JPS59157451A - Stirling cycle cryogenic refrigerator - Google Patents

Stirling cycle cryogenic refrigerator

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JPS59157451A
JPS59157451A JP2903583A JP2903583A JPS59157451A JP S59157451 A JPS59157451 A JP S59157451A JP 2903583 A JP2903583 A JP 2903583A JP 2903583 A JP2903583 A JP 2903583A JP S59157451 A JPS59157451 A JP S59157451A
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JP
Japan
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expansion
cylinder
regenerator
space
expansion space
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JP2903583A
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Japanese (ja)
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JPH0348433B2 (en
Inventor
三田 英夫
冽 石橋
隆行 松井
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP2903583A priority Critical patent/JPS59157451A/en
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Publication of JPH0348433B2 publication Critical patent/JPH0348433B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の対象) 本発明は、可変の圧縮空間と可変の多段の膨張空間の間
に放熱器と蓄冷器を有する冷凍機によって、略5.IK
以下の極低温の冷凍を得るごとに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Object of the Invention) The present invention provides a refrigerating machine having a heat radiator and a regenerator between a variable compression space and a variable multi-stage expansion space. IK
The following pertains to obtaining cryogenic refrigeration.

(本発明の利用分野) 」二記スクーリングカーイクル極低温冷凍機は、液体ヘ
リウムを充填しているクライオスタットに取り付け、ク
ライオスタットに侵入する熱によって蒸発するヘリウム
蒸気を再び液化し、クライオスタット内の液体ヘリウム
の量を富時。
(Field of Application of the Present Invention) A schooling vehicle cryocooler is attached to a cryostat filled with liquid helium, and re-liquefies helium vapor that evaporates due to the heat that enters the cryostat. When the amount of wealth.

一定に保持することができるものである。It is something that can be held constant.

本発明は、液体ヘリウムで冷却されてい・る超電導磁石
、ジコセフソン素子、スキッド素子等を當に超低温の状
態に維持することが要求される冷却システムに不過欠な
ものである。
The present invention is indispensable for cooling systems that are required to maintain superconducting magnets, dicocefson elements, skid elements, etc. cooled with liquid helium at extremely low temperatures.

(従来技術) かかる極低温冷凍は、従来へdvances in C
ry−ogenic Engineering Vol
ume 16 (1’roceedinHsof th
e 1970 Cryoge’nic lEngine
ering Confer−ence The Uni
versity of Co1orado Bould
er+Co1orado June 17−19.19
70)に示されているTriple−expansio
n Stiring−Cycle Refrtgera
−torに於ける如く、膨張シリンダー105Vコ番こ
膨張ピストン106を収納し、第1膨張空間107 (
Extra Expansion 5pace 1 )
 +第2・膨弓長空間(lExtra t!xpans
ion 5pace 2 ) +そして第3膨張空間(
lExt、ra P、xpansion 5pace 
3 )を“けた構成としている。これを図面にして示ゼ
・シホ次の通りである。
(Prior Art) Such cryogenic refrigeration has advances in conventional technology.
ry-ogenic Engineering Vol.
ume 16 (1'roceedinHsof th
e 1970 Cryoge'nic Engine
ering Conference-ence The Uni
versity of Col1orado Bould
er+Colorado June 17-19.19
Triple-expansio shown in 70)
n Stirring-Cycle Refrtgera
- As in Tor, the expansion cylinder 105V accommodates the expansion piston 106, and the first expansion space 107 (
Extra Expansion 5pace 1)
+Second expansion arch length space (lExtra t!xpans
ion 5pace 2 ) + and the third expansion space (
lExt, ra P, expansion 5pace
3) has a "digital configuration. This is shown in the drawing as follows.

第1図はそのような極低温冷凍機の構成図である。第1
図に於いて、101は圧縮シ1ノンタ゛−であり、該圧
縮シリンダー10は圧縮ピストン102を摺動可能に備
えてしへる。103番ま圧縮空間であり、前記圧縮シリ
ンダー101の上部には、前記圧縮空間103と連通し
てし)るJk熱器104が備えである。105Lよ前記
放“S a:’t104と連通している膨張シリンダー
であり、。
FIG. 1 is a block diagram of such a cryogenic refrigerator. 1st
In the figure, 101 is a compression cylinder 10, and the compression cylinder 10 is slidably equipped with a compression piston 102. No. 103 is a compression space, and a Jk heater 104 is provided above the compression cylinder 101 and communicates with the compression space 103. 105L is an expansion cylinder communicating with the above-mentioned discharge cylinder 104.

内部には膨張ビス1−ン106を摺動可能番こ備えてい
る。前記膨張ピストン106と前記膨張シリンダー10
5は、第1膨張空間107.第2膨張空間108.第3
膨張空間109を形成している。前記膨張ピストン10
6はヘリウムガス等の冷媒が流れる流路106a、第1
蓄冷器1.06b、流路106 C,第1蓄冷器106
d、流路106 e、第3蓄冷器106f、そして流路
106gが順次連通するように設けられている。前記第
1蓄冷器106bは、前記第1膨張空間107・へ、前
記第2蓄冷器106dは前記第2膨張空間108へ、そ
して前記流路106gは第3膨張空間へと連通している
。前記第1膨張空間107を形成している部分の膨張シ
リンダー105の外面にはふく射シールド板110が固
着されている。圧縮空間103内の冷媒は、圧縮ピスト
ン102の上方向の移動によって圧縮され、放熱器10
3によって冷却され、順次流路1osa、第1蓄冷器1
06b、流路106 C,第2M冷型106d、流路1
06e、第3蓄冷器106f、そして流路106gへと
流入する。前記第1蓄冷器106 b、第2蓄冷器10
6 d、第3蓄冷器106f流入した冷媒は、順次冷却
され、温度が低められる。第1F+?冷器10 G +
)から第1膨張空間107.第2蓄冷器106dから第
2膨張空間108.そして第3蓄冷器106fから流路
106gを通過し、第3膨張空間109に流入した冷媒
は、IIδぢ張ピストン106の下方向への移動によっ
て略等温膨張し7、第1.2.3膨張空間107゜10
8.109内で順次低い温度の冷凍を発生ずる。第1膨
張空間107で発生した冷凍は、膨張シリンダー105
そして膨張ピストン106の常温部から固体伝導で侵入
する熟、常温部からふく射シールド板110を伝わって
侵入するふく射熱、更には第1蓄冷器106bの非効率
によって発生ずる損失熱を吸収するために費やされる。
A sliding expansion screw 106 is provided inside. The expansion piston 106 and the expansion cylinder 10
5 is the first expansion space 107. Second expansion space 108. Third
An expansion space 109 is formed. The expansion piston 10
6 is a flow path 106a through which a refrigerant such as helium gas flows;
Regenerator 1.06b, flow path 106C, first regenerator 106
d, the flow path 106e, the third regenerator 106f, and the flow path 106g are provided so as to communicate with each other in this order. The first regenerator 106b communicates with the first expansion space 107, the second regenerator 106d communicates with the second expansion space 108, and the flow path 106g communicates with the third expansion space. A radiation shield plate 110 is fixed to the outer surface of the expansion cylinder 105 in a portion forming the first expansion space 107 . The refrigerant in the compression space 103 is compressed by the upward movement of the compression piston 102, and the refrigerant is compressed by the upward movement of the compression piston 102.
3, and sequentially the flow path 1osa, the first regenerator 1
06b, flow path 106 C, 2nd M cold mold 106d, flow path 1
06e, the third regenerator 106f, and flows into the flow path 106g. The first regenerator 106b, the second regenerator 10
6d, the refrigerant that has flowed into the third regenerator 106f is sequentially cooled and its temperature is lowered. 1st F+? Cooler 10G +
) to the first expansion space 107. from the second regenerator 106d to the second expansion space 108. Then, the refrigerant that has passed through the flow path 106g from the third regenerator 106f and flowed into the third expansion space 109 undergoes approximately isothermal expansion due to the downward movement of the IIδ dielectric piston 106. Space 107°10
8. Refrigeration occurs at lower temperatures in sequence within 109. The refrigeration generated in the first expansion space 107 is transferred to the expansion cylinder 105.
The energy is used to absorb heat that enters from the room temperature part of the expansion piston 106 through solid conduction, radiation heat that enters from the room temperature part through the radiation shield plate 110, and further heat loss that occurs due to inefficiency of the first regenerator 106b. It will be done.

(従来技術の問題点及び技術的分析) こ陽従来の極低温冷凍機では、第3膨張空間109内の
冷媒(ヘリウムガス)の温度が略7.8に以上になり、
超電導磁石、・ジョセフソン素子、スキツl素子等を冷
却しているフライオスフット内の蒸発してきたヘリウム
ガスは、液化に必要なm!!s、IK以下の温度に達し
でいないので、液体ヘリウムの里を常時一定に維持する
ことが出来なくなり、更には超電導磁石、ジョセフソン
詣子、スキット素子等を長時間極低温で冷却することが
出来なくなるという問題が発生ずる。
(Problems and technical analysis of conventional technology) In the conventional cryogenic refrigerator, the temperature of the refrigerant (helium gas) in the third expansion space 109 reaches approximately 7.8 or more.
The evaporated helium gas in the Flyos foot, which cools superconducting magnets, Josephson elements, Schitzer elements, etc., reaches the m! ! Since the temperature does not reach s, IK or below, it becomes impossible to maintain a constant level of liquid helium at all times, and furthermore, it becomes impossible to cool superconducting magnets, Josephson pilgrims, skit elements, etc. at extremely low temperatures for long periods of time. The problem arises that it is no longer possible.

かかる問題は、冷媒(ヘリウムガス)が略15に以下の
温度において、理想気体から大1Jにズレるため、前記
第3膨張空間109内で、略12に以下の冷凍を発生せ
しめるには、冷媒(ヘリウムガス)の平均圧力(例えば
3.5kg/イ)を低くしなければならず、その結果、
略70にの温度の前記第1膨張空間107内の冷媒ガス
即と、冷凍量が減少するので、常温部より前記膨張シリ
ンダー105.前記膨張ピストン106を伝わって前記
第1膨張空間】07に侵入する電導熱、常温部からふく
射によりふく射シールド板110を伝わって第1膨張空
間107に併用する熱、そして第1蓄冷器106bの非
効率によって発生する損失熱によって第1膨張空間10
7内の冷媒の温度力吐昇し、fs2膨張空間108内の
冷媒の温度も上昇し、その鮎′果、第3膨張空間109
内の冷媒の温度は、略7.8に以」二になるためである
This problem arises because the refrigerant (helium gas) deviates from an ideal gas by as much as 1 J at a temperature of approximately 15°C or lower, so in order to generate refrigeration of approximately 12°C or lower in the third expansion space 109, the refrigerant (helium gas) must be The average pressure (for example, 3.5 kg/I) of helium gas must be lowered, and as a result,
When the refrigerant gas in the first expansion space 107 is at a temperature of approximately 70°C, the amount of refrigeration decreases, so that the expansion cylinder 105. Conductive heat that travels through the expansion piston 106 and enters the first expansion space 07, heat that travels through the radiation shield plate 110 due to radiation from the room temperature section and is used in the first expansion space 107, and non-heat of the first regenerator 106b. The first expansion space 10 due to heat loss generated due to efficiency.
7, the temperature of the refrigerant in the fs2 expansion space 108 also rises, and as a result, the temperature of the refrigerant in the third expansion space 109 increases.
This is because the temperature of the refrigerant inside the tank is about 7.8 or less.

前記第1膨張空間107内において少なし1消芦動力で
略70に前後の冷凍を得るには、冷媒(ヘリウムガス)
の平均圧力は略20kg/cJが良く・、平均圧力が低
くなればなるほど消費動力が増大する。この従来のもの
において、消費動力を小さくしなければならないという
要求から、前記第1膨張空間内で発生する略70 Kの
冷凍を増大するため、前記圧縮空間の容積と前記第1膨
張空間の容積を増大することは出来なし1(従来技術) 前記極低温冷凍機の欠点を改良したものとして、特公昭
47−11190号公報に示されている可逆式冷凍機が
あるが、これを第2図に基づいて説明すると、次の通り
である。
In order to obtain refrigeration of approximately 70°C with as little as 1 quenching power in the first expansion space 107, a refrigerant (helium gas) is used.
A good average pressure is approximately 20 kg/cJ, and the lower the average pressure, the greater the power consumption. In this conventional device, in order to increase the approximately 70 K refrigeration generated in the first expansion space due to the requirement to reduce power consumption, the volume of the compression space and the volume of the first expansion space are It is not possible to increase 1 (Prior art) As a device that improves the drawbacks of the cryogenic refrigerator, there is a reversible refrigerator shown in Japanese Patent Publication No. 11190/1983, which is shown in Fig. 2. The explanation based on this is as follows.

迎気管5゛はシリンダー10の外面所定位置に導熱環1
2゛を介し、熱的に接続すると共に、管5 はシリンダ
ーICの外面所定位置に他導熱環12 を介し熱的に接
続し、シリンダー1cの壁所定部分を予冷するようにし
ている。
The receiving air pipe 5 is provided with a heat conducting ring 1 at a predetermined position on the outer surface of the cylinder 10.
The pipe 5 is thermally connected to a predetermined position on the outer surface of the cylinder IC via a heat conducting ring 12, and a predetermined portion of the wall of the cylinder 1c is precooled.

(従来技術の問題点及び技術的分析) このため、シリンダーICの2箇所を冷却しなければな
らず、機器構成が複雑となる。
(Problems and technical analysis of conventional technology) Therefore, the cylinder IC must be cooled at two locations, which complicates the equipment configuration.

かか乞問題は、シリンダーICがシリンダー室1℃とシ
リンダー室1℃の間で冷凍を発生ず7室を全く有してい
ないので、シリンダートの所定の2ケ所の面で導熱管1
−2”、12 を介し通気管5”、5 の冷媒によって
常温部よりシリンダーICの壁を伝わって1畳人する熱
を吸収しなりればならないことによる。
The problem is that the cylinder IC does not cause refrigeration between the cylinder chamber 1℃ and the cylinder chamber 1℃ and does not have any 7 chambers, so the heat conduction tube 1
This is because the heat generated by one tatami mat from the normal temperature section must be absorbed by the refrigerant in the vent pipes 5'' and 5 through the cylinder IC walls through the 2'' and 12''.

(技術的課題) 本発明は、5.1に以下の冷凍を得るため、可変圧縮空
間と可変膨張空間の間に放熱器と蓄冷器を有する冷凍機
において、冷媒(ヘリウムガス)を低い平均圧力で作動
させ、圧縮空間と膨張空間の容積を増大することなく、
且つ機器構成を節用にし、少ない消費動力で5.1に以
下の冷凍を発生することである。
(Technical Problem) In order to obtain the following refrigeration in 5.1, the present invention provides a refrigerant (helium gas) at a low average pressure in a refrigerator having a radiator and a regenerator between a variable compression space and a variable expansion space. without increasing the volumes of the compression and expansion spaces.
In addition, it is possible to save the equipment configuration and generate the following refrigeration with less power consumption.

(技術的手段) 蒸気技術的課題を解決するため講じた技術的手段は、主
冷凍穏jへの多段膨張シリンダー12の第1蓄冷器シリ
ンダー12aと第1膨張シリンダー12bの外面に予冷
冷凍機13のコールドヘッドa 51を固着し、前記コ
ールドヘッド51の土面に第2膨張シリンター120と
第2ふく射シールl”+1i26の内部に収納するよう
に第1ふく射シールド板31を多数個のボルト52で固
着せしめ、前記主冷凍機(ヘリウムガス)の平均圧力を
、第4膨張空間17で5.1に以下の冷凍を発生ずる最
適の圧力にU7、前記予冷冷凍機の冷媒(ヘリウムガス
)の平均圧力を第1膨張空間で、略70 K前後の冷凍
を発生する最適の圧力にせしめることである。
(Technical means) The technical means taken to solve the steam technical problem is to install a pre-cooling refrigerator 13 on the outer surface of the first regenerator cylinder 12a and the first expansion cylinder 12b of the multi-stage expansion cylinder 12 to the main refrigeration chamber. The cold head a 51 is fixed to the ground surface of the cold head 51, and the first radiation shield plate 31 is secured to the soil surface of the cold head 51 with a large number of bolts 52 so as to be housed inside the second expansion cylinder 120 and the second radiation seal l''+1i26. Fix the average pressure of the main refrigerator (helium gas) to the optimum pressure that produces refrigeration below 5.1 in the fourth expansion space 17, and set the average pressure of the refrigerant (helium gas) of the pre-cooling refrigerator to The purpose is to increase the pressure in the first expansion space to an optimal pressure that generates refrigeration of approximately 70 K.

〔技術的手段の作用〕[Effect of technical means]

上記技術的手段は、次のように作用する。すなわち常温
部より第1蓄冷器ゲース112aを伝わってくる伝導熱
、常温部よりふく射によって第1ふく射シールド板31
にfil大するふく射熱、そして第1膨張空間14内の
冷媒(ヘリウムガス)から、第1111張シリンダー1
2hの一壁を伝わる第1清冷器13の非効率によって発
生した損失熱は、最適な圧力の冷媒を封入せしめである
予冷冷凍機のコールトヘッ1°51において少ない予冷
冷凍機Bの少ない消費動力で、吸収することができる。
The above technical means works as follows. That is, the conduction heat transmitted through the first regenerator gate 112a from the room temperature section and the radiation from the room temperature section cause the first radiation shield plate 31 to
The radiant heat increases in the filtrate, and from the refrigerant (helium gas) in the first expansion space 14, the 1111th expansion cylinder 1
The heat loss generated due to the inefficiency of the first cooler 13 that is transmitted through one wall of 2h is reduced by the less power consumption of the precooler B at the cold head 1°51 of the precooler, which is filled with refrigerant at the optimal pressure. , can be absorbed.

第1膨張空間14の近傍から第2膨張シリンダー12c
の壁を伝わフて第2膨張空間15に侵入する熱は、第2
膨張空間15内の冷媒(−・リウムガス)が発生ずる冷
凍で吸収され、第2膨張空間15の近傍の第3膨張シリ
ンダー12dの壁を伝わって第3膨張空間16に侵入す
る熱は、第3膨張空間16内の冷媒(ヘリウムガス)が
発生する冷凍で吸収されるので、第4膨張空間17には
ほとんど熱が侵入してこない。
The second expansion cylinder 12c from the vicinity of the first expansion space 14
The heat that infiltrates the second expansion space 15 through the walls of the second
The heat absorbed by the refrigeration generated by the refrigerant (- lium gas) in the expansion space 15 and transmitted through the wall of the third expansion cylinder 12d near the second expansion space 15 and infiltrated into the third expansion space 16 is absorbed by the third expansion cylinder 12d. Almost no heat enters the fourth expansion space 17 because it is absorbed by the refrigeration generated by the refrigerant (helium gas) in the expansion space 16 .

したがって、主冷凍機への圧縮空間25の容積と第1膨
張空間14の容積を増大することなく、第1膨張・空間
14内の冷媒の温度は、低くすることができ、第2,3
膨張室間15.16の冷媒(ヘリウムガス)の温度も低
くでき、その結果、第4膨張空間17゛内で冷凍を主冷
凍と予冷冷凍機の少ない動力でしかも機器構成を複雑に
することなく、略5.IK以下の冷凍を発生する。
Therefore, the temperature of the refrigerant in the first expansion space 14 can be lowered without increasing the volume of the compression space 25 and the volume of the first expansion space 14 to the main refrigerator.
The temperature of the refrigerant (helium gas) between the expansion chambers 15 and 16 can be lowered, and as a result, refrigeration in the fourth expansion space 17 can be performed with less power from the main refrigeration and pre-cooling refrigerators, without complicating the equipment configuration. , about 5. Freezing occurs below IK.

〔本発明によって生した特有の効果〕[Special effects produced by the present invention]

本発明は、次の特有の効果を生じる。すなわち、第1゛
蓄冷器シリンダー123と第1膨張シリンダー12bは
最適な圧力の冷媒を封入しである予冷冷凍機Bのコール
ドヘッド51によって冷却されているので、短時間で第
1膨張空間14内の冷媒温度は定當状態に達し、第2.
第に、第4膨張空間15,16.17の冷媒の温度も、
短時間で定常状態に達する。
The present invention produces the following unique effects. That is, since the first regenerator cylinder 123 and the first expansion cylinder 12b are cooled by the cold head 51 of the pre-cooling refrigerator B, which is filled with refrigerant at an optimal pressure, the inside of the first expansion space 14 is cooled in a short time. The refrigerant temperature of the second.
Secondly, the temperature of the refrigerant in the fourth expansion space 15, 16.17 is also
Steady state is reached in a short time.

第1ふく射シールド板31の温度は、予冷冷凍機Bのコ
ールドヘッドの温度とほぼ等しく低い温度であるので、
第1ふく射シールド板31から第2ふく射シールド板2
6と第2膨張シリンダー12cに侵入するふく射熱は、
はとんど無くなり、第2膨張空間15の容積は小さくな
る。
Since the temperature of the first radiation shield plate 31 is approximately equal to and lower than the temperature of the cold head of the pre-cooling refrigerator B,
From the first radiation shield plate 31 to the second radiation shield plate 2
6 and the radiant heat that enters the second expansion cylinder 12c is
The volume of the second expansion space 15 becomes smaller.

(実施例) 以下、上記技術的手段の一具体例を示す実施例について
説明する。
(Example) Hereinafter, an example showing a specific example of the above technical means will be described.

第3図に示す例について、圧縮ピストン1の外周部の溝
にはピストンリング2が装着してあり、圧縮シリンダー
5の内面に気密を保ちなから摺動可能に接合している圧
縮ピストンlの下方の端面には、ロット′36が固着せ
しめである。図示していない駆動部に接続しである圧縮
ピストン1の中心部にはロッド4が通る孔1aが設りて
あり、該孔1aの内周面の溝には、ロッドシール3が装
着しである。ロッドシール3とロッド4は、気密を保ら
ながら摺動可能に接合されている。前記ロッド4の一端
は、図示していない駆動部に接続、またロッド4の他端
ば、4段凸形状の多段膨張ピストン6に固着しており、
該多段膨張ピストン6の各段には、ピストンリング7、
.8,9.10が装着しである。ピストンリング7は放
熱器11のシリンダー面11aに気密を保ちならが摺動
可能に接合している。放熱器11の下部フランジtib
は圧縮シリンダー5の−・端に気密固着され、放熱器1
1の上部フランジ11Cは凸形5段形状の多段膨張シリ
ンダー12に気密・固着せしめである。
In the example shown in FIG. 3, a piston ring 2 is installed in a groove on the outer periphery of a compression piston 1, and a compression piston l is slidably joined to the inner surface of a compression cylinder 5 in an airtight manner. A rod '36 is fixed to the lower end face. A hole 1a through which a rod 4 passes is provided in the center of the compression piston 1, which is connected to a drive part (not shown), and a rod seal 3 is installed in a groove on the inner peripheral surface of the hole 1a. be. The rod seal 3 and the rod 4 are slidably joined while maintaining airtightness. One end of the rod 4 is connected to a drive unit (not shown), and the other end of the rod 4 is fixed to a multistage expansion piston 6 having a four-stage convex shape.
Each stage of the multi-stage expansion piston 6 includes a piston ring 7,
.. 8, 9, and 10 are installed. The piston ring 7 is slidably joined to the cylinder surface 11a of the radiator 11 in an airtight manner. Lower flange tib of heat sink 11
is hermetically fixed to the - end of the compression cylinder 5, and the radiator 1
The upper flange 11C of No. 1 is airtightly fixed to the multi-stage expansion cylinder 12 having a five-stage convex shape.

圧縮シリンダー5の他端は、図示していない駆動装置の
ハウジングに気密固着しである。 多段膨張シリンダー
12の1段目の第1蓄冷器シリンダー12aには、中空
円筒形の第1蓄冷器13が設りである。第1蓄冷器13
の中空部の内径は放熱器11のシリンダー面11aの内
径にほぼ等しく、かつ多段膨張ピストン6の第1段目6
aの外周面が接触しないようにせしめである。多段膨張
シリンダー12の第2段目の第1膨張シリンダー12b
と多段膨張ピストン6の第1段目6aと第2段目6b、
  そしてピストンリング7.8で囲まれた空間は、第
1膨張空間14を形成する。
The other end of the compression cylinder 5 is hermetically fixed to a housing of a drive device (not shown). A first regenerator cylinder 12a in the first stage of the multistage expansion cylinder 12 is provided with a first regenerator 13 having a hollow cylindrical shape. First regenerator 13
The inner diameter of the hollow portion is approximately equal to the inner diameter of the cylinder surface 11a of the radiator 11, and the inner diameter of the first stage 6 of the multistage expansion piston 6
This is to prevent the outer peripheral surfaces of a from coming into contact with each other. The first expansion cylinder 12b of the second stage of the multistage expansion cylinder 12
and a first stage 6a and a second stage 6b of the multistage expansion piston 6,
The space surrounded by the piston ring 7.8 then forms a first expansion space 14.

多段膨張シリンダー12の第3段目の第2膨張シリンダ
ー12Cと、多段膨張ピストン6の第2段目6b及び第
3段目5c、そしてピストンリング8,9で囲まれた空
間は、第2膨張空間15を形成する。
The space surrounded by the second expansion cylinder 12C of the third stage of the multistage expansion cylinder 12, the second stage 6b and third stage 5c of the multistage expansion piston 6, and the piston rings 8 and 9 is a space surrounded by the second expansion cylinder 12C of the third stage of the multistage expansion cylinder 12, and the space surrounded by the piston rings 8 and 9. A space 15 is formed.

多段膨張シリンダー12の第4段目の第3膨張シリンダ
ー12d、多段膨張ピストン6の第3段目6C及び第4
段目6d、 そしてピストンリング9.10で囲まれた
空間は、第3膨張空間16を形成する。
The third expansion cylinder 12d of the fourth stage of the multistage expansion cylinder 12, the third stage 6C and the fourth stage of the multistage expansion piston 6
The space surrounded by the stage 6d and the piston ring 9.10 forms a third expansion space 16.

多段膨張シリンダー12の第5段目の第4膨張シリンダ
ー128と多段膨張ピストン6の第4段目6d、 そし
てピストンリング■0で囲まれた空間は、第4膨張空間
18を形成する。
A space surrounded by the fourth expansion cylinder 128 of the fifth stage of the multistage expansion cylinder 12, the fourth stage 6d of the multistage expansion piston 6, and the piston ring 0 forms a fourth expansion space 18.

多段膨張ピストン6の第2段目6b、第3段目6cそし
て第4段目6dの上部には、それぞれ多数個の孔1B、
19.20が設けてあり、孔18,19.20の一端は
、それぞれ第2膨張空間15.第3膨張空冊16.第4
膨張空間17へ連通している。孔18,19.’20の
他端は、それぞれ、多段膨張ピストン6の第2段目6b
、第3段目Gc、第4段目6dの内部に設けたff12
蓄冷器21.・第3蓄冷器22.第4蓄冷器23へ連通
している。第2N冷器22の  ′−・端(高温側)は
、多段膨張ピストン6のff52段目6bの下部に設げ
た多数個の孔24に連通し、孔24は第1膨張空間14
へ連通している。第2蓄冷器21の他端(低温側)は第
3蓄冷器22の一部1(高温側)に連通しており、第3
蓄冷器22の他端(低温側)は第4蓄冷器(高温側)に
連1通している。
The second stage 6b, third stage 6c and fourth stage 6d of the multi-stage expansion piston 6 are each provided with a large number of holes 1B,
19.20 are provided, and one end of the holes 18, 19.20 are respectively connected to a second expansion space 15.20. 3rd expansion empty book 16. Fourth
It communicates with the expansion space 17. Holes 18, 19. The other end of '20 is the second stage 6b of the multistage expansion piston 6.
, the third stage Gc, and the ff12 provided inside the fourth stage 6d.
Cool storage device 21.・Third regenerator 22. It communicates with the fourth regenerator 23. The '- end (high temperature side) of the second N cooler 22 communicates with a large number of holes 24 provided at the bottom of the ff5 second stage 6b of the multi-stage expansion piston 6, and the holes 24 are connected to the first expansion space 14.
It is connected to. The other end (low-temperature side) of the second regenerator 21 communicates with part 1 (high-temperature side) of the third regenerator 22.
The other end (low temperature side) of the regenerator 22 is in communication with a fourth regenerator (high temperature side).

第1膨張空間13ば、第1蓄冷器13の一端(低温側)
に連通しており、第1蓄冷器13の他端(高温側)は、
放熱器11のパイプdに連通している。パイプlidは
、圧縮シリンダー5、圧縮ピストン1.多段膨張ピスト
ン6、放熱器11.ロッド4.ピストンリング2,7そ
してロッドシール3で囲まれた圧縮空間25へ連通して
いる。このようにして主冷凍機へが構成されている。
First expansion space 13, one end of first regenerator 13 (low temperature side)
The other end (high temperature side) of the first regenerator 13 is connected to the
It communicates with the pipe d of the radiator 11. The pipe lid includes a compression cylinder 5, a compression piston 1. Multistage expansion piston 6, radiator 11. Rod 4. It communicates with a compression space 25 surrounded by piston rings 2, 7 and rod seal 3. In this way, the main refrigerator is constructed.

放熱器11の上部フランp l l cの周辺の孔には
、予冷冷凍RBが気密に固着せしめてあり、予冷冷凍機
Bの低温の冷凍を発生しているコールドヘッド51は、
主冷凍機への第1膨張シリンダー12bの外面と第1蓄
冷器シリンダーt2aの低温例の外面に固着されている
。コールドヘッド5Jの上面には、第2ふく射シールド
板26と第2膨張シリンダー12cを内部収納している
第1ふく射シールド板31がポルト52で固着されてい
る。放熱器■1の上部フランジ11Cには、主冷凍機へ
の第1ふく射シールド板31と第1蓄冷器シリンダー1
2a、そして予冷冷凍機Bのコールドヘッド51を内蔵
するように真空管37が多数個のポル]・38によって
固着されている。
A pre-cooled refrigerator RB is airtightly fixed to a hole around the upper flange of the radiator 11, and a cold head 51 that generates low-temperature refrigeration of the pre-cooled refrigerator B is
It is fixed to the outer surface of the first expansion cylinder 12b to the main refrigerator and the outer surface of the low temperature case of the first regenerator cylinder t2a. A first radiation shield plate 31 that internally accommodates the second radiation shield plate 26 and the second expansion cylinder 12c is fixed to the upper surface of the cold head 5J by a port 52. The upper flange 11C of the radiator ■1 is provided with a first radiation shield plate 31 for the main refrigerator and a first regenerator cylinder 1.
2a, and a vacuum tube 37 is fixed by a large number of holes 38 so as to house the cold head 51 of the precooling refrigerator B.

!工空管37の下部のフランジには、0リンク溝が設り
てあり、0リング39が装着され、真空空間41の真空
を気密を保持している。真空槽37の外周面には孔37
aが設りてあり、真空弁40の一端が気密に固着されて
いる。
! An O-link groove is provided in the lower flange of the air pipe 37, and an O-ring 39 is attached thereto to keep the vacuum space 41 airtight. A hole 37 is formed on the outer peripheral surface of the vacuum chamber 37.
A is provided, and one end of a vacuum valve 40 is hermetically fixed.

圧縮空間25.放熱器11のパイプ11d。Compressed space 25. Pipe 11d of radiator 11.

第1.2.s、q冷型13,21,22..23、孔2
1.1B、 19.20、第1.2.3゜4膨張空間、
14,15,16.17には、ヘリウム等の作動ガスが
封入され、スクーリングザイクル冷41!機の作動空間
を形成している。そして、ロット36は、ロット4より
も略90°位相が遅れるように図示していない駆動部に
よって駆動されζいる。
Section 1.2. s, q cold type 13, 21, 22. .. 23, hole 2
1.1B, 19.20, 1.2.3°4 expansion space,
14, 15, 16. 17 are filled with working gas such as helium, and schooling cycle cold 41! It forms the working space of the machine. The lot 36 is driven by a drive unit (not shown) so that the lot 36 is approximately 90 degrees behind the lot 4 in phase.

圧縮空間25内の作動ガスは、圧縮ピストン1と多段膨
張ビス[−ン6によって圧縮され、発熱、昇温し、放熱
器1のバイ7lldに流入すると、パイプlidの外側
を通っている冷却水等で冷却され温度が下がり、第1蓄
冷器13に流入し、第1蓄冷器13のエレメントによっ
て冷却され、さらに温度が低くなり、第1膨張空間14
に流入する。第1膨張空間14に流入した作動ガスの一
部は、孔24を通って第2蓄冷器21に流入すると、第
2蓄冷器21のエレメントによって冷却され、温度がさ
らに下がり、孔18と第3蓄冷器22に流入する。孔1
8に流入した作動ガスは、第2膨張空間15へ流入する
。第3蓄冷器22に流入した作動ガスは、第3蓄冷器2
2のエレメントによってさらに冷却され、温度が下がり
、孔19と第4蓄冷器23へと流入する。孔19に流入
した作動ガスは、第3膨張空間16へ流入する。第4N
冷器23へ流入した作動ガスは、第4蓄冷器23のエレ
メントによってさらに冷却され、温度が下がり、孔20
を通って第4膨張空間17に流入する。第1膨張空間1
4.第2膨張空間15.第3膨張空間工6そして第4膨
張空間17に流入した作動ガスは、多段膨張ピストン6
の下方向の移動によって、膨張し、第1.2.3J4内
で順次、低い温度の冷凍を発生する。多段膨張ピストン
6の北方向の移動によって、第4膨張空間17の作動ガ
スは、孔20を通って第4蓄冷器23に流入し、第4蓄
冷器23のエレメントによって暖められ、温度が上昇し
、第3蓄冷器22へ流入する。第3膨張空間16の作動
ガスは、孔19を通って第3蓄冷器22に流入する。第
3蓄冷器22に流入した作動ガスは、第3蓄冷器22の
エレメントによって暖められ、温度が上昇し、第2蓄冷
器21に流入する。第2膨張空間15の作動ガスは、孔
18を通って第2蓄冷器21に流入する。ff12蓄冷
器21に流入した作動ガスは4第2蓄冷器21のエレメ
ントによって暖められ、温度が上昇し、孔24を通って
第1膨張空間14に流入する。第1膨張空間14の作動
ガスは、第1蓄冷器に流入し、第1蓄冷器13のエレメ
ントによって暖められ、温度が」二昇し、放熱器11の
パイプ11dを通って圧縮空間25に流入する。このよ
うにして、スフ−リングサイクル冷凍機1什稈を完了す
る。
The working gas in the compression space 25 is compressed by the compression piston 1 and the multi-stage expansion screw 6, generates heat and rises in temperature, and when it flows into the pipe 7lld of the radiator 1, the cooling water passing outside the pipe lid is heated. etc., the temperature drops, flows into the first regenerator 13, is cooled by the elements of the first regenerator 13, the temperature further decreases, and the first expansion space 14
flows into. When a part of the working gas that has flowed into the first expansion space 14 flows into the second regenerator 21 through the holes 24, it is cooled by the elements of the second regenerator 21, and its temperature further decreases. It flows into the regenerator 22. Hole 1
The working gas that has flowed into the second expansion space 8 flows into the second expansion space 15 . The working gas that has flowed into the third regenerator 22 is
It is further cooled by the second element, the temperature decreases, and it flows into the hole 19 and the fourth regenerator 23. The working gas that has flowed into the hole 19 flows into the third expansion space 16 . 4th N
The working gas that has flowed into the cooler 23 is further cooled by the element of the fourth regenerator 23, and its temperature decreases.
It flows into the fourth expansion space 17 through. First expansion space 1
4. Second expansion space 15. The working gas flowing into the third expansion space 6 and the fourth expansion space 17 is transferred to the multi-stage expansion piston 6.
Due to the downward movement of , it expands and refrigeration occurs at a lower temperature in sequence within No. 1, 2, and 3 J4. Due to the northward movement of the multistage expansion piston 6, the working gas in the fourth expansion space 17 flows into the fourth regenerator 23 through the holes 20, is warmed by the elements of the fourth regenerator 23, and its temperature increases. , flows into the third regenerator 22. The working gas in the third expansion space 16 flows into the third regenerator 22 through the holes 19 . The working gas that has flowed into the third regenerator 22 is warmed by the elements of the third regenerator 22, its temperature rises, and then flows into the second regenerator 21. The working gas in the second expansion space 15 flows into the second regenerator 21 through the holes 18 . The working gas that has flowed into the ff12 regenerator 21 is warmed by the elements of the second regenerator 21, its temperature rises, and then flows into the first expansion space 14 through the holes 24. The working gas in the first expansion space 14 flows into the first regenerator, is warmed by the elements of the first regenerator 13, its temperature rises by 2, and flows into the compression space 25 through the pipe 11d of the radiator 11. do. In this way, one batch of Sfling cycle refrigerator is completed.

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

第1図は従来の極低温冷凍機の断面図、第2図は従来の
可逆式冷凍機の従来断立面図、そして第3図は本発明の
一実施例を示す中央縦断面図である。 放熱器・・・11.第1膨張空間・・・14゜第1M冷
型・・・13゜ 第1 Wi冷回器シリンダー・・12a。 第1膨張シリンダー・・・12b、。 第2膨張シリンダー・・・12c。 第2ふく射シールド板・・・26゜ 第1ふく射シールド坂・・・31゜ 特許出願人 1イシシ梢措緯式会社 代表者中井令夫 第2し1 第11 コ
FIG. 1 is a sectional view of a conventional cryogenic refrigerator, FIG. 2 is a conventional sectional elevational view of a conventional reversible refrigerator, and FIG. 3 is a central vertical sectional view showing an embodiment of the present invention. . Heat sink...11. 1st expansion space...14° 1st M cold type...13° 1st Wi refrigerant cylinder...12a. First expansion cylinder...12b. Second expansion cylinder...12c. 2nd radiation shield plate...26° 1st radiation shield slope...31° Patent applicant 1 Ishishi Kozueki Company Representative Reio Nakai 2nd 1st 11th

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 放熱器11と第1膨張空間14との間に第1蓄冷器13
を収納した第1蓄冷器シリンダー12aを設け、前記第
1蓄冷器シリンダー12aと、前記第1膨張空間14を
形成する第1膨張シリンダー12bと、第2膨張空…1
15を形成する第2膨張シリンダー12cのff1l膨
張シリンダー12bの近傍とそして前記第2膨張シリン
ク’、−12cと前記第2膨張シリンダー12cに固定
した第2ふく射シールド板26をおおうように設けた第
1ふく射シールド板31のうぢ、1個以上を未冷凍機の
冷凍サイクルを形成している作動ガス以外の冷媒で冷却
するスターリングサイクル極低温冷凍機
A first regenerator 13 is provided between the radiator 11 and the first expansion space 14.
A first regenerator cylinder 12a that accommodates the first regenerator cylinder 12a, a first expansion cylinder 12b forming the first expansion space 14, and a second expansion space 12a is provided.
15 of the second expansion cylinder 12c near the ff1l expansion cylinder 12b, and a second radiation shield plate 26 fixed to the second expansion cylinder 12c and the second expansion cylinder 12c. A Stirling cycle cryogenic refrigerator in which one or more radiation shield plates 31 are cooled with a refrigerant other than the working gas forming the refrigeration cycle of the unrefrigerated machine.
JP2903583A 1983-02-23 1983-02-23 Stirling cycle cryogenic refrigerator Granted JPS59157451A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5114168A (en) * 1974-07-26 1976-02-04 Gohodo Ito Seisakusho Jugen Soshinguyokusarino setsuzokukanno 2 hondorikata uchiseikeihoho oyobi sochi

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5114168A (en) * 1974-07-26 1976-02-04 Gohodo Ito Seisakusho Jugen Soshinguyokusarino setsuzokukanno 2 hondorikata uchiseikeihoho oyobi sochi

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