JPH04335964A - スターリング冷凍機 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレーサをシリ
ンダーの内部でバネにて支持してなるスターリング冷凍
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に先行する特開昭６１−１０１７
５８号公報に記載された従来のスターリング冷凍機では
、図３に示すように、ディスプレーサ１をシリンダー２
の内部に摺動自在に設け、前記シリンダー２の両端部に
膨張室３と圧縮室４を形成し、この圧縮室４の内部に前
記ディスプレーサ１の支持バネ５を収納すると共に、前
記圧縮室４にコンプレッサー部６を連通し、このコンプ
レッサー部６と前記膨張室４との間で作動ガスを往復移
動させ、この作動ガスの圧力変化により前記ディスプレ
ーサ１を付勢し、このディスプレーサ１を前記コンプレ
ッサー部６のピストン７に対して適当な位相差を有して
シリンダー２内で往復運動させることで、放熱部８から
放熱し、その放熱分だけ前記膨張室３を冷却させている
。

【０００３】しかしながらこの種従来のスターリング冷
凍機では、ピストン７の運動振幅や駆動周波数、作動ガ
スの平均封入圧力等の運転条件に対応して前記支持バネ
５のバネ定数を選定した後は、このバネ定数を変更でき
ないため、前記運転条件を変更すると最大冷凍能力の得
られない欠点がある。即ち、スターリング冷凍機では、
種々の運転条件に対応できる応用範囲の広いものが要望
されつつありこの現状に即して前記運転条件を変更した
場合、前記ピストン７に対する前記ディスプレーサ１の
振動位相差が悪変化して効率の低下を招来し最大冷凍能
力の得られない欠点がある。

【０００４】また従来の他のスターリング冷凍機では、
前記バネ定数の調整のために空気バネやリニアモータに
よる電気バネを採用しているが、斯様なバネを備えたも
のは構造が複雑化しコストアップとなったり、冷却対象
物に対し大きな地場を及ぼして適用できなくなる等の欠
点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前述の欠点を
解消し、種々の運転条件に対応可能なスターリング冷凍
機を低コストで提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ディスプレー
サをシリンダーの内部に摺動自在に設け、前記シリンダ
ーの両端部に膨張室と圧縮室を形成し、この圧縮室の内
部に前記ディスプレーサを支持する機械バネを収納する
と共に、前記圧縮室にコンプレッサー部を連通し、この
コンプレッサー部と前記膨張室との間で作動ガスを往復
移動させることで、前記膨張室を冷却させてなるもので
あって、前記機械バネのバネ定数を前記シリンダーの外
部から調整できる調整機構を、前記シリンダーに設けた
ものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、コンプレッサー部の運動振幅
や駆動周波数、作動ガスの平均封入圧力等の運転条件が
変更された場合にも、機械バネのバネ定数をシリンダー
の外部から簡単に調整するだけで、この機械バネで支持
されるディスプレーサの振動位相差を前記コンブレッサ
ー部に対して最適な値に調整できるようになり、従って
、運転条件の変更後のスターリング冷凍機についても最
大の効率で冷凍能力を発揮させ得るようになる。

【０００８】

【実施例】次に本発明の一実施例について説明する。

【０００９】図１において、９はコンプレッサー部で、
シリンダー１０の内部にピストン１１を往復動自在に収
容し、このピストン１１を駆動装置としてのモータ１２
によりクランク機構１３を介して駆動する。１４は圧縮
室で、シリンダー１０の内部にピストン１１にて区画形
成される。圧縮室１４の周囲壁は圧縮熱の放熱部１５と
なっている。

【００１０】１６はディスプレーサ１７を収容したシリ
ンダーで、ディスプレーサ１７のリング状シール材１８
に当接し、このディスプレーサ１７を摺動案内する。シ
リンダー１６はその内部がリング状シール材１８によっ
て区画され、このシリンダー１６の両端部に膨張室１９
と圧縮室２０を区画形成している。ディスプレーサ１７
は円筒状壁の内部にメッシュ状の蓄冷材２１を挿入し、
この蓄冷材２１を通して下部の圧縮室２０を上部の膨張
室１９に連通させている。２２はディスプレーサ１７を
支持するコイル状の機械バネで、そのバネ定数はディス
プレーサ１７の振動位相に大きく影響する。機械バネ２
２はその一端部でディスプレーサ１７のピストン部２３
に係合し他端部で螺旋径を拡大して円筒状基台２４に係
合し、この円筒状基台２４を閉塞端板２５に溶接等にて
固定することで、デイスプレーサ１７を支持すべく機能
する。

【００１１】２６はコンプレッサー部９とシリンダー１
６を互いに連結する配管で、コンプレッサー部９の圧縮
室１４をシリンダー１６の圧縮室２０に連通し更に蓄冷
器１７を介して膨張室１９に連通すべく機能する。圧縮
室２０及び膨張室１９には、空気又はヘリウムガス等か
らなる作動ガスが封入されている。

【００１２】而して前記シリンダー１６は、前記機械バ
ネ２２のバネ定数をこのシリンダー１６の外部から調整
できる調整機構２７を設けてある。調整機構２７は、具
体的には、図２に示すように、シリンダー１６の閉塞端
板２５から内部に棒状の螺子部材２８を挿入しこの螺子
部材２８の先端部を機械バネ２２に螺合しこの機械バネ
２２の他端部を伸縮不能とすることで残余の有効伸縮長
Ｘを調整すべく構成してある。更に調整機構２７は、螺
子部材２８の端部に操作摘み２９を設け、この操作摘み
２９を回転させることで螺子部材２８の進退動作を簡単
にすると共に、操作摘み２９の周端部にリング状溝３０
を形成し、このリング状溝３０をシリンダー１６の周端
壁３１に螺合すると共に、この周端壁３１にリング状シ
ール材３２を取り付けて作動ガスの漏洩を防止してある
。また螺子部材２８の螺旋溝２８ａは、機械バネ２２の
内径、線径及びピッチに対応して削設すると共に、リン
グ状溝３０の螺合溝３０ａのピッチとも合致させてある
。

【００１３】前記スターリング冷凍機では、圧縮過程に
おいてピストン１１が上昇すると圧縮室１４の作動ガス
は順次、配管２６、圧縮室２０及び蓄冷器１７等を経て
膨張室１９に送られ、その間に放熱部１５で放熱し更に
蓄冷器１７内で冷却される。この圧縮過程においてはデ
ィスプレーサ１７は作動ガスの圧力と機械バネ２２の弾
性力との相対差により下降する。次に膨張過程において
ピストン１１が反転下降すると負圧に引かれて作動ガス
は膨張室１９内で断熱膨張し更に冷却してディスプレー
サ１７の上部と蓄冷器１７を冷却しながら圧縮室１４に
帰還する。以上のサイクルが繰り返されることで、次第
に蓄冷器１７に冷熱が蓄積され作動ガスが冷却し、結果
として低温部３３に１００〜２０Ｋ（−１７３〜２５３
℃）の極低温が得られるようになる。

【００１４】またスターリング冷凍機では、調整機構２
７を操作して螺子部材２８を進退動作させると、コイル
状機械バネ２２の伸縮不能部分の長さが変化しその変化
分だけ有効伸縮長Ｘも変化してバネ定数が調整されるよ
うになり、よって、ディスプレーサ１７の振動位相差を
前記ピストン１１に対して最適な値に調整できるように
なり、従って、運転条件を変更した場合にもスターリン
グ冷凍機は最大の効率で冷凍能力を発揮するようになる
。

【００１５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成したから、コ
ンプレッサー部の運動振幅や駆動周波数、作動ガスの平
均封入圧力等の運転条件が変更された場合にも、機械バ
ネのバネ定数をシリンダーの外部から簡単に調整するだ
けで、この機械バネで支持されるディスプレーサの振動
位相差を前記コンプレッサー部に対して最適な値に調整
できるようになり、従って、運転条件を変更した場合に
もスターリング冷凍機の冷凍能力を最大限に発揮させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の一実施例の要部の断面図である。

【図３】従来例の構成図である。

【符号の説明】

９　　コンプレッサー部 １６　　シリンダー １７　　ディスプレーサ １９　　膨張室 ２０　　圧縮室 ２２　　機械バネ ２５　　閉塞端板 ２７　　調整機構 ２８　　螺子部材 Ｘ　　有効伸縮長

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ディスプレーサをシリンダーの内部に
   摺動自在に設け、前記シリンダーの両端部に膨張室と圧
   縮室を形成し、この圧縮室の内部に前記ディスプレーサ
   を支持する機械バネを収納すると共に、前記圧縮室にコ
   ンプレッサー部を連通し、このコンプレッサー部と前記
   膨張室との間で作動ガスを往復移動させることで、前記
   膨張室を冷却させてなるものであって、前記機械バネの
   バネ定数を前記シリンダーの外部から調整できる調整機
   構を、前記シリンダーに設けたことを特徴とするスター
   リング冷凍機。
2. 【請求項２】　　前記調整機構は、前記シリンダーの閉
   塞端板から内部に棒状の螺子部材を挿入しこの螺子部材
   の先端部をコイル状機械バネに螺合することでこの機械
   バネの有効伸縮長を調整すべく構成してなることを特徴
   とする請求項１記載のスターリング冷凍機。