JPS6342178B2 - - Google Patents
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- JPS6342178B2 JPS6342178B2 JP55151632A JP15163280A JPS6342178B2 JP S6342178 B2 JPS6342178 B2 JP S6342178B2 JP 55151632 A JP55151632 A JP 55151632A JP 15163280 A JP15163280 A JP 15163280A JP S6342178 B2 JPS6342178 B2 JP S6342178B2
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- refrigeration
- temperature
- convex
- cylinders
- refrigeration circuit
- Prior art date
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Links
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Classifications
-
- 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
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- 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
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/044—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
-
- 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
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/20—Plural piston swash plates
-
- 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
- F02G2270/00—Constructional features
- F02G2270/50—Crosshead guiding pistons
-
- 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
- F25B2309/002—Gas cycle refrigeration machines with parallel working cold producing expansion devices in one circuit
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は４つのスターリングサイクルを一体化
し、極低温度（５〜60K）と中低温度（30〜
200K）の２つの低温度を同時に発生させ、２個
所で冷凍することができる高効率で、軽量、小型
の冷凍機に関するものである。
し、極低温度（５〜60K）と中低温度（30〜
200K）の２つの低温度を同時に発生させ、２個
所で冷凍することができる高効率で、軽量、小型
の冷凍機に関するものである。
本発明はクランクケース上に配置された４本の
凸型ピストンシリンダのほぼ中心部に極低温度用
コールドステーシヨンを置き、その周りに中低温
度用のコールドステーシヨンを置くようにして、
冷凍装置で発生する２つの温度レベルの冷凍量を
容易に取出すようにして、寒冷取出しが簡単な冷
凍装置を提供するものである。
凸型ピストンシリンダのほぼ中心部に極低温度用
コールドステーシヨンを置き、その周りに中低温
度用のコールドステーシヨンを置くようにして、
冷凍装置で発生する２つの温度レベルの冷凍量を
容易に取出すようにして、寒冷取出しが簡単な冷
凍装置を提供するものである。
又、本発明によれば、２つの低温度を同時に発
生させることができ、２つのコールドステーシヨ
ンは４本の凸型ピストンシリンダのほぼ中心部に
同心円に構成されるので、冷凍発生部を小型、軽
量化し、冷凍発生部の比容積の小さな冷凍装置を
提供するものである。
生させることができ、２つのコールドステーシヨ
ンは４本の凸型ピストンシリンダのほぼ中心部に
同心円に構成されるので、冷凍発生部を小型、軽
量化し、冷凍発生部の比容積の小さな冷凍装置を
提供するものである。
又、本発明によれば、ほぼ円形のクランクケー
ス上において、４本の凸型ピストンシリンダをク
ランクケース上の中心に対して円周上に配置し、
かつ中心に対して対向する２本づつのピストンシ
リンダにより極低温度と中低温度の冷凍をそれぞ
れ発生するようにして極低温度発生用の２本の凸
型ピストン及び中型温度発生用の２本の凸型ピス
トンをそれぞれ180゜の位相差をもたせ機械的バラ
ンスが良好なる冷凍装置を提供するものである。
ス上において、４本の凸型ピストンシリンダをク
ランクケース上の中心に対して円周上に配置し、
かつ中心に対して対向する２本づつのピストンシ
リンダにより極低温度と中低温度の冷凍をそれぞ
れ発生するようにして極低温度発生用の２本の凸
型ピストン及び中型温度発生用の２本の凸型ピス
トンをそれぞれ180゜の位相差をもたせ機械的バラ
ンスが良好なる冷凍装置を提供するものである。
又、本発明によれば、２本の極低温度発生用の
シリンダと蓄冷器を２本の中低温度発生用の蓄冷
器又はコールドステーシテーシヨンのいずれかが
予冷する様にして、高い冷凍効率を有する冷凍装
置を提供するものである。
シリンダと蓄冷器を２本の中低温度発生用の蓄冷
器又はコールドステーシテーシヨンのいずれかが
予冷する様にして、高い冷凍効率を有する冷凍装
置を提供するものである。
以下第１図〜第４図の実施例にもとづいて説明
すれば、１は外被で、その下部内に円形の回転斜
板２を不動の支持体３に支持固定し、この斜板の
回転軸４を外被１の外部へ突出させて電動機その
他の原動機で回転させる。外被１内で回転板２の
周辺上に４個の凸形ピストン５をロツド６と同軸
に設けた案内ピストン７、連結杆８および自動接
手９で連結し、この斜板を回転すると各凸形ピス
トンが順次90゜の位相差で上・下動するように構
成する。前記４個の凸形ピストン５を第３図に示
すように５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとし、それぞれ
互いに90゜の位相差をもち、かつ凸形ピストン５
ａと５ｃ，５ｂと５ｄとは180゜の位相差を持たせ
て往復運動させるとともに180゜の位相差をもつ同
形の２本の凸形ピストン５ｂ，５ｄの小径部を他
の180゜の位相差をもつ２本の同形の凸形ピストン
５ａ，５ｃの小径部より小さくかつ長く形成し、
更に４個の凸形ピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ
を同心、等円周上に配置し４気筒動作装置を構成
する。前記装置において、凸形ピストンの各気筒
の小径部の膨張部を１０ａ〜１０ｄとし、又大径
部の膨張側の圧縮部を１１ａ〜１１ｄとし、この
圧縮部１１ａ〜１１ｄと90゜の位相差だけ進んだ
膨張部１０ａ〜１０ｄの熱交換器１２ａ〜１２ｄ
と蓄冷器１３ａ〜１３ｄ及び低温取出し側熱交換
器１４ａ〜１４ｄを通じて連結する。
すれば、１は外被で、その下部内に円形の回転斜
板２を不動の支持体３に支持固定し、この斜板の
回転軸４を外被１の外部へ突出させて電動機その
他の原動機で回転させる。外被１内で回転板２の
周辺上に４個の凸形ピストン５をロツド６と同軸
に設けた案内ピストン７、連結杆８および自動接
手９で連結し、この斜板を回転すると各凸形ピス
トンが順次90゜の位相差で上・下動するように構
成する。前記４個の凸形ピストン５を第３図に示
すように５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとし、それぞれ
互いに90゜の位相差をもち、かつ凸形ピストン５
ａと５ｃ，５ｂと５ｄとは180゜の位相差を持たせ
て往復運動させるとともに180゜の位相差をもつ同
形の２本の凸形ピストン５ｂ，５ｄの小径部を他
の180゜の位相差をもつ２本の同形の凸形ピストン
５ａ，５ｃの小径部より小さくかつ長く形成し、
更に４個の凸形ピストン５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ
を同心、等円周上に配置し４気筒動作装置を構成
する。前記装置において、凸形ピストンの各気筒
の小径部の膨張部を１０ａ〜１０ｄとし、又大径
部の膨張側の圧縮部を１１ａ〜１１ｄとし、この
圧縮部１１ａ〜１１ｄと90゜の位相差だけ進んだ
膨張部１０ａ〜１０ｄの熱交換器１２ａ〜１２ｄ
と蓄冷器１３ａ〜１３ｄ及び低温取出し側熱交換
器１４ａ〜１４ｄを通じて連結する。
以上の構成において４個の凸形ピストン５ａ〜
５ｄとそれぞれの気筒ごとに対して１１ａ―１２
ａ―１３ａ―１４ａ―１０ａ、１１ｂ―１２ｂ―
１３ｂ―１４ｂ―１０ｂ、１１ｃ―１２ｃ―１３
ｃ―１４ｃ―１０ｃ、１１ｄ―１２ｄ―１３ｄ―
１４ｄ―１０ｄの４個の冷凍回路を形成する。た
だし180゜の位相差をもつ同形の２個の凸形ピスト
ン５ｂ，５ｄの小径部は他の180゜の位相差をもつ
２本の凸形ピストン５ａ，５ｃの小径部より小さ
く、かつ長く形成し、温度的には極低温度を発生
する２冷凍回路からなる第１系統と中低温度を発
生する２冷凍回路からなる第２系統の温度レベル
がそれぞれが得られるようになつている。即ち前
記各４個の凸形ピストン上に構成される冷凍回路
のうち１１ａ―１２ａ―１３ａ―１４ａ−１０ａ
と１１ｃ―１２ｃ―１３ｃ―１４ｃ―１０ｃが第
１系統の温度レベルを１１ｂ―１２ｂ―１３ｂ―
１４ｂ―１０ｂと１１ｄ―１２ｄ―１３ｄ―１４
ｄ―１０ｄが第２系統の温度レベルを発生するよ
うに構成する。ただし第１図に示すように低温取
出し側熱交換器１４は、極低温度を発生する第１
系統の温度レベルの２冷凍回路の低温取出し側熱
交換器１４ａ，１４ｃを合体して１体とした低温
取出し側熱交換器１４a′と中低温度を発生する第
２系統の温度レベルの２冷凍回路の低温取出し側
熱交換器１４ｂ，１４ｄを合体して１体とした低
温取出し側熱交換器１４b′として構成し、第１系
統と第２系統とは全く独立に冷凍を発生し、低温
度取出し側熱交換器１４a′で60K以下前後を、低
温取出し側熱交換器１４b′で200K以下前後を得
ることができる。
５ｄとそれぞれの気筒ごとに対して１１ａ―１２
ａ―１３ａ―１４ａ―１０ａ、１１ｂ―１２ｂ―
１３ｂ―１４ｂ―１０ｂ、１１ｃ―１２ｃ―１３
ｃ―１４ｃ―１０ｃ、１１ｄ―１２ｄ―１３ｄ―
１４ｄ―１０ｄの４個の冷凍回路を形成する。た
だし180゜の位相差をもつ同形の２個の凸形ピスト
ン５ｂ，５ｄの小径部は他の180゜の位相差をもつ
２本の凸形ピストン５ａ，５ｃの小径部より小さ
く、かつ長く形成し、温度的には極低温度を発生
する２冷凍回路からなる第１系統と中低温度を発
生する２冷凍回路からなる第２系統の温度レベル
がそれぞれが得られるようになつている。即ち前
記各４個の凸形ピストン上に構成される冷凍回路
のうち１１ａ―１２ａ―１３ａ―１４ａ−１０ａ
と１１ｃ―１２ｃ―１３ｃ―１４ｃ―１０ｃが第
１系統の温度レベルを１１ｂ―１２ｂ―１３ｂ―
１４ｂ―１０ｂと１１ｄ―１２ｄ―１３ｄ―１４
ｄ―１０ｄが第２系統の温度レベルを発生するよ
うに構成する。ただし第１図に示すように低温取
出し側熱交換器１４は、極低温度を発生する第１
系統の温度レベルの２冷凍回路の低温取出し側熱
交換器１４ａ，１４ｃを合体して１体とした低温
取出し側熱交換器１４a′と中低温度を発生する第
２系統の温度レベルの２冷凍回路の低温取出し側
熱交換器１４ｂ，１４ｄを合体して１体とした低
温取出し側熱交換器１４b′として構成し、第１系
統と第２系統とは全く独立に冷凍を発生し、低温
度取出し側熱交換器１４a′で60K以下前後を、低
温取出し側熱交換器１４b′で200K以下前後を得
ることができる。
第１図及び第３図に示すごとく第１系統と第２
系統との間で相互に関連づけ多少の変更を加える
ことにより更に極低温を得るように構成される。
即ち第１系統の蓄冷器１３ａ及び１３ｃの長さを
長くし、第２系統の低温取出し側熱交換器１４
b′で前記蓄冷器１３ａ及び１３ｃの中間部を冷却
して蓄冷器１３ａ及び１３ｃの常温部からの流入
熱を減少せしめ第１系統の冷凍回路での冷凍の発
生をより効果的に、且つより低温を得られるよう
に構成する。即ち第１図で低温取出し側熱交換器
１４b′において２０ａ及び図示しない２０ｃ、蓄
冷器１３ａ及び１３ｃの中間部を冷却する中間熱
交換器を示し、例えば１粍程度の細孔φ1が多数
穿設されて第２系統の冷凍回路のガス通路として
構成される。尚、同じ第１図で低温取出し側熱交
換器１４b′において２０ｂ及び２０ｃは低温取出
し熱交換器を示し、例えばφ1程度の細孔が多数
穿設されて第２系統の冷凍回路のガス通路として
構成される。
系統との間で相互に関連づけ多少の変更を加える
ことにより更に極低温を得るように構成される。
即ち第１系統の蓄冷器１３ａ及び１３ｃの長さを
長くし、第２系統の低温取出し側熱交換器１４
b′で前記蓄冷器１３ａ及び１３ｃの中間部を冷却
して蓄冷器１３ａ及び１３ｃの常温部からの流入
熱を減少せしめ第１系統の冷凍回路での冷凍の発
生をより効果的に、且つより低温を得られるよう
に構成する。即ち第１図で低温取出し側熱交換器
１４b′において２０ａ及び図示しない２０ｃ、蓄
冷器１３ａ及び１３ｃの中間部を冷却する中間熱
交換器を示し、例えば１粍程度の細孔φ1が多数
穿設されて第２系統の冷凍回路のガス通路として
構成される。尚、同じ第１図で低温取出し側熱交
換器１４b′において２０ｂ及び２０ｃは低温取出
し熱交換器を示し、例えばφ1程度の細孔が多数
穿設されて第２系統の冷凍回路のガス通路として
構成される。
又前記第１系統の温度レベルの冷凍回路の低温
取出し側熱交換器１４a′と第２系統の温度レベル
の冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４b′とは前
記４本の凸形ピストン５ａ〜５ｄの同軸上に形成
される。４本の凸形ピストンシリンダ２１ａ〜２
１ｄに対し該シリンダ群のほぼ中心部に同心的に
１４b′を駆動部側に１４a′を１４b′と離れてその
上部に配置するとともに第２系統の温度レベルの
冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４b′を第１系
統の温度レベルの冷凍回路の低温取出し側熱交換
器１４a′の外周より中心に対して外側に構成して
２つの温度レベルでの寒冷取出しを容易にできる
ようにする。
取出し側熱交換器１４a′と第２系統の温度レベル
の冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４b′とは前
記４本の凸形ピストン５ａ〜５ｄの同軸上に形成
される。４本の凸形ピストンシリンダ２１ａ〜２
１ｄに対し該シリンダ群のほぼ中心部に同心的に
１４b′を駆動部側に１４a′を１４b′と離れてその
上部に配置するとともに第２系統の温度レベルの
冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４b′を第１系
統の温度レベルの冷凍回路の低温取出し側熱交換
器１４a′の外周より中心に対して外側に構成して
２つの温度レベルでの寒冷取出しを容易にできる
ようにする。
第３図は冷凍装置の作業ガスの流通路を示すも
のであるが、第４図では第１系統の温度レベルの
冷凍回路において凸形ピストン５ａ，５ｃの気筒
の大径部の反膨張側２２ａ，２２ｃも圧縮部とし
それぞれ180゜位相差をもつて作動する凸形ピスト
ン５ａ，５ｃの気筒の大径部の膨張部側１１ａ，
１１ｃの圧縮部と連結して第１系統温度レベルの
２つの冷凍回路の圧縮部をそれぞれ構成し第１系
統の温度レベルの冷凍回路の圧縮室容積をそれぞ
れ５ａ，５ｃの気筒の大径部の反膨張側２２ａ，
２２ｃの分だけ増加させる実施例を示すものであ
る。
のであるが、第４図では第１系統の温度レベルの
冷凍回路において凸形ピストン５ａ，５ｃの気筒
の大径部の反膨張側２２ａ，２２ｃも圧縮部とし
それぞれ180゜位相差をもつて作動する凸形ピスト
ン５ａ，５ｃの気筒の大径部の膨張部側１１ａ，
１１ｃの圧縮部と連結して第１系統温度レベルの
２つの冷凍回路の圧縮部をそれぞれ構成し第１系
統の温度レベルの冷凍回路の圧縮室容積をそれぞ
れ５ａ，５ｃの気筒の大径部の反膨張側２２ａ，
２２ｃの分だけ増加させる実施例を示すものであ
る。
以上の構成に於て、その作用について説明すれ
ば、図示されていないモータ等の原動機によつて
回転軸４を駆動させ回転斜板２を回転させると４
個の凸形ピストン５ａ〜５ｄは互いに90゜の位相
差で往復上下動する。４個の凸形ピストン５ａ〜
５ｄにより第１系統の温度レベルの冷凍回路２回
路、第２系統の温度レベルの冷凍回路２回路がそ
れぞれ形成されるが、この独立した４回路の冷凍
回路には動作気体として、例えば空気、アルゴ
ン、窒素、ネオン、水素又はヘリウムあるいはそ
れらの混合気体を約10気圧以上に封入しておく。
いま動作理論について第２系統温度レベルの冷凍
回路１１ｂ―１２ｂ―１３ｂ―１４ｂ―１０ｂに
ついて説明すれば、この動作は周知のように圧縮
部１１ｂ内の動作気体を凸形ピストン５ｂで圧縮
すれば、動作気体の圧縮熱は熱交換器１２ｂで放
熱されるとともに、前記動作気体は位相差が90゜
進んだ膨張部１０ｂにその蓄冷器１３ｂを通して
供給されるが、この膨張部１０ｂではその凸形ピ
ストン５ａが90゜進んでいるため早く降下するの
で、この過程で動作気体は膨張して冷却され、次
にピストン５ａが上昇するとき冷却された動作気
体は低温取出し側熱交換器１４b′と蓄冷器１３ｂ
を通つて圧縮部１１ｂに戻る。これは冷凍回路１
１ｂ―１２ｂ―１３ｂ―１４ｂ―１０ｂと180゜位
相差のある冷凍回路１１ｄ―１２ｄ―１３ｄ―１
４ｄ―１０ｄについても順次繰返し行われ、低温
取出し側熱交換器１４b′で中低温度（30〜200K）
域の寒冷を発生させる。このとき圧縮部１１ｂと
膨張部１０ｂ、圧縮部１１ｄと膨張部１１ｂの容
積比は４：１から10：１程度である。
ば、図示されていないモータ等の原動機によつて
回転軸４を駆動させ回転斜板２を回転させると４
個の凸形ピストン５ａ〜５ｄは互いに90゜の位相
差で往復上下動する。４個の凸形ピストン５ａ〜
５ｄにより第１系統の温度レベルの冷凍回路２回
路、第２系統の温度レベルの冷凍回路２回路がそ
れぞれ形成されるが、この独立した４回路の冷凍
回路には動作気体として、例えば空気、アルゴ
ン、窒素、ネオン、水素又はヘリウムあるいはそ
れらの混合気体を約10気圧以上に封入しておく。
いま動作理論について第２系統温度レベルの冷凍
回路１１ｂ―１２ｂ―１３ｂ―１４ｂ―１０ｂに
ついて説明すれば、この動作は周知のように圧縮
部１１ｂ内の動作気体を凸形ピストン５ｂで圧縮
すれば、動作気体の圧縮熱は熱交換器１２ｂで放
熱されるとともに、前記動作気体は位相差が90゜
進んだ膨張部１０ｂにその蓄冷器１３ｂを通して
供給されるが、この膨張部１０ｂではその凸形ピ
ストン５ａが90゜進んでいるため早く降下するの
で、この過程で動作気体は膨張して冷却され、次
にピストン５ａが上昇するとき冷却された動作気
体は低温取出し側熱交換器１４b′と蓄冷器１３ｂ
を通つて圧縮部１１ｂに戻る。これは冷凍回路１
１ｂ―１２ｂ―１３ｂ―１４ｂ―１０ｂと180゜位
相差のある冷凍回路１１ｄ―１２ｄ―１３ｄ―１
４ｄ―１０ｄについても順次繰返し行われ、低温
取出し側熱交換器１４b′で中低温度（30〜200K）
域の寒冷を発生させる。このとき圧縮部１１ｂと
膨張部１０ｂ、圧縮部１１ｄと膨張部１１ｂの容
積比は４：１から10：１程度である。
第１系統温度レベルの冷凍回路１１ａ―１２ａ
―１３ａ―１４ａ―１０ａについても基本的な動
作原理は同じで圧縮部１１ａ内の動作気体を凸形
ピストン５ａで圧縮すれば動作気体の圧縮熱は１
２ａで放熱されると共に、前記動作気体は位相差
が90゜進んだ膨張部１０ａにその蓄冷器１３ａを
通じて供給されるが、この膨張部１０ａではその
凸形ピストン５ｄが90゜進んでいるため早く降下
するので、その過程で動作気体は膨張して冷却さ
れ、次にこのピストン５ｄが上昇するとき冷却さ
れた動作気体は低温取出し側熱交換器１４a′と蓄
冷器１３ａを通つて圧縮部１１ａに戻る。これは
冷凍回路１１ａ―１２ａ―１３ａ―１４ａ―１０
ａと180゜位相差のある冷凍回路１１ｃ―１２ｃ―
１３ｃ―１４ｃ―１０ｃについて順次繰返し行わ
れ低温取出し側熱交換器１４a′で極低温度（５〜
60K）域の寒冷を発生させる。即ち第１系統温度
レベルの冷凍回路では第１系統温度レベルの発生
温度を第２系統温度レベルよりも低くするため圧
縮部と膨張部の容積比を１／８〜１／20程度にす
ると共に第２系統温度レベルの冷凍回路で得られ
る冷凍量で熱交換器２０ａ，２０ｃを用い第１系
統温度レベルの冷凍回路の蓄冷器１３ａ及び１３
ｃの中間を冷却すれば、ほぼ熱交換器２０ａ，２
０ｃの温度までの常温からの熱侵入が回収できる
ので、第１系統温度レベルの冷凍回路の冷凍発生
温度を効率よく低くすることができる。例えば動
作ガスにヘリウムを用い熱交換器２０ａ，２０ｃ
の温度を100とすれば低温取出し側熱交換器１４
a′では20K以下の温度が容易に得られる。尚、第
１系統温度レベルの冷凍回路の圧縮部と膨張部の
容積比を１／８〜１／20、第２系統温度レベルの
冷凍回路の圧縮部と膨張部の容積比を１／４〜
１／10にそれぞれとるには４個の凸形ピストンの
大径部を同じとした場合、第１系統温度レベルの
冷凍回路の膨張部を形成する凸形ピストンの小径
部を第２系統温度レベルの冷凍回路の膨張部を形
成する凸形ピストンの小径部より小さくすること
によつて実現可能であり、第２図のように第１系
統の温度レベルの冷凍回路において凸形ピストン
５ａ，５ｃの気筒の大径部の反膨張部側２２ａ，
２２ｃも圧縮部とし、それぞれ180゜の位相差をも
つて動作する凸形ピストン５ｃ，５ａの気筒の大
径部の膨張部側の１１ｃと１１ａ圧縮部と連絡し
て第１系統温度レベルの２つの冷凍回路の圧縮部
を構成することによつて第１系統温度レベルの冷
凍回路の圧縮室容積をそれぞれ５ａ，５ｃの気筒
の大径部の反膨張側２２ｃ，２２ａの分だけ増加
させることによつても実現可能である。
―１３ａ―１４ａ―１０ａについても基本的な動
作原理は同じで圧縮部１１ａ内の動作気体を凸形
ピストン５ａで圧縮すれば動作気体の圧縮熱は１
２ａで放熱されると共に、前記動作気体は位相差
が90゜進んだ膨張部１０ａにその蓄冷器１３ａを
通じて供給されるが、この膨張部１０ａではその
凸形ピストン５ｄが90゜進んでいるため早く降下
するので、その過程で動作気体は膨張して冷却さ
れ、次にこのピストン５ｄが上昇するとき冷却さ
れた動作気体は低温取出し側熱交換器１４a′と蓄
冷器１３ａを通つて圧縮部１１ａに戻る。これは
冷凍回路１１ａ―１２ａ―１３ａ―１４ａ―１０
ａと180゜位相差のある冷凍回路１１ｃ―１２ｃ―
１３ｃ―１４ｃ―１０ｃについて順次繰返し行わ
れ低温取出し側熱交換器１４a′で極低温度（５〜
60K）域の寒冷を発生させる。即ち第１系統温度
レベルの冷凍回路では第１系統温度レベルの発生
温度を第２系統温度レベルよりも低くするため圧
縮部と膨張部の容積比を１／８〜１／20程度にす
ると共に第２系統温度レベルの冷凍回路で得られ
る冷凍量で熱交換器２０ａ，２０ｃを用い第１系
統温度レベルの冷凍回路の蓄冷器１３ａ及び１３
ｃの中間を冷却すれば、ほぼ熱交換器２０ａ，２
０ｃの温度までの常温からの熱侵入が回収できる
ので、第１系統温度レベルの冷凍回路の冷凍発生
温度を効率よく低くすることができる。例えば動
作ガスにヘリウムを用い熱交換器２０ａ，２０ｃ
の温度を100とすれば低温取出し側熱交換器１４
a′では20K以下の温度が容易に得られる。尚、第
１系統温度レベルの冷凍回路の圧縮部と膨張部の
容積比を１／８〜１／20、第２系統温度レベルの
冷凍回路の圧縮部と膨張部の容積比を１／４〜
１／10にそれぞれとるには４個の凸形ピストンの
大径部を同じとした場合、第１系統温度レベルの
冷凍回路の膨張部を形成する凸形ピストンの小径
部を第２系統温度レベルの冷凍回路の膨張部を形
成する凸形ピストンの小径部より小さくすること
によつて実現可能であり、第２図のように第１系
統の温度レベルの冷凍回路において凸形ピストン
５ａ，５ｃの気筒の大径部の反膨張部側２２ａ，
２２ｃも圧縮部とし、それぞれ180゜の位相差をも
つて動作する凸形ピストン５ｃ，５ａの気筒の大
径部の膨張部側の１１ｃと１１ａ圧縮部と連絡し
て第１系統温度レベルの２つの冷凍回路の圧縮部
を構成することによつて第１系統温度レベルの冷
凍回路の圧縮室容積をそれぞれ５ａ，５ｃの気筒
の大径部の反膨張側２２ｃ，２２ａの分だけ増加
させることによつても実現可能である。
容積変化は180゜の位相差をもつて動作する凸形
ピストン５ｃ，５ａの気筒の大径部の膨張部１１
ｃ，１１ａ圧縮部の容積変化と同一であるからで
ある。
ピストン５ｃ，５ａの気筒の大径部の膨張部１１
ｃ，１１ａ圧縮部の容積変化と同一であるからで
ある。
以上により第１系統の温度レベルの冷凍回路の
低温取出し側熱交換器１４a′と第２系統の温度レ
ベルの冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４b′と
は４本の凸形ピストンシリンダ２１ａ〜２１ｄに
対し、前記シリンダ群のほぼ中心部に同心的に１
４b′を駆動部側に１４a′と１４b′とを離れてその
上部にそれぞれ配置されると共に、第２系統の温
度レベルの冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４
b′を第１系統の温度レベルの冷凍回路の低温取出
し側熱交換器１４a′の外周より中心に対して外側
にそれぞれ構成して、２つの温度レベルでの寒冷
取出しを容易に行うことができる。
低温取出し側熱交換器１４a′と第２系統の温度レ
ベルの冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４b′と
は４本の凸形ピストンシリンダ２１ａ〜２１ｄに
対し、前記シリンダ群のほぼ中心部に同心的に１
４b′を駆動部側に１４a′と１４b′とを離れてその
上部にそれぞれ配置されると共に、第２系統の温
度レベルの冷凍回路の低温取出し側熱交換器１４
b′を第１系統の温度レベルの冷凍回路の低温取出
し側熱交換器１４a′の外周より中心に対して外側
にそれぞれ構成して、２つの温度レベルでの寒冷
取出しを容易に行うことができる。
以上述べたように、本発明の多気筒冷凍装置に
ついて、特に優れた効果としては １ ほぼ円形のクランクケース上において４本の
凸形ピストンシリンダをクランクケース上の中
心に対して円周上に配置し、かつ中心に対して
対向する２本づつのピストンシリンダにより極
低温度と中低温度の冷凍を発生させるとき、４
本の凸形ピストンシリンダのほぼ中心部に極低
温度用コールドステーシヨンとして１個所低温
取出し側熱交換器１４a′を置き、又その周りに
中低温度用コールドステーシヨンとして１個所
低温取出し側熱交換器１４b′を置くようにした
ので寒冷取出し部が極低温度と中低温度それぞ
れ１個所づつ４本の凸形ピストンシリンダの中
心に同心状に配置されるので２つのコールドス
テーシヨンがコンパクト化でき、コールドステ
ーシヨンの熱容量も小さくなり予冷時間が短か
くなると共に、被冷却体の取付けも容易にな
る。
ついて、特に優れた効果としては １ ほぼ円形のクランクケース上において４本の
凸形ピストンシリンダをクランクケース上の中
心に対して円周上に配置し、かつ中心に対して
対向する２本づつのピストンシリンダにより極
低温度と中低温度の冷凍を発生させるとき、４
本の凸形ピストンシリンダのほぼ中心部に極低
温度用コールドステーシヨンとして１個所低温
取出し側熱交換器１４a′を置き、又その周りに
中低温度用コールドステーシヨンとして１個所
低温取出し側熱交換器１４b′を置くようにした
ので寒冷取出し部が極低温度と中低温度それぞ
れ１個所づつ４本の凸形ピストンシリンダの中
心に同心状に配置されるので２つのコールドス
テーシヨンがコンパクト化でき、コールドステ
ーシヨンの熱容量も小さくなり予冷時間が短か
くなると共に、被冷却体の取付けも容易にな
る。
２ 前述したように、２つのコールドステーシヨ
ンがコンパクト化できるので輻射及び気体によ
る熱侵入を小さくすることができる。
ンがコンパクト化できるので輻射及び気体によ
る熱侵入を小さくすることができる。
３ ２個の極低温度発生用のシリンダと蓄冷器を
２本の中低温度発生用の蓄冷器又はコールドス
テーシヨンのいずれかが予冷する様構成したの
で、第１系統温度レベルの冷凍回路の膨張室で
発生する冷凍をより効率的に発生利用しより極
低温にすることができる。
２本の中低温度発生用の蓄冷器又はコールドス
テーシヨンのいずれかが予冷する様構成したの
で、第１系統温度レベルの冷凍回路の膨張室で
発生する冷凍をより効率的に発生利用しより極
低温にすることができる。
４ ４個の凸形ピストンシリンダのうち180゜位相
差で対向するピストンシリンダのデイスプレイ
部の直径を他の180゜位相差で対向することによ
り小さくて極低温度用に構成することにより第
１系統温度レベルの冷凍回路、第２系統温度レ
ベルの冷凍回路、それぞれにおいて機械的バラ
ンスをとれるようにして振動、騒音の少い冷凍
装置が得られる。
差で対向するピストンシリンダのデイスプレイ
部の直径を他の180゜位相差で対向することによ
り小さくて極低温度用に構成することにより第
１系統温度レベルの冷凍回路、第２系統温度レ
ベルの冷凍回路、それぞれにおいて機械的バラ
ンスをとれるようにして振動、騒音の少い冷凍
装置が得られる。
５ ４個の凸型ピストンの往復動により形成され
る常温部にある作動流体の圧縮室を４、６、８
個所と変えられる様にしたので４個の凸形ピス
トンで各冷凍回路の凸形ピストンの大径部の直
径を大きくすることなく圧縮部容積を大きくす
ることが可能になり装置全体が小型になり、又
機械損失が少い冷凍装置を構成できる。
る常温部にある作動流体の圧縮室を４、６、８
個所と変えられる様にしたので４個の凸形ピス
トンで各冷凍回路の凸形ピストンの大径部の直
径を大きくすることなく圧縮部容積を大きくす
ることが可能になり装置全体が小型になり、又
機械損失が少い冷凍装置を構成できる。
以上述べた様に、本発明の多気筒冷凍装置は、
円形のクランクケース上に４本の凸形ピストンシ
リンダを円周上に配置し、かつ対向する２本づつ
のピストンシリンダにより極低温度と中低温度の
冷凍をそれぞれ発生装置を極めてコンパクトにま
とめた実用性の高い多気筒冷凍装置である。
円形のクランクケース上に４本の凸形ピストンシ
リンダを円周上に配置し、かつ対向する２本づつ
のピストンシリンダにより極低温度と中低温度の
冷凍をそれぞれ発生装置を極めてコンパクトにま
とめた実用性の高い多気筒冷凍装置である。
第１図は本発明の実施例の一部断面図、第２図
は第１図の冷凍部を示す概略の斜面図、第３図は
第１図の実施例の原理図、第４図は他の実施例の
原理図である。 １…外被、２…回転斜板、５ａ〜５ｄ…凸形ピ
ストン、１０ａ〜１０ｄ…凸形ピストンの膨張
部、１２…熱交換器、１３…蓄冷器、１４…低温
取出し側熱交換器。
は第１図の冷凍部を示す概略の斜面図、第３図は
第１図の実施例の原理図、第４図は他の実施例の
原理図である。 １…外被、２…回転斜板、５ａ〜５ｄ…凸形ピ
ストン、１０ａ〜１０ｄ…凸形ピストンの膨張
部、１２…熱交換器、１３…蓄冷器、１４…低温
取出し側熱交換器。
Claims (1)
- １ 大径部と小径部とからなる４本の凸型シリン
ダ、対応する前記凸型シリンダ内に嵌装され前記
大径部および小径部との間に夫々圧縮空間および
膨張空間を画成する４本の凸型ピストン、互いに
隣り合う前記膨張空間と前記圧縮空間とを熱交換
器および蓄冷器を介して連結せしめて形成される
４つの独立した冷凍回路、並びに、前記各ピスト
ンを90度の位相差で往復上下動なす駆動機構を備
え、前記各シリンダの大径部および小径部の大き
さを適宜調整して前記冷凍回路の内の２つおよび
残りの２つを夫々極低温冷凍回路および中低温冷
凍回路となした多気筒冷凍装置において、前記４
本のシリンダはクランクケースの上に90度ごとの
角度間隔で同一円周上に配置すると共に同一の冷
凍回路に属する２本のシリンダを180度の角度間
隔で配置し、前記極低温冷凍回路の熱交換器同士
を連結して形成した極低温コールドステーシヨン
を前記円周の中心に配置すると共に、前記中低温
冷凍器同士を連結して形成した中低温コールドス
テーシヨンを前記極低温コールドステーシヨンの
周囲に前記極低温コールドステーシヨンと同心を
なすようにに、配置した、多気筒冷凍装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55151632A JPS5774558A (en) | 1980-10-29 | 1980-10-29 | Multi-cylinder refrigerating plant |
| US06/313,793 US4375749A (en) | 1980-10-29 | 1981-10-22 | Multiple cylinder refrigeration apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55151632A JPS5774558A (en) | 1980-10-29 | 1980-10-29 | Multi-cylinder refrigerating plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5774558A JPS5774558A (en) | 1982-05-10 |
| JPS6342178B2 true JPS6342178B2 (ja) | 1988-08-22 |
Family
ID=15522779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55151632A Granted JPS5774558A (en) | 1980-10-29 | 1980-10-29 | Multi-cylinder refrigerating plant |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4375749A (ja) |
| JP (1) | JPS5774558A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4532855A (en) * | 1984-04-04 | 1985-08-06 | Stirling Thermal Motors, Inc. | Two-part drive shaft for thermal engine |
| US4693090A (en) * | 1986-10-16 | 1987-09-15 | Blackman Peter M | Thermally powered engine utilizing thermally powered valves |
| US4796430A (en) * | 1987-08-14 | 1989-01-10 | Cryodynamics, Inc. | Cam drive for cryogenic refrigerator |
| US4996841A (en) * | 1989-08-02 | 1991-03-05 | Stirling Thermal Motors, Inc. | Stirling cycle heat pump for heating and/or cooling systems |
| GB9008522D0 (en) * | 1990-04-17 | 1990-06-13 | Energy For Suitable Dev Limite | Reciprocatory displacement machine |
| US5142872A (en) * | 1990-04-26 | 1992-09-01 | Forma Scientific, Inc. | Laboratory freezer appliance |
| DE4037826A1 (de) * | 1990-11-28 | 1992-06-04 | Licentia Gmbh | Regenerative gaskaeltemaschine |
| US5706659A (en) * | 1996-01-26 | 1998-01-13 | Stirling Thermal Motors, Inc. | Modular construction stirling engine |
| US5771694A (en) * | 1996-01-26 | 1998-06-30 | Stirling Thermal Motors, Inc. | Crosshead system for stirling engine |
| US7434408B2 (en) * | 2003-07-31 | 2008-10-14 | High Energy Accelerator Research Organization | Method for cooling an article using a cryocooler and cryocooler |
| JP3864228B2 (ja) * | 2003-07-31 | 2006-12-27 | 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 | 冷凍機を用いた物品の冷却方法、及び冷凍機 |
| US8074457B2 (en) * | 2006-05-12 | 2011-12-13 | Flir Systems, Inc. | Folded cryocooler design |
| US8959929B2 (en) * | 2006-05-12 | 2015-02-24 | Flir Systems Inc. | Miniaturized gas refrigeration device with two or more thermal regenerator sections |
| US20080134676A1 (en) * | 2006-11-09 | 2008-06-12 | Che-Ning Chang | Power structure for a power-saving engine |
| KR101405194B1 (ko) * | 2012-10-24 | 2014-06-13 | 현대자동차 주식회사 | 차량용 스털링 냉동기 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL298732A (ja) * | 1962-11-30 | |||
| US3147600A (en) * | 1963-06-19 | 1964-09-08 | Malaker Lab Inc | Multi-stage cryogenic engine |
| NL6410576A (ja) * | 1964-09-11 | 1966-03-14 | ||
| NL6509299A (ja) * | 1965-07-19 | 1967-01-20 | ||
| US3527049A (en) * | 1967-11-03 | 1970-09-08 | Vannevar Bush | Compound stirling cycle engines |
| US3803857A (en) * | 1971-05-28 | 1974-04-16 | Y Ishizaki | Refrigeration system |
| JPS517851B2 (ja) * | 1972-05-09 | 1976-03-11 | ||
| GB1563699A (en) * | 1975-08-27 | 1980-03-26 | Atomic Energy Authority Uk | Stirling cycle thermal devices |
| JPS54119150A (en) * | 1978-03-08 | 1979-09-14 | Yoshihiro Ishizaki | Apparatus arrangement of reversible cycle |
| JPS6136145A (ja) * | 1984-07-28 | 1986-02-20 | 鈴木 秀雄 | 上塗壁材の製造方法 |
-
1980
- 1980-10-29 JP JP55151632A patent/JPS5774558A/ja active Granted
-
1981
- 1981-10-22 US US06/313,793 patent/US4375749A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4375749A (en) | 1983-03-08 |
| JPS5774558A (en) | 1982-05-10 |
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