JPH08200863A - スターリング冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄冷器のメッシュにおける流れの抵抗の増加
を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、
長寿命化を実現すること。 【構成】 圧縮空間１１を形成する圧縮シリンダ１０内
に介挿された圧縮ピストン１と、膨張空間２１を形成す
る膨張シリンダ２０内に介挿された膨張ピストン２と、
前記圧縮ピストン１と前記膨張ピストン２とを回転駆動
するモータ３と、前記膨張ピストンの頂部に配設され、
フェノール樹脂製の複数の流路４１が形成された多孔質
体によって構成される吸着部材４０によって構成される
捕獲装置４とから成るスターリング冷凍機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膨張ピストン内の作動
ガスの流路の一部に捕獲装置を配設して、作動ガスに混
入している不純物を捕獲することにより、性能劣化の速
度を遅くして、耐久性を高め、長寿命化を実現するスタ
ーリング冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスターリング冷凍機（特開平５−
２４０５１４）は、図７に示すように膨張ピストンＰ内
に配設されたメッシュによって構成された蓄冷器Ｔの抜
け止めも兼ね、前記蓄冷器Ｔと膨張空間Ｅとを連通する
円形の孔Ｈを前記膨張ピストンＰの頂部中央部に形成す
るものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のスターリン
グ冷凍機は、前記膨張空間Ｅで作動ガスが膨張するため
温度が下がり前記膨張ピストンＰの頂部付近で不純物が
凝固して、前記孔Ｈおよび蓄冷器Ｔの上部のメッシュが
目詰まりするため、流れの抵抗が増加して、性能劣化の
速度が大きく、耐久性および寿命が短いという問題があ
った。

【０００４】そこで本発明者は、膨張ピストン内の作動
ガスの流路の一部において、捕獲装置により作動ガスに
混入している不純物を捕獲するという本発明の技術的思
想に着眼し、更に研究開発を重ねて、蓄冷器のメッシュ
における流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度
を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという目
的を達成する本発明に到達した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）のスターリング冷凍機は、圧縮空間を形成
する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、膨張
空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピスト
ンと、前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動す
るモータと、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一
部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲す
る捕獲装置とから成るものである。

【０００６】本発明（請求項２に記載の第２発明）のス
ターリング冷凍機は、第１発明において、前記捕獲装置
が、多孔物質によって構成される吸着部材によって構成
されるものである。

【０００７】本発明（請求項３に記載の第３発明）のス
ターリング冷凍機は、第２発明において、前記吸着部材
が、前記膨張ピストンの頂部に配設されているものであ
る。

【０００８】本発明（請求項４に記載の第４発明）のス
ターリング冷凍機は、第３発明において、前記吸着部材
が、複数の流路が形成された多孔質体によって構成され
ているものである。

【０００９】本発明（請求項５に記載の第５発明）のス
ターリング冷凍機は、第４発明において、前記多孔質体
が、フェノール樹脂によって構成されているものであ
る。

【００１０】本発明（請求項６に記載の第６発明）のス
ターリング冷凍機は、第３発明において、前記吸着部材
が、活性炭によって構成されているものである。

【００１１】本発明（請求項７に記載の第７発明）のス
ターリング冷凍機は、第１発明において、前記捕獲装置
が、流れの衝突によって不純物を捕獲するものである。

【００１２】本発明（請求項８に記載の第８発明）のス
ターリング冷凍機は、第１発明において、前記捕獲装置
が、流れの遠心力によって不純物を捕獲するものであ
る。

【００１３】

【作用】上記構成より成る第１発明のスターリング冷凍
機は、前記モータが、前記圧縮ピストンと膨張ピストン
とを回転駆動すると、前記圧縮ピストンが、圧縮空間を
形成する圧縮シリンダ内を往復動するとともに、前記膨
張ピストンが、膨張空間を形成する膨張シリンダ内を往
復動するため、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の
一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入して
いる不純物を捕獲するものである。

【００１４】上記構成より成る第２発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部
に配設された多孔物質によって構成される吸着部材によ
って構成された前記捕獲装置が、作動ガスに混入してい
る不純物を捕獲するものである。

【００１５】上記構成より成る第３発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストンの頂部に配設された前記吸
着部材が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するも
のである。

【００１６】上記構成より成る第４発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストンの頂部に配設された複数の
流路が形成された多孔質体によって構成されている前記
吸着部材が、前記複数の流路を流れる作動ガスに混入し
ている不純物を捕獲するものである。

【００１７】上記構成より成る第５発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストンの頂部に配設された複数の
流路が形成されたフェノール樹脂によって構成されてい
る多孔質体が、前記複数の流路を流れる作動ガスに混入
している不純物を捕獲するものである。

【００１８】上記構成より成る第６発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストンの頂部に配設された前記活
性炭によって構成されている前記吸着部材が、作動ガス
に混入している不純物を捕獲するものである。

【００１９】上記構成より成る第７発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部
に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している
不純物を流れの衝突によって捕獲するものである。

【００２０】上記構成より成る第８発明のスターリング
冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部
に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している
不純物を流れの遠心力によって捕獲するものである。

【００２１】

【発明の効果】上記作用を奏する第１発明のスターリン
グ冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一
部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入してい
る不純物を捕獲するので、蓄冷器における目詰まりおよ
び流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅く
し、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏
する。

【００２２】上記作用を奏する第２発明のスターリング
冷凍機は、前記捕獲装置が、多孔物質によって構成され
る吸着部材によって構成されているので、作動ガスに混
入している不純物を効率良く捕獲するという効果を奏す
る。

【００２３】上記作用を奏する第３発明のスターリング
冷凍機は、前記吸着部材が、前記膨張ピストンの頂部に
配設されているので、前記膨張ピストン内を有効に利用
することが出来るという効果を奏する。

【００２４】上記作用を奏する第４発明のスターリング
冷凍機は、前記吸着部材が、複数の流路が形成された多
孔質体によって構成されているので、流路面積および多
孔質体との接触面積を大きくすることが出来るので、作
動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するという
効果を奏する。

【００２５】上記作用を奏する第５発明のスターリング
冷凍機は、複数の流路が形成された多孔質体が、フェノ
ール樹脂によって構成されているので、安価な部材によ
って流路面積および多孔質体との接触面積を大きくする
ことが出来るので、作動ガスに混入している不純物を効
率良く捕獲するという効果を奏する。

【００２６】上記作用を奏する第６発明のスターリング
冷凍機は、前記吸着部材が、前記膨張ピストンの頂部に
配設された前記活性炭によって構成されているので、作
動ガスに混入している不純物を前記活性炭の吸着性能に
より効率良く捕獲するという効果を奏する。

【００２７】上記作用を奏する第７発明のスターリング
冷凍機は、前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不
純物を流れの衝突によって捕獲するので、目詰まりに有
利なため、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長
寿命化を実現するという効果を奏する。

【００２８】上記作用を奏する第８発明のスターリング
冷凍機は、前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不
純物を流れの遠心力によって捕獲するので、簡単な構造
によって不純物の捕獲効率が高いというという効果を奏
する。

【００２９】

【実施例】以下本発明の実施例につき、図面を用いて説
明する。

【００３０】（第１実施例）第１実施例のスターリング
冷凍機は、図１ないし図３に示すように圧縮空間１１を
形成する圧縮シリンダ１０内に介挿された圧縮ピストン
１と、膨張空間２１を形成する膨張シリンダ２０内に介
挿された膨張ピストン２と、前記圧縮ピストン１と前記
膨張ピストン２とを回転駆動するモータ３と、前記膨張
ピストンの頂部に配設され、フェノール樹脂製の複数の
流路４１が形成された多孔質体によって構成される吸着
部材４０によって構成される捕獲装置４とから成るもの
である。

【００３１】前記圧縮ピストン１は、図１に示すように
外周に放熱フィンを備えるとともに、一端にヘッド１２
を固着した圧縮シリンダ１０内に介挿され、外周にピス
トンリング１３が巻装されている。前記圧縮シリンダ１
０とヘッド１２と前記圧縮ピストン１との間に形成され
る圧縮空間１１に連通する第１の連通路１４が前記圧縮
シリンダ１０内に形成されている。

【００３２】前記膨張ピストン２は、図１および図３に
示すように外周に放熱フィンを備えた前記膨張空間２１
を形成する前記膨張シリンダ２０および該膨張シリンダ
２０の一端に固着した長い薄肉のチューブ２２内に介挿
され、下部外周にピストンリング２３が巻装されてい
る。前記圧縮シリンダ１０内に形成されている前記第１
の連通路１４に連通する第２の連通路２４が前記圧縮シ
リンダ１０内に形成されている。

【００３３】前記膨張ピストン２は、前記圧縮シリンダ
１０内に形成されている前記第２の連通路２４の一端開
口に対向してその下部外周の軸方向に長溝２５が形成さ
れ、前記膨張ピストン２が往復動しても常に前記第２の
連通路２４に連通するように構成されている。また該膨
張ピストン２と前記膨張シリンダ２０との間には摺動材
２８が介挿され、往復動を円滑にしている。

【００３４】前記膨張ピストン２は、下部に前記長溝２
５に連通するＬ字状の通路２６が形成され、メッシュに
よって構成される上部のチューブ２９内に介挿された蓄
冷器２７に作動ガスを供給し得る構成より成る。

【００３５】前記モータ３は、図１に示すように前記圧
縮ピストン１および前記膨張ピストン２に連絡する第１
および第２のコネクティングロッド３１、３２と、該第
１および第２のコネクティングロッド３１、３２が係止
されるクランク３３と、該クランク３３に配設されたパ
ランスウェイト３４と、前記クランク３３を収容するク
ランクケース３５と、前記クランク３３を回転駆動する
駆動モータ（図示せず）とから成る。

【００３６】前記捕獲装置４を構成する前記吸着部材４
０は、フェノール樹脂製の多孔質体によって構成され、
図１ないし図３に示すように前記蓄冷器２７の上部に相
当する前記膨張ピストンの頂部に配設された円形部材に
よって構成され、外周下部に形成した段部４３を前記膨
張ピストンの頂部に相当する前記薄肉のチューブ２９の
上端に嵌着している。

【００３７】前記吸着部材４０は、図２および図３に示
すように５個の流路４１が形成されるとともに、前記蓄
冷器２７のメッシュを介して供給された作動ガスを一様
に前記５個の流路４１に供給するように図３に示すよう
に下面に同軸状の円形凹部４２が形成されている。

【００３８】上記構成より成る第１実施例のスターリン
グ冷凍機は、前記駆動モータによって前記クランク３３
が回転すると、前記第１および第２のコネクティングロ
ッド３１が前記圧縮シリンダ１０内を図１中右方に圧縮
ピストン１を移動させる。

【００３９】前記圧縮ピストン１が右方に移動して、前
記圧縮空間の作動ガスが圧縮されると前記第１の連通路
１４および第２の連通路２４を介して、前記膨張ピスト
ン２内のＬ字状の通路２６から前記蓄冷器２７のメッシ
ュ内に作動ガスが供給され、前記蓄冷器２７のメッシュ
内に供給された作動ガスがメッシュ内を通過して、前記
吸着部材４０の５個の流路４１を介して前記膨張空間２
１内で膨張する。

【００４０】作動ガスが、前記膨張空間２１内で膨張し
て温度が下がる時に、使用により冷凍機の樹脂の摺動部
の摩耗によって発生する不純ガスが凝固するが、フェノ
ール樹脂製の前記吸着部材４０がかかる凝固した不純物
を吸着するものである。

【００４１】上記作用を奏する第１実施例のスターリン
グ冷凍機は、前記膨張ピストン２内の作動ガスの流路の
一部に配設された前記捕獲装置４が、作動ガスに混入し
ている不純物を捕獲するので、前記蓄冷器２７の上端の
プラグにおける目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止
して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命
化を実現するという効果を奏する。

【００４２】また第１実施例のスターリング冷凍機は、
前記捕獲装置４が、多孔物質によって構成される吸着部
材４０によって構成されているので、作動ガスに混入し
ている不純物を効率良く吸着して捕獲するという効果を
奏する。

【００４３】さらに第１実施例のスターリング冷凍機
は、前記吸着部材４０が、前記膨張ピストン２の頂部に
配設されているので、作動ガスが、前記膨張空間２１内
で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を有効に
吸着するとともに、前記膨張ピストン２内を有効に利用
することが出来るという効果を奏する。

【００４４】また第１実施例のスターリング冷凍機は、
前記吸着部材４０が、５個の流路が形成されたフェノー
ル樹脂製の多孔質体によって構成されているので、安価
な部材によって流路面積を大きくするとともに、流路に
おける多孔質体との接触面積を大きくすることが出来る
ので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲す
るという効果を奏する。

【００４５】（第２実施例）第２実施例のスターリング
冷凍機は、図４に示すように前記捕獲装置４をＬ字状の
通路４１１を多数形成した焼結体の衝突吸着部材４０１
によって構成した点のみ前記第１実施例と相違するもの
である。

【００４６】上記構成より成る第２実施例のスターリン
グ冷凍機は、焼結体の前記衝突吸着部材４０１における
多数のＬ字状の通路４１１において前記膨張空間２１内
で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を含む作
動ガスがＬ字状の通路４１１に衝突して、凝固した不純
物がＬ字状の通路４１１に付着して焼結体内に吸着する
ものである。

【００４７】上記作用を奏する第２実施例のスターリン
グ冷凍機は、凝固した不純物を含む作動ガスを前記衝突
吸着部材４０１のＬ字状の通路４１１に衝突させ、凝固
した不純物をＬ字状の通路４１１に付着して焼結体内に
吸着するので、簡単な構造により不純物を有効に吸着す
るとともに、Ｌ字状の通路４１１の開口面積を減少させ
ないので、一層有効に目詰まりおよび流れの抵抗の増加
を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、
長寿命化を実現するという効果を奏する。

【００４８】（第３実施例）第３実施例のスターリング
冷凍機は、図５に示すように前記捕獲装置４を、円筒状
の旋回室４２１に接線的開口する入口開口４２２および
出口開口４２３が形成された多孔質体の遠心吸着部材４
０２によって構成した点のみ前記第１実施例と相違する
ものである。

【００４９】上記構成より成る第３実施例のスターリン
グ冷凍機は、前記遠心吸着部材において前記膨張空間２
１内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を含
む作動ガスが前記旋回室４２１の内壁に沿って旋回する
ので、旋回による遠心力によって凝固した不純物が前記
旋回室４２１の内壁に付着して多孔質体内に吸着するも
のである。

【００５０】上記作用を奏する第３実施例のスターリン
グ冷凍機は、旋回による遠心力によって凝固した不純物
を前記旋回室４２１の内壁に付着して多孔質体内に吸着
するので、簡単な構造により不純物を有効に吸着すると
ともに、流路の開口面積を減少させないので、一層有効
に目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣
化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現する
という効果を奏する。

【００５１】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００５２】上述の実施例以外にも、本発明は、捕獲部
材として図６に示すように中空の外筒４３１内に外周に
小さな断面積のスパイラルな溝４３２を形成した中実内
筒４３３を介挿してスパイラルな長い通路４３４を形成
した吸着部材４０３を採用し、通路の長さおよび抵抗に
よって凝固した不純物を吸着する態様も採用可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例装置を示す断面図である。

【図２】本第１実施例装置の吸着部材を示す平面図であ
る。

【図３】本第１実施例装置の膨張ピストンおよび吸着部
材を示す拡大断面図である。

【図４】本発明の第２実施例装置の吸着部材を示す断面
図である。

【図５】本発明の第３実施例装置の吸着部材を示す斜視
図である。

【図６】本発明の変形例を示す断面図である。

【図７】従来装置の一部を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 圧縮ピストン ２ 膨張ピストン ３ モータ ４ 捕獲装置 １０ 圧縮シリンダ １１ 圧縮空間 ２０ 膨張シリンダ ２１ 膨張空間 ２１ クランク機構 ４０ 吸着部材 ４１ 流路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介
   挿された圧縮ピストンと、 膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピ
   ストンと、 前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモー
   タと、 前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設さ
   れ、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置
   とから成ることを特徴とするスターリング冷凍機。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記捕獲装置が、多孔物質によって構成される吸着部材
   によって構成されることを特徴とするスターリング冷凍
   機。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記吸着部材が、前記膨張ピストンの頂部に配設されて
   いることを特徴とするスターリング冷凍機。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記吸着部材が、複数の流路が形成された多孔質体によ
   って構成されていることを特徴とするスターリング冷凍
   機。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記多孔質体が、フェノール樹脂によって構成されてい
   ることを特徴とするスターリング冷凍機。
6. 【請求項６】 請求項３において、 前記吸着部材が、活性炭によって構成されていることを
   特徴とするスターリング冷凍機。
7. 【請求項７】 請求項１において、 前記捕獲装置が、流れの衝突によって不純物を捕獲する
   ことを特徴とするスターリング冷凍機。
8. 【請求項８】 請求項１において、 前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲す
   ることを特徴とするスターリング冷凍機。