JPH06207757A - スターリングサイクル冷凍機 - Google Patents
スターリングサイクル冷凍機Info
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- JPH06207757A JPH06207757A JP247293A JP247293A JPH06207757A JP H06207757 A JPH06207757 A JP H06207757A JP 247293 A JP247293 A JP 247293A JP 247293 A JP247293 A JP 247293A JP H06207757 A JPH06207757 A JP H06207757A
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- Japan
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- cylinder
- piston
- heating
- working gas
- fixed
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1428—Control of a Stirling refrigeration machine
Landscapes
- Control Of Linear Motors (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 スターリングサイクル冷凍機において環境温
度の変化により圧縮空間内の作動ガスのばね定数が変化
するため、圧縮空間内の作動ガスの状態量をフィードバ
ック制御することで作動ガスのばね定数を一定とし、振
動系の共振周波数と運転周波数のずれによるモータ効率
の低下を防止する。 【構成】 制御回路２３は温度センサ２２でモニタした
温度情報と、あらかじめ設定した振動系の共振周波数と
運転周波数の一致するときのシリンダ１の温度との差か
ら必要な電力を計算してアンプ２４に指令を行う。アン
プ２４はその指令によりヒータ２５または冷却ファン２
６に電力を供給してシリンダ１の温度調節を行う。この
制御ループを繰り返してシリンダ１の温度を一定に保
つ。
度の変化により圧縮空間内の作動ガスのばね定数が変化
するため、圧縮空間内の作動ガスの状態量をフィードバ
ック制御することで作動ガスのばね定数を一定とし、振
動系の共振周波数と運転周波数のずれによるモータ効率
の低下を防止する。 【構成】 制御回路２３は温度センサ２２でモニタした
温度情報と、あらかじめ設定した振動系の共振周波数と
運転周波数の一致するときのシリンダ１の温度との差か
ら必要な電力を計算してアンプ２４に指令を行う。アン
プ２４はその指令によりヒータ２５または冷却ファン２
６に電力を供給してシリンダ１の温度調節を行う。この
制御ループを繰り返してシリンダ１の温度を一定に保
つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、赤外線撮像素子の冷
却や気体の液化等に使用されるスターリングサイクル冷
凍機に関するものである。
却や気体の液化等に使用されるスターリングサイクル冷
凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のスターリングサイクル冷凍
機の概略構成を示す断面図である。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、このコール
ドフィンガ３の内部で作動ガスの圧力変動によりディス
プレーサ４が往復運動をする。上記シリンダ１と上記コ
ールドフィンガ３は連結管５で接続されており、膨張空
間１３と蓄熱器６と第１の圧縮空間１４と連結管５と第
２の圧縮空間１５は作動空間を構成している。上記蓄熱
器６は中心孔１６を経てその下側の作動ガスに通じると
ともに、中心孔１７を経て上側の作動ガスに通じること
ができる。上記ピストン２と上記シリンダ１の壁の間に
はすきまシール１８が配置され、上記ピストン２の下側
に存在するバッファ空間２０と上記作動空間との間の作
動ガスの出入りを防止している。また、上記ディスプレ
ーサ４と上記コールドフィンガ３の間においてもすきま
シール１９を備え、上記膨張空間１３と上記第１の圧縮
空間１４の間の作動ガスの流れが上記蓄熱器６内を流れ
るよう強制している。上記ピストン２はその下側の上記
バッファ空間２０中にアルミニウム等の非磁性および非
磁化材料からなるボビン７を備える。ボビン７には導電
体を巻き付けてコイル８を形成する。上記バッファ空間
２０中には半径方向に磁界をもつ永久磁石９とヨーク１
０が設けられ、上記永久磁石９と上記ヨーク１０とは一
体となって閉磁気回路を構成している。上記ボビン７、
上記コイル８、上記永久磁石９、上記ヨーク１０は全体
としてピストン駆動用のリニアモータ２１を構成してい
る。また、上記ピストン２および上記ディスプレーサ４
はそれぞれピストン用スプリング１１、ディスプレーサ
用スプリング１３によって、上記シリンダ１および上記
コールドフィンガ３内に往復運動可能に連結され、上記
ピストン２および上記ディスプレーサ４の静止時の固定
位置および運転時の中立位置を定めている。
機の概略構成を示す断面図である。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、このコール
ドフィンガ３の内部で作動ガスの圧力変動によりディス
プレーサ４が往復運動をする。上記シリンダ１と上記コ
ールドフィンガ３は連結管５で接続されており、膨張空
間１３と蓄熱器６と第１の圧縮空間１４と連結管５と第
２の圧縮空間１５は作動空間を構成している。上記蓄熱
器６は中心孔１６を経てその下側の作動ガスに通じると
ともに、中心孔１７を経て上側の作動ガスに通じること
ができる。上記ピストン２と上記シリンダ１の壁の間に
はすきまシール１８が配置され、上記ピストン２の下側
に存在するバッファ空間２０と上記作動空間との間の作
動ガスの出入りを防止している。また、上記ディスプレ
ーサ４と上記コールドフィンガ３の間においてもすきま
シール１９を備え、上記膨張空間１３と上記第１の圧縮
空間１４の間の作動ガスの流れが上記蓄熱器６内を流れ
るよう強制している。上記ピストン２はその下側の上記
バッファ空間２０中にアルミニウム等の非磁性および非
磁化材料からなるボビン７を備える。ボビン７には導電
体を巻き付けてコイル８を形成する。上記バッファ空間
２０中には半径方向に磁界をもつ永久磁石９とヨーク１
０が設けられ、上記永久磁石９と上記ヨーク１０とは一
体となって閉磁気回路を構成している。上記ボビン７、
上記コイル８、上記永久磁石９、上記ヨーク１０は全体
としてピストン駆動用のリニアモータ２１を構成してい
る。また、上記ピストン２および上記ディスプレーサ４
はそれぞれピストン用スプリング１１、ディスプレーサ
用スプリング１３によって、上記シリンダ１および上記
コールドフィンガ３内に往復運動可能に連結され、上記
ピストン２および上記ディスプレーサ４の静止時の固定
位置および運転時の中立位置を定めている。
【０００３】次に、前記の従来のスターリングサイクル
冷凍機の動作について説明する。コイル８に交流電流を
流すことによって永久磁石９の作る半径方向の磁場との
相互作用によりコイル８には軸方向に周期的なローレン
ツ力が働き、その結果、ピストン２、ボビン７およびコ
イル８により構成される摺動部とピストン用スプリング
１１からなる系は共振状態となり、上記摺動部は軸方向
に振動する。ピストン２の振動は、膨張空間１３、第１
の圧縮空間１４、第２の圧縮空間１５、連結管５、蓄熱
器６、中心孔１６、中心孔１７からなる作動空間内に封
入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたらすととも
に蓄熱器６を通過するガスの流量変化によりディスプレ
ーサ４に周期的な軸方向の振動力を生じさせる。このよ
うにして蓄熱器６を含むディスプレーサ４はピストン２
と同じ周期でかつ異なった位相でコールドフィンガ３内
を軸方向に往復運動することとなる。ピストン２および
ディスプレーサ４が適当な位相差を保って運動すると
き、上記作動空間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
として膨張空間１３に冷熱を発生する。上記逆スターリ
ングサイクルと冷熱発生の原理については、文献「Ｃｒ
ｙｏｃｏｏｌｅｒｓ」（Ｇ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｐｌｅｎｕ
ｍ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９８３，ｐ
ｐ．１２３〜１７７）に詳細に説明されている。
冷凍機の動作について説明する。コイル８に交流電流を
流すことによって永久磁石９の作る半径方向の磁場との
相互作用によりコイル８には軸方向に周期的なローレン
ツ力が働き、その結果、ピストン２、ボビン７およびコ
イル８により構成される摺動部とピストン用スプリング
１１からなる系は共振状態となり、上記摺動部は軸方向
に振動する。ピストン２の振動は、膨張空間１３、第１
の圧縮空間１４、第２の圧縮空間１５、連結管５、蓄熱
器６、中心孔１６、中心孔１７からなる作動空間内に封
入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたらすととも
に蓄熱器６を通過するガスの流量変化によりディスプレ
ーサ４に周期的な軸方向の振動力を生じさせる。このよ
うにして蓄熱器６を含むディスプレーサ４はピストン２
と同じ周期でかつ異なった位相でコールドフィンガ３内
を軸方向に往復運動することとなる。ピストン２および
ディスプレーサ４が適当な位相差を保って運動すると
き、上記作動空間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
として膨張空間１３に冷熱を発生する。上記逆スターリ
ングサイクルと冷熱発生の原理については、文献「Ｃｒ
ｙｏｃｏｏｌｅｒｓ」（Ｇ．Ｗａｌｋｅｒ，Ｐｌｅｎｕ
ｍ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９８３，ｐ
ｐ．１２３〜１７７）に詳細に説明されている。
【０００４】以下に、その原理について簡単に説明す
る。ピストン２により圧縮された第２の圧縮空間１５内
のガスは連結管５を経て流れる間に冷却されて、第１の
圧縮空間１４、中心孔１６、蓄熱器６に流れこむ。蓄熱
器６で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１７を通って膨張空間１３に
入る。そして、大部分の作動ガスが膨張空間１３内に入
ると膨張が始まり、膨張空間１３内に冷熱を発生する。
作動ガスは次に逆の順序で蓄熱器６に冷熱を放出しなが
ら流路を戻り第２の圧縮空間１５に入る。このとき、外
部から熱を奪い外部を冷却する。そうして、大部分の作
動ガスが第２の圧縮空間１５内に戻ると再び圧縮が始ま
り次のサイクルに移行する。以上このようなプロセスに
より冷熱が発生する。
る。ピストン２により圧縮された第２の圧縮空間１５内
のガスは連結管５を経て流れる間に冷却されて、第１の
圧縮空間１４、中心孔１６、蓄熱器６に流れこむ。蓄熱
器６で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１７を通って膨張空間１３に
入る。そして、大部分の作動ガスが膨張空間１３内に入
ると膨張が始まり、膨張空間１３内に冷熱を発生する。
作動ガスは次に逆の順序で蓄熱器６に冷熱を放出しなが
ら流路を戻り第２の圧縮空間１５に入る。このとき、外
部から熱を奪い外部を冷却する。そうして、大部分の作
動ガスが第２の圧縮空間１５内に戻ると再び圧縮が始ま
り次のサイクルに移行する。以上このようなプロセスに
より冷熱が発生する。
【０００５】次に可動部の運動について簡単に説明す
る。ピストン２、ボビン７およびコイル８により構成さ
れる可動部の運動はリニアモータ２１が発生する駆動力
Ｆｃｏｓ ωｔと、慣性力ｍｘ、減衰力ｃｘおよびばね
反力ｋｘの関係からなっており、次式で表わされる。
る。ピストン２、ボビン７およびコイル８により構成さ
れる可動部の運動はリニアモータ２１が発生する駆動力
Ｆｃｏｓ ωｔと、慣性力ｍｘ、減衰力ｃｘおよびばね
反力ｋｘの関係からなっており、次式で表わされる。
【０００６】
【数１】
【０００７】振動系の共振周波数を支配している要素は
可動部質量ｍ、減衰係数ｃおよびばね定数ｋである。そ
のうち、ばね定数ｋはピストン用スプリング１１のばね
定数と第２の圧縮空間１５の作動ガスによるばね定数か
らなっている。通常、リニアモータの効率を上げ消費電
力を最小とするために、可動部質量ｍと減衰係数ｃとば
ね定数ｋとから決まる振動系の共振周波数と、リニアモ
ータに印加する電流の周波数である運転周波数を合わせ
るよう設計している。
可動部質量ｍ、減衰係数ｃおよびばね定数ｋである。そ
のうち、ばね定数ｋはピストン用スプリング１１のばね
定数と第２の圧縮空間１５の作動ガスによるばね定数か
らなっている。通常、リニアモータの効率を上げ消費電
力を最小とするために、可動部質量ｍと減衰係数ｃとば
ね定数ｋとから決まる振動系の共振周波数と、リニアモ
ータに印加する電流の周波数である運転周波数を合わせ
るよう設計している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のような構成によ
るスターリングサイクル冷凍機では、環境温度が上昇す
ると第２の圧縮空間１５内の作動ガスの圧力が上がり、
作動ガスのばね定数の値が大きくなる。また、逆に環境
温度が低下すると作動ガスの圧力が下がり、作動ガスの
ばね定数の値は小さくなる。したがって、環境温度の変
化により作動ガスのばね定数が変化して振動系の共振周
波数を変化させ、振動系の共振周波数と運転周波数との
間にずれが生じてモータ効率が低下するという問題があ
った。
るスターリングサイクル冷凍機では、環境温度が上昇す
ると第２の圧縮空間１５内の作動ガスの圧力が上がり、
作動ガスのばね定数の値が大きくなる。また、逆に環境
温度が低下すると作動ガスの圧力が下がり、作動ガスの
ばね定数の値は小さくなる。したがって、環境温度の変
化により作動ガスのばね定数が変化して振動系の共振周
波数を変化させ、振動系の共振周波数と運転周波数との
間にずれが生じてモータ効率が低下するという問題があ
った。
【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、スターリングサイクル冷凍機に
おいて、第２の圧縮空間内の作動ガスの状態量をモニタ
し、シリンダを加熱・冷却する手段を備え、シリンダ温
度を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給する電力を制
御回路にて制御することにより、作動ガスの温度を一
定、つまり作動ガスのばね定数を一定として、振動系の
共振周波数と運転周波数のずれによるモータ効率の低下
を防止することを目的としている。
ためになされたもので、スターリングサイクル冷凍機に
おいて、第２の圧縮空間内の作動ガスの状態量をモニタ
し、シリンダを加熱・冷却する手段を備え、シリンダ温
度を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給する電力を制
御回路にて制御することにより、作動ガスの温度を一
定、つまり作動ガスのばね定数を一定として、振動系の
共振周波数と運転周波数のずれによるモータ効率の低下
を防止することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明に係るスターリ
ングサイクル冷凍機は、シリンダの温度を計測する温度
センサと、シリンダを加熱または冷却する加熱・冷却手
段と、シリンダの温度を一定に保つよう加熱・冷却手段
に供給する電力を決定する制御回路と、制御回路の指令
により電力を加熱・冷却手段に供給するアンプを備える
ことを特徴とする。
ングサイクル冷凍機は、シリンダの温度を計測する温度
センサと、シリンダを加熱または冷却する加熱・冷却手
段と、シリンダの温度を一定に保つよう加熱・冷却手段
に供給する電力を決定する制御回路と、制御回路の指令
により電力を加熱・冷却手段に供給するアンプを備える
ことを特徴とする。
【００１１】また、この発明に係るスターリングサイク
ル冷凍機は、作動ガスの温度変化をその状態量の変化か
ら読み取ることができることから、シリンダ内の作動ガ
スの平均圧力を計測する圧力センサと、シリンダを加熱
または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダ内の作動ガ
スの平均圧力を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給す
る電力を決定する制御回路と、制御回路の指令により電
力を加熱・冷却手段に供給するアンプを備えることを特
徴とする。
ル冷凍機は、作動ガスの温度変化をその状態量の変化か
ら読み取ることができることから、シリンダ内の作動ガ
スの平均圧力を計測する圧力センサと、シリンダを加熱
または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダ内の作動ガ
スの平均圧力を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給す
る電力を決定する制御回路と、制御回路の指令により電
力を加熱・冷却手段に供給するアンプを備えることを特
徴とする。
【００１２】この発明に係るスターリングサイクル冷凍
機は、リニアモータのコイルに流れる電流とかかる電圧
の位相差を計測する位相差検出器と、シリンダを加熱ま
たは冷却する加熱・冷却手段と、リニアモータのコイル
に流れる電流とかかる電圧の位相差を一定に保つよう加
熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回路と、制
御回路の指令により電力を加熱・冷却手段に供給するア
ンプを備えることを特徴とする。
機は、リニアモータのコイルに流れる電流とかかる電圧
の位相差を計測する位相差検出器と、シリンダを加熱ま
たは冷却する加熱・冷却手段と、リニアモータのコイル
に流れる電流とかかる電圧の位相差を一定に保つよう加
熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回路と、制
御回路の指令により電力を加熱・冷却手段に供給するア
ンプを備えることを特徴とする。
【００１３】
【作用】この発明におけるスターリングサイクル冷凍機
は、シリンダの温度を計測する温度センサと、シリンダ
を加熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダの温
度を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給する電力を決
定する制御回路と、制御回路の指令により電力を加熱・
冷却手段に供給するアンプを備えることにより、作動ガ
スの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定数を一定とす
ることで、振動系の共振周波数の変動を防止して、リニ
アモータの効率の低下を防ぐことができる。
は、シリンダの温度を計測する温度センサと、シリンダ
を加熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダの温
度を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給する電力を決
定する制御回路と、制御回路の指令により電力を加熱・
冷却手段に供給するアンプを備えることにより、作動ガ
スの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定数を一定とす
ることで、振動系の共振周波数の変動を防止して、リニ
アモータの効率の低下を防ぐことができる。
【００１４】また、この発明におけるスターリングサイ
クル冷凍機は、作動ガスの温度変化をその状態量の変化
から読み取ることができることから、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を計測する圧力センサと、シリンダを加
熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給
する電力を決定する制御回路と、制御回路の指令により
電力を加熱・冷却手段に供給するアンプを備えることに
より、作動ガスの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定
数を一定とすることで、振動系の共振周波数の変動を防
止して、リニアモータの効率の低下を防ぐことが可能と
なる。
クル冷凍機は、作動ガスの温度変化をその状態量の変化
から読み取ることができることから、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を計測する圧力センサと、シリンダを加
熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給
する電力を決定する制御回路と、制御回路の指令により
電力を加熱・冷却手段に供給するアンプを備えることに
より、作動ガスの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定
数を一定とすることで、振動系の共振周波数の変動を防
止して、リニアモータの効率の低下を防ぐことが可能と
なる。
【００１５】また、この発明におけるスターリングサイ
クル冷凍機は、リニアモータのコイルに流れる電流とか
かる電圧の位相差を計測する位相差検出器と、シリンダ
を加熱または冷却する加熱・冷却手段と、リニアモータ
のコイルに流れる電流とかかる電圧の位相差を一定に保
つよう加熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回
路と、制御回路の指令により電力を加熱・冷却手段に供
給するアンプを備えることにより、作動ガスの温度を一
定に保ち、作動ガスのばね定数を一定とすることで、振
動系の共振周波数の変動を防止して、リニアモータの効
率の低下を防ぐことが可能となる。
クル冷凍機は、リニアモータのコイルに流れる電流とか
かる電圧の位相差を計測する位相差検出器と、シリンダ
を加熱または冷却する加熱・冷却手段と、リニアモータ
のコイルに流れる電流とかかる電圧の位相差を一定に保
つよう加熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回
路と、制御回路の指令により電力を加熱・冷却手段に供
給するアンプを備えることにより、作動ガスの温度を一
定に保ち、作動ガスのばね定数を一定とすることで、振
動系の共振周波数の変動を防止して、リニアモータの効
率の低下を防ぐことが可能となる。
【００１６】
実施例１ この発明の実施例の動作について図によって説明する。
図１において１はシリンダでありこのシリンダ１の温度
を温度センサ２２においてモニタする。制御回路２３は
温度センサ２２でモニタした温度情報と、あらかじめ設
定した振動系の共振周波数と運転周波数の一致するとき
のシリンダ１の温度との差から必要な電力を計算してア
ンプ２４に指令を行う。アンプ２４はその指令によりヒ
ータ２５または冷却ファン２６に電力を供給してシリン
ダ１の温度調節を行う。この制御ループを繰り返してシ
リンダ１の温度を一定に保つ。
図１において１はシリンダでありこのシリンダ１の温度
を温度センサ２２においてモニタする。制御回路２３は
温度センサ２２でモニタした温度情報と、あらかじめ設
定した振動系の共振周波数と運転周波数の一致するとき
のシリンダ１の温度との差から必要な電力を計算してア
ンプ２４に指令を行う。アンプ２４はその指令によりヒ
ータ２５または冷却ファン２６に電力を供給してシリン
ダ１の温度調節を行う。この制御ループを繰り返してシ
リンダ１の温度を一定に保つ。
【００１７】実施例２ 図２において１はシリンダでありこのシリンダ内の圧力
を圧力センサ２７においてモニタする。制御回路２３は
モニタした圧力の平均値とあらかじめ設定した振動系の
共振周波数と運転周波数の一致するときのシリンダ１内
の平均圧力値との差から必要な電力を計算してアンプ２
４に指令を行う。アンプ２４はその指令によりヒータ２
５または冷却ファン２６に電力を供給してシリンダ１の
温度調節を行う。上記制御ループを繰り返してシリンダ
１の温度を一定に保つ。
を圧力センサ２７においてモニタする。制御回路２３は
モニタした圧力の平均値とあらかじめ設定した振動系の
共振周波数と運転周波数の一致するときのシリンダ１内
の平均圧力値との差から必要な電力を計算してアンプ２
４に指令を行う。アンプ２４はその指令によりヒータ２
５または冷却ファン２６に電力を供給してシリンダ１の
温度調節を行う。上記制御ループを繰り返してシリンダ
１の温度を一定に保つ。
【００１８】実施例３ 図３において１はシリンダ、８はリニアモータのコイ
ル、２９はコイル８に電流を印加しリニアモータ２１を
駆動するための電源である。位相差検出器２８はコイル
８に流れる電流とかかる電圧の位相差をモニタする。制
御回路２３はモニタした位相差と、あらかじめ設定した
振動系の共振周波数と運転周波数の一致するときのコイ
ル８の電流と電圧の位相差との差から必要な電力を計算
してアンプ２４に指令を行う。アンプ２４はその指令に
よりヒータ２５または冷却ファン２６に電力を供給して
シリンダ１の温度調節を行う。上記制御ループを繰り返
してシリンダ１の温度を一定に保つ。
ル、２９はコイル８に電流を印加しリニアモータ２１を
駆動するための電源である。位相差検出器２８はコイル
８に流れる電流とかかる電圧の位相差をモニタする。制
御回路２３はモニタした位相差と、あらかじめ設定した
振動系の共振周波数と運転周波数の一致するときのコイ
ル８の電流と電圧の位相差との差から必要な電力を計算
してアンプ２４に指令を行う。アンプ２４はその指令に
よりヒータ２５または冷却ファン２６に電力を供給して
シリンダ１の温度調節を行う。上記制御ループを繰り返
してシリンダ１の温度を一定に保つ。
【００１９】ところでピストンの変位ｘとリニアモータ
駆動力Ｆｃｏｓ ωｔには、次式により位相差φがある
ことがわかる。
駆動力Ｆｃｏｓ ωｔには、次式により位相差φがある
ことがわかる。
【００２０】
【数２】
【００２１】ここでφは駆動力と変位との位相差を表わ
している。この位相差φは前式よりｐおよびζで表わさ
れる。ｐは運転周波数と共振周波数の比であり、角振動
数ω、可動部質量ｍ、ばね定数ｋで決まるものである。
また、ζは減衰比であり、減衰系数ｃ、可動部質量ｍ、
ばね定数ｋで決まるものである。したがって、位相差φ
についても減衰系数ｃ、可動部質量ｍ、ばね定数ｋで決
まるものである。環境温度の変化によりばね定数が変化
すると、印加電流とピストン変位の位相差φが変化し、
同様に印加電流とピストン速さの位相差も変化する。ま
た、リニアモータ内で逆起電圧が発生するため印加電流
と電圧の間にも位相差があるが、この逆起電圧は、ピス
トンの速さに依存するものであるから、印加電流とピス
トン速さの位相差の変化に伴い、印加電流と電圧の位相
差にも変化が生じることとなる。したがって、リニアモ
ータに印加される電流と電圧の位相差をモニタすること
によって作動ガスの状態変化を知ることができる。
している。この位相差φは前式よりｐおよびζで表わさ
れる。ｐは運転周波数と共振周波数の比であり、角振動
数ω、可動部質量ｍ、ばね定数ｋで決まるものである。
また、ζは減衰比であり、減衰系数ｃ、可動部質量ｍ、
ばね定数ｋで決まるものである。したがって、位相差φ
についても減衰系数ｃ、可動部質量ｍ、ばね定数ｋで決
まるものである。環境温度の変化によりばね定数が変化
すると、印加電流とピストン変位の位相差φが変化し、
同様に印加電流とピストン速さの位相差も変化する。ま
た、リニアモータ内で逆起電圧が発生するため印加電流
と電圧の間にも位相差があるが、この逆起電圧は、ピス
トンの速さに依存するものであるから、印加電流とピス
トン速さの位相差の変化に伴い、印加電流と電圧の位相
差にも変化が生じることとなる。したがって、リニアモ
ータに印加される電流と電圧の位相差をモニタすること
によって作動ガスの状態変化を知ることができる。
【００２２】
【発明の効果】この発明におけるスターリングサイクル
冷凍機は、シリンダの温度を計測する温度センサと、シ
リンダを加熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリン
ダの温度を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給する電
力を決定する制御回路と、制御回路の指令により加熱・
冷却手段に電力を供給するアンプを備えることにより、
作動ガスの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定数を一
定とすることで、振動系の共振周波数の変動を防止し
て、リニアモータの効率の低下を防ぐことができる。
冷凍機は、シリンダの温度を計測する温度センサと、シ
リンダを加熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリン
ダの温度を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給する電
力を決定する制御回路と、制御回路の指令により加熱・
冷却手段に電力を供給するアンプを備えることにより、
作動ガスの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定数を一
定とすることで、振動系の共振周波数の変動を防止し
て、リニアモータの効率の低下を防ぐことができる。
【００２３】また、この発明におけるスターリングサイ
クル冷凍機は、作動ガスの温度変化をその状態量の変化
から読み取ることができることから、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を計測する圧力センサと、シリンダを加
熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給
する電力を決定する制御回路と、制御回路の指令により
加熱・冷却手段に電力を供給するアンプを備えることに
より、作動ガスの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定
数を一定とすることで、振動系の共振周波数の変動を防
止して、リニアモータの効率の低下を防ぐことが可能と
なる。
クル冷凍機は、作動ガスの温度変化をその状態量の変化
から読み取ることができることから、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を計測する圧力センサと、シリンダを加
熱または冷却する加熱・冷却手段と、シリンダ内の作動
ガスの平均圧力を一定に保つよう加熱・冷却手段に供給
する電力を決定する制御回路と、制御回路の指令により
加熱・冷却手段に電力を供給するアンプを備えることに
より、作動ガスの温度を一定に保ち、作動ガスのばね定
数を一定とすることで、振動系の共振周波数の変動を防
止して、リニアモータの効率の低下を防ぐことが可能と
なる。
【００２４】また、この発明におけるスターリングサイ
クル冷凍機は、リニアモータのコイルに流れる電流とか
かる電圧の位相差を計測する位相差検出器と、シリンダ
を加熱または冷却する加熱・冷却手段と、リニアモータ
のコイルに流れる電流とかかる電圧の位相差を一定に保
つよう加熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回
路と、制御回路の指令により加熱・冷却手段に電力を供
給するアンプを備えることにより、作動ガスの温度を一
定に保ち、作動ガスのばね定数を一定とすることで、振
動系の共振周波数の変動を防止して、リニアモータの効
率の低下を防ぐことが可能となる。
クル冷凍機は、リニアモータのコイルに流れる電流とか
かる電圧の位相差を計測する位相差検出器と、シリンダ
を加熱または冷却する加熱・冷却手段と、リニアモータ
のコイルに流れる電流とかかる電圧の位相差を一定に保
つよう加熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回
路と、制御回路の指令により加熱・冷却手段に電力を供
給するアンプを備えることにより、作動ガスの温度を一
定に保ち、作動ガスのばね定数を一定とすることで、振
動系の共振周波数の変動を防止して、リニアモータの効
率の低下を防ぐことが可能となる。
【図１】この発明の実施例１によるスターリングサイク
ル冷凍機の動作を示す図である。
ル冷凍機の動作を示す図である。
【図２】この発明の実施例２によるスターリングサイク
ル冷凍機の動作を示す図である。
ル冷凍機の動作を示す図である。
【図３】この発明の実施例３によるスターリングサイク
ル冷凍機の動作を示す図である。
ル冷凍機の動作を示す図である。
【図４】従来のスターリングサイクル冷凍機を示す断面
図である。
図である。
１ シリンダ ２ ピストン ３ コールドフィンガ ４ ディスプレーサ ５ 連結管 ６ 蓄熱器 ７ ボビン ８ コイル ９ 永久磁石 １０ ヨーク １１ ピストン用スプリング １２ ディスプレーサ用スプリング １３ 膨張空間 １４ 第１圧縮空間 １５ 第２圧縮空間 １６ 中心孔 １７ 中心孔 １８ すきまシール １９ すきまシール ２０ バッファ空間 ２１ リニアモータ ２２ 温度センサ ２３ 制御回路 ２４ アンプ ２５ ヒータ ２６ 冷却ファン ２７ 圧力センサ ２８ 位相差検出器 ２９ 電源
Claims (3)
- 【請求項１】 内部に作動ガスを封入したコールドフィ
ンガと、このコールドフィンガ内に収納されスプリング
により前記コールドフィンガに往復運動可能に連結され
たディスプレーサと、このディスプレーサ内に収納され
た蓄熱機と、内部に作動ガスを封入したシリンダと、こ
のシリンダ内に収納されピストン用スプリングにより往
復運動可能に連結されたピストンと、前記シリンダに固
定されたヨークとヨークに固定された永久磁石と前記ピ
ストンに固定されたボビンとボビンに固定されたコイル
から構成され前記ピストンを往復運動させるリニアモー
タと、前記コールドフィンガと前記シリンダとを接続す
る連結管とを具備した冷凍機において、前記シリンダの
温度を計測する温度センサと、前記シリンダを加熱また
は冷却する加熱・冷却手段と、温度を一定に保つよう前
記加熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回路
と、この制御回路の指令により電力を前記加熱・冷却手
段に供給するアンプとを備えることを特徴とするスター
リングサイクル冷凍機。 - 【請求項２】 内部に作動ガスを封入したコールドフィ
ンガと、このコールドフィンガ内に収納されスプリング
により前記コールドフィンガに往復運動可能に連結され
たディスプレーサと、このディスプレーサ内に収納され
た蓄熱機と、内部に作動ガスを封入したシリンダと、こ
のシリンダ内に収納されピストン用スプリングにより往
復運動可能に連結されたピストンと、前記シリンダに固
定されたヨークとヨークに固定された永久磁石と前記ピ
ストンに固定されたボビンとボビンに固定されたコイル
から構成され前記ピストンを往復運動させるリニアモー
タと、前記コールドフィンガと前記シリンダとを接続す
る連結管とを具備した冷凍機において、前記シリンダ内
の作動ガスの平均圧力を計測する圧力センサと、前記シ
リンダを加熱または冷却する加熱・冷却手段と、前記シ
リンダ内の作動ガスの平均圧力を一定に保つよう前記加
熱・冷却手段に供給する電力を決定する制御回路と、制
御回路の指令により電力を前記加熱・冷却手段に供給す
るアンプとを備えることを特徴とするスターリングサイ
クル冷凍機。 - 【請求項３】 内部に作動ガスを封入したコールドフィ
ンガと、このコールドフィンガ内に収納されスプリング
により前記コールドフィンガに往復運動可能に連結され
たディスプレーサと、このディスプレーサ内に収納され
た蓄熱機と、内部に作動ガスを封入したシリンダと、こ
のシリンダ内に収納されピストン用スプリングにより往
復運動可能に連結されたピストンと、前記シリンダに固
定されたヨークとヨークに固定された永久磁石と前記ピ
ストンに固定されたボビンとボビンに固定されたコイル
から構成され前記ピストンを往復運動させるリニアモー
タと、前記コールドフィンガと前記シリンダとを接続す
る連結管とを具備した冷凍機において、前記リニアモー
タのコイルに流れる電流とかかる電圧の位相差を計測す
る位相差検出器と、前記シリンダを加熱または冷却する
加熱・冷却手段と、前記リニアモータのコイルに流れる
電流とかかる電圧の位相差を一定に保つよう前記加熱・
冷却手段に供給する電力を決定する制御回路と、制御回
路の指令により電力を前記加熱・冷却手段に供給するア
ンプとを備えることを特徴とするスターリングサイクル
冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP247293A JPH06207757A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | スターリングサイクル冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP247293A JPH06207757A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | スターリングサイクル冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207757A true JPH06207757A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=11530271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP247293A Pending JPH06207757A (ja) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | スターリングサイクル冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06207757A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997004277A1 (fr) * | 1995-07-19 | 1997-02-06 | Daikin Industries, Ltd. | Dispositif refrigerant basse temperature a faible variation de capacite de refrigeration |
| WO2002016835A1 (fr) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Systeme de refrigeration sterling et dispositif de refroidissement |
| JP2002161863A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リニア圧縮機のピストン衝突防止制御方法 |
| JP2013502553A (ja) * | 2009-08-21 | 2013-01-24 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 超電導体を冷却するための冷却装置の運転方法ならびにこれに適した冷却装置 |
| US11209192B2 (en) * | 2019-07-29 | 2021-12-28 | Cryo Tech Ltd. | Cryogenic Stirling refrigerator with a pneumatic expander |
-
1993
- 1993-01-11 JP JP247293A patent/JPH06207757A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997004277A1 (fr) * | 1995-07-19 | 1997-02-06 | Daikin Industries, Ltd. | Dispositif refrigerant basse temperature a faible variation de capacite de refrigeration |
| US6041608A (en) * | 1995-07-19 | 2000-03-28 | Daikin Industriesm Ltd. | Low temperature refrigerating device having small refrigerating capacity change |
| WO2002016835A1 (fr) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Systeme de refrigeration sterling et dispositif de refroidissement |
| US6779349B2 (en) | 2000-08-22 | 2004-08-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Sterling refrigerating system and cooling device |
| JP2002161863A (ja) * | 2000-11-30 | 2002-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | リニア圧縮機のピストン衝突防止制御方法 |
| JP2013502553A (ja) * | 2009-08-21 | 2013-01-24 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 超電導体を冷却するための冷却装置の運転方法ならびにこれに適した冷却装置 |
| US11209192B2 (en) * | 2019-07-29 | 2021-12-28 | Cryo Tech Ltd. | Cryogenic Stirling refrigerator with a pneumatic expander |
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