JPH06159836A - ガスサイクル機関 - Google Patents

ガスサイクル機関

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JPH06159836A
JPH06159836A JP33684392A JP33684392A JPH06159836A JP H06159836 A JPH06159836 A JP H06159836A JP 33684392 A JP33684392 A JP 33684392A JP 33684392 A JP33684392 A JP 33684392A JP H06159836 A JPH06159836 A JP H06159836A
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JP
Japan
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temperature cylinder
refrigerant
bellows
piston
cylinder
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Pending
Application number
JP33684392A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Hirose
達也 広瀬
Seiji Fukushima
清司 福島
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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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

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒への潤滑油の混入を防ぐことのできるコ
ンパクトなガスサイクル機関を提供する。 【構成】 高温シリンダ2及び低温シリンダ8内に配設
した各ベローズ19,21を、この各ベローズ19,2
1と圧縮ピストン1及び膨張ピストン7との間に充填し
た非圧縮性流体20を介して各ピストン1,7の移動に
連動して伸縮させる。また、この各ベローズ19,21
の根元の取付部19a,21aを各シリンダ2,8内壁
に密着して取付固定することにより、作動ガスに潤滑油
15が混入するのを防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、作動ガスを圧縮、膨張
させて冷凍・暖房を得るガスサイクル機関に関する。
【0002】
【従来の技術】最近では、作動ガスを圧縮、膨張させて
冷凍・暖房を得るガスサイクル機関を用いた冷凍装置や
暖房装置が出現しており、このような装置としては、例
えば各種赤外線センサ、超電導デバイス等の冷却用や、
バイオメディカル用のフリーザ、冷凍庫に使用される蓄
冷型のスターリング冷凍装置がある。
【0003】そして、このようなスターリング冷凍装置
は、図2に示すように圧縮ピストン1及び高温シリンダ
2とからなるガス圧縮機3と、このガス圧縮機3の圧縮
熱を外部に放出する放熱器4と、蓄冷材5を封入した蓄
冷器6と、膨張ピストン7及び低温シリンダ8とからな
る膨張機9と、冷凍取出部であるコールドヘッド10と
から構成されている。なお、蓄冷材5としては、比熱の
大きな材料である銅、ステンレス、鉛等をメッシュ状に
形成したものや球状に形成したものが使用されている。
【0004】ところで、このような冷凍装置では冷凍を
行うため、まずガス圧縮機3の高温シリンダ2内部に形
成された圧縮空間11内を水平移動する圧縮ピストン1
を前進させて作動ガスであるヘリウム等のガス状の冷媒
を圧縮し、さらにこの冷媒を高温シリンダ2の側端に形
成された冷媒流出入孔2aからガス圧縮機3と膨張機9
とを連通する冷媒経路12に吐出する。
【0005】そして、この冷媒を冷媒経路12に配され
た蓄冷器6に流入させて蓄冷材5と熱交換させて冷却し
た後、低温シリンダ8の上端に形成された冷媒流出入孔
8aから膨張機9に流入させる。なお、冷媒が蓄冷器6
に流入する際には、冷媒は放熱器4により室温近くまで
冷却されている。
【0006】次に、低温シリンダ8内に形成された膨張
空間13内を上下動する膨張ピストン7を下降させて蓄
冷器6に流入した冷媒を膨張させ、この冷媒の温度をさ
らに下げる。この時、低温となった冷媒は膨張空間13
を囲むように配されたコールドヘッド10と熱交換を行
ない、これにより図示しない被冷凍部は冷凍される。
【0007】最後に、膨張ピストン7を上昇させ、熱交
換が終わった冷媒を冷媒流出入孔8aから吐出して蓄冷
器6に流入し、この冷媒と蓄冷材5とを熱交換させて先
の熱交換により少し温度上昇した蓄冷材5を再冷却する
一方、冷媒を室温とした後、再び圧縮空間11に戻す。
そして、このようなサイクルを繰り返して行うことによ
り、被冷凍部を所望する温度で冷凍するようにしてい
る。
【0008】なお、圧縮ピストン1と膨張ピストン7と
は、同一のクランク機構14により、約90度の位相差
をもって圧縮空間11及び膨張空間13を直線運動する
ようになっている。これにより、圧縮ピストン1を前進
させて圧縮した冷媒を膨張機9に流入させた後に膨張ピ
ストン7を下降させて冷媒を膨張させ、また圧縮ピスト
ン1を後退させた後、膨張ピストン7を上昇させて冷媒
を圧縮することなく冷媒圧縮機3に戻すようにしてい
る。
【0009】なお、このようなガスサイクル機関におい
ては、圧縮ピストン1、膨張ピストン7及びクランク機
構14は摩耗による劣化を防ぐため、潤滑油15により
潤滑されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のガスサイクル機関を備えた冷凍装置においては、
冷媒に高温シリンダ及び低温シリンダの内壁に付着した
潤滑油が混入することがあり、これにより装置の冷凍能
力が低下すると共に寿命も短くなるという問題点があっ
た。
【0011】これを解決するため、従来は、例えば図3
に示すように、高温シリンダ2と冷媒経路12の間にダ
イアフラム16と非圧縮性流体17とを有するアキュー
ムレータ18を介在させて冷媒と潤滑油とを隔離するこ
とにより、冷媒に潤滑油が混入するのを防ぐようにした
ものがある。
【0012】しかし、このようなダイアフラムを用いた
場合には、圧縮ピストン1の圧縮効率が悪くなると共に
ガス圧縮機の構造が大きくなってガスサイクル機関が大
型化し、これに伴い冷凍装置も大型化するという問題点
があった。
【0013】本発明は、作動ガスへの潤滑油の混入を防
ぐことのできるコンパクトなガスサイクル機関を提供す
ることを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、高温シリンダ
とこの高温シリンダ内を往復運動する圧縮ピストンとか
らなる圧縮機と、低温シリンダとこの低温シリンダ内を
往復運動する膨張ピストンとからなる膨張機と、前記圧
縮機と前記膨張機とを連通する作動ガス通路とを備え、
前記高温シリンダ及び低温シリンダ内には弾性部材で形
成されると共に各シリンダ内の潤滑油が作動ガスに混入
しないようそれぞれその根元の取付部を前記各シリンダ
内壁に密着して取付固定されるベローズを配設し、前記
各ベローズと前記圧縮ピストン及び膨張ピストンとの間
には各ピストンに連動して前記各ベローズを伸縮させる
非圧縮性流体をそれぞれ充填したものである。
【0015】
【作用】この構成により、高温シリンダ及び低温シリン
ダ内に配設した各ベローズを、この各ベローズと圧縮ピ
ストン及び膨張ピストンとの間に充填した非圧縮性流体
を介して各ピストンの移動に連動して伸縮させることが
できる。また、この各ベローズの根元の取付部を各シリ
ンダ内壁に密着して取付固定することにより、作動ガス
に潤滑油が混入するのを防ぐことができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
【0017】図1は、本発明の一実施例に係るガスサイ
クル機関を備えた冷凍装置の概略構成図である。同図に
おいて、図2と同一符号は同一又は相当部分を示してい
る。
【0018】同図において、19は樹脂、ゴム又は薄肉
のバネ材等の金属により形成されると共に、その根元の
取付部19aが高温シリンダ2の内壁に密着固定されて
高温シリンダ2内に配設された第1ベローズであり、そ
してこの第1ベローズ19と圧縮ピストン1との間には
非圧縮性流体20が充填されている。
【0019】ここで、この第1ベローズ19は圧縮ピス
トン1により押されて前方に移動する非圧縮性流体20
により前方に伸びて冷媒を圧縮し、さらにこの冷媒を高
温シリンダ2の冷媒流出入孔2aから冷媒経路12に吐
出するためのものである。
【0020】なお、第1ベローズ19の根元の取付部1
9aが高温シリンダ2内壁に密着固定されていることに
より、潤滑油15が圧縮空間11に漏れ出て冷媒に混入
することがないようになっている。
【0021】一方、同図において、21は樹脂、ゴム又
は薄肉のバネ材等の金属により形成されると共に、その
根元の取付部21aが低温シリンダ8内壁に密着固定さ
れて低温シリンダ8内に配設された第2ベローズであ
り、そしてこの第2ベローズ21と膨張ピストン7との
間には非圧縮性流体20が充填されている。
【0022】ここで、この第2ベローズ21は膨張ピス
トン7により押されて上方に移動する非圧縮性流体20
により上方に伸びて冷媒を圧縮し、さらにこの冷媒を低
温シリンダ8の冷媒流出入孔8aから吐出して蓄冷器6
に流入させるためのものである。
【0023】なお、第2ベローズ21の根元の取付部2
1aが低温シリンダ8内壁に密着固定されていることに
より、潤滑油15が膨張空間13に漏れ出て冷媒に混入
することがないようになっている。
【0024】そして、このように構成された冷凍装置に
おいては、クランク機構14により圧縮ピストン1が前
進すると、この圧縮ピストン1により押されて前進する
非圧縮性流体20により、第1ベローズ19が前方に伸
びて冷媒を圧縮して冷媒を高温シリンダ2の冷媒流出入
孔2aから冷媒経路12に吐出する。
【0025】この後、冷媒は蓄冷器6に流入して低温と
なっている蓄冷材5と熱交換して冷却され、低温シリン
ダ8の冷媒流出入孔8aから低温シリンダ8内に吹き出
される。
【0026】そして、このようにして冷媒が低温シリン
ダ8内に吹き出された後、それまで低温シリンダ8の上
部に位置していた膨張ピストン7が下降し、この膨張ピ
ストン7の下降により非圧縮性流体20が下方し、これ
に伴いそれまで上方に伸びていた低温シリンダ8内の第
2ベローズ21が下方に縮まる。これにより、膨張空間
13が広がって冷媒が膨張し、この冷媒はさらに低温と
なり、この後この冷媒はコールドヘッド10との間で熱
交換を行なう。
【0027】一方、このようにして熱交換が行なわれた
後、膨張ピストン7が低温シリンダ8内を上昇すると、
この膨張ピストン7に押されて上昇する非圧縮性流体2
0により、第2ベローズ21が上方に伸びて熱交換が終
わった冷媒を冷媒流出入孔8aから蓄冷器6に流入させ
る。
【0028】そして、この蓄冷器6に流入した冷媒は、
先の熱交換により少し温度上昇して室温近くになってい
る蓄冷材5と熱交換し、蓄冷材5を冷却すると共に冷媒
自体は室温となって冷媒通路12を経て再び圧縮空間1
1に戻る。
【0029】なお、この際、既に圧縮ピストン1は後退
しており、そしてこの圧縮ピストン1の後退により非圧
縮性流体20が後退し、それまで伸びていた第1ベロー
ズ19も後方に縮まって圧縮空間11は広がった状態と
なっている。
【0030】このように、高温シリンダ2の内部に第1
ベローズ19を配設し、この第1ベローズ19と圧縮ピ
ストン1との間に充填した非圧縮性流体20を介して圧
縮ピストン1の移動に連動して第1ベローズ19を伸縮
させることができる。
【0031】また、低温シリンダ8の内部に第2ベロー
ズ21を配設し、この第2ベローズ21と膨張ピストン
7との間に充填した非圧縮性流体20を介して膨張ピス
トン7の移動に連動して第2ベローズ21を伸縮させる
ことができる。
【0032】また、この第1、第2ベローズ19,21
の根元の取付け部19a,21aを高温シリンダ2及び
低温シリンダ8の内壁に密着固定することにより、冷媒
に潤滑油15が混入することを防ぐことができる。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、高温シリ
ンダ及び低温シリンダの内壁に根元を密着固定したベロ
ーズを非圧縮性流体を介して伸縮させて冷媒を圧縮膨張
させるようにしたので、構造を大きくすることなく作動
ガスに潤滑油が混入することを防ぐことができる。
【0034】これにより、ガスサイクル機関をコンパク
トに形成することができ、またこのガスサイクル機関を
備えた装置の冷凍、暖房効率を高めることができると共
に装置の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るガスサイクル機関を備
えた冷凍装置の概略構成図。
【図2】従来のガスサイクル機関を備えた冷凍装置の概
略構成図。
【図3】従来の冷凍装置の圧縮機部の概略構成図。
【符号の説明】
1 圧縮ピストン 2 高温シリンダ 7 膨張ピストン 8 低温シリンダ 15 潤滑油 19 第1ベローズ 20 非圧縮性流体 21 第2ベローズ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高温シリンダとこの高温シリンダ内を往
    復運動する圧縮ピストンとからなる圧縮機と、低温シリ
    ンダとこの低温シリンダ内を往復運動する膨張ピストン
    とからなる膨張機と、前記圧縮機と前記膨張機とを連通
    する作動ガス通路とを備え、前記高温シリンダ及び低温
    シリンダ内には弾性部材で形成されると共に各シリンダ
    内の潤滑油が作動ガスに混入しないようそれぞれその根
    元の取付部を前記各シリンダ内壁に密着して取付固定さ
    れるベローズを配設し、前記各ベローズと前記圧縮ピス
    トン及び膨張ピストンとの間には各ピストンに連動して
    前記各ベローズを伸縮させる非圧縮性流体をそれぞれ充
    填したことを特徴とするガスサイクル機関。
JP33684392A 1992-11-25 1992-11-25 ガスサイクル機関 Pending JPH06159836A (ja)

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