JP2000304366A

JP2000304366A - スターリング冷凍機

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Publication number: JP2000304366A
Application number: JP11107993A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Shimizu; 克美清水
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: JP3620575B2

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒ガスのガス漏れを簡単な構成で検出でき
るようにしたスターリング冷凍機を提供する。【解決手段】冷媒ガスを封入したシリンダ内を共振用
バネ４、５を介して互いに位相差を持って正弦変化する
ピストン２とディスプレーサ１を備えたスターリング冷
凍機において、このピストン２とディスプレーサ１の振
動位置を検出する位置検出センサ１１、１２を設け、運
転開始後定常状態に達したときの位置検出センサ１１、
１２からの位置情報に基づくピストン２とディスプレー
サ１の位相差を基準位相差として記憶し、運転継続中に
おける位置検出センサ１１、１２からの位置情報に基づ
くピストン２とディスプレーサ１の位相差を上記の基準
位相差と比較してそのずれが予め定めた値以上に大きく
なったとき、冷媒ガスのガス漏れがあると判断する制御
マイコンを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フリーピストン型
スターリング機関を用いたスターリング冷凍機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に冷凍サイクルには、蒸気圧縮式
の冷凍サイクルが採用されている。蒸気圧縮式の冷凍サ
イクルには、作動媒体としての冷媒に、フロンが用いら
れ、フロンの凝縮、蒸発を利用して所要の冷却性能を得
るようにしている。ところが、冷媒として使用されるフ
ロンは非常に化学的安定性が高く、大気中に放出される
と成層圏に達して、オゾン層を破壊するとの指摘があ
る。このため、近年、特定フロンを対象としたフロンの
使用、ならびに生産が規制されてきている。

【０００３】そこで、フロンを用いた冷凍サイクルに代
わるものとして、逆スターリング冷凍サイクルが注目を
集めている。スターリング冷凍サイクルは、作動媒体と
して、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガスなどといった
地球環境に悪影響を与えないガスを採用し、逆スターリ
ングサイクルによって、低温を得るようにしたものであ
る。このスターリング冷凍機は、極低温レベルの寒冷を
発生させる小型冷凍機の一種として知られている。

【０００４】この冷凍機は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機
と該圧縮機から吐出された冷媒ガスを膨張させる膨張機
とを組み合わせたものであり、上記圧縮機は、冷媒ガス
をガス圧が例えばサインカーブ等の特性を持って所定周
期で経時変化するように圧縮するものが使用される。一
方、膨張機は、先端が閉塞されたシリンダと、該シリン
ダ内に往復動自在に嵌装され、シリンダ内を先端側の膨
張室及び基端側の作動室に区画形成するフリーディスプ
レーサと、該フリーディスプレーサの往復運動を弾性支
持するスプリングとを備えてなるもので、上記作動室は
上記圧縮機に接続されており、圧縮機からの冷媒ガス圧
によりディスプレーサを往復運動させて冷媒ガスを膨張
させることにより、シリンダ先端のコールドヘッドに寒
冷を発生させるようになされている。なお、この方式の
スターリング冷凍機は一般にフリーピストン型スターリ
ング冷凍機と呼ばれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のス
ターリング冷凍機においては、上記スプリングのバネ定
数は、ディスプレーサを含んだ可動部分の質量（マス）
に応じてその可動部分が最大の冷凍能力の得られる最適
チューニング周波数で共振するように一定値に設定され
ている。しかしながら、バネの設計ばらつきによる初期
設計周波数とのばらつきがあり、このばらつきにより冷
凍能力が設計冷凍能力より低下する。また、運転開始に
よりシリンダ先端のコールドヘッド部の温度が低下する
のに伴い、上記最適チューニング周波数が変化し、この
周波数のずれにより冷凍能力が設計冷凍能力より低下す
る。その結果、冷却スピードの短縮に限界があった。

【０００６】また、運転開始時（冷却面の温度が常温に
近い状態の時）等内部ガス圧が定常運転状態より低いと
き、スターリング冷凍機に過大な入力を加えると、ピス
トン及びディスプレーサが相互干渉を起こして衝突する
危険があった。

【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的は内部ガスの漏れ検知方法の構築と上
記最大の冷凍能力が得られる最適周波数を可変とする手
段を講じることによる、最適チューニング周波数の設定
と、放熱部の過熱による冷凍機の出力制御及び主要摺動
部品の衝突回避を行うことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
め、請求項１のスターリング冷凍機は、シリンダ内で弾
性的に支持されて圧縮空間を形成するピストンと膨張空
間を形成するディスプレーサを設け、上記ピストンの往
復運動によって圧縮空間内で冷媒ガスを圧縮し、圧縮さ
れた冷媒ガスのガス圧で上記ディスプレーサを上記ピス
トンに対して所定の位相差を持って往復運動させ、上記
ディスプレーサの往復運動により上記膨張空間内で冷媒
ガスを膨張させて冷却を行うスターリング冷凍機におい
て、上記ピストンとディスプレーサの各往復運動におけ
る位置を検出する位置検出手段を設け、該位置検出手段
で検出した位置信号より運転中における上記ピストンと
ディスプレーサの位相差を検出し、この検出した位相差
を上記ピストンとディスプレーサの予め記憶した正規の
位相差と比較し、比較した位相差のずれが予め定めた所
定の値より大きいとき上記冷媒ガスのガス漏れがあった
ものと判定する判定手段を設けたことを特徴とする。

【０００９】従って、スターリング冷凍機の運転中は位
置検出手段によりピストンとディスプレーサの往復運動
における各位置情報が検出され、この各位置情報よりピ
ストンとディスプレーサの各往復運動における位相差が
検出される。この位相差と冷媒ガスのガス圧は、ガス圧
が低下すると、位相差も小さくなる関係にある。従っ
て、上記のようにして検出したピストンとディスプレー
サの位相差は判定手段により予め記憶した正規の位相差
と比較し、比較した位相差が予め定めた所定の値より小
さい場合は冷媒ガスのガス漏れが生じていたものと判定
することができる。

【００１０】また、請求項２のスターリング冷凍機は、
請求項１記載のスターリング冷凍機において、上記スタ
ーリング冷凍機本体の振動を検知する振動センサ手段と
上記判定手段により冷媒ガスのガス漏れを判定したとき
上記振動センサ手段により検知する振動が最小になるよ
うに上記スターリング冷凍機の電源周波数を調整する電
源周波数調整手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】従って、判定手段で、冷媒ガスのガス漏れ
が生じていると判定したとき電源周波数調整手段でスタ
ーリング冷凍機の電源周波数の調整を行い、振動センサ
手段で検知するスターリング冷凍機本体の振動が最小に
なるようにする。その結果、冷媒ガスのガス漏れが生
じ、内部ガス圧が低下したときでもスターリング冷凍機
をその時点における最適の状態で運転することができ
る。

【００１２】また、請求項３のスターリング冷凍機は、
請求項１記載のスターリング冷凍機において、上記スタ
ーリング冷凍機の放熱部に該放熱部の温度を検出する温
度センサ手段を設け、該温度センサ手段で検出した上記
放熱部の温度が予め定めた所定の値より高くなったと
き、スターリング冷凍機の電源電圧を低下させる電源電
圧調整手段を設けたことを特徴とする。

【００１３】従って、温度センサ手段によりスターリン
グ冷凍機の放熱部の温度を検出し、この検出した温度を
予め設定した所定の値の温度と比較し、所定の値の温度
より高くなると電源電圧調整手段でスターリング冷凍機
の電源電圧を低下させる。その結果、上記放熱部の温度
を低下させることができ、使用部品の高温による破損を
防止できる。

【００１４】また、請求項４のスターリング冷凍機は、
請求項１のスターリング冷凍機において、上記シリンダ
内の内部ガス圧を検出するガス圧検知センサ手段と、該
ガス圧検知センサ手段で検出した運転中のガス圧と予め
定めた基準となる内部ガス圧の挙動差が予め定めた所定
値より大きいとき上記ピストンとディスプレーサが衝突
状態にあると判定する衝突判定手段と、該衝突判定手段
でピストンとディスプレーサが衝突状態にあると判定し
たときスターリング冷凍機の運転を停止させる運転制御
手段を設けたことを特徴とする。

【００１５】従って、スターリング冷凍機の運転中にお
けるシリンダ内のガス圧をガス圧検知センサ手段で検出
し、このガス圧を予め定めた基準となるガス圧と比較す
る。そして、両者のガス圧の挙動差が予め定めた所定の
値より大きくなると、衝突判定手段でピストンとディス
プレーサが衝突状態にあると判定し、運転制御手段によ
りスターリング冷凍機の運転を停止させてピストンとデ
ィスプレーサの衝突による事故を防止する。

【００１６】また、請求項５のスターリング冷凍機は、
請求項１のスターリング冷凍機において、上記スターリ
ング冷凍機本体の振動波形を検出する振動センサ手段
と、該振動センサ手段で検出した運転中におけるスター
リング冷凍機本体の振動波形と予め定めた基準となる振
動波形の挙動差が予め定めた所定値より大きいとき上記
ピストンとディスプレーサが衝突状態にあると判定する
衝突判定手段と、該衝突判定手段でピストンとディスプ
レーサが衝突状態にあると判定したときスターリング冷
凍機の運転を停止させる運転制御手段を設けたことを特
徴とする。

【００１７】従って、運転中におけるスターリング冷凍
機本体の振動波形を振動センサ手段で検出し、この検出
した振動波形を予め定めた基準となる振動波形と比較す
る。そして、両者の振動波形の挙動差が予め定めた所定
の値より大きいと衝突判定手段でピストンとディスプレ
ーサが衝突状態にあると判定し、運転制御手段によりス
ターリング冷凍機の運転を停止させて、ピストンとディ
スプレーサの衝突による事故を防止する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
とともに説明する。（実施形態１）図１、本発明の実施の形態に係るフリー
ピストン型スターリング冷凍機の全体構成図である。図
１を用いて先ず本発明の動作原理を説明する。なお、図
１に示す本発明の全体構成図では共振用ガスバネの代わ
りに共振用コイルバネを用いている。

【００１９】図１において、ピストン２はリニアモータ
６により駆動され、共振用バネ５により正弦運動する。
ピストン２の動きにより圧縮空間８内の冷媒ガスは正弦
状の圧力変化を示す。圧縮された冷媒ガスは放熱部１０
で圧縮熱を放出し、ディスプレーサ１内にある再生器３
で予冷され膨張空間７に入る。膨張空間７の作動ガスは
ディスプレーサ１の動きにより膨張し温度は低下する。
膨張空間７内の冷媒ガスの圧力は、圧縮空間８内の圧力
とある位相差を持って正弦変化する。すなわちディスプ
レーサ１はピストン２に対しある位相差を持って摺動す
ることになる。

【００２０】膨張空間７での冷凍能力はディスプレーサ
１の摺動の仕方に大きく影響を受けるが、この振幅はピ
ストン２とディスプレーサ１の位相差、すなわち膨張空
間７と圧縮空間８との時間変化する圧力差によって生じ
るディスプレーサ１とピストン２の動きの差に影響を受
ける。一般に９０度程度が最適位相差といわれている。
一般的にピストン２とディスプレーサ１の位相差はガス
圧あるいはバネに依存し、ガス圧変化等によって位相差
が変化するため、冷凍機は一定状態の運転しかできな
い。この位相差は運転条件が同一であればディスプレー
サ１の質量及び共振用バネ４のバネ定数及び動作周波数
により決まるものである。ディスプレーサ１の質量は設
計時に決まるものでこれを運転時に変えることは不可能
である。

【００２１】このとき、ピストン内部に封入されている
冷媒ガスの充填圧力が正規の圧力より低下すると（ガス
のリークを生じた場合）、ピストン２とディスプレーサ
１との位相差は正規の圧力の場合の位相差より低下する
傾向がある。図２はこの状態を示すグラフである。例え
ばガス圧が２４kg/cm²から１４kg/cm²まで変化した場
合、位相差が６５度から４８度まで変化することが読み
とれる。従って、振動センサを冷凍機内部のピストン及
びディスプレーサ部にそれぞれ取り付け両者の位相差の
検知を行うことによってガス圧の変化すなわち冷媒ガス
の充填圧力の低下を検出することが可能になる。

【００２２】図３はこの場合の制御回路のブロック図で
あり、図４は制御のフローチャートである。図３におい
て、ピストン２の内部に組み込まれた振動センサ１１か
らのピストン２の位置信号はアンプ１４で増幅して制御
マイコン１６に入力し、ディスプレーサ１の内部に組み
込まれた振動センサ１２からのディスプレーサ１の位置
信号はアンプ１５で増幅して制御マイコン１６に入力す
る。また、冷却面の温度を検出する温度センサ１３から
の温度情報も制御マイコン１６に入力する。

【００２３】制御マイコン１６では上記の各入力信号に
基づきスターリング冷凍機１８を制御するための制御信
号を導出し、この制御信号はＰＷＭ出力部１７でパルス
幅変調されてスターリング冷凍機１８を制御する。

【００２４】図４は上記の制御マイコン１６によりスタ
ーリング冷凍機１８の動作制御を行う場合のフローチャ
ートである。ステップＳ１でスターリング冷凍機１８の
運転が開始されると温度センサ１３より入力される冷却
面の温度情報より初期運転開始後冷凍機の冷却面の表面
温度を監視し、ステップＳ２でこの表面温度が一定状態
になるのを待つ。これは冷凍機の運転が安定化するまで
の時間を確保するためである。

【００２５】冷却面の温度が一定状態になるとステップ
Ｓ３でピストン２及びディスプレーサ１に取り付けた振
動センサ１１及び１２から制御マイコン１６に入力され
る位置信号の振動波形よりピストン２とディスプレーサ
１との位相差を検出し、これを初期位相差として記憶す
る。その後、ステップＳ４で一定時間運転を行わせ、一
定時間経過後にステップＳ５で再度ピストン２とディス
プレーサ１との位相差を検出する。そして、この再度検
出した位相差をステップＳ６で上記の初期位相差と比較
し、予め定めた値より小さくなっている場合には、ガス
圧が低下したことになりステップＳ７でガス漏れと判断
しステップＳ８で冷凍機の運転を停止させる。この場
合、位相差の低下度合がどの程度であればガス漏れと判
断するかは冷凍機の能力や使用温度帯の違い等により相
違するので一定ではなく予め試行により定め設定するよ
うにする。

【００２６】なお、実施形態では共振用コイルバネを用
いた場合で説明したが、共振用ガスバネを用いた場合で
あってもガス圧の変化とピストン・ディスプレーサの位
相差を振動センサにより検出が可能なので図４に示す制
御を行うことが可能である。

【００２７】（実施形態２）図５は本発明の第２の実施
形態の構成を示すブロック図であり、図６はそのフロー
チャートである。図５において２０はスターリング冷凍
機１８の本体の外郭部に取り付けられた振動センサであ
り、該振動センサ２０の出力はアンプ２２で増幅して制
御マイコン２３に入力する。１３はスターリング冷凍機
１８の冷却面に取り付けた温度センサであって、その出
力は上記制御マイコン２３に入力する。

【００２８】制御マイコン２３では上記の各入力信号に
基づきスターリング冷凍機１８を制御するための制御信
号を導出し、この制御信号はＰＷＭ出力部１７でパルス
幅変調されてスターリング冷凍機１８を制御する。

【００２９】図６は上記制御マイコン２３によりスター
リング冷凍機１８の動作制御を行う場合のフローチャー
トである。ステップＳ１０でスターリング冷凍機１８の
運転を開始すると、冷却部は温度が低下し、放熱部１０
は温度が上昇する。このとき、スターリング冷凍機１８
の冷却面に取り付けた温度センサ１３により冷却面の温
度を検出し、この温度情報を制御マイコン２３に入力す
る。ステップＳ１１で冷却面の外表面の温度が安定した
状態になったことを制御マイコン２３が判断すると、ス
テップＳ１２でスターリング冷凍機１８の本体に取り付
けられている振動センサ２０からの冷凍機の振動情報を
制御マイコン２３が検知しこれを初期値として記憶す
る。スターリング冷凍機１８はピストン・ディスプレー
サの振動により、本体のケーシング自体が振動するの
で、振動センサ２０はその振動を検知する。

【００３０】その後スターリング冷凍機１８は運転を継
続し、ステップＳ１３で予め定めた一定時間が経過する
と、ステップＳ１４でその時点におけるスターリング冷
凍機１８の本体の振動を上記振動センサ２０で再度検知
する。次にステップＳ１５において上記ステップＳ１２
で検出した振動と上記ステップＳ１４で検出した振動を
比較し、ステップＳ１４で検出した振動の方が大きい場
合はステップＳ１６でスターリング冷凍機１８の電源周
波数の調整を行う。そして、上記ステップＳ１５とＳ１
６でスターリング冷凍機１８の電源周波数を上記振動セ
ンサ２０で検出する振動レベルが最小になるように調整
する。

【００３１】上記のように本実施形態２によるとスター
リング冷凍機１８が運転開始後冷媒ガスのガス漏れが生
じた場合、共振用バネの共振点が移動するがスターリン
グ冷凍機１８の振動を最小にするように該スターリング
冷凍機１８の電源駆動回路により電源周波数を調整する
ので、運転開始後ガス圧低下時点での最適制御を行わせ
ることができる。

【００３２】（実施形態３）本発明の第３の実施形態を
図７を用いて説明する。本実施形態３は、上述する実施
形態１のスターリング冷凍機において高温部の温度上昇
を抑制し冷凍機の破損を防止するようにしたものであ
る。図７においてステップＳ２０でスターリング冷凍機
１８が運転を開始すると、冷却部は温度が低下し、放熱
部１０は温度が上昇する。スターリング冷凍機１８の放
熱部１０には温度センサ２１が取り付けられており、こ
の温度センサ２１によりスターリング冷凍機１８の放熱
部１０の冷却温度及び放熱温度をそれぞれ検知する。そ
して、ステップＳ２１で放熱部１０の温度が予め定めた
所定の温度Ｔを超えるか否かを検出し、所定の温度Ｔを
超えるとステップＳ２２でスターリング冷凍機の電源電
圧を抑制する。その結果スターリング冷凍機１８の出力
が低下し、放熱部１０等の高温部の温度上昇を防止し
て、温度上昇による高温部の破損を防ぐことができる。

【００３３】（実施形態４）本発明の第４の実施形態を
図８に示すフローチャートを用いて説明する。本実施形
態４は上述する実施形態１のスターリング冷凍機におい
て、膨張空間７と圧縮空間８の内部ガス圧をそれぞれ検
知する圧力検知センサを設け、これらの圧力検知センサ
で運転中の内部ガス圧を検知し、ガス漏れを起こした場
合の圧力検知センサで検知する内部ガス圧の変化よりデ
ィスプレーサ１とピストン２の衝突あるいは衝突の可能
性を事前に検出してこの衝突を防止するようにしたもの
である。

【００３４】図８に示すフローチャートにおいてステッ
プＳ３０でスターリング冷凍機１８が運転を開始する
と、このスターリング冷凍機のフリーピストン型スター
リングサイクルでは、ディスプレーサ１はピストン２に
対してある位相差を持って摺動する。運転開始後スター
リング冷凍機１８が定常運転に達したときステップＳ３
１で上記圧力検知センサにより内部ガス圧を検知する
と、ある一定の正弦波の圧力変動が検出される。この初
期データのガス圧波形を制御マイコンに正常データとし
て記憶する。

【００３５】その後運転を継続してステップＳ３２で圧
力検知センサにより内部ガス圧の現在値を検出するが、
ディスプレーサ１とピストン２が衝突するか衝突を起こ
しそうになると、圧力波形のピーク値が上昇したり、波
形歪が生じ圧力波形が変化する。ステップＳ３３では、
ステップＳ３１とステップＳ３２で検出した内部ガス圧
波形を制御マイコンで比較する。そして、ステップＳ３
２で検出した現在値の内部ガス圧波形がステップＳ３１
で初期値として記憶した正規の正常な内部ガス圧波形よ
り予め定めた一定値以上ずれている場合は、制御マイコ
ンはディスプレーサ１とピストン２が衝突あるいは衝突
のおそれありと判断し、スターリング冷凍機１８の入力
を低下させる。この場合、ディスプレーサ１とピストン
２が衝突あるいは衝突のおそれありと判断する場合の判
断基準は内部ガス圧の正常値に比べて現在値のピーク値
と波形歪の上昇が予め定めた所定の値を超えるか否かに
おくようにする。

【００３６】（実施形態５）本発明の第５の実施形態を
図５及び図９を用いて説明する。本実施形態５は上述す
る実施形態１のスターリング冷凍機において、スターリ
ング冷凍機１８の本体の外郭部に振動センサ２０を取り
付け、図５に示すように上記振動センサ２０の出力をア
ンプ２２で増幅して制御マイコン２３に入力する。また
１３はスターリング冷凍機１８の冷却面に取り付けた温
度センサであり、この温度センサ１３で検出した冷却面
の温度情報も制御マイコン２３に入力する。制御マイコ
ン２３は上記振動センサ２０及び温度センサ１３からの
信号に基づき制御信号を出力しＰＷＭ出力部１７でパル
ス幅変調を施し、スターリング冷凍機１８を制御する。

【００３７】図９は上記制御マイコン２３によりスター
リング冷凍機１８の動作制御を行う場合のフローチャー
トである。ステップＳ４０でスターリング冷凍機１８の
運転を開始すると、このスターリング冷凍機のフリーピ
ストン型スターリングサイクルではディスプレーサ１は
ピストン２に対してある位相差を持って摺動する。運転
開始後、温度センサ１３により冷却面の温度を監視し、
この温度が制御マイコン２３によりステップＳ４１で安
定したことを検出すると、ステップＳ４２でスターリン
グ冷凍機１８の本体に取り付けられた振動センサ２０で
共振用バネ４、５によるディスプレーサ１及びピストン
２の内部挙動を検知し、この振動情報を制御マイコン２
３は初期値の正常データとして記憶する。

【００３８】その後、スターリング冷凍機１８は運転を
継続し、振動センサ２０はステップＳ４３で本体の振動
を検出し続けるが、ピストン２とディスプレーサ１が衝
突を起こしそうになったり、衝突を起こすと衝撃が生
じ、これを振動センサ２０が検出して制御マイコン２３
が検知する。そして、ステップＳ４４で振動センサ２０
が検出した本体のその時点における振動をステップＳ４
２で初期値として記憶した正常データと比較し、上記の
その時点の振動が初期値として記憶した正常データより
予め定めた値以上に大きいと、制御マイコン２３はピス
トン２とディスプレーサ１が衝突をしたか衝突を起こし
そうになったものと判断し、ステップＳ４５でスターリ
ング冷凍機１８への入力を低下させ、衝突を回避するよ
うにする。

【００３９】

【発明の効果】請求項１によると、位置検出手段でピス
トンとディスプレーサの位置検出を行い、検出した位置
信号と正規状態との位相のずれを検出するだけの簡単な
構成でスターリング冷凍機の冷媒ガスの漏れを確実に検
出することが可能になる。

【００４０】また、請求項２によると、請求項１の効果
に加え、冷媒ガスのガス漏れを検出した場合でも、スタ
ーリング冷凍機の電源周波数を振動センサの出力が最低
になるように調整するだけの簡単な構成で最適制御を行
わせることができる。

【００４１】また、請求項３によると、請求項１の効果
に加え、スターリング冷凍機の放熱部の温度を温度セン
サで検出し、検出した温度が予め定めた値を超えるとス
ターリング冷凍機の出力を抑制するので簡単な構成で高
温部の温度が異常に上昇するのを抑制することができ、
使用部品の耐熱性の仕様を緩和することができる。

【００４２】また、請求項４によると、請求項１の効果
に加え、圧力検知センサにより内部ガス圧を検知し、こ
のガス圧が正常時のガス圧より予め定めた値以上に大き
くなると、これにより、ディスプレーサとピストンが衝
突あるいは衝突するおそれがあるものと判断してスター
リング冷凍機への入力を低下させるようにしているので
簡単な構成によりディスプレーサとピストンの衝突によ
る破壊を防止することができる。

【００４３】また、請求項５によると、請求項１の効果
に加え、振動センサによりピストンとディスプレーサの
衝突による振動を検出して、この検出によりスターリン
グ冷凍機の入力を低下させるので簡単な構成でピストン
とディスプレーサのその後の衝突を回避することがで
き、衝突による破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フリーピストン型スターリング冷凍機の断面
図。

【図２】本発明の実施形態１における、スターリング
冷凍機のピストン・ディスプレーサの位相差と冷媒ガス
のガス圧の関係を示す図。

【図３】本発明の実施形態１における、制御回路のブ
ロック図。

【図４】本発明の実施形態１における、制御動作のフ
ローチャート。

【図５】本発明の実施形態２及び５における、制御回
路のブロック図。

【図６】本発明の実施形態２における、制御動作のフ
ローチャート。

【図７】本発明の実施形態３における、制御動作のフ
ローチャート。

【図８】本発明の実施形態４における、制御動作のフ
ローチャート。

【図９】本発明の実施形態５における、制御動作のフ
ローチャート。

【符号の説明】

１…ディスプレーサ２…ピストン３…再生器４、５…共振用バネ６…リニアモータ７…膨張空間８…圧縮空間９…冷凍機本体１０…放熱部１１、１２、２０…振動センサ１３、２１…温度センサ１４、１５、２２…アンプ１６、２３…制御マイコン１７…ＰＷＭ出力部１８…スターリング冷凍機本体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内で弾性的に支持されて圧縮空
間を形成するピストンと膨張空間を形成するディスプレ
ーサを設け、上記ピストンの往復運動によって圧縮空間
内で冷媒ガスを圧縮し、圧縮された冷媒ガスのガス圧で
上記ディスプレーサを上記ピストンに対して所定の位相
差を持って往復運動させ、上記ディスプレーサの往復運
動により上記膨張空間内で冷媒ガスを膨張させて冷却を
行うスターリング冷凍機において、上記ピストンとディ
スプレーサの各往復運動における位置を検出する位置検
出手段を設け、該位置検出手段で検出した位置信号より
運転中における上記ピストンとディスプレーサの位相差
を検出し、この検出した位相差を上記ピストンとディス
プレーサの予め記憶した正規の位相差と比較し、比較し
た位相差のずれが予め定めた所定の値より大きいとき上
記冷媒ガスのガス漏れがあったものと判定する判定手段
を設けたことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】上記スターリング冷凍機本体の振動を検
知する振動センサ手段と上記判定手段により冷媒ガスの
ガス漏れを判定したとき上記振動センサ手段により検知
する振動が最小になるように上記スターリング冷凍機の
電源周波数を調整する電源周波数調整手段を設けたこと
を特徴とする請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項３】上記スターリング冷凍機の放熱部に該放
熱部の温度を検出する温度センサ手段を設け、該温度セ
ンサ手段で検出した上記放熱部の温度が予め定めた所定
の値より高くなったとき、スターリング冷凍機の電源電
圧を低下させる電源電圧調整手段を設けたことを特徴と
する請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項４】上記シリンダ内の内部ガス圧を検出する
ガス圧検知センサ手段と、該ガス圧検知センサ手段で検
出した運転中のガス圧と予め定めた基準となる内部ガス
圧の挙動差が予め定めた所定値より大きいとき上記ピス
トンとディスプレーサが衝突状態にあると判定する衝突
判定手段と、該衝突判定手段でピストンとディスプレー
サが衝突状態にあると判定したときスターリング冷凍機
の運転を停止させる運転制御手段を設けたことを特徴と
する請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項５】上記スターリング冷凍機本体の振動波形
を検出する振動センサ手段と、該振動センサ手段で検出
した運転中におけるスターリング冷凍機本体の振動波形
と予め定めた基準となる振動波形の挙動差が予め定めた
所定値より大きいとき上記ピストンとディスプレーサが
衝突状態にあると判定する衝突判定手段と、該衝突判定
手段でピストンとディスプレーサが衝突状態にあると判
定したときスターリング冷凍機の運転を停止させる運転
制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のスタ
ーリング冷凍機。