JP2933391B2 - 一体型スターリングクリオクーラ用のピストンシリンダ装置 - Google Patents
一体型スターリングクリオクーラ用のピストンシリンダ装置Info
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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
- 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
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Description
【０００１】
本発明は流体機械に関し、更に詳細には、スターリン
グクリオクーラに関する。
グクリオクーラに関する。
【０００２】
良く知られているように、スターリングサイクル低温
用冷蔵庫すなわちクリオクーラは、加圧された冷却ガス
で満たされた動作容積（working volume）に周期的に
容積の変化を与えるためにモータで駆動される圧縮機を
使用する。加圧された冷却ガスは動作容積からコールド
ヘッドと呼ばれる密封されたシリンダの一端に供給され
る。環状の熱交換器すなわち再生器はコールドヘッドの
内側の配置される。再生器はいずれの端部にも開口を有
していて冷却ガスが出入りできるようにしている。
用冷蔵庫すなわちクリオクーラは、加圧された冷却ガス
で満たされた動作容積（working volume）に周期的に
容積の変化を与えるためにモータで駆動される圧縮機を
使用する。加圧された冷却ガスは動作容積からコールド
ヘッドと呼ばれる密封されたシリンダの一端に供給され
る。環状の熱交換器すなわち再生器はコールドヘッドの
内側の配置される。再生器はいずれの端部にも開口を有
していて冷却ガスが出入りできるようにしている。
【０００３】 圧縮機及び膨張器は一定の関係で往復動作して動作空
間に容積の変化をもたらしかつ冷却ガスを再生器を通し
て交互の方向に流す。再生器の一端は動作中は周囲温度
より高く、一方他端は低温になっている。ガスは低温で
膨張器内に入りかつガスが膨張すると熱を、好ましくは
一定の温度で吸収する。冷却されるべき装置はコールド
ヘッドの冷却端上で膨張空間に隣接して設けられる。
間に容積の変化をもたらしかつ冷却ガスを再生器を通し
て交互の方向に流す。再生器の一端は動作中は周囲温度
より高く、一方他端は低温になっている。ガスは低温で
膨張器内に入りかつガスが膨張すると熱を、好ましくは
一定の温度で吸収する。冷却されるべき装置はコールド
ヘッドの冷却端上で膨張空間に隣接して設けられる。
【０００４】 コールドヘッドは密封されているので、膨張スペース
の容積は膨張器が往復動作すると変化する。スターリン
グクリオクーラの効率は膨張器の動作を適当に調時する
ことによって最適にされる。取に、膨張器の動作は、膨
張空間の容積の変化がほぼ90゜だけ圧縮空間の容積の変
化を導くように、されるべきである。これにより、動作
容積の圧力及び温度は冷却ガスが動作容積から再生器に
入る前にピークとなる。
の容積は膨張器が往復動作すると変化する。スターリン
グクリオクーラの効率は膨張器の動作を適当に調時する
ことによって最適にされる。取に、膨張器の動作は、膨
張空間の容積の変化がほぼ90゜だけ圧縮空間の容積の変
化を導くように、されるべきである。これにより、動作
容積の圧力及び温度は冷却ガスが動作容積から再生器に
入る前にピークとなる。
【０００５】 スターリングクリオクーラの二つの最も一般的に形状
は「分割（sprit）」及び「一体（integral）」として
言及される。分割スターリング型は膨張器から機械的に
分離された圧縮機を有している。周期的に変化する圧縮
されたガスはガス輸送ラインを通して圧縮機と膨張器と
の間に供給される。多くの分割スターリングクリオクー
ラにおいて、膨張器の動作の適切な調時は精密な摩擦シ
ールを使用することによって達成される。
は「分割（sprit）」及び「一体（integral）」として
言及される。分割スターリング型は膨張器から機械的に
分離された圧縮機を有している。周期的に変化する圧縮
されたガスはガス輸送ラインを通して圧縮機と膨張器と
の間に供給される。多くの分割スターリングクリオクー
ラにおいて、膨張器の動作の適切な調時は精密な摩擦シ
ールを使用することによって達成される。
【０００６】 一体のスターリングクリオクーラにおいて、圧縮機、
熱交換器、再生器及びコールドヘッドは共通のハウジン
グ内に組み込まれる。典型的な装置は可動部品を駆動す
るのに電気モータを使用している。クランクケース内に
配置されたクランク軸は、内燃機関が部品の運動を適当
に調時するためにクランク軸を使用するように、圧縮機
及び膨張器の動作を適当に調時するために使用される。
このように、典型的な一体のクリオクーラはクランク軸
を支持するために幾つかの軸受けを必要とする。もし圧
縮機及び膨張器をクランク軸を接続するために連接棒が
使用されると、別の軸受けが必要である。この装置の一
つの問題はこれらの軸受けに潤滑が必要であることであ
る。不幸にも、潤滑剤は冷凍されかつその結果再生器を
冷凍しかつふさぐのが阻止されなければならない。多く
の異なる密封装置が使用されきた。あるスターリング装
置は、潤滑剤が再生器に達するのを阻止するために油圧
成形されたベローと共に摩耗型に接触シールを使用す
る。しかしながら、これらの装置は摩耗粒子を発生し、
この結果動作寿命が限られる。
熱交換器、再生器及びコールドヘッドは共通のハウジン
グ内に組み込まれる。典型的な装置は可動部品を駆動す
るのに電気モータを使用している。クランクケース内に
配置されたクランク軸は、内燃機関が部品の運動を適当
に調時するためにクランク軸を使用するように、圧縮機
及び膨張器の動作を適当に調時するために使用される。
このように、典型的な一体のクリオクーラはクランク軸
を支持するために幾つかの軸受けを必要とする。もし圧
縮機及び膨張器をクランク軸を接続するために連接棒が
使用されると、別の軸受けが必要である。この装置の一
つの問題はこれらの軸受けに潤滑が必要であることであ
る。不幸にも、潤滑剤は冷凍されかつその結果再生器を
冷凍しかつふさぐのが阻止されなければならない。多く
の異なる密封装置が使用されきた。あるスターリング装
置は、潤滑剤が再生器に達するのを阻止するために油圧
成形されたベローと共に摩耗型に接触シールを使用す
る。しかしながら、これらの装置は摩耗粒子を発生し、
この結果動作寿命が限られる。
【０００７】 クランクケース内の冷却ガスを含む油が再生器内の油
のない冷却ガスに達するのを阻止する一つの方法は、ベ
ローシールを使用することである。ベローシールはこの
用途に特に適していることが分かった。ベローの形状は
積層され又は軸方向に隔てられた型でありかつ過度の重
さ及び長さの要件を有している。
のない冷却ガスに達するのを阻止する一つの方法は、ベ
ローシールを使用することである。ベローシールはこの
用途に特に適していることが分かった。ベローの形状は
積層され又は軸方向に隔てられた型でありかつ過度の重
さ及び長さの要件を有している。
【０００８】
本発明の目的は、スターリングサイクル装置における
ピストン、シリンダ及びベロー組立体の高さを減少する
ことである。 本発明の他の目的は、スターリングサイクル装置にお
けるピストンの重量を減少することである。
ピストン、シリンダ及びベロー組立体の高さを減少する
ことである。 本発明の他の目的は、スターリングサイクル装置にお
けるピストンの重量を減少することである。
【０００９】 本発明の更に他の目的は、案内面とピストンの上部と
の間の距離を減少しかつそれによって傾斜のためのモー
メントアームを減少することである。
の間の距離を減少しかつそれによって傾斜のためのモー
メントアームを減少することである。
【００１０】
本願の一つの発明による流体機械は、ほぼ円筒状のピ
ストン穴が形成されかつ前記ピストン穴と同軸の案内穴
を有するハウジング手段であって、前記案内穴が前記ピ
ストン穴内に伸びている環状のカラーによって限定され
かつ前記ピストン穴と協働して前記カラーと共に軸方向
に展開可能な環状のスペースを限定する部分を備えるハ
ウジング手段と、前記ピストン穴内に往復動作可能に配
置された環状の円筒状部分及び一体のガイドロッドを有
するピストン手段であって、前記ガイドロッドが前記案
内穴内に往復動作可能に配置されかつ前記案内穴と案内
関係で協働しかつ前記ピストン手段を往復動作させる駆
動手段に連動されたピストン手段と、前記環状のカラー
を囲む前記環状のスペース内に少なくとも部分的に配置
されかつ前記ハウジング手段に固定されかつ密封された
第１の端部及び前記円筒状部分に固定されかつ密封され
た第２の端部を有するベロー組立体であって、前記ベロ
ー組立体が前記ピストン手段の往復運動により膨張、収
縮しかつ前記環状のカラーに関して伸縮自在に動くベロ
ー組立体と、を備え、前記ピストン手段の前記環状の円
筒状部分は、通常の動作中円筒状部分と前記ピストン穴
との間で接触が起こらないように、前記ピストン穴と共
に間隙を有して構成されている。 本願の他の発明は、膨張手段及び圧縮手段を有するハ
ウジング手段を備えるスターリングサイクルクリオクー
ラであって、前記膨張手段及び圧縮手段の各々が、
（イ）ほぼ円筒状のピストン穴及び前記ピストン穴と同
軸の案内穴と、（ロ）前記案内穴が前記ピストン穴内に
伸びている環状のカラーによって限定されかつ前記ピス
トン穴と協働して前記カラーと共に軸方向に同一広がり
を有する環状の隙間を限定する部分を備えることと、
（ハ）前記ピストン穴内に往復動作可能に配置された環
状の円筒状部分及び一体のガイドロッドを有するピスト
ン手段であって、前記ガイドロッドが前記案内穴内に往
復動作可能に配置されかつ前記案内穴と案内関係で協働
しかつ前記ピストン手段を往復動作させる駆動手段に連
動されたピストン手段と、（ニ）前記ピストン手段の前
記環状の円筒状部分は、通常の動作中円筒状部分と前記
ピストン穴との間で接触が起こらないように、前記ピス
トン穴と共に間隙を有することと、（ホ）前記環状のカ
ラーを囲む前記環状のスペース内に少なくとも部分的に
配置されかつ前記ハウジング手段に固定されかつ密封さ
れた第１の端部及び前記かつ円筒状部分に固定されかつ
密封された第２の端部を有するベロー組立体であって、
前記ベロー組立体が前記ピストン手段の往復運動により
膨張、収縮しかつ前記環状のカラーに関して伸縮自在に
動くベロー組立体と、を備てて構成されている。
ストン穴が形成されかつ前記ピストン穴と同軸の案内穴
を有するハウジング手段であって、前記案内穴が前記ピ
ストン穴内に伸びている環状のカラーによって限定され
かつ前記ピストン穴と協働して前記カラーと共に軸方向
に展開可能な環状のスペースを限定する部分を備えるハ
ウジング手段と、前記ピストン穴内に往復動作可能に配
置された環状の円筒状部分及び一体のガイドロッドを有
するピストン手段であって、前記ガイドロッドが前記案
内穴内に往復動作可能に配置されかつ前記案内穴と案内
関係で協働しかつ前記ピストン手段を往復動作させる駆
動手段に連動されたピストン手段と、前記環状のカラー
を囲む前記環状のスペース内に少なくとも部分的に配置
されかつ前記ハウジング手段に固定されかつ密封された
第１の端部及び前記円筒状部分に固定されかつ密封され
た第２の端部を有するベロー組立体であって、前記ベロ
ー組立体が前記ピストン手段の往復運動により膨張、収
縮しかつ前記環状のカラーに関して伸縮自在に動くベロ
ー組立体と、を備え、前記ピストン手段の前記環状の円
筒状部分は、通常の動作中円筒状部分と前記ピストン穴
との間で接触が起こらないように、前記ピストン穴と共
に間隙を有して構成されている。 本願の他の発明は、膨張手段及び圧縮手段を有するハ
ウジング手段を備えるスターリングサイクルクリオクー
ラであって、前記膨張手段及び圧縮手段の各々が、
（イ）ほぼ円筒状のピストン穴及び前記ピストン穴と同
軸の案内穴と、（ロ）前記案内穴が前記ピストン穴内に
伸びている環状のカラーによって限定されかつ前記ピス
トン穴と協働して前記カラーと共に軸方向に同一広がり
を有する環状の隙間を限定する部分を備えることと、
（ハ）前記ピストン穴内に往復動作可能に配置された環
状の円筒状部分及び一体のガイドロッドを有するピスト
ン手段であって、前記ガイドロッドが前記案内穴内に往
復動作可能に配置されかつ前記案内穴と案内関係で協働
しかつ前記ピストン手段を往復動作させる駆動手段に連
動されたピストン手段と、（ニ）前記ピストン手段の前
記環状の円筒状部分は、通常の動作中円筒状部分と前記
ピストン穴との間で接触が起こらないように、前記ピス
トン穴と共に間隙を有することと、（ホ）前記環状のカ
ラーを囲む前記環状のスペース内に少なくとも部分的に
配置されかつ前記ハウジング手段に固定されかつ密封さ
れた第１の端部及び前記かつ円筒状部分に固定されかつ
密封された第２の端部を有するベロー組立体であって、
前記ベロー組立体が前記ピストン手段の往復運動により
膨張、収縮しかつ前記環状のカラーに関して伸縮自在に
動くベロー組立体と、を備てて構成されている。
【００１１】
本発明のスターリングサイクル装置のピストン構造
は、シール部分と案内部分とでつくられている。ピスト
ンリング又は同様のものがなく、かつシール部分は潤滑
及び摩耗による粒子の発生を無くす必要があるためシー
ル部分と穴との間で接触せずに非常に小さいクリアラン
スすなわち間隙を伴って穴内で移動する。間隙と共にシ
ール部分の長さがシール部分を横切る圧力降下を決定す
る。案内部分はベローシールによって油のない冷却剤か
ら分離されている。案内部分は穴と協働してピストンシ
ールの移動を案内する。ピストンが傾斜しシール部分が
穴と接触するのを阻止するために、案内部分を小さな間
隙を有する長い穴内に配置することが必要である。クリ
オクーラの効率の良い運転には極めて小さな厳しい寸法
公差が必要であるので、潤滑剤内に含まれる小さな汚物
でさえも可動部品に許容できない摩耗を引き起こし、こ
れにより動作寿命がかなり短くなる。
は、シール部分と案内部分とでつくられている。ピスト
ンリング又は同様のものがなく、かつシール部分は潤滑
及び摩耗による粒子の発生を無くす必要があるためシー
ル部分と穴との間で接触せずに非常に小さいクリアラン
スすなわち間隙を伴って穴内で移動する。間隙と共にシ
ール部分の長さがシール部分を横切る圧力降下を決定す
る。案内部分はベローシールによって油のない冷却剤か
ら分離されている。案内部分は穴と協働してピストンシ
ールの移動を案内する。ピストンが傾斜しシール部分が
穴と接触するのを阻止するために、案内部分を小さな間
隙を有する長い穴内に配置することが必要である。クリ
オクーラの効率の良い運転には極めて小さな厳しい寸法
公差が必要であるので、潤滑剤内に含まれる小さな汚物
でさえも可動部品に許容できない摩耗を引き起こし、こ
れにより動作寿命がかなり短くなる。
【００１２】 通常のスターリングサイクル装置の通常のピストン、
シリンダ及びベローの積層された或いは軸方向に隔てら
れた分布は伸縮自在な装置によって代えられる。特にシ
リンダの案内部分は少なくとも部分的にベロー内に配置
されかつそのベローと軸方向と同一広がりを有し、それ
によってピストン、シリンダ及びベロー組立体の高さ及
び長さを減少する。 基本的に、シリンダの案内部分は軸方向に伸びる管状
の部分又はカラーとして形成される。ベローは囲みかつ
カラーと少なくとも部分的に軸方向に同一広がりを有
し、それによって相対移動は伸縮自在すなわち入り子式
動作は自然に行われる。
シリンダ及びベローの積層された或いは軸方向に隔てら
れた分布は伸縮自在な装置によって代えられる。特にシ
リンダの案内部分は少なくとも部分的にベロー内に配置
されかつそのベローと軸方向と同一広がりを有し、それ
によってピストン、シリンダ及びベロー組立体の高さ及
び長さを減少する。 基本的に、シリンダの案内部分は軸方向に伸びる管状
の部分又はカラーとして形成される。ベローは囲みかつ
カラーと少なくとも部分的に軸方向に同一広がりを有
し、それによって相対移動は伸縮自在すなわち入り子式
動作は自然に行われる。
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。 図１ないし図５において参照番号10はクランクケース
12を有するスターリングサイクルクリオクーラを示す。
クランクケース12は油溜め13を有しかつクランクケース
12内の部品を潤滑するために油を含んだヘリウムで満た
されている。モータ（図示せず）がクランクケース12内
に配置されかつクランク軸44を介して膨張器すなわちエ
キスダ31のピストン30及び圧縮機131のピストン130を駆
動する。特に図１において、ピストン30はベロー24によ
ってクランクケース12に関して密封され、同様に、ピス
トン130はベロー124によってクランクケース12に関して
密封されている。クランクケース及びベロー24はクラン
クケース12の内部から流体的に隔離されたチャンバ34を
限定する。同様に、クランクケース及びベロー124はク
ランクケース12の内部から流体的に隔離されたチャンバ
134を限定する。しかしながら、チャンバ34及び134は緩
衝チャンバ50を介して接続されている。緩衝チャンバ50
はダイヤフラム52によってチャンバ54から隔てられかつ
チャンバ54はクランクケース12の内部と流体的に連通し
ている。膨張器31及び圧縮機131はライン59、再生器60
及びライン61を介して接続されている。
る。 図１ないし図５において参照番号10はクランクケース
12を有するスターリングサイクルクリオクーラを示す。
クランクケース12は油溜め13を有しかつクランクケース
12内の部品を潤滑するために油を含んだヘリウムで満た
されている。モータ（図示せず）がクランクケース12内
に配置されかつクランク軸44を介して膨張器すなわちエ
キスダ31のピストン30及び圧縮機131のピストン130を駆
動する。特に図１において、ピストン30はベロー24によ
ってクランクケース12に関して密封され、同様に、ピス
トン130はベロー124によってクランクケース12に関して
密封されている。クランクケース及びベロー24はクラン
クケース12の内部から流体的に隔離されたチャンバ34を
限定する。同様に、クランクケース及びベロー124はク
ランクケース12の内部から流体的に隔離されたチャンバ
134を限定する。しかしながら、チャンバ34及び134は緩
衝チャンバ50を介して接続されている。緩衝チャンバ50
はダイヤフラム52によってチャンバ54から隔てられかつ
チャンバ54はクランクケース12の内部と流体的に連通し
ている。膨張器31及び圧縮機131はライン59、再生器60
及びライン61を介して接続されている。
【００１４】 膨張器31及び圧縮機131内と同様に運再生器60内及び
チャンバ34、50及び134内のガスは純粋のヘリウムであ
る。図１の装置の動作において、圧縮機131は膨張器31
よりもほぼ90゜先行して駆動される。ピストン130の吐
出ストロークにおいて、ヘリウムは膨張器31がその吸入
ストロークを開始する前にほぼ90゜の回転に対して再生
器60を通して圧縮機131から送られる。膨張器31が吸入
ストロークを始動すると、ヘリウムは膨張しかつそれに
よって冷却してコールドヘッド62に冷却効果を与える。
圧縮機131がその吸入ストロークを開始すると、ピスト
ン30はほぼ下死点にあり、その結果、膨張器31が吐出ス
トロークになると圧縮機131は再生器60を横切って圧力
差を発生させ、膨張器31から圧縮機131への再生器60を
通る逆流を引き起こす。ピストン30及び130が往復動作
すると、チャンバ34及び134は、圧力及び容積の変化を
伴うダイヤフラムポンプ及びチャンバ50である。
チャンバ34、50及び134内のガスは純粋のヘリウムであ
る。図１の装置の動作において、圧縮機131は膨張器31
よりもほぼ90゜先行して駆動される。ピストン130の吐
出ストロークにおいて、ヘリウムは膨張器31がその吸入
ストロークを開始する前にほぼ90゜の回転に対して再生
器60を通して圧縮機131から送られる。膨張器31が吸入
ストロークを始動すると、ヘリウムは膨張しかつそれに
よって冷却してコールドヘッド62に冷却効果を与える。
圧縮機131がその吸入ストロークを開始すると、ピスト
ン30はほぼ下死点にあり、その結果、膨張器31が吐出ス
トロークになると圧縮機131は再生器60を横切って圧力
差を発生させ、膨張器31から圧縮機131への再生器60を
通る逆流を引き起こす。ピストン30及び130が往復動作
すると、チャンバ34及び134は、圧力及び容積の変化を
伴うダイヤフラムポンプ及びチャンバ50である。
【００１５】 図２ないし図４において、クロスヘッド14はボルト又
はその他の適当な装置によってクランクケースに密閉さ
れかつ固定される。クロスヘッド14はピストン穴14−２
を限定している円筒状の部分14−１を備えている。クロ
スヘッド14は、更に、穴14−５を限定する同軸の管状部
分14−３及び14−４を備えている。環状の下端子18はボ
ルトその他によってクロスヘッド14に適当に固定されか
つ管状部分14−３を囲んでいる。Ｏリング又は他の適当
なシール20が下端子18とクロスヘッド14との間の流体シ
ールを提供する。環状のベロー24は溶接のような適当な
耐流体の方法で下端子18に固定されている。
はその他の適当な装置によってクランクケースに密閉さ
れかつ固定される。クロスヘッド14はピストン穴14−２
を限定している円筒状の部分14−１を備えている。クロ
スヘッド14は、更に、穴14−５を限定する同軸の管状部
分14−３及び14−４を備えている。環状の下端子18はボ
ルトその他によってクロスヘッド14に適当に固定されか
つ管状部分14−３を囲んでいる。Ｏリング又は他の適当
なシール20が下端子18とクロスヘッド14との間の流体シ
ールを提供する。環状のベロー24は溶接のような適当な
耐流体の方法で下端子18に固定されている。
【００１６】 図２において、ピストン30は、シール部分及び一体の
案内ロッド30−２を限定するように無接触で穴14−２内
に受けられた環状で円筒状の部分30−１を有するピスト
ンヘッドを備え、その案内ロッドは案内部分を限定する
ように穴14−５内に往復動作可能なように受けられてい
る。案内ロッド30−２はクレビスにかつそれによってス
トラップ42及びクランク軸44に、適当な従来の方法で固
定されている。環状の上端子22はピストン30の円筒状の
部分30−１及びベロー24に耐流体的に溶接その他の方法
で適当に固定されている。
案内ロッド30−２を限定するように無接触で穴14−２内
に受けられた環状で円筒状の部分30−１を有するピスト
ンヘッドを備え、その案内ロッドは案内部分を限定する
ように穴14−５内に往復動作可能なように受けられてい
る。案内ロッド30−２はクレビスにかつそれによってス
トラップ42及びクランク軸44に、適当な従来の方法で固
定されている。環状の上端子22はピストン30の円筒状の
部分30−１及びベロー24に耐流体的に溶接その他の方法
で適当に固定されている。
【００１７】 管状部分すなわちカラー14−３、下端子18、ベロー24
の内面、上端子22及び円筒状の部分30−１の内部はチャ
ンバ32を限定し、そのチャンバはクロスヘッド14の穴14
−６を介してクランクケース12の内部と流体的に連通し
ている。第２のチャンバ34はベロー24の外面、下端子1
8、上端子22及び穴14−２によって限定される。チャン
バ34は円筒状の部分30−１と穴14−２との間の間隙を経
てピストン30を横切って制限されて連通しかつ緩衝チャ
ンバ50と穴14−７を経て流体的に連通している。緩衝チ
ャンバ50はダイヤフラム52によって緩衝チャンバ54から
隔てられている。緩衝チャンバ54は穴12−１を経てクラ
ンクケース12の内部と連通している。
の内面、上端子22及び円筒状の部分30−１の内部はチャ
ンバ32を限定し、そのチャンバはクロスヘッド14の穴14
−６を介してクランクケース12の内部と流体的に連通し
ている。第２のチャンバ34はベロー24の外面、下端子1
8、上端子22及び穴14−２によって限定される。チャン
バ34は円筒状の部分30−１と穴14−２との間の間隙を経
てピストン30を横切って制限されて連通しかつ緩衝チャ
ンバ50と穴14−７を経て流体的に連通している。緩衝チ
ャンバ50はダイヤフラム52によって緩衝チャンバ54から
隔てられている。緩衝チャンバ54は穴12−１を経てクラ
ンクケース12の内部と連通している。
【００１８】 再生器60は、図４に最も良く示されているように、熱
交換器すなわちクーラ16と一体でかつその上に配置さ
れ、かつ上ケースすなわちシェル16−２に配置されたシ
リンダ16−１及びコールドヘッド62とを備えている。シ
リンダ16−１とシェル16−２との間の環状の空間は再生
器として機能するワイヤスクリーンすなわち網60−１で
満たされている。シリンダ16−１は穴14−２及び受容ピ
ストンヘッドすなわちドーム30−３との連続を形成し、
そのドームはピストンと一体になるように適当な方法で
ピストン30に固定されている。ピストンヘッドすなわち
ドーム30−３は非常に低い熱伝導を有するように非常に
薄いステンレススチールで作られている。これにより、
シリンダ16−１内に通る冷却ガスとピストン30との間の
熱伝導を減少する。ピストンヘッドすなわちドーム30−
３はシリンダ16−１と共にピストン30及び穴14−２が有
するよりも大きな隙間を有し、案内ロッド30−２を受け
かつ案内している穴14−２からの大きな距離によりピス
トンヘッドすなわちドーム30−３のより多くの半径方向
移動が可能である。ライン61を介して圧縮機131から通
過するヘリウムガスは下ケース16−４の穴16−３内に入
りかつそれから環状のチャンバ16−５内に通る。ヘリウ
ムガスは、上ケース16−２内のかつコールドヘッド62の
上の再生器60のスクリーンすなわち網60−１を通して環
状のチャンバ16−５から毛管17内に通る。シリンダ16−
１と上ケース16−２との間の空間は図１のライン59の一
部を限定する。ヘリウムガスはピストン30及びその一体
のピストンヘッドすなわちドーム30−３の吸入ストロー
クによってライン59を介してシリンダ部分16−１内に吸
収される。吐出ストローク中流れは逆になる。熱交換器
16は、更に入口ポート16−６及び出口ポート16−７を備
え、それらは環状のチャンバ16−８を介して接続され、
そのチャンバ16−８は毛管17を収容するチャンバを囲ん
でいる。それ故、適当な熱伝達媒体がポート16−６に供
給されると、毛管17はその毛管を通して流れるガスと同
様に冷却される。
交換器すなわちクーラ16と一体でかつその上に配置さ
れ、かつ上ケースすなわちシェル16−２に配置されたシ
リンダ16−１及びコールドヘッド62とを備えている。シ
リンダ16−１とシェル16−２との間の環状の空間は再生
器として機能するワイヤスクリーンすなわち網60−１で
満たされている。シリンダ16−１は穴14−２及び受容ピ
ストンヘッドすなわちドーム30−３との連続を形成し、
そのドームはピストンと一体になるように適当な方法で
ピストン30に固定されている。ピストンヘッドすなわち
ドーム30−３は非常に低い熱伝導を有するように非常に
薄いステンレススチールで作られている。これにより、
シリンダ16−１内に通る冷却ガスとピストン30との間の
熱伝導を減少する。ピストンヘッドすなわちドーム30−
３はシリンダ16−１と共にピストン30及び穴14−２が有
するよりも大きな隙間を有し、案内ロッド30−２を受け
かつ案内している穴14−２からの大きな距離によりピス
トンヘッドすなわちドーム30−３のより多くの半径方向
移動が可能である。ライン61を介して圧縮機131から通
過するヘリウムガスは下ケース16−４の穴16−３内に入
りかつそれから環状のチャンバ16−５内に通る。ヘリウ
ムガスは、上ケース16−２内のかつコールドヘッド62の
上の再生器60のスクリーンすなわち網60−１を通して環
状のチャンバ16−５から毛管17内に通る。シリンダ16−
１と上ケース16−２との間の空間は図１のライン59の一
部を限定する。ヘリウムガスはピストン30及びその一体
のピストンヘッドすなわちドーム30−３の吸入ストロー
クによってライン59を介してシリンダ部分16−１内に吸
収される。吐出ストローク中流れは逆になる。熱交換器
16は、更に入口ポート16−６及び出口ポート16−７を備
え、それらは環状のチャンバ16−８を介して接続され、
そのチャンバ16−８は毛管17を収容するチャンバを囲ん
でいる。それ故、適当な熱伝達媒体がポート16−６に供
給されると、毛管17はその毛管を通して流れるガスと同
様に冷却される。
【００１９】 圧縮機131は、図５に最も良く示されるように、膨張
器31と構造的に同じであり、対応する構造は100代の数
字を付けて表しかつ膨張器31の対応する構造と機能的に
も同じである。カバー146はクランクケース12に適当に
固定され、かつクロスヘッド114の穴114−２と協働して
ピストン130によって圧縮可能なガス容積を限定する。
カバー146はライン61に接続された穴146−１を有してい
る。穴114−７がチャンバ50に接続されている。ピスト
ン130とベロー124との協働作用はピストン30とベロー24
とのそれと同じである。
器31と構造的に同じであり、対応する構造は100代の数
字を付けて表しかつ膨張器31の対応する構造と機能的に
も同じである。カバー146はクランクケース12に適当に
固定され、かつクロスヘッド114の穴114−２と協働して
ピストン130によって圧縮可能なガス容積を限定する。
カバー146はライン61に接続された穴146−１を有してい
る。穴114−７がチャンバ50に接続されている。ピスト
ン130とベロー124との協働作用はピストン30とベロー24
とのそれと同じである。
【００２０】 図６において、ベロー24は複数のベレビルワッシャ型
又はたの適当な要素24−１で作られ、その要素は耐流体
ユニットを形成するように積層されて互いに溶接されい
る。特に、各中間要素24−１はその外周において他の隣
接する要素24−１とかつ内周において他の隣接する要素
24−１と溶接されている。下要素は環状の下端子18に溶
接されかつ上要素は環状の上端子22に溶接されている。
ベロー124も同様につくられている。
又はたの適当な要素24−１で作られ、その要素は耐流体
ユニットを形成するように積層されて互いに溶接されい
る。特に、各中間要素24−１はその外周において他の隣
接する要素24−１とかつ内周において他の隣接する要素
24−１と溶接されている。下要素は環状の下端子18に溶
接されかつ上要素は環状の上端子22に溶接されている。
ベロー124も同様につくられている。
【００２１】 動作において、クランク軸44はモータ（図示せず）に
よって回転され、そのクランク軸は膨張器31の駆動スト
ラップ42をかつ圧縮機131のストラップ142を駆動する。
ストラップ42と142とは約90゜位相がずれていて、その
結果、圧縮機131のピストン130はピストン30より90゜先
行して駆動される。図２の上死点位置を図３の下死点位
置と比較すると、チャンバ32及び34の各々は図２の位置
において最大の容積を有しかつ図３の位置で最小の容積
を有する。その結果、チャンバ32及び34はクリオクーラ
の動作中に有効に容積を変化させる。装置が図２の位置
から始動すると、チャンバ32及び34は最大にはない。ピ
ストン30が図２の位置から図３の位置に向かって移動す
ると、チャンバ32内の冷却ガスはクロスヘッド14の穴14
−６を経てクランクケース12内に戻る。加えて、チャン
バ34からの冷却ガスは穴14−７を経て緩衝チャンバ50内
に送られかつチャンバ54内のクランクケース圧力を有す
る冷却剤に抗してダイヤフラム52に作用する。ダイヤフ
ラム52はチャンバ50と54との間の圧力差に応答して位置
決めされかつそれ故ダイヤフラムポンプとして実際に作
用する。円筒状の部分30−１と穴14−２との間の小さな
間隙によって形成される間隙シールにより、圧力差は通
常（10psi）より小さい。図２と図３を更に比較する
と、ピストン30の円筒状の部分30−１は、管状部分14−
３と円筒状の部分30−１との間の軸方向空間が最小であ
る位置まで移動でき、或いはそうでない場合でも、組立
体の高さ／長さはベローの高さ／長さに対応する量によ
って減少される。膨張器31の前述の記載は100代大きな
数字で表された圧縮機131の対応する構造にも適用でき
る。
よって回転され、そのクランク軸は膨張器31の駆動スト
ラップ42をかつ圧縮機131のストラップ142を駆動する。
ストラップ42と142とは約90゜位相がずれていて、その
結果、圧縮機131のピストン130はピストン30より90゜先
行して駆動される。図２の上死点位置を図３の下死点位
置と比較すると、チャンバ32及び34の各々は図２の位置
において最大の容積を有しかつ図３の位置で最小の容積
を有する。その結果、チャンバ32及び34はクリオクーラ
の動作中に有効に容積を変化させる。装置が図２の位置
から始動すると、チャンバ32及び34は最大にはない。ピ
ストン30が図２の位置から図３の位置に向かって移動す
ると、チャンバ32内の冷却ガスはクロスヘッド14の穴14
−６を経てクランクケース12内に戻る。加えて、チャン
バ34からの冷却ガスは穴14−７を経て緩衝チャンバ50内
に送られかつチャンバ54内のクランクケース圧力を有す
る冷却剤に抗してダイヤフラム52に作用する。ダイヤフ
ラム52はチャンバ50と54との間の圧力差に応答して位置
決めされかつそれ故ダイヤフラムポンプとして実際に作
用する。円筒状の部分30−１と穴14−２との間の小さな
間隙によって形成される間隙シールにより、圧力差は通
常（10psi）より小さい。図２と図３を更に比較する
と、ピストン30の円筒状の部分30−１は、管状部分14−
３と円筒状の部分30−１との間の軸方向空間が最小であ
る位置まで移動でき、或いはそうでない場合でも、組立
体の高さ／長さはベローの高さ／長さに対応する量によ
って減少される。膨張器31の前述の記載は100代大きな
数字で表された圧縮機131の対応する構造にも適用でき
る。
【００２２】
本発明の好ましい実施例が示されてきたが、当該技術
に精通して者は他の変更が可能である。したがって、本
発明の範囲は請求の範囲によってのみ限定されるべきで
ある。
に精通して者は他の変更が可能である。したがって、本
発明の範囲は請求の範囲によってのみ限定されるべきで
ある。
【図１】 本発明と実施しているスターリングサイクル装置の概略
図である。
図である。
【図２】 ピストンが上死点位置にあるスターリングサイクル装置
の膨張器の一部の部分断面図である。
の膨張器の一部の部分断面図である。
【図３】 ピストンが下死点位置にある以外は図２と同じ膨張器を
示す図である。
示す図である。
【図４】 コールドヘッドの別の部分を示す以外は図３と同じ膨張
器を示す図である。
器を示す図である。
【図５】 上死点位置にある圧縮機の部分断面図である。
【図６】 取り付け構造を示すベローの断面図である。
10……スターリングサイクルクリオクーラ 12……クランクケース、24……ベロー 30……ピストン、31……膨張器 32、34……チャンバ、44……クランク軸 50、54……緩衝チャンバ、60……再生器 62……コールドヘッド、124……ベロー 130……圧縮機、131……ピストン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F25B 9/14 520 F25B 9/14 510
Claims (9)
- 【請求項１】ほぼ円筒状のピストン穴が形成されかつ前
記ピストン穴と同軸の案内穴を有するハウジング手段で
あって、前記案内穴が前記ピストン穴内に伸びている環
状のカラーによって限定されかつ前記ピストン穴と協働
して前記カラーと共に軸方向に展開可能な環状のスペー
スを限定する部分を備えるハウジング手段と、 前記ピストン穴内に往復動作可能に配置された環状の円
筒状部分及び一体のガイドロッドを有するピストン手段
であって、前記ガイドロッドが前記案内穴内に往復動作
可能に配置されかつ前記案内穴と案内関係で協働しかつ
前記ピストン手段を往復動作させる駆動手段に連動され
たピストン手段と、 前記環状のカラーを囲む前記環状のスペース内に少なく
とも部分的に配置されかつ前記ハウジング手段に固定さ
れかつ密封された第１の端部及び前記円筒状部分に固定
されかつ密封された第２の端部を有するベロー組立体で
あって、前記ベロー組立体が前記ピストン手段の往復運
動により膨張、収縮しかつ前記環状のカラーに関して伸
縮自在に動くベロー組立体と、 を備え、前記ピストン手段の前記環状の円筒状部分は、
通常の動作中円筒状部分と前記ピストン穴との間で接触
が起こらないように、前記ピストン穴と共に間隙を有す
る流体機械。 - 【請求項２】前記ベロー組立体は、前記ベロー組立体が
前記ピストン穴内で膨張、収縮するとき通常の動作中に
前記ベロー組立体がピストン穴と接触しないように、前
記ピストン穴と共に間隙を有する請求項１に記載の流体
機械。 - 【請求項３】前記ベロー組立体が前記ハウジング手段に
固定された環状の下終端部と前記環状の円筒状部分に固
定された環状の上終端部とを備えている請求項１に記載
の流体機械。 - 【請求項４】前記流体機械がスターリングサイクルクリ
オクーラであり、前記ハウジング手段が前記案内穴及び
前記環状のカラーを限定するクロスヘッドを備えている
請求項１に記載の流体機械。 - 【請求項５】膨張手段及び圧縮手段を有するハウジング
手段を備えるスターリングサイクルクリオクーラであっ
て、 前記膨張手段及び圧縮手段の各々が、 （イ）ほぼ円筒状のピストン穴及び前記ピストン穴と同
軸の案内穴と、 （ロ）前記案内穴が前記ピストン穴内に伸びている環状
のカラーによって限定されかつ前記ピストン穴と協働し
て前記カラーと共に軸方向に同一広がりを有する環状の
隙間を限定する部分を備えることと、 （ハ）前記ピストン穴内に往復動作可能に配置された環
状の円筒状部分及び一体のガイドロッドを有するピスト
ン手段であって、前記ガイドロッドが前記案内穴内に往
復動作可能に配置されかつ前記案内穴と案内関係で協働
しかつ前記ピストン手段を往復動作させる駆動手段に連
動されたピストン手段と、 （ニ）前記ピストン手段の前記環状の円筒状部分は、通
常の動作中円筒状部分と前記ピストン穴との間で接触が
起こらないように、前記ピストン穴と共に間隙を有する
ことと、 （ホ）前記環状のカラーを囲む前記環状のスペース内に
少なくとも部分手に配置されかつ前記ハウジング手段に
固定されかつ密封された第１の端部及び前記かつ円筒状
部分に固定されかつ密封された第２の端部を有するベロ
ー組立体であって、前記ベロー組立体が前記ピストン手
段の往復運動により膨張、収縮しかつ前記環状のカラー
に関して伸縮自在に動くベロー組立体と、 を備えているスターリングサイクルクリオクーラ。 - 【請求項６】前記ベロー組立体は、前記ベロー組立体が
前記ピストン穴内で膨張、収縮するとき通常の動作中に
前記ベロー組立体がピストン穴と接触しないように、前
記ピストン穴と共に間隙を有する請求項５に記載のスタ
ーリングサイクルクリオクーラ。 - 【請求項７】前記ベロー組立体が前記ハウジング手段に
固定された環状の下終端部と前記環状の円筒状部分に固
定された環状の上終端部とを備えている請求項５に記載
のスターリングサイクルクリオクーラ。 - 【請求項８】前記膨張手段及び前記圧縮手段の各々が、
更に、 （ヘ）前記ハウジング手段の一部を形成しかつ前記案内
穴、前記環状のカラー、前記環状のスペース及び前記ピ
ストン穴を限定しそれによって前記案内及びピストン穴
が同じ部材に形成されるクロスヘッド部材を、 備えている請求項５に記載のスターリングサイクルクリ
オクーラ。 - 【請求項９】前記クロスヘッド部材が、前記環状のカラ
ーと協働して前記案内穴を限定しそれによって前記案内
穴に十分な長さが与えられて前記ピストン手段の傾斜を
最小にする請求項８に記載のスターリングサイクルクリ
オクーラ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/550,589 US5293748A (en) | 1990-07-10 | 1990-07-10 | Piston cylinder arrangement for an integral Stirling cryocooler |
| US550589 | 1990-07-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114176A JPH1114176A (ja) | 1999-01-22 |
| JP2933391B2 true JP2933391B2 (ja) | 1999-08-09 |
Family
ID=24197800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3800023A Expired - Lifetime JP2933391B2 (ja) | 1990-07-10 | 1991-07-10 | 一体型スターリングクリオクーラ用のピストンシリンダ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5293748A (ja) |
| JP (1) | JP2933391B2 (ja) |
| DE (1) | DE4122815A1 (ja) |
| GB (1) | GB9114840D0 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2747767B1 (fr) * | 1996-04-23 | 1998-08-28 | Cryotechnologies | Cryostat pour refroidisseur cryogenique et refroidisseurs comportant un tel cryostat |
| FR2748469B1 (fr) * | 1996-05-07 | 1998-07-31 | Thomson Csf | Utilisation d'une barriere en nitrure pour eviter la diffusion d'argent dans du verre |
| US5904044A (en) * | 1997-02-19 | 1999-05-18 | White; William M. | Fluid expander |
| ES2283490T3 (es) * | 1998-11-02 | 2007-11-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Dispositivo stirling. |
| US6751966B2 (en) * | 2001-05-25 | 2004-06-22 | Thermo King Corporation | Hybrid temperature control system |
| US6609382B2 (en) * | 2001-06-04 | 2003-08-26 | Thermo King Corporation | Control method for a self-powered cryogen based refrigeration system |
| US6631621B2 (en) * | 2001-07-03 | 2003-10-14 | Thermo King Corporation | Cryogenic temperature control apparatus and method |
| US6698212B2 (en) * | 2001-07-03 | 2004-03-02 | Thermo King Corporation | Cryogenic temperature control apparatus and method |
| US6694765B1 (en) * | 2002-07-30 | 2004-02-24 | Thermo King Corporation | Method and apparatus for moving air through a heat exchanger |
| US6895764B2 (en) * | 2003-05-02 | 2005-05-24 | Thermo King Corporation | Environmentally friendly method and apparatus for cooling a temperature controlled space |
| US8984898B2 (en) | 2005-04-21 | 2015-03-24 | Industrial Research Limited | Cryogenic refrigerator system with pressure wave generator |
| EP1877710B1 (en) * | 2005-04-21 | 2018-08-15 | Callaghan Innovation | Pressure wave generator |
| WO2006121434A1 (en) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | Jones, Christopher | Assembly and method for cryo-preservation of specimens in a cryogen-free environment |
| US10060296B2 (en) * | 2012-11-15 | 2018-08-28 | Kevin Lee Friesth | Quintuple-effect generation multi-cycle hybrid renewable energy system with integrated energy provisioning, storage facilities and amalgamated control system cross-reference to related applications |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL154311B (nl) * | 1969-04-17 | 1977-08-15 | Philips Nv | Inrichting, bevattende twee coaxiaal opgestelde, ten opzichte van elkaar axiaal beweegbare elementen, waarbij de afdichting tussen deze elementen is gevormd door een rolmembraan. |
| US4381648A (en) * | 1980-12-29 | 1983-05-03 | North American Philips Corporation | Stirling cycle apparatus with metal bellows seal |
-
1990
- 1990-07-10 US US07/550,589 patent/US5293748A/en not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-07-10 GB GBGB9114840.3A patent/GB9114840D0/en not_active Ceased
- 1991-07-10 JP JP3800023A patent/JP2933391B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-10 DE DE4122815A patent/DE4122815A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9114840D0 (en) | 2013-12-04 |
| JPH1114176A (ja) | 1999-01-22 |
| US5293748A (en) | 1994-03-15 |
| DE4122815A1 (de) | 1998-04-16 |
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