間
6と圧縮空間7から構成される主冷却系統39に対して
副冷却系統40の作動空間を構成している。第2デイス
プレーサ37は第2蓄熱器41を備丸、この第2蓄熱昭
41はその上部ζこある中心孔42を介して圧縮空間7
に連通し、また、その下部にある中心孔43及び第2半
径方向流通ダクト44を介して第2膨張空間38に連通
している。さらに、第2デイスプレーサ37は圧縮空間
7から第2膨張空間38へ流れるガスが第2蓄熱器41
を通るよう強制するシール45.46を備えている。 第2半径方向流通グケl−44の出口付近には、熱交換
器として作動空間内で発生した冷熱を外部に取出す第2
77)−ザ47が設けられ、第2コールドフインが36
に隣接して配置されたりニアモータ28が上記副冷却系
統40の低温部で発生した冷熱により冷却されるよう構
成されている。第2デイスプレーサ37は第2ディスブ
1−サ用弾性部材48を介してシリンダ1に往復動可能
に係合され、第2デイプし・−サ37の静止時の固定位
置及び運転時の中心位置を定めている。 次に、前記した従来のスターリシグ冷却機の動作につい
て説明する。電気端子26.27に系の共振周波数に等
しい交流電源(図示しない)を接続すると、コイル23
には円周方向の交番電流が流れ、この交番電流と環状永
久磁石18の作る半径方向の磁場との相互作用によって
コイル23にCよ軸方向に周期的なゴーレンツ力が働・
く。その結果ピストン2.スリーブ17及び環状永久磁
石18から構成されろ組立体とピストン用弾性部材29
から成る系は共振状態となり、前記組立体は軸方向に振
動する。ピストン2の振動は、圧縮空間7.1歪量間6
.連通管5.W熱器8.中心孔9゜中心孔10.半径方
向流通グ’j I−11、フリーザ12、第2膨張空間
38.第2扉熱PJ41.中心孔42.中心孔43.第
2半径方向流通グクト44、及び第2フリーザ47から
成る作動空間内に封入された作動ガスに周期的に圧力変
化をもたらすと共に、蓄熱器8を通過するガスの流量変
化によりディスプレーサ4に又、第2蓄熱器41を通過
するガスの流量変化に、より第2デイスプレーサ37に
周期的な軸方向の交番振動力を生じせしめろ。このよう
にして、蓄熱器8を含むディスプレーサ4及び第2蓄熱
器41を含む。第2デイスプレーサ37は、ピストン2
と同じ周波数で、かつ、異なった位相でコールドフィン
ガ3及び第2コールドフインガ36内を軸方向に往復運
動することになる。ディスプレーサ4及び第2デイスプ
レーサ37が上記圧力変動と適当な位相関係を保って往
復運動するとき、前記作動空間内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的サ
イクルを構成し、主冷却系統39にあっては膨張空間6
内に冷熱が発生し、また、副冷却系統40にあっては第
2膨張空間38内に冷熱を発生する。前記「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
rCryocool、ersJ  (G、  Walk
er、Plenum  Press、New  Yor
k、1983、PP・177〜123)に詳細に説明さ
れている。以下に、その原理について簡単に説明する。 ピストン2により圧縮された圧縮空間7内のガスは連通
管5を経て流れる間に圧縮熱が冷却され、中心孔9.i
!Ffi18に流れ込む。蓄熱″Ii8では半サイクル
前に蓄えられた冷熱により予冷され、作動ガスは、さら
に中心孔10.半径方向流通グクト11及びフリーザ1
2を通って膨張空間6内に入る。そして、大部分の作動
ガスが膨張空間6内に入ると膨張が始まり、膨張空間6
内に冷熱を発生する。作動ガスは、次に逆の順序で蓄熱
器8に冷熱を放出しながら流路を戻り圧縮空間7内に入
る。この時、フリーザ12内で外部から熱を奪いその外
部を冷却する。しかして、大部分の作動ガスが圧縮空間
7内に戻ると再び圧縮が始まり、次のサイクルに移行す
る。以上のようなプロセスにより、上記[逆スターリン
グサイクル」が完成して冷熱が発生する。 尚、以上では、主冷却系統39を例にとって説明したが
、副冷却系統40も全く同じ作用により主として第2膨
張空R38及び第2フリーザ47内に冷熱を発生する。 一方、冷却機運転時コイル23にはそのコイル23の電
気抵抗Rと流れている電流■によってR■2に等しいジ
ュール発熱が生じている。また、副冷却系統40の低温
部は真空デユワ−31により断熱されているために結局
、冷却機の副冷却系統40の冷却能力〉ジュール光熱と
なるように冷却機を設計すれば、上式の差に等しい熱量
だけ第2コールドフインガ36の低Q116及びリニア
モータ28は冷却されて温度が降下する。 このようにして、リニアモータ28を構成する要素であ
るコイル23の1度が十分に低下し、ある一定温度、す
なわち臨界温度以下になると、超電導材料によって構成
されたコイル23は超電導状層となり電気抵抗Rが極め
て小となる。そしてこの時、リニアモータ28に入力さ
れた電力はビス!・ッ2を駆動する力として有効に消費
され、乙のt、:めに極めて効率良く、被冷却体を冷却
することができる。
FIG. 3 is a cross-sectional west side view showing the general structure of a conventional Stirling cooler disclosed in Japanese Patent Application No. 1982-270998. In the figure, 1 is a cylinder, and a piston 2 reciprocates inside this cylinder 1. Reference numeral 3 denotes a cold finger, which includes a displacer 4 that reciprocates due to pressure fluctuations of the working gas, and whose lower part communicates with the cylinder 1 through a communication pipe 5. Displacer 4
The upper working surface 4h of , delimits the expansion space 6 and together with the compression space 7 constitutes the working space. A heat accumulator 8 provided in the displacer 4 can communicate with the working gas below it via a central hole 9 and with the working gas above it via a central hole 10 and a radial flow duct 11 . This machine is also equipped with a freezer 12 as a heat exchanger for heat exchange between the expanded cold working gas and the object to be cooled. The piston 2 is provided with seals 13, 14 and between the displacer 4 and the cold finger 3 is provided with a seal 15, 16. The screw thread 2 also has a lightweight sleeve 17 on its underside made of a non-magnetic and non-magnetizable material such as hard paper or aluminum. An annular permanent magnet 18 is fixed to the sleeve 17, and an annular gap 1 is formed in the axial direction of the piston 2.
It is designed to be able to move back and forth within 9 degrees. Annular gap 19
Inside, a magnetic field is created in the radial direction by a closed magnetic circuit consisting of an annular permanent magnet IS, a soft iron annular disk 20°, a soft iron cylinder 21 and a soft iron circular disk 22. Furthermore, a conductor consisting of a superconductor is wound around the soft iron cylinder 21 to form a coil 23 which is connected to lead wires 24.25 passing through the wall of the cylinder 1 and these leads 24.25. are connected to electrical terminals 26 and 27, respectively, outside the cylinder 1. Sleeve 17 mentioned above. Annular permanent magnet 18. Annular gap 19. Soft iron annular disc 20. Soft iron cylinder 21. Soft iron circular disc 22
.. The coil 23 and the leads 1i24, 25 collectively constitute a linear motor 28 for driving the piston. The piston 2 and the displacer 4 are reciprocally engaged with the cylinder 1 and the cold finger 3 via the piston elastic member 29 and the displacer elastic member 30, respectively, and the screws I/N 2 and the displacer 4 are in fixed positions when they are stationary. and determines the neutral position during operation. Furthermore, the vacuum dewar 31 is hermetically fastened to the flange 34 with a seal 32 and bolts 33, and the inside of the vacuum dewar 31 is evacuated by a vacuum pump (not shown) to prevent heat from entering the low temperature part from the outside world. It is supposed to be done. 35 is an object to be cooled, and 1l in the cold finger 3
It is in thermal contact with a low temperature section consisting of the fi space 6 and the freezer 12, and is therefore cooled by a cooler. 36 is a second cold finger; it includes a second displacer 37 that reciprocates due to pressure fluctuations of the working gas. Lower working surface 37 of second displacer 37
a is the 211th! The second expansion space 38 bounds an expansion space 38 which, together with the compression space 7 surrounded by the working surface 2BP of the piston 2, the working surface 4a of the displacer 4 and the working surface 37b of the second displacer 37, A main cooling system 39 constituted by a space 6 and a compression space 7 constitutes an operating space for a sub-cooling system 40 . The second displacer 37 has a second heat storage device 41, and this second heat storage device 41 is connected to the compression space 7 through a central hole 42 located in the upper part of the second heat storage device 41.
It also communicates with the second expansion space 38 via a central hole 43 and a second radial flow duct 44 in its lower part. Further, the second displacer 37 is arranged such that the gas flowing from the compression space 7 to the second expansion space 38 is connected to the second heat storage device 41.
A seal 45,46 is provided to force the passage through. Near the exit of the second radial flow channel L-44, there is a second radial flow pipe that serves as a heat exchanger and extracts the cold heat generated in the working space to the outside.
77) - The 47 is provided and the second cold fin is 36
The near motor 28 is arranged adjacent to the sub-cooling system 40 and is configured to be cooled by the cold heat generated in the low-temperature section of the sub-cooling system 40. The second displacer 37 is reciprocatably engaged with the cylinder 1 via a second displacer elastic member 48, and the second displacer 37 is at a fixed position when at rest and at a center when in operation. determining the position. Next, the operation of the conventional Starisig cooler described above will be explained. When an AC power source (not shown) equal to the resonance frequency of the system is connected to the electric terminals 26 and 27, the coil 23
An alternating current flows in the circumferential direction, and the interaction between this alternating current and the radial magnetic field created by the annular permanent magnet 18 causes a periodic Golentz force to act on the coil 23 in the axial direction C.
Ku. As a result, piston 2. A filter assembly consisting of a sleeve 17 and an annular permanent magnet 18 and an elastic member 29 for the piston.
The system becomes resonant and the assembly vibrates axially. The vibration of the piston 2 is caused by the compression space 7.1 between the amount of strain 6
.. Communication pipe 5. Double heating device8. Center hole 9° Center hole 10. Radial flow group I-11, freezer 12, second expansion space 38. 2nd door heat PJ41. Center hole 42. Center hole 43. While periodically bringing about pressure changes in the working gas sealed in the working space consisting of the second radial flow gas 44 and the second freezer 47, the change in the flow rate of the gas passing through the heat storage device 8 also causes the displacer 4 to The change in the flow rate of the gas passing through the second heat storage device 41 causes a periodic axial alternating vibration force to be generated in the second displacer 37. In this way, the displacer 4 including the heat storage device 8 and the second heat storage device 41 are included. The second displacer 37 is the piston 2
The cold finger 3 and the second cold finger 36 reciprocate in the axial direction at the same frequency but with different phases. When the displacer 4 and the second displacer 37 reciprocate while maintaining an appropriate phase relationship with the pressure fluctuation, the working gas sealed in the working space undergoes a thermodynamic cycle known as the "reverse Stirling cycle". In the main cooling system 39, the expansion space 6
In addition, in the sub-cooling system 40, cold heat is generated in the second expansion space 38. Regarding the above-mentioned "reverse Stirling cycle" and its principle of cold generation, see the literature rCryocool, ersJ (G, Walk
er, Plenum Press, New Year
K, 1983, PP 177-123). The principle will be briefly explained below. While the gas in the compression space 7 compressed by the piston 2 flows through the communication pipe 5, the heat of compression is cooled and the gas in the compression space 7 is cooled down through the center hole 9. i
! Flows into Ffi18. In the heat storage "Ii8", the working gas is pre-cooled by the cold energy stored half a cycle before, and the working gas is further passed through the center hole 10, the radial flow groove 11 and the freezer 1.
2 into the expansion space 6. Then, when most of the working gas enters the expansion space 6, expansion begins, and the expansion space 6
Generates cold heat inside. The working gas then returns through the flow path and enters the compression space 7 while releasing cold heat to the heat storage device 8 in the reverse order. At this time, heat is removed from the outside within the freezer 12 to cool the outside. When most of the working gas returns to the compression space 7, compression begins again and the next cycle begins. Through the process described above, the above-mentioned "reverse Stirling cycle" is completed and cold heat is generated. Although the main cooling system 39 has been described above as an example, the sub-cooling system 40 also mainly generates cold heat in the second expansion air R38 and the second freezer 47 by the same effect. On the other hand, when the cooler is operating, Joule heat generation equal to R2 is generated in the coil 23 due to the electric resistance R of the coil 23 and the flowing current . Moreover, since the low temperature part of the sub-cooling system 40 is insulated by the vacuum dewar 31, if the cooler is designed so that the cooling capacity of the sub-cooling system 40 of the cooler is > Joule light heat, then the above equation can be achieved. The low Q 116 of the second cold finger 36 and the linear motor 28 are cooled and their temperature drops by an amount of heat equal to the difference. In this way, when the temperature of the coil 23, which is an element constituting the linear motor 28, is sufficiently lowered by 1 degree to a certain certain temperature, that is, below the critical temperature, the coil 23 made of superconducting material becomes a superconducting layer and generates electricity. The resistance R becomes extremely small. At this time, the electric power input to the linear motor 28 is bis!・It is effectively consumed as the force for driving t2, and the object to be cooled can be cooled extremely efficiently.

【発明が解決しようとする課題] 上記しt:従来の冷却機は以上のように構成されている
が、常電導状態におけろコイル23のジュール発熱が大
きく冷却機の副冷却系統40の冷却能力を上回る場合に
は、フィル23の温度が臨界温度以下まで下がらず、こ
のため、効率良い運転が出来なくなるという問題があっ
た。また、コイル23のジュール発熱を小さく抑えるた
めにはりニアモータ28を大きくすることが必要で、従
って冷却機が大きくなるという問題点もあった。 この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、常に効率良い運転が可能な冷却機を得るこ
とを目的とする。 【課題を解決するための手段】 この発明に係る冷却機は、従来1つであった電気モータ
を2つに分割し、分割した電気モータの一方にのみ超電
導材料により形成したコイルを用い、この一方の電気モ
ータのみを副冷却系統によって冷却する構成としたもの
である。 すなわち、この発明は、コイルの一部または全部を超電
導材料により形成した?S電気モータ、コイルを通常の
良導体により形成した第2Ti気モータと、これら電気
モータ及び第2モータが共同して動作することによって
冷熱を発生し被冷却体を冷却する主冷却系統及び前記電
気モータを冷却する副冷却系統とを備え、この副冷却系
統のフ’J−ザに隣接して前記電気モータのみが配置さ
れているものである。 尚、通常の電導体とは、例えば鍋やアルミ等の材料をい
う。
[Problems to be Solved by the Invention] Above t: The conventional cooler is configured as described above, but the Joule heat generation of the coil 23 is large in the normal conduction state, and the cooling of the sub-cooling system 40 of the cooler is When the capacity is exceeded, the temperature of the fill 23 does not fall below the critical temperature, which causes a problem that efficient operation cannot be performed. Furthermore, in order to suppress the Joule heat generation of the coil 23, it is necessary to increase the size of the linear motor 28, resulting in a problem that the cooler becomes large. This invention was made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a cooler that can always operate efficiently. [Means for Solving the Problems] A cooler according to the present invention divides an electric motor, which was conventionally one, into two, and uses a coil formed of a superconducting material only in one of the divided electric motors. The configuration is such that only one electric motor is cooled by the sub-cooling system. In other words, in this invention, part or all of the coil is made of superconducting material? S electric motor, a second Ti air motor whose coil is formed of a normal good conductor, a main cooling system that generates cold heat and cools the object to be cooled by the joint operation of these electric motors and the second motor, and the electric motor. The electric motor is provided with a sub-cooling system for cooling the sub-cooling system, and only the electric motor is disposed adjacent to the fuser of the sub-cooling system. Note that the ordinary conductor is a material such as a pot or aluminum.

【作  用】[For production]

電気モータを分割し、一方の電気モータのみを副冷却系
統によって冷却することができる。したがって、副冷却
系統の能力に応じて常に、この電気モータの超電導材料
により形成するコイルを臨界温度以下に冷却することが
できる。
The electric motor can be divided and only one electric motor can be cooled by the sub-cooling system. Therefore, depending on the capacity of the sub-cooling system, the coil formed of the superconducting material of this electric motor can always be cooled to below the critical temperature.

【実施例】【Example】

第1図はこの発明の一実施例である冷却機の概略構成を
示す断面側面図で、第3図と同一または相当部分は同一
符号を用いて表示してあり、その詳細な説明は省略する
。 本実施例では、第1図に示すように、第1リニアモータ
28に加えて、ピストン2はその上側に硬紙又はアルミ
ニウムのごとき非磁性及び非磁化材料から成る軽量の第
2スリーブ49を備えている。第2スリーブ49には第
2環状永久磁石50が固定され、ピストン2の軸線方向
に第2環状間隙51内で往復運動できるようになってい
る。第2環状間隙51内には、第2環状永久磁石50゜
第2軟鉄環状ディスク52.第2軟鉄シリンダ53及び
第2軟鉄円形ディスク54から成る閉磁気回路によって
動径方向に磁界が作られている。さらに、第2軟鉄環状
デイスク52には銅やアルミニウム等の良導電体によっ
て第2コイル55が形成され、この第2コイル55はシ
リンダ1の壁を通す第2リード線56.57に接続され
、これら第2リード線56,57はシリンダ1の外部で
それぞれ第2T4気端子58.59に接続されている。 上記した第2スリーブ49.第2環状永久磁石50、第
2環状間11!51.第2軟鉄環状デイスク52、第2
軟鉄シリンダ53.第2軟鉄円形ディスク54.第2コ
イル55及び第2リード線56゜57は全体としてピス
トン駆動用の第2リニアモータ60を構成している。 尚、ピストン2とシリンダ1の壁の間には、シール61
が備えられ、第2リニアモータ60内の常温のガスが低
温の第1リユアモータ28内に流入するのを防止してい
る。 次に、この実施例の動作について説明する。 冷却機の始動時、即ち、超電導体から成るコイル23の
温度が臨界温度以上で、常電導の状態にある時、第2電
気端子58,59に系の共振周波数に等しい交流電源(
図示しない)を接続すると第2コイル55には円周方向
の交番電流が流れ、この交番電流と第2叩状永久磁石5
0の作る半径方向の磁場との相互作用によって第2コイ
ル55には軸方向に周期的なローレンツ力が働く。その
結果、ビスl、ン2.スリーブ17.環状永久磁石18
、第2スリーブ49及び第2環状永久磁石50から成る
組立体とピストン用弾性部材29から成る系は共振状態
となり、上記組立体は軸方向に振動する。ビス1−ン2
の振動は、圧縮空間7.膨張空間6.連通管5.蓄熱器
8.中心孔9.中心孔10.半径方向流通ダクト11.
フリーザ12゜第2膨張空間38.第2蓄熱器41.中
心孔42゜中心孔43.第2半径方向流通ダクト44及
び第2フリーザ47から成る作動空間内に封入された作
動ガスに周期的に圧力変化をもたらすと共に、蓄熱M8
を通過するガスの流量変化によりディスプレーサ4に、
又、第2蓄熱器41を通過するガスの流量変化により第
2デイスプレーサ37に周期的な軸方向の交番振動力を
生じせしめる。このようにして、蓄熱器8を含むディス
プレーサ4及び第2M熱器41を含む。第2デイスプレ
ーサ37は、ピストン2と同じ周波数で、かつ異なった
位相でコールドフィンガ3及び第2コールドフインガ3
6内を軸方向に往復運動することになる。 ディスプレーサ4及び第2デイスプレーサ37が上記圧
力変動と適当な位相関係を保って往復運動するとき、上
記作動空間内に封入されt:作動ガスは従来例の動作で
述べたように「逆スター リングサイクル」を構成し、
主冷却系統39にあっては膨張室[6内に冷熱が発生し
、また、副冷却系統40にあっては第2膨張空間38内
に冷熱を発生する。 以上の過程において、コイル23には全く電流が流れて
おらず、従って、コイル23のジュール発熱も生じてい
ない。また、副冷却系統40の低温部は真空デユワ−3
1により断熱されているために、結局、第2コールドフ
インガ36の低温部及びリニアモータ28は急速に冷却
されて温度が降下する。 このようにして、リニアモータ28を構成する要素であ
るコイル23の温度が十分に低下し、ある一定温度、す
なわち臨界温度以下になると、超電導材料によって構成
されたコイル23は超電導状態となる。 この時、第2電気端子58.59に接続されていた電源
(図示しない)を電気端子26,27に継なぎ変えると
、超電導状態にあるコイル23に電流が流れ、冷却機を
駆動し始めろ。超電導状態にあるコイル23の電気抵抗
は極めて小さいなめ抵抗による発熱が少なく、従って、
リニアモータ28に入力された電力はピストン2を駆動
する力として有効に消費され、このために極めて効率良
(、被冷却体を冷却することができる。 なお、上記実施例では、電気モータとして可動磁石型の
リニアモータを例示しているが、可動コイル型のりニア
モータであっても良く、また回転モータであっても良(
、上記実施例と同様の効果を奏する。 また、上記実施例では、コールドフィンガ3とシリンダ
1が機械的に強く結合された一体型の冷却機の場合につ
いて説明したが、第2図に示すこの発明の他の実施例に
おけるように、コールドフィンガ3とシリンダ1とが長
い連通管5を介して互いに分離された分離型の冷却機で
あっても良く、上記実施例と同様の効果を奏する。 また、上記実施例では、ガス冷却機として[スターリン
グサイクル」に基づく冷却機の場合を例示したが、ギフ
オード−マクマホン(G−M)サイクル、ランキン(蒸
気圧縮式)サイクルあるいはプレイトンサイクル等の他
のガスサイクルに基づく冷却機であっても良く、上記実
施例と同様の効果を奏する。 更に、前記実施例では、リニアモータ28と第2リニア
モータ60をスイッチの切り変えにより独立して動作さ
せたが、コイル23のジュール発熱く副冷却系統40の
冷却能力となる範囲で、リニアモータ28と第2リニア
モータ60を同時(こ動作させても良く、前記実施例と
同様の効果を奏する。 【発明の効果] 以上のように、この発明は、従来1つであった電気モー
タを2つに分割し、一方の電気モータのコイルのみを超
電導材料により形成し副冷却系統に2より冷却する構造
としたので副冷却系統の能力に応じて前記超電導材料コ
イルの電気モータの容量を設計すれば概コイルを常に臨
界温度以下に冷却できる。 また、冷却機の始動時に第2電気モータのみを運転し他
方の電気モータの超電導材量コイルが臨界;品度以下に
なった後に概電気モークを始動することができ、この場
合には始動時のコイルの発熱が少ないので早期に超電導
状態での運転を行うことができる。
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a schematic configuration of a cooling machine that is an embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as in FIG. . In this embodiment, as shown in FIG. 1, in addition to the first linear motor 28, the piston 2 is provided with a lightweight second sleeve 49 made of a non-magnetic and non-magnetic material, such as hard paper or aluminum, on its upper side. ing. A second annular permanent magnet 50 is fixed to the second sleeve 49 and is capable of reciprocating within the second annular gap 51 in the axial direction of the piston 2 . Within the second annular gap 51 is a second annular permanent magnet 50° and a second soft iron annular disk 52. A magnetic field is created in the radial direction by a closed magnetic circuit consisting of a second soft iron cylinder 53 and a second soft iron circular disk 54. Further, a second coil 55 is formed on the second soft iron annular disk 52 by a good conductor such as copper or aluminum, and this second coil 55 is connected to a second lead wire 56,57 passing through the wall of the cylinder 1. These second lead wires 56, 57 are connected to second T4 terminals 58, 59, respectively, outside the cylinder 1. The second sleeve 49 mentioned above. Second annular permanent magnet 50, second annular space 11!51. Second soft iron annular disk 52, second
Soft iron cylinder 53. Second soft iron circular disc 54. The second coil 55 and the second lead wires 56 and 57 collectively constitute a second linear motor 60 for driving the piston. Note that a seal 61 is provided between the piston 2 and the wall of the cylinder 1.
is provided to prevent the room temperature gas in the second linear motor 60 from flowing into the low temperature first linear motor 28. Next, the operation of this embodiment will be explained. When the cooler is started, that is, when the temperature of the coil 23 made of superconductor is higher than the critical temperature and is in a normal conduction state, an AC power source (
(not shown), an alternating current flows in the circumferential direction through the second coil 55, and this alternating current and the second hammered permanent magnet 5
A periodic Lorentz force acts on the second coil 55 in the axial direction due to the interaction with the radial magnetic field created by the coil 55. As a result, bisl, n2. Sleeve 17. Annular permanent magnet 18
The system consisting of the assembly consisting of the second sleeve 49 and the second annular permanent magnet 50 and the elastic member 29 for the piston is in a resonant state, and the assembly vibrates in the axial direction. Bis 1-2
The vibration of the compressed space 7. Expansion space6. Communication pipe 5. Heat storage device8. Center hole9. Center hole 10. Radial flow duct 11.
Freezer 12° second expansion space 38. Second heat storage device 41. Center hole 42° Center hole 43. While periodically bringing pressure changes to the working gas sealed in the working space consisting of the second radial distribution duct 44 and the second freezer 47, the heat storage M8
Due to the change in the flow rate of the gas passing through the displacer 4,
Further, the change in the flow rate of the gas passing through the second heat storage device 41 causes a periodic alternating vibration force in the axial direction to be generated in the second displacer 37 . In this way, the displacer 4 including the heat storage device 8 and the second M heat device 41 are included. The second displacer 37 moves the cold finger 3 and the second cold finger 3 at the same frequency as the piston 2 but at a different phase.
6 in the axial direction. When the displacer 4 and the second displacer 37 reciprocate while maintaining an appropriate phase relationship with the pressure fluctuations, the working gas is sealed in the working space and the working gas is filled with the "reverse star" as described in the operation of the conventional example. constitutes “Ring Cycle”,
In the main cooling system 39, cold heat is generated in the expansion chamber [6, and in the sub-cooling system 40, cold heat is generated in the second expansion space 38. In the above process, no current flows through the coil 23, and therefore no Joule heat is generated in the coil 23. In addition, the low temperature part of the sub-cooling system 40 is a vacuum dewar 3.
1, the low-temperature portion of the second cold finger 36 and the linear motor 28 are cooled rapidly and their temperatures drop. In this way, when the temperature of the coil 23, which is an element constituting the linear motor 28, is sufficiently lowered to a certain certain temperature, that is, below a critical temperature, the coil 23 made of a superconducting material enters a superconducting state. At this time, when the power source (not shown) connected to the second electric terminals 58 and 59 is connected to the electric terminals 26 and 27, a current flows through the coil 23 which is in a superconducting state and starts to drive the cooler. The electrical resistance of the coil 23 in the superconducting state is extremely small, so there is little heat generation due to the slanted resistance, and therefore,
The electric power input to the linear motor 28 is effectively consumed as a force for driving the piston 2, and therefore the object to be cooled can be cooled extremely efficiently. Although a magnet type linear motor is shown as an example, a moving coil type linear motor or a rotary motor may also be used.
, the same effect as the above embodiment is achieved. Further, in the above embodiment, the cold finger 3 and the cylinder 1 are mechanically strongly connected to each other in an integrated cooling machine. However, as in another embodiment of the present invention shown in FIG. A separate cooler may be used in which the fingers 3 and the cylinder 1 are separated from each other via a long communication pipe 5, and the same effects as in the above embodiment can be achieved. Furthermore, in the above embodiments, a gas cooler based on the Stirling cycle was used as an example, but other gas coolers such as the Gifford-McMahon (GM) cycle, the Rankine (vapor compression type) cycle, or the Preyton cycle may be used. A cooler based on a gas cycle may also be used, and the same effects as in the above embodiment can be achieved. Furthermore, in the embodiment described above, the linear motor 28 and the second linear motor 60 were operated independently by changing the switch. 28 and the second linear motor 60 at the same time (this may be operated simultaneously, and the same effect as in the embodiment described above is achieved. [Effects of the Invention] As described above, the present invention can operate the electric motor instead of the conventional one. The structure is such that the electric motor is divided into two parts, and only the coil of one electric motor is made of superconducting material, and is cooled by the sub-cooling system, so the capacity of the electric motor of the superconducting material coil is designed according to the capacity of the sub-cooling system. If you do this, you can always cool the main coil to below the critical temperature.In addition, when you start the cooler, only the second electric motor is operated, and after the superconducting material coil of the other electric motor becomes below the critical temperature, the main coil is cooled down to below the critical temperature. In this case, since the coil generates little heat during startup, operation in a superconducting state can be performed quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例である冷却機の概略構成を
示す断面側面図、第2図はこの発明の他の実施例である
冷却機の概略構成を示す断面側面図、第3図は従来のス
ターリング冷却機の概略構成を示す断面側面図である。 1 シリンダ、2・・ピストン、2a、4a、4b、3
7a、37b−作動表面、3 コールド7、(ンガ、4
 ディスプレーサ、5 連通管、6膨歪量間、7 圧縮
空間、8 蓄熱器、9,10゜42.43  中心孔、
11・半径方向流通ダクト、12・・フリーザ、13,
14,15,16,32゜45.46  シール、17
 ・スリーブ、18 環状永久磁石、19・・環状空間
、20 軟鉄環状ディスク、21・軟鉄シリンダ、22
・軟鉄円形ディスク、23 ・コイル、24.25  
・リード線、26.27  Ti電気端子28 ・リニ
アモータ、29 ピストンJul!部材、30 ・ディ
スプレーサ用弾性部材、31 ・真空デユワ−133−
ボルト、34 フランジ、35・・被冷却体、36・・
第2コールドフインガ、37・・第2デイスプレーサ、
38 第2膨張空間、39・・主冷却系統、40・副冷
却系統、41 第2蓄熱語、44・・第2半径方向流通
ダクト、47 第2フリーザ、48・・第2ディスプレ
ーサ用弾性部材、49・・第2スリーブ、50・第2環
状永久磁石、51−・・第2環状間隙、52 第2軟鉄
環状デイスク、53・第2軟鉄シリンダ、54・第2軟
鉄円形ディスク、55 第2コイル、56.57・ 第
2リード線、58,59 第2電気端子、60 第2リ
ニアモータ、6トシール。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人  大 岩 増 雄(外2名) 手続補正書(自発)
FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a schematic configuration of a cooler that is an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a schematic configuration of a cooler that is another embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a schematic configuration of a conventional Stirling cooler. 1 cylinder, 2...piston, 2a, 4a, 4b, 3
7a, 37b - working surface, 3 cold 7, (nga, 4
Displacer, 5 communication pipe, 6 expansion strain gap, 7 compression space, 8 heat storage device, 9,10°42.43 center hole,
11. Radial distribution duct, 12. Freezer, 13.
14, 15, 16, 32° 45.46 Seal, 17
・Sleeve, 18 Annular permanent magnet, 19... Annular space, 20 Soft iron annular disk, 21 ・Soft iron cylinder, 22
・Soft iron circular disc, 23 ・Coil, 24.25
・Lead wire, 26.27 Ti electric terminal 28 ・Linear motor, 29 Piston Jul! Member, 30 ・Elastic member for displacer, 31 ・Vacuum dewar-133-
Bolt, 34 Flange, 35... Cooled object, 36...
2nd cold finger, 37... 2nd displacer,
38 Second expansion space, 39 Main cooling system, 40 Sub-cooling system, 41 Second heat storage word, 44 Second radial distribution duct, 47 Second freezer, 48 Second displacer elastic member, 49--Second sleeve, 50-Second annular permanent magnet, 51--Second annular gap, 52 Second soft iron annular disk, 53 Second soft iron cylinder, 54 Second soft iron circular disk, 55 Second coil , 56, 57, 2nd lead wire, 58, 59 2nd electrical terminal, 60 2nd linear motor, 6 tosseal. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Agent Masuo Oiwa (2 others) Procedural amendment (voluntary)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] コイルの一部または全部を超電導材料により形成した電
気モータと、コイルを通常の良導体により形成した第2
電気モータと、これら電気モータ及び第2電気モータが
共同して動作することによって冷熱を発生し被冷却体を
冷却する主冷却系統及び前記電気モータを冷却する副冷
却系統とを備え、この副冷却系統のフリーザに隣接して
前記電気モータのみが配置されている冷却機。
An electric motor in which part or all of the coil is made of superconducting material, and a second electric motor in which the coil is made of ordinary good conductor.
An electric motor, a main cooling system that generates cold heat and cools an object to be cooled by the joint operation of these electric motors and a second electric motor, and a sub-cooling system that cools the electric motor. A chiller in which only the electric motor is placed adjacent to a freezer in the system.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5682782A (en) * 1994-01-12 1997-11-04 Wilson Tool International, Inc. Workpiece-deforming tool and die for use in a punch press
CN109347302A (en) * 2018-12-04 2019-02-15 西安电子科技大学 A kind of low-temperature rotary Dewar structure of bulk type high-temperature superconducting motor
CN111140654A (en) * 2019-11-18 2020-05-12 上海厚酷科技有限公司 Gas distribution piston of refrigerator

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