JP2003294332A - Stirling refrigerator - Google Patents
Stirling refrigeratorInfo
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- JP2003294332A JP2003294332A JP2002094397A JP2002094397A JP2003294332A JP 2003294332 A JP2003294332 A JP 2003294332A JP 2002094397 A JP2002094397 A JP 2002094397A JP 2002094397 A JP2002094397 A JP 2002094397A JP 2003294332 A JP2003294332 A JP 2003294332A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、長時間運転しても
冷凍効率の低下が抑制できるようにしたスターリング冷
凍機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling refrigerating machine capable of suppressing a decrease in refrigerating efficiency even when operated for a long time.
【0002】[0002]
【従来の技術】スターリング冷凍機は、小型化が可能、
成績係数や冷凍効率が高い、発生する温度範囲が広い、
近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易等の多く
の優れた特徴を持っている。2. Description of the Related Art Stirling refrigerators can be miniaturized,
High coefficient of performance and high refrigeration efficiency, wide temperature range generated,
It has many excellent features such as easy replacement of CFCs in recent global environmental problems.
【0003】このため冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クー
ラー等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器を始めとし
て、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショッ
ク試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細
胞保存装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等
のあらゆる産業分野における冷熱利用機器への適用が検
討されている。For this reason, commercial or domestic cold heat utilization equipment such as freezers, refrigerators, and throw-in coolers, low-temperature liquid circulators, low-temperature incubators, constant-temperature baths, heat shock test equipment, freeze dryers, temperature characteristics Application to cold heat utilization equipment in all industrial fields such as test equipment, blood / cell storage equipment, cold cooler, and various other heat and cold equipment is being studied.
【0004】図3は、このようなスターリング冷凍機5
01の概略構成を示す図で、モータ514を備えて回転
動力を発生する駆動装置511と、該駆動装置511に
より駆動されて冷熱を発生する冷熱発生部533とを備
えている。FIG. 3 shows such a Stirling refrigerator 5.
1 is a diagram showing a schematic configuration of No. 01, which includes a drive device 511 that includes a motor 514 to generate rotational power, and a cold heat generation unit 533 that is driven by the drive device 511 to generate cold heat.
【0005】冷熱発生部533は、回転動力を往復動力
に変換する動力変換部534、この往復動力により膨張
シリンダ597内を往復運動して作動ガスを膨張させる
膨張ピストン593を備えた膨張部590、往復動力に
より圧縮シリンダ568内を往復運動して作動ガスを圧
縮する圧縮ピストン567を備えた圧縮部564、膨張
部590と圧縮部564との間を流動する作動ガスの熱
を蓄熱する蓄熱部674等を主要構成としている。The cold heat generating section 533 has a power converting section 534 for converting rotational power into reciprocating power, and an expanding section 590 having an expanding piston 593 for reciprocating in the expansion cylinder 597 by this reciprocating power to expand the working gas. A compression part 564 provided with a compression piston 567 that reciprocates in the compression cylinder 568 by reciprocating power to compress the working gas, and a heat storage part 674 that stores heat of the working gas flowing between the expansion part 590 and the compression part 564. Etc. are the main components.
【0006】動力変換部534は、内部がクランク空間
536をなすクランクハウジング535を有し、その中
にモータ軸517と連結されたクランク軸537、該ク
ランク軸537に装着されたクランク538、一端がク
ランク538に連結されたコネクティングロッド54
1、該コネクティングロッド541の他端に連結された
クロスガイドヘッド544、該クロスガイドヘッド54
4の運動方向を1方向に規制するクロスガイドライナ5
47等が設けられている。The power conversion unit 534 has a crank housing 535 having a crank space 536 inside, and a crank shaft 537 connected to the motor shaft 517, a crank 538 attached to the crank shaft 537, and one end thereof. Connecting rod 54 connected to crank 538
1, a cross guide head 544 connected to the other end of the connecting rod 541, the cross guide head 54
Cross guide liner 5 that restricts the movement direction of 4 to one direction
47 etc. are provided.
【0007】また、膨張部590は、膨張ピストン59
3を収納する膨張シリンダ597、該膨張シリンダ59
7の頭部側に設けられた膨張空間592、膨張ピストン
593に駆動力を伝達する膨張ピストンロッド600等
を有している。Further, the expansion portion 590 is composed of the expansion piston 59.
Expansion cylinder 597 for accommodating 3 and expansion cylinder 59
7, an expansion space 592 provided on the head side, an expansion piston rod 600 for transmitting a driving force to the expansion piston 593, and the like.
【0008】圧縮部564は、圧縮ピストン567を収
納する圧縮シリンダ568、該圧縮シリンダ568の頭
部側に設けられた圧縮空間566、圧縮ピストン567
に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド569を有して
いる。The compression section 564 includes a compression cylinder 568 for accommodating the compression piston 567, a compression space 566 provided on the head side of the compression cylinder 568, and a compression piston 567.
It has a compression piston rod 569 that transmits the driving force to the.
【0009】そして、圧縮空間566と膨張空間592
とはガス流路675により連結され、このガス流路67
5に蓄冷材からなる蓄熱部674が設けられている。Then, the compression space 566 and the expansion space 592.
Are connected to each other by a gas channel 675, and this gas channel 67
5, a heat storage unit 674 made of a cold storage material is provided.
【0010】このような構成で、モータ514が駆動さ
れてクランク538が回動すると、その回動動力が往復
動力に変換されて圧縮ピストン567及び膨張ピストン
593に伝達され、これらが往復運動する。With this structure, when the motor 514 is driven and the crank 538 rotates, the rotational power is converted into reciprocating power and transmitted to the compression piston 567 and the expansion piston 593, which reciprocate.
【0011】なお、膨張ピストン593は圧縮ピストン
567に対して位相が略90度進んで運動する。The expansion piston 593 advances in phase with the compression piston 567 by about 90 degrees and moves.
【0012】また、モータ軸517やクランク538と
クランク軸537、コネクティングロッド541とクロ
スガイドヘッド544等の可動部分の摩耗を抑制するた
めにオイル748が用いられ、このオイル748はクラ
ンク空間536の底部に貯留されている。Oil 748 is used to suppress wear of movable parts such as the motor shaft 517, the crank 538 and the crank shaft 537, and the connecting rod 541 and the cross guide head 544. The oil 748 is the bottom of the crank space 536. It is stored in.
【0013】そして、クランク538が運動することに
より、当該オイル748は掻きあげられて可動部分に付
着して、この可動部分を潤滑するようになっている。When the crank 538 moves, the oil 748 is scraped up and adheres to the movable part to lubricate the movable part.
【0014】ところが、このようなオイル748が、膨
張ピストン593や圧縮ピストン567に付着すると、
これらの往復運動に伴い徐々に圧縮空間566や膨張空
間592に侵入して作動ガスに混入したり、熱により炭
化して冷凍効率の低下をもたらす不都合がある。However, when such oil 748 adheres to the expansion piston 593 and the compression piston 567,
Along with these reciprocating motions, there is a disadvantage that they gradually enter the compression space 566 and the expansion space 592 and mix with the working gas, or carbonize due to heat to reduce the refrigeration efficiency.
【0015】そこで、クロスガイドヘッド544と圧縮
ピストン567や膨張ピストン593との間に、オイル
シールベローズ649を設けている。Therefore, an oil seal bellows 649 is provided between the cross guide head 544 and the compression piston 567 and the expansion piston 593.
【0016】このオイルシールベローズ649の上端部
は、膨張ピストンロッド600や圧縮ピストンロッド5
69と気密に取付けられ、下端部はクランクハウジング
535に気密に取付けられて、膨張ピストンロッド60
0や圧縮ピストンロッド569の往復運動と共にオイル
シールベローズ649が伸縮するようになっている。The upper end of the oil seal bellows 649 has an expansion piston rod 600 and a compression piston rod 5.
69 is airtightly attached, and the lower end is airtightly attached to the crank housing 535.
0 and the reciprocating motion of the compression piston rod 569 causes the oil seal bellows 649 to expand and contract.
【0017】従って、クランク空間536は、オイルシ
ールベローズ649により圧縮ピストン567や膨張ピ
ストン593側の部屋(この部屋を背圧室654とい
う)と、クランク538側の部屋(この部屋を改めてク
ランク空間536という)との2つの部屋に区画される
ようになる。Therefore, the crank space 536 includes a room on the side of the compression piston 567 and the expansion piston 593 (this room is referred to as a back pressure chamber 654) and a room on the side of the crank 538 (this room is referred to as the crank space 536 again) by the oil seal bellows 649. It will be divided into two rooms.
【0018】このためクランク538で跳ね上げられた
オイル748は、背圧室654に侵入できなくなり、膨
張ピストン593や圧縮ピストン567に付着して圧縮
空間566や膨張空間592に侵入する不都合が防止で
きるようになっている。Therefore, the oil 748 bounced up by the crank 538 cannot enter the back pressure chamber 654, and can prevent the inconvenience of adhering to the expansion piston 593 and the compression piston 567 and entering the compression space 566 and the expansion space 592. It is like this.
【0019】しかし、オイルシールベローズ649は圧
縮ピストンや膨張ピストンの往復運動に伴い伸縮運動す
るため、背圧室654の圧力変動が生じてしまう。However, since the oil seal bellows 649 expands and contracts as the compression piston and the expansion piston reciprocate, the pressure in the back pressure chamber 654 fluctuates.
【0020】この圧力変動は、モータ負荷の増大となり
冷凍効率を低下させてしまうので、ガス流路675と背
圧室654とを連通する連通孔609を設けて、背圧室
154とガス流路との圧力を均等な圧力にしている。Since this pressure fluctuation increases the motor load and reduces the refrigeration efficiency, a communication hole 609 for communicating the gas passage 675 and the back pressure chamber 654 is provided, and the back pressure chamber 154 and the gas passage 154 are provided. And the pressure is even.
【0021】[0021]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、装置設
置時等の初期段階では、連通孔609により背圧室15
4とガス流路との圧力調整が適切に行われていても、長
時間運転しているとかかる圧力調整が適正に行われなく
なる問題があった。However, at the initial stage such as when the apparatus is installed, the back pressure chamber 15 is set by the communication hole 609.
Even if the pressure adjustment between the No. 4 and the gas flow passage is properly performed, there is a problem in that the pressure adjustment is not properly performed during long-time operation.
【0022】そこで、本発明は、長時間運転しても、背
圧室とガス流路との圧力調整が適切に行われることがで
きるようにしたスターリング冷凍機を提供することを目
的とする。Therefore, it is an object of the present invention to provide a Stirling refrigerator in which the pressure between the back pressure chamber and the gas passage can be properly adjusted even when operating for a long time.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1にかかる発明は、クランクハウジング内に
収納されてモータの回転動力を往復動力に変換するクラ
ンクと、圧縮シリンダ内を往復運動して圧縮空間の作動
ガスを圧縮する圧縮ピストンと、膨張シリンダ内を往復
運動して膨張空間の作動ガスを膨張させる膨張ピストン
と、圧縮空間と膨張空間とを連通して、作動ガスがこれ
らの間を行き来できるようにするガス流路と、クランク
ハウジング内をクランク側のクランク空間とピストン側
の背圧室とに区画するオイルシールベローズとを有した
スターリング冷凍機において、ガス流路と背圧室とを連
通して、これらの間を流動する作動ガスの流量を調整す
る圧力調整器が設けられて、長時間運転した際でも、背
圧室とガス流路との圧力調整を適切に行うことができる
ようにして信頼性を向上させたことを目的とする。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 reciprocates between a crank housed in a crank housing for converting rotational power of a motor into reciprocating power and a compression cylinder. A compression piston for compressing the working gas in the compression space, an expansion piston for reciprocating in the expansion cylinder to expand the working gas in the expansion space, and a working space for communicating the compression space and the expansion space with each other. In a Stirling refrigerator having a gas flow path that allows the gas to flow back and forth and an oil seal bellows that divides the crank housing into a crank space on the crank side and a back pressure chamber on the piston side, the gas flow path and the back pressure A pressure regulator that communicates with the chamber and regulates the flow rate of the working gas flowing between them is provided, so that the back pressure chamber and the gas flow passage And an object thereof with improved to reliability can be performed force adjustment properly.
【0024】請求項2にかかる発明は、圧力調整器がニ
ードルバルブであることを特徴とする。The invention according to claim 2 is characterized in that the pressure regulator is a needle valve.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は本実施の形態の説明に適用されるス
ターリング冷凍機の側断面図を示し、当該スターリング
冷凍機は冷熱を発生する冷熱発生部、該冷熱発生部を駆
動する駆動装置を主要構成としている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view of a Stirling refrigerator applied to the description of the present embodiment, and the Stirling refrigerator mainly includes a cold heat generating unit that generates cold heat and a drive device that drives the cold heat generating unit. .
【0026】駆動装置11は、内部がモータ室13をな
すモータハウジング12を有し、このモータ室13にス
テータ15及びロータ16からなる正逆回転可能なモー
タ14が設置されて、回転動力がモータ軸17を介して
出力される。The drive unit 11 has a motor housing 12 having a motor chamber 13 inside, and a motor 14 composed of a stator 15 and a rotor 16 capable of rotating in the forward and reverse directions is installed in the motor chamber 13 so that rotational power is generated by the motor. It is output via the shaft 17.
【0027】冷熱発生部33は、駆動装置11で発生し
た回転動力を往復動力に変換する動力変換部34、作動
ガスを圧縮する圧縮部64、作動ガスを膨張させる膨張
部90、圧縮空間66と膨張空間92とを連通させるガ
ス流路175に設けられて流動する作動ガスの熱を蓄熱
する蓄熱部174、圧縮部64で圧縮されて温度上昇し
た作動ガスの熱を外部に放熱させる放熱部193、膨張
部90で作動ガスが膨張することにより発生した冷熱を
冷熱利用機器に供給するコールドヘッド部219、クラ
ンク空間36のオイル248が圧縮空間66や膨張空間
92に侵入しないようにするオイルシール部148、背
圧室154とクランク空間36との差圧の発生を抑制す
る圧力調整部125等を有している。The cold heat generating section 33 includes a power converting section 34 for converting the rotational power generated by the drive device 11 into reciprocating power, a compressing section 64 for compressing the working gas, an expanding section 90 for expanding the working gas, and a compression space 66. A heat storage unit 174 that is provided in a gas flow path 175 that communicates with the expansion space 92 and that stores the heat of flowing working gas, and a heat radiating unit 193 that radiates the heat of the working gas that has been compressed by the compression unit 64 and has increased in temperature to the outside. A cold head portion 219 that supplies cold heat generated by the expansion of the working gas in the expansion portion 90 to the cold heat utilization equipment, and an oil seal portion that prevents oil 248 in the crank space 36 from entering the compression space 66 and the expansion space 92. 148, a pressure adjusting unit 125 that suppresses the generation of a differential pressure between the back pressure chamber 154 and the crank space 36, and the like.
【0028】動力変換部34は、内部がクランク空間3
6をなすクランクハウジング35を有し、このクランク
ハウジング35はモータハウジングトップ19を介して
モータハウジング12と接して設けられている。The power converter 34 has an internal crank space 3
6 has a crank housing 35, and the crank housing 35 is provided in contact with the motor housing 12 via the motor housing top 19.
【0029】クランクハウジング35の底部には、動力
変換部34における摺動部分等を潤滑するオイル248
が貯留され、その貯留量はクランクハウジング35の底
部側に形成されたガラス等の透明部材からなる覗窓50
により確認できるようになっている。At the bottom of the crank housing 35, oil 248 that lubricates the sliding portion of the power conversion unit 34 and the like.
Is stored, and the stored amount is a viewing window 50 made of a transparent member such as glass formed on the bottom side of the crank housing 35.
Can be confirmed by.
【0030】モータハウジングトップ19の底部側に
は、オイル通路孔20が形成されてモータ室13とクラ
ンク空間36とが連通している。An oil passage hole 20 is formed on the bottom side of the motor housing top 19 to connect the motor chamber 13 and the crank space 36.
【0031】これによりモータ室13にもオイル248
が貯留されると共に、モータ室13とクランク空間36
との雰囲気が相互に行き来できるようになっている。As a result, the oil 248 is also supplied to the motor chamber 13.
Is stored, and the motor chamber 13 and the crank space 36 are stored.
The atmosphere with can be exchanged with each other.
【0032】モータハウジング12及びクランクハウジ
ング35は、それぞれ蓋で封止されており、これらモー
タハウジング12、クランクハウジング35、モータハ
ウジングトップ19は鋳物により製造されている。The motor housing 12 and the crank housing 35 are each sealed with a lid, and the motor housing 12, the crank housing 35, and the motor housing top 19 are manufactured by casting.
【0033】従って、モータハウジング12、クランク
ハウジング35、モータハウジングトップ19を一体物
として鋳造することが可能であり、この場合は製造コス
トを下がることができる利点がある。Therefore, the motor housing 12, the crank housing 35, and the motor housing top 19 can be cast as one body, and in this case, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
【0034】このような、スターリング冷凍機1では作
動ガスとして、ヘリウム、水素、窒素等を利用すること
が可能であり、この場合はクランク空間、モータ室、バ
ッファタンク等にも封入しておくことが好ましい。In such a Stirling refrigerator 1, helium, hydrogen, nitrogen or the like can be used as a working gas, and in this case, it should be sealed in the crank space, the motor chamber, the buffer tank, etc. Is preferred.
【0035】これは、長時間の運転により、僅かながら
もクランク空間、モータ室、バッファタンク内の雰囲気
が圧縮空間や膨張空間に侵入するためである。This is because the atmosphere in the crank space, the motor chamber, and the buffer tank slightly intrudes into the compression space and the expansion space due to long-time operation.
【0036】クランク空間36には、モータ軸17と連
結されたクランク軸37、該クランク軸37に装着され
た圧縮クランク38a及び膨張クランク38bからなる
クランク38、一端がクランク38に連結された圧縮コ
ネクティングロッド41a及び膨張コネクティングロッ
ド41bからなるコネクティングロッド41、該コネク
ティングロッド41の他端に連結された圧縮クロスガイ
ドヘッド44a及び膨張クロスガイドヘッド44bから
なるクロスガイドヘッド44、該クロスガイドヘッド4
4の運動方向を1方向に規制するクロスガイドライナ4
7等が設けられている。In the crank space 36, a crank shaft 37 connected to the motor shaft 17, a crank 38 composed of a compression crank 38a and an expansion crank 38b mounted on the crank shaft 37, and a compression connecting end connected to the crank 38. A connecting rod 41 including a rod 41a and an expansion connecting rod 41b, a cross guide head 44 including a compression cross guide head 44a and an expansion cross guide head 44b connected to the other end of the connecting rod 41, and the cross guide head 4
Cross guide liner 4 that restricts the movement direction of 4 to one direction
7 etc. are provided.
【0037】なお、圧縮クランク38aと膨張クランク
38bとは、クランク軸37の軸心に対して偏心して設
けられ、かつ、モータ14の正転時に膨張クランク38
bが圧縮クランク38aより略90度位相が先行して回
転するように設けられている。The compression crank 38a and the expansion crank 38b are provided eccentrically with respect to the shaft center of the crankshaft 37, and when the motor 14 rotates in the normal direction, the expansion crank 38a.
b is provided so as to rotate in advance of the compression crank 38a by approximately 90 degrees in phase.
【0038】ここでモータ14の正転時とは、冷熱を発
生するようなサイクル運転を行うときのモータ14の回
転方向を言う。Here, the forward rotation of the motor 14 refers to the direction of rotation of the motor 14 during the cycle operation that produces cold heat.
【0039】このとき、膨張クランク38bと圧縮クラ
ンク38aとの位相差に伴い発生する回転アンバランス
を抑制するためにバランサ51が設けられている。At this time, a balancer 51 is provided in order to suppress the rotational imbalance caused by the phase difference between the expansion crank 38b and the compression crank 38a.
【0040】クロスガイドライナ47は、クロスガイド
ヘッド44が挿入される概略円筒状の穴で、クランクハ
ウジング35の頂部を穴開加工等して形成されている。The cross guide liner 47 is a substantially cylindrical hole into which the cross guide head 44 is inserted, and is formed by punching the top of the crank housing 35.
【0041】これによりクランク38を介して駆動され
たクロスガイドヘッド44はクロスガイドライナ47に
案内されて往復運動するようになる。As a result, the cross guide head 44 driven by the crank 38 is guided by the cross guide liner 47 to reciprocate.
【0042】クランクハウジング35の上には固定プレ
ート243が設けられ、この固定プレート243の上に
シリンダハウジング74が設けられている。A fixed plate 243 is provided on the crank housing 35, and a cylinder housing 74 is provided on the fixed plate 243.
【0043】このシリンダハウジング74は、上側シリ
ンダハウジング74aと下側シリンダハウジング74b
とに分割形成されて、下側シリンダハウジング74b
は、固定プレート243を介してクランクハウジング3
5にボルトで固定され、上側シリンダハウジング74a
は下側シリンダハウジング74bにボルトを用いて固定
される。The cylinder housing 74 includes an upper cylinder housing 74a and a lower cylinder housing 74b.
And the lower cylinder housing 74b.
Through the fixed plate 243 to the crank housing 3
5 is bolted to the upper cylinder housing 74a
Is fixed to the lower cylinder housing 74b with bolts.
【0044】圧縮部64は、下側シリンダハウジング7
4bを穴開して形成された圧縮シリンダ68、圧縮シリ
ンダ68内を往復運動する圧縮ピストン67、一端が圧
縮クロスガイドヘッド44aに揺動自在に取付けられる
と共に他端が圧縮ピストン67に固着されて、これらを
連結する圧縮ピストンロッド69、該圧縮ピストン67
の頭部側と圧縮シリンダ68とで形成された圧縮空間6
6を有している。The compression portion 64 is the lower cylinder housing 7
4b, a compression cylinder 68 formed by making a hole, a compression piston 67 reciprocating in the compression cylinder 68, one end swingably attached to the compression cross guide head 44a, and the other end fixed to the compression piston 67. , A compression piston rod 69 connecting them, and the compression piston 67
Compression space 6 formed by the head side of the cylinder and the compression cylinder 68
Have six.
【0045】圧縮ピストン67の側筒面には、圧縮ピス
トンリング70が装着されて、圧縮空間66の気密性を
保っている。A compression piston ring 70 is attached to the side cylindrical surface of the compression piston 67 to keep the compression space 66 airtight.
【0046】膨張部90は、下側シリンダハウジング7
4b及び上側シリンダハウジング74aを穴開して形成
された膨張シリンダ97、内部が空洞で膨張シリンダ9
7内を往復運動する膨張ピストン93、一端が膨張クロ
スガイドヘッド44bに揺動自在に取付けられると共に
他端が膨張ピストン93に固着されて、このらを連結す
る膨張ピストンロッド100、該膨張ピストン93の頭
部側と膨張シリンダ97とで形成された膨張空間92を
有して、膨張空間92の外周部にコールドヘッド部21
9が形成されている。The inflating section 90 is provided in the lower cylinder housing 7
4b and the upper cylinder housing 74a are bored to form an expansion cylinder 97, the inside of which is a hollow expansion cylinder 9
7, an expansion piston 93 that reciprocates in one end, one end of which is swingably attached to the expansion cross guide head 44b and the other end of which is fixed to the expansion piston 93, and the expansion piston rod 100 that connects them, and the expansion piston 93. Has an expansion space 92 formed by the head side of the expansion cylinder 97 and the expansion cylinder 97.
9 is formed.
【0047】この膨張シリンダ97及び膨張ピストン9
3は、それぞれ上下に分割されて、上部膨張シリンダ9
7a、下部膨張シリンダ97b、上部膨張ピストン93
a、下部膨張ピストン93bをなしている。The expansion cylinder 97 and the expansion piston 9
3 are respectively divided into upper and lower parts, and the upper expansion cylinder 9
7a, lower expansion cylinder 97b, upper expansion piston 93
a, a lower expansion piston 93b.
【0048】下部膨張シリンダ97bを下側シリンダハ
ウジング74bに装着する際には、下部膨張シリンダ9
7bを液体窒素等で冷却して冷やしばめ等の方法で圧入
して装着している。When mounting the lower expansion cylinder 97b in the lower cylinder housing 74b, the lower expansion cylinder 9b
7b is cooled by liquid nitrogen or the like and press-fitted by a method such as cold fitting to be mounted.
【0049】これにより、下部膨張シリンダ97bが下
側シリンダハウジング74bに完全に固定されるために
異常音が発生する等の不都合が防止できる。As a result, the lower expansion cylinder 97b is completely fixed to the lower cylinder housing 74b, so that inconvenience such as abnormal noise is prevented.
【0050】下部膨張ピストン93bには、膨張ピスト
ンリング104が装着されて、膨張空間92の気密性を
保っている。An expansion piston ring 104 is attached to the lower expansion piston 93b to keep the expansion space 92 airtight.
【0051】また、下部膨張ピストン93bの上端部と
上部膨張ピストン93aの下端部とには螺合して一体化
した膨張ピストン93が形成されるようになっている。Further, the upper end portion of the lower expansion piston 93b and the lower end portion of the upper expansion piston 93a are formed so as to be integrally screwed together to form an expansion piston 93.
【0052】この下側シリンダハウジング74bの材料
として、FC材やFCD材等が用いられるが、作動ガス
のリーク防止、製造コストや部材コスト、圧縮ピストン
リング70や膨張ピストンリング104の摺動摩耗特性
等の観点からFC300が好ましい。FC material, FCD material, etc. are used as the material of the lower cylinder housing 74b, but the leakage of working gas, the manufacturing cost and the member cost, and the sliding wear characteristics of the compression piston ring 70 and the expansion piston ring 104 are used. From the viewpoint of the above, FC300 is preferable.
【0053】また、下部膨張シリンダ97bの材料とし
て一般に鋼材が用いられるが、製造を容易にすると共に
膨張ピストンリング104の摺動摩耗特性を改善させる
観点から、SUS材が好ましく、特にSUS303、S
US304が好ましい。Although steel is generally used as the material of the lower expansion cylinder 97b, SUS is preferable from the viewpoint of facilitating manufacturing and improving sliding wear characteristics of the expansion piston ring 104, particularly SUS303, S.
US 304 is preferred.
【0054】膨張シリンダ97や圧縮シリンダ68のシ
リンダ面の表面粗さは、従来は旋盤加工レベルのRz
5.0ミクロン程度であるが、本発明ではこれをRz
3.0ミクロン以下、好ましくはRz1.0ミクロン以
下のレベルにしている。The surface roughness of the cylinder surfaces of the expansion cylinder 97 and the compression cylinder 68 is conventionally Rz at the lathe processing level.
Although it is about 5.0 microns, in the present invention, this is Rz.
The level is set to 3.0 μm or less, preferably Rz 1.0 μm or less.
【0055】これにより、圧縮ピストンリング70や膨
張ピストンリング104の摩耗進行度合いを著しく減少
させている。As a result, the degree of progress of wear of the compression piston ring 70 and the expansion piston ring 104 is significantly reduced.
【0056】上側シリンダハウジング74a及び下側シ
リンダハウジング74bには、膨張空間92と圧縮空間
66とを連通させる細管のガス流路175が形成されて
いる。In the upper cylinder housing 74a and the lower cylinder housing 74b, there is formed a gas passage 175 of a narrow tube which connects the expansion space 92 and the compression space 66.
【0057】なお、下部膨張ピストン93bの下端部を
取囲むように環状溝108が形成されて、当該環状溝1
08にガス流路175が繋がり、圧縮空間66へと連通
している。An annular groove 108 is formed so as to surround the lower end of the lower expansion piston 93b.
The gas flow path 175 is connected to 08 and communicates with the compression space 66.
【0058】一方、この環状溝108は、ニードルバル
ブ等の圧力調整器86を介して背圧室154と連通し、
当該圧力調整器86を調整することにより環状溝108
と背圧室154との間の圧力を調整するようになってい
る。On the other hand, the annular groove 108 communicates with the back pressure chamber 154 via a pressure regulator 86 such as a needle valve,
The annular groove 108 is adjusted by adjusting the pressure adjuster 86.
The pressure between the back pressure chamber 154 and the back pressure chamber 154 is adjusted.
【0059】このように圧力調整器86により環状溝1
08(即ち、ガス流路175)と背圧室154との間の
圧力を調整するようにしたのは、スターリング冷凍機1
を長時間運転していると、従来のような連通孔609で
は環状溝108と背圧室154との間の圧力調整が困難
になったりし、且つ、かかる状態が不定期に生じたりす
ることがあるためである。In this way, the annular groove 1 is adjusted by the pressure regulator 86.
08 (that is, the gas flow path 175) and the pressure between the back pressure chamber 154 are adjusted by the Stirling refrigerator 1.
Operating for a long time, it may be difficult to adjust the pressure between the annular groove 108 and the back pressure chamber 154 in the conventional communication hole 609, and such a state may occur irregularly. Because there is.
【0060】このような現象が生じる原因として、以下
のような原因が考えられる。即ち、圧縮ピストン67や
膨張ピストン93には、圧縮ピストンリング70や膨張
ピストンリング104が装着されて、これらが圧縮シリ
ンダ68や膨張シリンダ97と当接して摺動することに
より圧縮空間66や膨張空間92と背圧室154との気
密性を保っている。The following causes can be considered as a cause of such a phenomenon. That is, the compression piston 67 and the expansion piston 93 are attached with the compression piston ring 70 and the expansion piston ring 104, and these abut against the compression cylinder 68 and the expansion cylinder 97 to slide, thereby compressing the compression space 66 and the expansion space. The airtightness between 92 and the back pressure chamber 154 is maintained.
【0061】なお、これらの構成は圧縮ピストン67と
膨張ピストン93とで同じであるので、以下の説明では
圧縮ピストン67を例に説明する。Since the compression piston 67 and the expansion piston 93 have the same structure, the compression piston 67 will be described as an example in the following description.
【0062】また、圧力調整器86はガス流路175と
背圧室154との差圧を調整するが、ガス流路175は
圧縮空間66や膨張空間92とも連通しているので、以
下の説明においては圧縮空間66と背圧室154との差
圧を調整するとして圧力調整器86の作用効果を説明す
る。The pressure regulator 86 regulates the differential pressure between the gas flow passage 175 and the back pressure chamber 154, but since the gas flow passage 175 communicates with the compression space 66 and the expansion space 92, the following description will be given. In the above, the operation and effect of the pressure adjuster 86 will be described assuming that the differential pressure between the compression space 66 and the back pressure chamber 154 is adjusted.
【0063】図2は圧縮ピストン67の動きに対する圧
縮ピストンリング70と圧縮シリンダ68との関係を示
した図で、図2(a)は圧縮ピストン67が圧縮空間6
6側に動いている場合、図2(b)は圧縮ピストン67
が背圧側に動いている場合、図2(c)及び図2(d)
は、異物Pが圧縮ピストンリング70と圧縮ピストン6
7との間に入り込んだ場合を示している。FIG. 2 is a view showing the relationship between the compression piston ring 70 and the compression cylinder 68 with respect to the movement of the compression piston 67. In FIG.
2 (b), the compression piston 67
Is moving to the back pressure side, Fig. 2 (c) and Fig. 2 (d)
The foreign matter P is the compression piston ring 70 and the compression piston 6.
The figure shows the case where it has entered between 7 and.
【0064】図2において、実線矢印は圧縮ピストン6
7の運動方向、点線矢印は圧縮空間66又は背圧室15
4からの雰囲気の流れ、2重線矢印は圧縮ピストンリン
グ70を圧縮シリンダ68に押付けようとするシリンダ
当接力F1、一点鎖線は圧縮ピストンリング70を圧縮
ピストン67に押付けようとするピストン当接力F2を
示している。In FIG. 2, the solid line arrow indicates the compression piston 6.
The movement direction of 7 and the dotted arrow are the compression space 66 or the back pressure chamber 15
The flow of the atmosphere from 4, the double arrow indicates the cylinder contact force F1 that presses the compression piston ring 70 against the compression cylinder 68, and the alternate long and short dash line indicates the piston contact force F2 that presses the compression piston ring 70 against the compression piston 67. Is shown.
【0065】圧縮ピストンリング70は、ピストンリン
グ溝77に装着されるが、その際当該圧縮ピストンリン
グ70は、圧縮シリンダ68と積極的に当接しようとす
る力が働いていない。The compression piston ring 70 is mounted in the piston ring groove 77, but at that time, the compression piston ring 70 is not acted on by the force to positively contact the compression cylinder 68.
【0066】しかし、圧縮ピストン67が圧縮空間66
側に動いた場合(図2(a))や圧縮ピストン67が背
圧側に動いた場合には、圧縮空間66で圧縮された作動
ガスや背圧室154で圧縮された雰囲気(作動ガス)
が、圧縮ピストンリング70とピストンリング溝77と
の間に侵入して、当該圧縮ピストンリング70を圧縮ピ
ストン67側に押付けると共に、圧縮シリンダ68側に
押付ける。However, the compression piston 67 does not move into the compression space 66.
Side (FIG. 2A) or the compression piston 67 moves to the back pressure side, the working gas compressed in the compression space 66 or the atmosphere (working gas) compressed in the back pressure chamber 154.
Penetrates between the compression piston ring 70 and the piston ring groove 77 to press the compression piston ring 70 toward the compression piston 67 side and the compression cylinder 68 side.
【0067】これにより、圧縮ピストンリング70と圧
縮ピストン67及び圧縮ピストンリング70と圧縮シリ
ンダ68とは気密に密着して圧縮空間66と背圧室15
4とが気密に区画される。As a result, the compression piston ring 70 and the compression piston 67 and the compression piston ring 70 and the compression cylinder 68 are airtightly in close contact with each other, and the compression space 66 and the back pressure chamber 15 are provided.
And 4 are airtightly divided.
【0068】従って、このような場合にはガス流路17
5と背圧室154との圧力関係は常に一定の関係を保つ
ことが可能になり、従来のような連通孔609を設ける
ことで目的を達成することができる。Therefore, in such a case, the gas flow path 17
5 and the back pressure chamber 154 can always maintain a constant pressure relationship, and the purpose can be achieved by providing the communication hole 609 as in the related art.
【0069】しかし、このような構成で長時間運転する
と、圧縮ピストンリング70が摩耗して、その摩耗粉が
図2(c)や図2(d)に示すように圧縮ピストンリン
グ70と圧縮ピストン67との間に入り込むと、シリン
ダ当接力F1が作用しなくなったり、最悪の場合にはシ
リンダ当接力F1とピストン当接力F2との両方が作用
しなくなったりする事態が生じる。However, when the construction is operated for a long time, the compression piston ring 70 is abraded, and the abrasion dust is generated as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d). If it enters into the gap 67, the cylinder abutting force F1 may not act, or in the worst case, both the cylinder abutting force F1 and the piston abutting force F2 may no longer act.
【0070】この結果、圧縮空間66と背圧室154と
の圧力バランスが変化して、異物Pが存在しないとして
設定された連通孔609では調整不能になってしまう。As a result, the pressure balance between the compression space 66 and the back pressure chamber 154 changes, and it becomes impossible to adjust the communication hole 609 which is set so that the foreign matter P does not exist.
【0071】特に、この調整不能量は異物Pの大きさや
量、侵入場所等に依存して変化し、また当該異物Pが動
くことにより調整不能になったり改善したりする。In particular, this unadjustable amount changes depending on the size and amount of the foreign matter P, the place of entry, etc., and the movement of the foreign matter P renders it unadjustable or ameliorated.
【0072】従って、従来のような連通孔609では、
適正に圧力調整できなくなる場合が生じる。Therefore, in the conventional communication hole 609,
In some cases, the pressure cannot be adjusted properly.
【0073】そこで、本発明では、上述したようにガス
流路175と背圧室154とを連通して、底を流れる作
動ガス流量が調整できるようにしたニードルバルブ等の
圧力調整器86を設けている。Therefore, in the present invention, as described above, the gas flow passage 175 and the back pressure chamber 154 are communicated with each other, and the pressure regulator 86 such as a needle valve is provided so that the flow rate of the working gas flowing through the bottom can be regulated. ing.
【0074】これにより、常に背圧室154と圧縮空間
66(ガス流路175)との間の差圧が常に最適な状態
となるように調整できるので、長時間運転しても冷凍効
率が低下したりするのを防止することが可能になる。As a result, the pressure difference between the back pressure chamber 154 and the compression space 66 (gas passage 175) can be adjusted so as to be always in an optimum state, so that the refrigerating efficiency is lowered even after long-term operation. It becomes possible to prevent it.
【0075】また、上側シリンダハウジング74aの下
端部には、ガス流路175と連通するように、円筒状の
蓄熱材収納溝105が長手方向に形成されて、後述する
蓄熱材176が挿入されるようになっている。Further, at the lower end of the upper cylinder housing 74a, a cylindrical heat storage material storage groove 105 is formed in the longitudinal direction so as to communicate with the gas flow passage 175, and a heat storage material 176 to be described later is inserted. It is like this.
【0076】蓄熱部174は、真鍮やステンレス鋼を材
料とするメッシュ状の金属シートのからなる円筒状の蓄
熱材176を有し、この蓄熱材176が多数積層されて
蓄熱材収納溝105に装着される。The heat storage section 174 has a cylindrical heat storage material 176 made of a mesh-shaped metal sheet made of brass or stainless steel. A large number of the heat storage materials 176 are stacked and mounted in the heat storage material storage groove 105. To be done.
【0077】そして、膨張空間92で膨張して温度の下
がった作動ガスが、圧縮空間66に向って流動する際に
は、当該作動ガスの冷熱を貯えて、当該冷熱が圧縮空間
66から膨張空間92に流動する作動ガスの冷却に用い
られる。When the working gas expanded in the expansion space 92 and having a lowered temperature flows toward the compression space 66, the cold heat of the working gas is stored and the cold heat is expanded from the compression space 66. It is used to cool the working gas flowing to 92.
【0078】また、圧縮空間66で圧縮されて温度上昇
した作動ガスが、圧縮空間66から膨張空間92に向っ
て流動する際には、当該作動ガスの温熱を貯えて、当該
温熱が膨張空間92から圧縮空間66に流動する作動ガ
スの加熱に用いられる。When the working gas that has been compressed in the compression space 66 and has increased in temperature flows from the compression space 66 toward the expansion space 92, the heat of the working gas is stored and the heat is expanded. Used to heat the working gas flowing from the compressed space 66 to the compressed space 66.
【0079】放熱部193は、圧縮部64で圧縮されて
温度上昇した作動ガスの熱を外部に速やかに放出させる
ことを主目的として設けられたもので、圧縮空間66や
膨張シリンダ97を取巻き循環するように形成された冷
却水路194が下側シリンダハウジング74bに形成さ
れる共に、膨張シリンダ97の下端部にフィンを有する
放熱器195が設けられている。The heat radiating portion 193 is provided mainly for the purpose of promptly releasing the heat of the working gas, which has been compressed by the compressing portion 64 and has risen in temperature, to the outside, and circulates around the compression space 66 and the expansion cylinder 97. The cooling water passage 194 thus formed is formed in the lower cylinder housing 74b, and the radiator 195 having fins is provided at the lower end of the expansion cylinder 97.
【0080】本発明にかかるスターリング冷凍機1で
は、クランク38が回転した際に、クランク空間36の
底部に貯留しているオイル248を掻上げて、クランク
38とコネクティングロッド41との摺動部分やクロス
ガイドヘッド44とクロスガイドライナ47との摺動部
分等に付着させて、これらの摺動部分を潤滑している。In the Stirling refrigerator 1 according to the present invention, when the crank 38 rotates, the oil 248 stored in the bottom of the crank space 36 is scraped up, and the sliding portion between the crank 38 and the connecting rod 41 and the like. The sliding portions of the cross guide head 44 and the cross guide liner 47 are attached to lubricate these sliding portions.
【0081】このときクロスガイドヘッド44の往復運
動により、オイル248が圧縮ピストン67や膨張ピス
トン93に付着し、これが圧縮ピストン67や膨張ピス
トン93の往復運動により圧縮空間66や膨張空間92
に送込まれて冷凍効率の低下をもたらす。At this time, the reciprocating motion of the cross guide head 44 causes the oil 248 to adhere to the compression piston 67 and the expansion piston 93, which are reciprocated by the compression piston 67 and the expansion piston 93 to cause the compression space 66 and the expansion space 92.
Is fed to the tank and causes a decrease in refrigeration efficiency.
【0082】そこで、オイル248が圧縮ピストン67
や膨張ピストン93に付着しないようにするために、オ
イルシールベローズを主要構成とするオイルシール部1
48を設けている。Therefore, the oil 248 is compressed by the compression piston 67.
In order to prevent the oil seal bellows from adhering to the expansion piston 93 or the oil expansion bellows 93, the oil seal part 1 mainly composed of an oil seal bellows
48 are provided.
【0083】このようなオイルシール部148は、固定
プレート243と膨張ピストン93及び圧縮ピストン6
7との間に設けられたオイルシールベローズ149、該
オイルシールベローズ149の上端が溶着されたワッシ
ャ状の上部取付環150、該オイルシールベローズ14
9の下端が溶着されたワッシャ状の下部取付環151を
有している。Such an oil seal portion 148 includes the fixed plate 243, the expansion piston 93 and the compression piston 6.
7, an oil seal bellows 149, a washer-shaped upper mounting ring 150 to which the upper end of the oil seal bellows 149 is welded, the oil seal bellows 14
It has a washer-shaped lower mounting ring 151 to which the lower end of 9 is welded.
【0084】このオイルシールベローズ149は、金属
材料をプレス加工により一体成形した金属成形ベローズ
や溶接により組み立てた金属溶接ベローズが使用され
る。As the oil seal bellows 149, a metal forming bellows integrally formed by pressing a metal material or a metal welding bellows assembled by welding is used.
【0085】この上部取付環150は、圧縮ピストンロ
ッド69や膨張ピストンロッド100に密着して取付け
られ、下部取付環151は固定プレート243を介して
下側シリンダハウジング74bに密着して取付けられ
る。The upper mounting ring 150 is mounted in close contact with the compression piston rod 69 or the expansion piston rod 100, and the lower mounting ring 151 is mounted in close contact with the lower cylinder housing 74b via the fixing plate 243.
【0086】これにより背圧室154が気密状態とな
り、クランク空間36からオイル248が圧縮空間66
や膨張空間92に侵入する不都合が完全に防止できるよ
うになる。As a result, the back pressure chamber 154 becomes airtight and the oil 248 from the crank space 36 is compressed into the compression space 66.
Thus, the inconvenience of entering the expansion space 92 can be completely prevented.
【0087】背圧室154は、圧縮ピストン67の背圧
側と膨張ピストン93との背圧側にそれぞれ形成される
が、これらが互いに連通するように背圧室連通孔155
が形成されている。The back pressure chamber 154 is formed on each of the back pressure side of the compression piston 67 and the back pressure side of the expansion piston 93, and the back pressure chamber communicating hole 155 is formed so that they communicate with each other.
Are formed.
【0088】ところで、背圧室154の空間容積に比べ
クランク空間36側の空間容積は十分に大きい。By the way, the space volume on the crank space 36 side is sufficiently larger than the space volume of the back pressure chamber 154.
【0089】なお、クランク空間36側の空間容積は、
クランク空間36とモータ室13とが連通しているの
で、これらの和である。The space volume on the crank space 36 side is
Since the crank space 36 and the motor chamber 13 communicate with each other, they are the sum of these.
【0090】このような容積関係の下で背圧室154が
気密状態にあると、膨張ピストン93や圧縮ピストン6
7の往復運動作により当該背圧室154には大きな圧力
変動が発生すると共に、クランク空間36との間で大き
な差圧が発生する。When the back pressure chamber 154 is in an airtight state under such a volume relationship, the expansion piston 93 and the compression piston 6 are
Due to the reciprocating operation of No. 7, a large pressure fluctuation is generated in the back pressure chamber 154, and a large pressure difference is generated between the back pressure chamber 154 and the crank space 36.
【0091】そして、背圧室154の圧力がクランク空
間36の圧力より高くなるとオイルシールベローズ14
9は糸巻ボビン状に絞られ、逆に背圧室154の圧力が
クランク空間36の圧力より低くなると、オイルシール
ベローズ149はビヤダル状に膨らむようになる。When the pressure in the back pressure chamber 154 becomes higher than the pressure in the crank space 36, the oil seal bellows 14
When the pressure in the back pressure chamber 154 becomes lower than the pressure in the crank space 36, the oil seal bellows 149 expands in a bidal shape.
【0092】このような変形が、繰返しオイルシールベ
ローズ149に生じて破損しやすくなる。Such a deformation is repeatedly generated in the oil seal bellows 149 and is easily damaged.
【0093】また、背圧室154の圧力変動は、膨張ピ
ストン93や圧縮ピストン67の往復運動のブレーキと
して作用するので、その分モータ14の負荷が増えてし
まい冷凍効率が低下する。Further, since the pressure fluctuation in the back pressure chamber 154 acts as a brake for the reciprocating motion of the expansion piston 93 and the compression piston 67, the load on the motor 14 increases correspondingly and the refrigeration efficiency decreases.
【0094】そこで、背圧室連通孔155を設けて圧縮
ピストン67の背圧側と膨張ピストン93の背圧側とに
それぞれ形成される背圧室154を連通している。Therefore, a back pressure chamber communication hole 155 is provided to communicate the back pressure chambers 154 formed on the back pressure side of the compression piston 67 and the back pressure side of the expansion piston 93, respectively.
【0095】圧縮ピストン67と膨張ピストン93と
は、所定の位相差を保って往復運動するため、これらの
背圧側圧力も所定の位相差を保って変動する。Since the compression piston 67 and the expansion piston 93 reciprocate while maintaining a predetermined phase difference, their back pressure side pressure also fluctuates while maintaining a predetermined phase difference.
【0096】従って、背圧室連通孔155により圧縮ピ
ストン67の背圧側と膨張ピストン93の背圧側とを連
通させることにより、相互で圧力変動が吸収し合うよう
になる。Therefore, by connecting the back pressure side of the compression piston 67 and the back pressure side of the expansion piston 93 through the back pressure chamber communication hole 155, the pressure fluctuations are mutually absorbed.
【0097】しかし、このような構成にしても、圧縮ピ
ストン67の背圧側と膨張ピストン93の背圧側との空
間容積の相違や、当該背圧室154を満たす雰囲気の流
動抵抗等により完全に圧力変動を吸収することができな
い。However, even with such a structure, the pressure is completely reduced due to the difference in space volume between the back pressure side of the compression piston 67 and the back pressure side of the expansion piston 93, the flow resistance of the atmosphere filling the back pressure chamber 154, and the like. Unable to absorb fluctuations.
【0098】このためバッファタンク126を備えた圧
力調整部125を設けている。For this reason, the pressure adjusting portion 125 having the buffer tank 126 is provided.
【0099】この圧力調整部125のバッファタンク1
26は、タンク内の空間を2つの空間に気密に仕切る圧
力調整ベローズ127を備えて、一方の空間が背圧側連
通管128により背圧室154と連通し、他方の空間が
クランク側連通管130によりクランク空間36やモー
タ室13と連通している。The buffer tank 1 of the pressure adjusting unit 125
26 includes a pressure adjusting bellows 127 that airtightly divides the space in the tank into two spaces. One space communicates with the back pressure chamber 154 by the back pressure side communication pipe 128, and the other space communicates with the crank side communication pipe 130. Communicates with the crank space 36 and the motor chamber 13.
【0100】この背圧室154に連通する空間を背圧側
バッファ室129と記載し、クランク空間36と連通す
る空間をクランク側バッファ室131と記載する。A space communicating with the back pressure chamber 154 is referred to as a back pressure side buffer chamber 129, and a space communicating with the crank space 36 is referred to as a crank side buffer chamber 131.
【0101】そして、少なくとも背圧側バッファ室12
9の空間容積は、背圧室154の空間容積より十分に大
きくなっている。At least the back pressure side buffer chamber 12
The space volume of 9 is sufficiently larger than the space volume of the back pressure chamber 154.
【0102】圧力調整ベローズ127は、オイルシール
ベローズ149と同様に金属成形ベローズ、金属溶接ベ
ローズを用いることも可能であるが、当該オイルシール
ベローズ149におけるほど伸縮量が大きくないこと等
の理由から樹脂やゴム製のベローズを使用することも可
能である。As the pressure adjusting bellows 127, a metal forming bellows or a metal welding bellows can be used similarly to the oil seal bellows 149. However, since the expansion and contraction amount is not so large as that of the oil seal bellows 149, it is possible to use a resin. It is also possible to use a rubber bellows.
【0103】これにより、背圧室154の圧力変動が背
圧側バッファ室129の圧力変動により自動的に緩和さ
れると共に、圧力調整ベローズ127の伸縮により吸収
され、背圧室154とクランク空間36との間で大きな
差圧が発生しないようになり、オイルシールベローズ1
49の劣化や破壊の防止、スターリング冷凍機1の運転
性能及び耐久性の向上が図られる。As a result, the pressure fluctuation in the back pressure chamber 154 is automatically alleviated by the pressure fluctuation in the back pressure side buffer chamber 129, and is absorbed by the expansion and contraction of the pressure adjusting bellows 127, so that the back pressure chamber 154 and the crank space 36 are separated from each other. Between the oil seal bellows 1
It is possible to prevent deterioration and destruction of the 49, and improve the operation performance and durability of the Stirling refrigerator 1.
【0104】なお、モータ室13はクランク空間36と
連通しているので、クランク側バッファ室131をモー
タ室13と連通させても同様の効果を得ることができ
る。Since the motor chamber 13 communicates with the crank space 36, the same effect can be obtained even if the crank side buffer chamber 131 communicates with the motor chamber 13.
【0105】コールドヘッド部219は、冷却フィン2
20と、この冷却フィン220の先端部分を包むように
設けられたジャケット221とから構成されて、冷却フ
ィン220とジャケット221との間にブライン流路2
22を形成している。The cold head portion 219 is provided with the cooling fins 2.
20 and a jacket 221 provided so as to enclose the tip portion of the cooling fin 220, and the brine flow path 2 is provided between the cooling fin 220 and the jacket 221.
22 is formed.
【0106】なお、ブラインとして、エチルアルコー
ル、HFE、PFC、PFG、窒素、ヘリウム等が利用
可能である。As the brine, ethyl alcohol, HFE, PFC, PFG, nitrogen, helium, etc. can be used.
【0107】これにより膨張空間92で発生した冷熱に
よりブラインは冷却フィン220を介して冷却され、冷
熱利用機器に冷熱が供給される。As a result, the brine is cooled by the cooling heat generated in the expansion space 92 via the cooling fins 220, and the cooling heat is supplied to the equipment utilizing cold heat.
【0108】次に、このような構成のスターリング冷凍
機1の動作を説明する。Next, the operation of the Stirling refrigerator 1 having such a configuration will be described.
【0109】モータ14が駆動されると、その回転動力
がモータ軸17を介してクランク軸37に伝達される。When the motor 14 is driven, its rotational power is transmitted to the crankshaft 37 via the motor shaft 17.
【0110】このクランク軸37にはクランク38が偏
心して取付けられて、このクランク38にコネクティン
グロッド41を介してクロスガイドヘッド44が連結さ
れているので、回転動力はクロスガイドヘッド44の往
復動力に変換される。A crank 38 is eccentrically attached to the crankshaft 37, and a cross guide head 44 is connected to the crank 38 via a connecting rod 41. Therefore, the rotational power is the reciprocating power of the cross guide head 44. To be converted.
【0111】クロスガイドヘッド44が往復運動する
と、ピストンロッドを介して接続された膨張ピストン9
3と圧縮ピストン67は往復運動して作動ガスを圧縮、
膨張する。When the cross guide head 44 reciprocates, the expansion piston 9 connected through the piston rod.
3 and the compression piston 67 reciprocate to compress the working gas,
Expands.
【0112】このとき、クランク38によりオイル24
8がクロスガイドヘッド44等に付着するが、オイルシ
ールベローズ149によりクランク空間36と背圧室1
54とが完全に区画されている。At this time, the oil 24 is applied by the crank 38.
8 adheres to the cross guide head 44 and the like, but the crank space 36 and the back pressure chamber 1 are prevented by the oil seal bellows 149.
54 and 54 are completely partitioned.
【0113】また、背圧室154と膨張空間92との差
圧がバッファタンク126により圧力調整されて、これ
らの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき圧力
調整ベローズ127を用いてバッファタンク126を区
画しているので、バッファタンク126を介してクラン
ク空間36等から背圧室154にオイル248が流入す
ることがない。Further, the pressure difference between the back pressure chamber 154 and the expansion space 92 is adjusted by the buffer tank 126 to suppress the generation of the pressure difference between them. At this time, the pressure adjusting bellows 127 is used. Since the buffer tank 126 is partitioned by the buffer tank 126, the oil 248 does not flow from the crank space 36 or the like into the back pressure chamber 154 via the buffer tank 126.
【0114】従って、背圧室154にオイル248が侵
入して圧縮空間66や膨張空間92に侵入することがな
く、冷凍効率の低下が防止できるようになっている。Therefore, the oil 248 does not enter the back pressure chamber 154 and does not enter the compression space 66 and the expansion space 92, and the reduction of refrigeration efficiency can be prevented.
【0115】なお、バッファタンク126により背圧室
154と膨張空間92との差圧が抑制されるために、モ
ータ14負荷が低減して冷凍効率の低下が抑制できるよ
うになっている。Since the buffer tank 126 suppresses the differential pressure between the back pressure chamber 154 and the expansion space 92, the load on the motor 14 is reduced, and the reduction in refrigeration efficiency can be suppressed.
【0116】このようにして膨張ピストン93と圧縮ピ
ストン67が往復運動し、膨張ピストン93が上死点に
近づいて動きが遅くなると、圧縮ピストン67は中間付
近を上死点に向かって急速に動き、これにより作動ガス
は略断熱圧縮されて温度上昇する。In this way, when the expansion piston 93 and the compression piston 67 reciprocate and the expansion piston 93 approaches the top dead center and becomes slow in movement, the compression piston 67 moves rapidly near the middle toward the top dead center. As a result, the working gas is substantially adiabatically compressed and its temperature rises.
【0117】圧縮された作動ガスは、ガス流路175を
流れて放熱部193に流入し、ここで放熱器195を介
して冷却水に放熱して降温する。The compressed working gas flows through the gas passage 175 and flows into the heat radiating portion 193, where it radiates heat to the cooling water via the radiator 195 to lower the temperature.
【0118】冷却水に放熱した作動ガスは、蓄熱部17
4に流入し、蓄熱材176を通過する際に当該蓄熱材1
76に温熱を蓄熱して膨張空間92に流入する。The working gas radiated to the cooling water is stored in the heat storage unit 17
4 flows into the heat storage material 4 and passes through the heat storage material 176.
The warm heat is stored in 76 and flows into the expansion space 92.
【0119】そして、圧縮ピストン67は上死点に近づ
き、その速度も遅くなる。Then, the compression piston 67 approaches the top dead center, and its speed becomes slow.
【0120】すると、膨張ピストン93は急激に下死点
に向かって動き、これにより膨張空間92が急激に拡張
して、当該膨張空間92の作動ガスは断熱膨張して降温
する。Then, the expansion piston 93 rapidly moves toward the bottom dead center, whereby the expansion space 92 expands rapidly, and the working gas in the expansion space 92 adiabatically expands and cools.
【0121】これにより、コールドヘッド部219の温
度が下がり、冷却フィン220を介してブラインが冷却
されて、冷熱が冷熱利用機器に供給される。As a result, the temperature of the cold head portion 219 is lowered, the brine is cooled through the cooling fins 220, and cold heat is supplied to the cold heat utilization equipment.
【0122】膨張ピストン93が下死点から上死点に移
動する際は、圧縮ピストン67は中間位置から下死点に
向かって動いており、これにより作動ガスは膨張空間9
2からガス流路175を介して圧縮空間66に流れる。When the expansion piston 93 moves from the bottom dead center to the top dead center, the compression piston 67 is moving from the intermediate position toward the bottom dead center, whereby the working gas is expanded.
2 to the compression space 66 through the gas flow path 175.
【0123】このとき膨張して温度の下がった作動ガス
は、蓄熱材176に冷熱を蓄熱して放熱部193を経て
圧縮空間66に流入して1サイクルが終了する。At this time, the working gas, which has expanded and decreased in temperature, stores cold heat in the heat storage material 176 and flows into the compression space 66 via the heat radiating portion 193 to complete one cycle.
【0124】そして、このようなサイクル運転を長時間
行っていて、背圧室154とガス流路175との間の調
整が適正に行われなくなると、圧力調整器86を操作し
て適正圧力に調整する。Then, when such a cycle operation is carried out for a long time and the adjustment between the back pressure chamber 154 and the gas flow passage 175 is not properly performed, the pressure regulator 86 is operated to bring the pressure to an appropriate pressure. adjust.
【0125】これにより長時間運転しても冷凍効率の低
下を防止することが可能になる。As a result, it becomes possible to prevent the refrigeration efficiency from deteriorating even during long-term operation.
【0126】[0126]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガス流路と背圧室とを連通して、これらの間を流動する
作動ガスの流量を調整する圧力調整器が設けたので、長
時間運転した際でも、背圧室とガス流路との圧力調整を
適切に行うことができるようになり信頼性が向上する。As described above, according to the present invention,
Since a pressure regulator that connects the gas flow passage and the back pressure chamber and adjusts the flow rate of the working gas flowing between them is provided, the back pressure chamber and the gas flow passage The pressure can be adjusted properly and the reliability is improved.
【図1】本発明の実施の形態の説明に適用されるスター
リング冷凍機の側断面図である。FIG. 1 is a side sectional view of a Stirling refrigerator applied to the description of an embodiment of the present invention.
【図2】圧縮ピストンリングの作用を説明する図であ
る。FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of a compression piston ring.
【図3】従来の技術の説明に適用されるスターリング冷
凍機の側面図である。FIG. 3 is a side view of a Stirling refrigerator applied to the description of the conventional technique.
1 スターリング冷凍機 33 冷熱発生部 66 圧縮空間 67 圧縮ピストン 68 圧縮シリンダ 70 圧縮ピストンリング 77 ピストンリング溝 86 圧力調整器 92 膨張空間 93 膨張ピストン 93a 上部膨張ピストン 93b 下部膨張ピストン 97 膨張シリンダ 97a 上部膨張シリンダ 97b 下部膨張シリンダ 104 膨張ピストンリング 108 環状溝 149 オイルシールベローズ 175 ガス流路 F1 シリンダ当接力 F2 ピストン当接力 P 異物 1 Stirling refrigerator 33 Cold heat generator 66 compression space 67 Compression piston 68 compression cylinders 70 Compression piston ring 77 Piston ring groove 86 Pressure regulator 92 Expansion space 93 Expansion piston 93a Upper expansion piston 93b Lower expansion piston 97 expansion cylinder 97a Upper expansion cylinder 97b Lower expansion cylinder 104 expansion piston ring 108 annular groove 149 oil seal bellows 175 gas flow path F1 Cylinder contact force F2 Piston contact force P foreign material
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成14年7月9日(2002.7.9)[Submission date] July 9, 2002 (2002.7.9)
【手続補正1】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0010[Correction target item name] 0010
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0010】このような構成で、モータ514が駆動さ
れてクランク538が回転すると、その回転動力が往復
動力に変換されて圧縮ピストン567及び膨張ピストン
593に伝達され、これらが往復運動する。With such a structure, when the motor 514 is driven and the crank 538 rotates, the rotational power thereof is converted into reciprocating power and transmitted to the compression piston 567 and the expansion piston 593, which reciprocate.
【手続補正2】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0026[Correction target item name] 0026
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0026】駆動装置11は、内部がモータ室13をな
すモータハウジング12を有し、このモータ室13にス
テータ16及びロータ15からなる正逆回転可能なモー
タ14が設置されて、回転動力がモータ軸17を介して
出力される。The drive unit 11 has a motor housing 12 having a motor chamber 13 inside, and a motor 14 composed of a stator 16 and a rotor 15 is installed in the motor chamber 13 so as to rotate forward and backward. It is output via the shaft 17.
【手続補正3】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0052[Correction target item name] 0052
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0052】この下側シリンダハウジング74bの材料
として、FC材やFCD材等が用いられるが、作動ガス
のリーク防止、製造コストや部材コスト、圧縮ピストン
リング70の摺動摩耗特性等の観点からFC300が好
ましい。FC material, FCD material or the like is used as the material of the lower cylinder housing 74b. From the viewpoints of prevention of working gas leakage, manufacturing cost and member cost, sliding wear characteristics of the compression piston ring 70, etc. Is preferred.
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0090[Correction target item name] 0090
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0090】このような容積関係の下で背圧室154が
気密状態にあると、膨張ピストン93や圧縮ピストン6
7の往復運動により当該背圧室154には大きな圧力変
動が発生すると共に、クランク空間36との間で大きな
差圧が発生する。When the back pressure chamber 154 is in an airtight state under such a volume relationship, the expansion piston 93 and the compression piston 6 are
Due to the reciprocating motion of 7, a large pressure fluctuation is generated in the back pressure chamber 154, and a large pressure difference is generated between the back pressure chamber 154 and the crank space 36.
【手続補正5】[Procedure Amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0113[Name of item to be corrected] 0113
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0113】また、背圧室154とクランク空間36と
の差圧がバッファタンク126により圧力調整されて、
これらの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき
圧力調整ベローズ127を用いてバッファタンク126
を区画しているので、バッファタンク126を介してク
ランク空間36等から背圧室154にオイル248が流
入することがない。The pressure difference between the back pressure chamber 154 and the crank space 36 is adjusted by the buffer tank 126,
Generation of a differential pressure is suppressed between them, but at this time, the pressure adjustment bellows 127 is used to
Therefore, the oil 248 does not flow into the back pressure chamber 154 from the crank space 36 and the like via the buffer tank 126.
【手続補正6】[Procedure correction 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0115[Correction target item name] 0115
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0115】なお、バッファタンク126により背圧室
154の圧力変動が抑制されるために、モータ14負荷
が低減して冷凍効率の低下が抑制できるようになってい
る。Since the buffer tank 126 suppresses the pressure fluctuation in the back pressure chamber 154, the load on the motor 14 is reduced and the reduction in refrigeration efficiency can be suppressed.
【手続補正7】[Procedure Amendment 7]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図1[Name of item to be corrected] Figure 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図1】 [Figure 1]
【手続補正8】[Procedure Amendment 8]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図2[Name of item to be corrected] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図2】 [Fig. 2]
【手続補正9】[Procedure Amendment 9]
【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing
【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【図3】 [Figure 3]
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関谷 弘志 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Hiroshi Sekiya 2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Within Yo Denki Co., Ltd.
Claims (2)
タの回転動力を往復動力に変換するクランクと、圧縮シ
リンダ内を往復運動して圧縮空間の作動ガスを圧縮する
圧縮ピストンと、膨張シリンダ内を往復運動して膨張空
間の作動ガスを膨張させる膨張ピストンと、前記圧縮空
間と膨張空間とを連通して、作動ガスがこれらの間を行
き来できるようにするガス流路と、前記クランクハウジ
ング内を前記クランク側のクランク空間と前記ピストン
側の背圧室とに区画するオイルシールベローズとを有し
たスターリング冷凍機において、 前記ガス流路と背圧室とを連通して、これらの間を流動
する作動ガスの流量を調整する圧力調整器が設けられて
いることを特徴とするスターリング冷凍機。1. A crank housed in a crank housing for converting rotational power of a motor into reciprocating power, a compression piston for reciprocating in a compression cylinder to compress working gas in a compression space, and a reciprocating in an expansion cylinder. An expansion piston that moves to expand the working gas in the expansion space; a gas flow path that connects the compression space and the expansion space to allow working gas to move between them; In a Stirling refrigerator having an oil seal bellows partitioned into a crank space on the crank side and a back pressure chamber on the piston side, an operation of communicating the gas flow path and the back pressure chamber and flowing between them A Stirling refrigerator, which is provided with a pressure regulator that regulates a gas flow rate.
ことを特徴とする請求項1記載のスターリング冷凍機。2. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein the pressure regulator is a needle valve.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002094397A JP2003294332A (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Stirling refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002094397A JP2003294332A (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Stirling refrigerator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003294332A true JP2003294332A (en) | 2003-10-15 |
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ID=29238401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002094397A Pending JP2003294332A (en) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | Stirling refrigerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003294332A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106196686A (en) * | 2016-06-29 | 2016-12-07 | 武汉高德红外股份有限公司 | Integral-type Stirling refrigerator |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002094397A patent/JP2003294332A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106196686A (en) * | 2016-06-29 | 2016-12-07 | 武汉高德红外股份有限公司 | Integral-type Stirling refrigerator |
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