JPS61190255A - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

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JPS61190255A
JPS61190255A JP2874185A JP2874185A JPS61190255A JP S61190255 A JPS61190255 A JP S61190255A JP 2874185 A JP2874185 A JP 2874185A JP 2874185 A JP2874185 A JP 2874185A JP S61190255 A JPS61190255 A JP S61190255A
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JP
Japan
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regenerator
movable shell
external
internal
stage
Prior art date
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JP2874185A
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Japanese (ja)
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JPH0566510B2 (en
Inventor
英文 斎藤
林 宗浩
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Publication date
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  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (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。
(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】 [産業上の利用分野] 本発明は、タライオボンブやHe液化装置等に適用可能
な極低温冷凍装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a cryogenic refrigeration device applicable to a Talio bomb, a He liquefaction device, and the like.

[従来の技術] 従来、この種の冷凍装置は、シリンタ内にピストン状の
ティスブレイサーをスライド可能に嵌装     ゛し
、このディスプレイサーを往復動作させることによって
、該ディスプレイサーと前記シリンダの低温端との間に
形成される膨張室の容積を増減させるようになっており
、その膨張室の拡縮によりガスを順次膨張させて所定の
冷凍サイクルを営ませ得るようにしである。
[Prior Art] Conventionally, this type of refrigeration equipment has a piston-shaped tire bracer slidably fitted in a cylinder, and by reciprocating the displacer, the displacer and the cold end of the cylinder are connected to each other. The volume of the expansion chamber formed between the two is increased or decreased, and by expanding and contracting the expansion chamber, the gas is sequentially expanded to run a predetermined refrigeration cycle.

ところで、従来のものには、蓄冷器を前記ディスブレイ
サーの内部に保持させるようにしたものと、シリンダの
外部に配設するようにしたものとがあるが、いずれも次
のような問題がある。すなわち、蓄冷器をディスプレイ
サーの内部に設けたものは 可動部の慣性笛冊力けま(
振動が登ルし易いという欠点がある。また、蓄冷器をシ
リンダの外側(シリンダ壁外周面部を含む)に設けたも
のは、前記ディスプレイサー内部に無駄な容積が存在す
ることになり、装置全体の嵩が高くなるという問題があ
る。さらに、このディスプレイサーの動きを制御するた
めにさまざまな機構が考案されているが、そのどれもが
ガスシールの箇所が増加したり、複雑な可動部が追加さ
れるなど、装置をNIl化させていた。
By the way, there are conventional types in which the regenerator is held inside the disbracer, and there are types in which it is disposed outside the cylinder, but both have the following problems. . In other words, if the regenerator is installed inside the displacer, the inertial force of the moving part (
The drawback is that vibrations tend to build up. Further, in the case where the regenerator is provided outside the cylinder (including the outer circumferential surface of the cylinder wall), there is a wasted volume inside the displacer, and there is a problem that the overall volume of the device increases. Furthermore, various mechanisms have been devised to control the movement of this displacer, but all of them increase the number of gas seals and add complex moving parts, making the device NIl. was.

このような不都合を解消するために、極低温冷凍装置を
、固定部材に支持された内設蓄冷器と、この蓄冷器の外
周にスライド可能に嵌装されその低温側の端部と該蓄冷
器の低温端との間に内設膨張室を形成する可動シェルと
、この可動シェルの外周囲に配設した外設蓄冷器と、こ
の外設蓄冷器を包囲するように設けられその低温側の端
部と前記可動シェルとの間に外設膨張室を形成するケー
シングと、前記各蓄冷器の高温端を給気系路または排気
系路に予め股だしたタイミングで接続するタイミングバ
ルブとを具備してなるものにすることが考えられている
。このようなものであれば、冷却用のガスの圧力を作動
シェルのスライドに利用できるので駆動部が不要で構造
が簡単な上、該作動シェルの1往復当り2度の断熱膨張
を行なえるので同じ大きさのものでより大きな冷凍能力
が得られるという利点がある。
In order to eliminate such inconveniences, a cryogenic refrigeration device is equipped with an internal regenerator supported by a fixed member, a regenerator that is slidably fitted around the outer circumference of the regenerator, and a low-temperature side end of the regenerator and the regenerator. a movable shell that forms an internal expansion chamber between the low-temperature end of the movable shell, an external regenerator installed around the outer circumference of the movable shell, and a A casing that forms an external expansion chamber between an end portion and the movable shell, and a timing valve that connects the high temperature end of each regenerator to an air supply system path or an exhaust system path at a predetermined timing. The idea is to make it something that can be done. With this type of device, the pressure of the cooling gas can be used to slide the operating shell, so a drive part is not required and the structure is simple, and the operating shell can expand adiabatically twice per reciprocation. It has the advantage of providing greater refrigeration capacity with the same size.

ところが、このようなものにも次のような不都合がある
。すなわち、前記可動シェルの前記ガスによる加速はな
されても該可動シェルを減速させる手段がないため、該
可動シェルはスライド終了位置においてストッパに衝突
するまで停止トせず、該衝突によって振動が発生する。
However, such a method also has the following disadvantages. That is, even if the movable shell is accelerated by the gas, there is no means to decelerate the movable shell, so the movable shell does not stop until it collides with the stopper at the slide end position, and the collision generates vibrations. .

[発明が解決しようとする問題点」 本発明は、このような事情に着目してなされたもので、
構造が簡単で冷凍能力が高く、しかも前記衝突による振
動も生じない極低温冷凍装置を提供することを目的とす
る。
[Problems to be solved by the invention] The present invention was made with attention to these circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a cryogenic refrigeration device that has a simple structure, has a high refrigeration capacity, and does not generate vibrations due to the collision.

E問題を解消するための手段] 本発明は、かかる目的を達成するために、前記考えられ
ている極低温冷凍装置において、前記可動シェルの外部
高温端側に設けられ該可動シェルをスライド終了位置近
傍から減速させスライド縛T位置で停止ヒさせるカスダ
ンパを設けたことを特徴とする。
Means for Solving Problem E] In order to achieve such an object, the present invention provides the above-described cryogenic refrigeration device with a movable shell provided on the external high-temperature end side to move the movable shell to a sliding end position. It is characterized by the provision of a waste damper that decelerates the speed from the vicinity and stops the slide at the T position.

[作用] このような構成によれば、可動シェルの往復動作に伴な
って、この可動シェルの内側に形成された内設膨張室と
、外側に形成された外設膨張室とが交互に拡縮すること
になる。そのため、給気系路から内設蓄冷器を通して内
設膨張室に導入された高圧のガスがこの膨張室で膨張し
て低温となり、再び内設蓄冷器を通して排気系路へ排出
されて循環する一方、前記給気系路から外設蓄冷器を通
して外設膨張室に導入された高圧のガスがこの膨張室で
膨張して低温となり、再び外設蓄冷器を通して前記排気
系路へ排出されて循環することになる。また、該可動シ
ェルのスライド終了位置の近傍からはガスダンパか該可
動シェルを減速させるので、スライド終了位置において
衝撃を伴うことなしに停止する。
[Function] According to this configuration, as the movable shell reciprocates, the internal expansion chamber formed inside the movable shell and the external expansion chamber formed outside the movable shell alternately expand and contract. I will do it. Therefore, high-pressure gas introduced into the internal expansion chamber from the supply air system path through the internal regenerator expands in this expansion chamber, becomes low temperature, and is discharged to the exhaust system path again through the internal regenerator and circulated. , High-pressure gas introduced from the air supply system path through the external regenerator into the external expansion chamber expands in the expansion chamber to become low temperature, and is again discharged through the external regenerator to the exhaust system path and circulated. It turns out. Furthermore, since the gas damper decelerates the movable shell from near the slide end position of the movable shell, the movable shell stops at the slide end position without any impact.

[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。[Example] Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は1本発明にかかる小型極低温冷凍装置の縦断面
図であり、図中1は固定部材たるベースである。ベース
lは、上端部は円板状をなし、底版1aには対をなす流
出入ボート2.3を有している。一方の流出入ボート2
は、前記底版1aの中心部に穿設されており、この流出
入ボート2の上半部分に連通管4をシール部材5を介し
て気密に嵌合させセットスクリュ6により固定している
。この連通管4は、L方へ延出しており、その上端には
取付円板7が取着しである。そして、この取付円板7上
に一段目の内設蓄冷器8を載置し、複数本のポル)9a
により固定している。この内設蓄冷器8は、蓄熱エレメ
ント11と図示しないスペーサとを交〃に複数段積上げ
たものである。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a small-sized cryogenic refrigerator according to the present invention, and numeral 1 in the figure is a base serving as a fixing member. The base l has a disc-shaped upper end, and has a pair of inflow and outflow boats 2.3 on the bottom plate 1a. One outflow/inflow boat 2
is bored in the center of the bottom plate 1a, and a communication pipe 4 is airtightly fitted into the upper half of the inflow/outflow boat 2 via a seal member 5 and fixed by a set screw 6. This communication pipe 4 extends in the L direction, and a mounting disk 7 is attached to its upper end. Then, the first stage internal regenerator 8 is placed on this mounting disc 7, and a plurality of poles) 9a
It is fixed by This internal regenerator 8 is constructed by stacking a plurality of heat storage elements 11 and spacers (not shown) alternately.

蓄熱エレメント’11’は、銅等により作られた円板状
のもので、上下に貫通する多数の通気口11aを有して
いる一スペーサL±ステンレスfljA!11の針金等
により作られている。そして、この内設蓄冷器8の高温
端(常温端)8aは、前記取付円板7に穿設したポー)
7aおよび前記連通管4を介して前記流出入ボート2に
連通ずるとともに、ポート7bを介してチャン/<10
に連通している。また、この内設蓄冷器8の低温端8b
を取付部材12に穿設したポート12a、連通路12b
およびボート12Cを介して二段目の内設蓄冷器13の
高温端13aに連通させている。この取付部材12は、
]二下両端部にそれぞれ円板状の取付部12d、12e
を有するものである。内設蓄冷器13も蓄熱エレメント
11と図示しないスペーサとを交ηに複数段積トげたも
のであり、複数本のポルト9bにより固定されている。
The heat storage element '11' is a disc-shaped element made of copper or the like, and has a large number of vertically penetrating ventilation holes 11a made of spacer L±stainless steel fljA! It is made of 11 pieces of wire, etc. The high temperature end (ordinary temperature end) 8a of this internal regenerator 8 is connected to a port formed in the mounting disc 7.
7a and the communication pipe 4 to the inflow/outflow boat 2, and the port 7b communicates with the channel/<10
is connected to. Also, the low temperature end 8b of this internal regenerator 8
A port 12a and a communication path 12b are provided in the mounting member 12.
It is connected to the high temperature end 13a of the second-stage internal regenerator 13 via the boat 12C. This mounting member 12 is
] Disk-shaped mounting portions 12d and 12e at both ends of the bottom, respectively.
It has the following. The internal regenerator 13 is also composed of a plurality of heat storage elements 11 and spacers (not shown) stacked in alternating stages, and is fixed by a plurality of ports 9b.

そして、これら内設蓄冷器8および13の外周に可動シ
ェル14をスライドバルブにg&装している。可動シェ
ル14は、前記蓄冷器8および13の外周に嵌合する二
段の円筒体状のもので、その一段目部分14aによって
前記一段目の内設蓄冷器8を囲繞するとともに、二段目
部分14bによって前記二段目の内設蓄冷器13を囲繞
している。そして、この可動シェル14の一段目の天壁
14cと前記一段目の内設蓄冷器8の低温端8bとの間
に一段目の内設膨張室16が形成され、該蓄冷器8と前
記取付部材12のポート12a、j1通路12bおよび
連通孔12fを介して連通している。また、その二段目
部分14bの低温側の端部は、二段目の天壁14dによ
って閉塞されている。また、二段目の天壁14dと内設
蓄冷器13の低温端13bとの間には二段目の内設膨張
室17が形成されている。
A movable shell 14 is mounted on the outer periphery of these internal regenerators 8 and 13 as a slide valve. The movable shell 14 is a two-stage cylindrical body that fits around the outer periphery of the regenerators 8 and 13, and its first stage portion 14a surrounds the internal regenerator 8 of the first stage, and also surrounds the internal regenerator 8 of the second stage. The second stage internal regenerator 13 is surrounded by the portion 14b. A first-stage internal expansion chamber 16 is formed between the first-stage ceiling wall 14c of the movable shell 14 and the low-temperature end 8b of the first-stage internal regenerator 8, and the regenerator 8 and the attached They communicate through the port 12a of the member 12, the j1 passage 12b, and the communication hole 12f. Further, the end of the second stage portion 14b on the low temperature side is closed by the second stage ceiling wall 14d. Further, a second-stage internal expansion chamber 17 is formed between the second-stage ceiling wall 14d and the low-temperature end 13b of the internal regenerator 13.

また、この可動シェル14の一段目の高温側の端部には
底壁14eの中心部に軸孔14fが穿設してあり、この
軸孔14fを前記連通管4の外周にシール部材18を介
してスライI” ’OT能に嵌合させている。また、前
記可動シェル14の外周囲にケーシング19に保持され
た一段目の外設蓄冷器21および二段目の外設蓄冷器2
2を設けている。ケーシング19は、前記外設蓄冷器2
1および22を包持する二段の円筒体状のもので、その
一段目の低温側の端部に頂壁19aを設けるとともに、
二段目の低温側の端部を逆カップ状の頂壁19bによっ
て閉塞している。また、このケーシング19の高温端側
には、フランジ部19eが設けてあり、このフランジ部
19eを前記ベース1の上端開口部にシール部材20を
介して蓋着している。そして、二段目の外設蓄冷器22
の高温端22aと前記可動シ□ル14の天壁14cとの
間に一段目の外設膨張室23が、ケーシング19の頂壁
19bと該可動シェル14の天壁14dとの間に二段目
の外設膨張室24が、それぞれ形成されている。外設蓄
冷器21.22は、ともに蓄熱エレメント25と図示し
ないスペーサとを交互に複数段積上げたもので、それぞ
れポルト26a、28bを用いて前記ケーシング19に
固足されている。蓄熱エレメント25は、銅等により作
られた円環状のもので、上下に貫通する多数の通気口2
5aを有している。スペーサはステンレス鋼製の針金等
により作られている。なお、一段目の外設蓄冷器21の
高温端21aは、チャンバ28を介して前記着出λボー
ト3に連通1.でいる−士た、この蓄冷器21の低温端
21bは、前記ケーシング19に設けたボー) 19c
および外設膨張室23を介して二段目の外設蓄冷器22
の高温端22aに連通している。そして、この二段目の
外設蓄冷器22の低温端22bは、ボート19dを介し
て外設膨張室24に連通している。
A shaft hole 14f is bored in the center of the bottom wall 14e at the end of the first stage of the movable shell 14 on the high temperature side. A first-stage external regenerator 21 and a second-stage external regenerator 2 held in the casing 19 are fitted around the outer periphery of the movable shell 14.
2 are provided. The casing 19 is connected to the external regenerator 2
It is a two-stage cylindrical body that encloses 1 and 22, and a top wall 19a is provided at the end of the first stage on the low temperature side,
The end of the second stage on the low temperature side is closed by an inverted cup-shaped top wall 19b. Further, a flange portion 19e is provided on the high temperature end side of the casing 19, and this flange portion 19e is attached to the upper end opening of the base 1 via a sealing member 20. And the second stage external cold storage 22
A first stage external expansion chamber 23 is located between the high temperature end 22a of the casing 19 and the top wall 14c of the movable shell 14, and a second stage external expansion chamber 23 is located between the top wall 19b of the casing 19 and the top wall 14d of the movable shell 14. Eye external expansion chambers 24 are respectively formed. The external regenerators 21 and 22 are each made up of a plurality of alternately stacked heat storage elements 25 and spacers (not shown), and are fixed to the casing 19 using ports 26a and 28b, respectively. The heat storage element 25 is an annular element made of copper or the like, and has a large number of ventilation holes 2 passing through it vertically.
5a. The spacer is made of stainless steel wire or the like. The high-temperature end 21a of the first-stage external regenerator 21 communicates with the loading/unloading λ boat 3 via the chamber 28. The low temperature end 21b of the regenerator 21 is connected to the bow provided in the casing 19) 19c.
and the second stage external regenerator 22 via the external expansion chamber 23.
It communicates with the high temperature end 22a of. The low temperature end 22b of the second stage external regenerator 22 communicates with the external expansion chamber 24 via the boat 19d.

そして、前記両流出入ボート2.3をタイミングバルブ
31を介して給気系路32または排気系路33に接続す
るようにしている。タイミングバルブ31は、具体的に
は、モータによりボートブロックを作動させてボートの
切換えを行なうようにしたスライドバルブ等により構成
されており、第1図に記号で示すような態様で切換るよ
うになっている。すなわち、位HAでは、一方の流出入
ボート2を給気系路32に接続するとともに、他方の流
出入ボート3を排気系路33に接続するようになってい
る。また、位置Bでは、一方の流出入ボート2を排気系
路33に接続するとともに、他方の流出入ボート3を給
気糸路32に接続するようになっている。そして、前記
位置Aと前配位ff1Bとに交芽に切換るようになって
いる。給気系路32は、コンプレー2す34の吐出口3
4aから吐出される高圧カスをクーラ35を通して前記
タイミングバルブ31の給気ボー)31aに供給するた
めのものであり、また、排気系路33は、前記タイミン
グバルブ31の排気ボー)31bから排出される低圧の
ガスを前記コンプレッサ34の吸気口34bに導くため
のものである。
Both the inflow and outflow boats 2.3 are connected to an air supply line 32 or an exhaust line 33 via a timing valve 31. Specifically, the timing valve 31 is composed of a slide valve or the like that operates a boat block using a motor to switch boats, and switches in the manner shown by symbols in FIG. 1. It has become. That is, in the HA, one of the inflow/outflow boats 2 is connected to the air supply system path 32, and the other outflow/inflow boat 3 is connected to the exhaust system path 33. Furthermore, at position B, one of the inflow and outflow boats 2 is connected to the exhaust system path 33, and the other outflow and inflow boat 3 is connected to the air supply line path 32. Then, the buds switch to the above-mentioned position A and the pre-arrangement ff1B. The air supply line 32 is connected to the discharge port 3 of the compressor 2 34.
The exhaust line 33 is for supplying high-pressure waste discharged from the timing valve 31 through the cooler 35 to the air supply bow 31a of the timing valve 31. This is for guiding low-pressure gas to the intake port 34b of the compressor 34.

さらに、前記可動シェル14の外部高温端側にガスダン
パ36を配設している。このガスダンパ36は、環状に
形成した可動部材37と、前記ケーシング19の内周か
ら突設された環状の固定部材38を有している。可動部
材37は、上端部内周側に鍔37aを、外周側に鍔37
bを、下端部内周側に鍔37cを、外周側に鍔37dを
それぞれ有するものであり、ケーシング19の内周面に
スライド可能に摺接している。固定部材38は、前記可
動部材37の外周側の鍔37bと37dとの間に配設さ
れ、鍔37bとの間に流体室39を、鍔37dとの間に
流体室41を形成してぃ1す る。そして、これら流体室39.41にガスを充満させ
るとともに、該両室39.41を狭い流体通路42を介
して連通している。また、内周側の鍔37aと37cと
の間には、前記可動シェル14の高温端部から突設され
た突起43が配設しである。この突起43は、前記可動
シェル14と一体にスライドするものであり、上方への
該スライドの終γ位置近傍において前記鍔37aに当接
してガスダンパ36の可動部材37を一体に上方へスラ
イドネせるとともに、下方へのスライド終了位置近傍に
おいて前記鍔37cに当接して可動部材37を一体に下
方へスライドさせるようになっている。
Further, a gas damper 36 is disposed on the external high temperature end side of the movable shell 14. This gas damper 36 has a movable member 37 formed in an annular shape and an annular fixed member 38 protruding from the inner periphery of the casing 19 . The movable member 37 has a collar 37a on the inner circumference side of the upper end and a collar 37a on the outer circumference side.
b has a flange 37c on the inner periphery side of the lower end and a flange 37d on the outer periphery side, and is slidably in contact with the inner periphery of the casing 19. The fixed member 38 is disposed between the flanges 37b and 37d on the outer peripheral side of the movable member 37, and forms a fluid chamber 39 between the flanges 37b and a fluid chamber 41 between the flanges 37d and 37d. Do 1. These fluid chambers 39.41 are filled with gas, and both chambers 39.41 are communicated through a narrow fluid passage 42. Furthermore, a protrusion 43 protruding from the high temperature end of the movable shell 14 is provided between the flanges 37a and 37c on the inner peripheral side. This protrusion 43 slides together with the movable shell 14, and comes into contact with the collar 37a near the final γ position of the upward slide, thereby causing the movable member 37 of the gas damper 36 to slide upward together. At the same time, the movable member 37 is made to come into contact with the collar 37c near the end position of the downward slide and slide the movable member 37 downward as a unit.

次いで、この実施例の作動を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

内設膨張室16.17が最小で、外設膨張室23.24
が最大(第1図、第2図a参照)のとき、タイミングバ
ルブ31を位置Aにして一方の流出入ボート2を給気系
路32に連通させるとともに、他方の流出入ボート3を
排気系路33に接続する。これによって、高圧のガスが
コンプレッす34から給気系路32を通して前記−万の
流出入ボート2へ流入する。この流出入ボート2に流入
した高圧ガスは、連通管4およびボー)7aを介して一
段目の内設蓄冷器8の高温端8aに導かれ、該蓄冷器8
を通過したガスは取付部材12のボート12a、連通路
12bおよび連通孔12fを介して一段目の内設膨張室
16に導入される。
Internal expansion chamber 16.17 is the smallest, external expansion chamber 23.24
is at its maximum (see Figures 1 and 2a), the timing valve 31 is set to position A to connect one of the inflow and outflow boats 2 to the air supply system passage 32, and connect the other inflow and outflow boat 3 to the exhaust system. Connect to road 33. As a result, high-pressure gas flows from the compressor 34 through the air supply line 32 into the -10,000 inflow/outflow boat 2. The high-pressure gas that has flowed into the inflow/outflow boat 2 is guided to the high temperature end 8a of the first-stage internal regenerator 8 via the communication pipe 4 and the boat 7a.
The gas that has passed through is introduced into the first-stage internal expansion chamber 16 through the boat 12a, the communication path 12b, and the communication hole 12f of the mounting member 12.

また、この蓄冷器8を通過したガスの一部は取付部材1
2のボー)12a、連通路12bおよびボー)12cを
介して二段目の内設蓄冷器13に導入され、該二段目の
内設蓄冷器13を通過して二段目の内設膨張室17に導
入される。また、前記連通管4およびボート7aを通し
て導入された高圧ガスの一部は、ボート7bを通してチ
ャンバlOへも導かれる。この状態では、前記内設膨張
室16および17内の高圧ガスによって前記可動シェル
14が上方へ押圧される一方で、前記チャンバlO内の
高圧ガスの圧力によって前記可動シェル14が下方へ付
勢される。しかしながら。
Also, a part of the gas that has passed through the regenerator 8 is transferred to the mounting member 1.
It is introduced into the second-stage internal regenerator 13 through the second-stage internal regenerator 13 through the second-stage internal regenerator 13, the second-stage internal regenerator 13, and the second-stage internal expansion. It is introduced into chamber 17. Further, a part of the high pressure gas introduced through the communication pipe 4 and the boat 7a is also guided to the chamber IO through the boat 7b. In this state, the movable shell 14 is pressed upward by the high pressure gas in the internal expansion chambers 16 and 17, while the movable shell 14 is urged downward by the pressure of the high pressure gas in the chamber IO. Ru. however.

に対する軸方向圧力成分を受けるための受圧面積は、前
記チャンバlOに対する軸方向圧力成分を受けるための
受圧面積よりも前記連通管4の断面積に相当する分だけ
大きい(第3図a参照)ので、その差によって該可動シ
ェル14は上方へ付勢され移動する(第2図す参照)。
The pressure receiving area for receiving the axial pressure component for the chamber IO is larger by an amount corresponding to the cross-sectional area of the communication pipe 4 than the pressure receiving area for receiving the axial pressure component for the chamber IO (see FIG. 3a). , the movable shell 14 is urged upward and moved by the difference therebetween (see Figure 2).

この移動開始時においては、突起43は可動部材37の
下端側の鍔37cに当接している(第4図a参照)。そ
して、一度移動が始まると、ガスは内設蓄冷器8.13
を通過して、膨張室16.17へ連続して入ってくるの
であるが、このとき該蓄冷器8.13により圧力損失が
生じるため、シェル上面14C114dを押し上げる圧
力の方が、シェル下面14eを押し下げる圧力より若干
小さくなり、面積差との関係から、はぼつり合う力とな
る。このとき、可動シェル14は等速運動となる。そし
て、該可動シェル14が上方のスライド終了位置近傍に
達した時、突起43がガスダンパ36の可動部材37の
上端の鍔37aに当接しく第4図b上昇する。すると、
該可動部材37の上昇に伴って、流体室41の容積が減
少する一方流体室39の容積が増加する。かかる容積の
変化によって、流体室41内のカスが流体室39へ移動
するが、両室39.41を連通゛させる流体通路42が
狭いので、該ガスが該流体通路42を通過する際に大き
な摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗が可動部材37、
英起43を介して可動シェル14に伝えられ、該可動シ
ェル14の上昇にブレーキをかける。そして、該ブレー
キによって、該可動シェル14をしだいに減速させ、所
定のスライド終了位置で停止1−させる。このとき、可
動部材37は上方所定位置までスライドしている(第4
図C参照)。このようにして、内設膨張室16および1
7の容積が最大となり、その中に高圧のガスが充満した
段階で、前記タイミングバルブ31を位置Bへ切換え、
前記一方の流出入ボート2を排気系路33に接続すると
ともに、他方の流出入ボート3を前記給気系路32に連
通させる(第2図C参照)。その結果、前記内設膨張室
16.17内のガスの一部が蓄冷器8および連通管4を
通して排気系路33へ吹きだし前記コンプレッサ34の
吸気口34bへ戻される。このとき前記内設膨張室16
.17内に残ったガスは、他のガスを押し出すという仕
事をして目らが冷える。この段階では、前述のようにタ
イミングパルプ31が位置Bに保持されているので、前
記コンプレッサ34から吐出される高圧のガスが給気系
路32を通して前記他方の流出入ボート3へ流入する。
At the start of this movement, the protrusion 43 is in contact with the collar 37c on the lower end side of the movable member 37 (see FIG. 4a). Once movement begins, the gas is transferred to the internal regenerator 8.13.
The regenerator 8.13 continuously enters the expansion chamber 16.17, but at this time a pressure loss occurs due to the regenerator 8.13, so the pressure pushing up the shell upper surface 14C114d is stronger than the pressure pushing up the shell bottom surface 14e. The pressure is slightly smaller than the pressure pushing down, and due to the relationship with the area difference, the forces are equal to each other. At this time, the movable shell 14 moves at a constant velocity. When the movable shell 14 reaches near the upper slide end position, the protrusion 43 comes into contact with the collar 37a at the upper end of the movable member 37 of the gas damper 36 and rises in FIG. 4b. Then,
As the movable member 37 rises, the volume of the fluid chamber 41 decreases while the volume of the fluid chamber 39 increases. Due to this change in volume, the gas in the fluid chamber 41 moves to the fluid chamber 39, but since the fluid passage 42 that communicates the two chambers 39 and 41 is narrow, when the gas passes through the fluid passage 42, there is a large Frictional resistance occurs. This frictional resistance causes the movable member 37,
It is transmitted to the movable shell 14 via the spring 43, and applies a brake to the upward movement of the movable shell 14. Then, the movable shell 14 is gradually decelerated by the brake and stopped at a predetermined slide end position. At this time, the movable member 37 has slid upward to a predetermined position (the fourth
(See Figure C). In this way, the internal expansion chambers 16 and 1
7 reaches its maximum volume and is filled with high-pressure gas, the timing valve 31 is switched to position B,
One of the inflow/outflow boats 2 is connected to the exhaust system path 33, and the other outflow/inflow boat 3 is communicated with the air supply system path 32 (see FIG. 2C). As a result, a part of the gas in the internal expansion chambers 16, 17 is blown out through the regenerator 8 and the communication pipe 4 into the exhaust system path 33 and returned to the intake port 34b of the compressor 34. At this time, the internal expansion chamber 16
.. The gas remaining in the tube 17 does the job of pushing out other gases and cools the eyes. At this stage, since the timing pulp 31 is held at position B as described above, the high pressure gas discharged from the compressor 34 flows into the other outflow/inflow boat 3 through the air supply line 32.

この流出入ボート3に流入した高圧ガスは、チャンバ2
8を通して一段目の外設蓄冷器21の高温fi21aに
導かれ、この蓄冷器21を通して一段目の外設膨張室2
3に導入される。さらに、該外設膨張室23に導入され
たガスの一部は二段目の外設蓄冷器22を通過して二段
目の外設膨張室24に導入される。この状態では、前記
外設膨張室23.24内の高圧ガスによって前記可動シ
ェル14が下方へ押圧される一方で、前記チャンバ28
内の高圧ガスの圧力によって前記可動シェル14が上方
へ付勢される。しかしながら、前記可動シェル14の前
記外設膨張室23.24に対する軸方向圧力成分を受け
るための受圧面積は、前記チャンバ28に対する軸方向
圧力成分を受けるための受圧面積よりも前記連通管4の
断面積に相当する分だけ大きい(第3図す参照)ので、
その差によって該可動シェルは下方へ付勢され移動する
(第2図C参照)。この際、前記内設膨張室13内に残
っていた低温のガスは、内設蓄冷器8を冷却しつつ通過
して排気系路33へ押し出される。そして、該可動シェ
ル14が下方のスライド終了位置近傍に達した時、ズ起
43がガスタンパ36の可動部材37の下端の鍔37c
に当接しく第2図C参照)、可動部材37が可動シェル
14と一体に下降する。すると、該可動部材37の下降
に伴って、流体室39の容積が減少する一方流体室41
の容積が増加する。かかる容積の変化によって、流体室
39内のガスが流体室41へ移動するが、前述と同様、
該ガスが該流体通路42を通過する際に大きな摩擦抵抗
が発生する。この摩擦抵抗かに伝えられ、該可動シェル
14の下降にブレーキをかける。そして、該ブレーキに
よって、該可動シェル14をしだいに:g速させ、所定
のスライド終了位置で停止−させる。このとき、可動部
材37は、作動開始時の位置に戻る(第4図C参照)。
The high pressure gas that has flowed into the inflow/outflow boat 3 is transferred to the chamber 2
8 to the high temperature fi 21a of the first-stage external regenerator 21, and through this regenerator 21 to the first-stage external expansion chamber 2.
3 will be introduced. Further, a part of the gas introduced into the external expansion chamber 23 passes through the second-stage external regenerator 22 and is introduced into the second-stage external expansion chamber 24 . In this state, the movable shell 14 is pressed downward by the high pressure gas in the external expansion chamber 23.24, while the chamber 28
The movable shell 14 is urged upward by the pressure of the high pressure gas inside. However, the pressure receiving area of the movable shell 14 for receiving the axial pressure component with respect to the external expansion chamber 23.24 is larger than the pressure receiving area of the movable shell 14 with respect to the axial direction pressure component of the chamber 28. Since it is large by the amount corresponding to the area (see Figure 3),
Due to the difference, the movable shell is urged downward and moves (see FIG. 2C). At this time, the low-temperature gas remaining in the internal expansion chamber 13 passes through the internal regenerator 8 while being cooled and is pushed out to the exhaust system path 33. When the movable shell 14 reaches the vicinity of the downward slide end position, the flange 37c at the lower end of the movable member 37 of the gas tamper 36
(see FIG. 2C), the movable member 37 descends together with the movable shell 14. Then, as the movable member 37 descends, the volume of the fluid chamber 39 decreases, while the volume of the fluid chamber 41 decreases.
The volume of will increase. Due to this change in volume, the gas in the fluid chamber 39 moves to the fluid chamber 41, but as described above,
When the gas passes through the fluid passage 42, a large frictional resistance is generated. This frictional resistance applies a brake to the downward movement of the movable shell 14. Then, by using the brake, the movable shell 14 is gradually made to move at a speed of :g and is stopped at a predetermined slide end position. At this time, the movable member 37 returns to the position at the start of operation (see FIG. 4C).

このようにして、外設膨張室23.24の容積が最大と
なり、その中に高圧のガスが充満した段階で、前記タイ
ミングバルブ31を再び位tAへ切換え、前記他方の流
出入ボート3を排気系路33に接続すとともに、−刀の
流出入ボート2を前記給気系路32に連通させる(第り
図a参照)、その結果、前記外設膨張室23.24内の
ガスの一部が外設蓄冷器21.22を通して排気系路3
3へ吹きだし前記コンプレッサ34の吸気口34bへ戻
される。このとき前記外設膨張室23.24に残ったガ
スは、他のガスを押し出すという仕事をして自らが冷え
る。この段階では、前記コンプレッサ34から吐出され
る高圧のガスは再び一方の流出入ボート2に供給され、
予冷されつつ内設に導入され、再び、前記可動シェル1
4が−1−′fiへ移動する。そして、この際に前記外
設膨張室23.24に残っている低温のガスが外設蓄冷
器21.22を冷却しつつ通過して排気系路33へ押し
出される。したがって、以上の動作を繰り返すことによ
って、ギフオードマクマホンサイクル(Gifford
−Mc+*ahon Cycle )が営まれ、前記ケ
ーシング19の」一端部分が極低温となる。
In this way, when the external expansion chambers 23 and 24 reach their maximum volume and are filled with high-pressure gas, the timing valve 31 is switched to position tA again, and the other inflow/outflow boat 3 is evacuated. At the same time as connecting to the system 33, the inflow/outflow boat 2 of the blade is communicated with the air supply system 32 (see Fig. a), so that a part of the gas in the external expansion chamber 23, 24 is is passed through external regenerators 21 and 22 to exhaust system path 3.
3 and is returned to the intake port 34b of the compressor 34. At this time, the gas remaining in the external expansion chambers 23, 24 works to push out other gases and cools itself. At this stage, the high-pressure gas discharged from the compressor 34 is again supplied to one of the inflow and outflow boats 2,
The movable shell 1 is introduced into the interior while being pre-cooled, and then the movable shell 1 is
4 moves to -1-'fi. At this time, the low-temperature gas remaining in the external expansion chambers 23.24 passes through the external regenerators 21.22 while being cooled and is pushed out to the exhaust system path 33. Therefore, by repeating the above operations, the Gifford McMahon cycle (Gifford
-Mc+*ahon Cycle) is carried out, and one end portion of the casing 19 becomes extremely low temperature.

このようにして冷凍作用を営むものであるが。This is how it performs its freezing action.

このものは、可動シェル14の一段目部分14aの天壁
14cの1−千両側に膨張室16.23をそれぞれ設け
るとともに二段目部分14bの天壁14dの上下両側に
膨張室17.24をそれぞれ設け、各別な蓄冷器8.2
1を通して膨張室16.23に、また、蓄冷器13.2
2を通して膨張室17.24にそれぞれガスを供給する
ようにしている。そのため、前記膨張室16.17およ
び蓄冷器8.13と、前記膨張室23.24および蓄冷
器21.22とを用いてそれぞれ独立した冷凍サイクル
が営まれる。しかも、前記膨張室16、17と前記膨張
室23.24とは、前記可動シェル14の往復動によっ
て交q−に拡縮するので、該可動シェル14の1往復動
作毎に2度膨張作動を行なわせることかでさ、同じ周波
数なら冷凍能力を従来のものの略2倍にすることができ
る。さらに、内設膨張室16.17、外設膨張室23,
24とも二段に形成されているので、ケーシング19の
頂壁19b近傍では一段だけのものよりもより低い温度
を得ることができる。その上、可動部が中空体状のシェ
ルであるため、慣性質量が小さく、振動を大幅に低減さ
せることができる。また、前記可動シェル14の内部空
間を有効に利用して蓄冷器8を配設しているので、蓄冷
器をケーシング外に配した従来品に比べてコンパクト化
が可能である。 また、この実施例のようにギフオード
マクマホンサイクルを営ませる場合には、可動シェル1
4の高温端側に貫通させた連通管4の存在により該可動
シェル14の常温端側の受圧面積が低温端側の受圧面積
よりも小さくなることを利用して、この可動シェル14
を高圧カスの付勢力のみによって移動させることが可能
となる・そのため、ディスプレーサ(可動シェル)を作
動させる機構が一切不要となり、構造の大幅な簡略化を
図ることができる。
In this case, expansion chambers 16.23 are provided on both sides of the top wall 14c of the first stage portion 14a of the movable shell 14, and expansion chambers 17.24 are provided on both upper and lower sides of the top wall 14d of the second stage portion 14b. Separate cold storage units 8.2
1 to the expansion chamber 16.23, and also to the regenerator 13.2.
Gas is supplied to the expansion chambers 17 and 24 through the expansion chambers 17 and 24, respectively. Therefore, independent refrigeration cycles are operated using the expansion chamber 16.17 and the regenerator 8.13, and the expansion chamber 23.24 and the regenerator 21.22. Moreover, since the expansion chambers 16, 17 and the expansion chambers 23, 24 expand and contract in alternating directions q- due to the reciprocating motion of the movable shell 14, the expansion operation is performed twice for each reciprocating motion of the movable shell 14. By doing so, the refrigeration capacity can be roughly doubled compared to conventional systems at the same frequency. Furthermore, internal expansion chambers 16, 17, external expansion chambers 23,
Since both 24 are formed in two stages, it is possible to obtain a lower temperature near the top wall 19b of the casing 19 than in the case where there is only one stage. Moreover, since the movable part is a hollow shell, the inertial mass is small and vibrations can be significantly reduced. Furthermore, since the regenerator 8 is disposed by effectively utilizing the internal space of the movable shell 14, it is possible to make the regenerator more compact than conventional products in which the regenerator is disposed outside the casing. In addition, when operating the Gift McMahon cycle as in this embodiment, the movable shell 1
The movable shell 14 is
can be moved only by the biasing force of the high-pressure scrap.Therefore, there is no need for any mechanism to operate the displacer (movable shell), and the structure can be significantly simplified.

加えて、可動シェル14のスライドをガスダンパ36に
よりスライド終了位置の近傍から減速させて該終了位置
で停止にさせるようにしているので、ストッパに衝突さ
せて停止させる前述したもののように該1#寮の度に振
動が発生するといった不都合が生じない。
In addition, since the slide of the movable shell 14 is decelerated from near the end position of the slide by the gas damper 36 and stopped at the end position, the slide of the movable shell 14 is stopped at the end position, so that the 1# dormitory is stopped by colliding with the stopper. There is no inconvenience such as vibration occurring every time.

なお、本発明は、ギフオードマクマホンサイクルを営む
冷凍装置に限らず、例えば、ソルベーサイクル、スター
リンクサイクル等を用いた小型極低温冷′1!!!装置
にも同様に適用が可能である。
Note that the present invention is not limited to refrigeration equipment that operates on the Gifford McMahon cycle, but is also applicable to small-sized cryogenic refrigeration systems that use the Solvay cycle, Starlink cycle, etc. ! ! It can be similarly applied to devices.

また、前記実施例では、二段タイプのものについて説明
したが1本発明は、一段タイプや三段以」二の多段タイ
プのものにも適用できるのは勿論である。
Further, in the above embodiment, a two-stage type was described, but the present invention can of course be applied to a one-stage type and a multi-stage type of three or more stages.

また、ガスタンパの構成は、前記実施例のものけるとと
もに固定部材を該ピストンの上下にそれぞれ固設した蓋
としたものでもよい。また、前記突起と前記内周側の鍔
との当接面に弾性部材を取り付けてもよい。また、前記
突起をたわみ性を有するものとし、弾性効果を持たせて
もよい。また、前記可動部材のケーシング内周面との摺
動部にシールを入れてもよい。また、流体通路は固定部
材と可動部材との間の隙間に限られず、例えば、固定部
材に設けた絞り孔であってもよい。
Further, the configuration of the gas tamper may be similar to that of the above-described embodiment, and the fixing members may be lids fixed to the top and bottom of the piston, respectively. Further, an elastic member may be attached to a contact surface between the protrusion and the inner periphery side collar. Furthermore, the protrusion may be flexible and may have an elastic effect. Further, a seal may be placed in a sliding portion of the movable member with the inner circumferential surface of the casing. Further, the fluid passage is not limited to the gap between the fixed member and the movable member, but may be, for example, a throttle hole provided in the fixed member.

[発明の効果] 本発明は、以上のような構成であるから、冷凍能力が高
い上に構造が簡単であり、しかもコンパクト化が可能で
、加えて振動が生じない極低温冷凍装置を提供できるも
のである。
[Effects of the Invention] Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a cryogenic refrigeration device that has high refrigerating capacity, has a simple structure, can be made compact, and does not generate vibrations. It is something.

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

図面は、本発明の一実施例を示し、第1図は縦断面図、
第2図a、b、c、dは作動説明図、第3図a、bは可
動シェルに対する圧力分布を説明するための作用説明図
、第4図a、b、c、dl・・・固定部材(ベース) 8,13・・・内設蓄冷器 14・・拳可動シェル 16.17・・・内設膨張室 19・・・ケーシング 21.22・・・外設蓄冷器 23.24拳・・外設膨張室 31・・・タイミングバルブ 32・・・給気系路 33・・・排気系路 36・・・カスダンパ 37・φφ可動部材 38・・・固定部材 39.41−−−流体室 421・流体通路 43・・・突起
The drawings show an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a longitudinal sectional view;
Fig. 2 a, b, c, d are explanatory diagrams of operation; Fig. 3 a, b are explanatory diagrams of action to explain the pressure distribution on the movable shell; Fig. 4 a, b, c, dl...fixed Components (base) 8, 13...Internal regenerator 14...Fist movable shell 16.17...Internal expansion chamber 19...Casing 21.22...External regenerator 23.24 Fist・External expansion chamber 31...Timing valve 32...Air supply system path 33...Exhaust system path 36...Cass damper 37・φφ movable member 38...Fixed member 39.41---Fluid chamber 421・Fluid passage 43...Protrusion

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 固定部材に支持された内設蓄冷器と、この内設蓄冷器の
外周にスライド可能に嵌装されその低温側端部と該蓄冷
器の低温端との間に内設膨張室を形成する中空な可動シ
ェルと、この可動シェルの外周囲に配設した外設蓄冷器
と、この外設蓄冷器を包囲するように設けられその低温
側の端部と前記可動シェルとの間に前記外設蓄冷器に連
通する外設膨張室を形成するケーシングと、前記各蓄冷
器の高温端を給気系路または排気系路に予め設定したタ
イミングで接続し給気系路から吐出する冷却用ガスによ
り前記可動シェルの受圧面を押圧してスライドさせるタ
イミングバルブと、前記可動シェルの外部高温端側に設
けられ該可動シェルをスライド終了位置近傍から減速さ
せスライド終了位置で停止させるガスダンパとを具備し
てなることを特徴とする極低温冷凍装置。
An internal regenerator supported by a fixed member, and a hollow space that is slidably fitted around the outer periphery of the regenerator and forms an internal expansion chamber between the low temperature side end of the internal regenerator and the low temperature end of the regenerator. a movable shell, an external regenerator disposed around the outer periphery of the movable shell, and an external regenerator provided to surround the external regenerator and between the end on the low temperature side and the movable shell. A casing forming an external expansion chamber that communicates with the regenerator, and a cooling gas that connects the high temperature end of each regenerator to the air supply system path or the exhaust system path at a preset timing and discharges from the air supply system path. A timing valve that presses a pressure receiving surface of the movable shell to slide the movable shell, and a gas damper provided on an external high temperature end side of the movable shell to decelerate the movable shell from near a slide end position and stop it at the slide end position. A cryogenic freezing device characterized by:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103032987A (en) * 2011-10-05 2013-04-10 住友重机械工业株式会社 Cryogenic refrigerator
JP2013072597A (en) * 2011-09-28 2013-04-22 Sumitomo Heavy Ind Ltd Cryogenic refrigerator

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US9453662B2 (en) 2011-09-28 2016-09-27 Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Cryogenic refrigerator
CN103032987A (en) * 2011-10-05 2013-04-10 住友重机械工业株式会社 Cryogenic refrigerator

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