JPH0668421B2 - Stirling engine driven refrigerator - Google Patents

Stirling engine driven refrigerator

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JPH0668421B2
JPH0668421B2 JP4651986A JP4651986A JPH0668421B2 JP H0668421 B2 JPH0668421 B2 JP H0668421B2 JP 4651986 A JP4651986 A JP 4651986A JP 4651986 A JP4651986 A JP 4651986A JP H0668421 B2 JPH0668421 B2 JP H0668421B2
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JP
Japan
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flow path
container
displacer
space
piston
Prior art date
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Expired - Lifetime
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JP4651986A
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Japanese (ja)
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JPS62206353A (en
Inventor
憲一 猪田
照丸 原田
龍夫 藤田
欣一 足立
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はスターリング機関駆動冷凍機に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a Stirling engine driven refrigerator.

従来の技術 従来のこの種スターリング機関駆動冷凍機は、第2図の
ような構造になっていた。1は容器で中にはヘリウム,
水素等の作動流体(以下ヘリウムと称す)が封入されて
いる。2はヘリウムを加熱する加熱器、3はヘリウムを
冷却する冷却器、4は再生器、5は容器1の内壁に摺動
自在に上下に運動するディスプレーサ、6は容器の内壁
に摺動自在に上下に運動するピストンである。7はガス
ばね空間である。一方8,9は低温熱交換器、10はポン
プ、11,12は高温熱交換器、13はポンプ、14は再生器で
ある。
2. Description of the Related Art A conventional Stirling engine driven refrigerator of this type has a structure as shown in FIG. 1 is a container, helium is inside,
A working fluid such as hydrogen (hereinafter referred to as helium) is enclosed. 2 is a heater for heating helium, 3 is a cooler for cooling helium, 4 is a regenerator, 5 is a displacer that moves up and down slidably on the inner wall of the container 1, 6 is slidable on the inner wall of the container It is a piston that moves up and down. 7 is a gas spring space. On the other hand, 8 and 9 are low temperature heat exchangers, 10 is a pump, 11 and 12 are high temperature heat exchangers, 13 is a pump, and 14 is a regenerator.

15は容器1の内壁に摺動自在に上下に運動するディスプ
レーサ、16はガスばね空間である。
Reference numeral 15 is a displacer that moves up and down slidably on the inner wall of the container 1, and 16 is a gas spring space.

次に作用について説明する。ピストン6から上部はスタ
ーリング機関を構成しており、ピストン6から下部はス
ターリング冷凍機を構成している。ピストン6はスター
リング機関の出力を取出すピストンであり、かつまたス
ターリング冷凍機のピストンでもある。
Next, the operation will be described. The piston 6 and the upper part constitute a Stirling engine, and the piston 6 and the lower part constitute a Stirling refrigerator. The piston 6 is a piston that takes out the output of the Stirling engine, and is also a piston of the Stirling refrigerator.

スターリング機関側から説明すると、ディスプレーサ5
およびピストン6は上下に振動しており、通常ディスプ
レーサの位置の位相角はピストン6の位置の位相角より
30゜から90゜進んでいる。
Explaining from the side of the Stirling engine, the displacer 5
And the piston 6 oscillates up and down. Normally, the phase angle at the position of the displacer is
It is advancing from 30 ° to 90 °.

したがって加熱器2からヘリウムに入った熱の一部はピ
ストン6の上部のヘリウムがピストンにする仕事に変わ
り、一部は冷却器を通して容器1の外へ捨てられる。
Therefore, a part of the heat that enters the helium from the heater 2 is converted into work performed by the helium in the upper part of the piston 6, and a part of the heat is discharged to the outside of the container 1 through the cooler.

またガスばね空間7はディスプレーサ5の上下運動によ
って、その体積が増減し、ヘリウムの圧力が増減する、
その為ディスプレーサ5に対してばねとして働き、ディ
スプレーサ5の運動を適当にする役目をしている。
Further, the volume of the gas spring space 7 is increased or decreased by the vertical movement of the displacer 5, and the pressure of helium is increased or decreased.
Therefore, it works as a spring for the displacer 5 and serves to make the displacer 5 move properly.

次に、スターリング冷凍機側について説明する。Next, the Stirling refrigerator side will be described.

ディスプレーサ15およびピストン6は上下に振動してい
る。このときディスプレーサ15の位置の位相角はピスト
ン6の位置の位相角に対して約90゜進んでいる。その
為、膨張空間17および低温空間18の温度は圧縮空間19お
よび高温空間20の温度より低くなっている。
The displacer 15 and the piston 6 are vibrating vertically. At this time, the phase angle at the position of the displacer 15 is advanced by 90 ° with respect to the phase angle at the position of the piston 6. Therefore, the temperatures of the expansion space 17 and the low temperature space 18 are lower than the temperatures of the compression space 19 and the high temperature space 20.

一方低温熱交換器8,9およびポンプ10を含む閉流路には
ブラインが入っており流路内を循環している。また高温
熱交換器11,12およびポンプ13を含む閉流路にはブライ
ンが入っており流路内を循環している。
On the other hand, the closed flow path including the low temperature heat exchangers 8 and 9 and the pump 10 contains brine and circulates in the flow path. Further, brine is contained in the closed flow path including the high temperature heat exchangers 11 and 12 and the pump 13 and circulates in the flow path.

したがって低温空間18の冷熱は低温熱交換器9へ運ばれ
て利用される。また高温空間20の熱は高温熱交換器12へ
運ばれて捨てられる。
Therefore, the cold heat of the low temperature space 18 is carried to the low temperature heat exchanger 9 and used. The heat of the high temperature space 20 is transferred to the high temperature heat exchanger 12 and is discarded.

したがってピストン6の上部のヘリウムがピストン6に
した仕事の一部は高温熱交換器12から外部へ捨てられ、
また、低温熱交換器9からブラインに伝えられた熱の一
部は高温熱交換器12から外部へ捨てられる。
Therefore, part of the work performed by the helium on the top of the piston 6 for the piston 6 is discarded from the high temperature heat exchanger 12 to the outside,
Further, a part of the heat transferred from the low temperature heat exchanger 9 to the brine is discharged from the high temperature heat exchanger 12 to the outside.

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは、低温熱交換器9の
ブラインから得られる冷熱の温度は低温空間18内のヘリ
ウム温度よりも高くなる。それは低温熱交換器8,9を用
いているからである。同様に高温熱交換器12のブライン
から得られる熱の温度は高温空間20内のヘリウム温度よ
りも低くなる。それは高温熱交換器11,12を用いている
からである。
However, with such a structure, the temperature of the cold heat obtained from the brine of the low temperature heat exchanger 9 is higher than the helium temperature in the low temperature space 18. This is because the low temperature heat exchangers 8 and 9 are used. Similarly, the temperature of the heat obtained from the brine of the high temperature heat exchanger 12 becomes lower than the helium temperature in the high temperature space 20. This is because the high temperature heat exchangers 11 and 12 are used.

このように低温空間18のヘリウムの温度と低温熱交換器
9のブラインから得られる冷熱の温度に差が生じ、また
高温空間20のヘリウムの温度と高温熱交換器12のブライ
ンから得られる温度に差が生じるため従来のスターリン
グ冷凍機の成績係数は低温熱交換器8,9および高温熱交
換器11,12がないときにくらべ低下するという問題点が
あった。
In this way, a difference occurs between the temperature of helium in the low temperature space 18 and the temperature of cold heat obtained from the brine of the low temperature heat exchanger 9, and the temperature of helium in the high temperature space 20 and the temperature obtained from brine of the high temperature heat exchanger 12 become different. Due to the difference, the coefficient of performance of the conventional Stirling refrigerator is lower than that without the low temperature heat exchangers 8 and 9 and the high temperature heat exchangers 11 and 12.

問題点を解決するための手段 本発明は、流路B内に設けられた再生器と、流路Bの再
生器と膨張空間との間の点PCと膨張空間とを連通する流
路Cあるいは流路Bの再生器と圧縮空間との間の点PD
圧縮空間とを連通する流路Dと、流路Cあるいは流路D
に設けられ流体Aと流路Cあるいは流路Dの外部との間
で熱交換する手段と、流路Cあるいは流路Dを開閉する
手段を具備するものである。
Means for Solving the Problems The present invention is directed to a regenerator provided in the flow path B, and a flow path C connecting the expansion space and a point P C between the regenerator of the flow path B and the expansion space. Alternatively, the flow path D communicating the point P D between the regenerator of the flow path B and the compression space and the flow path C or the flow path D
And a means for exchanging heat between the fluid A and the outside of the flow channel C or the flow channel D, and a means for opening and closing the flow channel C or the flow channel D.

作 用 この技術的手段による作用は次のようになる。すなわち
流路Cまたは流路Dにスターリング冷凍機の作動流体が
直接流れる為、高温熱交換器あるいは低温熱交換器が1
つになり、その為に、スターリング冷凍機の成績係数が
増加する。
Operation The effects of this technical means are as follows. That is, since the working fluid of the Stirling refrigerator directly flows into the flow path C or the flow path D, the high temperature heat exchanger or the low temperature heat exchanger is
Therefore, the coefficient of performance of the Stirling refrigerator increases.

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。第1図において21は容器で中にはヘリウム,水素等
の作動流体(以下ヘリウムと称す)が封入されている。
22はヘリウムを加熱する加熱器、23はヘリウムを冷却す
る冷却器、24は再生器、25は容器21の内壁に摺動自在に
上下に運動するディスプレーサ、26は容器21の内壁に摺
動自在に上下に運動するピストンである。27はガスばね
空間である。28は低温空間、29は高温空間、30は再生器
である。
Embodiment One embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a container in which a working fluid such as helium or hydrogen (hereinafter referred to as helium) is enclosed.
22 is a heater that heats helium, 23 is a cooler that cools helium, 24 is a regenerator, 25 is a displacer that moves up and down slidably on the inner wall of the container 21, 26 is slidable on the inner wall of the container 21 It is a piston that moves up and down. 27 is a gas spring space. 28 is a low temperature space, 29 is a high temperature space, and 30 is a regenerator.

31は膨張空間32と低温空間28とを連通する流路で、この
中に弁33,34、ポンプ35,熱交換器36が設けられている。
また37は圧縮空間38と低温空間29とを連通する流路で、
この中に弁39,40、ポンプ41,熱交換器42が設けられてい
る。30は再生器である。43は容器21の内壁に摺動自在に
上下に運動するディスプレーサである。
Reference numeral 31 is a flow path that connects the expansion space 32 and the low temperature space 28, and valves 33 and 34, a pump 35, and a heat exchanger 36 are provided therein.
Further, 37 is a flow path that connects the compression space 38 and the low temperature space 29,
Valves 39 and 40, a pump 41, and a heat exchanger 42 are provided therein. 30 is a regenerator. Reference numeral 43 is a displacer that moves up and down slidably on the inner wall of the container 21.

次に作用について説明する。ピストン26から上部はスタ
ーリング機関を構成しており、ピストン26から下部はス
ターリング冷凍機を構成している。ピストン26はスター
リング機関の出力を取出すピストンであり、かつまたス
ターリング冷凍機のピストンでもある。スターリング機
関側から説明すると、ディスプレーサ25およびピストン
26は上下に振動しており、通常ディスプレーサの位置の
位相角はピストン26の位置の位相角より30゜から90゜進
んでいる。
Next, the operation will be described. The upper part of the piston 26 constitutes a Stirling engine, and the lower part of the piston 26 constitutes a Stirling refrigerator. The piston 26 is a piston that takes out the output of the Stirling engine and is also the piston of the Stirling refrigerator. From the Stirling engine side, displacer 25 and piston
26 vibrates up and down, and the phase angle at the position of the displacer is normally 30 to 90 degrees ahead of the phase angle at the position of the piston 26.

したがって加熱器22からヘリウムに入った熱の一部はピ
ストン26の上部のヘリウムがピストンにする仕事に変わ
り、一部は冷却器23を通して容器21の外へ捨てられる。
Therefore, a part of the heat that has entered the helium from the heater 22 is converted into work performed by the helium in the upper portion of the piston 26, and a part of the heat is discharged to the outside of the container 21 through the cooler 23.

またガスばね空間27はディスプレーサ25の上下運動によ
って、その体積が増減し、ヘリウムの圧力が増減する。
その為ディスプレーサ25に対してばねとして働き、ディ
スプレーサ25の運動を適当にする役目をしている。
In addition, the volume of the gas spring space 27 increases and decreases due to the vertical movement of the displacer 25, and the pressure of helium increases and decreases.
Therefore, it works as a spring for the displacer 25 and serves to make the displacer 25 move properly.

次に、スターリング冷凍機側について説明する。Next, the Stirling refrigerator side will be described.

ディスプレーサ43およびピストン26は上下に振動してい
る。このときディスプレーサ43の位置の位相角はピスト
ン26の位置の位相角に対して約90゜進んでいる。この結
果、膨張空間32および低温空間28内のヘリウムは低温に
なり、圧縮空間38および高温空間29内のヘリウムは高温
となる。
The displacer 43 and the piston 26 are vibrating vertically. At this time, the phase angle at the position of the displacer 43 is advanced by about 90 ° with respect to the phase angle at the position of the piston 26. As a result, the helium in the expansion space 32 and the low temperature space 28 has a low temperature, and the helium in the compression space 38 and the high temperature space 29 has a high temperature.

ところで膨張空間32のヘリウムはディスプレーサ43およ
びピストン26が一往復する間のある短い時間、弁33,34
が開いてポンプ35によって熱交換器36を通って加熱され
高温となって低温空間28へ送られる。これによって膨張
空間32のヘリウムの冷熱は熱交換器36を通して利用され
る。この為、膨張空間32のヘリウムは一定温度に保たれ
る。同様に、圧縮空間38のヘリウムはディスプレーサ43
およびピストン26が一往復する間のある短い時間、弁3
9,40が開いてポンプ41によって熱交換器42を通って冷却
され低温となって高温空間29へ送られる。
By the way, the helium in the expansion space 32 has a valve 33, 34 for a short time during which the displacer 43 and the piston 26 make one reciprocation.
Is opened and heated by the pump 35 through the heat exchanger 36 to become a high temperature and sent to the low temperature space 28. As a result, the cold heat of helium in the expansion space 32 is utilized through the heat exchanger 36. Therefore, the helium in the expansion space 32 is kept at a constant temperature. Similarly, the helium in the compression space 38 is
And a short period of time during which the piston 26 makes one reciprocation, valve 3
9, 40 are opened, and are cooled by the pump 41 through the heat exchanger 42 to become a low temperature and are sent to the high temperature space 29.

この為、圧縮空間38のヘリウムは一定温度に保たれる。
この様に、本実施例に於ては、熱源とヘリウムとの熱交
換にあたり、従来例のように、ヘリウムとブラインとの
熱交換器8,11を設けず、ヘリウムを直接熱交換器36,42
に流しているので、従来例にくらべ成績係数が増加する
という効果がある。
Therefore, the helium in the compression space 38 is kept at a constant temperature.
As described above, in the present embodiment, in heat exchange between the heat source and helium, unlike the conventional example, the heat exchangers 8 and 11 for helium and brine are not provided, and helium is directly used as the heat exchanger 36, 42
The effect is that the coefficient of performance increases as compared to the conventional example.

発明の効果 以上のように本発明は、被加熱空間において、作動媒体
と直接熱交換する構成などでヒートポンプ装置の成績係
数が向上する。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above, the present invention improves the coefficient of performance of the heat pump device by the configuration such that heat is directly exchanged with the working medium in the heated space.

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

第1図は本発明の一実施例のスターリング機関駆動冷凍
機の断面図、第2図は従来のスターリング機関駆動冷凍
機の断面図である。 21……容器、22……加熱器、23……冷却器、24……再生
器、25……ディスプレーサ、26……ピストン、43……デ
ィスプレーサ、28……低温空間、29……高温空間、30…
…再生器、33,34……弁、35……ポンプ、36……熱交換
器、39,40……弁、41……ポンプ、42……熱交換器。
FIG. 1 is a sectional view of a Stirling engine driven refrigerator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a conventional Stirling engine driven refrigerator. 21 …… container, 22 …… heater, 23 …… cooler, 24 …… regenerator, 25 …… displacer, 26 …… piston, 43 …… displacer, 28 …… low temperature space, 29 …… high temperature space, 30 ...
… Regenerator, 33,34 …… valve, 35 …… pump, 36 …… heat exchanger, 39,40 …… valve, 41 …… pump, 42 …… heat exchanger.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】容器と、前記容器内に入れられた流体A
と、前記容器の内壁に摺動自在に運動可能なように配設
されたディスプレーサと、前記容器の内壁に摺動自在に
運動可能なように配設されスターリング機関から仕事を
されて運動するピストンと、前記容器の内壁と前記ディ
スプレーサとで囲まれた膨張空間と前記容器の内壁と前
記ディスプレーサとピストンとで囲まれた圧縮空間とを
連通するように設けられた流路Bと、流路B内に設けら
れた再生器と、流路Bの前記再生器と前記膨張空間との
間の点PCと前記膨張空間とを連通する流路Cおよび/も
しくは流路Bの再生器と圧縮空間との間の点PDと圧縮空
間とを連通する流路Dと、流路Cおよび/もしくは流路
Dに設けられ流体Aと、流路Cおよび/もしくは流路D
の外部との間で熱交換する手段と、流路Cおよび/もし
くは流路Dを開閉する手段を有するスターリング機関駆
動冷凍機。
1. A container and a fluid A contained in the container.
A displacer slidably movably disposed on the inner wall of the container, and a piston displaceably slidably movably disposed on the inner wall of the container and moved by a work from a Stirling engine A flow path B provided so as to connect the expansion space surrounded by the inner wall of the container and the displacer with the compression space surrounded by the inner wall of the container, the displacer and the piston; A regenerator provided in the channel, and a regenerator and a compression space of the channel C and / or the channel B for communicating the point P C between the regenerator of the channel B and the expansion space with the expansion space. A flow path D that connects the point P D between the flow path C and the compression space, a flow path C and / or a fluid A provided in the flow path D, and a flow path C and / or a flow path D.
A Stirling engine driven refrigerator having a means for exchanging heat with the outside and a means for opening and closing the flow passage C and / or the flow passage D.
【請求項2】容器内の流体とスターリング機関内の作動
流体とがいききできる流路を設けた特許請求の範囲第1
項記載のスターリング機関駆動冷凍機。
2. A first passage provided with a flow passage for allowing a fluid in a container and a working fluid in a Stirling engine to flow.
A Stirling engine driven refrigerator as described in the item.
JP4651986A 1986-03-04 1986-03-04 Stirling engine driven refrigerator Expired - Lifetime JPH0668421B2 (en)

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JPS62206353A JPS62206353A (en) 1987-09-10
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