JPH0643650Y2 - スターリングサイクル冷凍装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、赤外線センサなどに用いるスターリングサ
イクル冷凍装置に関するものである。

従来の技術 赤外線センサは、例えば、暗闇にいる人物を検出するの
に用いられるが、このセンサの検出部は、シリコン金な
どの赤外線に敏感な材料で形成されている。

ところが、このシリコン金は、極低温例えば、70K近く
の状態の時に最も良く赤外線を検知する性質がある。

そのため、スターリングサイクル冷凍装置により検出部
を極低温に冷却している。

従来のスターリングサイクル冷凍装置は、圧縮ピストン
により圧縮管内のヘリウムガスを圧縮した後、このガス
を蓄冷器のシリンダ内に圧入し、膨張ピストン内を通し
ながら膨張させ、気化熱により蓄冷部を極低温に冷却す
るものである。

考案が解決しようとする問題点 従来例のスターリングサイクル冷凍装置では、クランク
室が大気に開放されており、潤滑用油と圧縮ピストンと
の間には、大気圧しかからない。

そのため、例えば、圧縮シリンダ内に5kg/cm²のヘリウ
ムガスを充填し、10kg/cm²まで圧縮する場合には、初め
に圧縮ピストンに5kg/cm²の圧力を加えて、圧縮シリン
ダの内圧とバランスさせ（以下、バランス行程という）
た後に、5kg/cm²から10kg/cm²までの圧縮行程に入るこ
とになる。

従って、圧縮行程までのエネルギー、即ちバランス行程
におけるエネルギーが無駄なものとなる。

又、圧縮器のシリンダからヘリウムガスなどが漏出する
と、そのガスはクランク室を介して大気中に放出される
ので危険である。

この考案は、上記事情に鑑み、圧縮ピストンの駆動エネ
ルギーの節約を図ると共に、ガス漏れなどによる危険を
防止することを目的とする。

問題点を解決するための手段 この考案は、クランク室の上面をシリンダ形成盤で覆っ
て密閉し、該シリンダ形成盤に互いに連通する圧縮器の
圧縮シリンダと蓄冷器の膨張シリンダとを平行に配設
し、前記両シリンダにそれぞれピストンを嵌着し、該両
ピストンをクランク室内に突出した駆動軸にクランクを
介してそれぞれ接続したスターリングサイクル冷凍装置
であって、前記クランク室内は圧縮ピストンが下死点に
ある時の圧縮シリンダ内圧と同圧であり、又、前記シリ
ンダ形成盤に両シリンダを冷却するための放熱手段が設
けられていることを特徴とするスターリングサイクル冷
凍装置により、前記目的を達成しようとするものであ
る。

作用 クランク室の気体圧力を圧縮ピストンのシリンダの内圧
と等圧にし、圧縮ピストンを往復動させると、シリンダ
内では、ヘリウムガスの圧縮吸入が繰り返される。

この圧縮ピストンは、下死点の時には、クランク室の気
体圧力により押圧されているので、圧縮ピストンに加え
られるエネルギーは、全て圧縮行程に利用できる。

実施例 この考案の一実施例を添附図面により説明すると、スタ
ーリングサイクル冷凍装置１のクランク室２の上面にシ
リンダ形成盤100を被せて密閉する。このシリンダ形成
盤100には互いに連通する圧縮器３の圧縮シリンダ3aと
蓄冷器４の膨張シリンダ15とが平行に配設されている。
前記シリンダ3a、15には、圧縮ピストン７、膨張ピスト
ン９がそれぞれ嵌着されている。又シリンダ形成盤100
には前記両シリンダ3a、15を取り囲む様に冷却フィン10
1が設けられている。

クランク室２には、ベアリング５により支持された回転
シャフト６が設けられ、このシャフト６には、第１クラ
ンク８と第２クランク10が連結されている。

第１クランク８は、圧縮器３の圧縮ピストン７に連結さ
れ、又、第２クランク10は、蓄冷器４の膨張ピストン９
に連結されている。

圧縮器３のシリンダ3aは、クランク室２と連続してお
り、又、クランク室２は、覆板2a,2bにより密閉され、
その下部には、潤滑用油2cが注入されている。

クランク室２の空間部2dには、ピストン７を押圧するた
めの圧力気体、例えば、ヘリウムガスが封入されてい
る。

このヘリウムガスは、5kg/cm²のガス圧であり、シリン
ダ3a内のガス圧と同圧である。

回転シャフト６により第１クランク８が駆動すると、圧
縮ピストン７がシリンダ3a内を往復動し、ガスの圧縮行
程と吸入行程を繰り返す。

そして、圧縮行程によりシリンダ3a内のガス圧が5kg/cm
²から10kg/cm²に圧縮されると、この圧縮ガスは連通口1
2aを通り、膨張ピストン９のシリンダ15に入り、通孔2
3,膨張部19,通孔31を通りながら膨張し、気化熱により
蓄冷部15aが冷却される。

蓄冷部15aが冷却されると赤外線センサの検知部15bは、
極低温、例えば、70K近くに冷却され、窓11から入る赤
外線を検出し、リード線引出口12のリード線に信号を送
る。

蓄冷材30を内蔵する膨張ピストン９は、第１クランク８
と57度ずれて回転する第２クランク10によりシリンダ15
内を往復動するが、このシリンダ15の外周は、外部熱を
遮断するため、真空室20に覆われている。

以上のようにして、蓄冷部15aは、冷却されるが、最も
大きなエネルギーを必要とする圧縮行程において、圧縮
ピストン７は、常にクランク室２内のヘリウムガスによ
り上方に押圧されているので、シリンダ3a内のガスを5k
g/cm²から10kg/cm²まで圧縮できるエネルギーがあれば
足りる。

又、シリンダ3a内のヘリウムガスが漏れてもクランク室
２に溜まり、外部に漏出することはない。

考案の効果 この考案は、以上のように、圧縮ピストンのクランク室
を密閉すると共に、該クランク室に圧縮ピストンを押圧
する圧力気体を封入したので、クランク室の圧力気体を
シリンダ内の気体と同圧にすると、圧縮ピストンが下死
点にある時には、圧縮ピストンは常にバランスしてい
る。

従って、従来例のようにバランス行程が不要となるの
で、圧縮行程に要するエネルギーを節約することができ
る。

又、クランク室は密閉されているので、シリンダ内のガ
スが漏れてもクランク室内に溜まる。

従って、該ガスは、クランク室外に漏出しないので危険
がない。

又、シリンダ形成盤に圧縮シリンダと膨張シリンダを配
設し、それらのピストンをクランク室内に突出した駆動
軸にクランクを介してそれぞれ接続したので一つの駆動
軸で二つのピストンを駆動できる。

そのため装置の小型化を図ることができる。又シリンダ
形成盤に両シリンダを冷却するための放熱手段を設けた
ので、シリンダの昇温を防止することができるととも
に、圧縮シリンダ内の圧縮ガスも冷却されるので冷却効
率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例を示す縦断面図である。 １……スターリングサイクル冷凍装置 ２……クランク室 ７……圧縮ピストン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】クランク室の上面をシリンダ形成盤で覆っ
   て密閉し、該シリンダ形成盤に互いに連通する圧縮器の
   圧縮シリンダと蓄冷器の膨張シリンダとを平行に配設
   し、前記両シリンダにそれぞれピストンを嵌着し、該両
   ピストンをクランク室内に突出した駆動軸にクランクを
   介してそれぞれ接続したスターリングサイクル冷凍装置
   であって、前記クランク室内は圧縮ピストンが下死点に
   ある時の圧縮シリンダ内圧と同圧であり、又、前記シリ
   ンダ形成盤に両シリンダを冷却するための放熱手段が設
   けられていることを特徴とするスターリンクサイクル冷
   凍装置。