JPS5932757A

JPS5932757A - 冷凍装置

Info

Publication number: JPS5932757A
Application number: JP14382182A
Authority: JP
Inventors: 安河内　昂; 洋一松原; 馬場　彬暢
Original assignee: Suzuki Shokan Co Ltd
Current assignee: Suzuki Shokan Co Ltd
Priority date: 1982-08-19
Filing date: 1982-08-19
Publication date: 1984-02-22
Also published as: JPS6361582B2

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】本発明は、冷凍装置ｋ　、さらに詳しくは圧縮機、膨張
機、蓄冷器および切替弁によって構成されるガスサイク
ル冷凍装置に関するものである。

ガスサイクル冷凍装置は、圧縮機によシ圧縮されたヘリ
ウム等の高圧ガスを切替弁を介して膨張機に導びき、こ
こでこの高圧ガスを膨張させて超低温を得、これを蓄冷
器に蓄え被冷却物を冷却した後、再度切替弁を介して圧
縮機に戻すサイクルを繰シ返すようになっている。この
場合において膨張機の駆動機構としては、シリンダ内に
嵌装したピストン状のディスプレーサを、ニューマチッ
ク機構またはクランク機構によって往復駆動させるのが
普通である、。

一般にディスプレーサの両端に形成される可動空間は蓄
冷器を介して接続され、一方の空間が低温となり、他方
が高温（一般にはほぼ室温）となる。蓄冷器の高温側に
は切替弁が接続されている。このようなガスサイクル冷
凍機において、圧縮機からの高圧ガスが切替弁を通じて
膨張機に供給されると、ディスプレーサ゛の両端の圧力
が上昇するが、このとき蓄冷器に圧力損失があるため、
低温側の圧力上昇が高温側のそれに比べて遅くなる。し
たがってディスプレーサには、図の位置において下向き
の力が作用する。一方、この高圧ガス供給行程において
は、ディスプレーサは上向きに移動させなければならな
い。壕だ、膨張機から作業ガスを圧縮機へ戻す行程にお
いても、全く同様のことが言える。

この／ζめディスツブレーザをＪ！ｒＡ　’ｕｈするの
に、大きな力を必要とする問題が生ずる。

本発明はこの問題を解決した冷凍装置ｔｔを提供するこ
とを目的とする。本発明はこのため、膨張（＆を４′：
’ｊ成するシリンダの上部空間に、圧縮機からの高圧ガ
スを流路抵抗を介し２て一定のタイミングで流入、流出
せしめる４１へ成としたものである。また、前記一定の
タイミングとしては、高圧ガスの流入、流出タイミング
を、膨張機のディスプレーサの上死点附近において流路
抵抗が大きくなるように設定したものである。

本発明の一実施例を第１図について説明すると、１は膨
張機であって、シリンダ２にピストン状のディスプレー
サ６が摺動自在に嵌装しているものである。ディスプレ
ーサ６の外周にはシールリング４，５．６が嵌着されて
おυ、ディスプレーサ６とシリンダ２との間の気密性を
保つようになっている。ディスプレーサ６の上面は、図
示するように小径部７と大径部８の２段構造になつ・て
おり、このうちの小径部７の部分で、ニューマチック機
構９のガス圧を受けるようになっている。

１０は圧縮ぜ５である。この圧縮機１０には、それぞれ
切替バルブ１１．１２を途中に接続したパイプ１３．１
４の一端が接続されている。

パイプ１６は吐出倶１のものであり、パイプ１４は戻υ
側のものである。パイプ１３，１４の他端は一緒になυ
、他端を蓄冷器１５の高温側に接続したパイプ１６の一
端に接続されている。

パイプ１６からは、パイプ１７．１８のいずれか１本が
分岐している。パイプ１７の先端は、シリンダ２の側壁
に穿設された孔１９に連通しておシ、ディスプレーサ３
に設けられた通路２０を介し、シリンダ２の上室２１に
連通するようになっている。通路２０の途中には流路抵
抗２２が設けられている。下室２６は）（イブ２４によ
り、蓄冷器１５の低温側に接続されている。シリンダ２
め上部には孔２５が設けられており、途中に流路抵抗２
６を設けた）くイブ１８が、ここに接続されている。本
発明の膨張機としては、符号１８　、２６　、２５で示
す流路、または符号１７．１？、２０．２２で示す流路
の少なくともいずれか一方を必要とする。

このように構成されたこの冷凍装置は、ニューマチック
機構９により、ディスプレーサ６をシリンダ２の内部で
往復させ、同時にノ（ルプ１１．。

１２を交互に開閉して使用することになる。たとえばこ
こで符号１７．１９，２０．２２で示す流路な持つ膨張
機について説明すると、１ず、圧縮機１０で所定圧力に
圧縮されたヘリウム等のガスが、開弁じたバルブ１１、
）くイブ１６゜１６を通って、一部のガスは蓄冷器１５
を通って通路２４からシリンダ２の下室２３に入り、残
りのガスはパイプ１７を通ってシリンダ２内部のシール
リング５．６で囲まれた部分に入り１ここからディスプ
レーサ６の通路２０、流路抵抗２２を通ってシリンダ２
の上室２１に入る。

ここで蓄冷器１５の圧力損失と流路抵抗２２による圧力
損失とがほぼ同一であれば、ディスプレーサ６に作用す
るガス圧による駆動力は、大径部８の大きさには依存せ
ず、ニューマチック機構９によって小径部７にかかる圧
力（一般には圧縮機の吸入、吐出圧力の平均値に相当す
る中間圧力）に作用される。したがってディスプレーサ
６は上向きに移動し、下室２６に高圧ガスが吸入さする
。

次にバルブ１１を閉じ、バルブ１２を開けば、前す己し
た圧縮ガス吸入行程とは逆向きに、圧縮ガスが膨張しな
がら吐出される。この膨張吐出行程においても流路抵抗
２２の存在によ、す、大径部８はディスプレーサ６の駆
動力としては作用しないため、シリンダ内圧力が小径部
７にかかる圧力より低くなった時点でディスプレーサ６
が下降を始める。

以上のようにバルブ１１．１２を交互に切替えることに
よってディスプレーサ３が往稈動し、下室２３に冷凍を
発生させることができる。この作用は、流路１７，１？
、２０．２２の代シに、流路１Ｂ、２６．２５を用いて
も同々ｌ・の結果がイ↓Ｉられる。ここで仮に流路抵抗
２２まだは２６が存在しないとすると、蓄冷器１５の圧
力（Ａ失が存在する限シ、大径部８にかかる圧力ｅよ、
パルプ１１．１２の切替えの初期において、下室２３の
圧力よシも圧縮工＋！１１においては高く、膨張行程に
おいては低くなる。このことは冷凍を発生させるだめの
ディスプレーサ６の移動の方向に対して反対方向に移動
しようとする力が生じていることになシ、その結果、デ
ィスプレーサ６がシリンダ２に衝突して大きな音および
振動全発生し、冷凍機として望ましくない形態を早する
。

さらに本発明の具体的な実施例として、ディスプレーサ
３の上死点附近で、前記流路抵抗の大きさがディスプレ
ーサ３のシリンダ２に対する相対的な位置の移動によっ
て大きくなるように構成することが可能である。第２図
はその具　　　　１゜。８．ｆ、。アあ、。ｔ　（１り
’ｊ％　＠、イ、□、１．１はディスプレーサ３の内部
に形成される。この　　　　：図において第１図と同様
の機能を有する部分には、第１図と同様の符号を付した
ので、第１図を参照されたい。

このようにすることの効果は、次のように説１き、。す
ヶゎち、アイ２７’　Ｖ　−−９’　３　Ｏ上、、：点
位置では、上室２１の大きさが最小となシ、下室２６が
最大となっている３、このとき切替〕くルプ１２が開く
ことによって・Ｉ）ｔ　９Ｊ？　ｍ内のガス　　　　１
が吐出される。したがって下室２３と上室２１内の圧力
は時間の経過とともに低下していくが、」二基２１の容
積は下室２３の容積に比べて小さいため、圧力低下速Ｉ
Ｗが速くなる。　　　　　　　　　　□そこでディスプ
レーサ３の上死点附近で前記　　　　１流路抵抗が詩に
大きくなるように（たとえば流　　　　□路２０の上室
２１につながる部分が」−死点附近で狭い隙間に入り込
むような構造）することによって、この圧力低下速度を
下室２３のそれと同等にすることである。もし、このよ
うな構造を用いずに上死点附近での圧力バランスが平歯
するように前記流路抵抗を大きくしてしまうと、逆に下
死点附近において下室２５、上室２１の大きさが逆にな
るため、抵抗が大きすぎ、ディスプレーサ６の急激な向
きの逆転効果が生じ、特にデ・ｒスプレーサ６の慣性が
大きい場合には振動の原因となり、また効率のよい冷凍
を発生させるための圧力、容積変化特性が劣下すること
になる。

第３図に示すものは、本発明の他の実施例である。この
場合にはディスプレーサ６の往復運動を、ニューマチッ
ク’ｔｆＵ　４ｉ＃　ｑによらず、クランク機構２７に
よって′行なうようにしている。クランク機構２７は、
回転軸２８に取９伺けられた回転板２９、コネクティン
グロッド３０、ピストンロッド６１とから構成されてい
る。その他においては第１図のものと変らないが、ディ
スプレーサ３は段付きのものにする必要がないので、孔
２５または流路抵抗２２を介して上室２１に入った高圧
ガスは、ディスプレーサ３の全面に作用して、クランク
機構２７の作動に協　　　　□力することになる。なお
、一般に極低温度（たとえば２０Ｋ）を発生させるため
には、下室２６を同軸上で多分割し、多段膨張機（たと
えば２段膨張機）を構成させる必吸があるが、本発［３
Ａはこのような多段膨張機にもその′まま適用すること
ができる。第４図は下室２５を三つに分割　　　　□し
た例を示している。

なお、第１図および第２図に示すようなニューマチック
ｑａ　宿を用いた駆動方式の実施例においては、ディス
プレーサ６のストロークを決定さぜるために土、下死点
の僅か千１１Ｊでディスプレーサ６の位置をそれぞれ検
知し、その（２号に　　　　：よって切替バルブ１１．
１２を切替えるように　　　　□することによって、本
発明の効果がさらに」−昇することになる。

本発すｊは上述のように構成したものであるから、ディ
スプレーサの小７）を、従来に比して小さな力で行なえ
ることになる利点がある。

４、″′図面の簡単な説明第１図は本発明の一実施例の系統図、第２図は第１図の
ものの変形例の１所面図、ｒＸ＞　５図は本発明の他の
実施例の系統図、２１５４図は２ＦＳ　３図のものの変
形例の要部断面図である。

１・・・Ｆイリ１〈やｔ　　　　　　２・・・シリンダ
６・・・ディスプレーサ９・・・ニューマチック機構１０・・・圧縮機１１　、１２・・・バルブ１３．１４
，１６，１７，１８，１９・・・パイプ１５・・・蓄冷
器　　　　　２１・・・上室２２．２６・・・流路抵抗
　２３・・・下室２５・・・孔２７　・・・クランクｊ
Ｈｊ＜　Ｉｊ、を特許出願人　　株式会社　銘木商館（ほか１名）き１　口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　圧縮機、膨張機、蓄冷器および切替弁によっ
て構成されるガスサイクル冷凍装置において、前記膨張
機を構成するシリンダおよびディスプレーサによって形
成される高温可動空間に、前記切替弁と蓄冷器とを接続
する１１７路から該蓄冷器の圧力損失に匹敵する流路抵
抗を有する管路を接続したことを特徴とする冷凍装置。
（２）高温可動空間が最小となる位ｔである膨張機のデ
ィスプレーサの上死点附近において、前記流路抵抗の大
きさが、ディスプレーサの移動によって大きくなるよう
に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の冷凍装置。