WO1998011394A1

WO1998011394A1 - Refrigerateur cryogenique et procede de commande associe

Info

Publication number: WO1998011394A1
Application number: PCT/JP1997/003145
Authority: WO
Inventors: Masakazu Okamoto; Toshiyuki Kurihara
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1998-03-19
Also published as: JP2877094B2; EP0862030A1; EP0862030A4; JPH1089789A; US6038866A

Description

明細書極低温冷凍機及びその制御方法

(技分野）

本発明は、ディスプレーザの往復動によりヘリウム等の作動ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低温冷涑機及びその制御方法に関し、特に、その能力を向上させる技術分野に属する。

(背景技術）

従来より、この種の極低温冷涑機として、シリンダ内に膨張空^を区画するデイスプレーサを筛えてなり、このディスプレーザの往復動に伴い、上記膨張空 jに供給された高圧の作動ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるとともに、膨張後の ί&ΕΕの作動ガスを膨張空間からシリンダ外に排出するようにした G M (ギフオード 'マクマホン）冷凍機はよく知られている。

そして、例えば特開平 6— 3 0 0 3 7 8号公報に示されるものでは、ディスプレーサをクランク軸を介してモータに連結して、モータの作動によりディスプレーサを往復動させる機械駆動式 G M冷凍機において、クランク軸と一体的に回転するバルブプレー卜に摺接してそれを開閉するバルブ本体を外部から回転可能とし、このバルブ本体のバルブプレートに対する相対位置を変えることにより、シリンダ内の膨張空間に高圧作動ガスを供給するタイミングと、膨張空間内で膨張した ί¾Εの作動ガスを排出するタイミングとを連係して可変とすること力《提案されている。

ところで、シリンダ内に、高 (SEEの中間圧力に設定された中間圧室を区画し、この中間圧室及び膨張空間でのガス圧の圧力差によってビス卜ンをディスプレーサと共に往復動させるようにしたガス圧駆動式（改良ソルべ一式）の G M冷凍機についても知られている。

そして、上記ガス圧駆動式の G M冷凍機では、ガス圧の圧力差によってディスプレーサを g区動する方式であるため、ディスプレーザの動きをスムーズに行う目的で、 ― 般に、ディスプレーザの往復動の 1サイクルにおいてシリンダ内の膨張空問に高圧作動ガスを供給する高圧開弁状態と、膨張空間の作動ガスを排出する低圧開弁状態との時[¾割合を略同じ（共に略 5 0 %) にすることが行われている。し力、し、本発明者が冷凍機のも力について検討した結 ¾、その能力の向上の面から兄れば、上記高圧^弁状態と低圧開弁状態との割を略同じにすることは必ずしも必要ではなく、却つて冷凍能力の向上の妨げとなることが判明した。

本発明の冃的は、上記のようにディスプレーザの往復動により極低温レベルの寒冷を発生させる極低温冷涑機において、そのシリンダ内の膨空^の作動ガスを排出する王開弁状態の時間割^を適正に変更することにより、極低温冷凍機の能力を向上させることにある。

(発明の開示）

上記の的を達成するために、この発明では、ディスプレーザの往復動の 1サイクルにおける低圧作動ガスの排出時間の割合を、高圧作動ガスの ί共給時問の割合又は 1 サイクルの 1 / 2よりも長く設定した。

すなわち、本発明では、図 1及び図 2に示すように、シリンダ（2) 内に膨張空間 ( 2 9) 〜（3 1 ) を区画するディスプレーサ（2 2) を備え、該ディスプレーサ (2 2) の往復動に伴い、上記膨張空問（2 9) 〜（3 1 ) に供給された高圧の作動ガスを膨張させる一方、膨張後の ifflEの作動ガスを膨張空問（2 9) ~ ( 3 1 ) からシリンダ（2) 外に排出して極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機を前提とする。そして、上記ディスプレーサ（2 2) の往復動の 1サイクルにおける低圧作動ガスの排出時間の割台を高圧作動ガスの iit給時問の割^よりも長く描成する。

この構成により、ディスプレーサ（2 2) の往復動の (SEE作動ガス排出時間の割合力高圧作動ガス供給時間の割合よりも長いので、高圧作動ガスの供給に比べ圧力損失の大きい王作動ガス排出の流盘を減少させることができ、全体として圧力損失を-减らして効率を上げることができる。また、膨張空間 ( 2 9 ) 〜（3 1 ) の膨張室（3 0) , (3 1 ) での作動ガスの膨張時間が長くなり、温度を下げることができ、その分、冷凍機の能力を向上させることができる。

また、上記前^と同じ極低温凍機において、シリンダ（2) 内の膨張空間 (2 9) 〜（3 1 ) に高圧作動ガスを供給する高圧開弁状態と、膨張空問 (2 9) 〜（3 1 ) の作動ガスを排出する低圧開弁状態とに交互に切り換わるバルブ手段（3 5 ) が設けられている構成に対し、このバルブ手段（3 5) による iffiEE開弁状態の割合を高圧開弁伏態の割合よりも犬に設定するようにしてもよい。このようにバルブ手段（3 5) による flSffll弁状態の割合が高圧開弁状態の割合よりも大きいので、上記と同様の作用効 ίβが^られる。

また、上記前 ^と同じ極低温冷凍機において、ディスプレーサ（2 2) の往復動の 1サイクルにおける低圧作動ガスの排出時間の割合を上記 .1サイクル周期の 1 / 2よりも長く桢成してもよい。こうすることでも上記と同嫌の作用効粜を奏することができる。

さらに、上記高圧及び低圧作動ガスの中問圧力に設定された中間圧室（8) を設け、ディスプレーサ（2 2) は、この中問圧室（8) に連通する圧力室（2 0) と膨張空 R5] ( 2 9) - ( 3 1 ) の圧力室（2 9) とのガス圧の圧力差によって往¾励するように構成されているものとしてもよい。

このことで、ガス圧駆動式の極低温冷涑機において、ディスプレーサ（2 2) の往復動の低圧作動ガス排出時間の割合力 <高圧作動ガス ί共給時間の割合よりも長いので、中間圧室 (8) の圧力力吓がって相対的に高圧側よりも低圧側に近付く。その結果、高汪作動ガスの供給時、膨張空間（2 9) 〜（3 1 ) の圧力室（2 9) と中間圧室 (8) に連通する圧力室（2 0) との差圧力く大きくなり、この ¾大した ¾Εによりデイスプレーサ（2 2) 力 <素早く移動する一方、 ί&Ε作動ガスの排出には、上記両圧力室（2 0) , (2 9) 間のカ小さくなるので、ディスプレーサ（2 2) の移動速度が上記高圧作動ガスの供給時よりも遲くなり、上記と同様の理由によりガス圧駆勦式の極低温冷凍機の能力を向上させることカできる。

また、上記バルブ手段（3 5) の開弁状態全体における低圧開弁状態の割合を 5 5 〜6 5%とし、高圧開弁状態の割合は 4 5〜3 5 %とすることもできる。こうすれば、 iffi開弁状態の割合の最適範囲力'得られる。

さらにまた、上記の前提の極低温冷涑機の制御方法として、ディスプレーサ（2 2) の往復動の 1サイクルにおける低圧作動ガスの排出時間の割合を高圧作動ガスの供給時間の割合よりも長くする。この構成でも上記発明と同様の作用効菜が得られる。

(図面の簡な説明）

図 1は、ディスプレーザの往復動 1サイクルにおける口一タリバルブの ί£Ε及ひ^ 圧開弁状態の比率を示す図である。図 2は、本発明の実施形態に係る極低温冷機の全体^成を示す断面図である。図 3は、ロータリレブの拡大斜視図である。

図 4は、ロータ <ルプの高圧開弁状態を示す拡大断面図である。

図 5は、タリレブの低圧 j弁状 ¾を示す拡大 I祈面図である。

図 6は、ロータリバルブを 107 r p mで回転させた状態で低圧開弁状態の割台を変化させたときの冷凍負荷に対する能力変化を示す図である。

図 7は、口一タリバルブを 144 r pmで回させた状態での能力変化を示す図 6 相当図である。

(発明を実施するための最良の形態）

図 2は本発明を突施するための最良の形態に係る極 β温冷凍機（R) の全体構成を示す。この極低温冷凍機（R) は、後述の如くシリンダ（2) 內でディスプレーサ (22) をヘリウムガス圧により往復動させて高圧のヘリウムガス（作動ガス）を膨張させるガス圧駆動式の G Μサイクル（ギフオード'マクマホン ·サイクル）の膨張機で構成されている。

すなわち、極低 ifi冷凍機（R) は密閉状のモータへッド（1) と、該モータへッド (1) の上面に気密状に連設され、下側の大径部（2 a)及び上側の小径部（2b) からなる大ノ J、 2段構造のシリンダ（2) とを備えている。上記モー夕へッド（1) の側面には高圧ガス入口（4) とその上側に位置する ifflEEガス出口（5) とが形成され、高圧ガス入口（4) は図外の圧縮機の吐出側に高圧配管を介して、また ®Hガス出口 (5) は同圧縮機の吸入側に fiif配管を介してそれぞれ接続されて、る。

モー夕へッド（1) の内部には、上 ΐ己高圧ガス入口（4) に連通するモータ室（6) と、該モータ室（6)の上側に位置しかつ内部空問が下端にてモータ室（6) に連通する上下方向の貫通孔からなる装着孔（7) と、この装着孔（7) の周囲に位置する略環状の空問からなる中 [¾圧室（8) とが形成されている。

また、モータへッド（1) のシリンダ（2) との境界部分にはシリンダ（2)下端 (基端）の閉塞部材を構成するバルブステム（9)が嵌挿されている。このバルブステム（9) は、上記装着孔（7) に気密嵌合されたバルブシート部（9a) と、シリンダ（2) の大径部 (2 a) の内径よりも小径に形成され、このシリンダ大径部 (2 a) 内下部に同心に突出するピストン支持部（9b) と、上記中間圧室（8) の上壁を媾成するフランジ部（9 c) とを備えてなり、バルブシ一卜部（9 a) の下面と装着孔（7) の壁面とで囲まれる空問により、高圧ガス入口（4) とモータ室 (6) を介して連通するバルブ室（1 0) が形成されている。

上記バルブステム（9) には、図 4及び図 5にも示すように、下半部が 2股状に分岐されかつ上記バルブ室 (10) をシリンダ（2) 内に連通する第；！ガス流路（12) と、一端が該筇 1ガス流路 (12) に後述する口一タリバルブ（35) の低圧ポー卜 (37) を介して連通するとともに、他端が上記 ί£Εガス出口（5) にモータへッド

(1) に形成した連通路（13) を介して連通する笫 2ガス流路（14) とが貫通形成され、上記第]ガス流路 (12) はその途中にてキヤビラリ一管 (15) を介して上記中間圧室（8) に常時連通されている。上記両ガス流路（12) , (14) は、バルブ室（10) に臨むバルブステ厶（9) のバルブシート（9 a) 下面において、第 2ガス流路 (14) にあってはバルブステム（9) 中心部に、分岐された第】ガス流路（ 12 ) , ( 12 ) にあつては該第 2ガス流路 (14) に対して対称な位置にそれぞれ開口されている。

—方、シリンダ（2) の火径部（2 a) 内の下端部には底壁を有する略逆カップ形状のスラックピストン（17) がその内側面を上記バルブステム（9) のピストン支持部（9 b) に摺動案内せしめた状態で往復動可能に外嵌台され、このスラックビストン（17) によりシリンダ（2) 内上部に上側圧力室（29) が、またシリンダ

(2) 内下端に下側圧力室（20) 力《それぞれ区画形成され、上記下側圧力室（20) は上記乇一夕へッド（1) 内の中間圧室（8) にオリフィス（21) を介して常時連通されている。従って、下側圧力室（20) は高圧及び低圧のヘリウムガスの中間圧力に設定されており、この下側圧力室（20) と上側圧力室（29) との各ガス圧の圧力差によってスラックピストン（17) がディスプレーサ（22) と共に往復動するようになされている。上記スラックピストン（17) 底壁の中心部には大径の中心孔（18) が貫通形成され、周緣角部にはピストン（17) 内外を連通する複数の連通孔（19) , (19) , …が形成されている。

また、上記シリンダ（2) 内にはディスプレーサ（22) (置換器）力 <往復動可能に嵌合されている。このディスプレーサ（22) は、シリンダ（2) の大径部 (2 a) の略上半部内を揩動する密閉円筒状の大径部（22 a) と、該大径部（22 a) 上端に移動一体に結合され、シリンタ' (2) の小径部（2 b) 内を攒勦する密閉円筒状の小径部（22 b) と力、らなり、このディスプレーサ（22) により、スラックピストン（] 7) 上方のシリンダ（2) 内の膨 ¾空問 (29) 〜（31) が下側から順に上；!己上側圧力室（29)、第 1段及び第 2段膨 (30) ， (31) に区画されている。上記ディスプレーサ（22) の大径部 (22 a) 内の空間は上記笫 1段膨張室

(30) に連通孔（23) を介して常時連通され、この大径部（22 a) 内の空には蓄冷型熱交換器よりなる第 1段蓄冷器（24) が嵌 Sされている。また、ディスプレーザ（22) の小径部（22b) 内の空問は上記第 1段膨張室 (30) に連通孔

(25) を介して、また第 2段膨張室 (31) に連通孔（26) を介してそれぞれ常時連通され、このディスプレーサ小径部（22b) 内の空問には上記第 1段蓄冷器

(24) と同様の第 2段蓄冷器 (27) が ίお Sされている。

さらに、上記ディスプレーサ（22) の大 ί圣部（22 a) 下端には、その大径部

(22 a) 内の空間を上記上側圧力室（29) に連通する管状の係止片（33) が一体に突設されている。この係止 )亇 (33) の下部は上記スラックピストン（17) 底壁の中心孔（18) を貫通してピストン（17) 内部に所定寸法だけ延び、その下端部にはピストン（17) 底壁に係合するフランジ状の係止部（33 a) がー体に形成されており、スラックピストン（17) の上昇移動時、ピストン（17) カ<所定ス卜ロークだけ上昇した時点でその底壁上而とディスプレーサ（22) 下 ffijとの当接により、ディスプレーサ（22) 力くピストン（17) に驱動されて上昇開始する一方、スラックピストン（17) の下降移酞時、ピストン（17) が所定ス卜ロークだけ下降した時点でその β下面と係止片（33) の係止部 (33 a) との係合により、ディスプレーサ（22) 力《ピストン（17) に駆動されて下降閗始するように、つまりデイスプレーサ（22) が所定ストロークの遅れをもってピストン（17) に追従移動するように構成されている。

さらに、上記モー夕へッド（1) のバルブ室 (10) 内には、シリンダ（2) 内の膨張空間としての上側圧力室（29) 及び膨張室（30) , (31) に高圧へリウ厶ガスを供給する高圧開弁状態と、上側圧力室（29) 及び膨張室 (30) , (31) のヘリゥムガスを排出する低圧開弁状態とに交互に切り換わるバルブ手段としての口 —タリバルブ（35) が配設され、該ロータリバルブ（35) は、モータ室（6) に配置したバルブモー夕（39) により回転駆動される。そして、このロータリバルブ

(35)の KI換動作により、高圧ガス入口（4)つまり該高圧ガス入口（4) に連通するバルブ室（10) と、低圧ガス出口（5)つまり該低圧ガス出门（5)に連通する連通路（13) とをシリンダ（2) 内の上側圧力室（29)、第 1段及び第 2段膨張室 (30)，（31) に対し交互に連通するようになされている。

すなわち、上記口一タリバルブ（35)の下 2ΰ中心部にはバルブモータ（39)の出力 (39a)が回転一体に係合されている。また、バルブ（35)下面とモー夕

(39) との ill]にはスプリング（図示せず）が縮装されており、このスプリングのばね力とバルブ室（10)の高圧ヘリウムガスの圧力とによりロータリバルブ（35) 上面をバルブステム（9)のバルブシート部（9a)下面に対し一定の押圧力で押し付けるようにしている。

—方、図 3に示す如く、上記ロータリバルブ（35)の上 02には、その半径方向に対向する外周緣から中心方向に所定長さだけ Wり込んでなる 1対の高圧ポー卜（36) , (36) と、該高圧ポー卜（36) , (36) に対しロータリバルブ（35)の回転方向（同図で矢印にて示す方向）に略 90°の角度問隔をあけて配置され、バルブ

(35)上 IEの中心から外周緣近傍に向かって直 ί圣方向に切り欠いてなる有端凹溝状の iSlfポ一卜（37) とが形成されており、バルブモ一夕（39)の！ ξ区動により口一夕リバルプ（35)をその上面がバルブステム（9)下 ΪΒに圧接した状,態で回転させて開閉切換えさせ、この口一タリバルブ（35)の W換えにより上側圧力室（29) と下側圧力室（20) との問に圧力差を生じさせて、この圧力差によりスラックビストン（17)及びディスプレーサ（22)をシリンダ（2)内で往復動させるようにしている。つまり、口一タリバルブ（35)の回転により、図 4に示すように、その上面の高圧ポー卜（36) , (36)の内端がそれぞれバルブステム（9)のバルブシート部 (9a)下面に開口する第 1ガス流路（12)の 2つの開口端に合致したときには、バルブ室（10) (高圧ガス入口（4) ) を高圧ポート（36) , (36) 及び第 1ガス流路 (12)を介してシリンダ（2)内の上側圧力室（29)、第 1段及び第 2段膨張室（30) , (31) に連通させて、これら各室（29)〜（31) に高圧へリウムガスを導入充するとともに、その高圧となつた上側圧力室（29) と下側圧力室（20) とのガス圧の差によってスラックピストン（17)をディスプレーザ（22) と共に下降させる。一方、図 5に示す如く、バルブシート部（9a) 下面に開 Πする第 2ガス流路 (14) に央部にて常時連通する ί£Γ王ポート（37) の両外端がそれぞれ上記第 1ガス流路（12) の両開口端に合致したときには、上記シリンダ (2) 内の各室（29) 〜（31) を第:！ガス流路（12) 、（L¾Eポート（3 7) 、筇 2ガス流路 (14)及び連通路（13) を介して低圧ガス出口（5) に連通させて、各室（29) 〜（31) に充坡されているヘリウムガスを膨張させながら低圧ガス出口（5) に排出するとともに、この低圧となった上側圧力室（29) と下側圧力室（20) とのガス圧の差によってスラックピストン（17) をディスプレーサ

(22) と共に上^させ、このディスプレーサ（22) の上移動によりヘリウムガスをサイモン膨張させて、その膨張に伴う温度降下により極低温レベルの寒冷を発生させ、その寒?令により第]段膨張室（30) に対応するシリンダ（2) の大径部（2 a)先端（上端）の笫 1ヒートステーション（4 ] ) を所 ¾温度レベルに、また小径部（2b)先 (上端）の筇 2ヒ一卜ステーション（42) を上記第 1ヒー卜ステーシヨン（41) よりも低い ^^レベルにそれぞれ冷却保持するようになっている。本発明の特徴として、上記ディスプレーサ（22) の往動の 1サイクルにおける低圧ヘリゥムガスの排出時問の割合が高圧ヘリゥムガスの供給時問の割合よりも長く、詳しくは、図 1に示すようにロータリバルブ（35) による低圧開弁状態の割合が高圧開弁状態の割合よりも犬に設定され、バルブ（35) の弁状態全体における ί&Ε 開弁状態の割合が 55〜65%で、残りの高圧開弁状態の割合は 45~35%とされている。従って、ディスプレーサ（22) の往復動の: Iサイクルにおける fiJEEへリウムガスの排出時間の割合は、上己ディスプレーサ（22)往復動の 1サイクル周期の 1/2よりも長く設定されていることにもなる。尚、この口一タリバルブ（35) の iffi開弁状態の割合を変えるには、例えばロータリバルブ（35) の高 ί£Εポート

(36) , (37) やバルブステム（9) のガス流路 (12) , (14) の形状、大きさ、形成位置等を変えたり、口一タリバルブ（35) の 1回転中の回 $云速度を可変としたりすることで達成できる。

次に、上記実施形態の作用について説明する。

極低冷凍機（R)の作動は基本的に通常のものと同様に行われる。すなわち、冷凍機（R) におけるシリンダ（2) 内の圧力が低圧であって、スラックピストン（1 7) とディスプレーサ（22) とが上舁端位置にある状態において、バルブモー夕 (39) の駆動による口一タリバルブ（35) の回転により、その高圧ポート（36) ， (36)がバルブステム（9)下面の第 1ガス流路（12) の両開口端に合致してロータリバルブ（35)が高圧側に開く高 H開弁状態になると、冷凍機（R) の高圧ガス人口（4)及びモー夕室（6) を介してバルブ室（10) に供給されている常温の高圧へリゥ厶ガス力'上記ロー夕リノレブ（35) の高圧ポー卜（ 36 ) , (36) 及び第 1ガス流路（12) を介してスラックピストン（17)上方の上側圧力室（2 9) に導入されるとともに、さらにこの上側圧力室（29)から、順次ディスプレーサ（22) の各蓄冷器（24) , (27) を通って各膨室（3 ϋ) , (31) に充 ½され、この蓄冷器（24) , (27) を通る問に熱交換によって冷却される。

そして、上記スラックピストン（17)上側の上側圧力室（29) のガス圧が下側の下側圧力室（20) よりも高くなると、両圧力室（20) , (29) 間の圧力差によってビス卜ン（17)が下降し、このビストン U 7) の下降ス卜ロークカ<所定値に達したときに、該ピストン（17) の面とディスプレーサ（22)下端における係止片（33) の係止部（33a) とが係合して、ディスプレーサ（22) は圧力変化に対しれを持ってピストン（17) により引き下げられ、このディスプレーサ（22) の下降移動によりその上方の膨張室 (30) , (31) にさらに高圧ガスが充坡される。

この後、上^口一タリバルブ（35)が閉じると、その後もディスプレーサ（22) は慣性力によって下降し、これに伴い、ディスプレーサ（22)上方の上側圧力室 (29) 内のヘリウムガスが膨張室（30)， (31) に移動する。

このディスプレーサ（22)が下降端位置に達した後、口一タリバルブ（35) の低圧ポート（37)力 <上記バルブステム（9)下面の第 1ガス流路（12) の開口端に台致してバルブ（35)が iffi側に開く iffi開弁状態となり、この開弁に伴い、上記ディスプレ一サ（22)上方の各膨張室 (30) , (31) 内のヘリウムガスがサィモン膨'張し、このガスの膨張に伴う温度降下により第 1ヒー卜ステーション（41) 力所定温度レベルに、また第 2ヒートステーション（42)力く第 1ヒ一卜ステ一ション（41) よりも低い温度レベルにそれそ"れ冷却される。

上記膨張室 (30) , (31)で低温状態となつたへリウムガスは、上記ガス導入

—— Q —— 時とは逆に、ディスプレーサ（22) 内の蓄冷器（24) , (27) を通って上記上側圧力室（29) 内に戻り、その問に蓄冷 (24) , (27) を冷却しながら自身が常まで暖められる。そして、この常温のヘリウムガスは、さらに上側圧力室（2 9) 内のガスと共に筇 1ガス流路（12) 、バルブ（35) の ffiポー卜（37) 、迎通路（13) を介して冷凍機 (R) 外に排出され、 iffiEガス出口（5) を通って fli 縮機に流れてそれに吸入される。このガス排出に伴い上記上側圧力室（29) 内のガス圧が低下し、その下側圧力室（20) との)王力差によりスラックピストン（17) 力く上昇し、このピストン（17) の底壁上面がディスプレーサ（22) の下に当接した後は該ディスプレーサ（22) が押圧されて上昇し、このディスプレーサ（22) の上界移動により膨張室（3ϋ) , (31) 内のガスが冷涑機（R) 外にさらに排出される。

次いで、ロー夕リバルブ（35) が閉じる力この後もディスプレーサ（22) は上端位置まで上昇移動し、膨張室（30) ， (31) 内のガスカ聯出されて ¾初の状態に戻る。以上によりディスプレーサ（22) の動作の 1サイクルカ《終了して、以後は上記と同様な動作が繰り返され、各ヒートステ一ション（41 ) , (42) の温度は極低温レベルに向かつて次第に降下する。

そして、この実 |¾形態では、ディスプレーサ（22) の往 ¾勅の 1サイクルにおける口—タリバルブ（35) による低压開弁状態の割^が高圧開弁伏態の割合よりも大であり UfiiEE開弁状態の時間割合がディスプレーサ（22) の往设動の 1サイクル周期の 1 2よりも長い）、バルブ（35) の開弁状態全体における低圧問弁状態の割合が 55〜 65 %で、高圧開弁状態の割合は 45〜 35%とされているので、その低圧開弁状態が長い分だけ、第 1ガス流路 (12) にキヤビラリ一管（15) を介して常時連通されている中間圧室（8) のガス圧及び該中間圧室（8) にオリフィス（2 1) を介して常時連通されている下側圧力室（20) のガス压が下がり、この下側圧力室（20) のガス圧は高圧及び iS;圧ヘリウムガスのガス压の範囲において相対的に低圧側に近付く。このため、高圧ヘリウムガスの供給時の上则圧力室（29) と下側圧力室（20) とのガス圧の差が大きくなる一方、低圧ヘリウムガスの排出時の上側圧力室（29) と下側圧力室（20) との^;王力小さくなり、ロータリバルブ（35) の高圧開弁状態では、ピストン（17) はディスプレーサ（22) と共に素早く下降移動する一方、低圧開弁状態では、ディスプレーサ（22) の移動速度が上記高圧開弁状態よりも遅くなる。その結果、このようなディスプレーサ（22) の昇降速度の差等に起因して、ガス圧駆動式の極低温冷凍機（R) の能力を向上させることができる。

1^、上記突施形態では、ディスプレーサ（22)の往復動作の 1サイクル巾にロー夕リ 'くルブ（35) を絶えず高圧及び OLE開弁状態の一方に切り換えるようにしている力《、両開弁伏態の []に一定時問の閉弁状態が保たれるように切り換えてもよい。また、上記実施形態では、スラックピストン（17) を備えたガス圧駆動式の GM 冷凍機（R) に適用した場^である力本発明は、ディスプレーサ（22) を直接に往復駆動する機械駆動式の G M冷涑機に対しても適用することができる。

図 6及び図 7は本発明者が具体的に施した突施例の結 ¾を示し、図 6ではロー夕リバルブを] 07 r pmで回転させた状態で低圧開弁状態の割合を 50〜70% (¾' 1Η¾弁状態の割合は 50〜30%) に変化させたときの第 1及び第 2ヒートステ一シヨンでの冷凍負荷に対する能力変化を示している。また、図 7は口一タリバルブを 1 44 r pmで回 ¾させた状態で低圧開弁状態の割合を 5ϋ〜65% (高 IE開弁状態の割合は 50〜35%) に変化させたときの第 1及び第 2ヒ一卜ステーションでの冷凍荷に対する能力変化を示している。尚、いずれの埸合も笫 1ヒートステーションの 35K、第 2ヒ一卜ステーションの温度は 4. 2 Κであった。

これら図 6及び図 7に示されるように、口一夕リバルブの開弁状態全体における高圧及び ί班開弁状態の各割合カ^、ずれも 5〇％である場合に比べ、その舰開弁状態の割台を 50%よりも大きくした方が冷凍能力が上昇しており、 ί£Ε開弁状態の割合が 55〜 65 % (高圧關弁状態の割合は 45-35%)であるときが良好で、さらには iffi開弁状態の割合を 58〜62% (高圧開弁状態の割合は 42~38%) とするのが好ましいことカ<判る。

(産業上の利用可能性）

この発明は、ディスプレーザの往復動によって極低温レベルの寒冷を得る極低温冷凍機について、ガスの圧力損失を低減しかつ膨張空間でのガス膨張時間を長く保つことができるので、冷凍機能力の大幅な向上を期待できる点で産業上の利用可能性は高い。

Claims

請求の範囲

1. シリンダ（2) 内に膨張空間 (29)〜（31)を区画するディスプレ一サ (22) を備え、該ディスプレーサ（22)の往復動に伴い、上記膨張空問 (2

9) 〜（31) に供給された高圧の作動ガスを膨張させる一方、膨張後の ί&ΕΕの作動ガスを膨張空^ (29)〜（31)からシリンダ（2)外に排出して極低温レベルの寒? を発生させるようにした極低温冷涑機において、

上己ディスプレーサ（22)の往復動の 1サイクルにおける低圧作動ガスの排出時問の割合を高圧作勁ガスの供給時問の割合よりも長く構成したことを特徴とする極低温冷凍機。

2. シリンダ（2)内に膨張空 [Uj (29) ~ (31)を区画するディスプレーサ (22)を備え、該ディスプレーサ（22) の往復動に伴い、上己膨張空 (2

9) - (31) に供給された高圧の作動ガスを膨張させる一方、膨張後のの作動ガスを膨張空間 (29)〜（31)からシリンダ（2)外に排出して極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷涑機において、

上言己シリンダ（2) 内の膨張空間 (29)〜（31)に高圧作動ガスを供給する高圧弁状態と、膨張空問（29)〜（31)の作動ガスを排出する低圧開弁状態とに交互に Kり換わるバルブ手段（35)が設けられ、

上記バルブ手段（35) による低压開弁状態の割合を高圧開弁状態の割台よりも犬に設定したことを特徴とする極低温冷凍機。

3. シリンタ' （2)内に膨張空間（29)〜（31)を区繭するディスプレーサ (22)を備え、該ディスプレーサ（22)の往復動に伴い、上記膨張空間（2

9)〜（31) に供給された ·圧の作動ガスを膨張させる一方、膨張後の ί£Εの作動ガスを膨張空間 (29) - (31)からシリンダ（2)外に排出して極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷涑機にお L、て、

上記ディスプレーサ（22)の往復動の 1サイクルにおける iffi作動ガスの排出時間の割合を、上記往復動の 1サイクル周期の 1 Z 2よりも長く構成したことを特徴とする極低温冷凍機。

4. 請求項 1〜 3のいずれかの極低温冷凍機において、高圧及び低圧作動ガスの巾問圧力に設定された中圧室（8)が設けられており、

ディスプレーサ（22) は、上記中間圧室（8) に連通する圧力室（20) と膨張空問 (29) 〜（31) の圧力室（29) とのガス圧の圧力差によって :復動するように構成されていることを特徴とする極低温冷凍機。

5. 詰求項 2の極低温冷凍機にお ^、て、

バルブ手段 (35) の開弁状態全体における低弁状態の割 £rを 55〜65 %とし、

/J fj弁状態の割^を 45〜35%としたことを特徴とする極低温冷凍機。

6. シリンダ（2) 内に膨張空間 (29) 〜（31) を区画するディスプレーサ (22) を備え、該ディスプレーサ（22) の往復動に伴い、上膨張空（2

9) 〜（3〗）に供給された高圧の作動ガスを膨張させる一方、膨張後の ί£Ηの作動ガスを膨張空問（29)〜（31) からシリンダ（2)外に排出して極低温レベルの寒冷を発生させるようにした極低温冷凍機の制御方法であつて、上記ディスプレーサ（22) の往復動の 1サイクルにおける igfl作動ガスの排出時間の割合を高圧作動ガスの供給時の割合よりも長くすることを特徴とする極低温冷涑機の制御方法。