JPS6136143B2 - - Google Patents

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JPS6136143B2
JPS6136143B2 JP12340979A JP12340979A JPS6136143B2 JP S6136143 B2 JPS6136143 B2 JP S6136143B2 JP 12340979 A JP12340979 A JP 12340979A JP 12340979 A JP12340979 A JP 12340979A JP S6136143 B2 JPS6136143 B2 JP S6136143B2
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JP
Japan
Prior art keywords
expansion
piston
compression
space
stage
Prior art date
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Application number
JP12340979A
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Japanese (ja)
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JPS5646954A (en
Inventor
Kazuaki Nakamura
Tokio Kondo
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
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Publication of JPS5646954A publication Critical patent/JPS5646954A/en
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、極低温冷凍機に関するものであり、
更に詳しくは、膨張側が、凸型シリンダ及び凸型
ピストンにて画成される第1膨張空間と第2膨張
空間とを備える、極低温冷凍機に関するものであ
る。
[Detailed description of the invention] [Object of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a cryogenic refrigerator,
More specifically, the present invention relates to a cryogenic refrigerator whose expansion side includes a first expansion space and a second expansion space defined by a convex cylinder and a convex piston.

(従来の技術) 従来の此の種の極低温冷凍機においては、凸型
ピストンの小径部にラビリンスシールが装架され
ており、第1膨張空間の作動ガスが、それよりも
低温の第2膨張空間内に漏れ、冷凍効率が低下し
ないように企図されている。
(Prior art) In this type of conventional cryogenic refrigerator, a labyrinth seal is installed in the small diameter part of the convex piston, and the working gas in the first expansion space is transferred to the second expansion space, which is lower in temperature. It is designed to prevent leakage into the expansion space and reduce refrigeration efficiency.

(発明が解決しようとする問題点) ところが、ラビリンスシールと、シリンダ内壁
との間には、わずかではあるがクリアランスが存
在しており、これがために、第1膨張空間から、
作動ガスが、第2膨張空間へ漏洩することを、完
全には、防止することができなかつた。
(Problem to be Solved by the Invention) However, there is a clearance, albeit slight, between the labyrinth seal and the inner wall of the cylinder, and because of this, there is a clearance between the labyrinth seal and the inner wall of the cylinder.
It was not possible to completely prevent the working gas from leaking into the second expansion space.

それ故に、本発明は、かかる不具合を除去する
ことを、技術的課題とするものである。
Therefore, the technical object of the present invention is to eliminate such problems.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(問題点を解決するための手段) 上記技術課題を解決する為に、本発明において
講じた技術的手段は、次のように、極低温冷凍機
を構成したことである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above technical problems, the technical means taken in the present invention is to configure a cryogenic refrigerator as follows.

・ 圧縮シリンダー1、 ・ 前記圧縮シリンダー1内に上下方向に往復動
可能に装架され、前記圧縮シリンダー1との間
に圧縮空間3を画成する圧縮ピストン2、 ・ 凸型の膨張シリンダー11、 ・ 前記膨張シリンダー11内に上下方向に往復
可能に装架され、前記膨張シリンダー11との
間に第1段膨張空間13及び第2段膨張空間1
6を形成する凸型の膨張ピストン12、 ・ 前記圧縮空間3と前記第1段膨張空間13と
の間の作動回路に介設された冷却器21及び第
1段蓄冷器22、 ・ 前記第1段膨張空間13と前記第2段膨張空
間16との間に介設された第2段蓄冷器23、 ・ 前記圧縮ピストン2及び前記膨張ピストン1
2の下側に形成される最低圧室37、 ・ 前記膨張ピストン12の大径部外周に装架さ
れ、前記第1段膨張空間13と前記最低圧室3
7とを気密的に区画するシール15、 ・ 前記膨張ピストン12の小径部に装架され、
前記第1膨張空間13と前記第2膨張空間16
とを気密的に区画するラビリンスシール17、 ・ 前記圧縮ピストン2から下方に垂下し、前記
最低圧室37を通つて前記駆動装置室36内に
突入するロツド4、 ・ 前記膨張ピストン12から下方に垂下し、前
記最低圧室37を通つて前記駆動装置室36内
に突入するロツド14、 ・ 前記膨張ピストン12に形成され、前記ラビ
リンスシール17に形成された集気溝41と前
記最低圧室37を連通せしめる細孔42、 並びに、 ・ 駆動軸32を介して、前記圧縮ピストン2及
び前記膨張ピストン12を所定の位相差でもつ
て上下動せしめる原動機38からなり、 ・ 前記最低圧室37には、前記作動回路内の圧
力変化の最低値に等しい圧力以下の作動ガス
が、前記駆動装置室36には、任意の圧力の作
動ガスが、夫々封入されている。
- A compression cylinder 1, - A compression piston 2 that is installed in the compression cylinder 1 so as to be able to reciprocate in the vertical direction and defines a compression space 3 between it and the compression cylinder 1, - A convex expansion cylinder 11, - It is installed in the expansion cylinder 11 so as to be reciprocatable in the vertical direction, and a first stage expansion space 13 and a second stage expansion space 1 are provided between the expansion cylinder 11 and the expansion cylinder 11.
6; - a cooler 21 and a first stage regenerator 22 interposed in the operating circuit between the compression space 3 and the first stage expansion space 13; - the first stage regenerator 22; a second stage regenerator 23 interposed between the stage expansion space 13 and the second stage expansion space 16; the compression piston 2 and the expansion piston 1;
A lowest pressure chamber 37 formed on the lower side of the first stage expansion space 13 and the lowest pressure chamber 3 mounted on the outer periphery of the large diameter portion of the expansion piston 12;
a seal 15 airtightly partitioning the expansion piston 12 from the expansion piston 12;
The first expansion space 13 and the second expansion space 16
a labyrinth seal 17 that airtightly partitions the compression piston 2; a rod 4 that hangs downward from the compression piston 2 and projects into the drive chamber 36 through the lowest pressure chamber 37; - a rod 4 that extends downward from the expansion piston 12; a rod 14 that hangs down and enters the drive device chamber 36 through the lowest pressure chamber 37; an air collecting groove 41 formed in the expansion piston 12 and formed in the labyrinth seal 17; and the lowest pressure chamber 37; - A prime mover 38 that moves the compression piston 2 and the expansion piston 12 up and down with a predetermined phase difference through the drive shaft 32, and - The lowest pressure chamber 37 includes: The driving device chamber 36 is filled with a working gas having a pressure equal to or lower than the minimum value of the pressure change in the working circuit, and a working gas having an arbitrary pressure is sealed in the driving device chamber 36, respectively.

極低温冷凍機。Cryogenic refrigerator.

(作用) 上記技術的手段は、次のように作用する。すな
わち、ラビリンスシールと膨張シリンダーとの間
のクリアランスを通つて第1段膨張空間から第2
段膨張空間へ漏洩する作動ガスは、ラビリンスシ
ールに形成された集気溝及び膨張ピストンに形成
された細孔を介して、常に最低圧室に導かれる
為、第2膨張空間まで漏洩して、折角低温になつ
た作動ガスを暖めることがない。したがつて、従
来のような不具合は惹起されず、冷凍負荷部にお
いて、極低温を得ることが可能となる。
(Operation) The above technical means operates as follows. That is, from the first stage expansion space to the second stage through the clearance between the labyrinth seal and the expansion cylinder.
The working gas leaking into the stage expansion space is always guided to the lowest pressure chamber through the air collection groove formed in the labyrinth seal and the pore formed in the expansion piston, so it leaks to the second expansion space. There is no need to warm up the working gas, which has reached a low temperature. Therefore, problems as in the conventional case are not caused, and extremely low temperatures can be obtained in the refrigeration load section.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を、添付図面にもとづ
いて説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described based on the accompanying drawings.

図面において、圧縮シリンダー1と圧縮ピスト
ン2によつて形成される圧縮空間3は、冷却器2
1、第1段蓄冷器22を通して、第1段膨張空間
13に連通している。該第1段膨張空間13は、
さらに第2段蓄冷器23を通して、第2段膨張空
間16に連通している。前記第2段膨張空間1
6,および前記第1段膨張空間は、膨張シリンダ
ー11と膨張ピストン12によつて形成されてい
る。前記膨張ピストン12の頭部側面には、ラビ
リンスシール17,18が設けられ、更に該ラビ
リンスシール17,18間の適当な位置に集気溝
41が設けられている。また、前記膨張ピストン
12の内部には、前記集気溝41に開口部を有す
る細孔42が形成されている。この細孔42によ
り、前記集気溝41と最低圧室37とが連通する
ように構成されている。
In the drawing, a compression space 3 formed by a compression cylinder 1 and a compression piston 2 is connected to a cooler 2.
1. Communicates with the first stage expansion space 13 through the first stage regenerator 22. The first stage expansion space 13 is
Furthermore, it communicates with the second stage expansion space 16 through the second stage regenerator 23 . Said second stage expansion space 1
6, and the first stage expansion space is formed by an expansion cylinder 11 and an expansion piston 12. Labyrinth seals 17 and 18 are provided on the side surface of the head of the expansion piston 12, and an air collection groove 41 is provided at an appropriate position between the labyrinth seals 17 and 18. Further, a pore 42 having an opening in the air collection groove 41 is formed inside the expansion piston 12 . The air collection groove 41 and the lowest pressure chamber 37 are configured to communicate with each other through the pores 42 .

更に、膨張ピストン12には、第1段膨張区1
3から作動ガスが漏洩しないように、シール15
が設けられている。該シール15が摺動する部分
の膨張シリンダー11の外周には、摺動の際の発
熱を除去するための水冷ポケツト39が、包囲す
るようにして設けられている。
Furthermore, the expansion piston 12 has a first stage expansion section 1.
Seal 15 to prevent working gas from leaking from 3.
is provided. A water-cooled pocket 39 is provided surrounding the outer periphery of the expansion cylinder 11 at the portion on which the seal 15 slides to remove heat generated during sliding.

また、上記膨張ピストン12は、ロツド14を
介して、駆動軸32につながれている。該駆動軸
32は、軸封止装置34を貫通して、原動機38
に連結されている。
Further, the expansion piston 12 is connected to a drive shaft 32 via a rod 14. The drive shaft 32 passes through a shaft seal 34 and connects to a prime mover 38.
is connected to.

前記圧縮ピストン2にも、作動ガス漏洩防止の
ためのシール5が設けられている。さらに、前記
圧縮ピストン2はロツド4を介して、駆動軸32
に連結されている。前記駆動軸32は、駆動装置
室36内に設けられている。該駆動装置室36
は、機壁33により外界とへだてられ、また隔壁
35により前記最低圧室37と区画されている。
該隔壁35には、ロツドシール31が設けられて
いて、前記ロツド4,14が、該ロツドシール3
1を貫通している。
The compression piston 2 is also provided with a seal 5 to prevent leakage of working gas. Furthermore, the compression piston 2 is connected to the drive shaft 32 via the rod 4.
is connected to. The drive shaft 32 is provided within a drive device chamber 36. The drive device chamber 36
is separated from the outside world by a machine wall 33 and separated from the lowest pressure chamber 37 by a partition wall 35.
The partition wall 35 is provided with a rod seal 31, and the rods 4, 14 are connected to the rod seal 3.
It passes through 1.

一方、前記圧縮空間3は、一方向弁51によ
り、前記最低圧室37と連通させられている。該
一方向弁51は、封止座面となる封止斜面52,
および圧力差によつて動く球体53、および所定
圧力差に達するまで該球体53と前記封止斜面5
2とが離れないように圧着させるバネ54とから
構成されている。
On the other hand, the compression space 3 is communicated with the lowest pressure chamber 37 through a one-way valve 51. The one-way valve 51 has a sealing slope 52 serving as a sealing seat surface,
and a sphere 53 that moves due to the pressure difference, and the sphere 53 and the sealing slope 5 until a predetermined pressure difference is reached.
2 and a spring 54 that presses them together so that they do not separate.

更に、前記第2段膨張空間16のまわりには、
冷凍負荷部19が設けられている。
Furthermore, around the second stage expansion space 16,
A refrigeration load section 19 is provided.

尚、最低室37の圧力は、圧縮空間3から第1
段膨張空間13に至る回路の最低圧力以下であ
り、駆動装置室36の圧力は任意である。
Note that the pressure in the lowest chamber 37 is from the compression space 3 to the first
It is below the lowest pressure in the circuit leading to the stage expansion space 13, and the pressure in the drive device chamber 36 is arbitrary.

以上の如き構成において、原動機38によつて
駆動軸32が回転させられると、ロツド4とよび
ロツド14を介してそれぞれ圧縮ピストン2及び
膨張ピストン12が往復運動する。すると、圧縮
空間3内の作動ガスが圧縮され、圧縮された作動
ガスは、冷却器21で冷却され、第1段蓄冷器2
2でさらに冷却されて、容積が増加しつつある第
1段膨張空間13に達して膨張し、低温度のガス
(温度T)となる。その低温作動ガスは、第2段
蓄冷器23を通る間に一層冷却され、第2段膨張
空間16に達して、再び該空間16の膨張により
一層低温のガス(温度T)になり、冷凍負荷部1
9からの熱負荷を吸収する。
In the above configuration, when the drive shaft 32 is rotated by the prime mover 38, the compression piston 2 and the expansion piston 12 reciprocate via the rods 4 and 14, respectively. Then, the working gas in the compression space 3 is compressed, the compressed working gas is cooled by the cooler 21, and the first stage regenerator 2
2, the gas reaches the first stage expansion space 13 whose volume is increasing and expands, becoming a low-temperature gas (temperature T). The low-temperature working gas is further cooled while passing through the second-stage regenerator 23, reaches the second-stage expansion space 16, and becomes an even lower-temperature gas (temperature T) due to the expansion of the space 16, and the refrigeration load Part 1
Absorbs heat load from 9.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

前記した技術的課題を解決するためには、ラビ
リンスシールに代えて、接触摺動形シールを用い
てもよい。しかし、これだと、シールの摺動熱に
より、冷凍効率を著しく低下させてしまうが、本
発明においては、前述したところから明らかなよ
うに、このような不具合は惹起されないという効
果がある。
In order to solve the above technical problem, a contact sliding type seal may be used instead of a labyrinth seal. However, in this case, the refrigeration efficiency is significantly lowered due to the sliding heat of the seal, but as is clear from the above, the present invention has the advantage that such problems do not occur.

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

図面は、本発明に係る極低温冷凍機の一実施例
の回路図である。 1……圧縮シリンダー、2……圧縮ピストン、
3……圧縮空間、4……ロツド、11……膨張シ
リンダー、12……膨張ピストン、13……第1
段膨張空間、14……ロツド、15……シール、
16……第2段膨張空間、17……ラビリンスシ
ール、21……冷却器、22……蓄冷器、36…
…駆動装置室、37……駆動装置室。
The drawing is a circuit diagram of an embodiment of a cryogenic refrigerator according to the present invention. 1... Compression cylinder, 2... Compression piston,
3... Compression space, 4... Rod, 11... Expansion cylinder, 12... Expansion piston, 13... First
stage expansion space, 14... rod, 15... seal,
16...Second stage expansion space, 17...Labyrinth seal, 21...Cooler, 22...Regenerator, 36...
...Drive device room, 37...Drive device room.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 圧縮シリンダー1、 前記圧縮シリンダー1内に上下方向に往復動可
能に装架され、前記圧縮シリンダー1との間に圧
縮空間3を画成する圧縮ピストン2、 凸型の膨張シリンダー11、 前記膨張シリンダー11内に上下方向に往復動
可能に装架され、前記膨張シリンダー11との間
に第1段膨張空間13及び第2段膨張空間16を
形成する凸型の膨張ピストン12、 前記圧縮空間3と前記第1段膨張空間13との
間の作動回路に介設された冷却器21及び第1段
蓄冷器22、 前記第1段膨張空間13と前記第2段膨張空間
との間に介設された第2段蓄冷器23、 前記圧縮ピストン2及び前記膨張ピストン12
の下側に形成される最低圧室37、 前記膨張ピストン12の大径部外周に装架され
前記第1段膨張空間13と前記最低圧室37とを
気密的に区画するシール15、 前記膨張ピストン12の小径部に装架され、前
記第1膨張空間13と前記第2膨張空間16とを
気密的に区画するラビリンスシール17、 前記圧縮ピストンから下方に垂下し、前記最低
圧室37を通つて前記駆動装置室36内に突入す
るロツド4、 前記膨張ピストン12から下方に垂下し、前記
最低圧室37を通つて前記駆動装置室36内に突
入するロツド14、 前記膨張ピストン12に形成され、前記ラビリ
ンスシール17に形成された集気溝41と前記最
低圧室37とを連通せしめる細孔42、並びに、 駆動軸32を介して、前記圧縮ピストン2及び
前記膨張ピストン12を所定の位相差でもつて上
下動せしめる原動機38からなり、 前記最低圧室37には、前記作動回路内の圧力
変化の最低値に等しい圧力以下の作動ガスが、前
記駆動装置室36には、任意の圧力の作動ガス
が、夫々封入されている、極低温冷凍機。
[Scope of Claims] 1. A compression cylinder 1; a compression piston 2 mounted in the compression cylinder 1 so as to be able to reciprocate in the vertical direction and defining a compression space 3 between it and the compression cylinder 1; a convex-shaped compression piston 2; an expansion cylinder 11; a convex expansion piston that is installed in the expansion cylinder 11 so as to be able to reciprocate in the vertical direction and forms a first stage expansion space 13 and a second stage expansion space 16 between the expansion cylinder 11 and the expansion cylinder 11; 12. A cooler 21 and a first stage regenerator 22 interposed in the operating circuit between the compression space 3 and the first stage expansion space 13, the first stage expansion space 13 and the second stage expansion space a second stage regenerator 23 interposed between the compression piston 2 and the expansion piston 12;
a lowest pressure chamber 37 formed on the lower side of the expansion piston 12; a seal 15 mounted on the outer periphery of the large diameter portion of the expansion piston 12 to airtightly partition the first stage expansion space 13 and the lowest pressure chamber 37; A labyrinth seal 17 mounted on the small diameter portion of the piston 12 and airtightly partitions the first expansion space 13 and the second expansion space 16; a rod 4 that extends downwardly from the expansion piston 12 and projects into the drive chamber 36 through the lowest pressure chamber 37; , a pore 42 that communicates the air collection groove 41 formed in the labyrinth seal 17 with the lowest pressure chamber 37, and a drive shaft 32, the compression piston 2 and the expansion piston 12 are connected to each other with a predetermined phase difference. The lowest pressure chamber 37 is filled with working gas at a pressure equal to or lower than the minimum value of the pressure change in the operating circuit, and the drive chamber 36 is filled with operating gas at an arbitrary pressure. A cryogenic refrigerator that is filled with gas.
JP12340979A 1979-09-25 1979-09-25 Cryogenic gas refrigerating machine Granted JPS5646954A (en)

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Publication Number Publication Date
JPS5646954A JPS5646954A (en) 1981-04-28
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59191561U (en) * 1983-06-08 1984-12-19 アイシン精機株式会社 Inverted Stirling refrigerator
JPS6152562A (en) * 1984-08-23 1986-03-15 株式会社 富士電機総合研究所 Control system of cooling temperature of refrigerator
JPS61291872A (en) * 1985-06-18 1986-12-22 三菱電機株式会社 Refrigerator

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