JPH043857A - 熱力学往復動冷凍機 - 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） 本発明はフロンガスを使用しない冷凍機、即ちスターリ
ングサイクル冷凍機或いはヴイユミエ（Ｖｕｌｌｌｅｕ
ｍｉｅｒ　）サイクル冷凍機として用いられる熱力学往
復動冷凍機に関するものである。

（従来の技術） 従来、ガスサイクルの中に二つの等温変化と二つの等容
度化よりなるスターリングサイクルを利用したスターリ
ングエンジンが知られており、このスターリングサイク
ルを逆サイクルにするときはスターリングサイクル冷凍
機となる。

この種のスターリングサイクル冷凍機は、ディスプレー
サーピストンが往復動自在に収容されたディスプレーサ
ーシリンダと、パワーピストンが往復動自在に収容され
たパワーシリンダと、ディスプレーサーシリンダとパワ
ーシリンダに連通し各シリンダ間に作動ガスを流通させ
るガス流通管と、ディスプレーサーピストンとパワーピ
ストンとをクランク機構に連結するそれぞれ別個の連結
手段を介して所定の位相差で駆動するモータとを備え、
モータの駆動によりディスプレーサーシリンダ側に吸熱
作用を生ぜしめるものである。

このように、スターリングサイクル冷凍機においてはデ
ィスプレーサーピストン及びパワーピストンにより作動
ガスの等温・等容度化を作り出しているが、この作動ガ
スの変化を２個のディスプレーサーピストンにより作り
出すのがヴイユミエサイクル冷凍機である。

このヴイユミエサイクル冷凍機は、第１ディスプレーサ
ーピストンが往復動自在に収容された第１ディスプレー
サーシリンダと、第２ディスプレーサーピストンが往復
動自在に収容された第２ディスプレーサーシリンダと、
各デイスプレーサシリンダの相互に連通し各ディスプレ
ーサーシリンダ間に作動ガスを流通させるガス流通管と
、各ディスプレーサーピストンをクランク機構に連結す
るそれぞれ別個の連結手段を介して所定の位相差で駆動
する駆動手段とを備え、駆動手段の駆動により該各ディ
スプレーサーシリンダ側に吸熱作用を生ぜしめるもので
ある。

また、別にスターリングサイクル小型クランクレス超低
温冷凍機において、クランクと隔離されたディスプレー
サーピストンの後部に中間圧力室を置き、クランク駆動
のパワーピストンにより生ずる作動ガスの圧力上昇及び
降下だけによってディスプレーサーピストンを往復動さ
せるものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のうち前二者のいずれの冷凍機にあ
っても、モータの回転力を各ピストンに伝達する連結手
段がクランク機構に連結する剛性のロッドにて構成され
ているため、吸熱作用即ち冷却効果を生ずるディスプレ
ーサーシリンダの位置や姿勢に制限があり、被冷却部分
に対してこのディスプレーサーシリンダを任意に設置す
ることができないという問題点を有していた。

また、ヴイユミエサイクル冷凍機にあっては、一方のデ
ィスプレーサーピストン及びシリンダが作動ガスの圧力
変動を作り出すため大型のものを使用する場合があるが
、このようなときロッドを介してディスプレーサーピス
トンに加わる力の方向とシリンダの設置方向との間に誤
差を有するときは、その間で生ずる摩擦振動が著しく大
きくなり、その性能を十分に発揮することができないと
いう問題点を有していた。

更に、後者の小型クランクレス超低温冷凍機の場合は、
その構造が極めて簡単であるが、ディスプレーサーピス
トンにシールリングが必要となって、そのため運動に過
大な位相遅れが生じ、かつ、衝撃音を生ずるという欠点
を有していた。

本発明の目的は前記従来の問題点に鑑み、冷却効果を生
ずるディスプレーサーシリンダを任意の位置と姿勢で配
置でき、また、ディスプレーサーピストンの往復動を、
正確な位相運動を保って、円滑かつ静粛に運動させるこ
とができる熱力学往復動冷凍機を提供することある。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するため、請求項（１）の発明
は、ディスプレーサーピストンが往復動自在に収容され
たディスプレーサーシリンダと、パワーピストンが往復
動自在に収容されたパワーシリンダと、該ディスプレー
サーシリンダと該パワーシリンダに連通し該各シリンダ
間に作動ガスを流通させるガス流通管と、該ディスプレ
ーサーピストンと該パワーピストンとをクランク機構に
連結するそれぞれ別個の連結手段を介して所定の位相差
で駆動する駆動手段とを備え、該駆動手段の駆動により
該ディスプレーサーシリンダ側に吸熱作用を生ぜしめる
熱力学往復動冷凍機において、前記ディスプレーサーシ
リンダと前記パワーシリンダとを別個に設けるとともに
、前記ディスプレーサーピストンと前記駆動源とを連結
する連結手段を可撓性部材で形成したことを特徴とする
請求項（２）の発明は、第１ディスプレーサーピストン
が往復動自在に収容された第１ディスプレーサーシリン
ダと、第２ディスプレーサーピストンが往復動自在に収
容された第２ディスプレーサーシリンダと、該各ディス
プレーサーシリンダの相互に連通し該各ディスプレーサ
ーシリンダ間に作動ガスを流通させるガス流通管と、該
各ディスプレーサーピストンをクランク機構に連結する
それぞれ別個の連結手段を介して所定の位相差で駆動す
る駆動手段とを備え、該駆動手段の駆動により該各ディ
スプレーサーシリンダ側に吸熱作用を生ぜしめる熱力学
往復動冷凍機において、前記各ディスプレーサーシリン
ダを別個に設けるどともに、前記各ディスプレーサーピ
ストンと前記駆動源とを連結する連結手段に少なくとも
一方を可撓性部材で形成したことを特徴とする 請求項（３）の発明は、請求項（１）或いは請求項（２
）の熱力学往復動冷凍機において、可撓性部材で形成さ
れた連結手段をガス流通管内に配置したことを特徴とす
る。

（作　用） 請求項（１）の発明によれば、ディスプレーサーシリン
ダとパワーシリンダとを別個に設けるとともに、ディス
プレーサーピストンと駆動源とを連結する連結手段を可
撓性部材で形成したから、吸熱作用即ち冷却効果を有す
るディスプレーサーシリンダを駆動源から離隔した被冷
却部分に配置することができる。また、連結部材を介し
てディスプレーサーピストンに加わる力の方向とシリン
ダの設置方向との間に誤差を有する場合においても、こ
の誤差が連結部材にて吸収される。

請求項（２）の発明によれば、各ディスプレーサーシリ
ンダを別個に設けるとともに、各ディスプレーサーピス
トンと駆動源とを連結する連結手段の少なくとも一方を
可撓性部材で形成したから、可撓性の連結手段に連結す
るディスプレーサーピストンを請求項（１）の発明と同
様に駆動源から隔離した被冷却部分に配置することがで
きるし、また、ディスプレーサーピストンとシリンダと
の間に生ずる誤差もこの連結部材により吸収される。

請求項（３）の発明によれば、可撓性部材で形成された
連結手段をガス流通管内に配置しているから、この連結
手段固有の配置スペースが不要となる。

（実施例） 第１図は本発明に係る熱力学往復動冷凍機、例えばスタ
ーリンダサイクル冷凍機を赤外線センサ装置に使用した
例を示すものである。

図中、１はパワーシリンダ、２はデイスプレサージリン
ダである。このパワーシリンダ１内にはパワーピストン
３が往復動自在に収容され、また、ディスプレーサーシ
リンダ２内にはディスプレーサーピストン４が往復動自
在に収容されている。このパワーシリンダ１内にはキャ
ンドモータ５に連結するクランク機構６が配置され、こ
のクランク機構６に連結するパワーピストンロッド７に
てパワーピストン３が上下に往復動する。また、ディス
プレーサーピストン４はその内部に再生熱交換器８が設
けられ、この再生熱交換器８を介してディスプレーサー
シリンダ２のヘッド側の吸熱空間９と底側の放熱空間１
０とを連通させている。

更にディスプレーサーシリンダ２の外周面の吸熱空間９
側には吸熱フィン１１を突設し、放熱空間１０側には放
熱フィン１２を突設している。

１３は可撓性樹脂にて形成されたガス流通管で、パワー
シリンダ１のヘッド側とディスプレーサーシリンダ２の
放熱空間１０に連通し、各シリンダ１．２間で封入され
た作動ガスが流通するようになっている。

１４は可撓性の連結ワイヤで、多数本のスチールワイヤ
を束ねたもの或いは可撓性の樹脂棒にて形成されている
。この連結ワイヤ１４の一端はディスプレーサーピスト
ン４の底に、他端はガイドロッド１５及びディスプレー
サーピストンロッド１６を介してクランク機構６にそれ
ぞれ連結しており、キャンドモータ５の駆動によりディ
スプレーサーピストン４がディスプレーサーシリンダ２
内を往復動する。また、この連結ワイヤ１４は可撓性の
ワイヤ保持管１７内に配置され、このワイヤ保持管１７
はパワーシリンダ１とディスプレーサーシリンダ２とに
連結している。尚、１８はシール部材で、ワイヤ保持管
１７及びパワーシリンダ１のクランク室への作動ガスの
侵入を防止しているに のように、パワーピストン３及びディスプレーサーピス
トン４はキャンドモータ５により往復動するが、その各
ピストン３，４の位相差は逆スターリングサイクルを構
成するように設定されている。即ち、パワーピストン３
の往復動により生ずる圧力変動により作動ガスが再生熱
交換器８を流通し、吸熱空間９では吸熱フィン１１を介
して外部から熱を吸収し、放熱空間１０では放熱フィン
１２を介して外部にこの熱を放出するようになっている
。

１９は赤外線センサ装置で、断熱室２０の一面にガリウ
ムひ素赤外線すンサ２１を取付けている。

また、この断熱室２０内にはディスプレーサーピストン
４の吸熱部分が配置されている。

本実施例によれば、キャンドモータ５の駆動によりクラ
ンク機構６及びパワーピストンロッド７を介してパワー
ピストン３が往復動し、作動ガスの圧力を変動させ、作
動ガスをディスプレーサーピストン４の再生熱交換器８
内に流通させる。他方、このキャンドモータ５の駆動力
はクランク機構６、ディスプレーサーピストンロッド１
６、ガイドロッド１５及び連結ワイヤ１４を介してディ
スプレーサーピストン４に伝達され、このディスプレー
サーピストン４を往復動させる。

このような再生熱交換器８内への作動ガスの流通及びデ
ィスプレーサーピストン４の吸熱空間９及び放熱空間ｌ
Ｏへの往復動により、赤外線センサ装置１９内の断熱空
間が冷却され、更に、断熱空間内の熱が外部に放出され
る。

また、パワーシリンダ１とディスプレーサーシリンダ２
が別個に配置され、かつ、このディスプレーサーシリン
ダ２とキャンドモータ５が可撓性の連結ワイヤ１４によ
り連結しているから、このディスプレーサーシリンダ２
を任意の位置に設置することができる。更に、ディスプ
レーサーシリンダ２の設置方向とディスプレーサーピス
トン４の駆動方向の誤差がこの可撓性の連結ワイヤ１４
により吸収されるため、ディスプレーサーピストン４が
円滑に往復動することとなる。

第２図はスターリンダサイクル冷凍機を冷却庫に使用し
た例を示すものである。図中、３０はパワーシリンダ、
３１はディスプレーサーシリンダである。各シリンダ３
０．３１にはそれぞれパワーピストン３２とディスプレ
ーサ−３３が往復動自在に収容されている。このパワー
ピストン３２はパワーピストンロッド３４を介してクラ
ンク機構３５に連結し、このクランク機構３５に連結す
るキャンドモータ３６により往復動する。他方、ディス
プレーサーピストン３３はその内部に再生熱交換器３７
を設けるとともに、可撓性の連結ワイヤ３８、ガイドロ
ッド３９及びディスプレーサーピストンロッド４０を介
してクランク機構３５に連結し、これにより、ディスプ
レーサーシリンダ３１内の吸熱空間４１及び放熱空間４
２を往復動する。尚、各ピストン３２．３３の位相差は
逆スターリングサイクルを構成するよう設定されている
。

４３は連結ワイヤ３８を包囲する可撓性のワイヤ保持管
で、その一端をパワーシリンダ３０のヘッド側に、また
、他端をディスプレーサーシリンダ３１の底にそれぞれ
貫通させ、両端をスペーサ４４を介して各シリンダ３０
．３１に固定している。

４５は可撓性のガス流通管で、ワイヤ保持管４３を所定
間隔をおいて覆いその端をそれぞれパワーシリンダ３０
のヘッド側とディスプレーサーシリンダ３１の底に連通
させている。

４６は断熱性の冷却庫で、基台４７とこの基台４７に着
脱自在に設置された筒体４８とを有している。この筒体
４８の上部開口にはシール部材４９を介してディスプレ
ーサーシリンダ３１が着脱自在に取付けられ、このディ
スプレーサーシリンダ３１の吸熱空間４１側を筒体４８
内に配置している。

この実施例によれば、キャンドモータ３６の駆動により
パワーピストン３２及びディスプレーサーピストン３３
が駆動し、逆スターリングサイクルにより冷却庫４６内
の冷却が行われ、また、連結ワイヤ３８が可撓性を有す
るから、ディスプレーサーピストン３３が円滑に動作す
る。更に連結ワイヤ３８がガス流通管４５内に配置され
ているから、このガス流通管４５が連結ワイヤ３８の配
置スペースと兼用となっており、連結ワイヤ３８固有の
配置スペースを要しない。

第３図はヴイユミエサイクル冷凍機を車両の冷房装置と
して使用した例を示すものである。図中、５０ａ、５０
ｂは第１及び第２ディスプレーサーシリンダ、５１ａ、
５１ｂは各ディスプレーサーシリンダ５０ａ、５０ｂ内
に往復動自在に収容されたディスプレーサーピストンで
ある。この第１ディスプレーサーピストン５１ａはガイ
ドロッド５２ａ及びディスプレーサーピストンロッド５
３ａを介してクランク機構５４に連結している。他方、
第２ディスプレーサーピストン５１ｂは可撓性の連結ワ
イヤ５５、ガイドロッド５２ｂ及びディスプレーサーピ
ストンロッド５３ｂを介してクランク機構５４に連結し
ている。

この各ディスプレーサーピストン５１ａ、５１ｂはキャ
ンドモータ５６の駆動により各ディスプレーサーシリン
ダ５０ａ、５０ｂ内の吸熱空間５７ａ、５７ｂと放熱空
間５８ａ、５８ｂとを往復動する。また、各ディスプレ
ーサーピストン５１ａ、５１ｂ内に再生熱交換器５９ａ
、５９ｂを設け、各空間５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８
ｂ内の作動ガスが各再生熱交換器５９ａ、５９ｂを介し
て流通するようになっている。また、第１ディスプレー
サーシリンダ５０ａの吸熱空間５７ａ側は車両の空調通
路Ａ内に配置し、第２デイスプレサージリンダ５０ｂの
吸熱空間５７ｂ側をエンジンの排気ガス通路Ｂ内に配置
している。他方、各ディスプレーサーシリンダ５０ａ、
５０ｂの放熱空間５８ａ、５８ｂ側は冷却水路６０内に
位置している。また、この冷却水路６０内には各放熱空
間５８ａ、５８ｂ間に連通ずるガス流通管６１が配置さ
れている。

尚、６２は連結ワイヤ５５を覆う可撓性のワイヤ保持管
で、第２ディスプレーサーシリンダ５０ｂの放熱空間５
８ｂとクランク機構５４のクランク室に連結している。

６３はシール部材で、このワイヤ保持管６２及びクラン
ク室内への作動ガスの侵入を防止している。

本実施例によれば、キャンドモータ５６の駆動により連
結ワイヤ５５等を介して第２ディスプレーサーピストン
５１ｂが吸熱空間５７ｂと放熱空間５８ｂとを往復動す
る。このとき、吸熱空間５７ｂが排気ガスにより加熱さ
れ作動ガスが膨張する一方、この作動ガスの熱が放熱空
間５８ｂにて冷却水槽６０内に放熱され収縮する。この
作動ガスの膨張、収縮により作動ガスに圧力変動が生ず
る。即ち、この第２ディスプレーサーピストン５１ｂは
スターリングサイクル冷凍機のパワーピストンとしての
機能を持っている。

他方、キャンドモータ５６の駆動により第１ディスプレ
ーサーピストン５１ａも吸熱空間５７ａと放熱空間５８
ａとの間を往復動している。この第１ディスプレーサー
ピストン５１ａの往復動と作動ガスの圧力変動により、
空調通路Ａ内の空調用空気が冷却され、この空調用空気
の熱が冷却水槽６０内に放熱される。

このように、本実施例に係るヴイユミエサイクル冷凍機
により車両の冷房が行われるし、また、第２ディスプレ
ーサーピストン５１ｂの連結手段が可撓性の連結ワイヤ
５５により構成されているから、前記各実施例のスター
リングサイクル冷凍機と同様に、この第２ディスプレー
サーピストン５１ｂが円滑に動作することとなる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）（２）の発明によれ
ば、可撓性部材で形成された連結手段に連結するディス
プレーサーピストンとこのディスプレーサーピストンを
収容するディスプレーサーシリンダとを任意の位置に設
置することができるため、設置自由度が大きくなるし、
また、このディスプレーサーピストンが円滑に駆動する
という利点を有する。

請求項（３）の発明によれば、可撓性部材で形成された
連結手段をガス流通管内に配置しているから、この連結
手段固有の配置スペースが不要となるという利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はスターリングサイクル冷凍機の一例を示す断面
図、第２図はスターリングサイクル冷凍機の他の例を示
す断面図、第３図はヴイユミエサイクル冷凍機の一例を
示す断面図である。 図中、１．３０・・・パワーシリンダ、２，３１゜５０
ａ、５０ｂ・・・ディスプレーサーシリンダ、３゜３２
・・・パワーピストン、４．３３．５１ａ、５１ｂ・・
・ディスプレーサーピストン、５，３６．５６゜・・・
キャンドモータ、６．３５．５４・・・クランク機構、
１３，４５．６１・・・ガス流通管、１４．３８゜５５
・・・連結ワイヤ。 特許出願人　　　サンデン株式会社 （他１名） 代理人　弁理士　　　吉　１）精　孝 パワーピストン ディスプレーサ−ピストン クランク機構 キャンドモータ 第 因 冷却庫 つ°イユミエサイクル冷凍機の一例を示す断面図筒３　
図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディスプレーサーピストンが往復動自在に収容さ
   れたディスプレーサーシリンダと、パワーピストンが往
   復動自在に収容されたパワーシリンダと、該ディスプレ
   ーサーシリンダと該パワーシリンダに連通し該各シリン
   ダ間に作動ガスを流通させるガス流通管と、該ディスプ
   レーサーピストンと該パワーピストンとをクランク機構
   に連結するそれぞれ別個の連結手段を介して所定の位相
   差で駆動する駆動手段とを備え、該駆動手段の駆動によ
   り該ディスプレーサーシリンダ側に吸熱作用を生ぜしめ
   る熱力学往復動冷凍機において、 前記ディスプレーサーシリンダと前記パワーシリンダと
   を別個に設けるとともに、前記ディスプレーサーピスト
   ンと前記駆動源とを連結する連結手段を可撓性部材で形
   成した ことを特徴とする熱力学往復動冷凍機。
2. （２）第１ディスプレーサーピストンが往復動自在に収
   容された第１ディスプレーサーシリンダと、第２ディス
   プレーサーピストンが往復動自在に収容された第２ディ
   スプレーサーシリンダと、該各ディスプレーサーシリン
   ダの相互に連通し該各ディスプレーサーシリンダ間に作
   動ガスを流通させるガス流通管と、該各ディスプレーサ
   ーピストンをクランク機構に連結するそれぞれ別個の連
   結手段を介して所定の位相差で駆動する駆動手段とを備
   え、該駆動手段の駆動により該各ディスプレーサーシリ
   ンダ側に吸熱作用を生ぜしめる熱力学往復動冷凍機にお
   いて、 前記各ディスプレーサーシリンダを別個に設けるととも
   に、前記各ディスプレーサーピストンと前記駆動源とを
   連結する連結手段の少なくとも一方を可撓性部材で形成
   した ことを特徴とする熱力学往復動冷凍機。
3. （３）可撓性部材で形成された連結手段をガス流通管内
   に配置した ことを特徴とする請求項（１）又は請求項（２）記載の
   熱力学往復動冷凍機。