JPH0641821B2 - ガス冷凍機 - Google Patents
ガス冷凍機Info
- Publication number
- JPH0641821B2 JPH0641821B2 JP60199247A JP19924785A JPH0641821B2 JP H0641821 B2 JPH0641821 B2 JP H0641821B2 JP 60199247 A JP60199247 A JP 60199247A JP 19924785 A JP19924785 A JP 19924785A JP H0641821 B2 JPH0641821 B2 JP H0641821B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- expander
- gas
- low temperature
- guide member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、クライオポンプ等に好適なガス冷凍機に関
する。
する。
《従来技術とその問題点》 最近、多くの熱力学的サイクルが低温を達成するために
開発されている。その代表的なものがガス冷凍機であ
り、クライオポンプ等に有効に利用されている。
開発されている。その代表的なものがガス冷凍機であ
り、クライオポンプ等に有効に利用されている。
第５図は、クライオポンプに適用された２段式ヘリウム
ガス冷凍機を示すもので、このガス冷凍機１は、円筒状
のエキスパンダ２と、このエキスパンダ２内で往復動可
能に配置されたディスプレイサ３と、ディスプレイサ３
内に設けられた蓄冷器４と、からなり、上記ディスプレ
イサ３によりエキスパンダ２内を常温室５，低温室６，
超低温室７にそれぞれ区画するとともに、常温室５から
低温室６ならびに超低温室７へ蓄冷器４を通じてヘリウ
ムガスを流し込み、図示しない手段、例えばモータ出力
をクランク機構を介してディスプレイサ３を往復動させ
るか、作業ガスの差圧によりディスプレイサ３を往復動
させることにより、低温室６ならびに超低温室７のヘリ
ウムガスを断熱膨脹させることにより寒冷ガスを生成
し、よって低温室６ならびに超低温室７を所望の低温も
しくは超低温に冷却するというものである。
ガス冷凍機を示すもので、このガス冷凍機１は、円筒状
のエキスパンダ２と、このエキスパンダ２内で往復動可
能に配置されたディスプレイサ３と、ディスプレイサ３
内に設けられた蓄冷器４と、からなり、上記ディスプレ
イサ３によりエキスパンダ２内を常温室５，低温室６，
超低温室７にそれぞれ区画するとともに、常温室５から
低温室６ならびに超低温室７へ蓄冷器４を通じてヘリウ
ムガスを流し込み、図示しない手段、例えばモータ出力
をクランク機構を介してディスプレイサ３を往復動させ
るか、作業ガスの差圧によりディスプレイサ３を往復動
させることにより、低温室６ならびに超低温室７のヘリ
ウムガスを断熱膨脹させることにより寒冷ガスを生成
し、よって低温室６ならびに超低温室７を所望の低温も
しくは超低温に冷却するというものである。
なお図中符号８は、常温室５，低温室６，超低温室７を
それぞれ区画し、温度差をシールするシール部材を示
し、符号９は負荷部分を示す。
それぞれ区画し、温度差をシールするシール部材を示
し、符号９は負荷部分を示す。
上記ガス冷凍機の温度勾配は、第５図下側のグラフに示
すように、常温室５は常温に、低温室６は７０〜８０Ｋ
に、超低温室７は１０〜２０Ｋにそれぞれ冷却されてお
り、かつディスプレイサ３内の蓄冷器４が緩かな温度勾
配を持つように設定されている。
すように、常温室５は常温に、低温室６は７０〜８０Ｋ
に、超低温室７は１０〜２０Ｋにそれぞれ冷却されてお
り、かつディスプレイサ３内の蓄冷器４が緩かな温度勾
配を持つように設定されている。
従って上記シール部材８は個々のディスプレイサ３の端
部側に位置し、ディスプレイサ３はこのシール部材８に
よりエキスパンダ２内に保持される形となり、かつエキ
スパンダ２内面とディスプレイサ３外面との間隙は微小
なものなので、ディスプレイサ３の往復動により、エキ
スパンダ２内面にディスプレイサ３が接触し、このディ
スプレイサ３の材料は断熱のためベークライトを使用し
ており、ベークライトは摩耗により摩耗粉が発生しやす
くこの摩耗粉が冷凍機の性能を低下させる。すなわちこ
の摩耗粉が、シール部材８のシール性を低下させるとと
もに、蓄冷器４を構成する金属メッシュ等の間隙に入り
込み、蓄冷器４の能力を低下させるという不具合があっ
た。
部側に位置し、ディスプレイサ３はこのシール部材８に
よりエキスパンダ２内に保持される形となり、かつエキ
スパンダ２内面とディスプレイサ３外面との間隙は微小
なものなので、ディスプレイサ３の往復動により、エキ
スパンダ２内面にディスプレイサ３が接触し、このディ
スプレイサ３の材料は断熱のためベークライトを使用し
ており、ベークライトは摩耗により摩耗粉が発生しやす
くこの摩耗粉が冷凍機の性能を低下させる。すなわちこ
の摩耗粉が、シール部材８のシール性を低下させるとと
もに、蓄冷器４を構成する金属メッシュ等の間隙に入り
込み、蓄冷器４の能力を低下させるという不具合があっ
た。
さらに場合によってはディスプレイサ３の倒れによりシ
ール部材８が各室（常温室５，低温室６，超低温室７）
を確実に断熱シールすることができず、冷凍能力が著し
く低下する等の虞れもあり、これらの対策が急務であっ
た。
ール部材８が各室（常温室５，低温室６，超低温室７）
を確実に断熱シールすることができず、冷凍能力が著し
く低下する等の虞れもあり、これらの対策が急務であっ
た。
《発明の目的》 この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、エキスパンダ内をディスプレイサ
が往復動し、ヘリウムガスを断熱膨脹させるガス冷凍機
において、エキスパンダとディスプレイサとの接触を確
実に防止し、接触により生ずる摩耗粉の発生を皆無と
し、この摩耗粉の悪影響を廃除することにより、常に安
定した冷凍能力を得るようにしたガス冷凍機を提供する
ことにある。
目的とするところは、エキスパンダ内をディスプレイサ
が往復動し、ヘリウムガスを断熱膨脹させるガス冷凍機
において、エキスパンダとディスプレイサとの接触を確
実に防止し、接触により生ずる摩耗粉の発生を皆無と
し、この摩耗粉の悪影響を廃除することにより、常に安
定した冷凍能力を得るようにしたガス冷凍機を提供する
ことにある。
《発明の構成》 前記目的を達成するために、本発明は、外部の熱負荷と
接触するエキスパンダと、このエキスパンダ内を往復動
しかつ内部に蓄冷器を備えたディスプレイサと、ディス
プレイサを上記エキスパンダ内で往復動させるディスプ
レイサ駆動手段とからなり、 上記ディスプレイサにより区切られた可変容量空間に、
送り込まれるガスをディスプレイサの往復動により断熱
膨脹させ、エキスパンダを所望の超低温状態に冷却する
ガス冷凍機において、 上記ディスプレイサの外周部には、該ディスプレイサの
往復動をガイドするガイド部材が周接されているととも
に、このガイド部材には、上記ディスプレイサとエキス
パンダとの隙間空間と上記可変容量空間を連通するため
の切欠きもしくは突起による間隙部を形成し、上記隙間
空間が上記ガスの膨張空間を構成するようにした。
接触するエキスパンダと、このエキスパンダ内を往復動
しかつ内部に蓄冷器を備えたディスプレイサと、ディス
プレイサを上記エキスパンダ内で往復動させるディスプ
レイサ駆動手段とからなり、 上記ディスプレイサにより区切られた可変容量空間に、
送り込まれるガスをディスプレイサの往復動により断熱
膨脹させ、エキスパンダを所望の超低温状態に冷却する
ガス冷凍機において、 上記ディスプレイサの外周部には、該ディスプレイサの
往復動をガイドするガイド部材が周接されているととも
に、このガイド部材には、上記ディスプレイサとエキス
パンダとの隙間空間と上記可変容量空間を連通するため
の切欠きもしくは突起による間隙部を形成し、上記隙間
空間が上記ガスの膨張空間を構成するようにした。
《実施例の説明》 以下、本発明に係るガス冷凍機の一実施例について添付
図面を参照しながら詳細に説明する。
図面を参照しながら詳細に説明する。
第１図はヘリウムガスを用いた２段式ガス冷凍機の断面
図、第２図ないし第４図は本発明に用いるガイド部材を
示すそれぞれ断面図である。
図、第２図ないし第４図は本発明に用いるガイド部材を
示すそれぞれ断面図である。
このガス冷凍機１０は、２段に形成された円筒状エキス
パンダ１１と、このエキスパンダ１１と相似形で、かつ
やや小形のディスプレイサ１２と、このディスプレイサ
１２がエキスパンダ１１内で往復動するように、ディス
プレイサ１２を駆動させる駆動手段１３とから構成され
ている。
パンダ１１と、このエキスパンダ１１と相似形で、かつ
やや小形のディスプレイサ１２と、このディスプレイサ
１２がエキスパンダ１１内で往復動するように、ディス
プレイサ１２を駆動させる駆動手段１３とから構成され
ている。
そして上記ディスプレイサ１２中には、ヘリウムガスを
冷却させる蓄冷器１４が配備され、かつディスプレイサ
１２の外周部にはこのディスプレイサ１２の往復動によ
り、第１図中、左方向からそれぞれ常温室１５，低温室
１６，超低温室１７を区画するシール部材１８が設けら
れている。
冷却させる蓄冷器１４が配備され、かつディスプレイサ
１２の外周部にはこのディスプレイサ１２の往復動によ
り、第１図中、左方向からそれぞれ常温室１５，低温室
１６，超低温室１７を区画するシール部材１８が設けら
れている。
前記駆動手段１３は、モータ１９と、モータ１９の出力
軸２０を介して連携されるカム２１と、このカム２１の
駆動をディスプレイサ１２の往復動に伝達するカムシャ
フト２２とから構成されており、モータ１９の回転をカ
ム２１により往復動に変換し、カムシャフト２２を介し
てディスプレイサ１２の往復動に伝達するようにしてい
る。
軸２０を介して連携されるカム２１と、このカム２１の
駆動をディスプレイサ１２の往復動に伝達するカムシャ
フト２２とから構成されており、モータ１９の回転をカ
ム２１により往復動に変換し、カムシャフト２２を介し
てディスプレイサ１２の往復動に伝達するようにしてい
る。
定常状態における動作サイクルを参考的に説明すると、
始めディスプレイサ１２はエキスパンダ１１の最下部に
あり、このとき吐出バルブ２５が開き、コンプレッサ２
４から高圧のヘリウムガスがディスプレイサ１２内へ送
り込まれ、常温室１５，低温室１６，超低温室１７は高
圧となる。
始めディスプレイサ１２はエキスパンダ１１の最下部に
あり、このとき吐出バルブ２５が開き、コンプレッサ２
４から高圧のヘリウムガスがディスプレイサ１２内へ送
り込まれ、常温室１５，低温室１６，超低温室１７は高
圧となる。
そして駆動手段１３の駆動により、ディスプレイサ１２
が引き上げられ、常温室１５内のヘリウムガスも蓄冷器
１４で冷却されながら、低温室１６，超低温室１７に充
填され、低温室１６，超低温室１７が最大容積となった
とき、吐出バルブ２５が閉じ、代わりに吸入バルブ２３
が開く。そして低温室１６，超低温室１７の高圧ヘリウ
ムガスを蓄冷器１４を経て放出する。このときサイモン
膨張、すなわち低温室１６、超低温室１７の高温ヘリウ
ムガスが膨張しつつ、かつ吸入バルブ２３からガスの一
部分を押し出す形で断熱膨張することにより、寒冷が発
生する。そして低温室１６，超低温室１７は最低圧力と
なり、駆動手段１３の駆動によりディスプレイサ１２は
押し下げられ、冷却されたヘリウムガスは蓄冷器１４を
冷却しながら常温室１５に移送される。これでエキスパ
ンダ１１の動作の１サイクルが完了する。熱は２つの低
温部すなわち低温室１６，超低温室１７で吸収され、高
温部で放出される。
が引き上げられ、常温室１５内のヘリウムガスも蓄冷器
１４で冷却されながら、低温室１６，超低温室１７に充
填され、低温室１６，超低温室１７が最大容積となった
とき、吐出バルブ２５が閉じ、代わりに吸入バルブ２３
が開く。そして低温室１６，超低温室１７の高圧ヘリウ
ムガスを蓄冷器１４を経て放出する。このときサイモン
膨張、すなわち低温室１６、超低温室１７の高温ヘリウ
ムガスが膨張しつつ、かつ吸入バルブ２３からガスの一
部分を押し出す形で断熱膨張することにより、寒冷が発
生する。そして低温室１６，超低温室１７は最低圧力と
なり、駆動手段１３の駆動によりディスプレイサ１２は
押し下げられ、冷却されたヘリウムガスは蓄冷器１４を
冷却しながら常温室１５に移送される。これでエキスパ
ンダ１１の動作の１サイクルが完了する。熱は２つの低
温部すなわち低温室１６，超低温室１７で吸収され、高
温部で放出される。
ところで、本実施例においては、ディスプレイサ１２の
外周部にガイド部材２６が周設されており、かつこのガ
イド部材２６にはガスの通過を許容する間隙部が形成さ
れている。従って、膨張空間として所定の容量が確保で
きるのでヘリウムガスの断熱膨脹作用に支障をきたすこ
とはない。
外周部にガイド部材２６が周設されており、かつこのガ
イド部材２６にはガスの通過を許容する間隙部が形成さ
れている。従って、膨張空間として所定の容量が確保で
きるのでヘリウムガスの断熱膨脹作用に支障をきたすこ
とはない。
第２図に示すガイド部材２６は、テフロン製のガイドリ
ングの一部に切欠き部２７が設けられている。
ングの一部に切欠き部２７が設けられている。
なおこのガイド部材２６は、通常ステンレス板を使用し
ているエキスパンダ１１の内面を傷付けないために表面
滑性の良好な材料を選択すれば良い。
ているエキスパンダ１１の内面を傷付けないために表面
滑性の良好な材料を選択すれば良い。
なお第３図，第４図は上記ガイド部材２６の変形例を示
すもので、第３図に示すものはリング状のガイド部材２
６′の外周適宜箇所に突起２８を設けたもので、第４図
に示すものはガイド部材２６″の内周適宜箇所に突起２
９が形成されたものを示す。
すもので、第３図に示すものはリング状のガイド部材２
６′の外周適宜箇所に突起２８を設けたもので、第４図
に示すものはガイド部材２６″の内周適宜箇所に突起２
９が形成されたものを示す。
従って、これらガイド部材２６，２６′，２６″をエキ
スパンダ１２の外周部に周設すれば、エキスパンダ１２
が往復動する際、エキスパンダ１２はシール部材１８と
このガイド部材２６により保持され、ディスプレイサ１
２とエキスパンダ１１とは接触することはない。さら
に、上記ガイド部材にはそれぞれ切欠き部２７，突起２
８，２９がそれぞれ形成されているので、このガイド部
材２６を通してガスの流通が自由に行われ、所定の容量
が確保できるのでガスの断熱膨脹作用に悪影響を及ぼす
ことはなく、所望の冷却が可能となる。
スパンダ１２の外周部に周設すれば、エキスパンダ１２
が往復動する際、エキスパンダ１２はシール部材１８と
このガイド部材２６により保持され、ディスプレイサ１
２とエキスパンダ１１とは接触することはない。さら
に、上記ガイド部材にはそれぞれ切欠き部２７，突起２
８，２９がそれぞれ形成されているので、このガイド部
材２６を通してガスの流通が自由に行われ、所定の容量
が確保できるのでガスの断熱膨脹作用に悪影響を及ぼす
ことはなく、所望の冷却が可能となる。
なお上記実施例のものはモータ駆動方式のガス冷凍機を
例示したが、ガスの差圧を利用したガス駆動方式のガス
冷凍機に適用できることは勿論、かつガス・モータ併用
駆動タイプのガス冷凍機に用いても良い。
例示したが、ガスの差圧を利用したガス駆動方式のガス
冷凍機に適用できることは勿論、かつガス・モータ併用
駆動タイプのガス冷凍機に用いても良い。
《発明の効果》 以上説明してきたように、本発明に係るガス冷凍機にあ
っては、ディスプレイサの外周部にガイド部材を周設
し、ディスプレイサとエキスパンダとの接触を確実に防
止することができるので、従来の如く、ディスプレイサ
の摩耗から生じる摩耗粉による悪影響、例えばシール部
材のシール性の低下、蓄冷器内の目詰まりによる冷却能
力低下等の不具合をことごとく解決することができ、さ
らにディスプレイサの倒れ等の不祥の事態をも未然に防
止することができるものであるから、ガス冷凍機におけ
るシール部材や蓄冷器等の性能を維持し、これらの寿命
を長くすることができ、ガス冷凍機の冷凍能力を長期に
亘り安定して維持することができる効果を有する。
っては、ディスプレイサの外周部にガイド部材を周設
し、ディスプレイサとエキスパンダとの接触を確実に防
止することができるので、従来の如く、ディスプレイサ
の摩耗から生じる摩耗粉による悪影響、例えばシール部
材のシール性の低下、蓄冷器内の目詰まりによる冷却能
力低下等の不具合をことごとく解決することができ、さ
らにディスプレイサの倒れ等の不祥の事態をも未然に防
止することができるものであるから、ガス冷凍機におけ
るシール部材や蓄冷器等の性能を維持し、これらの寿命
を長くすることができ、ガス冷凍機の冷凍能力を長期に
亘り安定して維持することができる効果を有する。
さらにこのガイド部材には切欠き部、突起等が形成され
ており、ディスプレイサとエキスパンダとの隙間空間を
このガイド部材により気密にシールするのではなく、ガ
ス流通の間隙が形成されているので、ガスの断熱膨張の
ための所定の空間が確保できるため、ガス冷凍機の原理
であるサイモン膨張の障害となることはない。
ており、ディスプレイサとエキスパンダとの隙間空間を
このガイド部材により気密にシールするのではなく、ガ
ス流通の間隙が形成されているので、ガスの断熱膨張の
ための所定の空間が確保できるため、ガス冷凍機の原理
であるサイモン膨張の障害となることはない。
第１図は本発明に係るガス冷凍機の一実施例を示す断面
図、第２図ないし第４図は本発明に用いるガイド部材を
示す第１図中Ａ−Ａ断面図、第５図は従来のガス冷凍機
の断面図ならびに温度勾配を示すグラフを示す。 １０……ガス冷凍機 １１……エキスパンダ １２……ディスプレイサ １３……駆動手段 １４……蓄冷器 １５……常温室 １６……低温室 １７……超低温室 １８……シール部材 １９……モータ ２０……出力軸 ２１……カム ２２……カムシャフト ２３……吸入バルブ ２４……コンプレッサ ２５……吐出バルブ ２６……ガイド部材 ２７……切欠き部 ２８，２９……突起
図、第２図ないし第４図は本発明に用いるガイド部材を
示す第１図中Ａ−Ａ断面図、第５図は従来のガス冷凍機
の断面図ならびに温度勾配を示すグラフを示す。 １０……ガス冷凍機 １１……エキスパンダ １２……ディスプレイサ １３……駆動手段 １４……蓄冷器 １５……常温室 １６……低温室 １７……超低温室 １８……シール部材 １９……モータ ２０……出力軸 ２１……カム ２２……カムシャフト ２３……吸入バルブ ２４……コンプレッサ ２５……吐出バルブ ２６……ガイド部材 ２７……切欠き部 ２８，２９……突起
Claims (1)
- 【請求項１】外部の熱負荷と接触するエキスパンダと、
このエキスパンダ内を往復動しかつ内部に蓄冷器を備え
たディスプレイサと、ディスプレイサを上記エキスパン
ダ内で往復動させるディスプレイサ駆動手段とからな
り、 上記ディスプレイサにより区切られた可変容量空間に送
り込まれるガスをディスプレイサの往復動により断熱膨
張させ、エキスパンダを所望の超低温状態に冷却するガ
ス冷凍機において、 上記ディスプレイサの外周部には、該ディスプレイサの
往復動をガイドするガイド部材が周設されているととも
に、このガイド部材には、上記ディスプレイサとエキス
パンダとの隙間空間と上記可変容量空間を連通するため
の切欠きもしくは突起による間隙部が形成され、上記隙
間空間が上記ガスの膨張空間を構成することを特徴とす
るガス冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60199247A JPH0641821B2 (ja) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | ガス冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60199247A JPH0641821B2 (ja) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | ガス冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6259344A JPS6259344A (ja) | 1987-03-16 |
| JPH0641821B2 true JPH0641821B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=16404615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60199247A Expired - Lifetime JPH0641821B2 (ja) | 1985-09-09 | 1985-09-09 | ガス冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0641821B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2726789B2 (ja) * | 1992-11-20 | 1998-03-11 | 三菱電機株式会社 | 蓄冷型冷凍機 |
| JP2007255734A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | コールドヘッド |
| CN106679218B (zh) * | 2016-12-23 | 2019-04-05 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种双级斯特林制冷机膨胀器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58213164A (ja) * | 1982-02-12 | 1983-12-12 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 極低温冷凍機用膨張エンジン |
| JPS59137760A (ja) * | 1983-01-28 | 1984-08-07 | 株式会社東芝 | 膨張エンジン式冷却機 |
-
1985
- 1985-09-09 JP JP60199247A patent/JPH0641821B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6259344A (ja) | 1987-03-16 |
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