JP2003286962A

JP2003286962A - ベローズポンプ

Info

Publication number: JP2003286962A
Application number: JP2002087697A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kanai; 大金井; Takahiro Nakamura; 隆広中村; Itsuo Nakasaki; 五夫中崎; Ryosuke Taihichi; 亮佑對比地; Hiroshi Sekiya; 弘志関谷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーシング２２とベローズ２４との間の雰囲
気によるベローズ２４内の熱搬送媒体の熱損失を低減す
る。【解決手段】駆動軸２７とケーシング２２との間に、
ベアリング１８を挟んで再生器２５を設ける。再生器２
５は、メッシュシート状やウール状にしたステンレスや
真鍮等の金属を成形して形成する。ケーシング２２内の
空間を、室温側空間ＲＢと冷熱源側空間ＲＡとに区画
し、これらの間を流動する雰囲気の熱を再生器２５で蓄
熱、再生することにより、冷熱源側空間ＲＡ側の雰囲気
の温度変化を抑制して、ベローズ２４内の熱搬送媒体の
熱損失を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷熱源で熱交換し
た熱搬送媒体を熱利用機器に搬送する際等において熱搬
送媒体の搬送に用いるベローズポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、熱を利用する機器は多く、例えば
冷熱を利用する機器（冷熱利用機器）としては、冷凍
庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラー等の業務用又は家庭用
の冷熱利用機器を始めとして、低温液循環器、低温恒温
器、恒温槽、ヒートショック試験装置、凍結乾燥機、温
度特性試験装置、血液・細胞保存装置、コールドクーラ
等多種多様の機器が知られている。

【０００３】このような熱利用機器において冷熱源とそ
の熱を利用する熱利用機器との間の距離が離れているよ
うな場合、熱搬送装置が用いられる。

【０００４】このような熱搬送装置は、冷熱源で冷却さ
れた熱搬送媒体を搬送ポンプで搬送して熱利用機器に供
給するものである。

【０００５】図４は、かかる搬送ポンプとしてベローズ
を用いたベローズポンプ１１０の概略構成を示した図
で、ケーシング２２１内にベローズ１１４が設けられ、
その一端はケーシング２２１の蓋１１２に密着して取付
けられている。

【０００６】また、ベローズ１１４の他端には、底板１
１３が密着して設けられ、当該底板１１３に駆動軸１１
７が連結されている。この駆動軸１１７はベアリング１
１８により上下動自在に支持され、シール部材１１９を
介してケーシング２２１外に延設されている。

【０００７】ケーシング２２１の外にはモータ１２１が
設けられて、当該モータ１２１により駆動軸１１７が往
復運動するようになっている。

【０００８】そして、ベローズ１１４が伸縮することに
より熱搬送媒体がベローズ１１４内に吸引され、また当
該ベローズ１１４内から吐出されて、熱搬送媒体に搬送
力を付与している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ベロー
ズが伸縮運動し、かつ、ベローズ１１４側が低温であ
り、モータ１２１側が室温であるため、後述するような
理由からベローズ１１４内の熱搬送媒体が加熱されて熱
損失を生じさせてしまう問題があった。

【００１０】即ち、ベローズが伸縮運動することによ
り、ケーシング内の空間は攪拌されて、例えば図４に点
線矢印で示すように流動して、ベローズ１１４側の温度
の低い雰囲気とモータ１２１側の温度の高い雰囲気とが
混じり合ってしまう。

【００１１】このため、ベローズに接する雰囲気の温度
が上昇して、当該ベローズ内の熱搬送媒体が加熱され熱
損失が発生する。

【００１２】そこで、本発明は、かかる熱損失を抑制し
て効率よく熱搬送が行えるようにしたベローズポンプを
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１にかかる発明は、ケーシング内に収納され
ると共に一端が当該ケーシングの蓋に密着して設けられ
て伸縮運動するベローズと、該ベローズの底板に固着さ
れてケーシング外まで延設された駆動軸と、該駆動軸を
往復運動させることによりベローズを伸縮させるモータ
とを備えて、ベローズが伸びた際に熱搬送媒体を当該ベ
ローズ内空間に吸引し、縮んだ際に該ベローズ内の熱搬
送媒体を圧送して吐出すベローズポンプにおいて、ベロ
ーズの伸縮に伴いケーシングとベローズとの間の雰囲気
が攪拌されて、当該攪拌された雰囲気により該ベローズ
内の熱搬送媒体が加熱されるのを抑制すべく、雰囲気の
攪拌路を遮るようにして設けられて、攪拌されて流動す
る雰囲気の熱を蓄熱し、また再熱する再生器を設けたこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項２にかかる発明は、再生器により、
ケーシングとベローズとの間の空間が当該ベローズ側の
空間と当該空間に対向するケーシング底側の空間とに区
画され、ベローズ側の空間がケーシング底側の空間より
大きな空間になるように形成されていることを特徴とす
る。

【００１５】請求項３にかかる発明は、熱搬送媒体は、
ヘリウム、窒素、アルゴンのいずれか１又はこれらの混
合体であることを特徴とする請求項１又は２記載のベロ
ーズポンプ。

【００１６】請求項４にかかる発明は、ベローズ内空間
のガス状の熱搬送媒体は、−１００℃以下であることを
特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のベローズ
ポンプ。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図１は本発明の実施の形態の説明に適用さ
れるベローズポンプ１０の概略構成を示す図である。ま
た、図２はかかるベローズポンプ１０を利用してスター
リング冷凍機で発生した冷熱を搬送する冷熱搬送装置１
の概略構成を示す図である。

【００１８】冷熱搬送装置１は、スターリング冷凍機の
ような冷熱源と熱搬送媒体とが熱交換する冷熱源側熱交
換器２、該熱搬送媒体を圧送するベローズポンプ１０、
熱搬送媒体と冷熱利用機器とが熱交換する負荷側熱交換
器３を有し、これらが冷熱搬送配管５により順次接続さ
れて形成されている。

【００１９】このベローズポンプ１０は、ケーシング２
２内にベローズ２４が設けられて、当該ベローズ２４の
一端はケーシング２２の蓋１２に密着して取付けられて
いる。なお、ケーシング２２及び蓋１２は断熱材等を用
いて断熱処理されていることが好ましい。

【００２０】この蓋１２には、熱搬送媒体が吸引される
吸引口３０、当該熱搬送媒体を加圧して吐出す吐出口２
６がそれぞれ設けられて、これら吸引口３０及び吐出口
２６には図示しない逆止弁が設けられて、図２に示す矢
印方向にのみ熱搬送媒体が流動できるようになってい
る。

【００２１】また、ベローズ２４の他端には、底板２３
が密着して設けられ、当該底板２３に駆動軸２７が連結
されている。この駆動軸２７はベアリング１８により上
下動自在に支持され、シール部材２８を介してケーシン
グ２２外に延設されている。

【００２２】ケーシング２２の外にはリニアモータ２９
が設けられて、当該リニアモータ２９により駆動軸２７
が往復運動するようになっている。

【００２３】このシール部材２８は、外気がケーシング
２２内に侵入しないようにするために設けられている。

【００２４】なお、ベローズ２４は、金属材料をプレス
加工により一体成形した金属成形ベローズや溶接により
組み立てた金属溶接ベローズが使用される。

【００２５】駆動軸２７とケーシング２２との間には、
ベアリング１８を挟んで再生器２５が設けられている。
再生器２５は、メッシュシート状やウール状にしたステ
ンレスや真鍮等の金属により形成されており、空気等の
気体がその内部を流動することができるようになってい
る。

【００２６】この再生器２５によりベローズ２４とケー
シング２２との間の空間が２分される。そこで、ベロー
ズ２４側の空間を冷熱源側空間ＲＡ、シール部材２８側
の空間を室温側空間ＲＢと記載する。

【００２７】この室温側空間ＲＢ内の雰囲気温度は室温
又は略室温であり、冷熱源側空間ＲＡ内の雰囲気温度は
熱搬送媒体の温度である。

【００２８】従って、ベローズ２４の伸縮運動に伴い、
冷熱源側空間ＲＡは圧縮・膨張を起すことになる。無
論、上述したように再生器２５は通気性を持つため、室
温側空間ＲＢの雰囲気も略同位相で圧縮・膨張するよう
になる。

【００２９】ところが、ベローズポンプ１０の小型化や
スリム化等の理由から、図２からも分るように、室温側
空間ＲＢは冷熱源側空間ＲＡより小さく形成されている
ため、室温側空間ＲＢと冷熱源側空間ＲＡとにおける雰
囲気の圧縮率や膨張率は異なり、例えベローズ２４とケ
ーシング２２との間の空間が密閉空間であっても当該空
間の雰囲気が流動する。

【００３０】このため、ベローズ２４に接する雰囲気の
温度が上昇して、当該雰囲気により熱搬送媒体が加熱さ
れ熱損失が発生する。

【００３１】そこで、本発明では、上記再生器２５によ
り、冷熱源側空間ＲＡから再生器２５に流入した雰囲気
の熱を蓄熱して、室温側空間ＲＢから当該再生器２５を
介して冷熱源側空間ＲＡに流入する雰囲気を、当該蓄熱
した熱で冷却するようにしている。

【００３２】これにより、冷熱源側空間ＲＡの雰囲気が
室温側空間ＲＢの雰囲気と混じり合っても、冷熱側空間
ＲＡの温度上昇が抑制されるようになり、熱搬送媒体の
熱損室が低減する。

【００３３】このようなベローズポンプ１０により冷熱
を搬送する際の冷熱源として、図３に示すようなスター
リング冷凍機４が用いられる。

【００３４】該スターリング冷凍機４は、駆動装置１１
は、内部がモータ室１３をなすモータハウジングを有
し、このモータ室１３にステータ１５及びロータ１６か
らなる正逆回転可能なモータ１４が設置されて、発生し
た回転動力はモータ軸１７を介して出力される。

【００３５】冷熱発生装置３３は、駆動装置１１で発生
した回転動力を往復動力に変換する動力変換部３４、作
動ガスを圧縮する圧縮部６４、作動ガスを膨張させる膨
張部９０、圧縮室６６と膨張室９２とを連通させるガス
流路１７５に設けられて流動する作動ガスの熱を蓄熱す
る蓄熱部１７４、圧縮部６４で圧縮されて温度上昇した
作動ガスの熱を外部に放熱させる放熱部１９３、膨張部
９０で作動ガスが膨張することにより発生した冷熱を冷
熱利用機器に供給するコールドヘッド部２１９、クラン
ク室３６のオイル２４８が圧縮室６６や膨張室９２に侵
入しないようにするオイルシール部１４８、背圧室１５
４とクランク室３６との差圧の発生を抑制する圧力調整
部１２５等を有している。

【００３６】動力変換部３４は、内部がクランク室３６
をなすクランクハウジングを有し、このクランクハウジ
ングはモータハウジングトップ１９を介してモータハウ
ジングと接して設けられている。

【００３７】なお、モータ軸１７やクランク軸３７は、
軸受２１により回動自在に支持されている。

【００３８】モータハウジング及びクランクハウジング
は、それぞれ蓋で封止されており、これらモータハウジ
ング、クランクハウジング、モータハウジングトップ１
９は鋳物により製造されている。

【００３９】ところで、作動ガスとしてヘリウム、水
素、窒素等の大気以外のガスを用いることができ、この
場合にはクランク室、モータ室、バッファタンク内に
も、これらの作動ガスを封入しておくことが好ましい。

【００４０】これは長時間の運転により、僅かながらも
クランク室、モータ室、バッファタンク内の雰囲気が圧
縮室や膨張室に侵入するためである。

【００４１】クランク室３６には、モータ軸１７と連結
されたクランク軸３７、該クランク軸３７に装着された
圧縮クランク３８ａ及び膨張クランク３８ｂからなるク
ランク３８、一端がクランク３８に連結された圧縮コネ
クティングロッド４１ａ及び膨張コネクティングロッド
４１ｂからなるコネクティングロッド４１、該コネクテ
ィングロッド４１の他端に連結された圧縮クロスガイド
ヘッド４４ａ及び膨張クロスガイドヘッド４４ｂからな
るクロスガイドヘッド４４、該クロスガイドヘッド４４
の運動方向を１方向に規制する圧縮クロスガイドライナ
４７ａ及び膨張クロスガイドライナ４７ｂからなるクロ
スガイドライナ４７等が設けられている。

【００４２】なお、圧縮クランク３８ａと膨張クランク
３８ｂとは、クランク軸３７の軸心に対して偏心して設
けられ、かつ、モータ１４の正転時に膨張クランク３８
ｂが圧縮クランク３８ａより略９０度位相が先行して回
転するように設けられている。

【００４３】ここでモータ１４の正転時とは、冷熱を発
生するようなサイクル運転を行うときのモータ１４の回
転方向を言う。

【００４４】このときスターリング冷凍機４において
は、膨張クランク３８ｂと圧縮クランク３８ａとの位相
差に伴い発生する回転アンバランスを抑制するためにバ
ランサ５１が設けられている。

【００４５】クロスガイドライナ４７は、クロスガイド
ヘッド４４が挿入される概略円筒状の穴で、クランクハ
ウジングの頂部を穴開加工等して形成されている。

【００４６】これによりクランク３８を介して駆動され
たクロスガイドヘッド４４はクロスガイドライナ４７に
案内されて往復運動するようになる。

【００４７】圧縮部６４は、シリンダハウジング７４を
穴開して形成された圧縮シリンダ６８、圧縮シリンダ６
８内を往復運動する圧縮ピストン６７、一端が圧縮クロ
スガイドヘッド４４ａに揺動自在に取付けられると共に
他端が圧縮ピストン６７に固着されて、これらを連結す
る圧縮ピストンロッド６９、該圧縮ピストン６７の頭部
側と圧縮シリンダ６８とで形成された圧縮室６６を有し
ている。

【００４８】圧縮ピストン６７の側筒面には、ピストン
リングが装着されて、圧縮室６６の機密性を保ってい
る。

【００４９】膨張部９０は、膨張シリンダ９７、該膨張
シリンダ９７内を往復運動する膨張ピストン９３、一端
が膨張クロスガイドヘッド４４ｂに揺動自在に取付けら
れると共に他端が膨張ピストン９３に固着されて、この
らを連結する膨張ピストンロッド１００、該膨張ピスト
ン９３の頭部側と膨張シリンダ９７とで形成された膨張
室９２を有して、膨張室９２の外周部にコールドヘッド
部２１９が形成されている。

【００５０】膨張ピストン９３には、ピストンリングが
装着されて、膨張室９２の機密性を保っている。

【００５１】なお、膨張ピストン９３の下端部を取囲む
ように環状溝１０８が形成されて、当該環状溝１０８に
ガス流路１７５が繋がり、圧縮室６６へと連通してい
る。

【００５２】蓄熱部１７４は、真鍮やステンレス鋼を材
料とするメッシュ状の金属シートのからなる円筒状の蓄
熱材１７６を有し、この蓄熱材１７６が多数積層されて
装着される。

【００５３】そして、膨張室９２で膨張して温度の下が
った作動ガスが、圧縮室６６に向って流動する際には、
当該作動ガスの冷熱を貯えて、当該冷熱が圧縮室６６か
ら膨張室９２に流動する作動ガスの冷却に用いられる。

【００５４】また、圧縮室６６で圧縮されて温度上昇し
た作動ガスが、圧縮室６６から膨張室９２に向って流動
する際には、当該作動ガスの温熱を貯えて、当該温熱が
膨張室９２から圧縮室６６に流動する作動ガスの加熱に
用いられる。

【００５５】放熱部１９３は、圧縮部６４で圧縮されて
温度上昇した作動ガスの熱を外部に速やかに放出させる
ことを主目的として設けられて、フィンを有する放熱器
１９５が設けられている。

【００５６】この放熱部１９３を循環する冷却水は、冷
却水回路２０２を循環ポンプ１９８により循環する。

【００５７】そして、この冷却水回路２０２に設けられ
た放熱交換器１９６で送風ファン１９７により送風され
る外気と熱交換して冷却される。

【００５８】本発明にかかるスターリング冷凍機４で
は、クランク３８が回転した際に、クランク室３６の底
部に貯留しているオイル２４８を掻上げて、クランク３
８とコネクティングロッド４１との摺動部分やクロスガ
イドヘッド４４とクロスガイドライナ４７との摺動部分
等に付着させて、これらの摺動部分を潤滑している。

【００５９】このときクロスガイドヘッド４４の往復運
動により、クロスガイドヘッド４４とクロスガイドライ
ナ４７との摺動部分のオイル２４８が圧縮ピストン６７
や膨張ピストン９３側に送込まれて、クロスガイドヘッ
ド４４の頭部側（圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３
側）に溜るようになる。

【００６０】クロスガイドヘッド４４は、非常に早い周
期で往復運動するため、このようにして溜ったオイル２
４８は跳ね飛ばされて、圧縮ピストン６７や膨張ピスト
ン９３に付着し、これが圧縮ピストン６７や膨張ピスト
ン９３の往復運動により圧縮室６６や膨張室９２に送込
まれて冷凍効率の低下をもたらす。

【００６１】また、クロスガイドヘッド４４の頭部側に
溜るオイル２４８量は、当該クロスガイドヘッド４４の
頭部と底部との差圧に依存し、大きな差圧が発生すると
溜るオイル２４８量も多くなり、これに伴い圧縮室６６
や膨張室９２に多量のオイル２４８が侵入する。

【００６２】なお、クランク室３６は、スターリング冷
凍機４の長時間運転により温度上昇するが、この温度上
昇に伴いクランク室３６の圧力上昇が生じる。

【００６３】即ち、圧縮室６６や膨張室９２にオイル２
４８が侵入する原因として、クロスガイドヘッド４４等
の往復運動による送込みと、背圧室１５４とクランク室
３６との間の差圧が主要原因となっている。

【００６４】そこで、クロスガイドヘッド４４により送
込まれたオイル２４８が圧縮ピストン６７や膨張ピスト
ン９３に付着しないようにするために、オイルシールベ
ローズを主要構成とするオイルシール部１４８を設けて
いる。

【００６５】このようなオイルシール部１４８は、クロ
スガイドヘッド４４と膨張ピストン９３及び圧縮ピスト
ン６７との間に設けられたオイルシールベローズ１４９
を有し、クロスガイドヘッド４４と膨張ピストン９３及
び圧縮ピストン６７との間を気密に区画している。以
下、膨張ピストン９３及び圧縮ピストン６７側の空間を
背圧室１５４という。

【００６６】このオイルシールベローズ１４９は、金属
材料をプレス加工により一体成形した金属成形ベローズ
や溶接により組み立てた金属溶接ベローズが使用され
る。

【００６７】これにより背圧室１５４が気密状態とな
り、クランク室３６からオイル２４８が圧縮室６６や膨
張室９２に侵入する不都合が完全に防止できるようにな
る。

【００６８】背圧室１５４は、圧縮ピストン６７の背圧
側と膨張ピストン９３との背圧側にそれぞれ形成される
が、これらが互いに連通するように背圧室連通孔１５５
が形成されている。

【００６９】ところで、背圧室１５４の空間容積に比べ
クランク室３６側の空間容積は十分に大きい。

【００７０】なお、クランク室３６側の空間容積は、ク
ランク室３６とモータ室１３とが連通しているので、こ
れらの和である。

【００７１】このような容積関係の下で背圧室１５４が
気密状態にあると、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６
７の往復運動作により当該背圧室１５４には大きな圧力
変動が発生すると共に、クランク室３６との間で大きな
差圧が発生する。

【００７２】そして、背圧室１５４の圧力がクランク室
３６の圧力より高くなるとオイルシールベローズ１４９
は糸巻ボビン状に絞られ、逆に背圧室１５４の圧力がク
ランク室３６の圧力より低くなると、オイルシールベロ
ーズ１４９はビヤダル状に膨らむようになる。

【００７３】このような変形が、繰返しオイルシールベ
ローズ１４９に生じて破損しやすくなる。

【００７４】また、背圧室１５４の圧力変動は、膨張ピ
ストン９３や圧縮ピストン６７の往復運動のブレーキと
して作用するので、その分モータ１４の負荷が増えてし
まい冷凍効率が低下する。

【００７５】そこで、背圧室連通孔１５５を設けて圧縮
ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側とに
それぞれ形成される背圧室１５４を連通している。

【００７６】圧縮ピストン６７と膨張ピストン９３と
は、所定の位相差を保って往復運動するため、これらの
背圧側圧力も所定の位相差を保って変動する。

【００７７】従って、背圧室連通孔１５５により圧縮ピ
ストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側とを連
通させることにより、相互で圧力変動が吸収し合うよう
になる。

【００７８】しかし、このような構成にしても、圧縮ピ
ストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側との空
間容積の相違や、当該背圧室１５４を満たす雰囲気の流
動抵抗等により完全に圧力変動を吸収することができな
い。

【００７９】そこで、より完全な圧力変動が行えるよう
に、バッファタンク１２６を備えた圧力調整部１２５を
設けている。

【００８０】この圧力調整部１２５のバッファタンク１
２６は、タンク内の空間を２つの空間に気密に仕切る圧
力調整ベローズ１２７を備えて、一方の空間が背圧側連
通管１２８により背圧室１５４と連通し、他方の空間が
クランク側連通管１３０によりクランク室３６やモータ
室１３と連通している。

【００８１】この背圧室１５４に連通する空間を背圧側
バッファ室１２９と記載し、クランク室３６と連通する
空間をクランク側バッファ室１３１と記載する。

【００８２】そして、少なくとも背圧側バッファ室１２
９の空間容積は、背圧室１５４の空間容積より十分に大
きくなっている。

【００８３】圧力調整ベローズ１２７は、オイルシール
ベローズ１４９と同様に金属成形ベローズ、金属溶接ベ
ローズを用いることも可能であるが、当該オイルシール
ベローズ１４９におけるほど伸縮量が大きくないこと等
の理由から樹脂やゴム製のベローズを使用することも可
能である。

【００８４】これにより、背圧室１５４の圧力変動が背
圧側バッファ室１２９の圧力変動により自動的に緩和さ
れると共に、圧力調整ベローズ１２７の伸縮により吸収
され、背圧室１５４とクランク室３６との間で大きな差
圧が発生しないようになり、オイルシールベローズ１４
９の劣化や破壊の防止、スターリング冷凍機４の運転性
能及び耐久性の向上が図られる。

【００８５】なお、モータ室１３はクランク室３６と連
通しているので、クランク側バッファ室１３１をモータ
室１３と連通させても同様の効果を得ることができる。

【００８６】コールドヘッド部２１９は、冷却フィン２
２０と、この冷却フィン２２０の先端部分を包むように
設けられた図示しないジャケットとから構成されて、冷
却フィン２２０とジャケットとの間に熱搬送媒体の流路
が形成されている。

【００８７】なお、熱搬送媒体として、エチルアルコー
ル、ＨＦＥ、ＰＦＣ、ＰＦＧ、窒素、ヘリウム、アルゴ
ン等が利用可能であり、かかる熱搬送媒体を用いること
により−１００℃以下の冷熱を搬送することが可能にな
る。

【００８８】これにより膨張室９２で発生した冷熱によ
り熱搬送媒体は冷却フィン２２０を介して冷却され、冷
熱利用機器に冷熱が供給される。

【００８９】次に、このような構成のスターリング冷凍
機４の動作を説明する。

【００９０】モータ１４が駆動されると、その回転動力
がモータ軸１７を介してクランク軸３７に伝達される。

【００９１】このクランク軸３７にはクランク３８が偏
心して取付けられて、このクランク３８にコネクティン
グロッド４１を介してクロスガイドヘッド４４が連結さ
れているので、回転動力はクロスガイドヘッド４４の往
復動力に変換される。

【００９２】クロスガイドヘッド４４が往復運動する
と、ピストンロッドを介して接続された膨張ピストン９
３と圧縮ピストン６７は往復運動して作動ガスを圧縮、
膨張する。

【００９３】このとき、クランク３８によりオイル２４
８がクロスガイドヘッド４４等に付着するが、オイルシ
ールベローズ１４９によりクランク室３６と背圧室１５
４とが完全に区画されている。

【００９４】また、背圧室１５４と膨張室９２との差圧
がバッファタンク１２６により圧力調整されて、これら
の間で差圧の発生が抑制されているが、このとき圧力調
整ベローズ１２７を用いてバッファタンク１２６を区画
しているので、バッファタンク１２６を介してクランク
室３６等から背圧室１５４にオイル２４８が流入するこ
とがない。

【００９５】従って、背圧室１５４にオイル２４８が侵
入して圧縮室６６や膨張室９２に侵入することがなく、
冷凍効率の低下が防止できるようになっている。

【００９６】なお、バッファタンク１２６により背圧室
１５４と膨張室９２との差圧が抑制されるために、モー
タ１４負荷が低減して冷凍効率の低下が抑制できるよう
になっている。

【００９７】このようにして膨張ピストン９３と圧縮ピ
ストン６７が往復運動し、膨張ピストン９３が上死点に
近づいて動きが遅くなると、圧縮ピストン６７は中間付
近を上死点に向かって急速に動き、これにより作動ガス
は略断熱圧縮されて温度上昇する。

【００９８】圧縮された作動ガスは、ガス流路１７５を
流れて放熱部１９３に流入し、ここで放熱器１９５を介
して冷却水に放熱して降温する。

【００９９】なお、冷却水は、循環ポンプ１９８に冷却
水回路２０２を循環し、放熱交換器１９６で外気と熱交
換して冷却される。

【０１００】冷却水に放熱した作動ガスは、蓄熱部１７
４に流入し、蓄熱材１７６を通過する際に当該蓄熱材１
７６に温熱を蓄熱して膨張室９２に流入する。

【０１０１】そして、圧縮ピストン６７は上死点に近づ
き、その速度も遅くなる。

【０１０２】すると、膨張ピストン９３は急激に下死点
に向かって動き、これにより膨張室９２が急激に拡張し
て、当該膨張室９２の作動ガスは断熱膨張して降温す
る。

【０１０３】これにより、コールドヘッド部２１９の温
度が下がり、冷却フィン２２０を介して熱搬送媒体が冷
却されて、冷熱が冷熱利用機器に供給される。

【０１０４】膨張ピストン９３が下死点から上死点に移
動する際は、圧縮ピストン６７は中間位置から下死点に
向かって動いており、これにより作動ガスは膨張室９２
からガス流路１７５を介して圧縮室６６に流れる。

【０１０５】このとき膨張して温度の下がった作動ガス
は、蓄熱材１７６に冷熱を蓄熱して放熱部１９３を経て
圧縮室６６に流入して１サイクルが終了する。

【０１０６】このようにして発生された冷熱は、ベロー
ズポンプ１０により冷熱利用機器に供給される。

【０１０７】即ち、リニアモータ２９が動作すると駆動
軸２７が往復運動し、これに伴いベローズ２４が伸縮す
る。

【０１０８】ベローズ２４が伸びると、ベローズ２４内
空間が負圧になるため吸引口３０側の逆止弁が開き、吸
引口３０からベローズ２４内に熱搬送媒体が吸引され
る。

【０１０９】またベローズ２４が縮むと、ベローズ２４
内空間が正圧になるため吐出口２６の逆止弁が開き、ベ
ローズ２４内の熱搬送媒体が吐出口２６から吐出され
る。

【０１１０】このようにして搬送力が付与された熱搬送
媒体は、冷熱源側熱交換器２で冷熱源と熱交換して、負
荷側熱交換器３に循環し、ここで冷熱利用機器に冷熱を
与え、ベローズポンプ１０を介して冷熱源側熱交換器２
へと循環するサイクルを繰返す。

【０１１１】ベローズポンプ１０は、ベローズ２４の伸
縮により熱搬送媒体に搬送力を付与するため、ロータリ
ポンプ等のように摺動部が存在しないので無潤滑で運転
することが可能になり、超低温でも運転可能になる。

【０１１２】また、例えばベローズ２４をプラスチック
等の樹脂により形成した場合には、冷熱により堅くなる
ので、無理に曲げたりするとクラックや破損等を起して
しまう。

【０１１３】しかし、本発明にかかるベローズ２４は金
属製であるため超低温（例えば、１３０℃以下）であっ
ても、かかる不都合を発生させることなく利用すること
ができ、信頼性が向上する利点がある。

【０１１４】なお、上述したような構成であるので、熱
搬送媒体として超低温でも凝固しない媒体であれば全て
利用することが可能であり、このような熱搬送媒体とし
てヘリウム、アルゴン、窒素等を例示することが可能で
ある。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ベローズの伸縮に伴うケーシングとベローズとの間の雰
囲気の攪拌路を遮るように再生器を設けたので、攪拌さ
れて流動する雰囲気の熱が蓄熱でき、またその熱で再熱
することが可能になり、当該攪拌された雰囲気により該
ベローズ内の熱搬送媒体が加熱されるのを抑制できて、
該熱搬送媒体の熱損失が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるベロー
ズポンプの概略構成図である。

【図２】冷熱搬送装置の構成図である。

【図３】スターリング冷凍機の概略構成図である。

【図４】従来の技術の説明に適用されるベローズポンプ
の概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ベローズポンプ１２蓋２２ケーシング２３底板２４ベローズ２５再生器２６吐出口２７駆動軸２８シール部材２９リニアモータ３０吸引口ＲＡ冷熱源側空間ＲＢ室温側空間

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年８月１日（２００２．８．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】ベローズポンプ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００５】図３は、かかる搬送ポンプとしてベローズ
を用いたベローズポンプ１１０の概略構成を示した図
で、ケーシング１１１内にベローズ１１４が設けられ、
その一端はケーシング２２１の蓋１１２に密着して取付
けられている。

【０００６】また、ベローズ１１４の他端には、底板１
１３が密着して設けられ、当該底板１１３に駆動軸１１
７が連結されている。この駆動軸１１７はベアリング１
１８により上下動自在に支持され、シール部材１１９を
介してケーシング１１１外に延設されている。

【０００７】ケーシング１１１の外にはモータ１２１が
設けられて、当該モータ１２１により駆動軸１１７が往
復運動するようになっている。

【０００９】

【００１３】

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図２は本発明の実施の形態の説明に適用さ
れるベローズポンプ１０の概略構成を示す図である。ま
た、図１はかかるベローズポンプ１０を利用してスター
リング冷凍機で発生した冷熱を搬送する冷熱搬送装置１
の概略構成を示す図である。

【００３３】このようなベローズポンプ１０により冷熱
を搬送する際の冷熱源として、図４に示すようなスター
リング冷凍機４が用いられる。

【００４９】膨張部９０は、膨張シリンダ９７、該膨張
シリンダ９７内を往復運動する膨張ピストン９３、一端
が膨張クロスガイドヘッド４４ｂに揺動自在に取付けら
れると共に他端が膨張ピストン９３に固着されて、これ
らを連結する膨張ピストンロッド１００、該膨張ピスト
ン９３の頭部側と膨張シリンダ９７とで形成された膨張
室９２を有して、膨張室９２の外周部にコールドヘッド
部２１９が形成されている。

【００５２】蓄熱部１７４は、真鍮やステンレス鋼を材
料とするメッシュ状の金属シートからなる円筒状の蓄熱
材１７６を有し、この蓄熱材１７６が多数積層されて装
着される。

【００７１】このような容積関係の下で背圧室１５４が
気密状態にあると、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６
７の往復運動により当該背圧室１５４には大きな圧力変
動が発生すると共に、クランク室３６との間で大きな差
圧が発生する。

【００９４】また、背圧室１５４とクランク室３６との
差圧がバッファタンク１２６により圧力調整されて、こ
れらの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき圧
力調整ベローズ１２７を用いてバッファタンク１２６を
区画しているので、バッファタンク１２６を介してクラ
ンク室３６等から背圧室１５４にオイル２４８が流入す
ることがない。

【００９６】なお、バッファタンク１２６により背圧室
１５４の圧力変動が差圧が抑制されるために、モータ１
４負荷が低減して冷凍効率の低下が抑制できるようにな
っている。

【０１１３】しかし、本発明にかかるベローズ２４は金
属製であるため超低温（例えば、マイナス１３０℃以
下）であっても、かかる不都合を発生させることなく利
用することができ、信頼性が向上する利点がある。

【０１１５】

【図面の簡単な説明】

【図２】冷熱搬送装置の構成図である。

【図３】スターリング冷凍機の概略構成図である。

【符号の説明】１０ベローズポンプ１２蓋２２ケーシング２３底板２４ベローズ２５再生器２６吐出口２７駆動軸２８シール部材２９リニアモータ３０吸引口ＲＡ冷熱源側空間ＲＢ室温側空間

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中崎五夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者對比地亮佑大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者関谷弘志大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 3H077 AA11 BB10 CC03 CC16 DD05 EE01 EE34 EE36 EE37 FF01 FF06 FF12 FF21 FF32 3L044 AA04 DA02 EA04 KA04 KA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケーシング内に収納されると共に一端が
当該ケーシングの蓋に密着して設けられて伸縮運動する
ベローズと、該ベローズの底板に固着されてケーシング
外まで延設された駆動軸と、該駆動軸を往復運動させる
ことにより前記ベローズを伸縮させるモータとを備え
て、前記ベローズが伸びた際に熱搬送媒体を当該ベロー
ズ内空間に吸引し、縮んだ際に該ベローズ内の熱搬送媒
体を圧送して吐出すベローズポンプにおいて、前記ベローズの伸縮に伴い前記ケーシングとベローズと
の間の雰囲気が攪拌されて、当該攪拌された雰囲気によ
り該ベローズ内の熱搬送媒体が加熱されるのを抑制すべ
く、前記雰囲気の攪拌路を遮るようにして設けられて、
攪拌されて流動する雰囲気の熱を蓄熱し、また再熱する
再生器を設けたことを特徴とするベローズポンプ。
【請求項２】前記再生器により、前記ケーシングとベ
ローズとの間の空間が当該ベローズ側の空間と当該空間
に対向するケーシング底側の空間とに区画され、前記ベ
ローズ側の空間が前記ケーシング底側の空間より大きな
空間になるように形成されていることを特徴とする請求
項１記載のベローズポンプ。
【請求項３】前記熱搬送媒体は、ヘリウム、窒素、ア
ルゴンのいずれか１又はこれらの混合体であることを特
徴とする請求項１又は２記載のベローズポンプ。
【請求項４】前記ベローズ内空間のガス状の熱搬送媒
体は、−１００℃以下であることを特徴とする請求項１
乃至３いずれか１項記載のベローズポンプ。