JPH05215423A - Stirling freezer - Google Patents

Stirling freezer

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Publication number
JPH05215423A
JPH05215423A JP1520092A JP1520092A JPH05215423A JP H05215423 A JPH05215423 A JP H05215423A JP 1520092 A JP1520092 A JP 1520092A JP 1520092 A JP1520092 A JP 1520092A JP H05215423 A JPH05215423 A JP H05215423A
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JP
Japan
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spring
compressor
displacer
suspension
piston
Prior art date
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Pending
Application number
JP1520092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Kawajiri
和彦 川尻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH05215423A publication Critical patent/JPH05215423A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a longlife Stirling freezer in which the number of suspension springs used can be reduced and suspension springs whose spring is thin and whose spring constant is little can be employed. CONSTITUTION:In a Stirling freezer, at least one of a first suspension spring 9 and a second suspension spring 4 is provided with gas springs 16 and 17 forming a resonance system together with the suspension springs 9 and 4. Alternatively, the same effect can be obtained by replacing the gas springs with coil springs 18 and 19 which are provided in the same manner as above.

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、例えば赤外線素子の
冷却や空気の液化等に好ましく用いられるスターリング
冷凍機に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling refrigerator, which is preferably used for cooling an infrared element or liquefying air.

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、例えば文献「宇宙飛行用の小さ
なスターリングサイクルクーラの進歩」(Development
of a small Stirling cycle cooler for spacefligh
t applications)(著者:S.T.Werrett, G.D.
Peskett, G.Davey, T.W.Bradshaw and J.
Delderfield、雑誌名:Adv. in Cryo-genic Eng.
Vol.31 pp.791ー799、1986年)に示され
た従来のスターリング冷凍機の概略構成を示す断面側面
図である。図において、1は圧縮機シリンダであり、こ
の圧縮機シリンダ1の内部で圧縮機ピストン2が往復運
動を行なう。3は圧縮機シリンダ1を固定した圧縮機ケ
ースである。4a、4bは圧縮機ピストン2が圧縮機シリ
ンダ1に接触しないように往復動可能となるように支持
する第2のサスペンションばねである。5aは圧縮機ケ
ース3に固定されたヨーク、5bはヨーク5aに密着した
永久磁石、5cは圧縮機ピストン2に固定されたコイル
であり、ヨーク5aと永久磁石5bとコイル5cは圧縮機
ピストン2を往復動させるリニアモータ5を構成する。
これら1〜5により圧縮機Cを構成している。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows, for example, the document "Progress of a small Stirling cycle cooler for space flight" (Development).
of a small Stirling cycle cooler for spacefligh
t applications) (Author: ST Werrett, GD.
Peskett, G.M. Davey, T. W. Bradshaw and J.
Delderfield, Journal name: Adv. In Cryo-genic Eng.
Vol. 31 pp. (791-799, 1986) is a sectional side view showing a schematic configuration of a conventional Stirling refrigerator. In the figure, 1 is a compressor cylinder, and a compressor piston 2 reciprocates inside the compressor cylinder 1. Reference numeral 3 is a compressor case to which the compressor cylinder 1 is fixed. Reference numerals 4a and 4b denote second suspension springs that support the compressor piston 2 such that the compressor piston 2 can reciprocate without coming into contact with the compressor cylinder 1. Reference numeral 5a is a yoke fixed to the compressor case 3, 5b is a permanent magnet closely attached to the yoke 5a, 5c is a coil fixed to the compressor piston 2, and the yoke 5a, the permanent magnet 5b, and the coil 5c are the compressor piston 2 A linear motor 5 that reciprocates is configured.
The compressor C is composed of these 1 to 5.

【0003】6は膨張器であるコールドフィンガ、7は
このコールドフィンガ6の内部に軸方向に揺動可能に設
けられたディスプレーサ、8は前記コールドフィンガ6
を固定したコールドフィンガケースである。9a、9bは
ディスプレーサ7がコールドフィンガ6に接触しないよ
うに往復動可能となるように支持する第1のサスペンシ
ョンばねである。10aはコールドフィンガケース8に
固定されたヨーク、10bはヨーク10aに密着した永久
磁石、10cはディスプレーサ7に固定されれたコイル
であり、ヨーク10aと永久磁石10bとコイル10cは
ディスプレーサ7を往復動させるリニアモータ10を構
成する。ディスプレーサ7の図の左側の作動表面7aは
膨張空間11との境界を成しており、この膨張空間11
はディスプレーサ7の図の右側の作動表面7bとコール
ドフィンガケース8の間の第一圧縮空間12、圧縮機ピ
ストン2の図の左側の作動表面2aと圧縮機ケース3の
間の第二圧縮空間13、ディスプレーサ7内に備えた蓄
熱器14及び第一圧縮空間12と第二圧縮空間13を連
通する連結管からなる連通路15と連通路15内の空間
等とともに作動空間を構成している。
Reference numeral 6 is a cold finger which is an expander, 7 is a displacer provided inside the cold finger 6 so as to be swingable in the axial direction, and 8 is the cold finger 6.
It is a cold finger case in which is fixed. Reference numerals 9a and 9b denote first suspension springs that support the displacer 7 so that the displacer 7 can reciprocate without coming into contact with the cold finger 6. Reference numeral 10a is a yoke fixed to the cold finger case 8, 10b is a permanent magnet closely attached to the yoke 10a, 10c is a coil fixed to the displacer 7, and the yoke 10a, the permanent magnet 10b, and the coil 10c reciprocate in the displacer 7. The linear motor 10 is constructed. The operating surface 7a on the left side of the displacer 7 in the drawing forms a boundary with the expansion space 11, and this expansion space 11
Is a first compression space 12 between the working surface 7b on the right side of the displacer 7 and the cold finger case 8, and a second compression space 13 between the working surface 2a on the left side of the drawing of the compressor piston 2 and the compressor case 3. A working space is constituted by a heat storage device 14 provided in the displacer 7, a communication passage 15 formed of a connecting pipe that communicates the first compression space 12 and the second compression space 13, a space inside the communication passage 15, and the like.

【0004】また図4は、例えば前記文献に示された第
1、第2のサスペンションばね9a、9b、4a、4b、の
形状を概略的に示す図である。24は圧縮機ピストン2
あるいはディスプレーサ7に連結される中心孔であり、
25は圧縮機ケース3あるいはコールドフィンガケース
8に固定される固定端であり、26は圧縮機ピストン2
あるいはディスプレーサ7を支持するはりであり、27
はスリットである。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the shapes of the first and second suspension springs 9a, 9b, 4a, 4b shown in the above-mentioned document, for example. 24 is the compressor piston 2
Or a central hole connected to the displacer 7,
Reference numeral 25 is a fixed end fixed to the compressor case 3 or the cold finger case 8, and 26 is a compressor piston 2
Alternatively, it is a beam that supports the displacer 7,
Is a slit.

【0005】次に、上記のように構成された従来のスタ
ーリング冷凍機の動作について説明する。コイル5cに
系の共振周波数に等しい交流電流を流すと、この交流電
流と環状永久磁石5bの作る磁場との相互作用によっ
て、コイル5cには軸方向に周期的なローレンツ力が働
く。その結果、圧縮機ピストン2と第2のサスペンショ
ンばね4a、4bから成る系は共振状態となり、前記圧縮
機ピストン2は軸方向に振動する。圧縮機ピストン2の
振動は、膨張空間11、第一圧縮空間12、第二圧縮空
間13、連通路15、蓄熱器14から成る作動空間内に
封入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたらし、こ
の圧力変動はディスプレーサ7に周期的な軸方向の交番
振動力を生じせしめる。
Next, the operation of the conventional Stirling refrigerator constructed as above will be described. When an alternating current equal to the resonance frequency of the system is passed through the coil 5c, a Lorentz force periodic in the axial direction acts on the coil 5c due to the interaction between this alternating current and the magnetic field generated by the annular permanent magnet 5b. As a result, the system composed of the compressor piston 2 and the second suspension springs 4a and 4b is brought into resonance, and the compressor piston 2 vibrates in the axial direction. The vibration of the compressor piston 2 causes a periodic pressure change in the working gas enclosed in the working space composed of the expansion space 11, the first compression space 12, the second compression space 13, the communication passage 15, and the heat accumulator 14. .. This pressure fluctuation causes the displacer 7 to generate a periodic alternating vibration force in the axial direction.

【0006】このようにして蓄熱器14を含むディスプ
レーサ7は圧縮機ピストン2と同じ周波数で、かつ、異
なった位相でコールドフィンガ6内を軸方向に往復運動
することになる。ヨーク10aと永久磁石10bとコイル
10cから構成されるリニアモータ10は前記ディスプ
レーサ7が圧縮機ピストン2に対して所定の適当なスト
ロークと位相差で運動するようにディスプレーサ7の運
動を制御する。圧縮機ピストン2、及びディスプレーサ
7が適当な位相差を保って運動するとき前記作動空間に
封入された作動ガスは、「逆スターリングサイクル」とし
て既知の熱力学的サイクルを構成し、主として膨張空間
11に冷熱を発生する。なお、このような「逆スターリ
ングサイクル」およびその冷熱発生の原理については、
例えば文献「クライオクーラ」(Cryocoolers)(著者:
G.Walker、雑誌名:Plenum Press、New York、
177〜123頁、1983)に詳細に説明されてい
る。
In this way, the displacer 7 including the heat accumulator 14 reciprocates axially in the cold finger 6 at the same frequency as the compressor piston 2 but at different phases. A linear motor 10 including a yoke 10a, a permanent magnet 10b and a coil 10c controls the movement of the displacer 7 so that the displacer 7 moves with respect to the compressor piston 2 with a predetermined appropriate stroke and phase difference. When the compressor piston 2 and the displacer 7 move while maintaining an appropriate phase difference, the working gas enclosed in the working space constitutes a thermodynamic cycle known as the "reverse Stirling cycle", and mainly the expansion space 11 Generate cold heat. Regarding the principle of such "reverse Stirling cycle" and its cold heat generation,
For example, the document "Cryocoolers" (Author:
G. Walker, Magazine Names: Plenum Press, New York,
Pp. 177-123, 1983).

【0007】以下に、その原理について簡単に説明す
る。圧縮機ピストン2により圧縮された第二圧縮空間1
3内の作動ガスは、連通路15を経て流れる間に圧縮熱
が冷却され、第一圧縮空間12、蓄熱器14に流れこ
む。蓄熱器14で半サイクル前に蓄えられた冷熱により
予冷され、作動ガスは膨張空間11内に入る。そして、
大部分の作動ガスが膨張空間11内に入ると、膨張が始
まり、膨張空間11内に冷熱を発生する。作動ガスは、
次に逆の順序で蓄熱器14に冷熱を放出しながら流路を
戻り、第二作動空間13内に入る。しかして、大部分作
動ガスが第二作動空間13内に戻ると、再び圧縮が始ま
り、次のサイクルに移行する。以上のようなプロセスに
より、前記「逆スターリングサイクル」が完成して冷熱が
発生する。
The principle will be briefly described below. Second compression space 1 compressed by compressor piston 2
The working gas in 3 has its compression heat cooled while flowing through the communication passage 15, and flows into the first compression space 12 and the heat storage unit 14. The working gas enters the expansion space 11 after being pre-cooled by the cold heat stored in the heat storage unit 14 before the half cycle. And
When most of the working gas enters the expansion space 11, expansion starts and cold heat is generated in the expansion space 11. Working gas is
Next, in the reverse order, the cold heat is discharged to the heat storage unit 14 and returns through the flow path to enter the second working space 13. Then, when most of the working gas returns to the second working space 13, the compression starts again, and the process proceeds to the next cycle. Through the above process, the "reverse Stirling cycle" is completed and cold heat is generated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来のスターリング冷
凍機は以上のように構成されているので、圧縮機ピスト
ン2の共振系を構成する第2のサスペンションばね4
a、4bは、前記圧縮機ピストン2を圧縮機シリンダ1に
接触しないように支持すると共に、圧縮機ピストン2の
軸方向の運動に対して、所定のばね定数を備えている必
要がある。サスペンションばねのばね定数はばねの厚み
の3乗に比例し、発生する応力は厚みの2乗に比例す
る。通常、発生する応力がばね材料の許容応力値以下と
なるように厚みを設定すると、ばね定数が非常に小さく
なるため、非常に多くの枚数のサスペンションばねが必
要とされた。このばね枚数を減らすため、ばねの厚みを
厚くし、1枚当たりのばね定数を高くすると、ばねに発
生する応力が高くなるため、ばねの寿命が短くなるなど
の課題があった。
Since the conventional Stirling refrigerator is constructed as described above, the second suspension spring 4 constituting the resonance system of the compressor piston 2 is formed.
It is necessary that a and 4b support the compressor piston 2 so as not to contact the compressor cylinder 1 and have a predetermined spring constant for the axial movement of the compressor piston 2. The spring constant of the suspension spring is proportional to the cube of the spring thickness, and the generated stress is proportional to the square of the thickness. Usually, if the thickness is set so that the generated stress is equal to or less than the allowable stress value of the spring material, the spring constant becomes very small, so that a very large number of suspension springs are required. If the thickness of the springs is increased and the spring constant per one is increased in order to reduce the number of springs, the stress generated in the springs increases, which causes a problem that the life of the springs is shortened.

【0009】この発明は、前記のような従来技術の課題
を解消するためになされたもので、サスペンションばね
の使用枚数を少なくし、ばねの厚みの薄いばね定数の小
さなサスペンションばねを使用することができ、長寿命
なスターリング冷凍機を得ることを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art. It is possible to reduce the number of suspension springs to be used and use a suspension spring having a thin spring and a small spring constant. The purpose is to obtain a Stirling refrigerator with a long life.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明に係るスターリ
ング冷凍機は、第1のサスペンションばね及び第2のサ
スペンションばねの少なくとも一方に該サスペンション
ばねと共働して共振系を構成するガスばねを備えるよう
に構成したものである。
A Stirling refrigerator according to the present invention comprises at least one of a first suspension spring and a second suspension spring a gas spring which cooperates with the suspension spring to form a resonance system. It is configured as follows.

【0011】この発明の他の発明に係るスターリング冷
凍機は、第1のサスペンションばね及び第2のサスペン
ションばねの少なくとも一方に該サスペンションばねと
共働して共振系を構成するコイルばねを備えるように構
成したものである。
In a Stirling refrigerator according to another invention of the present invention, at least one of the first suspension spring and the second suspension spring is provided with a coil spring that cooperates with the suspension spring to form a resonance system. It is composed.

【0012】[0012]

【作用】この発明のガスばねは、ディスプレーサまたは
圧縮機ピストンと共振系を構成して運転されることによ
り、第1または第2のサスペンションばねの軸方向ばね
定数を高くする必要をなくし、サスペンションばねの厚
みを薄くすることを可能とし、サスペンションばねに発
生する応力を小さくする。
The gas spring of the present invention operates by forming a resonance system with the displacer or the compressor piston, thereby eliminating the need to increase the axial spring constant of the first or second suspension spring, and thus the suspension spring. The thickness of the suspension spring can be reduced, and the stress generated in the suspension spring can be reduced.

【0013】[0013]

【実施例】【Example】

実施例1.図1はこの発明の一実施例によるスターリン
グ冷凍機を示す断面図である。図において、16は圧縮
機C側に設けられたガスばねであり、このガスばね16
は圧縮機ピストン2に連結され連動する圧縮機ガスばね
ピストン16a、圧縮機ガスばねシリンダ16b、これら
圧縮機ガスばねピストン16aと圧縮機ガスばねシリン
ダ16bで構成される圧縮機ガスばね室16cなどから構
成されている。17はディスプレーサ7側に設けられた
ガスばねであり、ディスプレーサ7に連結され連動する
ディスプレーサガスばねピストン17a、ディスプレー
サガスばねシリンダ17b、ディスプレーサガスばねピ
ストン17aとディスプレーサガスばねシリンダ17bで
構成されるディスプレーサガスばね室17cなどから構
成されている。なおサスペンションばね4は従来のもの
よりも薄く、ばね定数の小さなものが用いられている。
その他の符号は上記従来装置と同様であるから説明を省
略する。
Example 1. FIG. 1 is a sectional view showing a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention. In the figure, 16 is a gas spring provided on the compressor C side.
Is a compressor gas spring piston 16a, a compressor gas spring cylinder 16b, and a compressor gas spring chamber 16c composed of the compressor gas spring piston 16a and the compressor gas spring cylinder 16b. It is configured. Reference numeral 17 denotes a gas spring provided on the side of the displacer 7, which includes a displacer gas spring piston 17a, a displacer gas spring cylinder 17b, a displacer gas spring piston 17a and a displacer gas spring cylinder 17b which are connected to and interlock with the displacer 7. It is composed of a spring chamber 17c and the like. The suspension spring 4 is thinner than the conventional one and has a small spring constant.
The other reference numerals are the same as those in the above-mentioned conventional device, and thus the description thereof is omitted.

【0014】以下、本実施例の動作について説明する。
圧縮機ガスばねピストン16aと圧縮機ガスばねシリン
ダ16bで構成される圧縮機ガスばね室16cで得られる
ばね定数Kcgは、理想ガスの断熱変化を仮定すると、圧
縮機ピストンの微少振幅に対して、次式で表される。
The operation of this embodiment will be described below.
The spring constant Kcg obtained in the compressor gas spring chamber 16c, which is composed of the compressor gas spring piston 16a and the compressor gas spring cylinder 16b, is assumed to be the adiabatic change of the ideal gas. It is expressed by the following equation.

【0015】Kcg=Pog・k・Acg/Vog Acg: 圧縮機ガスばねピストン断面積 Pog: 圧縮機ガスばね室平均ガス圧力 Vog: 圧縮機ガスばね室平均容積 k : 比熱比(=Cp/Cv) Cp: 定圧比熱 Cv: 定容比熱Kcg = Pog · k · Acg / Vog Acg: Compressor gas spring piston cross-sectional area Pog: Compressor gas spring chamber average gas pressure Vog: Compressor gas spring chamber average volume k: Specific heat ratio (= Cp / Cv) Cp: Constant pressure specific heat Cv: Constant volume specific heat

【0016】圧縮機ピストン2は、スターリング冷凍機
の運転周波数で所定のばね定数Kcを持つばねと共振系
を構成して運転される。圧縮機ガスばね定数Kcgが所定
のばね定数Kcに等しくなるように、例えば圧縮機ガス
ばね室平均容積Vogを調整すると、圧縮機ピストン2は
スターリング冷凍機の運転周波数で共振系を構成して、
効率よく振動して運転される。同様に、ディスプレーサ
ガスばねピストン17aとディスプレーサガスばねシリ
ンダ17bで構成されるディスプレーサガスばね室17c
で得られるばね定数Kdgは、理想ガスの断熱変化を仮定
すると、ディスプレーサの微少変化に対して次式で表さ
れる。
The compressor piston 2 is operated by forming a resonance system with a spring having a predetermined spring constant Kc at the operating frequency of the Stirling refrigerator. When, for example, the compressor gas spring chamber average volume Vog is adjusted so that the compressor gas spring constant Kcg becomes equal to a predetermined spring constant Kc, the compressor piston 2 forms a resonance system at the operating frequency of the Stirling refrigerator,
It is operated by vibrating efficiently. Similarly, a displacer gas spring chamber 17c composed of a displacer gas spring piston 17a and a displacer gas spring cylinder 17b.
The spring constant Kdg obtained by the equation (3) is expressed by the following equation with respect to a slight change of the displacer, assuming an adiabatic change of the ideal gas.

【0017】Kdg=Pod・k・Adg/Vod Adg: ディスプレーサガスばねピストン断面積 Pod: ディスプレーサガスばね室平均ガス圧力 Vod: ディスプレーサガスばね室平均容積Kdg = Pod · k · Adg / Vod Adg: Displacer gas spring piston cross-sectional area Pod: Displacer gas spring chamber average gas pressure Vod: Displacer gas spring chamber average volume

【0018】ディスプレーサ7は、スターリング冷凍機
の運転周波数で所定のばね定数Kdを持つばねと共振系
を構成して運転される。ディスプレーサガスばね定数K
dgが所定のばね定数Kdに等しくなるように、例えばデ
ィスプレーサガスばね室平均容積Vodを調整すると、デ
ィスプレーサ7はスターリング冷凍機の運転周波数で共
振系を構成して、効率よく振動して運転される。上記実
施例のスターリング冷凍機は上記のように運転され従来
と同様の原理で膨張空間11に冷熱を発生する。
The displacer 7 is operated by forming a resonance system with a spring having a predetermined spring constant Kd at the operating frequency of the Stirling refrigerator. Displacer gas spring constant K
If, for example, the displacer gas spring chamber average volume Vod is adjusted so that dg becomes equal to a predetermined spring constant Kd, the displacer 7 constitutes a resonance system at the operating frequency of the Stirling refrigerator and is efficiently vibrated and operated. .. The Stirling refrigerator of the above-mentioned embodiment is operated as described above and generates cold heat in the expansion space 11 according to the same principle as the conventional one.

【0019】上記実施例においてディスプレーサと圧縮
機ピストンは、それぞれディスプレーサガスばねと圧縮
機ピストンガスばねで共振系を構成し運転される。従っ
て、サスペンションばねの軸方向ばね定数を高くする必
要が無いので、サスペンションばねの厚みを薄くするこ
とができ、そのため、サスペンションばねに発生する応
力を小さくすることができ、サスペンションばねの寿命
を長くすることができ、したがって、スターリング冷凍
機も長寿命となる効果が得られる。
In the above embodiment, the displacer and the compressor piston are operated by forming a resonance system with the displacer gas spring and the compressor piston gas spring, respectively. Therefore, since it is not necessary to increase the axial spring constant of the suspension spring, it is possible to reduce the thickness of the suspension spring, so that the stress generated in the suspension spring can be reduced and the life of the suspension spring can be extended. Therefore, it is possible to obtain the effect that the Stirling refrigerator also has a long life.

【0020】実施例2.図2はこの発明の他の発明の一
実施例によるスターリング冷凍機を示す断面図である。
図において、18はディスプレーサ7とコールドフィン
ガケース8の間に設けられたコイルばねであり、このコ
イルばね18は前記ディスプレーサ7と共振系を構成す
る。19は圧縮機ピストン1と圧縮機ケース3の間に介
装されたコイルばねであり、このコイルばね19は前記
圧縮機ピストン1と共振系を構成している。
Example 2. FIG. 2 is a sectional view showing a Stirling refrigerator according to another embodiment of the present invention.
In the figure, 18 is a coil spring provided between the displacer 7 and the cold finger case 8, and this coil spring 18 constitutes a resonance system with the displacer 7. A coil spring 19 is interposed between the compressor piston 1 and the compressor case 3, and the coil spring 19 constitutes a resonance system with the compressor piston 1.

【0021】この実施例のスターリング冷凍機は前記実
施例1におけるガスばね16、17をコイルばね18、
19に代えたものであり、この実施例においても前記実
施例1と同様の作用によりほぼ同様の効果を奏する。
In the Stirling refrigerator of this embodiment, the gas springs 16 and 17 in the first embodiment are replaced by coil springs 18,
In this embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0022】なお、上記実施例1、2では圧縮機C及び
ディスプレーサ7の双方にガスばねまたはコイルばねを
設けたが、これに限定されるものではなく、圧縮機及び
ディスプレーサ7の何れか一方にガスばね又はコイルば
ねを設けたものでも相当の効果が期待できる。また、圧
縮機及びディスプレーサの一方にガスばねを設け、他方
にはコイルばねを設ける構成としてもよい。また、上記
実施例に示したガスばね及びコイルばねの形状、構造な
どは実施例のものに限定されるものではない。さらにデ
ィスプレーサ7、コールドフィンガ6、リニアモータ
5、10なども実施例のものに限定されないことは言う
までもない。
Although the gas spring or the coil spring is provided in both the compressor C and the displacer 7 in the first and second embodiments, the present invention is not limited to this, and either the compressor or the displacer 7 is provided. Even if a gas spring or a coil spring is provided, a considerable effect can be expected. A gas spring may be provided on one of the compressor and the displacer, and a coil spring may be provided on the other. The shapes and structures of the gas spring and the coil spring shown in the above embodiment are not limited to those in the embodiment. Further, it goes without saying that the displacer 7, cold finger 6, linear motors 5, 10 and the like are not limited to those of the embodiment.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のようにこの発明によるスターリン
グ冷凍機は、第1のサスペンションばね及び第2のサス
ペンションばねの少なくとも一方に該サスペンションば
ねと共働して共振系を構成するガスばねを備えるように
構成したことにより、サスペンションばねの使用枚数を
少なくし、ばねの厚みの薄いばね定数の小さなサスペン
ションばねを使用することができ、長寿命なスターリン
グ冷凍機を得ることができる効果がある。
As described above, the Stirling refrigerator according to the present invention has at least one of the first suspension spring and the second suspension spring a gas spring that cooperates with the suspension spring to form a resonance system. With this configuration, the number of suspension springs to be used can be reduced, suspension springs having a small spring thickness and a small spring constant can be used, and a Stirling refrigerator having a long life can be obtained.

【0024】この発明の他の発明にかかるスターリング
冷凍機は、第1のサスペンションばね及び第2のサスペ
ンションばねの少なくとも一方に該サスペンションばね
と共働して共振系を構成するコイルばねを備えるように
構成したことにより、前記発明と同様ばねの厚みの薄い
ばね定数の小さなサスペンションばねを使用することが
でき、長寿命なスターリング冷凍機を得ることができる
効果がある。
In a Stirling refrigerator according to another aspect of the present invention, at least one of the first suspension spring and the second suspension spring is provided with a coil spring that cooperates with the suspension spring to form a resonance system. With this configuration, a suspension spring having a thin spring and a small spring constant can be used as in the case of the above invention, and a Stirling refrigerator having a long life can be obtained.

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

【図1】この発明の一実施例によるスターリング冷凍機
を示す断面側面図である。
FIG. 1 is a sectional side view showing a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の他の発明の一実施例によるスターリ
ング冷凍機を示す断面側面図である。
FIG. 2 is a sectional side view showing a Stirling refrigerator according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来のスターリング冷凍機を示す断面側面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional side view showing a conventional Stirling refrigerator.

【図4】サスペンションばねの一例を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a suspension spring.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

C 圧縮機 1 圧縮機シリンダ 2 圧縮機ピストン 4 第2のサスペンションばね 6 コールドフィンガ(膨張器) 7 ディスプレーサ 9 第1のサスペンションばね 11 膨張空間 12 第一圧縮空間 13 第二圧縮空間 15 連通路 16 ガスばね 17 ガスばね 18 コイルばね 19 コイルばね C compressor 1 compressor cylinder 2 compressor piston 4 second suspension spring 6 cold finger (expander) 7 displacer 9 first suspension spring 11 expansion space 12 first compression space 13 second compression space 15 communication passage 16 gas Spring 17 Gas spring 18 Coil spring 19 Coil spring

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年4月28日[Submission date] April 28, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項2[Name of item to be corrected] Claim 2

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0002[Name of item to be corrected] 0002

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0002】[0002]

【従来の技術】図3は、例えば文献「宇宙用小型スター
リングクーラの開発」(Developmentof a small Stir
ling cycle cooler for spaceflight applications)
(著者:S.T.Werrett, G.D.Peskett, G.Da
vey, T.W.Bradshaw andJ.Delderfield、雑誌
名:Adv. in Cryo-genic Eng.Vol.31 pp.7
91ー799、1986年)に示された従来のスターリ
ング冷凍機の概略構成を示す断面側面図である。図にお
いて、1は圧縮機シリンダであり、この圧縮機シリンダ
1の内部で圧縮機ピストン2が往復運動を行なう。3は
圧縮機シリンダ1を固定した圧縮機ケースである。4
a、4bは圧縮機ピストン2が圧縮機シリンダ1に接触し
ないように往復動可能となるように支持する第2のサス
ペンションばねである。5aは圧縮機ケース3に固定さ
れたヨーク、5bはヨーク5aに密着した永久磁石、5c
は圧縮機ピストン2に固定されたコイルであり、ヨーク
5aと永久磁石5bとコイル5cは圧縮機ピストン2を往
復動させるリニアモータ5を構成する。これら1〜5に
より圧縮機Cを構成している。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows, for example, the document "Development of a Small Stirling Cooler for Space" (Development of a small Stirr).
ling cycle cooler for spaceflight applications)
(Author: ST Werrett, GD Peskett, GD Da
vey, T.S. W. Bradshaw and J. Delderfield, Journal name: Adv. In Cryo-genic Eng. Vol. 31 pp. 7
91-799, 1986) is a sectional side view showing a schematic configuration of a conventional Stirling refrigerator. In the figure, 1 is a compressor cylinder, and a compressor piston 2 reciprocates inside the compressor cylinder 1. Reference numeral 3 is a compressor case to which the compressor cylinder 1 is fixed. Four
Reference numerals a and 4b are second suspension springs that support the compressor piston 2 so that the compressor piston 2 can reciprocate without coming into contact with the compressor cylinder 1. 5a is a yoke fixed to the compressor case 3, 5b is a permanent magnet closely attached to the yoke 5a, 5c
Is a coil fixed to the compressor piston 2, and the yoke 5a, the permanent magnet 5b, and the coil 5c constitute a linear motor 5 that reciprocates the compressor piston 2. The compressor C is composed of these 1 to 5.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0015】Kcg=Pog・k・Acg2/Vog Acg: 圧縮機ガスばねピストン断面積 Pog: 圧縮機ガスばね室平均ガス圧力 Vog: 圧縮機ガスばね室平均容積 k : 比熱比(=Cp/Cv) Cp: 定圧比熱 Cv: 定容比熱Kcg = Pog · k · Acg 2 / Vog Acg: Compressor gas spring piston cross-sectional area Pog: Compressor gas spring chamber average gas pressure Vog: Compressor gas spring chamber average volume k: Specific heat ratio (= Cp / Cv ) Cp: Specific pressure specific heat Cv: Constant volume specific heat

【手続補正5】[Procedure Amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0017】Kdg=Pod・k・Adg2/Vod Adg: ディスプレーサガスばねピストン断面積 Pod: ディスプレーサガスばね室平均ガス圧力 Vod: ディスプレーサガスばね室平均容積Kdg = Pod · k · Adg 2 / Vod Adg: Displacer gas spring piston cross-sectional area Pod: Displacer gas spring chamber average gas pressure Vod: Displacer gas spring chamber average volume

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 膨張器、この膨張器の内部に配設され一
端部が膨張空間に接し他端部が第1圧縮空間に接してい
るディスプレーサ、このディスプレーサを軸方向に移動
可能に保持する第1のサスペンションばね、シリンダ及
びピストンを有し作動ガスを圧縮する第2圧縮空間を有
する圧縮機、前記シリンダ及びピストンの少なくとも一
方を軸方向に移動可能に保持する第2のサスペンション
ばね、上記第1圧縮空間と第2圧縮空間を連通する連通
路、上記第1のサスペンションばね及び第2のサスペン
ションばねの少なくとも一方に対設され該サスペンショ
ンばねと共働して共振系を構成するガスばねを備えたこ
とを特徴とするスターリング冷凍機。
1. An expander, a displacer disposed inside the expander, one end of which is in contact with the expansion space and the other end of which is in contact with the first compression space, and which holds the displacer axially movably. No. 1 suspension spring, a compressor having a cylinder and a piston and having a second compression space for compressing the working gas, a second suspension spring holding at least one of the cylinder and the piston so as to be movable in the axial direction, A communication passage that connects the compression space and the second compression space, and a gas spring that is provided opposite to at least one of the first suspension spring and the second suspension spring and cooperates with the suspension spring to form a resonance system are provided. A Stirling refrigerator that is characterized.
【請求項2】 膨張器、この膨張器の内部に配設され一
端部が膨張空間に接し他端部が第1圧縮空間に接してい
るディスプレーサ、このディスプレーサを軸方向に移動
可能に保持する第1のサスペンションばね、シリンダ及
びピストンを有し作動ガスを圧縮する第2圧縮空間を有
する圧縮機、前記シリンダ及びピストンの少なくとも一
方を軸方向に移動可能に保持する第2のサスペンション
ばね、上記第1圧縮空間と第2圧縮空間を連通する連通
路、上記第1のサスペンションばね及び第2のサスペン
ションばねの少なくとも一方に対設され該サスペンショ
ンばねと共働して共振系を構成するコイルばねを備えた
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
2. An expander, a displacer disposed inside the expander, one end of which is in contact with the expansion space and the other end of which is in contact with the first compression space, the first displacer holding the displacer axially movably. No. 1 suspension spring, a compressor having a cylinder and a piston and having a second compression space for compressing the working gas, a second suspension spring holding at least one of the cylinder and the piston so as to be movable in the axial direction, A communication passage that connects the compression space and the second compression space, and a coil spring that is provided in opposition to at least one of the first suspension spring and the second suspension spring and cooperates with the suspension spring to form a resonance system. A Stirling refrigerator that is characterized.
JP1520092A 1992-01-30 1992-01-30 Stirling freezer Pending JPH05215423A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0219865B2 (en) * 1982-09-13 1990-05-07 Japan Synthetic Rubber Co Ltd

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0219865B2 (en) * 1982-09-13 1990-05-07 Japan Synthetic Rubber Co Ltd

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