JPH042374Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、ヘリウム液化装置などの極低温冷凍
機に利用されるレシプロ式膨張機の支持構造に関
するものである。

［従来の技術］ 例えば、クロードサイクルを用いたHe液化装
置においては、ガス流量の少ない小型のものの場
合、システムに組み込む膨張機に効率面で有利と
なるレシプロタイプのものを使用することが多
い。そして、このレシプロ式膨張機の据付乃至配
置には、第３図に示すような形態を採るのが通例
である。すなわち、真空断熱容器（チヤンバ）２
の蓋部を兼ねるベース１に膨張シリンダ４Ａ，５
Ａの常温端側を固持させて該膨張シリンダ４Ａ，
５Ａを真空断熱容器２内に吊下状に垂下し、これ
を片持支持させるようにしている。このような支
持構造を採用する理由は、膨張シリンダ４Ａ，５
Ａの低温端側をフリーにして連結部材からの熱伝
導による熱侵入原因を最大限排除しなければなら
ないことなどの事情によるものである。そして、
膨張シリンダ４Ａ，５Ａには、その常温端側の開
口部からピストン４Ｂ，５Ｂが往復動可能に嵌装
されるとともに、ベース１上にピストン４Ｂ，５
Ｂが往復動仕事として取り出す膨張室４Ｃ，５Ｃ
内のHe（作動）ガスの膨張仕事を電気エネルギ等
に変換して吸収するための動力吸収機構６を設置
しているのが普通である。なお、この種膨張機
４，５では、図示のように膨張位相を違えた膨張
シリンダ４Ａ，５Ａを２段以上に並設して多気筒
運転により動力吸収を行なわしめることも一般的
である。

［考案が解決しようとする問題点］ ところが、上記の如き従来の支持構造による
と、次のような不都合を来たすことがある。これ
は、片持支持された膨張シリンダ４Ａ，５Ａの軸
心がピストン４Ｂ，５Ｂの軸心に対し傾倒し易い
ことである。本考案者が知見するところによる
と、このような原因には、真空断熱容器２内で膨
張シリンダ４Ａ，５Ａに連結される部材の熱伸縮
のアンバランスに起因するものと、動力吸収機構
６を設置するベース１の振動に起因するものとが
ある。すなわち、真空断熱容器２内の膨張シリン
ダ４Ａ，５Ａには、その低温端４ａ，５ａ側の膨
張室４Ｃ，５Ｃに作動ガスを吸、排気させるため
の吸気管４ｂ，５ｂや排気管４ｃ，５ｃが連結さ
れるが、これらは流通ガスの温度差などから熱歪
を生じ膨張シリンダ４Ａ，５Ａに微小ながらもあ
る程度の曲げモーメントを生じることは不可避な
ことである。また、ベース１は膨張仕事のアンバ
ランスに起因して動力吸引機構６と共に振動を起
こし易く、これによつても膨張シリンダ４Ａ，５
Ａの軸心に狂いを生じ易い。

そして、このような原因で膨張シリンダ４Ａ，
５Ａの軸心が傾倒すると、このシリンダに嵌装し
て往復動されるピストン４Ｂ，５Ｂに倒れモーメ
ントが加わり、これに伴ないピストンの円滑な運
動が阻害されると同時に、その摺動シール部での
摩耗や発熱が増加し、膨張機の作動、耐久性並び
に効率の諸点で性能の劣化を来たす。特に、低温
部での摺動による摩擦熱の発生は、寒冷生成能力
の低下につながり、非常に不都合となる。

本考案は、このような考察結果を基に、上述し
たレシプロ式膨張機における膨張シリンダの不都
合な傾倒問題を、その低温端側への熱侵入の増加
を来たすことなく簡単な改良工夫により解決でき
る手段を提供せんとしたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、このような目的を達成するために、
その常温端側をベースに固持させて膨張シリンダ
を真空断熱容器内に片持支持するようにしたレシ
プロ式膨張機において、前記膨張シリンダの低温
端と対向する前記真空断熱容器の内面とに該膨張
シリンダにその軸心方向の張力を与える牽引杆ま
たは牽引索を張架したことを特徴としている。

［作用］ このようにして膨張シリンダに軸心方向の張力
を加えるようにすれば、前述した原因などで仮令
膨張シリンダに曲げモーメントや振動が作用して
もその軸心が容易に傾倒するすることがなくな
り、膨張シリンダの軸心を安定に保持させること
ができる。また、膨張シリンダに張力を与える牽
引部材は、それ自身真空断熱容器内に収容され、
しかも断面積の小さな杆状または索状のものを使
用するから容器からの熱伝導も無視でき、その低
温端側に熱侵入の増加を招くことも殆どない。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は、クロードサイクルのHe液化システ
ムに供されている２気筒運転のレシプロ式膨張機
について、その各膨張シリンダに本考案に係る支
持構造を利用したものを図示している。ここにお
いて、１はベースであり、このベース１はシステ
ムに必要な膨張機４，５及び熱交換器（図示せ
ず）等を内部の真空室３に収容するための有底円
筒状の真空断熱容器２の密閉蓋を兼ねているとと
もに、真空室３内に収容される膨張機４，５とそ
の上に載架される動力吸収機構６の据付、支持プ
レートの役目を担つている。そして、このベース
１は膨張機４，５の取付周辺に当る中央部１ａを
凹成し、その外側に前記真空室３から上方に拡張
された真空室３ａ形成している一方、その内側に
後述する動力吸収機構６をコンパクトに収容する
ようにしている。

そして、このベース１にその常温端側を一体又
は別体に固設して有底円筒体をなす膨張シリンダ
４Ａ，５Ａを各々固持せしめ、各膨張シリンダ４
Ａ，５Ａをベース１側の片持支持で前記真空断熱
容器２内に吊下状に垂下させて取付けている。こ
れらの膨張シリンダ４Ａ，５Ａには、ベース１に
開口するその開口部から棒状ピストン４Ｂ，５Ｂ
がそれぞれ往復動可能に嵌装され、その各低温端
側に互いに180°位相を違えて拡縮される膨張室４
Ｃ，５Ｃを形成しているとともに、その各低温端
（シリンダ底部）４ａ，５ａに膨張室４Ｃ，５Ｃ
に作動ガスを吸排させるための吸気管４ｂ，５ｂ
と排気管４ｃ，５ｃとを各々所要の吸、排気弁を
介して接続連通させている。また、膨張シリンダ
４Ａ，５Ａに摺動シールを介して気密に嵌装され
る前記ピストン４Ｂ，５Ｂは、その膨張室４Ｃ，
５Ｃの膨張過程における高圧ガスの膨張仕事を伝
達吸収すべくベース１上に設置した前記動力吸収
機構６と連結されている。この動力吸収機構６の
構成について詳述すると、ピストン４Ｂ，５Ｂは
ロツド６ａ，６ａを介してそれぞれクランクシヤ
フト６ｂに連結され、それらの往復動運動が回転
運動に変換されるようになつているとともに、こ
のクランク６ｂの回転をギヤ６ｃ，６ｄで増速変
向して発電機のロータデイスク６ｅを高速回転さ
せ、ピストン４Ｂ，５Ｂから伝達されるガスの膨
張仕事を最終的にその発電コイル６ｆに励起され
る電気エネルギに変換して吸収するようにしたも
のである。

かかる支持構造を有するレシプロ式膨張機４，
５において、各膨張シリンダ４Ａ，５Ａの低温端
に当るシリンダ底部４ａ，５ａと対向する真空断
熱容器２の底部内面３ａとの間に、各膨張シリン
ダ４Ａ，５Ａにその軸心方向の張力を与える小径
の牽引杆７，８をそれぞれ張架している。この牽
引杆７，８は、具体的には、その一旦がシリンダ
底部４ａ，５ａに固着されて該底部からその軸心
方向に真直に延長されるとともに、他端側に引張
バネ７ａ，８ａを有し、更にそのフツク端７ｂ，
８ｂを底部内壁３ａに設けた掛輪７ｃ，８ｃに引
掛けて適当な緊張状態をもたせて取付けられたも
のである。

さて、このようにして真空断熱容器２内の膨張
シリンダ４Ａ，５Ａにそれぞれ軸心方向の張力を
付加したものであると、その吸、排気管４ｂ，５
ｂ，４ｃ，５ｃの熱歪やベース１の振動などに起
因して膨張シリンダ４Ａ，５Ａにその軸心を変位
させようとする力が加わつても、牽引杆７，８に
よつて付与されている張力がこの力をによる変位
を減殺するように働き、その軸心が傾くのを有効
に防止する。このため、膨張シリンダ４Ａ，５Ａ
の軸心に狂い生じてピストン４Ｃ，５Ｃに倒れモ
ーメントが作用したり、摺動シールに異常摩耗や
発熱を起すことのない正確な位置に膨張シリンダ
４Ａ，５Ａの軸心を恒久的に保持することが可能
となる。また、膨張シリンダ４Ａ，５Ａに張力を
与える牽引杆７，８は、それ自身真空断熱容器２
内に収容され、しかもその張力が小さなもので足
るから断面積の小さなものを十分であつて、それ
故熱伝導による熱侵入も無視することができる。
そして、これら牽引杆７，８の取付構造も簡易な
ものであるから構造複雑化を招かず容易に実施で
きるという簡便さがある。

また、第１図に図示した実施例のものでは第３
図に掲げた従来構造のものと比較すると、次のよ
うな利点を併せもつものとなつている。これは、
従来のシステム構成のものでは、全て、その動力
吸収機構６がベース１上に突出する構造になつて
いたのに対し、このものではベース１の中央部１
ａに凹部を設けこの中に動力吸収機構６を完全に
収容する構造にしていることである。すなわち、
従来のものに比較すると無駄容積がなくて嵩ばら
ず、その動力吸収機構６の外周に余分に設けられ
る真空室３ａ内に熱交換器等を収容して真空室３
のスペースを有効利用するようにすれば、膨張機
４，５を含めたシステム全体としての小型集約化
が図れることが挙げられる。

以上、一実施例について説明したが、本考案に
係るところの膨張シリンダ４Ａ，５Ａにその軸心
方向の張力を付与するための手段については、必
ずしも上例のように牽引杆７，８を使用するもの
に限らず、他の手段によることもできる。第２図
はそのような変形例の一つを示しており、この場
合、膨張シリンダ４Ａ等におけるシリンダ底部４
ａ等の中心と、対向する真空断熱容器２の底部内
面２ａの等距離位置２箇所とに掛輪９ａと９ｂ，
９ｂを設け、これに適宜素材からなる牽引索９を
左右対称な３角形をつくるように挿通しかつその
両端を引締ナツト９ｃ等で緊締して、２方向に分
岐する牽引索９の合力として膨張シリンダ４Ａ等
に軸心方向の張力を与えるようにしたものであ
る。このほか、膨張シリンダに真空断熱容器の内
面との間に牽引杆又は牽引索を張架してその軸心
方向の張力を付与するための手段として、種々の
変形例が利用可能である。

なお、実施例ではその膨張シリンダ等の支持形
態として、これをベースから垂下させて片持支持
するようにしたものを示したが、本考案は逆にベ
ースから膨張シリンダを倒立する形態のものにつ
いても同様に適用できることは言うまでもない。
また、牽引をしつつも膨張機をある地点以上に変
動しないよう固定する手段（ストツパ）を設ける
ようにしてもよい。

［考案の効果］ 以上に述べたように、本考案は、膨張シリンダ
の低温端と真空断熱容器の内面とに牽引杆又は牽
引索を張架するだけの至極簡易な工夫により、ベ
ースに片持支持された膨張シリンダの軸心の傾倒
を防止でき、かかる変位に基づくレシプロ式膨張
機の性能低下や摺動シールの摩耗、発熱問題を解
決することができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すレシプロ式膨
張機の側断面図、第２図はその変形例を示す部分
側面図である。第３図は従来例を示すレシプロ式
膨張機の要部側断面図である。 １……ベース、１ａ……ベース中央部（凹部）、
２……真空断熱容器、２ａ……容器の底部内面、
３，３ａ……真空室、４，５……膨張機、４Ａ，
５Ａ……膨張シリンダ、４Ｂ，５Ｂ……ピスト
ン、４Ｃ，５Ｃ……膨張室、４ａ，５ａ……低温
端（シリンダ底部）、４ｂ，５ｂ……吸気管、４
ｃ，５ｃ……排気管、６……動力吸収機構、７，
８……牽引杆、７ａ，８ａ……引張バネ、９……
牽引索、９ｃ……引締ナツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. その常温端側をベースに固持させて膨張シリン
   ダを真空断熱容器内に片持支持するようにしたレ
   シプロ式膨張機において、前記膨張シリンダの低
   温端と対向する前記真空断熱容器の内面とに該膨
   張シリンダにその軸心方向の張力を与える牽引杆
   または牽引索を張架したことを特徴とするレシプ
   ロ式膨張機の支持構造。