JPH0244159A - 冷凍機 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 冷却するスターリング冷凍機に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図に従来のスターリング冷凍機の構成例を示す。図
に示したスターリング冷凍機はスプリット式スターリン
グ冷凍機と呼ばれるもので、スターリング冷凍機の代表
的−例である。

ＷＪ２図において、スプリット式スターリング冷凍機は
大きくわけて（１）の圧縮機と（２）のコールドフィン
ガとこれらを結ぶ連結管（３）よシ構成される。

前記圧縮機（１１はシリンダ（４）とピストン（５）を
備え。

前記ピストン（５）は連接棒（６）とクランク（７］を
介して図には示されていないが電動機によって駆動され
て前記シリンダ（４）内部を往復運動する構造となって
いる。前記シリンダ（４）の上部にはシリンダヘッド（
８）がとフつけられ、前記シリンダ（４）、前記ピスト
ン（５）アよび前記シリンダヘッド（８）でしきられ次
内部空間を圧縮室（９）と呼ぶ。前記クランク（７）等
の前記ピストン（５）を駆動する機構部材はαｅのハウ
ジングＱｌｌＩ内に収められ、前記ピストン（５）Ｋよ
って前記圧縮室（９）と仕切られた前記ハウジング０Ｇ
内の空間をバルク室αυと呼ぶ。前記シリンダ（４）、
前記シリンダヘッド（８）および前記ハウジング（１（
Ｉは互いに外部との気密性を保つように接合され、内部
の前記圧縮室（９）や前記バルク室ａｌｌＫ：Ｆｉ例え
ばヘリウム。

水素などの高圧の作動ガスが封入されている。前記ピス
トン（５）の側面には、前記シリンダ（４）との間のす
きまを作動ガスが通過しないようにピストンリングυが
装着されている。ま几、前記シリンダ（４）の外面には
外部への放熱性を高めるためのフィンａ３が設けられて
いる。以上が圧縮機（１）の構成である。一方前記コー
ルドフインガ（２１は円筒状Ｏ低温シリンダα番を有し
、前記低温シリ／ダＩ内を摺動自在に往復するディスプ
レーサ餞を有している。

前記低温シリンダα着内部の空間は前記ディスプレーサ
αテによって２分割されておタ、前記ディスプレーサａ
５．に、り上方の空間を低温室！１Ｇ、下方の空間を高
温室αηと呼ぶ。前記ディスプレーサ［相］内部には再
生器側とガス通過孔ａ９が設けられ、前記低温ｇａｓと
前記高温室σ力は前記再生器側と前記ガス通過孔ａ９を
介して端通しておシ、前記再生器帥内には例えば銅の金
網などの蓄冷材■が充てんされている。前記低温シリン
ダ（Ｉ４と前記ディスプレーサ０９のすきまを作動ガス
が通過しないように、前記ディスプレーサの側部にはシ
ールリング（至）がはめ込まれている。

前記コールドフィンガの下部には制御シリンダ口と制御
室のが設けられ、前記ディスプレーサａ９の下端に取り
付けられている（至）の制御ピストンは前記高温室αη
と前記シリンダｃ！３を通ｐ抜は前記制御室に突出して
いる。前記制御シリンダ＠の下端にはコイルはね＠が取
ｐ付け・られておシ、前記ディスプレーサａ９の往復運
動による前記制御シリンダ（２）と前記制御室−の衝突
を緩衝する。また、前記制御シリンダ＠と前記制御ピス
トン＠のすきまを作動ガスが通過しないように前記制御
シリンダにはシールリング（２）が取付けられている。

上記したコールドフィンガ（２）の各室は前記圧縮機ｉ
ｌ＋と同様に例えばヘリウム、水素などの高圧の作動ガ
スが封入されている。以上がコールドフィンガ（２）の
構成であり、前記圧縮機（１）の圧縮室（９）と前記コ
ールドフィンガ（２）の高温室ａηは前記連結管（３）
を介して連通している。ま九、前記圧縮室（９）、前記
連結管（３）内部の空間、前記低温室αＧ、前記高温室
αη。

前記再生器側および前記ガス通過孔ａ９は互いに連通し
ておシ、これらの室全体を総合して作動室（至）と呼ぶ
。

上記のように構成された従来の冷凍機の動作について説
明する。ビス）／＋５１はシリンダ（４）の内部を往復
することによって、圧縮室（９）から低温室舖に至る作
動室（至）のガス圧力に正弦状の波動を与える。一方バ
ルク呈ａυは、その容積がピストン（５１の行程容積よ
り充分に大きいため、内部のガス圧はピストン（５）が
往復運動をしてもあまル変化しない。

コールドフィンガ（２）の制御シリンダ（至）Ｋと）つ
けられたシールリング（ハ）は、前述の作動室（至）の
ガスの圧力波動のように短い周期の圧力変化に対しては
ほぼ完全に密封するが長時間的にみれば密封は不完全で
あるので、制御室口内のガス圧はほぼ作動Ｎ（２）内の
ガス圧の平均値に保たれる。

第３図から第５図は従来装置の動作原理を冷凍サイクル
の順を追って説明するものである。

第３図に示し比サイクルの一過程において、圧縮機（１
）のピストン（５）はシリンダ（４）内の下方に位置し
、コールドフィンガ（２）のディスプレーサａ９は低温
シリンダ１番の上方に位置している。第３図から第４図
に至る間にビス）／＋５１は上昇して作動室（１）のガ
スを圧縮する。この圧縮によって発生する熱はシリンダ
（５１の外周のフイｙａｌよル外部に放出される。第４
図の時点において作動室（至）のガス圧力は制御室口内
のガス圧力よルも大きくなっておりこの差圧によって制
御ピストン＠に生ずる下向きの力は、シールリングＱカ
および（ハ）の静摩擦力に打ち勝ってディスプレーサａ
９を下方へと動かし始め第５図に示す様に低温シリンダ
ａ−の下部へ移動させる。このディスプレーサ餞の移動
に伴って高温呈顛のガスは再生器ａｓｔ−通って低温室
ａｌｌＫ移り。

このとき再生器αａに充てんされている蓄冷材■は通過
するガスから熱を吸収しガスを温度降下させる。第５因
から第６図に至る過程で圧縮機（１）のピストン（５）
は下降し作動室（至）のガスを膨張させ、この膨張によ
って低温室ａＳ内のガスはさらに温度降下し、コールド
フィンガ上部の周囲から熱を吸収する。この吸熱作用が
冷凍機としての被冷除体を冷除する役割を担う。作動室
（至）ではガスの膨張によシ圧力が低下するので第６図
の時点では作動室（至）内よシ制御室（ハ）内の方がガ
ス圧力は大きくなっている。この差圧によって制御ピス
トン（財）に上向きにかかる力はシールリング（財）お
よびシールリングのの静摩擦力に打ち勝って、ディスプ
レーサ餞を上方へと動かし始め、第３図に示し次様に低
温シリンダＩＯ上部へ移動させる。このディスプレーサ
αシの移動に伴って低温室ａ［Ｂの低温ガスは再生器側
を通過し、再生器ａＳ内の蓄冷材包に冷熱を蓄えるとと
もに、ガス自身は温度上昇しながら高温室ａηへ流入す
る。以上の様なサイクルを（〕返すことＫよって、冷凍
運転が行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来装置には、以下に述べる様な課題があ
った。

作動空間（至）内の圧力が制御室のの圧力よシも高くな
シ、ディスプレーサが下降すると、コイルばね−の下端
が制御室（至）の下部内壁に衝突し、逆に作動空間■の
圧力が制御室（至）の圧力より低くなシ。

ディスプレーサｅ９が上昇するとコイルばね（財）の上
端が制御室（至）の上部内壁に衝突する。一般に制御室
口の壁は、外気への放熱を考えて例えばアルミニウムな
ど熱伝導率の高い金属で作られているが。

コイルはね罰の衝突によシ摩耗粉を発生する。制御室（
至）で発生した摩耗粉はシールリング（至）と制御シリ
ンダ四の摺動面およびシールリングなυとディスプレー
サａ９の摺動面を損傷する九め、高温室αηと制御室（
至）および低温室αＧの間のガス通過量が増大し、冷凍
機の寿命を著しく低下させる。

この発明はかかる課題を解決する几めになされたもので
、制御室■で発生する摩耗粉が非常に少ない長寿命の冷
凍機を得ることを目的としている。

〔課題を解決する友めの手段〕

この発明にかかる冷凍機は、制御室Ｇ内壁へのコイルは
ね＠の衝突による摩耗粉の発生を低減するため、制御室
の内壁に耐摩耗性の高い金属で作られたプレートを設け
たものである。

〔作用〕

この発明におけるコールドフィンガ（２）はディスプレ
ーサα５の上昇、下降に伴い、コイルはね■が耐摩耗性
の高いプレートと衝突するため衝突時に制御室ので発生
する摩耗粉が少なく、冷凍機を長寿命化する。

〔実施例〕

第１図は、この発明の一実施例を示している図である。

図において、（りの圧縮機の各部および（３）の連結管
は従来装置と全く同一のものである。（２）のコールド
フィンガにおいては、制御室口上部内壁および下部内壁
に１例えばステンレスのような耐摩耗性の高い金属で作
られ次プレート（至）が、各々制御室の側壁に焼きばめ
された金属製の固定リングいによシ固定される。

以上のように機成されるこの発明による冷凍機では、デ
ィスプレーサ（１９の往復運動に伴い、コイルはね鰭は
、耐摩耗性の高いプレート（至）に衝突することとなシ
、制御室Ωでの摩耗粉の発生は従来装置に比べ著しく低
減される。ま几、前記プレート■は絶えずコイルはね■
よシの衝撃を受けるが。

焼きはめされ次前記固定すング四によシ制御室（至）内
壁に強固く固定される。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、耐摩耗性の高いプレー
トを、コイルばねが衝突する制御室上部内壁および下部
内壁に取り付けることＫよシ、制御室内での摩耗粉の発
生を低減し、冷凍機を長寿命化させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１因はこの発明の一実施例を示す図、第２図から第６
図は従来の冷凍機を示す図である。 図において、（ｌ）は圧縮機、（２）はコールドフィン
ガ、（３１は連結管、　ａＳはディスプレーサ、αｅは
低温室、αηは高温室、Ｃ２４１は制御ピストン、＠は
コイルはね、（至）はプレート、＠は固定リングである
。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。　
　　　　　代理人大岩増　雄 第 図 第 図 第 図 第 閃 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円筒状の内周面を有するシリンダと、前記シリンダが取
   り付けられ、かつ内部に空間を有するハウジングと、前
   記シリンダの一端面をふさぐシリンダヘッドと、前記シ
   リンダの中を往復運動するピストンと、前記シリンダ、
   前記シリンダヘッドおよび前記ピストンにより仕切られ
   た圧縮室と、前記シリンダ、前記ハウジングおよび前記
   ピストンによつて仕切られたバルク室と、冷凍を発生し
   外部から吸熱を行う低温室と、内部に再生器を有するデ
   イスプレーサと、前記ディスプレーサの一端をかこむ制
   御室と、前記デイスプレーサの可動範囲を設定するコイ
   ルばねと、前記制御室の上部内壁および下部内壁に取り
   付けられた耐摩耗性の高いプレートを備えたことを特徴
   とする冷凍機。