JPH0452617Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はシリンダ内のデイスプレーサが往復運
動時に発生する振動・騒音の低減及び往復運動の
制御が容易に得られるガスサイクル冷凍機に関す
る。

〔従来の技術〕

第４図は冷媒ガスにヘリウムを使用した従来の
ギフオードマクマホン型蓄冷器式冷凍機の原理図
である。１は高圧ヘリウムガスを供給する圧縮
機、２は圧縮機１によつて高圧にされた高圧ヘリ
ウムガスを後述するロータリバルブ４に導く配
管、３は前記ロータリバルブ４内の低圧ヘリウム
ガスを前記圧縮機１に導く配管、４はヘリウムガ
スの流れを制御するためのロータリバルブ、５，
６はこのロータリバルブ４の高圧ヘリウムガス入
口及び低圧ヘリウムガス出口、１０はデイスプレ
ーサ、９はデイスプレーサ１０の往復動を制御す
るために設けられた小ピストン（第一ピストン）、
１４は第一ピストン９の上部に設けられた可変容
量上部空間（以後、第一室と呼ぶ）、７はこの第
一室１４にヘリウムガスを供給排出する配管、１
１は例えば銅製の金網を多数重ねた蓄冷器、１５
はデイスプレーサ１０の上部に設けられた可変容
量中間部空間（以後、第二室と呼ぶ）、８は第二
室１５と蓄冷器１１にヘリウムガスを供給・排出
する配管、１６は前記デイスプレーサ１０の下部
に設けられた可変容量下部空間（以後、第三室と
呼ぶ）、１２は前記第一ピストン９のシール、１
３はデイスプレーサ１０のシール、１７は第三室
１６と蓄冷器１１を連通するヘリウムガス配管で
ある。

このような構成のものにおいてデイスプレーサ
１０が上下に往復動する場合、第二室１５の容積
が増加する場合、第三室１６の容積は減少し、ま
た逆に、第二室１５の容積が減少する場合、第三
室１６の容積は増加する。

第５図は第４図の具体的な構成を示す断面図
で、デイスプレーサ１０（以後、第一段デイスプ
レーサと呼ぶ）に第二段デイスプレーサ３０を連
結して第４図よりさらに低温が得られる構造とな
つている。例えば、一段構造、二段構造の場合の
使用温度は各々80^k，20^k程度である。次に第５図
について説明するが、第４図と同一部分に同一符
号を付し、その説明を省略し、異る部分のみを説
明する。１８，１９は前記配管２，３とのコネク
タ、２０はモータハウジング、２１は高圧ヘリウ
ムガス空間、２２はモータ、２３はモータ軸、２
４はモータハウジング２０の支持台、２５はヘリ
ウムガスの流れをロータリバルブ４と組合せて制
御する制御板、２６は低圧ヘリウムガスの通路、
２７は第二室１５を蓄冷器１１に連通し、ヘリウ
ムガスが出入する通路、２８は第一段シリンダで
ある。２９は被冷却物を取りつける第一段ヒート
ステーシヨン、３１は第二段蓄冷器で、通常、直
径１mm以下の鉛球が充てんされている。３２は第
二段シリンダ、３３は第二段シール、３４は第二
段の寒冷発生空間で第三室１６の容積が増加する
場合は増加し、逆に第三室１６の容積が減少する
場合は減少する。第三室１６と第二段寒冷発生空
間３４は内部のヘリウムガス温度が異なるのみ
で、機構的、機能的には同一の役割を果す。３５
は蓄冷器３１と第二段寒冷発生空間３４を連通す
るヘリウムガスの通路、３６は被冷却物を取り付
ける第二段ヒートステーシヨンである。

第４図及び第５図のように構成したものにおい
て、圧縮機１で高圧にされた常温のヘリウムガス
は高圧ヘリウムガス配管２、コネクタ１８を通つ
て高圧ヘリウムガス空間２１に入る。さらにモー
タ２２の回転に伴いロータリバルブ４と制御板２
５の働きにより、高圧のヘリウムガスが配管７を
通つて第一室１４に給排気され、その結果、第一
ピストン９の上部に働くガス圧力によりデイスプ
レーサ１０，３０の往復動が制御される。

第６図は第４図、第５図のガスサイクル冷凍機
における冷凍サイクルに従つて第一段デイスプレ
ーサ１０の動きを示したものであり、第一室１
４、第二室１５、第三室１６において斜線部は高
圧ガス、例えば21Kg／cm²Ｇが充てんされ、また、
白地は低圧ガス例えば７Kg／cm²Ｇが充てんされて
いることを示している。

まず第６図ｂのようにデイスプレーサ１０が下
死点にある場合、第一室１４は高圧ヘリウムガス
が充てんされており、高圧ヘリウムガスは第５図
の通路８、第二室１５、通路２７を通り、蓄冷器
１１で冷却され、通路１７を通つて一部は第三室
１６に貯えられる。残りのヘリウムガスは第二段
蓄冷器３１を通つてさらに冷却され通路３５を通
つて、第二段寒冷発生空間３４に貯えられる。次
に第一室１４がロータリバルブ４の働きにより低
圧ヘリウムガス通路を連絡すると、デイスプレー
サ１０の上下面の圧力差によりデイスプレーサ１
０が上部に動く。第５図はデイスプレーサ１０が
上死点にある場合で、第二室１５にあつたヘリウ
ムガスは通路２７を通つて第三室１６及び第二段
寒冷発生空間３４に移動する。この状態が第６図
ｃに対応する。

次に第５図の通路８はロータリバルブ４の働き
により低圧ヘリウムガスの通路２６と連なり、そ
の結果、第三室１６、第二段寒冷発生空間３４内
部の高圧ヘリウムガスは断熱膨張を行ないさらに
低温となつて寒冷を発生する。この状態を第６図
ｄに示す。次にロータリバルブ４の働きにより、
第一室１４に高圧ヘリウムガスが充てんされ、デ
イスプレーサ１０は下降する。この時、第三室１
６、第二段寒冷発生空間３４にある低温ヘリウム
ガスの寒冷を蓄冷器１１，３１で回収する。この
状態を第６図ａに示す。

第６図ａの状態から、第二室１５、第三室１６
及び第二段寒冷発生空間３４に高圧ヘリウムガス
を導入するために、ロータリバルブ４の働きによ
り、高圧ヘリウムガス空間２１と通路８が連な
り、第６図ｂの状態に戻る。このサイクルを繰り
返すことにより、冷凍機は間欠的に低温を発生で
きる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが、デイスプレーサ１０は第６図に示す
ようにガス駆動式であり、いわゆるフリーピスト
ン運動となるため、往復運動の制御が難しく、従
つてシリンダ２８の上下端にデイスプレーサ１０
が衝突して第６図ｂ→ｃ及びｄ→ａの場合振動・
騒音が発生し易い問題点がある。

そこで、本考案はデイスプレーサの往復運動の
制御が容易に得られ、往復動時に発生する振動・
騒音を低減できるガスサイクル冷凍機を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は前記目的を達成するために、シリンダ
２８内で往復動するデイスプレーサ１０を駆動す
るために連結されたガス駆動式第一ピストン９を
具備したガスサイクル冷凍機において、前記第一
ピストン９にピン４６を設け、このピン４６を案
内するガイド溝４１を保有する第二ピストン４０
を、前記第一ピストン９に対して直角方向に摺動
自在に設けると共に前記第二ピストン４０の両端
に形成される２つの室４２，４３を各々ガス給排
気通路４７，４８を介して給排気制御用ロータリ
バルブ４に接続したことを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

前記のように構成することにより、第一ピスト
ンのピン及び第二ピストンのガイド溝の働きによ
りデイスプレーサの往復運動の制御が容易とな
り、かつデイスプレーサが直接シリンダに衝突す
ることを防止できるので、振動・騒音が低減でき
る。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について、第１図〜第３
図を参照して説明する。はじめに第１図の原理図
および第２図の具体的な構成図により従来のガス
サイクル冷凍機と異る点を説明する。図において
４０は第二ピストンで、シリンダ２８内に設けら
れ、この内部を第四室４２、第五室４３とに区分
し、第一ピストン９に対して直角方向に摺動自在
に設けられており、第二ピストン４０にはガイド
溝４１が形成され、このガイド溝４１は第一ピス
トン９に設けられたピン４６を案内するためのも
のである。４４，４５は前記第二ピストン４０の
外周面と前記シリンダ２８の内周面に設けられた
シールである。４７は前記第四室４２に高圧ヘリ
ウムガスを供給・排出するためのガス給排気通
路、４８は前記第五室４３に高圧ヘリウムガスを
供給・排出するためのガス給排気通路、４９は第
二ピストン４０の端部すなわち第四室４２、第五
室４３と対向する部分に設けられたゴム等で作ら
れた緩衝材である。

以下、このように構成した本考案によるガスサ
イクル冷凍機の動作について第１図〜第３図を参
照して説明する。第３図（動作説明図すなわちデ
イスプレーサ１０の往復動を示す図）において、
ａは第四室４２に高圧ガス（例えば21Kg／cm²Ｇ）、
第五室４３に低圧ガス（例えば７Kg／cm²）が充填
されている状態からロータリバルブ４の働きによ
り、第四室４２に低圧ガス、第五室４３に高圧ガ
スが充填開始された時を示す。このときデイスプ
レーサ１０は下死点にあり、第一段シリンダ２８
とデイスプレーサ１０の下部は互いに接触（衝
突）しないようにクリアランスを保有している。
同様に上死点においても制御板２５とデイスプレ
ーサ１０の上部は互いに接触（衝突）しないよう
にクリアランスを保有している。第四室４２と第
五室４３のガス圧力差により第二ピストン４０は
第３図において左方向へ移動し、ピン４６、ガイ
ド溝４１の働きにより、デイスプレーサ１０は上
死点方向へ動き始める。第３図ｂはデイスプレー
サ１０が下死点から上死点へ移動する途中を示す
図である。第３図ｃはデイスプレーサ１０が上死
点に到達した場合を示す図である。ガイド溝４１
の形状を適当に設定することにより、上死点（ま
たは下死点）付近でデイスプレーサ１０の移動速
度を減速することができるので、振動・騒音が低
減できる。また、上死点（または下死点）で第一
ピストン４０が第五室（または第四室）と衝突す
る際、ゴム等の緩衝材４９により、第一ピストン
４０で発生する振動・騒音はさらに低減できる。

第３図においてａ→ｂ→ｃとなることによりデ
イスプレーサ１０は下死点から上死点に移動し、
次に第四室４２に高圧ガス、第五室４３に低圧ガ
スが充填されることによりｃ→ｂ→ａとなり、デ
イスプレーサ１０は上死点から下死点へ移動す
る。これを繰り返すことにより、デイスプレーサ
１０は往復運動を行ない寒冷を発生する。

〔考案の効果〕

以上述べた本考案によれば、第一ピストンのピ
ン及び第二ピストンのガイド溝の働きによりデイ
スプレーサの往復運動の制御が容易となり、かつ
その往復運動の上下限を設定できるので、デイス
プレーサがシリンダに直接衝突することを防止で
きることから、振動・騒音を低減できるガスサイ
クル冷凍機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案によるガスサイクル冷凍機の原
理図、第２図は第１図の具体的な構成を示す断面
図、第３図は第１図、第２図の動作説明図、第４
図は従来のガスサイクル冷凍機の原理図、第５図
は第４図の具体的な構成を示す断面図、第６図は
第５図のガスサイクル冷凍機の冷凍サイクル図で
ある。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 シリンダ２８内で往復動するデイスプレーサ１
   ０を駆動するために連結されたガス駆動式の第一
   ピストン９を具備したガスサイクル冷凍機におい
   て、 前記第一ピストン９にピン４６を設け、このピ
   ン４６を案内する中間部分が傾斜し、両端部が漸
   次傾斜が緩やかになつたガイド溝４１を保有する
   第二ピストン４０を、前記第一ピストン９に対し
   て直角方向に摺動自在に設けると共に、前記第二
   ピストン４０の両端に形成される２つの室４２，
   ４３を各々ガス給排気通路４７，４８を介して給
   排気制御用ロータリバルブ４に接続したことを特
   徴とするガスサイクル冷凍機。