JPH0593554A - Stirling freezer - Google Patents

Stirling freezer

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Publication number
JPH0593554A
JPH0593554A JP3280296A JP28029691A JPH0593554A JP H0593554 A JPH0593554 A JP H0593554A JP 3280296 A JP3280296 A JP 3280296A JP 28029691 A JP28029691 A JP 28029691A JP H0593554 A JPH0593554 A JP H0593554A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
displacer
piston
cylinder
seal
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3280296A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Kawajiri
和彦 川尻
Kazuo Kashiwamura
和生 柏村
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
Priority to JP3280296A priority Critical patent/JPH0593554A/en
Publication of JPH0593554A publication Critical patent/JPH0593554A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE:To provide a Stirling freezer in which a wear at a seal part is reduced and its life is long. CONSTITUTION:In a Sterling freezer in which cold heat is generated under a reciprocating movement of a displacer 4 in response to a variation in pressure generated by a compressor cylinder 1 and in which a cold finer 3 and the cylinder 3 are communicated with a communication pipe 5, it has a displacer bearing 31, a displacer seal cylinder 33 movable in a radial direction so as to constitute a clearance seal 16, a piston bearing 32 and a piston seal cylinder 36 movable in a radial direction to constitute a clearance seal part 14. Accordingly, it does not accept any force in a radial direction acting against the displacer and the clearance seal part of the compressor piston, resulting in that wear at the seal part is reduced.

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、赤外線素子の冷却や
空気の液化等に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 used for cooling infrared devices, liquefying air, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図5は例えば特公平1−281374号
公報に開示された従来のスターリング冷凍機の概略構成
を示す側面断面図である。図において、1は圧縮機シリ
ンダ、2はこの圧縮機シリンダ1の内部で上下方向に往
復運動を行うピストン、3は圧縮機シリンダ1の上部に
設けられたコールドフィンガ、4はコールドフィンガ3
の内部で作動ガスの圧力変化によって往復運動するディ
スプレーサ、5はコールドフィンガ3と圧縮機シリンダ
1とを連通する連通管、6はコールドフィンガ3の上部
に形成される膨張空間、7はコールドフィンガ3の下部
に形成される第1圧縮空間、8は圧縮機シリンダ1の上
部に形成される第2の圧縮空間である。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a side sectional view showing a schematic structure of a conventional Stirling refrigerator disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 1-281374. In the figure, 1 is a compressor cylinder, 2 is a piston that reciprocates vertically inside the compressor cylinder 1, 3 is a cold finger provided on the top of the compressor cylinder 1, and 4 is a cold finger 3.
A displacer that reciprocates due to a change in the pressure of the working gas inside, a communication pipe that communicates the cold finger 3 with the compressor cylinder 1, an expansion space 6 formed above the cold finger 3, and a cold finger 3 Is a first compression space formed in the lower part of the compressor cylinder, and 8 is a second compression space formed in the upper part of the compressor cylinder 1.

【0003】9はディスプレーサ4内に設けられ作動ガ
スが流通する蓄熱器、10は蓄熱器9と第1圧縮空間7
とを連通するディスプレーサ4の中心孔、11,12は
ディスプレーサ4の上部作動部4aに設けられて蓄熱器
9と膨張空間6とを連通する中心孔及び半径方向流通ダ
クトである。上記膨張空間6、半径方向流通ダクト1
2、中心孔11、蓄熱器9、中心孔10、第1圧縮空間
7、連通管5及び第2圧縮空間8により作動空間が形成
され、この作動空間には作動ガスが封入されている。
Reference numeral 9 is a heat accumulator provided in the displacer 4, through which the working gas flows, and 10 is a heat accumulator 9 and the first compression space 7.
Is a center hole of the displacer 4, and 11 and 12 are a center hole and a radial distribution duct which are provided in the upper operation part 4a of the displacer 4 and which communicate the heat storage unit 9 and the expansion space 6. The expansion space 6 and the radial distribution duct 1
2, the central hole 11, the heat accumulator 9, the central hole 10, the first compression space 7, the communication pipe 5 and the second compression space 8 form an operating space, and the operating gas is filled in the operating space.

【0004】13はコールドフィンガ3の上部の膨張空
間6を含む部分で構成される熱交換器としてのフリーザ
で、膨張空間6で膨張した冷作動ガスと外部の冷却すべ
き物体(図示せず)との間で熱交換を行う。14はピス
トン2と圧縮機シリンダ1の壁との間に形成されるすき
まシール部、15は圧縮機シリンダ1のピストン2の下
側に形成されるバッファ空間であり、すきまシール部1
4はこのバッファ空間15と上記作動空間との間の作動
ガスの流れを防止している。16はディスプレーサ4と
コールドフィンガ3との間に形成されるすきまシール部
で、膨張空間6と第1圧縮空間7との間の作動ガスの流
れが蓄熱器9内を強制的に流れるようにしている。
Reference numeral 13 denotes a freezer as a heat exchanger composed of a portion including the expansion space 6 above the cold finger 3. The cold working gas expanded in the expansion space 6 and an external object to be cooled (not shown). Exchange heat with. Reference numeral 14 is a clearance seal portion formed between the piston 2 and the wall of the compressor cylinder 1, and 15 is a buffer space formed below the piston 2 of the compressor cylinder 1.
4 prevents the flow of working gas between the buffer space 15 and the working space. Reference numeral 16 is a clearance seal portion formed between the displacer 4 and the cold finger 3 so that the flow of the working gas between the expansion space 6 and the first compression space 7 is forced to flow in the heat accumulator 9. There is.

【0005】17は圧縮機ピストン2の下側のバッファ
空間15中に設けられアルミニウム等の非磁性及び非磁
化材料から成る軽量のスリーブ、18はスリーブ17に
導電体を巻き付けて成るコイル、19,20はコイル1
8から圧縮機シリンダ1の壁を通して導出されたリード
線、21,22はリード線19,20を圧縮機シリンダ
1の外部でそれぞれ接続する電気端子、23はスリーブ
17及びコイル18が上下方向に往復運動する環状間隙
である。
Reference numeral 17 denotes a lightweight sleeve provided in the buffer space 15 below the compressor piston 2 and made of a non-magnetic and non-magnetizable material such as aluminum, 18 denotes a coil formed by winding a conductor around the sleeve 17, 19, 20 is a coil 1
8, lead wires 21 and 22 led out through the wall of the compressor cylinder 1, electrical terminals for connecting the lead wires 19 and 20 to the outside of the compressor cylinder 1, and 23, a sleeve 17 and a coil 18 reciprocate in the vertical direction. It is a moving annular gap.

【0006】24は上下に磁極を有する環状永久磁石、
25は環状永久磁石24の上部に設けられ上記環状間隙
23を有する軟鉄環状ディスク、26は環状永久磁石2
4及び軟鉄環状ディスク25の中央に配された軟鉄シリ
ンダ、27は圧縮機シリンダ1の底部に設けられた軟鉄
円形ディスクである。これらの環状永久磁石24と軟鉄
環状ディスク25、軟鉄シリンダ26及び軟鉄円形ディ
スク27は一体となって閉磁気回路を構成する。
Reference numeral 24 is an annular permanent magnet having upper and lower magnetic poles,
Reference numeral 25 is a soft iron annular disk provided above the annular permanent magnet 24 and having the annular gap 23, and 26 is the annular permanent magnet 2.
4 and the soft iron annular disk 25, a soft iron cylinder disposed in the center of the disk 25, and 27 is a soft iron circular disk provided at the bottom of the compressor cylinder 1. The annular permanent magnet 24, the soft iron annular disk 25, the soft iron cylinder 26, and the soft iron circular disk 27 integrally form a closed magnetic circuit.

【0007】28は以上述べたスリーブ17、コイル1
8、リード線19,20、環状間隙23、環状永久磁石
24、軟鉄環状ディスク25、軟鉄シリンダ26及び軟
鉄円形ディスク27等により全体として構成されるピス
トン駆動用のリニアモータである。29,30はそれぞ
れピストン用弾性部材及びディスプレーサ用弾性部材
で、圧縮機ピストン2及びディスプレーサ4を圧縮機シ
リンダ1及びコールドフィンガー3内に往復動可能に係
合支持することにより、ピストン2及びディスプレーサ
4の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を定めてい
る。
28 is the sleeve 17 and the coil 1 described above.
This is a linear motor for driving a piston which is wholly composed of 8, lead wires 19 and 20, an annular gap 23, an annular permanent magnet 24, a soft iron annular disc 25, a soft iron cylinder 26, a soft iron circular disc 27 and the like. 29 and 30 are elastic members for pistons and elastic members for displacers, respectively. By supporting the compressor piston 2 and the displacer 4 in the compressor cylinder 1 and the cold finger 3 so as to be reciprocally movable, the piston 2 and the displacer 4 are supported. The fixed position when the vehicle is stationary and the neutral position when the vehicle is operating are defined.

【0008】次に動作について説明する。電気端子2
1,22に系の共振周波数に等しい交流電源(図示しな
い)を接続すると、コイル18には円周方向の交番電流
が流れ、この交番電流と環状永久磁石24の作る半径方
向の磁場との相互作用によってコイル18には軸方向に
周期的なローレンツ力が働く。その結果、ピストン2、
スリーブ17及び環状永久磁石24から構成される組立
体とピストン用弾性部材29とから成る系は共振状態と
なり、上記組立体は軸方向に振動する。
Next, the operation will be described. Electric terminal 2
When an alternating current power supply (not shown) having the same resonance frequency as the system is connected to 1 and 22, an alternating current in the circumferential direction flows through the coil 18, and the alternating current and the radial magnetic field created by the annular permanent magnet 24 interact with each other. Due to the action, a periodic Lorentz force acts on the coil 18 in the axial direction. As a result, the piston 2,
The system including the assembly including the sleeve 17 and the annular permanent magnet 24 and the piston elastic member 29 is in a resonance state, and the assembly vibrates in the axial direction.

【0009】ピストン2の振動は、膨張空間6、第1圧
縮空間7、第2圧縮空間8、連通管5、蓄熱器9、中心
孔10、中心孔11、半径方向流通ダクト12及びフリ
ーザ13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すとともに、蓄熱器9を通過す
るガスの流量変化によりディスプレーサ4に周期的な軸
方向の交番振動力を生じさせる。このようにして蓄熱器
9を含むディスプレーサ4はピストン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3内を軸方向
に往復運動することになる。
The vibration of the piston 2 is transmitted from the expansion space 6, the first compression space 7, the second compression space 8, the communication pipe 5, the heat storage device 9, the central hole 10, the central hole 11, the radial flow duct 12 and the freezer 13. The working gas enclosed in the working space is caused to undergo a periodic pressure change, and the displacer 4 is caused to undergo a periodical alternating oscillating force due to a change in the flow rate of the gas passing through the heat accumulator 9. In this way, the displacer 4 including the heat accumulator 9 reciprocates axially in the cold finger 3 at the same frequency as the piston 2 but at different phases.

【0010】ピストン2及びディスプレーサ4が適当な
位相差を保って運動するとき、上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6及び
フリーザ13に冷熱を発生する。前記“逆スターリング
サイクル”とその冷熱発生の原理については、文献“C
ryocoolers”(G.Walker,Plen
um Press,New York,1983,p
p.177〜123)に詳細に説明されている。
When the piston 2 and the displacer 4 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. 6 and the freezer 13 generate cold heat. Regarding the above-mentioned "reverse Stirling cycle" and the principle of cold heat generation, see "C.
Ryocoolers "(G. Walker, Plen
um Press, New York, 1983, p.
p. 177-123).

【0011】以下に、その原理について簡単に説明す
る。ピストン2により圧縮された第2圧縮空間8内の作
動ガスは、連通管5を経て流れる間に圧縮熱が冷却さ
れ、第1圧縮空間7、中心孔10、蓄熱器9に流れ込
む。蓄熱器9で半サイクル前に蓄えられた冷熱により予
冷された作動ガスは、さらに中心孔11、半径方向流通
ダクト12、および、フリーザ13を通って膨張空間6
内に入る。そして、大部分の作動ガスが膨張空間6内に
入ると、膨張が始まり、膨張空間6内に冷熱を発生す
る。作動ガスは次に逆の順序で蓄熱器9に冷熱を放出し
ながら流路を戻り、第2圧縮空間8内に入る。この時、
フリーザ13内で外部から熱を奪い、その外部を冷却す
る。しかして、大部分の作動ガスが第2圧縮空間8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、上記“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. The working gas in the second compression space 8 compressed by the piston 2 has its compression heat cooled while flowing through the communication pipe 5, and flows into the first compression space 7, the central hole 10, and the heat accumulator 9. The working gas pre-cooled by the cold heat stored in the heat storage device 9 half a cycle before further passes through the central hole 11, the radial flow duct 12, and the freezer 13 to expand the expansion space 6
Enter inside. Then, when most of the working gas enters the expansion space 6, expansion starts and cold heat is generated in the expansion space 6. The working gas then returns through the flow path in the reverse order while releasing cold heat to the heat storage device 9 and enters the second compression space 8. At this time,
Heat is taken from the outside in the freezer 13 to cool the outside. Then, when most of the working gas returns to the second compression space 8, the compression starts again, and the next cycle starts. By the process as described above, the "reverse Stirling cycle" is completed and cold heat is generated.

【0012】[0012]

【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、ディスプレー
サ4はその自重やディスプレーサ用弾性部材30の偏心
などにより、半径方向に動いてコールドフィンガ3の内
面に接触して往復動する。このため、ディスプレーサ4
やコールドフィンガ3が摩耗してすきまシール部16の
すきまが大きくなり、第1圧縮空間7の作動ガスが膨張
空間6へ流れるとき、あるいは逆に膨張空間6の作動ガ
スが第1圧縮空間7へ流れるとき、作動ガスが蓄熱器9
を通らずにすきまシール部16を流れてしまうため、第
1圧縮空間7の高温の作動ガスの一部が蓄熱器9で予冷
されずに膨張空間6へ流れたり、膨張空間6の低温の作
動ガスの一部が蓄熱器9で冷熱を放出せずに第1圧縮空
間7へ流れるため、冷凍機の性能を著しく低下させる等
の問題があった。
Since the conventional Stirling refrigerator is constructed as described above, the displacer 4 moves in the radial direction due to its own weight, the eccentricity of the elastic member 30 for the displacer, and the like of the cold finger 3. It contacts the inner surface and reciprocates. Therefore, the displacer 4
When the cold finger 3 is worn and the clearance of the clearance seal portion 16 is increased, and the working gas in the first compression space 7 flows into the expansion space 6, or conversely, the working gas in the expansion space 6 is transferred to the first compression space 7. When flowing, the working gas is regenerator 9
Since it flows through the clearance seal portion 16 without passing through, the part of the high temperature working gas in the first compression space 7 flows into the expansion space 6 without being pre-cooled in the heat storage device 9, or the low temperature operation of the expansion space 6 is performed. Since a part of the gas flows into the first compression space 7 without releasing cold heat in the heat storage device 9, there is a problem that the performance of the refrigerator is significantly reduced.

【0013】また、ピストン2はその自重やピストン用
弾性部材29の偏心などにより半径方向に動いて圧縮機
シリンダ1の内面に接触して往復動する。このため、ピ
ストン2や圧縮機シリンダ1が摩耗してすきまシール部
14のすきまが大きくなり、このすきまを通って第2圧
縮空間8の作動ガスがバッファ空間15へ流出入するた
め、作動空間内の作動ガスの圧力変化が小さくなり、冷
凍機の性能を著しく低下させる等の問題があった。
Further, the piston 2 moves in the radial direction due to its own weight, the eccentricity of the elastic member 29 for the piston, and the like, comes into contact with the inner surface of the compressor cylinder 1 and reciprocates. Therefore, the piston 2 and the compressor cylinder 1 are worn and the clearance of the clearance seal portion 14 is increased, and the working gas in the second compression space 8 flows into and out of the buffer space 15 through this clearance. There is a problem that the pressure change of the working gas becomes small and the performance of the refrigerator is significantly deteriorated.

【0014】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、シール部の摩耗が少なく、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 to solve the above problems, and an object of the invention is to obtain a Stirling refrigerator having a long life with less wear of the seal portion.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係るス
ターリング冷凍機は、ディスプレーサが往復動する際に
コールドフィンガに接触しないようにするディスプレー
サ軸受と、上記コールドフィンガ内に収納され、半径方
向に可動なディスプレーサシールシリンダとを備え、上
記ディスプレーサシールシリンダの内周面と上記ディス
プレーサ外周面とによりすきまシール部を構成し、上記
ディスプレーサシールシリンダの上端面と下端面のそれ
ぞれによりコールドフィンガと接触して作動ガスのシー
ルを行うようにしたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a Stirling refrigerator having a displacer bearing for preventing a cold finger from coming into contact with the displacer when the displacer reciprocates, and a displacer bearing housed in the cold finger for radial direction. And a displacer seal cylinder that is movable, and the inner peripheral surface of the displacer seal cylinder and the outer peripheral surface of the displacer constitute a clearance seal portion, and the upper end surface and the lower end surface of the displacer seal cylinder respectively contact the cold fingers. It is designed to seal the working gas.

【0016】請求項2の発明に係るスターリング冷凍機
は、ピストンが往復動する際に圧縮機シリンダに接触し
ないようにするピストン軸受と、上記圧縮機シリンダ内
に収納され、半径方向に可動なピストンシールシリンダ
とを備え、上記ピストンシールシリンダの内周面と上記
ピストン外周面とによりすきまシール部を構成し、上記
ピストンシールシリンダの上端面と下端面のそれぞれに
より圧縮機シリンダと接触して作動ガスのシールを行う
ようにしたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a Stirling refrigerator having a piston bearing which prevents the piston from coming into contact with the compressor cylinder when the piston reciprocates, and a piston which is housed in the compressor cylinder and is movable in the radial direction. A seal cylinder is provided, and a clearance seal portion is formed by the inner peripheral surface of the piston seal cylinder and the outer peripheral surface of the piston, and the upper end surface and the lower end surface of the piston seal cylinder come into contact with the compressor cylinder to generate a working gas. It is designed to be sealed.

【0017】[0017]

【作用】請求項1の発明におけるスターリング冷凍機
は、ディスプレーサはディスプレーサ軸受で支持される
ため、すきまシール部を構成するディスプレーサシール
シリンダとディスプレーサとはほとんど接触することな
く運転され、このため、シール部の摩耗が非常に少な
い。さらに、ディスプレーサ軸受が摩耗した場合、ディ
スプレーサが偏心しても、ディスプレーサシールシリン
ダもディスプレーサと同様に偏心するため、すきまシー
ル部を構成するディスプレーサシールシリンダとディス
プレーサはほどんど摩耗せず、すきまも大きくならず、
スターリング冷凍機の性能は劣化しない。
In the Stirling refrigerator according to the first aspect of the present invention, the displacer is supported by the displacer bearing, and therefore the displacer seal cylinder and the displacer forming the clearance seal part are operated with almost no contact. Very little wear. Furthermore, when the displacer bearing is worn, even if the displacer is eccentric, the displacer seal cylinder will be eccentric as well as the displacer.Therefore, the displacer seal cylinder and displacer that form the clearance seal part will not wear much and the clearance will not become large. ,
The performance of the Stirling refrigerator does not deteriorate.

【0018】請求項2の発明にかかるスターリング冷凍
機は、ピストンはピストン軸受で支持されるため、すき
まシール部を構成するピストンシールシリンダとピスト
ンとはほとんど接触することなく運転され、このため、
シール部の摩耗が非常に少ない。さらに、ピストン軸受
が摩耗した場合も、ピストンが偏心しても、ピストンシ
ールシリンダもピストンと同様に偏心するため、すきま
シールを構成するピストンシールシリンダとピストンは
ほとんど摩耗せず、すきまも大きくならず、スターリン
グ冷凍機の性能は劣化しない。
In the Stirling refrigerator according to the second aspect of the invention, since the piston is supported by the piston bearing, the piston seal cylinder constituting the clearance seal portion and the piston are operated with almost no contact, and for this reason,
Very little wear on the seal. Further, even when the piston bearing is worn, even if the piston is eccentric, the piston seal cylinder is eccentric as well as the piston, so the piston seal cylinder and the piston that form the clearance seal are hardly worn, and the clearance does not become large. The performance of the Stirling refrigerator does not deteriorate.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1においては図5と対応する部分には同一符号
を付して説明を省略する。図1において、31はコール
ドフィンガ3に固定されたディスプレーサ軸受、32は
圧縮機シリンダ1に固定されたピストン軸受、33はデ
ィスプレーサ4とすきまシール部16を構成し、半径方
向に可動なディスプレーサシールシリンダ、34はこの
ディスプレーサシールシリンダ33の上端面シール部、
35はこのディスプレーサシールシリンダ33の下端面
シール部、36はピストン2とすきまシール部14を構
成し、半径方向に可動なピストンシールシリンダ、37
はこのピストンシールシリンダ36の上端面シール部、
38はこのピストンシールシリンダ36の下端面シール
部である。
Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIG. In FIG. 1, 31 is a displacer bearing fixed to the cold finger 3, 32 is a piston bearing fixed to the compressor cylinder 1, 33 is a displacer 4 and a clearance seal part 16, and is a displacer seal cylinder movable in the radial direction. , 34 are upper end surface seal portions of the displacer seal cylinder 33,
Reference numeral 35 denotes a lower end surface seal portion of the displacer seal cylinder 33, 36 denotes a piston 2 and a clearance seal portion 14, and a piston seal cylinder 37 movable in a radial direction, 37
Is the upper end face seal part of the piston seal cylinder 36,
Reference numeral 38 denotes a lower end surface seal portion of the piston seal cylinder 36.

【0020】次に動作について説明する。図2(a),
(b)にディスプレーサ4の各シール部の動作を示す。
図2(a)はディスプレーサ4がコールドフィンガ3内
を上方へ移動する時を示している。作動ガスは蓄熱器9
内を下方へ流動するため、蓄熱器9で圧力損失が生じ、
膨張空間6の作動ガス圧力は第1圧縮空間7より高くな
る。この時ディスプレーサシールシリンダ33は上記圧
力損失による圧力差で下方に押し付けられ、作動ガスは
すきまシール部16とディスプレーサシールシリンダ3
3の下端面シール部35とでシールされる。
Next, the operation will be described. 2 (a),
The operation of each seal portion of the displacer 4 is shown in (b).
FIG. 2A shows the displacer 4 moving upward in the cold finger 3. Working gas is heat storage 9
Since it flows downward in the inside, pressure loss occurs in the heat storage device 9,
The working gas pressure in the expansion space 6 becomes higher than that in the first compression space 7. At this time, the displacer seal cylinder 33 is pressed downward due to the pressure difference due to the above-mentioned pressure loss, and the working gas is filled with the clearance seal portion 16 and the displacer seal cylinder 3.
It is sealed by the lower end surface seal portion 35 of the No. 3 unit.

【0021】図2(b)はディスプレーサ4がコールド
フィンガ3内を下方へ移動する時を示している。作動ガ
スは蓄熱器9内を上方へ流動するため、蓄熱器9で圧力
損失が生じ、膨張空間6の作動ガス圧力は第1圧縮空間
7より低くなる。この時ディスプレーサシールシリンダ
33は上記圧力損失による圧力差で上方に押し付けら
れ、作動ガスはすきまシール部16とディスプレーサシ
ールシリンダ33の上端面シール部34でシールされ
る。この時、ディスプレーサ4はディスプレーサ軸受3
1で支持されているため、すきまシール部16を構成す
るディスプレーサシールシリンダ33にはほとんど半径
方向に力が作用せず、そのためすきまシール部16は摩
耗しない。
FIG. 2B shows when the displacer 4 moves downward in the cold finger 3. Since the working gas flows upward in the heat storage device 9, a pressure loss occurs in the heat storage device 9, and the working gas pressure in the expansion space 6 becomes lower than that in the first compression space 7. At this time, the displacer seal cylinder 33 is pressed upward due to the pressure difference due to the pressure loss, and the working gas is sealed by the clearance seal portion 16 and the upper end surface seal portion 34 of the displacer seal cylinder 33. At this time, the displacer 4 is displacer bearing 3
Since it is supported by No. 1, almost no force acts in the radial direction on the displacer seal cylinder 33 forming the clearance seal portion 16, and therefore the clearance seal portion 16 is not worn.

【0022】図3(a),(b)にピストン2の各シー
ル部の動作を示す。図3(a)はピストン2が圧縮機シ
リンダ1内を上方へ移動する時を示している。作動空間
内の作動ガスの圧力は上昇し、第2圧縮空間8の作動ガ
ス圧力はバッファ空間15のガス圧力より高くなる。こ
の時ピストンシールシリンダ36は上記圧力差で下方に
押し付けられ、作動ガスはすきまシール部14とピスト
ンシールシリンダ36の下端面シール部38とでシール
される。
The operation of each seal portion of the piston 2 is shown in FIGS. FIG. 3A shows the time when the piston 2 moves upward in the compressor cylinder 1. The pressure of the working gas in the working space rises, and the working gas pressure in the second compression space 8 becomes higher than the gas pressure in the buffer space 15. At this time, the piston seal cylinder 36 is pressed downward due to the above pressure difference, and the working gas is sealed by the clearance seal portion 14 and the lower end surface seal portion 38 of the piston seal cylinder 36.

【0023】図3(b)はピストン2が圧縮機シリンダ
1内を下方へ移動する時を示している。作動空間内の作
動ガスの圧力は低下し、第2圧縮空間8の作動ガス圧力
はバッファ空間15のガス圧力より低くなる。この時ピ
ストンシールシリンダ36は上記圧力差で上方に押し付
けられ、作動ガスはすきまシール部14とピストンシー
ルシリンダ36の上端面シール部37とでシールされ
る。この時、ピストン2はピストン軸受32で支持され
ているため、すきまシール部14を構成するピストンシ
ールシリンダ36にはほとんど半径方向に力が作用せ
ず、そのためシール部は摩耗しない。
FIG. 3B shows when the piston 2 moves downward in the compressor cylinder 1. The pressure of the working gas in the working space decreases, and the working gas pressure in the second compression space 8 becomes lower than the gas pressure in the buffer space 15. At this time, the piston seal cylinder 36 is pressed upward by the pressure difference, and the working gas is sealed by the clearance seal portion 14 and the upper end surface seal portion 37 of the piston seal cylinder 36. At this time, since the piston 2 is supported by the piston bearing 32, almost no force acts in the radial direction on the piston seal cylinder 36 forming the clearance seal portion 14, and therefore the seal portion does not wear.

【0024】この実施例1に示したスターリング冷凍機
によれば、従来例と全く同様の動作によりフリーザ13
および膨張空間6に同様に冷熱を発生し、しかも長時間
その性能を維持することが可能となる。
According to the Stirling refrigerator shown in the first embodiment, the freezer 13 operates in exactly the same manner as the conventional example.
Similarly, cold heat is generated in the expansion space 6, and the performance can be maintained for a long time.

【0025】なお、この実施例1に示したスターリング
冷凍機の動作原理については従来例と全く同様であるた
め、ここでは説明を省略する。
Since the operating principle of the Stirling refrigerator shown in the first embodiment is exactly the same as that of the conventional example, its explanation is omitted here.

【0026】実施例2.なお、上記実施例1では、コー
ルドフィンガ3と圧縮機シリンダ1とが機械的に強く結
合された一体型の冷凍機の場合について説明したが、図
4に示すこの発明の他の実施例におけるように、コール
ドフィンガ3と圧縮機シリンダ1とが連通管5を介して
互いに分離された分離型の冷凍機であっても良く、上記
実施例1と同様の効果を奏する。
Example 2. In the first embodiment described above, the case in which the cold finger 3 and the compressor cylinder 1 are mechanically strongly coupled to each other has been described as an integral type refrigerator, but as in another embodiment of the present invention shown in FIG. In addition, the cold finger 3 and the compressor cylinder 1 may be a separate type refrigerator in which the cold finger 3 and the compressor cylinder 1 are separated from each other through the communication pipe 5, and the same effect as that of the first embodiment is obtained.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、ディスプレーサが往復動する際にコールドフィンガ
に接触しないようにするディスプレーサ軸受と、上記コ
ールドフィンガ内に収納され、半径方向に可動なディス
プレーサシールシリンダとを備え、上記ディスプレーサ
シールシリンダの内周面と上記ディスプレーサ外周面と
によりすきまシール部を構成し、上記ディスプレーサシ
ールシリンダの上端面と下端面のそれぞれによりコール
ドフィンガと接触して作動ガスのシールを行うように構
成したので、ディスプレーサはディスプレーサ軸受で支
持されるため、すきまシール部を構成するディスプレー
サシールシリンダとディスプレーサとはほとんど接触す
ることなく運転され、このため、シール部の摩耗が非常
に少ない。さらに、ディスプレーサ軸受が摩耗した場
合、ディスプレーサが偏心しても、ディスプレーサシー
ルシリンダもディスプレーサと同様に偏心するため、す
きまシール部を構成するディスプレーサシールシリンダ
とディスプレーサはほとんど摩耗せず、従って、すきま
も大きくならず、スターリング冷凍機の性能が劣化せず
長寿命が得られる等の効果が得られる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the displacer bearing for preventing the displacer from coming into contact with the cold finger when reciprocating, and the displacer bearing housed in the cold finger and movable in the radial direction. A displacer seal cylinder, the inner peripheral surface of the displacer seal cylinder and the outer peripheral surface of the displacer constitute a clearance seal portion, and the upper end surface and the lower end surface of the displacer seal cylinder come into contact with the cold fingers to operate. Since it is configured to perform gas sealing, the displacer is supported by the displacer bearing, so the displacer seal cylinder and the displacer that form the clearance seal part are operated with almost no contact, and therefore wear of the seal part is prevented. Very few. Furthermore, when the displacer bearing is worn, even if the displacer is eccentric, the displacer seal cylinder is eccentric as well as the displacer.Therefore, the displacer seal cylinder and displacer that form the clearance seal part are hardly worn, and therefore the clearance is large. As a result, the performance of the Stirling refrigerator is not deteriorated and a long life can be obtained.

【0028】また、請求項2の発明によれば、ピストン
が往復動する際に圧縮機シリンダに接触しないようにす
るピストン軸受と、上記圧縮機シリンダ内に収納され、
半径方向に可動なピストンシールシリンダとを備え、上
記ピストンシールシリンダの内周面と上記ピストン外周
面とによりすきまシール部を構成し、上記ピストンシー
ルシリンダの上端面と下端面のそれぞれにより圧縮機シ
リンダと接触して作動ガスのシールを行うように構成し
たので、ピストンはピストン軸受で支持されるため、す
きまシール部を構成するピストンシールシリンダとピス
トンとはほとんど接触することなく運転され、このた
め、シール部の摩耗が非常に少ない。さらに、ピストン
軸受が摩耗した場合も、ピストンが偏心しても、ピスト
ンシールシリンダもピストンと同様に偏心するため、す
きまシール部を構成するピストンシールシリンダとピス
トンはほとんど摩耗せず、従って、すきまも大きくなら
ず、スターリング冷凍機の性能は劣化せず、長寿命とな
る効果が得られる。
According to the invention of claim 2, a piston bearing for preventing the piston from coming into contact with the compressor cylinder when the piston reciprocates, and is housed in the compressor cylinder.
A piston seal cylinder movable in the radial direction is provided, and a clearance seal portion is constituted by the inner peripheral surface of the piston seal cylinder and the outer peripheral surface of the piston, and the compressor cylinder is constituted by the upper end surface and the lower end surface of the piston seal cylinder, respectively. Since the piston is supported by the piston bearing because the working gas is sealed by contacting with the piston, the piston seal cylinder forming the clearance seal part and the piston are operated with almost no contact. Very little wear on the seal. Further, even if the piston bearing is worn, even if the piston is eccentric, the piston seal cylinder is eccentric as well as the piston, so the piston seal cylinder and the piston that form the clearance seal part are hardly worn, and therefore the clearance is also large. In addition, the performance of the Stirling refrigerator is not deteriorated, and the effect of extending the 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
を示す側面断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例によるスターリング冷凍機
の動作を示す要部の側面断面図である。
FIG. 2 is a side sectional view of an essential part showing the operation of the Stirling refrigerator according to the embodiment of the present invention.

【図3】この発明の一実施例によるスターリング冷凍機
の他の動作を示す要部の側面断面図である。
FIG. 3 is a side sectional view of an essential part showing another operation of the Stirling refrigerator according to the embodiment of the present invention.

【図4】この発明の他の実施例を示すスターリング冷凍
機の側面断面図である。
FIG. 4 is a side sectional view of a Stirling refrigerator showing another embodiment of the present invention.

【図5】従来のスターリング冷凍機を示す側面断面図で
ある。
FIG. 5 is a side sectional view showing a conventional Stirling refrigerator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧縮機シリンダ 2 ピストン 3 コールドフィンガ 4 ディスプレーサ 8 第2圧縮空間(圧縮空間) 9 蓄熱器 14,16 すきまシール部 31 ディスプレーサ軸受 32 ピストン軸受 33 ディスプレーサシールシリンダ 36 ピストンシールシリンダ 1 Compressor Cylinder 2 Piston 3 Cold Finger 4 Displacer 8 Second Compression Space (Compression Space) 9 Heat Storage 14, 16 Clearance Seal Part 31 Displacer Bearing 32 Piston Bearing 33 Displacer Seal Cylinder 36 Piston Seal Cylinder

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピストンが設けられた圧縮機シリンダ
と、この圧縮機シリンダの圧縮空間と連通するコールド
フィンガとを有し、上記コールドフィンガ内部には蓄熱
器を内蔵するディスプレーサが往復動可能に設けられ、
上記圧縮空間、上記コールドフィンガ内部空間及び上記
蓄熱器により作動空間が形成され、この作動空間に作動
ガスが封入されて成るスターリング冷凍機において、上
記ディスプレーサが往復動する際に上記コールドフィン
ガに接触しないようにするためのディスプレーサ軸受
と、上記コールドフィンガ内に収納され上記ディスプレ
ーサの往復動方向と直交する方向に可動でかつ上記ディ
スプレーサとの間ですきまシール部を形成しかつ上記往
復動方向の両端面で上記コールドフィンガと接触して上
記作動ガスをシールするディスプレーサシールシリンダ
とを設けたことを特徴とするスターリング冷凍機。
1. A displacer having a built-in heat accumulator is provided reciprocally in the cold finger, the compressor cylinder having a piston and a cold finger communicating with the compression space of the compressor cylinder. The
In a Stirling refrigerator in which a working space is formed by the compression space, the internal space of the cold finger, and the heat accumulator, and the working gas is enclosed in the working space, the cold finger is not contacted when the displacer reciprocates. And a displacer bearing for moving the movable body in a direction orthogonal to the reciprocating direction of the displacer and forming a clearance seal between the displacer bearing and the displacer and both end faces in the reciprocating direction. And a displacer seal cylinder for contacting the cold finger to seal the working gas.
【請求項2】 ピストンが設けられた圧縮機シリンダ
と、この圧縮機シリンダの圧縮空間と連通するコールド
フィンガとを有し、上記コールドフィンガ内部には蓄熱
器を内蔵するディスプレーサが往復動可能に設けられ、
上記圧縮空間、上記コールドフィンガ内部空間及び上記
蓄熱器により作動空間が形成され、この作動空間に作動
ガスが封入されて成るスターリング冷凍機において、上
記ピストンが往復動する際に上記圧縮機シリンダに接触
しないようにするためのピストン軸受と、上記圧縮機シ
リンダ内に収納され上記ピストンの往復動方向と直交す
る方向に可動でかつ上記ピストンとの間ですきまシール
部を形成しかつ上記往復動方向の両端面で上記圧縮機シ
リンダと接触して上記作動ガスをシールするピストンシ
ールシリンダとを設けたことを特徴とするスターリング
冷凍機。
2. A compressor cylinder provided with a piston, and a cold finger communicating with a compression space of the compressor cylinder, and a displacer having a built-in heat accumulator reciprocatingly provided inside the cold finger. The
In a Stirling refrigerator in which a working space is formed by the compression space, the internal space of the cold finger, and the heat accumulator, and working gas is filled in the working space, the piston contacts the compressor cylinder when the piston reciprocates. To prevent it from moving in a direction orthogonal to the reciprocating direction of the piston, which is housed in the compressor cylinder and forms a clearance seal between the piston and the reciprocating direction of the piston. A Stirling refrigerator, comprising: a piston seal cylinder that seals the working gas by contacting the compressor cylinder on both end faces.
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