JPH0689960B2 - Chiller - Google Patents

Chiller

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JPH0689960B2
JPH0689960B2 JP27099787A JP27099787A JPH0689960B2 JP H0689960 B2 JPH0689960 B2 JP H0689960B2 JP 27099787 A JP27099787 A JP 27099787A JP 27099787 A JP27099787 A JP 27099787A JP H0689960 B2 JPH0689960 B2 JP H0689960B2
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Japan
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cold finger
free displacer
piston
displacer
cylinder
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JP27099787A
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芳男 数本
喜郎 古石
和生 柏村
拓也 菅波
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Landscapes

  • Control Of Temperature (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、フリーディスプレーサ型スターリング冷却
機のような赤外線素子の冷却等に用いられるフリーディ
スプレーサ型ガス冷却機に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a free displacer type gas cooler used for cooling an infrared device such as a free displacer type Stirling cooler.

[従来の技術] 第7図は、例えば特公昭54−28980号公報に開示された
従来のフリーディスプレーサ型ガス冷却機の概略構成を
示す断面側面図である。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、作動ガスの圧力変動
によって往復運動するフリーディスプレーサ4を内包す
ると共に、その下部は連通管5によりシリンダ1と連通
している。フリーディスプレーサ4の上部の作動表面4b
は膨張空間6の境界をなしており、この膨張空間6はピ
ストン2の上部の作動表面2aとフリーディスプレーサ4
の下部の作動表面4aの間にある圧縮空間7と共に作動空
間を構成する。フリーディスプレーサ4内に備える蓄熱
器8は中心孔9を経てその下側の作動ガスに通ずると共
に、また中心孔10と半径方向流通ダクト11を経て上側の
作動ガスに通ずることができる。また、この機械では膨
張させれれた冷作動ガスと冷却すべき物体の間の熱交換
のための熱交換器としてフリーザ12を備える。
[Prior Art] FIG. 7 is a sectional side view showing a schematic configuration of a conventional free displacer type gas cooler disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 54-28980. In the figure, reference numeral 1 denotes a cylinder, and a piston 2 reciprocates inside the cylinder 1. A cold finger 3 includes a free displacer 4 that reciprocates according to pressure fluctuations of the working gas, and a lower portion thereof communicates with the cylinder 1 by a communication pipe 5. Working surface 4b on top of free displacer 4
Delimits an expansion space 6, which is located above the working surface 2a of the piston 2 and the free displacer 4.
Together with the compression space 7 between the lower working surfaces 4a of the. The heat accumulator 8 provided in the free displacer 4 can communicate with the working gas below through the central hole 9 and can communicate with the upper working gas through the central hole 10 and the radial flow duct 11. The machine also includes a freezer 12 as a heat exchanger for heat exchange between the expanded cold working gas and the object to be cooled.

ピストン2とシリンダ1の壁の間にはシール13,14を備
え、フリーディスプレーサ4とコールドフィンガ3の間
にはシール15,16を備える。また、ピストン2はその下
側に硬紙又はアルミニウムのごとき非磁性及び非磁化材
料から成る軽量のスリーブ17を備える。スリーブ17には
導電体を巻き付けてコイル18を形成し、このコイル18は
シリンダ1の壁を通すリード線19,20に接続され、これ
らのリード線19,20はシリンダ1の外部でそれぞれ電気
端子21,22に接続されている。コイル18はピストン2の
軸線方向に環状間隙23内で往復運動でき、この環状間隙
23内には電機子磁界が存在している。この電機子磁界の
力線はコイル18の移動方向を横切る半径方向に延びてい
る。この場合、永久磁界は上側と下側に磁極を持つ環状
永久磁石24,軟鉄環状ディスク25,軟鉄シリンダ26及び軟
鉄円形ディスク27を用いて得られる。環状永久磁石24と
軟鉄環状ディスク25,軟鉄シリンダ26及び軟鉄円形ディ
スク27は一体となって閉磁気回路を構成し、すなわち閉
磁力線回路を構成する。以上述べたスリーブ17,コイル1
8,リード線19,20,環状間隙23,環状永久磁石24,軟鉄環状
ディスク25,軟鉄シリンダ26及び軟鉄円形ディスク27は
全体としてピストン駆動用のリニアモータ28を構成して
いる。また、ピストン2及びフリーディスプレーサ4は
それぞれピストン用弾性部材29とディスプレーサ用弾性
部材30を介してシリンダ1及びコールドフィンガ3内に
往復動可能に係合され、ピストン2及びフリーディスプ
レーサ4の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を定
めている。
Seals 13 and 14 are provided between the piston 2 and the wall of the cylinder 1, and seals 15 and 16 are provided between the free displacer 4 and the cold finger 3. The piston 2 is also provided on its underside with a lightweight sleeve 17 made of a non-magnetic and non-magnetizable material such as hard paper or aluminum. A coil 18 is formed by winding a conductor around the sleeve 17, and the coil 18 is connected to lead wires 19 and 20 which pass through the wall of the cylinder 1, and these lead wires 19 and 20 are electrically connected to the outside of the cylinder 1 respectively. It is connected to 21,22. The coil 18 can reciprocate in the annular gap 23 in the axial direction of the piston 2, and this annular gap
Within 23 there is an armature field. The lines of force of this armature magnetic field extend in a radial direction transverse to the moving direction of the coil 18. In this case, the permanent magnetic field is obtained using an annular permanent magnet 24 having upper and lower magnetic poles, a soft iron annular disc 25, a soft iron cylinder 26 and a soft iron circular disc 27. The annular permanent magnet 24, the soft iron annular disk 25, the soft iron cylinder 26, and the soft iron circular disk 27 integrally form a closed magnetic circuit, that is, a closed magnetic force line circuit. Sleeve 17 and coil 1 described above
8, the lead wires 19 and 20, the annular gap 23, the annular permanent magnet 24, the soft iron annular disc 25, the soft iron cylinder 26, and the soft iron circular disc 27 together constitute a linear motor 28 for driving the piston. Further, the piston 2 and the free displacer 4 are reciprocally engaged in the cylinder 1 and the cold finger 3 via the elastic member 29 for piston and the elastic member 30 for displacer, respectively. It defines a fixed position and a neutral position during operation.

次に、上記した従来のフリーディスプレーサ型ガス冷却
機の動作について説明する。電気端子21,22に系の共振
周波数に等しい交流電源(図示しない)を接続すると、
環状間隙23の半径方向の永久磁界の影響を受けてコイル
18には軸方向のローレンツ力が働き、その結果、ピスト
ン2,スリーブ17及びコイル18から構成される組立体とピ
ストン用弾性部材29から成る系は共振状態となり、上記
組立体は軸方向に振動する。ピストン2の振動は、圧縮
空間7,膨張空間6,連通管5,蓄熱器8,中心孔9,中心孔10,
半径方向流通ダクト11及びフリーザ12から成る作動空間
内に封入された作動ガスに周期的に圧力変化をもたらす
と共に、蓄熱器8を通過するガスの流量変化によりフリ
ーディスプレーサ4に周期的な軸方向の交番振動力を生
じせしめる。このようにして蓄熱器8を含むフリーディ
スプレーサ4はピストン2と同じ周波数で、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
ことになる。
Next, the operation of the above-mentioned conventional free displacer type gas cooler will be described. If you connect an AC power supply (not shown) with a resonance frequency of the system to the electric terminals 21 and 22,
The coil under the influence of a radial permanent magnetic field in the annular gap 23.
A Lorentz force acts on 18 in the axial direction, and as a result, the system including the assembly including the piston 2, the sleeve 17, and the coil 18 and the elastic member 29 for the piston is in a resonance state, and the assembly vibrates in the axial direction. To do. The vibration of the piston 2 is generated by the compression space 7, the expansion space 6, the communication pipe 5, the regenerator 8, the central hole 9, the central hole 10,
The working gas enclosed in the working space composed of the radial circulation duct 11 and the freezer 12 is periodically subjected to a pressure change, and a change in the flow rate of the gas passing through the regenerator 8 causes the free displacer 4 to move in a periodic axial direction. Produces alternating vibration force. In this way, the free displacer 4 including the heat accumulator 8 reciprocates axially in the cold finger 3 at the same frequency as the piston 2 but at different phases.

ピストン2及びフリーディスプレーサ4が適当な位相差
を保って運動するとき、上記作動空間内に封入された作
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6及びフリー
ザ12に冷熱を発生する。上記「逆スターリングサイク
ル」とその冷熱発生の原理については、文献「Cryocool
ers」(G.Walker,Plenum Press,New York,1983,PP・177
〜123)に詳細に説明されている。以下に、その原理に
ついて簡単に説明する。
When the piston 2 and the free displacer 4 move while maintaining an appropriate phase difference, the working gas enclosed in the working space constitutes a thermodynamic cycle known as the "reverse Stirling cycle", mainly the expansion space 6 and Generates cold heat in the freezer 12. Regarding the above "reverse Stirling cycle" and the principle of cold heat generation, refer to the document "Cryocool".
ers ”(G. Walker, Plenum Press, New York, 1983, PP ・ 177
~ 123). The principle will be briefly described below.

ピストン2により圧縮された圧縮空間7内のガスは連通
管5を経て流れる間に圧縮熱が冷却され、中心孔9,蓄熱
器8に流れ込む。蓄熱器8では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10,
半径方向流通ダクト11及びフリーザ12を通って膨張空間
6内に入る。そして、大部分の作動ガスが膨張空間6内
に入ると膨張が始まり、膨張空間6内に冷熱を発生す
る。作動ガスは、次に逆の順序で蓄熱器8に冷熱を放出
しながら流路を戻り圧縮空間7内に入る。この時、フリ
リーザ12内で外部から熱を奪いその外部を冷却する。し
かして、大部分の作動ガスが圧縮空間7内に戻ると再び
圧縮が始まり、次のサイクルに移行する。以上のような
プロセスにより、上記「逆スターリングサイクル」が完
成して冷熱が発生する。
The heat of compression of the gas compressed in the compression space 7 by the piston 2 is cooled while flowing through the communication pipe 5, and flows into the center hole 9 and the heat accumulator 8. In the heat accumulator 8, it is pre-cooled by the cold heat stored before the half cycle, and the working gas is further cooled by the central hole 10,
It enters the expansion space 6 through the radial flow duct 11 and the freezer 12. Then, when most of the working gas enters the expansion space 6, expansion starts and cold heat is generated in the expansion space 6. The working gas then returns through the flow path and enters the compression space 7 while releasing cold heat to the heat storage device 8 in the reverse order. At this time, heat is taken from the outside in the fliriza 12 to cool the outside. Then, when most of the working gas returns to the inside of the compression space 7, the compression starts again and the next cycle starts. By the above process, the above "reverse Stirling cycle" is completed and cold heat is generated.

[発明が解決しようとする問題点] 上記した従来のフリーディスプレーサ型ガス冷却機は以
上のように構成されているので、運転中、膨張空間6及
びフリーザ12から成る低温部の冷却温度が変化すると蓄
熱器8を通過するガス流量が変化し、これに伴ってフリ
ーディスプレーサ4の駆動力、ひいてはフリーディスプ
レーサ4の往復動ストロークが変化するため、起動時等
にて上記低温部の温度が大きく変化する場合には、フリ
ーディスプレーサ4がコールドフィンガ3に衝突して振
動や騒音を発生する等の問題点があった。またフリーデ
ィスプリーサ4の十分な往復動ストロークをあらかじめ
見込んだ場合、作動空間の死容積が増加して冷却機等の
効率が低下するという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] Since the above-described conventional free displacer-type gas cooler is configured as described above, when the cooling temperature of the low temperature portion including the expansion space 6 and the freezer 12 changes during operation. The flow rate of the gas passing through the heat storage unit 8 changes, and the driving force of the free displacer 4, and consequently the reciprocating stroke of the free displacer 4, changes accordingly, so that the temperature of the low temperature portion changes greatly at the time of startup. In this case, there is a problem that the free displacer 4 collides with the cold finger 3 to generate vibration and noise. In addition, when a sufficient reciprocating stroke of the free displacer 4 is expected in advance, there is a problem that the dead volume of the working space increases and the efficiency of the cooler and the like decreases.

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、低温部の温度変化に対して振動や騒音を発生するこ
となく、高効率、かつ安定に作動する信頼性の高い冷却
機を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve such problems, and it is possible to obtain a highly reliable and highly reliable cooler that operates stably without generating vibration or noise with respect to temperature changes in a low temperature part. With the goal.

[問題点を解決するための手段] この発明に係る冷却機は、膨張空間やフリーザから成る
コールドフィンガの低温部、又はこの低温部に熱的に接
触し、この低温部によって冷却される被冷却体の冷却温
度を検出し、モータに印加する駆動電圧又は駆動電流
が、上記冷却温度の関数としてあらかじめ与えられた電
圧又は電流の範囲内となるよう調整する制御系を備えた
ものである。
[Means for Solving the Problems] A cooler according to the present invention is a cooled finger which is in thermal contact with a low temperature portion of a cold finger including an expansion space or a freezer or this low temperature portion and is cooled by the low temperature portion. It is provided with a control system that detects the cooling temperature of the body and adjusts the driving voltage or driving current applied to the motor so as to be within the range of the voltage or current given in advance as a function of the cooling temperature.

[作用] この発明の冷却機においては、温度センサによって検出
されたコールドフィンガの低温部又はこの低温部によっ
て冷却される被冷却体の冷却温度に基づいて、モータに
印加される駆動電圧又は駆動電流が、上記冷却温度の関
数としてあらかじめ与えられた安定な動作範囲内の電圧
又は電流となるよう制御器によって調整され、これによ
りフリーディスプレーサの往復動ストロークが規制され
る。
[Operation] In the cooler of the present invention, the drive voltage or drive current applied to the motor is based on the cooling temperature of the cold finger detected by the temperature sensor or the cooled object cooled by the low temperature section. Is regulated by the controller to be a voltage or current within a stable operating range given in advance as a function of the cooling temperature, which limits the reciprocating stroke of the free displacer.

[実施例] 第1図はこの発明の一実施例である冷却機の概略構成を
示す断面側面図で、第7図と同一又は相当部分は同一符
号を用いて表示してあり、その詳細な説明は省略する。
図において、31はコールドフィンガ3の低温部に熱的に
接触して設置された温度センサ、32は温度センサ31の検
出した冷却温度信号を制御器33に伝送する冷却温度信号
伝送路、34は制御器33から出力されたモータ駆動信号を
電力増幅器35に伝えるモータ駆動信号伝送路、36,37は
電力増幅器35の出力をリニアモータ28に入力するための
電力ケーブルであり、それぞれは電気端子21,22に接続
されている。
[Embodiment] FIG. 1 is a cross-sectional side view showing a schematic configuration of a cooler according to an embodiment of the present invention. The same or corresponding portions as those in FIG. The description is omitted.
In the figure, 31 is a temperature sensor installed in thermal contact with the low temperature part of the cold finger 3, 32 is a cooling temperature signal transmission path for transmitting the cooling temperature signal detected by the temperature sensor 31 to the controller 33, and 34 is The motor drive signal transmission line for transmitting the motor drive signal output from the controller 33 to the power amplifier 35, 36 and 37 are power cables for inputting the output of the power amplifier 35 to the linear motor 28, and each of them is an electric terminal 21. , 22 are connected.

第2図は第1図の冷却機における制御器の信号処理を示
す説明図、第3図は第1図の冷却機の作用を説明するた
めの要部を示す概略構成図、第4図(a),(b)は第
1図の冷却機と上記従来例の冷却機との作用を比較する
説明図である。
2 is an explanatory diagram showing signal processing of a controller in the cooling machine of FIG. 1, FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a main part for explaining the operation of the cooling machine of FIG. 1, and FIG. FIGS. 3A and 3B are explanatory views comparing the operation of the cooling machine of FIG. 1 and the cooling machine of the conventional example.

次に、上記したこの発明の一実施例である冷却機の動作
について説明する。第1図に示す冷却機の運転中、制御
器33では冷却温度信号伝送路32を介して温度センサ31よ
り送られて来るコールドフィンガ3の低温部の冷却温度
と、制御器33内にあらかじめ与えられている冷却温度−
安定動作電圧範囲の情報から最適な駆動電圧を計算し、
モータ駆動信号としてモータ駆動信号伝送路34に出力す
る。電力増幅器35では上記モータ駆動信号を比例的に電
力増幅し、電力ケーブル36,37を介してそれぞれ電気端
子21,22に接続されたコイル18を駆動する。
Next, the operation of the cooler according to the embodiment of the present invention described above will be described. During the operation of the cooler shown in FIG. 1, the controller 33 supplies the cooling temperature of the low temperature part of the cold finger 3 sent from the temperature sensor 31 via the cooling temperature signal transmission path 32 and the controller 33 beforehand. Cooling temperature −
Calculate the optimum drive voltage from the information on the stable operating voltage range,
It is output to the motor drive signal transmission path 34 as a motor drive signal. The power amplifier 35 proportionally amplifies the power of the motor drive signal and drives the coil 18 connected to the electric terminals 21 and 22 via the power cables 36 and 37, respectively.

ここで、第2図を用いて制御器33における信号処理のプ
ロセスをより詳細に説明する。温度センサ31から伝送さ
れた冷却温度Tは制御器33内の温度制御部38において
目標温度Tと比較され、その偏差(△T=T
)に応じた(例えばPID制御回路等により)制御電
圧Vが出力される。一方、冷却温度Tは制御器33内
の駆動電圧制御部39にも入力され、あらかじめ与えられ
た冷却温度T−安定動作範囲電圧Vの関係式より、温
度制御部38から出力された制御電圧Vが安定動作範囲
電圧V内(本実施例では上限値が設定されている場合を
示した)にあるかどうかが判定され、安定動作範囲電圧
V内にある場合は、制御電圧Vは直接に、また、安定
動作範囲電圧V以外の場合は、安定動作範囲電圧V内の
適当な値(本実施例ではVmax)がそれぞれ駆動電圧制
御部39からモータ駆動信号電圧V1として次段の電力増幅
器35に出力される。既に述べたように電力増幅器35では
モータ駆動信号電圧V1が比例的に増幅され駆動電圧V
としてリニアモータ28に印加されて冷却機を駆動する。
Here, the process of signal processing in the controller 33 will be described in more detail with reference to FIG. Cooling temperature T c transmitted from the temperature sensor 31 is compared with the target temperature T R at the temperature control unit 38 in the controller 33, the deviation (△ T = T R -
The control voltage V o according to T c ) is output (for example, by a PID control circuit or the like). On the other hand, the cooling temperature Tc is also input to the drive voltage control unit 39 in the controller 33, and the control output from the temperature control unit 38 is calculated from the relational expression of the cooling temperature Tc and the stable operation range voltage V given in advance. It is determined whether or not the voltage V o is within the stable operation range voltage V (in this embodiment, the case where the upper limit value is set is shown). If it is within the stable operation range voltage V, the control voltage V o is determined. Directly, and in the case other than the stable operation range voltage V, an appropriate value within the stable operation range voltage V (V max in this embodiment) is set as the motor drive signal voltage V 1 from the drive voltage control unit 39. It is output to the stage power amplifier 35. As described above, the power amplifier 35 proportionally amplifies the motor drive signal voltage V 1 to drive the drive voltage V S
Is applied to the linear motor 28 to drive the cooler.

次に、第3図及び第4図(a),(b)を用いて冷却温
度Tと安定動作範囲電圧Vの関係について説明する。
本実施例におけるようなフリーディスプレーサ型ガス冷
却機においては、上述したようにフリーディスプレーサ
4の駆動力は主に蓄熱器8を流れる作動ガスの圧力損失
によって与えられる。つまり、膨張空間6の温度が低下
し蓄熱器8を流れる作動ガスの質量流量が増大すると、
これに伴ってフリーディスプレーサ4の駆動力も増大し
フリーディスプレーサ4の往復動ストロークも大きくな
る性質を持っている。かくて、始動時等にて膨張空間6
の温度が大きくて低下する場合には、時としてフリーデ
ィスプレーサ4の往復動ストロークが過大となり、この
フリーディスプレーサ4がコールドフィンガ3に衝突す
る等の障害を引き起こすことがある(第4図(a)参
照)。
Next, the relationship between the cooling temperature T c and the stable operation range voltage V will be described with reference to FIGS. 3 and 4 (a) and (b).
In the free displacer type gas cooler as in the present embodiment, as described above, the driving force of the free displacer 4 is mainly given by the pressure loss of the working gas flowing through the regenerator 8. That is, when the temperature of the expansion space 6 decreases and the mass flow rate of the working gas flowing through the heat storage device 8 increases,
Along with this, the driving force of the free displacer 4 increases, and the reciprocating stroke of the free displacer 4 also increases. Thus, the expansion space 6 at the time of starting, etc.
When the temperature of the free displacer 4 is large and drops, the reciprocating stroke of the free displacer 4 sometimes becomes excessive, and this free displacer 4 may cause an obstacle such as a collision with the cold finger 3 (Fig. 4 (a)). reference).

以上のことから明らかなように、フリーディスプレーサ
4の往復動ストロークを安定に保ち、衝突を未然に防止
するためには、冷却温度にかかわらず蓄熱器8を流れる
ガスの質量流量をある範囲内に安定化すれば良い。この
ため、本実施例では第2図に示すようなプロセスによ
り、膨張空間6等の低温部の冷却温度に従ってリニアモ
ータ28に入力する駆動電圧又は駆動電流の最大値を調整
することによって作動空間内の作動ガスの圧力変動幅を
抑え、ガス流量、ひいてはフリーディスプレーサ4の往
復動ストロークの安定化を図っているのである(第4図
(b)参照)。
As is clear from the above, in order to keep the reciprocating stroke of the free displacer 4 stable and prevent collisions, the mass flow rate of the gas flowing through the regenerator 8 should be kept within a certain range regardless of the cooling temperature. Just stabilize it. For this reason, in the present embodiment, the maximum value of the drive voltage or drive current input to the linear motor 28 is adjusted according to the cooling temperature of the low temperature portion such as the expansion space 6 by the process shown in FIG. By suppressing the pressure fluctuation range of the working gas, the gas flow rate and eventually the reciprocating stroke of the free displacer 4 are stabilized (see FIG. 4 (b)).

上記した第1図に示すこの発明の一実施例である冷却機
において、電気端子21,22に交流電圧が印加された際
に、膨張空間6内に冷熱が発生する機構については、上
記した従来例の動作説明の項で既に述べているので、そ
の詳細な説明はここでは省略する。
In the cooler which is one embodiment of the present invention shown in FIG. 1 described above, the mechanism in which cold heat is generated in the expansion space 6 when an AC voltage is applied to the electric terminals 21 and 22 is the same as that of the conventional one described above. Since it has already been described in the section of the operation description of the example, detailed description thereof will be omitted here.

なお、上記実施例では、コールドフィンガ3とシリンダ
1が機械的に強く結合された一体型の冷却機の場合につ
いて説明したが、第5図に示すこの発明の他の実施例に
おけるように、コールドフィンガ3とシリンダ1とが連
通管5を介して互いに分離された分離型の冷却機であっ
ても良く、上記実施例と同様の効果を奏する。
In the above-described embodiment, the case where the cold finger 3 and the cylinder 1 are mechanically strongly coupled to each other is described as an integral type cooling machine. However, as in another embodiment of the present invention shown in FIG. It may be a separate type cooling machine in which the finger 3 and the cylinder 1 are separated from each other through the communication pipe 5, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained.

なお、上記実施例では、ディスプレーサ用弾性部材30と
して機械バネを用いた例を示しているが、第6図に示す
この発明の他の実施例におけるように、ガスバネ室40で
置き換えても良く、上記実施例と同様の効果を奏する。
ただし、この場合には、フリーディスプレーサ4の駆動
力は蓄熱器8を通過するガスの圧力損失の他に、ガスバ
ネ室40と作動空間の圧力差によっても得られるため、モ
ータ駆動信号電圧V1の安定動作範囲は第2図及び第3図
(b)に示したものと異なっている。
In the above embodiment, a mechanical spring is used as the displacer elastic member 30, but the gas spring chamber 40 may be replaced as in the other embodiment of the present invention shown in FIG. The same effect as that of the above embodiment is obtained.
However, in this case, the driving force of the free displacer 4 is obtained not only by the pressure loss of the gas passing through the heat storage device 8 but also by the pressure difference between the gas spring chamber 40 and the working space, so that the motor driving signal voltage V 1 The stable operation range is different from that shown in FIGS. 2 and 3 (b).

[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、冷却機において、この
冷却機の制御器によりフリーディスプレーサが、運転中
は常にある一定値以下の往復動ストロークの範囲内で運
動するように構成したので、被冷却体を冷却する冷却温
度の大きな変化に対してもフリーディスプレーサがコー
ルドフィンガに衝突することがなく、振動や騒音が少な
い信頼性の高い冷却機が得られると共に、作動空間の死
容積を少なくすることができるため、この冷却機の高効
率な運転が可能となるなどの優れた効果を奏するもので
ある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in the cooling machine, the free displacer is configured to always move within the range of the reciprocating stroke of a certain value or less during operation by the controller of the cooling machine. Therefore, the free displacer does not collide with the cold fingers even when the cooling temperature for cooling the object to be cooled is large, and a highly reliable cooling machine with less vibration and noise is obtained, and the dead volume of the working space is reduced. Since it is possible to reduce the amount of heat, it is possible to achieve an excellent effect such as enabling highly efficient operation of this cooler.

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

第1図はこの発明の一実施例である冷却機の概略構成を
示す断面側面図、第2図は第1図の冷却機における制御
器の信号処理を示す説明図、第3図は第1図の冷却機の
作用を説明するための要部を示す概略構成図、第4図
(a),(b)は第1図の冷却機と上記従来例の冷却機
との作用を比較する説明図、第5図及び第6図はこの発
明の他の実施例である冷却機の概略構成を示す断面側面
図、第7図は従来のフリーディスプレーサ型ガス冷却機
の概略構成を示す断面側面図である。 図において、1……シリンダ、2……ピストン、2a,4a,
4b……作動表面、3……コールドフィンガ、4……フリ
ーディスプレーサ、5……連通管、6……膨張空間、7
……圧縮空間、8……蓄熱器、9,10……中心孔、11……
半径方向流通ダクト、12……フリーザ、13,14,15,16…
…シール、17……スリーブ、18……コイル、19,20……
リード線、21,22……電気端子、23……環状間隙、24…
…環状永久磁石、25……軟鉄環状ディスク、26……軟鉄
シリンダ、27……軟鉄円形ディスク、28……リニアモー
タ、29……ピストン用弾性部材、30……ディスプレーサ
用弾性部材、31……温度センサ、32……冷却温度信号伝
送路、33……制御器、34……モータ駆動信号伝送路、35
……電力増幅器、36,37……電力ケーブル、38……温度
制御部、39……駆動電圧制御部、40……ガスバネ室 で
ある。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional side view showing a schematic configuration of a cooling machine according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing signal processing of a controller in the cooling machine of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a main part for explaining the operation of the cooling machine shown in FIG. 4, and FIGS. 4 (a) and 4 (b) are explanations for comparing the operation of the cooling machine of FIG. FIG. 5, FIG. 5 and FIG. 6 are sectional side views showing a schematic configuration of a cooling machine according to another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a sectional side view showing a schematic configuration of a conventional free displacer type gas cooling machine. Is. In the figure, 1 ... Cylinder, 2 ... Piston, 2a, 4a,
4b ... Operating surface, 3 ... Cold finger, 4 ... Free displacer, 5 ... Communication pipe, 6 ... Expansion space, 7
...... Compressed space, 8 …… Heat storage device, 9,10 …… Center hole, 11 ……
Radial flow ducts, 12 …… Freezers, 13,14,15,16…
… Seal, 17 …… Sleeve, 18 …… Coil, 19,20 ……
Lead wire, 21,22 ... electrical terminal, 23 ... annular gap, 24 ...
… Annular permanent magnet, 25 …… Soft iron annular disk, 26 …… Soft iron cylinder, 27 …… Soft iron circular disk, 28 …… Linear motor, 29 …… Elastic member for piston, 30 …… Elastic member for displacer, 31 …… Temperature sensor, 32 ... Cooling temperature signal transmission line, 33 ... Controller, 34 ... Motor drive signal transmission line, 35
...... Power amplifier, 36,37 …… Power cable, 38 …… Temperature control unit, 39 …… Driving voltage control unit, 40 …… Gas spring chamber. The same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】モータによって駆動されるピストン,この
ピストンに嵌合し、このピストンと上記モータを包囲す
るシリンダを備え、上記ピストンを上記シリンダ内で往
復運動させることにより作動ガスに圧力変動を発生させ
る圧縮部と、 上記圧力変動により駆動されるフリーディスプレーサ,
このフリーディスプレーサに嵌合し、このフリーディス
プレーサを内包するコールドフィンガ,このコールドフ
ィンガに対して上記フリーディスプレーサを往復動可能
に嵌合するディスプレーサ用弾性部材から構成され、上
記フリーディスプレーサが上記圧力変動に対して適当な
位相差を持って上記コールドフィンガ中で往復運動する
ことにより、上記コールドフィンガ内の膨張空間及びフ
リーザに冷熱を発生する膨張部と、 上記シリンダと上記コールドフィンガとを連通し、上記
シリンダ中の圧力変動を上記コールドフィンガ中に導く
連通管とを備えた冷却機において、 上記コールドフィンガの膨張空間,上記フリーザ、又は
このフリーザに熱的に接触し、このフリーザによって冷
却される被冷却体の冷却温度を検出する温度センサと、 上記冷却温度の入力を受けて、上記モータに印加される
実効的な駆動電圧又は駆動電流を、上記冷却温度の関数
としてあらかじめ与えられている電圧又は電流の範囲内
となるよう調整する制御器とを備えたことを特徴とする
冷却機。
1. A piston driven by a motor, and a cylinder fitted to the piston and surrounding the piston and the motor, wherein the piston reciprocates in the cylinder to generate a pressure fluctuation in a working gas. And a free displacer driven by the pressure fluctuation,
It is composed of a cold finger fitted to the free displacer and containing the free displacer, and an elastic member for the displacer that fits the free displacer to the cold finger so that the free displacer can reciprocate. On the other hand, by reciprocating in the cold finger with a proper phase difference, the expansion space for generating cold heat in the expansion space and the freezer in the cold finger, the cylinder and the cold finger are communicated with each other, A cooling machine having a communication pipe for guiding pressure fluctuations in a cylinder into the cold finger, wherein the expansion space of the cold finger, the freezer, or the freezer is thermally contacted and cooled by the freezer. A temperature sensor that detects the cooling temperature of the body, A controller for receiving the input of the cooling temperature and adjusting the effective drive voltage or drive current applied to the motor so as to be within the range of the voltage or current given in advance as a function of the cooling temperature. A chiller characterized by having.
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