CN1192525A

CN1192525A - 斯特林制冷装置

Info

Publication number: CN1192525A
Application number: CN97122271A
Authority: CN
Inventors: 関谷弘志; 福田荣寿
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1998-09-09
Also published as: NZ329155A; TW340178B; AU732327B2; US5927079A; EP0844446A1; JPH10148411A; AU4517997A; KR19980042402A

Abstract

本发明涉及一种使用斯特林制冷机的斯特林制冷装置,它装备有冷库,斯特林制冷机,设置于上述冷库内并且从上述斯特林制冷机的冷媒冷却部上延长、配置的冷热冷媒管路。通过上述斯特林制冷机的驱动,而由上述冷热冷媒管路而使冷媒在上述管路和上述冷媒冷却部内循环。通过使用氟立昂以外的乙醇、氮气、氦气等冷媒,可以对大容量的冷库进行适合的冷媒循环以提供能进行所要求温度级的冷藏的制冷装置。

Description

斯特林制冷装置

本发明涉及一种使用斯特林制冷机的斯特林制冷装置，特别是一种适合于金枪鱼等肉食品保存和细胞、组织、血液等的长期保存的能够提供大型超低温的制冷装置。

对于例如适合于金枪鱼等肉食品和细胞、组织、血液等的长期保存的制冷装置以往所知的是使用氟立昂来作为冷媒。

由于最近对氟立昂的限制，已知有使用HCFC、HFC的制冷装置。

然而，上述以往的结构会带来以下的问题。

首先，将特定的氟立昂(CFC)作为冷媒使用的制冷装置，由于对氟立昂的限制，使其使用受到了限制。在使用HCFC、HFC的制冷装置情况下，将来也会有成为被法律限制的对象的可能性。另外，由于制冷系统的特性而出现了制冷系数低，能量效率变劣的问题。

因此，人们迫切要求开发一种能够不受这样法律的限制、适合于对大型冷冻物品进行冷藏的制冷装置。

本发明的目的是解决以往装置的上述问题，即提供一种能够有效地对付对氟立昂的限制，以及预想的将来对HCFC、HFC的限制，并且制冷系数高，能量效率良好的斯特林制冷装置。

在实现上述目的的本发明权利要求1所述的斯特林制冷装置中，其特征在于它装备有冷库，斯特林制冷机，设置于上述冷库内并且从上述斯特林制冷机的冷媒冷却部上延长、配置的冷热冷媒管路。通过上述斯特林制冷机的驱动，而由上述冷热冷媒管路而使冷媒在上述管路和上述冷媒冷却部内循环。

另外，如权利要求2所述的斯特林制冷装置，其特征在于在权利要求1记载的斯特林制冷装置中，作为冷媒，使用了乙醇或者氮气或者氦气等液体或者气体。

另外，如权利要求3所述的斯特林制冷装置，其特征在于在权利要求1记载的斯特林制冷装置中，斯特林制冷机的散热通过水冷式或者空气冷却方式进行。

即，本发明的斯特林制冷装置是使用了斯特林制冷机的制冷装置，由此，不论对现在的氟立昂有什么限制，由于本发明使用了将来预想要限制的HCFC、HFC以外的冷媒，即乙醇等冷媒，因而能够获得增大制冷容量、制冷系数也可比现在的可提高的制冷装置。

图1是本发明第1实施例的视图，所表示的是斯特林制冷装置的结构简图；

图2是本发明第1实施例的视图，表示的是斯特林制冷装置结构的系统图；

图3是本发明第1实施例的视图，表示斯特林制冷机结构的剖视图；

图4是本发明第1实施例的视图，沿图3的IV-IV方向看的切去一部分的视图；

图5是本发明第1实施例的视图，表示斯特林制冷装置的降低特性的曲线图；

图6是本发明第2实施例的视图，表示斯特林制冷装置结构的系统图。

图中：1是斯特林制冷机，3是冷库，9是冷热冷媒管路，11是斯特林制冷机的冷媒冷却部，15是斯特林制冷机的散热部，17是散热器，19是水泵，21是空气冷却风扇。

下面参照图1-图5说明本发明的第1实施例。

图1是表示本实施例的斯特林制冷装置简略结构的视图，首先，斯特林制冷机标号是1。另外，与该斯特林制冷机1相邻接配置有冷库3，该冷库3由框架体5，设置于该框架体5的各内周壁上的隔热壁7，配置于该隔热壁7内周侧上的冷热冷媒管路9构成。

另外，图1中示出的是将冷热冷媒管路9与冷库3中隔热壁7的一个面相对配置的模式，在实用装置的情况下，除了冷库3的为收容冷藏对象物而设置的开闭门(图中未示)一面外，在冷库3内的隔热壁7剩余的各个面上，与冷库的冷冻容量相对应，以适宜的间隔进行配置。

上述斯特林制冷机1的图中上端部设置有冷媒冷却部11。上述的冷热冷媒管路9与该冷媒冷却部11相连接，在期间还安插有输送冷热冷媒的泵13。

另外，在斯特林制冷机1上设置有散热部15。

在该散热部15上连接有散热器17，其间安插有水泵19。

另外，图1中的符号21是空气冷却风扇。

将以上述结构构成的斯特林制冷装置系统地进行表示，便如图2所示的那样，首先，在冷热冷媒管路9与冷热冷媒输送泵13之间安插有吸入箱31。

该吸入箱31上通过储存阀33连接着冷热冷媒储存箱35。

另外，吸入箱31上还连接有排放阀37。

在冷媒冷却部11上的冷热冷媒管路9中上连接着排气口39。

而且，在散热器17上分枝连接有管路41，在该管路41上通过储存阀43连接储水箱45。

此外，散热器17在与排气口47相连的同时，还连接着排放阀49。

在该实施例的情况下，冷媒最好使用乙醇(例如溶点为-114℃的酒精)等。

下面对斯特林制冷机1的结构参照图3及图4进行说明。

本实施例中的斯特林制冷机1，作为其驱动部，使用了现有的压缩机，例如半封闭型压缩机，首先，从该压缩机一侧进行说明。

如图3及图4所示，50是以带有缸体51的铸造物形成的壳体，在该壳体50内通过分隔壁52划分出电机室53和曲轴室54，在该电机室53中收容有电机部件55，曲轴室54中则收容有将旋转运动转变为往复运动的机构部56。该机构部56在使用半封闭型压缩机的情况下，具有压缩部件的功能。

电机室53的开口以及曲轴室54的开口分别以封闭部件57封闭，这些封闭部件57是通过高气密性的密封垫片58由多个螺栓59固定在壳体50上的。另外，高气密性垫片58介装于各个部件的接合部之间，对它们进行密封。

在壳体50内可以旋转地配置有用轴支撑于分隔壁52的轴承部60上的曲轴61。电动部件55由固定在壳体50的电机室53内周壁上的定子62和可旋转地配置于该定子62内周侧的转子63构成，在该转子63的中央固定曲轴61。64的端子箱，将电动机部件55与外部电源(图中未示)相连接。

机构部56由在曲轴61的曲轴室54内延伸的曲轴部65a、65，与该曲轴部65a、65b相连接的连杆66a、66b，以及安装在该连杆66a、66b前端的横向导向头67a、67b构成，具有后述的斯特林制冷机部分的驱动机构的作用。另外，在曲轴61上安装有使斯特林制冷机部分平衡用的平衡重61a、61b。横向导向头67a、67b可往复移动地配置在在壳体50的缸体51内壁上所设的横向导轨68a、68b内。这样，缸体51带有了给横向导向头67a、67b导向的横向导向功能。曲轴部65a、65b形成有90°的相位差。

斯特林制冷机部69是通过在壳体50的曲轴室54上部配置压缩缸70，在该压缩缸上配置膨胀缸71而形成的。

压缩缸70由通过螺栓72而固定在壳体50上的压缩缸体73，在该压缩缸体的空间74内往复运动的将该空间压缩成压缩空间75而成为高温室76的压缩活塞77，以及一端固定在该压缩活塞上，另一端通过销78a可自由转动地连接在横向导向头67a上的压缩活塞连杆79构成。在空间74中往复运动的压缩活塞77由于在上死点及下死点的滑动方向发生反转，其速度变为零，因此在上死点及下死点附近其速度降低，单位时间的容积变化量也小。而分别在从下死点向上死点以及从上死点向下死点移动时的中间点上变为最高速度，因活塞移动而使单位时间容积的变化量变为最大。

膨胀缸71则由通过螺栓(图中未示)固定在压缩缸70上部的膨胀缸体80，在膨胀缸体80的空间81内往复移动，使该空间的上部膨胀为膨胀空间82而成为低温室83，同时在下部形成工作空间84的排出活塞85，以及一端固定在该排出活塞上，另一端穿过压缩缸体73而通过销78b可自由转动地连接在横向导向头67b上的排出活塞连杆86构成。排出活塞连杆86在压缩缸体73的贯通孔87上通过轴封装置88进行密封。

压缩活塞77比排出活塞85的相位晚90°，另外，压缩活塞77与排出活塞85的滑动面上分别设有密封环89。

在压缩缸体73和膨胀缸体79上形成有将压缩空间75与工作空间84相连通的连通孔90。

膨胀缸体80上形成有将膨胀空间82与工作空间84相连通的通路91，该通路91上依次设置有对外部进行冷却的冷却器92，蓄冷器93以及散热器94(散热部15)。

作为斯特林制冷机1的工作气体，可以使用例如氦气，氢气，氮气等，在实施例中使用的是氦气。

下面对斯特林制冷机1的动作进行说明。

该斯特林制冷机1由“一个排出器+一个活塞，热交换器环状配置”而构成。

首先，通过电动部件55使曲轴61旋转，曲轴室54内的曲轴部65a、65b以90°相位差旋转。可自由转动地连接在该曲轴部65a、65b上的连杆66a、66b滑动，使安装在连杆前端的横向导向头67a、67b在气缸51上所设的横向导轨68a、68b上往复移动。通过横向导向头67a上由压缩活塞连杆79进行连接的压缩活塞77，将压缩缸体63内的压缩空间65的工作气体在压缩活塞77朝上死点移动时进行压缩，从连通孔90导入工作空间84内。导入该工作空间84内的工作气体通过横向导向头67b上由排出活塞连杆86所连接的排出活塞85的向下的移动而排出到散热器94中。这样，通过该散热器94向外部散热的工作气体由蓄冷器93冷却，通过冷却器92流到膨胀空间82内。工作气体只能根据排出活塞85的移动而在工作空间84与膨胀空间82之间移动，因此膨胀空间82与工作空间84之间的移动不会产生压力变化。也就是说，只有排出活塞85不能引起压缩或者膨胀。

因此，在排出活塞85朝着下死点移动到90°的位置处其速度最大时，压缩活塞77才到达上死点，速度变为零。这样，压缩活塞77在朝下死点移动时速度慢，压缩空间75内的容积增大的变化相对较小，而排出活塞85的速度最大时，工作空间84和膨胀空间82的容积变化大，因此工作空间84内的工作气体移动到膨胀空间82内。另外，排出活塞85到达下死点附近时，膨胀空间82内的容积也达到最大。这时，压缩活塞77处于向下死点运动的中间位置转角90°附近，速度也变为最大。因此，压缩空间75内的工作气体开始膨胀，该工作气体的压力一旦降低，膨胀空间82内的工作气体就会向压缩空间75内瞬时移动，同时，开始膨胀，产生冷热。

膨胀空间82内变冷的工作气体通过排出活塞85向上死点移动，膨胀空间82缩小而从膨胀空间82排出到冷却器92中，在冷却器92中与冷媒冷却部11进行热交换，产生冷却，而在蓄冷器93中蓄热，在散热器94中与散热部15的水进行热交换流入到工作空间84中，从该工作空间84通过与压缩空间85相连通的连通孔90吸入，之后反复进行同样的循环，这样便能够通过斯特林制冷机1将冷媒冷却部11冷却到-30℃至-200℃的超低温。

以上说明压缩活塞77和排出活塞35相位差为90°，在60°-120°的相位差的情况下也具备斯特林循环机构的功能。

冷媒冷却部11上设置有与冷热冷媒管路9相连接的入口管路11a和出口管路11b。

这样，通过冷热冷媒管路9将冷热输送冷媒(氦)在冷库3以及冷媒冷却部11(冷却器92)之间循环。这时，冷媒在冷媒冷却部11中冷却，通过冷热冷媒管路9流到冷库3一侧，由此对冷库3进行冷却。在冷库3内流通的冷媒再度返回到上述冷媒冷却部11中，在此进行冷却。以下进行同样的循环。

另一方面，在斯特林制冷机1中，通过散热部15(散热器94)、散热器17可以进行散热。

在图5中示出本实施例的斯特林制冷装置的降低特性曲线。图5是以横轴为时间(hr)，纵轴为冷库3内的温度，表示出其时间变化。

然而，这是以氦气(He)的平均压力为3MPa、斯特林制冷机1的转速为1200rpm、冷却水温度为34℃进行的。

下面参照图6说明本发明的第2实施例。在上述第1实施例的情况下，斯特林制冷机的散热是通过水进行的，而在第2实施例的情况下，则用空气进行冷却。

其它的结构与上述第1实施例的情况相同，相同的部分用相同的符号表示，在此省略对其的说明。

如以上所详细描述的那样，本发明的斯特林制冷装置具有以下的效果。

(1)由于使用斯特林制冷机构成制冷装置，在其冷却部的构成上不会存在困难，通过使用氟立昂以外的乙醇、氮气、氦气等冷媒，可以对大容量的冷库进行适合的冷媒循环以提供能进行所要求温度级的冷藏的制冷装置。

因此，能够针对特定氟立昂(CFC)的限制，同时能够提供适合于对金枪鱼等肉食或者生物的细胞等进行长期保存的大型冷库。

(2)同时，这种结构的冷库和斯特林制冷机两者之间相互配置，通过冷热冷媒管路对上述冷媒进行循环，具有进行适当放热的结构，而且在将冷媒直接向冷冻室供给的情况下不产生霜，冷媒可以进行适当的循环、散热，因此，制冷系数也高，并且能量效率也良好。

(3)另外，如果将制冷机的散热通过空冷方式进行，还能使装置得到廉价的结构。

Claims

1.一种斯特林制冷装置，其特征在于：它装备有冷库，斯特林制冷机和设置于上述冷库内并且从上述斯特林制冷机的冷媒冷却部上延长、配置的冷热冷媒管路，通过上述斯特林制冷机的驱动，经上述冷热冷媒管路而使冷媒在上述管路和上述冷媒冷却部内循环。

2.如权利要求1所述的斯特林制冷装置，其特征在于：作为冷媒，使用了乙醇或者氮气或者氦气等液体或者气体。

3.如权利要求1所述的斯特林制冷装置，其特征在于：斯特林制冷机的散热通过水冷式或者空气冷却方式进行。