JPS61153348A - フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 - Google Patents
フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機Info
- Publication number
- JPS61153348A JPS61153348A JP27285984A JP27285984A JPS61153348A JP S61153348 A JPS61153348 A JP S61153348A JP 27285984 A JP27285984 A JP 27285984A JP 27285984 A JP27285984 A JP 27285984A JP S61153348 A JPS61153348 A JP S61153348A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- phase difference
- displacer
- stirling refrigerator
- free piston
- piston
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Jellies, Jams, And Syrups (AREA)
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。
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、極低温の冷熱源を発生するフリーピストン形
スターリング冷凍機に係り、特にピストンとデ、イスプ
レーサの振動位相差を最適な値に固定するのに好適な制
御方法に関する。
スターリング冷凍機に係り、特にピストンとデ、イスプ
レーサの振動位相差を最適な値に固定するのに好適な制
御方法に関する。
従来のフリーピストン形スターリング冷凍機はピストン
のみをリニアモータで駆動させ、ディスプレーサは圧力
差によって駆動される方式が通例であるが、特に宇宙関
係等に用いられる場合はディスプレーサをリニアモータ
で強制的に加振させ。
のみをリニアモータで駆動させ、ディスプレーサは圧力
差によって駆動される方式が通例であるが、特に宇宙関
係等に用いられる場合はディスプレーサをリニアモータ
で強制的に加振させ。
共振用ばねを省いたり、ピストンとディスプレーサの中
心位置制御を行う等、信頼性の向上に力点が置かれてい
た。しかし、本スターリング冷凍機の応用範囲が広がり
つつあることを考えると、性能向上はもとより容量制御
等の付加価値を持たせることが必要と考えられるが、こ
れらについては充分な配慮がされていないというのが実
情であった。
心位置制御を行う等、信頼性の向上に力点が置かれてい
た。しかし、本スターリング冷凍機の応用範囲が広がり
つつあることを考えると、性能向上はもとより容量制御
等の付加価値を持たせることが必要と考えられるが、こ
れらについては充分な配慮がされていないというのが実
情であった。
性能向上に関しても、ディスプレーサをリニアモータで
強制的に加振させるため、同一冷力を得るための電気入
力が増加し熱効率が低下することになる。この点を補う
ため、各種条件が変動しても常に最高効率点で運転でき
るようなシステムが望まれるが、従来は充分な配慮がな
されていなかった。
強制的に加振させるため、同一冷力を得るための電気入
力が増加し熱効率が低下することになる。この点を補う
ため、各種条件が変動しても常に最高効率点で運転でき
るようなシステムが望まれるが、従来は充分な配慮がな
されていなかった。
本発明の目的は運転条件が変動しても常に最高効率点す
なわち最大冷力点の所での運転が可能であると共に、容
量制御機能をも備えたフリーピストン形スターリング冷
凍機を提供することにある。
なわち最大冷力点の所での運転が可能であると共に、容
量制御機能をも備えたフリーピストン形スターリング冷
凍機を提供することにある。
スターリング冷凍機の効率や冷力はピストンとディスプ
レーサの位相差に大きく影響される。クランク機構を介
して駆動されるスターリング冷凍機はクランク角度によ
り位相差が決まるため、最高効率点に位相差を設定すれ
ば良いが、運転条件が変化し最適位相差がずれた場合、
位相差の調整は不可能である。これに対しフリーピスト
ン形ではディスプレーサとピストンは単独で動くことが
可能であるから運転条件によって位相差がずれるが最適
位相差であるとは限らない。そのため、ピストン用リニ
アモータとディスプレーサ用リニアモータの入力電流の
位相差を冷却部の温度と実際の動きを検知して得られる
位相差とによって制御し、最適位相差で運転できるよう
にする。一方、容量制御が必要な場合には同様に位相差
を制御してやり必要冷力の位置での位相差に設定してや
れば良いことになる。
レーサの位相差に大きく影響される。クランク機構を介
して駆動されるスターリング冷凍機はクランク角度によ
り位相差が決まるため、最高効率点に位相差を設定すれ
ば良いが、運転条件が変化し最適位相差がずれた場合、
位相差の調整は不可能である。これに対しフリーピスト
ン形ではディスプレーサとピストンは単独で動くことが
可能であるから運転条件によって位相差がずれるが最適
位相差であるとは限らない。そのため、ピストン用リニ
アモータとディスプレーサ用リニアモータの入力電流の
位相差を冷却部の温度と実際の動きを検知して得られる
位相差とによって制御し、最適位相差で運転できるよう
にする。一方、容量制御が必要な場合には同様に位相差
を制御してやり必要冷力の位置での位相差に設定してや
れば良いことになる。
以下本発明の一実施例を説明する。
先ず第１図を用いて一般的構成および動作原理 、を
説明する。ピストン２はリニアモータ５により往復駆動
され正弦振動する。ピストン２には共振用ばねが設けら
れる場合もあるが本図では省いである。一方デイスプレ
ーサｌもリニアモータ４によりピストン２とある位相差
を保った状態で往復駆動される。また共振用ばねの扱い
についてはピストン２と同様である。ピストン２の動き
により圧縮空間７内の作動ガスは正弦状の圧力変化を示
す。圧縮された放熱ガスはケーシング８にとり付けられ
る放熱部９で圧縮熱を放出し、再生器３で予冷され膨張
空間６に入る。膨張空間６の作動ガスはディスプレーサ
１の動きにより強制的に膨張され温度、圧力とも低下し
た状態で再生器３を通って圧縮空間７に戻る。したがっ
て膨張空間６での作動ガスの温度低下により冷却効果が
得られる。
説明する。ピストン２はリニアモータ５により往復駆動
され正弦振動する。ピストン２には共振用ばねが設けら
れる場合もあるが本図では省いである。一方デイスプレ
ーサｌもリニアモータ４によりピストン２とある位相差
を保った状態で往復駆動される。また共振用ばねの扱い
についてはピストン２と同様である。ピストン２の動き
により圧縮空間７内の作動ガスは正弦状の圧力変化を示
す。圧縮された放熱ガスはケーシング８にとり付けられ
る放熱部９で圧縮熱を放出し、再生器３で予冷され膨張
空間６に入る。膨張空間６の作動ガスはディスプレーサ
１の動きにより強制的に膨張され温度、圧力とも低下し
た状態で再生器３を通って圧縮空間７に戻る。したがっ
て膨張空間６での作動ガスの温度低下により冷却効果が
得られる。
従来技術ではさらにピストン２とディスプレーサ１の変
位を計副するためのセンサ８が設けられており、センサ
８からの信号により、ディスプレーサ１とピストン２が
リニアモータの中心位置で振動するように制御されてい
る。しかしながら第２図に示すようにスターリング冷凍
機の冷却量Ｑ。
位を計副するためのセンサ８が設けられており、センサ
８からの信号により、ディスプレーサ１とピストン２が
リニアモータの中心位置で振動するように制御されてい
る。しかしながら第２図に示すようにスターリング冷凍
機の冷却量Ｑ。
は位相差αに影響を受け、最適位相差α、の時に最大冷
却ｍＱ、、、、が得られる。運転条件により変化する摺
動ロス等によりαは変化するから、位相差の変動や運転
条件を検知し、常にα、に設定できるようにしたのが次
に示す実施例である。
却ｍＱ、、、、が得られる。運転条件により変化する摺
動ロス等によりαは変化するから、位相差の変動や運転
条件を検知し、常にα、に設定できるようにしたのが次
に示す実施例である。
第３図は本発明の一実施例である。本実施例は同様ピス
トン２とディスプレーサ１の変位測定センサ８を用いる
。センサ８からの信号をディスプレーサ１とピストン２
の変位信号とし、経路１０゜１１にて位相比較器１２に
送る０位相比較器１２でディスプレーサ１とピストン２
どの位相差を求め電圧信号を出す。電圧信号は演算部１
３に送られ、設定位相差との偏差を演算し、ディスプレ
ーサ１用のりニアモータ４の入力部に設けられた位相遅
延部１４に信号を送る６位相遅延器１４および演算部の
例は後記する。これによりディスプレーサ１とピストン
２のリニアモータ４，５への入力位相差が最適位相差に
制御されることになり、入力電流により支配されるディ
スプレーサ１とピストン２の振動の位相差は最適値に制
御されることになる。
トン２とディスプレーサ１の変位測定センサ８を用いる
。センサ８からの信号をディスプレーサ１とピストン２
の変位信号とし、経路１０゜１１にて位相比較器１２に
送る０位相比較器１２でディスプレーサ１とピストン２
どの位相差を求め電圧信号を出す。電圧信号は演算部１
３に送られ、設定位相差との偏差を演算し、ディスプレ
ーサ１用のりニアモータ４の入力部に設けられた位相遅
延部１４に信号を送る６位相遅延器１４および演算部の
例は後記する。これによりディスプレーサ１とピストン
２のリニアモータ４，５への入力位相差が最適位相差に
制御されることになり、入力電流により支配されるディ
スプレーサ１とピストン２の振動の位相差は最適値に制
御されることになる。
第４図は別の実施例を示したものである。本実施例は圧
縮空間７と膨張空間５の圧力変化がディスプレーサ１と
ピストン２の振動に同期するという考えから生まれたも
のである。圧力検出部１５および１６からの膨張空間６
、圧縮空間７の圧力信号より演算部１７で両者の振動の
位相差を演算する。演算部では圧力信号取込み時から、
各々の圧力信号のピーク値に達するまでの時間を算出し
、その差から位相差を演算する。ピーク値は圧力サンプ
リングごとに前サンプリング値と比較し最大値を求めれ
ば得られる。演算部からの信号は前実施例同様、ディス
プレーサ用リニアモータ１の入力部に取り付けられた位
相遅延器１４に送られ、ピストン２とディスプレーサ１
の位相差制御ができる。
縮空間７と膨張空間５の圧力変化がディスプレーサ１と
ピストン２の振動に同期するという考えから生まれたも
のである。圧力検出部１５および１６からの膨張空間６
、圧縮空間７の圧力信号より演算部１７で両者の振動の
位相差を演算する。演算部では圧力信号取込み時から、
各々の圧力信号のピーク値に達するまでの時間を算出し
、その差から位相差を演算する。ピーク値は圧力サンプ
リングごとに前サンプリング値と比較し最大値を求めれ
ば得られる。演算部からの信号は前実施例同様、ディス
プレーサ用リニアモータ１の入力部に取り付けられた位
相遅延器１４に送られ、ピストン２とディスプレーサ１
の位相差制御ができる。
第５図に他の実施例を示す。本実施例は位相差検知を各
々のりニアモータ４，５に供給される電流位相を直接検
出し、位相比較器１８で位相差に相当する電圧信号を出
させる。この電圧信号は演算部１９で目標位相差と比較
され、位相遅延器１４を動作させるか否かの判定を行う
。目標値からはずれている場合には位相遅延器に信号を
送り、ディスプレーサ用リニアモータ４に供給する電流
位相を変化させる。目標値を満足していれば次のサンプ
リングを行う、このようにしてディスプレーサ１とピス
トン２の振動の位相差を制御する。
々のりニアモータ４，５に供給される電流位相を直接検
出し、位相比較器１８で位相差に相当する電圧信号を出
させる。この電圧信号は演算部１９で目標位相差と比較
され、位相遅延器１４を動作させるか否かの判定を行う
。目標値からはずれている場合には位相遅延器に信号を
送り、ディスプレーサ用リニアモータ４に供給する電流
位相を変化させる。目標値を満足していれば次のサンプ
リングを行う、このようにしてディスプレーサ１とピス
トン２の振動の位相差を制御する。
第６図に他の実施例を示す。本実施例は基本的には第３
図に示した実施例と同様であり、これに容量制御機能を
持たせたものである。設定負荷時の冷却部２１の温度を
先ず決め、この負荷に対する必要冷却力が得られる位相
差を前もって設定する。また一定冷却時に熱負荷が変化
した場合、冷却部温度が変動するからそのときの温度を
検知手段２２で検知し演算部２０に信号を入力する。演
算部２０では位相比較器１２からの信号を取り込む、さ
らに、温度測定信号から熱負荷に対応させた冷力を受る
ための位相差を演算し、位相比較器１２からの信号との
偏差を求め許容値を満足させるディスプレーサ１のリニ
アモータ４の入力位相遅延器１４を制御し位相差を変え
る。この操作を繰り返し、冷却器２１の温度を一定に設
定する。
図に示した実施例と同様であり、これに容量制御機能を
持たせたものである。設定負荷時の冷却部２１の温度を
先ず決め、この負荷に対する必要冷却力が得られる位相
差を前もって設定する。また一定冷却時に熱負荷が変化
した場合、冷却部温度が変動するからそのときの温度を
検知手段２２で検知し演算部２０に信号を入力する。演
算部２０では位相比較器１２からの信号を取り込む、さ
らに、温度測定信号から熱負荷に対応させた冷力を受る
ための位相差を演算し、位相比較器１２からの信号との
偏差を求め許容値を満足させるディスプレーサ１のリニ
アモータ４の入力位相遅延器１４を制御し位相差を変え
る。この操作を繰り返し、冷却器２１の温度を一定に設
定する。
第７図は第３図から第６図に示した実施例の演算部にお
ける演算フローの概略を示したものである０本図では変
位測定、空間圧力、電流値より位相差を求めディスプレ
ーサ用リニアモータの位相を変える場合を示し、また冷
却部温度測定より容量制御も行なえるようになっている
。なお本実施例ではすべてディスプレーサ用リニアモー
タの位相を変えているが、ピストン用リニアモータの位
相を変えても良いことは勿論である。なおすべての実施
例にて示した位相遅延器は位相を前進、後退させるもの
であり、電子回路により構成されるものがあるが、この
構成は多数考えられる。本実施例では位相遅延器の電子
回路は特に指定しないことを敢えて示す。
ける演算フローの概略を示したものである０本図では変
位測定、空間圧力、電流値より位相差を求めディスプレ
ーサ用リニアモータの位相を変える場合を示し、また冷
却部温度測定より容量制御も行なえるようになっている
。なお本実施例ではすべてディスプレーサ用リニアモー
タの位相を変えているが、ピストン用リニアモータの位
相を変えても良いことは勿論である。なおすべての実施
例にて示した位相遅延器は位相を前進、後退させるもの
であり、電子回路により構成されるものがあるが、この
構成は多数考えられる。本実施例では位相遅延器の電子
回路は特に指定しないことを敢えて示す。
以上のように、本発明によれば、ピストンとディスプレ
ーサどの位相差を実際に検知した位相差および冷却部の
温度により制御できるから、Ｊ転条件が変わっても常に
最高効率点の所で運転できると共に、位相差を任意に変
えることができるので容量制御を容易に行えるという効
果がある。
ーサどの位相差を実際に検知した位相差および冷却部の
温度により制御できるから、Ｊ転条件が変わっても常に
最高効率点の所で運転できると共に、位相差を任意に変
えることができるので容量制御を容易に行えるという効
果がある。
第１図はスターリング冷凍機の一般的構成を示す断面図
、第２図は位相と冷力の関係を示す特性図、第３図、第
４図、第５図、第６図はそれぞれ本発明の実施例の断面
図、第７図は実施例の演算流れ図を示したものである。 １・・・ディスプレーサ、２・・・ピストン、３・・・
再生器、４．５・・・往復動電動機、１２・・・位相比
較器、１３・・・演算部、１４・・・位相遅延器、１５
．１６・・・圧力検出手段、１７・・・演算部、１８・
・・位相比較器、１９・・・演算部、２０・・・演算部
、２２・・・温度検出手段。 第 １ 図 第 ２ 図 ｏ、６ ｏ、ｇ ／ １．２
／、４４１１ａ差ｈｃ、 （Ｘ１０（。 第 ３ 図 第 ４ 図 ￥ ６ 図 窩 ７ 図
、第２図は位相と冷力の関係を示す特性図、第３図、第
４図、第５図、第６図はそれぞれ本発明の実施例の断面
図、第７図は実施例の演算流れ図を示したものである。 １・・・ディスプレーサ、２・・・ピストン、３・・・
再生器、４．５・・・往復動電動機、１２・・・位相比
較器、１３・・・演算部、１４・・・位相遅延器、１５
．１６・・・圧力検出手段、１７・・・演算部、１８・
・・位相比較器、１９・・・演算部、２０・・・演算部
、２２・・・温度検出手段。 第 １ 図 第 ２ 図 ｏ、６ ｏ、ｇ ／ １．２
／、４４１１ａ差ｈｃ、 （Ｘ１０（。 第 ３ 図 第 ４ 図 ￥ ６ 図 窩 ７ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ディスプレーサ、ピストン、再生器とこれらを囲み
圧縮、膨張空間を形成するケーシングより構成され、該
ディスプレーサおよび該ピストンが往復動電動機により
駆動されるフリーピストン形スターリング冷凍機におい
て、該ディスプレーサと該ピストンを駆動する２つの往
復動電動機の入力電源の位相差を制御できることを特徴
とするフリーピストン形スターリング冷凍機。 ２、特許請求の範囲第１項に記載のフリーピストン形ス
ターリング冷凍機において、該ディスプレーサと該ピス
トンの振動振幅の位相差を検知する手段を具備し、該振
動振幅の位相差検知手段からの信号により、該ディスプ
レーサと該ピストンを駆動する２つ往復動電動機の入力
電源の位相差を制御することを特徴とするフリーピスト
ン形スターリング冷凍機。 ３、特許請求の範囲第１項に記載のフリーピストン形ス
ターリング冷凍機において、冷却部温度を検知する手段
を具備し、該温度検知手段からの信号により該ディスプ
レーサと該ピストンを駆動する２つの往復動電動機の入
力電源の位相差を制御することを特徴とするフリーピス
トン形スターリング冷凍機。 ４、特許請求の範囲第１項に記載のフリーピストン形ス
ターリング冷凍機において、該ディスプレーサと該ピス
トンを駆動する２つの往復動電動機の入力電源の位相差
を検知する手段を具備し該位相差検知手段からの信号に
より該位相差を制御することを特徴とするフリーピスト
ン形スターリング冷凍機。 ５、特許請求の範囲第１項に記載のフリーピストン形ス
ターリング冷凍機において、圧縮空間と膨張空間の圧力
変動の位相差を検知する手段を具備し、該位相差検知手
段からの信号により該ディスプレーサと該ピストンを駆
動する２つの往復動電動機の入力電源の位相差を制御す
ることを特徴とするフリーピストン形スターリング冷凍
機。 ６、特許請求の範囲第１項に記載のフリーピストン形ス
ターリング冷凍機において、特許請求の範囲第２項から
第５項に記載の検知手段のうち２つもしくは複数の検知
手段を具備し、該検知手段からの信号により該ディスプ
レーサと該ピストンを駆動する２つの往復動電動機の入
力電源の位相差を制御することを特徴とするフリーピス
トン形スターリング冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27285984A JPS61153348A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27285984A JPS61153348A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61153348A true JPS61153348A (ja) | 1986-07-12 |
Family
ID=17519766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27285984A Pending JPS61153348A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61153348A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62127469U (ja) * | 1985-11-20 | 1987-08-12 | ||
| JPS63172865A (ja) * | 1987-01-09 | 1988-07-16 | 株式会社日立製作所 | フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 |
| JPH05223382A (ja) * | 1992-02-10 | 1993-08-31 | Nec Corp | スターリング冷凍機 |
| EP1348918A1 (en) * | 2000-12-27 | 2003-10-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerator and method of controlling operation of the refrigerator |
| WO2008143852A2 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57187565A (en) * | 1981-05-13 | 1982-11-18 | Mitsubishi Electric Corp | Driving device for refrigerator |
| JPS59208360A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-26 | アイシン精機株式会社 | 冷凍機の制御法 |
-
1984
- 1984-12-26 JP JP27285984A patent/JPS61153348A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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| JPS59208360A (ja) * | 1983-05-13 | 1984-11-26 | アイシン精機株式会社 | 冷凍機の制御法 |
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| US7121099B2 (en) | 2000-12-27 | 2006-10-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling refrigerator and method of controlling operation of the refrigerator |
| WO2008143852A2 (en) * | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
| WO2008143852A3 (en) * | 2007-05-16 | 2009-02-05 | Raytheon Co | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
| JP2010527434A (ja) * | 2007-05-16 | 2010-08-12 | レイセオン カンパニー | ２つのコイルの単一の磁気回路のモータを備えたスターリングサイクル極低温冷却器 |
| US8733112B2 (en) | 2007-05-16 | 2014-05-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
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