JP2005069168A - Stirling engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スターリング機関に関し、特に、ピストンとディスプレーサの往復運動に伴う作動ガスの圧縮/膨張を利用して低温/高温または電力または動力を得るスターリング機関に関する。 The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly, to a Stirling engine that obtains low temperature / high temperature or electric power or power by utilizing compression / expansion of a working gas accompanying reciprocation of a piston and a displacer.
図15は、従来のフリーピストン型のスターリング冷凍機(スターリング機関)を示した側断面図である。 FIG. 15 is a side sectional view showing a conventional free piston type Stirling refrigerator (Stirling engine).
図15に示すフリーピストン型スターリング冷凍機は、外殻構造内にシリンダ1と、外殻構造内を膨張空間5と圧縮空間6とに区画するディスプレーサ2と、ピストン3と、ディスプレーサ2およびピストン3とを往復させるためのリニアモータ4と、膨張空間5と圧縮空間6との間を連通する連通路に設けられた再生器13と、再生器13の膨張空間5側に設けられた吸熱器7と、該再生器13の圧縮空間6側に設けられた放熱器8とを有している。
A free piston type Stirling refrigerator shown in FIG. 15 includes a
外殻構造は、図15に示すように、本体外殻チューブ16と本体カバー17とを含む第1の圧力容器と、外殻チューブ15を含む第2の圧力容器とを保持リング18および熱交換器11を介して接合することにより形成されている。該外殻構造内には、たとえばヘリウムなどの作動ガスが封入されている。
As shown in FIG. 15, the outer shell structure includes a first pressure vessel including a main body
なお、図15において、板バネ9,10は、それぞれディスプレーサ2(ロッド14)およびピストン3を支持し、弾性力によってこれらを往復動させる。また、リニアモータ4は、電源端子19を介して外部電源と接続されている。
In FIG. 15,
また、熱交換器11は、スターリング冷凍機において発生した熱を該機関の外部に放熱し、熱交換器12は、冷熱を該機関の外部に伝達する。これらの熱交換器11,12を介して、スターリング冷凍機の内部と外部との熱交換が行なわれる。
The heat exchanger 11 dissipates heat generated in the Stirling refrigerator to the outside of the engine, and the
次に、上記のスターリング冷凍機の動作について説明する。 Next, operation | movement of said Stirling refrigerator is demonstrated.
外部電源を用いてリニアモータ4を駆動させ、ピストン3をシリンダ内部において(図15中の)左側に移動させる。これにより、圧縮空間6内の作動ガスが圧縮される。作動ガスの温度は圧縮により上昇するが、放熱器8および熱交換器11を介して外気と熱交換され冷却される。したがって、この過程は等温圧縮変化となる。
The linear motor 4 is driven using an external power source, and the
圧縮空間6内でピストン3により圧縮された作動ガスは、圧力により再生器13に流入し、膨張空間5内へ送られる。その際、作動ガスの持つ熱量が再生器13を構成する樹脂フィルムに蓄熱される。膨張空間5内に流入した高圧の作動ガスは、ピストン3と所定の位相差を保って往復動するディスプレーサ2が(図15中の)右側へ移動するときに、膨張する。このとき、作動ガスの温度は下降するが、吸熱器7および熱交換器12を介して外気の熱を吸収して加熱される。したがって、この過程は等温膨張変化となる。
The working gas compressed by the
そして、ディスプレーサ2が(図15中の)左側へ動き始めると、膨張空間5内の作動ガスは再生器13を通過して、再び圧縮空間6側へ戻る。その際、再生器13に蓄熱された熱量が作動ガスに与えられ、作動ガスは昇温する。この一連のスターリングサイクルが駆動部の往復動によって繰り返されることにより、吸熱器7において外気から熱が吸収されるため冷熱が発生する。
When the
このように圧縮空間6と膨張空間5との間で、作動ガスを再生器13を介して往復させて吸熱器7から冷熱を取り出すことができる。
しかしながら、上記のようなスターリング冷凍機においては、以下のような問題があった。 However, the above Stirling refrigerator has the following problems.
図15に示す構造において、熱交換器11,12としては、熱の移動を容易にするために、良熱伝導性材料(たとえば銅または銅合金など)を使用している。しかしながら、外殻チューブ15の外側に取り付ける熱交換器12(吸熱用)は、その形状から、円柱状形状からの削り出しにより製造することが必要となる。この製造方法においては、無駄になる材料(削りくず部分)が多く、結果としてコスト高となる。
In the structure shown in FIG. 15, as the
これに対し、特開2001−355513号公報(従来例1)においては、外殻構造の先端側の円筒部において、基部と中間部と先端部(底部)とが一体に構成されたスターリング機関が開示されている。 In contrast, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-355513 (conventional example 1), there is a Stirling engine in which a base portion, an intermediate portion, and a tip portion (bottom portion) are integrally formed in a cylindrical portion on the tip side of an outer shell structure. It is disclosed.
しかしながら、この場合においては、一体物の円筒部を形成するために、深絞り加工を行なう必要がある。フリーピストン型スターリング冷凍機においては、シリンダ、ピストン、ディスプレーサ周辺の構造は特に高い寸法精度を必要とするが、深絞り加工では、ここで必要とされる高い寸法精度を得ることは困難である。 However, in this case, it is necessary to perform deep drawing in order to form an integral cylindrical portion. In the free piston type Stirling refrigerator, the structure around the cylinder, piston, and displacer requires particularly high dimensional accuracy, but it is difficult to obtain the high dimensional accuracy required here in deep drawing.
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、圧力容器(外殻構造)の成形が容易で、結果として生産コストを低減することができる構造のスターリング機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a Stirling having a structure in which a pressure vessel (outer shell structure) can be easily molded and, as a result, production costs can be reduced. To provide an institution.
本発明に係るスターリング機関は、第1の圧力容器と、放熱部および吸熱部を有し、第1の圧力容器とともに閉塞空間を形成する第2の圧力容器と、作動媒体を封入した第1および第2の圧力容器に組み付けられたシリンダと、シリンダ内で往復運動するピストンと、シリンダ内でピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、ピストンとディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、ディスプレーサに対してピストンの反対側に形成された膨張空間と、第2の圧力容器内であって圧縮空間と膨張空間とを連通する連通路に配置された再生器と、第2の圧力容器内部の再生器の膨張空間側に配設された第1の熱交換器と、該再生器の圧縮空間側に配設された第2の熱交換器とを備え、第2の圧力容器は、円筒部材と、該円筒部材の膨張空間側端部の内側に装着されたキャップ部材とを含む。 A Stirling engine according to the present invention includes a first pressure vessel, a second pressure vessel having a heat radiating portion and a heat absorbing portion, and forming a closed space together with the first pressure vessel, A cylinder assembled to the second pressure vessel, a piston that reciprocates within the cylinder, a displacer that reciprocates with a phase difference with respect to the piston within the cylinder, and a compression space formed between the piston and the displacer; An expansion space formed on the opposite side of the piston with respect to the displacer; a regenerator disposed in a communication path in the second pressure vessel that communicates the compression space and the expansion space; and an interior of the second pressure vessel A first heat exchanger disposed on the expansion space side of the regenerator, and a second heat exchanger disposed on the compression space side of the regenerator, wherein the second pressure vessel is a cylinder Member and the circle And a cap member which is mounted inside the expansion space side end portion of the member.
これにより、キャップ部材を円筒部材の外側に装着できるように成形するための削り出し加工や圧力容器の円筒部分と底面部分とを一体で形成するための深絞り加工を行なう必要がない。この結果、圧力容器の成形が容易になり、生産コストを低減することができる。 Accordingly, it is not necessary to perform a cutting process for forming the cap member so that it can be attached to the outside of the cylindrical member or a deep drawing process for integrally forming the cylindrical portion and the bottom surface portion of the pressure vessel. As a result, the pressure vessel can be easily molded and the production cost can be reduced.
キャップ部材を中央部がディスプレーサ側に凹む凹状の板材で構成することが好ましい。 It is preferable that the cap member is formed of a concave plate material whose central portion is recessed toward the displacer.
これにより、板材を円筒部材の内側に嵌入して接合することで圧力容器の底面部分を形成することができる。したがって、圧力容器の成形が容易である。 Thereby, the bottom face part of a pressure vessel can be formed by inserting and joining a board | plate material inside a cylindrical member. Therefore, it is easy to mold the pressure vessel.
上記のスターリング機関は、キャップ部材から円筒部材に冷熱を伝達する伝達部材をさらに備えることが好ましい。 The Stirling engine preferably further includes a transmission member that transmits cold heat from the cap member to the cylindrical member.
これにより、冷熱の発生に寄与しない死空間において、冷熱の伝達効率を高めることができるので、スターリング機関の作動効率を向上させることができる。 Thereby, in the dead space which does not contribute to generation | occurrence | production of cold, since the transmission efficiency of cold can be improved, the operating efficiency of a Stirling engine can be improved.
伝達部材は、1つの局面では、円筒部材の内周面に当接するように設けられた内側円筒部分を含むことが好ましい。 In one aspect, the transmission member preferably includes an inner cylindrical portion provided so as to contact the inner peripheral surface of the cylindrical member.
これにより、上記の冷熱伝達効果を高めることができる。また、該円筒部材は熱交換器の位置決め手段としても機能する。 Thereby, said cold heat transfer effect can be heightened. The cylindrical member also functions as a positioning means for the heat exchanger.
伝達部材は、他の局面では、底面部分と円筒部分とを有し、該底面部分はキャップ部材に当接し、該円筒部分は円筒部材と第1の熱交換器とに挟持されるものであってもよい。 In another aspect, the transmission member has a bottom surface portion and a cylindrical portion, the bottom surface portion abuts on the cap member, and the cylindrical portion is sandwiched between the cylindrical member and the first heat exchanger. May be.
これにより、キャップ部材全体の冷熱を効率良く熱交換器に伝達することができる。 Thereby, the cold heat of the whole cap member can be efficiently transmitted to a heat exchanger.
ここで、上記の底面部分と円筒部分との間に段差を設けることが好ましい。 Here, it is preferable to provide a step between the bottom surface portion and the cylindrical portion.
この段差部分により、熱交換器の位置決めを行なうことができる。 The heat exchanger can be positioned by this step portion.
伝達部材の熱伝導率は円筒部材およびキャップ部材の熱伝導率よりも高いことが好ましい。 The thermal conductivity of the transmission member is preferably higher than the thermal conductivity of the cylindrical member and the cap member.
これにより、上述した冷熱の伝達効率をさらに高めることができる。 Thereby, the transmission efficiency of the cold heat mentioned above can further be improved.
上記のスターリング機関は、第1および第2の熱交換器の少なくとも一方を覆うように延在し、円筒部材の外周面に当接し、該円筒部材よりも熱伝導率が高い外側円筒部材をさらに備えることが好ましい。 The Stirling engine further includes an outer cylindrical member that extends so as to cover at least one of the first and second heat exchangers, abuts on the outer peripheral surface of the cylindrical member, and has a higher thermal conductivity than the cylindrical member. It is preferable to provide.
これにより、膨張空間で生じた冷熱が、外部熱交換器に伝達する効率を高めることができる。 Thereby, the efficiency which the cold heat produced in expansion space transmits to an external heat exchanger can be improved.
本発明によれば、スターリング機関の低温部のキャップ部材を成形するための削り出し加工や圧力容器の円筒部分と底面部分とを一体で形成するための深絞り加工を行なう必要がなく、圧力容器の成形が容易になり、生産コストを低減することができる。 According to the present invention, there is no need to perform a cutting process for forming a cap member of a low temperature portion of a Stirling engine or a deep drawing process for integrally forming a cylindrical portion and a bottom surface portion of a pressure vessel. Can be easily formed, and the production cost can be reduced.
以下に、本発明に基づくスターリング機関としてのフリーピストン型スターリング冷凍機の実施の形態について、図1から図14を用いて説明する。 Embodiments of a free piston type Stirling refrigerator as a Stirling engine based on the present invention will be described below with reference to FIGS.
なお、後述する各実施の形態においては、スターリング機関の一例としてのフリーピストン型スターリング冷凍機について説明するが、ここで説明する内容については、スターリング冷凍機に限らず、たとえばスターリングエンジンなど他のスターリング機関に適用した場合においても同様の効果を奏することは言うまでもない。 In each embodiment to be described later, a free piston type Stirling refrigerator as an example of a Stirling engine will be described. However, the contents described here are not limited to a Stirling refrigerator, but other Stirling engines such as a Stirling engine, for example. Needless to say, the same effect can be obtained when applied to an engine.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るスターリング冷凍機を示した側断面図である。
(Embodiment 1)
1 is a side sectional view showing a Stirling refrigerator according to
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、図1に示すように、第1の圧力容器としての本体外殻チューブ23および本体カバー24と、放熱部および吸熱部を有し、第1の圧力容器とともに閉塞空間を形成する第2の圧力容器と、作動媒体を封入した第1および第2の圧力容器に組み付けられたシリンダ1と、シリンダ1内で往復運動するピストン3と、シリンダ1内でピストン3に対し位相差をもって往復運動するディスプレーサ2と、ピストン3とディスプレーサ2との間に形成された圧縮空間6と、ディスプレーサ2に対してピストン3の反対側に形成された膨張空間5と、第2の圧力容器内であって圧縮空間6と膨張空間5とを連通する連通路に配置された再生器13と、第2の圧力容器内部の再生器13の膨張空間5側に配設された吸熱器7(第1の熱交換器)と、該再生器13の圧縮空間6側に配設された放熱器8(第2の熱交換器)とを備え、第2の圧力容器は、円筒部材としての外殻チューブ21と、該外殻チューブ21の膨張空間5側端部の内側に装着されたキャップ部材としての鏡板20とを含む。
As shown in FIG. 1, the Stirling refrigerator according to the present embodiment includes a main body
スターリング冷凍機の外殻構造の内部空間は、ピストン3によって2つの空間に分割されている。該空間の一方は、ピストン3から見てディスプレーサ2側(以下、先端側とする。)にある作動空間(膨張空間5および圧縮空間6)であり、他方は、ピストン3から見て作動空間とは反対側(以下、後端側とする。)にある背面空間である。これらの空間には、高圧ヘリウムガスなどの作動媒体が充填されている。なお、膨張空間5および圧縮空間6は、再生器13を介して連結されている。
The internal space of the outer shell structure of the Stirling refrigerator is divided into two spaces by the
ディスプレーサ2はロッド14を有し、該ロッド14は、ピストン3の中央部に設けられた摺動穴を貫通している。ロッド14およびピストン3は、それぞれ板バネ9,10に接続されている。
The
ピストン3は、リニアモータ4によって駆動され、所定周期で往復運動する。ここで、リニアモータは、電源端子19を介して、外部電源に接続されている。上記のピストン3の往復運動により、作動媒体は作動空間内で圧縮/膨張される。ディスプレーサ2は、作動媒体の圧縮/膨張に伴う圧力変化によって、直線的に往復運動する。このとき、ピストン3とディスプレーサ2とは、所定の位相差をもって同一周期にて往復運動することになる。
The
上記構成から成るスターリング冷凍機において、シリンダ摺動面とピストン摺動面との間、およびロッド14とロッド摺動穴との間には、作動空間と背面空間とを遮断するガスシールが施されている。なお、該ガスシールは、接触する部材間にシールリングを設けたり、両部材を高精度に嵌合したりすることで実現されている。
In the Stirling refrigerator configured as described above, a gas seal is provided between the cylinder sliding surface and the piston sliding surface and between the
上記の往復運動の結果、たとえば吸熱器7において冷熱の発生がなされるなどの効果が得られる。なお、この冷熱の発生機構については、従来のスターリング機関と同様であるので、ここでは説明を省略する。冷熱は外部熱交換器を介して、スターリング冷凍機の外部に伝達される。ここで、外部熱交換器(吸熱用)は、吸熱器7の近傍に設けられるが、たとえば、膨張空間5内において、吸熱器7に隣接するように設置してもよいし、外殻チューブ21の吸熱器7付近の外周面に当接するように設置してもよい。なお、放熱器8付近においても、上記と同様の外部熱交換器(放熱用)が備えられる。
As a result of the above-described reciprocating motion, for example, effects such as generation of cold in the
次に、本実施の形態に係るスターリング冷凍機の、外殻構造における構造的な特徴について説明する。 Next, structural features of the outer shell structure of the Stirling refrigerator according to the present embodiment will be described.
外殻チューブ21と鏡板20とは、溶接またはロウ付けによって接合される。このようにして形成された第2の圧力容器は、保持リング22を介して、第1の圧力容器(本体外殻チューブ23および本体カバー24)と接合される。これにより、スターリング冷凍機の外殻部分が形成され、該外殻部分にシリンダ1などの部品を組み込むことによりスターリング冷凍機が形成される。
The
なお、鏡板20は、全体としては、その中央部がディスプレーサ2側に凹む凹状の板材で構成されている。なお、該凹みの底面部分の形状についてさらに詳細に説明すると、図1に示すように、その中央部はディスプレーサ2と反対側に突出している。
As a whole, the
このように、外殻部分を構成する外殻チューブ21と鏡板20とを、各々別々に精密加工し、これらをロウ付けあるいは溶接によって接続組立することにより、必要とされる高い組立精度を得ることができる。
In this manner, the
なお、鏡板20および外殻チューブ21としては、加工性などを考慮して、たとえば鉄材またはステンレス材などが用いられる。
In addition, as the
ところで、鏡板20の形状は封入ガスの内圧に耐えるように決定されるが、鏡板20と外殻チューブ21との接続部分には、作動媒体の圧縮/膨張に何ら関係がなく、冷熱の発生に寄与しない空間(以下、死空間という。)が形成されている。この死空間が大きいと、スターリング冷凍機の作動効率が下がることになる。
By the way, the shape of the
これに対し、本実施の形態に係るスターリング冷凍機においては、図1に示すように、円筒部材としての外殻チューブ21内周面とキャップ部材としての鏡板20との間に設置され、キャップ部材から円筒部材に冷熱を伝達する伝達部材としての充填部材25を備えている。これにより、死空間を充填部材25によって充填し、該空間において、冷熱の伝達効率を高めることができるので、スターリング冷凍機の作動効率を向上させることができる。
On the other hand, in the Stirling refrigerator according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the cap member is installed between the inner peripheral surface of the
なお、ここで充填とは、死空間における冷熱の伝導効率を向上させる程度の充填を意味し、若干の間隙が存する場合も含む。 Here, the term “filling” means filling to such an extent that the heat conduction efficiency in the dead space is improved, and includes a case where a slight gap exists.
また、充填部材25としては、熱伝導率が鏡板20および外殻チューブ21よりも高いものを用いることが好ましい。このような材質としては、たとえば、銅、アルミニウム、高熱伝導性樹脂材料などが考えられる。
In addition, as the filling
これにより、上述した冷熱の伝達効率をさらに高めることができる。 Thereby, the transmission efficiency of the cold heat mentioned above can further be improved.
図2は充填部材25の単品図を示したものであり、(a)は側断面図を示し、(b)は正面図を示す。吸熱器7を外殻チューブ21に取り付ける際に、内部ガスの流路を確保するために、充填部材25の淵に吸熱器7の端部7bに当接する突出部25aを設ける。
FIG. 2 shows a single product diagram of the filling
図3は、吸熱器7の単品図(正面図)を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a single product diagram (front view) of the
本実施の形態における吸熱器7は、図3に示すように、熱伝導率の高い材質(たとえば銅など)の薄板を折り曲げてリング状に成形し、その端部を半田などによって接合してリングを形成したものである。
As shown in FIG. 3, the
次に、この吸熱器7の外殻チューブ21への挿入、取り付け方法について説明する。
Next, a method for inserting and attaching the
まず、吸熱器7を外郭チューブ21に挿入する。その後、押付けリング7aを挿入することで吸熱器7は外殻チューブ21に押付けられ固定される。
First, the
以上の吸熱器7に関する形状および取り付け方法については、放熱器8(押付けリング8aを用いる)の場合においても同様である。
About the shape regarding the
また、吸熱器7の押付けリング7aを挿入する際、吸熱器7は、押付けリング7aによって、鏡板20の方向にも押付けられることになる。これに対し、吸熱器7の端部7bにおける作動媒体(内部ガス)の流れを最適化するために、突出部25aの高さ(図2(a)中のH)を調節することができる。
Further, when inserting the
本実施の形態においては、以上の構成により、膨張空間5において生じた冷熱を、吸熱器7に効率良く伝達させることができる。吸熱器7付近には、冷熱を外部に伝達する外部熱交換器が設置されるため、結果として、スターリング冷凍機の内部と外部との熱交換効率が向上する。
In the present embodiment, with the above configuration, the cold heat generated in the
(実施の形態2)
図4は、実施の形態2に係るスターリング冷凍機の膨張空間側の端部(以下、先端部という。)の側断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a side sectional view of an end portion (hereinafter referred to as a tip portion) on the expansion space side of the Stirling refrigerator according to the second embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態1に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図4に示すように、伝達部材として、上述した充填部材25に加えて、外殻チューブ21の内周面に当接するように設けられた円筒部材26(内側円筒部材)を含む点で実施の形態1と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, in addition to the filling
なお、それ以外の事項については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。 Since other items are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
図4においては、外殻チューブ21および鏡板20間と、保持リング22および本体外殻チューブ23間とをロウ付けあるいは溶接で接続した外殻部分において、鏡板20と外殻チューブ21の接続部分にできた死空間部分に、外殻チューブ21の内壁面に沿う円筒部材26を嵌め込んだ後、死空間を極小化する充填部材25を嵌め込んだ構成としている。ここで、吸熱器7を装着する際には、円筒部材26が該吸熱器7の位置決め手段として機能する。
In FIG. 4, in the outer shell portion where the
また、円筒部材26を、たとえば、銅、アルミニウムなどの良熱伝導性材料で形成することで、吸熱器7に冷熱が伝わりやすくなり、結果として、スターリング冷凍機の内部と外部との間の熱伝導効率を向上させることができる。
Further, by forming the
なお、ここで、良熱伝導性材料とは、鏡板20および外殻チューブ21に用いられる鉄材やステンレス材に比べて熱伝導率の高い材料を意味する。
Here, the good heat conductive material means a material having a higher thermal conductivity than the iron material and the stainless steel material used for the
(実施の形態3)
図5は、実施の形態3に係るスターリング冷凍機の先端部の側断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a side cross-sectional view of the tip portion of the Stirling refrigerator according to the third embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態2に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図5に示すように、内側円筒部材としての円筒部材27を、吸熱器7の取り付け位置まで達するように延在させた点で実施の形態2と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
図5においては、外殻チューブ21および鏡板20間と、保持リング22および本体外殻チューブ23間とをロウ付けあるいは溶接で接続した外殻部分において、鏡板20と外殻チューブ21の接続部分にできた死空間部分に、外殻チューブ21の内壁面に沿い、かつ吸熱器7の取り付け位置まで達する円筒部材27を嵌め込んだ後、死空間を極小化する充填部材25を嵌め込んだ構成としている。ここで、吸熱器7を装着する際には、充填部材25が該吸熱器7の位置決め手段として機能する。
In FIG. 5, in the outer shell portion in which the
なお、円筒部材27は吸熱器7に冷熱が伝わりやすくなるように、たとえば銅、アルミニウムなどの良熱伝導性材料で形成されている。
The
図6は、円筒部材27の単品図である。円筒部材27は単純な円筒状の形態をとっているが、1ヶ所に切り込みを入れ、外殻チューブ21に挿入する際、その外径を外殻チューブ21の内径より小さくなるようにして、外殻チューブ21の奥へと挿入しやすくし、吸熱器7を嵌め込む際に吸熱器7の押付けリング7aによって、吸熱器7とともに外殻チューブ21に押付けて固定する構成にすることも考えられる。
FIG. 6 is a single item diagram of the
また、円筒部材27を複数個に分割して外殻チューブ21の内部に入れ込み、押付けリング7aによって吸熱器7とともに外殻チューブ21に押付ける構成としてもよい。
Alternatively, the
(実施の形態4)
図7は、実施の形態4に係るスターリング冷凍機の先端部の側断面図である。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a side cross-sectional view of the distal end portion of the Stirling refrigerator according to the fourth embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態1に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図7に示すように、伝達部材として、底面部分28aと円筒部分28bとを有し、底面部分28aは鏡板20に当接し、円筒部分28bは外殻チューブ21と吸熱器7とに挟持される有底円筒部材28(有底内側円筒部材)を含む点で実施の形態1と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the first embodiment, and includes a
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
上記の構成により、鏡板20全体の冷熱を、有底円筒部材28を介して効率良く吸熱器7に伝達することができる。
With the above configuration, the cold heat of the
図7においては、外殻チューブ21および鏡板20間と、保持リング22および本体外殻チューブ23間とをロウ付けあるいは溶接で接続した外殻部分において、鏡板20と外殻チューブ21の接続部分にできた死空間部分を極小化するための充填部材25を嵌め込み、さらに底面部分28aが鏡板20の内壁面に沿って当接するとともに、円筒部分28bが吸熱器7取り付け位置まで達するように延在し、かつ押付けリング7aによって吸熱器7とともに外殻チューブ21に押付けられるような有底円筒部材28を装着した構成としている。この構成により、吸熱器7に冷熱(特に鏡板20の底面の中央部付近における冷熱)が伝わりやすくなり、結果として、スターリング冷凍機の内部と外部との間の熱伝導効率を向上させることができる。
In FIG. 7, in the outer shell portion in which the
(実施の形態5)
図8は、実施の形態5に係るスターリング冷凍機の先端部の側断面図である。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a side cross-sectional view of the tip of the Stirling refrigerator according to the fifth embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態4に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図8に示すように、伝達部材としての有底円筒部材29の底面部分と円筒部分との間に段差部分29aを設けた点で実施の形態4と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, the bottom surface portion and the cylindrical portion of the bottomed
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
図8においては、有底円筒部材29の底面部分と円筒部分との繋がり部分に段差を設けて、吸熱器7が該段差部分29aに当たることで、該吸熱器7の位置決めをするとともに、吸熱器の先端付近の内部ガスの流路を確保できるようにしている。
In FIG. 8, a step is provided in the connecting portion between the bottom surface portion and the cylindrical portion of the bottomed
図9は、段差部分29aを含む有底円筒部材29を示す単品図である。また、図10は、有底円筒部材29を2分割したものを示す。図10に示すように、有底円筒部材29を2分割することで、該円筒部材を外殻チューブ21内部に嵌め込みやすくすることができる。
FIG. 9 is a single product diagram showing a bottomed
(実施の形態6)
図11は、実施の形態6に係るスターリング冷凍機の側断面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 11 is a side sectional view of a Stirling refrigerator according to the sixth embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態1に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図11に示すように、吸熱器7および放熱器8(第1および第2の熱交換器)の少なくとも一方を覆うように延在し、外殻チューブ21の外周面に当接し、外殻チューブ21よりも熱伝導率が高い円筒部材30,31(外側円筒部材)をさらに備えた点で実施の形態1と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the first embodiment, and as shown in FIG. 11, a
この構成により、たとえば円筒部材30によれば、吸熱器7の冷熱を外部に伝達する効率を高めることができる。この結果、スターリング冷凍機の内部と外部との間の熱交換効率を向上させることができる。なお、円筒部材31についても、同様の効果を奏する。
With this configuration, for example, according to the
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
図11においては、外殻チューブ21における吸熱器7および放熱器8の取り付け位置の外壁面に、吸熱器7および放熱器8の幅よりも大きい幅の、たとえば銅、アルミニウムなどの良熱伝導性材料で作った円筒部材30,31を密着させて取り付けた構成としている。
In FIG. 11, the outer wall surface of the
なお、上記のスターリング冷凍機を、実際に冷蔵庫などに取り付ける場合には、該円筒部材30,31の外側に外部熱交換器(図示なし)を取り付ける。その際に、円筒部材30,31によって、吸熱器7および放熱器8の直上部分からだけではなく、その周辺部分の外殻チューブ21に伝わる熱をも効率良く外部熱交換器に伝熱させて、熱の出し入れを良くすることができる。
When the above Stirling refrigerator is actually attached to a refrigerator or the like, an external heat exchanger (not shown) is attached to the outside of the
本実施の形態においては、円筒部材30,31は、その内径が外殻チューブ外径よりも僅かに小さく作られ、かつ軸方向に1ヶ所切断されており、その内径の微調整が可能となっている。これにより、円筒部材30,31を外殻チューブ21の外周面に挿入した際に、該部材30,31によって、外殻チューブ21の外周面を押付けながら嵌め込むことができるようになっている。さらに、円筒部材30,31を取りつけた後に、その外周面に外部熱交換器(図示なし)を装着することによって、該部材30,31は外殻チューブ21の外周面に固定される。
In the present embodiment, the
(実施の形態7)
図12は、実施の形態7に係るスターリング冷凍機の側断面図である。
(Embodiment 7)
FIG. 12 is a side sectional view of a Stirling refrigerator according to the seventh embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態6に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図12に示すように、放熱器8を覆うように延在する円筒部材32(外側円筒部材)がフランジを備える点で実施の形態6と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 12, a cylindrical member 32 (an outer cylinder) extending to cover the
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
図12においては、円筒部材32が、円筒部分32aとフランジ部分32bとを備える。該円筒部材32は、外殻チューブ21に取り付けられ、外殻チューブ21を保持する保持リング22にも密着している。したがって、放熱器8から外殻チューブ21を介して保持リング22側に伝達する熱、および圧縮空間6から保持リング22に直接伝達する熱を、フランジ部分32bを介して円筒部分32aに効率良く伝熱させることができる。この結果、円筒部分32aの外周面に取り付けられる放熱用の外部熱交換器(図示なし)への熱伝達効率を向上させることができる。
In FIG. 12, the
(実施の形態8)
図13は、本実施の形態に係るスターリング冷凍機において、放熱部に設置される円筒部材33を示した単品図である。
(Embodiment 8)
FIG. 13 is a single product diagram showing a
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態7に係るスターリング冷凍機の変形例であって、図13に示すように、放熱部に設置される円筒部材(円筒部材33)を複数(2つ)に分割した点で実施の形態7と異なる。 The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 13, a plurality of cylindrical members (cylindrical members 33) installed in the heat radiating section ( The second embodiment is different from the seventh embodiment in that it is divided into two.
円筒部材33を2つに分割することにより、該部材33の外殻チューブ21への取り付けが容易となる。
By dividing the
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
(実施の形態9)
図14は、実施の形態9に係るスターリング冷凍機の側断面図である。
(Embodiment 9)
FIG. 14 is a side sectional view of a Stirling refrigerator according to the ninth embodiment.
本実施の形態に係るスターリング冷凍機は、実施の形態1に係るスターリング冷凍機の変形例であって、外殻チューブ21の両端に、たとえば銅などの良熱伝導体で作られた吸熱用の円筒体34と放熱用の円筒体35を備える点で実施の形態1と異なる。
The Stirling refrigerator according to the present embodiment is a modification of the Stirling refrigerator according to the first embodiment, and is used for absorbing heat made of a good heat conductor such as copper at both ends of the
ここで、外殻チューブ21と円筒体34,35とはロウ付けで接合される。円筒体34には鏡板20がロウ付けされ、円筒体35は保持リング36を介して本体外殻チューブ23に接合される。なお、円筒体35と保持リング36とは、ロウ付けあるいは溶接にて接合されている。
Here, the
なお、それ以外の事項については、上述した各実施の形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other matters are the same as those in the above-described embodiments, description thereof is omitted.
図14に示すように、円筒体34(吸熱用)と円筒体35(放熱用)の内側にはそれぞれ吸熱器7、放熱器8が密着して取り付けられているため、それぞれの部分で生じる熱が、スターリング冷凍機の外部に効率良く伝熱される。
As shown in FIG. 14, since the
従来のスターリング冷凍機においては、吸熱用の熱交換器として用いられるキャップ部材は、棒状部材から切削加工により削り出して加工していた。このため、加工と材料の両方において無駄が多かった。これに対し、本実施の形態においては、円筒体34,35は円筒状部材からの切削加工で成形されているため、上記の加工および材料の無駄を極小化することができる。
In a conventional Stirling refrigerator, a cap member used as a heat exchanger for absorbing heat has been cut out from a rod-shaped member by cutting. For this reason, both processing and material were wasteful. On the other hand, in the present embodiment, since the
図14においては、吸熱側および放熱側の両方に、銅などの良熱伝導体で作られた円筒部材から成形された円筒体を接合した例を示したが、これを吸熱側のみに採用した場合においても、該吸熱部において上記と同様の効果を奏する。 In FIG. 14, the example which joined the cylindrical body shape | molded from the cylindrical member made from good heat conductors, such as copper, to both the heat absorption side and the heat radiation side was shown, but this was employ | adopted only on the heat absorption side. Even in the case, the same effect as described above can be obtained in the heat absorbing portion.
なお、上述した各実施の形態の各々の特徴を組み合わせて複合された効果を得ることは、当初から予定されている。 In addition, it is scheduled from the beginning to obtain a combined effect by combining the features of the respective embodiments described above.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 シリンダ、2 ディスプレーサ、3 ピストン、4 リニアモータ、5 膨張空間、6 圧縮空間、7 吸熱器、7a 押付けリング(吸熱器用)、7b 端部(吸熱器)8 放熱器、8a 押付けリング(放熱器用)、9 板バネ(ディスプレーサ用)、10 板バネ(ピストン用)、11 熱交換器(放熱用)、12 熱交換器(吸熱用)、13 再生器、14 ロッド、15,21 外殻チューブ、16,23 本体外殻チューブ、17,24 本体カバー、18 保持リング(熱交換器用)、19 電源端子、20 鏡板、22 保持リング(外殻チューブ)、25 充填部材、25a 突出部、26,27 円筒部材、28,29 有底円筒部材、28a 底面部分、28b 円筒部分、29a 段差部分、30 円筒部材(吸熱器側)、31 円筒部材(放熱器側)、32 円筒部材(フランジ付)、32a 円筒部分、32b フランジ部分、33 円筒部材(2分割方式)、34 円筒体(吸熱用)、35 円筒体(放熱用)、36 保持リング(放熱用円筒体)。 1 cylinder, 2 displacer, 3 piston, 4 linear motor, 5 expansion space, 6 compression space, 7 heat absorber, 7a pressing ring (for heat absorber), 7b end (heat absorber) 8 heat radiator, 8a pressing ring (for heat radiator) ), 9 leaf spring (for displacer), 10 leaf spring (for piston), 11 heat exchanger (for heat dissipation), 12 heat exchanger (for heat absorption), 13 regenerator, 14 rod, 15, 21 outer tube, 16, 23 Main body outer tube, 17, 24 Main body cover, 18 Retaining ring (for heat exchanger), 19 Power supply terminal, 20 End plate, 22 Retaining ring (outer shell tube), 25 Filling member, 25a Protruding part, 26, 27 Cylindrical member, 28, 29 Bottomed cylindrical member, 28a Bottom portion, 28b Cylindrical portion, 29a Stepped portion, 30 Cylindrical member (heat absorber side), 31 cylinder Material (heatsink side), 32 Cylindrical member (with flange), 32a Cylindrical portion, 32b Flange portion, 33 Cylindrical member (2-split method), 34 Cylindrical body (for heat absorption), 35 Cylindrical body (for heat dissipation), 36 Holding Ring (heat radiating cylinder).
Claims (8)
放熱部および吸熱部を有し、前記第1の圧力容器とともに閉塞空間を形成する第2の圧力容器と、
作動媒体を封入した前記第1および第2の圧力容器に組み付けられたシリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記シリンダ内で前記ピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、
前記ピストンと前記ディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストンの反対側に形成された膨張空間と、
前記第2の圧力容器内であって前記圧縮空間と前記膨張空間とを連通する連通路に配置された再生器と、
前記第2の圧力容器内部の前記再生器の前記膨張空間側に配設された第1の熱交換器と、該再生器の圧縮空間側に配設された第2の熱交換器とを備え、
前記第2の圧力容器は、円筒部材と、該円筒部材の前記膨張空間側端部の内側に装着されたキャップ部材とを含むスターリング機関。 A first pressure vessel;
A second pressure vessel having a heat radiating portion and a heat absorbing portion and forming a closed space together with the first pressure vessel;
A cylinder assembled to the first and second pressure vessels enclosing the working medium;
A piston that reciprocates within the cylinder;
A displacer that reciprocates with a phase difference with respect to the piston in the cylinder;
A compression space formed between the piston and the displacer;
An expansion space formed on the opposite side of the piston with respect to the displacer;
A regenerator disposed in a communication path in the second pressure vessel and communicating the compression space and the expansion space;
A first heat exchanger disposed on the expansion space side of the regenerator inside the second pressure vessel; and a second heat exchanger disposed on the compression space side of the regenerator. ,
The second pressure vessel is a Stirling engine including a cylindrical member and a cap member attached to the inside of the expansion space side end of the cylindrical member.
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CN112815564A (en) * | 2020-12-22 | 2021-05-18 | 宁波芯斯特林低温设备有限公司 | Stainless steel shell of refrigerator and machining method thereof |
CN113074468A (en) * | 2021-04-13 | 2021-07-06 | 中国科学院上海技术物理研究所 | Pulse tube refrigerator system with single piston phase modulation and vibration reduction method thereof |
-
2003
- 2003-08-27 JP JP2003302842A patent/JP2005069168A/en active Pending
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