JP2009052866A - Cold storage type refrigerator - Google Patents
Cold storage type refrigerator Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009052866A JP2009052866A JP2007222579A JP2007222579A JP2009052866A JP 2009052866 A JP2009052866 A JP 2009052866A JP 2007222579 A JP2007222579 A JP 2007222579A JP 2007222579 A JP2007222579 A JP 2007222579A JP 2009052866 A JP2009052866 A JP 2009052866A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- spring
- vibration source
- sliding member
- rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えばスターリング冷凍機あるいはパルス管冷凍機など、蓄冷器を使って冷凍を発生する蓄冷型冷凍機に関するものである。 The present invention relates to a regenerative refrigerator that generates refrigeration using a regenerator such as a Stirling refrigerator or a pulse tube refrigerator.
従来技術の蓄冷型冷凍機は、軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部による作動気体の圧縮吸引を行う圧縮吸引部と、圧縮した作動気体を膨張させ冷凍を発生する冷却部とを有するスターリング冷却機であって、圧縮吸引部は可動部の周囲先端部に設けたばね受け部(材質、絶縁材のポリイミド樹脂)の両側にL形のリング座金(銅材に金メッキ)を嵌め込み、対の圧縮コイルばねをリング座金を介在して対向配置させるとともに、圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持され、リニアモータの可動コイルへの通電をリング座金と、圧縮コイルばねとを介して接続させ構成している。また、冷却部は圧縮吸引部における作動気体の送気または吸気によって軸方向直線上を往復移動する可動部の両側のばね受け座に対の圧縮ばねを対向配置させるとともに、圧縮コイルばねを可動部の可動範囲において圧縮状態が維持されるように設けている(例えば、特許文献1)。 A conventional regenerative refrigerator includes a compression suction unit that compresses and sucks working gas by a movable part of a linear motor that reciprocates on an axial straight line, and a cooling unit that expands the compressed working gas and generates refrigeration. The compression suction part has L-shaped ring washers (copper plated with gold) on both sides of a spring receiving part (material, polyimide resin of insulating material) provided at the peripheral tip of the movable part. The compression coil springs are arranged opposite to each other with a ring washer, the compression coil spring is maintained in a compressed state in the movable range of the movable part, and the ring washer and the compression coil spring are energized to energize the movable coil of the linear motor. Connected to each other. The cooling unit has a pair of compression springs opposed to the spring seats on both sides of the movable unit that reciprocally moves on the straight line in the axial direction by supplying or sucking the working gas in the compression and suction unit, and the compression coil spring is moved to the movable unit. (See, for example, Patent Document 1).
また、軸方向直線上を往復移動するリニアモータの可動部と、可動部による作動気体の圧縮吸引部とを備えるスターリング冷却機であって、可動部のピストンの背面端部側の両面に設けたばね受け部と、本体に固定されたばね受け座金および本体の円筒部の先端側底面との間に一対の圧縮コイルばねを配備し、一対の圧縮コイルばねは巻き方向が互いに反対方向に配置される(例えば、特許文献2)。 Also, a Stirling cooler including a movable part of a linear motor that reciprocally moves on an axial straight line and a compression / suction part for working gas by the movable part, provided on both surfaces of the movable part on the back end side of the piston A pair of compression coil springs are disposed between the receiving part, a spring receiving washer fixed to the main body, and a bottom surface of the cylindrical part of the main body, and the pair of compression coil springs are arranged in directions opposite to each other in winding direction ( For example, Patent Document 2).
また、リニアモータで駆動されるピストンを備えた圧縮機であって、ピストン端部の円板の両面に固定結合される第1スプリング固定用支持部材、第2スプリング固定用支持部材と、第1スプリング固定用支持部材に対面するカバーに固定結合される第1スプリング支持用支持部材と、第2スプリング固定用支持部材に対面する内部積層鉄心の端面に固定結合される第2スプリング支持用支持部材と、第1スプリング固定用支持部材と第1スプリング支持用支持部材の間に介在する第1スプリングと、第2スプリング固定用支持部材と第2スプリング支持用支持部材の間に介在する第2スプリングとを備えて構成される。第1スプリング、第2スプリングの一端は、それぞれ第1スプリング支持用支持部材、第2スプリングと第2スプリング支持用支持部材に緩く支持される。第1スプリング、第2スプリングの他端は、第1スプリング固定用支持部材、第2スプリング固定用支持部材の縁部に掛合し固定される。(例えば、特許文献3。)。 Further, the compressor includes a piston driven by a linear motor, and includes a first spring fixing support member, a second spring fixing support member, which are fixedly coupled to both surfaces of a disk at a piston end, A first spring support member fixedly coupled to the cover facing the spring fixing support member, and a second spring support member fixedly coupled to the end surface of the inner laminated core facing the second spring fixing support member A first spring interposed between the first spring fixing support member and the first spring supporting support member, and a second spring interposed between the second spring fixing support member and the second spring supporting support member. And is configured. One ends of the first spring and the second spring are loosely supported by the first spring support member, the second spring, and the second spring support member, respectively. The other ends of the first spring and the second spring are engaged with and fixed to the edges of the first spring fixing support member and the second spring fixing support member. (For example, patent document 3).
また、ピストンヘッドと、リニアモータのアーマチャと、ガイドピストンとをボルトで結合したピストンと、ピストンが摺動するシリンダと、ガイドピストンが摺動するピストンガイドと、シリンダの外側に配備したリニアモータのステータとを備えるリニア圧縮機であって、ガイドピストンの内端面の円筒部と、ピストンガイドの端部に固定したスプリングサポートの円筒部とに、それぞれ一対のスプリングを対向して装着し、スプリングの対向した端面にそれぞれ滑り軸受機能を有するワッシャを介在し、それぞれのスプリングの端部の内径を支持部材の両方の円筒部に装着する(例えば、特許文献4。)。
しかしながら、特許文献1によれば、冷却部では、可動部の両側のばね受け座に配備した対の圧縮ばねの端面は、ばねの収縮、弛緩よって生じるばねのねじり力(円周方向の力)によりばね受け座の座面を揺動摺動してばね受け座の座面に摺動傷を付け、その際、摩耗粉が発生する。また同様に、圧縮ばねの反対側の端面は、ばね受けスリーブのばね受け座と、本体部のばね受け座のそれぞれの座面を揺動摺動してばね受け座に摺動傷を付け、その際、摩耗粉が発生する。これらの摩耗粉は、各部の摺動部に噛み込み、冷凍機の故障、機械損失の増大よる効率低下、あるいはピストンの振幅減少による冷凍能力の低下を起こす問題がある。
However, according to
圧縮吸引部では、リニアモータの可動部に配備した圧縮コイルばねの一方の端面が、リニアモータの可動部側のばね受け部の両側に嵌め込んだL形状のリング座金に配備される。L形状のリング座金は、リニアモータのコイルに圧縮コイルばねを介し、通電用のリード線が接続され、リード線の断線防止のため、リング座金は動かないように固定しなければならない。従って、ばねの収縮、弛緩によるねじり力により、前述の冷却部と同じように圧縮コイルばねは、リング座金の座面を揺動摺動してリング座金に摺動傷を付け、その際、摩耗粉が発生する。また、圧縮コイルばねの他方の端面も、本体部に配備した絶縁座に嵌め込まれるL形状の第1リング座金(銅材に金メッキ)に配備される。第1リング座金には、リニアモータのコイルのリード線が接続され、リード線の断線防止のため、第1リング座金は動かないように固定しなければならない。従って、第1リング座金からも同じように摩耗粉が発生する。これらの摩耗粉は、前述と同じように冷凍機の故障、機械損失の増大よる効率低下、あるいはピストンの振幅減少による冷凍能力の低下を起こす問題がある。 In the compression suction portion, one end face of the compression coil spring provided on the movable portion of the linear motor is provided on an L-shaped ring washer fitted on both sides of the spring receiving portion on the movable portion side of the linear motor. In the L-shaped ring washer, a lead wire for energization is connected to the coil of the linear motor via a compression coil spring, and the ring washer must be fixed so as not to move in order to prevent disconnection of the lead wire. Therefore, due to the torsional force due to the contraction and relaxation of the spring, the compression coil spring swings and slides on the ring washer surface in the same manner as the cooling part described above, causing the ring washer to slide and wear. Powder is generated. The other end face of the compression coil spring is also provided on an L-shaped first ring washer (copper material is gold-plated) fitted into an insulating seat provided on the main body. The lead wire of the coil of the linear motor is connected to the first ring washer, and the first ring washer must be fixed so as not to move in order to prevent disconnection of the lead wire. Accordingly, wear powder is generated in the same manner from the first ring washer. As described above, these wear powders have a problem of causing a failure of a refrigerator, a reduction in efficiency due to an increase in mechanical loss, or a reduction in refrigerating capacity due to a decrease in piston amplitude.
また、特許文献2によれば、可動部側のばね受け部は、一対の圧縮コイルばねの対向面側の端面からねじり力を受けるが、一対の圧縮コイルばねは巻き方向が互いに反対方向に配置されているので、互いにねじり力が打消し合い、圧縮コイルばねとばね受け部は互いに相対運動することはなく、摩耗粉は発生しない。しかし、圧縮コイルばねの他方の端面は、圧縮コイルばねのねじり力により、ばね受け部の座面を揺動摺動し、ばね受け部の座面に摺動傷をつける。その際、摩耗粉を発生し、前述と同じ問題がある。
According to
また、特許文献3によれば、第1スプリング、第2スプリングが収縮、弛緩すると、第1スプリング固定用支持部材、第2スプリング固定用支持部材に掛合固定されている側の
第1スプリング、第2スプリングの端部は、第1スプリング固定用支持部材、第2スプリング固定用支持部材に対し動くことはなく摩耗粉は発生しない。しかし、第1スプリング支持用支持部材、第2スプリング支持用支持部材に緩やかに支持されている第1スプリング、第2スプリングの端部は、各スプリングのねじり力により第1スプリング支持用支持部材、第2スプリング支持用支持部材に対し揺動摺動し、第1スプリング支持用支持部材、第2スプリング支持用支持部材の面に摺動傷をつけ、その際、摩耗粉が発生し、前述と同じ問題がある。
According to
また、特許文献4によれば、支持部材は、ワッシャを介在して一対のスプリングに支持されており、スプリングは曲げ剛性を持っているため、支持部材の質量とスプリングの曲げ剛性とで振動系を形成し、支持部材がピストンの摺動方向に対して直交方向に振れる横振れのおそれがある。横振れにより、スプリングの軸がひねり、ピストンヘッドと、ガイドピストンが摺動面に対しこじりながら摺動するので機械損失の増大とピストンヘッドの振幅減少の問題がある。
According to
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、摩耗粉の発生や機械損失を抑えて蓄冷型冷凍機の冷却部に設けたディスプレイサの往復動を引起す振動源の作動を良好にすることで、長期間、安定した運転ができ、冷凍能力の安定した、冷却効率の高い蓄冷型冷凍機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and suppresses generation of wear powder and mechanical loss, and improves the operation of a vibration source that causes reciprocation of a displacer provided in a cooling unit of a regenerative refrigerator. Thus, an object of the present invention is to provide a regenerative refrigerator that can be stably operated for a long period of time, has a stable refrigeration capacity, and has a high cooling efficiency.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、作動ガスを圧縮する圧縮空間と、圧縮空間で圧縮された作動ガスの熱を放熱する放熱器と、放熱器を往復流動する作動ガスと熱交換する蓄冷器と、蓄冷器で冷却された作動ガスを膨張させるディスプレイサを設けた膨張空間と、ディスプレイサの往復動を引起す振動源と、を備える蓄冷型冷凍機であって、振動源は、ディスプレイサの中心軸上に位置するロッドが貫通するケースと、ケースに収納されロッドを配備した支持部材と、支持部材の両面に配備され回転可能な回転案内を備えた第1摺動部材と、ケースの両方の内面に配備され回転可能な回転案内を備えた第2摺動部材と、第1摺動部材と第2摺動部材との間に配備したコイルバネと、コイルバネに装着されディスプレイサに作用するコイルバネのバネ力の方向を中心軸方向に向ける案内部、とを備える。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in
また、請求項2に記載の発明は、振動源は、ディスプレイサの背面の対面側に位置する固定部材に配備され、ロッドをディスプレイサの背面に連結する。 According to a second aspect of the present invention, the vibration source is disposed on a fixing member located on the opposite side of the rear face of the displacer, and connects the rod to the rear face of the displacer.
また、請求項3に記載の発明は、振動源は、ディスプレイサに配備され、振動源からロッドが貫通する側に対面する連結部材にロッドを連結する。 According to a third aspect of the present invention, the vibration source is disposed in the displacer, and the rod is connected to a connecting member facing the side through which the rod passes from the vibration source.
また、請求項4に記載の発明は、案内部は、第1摺動部材および第2摺動部材の少なくとも一つに配備する。 According to a fourth aspect of the present invention, the guide portion is disposed on at least one of the first sliding member and the second sliding member.
また、請求項5に記載の発明は、案内部は、第1摺動部材および第2摺動部材の内周に配備される。 According to a fifth aspect of the present invention, the guide portion is disposed on the inner periphery of the first sliding member and the second sliding member.
また、請求項6に記載の発明は、案内部は、円筒である。
In the invention according to
請求項1に記載の発明では、ディスプレイサの往復動を引起す振動源は、ケースに収納されロッドを配備した支持部材と、支持部材の両面に配備され回転可能な回転案内を備えた第1摺動部材と、ケースの両方の内面に配備され回転可能な回転案内を備えた第2摺動部材との間にそれぞれコイルバネを配備する。従って、コイルバネの収縮、弛緩よって生じるねじり力がコイルバネの両端に配備した第1摺動部材と第2摺動部材に作用する。コイルバネの端面と第1摺動部材との間の摩擦力は、第1摺動部材と支持部材との間の摩擦力より大きいく、またコイルバネの端面と第2摺動部材との間の摩擦力は、第2摺動部材とケースの内面との間の摩擦力より大きいので、コイルバネの端面は各摺動部材に対し摺動せず、各摺動部材の相手面である支持部材およびケースの内面に対し揺動摺動する。結果、従来技術のコイルバネ端面の摺動面への噛み込みによる摩耗粉の発生はなく、長期間、安定した運転ができ、冷凍能力の安定した、冷却効率の高い蓄冷型冷凍機を提供できる。 According to the first aspect of the present invention, the vibration source that causes the reciprocation of the displacer includes a support member housed in a case and provided with a rod, and a rotation guide provided on both sides of the support member and rotatable. Coil springs are respectively provided between the sliding member and the second sliding member provided on both inner surfaces of the case and provided with a rotatable guide. Accordingly, the torsional force generated by the contraction and relaxation of the coil spring acts on the first sliding member and the second sliding member provided at both ends of the coil spring. The frictional force between the end surface of the coil spring and the first sliding member is greater than the frictional force between the first sliding member and the support member, and the friction between the end surface of the coil spring and the second sliding member. Since the force is larger than the frictional force between the second sliding member and the inner surface of the case, the end surface of the coil spring does not slide with respect to each sliding member, and the supporting member and the case which are the mating surfaces of each sliding member Oscillates and slides on the inner surface. As a result, there is no generation of abrasion powder due to biting of the coil spring end face of the prior art into the sliding surface, and it is possible to provide a regenerative refrigerator with high cooling efficiency, stable operation for a long period of time, stable refrigerating capacity.
また、振動源は、コイルバネに装着されディスプレイサに作用するコイルバネのバネ力(圧縮力)の方向をディスプレイサの中心軸方向に向ける案内部を備えているので、コイルバネの収縮、弛緩によるバネ力はロッドの軸およびディスプレイサの中心軸に作用する。従って、コイルバネの収縮、弛緩のバネ力によるモーメントはディスプレイサとロッドに作用せず、ディスプレイサとロッドはスムーズに往復動し、従来技術のこじりによる機械損失が減少し、ディスプレイサの振幅が増大する。結果、冷凍能力が安定し、冷却効率が高くなる。 In addition, the vibration source includes a guide portion that is attached to the coil spring and directs the direction of the spring force (compression force) of the coil spring acting on the displacer toward the center axis of the displacer. Acts on the axis of the rod and the central axis of the displacer. Therefore, the moment due to the spring force of the coil spring contraction and relaxation does not act on the displacer and the rod, the displacer and the rod reciprocate smoothly, the mechanical loss due to the conventional twisting is reduced, and the displacement of the displacer increases. To do. As a result, the refrigeration capacity is stabilized and the cooling efficiency is increased.
また、請求項2に記載の発明では振動源は、軸がディスプレイサの中心軸上に位置するようにディスプレイサ背面の対面側に位置する固定部材に配備され、ロッドをディスプレイサの背面に連結するので、請求項1と同じように作用し、同じ効果を生じる。
According to the second aspect of the present invention, the vibration source is disposed on a fixing member located on the opposite side of the displacer rear surface so that the shaft is located on the central axis of the displacer, and the rod is connected to the rear surface of the displacer. Therefore, it acts in the same manner as in
また、請求項3に記載の発明では、振動源は、ディスプレイサに配備され、振動源からロッドが貫通する側に対面する連結部材に軸がディスプレイサの中心軸上に位置するようにロッドを連結するで、請求項1と同じように作用し、同じ効果を生じるとともに、冷却部の軸方向の長さが短くなり、冷却部を小型にできる。
According to a third aspect of the present invention, the vibration source is provided in the displacer, and the rod is arranged so that the shaft is positioned on the central axis of the displacer on the connecting member facing the side through which the rod passes from the vibration source. Since it connects, it acts like
また、請求項4に記載の発明では、案内部は第1摺動部材および第2摺動部材の少なくとも一つに配備されるので、コイルバネの収縮、弛緩によるバネ力はロッドの軸およびディスプレイサの中心軸に作用する。従って、ディスプレイサあるいはロッドには、コイルバネの収縮、弛緩のバネ力よるモーメントが作用せず、ディスプレイサあるいはロッドがスムーズに往復動し、機械損失が減少し、ディスプレイサの振幅が増大する。結果、冷凍能力が安定し、冷却効率が高くなる。
In the invention according to
また、請求項5に記載の発明では、案内部が第1摺動部材および第2摺動部材の内周に配備され、コイルバネの内径側を案内部の外周面に対し僅かな間隙を持って装着する。コイルバネが収縮するとコイルバネの内径寸法は制約されず拡がることでき、従来技術のコイルバネの軸ひなりは起こらず、ディスプレイサあるいはロッドはスムーズに往復動し、機械損失が減少し、ディスプレイサの振幅が増大する。結果、冷凍能力が安定し、冷却効率が高くなる。
In the invention according to
また、請求項6に記載の発明では、案内部は円筒で、形状が単純であるので、第1摺動部材、第2摺動部材のコストが安くなる。
In the invention according to
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
図1は、本発明に係わる蓄冷型冷凍機の断面図である。蓄冷型冷凍機1は、圧縮部2と冷却部30とを配管4を介し、それぞれに設けられた流路孔4a、4bに接続して構成し、作動ガスとしてヘリウム(作動ガス)が充填され、スターリング冷凍機1(蓄冷型冷凍機)が形成される。
(Example 1)
FIG. 1 is a sectional view of a regenerative refrigerator according to the present invention. The
圧縮部2は、圧縮シリンダ5と、圧縮シリンダ5の外周面に設けた流路孔4aに対し対称位置に固定される一対のリニアモータ10、20の固定子11、21と、圧縮シリンダ5の内周面に摺動可能に配備されるリニアモータ10、20の可動体12、22とから形成される。固定子11、21は、磁性材の外ヨーク11a、21aと、コイル11b、21bを備える。可動体12、22は、磁性材の内ヨーク12a、22aと、永久磁石12b、22bと、圧縮ピストン12c、22cと、調整部材12d、22dとを備える。圧縮ピストン12cと22cの間には第1圧縮空間6(圧縮空間)が形成され、圧縮ピストン12c、22cの第1圧縮空間6の反対側にはそれぞれバッファ空間13、23が形成される。バッファ空間13と23は容積が同じで、またリニアモータ10と20は同一である。
The
冷却部30は、配管4を介在して圧縮部2の圧縮空間6に連通する流路4bと第2圧縮空間31(圧縮空間)に連通する流路4dとが流路4cで合流し、順次、流路4c、放熱器32、蓄冷器33、吸熱器34、流路34a、膨張空間35とが連通して作動空間を形成すると共に、膨張空間35を形成するディスプレイサ37の振動力を引起す振動源40を備える。
In the
膨張空間35は、シリンダ36と、シリンダ36の内周面を摺動するディスプレイサ37の前面37aと、蓄冷器33を形成する圧力容器38とから形成される。
The
第2圧縮空間31は、シリンダ36の常温部36aと、ディスプレイサ37の背面37bと、ディスプレイサ37の背面37bの中心に連結される振動源40のロッド42とから形成され、シリンダ36の常温側に設けた多数個の流路孔4dと、リング状の流路4cを通って放熱器32に連通する。
The
蓄冷器33は、金網などの蓄冷材エレメント33aを積層して形成され、蓄冷材エレメント33aと蓄冷器33を流動するヘリウムとが熱交換する。放熱器32は、ヘリウムの圧縮熱を外部に排熱する。吸熱器34は圧力容器38の壁を介して被冷却体50が熱接触し冷却される。尚、吸熱器34を配備しない場合は、圧力容器38の低温部38aが吸熱器となる。
The
図2は、図1の振動源40の拡大図である。振動源40は、シリンダ36の常温部36a(固定部材)に配備され、軸が中心軸A上に位置するロッド42を配備した支持部材43を収納するケース41を備え、ケース41の内周面41dの軸は中心軸A上に位置する。
FIG. 2 is an enlarged view of the
支持部材43は、円板形状の鍔部43cと、鍔部43cの両面中央の円柱部43a、43bとを備え、支持部材43の円柱部43a、43bの軸は、ディスプレイサ37の中心軸A上に位置する。支持部材43は、鍔部43cの両面に樹脂摺動材の第1軸受44、45(第1摺動部材)が配備される。
The
第1軸受44、45は断面がL形状で軸が中心軸A上に位置し、円板部44a、45aと、円板部44a、45aの内周側の円筒部44b、45bとからなり、円筒部44b、45bの内周面44c、45c(回転案内)は、それぞれ支持部材43の円柱部43a、43bの外周面に僅かな間隙を持って篏合し、中心軸A回りにスムーズに回転できる。
The
ケース41の内面41a、41bには、樹脂摺動材の第2軸受46、47(第2摺動部材)が配備される。第2軸受46、47は断面がL形状で軸が中心軸A上に位置し、円板部46a、47aと、円板部46a、47aの内周側の円筒部46b、47bとからなり、円板部46a、47aの外周面46c、47c(回転案内)は、それぞれケース41の内周面41dに僅かな間隙を持って篏合し、中心軸A回りにスムーズに回転できる。
On the inner surfaces 41a and 41b of the
第1軸受44と第2軸受46の間には、コイルバネ48が配備され、コイルバネ48の両端の内径は第1軸受44の円筒部44b(案内部)の外周面および第2軸受46の円筒部46b(案内部)の外周面に僅かな間隙を持って装着される。同様に、第1軸受45と第2軸受47の間には、コイルバネ49が配備され、コイルバネ49の両端の内径は第1軸受45の円筒部45b(案内部)の外周面および第2軸受47の円筒部47b(案内部)の外周面に僅かな間隙を持って装着される。このようにして一対のコイルバネ48と49は支持材43を介在し互いに対向配備され、各円筒部44b、45b、46b、47bがコイルバネ48、49の収縮、弛緩によるバネ力を中心軸Aに向ける案内部となる。
A
ケース41の内面41aの中心に設けた孔には、樹脂摺動材のリング41cが挿入固定され、ロッド42がリング41cの内周面に対し微小間隙を持って貫通し、ロッド42の端部はディスプレイサ37の背面37bの中心に連結される。リング41cは、軸受とヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。
A ring 41c made of a resin sliding material is inserted and fixed in a hole provided in the center of the inner surface 41a of the
尚、前述の説明では、第1軸受44、45の材質は樹脂摺動材であったが、支持器43を樹脂摺動材にし第1軸受44、45を金属にしても良い。
In the above description, the material of the
次に、本発明の作用と効果について説明する。 Next, the operation and effect of the present invention will be described.
ディスプレイサ37と、可動体12、22は、後述するように、それぞれバネ・質量の固有の共振周波数を持つ振動系を形成しており、調整質量12、22の質量を増減して可動体12、22の共振周波数をディスプレイサ37の共振周波数に合わせることにより、第1圧縮空間6と第2圧縮空間31を合計した容積に対し膨張空間35の容積は略90度位相が進み、少ない電力で大きな冷凍量が得られ、効率よく冷却ができる。
As will be described later, the
前述の合わせた共振周波数の電流をリニアモータ10、20に通電すると可動体12、22が往復動し、これに伴いディスプレイサ37が往復動し、コイルバネ48、49はコイルバネ48、49の収縮、弛緩よってバネ力とねじり力が生じる。ここで、バネ力は、コイルバネ48、49の軸方向の圧縮力であり、ねじり力はバネの巻き方向の力(円周方向の力)である。軸方向の圧縮力、即ちバネ力は、前述のディスプレイサ37の往復動を引起す力となり、コイルバネ48、49のねじり力は、それぞれ第1軸受44、45と第2軸受46、47を揺動摺動させる回転力として作用する。
When the
第1軸受44、45の円筒部44b、45bの内周面は、僅かな間隙を持って支持器43の円柱部43a、43bに篏合しているので第1軸受44、45の回転軸は中心軸Aに合う。また第2軸受46、47の円板部46a、47aの外周面は、ケース41の内周面41dに僅かな間隙を持って篏合しているので第2軸受46、47の中心は中心軸Aに合う。
Since the inner peripheral surfaces of the cylindrical portions 44b and 45b of the
前述の回転力が作用すると、コイルバネ48の一方の端面と第1軸受44との間の摩擦力は、第1軸受44と支持部材43の鍔部44cとの間の摩擦力より大きいので、コイルバネ48の一方の端面は第1軸受44面上を摺動せず、第1軸受44が支持部材43の鍔部44c面上をディスプレイサ37の中心軸A回りにスムーズに揺動摺動する。同じように、コイルバネ48の他方の端面と第2軸受46との摩擦力は、第2軸受46とケース41の内面41aとの摩擦力より大きいので、コイルバネ48の他方の端面は第2軸受46面上を摺動せず、第2軸受46がケース41の内面41aを中心軸A回りにスムーズに揺動摺動する。また、第1軸受45、第2軸受47は、上述と同じように作用する。従って、各軸受44、45、46、47がスムーズに揺動摺動することで第1軸受44、第2軸受46とコイルバネ48、そして第1軸受45、第2軸受47とコイルバネ49には、従来技術のコイルバネ端面の摺動面への噛み込みによる摩耗粉の発生はなく、長期間、安定した運転ができ、冷凍能力の安定した、冷却効率の高い蓄冷型冷凍機1を提供できる。
When the aforementioned rotational force is applied, the frictional force between one end surface of the
また、コイルバネ48、49の一方の端部の内径は、第1軸受44、45の円筒部44b、45bの外周面に対し僅かな間隙を持って装着され、他方の端部の内径は第2軸受46、47の円筒部46b、47bの外周面に対し僅かな間隙を持って装着される。即ち、各円筒部44b、45b、46b、47bがコイルバネ48、49の収縮、弛緩によるバネ力を中心軸Aに向ける案内部として作用する。従って、コイルバネ48、49の収縮、弛緩によるバネ力の方向は、中心軸A上にあるので、ロッド42あるいはディスプレイサ37に収縮、弛緩のバネ力よるモーメントは作用せず、ロッド42あるいはディスプレイサ37は、スムーズに往復動し、従来技術のこじりながら往復動することはなく、機械損失が減少し、ディスプレイサ37の振幅が増大する。結果、冷凍能力が安定し、冷却効率が高くなる。
The inner diameter of one end of the coil springs 48 and 49 is mounted with a slight gap with respect to the outer peripheral surface of the cylindrical portions 44b and 45b of the
円筒部44b、45bと、円筒部46b、47bは、ともに第1軸受44、45および第2軸受46、47の内周に配備されるので、コイルバネ48、49の内径を円筒部44b、45bと円筒部46b、47bの外周面に対し僅かな間隙を持って装着することで、コイルバネ48、49が収縮すると間隙は拡がり、コイルバネ48、49の内径寸法は制約されず拡がることができ、従来技術のコイルバネの軸のひなりは起こらず、ディスプレイサ37あるいはロッド42がスムーズに往復動し、機械損失が減少し、ディスプレイサ37の振幅が増大する。結果、冷凍能力が安定し、冷却効率が高くなる。
Since the cylindrical portions 44b and 45b and the cylindrical portions 46b and 47b are both arranged on the inner circumferences of the
また、44b、45b、46b、47bは円筒であるので、形状が単純でコストが安くなる。 Further, since 44b, 45b, 46b, and 47b are cylinders, the shape is simple and the cost is low.
次に、ディスプレイサ37と、可動体12、22のバネ・質量の振動系について説明する。リニアモータ10、20の磁気バネと、圧縮空間6のガスバネと、バッファ空間13、23のガスバネとの合成バネと、可動体12、22の質量とでバネ・質量の固有の共振周波数を持つ振動系を形成し、この共振周波数の電流をリニアモータ10、20に通電すると可動体12、22の往復動のストロークが大きくなり、圧縮空間6で効率よくヘリウムを圧縮する。
Next, the spring / mass vibration system of the
可動体12、22の往復動するとヘリウムが同じ周波数の圧力変動を生じ、ディスプレイサ37が同じ周波数で往復動する。即ち、ディスプレイサ37には、ディスプレイサ37の前面37aと背面37bに作用する圧力による力と、ロッド42の下端面に作用する圧力(ケース41内の圧力)による力と、コイルバネ48、49の収縮、弛緩で生じるバネ力の合力が、以下に述べる合計質量の慣性力と釣合い、往復動する。この場合、ディスプレイサ37の前面37aと背面37bの圧力はほぼ等しく、またロッド径は、小さいのでガスバネのバネ定数はコイルバネのバネ定数に比べ十分小さいので、コイルバネ48、49が主体となってディスプレイサ37の往復動の振動を引起す。
When the
ディスプレイサ37は、コイルバネ48、49と、膨張空間35のガスバネと、第2圧縮空間31のガスバネと、ケース41内のガスバネとの合成バネと、ディスプレイサ37の質量、ロッド42の質量、保持器43の質量と、第1軸受44、45の質量とを合計した合計質量とで、バネ・質量の固有の共振周波数を持つ振動系を形成し、この共振周波数でディスプレイサ37の往復動のストロークが大きくなり、膨張空間35で大きな冷凍量を発生する。
The
蓄冷型冷凍機1は、次のようにして冷凍を発生する。可動体12、22とディスプレイサ背面37bにより圧縮行程で圧縮された第1圧縮空間6と第2圧縮空間31のヘリウムは、放熱器32、蓄冷器33で冷却され、ディスプレイサ前面37aの膨張行程で膨張し、膨張空間35で冷凍を発生する。次いで、ディスプレイサ前面37aの吐出行程(圧縮行程)で膨張空間35から流出するヘリウムは、蓄冷器33で温められ第1圧縮空間6と第2圧縮空間31に戻り、スターリング冷凍機の1サイクルを終了する。
The
(実施例2)
図3は、本発明に係わる他の蓄冷型冷凍機の断面図である。尚、図3の圧縮部、配管、流路、放熱器、蓄冷器、吸熱器、圧力容器の構成は、図1と同じであるので図1の符号を付す。蓄冷型冷凍機60は、圧縮部2と冷却部70とを配管4を介し、それぞれに設けられる流路孔4a、4bに配管4を接続して構成し、ヘリウム(作動ガス)が充填され、位相調整器として後述するディスプレイサ77を使ったパルス管冷凍機60(蓄冷型冷凍機)を形成する。
(Example 2)
FIG. 3 is a sectional view of another cold storage type refrigerator according to the present invention. In addition, since the structure of the compression part of FIG. 3, piping, a flow path, a heat radiator, a cool storage, a heat absorber, and a pressure vessel is the same as FIG. 1, it attaches | subjects the code | symbol of FIG. The
冷却部70は、第1圧縮空間6(圧縮空間)に連通する流路4bと、第2圧縮空間71(圧縮空間)に連通する流路4dとが流路4cで合流し、順次、流路4c、放熱器32、蓄冷器33、吸熱器34、流路34a、膨張空間75とが連通して形成される作動回路と、膨張空間75を形成するディスプレイサ77に隣接して形成されるガスピストン78とからなり、ディスプレイサ77の往復動を引起す振動源80を備える。
In the cooling unit 70, the flow path 4b communicating with the first compression space 6 (compression space) and the flow path 4d communicating with the second compression space 71 (compression space) merge at the flow path 4c. 4 c,
膨張空間75は、シリンダ76と、シリンダ76の内周面を摺動するディスプレイサ77の前面77aの上部に形成される図示一点鎖線のガスピストン78と、蓄冷器33を形成する圧力容器38とから形成される。ディスプレイサ77は、樹脂摺動材のピストン部77cの開口部に樹脂摺動材のキャップ77dがねじ込まれ形成され、図1のディスプレイサ37のように低温側まで伸びず短く、ディスプレイサ77の長さは前面77aの温度が低温と常温の中間の温度になる長さで、ディスプレイサ77はガスピストン78の位相を決める位相調整器として機能する。
The
第2圧縮空間71(圧縮空間)は、シリンダ76の常温部76aと、ディスプレイサ77の背面77bと、ディスプレイサ77の背面77bの中心に設けた孔77eを通り、振動源80に配備したロッド82とから形成され、シリンダ76の常温側に設けた多数個の流路孔4dと、リング状の流路4cを通って放熱器32に連通する。第1圧縮空間6は、順次、流路孔4a、配管4、流路孔4b、流路4cを通って放熱器32に連通する。
The second compression space 71 (compression space) passes through a hole 77e provided in the center of the room temperature portion 76a of the
図4は、図3の振動源80の拡大図である。振動源80は、ディスプレイサ77の常温部に配備され、ディスプレイサ77の常温部が振動源80のケース81となる。ケース81は、ロッド82を配備した支持部材83を収納する。
FIG. 4 is an enlarged view of the
支持部材83は、円板形状の鍔部83cと、鍔部83cの両面中央の円柱部83a、83bを備える。ロッド82の軸と支持部材83の円柱部83a、83bの軸は、ディスプレイサ77の中心軸B上に位置する。支持部材83は、鍔部83cの両面に樹脂摺動材の第1軸受84、85(第1摺動部材)が配備される。
The
第1軸受84、85は、軸が中心軸B上に位置し、断面がL形状で、円板部84a、85aと、円板部84a、85aの内周側の円筒部84b、85bからなり、円筒部84b、85bの内周面84c、85c(回転案内)は、それぞれ支持部材83の円柱部83a、83bの外周面に僅かな間隙を持って篏合し、中心軸B回りにスムーズに回転できる。
The
ケース81は、内周面81dの軸が中心軸B上に位置し、内側両端の内面81a、81bには第2軸受86、87(第2摺動部材)が配備される。第2軸受86、87は、軸が中心軸B上に位置し、断面がL形状で、円板部86a、87aと、円板部86a、87aの内周側の円筒部86b、87bからなり、円板部86a、87aの外周面86c、87c(回転案内)は、ケース81の内周面81dに僅かな間隙を持って篏合し、第2軸受86、87は中心軸B回りにスムーズに回転できる。
In the
第1軸受84と第2軸受86の間には、コイルバネ88が配備され、コイルバネ88の両端の内径は、それぞれ第1軸受84の円筒部84b(案内部)の外周面、第2軸受86の円筒部86b(案内部)の外周面に僅かな間隙を持って装着される。同様に、第1軸受85と第2軸受87の間には、コイルバネ89が配備される。コイルバネ89の両端の内径は、それぞれ第1軸受85の円筒部85b(案内部)の外周面、第2軸受87の円筒部87b(案内部)の外周面に僅かな間隙を持って装着される。このようにして一対のコイルバネ88、89は、支持部材83を介在し互いに対向配備され、各円筒部84b、85b、86b、87bがコイルバネ88、89のバネ力をディスプレイサ77の中心軸Bに向ける案内部となる。
A
ロッド82は、ディスプレイサ77の背面77bの中心に設けた孔77eに対し微小間隙を持ってケース81から突出し、ロッド82の軸がディスプレイサ77の中心軸Bに位置するようにシリンダ76の常温部76a(連結部材)の内面中心に連結される。孔77eは、軸受とヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。
The
次に、本発明の作用と効果について説明する。 Next, the operation and effect of the present invention will be described.
振動源80が、図1の振動源40と異なる点の一つは、振動源80をディスプレイサ77に配備したこである。即ち、図1の場合、ケース41がシリンダ36の常温部36に固定されているので、支持部材43と、ロッド42と、ディスプレイサ37とが一体となって往復動するのに対し、図3の場合は、ロッド82をシリンダ76の常温部76aの内面中心に連結するので、コイルバネ88、89の収縮、弛緩によるバネ力は第2軸受86、87を介在してケース81、即ちディスプレイサ77に伝達され、ディスプレイサ77が往復動することである。
One of the differences between the
振動源80の作用は、図1の振動源40の作用と同様で、同じ理由により、長期間、安定した運転ができ、冷凍能力の安定した、冷却効率の高い蓄冷型冷凍機60を提供できる。
The action of the
また、振動源80をディスプレイサ77に配備したこで、冷却部70の長さが短くなり、冷却部70が小型になる。
Further, since the
また、他の異なる点は、膨張空間75がガスピストン78で形成されることである。即ち、図1の膨張空間35は、固体ピストンであるディスプレイサ37で形成され、ディスプレイサ37の体積はヘリウムの圧力変動に無関係で常に一定であるが、図3の場合は、膨張空間75がガスピストン78で形成されるので、ガスピストン78の質量は一定値で変化しないが、体積はヘリウムの圧力変動に伴い体積が増減する。
Another difference is that the
冷凍発生の作用は、ガスピストン78の体積がヘリウムの圧力変動に伴い増減する以外は図1と同じである。また、ディスプレイサ77が低温側まで伸びていないので、図1と同じ圧力振幅を得るにはヘリウムの封入圧力を高くしなければならないが、ディスプレイサ77がシリンダ76の低温側で接触することはなく、膨張空間75でのディスプレイサの接触による摩擦熱の熱損失は発生しない。結果、冷凍能力の安定した、冷却効率の高い蓄冷型冷凍機60を提供できる。
The effect of freezing is the same as in FIG. 1 except that the volume of the
尚、ディスプレイサ77の長さを更に短くし、ディスプレイサ77の前面77aがほぼ常温なるようにしても良い。この場合、ディスプレイサ77が振動源80のケース81となる。また、図1のディスプレイサ37の長さを短くして、ガスピストンを形成しても良く、この場合、ディスプレイサ37の前面37aの上にガスピストンが形成され、スターリング冷凍機はパルス管冷凍機となる。
Note that the length of the
(実施例3)
図5は、本発明に係わるの蓄冷型冷凍機の振動源の断面を拡大した図で、図1に示される振動源40の他の実施例である。図5において、図1の振動源40と同じ形状の部材は同じ符号を付す。図5の振動源90が図1の振動源40異なる点は、図5の第1(第1摺動部材)94、95と、第2軸受96、97(第2摺動部材)が、それぞれ図1の第1軸受44、45と第2軸受46、47と異なることである。即ち、樹脂摺動材の第1軸受94、95は、軸がディスプレイサ37の中心軸A上に位置し、断面がL形状でそれぞれ円板部94a、95aと、円板部94a、95aの外周側に円筒部94b、95bとを備える。円板部94a、95aの内周面94c、95c(回転案内)は支持部材43の円筒部43a、43bの外周面に対し僅かな間隙を持って篏合し、ディスプレイサ37の中心軸A回りにスムーズに摺動回転できる。同様に、樹脂摺動材の第2軸受96、97は、軸がディスプレイサ37の中心軸A上に位置し、断面がL形状で円板部96a、97aと、円板部96a、97aの外周側に円筒部96b、97bとを備える。円筒部96b、97bの外周面96c、97c(回転案内)がケース41の内周面41dに対し僅かな間隙を持って装着され、ディスプレイサ37の中心軸A回りにスムーズに摺動回転できる。
Example 3
FIG. 5 is an enlarged view of the cross section of the vibration source of the regenerative refrigerator according to the present invention, which is another embodiment of the
第1軸受94の円板部94aと第2軸受96の円板部96aの間にコイルバネ48が配備され、コイルバネ48の両端の外径がそれぞれ第1軸受94の円筒部94b(案内部)の内周面、第2軸受96の円筒部96b(案内部)の内周面に微小隙間を持って装着される。同様に、第1軸受95の円板部95aと第2軸受97の円板部97aの間にコイルバネ49配備され、コイルバネ49の両端の外径が、それぞれ第1軸受95の円筒部95b(案内部)の内周面、第2軸受97の円筒部97b(案内部)の内周面に微小隙間を持って装着される。この場合、各円筒部94b、95b、96b、97bがコイルバネ48、49の収縮、弛緩によるバネ力を中心軸Aに向ける案内部となる。
A
第1軸受94、95の円筒部94b、95bと、第2軸受96、97の円筒部96b、97bは、それぞれ円板部94a、95aの外周側と、円板部96a、97a外周側に設けてあり、コイルバネ48、49が収縮すると、コイルバネ48、49と各円筒部94b、95b、96b、97bの間隙は縮まるので、コイルバネ48、49の最大収縮状態で僅かな間隙を確保しなければならない。振動源90の他の作用、効果は、図1の振動源40作用、効果と同様である。
The
1、60 蓄冷型冷凍機
6 第1圧縮空間(圧縮空間)
31、71 第2圧縮空間(圧縮空間)
32 放熱器
33 蓄冷器
35、75 膨張空間
36a 常温部(固定部材)
37、77 ディスプレイサ
37b 背面
40、80、90 振動源
41、81 ケース
43、83 支持部材
42、82 ロッド
48、49、88、89 コイルバネ
44、45、84、85、94、95 第1軸受(第1摺動部材)
44c、45c、84c、85c、94c、95c 内周面(回転案内)
46、47、86、87、96、97 第2軸受(第2摺動部材)
46c、47c、86c、87c、96c、97c 外周面(回転案内)
44b、45b、46b、47b、84b、85b、86b、87b、94b、95b、96b、97b 円筒部(案内部)
76a シリンダの常温部(連結部材)
A、B 中心軸
1, 60
31, 71 Second compression space (compression space)
32
37, 77 Displacer
44c, 45c, 84c, 85c, 94c, 95c Inner peripheral surface (rotation guide)
46, 47, 86, 87, 96, 97 Second bearing (second sliding member)
46c, 47c, 86c, 87c, 96c, 97c Outer peripheral surface (rotation guide)
44b, 45b, 46b, 47b, 84b, 85b, 86b, 87b, 94b, 95b, 96b, 97b Cylindrical part (guide part)
76a Normal temperature part of cylinder (connecting member)
A, B Center axis
Claims (6)
前記圧縮空間で圧縮された前記作動ガスの熱を放熱する放熱器と、
前記放熱器を往復流動する前記作動ガスと熱交換する蓄冷器と、
前記蓄冷器で冷却された前記作動ガスを膨張させるディスプレイサを設けた膨張空間と、
前記ディスプレイサの往復動を引起す振動源と、を備える蓄冷型冷凍機であって、
前記振動源は、前記ディスプレイサの中心軸上に位置するロッドが貫通するケースと、前記ケースに収納され前記ロッドを配備した支持部材と、前記支持部材の両面に配備され回転可能な回転案内を備えた第1摺動部材と、前記ケースの両方の内面に配備され回転可能な回転案内を備えた第2摺動部材と、前記第1摺動部材と前記第2摺動部材との間に配備したコイルバネと、前記コイルバネに装着され前記ディスプレイサに作用する前記コイルバネのバネ力の方向を前記中心軸方向に向ける案内部とを備える、ことを特徴とする蓄冷型冷凍機。 A compression space for compressing the working gas;
A radiator that dissipates heat of the working gas compressed in the compression space;
A regenerator that exchanges heat with the working gas that reciprocates through the radiator;
An expansion space provided with a displacer for expanding the working gas cooled by the regenerator;
A regenerative refrigerator having a vibration source that causes reciprocation of the displacer,
The vibration source includes a case through which a rod positioned on the central axis of the displacer passes, a support member accommodated in the case and provided with the rod, and a rotatable guide provided on both sides of the support member and rotatable. A first sliding member provided; a second sliding member provided with a rotatable guide disposed on both inner surfaces of the case; and between the first sliding member and the second sliding member. A regenerative refrigerator having a deployed coil spring and a guide portion that is attached to the coil spring and that directs the direction of the spring force of the coil spring acting on the displacer in the direction of the central axis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007222579A JP2009052866A (en) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | Cold storage type refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007222579A JP2009052866A (en) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | Cold storage type refrigerator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009052866A true JP2009052866A (en) | 2009-03-12 |
Family
ID=40504094
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007222579A Pending JP2009052866A (en) | 2007-08-29 | 2007-08-29 | Cold storage type refrigerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009052866A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102654325A (en) * | 2012-05-14 | 2012-09-05 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | Ball spline supporting Stirling refrigerator |
CN109780744A (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-21 | 中国电子科技集团公司第十六研究所 | Sterlin refrigerator integrated form Linearkompressor |
-
2007
- 2007-08-29 JP JP2007222579A patent/JP2009052866A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102654325A (en) * | 2012-05-14 | 2012-09-05 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | Ball spline supporting Stirling refrigerator |
CN109780744A (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-21 | 中国电子科技集团公司第十六研究所 | Sterlin refrigerator integrated form Linearkompressor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3619965B1 (en) | Stirling agency | |
EP2402607B1 (en) | Long life seal and alignment system for small cryocoolers | |
WO1998001661A1 (en) | Combination gas and flexure spring construction for free piston devices | |
JP2008215440A (en) | Plate spring and refrigerator | |
JP2009236456A (en) | Pulse tube-type heat storage engine | |
JP2010200522A (en) | Reciprocation driving mechanism, and cold storage type refrigerator using the reciprocation driving mechanism and compressor | |
JP2006275352A (en) | Pulse pipe-type heat storage engine | |
US9127864B2 (en) | Regenerative refrigerator | |
JPH02122164A (en) | Gas compressor | |
JP2009052866A (en) | Cold storage type refrigerator | |
JP2008002452A (en) | Linear compressor | |
US20210010720A1 (en) | Cryogenic stirling refrigerator with mechanically driven expander | |
JP2008190727A (en) | Linear motor compressor and stirling refrigerator | |
JPH04347460A (en) | Linear motor compressor | |
JP5098499B2 (en) | Linear compressor for regenerative refrigerator | |
JPH06264864A (en) | Compression device | |
KR100296296B1 (en) | Linear actuator | |
JP3752573B2 (en) | Drive spring connecting structure in refrigerator | |
JP3588748B2 (en) | Cold head for refrigerator | |
JPH1183220A (en) | Linear compressor and stirling refrigerating machine using the same | |
JP2006308213A (en) | Stirling engine | |
JP3584766B2 (en) | Cold head for refrigerator | |
JP3393071B2 (en) | Gas compressor and cold head | |
KR101503748B1 (en) | Cpu cooling apparatus using stirling refrigeration | |
JP2005172287A (en) | Stirling engine |