JPS59158959A

JPS59158959A - 膨張機

Info

Publication number: JPS59158959A
Application number: JP3274283A
Authority: JP
Inventors: 典英佐保; 今村　実; 松田　紀元; 鯉淵　興二; 初田　俊雄; 進原田; 別府　忠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-03-02
Filing date: 1983-03-02
Publication date: 1984-09-08

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、寒冷発生用の膨張機に係り、特に寒冷発生効
率の向上及び振動の低減に好適な膨張機に関するもので
ある。

〔従来技術〕

従来の往復動型の膨張機は、第１図に示すように、シリ
ンダ１内を上下に往復動するディスプレーサ２．ディス
プレーサ２内の蓄冷材３及びディスプレーサ２を動かす
駆動機４と、作動ガスをシリンダｌ内に供給、補集する
給気弁５、排気弁６、圧縮機７から構成されており、圧
縮機７で加圧された作動ガスが、給気弁５、ディスプレ
ーサ２内を通り蓄冷材３で冷却され、第１膨張室８、第
２膨張室９に流入する。ここで、駆動機４によりディス
プレーサ２が上方に移動して各膨張室８．９の容積が増
加し、上死点で給気弁５が閉じ、排気弁６炉開き第１．
第２膨張室８，９内のガスが膨張して寒冷発生し、その
後、駆動ａ４でディスプレーサ２が下降し、第１．第２
膨張室８．９内の膨張後の残留ガスは、蓄冷材３を冷却
しながら排気弁６より排気され、１サイクルを終ｒする
。二のようにして第１．第２膨張室８，９下部の負荷１
０　、１１に寒冷を与える。

従来の膨張機では、シリンダ１とテ゛イスプレーサ２と
の間隙校、１３のディスプレーサ２軸方向断面積が大き
く、高圧□ガスの流入、膨張、排気の過程で、間隙１２
　、１３内で軸方向のガス移動が生じ、ディスプレー→
ノ”２上部高温側の熱がテ′イスプレーサ２下部低温側
に流入して膨張寒冷発生効率が低下する欠、壱があった
。また、第２膨張室９へは蓄冷材３を通ってガスが移動
しなければならないため、シールリング１了を設け、第
１膨張室８から、直接ガスが間隙１３を通り第２膨張室
９に流入することを防止Ｌノでいる。しかし、ソールリ
ング１３’部分の温度は非常に低いため、シール効果は
小さく間隙１３から第２膨張室９に流れ込むガスがあり
、第２膨張室９の寒冷発生効率が低下する欠点があった
。釘にまた、運転中の膨張機の振動は、テイスプレーサ
２が一ト下運動するために生じる。ここで、ディスジレ
ーザ２内には、銅網、鉛球等の質量が大きい蓄冷材３を
内蔵しているため、テ′イスプレー勺２全体の質量が増
加して振動が大きくなるという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、膨張機内の軸方向の熱移動を防止して
寒冷発生効率を高めた、低振動の膨張機を提供すること
にある。

し発明の概要〕本発明は、膨張室と蓄冷材を内蔵したケーシング内に高
圧作動ガスを導入して膨張室の容積を増加させた後、高
圧作動ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張機におい
て、蓄冷材を充填したケーシングの一端にベローの一端
を取付け、該ベローの他端をケーシング内を貫通したロ
ッドの一端に取付けて膨張室を形成し、前記ロッドの他
端を駆動機構に連結し、かつ、前記ケーシング内にロッ
ドを貫通させた筒状のカイトを設けたことにより、ケー
シング内の軸方向の熱移動を小さくすると共に、振動発
生を小さくするようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下５本発明の一実施例を第２図によって説明する。第
２図において、１５は内部に銅網あるいは鉛球等よりな
る蓄冷材１６を充填したケーシング、１７は一端をゲー
ジング１５の下端に取付けられ、他端をケーシング１５
内を貫通したロッド１９の一端に取付けられて膨張室１
８を形成したベロー、加はケーシング１５の上部に形成
された圧縮室２１内に嵌挿され、ロッド１９の他端に連
結されたピストン、谷はピストン加の圧縮室２１と反対
側に形成された空間、公は圧縮室２１と空間ｎおよび圧
縮室２１とケーシング１５内とを隔離するため、ピスト
ン加外周およびロッド１９外周に設けたシールリング、
３１はケージング１５内に設けられ、ロッド１９を貫通
させてロッド１９を案内する筒状のガイド、諺はガイド
３１内とケーシング１５内とを連通した連通孔、５はケ
ーシング１５の上端に設けられた作動カスの給排気孔、
がはケーシング１５内下端と膨張室１８内とを連通した
連通孔、（資）はグーソング１５下端の低温部に設けら
れた負荷、汐は圧縮機、久は給気弁、冴は導管、墓は排
気弁である。

上述した構成において、膨張室１８の体積が最小となっ
た時点で給気弁βが開き、圧縮機ｎで加圧された作動ガ
ス例えば高圧ヘリウムガスは、給気弁田、導管２４２給
排気孔５を通りケーシング１５内に流入する。ゲージン
グ１５内に流入した高圧ヘリウムガスは、蓄冷材１６と
熱交換しながら、ゲージング１５内端の連通孔部より膨
張室１８内に流入し、膨張室１８内の圧力、圧縮室４の
圧力およびベロー１７の剛性のバランスで、ベロー１７
が伸長して膨張室１８の体積が増加する。二の時、高圧
ヘリウムガスは、給気弁ｎより流入し続ける。しかして
、膨張室１８の体積がある程度増加すると、ピストン加
が下降して圧縮室２１内の圧力が上昇し、膨張室１８の
体積増加速度が低下して、圧縮室ｍ内の圧力と膨張室１
８内の圧力がバランスした点で、膨張室１８の体積増加
は停止する。この時点で給気弁ｎが閉じ、排気弁９が開
くと、膨張室１８内の高圧ヘリウムガスは、圧縮機ｎの
吸入圧力まで膨張し、膨張室１８内のガス温度が低下し
て寒冷を発生する。膨張室１８内の圧力低下に伴い、圧
縮室２１内のガス圧力でピストン加が上昇し、ロッド１
９を介してベロー１７が縮小され、膨張室１８の体積が
減して、膨張後の残留ガスは排気される。二の場合、膨
張後の低温低圧のヘリウムガスは、ケーシング１５下端
部を冷却して負荷側に寒冷を与えると共に、ケーシング
１５内を流通する間に蓄冷材１６を冷却する。しかして
、膨張室１８の体積が最小になった時点で排気弁酋が閉
じ、１勺イクルが路下する。なお、ガイド３Ｉに連通孔
ｎを設けたことにより、ケーシング１５内への高圧ヘリ
ウムガスの流入時および）１−シシグ１５外への低圧ヘ
リウムガスの排出時Ｉこ、ガイド３１内のヘリウムガス
が、ロッド１９の軸方向、すなわち、温度勾配がある方
向に移動するのを防（トすることができる。第３図番こ
本ヤイクルの膨張室の圧力−容積線図を示す。

本実施例によれば、膨張室をベローで構成したことによ
り、膨張室の容積変１ヒをベローの伸縮およびガイド内
のロッドの上下移動で行なわせる二とができ、蓄冷材内
を通らずにケーシング上部の高温側と、ケーシング下部
の低温側とをンヨートパスするガス流路は、ガイドとロ
ッド間の間隙のみで、その流路面積は小さく、熱の流入
を抑制して寒冷発生効率を高めることができる。また、
ケーシング内を上■移動するものは、ベロー、ロッド、
ピストンのみであるため、その質量は小さく、運転中の
振動発生を極端ζこ小さくすることができる。

本発明の他の実施例を第４図によって説明する。

この実施例において、第２図の実施例と異なる点は、膨
張機を２段に構成したことであり、第１膨張室おをベロ
ーあで、第２膨張室語をベロー関で形成［）ており、そ
れぞれのベローア、３６下端部はロッド３７の下端に取
付けられ、ロッド３７の上端は圧力室内に嵌挿されたビ
ストシ関に連結されている。卵はロッド３７を案内する
ガイド、旬は１段目のケーシング４１の下端と２段目の
ケーシング４１の上端とを連絡した連絡孔、４２は１段
目のケーシング４１端に設けられた作動ガスの給排気孔
、栃は圧縮機（図示省略）へ通じる導管、４１は１段目
のケーシング４１内に充填された蓄冷材、６は２段目の
ケーシング４１内に充填された蓄冷材、砺は２段目のケ
ーシング４１下端と第２膨張室あとを連通した連通孔で
ある。

上述の構成において、第１膨張室おへの高圧ヘリウムガ
スの流入は、前述した第２図の実施例の場合と同様であ
る。第２膨張室あへの高圧ヘリウムガスの流入は、導管
４より給排気孔４２を経て１段目のケーシング４１内に
流入した高圧ヘリウムガケーシング４１内にして蓄冷材
４６を通り、連通孔４６より第２膨張室あへ流入する。

本実施でのサイクルは第２図の場合と同様である。

本実施例によれば、第１膨張室から第２膨張室への蓄冷
材を通らない流路は、ロッドとガイド間の間隙のみで、
この間隙の流路面積は小さく、第１膨張室と第２膨張室
間のショーパス流量を小さくして、第２膨張室の寒冷発
生効率を向上させることができる。また、２段目の膨張
機内にンールリングを設ける必要がなく、摩擦熱等によ
る熱損失を少な炙して、さらに寒冷発生効率が向上する
。

更にまた、第２図に示した１段の膨張機を２個並列に設
け、１段目の低温部の蓄冷材Ｆ部と、２段目の高温部の
蓄冷材上部とを接続し５作動ガスの供給、排出流路を設
けることにより、本実施例と同様な効果を得ることがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明は以上述べたように、蓄冷材を充填したケーシン
グの一端にベローの一端を取付け、該ベローの他端をケ
ーシング内を貫通したロッドの一端に取付けて膨張室を
形成し、［ｌＵ記ロンドの他端を駆動機構に連結し、か
つ、前記ケーシング内にロッドを貫通させた筒状のガイ
ドを設けたものであるから、テ′イスプレーサを無くす
ることができ々−シング内の軸方向の熱移動を小さくす
ることができて、寒冷発生効率を向上させることができ
ると共に、膨張室の容積変化を小質量のロッドの上下運
動で行なわせるようにしたものであるから、運転中の振
動発生を小さくすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の往復動型膨張機の縦断面図、第２図は本
発明による膨張機の一実施例を示す縦断面図、第３図は
膨張室の圧力−容積線図、第４図は本発明の他の実施例
を示す膨張機の縦断面図である。】　　シリンダ、２・・・・ディスプレーサ、３Ｉ］、
６　、４４　、４５　　・蓄冷材、４　・・駆動機、５
，２３・・給気弁、６．２９・・・・・排気弁、７．２
２・・　圧縮機、８．３３・・・第１膨張室、　　９，
３５・・・・・・第２膨張室、＋０　、１．１　、３０
　　・・負荷、１２　、１３・・・　間隙、１２′。１３’、２８・・・・シールリング、１５　、４１・、
・・・ケーシング。１７　、３４　、３６　　・・・・ベロー、１８・・・
・膨張室、１９　、３７０ンド、加、３８・・−・・ピ
ストン、２１・・・・　圧縮室、胴。梠・・・・導管、δ、４２・・給排気孔、あ、：（２，
４６・連通孔、！・・・・空間、３１　、３９・・・・
・ガイド、栃・・・連絡孔＋１図才２図 ’Ｊ′ＨＦＪ容　積１パ４図第１頁の続きＱ多発　明　者　別府忠下松市大字東豊井７９４番地株式％式％

Claims

【特許請求の範囲】１、　膨張室と蓄冷材を内蔵したケーシング内に高圧作
動ガスを導入して膨張室の容積を増加させた後、高圧作
動ガスを膨張させて寒冷を発生させる膨張機において、
蓄冷材を充填したケーシングの一端にベローの一端を取
付け、該ベローの他端をケーシング内を貫通したロッド
の一端に取付けて膨張室を形成し、旧訳口ｌドの他端を
駆動機構に連結し、かつ、前記ケーシング内にロッドを
貫通させた筒状のガイドな設４またことを特徴とする膨
張機。２、　前記ロゾドの他端をケーシングの他端に形成され
た圧縮室内に嵌挿されたピストンに連結した特許請求の
範囲第１項記載の膨張機。３、前記筒状のガイドにケーシング内とカイト内とを連
通した連通孔を設けた特許請求の範囲第１項または第２
項記載の膨張機。