DE8332868U1

DE8332868U1 - MINIATURE LOW TEMPERATURE COOLING UNIT

Info

Publication number: DE8332868U1
Application number: DE19838332868
Authority: DE
Original assignee: Kryovacs Scientific Corp
Current assignee: Kryovacs Scientific Corp
Priority date: 1983-11-15
Filing date: 1983-11-15
Publication date: 1984-05-17

Description

Die vorliegende Neuerung betrifft ein Kühlgerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspi'uchs.The present innovation relates to a cooling device according to the preamble of the main claim.

Miniaturtiefsttemperatursysteme werden im großen Umfange zur Abkühlung von Kristallen verwendet, die als Meßgrößenumformer bzw. -wandler verwendet werden. Die Kühlung ver~ ringert Gitterschwingungen, welche ansonsten die Deutlichkeit des Ausgangssignals herabsetzen oder dessen Qualität verschlechtern würden. Eine besonders wichtige AnwendungMiniature cryogenic systems are used to a large extent for cooling crystals, which act as transducers or converters are used. The cooling reduces lattice vibrations, which otherwise the clarity reduce the output signal or deteriorate its quality. A particularly important application

j 5 besteht in dem Kühlen des Infrarotfühlermateriäls für Nachtsicht- oder Wärmedetektor-Geräte. Miniaturtiefsttemperatursysteme sind des weiteren für medizinische Anwendungen nützlich, wie beispielsweise auch für das Einfrieren kleiner Mengen von Gehirngewebe bei der Behandlung der Parkin-j 5 consists in cooling the infrared sensor material for Night vision or heat detection devices. Miniature cryogenic systems are also useful for medical applications such as freezing smaller Amounts of brain tissue in the treatment of parkin

*q son'sehen Krankheit. Während die Erfordernisse eines Tiefsttemperatursystems in Abhängigkeit von dessen Anwendungszweck variieren, spielen bei diesen einige typische Gesichtspunkts eine Rolle, vie deren Leistungsfähigkeit bzw. Wirkungsgrad, deren Haltbarkeit, deren Kompaktheit, deren* q son'sehen disease. While the requirements of a cryogenic system vary depending on its intended use, some typical aspects play a role in these a role, vie their performance or efficiency, their durability, their compactness, their

jg Gewicht, deren Klingneigung ( Microphonics, typischen Schwingungen von dem Kompressormotor, einem komprimierten Gas oder dem physikalischen Stoß beweglicher Komponenten im System), und deren thermophonisches Verhalten (Thermophonics, die als elektronisches weißes Rauschen definiert werden können, das von der Wärme erzeugt wird, welche von dem wärmeren zu dem kälteren Teil des Svstems geleitet wird). Für Anwendungen auf dem Gebiet von Infrarotsensoren für Flugkörper sind alle die vorgenannten Faktoren wichtig.jg weight, their tendency to sound (Microphonics, typical Vibrations from the compressor motor, a compressed gas, or the physical impact of moving components in the System), and their thermophonic behavior (Thermophonics, which can be defined as electronic white noise generated by the heat generated by from the warmer to the colder part of the system). For applications in the field of infrared sensors for missiles, all of the foregoing factors are important.

Ein System, das gegenwärtig im militärischem Gerät verwendet wird, und das in einem Artikel von Franz Chellis mit dem Titel "Comparing Closed-Cycle Cryocoolers" im Novemberheft 1979 von Electro-Optical Systems Design beschrieben ist,A system currently used in military equipment in an article by Franz Chellis with the title "Comparing Closed-Cycle Cryocoolers" in the November issue Described in 1979 by Electro-Optical Systems Design,

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stellt ein zusammenhängendes Stirling-Kreis System dar, das heißt ein System, bei dem der Kompressor und der Expander eine einzige mechanische Einheit bilden. Der Expander ist eine längliche, zylindrische Struktur, die allgemein als kalter Finger (cold finger) bezeichnet wird, da sie fingerförmig gestaltet ist und die cryogene bzw. Tiefsttemperaturabkühlung an ihrem äußersten freien Ende erfolgt. Ein Motor treibt einen Kompressorkolben und den Verdränger über ein geschmiertes Schraubenzahnrad an. An der Motorwelle ist ein Schwungrad befestigt, womit versucht wird, die von dem Motor erzeugten Schwingungen unter Kontrolle zu bekommen und eine übertragung derselben auf den Expander zu verhindern. Der Kolben komprimiert ein Arbeitsfluid, typischerweise ein Gas, das erst bei sehr niedrigen Tempe-5 raturen gefriert, wie Helium, das dem Expander zugeleitet wird. Das komprimierte Gas bewegt einen axial hin und her beweglichen Verdränger in einer derartigen Weise, daß ein Arbeitsvolumen zwischen einem Ende des Verdrängers und einer Endplatte des Gehäuses des kalten Fingers gekühlt .represents a coherent Stirling circle system that is called a system in which the compressor and the expander form a single mechanical unit. The expander is an elongated, cylindrical structure commonly referred to as a cold finger because it is finger-shaped is designed and the cryogenic or cryogenic cooling takes place at its outermost free end. A motor drives a compressor piston and the displacer via a lubricated screw gear. A flywheel is attached to the motor shaft, which is used to try to get the vibrations generated by the engine under control and transfer them to the expander to prevent. The piston compresses a working fluid, typically a gas, which only occurs at very low temperatures like helium that is fed to the expander. The compressed gas moves you back and forth axially movable displacer in such a way that a working volume between one end of the displacer and an end plate of the cold finger housing.

on wird. Die Gasströmung zu diesem Bereich erfolgt über ein regeneratives Material oder einen Regenerator, welches in dem Verdränger gehalten ist. Der Generator wirkt als Wärmetauscher und hält einen Temperaturgradienten zwischen dem kalten Ende des kalten Fingers und dem Gaseinlaß aufrecht.on will. The gas flow to this area takes place via a regenerative material or a regenerator held in the displacer. The generator acts as a heat exchanger and maintains a temperature gradient between the cold end of the cold finger and the gas inlet.

Der Regenerator ist vielfach ein metallisches Gi-tter oder Sieb, oder er besteht aus kleinen Kugeln aus Kupfer oder Nickel. In jedem Falle hat der Regenerator eine vergleichsweise große Masse.The regenerator is often a metallic god or Sieve, or it consists of small balls made of copper or nickel. In either case, the regenerator has a comparative great mass.

oQ Ein Hauptnachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß trotz des Schwungrads eine erhebliche übertragung von Motorschwingungen auf den kalten Finger stattfindet. Für viele Anwendungszwecke ist dieses nicht zu verringernde Niveau von Schwingungen nicht akzeptabel. Ein anderes bei diesem zusammenhängenden System auftretende Problem besteht darin/ daß das Schmiermittel für das Schraubenzahnrad abreißt und rekondensieren kann/ um die Führungskanäle für das Fluid zu verstopfen. Die Abnutzung von Dichtungen A major disadvantage of this device is that, despite the flywheel, there is considerable transmission of engine vibrations to the cold finger. For many applications this undiminished level of vibration is unacceptable. Another problem that arises with this interrelated system is / that the lubricant for the screw gear tears off and can recondense / to clog the guide channels for the fluid. The wear and tear of seals

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bewirkt die gleichen Nachteile und kann darüber hinaus auch dazu führen, daß eine Fluidleckage auftritt, die die Wirksamkeit des Systems beeinträchtigt. Das beschriebene System ist des weiteren vergleichsweise schwer (Gewicht etwa 4 pounds, d.h. 1,8 kg), voluminös (der Kompressoranteil hat Dimensionen von etwa 4 1/2 inch χ 3 1/2 inch, d.h. 11,43 cm χ 16,51 cm, und der kalte Finger steht etwa drei bis vier inch, d.h. 7,62 cm bis 10,16 cm vor), und die typische Betriebszeit beträgt lediglich 300 bis 500 Stunden. Ep.s Gewicht, die Voluminösität sowie die Probleme mit der Klingneigung dieses Systems machen es für bestimmte Verwendungszwecke, speziell in Flugkörpern, schlecht geeignet.causes the same disadvantages and can also lead to the occurrence of fluid leakage, which affects the effectiveness of the system is impaired. The system described is also comparatively heavy (weight approx 4 pounds, i.e. 1.8 kg), bulky (the compressor portion is approximately 4 1/2 "by 3 1/2", i.e. 11.43 cm χ 16.51 cm, and the cold finger stands about three to four inches, i.e. 7.62 cm to 10.16 cm in front), and the typical operating time is only 300 to 500 hours. Ep.s. Weight, volume and problems with the tendency to sound this system makes it ill-suited for certain uses, especially in missiles.

Das US-Patent 4 078 389 von Bamberg beschreibt ein weiteres Kühlsystem, das in verschiedenen Ausführungsformen entweder den Stirling-Kreis oder den Vuillieumier-Kreis verwendet. Bamberg versucht, die Probleme zu lösen, die bei der Verbindung einer sich drehenden Antriebswelle mit einem Paar von linear hin und her gehender Kolben verbunden sind. In der Ausführungsform des Stirling-Kreises treibt ein exzentrisch gelagerter Hebelarm einen mit zwei Gelenken versehenen Verbindungshebel, welcher seinerseits die Kolben und den Verdränger der allgemein linear verlaufenden Bewegungsbahn antreibt. Bei der Ausführungsform des :Bamberg U.S. Patent 4,078,389 describes another Cooling system that uses either the Stirling cycle or the Vuillieumier cycle in various embodiments. Bamberg tries to solve the problems encountered when connecting a rotating drive shaft to a pair connected by linear reciprocating pistons. In the embodiment of the Stirling circle one drives eccentrically mounted lever arm has a connecting lever provided with two joints, which in turn controls the piston and drives the displacer of the generally linear trajectory. In the embodiment of:

Vuillieumier-Kreises erzeugt ein Kreuzschieber-Getriebe, eine allgemein linear verlaufende Antriebskraft für ein Paar von Kolben. Diese Anordnungen haben zwei wesentliche Nachteile. Zum einen ist im Falle des oben beschriebenen Geräts der Motor mechanisch direkt an den Verdränger angekoppelt. Eine Kontrolle der Klingneigung ist daher extrem schwierig. Zum anderen bringt das Antriebssystem die Antriebskraft über einen relativ langen Momentarm ein was eine erhebliche seitliche Krafteinwirkung auf die Hauptdichtungen ausübt. Als Folge hiervon neigen diese zu einem raschen Verschleiß und zu einem Ausfall.Vuillieumier circle produces a cross slide gear, a generally linear driving force for a Pair of pistons. These arrangements have two major disadvantages. For one, in the case of the above The motor is mechanically coupled directly to the displacer. A control of the tendency of the blade is therefore extremely difficult. On the other hand, the drive system brings in the drive force over a relatively long moment arm which exerts significant lateral force on the main seals. As a result, these tend to to rapid wear and tear and failure.

In einem Versuch, die Schwingung des Kompressors von demIn an attempt to reduce the vibration of the compressor from the

* Finger abzuhalten, wurden geteilte nach dem Sterling-Prinzip arbeitende Vorrichtungen entwickelt, bei denen der Kompressorteil von dem kalten Finger mittels Leitungen getrennt ist, welche das Arbeitsfluid tragen. Die US-Patente 4 090 859 und 3 991 586 beschreiben ein aufgeteiltes Einkompressor-Einzel-Stirling-System. Die US-Patentschriften 4 206 609 und 4 092 833 beschreiben aufgeteilte Dual-Sterling-Systeme. Ein gemeinsames Konstruktionsproblem bei diesen Systemen stellt die Kontrolle des akustischen Lärmes dar, der von einem frei oszillierenden Dispenser erzeugt wird, der innerhalb des kalten Fingers gegen die Behälterwandungen hin und her schlägt. Dieser Lärm führt speziell bei einem aufgeteilten Einzel-Stirling-System zu Problemen.* Keep fingers out were split on the sterling principle working devices developed in which the compressor part is separated from the cold finger by means of lines is which carry the working fluid. U.S. Patents 4,090,859 and 3,991,586 describe a single compressor split Stirling system. U.S. Patents 4,206,609 and 4,092,833 describe split dual sterling systems. A common design problem with these systems is the control of acoustic noise which is generated by a freely oscillating dispenser, which is placed inside the cold finger against the container walls beats back and forth. This noise leads to problems especially in a split single Stirling system.

Zur Steuerung der Bewegung des Verdrängers dient bei der in der US-Patentschrift 4 090 859 beschriebenen Anordnung eine abgekapselte pneumatische Luftfeder, die am Ende des kalten Fingers, da-«? dem kryologisch gekühlten Ende gegenüberliegt, angeordnet if.t. Die US-Patentschrift 3 991 586 verwendet eine Feder und ein Solenoid, um die Bewegung des Verdrängers zu steuern. Beide Systeme sind jedoch mit den Problemen behaftet, die vorstehend im Zusammenhang mit dem US-Patent '609 beschrieben wurden. So führt beispielsweise die hohe Betriebsfrequenz der Vorrichtung zu großen Beschleunigungs- und Verzögerungskräften. Die großen mit der oszillierenden Bewegung des Verdrängers einhergehenden Kräfte erzeugen ein Schwingungsklingen trotz der Wirkungen der pneumatischen oder mechanischen Federn. Ein weiteres Problem ist die Abnutzung der Friktionsdichtungen, insbesondere an denjenigen Stellen, wo der Grad der Reibung wichtig ist, um die Bewegung des Verdrängers zu steuern. Ein weiteres Problem ist die Wärme, die von der Reibung oder der Gaskompression in dem pneumatischen Volumen herrührt. Strahlung abgebende Kühlrippen können zur ünter-Stützung der Wärmeabfuhr verwendet werden, sie erhöhen jedoch die Größe der Vorrichtung. Daneiben hat kein bekanntes aufgeteiltes Einzel-Stirling-Systeim eine annehmbare reproduzierbare Betriebelebensdauer. Eine typische Betriebs-In the arrangement described in US Pat. No. 4,090,859, one is used to control the movement of the displacer encapsulated pneumatic air spring at the end of the cold finger, da- «? is opposite the cryologically cooled end, arranged if.t. U.S. Patent 3,991,586 used a spring and a solenoid to control the movement of the displacer. Both systems, however, have problems those described above in connection with U.S. Patent '609. For example, leads the high operating frequency of the device leads to large acceleration and deceleration forces. The big ones with the forces associated with the oscillating movement of the displacer produce a vibratory sound despite the effects the pneumatic or mechanical springs. Another problem is the wear and tear on the friction seals, in particular in those places where the degree of friction is important to control the movement of the displacer. Another problem is the heat arising from friction or gas compression in the pneumatic volume. Radiation-emitting cooling fins can be used to support the heat dissipation, they increase however the size of the device. Furthermore, no known single split Stirling system has an acceptable one reproducible service life. A typical operational

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Die US-Patente 4 092 893 und 4 206 609, beide von Durenec, beschreiben Systeme, bei denen nicht nur der Kompressor physisch von dem kalten Finger getrennt ist, sondern bei denen auch ein Betrieb mit Spaltphase erfolgt. Der Kompressor hat zwei Kolben, die einen Gasdruck in getrennten Leitungen erzeugen, welche mit separaten Kammern in dem kalten Finger verbunden sind. In dem Patent '833 arbeiten die Kompressorzylinder mit einer Phasenverschiebung von 180°, und der eine Kolben hat eine kleinere wirksame Fläche als der andere Kolben. Dies führt zu einem zweifach geteilten "Zug-Druck"-Betrieb, bei dem der eine Kompressorzylinder in der einen Kammer eine Saugwirkung entwickelt, welche die Kompression unterstützt, die von dem anderen Kompressorzylinder in der anderen Kammer erzeugt wird. In dem Patent '609 arbeiten zwei Kolben, die ebenfalls unterschiedliche Größe haben, mit einer Phasenverschiebung von 90", wobei der größere Kolben Wellen eines komprimierten Gases durch einen großen Verdränger zu dem zu kühlenden Volumen treibt. Der kleinere Kolben speist einen kleineren stationären Verdränger, der in dem Ende des größeren Verdrängers dem gekühlten Ende gegenüberliegend aufgenommen ist. Diese Anordnung liefert ebenfalls einen "Schub-Zug"-Betrieb. Bei einer Ausführungsform ist die von dem Zylinder des größeren Kolbens zu dem Hauptverdränger führende Leitung um das "warme" Ende des Hauptverdrängers herumgewickelt, wo ein kleinerer Verdränger eingeschlossen ist, um das dem Hauptverdränger zugeführte Gas vorzukühlen. Das Patent '609 beschreibt des weiteren einen Mehrstufenv^rdränger, bei dem das Arbeitsgas in Richtung auf das gekühlte Ende durch Mehrfachregeneratoren mit abnehmendem Volumen fließt. Der Regenerator in den Verdrängern bei allen vorstehend diskutierten geteilten Einzel- und geteilten Dual-Systemen istU.S. Patents 4,092,893 and 4,206,609, both to Durenec, describe systems in which not only the compressor is physically separated from the cold finger, but at which also operate with a split phase. The compressor has two pistons that carry gas pressure in separate lines generate which are connected to separate chambers in the cold finger. In the '833 patent, the compressor cylinders operate with a phase shift of 180 °, and one piston has a smaller effective area than that other pistons. This leads to a two-fold "pull-push" operation, in which the one compressor cylinder a suction is developed in one chamber which assists the compression exerted by the other compressor cylinder is generated in the other chamber. In the '609 patent, two pistons operate that are also different Size, with a phase shift of 90 ", with the larger piston waves a compressed gas through it drives a large displacer to the volume to be cooled. The smaller piston feeds a smaller stationary one Displacer, which is received in the end of the larger displacer opposite the cooled end. This arrangement also provides "push-pull" operation. In one embodiment, that of the cylinder is the larger Piston line leading to the main displacer is wrapped around the "warm" end of the main displacer where a smaller displacer is included to precool the gas supplied to the main displacer. The '609 patent also describes a multi-stage displacement in which the working gas flows towards the cooled end through multiple regenerators of decreasing volume. The regenerator is in the displacers in all of the split single and split dual systems discussed above

3g im Inneren des Verdrängers getragen, der primär im Ansprechen auf die angelegten Fluiddrücke oszilliert.3g carried inside the displacer, which is primarily in response oscillates on the applied fluid pressures.

Die Durenec'sehen Konstruktionen haben jedoch auchHowever, the Durenec's constructions also have

Nachteile. Ein Hauptproblem bei der in dem Patent '833 beschriebenen Anordnung beruht darin, daß die an dem "rückwärtigen" Volumen entwickelten Druckwellen keine wirksame Kontrolle der Klingneigung und keine Lösung der Beschleunigungs- und Verzögerungsprobleme bieten. Der hauptsächliche Nachteil des im Patent '609 beschriebenen Systems ist, daß dieses System keine wirksame Kontrolle der Schwingungsprobleme liefert, die bei einem Verdränger entstehen, der eine große Masse aufweist und mit einerDisadvantage. A major problem with the '833 patent The arrangement described is based on the fact that the pressure waves developed at the "rear" volume are not effective Blade inclination control and no solution to acceleration and deceleration problems. The main one The disadvantage of the system described in the '609 patent is that the system does not provide effective control which provides vibration problems that arise in a displacer that has a large mass and with a

hohen Frequenz schwingt. αvibrates at a high frequency. α

Es ist daher eine hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Neuerung, ein Miniatur-Tiefsttemperatursystem zu schaffen, das hochwirksam und kompakt ist, und das eine geringe Klingneigung und ein niedriges Niveau von thermophonen Eigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.It is therefore a main task of the present innovation to create a miniature cryogenic system, which is highly effective and compact, and which has a low tendency to ring and a low level of thermophonic Has properties. This problem is solved by the subject matter of the main claim. Preferred further training are described in the subclaims.

Die vorliegende Neuerung schafft ein Kühlgerät, das in einem zweifach-geteilten zusammengesetzten bzw. "compound" Stirling-Zyklus arbeitet und eine vergleichsweise lange Betriebslebenszeit aufweist.The present innovation creates a cooling device that is in a two-part composite or "compound" Stirling cycle works and has a comparatively long service life.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein derartiges Kühlgerät geschaffen wird, das einen Spaltphasenkompressor enthält, der äußerst kompakt ist und im Vergleich zu den bekannten Systemen eine erhebliche Gewichtsreduzierung liefert.Another advantage is that such a refrigeration device is provided which is a split phase compressor which is extremely compact and a considerable weight reduction compared to the known systems supplies.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung eines Kühlgeräts, das die vorstehenden Vorteile umfaßt, das den Dichtungsverschleiß reduziert und Probleme vermeidet, die mit einem Abreißen des Schmiermittels einhergehen.Another object is to provide a refrigerator that incorporates the foregoing advantages reduces seal wear and prevents problems associated with lubricant breakage.

Eine weitere Zielvorstellung besteht in der Schaffung eines Kompressors, der in sich selbst abgeglichen ist, um auf diesem Wege die Motorschwingungen an deren Quelle zu verringern, der sich leicht herstellen läßt unter VerwendungAnother objective is to create a compressor that is balanced in itself to run on this way of reducing engine vibrations at their source, which is easy to produce using

von primär herkömmlichen spanabhebenden bzw. mechanischen Bearbeitungen/ und der einen relativ kurzen Hebelarm aufweist. of primarily conventional machining or mechanical processing / and which has a relatively short lever arm.

Eine weitere Zielsetzung ist die Schaffung eines Kühlgerätes mit all den vorgenannten Vorteilen/ das aus herkömmlichen Materialien aufgebaut ist und sich bei einem wettbewerbsfähigen Kostenaufwand herstellen läßt.Another objective is to create a cooling device with all the aforementioned advantages / that of conventional ones Materials is built up and can be manufactured at a competitive cost.

Ein Miniaturtiefsttemperaturkühlsystem gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen kalten Finger mit einem Verdränger, der sich frei längs der Längsachse innerhalb eines diesen umgebenden/ üblicherweise zylindrischen Gehäuses 5 hin und her bewegen kann/ wobei das Gehäuse eine Endplatte enthält, die in Berührung mit einer Wärmebelastung steht. Das Gehäuse enthält einen Haupteinlaß/ der ein Arbeitsfluid von einem Zylinder eines Spaltphasenkompressors aufnimmt, und einen zweiten Einlaß, der das Arbeitsfluid von dem ande^ren Zylinder aufnimmt. Der Haupteinlaß führt ein Arbeitsfluid zu einem Ende eines stationären regenerativem Materials, das in einem ringförmigen Volumen zwischen dem Gehäuse und dem Verdränger angeordnet ist. Der Verdränger ist massiv und besteht vorzugsweise aus einem leichtgewichtigen Material wie Nylon. Das benachbart -zu der Endplatte gelegene Ende des Verdrängers hat vorzugsweise eine stufenförmige Gestalt, die mit einem Satz in Abstand voneinander angeordnete Scheiben zusammenwirkt, welche als Wärmetauscher wirken.A miniature cryogenic refrigeration system according to the present invention includes a cold finger with a displacer that is free to reciprocate along the longitudinal axis within a surrounding / usually cylindrical housing 5 / which housing includes an end plate which is in contact with a thermal load. The housing includes a main inlet / receives a working fluid from one cylinder of a split-phase compressor, and a second inlet that receives the working fluid from the resistors ^r s cylinders. The main inlet leads a working fluid to one end of stationary regenerative material disposed in an annular volume between the housing and the displacer. The displacer is solid and is preferably made of a lightweight material such as nylon. The end of the displacer located adjacent to the end plate preferably has a stepped shape which cooperates with a set of disks which are arranged at a distance from one another and which act as heat exchangers.

Ein Hilfsverdränger ist in einem Kanal aufgenommen, der in dem zur Endplatte entgegengesetzten Ende des Hauptverdrängers angeordnet ist und in seinem Inneren ein regeneratives Material trägt. Der zweite Einlaß führt das Ar-OK beitsfluid zu einem Ende des regenerativen Materials. Das entgegengesetzte Ende des Hilfsverdrängers hat vorzugsweise ebenfalls eine stufenförmige Ausnehmung an ihrer Kante, die in Verbindung mit den Fluidströmungskanälen an der BasisAn auxiliary displacer is housed in a channel that runs in the end of the main displacer opposite to the end plate is arranged and carries a regenerative material in its interior. The second inlet leads the Ar-OK supply fluid to one end of the regenerative material. The opposite end of the auxiliary displacer preferably has also a stepped recess on its edge which communicates with the fluid flow channels on the base

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der Ausnehmung die Wärmeübertragung auf ein Arbeitsvolumen im Inneren des Hauptverdrängers fördert. Dieses Volumen wird durch den Hilfsverdränger und die zugehörigen Fluidströme gekühlt und ist zwischen dem Haupteinlaß und der Endplatte angeordnet, um den Fluidstrom durch den Hauptregenerator vorzukühlen und dabei dessen Temperaturgradienten herabzusetzen. Wenn diese Anordnung in einer StirÜng-Betriebsweise betrieben wird/ erzeugt sie einen "zusammengesetzten bzw. compound" Stirling-Kreis _f der durch zwei geschlossene Schleifen bildende Arbeitszyklen in einem Druck-Volumen-Diagramm gekennzeichnet ist, welche allgemein "nierenförmig" sind.the recess promotes heat transfer to a working volume inside the main displacer. This volume is cooled by the auxiliary displacer and the associated fluid flows and is arranged between the main inlet and the end plate in order to precool the fluid flow through the main regenerator and thereby reduce its temperature gradient. When this arrangement is operated in a Stirling mode of operation / it generates a "compound" Stirling circle _f which is characterized by two closed loops forming work cycles in a pressure-volume diagram, which are generally "kidney-shaped".

Der Hauptverdränger ist vorzugsweise mit einer Hülse umgeben, die sich von einer Wand am "warmen" Ende des regenerativen Materials zu dem Wärmetauscher an dem kalten Ende erstreckt. Konventionelle Dichtungen überbrücken den Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Verdränger, führen die Bewegung des Verdrängers und blockieren jegliche Durchblasströmung des Arbeitsgases. Der Hilfsverdränger bewirkt neben einer Vorkühlung des Hauptfluidstromes auch einen Betrieb mit einer Zug-Schub-Phasendifferenz gegenüber dem Hauptverdränger, um den Betriebswirkungsgrad zu erhöhen und um dAe Bewegung des Hauptverdrängers zu steuern, wobeiThe main displacer is preferably surrounded by a sleeve that extends from a wall at the "warm" end of the regenerative Material extends to the heat exchanger at the cold end. Conventional seals bridge the Gaps between the housing and the displacer, guide the movement of the displacer and block any blow-through flow of the working gas. The auxiliary displacer causes in addition to pre-cooling the main fluid flow, operation with a pull-push phase difference compared to the Main displacer, in order to increase the operating efficiency and to control the movement of the main displacer, whereby

2g auf seinen entgegengesetzten Enden aufgebrachte .Differentialdruckwellen verwendet werden. Diese Schub-Zug-Wirkung bewirkt gemeinsam mit der vergleichsweisen geringen Masse des Hauptverdrängers eine erhebliche Verringerung der Klingneigung sowie der Abnutzung der Dichtungen und ermög-2g differential pressure waves applied to its opposite ends be used. This push-pull effect works together with the comparatively low mass of the main displacer a considerable reduction in the tendency to blade as well as the wear of the seals and enables

OQ licht somit eine lange mittlere Betriebslebenszeit. Die Verhältnisse von Länge zu Durchmesser der beiden Verdränger beträgt vorzugsweise zumindest 2:1.OQ therefore has a long average service life. the The ratio of length to diameter of the two displacers is preferably at least 2: 1.

Ein Kompressor für dieses System weist in seiner bevorzug_a5 ten Ausführungsform ein einstückiges bzw. vollständiges Gehäuse mit zwei in dessen Seiten gebohrten Kanälen auf. Im Hinblick auf eine kompakte Bauweise verlaufen die Kanäle vorzugsweise senkrecht zueinander. Jeder Kanal nimmt eineA compressor for this system includes in its Favor _a5 th embodiment of a one-piece or complete housing with two in the sides of the drilled channels on. With a view to a compact design, the channels preferably run perpendicular to one another. Each channel takes one

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Doppel-Kolbenanordnuncj auf, wobei eine Platte die Kolbenboden14th
Double piston assembly, with one plate covering the piston crown

verbindet. Der eine Kolben/ benachbart zu einem geschlossenen Ende des Kanals/ enthält umlaufende Ringe oder andere Mittel/ die eine gleitende Dichtung mit dem Kanal herstellen. Die Kolbenboden haben vorzugsweise die gleiche Masse und Größe und sind im wesentlichen im gleichen Abstand von einer Schubgelenkverbindung mit einem exzentrisch gehalterten / von einem Motor in Umdrehung gesetzten Stift angeordnet.connects. The one piston / adjacent to a closed one End of the channel / contains circumferential rings or other means / which make a sliding seal with the channel. The piston heads are preferably of the same mass and size and are substantially equidistant from a sliding joint with an eccentrically supported / set in rotation by a pin pin.

¹^ Diese und weitere Merkmale und Aufgaben werden aus der folgenden/ ins einzelne gehenden Beschreibung besser verständlich/ die im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden soll. ¹ ^ These and other features and objects can be better understood from the following / detailed description / which should be understood in connection with the accompanying drawings.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht von der Anordnung eines kalten Fingers gemäß der vorliegenden Neuerung, der sich für einen Betrieb in einem zweifach-aufgespalteten, zusammengesetzten bzw. compound Stirling-Kreis eignet;Fig. 1 shows a vertical sectional view of the arrangement of a cold finger according to the present innovation, which is suitable for operation in a double-split, compound Stirling circle;

2020th

Fig. 2 zeigt eine seitliche Vertikalansicht teilweise im Vertikalschnitt mit aufgebrochenen Bereichen eines Miniaturtief sttemperatursystems gemäß der vorliegenden Neuerung, bei dem die Anordnung des kalten Fingers von Fig. 1 verwendet wird, und ein Spaltphasenkompressor ebenfalls nach der vorliegenden Erfindung;Fig. 2 shows a side vertical view partially in vertical section with broken away areas of a miniature depth temperature system according to the present innovation, in which the arrangement of the cold finger of Fig. 1 is used is, and a split phase compressor also according to the present invention;

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht in teilweise horizontalem Schnitt des in Fig. 2 gezeigten Kompressors; und 30Fig. 3 is a top plan view in partial horizontal section of the compressor shown in Fig. 2; and 30th

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Kolbenanordnungen des in den Figs. 2 und 3 gezeigten Kompressors zusammen mit ihrem Mitnehmerstift;Fig. 4 shows a perspective view of the piston assemblies of the in Figs. 2 and 3 shown compressor together with their driving pin;

Fig. 5a zeigt ein Druck-Volumen oder Arbeitsdiagramm für das kryogenisch gekühlte Haupt- Arbeitsvolumen eines zweifach-aufgespalteten, zusammengesetzten bzw. compound Stirling-Kreis-Systerns von der in den Figs. 1-4 beschriebe-Fig. 5a shows a pressure-volume or working diagram for the cryogenically cooled main working volume of a Twice-split, compound Stirling circle systems of the type shown in Figs. 1-4 described-

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nen design;

Fig. 5b zeigt ein Diagramm entsprechend demjenigen von Fig. 5a für das Hilfsarbeitsvolumen, welches das in das Hauptarbeitsvolumen strömende Gas vorkühlt;Fig. 5b shows a diagram corresponding to that of Fig. 5a for the auxiliary working volume, which is in the Main working volume flowing gas precooled;

Fig. 5c zeigt ein Diagramm, das einer überlagerung der Figs. 5a und 5b entspricht und die Nettokühlung für das gesamte System darstellt;Fig. 5c shows a diagram that is an overlay of the Figs. 5a and 5b correspond and illustrate the net cooling for the entire system;

I Fig. .6 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht entsprechend f derjenigen von Fig. 1 einer Alternativanordnung eines kalten Fingers gemäß der vorliegenden Erfindung, die keinen Hilfsverdränger verwendet; und. I Fig .6 shows a simplified side view corresponding to that of Figure 1 f of an alternative arrangement of a cold finger according to the present invention that does not use Hilfsverdränger. and

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in dem die Druckwellen als Funktion eines Phasenwinkels in den beiden Gaszuführungsleitungen von dem Kompressor der Figs. 2-4 zu der Kaltfingeranordnung der Figs. 1 und 2 oder 6 dargestellt sind.Fig. 7 shows a diagram in which the pressure waves as a function of a phase angle in the two gas supply lines of the compressor of Figs. 2-4 to the cold finger arrangement of Figs. 1 and 2 or 6 are shown.

Detailed Description of the Preferred Embodiment examples

Die Figuren 1-3 zeigen ein Miniatur-Tiefsttemperatur-Kühlgerät 12/ das eine Anordnung mit einem kalten Finger 14, einem Spaltphasenkompressor 16 sowie Leitungen "Γ8 und 20 enthält, welche Auslässe 22 und 24 des Kompressors mit Einlassen 26 und 23 des kalten Fingers jeweils verbinden. Während das System diese Elemente wit spezieller Orientierung und speziellen Dimensionen zeigt, versteht es sich, daß die Dimensionen einen weiten Bereich von Werten einnehmen können, und daß die von den Bauelementen eingenommene relative Lage von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, z.B. von physikalischen Zwangsbedingungen der für die endgültige Verwendung vorgesehenen Umgebung und dem Grad der Trennung, der zwischen dem Kompressor und dem kalten Finger eingenommen werden soll, um ein gegebenes Niveau des Klingens und der thermischen Belastung zu erreichen. Der Kompressor arbeitet mit einem Arbeitsfluid, typischerweißeFigures 1-3 show a miniature cryogenic refrigerator 12 / the one arrangement with a cold finger 14, a split phase compressor 16 and lines 8 and 20, which outlets 22 and 24 of the compressor with Connect inlets 26 and 23 of the cold finger, respectively. While the system shows these elements with special orientation and special dimensions, it goes without saying that that the dimensions can assume a wide range of values, and that that occupied by the components relative position depends on a variety of factors, e.g. on the physical constraints of the final Use intended environment and the degree of separation that exists between the compressor and the cold finger should be taken in order to achieve a given level of sound and thermal stress. Of the Compressor works with a working fluid, typically

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einem bei tiefen Temperaturen frierenden Gas, wie Helium, das durch die Leitungen 18 und 20 zu den beiden separaten Arbeitsvolumina 54 und 72 in den kalten Finger geleitet wird. Der Kompressor erzeugt Druckwellen in dem Gas, welehe Arbeit in beiden Arbeitsvolumen leisten in einem Stirling-Kreis für einen Gefrierbetrieb, um eine Spitze 14a des kalten Fingers benachbart zu der thermischen Belastung auf Tiefsttemperaturen abzukühlen.a gas that freezes at low temperatures, such as helium, which is separated by lines 18 and 20 to the two Working volumes 54 and 72 passed into the cold finger will. The compressor creates pressure waves in the gas, which Work in both working volumes do in a Stirling circle for a freezer, to a point 14a of the cold finger to cool down to the lowest possible temperature adjacent to the thermal load.

Der kalte Finger 14 hat ein externes Gehäuse 30 einschließlich einer generell zylindrischen Seitenwandung 31, eine Endplatte 32 und eine gegenüberliegende Endplatte 34. Das Gehäuse ist aus irgendeinem geeigneten Baumaterial, wie korrosionsfester Stahl, gebildet, mit Ausnahme der End- ■ platte 32 benachbart der thermischen Belastung, die vorzugsweise aus einem Material wie Kupfer gebildet ist, das eine hervorragende Wärme-Leitfähigkeit aufweist. Die Platte 32 ist an einen Halterungsring 36 angelötet, der seinerseits an die Seitenwandung 31 angeschweißt ist. Das Gehäuse ist gasdicht abgedichtet mit Ausnahme der Einlasse 26 und 28. Der Einlaß 26 ist in der Seitenwandung 31 angeordnet, und der Einlaß 28 ist in der Endplatte 34 angeordnet, vorzugsweise an einer Stelle, die allgemein mit der Längsmittelachse des Gehäuses 30 fluchtet und durch den Pfeil 38 angedeutet ist. Der Einlaß 26 hält einFilterelement 39.The cold finger 14 has an external housing 30 including a generally cylindrical side wall 31, an end plate 32, and an opposing end plate 34. The Housing is formed of any suitable structural material, such as stainless steel, with the exception of the end ■ plate 32 adjacent to the thermal load, which is preferably formed from a material such as copper, the has excellent thermal conductivity. the Plate 32 is soldered to a retaining ring 36, which in turn is welded to the side wall 31. That The housing is sealed gas-tight with the exception of the inlets 26 and 28. The inlet 26 is arranged in the side wall 31, and inlet 28 is located in end plate 34, preferably at a location generally in common with the The longitudinal center axis of the housing 30 is aligned and indicated by the arrow 38. Inlet 26 holds a filter element 39.

Eine Hülse 4 0 ist im Inneren des Gehäuses allgemein koaxial zu der Wandung 31 angebracht. Das untere Ende der Hülse ist, wie dargestellt, an eine Platte 42 angeschweißt, die in Form eines Kreisringes vorliegt. Die Hülse und die Platte bestehen vorzugsweise aus korrosionsfestem Stahl. Die Hülse endet in einem ringförmigen Endbereich 40a, der allgemein parallel zu der Endplatte 32 verläuft und eine Mittelöffnung 44 aufweist. Der Außendurchmesser der Hülse 4 0 fluchtet allgemein mit dem Umfang der Endplatte 32. Die Platte 42 ist auf einem Paar konzentrischer Glieder 45 und 47 gelagert, die sich axial von der Endplatte 34 zu derA sleeve 40 is generally coaxial within the housing attached to the wall 31. The lower end of the sleeve is, as shown, welded to a plate 42, which is in the form of a circular ring. The sleeve and the plate are preferably made of corrosion-resistant steel. The sleeve terminates in an annular end portion 40a which is generally parallel to the end plate 32 and has a Has central opening 44. The outer diameter of the sleeve 40 is generally flush with the periphery of the end plate 32. The Plate 42 is mounted on a pair of concentric members 45 and 47 extending axially from the end plate 34 to the

Platte erstrecken und radial von dem Innendurchmesser der Platte zu der Wandung 31.Plate extend and radially from the inner diameter of the plate to the wall 31.

Hauptsächliche Merkmale der vorliegenden Neuerung sind ein Verdränger 46 und ein stationär regeneratives Material 48, das außerhalb des Verdrängers angeordnet ist. Der Verdränger 46 ist ein Massivteil und besteht vorzugsweise aus einem leichtgewichtigen Kunststoffmaterial wie Nylon. Diese Konstruktion führt zu einem Verdränger, der eine bemerkenswert niedrigere Masse aufweist als irgendein gegenwärtig verwendeter Verdränger bei Miniaturtiefstteinperaturkühleinrichtungen, die nach dem Stirling-Kreis arbeiten, und er erzeugt daher weniger Klinggeräusch. Der Verdränger hat eine allgemein zylindrische Gestalt und ist koaxial innerhalb der Hülse 40 angeordnet. Ringsumlaufende Nuten 50,50, die in dem Verdränger angeordnet sind, halten jeweils eine herkömmliche Dichtung 52,52. Die Nuten sind groß genis.g, us<( verläßtlich die Dichtung aufzunehmen, während sie es de: Dichtung gleichzeitig erlauben, sich radial über die äußere Oberfläche des Verdrängers auszudehnen, bis sie in einen Gleitkontakt mit der inneren Oberfläche der Hülse 40 treten. Die Dichtungen 52,52 bewirken die üblichen Funktionen einer Lokalisierung des Verdrängers, einer Blockierung eines Bypasses für das Arbeitsgas und eine Bereitstellung einer gleitenden Friktionsdichtung. Im Hinblick auf die zuletzt genannte Funktion ist der Verdränger kürzer als die lichte Innenhöhe des Gehäuses,längs der Achse 38 gemessen, um einen geringen Freiraum zwischen den äußersten Endflächen 46a und 46b des Verdrängers zu schaffen.Ein typischer Maximalwert für diesen Freiraum beträgt etwa 3,17 mm (1/8 inch). Dieser Freiraum und die Halterungsanordnung im Inneren der Hülse 40 erlaubt es, daß der Verdränger eine lineare, hin und her gehende Bewegung längs der Achse 38 zwischen einer Extremlage, bei der die Oberfläche 46a an die Endplatte 32 anstößt, und einer anderen Extremlage, bei der die Oberfläche 47b an der Endplatte 34 anstößt, durchzuführen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht darin, daß das System die Verwendung einesThe main features of the present innovation are a displacer 46 and a stationary regenerative material 48, which is arranged outside of the displacer. The displacer 46 is a solid part and preferably consists of a lightweight plastic material such as nylon. These Construction results in a displacer that has a significantly lower mass than any presently used displacer in miniature ultra-low temperature cooling devices, which work according to the Stirling circle, and it therefore produces less ringing noise. The displacer has a generally cylindrical shape and is disposed coaxially within the sleeve 40. Grooves all around 50, 50, which are arranged in the displacer, each hold a conventional seal 52, 52. The grooves are great genis.g, us <(reliable to take up the poetry while they de: allow seal at the same time to expand radially over the outer surface of the displacer, until they come into sliding contact with the inner surface of the sleeve 40. The seals 52,52 effect the usual functions of localizing the displacer, blocking a bypass for the working gas and providing a sliding friction seal. With regard to the last-mentioned function, the displacer is shorter than the clear inside height of the housing, lengthways of the axis 38 to allow a small clearance between the outermost end surfaces 46a and 46b of the displacer A typical maximum value for this free space is approximately 3.17 mm (1/8 inch). This free space and the mounting arrangement inside the sleeve 40 allows that the displacer a linear, reciprocating movement along the axis 38 between an extreme position in which the Surface 46a abuts end plate 32, and another extreme position where surface 47b abuts end plate 34 initiates to carry out. An advantage of the present invention is that the system utilizes a

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18
ρ 1 Verdrängers erlaubt, der ein gutes Verhältnis von Länge zu18th
ρ 1 displacer allows a good ratio of length to

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Durchmesser aufweist, welches dazu beiträgt,daß der Verschleiß der Dichtungen abnimmt-Has diameter which contributes to the wear and tear the seals are decreasing-

f> 5 Das regenerative Material 48 ist in einem ringförmigen f> 5 The regenerative material 48 is in an annular shape

• Volumen angeordnet und füllt dieses vollständig aus. Das• Arranged volume and fills it completely. That

; ringförmige Volumen umgibt den Verdränger und wird von der; annular volume surrounds the displacer and is of the

Hülse 40, der Wandung 31, der Platte 42 und der innerenSleeve 40, the wall 31, the plate 42 and the inner

ζ Oberfläche des Rings 36 begrenzt. Das Material ist als ζ The surface of the ring 36 is limited. The material is as

' -L 0 kleine Kügelchen eines Metalls wie Kupfer oder Nickel dar-'-L 0 represent small spheres of a metal such as copper or nickel-

'; gestellt. Andere herkömmliche Materialien wie beispielswei-'; posed. Other conventional materials such as

se ein Metallgittcr sind ebenfalls annehmbar. Das MaterialA metal mesh is also acceptable. The material

'■: 48 bewirkt die üblichen regenerativen Funktionen und '■: 48 causes the usual regenerative functions and

schafft eine Wärmesenke/Wärmequelle für das Arbeitsgas,creates a heat sink / heat source for the working gas,

' 15 das durch es hindurchströmt, und hält einen Temperaturgradienten zwischen dem kalten Ende 14a der Anordnung und dem "unteren" oder warmen Ende des Materials benachbart zu dem Einlaß 26 und der Platte 42 aufrecht. Gas strömt durch das Material 48 vor und zurück im Ansprechen auf Druckwellen, die von dem Kompressor 16 in der Leitung 20 erzeugt werden. Die Strömung endet an einem ersten Arbeitsvolumen 54, das zwischen der Endplatte 32 und der benachbarten Endfläche des Verdrängers lokalisiert ist.'15 that flows through it and maintains a temperature gradient between the cold end 14a of the assembly and the "lower" or warm end of the material adjacent to inlet 26 and plate 42 upright. Gas flows back and forth through material 48 in response to pressure waves, which are generated by the compressor 16 in the line 20. The flow ends at a first working volume 54 located between the end plate 32 and the adjacent end face of the displacer.

Eine Wärmetauscheranordnung 56 ist in dem Volumen 54 angeordnet und dient dazu, eine wirksame übertragung der Wärme von der Endplatte 32 auf das Gas zu bewirken. Die Anordnung 56 enthält einen Stapel von Scheiben 58, 58, die durch Abstandshalter 60 getrennt sind. Die Scheiben bestehen vorzugsweise aus Kupfer, um die Wärmeübertragung zu erleichtern, und sie sind generell parallel ?u der Endplatte 32 orientiert. Die Abstandshalter sind an die Scheiben angelötet oder angeschweißt und bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Kupfer. Der Abstand zwischen den Scheiben ist ausreichend klein, daß die Kügelchen des regenerativen Materials 48 nicht in das Volumen 54 eintreten können. (Das Filter 39 in dem Einlaß 26 hat ebenfalls die Aufgebe, die KUgelchen in dem ringförmigen Volumen zu halten.)A heat exchanger assembly 56 is arranged in the volume 54 and serves to ensure an efficient transfer of the heat from the end plate 32 to effect the gas. The assembly 56 includes a stack of disks 58, 58, which through Spacers 60 are separated. The discs are preferably made of copper to facilitate heat transfer, and they are oriented generally parallel to the end plate 32. The spacers are soldered to the panes or welded on and are preferably also made of copper. The distance between the panes is sufficient small that the beads of regenerative material 48 cannot enter the volume 54. (The filter 39 in the inlet 26 also has the task, the balls to hold in the annular volume.)

Die Scheiben erstrecken sich radial von einem Außendurchmesser/der generell mit der Außenfläche der Hülse 40 fluchtet, zu einem Innendurchmesser/ der einen Abstand von einem allgemein entsprechend geformten Mittelbereich 46c . des Verdrängers aufweist/ der in der Oberfläche 46a endet. Die Wärmeaustauscheranordnung 56 liefert einen Strömungsweg für das Gas, das in das Volumen 54 eintritt und dieses verläßt/ was die Wärmeübertragung erhöht über eine Turbulenz in der Strömung und eine Aussetzung des Gases an zusatzliche. Wärmeübertragungsoberflächen.The disks extend radially from an outside diameter generally aligned with the outer surface of the sleeve 40, to an inner diameter / spacing of a generally correspondingly shaped central region 46c. of the displacer has / which ends in the surface 46a. The heat exchanger assembly 56 provides a flow path for the gas entering and the volume 54 leaves / which increases the heat transfer via a turbulence in the flow and an exposure of the gas to additional. Heat transfer surfaces.

Bei der bevorzugten/ in Fig. 1 dargestellten AusfUhrungsform enthält der kalte Finger 14 des weiteren einen Milfsverdränger 62/der kleiner ist als der Hauptverdränger 46/ sowohl bezüglich der Länge als auch bezüglich des Durchmessers ,und der in einer axial fluchtenden Mittelbohrung 64 in dem "warmen" Ende des Hauptverdrängers benachbart zu der Endplatte 34 und dem Einlaß 28 angeordnet ist. Im Gegensatz zu dem Verdränger 46 hat der Hilfsverdränger einen < zentralen Hohlraum, der mit einem regenerativen Material gefüllt ist, das von der gleichen Art sein kann wie das Material 48. Eine Dichtung 68, die in einer Nut 70 gehalten ist, welche an der Innenwandung der Bohrung 64 angebracht ist, blockiert ein Auslaufen des Arbeitsgases von einein zweiten Arbeitsvolumen 72, das an dem Ende der Bohrung 64 angebracht ist, unter dem "kalten" Ende 62a des Verdrängers,In the preferred embodiment shown in FIG the cold finger 14 further includes a milfs displacer 62 / which is smaller than the main displacer 46 / both in terms of length and in terms of diameter , and that in an axially aligned central bore 64 in the "warm" end of the main displacer adjacent the end plate 34 and the inlet 28 is arranged. In contrast to the displacer 46, the auxiliary displacer has a < central cavity filled with a regenerative material, which can be of the same type as that Material 48. A seal 68 which is held in a groove 70 which is attached to the inner wall of the bore 64 blocks leakage of working gas from a second working volume 72 located at the end of bore 64 is attached, under the "cold" end 62a of the displacer,

Der Verdränger 62 ist stationär gegenüber dem Gehäuse, wobei seine "untere" Kante 62b mit der Endplatte 34 verbunden ist. Ein in dem Einlaß 28 gehaltener Stöpsel 74 (der des weiteren auch als Gasfilter dienen kann) verhindert, daß das regenerative Material 66 aus dem Inneren des Verdrängers herausfällt. Gas strömt durch das Material 66 zwischen des Einlaß 28 und dem Volumen 72. Das kühle Ende 62a des Verdrängers 62 enthält einen Absatz 76. Für einen Miniaturverdränger 62 mit einer typischen Gesamtlänge von 5,08 cm (2 inch) und einem typischen Durchmesser von 4,44 mm (0,175 inch) für die Bohrung 64 kann der AbsatzThe displacer 62 is stationary relative to the housing with its "lower" edge 62b connected to the end plate 34 is. A plug 74 held in inlet 28 (which can also serve as a gas filter) prevents that the regenerative material 66 falls out of the interior of the displacer. Gas flows through material 66 between inlet 28 and volume 72. The cool end 62a of the displacer 62 contains a shoulder 76. For a miniature displacer 62 with a typical overall length of 5.08 cm (2 inches) and a typical 4.44 mm (0.175 inch) diameter for the bore 64 can be the shoulder

um 0,076 mm (0,003 inch) zurückspringen. Gasströmungskanäle 78 sind in dem Verdränger an der Basis des Absatzes angebracht, um einen Gasströmungsweg zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Verdrängers herzustellen. Der Absatz und die Anordnung der Strömungskanäle erhöhen die Turbulenz der Gasströmung in das Volumen 72/ was zu einem erhöhten Wärmeaustauschwirkungsgrad führt.Spring back 0.076 mm (0.003 inch). Gas flow channels 78 are mounted in the displacer at the base of the ledge to provide a gas flow path between the interior and the exterior of the displacer. The shoulder and the arrangement of the flow channels increase the turbulence of the gas flow into the volume 72 / which leads to an increased heat exchange efficiency.

Ein bemerkenswertes Merkmal der vorliegenden Neuerung beruht darin, daß das Kühlvolumen 72, das dem Hilfsverdränger zugeordnet ist, sich an einer Steile befindet, die ausreichend weit in den Körper des Hauptverdrängers hineinreicht, so daß es zwischen dem Einlaß und dem Hauptarbeitsvolumen 54 liegt, und vorzugsweise ein gutes Stück "oberhalb" dem Einlaß 26 (wie dies gezeigt ist). Diese Anordnung verwendet die Kühlung, welche in dem Volumen erzeugt wird, um die in das hauptregenerative Material strömende Gas vorzukühlen. Auf diese Weise wird der axiale Temperaturgradient in dem regenerativen Material 48 bemerkenswert verringert, was umgekehrt dazu führt, daß der Betriebswirkungsgrad erhöht wird und eine Verminderung in den thermophonen Störungen eintritt. Diese Anordnung kann als "Pseudo"-Zweistufensystem bezeichnet werden, da sie eine Vorkühlung liefert. Die Gestaltung und die Funktion der Stufen unterscheiden sich jedoch von der normalen Mehrstufenanordnung, wie sie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4 206 609 von Durenec beschrieben ist. Diese Anordnung arbeitet auch mit einem Kreis, den der Anmelder einen zusammengesetzten bzw. "compound" Stirling-KreisA notable feature of the present innovation is that the cooling volume 72, the auxiliary displacement is assigned, is located on a slope that extends sufficiently far into the body of the main displacer, so that it lies between the inlet and the main working volume 54, and preferably a good distance "above" inlet 26 (as shown). This arrangement uses the cooling that is in the volume is generated to precool the gas flowing into the main regenerative material. This way the axial The temperature gradient in the regenerative material 48 is remarkably reduced, which in turn leads to the Operating efficiency is increased and a reduction in thermophonic interference occurs. This arrangement can may be referred to as a "pseudo" two-stage system as it provides pre-cooling. The design and the function however, the stages differ from the normal multi-stage arrangement such as that shown in the US patent No. 4,206,609 to Durenec. This arrangement also works with a circle, which the applicant a compound Stirling circle

_or« bezeichnet, wie er in den Figuren 5a bis 5c dargestellt ist. Die Nettokühlung, die von der an dem Gas in dem Volumen 54 geleisteten Arbeit erzeugt wird, wird aus der nierenförmigen Schleife bzw. dem Arbeitszyklus 54a in Fig. 5a ersichtlich. Die Nettokühlung, die an dem Volumen _or ”, as shown in Figures 5a to 5c. The net cooling produced by the work done on the gas in volume 54 can be seen from the kidney-shaped loop or duty cycle 54a in Figure 5a. The net cooling due to the volume

o₅ 72 erzeugt wird, ist an dem Druckvolumen (p-V)-Diagramm von der Schleife 72a, die in Fig. 5b dargestellt ist, erläutert. Fig. 5c zeigt die Schleifen 54a und 72a in dem gleichen p-v Diagramm. In diesem zusammengesetzteno ₅ 72 is generated is illustrated by the pressure volume (pV) diagram of the loop 72a, which is shown in FIG. 5b. Fig. 5c shows the loops 54a and 72a in the same pv diagram. In this compound

bzw. "compound" Betrieb können die Schleifen 54a und 72a getrennt sein, sich partiell überlappen (wie dies in Fig. 5c gezeigt ist) , oder int wesentlichen übereinander liegen. Dieser "compound" Stirling-Kreis liefert eine wirksamere Kühlung als herkömmliche Integral-Stirling-Systeme oder aufgespaltete.Einfach-Systeme.or "compound" operation, the loops 54a and 72a can be separate, partially overlap (as shown in FIG Fig. 5c is shown), or int essentially one above the other lie. This "compound" Stirling circuit provides more effective cooling than conventional integral Stirling systems or split simple systems.

Nun wenden Wir uns dem Kompressor 16 zu. Er hat ein massives Gehäuse 80 mit einer Seitenoberfläche 80% von allgemein gleichförmiger Höhe sowie eine obere und untere Stirnfläche 80b und 80c mit einer allgemein kreisförmigen Gestalt. Ein Paar sich schneidender Kanäle 82 und 84 erstreckt sich längs einer geraden Linie von der Seitenfläche des Gehäuses zu einem geschlossenen Ende 82a bzw. 84a. Die Auslässe 22 und 24 stehen mit dem Inneren der Kanäle an den Enden 82a bzw. 84a und den Leitungen 18 bzw» 20 in Verbindung. Die Kanäle haben vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt/ und sie sind in das Gehäuse unter Verwendung herkömmlicher spanabhebender Maßnahmen eingebracht. Die "offenen" Enden von jedem Zylinder sind vorzugsweise durch Abdeckungen 85, 85 dicht verschlossen. Des weiteren ist ein "geschlossenes" Ende, wie dargestellt/ das Ende 82a, von einem Deckel 87 dicht verschlossen, um einen Zusammenbau der in den Kanälen gehaltenen Kompressorelemente zu ermöglichen.We now turn to the compressor 16. He's got a massive one Housing 80 with a side surface 80% of general of uniform height and upper and lower faces 80b and 80c having a generally circular shape. A pair of intersecting channels 82 and 84 extend in a straight line from the side surface of the housing to closed ends 82a and 84a, respectively. The outlets 22 and 24 are with the interior of the channels at the ends 82a or 84a and the lines 18 or »20 in connection. The channels preferably have a circular cross-section / and they are incorporated into the housing using conventional machining techniques. The "open" ends of each cylinder are preferably sealed by covers 85, 85. Furthermore, a "closed" End, as shown / the end 82a, sealed by a lid 87 for assembly of the channels to enable held compressor elements.

Jeder Kanal nimmt eine zugehörige Kolbenanordnung 86, 86 auf, die ein Paar von Kolben bzw. Kolbenboden 88, 88 und eine Verbindungsplatte 90 enthalten. Die Kolbenboden 88, von jeder Anordnung 86 haben wesentlich die gleiche MasseEach channel accepts an associated piston assembly 86,86 which include a pair of pistons or piston heads 88, 88 and a connecting plate 90. The piston crown 88, of each assembly 86 have substantially the same mass

_g0 und Größe. Jede Platte ist generell parallel zu den Stirnflächen 80b und 80c orientiert und enthält einen länglichen geschlossenen Schlitz 92, der im wesentlichen im Massenzentrum der zugehörigen Anordnung 86 angeordnet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die quer zur Hauptachse _g0 and size. Each plate is oriented generally parallel to the end faces 80b and 80c and includes an elongated closed slot 92 located substantially at the center of mass of the associated assembly 86 and extending in a direction transverse to the major axis

g₅ der Anordnung verläuft. Für eine verbesserte Stabilität während des Betriebes ist es möglich, in einer oder beiden der Anordnungen 86 die Kolbenboden mit zwei Platten 90 anstatt mit einer Platte zu verbinden. Der Kolbenboden/derg _{5 of} the arrangement runs. For improved stability during operation, it is possible in one or both of the assemblies 86 to connect the piston crowns to two plates 90 instead of to one plate. The piston crown / the

1010

benachbart zu einem der Auslässe 22 oder 24 liegt/ trägt einen Satz von Ringdichtungeri 94, 94/ die eine gleitende Dichtung zwischen dem Kolbenboden und der umgebenden Wandung des zugehörigen Kanals liefert.adjacent to one of the outlets 22 or 24 lies / carries a set of ring seals 94, 94 / one of which is sliding Provides seal between the piston crown and the surrounding wall of the associated channel.

Ein Motor 96 treibt einen mittels eines Wälzlagers gelagerten Mitnehmerstift 98 an/ der exzentrisch auf einem Antriebsrad 100 gelagert ist, welches an dem Motor befestigt ist. Der Mitnehmerstift verläuft wesentlich senkrecht zu den Platten 90 und greift in die Schlitze 92 ein/ um eine Schubgelenk-Verbindung herzustellen, welche die Drehbewegung in eine hin und her gehende lineare Bewegung umsetzt. Der Mitnehmerstift durchläuft bei seiner Bewegung eine Kreisbahn. Die Schlitze sind bezüglich ihrer Größe und An-Ordnung so ausgebildet/ daß sie die zugehörigen Kolbenanordnungen 86, 86 über einen koordinierten Bewegungszyklus führen. Die Dimensionen der Kanäle 82, 84, die Kolbenböden 88 sowie die Abstände zwischen dem Mitnehmerstift und den Kolbenboden sind so gewählt, daß bei jeder Umdrehung des· Mitnehmerstiftes der Kolbenboden einen vollständigen Kolbentakt bewirkt. Der Kolbenboden bewegt sich zwischen einer extremen zurückgezogenen Lage, die in Fig. 3 von dem äußerst links gelegenen Kolben gezeigt ist/ und einer dem zugehörigen Auslaß nächstgelegenen Lage, welche den maximalen Gasdruck in der zugehörigen Leitung und dem zugehörigen Arbeitsvolumen des kalten Fingers erzeugt. Die Dimensionen sind des weiteren derart gewählt, daß keine Kolbenanordnung die Bewegung der anderen Anordnung stört.A motor 96 drives a driver pin 98 mounted by means of a roller bearing or eccentrically on a drive wheel 100, which is attached to the engine. The driving pin is essentially perpendicular to plates 90 and engages slots 92 to create a sliding hinge connection which permits rotational movement converted into a reciprocating linear movement. The driving pin passes through a Circular path. The slots are designed with respect to their size and arrangement / that they the associated piston assemblies 86, 86 lead over a coordinated movement cycle. The dimensions of the channels 82, 84, the piston crowns 88 as well as the distances between the driving pin and the piston crown are chosen so that with each revolution of the Driving pin causes the piston head a complete piston stroke. The piston head moves between one extreme retracted position, which is shown in Fig. 3 of the leftmost piston / and one of the associated Outlet closest location, which is the maximum gas pressure in the associated line and the associated Working volume of the cold finger generated. The dimensions are further chosen so that no piston arrangement interferes with the movement of the other arrangement.

3030th

Bei der bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Kanäle und Ö4 senkrecht zueinander, und ihre Kolben entwickeln Druckwellen, die um 90° zueinander phasenversetzt sind. Diese Anordnung liefert eine günstige "Druck-Zug-Koordination" der Gasdruckniveaus in den Volumina 54 und 72 und liefert des weiteren einen äußerst kompakten Kompressor. Der Druck-Zug-Betrieb der Kaltfingeranordnung wird durch das Druckdifferential zwischen den Druckwellen in den Leitungen 18 und 20 erzeugt, das seinerseits von dem Spalt-In the preferred embodiment, the channels and Ö4 are perpendicular to each other and their pistons develop Pressure waves that are 90 ° out of phase with one another. This arrangement provides a favorable "push-pull coordination" the gas pressure levels in volumes 54 and 72 and also provides an extremely compact compressor. The push-pull operation of the cold finger assembly is carried out by the pressure differential generated between the pressure waves in the lines 18 and 20, which in turn is caused by the gap

phasenkompressor 16 hervorgerufen wird. Die Beziehung zwischen diesen Druckwellen ist in Fig. 7 dargestellt. Die beiden Druckwellen, die in Fig. 7 aufgetragen sind, entstehen in Leitungen 18 bzw. 20 und den Arbeitsvolumina 54 bzw. 72. Wenn sich ein hoher Druck in das Arbeitsvolumen 54 ausbreitet, gerät ein niedriger Druck zu dem Arbeitsvolumen 72. Bei einem BetriebsZyklus schaltet sich diese Situation allmählich um, so daß ein hoher Druck in das Volumen 72 und ein niedriger Druck in das Volumen 54 geleitet wird. Die Kombination von einem HochdrucJizustand in dem einen Arbeitsvoluroen und einem Niederdruckzustand in dem anderen Arbeitsvolumen bewirkt den "Druck-Zug"-Betrieb des Systems.phase compressor 16 is caused. The relationship between these pressure waves is shown in FIG. The two pressure waves, which are plotted in FIG. 7, arise in lines 18 and 20 and the working volumes 54 or 72. When a high pressure spreads into the working volume 54, a low pressure comes to the working volume 72. During an operating cycle, this switches itself on The situation is gradually reversed, so that a high pressure is passed into the volume 72 and a low pressure into the volume 54 will. The combination of a high pressure state in that one working volume and one low pressure condition in the other working volume causes the "push-pull" operation of the Systems.

Es sind selbstverständlich auch Phasendifferenzen möglich, die verschieden von 90 sind, indem man den Winkel, mit dem sich die Kanäle schneiden, die Gestaltung der Schlitze 92 oder der Bewegungsweg des Mitnehmerstiftes ändert. Die Phasendifferenz liegt jedoch typischerweise in einem Bereich zwischen 60°und 120°. Bei jeglicher Phasendifferenz in diesem Berich wirkt der Druckzunahme in einer der Säulen 54 oder 72 ein Druck entgegen, der in dem anderen dieser Voluminas auf seinen Maximalwert zunimmt, jedoch mit einer Phasendifferenz.Of course, phase differences other than 90 are also possible by adding the angle with which the channels intersect, the design of the slots 92 or the path of movement of the driver pin changes. However, the phase difference is typically in a range between 60 ° and 120 °. With any phase difference the pressure increase in one of the pillars acts in this area 54 or 72 counteracts a pressure which increases to its maximum value in the other of these volumes, however with a phase difference.

θα Der vorstehend beschriebene Kompressor 16 hat eine Vielzahl von Vorteilen, wenn er bei einem Miniaturtiefsttemperatursystem verwendet wird. Als erstes ist - wie bereits vorstehend erwähnt - diese Konstruktion äußerst kompakt. Das gesamte System 12 kann in einem Gehäuse mit 7,62 cm χ 7,62 cm (three inches square) aufgenommen werden. Der Kompressor und andere Systemelemente sind vergleichsweise leicht, wobei ein Gesamtgewicht von 0,68 kg (1 1/2 pounds) möglich ist, im Gegensatz zu den gegenwärtigen, ein Ganzes bildenden lufttransportierten Miniatur-Systemen steht, die 2,04 kg (4 1/2 pounds) oder mehr wiegen. Ein weiterer Vorteil beruht darin, daß der Kompressor selbst-ausgeglichen ist und daher ein erheblich niedrigeres Niveau an Schwingungen erzeugt als Systeme, die einen Kolben Zylinder oderθα The compressor 16 described above has a plurality of advantages when in a miniature cryogenic system is used. First, as mentioned above, this construction is extremely compact. The entire system 12 can be housed in a three inches square housing. Of the Compressor and other system elements are comparatively light, with a total weight of 0.68 kg (1 1/2 pounds) is possible, in contrast to the current miniature air transport systems that form a whole, which Weighing 4 1/2 pounds (2.04 kg) or more. Another advantage is that the compressor is self-balanced is and therefore generates a considerably lower level of vibration than systems that use a piston or cylinder

zwei Zylinder, jedoch solche mit Kolben von unterschiedlicher Masse und Größe verwenden. Die vorliegende Konstruktion schafft auch einen sehr kurzen Hebelarm zwischen dem Antriebspunkt des Kolbens und dem Kolbenboden/ wobei einuse two cylinders, but those with pistons of different mass and size. The present construction also creates a very short lever arm between the drive point of the piston and the piston crown / being a

δ typischer Abstand 2,54 cm (1 inch) beträgt. Als Folge hiervon wirken jegliche seitlichen Kraftkomponenten über einen kurzen Hebelarm, was einen Verschleiß der Dichtungen erheblich verringert.δ typical distance is 2.54 cm (1 inch). As a result, any lateral force components act over a short lever arm, which significantly reduces wear on the seals.

Beim Betrieb treibt der Motor die sich schneidenden Kolbenanordnungen über den Kreuzschiebergetriebeantrieb an, zur Erzeugung einer sinusförmig sich ändernden Druckwelle in dem dieser Kolbenanordnung zugehörigen Strömungsweg. Die auf diese Weise in den Leitungen 18 und 20 und damit in den Volumina 54 und 72 erzeugten Druckwellen ändern sich sinusförmig mit einer Phasendifferenz von 90° zueinander, um den Verdränger 46 rasch in einer linear Hin- und HerbewegungIn operation, the engine drives the intersecting piston assemblies via the cross slide gear drive to generate a sinusoidally changing pressure wave in the this piston assembly associated flow path. The in this way in the lines 18 and 20 and thus in the Volumes 54 and 72 generated pressure waves change sinusoidally with a phase difference of 90 ° to each other the displacer 46 rapidly in a linear reciprocating motion

vor und zurück zu treiben. Die Bewegung wird durch die Reibung der Dichtungen 52, 52 und 68 sowie durch die Druckwellen gehemmt und gesteuert. Ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist - wie bereits vorstehend erwähnt - der Umstand, daß das Klingen, welches durch das Anschlagen des Verdrängers 46 an seine gegenüberliegenden Flächen im Inneren des Gehäuses 30 erzeugt wird, bemerkenswert verringert wird durch (1) die niedrige Masse des massiven Verdrängers 46 und (2) die Bewegungssteuerung, die durch die entgegengesetzten Drücke in den Volumina 54 und 72, welche an entgegengesetzten Enden des gleichen beweglichen Teiles wirken, bewirkt wird. Es sollte erwähnt werden, daß der Grad der Steuerung selbstverständlich auch in Beziehung steht zu dem Bereich, an dem der Gasdruck einwirkt. Im allgemeinen ist der effektive Bereich, der dem Gasdruck in dem Volumen 54 dargeboten wird, zumindest doppelt so groß als der dem Gasdruck dargebotene Bereich in dem Volumen 72, Dieses Flächendifferential wird jedoch etwas durch Änderungen in dem Druck, der in den Leitungen 18 und 20 durch wesentlich gleiche Kompressionseinheiten, welche Volumina mit unterschiedlichen Gasströmungswiderständen beaufschlagen,drifting back and forth. The movement is caused by the friction of the seals 52, 52 and 68 as well as by the pressure waves inhibited and controlled. An important aspect of the present invention is - as already above mentioned - the fact that the sounding, which is caused by the impact of the displacer 46 on its opposite Area created inside the housing 30 is remarkably reduced by (1) the low mass of the massive displacer 46 and (2) the motion control provided by the opposite pressures in volumes 54 and 72 which are at opposite Acting ends of the same moving part, is effected. It should be mentioned that the degree of Control is of course also related to the area on which the gas pressure acts. In general the effective area presented to the gas pressure in the volume 54 is at least twice as large as that Gas pressure presented area in the volume 72, however, this area differential is somewhat affected by changes in the pressure in the lines 18 and 20 by substantially the same compression units, which volumes with different Apply gas flow resistances,

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verschoben. Es ist des weiteren wichtig festzustellen, daß das Tiefsttemperaturkühlsystem der vorliegenden Erfindung wirksam mit all den vorstehend aufgeführten Vorteilen bei allen praktischen mittleren Druckniveaus arbeitenpostponed. It is also important to note that the cryogenic refrigeration system of the present invention work effectively with all of the advantages listed above at all practical medium pressure levels

^ kann, einschließlich bei niedrigen Gasdrücken, zum Beispiel unter 21 kg/cm² (300 psi).^ can, including at low gas pressures, for example below 21 kg / cm ² (300 psi).

Es wurde ein Miniatur-Tiefsttemperatur-Kühlgerätbeschrieben, das in einem zweifach-geteilten, zusammengesetzten bzw. "compound" Stirling-Kreis betrieben werden kann in einer Spaltphasen- oder "Druck-Zug"-Betriebsart_/ There was a miniature cryogenic cooling apparatus described, the divided two-fold in a composite, or "compound" Stirling cycle can be operated in a split phase or "pressure-train" mode _/

das einen hohen Wirkungsgrad aufweist, ein niedriges Niveau von Klingen und thermophonen Störungen aufweist, das kompakt ist, ein niedriges Gewicht hat, und das eine vergleichsweise lange Betriebslebenszeit aufweist. Das System erzeugt annehmbare Niveaus eines Dichtungsversoäleißes sowohl im Kompressor als im kalten Finger und verwendet kexne Schmiermittel, welche während des Betriebs abreißen können. Der kalte Finger liefert einen verbesserten Wärmeaustausch bei den Arbeitsvolumina und verwendet eine Vorkühlung, die von einem Hilfsverdränger erzeugt wird, um einen vergleichsweise niedrigen Temperaturgradienten längs des Regenerators zu erzeugen. All diese. Vorteile werden erreicht, indem man eine relativ unkomplizierte Konstruktion verwendet und im speziellen einen Kompressor, der prinzipiell durch einfache spanabhebende Bearbeitungsvorgänge hergestellt wird. which has high efficiency, has a low level of blades and thermophonic interference, that is compact, has a low weight, and one has a comparatively long service life. The system creates acceptable levels of seal failure both in the compressor as in the cold finger and uses kexne lubricants, which during operation can tear off. The cold finger provides an improved one Heat exchange at the working volumes and uses a pre-cooling generated by an auxiliary displacer to generate a comparatively low temperature gradient along the regenerator. All these. advantages are achieved by using a relatively uncomplicated construction and in particular a compressor, which is basically produced by simple machining processes.

Während die Neuerung unter Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden war, versteht es sich, daß sie auch praktisch ausgeführt werden kann, indem man eine weite Vielfalt von Modifikationen und Abwandlungen vornimmt, die dem Fachmann aus der vorgehenden detaillierten Beschreibung und den anliegenden Zeichnungen ersichtlich sind. Eine Modifikation ist in Fig. 6 dargestellt. Die Anordnung des dort gezeigten kalten Fingers ist die gleiche wie in Fig. 1 , mit der Ausnahme, daß hier kein Hilfsverdränger für eine axial hin und her gehende Bewegung imWhile the innovation has been described with reference to its preferred embodiment, it will be understood that it can also be practiced by making a wide variety of modifications and variations undertakes which are apparent to those skilled in the art from the preceding detailed description and the accompanying drawings are. A modification is shown in FIG. The arrangement of the cold finger shown there is the same as in Fig. 1, with the exception that there is no auxiliary displacer for an axially reciprocating movement in the

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* Inneren des Hauptverdrängers 46' gehaltert ist (gleiche f Teile in den Figuren 1 und 6 haben die gleichen Bezugs-* Inside the main displacer 46 'is supported (same f Parts in Figures 1 and 6 have the same reference

zeichen, jedoch mit einem Apostroph versehen). Gas, dascharacters, but with an apostrophe). Gas that

f durch den Einlaß 28' strömt, wirkt auf die "untere" oderf flowing through inlet 28 'acts on the "lower" or

"warme" Endfläche 46b¹ des Verdrängers, um den "Schub-Zug"-Betrieb zu entwickeln, der vorstehend anhand der"warm" end face 46b ^{1 of} the displacer to develop the "push-pull" operation described above with reference to FIGS

ja Figuren 1-4 beschrieben war. Ein Hauptnachteil dieser Anordnung besteht jedoch darin, daß hier wesentlich keine Vorkühlung auf das Arbeitsgas stattfindet, welches durch den Einlaß 26' zu dem Hauptarbeitsvolumen 54' fließt. Zu anderen Änderungen oder Modifikationen der Erfindung gehört ein Betrieb mit anderen Kreisen, wie beispielsweise einem Vuillieumier- und Gifford-McMahon-Kreis. Es ist beabsichtigt, daß diese und andere Modifikationen und Änderungen den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.yes Figures 1-4 was described. A major disadvantage of this arrangement is, however, that here there is essentially no pre-cooling to the working gas, which through flows through inlet 26 'to main working volume 54'. To other changes or modifications to the invention belongs to an operation with other circles, such as a Vuillieumier and Gifford-McMahon circle. It is intended, that these and other modifications and changes fall within the scope of the appended claims fall.

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Claims

DIEHL & KRESSIN Patentanwälte · European Patent Attorneys Kanzlei / Office: Rüggenstrasse 17 · D-8000 Munich February 22, 1984 K 4150 ~ D KRYOVACS SCIENTIFIC CORPORATION Columbia Drive, Building No. 1, Unit No. 12, Amherst New Hampshire 03031 / USA Miniature cryogenic refrigerator protection claims

1. Miniature cryogenic refrigerator with one compressor with two outlets, a first and a second; with one end each connected to the outlets Lead, and with a cold finger to which the opposite ends of the leads are attached, through it characterized in that the cold finger (14) contains:

- an elongated housing (30) having a first end (32) containing a surface generally transverse to the longitudinal axis of the housing extends, and a second end (34) which is opposite the first end (32);

- A displacer (46) which is arranged inside the housing (30) and whose longitudinal axis coincides with that of the housing (30), the displacer (46) having a first end (46a) which is adjacent to the first end (32) of the housing, and together with the first end (32) of the housing a first Working space (54) defines, and a second end (46b) which is located at a longitudinal distance from the first end which, together with the second end (34) of the housing, defines a second working space;

- A guide (40, 60) for the displacer (46) for one longitudinal reciprocating motion;

- A first fluid inlet (26) in the housing, which is connected to the first conduit (18) and from which there is a fluid connection to the first working space inside the housing;

- A second fluid inlet (28) which is arranged in the housing to which the second line (20) is connected and from which there is a fluid connection to the second working space;

- Seals (52) for limiting the flow of the working fluid between the first and second working space and

- a stationary regenerative material (48) in the flow path of the fluid from the first inlet (26) is arranged to the first work space.

2. Cooling device according to claim 1, characterized in that that the regenerative material (48) is the fluid passage from the first inlet (26) to the first end (32) of the housing (30) fills out.

3. Cooling device according to claim 2, characterized in that the displacer (46) is solid.

4. Cooling device according to claim 3, characterized in that that the displacer is made of a lightweight material

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- 3 Confess.

5. Cooling device according to claim 4, characterized in / that the displacer consists of plastic.

6. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized by a heat exchanger (56) in the first working space (54) is arranged.

1 ' cooling device according to claim 5, characterized in that the heat exchanger (56) contains at least one annular disk (58) which is arranged at a distance from the first surface (32) along the longitudinal axis of the housing.

8. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized in that the displacer bracket for the displacer (46) contains a sleeve which surrounds the displacer (46) and has an end surface (40a), which runs parallel to the cooled surface (32).

9. Cooling device according to claim 7 or 8, characterized in that the at least one annular disc (58) is arranged parallel to the cooled surface (32) and on at least the adjacent region (46c) of the first end of the displacer (46).

10. Cooling device according to claim 9, characterized in that the annular discs (58) made of a metal with good

gO thermal conductivity, preferably made of copper and that their distance is smaller than the extent of the regenerative material.

11. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized by a second displacer (62) which in a bore (64) within the first displacer (46) is supported axially displaceably to this, wherein

the second displacer (62) includes a regenerative material (66) mounted in its interior and a fluid flow path between the second inlet (28) and defines a second working space (72) through the bore (64) and a first end (76) of the second Displacer (46) is formed.

12. Cooling device according to claim 11, characterized in that that the second working space (72) in the longitudinal direction between

JO see the first inlet (26) and the first work space (44) is arranged for pre-cooling the working fluid between the first line and the first working space.

13. Cooling device according to claim 12, characterized in that jg that the first end (76) of the second displacer (62) contains a partition and passages (78) for the flow of the working fluid from the regenerative material (66) into the second working space (72).

2Q 14. Cooling device according to one of the preceding claims, characterized by a compressor (16) having a housing (80) and two mutually inclined Has bores (82, 84), in each of which a double piston arrangement (88) is received.

15. Cooling device according to claim 14, characterized in that the double pistons (88) each through at least one plate (90) are connected, and that a sliding joint connection (92, 98, 100), the Doppelkoloen (88) with a drive (96) connects.

16. Cooling device according to claim 14 or 15, characterized in that the pistons (88) are of equal size and have the same mass and that in each arrangement one of the pistons is provided with sealing rings (94).

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17. Cooling device according to one of claims 14 to 16, characterized in that the housing (80) is in one piece itt and / or that the bores (82, 84) have the same diameter and / or run perpendicular to one another