JP2003294333A - Stirling engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、動力発生を目的と
するスターリングエンジンや、低温発生に用いるスター
リング冷凍機といったスターリング機関に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling engine such as a Stirling engine for generating power and a Stirling refrigerator used for low temperature generation.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、省エネルギーや環境問題などの見
地から、スターリング機関が注目を浴びている。スター
リング機関は、外部の熱源を利用して可逆サイクルであ
るスターリングサイクルを実現する外燃機関であり、ガ
ソリンなどの引火性や着火性に優れた燃料を必要とする
内燃機関などに比べ、省エネルギーで低公害であるとい
う長所を備えた熱機関である。2. Description of the Related Art In recent years, the Stirling engine has attracted attention from the viewpoint of energy saving and environmental problems. The Stirling engine is an external combustion engine that realizes a Stirling cycle, which is a reversible cycle, using an external heat source, and is more energy-saving than an internal combustion engine that requires highly flammable or ignitable fuel such as gasoline. It is a heat engine with the advantage of low pollution.
【0003】このスターリング機関の応用例として、ス
ターリング冷凍機が広く知られている。このスターリン
グ冷凍機は、逆スターリングサイクルを用いて極低温を
発生させる冷凍機である。以下、スターリング機関の一
応用例であるフリーピストン型スターリング冷凍機を例
示して、スターリング機関の一般的な構造について説明
する。A Stirling refrigerator is widely known as an application example of this Stirling engine. This Stirling refrigerator is a refrigerator that generates a cryogenic temperature by using a reverse Stirling cycle. Hereinafter, a general structure of a Stirling engine will be described by exemplifying a free piston Stirling refrigerator, which is one application example of the Stirling engine.
【0004】図2に示したように、スターリング冷凍機
は、水素やヘリウムなどの不活性ガスが作動ガスとして
内部に充填されたシリンダ10を備えている。このシリ
ンダ10内には、ピストン9およびディスプレーサ7が
嵌挿されており、これらによってシリンダ10内の空間
が圧縮空間8と膨張空間2とに区画されている。通常、
ディスプレーサ7の周囲のシリンダを、ピストン9の周
囲のシリンダ10と別部材とし、円筒ボビン15とす
る。ピストン9はリニアモータ18によって駆動される
が、ばね11によって本体ケーシング13に接続されて
いるため、シリンダ10内を周期的に正弦運動する。ま
た、ディスプレーサ7は、ピストン9の正弦運動の力を
受けてシリンダ10内を往復動するが、ピストン9と同
様にばね12によって本体ケーシング13に接続されて
いるため、周期的な正弦運動をとることになる。このピ
ストン9の正弦運動とディスプレーサ7の正弦運動と
は、定常運転時において同じ周期で一定の位相差をもっ
て行なわれる。As shown in FIG. 2, the Stirling refrigerator has a cylinder 10 in which an inert gas such as hydrogen or helium is filled as a working gas. A piston 9 and a displacer 7 are fitted and inserted in the cylinder 10, and a space inside the cylinder 10 is divided into a compression space 8 and an expansion space 2 by these. Normal,
The cylinder around the displacer 7 is a separate member from the cylinder 10 around the piston 9 to form a cylindrical bobbin 15. The piston 9 is driven by a linear motor 18, but since it is connected to the main body casing 13 by a spring 11, it makes a periodic sine motion in the cylinder 10. Further, the displacer 7 reciprocates in the cylinder 10 by receiving the force of the sine movement of the piston 9, but like the piston 9, since it is connected to the main body casing 13 by the spring 12, the displacer 7 takes a periodic sine movement. It will be. The sine motion of the piston 9 and the sine motion of the displacer 7 are performed in the same cycle with a constant phase difference during the steady operation.
【0005】圧縮空間8と膨張空間2との間には再生器
4が配設されており、この再生器4を介してこれら両空
間が連通することにより、冷凍機内に閉回路が構成され
ている。この閉回路の圧縮空間8側には、放熱用熱交換
器5が取付けられており、さらにこの放熱用熱交換器5
に隣接して放熱器6が設けられている。一方、閉回路の
膨張空間2側には、吸熱用熱交換器3が取付けられてお
り、さらにこの吸熱用熱交換器3に隣接して吸熱器1が
設けられている。A regenerator 4 is arranged between the compression space 8 and the expansion space 2, and by communicating these two spaces through the regenerator 4, a closed circuit is formed in the refrigerator. There is. A heat radiating heat exchanger 5 is attached to the compression space 8 side of the closed circuit, and the heat radiating heat exchanger 5 is further attached.
A radiator 6 is provided adjacent to. On the other hand, the heat absorbing heat exchanger 3 is attached to the expansion space 2 side of the closed circuit, and the heat absorbing device 1 is provided adjacent to the heat absorbing heat exchanger 3.
【0006】この閉回路内の作動ガスが、ピストン9お
よびディスプレーサ7の動作に合わせて流動することに
より、逆スターリングサイクルが実現される。ここで、
放熱器6は圧縮空間8内の熱を外部へと放出させる役割
を果たし、放熱用熱交換器5はこの放熱を促進させる役
割を果たす。また、吸熱器1は外部の熱を膨張空間2内
へと伝熱する役割を果たし、吸熱用熱交換器3はこの伝
熱を促進させる役割を果たす。The working gas in the closed circuit flows in accordance with the operation of the piston 9 and the displacer 7, whereby the reverse Stirling cycle is realized. here,
The radiator 6 plays a role of releasing the heat in the compression space 8 to the outside, and the radiation heat exchanger 5 plays a role of promoting this radiation. Further, the heat absorber 1 plays a role of transferring external heat into the expansion space 2, and the heat absorbing heat exchanger 3 plays a role of promoting this heat transfer.
【0007】次に、上記構成のスターリング冷凍機の動
作について説明する。まず、リニアモータ18を作動さ
せ、ピストン9を駆動する。リニアモータ18によって
駆動されたピストン9は、ディスプレーサ7に接近し、
圧縮空間8内の作動ガスを圧縮する。これにより、圧縮
空間8内の作動ガス温度は上昇するが、放熱用熱交換器
5を介して放熱器6によってこの圧縮空間8内に発生し
た熱が外部へと放出されるため、圧縮空間8内の作動ガ
ス温度は、ほぼ等温に維持される。すなわち、本過程
は、逆スターリングサイクルの等温圧縮過程を構成す
る。Next, the operation of the Stirling refrigerator having the above structure will be described. First, the linear motor 18 is operated to drive the piston 9. The piston 9 driven by the linear motor 18 approaches the displacer 7,
The working gas in the compression space 8 is compressed. As a result, the temperature of the working gas in the compression space 8 rises, but the heat generated in the compression space 8 by the radiator 6 is released to the outside via the heat dissipation heat exchanger 5. The temperature of the working gas therein is maintained substantially isothermal. That is, this process constitutes the isothermal compression process of the reverse Stirling cycle.
【0008】次に、圧縮空間8内でピストン9により圧
縮された作動ガスは、その圧力により再生器4内に流入
し、さらに膨張空間2へと送られる。その際、作動ガス
の持つ熱量が再生器4に蓄熱される。すなわち、本過程
は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程を構成す
る。Next, the working gas compressed by the piston 9 in the compression space 8 flows into the regenerator 4 by its pressure and is further sent to the expansion space 2. At that time, the heat quantity of the working gas is stored in the regenerator 4. That is, this process constitutes an equal volume cooling process of the reverse Stirling cycle.
【0009】つづいて、膨張空間2内に流入した高圧の
作動ガスは、ディスプレーサ7が図面上右方向へ移動す
ることにより、膨張する。これにより、膨張空間2内の
作動ガス温度は下降するが、吸熱用熱交換器3を介して
吸熱器1によって外部の熱が膨張空間2内へと伝熱され
るため、膨張空間2内はほぼ等温に保たれる。すなわ
ち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程
を構成する。Subsequently, the high-pressure working gas flowing into the expansion space 2 expands as the displacer 7 moves to the right in the drawing. As a result, the temperature of the working gas in the expansion space 2 decreases, but since the external heat is transferred to the expansion space 2 by the heat absorber 1 via the heat absorbing heat exchanger 3, the inside of the expansion space 2 is almost It is kept isothermal. That is, this process constitutes the isothermal expansion process of the reverse Stirling cycle.
【0010】やがて、ディスプレーサ7が図面上左方向
へ戻り始めることにより、膨張空間2内の作動ガスは再
生器4を通過して、再び圧縮空間8側へと戻る。その
際、再生器4に蓄熱されていた熱量が作動ガスに与えら
れるため、作動ガスは昇温する。すなわち、本過程は、
逆スターリングサイクルの等容加熱過程を構成する。Eventually, the displacer 7 begins to return to the left in the drawing, so that the working gas in the expansion space 2 passes through the regenerator 4 and returns to the compression space 8 again. At that time, the amount of heat accumulated in the regenerator 4 is given to the working gas, so that the working gas is heated. That is, this process is
It constitutes the equal volume heating process of the reverse Stirling cycle.
【0011】この一連の過程(等温圧縮過程−等容冷却
過程−等温膨張過程−等容加熱過程)が繰り返されるこ
とにより、逆スターリングサイクルが構成される。この
結果、吸熱器1は徐々に低温になり、極低温を有するに
至る。The reverse Stirling cycle is constructed by repeating this series of processes (isothermal compression process-isovolume cooling process-isothermal expansion process-isovolume heating process). As a result, the heat absorber 1 gradually lowers in temperature and reaches an extremely low temperature.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にスタ
ーリング機関では、ケーシング内に充填される作動ガス
にとして、高圧のヘリウムや水素ガスが用いられるが、
従来の構造や組み立て工程においては、こうした本来の
ガス成分以外に混入してしまう残留空気や湿気成分をい
かにして低減するかが問題となっていた。例えば、上記
例に示したスターリング冷凍機の組み立てにおいて、最
終的に作動ガスである高圧ヘリウムを密封されたケーシ
ング13内に充填するに際に、内部空気を一旦十分に真
空引きした後、ヘリウムガスを導入する方法が一般的に
行われる。ところが、スターリング冷凍機の動作原理上
ピストン部9とシリンダ部10のシール性が要求される
ため、マグネット17、リニアモータ組品18やピスト
ン用ばね11やディスプレーサ用ばね12が配置されて
いるバウンス空間部14では、このガス置換が不十分と
なるケースが多々生じていた。Generally, in a Stirling engine, high pressure helium or hydrogen gas is used as a working gas filled in a casing.
In the conventional structure and assembling process, there has been a problem how to reduce residual air and moisture components mixed in other than the original gas components. For example, in the assembly of the Stirling refrigerator shown in the above example, when the high-pressure helium that is the working gas is finally filled into the sealed casing 13, the internal air is once sufficiently evacuated, and then the helium gas is removed. The method of introducing is commonly used. However, due to the operating principle of the Stirling refrigerator, a sealability between the piston portion 9 and the cylinder portion 10 is required, so the bounce space in which the magnet 17, the linear motor assembly 18, the piston spring 11 and the displacer spring 12 are arranged. In part 14, there were many cases where this gas replacement was insufficient.
【0013】また、スターリング冷凍機の部品の中に
は、軽量性や低加工コストなどのメリットから、樹脂製
の材料を用いる場合も多い。例えば、再生器4のベース
材として、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィ
ルムを用いたり、ディスプレーサ7の先端キャップ部に
はポリカーボネート材を用いたりしている。こうした樹
脂材料は吸湿性も高いため、スターリング冷凍機の組み
立てにおいては、真空引きしながら脱気を行うなどの乾
燥プロセスなどが一般に行われている。こうしたプロセ
スは時間も要し、製造コスト増加にも繋がるという問題
を抱えていた。また、複雑に入り組んだスターリング冷
凍機内の個別部品の内部組み付け構造や前述したような
シール構造も原因して、こうした真空脱気工程の導入に
もかかわらず十分な脱空気、脱湿気対策が困難となって
いた。その結果、残留空気(酸素)や残留水分が元にな
って、スターリング冷凍機を連続運転した際、圧縮空間
8やバウンス空間14内の温度上昇も重なって、希土類
磁石からなるマグネット部や鉄鋼材をベースとするピス
トン用ばね11やディスプレーサ用ばね12に腐食を引
き起こし、性能劣化や故障の原因となっていた。また、
作動流体内に混入した水分が、低温となった膨張空間2
内で氷結して特に再生器フィルム近傍での作動ガスの流
れを阻害することによる冷凍機性能の劣化といった問題
発生にも繋がっていた。In many parts of the Stirling refrigerator, a resin material is used because of its advantages such as light weight and low processing cost. For example, a PET (polyethylene terephthalate) film is used as the base material of the regenerator 4, and a polycarbonate material is used for the tip end cap portion of the displacer 7. Since such a resin material also has a high hygroscopic property, a drying process such as deaeration while drawing a vacuum is generally performed in assembling a Stirling refrigerator. Such a process has a problem that it takes time and leads to an increase in manufacturing cost. In addition, due to the complicated internal assembly structure of individual parts inside the Stirling refrigerator and the seal structure as described above, it is difficult to take sufficient measures against deaeration and dehumidification despite the introduction of the vacuum deaeration process. Was becoming. As a result, when the Stirling refrigerator is continuously operated due to residual air (oxygen) and residual moisture, the temperature rises in the compression space 8 and the bounce space 14 also overlap, and the magnet portion made of a rare earth magnet and the steel material. This caused corrosion in the piston spring 11 and the displacer spring 12 based on, and caused performance deterioration and failure. Also,
The expansion space 2 where the water mixed in the working fluid becomes low temperature
This also led to the occurrence of problems such as deterioration of the refrigerator performance due to the freezing of the inside, which impedes the flow of the working gas particularly near the regenerator film.
【0014】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、ケーシング内部の残留空気(酸素)や
残留湿気を除去することで、スターリング機関の連続運
転による内部基幹部品の酸化や、湿気水分氷結による性
能劣化・故障を防止することを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and by removing residual air (oxygen) and residual moisture inside the casing, oxidation of internal basic components due to continuous operation of the Stirling engine and The purpose is to prevent performance deterioration and failure due to moisture, moisture, and freezing.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明のスターリング機
関は、作動流体が充填されたケーシング内に、膨張空
間、圧縮空間およびバウンス空間を備えたスターリング
機関であって、ケーシング内に酸素を除去する酸素除去
材、湿分(水分)を除去する除湿材、および酸素と湿分
とを除去する酸素湿分除去材の少なくとも一つを配して
なる。この構成によると、ケーシング内に充填された作
動流体に残留成分として混入した空気(酸素)成分およ
び湿気水分の一方または両方が取り除かれる。これによ
り、スターリング機関の内部部品の腐食による経時劣化
に伴う動作不良や、残留水分の凝結や凍結による性能劣
化の防止が可能となる。A Stirling engine of the present invention is a Stirling engine having an expansion space, a compression space and a bounce space in a casing filled with a working fluid, and removes oxygen in the casing. At least one of an oxygen removing material, a dehumidifying material that removes moisture (moisture), and an oxygen moisture removing material that removes oxygen and moisture is arranged. According to this configuration, one or both of the air (oxygen) component and the moisture content mixed as a residual component in the working fluid filled in the casing are removed. As a result, it is possible to prevent malfunction due to deterioration over time due to corrosion of internal parts of the Stirling engine and performance deterioration due to condensation and freezing of residual water.
【0016】上記の酸素除去材は、脱酸素剤を含む多孔
質材、たとえばその多孔質材を空気が流通するフィルタ
ー状とすることができる。また、フィルター状のように
空気がその中を流通する必要はなく、表面積を大きくし
て酸素除去を効果的に行うことができるだけでもよい。
除湿材についても、除湿剤を含む多孔質材は、除湿剤を
含む多孔質材、たとえばその多孔質材を空気が流通する
フィルター状とすることができる。また、フィルター状
のように空気がその中を流通する必要はなく、表面積を
大きくして除湿を効果的に行うことができるだけでもよ
い。さらに、1つの多孔質材の中に、脱酸素剤および除
湿剤の両方を含んでもよい。脱酸素材および除湿材の一
方または両方の多孔質材をフィルター状にした場合に
は、作動流体の通路断面にわたって上記フィルター状多
孔質材を配置することが望ましい。The oxygen scavenger may be a porous material containing an oxygen scavenger, for example, a filter through which air flows through the porous material. Further, it is not necessary for air to circulate therethrough as in the case of a filter, and it suffices that the surface area can be increased to effectively remove oxygen.
As for the dehumidifying material, the porous material containing the dehumidifying agent may be a porous material containing the dehumidifying agent, for example, a filter having air passing through the porous material. Further, it is not necessary for air to circulate therethrough as in the case of a filter, and it suffices that the surface area can be increased and dehumidification can be effectively performed. Further, both a deoxidizer and a dehumidifier may be contained in one porous material. When one or both of the deoxidizing material and the dehumidifying material are made into a filter shape, it is desirable to dispose the filter-like porous material over the passage cross section of the working fluid.
【0017】また、上記局面に係るスターリング機関で
は、上記酸素除去材、除湿材および酸素湿分除去材の少
なくとも一つが、バウンス空間内に配設されることが望
ましい。この構成により、ピストンとシリンダのシール
性によりバウンス空間内で十分に作動流体と置換が出来
ずに残留成分として残った空気(酸素)や、各部品に吸
着した水分を、脱酸素剤や除湿剤によって取り除くこと
が出来る。そのため、バウンス空間内に配置されたマグ
ネット組品類や、鋼材をベースとするピストン用ばねや
ディスプレーサ用ばねの摩耗劣化を防食によって抑える
ことができる。この結果、安定して連続運転を行うこと
ができ、長期信頼性を得ることが可能となる。Further, in the Stirling engine according to the above aspect, it is desirable that at least one of the oxygen removing material, the dehumidifying material and the oxygen moisture removing material is disposed in the bounce space. With this configuration, air (oxygen) that remains as a residual component that cannot be sufficiently replaced with the working fluid in the bounce space due to the sealability between the piston and cylinder, and the moisture adsorbed on each component, is used as an oxygen absorber or dehumidifier. Can be removed by Therefore, it is possible to prevent the wear and deterioration of the magnet assembly and the steel spring-based piston springs and displacer springs arranged in the bounce space by anticorrosion. As a result, stable continuous operation can be performed and long-term reliability can be obtained.
【0018】また、上記スターリング機関では、上記酸
素除去材、除湿材および酸素湿分除去材の少なくとも一
つが、高温空間側、例えばスターリング冷凍機にあって
は圧縮空間側に配されることが望ましい。一般に、内部
部品や筺体に吸着している残留空気(酸素)や残留湿気
水分は、温度上昇と共に放出されやすくなるため、動作
中のスターリング冷凍機にあって相対的に温度が高くな
る膨張空間部に、残留ガス成分を取り除く脱酸素剤や除
湿剤を配置することで効果的に酸素や水分を除去し、作
動流体ガス内への混入を抑えることが可能となる。これ
により、スターリング機関内部の構成部品の酸化劣化
や、残留水分の凝結や凍結による性能への悪影響を抑え
られる。In the Stirling engine, it is desirable that at least one of the oxygen removing material, the dehumidifying material and the oxygen moisture removing material is arranged on the high temperature space side, for example, on the compression space side in a Stirling refrigerator. . In general, residual air (oxygen) and residual moisture adsorbed on internal parts and housings are more likely to be released as the temperature rises, so in an operating Stirling refrigerator, the expansion space where the temperature becomes relatively high. Further, by arranging a deoxidizer or a dehumidifier that removes residual gas components, it is possible to effectively remove oxygen and water and suppress mixing into the working fluid gas. As a result, adverse effects on performance due to oxidative deterioration of components inside the Stirling engine and condensation and freezing of residual water can be suppressed.
【0019】また、上記スターリング機関では、上記酸
素除去材、除湿材および酸素湿分除去材の少なくとも一
つが、膨張空間と圧縮空間との間の作動流体の流通路上
に配されてなることが望ましい。これにより、例えばス
ターリング冷凍機においては、作動ガスが低温側となる
膨張空間へ移動するまでの流路上において、残留水分が
取り除かれる。このため、膨張空間内やガス流路となる
再生器の膨張空間側での水分の凝結や凍結による冷凍機
の性能劣化が防止できる。Further, in the Stirling engine, it is preferable that at least one of the oxygen removing material, the dehumidifying material and the oxygen moisture removing material is disposed on the working fluid flow passage between the expansion space and the compression space. . As a result, for example, in a Stirling refrigerator, residual water is removed on the flow path until the working gas moves to the expansion space on the low temperature side. Therefore, it is possible to prevent the performance of the refrigerator from deteriorating due to condensation of water and freezing in the expansion space or the expansion space side of the regenerator that serves as a gas flow path.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を参照して説明する。なおここでも、スターリン
グ機関の応用例として、フリーピストン型スターリング
冷凍機を例示して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, also, as an application example of the Stirling engine, a free piston type Stirling refrigerator is exemplified and described.
【0021】図1は、本発明に係わるスターリング冷凍
機の概略的な断面図である。なお、図1において、図2
に示す従来のスターリング冷凍機と共通の部材について
は同一の符号を付し、その詳細な説明は省く。FIG. 1 is a schematic sectional view of a Stirling refrigerator according to the present invention. In addition, in FIG.
The same members as those of the conventional Stirling refrigerator shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0022】本発明に係わる多孔質材の酸素除去材、多
孔質材の除湿材および多孔湿材の酸素湿分除去材の少な
くとも一つは、図1に例示されるように、バウンス空間
14内の多孔質材配置場所28、膨張空間8内の多孔質
材配置場所27、および再生器フィルム4が巻かれた円
筒ボビン15内の多孔質材配置場所26の少なくとも一
箇所に配設される。At least one of the oxygen removing material of the porous material, the dehumidifying material of the porous material and the oxygen moisture removing material of the porous wet material according to the present invention is, as illustrated in FIG. 1, in the bounce space 14. The porous material arranging place 28, the porous material arranging place 27 in the expansion space 8 and the porous material arranging place 26 in the cylindrical bobbin 15 around which the regenerator film 4 is wound are arranged.
【0023】脱酸素剤および除湿剤の一方または両方を
含む多孔質材の少なくとも一つをバウンス空間14内の
上記多孔質材配置場所28に配設した場合、バウンス空
間内に位置する磁気エネルギーに優れた希土類−鉄系材
料を使ったマグネット組品類17や、鋼材をベースとす
るピストンばね11やディスプレーサばね12といった
酸化し易い素材からなる部品類の腐食を抑えることがで
きる。When at least one of the porous materials containing one or both of the oxygen scavenger and the dehumidifier is disposed at the porous material disposition place 28 in the bounce space 14, the magnetic energy located in the bounce space is It is possible to suppress corrosion of magnet assemblies 17 using an excellent rare earth-iron-based material and parts made of easily oxidizable materials such as a piston spring 11 and a displacer spring 12 based on steel.
【0024】スターリング冷凍機では、作動ガスである
高圧ヘリウムや水素ガスを、密封されたケーシング13
内に充填する必要がある。このため、冷凍機の組立工程
において、内部空気を一旦十分に真空引きした後、ヘリ
ウムガスを導入する方法が一般に行われる。ところが、
スターリング冷凍機では、ピストン部9とシリンダ部1
0のシール性が要求されるため、バウンス空間14内部
からのガス置換が不十分となり、この空間には特に作動
ガス以外の空気(酸素)や水分が残り易い傾向があっ
た。しかし、バウンス空間内に脱酸素剤や除湿剤を含む
多孔質材を封入することで、こうした残留ガス成分が取
り除かれる。この結果、内部部品の防食による摩耗劣化
が抑えられ、安定した連続運転を可能とする長期信頼性
が得られる。In the Stirling refrigerating machine, the working gas such as high pressure helium or hydrogen gas is hermetically sealed in the casing 13.
Need to be filled inside. For this reason, in the assembly process of the refrigerator, a method is generally performed in which helium gas is introduced after the internal air has been sufficiently evacuated. However,
In the Stirling refrigerator, the piston portion 9 and the cylinder portion 1
Since the sealing property of 0 is required, gas replacement from the inside of the bounce space 14 becomes insufficient, and air (oxygen) and water other than the working gas tend to remain particularly in this space. However, by enclosing a porous material containing a deoxidizer and a dehumidifier in the bounce space, such residual gas components are removed. As a result, wear deterioration due to corrosion prevention of internal parts is suppressed, and long-term reliability that enables stable continuous operation is obtained.
【0025】また、脱酸素剤および除湿剤の一方または
両方を含む多孔質材の少なくとも一つを圧縮空間8内の
上記多孔質材配置場所27に配設した場合、圧縮空間内
の温度が相対的に高くなるため、部品や筺体に吸着して
いる残留空気(酸素)や残留湿気水分が放出されやすく
なる。この空間部に残留ガス成分を取り除く脱酸素剤や
除湿剤を配置することで効果的に酸素や水分を除去し、
作動流体ガス内への混入を抑えることが可能となる。こ
れにより、スターリング機関内部構成部品の酸化劣化
や、残留水分の凝結や凍結による性能への悪影響を抑え
られる。Further, when at least one of the porous materials containing one or both of the oxygen scavenger and the dehumidifier is disposed at the porous material arranging place 27 in the compression space 8, the temperature in the compression space is relatively high. As a result, residual air (oxygen) and residual moisture adsorbed on the parts and housing are easily released. By arranging a deoxidizer or dehumidifier that removes residual gas components in this space, oxygen and water are effectively removed,
It becomes possible to suppress mixing into the working fluid gas. As a result, adverse effects on performance due to oxidative deterioration of internal components of the Stirling engine and condensation and freezing of residual water can be suppressed.
【0026】さらに、除湿剤を含む多孔質材を、膨張空
間と圧縮空間との間の作動流体の流通路上となる、円筒
ボビン15の外周の多孔質材配置場所26に配設した場
合、作動ガスが低温側となる膨張空間へ移動するまでの
流路途中において、残留水分が取り除かれる。このた
め、相対的に温度が低くなる膨張空間内や再生器の膨張
空間側での水分の凝結や凍結による冷凍機の性能劣化が
防止できる。Further, when the porous material containing the dehumidifying agent is arranged at the porous material arranging place 26 on the outer periphery of the cylindrical bobbin 15 which is on the flow passage of the working fluid between the expansion space and the compression space, the operation is performed. Residual water is removed in the middle of the flow path until the gas moves to the expansion space on the low temperature side. Therefore, it is possible to prevent the performance of the refrigerator from deteriorating due to the condensation and freezing of water in the expansion space where the temperature becomes relatively low and the expansion space side of the regenerator.
【0027】なお、脱酸素剤の材料としては、酸化第一
鉄、酸化第二鉄や水酸化鉄などの活性酸化鉄が使われ
る。また、ビタミンCやアルコール類の活性な有機物の
酸化も利用可能である。スターリング冷凍機に配設する
にあたっては、上記酸素吸収剤を樹脂に固定化してシー
トや板材化することによって簡便に組み込むことが可能
である。As a material for the oxygen scavenger, active iron oxides such as ferrous oxide, ferric oxide and iron hydroxide are used. Also, oxidation of active organic substances such as vitamin C and alcohols can be used. When arranged in a Stirling refrigerator, it can be easily incorporated by immobilizing the oxygen absorbent on a resin to form a sheet or plate.
【0028】除湿剤の材料としては、シリカゲル、酸化
カルシウム、塩化カルシウムといった材料が使われる。Materials such as silica gel, calcium oxide and calcium chloride are used as the material of the dehumidifying agent.
【0029】[0029]
【実施例】(実施例1)本発明の実施例として、上記材
料から構成される多孔質材を組み込み、従来行われてい
た真空脱気乾燥工程を省略して、図1に示されるスター
リング冷凍機を組み立てた。多孔質材としては、上記材
料からなる微細粉末を燒結処理したもの、圧力成形した
もの、熱可塑性樹脂をバインダーとして微細粉末を含浸
させたもの等を使用した。一方、比較のために、上記多
孔質材を含まず従来どおり組立工程時に4時間の真空脱
気乾燥を行って、図2に示す従来構造のスターリング冷
凍機を組み立てた。上記両方のスターリング冷凍機につ
いて、吸熱器温度−15℃、放熱器温度49℃、ピスト
ン振幅6mmの過酷動作条件で、連続2000時間運転
の後、内部部品の劣化状況を比較した。(Example 1) As an example of the present invention, a porous material composed of the above materials was incorporated, and the conventional vacuum degassing and drying step was omitted, and the Stirling refrigeration shown in FIG. 1 was omitted. I assembled the machine. As the porous material, those obtained by sintering fine powders of the above materials, pressure-molded, impregnated with the fine powders using a thermoplastic resin as a binder, and the like were used. On the other hand, for comparison, the conventional Stirling refrigerator shown in FIG. 2 was assembled by vacuum deaeration and drying for 4 hours during the assembly process without using the porous material. With respect to both of the above Stirling refrigerators, the deterioration conditions of internal parts were compared after continuous 2000 hours of operation under severe operating conditions of a heat absorber temperature of -15 ° C, a radiator temperature of 49 ° C, and a piston amplitude of 6 mm.
【0030】その結果、従来の構造のスターリング冷凍
機では、マグネットの酸化、および銅製の放熱用熱交換
器の表面酸化が確認された。これに対して、本発明に係
わる多孔質材を組み込んだスターリング冷凍機では、部
品の腐食劣化は認められなかった。As a result, in the conventional Stirling refrigerator, the oxidation of the magnet and the surface oxidation of the heat dissipation heat exchanger made of copper were confirmed. On the other hand, in the Stirling refrigerator in which the porous material according to the present invention is incorporated, no corrosion deterioration of parts was observed.
【0031】(実施例2)上記実施例1における本発明
の構造と同様の試作品を20台、真空脱気乾燥を省略し
て組み立てた。また、実施例1における従来構造のスタ
ーリング冷凍機を真空脱気乾燥を行って20台試作し
た。従来構造のスターリング冷凍機では、初期性能評価
の際に、上記20台のうち2台において明らかに膨張空
間部での氷結に起因した冷却能力低下が発生した。一
方、本発明に係わる多孔質材組み込みのスターリング冷
凍機では、真空脱気乾燥を省略したにもかかわらず、上
記のような冷却不良は1台も発生しなかった。Example 2 Twenty prototypes similar to the structure of the present invention in Example 1 were assembled by omitting vacuum deaeration and drying. In addition, 20 Stirling refrigerators having the conventional structure in Example 1 were vacuum-deaerated and dried to make 20 prototypes. In the conventional structure of the Stirling refrigerator, in the initial performance evaluation, in two of the 20 units, the cooling capacity was obviously reduced due to the freezing in the expansion space. On the other hand, in the Stirling refrigerator incorporating the porous material according to the present invention, even though the vacuum deaeration and drying was omitted, none of the above cooling defects occurred.
【0032】このように、本発明に係わる脱酸素剤およ
び除湿剤の一方または両方を含む多孔質材の少なくとも
一つを、スターリング冷凍機に組み込むことによって、
残留空気や残留水分といった部品劣化や性能劣化に繋が
る残留ガスを取り除くことができる。このため、高信頼
性のスターリング冷凍機を実現できる。さらに、上記よ
り明らかなように、従来組立工程から真空脱気乾燥工程
を省略できるので、組み立て時間の大幅短縮と低コスト
化を実現することが可能となる。Thus, by incorporating at least one of the porous materials containing one or both of the oxygen scavenger and the dehumidifier according to the present invention into a Stirling refrigerator,
It is possible to remove residual gas such as residual air and residual moisture, which leads to component deterioration and performance deterioration. Therefore, a highly reliable Stirling refrigerator can be realized. Further, as is clear from the above, since the vacuum degassing and drying step can be omitted from the conventional assembling step, it is possible to realize a significant reduction in assembling time and cost reduction.
【0033】上記本実施の形態および実施例では、フリ
ーピストン型スターリング冷凍機を例示して説明した
が、スターリング冷凍機と逆サイクルとなるスターリン
グエンジンに対しても本発明が適用できることは言うま
でもない。上記に開示した本発明の実施の形態および実
施例はすべての点で例示であって、制限的なものではな
い。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によっ
て画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更を含むものである。Although the free piston type Stirling refrigerator is described as an example in the above-described embodiments and examples, it goes without saying that the present invention can be applied to a Stirling engine having a reverse cycle to the Stirling refrigerator. The embodiments and examples of the present invention disclosed above are illustrative in all points and not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the description of the claims, and includes the meaning equivalent to the description of the claims and all modifications within the scope.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明によれば、スターリング機関のケ
ーシング内に、酸素を除去する脱酸素剤および水分を吸
着する除湿剤の一方または両方を含む多孔質材の少なく
とも一つを配設することにより、ケーシング内に充填さ
れた作動流体に残留成分として混入した空気(酸素)成
分や湿気水分が取り除かれる。このため、スターリング
機関の内部部品の腐食による経時劣化に伴う動作不良
や、残留水分の凝結や凍結による性能劣化の防止が可能
となる。さらに、真空脱気乾燥工程を省くことが可能で
あり、このため組立工程を短縮することができ、スター
リング機関の低コスト化を実現できる。According to the present invention, at least one of a porous material containing one or both of a deoxidizing agent for removing oxygen and a dehumidifying agent for adsorbing moisture is provided in the casing of a Stirling engine. As a result, the air (oxygen) component and the moisture content mixed as the residual component in the working fluid filled in the casing are removed. Therefore, it is possible to prevent malfunction due to deterioration over time due to corrosion of internal parts of the Stirling engine and performance deterioration due to condensation and freezing of residual water. Furthermore, it is possible to omit the vacuum degassing and drying process, which can shorten the assembly process and realize the cost reduction of the Stirling engine.
【図1】 本発明に係わるスターリング冷凍機の概略的
な断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a Stirling refrigerator according to the present invention.
【図2】 従来のスターリング冷凍機の一例の概略的な
断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of an example of a conventional Stirling refrigerator.
1 吸熱器、2 膨張空間、3 吸熱用熱交換器、4
再生器、5 放熱用熱交換器、6 放熱器、7 ディス
プレーサ、8 圧縮空間、9 ピストン、10シリン
ダ、11 ピストン用ばね、12 ディスプレーサ用ば
ね、13 本体ケーシング、14 バウンス空間、15
円筒ボビン、17 マグネット、18リニアモータ、
26,27,28 多孔質材配置位置。1 heat absorber, 2 expansion space, 3 heat exchanger for heat absorption, 4
Regenerator, 5 Heat radiating heat exchanger, 6 Radiator, 7 Displacer, 8 Compression space, 9 Piston, 10 Cylinder, 11 Piston spring, 12 Displacer spring, 13 Main body casing, 14 Bounce space, 15
Cylindrical bobbin, 17 magnet, 18 linear motor,
26, 27, 28 Porous material arrangement position.
Claims (5)
膨張空間、圧縮空間およびバウンス空間を備えたスター
リング機関であって、 前記ケーシング内に酸素を除去する酸素除去材、湿分を
除去する除湿材および酸素と湿分とを除去する酸素湿分
除去材の少なくとも一つを配してなる、スターリング機
関。1. A casing filled with a working fluid,
A Stirling engine having an expansion space, a compression space, and a bounce space, wherein an oxygen removing material for removing oxygen, a dehumidifying material for removing moisture, and an oxygen moisture removing material for removing oxygen and moisture in the casing. A Stirling institution with at least one of.
材であり、前記除湿材が除湿剤を含む多孔質材であり、
前記酸素湿分除去材が脱酸素剤と除湿剤とをともに含む
多孔質材である、請求項1に記載のスターリング機関。2. The oxygen removing material is a porous material containing a deoxidizing agent, and the dehumidifying material is a porous material containing a dehumidifying agent,
The Stirling engine according to claim 1, wherein the oxygen moisture removal material is a porous material containing both an oxygen scavenger and a dehumidifier.
除去材の少なくとも一つが、前記バウンス空間内に配さ
れてなる、請求項1または2に記載のスターリング機
関。3. The Stirling engine according to claim 1, wherein at least one of the oxygen removing material, the dehumidifying material, and the oxygen moisture removing material is arranged in the bounce space.
除去材の少なくとも一つが、高温空間側に配されてなる
請求項1〜3のいずれかに記載のスターリング機関。4. The Stirling engine according to claim 1, wherein at least one of the oxygen removing material, the dehumidifying material and the oxygen moisture removing material is arranged on the high temperature space side.
除去材の少なくとも一つが、前記膨張空間と圧縮空間と
の間の作動流体の流通路上に配されてなる請求項1〜4
のいずれか記載のスターリング機関。5. The at least one of the oxygen removing material, the dehumidifying material, and the oxygen moisture removing material is arranged on the working fluid flow passage between the expansion space and the compression space.
Any of the Stirling institutions listed.
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JP2002100081A JP2003294333A (en) | 2002-04-02 | 2002-04-02 | Stirling engine |
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- 2002-04-02 JP JP2002100081A patent/JP2003294333A/en not_active Withdrawn
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