JPH04217753A - Stirling freezer - Google Patents
Stirling freezerInfo
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- JPH04217753A JPH04217753A JP40235490A JP40235490A JPH04217753A JP H04217753 A JPH04217753 A JP H04217753A JP 40235490 A JP40235490 A JP 40235490A JP 40235490 A JP40235490 A JP 40235490A JP H04217753 A JPH04217753 A JP H04217753A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- 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
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は、ピストンとディスプレ
ーサをそれぞれケーシングの内部に往復動自在に設けた
スターリング冷凍機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling refrigerator in which a piston and a displacer are provided inside a casing so as to be able to reciprocate.
【0002】0002
【従来の技術】本発明に先行する特開昭61−2524
56号公報に記載された従来のスターリング冷凍機では
、ピストンにディスプレーサを空気ばねを介して連携し
、このディスプレーサを前記ピストンに対して任意の位
相差を生じて従動させることで、作動ガスを圧縮空間と
膨張空間との間で往復移動させ、極低温を得ている。[Prior Art] Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-2524 prior to the present invention
In the conventional Stirling refrigerator described in Publication No. 56, a displacer is connected to the piston via an air spring, and the displacer is caused to follow the piston with an arbitrary phase difference, thereby compressing the working gas. It is moved back and forth between the space and the expansion space to obtain extremely low temperatures.
【0003】しかしながらこの種従来のスターリング冷
凍機では、前記ピストンに対する前記ディスプレーサの
位相差が任意に変化し理想的な状態に維持されないため
、図3に示すように封入ガスの圧力−体積線図(PV特
性線図)が変形し、作動ガスの一部しか完全に圧縮、膨
張し得ず体積効率が著しく低下し、従ってスターリング
冷凍機の作動ガスの封入量に対する冷凍能力の低下する
欠点がある。However, in this type of conventional Stirling refrigerator, the phase difference of the displacer with respect to the piston changes arbitrarily and is not maintained in an ideal state. The PV characteristic diagram) is deformed, and only a portion of the working gas can be completely compressed and expanded, resulting in a significant drop in volumetric efficiency.Therefore, there is a drawback that the refrigerating capacity of the Stirling refrigerator is reduced relative to the amount of working gas filled in.
【0004】0004
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の欠点を
解消し、作動ガスの体積効率を高めて、スターリング冷
凍機の作動ガスの封入量に対する冷凍能力を高めるもの
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned drawbacks, increases the volumetric efficiency of the working gas, and increases the refrigerating capacity of the Stirling refrigerator with respect to the amount of working gas charged therein.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、ピストンとデ
ィスプレーサをそれぞれケーシングの内部に往復動自在
に設け、前記ケーシングの内部に、圧縮空間と膨張空間
を形成して作動ガスを封入し、前記ピストンを駆動装置
により駆動することにより、前記圧縮空間と前記膨張空
間との間で、前記作動ガスを往復移動させてなるもので
あって、前記ケーシングに、前記ディスプレーサを駆動
する独立駆動装置と前記作動ガスの圧力を検出する圧力
センサーとを設け、前記圧力センサーの検出結果に基づ
いて前記ディスプレーサを駆動してなるものである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a piston and a displacer that are provided inside a casing so as to be able to reciprocate, a compression space and an expansion space are formed inside the casing, and a working gas is sealed therein. The piston is driven by a drive device to reciprocate the working gas between the compression space and the expansion space, and the casing is provided with an independent drive device for driving the displacer and the above. A pressure sensor for detecting the pressure of the working gas is provided, and the displacer is driven based on the detection result of the pressure sensor.
【0006】[0006]
【作用】本発明によれば、ケーシング内の実際の作動ガ
ス圧力に基づいて独立駆動装置を動作させて直接、ディ
スプレーサを駆動することにより、作動ガスのPV特性
線図は図2に示す理想サイクルに近似したものとなり、
よって封入ガスはその略全量が圧縮、膨張に有効利用さ
れるようになり、従ってスターリング冷凍機の封入ガス
の有効利用についての体積効率が高まり冷凍能力がアッ
プする。[Operation] According to the present invention, by operating the independent drive device based on the actual working gas pressure in the casing to directly drive the displacer, the PV characteristic diagram of the working gas can be changed to the ideal cycle shown in FIG. It is approximated by
Therefore, almost the entire amount of the sealed gas is effectively used for compression and expansion, and therefore the volumetric efficiency of the effective use of the sealed gas of the Stirling refrigerator is increased and the refrigerating capacity is increased.
【0007】[0007]
【実施例】次に本発明の一実施例について説明する。[Embodiment] Next, an embodiment of the present invention will be described.
【0008】図1において、1はスターリング冷凍機の
ケーシング、2はケーシング1の内部に形成した圧縮空
間、3はケーシング2の内部に形成した膨張空間、4は
ケーシング1の内部の圧縮空間2側に往復動自在に設け
たピストン、5はケーシング1の内部の膨張空間3側に
往復動自在に設けたディスプレーサである。6はピスト
ン4を往復動させる駆動装置で、具体的にはリニアモー
ターで形成されケーシング1に取り付けられている。7
はケーシング1の外部に取り付けた高温部熱交換器で、
圧縮空間2の圧縮熱を放出する。8は圧縮空間2と膨張
空間3を互いに連通する連通路、9は連通路8に介設し
た蓄冷器で、その内部に鉛からなるメッシュ状蓄冷材(
図示しない)を収容している。圧縮空間2と膨張空間3
には、ヘリウム、水素等からなる作動ガスが封入されて
いる。作動ガスは圧縮空間2と膨張空間3との間で往復
移動する際、蓄冷器9の内部を流通してこの蓄冷器9に
蓄熱する。In FIG. 1, 1 is the casing of the Stirling refrigerator, 2 is the compression space formed inside the casing 1, 3 is the expansion space formed inside the casing 2, and 4 is the side of the compression space 2 inside the casing 1. 5 is a displacer provided on the expansion space 3 side inside the casing 1 so as to be reciprocatable. Reference numeral 6 denotes a drive device for reciprocating the piston 4, which is specifically formed of a linear motor and is attached to the casing 1. 7
is a high-temperature heat exchanger attached to the outside of casing 1,
The heat of compression in the compression space 2 is released. 8 is a communication path that communicates the compression space 2 and the expansion space 3 with each other; 9 is a regenerator installed in the communication path 8;
(not shown). Compression space 2 and expansion space 3
is filled with a working gas consisting of helium, hydrogen, etc. When the working gas reciprocates between the compression space 2 and the expansion space 3, it circulates inside the regenerator 9 and stores heat in the regenerator 9.
【0009】而して前記ディスプレーサ5は前記駆動装
置6に対して独立した独立駆動装置10にて駆動してあ
る。独立駆動装置10はリニアモーターで形成され前記
ケーシング1に取り付けてある。また前記ケーシング1
は、前記作動ガスの圧力を検出する圧力センサー11を
取り付けてある。圧力センサー11は具体的には前記圧
縮空間2の外側に取り付けられ圧縮空間2のガス圧力を
検出する。更に前記圧力センサー11はマイクロコンピ
ューター12に接続してある。マイクロコンピューター
12は、そのプログラム内容と前記圧力センサー11の
圧力検出結果に基づいて各駆動装置6,10に出力信号
を送ることで、各駆動装置6,10をフィードバック制
御してスターリング冷凍機のPV特性線図を後述のよう
に理想サイクルに近似させるべく構成してある。The displacer 5 is driven by an independent drive device 10 that is independent of the drive device 6. The independent drive device 10 is formed by a linear motor and is attached to the casing 1. In addition, the casing 1
A pressure sensor 11 is attached to detect the pressure of the working gas. Specifically, the pressure sensor 11 is attached outside the compression space 2 and detects the gas pressure in the compression space 2. Furthermore, the pressure sensor 11 is connected to a microcomputer 12. The microcomputer 12 sends an output signal to each drive device 6, 10 based on the program content and the pressure detection result of the pressure sensor 11, thereby controlling each drive device 6, 10 in feedback mode to control the PV of the Stirling refrigerator. The characteristic diagram is configured to approximate an ideal cycle as described later.
【0010】前記スターリング冷凍機では、圧縮過程に
おいては先ずマイクロコンピューター12の始動信号に
よりピストン4が下死点から上昇を開始し作動ガスは圧
縮部熱交換器7から略等温過程で圧縮熱を放出し、その
後圧縮空間2の圧力が所定値に上昇すると圧力センサー
11の検出結果に基づいてディスプレーサー5が上死点
から下降を開始し高圧ガスは蓄冷器9内を上昇しながら
放熱し低温化して膨張空間3に移動する。In the Stirling refrigerator, in the compression process, the piston 4 first starts rising from the bottom dead center in response to a start signal from the microcomputer 12, and the working gas releases compression heat from the compression section heat exchanger 7 in an approximately isothermal process. Then, when the pressure in the compression space 2 rises to a predetermined value, the displacer 5 starts descending from the top dead center based on the detection result of the pressure sensor 11, and the high-pressure gas radiates heat while rising inside the regenerator 9 and becomes lower in temperature. and move to the expansion space 3.
【0011】またスターリング冷凍機では、膨張過程に
おいてはディスプレーサ5だけが継続して下降すること
により作動ガスは等温的に膨張し周囲から吸熱して低温
部13が冷却する。次にディスプレーサ5が反転上昇し
同時にピストン4が下降を開始することで作動ガスは蓄
冷器9を通過して熱交換を行った後圧縮空間2に帰還す
る。In addition, in the Stirling refrigerator, only the displacer 5 continues to descend during the expansion process, so that the working gas expands isothermally, absorbs heat from the surroundings, and cools the low temperature section 13. Next, the displacer 5 reverses and rises, and at the same time the piston 4 starts descending, so that the working gas passes through the regenerator 9 and exchanges heat, and then returns to the compression space 2.
【0012】前記スターリング冷凍機では、前記圧縮過
程及び膨張過程からなるサイクルを繰り返すことにより
、低温部13が次第に冷却して100〜20K(−17
3〜 253℃)の極低温に到達するようになる。また
、圧縮空間2の実際の圧力に基 づいてマイクロコンピ
ューター12及び独立駆動装置10にて直接、ディスプ
レーサ5を駆動することにより、作動ガスのPV特性線
図を図2に示す理想サイクルに近似したものにでき、よ
って封入ガスはその略全量が圧縮、膨張に有効利用され
るようになり、従ってスターリング冷凍機の封入ガスの
有効利用についての体積効率が高まり冷凍能力がアップ
する。In the Stirling refrigerator, by repeating the cycle consisting of the compression process and the expansion process, the low temperature section 13 is gradually cooled down to 100 to 20K (-17K).
It reaches extremely low temperatures of 3 to 253 degrees Celsius. Furthermore, by directly driving the displacer 5 using the microcomputer 12 and the independent drive device 10 based on the actual pressure in the compression space 2, the PV characteristic diagram of the working gas can be approximated to the ideal cycle shown in FIG. Therefore, almost the entire amount of the sealed gas can be effectively used for compression and expansion, thereby increasing the volumetric efficiency of the effective use of the sealed gas of the Stirling refrigerator and increasing the refrigerating capacity.
【0013】[0013]
【発明の効果】本発明は以上のように構成したから、ケ
ーシング内の実際の作動ガス圧力に基づいて独立駆動装
置を制御して直接、ディスプレーサを駆動させることに
より、スターリング冷凍機のPV特性線図を理想サイク
ルに近似したものにでき、よって封入ガスはその略全量
が圧縮、膨張に有効利用されるようになり、従ってスタ
ーリング冷凍機の封入ガスの有効利用についての体積効
率が高まり冷凍能力をアップできる。Effects of the Invention Since the present invention is constructed as described above, the PV characteristic line of the Stirling refrigerator can be changed by controlling the independent drive device based on the actual working gas pressure in the casing and directly driving the displacer. The figure can be approximated to an ideal cycle, and almost all of the sealed gas can be effectively used for compression and expansion, which increases the volumetric efficiency of the effective use of the Stirling refrigerator's sealed gas and increases the refrigerating capacity. I can upload it.
【図1】本発明の一実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例に係るスターリング冷凍機の
PV特性線図である。FIG. 2 is a PV characteristic diagram of a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention.
【図3】従来例のスターリング冷凍機のPV特性線図で
ある。FIG. 3 is a PV characteristic diagram of a conventional Stirling refrigerator.
1 ケーシング 2 圧縮空間 3 膨張空間 4 ピストン 5 ディスプレーサ 6 駆動装置 10 独立駆動装置 11 圧力センサー 1 Casing 2 Compressed space 3 Expansion space 4 Piston 5 Displacer 6 Drive device 10 Independent drive device 11 Pressure sensor
Claims (1)
ケーシングの内部に往復動自在に設け、前記ケーシング
の内部に、圧縮空間と膨張空間を形成して作動ガスを封
入し、前記ピストンを駆動装置により駆動することによ
り、前記圧縮空間と前記膨張空間との間で、前記作動ガ
スを往復移動させてなるものであって、前記ケーシング
に、前記ディスプレーサを駆動する独立駆動装置と前記
作動ガスの圧力を検出する圧力センサーとを設け、前記
圧力センサーの検出結果に基づいて前記ディスプレーサ
を駆動してなることを特徴とするスターリング冷凍機。1. A piston and a displacer are each provided inside a casing so as to be able to reciprocate, a compression space and an expansion space are formed inside the casing and a working gas is sealed therein, and the piston is driven by a drive device. The working gas is moved back and forth between the compression space and the expansion space, and the casing includes an independent drive device for driving the displacer and a pressure for detecting the pressure of the working gas. A Stirling refrigerator comprising: a sensor; and the displacer is driven based on the detection result of the pressure sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP40235490A JPH04217753A (en) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Stirling freezer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP40235490A JPH04217753A (en) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Stirling freezer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04217753A true JPH04217753A (en) | 1992-08-07 |
Family
ID=18512170
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP40235490A Pending JPH04217753A (en) | 1990-12-14 | 1990-12-14 | Stirling freezer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04217753A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008143852A3 (en) * | 2007-05-16 | 2009-02-05 | Raytheon Co | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
-
1990
- 1990-12-14 JP JP40235490A patent/JPH04217753A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008143852A3 (en) * | 2007-05-16 | 2009-02-05 | Raytheon Co | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
US8733112B2 (en) | 2007-05-16 | 2014-05-27 | Raytheon Company | Stirling cycle cryogenic cooler with dual coil single magnetic circuit motor |
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