CN106164605B - 斯特林制冷机 - Google Patents
斯特林制冷机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106164605B CN106164605B CN201580015949.1A CN201580015949A CN106164605B CN 106164605 B CN106164605 B CN 106164605B CN 201580015949 A CN201580015949 A CN 201580015949A CN 106164605 B CN106164605 B CN 106164605B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- displacer
- convection current
- current suppressing
- suppressing plate
- regenerator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 84
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 6
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 6
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000008262 pumice Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- 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
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
-
- 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
- F25B2309/1428—Control of a Stirling refrigeration machine
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Compressor (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种斯特林制冷机，在该斯特林制冷机中，置换器(22)具有充满气体的内部空间。膨胀机主体(20)容纳置换器(22)且使置换器(22)能够往复移动。在置换器(22)的内部空间容纳有抑制气体的对流的一个或多个对流抑制板(42)。对流抑制板沿与置换器的长轴交叉的方向配置。蓄冷器(38)可以设置在膨胀机主体(20)且位于置换器(22)的外周部的以置换器(22)的长轴作为中心轴的圆筒形状的规定的区域。对流抑制板(42)可以设置成即使置换器(22)进行往复移动对流抑制板始终位于与蓄冷器(38)所在的规定的区域相对应的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种制冷机，尤其涉及一种斯特林制冷机。
背景技术
在斯特林制冷机中，有时将置换器设为中空并在其中容纳气体。此时，置换器内的气体的对流会引起导热从而产生热损失。因此，为了抑制气体的对流，已知有将棉状、带状及粉末状的隔热材料容纳于置换器内的技术(例如，参考专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-3436号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明的一种实施方式的一个例示性的目的在于提供一种更加可靠的抑制置换器内的气体的对流的技术。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一种实施方式的斯特林制冷机具备：置换器，其具有充满气体的内部空间；及膨胀机主体，其容纳置换器且使置换器能够往复移动。在置换器的内部空间容纳有抑制气体的对流的一个或多个对流抑制板，对流抑制板沿与置换器的长轴交叉的方向配置。
另外，将以上的构成要件的任意组合、本发明的构成要件及表现在方法、装置及系统之间相互替换的方式也作为本发明的方式而有效。
发明效果
根据本发明，能够提供一种更加可靠地抑制置换器内的气体的对流的技术。
附图说明
图1是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的图。
图2是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的膨胀机的图。
图3(a)及图3(b)是示意地表示实施方式所涉及的对流抑制板的容纳位置的一例的图。
图4是表示另一实施方式所涉及的置换器的内部结构的示意图。
图5是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的膨胀机的图。
图6是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的膨胀机的图。
图7是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机的膨胀机的图。
具体实施方式
在斯特林制冷机运行时，置换器进行往复移动。因此，要在置换器内使用限制气体的对流的部件，优选将该部件固定在置换器。然而，若作为限制气体的对流的部件使用例如棉状、带状或粉末状的隔热材料，则难以将这些部件固定在置换器内。若无法将限制气体的对流的部件固定在置换器，则有可能无法可靠地抑制置换器内的气体的对流。而且，在置换器往复移动时，有时限制对流的部件与置换器的内壁碰撞，或限制对流的部件彼此碰撞，可能会成为产生异响的原因。因此，本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机使用板状的部件作为限制气体的对流的部件。
以下，参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，对相同要件标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，以下叙述的结构为例示，并不用于限定本发明的范围。
图1是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的斯特林制冷机10的图。斯特林制冷机10具备压缩机11、连接管12及膨胀机13。
压缩机11具备压缩机壳体14。压缩机壳体14为压力容器，其气密地保持高压工作气体。工作气体例如为氦气。并且，压缩机11具备容纳于压缩机壳体14内的压缩机单元。压缩机单元具备压缩机活塞及压缩机缸体，其中的一个是在压缩机壳体14中往复移动的可动部件15，另一个是固定在压缩机壳体14的静止部件。压缩机单元具备驱动源，该驱动源用于使可动部件15相对于压缩机壳体14沿可动部件15的中心轴的方向移动。压缩机11具备支承部16，该支承部16以使可动部件15能够往复移动的方式将可动部件15支承于压缩机壳体14。可动部件15以某一振幅及频率相对于压缩机壳体14及静止部件进行振动。压缩机11内的工作气体的容积也以特定的振幅及频率振动。
在压缩机活塞与压缩机缸体之间形成有工作气体室。该工作气体室经由上述的形成在静止部件及压缩机壳体14上的连通路而与连接管12的一端连接。连接管12的另一端与膨胀机13的工作气体室连接。如此，通过连接管12，压缩机11的工作气体室与膨胀机13的工作气体室连接在一起。
如参考图2在后面叙述那样，膨胀机13具备膨胀机主体20、置换器22及支承部40。
图2是概略地表示本发明的一种实施方式所涉及的膨胀机13的图。图2中概略地示出了膨胀机13的内部结构。
膨胀机13具备膨胀机主体20及置换器22。膨胀机主体20为压力容器，其气密地保持高压工作气体。置换器22为可动部件，其在膨胀机主体20中往复移动。并且，膨胀机13具备至少一个支承部40，该支承部40以使置换器22能够往复移动的方式将置换器22支承于膨胀机主体20。
膨胀机主体20具备第1区段24及第2区段26。第1区段24包括形成于膨胀机主体20与置换器22之间的工作气体的膨胀空间28。在与膨胀空间28相邻的膨胀机主体20的部分设置有用于冷却对象物的冷却台29。第2区段26构成为通过弹性部件30将置换器22支承于膨胀机主体20。
第2区段26在置换器22的往复移动方向(图中的箭头C的方向)上与第1区段24相邻。在第2区段26与第1区段24之间设置有密封部25，由此，第2区段26从第1区段24隔开。因此，第1区段24中的工作气体的压力变动不会传递到第2区段26，或者不怎么影响第2区段26中的工作气体的压力。另外，在第2区段26中，以与从压缩机11输送过来的工作气体的平均压力相同的压力封入有与工作气体相同种类的气体。
置换器22具备容纳于第1区段24中的置换器主体32及置换器杆34。置换器杆34为比置换器主体32细的轴部。置换器22具有与其往复移动方向平行的中心轴，置换器主体32及置换器杆34设置成与置换器22的中心轴同轴。置换器22具有内部空间，在该内部空间中充满与工作气体相同种类的气体。并且，置换器22具备抑制气体的对流的一个以上的对流抑制板42。另外，关于置换器22的详细结构将在后面叙述。
置换器杆34从置换器主体32穿过密封部25向第2区段26延伸。置换器杆34以使置换器22能够往复移动的方式在第2区段26中支承于膨胀机主体20。上述密封部25例如可以是形成于置换器杆34与膨胀机主体20之间的活塞杆密封件。
第1区段24构成包围置换器主体32的缸体部。在该缸体部的底面与置换器主体32的端面之间形成有膨胀空间28。膨胀空间28在置换器22的往复移动方向上形成于置换器主体32的与置换器主体32和置换器杆34的接合部相反的一侧。在该接合部与密封部25之间形成有与连接管12连接的气体空间36。
在膨胀机主体20的缸体部的侧面，以使蓄冷器38位于置换器主体32的外周部的方式安装有蓄冷器38。更具体而言，蓄冷器38以使该蓄冷器38位于置换器主体32的外周部中的以置换器22的长轴为中心轴的圆筒形状的区域的方式设置于膨胀机主体20的缸体部的侧面。蓄冷器38例如具备金属丝网的层叠结构。膨胀空间28与气体空间36之间的工作气体的流通通过蓄冷器38得以实现。
在蓄冷器38与气体空间36之间设置有水冷式热交换器37。水冷式热交换器37进行对从压缩机11供给过来的工作气体进行冷却并将其热量向膨胀机13的外部释放的热交换。并且，在蓄冷器38与冷却台29之间安装有低温热交换器39。
在膨胀机13中，在置换器22的往复移动方向上的多个不同位置使置换器22支承于膨胀机主体20上，以使置换器22能够往复移动。为此，膨胀机13具备两个支承部40。这两个支承部40设置在第2区段26。由此，能够抑制置换器22相对于中心轴的倾动。
支承部40具备上述弹性部件30。弹性部件30配设于置换器杆34与膨胀机主体20之间，从而在置换器22欲从中立位置位移时使弹性复原力作用于置换器22。由此，置换器22以弹性部件30的弹簧常数、由工作气体的压力引起的弹簧常数及由置换器22的质量确定的固有振动频率进行往复移动。置换器杆34经由弹性部件安装部51固定在弹性部件30上。
弹性部件30例如具备包含至少一个板簧的弹簧机构。板簧是被称作柔性弹簧的弹簧，并且板簧在置换器22的往复移动方向上柔软且在与往复移动方向垂直的方向上刚硬。这种板簧公开于例如日本特开2008-215440号公报。该文献的全部内容通过参考援用于本申请说明书中。因此，通过弹性部件30，允许置换器22沿其中心轴的方向移动，但抑制置换器22沿与中心轴正交的方向移动。
由此，构成由置换器22和弹性部件30构成的振动系统。该振动系统构成为使置换器22以与压缩机11的可动部件15的振动相同的频率且与该振动具有相位差而进行振动。置换器22通过由压缩机11的可动部件15的振动而产生的工作气体压力的脉动而被驱动。通过置换器22及压缩机11的可动部件15的往复移动，在膨胀空间28与压缩机11的工作气体室之间形成反向斯特林循环。由此，与膨胀空间28相邻的冷却台得到冷却，斯特林制冷机10能够冷却对象物。
接着，对置换器22进行更加详细的说明。
如上所述，实施方式所涉及的置换器22设为中空且具有充满与工作气体相同种类的气体的内部空间。通过将置换器22设为中空，能够使置换器22轻型化，也有助于斯特林制冷机10本身的轻型化。并且，之所以用与工作气体相同种类的气体来充满置换器22的内部空间是因为，即使出于某种原因置换器22内部的气体流出至第1区段24或第2区段26，也能够防止工作气体由此而受到污染。
在此，通过将置换器22的内部空间设为真空，能够防止置换器22内部的气体流出至第1区段24或第2区段26。此时，若出于某种原因置换器22的内部空间与第1区段24或第2区段26导通，则工作气体会流入到置换器22的内部空间，导致参与冷却的工作气体减少。因此，优选用与工作气体相同种类的气体充满置换器22的内部空间。
在膨胀空间28中产生的寒冷积蓄于蓄冷器38。因此，在蓄冷器38中，与低温热交换器39热接触的一侧端部的温度比与水冷式热交换器37热接触的一侧端部的温度更低。以下，在本说明书中，将蓄冷器38的与低温热交换器39热接触的一侧端部设为“低温端”，将与水冷式热交换器37热接触的一侧端部设为“高温端”。同样，将置换器22的与膨胀空间28面对的前端部设为“低温端”，将与气体空间36(即，压缩空间)面对的基端部设为“高温端”。
在斯特林制冷机10运行时，在蓄冷器38产生温度从高温端向低温端下降的温度梯度。如图2所示，蓄冷器38以使该蓄冷器38位于置换器22的外周部中的以置换器22的长轴为中心轴的圆筒形状的区域的方式设置于膨胀机主体20。并且，置换器22的往复移动范围，即置换器22的行程长度短于蓄冷器38。因此，置换器22存在与蓄冷器38的低温端附近接触的区域及与蓄冷器38的高温端附近接触的区域。以下，为了便于说明，有时将置换器22中的与蓄冷器38热接触的位置称作“与蓄冷器38相对应的位置”。“与蓄冷器38相对应的位置”也可以表述为置换器22中的“与蓄冷器38对置的位置”。
其结果，充满置换器22的内部空间的气体中的存在于置换器22的低温端侧的气体和存在于高温端侧的气体之间也产生温度差。这是因为，存在于置换器22的低温端侧的气体被蓄冷器38的低温端及膨胀空间28冷却。
实施方式所涉及的膨胀机13有时会设置成置换器22的长轴的延伸方向(置换器22的往复移动方向)沿水平方向，即沿与重力方向交叉的方向。此时，通常，由于低温气体重于高温气体，因此会产生低温气体在置换器22的内部空间向下部移动而高温气体在内部空间向上部移动的对流。由此，充满置换器22的内部空间的气体在与置换器22的长轴交叉的方向上产生温度梯度。更具体而言，充满置换器22的内部空间的气体中的在重力方向上存在于下侧的气体成为比存在于上侧的气体的温度更低的温度。
在以下说明的实施方式所涉及的膨胀机13中，置换器22的长轴的延伸方向与水平方向一致。因此，重力方向为与置换器22的长轴交叉的方向。
由于充满置换器22的内部空间的气体在重力方向上产生温度梯度，因此包围置换器22的外周的蓄冷器38也在重力方向上产生温度梯度。即，在重力方向上存在于下侧的蓄冷器38的温度成为比存在于上侧的蓄冷器38的温度更低的温度。蓄冷器38的低温端与低温热交换器39热接触并进行热交换，但是，若蓄冷器38的低温端的温度因位置而不同，则在进行热交换时产生热损失，会导致斯特林制冷机10的制冷性能下降。
因此，实施方式所涉及的置换器22在内部空间容纳有沿与置换器22的长轴交叉的方向配置的一个或多个对流抑制板42。通过对流抑制板42，置换器22的内部空间被分隔成多个小屋，因此抑制气体在整个内部空间中对流。对流抑制板42优选配置在与长轴正交的方向上。
对流抑制板42优选使用辐射率较低且导热系数较高的部件。例如可以使用铝板。对流抑制板42优选与置换器22的内壁气密地接触。并且，在重力方向上存在于下侧的蓄冷器38和存在于上侧的蓄冷器38经由置换器22的壁及对流抑制板42而热连接。因此，也能够降低在蓄冷器38沿重力方向产生温度梯度。
图3(a)及图3(b)是用于说明实施方式所涉及的对流抑制板42的容纳位置的图。更具体而言，图3(a)是表示置换器22位于下止点时的状态的图，图3(b)是表示置换器22位于上止点时的状态的图。
如图3(a)及图3(b)所示，随着置换器22的往复移动，对流抑制板42与蓄冷器38的相对位置关系也发生变化。在图3(a)及图3(b)中，即使置换器22往复移动，容纳于置换器22的内部空间的中间附近的对流抑制板42a始终存在于“与蓄冷器38相对应的位置”。相对于此，容纳于置换器22的内部空间的比对流抑制板42a更靠近高温端侧的对流抑制板42b则有时根据置换器22的位置而脱离“与蓄冷器38相对应的位置”。
例如，如图3(b)所示，当置换器22位于上止点时，对流抑制板42b存在于“与蓄冷器38相对应的位置”。然而，如图3(a)所示，当置换器22位于下止点时，对流抑制板42b脱离“与蓄冷器38相对应的位置”而存在于“与水冷式热交换器37相对应的位置”。
如上所述，由于在重力方向上存在于下侧的蓄冷器38与存在于上侧的蓄冷器38经由对流抑制板42热连接，因而能够降低在蓄冷器38沿重力方向产生温度梯度。因此，优选将对流抑制板42设置成即使置换器22往复移动也始终位于“与蓄冷器38相对应的位置”。在图3(a)及图3(b)中，对流抑制板42优选容纳于对流抑制板42a的位置而不是对流抑制板42b的位置。
如此，通过在置换器22的内部空间设置对流抑制板42，能够降低充满内部空间的气体的对流，并且能够降低气体在重力方向上产生温度梯度。其结果，能够降低在蓄冷器38沿重力方向产生温度梯度。而且，在重力方向上存在于下侧的蓄冷器38经由对流抑制板42与存在于上侧的蓄冷器38热连接。这也有助于降低在蓄冷器38沿重力方向产生温度梯度。因此，即使置换器22仅具备一个对流抑制板42也具有一定的效果，但是，如图2所示，若具备多个对流抑制板，则抑制在蓄冷器38沿重力方向产生温度梯度的效果会更高。
通过用一个或多个对流抑制板42来分隔置换器22的内部空间，能够降低充满内部空间的气体的对流。然而，即使置换器22的内部空间被对流抑制板42而分隔成多个小屋，在各个小屋中依然存在气体。因此，即使用对流抑制板42分隔置换器22的内部空间，也难以完全抑制由气体对流引起的热损失。而且，充满内部空间的气体的热量会传递至蓄冷器38致使蓄冷器38的温度上升，从而可能会产生热损失。
因此，除了对流抑制板42之外，置换器22在内部空间还可以容纳抑制气体的对流的填充部件。
图4是表示另一实施方式所涉及的置换器22的内部结构的示意图。在图4所示的置换器22的内部空间中除了对流抑制板42以外还容纳有抑制气体的对流的填充部件43。在此，填充部件43以被对流抑制板42夹持的方式保持于内部空间内。以下，对与图2所示的置换器22的内部结构重复的部分，适当省略说明或简化说明。
如图4所示，通过在不同的两个对流抑制板42之间填充填充部件43，减少被对流抑制板42分隔的小屋内的气体。通过减少气体，能够抑制基于气体的对流的热损失。
在此，与对流抑制板42相比，填充部件43在置换器22的内部空间中所占比例更大。因此，为了抑制置换器22的重量增加，由比重较小的部件构成填充部件43。具体而言，填充部件43可以使用纤维状或网状的部件。并且，由于置换器22的内部有时成为例如70K左右的低温，因此由不易产生低温脆性断裂的材料构成填充部件43。具体而言，填充部件43可以使用氟类树脂或芳香族聚酰胺树脂等树脂及浮石(pumice)等。并且，为了抑制辐射，可以在填充部件43的表面粘贴铝箔胶带，或进行溅射而蒸镀铝膜。
在图4所示的置换器22中，将多个填充部件43以与对流抑制板42及置换器的内壁接触的方式铺满，构成多层填充部件的层叠结构。如此，通过将填充部件43构成为层叠结构，也能够减少从填充部件43朝向蓄冷器38的热传导。
如上所述，一个或多个对流抑制板42是沿与置换器22的长轴方向C交叉的平面(优选沿与长轴方向C正交的平面)延伸的隔板。隔板将置换器22的内部空间分隔成小屋。每个小屋可具有气密性。该隔板还作为将置换器22的内部空间热桥接的热桥而发挥作用。隔板在置换器22的内部空间形成沿与长轴方向C交叉的方向(例如重力方向)从置换器22的一侧侧壁朝向另一侧侧壁的热桥接。另外，重力方向G示于图5中。
一个或多个对流抑制板42可以有多种配置方式，尤其，对流抑制板42在置换器22的长轴方向C上的位置及对流抑制板42彼此之间的间隔可以存在多种方式。例如，如图3(a)及图3(b)所示，两个对流抑制板42中的一个位于置换器22的中温部，另一个位于置换器22的高温部。并且，如图2及图4所示，对流抑制板42沿置换器22的长轴方向C等间隔排列。即，对流抑制板42彼此之间的间隙在长轴方向C上具有相等的宽度。
但是，也可以将对流抑制板42配置在与上述实施方式不同的位置。例如，可以以不同间隔配置流抑制板42。如图5所示，可以将对流抑制板42配置成在置换器22的长轴方向C上的膨胀空间28侧紧密地排列。因此，对流抑制板42在气体空间36侧可以排列成稀疏。对流抑制板42长轴方向C上的最小间隔例如可以是最大间隔的一半以下。
在置换器22的内部空间容纳至少三个(图5中为五个)对流抑制板42。对流抑制板42包括位于膨胀空间28侧的第1板、位于中间的第2板及位于气体空间36侧的第3板。这些三个隔板配置成沿长轴方向C彼此相邻。在第1板与第2板之间形成有第1小屋，在第2板与第3板之间形成有第2小屋。
在长轴方向C上，第1小屋的宽度W1小于第2小屋的宽度W2。第1板和在膨胀空间28侧与其相邻的另一个板(或置换器22的前端部)之间的间隔可以与第1小屋的宽度W1相等，或也可以小于第1小屋的宽度W1。第3板和在气体空间36侧与其相邻的另一个板(或置换器22的基端部)之间的间隔可以与第2小屋的宽度W2相等，或也可以大于第2小屋的宽度W2。
或者，在置换器22的内部空间也可以容纳两个对流抑制板42。与图3(a)及图3(b)所示的实施方式相反，两个对流抑制板42中的一个可以位于置换器22的中温部，另一个可以位于置换器22的低温部。此时，在膨胀空间28侧的第1对流抑制板42与置换器22的前端部之间形成有第1小屋，在第1及第2对流抑制板42之间形成有第2小屋。长轴方向C上的第1小屋的宽度小于第2小屋的宽度。
根据图5所示的实施方式，能够在膨胀空间28侧将置换器22的内部空间沿长轴方向C分隔成细小。如此，能够更有效地抑制低温部中的对流。由此，能够抑制置换器22内的气体对流导致制冷性能下降。
尤其，由于低温部的热容较小，因此容易受高温气体的流入引起的温度上升等对流引起的坏影响。并且，图示的斯特林制冷机10的蓄冷器38中的长轴方向C上的温度梯度在低温部比在高温部更大(轴向上的每单位长度的温度差在低温端比在高温端更大)。因此，在低温部更容易出现对流。通过将对流抑制板42配置成在低温部紧密地排列，能够应对这种现象。
对流起因于设置在现场的斯特林制冷机的膨胀机13的姿势，尤其是因为将膨胀机13横向放置(长轴方向C与水平方向一致)而产生。根据本实施方式，能够抑制基于对流的制冷性能的下降，因此不仅可以横向设置斯特林制冷机，还能够以任意姿势设置斯特林制冷机。
另外，与参考图2至图4进行的说明同样，在图5所示的实施方式中，对流抑制板42也位于“与蓄冷器38相对应的位置”。在置换器22进行往复移动时，对流抑制板42始终位于被蓄冷器38包围的圆柱状区域。或者，至少一个对流抑制板42可以脱离“与蓄冷器38相对应的位置”。至少一个对流抑制板42可以在置换器22往复移动的至少一部分中位于上述圆柱状区域以外。例如，与置换器22的前端部相邻配置(即位于最低温侧)的对流抑制板42在置换器22位于上止点时可以位于“与低温热交换器39或冷却台29相对应的位置”。
对流抑制板42的数量越多置换器22变得越重。在重视置换器22的轻型化的情况下，可以将对流抑制板42仅设置在置换器22内的膨胀空间28侧。此时，在置换器22内的气体空间36侧形成较宽的空腔。在该空腔可以容纳填充部件43。
在一种实施方式中，各个对流抑制板42可以具有开口部44。某一对流抑制板42的开口部44使在第1侧与该对流抑制板42相邻的置换器22的内部空间的第1小屋和在第2侧与该对流抑制板42相邻的置换器22的内部空间的第2小屋连通。开口部44是为了容易对置换器22进行真空抽气而设置的排气孔。例如，在斯特林制冷机的膨胀机13的制造中，为了从置换器22的内部空间排出空气而进行真空抽气。在进行真空抽气后，置换器22的内部空间被斯特林制冷机的工作气体所充满。这种开口部44可以设置在至少一个对流抑制板42上。
开口部44虽有利于膨胀机13的制造，但是也可能提供在使用膨胀机13时使气体在小屋之间对流的通路。尤其，当各个对流抑制板42的开口部44排列在一条直线上时更为如此。
因此，如图6所示，至少一个对流抑制板42可以具备设置在开口部44的对流抑制壁46。各个对流抑制板42在其中心具有开口部44。对流抑制壁46从开口部44的外周向对流抑制板42的轴向上的两侧延伸。对流抑制壁46也可以从开口部44向轴向上的一侧延伸。由此，包围开口部44的侧壁沿置换器22的中心轴间断地延伸。当开口部44为圆形时，对流抑制壁46为圆筒。某一对流抑制壁46和与其相邻的对流抑制壁46的轴向上的间隙D在对流抑制板42的轴向上的间隔W的例如1/4至3/4的范围，例如为大致1/2。如此，通过在开口部44附加设置侧壁，能够有效地抑制通过开口部44的小屋之间的气体对流。
如图7所示，相邻的开口部44也可以形成于彼此不同的位置，从而代替形成对流抑制壁46。即，某一对流抑制板42的开口部44和与其相邻的另一个对流抑制板42的开口部44在与置换器22的长轴交叉的平面(例如，与长轴正交的平面)上可以位于彼此不同的位置。如此，也能够有效地抑制通过开口部44的小屋之间的气体对流。这种开口部44的错开配置，尤其在如参考图5进行说明的实施方式那样对流抑制板42沿轴向紧密地排列的情况下有效。另外，在一种实施方式中，也可以将开口部44的错开配置与对流抑制壁46组合使用。
如上所述，根据本发明的斯特林制冷机10，能够更加可靠地抑制置换器22内的气体的对流。由此，能够抑制由置换器22内的气体的对流所产生制冷性能的下降。
以上，根据实施例对本发明进行了说明。本发明并不限定于上述实施方式，本领域技术人员能够理解，本发明可存在各种设计变更或各种变形例，而且这种变形例也属于本发明的范围。
符号说明
10-斯特林制冷机，11-压缩机，12-连接管，13-膨胀机，14-压缩机壳体，15-可动部件，16-支承部，20-膨胀机主体，22-置换器，24-第1区段，25-密封部，26-第2区段，28-膨胀空间，29-冷却台，30-弹性部件，32-置换器主体，34-置换器杆，36-气体空间，37-水冷式热交换器，38-蓄冷器，39-低温热交换器，40-支承部，42-对流抑制板，43-填充部件，44-开口部，46-对流抑制壁。
Claims (9)
1.一种斯特林制冷机，其特征在于，具备：
置换器，其具有充满气体的内部空间；及
膨胀机主体，其容纳所述置换器且使所述置换器能够往复移动，
在所述置换器的所述内部空间容纳有抑制所述气体的对流的一个或多个对流抑制板，
所述对流抑制板沿与所述置换器的长轴交叉的方向配置，
至少一个对流抑制板具有开口部，所述开口部使在第1侧与该对流抑制板相邻的所述内部空间的第1小屋和在第2侧与该对流抑制板相邻的所述内部空间的第2小间连通，
所述至少一个对流抑制板具备设置在所述开口部的对流抑制壁。
2.根据权利要求1所述的斯特林制冷机，其特征在于，
所述斯特林制冷机还具有蓄冷器，所述蓄冷器设置在所述膨胀机主体且所述蓄冷器位于所述置换器的外周部的以所述置换器的长轴作为中心轴的圆筒形状的规定的区域，
所述对流抑制板设置成即使所述置换器进行往复移动所述对流抑制板始终位于与所述蓄冷器所在的规定的区域相对应的位置。
3.根据权利要求1或2所述的斯特林制冷机，其特征在于，
所述置换器具备多个对流抑制板。
4.根据权利要求1或2所述的斯特林制冷机，其特征在于，
所述对流抑制板与所述置换器的内壁热接触。
5.根据权利要求1或2所述的斯特林制冷机，其特征在于，
所述置换器还具备抑制所述气体的对流的填充部件，
所述对流抑制板保持所述填充部件。
6.根据权利要求5所述的斯特林制冷机，其特征在于，
所述填充部件由树脂构成。
7.根据权利要求5所述的斯特林制冷机，其特征在于，
所述填充部件为纤维状或网状的部件。
8.根据权利要求1或2所述的斯特林制冷机，其特征在于，
在所述膨胀机主体与所述置换器之间形成有膨胀空间，在所述置换器的长轴方向上与所述膨胀空间相反的一侧，在所述膨胀机主体与所述置换器之间形成有压缩空间，
在所述置换器的所述内部空间容纳有多个对流抑制板，所述多个对流抑制板配设成在所述置换器的长轴方向上的所述膨胀空间侧紧密排列而在所述压缩空间侧稀疏排列。
9.根据权利要求1所述的斯特林制冷机，其特征在于，
某一对流抑制板的开口部和与其相邻的另一个对流抑制板的开口部在与所述置换器的长轴交叉的平面上位于彼此不同的位置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014-062411 | 2014-03-25 | ||
| JP2014062411 | 2014-03-25 | ||
| PCT/JP2015/058178 WO2015146761A1 (ja) | 2014-03-25 | 2015-03-19 | スターリング冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106164605A CN106164605A (zh) | 2016-11-23 |
| CN106164605B true CN106164605B (zh) | 2018-08-14 |
Family
ID=54195282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201580015949.1A Expired - Fee Related CN106164605B (zh) | 2014-03-25 | 2015-03-19 | 斯特林制冷机 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20170010026A1 (zh) |
| JP (1) | JP6490054B2 (zh) |
| CN (1) | CN106164605B (zh) |
| WO (1) | WO2015146761A1 (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6951889B2 (ja) * | 2017-07-07 | 2021-10-20 | 住友重機械工業株式会社 | 極低温冷凍機、及び極低温冷凍機の磁気シールド構造 |
| CN108168135A (zh) * | 2018-02-21 | 2018-06-15 | 杨厚成 | 一种声能制冷机及其膨胀活塞 |
| US11209192B2 (en) * | 2019-07-29 | 2021-12-28 | Cryo Tech Ltd. | Cryogenic Stirling refrigerator with a pneumatic expander |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08159583A (ja) * | 1994-12-07 | 1996-06-21 | Daikin Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| JPH09152214A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃機関のピストン |
| JPH09152212A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃機関のピストン |
| JP2003075005A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-12 | Sanyo Electric Co Ltd | スターリング冷凍機用ピストン |
| JP2008231949A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Sharp Corp | スターリング機関およびスターリング機関搭載機器 |
| CN101619687A (zh) * | 2009-08-11 | 2010-01-06 | 深圳市中科力函热声技术工程研究中心有限公司 | 自由活塞斯特林发动机系统 |
| JP2012220044A (ja) * | 2011-04-04 | 2012-11-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷器式冷凍機及び仕切り部材 |
| CN203114450U (zh) * | 2012-12-05 | 2013-08-07 | 黄护林 | 一种斯特林发动机 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4345437A (en) * | 1980-07-14 | 1982-08-24 | Mechanical Technology Incorporated | Stirling engine control system |
| JPS5866143U (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-06 | アイシン精機株式会社 | スタ−リング機関用ピストン |
| JPS5896148A (ja) * | 1981-12-02 | 1983-06-08 | Aisin Seiki Co Ltd | ガス機関のピストン |
| JPS5985456A (ja) * | 1982-11-05 | 1984-05-17 | Toshiba Corp | スタ−リングエンジン |
| US4945726A (en) * | 1989-08-23 | 1990-08-07 | Sunpower, Inc. | Leaky gas spring valve for preventing piston overstroke in a free piston stirling engine |
| JPH09152211A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃機関のピストン |
| JP2001021245A (ja) * | 1999-07-09 | 2001-01-26 | Irie Koken Kk | 蓄冷材及び蓄冷器 |
| US8607560B2 (en) * | 2008-02-28 | 2013-12-17 | Superconductor Technologies, Inc. | Method for centering reciprocating bodies and structures manufactured therewith |
| US8615993B2 (en) * | 2009-09-10 | 2013-12-31 | Global Cooling, Inc. | Bearing support system for free-piston stirling machines |
-
2015
- 2015-03-19 JP JP2016510280A patent/JP6490054B2/ja active Active
- 2015-03-19 WO PCT/JP2015/058178 patent/WO2015146761A1/ja active Application Filing
- 2015-03-19 CN CN201580015949.1A patent/CN106164605B/zh not_active Expired - Fee Related
-
2016
- 2016-09-20 US US15/270,017 patent/US20170010026A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08159583A (ja) * | 1994-12-07 | 1996-06-21 | Daikin Ind Ltd | 極低温冷凍機 |
| JPH09152214A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃機関のピストン |
| JPH09152212A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 外燃機関のピストン |
| JP2003075005A (ja) * | 2001-08-29 | 2003-03-12 | Sanyo Electric Co Ltd | スターリング冷凍機用ピストン |
| JP2008231949A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-10-02 | Sharp Corp | スターリング機関およびスターリング機関搭載機器 |
| CN101619687A (zh) * | 2009-08-11 | 2010-01-06 | 深圳市中科力函热声技术工程研究中心有限公司 | 自由活塞斯特林发动机系统 |
| JP2012220044A (ja) * | 2011-04-04 | 2012-11-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷器式冷凍機及び仕切り部材 |
| CN203114450U (zh) * | 2012-12-05 | 2013-08-07 | 黄护林 | 一种斯特林发动机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015146761A1 (ja) | 2015-10-01 |
| JPWO2015146761A1 (ja) | 2017-04-13 |
| US20170010026A1 (en) | 2017-01-12 |
| JP6490054B2 (ja) | 2019-03-27 |
| CN106164605A (zh) | 2016-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9857105B1 (en) | Heat pump with a compliant seal | |
| CN104457009B (zh) | 一种采用混合结构的低温脉冲管制冷机 | |
| CN106164605B (zh) | 斯特林制冷机 | |
| CN104006564B (zh) | 一种脉管制冷机 | |
| US20130263607A1 (en) | Regenerative refrigerator | |
| JP2013142479A (ja) | 極低温冷凍機、ディスプレーサ | |
| JP2009236456A (ja) | パルス管型蓄熱機関 | |
| JP5882110B2 (ja) | 蓄冷器式冷凍機、蓄冷器 | |
| JP4668238B2 (ja) | 蓄冷式冷凍機およびパルスチューブ冷凍機 | |
| CN105841385B (zh) | 斯特林制冷机 | |
| JP5799515B2 (ja) | 熱音響冷凍装置 | |
| CN104949373B (zh) | 斯特林制冷机 | |
| US20140338368A1 (en) | Stirling-type pulse tube refrigerator and flow smoother thereof | |
| JP2015197272A (ja) | 極低温冷凍機 | |
| CN104949374B (zh) | 斯特林制冷机 | |
| JP6117309B2 (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JP6320142B2 (ja) | 極低温冷凍機 | |
| JP4342566B2 (ja) | 熱機関 | |
| JP2013217516A (ja) | 蓄冷式冷凍機 | |
| JP6270368B2 (ja) | 冷凍機 | |
| US10018381B2 (en) | Cryogenic refrigerator | |
| WO2002077553A1 (en) | Vibrationally isolated stirling cooler refrigeration system | |
| JP2828948B2 (ja) | 再生熱交換器 | |
| WO2011105682A2 (ko) | 극저온 냉동기 | |
| JP2013174393A (ja) | 極低温冷凍機 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180814 |