JP2941558B2 - Stirling refrigeration equipment - Google Patents

Stirling refrigeration equipment

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JP2941558B2
JP2941558B2 JP11056392A JP11056392A JP2941558B2 JP 2941558 B2 JP2941558 B2 JP 2941558B2 JP 11056392 A JP11056392 A JP 11056392A JP 11056392 A JP11056392 A JP 11056392A JP 2941558 B2 JP2941558 B2 JP 2941558B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば冷凍機、空気
調和装置などとして使用されるスタ−リング冷凍装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stirling refrigerating apparatus used as, for example, a refrigerator, an air conditioner and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】冷凍機、空気調和装置などで代表される
冷凍サイクル装置では、蒸気式の冷凍サイクルが採用さ
れている。こうした蒸気式の冷凍サイクルには、作動流
体としての冷媒にフロンが用いられ、フロンの凝縮、蒸
発を利用して、所要の冷却性能を得るようにしている。
ところが、冷媒として使用されるフロンは、非常に化学
的安定性が高く、大気中に放出されると成層圏に達し
て、オゾン層を破壊するとの指摘がある。このため、近
年、特定フロンを対象としたフロンの使用ならびに生産
が規制されてきている。そこで、冷凍サイクル装置に代
わるものとして、逆スタ−リングサイクルを利用した冷
凍装置、いわゆるスタ−リング冷凍装置が注目を集めて
いる。
2. Description of the Related Art In a refrigerating cycle device represented by a refrigerating machine, an air conditioner or the like, a steam type refrigerating cycle is employed. In such a steam-type refrigeration cycle, chlorofluorocarbon is used as a refrigerant as a working fluid, and a required cooling performance is obtained by utilizing the condensation and evaporation of chlorofluorocarbon.
However, it has been pointed out that CFCs used as a refrigerant have extremely high chemical stability, and when released into the atmosphere, reach the stratosphere and destroy the ozone layer. For this reason, in recent years, the use and production of CFCs for specific CFCs have been regulated. Therefore, as a substitute for the refrigeration cycle apparatus, a refrigeration apparatus using a reverse Stirling cycle, that is, a so-called stirling refrigeration apparatus has been receiving attention.

【0003】スタ−リング冷凍装置は、作動流体とし
て、ヘリウムガス,水素ガス,窒素ガスなどといった地
球環境に影響を与えないガスを用いて、逆スタ−リング
サイクル(動力の入力により、作動ガスが圧縮,膨張す
ることにより、吸熱,放熱をする密閉サイクル)によっ
て、低温を得るようにしたものである。
A stirling refrigeration system uses a gas that does not affect the global environment, such as helium gas, hydrogen gas, nitrogen gas, or the like, as a working fluid, and uses a reverse stirling cycle (the working gas is supplied by power input). A low temperature is obtained by a closed cycle in which heat is absorbed and radiated by compression and expansion.

【0004】原理について説明すれば、構成としては、
シリンダ状に構成された膨張空間に設けたディスプレ−
サピストンと、シリンダ状に構成された圧縮空間に設け
たパワ−ピストンとを所定の位相差により往復させる往
復機構で連結するとともに、膨張空間と圧縮空間とを蓄
冷器を介して連通して閉回路を構成し、この閉回路の作
動空間に上記作動流体を充填させている。
[0004] To explain the principle, the configuration is as follows:
A display provided in a cylindrical expansion space
The reciprocating mechanism that reciprocates the support piston and the power piston provided in the compression space formed in a cylindrical shape by a predetermined phase difference, and communicates the expansion space and the compression space via the regenerator to close the circuit. And the working fluid of the closed circuit is filled with the working fluid.

【0005】また作用としては、動力で往復機構を介
し、パワ−ピストンを動かすことにより、まず、圧縮空
間の作動流体を圧縮して放熱させた後、同作動流体を蓄
冷器を介して、膨張空間に送る。ついで、ディスプレ−
サピストンの動きにて膨張空間で作動流体を膨張させ
て、吸熱させている。この吸熱により、低温を得て、冷
凍機の役割を果たすようにしている。
[0005] In addition, the power piston is moved by a power through a reciprocating mechanism to compress and radiate the working fluid in the compression space, and then expand the working fluid through the regenerator. Send to space. Then, the display
The working fluid is expanded in the expansion space by the movement of the piston, thereby absorbing heat. By this heat absorption, a low temperature is obtained, and a role of a refrigerator is achieved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
逆スタ−リングサイクルは、蒸気式の冷凍サイクルとは
異なり、作動流体の潜熱を冷凍能力に利用できないの
で、極低温を得ることは容易なものの、冷凍能力が効率
良く得られない問題をもっている。
By the way, unlike the steam type refrigeration cycle, such a reverse staring cycle cannot utilize the latent heat of the working fluid for the refrigeration capacity, so that it is easy to obtain an extremely low temperature. However, there is a problem that the refrigeration capacity cannot be obtained efficiently.

【0007】そこで、スタ−リング冷凍装置では、作動
流体と、作動空間の壁面である膨張空間,圧縮空間の壁
面との間における伝熱性を高めるために、シリンダ室内
面における伝熱面積を増大することが考えられている。
ところが、単に伝熱面積を増したのでは、、無効容器
(容積変化に寄与しない空間)の増加をきたし、圧縮比
を低下させてしまう。これでは、圧縮比の低下によっ
て、低くなる冷凍能力を補うために、入力を増加させな
けばならず、冷凍能力の効率を示す成績係数は良くな
い。そのため、こうした点を含め冷凍能力を改善できる
ようにした技術が強く要望されている。
Therefore, in the Stirling refrigerating apparatus, the heat transfer area on the cylinder chamber surface is increased in order to enhance the heat transfer between the working fluid and the wall surfaces of the expansion space and the compression space which are the walls of the working space. It is thought that.
However, simply increasing the heat transfer area increases the number of ineffective containers (spaces that do not contribute to a change in volume) and lowers the compression ratio. In this case, the input must be increased in order to compensate for the lowering of the refrigeration capacity due to the decrease in the compression ratio, and the coefficient of performance indicating the efficiency of the refrigeration capacity is not good. Therefore, there is a strong demand for a technology capable of improving the refrigeration capacity including these points.

【0008】この発明は、このような事情に着目してな
されたもので、その目的とするところは、無効容積の発
生を防ぎつつ、作動流体とピストン壁面との間における
伝熱性を高めることができるスタ−リング冷凍装置を提
供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the heat transfer between the working fluid and the piston wall while preventing the generation of an ineffective volume. It is an object of the present invention to provide a stirling refrigerating apparatus which can be used.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に記載のスタ−リング冷凍装置は、ディスプ
レ−サピストンが設けられた膨張空間あるいはパワ−ピ
ストンが設けられた圧縮空間、またはその両方の空間を
構成する上死点側の端面にフィン部を設け、このフィン
部と対向する、前記ディスプレ−サピストンあるいはパ
ワ−ピストン、またはその両方のピストンの頭部に、前
記ピストンが上死点まで変位したとき、前記フィン部を
収容する収容部を設けたことにある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a Stirling refrigerating apparatus, comprising: an expansion space provided with a displacer piston or a compression space provided with a power piston; A fin portion is provided on an end surface on the top dead center side constituting both spaces, and the piston is top dead on the head of the displacer piston, the power piston, or both pistons facing the fin portion. A point is provided in which a housing portion for housing the fin portion when displaced to the point is provided.

【0010】同じく請求項1に記載のスタ−リング冷凍
装置は、ディスプレ−サピストンが設けられた膨張空間
あるいはパワ−ピストンが設けられた圧縮空間、または
その両方の空間を構成する上死点側の端面に第1のフィ
ン群を設け、このフィン部と対向する、前記ディスプレ
−サピストンあるいはパワ−ピストン、またはその両方
のピストンの頭部に、前記ピストンが上死点まで変位し
たとき、前記第1のフィン群と互いに噛合う第2のフィ
ン群を設けたことにある。
[0010] The Stirling refrigerating apparatus according to the first aspect of the present invention provides a Stirling refrigerating apparatus having an expansion space in which a displacer piston is provided, a compression space in which a power piston is provided, or both of them. A first fin group is provided on the end surface, and the first piston is displaced to the top dead center at the head of the displacer piston or the power piston or both pistons facing the fin portion. And a second fin group that meshes with the other fin group.

【0011】[0011]

【作用】請求項1に記載のスタ−リング冷凍装置による
と、動力により、パワ−ピストンおよびディスプレ−サ
ピストンが駆動されると、膨張空間、圧縮空間を各ピス
トンが所定の位相差にしたがって往復動する。
According to the stirling refrigerating apparatus of the present invention, when the power piston and the displacer piston are driven by power, each piston reciprocates in the expansion space and the compression space according to a predetermined phase difference. I do.

【0012】これにより、作動空間内において、圧縮空
間の作動流体を圧縮して放熱させた後、膨張空間へ送
り、その後、膨張空間で作動流体を膨張させて吸熱させ
るという逆スタ−リングサイクルが構成され、冷凍能力
を発揮する。このとき、放熱側においては、圧縮空間内
の作動流体の熱は圧縮空間の壁面へ伝わって後、外部へ
伝わるという経路で、放熱が行われる。吸熱側において
は、外部の熱が膨張空間の壁面へ伝わり、さらにこの熱
が膨張空間の壁面から膨張空間内の作動流体へ伝わると
いう経路で、吸熱が行われる。ここで、作動空間の壁面
における伝熱面積は、フィン部により増加している。こ
のことは、作動流体の伝熱が促進(伝熱性:大)される
から、冷凍能力は向上する。
Thus, in the working space, the working fluid in the compression space is compressed and radiated, then sent to the expansion space, and then the working fluid is expanded in the expansion space to absorb heat, thereby performing a reverse staring cycle. Composed and exerts refrigeration capacity. At this time, on the heat radiating side, the heat of the working fluid in the compression space is transferred to the wall surface of the compression space and then transferred to the outside to release the heat. On the heat-absorbing side, heat is absorbed through a path in which external heat is transmitted to the wall surface of the expansion space, and further this heat is transmitted from the wall surface of the expansion space to the working fluid in the expansion space. Here, the heat transfer area on the wall surface of the working space is increased by the fin portion. Since the heat transfer of the working fluid is promoted (heat transfer property: large), the refrigerating capacity is improved.

【0013】と同時に、逆スタ−リングサイクル運転
中、ピストンが上死点に達するとき、フィン部はピスト
ンの収容部に収容されるから、フィン部による無効容積
の発生は最小限に抑制されることになる。しかるに、従
来のように入力を増加させずに、冷凍能力を高めること
ができるようになる。
At the same time, when the piston reaches the top dead center during the reverse staring cycle operation, the fin portion is accommodated in the accommodating portion of the piston, so that the generation of the dead volume due to the fin portion is minimized. Will be. However, the refrigeration capacity can be increased without increasing the input as in the related art.

【0014】請求項2に記載のスタ−リング冷凍装置に
よると、請求項1のときと同様、作動空間の壁面におけ
る伝熱面積は、第1のフィン群により増加する。しか
も、ピストン側にも第2のフィン群があるので、ピスト
ン側からの伝熱も期待できるようになる。これによっ
て、作動流体の伝熱が促進(伝熱性:大)されるから、
冷凍能力は向上する。
According to the stirling refrigerating apparatus of the second aspect, the heat transfer area on the wall surface of the working space is increased by the first fin group, as in the first aspect. In addition, since the second fin group is also provided on the piston side, heat transfer from the piston side can be expected. By this, the heat transfer of the working fluid is promoted (heat transfer: large),
The refrigeration capacity is improved.

【0015】と同時に、逆スタ−リングサイクル運転
中、ピストンが上死点に達するとき、第1のフィン群と
第2のフィン群との相互は互いに噛合うから、フィン群
による無効容積の発生は最小限に抑制されることにな
る。しかるに、請求項1のときと同様、入力を増加させ
ずに、冷凍能力を高めることができるようになる。
At the same time, when the piston reaches the top dead center during the reverse staring cycle operation, the first fin group and the second fin group engage with each other. It will be kept to a minimum. However, as in the case of the first aspect, the refrigeration capacity can be increased without increasing the input.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明を図1ないし図4に示す第1
の実施例にもとづいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described with reference to FIGS.
A description will be given based on the embodiment.

【0017】図1は、例えばこの発明を適用した2シリ
ンダ形のスタ−リング冷凍装置を示し、1は内部にディ
スプレ−サピストン2が摺動自在に設けられた膨張シリ
ンダ、3は内部にパワ−ピストン4が摺動自在に設けら
れた圧縮シリンダである。これら膨張シリンダ1および
圧縮シリンダ3は、ある所定の位相差をなすよう、略V
字状をなしてクランクケ−ス5に装着されている。そし
て、このディスプレ−サピストン2で仕切られる部分を
膨張空間6とし、パワ−ピストン4で仕切られる部分を
圧縮空間7としている。
FIG. 1 shows, for example, a two-cylinder stirling refrigerating apparatus to which the present invention is applied, wherein 1 is an expansion cylinder in which a displacer piston 2 is slidably provided, and 3 is a power inside. This is a compression cylinder in which the piston 4 is slidably provided. The expansion cylinder 1 and the compression cylinder 3 are substantially V-shaped so as to make a predetermined phase difference.
It is mounted on the crankcase 5 in a letter shape. A portion partitioned by the displacer piston 2 is defined as an expansion space 6, and a portion partitioned by the power piston 4 is defined as a compression space 7.

【0018】またこれら膨張空間6と圧縮空間7との相
互は、低温側熱交換器8、蓄冷器9、高温側熱交換器1
0を介して、連通接続されている。そして、これらの接
続によって形成される作動空間内に、ヘリウムガス,水
素ガス,窒素ガスなどの作動流体が充填してある。
The expansion space 6 and the compression space 7 are interconnected by a low-temperature heat exchanger 8, a regenerator 9, and a high-temperature heat exchanger 1.
The communication connection is established via the “0”. The working space formed by these connections is filled with a working fluid such as helium gas, hydrogen gas, or nitrogen gas.

【0019】各ディスプレ−サピストン2、パワ−ピス
トン4は、コネクティングロッド11,12を介して、
クランクケ−ス5に設けたクランク軸13に回転自在に
連結されている。
Each of the displacer piston 2 and the power piston 4 is connected via connecting rods 11 and 12 to each other.
The crankcase 5 is rotatably connected to a crankshaft 13 provided on the crankcase 5.

【0020】またこのクランジ軸13は、動力源、例え
ばモ−タ14の出力に連結され、ディスプレ−サピスト
ン2、パワ−ピストン4を所定の位相差で、膨張空間
6、圧縮空間7内において往復動させるようにしてい
る。このディスプレ−サピストン2、パワ−ピストン4
の動きにより、逆スタ−リングサイクルを構成して、低
温を得るようにしてある。
The crank shaft 13 is connected to a power source, for example, an output of a motor 14, and reciprocates the displacer piston 2 and the power piston 4 in the expansion space 6 and the compression space 7 with a predetermined phase difference. I try to move it. The displacer piston 2 and the power piston 4
, A reverse staring cycle is formed to obtain a low temperature.

【0021】一方、膨張空間6の上死点側の端面、すな
わちヘッド部となる膨張シリンダ1の頭部内面には、フ
ィン群15(本願の第1のフィン群に相当)が設けられ
ている。このフィン群15は、図2および図3に示され
るように例えば膨張シリンダ1の軸心を中心として、大
小径の異なる複数の円形なフィン部16を同心円状に設
けて構成される。これらフィン部16にて、膨張空間6
に対する膨張シリンダ1の伝熱面積を増加させている。
On the other hand, a fin group 15 (corresponding to the first fin group of the present application) is provided on the end surface on the top dead center side of the expansion space 6, that is, on the inner surface of the head of the expansion cylinder 1 serving as the head portion. . As shown in FIGS. 2 and 3, the fin group 15 is configured by, for example, providing a plurality of circular fin portions 16 having different large and small diameters concentrically around the axis of the expansion cylinder 1. The expansion space 6 is formed by these fin portions 16.
The heat transfer area of the expansion cylinder 1 is increased.

【0022】またこのフィン群15に対応して、ディス
プレ−サピストン2の頭部にも、フィン群17が設けら
れている。このフィン群17は、フィン部16と対向す
る部分に、フィン部16の外形に応じた円形の溝部18
(本願の収容部に相当)を童心状に形成することで構成
されている。つまり、溝部18の内外に形成される山部
がフィン部18aとなる。
A fin group 17 is also provided on the head of the displacer piston 2 corresponding to the fin group 15. The fin group 17 has a circular groove 18 corresponding to the outer shape of the fin 16 in a portion facing the fin 16.
(Corresponding to the accommodating portion of the present application) in a childlike shape. In other words, the ridges formed inside and outside the groove 18 become the fins 18a.

【0023】また各溝部18は、対応するフィン部16
を、最少限の隙間を介して、挿脱自在に受け入れる形状
に設定されていて、ディスプレ−サピストン2が上死点
に達すると、フィン群15とフィン群17とが互いに噛
合うようになっている。これにより、従来のフィン部が
無いときと同様、上死点においてディスプレ−サピスト
ン2と膨張シリンダ1の頭部とを近接対向するようにし
てある。つぎに、このように構成されたスタ−リング冷
凍装置の作用について説明する。
Each of the grooves 18 has a corresponding fin 16
Is set so as to be removably received via a minimum gap, and when the displacer piston 2 reaches the top dead center, the fin group 15 and the fin group 17 come into mesh with each other. I have. As a result, the displacer piston 2 and the head of the expansion cylinder 1 are closely opposed to each other at the top dead center as in the case where there is no conventional fin portion. Next, the operation of the thus configured stirling refrigerating apparatus will be described.

【0024】モ−タ14により、クランク軸13を駆動
すると、コネクティングロッド11,12を介して、デ
ィスプレ−サピストン2およびパワ−ピストン4が、所
定の位相差で、膨張空間6、圧縮空間7内を往復動す
る。
When the crankshaft 13 is driven by the motor 14, the displacer piston 2 and the power piston 4 move through the connecting rods 11 and 12 with a predetermined phase difference into the expansion space 6 and the compression space 7, respectively. Reciprocate.

【0025】この往復動により、圧縮空間7の作動流体
を圧縮して放熱させた後、膨張空間6へ送り、その後、
膨張空間6で作動流体を膨張させて吸熱させるという、
図4に示されるような逆スタ−リングサイクルが構成さ
れ、冷凍能力を発揮する。
By this reciprocating motion, the working fluid in the compression space 7 is compressed and radiated, and then sent to the expansion space 6.
That the working fluid is expanded in the expansion space 6 to absorb heat.
A reverse Stirling cycle as shown in FIG. 4 is configured to exhibit a refrigeration capacity.

【0026】詳しくは、パワ−ピストン4が上昇する
「A→B」の行程で、等温圧縮過程が行われる。この過
程では、圧縮シリンダ3内の作動流体が圧縮され、この
とき発生した熱が高温側熱交換器10から放熱されてい
く。
More specifically, the isothermal compression process is performed in the “A → B” stroke in which the power piston 4 rises. In this process, the working fluid in the compression cylinder 3 is compressed, and the heat generated at this time is radiated from the high-temperature side heat exchanger 10.

【0027】ついで、「B→C」の等容冷却過程とな
る。この過程では、ディスプレ−サピストン2が下降
し、先の作動流体が蓄冷器9を通って膨張シリンダ1側
へ移る。そして、この際、蓄熱器9に蓄えられている冷
熱により冷却されていく。
Next, an equal volume cooling process of "B → C" is performed. In this process, the displacer piston 2 descends, and the working fluid moves to the expansion cylinder 1 side through the regenerator 9. Then, at this time, the heat is accumulated by the cold stored in the heat storage device 9.

【0028】続いて、「C→D」の等温膨張過程とな
る。この過程では、パワ−ピストン4が下降し、膨張シ
リンダ1内の作動流体を膨張させていく。つまり、冷凍
作用が生じる。
Subsequently, an isothermal expansion process of “C → D” is performed. In this process, the power piston 4 descends and expands the working fluid in the expansion cylinder 1. That is, a refrigeration action occurs.

【0029】この等温膨張過程が終了すると、「D→
A」のディスプレ−サピストン2が上昇し、温度が低下
した作動流体が低温側熱交換器8および蓄冷器9に導か
れていく。これにより、等温膨張過程による吸熱と等温
圧縮過程による放熱とが繰り返し行われ、冷凍能力を発
揮する。
When the isothermal expansion process is completed, "D →
The displacer piston 2 of "A" rises, and the working fluid whose temperature has dropped is led to the low-temperature side heat exchanger 8 and the regenerator 9. Thereby, the heat absorption by the isothermal expansion process and the heat release by the isothermal compression process are repeatedly performed, and the refrigeration ability is exhibited.

【0030】このとき、スタ−リング冷凍装置の放熱側
においては、圧縮空間7内の作動流体の熱は、圧縮シリ
ンダ3(作動空間)の壁面へ伝わって後、外部へ伝わる
という経路で、放熱が行われる。
At this time, on the heat radiation side of the Stirling refrigerating apparatus, the heat of the working fluid in the compression space 7 is transferred to the wall surface of the compression cylinder 3 (working space) and then to the outside. Is performed.

【0031】また吸熱側においては、膨張シリンダ1の
外部の熱が膨張空間6の壁面へ伝わり、さらにこの熱が
膨張空間6(作動空間)の壁面から膨張空間6内の作動
流体へ伝わるという経路で、吸熱が行われる。このと
き、膨張シリンダ1のヘッド部分にはフィン部16が設
けられ、膨張シリンダ1の壁面における伝熱面積を増加
させている。
On the heat-absorbing side, a path in which heat outside the expansion cylinder 1 is transmitted to the wall surface of the expansion space 6 and further this heat is transmitted from the wall surface of the expansion space 6 (working space) to the working fluid in the expansion space 6. Then, heat absorption is performed. At this time, the fin portion 16 is provided on the head portion of the expansion cylinder 1 to increase the heat transfer area on the wall surface of the expansion cylinder 1.

【0032】このことは、上記吸熱側における作動流体
と膨張シリンダ1との間の伝熱が促進(伝熱性:大)さ
れ、その分、逆スタ−リングサイクルの運転で得られる
冷凍能力を向上させることができる。
This means that the heat transfer between the working fluid on the heat absorbing side and the expansion cylinder 1 is promoted (heat transfer property: large), and the refrigerating capacity obtained by the operation of the reverse stirring cycle is correspondingly improved. Can be done.

【0033】加えて、ディスプレ−サピストン2の頭部
にもフィン部17が設けられているので、ディスプレ−
サピストン2から膨張シリンダ1への伝熱も期待でき、
さらに冷凍能力を向上できる。
In addition, since the fin portion 17 is also provided at the head of the display piston 2,
Heat transfer from the piston 2 to the expansion cylinder 1 can also be expected,
Further, the refrigeration capacity can be improved.

【0034】また、逆スタ−リングサイクル運転中、デ
ィスプレ−サピストン2が上死点に達するとき、図2に
示されるようにシリンダ室ヘッド部分のフィン群15
が、ピストン頭部のフィン群17に対して、互いに噛合
う、すなわちフィン部6が溝部8に収容されるから、伝
熱面積を大きくしたことによる無効容積の発生を最小限
に抑制することができる。したがって、従来のように入
力を増加させずに、冷凍能力を高めることができ。高い
成績係数をもたらすスタ−リング冷凍装置を提供するこ
とができる。なお、この第1の実施例では、吸熱側のみ
伝熱面積を大きくした例を挙げたが、放熱側のみ伝熱面
積を大きくしても、同様の効果を奏する。
When the display piston 2 reaches the top dead center during the reverse stirling cycle operation, as shown in FIG.
However, since the fins 6 mesh with the fins 17 on the piston head, that is, the fins 6 are accommodated in the grooves 8, it is possible to minimize the generation of an ineffective volume due to an increase in the heat transfer area. it can. Therefore, the refrigeration capacity can be increased without increasing the input unlike the conventional case. A Stirling refrigerating apparatus that provides a high coefficient of performance can be provided. In the first embodiment, an example is described in which the heat transfer area is increased only on the heat absorption side. However, the same effect can be obtained even if the heat transfer area is increased only on the heat dissipation side.

【0035】すなわち、膨張シリンダ1とディスプレ−
サピストン2とではなく、圧縮シリンダ3とパワ−シリ
ンダ4とにフィン群15,16を設けても、逆スタ−リ
ングサイクルの吸熱作用を促進することになるので、無
効容積の発生を最小限に抑制しつつ、冷凍能力を向上さ
せることができることになる。
That is, the expansion cylinder 1 and the display
Even if the fin groups 15 and 16 are provided not on the support piston 2 but on the compression cylinder 3 and the power cylinder 4, the endothermic effect of the reverse stirling cycle is promoted, so that the generation of the invalid volume is minimized. It is possible to improve the refrigeration capacity while suppressing the refrigeration.

【0036】但し、この「圧縮シリンダ3とパワ−シリ
ンダ4」のみにフィン群15,16を設ける構造は、図
1のフィン設置部分を、単に膨張側から圧縮側に移した
だけなので、図面は省略した。
However, in the structure in which the fin groups 15 and 16 are provided only in the "compression cylinder 3 and the power cylinder 4", the fin installation portion in FIG. 1 is merely moved from the expansion side to the compression side. Omitted.

【0037】むろん、図5に示される第2の実施例のよ
うに「膨張シリンダ1とディスプレ−サピストン2」、
「圧縮シリンダ3とパワ−シリンダ4」のそれぞれにフ
ィン群15,16を設けてもよく、このようにすれば、
一層、冷凍能力の向上が図れる。
Of course, as in the second embodiment shown in FIG. 5, "expansion cylinder 1 and displacer piston 2"
The fin groups 15 and 16 may be provided for each of the “compression cylinder 3 and the power cylinder 4”.
The refrigeration capacity can be further improved.

【0038】また上述したいずれの実施例共、この発明
を2シリンダ形のスタ−リング冷凍装置に適用したが、
これに限らず、他の形式のスタ−リング冷凍装置にも適
用できる。この適用例として、1シリンダ形のスタ−リ
ング冷凍装置に、この発明を適用したものが、図6およ
び図7に第3の実施例として示されている。
In all of the above embodiments, the present invention is applied to a two-cylinder type stirling refrigerating apparatus.
However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other types of stirling refrigerating devices. FIG. 6 and FIG. 7 show a third embodiment of the present invention applied to a one-cylinder type stirling refrigerating apparatus.

【0039】第3の実施例は、1つのシリンダ20内に
2つのピストン、すなわち蓄冷器21が内蔵のディスプ
レ−サピストン22と、パワ−ピストン23とを摺動自
在に設けて、シリンダ頭部とディスプレ−サピストン2
2との間で膨張空間24を構成し、ディスプレ−サピス
トン22とパワ−ピストン23との間で圧縮空間25を
構成するようにしてある。膨張空間24は、ディスプレ
−サピストン22に設けた通路26を介して、蓄冷器2
1に連通している。この蓄冷器21は、ディスプレ−サ
ピストン22に設けた通路27、シリンダ20の外周側
に設けた高温側熱交換器28を介して、圧縮空間25に
連通している。
In the third embodiment, two pistons, that is, a displacer piston 22 with a built-in regenerator 21 and a power piston 23 are slidably provided in one cylinder 20, and a cylinder head and Display piston 2
2, an expansion space 24 is formed, and a compression space 25 is formed between the displacer piston 22 and the power piston 23. The expansion space 24 is connected to the regenerator 2 via a passage 26 provided in the displacer piston 22.
It communicates with 1. The regenerator 21 communicates with the compression space 25 via a passage 27 provided in the displacer piston 22 and a high-temperature heat exchanger 28 provided on the outer peripheral side of the cylinder 20.

【0040】ディスプレ−サピストン22とパワ−ピス
トン23とは、両者を所定の位相差で往復させる往復機
構29(カム機構を組合わせなるものなど)を介して、
動力源としてのモ−タ30の出力軸に連結されていて、
モ−タ30で各ピストン22,23を往復動させるよう
にしている。
The displacer piston 22 and the power piston 23 are reciprocated at a predetermined phase difference via a reciprocating mechanism 29 (such as a combination of a cam mechanism).
It is connected to the output shaft of the motor 30 as a power source,
The motors 30 reciprocate the pistons 22 and 23.

【0041】そして、図7にも示されるように、この膨
張空間24を構成する上死点側の端面、すなわちシリン
ダ20のヘッド部分に、第1の実施例と同様にフィン群
15を設け、ディスプレ−サピストン22の頭部にフィ
ン群17を設けており、このようにしても上記第1の実
施例と同様な効果を奏する。
As shown in FIG. 7, a fin group 15 is provided on the end surface on the top dead center side of the expansion space 24, that is, on the head portion of the cylinder 20, similarly to the first embodiment. The fin group 17 is provided on the head of the displacer piston 22, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0042】なお、このタイプのスタ−リング冷凍装置
は、ディスプレ−サピストン22が上死点に達したと
き、膨張空間24内の作動流体は蓄冷器21に流入し、
高温側熱交換器28を通って圧縮空間25へ移動するよ
うになっているものである。
In this type of staring refrigerating apparatus, when the displacer piston 22 reaches the top dead center, the working fluid in the expansion space 24 flows into the regenerator 21.
It moves to the compression space 25 through the high-temperature side heat exchanger 28.

【0043】また上述した実施例共、大きな外形のフィ
ン群15,17を設けて伝熱面積を増加した例を挙げた
が、これに限らず、図8に示される第4の実施例のよう
に細かいフィン群15,17を設けてもよい。
In the above-described embodiments, the fin groups 15 and 17 having a large outer shape are provided to increase the heat transfer area. However, the present invention is not limited to this example. Fine fin groups 15 and 17 may be provided.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように請求項1および請求
項2に記載の発明によれば、無効容積の発生を防ぎつ
つ、作動流体とピストン壁面との間における伝熱性を高
めることができる。したがって、不必要に入力を増加さ
せずに、冷凍能力を高めることができ、高い成績係数を
もたらすスタ−リング冷凍装置を提供することができ
る。
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, it is possible to enhance the heat transfer between the working fluid and the piston wall surface while preventing the generation of an ineffective volume. Therefore, it is possible to provide a stirling refrigerating apparatus that can increase the refrigerating capacity without unnecessarily increasing the input and provide a high coefficient of performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施例の2シリンダ形のスタ
−リング冷凍装置の概略的な構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a two-cylinder stirling refrigerating apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同装置の膨張側の頭部構造を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a head structure on an expansion side of the device.

【図3】図2の頭部をピストン側とシリンダ側とに分解
した断面図。
FIG. 3 is an exploded cross-sectional view of the head of FIG. 2 into a piston side and a cylinder side.

【図4】逆スタ−リングサイクルを説明するためのP−
V線図。
FIG. 4 shows P- for explaining the reverse staring cycle.
V diagram.

【図5】この発明の第2の実施例の2シリンダ形のスタ
−リング冷凍装置の概略的な構成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a two-cylinder stirling refrigerating apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図6】この発明の第3の実施例の1シリンダ形のスタ
−リング冷凍装置の構成を示す断面図。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of a one-cylinder stirling refrigerating apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図7】同装置のシリンダ頭部側のフィン回りにおける
構造を示す分解した断面図。
FIG. 7 is an exploded sectional view showing a structure around a fin on the cylinder head side of the device.

【図8】この発明の第4の実施例のスタ−リング冷凍装
置のフィン回りを説明するための図。
FIG. 8 is a view for explaining the periphery of a fin of a stirling refrigerating apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】 2…ディスプレ−サピストン、4…パワ−ピストン、6
…膨張空間、7…圧縮空間、9…蓄冷器、3…クランク
軸、15…フィン群、16…フィン部、17…フィン
群、18…溝部(収容部)。
[Description of Signs] 2 ... Displacer piston, 4 ... Power piston, 6
... expansion space, 7 ... compression space, 9 ... regenerator, 3 ... crankshaft, 15 ... fin group, 16 ... fin part, 17 ... fin group, 18 ... groove (housing part).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−12267(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 9/14 510 F25B 9/14 520 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-57-12267 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F25B 9/14 510 F25B 9/14 520

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリンダ状の膨張空間に設けたディスプレ
−サピストンと、シリンダ状の圧縮空間に設けたパワ−
ピストンとを有してなり、これらピストンを所定の位相
差で往復動させることにより、逆スタ−リングサイクル
を構成するスタ−リング冷凍装置において、 前記膨張空間あるいは圧縮空間、またはその両方の空間
を構成する上死点側の端面にフィン部を設け、 このフィン部と対向する、前記ディスプレ−サピストン
あるいはパワ−ピストン、またはその両方のピストンの
頭部に、前記ピストンが上死点まで変位したとき、前記
フィン部を収容する収容部を設けたことを特徴とするス
タ−リング冷凍装置。
1. A displacer piston provided in a cylindrical expansion space, and a power piston provided in a cylindrical compression space.
A reciprocating piston having a predetermined phase difference to form a reverse stirling cycle, wherein the expansion space or the compression space, or both spaces, A fin portion is provided on the end surface on the top dead center side to constitute, and when the piston is displaced to the top dead center on the head of the displacer piston or the power piston or both pistons facing the fin portion A stirling refrigerating apparatus, further comprising a housing for housing the fin.
【請求項2】シリンダ状の膨張空間に設けたディスプレ
−サピストンと、シリンダ状の圧縮空間に設けたパワ−
ピストンとを有してなり、これらピストンを所定の位相
差で往復動させることにより、逆スタ−リングサイクル
を構成するスタ−リング冷凍装置において、 前記膨張空間あるいは圧縮空間、またはその両方の空間
を構成する上死点側の端面に第1のフィン群を設け、 このフィン部と対向する、前記ディスプレ−サピストン
あるいはパワ−ピストン、またはその両方のピストンの
頭部に、前記ピストンが上死点まで変位したとき、前記
フィン群と互いに噛合う第2のフィン群を設けたことを
特徴とするスタ−リング冷凍装置。
2. A displacer piston provided in a cylindrical expansion space, and a power piston provided in a cylindrical compression space.
A reciprocating piston having a predetermined phase difference to form a reverse stirling cycle, wherein the expansion space or the compression space, or both spaces, A first fin group is provided on an end face on the top dead center side to be configured, and the piston is moved to the top dead center on the head of the displacer piston or the power piston or both pistons facing the fin portion. A stirling refrigerating apparatus comprising a second fin group that meshes with the fin group when displaced.
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