(57)【要約】【課題】信頼性の高い異常検出機能を低コストで実現可能なスターリング機関の制御装置および該制御装置を備えたスターリング機関搭載機器を提供する。【解決手段】スターリング機関の制御装置は、スターリング冷凍機１００の高温部１１１の温度を検知するサーミスタ５００と、サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度に基づいて低温部１１２の温度を算出する温度算出部６１０と、サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度、および温度算出部６１０により算出された低温部１１２の温度に基づいて、スターリング冷凍機１００の運転を制御することが可能な制御部６３０とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温部および低温部を有するスターリング機関を制御する制御装置であって、
前記高温部および前記低温部における一方の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された前記高温部および前記低温部における一方の温度に基づいて、該高温部および該低温部における他方の温度を算出する温度算出部と、
前記温度検知部により検知された前記高温部および前記低温部における前記一方の温度、および前記温度算出部により算出された前記高温部および前記低温部における前記他方の温度に基づいて、前記スターリング機関の運転を制御することが可能な制御部とを備えた、スターリング機関の制御装置。
【請求項２】
前記温度検知部は、前記スターリング機関における前記高温部の温度を検知する、請求項１に記載のスターリング機関の制御装置。
【請求項３】
前記スターリング機関は、
背圧空間と作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、
前記背圧空間と前記作動空間との間に設けられ、前記作動空間内の前記作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、
前記ピストンを駆動するピストン駆動手段とを含み、
前記温度算出部は、前記ピストン駆動手段に流れる電流と、前記ピストンのストロークと、前記高温部および前記低温部における前記一方の温度とに基づいて、該高温部および該低温部における前記他方の温度を算出する、請求項１または請求項２に記載のスターリング機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記温度検知部により検知された前記高温部および前記低温部における前記一方の温度、および前記温度算出部により算出された前記高温部および前記低温部における前記他方の温度のうち少なくとも１つが所定の範囲を超えた場合に、前記スターリング機関の運転を中止させる、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスターリング機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載のスターリング機関の制御装置を備えた、スターリング機関搭載機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリング機関の制御装置およびスターリング機関搭載機器に関し、特に、高温部および低温部が異常温度であるか否かに基づいてスターリング機関の動作を制御するスターリング機関の制御装置および該制御装置を含むスターリング機関搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
異常状態検出手段を備えた従来のスターリング機関としては、たとえば、特開２０００−１８７４７号公報（特許文献１）に記載されたものなどが挙げられる。特許文献１では、スターリング機関の高温ヘッドに取付けられた高温ヘッド温度センサと、スターリング機関の低温ヘッドに取付けられた低温ヘッド温度センサとを備えたスターリング冷却装置が記載されている。ここでは、高温ヘッド温度センサが出力するデータおよび低温ヘッド温度センサが出力するデータをそれぞれ取り込み、当該データに異常があるか否かを判断している。
【特許文献１】特開２０００−１８７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１のように、高温ヘッドと低温ヘッドとにそれぞれ温度センサを取り付けるような構造とすると、部品点数が増加し、コストが増大するという問題がある。
【０００４】
また、上記とは異なる観点では、スターリング機関の低温部は極低温となるため、その温度が異常であるか否かを温度センサで十分正確に検知することができなかったり、正確に検知するためには非常に高価なセンサが必要であったりするという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、信頼性の高い異常検出機能を低コストで実現可能なスターリング機関の制御装置および該制御装置を備えたスターリング機関搭載機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るスターリング機関の制御装置は、高温部および低温部を有するスターリング機関を制御する制御装置であって、高温部および低温部における一方の温度を検知する温度検知部と、温度検知部により検知された高温部および低温部における一方の温度に基づいて、該高温部および該低温部における他方の温度を算出する温度算出部と、温度検知部により検知された高温部および低温部における上記一方の温度、および温度算出部により算出された高温部および低温部における上記他方の温度に基づいて、スターリング機関の運転を制御することが可能な制御部とを備える。
【０００７】
上記構成によれば、スターリング機関の高温部および低温部の一方に温度検知部を設けるだけで、高温部温度および低温部温度の双方の異常を検知することが可能になるため、温度検知部の設置箇所数を減らすことができる。したがって、信頼性の高い異常検出機能を低コストで実現可能なスターリング機関の制御装置が得られる。
【０００８】
上記スターリング機関の制御装置において、好ましくは、温度検知部は、スターリング機関における高温部の温度を検知する。
【０００９】
上記構成によれば、スターリング機関の高温部の温度に基づいて当該スターリング機関の低温部の温度を算出することができるので、極低温となるスターリング機関の低温部の温度を正確に検知することができる。この結果、スターリング機関の制御装置における低温部の異常検出機能をさらに向上させることができる。
【００１０】
上記スターリング機関の制御装置において、１つの実施態様では、スターリング機関は、背圧空間と作動空間とを有し、作動媒体が封入されたケーシングと、背圧空間と作動空間との間に設けられ、作動空間内の作動媒体に圧力変動を与えるピストンと、ピストンを駆動するピストン駆動手段とを含み、温度算出部は、ピストン駆動手段に流れる電流と、ピストンのストロークと、高温部および低温部における上記一方の温度とに基づいて、該高温部および該低温部における上記他方の温度を算出する。
【００１１】
上記スターリング機関の制御装置において、１つの実施態様では、制御部は、温度検知部により検知された高温部および低温部における上記一方の温度、および温度算出部により算出された高温部および低温部における上記他方の温度のうち少なくとも１つが所定の範囲を超えた場合に、スターリング機関の運転を中止させる。
【００１２】
本発明に係るスターリング機関搭載機器は、上述したスターリング機関の制御装置を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スターリング機関の制御装置において、信頼性の高い異常検出機能を低コストで実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１５】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００１６】
本願明細書において、「冷却庫」とは、冷蔵室を有する「冷蔵庫」、冷凍室を有する「冷凍庫」および冷凍室と冷蔵室とを双方とも有する「冷凍冷蔵庫」のすべてを含む概念である。
【００１７】
また、本実施の形態においては、スターリング冷凍機を備えたスターリング機関搭載機器としてのスターリング冷却庫（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）について説明するが、本発明に係るスターリング機関搭載機器は、スターリング冷却庫に限定されるものではない。スターリング機関は、たとえば、発電機としても用いられる。
【００１８】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関の制御装置が適用される「スターリング機関搭載機器」としてのスターリング冷却庫の配管系統図である。
【００１９】
図１を参照して、スターリング冷却庫１０００は、低温部および高温部を有するスターリング冷凍機１００（スターリング機関）と、上記低温部の冷熱を伝達するための冷媒回路である低温側循環回路２００と、上記高温部の熱を伝達するための冷媒回路である第１高温側循環回路３００および第２高温側循環回路４００とを含んで構成される。
【００２０】
低温側循環回路２００は、低温側蒸発器２１０と、冷媒配管２２０，２３０と、スターリング冷凍機１００の低温部に取り付けられた低温側凝縮器２４０と、ファン２５０とを含んで構成される。低温側循環回路２００は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機１００の低温部との熱交換を行なう。
【００２１】
低温側循環回路２００内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器２４０において凝縮した冷媒は冷媒配管２３０（低温側導管）を流れて低温側蒸発器２１０に達する。低温側蒸発器２１０において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器２１０近傍に気流を生じさせるファン２５０が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、冷媒配管２２０（低温側戻り管）を介して低温側凝縮器２４０に戻る。低温側凝縮器２４０に流入し、凝縮した冷媒は、冷媒配管２３０に流入する。
【００２２】
低温側循環回路２００においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機１００の低温部で発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器２１０が低温側凝縮器２４０より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００２３】
第１高温側循環回路３００は、高温側凝縮器３１０と、冷媒配管３２０，３３０と、高温側蒸発器３４０とを含んで構成される。第１高温側循環回路３００は、スターリング冷凍機１００の高温部の冷却を行なう。
【００２４】
第１高温側循環回路３００内には水（Ｈ2Ｏ）などが冷媒として封入されている。高温側蒸発器３４０において蒸発した冷媒は冷媒配管３３０（高温側導管）を流れて高温側凝縮器３１０に達する。高温側凝縮器３１０において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器３１０近傍に気流を生じさせるファン３５０が設けられている。凝縮した冷媒は、冷媒配管３２０（高温側戻り管）を流れて高温側蒸発器３４０に戻る。第１高温側循環回路３００においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、スターリング冷凍機１００の高温部で発生した熱を伝達することができるように、高温側凝縮器３１０が高温側蒸発器３４０より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。
【００２５】
第２高温側循環回路４００は、冷媒配管４１０，４３０，４５０と、循環ポンプ４２０と、発露防止パイプ４４０とを含んで構成される。第２高温側循環回路４００は、スターリング冷凍機１００の高温部の熱を発露防止パイプ４４０に伝達する。
【００２６】
冷媒配管４１０は、高温側蒸発器３４０の下部に接続されている。高温側蒸発器３４０から冷媒配管４１０に液相の冷媒が流入する。冷媒配管４１０に流入した冷媒は、スターリング冷凍機１００よりも下方に設けられた循環ポンプ４２０に達する。循環ポンプ４２０から吐出された冷媒は、冷媒配管４３０を介して発露防止パイプ４４０に送られる。発露防止パイプ４４０内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機１００の高温部から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ４４０を冷却庫の前面に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ４４０内を流れた冷媒は、冷媒配管４５０を介して高温側蒸発器３４０内に戻る。このように、第２高温側循環回路４００においては、循環ポンプ４２０による強制循環が行なわれている。
【００２７】
スターリング冷凍機１００を作動させると、該冷凍機１００の高温部で発生した熱が、高温側凝縮器３１０を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機１００の低温部で発生した冷熱は、低温側蒸発器２１０を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器２１０近傍に送られ、繰り返し冷却される。
【００２８】
なお、図１の例では、スターリング冷凍機１００における高温部と低温部とが水平方向に並ぶように（すなわち、横向きに）スターリング冷凍機１００が設置されているが、スターリング冷凍機１００における高温部と低温部とが鉛直方向に並ぶように（すなわち、縦向きに）、より具体的には、スターリング冷凍機１００の高温部が当該スターリング冷凍機１００の低温部の上側に位置するようにスターリング冷凍機１００が設置されてもよい。
【００２９】
次に、図２を用いて、スターリング冷凍機１００の構造の一例およびその動作について説明する。
【００３０】
図２に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機１００は、フリーピストン型のスターリング機関であって、高温部１１１および低温部１１２を含む「外殻体」としてのケーシング１１０と、該ケーシング１１０に組付けられたシリンダ１２０と、シリンダ１２０内でそれぞれ往復動するピストン１３０およびディスプレーサ１４０と、ディスプレーサロッド１４０Ａと、圧縮空間１５１および膨張空間１５２を含む作動空間１５０と、再生器１６０と、背圧空間１７０と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ１８０と、ピストンスプリング１９１およびディスプレーサスプリング１９２を含むスプリング１９０とを含んで構成される。
【００３１】
ケーシング１１０は、背圧空間１７０を規定する。ケーシング１１０には、シリンダ１２０、リニアモータ１８０、ピストンスプリング１９１およびディスプレーサスプリング１９２をはじめとする種々の部品が組付けられる。ケーシング１１０の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００３２】
シリンダ１２０は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１３０およびフリーピストンとしてのディスプレーサ１４０をそれぞれ往復動可能に受け入れる。シリンダ１２０内において、ピストン１３０とディスプレーサ１４０とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン１３０およびディスプレーサ１４０によって作動空間１５０が圧縮空間１５１と膨張空間１５２とに区画される。より詳しくは、作動空間１５０は、ピストン１３０におけるディスプレーサ１４０側の端面よりもディスプレーサ１４０側に位置する空間であり、ピストン１３０とディスプレーサ１４０との間に圧縮空間１５１が形成され、ディスプレーサ１４０と低温部１１２との間に膨張空間１５２が形成される。圧縮空間１５１は主に高温部１１１によって囲まれ、膨張空間１５２は主に低温部１１２によって囲まれている。
【００３３】
圧縮空間１５１と膨張空間１５２との間には、所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器１６０が配設されており、この再生器１６０を介して圧縮空間１５１と膨張空間１５２とが連通する。それにより、スターリング冷凍機１００内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン１３０およびディスプレーサ１４０の動作に合わせて流動することにより、逆スターリングサイクルが実現される。
【００３４】
ピストン１３０に対しディスプレーサ１４０と反対側には、ケーシング１１０によって囲まれた背圧空間１７０が配設されている。この背圧空間１７０内にも、作動媒体が存在する。
【００３５】
背圧空間１７０におけるシリンダ１２０の外側に位置する部分には、リニアモータ１８０が配設される。リニアモータ１８０は、インナーヨーク１８１と、アウターヨーク１８２と、コイル１８３と、可動マグネット１８４とを含む。このリニアモータ１８０によって、シリンダ１２０の軸方向（矢印ＤＲ１方向）にピストン１３０が駆動される。
【００３６】
ピストン１３０の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング１９１と接続される。該ピストンスプリング１９１は、ピストン１３０に弾性力を付与する「弾性力付与手段」として機能する。該ピストンスプリング１９１による弾性力を付加することにより、シリンダ１２０内でピストン１３０をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ１４０の一端は、ディスプレーサロッド１４０Ａを介してディスプレーサスプリング１９２と接続される。ディスプレーサロッド１４０Ａはピストン１３０を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング１９２は板バネなどで構成される。
【００３７】
次に、このスターリング冷凍機１００の動作について説明する。
本冷凍機は、いわゆる逆スターリングサイクルを利用して冷凍効果を得るものである。ピストン１３０はリニアモータ１８０により駆動されて正弦運動する。ピストン１３０の動きにより圧縮空間１５１内の作動媒体は正弦波状の圧力変化を示す。圧縮された作動媒体は高温部１１１で圧縮熱を放出し、シリンダ１２０外に設けられた再生器１６０を通過する際に予冷され、膨張空間１５２へと流入する。
【００３８】
ディスプレーサ１４０は、定常運転時にはピストン１３０と同周期で一定の位相差をもって正弦運動し、その位相差や振幅は、ディスプレーサスプリング１９２のバネ定数や、時々刻々と変化する圧縮空間１５１と膨張空間１５２との圧力差、ディスプレーサ１４０の質量、動作周波数等によって決まる。この位相差については、一般的には９０度程度が最適条件であると言われている。
【００３９】
膨張空間１５２へと流入した作動媒体は、このディスプレーサ１４０の正弦運動により膨張し、これによって膨張空間１５２内の温度は著しく低下する。このとき発生した極低温（たとえば−５０℃程度）を低温部１１２を介して冷却庫内へ伝達することにより、所望の冷却効果が得られる。
【００４０】
図３は、本実施の形態に係るスターリング機関の制御装置の構成を示すブロック図である。図３を参照して、本実施の形態に係るスターリング機関の制御装置は、スターリング冷凍機１００の運転を制御する装置であって、スターリング冷凍機１００における高温部１１１に取り付けられたサーミスタ５００と、サーミスタ５００に接続された制御ユニット６００と、制御ユニット６００とスターリング冷凍機１００との間に設けられたインバータ７００とを含んで構成される。また、制御ユニット６００は、温度算出部６１０と、異常検知部６２０と、制御部６３０とを含んで構成される。
【００４１】
サーミスタ５００は、スターリング冷凍機１００の高温部１１１の温度を検知する「温度検知部」として機能する。サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度のデータは、制御ユニット６００における温度算出部６１０および異常検知部６２０に送られる。
【００４２】
インバータ７００は、リニアモータ１８０の電圧および電流を検出可能な検出回路付電力変換装置である。ＡＣ電源から供給された電力は、インバータ７００を介してリニアモータ１８０に送られる。また、インバータ７００の検出回路により検出されたリニアモータ１８０の電圧および電流のデータは、制御ユニット６００における制御部６３０に送られる。
【００４３】
制御ユニット６００における制御部６３０は、インバータ７００から送られたリニアモータ１８０の電圧／電流検出値に基づいてピストン１３０のストローク値を算出し、当該算出値とピストン１３０のストローク指令値とに基づいて、インバータ７００に含まれるスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ７００へ出力する。これにより、リニアモータ１８０の制御が行なわれる。また、制御部６３０は、インバータ７００から伝達されたリニアモータ１８０の電流検出値と、ピストン１３０のストローク値とを、温度算出部６１０に出力する。
【００４４】
制御ユニット６００における温度算出部６１０は、サーミスタ５００から伝達されたスターリング冷凍機１００の高温部１１１の温度と、制御部６３０から伝達されたリニアモータの電流検出値およびピストンストローク値とに基づいて、スターリング冷凍機１００の低温部１１２の温度を算出する。本実施の形態では、低温部１１２の温度の算出式として、以下の式（１）が採用されている。
Ｔc＝Ｔh−Ｋ×（Ｉ−Ｉa）／Ｘp・・・（１）
Ｔc：低温部１１２の温度
Ｔh：高温部１１１の温度
Ｉ：リニアモータ１８０の駆動電流（電流検出値）
Ｘp：ピストン１３０のストローク値
Ｋ，Ｉa：スターリング冷凍機１００に固有の定数
温度算出部６１０は、上記の式（１）により算出された低温部１１２の温度の値を、異常検知部６２０に出力する。異常検知部６２０は、サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度と、温度算出部６１０により算出された低温部１１２の温度とに基づいて、スターリング冷凍機１００に異常が生じていないかを検知する。より具体的には、異常検知部６２０は、スターリング冷凍機１００の高温部１１１および低温部１１２の温度が、それぞれ所定の範囲内にあるか否かを検知し、高温部１１１および低温部１１２のうち、少なくとも一方が所定の温度範囲外にあれば、スターリング冷凍機１００に異常が生じていると判断し、制御部６３０に向けて停止命令を出力する。異常検知部６２０から制御部６３０に上記の停止命令が出力されたことに基づいて、スターリング冷凍機１００の運転が中止される。
【００４５】
図４は、図３に示されるスターリング機関の制御装置による制御方法を説明するフロー図である。図４を参照して、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」のように略す。）において、スターリング冷凍機１００の運転が開始される。次に、Ｓ２０において、サーミスタ５００により、スターリング冷凍機１００の高温部１１１の温度が検知される。さらに、Ｓ３０において、温度算出部６１０により、スターリング冷凍機１００の低温部１１２の温度が算出される。そして、Ｓ４０において、異常検知部６２０により、高温部１１１の温度および低温部１１２の温度が異常な温度（予め設定された所定範囲外の温度）となっていないかを検知する。ここで、高温部１１１の温度および低温部１１２の温度が、いずれも所定の範囲内にある場合、スターリング冷凍機１００の運転は継続され（Ｓ４１）、所定時間が経過（Ｓ４２）した後、再びＳ２０以降が繰り返される。他方、高温部１１１の温度および低温部１１２の温度のうち少なくとも１つが異常な温度である場合、スターリング冷凍機１００の運転が中止される（Ｓ５０）。ここで、Ｓ６０において、運転を終了しない場合は、所定時間が経過（Ｓ６１）した後、再びＳ２０以降が繰り返される。
【００４６】
本願発明者は、温度算出部６１０により低温部１１２の温度を検知することの妥当性について、以下のとおり検証している。
【００４７】
図５は、図３に示されるスターリング機関の制御装置によるスターリング冷凍機１００の高温部１１１と低温部１１２との温度差（ΔＴ）の算出値と、スターリング冷凍機１００におけるΔＴの実測値とを比較するグラフである。
【００４８】
なお、図５に示す例において、ピストンストローク（Ｘp）は、３ｍｍ〜７ｍｍ程度であり、高温部１１１の温度（Ｔh）は、２５℃〜６０℃程度であり、低温部１１２の温度（Ｔc）は、−６０℃〜０℃程度である。
【００４９】
図５における各プロットは、各々の実験条件における上記の算出値と実測値とを示すものである。図５における破線は、正比例直線（ｙ＝ｘ）であり、理想的には、上記の各プロットがこの直線上に位置することが望ましい。そして、図５における破線は、上記の各プロットの近似直線である。図５の例では、近似直線は、ｙ＝１．０９０４ｘ−５．９１５１の式で表される。図５に示すように、スターリング冷凍機１００におけるΔＴの範囲内（２０℃以上１２０℃以下程度）では、正比例直線と近似直線とに大きな乖離はなく、したがって、温度算出部６１０により検知された低温部１１２の温度が正確であることが示される。
【００５０】
次に、図６を用いて、比較例に係るスターリング機関の制御装置の構成を説明する。本比較例に係る制御装置は、サーミスタ５００Ａと、制御ユニット６００Ａと、インバータ７００Ａとを含んで構成される。
【００５１】
図６の比較例に係る制御装置は、以下の点で、本実施の形態に係る制御装置と同様である。すなわち、本比較例に係るスターリング機関の制御装置は、スターリング冷凍機１００の運転を制御する装置であって、サーミスタ５００Ａと、サーミスタ５００Ａに接続された制御ユニット６００Ａと、制御ユニット６００Ａとスターリング冷凍機１００との間に設けられたインバータ７００Ａとを含んで構成される。また、制御ユニット６００Ａは、異常検知部６２０Ａと、制御部６３０Ａとを含んで構成される。
【００５２】
インバータ７００Ａは、リニアモータ１８０の電圧および電流を検出可能な検出回路付電力変換装置である。ＡＣ電源から供給された電力は、インバータ７００Ａを介してリニアモータ１８０に送られる。また、インバータ７００Ａの検出回路により検出されたリニアモータ１８０の電圧および電流は、制御ユニット６００Ａにおける制御部６３０Ａに送られる。
【００５３】
制御ユニット６００Ａにおける制御部６３０Ａは、インバータ７００Ａから送られたリニアモータ１８０の電圧／電流検出値に基づいてピストン１３０のストローク値を算出し、当該算出値とピストン１３０のストローク指令値とに基づいて、ＰＷＭ信号を生成してインバータ７００Ａへ出力する。これにより、リニアモータ１８０の制御が行なわれる。
【００５４】
他方、図６に示される比較例では、サーミスタ５００Ａは、スターリング冷凍機１００の高温部１１１に取り付けられるサーミスタ５１０Ａと、スターリング冷凍機１００の低温部１１２に取り付けられるサーミスタ５２０Ａとを含む。サーミスタ５１０Ａ，５２０Ａによりそれぞれ検知された高温部１１１および低温部１１２の温度のデータは、異常検知部６２０Ａに送られる。異常検知部６２０Ａは、サーミスタ５１０Ａ，５２０Ａにより検知されたスターリング冷凍機１００の高温部１１１および低温部１１２の温度に基づいて、スターリング冷凍機１００に異常が生じていないかを検知し、異常が生じている場合には、制御部６３０Ａに向けて停止命令を出力する。異常検知部６２０Ａから制御部６３０Ａに上記の停止命令が出力されたことに基づいて、スターリング冷凍機１００の運転が中止される。
【００５５】
このように、図６の比較例では、高温部１１１の温度および低温部１１２の温度を、それぞれサーミスタ５１０Ａ，５２０Ａにより検知している。したがって、高温部１１１および低温部１１２の双方にサーミスタを取り付ける必要があり、サーミスタの設置箇所数が増加する。この結果、スターリング冷凍機の異常検出機能を形成するためのコストが増大する。
【００５６】
さらに、図６の比較例では、スターリング冷凍機１００の低温部１１２にサーミスタ５２０Ａを取り付ける必要があるが、低温部１１２は極低温に達するため、サーミスタ５２０Ａが必ずしも正確に低温部１１２の温度を検知できない場合があり、低温部１１２の異常検出機能が低下する場合が生じ得る。
【００５７】
これに対し、本実施の形態に係るスターリング機関の制御装置によれば、スターリング冷凍機１００の高温部１１１に温度検知部を設けるだけで、高温部１１１の温度および低温部１１２の温度の双方の異常を検知することが可能になるため、「温度検知部」であるサーミスタ５００の設置箇所数を減らすことができる。したがって、信頼性の高い異常検出機能を低コストで実現することができる。
【００５８】
また、サーミスタ５００によりスターリング冷凍機１００における高温部１１１の温度を検知することにより、高温部１１１の温度に基づいてスターリング冷凍機１００の低温部１１２の温度を算出することができるので、極低温となる低温部１１２の温度を正確に検知することができる。この結果、スターリング機関の制御装置における低温部１１２の異常検出機能をさらに向上させることができる。
【００５９】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るスターリング機関の制御装置は、高温部１１１および低温部１１２を有する「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機１００を制御する制御装置であって、高温部１１１の温度を検知する「温度検知部」としてのサーミスタ５００と、サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度に基づいて低温部１１２の温度を算出する温度算出部６１０と、サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度、および温度算出部６１０により算出された低温部１１２の温度に基づいて、スターリング冷凍機１００の運転を制御することが可能な制御部６３０とを備える。より具体的には、上記制御装置は、高温部１１１の温度および低温部１１２の温度に基づいてスターリング冷凍機１００の異常を検知する異常検知部６２０をさらに備え、制御部６３０は、異常検知部６２０によりスターリング冷凍機１００の異常が検知されたことに基づいて、スターリング冷凍機１００の運転を中止させる。
【００６０】
また、本実施の形態において、スターリング冷凍機１００は、背圧空間１７０と作動空間１５０とを有し、作動媒体が封入されたケーシング１１０と、背圧空間１７０と作動空間１５０との間に設けられ、作動空間１５０内の作動媒体に圧力変動を与えるピストン１３０と、ピストン１３０を駆動する「ピストン駆動手段」としてのリニアモータ１８０とを含む。温度算出部６１０は、リニアモータ１８０に流れる電流と、ピストン１３０のストロークと、高温部１１１の温度とに基づいて、低温部１１２の温度を算出している。
【００６１】
また、本実施の形態において、制御部６３０は、サーミスタ５００により検知された高温部１１１の温度、および温度算出部６１０により算出された低温部１１２の温度のうち少なくとも１つが所定の範囲を超えた場合に、スターリング冷凍機１００の運転を中止させている。
【００６２】
なお、本実施の形態に係るスターリング機関の制御装置の変形例として、サーミスタ５００を低温部１１２に取り付けることが考えられる。この場合、温度算出部６１０は、サーミスタ５００により検知された低温部１１２の温度に基づいて高温部１１１の温度を算出し、制御部６３０は、サーミスタ５００により検知された低温部１１２の温度、および温度算出部６１０により算出された高温部１１１の温度に基づいて、スターリング冷凍機１００の運転を制御する。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関の制御装置が適用されるスターリング冷却庫の配管系統図である。
【図２】図１に示されるスターリング機関を示した側断面図である。
【図３】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関の制御装置による制御方法を説明するフロー図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング機関の制御装置によるスターリング機関の高温部と低温部との温度差（ΔＴ）の算出値と、当該スターリング機関におけるΔＴの実測値とを比較するグラフである。
【図６】比較例に係るスターリング機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００  スターリング冷凍機、１１０  ケーシング、１１１  高温部、１１２  低温部、１２０  シリンダ、１３０  ピストン、１４０  ディスプレーサ、１４０Ａ  ディスプレーサロッド、１５０  作動空間、１５１  圧縮空間、１５２  膨張空間、１６０  再生器、１７０  背圧空間、１８０  リニアモータ、１８１  インナーヨーク、１８２  アウターヨーク、１８３  コイル、１８４  可動マグネット、１９０  スプリング、１９１  ピストンスプリング、１９２  ディスプレーサスプリング、２００  低温側循環回路、２１０  低温側蒸発器、２２０，２３０  冷媒配管、２４０  低温側凝縮器、２５０  ファン、３００  第１高温側循環回路、３１０  高温側凝縮器、３２０，３３０  冷媒配管、３４０  高温側蒸発器、３５０  ファン、４００  第２高温側循環回路、４１０，４３０，４５０  冷媒配管、４２０  循環ポンプ、４４０  発露防止パイプ、５００，５００Ａ，５１０Ａ，５２０Ａ  サーミスタ、６００，６００Ａ  制御ユニット、６１０  温度算出部、６２０，６２０Ａ  異常検出部、６３０，６３０Ａ  制御部、７００，７００Ａ  インバータ、１０００  スターリング冷却庫。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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