JP3757429B2 - スターリング冷凍機 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に捕獲装置を配設して、作動ガスに混入している不純物を捕獲することにより、性能劣化の速度を遅くして、耐久性を高め、長寿命化を実現するスターリング冷凍機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のスターリング冷凍機(特開平5−240514)は、図7に示すように膨張ピストンP内に配設されたメッシュによって構成された蓄冷器Tの抜け止めも兼ね、前記蓄冷器Tと膨張空間Eとを連通する円形の孔Hを前記膨張ピストンPの頂部中央部に形成するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスターリング冷凍機は、前記膨張空間Eで作動ガスが膨張するため温度が下がり前記膨張ピストンPの頂部付近で不純物が凝固して、前記孔Hおよび蓄冷器Tの上部のメッシュが目詰まりするため、流れの抵抗が増加して、性能劣化の速度が大きく、耐久性および寿命が短いという問題があった。
【0004】
そこで本発明者は、膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部において、捕獲装置により作動ガスに混入している不純物を捕獲するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねて、蓄冷器のメッシュにおける流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという目的を達成する本発明に到達した。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1に記載の第1発明)のスターリング冷凍機は、
圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成るとともに、
前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着する
ものである。
【0006】
本発明(請求項2に記載の第2発明)のスターリング冷凍機は、
圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成り、
前記吸着部材が、フェノール樹脂により構成されている
ものである。
【0007】
本発明(請求項3に記載の第3発明)のスターリング冷凍機は、
第1発明において、
前記吸着部材が、活性炭により構成されている
ものである。
【0008】
本発明(請求項4に記載の第4発明)のスターリング冷凍機は、
第1発明ないし第3発明のいずれかにおいて、
前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲する
ものである。
【0009】
【作用】
上記構成より成る第1発明のスターリング冷凍機は、前記モータが、前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動すると、前記圧縮ピストンが、圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内を往復動するとともに、前記膨張ピストンが、膨張空間を形成する膨張シリンダ内を往復動するため、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
前記捕獲装置を構成する前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体の前記吸着部材により、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させ て作動ガス内の不純物を吸着するものである。
【0010】
上記構成より成る第2発明のスターリング冷凍機は、前記モータが、前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動すると、前記圧縮ピストンが、圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内を往復動するとともに、前記膨張ピストンが、膨張空間を形成する膨張シリンダ内を往復動するため、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
前記フェノール樹脂により構成された吸着部材によって構成された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
【0011】
上記構成より成る第3発明のスターリング冷凍機は、活性炭により構成された前記吸着部材が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
【0012】
上記構成より成る第4発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲するものである。
【0013】
【発明の効果】
上記作用を奏する第1発明のスターリング冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するので、蓄冷器における目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
第1発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置を構成する前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体の前記吸着部材により、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものであるので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するとともに、前記膨張ピストン内を有効に利用することが出来るという効果を奏する。
第1発明のスターリング冷凍機は、前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着するものであるので、目詰まりに有利なため、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【0014】
上記作用を奏する第2発明のスターリング冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するので、蓄冷器における目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
第2発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置を構成する前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体の前記吸着部材により、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものであるので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するとともに、前記膨張ピストン内を有効に利用することが出来るという効果を奏する。
第2発明のスターリング冷凍機は、吸着部材が、フェノール樹脂によって構成されているので、安価な部材によって流路面積および多孔質体との接触面積を大きくすることが出来るので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するという効果を奏する。
【0015】
上記作用を奏する第3発明のスターリング冷凍機は、前記吸着部材が前記活性炭によって構成されているので、作動ガスに混入している不純物を前記活性炭の吸着性能により効率良く捕獲するという効果を奏する。
【0016】
上記作用を奏する第4発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を流れの遠心力によって捕獲するので、簡単な構造によって不純物の捕獲効率が高いというという効果を奏する。
【0017】
【実施例】
以下本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
【0018】
(第1実施例)
第1実施例のスターリング冷凍機は、図1ないし図3に示すように圧縮空間11を形成する圧縮シリンダ10内に介挿された圧縮ピストン1と、膨張空間21を形成する膨張シリンダ20内に介挿された膨張ピストン2と、前記圧縮ピストン1と前記膨張ピストン2とを回転駆動するモータ3と、前記膨張ピストンの頂部に配設され、フェノール樹脂製の複数の流路41が形成された多孔質体によって構成される吸着部材40によって構成される捕獲装置4とから成るものである。
【0019】
前記圧縮ピストン1は、図1に示すように外周に放熱フィンを備えるとともに、一端にヘッド12を固着した圧縮シリンダ10内に介挿され、外周にピストンリング13が巻装されている。前記圧縮シリンダ10とヘッド12と前記圧縮ピストン1との間に形成される圧縮空間11に連通する第1の連通路14が前記圧縮シリンダ10内に形成されている。
【0020】
前記膨張ピストン2は、図1および図3に示すように外周に放熱フィンを備えた前記膨張空間21を形成する前記膨張シリンダ20および該膨張シリンダ20の一端に固着した長い薄肉のチューブ22内に介挿され、下部外周にピストンリング23が巻装されている。前記圧縮シリンダ10内に形成されている前記第1の連通路14に連通する第2の連通路24が前記圧縮シリンダ10内に形成されている。
【0021】
前記膨張ピストン2は、前記圧縮シリンダ10内に形成されている前記第2の連通路24の一端開口に対向してその下部外周の軸方向に長溝25が形成され、前記膨張ピストン2が往復動しても常に前記第2の連通路24に連通するように構成されている。また該膨張ピストン2と前記膨張シリンダ20との間には摺動材28が介挿され、往復動を円滑にしている。
【0022】
前記膨張ピストン2は、下部に前記長溝25に連通するL字状の通路26が形成され、メッシュによって構成される上部のチューブ29内に介挿された蓄冷器27に作動ガスを供給し得る構成より成る。
【0023】
前記モータ3は、図1に示すように前記圧縮ピストン1および前記膨張ピストン2に連絡する第1および第2のコネクティングロッド31、32と、該第1および第2のコネクティングロッド31、32が係止されるクランク33と、該クランク33に配設されたパランスウェイト34と、前記クランク33を収容するクランクケース35と、前記クランク33を回転駆動する駆動モータ(図示せず)とから成る。
【0024】
前記捕獲装置4を構成する前記吸着部材40は、フェノール樹脂製の多孔質体によって構成され、図1ないし図3に示すように前記蓄冷器27の上部に相当する前記膨張ピストンの頂部に配設された円形部材によって構成され、外周下部に形成した段部43を前記膨張ピストンの頂部に相当する前記薄肉のチューブ29の上端に嵌着している。
【0025】
前記吸着部材40は、図2および図3に示すように5個の流路41が形成されるとともに、前記蓄冷器27のメッシュを介して供給された作動ガスを一様に前記5個の流路41に供給するように図3に示すように下面に同軸状の円形凹部42が形成されている。
【0026】
上記構成より成る第1実施例のスターリング冷凍機は、前記駆動モータによって前記クランク33が回転すると、前記第1および第2のコネクティングロッド31が前記圧縮シリンダ10内を図1中右方に圧縮ピストン1を移動させる。
【0027】
前記圧縮ピストン1が右方に移動して、前記圧縮空間の作動ガスが圧縮されると前記第1の連通路14および第2の連通路24を介して、前記膨張ピストン2内のL字状の通路26から前記蓄冷器27のメッシュ内に作動ガスが供給され、前記蓄冷器27のメッシュ内に供給された作動ガスがメッシュ内を通過して、前記吸着部材40の5個の流路41を介して前記膨張空間21内で膨張する。
【0028】
作動ガスが、前記膨張空間21内で膨張して温度が下がる時に、使用により冷凍機の樹脂の摺動部の摩耗によって発生する不純ガスが凝固するが、フェノール樹脂製の前記吸着部材40がかかる凝固した不純物を吸着するものである。
【0029】
上記作用を奏する第1実施例のスターリング冷凍機は、前記膨張ピストン2内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置4が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するので、前記蓄冷器27の上端のプラグにおける目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【0030】
また第1実施例のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置4が、多孔物質によって構成される吸着部材40によって構成されているので、作動ガスに混入している不純物を効率良く吸着して捕獲するという効果を奏する。
【0031】
さらに第1実施例のスターリング冷凍機は、前記吸着部材40が、前記膨張ピストン2の頂部に配設されているので、作動ガスが、前記膨張空間21内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を有効に吸着するとともに、前記膨張ピストン2内を有効に利用することが出来るという効果を奏する。
【0032】
また第1実施例のスターリング冷凍機は、前記吸着部材40が、5個の流路が形成されたフェノール樹脂製の多孔質体によって構成されているので、安価な部材によって流路面積を大きくするとともに、流路における多孔質体との接触面積を大きくすることが出来るので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するという効果を奏する。
【0033】
(第2実施例)
第2実施例のスターリング冷凍機は、図4に示すように前記捕獲装置4をL字状の通路411を多数形成した焼結体の衝突吸着部材401によって構成した点のみ前記第1実施例と相違するものである。
【0034】
上記構成より成る第2実施例のスターリング冷凍機は、焼結体の前記衝突吸着部材401における多数のL字状の通路411において前記膨張空間21内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を含む作動ガスがL字状の通路411に衝突して、凝固した不純物がL字状の通路411に付着して焼結体内に吸着するものである。
【0035】
上記作用を奏する第2実施例のスターリング冷凍機は、凝固した不純物を含む作動ガスを前記衝突吸着部材401のL字状の通路411に衝突させ、凝固した不純物をL字状の通路411に付着して焼結体内に吸着するので、簡単な構造により不純物を有効に吸着するとともに、L字状の通路411の開口面積を減少させないので、一層有効に目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【0036】
(第3実施例)
第3実施例のスターリング冷凍機は、図5に示すように前記捕獲装置4を、円筒状の旋回室421に接線的開口する入口開口422および出口開口423が形成された多孔質体の遠心吸着部材402によって構成した点のみ前記第1実施例と相違するものである。
【0037】
上記構成より成る第3実施例のスターリング冷凍機は、前記遠心吸着部材において前記膨張空間21内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を含む作動ガスが前記旋回室421の内壁に沿って旋回するので、旋回による遠心力によって凝固した不純物が前記旋回室421の内壁に付着して多孔質体内に吸着するものである。
【0038】
上記作用を奏する第3実施例のスターリング冷凍機は、旋回による遠心力によって凝固した不純物を前記旋回室421の内壁に付着して多孔質体内に吸着するので、簡単な構造により不純物を有効に吸着するとともに、流路の開口面積を減少させないので、一層有効に目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【0039】
上述の実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【0040】
上述の実施例以外にも、本発明は、捕獲部材として図6に示すように中空の外筒431内に外周に小さな断面積のスパイラルな溝432を形成した中実内筒433を介挿してスパイラルな長い通路434を形成した吸着部材403を採用し、通路の長さおよび抵抗によって凝固した不純物を吸着する態様も採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例装置を示す断面図である。
【図2】 本第1実施例装置の吸着部材を示す平面図である。
【図3】 本第1実施例装置の膨張ピストンおよび吸着部材を示す拡大断面図である。
【図4】 本発明の第2実施例装置の吸着部材を示す断面図である。
【図5】 本発明の第3実施例装置の吸着部材を示す斜視図である。
【図6】 本発明の変形例を示す断面図である。
【図7】 従来装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
1 圧縮ピストン
2 膨張ピストン
3 モータ
4 捕獲装置
10 圧縮シリンダ
11 圧縮空間
20 膨張シリンダ
21 膨張空間
21 クランク機構
40 吸着部材
41 流路
Claims (4)
- 圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成るとともに、
前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着するものである
ことを特徴とするスターリング冷凍機。 - 圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成り、
前記吸着部材が、フェノール樹脂により構成されている
ことを特徴とするスターリング冷凍機。 - 請求項1において、
前記吸着部材が、活性炭により構成されている
ことを特徴とするスターリング冷凍機。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかにおいて、
前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲する
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
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Family Applications (1)
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