JPH06323658A - Refrigerator - Google Patents
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- JPH06323658A JPH06323658A JP13242693A JP13242693A JPH06323658A JP H06323658 A JPH06323658 A JP H06323658A JP 13242693 A JP13242693 A JP 13242693A JP 13242693 A JP13242693 A JP 13242693A JP H06323658 A JPH06323658 A JP H06323658A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、スターリング冷凍機な
どの蓄冷型冷凍機を使用して超低温を実現する冷凍装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refrigerating apparatus for realizing an ultra-low temperature by using a cold storage type refrigerator such as a Stirling refrigerator.
【0002】[0002]
【従来の技術】バイオテクノロジーの分野や電子デバイ
スの分野等の先端技術分野において、各種試料や各種材
料の超低温の保存技術の開発が急務になっている。特
に、スターリング冷凍機などの蓄冷型冷凍機は、上記超
低温を実現する手段として注目され各種赤外線センサ
ー、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、冷凍庫等に広く利用されようとしている。2. Description of the Related Art In the field of advanced technology such as the field of biotechnology and the field of electronic devices, there is an urgent need to develop an ultralow temperature preservation technique for various samples and various materials. In particular, regenerative refrigerators such as Stirling refrigerators have been attracting attention as means for achieving the above-mentioned ultra-low temperatures, and are being widely used for various infrared sensors, freezers for cooling superconducting devices and the like, biomedical freezers, freezers and the like.
【0003】ここでは、2ピストン型スターリング冷凍
機について図3を参照して動作原理を説明する。The operation principle of the two-piston Stirling refrigerator will be described with reference to FIG.
【0004】スターリング冷凍機1は、ガス圧縮機2と
膨張機3とを、途中に蓄冷器4とを介装したガス流路5
によって連通させ、このガス流路5のガス圧縮機2側に
放熱器6と蓄冷器4の入口側に放熱器7とを配設する一
方、膨張機3の上部に冷凍取り出し部8を形成し、さら
に、ガス圧縮機2の後方で、かつ、膨張機3の下方には
クランク機構部9を配設した構成としている。The Stirling refrigerator 1 has a gas flow path 5 in which a gas compressor 2 and an expander 3 are interposed, and a regenerator 4 is interposed therebetween.
The radiator 6 and the radiator 7 are arranged on the gas compressor 2 side of the gas flow path 5 on the gas compressor 2 side and the inlet side of the regenerator 4 on the other hand, and the freezing take-out portion 8 is formed on the upper part of the expander 3. Further, a crank mechanism portion 9 is arranged behind the gas compressor 2 and below the expander 3.
【0005】ガス圧縮機2は、ヘリウム等極低温の沸点
の冷媒ガスを所定のサイクルに従って圧縮して圧縮され
た冷媒ガスを膨張機3へ供給するものであり、ガス圧縮
機2では、圧縮シリンダ本体10の内側に冷媒ガスを圧
縮する圧縮空間11を形成し、圧縮ピストン13が圧縮
シリンダ12に摺動自在に嵌装されて後述するクランク
機構部9の作用により圧縮ピストン13が往復運動をす
るようになっている。The gas compressor 2 is for compressing a refrigerant gas having a cryogenic boiling point such as helium according to a predetermined cycle and supplying the compressed refrigerant gas to the expander 3. In the gas compressor 2, a compression cylinder is used. A compression space 11 for compressing a refrigerant gas is formed inside the main body 10, a compression piston 13 is slidably fitted in a compression cylinder 12, and the compression piston 13 reciprocates by the action of a crank mechanism section 9 described later. It is like this.
【0006】膨張機3は、ガス圧縮機2から蓄冷器4を
介して供給された圧縮冷媒ガスを膨張させるものであ
り、膨張機3は、膨張機本体14の内側に膨張シリンダ
15が上下方向に配設され、この膨張シリンダ15の内
側に膨張ピストン16が上下方向に摺動自在に嵌装さ
れ、膨張機3の内側に低温が発生する膨脹空間としての
冷凍発生部17が形成されている。The expander 3 expands the compressed refrigerant gas supplied from the gas compressor 2 via the regenerator 4. The expander 3 has an expansion cylinder 15 inside the expander body 14 in the vertical direction. The expansion piston 16 is fitted inside the expansion cylinder 15 so as to be slidable in the vertical direction, and a freezing generation portion 17 as an expansion space for generating a low temperature is formed inside the expander 3. .
【0007】蓄冷器4は、膨張機本体14の内周と膨張
シリンダ15の外周との間に円筒形状に形成され、ガス
流路5を介して膨張機3へ供給される圧縮された冷媒ガ
スを冷却する一方、冷凍発生部17で膨脹され冷却され
た冷媒ガスがガス圧縮機2に戻される際に、その冷媒が
冷却されて蓄冷するものであり、その材料としては、比
熱の大きな銅やステンレス鋼、さらに、鉛等が用いら
れ、それらが冷媒ガスを通す微細孔が多数穿設された円
筒形状に形成されたものである。The regenerator 4 is formed in a cylindrical shape between the inner circumference of the expander body 14 and the outer circumference of the expansion cylinder 15, and is a compressed refrigerant gas supplied to the expander 3 through the gas flow path 5. On the other hand, when the refrigerant gas expanded and cooled in the freezing generation section 17 is returned to the gas compressor 2 while cooling the refrigerant, the refrigerant is cooled and stores cold. Stainless steel, lead, and the like are used, and they are formed into a cylindrical shape having a large number of fine holes through which a refrigerant gas passes.
【0008】ガス流路5は、ガス圧縮機2と膨張機3と
を連通する配管で蓄冷器4の入口側では、圧縮冷媒ガス
が均等に蓄冷器4内を通過するようになっている。放熱
器6と放熱器7は、圧縮された高温の冷媒ガスを室温付
近に下げるもので、放熱器6は圧縮シリンダ本体10の
胴部の外側に多数の円板状フィンを立設し、放熱器7
は、膨張機本体14の胴部の外側に多数の円形状フィン
を立設している。冷凍取り出し部8は、冷凍発生部17
で発生した冷熱を図示省略する低温槽等へ取り出すもの
で、膨張機本体14の上部にステンレス鋼等の板状体で
覆われている。The gas flow path 5 is a pipe connecting the gas compressor 2 and the expander 3 so that the compressed refrigerant gas evenly passes through the regenerator 4 at the inlet side of the regenerator 4. The radiator 6 and the radiator 7 lower the compressed high temperature refrigerant gas to near room temperature. The radiator 6 has a large number of disc-shaped fins standing upright outside the body of the compression cylinder body 10 for heat radiation. Bowl 7
Has a large number of circular fins standing on the outside of the body of the expander body 14. The freezing take-out unit 8 includes the freezing generation unit 17
The cold heat generated in 1 is taken out to a low temperature tank (not shown) or the like, and is covered with a plate-like body such as stainless steel on the upper portion of the expander body 14.
【0009】クランク機構部9は、圧縮ピストン13と
膨張ピストン16とを図示省略する駆動モータを駆動源
としてクランク運動の作用で往復運動をさせるものであ
り、クランク機構部9は、圧縮シリンダ12の後方に案
内部20を形成すると共に、膨張シリンダ15の下方に
案内部21とを形成したクランク室22を有し、このク
ランク室22の底部に潤滑油23を収納し、さらに、ク
ランク室22の内部にクランク機構24を配設してい
る。The crank mechanism section 9 reciprocates by the action of a crank motion using a compression motor and a compression piston 13 as drive sources (not shown). The crank mechanism section 9 of the compression cylinder 12 is reciprocated. A crank chamber 22 having a guide portion 20 formed at the rear and a guide portion 21 below the expansion cylinder 15 is provided. Lubricating oil 23 is stored at the bottom of the crank chamber 22. A crank mechanism 24 is arranged inside.
【0010】そして、このクランク機構24から延設さ
れるコネクティングロッド25が案内部20の案内受2
0aにクロスガイド26が摺動自在に嵌装され、このク
ロスガイド26に連絡するピストンロッド27が案内部
20の貫通穴20bに貫通して圧縮ピストン13の後部
に接続すると共に、クランク機構24から延設されるコ
ネクティングロッド28が案内部21の案内受21aに
クロスガイド29が摺動自在に嵌装され、このクロスガ
イド29に連絡するピストンロッド30が膨張ピストン
16の後部に接続している。The connecting rod 25 extending from the crank mechanism 24 is connected to the guide receiver 2 of the guide portion 20.
0a has a cross guide 26 slidably fitted therein, and a piston rod 27 communicating with the cross guide 26 penetrates the through hole 20b of the guide portion 20 to be connected to the rear portion of the compression piston 13 and also from the crank mechanism 24. The extending connecting rod 28 is slidably fitted to the guide receiver 21a of the guide portion 21, and the piston rod 30 communicating with the cross guide 29 is connected to the rear portion of the expansion piston 16.
【0011】なお、31は圧縮空間11と圧縮ピストン
13の後方の空間32を断絶するピストンシールで、3
3はクランク室22の潤滑油23が空間32に侵入する
のを防止するオイルシールを示している。また、34は
冷凍発生部17と膨張ピストン16の後方の空間35を
断絶するピストンシールで、36はクランク室22の潤
滑油23が空間35に侵入するのを防止するオイルシー
ルを示す。Reference numeral 31 is a piston seal for disconnecting the compression space 11 and the space 32 behind the compression piston 13,
Reference numeral 3 denotes an oil seal that prevents the lubricating oil 23 in the crank chamber 22 from entering the space 32. Further, 34 is a piston seal that disconnects the space 35 behind the freezing generator 17 and the expansion piston 16, and 36 is an oil seal that prevents the lubricating oil 23 in the crank chamber 22 from entering the space 35.
【0012】まず、図示省略する駆動モータの回転によ
ってクランク機構部9のクランク機構24が駆動する
と、ガス圧縮機2の圧縮シリンダ12内の圧縮ピストン
13が圧縮空間11側に移動して圧縮空間11に充満す
るヘリウムや窒素等の液化しにくい冷媒ガスが圧縮され
る。圧縮された冷媒ガスは、圧縮シリンダ本体10の外
周に設けられる放熱器6によって外部に放熱され室温付
近まで冷却され、ガス流路5を通り、さらに、放熱器7
で冷却されて蓄冷器4へ流入する。First, when the crank mechanism 24 of the crank mechanism portion 9 is driven by the rotation of a drive motor (not shown), the compression piston 13 in the compression cylinder 12 of the gas compressor 2 moves to the compression space 11 side and the compression space 11 Refrigerant gas, such as helium or nitrogen, which is difficult to liquefy, is compressed. The compressed refrigerant gas is radiated to the outside by the radiator 6 provided on the outer periphery of the compression cylinder body 10 and cooled to near room temperature, passes through the gas flow path 5, and further the radiator 7
It is cooled by and flows into the regenerator 4.
【0013】蓄冷器4に流入した冷媒ガスは、比熱の大
きな材料、例えば、銅や鉛の金網状あるいは球からなる
蓄冷材によって冷却され、冷却された冷媒ガスが膨張機
3の冷凍発生部17へ流入され、冷凍発生部17が高圧
状態となる。The refrigerant gas flowing into the regenerator 4 is cooled by a material having a large specific heat, for example, a regenerator material made of copper or lead wire mesh or spheres, and the cooled refrigerant gas is frozen by the freezing generation section 17 of the expander 3. And the freezing generation unit 17 is in a high pressure state.
【0014】その後、膨張機3の膨張シリンダ15内の
膨張ピストン16が圧縮ピストン13と約90°の位相
差を持って降下してくる。これによって、膨張空間とし
ての冷凍発生部17が拡張されて蓄冷器4から冷凍発生
部17へ流入した高圧の冷媒ガスが、急に膨張されて、
冷凍発生部17の冷媒ガスの圧力が急降下するため冷媒
ガスが低温となる。Thereafter, the expansion piston 16 in the expansion cylinder 15 of the expander 3 descends with a phase difference of about 90 ° with the compression piston 13. Thereby, the freezing generation part 17 as an expansion space is expanded, and the high-pressure refrigerant gas flowing from the regenerator 4 into the freezing generation part 17 is suddenly expanded,
Since the pressure of the refrigerant gas in the freezing generation unit 17 suddenly drops, the refrigerant gas has a low temperature.
【0015】やがて、膨張ピストン16が上昇を開始
し、圧縮ピストン13が後退すると、低温の冷媒ガス
が、蓄冷器4を通り、ガス流路5を経て圧縮空間11へ
戻る。このとき、蓄冷器4では、蓄冷材が冷却され蓄冷
器4に冷熱が蓄えられる。When the expansion piston 16 starts to rise and the compression piston 13 retreats, the low temperature refrigerant gas returns to the compression space 11 through the regenerator 4 and the gas flow path 5. At this time, in the regenerator 4, the regenerator material is cooled and cold heat is stored in the regenerator 4.
【0016】上記した工程によって、一つの熱サイクル
が終了し、この工程がクランク機構部9のクランク機構
24の往復運動によって繰り返される。これにより、徐
々に冷凍発生部17の温度と蓄冷器4の温度が降下し、
冷凍発生部17の冷媒ガスが低温とされる。この状態の
とき、冷凍取り出し部8では、冷凍発生部17の冷熱を
外部の図示省略する熱利用部としての低温槽等と熱交換
を行って外部の低温槽の冷却負荷を冷凍温度とする。One thermal cycle is completed by the steps described above, and this step is repeated by the reciprocating movement of the crank mechanism 24 of the crank mechanism section 9. As a result, the temperature of the freezing generator 17 and the temperature of the regenerator 4 gradually drop,
The refrigerant gas in the freezing generation unit 17 is set to a low temperature. In this state, in the freezing take-out section 8, the cold heat of the freezing generation section 17 is exchanged with an external low temperature tank or the like as a heat utilization section (not shown) to bring the cooling load of the external low temperature tank to the freezing temperature.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3で
説明した従来のスターリング冷凍機1では、クランク室
22の潤滑油23が案内部20および案内部21のシー
ル部から作動空間としてのガス圧縮機2および膨張機3
に混入して冷凍能力を低下させるという問題がある。However, in the conventional Stirling refrigerator 1 described with reference to FIG. 3, the lubricating oil 23 of the crank chamber 22 extends from the sealing portions of the guide portions 20 and 21 to the gas compressor as an operating space. 2 and expander 3
However, there is a problem that the refrigerating capacity is deteriorated by being mixed in with.
【0018】従来、ガス圧縮機2では、クランク機構2
4から延設されるコネクティングロッド25が案内部2
0の案内受20aにクロスガイド26が摺動自在に嵌装
され、クロスガイド26のピストンロッド27が貫通穴
20bに貫通し、このピストンロッド27には、オイル
シール33が施され、圧縮ピストン13の後部に接続さ
れている。Conventionally, in the gas compressor 2, the crank mechanism 2 is used.
The connecting rod 25 extending from
No. 0 guide receiver 20a is slidably fitted to the cross guide 26, and the piston rod 27 of the cross guide 26 penetrates through the through hole 20b. The piston rod 27 is provided with an oil seal 33, and the compression piston 13 It is attached to the rear of the.
【0019】この構成で、クランク機構24によるクラ
ンク運動を圧縮ピストン13の往復運動とすると共に、
クランク室22の潤滑油23が圧縮ピストン13の後方
の空間32へ混入することを防止している。With this structure, the crank motion of the crank mechanism 24 is converted into the reciprocating motion of the compression piston 13, and
The lubricating oil 23 in the crank chamber 22 is prevented from entering the space 32 behind the compression piston 13.
【0020】ところが、上記オイルシール33のみで潤
滑油23を完全にシールすることが困難であり、潤滑油
23が後方の空間32に侵入する。このため侵入した潤
滑油23が冷媒ガスに混入して冷凍能力を低下させ、ま
た、蓄冷器4の蓄冷材に混入して蓄冷能力の劣化をさせ
るという問題がある。However, it is difficult to completely seal the lubricating oil 23 with only the oil seal 33, and the lubricating oil 23 enters the space 32 at the rear. Therefore, there is a problem that the invading lubricating oil 23 mixes with the refrigerant gas to reduce the refrigerating capacity, and mixes with the regenerator material of the regenerator 4 to deteriorate the regenerator capacity.
【0021】以上のことは、膨張機3の圧縮ピストン1
3と案内部21についても同様である。The above is the compression piston 1 of the expander 3.
The same applies to 3 and the guide portion 21.
【0022】そこで、本発明は、作動空間へ潤滑油が混
入しても冷凍能力の低下を回避する冷凍装置を提供する
ことを目的とする。Therefore, it is an object of the present invention to provide a refrigerating apparatus which avoids a reduction in refrigerating capacity even if lubricating oil is mixed in the working space.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮シリンダ
によって圧縮される圧縮空間と膨張シリンダによって膨
脹される膨張空間とが蓄冷器を介した流路によって連通
させると共に、前記圧縮シリンダの圧縮ピストンと前記
膨張シリンダの膨張ピストンとが相互に所定の位相差を
もって往復駆動されるようにクランク機構部を介して駆
動モータに接続され、前記圧縮空間から前記膨張空間に
導かれる冷媒ガスの膨張過程を含む熱サイクルによって
低温を発生させる冷凍装置において、流路の所要箇所
に、冷媒ガスから不純物を除去するフィルタを適宜配置
するようにしたものである。According to the present invention, a compression space compressed by a compression cylinder and an expansion space expanded by an expansion cylinder communicate with each other by a flow path through a regenerator, and a compression piston of the compression cylinder. And an expansion piston of the expansion cylinder are connected to a drive motor through a crank mechanism so as to be reciprocally driven with a predetermined phase difference, and the expansion process of the refrigerant gas guided from the compression space to the expansion space is performed. In a refrigeration system that generates a low temperature by a heat cycle that includes a filter, a filter that removes impurities from a refrigerant gas is appropriately arranged at a required position in a flow path.
【0024】[0024]
【作用】上記構成により、作動空間へ混入した潤滑油や
鉄粉などの不純物含む冷媒ガスから流路の所要箇所に配
置されたフィルターによって不純物が除去される。従っ
て、畜冷能力の劣化や熱交換性能の劣化を防止して冷凍
能力の低下を回避することができる。With the above structure, impurities are removed from the refrigerant gas containing impurities such as lubricating oil and iron powder mixed in the working space by the filter arranged at the required position in the flow path. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the refrigerating capacity by preventing the deterioration of the stock cooling capacity and the deterioration of the heat exchange performance.
【0025】[0025]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0026】図1は、本発明の第1実施例を示すスター
リング冷凍機の概略図であり、従来例を示す図3と同一
符号は、同一部分または相当部分を示している。スター
リング冷凍機1は、ガス圧縮機2と膨張機3とを、途中
に蓄冷器4を介装したガス流路5によって連通させ、こ
のガス流路5のガス圧縮機2側に放熱器6と蓄冷器4の
入口側に放熱器7を配設する一方、膨張機3の上部に冷
凍取り出し部8を形成し、さらに、ガス圧縮機2の後方
で、かつ、膨張機3の下方にはクランク機構部9を配設
した構成としている。FIG. 1 is a schematic view of a Stirling refrigerator showing a first embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 3 showing a conventional example indicate the same or corresponding portions. The Stirling refrigerator 1 connects the gas compressor 2 and the expander 3 with each other through a gas passage 5 having a regenerator 4 interposed therebetween, and a radiator 6 is provided on the gas compressor 5 side of the gas passage 5. A radiator 7 is arranged on the inlet side of the regenerator 4, a refrigeration take-out portion 8 is formed on the upper part of the expander 3, and a crank is arranged behind the gas compressor 2 and below the expander 3. The mechanical section 9 is provided.
【0027】ガス圧縮機2は、ヘリウム等極低温の沸点
の冷媒ガスを所定のサイクルに従って圧縮して圧縮され
た冷媒ガスを膨張機3へ供給するものであり、圧縮シリ
ンダ本体10の内側に冷媒ガスを圧縮する圧縮空間11
を形成し、圧縮シリンダ12に圧縮ピストン13が摺動
自在に嵌装されてクランク機構部9の作用により圧縮ピ
ストン13が往復運動するようになっている。The gas compressor 2 is for compressing a refrigerant gas having a cryogenic boiling point such as helium according to a predetermined cycle and supplying the compressed refrigerant gas to the expander 3, and the refrigerant is provided inside the compression cylinder body 10. Compression space 11 for compressing gas
The compression piston 13 is slidably fitted into the compression cylinder 12, and the compression piston 13 reciprocates by the action of the crank mechanism portion 9.
【0028】膨張機3は、ガス圧縮機2から蓄冷器4を
介して供給された圧縮ガスを膨張させるもので、膨張機
3は、膨張機本体14の内側に膨張シリンダ15が上下
方向に配設され、この膨張シリンダ15の内側に上下方
向に摺動自在に膨張ピストン16が嵌装され、膨張機3
の内側に低温が発生する膨張空間として冷凍発生部17
が形成されている。The expander 3 expands the compressed gas supplied from the gas compressor 2 via the regenerator 4. The expander 3 has an expansion cylinder 15 vertically arranged inside the expander body 14. The expansion piston 16 is installed inside the expansion cylinder 15 so as to be slidable in the vertical direction.
As the expansion space where low temperature is generated inside the
Are formed.
【0029】さらに、膨張機3では、膨張シリンダ15
の外側と冷凍取り出し部8の内側で形成される環状の流
路の一部にガスラインフィルタ37cが充填されてい
る。そして、ガス圧縮機2では、圧縮シリンダ12の外
側と圧縮シリンダ本体10の内側で形成される環状の流
路の一部にガスラインフィルタ37aが充填されてい
る。このガスラインフィルタ37aとしては、例えば、
圧力損失が少なく、高い空孔率を有するフッ素系の樹脂
が用いられ、潤滑油等の不純物を含む冷媒ガスがフィル
タを通過する際に、不純物がフィルタに附着して除去さ
れものであり、後述するガスラインフィルタ37b〜3
7hについても同様である。Further, in the expander 3, the expansion cylinder 15
The gas line filter 37c is filled in a part of an annular flow path formed on the outer side of and the inner side of the freezing take-out portion 8. In the gas compressor 2, the gas line filter 37a is filled in a part of an annular flow path formed outside the compression cylinder 12 and inside the compression cylinder body 10. As the gas line filter 37a, for example,
Fluorine-based resin with low pressure loss and high porosity is used, and when the refrigerant gas containing impurities such as lubricating oil passes through the filter, impurities are attached to the filter and removed. Gas line filters 37b to 3
The same applies to 7h.
【0030】蓄冷器4は、膨張機本体14の内周と膨張
シリンダ15の外周との間に円筒形状に形成され、ガス
流路5を介して膨張機3へ供給される圧縮された冷媒ガ
スを冷却する一方、冷凍発生部17で膨脹され冷却され
た冷媒ガスがガス圧縮機2に戻される際に、その冷媒が
冷却されて蓄冷するものであり、その材料としては、比
熱の大きな銅やステンレス鋼、さらに、鉛等が用いら
れ、それらが冷媒ガスを通す微細孔が多数穿設された円
筒形状に形成されたものである。The regenerator 4 is formed in a cylindrical shape between the inner circumference of the expander body 14 and the outer circumference of the expansion cylinder 15, and is a compressed refrigerant gas supplied to the expander 3 through the gas flow path 5. On the other hand, when the refrigerant gas expanded and cooled in the freezing generation section 17 is returned to the gas compressor 2 while cooling the refrigerant, the refrigerant is cooled and stores cold. Stainless steel, lead, and the like are used, and they are formed into a cylindrical shape having a large number of fine holes through which a refrigerant gas passes.
【0031】そして、蓄冷器4の入口側の膨張シリンダ
15の外側と膨張機本体14の内側で形成される流路の
一部にガスラインフィルタ37bが充填され、さらに、
蓄冷器4の出口側の膨張シリンダ15の外側と膨張機本
体14の内側で形成される流路の一部にガスラインフィ
ルタ37dが充填されている。A gas line filter 37b is filled in a part of the flow passage formed between the outside of the expansion cylinder 15 on the inlet side of the regenerator 4 and the inside of the expander main body 14, and further,
A gas line filter 37d is filled in a part of a flow path formed outside the expansion cylinder 15 on the outlet side of the regenerator 4 and inside the expander body 14.
【0032】冷凍取り出し部8は、膨張空間としての冷
凍発生部17で発生した冷熱を図示省略する低温槽等へ
取り出すものである。クランク機構部9は、圧縮シリン
ダ12の後方に案内部20を形成すると共に、膨張シリ
ンダ15の下方に案内部21とを形成したクランク室2
2を有し、このクランク室22の底部に潤滑油23を充
たし、さらに、クランク室22の内部にクランク機構2
4を配設している。The freezing take-out section 8 takes out the cold heat generated in the freezing generation section 17 as an expansion space to a low temperature tank or the like (not shown). The crank mechanism portion 9 has a guide portion 20 formed behind the compression cylinder 12 and a guide portion 21 formed below the expansion cylinder 15 and the crank chamber 2
2, the bottom of the crank chamber 22 is filled with lubricating oil 23, and the crank mechanism 2 is provided inside the crank chamber 22.
4 are arranged.
【0033】まず、クランク機構部9の図示省略する駆
動モータが回転を開始すると、クランク機構24が回転
し、このクランク機構24に延設されるコネクティング
ロッド25が案内部20に嵌装されるクロスガイド26
を圧縮空間11の方向へ摺動させる。そして、このクロ
スガイド26に接続するピストンロッド27が圧縮ピス
トン13の後部を押すことにより圧縮ピストン13のピ
ストンシール31の部分が圧縮シリンダ12の内側に抗
して圧縮ピストン13を前方向に移動させ往復運動がさ
れる。このとき、案内部20の案内受20aに嵌装され
るクロスガイド26の往復運動に伴って案内受20aに
クランク室22の潤滑油23が侵入し、その潤滑油23
の一部がオイルシール33を通過して後方の空間32へ
混入することがある。そして、潤滑油23がピストンシ
ール31の僅かな隙間から圧縮空間11の冷媒ガスに混
入する。First, when a drive motor (not shown) of the crank mechanism portion 9 starts to rotate, the crank mechanism 24 rotates, and a connecting rod 25 extending from the crank mechanism 24 is fitted to the guide portion 20. Guide 26
Is slid in the direction of the compression space 11. The piston rod 27 connected to the cross guide 26 pushes the rear portion of the compression piston 13 so that the portion of the piston seal 31 of the compression piston 13 resists the inside of the compression cylinder 12 and moves the compression piston 13 forward. A reciprocating motion is made. At this time, the lubricating oil 23 in the crank chamber 22 enters the guide receiver 20a as the cross guide 26 fitted in the guide receiver 20a of the guide portion 20 reciprocates, and the lubricating oil 23
May pass through the oil seal 33 and enter the rear space 32. Then, the lubricating oil 23 mixes into the refrigerant gas in the compression space 11 through the slight gap of the piston seal 31.
【0034】潤滑油23が混入した冷媒ガスは、圧縮ピ
ストン13の働きにより圧縮され、まず、圧縮シリンダ
12の外側と圧縮シリンダ本体10の内側で形成される
環状の流路の一部に充填されたガスラインフィルタ37
aを通過する。この結果、潤滑油23が混入した冷媒ガ
スからガスラインフィルタ37aにより潤滑油23の第
1段階の除去がされて放熱器6で冷却されてガス流路5
へ流入される。The refrigerant gas mixed with the lubricating oil 23 is compressed by the action of the compression piston 13, and is first filled in a part of an annular flow path formed outside the compression cylinder 12 and inside the compression cylinder body 10. Gas line filter 37
Pass a. As a result, the first stage removal of the lubricating oil 23 is performed by the gas line filter 37a from the refrigerant gas mixed with the lubricating oil 23, and the radiator 6 cools the gas passage 5
Is flowed into.
【0035】ガス流路5に流入した冷媒ガスは、さら
に、放熱器7で冷却されて蓄冷器4へ流入する。このと
き、ガス流路5の入口側の膨張シリンダ15の外側と膨
張機本体14とにより形成される流路の一部に充填され
たガスラインフィルタ37bによって冷媒ガスから潤滑
油23の第2段階の除去がされる。これによって、冷媒
ガスから潤滑油23がほぼ完全に除去された冷媒ガスが
蓄冷器4を通過する。The refrigerant gas flowing into the gas passage 5 is further cooled by the radiator 7 and flows into the regenerator 4. At this time, the second stage of the lubricating oil 23 from the refrigerant gas by the gas line filter 37b filled in a part of the flow passage formed by the outside of the expansion cylinder 15 on the inlet side of the gas flow passage 5 and the expander main body 14 Is removed. As a result, the refrigerant gas from which the lubricating oil 23 has been almost completely removed from the refrigerant gas passes through the regenerator 4.
【0036】蓄冷器4に流入した冷媒ガスは、比熱の大
きな材料、例えば、銅や鉛の金網状あるいは球からなる
蓄冷材によって冷却され、冷却された冷媒ガスが膨張機
3の冷凍発生部17へ流入され、冷凍発生部17は高圧
状態となる。The refrigerant gas flowing into the regenerator 4 is cooled by a material having a large specific heat, for example, a regenerator material made of copper or lead wire mesh or spheres, and the cooled refrigerant gas is frozen by the freezing generation section 17 of the expander 3. And the freezing generation part 17 is in a high pressure state.
【0037】その後、膨張シリンダ15内の膨張ピスト
ン16が圧縮ピストン13と約90°の位相差を持って
降下してくる。これによって、膨張空間としての冷凍発
生部17が拡張されて蓄冷器4から冷凍発生部17へ流
入した高圧の冷媒ガスが、急に膨張されて、冷凍発生部
17の冷媒ガスの圧力が急降下するため冷媒ガスが低温
となる。Thereafter, the expansion piston 16 in the expansion cylinder 15 descends with a phase difference of about 90 ° with the compression piston 13. As a result, the high-pressure refrigerant gas that has expanded from the regenerator 4 to the freezing generation portion 17 by expanding the freezing generation portion 17 as an expansion space is suddenly expanded, and the pressure of the refrigerant gas in the freezing generation portion 17 drops sharply. Therefore, the refrigerant gas has a low temperature.
【0038】やがて、膨張ピストン16が上昇を開始
し、圧縮ピストン13が後退すると、低温の冷媒ガス
が、蓄冷器4を通り、ガス流路5を経て圧縮空間11へ
戻る。このとき、ガス圧縮機2で説明したと同様に、案
内部21の案内受20aに嵌装されるクロスガイド29
の往復運動に伴って案内受21aにクランク室22の潤
滑油23が侵入し、その一部がオイルシール36を突破
して後方の空間35を経て冷凍発生部17に侵入して冷
媒ガスに混入することがある。When the expansion piston 16 starts to rise and the compression piston 13 retreats, the low temperature refrigerant gas returns to the compression space 11 through the regenerator 4 and the gas flow path 5. At this time, in the same manner as described for the gas compressor 2, the cross guide 29 fitted to the guide receiver 20a of the guide portion 21.
The lubricating oil 23 of the crank chamber 22 enters the guide bridge 21a with the reciprocating movement of the part, and a part of the lubricating oil 23 breaks through the oil seal 36 and enters the freezing generating part 17 through the space 35 at the rear and mixes with the refrigerant gas. I have something to do.
【0039】潤滑油23が混入した低温の冷媒ガスは、
膨張ピストン16の上昇に伴って、まず、膨張シリンダ
15の外側と冷凍発生部17の内側に形成される環状の
流路に充填されたガスラインフィルタ37cによって冷
媒ガスから潤滑油23の第1段階の除去がされる。The low-temperature refrigerant gas mixed with the lubricating oil 23 is
With the rise of the expansion piston 16, first, the first stage of the lubricating oil 23 from the refrigerant gas by the gas line filter 37c filled in the annular flow path formed outside the expansion cylinder 15 and inside the freezing generation portion 17 Is removed.
【0040】さらに、蓄冷器4の端部に設けたガスライ
ンフィルタ37dにより、第2段階の冷媒ガスから潤滑
油23の除去がされる。これによって、膨張機3側へク
ランク室22から混入する潤滑油23はほぼ完全に除去
される。Further, the gas line filter 37d provided at the end of the regenerator 4 removes the lubricating oil 23 from the second stage refrigerant gas. As a result, the lubricating oil 23 mixed from the crank chamber 22 to the expander 3 side is almost completely removed.
【0041】上記した工程によって、一つの熱サイクル
が終了し、この工程がクランク機構部9のクランク機構
24のクランク運動によって繰り返される。これによ
り、徐々に冷凍発生部17の温度と蓄冷器4の温度とが
降下し、冷凍発生部17の冷媒ガスが低温とされる。こ
の状態のとき、冷凍取り出し部8では、冷凍発生部17
の冷熱を外部の図示省略する熱利用部としての低温槽等
と熱交換を行って外部の低温槽の冷凍負荷を冷凍温度と
する。One heat cycle is completed by the above-mentioned steps, and this step is repeated by the crank movement of the crank mechanism 24 of the crank mechanism section 9. As a result, the temperature of the freezing generation unit 17 and the temperature of the regenerator 4 are gradually decreased, and the refrigerant gas of the freezing generation unit 17 is cooled to a low temperature. In this state, in the freezing take-out section 8, the freezing generation section 17
The cold heat of is exchanged with an external low temperature tank or the like (not shown) as a heat utilization unit, and the freezing load of the external low temperature tank is set to the freezing temperature.
【0042】このように、クランク室22の潤滑油23
がガス圧縮機2および膨張機3へ侵入して冷媒ガスに混
入しても流路に適宜設けたガスラインフィルタによって
潤滑油23を除去することができるため、蓄冷器4の蓄
冷能力の劣化や冷凍能力の低下を招くことが回避でき
る。Thus, the lubricating oil 23 in the crank chamber 22
Even if the gas enters the gas compressor 2 and the expander 3 and mixes with the refrigerant gas, the lubricating oil 23 can be removed by the gas line filter appropriately provided in the flow path. It is possible to avoid the reduction of the refrigerating capacity.
【0043】なお、潤滑油23以外の不純物、例えば、
鉄粉等がスターリング冷凍機1を分解したとき作動空間
等に混入する場合があるが、このような場合にも流路に
適宜充填されたガスラインフィルタによって除去するこ
とができる。Impurities other than the lubricating oil 23, for example,
Although iron powder or the like may be mixed into the working space or the like when the Stirling refrigerator 1 is disassembled, even in such a case, it can be removed by the gas line filter appropriately filled in the flow path.
【0044】図2は、本発明の第2実施例を示すスター
リング冷凍機の概略図で、従来例を示す図3と同一符号
は同一部分または相当部分を示している。FIG. 2 is a schematic diagram of a Stirling refrigerator showing a second embodiment of the present invention, and the same reference numerals as those in FIG. 3 showing a conventional example indicate the same or corresponding portions.
【0045】第2実施例は、ガス圧縮機2の圧縮空間1
1を除く圧縮シリンダ12の外側と圧縮シリンダ本体1
0の内側によって形成される環状の流路のほぼ全域にガ
スラインフィルタ37eを充填し、ガス流路5にガスラ
インフィルタ37fを充填し、さらに、膨張機3では、
蓄冷器4を除く、膨張シリンダ15の外側と膨張機本体
14の内側により形成される環状の流路のほぼ全域にガ
スラインフィルタ37g,37hを充填している。The second embodiment is the compression space 1 of the gas compressor 2.
Outside of the compression cylinder 12 and the compression cylinder body 1
The gas line filter 37e is filled in almost the entire area of the annular flow path formed by the inside of 0, the gas flow path 5 is filled with the gas line filter 37f, and further, in the expander 3,
Gas line filters 37g and 37h are filled almost in the entire area of an annular flow path formed by the outside of the expansion cylinder 15 and the inside of the expander main body 14, excluding the regenerator 4.
【0046】この構成では、ガス圧縮機2と膨張機3と
連通するほぼ全域にガスラインフィルタが充填配置され
るため、確実に潤滑油23やその他の不純物の除去がさ
れる。従って、蓄冷器4の蓄冷能力の劣化や作動空間と
してのガス圧縮機2や膨張機3の熱交換部の熱交換性能
の劣化が防止される。In this structure, since the gas line filter is filled and arranged in almost the entire area where the gas compressor 2 and the expander 3 communicate with each other, the lubricating oil 23 and other impurities are surely removed. Therefore, deterioration of the cold storage capacity of the regenerator 4 and deterioration of the heat exchange performance of the heat exchange parts of the gas compressor 2 and the expander 3 as the working space are prevented.
【0047】[0047]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、作
動空間へ混入した潤滑油や鉄粉などの不純物含む冷媒ガ
スから不純物がフィルターによって除去される。従っ
て、畜冷能力の劣化や熱交換性能の劣化を防止して冷凍
能力の低下を回避することができる。As described above, according to the present invention, impurities are removed from the refrigerant gas containing impurities such as lubricating oil and iron powder mixed in the working space by the filter. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the refrigerating capacity by preventing the deterioration of the stock cooling capacity and the deterioration of the heat exchange performance.
【図1】本発明の第1実施例を示すスターリング冷凍機
の概略図。FIG. 1 is a schematic diagram of a Stirling refrigerator showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施例を示すスターリング冷凍機
の概略図。FIG. 2 is a schematic view of a Stirling refrigerator showing a second embodiment of the present invention.
【図3】従来例を示すスターリング冷凍機の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of a conventional Stirling refrigerator.
1 スターリング冷凍機 2 ガス圧縮機 3 膨張機 4 蓄冷器 5 ガス流路 6 放熱器 7 放熱器 8 冷凍取り出し部 9 クランク機構部 10 圧縮シリンダ本体 11 圧縮空間 12 圧縮シリンダ 13 圧縮ピストン 15 膨張シリンダ 16 膨張ピストン 17 冷凍発生部 37a〜37h ガスラインフィルタ 1 Stirling Refrigerator 2 Gas Compressor 3 Expander 4 Regenerator 5 Gas Flow Path 6 Radiator 7 Radiator 8 Refrigerator Extractor 9 Crank Mechanism 10 Compression Cylinder Body 11 Compression Space 12 Compression Cylinder 13 Compression Piston 15 Expansion Cylinder 16 Expansion Piston 17 Freezing generation part 37a-37h Gas line filter
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成6年1月11日[Submission date] January 11, 1994
【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】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【特許請求の範囲】[Claims]
【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】0023[Name of item to be corrected] 0023
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】本発明は、圧縮シリンダ
内の圧縮空間と膨張シリンダ内の膨張空間とを蓄冷器を
介した流路によって連通させると共に、前記圧縮シリン
ダの圧縮ピストンと前記膨張シリンダの膨張ピストン又
は膨張ディスプレーサとが相互に所定の位相差をもって
往復駆動されるようにクランク機構部を介して駆動モー
タに接続され、前記圧縮空間から前記膨張空間に導かれ
る冷媒ガスの膨張過程を含む熱サイクルによって低温を
発生させる冷凍装置において、流路の所要箇所に、冷媒
ガスから不純物を除去するフィルタを適宜配置するよう
にしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a compression space in a compression cylinder and an expansion space in an expansion cylinder are communicated with each other by a flow path through a regenerator, and a compression piston of the compression cylinder and the expansion cylinder. The expansion piston or the expansion displacer is connected to a drive motor through a crank mechanism so as to be reciprocally driven with a predetermined phase difference from each other, and includes an expansion process of a refrigerant gas guided from the compression space to the expansion space. In a refrigeration system that generates a low temperature by a heat cycle, a filter that removes impurities from a refrigerant gas is appropriately arranged at a required position in a flow path.
Claims (1)
間と膨張シリンダによって膨脹される膨張空間とが蓄冷
器を介した流路によって連通させると共に、前記圧縮シ
リンダの圧縮ピストンと前記膨張シリンダの膨張ピスト
ンとが相互に所定の位相差をもって往復駆動されるよう
にクランク機構部を介して駆動モータに接続され、前記
圧縮空間から前記膨張空間に導かれる冷媒ガスの膨張過
程を含む熱サイクルによって低温を発生させる冷凍装置
において、 前記流路の所要箇所には、前記冷媒ガスから不純物を除
去するフィルタを適宜配置したことを特徴とする冷凍装
置。1. A compression space compressed by a compression cylinder and an expansion space expanded by an expansion cylinder communicate with each other through a flow path through a regenerator, and the compression piston of the compression cylinder and the expansion piston of the expansion cylinder. Are connected to a drive motor through a crank mechanism so that they are reciprocally driven with a predetermined phase difference from each other, and generate a low temperature by a heat cycle including an expansion process of a refrigerant gas guided from the compression space to the expansion space. In the refrigeration system, a filter for removing impurities from the refrigerant gas is appropriately arranged at a required position in the flow path.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13242693A JPH06323658A (en) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | Refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13242693A JPH06323658A (en) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | Refrigerator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06323658A true JPH06323658A (en) | 1994-11-25 |
Family
ID=15081104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13242693A Pending JPH06323658A (en) | 1993-05-12 | 1993-05-12 | Refrigerator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06323658A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-05-12 JP JP13242693A patent/JPH06323658A/en active Pending
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