JPH01147263A - 冷凍機 - Google Patents

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〕 この発明は例えば赤外線検出素子や超電導体を極低温に
冷却するスターリング冷凍機に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図に従来のスターリング冷凍機の構成例を示す。図
に示したスターリング冷凍機はスプリット式スターリン
グ冷凍機と呼ばれるもので、スターリング冷凍機の代表
的−例である。

第２図において、スプリット式スターリング冷凍機は大
きく分けて（１）の圧縮機と（２）のコールドフィンガ
とこれらを結ぶ連結管（３）より構成される。

前記圧縮機（１）はシリンダ（４）とピストン（５）を
備え。

前記ピストン（５）は連接棒（６）とクランク（７）ヲ
介して図には示されていないが電動機によって駆動され
て前記シリンダ（４）内部を往復運動する構造となって
いる。前記シリンダ（４）の上部にはシリンダヘッド（
８）がとシつけられ、前記シリンダ（４）、前記ピスト
ン（５１および前記シリンダヘッド（８）で仕切られた
内部空間を圧縮室（９）と呼ぶ。前記クランク（７）等
の前記ピストン（５）を駆動する機構部材は叫のハウジ
ング（１０）内に収められ、前記ピストン（５）ニよっ
て前記圧縮室（９）と仕切られた前記ハウジング（１０
１内の空間をバルク室圓と呼ぶ。前記シリンダ（４）、
前記シリンダヘッド（８）および前記ハウジング（１０
）　ｉｆ：互いに外部との気密性を保つように接合され
、内部の前記圧縮室（９）や前記バルク室圓には例えば
ヘリウム。

水素などの高圧の作動ガスが封入されている。前記ピス
トン（５）の側面には、前記シリンダ（４）との間のす
きまを作動ガスが通過しないようにピストンリング（１
２）が装着されている。また、前記シリンダ（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（υの構成である。一方
前記コールドフィンガ（２）は円筒状の低温シリンダ圓
ヲ有し、前記低温シリンダｏ硅辻摺動自在に往復するデ
ィスプレーサａ５１’を有している。

前記低温シリンダ圓内部の空間は前記ディスプレーサα
５１＃Ｌよって２分割されており、前記ディスプレーサ
（１５１より上方の空間を低温室ａ６）、下方の空間を
高温室ａηと呼ぶ。前記ディスプレーサＱ５１内部には
再生器α印とガス通過孔α０が設けられ、前記低温室１
６）と前記高温室α７１Ｕ前記再生器叫と前記ガス通過
孔α９）ヲ介して端通しており、前記再生器（１印内に
は例えば銅の金網などの蓄冷材（２０）が充てんされて
いる。前記低温シリンダ圓と前記ディスプレーサ（１５
１のすきまを作動ガスが通過しないように、前記ディス
プレーサの側部にはシールリング（２１１がはめ込まれ
ている。前記コールドフィンガ（２１の下部には制御シ
リンダにと制御室（ハ）が設けられ、前記ディスプレー
サ（１５）の下端にとりつけられている（財）の制御ピ
ストンは前記高温室ａηと前記制御シリンダ（２２１’
ｉ通抜は前記制御室匈）に突出している。前記制御シリ
ンダ□□□と前記制御ピストン（財）のすきまを作動ガ
スが通過しないように前記制御シリンダにはシールリン
グ価）が取付けられている。上記したコールドフィンガ
（２）の各室は前記圧縮機（υと同様に例えばヘリウム
、水素などの高圧の作動ガスが封入されている。以上が
コールドフィンガ（２）の構成であり、前記圧縮機（１
）の圧縮室（９）と前記コールドフィンガ（２）の高温
室（１７）は前記連結管（３）を介して連通している。

また、前記圧縮室（９）、前記連結管（３）内部の空間
、前記低温室＋１６１　、前記高温室ａη、前記再生器
αＱおよび前記ガス通過孔α９１Ｉ′ｉ互いに連通して
おり、これらの室全体全総合して作動室（４）と呼ぶ。

上記のように構成された従来の冷凍機の動作について説
明する。ピストン（５）ハシリング（４）の内部を往復
することによって、圧縮室（９）から低温室叫に至る作
動室□□□）のガス圧力に正弦状の波動を与える。一方
バルク室ＵＵ、　その容積がピストン（５）の行程容積
より充分に大きいため、内部のガス圧はピストン（５）
が往復運動をしてもあまり変化しない。

コールドフィンガ（２）の制御シリンダ（社）にとりつ
けられたシールリング（２５）は、前述の作動室（支）
）のガス　−の圧力波動のように短い周期の圧力変化に
対してはほぼ完全に密封するが長時間的にみれば密封は
不完全であるので、制御室ｃ！３）内のガス圧けほぼ作
動室（５））内のガス圧の平均値に保たれる。

第３図から第５図は従来装置の動作原理を冷凍サイクル
の順を追って説明するものである。

第３図に示したサイクルの一過程において、圧縮機（１
）のピストン（５）ハシリンダ（４）内の下方に位置し
、コールドフィンガ（２）のディスプレーサａ５は低温
シリンダＱ４１の上方に位置している。第３図から第４
図に至る間にピストン（５）は上昇して作動室（支））
のガスを圧縮する。この圧縮によって発生する熱はシリ
ンダ（４）の外周のフィン（至）より外部に放出される
。第４図の時点において作動室（２６）のガス圧力は制
御室（２３）内のガス圧力よりも大きくなっており。

この差圧によって制御ピストン（財）に生ずる下向きの
力は、シールリング（社）および（ハ）の静摩擦力に打
ち勝ってディスプレーサα５１を下方へと動かし始め。

第５図に示す様に低温シリンダ圓の下部へ移動さ（せる
。このディスプレーサαωの移動に伴って高温室０ηの
ガスは再生器１８）を通って低温室Ｑ６１に移り。

このとき再生器ｕｇＩに充てんされている蓄冷材（イ）
は通過するガスから熱を吸収しガス全温度降下させる。

第５図から第６図に至る過程で圧縮機（１）のピストン
（５）は下降し作動室□□□）のガスを膨張させ、この
膨張によって低温室（１６）内のガスはさらに温度降下
し、コールドフィンガ上部の周囲から熱を吸収する。こ
の吸熱作用が冷凍機としての被冷除体を冷除する役割を
担う。作動室（支））ではガスの膨張により圧力が低下
するので、第６図の時点では作動室０６）内より制御室
（２３）内の方がガス圧力は犬きくなっている。この差
圧によって制御ピストン（財）に上向きにかかる力はシ
ールリング（２１１および（イ）の静摩擦力に打ち勝っ
て、ディスプレーサ０５）全上方へと動かし始め、第３
図に示した様に低温シリンダａ（イ）の上部へ移動させ
る。このディスプレーサＱ粉の移動に伴って低温室（１
６）の低温ガスは再生器（１１通過し、再生器α８）内
の蓄冷材（１）に冷熱を蓄えるとともにガス自身は温度
上昇しながら高温室ａηへ流入する。以上の様なサイク
ルをくり返すことによって。

冷凍運転が行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記の様な従来装置には、以下に述べるような問題点が
あった。すなわち、ディスプレーサ（１５１は。

駆動源と機械的連結がないため、ディスプレーサα５）
の位置あるいは冷凍機の運転中のディスプレーサ０９の
動きを知ることはできない。問題は９例えばシールリン
グ（２１１や（支））の破損あるいは摩耗によってディ
スプレーサα９が適当な運動をしなくなり。

冷凍機が規定の性能を出さなくなったような場合。

性能が出なくなった原因をつきとめるすべがないという
ことである。

本発明はかかる問題を解決すべくなされたものであり、
ディスプレーサ（１５１が適当な運動をしているか否か
を知る手段を設けたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る冷凍機は、制御ピストン（至）の端部に、
ディスプレーサα９の位置を検出するためのマグネット
を取り付けたものである。

〔作　用〕

本発明に係る冷凍機は、制御ピストン（財）の端部にマ
グネットを取り付けたことにより、デイスプレーザα５
）の運動や位置ヲ、コールドフィンガ（２）の外部に磁
気センサを取り付けることにより知ることができる。こ
の結果、冷凍機の性能に異常があった場合、ディスプレ
ーサ（１５）の動きが適当かどうかを調べ、これに異常
があった場合、即座に性能不良の原因を判断することが
できる。

〔実施例〕

第１図は９本発明の一実施例を示すものである。

図において、冷凍機の各部は、制御ピストン（財）の端
部にマグネット（支））が取り付けられている点を除い
てすべて従来装置と同一である。

本発明におけるマグネット（支））は、ディスプレーサ
（１５）と一体である。このため、制御室（ハ）の外部
に磁気センサ＠を設けることにより、ディスプレーサ０
５）の位置および運動を知ることができる。すなわち、
ディスプレーサが高温室αη側に位置する時はマグネッ
ト□□□）の発する磁気が強く、ディスプレーサ０５）
が低温室側に位置する時はマグネット伽）の発する磁気
が弱い。この磁気の強弱を磁気センサ＠により検出する
ことによりディスプレーサα５）の位置、運動を検出す
ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ディスプレーサａ９の運
動を検知することができる。このことにより、冷凍機の
性能に異常が生じた場合、即座にディスプレーサα句の
運動が適当かどうかを判断することができ、冷凍機の性
能異常の原因を究明する作業を効率よく行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図から第６図
は従来の冷凍機を示す図である。 図において（１）は圧縮機、（２）はコールドフィンガ
。 （３）ハ連結管、　（１５１はディスプレーサ、（財）
は制御ピストン、＠）はマグネット、＠は磁気センサを
示す。 なお９図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示しである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒状の内周面を有するシリンダと、前記シリンダが取
   り付けられ、かつ内部に空間を有するハウジングと、前
   記シリンダの一端面をふさぐシリンダヘッドと、前記シ
   リンダの中を往復運動するピストンと、前記シリンダ、
   前記シリンダヘッドおよび前記ピストンにより仕切られ
   た圧縮室と、前記シリンダ、前記ハウジングおよび前記
   ピストンにより仕切られたバルク室と、一端において外
   部から吸熱を行なう低温シリンダと、前記低温シリンダ
   内を往復運動するディスプレーサと、前記低温シリンダ
   の一端と、前記ディスプレーサに仕切られ、冷凍を発生
   する低温室と、前記低温シリンダの他端と前記ディスプ
   レーサに仕切られた高温室と、前記ディスプレーサの高
   温側の一端にあってガスの圧力差を受けて、これを前記
   ディスプレーサへ駆動力として伝える制御ピストンと、
   前記制御ピストンの端部に、前記ディスプレーサの位置
   検出用のマグネットを持つことを特徴とする冷凍機。