JPH11287526A - スターリング冷凍機 - Google Patents
スターリング冷凍機Info
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- JPH11287526A JPH11287526A JP10849198A JP10849198A JPH11287526A JP H11287526 A JPH11287526 A JP H11287526A JP 10849198 A JP10849198 A JP 10849198A JP 10849198 A JP10849198 A JP 10849198A JP H11287526 A JPH11287526 A JP H11287526A
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- regenerator
- working gas
- refrigerator
- expansion
- compression
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-
- 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
- F25B2309/003—Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator
-
- 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
- F25B2309/14—Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used
- F25B2309/1422—Pulse tubes with basic schematic including a counter flow heat exchanger instead of a regenerative heat exchanger
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 蓄熱式再生器以外の再生器を用いることがで
きるスターリング冷凍機を提供する。 【解決手段】 一対の冷凍機ユニット１ａ、１ｂで構成
され、一方の冷凍機ユニット１ａと他方の冷凍機ユニッ
ト１ｂとを１８０゜の位相差をもたせて駆動するスター
リング冷凍機において、一方の冷凍機ユニット１ａの再
生器と他方の冷凍機ユニット１ｂの再生器とを一体的に
接合し、一体的に接合させた再生器で一方の冷凍サイク
ルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガスとを交差
又は対向差せた。このようにして蓄熱式再生器以外の再
生器を用いることができるようにしたため、再生器１１
の通気抵抗が小さく、熱再生サイクルの時定数も小さい
ので、高速運転が可能となり、単位重量当りの冷凍出力
が向上する。
きるスターリング冷凍機を提供する。 【解決手段】 一対の冷凍機ユニット１ａ、１ｂで構成
され、一方の冷凍機ユニット１ａと他方の冷凍機ユニッ
ト１ｂとを１８０゜の位相差をもたせて駆動するスター
リング冷凍機において、一方の冷凍機ユニット１ａの再
生器と他方の冷凍機ユニット１ｂの再生器とを一体的に
接合し、一体的に接合させた再生器で一方の冷凍サイク
ルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガスとを交差
又は対向差せた。このようにして蓄熱式再生器以外の再
生器を用いることができるようにしたため、再生器１１
の通気抵抗が小さく、熱再生サイクルの時定数も小さい
ので、高速運転が可能となり、単位重量当りの冷凍出力
が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はスターリング冷凍
機に関する。
機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、スターリング冷凍機は、スターリ
ングエンジンの逆サイクルとして知られており、自然ガ
ス（ヘリウム、窒素ガス等）を冷媒とするため環境に無
害であること、理論効率がフロンサイクルより高くカル
ノー効率に等しいこと、比較的構造が簡単であること及
び極低温が作り易いこと等の点で優れている。
ングエンジンの逆サイクルとして知られており、自然ガ
ス（ヘリウム、窒素ガス等）を冷媒とするため環境に無
害であること、理論効率がフロンサイクルより高くカル
ノー効率に等しいこと、比較的構造が簡単であること及
び極低温が作り易いこと等の点で優れている。
【０００３】図４は従来のスターリング冷凍機の構造を
示す概念図である。
示す概念図である。
【０００４】このスターリング冷凍機４０１は、作動ガ
スの圧縮室を構成する圧縮シリンダ４０３ｂと、圧縮シ
リンダ４０３ｂ内を往復移動する圧縮ピストン４０４ｂ
と、作動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダ４０３ａ
と、膨張シリンダ４０３ａ内を往復移動する膨張ピスト
ン４０４ａと、圧縮ピストン４０４ｂと膨張ピストン４
０４ａとを９０°の位相差をもたせて駆動する駆動機構
４０２とを備えてる。
スの圧縮室を構成する圧縮シリンダ４０３ｂと、圧縮シ
リンダ４０３ｂ内を往復移動する圧縮ピストン４０４ｂ
と、作動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダ４０３ａ
と、膨張シリンダ４０３ａ内を往復移動する膨張ピスト
ン４０４ａと、圧縮ピストン４０４ｂと膨張ピストン４
０４ａとを９０°の位相差をもたせて駆動する駆動機構
４０２とを備えてる。
【０００５】膨張ピストン４０４ａ、圧縮ピストン４０
４ｂはピストンロッド４０５ａ，４０５ｂでクランク軸
４０６に連結されている。
４ｂはピストンロッド４０５ａ，４０５ｂでクランク軸
４０６に連結されている。
【０００６】圧縮シリンダ４０３ｂは連通管４０８ｂを
介して高温側熱交換器４１０に、膨張シリンダ４０３ａ
は連通管４０８ａを介して低温側熱交換器４０９にそれ
ぞれ接続されている。低温側熱交換器４０９と高温側熱
交換器４１０との間には再生器４１１が介在している。
介して高温側熱交換器４１０に、膨張シリンダ４０３ａ
は連通管４０８ａを介して低温側熱交換器４０９にそれ
ぞれ接続されている。低温側熱交換器４０９と高温側熱
交換器４１０との間には再生器４１１が介在している。
【０００７】クランク軸４０６が回転すると、膨張室４
０７ａ及び圧縮室４０７ｂ内の作動ガスが低温側熱交換
器４０９、高温側熱交換器４１０及び再生器４１１内を
往復移動する。
０７ａ及び圧縮室４０７ｂ内の作動ガスが低温側熱交換
器４０９、高温側熱交換器４１０及び再生器４１１内を
往復移動する。
【０００８】低温側熱交換器４０９では作動ガスが膨張
して冷却され、高温側熱交換器４１０では作動ガスが圧
縮されて加熱される。
して冷却され、高温側熱交換器４１０では作動ガスが圧
縮されて加熱される。
【０００９】圧縮室４０７ｂの高温の作動ガスが再生器
４１１を通過するとき、作動ガスの熱が奪われ、冷やさ
れた作動ガスが膨張室４０７ａに流入し、膨張室４０７
ａの低温の作動ガスが再生器４１１を通過するとき、蓄
熱された再生器４１１から熱を奪い、暖められた作動ガ
スが圧縮室４０７ｂに流入する。
４１１を通過するとき、作動ガスの熱が奪われ、冷やさ
れた作動ガスが膨張室４０７ａに流入し、膨張室４０７
ａの低温の作動ガスが再生器４１１を通過するとき、蓄
熱された再生器４１１から熱を奪い、暖められた作動ガ
スが圧縮室４０７ｂに流入する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このスター
リング冷凍機４０１では、膨張シリンダ４０３ａ、圧縮
シリンダ４０３ｂが図４に示すようにＬ字形を形成する
ように配置されているので、冷凍機が大型化するという
問題があった。
リング冷凍機４０１では、膨張シリンダ４０３ａ、圧縮
シリンダ４０３ｂが図４に示すようにＬ字形を形成する
ように配置されているので、冷凍機が大型化するという
問題があった。
【００１１】小型化を図り得る従来のスターリング冷凍
機としては、図５に示す４筒水平対向型のスターリング
冷凍機が知られている。
機としては、図５に示す４筒水平対向型のスターリング
冷凍機が知られている。
【００１２】図５は従来の４筒水平対向型スターリング
冷凍機の冷凍機ユニットの構造を示す概念図、図６は図
５の冷凍機ユニットを２つ使ったスターリング冷凍機を
示す図、図７は図６のスターリング冷凍機の作動ガスの
流れを説明するための説明図である。
冷凍機の冷凍機ユニットの構造を示す概念図、図６は図
５の冷凍機ユニットを２つ使ったスターリング冷凍機を
示す図、図７は図６のスターリング冷凍機の作動ガスの
流れを説明するための説明図である。
【００１３】このスターリング冷凍機は、２組の冷凍機
ユニット５０１ａ，５０１ｂで構成されている。２組の
冷凍機ユニット５０１ａ，５０１ｂは互いに１８０°の
位相差をもって駆動され、各ユニット５０１ａ，５０１
ｂがそれぞれ独立した冷凍サイクルを構成する。
ユニット５０１ａ，５０１ｂで構成されている。２組の
冷凍機ユニット５０１ａ，５０１ｂは互いに１８０°の
位相差をもって駆動され、各ユニット５０１ａ，５０１
ｂがそれぞれ独立した冷凍サイクルを構成する。
【００１４】各冷凍機ユニット５０１ａ，５０１ｂは、
圧縮シリンダ５０３ｂ、圧縮ピストン５１２ｂ、膨張シ
リンダ５０３ａ、膨張ピストン５１２ａ、高温側熱交換
器５１０ａ，５１０ｂ、低温側熱交換器５０９ａ，５０
９ｂ、再生器５１１ａ，５１１ｂ及び駆動機構５０２を
備えている。
圧縮シリンダ５０３ｂ、圧縮ピストン５１２ｂ、膨張シ
リンダ５０３ａ、膨張ピストン５１２ａ、高温側熱交換
器５１０ａ，５１０ｂ、低温側熱交換器５０９ａ，５０
９ｂ、再生器５１１ａ，５１１ｂ及び駆動機構５０２を
備えている。
【００１５】膨張シリンダ５０３ａと圧縮シリンダ５０
３ｂとは、駆動機構５０２の一部を構成するクランクシ
ャフト５０６を挟んで、互いに水平対向配置されてい
る。圧縮ピストン５１２ｂと膨張ピストン５１２ａとは
９０°の位相差をもたせて駆動される。
３ｂとは、駆動機構５０２の一部を構成するクランクシ
ャフト５０６を挟んで、互いに水平対向配置されてい
る。圧縮ピストン５１２ｂと膨張ピストン５１２ａとは
９０°の位相差をもたせて駆動される。
【００１６】膨張シリンダ５０３ａの膨張室５０７ａは
連通管５０８ａを介して低温側熱交換器５０９ａに、圧
縮シリンダ５０３ｂの圧縮室５０７ｂは連通管５０８ｂ
を介して高温側熱交換器５１０ａにそれぞれ接続されて
いる。
連通管５０８ａを介して低温側熱交換器５０９ａに、圧
縮シリンダ５０３ｂの圧縮室５０７ｂは連通管５０８ｂ
を介して高温側熱交換器５１０ａにそれぞれ接続されて
いる。
【００１７】上述のように冷凍機ユニット５０１ａ，５
０１ｂは互いに１８０°の位相差をもって駆動されるの
で、一方の冷凍機ユニット５０１ｂで高温側から低温側
へ作動ガスが送られるとき、他方の冷凍機ユニット５０
１ａでは低温側から高温側へ作動ガスが送られる（図７
（ａ）参照）。
０１ｂは互いに１８０°の位相差をもって駆動されるの
で、一方の冷凍機ユニット５０１ｂで高温側から低温側
へ作動ガスが送られるとき、他方の冷凍機ユニット５０
１ａでは低温側から高温側へ作動ガスが送られる（図７
（ａ）参照）。
【００１８】また、一方の冷凍機ユニット５０１ｂで低
温側から高温側へ作動ガスが送られるとき、他方の冷凍
機ユニット５０１ａでは高温側から低温側へ作動ガスが
送られる（図７（ｂ）参照）。
温側から高温側へ作動ガスが送られるとき、他方の冷凍
機ユニット５０１ａでは高温側から低温側へ作動ガスが
送られる（図７（ｂ）参照）。
【００１９】作動ガスが高温側から低温側へ送られると
き（白矢印）、再生器５１１ａ，５１１ｂは作動ガスの
熱を奪ってその熱を一時的に蓄える。作動ガスが低温側
から高温側へ送られるとき（黒矢印）、再生器５１１
ａ，５１１ｂは作動ガスに熱を与える。
き（白矢印）、再生器５１１ａ，５１１ｂは作動ガスの
熱を奪ってその熱を一時的に蓄える。作動ガスが低温側
から高温側へ送られるとき（黒矢印）、再生器５１１
ａ，５１１ｂは作動ガスに熱を与える。
【００２０】このスターリング冷凍機では、再生器とし
て、＃２００メッシュ程度の金網を積層したものや、多
孔質の金属材料等の蓄熱式再生器を用いなければならな
いが、作動ガスの通気抵抗が大きいことや蓄熱作用の時
定数が大きいこと等の不利があるので、高速運転によっ
て機関性能の向上を図ることは困難であり、また、金網
の目詰りを起こし易いことや、不純物の付着による伝熱
特性の低下が大きいことから潤滑油の作動ガスへの混入
を回避する必要があった。しかし、それを回避するため
に摺動部に無潤滑材料を使用すると耐久性が低下し、ピ
ストンの駆動部と作動空間との境界にシール装置を設け
ると構造が複雑になるといった問題が生ずる。
て、＃２００メッシュ程度の金網を積層したものや、多
孔質の金属材料等の蓄熱式再生器を用いなければならな
いが、作動ガスの通気抵抗が大きいことや蓄熱作用の時
定数が大きいこと等の不利があるので、高速運転によっ
て機関性能の向上を図ることは困難であり、また、金網
の目詰りを起こし易いことや、不純物の付着による伝熱
特性の低下が大きいことから潤滑油の作動ガスへの混入
を回避する必要があった。しかし、それを回避するため
に摺動部に無潤滑材料を使用すると耐久性が低下し、ピ
ストンの駆動部と作動空間との境界にシール装置を設け
ると構造が複雑になるといった問題が生ずる。
【００２１】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は蓄熱式再生器以外の再生器を用い
ることができるスターリング冷凍機を提供することであ
る。
たもので、その課題は蓄熱式再生器以外の再生器を用い
ることができるスターリング冷凍機を提供することであ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め請求項１の発明のスターリング冷凍機は、少なくとも
一対の冷凍機ユニットで構成され、前記冷凍機ユニット
が、作動ガスの圧縮室を構成する圧縮シリンダと、この
圧縮シリンダ内を往復移動する圧縮ピストンと、前記作
動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダと、この膨張シ
リンダ内を往復移動する膨張ピストンと、前記圧縮シリ
ンダに接続された高温側熱交換器と、前記膨張シリンダ
に接続された低温側熱交換器と、前記高温側熱交換器と
前記低温側熱交換器との間に設けられた再生器と、前記
圧縮ピストンと前記膨張ピストンとを所定の位相差をも
たせて駆動する駆動機構とを備え、一方の前記冷凍機ユ
ニットと他方の前記冷凍機ユニットとを１８０゜の位相
差をもたせて駆動するスターリング冷凍機において、一
方の前記冷凍機ユニットの前記再生器と他方の前記冷凍
機ユニットの前記再生器とが一体的に接合されているこ
とを特徴とする。
め請求項１の発明のスターリング冷凍機は、少なくとも
一対の冷凍機ユニットで構成され、前記冷凍機ユニット
が、作動ガスの圧縮室を構成する圧縮シリンダと、この
圧縮シリンダ内を往復移動する圧縮ピストンと、前記作
動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダと、この膨張シ
リンダ内を往復移動する膨張ピストンと、前記圧縮シリ
ンダに接続された高温側熱交換器と、前記膨張シリンダ
に接続された低温側熱交換器と、前記高温側熱交換器と
前記低温側熱交換器との間に設けられた再生器と、前記
圧縮ピストンと前記膨張ピストンとを所定の位相差をも
たせて駆動する駆動機構とを備え、一方の前記冷凍機ユ
ニットと他方の前記冷凍機ユニットとを１８０゜の位相
差をもたせて駆動するスターリング冷凍機において、一
方の前記冷凍機ユニットの前記再生器と他方の前記冷凍
機ユニットの前記再生器とが一体的に接合されているこ
とを特徴とする。
【００２３】上述のように一方の冷凍機ユニットの再生
器と他方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合し
たので、接合後の再生器では、一方の冷凍機ユニットの
高温の作動ガスと他方の冷凍機ユニットの低温の作動ガ
スとが隔壁を介して隣り合うことになり、一方の高温の
作動ガスと他方の低温の作動ガスとの間で直接熱交換が
行われる。
器と他方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合し
たので、接合後の再生器では、一方の冷凍機ユニットの
高温の作動ガスと他方の冷凍機ユニットの低温の作動ガ
スとが隔壁を介して隣り合うことになり、一方の高温の
作動ガスと他方の低温の作動ガスとの間で直接熱交換が
行われる。
【００２４】請求項２の発明のスターリング冷凍機は、
請求項１の発明のスターリング冷凍機において、一方の
冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガ
スとが、一体的に接合され前記再生器で交差することを
特徴とする。
請求項１の発明のスターリング冷凍機において、一方の
冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガ
スとが、一体的に接合され前記再生器で交差することを
特徴とする。
【００２５】一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷
凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再生
器で交差するので、高温の作動ガスと低温の作動ガスと
の間で直接熱交換が行われる。
凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再生
器で交差するので、高温の作動ガスと低温の作動ガスと
の間で直接熱交換が行われる。
【００２６】請求項３の発明のスターリング冷凍機は、
請求項１の発明のスターリング冷凍機において、一方の
冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガ
スとが、一体的に接合され前記再生器で対向することを
特徴とする。
請求項１の発明のスターリング冷凍機において、一方の
冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガ
スとが、一体的に接合され前記再生器で対向することを
特徴とする。
【００２７】一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷
凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再生
器で対向するので、高温の作動ガスと低温の作動ガスと
の間で直接熱交換が行われる。
凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再生
器で対向するので、高温の作動ガスと低温の作動ガスと
の間で直接熱交換が行われる。
【００２８】また、クロスフロー方式に較べ作動ガス間
の接触面積（伝熱面積）が大きいので、作動ガス間の熱
交換の効率が良い。
の接触面積（伝熱面積）が大きいので、作動ガス間の熱
交換の効率が良い。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００３０】図１はこの発明の一実施形態に係るスター
リング冷凍機の概念図、図２は作動ガスの流れを示す
図、図３は再生器の斜視図である。
リング冷凍機の概念図、図２は作動ガスの流れを示す
図、図３は再生器の斜視図である。
【００３１】このスターリング冷凍機１は、２つの冷凍
機ユニット１ａ，１ｂで構成されている。各冷凍機ユニ
ット１ａ，１ｂは、１８０゜の位相差をもたせて駆動さ
れる。
機ユニット１ａ，１ｂで構成されている。各冷凍機ユニ
ット１ａ，１ｂは、１８０゜の位相差をもたせて駆動さ
れる。
【００３２】この冷凍機ユニット１ａ，１ｂの基本構造
は図５の冷凍機ユニット５０１ａ，５０１ｂと共通して
いるので、駆動機構などの一部については図示省略す
る。
は図５の冷凍機ユニット５０１ａ，５０１ｂと共通して
いるので、駆動機構などの一部については図示省略す
る。
【００３３】各冷凍機ユニット１ａ，１ｂは、作動ガス
の圧縮室を構成する圧縮シリンダ２０ｂ，２１ｂと、圧
縮シリンダ２０ｂ，２１ｂ内を往復移動する圧縮ピスト
ン４ａと、作動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダ２
０ａ，２１ａと、膨張シリンダ２０ａ，２１ａ内を往復
移動する膨張ピストン４ｂと、圧縮ピストン４ａと膨張
ピストン４ｂとを９０°の位相差をもたせて駆動する駆
動機構（図示せず）とを備えてる。
の圧縮室を構成する圧縮シリンダ２０ｂ，２１ｂと、圧
縮シリンダ２０ｂ，２１ｂ内を往復移動する圧縮ピスト
ン４ａと、作動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダ２
０ａ，２１ａと、膨張シリンダ２０ａ，２１ａ内を往復
移動する膨張ピストン４ｂと、圧縮ピストン４ａと膨張
ピストン４ｂとを９０°の位相差をもたせて駆動する駆
動機構（図示せず）とを備えてる。
【００３４】膨張ピストン４ｂ、圧縮ピストン４ａは図
示しないピストンロッドで、駆動機構の一部を構成する
クランク軸（図示せず）に連結されている。
示しないピストンロッドで、駆動機構の一部を構成する
クランク軸（図示せず）に連結されている。
【００３５】一方の冷凍機ユニット１ａの圧縮室３ａと
膨張室７ａとは、それぞれ直列に接続された連通管８
ａ、高温側熱交換器９ｂ、再生器１１、低温側熱交換器
１０ｂ及び連通管８ｄを介して、接続されている。
膨張室７ａとは、それぞれ直列に接続された連通管８
ａ、高温側熱交換器９ｂ、再生器１１、低温側熱交換器
１０ｂ及び連通管８ｄを介して、接続されている。
【００３６】他方の冷凍機ユニット１ｂの圧縮室３ｂと
膨張室７ｂとは、それぞれ直列に接続された連通管８
ｃ、高温側熱交換器９ａ、再生器１１、低温側熱交換器
１０ａ及び連通管８ｂを介して、接続されている。
膨張室７ｂとは、それぞれ直列に接続された連通管８
ｃ、高温側熱交換器９ａ、再生器１１、低温側熱交換器
１０ａ及び連通管８ｂを介して、接続されている。
【００３７】再生器１１は本来各冷凍機ユニット１ａ，
１ｂのそれぞれに用いられるはずの２つ再生器を一体化
したものである。再生器１１は、図３に示すように、波
形の板の上に平板を介して同形状の波形の板を、互いに
波打方向が直交するように順次積み重ねるようにして形
成されたものである。冷凍機ユニット１ａの圧縮室３
ａ，３ｂからの作動ガスは通路１４ａを抜け、冷凍機ユ
ニット１ｂの膨脹室７ａ，７ｂからの作動ガスは通路１
３ａを抜ける。すなわち、両作動ガスは再生器１１内で
交差する（クロスフロー）。
１ｂのそれぞれに用いられるはずの２つ再生器を一体化
したものである。再生器１１は、図３に示すように、波
形の板の上に平板を介して同形状の波形の板を、互いに
波打方向が直交するように順次積み重ねるようにして形
成されたものである。冷凍機ユニット１ａの圧縮室３
ａ，３ｂからの作動ガスは通路１４ａを抜け、冷凍機ユ
ニット１ｂの膨脹室７ａ，７ｂからの作動ガスは通路１
３ａを抜ける。すなわち、両作動ガスは再生器１１内で
交差する（クロスフロー）。
【００３８】図示しない駆動機構のクランク軸が回転す
ると、一方の冷凍機ユニット１ａの圧縮ピストン４ａと
膨張ピストン４ｂとが９０゜の位相差をもって往復移動
を始め、この冷凍機ユニット１ａに対し１８０゜の位相
差をもって他方の冷凍機ユニット１ｂが作動する。冷凍
機ユニット１ｂの圧縮ピストン４ａと膨張ピストン４ｂ
とは９０゜の位相差をもって往復移動する。
ると、一方の冷凍機ユニット１ａの圧縮ピストン４ａと
膨張ピストン４ｂとが９０゜の位相差をもって往復移動
を始め、この冷凍機ユニット１ａに対し１８０゜の位相
差をもって他方の冷凍機ユニット１ｂが作動する。冷凍
機ユニット１ｂの圧縮ピストン４ａと膨張ピストン４ｂ
とは９０゜の位相差をもって往復移動する。
【００３９】圧縮ピストン４ａによって圧縮室３ａ，３
ｂの作動ガスが圧縮され、膨張ピストン４ｂによって膨
張室７ａ，７ｂの作動ガスが膨張する。
ｂの作動ガスが圧縮され、膨張ピストン４ｂによって膨
張室７ａ，７ｂの作動ガスが膨張する。
【００４０】圧縮室３ａ，３ｂの高温の作動ガスが図２
の白矢印で示すように連通路８ａ，８ｃ，高温側熱交換
器９ａ，９ｂ、再生器１１、低温側熱交換器１０ａ，１
０ｂ及び連通管８ｂ，８ｄを通じて、膨脹室７ａ，７ｂ
に送られる。
の白矢印で示すように連通路８ａ，８ｃ，高温側熱交換
器９ａ，９ｂ、再生器１１、低温側熱交換器１０ａ，１
０ｂ及び連通管８ｂ，８ｄを通じて、膨脹室７ａ，７ｂ
に送られる。
【００４１】膨脹室７ａ，７ｂの低温の作動ガスが図２
の黒矢印で示すように連通路８ｂ，８ｄ，低温側熱交換
器１０ａ，１０ｂ、再生器１１、高温側熱交換器９ａ，
９ｂ及び連通管８ａ，８ｃを通じて、圧縮室３ａ，３ｂ
に送られる。
の黒矢印で示すように連通路８ｂ，８ｄ，低温側熱交換
器１０ａ，１０ｂ、再生器１１、高温側熱交換器９ａ，
９ｂ及び連通管８ａ，８ｃを通じて、圧縮室３ａ，３ｂ
に送られる。
【００４２】圧縮室３ａ，３ｂの高温の作動ガスと膨脹
室７ａ，７ｂの低温の作動ガスとは再生器１１を通過す
る際に交差するので、圧縮室３ａ，３ｂからの作動ガス
は膨脹室７ａ，７ｂからの低温の作動ガスによって熱を
奪われ、冷やされて膨脹室７ａ，７ｂに送られ、膨脹室
７ａ，７ｂからの作動ガスは圧縮室３ａ，３ｂからの高
温の作動ガスによって加熱され、暖められて圧縮室３
ａ，３ｂに送られる。
室７ａ，７ｂの低温の作動ガスとは再生器１１を通過す
る際に交差するので、圧縮室３ａ，３ｂからの作動ガス
は膨脹室７ａ，７ｂからの低温の作動ガスによって熱を
奪われ、冷やされて膨脹室７ａ，７ｂに送られ、膨脹室
７ａ，７ｂからの作動ガスは圧縮室３ａ，３ｂからの高
温の作動ガスによって加熱され、暖められて圧縮室３
ａ，３ｂに送られる。
【００４３】この実施形態のスターリング冷凍機によれ
ば、高温の作動ガスと低温の作動ガスとを交差させるよ
うにしたので、再生器として金網を積層したものや多孔
質の金属材料等の蓄熱式再生器を用いる必要がなく、通
気抵抗が小さく、熱サイクルの時定数も小さいので、高
速運転に有利であり、単位重量当りの冷凍出力を向上さ
せることができる。更に、強制潤滑機構の採用が可能と
なり機械損失が低減されて耐久性の向上を図ることがで
きる。
ば、高温の作動ガスと低温の作動ガスとを交差させるよ
うにしたので、再生器として金網を積層したものや多孔
質の金属材料等の蓄熱式再生器を用いる必要がなく、通
気抵抗が小さく、熱サイクルの時定数も小さいので、高
速運転に有利であり、単位重量当りの冷凍出力を向上さ
せることができる。更に、強制潤滑機構の採用が可能と
なり機械損失が低減されて耐久性の向上を図ることがで
きる。
【００４４】また、一方の冷凍機ユニット１ａの再生器
と他方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合した
ので、複数の冷凍機ユニットで構成されたスターリング
冷凍機の小型化を図ることができるとともに、部品点数
を削減することができる。
と他方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合した
ので、複数の冷凍機ユニットで構成されたスターリング
冷凍機の小型化を図ることができるとともに、部品点数
を削減することができる。
【００４５】なお、この実施形態では、再生器１１内で
高温の作動ガスと低温の作動ガスとを交差させるクロス
フロー方式を採用した場合について述べたが、これに代
え、再生器１１内で高温の作動ガスと低温の作動ガスと
を対向させるカウンタフロー方式（図示せず）を採用す
るようにしてもよい。
高温の作動ガスと低温の作動ガスとを交差させるクロス
フロー方式を採用した場合について述べたが、これに代
え、再生器１１内で高温の作動ガスと低温の作動ガスと
を対向させるカウンタフロー方式（図示せず）を採用す
るようにしてもよい。
【００４６】クロスフロー方式に較べ作動ガス間の接触
面積（伝熱面積）が大きく、作動ガス間の熱交換の効率
が良くなり、冷凍出力がより向上する。
面積（伝熱面積）が大きく、作動ガス間の熱交換の効率
が良くなり、冷凍出力がより向上する。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明のス
ターリング冷凍機によれば、高温の作動ガスと低温の作
動ガスとの間で直接熱交換を行わせるようにして、蓄熱
式の再生器を不要にしたので、再生器の通気抵抗が小さ
く、熱再生サイクルの時定数も小さいので、高速運転が
可能となり、単位重量当りの冷凍出力が向上する。
ターリング冷凍機によれば、高温の作動ガスと低温の作
動ガスとの間で直接熱交換を行わせるようにして、蓄熱
式の再生器を不要にしたので、再生器の通気抵抗が小さ
く、熱再生サイクルの時定数も小さいので、高速運転が
可能となり、単位重量当りの冷凍出力が向上する。
【００４８】また、強制潤滑機構の採用が可能となり機
械損失が低減され、高速運転時の騒音も抑制され、耐久
性は向上し、オイルシールが不要になり、構造が簡単に
なる。
械損失が低減され、高速運転時の騒音も抑制され、耐久
性は向上し、オイルシールが不要になり、構造が簡単に
なる。
【００４９】更に、一方の冷凍機ユニットの再生器と他
方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合したの
で、スターリング冷凍機の小型化、部品点数の削減を図
ることができる。
方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合したの
で、スターリング冷凍機の小型化、部品点数の削減を図
ることができる。
【００５０】請求項２の発明のスターリング冷凍機によ
れば、接合後の再生器で高温の作動ガスと低温の作動ガ
スとがクロスフローになるので、高温の作動ガスと低温
の作動ガスとの間で直接熱交換が行われ、請求項１と同
様の効果を得ることができる。
れば、接合後の再生器で高温の作動ガスと低温の作動ガ
スとがクロスフローになるので、高温の作動ガスと低温
の作動ガスとの間で直接熱交換が行われ、請求項１と同
様の効果を得ることができる。
【００５１】請求項３の発明のスターリング冷凍機によ
れば、接合後の再生器で高温の作動ガスと低温の作動ガ
スとがカウンタフローになるので、高温の作動ガスと低
温の作動ガスとの間で直接熱交換が行われるが、クロス
フロー方式に較べ作動ガス間の伝熱面積が大きく、作動
ガス間の熱交換の効率が良くなり、冷凍出力がより向上
する。
れば、接合後の再生器で高温の作動ガスと低温の作動ガ
スとがカウンタフローになるので、高温の作動ガスと低
温の作動ガスとの間で直接熱交換が行われるが、クロス
フロー方式に較べ作動ガス間の伝熱面積が大きく、作動
ガス間の熱交換の効率が良くなり、冷凍出力がより向上
する。
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係るスターリン
グ冷凍機の概念図である。
グ冷凍機の概念図である。
【図２】図２は作動ガスの流れを示す図である。
【図３】図３は再生器の斜視図である。
【図４】図４は従来のスターリング冷凍機の構造を示す
概念図である。
概念図である。
【図５】図５は従来の４筒水平対向型スターリング冷凍
機の冷凍機ユニットの構造を示す概念図である。
機の冷凍機ユニットの構造を示す概念図である。
【図６】図６は図５の冷凍機ユニットを２つ使ったスタ
ーリング冷凍機を示す図である。
ーリング冷凍機を示す図である。
【図７】図７は図６のスターリング冷凍機の作動ガスの
流れを説明するための説明図である。
流れを説明するための説明図である。
１ スターリング冷凍機 １ａ，１ｂ 冷凍機ユニット ３ａ，３ｂ 圧縮室 ４ａ 圧縮ピストン ４ｂ 膨張ピストン ７ａ，７ｂ 膨張室 ９ａ，９ｂ 高温側熱交換器 １０ａ，１０ｂ 低温側熱交換器 １１ 再生器 １３ａ，１４ａ 第１連通路 ２０ａ，２１ａ 膨張シリンダ ２０ｂ，２１ｂ 圧縮シリンダ
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくとも一対の冷凍機ユニットで構成
され、 前記冷凍機ユニットが、作動ガスの圧縮室を構成する圧
縮シリンダと、この圧縮シリンダ内を往復移動する圧縮
ピストンと、前記作動ガスの膨張室を構成する膨張シリ
ンダと、この膨張シリンダ内を往復移動する膨張ピスト
ンと、前記圧縮シリンダに接続された高温側熱交換器
と、前記膨張シリンダに接続された低温側熱交換器と、
前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器との間に設け
られた再生器と、前記圧縮ピストンと前記膨張ピストン
とを所定の位相差をもたせて駆動する駆動機構とを備
え、 一方の前記冷凍機ユニットと他方の前記冷凍機ユニット
とを１８０゜の位相差をもたせて駆動するスターリング
冷凍機において、 一方の前記冷凍機ユニットの前記再生器と他方の前記冷
凍機ユニットの前記再生器とが一体的に接合されている
ことを特徴とするスターリング冷凍機。 - 【請求項２】 一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の
冷凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再
生器で交差す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。 - 【請求項３】 一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の
冷凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再
生器で対向す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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10849198A JPH11287526A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | スターリング冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10849198A JPH11287526A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | スターリング冷凍機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11287526A true JPH11287526A (ja) | 1999-10-19 |
Family
ID=14486127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10849198A Withdrawn JPH11287526A (ja) | 1998-04-03 | 1998-04-03 | スターリング冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11287526A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001208439A (ja) * | 2000-01-31 | 2001-08-03 | Sony Corp | 冷却装置、加熱装置及び電子機器 |
| JP2001215067A (ja) * | 2000-02-02 | 2001-08-10 | Sony Corp | 冷却装置、加熱装置及び電子機器 |
| KR20190135341A (ko) | 2018-05-28 | 2019-12-06 | 한국생산기술연구원 | 액체질소 냉각용 냉동기 헤더 |
| KR20200056963A (ko) | 2020-05-13 | 2020-05-25 | 한국생산기술연구원 | 액체질소 냉각용 냉동기 헤더 |
| WO2020055036A3 (ko) * | 2018-09-11 | 2020-06-11 | 전봉한 | 폐열 없는 고효율 열기관 |
-
1998
- 1998-04-03 JP JP10849198A patent/JPH11287526A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001208439A (ja) * | 2000-01-31 | 2001-08-03 | Sony Corp | 冷却装置、加熱装置及び電子機器 |
| JP2001215067A (ja) * | 2000-02-02 | 2001-08-10 | Sony Corp | 冷却装置、加熱装置及び電子機器 |
| KR20190135341A (ko) | 2018-05-28 | 2019-12-06 | 한국생산기술연구원 | 액체질소 냉각용 냉동기 헤더 |
| WO2020055036A3 (ko) * | 2018-09-11 | 2020-06-11 | 전봉한 | 폐열 없는 고효율 열기관 |
| KR20200056963A (ko) | 2020-05-13 | 2020-05-25 | 한국생산기술연구원 | 액체질소 냉각용 냉동기 헤더 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |