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JPH068707B2 - Adiabatic expansion engine - Google Patents
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JPH068707B2 - Adiabatic expansion engine - Google Patents

Adiabatic expansion engine

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JPH068707B2
JPH068707B2 JP21658285A JP21658285A JPH068707B2 JP H068707 B2 JPH068707 B2 JP H068707B2 JP 21658285 A JP21658285 A JP 21658285A JP 21658285 A JP21658285 A JP 21658285A JP H068707 B2 JPH068707 B2 JP H068707B2
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JP
Japan
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piston
cylinder
valve body
discharge port
holding
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JP21658285A
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JPS6277556A (en
Inventor
剛 山下
勝政 荒岡
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、超伝導装置等で極低温を得るために圧縮ガス
を断熱膨張させるエンジンに関する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an engine for adiabatically expanding a compressed gas in order to obtain a cryogenic temperature in a superconducting device or the like.

[発明の技術的背景] 従来、超伝導装置等で極低温を得るには圧縮したヘリウ
ムガスを断熱膨張させて必要な低温にまで冷却するよう
に構成されている。ところで、このような高圧ヘリウム
ガスを断熱膨張させる断熱膨張エンジンは、シリンダが
真空容器内に収容されており、その分解保守が面倒であ
り、また極低温に冷却されるので熱的な条件が厳しく、
できるだけ簡単で信頼性の高い構造でなければならな
い。
[Technical background of the invention] Conventionally, in order to obtain a cryogenic temperature in a superconducting device or the like, a compressed helium gas is adiabatically expanded and cooled to a required low temperature. By the way, in such an adiabatic expansion engine that adiabatically expands high-pressure helium gas, the cylinder is housed in a vacuum container, its disassembly and maintenance are troublesome, and it is cooled to an extremely low temperature, so thermal conditions are severe. ,
It should be as simple and reliable as possible.

このため、従来のこの種の断熱膨張エンジンは第3図に
示すような構造をなしていた。すなわち、1はシリンダ
であって、このシリンダ内にはピストン2が移動自在に
収容されている。そして、上記のシリンダ1には高圧の
ヘリウムガスの吸入口3が形成され、この吸入口3は吸
入弁体4によって開閉されるように構成されている。ま
た、上記のシリンダ1の周面には排出口5が形成され、
この排出口5は上記のシリンダ1内に摺動自在に収容さ
れた略円筒状の排出弁体6によって開閉されるように構
成されている。この排出弁体6は気密を維持するための
シール部材7を備え、上記のピストン2が凸部8,9に
当接することによって所定の距離だけ往復移動し、上記
の排出口5を開閉するように構成されている。また、こ
の排出弁体6には軸方向に沿って切り割りが形成され、
自身の弾性力によってシリンダ1の内面に当接し、ピス
トン2が離れた場合にこのシリンダ1との摩擦力によっ
てその位置に保持されるように構成されている。
Therefore, the conventional adiabatic expansion engine of this type has a structure as shown in FIG. That is, 1 is a cylinder, and the piston 2 is movably accommodated in this cylinder. A suction port 3 for high-pressure helium gas is formed in the cylinder 1, and the suction port 3 is opened and closed by a suction valve body 4. Further, a discharge port 5 is formed on the peripheral surface of the cylinder 1,
The discharge port 5 is configured to be opened and closed by a substantially cylindrical discharge valve body 6 slidably accommodated in the cylinder 1. The discharge valve body 6 is provided with a seal member 7 for maintaining airtightness, and when the piston 2 comes into contact with the protrusions 8 and 9, the discharge valve body 6 reciprocates a predetermined distance to open and close the discharge port 5. Is configured. Further, a slit is formed in the discharge valve body 6 along the axial direction,
It is configured so that it is brought into contact with the inner surface of the cylinder 1 by its own elastic force and is held at that position by the frictional force with the cylinder 1 when the piston 2 separates.

以上のような従来の装置はまずピストン2が下降すると
吸入弁体4がこのピストン2に押されて開弁し、高圧の
ヘリウムガスがシリンダ1内に流入する。そして、上記
のピストン2が上昇してこのヘリウムガスが断熱膨張
し、ピストン2が一杯に上昇すると凸部に当接して排出
弁体6が上昇し、排出口5を開弁する。そして、このピ
ストン2が下降するとこの断熱膨張したヘリウムガスが
排出口5から排出される。この間、上記の排出弁体6は
シリンダ1との間の摩擦力によって開弁位置に保持され
る。
In the conventional apparatus as described above, when the piston 2 descends, the suction valve body 4 is pushed by the piston 2 to open the valve, and high-pressure helium gas flows into the cylinder 1. Then, the piston 2 rises and the helium gas adiabatically expands. When the piston 2 rises to the full extent, the piston 2 comes into contact with the convex portion and the discharge valve body 6 rises to open the discharge port 5. When the piston 2 descends, the adiabatically expanded helium gas is discharged from the discharge port 5. During this time, the discharge valve body 6 is held in the valve open position by the frictional force with the cylinder 1.

[背景技術の問題点] 上記従来のものは、排出弁体6のシール部材7はシリン
ダ1内面を摺動して排出口5を開閉するが、シール性を
確実にするにはシリンダ1内面との押圧力をかなり大き
くする必要がある。このため、このシール部材7の摺動
抵抗によって摩擦熱が発生し、断熱膨張したヘリウムガ
スの温度を上昇させる不具合を生じる。
[Problems of the Background Art] In the above-mentioned conventional one, the seal member 7 of the discharge valve body 6 slides on the inner surface of the cylinder 1 to open and close the discharge port 5. It is necessary to increase the pressing force of. Therefore, frictional heat is generated due to the sliding resistance of the seal member 7, causing a problem that the temperature of the helium gas adiabatically expanded rises.

また、このようにシール部材が摺動するとその摩耗等が
大きく、これを比較的頻繁に交換する必要がある。しか
し、このような断熱膨張エンジンは前述したようにシリ
ンダが真空容器内に収容されているので、分解等が面倒
であり、このエンジンの保守に多くの労力を必要とする
不具合があった。
Further, when the seal member slides in this way, its wear or the like is great, and it is necessary to replace it relatively frequently. However, in such an adiabatic expansion engine, since the cylinder is housed in the vacuum container as described above, disassembly or the like is troublesome, and there is a problem that a lot of labor is required for maintenance of this engine.

[発明の目的] 本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、排出弁
体の発熱が少なく、また保守の容易な断熱膨張エンジン
を提供することにある。
[Object of the Invention] The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an adiabatic expansion engine in which the exhaust valve body generates less heat and is easy to maintain.

[発明の概要] 本発明は、ピストンの移動方向に排出口を開口し、また
ピストンに当接して移動される保持体にはこれを所定の
位置に保持するに必要なだけの摩擦抵抗力を発生する保
持抵抗機構を設け、この保持体にスプリングを介して排
出弁体を設けたものである。したがって、この排出弁体
は排出口に接離してこれを開閉するので、摩擦が発生す
ることはなく、摩擦熱を発生しない。またこの排出弁体
は摺動しないのでそのシール部材等の摩耗が生じがた
く、シール部材等を頻繁に交換する必要がないので保守
が容易である。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a holding body that opens a discharge port in a moving direction of a piston and that is brought into contact with the piston is provided with a frictional resistance force required to hold the holding body at a predetermined position. A holding resistance mechanism for generating is provided, and a discharge valve body is provided to this holding body via a spring. Therefore, since the discharge valve body comes into contact with and separates from the discharge port to open and close the discharge port, friction is not generated and friction heat is not generated. Further, since the discharge valve body does not slide, abrasion of the seal member and the like does not occur, and since it is not necessary to frequently replace the seal member and the like, maintenance is easy.

[発明の実施例] 以下第1図および第2図を参照して本発明の一実施例を
説明する。図中の11はシリンダであって、真空容器
(図示せず)内等に収容され、外部との断熱がなされて
いる。そして、このシリンダ11内にはピストン12が
移動自在に収容されている。また、このシリンダ11の
底壁部には吸入口13が形成され、この吸入口13は吸
入弁体14によって開閉されるように構成されている。
また、この底壁部の周辺部には排出口15が上記のピス
トン12の移動方向に開口して形成されている。また、
上記のシリンダ11内には略円筒状の保持体16が移動
自在に収容されている。この保持体16の内周面には所
定の距離だけ離間して一対の凸部18,19が形成さ
れ、上記のピストン12がこれら凸部18,19に当接
することによって、この保持体16が所定の距離だけ往
復移動するように構成されている。また、この保持体1
6には、これを所定の位置に保持しておくに必要充分な
摩擦力をシリンダ11との間に発生する保持抵抗力機構
が設けられている。この保持抵抗機構はこの実施例の場
合にはこの保持体16の外周に嵌合された切り割を有す
るリング状のスプリング17から構成され、このスプリ
ング17の弾性力によってこのシリンダ11との間にこ
の保持体をその位置によって保持しておくに必要最低限
の摩擦力を発生するように構成されている。また、この
保持体16の下端部には排出弁体20が設けられてい
る。この排出弁体20は略円筒状をなし、係合部21に
よってこの保持体16に対して軸方向に所定量だけ移動
自在に連結されている。そして、この排出弁体29の下
端部にはシール部材22が設けられ、このシール部材2
2は上記のピストン12の移動方向から上記の排出口1
5に接離し、この排出口15を開閉するように構成され
ている。また、この排出弁体20と上記の保持体16と
の間にはスプリング23が介在され、この排出弁体20
を上記の排出口15に押圧するように構成されている。
なお、このスプリング23は断面矩形の素線を使用した
コイルスプリングであって、このスプリング23の素線
間に形成される余分の空間を最少限にするように構成さ
れている。
[Embodiment of the Invention] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. Reference numeral 11 in the drawing denotes a cylinder, which is housed in a vacuum container (not shown) or the like and is thermally insulated from the outside. A piston 12 is movably accommodated in the cylinder 11. A suction port 13 is formed on the bottom wall of the cylinder 11, and the suction port 13 is configured to be opened and closed by a suction valve body 14.
A discharge port 15 is formed in the peripheral portion of the bottom wall so as to open in the moving direction of the piston 12. Also,
A substantially cylindrical holder 16 is movably accommodated in the cylinder 11. A pair of convex portions 18 and 19 are formed on the inner peripheral surface of the holding body 16 so as to be separated from each other by a predetermined distance. When the piston 12 comes into contact with the convex portions 18 and 19, the holding body 16 is It is configured to reciprocate a predetermined distance. Also, this holder 1
6 is provided with a holding resistance force mechanism that generates a frictional force necessary for holding it in a predetermined position with the cylinder 11. In the case of this embodiment, the holding resistance mechanism is composed of a ring-shaped spring 17 fitted with the outer periphery of the holding body 16 and having a slit, and the elastic force of the spring 17 causes a space between the holding body and the cylinder 11. It is configured to generate a minimum frictional force necessary for holding the holding body depending on its position. A discharge valve body 20 is provided at the lower end of the holding body 16. The discharge valve body 20 has a substantially cylindrical shape, and is connected to the holding body 16 by an engaging portion 21 so as to be movable in the axial direction by a predetermined amount. The seal member 22 is provided at the lower end of the discharge valve body 29.
2 is the discharge port 1 from the moving direction of the piston 12.
5, the discharge port 15 is opened and closed. Further, a spring 23 is interposed between the discharge valve body 20 and the holding body 16, and the discharge valve body 20
Is configured to be pressed against the discharge port 15 described above.
The spring 23 is a coil spring using a wire having a rectangular cross section, and is configured to minimize an extra space formed between the wires of the spring 23.

次に上記の実施例の作用を説明する。まず第1図に示す
如くピストン12が上昇している場合にはこのピストン
12に保持体16の凸部18が当接し、この保持体16
はこのピストン12とともに上昇し、排出弁体20が排
出口15から離れてこの排出口15が開口する。そし
て、この状態からピストン12が下降すると、このピス
トン12が保持体16の凸部18から離れ、この保持体
16はスプリング17の摩擦力によってその位置に保持
され、排出口15が開口状態に維持される。そして、こ
のピストン12が第2図に示す如く下降すると、このピ
ストン12が保持体16の凸部19に当接し、これを下
降させる。そして、この保持体16が下降すると排出弁
体20が排出口15に当接してこれを閉塞し、さらに保
持体16がピストン12とともに下降すると上記のスプ
リング23が圧縮される。そして、このピストン12が
下死点まで下降すると前記の吸入弁体14が押圧されて
介弁し、吸入口13から高圧のヘリウムガスがシリンダ
11内に供給される。そして、このガスの圧力によって
ピストン12は上昇してゆくが、上記のスプリング23
が完全に伸びるまでは上記の排出弁体20はこのスプリ
ング23の弾性押圧力によって排出口15に押圧されて
いる。したがって、吸入口13からヘリウムガスがこの
シリンダ11内に充分に供給され、このシリンダ11内
の圧力が充分に上昇してその圧力によってこの排出弁体
20を排出口15に押圧して閉止状態が維持されるよう
になるまでの間は、上記のスプリング23の付勢力によ
ってこの排出弁体20が排出口15に押圧される。以
下、同様にして作動を繰返す。
Next, the operation of the above embodiment will be described. First, as shown in FIG. 1, when the piston 12 is rising, the convex portion 18 of the holding body 16 contacts the piston 12 and
Rises together with the piston 12, the discharge valve body 20 separates from the discharge port 15, and the discharge port 15 opens. Then, when the piston 12 descends from this state, the piston 12 separates from the convex portion 18 of the holding body 16, the holding body 16 is held in that position by the frictional force of the spring 17, and the discharge port 15 is maintained in the open state. To be done. Then, when the piston 12 descends as shown in FIG. 2, the piston 12 comes into contact with the convex portion 19 of the holding body 16 and lowers it. Then, when the holding body 16 descends, the discharge valve body 20 contacts the discharge port 15 to close it, and when the holding body 16 descends together with the piston 12, the spring 23 is compressed. Then, when the piston 12 descends to the bottom dead center, the suction valve body 14 is pressed and intervenes, and high-pressure helium gas is supplied from the suction port 13 into the cylinder 11. Then, the piston 12 rises due to the pressure of this gas, but the spring 23
Is fully extended, the discharge valve body 20 is pressed against the discharge port 15 by the elastic pressing force of the spring 23. Therefore, the helium gas is sufficiently supplied into the cylinder 11 from the suction port 13, the pressure in the cylinder 11 is sufficiently increased, and the discharge valve body 20 is pressed against the discharge port 15 by the pressure to close the cylinder 11. The discharge valve body 20 is pressed against the discharge port 15 by the urging force of the spring 23 until it is maintained. Hereinafter, the operation is repeated in the same manner.

なお、本発明は上記の一実施例には限定されない。たと
えば、上記のスプリング23は必ずしも上記の実施例の
ような構造のものでなくてもよい。また、保持抵抗機構
も上記の実施例のようなリング状のスプリングを使用し
たものには限定されない。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the spring 23 does not necessarily have the structure of the above-described embodiment. Further, the holding resistance mechanism is not limited to the one using the ring-shaped spring as in the above embodiment.

[発明の効果] 上述の如く本発明は、ピストンの移動方向に排出口を開
口し、このピストンに当接して移動される保持体にスプ
リングを介して排出弁体を取付け、この排出弁体を排出
口にピストンの移動方向に接離させてこの排出口を開閉
するものである。従って、この保持体は保持抵抗機構に
よってその位置を保持するに必要なだけの摩擦抵抗力を
与えられるだけでよく、摩擦熱による発熱を最少にでき
る。またこの排出弁体のシール部材は摺動しないので摩
耗が少なく、頻繁に保守をする必要はない。また上記の
排出弁体はスプリングを介して保持体に取付けたので、
吸入弁体が開弁してシリンダ内に高圧のガスが供給され
る際に、このガスが充分に供給されてシリンダ内の圧が
この排出弁体を排出口に押圧して閉止状態に維持できる
ように上昇するまでの間、このスプリングの付勢力によ
ってこの排出弁体を閉止状態に維持することができ、高
圧のガスが排出口に吹き抜けることを防止できる等、そ
の効果は大である。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, the discharge port is opened in the moving direction of the piston, and the discharge valve body is attached to the holding body which is brought into contact with the piston and is moved through the spring. The exhaust port is opened and closed by contacting and separating from the exhaust port in the moving direction of the piston. Therefore, this holding body only needs to be provided with a frictional resistance force necessary for holding its position by the holding resistance mechanism, and heat generation due to frictional heat can be minimized. Further, since the seal member of the discharge valve body does not slide, it wears little and does not require frequent maintenance. Moreover, since the above-mentioned discharge valve body is attached to the holding body through the spring,
When the suction valve body opens and high-pressure gas is supplied to the cylinder, the gas is sufficiently supplied so that the pressure in the cylinder presses the discharge valve body to the discharge port to maintain the closed state. Thus, the discharge valve body can be maintained in the closed state by the urging force of the spring until it rises, and high-pressure gas can be prevented from blowing through the discharge port.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図および第2図は本発明の一実施例のそれぞれ異な
る作動状態における縦断面図、第3図は従来のエンジン
の縦断面図である。 11…シリンダ、12…ピストン、15…排出口、16
…保持体、17…スプリング(保持抵抗機構)、20…
排出弁体、23…スプリング。
1 and 2 are vertical cross-sectional views of an embodiment of the present invention in different operating states, and FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a conventional engine. 11 ... Cylinder, 12 ... Piston, 15 ... Discharge port, 16
... Holder, 17 ... Spring (holding resistance mechanism), 20 ...
Discharge valve body, 23 ... Spring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリンダと、このシリンダ内を移動するピ
ストンと、上記のシリンダ内に上記のピストンの移動方
向に開口した排出口と、上記シリンダ内に移動自在に設
けられ上記ピストンとの当接によって上記シリンダ内を
往復移動する保持体と、この保持体と上記シリンダとの
間に上記のピストンが離れた場合にこの保持体をその位
置に保持するに必要な摺動抵抗を与える保持抵抗機構
と、上記保持体にスプリングを介して移動自在に取付け
られ上記排出口にピストンの移動方向に当接してこれを
閉塞する排出弁体とを具備したことを特徴とする断熱膨
張エンジン。
1. A cylinder, a piston moving in the cylinder, a discharge port opened in the cylinder in the moving direction of the piston, and abutting contact with the piston movably provided in the cylinder. And a holding resistance mechanism that gives a sliding resistance necessary to hold the holding body at that position when the piston separates from the holding body and the cylinder. And a discharge valve body movably attached to the holding body via a spring and abutting on the discharge port in the moving direction of the piston to close the piston, the adiabatic expansion engine.
JP21658285A 1985-09-30 1985-09-30 Adiabatic expansion engine Expired - Lifetime JPH068707B2 (en)

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JPH0678853B2 (en) * 1987-09-08 1994-10-05 財団法人鉄道総合技術研究所 Valve device
JP2610306B2 (en) * 1988-06-14 1997-05-14 株式会社東芝 Adiabatic expansion engine

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