JPH05223382A - スターリング冷凍機 - Google Patents
スターリング冷凍機Info
- Publication number
- JPH05223382A JPH05223382A JP4023089A JP2308992A JPH05223382A JP H05223382 A JPH05223382 A JP H05223382A JP 4023089 A JP4023089 A JP 4023089A JP 2308992 A JP2308992 A JP 2308992A JP H05223382 A JPH05223382 A JP H05223382A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- displacer
- cold head
- phase difference
- driving frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Compressor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】フリーピストン型のスターリング冷凍機の長時
間の運用により生じる圧力損失変化に対して、冷凍機を
構成する圧縮機とディスプレーサの位相差を最適状態に
保持して最大冷凍効率を維持する。 【構成】圧縮機１はピストン２の往復運動により作動気
体７に圧力変化を与える。ピストン２の往復運動の繰返
し数、すなわち駆動周波数は駆動機８によって設定され
る。圧力変化を与えられた作動気体７は、コールドヘッ
ド３のディスプレーサ４に往復運動を与える。ディスプ
レーサ４は、オリフィス６を取り付け、バネ５によって
コールドヘッド３のケースに係止される。温度センサ１
０は、コールドヘッド３による冷却温度情報を取得して
駆動周波数制御部１１に供給，駆動周波数制御部１１は
駆動機８による駆動周波数を冷却温度情報に対応して、
ディスプレーサ４とピストン２の位相差を最適の一定値
に保持するように制御する。
間の運用により生じる圧力損失変化に対して、冷凍機を
構成する圧縮機とディスプレーサの位相差を最適状態に
保持して最大冷凍効率を維持する。 【構成】圧縮機１はピストン２の往復運動により作動気
体７に圧力変化を与える。ピストン２の往復運動の繰返
し数、すなわち駆動周波数は駆動機８によって設定され
る。圧力変化を与えられた作動気体７は、コールドヘッ
ド３のディスプレーサ４に往復運動を与える。ディスプ
レーサ４は、オリフィス６を取り付け、バネ５によって
コールドヘッド３のケースに係止される。温度センサ１
０は、コールドヘッド３による冷却温度情報を取得して
駆動周波数制御部１１に供給，駆動周波数制御部１１は
駆動機８による駆動周波数を冷却温度情報に対応して、
ディスプレーサ４とピストン２の位相差を最適の一定値
に保持するように制御する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はスターリング冷凍機に関
し、特にフリーピストン型のスターリング冷凍機に関す
る。
し、特にフリーピストン型のスターリング冷凍機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、冷凍サイクルとしてスターリング
サイクルを利用するこの種のフリーピストン型のスター
リング冷凍機は、ピストンを内蔵し、純ヘリウムガスな
どの作動気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機による作動気
体の圧力変化を受けて所望の低温を発生するコールドヘ
ッドと、圧縮機の内蔵ピストンを駆動する駆動機とを備
え、コールドヘッドで被冷却物の所定の低温に冷却す
る。
サイクルを利用するこの種のフリーピストン型のスター
リング冷凍機は、ピストンを内蔵し、純ヘリウムガスな
どの作動気体を圧縮する圧縮機と、圧縮機による作動気
体の圧力変化を受けて所望の低温を発生するコールドヘ
ッドと、圧縮機の内蔵ピストンを駆動する駆動機とを備
え、コールドヘッドで被冷却物の所定の低温に冷却す
る。
【０００３】図２は、従来のフリーピストン型のスター
リング冷凍機を模式的に示す構成図である。
リング冷凍機を模式的に示す構成図である。
【０００４】図２において、圧縮機１は純ヘリウムガス
などの作動気体７を内包し、これをピストン２の往復運
動で圧縮，膨張を繰り返しつつ圧力変化を与える。
などの作動気体７を内包し、これをピストン２の往復運
動で圧縮，膨張を繰り返しつつ圧力変化を与える。
【０００５】駆動機１２は、たとえばモータなどの回転
機による回転運動を直線往復運動に変化する形式で、直
結したピストン２を一定周波数かつ一定振幅で駆動す
る。
機による回転運動を直線往復運動に変化する形式で、直
結したピストン２を一定周波数かつ一定振幅で駆動す
る。
【０００６】コールドヘッド３は、多孔性かつ筒状のデ
ィスプレーサ４を有し、ディスプレーサ４の一端には中
心に開孔を設けた円板状のオリフィス６が取り付けら
れ、ディスプレーサ４とオリフィス６全体はバネ５でコ
ールドヘッド３のケースに係止される。
ィスプレーサ４を有し、ディスプレーサ４の一端には中
心に開孔を設けた円板状のオリフィス６が取り付けら
れ、ディスプレーサ４とオリフィス６全体はバネ５でコ
ールドヘッド３のケースに係止される。
【０００７】このコールドヘッド３は、圧縮機１の内包
する作動気体７を取り込み、その圧力変化によってディ
スプレーサ４が往復運動し、これによってディスプレー
サ４の一端を所定の低温度の冷却端とする。
する作動気体７を取り込み、その圧力変化によってディ
スプレーサ４が往復運動し、これによってディスプレー
サ４の一端を所定の低温度の冷却端とする。
【０００８】この場合、作動気体７の圧力変化と、ディ
スプレーサ４の往復運動の周波数は同じであるが、コー
ルドヘッド３の内部では圧力損失が生ずるため、作動気
体７，従ってピストン２と、ディスプレーサ４の両者間
には位相差を生ずる。
スプレーサ４の往復運動の周波数は同じであるが、コー
ルドヘッド３の内部では圧力損失が生ずるため、作動気
体７，従ってピストン２と、ディスプレーサ４の両者間
には位相差を生ずる。
【０００９】この位相差をもとらす圧力変化は、ディス
プレーサ４に取り付けたオリフィス６の開孔６１の径を
変えることによって変化させることができ、従って位相
差も変えることができる。
プレーサ４に取り付けたオリフィス６の開孔６１の径を
変えることによって変化させることができ、従って位相
差も変えることができる。
【００１０】スターリング冷凍機の場合には、上述した
位相差が冷凍性能に大きく影響し、駆動機１２の一定周
波数のもとで最適な位相差が確保できるようにオリフィ
ス６の開孔６１の径が設定されている。
位相差が冷凍性能に大きく影響し、駆動機１２の一定周
波数のもとで最適な位相差が確保できるようにオリフィ
ス６の開孔６１の径が設定されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のスター
リング冷凍機における駆動機によるピストン駆動の繰返
し周波数と、ピストン・ディスプレーサ間の位相差との
関係は、図４に示すとおりである。
リング冷凍機における駆動機によるピストン駆動の繰返
し周波数と、ピストン・ディスプレーサ間の位相差との
関係は、図４に示すとおりである。
【００１２】図４に示す如く、初期状態特性はＣ０で、
駆動機１２によるピストン２の駆動周波数ｆ０と、ピス
トン２とディスプレーサ４間の位相差ψ０の関係は、動
作点Ｐ０で示される。
駆動機１２によるピストン２の駆動周波数ｆ０と、ピス
トン２とディスプレーサ４間の位相差ψ０の関係は、動
作点Ｐ０で示される。
【００１３】初期状態特性Ｃ０は、その後、長時間運転
継続に伴ない特性Ｃ１，Ｃ２と変化しつつ推移する。こ
の変化は、コールドヘッド３の構成機材自体に含まれて
いるガス，いわゆるアウトガス放出などによる圧力損失
の増加によってもたらされる。
継続に伴ない特性Ｃ１，Ｃ２と変化しつつ推移する。こ
の変化は、コールドヘッド３の構成機材自体に含まれて
いるガス，いわゆるアウトガス放出などによる圧力損失
の増加によってもたらされる。
【００１４】この圧力損失の増加により、動作点はＰ
１，Ｐ２と変化し、これに対応して位相差もψ０からψ
１，ψ２と変化し、最適状態から逸脱して冷却性能が著
しく劣化してしまうという欠点がある。
１，Ｐ２と変化し、これに対応して位相差もψ０からψ
１，ψ２と変化し、最適状態から逸脱して冷却性能が著
しく劣化してしまうという欠点がある。
【００１５】本発明の目的は上述した欠点を除去し、位
相差を一定に保持して最適の冷却性能を維持することが
できるスターリング冷凍機を提供することにある。
相差を一定に保持して最適の冷却性能を維持することが
できるスターリング冷凍機を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の冷凍機は、ピス
トンならびに前記ピストンの往復運動で圧力変化を受け
る作動気体を内蔵した圧縮機と、前記ピストンを駆動す
る駆動機と、前記作動気体の圧力変化を受けて往復運動
するディスプレーサを内蔵して所定の低温度状態を確保
するコールドヘッドとを有するフリーピストン型のスタ
ーリング冷凍機において、長時間運転によってもたらさ
れる前記コールドヘッドの内蔵ディスプレーサに印加す
る前記作動気体の圧力損失にもとづく冷却機能の低下を
補償すべく前記駆動機による前記ピストンの駆動周波数
を変化させ、前記ピストンと前記ディスプレーサとの位
相差を所定の最適値に保持させる手段を備えて構成され
る。
トンならびに前記ピストンの往復運動で圧力変化を受け
る作動気体を内蔵した圧縮機と、前記ピストンを駆動す
る駆動機と、前記作動気体の圧力変化を受けて往復運動
するディスプレーサを内蔵して所定の低温度状態を確保
するコールドヘッドとを有するフリーピストン型のスタ
ーリング冷凍機において、長時間運転によってもたらさ
れる前記コールドヘッドの内蔵ディスプレーサに印加す
る前記作動気体の圧力損失にもとづく冷却機能の低下を
補償すべく前記駆動機による前記ピストンの駆動周波数
を変化させ、前記ピストンと前記ディスプレーサとの位
相差を所定の最適値に保持させる手段を備えて構成され
る。
【００１７】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１８】図１は、本発明の一実施例の構成図であ
る。
る。
【００１９】図１に示す実施例は、図２お従来例と同じ
圧縮機１と、コールドヘッド３のほか、ピストン２の駆
動周波数可変可能な駆動機８と、コールドヘッド３によ
って冷却される被冷却体９と、コールドヘッド３の冷却
温度を検知する温度センサ１０と、温度センサ１０の検
知温度に応じてピストン２とディスプレーサ４との位相
差を最適値に保持するように駆動機８によるピストン２
の駆動周波数を制御する駆動周波数制御器１１とを備え
て成る。
圧縮機１と、コールドヘッド３のほか、ピストン２の駆
動周波数可変可能な駆動機８と、コールドヘッド３によ
って冷却される被冷却体９と、コールドヘッド３の冷却
温度を検知する温度センサ１０と、温度センサ１０の検
知温度に応じてピストン２とディスプレーサ４との位相
差を最適値に保持するように駆動機８によるピストン２
の駆動周波数を制御する駆動周波数制御器１１とを備え
て成る。
【００２０】上述した構成機器のうち、圧縮機１とコー
ルドヘッド３は、図２に示す従来例と全く同一であるの
で、これらに関する個個の詳細な説明は省略する。
ルドヘッド３は、図２に示す従来例と全く同一であるの
で、これらに関する個個の詳細な説明は省略する。
【００２１】次に、本実施例の動作について説明する。
【００２２】圧縮機のピストン２は、駆動機８によって
往復運動を与えられ、純粋ヘリウムガスを利用する作動
気体７に圧力変化を与える。
往復運動を与えられ、純粋ヘリウムガスを利用する作動
気体７に圧力変化を与える。
【００２３】駆動機８は、ＤＣモータを利用する回転機
の回転運動を往復運動に変化してピストン２を駆動す
る。ピストン２の往復運動の繰返しは駆動機８の駆動周
波数に対応して決定され、駆動機８は、駆動周波数制御
器１１から出力される制御信号によって、ＤＣモータの
電源電圧を制御されることによって回転数，すなわち駆
動周波数を制御される。
の回転運動を往復運動に変化してピストン２を駆動す
る。ピストン２の往復運動の繰返しは駆動機８の駆動周
波数に対応して決定され、駆動機８は、駆動周波数制御
器１１から出力される制御信号によって、ＤＣモータの
電源電圧を制御されることによって回転数，すなわち駆
動周波数を制御される。
【００２４】駆動周波数制御器１１は、温度センサ１０
からコールドヘッド３の冷却温度に関する温度情報を取
得し、この温度情報にもとづいて駆動機８の駆動周波数
を制御し、ピストン２とディスプレーサ４の位相差が最
適状態に保持されるようにする。
からコールドヘッド３の冷却温度に関する温度情報を取
得し、この温度情報にもとづいて駆動機８の駆動周波数
を制御し、ピストン２とディスプレーサ４の位相差が最
適状態に保持されるようにする。
【００２５】図２は、図１の実施例における駆動周波数
と位相差の関係を示す特性図である。
と位相差の関係を示す特性図である。
【００２６】本実施例の場合、ピストン２とディスプレ
ーサ４の位相差の初期状態は、駆動周波数ｆ０と初期状
態特性Ｃ０で決定されるＰ０を動作点として運転され
る。
ーサ４の位相差の初期状態は、駆動周波数ｆ０と初期状
態特性Ｃ０で決定されるＰ０を動作点として運転され
る。
【００２７】長時間運転に伴ない、駆動周波数と位相差
との関係は特性Ｃ１，Ｃ２と変動，推移する。
との関係は特性Ｃ１，Ｃ２と変動，推移する。
【００２８】本実施例にあっては、温度センサ１０で取
得した温度情報にもとづいて、位相差をψ０の一定値に
保持するように駆動周波数をｆ０からｆ１，ｆ２と変化
させ、この変化のための制御信号を駆動周波数制御器１
１で発生する。
得した温度情報にもとづいて、位相差をψ０の一定値に
保持するように駆動周波数をｆ０からｆ１，ｆ２と変化
させ、この変化のための制御信号を駆動周波数制御器１
１で発生する。
【００２９】これにより、特性がＣ１，Ｃ２と変動し、
動作点がＰ１，Ｐ２と推移した状態でも常にピストン２
とディスプレーサ４の位相差を最適のψ０に保持し、最
適の冷却効果を確保することができる。
動作点がＰ１，Ｐ２と推移した状態でも常にピストン２
とディスプレーサ４の位相差を最適のψ０に保持し、最
適の冷却効果を確保することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、フリーピ
ストン型のスターリング冷凍機における駆動機の駆動周
波数を、コールドヘッドにおける作動気体の圧力損失の
変化に伴う冷却効率低下を補償するように変化すること
により、長時間にわたり最適の冷却性能を維持できる効
果がある。
ストン型のスターリング冷凍機における駆動機の駆動周
波数を、コールドヘッドにおける作動気体の圧力損失の
変化に伴う冷却効率低下を補償するように変化すること
により、長時間にわたり最適の冷却性能を維持できる効
果がある。
【図１】本発明の一実施例のスターリング冷凍機の構成
図である。
図である。
【図２】従来のスターリング冷凍機の構成図である。
【図３】図１の実施例における駆動周波数と、ピストン
・ディスプレーサ間位相差との関係を示す特性図であ
る。
・ディスプレーサ間位相差との関係を示す特性図であ
る。
【図４】従来の駆動周波数と、ピストン・ディスプレー
サ間位相差との関係を示す特性図である。
サ間位相差との関係を示す特性図である。
１ 圧縮機 ２ ピストン ３ コールドヘッド ４ ディスプレーサ ５ バネ ６ オリフィス ７ 作動気体 ８ 駆動機 ９ 被冷却体 １０ 温度センサ １１ 駆動周波数制御器 １２ 駆動機
Claims (1)
- 【請求項１】 ピストンならびに前記ピストンの往復運
動で圧力変化を受ける作動気体を内蔵した圧縮機と、前
記ピストンを駆動する駆動機と、前記作動気体の圧力変
化を受けて往復運動するディスプレーサを内蔵して所定
の低温度状態を確保するコールドヘッドとを有するフリ
ーピストン型のスターリング冷凍機において、長時間運
転によってもたらされる前記コールドヘッドの内蔵ディ
スプレーサに印加する前記作動気体の圧力損失にもとづ
く冷却機能の低下を補償すべく前記駆動機による前記ピ
ストンの駆動周波数を変化させ、前記ピストンと前記デ
ィスプレーサとの位相差を所定の最適値に保持させる手
段を備えて成ることを特徴とするスターリング冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4023089A JPH05223382A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | スターリング冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4023089A JPH05223382A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | スターリング冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223382A true JPH05223382A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=12100705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4023089A Pending JPH05223382A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | スターリング冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223382A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001084065A1 (en) * | 2000-04-27 | 2001-11-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Cold insulating chamber |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61153348A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-12 | 株式会社日立製作所 | フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 |
| JPH02230060A (ja) * | 1989-03-01 | 1990-09-12 | Fujitsu Ltd | 極低温用冷却機のディスプレーサ駆動制御装置 |
| JPH02230061A (ja) * | 1989-03-01 | 1990-09-12 | Daikin Ind Ltd | フリーディスプレーサ型スターリング冷凍機 |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP4023089A patent/JPH05223382A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61153348A (ja) * | 1984-12-26 | 1986-07-12 | 株式会社日立製作所 | フリ−ピストン形スタ−リング冷凍機 |
| JPH02230060A (ja) * | 1989-03-01 | 1990-09-12 | Fujitsu Ltd | 極低温用冷却機のディスプレーサ駆動制御装置 |
| JPH02230061A (ja) * | 1989-03-01 | 1990-09-12 | Daikin Ind Ltd | フリーディスプレーサ型スターリング冷凍機 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001084065A1 (en) * | 2000-04-27 | 2001-11-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Cold insulating chamber |
| US6698210B2 (en) | 2000-04-27 | 2004-03-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Cold insulating chamber |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971202 |