JP2006308135A - Stirling engine and stirling cooling storage - Google Patents

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Yoshiyuki Kitamura
義之 北村
Kazuhiro Maruo
和広 丸尾
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stirling engine and a stirling cooling storage superior in workability and having a pressure adjusting mechanism free from excessive lowering of operating efficiency of the engine. <P>SOLUTION: A piston 14 has a communication passage for communicating a working space and a back pressure space. The communication passage includes an internal space 140 formed inside of the piston 14, an opening portion 141 reaching the internal space 140 from an end face at a back pressure space side, of the piston 14, and an opening portion 142 reaching the internal space 140 from an end face at a compression space side of the piston 14. A check valve 144 is mounted on the opening portion 141 for inhibiting the flow from the compression space to the back pressure space while permitting the flow from the back pressure space to the compression space. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、スターリング機関およびスターリング冷却庫(Stirling Refrigerator/Freezer)に関し、特に、作動空間と背圧空間とを有するスターリング機関およびスターリング冷却庫に関する。   The present invention relates to a Stirling engine and a Stirling Refrigerator / Freezer, and more particularly, to a Stirling engine and a Stirling cooler having a working space and a back pressure space.

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/高温または電力あるいは動力を得るスターリング機関が従来から知られている。   A Stirling engine that obtains low temperature / high temperature or electric power or power by using compression / expansion of a working gas accompanying reciprocation of a piston and a displacer is conventionally known.

スターリング機関は、圧力容器内に設けられたシリンダの内側面(シリンダ摺動面)を滑らかに往復摺動するピストンとディスプレーサとを備える。ピストンとディスプレーサとは同軸上に配設されており、ディスプレーサの一端を形成するロッドは、ピストンの中心部に設けられた摺動穴を貫通している。なお、ピストンおよびディスプレーサは、各々ピストン支持バネおよびディスプレーサ支持バネを介して圧力容器に弾性支持されている。   The Stirling engine includes a piston and a displacer that smoothly reciprocates on an inner surface (cylinder sliding surface) of a cylinder provided in the pressure vessel. The piston and the displacer are arranged on the same axis, and a rod forming one end of the displacer passes through a sliding hole provided in the center of the piston. The piston and the displacer are elastically supported by the pressure vessel via a piston support spring and a displacer support spring, respectively.

圧力容器の内部空間は、ピストンによって2つの空間に分割されている。該空間の一方は、ピストンから見てディスプレーサ側にある作動空間であり、他方は、ピストンから見て作動空間側とは反対の側、すなわちシリンダの後端側にある背圧空間である。これらの空間には、作動媒体が充填されている。   The internal space of the pressure vessel is divided into two spaces by the piston. One of the spaces is a working space on the displacer side when viewed from the piston, and the other is a back pressure space on the side opposite to the working space side when viewed from the piston, that is, on the rear end side of the cylinder. These spaces are filled with a working medium.

また、作動空間は、ディスプレーサによってさらに2つの空間に分割されている。該空間の一方は、ピストンとディスプレーサによって挟まれた圧縮空間であり、他方は、ディスプレーサに対して圧縮空間側とは反対の側、すなわちシリンダの先端側にある膨張空間である。なお、圧縮空間と膨張空間とは、再生器を介して連結されている。   The working space is further divided into two spaces by a displacer. One of the spaces is a compression space sandwiched between the piston and the displacer, and the other is an expansion space on the side opposite to the compression space side with respect to the displacer, that is, on the tip side of the cylinder. Note that the compression space and the expansion space are connected via a regenerator.

ピストンは、リニアモータなどによって駆動され、所定周期で往復運動する。これにより、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、ピストンとディスプレーサとは、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。
特開2000−39222号公報 特開2004−340477号公報 特開2004−332675号公報
The piston is driven by a linear motor or the like and reciprocates at a predetermined cycle. Thereby, the working medium is compressed / expanded in the working space. The displacer reciprocates linearly by the pressure change accompanying the compression / expansion of the working medium. At this time, the piston and the displacer reciprocate at the same period with a predetermined phase difference.
JP 2000-39222 A JP 2004-340477 A JP 2004-332675 A

上記構成から成るスターリング機関において、シリンダ摺動面とピストン摺動面との間には、作動空間と背圧空間とを遮断するガスシールが施されている。しかしながら、どのようなガスシールを施しても、作動空間と背圧空間とを完全に遮断することはできず、作動媒体が微小な隙間を介して両空間を流動することは避けられない。そのため、ピストンが作動空間方向に運動しているときには、圧縮空間の圧力が背圧空間の圧力よりも高くなり、作動媒体は圧縮空間から背圧空間へと流動する。逆に、ピストンが背圧空間方向に運動しているときには、圧縮空間の圧力が背圧空間の圧力よりも低くなり、作動媒体は背圧空間から圧縮空間へと流動する。一般に、背圧空間の容積が圧縮空間の容積よりも大きいため、圧縮空間と背圧空間との圧力差は、ピストンが背圧空間方向に運動しているときよりも、作動空間方向に運動しているときの方が大きくなる。そのため、圧縮空間の作動媒体は、ピストンの往復運動1サイクル毎に少しずつ背圧空間へと流出していく傾向にある。この結果、背圧空間と作動空間との圧力バランスが崩れ、ピストンおよびディスプレーサの振幅中心が所定の位置からずれる場合がある。   In the Stirling engine configured as described above, a gas seal is provided between the cylinder sliding surface and the piston sliding surface to block the working space and the back pressure space. However, no matter what gas seal is applied, the working space and the back pressure space cannot be completely blocked, and it is inevitable that the working medium flows through both spaces through a minute gap. Therefore, when the piston is moving in the working space direction, the pressure in the compression space becomes higher than the pressure in the back pressure space, and the working medium flows from the compression space to the back pressure space. Conversely, when the piston moves in the direction of the back pressure space, the pressure in the compression space becomes lower than the pressure in the back pressure space, and the working medium flows from the back pressure space to the compression space. In general, since the volume of the back pressure space is larger than the volume of the compression space, the pressure difference between the compression space and the back pressure space moves in the working space direction rather than when the piston moves in the back pressure space direction. When you are bigger. For this reason, the working medium in the compression space tends to gradually flow out into the back pressure space for each cycle of the reciprocating motion of the piston. As a result, the pressure balance between the back pressure space and the working space is lost, and the amplitude centers of the piston and the displacer may deviate from predetermined positions.

これに対し、従来のスターリング機関においては、背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つために、シリンダに、背圧空間とシリンダ摺動面とを結ぶ第1の通路を設け、ピストンに、圧縮空間とピストン摺動面とを結ぶ第2の通路を設けている。なお、第1の通路の開口部(シリンダ摺動面側)と、第2の通路の開口部(ピストン摺動面側)とは、ピストンが予め設定された位置に達した時に対向するように配設されている。   On the other hand, in the conventional Stirling engine, in order to maintain the pressure balance between the back pressure space and the working space, the cylinder is provided with a first passage connecting the back pressure space and the cylinder sliding surface, A second passage connecting the compression space and the piston sliding surface is provided. The opening of the first passage (cylinder sliding surface side) and the opening of the second passage (piston sliding surface side) are opposed to each other when the piston reaches a preset position. It is arranged.

しかしながら、シリンダおよびピストンに対する上記のような加工においては、孔を設ける工程に手間がかかり、結果として、加工費/加工時間が増大する。また、シリンダおよびピストンは、高精度寸法が必要な精密部品であり、摺動面に対する加工は回避することが好ましい。   However, in the above-described processing for the cylinder and the piston, it takes time to provide the hole, and as a result, the processing cost / processing time increases. Further, the cylinder and the piston are precision parts that require high-precision dimensions, and it is preferable to avoid machining the sliding surface.

また、上記とは異なる観点では、上述のような圧力調整機構においては、ピストンに設けられた第2の通路に出入りするガス流れによって、ピストンの圧縮効率、ひいてはスターリング機関の動作効率が低下する。   Further, from a viewpoint different from the above, in the pressure adjusting mechanism as described above, the compression efficiency of the piston, and hence the operation efficiency of the Stirling engine, is reduced by the gas flow entering and exiting the second passage provided in the piston.

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、加工性に優れ、かつ、機関の動作効率を過度に低下させない圧力調整機構を有するスターリング機関およびスターリング冷却庫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 a Stirling engine and a Stirling cooling system having a pressure adjusting mechanism that is excellent in workability and does not excessively reduce the operating efficiency of the engine. Is to provide storage.

本発明に係るスターリング機関は、1つの局面では、外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内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、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、ピストンに対してディスプレーサ側の反対の側に形成された背圧空間と、ディスプレーサに対してピストン側の反対の側に形成された膨張空間とを備え、ピストンは、内部空間と、背圧空間側の端面から内部空間に達する第1孔部と、圧縮空間側の端面から内部空間に達する第2孔部と、外周面から内部空間に達する第3孔部とを有し、第1孔部および/または第2孔部上に設けられ、背圧空間から圧縮空間へと向かう流れを許容しながら圧縮空間から背圧空間へと向かう流れを抑制する逆止弁をさらに備える。   In one aspect, the Stirling engine according to the present invention has an outer shell, a cylinder assembled in the outer shell enclosing the working medium, a piston reciprocating in the cylinder, and a reciprocating motion with a phase difference with respect to the piston. A displacer, a compression space formed between the piston and the displacer, a back pressure space formed on the opposite side of the displacer side with respect to the piston, and an opposite side of the piston side with respect to the displacer. The piston has an internal space, a first hole that reaches the internal space from the end surface on the back pressure space side, a second hole that reaches the internal space from the end surface on the compression space side, and an outer peripheral surface. A third hole that reaches the internal space, provided on the first hole and / or the second hole, from the compression space while allowing a flow from the back pressure space to the compression space. Further comprising inhibiting non-return valve a flow towards the inter pressure.

上記構成によれば、加工費/加工時間を過度に増大させることなく、また、スターリング機関の動作効率を低下させずに背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つ機構を得ることができる。また、内部空間からピストン/シリンダの摺動面に向けて作動媒体を噴出することができるので、シリンダ内を往復運動するピストンを保持する気体軸受構造が得られる。   According to the above configuration, it is possible to obtain a mechanism that maintains the pressure balance between the back pressure space and the working space without excessively increasing the processing cost / processing time and without reducing the operation efficiency of the Stirling engine. Further, since the working medium can be ejected from the internal space toward the sliding surface of the piston / cylinder, a gas bearing structure that holds the piston that reciprocates in the cylinder can be obtained.

本発明に係るスターリング機関は、他の局面では、外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内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、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、ピストンに対してディスプレーサ側の反対の側に形成された背圧空間と、ディスプレーサに対してピストン側の反対の側に形成された膨張空間とを備え、シリンダを貫通し、圧縮空間から背圧空間に達する連通路が形成され、連通路上に設けられ、背圧空間から圧縮空間へと向かう流れを許容しながら圧縮空間から背圧空間へと向かう流れを抑制する逆止弁をさらに備える。   In another aspect, the Stirling engine according to the present invention includes an outer shell, a cylinder assembled in the outer shell enclosing the working medium, a piston reciprocating in the cylinder, and a reciprocating motion with a phase difference with respect to the piston. A displacer, a compression space formed between the piston and the displacer, a back pressure space formed on the opposite side of the displacer side with respect to the piston, and an opposite side of the piston side with respect to the displacer. A communication passage that extends through the cylinder and extends from the compression space to the back pressure space, is provided on the communication passage, and allows a flow from the back pressure space to the compression space while allowing the flow from the compression space to the back pressure space. A check valve is further provided for suppressing a flow toward the pressure space.

上記構成によっても、加工費/加工時間を過度に増大させることなく、また、スターリング機関の動作効率を低下させずに背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つ機構を得ることができる。   Also with the above configuration, it is possible to obtain a mechanism that maintains the pressure balance between the back pressure space and the working space without excessively increasing the processing cost / processing time and without reducing the operation efficiency of the Stirling engine.

本発明に係るスターリング機関は、さらに他の局面では、外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内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、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、ピストンに対してディスプレーサ側の反対の側に形成された背圧空間と、ディスプレーサに対してピストン側の反対の側に形成された膨張空間とを備え、ピストンの内部に内部空間が形成され、内部空間は、ピストンの外周側に位置する第1空間と、該ピストンの軸心側に位置する第2空間とを有し、ピストンの圧縮空間側の端面から第1空間に達する吸込孔部が形成され、圧縮空間から第1空間へと向かう流れを許容しながら第1空間から圧縮空間へと向かう流れを抑制する逆止弁が吸込孔部上に設けられ、第1空間からピストンの外周面に達する吐出孔部が形成され、吸込孔部から第1空間に吸込まれた作動媒体が吐出孔部からシリンダの内周面に向かって噴出され、ピストンの背圧空間側の端面から第2空間に達する第1孔部が形成され、ピストンの圧縮空間側の端面から第2空間に達する第2孔部が形成される。   In yet another aspect, the Stirling engine according to the present invention reciprocates with a phase difference with respect to the outer shell, a cylinder assembled in the outer shell enclosing the working medium, a piston reciprocating in the cylinder, and the piston. A moving displacer, a compression space formed between the piston and the displacer, a back pressure space formed on the opposite side of the displacer side with respect to the piston, and formed on the opposite side of the piston side with respect to the displacer An internal space is formed inside the piston, and the internal space has a first space located on the outer peripheral side of the piston and a second space located on the axial center side of the piston. A suction hole portion that reaches the first space from the end surface on the compression space side of the piston is formed, and the compressed air is compressed from the first space while allowing a flow from the compression space toward the first space. A check valve that suppresses the flow toward is provided on the suction hole, a discharge hole reaching the outer peripheral surface of the piston from the first space is formed, and the working medium sucked into the first space from the suction hole is A first hole is formed from the discharge hole toward the inner peripheral surface of the cylinder and reaches the second space from the end surface on the back pressure space side of the piston, and reaches the second space from the end surface on the compression space side of the piston. A second hole is formed.

上記構成によれば、第2空間を経由した作動媒体の移動によって背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つことができる。また、第1空間からピストン/シリンダの摺動面に向けて作動媒体を噴出することができるので、シリンダ内を往復運動するピストンを保持する気体軸受構造が得られる。   According to the above configuration, the pressure balance between the back pressure space and the working space can be maintained by the movement of the working medium via the second space. Further, since the working medium can be ejected from the first space toward the sliding surface of the piston / cylinder, a gas bearing structure that holds the piston that reciprocates in the cylinder can be obtained.

本発明に係るスターリング冷却庫は、上述したスターリング機関を備える。これにより、背圧空間と作動空間との圧力バランスが保たれた信頼性の高いスターリング冷却庫が提供される。   The Stirling refrigerator according to the present invention includes the Stirling engine described above. This provides a reliable Stirling cooler in which the pressure balance between the back pressure space and the working space is maintained.

本発明によれば、加工費/加工時間を過度に増大させることなく、また、スターリング機関の動作効率を低下させずにスターリング機関における作動空間と背圧空間との圧力バランスを保つことができる。   According to the present invention, the pressure balance between the working space and the back pressure space in the Stirling engine can be maintained without excessively increasing the processing cost / processing time and without lowering the operation efficiency of the Stirling engine.

以下、本発明に基づくスターリング機関およびスターリング冷却庫の1つの実施の形態について説明する。   Hereinafter, one embodiment of a Stirling engine and a Stirling cooler according to the present invention will be described.

なお、本願明細書において、「冷却庫」とは、「冷蔵庫」、「冷凍庫」および「冷凍冷蔵庫」の全てを含む概念である。   In the present specification, the “cooling box” is a concept including all of “refrigerator”, “freezer”, and “freezer refrigerator”.

また、ここでは、スターリング機関としてのスターリング冷凍機、および、該スターリング冷凍機を備えたスターリング機関搭載機器としてのスターリング冷却庫について説明するが、スターリング機関は、本来スターリング冷凍機に限定されるものではなく、たとえば、発電機としても用いられる。   Further, here, a Stirling refrigerator as a Stirling engine and a Stirling refrigerator as a Stirling engine-equipped device equipped with the Stirling refrigerator will be described. However, the Stirling engine is not originally limited to a Stirling refrigerator. For example, it is used also as a generator.

図1は、後述する実施の形態1,2に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
スターリング冷却庫1は、図1に示すように、高温部2と低温部3とを有するスターリング冷凍機4(スターリング機関)と、高温部2に取付けられた高温側蒸発器5、高温側凝縮器7およびパイプ2A,2Bを含む第1高温側循環回路(第1循環回路)と、高温側蒸発器5、循環ポンプ6、発露防止パイプ9およびパイプ2C〜2Eを含む第2高温側循環回路(第2循環回路)と、低温部3に取付けられた低温側凝縮器10、低温側蒸発器11およびパイプ3A,3Bを含む低温側循環回路とを備える。第1高温側循環回路は、スターリング冷凍機4の高温部2の冷却を行ない、第2高温側循環回路は、発露防止パイプ9に熱を供給する。また、低温側循環回路は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機4の低温部3との熱交換を行なう。
FIG. 1 is a piping system diagram of a Stirling refrigerator according to Embodiments 1 and 2 described later.
As shown in FIG. 1, the Stirling refrigerator 1 includes a Stirling refrigerator 4 (Stirling engine) having a high temperature part 2 and a low temperature part 3, a high temperature side evaporator 5 attached to the high temperature part 2, and a high temperature side condenser. 7 and the first high temperature side circulation circuit (first circulation circuit) including the pipes 2A and 2B, and the second high temperature side circulation circuit including the high temperature side evaporator 5, the circulation pump 6, the dew prevention pipe 9 and the pipes 2C to 2E ( 2nd circulation circuit) and the low temperature side circulation circuit containing the low temperature side condenser 10 attached to the low temperature part 3, the low temperature side evaporator 11, and the pipes 3A and 3B. The first high temperature side circulation circuit cools the high temperature part 2 of the Stirling refrigerator 4, and the second high temperature side circulation circuit supplies heat to the dew condensation prevention pipe 9. The low temperature side circulation circuit performs heat exchange between the air in the refrigerator and the low temperature part 3 of the Stirling refrigerator 4.

第1と第2高温側循環回路内には水(H2O)などが冷媒として封入されている。高温
側蒸発器5において蒸発した冷媒はパイプ2A(高温側導管)を介して高温側凝縮器7に達する(図1中の破線矢印)。高温側凝縮器7において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器7近傍に気流を生じさせるファン8が設けられている。凝縮した冷媒は、パイプ2B(高温側戻り管)を介して高温側蒸発器5に戻る。第1高温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、高温部2で発生した熱を高温側凝縮器7に伝達することができるように、高温側凝縮器7が高温側蒸発器5より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整(大気圧よりも減圧)されている。
Water (H 2 O) or the like is sealed as a refrigerant in the first and second high temperature side circulation circuits. The refrigerant evaporated in the high temperature side evaporator 5 reaches the high temperature side condenser 7 via the pipe 2A (high temperature side conduit) (broken line arrow in FIG. 1). The refrigerant is condensed by heat exchange with the outside air in the high temperature side condenser 7. In order to promote this heat exchange, a fan 8 that generates an air flow in the vicinity of the high-temperature side condenser 7 is provided. The condensed refrigerant returns to the high temperature side evaporator 5 through the pipe 2B (high temperature side return pipe). In the first high temperature side circulation circuit, the heat generated in the high temperature part 2 can be transferred to the high temperature side condenser 7 by utilizing the natural circulation caused by the evaporation and condensation of the refrigerant. The side condenser 7 is disposed above the high temperature side evaporator 5. Further, in order to adjust the boiling point of the refrigerant, the pressure in the circulation circuit system is adjusted (reduced pressure from atmospheric pressure).

一方、高温側蒸発器5の下部には、パイプ2Cが接続されている。高温側蒸発器5からパイプ2Cに液相の冷媒が流入する。パイプ2Cに流入した冷媒は、スターリング冷凍機4よりも下方に設けられた循環ポンプ6に達する。循環ポンプ6から吐出された冷媒は、パイプ2Dを介して発露防止パイプ9に送られる。ここで、発露防止パイプ9内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機4の高温部2から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ9を冷却庫の前面開口部に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ9内を流れた冷媒は、パイプ2Eを介して高温側蒸発器5内に戻る。このように、第2高温側循環回路においては、循環ポンプ6による強制循環が行なわれている。   On the other hand, a pipe 2 </ b> C is connected to the lower part of the high temperature side evaporator 5. Liquid phase refrigerant flows from the high temperature side evaporator 5 into the pipe 2C. The refrigerant flowing into the pipe 2 </ b> C reaches the circulation pump 6 provided below the Stirling refrigerator 4. The refrigerant discharged from the circulation pump 6 is sent to the dew prevention pipe 9 via the pipe 2D. Here, the refrigerant flowing in the dew condensation prevention pipe 9 is kept at a relatively high temperature by the heat given from the high temperature part 2 of the Stirling refrigerator 4. Therefore, the dew condensation prevention pipe 9 can be arranged in the front opening of the refrigerator to suppress the dew condensation at the door portion or the like. The refrigerant that has flowed through the dew condensation prevention pipe 9 returns to the high temperature side evaporator 5 through the pipe 2E. Thus, forced circulation by the circulation pump 6 is performed in the second high temperature side circulation circuit.

低温側循環回路内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器10において凝縮した冷媒はパイプ3A(低温側導管)を介して低温側蒸発器11に達する。低温側蒸発器11において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器11近傍に気流を生じさせるファン12が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、パイプ3B(低温側戻り管)を介して低温側凝縮器10に戻る。低温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、低温部3で発生した冷熱を低温側蒸発器11に伝達することができるように、低温側蒸発器11が低温側凝縮器10より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整されている。   Carbon dioxide, hydrocarbons, and the like are sealed as refrigerant in the low temperature side circulation circuit. The refrigerant condensed in the low temperature side condenser 10 reaches the low temperature side evaporator 11 through the pipe 3A (low temperature side conduit). Heat exchange is performed by evaporating the refrigerant in the low temperature side evaporator 11. In order to promote this heat exchange, a fan 12 that generates an air flow in the vicinity of the low-temperature evaporator 11 is provided. After the heat exchange, the gasified refrigerant returns to the low temperature side condenser 10 through the pipe 3B (low temperature side return pipe). In the low-temperature side circulation circuit, the low-temperature side evaporation is performed so that the cold heat generated in the low-temperature part 3 can be transmitted to the low-temperature side evaporator 11 by utilizing natural circulation caused by the evaporation and condensation of the refrigerant. The vessel 11 is disposed below the low temperature side condenser 10. Further, the pressure in the circulation circuit system is adjusted in order to adjust the boiling point of the refrigerant.

スターリング冷凍機4を作動させると、該冷凍機4の高温部2で発生した熱が、高温側凝縮器7を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機4の低温部3で発生した冷熱は、低温側蒸発器11を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器11近傍に送られ、繰り返し冷却される。   When the Stirling refrigerator 4 is operated, heat generated in the high temperature part 2 of the refrigerator 4 is exchanged with air through the high temperature side condenser 7. On the other hand, the cold generated in the low temperature part 3 of the Stirling refrigerator 4 is heat exchanged with the air in the refrigerator through the low temperature side evaporator 11. The warmed airflow from the inside of the refrigerator is sent again to the vicinity of the low-temperature side evaporator 11 and repeatedly cooled.

上述した冷却サイクルの実施に伴い、低温側蒸発器11に着霜が生じる。この着霜に対する除霜方法については、一般によく知られた技術を援用可能であるので、詳細な説明は行なわない。   With the implementation of the cooling cycle described above, frost forms on the low temperature side evaporator 11. Since a well-known technique can be used for the defrosting method for this frost formation, detailed description will not be given.

上述した除霜を実施することで、除霜水が発生する。除霜水は、ドレンパイプ12Aを介して、冷却庫本体底面の下部に設置されたドレンパン12B(蒸発皿)に導かれる。ドレンパン12Bの上部には、ファン12Cが設けられており、ファン12Cによってドレンパン12B内に溜まった除霜水表面近傍に気流が形成され、比較的乾いた空気が除霜水上に供給されことにより、除霜水の蒸発が促進される。   By performing the defrosting described above, defrosted water is generated. The defrost water is guided to the drain pan 12B (evaporating dish) installed at the lower part of the bottom surface of the refrigerator main body through the drain pipe 12A. A fan 12C is provided on the top of the drain pan 12B, and an air flow is formed in the vicinity of the surface of the defrost water accumulated in the drain pan 12B by the fan 12C, and relatively dry air is supplied onto the defrost water. Evaporation of defrost water is promoted.

次に、図2を用いて、スターリング冷凍機4の構造の一例およびその動作について説明する。   Next, an example of the structure of the Stirling refrigerator 4 and its operation will be described with reference to FIG.

図2に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機4は、フリーピストン型のスターリング機関であって、ケーシング30と、該ケーシング30に組付けられたシリンダ13と、シリンダ13内で往復動するピストン14およびディスプレーサ15と、再生器16と、圧縮空間17Aと膨張空間17Bとを含む作動空間17と、高温部2と、低温部3と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ23と、ピストンスプリング24と、ディスプレーサスプリング25と、ディスプレーサロッド26と、背圧空間27とを備える。   As shown in FIG. 2, the Stirling refrigerator 4 of the present embodiment is a free piston type Stirling engine, and includes a casing 30, a cylinder 13 assembled to the casing 30, and a reciprocating motion in the cylinder 13. Piston 14 and displacer 15, regenerator 16, working space 17 including a compression space 17 </ b> A and an expansion space 17 </ b> B, a high temperature portion 2, a low temperature portion 3, a linear motor 23 as a piston driving means, and a piston spring 24, a displacer spring 25, a displacer rod 26, and a back pressure space 27.

図2の例では、スターリング冷凍機4の外殻体(外壁)は、単一の容器で構成されず、背圧空間27側に位置するケーシング30(ベッセル部分)と、作動空間17側に位置する高温部2、チューブ18Aおよび低温部3とで主に構成される。ケーシング30は、背圧空間27を規定する。ケーシング30には、シリンダ13、リニアモータ23、ピストンスプリング24およびディスプレーサスプリング25をはじめとする種々の部品が組付けられる。上記外殻体の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。   In the example of FIG. 2, the outer shell (outer wall) of the Stirling refrigerator 4 is not constituted by a single container, but is positioned on the back pressure space 27 side and the casing 30 (vessel portion) and on the working space 17 side. The high-temperature part 2, the tube 18A, and the low-temperature part 3 are mainly configured. The casing 30 defines a back pressure space 27. Various parts including the cylinder 13, the linear motor 23, the piston spring 24, and the displacer spring 25 are assembled to the casing 30. The outer shell is filled with a working medium such as helium gas, hydrogen gas, or nitrogen gas.

シリンダ13は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン14とフリーピストンとしてのディスプレーサ15とを往復動可能に受け入れる。シリンダ13内において、ピストン14とディスプレーサ15とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン14およびディスプレーサ15によってシリンダ13内の作動空間17が圧縮空間17Aと膨張空間17Bとに区画される。より詳しくは、作動空間17は、ピストン14におけるディスプレーサ15側の端面よりもディスプレーサ15側に位置する空間であり、ピストン14とディスプレーサ15との間に圧縮空間17Aが形成され、ディスプレーサ15と低温部3との間に膨張空間17Bが形成される。圧縮空間17Aは主に高温部2によって囲まれ、膨張空間17Bは主に低温部3によって囲まれている。   The cylinder 13 has a substantially cylindrical shape, and receives therein a piston 14 and a displacer 15 as a free piston so as to be capable of reciprocating. In the cylinder 13, the piston 14 and the displacer 15 are coaxially spaced apart, and the piston 14 and the displacer 15 divide the working space 17 in the cylinder 13 into a compression space 17 </ b> A and an expansion space 17 </ b> B. More specifically, the working space 17 is a space located closer to the displacer 15 than the end face of the piston 14 on the displacer 15 side, and a compression space 17A is formed between the piston 14 and the displacer 15, and the displacer 15 and the low temperature portion 3, an expansion space 17 </ b> B is formed. The compression space 17A is mainly surrounded by the high temperature part 2, and the expansion space 17B is mainly surrounded by the low temperature part 3.

圧縮空間17Aと膨張空間17Bとの間には、シリンダ13の外周面上に所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器16が配設されており、この再生器16を介して圧縮空間17Aと膨張空間17Bとが連通する。それにより、スターリング冷凍機4内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン14およびディスプレーサ15の動作に合わせて流動することにより、後述する逆スターリングサイクルが実現される。   Between the compression space 17 </ b> A and the expansion space 17 </ b> B, a regenerator 16 in which a film is wound on the outer peripheral surface of the cylinder 13 with a predetermined gap is disposed. Thus, the compression space 17A and the expansion space 17B communicate with each other. Thereby, a closed circuit is formed in the Stirling refrigerator 4. The working medium sealed in the closed circuit flows in accordance with the operations of the piston 14 and the displacer 15, thereby realizing a reverse Stirling cycle described later.

シリンダ13の外側に位置する背圧空間27にはリニアモータ23が配設される。リニアモータ23は、インナーヨーク20と、可動マグネット部21と、アウターヨーク22およびコイルとを有し、このリニアモータ23によって、シリンダ13の軸方向にピストン14が駆動される。   A linear motor 23 is disposed in the back pressure space 27 located outside the cylinder 13. The linear motor 23 includes an inner yoke 20, a movable magnet portion 21, an outer yoke 22 and a coil, and the piston 14 is driven in the axial direction of the cylinder 13 by the linear motor 23.

ピストン14の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング24と接続される。該ピストンスプリング24は、ピストン14に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング24による弾性力を付加することにより、シリンダ13内でピストン14をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ15の一端は、ディスプレーサロッド26を介してディスプレーサスプリング25と接続される。ディスプレーサロッド26はピストン14を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング25は板バネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング25の周縁部と、ピストンスプリング24の周縁部は、リニアモータ23からピストン14の背圧空間27側(以下、後方と称する場合がある。)に延びる支持部材により支持される。   One end of the piston 14 is connected to a piston spring 24 constituted by a leaf spring or the like. The piston spring 24 functions as an elastic force applying means for applying an elastic force to the piston 14. By applying an elastic force by the piston spring 24, the piston 14 can be reciprocated in the cylinder 13 more stably and periodically. One end of the displacer 15 is connected to a displacer spring 25 via a displacer rod 26. The displacer rod 26 is disposed through the piston 14, and the displacer spring 25 is constituted by a leaf spring or the like. The peripheral edge of the displacer spring 25 and the peripheral edge of the piston spring 24 are supported by a support member that extends from the linear motor 23 toward the back pressure space 27 of the piston 14 (hereinafter sometimes referred to as the rear).

ピストン14に対しディスプレーサ15と反対側には、ケーシング30によって囲まれた背圧空間27が配設されている。背圧空間27は、ケーシング30内でピストン14の周囲に位置する外周領域と、ケーシング30内でピストン14よりもピストンスプリング
24側(後方側)に位置する後方領域とを含む。この背圧空間27内にも、作動媒体が存在する。
A back pressure space 27 surrounded by a casing 30 is disposed on the opposite side of the piston 14 from the displacer 15. The back pressure space 27 includes an outer peripheral region located around the piston 14 in the casing 30 and a rear region located closer to the piston spring 24 (rear side) than the piston 14 in the casing 30. There is also a working medium in the back pressure space 27.

高温部2は、ベース部材30Aを介してケーシング30に取付けられる。高温部2と低温部3とは、チューブ18Aを介して接続される。高温部2、低温部3の内周面上には、それぞれ内部熱交換器18と内部熱交換器19とが設けられる。内部熱交換器18,19は、それぞれ、圧縮空間17A,膨張空間17Bと高温部2,低温部3との間の熱交換を行なう。   The high temperature part 2 is attached to the casing 30 via the base member 30A. The high temperature part 2 and the low temperature part 3 are connected via the tube 18A. On the inner peripheral surfaces of the high temperature part 2 and the low temperature part 3, an internal heat exchanger 18 and an internal heat exchanger 19 are provided, respectively. The internal heat exchangers 18 and 19 perform heat exchange between the compression space 17A and the expansion space 17B and the high temperature part 2 and the low temperature part 3, respectively.

ケーシング30の後方側には、板バネ28を介してバランスマス29が取付けられている。バランスマス29は、ピストン14やディスプレーサ15が振動することによって生じるケーシング30の振動を吸収する質量部材である。具体的には、ピストン14やディスプレーサ15が振動することによってケーシング30に振動が生じた場合に、このケーシング30の振動に対して追従するようにバランスマス29が振動することにより、スターリング冷凍機4の振動が低減される。   A balance mass 29 is attached to the rear side of the casing 30 via a leaf spring 28. The balance mass 29 is a mass member that absorbs vibration of the casing 30 that is generated when the piston 14 and the displacer 15 vibrate. Specifically, when the vibration is generated in the casing 30 due to the vibration of the piston 14 or the displacer 15, the balance mass 29 is vibrated so as to follow the vibration of the casing 30, whereby the Stirling refrigerator 4. Vibration is reduced.

次に、このスターリング冷凍機4の動作について説明する。
まず、リニアモータ23を作動させてピストン14を駆動する。リニアモータ23によって駆動されたピストン14は、ディスプレーサ15に接近し、圧縮空間17A内の作動媒体(作動ガス)を圧縮する。
Next, the operation of the Stirling refrigerator 4 will be described.
First, the linear motor 23 is actuated to drive the piston 14. The piston 14 driven by the linear motor 23 approaches the displacer 15 and compresses the working medium (working gas) in the compression space 17A.

ピストン14がディスプレーサ15に接近することにより、圧縮空間17A内の作動媒体の温度は上昇するが、高温部2によってこの圧縮空間17A内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間17A内の作動媒体の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における等温圧縮過程に相当する。   When the piston 14 approaches the displacer 15, the temperature of the working medium in the compression space 17 </ b> A rises, but heat generated in the compression space 17 </ b> A by the high temperature portion 2 is released to the outside. Therefore, the temperature of the working medium in the compression space 17A is maintained almost isothermal. That is, this process corresponds to an isothermal compression process in a reverse Stirling cycle.

ピストン14がディスプレーサ15に接近した後にディスプレーサ15は低温部3側に移動する。他方、ピストン14によって圧縮空間17A内において圧縮された作動媒体は再生器16内に流入し、さらに膨張空間17Bへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器16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に相当する。   After the piston 14 approaches the displacer 15, the displacer 15 moves to the low temperature part 3 side. On the other hand, the working medium compressed in the compression space 17A by the piston 14 flows into the regenerator 16, and further flows into the expansion space 17B. At that time, the heat of the working medium is stored in the regenerator 16. That is, this process corresponds to an isovolumetric cooling process in a reverse Stirling cycle.

膨張空間17B内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ15がピストン14側(後方側)へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ15が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング25の中央部も後方側に突出するように変形する。   The high-pressure working medium that has flowed into the expansion space 17B expands when the displacer 15 moves to the piston 14 side (rear side). As the displacer 15 moves rearward in this way, the center portion of the displacer spring 25 is also deformed so as to protrude rearward.

上記のように膨張空間17B内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間17B内の作動媒体の温度は下降するが、低温部3によって外部の熱が膨張空間17B内へと伝達されるため、膨張空間17B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に相当する。   When the working medium expands in the expansion space 17B as described above, the temperature of the working medium in the expansion space 17B decreases, but external heat is transferred into the expansion space 17B by the low temperature portion 3, The inside of the expansion space 17B is kept almost isothermal. That is, this process corresponds to an isothermal expansion process of a reverse Stirling cycle.

その後、ディスプレーサ15がピストン14から遠ざかる方向(前方側)に移動し始める。それにより、膨張空間17B内の作動媒体は再生器16を通過して再び圧縮空間17A側へと戻る。その際に再生器16に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。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に相当する。   Thereafter, the displacer 15 starts to move away from the piston 14 (front side). Thereby, the working medium in the expansion space 17B passes through the regenerator 16 and returns to the compression space 17A side again. At this time, since the heat stored in the regenerator 16 is applied to the working medium, the working medium is heated. That is, this process corresponds to a constant volume heating process of a reverse Stirling cycle.

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、低温部3は徐々に低温になり、極低温(たとえば−50℃程度)を有するに至る。一方で、高温部2は徐々に高温(たとえば60℃程度)になる。上述したように、低温部3における冷熱は、低温側循環回路を介して冷却庫内に供給され、高温部2における熱は、第1と第2高温側循環回路を介して冷却庫外に放出される。   By repeating this series of processes (isothermal compression process-isovolume cooling process-isothermal expansion process-isovolume heating process), an inverse Stirling cycle is configured. As a result, the low temperature part 3 is gradually lowered in temperature and has an extremely low temperature (for example, about −50 ° C.). On the other hand, the high temperature part 2 becomes gradually high temperature (for example, about 60 ° C.). As described above, the cold heat in the low temperature section 3 is supplied into the refrigerator through the low temperature side circulation circuit, and the heat in the high temperature section 2 is released to the outside of the refrigerator through the first and second high temperature side circulation circuits. Is done.

ところで、シリンダ13の内周面とピストン14の外周面との間には、作動空間17と背圧空間27とを遮断するガスシールが施されているものの、作動媒体は、微小な隙間を介して作動空間17と背圧空間27との間を流動する。そのため、ピストン14が作動空間17方向(矢印DR3方向)に運動しているときには、圧縮空間17Aの圧力が背圧空間27の圧力よりも高くなり、作動媒体は圧縮空間17Aから背圧空間27へと流動する。逆に、ピストン14が背圧空間27方向(矢印DR4方向)に運動しているときには、圧縮空間17Aの圧力が背圧空間27の圧力よりも低くなり、作動媒体は背圧空間27から圧縮空間17Aへと流動する。スターリング冷凍機4においては、背圧空間27の容積が圧縮空間17Aの容積よりも大きいため、圧縮空間17Aと背圧空間27との圧力差は、ピストン14が矢印DR4方向に運動しているときよりも、矢印DR3方向に運動しているときの方が大きくなる。そのため、圧縮空間17Aの作動媒体は、ピストン14の往復運動1サイクル毎に少しずつ背圧空間27へと流出する。これに対し、実施の形態1,2に係る圧力調整機構は、背圧空間27から作動空間17に作動媒体を戻して、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスを保持する。   By the way, although a gas seal is provided between the inner peripheral surface of the cylinder 13 and the outer peripheral surface of the piston 14 to cut off the working space 17 and the back pressure space 27, the working medium passes through a minute gap. Thus, the fluid flows between the working space 17 and the back pressure space 27. Therefore, when the piston 14 is moving in the direction of the working space 17 (the direction of the arrow DR3), the pressure in the compression space 17A becomes higher than the pressure in the back pressure space 27, and the working medium moves from the compression space 17A to the back pressure space 27. And flow. Conversely, when the piston 14 is moving in the direction of the back pressure space 27 (arrow DR4 direction), the pressure in the compression space 17A is lower than the pressure in the back pressure space 27, and the working medium is transferred from the back pressure space 27 to the compression space. Flow to 17A. In the Stirling refrigerator 4, since the volume of the back pressure space 27 is larger than the volume of the compression space 17A, the pressure difference between the compression space 17A and the back pressure space 27 is when the piston 14 moves in the direction of the arrow DR4. Rather than when moving in the direction of the arrow DR3. Therefore, the working medium in the compression space 17 </ b> A flows out into the back pressure space 27 little by little every cycle of the reciprocating motion of the piston 14. On the other hand, the pressure adjustment mechanism according to the first and second embodiments returns the working medium from the back pressure space 27 to the working space 17 and maintains the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27.

(実施の形態1)
図3は、実施の形態1に係る圧力調整機構を示した図である。図3を参照して、本実施の形態に係る圧力調整機構は、上述したスターリング冷凍機4における作動空間17と背圧空間27との圧力バランスを保持するための圧力調整機構である。ここで、ピストン14は、作動空間17と背圧空間27とを連通させる連通路を有する。これにより、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスが保持される。
(Embodiment 1)
FIG. 3 is a diagram illustrating the pressure adjustment mechanism according to the first embodiment. With reference to FIG. 3, the pressure adjustment mechanism according to the present embodiment is a pressure adjustment mechanism for maintaining the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 in the Stirling refrigerator 4 described above. Here, the piston 14 has a communication path that allows the working space 17 and the back pressure space 27 to communicate with each other. Thereby, the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 is maintained.

連通路は、ピストン14の内部に形成された内部空間140と、ピストン14の背圧空間27側の端面から内部空間140に達する「第1孔部」としての開孔部141と、ピストン14の圧縮空間17A側の端面から内部空間140に達する「第2孔部」としての開孔部142とを含んで構成される。   The communication path includes an internal space 140 formed inside the piston 14, an opening 141 as a “first hole” reaching the internal space 140 from the end surface of the piston 14 on the back pressure space 27 side, And an opening 142 as a “second hole” that reaches the internal space 140 from the end face on the compression space 17A side.

開孔部142は、ピストン14の軸方向端面に開孔を設けた後、該開孔に連通管1420(オリフィス)を組付けることで形成される。このようにすることで、より微小な径の開孔部を構成することができ、圧縮空間17Aから内部空間140へと流入、または、内部空間140から圧縮空間17Aへと流出する作動媒体の流量を調整することができる。   The opening 142 is formed by providing an opening in the axial end surface of the piston 14 and then assembling a communication tube 1420 (orifice) into the opening. By doing in this way, it is possible to form an opening with a smaller diameter, and the flow rate of the working medium flowing into the internal space 140 from the compression space 17A or flowing out from the internal space 140 into the compression space 17A. Can be adjusted.

開孔部141上には、背圧空間27から内部空間140へと向かう流れを許容しながら、内部空間140から背圧空間27へと向かう流れを抑制する逆止弁144が設けられている。なお、逆止弁144の開弁方向は矢印DR144である。   A check valve 144 that suppresses the flow from the internal space 140 to the back pressure space 27 while allowing the flow from the back pressure space 27 to the internal space 140 is provided on the opening 141. In addition, the valve opening direction of the check valve 144 is an arrow DR144.

ピストン14には、その外周面から内部空間140に達する「第3孔部」としての開孔部143A〜143Dが設けられている。開孔部143A〜143Dは、後述する「気体軸受構造」を構成する。そして、開孔部143A〜143Dは、ピストン14の外周面に開孔を設けた後、該開孔に、それぞれ、連通管1430A〜1430D(オリフィス)を組付けることで形成される。このようにすることで、より微小な径の開孔部を構成することができ、内部空間140からシリンダ内周面に向けて吐出される作動媒体の流量を調整することができる。   The piston 14 is provided with opening portions 143A to 143D as “third hole portions” that reach the internal space 140 from the outer peripheral surface thereof. The opening portions 143A to 143D constitute a “gas bearing structure” described later. And the opening parts 143A-143D are formed by assembling communication pipes 1430A-1430D (orifices) to the openings after providing holes on the outer peripheral surface of the piston 14, respectively. By doing in this way, an opening part with a smaller diameter can be constituted, and the flow rate of the working medium discharged from the internal space 140 toward the cylinder inner peripheral surface can be adjusted.

ピストンスプリング24に支持されたピストン14は、シリンダ13内において、矢印DR1方向に往復運動する。ピストン14が矢印DR3方向(作動空間側)に移動した場合は、背圧空間27の圧力に対して圧縮空間17Aの圧力が高くなり、逆止弁144は、内部空間140から背圧空間27へと向かう流れを抑制すべく閉弁する。そして、開孔部142を介して、圧縮空間17Aから内部空間140内に作動媒体が流入する。   The piston 14 supported by the piston spring 24 reciprocates in the direction of the arrow DR1 in the cylinder 13. When the piston 14 moves in the direction of the arrow DR3 (operating space side), the pressure in the compression space 17A becomes higher than the pressure in the back pressure space 27, and the check valve 144 moves from the internal space 140 to the back pressure space 27. The valve is closed to suppress the flow toward. Then, the working medium flows from the compression space 17 </ b> A into the internal space 140 through the opening 142.

一方、図3に示すように、ピストン14が矢印DR4方向(背圧空間側)に移動した場合は、圧縮空間17Aの圧力に対して背圧空間27の圧力が高くなり、逆止弁144は、背圧空間27から内部空間140へと向かう流れ(矢印DR141)を許容すべく矢印DR144方向に開弁する。そして、開孔部142を介して、内部空間140から圧縮空間17Aに作動媒体が流れ込む(矢印DR142)。   On the other hand, as shown in FIG. 3, when the piston 14 moves in the direction of the arrow DR4 (back pressure space side), the pressure in the back pressure space 27 becomes higher than the pressure in the compression space 17A, and the check valve 144 is Then, the valve is opened in the direction of the arrow DR144 to allow the flow (arrow DR141) from the back pressure space 27 toward the internal space 140. Then, the working medium flows from the internal space 140 into the compression space 17A through the opening 142 (arrow DR142).

このように、ピストン14の往復運動に伴なって、内部空間140を介して、作動媒体が背圧空間27から圧縮空間17Aに流れ込む。上述したように、圧縮空間17Aの作動媒体は、ピストン14の往復運動1サイクル毎に、シリンダ13とピストン14との隙間を通過して背圧空間27へと移動している。これに対し、本実施の形態に係る圧力調整機構によれば、背圧空間27へと移動した作動媒体を圧縮空間17Aに戻すことができる。これにより、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスを保持することができる。   As described above, the working medium flows from the back pressure space 27 into the compression space 17 </ b> A through the internal space 140 as the piston 14 reciprocates. As described above, the working medium in the compression space 17 </ b> A moves to the back pressure space 27 through the gap between the cylinder 13 and the piston 14 for each cycle of the reciprocating motion of the piston 14. On the other hand, according to the pressure adjustment mechanism according to the present embodiment, the working medium that has moved to the back pressure space 27 can be returned to the compression space 17A. Thereby, the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 can be maintained.

また、ピストン14の往復運動に伴なって、内部空間140から開孔部143A〜143Dを介して、シリンダ13およびピストン14の摺動面に作動媒体が噴出される(矢印DR143A〜DR143D)。これにより、シリンダ13内を往復運動するピストン14を保持する気体軸受構造が構成される。   As the piston 14 reciprocates, the working medium is ejected from the internal space 140 to the sliding surfaces of the cylinder 13 and the piston 14 through the opening portions 143A to 143D (arrows DR143A to DR143D). Thereby, the gas bearing structure holding the piston 14 that reciprocates in the cylinder 13 is configured.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る圧力調整機構を有する「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機4は、ケーシング30を含む外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内に組み付けられたシリンダ13と、シリンダ13内で往復運動するピストン14と、ピストン14に対し位相差をもって往復運動するディスプレーサ15と、ピストン14とディスプレーサ15との間に形成された圧縮空間17Aと、ディスプレーサ15に対してピストン14側の反対の側に形成された膨張空間17Bと、ピストン14に対してディスプレーサ15側の反対の側に形成された背圧空間27とを備える。そして、ピストン14は、内部空間140と、背圧空間27側の端面から内部空間140に達する「第1孔部」としての開孔部141と、圧縮空間17A側の端面から内部空間140に達する「第2孔部」としての開孔部142と、外周面から内部空間140に達する「第3孔部」としての開孔部143A〜143Dとを有する。そして、背圧空間27から圧縮空間17Aへと向かう流れを許容しながら圧縮空間17Aから背圧空間27へと向かう流れを抑制する逆止弁144が開孔部141上に設けられている。なお、この逆止弁は、開孔部142上に設けられていてもよいし、開孔部141,142上の両方に設けられていてもよい。   The above contents are summarized as follows. That is, a Stirling refrigerator 4 as a “Stirling engine” having a pressure adjusting mechanism according to the present embodiment includes an outer shell body including a casing 30, a cylinder 13 assembled in an outer shell body enclosing a working medium, A piston 14 that reciprocates within the cylinder 13, a displacer 15 that reciprocates with a phase difference with respect to the piston 14, a compression space 17 </ b> A formed between the piston 14 and the displacer 15, and the piston 14 side with respect to the displacer 15. An expansion space 17B formed on the opposite side of the piston 14 and a back pressure space 27 formed on the opposite side of the displacer 15 with respect to the piston 14 are provided. The piston 14 reaches the internal space 140 from the internal space 140, the opening 141 as the “first hole” reaching the internal space 140 from the end surface on the back pressure space 27 side, and the end surface on the compression space 17 </ b> A side. It has the opening part 142 as a "2nd hole part", and the opening parts 143A-143D as a "3rd hole part" which reaches the internal space 140 from an outer peripheral surface. A check valve 144 that suppresses the flow from the compression space 17 </ b> A to the back pressure space 27 while allowing the flow from the back pressure space 27 to the compression space 17 </ b> A is provided on the opening 141. This check valve may be provided on the opening 142 or may be provided on both of the openings 141 and 142.

本実施の形態に係る圧力調整機構によれば、加工費/加工時間を過度に増大させることなく、また、スターリング機関の動作効率を低下させずに背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つ機構を得ることができる。   According to the pressure adjustment mechanism according to the present embodiment, the pressure balance between the back pressure space and the working space is maintained without excessively increasing the processing cost / processing time and without reducing the operation efficiency of the Stirling engine. A mechanism can be obtained.

(実施の形態2)
図4は、実施の形態2に係る圧力調整機構を示した図である。図4を参照して、本実施の形態に係る圧力調整機構は、実施の形態1に係る圧力調整機構の変形例であって、作動空間17と背圧空間27とを連通させる連通路がシリンダ13に形成されていることを特徴とする。本構造によっても、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスが保持される。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a diagram illustrating a pressure adjustment mechanism according to the second embodiment. Referring to FIG. 4, the pressure adjustment mechanism according to the present embodiment is a modification of the pressure adjustment mechanism according to the first embodiment, and a communication path that communicates working space 17 and back pressure space 27 is a cylinder. 13 is formed. Also by this structure, the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 is maintained.

連通路は、シリンダ13を貫通し、圧縮空間17Aから背圧空間27に達する開孔部130により構成されている。また、開孔部130上には、背圧空間27から圧縮空間17Aへと向かう流れを許容しながら、圧縮空間17Aから背圧空間27へと向かう流れを抑制する逆止弁131が設けられている。なお、逆止弁131の開弁方向は矢印DR131である。   The communication path is configured by an opening 130 that passes through the cylinder 13 and reaches the back pressure space 27 from the compression space 17A. Further, a check valve 131 is provided on the opening 130 to suppress the flow from the compression space 17A to the back pressure space 27 while allowing the flow from the back pressure space 27 to the compression space 17A. Yes. The valve opening direction of the check valve 131 is an arrow DR131.

ピストンスプリング24に支持されたピストン14は、シリンダ13内において、矢印DR1方向に往復運動する。ピストン14が矢印DR3方向(作動空間側)に移動した場合は、背圧空間27の圧力に対して圧縮空間17Aの圧力が高くなり、逆止弁131は、圧縮空間17Aから背圧空間27へと向かう流れを抑制すべく閉弁する。   The piston 14 supported by the piston spring 24 reciprocates in the direction of the arrow DR1 in the cylinder 13. When the piston 14 moves in the arrow DR3 direction (working space side), the pressure in the compression space 17A becomes higher than the pressure in the back pressure space 27, and the check valve 131 moves from the compression space 17A to the back pressure space 27. The valve is closed to suppress the flow toward.

一方、図4に示すように、ピストン14が矢印DR4方向(背圧空間側)に移動した場合は、圧縮空間17Aの圧力に対して背圧空間27の圧力が高くなり、逆止弁131は、背圧空間27から圧縮空間17Aへと向かう流れ(矢印DR130)を許容すべく矢印DR131方向に開弁する。   On the other hand, as shown in FIG. 4, when the piston 14 moves in the direction of the arrow DR4 (back pressure space side), the pressure in the back pressure space 27 becomes higher than the pressure in the compression space 17A, and the check valve 131 Then, the valve is opened in the direction of the arrow DR131 to allow the flow (arrow DR130) from the back pressure space 27 toward the compression space 17A.

このように、ピストン14の往復運動に伴なって、作動媒体が背圧空間27から圧縮空間17Aに流れ込む。この結果、実施の形態1と同様に、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスを保持することができる。   In this way, the working medium flows from the back pressure space 27 into the compression space 17A as the piston 14 reciprocates. As a result, as in the first embodiment, the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 can be maintained.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る圧力調整機構を有する「スターリング機関」としてのスターリング冷凍機4においては、シリンダ13を貫通し、圧縮空間17Aから背圧空間27に達する「連通路」としての開孔部130が形成されている。そして、開孔部130上には、背圧空間27から圧縮空間17Aへと向かう流れを許容しながら圧縮空間17Aから背圧空間27へと向かう流れを抑制する逆止弁131が設けられている。   The above contents are summarized as follows. That is, in the Stirling refrigerator 4 as the “Stirling engine” having the pressure adjusting mechanism according to the present embodiment, an opening as a “communication path” that penetrates the cylinder 13 and reaches the back pressure space 27 from the compression space 17A. A portion 130 is formed. A check valve 131 that suppresses the flow from the compression space 17 </ b> A to the back pressure space 27 while allowing the flow from the back pressure space 27 to the compression space 17 </ b> A is provided on the opening 130. .

本実施の形態に係る圧力調整機構によれば、実施の形態1と同様に、加工費/加工時間を過度に増大させることなく、また、スターリング機関の動作効率を低下させずに背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つ機構を得ることができる。   According to the pressure adjusting mechanism according to the present embodiment, as in the first embodiment, the back pressure space and the processing cost / processing time are not excessively increased and the operation efficiency of the Stirling engine is not decreased. A mechanism that maintains a pressure balance with the working space can be obtained.

(実施の形態3)
図5は、実施の形態3に係る圧力調整機構を示した図である。図5を参照して、本実施の形態に係る圧力調整機構は、実施の形態1に係る圧力調整機構の変形例であり、実施の形態1と同様に、作動空間17と背圧空間27とを連通させる連通路を有する。これにより、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスが保持される。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a view showing a pressure adjustment mechanism according to the third embodiment. Referring to FIG. 5, the pressure adjustment mechanism according to the present embodiment is a modification of the pressure adjustment mechanism according to the first embodiment, and similarly to the first embodiment, working space 17, back pressure space 27, It has a communicating path which connects. Thereby, the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 is maintained.

図5を参照して、本実施の形態においては、ピストン14内部に隔壁145が設けられている。これにより、ピストン14の内部空間が、主空間140Aとサブ空間140Bとに分けられる。   Referring to FIG. 5, in the present embodiment, a partition wall 145 is provided inside piston 14. Thereby, the internal space of piston 14 is divided into main space 140A and subspace 140B.

ピストン14の圧縮空間17A側の端面には、主空間140Aに達する「吸込孔部」としての孔部146が設けられている。そして、孔部146上には、圧縮空間17Aから主空間140Aへと向かう流れを許容しながら、主空間140Aから圧縮空間17Aへと向かう流れを抑制する逆止弁144Aが設けられている。   A hole 146 as a “suction hole” reaching the main space 140A is provided on the end surface of the piston 14 on the compression space 17A side. A check valve 144A that suppresses the flow from the main space 140A to the compression space 17A while allowing the flow from the compression space 17A to the main space 140A is provided on the hole 146.

ピストン14の外周面には、主空間140Aに達する「吐出孔部」が設けられている。「吐出孔部」は、ピストン14の外周面に開孔を設けた後、該開孔に、それぞれ、連通管1430A〜1430D(オリフィス)を組付けることで形成される。このようにすることで、より微小な径の開孔部を構成することができ、主空間140Aからシリンダ内周面に向けて吐出される作動媒体の流量を調整することができる。   On the outer peripheral surface of the piston 14, a “discharge hole” that reaches the main space 140A is provided. The “discharge holes” are formed by providing openings on the outer peripheral surface of the piston 14 and then assembling communication pipes 1430A to 1430D (orifices) to the openings. By doing in this way, the opening part of a smaller diameter can be comprised, and the flow volume of the working medium discharged toward the cylinder internal peripheral surface from 140 A of main spaces can be adjusted.

作動空間17と背圧空間27とを連通させる連通路は、サブ空間140Bと、ピストン14の背圧空間27側の端面からサブ空間140Bに達する「第1孔部」としての開孔部147と、ピストン14の圧縮空間17A側の端面からサブ空間140Bに達する「第2孔部」としての開孔部148とを含んで構成される。開孔部147は、ピストン14の軸方向端面に開孔を設けた後、該開孔に、連通管1470(オリフィス)を組付けることで形成される。このようにすることで、より微小な径の開孔部を構成することができ、背圧空間27からサブ空間140Bに流入する作動媒体の流量を調整することができる。また、開孔部148上には、サブ空間27から圧縮空間17Aへと向かう流れを許容しながら、圧縮空間17Aからサブ空間140Bへと向かう流れを抑制する逆止弁144Bが設けられている。   The communication path that allows the working space 17 and the back pressure space 27 to communicate with each other includes the sub space 140B and an opening portion 147 as a “first hole” that reaches the sub space 140B from the end surface of the piston 14 on the back pressure space 27 side. And an opening portion 148 as a “second hole portion” that reaches the sub space 140B from the end surface of the piston 14 on the compression space 17A side. The opening 147 is formed by providing an opening in the axial end surface of the piston 14 and then assembling a communication pipe 1470 (orifice) into the opening. By doing so, it is possible to form an opening with a smaller diameter, and to adjust the flow rate of the working medium flowing from the back pressure space 27 into the sub space 140B. In addition, a check valve 144B that suppresses the flow from the compression space 17A to the sub space 140B while allowing the flow from the sub space 27 to the compression space 17A is provided on the opening 148.

ピストン14は、矢印DR1方向に往復運動する。図6,図7は、それぞれ、ピストン14が矢印DR3方向(作動空間側),矢印DR4方向(背圧空間側)に移動した状態を示す図である。   The piston 14 reciprocates in the direction of the arrow DR1. 6 and 7 are views showing a state in which the piston 14 has moved in the direction of the arrow DR3 (working space side) and in the direction of the arrow DR4 (back pressure space side), respectively.

図6を参照して、ピストン14が矢印DR3方向(作動空間側)に移動した場合は、背圧空間27の圧力に対して圧縮空間17Aの圧力が高くなり、逆止弁144Aは、圧縮空間17Aから主空間140Aへと向かう流れ(矢印DR146)を許容すべく開弁し、逆止弁144Bは、圧縮空間17Aからサブ空間140Bへと向かう流れを抑制すべく閉弁する。そして、開孔部146を介して、圧縮空間17Aから主空間140A内に作動媒体が流入する。   Referring to FIG. 6, when the piston 14 moves in the direction of the arrow DR3 (operating space side), the pressure in the compression space 17A becomes higher than the pressure in the back pressure space 27, and the check valve 144A The valve is opened to allow the flow from 17A to the main space 140A (arrow DR146), and the check valve 144B is closed to suppress the flow from the compression space 17A to the sub space 140B. Then, the working medium flows from the compression space 17A into the main space 140A through the opening 146.

図7を参照して、ピストン14が矢印DR4方向(背圧空間側)に移動した場合は、圧縮空間17Aの圧力に対して背圧空間27の圧力が高くなり、逆止弁144Aは、主空間140Aから圧縮空間17Aへと向かう流れを抑制すべく閉弁し、逆止弁144Bは、サブ空間140Bから圧縮空間17Aへと向かう流れ(矢印DR148)を許容すべく開弁する。そして、開孔部147を介して、背圧空間27からサブ空間140Bに作動媒体が流入する(矢印DR147)。   Referring to FIG. 7, when the piston 14 moves in the direction of the arrow DR4 (back pressure space side), the pressure in the back pressure space 27 becomes higher than the pressure in the compression space 17A, and the check valve 144A The valve is closed to suppress the flow from the space 140A to the compression space 17A, and the check valve 144B is opened to allow the flow from the sub space 140B to the compression space 17A (arrow DR148). Then, the working medium flows from the back pressure space 27 into the sub space 140B through the opening 147 (arrow DR147).

このように、本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、ピストン14の往復運動に伴なって、作動媒体が背圧空間27から圧縮空間17Aに流れ込む。したがって、シリンダ13とピストン14との隙間を通過して背圧空間27へと移動した作動媒体を圧縮空間17Aに戻すことができる。これにより、作動空間17と背圧空間27との圧力バランスを保持することができる。   Thus, also in the present embodiment, the working medium flows from the back pressure space 27 into the compression space 17A as the piston 14 reciprocates as in the first embodiment. Therefore, the working medium that has passed through the gap between the cylinder 13 and the piston 14 and moved to the back pressure space 27 can be returned to the compression space 17A. Thereby, the pressure balance between the working space 17 and the back pressure space 27 can be maintained.

また、ピストン14の往復運動に伴なって、開孔部146から主空間140Aに流入した作動媒体が、連通管1430A〜1430D(オリフィス)を介して、シリンダ13およびピストン14の摺動面に向けて噴出する(矢印DR143A〜DR143D)。これにより、シリンダ13内を往復運動するピストン14を保持する気体軸受構造が構成される。   In addition, as the piston 14 reciprocates, the working medium that has flowed into the main space 140A from the opening 146 is directed toward the sliding surfaces of the cylinder 13 and the piston 14 via the communication pipes 1430A to 1430D (orifices). Are ejected (arrows DR143A to DR143D). Thereby, the gas bearing structure holding the piston 14 that reciprocates in the cylinder 13 is configured.

ここで、サブ空間140Bから圧縮空間17Aに流れ込む作動媒体流量は、気体軸受構造(ガスベアリング構造)に供給される作動媒体流量とほぼ一致するように調整される。そして、図5〜図7に示す構造においては、サブ空間140Bから圧縮空間17Aに流れ込む作動媒体の流量は、連通管1470(オリフィス)によって調整することができる。これにより、ピストン14とディスプレーサ15との接触を抑制することができる。   Here, the flow rate of the working medium flowing into the compression space 17A from the sub space 140B is adjusted so as to substantially match the flow rate of the working medium supplied to the gas bearing structure (gas bearing structure). 5 to 7, the flow rate of the working medium flowing from the sub space 140B into the compression space 17A can be adjusted by the communication pipe 1470 (orifice). Thereby, contact with piston 14 and displacer 15 can be controlled.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る圧力調整機構を有するスターリング冷凍機4は、基本的には、実施の形態1に係る圧力調整機構を有するスターリング冷凍機4と同様の構成を備える。ここで、ピストン14は、実施の形態1と同様に、その背圧空間27側の端面と圧縮空間17A側の端面とに開口する連通路を有する。ピストン14の内部空間は、ピストン14の外周側に位置する「第1空間」として主空間140Aと、該ピストン14の軸心側に位置する「第2空間」としてのサブ空間140Bとに分けられる。そして、ピストン14の圧縮空間17A側の端面から主空間140Aに達する「吸込孔部」としての開孔部146が形成される。そして、開孔部146上に、圧縮空間17Aから主空間140Aへと向かう流れを許容しながら主空間140Aから圧縮空間17Aへと向かう流れを抑制する逆止弁144Aが設けられる。ピストン14には、主空間140Aからピストン14の外周面に達する「吐出孔部」を構成する連通管1430A〜1430D(オリフィス)が設けられる。ここで、主空間140Aに吸込まれた作動媒体は、連通管1430A〜1430Dからシリンダ13の内周面に向けて噴出する。そして、ピストン14の背圧空間27側の端面からサブ空間140Bに達する「第1孔部」としての開孔部147を構成する連通管1470(オリフィス)が設けられる。さらに、ピストン14の圧縮空間17A側の端面からサブ空間140Bに達する「第2孔部」としての開孔部148が形成される。   The above contents are summarized as follows. That is, the Stirling refrigerator 4 having the pressure adjusting mechanism according to the present embodiment basically has the same configuration as the Stirling refrigerator 4 having the pressure adjusting mechanism according to the first embodiment. Here, as in the first embodiment, the piston 14 has a communication path that opens to an end surface on the back pressure space 27 side and an end surface on the compression space 17A side. The internal space of the piston 14 is divided into a main space 140A as a “first space” located on the outer peripheral side of the piston 14 and a sub-space 140B as a “second space” located on the axial center side of the piston 14. . And the opening part 146 as a "suction hole part" which reaches the main space 140A from the end surface by the side of the compression space 17A of the piston 14 is formed. A check valve 144A that suppresses the flow from the main space 140A to the compression space 17A while allowing the flow from the compression space 17A to the main space 140A is provided on the opening 146. The piston 14 is provided with communication pipes 1430A to 1430D (orifices) that constitute “discharge holes” that reach the outer peripheral surface of the piston 14 from the main space 140A. Here, the working medium sucked into the main space 140 </ b> A is ejected from the communication pipes 1430 </ b> A to 1430 </ b> D toward the inner peripheral surface of the cylinder 13. Then, a communication pipe 1470 (orifice) is provided that constitutes an opening 147 as a “first hole” that reaches the sub space 140B from the end surface of the piston 14 on the back pressure space 27 side. Furthermore, an opening 148 is formed as a “second hole” that reaches the sub space 140B from the end surface of the piston 14 on the compression space 17A side.

図8,図9は、開孔部148に関する変形例を示した図である。図8を参照して、連通管1480(オリフィス)と逆止弁144Bとを併用して開孔部148を構成してもよい。この場合、オリフィスの孔径によって、サブ空間140Bから圧縮空間17Aに流れ込む作動媒体の流量を調整することができる。なお、図8に示される開孔部148の構造を採用した場合、背圧空間27側に位置する開孔部147は、ピストンに微小孔を設けることで(連通管1470を用いずに)形成することができる。また、図9を参照して、連通管1480(オリフィス)により開孔部148を構成し、かつ、逆止弁144Bを設けない構造を採用することも可能である。この場合、開孔部147を連通管1470により構成した上で、該開孔部147上にも逆止弁を設けない構造を採用することが可能である。このようにすることで、微小な性能低下が生じるものの、逆止弁の設置数を減らし、コストを低減することができる。   FIG. 8 and FIG. 9 are diagrams showing modified examples related to the opening 148. Referring to FIG. 8, the opening 148 may be configured by using a communication pipe 1480 (orifice) and a check valve 144B in combination. In this case, the flow rate of the working medium flowing into the compression space 17A from the sub space 140B can be adjusted by the hole diameter of the orifice. When the structure of the opening 148 shown in FIG. 8 is adopted, the opening 147 located on the back pressure space 27 side is formed by providing a minute hole in the piston (without using the communication pipe 1470). can do. In addition, referring to FIG. 9, it is possible to adopt a structure in which opening portion 148 is configured by communication tube 1480 (orifice) and check valve 144B is not provided. In this case, it is possible to adopt a structure in which the opening portion 147 is configured by the communication pipe 1470 and the check valve is not provided on the opening portion 147. By doing in this way, although a slight performance fall arises, the number of check valves installed can be reduced and cost can be reduced.

本実施の形態に係る圧力調整機構によれば、実施の形態1と同様に、加工費/加工時間を過度に増大させることなく、また、スターリング機関の動作効率を低下させずに背圧空間と作動空間との圧力バランスを保つ機構を得ることができる。   According to the pressure adjusting mechanism according to the present embodiment, as in the first embodiment, the back pressure space and the processing cost / processing time are not excessively increased and the operation efficiency of the Stirling engine is not decreased. A mechanism that maintains a pressure balance with the working space can be obtained.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。また、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, it is planned from the beginning to appropriately combine the characteristic portions of the respective embodiments described above. The embodiment 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.

本発明の実施の形態1,2および3に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。It is a piping system diagram of the Stirling cooler according to Embodiments 1, 2, and 3 of the present invention. 本発明の実施の形態1,2および3に係るスターリング冷却庫におけるスターリング冷凍機を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the Stirling refrigerator in the Stirling refrigerator which concerns on Embodiment 1, 2, and 3 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るスターリング機関における圧力調整機構を示した図である。It is the figure which showed the pressure adjustment mechanism in the Stirling engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るスターリング機関における圧力調整機構を示した図である。It is the figure which showed the pressure adjustment mechanism in the Stirling engine which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るスターリング機関における圧力調整機構を示した図である。It is the figure which showed the pressure adjustment mechanism in the Stirling engine which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るスターリング機関における圧力調整機構の動作状態を示した図(その1)である。It is the figure (the 1) which showed the operation state of the pressure adjustment mechanism in the Stirling engine which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るスターリング機関における圧力調整機構の動作状態を示した図(その2)である。It is FIG. (2) which showed the operation state of the pressure adjustment mechanism in the Stirling engine which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図5〜図7に示される圧力調整機構の1つの変形例を示した図である。It is the figure which showed one modification of the pressure adjustment mechanism shown by FIGS. 図5〜図7に示される圧力調整機構の他の変形例を示した図である。It is the figure which showed the other modification of the pressure adjustment mechanism shown by FIGS.

符号の説明Explanation of symbols

1 スターリング冷却庫、2 高温部、2A〜2E パイプ(高温側循環回路)、3 低温部、3A,3B パイプ(低温側循環回路)、4 スターリング冷凍機、5 高温側蒸発器、6 循環ポンプ、7 高温側凝縮器、8 ファン、9 発露防止パイプ、10 低温側凝縮器、11 低温側蒸発器、12 ファン、12A ドレンパイプ、12B ドレンパン、12C ファン、13 シリンダ、14 ピストン、15 ディスプレーサ、16 再生器、17 作動空間、17A 圧縮空間、17B 膨張空間、18,19 内部熱交換器、18A チューブ、20 インナーヨーク、21 可動マグネット、22 アウターヨーク、23 リニアモータ、24 ピストンスプリング、25 ディスプレーサスプリング、26 ディスプレーサロッド、27 背圧空間、28 板バネ、29 バランスマス、30 ケーシング、30A ベース部材、130,141,142,143A,143B,143C,143D 開孔部、131,144,144A,144B 逆止弁、140 内部空間、140A 主空間、140B サブ空間、145隔壁、146,147,148 開孔部、1420,1430A,1430B,1430C,1430D,1470,1480 連通管、DR1 ピストン軸方向、DR2 ピストン周方向、DR3 作動空間方向、DR4 背圧空間方向。   1 Stirling cooler, 2 high temperature section, 2A-2E pipe (high temperature side circulation circuit), 3 low temperature section, 3A, 3B pipe (low temperature side circulation circuit), 4 Stirling refrigerator, 5 high temperature side evaporator, 6 circulation pump, 7 High-temperature side condenser, 8 fans, 9 Condensation prevention pipe, 10 Low-temperature side condenser, 11 Low-temperature side evaporator, 12 Fan, 12A Drain pipe, 12B Drain pan, 12C Fan, 13 Cylinder, 14 Piston, 15 Displacer, 16 Regeneration , 17 working space, 17A compression space, 17B expansion space, 18, 19 internal heat exchanger, 18A tube, 20 inner yoke, 21 movable magnet, 22 outer yoke, 23 linear motor, 24 piston spring, 25 displacer spring, 26 Displacer rod, 27 back Space, 28 Leaf spring, 29 Balance mass, 30 Casing, 30A Base member, 130, 141, 142, 143A, 143B, 143C, 143D Open hole, 131, 144, 144A, 144B Check valve, 140 Internal space, 140A Main space, 140B sub space, 145 partition wall, 146, 147, 148 aperture, 1420, 1430A, 1430B, 1430C, 1430D, 1470, 1480 communication pipe, DR1 piston axial direction, DR2 piston circumferential direction, DR3 working space direction, DR4 Back pressure space direction.

Claims (4)

外殻体と、
作動媒体を封入した前記外殻体内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、
前記ピストンに対して前記ディスプレーサ側の反対の側に形成された背圧空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストン側の反対の側に形成された膨張空間とを備え、
前記ピストンは、内部空間と、前記背圧空間側の端面から前記内部空間に達する第1孔部と、前記圧縮空間側の端面から前記内部空間に達する第2孔部と、外周面から前記内部空間に達する第3孔部とを有し、
前記第1孔部および/または第2孔部上に設けられ、前記背圧空間から前記圧縮空間へと向かう流れを許容しながら前記圧縮空間から前記背圧空間へと向かう流れを抑制する逆止弁をさらに備えた、スターリング機関。
The outer shell,
A cylinder assembled in the outer shell enclosing the working medium;
A piston that reciprocates within the cylinder;
A displacer that reciprocates with a phase difference with respect to the piston;
A compression space formed between the piston and the displacer;
A back pressure space formed on the side opposite to the displacer with respect to the piston;
An expansion space formed on the opposite side of the piston to the displacer,
The piston includes an internal space, a first hole portion that reaches the internal space from an end surface on the back pressure space side, a second hole portion that reaches the internal space from an end surface on the compression space side, and an inner surface from the outer peripheral surface. A third hole reaching the space,
A check that is provided on the first hole and / or the second hole and suppresses the flow from the compression space to the back pressure space while allowing the flow from the back pressure space to the compression space. A Stirling engine further equipped with a valve.
外殻体と、
作動媒体を封入した前記外殻体内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、
前記ピストンに対して前記ディスプレーサ側の反対の側に形成された背圧空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストン側の反対の側に形成された膨張空間とを備え、
前記シリンダを貫通し、前記圧縮空間から前記背圧空間に達する連通路が形成され、
前記連通路上に設けられ、前記背圧空間から前記圧縮空間へと向かう流れを許容しながら前記圧縮空間から前記背圧空間へと向かう流れを抑制する逆止弁をさらに備えた、スターリング機関。
The outer shell,
A cylinder assembled in the outer shell enclosing the working medium;
A piston that reciprocates within the cylinder;
A displacer that reciprocates with a phase difference with respect to the piston;
A compression space formed between the piston and the displacer;
A back pressure space formed on the side opposite to the displacer with respect to the piston;
An expansion space formed on the opposite side of the piston to the displacer,
A communication path that penetrates the cylinder and reaches the back pressure space from the compression space is formed,
A Stirling engine further provided with a check valve provided on the communication path and suppressing a flow from the compression space to the back pressure space while allowing a flow from the back pressure space to the compression space.
外殻体と、
作動媒体を封入した前記外殻体内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、
前記ピストンに対して前記ディスプレーサ側の反対の側に形成された背圧空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストン側の反対の側に形成された膨張空間とを備え、
前記ピストンの内部に内部空間が形成され、
前記内部空間は、前記ピストンの外周側に位置する第1空間と、該ピストンの軸心側に位置する第2空間とを有し、
前記ピストンの前記圧縮空間側の端面から前記第1空間に達する吸込孔部が形成され、前記圧縮空間から前記第1空間へと向かう流れを許容しながら前記第1空間から前記圧縮空間へと向かう流れを抑制する逆止弁が前記吸込孔部上に設けられ、
前記第1空間から前記ピストンの外周面に達する吐出孔部が形成され、
前記吸込孔部から前記第1空間に吸込まれた前記作動媒体が前記吐出孔部から前記シリンダの内周面に向かって噴出され、
前記ピストンの前記背圧空間側の端面から前記第2空間に達する第1孔部が形成され、
前記ピストンの前記圧縮空間側の端面から前記第2空間に達する第2孔部が形成された、スターリング機関。
The outer shell,
A cylinder assembled in the outer shell enclosing the working medium;
A piston that reciprocates within the cylinder;
A displacer that reciprocates with a phase difference with respect to the piston;
A compression space formed between the piston and the displacer;
A back pressure space formed on the side opposite to the displacer with respect to the piston;
An expansion space formed on the opposite side of the piston to the displacer,
An internal space is formed inside the piston,
The internal space has a first space located on the outer peripheral side of the piston and a second space located on the axial center side of the piston,
A suction hole that reaches the first space from the end surface of the piston on the compression space side is formed, and the flow from the compression space toward the first space is allowed while moving toward the first space. A check valve for suppressing flow is provided on the suction hole,
A discharge hole portion reaching the outer peripheral surface of the piston from the first space is formed,
The working medium sucked into the first space from the suction hole is ejected from the discharge hole toward the inner peripheral surface of the cylinder,
A first hole reaching the second space from the end surface on the back pressure space side of the piston is formed,
A Stirling engine in which a second hole reaching the second space from an end surface of the piston on the compression space side is formed.
請求項1から請求項3のいずれかに記載のスターリング機関を備えた、スターリング冷却庫。   A Stirling cooler comprising the Stirling engine according to any one of claims 1 to 3.
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CN116816635A (en) * 2023-08-31 2023-09-29 合肥航谱时代科技有限公司 Linear Stirling refrigerator motor subassembly

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