JPS6256747A

JPS6256747A - 不純物除去装置

Info

Publication number: JPS6256747A
Application number: JP60198221A
Authority: JP
Inventors: 正博酒井; 数本　芳男
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-09-05
Filing date: 1985-09-05
Publication date: 1987-03-12

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】【産業上の利用分野】

この発明は、冷凍機を用いて特定のガスが充填された装
置内で発生ずる不純物あるいは居住空間で生ずる有害ガ
ス（たとえば炭酸ガス）などを除去する不純物除去装置
に関するものである。

【従来の技術】

第５図は従来の不純物除去装置を示す断面図である。こ
の第５図において、被冷却体４２およびヒータ４９以外
の部分は、一般にスターリング冷凍機と招ばれるもので
、図では、スターリング冷凍機の代表的な例を示した。この第５図中の１は圧縮機部で、２はビートポンプ部で
ある。これらは連結管３で連通されている。上記圧縮機部１はシリンダ４とピストン５を備え、ピス
トン５はピストンロッド６、連接棒３１を介してクラン
クピン３５に連結されており、このクランクピン３５の
両端はクランク３３ａ、３３ｈを介して駆動軸３６ａ、
３６ｂに連結されている。駆動軸３６ａはクランク３２ａ１クランクピン３４、ク
ランク３２ｂ１駆動軸３６ｅを介して駆動モータ３７に
連結されてお快、この駆動モータ３７により、クランク
ピン３５を介してピストン５が駆動され、ビストシ５は
シリンダ４の内部を往復運動する構造とな−っている。シリンダ４の」二部には、シリンダヘッド８が装着され
、シリンダ４、ビス１−ン５おＪ、びシリンダヘッド８
で囲まれた内部空間を圧縮室９とする。また、ピストン５の側周面には、シリンダ４との間の隙
間を作動ガスが通過しないようにピストンリング１２が
装着されている。さらに、シリンダ４の外面には、外部への放熱性を高め
るためのフィン１３が設けられている。以上が圧縮機部１の構成である。一方、ヒートポンプ部２は円筒状のシリンダ１４と、シ
リンダ１４内を往復するディスプレーイノ１５を有して
いる。シリンダ１４内部の空間はディスプレーサ１５に
よって２分割され′Ｃおり、ディスプレーサ１５より」
一方の空間は低温室】６、下方の空間は高温室１７と呼
ばれている。ディスプレーサ１５の内部には、再生器１８と流路１９
が設けられ、低温室１６とｎ温室１７ば、再生器１８と
流ｌｌ８１９を介して連通し７でおり、−１ｆｆ生器１
８内には、たとえば銅の金網などの蓄冷材２０が充填さ
れている。シリンダ１４とディスプレーサ１５の間隙を作動ガスが
通過しないように、ディスプレーサ１５の側周部には、
シーリング２１がはめ込まれている。乙のディスプレー
づ１５の下部にディスプレーサロッド７が装置されてお
り、ディスプレーサロッド７ば連接棒３０を介してクラ
ンクピン３４に連結されでいる。このクランクピン３４
はクランク３２ｂ１駆動軸３６ｃを介して駆動モータ３
７に連結されているのは上述の通りである。したがって、この駆動モータ３７により、駆動軸３６ｃ
１クランク３２ｂ１クランクピン３４、連接棒３０、デ
ィスプレーサロッド７を介してディスプレーサ１５、シ
リンダ１４間で往復連動を行う。この従来例では、ピストン５ばディスプレーサ１５に対
して、位相が９０デグリ遅れて移動するように、圧縮機
１側のクランク３３ａ、３３ｂとビートポンプ部２側の
クランク３２ａ、３２ｂが構成されているが、圧縮機部
１、低温室１６、高温室１７、再生器１８の容積などの
設定値によって、高効率で運転する場合の最高位相差（
、！：異なる。上記圧縮機部１、およびヒートポンプ部２の各室はたと
えばヘリウム、水素などの高圧の作動ガスが封入されて
いる。圧縮室９ど高温室１７は既述の通り連結管３を介
して連通しでいる。また、圧縮室９、連結管３内部の空間、低温室１６、高
温室１７、再生器１８および流１８１９　ｌｅｔ互いに
連通し′Ｃおり、これらの空間全体を作動空間と呼ぶ。一方、低温室１６のＬ部の外壁面には、不純物あるいは
有害ガス（たとえば炭酸ガス）などを吸着あるいは凝縮
させるための被冷却体４２が装置されている。この被冷却体４２を、冷却することにより、不純物ある
いは有害ガスを吸着あるいは凝縮させ、加熱することに
より、気化あるいは放出することができる。不純物ある
いは有害ガスを被冷却体４２に誘導、排出する構造につ
いては図示していない。また、バッファ室５１は、クランクケース５０で囲まれ
た空間で、その容積がピストン５の行程容積より充分に
大きく構成されており、内部のがス圧はビスＩ−ン５が
往復運動をしてもあまり変化しない。なお、第５図および第１図、第３図では、クランクケー
ス５０および駆動軸３６ａ〜３６ｃを固定する軸受部の
詳細は示していないが、クランクケース５０については
、充分ガス圧に耐えろような構造であり、軸受について
も回転時に問題のないよう構成されている。次に動作について説明する。前述したように、圧縮機部
１、ヒートポンプ部２および駆動機構で構成される冷凍
機部は、一段にスターリングサイクルを利用した冷凍機
の典型例である。駆動モータ３７を回転することにより、ピストン５はシ
リンダ４内を往復する。このとき、作動空間が変化し、
ピストン５が押し上げられた場合作動空間内の圧力は上
昇し、逆に、押し下げられた場合は、圧力が低下する。一方、ディスプレーサ１５はシリンダ１４内を移動する
ことにより、七−トポンプ部２内の作動ガスは、通＃５
１９および蓄冷材２０で構成された再生器１８を往復流
動する３、いま、圧縮室９の容積が減少し、作動空間がＬＬ縮状態
になると、ヒートポンプ部２内の低温室１Ｇの容積は最
小の状態からディスプレーサ１５が移動し、圧縮された
作動ガスは、再生器１８を経て、低温室１６内に導入さ
れろ。ある程度、この空間に作動ガスが流入したところで、ピ
ストン５は下方に移動する。このときディスプレーサ１
５も下向きに移動しているので、作動ガスは膨張する。このＷ、張過程において作動ガス開度は低下し、低温室
１６の壁百より吸熱を行う。この吸熱作用により、被冷
却部４２の温度は低Ｆする。次に、ダイスプレーサ１５は上方に移動する。しかし、ピストン５はさらに下方に移動する。ディスプ
レーサ１５が上方に移動すると、低温室１６内の作動ガ
スは再生器１８を経て、高温室１７に移動する。ピスト
ン５は位相角９０デグリだけ遅れて上昇を開始し、作動
空間内のガスを圧縮する。この圧縮過程において、高温室１７内の作動ガス温度は
上昇する。ここで発生した熱は高温室１７の壁面あるい
は圧縮機部１のシリンダ４の壁に設けたフィン１３より
放熱される。この過程を繰り返すことによって高温室１７および圧縮
室９を囲むシリンダ壁は発熱し、低温室１６を囲むシリ
ンダ壁の温度は下がってくる。従来は上記の吸熱作用を利用して、被冷却体４２の温度
を低下させて、被冷却体４２の表面にガス状不純物を凝
縮あるいは吸着させている。次に被冷却体４２の析出し
た不純物は、駆動モータ３７を停止し、冷却運転を止め
るとともに被冷却体４２に埋め込まれた電気ヒータ４９
に通電することにより、被冷却体４２を加熱して不純物
を気化あるいは放出させて、制御対象としている空間か
ら排出していた。

【発明が解決しようとする問題点】

従来の不純物除去装置は以上のように構成されているの
で、付着した不純物を放出するためのｔ気ヒータ４９を
被冷却体４２に熱の伝達がよい状態で取り付ける必要が
ある。また、電気ヒータ４９の熱容址分だ（）、冷却、加熱の
ための熱量が必要であるとともに、電気ヒータ４９への
電力供給回路が必要となるなど、価格、効率および構成
の複雑性の点で、問題があった。この発明は、かかる問題点を解決するためのなされたも
ので、電気ヒータなどの特別な加熱装置を用いることな
く、高い効率で、加熱運転を行うことができる不純物除
去装置を得ることを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明に係る不純物除去装置は、ピストン５とディス
プレーサ１５の運転時の位相差を冷却運転時の値から調
整する位相差調整手段を設けたものである。

【作　用】

この発明においては、位相差調整手段は、駆動モータを
逆回転させるとともに、位相差調整手段により適切な位
相差に設定することにより、低温室の作動ガス湯度を高
温室のガス温度より高くして被冷却体を昇温し、凝縮あ
るいは吸着した不純物を取り除くことができる。

【実施例】

以下、この発明の不純物除去装置の実施例を図について
説明する。第１図はその一実施例の構成を示す図である
。この第１図において、第５図と同一部分には同一符号
を付すにとどめ、第５図とは異なる部分を主体に述べろ
ことにする。第１図を第５図と比較しても明らかなように、第１図に
おける符号１〜９．１２〜２１．２５．３０＝３７．４
２．５０，５１の部分は第５図と同様であり、以下に述
べる点が第５図とは異なるものである。すなわち、第５図の構成から電気ヒータ４９を除去する
とともに、新たに、位相差調整装置４３が付加されてい
る。この位相差ＰＪ整装置４３は、クランク３２ａと３
３ａとの間において、駆動軸３６ａと３６ｄで連結され
ている。第２図はこの位相差調整装置４３の部分を取出して拡大
して示しｔ：ものであり、第３図は第２図のＡ−Ａ線の
拡大断面図である。この第２図および第３図から明らか
な、ように、４４は駆動軸３６ａ、３６ｄと一体の凹形
状に加工された位相角設定部で、内側方向に一部弧状の
突起部を有している。この突起部の弧の長さは、所定の
位相角θに対して決まる。一方、第３図に示ず４５は位相角設定部４４に嵌り込む
凸形状の駆動部で、外側方向に突起部を有し、駆動軸３
６ａに固定されている。次に、実施例の動作について説明する。駆動モータ３７
を第１図に示すように矢印Ａ１の方向に回転させると、
駆動軸３６ａの駆動部４５は同一方向に回転する。この
とき、駆動部４５の突起部は、位相角設定部４４の突起
部３面に当たり、位相角設定部４４も同一方向に回転さ
せられる。この矢印Ａ１方向への回転は、通常のスターリング冷凍
機として動作するようにピストン５とディスプレーサ１
５の位相角が設定されている。これによって、低温室１
６内の作動ガス温度が低下し、被冷却体４２は冷却され
、雰囲気中の不純物を凝縮あるいは吸着する。一定時間運転の後、被冷却体４２に不純物が凝縮あるい
は吸着し、飽和状態となった後、析出した不純物を取り
除く必要がある。これを取り除くには、被冷却体４２を
昇温すればよい。この実施例では、駆動モータ３７の回転方向を変えるこ
とにより昇温が可能となる。逆回転することにより、冷
凍運転時の低温室１６側がｍ遍、高温室１７側が低温と
なる。しかし、圧縮室９、低温室１６および高温室１７の各々
の容積の大きさによっては、単純な逆回転連動では、高
温を得ろための効率が低い。したがって、高効率で高温を発生させるため、適正な位
相差を設定する必要がある。この実施例では加熱運転時
に高効率の得られる位相角を予め求めておき、位相角設
定部４４の弧状突起部の弧の長さによって、適正位相差
を設定しｔ−０第３図に示すように、駆動モータ３７が
逆回転することにより凸形状駆動部４５は、位相角設定
部４４の弧上突起部のｂ面に当たり位相角設定部４４も
同方向に回転させろ。上記の動作により被冷却体４２は
昇渇し、冷却運転時に析出した不純物を気化し、図に示
していないが、別途設けｔ：排気口を使って制御空間か
ら除去される。なお、上記の実施例では、位相角設定部４３のような、
機械的な手段による位相角制御を行う場合について説明
したが、第４図に示すようにしてもよい。この第４図中
、３７．３８はそれぞれ駆動モータで、駆動モータ３７
は駆動軸３６ｅを介してクランク３２ｂに連結されてお
り、駆動モータ３８は駆動軸３６ｄを介し、てクランク
３３ａに連結されている。各駆動軸３６ｅ、３６ｄにはそれぞれ回転検出器３９．
４０が取り付けられている。各回転検出器３９．４０の
出力（ま位相差制御回路４１に出力するようにしている
。この位相差温ｔｎ’ｉ＠　離４１の出力により、駆動
モータ３８を制御するようにしている。すなわち、上記回転角検出器３９，４０からの二つの回
転角信号を演算し、被冷却体４２を高効率で冷却あろい
ｌま加熱を行うのに適した位相差でピストン５とディス
プレーサ１５が移動するヨウに、駆動モータ３８の回転
を制御する。この実施例によれば、位相差制御回路４１の回路定数を
調整することにより、任意の位相差が得られ、先に記し
た位相差調整装置４３を用いた場合と同様の効果が得ら
れる。

【発明の効果】

この発明は以上説明したとおり、不純物除去装置の被冷
却体を加熱するために、電気ヒータを使わずに、冷凍機
部のピストンとディスプレーサの位相差を制御する位相
差調整手段を用いて被冷却体を加熱するような構成とし
たので、装置が簡単かつ安価となり加熱する場合の加熱
のための効率が高くなるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の不純物除去装置の一実施例の構成を
一部断面して示す図、第２図は同上不純物除去装置にお
ける位相差調整装置を取出しＣ示ず側面図、第３図は第
２図のＡ−Ａ線の断面図、第４図はこの発明の不純物除
去装置の他の実施例の構成を一部断面して示す図、第５
図は従来の不純物除去装置の構成を示図である。１　圧縮機部、２　ピー１−ポンプ部、３　連結管、４
，１４　ンリンダ、５　ピストン、９　圧縮室、１５　
ディスプレーづ、１６　低温室、１７　高温室、１８　
再生器、３７　駆動モーり、３９．４０　　回転角検出
器、４３　位相差調整装置、４１　位相差制御回路、４
２　被冷却体３゜なお、図中同一・符号は同−又は相当
部分を示す。代理人　　大　岩　　増　雄（ほか２名）第１８第２図　　　第３囚第４囚第６図昭和　　年　　月　　目持許庁長宮殿１、事件の表示　　　特願昭６０−１９８２２１号２、
発明の名称　　　不純物除去装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉４、代理人住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３硅５
、補正の対象（１）明細書の発明の詳細な説明の欄６、補正の内容（１）明細書第５頁５行目に「シーリング２１」とある
のを「シールリング２１」と補正する。（２）同第６頁１４行目に１装置」とあるのを「装着」
と補正する。（３）同第１４４頁１９行目［位相差制御乗ｇｌＩ４１
４とあるのを［位相差制御回路４１」と補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）第１のシリンダ内にピストンを第１のクランク機
構で往復運動させるように構成された圧縮機部と、第２
のシリンダ内にディスプレーサを第２のクランク機構で
往復運動させかつこのディスプレーサの低温室と高温室
との空間を連通する通路を有し、この通路の中間部に再
生器を備えたヒートポンプ部と、上記第１および第２の
クランク機構を駆動する駆動モータと、上記圧縮機部の
圧縮室と上記高温室または低温室のいずれかとを連通す
る連結管と、上記ヒートポンプ部に装着された被冷却部
と、上記ピストンとディスプレーサの位相差を調整して
雰囲気のガス状不純物を凝縮あるいは吸着させるか、ま
たは加熱して上記ガス状不純物を気化あるいは放出させ
るための位相差調整手段を具備したことを特徴とする不
純物除去装置。
（２）位相差調整手段は、駆動モータの駆動軸と一体の
凹形状の位相角設定部と、この位相角設定部に嵌合され
た凸形状の駆動部とで構成されることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の不純物除去装置。
（３）位相差調整手段は上記ピストンを駆動するための
第１の駆動モータと、上記ピストンの位相角を検出する
第１の位相角検出器と、上記ディスプレーサを駆動する
ための第２の駆動モータと、上記ディスプレーサの位相
角を検出する第２の位相角検出器と、上記第１および第
２の位相角検出器から出力される位相角信号より位相差
を演算し、第１あるいは第２の駆動モータのいずれかの
回転を制御して、位相差を所定の値に設定する位相差制
御回路とを備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項の不純物除去装置。