JPH0566510B2 - - Google Patents

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JPH0566510B2
JPH0566510B2 JP2874185A JP2874185A JPH0566510B2 JP H0566510 B2 JPH0566510 B2 JP H0566510B2 JP 2874185 A JP2874185 A JP 2874185A JP 2874185 A JP2874185 A JP 2874185A JP H0566510 B2 JPH0566510 B2 JP H0566510B2
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JP
Japan
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regenerator
movable shell
external
stage
internal
Prior art date
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Application number
JP2874185A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS61190255A (en
Inventor
Hidefumi Saito
Munehiro Hayashi
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2874185A priority Critical patent/JPS61190255A/en
Publication of JPS61190255A publication Critical patent/JPS61190255A/en
Publication of JPH0566510B2 publication Critical patent/JPH0566510B2/ja
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、クライオポンプやHe液化装置等に
適用可能な極低温冷凍装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a cryogenic refrigeration device applicable to cryopumps, He liquefaction devices, and the like.

[従来の技術] 従来、この種の冷凍装置は、シリンダ内にピス
トン状のデイスプレイサーをスライド可能に嵌装
し、このデイスプレイサーを往復動作させること
によつて、該デイスプレイサーと前記シリンダの
低温端との間に形成される膨張室の容積を増減さ
せるようになつており、その膨張室の拡縮により
ガスを順次膨張させて所定の冷凍サイクルを営ま
せ得るようにしてある。
[Prior Art] Conventionally, this type of refrigeration equipment has a piston-shaped displacer slidably fitted in a cylinder, and the displacer is reciprocated to reduce the low temperature between the displacer and the cylinder. The volume of the expansion chamber formed between the end and the end can be increased or decreased, and by expanding or contracting the expansion chamber, the gas can be expanded in sequence to run a predetermined refrigeration cycle.

ところで、従来のものには、蓄冷器を前記デイ
スプレイサーの内部に保持させるようにしたもの
と、シリンダの外部に配設するようにしたものと
があるが、いずれも次のような問題がある。すな
わち、蓄冷器をデイスプレイサーの内部に設けた
ものは、可動部の慣性質量が大きく、振動が発生
し易いという欠点がある。また、蓄冷器をシリン
ダの外側(シリンダ壁外周面部を含む)に設けた
ものは、前記デイスプレイサー内部に無駄な容積
が存在することになり、装置全体の嵩が高くなる
という問題がある。さらに、このデイスプレイサ
ーの動きを制御するためにさまざまな機構が考案
されているが、そのどれもがガスシールの箇所が
増加したり、複雑な可動部が追加されるなど、装
置を複雑化させていた。
By the way, there are conventional types in which the regenerator is held inside the displacer and types in which it is disposed outside the cylinder, but both have the following problems. . That is, a displacer in which a regenerator is provided has a disadvantage in that the inertial mass of the movable part is large and vibrations are likely to occur. Further, in the case where the regenerator is provided outside the cylinder (including the outer circumferential surface of the cylinder wall), there is a problem that there is a wasted volume inside the displacer, and the bulk of the entire device increases. Furthermore, various mechanisms have been devised to control the movement of this displacer, but each of them increases the number of gas seals and adds complicated moving parts, making the device complicated. was.

このような不都合を解消するために、極低温冷
凍装置を、固定部材に支持された内設蓄冷器と、
この蓄冷器の外周にスライド可能に嵌装されその
低温側の端部と該蓄冷器の低温端との間に内設膨
張室を形成する可動シエルと、この可動シエルの
外周囲に配設した外設蓄冷器と、この外設蓄冷器
を包囲するように設けられその低温側の端部と前
記可動シエルとの間に外設膨張室を形成するケー
シングと、前記各蓄冷器の高温端を給気系路また
は排気系路に予め設定したタイミングで接続する
タイミングバルブとを具備してなるものにするこ
とが考えられている。このようなものであれば、
冷却用のガスの圧力を作動シエルのスライドに利
用できるので駆動部が不要で構造が簡単な上、該
作動シエルの1往復当り2度の断熱膨張を行なえ
るので同じ大きさのものでより大きな冷凍能力が
得られるという利点がある。
In order to eliminate such inconveniences, the cryogenic refrigeration equipment is equipped with an internal regenerator supported by a fixed member,
a movable shell that is slidably fitted around the outer periphery of the regenerator and forms an internal expansion chamber between the low temperature end of the regenerator and the low temperature end of the regenerator; an external regenerator; a casing that is provided to surround the external regenerator and forms an external expansion chamber between the low temperature end of the external regenerator and the movable shell; It has been considered to include a timing valve that connects to the air supply system path or the exhaust system path at a preset timing. If it's something like this,
Since the pressure of the cooling gas can be used to slide the working shell, there is no need for a drive unit and the structure is simple.In addition, the working shell can undergo two adiabatic expansions per reciprocation, so it can be made larger for the same size. It has the advantage of providing refrigeration capacity.

ところが、このようなものにも次のような不都
合がある。すなわち、前記可動シエルの前記ガス
による加速はなされても該可動シエルを減速させ
る手段がないため、該可動シエルはスライド終了
位置においてストツパに衝突するまで停止せず、
該衝突によつて振動が発生する。
However, such a method also has the following disadvantages. That is, even if the movable shell is accelerated by the gas, there is no means to decelerate the movable shell, so the movable shell does not stop until it collides with the stopper at the slide end position.
Vibrations are generated by the collision.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、このような事情に着目してなされた
もので、構造が簡単で冷凍能力が高く、しかも前
記衝突による振動も生じない極低温冷凍装置を提
供することを目的とする。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made focusing on the above-mentioned circumstances, and provides a cryogenic refrigeration device that has a simple structure, has a high refrigerating capacity, and does not generate vibrations due to the collision. The purpose is to

[問題を解消するための手段] 本発明は、かかる目的を達成するために、前記
考えられている極低温冷凍装置において、前記可
動シエルの外部高温端側に設けられ該可動シエル
をスライド終了位置近傍から減速させスライド終
了位置で停止させるガスダンパを設けたことを特
徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention is provided on the external high temperature end side of the movable shell in the considered cryogenic refrigeration apparatus, and is provided at the external high temperature end side of the movable shell to move the movable shell to the slide end position. It is characterized by the provision of a gas damper that decelerates the slide from the vicinity and stops it at the slide end position.

[作用] このような構成によれば、可動シエルの往復動
作に伴なつて、この可動シエルの内側に形成され
た内設膨張室と、外側に形成された外設膨張室と
が交互に拡縮することになる。そのため、給気系
路から内設蓄冷器を通して内設膨張室に導入され
た高圧のガスがこの膨張室で膨張して低温とな
り、再び内設蓄冷器を通して排気系路へ排出され
て循環する一方、前記給気系路から外設蓄冷器を
通して外設膨張室に導入された高圧のガスがこの
膨張室で膨張して低温となり、再び外設蓄冷器を
通して前記排気系路へ排出されて循環することに
なる。また、該可動シエルのスライド終了位置の
近傍からはガスダンパが該可動シエルを減速させ
るので、スライド終了位置において衝撃を伴うこ
となしに停止する。
[Function] According to such a configuration, as the movable shell reciprocates, the internal expansion chamber formed inside the movable shell and the external expansion chamber formed outside the movable shell alternately expand and contract. I will do it. Therefore, high-pressure gas introduced into the internal expansion chamber from the supply air system path through the internal regenerator expands in this expansion chamber, becomes low temperature, and is discharged to the exhaust system path again through the internal regenerator and circulated. , High-pressure gas introduced from the air supply system path through the external regenerator into the external expansion chamber expands in the expansion chamber to become low temperature, and is again discharged through the external regenerator to the exhaust system path and circulated. It turns out. Furthermore, since the gas damper decelerates the movable shell from near the slide end position of the movable shell, the movable shell stops at the slide end position without any impact.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。
[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明にかかる小型極低温冷凍装置
の縦断面図であり、図中1は固定部材たるベース
である。ベース1は上端部は円板状をなし、底版
1aには対をなす流出入ポート2,3を有してい
る。一方の流出入ポート2は、前記底版1aの中
心部に穿設されており、この流出入ポート2の上
半部分に連通管4をシール部材5を介して気密に
嵌合させセツトスクリユ6により固定している。
この連通管4は上方へ延出しており、その上端に
は取付円板7が取着してある。そして、この取付
円板7上に一段目の内設蓄冷器8を載置し、複数
本のボルト9aにより固定している。この内設蓄
冷器8は、蓄熱エレメント11と図示しないスペ
ーサとを交互に複数段積上げたものである。蓄熱
エレメント11は、銅等により作られた円板状の
もので、上下に貫通する多数の通気口11aを有
している。スペーサはステンレス鋼製の針金等に
より作られている。そして、この内設蓄冷器8の
高温端(常温端)8aは、前記取付円板7に穿設
したポート7aおよび前記連通管4を介して前記
流出入ポート2に連通するとともに、ポート7b
を介してチヤンバ10に連通している。また、こ
の内設蓄冷器8の低温端8bを取付部材12に穿
設したポート12a、連通路12bおよびポート
12cを介して二段目の内設蓄冷器13の高温端
13aに連通させている。この取付部材12は、
上下両端部にそれぞれ円板状の取付部材12s,
12eを有するものである。内設蓄冷器13も蓄
熱エレメント11と図示しないスペーサとを交互
に複数段積上げたものであり、複数本のボルト9
bにより固定されている。そして、これら内設蓄
冷器8および13の外周に可動シエル14をスラ
イド可能に嵌装している。可動シエル14は、前
記蓄冷器8および13の外周に嵌合する二段の円
筒体状のもので、その一段目部分14aによつて
前記一段目の内設蓄冷器8を囲繞するとともに、
二段目部分14bによつて前記二段目の内設蓄冷
器13を囲繞している。そして、この可動シエル
14の一段目の天壁14cと前記一段目の内設蓄
冷器8の低温端8bとの間に一段目の内設膨張室
16が形成され、該蓄冷器8と前記取付部材12
のポート12a、連通路12bおよび連通孔12
fを介して連通している。また、その二段目部分
14bの低温側の端部は、二段目の天壁14dに
よつて閉塞されている。また、二段目の天壁14
dと内設蓄冷器13の低温端13bとの間には二
段目の内設膨張室17が形成されている。また、
この可動シエル14の一段目の高温側の端部には
底壁14eの中心部に軸孔14fが穿設してあ
り、この軸孔14fを前記連通管4の外周にシー
ル部材18を介してスライド可能に嵌合させてい
る。また、前記可動シエル14の外周囲にケーシ
ング19に保持された一段目の外設蓄冷器21お
よび二段目の外設蓄冷器22を設けている。ケー
シング19は、前記外設蓄冷器21および22を
包持する二段の円筒体状のもので、その一段目の
低温側の端部に頂壁19aを設けるとともに、二
段目の低温側の端部を逆カツプ状の頂壁19bに
よつて閉塞している。また、このケーシング19
の高温端側には、フランジ部19eが設けてあ
り、このフランジ部19eを前記ベース1の上端
開口部にシール部材20を介して蓋着している。
そして、二段目の外設蓄冷器22の高温端22a
と前記可動シエル14の天壁14cとの間に一段
目の外設膨張室23が、ケーシング19の頂壁1
9bと該可動シエル14の天壁14dとの間に二
段目の外設膨張室24が、それぞれ形成されてい
る。外設蓄冷器21,22は、ともに蓄熱エレメ
ント25と図示しないスペーサとを交互に複数段
積上げたもので、それぞれボルト26a,26b
を用いて前記ケーシング19に固定されている。
蓄熱エレメント25は、銅等により作られた円環
状のもので、上下に貫通する多数の通気口25a
を有している。スペーサはステンレス鋼製の針金
等により作られている。なお、一段目の外設蓄冷
器21の高温端21aは、チヤンバ28を介して
前記流出入ポート3に連通している。また、この
蓄冷器21の低温端21bは、前記ケーシング1
9に設けたポート19cおよび外設膨張室23を
介して二段目の外設蓄冷器22の高温端22aに
連通している。そして、この二段目の外設蓄冷器
22の低温端22bは、ポート19dを介して外
設膨張室24に連通している。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a small-sized cryogenic refrigeration apparatus according to the present invention, and numeral 1 in the figure is a base serving as a fixing member. The base 1 has a disc-shaped upper end, and has a pair of inlet and outlet ports 2 and 3 in the bottom plate 1a. One outflow/inflow port 2 is bored in the center of the bottom plate 1a, and a communication pipe 4 is airtightly fitted into the upper half of this outflow/inflow port 2 via a seal member 5 and fixed with a set screw 6. are doing.
This communication pipe 4 extends upward, and a mounting disk 7 is attached to its upper end. A first-stage internal regenerator 8 is placed on this mounting disk 7 and fixed with a plurality of bolts 9a. This internal regenerator 8 is constructed by stacking heat storage elements 11 and spacers (not shown) in multiple stages alternately. The heat storage element 11 is a disc-shaped element made of copper or the like, and has a large number of ventilation holes 11a that penetrate vertically. The spacer is made of stainless steel wire or the like. A high temperature end (normal temperature end) 8a of this internal regenerator 8 communicates with the inflow/outflow port 2 via a port 7a bored in the mounting disc 7 and the communication pipe 4, and also communicates with the inflow/outflow port 2 via the port 7b formed in the mounting disc 7.
It communicates with the chamber 10 via. Further, the low temperature end 8b of the internal regenerator 8 is communicated with the high temperature end 13a of the second stage internal regenerator 13 through a port 12a, a communication path 12b, and a port 12c formed in the mounting member 12. . This mounting member 12 is
Disc-shaped mounting members 12s are provided at both the upper and lower ends, respectively.
12e. The internal regenerator 13 is also made up of a plurality of stacked heat storage elements 11 and spacers (not shown) alternately stacked together, and a plurality of bolts 9
It is fixed by b. A movable shell 14 is slidably fitted around the outer periphery of these internal regenerators 8 and 13. The movable shell 14 is a two-stage cylindrical body that fits around the outer periphery of the regenerators 8 and 13, and its first stage portion 14a surrounds the internal regenerator 8 of the first stage,
The second-stage internal regenerator 13 is surrounded by the second-stage portion 14b. A first-stage internal expansion chamber 16 is formed between the first-stage ceiling wall 14c of the movable shell 14 and the low-temperature end 8b of the first-stage internal regenerator 8, and the first-stage internal expansion chamber 16 is Member 12
port 12a, communication path 12b and communication hole 12
It communicates via f. Further, the end of the second stage portion 14b on the low temperature side is closed by the second stage ceiling wall 14d. In addition, the second stage ceiling wall 14
d and the low temperature end 13b of the internal regenerator 13, a second stage internal expansion chamber 17 is formed. Also,
A shaft hole 14f is bored in the center of the bottom wall 14e at the end of the first stage of the movable shell 14 on the high temperature side. They are slidably fitted. Further, a first stage external regenerator 21 and a second stage external regenerator 22 are provided around the outer periphery of the movable shell 14, which are held in a casing 19. The casing 19 is a two-stage cylindrical body that encloses the external regenerators 21 and 22, and has a top wall 19a at the end on the low temperature side of the first stage, and a top wall 19a at the end on the low temperature side of the second stage. The end portion is closed by an inverted cup-shaped top wall 19b. Also, this casing 19
A flange portion 19e is provided on the high temperature end side of the base 1, and the flange portion 19e is attached to the upper opening of the base 1 via a sealing member 20.
Then, the high temperature end 22a of the second stage external regenerator 22
A first stage external expansion chamber 23 is located between the top wall 14c of the movable shell 14 and the top wall 14c of the casing 19.
A second stage external expansion chamber 24 is formed between the movable shell 9b and the top wall 14d of the movable shell 14, respectively. Both of the external regenerators 21 and 22 are constructed by stacking a plurality of heat storage elements 25 and spacers (not shown) alternately, and bolts 26a and 26b, respectively.
It is fixed to the casing 19 using.
The heat storage element 25 is an annular element made of copper or the like, and has a large number of ventilation holes 25a penetrating vertically.
have. The spacer is made of stainless steel wire or the like. Note that the high temperature end 21a of the first-stage external regenerator 21 communicates with the inflow/outflow port 3 via the chamber 28. Moreover, the low temperature end 21b of this regenerator 21 is connected to the casing 1
It communicates with the high temperature end 22a of the second-stage external regenerator 22 via the port 19c provided at 9 and the external expansion chamber 23. The low temperature end 22b of the second stage external regenerator 22 communicates with the external expansion chamber 24 via the port 19d.

そして、前記両流出入ポート2,3をタイミン
グバルブ31を介して給気系路32または排気系
路33に接続するようにしている。タイミングバ
ルブ31は、具体的には、モータによりポートブ
ロツクを作動させてポートの切換えを行なうよう
にしたスライドバルブ等により構成されており、
第1図に記号で示すような態様で切換るようにな
つている。すなわち、位置Aでは、一方の流出入
ポート2を給気系路32に接続するとともに、他
方の流出入ポート3を排気系路33に接続するよ
うになつている。また、位置Bでは、一方の流出
入ポート2を排気系路33に接続するとともに、
他方の流出入ポート3を給気系路32に接続する
ようになつている。そして、前記位置Aと前記位
置Bとに交互に切換るようになつている。給気系
路32は、コンプレツサ34の吐出口34aから
吐出される高圧ガスをクーラ35を通して前記タ
イミングバルブ31の給気ポート31aに供給す
るためのものであり、また、排気系路33は、前
記タイミングバルブ31の排気ポート31bから
排出される低圧のガスを前記コンプレツサ34の
吸気口34bに導くためのものである。
Both the inflow and outflow ports 2 and 3 are connected to an air supply system path 32 or an exhaust system path 33 via a timing valve 31. Specifically, the timing valve 31 is composed of a slide valve or the like in which a port is operated by a motor to switch ports.
It is designed to switch in the manner shown by symbols in FIG. That is, at position A, one outflow/inflow port 2 is connected to the air supply system path 32, and the other outflow/inflow port 3 is connected to the exhaust system path 33. In addition, at position B, one of the inflow and outflow ports 2 is connected to the exhaust system path 33, and
The other inflow/outflow port 3 is connected to an air supply line 32. The position A and the position B are alternately switched. The air supply line 32 is for supplying high pressure gas discharged from the discharge port 34a of the compressor 34 to the air supply port 31a of the timing valve 31 through the cooler 35, This is for guiding low pressure gas discharged from the exhaust port 31b of the timing valve 31 to the intake port 34b of the compressor 34.

さらに、前記可動シエル14の外部高温端側に
ガスダンパ36を配設している。このガスダンパ
36は、環状に形成した可動部材37と、前記ケ
ーシング19の内周から突設された環状の固定部
材38を有している。可動部材37は、上端部内
周側に鍔37aを、外周側に鍔37bを、下端部
内周側に鍔37cを、外周側に鍔37dをそれぞ
れ有するものであり、ケーシング19の内周面に
スライド可能に摺接している。固定部材38は、
前記可動部材37の外周側の鍔37bと37dと
の間に配設され、鍔37bとの間に流体室39
を、鍔37dとの間に流体室41を形成してい
る。そして、これら流体室39,41にガスを充
満させるとともに、該両室39,41を狭い流体
通路42を介して連通している。また、内周側の
鍔37aと37cとの間には、前記可動シエル1
4の高温端部から突設された突起43が配設して
ある。この突起43は、前記可動シエル14と一
体にスライドするものであり、上方への該スライ
ドの終了位置近傍において前記鍔37aに当接し
てガスダンパ36の可動部材37を一体に上方へ
スライドさせるとともに、下方へのスライド終了
位置近傍において前記鍔37cに当接して可動部
材37を一体に下方へスライドさせるようになつ
ている。
Further, a gas damper 36 is disposed on the external high temperature end side of the movable shell 14. This gas damper 36 has a movable member 37 formed in an annular shape and an annular fixed member 38 protruding from the inner periphery of the casing 19 . The movable member 37 has a flange 37a on the inner periphery of the upper end, a flange 37b on the outer periphery, a flange 37c on the inner periphery of the lower end, and a flange 37d on the outer periphery, and slides on the inner periphery of the casing 19. Sliding contact possible. The fixed member 38 is
The fluid chamber 39 is disposed between the flanges 37b and 37d on the outer peripheral side of the movable member 37, and the fluid chamber 39 is disposed between the flanges 37b and 37d on the outer peripheral side of the movable member 37.
A fluid chamber 41 is formed between the flange 37d and the flange 37d. These fluid chambers 39 and 41 are filled with gas, and both chambers 39 and 41 are communicated through a narrow fluid passage 42. Moreover, between the inner peripheral side collars 37a and 37c, the movable shell 1
A protrusion 43 is provided that protrudes from the high temperature end of 4. This protrusion 43 slides together with the movable shell 14, and comes into contact with the collar 37a near the end position of the upward slide, thereby causing the movable member 37 of the gas damper 36 to slide upward together. Near the end position of the downward slide, the movable member 37 comes into contact with the collar 37c and slides downward together.

次いで、この実施例の作動を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be explained.

内設膨張室16,17が最小で、外設膨張室2
3,24が最大(第1図、第2図a参照)のと
き、タイミングバルブ31を位置Aにして一方の
流出入ポート2を給気系路32に連通させるとと
もに、他方の流出入ポート3を排気系路33に接
続する。これによつて、高圧のガスがコンプレツ
サ34から給気系統32を通して前記一方の流出
入ポート2へ流入する。この流出入ポート2に流
入した高圧ガスは、連通管4およびポート7aを
介して一段目の内設蓄冷器8の高温端8aに導か
れ、該蓄冷器8を通過したガスは取付部材12の
ポート12a、連通路12bおよび連通孔12f
を介して一段目の内設膨張室16に導入される。
また、この蓄冷器8を通過したガスの一部は取付
部材12のポート12a、連通路12bおよびポ
ート12cを介して二段目の内設蓄冷器13に導
入され、該二段目の内設蓄冷器13を通過して二
段目の内設膨張室17に導入される。また、前記
連通管4およびポート7aを通して導入された高
圧ガスの一部は、ポート7bを通してチヤンバ1
0へも導かれる。この状態では、前記内設膨張室
16および17内の高圧ガスによつて前記可動シ
エル14が上方へ押圧される一方で、前記チヤン
バ10内の高圧ガスの圧力によつて前記可動シエ
ル14が下方へ付勢される。しかしながら、前記
可動シエル14の前記膨張室16および17に対
する軸方向圧力成分を受けるための受圧面積は、
前記チヤンバ10に対する軸方向圧力成分を受け
るための受圧面積よりも前記連通管4の断面積に
相当する分だけ大きい(第3図a参照)ので、そ
の差によつて該可動シエル14は上方へ付勢され
移動する(第2図b参照)。この移動開始時にお
いては、突起43は可動部材37の下端側の鍔3
7cに当接している(第4図a参照)。そして、
一度移動が始まると、ガスは内設蓄冷器8,13
を通過して、膨張室16,17へ連続して入つて
くるのであるが、このとき該蓄冷器8,13によ
り圧力損失が生じるため、シエル上面14c14
dを押し上げる圧力の方が、シエル下面14eを
押し下げる圧力より若干小さくなり、面積差との
関係から、ほぼつり合う力となる。このとき、可
動シエル14は等速運動となる。そして、該可動
シエル14が上方のスライド終了位置近傍に達し
た時、突起43がガスダンパ36の可動部材37
の上端の鍔37aに当接し(第4図b参照)、可
動部材37が可動シエル14と一体に上昇する。
すると、該可動部材37の上昇に伴つて、流体室
41の容積が減少する一方流体室39の容積が増
加する。かかる容積の変化によつて、流体室41
内のガスが流体室39へ移動するが、両室39,
41を連通させる流体通路42が狭いので、該ガ
スが該流体通路42を通過する際に大きな摩擦抵
抗が発生する。この摩擦抵抗が可動部材37、突
起43を介して可動シエル14に伝えられ、該可
動シエル14の上昇にブレーキをかける。そし
て、該ブレーキによつて、該可動シエル14をし
だいに減速させ、所定のスライド終了位置で停止
させる。このとき、可動部材37は上方所定位置
までスライドしている(第4図c参照)。このよ
うにして、内設膨張室16および17の容積が最
大となり、その中に高圧のガスが充満した段階
で、前記タイミングバルブ31を位置Bへ切換
え、前記一方の流出入ポート2を排気系路33に
接続するとともに、他方の流出入ポート3を前記
給気系路32に連通させる(第2図c参照)。そ
の結果、前記内設膨張室16,17内のガスの一
部が蓄冷器8および連通管4を通して排気系路3
3へ吹きだし前記コンプレツサ34の吸気口34
bへ戻される。このとき前記内設膨張室16,1
7内に残つたガスは、他のガスを押し出すという
仕事をして自らが冷える。この段階では、前述の
ようにタイミングバルブ31が位置Bに保持され
ているので、前記コンプレツサ34から吐出され
る高圧のガスが給気系路32を通して前記他方の
流出入ポート3へ流入する。この流出入ポート3
に流入した高圧ガスは、チヤンバ28を通して一
段目の外設蓄冷器21の高温端21aに導かれ、
この蓄冷器21を通して一段目の外設膨張室23
に導入される。さらに、該外設膨張室23に導入
されたガスの一部は二段目の外設蓄冷器22を通
過して二段目の外設膨張室24に導入される。こ
の状態では、前記外設膨張室23,24内の高圧
ガスによつて前記可動シエル14が下方へ押圧さ
れる一方で、前記チヤンバ28内の高圧ガスの圧
力によつて前記可動シエル14が上方へ付勢され
る。しかしながら、前記可動シエル14の前記外
設膨張室23,24に対する軸方向圧力成分を受
けるための受圧面積は、前記チヤンバ28に対す
る軸方向圧力成分を受けるための受圧面積よりも
前記連通管4の断面積に相当する分だけ大きい
(第3図b参照)ので、その差によつて該可動シ
エルは下方へ付勢され移動する(第2図d参照)。
この際、前記内設膨張室13内に残つていた低温
のガスは、内設蓄冷器8を冷却しつつ通過して排
気系路33へ押し出される。そして、該可動シエ
ル14が下方のスライド終了位置近傍に達した
時、突起43がガスダンパ36の可動部材37の
下端の鍔37cに当接し(第4図d参照)、可動
部材37が可動シエル14と一体に下降する。す
ると、該可動部材37の下降に伴つて、流体室3
9の容積が減少する一方流体室41の容積が増加
する。かかる容積の変化によつて、流体室39内
のガスが流体室41へ移動するが、前述と同様、
該ガスが該流体通路42を通過する際に大きな摩
擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗が可動部材3
7、突起43を介して可動シエル14に伝えら
れ、該可動シエル14の下降にブレーキをかけ
る。そして、該ブレーキによつて、該可動シエル
14をしだいに減速させ、所定のスライド終了位
置で停止させる。このとき、可動部材37は、作
動開始時の位置に戻る(第4図a参照)。このよ
うにして、外設膨張室23,24の容積が最大と
なり、その中に高圧のガスが充満した段階で、前
記タイミングバルブ31を再び位置Aへ切換え、
前記他方の流出入ポート3を排気系路33に接続
すとともに、一方の流出入ポート2を前記給気系
路32に連通させる(第2図a参照)。その結果、
前記外設膨張室23,24内のガスの一部が外設
蓄冷器21,22を通して排気系路33へ吹きだ
し前記コンプレツサ34の吸気口34bへ戻され
る。このとき前記外設膨張室23,24に残つた
ガスは、他のガスを押し出すという仕事をして自
らが冷える。この段階では、前記コンプレツサ3
4から吐出される高圧のガスは再び一方の流出入
ポート2に供給され、予冷されつつ内設蓄冷器
8,13を通過して内設膨張室16,17に導入
され、再び、前記可動シエル14が上方へ移動す
る。そして、この際に前記外設膨張室23,24
に残つている低温のガスが外設蓄冷器21,22
を冷却しつつ通過して排気系路33へ押し出され
る。したがつて、以上の動作を繰り返すことによ
つて、ギフオードマクマホンサイクル(Gifford
−Mcmahon Cycle)が営まれ、前記ケーシング
19の上端部分が極低温となる。
The internal expansion chambers 16 and 17 are the smallest, and the external expansion chamber 2
3 and 24 are at maximum (see FIGS. 1 and 2 a), the timing valve 31 is set to position A to communicate one inflow/outflow port 2 with the air supply system path 32, and the other outflow/inflow port 3 is connected to the exhaust system line 33. As a result, high-pressure gas flows from the compressor 34 through the air supply system 32 to the one inflow/outflow port 2 . The high-pressure gas that has flowed into the inflow/outflow port 2 is guided to the high temperature end 8a of the first-stage internal regenerator 8 via the communication pipe 4 and port 7a, and the gas that has passed through the regenerator 8 is attached to the mounting member 12. Port 12a, communication path 12b and communication hole 12f
It is introduced into the first stage internal expansion chamber 16 through the.
A part of the gas that has passed through the regenerator 8 is introduced into the second-stage internal regenerator 13 via the port 12a, the communication path 12b, and the port 12c of the mounting member 12, and is introduced into the second-stage internal regenerator 13. It passes through the regenerator 13 and is introduced into the second-stage internal expansion chamber 17. Further, a part of the high pressure gas introduced through the communication pipe 4 and the port 7a is transferred to the chamber 1 through the port 7b.
It also leads to 0. In this state, the movable shell 14 is pushed upward by the high pressure gas in the internal expansion chambers 16 and 17, while the movable shell 14 is pushed downward by the pressure of the high pressure gas in the chamber 10. is urged to. However, the pressure receiving area of the movable shell 14 for receiving the axial pressure component with respect to the expansion chambers 16 and 17 is
Since the pressure receiving area for receiving the axial pressure component on the chamber 10 is larger by an amount corresponding to the cross-sectional area of the communication pipe 4 (see FIG. 3a), the movable shell 14 is moved upward due to the difference. It moves under pressure (see Figure 2b). At the start of this movement, the protrusion 43 is attached to the collar 3 on the lower end side of the movable member 37.
7c (see Fig. 4a). and,
Once movement begins, the gas is stored in internal regenerators 8 and 13.
The regenerators 8 and 13 continuously enter the expansion chambers 16 and 17, but at this time, pressure loss occurs due to the regenerators 8 and 13, so the shell upper surface 14c14
The pressure pushing up d is slightly smaller than the pressure pushing down shell lower surface 14e, and the forces are almost balanced in relation to the area difference. At this time, the movable shell 14 moves at a constant velocity. When the movable shell 14 reaches the vicinity of the upper slide end position, the protrusion 43 moves against the movable member 37 of the gas damper 36.
The movable member 37 comes into contact with the collar 37a at the upper end of the movable shell 14 (see FIG. 4b), and moves up together with the movable shell 14.
Then, as the movable member 37 rises, the volume of the fluid chamber 41 decreases while the volume of the fluid chamber 39 increases. Due to this change in volume, the fluid chamber 41
The gas inside moves to the fluid chamber 39, but both chambers 39,
Since the fluid passage 42 that connects the gases 41 to 41 is narrow, large frictional resistance occurs when the gas passes through the fluid passage 42. This frictional resistance is transmitted to the movable shell 14 via the movable member 37 and the protrusion 43, and brakes the upward movement of the movable shell 14. Then, the movable shell 14 is gradually decelerated by the brake and stopped at a predetermined slide end position. At this time, the movable member 37 has slid upward to a predetermined position (see FIG. 4c). In this way, when the internal expansion chambers 16 and 17 have reached their maximum volume and are filled with high-pressure gas, the timing valve 31 is switched to position B, and the one inflow/outflow port 2 is connected to the exhaust system. 33, and the other inflow/outflow port 3 is communicated with the air supply system path 32 (see FIG. 2c). As a result, a part of the gas in the internal expansion chambers 16 and 17 passes through the regenerator 8 and the communication pipe 4 to the exhaust system path 3.
3 to the air intake port 34 of the compressor 34.
Returned to b. At this time, the internal expansion chamber 16,1
The gas remaining inside 7 cools itself by pushing out other gases. At this stage, since the timing valve 31 is held at position B as described above, the high pressure gas discharged from the compressor 34 flows into the other inflow/outflow port 3 through the air supply line 32. This inflow/outflow port 3
The high pressure gas that has flowed into the chamber 28 is guided to the high temperature end 21a of the first stage external regenerator 21,
Through this regenerator 21, the first stage external expansion chamber 23
will be introduced in Further, a part of the gas introduced into the external expansion chamber 23 passes through the second-stage external regenerator 22 and is introduced into the second-stage external expansion chamber 24 . In this state, the movable shell 14 is pushed downward by the high pressure gas in the external expansion chambers 23 and 24, while the movable shell 14 is pushed upward by the pressure of the high pressure gas in the chamber 28. is urged to. However, the pressure receiving area of the movable shell 14 for receiving the axial pressure component with respect to the external expansion chambers 23 and 24 is larger than the pressure receiving area of the movable shell 14 with respect to the axial direction pressure component of the chamber 28. Since the movable shell is larger by an amount corresponding to the area (see FIG. 3b), the movable shell is urged downward and moved by the difference (see FIG. 2d).
At this time, the low-temperature gas remaining in the internal expansion chamber 13 passes through the internal regenerator 8 while being cooled and is pushed out to the exhaust system path 33. When the movable shell 14 reaches the vicinity of the downward sliding end position, the protrusion 43 abuts against the collar 37c at the lower end of the movable member 37 of the gas damper 36 (see FIG. 4d), and the movable member 37 moves the movable shell 14 and descend together. Then, as the movable member 37 descends, the fluid chamber 3
While the volume of fluid chamber 9 decreases, the volume of fluid chamber 41 increases. Due to this change in volume, the gas in the fluid chamber 39 moves to the fluid chamber 41, but as described above,
When the gas passes through the fluid passage 42, a large frictional resistance is generated. This frictional resistance
7. It is transmitted to the movable shell 14 via the protrusion 43, and applies a brake to the downward movement of the movable shell 14. Then, the movable shell 14 is gradually decelerated by the brake and stopped at a predetermined slide end position. At this time, the movable member 37 returns to the position at the start of operation (see FIG. 4a). In this way, when the volumes of the external expansion chambers 23 and 24 reach their maximum and are filled with high-pressure gas, the timing valve 31 is switched to position A again,
The other inflow/outflow port 3 is connected to the exhaust system path 33, and one outflow/inflow port 2 is communicated with the air supply system path 32 (see FIG. 2a). the result,
A portion of the gas in the external expansion chambers 23 and 24 is blown out through the external regenerators 21 and 22 into the exhaust system path 33 and returned to the intake port 34b of the compressor 34. At this time, the gas remaining in the external expansion chambers 23 and 24 works to push out other gases and cools itself. At this stage, the compressor 3
The high pressure gas discharged from 4 is again supplied to one of the inflow and outflow ports 2, passes through the internal regenerators 8 and 13 while being precooled, is introduced into the internal expansion chambers 16 and 17, and is again introduced into the movable shell. 14 moves upward. At this time, the external expansion chambers 23, 24
The low temperature gas remaining in the external regenerators 21 and 22
The air passes through the air while being cooled and is pushed out to the exhaust system path 33. Therefore, by repeating the above operations, the Gifford McMahon cycle (Gifford
-Mcmahon Cycle) is carried out, and the upper end portion of the casing 19 becomes extremely cold.

このようにして冷凍作用を営むものであるが、
このものは、可動シエル14の一段目部分14a
の天壁14cの上下両側に膨張室16,23をそ
れぞれ設けるとともに二段目部分14bの天壁1
4dの上下両側に膨張室17,24をそれぞれ設
け、各別な蓄冷器8,21を通して膨張室16,
23に、また、蓄冷器13,22を通して膨張室
17,24にそれぞれガスを供給するようにして
いる。そのため、前記膨張室16,17および蓄
冷器8,13と、前記膨張室23,24および蓄
冷器21,22とを用いてそれぞれ独立した冷凍
サイクルが営まれる。しかも、前記膨張室16,
17と前記膨張室23,24とは、前記可動シエ
ル14の往復動によつて交互に拡縮するので、該
可動シエル14の1往復動作毎に2度膨張作動を
行なわせることができ、同じ周波数なら冷凍能力
を従来のものの略2倍にすることができる。さら
に、内設膨張室16,17、外設膨張室23,2
4とも二段に形成されているので、ケーシング1
9の頂壁19b近傍では一段だけのものよりもよ
り低い温度を得ることができる。その上、可動部
が中空体状のシエルであるため、慣性質量が小さ
く、振動を大幅に低減させることができる。ま
た、前記可動シエル14の内部空間を有効に利用
して蓄冷器8を配設しているので、蓄冷器をケー
シング外に配した従来品に比べてコンパクト化が
可能である。また、この実施例のようにギフオー
ドマクマホンサイクルを営ませる場合には、可動
シエル14の高温端側に貫通させた連通管4の存
在により該可動シエル14の常温端側の受圧面積
が低温端側の受圧面積よりも小さくなることを利
用して、この可動シエル14を高圧ガスの付勢力
のみによつて移動させることが可能となる。その
ため、デイプレーサ(可動シエル)を作動させる
機構が一切不要となり、構造の大幅な簡略化を図
ることができる。
In this way, it performs its freezing action,
This is the first stage portion 14a of the movable shell 14.
Expansion chambers 16 and 23 are provided on both upper and lower sides of the ceiling wall 14c, respectively, and the ceiling wall 1 of the second stage portion 14b is
Expansion chambers 17 and 24 are provided on both the upper and lower sides of 4d, and the expansion chambers 16 and 24 are provided through different regenerators 8 and 21, respectively.
Gas is supplied to the expansion chambers 17 and 24 through the regenerators 13 and 22, respectively. Therefore, independent refrigeration cycles are operated using the expansion chambers 16, 17 and regenerators 8, 13, and the expansion chambers 23, 24 and regenerators 21, 22, respectively. Moreover, the expansion chamber 16,
17 and the expansion chambers 23 and 24 alternately expand and contract due to the reciprocating motion of the movable shell 14, so that the expansion operation can be performed twice for each reciprocating motion of the movable shell 14, and the same frequency If so, the refrigeration capacity can be approximately doubled compared to conventional ones. Furthermore, internal expansion chambers 16, 17, external expansion chambers 23, 2
Since both 4 are formed in two stages, casing 1
In the vicinity of the top wall 19b of 9, a lower temperature can be obtained than in the case where there is only one stage. Moreover, since the movable part is a hollow shell, the inertial mass is small and vibration can be significantly reduced. Furthermore, since the regenerator 8 is disposed by effectively utilizing the internal space of the movable shell 14, it is possible to make the regenerator more compact than conventional products in which the regenerator is disposed outside the casing. In addition, when operating the Gifford McMahon cycle as in this embodiment, due to the presence of the communication pipe 4 penetrating the high temperature end side of the movable shell 14, the pressure receiving area on the room temperature end side of the movable shell 14 is reduced to the low temperature end side. Taking advantage of the fact that the movable shell 14 is smaller than the pressure receiving area on the side, it becomes possible to move the movable shell 14 only by the urging force of the high pressure gas. Therefore, no mechanism for operating the deplacer (movable shell) is required, and the structure can be greatly simplified.

加えて、可動シエル14のスライドをガスダン
パ36によりスライド終了位置の近傍から減速さ
せて該終了位置で停止させるようにしているの
で、ストツパに衝突させて停止させる前述したも
ののように該衝突の度に振動が発生するといつた
不都合が生じない。
In addition, since the slide of the movable shell 14 is decelerated from near the end position of the slide by the gas damper 36 and stopped at the end position, the slide of the movable shell 14 is decelerated from near the end position of the slide, so that the slide of the movable shell 14 is stopped at the end position. The inconvenience that occurs when vibration occurs does not occur.

なお、本発明は、ギフオードマクマホンサイク
ルを営む冷凍装置に限らず、例えば、ソルベーサ
イクル、スターリングサイクル等を用いた小型極
低温冷凍装置にも同様に適用が可能である。
Note that the present invention is not limited to a refrigeration system operating on the Gifford-McMahon cycle, but can be similarly applied to, for example, a small-sized cryogenic refrigeration system using a Solvay cycle, a Stirling cycle, or the like.

また、前記実施例では、二段タイプのものにつ
いて説明したが、本発明は、一段タイプや三段以
上の多段タイプのものにも適用できるのは勿論で
ある。
Further, in the above embodiment, a two-stage type was described, but the present invention is of course applicable to a one-stage type and a multi-stage type of three or more stages.

また、ガスダンパの構成は、前記実施例のもの
に限られない。例えば、可動部材にピストンを設
けるとともに固定部材を該ピストンの上下にそれ
ぞれ固設した蓋としたものでもよい。また、前記
突起と前記内周側の鍔との当接面に弾性部材を取
り付けてもよい。また、前記突起をたわみ性を有
するものとし、弾性効果を持たせてもよい。ま
た、前記可動部材のケーシング内周面との摺動部
にシールを入れてもよい。また、流体通路は固定
部材と可動部材との間の隙間に限られず、例え
ば、固定部材に設けた絞り孔であつてもよい。
Furthermore, the configuration of the gas damper is not limited to that of the embodiment described above. For example, the movable member may be provided with a piston, and the fixed member may be a lid fixedly provided above and below the piston, respectively. Further, an elastic member may be attached to a contact surface between the protrusion and the inner periphery side collar. Furthermore, the protrusion may be flexible and may have an elastic effect. Further, a seal may be placed in a sliding portion of the movable member with the inner circumferential surface of the casing. Further, the fluid passage is not limited to the gap between the fixed member and the movable member, but may be, for example, a throttle hole provided in the fixed member.

更に蓄冷材は穴あきプレートに限らずナツシユ
材を押し固めたものであつてもよい。
Furthermore, the cold storage material is not limited to a perforated plate, but may also be a pressed nut material.

[発明の効果] 本発明は、以上のような構成であるから、冷凍
能力が高い上に構造が簡単であり、しかも、コン
パクト化が可能で、加えて振動が生じない極低温
冷凍装置を提供できるものである。
[Effects of the Invention] Since the present invention has the above-described configuration, it provides a cryogenic refrigeration device that has high refrigerating capacity, has a simple structure, can be made compact, and does not generate vibrations. It is possible.

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

図面は、本発明の一実施例を示し、第1図は縦
断面図、第2図a,b,c,dは作動説明図、第
3図a,bは可動シエルに対する圧力分布を説明
するための作用説明図、第4図a,b,c,dは
ガスダンパの作動説明図である。 1……固定部材(ベース)、8,13……内設
蓄冷器、14……可動シエル、16,17……内
設膨張室、19……ケーシング、21,22……
外設蓄冷器、23,24……外設膨張室、31…
…タイミングバルブ、32……給気系路、33…
…排気系路、36……ガスダンパ、37……可動
部材、38……固定部材、39,41……流体
室、42……流体通路、43……突起。
The drawings show one embodiment of the present invention, in which Fig. 1 is a longitudinal sectional view, Fig. 2 a, b, c, and d are explanatory diagrams of operation, and Fig. 3 a, b explains pressure distribution on the movable shell. Figures 4a, b, c, and d are explanatory views of the operation of the gas damper. 1... Fixed member (base), 8, 13... Internal regenerator, 14... Movable shell, 16, 17... Internal expansion chamber, 19... Casing, 21, 22...
External regenerator, 23, 24...External expansion chamber, 31...
...Timing valve, 32...Air supply system path, 33...
...Exhaust system path, 36...Gas damper, 37...Movable member, 38...Fixed member, 39, 41...Fluid chamber, 42...Fluid passage, 43...Protrusion.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 固定部材に支持された内設蓄冷器と、この内
設蓄冷器の外周にスライド可能に嵌装されその低
温側端部と該蓄冷器の低温端との間に内設膨張室
を形成する中空な可動シエルと、この可動シエル
の外周囲に配設した外設蓄冷器と、この外設蓄冷
器を包囲するように設けられその低温側の端部と
前記可動シエルとの間に前記外設蓄冷器に連通す
る外設膨張室を形成するケーシングと、前記各蓄
冷器の高温端を給気系路または排気系路に予め設
定したタイミングで接続し給気系路から吐出する
冷却用ガスにより前記可動シエルの受圧面を押圧
してスライドさせるタイミングバルブと、前記可
動シエルの外部高温端側に設けられ該可動シエル
をスライド終了位置近傍から減速させスライド終
了位置で停止させるガスダンパとを具備してなる
ことを特徴とする極低温冷凍装置。
1. An internal regenerator supported by a fixed member, and an internal expansion chamber that is slidably fitted around the outer periphery of the regenerator to form an internal expansion chamber between its low temperature side end and the low temperature end of the regenerator. A hollow movable shell, an external regenerator disposed around the outer periphery of the movable shell, and an external regenerator provided to surround the external regenerator between the lower end of the movable shell and the movable shell. A casing forming an external expansion chamber that communicates with the installed regenerator, and a cooling gas that connects the high temperature end of each regenerator to an air supply system path or an exhaust system path at a preset timing and discharges from the air supply system path. a timing valve that presses a pressure receiving surface of the movable shell to slide the movable shell; and a gas damper that is provided on the external high temperature end side of the movable shell and that decelerates the movable shell from near the slide end position and stops the movable shell at the slide end position. A cryogenic freezing device that is characterized by
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