JP2006349331A - Regenerator, manufacturing method therefor, sterling engine, and sterling refrigerator/freezer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、スターリング冷却庫(Stirling Refrigerator/Freezer)に関し、特に、高効率の再生器およびその製造方法ならびに該再生器を有するスターリング機関、スターリング冷却庫に関する。 The present invention relates to a regenerator, a manufacturing method thereof, a Stirling engine and a Stirling refrigerator / freezer, and more particularly to a highly efficient regenerator and a manufacturing method thereof, and a Stirling engine and a Stirling cooler having the regenerator.
スターリング機関において用いられる再生器が従来から知られている。
たとえば、特開2003−65620号公報においては、帯状の樹脂フィルムを巻回してなる円筒形のスターリング機関用再生器であって、樹脂フィルムの片面に複数の微細な突起を規則正しく設けることにより重なった樹脂フィルムの間に隙間を形成するようにした再生器が開示されている。ここで、突起の形成方法としては、エンボス加工による方法などが開示されている。
A regenerator used in a Stirling engine is conventionally known.
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-65620, a regenerator for a cylindrical Stirling engine formed by winding a belt-shaped resin film, which overlaps by regularly providing a plurality of fine protrusions on one side of the resin film. A regenerator in which a gap is formed between resin films is disclosed. Here, as a method for forming the protrusion, a method by embossing or the like is disclosed.
また、特開2004−101119号公報においては、片面側に複数の凸部が形成された樹脂フィルムを渦巻状に巻き付けることで形成される再生器が開示されている。ここで、樹脂フィルム上の凸部は印刷層により形成されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-101119 discloses a regenerator formed by winding a resin film having a plurality of convex portions on one side in a spiral shape. Here, the convex part on the resin film is formed by the printing layer.
また、特開2003−232574号公報においては、互いに所定の間隔で隔てられるとともに、それぞれ所定の高さを有する複数の凸部が形成されたフィルムを有する再生器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-232574 discloses a regenerator having a film formed with a plurality of convex portions which are spaced apart from each other at a predetermined interval and each have a predetermined height.
また、特開2003−222422号公報においては、樹脂フィルム自体を塑性変形させて突起部を形成し、積層される樹脂部材同士の間隙を突起部によって形成した再生器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-222422 discloses a regenerator in which a resin film itself is plastically deformed to form a protrusion, and a gap between the laminated resin members is formed by the protrusion.
また、特開2004−132696号公報においては、樹脂フィルムの表面に光硬化性のインクを用いてスクリーン印刷を施して複数のリブを形成した再生器が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-132696 discloses a regenerator in which a plurality of ribs are formed by screen printing using a photocurable ink on the surface of a resin film.
また、特開平5−288416号公報においては、所定形状に成形され、かつ、内部を気体が流通可能な発泡金属や繊維状金属をマトリックスとし、その表面に樹脂を含浸させて、その含浸樹脂によりマトリックス表面を気密状に封閉し、ケーシング部を構成した再生器が開示されている。
樹脂フィルムの表面に形成された突起の高さによってフィルム間の隙間(再生器を通過する媒体の流路)を規定した場合、突起の形状は、再生器における熱伝達率や圧力損失に影響する。したがって、その突起の形状の安定性や均一性を保つことは重要である。 When the gap between the films (the flow path of the medium passing through the regenerator) is defined by the height of the protrusion formed on the surface of the resin film, the shape of the protrusion affects the heat transfer coefficient and pressure loss in the regenerator. . Therefore, it is important to maintain the stability and uniformity of the shape of the protrusion.
再生器効率を向上させる観点からは、該再生器を構成するフィルムとして、蓄熱性の高い素材を用いることが好ましい。一般に、比重および比熱の高い素材ほど蓄熱性が高い傾向にある。一方で、このような素材のヤング率は比較的低い傾向にある。したがって、フィルムを巻回して再生器を形成したときに、突起の形状を維持できない場合がある。 From the viewpoint of improving the regenerator efficiency, it is preferable to use a material having high heat storage as the film constituting the regenerator. In general, materials having higher specific gravity and specific heat tend to have higher heat storage properties. On the other hand, the Young's modulus of such materials tends to be relatively low. Therefore, when the regenerator is formed by winding a film, the shape of the protrusion may not be maintained.
さらに、本願発明者が検討を進めたところ、再生器効率を向上させる観点から、該再生器を構成するフィルムとして、より薄いものを用いることが好ましいということが判明した。しかしながら、薄いフィルムを用いることで、突起の強度が低下し、フィルムを巻回して再生器を形成したときに、突起の形状を維持できない場合がある。 Furthermore, as a result of investigations by the inventor of the present application, it has been found that it is preferable to use a thinner film as the film constituting the regenerator from the viewpoint of improving the regenerator efficiency. However, by using a thin film, the strength of the protrusions is reduced, and when the regenerator is formed by winding the film, the shape of the protrusions may not be maintained.
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、高効率の再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、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 to provide a highly efficient regenerator, a manufacturing method thereof, a Stirling engine, and a Stirling cooler.
本発明に係る再生器は、隙間を設けながら巻回されるフィルムを備え、フィルムは、第1と第2の層が重ねられた多層構造を有し、該フィルムには、その表面を変形させることで突起部が形成され、第1の層は第2の層よりも蓄熱性が高く、第2の層は第1の層よりもヤング率が高い。 The regenerator according to the present invention includes a film wound while providing a gap, and the film has a multilayer structure in which a first layer and a second layer are stacked, and the surface of the film is deformed. Thus, a protrusion is formed, the first layer has a higher heat storage property than the second layer, and the second layer has a Young's modulus higher than that of the first layer.
上記構成によれば、相対的に蓄熱性の高い第1の層によって再生器の効率を向上させ、相対的にヤング率の高い第2の層によって突起部の形状を保持することができる。結果として、高効率の再生器が提供される。 According to the above configuration, the efficiency of the regenerator can be improved by the first layer having a relatively high heat storage property, and the shape of the protrusion can be held by the second layer having a relatively high Young's modulus. As a result, a highly efficient regenerator is provided.
上記再生器において、好ましくは、第1の層のヤング率は1GPa以上2.5GPa以下であり、第2の層のヤング率は4GPa以上である。これにより、上記機能を十分に満足する第1と第2の層が得られる。 In the above regenerator, the Young's modulus of the first layer is preferably 1 GPa or more and 2.5 GPa or less, and the Young's modulus of the second layer is 4 GPa or more. Thereby, the 1st and 2nd layer which fully satisfies the said function is obtained.
上記再生器において、好ましくは、第1の層に対して第2の層側に突出するように突起部を形成する。このように、ヤング率の高い第2の層を外側に配置することで、突起部の強度がより確保されて、巻回されるフィルム間の隙間が一定に維持できる。結果として、より高効率の再生器が提供される。 In the regenerator, preferably, the protrusion is formed so as to protrude toward the second layer with respect to the first layer. In this way, by disposing the second layer having a high Young's modulus on the outside, the strength of the protrusions is further ensured, and the gap between the wound films can be maintained constant. As a result, a more efficient regenerator is provided.
1つの局面では、上記再生器において、第1と第2の層は、それぞれ、樹脂フィルムを含んで構成される。 In one aspect, in the regenerator, each of the first and second layers includes a resin film.
ここでは、異なる素材を含む樹脂フィルムを組合わせることで第1と第2の層が形成される。 Here, the first and second layers are formed by combining resin films containing different materials.
他の局面では、上記再生器において、第1の層は樹脂フィルムを含んで構成され、第2の層は蒸着膜を含んで構成される。 In another aspect, in the regenerator, the first layer includes a resin film, and the second layer includes a vapor deposition film.
ここでは、硬度の高い蒸着膜が樹脂フィルム上に形成される。したがって、突起部の強度を確保しながらより薄いフィルムを用いることが可能になる。結果として、再生器効率が向上する。 Here, a vapor deposition film having high hardness is formed on the resin film. Therefore, it is possible to use a thinner film while ensuring the strength of the protrusions. As a result, the regenerator efficiency is improved.
本発明に係る再生器の製造方法は、一方が相対的に蓄熱性が高く、他方が相対的にヤング率が高い第1と第2の層を積層して多層構造を有するフィルムを形成する工程と、フィルムの表面を変形させて突起部を形成する工程と、突起部が形成されたフィルムを巻回する工程とを備える。 The method for manufacturing a regenerator according to the present invention includes a step of forming a film having a multilayer structure by laminating first and second layers, one of which has a relatively high heat storage property and the other has a relatively high Young's modulus. And a step of deforming the surface of the film to form a protrusion, and a step of winding the film on which the protrusion is formed.
上記構成によれば、所定の素材を含む第1と第2フィルムを積層して再生器を構成することで、高効率の再生器を得ることができる。したがって、簡単な工程により、再生器の効率を向上させることができる。 According to the said structure, a highly efficient regenerator can be obtained by laminating | stacking the 1st and 2nd film containing a predetermined raw material and comprising a regenerator. Therefore, the efficiency of the regenerator can be improved by a simple process.
本発明に係るスターリング機関は、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、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、圧縮空間と膨張空間とを連通する連通路に配設された、上述の再生器とを備える。 A Stirling engine according to the present invention includes an outer shell, a cylinder assembled in an outer shell enclosing a working medium, a piston that reciprocates within the cylinder, a displacer that reciprocates with a phase difference with respect to the piston, and a piston A compression space formed between the displacer and the displacer, an expansion space formed on the opposite side of the piston side with respect to the displacer, and a communication passage communicating the compression space and the expansion space. And a regenerator.
上記構成によれば、高効率の再生器が設けられることにより、動作効率の高いスターリング機関が提供される。 According to the above configuration, a Stirling engine with high operating efficiency is provided by providing a highly efficient regenerator.
本発明に係るスターリング冷却庫は、上述のスターリング機関を備える。これにより、動作効率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 above-mentioned Stirling engine. This provides a Stirling cooler with high operating efficiency.
本発明によれば、再生器の高効率化を図ることができる。 According to the present invention, the efficiency of the regenerator can be increased.
以下に、本発明に基づく再生器およびその製造方法ならびにスターリング機関、スターリング冷却庫の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。 Below, the regenerator based on this invention, its manufacturing method, Stirling engine, and the embodiment of a Stirling cooler are described. Note that the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.
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.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a piping system diagram of a Stirling cooler according to
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。
As shown in FIG. 1, the Stirling
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
First, the
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
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
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
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
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
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
上述したように、再生器16は、スターリング冷凍機4の冷却性能に関わる重要な部材であるので、再生器16の熱伝達率を向上させたり、再生器16における圧力損失を低減させたりすることは、スターリング冷凍機4の動作効率の向上の観点から重要である。したがって、再生器16を通過する冷媒の流路となるフィルム間の隙間を安定させることは重要である。また、再生器16を構成する再生器フィルムの蓄熱性を向上させることも重要である。
As described above, since the
巻回されるフィルム間の隙間は、該フィルムの表面に形成された突起部により規定されている。したがって、フィルムを巻回して再生器を形成する際の上記突起部の変形を抑制することが重要である。 The gap between the wound films is defined by a protrusion formed on the surface of the film. Therefore, it is important to suppress the deformation of the protrusion when the film is wound to form the regenerator.
再生器フィルムの蓄熱性を向上させる観点からは、該再生器を構成するフィルムとして、比重および比熱の高い素材を用いることが好ましい。しかしながら、このような素材のヤング率は比較的低い傾向にある(たとえば、ETFE(Ethylene−Tetra Fluoro Ethylene):1.57GPa、ナイロン66:2.3GPa、ナイロン6:1.8GPa)。したがって、蓄熱性の高い素材のフィルムを用いた場合、該フィルムを巻回したときに、その表面に形成された突起部の形状を維持できない場合がある。このように、蓄熱性の高いフィルムを用いることで、フィルム間の隙間が安定しなくなる場合がある。逆に言うと、巻回されるフィルム間の隙間を安定させるためにヤング率の高いフィルムを用いることでフィルムの蓄熱性が低下する場合がある。 From the viewpoint of improving the heat storage property of the regenerator film, it is preferable to use a material having a high specific gravity and specific heat as the film constituting the regenerator. However, the Young's modulus of such a material tends to be relatively low (for example, ETFE (Ethylene-Tetra Fluoro Ethylene): 1.57 GPa, nylon 66: 2.3 GPa, nylon 6: 1.8 GPa). Therefore, when a film made of a material having high heat storage properties is used, the shape of the protrusion formed on the surface may not be maintained when the film is wound. Thus, by using a film with high heat storage properties, the gap between the films may not be stable. Conversely, the heat storage property of the film may be reduced by using a film having a high Young's modulus in order to stabilize the gap between the wound films.
これに対し、本実施の形態においては、蓄熱性の高いフィルムとヤング率の高いフィルムとを組合わせて用いることで、再生器を構成するフィルムの蓄熱性の向上と、巻回された該フィルム間の隙間の安定とを両立させている。具体的には、相対的に蓄熱性の高い第1フィルムと、相対的にヤング率の高い第2フィルムとを積層した多層フィルムを形成し、該多層フィルムの表面を変形させて突起部を形成した後に該フィルムを巻回している。 On the other hand, in the present embodiment, by using a film having a high heat storage property and a film having a high Young's modulus in combination, the heat storage property of the film constituting the regenerator is improved and the wound film It balances the stability of the gap between them. Specifically, a multilayer film is formed by laminating a first film having a relatively high heat storage property and a second film having a relatively high Young's modulus, and the surface of the multilayer film is deformed to form a protrusion. After that, the film is wound.
蓄熱性の高い第1フィルムとしては、たとえば、ナイロン6,ナイロン66,ETFE,フッ化ビニリデン(Vinylidene Fluoride)などの素材を用いることができる。また、ヤング率の高い第2フィルムとしては、たとえば、PET(Poly Ethylene Terephthalate),PI(PolyImide)などの素材を用いることができる。
As a 1st film with high heat storage property, raw materials, such as
なお、第1と第2フィルムは、圧着により積層されてもよいし、接着層を介して積層されてもよい。また、1つの例として、第1フィルムのヤング率は1GPa以上2.5GPa以下程度であり、第2フィルムのヤング率は4GPa以上程度である。 The first and second films may be laminated by pressure bonding or may be laminated via an adhesive layer. As one example, the Young's modulus of the first film is about 1 GPa or more and 2.5 GPa or less, and the Young's modulus of the second film is about 4 GPa or more.
上記構成によれば、相対的に蓄熱性の高い第1フィルムによって再生器の効率を向上させ、相対的にヤング率の高い第2フィルムによって突起部の形状を保持することができる。結果として、高効率の再生器が提供される。本願発明者らは、少なくとも下記のタイプ1〜3の例について、第1フィルムのみで構成された再生器に対して突起部の強度が2倍〜3倍程度に向上し、かつ、第2フィルムのみで構成された再生器に対して蓄熱性が1.2倍〜3倍程度に向上することを確認している。
According to the said structure, the efficiency of a regenerator can be improved with the 1st film with relatively high heat storage property, and the shape of a projection part can be hold | maintained with the 2nd film with a relatively high Young's modulus. As a result, a highly efficient regenerator is provided. The inventors of the present application have improved the strength of the protrusions by about 2 to 3 times with respect to the regenerator composed of only the first film, and at least the following
(タイプ1)
蓄熱性の高い第1フィルムとしてナイロン66フィルム(厚み:38μm)を用い、ヤング率の高い第2フィルムとしてPETフィルム(厚み:12μm)を用いる。まず、第1と第2フィルムを圧着して、2層構造のフィルム(厚み:50μm)を形成する。その後、テーパ角8°の針を用い、打ち込み深さ750μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、ナイロン66フィルム(厚み:50μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約2倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、100μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:50mm)を形成する。この結果、PETフィルムのみを用いた同一サイズの再生器と比較して、約1.5倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 1)
A nylon 66 film (thickness: 38 μm) is used as the first film having a high heat storage property, and a PET film (thickness: 12 μm) is used as the second film having a high Young's modulus. First, the first and second films are pressure-bonded to form a two-layer film (thickness: 50 μm). Thereafter, dimples (projections) are formed using a needle having a taper angle of 8 ° and a driving depth of 750 μm. As a result, a dimple having a strength about twice that of a dimple formed on a single layer film using a nylon 66 film (thickness: 50 μm) was obtained. And the regenerator (outside diameter: 50 mm) which has a film space | interval of about 100 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having a heat storage property of about 1.5 times that of the same size regenerator using only the PET film was obtained.
(タイプ2)
蓄熱性の高い第1フィルムとしてETFEフィルム(厚み:12μm)を用い、ヤング率の高い第2フィルムとしてPETフィルム(厚み:25μm)を用いる。まず、第1フィルム−第2フィルム−第1フィルムをこの順に積層して、3層構造のフィルム(厚み:50μm)を形成する。すなわち、本タイプにおいては、第1フィルム間に第2フィルムが挟持されている。なお、各々のフィルム間には、接着層(厚み:0.5μm)が設けられる。その後、テーパ角10°の針を用い、打ち込み深さ650μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、ETFEフィルム(厚み:50μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約3倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、80μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:100mm)を形成する。この結果、PETフィルムのみを用いた同一サイズの再生器と比較して、約1.2倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 2)
An ETFE film (thickness: 12 μm) is used as the first film having a high heat storage property, and a PET film (thickness: 25 μm) is used as the second film having a high Young's modulus. First, a first film, a second film and a first film are laminated in this order to form a three-layer film (thickness: 50 μm). That is, in this type, the second film is sandwiched between the first films. An adhesive layer (thickness: 0.5 μm) is provided between the films. Thereafter, dimples (protrusions) are formed with a driving depth of 650 μm using a needle having a taper angle of 10 °. As a result, a dimple having a strength about three times that of a dimple formed on a single-layer film using an ETFE film (thickness: 50 μm) was obtained. And the regenerator (outside diameter: 100 mm) which has a film space | interval of about 80 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having a heat storage property of about 1.2 times that of a regenerator of the same size using only a PET film was obtained.
(タイプ3)
蓄熱性の高い第1フィルムとしてフッ化ビニリデンフィルム(厚み:38μm)を用い、ヤング率の高い第2フィルムとしてPIフィルム(厚み:12μm)を用いる。まず、第1と第2フィルムを圧着して、2層構造のフィルム(厚み:50μm)を形成する。その後、テーパ角5°の針を用い、打ち込み深さ900μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、フッ化ビニリデンフィルム(厚み:50μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約2倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、100μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:50mm)を形成する。この結果、PIフィルムのみを用いた同一サイズの再生器と比較して、約3倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 3)
A vinylidene fluoride film (thickness: 38 μm) is used as the first film having a high heat storage property, and a PI film (thickness: 12 μm) is used as the second film having a high Young's modulus. First, the first and second films are pressure-bonded to form a two-layer film (thickness: 50 μm). Thereafter, dimples (projections) are formed using a needle having a taper angle of 5 ° and a driving depth of 900 μm. As a result, a dimple having a strength about twice that of a dimple formed on a single-layer film using a vinylidene fluoride film (thickness: 50 μm) was obtained. And the regenerator (outside diameter: 50 mm) which has a film space | interval of about 100 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having about three times the heat storage performance was obtained as compared with a regenerator of the same size using only the PI film.
図3は、接着層を介して第1と第2フィルムを積層する場合(上記の「タイプ2」のような場合)の再生器フィルムの製造装置の一例を示した図である。図3を参照して、第1巻き出し装置35により、糊が塗られる台紙(被着体)としての第1フィルム31Aが巻き出される。巻き出された台紙は、コーターヘッド36に達する。コーターヘッド36は、糊を塗工する部分であり、塗工機としての主要部分である。糊(接着層)の厚み調整は、コーターヘッド36において行なわれる。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a regenerator film manufacturing apparatus in the case where the first and second films are laminated via an adhesive layer (in the case of “
糊が塗工された第1フィルム31Aは、乾燥炉37に送られる。乾燥炉37は、糊の揮発成分(溶剤)を飛ばし、乾燥させる。その後、第1フィルム31Aは、ニップ38に送られる。ニップ38には第2巻き出し装置39から第2フィルム31Bが送られており、ニップ38において第1と第2フィルム31A,31Bが貼り合わせられ、多層構造を有する再生器フィルム31が形成される。形成された再生器フィルム31は巻き取り機40によって巻き取られる。以上のようにして、図4に示すように、接着層31Cを介して第1と第2フィルム31A,31Bが積層された多層フィルムである再生器フィルム31が形成される。なお、図4に示す状態から、再度、図3に示す装置を用いて、再生器フィルム31と第1フィルム31Aとを貼り合わせることで、上述した「タイプ2」のような3層構造を得ることもできる。
The
また、第1と第2フィルム31A,31Bを圧着により積層した場合には、図5に示すような構造を有する再生器フィルム31が得られる。
When the first and
図6は、再生器フィルムの表面に突起部を形成するための装置の構成を模式的に示した図である。図6を参照して、プレス機41は、再生器フィルム31を送り出す送出ユニットとしてのフィルムフィーダ45に隣接して設けられる。プレス機41は、フィルムフィーダ45の下流側に位置し、押し型42と、押さえ部43と、ステージ44とを備えている。押し型42とステージ44とは、フィルムフィーダ45によって一方向(矢印A方向)に向かって送り出される再生器フィルム31を挟んで上下に離間して位置している。また、押し型42と押さえ部43とは、上下方向(矢印B方向)に移動可能となっている。また、押し型42は、押さえ部43に対して相対的に上下方向に移動可能である。そして、押し型42は、ある局面では押さえ部43内に収納され、他の局面では押さえ部43から突出する。図6では、押し型42が押さえ部43から突出した状態を示している。なお、ステージ44の押し型42に対応した位置には、プレス時に押し型42の逃げとなる凹部(図示せず)が設けられている。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of an apparatus for forming protrusions on the surface of the regenerator film. Referring to FIG. 6, the
次に、プレス機41を用いて再生器フィルム31の表面に突起部310を形成する方法について説明する。フィルムフィーダ45によって一方向に送り出された再生器フィルム31は、駆動ローラ46を通過し、プレス機41に送られる。プレス機41は、所定のタイミングで再生器フィルム31をプレス処理する。これにより、再生器フィルム31の表面に連続的に突起部310が形成される。
Next, a method for forming the
具体的には、まず、フィルムフィーダ45によって再生器フィルム31を送り出すことにより、再生器フィルム31の突起部形成予定領域がプレス機41の押し型42の下方に位置するように位置決めが行なわれる。次に、押さえ部43が下方に向かって移動する。この際、押し型42は、押さえ部43内に収納されている。押さえ部43が下方に移動した結果、押さえ部43によって再生器フィルム31がステージ44へと押し当てられる。その状態から、押し型42が下方へと移動し、押さえ部43から突出する。これにより、再生器フィルム31の突起部形成予定領域が下方に向かって押圧される。そして、再生器フィルム31の表面に塑性変形が生じ、下に凸の突起部310が形成される。その後、押し型42と押さえ部43は、上方に向かって移動し、基準位置へと復帰する。そして、再び再生器フィルム31が矢印A方向へと送り出される。そして、プレス機41の下流側の再生器フィルム31は、駆動ローラ47を通過し、突起高さ調整ユニット(図示せず)に送られる。以上において説明した工程を繰り返すことにより、再生器フィルム31の表面に突起部310が連続的に形成される。
Specifically, first, the
ここで、突起部310を突出させる方向は、図4,図5における矢印DR3方向/矢印DR4方向のいずれの方向であってもよく、適宜変更が可能である。ただし、比較的ヤング率の高い第2フィルム31Bを突起部の外側に配置することで、突起部310の強度がより確保されるので、突起部310は、第1フィルム31Aに対して第2フィルム31B側に突出するように形成されることが好ましい。すなわち、図4,図5における矢印DR4方向に向けて押し型42(図6参照)を押付けることが好ましい。
Here, the protruding direction of the
図7は、再生器フィルムを巻回して再生器を形成する工程を示した図である。図7に示すように、突起部310が形成された再生器フィルム31が幾重にも重なるように巻回されて、再生器16が形成される。この際、再生器フィルム31間の隙間は、突起部310により規定される。
FIG. 7 is a diagram showing a process of forming a regenerator by winding a regenerator film. As shown in FIG. 7, the
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スターリング冷却庫1における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、圧縮空間17Aと膨張空間17Bとを連通する連通路に配設された再生器16とを備える。
The above contents are summarized as follows. That is, the
ここで、再生器16は、隙間を設けながら巻回される再生器フィルム31を含んで構成される。再生器フィルム31は、「第1の層」としての第1フィルム31Aと「第2の層」としての第2フィルム31Bとが重ねられた多層構造を有する。そして、再生器フィルム31には、その表面を塑性変形させることで突起部310が形成されている。なお、第1フィルム31Aは第2フィルム31Bよりも蓄熱性が高く、第2フィルム31Bは第1フィルム31Aよりもヤング率が高い。
Here, the
本実施の形態に係る再生器の製造方法は、相対的に蓄熱性が高い樹脂フィルムである第1フィルム31Aと、相対的にヤング率が高い樹脂フィルムである第2フィルム31Bとを積層して多層構造を有する再生器フィルム31を形成する工程(図3〜図4、または、図5)と、再生器フィルム31の表面を変形させて突起部310を形成する工程(図6)と、突起部310が形成された再生器フィルム31を巻回する工程(図7)とを備える。
The method of manufacturing a regenerator according to the present embodiment is obtained by laminating a
本実施の形態によれば、再生器16の高効率化を図ることができる。結果として、動作効率の高いスターリング冷却庫1およびスターリング冷凍機4が提供される。
According to the present embodiment, the efficiency of the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2に係る再生器について説明する。本実施の形態に係る再生器は、実施の形態1に係る再生器の変形例であって、相対的に蓄熱性が高い「第1の層」を樹脂フィルムにより形成し、相対的にヤング率が高い「第2の層」を蒸着膜により形成する点を特徴とする。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a regenerator according to
蒸着膜としては、たとえばSiO2膜、ITO(Indium Tin Oxide)膜、DLC(Diamond Like Carbon)膜、Al2O3膜、WO2膜、TiO2膜、Ta2O5膜などが使用可能である。なお、蒸着膜は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成されてもよいし、PVD(Physical Vapor Deposition)法(たとえば、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ蒸着法など)により形成されてもよい。 As the vapor deposition film, for example, a SiO 2 film, an ITO (Indium Tin Oxide) film, a DLC (Diamond Like Carbon) film, an Al 2 O 3 film, a WO 2 film, a TiO 2 film, a Ta 2 O 5 film, etc. can be used. is there. Note that the vapor deposition film may be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a PVD (Physical Vapor Deposition) method (for example, a vacuum vapor deposition method, an ion plating method, a sputter vapor deposition method, etc.). Good.
上記構成によれば、実施の形態1と同様に、相対的に蓄熱性の高い樹脂フィルムによって再生器の効率を向上させ、相対的にヤング率の高い蒸着膜によって突起部の強度を向上させることができる。また、金属などを含む蒸着膜は、樹脂フィルムよりも小さな膜厚で十分な強度を確保することができるので、「第2の層」として蒸着膜を用いることにより、再生器を構成するフィルムをより薄膜化することができる。以上の結果として、高効率の再生器が提供される。本願発明者らは、少なくとも下記のタイプ4〜7の例について、上記の効果が得られることを確認している。
According to the above configuration, similar to the first embodiment, the efficiency of the regenerator is improved by the resin film having a relatively high heat storage property, and the strength of the protrusion is improved by the vapor deposition film having a relatively high Young's modulus. Can do. Moreover, since the vapor deposition film containing a metal etc. can ensure sufficient intensity | strength with a film thickness smaller than a resin film, the film which comprises a regenerator is used by using a vapor deposition film as a "second layer". It can be made thinner. As a result, a highly efficient regenerator is provided. The inventors of the present application have confirmed that the above effects can be obtained at least for the following
(タイプ4)
蓄熱性の高い「第1の層」としてPETフィルム(厚み:12μm)を用い、ヤング率の高い「第2の層」としてSiO2膜(厚み:3μm)を用いる。まず、CVD法を用いて、PETフィルム上にSiO2膜を蒸着する。これにより、2層構造のフィルム(厚み:15μm)が形成される。その後、テーパ角8°の針を用い、打ち込み深さ900μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、PETフィルム(厚み:12μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約2倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、60μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:50mm)を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約1.8倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 4)
A PET film (thickness: 12 μm) is used as the “first layer” having a high heat storage property, and an SiO 2 film (thickness: 3 μm) is used as the “second layer” having a high Young's modulus. First, a SiO 2 film is deposited on a PET film by using a CVD method. Thereby, a film having a two-layer structure (thickness: 15 μm) is formed. Thereafter, dimples (projections) are formed using a needle having a taper angle of 8 ° and a driving depth of 900 μm. As a result, a dimple having a strength about twice that of a dimple formed on a single-layer film using a PET film (thickness: 12 μm) was obtained. And the regenerator (outer diameter: 50 mm) which has a film space | interval of about 60 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having a heat storage property of about 1.8 times that of a regenerator using only a resin film and having the same pressure loss was obtained.
(タイプ5)
蓄熱性の高い「第1の層」としてETFEフィルム(厚み:38μm)を用い、ヤング率の高い「第2の層」としてITO膜(厚み:1μm)を用いる。まず、スパッタ法を用いて、ETFEフィルム上にITO膜を蒸着する。これにより、2層構造のフィルム(厚み:39μm)が形成される。その後、テーパ角8°の針を用い、打ち込み深さ850μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、PETフィルム(厚み:15μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約1.5倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、80μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:50mm)を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約1.5倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 5)
An ETFE film (thickness: 38 μm) is used as the “first layer” having a high heat storage property, and an ITO film (thickness: 1 μm) is used as the “second layer” having a high Young's modulus. First, an ITO film is deposited on the ETFE film by sputtering. Thereby, a film having a two-layer structure (thickness: 39 μm) is formed. Thereafter, dimples (protrusions) are formed at a driving depth of 850 μm using a needle having a taper angle of 8 °. As a result, a dimple having a strength about 1.5 times that of a dimple formed on a single-layer film using a PET film (thickness: 15 μm) was obtained. And the regenerator (outer diameter: 50 mm) which has a film space | interval of about 80 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having a heat storage property of about 1.5 times that of a regenerator using only a resin film and having the same pressure loss was obtained.
(タイプ6)
蓄熱性の高い「第1の層」としてPS(Poly−Styrene)フィルム(厚み:12μm)を用い、ヤング率の高い「第2の層」としてSiO2膜(厚み:3μm)を用いる。まず、イオンプレーティング法を用いて、PSフィルム上にSiO2膜を蒸着する。これにより、2層構造のフィルム(厚み:15μm)が形成される。その後、テーパ角8°の針を用い、打ち込み深さ900μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、PETフィルム(厚み:12μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約2倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、100μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:50mm)を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約1.5倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 6)
A PS (Poly-Styrene) film (thickness: 12 μm) is used as the “first layer” with high heat storage, and a SiO 2 film (thickness: 3 μm) is used as the “second layer” with high Young's modulus. First, an SiO 2 film is deposited on the PS film by using an ion plating method. Thereby, a film having a two-layer structure (thickness: 15 μm) is formed. Thereafter, dimples (projections) are formed using a needle having a taper angle of 8 ° and a driving depth of 900 μm. As a result, a dimple having a strength about twice that of a dimple formed on a single-layer film using a PET film (thickness: 12 μm) was obtained. And the regenerator (outside diameter: 50 mm) which has a film space | interval of about 100 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having a heat storage property of about 1.5 times that of a regenerator using only a resin film and having the same pressure loss was obtained.
(タイプ7)
蓄熱性の高い「第1の層」としてナイロンフィルム(厚み:25μm)を用い、ヤング率の高い「第2の層」としてDLC膜(厚み:1μm)を用いる。まず、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマCVD法を用いて、ナイロンフィルム上にDLC膜を蒸着する。これにより、2層構造のフィルム(厚み:26μm)が形成される。その後、テーパ角8°の針を用い、打ち込み深さ900μmでディンプル(突起部)を形成する。この結果、PETフィルム(厚み:12μm)を用いた単層フィルムに形成されたディンプルと比較して、約3倍の強度を有するディンプルが得られた。そして、このフィルムを巻回することにより、75μm程度のフィルム間隔を有する再生器(外径:50mm)を形成する。この結果、樹脂フィルムのみを用いた圧力損失が同一の再生器と比較して、約2倍の蓄熱性を有する再生器が得られた。
(Type 7)
A nylon film (thickness: 25 μm) is used as the “first layer” with high heat storage, and a DLC film (thickness: 1 μm) is used as the “second layer” with high Young's modulus. First, a DLC film is deposited on a nylon film by using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma CVD method. Thereby, a film having a two-layer structure (thickness: 26 μm) is formed. Thereafter, dimples (projections) are formed using a needle having a taper angle of 8 ° and a driving depth of 900 μm. As a result, a dimple having a strength about three times that of a dimple formed on a single layer film using a PET film (thickness: 12 μm) was obtained. And the regenerator (outer diameter: 50 mm) which has a film space | interval of about 75 micrometers is formed by winding this film. As a result, a regenerator having a heat storage property about twice that of the regenerator using only the resin film and having the same pressure loss was 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.
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、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、31 再生器フィルム、31A 第1フィルム、31B 第2フィルム、31C 接着層、35 第1巻き出し装置、36 コーターヘッド、37 乾燥炉、38 ニップ、39 第2巻き出し装置、40 巻き取り機、41 プレス機、42 押し型、43 押さえ部、44 ステージ、45 フィルムフィーダ、46,47 駆動ローラ、310 突起部。
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, 20 inner yoke, 21 movable magnet, 22 outer yoke, 23 linear motor, 24 piston spring, 25 displacer spring, 26 displacer rod, 27 Back pressure space, 28
Claims (7)
前記フィルムは、第1と第2の層が重ねられた多層構造を有し、該フィルムには、その表面を変形させることで突起部が形成され、
前記第1の層は前記第2の層よりも蓄熱性が高く、
前記第2の層は前記第1の層よりもヤング率が高い、再生器。 With a film that is wound while providing a gap,
The film has a multi-layer structure in which the first and second layers are stacked, and the film has protrusions formed by deforming the surface thereof.
The first layer has higher heat storage than the second layer,
The regenerator, wherein the second layer has a higher Young's modulus than the first layer.
前記第2の層は蒸着膜を含んで構成される、請求項1または請求項2に記載の再生器。 The first layer includes a resin film,
The regenerator according to claim 1 or 2, wherein the second layer includes a vapor deposition film.
前記フィルムの表面を変形させて突起部を形成する工程と、
前記突起部が形成された前記フィルムを巻回する工程とを備えた、再生器の製造方法。 A step of forming a film having a multilayer structure by laminating first and second layers, one of which is relatively high in heat storage and the other is relatively high in Young's modulus;
Forming a protrusion by deforming the surface of the film;
And a step of winding the film on which the protrusions are formed.
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、
前記圧縮空間と前記膨張空間とを連通する連通路に配設された、請求項1から請求項4のいずれかに記載の再生器とを備えた、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;
An expansion space formed on the opposite side of the piston to the displacer;
A Stirling engine comprising: a regenerator according to any one of claims 1 to 4, which is disposed in a communication path that connects the compression space and the expansion space.
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