JPH02103346A - 極低温冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は全体として極低温冷凍機、殊に一体形スターリ
ング極低温冷却器に関する。

（従来技術） 近年、感熱映像技術は航空地形作図、目標決定取得、監
視、電気故障発見、医療映像ならびに潅流制御の如き種
々の用途に対してテレビ画像もしくはそれ以上の品質の
映像を提供する能力を開発してきている。

感熱映像技術で特に有効なものは“冷却ＩＲ”と呼ばれ
ているものである。この技術は真暗闇ので 中で大きな距離にわたって迷彩物体を澱のおおいを通し
て映像化することが可能であるという利点をもっている
。冷却ＩＲ系は効率的な作業を行うにはほぼＩＲ検出器
を７７にの液体空気温度に冷却する必要がある。

冷却ＩＲ用として今日各種の極低温冷凍機が知られてい
る。これらは液体窒素、低温維持装置、ジュール−トム
ソン冷却器と閉サイクル極低温冷却器を備える。ある一
定の用途に対しては閉サイクル極低温冷却器が望ましい
、閉サイクル極低温冷却器には種々の形のものが存在す
る。これらはスターリング、ビュールミール（ＶＭ）お
よびギフオード−マクマホン（ＧＭ）型極低温冷却器か
ら成る。望ましい形は一体形のものである。

基本的な一体形スターリング極低温冷却器は一体形のパ
ッケージに組合された圧縮機部分と膨張器−ディスプレ
イサ一部分とから成る。膨張器−ディスプレイサと圧縮
機の双方の往復要素は共通のクランクシャフトを介して
機械的に駆動される。

一体形の形は所定のディスプレイサー行程とディスプレ
イサー／圧縮機の位相関係を保証するが、圧縮機の振動
出力が構成部品どうしが近接しあっているため被冷却装
置に伝達されるという点で欠点を有している。

一体形スターリング極低温冷却器の欠点は更にその圧縮
機シールにある。今日クリアランスシールを含む種々の
タイプのダイナミック圧縮機シールが使用されている。

これらは時と共に摩耗しがちで系内に粒状物質を放出す
る。すなわちこのことがスターリング再生器の作動に干
渉する。

再生器の汚染は更に一般に再生器と連通状態に配置され
る駆動モータの種々の部分と関連する潤滑材料やその他
の材料によって惹き起こされる。

クリアランスシールを含む極低温冷凍機は米ロ特許第４
，５３９，８１８号や第４，５２０，６２９号に例示の
如〈従来技術において公知のものである。米国特許第４
．５３９．８１８号はセラミックのクリアランスシール
を使用しているが、同シールはその熱伝導性が低いため
シール部の摩擦が著しい回転駆動圧縮機と共に使用する
には不適当であるように思われる。

米国特許第４，５２０，６２９号はピストンガイドを使
用しているが、同ガイドは比較的複雑でスペースを本発
明は上記欠点の幾つかもしくは全てを克服する改良され
た一体形のスターリング極低温冷却かくして本発明によ
れば圧縮機、膨張容績を形成する膨張器−ディスプレイ
サ部分、上記膨張容績に隣接する冷却先端、再生熱交換
器ならびにディスプレイサ、入力回転動力を受けとり上
記圧縮機とディスプレイサとを駆動するクランクシャフ
ト、および膨張器−ディスプレイサ部分を圧縮機に対し
て低振動に取付けるための装置とから成る一体形スター
リング極低温冷却器が提供される。

本発明によればＩＲ検出器の如き振動に対して敏感な被
冷却装置を冷却先端部上に直かに取付けてもよい。

本発明のばあい低振動取付用装置は密封ベローズマウン
トより成ることが望ましい。

同様にして本発明によれば圧縮機と、膨張容積を形成す
る膨張器−ディスプレイサ部分と、上記膨張容積に隣接
した冷却先端と、再生熱交換器ならびにディスプレイサ
と、入力回転動力を受取り上記圧縮機とディスプレイサ
とを駆動するために配置されたクランクシャフトと、圧
縮機と膨張器−ディスプレイサの外部にその内側と連通
しないように配置されたステータから成るモータとから
成る一体形スターリング極低温冷却器が提供される。

更に、本発明によれば一体形スターリング極低温冷却器
で、圧縮機と、膨張容積を形成する膨張器−ディスプレ
イサ部分と、上記膨張容積に隣接する冷却先端と、再生
熱交換器ならびにディスプレイサと、入力回転動力を受
取り圧縮機とディスプレイサとを駆動するために配置さ
れたクランクシャフトとから成り、上記圧縮機がダイナ
ミッククリアランスシールを備えたものが提供される。

本発明によれば上記特徴は全て極低温冷却器内へ組込ま
れることが望ましい１本発明のもう一つの実施例によれ
ば上記特徴を種々に組合せたものを極低温冷却器内へ組
込むこともできる。

（実施例） さて第１図ないし第３図について述べると、同図は本発
明により構成した極低温冷却器を示したものである。上
記冷却器は内部にモータ１２が配置されたモータハウジ
ング１０から成る０本発明の特徴はロータ１３とモータ
１２のモータ制御電子袋に１５がその内部を冷媒が通り
抜ける極低温冷却器内部から密封されることによってモ
ータ１２から発する粒状物質によってそれらが汚染され
る危険を防止することができるようになっている点であ
る。

モータ１２の回転軸１４はベアリング１６上に取付けら
れクランクシャフト１８内で終結するが、同シャフト１
８はモータハウジング１０上に固定して取付けられた圧
縮機ハウジング２２内にベアリング２０により取付けら
れる。駆動軸２５のピストンロッド部分２４はベアリン
グ２６を介してクランクシャフト１８上に取付けられピ
ストンスリーブ３０内でピストン２８を振動駆動する。

ピストン２８は内側のピストンロッド取付要素と共に形
成されピストンロッド２４と係合する。

本発明の特徴はクリアランスシール３４がピストン２８
とスリーブ３０との間に形成されダイナミックシールと
して作用する点である。上記クリアランスシールは従来
の極低温冷却器内に使用される従来形ダイナミックシー
ルの欠点を取除き、ピストン要素の摩耗により冷媒内に
放たれる粒状物質の量を著しく少なくすることができる
。クリアランスシールはラビリンスシールより構成し、
図の如くピストンの円筒形側壁内に形成することが望ま
しい、しかしその代わりにクリアランスシールは普通ス
テンレス鋼により構成したメタル／メタルクリアランス
シールにより構成しても差支えない０両シール要素間の
間隔は４〜５Ｘ１０−”ａｍであるのが普通である。

特に第２図に示される如く、駆動軸２５は二叉形の要素
で膨張器ピストン駆動部分３６でピストンロッド部分２
４に対して普通９０°をなしたものを備えている。上記
ピストンロッド部分２４はコンロッド３８を介して膨張
器−ディスプレイサユニット４２の一部（他のばあいに
は「コールドフィンガ」と称する）を形成するピストン
４０に駆動連結される。

ピストン４０はピストンスリーブ４４内を密封振動運動
する。ピストン２８のばあいと同じく、ダイナミックシ
ールはピストン４０とスリーブ４４間にメタル／メタル
シールもしくは図の如くピストン４０上に形成したラビ
リンスシールの如きクリアランスシールにより設けるこ
とが望ましい。　本発明の特徴は膨張器−ディスプレイ
サユニット４２と、殊にピストンスリーブ４４が圧縮機
と圧縮機ハウジング２２から振動を隔離されている点で
ある。この隔離効果はメタルベローズ４６により与えら
れる。そのための適当なベローズはニュージャーシイ０
７００９．セダーグローブのサーボマチック社より市販
されている。

ピストンスリーブ３０の内部とピストンスリーブ４４の
内部との間には冷媒ガス接続部４８が設けられる。膨張
器−ディスプレイサユニット４２の振動隔離効果を増す
ために振動隔離ベローズ５０がこの接続部４８の一部と
して設けられる。

膨張器−ディスプレイサユニット４２は普通ステンレス
鋼製の比較的薄い壁の管５２から成る。

管５２内には円筒形マトリクスを形成するように積重ね
た数百の微細メツシュメタルスクリーン５４から成る再
生熱交換器５３が自由に浮動する関係に配置される。し
かし、その代わりに再生熱交換器はボールもしくはその
他の適当な物体を積重ねて構成してもよい。

（効果） スクリーン５４は特に冷媒中の偽似粒状物質がつまりや
すいため、モータを冷媒と連通しないように配置してラ
ビリンスシールを使用すると熱交換器５３の作業寿命を
相当大きくすることができる。

本発明のばあい、赤外線検出器５６の如き検出器はコー
ルドフィンガ４２の先端５８上に直かに取付けることが
できる。このことは上記コールドフィンガ４２を振動隔
離することにより可能である。赤外線検出器５６を直か
にコールドフィンガ上に取付けると直かに取付けないこ
とによって生ずる熱損失を排除することによって検出器
５６の冷却効率を著しく大きくすることができる。かく
してそれは冷却器のパワーの必要値を少なくすることが
できる。

デユワ−６０はデユワ−支持体６２上に取付けるが、同
支持体６２自体はベローズ４６上にコールドフィンガ４
２と検出器５６と密封包囲関係に取付けられる。普通ゲ
ルマニウム製の赤外線伝導窓６４を検出器５６附近に形
成して赤外線放射が検出器上へ衝突することができるよ
うにする。

当業者には本発明が上記実施例に限定されるものではな
く冒頭の請求範囲によってのみ規定されるものであるこ
とが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図と第１Ｂ図とはそれぞれ本発明による極低温冷
却器の側面図、第２図は第１Ａ図と第１Ｂ図の極低温冷
却器で第１Ｂ図のＡ−Ａ線に沿って描いた断面図、第３
図は第１Ａ図と第１Ｂ図の極低温冷却器で第１Ｂ図のＢ
−Ｂ線に沿って描いた断面図。 １２・・・・モータ　　１０・・・・モータハウジング
１３・・・・ロータ　　１４・・・・回転軸１８・・・
・クランクシャフト １６・・・・ベアリング ３０・・・・ピストンスリーブ ２８・・・・ピストン ４２・・・・膨張器−ディスプレイサユニット４６・・
・・ベローズ ５４・・・・スクリーン ４２・・・・コールドフィンガ ５６・・・・赤外線検出器 （外４名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧縮機と、膨張容積を形成する膨張器−ディスプレ
   イサと、上記膨張容積に隣接する冷却先端と、再生熱交
   換器ならびにディスプレイサと、入力回転動力を受け取
   り上記圧縮機とディスプレイサを駆動するために配置さ
   れたクランクシャフトと、膨張器−ディスプレイサを圧
   縮機に対して低振動に取付けるための手段とから成るこ
   とを特徴とする一体形スターリング極低温冷却器。 ２）振動に対して敏感な被冷却装置が冷却先端上に直か
   に取付けられることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の極低温冷却器。 ３）低振動マウント用手段が密封ベローズより成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の極低温冷却
   器。 ４）圧縮機と、膨張容積を形成する膨張器−ディスプレ
   イサと、上記膨張容積に隣接する冷却先端と、再生熱交
   換器ならびにディスプレイサと、入力回転動力を受取り
   上記圧縮機とディスプレイサを駆動するために配置され
   たクランクシャフトと、圧縮機と膨張器−ディスプレイ
   サを駆動するためのモータで圧縮機と膨張器−ディスプ
   レイサ部分の外部にそれらの内部と連通しないように配
   置されたものと、から成ることを特徴とする一体形スタ
   ーリング極低温冷却器。 ５）圧縮機と、膨張容積を形成する膨張器−ディスプレ
   イサと、上記膨張容積に隣接する冷却先端と、再生熱交
   換器ならびにディスプレイサと、入力回転動力を受取り
   上記圧縮機とディスプレイサを駆動するために配列され
   たクランクシャフトと、から成り、上記圧縮機がダイナ
   ミックメタル／メタルクリアランスシールを備えること
   を特徴とする一体形スターリング極低温冷却器。 ６）膨張器−ディスプレイサがダイナミックメタル／メ
   タルクリアランスシールから成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の極低温冷却器。 ７）膨張器−ディスプレイサがダイナミックメタル／メ
   タルクリアランスシールから成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載の極低温冷却器。 ８）圧縮機がダイナミックメタル／メタルクリアランス
   シールより成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の極低温冷却器。 ９）圧縮機と膨張器−ディスプレイサを駆動するための
   モータで上記圧縮機と膨張器−ディスプレイサ部分外側
   にそれらの内部と連通しないように配置されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の極低温冷却器。 １０）圧縮機と膨張器−ディスプレイサを駆動するため
   のモータで上記圧縮機と膨張器−ディスプレイサ部分の
   外側にそれらの内部と連通しないように配置されること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の極低温冷却
   器。