(57)【要約】【課題】多段圧縮を必要とする場合に圧縮機台数を減らして、小型・軽量化を図る。【解決手段】容器中を往復運動するピストンにより流体を圧縮するための多段圧縮機において、容器４１、６１中を往復運動するシャフト４３、６３に複数のピストン４４、４５、６４、６５を設け、該ピストンの一つ４４、６４で圧縮した流体を、残りのピストン４５、６４で再び圧縮する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器中を往復運動するピストンにより流体を圧縮するための多段圧縮機において、
容器中を往復運動するシャフトに複数のピストンを設け、
該ピストンの一つで圧縮した流体を、残りのピストンで再び圧縮するようにされていることを特徴とする多段圧縮機。
【請求項２】
複数の前記シャフトが、同じ軸線上を動くよう対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の多段圧縮機。
【請求項３】
前記容器が流体のバッファタンクを兼ねるようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多段圧縮機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の多段圧縮機を用いたことを特徴とする流体循環装置。
【請求項５】
請求項４に記載の流体循環装置を用いたことを特徴とする冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器中を往復運動するピストンにより流体を圧縮するための多段圧縮機、これを用いた液体循環装置、及び冷凍装置に係り、特に、予冷機とＪＴ（ジュールトムソン）回路冷却機を組み合わせた、小型４Ｋ級冷凍装置や、１Ｋ級冷凍装置のＪＴ冷却機用圧縮機システムに用いるのに好適な、圧縮機台数を減らして小型・軽量化することが可能な多段圧縮機、これを用いた液体循環装置、及び冷凍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
往復ピストンのリニア駆動式真空ポンプや圧縮機において、特許文献１や２に記載されているように多段圧縮を必要とする場合がある。
【０００３】
例えば、図１に示すＪＴ冷却機用圧縮機システムにおいては、１段圧縮機１０の圧力容器１１内を上下に往復運動するピストン１２、２段圧縮機２０の圧力容器２１内を上下に往復運動する用のピストン２２、及び、駆動コイル１３、２３、永久磁石１４、２４からなる駆動機構が、それぞれ上下一対ずつ設けられた圧縮機１０、２０が、接続配管３０により２台直列に接続されている。
【０００４】
前記１段圧縮機１０において、ピストン１２が矢印Ａに示す如く外側に移動するとき、逆止弁の一種である吸気バルブ１５から冷媒ガス（以下、単にガスと称する）が圧縮室１６に吸い込まれ、ピストン１２が矢印Ｂに示す如く内側に移動して、吸い込んだガスを圧縮し、ある圧力以上になれば、逆止弁の一種である排気バルブ１７より排気される。２段圧縮機２０も同様に作動する。これで、例えば０．１Ｍｐａから１．６Ｍｐａにガスを圧縮する。
【０００５】
図において、２５は２段圧縮機２０の吸気バルブ、２６は同じく圧縮室、２７は同じく排気バルブ、１８、２８は、ピストン１２、２２を中立点に支持するコイルばね、１９、２９はハーメチックコネクタである。
【０００６】
【特許文献１】特表平５−５０６９１９号公報
【特許文献２】特開昭６４−１４５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら従来の技術では、圧縮段数だけ圧縮機が必要となって、スペース、重量等で小型・軽量化への障害になっていた。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、多段圧縮に必要な圧縮機の台数を減らして、小型・軽量化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、容器中を往復運動するピストンにより流体を圧縮するための多段圧縮機において、容器中を往復運動するシャフトに複数のピストンを設け、該ピストンの一つで圧縮した流体を、残りのピストンで再び圧縮するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、複数の前記シャフトが、同じ軸線上を動くよう対向配置して、バランスを図りつつ、小型・軽量化したものである。
【００１１】
又、前記容器が流体のバッファタンクを兼ねるようにして、ガス流量の安定性及びピストンバランスを向上させたものである。
【００１２】
本発明は、又、前記の多段圧縮機を用いたことを特徴とする流体循環装置を提供するものである。
【００１３】
又、該流体循環装置を用いたことを特徴とする冷凍装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、一つのシャフトに複数のピストンを設けたので、圧縮機の数を半分に減らして、小型・軽量化を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態は、２台の圧縮機が直列に接続され、ピストンが４種類ある４段圧縮構造の圧縮機システムに本発明を適用したもので、図２に示す如く、第１圧縮機４０、第２圧縮機６０共に、ダイヤフラムスプリング４２、６２に支持されて圧力容器４１、６１内を左右に往復運動するシャフト４３、６３の両端にピストン４４、４５、６４、６５を持っており、それが振動低減のため、左右対称に配置されている。
【００１７】
前記シャフト４３、６３には駆動コイル４６、６６が取り付けられており、永久磁石４７、６７を持つ磁気回路内に交流電流を流すことにより、往復駆動される。この駆動方式は、小型スターリング冷却機等に採用されている、一般的な方式である。
【００１８】
前記シャフト４３、６３の両端のピストン４４、４５、６４、６５は、シャフト４３、６３を介して連動しており、シャフトの一端のピストン４４、６４がガスを吸気（膨張作業）しているとき、他端のピストン４５、６５はガス排気（圧縮作業）を行なっている。
【００１９】
図において、５５、７５は、シャフト４３、６３を付勢するコイルばねである。
【００２０】
以下、動作を詳細に説明する。
【００２１】
第１圧縮機４０において、外側ピストン４４が矢印Ｂに示す如く内側に移動するとき、逆止弁の一種である外側吸気バルブ４８からガスが第１圧縮室４９に吸い込まれ、外側ピストン４４が矢印Ａに示す如く外側に移動して、吸い込んだガスを圧縮し、ある圧力以上になれば、逆止弁の一種である外側排気バルブ５０より排気される。
【００２２】
排気されたガスはＵ字管５１を通り、再び圧力容器４１内に導かれる。
【００２３】
圧力容器４１内のガスは、内側ピストン４５が矢印Ａに示す如く外側に移動するとき、逆止弁の一種である内側吸気バルブ５２から第２圧縮室５３にガスが吸込まれ、内側ピストン４５が矢印Ｂに示す如く内側に移動して、そのガスを圧縮し、ある圧力以上になれば、逆止弁の一種である内側排気バルブ５４より排気される。
【００２４】
排気されたガスは接続配管８０を通り、第２圧縮機６０の圧力容器６１内に導かれる。
【００２５】
第２圧縮機６０において、内側ピストン６４が外側に移動するとき、逆止弁の一種である内側吸気バルブ６８からガスが第１圧縮室６９に吸込まれ、内側ピストン６４が内側に移動して吸い込んだガスを圧縮し、ある圧力以上になれば、逆止弁の一種である内側排気バルブ７０より排気される。
【００２６】
排気された圧縮ガスは外部の配管７１で左右に分岐され、外側ピストン６５が内側に移動するとき、逆止弁の一種である外側吸気バルブ７３からガスが吸い込まれ、第２圧縮室７２側に導かれる。
【００２７】
第２圧縮室７２内に導かれたガスは、外側ピストン６５が外側に移動して、そのガスを圧縮し、外側排気バルブ７４より排気する。
【００２８】
このようにして、従来であれば４台の圧縮機が必要であった４段圧縮を、ピストンを２種類ずつ持つ２台の圧縮機で実現できる。
【００２９】
本実施形態においては、圧縮機の容器内をガスのバッファタンクとして利用しているので、ガス流量の安定性及びピストンバランスを向上することができる。
【００３０】
なお、前記実施形態においては、第１圧縮機４０の外側から導入したガスを内側から排気し、第２圧縮機６０の内側から導入したガスを外側から排気するようにしていたが、ピストンの配置や圧縮の順番は任意に設定することができる。例えば、内側ピストンと外側ピストンの作用を逆にすることができる。
【００３１】
又、圧縮比を高めるため、更に圧縮機の台数を増やすことも可能である。あるいは、図１に示したような２段圧縮であれば１台の圧縮機で実現できる。
【実施例】
【００３２】
図２に示した如く本発明に係る圧縮機４０、６０を２台直列に配置し、４段圧縮した場合は、１ＮＬ／分のヘリウム３を吸込圧力８ｋＰａから吐出圧力０．７Ｍｐａまで高めることができた。
【００３３】
又、図２の第２圧縮機６０のみを用いて、１台で２段圧縮した場合には、２ＮＬ／分のヘリウム４を吸込圧力０．０Ｍｐａから１．６Ｍｐａまで高めることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、予冷機とＪＴ回路冷却機を組み合わせた、小型４Ｋ級冷凍装置や１Ｋ級冷凍装置のＪＴ冷却機用圧縮機システムとして有用であり、例えば図４に示すような、ＪＴＣ１、ＪＴＣ２等のＪＴ回路系の圧縮機システムに使用できる。図において、１００は２段スターリング冷却機、１０２は圧縮機、１０４はコールドヘッド、１０６は第１ステージ、１０８は第２ステージ、１１０は１Ｋステージ、１２０はクライオスタット、１２２は第１シールド、１２４は第２シールド、１３０は真空ポンプである。
【００３５】
又、冷凍装置以外の小型ガス循環システムを必要とする分野一般にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のＪＴ回路冷却機用圧縮機システムの構成例を示す断面図
【図２】本発明の実施形態の構成を示す断面図
【図３】本発明の適用対象の一例のフローを示す流れ図
【符号の説明】
【００３７】
４０、６０…圧縮機
４１、６１…圧力容器
４３、６３…シャフト
４４、６５…外側ピストン
４５、６４…内側ピストン
４６、６６…駆動コイル
４７、６７…永久磁石
４８、５２、６８、７３…吸気バルブ
４９、５３、６９、７２…圧縮室
５０、５４、７０、７４…排気バルブ
【図１】
2005113732.tif 000003
【図２】
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【図３】
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