JP3856670B2 - Stirling refrigeration engine - Google Patents
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- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スターリング冷凍機関に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、従来のスターリング冷凍機関の断面図である。図11に示すように、スターリング冷凍機関は、内部に円筒状の空間を形成するシリンダ101内にディスプレーサ103とピストン102とが配設されている。ディスプレーサ103とピストン102との間に圧縮空間108が、またピストンと反対側のディスプレーサ103の端部に接して膨張空間109が設けられている。圧縮空間108と膨張空間109との間には、シリンダ101の外周に配置された再生器105を通って作動ガスが流通するように流通路が形成されている。再生器105は、圧縮空間108と膨張空間109とを、熱的に隔離するためにスターリング冷凍機関では必須の要素である。
【0003】
作動ガスは、膨張空間109と、圧縮空間108と、上記流通路とを主要空間とする作動空間内に閉じ込められている。この作動空間にヘリウム等の作動ガスを充填するとともに、ピストン102を、たとえばリニアモータ(図示せず)の外部動力によってシリンダ101の軸方向に往復する周期運動をさせる。
【0004】
ピストン102の往復運動は、圧縮空間108に封入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたらす。まず、圧縮空間での圧縮に付随して上昇した背圧の脈動により、作動ガスは再生器105を通って膨張空間109に導かれる。この作動ガス移動の際、作動ガス移動量の変化によってディスプレーサ103に、軸方向に沿って周期的な往復運動が生じる。ディスプレーサ103のこの往復運動は、周期がピストンと同じで、ピストンの往復運動とは所定の位相差を維持する。
【0005】
ディスプレーサのピストン側の端は細径のディスプレーサロッド104に連続している。このディスプレーサロッド104はピストンの軸孔を貫通し、ケーシングに一端を固着されたスプリング106の他端に連結されている。このような構造のスターリング冷凍機関は、フリーピストン型スターリング冷凍機関と呼ばれる。ここでは、フリーピストン型スターリング冷凍機関について説明するが、本発明はフリーピストン型冷凍機関のみを対象にするものではない。
【0006】
ディスプレーサ103とピストン102とが適当な位相差をもって往復運動するとき、シリンダー内の作動空間に封入された作動ガスは逆スターリングサイクルとして知られる既知の熱力学サイクルを構成する。この逆スターリングサイクルでは、膨張空間109に冷熱を発生し、圧縮空間108に高熱を発生する。次に、その原理について説明する。
【0007】
ピストン102により圧縮された圧縮空間108の作動ガスは、シリンダ通気口101aを通過して、この通気孔に連接するガス通路端部空間112から高温側熱交換器110aと、再生器105と、低温側熱交換器110bとを経由して膨張空間109へと移動する。この移動の間に、作動ガスは再生器105が半サイクル前に蓄えていた冷熱を受け取り予冷される。また、作動ガスは高温側熱交換器110aを介して放熱器111から外部に圧縮空間108で生じた熱を放出する。高温側熱交換器110aと放熱器111とは、一体となって、作動ガスから熱を奪い外部に放熱する。上記再生器105は、圧縮空間108と膨張空間109とを熱的に隔離する作用を有し、スターリング冷凍機関では必須の要素である。
【0008】
大部分の作動ガスが膨張空間に流入すると、膨張空間109の圧力上昇によってディスプレーサ103をピストン側に押すように膨張が始まる。そして、ある程度膨張すると、ピストン102の復帰力によりディスプレーサ103は逆にピストンから離れる方向に押される。この時点で膨張空間では圧力が低下しており、圧力が低下した状態で、膨張空間109内の作動ガスは、低温側熱交換器110bから再生器105と、高温側熱交換器110aと、ガス通路端部空間112とを通過して再び圧縮空間108に移動する。このとき、低温側熱交換器110bを介して吸熱器116により外部から熱を奪う。低温側熱交換器110bと吸熱器116とは、一体となって、作動ガスに熱を与え外部から熱を奪う。
【0009】
この結果、吸熱器116に面する外部の空気は冷却される。このようにして、大部分の作動ガスが圧縮空間108へ戻ると、再びピストン102の圧縮動作を受けて次のサイクルが始まる。このような、一連のサイクルが連続的に繰り返されることにより、吸熱器116の周囲では極低温の冷熱を取り出すことができる。また、逆に放熱器111の周りで放熱作用を利用することもできる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
スターリング冷凍機関では、シリンダ101のフランジ部101bと、ケーシング113と、高温側熱交換器110aとで囲まれたガス通路端部空間112の容積を小さくすることにより、熱効率などの性能が向上する。すなわち、このガス通路端部空間は、圧縮と膨張との繰り返しで熱媒体を循環させる場合のデッドスペースとでもいうべき空間であり、この部分の容積を減少させることにより、作動ガスは効率よく循環する。しかしながら、従来のスターリング冷凍機関では、シリンダ101のフランジ部101bと、高温側熱交換器110aとの距離を小さくことにより、ガス通路端部空間112の容量を小さくしていた。しかし、通気口101aの開口面積を確保する必要があるので、ガス通路端部空間112の容積を十分小さくすることができなかった。
【0011】
また、シリンダ101のフランジ部101b付近におけるガス通路端部空間112の断面が、中心軸107に対して直交する平面である場合、中心軸を含む平面で切った断面形状が長方形型の円筒形となる。このため、ガス通路端部空間112において、作動ガスの流れに流動損失が生じていた。また、図12および図13に示すように、作動ガスの流動損失を低減するように、ガス通路端部空間112の中心軸を含む切断面における断面形状を台形または扇型にすると、加工工程が複雑になる問題があった。すなわち、上記の台形または扇型の断面形状になるように、シリンダ101のフランジ部101bの形状を円錐状またはドーム状に加工する場合、フランジ部101bや通気口101aの加工方法が複雑となり、加工コストの上昇をもたらす問題があった。なお、膨張空間109に連続するガス通路端部空間も容積が大きいと熱効率の低下をもたらす。しかし、膨張空間に連続するガス通路端部空間の場合はシリンダの端部なので、容積を小さくした上で、流動損失が小さくなるように上記断面形状を台形または扇型にするのに加工上の問題は生じない。すなわち、簡単な加工処理によって、目的の形状を得ることができる。
【0012】
また、上記高温側熱交換器110aを通気孔101aに面するようにして、ガス通路端部空間112を減少させることも考えられる。しかし、この配置では、高温側熱交換器の中で、ガス流れの向きを変える必要がある。流動損失を低くして、流れの向きを変える熱交換器は、非常に高価なものとなるので実用上、不可能である。
【0013】
さらに、スターリング冷凍機関は、シリンダ101とピストン102とのギャップ、またはシリンダ101とディスプレーサ103とのギャップを小さくすることにより、性能向上をはかることができる。このため、シリンダ101の材質には加工精度を出し易い金属類を用いる。このため、圧縮空間で生じた熱がシリンダ101のフランジ部101bを通ってスターリング冷凍機関の内部に放熱する場合があった。放熱器111の放熱効率の低下およびモータの発熱による効率低下が生じる事態を生じていた。
【0014】
本発明は、複雑な加工をすることなく、安価かつ容易に、効率向上を実現したスターリング冷凍機関を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のスターリング冷凍機関は、シリンダと、シリンダ内に、往復自在のディスプレーサと駆動手段によって駆動されるピストンとを有し、ディスプレーサとシリンダ端部との間に膨張空間を、またディスプレーサとピストンとの間に圧縮空間を有し、さらに圧縮空間と膨張空間とを連通するシリンダ外のガス通路内に、圧縮空間と膨張空間とを熱的に隔離する再生器を備えるスターリング冷凍機関である。このスターリング冷凍機関は、シリンダの外に位置して圧縮空間と膨張空間とを連絡するガス通路において、圧縮空間に開口するシリンダに開けられた通気孔に連接するガス通路端部空間に、ガス通路の流通を塞がないように、ガス通路端部空間の容積を減少させる充填物をシリンダに接して固定し、充填物がシリンダよりも熱伝導性が低い材質で形成されている(請求項1)。
【0016】
この構成により、充填物はシリンダ等とは別の部材で構成すればよいので、シリンダ等の形状を複雑な形状とする必要がなくなり、従来のシリンダの形状をそのまま用いることができる。このため、充填物が増えるだけで、大きなコスト増の原因となるシリンダの加工コストは増大しない。この結果、作動ガスを圧縮と膨張とにより循環させる際のデッドスペースとでもいうべき圧縮空間に連続するガス通路端部空間の容積を、簡便に減少させることができる。このガス通路端部空間をプレナム空間と呼ぶ場合がある。この充填物はガスの流通を塞がず、流通を確保するように配置されるので、デッドスペースが減少した分、このスターリング冷凍機関の熱効率を向上させることができる。
また、充填物、たとえばリングをシリンダよりも熱伝導率の低い材料で構成することにより、熱伝導はこのリングによって減少される。このため、シリンダを介してスターリング冷凍機関の内部に放熱される熱量を減少させることができる。このような熱漏れは、放熱器の熱効率を低下させ、またピストンを駆動するリニアモータ等を加熱してリニアモータの効率を減少させるので、リングによって熱漏れを減少させることにより、放熱器の熱効率およびリニアモータの効率(ひいては熱効率)を向上させることが可能となる。
【0017】
上記シリンダは全体が一体成形物で構成されるほうが軸心合わせなどの点で好ましいが、コスト減等を考慮して複数のシリンダ部分をボルト、ナット等で連結して一体のシリンダとしてもよい。
【0020】
本発明のスターリング冷凍機関では、充填物は、ガスの流動損失が少なくなるように、再生器側に向かってガス通路の断面が広くなるテーパ形状を有することができる(請求項2)。
【0021】
たとえば、ガス通路内に突き出る充填物が、往復運動の方向に垂直な表面を有する場合、その表面を囲む稜線やコーナー部で乱流を生じ、流動損失を大きく減少させることが難しくなる。上記のように、ガス通路の断面を再生器側に向けて広くなるテーパ形状とすることにより乱流等を抑制することができる。この結果、さらに流動損失を減少させ、このスターリング冷凍機関の効率を向上させることができる。
【0022】
本発明のスターリング冷凍機関では、シリンダが円筒形であり、充填物がシリンダの外周に沿って位置する円環状のガス通路のガス通路端部空間に配置されたリングとすることができる(請求項3)。
【0023】
リングはガス通路端部空間の形状に合わせて、断面形状と径とによって決めることができる。たとえば、ゴムや樹脂で形成する場合、押し出し成形加工などによって簡便に製造することができる。この構成により、非常に簡単に、かつコスト増を抑えてスターリング冷凍機関の熱効率を向上させることが可能となる。なお、上記リングは上述のようにプレナム空間に配置されるので、プレナムリングと呼ぶ場合がある。
【0038】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【0039】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるスターリング冷凍機関の圧縮空間に連続するガス通路端部空間をピストン軸を含む面で切断した断面図である。プレナムリング14は、シリンダ1のフランジ部1bと、ケーシング13とで囲まれたガス通路端部空間12において、フランジ部1bに接して配置されている。ガス通路端部空間12は、圧縮空間8に開口するシリンダに開けられた通気孔1aと連接している。
【0040】
図2は、図1におけるシリンダ1にプレナムリング14を嵌め込んだ状態の斜視図である。図1は図2おいてI−I線に沿った断面図である。シリンダ1は、正確な軸合わせを得るために、フランジ部1bを含んで一体物として形成されている。このため、シリンダ1の全周にわたって通気口1aを開けることはできず、シリンダの周囲に間欠的に、開口がなされていない柱部1dが配置されている。
【0041】
図1および図2において、通気孔1aは、プレナムリングが配置された分だけ軸方向長さを短縮されている。しかし、圧縮空間8から、通気孔1aと高温側熱交換器10aとを経て再生器5に至るガス通路は、十分低い流動損失をもって確保されている。このため、ガスの流動損失を十分低くしたうえで、ガス通路端部空間(プレナム空間)12の容積を十分小さくすることができる。この結果、このスターリング冷凍機関の熱効率を、簡単な構造変更により向上させることが可能となる。
【0042】
プレナムリングの最適形状や最適位置は、スターリング冷凍機関の作動状態に応じて、低い流動損失と狭いプレナム空間という背反する要件のトレードオフによって決まるものである。たとえば、シリンダのフランジ部1bが高温側熱交換器10aに向かって迫り出している構造の場合には、ガス通路端部空間12の容積はもともと狭くなっている。このような場合には、図3に示すように、低い流動損失とするために、断面形状が小さいプレナムリングを通気孔1aから離してフランジ部1bに接して配置する。
【0043】
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2におけるスターリング冷凍機関のプレナム空間付近の断面図である。本実施の形態では高温側熱交換器に向けてガス通路の断面が広くなるように、プレナムリング14の断面にテーパがついている。本実施の形態におけるプレナムリングでは、図5に示すように、さらにシリンダの柱部分1dに接する部分にガイド14dが設けられている。
【0044】
図6は、図5に示すプレナムリングをシリンダに嵌め込んだ状態を示す斜視図である。ガイド14dはシリンダの柱部分1dに位置合わせされているので、ガス流通の抵抗にはならない。むしろ、このガイドがないと、ガスは通気孔1aからシリンダの柱部分1dに回り込んで乱流やよどみを形成する。このため、流動抵抗を増大させる。本実施の形態に示すように、ガイド14dを設けることにより、通気孔1aからシリンダの柱部分に回り込んで渦巻く流れがなくなり、流動損失は低下する。したがって、ガイド14dの形状はシリンダの柱に接する部分からプレナムリング本体にかけて断面形状が漸減するように滑らかにテーパが付いていることが望ましい。このプレナムリングの断面におけるテーパは直線的であってもよいし、図7に示すように、ガス通路を拡大させるために、テーパ面を外に凹の曲面にしてもよい。
【0045】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3では、上述の実施の形態1および2におけるスターリング冷凍機関のプレナムリングに熱伝導率の低い材料を用いる。この熱伝導率の低いプレナムリングの配置により、シリンダのフランジ部を通ってスターリング冷凍機関内部に熱が逃げる状態を防止することができる。逆に、図8に示すように、シリンダのフランジ部1bを通って熱が漏れる場合は、高温側熱交換器や放熱器の熱効率を低下させる。さらに、シリンダの外周に配設されたリニアモータ等のピストンの駆動手段を加熱して、これの効率を低下させる。本実施の形態は、図8に示す状態を防止することを目的に、熱伝導率の低いプレナムリングをフランジ部1bに接して配置する。
【0046】
(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4におけるスターリング冷凍機関のガス通路端部空間付近の断面図である。本実施の形態では、プレナムリング14とプレナムリングの位置を調節して固定するリング固定手段15とを備える。リング固定手段としては、たとえば軸方向に沿って間欠的に設けられた雌ねじ孔にねじ込まれるねじまたはピン15などを用いることができる。
【0047】
プレナムリング14はばね17によって高温側熱交換器10aの方に弾性的に押されている。リング固定手段が、たとえば適当な間隔で複数、配置された雌ねじ孔にねじ込まれるねじの場合、適当な位置の雌ねじにねじをねじ込み、プレナムリングの外周面に設けられた凹部にねじを係合させて、プレナムリングを固定することができる。
【0048】
このため、スターリング冷凍機関の効率が最大化される位置にプレナムリングを位置合わせして固定することができる。
【0049】
(参考例)
図10は、参考例におけるスターリング冷凍機関を示す構成図である。参考例では、ピストンの駆動手段にリニアモータ25を用いている。参考例では、スターリング冷凍機関の作動状態を検知する作動状態検知センサをさらに備えている。上記の作動状態検知センサは、次のようなセンサから構成される。
(a)外気雰囲気温度を検出する温度センサ
(b)スターリング冷凍機関の圧縮空間、膨張空間、放熱器、吸熱器などの部分の温度センサ
(c)スターリング冷凍機関の圧縮空間、膨張空間、ピストンなどの駆動手段が配置されるケーシング内空間などの部分の圧力センサ
(d)ピストン等の駆動手段、たとえばリニアモータに供給されている電力を検出する電力センサ
上記のセンサで検出された各状態において、スターリング冷凍機関の最大効率を得るためのプレナムリング14の位置を予め求め、データテーブル等にして記憶しておけば、各状態に応じて最適位置を自動的に割り出すことができる。このため、プレナムリングの位置を調整して、常に最大効率を得ることが可能となる。このプレナムリングの位置の移動には、リング自動移動手段を用いる。このリング自動移動手段は、リングを弾性的に押すばね17と、リングの外周凹部に係合するピン15とを備える。さらに、ピンをたとえば軸に沿う長孔内を移動させるモータと、ピンを上下させプレナムリングにピンを係合させて固定するモータなどから構成される自動移動機構18を用いることができる。
【0050】
モータを含む自動移動機構18は、制御装置19によって移動位置を決められ、その位置に向かって移動させられる。この制御装置には上記の各種センサのうち少なくとも1つ、たとえば放熱器11の温度センサ20から信号が伝達され、その信号の値に応じて、予め記憶された最適位置にプレナムリング14を自動的に移動させる。
【0051】
この結果、スターリング冷凍機関の状態が時々刻々変化する場合でも、その時点における最大効率を、常時、自動的に得ることができる。このため、高い効率を確保することができ、広範な応用分野を得ることが可能となる。
【0052】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の範囲は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【0053】
【発明の効果】
本発明のスターリング冷凍機関を用いることにより、複雑な加工をすることなく、安価かつ容易に、ガス通路端部空間の低容積化とガス流通の低流動損失化との両方を満足させ、熱効率向上を実現することができる。さらに、充填物をシリンダよりも熱伝導率の低い材料で構成することにより、スターリング機関の内部への熱の漏れを防止して、さらに熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1におけるスターリング冷凍機関のプレナム空間付近の断面図である。
【図2】 図1のスターリング冷凍機関のシリンダにプレナムリングを嵌め込んだ状態の斜視図である。
【図3】 本発明の実施の形態1の変形例におけるスターリング冷凍機関のプレナム空間付近の断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態2におけるスターリング冷凍機関のプレナム空間付近の断面図である。
【図5】 図4のスターリング冷凍機関のガス通路端部空間に配置されたプレナムリングを示す斜視図である。
【図6】 図5のプレナムリングを図4のシリンダに嵌め込んだ状態の斜視図である。
【図7】 本発明の実施の形態2の変形例におけるスターリング冷凍機関のプレナム空間付近の断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態3のスターリング冷凍機関に対する比較例である従来のスターリング冷凍機関における熱漏れを示す図面である。
【図9】 本発明の実施の形態4におけるスターリング冷凍機関のプレナム空間付近の断面図である。
【図10】 参考例におけるスターリング冷凍機関の構成図である。
【図11】 従来のスターリング冷凍機関の構成図である。
【図12】 従来のスターリング冷凍機関の変形例のプレナム空間付近の断面図である。
【図13】 従来のスターリング冷凍機関の別の変形例のプレナム空間付近の断面図である。
【符号の説明】
1 シリンダ、1a 通気孔、1b フランジ部、2 ピストン、3 ディスプレーサ、4 ディスプレーサロッド、5 再生器、6 ばね、8 圧縮空間、9 膨張空間、10a 高温側熱交換器、10b 低温側熱交換器、11 放熱器、12 ガス通路端部空間、13 ケーシング、14 プレナムリング、14d ガイド、15 位置固定ピン(ねじ)、16 吸熱器、17 リングばね、18 自動移動機構、19 制御装置、20 温度センサ、25 リニアモータ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a Stirling refrigerating engine.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional Stirling refrigerating engine. As shown in FIG. 11, in a Stirling refrigerating engine, a displacer 103 and a
[0003]
The working gas is confined in the working space whose main space is the
[0004]
The reciprocating motion of the
[0005]
The end of the displacer on the piston side is continuous with the
[0006]
When the
[0007]
The working gas in the
[0008]
When most of the working gas flows into the expansion space, expansion starts so as to push the
[0009]
As a result, the external air facing the heat absorber 116 is cooled. In this way, when most of the working gas returns to the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the Stirling refrigeration engine, performance such as thermal efficiency is improved by reducing the volume of the gas
[0011]
When the cross section of the gas
[0012]
It is also conceivable to reduce the gas
[0013]
Further, the Stirling refrigeration engine can improve performance by reducing the gap between the
[0014]
An object of this invention is to provide the Stirling refrigerating engine which implement | achieved the efficiency improvement cheaply and easily, without performing a complicated process.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The Stirling refrigerating engine of the present invention has a cylinder, a reciprocating displacer in the cylinder, and a piston driven by driving means, an expansion space between the displacer and the cylinder end, and the displacer and piston. The Stirling refrigerating engine further includes a regenerator that thermally separates the compression space and the expansion space in a gas passage outside the cylinder that has a compression space between them and communicates the compression space and the expansion space. This Stirling refrigeration engine is located outside the cylinder and communicates between the compression space and the expansion space. In the gas passage end space connected to the vent hole opened in the cylinder that opens in the compression space, the gas passage In order not to block the flow of the gas, the packing for reducing the volume of the gas passage end space is fixed in contact with the cylinder, and the packing is formed of a material having lower thermal conductivity than the cylinder. ).
[0016]
With this configuration, the filling material only needs to be formed of a member different from the cylinder or the like, so that the shape of the cylinder or the like need not be complicated, and the conventional cylinder shape can be used as it is. For this reason, the processing cost of the cylinder, which causes a large increase in cost, does not increase only by increasing the packing. As a result, the volume of the gas passage end space that continues to the compression space, which should be called a dead space when the working gas is circulated by compression and expansion, can be easily reduced. This gas passage end space may be referred to as a plenum space. Since the packing does not block the gas flow and is arranged so as to ensure the flow, the heat efficiency of the Stirling refrigerating engine can be improved as the dead space is reduced.
Also, the heat conduction is reduced by the ring by making the packing, for example the ring, of a material having a lower thermal conductivity than the cylinder. For this reason, the amount of heat radiated to the inside of the Stirling refrigerating engine through the cylinder can be reduced. Such a heat leak reduces the thermal efficiency of the radiator and reduces the efficiency of the linear motor by heating the linear motor etc. that drives the piston. In addition, the efficiency (and hence thermal efficiency) of the linear motor can be improved.
[0017]
Although it is preferable that the cylinder is entirely formed of an integrally molded product from the standpoint of axial alignment, a plurality of cylinder parts may be connected by bolts, nuts, etc. in consideration of cost reduction and the like.
[0020]
The Stirling engine of the present invention, packings may have a tapered shape as flow loss of the gas is reduced, the cross section of the gas passage widens toward the regenerator side (claim 2).
[0021]
For example, when the packing protruding into the gas passage has a surface perpendicular to the direction of the reciprocating motion, turbulence is generated at the ridgeline and the corner portion surrounding the surface, and it becomes difficult to greatly reduce the flow loss. As described above, turbulent flow or the like can be suppressed by making the cross section of the gas passage tapered toward the regenerator side. As a result, the flow loss can be further reduced, and the efficiency of the Stirling refrigerating engine can be improved.
[0022]
In the Stirling refrigerating engine of the present invention, the cylinder is cylindrical, and the packing can be a ring disposed in the gas passage end space of the annular gas passage located along the outer periphery of the cylinder (claim). 3 ).
[0023]
The ring can be determined by the cross-sectional shape and diameter according to the shape of the gas passage end space. For example, when forming with rubber | gum or resin, it can manufacture simply by an extrusion molding process. With this configuration, it is possible to improve the thermal efficiency of the Stirling refrigerating engine very easily and while suppressing an increase in cost. In addition, since the said ring is arrange | positioned in plenum space as mentioned above, it may be called a plenum ring.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view of a gas passage end space continuous with a compression space of a Stirling refrigerating engine according to
[0040]
FIG. 2 is a perspective view of the
[0041]
1 and 2, the
[0042]
The optimum shape and position of the plenum ring is determined by the trade-off between the contradictory requirements of low flow loss and narrow plenum space, depending on the operating conditions of the Stirling refrigeration engine. For example, in the case where the
[0043]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of the plenum space of the Stirling refrigerating engine according to
[0044]
FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the plenum ring shown in FIG. 5 is fitted into a cylinder. Since the
[0045]
(Embodiment 3)
In
[0046]
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of the gas passage end space of the Stirling refrigerating engine according to
[0047]
The
[0048]
For this reason, the plenum ring can be aligned and fixed at a position where the efficiency of the Stirling refrigerating engine is maximized.
[0049]
(Reference example)
FIG. 10 is a configuration diagram showing a Stirling refrigeration engine in a reference example . In the reference example , a
(A) Temperature sensor for detecting ambient air temperature (b) Temperature sensor for compression space, expansion space, radiator, heat absorber, etc. of Stirling refrigeration engine (c) Compression space, expansion space, piston, etc. for Stirling refrigeration engine (D) Driving means such as a piston, for example, a power sensor for detecting electric power supplied to a linear motor In each state detected by the above sensor, If the position of the
[0050]
The
[0051]
As a result, even when the state of the Stirling refrigerating engine changes from moment to moment, the maximum efficiency at that time can always be automatically obtained. For this reason, high efficiency can be ensured and a wide range of application fields can be obtained.
[0052]
While the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
[0053]
【The invention's effect】
By using the Stirling refrigeration engine of the present invention, it is possible to satisfy both the reduction of the volume of the gas passage end space and the reduction of the flow loss of the gas flow, without complicated processing, and the thermal efficiency. Improvements can be realized. Furthermore, by configuring the filling with a material having a lower thermal conductivity than the cylinder, it is possible to prevent heat from leaking into the Stirling engine and further improve the thermal efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of a plenum space of a Stirling refrigerating engine according to
2 is a perspective view of a state in which a plenum ring is fitted into a cylinder of the Stirling refrigerating engine of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of a plenum space of a Stirling refrigerating engine according to a modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of a plenum space of a Stirling refrigerating engine according to
5 is a perspective view showing a plenum ring arranged in a gas passage end space of the Stirling refrigerating engine of FIG. 4; FIG.
6 is a perspective view showing a state in which the plenum ring of FIG. 5 is fitted into the cylinder of FIG. 4;
FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of a plenum space of a Stirling refrigerating engine according to a modification of the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a drawing showing heat leakage in a conventional Stirling refrigerating engine which is a comparative example for the Stirling refrigerating engine of
FIG. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of a plenum space of a Stirling refrigerating engine according to
FIG. 10 is a configuration diagram of a Stirling refrigerating engine in a reference example .
FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional Stirling refrigerating engine.
FIG. 12 is a cross-sectional view of the vicinity of the plenum space of a modified example of a conventional Stirling refrigerating engine.
FIG. 13 is a cross-sectional view of the vicinity of the plenum space of another modification of the conventional Stirling refrigerating engine.
[Explanation of symbols]
1 cylinder, 1a vent, 1b flange, 2 piston, 3 displacer, 4 displacer rod, 5 regenerator, 6 spring, 8 compression space, 9 expansion space, 10a high temperature side heat exchanger, 10b low temperature side heat exchanger, 11 radiator, 12 gas passage end space, 13 casing, 14 plenum ring, 14d guide, 15 position fixing pin (screw), 16 heat absorber, 17 ring spring, 18 automatic movement mechanism, 19 control device, 20 temperature sensor, 25 Linear motor.
Claims (3)
前記ガス通路内において、前記圧縮空間に開口する前記シリンダに開けられた通気孔に連接するガス通路端部空間に、前記ガス通路の流通を塞がないように、前記ガス通路端部空間の容積を減少させる充填物を前記シリンダに接して固定し、
前記充填物が前記シリンダよりも熱伝導性が低い材質で形成されている、スターリング冷凍機関。A cylinder, a reciprocating displacer in the cylinder, and a piston driven by driving means; an expansion space between the displacer and the cylinder end portion; and a space between the displacer and the piston. A Stirling refrigeration engine having a compression space, and further comprising a regenerator that thermally isolates the compression space and the expansion space in a gas passage outside the cylinder that communicates the compression space and the expansion space. And
In the gas passage, the volume of the gas passage end space is such that the gas passage end space connected to the vent hole opened in the cylinder opening to the compression space does not block the flow of the gas passage. Fixing the filler to reduce the contact with the cylinder,
A Stirling refrigerating engine, wherein the filling is made of a material having lower thermal conductivity than the cylinder .
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