超低溫制冷的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種超低溫制冷機(jī)，該超低溫制冷機(jī)不受結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化的影響而能夠抑制馬達(dá)發(fā)生同步脫離。所述超低溫制冷機(jī)具有：壓縮機(jī)（1），壓縮工作氣體；置換器（3），供給被壓縮的工作氣體；止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)（22），具有驅(qū)動置換器（3）的驅(qū)動軸（33）；馬達(dá)（15），驅(qū)動止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)（22）；殼體（23），容納止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)（22）；及閥機(jī)構(gòu)（V1、V2），調(diào)整工作氣體對置換器（3）的壓力，其中，在將工作氣體從壓縮機(jī)（1）供給到閥機(jī)構(gòu)（V1）的配管（1a）上設(shè)置與該供給配管（1a）分支的分支配管（40），并將該分支配管（40）連接到形成于驅(qū)動軸（33a）與殼體（23）之間的輔助空間（41）。
【專利說明】超低溫制冷機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請主張基于2013年I月21日申請的日本專利申請第2013-008755號的優(yōu)先權(quán)。該申請的全部內(nèi)容通過參考援用于本說明書中。
[0002]本發(fā)明涉及一種通過馬達(dá)來驅(qū)動置換器的超低溫制冷機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003]眾所周知作為產(chǎn)生超低溫的制冷機(jī)有吉福德-麥克馬洪(GM)制冷機(jī)。GM制冷機(jī)是利用因使用驅(qū)動機(jī)構(gòu)在缸體內(nèi)進(jìn)行往復(fù)移動的置換器產(chǎn)生的空間的體積變化，并根據(jù)吉福德-麥克馬洪制冷循環(huán)得到冷卻效果的制冷機(jī)。
[0004]因此，由壓縮機(jī)生成的高壓工作氣體在預(yù)定時(shí)刻利用閥機(jī)構(gòu)被供給到置換器。并且，為了提高制冷效率，在置換器的內(nèi)部配設(shè)有蓄冷材料。
[0005]提出有各種驅(qū)動該置換器的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。作為其中之一，有將馬達(dá)用作驅(qū)動源且利用設(shè)置于殼體內(nèi)的止轉(zhuǎn)棒軛將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動，并通過利用驅(qū)動軸連接止轉(zhuǎn)棒軛與置換器而使置換器往復(fù)移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0006]關(guān)于這種GM制冷機(jī)，提出有在殼體的驅(qū)動軸的前端部設(shè)置空間(稱為輔助空間)，并且通過調(diào)整該輔助空間的壓力來實(shí)現(xiàn)施加于馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩的降低的制冷機(jī)(專利文獻(xiàn)I)。
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開昭63-053469號公報(bào)
[0008]這種在殼體的驅(qū)動軸的前端部具有空間的GM制冷機(jī)，在殼體內(nèi)形成從閥機(jī)構(gòu)至輔助空間的氣體流路，并對壓縮機(jī)的高壓側(cè)配管及低壓側(cè)配管的連接進(jìn)行切換。
[0009]然而，這種GM制冷機(jī)中存在其結(jié)構(gòu)復(fù)雜及在氣體流路中具有制冷劑氣體泄漏的危險(xiǎn)等問題。
[0010]并且，隨著制冷能力相對于驅(qū)動源的能力的大型化，在運(yùn)行循環(huán)中存在驅(qū)動轉(zhuǎn)矩暫時(shí)增大的情況。這是因在置換器內(nèi)產(chǎn)生的壓力損失而引起的，且存在通過驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的增大量，引起驅(qū)動止轉(zhuǎn)棒軛的馬達(dá)的同步脫離(滑動)的危險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明是鑒于上述問題點(diǎn)而提出的，其目的在于提供一種不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化而能夠防止馬達(dá)發(fā)生同步脫離的超低溫制冷機(jī)。
[0012]本發(fā)明的一方式的超低溫制冷機(jī)，其具有:
[0013]壓縮機(jī)，壓縮工作氣體；
[0014]置換器，供給被壓縮的所述工作氣體；
[0015]驅(qū)動機(jī)構(gòu)，具有驅(qū)動所述置換器的驅(qū)動軸；
[0016]馬達(dá)，驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)；
[0017]殼體，容納所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)；及
[0018]閥機(jī)構(gòu)，調(diào)整所述工作氣體對所述置換器的壓力，其中，
[0019]在將所述工作氣體從所述壓縮機(jī)供給到所述閥機(jī)構(gòu)的配管上設(shè)置從該配管分支的分支配管，并將該分支配管連接到形成于所述驅(qū)動軸與所述殼體之間的空間。
[0020]另外，本發(fā)明的另一方式的超低溫制冷機(jī)，其具有:
[0021]壓縮機(jī)，壓縮工作氣體；
[0022]置換器，供給被壓縮的所述工作氣體；
[0023]驅(qū)動機(jī)構(gòu)，具有驅(qū)動所述置換器的驅(qū)動軸；
[0024]馬達(dá)，驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)；
[0025]殼體，容納所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)；及
[0026]閥機(jī)構(gòu)，調(diào)整所述工作氣體對所述置換器的壓力，其中，
[0027]在所述殼體的外部設(shè)置供給高壓流體的高壓流體源，
[0028]將從所述高壓流體源供給所述高壓流體的供給配管連接到形成于所述驅(qū)動軸與所述殼體之間的空間。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)公開的超低溫制冷機(jī)，對形成于驅(qū)動軸與殼體之間的空間供給壓力流體并對驅(qū)動軸施力，因此能夠減輕馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩并防止馬達(dá)發(fā)生同步脫離。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的剖視圖。
[0032]圖2是放大顯示止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的圖。
[0033]圖3是本發(fā)明的第I實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的原理圖。
[0034]圖4是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0035]圖5是本發(fā)明的第3實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖6是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖7是用于說明本發(fā)明的效果的圖。
[0038]圖8是表示輔助空間的壓力與同步脫離電壓之間的關(guān)系的圖。
[0039]圖中:1-氣體壓縮機(jī)，Ia-供給配管，Ib-排出配管，2-冷頭，3-置換器，3a、3b_置換器，4-蓄冷材料，4a-第I級蓄冷材料，4b-第2級蓄冷材料，6、7_冷卻臺，8-定子閥，8b-氣體流路，8c-槽，8d-氣體流路，9-轉(zhuǎn)子閥，9d-槽，10-缸體部，IOa-第I級缸體，IOb-第2級缸體，11-膨脹室，I Ia-第I級膨脹室，I Ib-第2級膨脹室，13-上部室，14-曲柄，14a-偏心銷，15-馬達(dá)，16-旋轉(zhuǎn)軸承，17a、17b_滑動軸承，19-銷，21-氣體流路，22-止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)，23-殼體，32-止轉(zhuǎn)棒軛，33a、33b-驅(qū)動軸，35-滑動密封件，40-分支配管，41-輔助空間，42-減壓機(jī)構(gòu)，44-壓力調(diào)整閥，46-緩沖罐，47-輔助配管，48-輔助室，50-密封機(jī)構(gòu)，L1、L2、L3、L4-氣體流路，RV-旋轉(zhuǎn)閥，Vl-供氣用閥，V2-排氣用閥。
【具體實(shí)施方式】
[0040]接著，與附圖一同對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0041]圖1是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的超低溫制冷機(jī)的剖視圖。在本實(shí)施方式中，作為超低溫制冷機(jī)例舉吉福德-麥克馬洪(GM)型制冷機(jī)進(jìn)行說明。
[0042]本實(shí)施方式的GM型制冷機(jī)具有氣體壓縮機(jī)I和冷頭2。冷頭2具有殼體部23和缸體部10。[0043]氣體壓縮機(jī)I從連接有排出配管Ib的吸氣口吸入工作氣體，將其壓縮后，向與吐出口連接的供給配管Ia供給高壓工作氣體?？墒褂煤庾鳛楣ぷ鳉怏w。
[0044]本實(shí)施方式中示出2級式GM型制冷機(jī)，因而缸體部10具有第I級缸體IOa和第2級缸體IOb這兩個(gè)缸體。在第I級缸體IOa的內(nèi)部插入并安裝第I級置換器3a。并且，在第2級缸體IOb的內(nèi)部插入并安裝第2級置換器3b。
[0045]該第I級置換器3a及第2級置換器3b彼此連結(jié)，且在各缸體10a、10b的內(nèi)部能夠沿缸體的軸向往復(fù)運(yùn)動。在該各置換器3a、3b的內(nèi)部形成有氣體流路，在該氣體流路內(nèi)填充蓄冷材料4a、4b。
[0046]并且，位于上部的第I級缸體IOa上設(shè)置有向上方(Zl方向)延伸出的驅(qū)動軸33b。該驅(qū)動軸33b與后述止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22連接。
[0047]在第I級缸體IOa內(nèi)的第2級缸體IOb側(cè)的端部(圖1中由箭頭Z2表示的方向側(cè)的端部)形成有第I級膨脹室11a。并且，在第I級缸體IOa的另一側(cè)端部(圖1中由箭頭Zl表示的方向側(cè)的端部)形成有上部室13。另外，在第2級缸體IOb內(nèi)的與第I級缸體IOa側(cè)相反的一側(cè)的端部(圖1中由箭頭Z2表示的方向側(cè)的端部)形成有第2級膨脹室lib。
[0048]上部室13與第I級膨脹室Ila經(jīng)由氣體流路L1、第I級蓄冷材料4a及氣體流路L2連接。另外，氣體流路LI形成于第I級置換器3a的上部，第I級蓄冷材料4a配設(shè)在形成于第I級置換器3a的內(nèi)部的工作氣體的氣體流路內(nèi)。另外，氣體流路L2形成于第I級置換器3a的下部。
[0049]并且，第I級膨脹室Ila與第2級膨脹室Ilb經(jīng)由氣體流路L3、第2級蓄冷材料4b及氣體流路L4連接。另外，氣體流路L3形成于第2級置換器3b的上部，氣體流路L4形成于第2級置換器3b的下部。
[0050]在第I級缸體IOa的外周面，在與第I級膨脹室Ila相對置的位置上安裝第I級冷卻臺6。并且，在第2級缸體IOb的外周面，在與第2級膨脹室Ilb相對置的位置上安裝第2級冷卻臺7。
[0051]上述第I級置換器3a及第2級置換器3b通過止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22(相當(dāng)于權(quán)利要求中記載的驅(qū)動機(jī)構(gòu))沿圖中的上下方向(箭頭Z1、Z2方向)在第I級缸體IOa及第2級缸體IOb內(nèi)移動。圖2中放大示出止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22。
[0052]止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22具有曲柄14和止轉(zhuǎn)棒軛32。
[0053]曲柄14固定于馬達(dá)15的旋轉(zhuǎn)軸(以下稱為驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸15a)。該曲柄14在從驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸15a的安裝位置偏心的位置上設(shè)置偏心銷14a。因此，將曲柄14安裝于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸15a時(shí)，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸15a與偏心銷14a成為偏心的狀態(tài)。
[0054]止轉(zhuǎn)棒軛32由驅(qū)動軸33a、33b、軛板36及滾子軸承37等構(gòu)成。在軛板36的中央上下位置上，驅(qū)動軸33被配設(shè)成向上下方向延出。
[0055]驅(qū)動軸33a自軛板36向上方(Zl方向)延出，并以能夠沿設(shè)置于殼體23內(nèi)的滑動軸承17a滑動的方式被支承。另外，驅(qū)動軸33a的上端部的預(yù)定范圍被插入到后述輔助空間41 (輔助室48)內(nèi)。
[0056]并且,驅(qū)動軸33b自軛板36的下方(Z2方向)延出，并以能夠沿設(shè)置于殼體23內(nèi)的滑動軸承17b滑動的方式被支承。因此，各驅(qū)動軸33a、33b在滑動軸承17a、17b內(nèi)滑動，由此止轉(zhuǎn)棒軛32在殼體23內(nèi)沿上下方向(圖中箭頭Zl、Z2方向)往復(fù)移動。[0057]并且，軛板36上形成有橫長窗口 39。該橫長窗口 39形成為向相對于驅(qū)動軸33a、33b的延伸方向垂直的方向(圖2中，箭頭X1、X2方向)延伸。
[0058]在該橫長窗口 39內(nèi)配設(shè)有滾子軸承37。滾子軸承37能夠在橫長窗口 39內(nèi)轉(zhuǎn)動。并且，在滾子軸承37的中心位置上形成有與偏心銷14a卡合的卡合孔38。
[0059]因此，若馬達(dá)15在將偏心銷14a卡合到滾子軸承37的狀態(tài)下驅(qū)動而使驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸15a進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則偏心銷14a以畫弧的方式旋轉(zhuǎn)，由此，止轉(zhuǎn)棒軛32沿圖中的箭頭Z1、Z2方向往復(fù)移動。此時(shí)，滾子軸承37在橫長窗口 39內(nèi)沿圖中箭頭X1、X2方向往復(fù)移動。
[0060]配設(shè)于止轉(zhuǎn)棒軛32的下部的驅(qū)動軸33b與第I級置換器3a連接。因此，通過止轉(zhuǎn)棒軛32沿圖中箭頭Zl、Z2方向往復(fù)移動，第I級置換器3a及與其連接的第2級置換器3b也在第I級缸體IOa及第2級缸體IOb內(nèi)沿箭頭Zl、Z2方向往復(fù)移動。
[0061]如上所述，止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的驅(qū)動通過馬達(dá)15的驅(qū)動而進(jìn)行。因此，當(dāng)在各置換器3a、3b上施加負(fù)載且驅(qū)動軸33a、33b相對于Zl、Z2方向的移動阻力變大時(shí)，其作為馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩施加到馬達(dá)15上。
[0062]在此，關(guān)注一下自軛板36向上方延出的驅(qū)動軸33a。在殼體23的與該驅(qū)動軸33a對應(yīng)的位置上形成有輔助室48，在該輔助室48的內(nèi)部形成有輔助空間41。該輔助空間41為形成于驅(qū)動軸33a的上端部與殼體23之間的空間。驅(qū)動軸33a在該輔助空間41內(nèi)能夠沿圖中的箭頭Z1、Z2方向移動。
[0063]并且，在輔助空間41的止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22附近的端部、且比滑動軸承17a的配設(shè)位置稍靠上部的位置上設(shè)置有滑動密封件35。由此，輔助空間41與殼體23的內(nèi)部空間通過滑動密封件35被氣密地劃分。并且，驅(qū)動軸33a構(gòu)成為能夠維持該氣密狀態(tài)且在輔助空間41內(nèi)移動。從而，驅(qū)動軸33a和輔助室48構(gòu)成活塞-缸體機(jī)構(gòu)。
[0064]在該輔助空間41連接有分支配管40，對于分支配管40的詳細(xì)內(nèi)容將進(jìn)行后述。
[0065]接著，返回圖1，對成為閥機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)閥RV進(jìn)行說明。旋轉(zhuǎn)閥RV在工作氣體的流路中設(shè)置于壓縮機(jī)I與上部室13之間。該旋轉(zhuǎn)閥RV通過切換工作氣體的流路而作為供氣用閥(Vl)和排氣用閥(V2)發(fā)揮作用，所述供氣用閥(Vl)將從氣體壓縮機(jī)I的吐出口吐出的工作氣體導(dǎo)入到上部室13內(nèi)，所述排氣用閥(V2)將上部室13內(nèi)的工作氣體導(dǎo)入到氣體壓縮機(jī)I的吸氣口。
[0066]旋轉(zhuǎn)閥RV具有定子閥8和轉(zhuǎn)子閥9。轉(zhuǎn)子閥9被支承為能夠在殼體23內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0067]定子閥8通過銷19被固定在殼體23而不會旋轉(zhuǎn)。相反，轉(zhuǎn)子閥9上連接有止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的偏心銷14a，通過偏心銷14a的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子閥9相對于定子閥8旋轉(zhuǎn)。由此，旋轉(zhuǎn)閥RV也將馬達(dá)15作為驅(qū)動源而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)子閥9。
[0068]并且，在殼體23上形成有氣體流路21，該氣體流路的一端與上部室13連接且另一端與旋轉(zhuǎn)閥RV連接。隨著構(gòu)成旋轉(zhuǎn)閥RV的轉(zhuǎn)子閥9的旋轉(zhuǎn)，供氣用閥Vl打開，由此，氣體壓縮機(jī)I的吐出側(cè)吐出口與上部室13連通，高壓工作氣體從氣體壓縮機(jī)I的吐出口經(jīng)由供給配管Ia供給到上部室13。
[0069]另一方面，若排氣用閥V2隨著轉(zhuǎn)子閥9的旋轉(zhuǎn)而打開，則氣體流路21與氣體壓縮機(jī)I的吸氣口連通，且產(chǎn)生寒冷，而成為低壓的工作氣體經(jīng)由排出配管Ib流入到氣體壓縮機(jī)I的吸氣口。
[0070]若轉(zhuǎn)子閥9通過馬達(dá)15旋轉(zhuǎn)，則反復(fù)實(shí)施向上部室13供給工作氣體(供氣)的動作與回收來自上部室13的工作氣體(排氣)的動作。工作氣體的供給與回收的反復(fù)和置換器3a、3b的往復(fù)驅(qū)動均與曲柄14的旋轉(zhuǎn)同步。因此，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)反復(fù)進(jìn)行工作氣體的供給與回收的相位和往復(fù)驅(qū)動各置換器3a、3b的相位，工作氣體在第I級膨脹室Ila及第2級膨脹室Ilb內(nèi)絕熱膨脹而產(chǎn)生寒冷。
[0071]在此，對形成于殼體23的輔助空間41及與其連接的分支配管40進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0072]另外，在以下說明中利用圖3進(jìn)彳丁說明，圖3表不圖1所不的GM制冷機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。為了便于圖示及說明，圖3所示的GM制冷機(jī)表示I級式GM制冷機(jī)，并且旋轉(zhuǎn)閥RV也簡化了供氣用閥Vl及排氣用閥V2而進(jìn)行圖示。
[0073]另外，圖1中，在止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的下部配設(shè)各置換器3a、3b，但在圖3中，在止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的上部(箭頭Zl方向側(cè))配設(shè)置換器3。即圖3所示的GM制冷機(jī)成對圖1所示的GM制冷機(jī)進(jìn)行上下倒置的結(jié)構(gòu)。
[0074]通常，GM制冷機(jī)與所使用的設(shè)備的結(jié)構(gòu)對應(yīng)，且以各種姿勢安裝于設(shè)備上。由此，如圖3所示的對GM制冷機(jī)進(jìn)行上下倒置的使用形態(tài)也被廣泛實(shí)施(例如低溫泵等)。
[0075]另外，圖3中省略曲柄14、偏心銷14a、馬達(dá)15及滾子軸承37等的圖示。
[0076]圖3表不置換器3可在缸體部10內(nèi)移動且膨脹室11的容積成為最大的狀態(tài)。從該狀態(tài)使置換器3向上移動(沿箭頭Zl方向移動)時(shí)，通過關(guān)閉供氣用閥Vl且打開排氣用閥V2，膨脹室11內(nèi)的工作氣體通過配設(shè)于置換器3內(nèi)的蓄冷材料4內(nèi)，并經(jīng)由氣體流路21及旋轉(zhuǎn)閥RV (排氣用閥V2)等流入到氣體壓縮機(jī)I的吸氣口。
[0077]為了提高冷卻效率，蓄冷材料4以高密度配設(shè)于置換器3內(nèi)，由此，工作氣體通過蓄冷材料4內(nèi)時(shí)的壓力損失變大。因該壓力損失產(chǎn)生的荷載經(jīng)由驅(qū)動軸33b傳遞至止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22，并作為馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩而施加到驅(qū)動該止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的馬達(dá)15上。
[0078]并且如圖3所示，在止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的上部配設(shè)置換器3的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)置換器3向上移動時(shí)，其自身重量也被施加到止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22。由此，該止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的自身重量也作為馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩被施加到馬達(dá)15上。
[0079]另外，GM制冷機(jī)的能力變大而要求大型化時(shí)，與此相伴，旋轉(zhuǎn)閥RV也需要大型化。由此，需要使由于大型化而因密封所需要的壓力產(chǎn)生的滑動阻力也增大的轉(zhuǎn)子閥9旋轉(zhuǎn)，其也作為馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩被施加到馬達(dá)15上。
[0080]由此，馬達(dá)15上施加有很大的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。并且，如上所述，施加有規(guī)定值以上的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，馬達(dá)15會發(fā)生同步脫離(滑動)，有可能無法進(jìn)行正常的循環(huán)運(yùn)行。
[0081 ] 然而，本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，如上所述在與殼體23的驅(qū)動軸33a對應(yīng)的位置上形成有輔助空間41。驅(qū)動軸33a在該輔助空間41內(nèi)能夠沿置換器3的移動方向(圖中箭頭Z1、Z2方向)移動。
[0082]該輔助空間41上連接有分支配管40。分支配管40為使連接氣體壓縮機(jī)I與供氣用閥Vl的供給配管Ia分支的配管。由此，經(jīng)由分支配管40向輔助空間41內(nèi)供給有由氣體壓縮機(jī)I生成的高壓工作氣體。
[0083]在此，對因設(shè)置分支配管40及輔助空間41產(chǎn)生的作用進(jìn)行說明。
[0084]如上所述，由氣體壓縮機(jī)I生成的高壓工作氣體供給到分支配管40。并且，分支配管40在供氣用閥Vl的上游側(cè)被分支，因此經(jīng)由分支配管40向輔助空間41內(nèi)始終供給有高壓工作氣體。
[0085]并且，如上所述，在輔助空間41的靠近止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22的端部設(shè)置有滑動密封件35，其對輔助空間41的內(nèi)壁與驅(qū)動軸33a之間進(jìn)行密封。由此，輔助空間41與殼體23的內(nèi)部空間被氣密地劃分，不會發(fā)生從分支配管40供給到輔助空間41的高壓工作氣體泄漏到殼體23的內(nèi)部空間的情況。
[0086]因此，若高壓工作氣體供給到輔助空間41，則驅(qū)動軸33a朝上方向被移動施力。如上所述，驅(qū)動軸33a經(jīng)由止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22與置換器3連接。由此，通過供給到輔助空間41的工作氣體的壓力，置換器3朝上方向(朝膨脹室11的容積變小的方向)被移動施力。
[0087]S卩，供給到輔助空間41的工作氣體的壓力在置換器3通過止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22朝上方向被移動施力時(shí)，作為對其進(jìn)行輔助的輔助力發(fā)揮作用。施加于馬達(dá)15的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩因該輔助力下降。
[0088]如此，在本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩因供給到輔助空間41的工作氣體而下降，因此，即使當(dāng)因在蓄冷材料4內(nèi)流動的工作氣體產(chǎn)生的壓力損失較大時(shí)，置換器3的自身重量被施加到馬達(dá)15時(shí)、或如旋轉(zhuǎn)閥RV隨著GM制冷機(jī)的輸出的增大而大型化時(shí)，也能夠防止馬達(dá)15發(fā)生同步脫離(滑動)。
[0089]并且，本實(shí)施方式中，分支配管40設(shè)置于殼體23的外部，且從殼體23的外部直接與輔助空間41連接。具體而言，在殼體23的與輔助空間41對應(yīng)的位置上形成有氣體流通孔23a,分支配管40的端部固定在殼體23上，以使分支配管40與氣體流通孔23a的外側(cè)端部連通。
[0090]如此，分支配管40配設(shè)于殼體23的外部，并從殼體23的外部與輔助空間41連接，由此，與在殼體23內(nèi)設(shè)置連接輔助空間41與氣體壓縮機(jī)I的配管的結(jié)構(gòu)相比，能夠簡化殼體23的結(jié)構(gòu)。
[0091]并且，為了在殼體內(nèi)設(shè)置在內(nèi)部連接輔助空間與氣體壓縮機(jī)的配管，需要在構(gòu)成旋轉(zhuǎn)閥RV的定子閥、轉(zhuǎn)子閥及殼體23等中形成工作氣體流動的氣體流路，并且進(jìn)行密封的部位也會增加，因此GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且在內(nèi)部產(chǎn)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增大。
[0092]然而，如本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)，通過從殼體23的外部直接將分支配管40連接于輔助空間41，能夠簡化GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)，并且能夠降低在內(nèi)部產(chǎn)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
[0093]圖7示出施加于圖3所示的本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)的馬達(dá)15上的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩(圖中以箭頭A表示。以下，將該轉(zhuǎn)矩稱為本申請的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩)。并且作為參考例，一并示出施加于以往的GM制冷機(jī)的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩(圖中以箭頭B表示。以下，將該轉(zhuǎn)矩稱為以往的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩)。圖7中，橫軸表示運(yùn)行角度(曲柄角度)，縱軸表示馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。并且，關(guān)于運(yùn)行角度，將膨脹室11的容積最大時(shí)的角度設(shè)為0°。另外，作為以往的GM制冷機(jī)，除未設(shè)置分支配管及輔助空間這一點(diǎn)之外，其他結(jié)構(gòu)使用與本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)相同的結(jié)構(gòu)。
[0094]運(yùn)行角度在0°至約180°的范圍內(nèi)時(shí)，本申請的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩A小于以往的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩B。這是因?yàn)椋诒緦?shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，如上所述，供給到輔助空間41的工作氣體的壓力作為將置換器3朝上方向進(jìn)行移動施力的輔助力發(fā)揮作用，由此，施加于馬達(dá)15的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩下降。
[0095]相反，運(yùn)行角度在約180°至約360°的范圍內(nèi)時(shí)，本申請的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩A大于以往的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩B。這是因?yàn)?，在本?shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，工作氣體始終供給到輔助空間41，因此置換器3向箭頭Z2方向移動時(shí)(置換器3向膨脹室11的容積變大的方向移動時(shí))反而作為馬達(dá)負(fù)載被施加。
[0096]在此，關(guān)注馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩峰值(馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的最大值)時(shí)，各馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩A、B均在運(yùn)行角度約90°時(shí)具有峰值。將本申請的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩峰值設(shè)為P1，且將以往的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩峰值設(shè)為P2時(shí)，P2>P1，本申請的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩峰值Pl相對于以往的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩峰值P2降低為約3/5左右。
[0097]馬達(dá)15中最容易發(fā)生同步脫離時(shí)為馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩處于最大峰值時(shí)。由此根據(jù)圖7所示的結(jié)果，證實(shí)了通過在GM制冷機(jī)上設(shè)置分支配管40和輔助空間41，處于峰值時(shí)的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩下降。由此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)，能夠可靠地防止馬達(dá)15發(fā)生同步脫離(滑動)。
[0098]另一方面，運(yùn)行角度在約180°至約360°的范圍內(nèi)時(shí)，本申請的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩A大于以往的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩B。這是因?yàn)?，馬達(dá)15及止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22想要使置換器3移動的方向與因供給到輔助空間41的工作氣體產(chǎn)生的輔助力的作用方向成為相反的方向。由此，在本實(shí)施方式中，能夠抑制運(yùn)行循環(huán)中的馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的峰值。
[0099]圖8示出對本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)的姿勢進(jìn)行了各種變更時(shí)的輔助空間41內(nèi)的壓力(輔助空間壓力)與同步脫離電壓之間的關(guān)系。
[0100]另外，圖8所示的輔助空間壓力-同步脫離電壓特性為如圖1所示的置換器位于止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)的下部的GM制冷機(jī)的特性。
[0101]并且，作為GM制冷機(jī)的姿勢，將圖1所示的狀態(tài)設(shè)為0°，并選定由此旋轉(zhuǎn)90°的狀態(tài)、旋轉(zhuǎn)150°的狀態(tài)、及旋轉(zhuǎn)180°的狀態(tài)的各個(gè)狀態(tài)，分別對它們進(jìn)行了輔助空間壓力和同步脫離電壓的檢測。在以下說明中，將表示該GM制冷機(jī)的姿勢的各角度稱為姿勢角度。
[0102]在此，上述同步脫離電壓是指馬達(dá)15的輸出轉(zhuǎn)矩與馬達(dá)15所要求的必要轉(zhuǎn)矩相等時(shí)施加于該馬達(dá)15的電壓。
[0103]馬達(dá)15的輸出轉(zhuǎn)矩與所施加的電壓的增大成比例而增大。并且必要轉(zhuǎn)矩是指為了正常運(yùn)行GM制冷機(jī)而在馬達(dá)15中所需要的轉(zhuǎn)矩(例如，驅(qū)動置換器3a、3b和止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)22等的轉(zhuǎn)矩等)。
[0104]對馬達(dá)15施加的電壓充分高時(shí)，馬達(dá)15的輸出轉(zhuǎn)矩高于必要轉(zhuǎn)矩，因此不會發(fā)生同步脫離。因此，同步脫離電壓較低時(shí)為運(yùn)行GM制冷機(jī)時(shí)的必要轉(zhuǎn)矩較小的狀態(tài)，即使產(chǎn)生外力干擾等(例如由置換器3a、3b產(chǎn)生的瞬時(shí)摩擦的增大等)，必要轉(zhuǎn)矩也不會超過輸出轉(zhuǎn)矩。
[0105]相反，同步脫離電壓較高時(shí)若產(chǎn)生上述外力干擾，則導(dǎo)致必要轉(zhuǎn)矩超過輸出轉(zhuǎn)矩，有發(fā)生同步脫離的危險(xiǎn)。即，同步脫離電壓較高的狀態(tài)為易發(fā)生同步脫離的狀態(tài)。由此，想要穩(wěn)定地運(yùn)行GM制冷機(jī)時(shí)，同步脫離電壓較高的狀態(tài)并非優(yōu)選狀態(tài)。
[0106]基于上述問題觀察圖8，則輔助空間壓力為0.63MPa的狀態(tài)為工作氣體未從分支配管40供給到輔助空間41的狀態(tài)(即，與以往的GM制冷機(jī)為等價(jià)的狀態(tài))。此時(shí)可知，幾乎在各個(gè)姿勢角度上，同步脫離電壓均成為最高，并成為易發(fā)生同步脫離的狀態(tài)。
[0107]另外，比較姿勢角度0°與姿勢角度180°可知，相對于姿勢角度0°，同步脫離電壓在姿勢角度180°時(shí)更高，為易發(fā)生同步脫離的狀態(tài)。這是因?yàn)?，置換器3的自身重量的負(fù)載作為馬達(dá)負(fù)載轉(zhuǎn)矩而施加于馬達(dá)15的結(jié)果。
[0108]并且,若逐漸增大輔助空間41內(nèi)的輔助空間壓力，則姿勢角度0°時(shí),在中途對膨脹室11進(jìn)行膨脹時(shí)的負(fù)載取勝，同步脫離電壓以IMPa附近為界而上升。并且，姿勢角度180°時(shí)，如上述存在相當(dāng)于自身重量的負(fù)載，因此在測定范圍內(nèi)，同步脫離電壓隨著輔助空間41的加壓而變低。另外，可知姿勢角度為90°、150°時(shí)，同步脫離電壓隨著輔助空間壓力的增大而逐漸減小。
[0109]因此，根據(jù)圖8所示的結(jié)果可知，通過將輔助空間壓力設(shè)定為1.6MPa以上1.8MPa以下，無論姿勢角度如何都能夠?qū)崿F(xiàn)同步脫離電壓的降低。
[0110]接著，利用圖4至圖6對本發(fā)明的第2至第4實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0111]另外，在圖4至圖6中，對在之前說明中使用的與圖1至圖3中示出的結(jié)構(gòu)對應(yīng)的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同符號，并省略其說明。
[0112]圖4是表示第2實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0113]本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)的特征為，在從供給配管Ia分支并與輔助空間41連接的分支配管40上設(shè)置減壓機(jī)構(gòu)42。減壓機(jī)構(gòu)42對流經(jīng)分支配管40的高壓工作氣體的壓力進(jìn)行減壓。作為該減壓機(jī)構(gòu)42，能夠使用節(jié)流孔、節(jié)流閥等。
[0114]由此，通過在分支配管40上設(shè)置減壓機(jī)構(gòu)42，能夠?qū)⑤o助空間41內(nèi)的輔助空間壓力保持為適當(dāng)?shù)暮愣ㄖ?，能夠?qū)崿F(xiàn)相對于馬達(dá)15的輔助力的穩(wěn)定化。
[0115]圖5是表示第3實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0116]本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)的特征為，在從供給配管Ia分支并與輔助空間41連接的分支配管40上設(shè)置壓力調(diào)整閥44。該壓力調(diào)整閥44為能夠?qū)o助空間41的壓力進(jìn)行調(diào)整的閥。并且，壓力調(diào)整閥44上連接有控制部45，該控制部45對相應(yīng)壓力調(diào)整閥進(jìn)行控制，以使輔助空間41成為預(yù)先規(guī)定的壓力。由此，通過設(shè)置該壓力調(diào)整閥44，能夠?qū)o助空間41內(nèi)的輔助空間壓力進(jìn)行調(diào)整。
[0117]如利用圖8進(jìn)行的說明，GM制冷機(jī)的同步脫離電壓根據(jù)其姿勢角度而有所不同。由此，通過在分支配管40設(shè)置壓力調(diào)整閥44，并對壓力調(diào)整閥44進(jìn)行調(diào)整以產(chǎn)生與各姿勢角度相應(yīng)的輔助力，從而能夠可靠地防止馬達(dá)15發(fā)生同步脫離。
[0118]圖6是表示第4實(shí)施方式的GM制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。
[0119]所述第I至第3實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，設(shè)置使配設(shè)于氣體壓縮機(jī)I的吐出口側(cè)的供給配管Ia分支的分支配管40，并將其與輔助空間41連接。g卩，在第I至第3實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，將供給到輔助空間41的高壓工作氣體的高壓流體源作為氣體壓縮機(jī)I。
[0120]相對于此，本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中的特征為，將供給到輔助空間41的高壓工作氣體的高壓流體源作為緩沖罐46。在該緩沖罐46的內(nèi)部填充有高壓工作氣體。
[0121]該緩沖罐46與形成于殼體23的輔助空間41通過輔助配管47 (相當(dāng)于權(quán)利要求中記載的供給配管)連接。由此，緩沖罐46內(nèi)的高壓工作氣體供給到輔助空間41內(nèi)。
[0122]并且，填充于緩沖罐46內(nèi)的工作氣體的壓力設(shè)為能夠向馬達(dá)15賦予規(guī)定的輔助力的壓力。因此，也能夠通過設(shè)置緩沖罐46及輔助配管47來抑制馬達(dá)15發(fā)生同步脫離。
[0123]并且，緩沖罐46配設(shè)于殼體23的外部，輔助配管47也從殼體23的外部與輔助空間41連接。由此，在本實(shí)施方式所涉及的GM制冷機(jī)中，即使是對馬達(dá)15進(jìn)行輔助的結(jié)構(gòu)，也不會使殼體23和旋轉(zhuǎn)閥RV的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
[0124]另外，填充于緩沖罐46內(nèi)的高壓氣體并不限定于工作氣體，只要是能夠產(chǎn)生輔助力的流體,也可以使用其他流體。
[0125]并且，本發(fā)明能夠廣泛適用于利用驅(qū)動軸驅(qū)動置換器的各種超低溫制冷機(jī)中。
[0126]以上，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了詳述，但本發(fā)明并不限定于上述特定的實(shí)施方式，在技術(shù)方案的范圍中記載的本發(fā)明的宗旨范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變形、變更。
[0127]在實(shí)施方式中，對在驅(qū)動軸與殼體之間設(shè)置滑動密封件的例子進(jìn)行了說明，但并不限于此，可以采用其他密封機(jī)構(gòu)。并且，未必一定要設(shè)置密封機(jī)構(gòu)。當(dāng)驅(qū)動軸與殼體之間不存在密封機(jī)構(gòu)時(shí)，供給到輔助空間41的工作氣體流入到與殼體23的氣體壓縮機(jī)I的吸氣口連通的空間內(nèi)。因此，不會流入到制冷機(jī)的缸體中，所以不會直接影響制冷功能。
【權(quán)利要求】
1.一種超低溫制冷機(jī)，其具有: 壓縮機(jī)，壓縮工作氣體； 置換器，供給被壓縮后的所述工作氣體； 驅(qū)動機(jī)構(gòu)，具有驅(qū)動所述置換器的驅(qū)動軸； 馬達(dá),驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)； 殼體，容納所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)；及 閥機(jī)構(gòu)，調(diào)整所述工作氣體對所述置換器的壓力， 所述超低溫制冷機(jī)的特征在于， 在將所述工作氣體從所述壓縮機(jī)供給到所述閥機(jī)構(gòu)的配管上設(shè)置從該配管分支的分支配管，并將該分支配管連接到形成于所述驅(qū)動軸與所述殼體之間的空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述分支配管具備減壓機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述減壓機(jī)構(gòu)為壓力調(diào)整閥，且具備以所述空間達(dá)到預(yù)先規(guī)定的壓力的方式對該壓力調(diào)整閥進(jìn)行控制的控制部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 在所述驅(qū)動軸與所述殼體之間設(shè)置滑動密封件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的超低溫制冷機(jī)，其特征在于， 所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)為止轉(zhuǎn)棒軛機(jī)構(gòu)。
6.一種超低溫制冷機(jī)，其具有: 壓縮機(jī)，壓縮工作氣體； 置換器，供給被壓縮后的所述工作氣體； 驅(qū)動機(jī)構(gòu)，具有驅(qū)動所述置換器的驅(qū)動軸； 馬達(dá),驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)； 殼體，容納所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)；及 閥機(jī)構(gòu)，調(diào)整所述工作氣體對所述置換器的壓力， 所述超低溫制冷機(jī)的特征在于， 在所述殼體的外部設(shè)置供給高壓流體的高壓流體源， 將從所述高壓流體源供給所述高壓流體的供給配管連接到形成于所述驅(qū)動軸與所述殼體之間的空間。
【文檔編號】F25B9/14GK103940136SQ201310700063
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月21日
【發(fā)明者】森江孝明, 許名堯 申請人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會社