JPH03199856A - ガスサイクル機関 - Google Patents
ガスサイクル機関Info
- Publication number
- JPH03199856A JPH03199856A JP34189189A JP34189189A JPH03199856A JP H03199856 A JPH03199856 A JP H03199856A JP 34189189 A JP34189189 A JP 34189189A JP 34189189 A JP34189189 A JP 34189189A JP H03199856 A JPH03199856 A JP H03199856A
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- JP
- Japan
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- coil
- piston
- cycle engine
- gas cycle
- pistons
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Electromagnetic Pumps, Or The Like (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。
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、ガスサイクル機関に関し、特に。
スターリング冷却機のようなガス冷却機に関するもので
ある。
ある。
第２図は２例えば特開昭６４−６３７６１号公報に開示
された従来のスターリングサイクルガス冷却機の概略構
成を示す断面側面図である。図において、（１）はシリ
ンダであり、この内部でフリーディスプレーサ（２）が
往復運動を行う。第１ピストン（３ａ）の作動表面（４
０，第２ビスＩ・ン（３ｂ）の作動表面（４ｂ）及び、
フリーディスプレーサ（２）の下部作動表面（２ａ）の
間にある圧縮空間（５）は冷却器（６）及び連通孔（７
）を備える。
された従来のスターリングサイクルガス冷却機の概略構
成を示す断面側面図である。図において、（１）はシリ
ンダであり、この内部でフリーディスプレーサ（２）が
往復運動を行う。第１ピストン（３ａ）の作動表面（４
０，第２ビスＩ・ン（３ｂ）の作動表面（４ｂ）及び、
フリーディスプレーサ（２）の下部作動表面（２ａ）の
間にある圧縮空間（５）は冷却器（６）及び連通孔（７
）を備える。
フリーディスプレーサ（２）の上部作動表面（２ｂ）は
膨張空間（８）の境界をなしており、この膨張空間（８
）は圧縮空間（５）と共に作動空間を構成する。フリー
ディスプレーサ（２）内に備える蓄熱器（９）は中心孔
ＱＯ）を経てその下側の作動媒体に、また中心孔（１１
）と半径方向流通ダクト（１２）を経てその上側の作動
媒体に通ずる乙とができる。この機械は膨張させられた
冷作動媒体と冷却すべき物体の間の熱交換のための熱交
換器としてフリーザ（１３）を備える。
膨張空間（８）の境界をなしており、この膨張空間（８
）は圧縮空間（５）と共に作動空間を構成する。フリー
ディスプレーサ（２）内に備える蓄熱器（９）は中心孔
ＱＯ）を経てその下側の作動媒体に、また中心孔（１１
）と半径方向流通ダクト（１２）を経てその上側の作動
媒体に通ずる乙とができる。この機械は膨張させられた
冷作動媒体と冷却すべき物体の間の熱交換のための熱交
換器としてフリーザ（１３）を備える。
第１ピストン（３ａ）及び第２ピストン（３ｂ）と圧縮
シリンダ（１４）の壁の間にはそれぞれ第１ピストンシ
ール（１５ａｌ 、 （ｌｅａ）及び第２ピストンシー
ル（１５ｂ）。
シリンダ（１４）の壁の間にはそれぞれ第１ピストンシ
ール（１５ａｌ 、 （ｌｅａ）及び第２ピストンシー
ル（１５ｂ）。
（ｉｅｂ） を備え、フリーディスプレーサ（２）とシ
リンダ（１１の間にはシール（１７）、 （１８）を備
える。第１ピストン（３ａ）及び第２ピストン（３ｂ）
はそれぞれ合成樹脂やアルミニウムなどの非磁性材料か
ら成る軽量の第１スリーブ（１９ａ）及び第２スリーブ
（１９ｂ）を備え、スリーブ（１９ａ） 、 （１９
ｂ）には導電体を巻きつけて第１可動コイル（２０ａ）
及び第２可動コイル（２０ｂｌ を形成し、第１可動：
Ｉ イル（２０ａ） 、第２可動コイル（２０ｂ）はハ
ウジング（２１）の壁を通して外部に伸びる第１リード
線（２２ａ） 、 （２３ａ）及び第２リード線（２２
ｂ）、 （２３ｂ）と接続している。これらのリードＩ
！ （２２ａ） 、 （２３ａ） 、 （２２ｂ） 、
（２３ｂ）はハウジング（２１）の外にそれぞれ第１
電気接点（２４ａ） 、 （２５ａ）及び第２電気接点
（２４ｂ）、 （２５ｂ）を持つ。可動コイル（２０ａ
） 、 （２０ｂｌはピストン（３ａ）、 （３ｂ
）と連結され。
リンダ（１１の間にはシール（１７）、 （１８）を備
える。第１ピストン（３ａ）及び第２ピストン（３ｂ）
はそれぞれ合成樹脂やアルミニウムなどの非磁性材料か
ら成る軽量の第１スリーブ（１９ａ）及び第２スリーブ
（１９ｂ）を備え、スリーブ（１９ａ） 、 （１９
ｂ）には導電体を巻きつけて第１可動コイル（２０ａ）
及び第２可動コイル（２０ｂｌ を形成し、第１可動：
Ｉ イル（２０ａ） 、第２可動コイル（２０ｂ）はハ
ウジング（２１）の壁を通して外部に伸びる第１リード
線（２２ａ） 、 （２３ａ）及び第２リード線（２２
ｂ）、 （２３ｂ）と接続している。これらのリードＩ
！ （２２ａ） 、 （２３ａ） 、 （２２ｂ） 、
（２３ｂ）はハウジング（２１）の外にそれぞれ第１
電気接点（２４ａ） 、 （２５ａ）及び第２電気接点
（２４ｂ）、 （２５ｂ）を持つ。可動コイル（２０ａ
） 、 （２０ｂｌはピストン（３ａ）、 （３ｂ
）と連結され。
ピストン（３ａＬ （３ｂ）の軸線方向に第１間隙（２
６ａ）及び第２間隙（２６ｂ）内で往復連動できる構造
になっている。上記間隙（２６ａ） 、 ’ （２Ｂｂ
）内には可動コイル（２０ｍ） 、 （２０ｂ）の移動
方向を横切る半径方向に永久磁界が存在し、第１間隙（
２６ａ）では内径から外径方向へ、第２間隙（２１３ｂ
）では外径から内径方向へ磁束が向かうように構成され
ている。これらの間隙（２８ａ） 、 （２６ｂ）の磁
界は永久磁石（２７ａ） 、 （２７ｂ） 。
６ａ）及び第２間隙（２６ｂ）内で往復連動できる構造
になっている。上記間隙（２６ａ） 、 ’ （２Ｂｂ
）内には可動コイル（２０ｍ） 、 （２０ｂ）の移動
方向を横切る半径方向に永久磁界が存在し、第１間隙（
２６ａ）では内径から外径方向へ、第２間隙（２１３ｂ
）では外径から内径方向へ磁束が向かうように構成され
ている。これらの間隙（２８ａ） 、 （２６ｂ）の磁
界は永久磁石（２７ａ） 、 （２７ｂ） 。
環状ディスク（２８ａ） 、 （２８ｂ） 、軟鉄シリ
ンダ（２９ａ） 。
ンダ（２９ａ） 。
（２９ｂ）からなる閉磁気回路によって供給される。
ビスｈ ン（３ａ） 、 （３ｂ）はそれぞれ支持バネ
（３０ａ） 。
（３０ａ） 。
（３０ｂ）を備え、これがビスｈ ：／ （３ａ） 、
（３ｂ）の固定中心位置を確保している。また支持バ
ネ（３０ａ） 。
（３ｂ）の固定中心位置を確保している。また支持バ
ネ（３０ａ） 。
（３０ｂ）の両端は横移動しないようにロックされ。
それぞれ突起（３１ａ） 、 （３２ａ）及び突起（３
１ｂ）、 （３２ｂ）の回りに配置されている。フリー
ディスプレーサ（２）の下側には弾性部材（３３）が設
けられ、フリーディスプレーサ（２）の行程を制限する
。また、第３図（、）はこの従来例によるガスサイクル
機関の磁気回路を示す説明図で、矢印は磁束の向きを示
す。
１ｂ）、 （３２ｂ）の回りに配置されている。フリー
ディスプレーサ（２）の下側には弾性部材（３３）が設
けられ、フリーディスプレーサ（２）の行程を制限する
。また、第３図（、）はこの従来例によるガスサイクル
機関の磁気回路を示す説明図で、矢印は磁束の向きを示
す。
第３図（ｂ）はピストンの作用表面の変位を示すグラフ
で、横軸はピストンの変位２Ｍ軸は時間を示す。
で、横軸はピストンの変位２Ｍ軸は時間を示す。
次に動作について説明する。
可動コイル（２０ａ） 、 （２０ｂ）に電気接点（２
４ａ） 、 （２５ａ） 。
４ａ） 、 （２５ａ） 。
（３）
（４）
（２４ｂ） 、 （２５ｂ）及びリード線（２２ａ）
、 （２３ａ） 、 （２２ｂ） 。
、 （２３ａ） 、 （２２ｂ） 。
（２３ｂ）を介して交番電流を流すと可動コイル（２０
ａ） 。
ａ） 。
（２０ｂ）には、それぞれ間隙（２６ｍ） 、 （２６
ｂ）中の永久磁界と電流の相互作用により、軸方向にロ
ーレンツ力が働き、その結果ピストン（３ａ） 、 （
３ｂ） 、スリーブ（１９ａ） 、 （１９ｂ）及び可
動コイル（２０ａ） 、 （２０ｂ）からなる組立体は
左右の方向に振動を始める。
ｂ）中の永久磁界と電流の相互作用により、軸方向にロ
ーレンツ力が働き、その結果ピストン（３ａ） 、 （
３ｂ） 、スリーブ（１９ａ） 、 （１９ｂ）及び可
動コイル（２０ａ） 、 （２０ｂ）からなる組立体は
左右の方向に振動を始める。
今、第１可動コイル（２０ａ）と第２可動コイル（２０
ｂ）の特性を同一にし２間隙（２６ａ）及び間隙（２６
ｂ）内の磁界の強さを等しくした条件で、第１可動コイ
ル（２０ａ）と第２可動コイル（２０ｂ）に同位相、同
振幅の電流を流すと２間隙（２Ｂａ）と間隙（２６ｂ）
における磁界の方向が逆であるため、第１可動コイル（
２０ａ） と第２可動コイル（２０ｂ）は第３図（ｂ）
に示すように互いに逆方向に同振幅で振動し、この結果
、ピストン（３ａ）及び（３ｂ）で囲まれた圧縮空間（
−の体積が振動により周期的に変動することになる。ピ
ストン（３ａ） 、 （３ｂ）の振動により圧縮空間（
５）の体積が変化すると作動空間内に封入された作動ガ
スが圧ｍ、ｍ張を受け、ガスの圧力が変動する。更に、
乙の圧力変動は蓄熱器（９）の両端に周期的な圧力差の
変動をもたらし、この結果圧力差と弾性部材（３３）の
共振によりフリーディスプレーサ（２）がビスＩ・ン（
３ａ）、 （３ｂ）と同じ周波数で。
ｂ）の特性を同一にし２間隙（２６ａ）及び間隙（２６
ｂ）内の磁界の強さを等しくした条件で、第１可動コイ
ル（２０ａ）と第２可動コイル（２０ｂ）に同位相、同
振幅の電流を流すと２間隙（２Ｂａ）と間隙（２６ｂ）
における磁界の方向が逆であるため、第１可動コイル（
２０ａ） と第２可動コイル（２０ｂ）は第３図（ｂ）
に示すように互いに逆方向に同振幅で振動し、この結果
、ピストン（３ａ）及び（３ｂ）で囲まれた圧縮空間（
−の体積が振動により周期的に変動することになる。ピ
ストン（３ａ） 、 （３ｂ）の振動により圧縮空間（
５）の体積が変化すると作動空間内に封入された作動ガ
スが圧ｍ、ｍ張を受け、ガスの圧力が変動する。更に、
乙の圧力変動は蓄熱器（９）の両端に周期的な圧力差の
変動をもたらし、この結果圧力差と弾性部材（３３）の
共振によりフリーディスプレーサ（２）がビスＩ・ン（
３ａ）、 （３ｂ）と同じ周波数で。
かつ異なった位相で動くようになる。
ピストン（３ａＬ （３ｂ）とフリーディスプレーサ（
２）が異なった位相を持って動く時２作動空間内の作動
ガス（例えばヘリウム）は、逆スターリングサイクルと
して良く知られる熱力学的サイクルを構成し、膨張空間
（８）内に寒冷を発生させる。
２）が異なった位相を持って動く時２作動空間内の作動
ガス（例えばヘリウム）は、逆スターリングサイクルと
して良く知られる熱力学的サイクルを構成し、膨張空間
（８）内に寒冷を発生させる。
尚、上記“′逆スターリングサイクル″とその冷熱発生
の原理については２文献“Ｃｒｙｏｅｏｏｌｅｒｓ（Ｇ
、Ｗａｌｋｅｒ、Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ、１９８３． ｐｐ、１７７〜１２３）に詳細
に説明されている。
の原理については２文献“Ｃｒｙｏｅｏｏｌｅｒｓ（Ｇ
、Ｗａｌｋｅｒ、Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ、１９８３． ｐｐ、１７７〜１２３）に詳細
に説明されている。
従来のガスサイクル機関は以上のように構成されている
ので、上記第一コイルと第二コイルの抵抗やインダクタ
ンスに差があると、第一コイルと第二コイルに流れる電
流に差が生じ、これによって、第一ピストンと第二ピス
トンの往復運動の位相や振幅にも差が生じ、この結果、
ガスサイクル機関の振動が大きくなる問題点があった。
ので、上記第一コイルと第二コイルの抵抗やインダクタ
ンスに差があると、第一コイルと第二コイルに流れる電
流に差が生じ、これによって、第一ピストンと第二ピス
トンの往復運動の位相や振幅にも差が生じ、この結果、
ガスサイクル機関の振動が大きくなる問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、極低振動なガスサイクル機関を１辱ることを
目的とする。
たもので、極低振動なガスサイクル機関を１辱ることを
目的とする。
この発明にかかるガスサイクル機関は、第一コイルと第
二コイルを直列に接続したものであり。
二コイルを直列に接続したものであり。
第一コイルと第二コイルに流れる電流を同一にすること
により、第一ピストンと第二ピストンの往復運動の位相
や振幅のアンバランスを小さくシ。
により、第一ピストンと第二ピストンの往復運動の位相
や振幅のアンバランスを小さくシ。
ガスサイクル機関の振動を低減する。
この発明ｌこかかるガスサイクル機関は、第一コイルと
第二コイルが直列に接続され、第一コイルと第二コイル
に同一の電流が流れるため、第一コイルと第二コイルの
ピストンを動かす駆動力が等しくなり、これによって第
一ピストンと第二ビス！・ンの往復運動の位相や振幅の
アンバランスも小さくなるため、ガスサイクル機関の振
動が低減される。
第二コイルが直列に接続され、第一コイルと第二コイル
に同一の電流が流れるため、第一コイルと第二コイルの
ピストンを動かす駆動力が等しくなり、これによって第
一ピストンと第二ビス！・ンの往復運動の位相や振幅の
アンバランスも小さくなるため、ガスサイクル機関の振
動が低減される。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、 （３４）は外部配線であり、第一電気接
点（２５ａ） と第二電気接点（２５ｂ）を接続するこ
とにより第一コイル（２００と第二コイル（２０ｂ）が
電気的に直列に接続されるように配線されている。なお
２図中、第３図と同一符号の部品は同−又は相当部分を
示しており、ここでの説明は省略する。
図において、 （３４）は外部配線であり、第一電気接
点（２５ａ） と第二電気接点（２５ｂ）を接続するこ
とにより第一コイル（２００と第二コイル（２０ｂ）が
電気的に直列に接続されるように配線されている。なお
２図中、第３図と同一符号の部品は同−又は相当部分を
示しており、ここでの説明は省略する。
以下２本実施例の動作について説明する。図において、
第一電気接点（２４ａ）と第二電気接点（２４ｂ）に交
流電源（図示していない）を接続すると第一コイル（２
０ａ）と第二コイル（２０ｂ）には、順次、リード線（
２２ａ） 、 （２３ａ） 、外部配線（３４） 、リ
ード＠ （２２ｂｌ及び（２２ｂ）を介して交番電流が
流れる。すると。
第一電気接点（２４ａ）と第二電気接点（２４ｂ）に交
流電源（図示していない）を接続すると第一コイル（２
０ａ）と第二コイル（２０ｂ）には、順次、リード線（
２２ａ） 、 （２３ａ） 、外部配線（３４） 、リ
ード＠ （２２ｂｌ及び（２２ｂ）を介して交番電流が
流れる。すると。
可動コイル（２０ａ）及び（２０ｂ）には、環状間隙（
２６ａ）及び（２６ｂ）の永久磁界と電流の相互作用に
より。
２６ａ）及び（２６ｂ）の永久磁界と電流の相互作用に
より。
軸方向のローレンツ力が働き、その結果、ピストン（３
ａ）と（３ｂ）は軸方向に振動をし始める。乙の振（７
） （８） 動は、互いに同振動で逆方向の運動であるため。
ａ）と（３ｂ）は軸方向に振動をし始める。乙の振（７
） （８） 動は、互いに同振動で逆方向の運動であるため。
作動空間内に封入された作動ガスは圧縮、膨張を受け、
この結果、従来例において説明したのと全く同一の動作
原理により、膨張空間（８］内に寒冷が発生することに
なる。
この結果、従来例において説明したのと全く同一の動作
原理により、膨張空間（８］内に寒冷が発生することに
なる。
ここで２本実施例と従来例の違いは次の点にある。すな
わち２本実施例にわいては、第一コイル（２０ａ） と
第二コイル（２０ｂ）が直列に接続されているため、第
一コイル（２０ａ） と第二コイル（２０ｂ）の抵抗や
インダクタンスに差があっても、第一コイル（２０ａ）
と第二コイル（２０ｂ）に流れる電流は全く同一に
なる。こうして、第一ピストン（３ａ）と第二ピストン
（３ｂ）を駆動する力が等しくなることにより２両ピス
トンの往復運動の位相や振幅のアンバランスも小さくな
り、ガスサイクル機関の振動が従来例に比べ著しく低減
されるのである。
わち２本実施例にわいては、第一コイル（２０ａ） と
第二コイル（２０ｂ）が直列に接続されているため、第
一コイル（２０ａ） と第二コイル（２０ｂ）の抵抗や
インダクタンスに差があっても、第一コイル（２０ａ）
と第二コイル（２０ｂ）に流れる電流は全く同一に
なる。こうして、第一ピストン（３ａ）と第二ピストン
（３ｂ）を駆動する力が等しくなることにより２両ピス
トンの往復運動の位相や振幅のアンバランスも小さくな
り、ガスサイクル機関の振動が従来例に比べ著しく低減
されるのである。
以上のように、この発明によれば、第一ピストンと第二
ピストンの往復運動の位相や振幅のアンバランスが小さ
くなるため、極低振動なガスサイクル機関が得られる効
果がある。
ピストンの往復運動の位相や振幅のアンバランスが小さ
くなるため、極低振動なガスサイクル機関が得られる効
果がある。
第１図はこの発明の一実施例によるガスサイクル機関を
示す断面側面図、第２図は従来のガスサイクル機関を示
す断面側面図、第３図（ａ）は従来のガスサイクル機関
におけるピストンの運動の原理を示す説明図、及び第３
図（ｂ）はピストンの作用表面の変位を示す曲線図であ
る。 （３ａ）・第一ピストン、 （３ｂ）・第二ビス）・ン
。 （２０ａ）・・第一可動コイル、 （２０ｂ） は第
二可動コイル、 （２６ａ） 、 （２６ｂ）−間隙、
（２７ａ） 、 （２７ｂ） 永久磁石、 （３４
）・・外部配線。 なお２図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。
示す断面側面図、第２図は従来のガスサイクル機関を示
す断面側面図、第３図（ａ）は従来のガスサイクル機関
におけるピストンの運動の原理を示す説明図、及び第３
図（ｂ）はピストンの作用表面の変位を示す曲線図であ
る。 （３ａ）・第一ピストン、 （３ｂ）・第二ビス）・ン
。 （２０ａ）・・第一可動コイル、 （２０ｂ） は第
二可動コイル、 （２６ａ） 、 （２６ｂ）−間隙、
（２７ａ） 、 （２７ｂ） 永久磁石、 （３４
）・・外部配線。 なお２図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 永久磁石の作る磁束の間隙に挿入された第一及び第二可
動コイルに交番電流を流すことにより、上記各可動コイ
ルに各々連結された第一ピストン及び第二ピストンを互
いに同じ位相、及び同じ振幅で逆方向に振動させ、作動
ガスを圧縮、膨張させるよう構成したガスサイクル機関
において、第一及び第二可動コイルを外部配線により電
気的に直列に接続したことを特徴とするガスサイクル機
関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1341891A JPH0737862B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | ガスサイクル機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1341891A JPH0737862B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | ガスサイクル機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03199856A true JPH03199856A (ja) | 1991-08-30 |
| JPH0737862B2 JPH0737862B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=18349541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1341891A Expired - Lifetime JPH0737862B2 (ja) | 1989-12-28 | 1989-12-28 | ガスサイクル機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737862B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-28 JP JP1341891A patent/JPH0737862B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0737862B2 (ja) | 1995-04-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080426 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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