JPH02154950A - スターリング冷凍機 - Google Patents
スターリング冷凍機Info
- Publication number
- JPH02154950A JPH02154950A JP30895088A JP30895088A JPH02154950A JP H02154950 A JPH02154950 A JP H02154950A JP 30895088 A JP30895088 A JP 30895088A JP 30895088 A JP30895088 A JP 30895088A JP H02154950 A JPH02154950 A JP H02154950A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- linear motor
- piston
- stirling refrigerator
- cylinders
- pressure vessel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
概要
スターリング冷凍機における圧縮部の駆動機構に関し、
圧縮部の駆動機構の小型軽量化及び消費電力の低減をは
かったスターリング冷凍機を提供することを目的とし、 端部に圧縮シリンダを画成した圧力容器中にリニアモー
タの固定子を取り付け、該リニアモータの可動子に取り
付けたピストンを前記圧縮シリンダ中で往復運動させる
とともに、該圧縮シリンダ内部を通路を介してディスプ
レーサに連通し、該圧力容器中に冷媒ガスを封入したス
ターリング冷凍機において、前記圧力容器の可動子移動
方向両側に圧縮シリンダを設け、該可動子にその移動方
向に伸長する軸を取り付け、該軸の両端部に前記圧縮シ
リンダ内を往復運動するピストンを設けるとともに、前
記各々の圧縮シリンダ内を通路を介して独立したディス
プレーサにそれぞれ連通して構成する。
かったスターリング冷凍機を提供することを目的とし、 端部に圧縮シリンダを画成した圧力容器中にリニアモー
タの固定子を取り付け、該リニアモータの可動子に取り
付けたピストンを前記圧縮シリンダ中で往復運動させる
とともに、該圧縮シリンダ内部を通路を介してディスプ
レーサに連通し、該圧力容器中に冷媒ガスを封入したス
ターリング冷凍機において、前記圧力容器の可動子移動
方向両側に圧縮シリンダを設け、該可動子にその移動方
向に伸長する軸を取り付け、該軸の両端部に前記圧縮シ
リンダ内を往復運動するピストンを設けるとともに、前
記各々の圧縮シリンダ内を通路を介して独立したディス
プレーサにそれぞれ連通して構成する。
産業上の利用分野
本発明はスターリング冷凍機に関し、特にスターリング
冷凍機における圧縮部の駆動機構に関する。
冷凍機における圧縮部の駆動機構に関する。
ヘリウムガス等の冷媒をピストンにより圧縮して冷却室
内に導き、冷媒の断熱膨張により冷却するスターリング
冷凍機は、冷却効率が良いこと及び非常に低温度まで冷
却できることで知られている。複数の冷凍系を有するス
ターリング冷凍機では、冷凍系と同じ数の圧縮用ピスト
ンが必要であり、このため駆動機構が複雑になるため、
圧縮部の駆動機構の小型軽量化が要望されている。
内に導き、冷媒の断熱膨張により冷却するスターリング
冷凍機は、冷却効率が良いこと及び非常に低温度まで冷
却できることで知られている。複数の冷凍系を有するス
ターリング冷凍機では、冷凍系と同じ数の圧縮用ピスト
ンが必要であり、このため駆動機構が複雑になるため、
圧縮部の駆動機構の小型軽量化が要望されている。
従来の技術
従来のスターリング冷凍機における圧縮部の駆動機構は
、駆動源に回転モータを採用し、クランク機構により回
転運動を直線運動に変換して、ピストンにより封入され
たヘリウムガスを圧縮するようにしていた。しかし、こ
のように回転型モータを採用した駆動機構だと、振動が
発生しやすい、ピストンの直進性が取りにくい、封入さ
れたヘリウムガスがベアリングのグリスにより汚染され
やすい等の問題があるため、本発明者等は先に駆動機構
にリニアモータを用いたスターリング冷凍機を開発した
。このスターリング冷凍機においては、圧縮用のピスト
ン1個について1個のりニアモータを用いて駆動してい
た。
、駆動源に回転モータを採用し、クランク機構により回
転運動を直線運動に変換して、ピストンにより封入され
たヘリウムガスを圧縮するようにしていた。しかし、こ
のように回転型モータを採用した駆動機構だと、振動が
発生しやすい、ピストンの直進性が取りにくい、封入さ
れたヘリウムガスがベアリングのグリスにより汚染され
やすい等の問題があるため、本発明者等は先に駆動機構
にリニアモータを用いたスターリング冷凍機を開発した
。このスターリング冷凍機においては、圧縮用のピスト
ン1個について1個のりニアモータを用いて駆動してい
た。
発明が解決しようとする課題
このため、駆動機構の大型化、重量増、消費電力の増加
等の問題を生じていた。
等の問題を生じていた。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、圧縮部の駆動機構の小型軽量化
及び消費電力の低減をはかったスターリング冷凍機を提
供することである。
の目的とするところは、圧縮部の駆動機構の小型軽量化
及び消費電力の低減をはかったスターリング冷凍機を提
供することである。
課題を解決するための手段
端部に圧縮シリンダを画成した圧力容器中にリニアモー
タの固定子を取り付け、該リニアモータの可動子に取り
付けたピストンを圧縮シリンダ中で往復運動させるとと
もに、圧縮シリンダ内部を通路を介してディスプレーサ
に連通し、圧力容器中に冷媒ガスを封入したスターリン
グ冷凍機において、前記圧力容器の可動子移動方向両側
に圧縮シリンダを設ける。そして、可動子にその移動方
向に伸長する軸を取り付け、この軸の両端部に前記圧縮
シリンダ内を往復運動するピストンを設けるとともに、
各々の圧縮シリンダ内を通路を介して独立したディスプ
レーサにそれぞれ連通ずる。
タの固定子を取り付け、該リニアモータの可動子に取り
付けたピストンを圧縮シリンダ中で往復運動させるとと
もに、圧縮シリンダ内部を通路を介してディスプレーサ
に連通し、圧力容器中に冷媒ガスを封入したスターリン
グ冷凍機において、前記圧力容器の可動子移動方向両側
に圧縮シリンダを設ける。そして、可動子にその移動方
向に伸長する軸を取り付け、この軸の両端部に前記圧縮
シリンダ内を往復運動するピストンを設けるとともに、
各々の圧縮シリンダ内を通路を介して独立したディスプ
レーサにそれぞれ連通ずる。
作 用
可動子に取り付けた軸の両側にピストンを連結した構造
としたため、1個のりニアモータで少なくとも2個の冷
凍系を冷却することが可能である。
としたため、1個のりニアモータで少なくとも2個の冷
凍系を冷却することが可能である。
このため、スターリング冷凍機の圧縮部における駆動機
構の小型軽量化及び消費電力の低減をはかることができ
。
構の小型軽量化及び消費電力の低減をはかることができ
。
実 施 例
以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
第1図は本発明の実施例の断面図である。第1図に示さ
れたスターリング冷凍機は、1個の圧縮部10と2個の
冷凍部を構成するディスプレーサ12a、12bとから
構成される。14は圧力容器であり、その両側には2個
の圧縮シリンダ14a、14bが形成されている。圧力
容器14内には固定子16と可動子18とから構成され
るリニアモータ20が設けられている。固定子16は、
圧力容器14の内面に固定した軟磁性体製のヨーク22
と、このヨーク22の内側に設けられた2個の環状コイ
ル26.28とから構成される。コイル26.28はボ
ビン24上に同一方向に巻回されており、駆動時にはコ
イル26.28に逆方向の電流を流すことにより駆動す
る。
れたスターリング冷凍機は、1個の圧縮部10と2個の
冷凍部を構成するディスプレーサ12a、12bとから
構成される。14は圧力容器であり、その両側には2個
の圧縮シリンダ14a、14bが形成されている。圧力
容器14内には固定子16と可動子18とから構成され
るリニアモータ20が設けられている。固定子16は、
圧力容器14の内面に固定した軟磁性体製のヨーク22
と、このヨーク22の内側に設けられた2個の環状コイ
ル26.28とから構成される。コイル26.28はボ
ビン24上に同一方向に巻回されており、駆動時にはコ
イル26.28に逆方向の電流を流すことにより駆動す
る。
一方、可動子18は軟磁性体製のヨーク30上に2個の
環状永久磁石32.34を固定して構成されており、ヨ
ーク30には軸36が例えば溶接により固着されている
。軸36の両端には各々の圧縮シリンダ148.14b
内を往復運動するピストン38a、38bが取り付けら
れている。圧縮シリンダ14a内は通路40を介してデ
ィスプレーサ12aに連通されてふり、圧縮シリンダ1
4b内は通路42を介してディスプレーサ12bに連通
されている。圧力容器14内には冷媒として作用するヘ
リウムガスが封入されている。
環状永久磁石32.34を固定して構成されており、ヨ
ーク30には軸36が例えば溶接により固着されている
。軸36の両端には各々の圧縮シリンダ148.14b
内を往復運動するピストン38a、38bが取り付けら
れている。圧縮シリンダ14a内は通路40を介してデ
ィスプレーサ12aに連通されてふり、圧縮シリンダ1
4b内は通路42を介してディスプレーサ12bに連通
されている。圧力容器14内には冷媒として作用するヘ
リウムガスが封入されている。
然して、コイル26.28に逆方向の交流電流を流すこ
とによりリニアモータ20を駆動すると、可動子18が
交流電流の周波数に応じて左右に往復運動し、軸36の
両端に固着されたピストン38a、38bが圧縮シリン
ダ14a、14b内で往復運動して、圧縮シリンダ内の
ヘリウムガスを交互に圧縮する。圧縮されたヘリウムガ
スは通路40.42を介してディスプレーサ12a、1
2b内に導入されて、ディスプレーサの冷却室内で断熱
膨張により冷却される。
とによりリニアモータ20を駆動すると、可動子18が
交流電流の周波数に応じて左右に往復運動し、軸36の
両端に固着されたピストン38a、38bが圧縮シリン
ダ14a、14b内で往復運動して、圧縮シリンダ内の
ヘリウムガスを交互に圧縮する。圧縮されたヘリウムガ
スは通路40.42を介してディスプレーサ12a、1
2b内に導入されて、ディスプレーサの冷却室内で断熱
膨張により冷却される。
第2図はディスプレーサ断面図を示しており、SUSで
形成されたシリンダ44に樹脂で形成された中空のピス
トン46が往復動自在に嵌合されている。シリンダ44
にはシリンダ内部を通路40に連通ずる穴44aが開け
られており、ピストン46にはピストン内部をシリンダ
に設けられた穴44aを介して通路40に連通する穴4
6aが設けられている。ピストン46の頂部にモ穴46
bが形成されている。また、ピストン46内部には蓄冷
器48が内蔵されている。蓄冷器48は、例えばSUS
製の金網で形成されており、ヘリウムガスの熱交換を行
うものである。ピストン46には穴46aを囲むように
2個の環状シール材50.52が設けられており、通路
40を介して供給されたヘリウムガスがシリンダ44と
ピストン46との間を通過するのを防止し、全てのヘリ
ウムガスが穴44a、46aを介してピストン46内部
に供給されるようにしている。ピストン46下部にはス
プリング54が設けられており、冷却室56内に導入さ
れたヘリウムガスの圧力とスプリング54のバネ力とで
共振を発生させて、ピストン46をシリンダ44内で往
復運動させるようにしている。スプリング54のバネ定
数等を適当に選択することにより、ピストン46の位相
を圧縮シリンダ14a内のピストン38aの位相よりも
90°進むように設定している。58は例えばHgCd
Teから形成された赤外線センサであり、液体窒素温度
以下に冷却することによりその感度が十分に発揮される
。
形成されたシリンダ44に樹脂で形成された中空のピス
トン46が往復動自在に嵌合されている。シリンダ44
にはシリンダ内部を通路40に連通ずる穴44aが開け
られており、ピストン46にはピストン内部をシリンダ
に設けられた穴44aを介して通路40に連通する穴4
6aが設けられている。ピストン46の頂部にモ穴46
bが形成されている。また、ピストン46内部には蓄冷
器48が内蔵されている。蓄冷器48は、例えばSUS
製の金網で形成されており、ヘリウムガスの熱交換を行
うものである。ピストン46には穴46aを囲むように
2個の環状シール材50.52が設けられており、通路
40を介して供給されたヘリウムガスがシリンダ44と
ピストン46との間を通過するのを防止し、全てのヘリ
ウムガスが穴44a、46aを介してピストン46内部
に供給されるようにしている。ピストン46下部にはス
プリング54が設けられており、冷却室56内に導入さ
れたヘリウムガスの圧力とスプリング54のバネ力とで
共振を発生させて、ピストン46をシリンダ44内で往
復運動させるようにしている。スプリング54のバネ定
数等を適当に選択することにより、ピストン46の位相
を圧縮シリンダ14a内のピストン38aの位相よりも
90°進むように設定している。58は例えばHgCd
Teから形成された赤外線センサであり、液体窒素温度
以下に冷却することによりその感度が十分に発揮される
。
通路40を介して導入された圧縮ヘリウムガスは、穴4
4a、46aを通ってピストン46の内部に導入され、
蓄冷器48によりある程度の熱交換が行われて冷却され
た後、ピストン46により圧縮されている冷却室56内
に導入される。ピストン46は、例えば15Hz程度の
周期で上下に往復運動しているので、次の瞬間にピスト
ン46が下降し冷却室56内のヘリウムガスは膨張する
。
4a、46aを通ってピストン46の内部に導入され、
蓄冷器48によりある程度の熱交換が行われて冷却され
た後、ピストン46により圧縮されている冷却室56内
に導入される。ピストン46は、例えば15Hz程度の
周期で上下に往復運動しているので、次の瞬間にピスト
ン46が下降し冷却室56内のヘリウムガスは膨張する
。
これは断熱膨張であるので、冷却室5G内のヘリウムガ
スは急激に冷やされることになる。このサイクルを繰り
返すことにより、冷却室56内は例えば30に程度に冷
却されることになり、シリンダ44上に搭載された赤外
線センサ58を液体室S温度以下に冷却することができ
る。
スは急激に冷やされることになる。このサイクルを繰り
返すことにより、冷却室56内は例えば30に程度に冷
却されることになり、シリンダ44上に搭載された赤外
線センサ58を液体室S温度以下に冷却することができ
る。
上述したように本実施例では、リニアモータの可動子に
取り付けた軸の両端にピストンを設け、1個のりニアモ
ータにより2個のピストンを駆動するようにして、これ
らのピストンによりヘリウムガスを交互に圧縮するよう
に構成したので、1個のりニアモータにより2個の冷却
系を有するスターリング冷凍機を構、成することができ
る。又、片側のピストンの圧縮1こよる反力をもう一方
のピストンの圧縮に利用できるため、リニアモータを2
個使用する場合に比べて消費電力の低減をはかることが
できる。
取り付けた軸の両端にピストンを設け、1個のりニアモ
ータにより2個のピストンを駆動するようにして、これ
らのピストンによりヘリウムガスを交互に圧縮するよう
に構成したので、1個のりニアモータにより2個の冷却
系を有するスターリング冷凍機を構、成することができ
る。又、片側のピストンの圧縮1こよる反力をもう一方
のピストンの圧縮に利用できるため、リニアモータを2
個使用する場合に比べて消費電力の低減をはかることが
できる。
第3図は本発明の他の実施例の断面図である。
本実施例ではりニアモータの可動子18に固定された軸
60の片側にリンク機構62を介してビストン38bを
取り付けている。軸60の一端部は二股状に分岐して部
材60a、60bが一体的に形成されている。ピストン
38bはリンク64に取り付けられており、リンク64
と部材60a。
60の片側にリンク機構62を介してビストン38bを
取り付けている。軸60の一端部は二股状に分岐して部
材60a、60bが一体的に形成されている。ピストン
38bはリンク64に取り付けられており、リンク64
と部材60a。
60bとはリンク66a、66bを介して以下のように
連結されている。
連結されている。
即ち、リンク66a、66bはそれぞれ圧力容器14に
固定された支持部材70a、70bにビン76a、76
bで揺動可能に取り付けられており、リンク66aはビ
ン?2aで部材60aに回動可能に、ビン74でリンク
64に回動可能に取り付けられており、リンク66bは
ビン?2bで部材60bに回動可能に、ビン74でリン
ク64に回動可能に取り付けられている。リンク66a
及び66bの両端部には長大が形成されていて、これら
の長穴中にビン72a、72b及び74が挿入されてお
り、これらの長大で軸60移動時のリンク機構62の変
形を吸収するようにしている。
固定された支持部材70a、70bにビン76a、76
bで揺動可能に取り付けられており、リンク66aはビ
ン?2aで部材60aに回動可能に、ビン74でリンク
64に回動可能に取り付けられており、リンク66bは
ビン?2bで部材60bに回動可能に、ビン74でリン
ク64に回動可能に取り付けられている。リンク66a
及び66bの両端部には長大が形成されていて、これら
の長穴中にビン72a、72b及び74が挿入されてお
り、これらの長大で軸60移動時のリンク機構62の変
形を吸収するようにしている。
本実施例によれば、リンク66a、66bがビン76a
、76bを支点として揺動することにより、2つのピス
トン38a、38bは逆方向に動くことになり、スター
リング冷凍機の圧縮部の振動低減が可能である。
、76bを支点として揺動することにより、2つのピス
トン38a、38bは逆方向に動くことになり、スター
リング冷凍機の圧縮部の振動低減が可能である。
上述した2つの実施例においては、リニアモータの可動
子の軸の両端部にそれぞれ1個ずつのピストンを固定す
るようにしているが、軸の両端部に複数のピストンを取
り付けるように構成しても良い。
子の軸の両端部にそれぞれ1個ずつのピストンを固定す
るようにしているが、軸の両端部に複数のピストンを取
り付けるように構成しても良い。
発明の効果
本発明のスターリング冷凍機は、以上詳述したように構
成したので、1個のりニアモータで圧縮部の複数のピス
トンを動作させることが可能であるため、多系統の冷却
系をもつスターリング冷凍機の小型軽量化及び消費電力
の低減に寄与することができるという効果を奏する。
成したので、1個のりニアモータで圧縮部の複数のピス
トンを動作させることが可能であるため、多系統の冷却
系をもつスターリング冷凍機の小型軽量化及び消費電力
の低減に寄与することができるという効果を奏する。
第1図は本発明の実施例断面図、
第2図はディスプレーサ断面図、
第3図は本発明の他の実施例断面図である。
10・・・圧縮部、
12a、12b・・・ディスプレーサ、14a、14b
・・・圧縮シリンダ、 16・・・固定子、 18・・・可動子、20・
・・リニアモータ、 22.30・・・ヨーク、 26.28・・・コイル、 32.34・・・永久磁石、 36.60・・・軸、 38a、38b−・・ピストン、 62・・・リンク機構。 +2a、!2b テ゛イス7°レープ14a、j
4b : 足やたシl)ング16 固次子 18:可f2I−) ん ・ リニアモータ
・・・圧縮シリンダ、 16・・・固定子、 18・・・可動子、20・
・・リニアモータ、 22.30・・・ヨーク、 26.28・・・コイル、 32.34・・・永久磁石、 36.60・・・軸、 38a、38b−・・ピストン、 62・・・リンク機構。 +2a、!2b テ゛イス7°レープ14a、j
4b : 足やたシl)ング16 固次子 18:可f2I−) ん ・ リニアモータ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 端部に圧縮シリンダを画成した圧力容器(14)中にリ
ニアモータの固定子(16)を取り付け、該リニアモー
タの可動子(18)に取り付けたピストンを前記圧縮シ
リンダ中で往復運動させるとともに、該圧縮シリンダ内
部を通路を介してディスプレーサに連通し、該圧力容器
中に冷媒ガスを封入したスターリング冷凍機において、 前記圧力容器(14)の可動子移動方向両側に圧縮シリ
ンダ(14a、14b)を設け、 該可動子(18)にその移動方向に伸長する軸(36、
60)を取り付け、 該軸(36、60)の両端部に前記圧縮シリンダ(14
a、14b)内を往復運動するピストン(38a、38
b)を設けるとともに、 前記各々の圧縮シリンダ(14a、14b)内を通路(
40、42)を介して独立したディスプレーサ(12a
、12b)にそれぞれ連通したことを特徴とするスター
リング冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30895088A JPH02154950A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | スターリング冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30895088A JPH02154950A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | スターリング冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02154950A true JPH02154950A (ja) | 1990-06-14 |
Family
ID=17987203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30895088A Pending JPH02154950A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | スターリング冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02154950A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998001675A1 (en) | 1996-07-09 | 1998-01-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
| US5980211A (en) * | 1996-04-22 | 1999-11-09 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Circuit arrangement for driving a reciprocating piston in a cylinder of a linear compressor for generating compressed gas with a linear motor |
-
1988
- 1988-12-08 JP JP30895088A patent/JPH02154950A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5980211A (en) * | 1996-04-22 | 1999-11-09 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Circuit arrangement for driving a reciprocating piston in a cylinder of a linear compressor for generating compressed gas with a linear motor |
| WO1998001675A1 (en) | 1996-07-09 | 1998-01-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
| US6231310B1 (en) | 1996-07-09 | 2001-05-15 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
| US6379125B1 (en) | 1996-07-09 | 2002-04-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Linear compressor |
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