JP4305952B2 - スターリングサイクル機関 - Google Patents

Description

本発明は、スターリングサイクル機関に関するものであり、特に、強度を高くすると共に熱の吸収又は放出を良好にするための構造に関するものである。

従来、この種のスターリングサイクル機関としては、先端側で熱を吸収し、基端側で熱を放出する円筒状の部位を有するものが知られている。（例えば、特許文献１、２参照。）前者のスターリングサイクル機関は、前記円筒状の部位が、先端側に設けられた熱良伝導体からなる冷却部と、中間部に設けられた円筒状のケーシングと、基端側に設けられた熱良伝導体からなる放熱部とを結合させることで形成されているものである。そして、前記放熱部、ケーシング及び冷却部は、それぞれの内面が前記スターリングサイクル機関の内部空間に露出していると共に、それぞれの外面が前記スターリングサイクル機関の外部に露出している。これによって、熱良伝導体の冷却部から熱が良好に吸収されると共に、熱良伝導体の放熱部から熱が良好に放出されることになる。また、後者のスターリングサイクル機関は、金属板をプレスすること等によって、先端部が閉じられていると共に、前記円筒部の基部から先端部までが継ぎ目なく一体に形成されたものである。そして、前記先端部から熱が吸収されると共に、基部から熱が放出されることになる。なお、前述したように、前記円筒部は、金属板をプレスすること等によって形成されているので、比較的薄い肉厚で形成されている。このため、前記円筒部の先端部の外部から内部への熱の移動、及び前記基部の内部から外部への熱の移動が比較的良好であると共に、前記円筒部の基部から中間部を経ての先端部への熱の移動は、比較的妨げられる。
特開２００３−１６６７６８号公報 特開２００１−３５５５１３号公報

しかしながら、前者のようなスターリングサイクル機関においては、以下のような問題があった。即ち、これらのスターリングサイクル機関においては、冷却部とケーシング、及びケーシングと放熱部を異なる材質で形成するため、冷却部とケーシングの間、及びケーシングと放熱部の間における熱膨張係数の差によって、冷却部とケーシングとの接合部、又はケーシングと放熱部の接合部に応力が加わってしまうという問題があった。そして、このようなスターリングサイクル機関のうち、特にスターリング冷凍機においては、冷却部の温度を非常に低くすることができるため、熱収縮による寸法変化の差が大きくなり、接合部に加わる応力が大きくなりがちな傾向があった。更に、前記スターリングサイクル機関においては、作動流体として、理想気体に近い性質のヘリウムが高圧で内部に封入されるのが一般的であり、また、作動流体がスターリングサイクル機関の内部で膨張、圧縮を繰り返すので、作動流体の圧力変化によって、冷却部とケーシングとの接合部、又はケーシングと放熱部の接合部に応力が加わってしまうという問題があった。そして、これらの問題が相まって、冷却部とケーシングとの接合部、又はケーシングと放熱部の接合部が破損したり、冷却部、ケーシング、放熱部自体が変形したりする虞があり、強度が保てなかった。そして、強度を保つためには、使用可能な材質が限定されてしまうという問題もあった。また、後者のようなスターリングサイクル機関では、先端部が閉じられた円筒部が、その基部から先端部まで継ぎ目なく形成されているため、熱膨張係数の差によって円筒部が破損する虞はないものの、高圧作動流体によって薄肉の円筒部の内側から圧力を受けることで、円筒部が歪んでしまう虞があった。また、このようなスターリングサイクル機関を応用商品に用いるため、前記円筒部の先端部や基部に熱伝導部材を取り付けるような場合、前記先端部や基部に熱伝導部材を圧入したり、前記先端部や基部を熱伝導部材で締め付けたりすることになり、これによって、薄肉の前記円筒部が歪んでしまう虞があった。

本発明は以上の問題点を解決し、安価で破損しにくく、使用可能な材質の幅が広いスターリングサイクル機関を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のスターリングサイクル機関は、熱を吸収又は放出するための円筒部が設けられたケーシングを有するスターリングサイクル機関本体と、前記円筒部における先端部側に取り付けられる熱伝導ブロックとを有するスターリングサイクル機関であって、前記円筒部が、先端が閉じられ且つこの先端から基端まで継ぎ目なく形成されており、
前記熱伝導ブロックは、基端側が開放すると共に先端側に孔が形成されて内面が前記先端部の外面にほぼ沿う形状の筒形に形成され、該熱伝導ブロックが前記円筒部の外面に被せて取り付けられ、前記円筒部の外面と前記熱伝導ブロックの内面とが微小な隙間を隔てて対向していると共に、この隙間が熱伝導材料で充填されているものである。

また、本発明の請求項２に記載のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記熱伝導ブロックの内面の基端側には、内側に突出した突出部が全周にわたって形成され、前記熱伝導ブロックの内面と前記円筒部の先端部の外面との隙間は、前記熱伝導ブロックの基端側がそれ以外の箇所より狭く構成したものである。

また、本発明の請求項３に記載のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記熱伝導材料が鑞であるものである。

また、本発明の請求項４に記載のスターリングサイクル機関は、請求項１において、前記熱伝導ブロックに伝熱面を形成すると共に、この伝熱面に熱伝導部材を取付可能に構成したものである。

更に、本発明の請求項５に記載のスターリングサイクル機関は、請求項４において、前記熱伝導部材を取り付けるためのビス孔が前記伝熱面に設けられているものである。

本発明の請求項１に記載のスターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、前記円筒部が、先端が閉じられ且つこの先端から基端まで継ぎ目なく形成されていることで、従来の構造に比較して、熱膨張係数の差による前記円筒部の破損を無くすことができ、また、圧力に対する前記円筒部の強度も高めることができる。また、前記熱伝導ブロック自身にスターリングサイクル機関本体内部のガスの圧力が直接加わらないので、熱伝導ブロックとして機械的強度の比較的低い材質を使用することも可能となり、使用できる材質の幅を広げることができる。また、前記熱伝導ブロックが前記円筒部の外側に被せられていることで、前記円筒部が内側からの力に対して補強されることになり、前記円筒部の強度をより高めることができる。更に、前記円筒部と熱伝導ブロックとの間の微小な隙間が熱伝導材料で充填されることで、熱伝導ブロックの外部からスターリングサイクル機関本体の内部へ、或いはスターリングサイクル機関本体の内部から熱伝導ブロックの外部へ、熱を良好に移動させることができる。

また、本発明の請求項２に記載のスターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、前記熱伝導ブロックの基端側内面が、それ以外の箇所より前記円筒部外面と近接することになるので、充填する熱伝導材料を隙間から漏れ難くすることができる。

また、本発明の請求項３に記載のスターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、流動性の高い鑞によって、前記円筒部と熱伝導ブロックとの微小な隙間を、機械的にも熱的にも良好な状態で充填することができる。

また、本発明の請求項４に記載のスターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、熱伝導部材を取り付けることに伴う応力を前記熱伝導ブロックで受け、前記円筒部に応力が直接加わらないので、前記円筒部自身を歪み難くして、前記円筒部の強度をより高めることができる。

更に、本発明の請求項５に記載のスターリングサイクル機関は、以上のように構成することにより、前記熱伝導部材を熱伝導ブロックに取り付けた際に前記円筒部が受ける応力が重力によるものだけであり、前記円筒部が変形するような応力が加わらないので、前記円筒部自身をより歪み難くして、前記円筒部の強度を更に高めることができる。

前記円筒部の外面と熱伝導ブロックとの隙間は、熱伝導性を考慮した場合、流動性の高い熱伝導材料を充填するのを妨げない程度に、ごく微小に形成されていることが望ましい。

以下、本発明の一実施例について、図１乃至図３に基づいて説明する。１はスターリングサイクル機関本体としてのスターリング冷凍機本体である。この本体１のケーシング２は、円筒部３と胴部４とで構成されていると共に、ステンレス鋼等によって構成されている。また、前記円筒部３は、基部５と中間部６と先端部７とが継ぎ目なく、また内外を連通する孔等を有さず、一体に構成されていると共に、前記先端部７の先端において閉塞している。なお、前記本体１の内部の構造については、その説明を省略する。

前記円筒部３の基部５の外面側には、熱伝導ブロック８が取り付けられていると共に、前記円筒部３の先端部７の外面側には、熱伝導ブロック９が取り付けられている。前記熱伝導ブロック８は、銅やアルミニウム等、熱伝導率が高い金属によって、両端が開放した短円筒形に形成されている。そして、前記熱伝導ブロック８は、前記円筒部３の基部５に被せた際に、この基部５の外面側と内面８Ａとの間に僅かな隙間（0.10〜0.15mm程度）を形成する。そして、この僅かな隙間に満遍なく行き渡るように、流動性が高く且つ熱伝導率が高い熱伝導材料としての銀鑞10等の鑞が流し込まれることで、前記熱伝導ブロック８は、前記円筒部３の基部５に対して機械的に固定されると共に、熱的にも接続される。なお、前記熱伝導ブロック８の外周の伝熱面８Ｂには、図示しない放熱部材が、圧入或いは締め付け等によって伝熱的に取り付けられている。また、前記熱伝導ブロック９は、銅やアルミニウム等、熱伝導性が高い金属によって、基端側が開放すると共に内面９Ａが前記先端部７の外面にほぼ沿う形状の短円筒形に形成されている。なお、前記熱伝導ブロック９の先端側には、前記円筒部３の先端部７に被せた際に生じる僅かな隙間（0.10〜0.15mm程度）に銀鑞10等の鑞を熔かして流し込むための孔９Ｂが形成されている。そして、この僅かな隙間に満遍なく行き渡るように、前記孔９Ｂに置かれた銀鑞10等を熔かして流し込むことで、前記熱伝導ブロック９は、前記円筒部３の先端部７に対して機械的に固定されると共に、熱的にも良好に接続される。また、前記熱伝導ブロック９の先端側には、熱伝導部材Ｃに対して熱的に良好に接触させるための伝熱面９Ｃが平面状に形成されている。更に、この伝熱面９Ｃには、前記熱伝導部材Ｃを固定するための複数のビス孔９Ｄが形成されている。そして、前記熱伝導部材Ｃは、前記熱伝導ブロック９の伝熱面９Ｃに熱伝導部材Ｃが当接した状態で、図示しないビスを前記熱伝導部材Ｃのビス孔Ｈを介して前記ビス孔９Ｄに螺着させることで、熱伝導ブロック９に対して取り付け可能となっている。

次に、本実施例の製造工程について説明する。まず、前記本体１を組み立てる前に、前記ケーシング２に対して前記熱伝導ブロック８，９を取り付ける。即ち、まず、前記ケーシング２の円筒部３の先端部７側から、前記熱伝導ブロック８を挿装する。この熱伝導ブロック８は、その基端が前記ケーシング２の胴部４に当接することで、前記円筒部３の基部５に被せられた状態となる。そして、適量の銀鑞10を前記熱伝導ブロック８の先端と円筒部３との境界付近に置く。そして、前記ケーシング２の円筒部３の先端部７に、前記熱伝導ブロック９を挿装する。更に、適量の銀鑞10を前記孔９Ｂと円筒部３との境界付近に置く。そして更に、このように組まれたケーシング２、熱伝導ブロック８，９、銀鑞10を加熱し、銀鑞10を熔かすことで、熔けた銀鑞10が、それぞれ前記円筒部３の基部５の外面と熱伝導ブロック８の内面８Ａの隙間、及び円筒部３の先端部７の外面と熱伝導ブロック９の内面９Ａの隙間に流れ込み、満遍なく行き渡る。最後に、加熱を停止して自然冷却することで、熔けた銀鑞10が凝固し、前記ケーシング２と熱伝導ブロック８，９が機械的に一体化される。また、熔けた銀鑞10が前記ケーシング２と熱伝導ブロック８，９の隙間に満遍なく行き渡っていることで、これらケーシング２と熱伝導ブロック８，９は熱的にも良好に接続される。なお、前記スターリング冷凍機本体１自体の製造工程については省略する。また、前記熱伝導ブロック８の伝熱面８Ｂと図示しない放熱部材が当接するように、前記熱伝導ブロック８に対して圧入したり締め付けたりすることで、前記放熱部材は前記熱伝導ブロック８に対して取り付けられると共に、前記熱伝導ブロック９の伝熱面９Ｃに熱伝導部材Ｃを当接させ、図示しないビスを前記熱伝導部材Ｃのビス孔Ｈを介して前記ビス孔９Ｄに螺着させ、締め付けることで、前記熱伝導部材Ｃは前記熱伝導ブロック９に対して取り付けられる。

更に、本実施例の作用について説明する。前記本体１を作動させると、図示しないピストンとディスプレイサーが所定の位相差で往復動することで、前記本体１の内部に封入されている高圧の作動流体（ヘリウム等）が膨張、圧縮を繰り返す。この際、逆スターリングサイクルによって、前記円筒部３の先端部７の内部において吸熱されると共に、前記円筒部３の基部５の内部において放熱される。そして、前記熱伝導ブロック９に接続された熱伝導部材Ｃの熱は、前記熱伝導ブロック９から銀鑞10部分を経て前記円筒部３の先端部７の内部に移動すると共に、前記本体１内で前記円筒部３の基部５の内部に移動した熱は、この基部５から銀鑞10部分を経て前記熱伝導ブロック８から図示しない放熱部材に移動する。この際、前述したように、前記銀鑞10によって、前記ケーシング２と熱伝導ブロック８，９が熱的に良好に接続されているので、前記熱伝導ブロック９外（前記熱伝導部材Ｃ）からの吸熱効率、及び前記熱伝導ブロック８外（図示しない放熱部材）への放熱効率が高められ、スターリングサイクル機関の作動効率を高めることができる。

なお、従来の構造では、前記本体１内の高圧作動流体の圧力変動による応力が、前記円筒部３及び熱伝導ブロック８，９にそれぞれ加わるように構成されているので、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９の材質の相違による熱膨張係数の差によって、これらの間で応力が加わることと相まって、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９の継ぎ目が破損してしまう虞があったが、本発明におけるスターリングサイクル機関は、前記本体１内の高圧作動流体の圧力変動による応力が前記ケーシング２にのみ加わり、前記熱伝導ブロック８，９に直接加わらないばかりでなく、前記円筒部３自体が前記本体１内の高圧作動流体の圧力変動による応力に十分耐え得るようにステンレス鋼によって継ぎ目なく一体的に形成されているので、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９と銀鑞10の材質の相違による熱膨張係数の差によって、これらの間で応力が加わったとしても、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９が破損してしまう虞を減ずることができる。また、従来の構造では、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９の継ぎ目が破損してしまった場合、破損箇所から高圧作動流体が急激に漏れることでスターリングサイクル機関が破裂してしまうが、本発明のスターリングサイクル機関は、仮に熱膨張係数の差によって前記円筒部３から熱伝導ブロック８，９が剥離してしまったとしても、前述したように、前記円筒部３自体がステンレス鋼によって、先端が閉じられると共に継ぎ目なく一体的に形成されているので、熱伝導ブロック８，９の剥離箇所から高圧作動流体が漏れる虞が殆どなく、従って、前記本体１が破裂する虞も殆どない。また、前記熱伝導ブロック８，９が前記円筒部３の外側に被せて取り付けられていることで、内部に高圧作動流体が封入されることで内側から高い圧力を受ける前記本体１の円筒部３が補強されることになるので、前記円筒部３の強度をより高めることができる。また、外側からの力に対しても、前記円筒部３が前記熱伝導ブロック８，９によって補強されることになるので、前記熱伝導ブロック８に対して外側から圧入又は締め付けによって図示しない放熱部材を取り付けたり、図示しないビスをビス孔９Ｄに螺着させることによって前記熱伝導ブロック９に対して熱伝導部材Ｃを取り付けたりしたとしても、これら放熱部材及び熱伝導部材Ｃの取り付けに伴う応力を前記前記熱伝導ブロック８，９が受け、前記円筒部３自身が歪むことが防止されることで、前記円筒部３の強度をより高めることができる。そして特に、前記熱伝導ブロック９の伝熱面９Ｃに対して図示しないビスをビス孔９Ｄに螺着させて締め付けることで前記熱伝導部材Ｃを取り付ける場合、ビスの締め付けによる応力が前記熱伝導ブロック９にのみ加わり、前記円筒部３には、熱伝導部材Ｃの質量に伴う重力が加わるだけとなるので、前記円筒部３自身がより歪み難くなることで、前記円筒部３の強度を更に高めることができる。更に、前記熱伝導ブロック８，９及び銀鑞10には、高圧作動流体の圧力変動による応力が直接加わらないため、前記熱伝導ブロック８，９として使用できる材質の幅を広げることができる。例えば、アルミニウムは熱伝導率が高く、また銅に比べて価格が安いものの、強度が比較的低いため、従来の構造では前記熱伝導ブロック８，９として使用することができなかったが、本発明の構造では使用することが可能となる。

以上のように本発明は、スターリングサイクル機関本体としてのスターリング冷凍機本体１のケーシング２に、先端が閉じられ且つこの先端から基端まで継ぎ目なく一体に形成された円筒部３の外面に熱伝導ブロック８，９を被せ、この熱伝導ブロック８，９の内面８Ａ，９Ａと前記円筒部３の外面との微小な隙間を熱伝導材料としての銀鑞10で充填することによって、この銀鑞10を介して前記熱伝導ブロック８，９と円筒部３との間で熱が良好に移動すると共に、本体１内の高圧作動流体の圧力変動や熱膨張係数の差による応力が前記円筒部３及び熱伝導ブロック８，９に加わったとしても、これらが破損してしまう虞を減ずることができるばかりでなく、仮にこれらが破損したとしても破裂する虞を減じ、更に前記熱伝導ブロック８，９に要求される強度の水準が低くても良くなるので、使用できる材質の幅を広げることができるものである。また、前記熱伝導ブロック８，９によって前記円筒部３が内側及び外側からの力に対して補強されることになるので、前記円筒部３の強度をより高めることができる。また、前記熱伝導材料が銀鑞10等の鑞、即ち微小な隙間であっても流し込むことができる金属であるため、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９を機械的に強く固定し、且つ熱的に良好に接続することができるものである。また、前記熱伝導ブロック８，９の伝熱面８Ｂ，９Ｃに図示しない放熱部材及び熱伝導部材Ｃが取り付けられることで、これら放熱部材及び熱伝導部材Ｃの取り付けに伴う応力を前記前記熱伝導ブロック８，９が受け、前記円筒部３自身が歪むことが防止されることで、前記円筒部３の強度をより高めることができる。更に、前記熱伝導ブロック９の伝熱面９Ｃに対して図示しないビスをビス孔９Ｄに螺着させて締め付け、前記熱伝導部材Ｃを取り付けることで、ビスの締め付けによる応力が前記熱伝導ブロック９にのみ加わり、前記円筒部３には、熱伝導部材Ｃの質量に伴う重力が加わるだけとなるので、前記円筒部３自身がより歪み難くなることで、前記円筒部３の強度を更に高めることができる。

次に、本発明の他の実施例について、図４に基づいて説明する。なお、前記実施例と共通する部分については、共通の符号を付し、その説明を省略する。前記円筒部３の先端部７の外面側には、熱伝導ブロック19が取り付けられている。この熱伝導ブロック19は、銅等の熱伝導性が高い金属によって、基端側が開放すると共に内面19Ａが前記先端部７の外面にほぼ沿う形状の短円筒形に形成されている。なお、前記熱伝導ブロック19の先端側には、前記円筒部３の先端部７に被せた際に生じる僅かな隙間（0.10〜0.15mm程度）に、流動性が高く且つ熱伝導率が高い熱伝導材料としての銀鑞10等の鑞を熔かして流し込むための孔19Ｂが形成されている。そして、前記先端部７の外面と熱伝導ブロック19の内面19Ａとの僅かな隙間に満遍なく行き渡るように、前記孔19Ｂに置かれた銀鑞10等を熔かして流し込むことで、前記熱伝導ブロック19は、前記円筒部３の先端部７に対して機械的に固定されると共に、熱的にも良好に接続される。また、前記熱伝導ブロック19の先端側には、熱伝導部材Ｃに対して熱的に良好に接触させるための伝熱面19Ｃが平面状に形成されている。更に、この伝熱面19Ｃには、前記熱伝導部材Ｃを固定するための複数のビス孔19Ｄが形成されている。なお、前記熱伝導ブロック19の内面19Ａの基端側には、内側にごく僅かに突出した突出部19Ｅが全周にわたって形成されている。これによって、前記熱伝導ブロック19の内面19Ａと前記円筒部３の先端部７の外面との隙間は、前記熱伝導ブロック19の基端側が最も狭く（0.05mm以下）、それ以外の箇所が比較的広くなるように構成されている。そして、前記熱伝導部材Ｃは、前記熱伝導ブロック19の伝熱面19Ｃに熱伝導部材Ｃが当接した状態で、図示しないビスを前記熱伝導部材Ｃのビス孔Ｈを介して前記ビス孔19Ｄに螺着させることで、熱伝導ブロック19に対して取り付け可能となっている。

次に、本実施例の製造工程について説明する。まず、前記本体１を組み立てる前に、前記ケーシング２に対して前記熱伝導ブロック19を取り付ける。即ち、まず、前記ケーシング２の円筒部３の先端部７に、前記熱伝導ブロック19を挿装する。そして、適量の銀鑞10を前記孔19Ｂと円筒部３との境界付近に置く。更に、このように組まれたケーシング２、熱伝導ブロック19、銀鑞10を加熱し、銀鑞10を熔かすことで、熔けた銀鑞10が、前記円筒部３の先端部７の外面と熱伝導ブロック19の内面19Ａの隙間に流れ込み、満遍なく行き渡る。この際、前記突出部19Ｅによって、前記円筒部３の先端部７の外面と熱伝導ブロック19の内面19Ａとの隙間が狭められているため、熔けた銀鑞10が前記円筒部３の先端部７の外面と突出部19Ｅとの隙間から漏れ難くなっている。従って、本来、前記円筒部３の先端部７の外面と熱伝導ブロック19の内面19Ａの隙間を埋める筈だった銀鑞10が漏れることによる空洞が生じ難いばかりでなく、銀鑞10の無駄を少なくでき、更に外観を良好にできる。最後に、加熱を停止して自然冷却することで、熔けた銀鑞10が凝固し、前記ケーシング２と熱伝導ブロック19が機械的に一体化される。また、熔けた銀鑞10が前記ケーシング２と熱伝導ブロック19の隙間に満遍なく行き渡っていることで、これらケーシング２と熱伝導ブロック19は熱的にも良好に接続される。なお、前記本体１自体の製造工程については省略する。また、前記熱伝導ブロック19の伝熱面19Ｃに熱伝導部材Ｃを当接させ、図示しないビスを前記熱伝導部材Ｃのビス孔Ｈを介して前記ビス孔19Ｄに螺着させ、締め付けることで、前記熱伝導部材Ｃは熱伝導ブロック19に対して簡単に取り付けられる。

更に、本実施例の作用について説明する。前記本体１を作動させると、前記円筒部３の先端部７の内部において吸熱されると共に、前記円筒部３の基部５の内部において放熱される。そして、前記熱伝導ブロック19に接続された熱伝導部材Ｃの熱は、前記熱伝導ブロック19から銀鑞10部分を経て前記円筒部３の先端部７の内部に移動する。この際、前述したように、前記円筒部３の先端部７の外面と熱伝導ブロック19の内面19Ａとの隙間に充填された銀鑞10に空洞が生じておらず、前記銀鑞10によって、前記ケーシング２と熱伝導ブロック19が熱的に良好に接続されているので、前記熱伝導ブロック19外からの吸熱効率が高められ、スターリングサイクル機関の作動効率を高めることができる。

なお、従来の構造では、前記本体１内の高圧作動流体の圧力変動による応力が、前記円筒部３及び熱伝導ブロック19にそれぞれ加わるように構成されているので、前記円筒部３と熱伝導ブロック19の材質の相違による熱膨張係数の差によって、これらの間で応力が加わることと相まって、前記円筒部３と熱伝導ブロック19の継ぎ目が破損してしまう虞があったが、本発明におけるスターリングサイクル機関は、前記本体１内の高圧作動流体の圧力変動による応力が前記ケーシング２にのみ加わり、前記熱伝導ブロック19に直接加わらないばかりでなく、前記円筒部３自体が前記本体１内の高圧作動流体の圧力変動による応力に十分耐え得るようにステンレス鋼によって継ぎ目なく一体的に形成されているので、前記円筒部３と熱伝導ブロック19と銀鑞10の材質の相違による熱膨張係数の差によって、これらの間で応力が加わったとしても、前記円筒部３と熱伝導ブロック19が破損してしまう虞を減ずることができる。また、従来の構造では、前記円筒部３と熱伝導ブロック19の継ぎ目が破損してしまった場合、破損箇所から高圧作動流体が急激に漏れることでスターリングサイクル機関が破裂してしまうが、本発明のスターリングサイクル機関は、仮に熱膨張係数の差によって前記円筒部３から熱伝導ブロック19が剥離してしまったとしても、前述したように、前記円筒部３自体がステンレス鋼によって、先端が閉じられると共に継ぎ目なく一体的に形成されているので、熱伝導ブロック８，９の剥離箇所から高圧作動流体が漏れる虞が殆どなく、従って、前記本体１が破裂する虞も殆どない。また、前記熱伝導ブロック19が前記円筒部３の外側に被せて取り付けられていることで、内部に高圧作動流体が封入されることで内側から高い圧力を受ける前記本体１の円筒部３が補強されることになるので、前記円筒部３の強度をより高めることができる。また、外側からの力に対しても、前記円筒部３が前記熱伝導ブロック19によって補強されることになるので、図示しないビスをビス孔19Ｄに螺着させることによって前記熱伝導ブロック19に対して熱伝導部材Ｃを取り付けたりしたとしても、ビスの締め付けによる応力が前記熱伝導ブロック19にのみ加わり、前記円筒部３には、熱伝導部材Ｃの質量に伴う重力が加わるだけとなるので、前記円筒部３自身がより歪み難くなることで、前記円筒部３の強度を更に高めることができる。更に、前記熱伝導ブロック19及び銀鑞10には、高圧作動流体の圧力変動による応力が直接加わらないため、前記熱伝導ブロック19として使用できる材質の幅を広げることができる。

以上のように本発明は、スターリングサイクル機関本体としてのスターリング冷凍機本体１のケーシング２に、先端が閉じられ且つこの先端から基端まで継ぎ目なく一体に形成された円筒部３の外面に熱伝導ブロック19を被せ、この熱伝導ブロック19の内面19Ａと前記円筒部３の外面との微小な隙間を熱伝導材料としての銀鑞10で充填することによって、この銀鑞10を介して前記熱伝導ブロック19と円筒部３との間で熱が良好に移動すると共に、本体１内の高圧作動流体の圧力変動や熱膨張係数の差による応力が前記円筒部３及び熱伝導ブロック19に加わったとしても、これらが破損してしまう虞を減ずることができるばかりでなく、仮にこれらが破損したとしても破裂する虞を減じ、更に前記熱伝導ブロック19に要求される強度の水準が低くても良くなるので、使用できる材質の幅を広げることができるものである。また、前記熱伝導ブロック19の内面19Ａの基端側に突出部19を形成し、前記円筒部３の外面との隙間がより狭くなるように構成することで、熱伝導材料としての銀鑞10の漏れを防止し、空洞の発生による熱伝導の低下や銀鑞10の無駄を防止することができるものである。また前記熱伝導ブロック19によって前記円筒部３が内側及び外側からの力に対して補強されることになるので、前記円筒部３の強度をより高めることができる。更に、前記熱伝導材料が銀鑞10等の鑞、即ち微小な隙間であっても流し込むことができる金属であるため、前記円筒部３と熱伝導ブロック８，９を機械的に強く固定し、且つ熱的に良好に接続することができるものである。また、前記熱伝導ブロック19の伝熱面19Ｃに前記熱伝導部材Ｃが取り付けられることで、この熱伝導部材Ｃの取り付けに伴う応力を前記前記熱伝導ブロック19が受け、前記円筒部３自身が歪むことが防止されることで、前記円筒部３の強度をより高めることができる。更に、前記熱伝導ブロック19の伝熱面19Ｃに対して図示しないビスをビス孔19Ｄに螺着させて締め付け、前記熱伝導部材Ｃを取り付けることで、ビスの締め付けによる応力が前記熱伝導ブロック19にのみ加わり、前記円筒部３には、熱伝導部材Ｃの質量に伴う重力が加わるだけとなるので、前記円筒部３自身がより歪み難くなることで、前記円筒部３の強度を更に高めることができる。

なお、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施例においては、熱伝導材料として銀鑞を用いたが、これ以外の鑞、例えば銅鑞や半田を用いても良く、また、熱伝導性接着剤等、鑞以外の材料を用いても良い。また、前記実施例においては、熱伝導ブロックの内面の基端側に突出部を形成することによって、円筒部の外面と熱伝導ブロックの内面の基端側との隙間をより狭くしたが、前記熱伝導ブロックの内面自体を基端側ほど狭くなるように形成することで、円筒部の外面と熱伝導ブロックの内面の基端側との隙間をより狭くするようにしても良い。更に、上記実施例のスターリングサイクル機関は、逆スターリングサイクルを応用したスターリング冷凍機であるが、スターリングサイクルを応用したスターリングエンジンであってもよい。

本発明の一実施例を示すスターリングサイクル機関の内部を省略した一部拡大断面図である。 同上、内部を省略した他部拡大断面図である。 同上、外観図である。 本発明の他の実施例を示すスターリングサイクル機関の内部を省略した一部拡大断面図である。

符号の説明

１ スターリング冷凍機本体（スターリングサイクル機関本体）
２ ケーシング
３ 円筒部
８，９，19 熱伝導ブロック
８Ａ，９Ａ，19Ａ 内面
８Ｂ，９Ｃ 伝熱面
９Ｂ 孔
９Ｄ，19Ｄ ビス孔
19Ｅ 突出部
10 銀鑞（熱伝導材料）
Ｃ 熱伝導部材

Claims (5)

1. 熱を吸収又は放出するための円筒部が設けられたケーシングを有するスターリングサイクル機関本体と、前記円筒部における先端部側に取り付けられる熱伝導ブロックとを有するスターリングサイクル機関であって、
   前記円筒部が、先端が閉じられ且つこの先端から基端まで継ぎ目なく形成されており、
   前記熱伝導ブロックが、基端側が開放すると共に先端側に孔が形成されて内面が前記円筒部の先端部の外面にほぼ沿う形状の筒形に形成され、
   該熱伝導ブロックが前記円筒部の外面に被せて取り付けられ、前記円筒部の外面と前記熱伝導ブロックの内面とが微小な隙間を隔てて対向していると共に、この隙間が熱伝導材料で充填されていることを特徴とするスターリングサイクル機関。
2. 前記熱伝導ブロックの内面の基端側には、内側に突出した突出部が全周にわたって形成され、前記熱伝導ブロックの内面と前記円筒部の先端部の外面との隙間が、前記熱伝導ブロックの基端側がそれ以外の箇所より狭く形成されていることを特徴とする請求項１記載のスターリングサイクル機関。
3. 前記熱伝導材料が鑞であることを特徴とする請求項１記載のスターリングサイクル機関。
4. 前記熱伝導ブロックに伝熱面を形成すると共に、この伝熱面に熱伝導部材を取付可能に構成したことを特徴とする請求項１記載のスターリングサイクル機関。
5. 前記熱伝導部材を取り付けるためのビス孔が前記伝熱面に設けられていることを特徴とする請求項４記載のスターリングサイクル機関。

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