JP2020016349A - Stirling refrigerator and refrigerator - Google Patents

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誠 小林
敏明 鈴木
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Abstract

To provide a stirling refrigerator capable of giving desired phase difference to reciprocating motions of a piston for compression and a piston for inflation while linearly arranging a cylinder for compression and a cylinder for inflation.SOLUTION: A stirling refrigerator includes: a swash plate shaft connected to a motor and extending in a prescribed axial direction; a swash plate for compression diagonally fitted to the swash plate shaft; a piston for compression provided in the way that it moves reciprocatingly in the axial direction by rotation of the swash plate for compression; a cylinder for compression where working fluid is compressed by the piston for compression; a swash plate for inflation diagonally fitted to the swash plate shaft; a piston for inflation moving reciprocatingly in the axial direction by rotation of the swash plate for inflation; and a cylinder for inflation which is arranged side by side with the cylinder for compression in the axial direction and inflates the working fluid compressed by the cylinder for compression. Both the swash plate for compression and the swash plate for inflation are provided for the swash plate shaft with prescribed phase difference.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、スターリング冷凍機に関するものである。   The present invention relates to a Stirling refrigerator.

1日中通電する冷蔵庫の省エネ化は、地球環境保全、温暖化対策の一環として急務である。このような省エネ対策の観点から冷蔵庫においても蒸発式の冷凍サイクルではなく、スターリング冷凍機を用いることが検討されている。   Energy saving of refrigerators that are energized all day is urgently needed as part of global environmental protection and global warming countermeasures. From the viewpoint of such energy saving measures, the use of a Stirling refrigerator instead of an evaporative refrigeration cycle in a refrigerator has been studied.

スターリング冷凍機としては、モータによって回転させる斜板軸に対して1つの斜板を設け、この斜板の回転により圧縮ピストン及び膨張ピストンの双方を往復運動させて作動流体について圧縮用シリンダでの圧縮、膨張用シリンダでの膨張を繰り返させるようにしたものがある(特許文献1参照)。   As a Stirling refrigerator, one swash plate is provided for a swash plate shaft rotated by a motor, and the rotation of the swash plate reciprocates both a compression piston and an expansion piston to compress a working fluid in a compression cylinder. In addition, there is one in which the expansion by an expansion cylinder is repeated (see Patent Document 1).

特開平11−287525号公報JP-A-11-287525

しかしながら、このような従来スターリング冷凍サイクルでは以下に挙げるような問題点がある。   However, such a conventional Stirling refrigeration cycle has the following problems.

1.従来の斜板式スターリング冷凍機では、1つの斜板に対して圧縮ピストン及び膨張ピストンが設けられているため、各ピストンの周方向に対する配置で位相差が固定されてしまう。このため、スターリング冷凍サイクルとして最もよい冷凍効率を実現できるように最適設計することが難しい。   1. In the conventional swash plate type Stirling refrigerator, since the compression piston and the expansion piston are provided for one swash plate, the phase difference is fixed by the arrangement of each piston in the circumferential direction. Therefore, it is difficult to optimally design the Stirling refrigeration cycle so as to realize the best refrigeration efficiency.

2.圧縮ピストンと膨張ピストンに理想的な位相差を与えようとすると、圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダはそれぞれ周方向にずれた位置に配置し、それぞれのシリンダ間を作動流体が行き来できるように別途つなぎ配管で接続する必要がある。このため、つなぎ配管が長くなり、作動流体の圧縮、膨張に寄与しない無駄な容積である死容積が大きくなってしまい、出力が大きく低下してしまう。   2. In order to provide an ideal phase difference between the compression piston and the expansion piston, the compression cylinder and the expansion cylinder are arranged at positions shifted in the circumferential direction, and are separately connected so that the working fluid can flow between the cylinders. Must be connected by piping. For this reason, the connecting pipe becomes long, the dead volume, which is a useless volume that does not contribute to the compression and expansion of the working fluid, increases, and the output greatly decreases.

3.また、つなぎ配管を設けることによってスターリング冷凍サイクル自体が大型化してしまうという問題もある。   3. In addition, there is another problem that the Stirling refrigeration cycle itself is increased in size by providing the connecting pipe.

4.さらにつなぎ配管の流路長が長いと作動流体の流動損失も発生するため、やはり性能が低下してしまう。   4. Further, if the flow path length of the connecting pipe is long, the flow loss of the working fluid also occurs, so that the performance also deteriorates.

5.加えて、各シリンダの配置により各ピストンの往復運動に理想的な位相差を発生させるので、シリンダ配置はほぼ固定されてしまう。このため、位相差を保ちながらさらに各シリンダの組数を自由に設計することが難しい。   5. In addition, since an ideal phase difference is generated in the reciprocating motion of each piston by the arrangement of each cylinder, the cylinder arrangement is almost fixed. Therefore, it is difficult to freely design the number of sets of each cylinder while maintaining the phase difference.

そこで、本発明は上述したような一挙に解決す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。   Therefore, an object of the present invention is to provide a Stirling refrigerator capable of solving the above problems at once.

すなわち、本発明に係るスターリング冷凍機は、モータに接続され、所定の軸方向に延びる斜板軸と、前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた圧縮用斜板と、前記圧縮用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた圧縮用ピストンと、前記圧縮用ピストンによって作動流体が圧縮される圧縮用シリンダと、前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた膨張用斜板と、前記膨張用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた膨張用ピストンと、前記圧縮用シリンダと前記軸方向に並んで配置され、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体を膨張させる膨張用シリンダと、を備え、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板とが、所定の位相差をつけて前記斜板軸に設けたことを特徴とする。   That is, the Stirling refrigerator according to the present invention includes a swash plate shaft connected to a motor and extending in a predetermined axial direction, a compression swash plate obliquely attached to the swash plate shaft, and a compression swash plate. , A compression piston provided to reciprocate in the axial direction, a compression cylinder in which a working fluid is compressed by the compression piston, and an expansion obliquely attached to the swash plate axis. A swash plate, an expansion piston provided to reciprocate in the axial direction by the rotation of the expansion swash plate, and a compression cylinder disposed in the axial direction along with the compression cylinder. An expansion cylinder for expanding the compressed working fluid, wherein the compression swash plate and the expansion swash plate are provided on the swash plate shaft with a predetermined phase difference.

このようなものであれば、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差によって前記圧縮用ピストンと前記膨張用ピストンの往復運動に所望の位相差を設定することができる。このため、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダの配置が設定した位相差によって拘束されないので、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダを前記軸方向に並べて配置することができる。   With such a configuration, a desired phase difference can be set in the reciprocating motion of the compression piston and the expansion piston by the phase difference between the compression swash plate and the expansion swash plate. For this reason, since the arrangement of the compression cylinder and the expansion cylinder is not restricted by the set phase difference, the compression cylinder and the expansion cylinder can be arranged side by side in the axial direction.

したがって、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダを従来のように周方向に所定角度ずらして配置する必要がないので、前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダを作動流体が行き来する流路を従来よりも短く構成することが可能となる。このため、死容積を小さくし、作動流体の流動損失を低減でき、高効率でありながら装置自体は小さく構成することが可能となる。   Therefore, it is not necessary to dispose the compression cylinder and the expansion cylinder at a predetermined angle in the circumferential direction as in the related art, so that the flow path through which the working fluid flows between the compression cylinder and the expansion cylinder is smaller than before. Can also be shortened. Therefore, the dead volume can be reduced, the flow loss of the working fluid can be reduced, and the device itself can be configured to be small while having high efficiency.

また、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダが一列に並んでいるので、従来と比較して各シリンダの組数を自由に設定でき、最適設計が実現しやすい。   Further, since the compression cylinders and the expansion cylinders are arranged in a line, the number of sets of each cylinder can be set freely as compared with the conventional case, and it is easy to realize an optimal design.

スターリング冷凍機として高効率を実現できる前記圧縮用斜板及び前記膨張用斜板の位相差の好ましい範囲としては、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差が80°以上100°以下に設定されているものが挙げられる。   As a preferable range of the phase difference between the compression swash plate and the expansion swash plate that can realize high efficiency as a Stirling refrigerator, the phase difference between the compression swash plate and the expansion swash plate is 80 ° or more and 100 ° or less. That are set to.

効率の観点から更に好ましい位相差が形成されたスターリング冷凍機としては、前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差がほぼ90°であるものが挙げられる。   As a Stirling refrigerator in which a more preferable phase difference is formed from the viewpoint of efficiency, there is a Stirling refrigerator in which the phase difference between the compression swash plate and the expansion swash plate is substantially 90 °.

前記圧縮用シリンダと前記膨張用シリンダ間を行き来する作動流体の流路長をできるだけ短く形成し、冷凍効率を高められるようにするには、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダの間に、前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が前記軸方向に並んで配置されたものであればよい。   In order to make the flow path length of the working fluid flowing between the compression cylinder and the expansion cylinder as short as possible and to increase the refrigeration efficiency, the working fluid compressed by the compression cylinder radiates heat to the outside. Heater, a cooler in which the working fluid expanded in the expansion cylinder absorbs heat from the outside, heat of the working fluid passed through the heater, and heat stored in the working fluid passed through the cooler. A regenerator that raises the temperature, and the heater, the regenerator, and the cooler may be arranged between the compression cylinder and the expansion cylinder in the axial direction.

従来よりも冷凍効率を向上させることができる別の構成例としては、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダに対して、前記斜板軸の半径方向にずらして前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が配置されたものが挙げられる。   Another configuration example that can improve the refrigeration efficiency as compared with the related art includes a heater in which the working fluid compressed by the compression cylinder radiates heat to the outside, and a working fluid expanded by the expansion cylinder absorbs heat from the outside. And a regenerator that stores heat of the working fluid that has passed through the heater and heats up the heat by storing the heat of the working fluid that has passed through the cooler. An example in which the heater, the regenerator, and the cooler are arranged so as to be displaced from the cylinder in the radial direction of the swash plate axis.

例えば空気と作動流体との間で熱交換が行われやすくし、熱交換性能を向上させるには、前記冷却器、及び、前記冷却器が、それぞれ内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されていればよい。   For example, in order to facilitate heat exchange between the air and the working fluid, and to improve the heat exchange performance, the cooler, and the cooler are each configured by a plurality of pipes through which the working fluid flows. It should just be done.

前記冷却器、前記再生器、前記加熱器を同じ部材を用いて一列にし、構造を簡素できるようにするには、前記再生器が内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されていればよい。   The cooler, the regenerator, and the heater are arranged in a row using the same member, and in order to simplify the structure, if the regenerator is configured by a plurality of pipes through which a working fluid flows. Good.

前記冷却器及び前記加熱器における作動流体と空気との間の熱交換効率をさらに向上させるには、前記パイプの該表面にフィンを設けたものであればよい。   In order to further improve the heat exchange efficiency between the working fluid and the air in the cooler and the heater, it is only necessary that fins are provided on the surface of the pipe.

本発明に係るスターリング冷凍機と、冷蔵室と、冷凍室と、前記冷蔵室の冷却時と前記冷凍室の冷却時とで、前記モータの回転数を異ならせる回転数制御を行う制御部と、を備えた冷蔵庫であれば、蒸発式の冷凍サイクルを備えた冷蔵庫と比較して同等の冷却能力を実現しながら省エネを実現することが可能となる。また、環境負荷の高い冷媒や、可燃性の冷媒の使用を避けられるので、環境負荷や温暖化対策にも効果を発揮し得る。   A Stirling refrigerator according to the present invention, a refrigerating compartment, a refrigerating compartment, and a controller that performs a revolving speed control to make the revolving speed of the motor different between when the refrigerating compartment is cooled and when the refrigerating compartment is cooled, , It is possible to achieve energy saving while achieving the same cooling capacity as compared with a refrigerator having an evaporative refrigeration cycle. Further, since it is possible to avoid the use of a refrigerant having a high environmental load or a flammable refrigerant, it is possible to exert an effect on environmental load and measures against global warming.

本発明に係るスターリング冷凍機と、冷蔵室と、冷凍室と、前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室及び前記冷凍室との間を接続するダクトと、前記ダクトを介して前記冷蔵室又は前記冷凍室のいずれかに前記冷却器を通過した空気が供給されるように流路を切り替えるダクト切替装置と、を備えた冷蔵庫であれば、前記スターリング冷凍機のモータの回転数を変更しなくても、ダクトの切替によって前記冷蔵室及び前記冷凍室の温度を所望の温度に保つことができる。   The Stirling refrigerator according to the present invention, a refrigerator, a refrigerator, a refrigerator of the Stirling refrigerator, a duct connecting between the refrigerator and the refrigerator, and the refrigerator through the duct. A duct switching device that switches a flow path so that air that has passed through the cooler is supplied to either the room or the freezing room, if the refrigerator includes a Stirling refrigerator, the rotation speed of the motor is changed. Even without doing so, the temperature of the refrigerating compartment and the freezing compartment can be maintained at desired temperatures by switching the duct.

本発明に係るスターリング冷凍機と、冷蔵室と、冷凍室と、前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室内の空気又は前記冷凍室内の空気との間でブラインを介して熱交換するブライン回路と、を備えた冷蔵庫であれば、ブラインによって効率よく冷却器によって冷蔵室及び冷凍室を冷却することができる。   A Stirling refrigerator according to the present invention, a refrigerator, a refrigerator, and a cooler for the Stirling refrigerator, wherein the brine exchanges heat between the air in the refrigerator compartment or the air in the refrigerator compartment via brine. And the circuit, the refrigerator and the freezer can be efficiently cooled by the cooler by the brine.

前記ブライン回路が、ブラインを循環させるブラインポンプを備えたものであれば、前記スターリング冷凍機の冷蔵庫内での位置によらず、ブラインを循環させて冷蔵室及び冷凍室を冷却することができる。   If the brine circuit includes a brine pump that circulates brine, the refrigerator can be cooled by circulating brine regardless of the position of the Stirling refrigerator in the refrigerator.

ブラインの循環のために小さな電力消費で、冷蔵室及び冷凍室を冷却できるようにするには、前記スターリング冷凍機が前記冷蔵室及び前記冷凍室よりも上方に配置されており、ブラインがサーマルサイフォンにより前記ブライン回路を循環するように構成されていればよい。   In order to be able to cool the refrigerator compartment and the freezer compartment with a small power consumption for the circulation of the brine, the Stirling refrigerator is arranged above the refrigerator compartment and the freezer compartment, and the brine is thermally siphoned. It is only necessary that the circuit be configured to circulate through the brine circuit.

このように本発明に係るスターリング冷凍機によれば、前記圧縮用斜板及び前記膨張用斜板により前記圧縮用ピストン及び前記膨張用ピストンの往復運動に位相差を形成することができるので、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダの配置で位相差を形成する必要がない。このため、前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダを一列に並べて配置し、作動流体が流通する流路を最小化し、死容積や流動抵抗を低減し、装置を小型化できる。また、作動流体が流通する前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダを一列に並べるので、各シリンダの組数を増加させても設計上の制限が起きにくく、最適設計を実現しやすい。   As described above, according to the Stirling refrigerator according to the present invention, the compression swash plate and the expansion swash plate can form a phase difference in the reciprocating motion of the compression piston and the expansion piston. There is no need to form a phase difference with the arrangement of the compression cylinder and the expansion cylinder. For this reason, the compression cylinder and the expansion cylinder are arranged in a line, the flow path of the working fluid is minimized, the dead volume and the flow resistance are reduced, and the device can be downsized. Further, since the compression cylinder and the expansion cylinder through which the working fluid flows are arranged in a line, even if the number of sets of each cylinder is increased, there is little restriction on design, and it is easy to realize an optimal design.

本発明の第1実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図。FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a Stirling refrigerator according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図。The typical longitudinal section showing the Stirling refrigerator concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図及び模式的A−A線断面図。The typical longitudinal section and the typical AA line sectional view showing the Stirling refrigerator concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態の変形例に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図及び模式的B−Bの線断面図。The schematic longitudinal section showing the Stirling refrigerator concerning the modification of a 3rd embodiment of the present invention, and the line sectional view of typical BB. 本発明の第4実施形態に係るスターリング冷凍機を示す模式的縦断面図及び模式的C−C線断面図。FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view and a schematic CC sectional view showing a Stirling refrigerator according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施形態に係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫を示す模式図。The schematic diagram which shows the Stirling refrigerator and refrigerator which concern on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫の第1変形例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 1st modification of the Stirling refrigerator and refrigerator which concern on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫の第2変形例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 2nd modification of the Stirling refrigerator and refrigerator which concern on 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態に係るスターリング冷凍機及び冷蔵庫の第3変形例を示す模式図。The schematic diagram which shows the 3rd modification of the Stirling refrigerator and refrigerator which concern on 5th Embodiment of this invention.

本発明の第1実施形態に係るスターリング冷凍機100について図1を参照しながら説明する。   A Stirling refrigerator 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

このスターリング冷凍機100は例えば冷蔵庫において冷気を発生させるために用いられるものである。具体的にはスターリング冷凍機100は、内部が密閉された概略円筒状のケーシング1内に複数組のシリンダ及びピストンが収容され、作動流体が圧縮、放熱、膨張、吸熱のサイクルを繰り返すように構成されたものである。作動流体としては臨界点が低く、サイクルの過程で液化しにくいものが選択される。具体的にはヘリウム、窒素、水素等が作動流体として使用される。   The Stirling refrigerator 100 is used, for example, to generate cool air in a refrigerator. Specifically, the Stirling refrigerator 100 is configured such that a plurality of sets of cylinders and pistons are housed in a substantially cylindrical casing 1 whose inside is sealed, and the working fluid repeats a cycle of compression, heat release, expansion, and heat absorption. It was done. As the working fluid, a fluid having a low critical point and hardly liquefied in the course of the cycle is selected. Specifically, helium, nitrogen, hydrogen, or the like is used as a working fluid.

すなわち、スターリング冷凍機100は、ケーシング1の軸方向AXに延び、モータ2に接続された斜板軸3を回転させることによって動作する。このスターリング冷凍機100は、ケーシング1内部に充填された作動流体を圧縮用ピストン42の往復運動によって圧縮する圧縮用シリンダ41と、圧縮用シリンダ41で圧縮された作動流体を膨張用ピストン52の往復運動によって膨張させる膨張用シリンダ51と、を備えている。第1実施形態では圧縮用シリンダ41と膨張用シリンダ51は周方向に90°ごとに1組ごとに配置されている。さらに作動流体が流通し合う圧縮用シリンダ41と膨張用シリンダ51の組は軸方向AXに並べて配置されている。   That is, the Stirling refrigerator 100 operates by rotating the swash plate shaft 3 that extends in the axial direction AX of the casing 1 and is connected to the motor 2. The Stirling refrigerator 100 includes a compression cylinder 41 that compresses a working fluid filled in the casing 1 by reciprocating motion of a compression piston 42, and a reciprocation of the working fluid compressed by the compression cylinder 41 between an expansion piston 52. An expansion cylinder 51 that expands by movement. In the first embodiment, the compression cylinders 41 and the expansion cylinders 51 are arranged in pairs at every 90 ° in the circumferential direction. Further, a set of the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 through which the working fluid flows is arranged side by side in the axial direction AX.

圧縮用ピストン42及び膨張用ピストン52はそれぞれ所定の位相差で往復運動を繰り返すように構成されている。第1実施形態では圧縮用ピストン42及び膨張用ピストン52のそれぞれの内面は対向するように配置されている。   Each of the compression piston 42 and the expansion piston 52 is configured to repeat reciprocating motion with a predetermined phase difference. In the first embodiment, the inner surfaces of the compression piston 42 and the expansion piston 52 are arranged to face each other.

具体的には圧縮用ピストン42は、斜板軸3のモータ2側に斜めに取り付けられた圧縮用斜板43により往復運動を繰り返すように構成されている。具体的には、圧縮用斜板43はその面板部に対して斜板軸3の軸方向AXに対して斜めに入射するように取り付けられている。   Specifically, the compression piston 42 is configured to repeat reciprocating motion by a compression swash plate 43 that is obliquely attached to the motor 2 side of the swash plate shaft 3. Specifically, the compression swash plate 43 is attached to the face plate portion so as to be obliquely incident on the axial direction AX of the swash plate shaft 3.

膨張用ピストン52は、斜板軸3の先端側に取り付けられた膨張用斜板53により往復運動を繰り返すように構成されている。具体的には膨張用斜板53はその面板部に対して斜板軸3の軸方向AXに対して斜めに入射するように取り付けられている。   The expansion piston 52 is configured to repeat a reciprocating motion by an expansion swash plate 53 attached to a tip end side of the swash plate shaft 3. Specifically, the expansion swash plate 53 is attached to the face plate portion so as to be obliquely incident on the axial direction AX of the swash plate shaft 3.

圧縮用斜板43と膨張用斜板53とは、軸方向AXに一列に並んだ圧縮用シリンダ41及び膨張用シリンダ51において、作動流体が等温圧縮、等積過程、及び、等温膨張の反復を繰り返すように斜板軸3に対する周方向の取り付け向きを異ならせてある。このため、圧縮用斜板43及び膨張用斜板53は所定の位相差をつけてそれぞれ斜板軸3に取り付けられている。第1実施形態では圧縮用斜板43及び膨張用斜板53の位相差は、80°以上100°以下に設定される。より好ましくは圧縮用斜板43及び膨張用斜板53の位相差は90°に設定されている。   The swash plate 43 for compression and the swash plate 53 for expansion are arranged such that the working fluid in the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 arranged in a line in the axial direction AX repeats isothermal compression, isovolumic process, and isothermal expansion. The mounting direction in the circumferential direction with respect to the swash plate shaft 3 is different so as to be repeated. Therefore, the compression swash plate 43 and the expansion swash plate 53 are attached to the swash plate shaft 3 with a predetermined phase difference. In the first embodiment, the phase difference between the compression swash plate 43 and the expansion swash plate 53 is set to 80 ° or more and 100 ° or less. More preferably, the phase difference between the compression swash plate 43 and the expansion swash plate 53 is set to 90 °.

また、第1実施形態では圧縮用シリンダ41と膨張用シリンダ51と間には加熱器6、再生器7、冷却器8が軸方向AXに対して一列に並ぶように配置されている。   In the first embodiment, the heater 6, the regenerator 7, and the cooler 8 are arranged between the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 so as to be aligned in the axial direction AX.

加熱器6は、圧縮用シリンダ41で圧縮された作動流体が外部の空気に放熱し、空気を加熱する部分である。   The heater 6 is a portion that heats the air by radiating the working fluid compressed by the compression cylinder 41 to external air.

冷却器8は、膨張用シリンダ51で膨張した作動流体が外部の空気から吸熱し、空気を冷却する部分である。   The cooler 8 is a portion that absorbs the heat of the working fluid expanded in the expansion cylinder 51 from external air and cools the air.

再生器7は、加熱器6と冷却器8との間に設けられ、加熱器6を通過した作動流体の熱を吸熱して蓄熱し、冷却器8を通過した作動流体に蓄熱した熱で昇温するものである。   The regenerator 7 is provided between the heater 6 and the cooler 8, absorbs the heat of the working fluid that has passed through the heater 6, stores the heat, and rises with the heat stored in the working fluid that has passed through the cooler 8. Is what warms up.

このように構成された第1実施形態のスターリング冷凍機100は、作動流体が流通する圧縮用シリンダ41、加熱器6、再生器7、冷却器8、膨張用シリンダ51が軸方向AXに一列に並んで配置されているので、従来のようなつなぎ配管は存在しない。したがって、作動流体の圧縮、膨張に寄与しない死容積を最小化できる。また、作動流体が流通する流路長も最小化できるので作動流体の流動抵抗も抑えることができる。これらのことから、スターリング冷凍機100としてのサイズをコンパクトに構成しながら、冷却効率を従来よりも向上させることが可能となる。   In the Stirling refrigerator 100 of the first embodiment configured as described above, the compression cylinder 41, the heater 6, the regenerator 7, the cooler 8, and the expansion cylinder 51 in which the working fluid flows are arranged in a line in the axial direction AX. Since they are arranged side by side, there is no connecting pipe as in the related art. Therefore, the dead volume that does not contribute to the compression and expansion of the working fluid can be minimized. In addition, since the length of the flow path through which the working fluid flows can be minimized, the flow resistance of the working fluid can be suppressed. From these facts, it is possible to improve the cooling efficiency as compared with the conventional one while making the size of the Stirling refrigerator 100 compact.

また、圧縮用斜板43及び膨張用斜板53の斜板軸3に対する周方向の取り付け向きを異ならせて位相差を形成し、対となる圧縮用ピストン42及び膨張用ピストン52の往復運動の位相差を形成できる。このため、従来のように圧縮用シリンダ41と膨張用シリンダ51の周方向の配置を異ならせることで位相差を形成する必要がなく、圧縮用シリンダ41と膨張用シリンダ51を軸方向AXに並べて一列に配置することができる。この特徴によって上述したようにつなぎ配管を無くし、死容積及び流路長の低減を可能とする。また、圧縮用シリンダ41、加熱器6、再生器7、冷却器8、膨張用シリンダ51を軸方向AXに一列に並べて配置できるので、これらの機構を複数組設ける場合でも従来よりも配置に関する制約が小さい。したがって、第1実施形態のように4組だけでなくさらに多数組の圧縮用シリンダ41及び膨張用シリンダ51を設けることが容易になる。   Further, a phase difference is formed by making the circumferential mounting directions of the compression swash plate 43 and the expansion swash plate 53 different from each other with respect to the swash plate shaft 3, and the reciprocating motion of the pair of the compression piston 42 and the expansion piston 52 is formed. A phase difference can be formed. Therefore, it is not necessary to form a phase difference by differentiating the circumferential arrangement of the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 as in the related art, and the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 are arranged in the axial direction AX. They can be arranged in a row. As described above, the connecting pipe is eliminated by this feature, and the dead volume and the flow path length can be reduced. Further, the compression cylinder 41, the heater 6, the regenerator 7, the cooler 8, and the expansion cylinder 51 can be arranged in a line in the axial direction AX. Is small. Therefore, it is easy to provide not only four sets but also many sets of the compression cylinders 41 and the expansion cylinders 51 as in the first embodiment.

さらに、圧縮用斜板43及び膨張用斜板53の2つの斜板を備えているので、それぞれ別々に取り付けを調整することができ、自由に各斜板の位相差及び圧縮用ピストン42及び膨張用ピストン52の往復運動の位相差を調整することができる。このため、例えば冷却効率が最もよくなるような位相差を実現しやすい。   Further, since two swash plates, the swash plate 43 for compression and the swash plate 53 for expansion, are provided, the mounting can be adjusted separately, and the phase difference of each swash plate and the compression piston 42 and the expansion swash plate 53 can be freely adjusted. The phase difference of the reciprocating motion of the piston 52 can be adjusted. For this reason, for example, it is easy to realize a phase difference that provides the best cooling efficiency.

次に第2実施形態のスターリング冷凍機100について図2を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。   Next, a Stirling refrigerator 100 according to a second embodiment will be described with reference to FIG. The members corresponding to the members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

第2実施形態のスターリング冷凍機100は、第1実施形態のように圧縮用シリンダ41及び膨張用シリンダ51の間に加熱器6、再生器7、及び、冷却器8が並べて一列に設けられておらず、半径方向に対してずらして配置されている。また、圧縮用ピストン42と膨張用ピストン52の内面がそれぞれ外向きになるように配置されている。   In the Stirling refrigerator 100 of the second embodiment, a heater 6, a regenerator 7, and a cooler 8 are provided in a line between a compression cylinder 41 and an expansion cylinder 51 as in the first embodiment. And are shifted in the radial direction. The compression piston 42 and the expansion piston 52 are arranged so that the inner surfaces thereof face outward.

具体的には第2実施形態では加熱器6、再生器7、及び、冷却器8はケーシング1内において圧縮用シリンダ41及び膨張用シリンダ51よりも半径方向外側において一例に並べて配置されている。また、圧縮用シリンダ41において圧縮された作動流体がまず膨張用シリンダ51とは逆側のモータ2側へと移動し、外周側に配置された加熱器6、冷却器8、冷却器8を通って先端側から膨張用シリンダ51内に流入する。膨張用シリンダ51で膨張した作動流体は先と逆の順路で圧縮用シリンダ41まで戻る。   Specifically, in the second embodiment, the heater 6, the regenerator 7, and the cooler 8 are arranged side by side in the casing 1 radially outside the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51. The working fluid compressed in the compression cylinder 41 first moves to the motor 2 side opposite to the expansion cylinder 51 and passes through the heater 6, the cooler 8, and the cooler 8 arranged on the outer peripheral side. From the tip side into the expansion cylinder 51. The working fluid expanded in the expansion cylinder 51 returns to the compression cylinder 41 in a reverse route.

なお、圧縮用ピストン42及び膨張用ピストン52の往復運動の位相差については、第1実施形態と同様に圧縮用斜板43及び膨張用斜板53の斜板軸3に対する取り付け向きによる位相差によって調整される。   The phase difference of the reciprocating motion of the compression piston 42 and the expansion piston 52 is determined by the phase difference depending on the mounting direction of the compression swash plate 43 and the expansion swash plate 53 with respect to the swash plate shaft 3 as in the first embodiment. Adjusted.

このように構成された第2実施形態のスターリング冷凍機100であれば、第1実施形態と同様に圧縮用斜板43及び膨張用斜板53の位相差によってサイクル中に必要な動作の位相差を設定できる。また、第1実施形態と同様に作動流体が流通し合う圧縮用シリンダ41及び膨張用シリンダ51の組については軸方向AXに並べて配置することができる。したがって、複数組の圧縮用シリンダ41及び膨張用シリンダ51をケーシング1内に設ける場合でも設定したい位相差によりその配置が制限されることがなく、最適設計しやすい。   In the Stirling refrigerator 100 of the second embodiment configured as described above, the phase difference of the operation required during the cycle is caused by the phase difference between the compression swash plate 43 and the expansion swash plate 53 as in the first embodiment. Can be set. Further, as in the first embodiment, the set of the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 through which the working fluid flows can be arranged in the axial direction AX. Therefore, even when a plurality of sets of the compression cylinder 41 and the expansion cylinder 51 are provided in the casing 1, the arrangement is not limited by the phase difference to be set, and the optimum design is easy.

さらに、ケーシング1内だけで作動流体が流通する流路を形成できるので、従来のようにケーシング1の半径方向に延びる部分を有するつなぎ配管を設ける必要がないので、流路を短く形成し、死容積や流動抵抗を低減できる。   Furthermore, since the flow path through which the working fluid flows can be formed only in the casing 1, there is no need to provide a connecting pipe having a portion extending in the radial direction of the casing 1, unlike the conventional case. Volume and flow resistance can be reduced.

また、加熱器6及び冷却器8をケーシング1の外周側に配置することができるので、ケーシング1を介して外部の空気との熱交換の面積を第1実施形態よりも大きくすることができ、熱交換量を大きくすることができる。   Further, since the heater 6 and the cooler 8 can be arranged on the outer peripheral side of the casing 1, the area of heat exchange with external air via the casing 1 can be made larger than in the first embodiment, The amount of heat exchange can be increased.

次に第3実施形態のスターリング冷凍機100について図3を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。加えて図3においては縦断面図だけでなくA−A線断面図も併せて記載している。   Next, a Stirling refrigerator 100 of a third embodiment will be described with reference to FIG. The members corresponding to the members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. In addition, FIG. 3 shows not only a longitudinal sectional view but also a sectional view taken along line AA.

第3実施形態のスターリング冷凍機100は、第1実施形態と比較して加熱器6、再生器7、及び、冷却器8の構成が異なっている。具体的には、加熱器6、再生器7、及び、冷却器8はそれぞれ内部に作動流体が流通する複数のパイプPで形成されている。また、加熱器6、及び、冷却器8については、ケーシング1の切れ目部分に配置され、複数のパイプPの外表面が外気に直接接触できるようにして、熱交換に寄与する表面積を大きくするように構成されている。   The Stirling refrigerator 100 of the third embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the heater 6, the regenerator 7, and the cooler 8. Specifically, the heater 6, the regenerator 7, and the cooler 8 are each formed of a plurality of pipes P through which a working fluid flows. Further, the heater 6 and the cooler 8 are arranged at the cut portions of the casing 1 so that the outer surfaces of the plurality of pipes P can directly contact the outside air to increase the surface area contributing to heat exchange. Is configured.

このような第3実施形態のスターリング冷凍機100であれば、加熱器6、及び、冷却器8において作動流体と外部の空気との間における熱交換量をさらに増加させ、冷凍効率を向上させることができる。   In the Stirling refrigerator 100 of the third embodiment, the amount of heat exchange between the working fluid and the external air in the heater 6 and the cooler 8 is further increased, and the refrigeration efficiency is improved. Can be.

また、加熱器6、再生器7、冷却器8がそれぞれ円筒状のパイプPで形成されており、軸方向AXに一列にならんで配置されているので、組み立て性をよくすることができる。   In addition, since the heater 6, the regenerator 7, and the cooler 8 are each formed of a cylindrical pipe P, and are arranged in a line in the axial direction AX, the assemblability can be improved.

次に第3実施形態の変形例について図4を参照しながら説明する。なお、図4においては縦断面図だけでなくB−B線断面図も併せて記載している。   Next, a modification of the third embodiment will be described with reference to FIG. Note that FIG. 4 shows not only a longitudinal sectional view but also a sectional view taken along line BB.

図4に示すように、加熱器6、及び、冷却器8のみを複数のパイプPで形成し、再生器7についてはパイプPで形成していないものであっても構わない。このようなものであっても作動流体と空気との熱交換できる表面積を大きくし、熱交換効率を高めることができる。   As shown in FIG. 4, only the heater 6 and the cooler 8 may be formed by a plurality of pipes P, and the regenerator 7 may not be formed by the pipes P. Even in such a case, it is possible to increase the surface area where the heat exchange between the working fluid and the air can be performed, thereby improving the heat exchange efficiency.

次に第4実施形態のスターリング冷凍機100について図5を参照しながら説明する。なお、なお、第1及び第3実施形態において説明した部材に対応する部材には同じ符号を付すこととする。加えて図5においては縦断面図だけでなくC−C線断面図も併せて記載している。   Next, a Stirling refrigerator 100 of a fourth embodiment will be described with reference to FIG. Note that members corresponding to those described in the first and third embodiments are denoted by the same reference numerals. In addition, FIG. 5 shows not only a longitudinal sectional view but also a sectional view taken along line CC.

第4実施形態のスターリング冷凍機100では、複数のパイプPで形成された加熱器6、及び、冷却器8において、各パイプPの外表面に円環状のフィンFが複数設けられている。   In the Stirling refrigerator 100 of the fourth embodiment, a plurality of annular fins F are provided on the outer surface of each pipe P in the heater 6 and the cooler 8 formed by the plurality of pipes P.

このようにして、第4実施形態の加熱器6及び冷却器8ではさらに熱交換に寄与する表面積を大きくして、熱交換効率を高めることができる。   Thus, in the heater 6 and the cooler 8 of the fourth embodiment, the surface area contributing to the heat exchange can be further increased, and the heat exchange efficiency can be increased.

次に本発明の第5実施形態に係る冷蔵庫200について図6を参照しながら説明する。なお、第5実施形態の冷蔵庫200では、第1実施形態から第4実施形態において説明したスターリング冷凍機100のいずれかが用いられる。   Next, a refrigerator 200 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the refrigerator 200 of the fifth embodiment, any one of the Stirling refrigerators 100 described in the first to fourth embodiments is used.

図6に示すように、この冷蔵庫200は、所定の温度に保たれる冷蔵室、冷蔵室よりも低い温度に保たれる冷凍室、スターリング冷凍機100等の各種機器が収容される機械室と、を備えている。機械室と冷蔵室及び冷凍室との間には図示しないダクトが設けられており、機械室にあるスターリング冷凍機100で冷却された空気がダクトを介して冷蔵室又は冷凍室の一方に供給できるように構成されている。すなわち、この冷蔵庫200は空気を直接冷却する直冷式の冷蔵庫200である。   As shown in FIG. 6, the refrigerator 200 includes a refrigerator room maintained at a predetermined temperature, a freezer room maintained at a lower temperature than the refrigerator room, and a machine room accommodating various devices such as the Stirling refrigerator 100. , Is provided. A duct (not shown) is provided between the machine room, the refrigerator room, and the freezer room, and air cooled by the Stirling refrigerator 100 in the machine room can be supplied to one of the refrigerator room or the freezer room through the duct. It is configured as follows. That is, the refrigerator 200 is a direct cooling refrigerator 200 that directly cools air.

また、第5実施形態ではスターリング冷凍機100のモータ2の回転数を司る制御部COMを更に備えており、冷蔵室の冷却時と、冷凍室の冷却時とでモータ2の回転数を異ならせるように構成されている。すなわち、冷蔵室の冷却時よりも冷凍室の冷却時においてはモータ2の回転数を大きくして空気の冷却量を大きくし、冷凍室の温度がより低下するよう構成されている。具体的に制御部COMは例えばCPU,メモリ、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、各種入出力機器を備えたコンピュータによってその機能が実現されるものである。すなわち、メモリに格納されている冷蔵庫用プログラムが実行されて、各種機器が協業することにより制御部COMとしての機能が実現される。   In the fifth embodiment, a control unit COM for controlling the number of rotations of the motor 2 of the Stirling refrigerator 100 is further provided, and the number of rotations of the motor 2 is made different between when the refrigerator is cooled and when the freezer is cooled. It is configured as follows. That is, when the freezer compartment is cooled more than when the refrigerator compartment is cooled, the rotation speed of the motor 2 is increased to increase the cooling amount of air, and the temperature of the freezer compartment is further reduced. Specifically, the function of the control unit COM is realized by, for example, a computer including a CPU, a memory, an A / D converter, a D / A converter, and various input / output devices. That is, the refrigerator program stored in the memory is executed, and a function as the control unit COM is realized by cooperation of various devices.

このようなスターリング冷凍機100を備えた冷蔵庫200であれば、蒸発式の冷凍サイクルを備えた冷蔵庫200と比較して同等の冷却能力を実現しながら省エネを実現することが可能となる。また、環境負荷の高い冷媒や、可燃性の冷媒の使用を避けられるので、環境負荷や温暖化対策にも効果を発揮し得る。   With the refrigerator 200 including such a Stirling refrigerator 100, it is possible to achieve energy saving while achieving the same cooling capacity as compared with the refrigerator 200 including the evaporative refrigeration cycle. Further, since it is possible to avoid the use of a refrigerant having a high environmental load or a flammable refrigerant, it is possible to exert an effect on environmental load and measures against global warming.

次に第5実施形態の変形例について図7乃至図9を参照しながら説明する。   Next, a modification of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.

図7で示す変形例の冷蔵庫200では、スターリング冷凍機100のモータ2の回転数を冷蔵室の冷却時と冷凍室の冷却時において変更せず一定の回転数で動作させるとともに、ダクトDの切替によって各室内の温度を制御するように構成されている。   In the refrigerator 200 of the modification shown in FIG. 7, the rotation speed of the motor 2 of the Stirling refrigerator 100 is not changed between the time of cooling the refrigerator compartment and the time of cooling the freezer room, and the motor 2 is operated at a constant speed and the duct D is switched Is configured to control the temperature in each room.

具体的には、ダクトDはスターリング冷凍機100において外周にフィンFが形成された多数のパイプPで構成された冷却器8を空気流が通過するように構成されている。すなわち、ダクトDは、冷却器8とダクト切替装置DSとの間を接続する冷気吐出流路D1と、ダクト切替装置DSと冷蔵室との間を接続し、冷蔵室に対して冷気を供給する第1冷気供給流路D2と、冷蔵室と冷却器8との間を接続し、冷蔵室から冷却器8の吸入側へ冷蔵室内の空気を戻す第1戻し流路D3と、ダクト切替装置DSと冷凍室との間を接続し、冷凍室に対して冷気を供給する第2冷気供給流路D4と、冷凍室と冷却器8との間を接続し、冷凍室から冷却器8の吸入側に冷凍室の空気を戻す第2戻し流路と、を備えている。   Specifically, the duct D is configured such that the airflow passes through a cooler 8 composed of a number of pipes P having fins F formed on the outer periphery in the Stirling refrigerator 100. That is, the duct D connects the cool air discharge passage D1 connecting the cooler 8 and the duct switching device DS, and connects the duct switching device DS and the refrigerating room, and supplies cool air to the refrigerating room. A first cool air supply passage D2, a connection between the refrigerator compartment and the cooler 8, a first return passage D3 for returning air in the refrigerator compartment from the refrigerator compartment to the suction side of the cooler 8, and a duct switching device DS A second cool air supply passage D4 for supplying cool air to the freezing room, and a freezing room and a cooler 8 connected between the freezing room and the cooler 8; And a second return flow path for returning the air in the freezer to the second return passage.

ダクト切替装置DSは、冷却器8、冷気吐出流路D1、第1冷気供給流路D2、冷蔵室、第1戻し流路D3、冷却器8の順番で空気流を循環させる第1循環路と、冷却器8、冷気吐出流路D1、第2冷気供給流路D4、冷凍室、第2戻し流路D5、冷却器8の順番で空気流を循環させる第2循環路のいずれかに空気流を流す、もしくは、いずれにも空気を流さないように流路を切り替えるものである。   The duct switching device DS includes a cooler 8, a cool air discharge flow path D1, a first cool air supply flow path D2, a refrigerator, a first return flow path D3, and a first circulation path for circulating an air flow in the order of the cooler 8. , The cooler 8, the cool air discharge flow path D 1, the second cool air supply flow path D 4, the freezing compartment, the second return flow path D 5, and the cooler 8. Or the flow path is switched so that air does not flow through any of them.

ダクト切替装置DSの動作は例えば冷蔵室又は冷凍室内の温度によってその切替タイミングが制御される。すなわち、ダクト切替装置DSはまず第1循環路に空気を循環させて、冷蔵室内が第1所定低温度となったら第2循環路に空気が循環するように切り替え、冷凍室の冷却を開始する。冷凍室の温度が第2所定低温度となったらダクト切替装置DSは冷蔵室及び冷凍室のいずれにも空気が循環しないように空気の循環を休止させる。そして、冷凍室内の温度が所定高温度となった場合には、再び前述舌動作を繰り返す。   The switching timing of the operation of the duct switching device DS is controlled by, for example, the temperature in the refrigerator compartment or the freezer compartment. That is, the duct switching device DS first circulates air in the first circulation path, and when the inside of the refrigerator reaches the first predetermined low temperature, switches so that air circulates in the second circulation path, and starts cooling the freezing room. . When the temperature of the freezing room becomes the second predetermined low temperature, the duct switching device DS suspends the circulation of the air so that the air does not circulate in either the refrigerator room or the freezing room. Then, when the temperature in the freezer compartment reaches a predetermined high temperature, the tongue operation is repeated again.

このようなものであっても、スターリング冷凍装置100によって、冷蔵室及び冷凍室を所定の温度域に保ち続けることができる。   Even in such a case, the Stirling refrigerating apparatus 100 can keep the refrigerator compartment and the freezer compartment in a predetermined temperature range.

図8に示す変形例の冷蔵庫200では、ブラインを利用して冷蔵室及び冷凍室の冷却を行えるように構成されている。具体的には、この冷蔵庫200はブラインがスターリング冷凍機100の冷却器8と、冷蔵室又は冷凍室に設けられた冷蔵室内熱交換器94又は冷凍室内熱交換器95との間を循環するように構成されたブライン回路9を備えている。すなわち、この変形例の冷蔵庫200はブラインで庫内の空気を冷却する二次冷却式の冷蔵庫200である。   The refrigerator 200 of the modification shown in FIG. 8 is configured to be able to cool the refrigerator compartment and the freezer compartment using brine. Specifically, the refrigerator 200 is configured such that the brine circulates between the cooler 8 of the Stirling refrigerator 100 and the heat exchanger 94 or the heat exchanger 95 provided in the refrigerator or freezer. Is provided. That is, the refrigerator 200 of this modified example is a secondary cooling type refrigerator 200 that cools the air in the refrigerator with brine.

ブライン回路9は、スターリング冷凍機100の冷却器8とブラインとの間で熱交換を行うブライン熱交換器91と、ブライン回路9内においてブラインを循環させるブラインポンプ92と、冷蔵室内熱交換器94、冷凍室内熱交換器95のいずれかにブラインが流通するように切り替える切換弁93と、を備えている。ブライン熱交換器は、扁平管で構成されており、スターリング冷凍機100の冷却器8の外周に巻かれている。   The brine circuit 9 includes a brine heat exchanger 91 that performs heat exchange between the cooler 8 of the Stirling refrigerator 100 and the brine, a brine pump 92 that circulates the brine in the brine circuit 9, and a refrigerator indoor heat exchanger 94. And a switching valve 93 for switching the brine so as to flow to any of the freezer indoor heat exchangers 95. The brine heat exchanger is formed of a flat tube, and is wound around the outer periphery of the cooler 8 of the Stirling refrigerator 100.

このようなものであれば、スターリング冷凍機100については一定回転数で動作させながら、ポンプ92の吐出量や切換弁93を制御することによって、冷蔵室及び冷凍室をそれぞれ異なる温度に保ち続ける事が可能となる。   In such a case, by controlling the discharge amount of the pump 92 and the switching valve 93 while operating the Stirling refrigerator 100 at a constant rotation speed, it is possible to keep the refrigerator compartment and the freezer compartment at different temperatures. Becomes possible.

図9に示す変形例の冷蔵庫200では、ブラインを流通させるポンプ92をブライン回路9が備えておらず、サーマルサイフォンにより、ブラインを循環させるように構成されている。   In the refrigerator 200 of the modified example shown in FIG. 9, the brine circuit 9 is not provided with the pump 92 for flowing the brine, and the brine is circulated by the thermal siphon.

具体的には図9に示すように機械室が冷蔵室及び冷凍室よりも上方に配置されており、上方にあるスターリング冷凍機100において冷却されて液化して重くなったブラインが下方にある冷蔵室内熱交換器94又は冷凍室内熱交換器95へと流入する。冷蔵室内熱交換器94又は冷凍室内熱交換器95において庫内の空気とブラインとの熱交換が生じ、ブラインが気化する。一方、上方にあるブライン熱交換器91では、気化されたブラインがスターリング冷凍機100により冷却されて液化するため、ブライン熱交換器91内では圧力低下が生じる。この圧力低下により冷蔵室内熱交換器94又は冷凍室内熱交換器95で気化したブラインが上方にあるブライン熱交換器91へと吸引される。このようにしてブライン回路9において下部に存在する気化したブラインが上部へ流れ込み、ブラインがブライン熱交換器91へ戻るように構成されている。   Specifically, as shown in FIG. 9, the machine room is disposed above the refrigerator room and the freezing room, and brine cooled and liquefied by the Stirling refrigerator 100 located above and becoming heavier is located below the refrigerator. It flows into the indoor heat exchanger 94 or the freezing indoor heat exchanger 95. In the refrigerator compartment heat exchanger 94 or the freezer compartment heat exchanger 95, heat exchange occurs between the air in the refrigerator and the brine, and the brine is vaporized. On the other hand, in the brine heat exchanger 91 located above, the vaporized brine is cooled and liquefied by the Stirling refrigerator 100, so that a pressure drop occurs in the brine heat exchanger 91. Due to this pressure drop, the brine vaporized in the refrigerator indoor heat exchanger 94 or the freezer indoor heat exchanger 95 is sucked into the brine heat exchanger 91 located above. Thus, in the brine circuit 9, the vaporized brine present at the lower portion flows into the upper portion, and the brine returns to the brine heat exchanger 91.

このようなものであれば、ブラインを流通させるためのポンプ92が必要ないので、その分省電力を実現できる。また、切換弁93の制御によって冷蔵室又は冷凍室にブラインが供給される時間長を変化させることで、それぞれ異なる温度で保つことができる。   In such a case, since the pump 92 for flowing the brine is not required, power saving can be realized accordingly. Further, by changing the length of time during which the brine is supplied to the refrigerating compartment or the freezing compartment by controlling the switching valve 93, it is possible to maintain different temperatures.

その他の実施形態について説明する。   Other embodiments will be described.

各実施形態で説明したスターリング冷凍機は主に冷蔵庫に用いる場合について説明したがその他の用途に用いても構わない。例えばカーエアコンやその他の空気調和装置として本発明に係るスターリング冷凍機を用いても構わない。   The Stirling refrigerator described in each embodiment has been described mainly for the case where it is used for a refrigerator, but may be used for other purposes. For example, the Stirling refrigerator according to the present invention may be used as a car air conditioner or another air conditioner.

また、スターリング冷凍機を冷却用途だけで用いるのではなく、加熱器により空気やブラインを加熱するヒートポンプとして用いても構わない。   Further, the Stirling refrigerator may be used not only for cooling but also as a heat pump for heating air or brine by a heater.

各実施形態に示した圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組数は4組であったがさらに多数の圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組を設けて1つのスターリング冷凍機としての冷却量をさらに大きくしても構わない。用途や目的に応じて適宜組数を設定すればよい。例えば周方向に45°ずつ圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組を並べて配置し、ケーシング内に8組の圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダが配置されるようにしてもよい。逆に圧縮用シリンダ及び膨張用シリンダの組数を減らして、1組、2組、又は、3組にしても構わない。   Although the number of sets of compression cylinders and expansion cylinders shown in each embodiment is four, more sets of compression cylinders and expansion cylinders are provided to further increase the cooling amount as one Stirling refrigerator. It does not matter. The number of sets may be set as appropriate according to the purpose or purpose. For example, a set of compression cylinders and expansion cylinders may be arranged side by side at 45 ° in the circumferential direction, and eight sets of compression cylinders and expansion cylinders may be arranged in the casing. Conversely, the number of compression cylinders and expansion cylinders may be reduced to one, two, or three.

加熱器、再生器、冷却器の構成についても各実施形態に示した構成に限られない。従来知られているその他の構成であっても構わない。   The configurations of the heater, the regenerator, and the cooler are not limited to the configurations described in each embodiment. Other known configurations may be used.

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて各実施形態の一部を変形したり、各実施形態の一部又は全部をそれぞれ組み合わせたりしても構わない。   In addition, a part of each embodiment may be modified, or a part or all of each embodiment may be combined, as long as it does not contradict the spirit of the present invention.

200・・・冷蔵庫
100・・・スターリング冷凍機
1 ・・・ケーシング
2 ・・・モータ
3 ・・・斜板軸
41 ・・・圧縮用シリンダ
42 ・・・圧縮用ピストン
43 ・・・圧縮用斜板
51 ・・・膨張用シリンダ
52 ・・・膨張用ピストン
53 ・・・膨張用斜板
6 ・・・加熱器
7 ・・・再生器
8 ・・・冷却器
9 ・・・ブライン回路
91 ・・・ブライン熱交換器
92 ・・・ポンプ
93 ・・・切換弁
94 ・・・冷蔵庫内熱交換器
95 ・・・冷凍庫内熱交換器
COM・・・制御部
P ・・・パイプ
F ・・・フィン
AX ・・・軸方向
200 refrigerator 100 Stirling refrigerator 1 casing 2 motor 3 swash plate shaft 41 compression cylinder 42 compression piston 43 compression oblique Plate 51 ... Expansion cylinder 52 ... Expansion piston 53 ... Expansion swash plate 6 ... Heater 7 ... Regenerator 8 ... Cooler 9 ... Brine circuit 91 ... Brine heat exchanger 92 Pump 93 Switching valve 94 Heat exchanger 95 inside refrigerator 95 Heat exchanger COM inside freezer Control unit P Pipe F Pipe fin AX ... axial direction

Claims (13)

モータに接続され、所定の軸方向に延びる斜板軸と、
前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた圧縮用斜板と、
前記圧縮用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた圧縮用ピストンと、
前記圧縮用ピストンによって作動流体が圧縮される圧縮用シリンダと、
前記斜板軸に対して斜めに取り付けられた膨張用斜板と、
前記膨張用斜板の回転によって、前記軸方向に往復運動するように設けられた膨張用ピストンと、
前記圧縮用シリンダと前記軸方向に並んで配置され、前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体を膨張させる膨張用シリンダと、を備え、
前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板とが、所定の位相差をつけて前記斜板軸に設けたことを特徴とするスターリング冷凍機。
A swash plate shaft connected to the motor and extending in a predetermined axial direction;
A compression swash plate attached obliquely to the swash plate axis,
By the rotation of the compression swash plate, a compression piston provided to reciprocate in the axial direction,
A compression cylinder in which a working fluid is compressed by the compression piston;
An expansion swash plate obliquely attached to the swash plate axis,
By the rotation of the expansion swash plate, an expansion piston provided to reciprocate in the axial direction,
An expansion cylinder, which is arranged side by side in the axial direction with the compression cylinder and expands the working fluid compressed by the compression cylinder,
A Stirling refrigerator wherein the swash plate for compression and the swash plate for expansion are provided on the swash plate shaft with a predetermined phase difference.
前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差が80°以上100°以下に設定されている請求項1記載のスターリング冷凍機。   2. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein a phase difference between the compression swash plate and the expansion swash plate is set to 80 ° or more and 100 ° or less. 前記圧縮用斜板と前記膨張用斜板の位相差がほぼ90°である請求項1記載のスターリング冷凍機。   The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein a phase difference between the compression swash plate and the expansion swash plate is approximately 90 °. 前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、
前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、
前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、
前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダの間に、前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が前記軸方向に並んで配置された請求項1乃至3いずれかに記載のスターリング冷凍機。
A heater in which the working fluid compressed by the compression cylinder radiates heat to the outside,
A cooler in which the working fluid expanded by the expansion cylinder absorbs heat from the outside,
A regenerator that stores heat of the working fluid that has passed through the heater, and raises the temperature with the heat that has stored the working fluid that has passed through the cooler,
The Stirling refrigerator according to any one of claims 1 to 3, wherein the heater, the regenerator, and the cooler are arranged in the axial direction between the compression cylinder and the expansion cylinder.
前記圧縮用シリンダで圧縮された作動流体が外部へ放熱する加熱器と、
前記膨張用シリンダで膨張した作動流体が外部から吸熱する冷却器と、
前記加熱器を通過した作動流体の熱を蓄熱し、前記冷却器を通過した作動流体を蓄熱した熱で昇温する再生器と、を備え、
前記圧縮用シリンダ及び前記膨張用シリンダに対して、前記斜板軸の半径方向にずらして前記加熱器、前記再生器、前記冷却器が配置された請求項1乃至3いずれかに記載のスターリング冷凍機。
A heater in which the working fluid compressed by the compression cylinder radiates heat to the outside,
A cooler in which the working fluid expanded by the expansion cylinder absorbs heat from the outside,
A regenerator that stores heat of the working fluid that has passed through the heater, and raises the temperature with the heat that has stored the working fluid that has passed through the cooler,
The Stirling refrigerating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the heater, the regenerator, and the cooler are arranged in a radial direction of the swash plate axis with respect to the compression cylinder and the expansion cylinder. Machine.
前記冷却器、及び、前記冷却器が、それぞれ内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されている請求項4又は5いずれかに記載のスターリング冷凍機。   The Stirling refrigerator according to claim 4 or 5, wherein the cooler and the cooler each include a plurality of pipes through which a working fluid flows. 前記再生器が、内部に作動流体が流通する複数のパイプで構成されている請求項6記載のスターリング冷凍機。   The Stirling refrigerator according to claim 6, wherein the regenerator includes a plurality of pipes through which a working fluid flows. 前記パイプの該表面にフィンを設けた請求項6記載のスターリング冷凍機。   The Stirling refrigerator according to claim 6, wherein a fin is provided on the surface of the pipe. 請求項1乃至8いずれかに記載のスターリング冷凍機と、
冷蔵室と、
冷凍室と、
前記冷蔵室の冷却時と前記冷凍室の冷却時とで、前記モータの回転数を異ならせる回転数制御を行う制御部と、を備えた冷蔵庫。
A Stirling refrigerator according to any one of claims 1 to 8,
Refrigerator room,
Freezer compartment,
A refrigerator comprising: a control unit that performs rotation speed control that varies the rotation speed of the motor between when the refrigerator compartment is cooled and when the freezer compartment is cooled.
請求項1乃至8いずれかに記載のスターリング冷凍機と、
冷蔵室と、
冷凍室と、
前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室及び前記冷凍室との間を接続するダクトと、
前記ダクトを介して前記冷蔵室又は前記冷凍室のいずれかに前記冷却器を通過した空気が供給されるように流路を切り替えるダクト切替装置と、を備えた冷蔵庫。
A Stirling refrigerator according to any one of claims 1 to 8,
Refrigerator room,
Freezer compartment,
The cooler of the Stirling refrigerator, and a duct connecting between the refrigerator compartment and the freezer compartment,
A duct switching device that switches a flow path so that air that has passed through the cooler is supplied to either the refrigerator compartment or the freezer compartment via the duct.
請求項1乃至8いずれかに記載のスターリング冷凍機と、
冷蔵室と、
冷凍室と、
前記スターリング冷凍機の前記冷却器と、前記冷蔵室内の空気又は前記冷凍室内の空気との間でブラインを介して熱交換するブライン回路と、を備えた冷蔵庫。
A Stirling refrigerator according to any one of claims 1 to 8,
Refrigerator room,
Freezer compartment,
A refrigerator comprising: the cooler of the Stirling refrigerator; and a brine circuit that exchanges heat between the air in the refrigerator compartment or the air in the refrigerator compartment via brine.
前記ブライン回路が、ブラインを循環させるブラインポンプを備えた請求項11記載の冷蔵庫。   The refrigerator according to claim 11, wherein the brine circuit includes a brine pump that circulates brine. 前記スターリング冷凍機が前記冷蔵室及び前記冷凍室よりも上方に配置されており、
ブラインがサーマルサイフォンにより前記ブライン回路を循環するように構成されている請求項11記載の冷蔵庫。
The Stirling refrigerator is disposed above the refrigerator compartment and the freezer compartment,
The refrigerator of claim 11, wherein the brine is configured to circulate through the brine circuit by a thermal siphon.
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