JPH0424621B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、スターリングサイクル冷凍機によ
る予備冷却と、膨張弁を用いた等エンタルピー膨
張による冷却で、冷媒を液化させるための膨張弁
付き蓄冷式冷凍機に関するものである。

（従来の技術） 近年、He液化温度４〓近辺で特定の金属に生
じる超電導現象を利用した超電導応用機器が開発
されるに伴つて、４〓レベルの冷凍機、He液化
装置、He再凝縮装置が注目されつつある。従来
の超電導応用技術の開発段階では、主に大型また
は中型のHe液化装置に適した大容量のクロード
サイクルが一般的に用いられていたが、最近、医
療診断装置NMR−CTや磁気浮上列車のような
超電導応用機器が開発されるにつれて、冷凍機は
小型化に向いつつある。

そこで、クロードサイクルの小型化が図られる
とともに、ジユールトムソン弁（以下、一般的呼
称を用いて「膨張弁」と称する。）付き蓄冷式冷
凍サイクルが用いられるようになつた。後者の一
例を第４図に示す。この膨張弁付き蓄冷式冷凍サ
イクルは、蓄冷式冷凍機９０と、膨張弁系のHe
液化装置９１とが組み合わされて構成されてい
る。蓄冷式冷凍機９０は、圧縮機９２と蓄冷器を
備えたデイスプレーサ９３とから成り、また、
He液化装置９１は、圧縮機９４と、多段に設け
られた熱交換器９５ａ〜９５ｃと、膨張弁９６
と、凝縮部９７とから成る。別置きタイプの圧縮
機９２，９４を除く他の冷凍機器は、コールドボ
ツクス９８内に収容されており、これによつて、
冷凍機の小型化が達成される。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、上記先行技術では、圧縮機９２，９
４とコールドボツクス９８との配管が必要とな
り、構造が複雑化し、冷凍機全体をコンパクトに
することができない。そこで、蓄冷式冷凍機９０
をスターリングサイクルシステム（特開昭58−
69366号公報、特開昭54−149958号公報参照）と
し、一方の圧縮機９２をコールドボツクス９８内
に収容することは可能であるが、他方の圧縮機９
４の問題は依然として解決されず、構造の複雑化
を解消するに至らない。しかも、上記スターリン
グサイクルシステムの冷凍能力を高めようとすれ
ば、蓄冷式冷凍機９０が大型化し、これによつ
て、冷凍機全体のコールドボツクス９８への収容
そのものが容易でなくなる。

この発明は上記従来の問題点を解消するために
なされたもので、構造が簡単で、コンパクトな膨
張弁付き蓄冷式冷凍機を提供することを目的とす
る。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は、駆動
機で回転駆動されるクランク軸に、同軸方向に間
隔をあけて一対の偏心した胴部を設けており、一
方の胴部に対応して複数の第１圧縮ピストンを放
射状に配置するとともに、他方の胴部に対応して
複数の第２圧縮ピストンを放射状に配置し、各胴
部に各圧縮ピストンの連接棒を連結することによ
り、一対のラジアル型のピストン駆動装置を構成
している。また、上記クランク軸と同心状に複数
のデイスプレーサを配置し、クランク軸の一端部
に固定されたカム部材の外周に、クランク軸の軸
方向に変位するカム溝を設け、このカム溝に駆動
体を挿入し、上記デイスプレーサをクランク軸の
軸方向へ往復動させるロツドを上記駆動体に連結
することにより、デイスプレーサ駆動装置を構成
している。上記カム溝の形状は、上記第１圧縮ピ
ストンに対して、対応するデイスプレーサの位相
がほぼ90度進むことができるように設定されてい
る。また、冷媒液化装置の膨張弁は、熱交換器お
よびデイスプレーサのコールドヘツドを介して上
記第２圧縮ピストン側の圧縮室の吐出口に連通し
ている。また、凝縮部は、その流入側が上記膨張
弁に連通し、その流出側が熱交換器を介して上記
圧縮室の吸引口に連通している。

（作用） この発明によれば、ラジアル型の膨張弁系およ
びスターリングサイクル冷凍機系ピストン駆動装
置をクランク軸の軸方向に連結し、単一の駆動機
で各ピストン駆動装置を駆動するようにしたの
で、構造が簡略化するとともに小型化する。した
がつて、膨張弁系およびスターリングサイクル冷
凍機系のすべての冷凍機器をコールドボツクス内
に容易に収容することができる。

また、一方のラジアル型ピストン駆動装置と、
このピストン駆動装置のクランク軸と同心状に配
置された複数のデイスプレーサを有するデイスプ
レーサ駆動装置とを組み合わせて、スターリング
サイクル冷凍機を構成したので、冷凍能力を向上
させるために圧縮ピストンおよびデイスプレーサ
の数を増しても、冷凍機全体の大型化が避けられ
る。

また、ラジアル型ピストン駆動機構を採用した
ので、ガス圧縮荷重の大部分がクランク軸上で相
殺されることとなり、圧縮力のバランスを比較的
容易に保つことができる。したがつて、クランク
軸を支える軸受部への荷重を減少できるので、ク
ランク軸のケーシングおよび軸受部を全体的にコ
ンパクト化することができる。

また、圧縮ピストンを放射状に配置したので、
ピストン径を大としても装置全体が大型化するこ
とがない。したがつて、容易に出力の増大が図ら
れる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面にしたがつて説
明する。

第１図は、膨張弁付き蓄冷式冷凍機の系統図で
ある。図において、コールドボツクス７５内の膨
張弁付き蓄冷式冷凍機１００は、スターリングサ
イクル冷凍機１と膨張弁系の冷媒液化装置５０と
が組み合わされて構成されており、駆動軸には、
基本的には、ラジアル型の膨張弁系ピストン駆動
装置５１と、ラジアル型のスターリングサイクル
冷凍機系ピストン駆動装置２と、デイスプレサー
駆動装置３とがこの順序で連結されて構成されて
いる。

スターリングサイクル冷凍機１は、第２図に示
されるように、駆動機６を備えており、駆動機６
は、減速機５を介してクランク軸４に連結されて
いる。減速機５は、たとえば遊星歯車機構や、か
さ歯車機構である。減速機５および駆動機６は、
系内の作動ガスが漏れないように気密構造とされ
る。クランク軸４は、気密なクランクケース７内
を上下に貫通しており、低蒸気圧のグリース密封
型のころ軸受８ａ〜８ｄによりあクランクケース
７内に回転自在に支持されている。

クランク軸４には、軸方向（第２図の上下方
向）に間隔をあけて一対の胴部９ａ，９ｂが設け
られており、各胴部９ａ，９ｂはクランク軸４よ
りも大径で、かつクランク軸４に対してそれぞれ
偏心している。膨張弁系ピストン駆動装置５１
は、減速機５側の胴部９ｂに対応して設けられ、
また、スターリングサイクル冷凍機系ピストン駆
動装置２は、デイスプレーサ駆動装置３側の胴部
９ａに対応して設けられている。各ピストン駆動
装置２，５１は類似の構成を有しており、対応す
る部分には同一の符号を付して、以下説明する。
すなわち上記胴部９ａ，９ｂには、低蒸気圧のグ
リース密封型のころ軸受１０を介して外輪１１が
回転自在に嵌め込まれている。外輪１１の外周面
には、第１および第２圧縮ピストン１７ａ，１７
ｂに連結された連接棒１３のすべり軸受１３ａが
摺接している。すべり軸受１３ａには、一定の厚
みで無潤滑材料が固着されている。無潤滑材料
は、たとえば高分子軸受材料または焼結軸受材料
のように摺動性および耐摩耗性に良好なものが選
ばれている。なお、１２はオイルシールである。

連接棒１３は、外輪１１の径方向に放射状に４
個配置されている。各連接棒１３の下端フランジ
部１３ｂには、無潤滑材料から成る一対の案内リ
ング１４ａ，１４ｂが嵌め込まれている。案内リ
ング１４ａ，１４ｂにより、各連接棒１３のすべ
り軸受１３ａと外輪１１との上記接触状態が維持
されるとともに、連接棒１３の矢印Ａで示す方向
への摺動が阻止される。また、案内リング１４
ａ，１４ｂにより、外輪１１とすべり軸受１３ａ
とのすべり摩擦熱がクランクケース７に伝えら
れ、すべり軸受１３ａ付近の低温が保たれる。

胴部９ａ側の連接棒１３は、球面軸受１９ａを
介して第１圧縮ピストン１７ａに連結され、胴部
９ｂ側の連接棒１３は、球面軸受１９ｂを介して
第２圧縮ピストン１７ｂに連結されている。第１
圧縮ピストン１７ａは、第３図に示されるよう
に、クランクケース７に周方向に等間隔をあけて
放射状に突設された第１シリンダ１８ａ内に個別
に収容されており、また第２図の第２圧縮ピスト
ンは、上記第１シリンダ１８ａに対応してクラン
クケース７に放射状に突設された第２シリンダ１
８ｂ内に個別に収容されている。第２シリンダ１
８ｂには、比較的小径な第３シリンダ１８ｃが第
２シリンダ１８ｂと同軸方向に連設されており、
第３シリンダ１８ｃ内の第３圧縮ピストン１７ｃ
は、ピストン棒１５を介して上記第２圧縮ピスト
ン１７ｂに連設されている。第２シリンダ１８ｂ
内の圧縮室２０ｂは、ピストン棒１５が摺動自在
に貫通した遮蔽部８５およびシールリング５４に
よつて、隣接する第３シリンダ１８ｃ内部の背面
室２１ｃと気密に遮蔽されている。

なお、上記球面軸受１９ａ，１９ｂは、高分子
系または焼結合金系の無潤滑材料から成り、第１
〜第３圧縮ピストン１７ａ，〜１７ｃのピストン
リング２２およびライダリング２３は、合成樹脂
系の無潤滑材料から成る。また、各圧縮ピストン
１７ａ，１７ｂには、上記案内リング１４ａ，１
４ｂおよびすべり軸受１３ａの摩耗による粉塵が
圧縮室２０ａ，２０ｂ内に侵入しないように、防
塵機能を有するスクレーパリング２４が装着され
ている。

第１〜第３シリンダ１８ａ〜１８ｃの化圧縮室
２０ａ〜２０ｃ、およびクランクケース７内の各
背面室２１ａ，２１ｂには、冷媒としてのHeガ
スが所定圧力でそれぞれ充填されている。各圧縮
室２０ａ〜２０ｃには、運転中常に圧縮ピストン
１７ａ〜１７ｃの慣性力、ピストンリング２２お
よびライダリング２３の摩擦力に打ち勝つところ
の圧縮荷重が働き、上記連接棒１３と外輪１１と
は、その圧縮荷重をもつて接触している。なお、
２５ａ，２５ｂは、シリンダ１８ａ，１８ｂの冷
却水通路であり、この冷却水に、Heガスの圧縮
熱、各リング２２，２３の摺動摩擦熱、球面軸受
１９ａ，１９ｂの摺動摩擦熱がそれぞれ吸収され
る。

第２シリンダ１８ｂには、圧縮室２０ｂに臨む
第１吸入口５５および第１吐出口５６が穿設され
ており、また、第３シリンダ１８ｃには、圧縮室
２０ｃに臨む第２吸引口５７および第２吐出口５
８が穿設されている。第１吐出口５６と第２吸引
口５７とは、連通管（図示せず）を介して連通し
ている。なお、８０，８１は吸入弁であり、８
２，８３は吐出弁である。

第２吐出口５８は、第１図に示されるように、
膨張弁系の往路５９を介して凝縮部６１の流入口
６２に連通しており、第１吸引口５５は、膨張弁
系の復路６０を介して凝縮部６１の流出口６３に
連通している。往路５９および復路６０は、第１
〜第３向流型熱交換器６４〜６６内にそれぞれ導
かれており、さらに、往路５９の途中には、後述
するデイスプレーサ４１のコールドヘツド４７
ａ，４７ｂに導かれた冷却管６７，６８と膨張弁
であるジユールトムソン弁６９とが介在されてい
る。熱交換器６４〜６６および冷却管６７，６８
は、上記第２圧縮ピストン１７ｂ（第２図）で圧
縮された約300〓のHeガスを順次的に冷却し、約
15〓に低温化して、膨張弁６９に供給する役割を
果たす。また、膨張弁６９は、上記予備冷却され
たHeガスを、等エンタルピー膨張により４〓レ
ベルまで極低温化して、凝縮部６１に供給する役
割を果たす。また、凝縮部６１は、膨張弁６９の
極低温化により凝縮された液体He５２を貯留す
るとともに、超電導コイル７２からの熱負荷によ
り気化したHeガスを膨張弁系の復路６０に導く
役割を果たす。被冷却体としての超電導コイル７
２は、液体He５２の冷凍出力を輸送するパイプ
７１の途中に介在されている。

つぎに、デイスプレーサ駆動装置３の構成につ
いて説明する。第２図のクランク軸４の上端部に
は、クランク軸４と同軸のカム部材３０が設けら
れている。クランク軸４とカム部材３０との間に
は、両者の回転運動を同一にするためのキー３１
が嵌入されている。カム部材３０の外周面には、
周方向に延びる矩形断面形状のカム溝３２が形成
されている。カム溝３２は、周方向に正弦波形状
となるように曲成されており、このカム溝３２に
は、周方向に等間隔をあけて４個のローラ状の駆
動体３３が挿入されている。各駆動体３３は、グ
リース密封型のころ軸受（図示せず）によりクラ
ンク軸４と垂直な軸線まわりに回転自在の状態
で、クランク軸４と同心状に配置された４つのロ
ツド３４にボルトおよびナツト４９によつて個別
に締結されている。各ロツド３４は、クランク軸
４と同軸方向に延びており、低蒸気圧のグリース
密封型の軸受３６ａ，３６ｂにより気密なケーシ
ング２８内に往復動自在に支持されている。

上記各ロツド３４は、ロツド３４と同軸方向に
延びる４個のデイスプレーサ用シリンダ４０内の
各デイスプレーサ４１に個別に連結されている。
デイスプレーサ４１は、ロツド３４の先端部に連
結された比較的大径の第１のデイスプレーサ４１
ａと、第１デイスプレーサに連結された比較的小
径の第２デイスプレーサ４１ｂとから成る。第１
デイスプレーサ４１ａとロツド３４との連結部に
は、気密な背面室４２が設けられており、この背
面室４２は、通路４３および熱交換器４４を介し
て圧縮ピストン用シリンダ１８内の圧縮室２０に
連通している。熱交換器４４は、複数の水冷パイ
プが組込まれて構成される。

第１デイスプレーサ４１ａ内には、金網（蓄冷
材）が積層されて成る第１蓄冷器３８ａが組込ま
れており、また、第２デイスプレーサ４１ｂ内に
は、鉛粒（蓄冷材）が充填されて成る第２蓄冷器
３８ｂが組込まれている。第１デイスプレーサ４
１ａと第２デイスプレーサ４１ｂとの連結部に
は、気密な第１膨張室４６ａが設けられており、
この第１膨張室４６ａの近傍には、デイスプレー
サ用シリンダ４０の各第１膨張室４６ａのすべて
に連通する環状の第１コールドヘツド４７ａが設
けられている。また、第２デイスプレーサ４１ｂ
の先端部には、気密な第２膨張室４６ｂが設けら
れており、この第２膨張室４６ｂの近傍には、デ
イスプレーサ用シリンダ４０の各第２膨張室４６
ｂのすべてに連通する環状の第２コールドヘツド
４７ｂが設けられている。第１および第２膨張室
４６ａ，４６ｂは、第１および第２蓄冷器３８
ａ，３８ｂを介して上記ロツド３４側の背面室４
２に連通している。

つぎに、膨張弁系ピストン駆動装置５１と冷媒
液化装置５０の動作について説明する。

まず、第２図の駆動機６を作動すると、クラン
ク軸４は、減速機５により一定回転数に減速され
て回転駆動する。クランク軸４の偏心した一方の
胴部９ｂの回転運動は、ころ軸受１０および外輪
１１を介して連接棒１３の往復運動に変換され
る。胴部９ｂの偏心により、第２および第３圧縮
ピストン１７ｂ，１７ｃは、第２および第３シリ
ンダ１８ｂ，１８ｃ内をそれぞれ往復運動する。
このとき、まず、膨張弁系の復路６０（第１図）
内の１〜2atmのHeガスが、第１吸入弁８０によ
り第２圧縮室２０ｂ内に吸入され、第２圧縮ピス
トン１７ｂで所定の中間圧力まで昇圧されて、第
１吐出弁８２により第１吐出口５６から吐出され
る。吐出されたHeガスは、図示しない連通管を
介して第２吸入弁８１により第３圧縮室２０ｃ内
に吸入され、第３圧縮ピストン１７ｃで吐出圧力
20atmまで昇圧されて、第２吐出弁８３により第
２吐出口５８から第１図の膨張弁系の往路５９内
に吐出される。往路５９内に吐出された高温、高
圧のHeガスは、第１〜第３熱交換器６４〜６６
で段階的に低温化されるとともに、冷却管６７，
６８でデイスプレーサ４１のコールドヘツド４７
ａ，４７ｂの冷凍出力を得て、最終的には、15〓
Ｋに低温化される。このように予備冷却された
Heガスは、膨張弁６９で等エンタルピー膨張に
より４〓レベルにまで極低温化され、凝縮部６１
内に導かれて超電導コイル７２のための冷凍出力
を生じる。超電動コイル７２の熱負荷により気化
したHeガスは、凝縮部６１内の液体He５２と分
離されて膨張弁系の復路６０に導かれ、上記第１
〜第３熱交換器６４〜６６で往路５９側のHeガ
スから熱を奪い、自らは高温ガスとなつて、第２
の第１吸入弁８０により第２圧縮室２０ｂ内に吸
入されて、上記一連の圧縮、予備冷却および極低
温工程を繰り返す。

つぎに、スターリングサイクル系ピストン駆動
装置２およびデイスプレーサ駆動装置３の動作に
ついて説明する。

第２図のクランク軸４の偏心した胴部９ａの回
転運動もまた、ころ軸受１０および外輪１１を介
して連接棒１３の往復運動に変換される。胴部９
ａの偏心により４個の第１圧縮ピストン１７ａ
は、90度の位相差で第１シリンダ１８ａ内をそれ
ぞれ往復運動する。

一方、クランク軸４の回転トルクは、カム部材
３０に伝達され、カム部材３０のカム溝３２に挿
入された駆動体３３を介してロツド３４の往復運
動に変換される。カム溝３２の正弦波形状によつ
て４個のデイスプレーサ４１は、対応する圧縮ピ
ストン１７の位相よりも90度進んでシリンダ４０
内をそれぞれ往復動する。

つぎに、スターリングサイクル冷凍機１の１サ
イクル４工程、つまり等温圧縮工程、等容工程、
等温膨張工程、等容工程について説明する。

まず、等温圧縮工程において、デイスプレーサ
４１がデイスプレーサ用シリンダ４０の上端に位
置し、第１圧縮ピストン１７ａが圧縮ピストン用
シリンダ１８ａの下端に位置した状態から、第１
圧縮ピストン１７ａが上昇すると、第１圧縮室２
０ａ内のHeガスが圧縮されて熱交換器４４およ
び通路４３を通つて背面室４２内に流入する。こ
のとき、生じたガス圧縮熱の一部は、水冷構造の
シリンダ１８に吸収され、残余の圧縮熱は、熱交
換器４４に吸収されるもので、理想的には、等温
圧縮工程となる。

つぎに、等容工程において、デイスプレーサ４
１が下降すると、背面室４２内のHeガスは、第
１蓄冷器３８ａ内を通過して第１膨張室４６ａに
流入し、さらに、一部のHeガスは第２蓄冷器３
８ｂ内を通過して第２膨張室４６ｂに流入する。
このとき、Heガスは、第１および第２蓄冷器３
８ａ，３８ｂを通過する際に各蓄冷材に熱を奪わ
れて冷却されるとともに圧力も低下し、第１およ
び第２膨張室４６ａ，４６ｂにおいて所定圧力の
低温ガスとなる。これは容積一定の等容変化であ
る。

つぎに、等温膨張工程において、第１圧縮ピス
トン１７ａが下降すると、第１および第２膨張室
４６ａ，４６ｂ内のHeガスが膨張により寒冷化
する。このとき、第１および第２コールドヘツド
４７ａ，４７ｂから熱を奪い、Heガスは結果的
には温度一定の等温膨張を行なう。Heガスが奪
つた熱量が冷凍機１の冷凍出力である。

つぎに、等容工程において、デイスプレーサ４
１が上昇すると、第１および第２膨張室４６ａ，
４６ｂ内のHeガスは、第１および第２蓄冷器３
８ａ，３８ｂ内を通過してロツド３４側の背面室
４２内に流入し、さらに、熱交換器４４を通つて
第１圧縮室２０ａ内に流入する。このとき、He
ガスは、第１および第２蓄冷器３８ａ，３８ｂ内
の各蓄冷材を冷却しつつ自らは高温となり、圧力
も高まる。これは容積一定の等容変化である。

上記一連の動作の繰り返しにより、第１および
第２コールドヘツド４７ａ，４７ｂにおいて連続
的な冷凍出力を得ることができる。

上記構成において、スターリングサイクル系圧
縮機と膨張弁系圧縮機とを、偏平な一対のラジア
ル型ピストン駆動装置２，５１により構成したの
で、クランク軸４の軸方向に占める各圧縮機の空
間占有領域を狭めることができる。これによつ
て、冷凍機全体を小型化することができる。ま
た、各ピストン駆動装置２，５１をクランク軸４
と同軸方向に直結したので、単一の駆動機６で各
ピストン駆動装置２，５１を駆動することができ
る。さらに、クランク軸４をデイスプレーサ駆動
装置３に直結するスターリンサイクルシステムを
採用したので、構造が簡略化するとともに小型化
する。したがつて、この考案に係る膨張弁付き冷
凍機１００を容易にコールドボツクス７５内に収
容することができる。このため、従来のような別
置きタイプの圧縮機とコールドボツクスとの配管
が不必要となるので、構造が複雑とならず、冷凍
機全体のコンパクト化が達成される。

また、ラジアル型のピストン駆動装置２と、こ
のピストン駆動装置２のクランク軸４と同心状に
配置された複数のデイスプレーサ４１を有するデ
イスプレーサ駆動装置３とを組み合わせて、スタ
ーリングサイクル冷凍機１を構成したので、冷凍
能力を向上させるために第１圧縮ピストン１７ａ
およびデイスプレーサ４１の数を増やしても、冷
凍機全体の大型化が避けられる。

また、偏心クランク機構により駆動される第１
および第２圧縮ピストン１７ａ，１７ｂを放射状
に配置したので、圧縮ピストン用シリンダ１８
ａ，１８ｂ内のガス圧荷重の大部分が相殺され
て、クランク軸４を支える軸受部への圧縮荷重を
減少することができる。したがつて、軸受部やク
ランクケース７のコンパクト化を図ることができ
る。

また、ガス圧荷重が相殺されることから、第１
および第２圧縮ピストン１７ａ，１７ｂの径を大
にすることができ、これによつて、出力の増大を
図ることができる。しかも、圧縮ピストン用シリ
ンダ１８ａ，１８ｂが放射状に設けられるので、
シリンダ径を大きくしても冷凍機全体の軸方向
（第２図の上下方向）の寸法は増大しない。

また、この実施例では、膨張弁系ピストン駆動
装置５１を、第２および第２圧縮ピストン１７
ｂ，１７ｃで構成し、膨張弁系内のHeガスを２
段階で圧縮するようにしたので、Heガスの圧縮
比を高めることができる。これによつて、吸入圧
力がたとえば１〜2atmと低くても、20atmの吐
出圧力を得ることができ、膨張弁系における凝縮
効率を高めることができる。

また、系内を以下に述べる方法でオイルフリー
の状態としたので、無給油による長寿命化および
構造の簡略化が図られるとともに、クランクケー
ス７の背面室２１ａ，２１ｂ内の冷媒ガスが仮り
に圧縮室２０ａ，２０ｂ内に侵入しても、内部の
汚染が防がれる。これによつて、蓄冷材の汚染防
止、伝熱性の向上および圧力損失の低下が達成さ
れ、冷凍機１の性能および信頼性が向上する。す
なわち、クランク軸４の偏心した胴部９ａ，９ｂ
はかなり速い周速をもつが、胴部９ａ，９ｂの外
周面に摩擦係数の小さいグリース密封型のころ軸
受１０を設けたので、この部分の摩擦仕事を大幅
に低減することができる。さらに、ころ軸受１０
により外輪１１は、ほとんど自転運動をしなくな
るので、外輪１１の外周面に対する連接棒１３の
すべり軸受１３ａの相対運動を小さくすることが
できる。このため、すべり軸受１３ａを無潤滑材
料とすることができる。

さらにまた、デイスプレーサ４１の駆動方法と
して、カム部材３０を用いたので、カム部材３０
のカム溝３２の形状を駆動体３３とロツド３４の
往復運動に支障をきたさぬ範囲で適宜変更するこ
とにより、熱力学上最も好ましいデイスプレーサ
４１の往復運動を容易に達成することができる。

また、ピストン駆動装置２とデイスプレーサ駆
動装置３とを、クランク軸４とカム部材３０との
間に設けたキー３１で連結するようにしたので、
第１圧縮ピストン１７ａとデイスプレーサ４１の
各往復運動の位相差を任意に選ぶことができる。
この位相差は、冷凍出力に大きく影響する。理想
状態では位相差が０度で冷凍出力がゼロとなり、
位相差が90度で冷凍出力が最大となる。しかし、
実際には圧損その他により90度を少しはずれた90
度近傍に最適値が存在する。

上記実施例では、無潤滑方式を採用したけれど
も、軸受部に潤滑油を供給して、油による冷媒の
汚れを防ぐオイルシール機構を用いるようにして
もよい。

また、デイスプレーサ駆動装置３の円筒状のカ
ム部材３０に代えて、回転斜板を用いる構成とし
てもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、ラジ
アル型の膨張弁系およびスターリングサイクル冷
凍機系ピストン駆動装置をクランク軸の同軸方向
に連結し、単一の駆動機で各ピストン駆動装置を
駆動するようにしたので、構造が簡略化するとと
もに小型化する。したがつて、膨張弁系およびス
ターリングサイクル冷凍機系のすべての冷凍機器
をコールドボツクスに容易に収容することがで
き、コンパクトで構造の簡単な冷凍機を実現する
ことができる。

また、ラジアル型のピストン駆動装置と、この
ピストン駆動装置のクランク軸と同心状に配置さ
れた複数のデイスプレーサを有するデイスプレー
サ駆動装置とを組み合わせて、冷凍機を構成した
ので、冷凍能力を向上させるために圧縮ピストン
およびデイスプレーサの数を増やしても、冷凍機
全体の大型化を避けることができる。

また、圧縮ピストンが放射状に配置されている
ので、各シリンダのガス圧荷重の大部分が相殺さ
れる。したがつて、軸受部やケーシングを軽量か
つコンパクトにすることができる。しかも、出力
を増大させるためにシリンダ径を大にしても、装
置が複雑となつたり大型化したりすることが防が
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る膨張弁付き蓄冷式冷凍
機の系統図、第２図は、膨張弁付き蓄冷式冷凍機
の要部断面図、第３図は第２図の−線に沿つ
た断面図、第４図は従来の冷凍機の系統図であ
る。 １……スターリングサイクル冷凍機、２……ラ
ジアアル型ピストン駆動装置、３……デイスプレ
ーサ駆動装置、４……クランク軸、６……駆動
機、９ａ，９ｂ……胴部、１１……外輪、１３…
…連接棒、１７ａ，１７ｂ……圧縮ピストン、３
０……カム部材、３２……カム溝、３３……駆動
体、３４……ロツド、３８ａ，３８ｂ……蓄冷
器、４１……デイスプレーサ、４２……背面室、
４４，６４〜６６……熱交換器、４６ａ，４６ｂ
……膨張室、４７ａ，４７ｂ……コールドヘツ
ド、５５……吸入口、５８……吐出口、６１……
凝縮部、６９……膨張弁、１００……膨張弁付き
冷凍機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の圧縮ピストンで圧縮された第１の冷媒
   をデイスプレーサ内の蓄冷器を通して膨張室で低
   温化させるとともに、第２の圧縮ピストンで圧縮
   された第２の冷媒を上記第１の冷媒で予備冷却し
   た後に膨張弁に通して、等エンタルピー膨張によ
   り極低温化させる膨張弁付き蓄冷式冷凍機におい
   て、 駆動機で回転駆動されるクランク軸に、同軸方
   向に間隔をあけて一対の偏心した胴部を設け、一
   方の胴部に対応して複数の第１圧縮ピストンを放
   射状に配置するとともに、他方の胴部に対応して
   複数の第２圧縮ピストンを放射状に配置し、各胴
   部に各圧縮ピストンの連接棒を連結して成る一対
   のラジアル型のピストン駆動装置と、 複数のデイスプレーサを、上記クランク軸と同
   心状に配置し、上記クランク軸の一端部に固定さ
   れたカム部材の外周に、クランク軸の軸方向に変
   位するカム溝を設け、このカム溝に挿入された駆
   動体に、上記デイスプレーサをクランク軸の軸方
   向へ往復動させるロツドを連結し、上記第１圧縮
   ピストンに対して、対応するデイスプレーサの位
   相がほぼ90度進むように上記カム部材の形状を設
   定して成るデイスプレーサ駆動装置と、 第２の圧縮ピストン側の圧縮室の吐出口に、熱
   交換器およびデイスプレーサのコールドヘツドを
   介して連通した膨張弁と、流入側が膨張弁に連通
   し、流出側が熱交換器を介して上記圧縮室の吸引
   口に連通した凝縮部とを含む冷媒液化装置とを備
   えたことを特徴とする膨張弁付き蓄冷式冷凍機。