JP2016161140A - スターリング冷凍機 - Google Patents
スターリング冷凍機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016161140A JP2016161140A JP2015036985A JP2015036985A JP2016161140A JP 2016161140 A JP2016161140 A JP 2016161140A JP 2015036985 A JP2015036985 A JP 2015036985A JP 2015036985 A JP2015036985 A JP 2015036985A JP 2016161140 A JP2016161140 A JP 2016161140A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- casing
- mount
- drive mechanism
- stirling refrigerator
- 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
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B31/00—Compressor arrangements
- F25B31/02—Compressor arrangements of motor-compressor units
- F25B31/023—Compressor arrangements of motor-compressor units with compressor of reciprocating-piston type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/0226—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with an intermediate heat-transfer medium, e.g. thermosiphon radiators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
【課題】電磁往復駆動機構の排熱効率を高めることで、冷却能力を高めることができるスターリング冷凍機を提供することを目的とする。
【解決手段】円筒部2と胴部3を有するケーシング1と、このケーシング1内に収容されると共に熱良導性金属からなるマウント27が設けられたシリンダ7と、このシリンダ7内に往復動可能に収容されるピストン15及びディスプレイサー8と、マウント27に保持されると共に胴部3内に位置する電磁往復駆動機構16の固定子24と、ピストン15に接続される電磁往復駆動機構16の可動子17とを有して構成されるスターリング冷凍機において、ケーシング1の一部を熱良導性金属からなる伝熱ブロック4とすると共に、伝熱ブロック4とマウント27とを熱的に接触させたことにより、圧縮室Cや電磁往復駆動機構16で生じる熱を効率良くケーシング1外に排出することができる。
【選択図】図1
【解決手段】円筒部2と胴部3を有するケーシング1と、このケーシング1内に収容されると共に熱良導性金属からなるマウント27が設けられたシリンダ7と、このシリンダ7内に往復動可能に収容されるピストン15及びディスプレイサー8と、マウント27に保持されると共に胴部3内に位置する電磁往復駆動機構16の固定子24と、ピストン15に接続される電磁往復駆動機構16の可動子17とを有して構成されるスターリング冷凍機において、ケーシング1の一部を熱良導性金属からなる伝熱ブロック4とすると共に、伝熱ブロック4とマウント27とを熱的に接触させたことにより、圧縮室Cや電磁往復駆動機構16で生じる熱を効率良くケーシング1外に排出することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、スターリング冷凍機に関するものであり、特に、電磁往復駆動機構と圧縮室とが比較的近接するフリーピストン型スターリング冷凍機に関するものである。
従来、この種のスターリング冷凍機として、円筒部を有するケーシングと、このケーシングに挿入されるシリンダと、このシリンダ内に挿入されるピストン及びディスプレイサーと、前記ピストンを往復駆動させる駆動機構と、前記シリンダの外周に設けられたマウントとを有し、このマウントに、電磁コイルや積層コア等からなる前記駆動機構の固定子を保持したものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。そして、前記電磁コイルに交流電力を供給して前記シリンダ内で前記ピストンを往復動させると、前記ディスプレイサーが前記ピストンと所定の位相差を持って往復動する。この際、ディスプレイサーとピストンの間にある圧縮室が高温となり、逆に、この圧縮室のディスプレイサーを挟んで反対側にある膨張室が低温となる。そして、この膨張室の周囲が低温になることを利用して、冷却対象を冷却することができる。一方、前記圧縮室では熱が発生するので、冷却する必要がある。
なお、このようなスターリング冷凍機のケーシングは、比較的肉厚のステンレス鋼によって形成されるのが一般的である。これは、スターリング冷凍機のケーシング内に封入される作動気体として、実在気体中で理想気体に最も近く、且つ漏れ易いヘリウムが使われることが多いため、このヘリウムが漏れ難いようにする必要があること、作動流体が高圧で封入されるため、高圧に耐える金属で製造する必要があること、加工性及び耐食性に優れ比較的安価であること、等の理由による。
しかしながら、このようなスターリング冷凍機は、圧縮室ばかりでなく、電磁往復駆動機構でも熱が発生する。この電磁往復駆動機構で発生する熱は、電磁コイルに電流を流すことによるジュール熱(銅損)や、積層コアにおける損失(鉄損)による。そして、スターリング冷凍機の冷却能力を向上させようとすると、前記電磁往復駆動機構に供給する電力を大きくしなければならず、この結果、前記電磁往復駆動機構で発生する熱量も大きくなる。当然、この熱も排出しなければならないが、前述した通り、前記ケーシングが一般的にステンレス鋼で構成されており、このステンレス鋼の熱伝導率があまり高くないことから、肉厚であることも相まって、電磁往復駆動機構を充分に冷却できない虞があった。そして、この点が、スターリング冷凍機の冷却能力の向上を妨げる要因となっていた。
本発明は以上の問題点を解決し、電磁往復駆動機構の排熱効率を高めることで、冷却能力を高めることができるスターリング冷凍機を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載のスターリング冷凍機は、円筒部と胴部を有するケーシングと、このケーシング内に収容されると共に熱良導性金属からなるマウントが設けられたシリンダと、このシリンダ内に往復動可能に収容されるピストン及びディスプレイサーと、前記マウントに保持されると共に前記胴部内に位置する電磁往復駆動機構の固定子と、前記ピストンに接続される前記電磁往復駆動機構の可動子とを有して構成されるスターリング冷凍機において、前記ケーシングの一部を熱良導性金属からなる伝熱ブロックとすると共に、前記伝熱ブロックと前記マウントとを熱的に接触させたものである。
また、本発明の請求項2に記載のスターリング冷凍機は、請求項1において、前記ピストンとディスプレイサーとの間に定義される圧縮室の外側に、前記伝熱ブロックを設けたものである。
更に、本発明の請求項3に記載のスターリング冷凍機は、請求項2において、前記胴部に貫通孔を形成し、この貫通孔から前記胴部内にヒートパイプ又はサーモサイフォンを挿入すると共に、前記貫通孔と前記ヒートパイプ又はサーモサイフォンとの間隙を封止したものである。
本発明の請求項1に記載のスターリング冷凍機は、以上のように構成することにより、前記電磁往復駆動機構の固定部で発生した熱が、熱良導性金属によって形成された前記マウント及び伝熱ブロックを経て前記ケーシング外に排出されるので、前記電磁往復駆動機構を良好に冷却することができる。そして、これによって、前記スターリング冷凍機の冷却能力を高めることができる。
なお、前記ピストンとディスプレイサーとの間に定義される圧縮室の外側に、前記伝熱ブロックを設けることで、前記圧縮室で発生した熱も、前記伝熱ブロックから同時に排出することができる。
また、前記胴部に貫通孔を形成し、この貫通孔から前記胴部内にヒートパイプ又はサーモサイフォンを挿入すると共に、前記貫通孔と前記ヒートパイプ又はサーモサイフォンとの間隙を封止したことで、前記圧縮室の温度が前記固定子の温度よりも高い場合、前記圧縮室から前記伝熱ブロック及びマウントを経て前記胴部内に流れた熱を、前記ヒートパイプ又はサーモサイフォンによって前記ケーシング外に排出することができると共に、前記圧縮室の温度が前記固定子の温度よりも低い場合、前記固定子から前記マウントを経て前記伝熱ブロックに流れた熱を、この伝熱ブロックから前記ケーシング外に排出することができる。従って、前記圧縮室と固定子の温度の何れが高いかに拘わらず、スターリング冷凍機全体で発生した熱を良好に排出することができる。
以下、本発明の第一実施例について、添付図1,2を参照して説明する。以下に説明する実施例は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。なお、説明の便宜上、図面の上、下をそれぞれスターリング冷凍機の上、下とする。
図1において、1はスターリング冷凍機の外郭を形成するケーシングである。前記ケーシング1は、略円筒状に形成された円筒部2及び胴部3と、略円筒状であって下端がフランジ状に形成された伝熱ブロック4と、円環板状の円環ブロック5とで構成されている。
前記円筒部2は、筒本体部2Aと先端部2Bとが一体となった構成を有し、下側は開口している。前記円筒部2は、全体がステンレス鋼などの金属で形成されている。
前記胴部3は、縦断面視略U字状の有底筒状に形成され、上部が開口している。胴本体部3Aには、後述するヒートパイプ36を挿通するための貫通孔3Bが複数形成されている。前記胴部3は、全体がステンレス鋼などの金属で形成されている。
次に、図2を参照しながら前記伝熱ブロック4及び前記円環ブロック5について詳述する。前記伝熱ブロック4は、上下が開口し、略円筒状に形成されたブロック本体部4Aと、このブロック本体部4Aの下端から外周方向に水平に延設されたフランジ部4Bとが一体となった構成を有している。前記ブロック本体部4Aの下端内周面には面取部4Cが形成されている。また、前記フランジ部4Bの外周部は上下2段に形成され、上段部4Dよりも下段部4Eの方が外周方向へ突出している。前記伝熱ブロック4は、前記胴部3を形成するステンレス鋼などの金属よりも熱伝導率が高く且つ強度が比較的高い銅等の熱良導性金属で形成されている。
前記円環ブロック5は、平面視略円環板状に形成されている。内周部は上下2段に形成され、上段部5Aが下段部5Bよりも内周方向に突出している。この上下段部5A,5Bがそれぞれ、前記上下段部4D,4Eに当接し、鑞付けにより接合される。また、前記円環ブロック5の外周面5Cは前記胴部3の内面と熔接により接合される。前記円環ブロック5は、全体がステンレス鋼で形成されている。なお、前記伝熱ブロック4と前記円環ブロック5の接合部の形状は、他の形状であってもよい。
前記胴部3の上端面3Cと、前記円環ブロック5の上面5Dと、前記フランジ部4Bの上面4Fは面一となっている。また、前記円環ブロック5の下面5Eと前記フランジ部4Bの下面4Gは面一となっている。また、前記筒部2の下端部は、前記伝熱ブロック4の上端部内周面に鑞付けにより接合される。
前記円筒部2の内部には、前記胴部3の内部まで延びるシリンダ7が、前記円筒部2に対して同軸的に挿入されて設けられている。このシリンダ7の先端部分であるシリンダ先端部7Aには、このシリンダ7とは別体の延長シリンダ部6が同軸状に接続されている。そして、前記シリンダ7は、アルミニウム等の金属を用いてダイカスト等の鋳造を行うことによって、後述するマウント26,27及び接続用腕部30と一体に成形されたものであり、鋳造後に前記シリンダ7の内外周などを切削加工したものである。
前記シリンダ先端部7A及び前記延長シリンダ部6の内側には、ディスプレイサー8が軸方向に摺動可能に収容されている。また、このディスプレイサー8の先端部分であるディスプレイサー先端部8Aと前記先端部2Bの間には膨張室Eが形成されており、隙間9によって前記延長シリンダ部6の内外が連通されている。
また、前記筒本体部2Aの内周と前記延長シリンダ部6の外周との間に再生器10が設けられていると共に、前記シリンダ7の内外を連通する連通孔11が前記シリンダ7自体に形成されている。
また、前記先端部2Bの内周と前記延長シリンダ部6の先端外周との間には、吸熱フィン12が設けられると共に、前記再生器10と前記連通孔11の間において、前記円筒部2の内周と前記シリンダ7の外周との間に放熱フィン13が設けられている。そして、前記延長シリンダ部6の先端内部から前記隙間9、前記吸熱フィン12、前記再生器10、前記放熱フィン13、前記連通孔11を通って前記シリンダ7内の圧縮室Cに至る経路14が形成されている。
更に、前記胴部3内において、前記シリンダ7のシリンダ基部7B側の内側には、ピストン15が軸方向に摺動可能に収容されている。
前記ピストン15を往復動させる駆動機構である電磁往復駆動機構16は、前記シリンダ基部7Bの外側に同軸状に延設された短筒状の可動子17と、この可動子17の一端に固定された円筒状の永久磁石18と、この永久磁石18の外周に近接して設けられた環状の電磁コイル19と、前記永久磁石18の内周に近接して設けられた導磁部20とで構成されている。前記電磁コイル19は固定子24に巻かれるように設けられており、この固定子24は前記電磁コイル19等と共に一体化されている。
前記ピストン15の下端部分であるピストン下部15Aは、前記可動子17の底部分である可動子底部17Aに接続されており、前記ピストン15と前記可動子17は、連動するようになっている。また、前記ピストン下部15Aには、前記ピストン15の動作を制御するための第一の板バネ21が接続されている。さらに、前記ディスプレイサー8の下端には、このディスプレイサー8の動作を制御するためのロッド22の一端が接続されていると共に、このロッド22の他端には第二の板バネ23が接続されている。このロッド22は前記ピストン15を貫通して延びている。また、前記一対の板バネ21,23は、前記胴部3内において前記シリンダ7の下方に配置されていると共に、前記第一の板バネ21よりも前記第二の板バネ23が下方に配置されている。
前記シリンダ7は、前記シリンダ先端部7Aと前記シリンダ基部7Bとの間に、前記シリンダ先端部7A及び前記シリンダ基部7Bと同軸状に前記マウント26が一体に形成されている。また、このマウント26の下端の位置に、外周方向に延設されたフランジ状の前記マウント27が一体に成形されている。
前記マウント26の外周面は、前記伝熱ブロック4の内周面との間に微細な間隙を有する。そして、前記マウント26の外周面には、前記伝熱ブロック4に形成された前記面取部4Cに対応して、テーパ状のテーパ部26Aが形成されている。また、前記マウント26の外周面には、凹溝26Bが形成され、この凹溝26BにOリング25が装着されている。そして、このOリング25によって、前記マウント26と伝熱ブロック4との間の微細な隙間がシールされる。
前記マウント27の上面27Aは、前記伝熱ブロック4のフランジ部4Bの下面4Gと熱的に接触、すなわち当接するため、平面状に形成されている。また、前記マウント27の下面27Bは、前記電磁往復駆動機構16を構成する前記固定子24の上面が当接するように形成されている。さらに、前記固定子24の下面には固定リング28が当接しており、この固定リング28と前記マウント27とで前記固定子24を挟持している。従って、前記固定子24、ひいてはこの固定子24と一体化している前記電磁コイル19が前記マウント27に固定される。
前記マウント27の外周側下面には、前記複数の接続用腕部30が前記シリンダ7の軸方向と略平行に下方に向かって突設されている。なお、前記接続用腕部30は前記マウント27と一体に形成されている。
前記接続用腕部30の先端面30Bは、前記シリンダ7の軸方向と直交するように同一面上に形成されており、この先端面30Bに雌螺子を有する螺子孔30Cが前記シリンダ7の軸方向と平行に形成されている。前記先端面30Bには、前記第一の板バネ21が当接する。この第一の板バネ21は、前記先端面30Bに当接した状態で前記接続用腕部30とスペーサー31との間で挟持される。なお、前記スペーサー31は、その本体31Aが正六角柱状に形成されており、その一端に前記螺子孔30Cの雌螺子と螺合する雄螺子31Bが前記本体31Aと同軸に形成されていると共に、その他端面31Cに雌螺子を有する螺子孔31Dが前記本体31Aと同軸に形成されている。そして、前記第一の板バネ21に形成された螺子孔21Aを介して、前記スペーサー31の一端の前記雄螺子31Bを前記接続用腕部30の螺子孔30Cの雌螺子と螺合させることで、前記第一の板バネ21が前記接続用腕部30と前記スペーサー31との間で挟持される。このとき、前記スペーサー31の外形が正六角柱状に形成されているので、スパナ等で締め付けることで簡単に腕部30に取り付けられる。
前記スペーサー31を前記複数の接続用腕部30にそれぞれ取り付けた状態において、前記スペーサー31の他端面31Cは、前記シリンダ7の軸方向と直交するように同一面上に形成されており、この他端面31Cに前記第二の板バネ23が当接する。そして、この第二の板バネ23は、前記他端面31Cに当接した状態で、前記第二の板バネ23に形成された螺子孔23Aを介して、ビス32を前記スペーサー31の螺子孔31Dの雌螺子と螺合させることで、前記第二の板バネ23が前記スペーサー31に固定される。
前記接続用腕部30の外側には、略L字状に形成された前記ヒートパイプ36が複数配設されている。このヒートパイプ36は、前記胴部3の内部に前記ピストン15の軸方向と平行に配置される基部36Aと、前記胴本体部3Aに形成された前記貫通孔3Bを挿通して前記胴部3の外部、すなわち前記ケーシング1の外部に水平に突出した腕部36Bとが一体に形成された構成を有する。前記ヒートパイプ36と前記貫通孔3Bとの間隙37は鑞38により封止されている。
前記ヒートパイプ36は良く知られたものであるが、念のため説明すると、銅等の熱良導性金属からなる管の内部を真空状態として、作動液を封入したものである。前記ヒートパイプ36の内壁には、図示しないウィック(毛細管構造)が形成されている。前記基部36Aは、前記電磁コイル19に対向する位置に配設されており、通電によって前記電磁コイル19から発生した熱を受け取る受熱部として機能する。一方、前記腕部36Bは、前記基部36Aで受け取った熱を前記ケーシング1内よりも温度の低い前記ケーシング1の外部に排出する放熱部として機能する。
前記基部36Aは前記電磁コイル19から発生した熱によって加熱され、前記基部36A内の作動液が蒸発し、蒸気となった作動液がより温度の低い前記腕部36Bに移動し、前記腕部36Bで冷却・凝縮され液化する。前記ヒートパイプ36の内壁にはウィックが形成されているため、前記腕部36Bで液化した作動液はいわゆる毛細管現象によって前記基部36Aに還流する。そして、液化した作動液の移動が毛細管現象によって行われるので、前記ヒートパイプ36の姿勢、即ちこのヒートパイプ36が設けられたスターリング冷凍機の姿勢によらず、液化した作動液を前記腕部36Bから基部36Aに還流させることができる。このように、前記ヒートパイプ36は作動液の循環により高い熱伝導性を有する。
このように、前記ヒートパイプ36は作動液の循環により高い熱伝導性を有するため、前記電磁コイル19で発生する熱を前記ケーシング1外へ効率良く放出することができる。なお、各図においては、前記ヒートパイプ36と接続用腕部30が隣接しているが、実際には、前記ヒートパイプ36は、複数設けられた前記各接続用腕部30同士の間に配置させることが望ましい。なお、前記ヒートパイプ36は前記電磁往復駆動機構16で発生した熱だけでなく、前記電磁往復駆動機構16や前記圧縮室Cで発生した熱によって加熱された前記胴部3内の作動流体の熱も前記ケーシング1の外部へ排出することができる。
なお、前記ヒートパイプ36に替えてサーモサイフォン(図示せず)を用いてもよい。このサーモサイフォンも良く知られたものであるが、念のため説明すると、銅等の熱良導性金属からなる管の内部を真空状態として、作動液を封入したものである。そして、受熱部を下部、放熱部を上部に備えており、内部に封入された作動液が受熱部で加熱され、蒸発して前記サーモサイフォン内を上昇移動し、放熱部で冷却・凝縮されて液化する。この液化された作動液は、重力により前記サーモサイフォン内を下降移動し、受熱部に還流する。前記サーモサイフォンは、例えば、内部にウィック(毛細管構造)を有しない単管のものや、蒸発した作動液が上昇移動する際に通過する管と、液化した作動液が下降移動する際に通過する管を有する、いわゆるループ型サーモサイフォンを用いることができる。
33はケーシング1の下方に設けた振動吸収ユニットであり、前記シリンダ7の軸線上に配置された連結部を介して同軸状に複数の板バネ34とバランスウエイト35が重なるように配置されている。この振動吸収ユニット33は、前記ピストン15及び前記ディスプレイサー8の往復動による前記ケーシング1の振動を吸収する。
次に、本実施形態の作用について説明する。まず、前記ケーシング1の外部に設けられた図示しない電源から、同じく図示しない駆動回路及び電源コードを介して、所定の周波数の交番電流を前記電磁往復駆動機構16の前記固定子24の電磁コイル19に供給する。このように、前記電磁コイル19に交番電流を流すことで、この電磁コイル19から交番磁界が発生して前記固定子24で集中し、この交番磁界によって、前記可動子17を軸方向に往復動させる力が生じる。この力によって、前記永久磁石18を固定した前記可動子17に接続された前記ピストン15が、前記シリンダ7内を軸方向に往復動する。
前記ピストン15が前記ディスプレイサー8に近づく方向に移動すると、前記ピストン15と前記ディスプレイサー8との間に形成された前記圧縮室C内の気体が圧縮されて、前記連通孔11、前記放熱フィン13、前記再生器10、前記吸熱フィン12、前記隙間9を通り、前記ディスプレイサー8の先端と前記円筒部2の前記先端部2Bの間に形成された前記膨張室Eに至ることで、前記ディスプレイサー8が前記ピストン15に対して所定の位相差をもって押し下げられる。
一方、前記ピストン15が前記ディスプレイサー8から遠ざかる方向に移動すると、前記圧縮室Cの内部が負圧となり、前記膨張室E内の気体が前記膨張室Eから前記隙間9、前記吸熱フィン12、前記再生器10、前記放熱フィン13、前記連通孔11を通って前記圧縮室Cに還流することで、前記ディスプレイサー8が前記ピストン15に対して所定の位相差をもって押し上げられる。
このような工程中において二つの等温変化と等体積変化とからなる可逆サイクルが行われることによって、前記膨張室Eの近傍は低温となり、一方、前記圧縮室Cの近傍は高温となる。前記伝熱ブロック4は、前記圧縮室Cの外側に前記圧縮室Cを取り囲むように配設されているため、前記圧縮室C内において圧縮された気体の圧縮熱を直接効率的に受け取ることができる。また、前記伝熱ブロック4は、前記放熱フィン13及び前記マウント27と当接しているため、前記圧縮室Cから前記放熱フィン13や前記マウント27に伝導した熱も効率的に受け取ることができる。さらに、前記伝熱ブロック4は、前記電磁往復駆動機構16から前記マウント27に伝導した熱も効率的に受け取ることができる。そして、上記各部から受熱した前記伝熱ブロック4は、より温度の低い前記ケーシング1の外部に熱を排出し、スターリング冷凍機の冷却能力を向上させることができる。
なお、スターリング冷凍機の冷却能力を向上させるために、前記電磁コイル19へ供給する電力を増大させると、前記電磁往復駆動機構16及び前記圧縮室Cで発生する熱量も増大する。このように、前記電磁往復駆動機構16及び前記圧縮室Cで発生する熱量が増大しても、前記伝熱ブロック4及びヒートパイプ36によって、良好に排熱することができる。そして、前記電磁往復駆動機構16で発生した熱量が、前記圧縮室Cで発生した熱量よりも大きい場合、前記電磁往復駆動機構16で発生した熱は、前記ヒートパイプ36によって排熱されると共に、前記マウント27から前記伝熱ブロック4に伝導して、この伝熱ブロック4から排熱される。一方、前記圧縮室Cで発生した熱は、前記伝熱ブロック4から排熱される。これに対し、前記電磁往復駆動機構16で発生した熱量が、前記圧縮室Cで発生した熱量よりも小さい場合、前記電磁往復駆動機構16で発生した熱は、前記ヒートパイプ36によって排熱される。一方、前記圧縮室Cで発生した熱は、前記伝熱ブロック4から排熱されると共に、前記伝熱ブロック4から前記マウント27に伝導して、このマウント27の近傍に設けられた前記ヒートパイプ36から排熱される。即ち、前記圧縮室Cと前記電磁往復駆動機構16の固定子24の温度の何れが高いかに拘わらず、スターリング冷凍機全体で発生した熱を良好に排出することができる。
以上のように、本実施形態のスターリング冷凍機は、円筒部2と胴部3を有するケーシング1と、このケーシング1内に収容されると共に熱良導性金属からなるマウント27が設けられたシリンダ7と、このシリンダ7内に往復動可能に収容されるピストン15及びディスプレイサー8と、前記マウント27に保持されると共に前記胴部3内に位置する電磁往復駆動機構16の固定子24と、前記ピストン15に接続される前記電磁往復駆動機構16の可動子17とを有して構成されるスターリング冷凍機において、前記ケーシング1の一部を熱良導性金属からなる伝熱ブロック4とすると共に、前記伝熱ブロック4と前記マウント27とを熱的に接触させたことにより、前記電磁往復駆動機構16の固定子24で発生した熱が、熱良導性金属によって形成された前記マウント27及び伝熱ブロック4を経て前記ケーシング1外に排出されるので、前記電磁往復駆動機構16を良好に冷却することができる。これによって、前記スターリング冷凍機の冷却能力を高めることができる。
また、前記ピストン15とディスプレイサー8との間に定義される圧縮室Cの外側に、前記伝熱ブロック4を設けたことにより、前記圧縮室Cで発生した熱を前記伝熱ブロック4から排出することができる。これによって、前記スターリング冷凍機の冷却能力を高めることができる。
また、前記胴部3に貫通孔3Bを形成し、この貫通孔3Bから前記胴部3内にヒートパイプ36又はサーモサイフォンを挿入すると共に、前記貫通孔3Bと前記ヒートパイプ36又はサーモサイフォンとの間隙37を封止したことにより、前記圧縮室Cの温度が前記固定子24の温度よりも高い場合、前記圧縮室Cから前記伝熱ブロック4及びマウント27を経て前記胴部3内に流れた熱を前記ヒートパイプ36又はサーモサイフォンによって前記ケーシング1外に排出することができる。一方、前記圧縮室Cの温度が前記固定子24の温度よりも低い場合には、前記固定子24から前記マウント27を経て前記伝熱ブロック4に流れた熱を、この伝熱ブロック4から前記ケーシング1外に排出することができる。従って、前記圧縮室Cと前記固定子24の温度の何れが高いかに拘わらず、スターリング冷凍機全体で発生した熱を良好に排出することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態においては、管状のヒートパイプを使用しているが、シート型など他の形状のヒートパイプを使用してもよい。
1 ケーシング
2 円筒部
3 胴部
3B 貫通孔
4 伝熱ブロック
7 シリンダ
8 ディスプレイサー
15 ピストン
16 電磁往復駆動機構
17 可動子
24 固定子
27 マウント
36 ヒートパイプ
37 間隙
C 圧縮室
2 円筒部
3 胴部
3B 貫通孔
4 伝熱ブロック
7 シリンダ
8 ディスプレイサー
15 ピストン
16 電磁往復駆動機構
17 可動子
24 固定子
27 マウント
36 ヒートパイプ
37 間隙
C 圧縮室
Claims (3)
- 円筒部と胴部を有するケーシングと、
このケーシング内に収容されると共に熱良導性金属からなるマウントが設けられたシリンダと、
このシリンダ内に往復動可能に収容されるピストン及びディスプレイサーと、
前記マウントに保持されると共に前記胴部内に位置する電磁往復駆動機構の固定子と、
前記ピストンに接続される前記電磁往復駆動機構の可動子とを有して構成されるスターリング冷凍機において、
前記ケーシングの一部を熱良導性金属からなる伝熱ブロックとすると共に、前記伝熱ブロックと前記マウントとを熱的に接触させたことを特徴とするスターリング冷凍機。 - 前記ピストンとディスプレイサーとの間に定義される圧縮室の外側に、前記伝熱ブロックを設けたことを特徴とする請求項1記載のスターリング冷凍機。
- 前記胴部に貫通孔を形成し、この貫通孔から前記胴部内にヒートパイプ又はサーモサイフォンを挿入すると共に、前記貫通孔と前記ヒートパイプ又はサーモサイフォンとの間隙を封止したことを特徴とする請求項2記載のスターリング冷凍機。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015036985A JP2016161140A (ja) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | スターリング冷凍機 |
US15/051,815 US20160252280A1 (en) | 2015-02-26 | 2016-02-24 | Stirling refrigerator |
EP16157607.9A EP3062039A1 (en) | 2015-02-26 | 2016-02-26 | Stirling refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015036985A JP2016161140A (ja) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | スターリング冷凍機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016161140A true JP2016161140A (ja) | 2016-09-05 |
Family
ID=55661091
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015036985A Pending JP2016161140A (ja) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | スターリング冷凍機 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160252280A1 (ja) |
EP (1) | EP3062039A1 (ja) |
JP (1) | JP2016161140A (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107061049B (zh) * | 2017-02-23 | 2023-09-22 | 宁波华斯特林电机制造有限公司 | 一种带导冷结构的斯特林电机 |
US10753653B2 (en) | 2018-04-06 | 2020-08-25 | Sumitomo (Shi) Cryogenic Of America, Inc. | Heat station for cooling a circulating cryogen |
JP6833881B2 (ja) * | 2019-01-25 | 2021-02-24 | ツインバード工業株式会社 | 往復運動機関 |
JP7143272B2 (ja) * | 2019-12-24 | 2022-09-28 | ツインバード工業株式会社 | フリーピストン型スターリング冷凍機 |
CN112885494B (zh) * | 2021-01-26 | 2022-08-02 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于星型斯特林发动机的反应堆电源系统 |
CN115143659B (zh) * | 2022-06-29 | 2024-06-14 | 宁波钜心低温科技有限公司 | 一种斯特林冷机 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01155150A (ja) * | 1987-12-11 | 1989-06-19 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍機 |
JP2000337725A (ja) * | 1999-05-25 | 2000-12-08 | Twinbird Corp | スターリングサイクル冷凍機の駆動機構 |
JP3769751B2 (ja) * | 2003-02-19 | 2006-04-26 | ツインバード工業株式会社 | スターリングサイクル機関 |
JP2009047139A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Twinbird Corp | スターリングサイクル機関 |
JP2009133513A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Sharp Corp | スターリングサイクル装置 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2810222A1 (de) * | 1978-03-09 | 1979-09-13 | Bosch Gmbh Robert | Kuehlvorrichtung fuer elektrische maschinen |
JP2001355513A (ja) * | 2000-06-13 | 2001-12-26 | Twinbird Corp | スターリングサイクル機関 |
WO2002016842A1 (fr) * | 2000-08-22 | 2002-02-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Réfrigérateur à cycle de stirling |
-
2015
- 2015-02-26 JP JP2015036985A patent/JP2016161140A/ja active Pending
-
2016
- 2016-02-24 US US15/051,815 patent/US20160252280A1/en not_active Abandoned
- 2016-02-26 EP EP16157607.9A patent/EP3062039A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01155150A (ja) * | 1987-12-11 | 1989-06-19 | Mitsubishi Electric Corp | 冷凍機 |
JP2000337725A (ja) * | 1999-05-25 | 2000-12-08 | Twinbird Corp | スターリングサイクル冷凍機の駆動機構 |
JP3769751B2 (ja) * | 2003-02-19 | 2006-04-26 | ツインバード工業株式会社 | スターリングサイクル機関 |
JP2009047139A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Twinbird Corp | スターリングサイクル機関 |
JP2009133513A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Sharp Corp | スターリングサイクル装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160252280A1 (en) | 2016-09-01 |
EP3062039A1 (en) | 2016-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2016161140A (ja) | スターリング冷凍機 | |
KR100846007B1 (ko) | 스털링 기관 | |
JP5917153B2 (ja) | 極低温冷凍機、ディスプレーサ | |
KR20030009451A (ko) | 최적화된 저온 단부를 가지도록 설계된 스털링 주기 저온냉각기 | |
JP4220517B2 (ja) | クーラーのピストン組立体 | |
JP4665199B2 (ja) | フリーピストン型スターリングサイクルサイクル機関 | |
CN106401788B (zh) | 斯特林循环发动机 | |
JP2014066218A (ja) | スターリングサイクル機関 | |
JP2009074734A (ja) | 熱音響機関 | |
CN202832848U (zh) | 斯特林循环装置 | |
JP2005055047A (ja) | パルス管冷凍機 | |
KR100805408B1 (ko) | 쿨러의 내측 고정자 고정구조 | |
JP5657479B2 (ja) | 蓄冷式冷凍機 | |
JP2005241113A (ja) | 恒温冷凍装置及びその温度制御方法 | |
JP2009148721A (ja) | ドライガス発生装置 | |
JP2015052426A (ja) | 冷凍機 | |
TWI792856B (zh) | 雙作動流體活塞史特靈加熱致冷機 | |
KR20110097067A (ko) | 극저온 냉동기의 방열부 | |
JP3741300B2 (ja) | パルス管冷凍機 | |
JP6390566B2 (ja) | 冷却器 | |
JP2004163038A (ja) | スターリング冷凍機 | |
JP2004028501A (ja) | パルスチューブ冷凍機 | |
KR100805403B1 (ko) | 쿨러의 피스톤 조립체 | |
JP2005069168A (ja) | スターリング機関 | |
CN201387869Y (zh) | 无极灯灯具散热装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170327 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180112 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180116 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180717 |