JP2004205088A

JP2004205088A - 蓄冷式冷凍機

Info

Publication number: JP2004205088A
Application number: JP2002373617A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ikuta; 義貴生田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】簡単な構成で、且つ、組付けが容易なパッシブバランサを用いて、コールドヘッドの機械振動を低減する。
【解決手】コールドヘッド６０に、リング状ウェイト８２と、該ウェイト８２を保持する弾性支持体８４を有するパッシブバランサ８０を配設する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄冷式冷凍機に係り、特に、コールドヘッド内を熱交換器が運動するようにされたスターリング冷凍機に用いるのに好適な、コールドヘッドの機械振動が小さい蓄冷式冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に作動原理を示す如く、例えば金網で構成される熱交換器１０の一方側（図では右側）に形成される圧縮空間２２で冷媒ガスを圧縮するための圧縮ピストン２４を有する圧縮機２０と、前記圧縮ピストン２４から吐出される冷媒ガスを熱交換器１０の反対側（図の左側）の膨張空間３２で膨張させるためのディスプレイサピストン３４を有する膨張機３０とを備え、図１（Ｂ）に示す如く、前記圧縮機２０では、前記圧縮ピストン２４の往復移動により冷媒ガスを圧縮する一方、前記膨張機３０では、該圧縮機２０で圧縮された冷媒ガスをディスプレイサピストン３４の往復移動により膨張させて、極低温レベルの寒冷を発生させるようにしたスターリング冷凍機が知られている。
【０００３】
このスターリング冷凍機の具体例として、出願人は、図２に示すような冷凍機を実用化している。図２において、４０は、圧縮ピストンの代りに設けられた、互いに逆位相で作動する圧縮シリンダ４２、４３を備えた対向型圧縮機、４４、４５は、それぞれ、前記圧縮シリンダ４２、４３を支持するための平行板ばね、４６、４７は、それぞれ、前記圧縮シリンダ４２、４３を駆動するための（ムービング）コイル、４８、４９は、圧縮機２０のボディに固定されたマグネット、６０は、前記圧縮機４０の圧縮シリンダ４２、４３により圧縮される圧縮空間２２とパイプ５０を介して連通されるディスプレイサシリンダ６２内を、例えば金網製の熱交換器でなるディスプレイサ６４が往復動するようにされたコールドヘッド（ＣＨ）、６６は、該コールドヘッド６０先端（図の下端）の膨張空間３２により極低温に冷却されるコールドステージ、６８は、前記ディスプレイサ６４の一端（図の上端）に連結されたロッド、７０は、該ロッド６８を支持するための平行板ばね、７３、７４はシールである。
【０００４】
このように、従来のスターリング冷凍機は、２種類の駆動部品を有している。１つは、圧縮機４０内部の圧縮ピストン（図２の例では代りの圧縮シリンダ４２、４３）であり、もう１つは、コールドヘッド（コールドフィンガとも呼ばれる）６０内部のディスプレイサ６４である。この２種類の部品が、図１（Ｂ）に示したように、所定の位相差角を有しながら、例えば５０〜６０Ｈｚの周波数で単振動運動を行なうことによって、冷凍サイクルを形成している。
【０００５】
この時、圧縮機４０及びコールドヘッド６０から、各々に装着された圧縮ピストン（圧縮シリンダ４２、４３）、ディスプレイサ６４が単振動運動を行なうことによって起きる機械振動が発生する。
【０００６】
従来のスターリング冷凍機は、冷凍機運転中の機械振動を低減させるために、図２に示した如く、圧縮機４０の内部に圧縮ピストン（図２では圧縮シリンダ４２、４３）を２個設け、その２個のピストン（シリンダ）を同軸上で位相を１８０°ずらして運動させることにより、各々の運動エネルギをキャンセルさせて、運転中の機械振動を低減させたり、あるいは、圧縮機内部に１個の圧縮ピストン（又は圧縮シリンダ）しか無い場合には、特開平６−１２９７２５に記載されているように、圧縮機外部にガススプリングのバランサを設けたり、あるいは特開平１１−２４６８に記載されているように、圧縮ピストンやディスプレイサを弾性支持する板ばねを２枚として逆向きに動かすことにより、圧縮ピストンやディスプレイサの往復動作方向の運動を打ち消すことが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来は、ガススプリングを用いているため、構成が複雑であったり、あるいは、２枚の板ばねを逆向きに作用するよう狭い空間に組付ける必要があるため、組付けに手間がかかる等の問題点を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、構成が単純で組付けが容易なバランサによりコールドヘッドの振動を効果的に低減することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コールドヘッド内を熱交換器が運動するようにされた蓄冷式冷凍機において、前記コールドヘッドに、リング状ウェイトと、該ウェイトを保持する弾性支持体を有するパッシブバランサを配設することにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、前記弾性支持体を渦巻状板ばねとしたものである。
【００１１】
又、前記パッシブバランサを、ケース内に収容するようにして、安全性を向上したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、スターリング冷凍機に適用した本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態は、図２に示したような、金網製の熱交換器でなるディスプレイサ６４が、コールドヘッド６０のシリンダ６２内を運動するようにされたスターリング冷凍機において、図３に示す如く、前記コールドヘッド６０の外側に、図４に示すようなリング状ウェイト８２と、該ウェイト８２を保持する、図５に示すような渦巻状板ばねでなる弾性支持体８４を有するパッシブバランサ８０を配設したものである。
【００１４】
図において、８６は、バランサ８０をコールドヘッド６０に固定するためのロッド、７１は、ディスプレイサ６４を支持するための、板ばねやコイル等からなる弾性支持体である。
【００１５】
ここで、バランサ８０のウェイト８２の重量（バランサ重量と称する）と弾性支持体８４のばね定数から計算される単振動固有振動数は、冷凍機運転周波数に対し、±５％以下に押える必要がある。
【００１６】
実施例におけるバランサ重量と冷凍機加速度の関係の例を図６に示す。図６から明らかなように、例えばウェイト８２の重量を２０５ｇ±２．５％とすることによって、コールドヘッド６０から生じる冷凍機の機械振動加速度を３５％以下に低減することができる。
【００１７】
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
【００１８】
本実施形態では、第１実施形態と同様のパッシブバランサ８０が、ケース９０内に収容され、安全性が向上されている。
【００１９】
本実施形態においては、前記ケース９０内に油等の液体を封入することによって、振動吸収特性を変えることもできる。
【００２０】
なお、前記実施形態においては、いずれも、本発明が、スターリング冷凍機に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、Ｇ−Ｍ（ギフォード・マクマホン）冷凍機等、他の蓄冷式冷凍機にも同様に適用できる。弾性支持体も渦巻状板ばねに限定されず、例えばコイルばねであっても良い。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、構成が簡単で、且つ、組付けが容易なパッシブバランサにより、コールドヘッドの機械振動を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スターリング冷凍機の作動原理を示す説明図
【図２】スターリング冷凍機の具体例の構成を示す断面図
【図３】本発明に係るスターリング冷凍機の第１実施形態のコールドヘッド部分を示す断面図
【図４】同じくパッシブバランサの要部を示す斜視図
【図５】同じく板ばねの形状を示す斜視図
【図６】実施例におけるバランサ重量と冷凍機加速度の関係の例を示す線図
【図７】本発明に係るスターリング冷凍機の第２実施形態のコールドヘッド部分を示す断面図
【符号の説明】
６０…コールドヘッド
６２…シリンダ
６４…ディスプレイサ
８０…パッシブバランサ
８２…リング状ウェイト
８４…弾性支持体（渦巻状板ばね）
９０…ケース

Claims

コールドヘッド内を熱交換器が運動するようにされた蓄冷式冷凍機において、前記コールドヘッドに、リング状ウェイトと、該ウェイトを保持する弾性支持体を有するパッシブバランサを配設したことを特徴とする蓄冷式冷凍機。
前記弾性支持体が渦巻状板ばねであることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。
前記パッシブバランサが、ケース内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷式冷凍機。