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JP2766335B2 - Cryogenic refrigerator - Google Patents

Cryogenic refrigerator

Info

Publication number
JP2766335B2
JP2766335B2 JP1241864A JP24186489A JP2766335B2 JP 2766335 B2 JP2766335 B2 JP 2766335B2 JP 1241864 A JP1241864 A JP 1241864A JP 24186489 A JP24186489 A JP 24186489A JP 2766335 B2 JP2766335 B2 JP 2766335B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacer
cylinder
stage
seal ring
peripheral surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1241864A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03105166A (en
Inventor
透 栗山
秀樹 中込
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP1241864A priority Critical patent/JP2766335B2/en
Publication of JPH03105166A publication Critical patent/JPH03105166A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2766335B2 publication Critical patent/JP2766335B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Compressor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、極低温冷凍機に係り、特に、蓄冷式の冷凍
機に関する。
The present invention relates to a cryogenic refrigerator, and more particularly, to a regenerative refrigerator.

(従来の技術) 極低温用の冷凍機には種々のタイプがある。これらの
中にギホード・マクマホン形の冷凍機がある。この冷凍
機は、通常、第12図に示すように構成されている。
(Prior Art) There are various types of cryogenic refrigerators. Among these are Gihod McMahon type refrigerators. This refrigerator is generally configured as shown in FIG.

すなわち、この冷凍機は大きく別けて、コールドヘッ
ド1と、冷媒ガス導排出系2とで構成されている。コー
ルドヘッド1は、閉じられたシリンダ11と、このシリン
ダ11内に往復動自在に収容されたディスプレーサ12と、
このディスプレーサ12に往復動に必要な動力を与えるモ
ータ13とで構成されている。
That is, this refrigerator is largely divided into a cold head 1 and a refrigerant gas guide / discharge system 2. The cold head 1 includes a closed cylinder 11, a displacer 12 reciprocally housed in the cylinder 11,
The displacer 12 is composed of a motor 13 which supplies power required for reciprocation.

シリンダ11は、大径の第1シリンダ14と、この第1シ
リンダ14に同軸的に接続された小径の第2シリンダ15と
で構成されている。そして、第1シリンダ14と第2シリ
ンダ15との境界壁部分で冷却面としての1段ステージ16
を構成し、またシリンダ15の先端壁部分で1段ステージ
16より低温の2段ステージ17を構成している。ディスプ
レーサ12は、第1シリンダ14内を往復動する第1ディス
プレーサ18と、第2シリンダ15内を往復動する第2ディ
スプレーサ19とで構成されている。第1ディスプレーサ
18と第2ディスプレーサ19とは、連結部材20によって軸
方向に連結されている。第1ディスプレーサ18の内側に
は、軸方向に延びる流体通路21が形成されており、この
流体通路21には銅メッシュ等で形成された蓄冷材22が収
容されている。同様に、第2ディスプレーサ19の内側に
も軸方向に延びる流体通路23が形成されており、この流
体通路23には鉛の球などで形成された蓄冷材24が収容さ
れている。第1ディスプレーサ18の外周面と第1シリン
ダ14の内周面との間および第2ディスプレーサ19の外周
面と第2シリンダ15の内周面との間には、それぞれシー
ル機構25,26が装着されている。
The cylinder 11 includes a large-diameter first cylinder 14 and a small-diameter second cylinder 15 coaxially connected to the first cylinder 14. A first stage 16 as a cooling surface is formed at a boundary wall between the first cylinder 14 and the second cylinder 15.
And a one-stage stage at the tip wall of the cylinder 15.
A two-stage stage 17 having a lower temperature than 16 is constituted. The displacer 12 includes a first displacer 18 that reciprocates in the first cylinder 14 and a second displacer 19 that reciprocates in the second cylinder 15. 1st displacer
The 18 and the second displacer 19 are connected in the axial direction by a connecting member 20. A fluid passage 21 extending in the axial direction is formed inside the first displacer 18, and the fluid passage 21 accommodates a cold storage material 22 formed of a copper mesh or the like. Similarly, a fluid passage 23 extending in the axial direction is formed inside the second displacer 19, and the fluid passage 23 accommodates a cold storage material 24 formed of a lead ball or the like. Seal mechanisms 25 and 26 are mounted between the outer peripheral surface of the first displacer 18 and the inner peripheral surface of the first cylinder 14, and between the outer peripheral surface of the second displacer 19 and the inner peripheral surface of the second cylinder 15, respectively. Have been.

シール機構25,26は、たとえばシール機構26を代表し
て示すと、第13図から第14図に示すように構成されてい
る。すなわち、第2ディスプレーサ19の外周面に形成さ
れた環状溝27内に外周面が第2シリンダ15の内周面に接
触するように有端形のシールリング28を装着するととも
にシールリング28の内側にシールリング28をシリンダ内
面に押付けるための有端形のばねリング29を装着したも
のとなっている。
The seal mechanisms 25 and 26 are configured as shown in FIGS. 13 to 14 as representatives of the seal mechanism 26, for example. That is, an end-shaped seal ring 28 is mounted in an annular groove 27 formed on the outer peripheral surface of the second displacer 19 so that the outer peripheral surface is in contact with the inner peripheral surface of the second cylinder 15. And an end-shaped spring ring 29 for pressing the seal ring 28 against the inner surface of the cylinder.

第1ディスプレーサ18の図中上端は、連結ロッド31、
スコッチヨークあるいはクランク軸32を介してモータ13
の回転軸に連結されている。したがって、モータ13の回
転軸が回転すると、この回転に同期してディスプレーサ
12が図中実線矢印33で示すように往復動する。
The upper end of the first displacer 18 in the figure is a connecting rod 31,
Motor 13 via scotch yoke or crankshaft 32
Is connected to the rotating shaft. Therefore, when the rotating shaft of the motor 13 rotates, the displacer is synchronized with this rotation.
12 reciprocates as shown by the solid arrow 33 in the figure.

第1シリンダ14の側壁上部には冷媒ガスの導入口34と
排出口35とが設けてあり、これら導入口34と排出口35は
冷媒ガス導排出系2に接続されている。冷媒ガス導排出
系2は、シリンダ11を経由したヘリウムガス循環系を構
成するもので、排出口35を低圧弁36、圧縮機37、高圧弁
38を介して導入口34に接続したものとなっている。すな
わち、この冷媒ガス導排出系2は、低圧(約5atm)のヘ
リウムガスを圧縮機37で高圧(約18atm)に圧縮してシ
リンダ11内に送り込むものである。そして、低圧弁36、
高圧弁38の開閉はディスプレーサ12の往復動との関連に
おいて後述する関係に制御される。
An inlet 34 and an outlet 35 for the refrigerant gas are provided in the upper part of the side wall of the first cylinder 14, and the inlet 34 and the outlet 35 are connected to the refrigerant gas guide / discharge system 2. The refrigerant gas guide / discharge system 2 constitutes a helium gas circulation system via the cylinder 11, and the discharge port 35 is connected to a low pressure valve 36, a compressor 37,
It is connected to the inlet 34 via 38. That is, the refrigerant gas guide / discharge system 2 compresses helium gas of low pressure (about 5 atm) to high pressure (about 18 atm) by the compressor 37 and sends it into the cylinder 11. And the low pressure valve 36,
The opening and closing of the high-pressure valve 38 is controlled in a relationship described later in relation to the reciprocation of the displacer 12.

このように構成された冷凍機の動作を簡単に説明する
と以下の通りである。この冷凍機では寒冷の発生する部
分、つまり冷却面に供される部分は第1ステージ16と第
2ステージ17とである。これらは熱負荷のない場合にそ
れぞれ30K,10K程度まで冷える。このため、第1ディス
プレーサ18の図中上下端間には常温(300K)から30Kま
での温度勾配につき、また第2ディスプレーサ19の図中
上下端間には30Kから10Kまでの温度勾配につく。ただ
し、この温度は各段の熱負荷によって変化し、通常、1
段ステージ16では30〜80K、2段ステージ17では10〜20K
の間となる。
The operation of the refrigerator configured as described above will be briefly described as follows. In this refrigerator, a portion where cold occurs, that is, a portion provided for a cooling surface is a first stage 16 and a second stage 17. These cool to about 30K and 10K, respectively, when there is no heat load. Therefore, a temperature gradient from room temperature (300K) to 30K is applied between the upper and lower ends of the first displacer 18 in the drawing, and a temperature gradient from 30K to 10K is set between the upper and lower ends of the second displacer 19 in the drawing. However, this temperature varies depending on the heat load of each stage, and is usually 1
30-80K for stage 16 and 10-20K for stage 17
Between.

モータ13が回転を開始すると、ディスプレーサ12は下
死点との間を往復動する。ディスプレーサ12が下死点に
あるとき、高圧弁38が開いて高圧のヘリウムガスがコー
ルドヘッド1内に流入する。次に、ディスプレーサ12が
上死点へと移動する。前述の如く、第1ディスプレーサ
18の外周面と第1シリンダ14の内周面との間および第2
ディスプレーサ19の外周面と第2シリンダ15の内周面と
の間にはそれぞれシール機構25,26が装着されている。
このため、ディスプレーサ12が上死点へと向かうと、高
圧のヘリウムガスは第1ディスプレーサ18に形成された
流体通路21および第2ディスプレーサ19に形成された流
体通路23を通って、第1ディスプレーサ18と第2ディス
プレーサ19との間に形成された1段膨脹室39および第2
ディスプレーサ19と第2シリンダ15の先端壁との間に形
成された2段膨脹室40へと流れる。この流れに伴って、
高圧のヘリウムガスは蓄冷材22,24によって冷却され、
結局、1段膨脹室39に流れ込んだ高圧ヘリウムガスは30
K程度に、また2段膨脹室40に流れ込んだ高圧ヘリウム
ガスは8K程度に冷却される。ここで、高圧弁38が閉じ、
低圧弁36が開く。このように低圧弁36が開くと、1段膨
脹室39内および2段膨脹室40内の高圧ヘリウムガスが膨
脹して寒冷を発生する。この寒冷によって第1ステージ
16および第2ステージ17が冷却される。そして、ディス
プレーサ12が再び下死点へと移動し、これに伴って1段
膨脹室39内および2段膨脹室40内のヘリウムガスが排除
される。膨脹したヘリウムガスは流体通路21,23内を通
る間に蓄冷材22,24によって暖められ、常温となって排
出される。以下、上述したサイクルが繰返されて冷凍運
転が行なわれる。このタイプの冷凍機は、超電導マグネ
ットの冷却や赤外線センサの冷却や、あるいはまたクラ
イオポンプの冷却源として使用される。
When the motor 13 starts rotating, the displacer 12 reciprocates between the bottom dead center. When the displacer 12 is at the bottom dead center, the high pressure valve 38 opens and high pressure helium gas flows into the cold head 1. Next, the displacer 12 moves to the top dead center. As described above, the first displacer
Between the outer peripheral surface of the first cylinder 14 and the inner peripheral surface of the first cylinder 14 and the second
Seal mechanisms 25 and 26 are mounted between the outer peripheral surface of the displacer 19 and the inner peripheral surface of the second cylinder 15, respectively.
For this reason, when the displacer 12 moves to the top dead center, the high-pressure helium gas passes through the fluid passage 21 formed in the first displacer 18 and the fluid passage 23 formed in the second displacer 19 and passes through the first displacer 18. One-stage expansion chamber 39 formed between the first and second displacers 19 and
It flows into a two-stage expansion chamber 40 formed between the displacer 19 and the tip wall of the second cylinder 15. With this trend,
High-pressure helium gas is cooled by cold storage materials 22, 24,
After all, the high pressure helium gas flowing into the one-stage expansion chamber 39 is 30
The high-pressure helium gas flowing into the two-stage expansion chamber 40 is cooled to about 8K. Here, the high pressure valve 38 closes,
The low pressure valve 36 opens. When the low-pressure valve 36 is thus opened, the high-pressure helium gas in the one-stage expansion chamber 39 and the two-stage expansion chamber 40 expands to generate cold. The first stage by this cold
16 and the second stage 17 are cooled. Then, the displacer 12 moves to the bottom dead center again, and accordingly, the helium gas in the first-stage expansion chamber 39 and the second-stage expansion chamber 40 is removed. The expanded helium gas is warmed by the cold storage materials 22 and 24 while passing through the fluid passages 21 and 23, and is discharged at normal temperature. Hereinafter, the above-described cycle is repeated to perform the refrigeration operation. This type of refrigerator is used for cooling a superconducting magnet, cooling an infrared sensor, or as a cooling source for a cryopump.

しかしながら、上記のように構成された従来の冷凍機
にあっては次のような問題があった。すなわち、シール
機構25は常温部と1段膨脹室39との間においてヘリウム
ガスが第1シリンダ14と第1ディスプレーサ18との間を
隙間を通して流れるのを防止しており、またシール機構
26は1段膨脹室39と2段膨脹室40との間においてヘリウ
ムガスが第2シリンダ15と第2ディスプレーサ19との間
の隙間を通して流れるのを防止している。これらのシー
ル機構25,26は、高純度(99.99%)のヘリウムガス中で
使用されており、ヘリウムガスの汚染を防止する意味か
らグリス等の潤滑材を使用することはできない。
However, the conventional refrigerator configured as described above has the following problems. That is, the sealing mechanism 25 prevents helium gas from flowing through the gap between the first cylinder 14 and the first displacer 18 between the room temperature part and the first-stage expansion chamber 39.
26 prevents helium gas from flowing through the gap between the second cylinder 15 and the second displacer 19 between the first-stage expansion chamber 39 and the second-stage expansion chamber 40. These seal mechanisms 25 and 26 are used in high-purity (99.99%) helium gas, and cannot use a lubricant such as grease in order to prevent helium gas contamination.

そこで、前記したように、第13図から第15図に示した
ように、第2ディスプレーサ19の外周面に形成された環
状溝27内に、有端形のシールリング28を装着し、更にそ
の背面側に押圧力を付与するための有端形のばねリング
29を装着した構成のシール機構26を用いている。しかし
ながら、このように端部30をもつばねリング29は第15図
に示すように、端部から円周方向に90度ずれた位置Aで
最大の押圧力をシールリングに付与するが、Aから離れ
るに従って押圧力は減少し、図中Bの位置での押圧力は
0となる。従って、シールリング28の全円周に対して十
分な押圧力を与えることができない。そのためこのよう
な構成のシール機構26におけるヘリウムガスの漏れ量が
多く、この結果、第2ステージ17の温度上昇を招く問題
があった。第2ステージの温度上昇は、結果的にある温
度での冷凍能力の減少につながることになる。このこと
をもう少し詳しく説明する。
Therefore, as described above, as shown in FIGS. 13 to 15, an end-shaped seal ring 28 is mounted in an annular groove 27 formed on the outer peripheral surface of the second displacer 19, and furthermore, Ended spring ring for applying pressing force to the back side
A seal mechanism 26 having a structure 29 is used. However, as shown in FIG. 15, the spring ring 29 having the end portion 30 applies the maximum pressing force to the seal ring at a position A which is 90 degrees in the circumferential direction from the end portion. The pressing force decreases as the distance increases, and the pressing force at the position B in the figure becomes zero. Therefore, a sufficient pressing force cannot be applied to the entire circumference of the seal ring 28. Therefore, the leakage amount of the helium gas in the sealing mechanism 26 having such a configuration is large, and as a result, there is a problem that the temperature of the second stage 17 is increased. An increase in the temperature of the second stage will result in a decrease in the refrigerating capacity at a certain temperature. This will be described in more detail.

今、1段膨脹室39の温度が30K、2段膨脹室40の温度
が10Kであったとした場合、シール機構26の部分で漏れ
が生じると、30Kのヘリウムガスが第2ディスプレーサ1
9内の蓄冷材24に接触することなく2段膨脹室40内へ入
り、また逆に10Kのヘリウムガスが1段膨脹室39内に入
ることになる。この結果、1段ステージ16の温度が下降
し、2段ステージ17の温度が上昇してしまうことにな
る。第16図にはシール機構26でのヘリウムガスの漏れ量
割合(2段膨脹室40へ流れ込むヘリウムガスの総量に対
するシール機構26を通して流れ込むヘリウムガスの割
合)と各段(1段ステージ16、2段ステージ17)の温度
との関係を計算で求めた結果が示されている。この図か
ら判かるように、シール機構26の部分での漏れが各段ス
テージの温度に大きい影響を与える。これはシール機構
26に限らず、シール機構25にも言えることである。
Now, assuming that the temperature of the first-stage expansion chamber 39 is 30K and the temperature of the second-stage expansion chamber 40 is 10K, if leakage occurs at the seal mechanism 26, helium gas of 30K is supplied to the second displacer 1.
The helium gas of 10K enters the first-stage expansion chamber 39 without contacting the cold storage material 24 in the 9 and enters the two-stage expansion chamber 40. As a result, the temperature of the first stage 16 decreases, and the temperature of the second stage 17 increases. FIG. 16 shows the helium gas leak rate in the seal mechanism 26 (the ratio of the helium gas flowing through the seal mechanism 26 to the total amount of helium gas flowing into the two-stage expansion chamber 40) and each stage (the first stage 16, the second stage 16). The results obtained by calculating the relationship with the temperature in stage 17) are shown. As can be seen from this figure, leakage at the seal mechanism 26 has a large effect on the temperature of each stage. This is a seal mechanism
The same applies to the seal mechanism 25 as well as the seal mechanism 25.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如く、従来のギホード・マクスホン形の冷凍機
にあっては、ディスプレーサとシリンダとの間の隙間を
シールするためのシール機構で完全なシールを行なうこ
とができず、これが原因して冷凍能力が低いと言う問題
があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional Gihod-Maxhon type refrigerator, a complete seal can be performed by a seal mechanism for sealing a gap between the displacer and the cylinder. There was a problem that the refrigeration capacity was low due to this.

そこで本発明は、シール機構でのシール性能を大幅に
向上させることができ、もって冷凍能力を向上させるこ
とができる冷凍機を提供することを目的としている。
Therefore, an object of the present invention is to provide a refrigerator capable of greatly improving the sealing performance of a sealing mechanism and thereby improving the refrigerating capacity.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(課題を解決するための手段) この発明は、閉じられたシリンダと、このシリンダ内
に摺動自在に配置されるとともに内側に蓄冷材を収容し
た通路を有するディスプレーサと、このディスプレーサ
を往復動させるための手段と、前記シリンダの一端側に
設けられた冷媒ガスの導入口及び排出口と、前記ディス
プレーサの往復動に関連させて前記導入口から前記シリ
ンダ内に高圧の冷媒ガスを導入した後に前記排出口から
排出させる工程を繰返すための冷媒ガス導排出手段とを
備えた極低温冷凍機において、前記ディスプレーサの外
周面に形成された環状溝と、この環状溝内に外周面を前
記シリンダの内周面に接触させて装着された少なくとも
1つの有端形のシールリングと、このシールリングの内
側に同心円状にかつ有端部をずらして装着された複数個
の有端形のばねリングとを具備してなる極低温冷凍機で
ある。
(Means for Solving the Problems) The present invention provides a closed cylinder, a displacer slidably disposed in the cylinder and having a passage containing a cold storage material inside, and reciprocating the displacer. Means for introducing a refrigerant gas inlet and outlet provided at one end of the cylinder, and introducing the high-pressure refrigerant gas into the cylinder from the inlet in relation to the reciprocation of the displacer. In a cryogenic refrigerator equipped with a refrigerant gas guiding / discharging means for repeating a step of discharging from a discharge port, an annular groove formed on an outer peripheral surface of the displacer, and an outer peripheral surface formed in the annular groove inside the cylinder. At least one end-shaped seal ring mounted in contact with the peripheral surface, and mounted concentrically with the end shifted with respect to the inside of the seal ring. And a plurality of end-shaped spring rings.

また、複数個の有端形のばねリングは、前記シールリ
ングの内側の同心円方向に設置されていても良い。
Further, a plurality of end-shaped spring rings may be installed concentrically inside the seal ring.

また複数個の有端形のばねリングは、前記シールリン
グの内側の軸方向に積層されていても良い。
Further, a plurality of end-shaped spring rings may be laminated in the axial direction inside the seal ring.

更には、前記複数個(N個)の有端形のばねリングの
端部が円周方向に360°/Nずれて装着されていても良
い。
Further, the end portions of the plurality (N) of the end type spring rings may be mounted so as to be shifted by 360 ° / N in the circumferential direction.

(作用) 上記のように有端形のばねリングを有端部をずらして
複数個同心円状に配置することによりシール機構を介し
てのヘリウムガス漏れ量を大幅に減らすことができる。
従って、冷凍能力の向上を実現できる。
(Operation) As described above, by arranging a plurality of end-shaped spring rings concentrically with shifted end portions, the amount of helium gas leakage through the seal mechanism can be significantly reduced.
Therefore, improvement of the refrigerating capacity can be realized.

(実施例) 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。(Example) Hereinafter, an example is described, referring to drawings.

第1図には本発明の一実施例に係る極低温冷凍機が示
されている。この図では第12図と同一部分が同一符号で
示されている。従って、重複する部分の説明は省略す
る。
FIG. 1 shows a cryogenic refrigerator according to one embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals. Therefore, the description of the overlapping part will be omitted.

この実施例に係る極低温冷凍機が従来の極低温冷凍機
と異なる点は、第2ディスプレーサ19の外周面に形成さ
れた環状溝27内に装着されて第2ディスプレーサと第2
シリンダ15との間の隙間をシールするシール機構41の構
成にある。
The point that the cryogenic refrigerator according to this embodiment differs from the conventional cryogenic refrigerator is that the cryogenic refrigerator is mounted in an annular groove 27 formed on the outer peripheral surface of the second displacer 19 and the second displacer and the second displacer.
This is a configuration of a seal mechanism 41 for sealing a gap between the cylinder 15.

シール機構41は、第2図から第4図に示すように、環
状溝27内に有端形のシールリング42と、このシールリン
グ42の内側に同心円状に装着され第2シリンダ15の内周
面側への押圧力を与える有端形のばねリング43,44が装
着された構成となっている。そして、ばねリング43,44
は第4図に示すように、両端間に僅かな距離Rの切れ目
を第2図に示すように円周方向にほぼ90度離れるように
して環状溝27内に装着されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the seal mechanism 41 has an end-shaped seal ring 42 in the annular groove 27, and is mounted concentrically inside the seal ring 42 and has an inner periphery of the second cylinder 15. Ended spring rings 43 and 44 for applying a pressing force to the surface side are mounted. And the spring rings 43,44
As shown in FIG. 4, is mounted in the annular groove 27 so that a cut at a small distance R between both ends is substantially 90 degrees apart in the circumferential direction as shown in FIG.

このような構成であると、ばねリング43の押圧力が最
も弱い部分に、ばねリング44の押圧力が最も強い部分が
配置されるため、シールリング42に対する押圧力が円周
方向に均一化される。従って、シール機構41でのヘリウ
ムガス漏れを大幅に減少させることができ、第2膨脹
室、つまり第2ステージ17の温度上昇を抑制でき、冷凍
能力を向上させることができる。
With such a configuration, a portion where the pressing force of the spring ring 44 is the strongest is disposed in a portion where the pressing force of the spring ring 43 is the weakest, so that the pressing force on the seal ring 42 is made uniform in the circumferential direction. You. Therefore, helium gas leakage from the seal mechanism 41 can be significantly reduced, and the temperature rise in the second expansion chamber, that is, the second stage 17, can be suppressed, and the refrigerating capacity can be improved.

次の実施例は、第5図から第7図に示すように、環状
溝27内に有端形のシールリング42と、このシールリング
42の内側に軸方向に2段構成で第2シリンダ15の内周面
側への押圧力を与える有端形のばねリング43a,44aが装
着された構成となっている。そして、ばねリング43a,44
aは第7図に示すように、両端間に僅かな距離Rの切れ
目を第5図に示すように円周方向にほぼ90度離れるよう
にして環状溝27内に装着されている。
In the next embodiment, as shown in FIGS. 5 to 7, an end-shaped seal ring 42 is
End-shaped spring rings 43a and 44a that apply a pressing force to the inner peripheral surface side of the second cylinder 15 in a two-stage configuration in the axial direction are mounted inside 42. And the spring rings 43a, 44
As shown in FIG. 7, a is mounted in the annular groove 27 so that a cut at a small distance R between both ends is separated from the circumferential direction by approximately 90 degrees as shown in FIG.

このような構成であると、ばねリング43aの押圧力が
元も弱い部分に、ばねリング44aの押圧力が最も強い部
分が配置されるため、シールリング42に対する押圧力が
円周方向に均一化される。従って、シール機構41でのヘ
リウムガス漏れを大幅に減少させることができ、第2膨
脹室、つまり第2ステージ17の温度上昇を抑制でき、冷
凍能力を向上させることができる。
With such a configuration, a portion where the pressing force of the spring ring 43a is the strongest is disposed in a portion where the pressing force of the spring ring 43a is originally low, so that the pressing force on the seal ring 42 is made uniform in the circumferential direction. Is done. Therefore, helium gas leakage from the seal mechanism 41 can be significantly reduced, and the temperature rise in the second expansion chamber, that is, the second stage 17, can be suppressed, and the refrigerating capacity can be improved.

次に本発明に対する参考例を説明する。この参考例
は、第8図から第9図に示すように従来のシール機構26
(第13図〜第14図)と同様の構成であり、ばねリング29
のかわりに、コイルばねをリング状に曲げて形成したば
ねリング45を使用したものである。このように構成する
ことによりシールリング28の全円周に対して均一に十分
な押圧力を与えることができる。
Next, a reference example to the present invention will be described. This reference example uses a conventional sealing mechanism 26 as shown in FIGS.
(FIG. 13 to FIG. 14).
Instead, a spring ring 45 formed by bending a coil spring into a ring shape is used. With this configuration, a sufficient pressing force can be uniformly applied to the entire circumference of the seal ring.

第10図には第13図に示すシール機構を組込んだ従来の
冷凍機と第2図に示すシール機構41を組込んだ本発明冷
凍機とのガス漏れ量の測定結果が示されている。これは
環状溝の幅を等しくするとともにばねリングの押圧力を
等しくして常温・静止状態で測定した結果である。実際
の使用条件(低温,往復動)とは異なるが、漏れ量が大
幅に減少していることが判かる。この傾向は、使用条件
においても反映されるものと考えられる。第11図には第
13図に示すシール機構を組込んだ従来の冷凍機と第2図
に示すシール機構41を組込んだ本発明に係る冷凍機との
冷凍曲線が示されている。横軸は第2ステージ17の温度
(k)を示し、縦軸は第2ステージ17に加えた熱負荷
(W)を示している。この図から判かるように、同じ温
度で冷凍し得る能力は本発明冷凍機の方が大きい。した
がって、上記構成のシール機構41aを設けたことによっ
て冷凍能力を向上させ得ることが理解される。このこと
は第5図,第8図に示す実施例および参考例のシール機
構41b,41cであっても同様である。
FIG. 10 shows the measurement results of the gas leakage amount between the conventional refrigerator incorporating the seal mechanism shown in FIG. 13 and the refrigerator of the present invention incorporating the seal mechanism 41 shown in FIG. . This is a result of measurement at normal temperature and in a stationary state with equal width of the annular groove and equal pressing force of the spring ring. Although it is different from the actual use condition (low temperature, reciprocation), it can be seen that the leakage amount is greatly reduced. This tendency is considered to be reflected in the use conditions. Fig. 11 shows the
13 shows refrigeration curves of the conventional refrigerator incorporating the seal mechanism shown in FIG. 13 and the refrigerator according to the present invention incorporating the seal mechanism 41 shown in FIG. The horizontal axis indicates the temperature (k) of the second stage 17, and the vertical axis indicates the heat load (W) applied to the second stage 17. As can be seen from this figure, the refrigerator of the present invention has a greater ability to freeze at the same temperature. Therefore, it is understood that the refrigeration capacity can be improved by providing the seal mechanism 41a having the above configuration. This is the same for the seal mechanisms 41b and 41c of the embodiment and the reference example shown in FIGS.

なお、上述した実施例では、第2ディスプレーサと第
2シリンダとの間に設けられるシール機構だけを第2
図,第5図,第8図に示すシール機構41a,41b,41cで構
成しているが、第1ディスプレーサと第1シリンダとの
間に設けられるシール機構も第2図,第5図,第8図に
示すシール機構41a,41b,41cで構成してもよい。
In the above-described embodiment, only the seal mechanism provided between the second displacer and the second cylinder is used in the second embodiment.
5, 5 and 8, the seal mechanism provided between the first displacer and the first cylinder is also provided as a seal mechanism in FIGS. It may be constituted by the seal mechanisms 41a, 41b, 41c shown in FIG.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように本発明によれば、シール機構でのガ
ス漏れを大幅に減少させることできるので、一層の低温
度化を実現でき、冷凍能力を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, gas leakage at the seal mechanism can be significantly reduced, so that a further lowering of the temperature can be realized and the refrigeration capacity can be improved.

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

第1図は本発明の一実施例に係る冷凍機を局部的に切欠
して示す構成図、第2図は同冷凍機に組込まれたシール
機構を軸方向から見た第1の実施例を示す概略図、第3
図は同シール機構を局部的に取り出して示す縦断面図、
第4図は同シール機構に組込まれたシールリングの両端
の形態を示す概略図、第5図は同冷凍機に組込まれたシ
ール機構を軸方向から見た第2の実施例を示す概略図、
第6図は同シール機構を局部的に取り出して示す縦断面
図、第7図は同シール機構に組込まれたシールリングの
両端の形態を示す概略図、第8図は同冷凍機に組込まれ
たシール機構を軸方向から見た第3の実施例を示す概略
図、第9図は同シール機構を局部的に取り出して示す縦
断面図、第10図はおよび第11図は本発明に係る第1の実
施例の冷凍機の特性を従来の冷凍機のそれと比較して示
す図、第12図は従来の冷凍機の概略構成図、第13図は同
冷凍機に組込まれたシール機構を軸方向から見た図、第
14図は同シール機構を局部的に取出して示す縦断面図、
第15図は同シール機構に組込まれたシールリングの両端
部の形態を示す図、第16図は従来の冷凍機の問題点を説
明するための図である。 1……コールドヘッド、2……冷媒ガス導排出系、11…
…シリンダ、12……ディスプレーサ、13……モータ、14
……第1シリンダ、15……第2シリンダ、16……第1ス
テージ、17……第2ステージ、18……第1ディスプレー
サ、19……第2ディスプレーサ、21,23……流体通路、2
2,24……蓄冷材、27……環状溝、28,42……シールリン
グ、39……第1膨脹室、40……第2膨脹室、41a,41b,41
c……シール機構、43,43a,44,44a,45……ばねリング。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a refrigerator according to an embodiment of the present invention, which is partially cut away, and FIG. 2 is a first embodiment of a sealing mechanism incorporated in the refrigerator viewed from an axial direction. Schematic diagram, third
The figure is a longitudinal sectional view showing the sealing mechanism taken out locally,
FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of both ends of a seal ring incorporated in the seal mechanism, and FIG. 5 is a schematic view showing a second embodiment of the seal mechanism incorporated in the refrigerator viewed from the axial direction. ,
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the sealing mechanism locally taken out, FIG. 7 is a schematic view showing both ends of a seal ring incorporated in the sealing mechanism, and FIG. 8 is incorporated in the refrigerator. FIG. 9 is a schematic view showing a third embodiment of the sealing mechanism viewed from the axial direction, FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the sealing mechanism in a locally extracted state, FIG. 10 and FIG. FIG. 12 is a diagram showing the characteristics of the refrigerator of the first embodiment in comparison with that of the conventional refrigerator, FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the conventional refrigerator, and FIG. 13 is a diagram showing a sealing mechanism incorporated in the refrigerator. Figure viewed from the axial direction, No.
FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing the sealing mechanism taken out locally,
FIG. 15 is a view showing a form of both ends of a seal ring incorporated in the seal mechanism, and FIG. 16 is a view for explaining a problem of the conventional refrigerator. 1 ... Cold head, 2 ... Refrigerant gas guide / discharge system, 11 ...
... cylinder, 12 ... displacer, 13 ... motor, 14
... 1st cylinder, 15 ... 2nd cylinder, 16 ... 1st stage, 17 ... 2nd stage, 18 ... 1st displacer, 19 ... 2nd displacer, 21, 23 ...
2,24 cold storage material, 27 annular groove, 28,42 seal ring, 39 first expansion chamber, 40 second expansion chamber, 41a, 41b, 41
c: Seal mechanism, 43, 43a, 44, 44a, 45 ... Spring ring.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 9/14 510──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F25B 9/14 510

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】閉じられたシリンダと、このシリンダ内に
摺動自在に配置されるとともに内側に蓄冷材を収容した
通路を有するディスプレーサと、このディスプレーサを
往復動させるための手段と、前記シリンダの一端側に設
けられた冷媒ガスの導入口及び排出口と、前記ディスプ
レーサの往復動に関連させて前記導入口から前記シリン
ダ内に高圧の冷媒ガスを導入した後に前記排出口から排
出させる工程を繰返すための冷媒ガス導排出手段とを備
えた極低温冷凍機において、 前記ディスプレーサの外周面に形成された環状溝と、 この環状溝内に外周面を前記シリンダの内周面に接触さ
せて装着される少なくとも1つの有端形のシールリング
と、 このシールリングの内側に同心円状にかつ有端部をずら
して装着された複数個の有端形のばねリングと を具備してなることを特徴とする極低温冷凍機。
1. A closed cylinder, a displacer slidably disposed within the cylinder and having a passage containing a cold storage material therein, means for reciprocating the displacer, and A step of introducing a high-pressure refrigerant gas into the cylinder from the introduction port in association with the reciprocating motion of the displacer and discharging the high-pressure refrigerant gas from the discharge port provided at one end side is repeated. A cryogenic refrigerator provided with a refrigerant gas guiding / discharging means for mounting an annular groove formed on an outer peripheral surface of the displacer, and an outer peripheral surface in the annular groove being mounted in contact with an inner peripheral surface of the cylinder. At least one end-type seal ring; and a plurality of end-type spring rings mounted concentrically and with end portions shifted inside the seal ring. Cryogenic refrigerator, characterized by comprising; and a grayed.
【請求項2】前記複数個の有端形のばねリングは、前記
シールリングの内側の同心円方向に設置されてなること
を特徴とする請求項1記載の極低温冷凍機。
2. The cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein said plurality of end-type spring rings are installed concentrically inside said seal ring.
【請求項3】前記複数個の有端形のばねリングは、前記
シールリングの内側の軸方向に積層されてなることを特
徴とする請求項1記載の極低温冷凍機。
3. The cryogenic refrigerator according to claim 1, wherein the plurality of end-type spring rings are laminated in an axial direction inside the seal ring.
【請求項4】前記複数個(N個)の有端形のばねリング
の端部が円周方向に360°/Nずれて装着されてなること
を特徴とする請求項1記載の極低温冷凍機。
4. The cryogenic refrigeration according to claim 1, wherein the end portions of the plurality of (N) end-shaped spring rings are displaced 360 ° / N in a circumferential direction. Machine.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2906101A (en) 1957-11-14 1959-09-29 Little Inc A Fluid expansion refrigeration method and apparatus
US4355519A (en) 1981-04-20 1982-10-26 Helix Technology Corporation Split ring seal for cryogenic refrigerator

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0214321B1 (en) * 1985-09-02 1989-05-31 Leybold Aktiengesellschaft Sealing arrangement for a refrigerator displacement compressor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2906101A (en) 1957-11-14 1959-09-29 Little Inc A Fluid expansion refrigeration method and apparatus
US4355519A (en) 1981-04-20 1982-10-26 Helix Technology Corporation Split ring seal for cryogenic refrigerator

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