JPH11287525A - 斜板式スターリング冷凍機 - Google Patents

斜板式スターリング冷凍機

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JPH11287525A
JPH11287525A JP10849098A JP10849098A JPH11287525A JP H11287525 A JPH11287525 A JP H11287525A JP 10849098 A JP10849098 A JP 10849098A JP 10849098 A JP10849098 A JP 10849098A JP H11287525 A JPH11287525 A JP H11287525A
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JP
Japan
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working space
cylinder
cylinder bore
swash plate
heat exchanger
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Withdrawn
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JP10849098A
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Shunichi Furuya
俊一 古屋
Shoichi Kito
昇一 喜渡
Hitoshi Terauchi
仁 寺内
Takashi Kobayashi
小林  孝
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Bosch Corp
Original Assignee
Zexel Corp
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Publication date
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    • 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
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • 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
    • F02G1/044Hot 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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B27/08Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
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    • F04B27/1081Casings, housings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型・軽量化を図ることができるとともに、
冷凍性能の向上を図ることができる斜板式スターリング
冷凍機を提供する。 【解決手段】 シリンダボアB1〜B4の作動空間FS
と、所定の位相差をもつピストンP1〜P4が収容され
た別のシリンダボアB1〜B4の作動空間RSとを、フ
ロントヘッド4、リヤヘッド5にそれぞれ形成されたフ
ロント側通路FP1〜FP4、リヤ側通穴RP1〜RP
4と、シリンダボデイ2に形成された通路19a〜19
dとを介して、連通させるようにしたので、作動空間F
Sと作動空間RSとを連通させるために、シリンダボデ
イ2の外周面にパイプを配設する必要がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は斜板式スターリン
グ冷凍機に関する
【0002】
【従来の技術】スターリング冷凍機は、自然ガス(ヘリ
ウム、窒素ガス等)を冷媒とするため環境に無害である
こと、理論効率がフロンサイクルより高くカルノー効率
に等しいこと、比較的構造が簡単であること及び極低温
が作り易い等の点から各分野で注目され、特に極低温用
冷凍機としては僅かではあるが実用化されている。
【0003】自動車用エアコンの冷媒圧縮機には様々な
タイプのものがあり、その中でも斜板式圧縮機は回転バ
ランスをとり易く、ピストンにかかる側圧が小さく、振
動、信頼性の面において優れている。
【0004】この斜板式圧縮機の基本構造を利用したス
ターリング機関としては、特開平5−231240号公
報に記載された斜板式スターリング機関が知られてい
る。
【0005】この斜板式スターリング機関では、シリン
ダブロックに軸心周りに軸心と平行な4つのシリンダボ
アが形成されているとともに、各シリンダボアの中央に
開口する斜板室が形成され、斜板室内に回転可能な斜板
が収容されている。4つのシリンダボアが周方向に一定
間隔(90°)おきに配置されている。
【0006】また、各シリンダボアには両頭形のピスト
ンが往復移動可能に収容され、各ピストンは一対のシュ
ーを介して斜板と係合している。各ピストンは90°の
位相差で駆動される。
【0007】各ピストンの前後には前側作動空間及び後
側作動空間が形成される。各前側作動空間の外側には高
温熱交換器が配置され、各後側作動空間の外側には低温
熱交換器が配置されている。
【0008】シリンダボアの前側作動空間とこのシリン
ダボアと隣接するシリンダボアの後側作動空間とが連通
路を介して連通し、各連通路の途中には再生器が設けら
れている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この斜板式スターリン
グ機関の場合、シリンダボアの前側作動空間と別のシリ
ンダボアの後側作動空間とを連通させるために4本のパ
イプが用いられ、これらのパイプがシリンダボディの外
周面に配置されている。
【0010】しかも、上述のようにパイプ(連通路)の
途中に再生器が設けられている。
【0011】したがって、斜板式スターリング機関の半
径方向の寸法が大きくなり、大型化するとともに、シリ
ンダボアの前側作動空間と別のシリンダボアの後側作動
空間とを連通させるための通路が長くなり、冷凍サイク
ルの性能が低下するという問題があった。
【0012】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は小型・軽量化を図ることができる
とともに、冷凍性能の向上を図ることができる斜板式ス
ターリング冷凍機を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1記載の発明の斜板式スターリング冷凍機は、複
数のシリンダボアを有するシリンダボディと、このシリ
ンダボディの両端面に結合される2つのシリンダヘッド
と、前記シリンダボア内に摺動可能に収容された複数の
ピストンと、前記シリンダブロック内で回転軸と一体に
回転し、前記複数のピストンを所定の位相差をもたせて
前記シリンダボア内で往復直線運動させる斜板と、前記
シリンダボア内の前記ピストンの一方に形成される第1
の作動空間と、前記シリンダボア内の前記ピストンの他
方に形成される第2の作動空間と、前記第1の作動空間
の外側を覆うように配置された低温側熱交換器と、前記
第2の作動空間の外側を覆うように配置された高温側熱
交換器と、前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器と
の間に配置された再生器と、前記シリンダボアの前記第
1の作動空間と、このシリンダボア内のピストンに対し
て前記所定の位相差をもって駆動されるピストンが収容
されたシリンダボアの前記第2の作動空間とを、連通さ
せる連通路とを備えている斜板式スターリング冷凍機に
おいて、前記連通路が、前記シリンダボディと前記両シ
リンダヘッドとに形成された通路によって構成され、前
記連通路の途中に前記低温側熱交換器、前記高温側熱交
換器及び前記再生器が直列に配列されていることを特徴
とする。
【0014】シリンダボアの第1の作動空間と所定の位
相差をもつ前記ピストンが収容された別のシリンダボア
の第2の作動空間とを、両シリンダヘッドにそれぞれ形
成された通路とシリンダボデイに形成された通路とで構
成される連通路を介して、連通させるようにしたので、
シリンダボデイの外周面にパイプを配設する必要がなく
なる。
【0015】請求項2の発明の斜板式スターリング冷凍
機は、請求項1の発明の斜板式スターリング冷凍機にお
いて、前記シリンダボアの第1の作動空間とこのシリン
ダボアに隣接する別の前記シリンダボアの第2の作動空
間とが前記連通路を介して連通して1冷凍サイクルが構
成されることを特徴とする。
【0016】シリンダボアの第1の作動空間と隣接する
別のシリンダボアの第2の作動空間とを、両シリンダヘ
ッドにそれぞれ形成された通路とシリンダボデイに形成
された通路とで構成される連通路を介して、連通させる
ようにしたので、シリンダボデイの外周面にパイプを配
設する必要がなくなるとともに、第1の作動空間と第2
の作動空間とを連通させる連通路の通路長がより短くな
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。
【0018】図1はこの発明の一実施形態に係る斜板式
スターリング冷凍機を示す縦断面図、図2は図1のA−
A断面図である。
【0019】フロント側のシリンダブロック3aとリヤ
側のシリンダブロック3bとは互いに対向接合されてい
る。両シリンダブロック3a,3bの外周面は外筒13
で覆われている。外筒13及び両シリンダブロック3
a,3bのフロント側端面にはフロントヘッド4が固定
され、シリンダブロック3のリヤ側端面にはリヤヘッド
5が固定されている。フロント側のシリンダブロック3
a、リヤ側のシリンダブロック3b、フロントヘッド
(シリンダヘッド)4及びリヤヘッド(シリンダヘッ
ド)5でシリンダボデイ2が構成される。
【0020】対向接合されたシリンダブロック3a,3
bの中心には回転軸6が配設され、この回転軸6には斜
板7が固着され、回転軸6及び斜板7はベアリング8,
9,30,31により回転可能に支持されている。斜板
7は斜板室10に収容されている。
【0021】対向接合されたシリンダブロック3a,3
bには互いに平行な4つのシリンダボアB1,B2,B
3,B4が回転軸6を中心とする同一円周上に等間隔
(90゜間隔)に配設されている。各シリンダボアB
1,B2,B3,B4は回転軸6に平行である。各シリ
ンダボアB1〜B4内には、いわゆる両頭形のピストン
P1,P2,P3,P4がそれぞれ摺動可能に収容され
ている。
【0022】ピストンP1は、2つの円筒部P1a,P
1bとこれらの円筒部P1a,P1bを一体に連結する
ブリッジ部P1cとで構成されている。他のピストンP
2〜3もピストンP1と同じ構造である。
【0023】互いに対向するピストンP1の円筒部P1
a,P1bの内壁面17a,17bには、高炭素鋼で構
成された球状のボール15a,15bが転動可能に嵌合
する半球状の凹溝16a,16bが形成されている。円
筒部P1a,P1bの内壁面17a,17bとブリッジ
部P1cの内壁面14とで形成される空間には、斜板7
の一部が入り込んでいる。ボール15a,15bは斜板
7の摺動面上を相対回転するディスク30a,30bに
転動可能に支持されている。ボール15a,15bとデ
ィスク30a,30bとでシューS1,S2が構成さ
れ、シューS1,S2を介して斜板7の回転運動がピス
トンP1〜P4の直線往復運動に変換される。この実施
形態では、斜板7が回転軸6と一体に回転すると、各ピ
ストンP1〜P4は90゜の位相差をもってシリンダボ
アB1〜B4内を往復直線運動する。
【0024】シリンダブロック3a,3bの外周面と、
シリンダブロック3a,3bの外側に配置された外筒1
3の内周面との間には、軸方向へ貫通する4つの通路1
9a,19b,19c,19cが形成され、各通路19
a〜19cには、高温側熱交換器20、再生器22及び
低温側熱交換器21が直列に収容されている。
【0025】高温側熱交換機20には循環水が循環さ
れ、この循環水は図示しない冷房装置側との間で循環さ
れる。また、低温側熱交換器21にも循環水が循環さ
れ、この循環水は図示しない暖房装置との間で循環す
る。
【0026】高温側熱交換器20は4つのシリンダボア
B1〜B4のフロント側の作動空間(第1の作動空間)
FSの外周を覆うように配置され、低温側熱交換器21
は同じシリンダボアB1〜B4のリア側の作動空間(第
2の作動空間)RSの外周を覆うように配置されてい
る。
【0027】図3に示すように、シリンダボアB1の作
動空間FSは、フロントヘッド4に形成されたフロント
側通路(通路)FP1を介して通路19a内の高温側熱
交換器20に連通している。通路19a内の低温側熱交
換器21は、リヤヘッド5に形成されたリヤ側通路(通
路)RP2を介してシリンダボアB1に隣接するシリン
ダボアB2の作動空間RSに連通している。すなわち、
シリンダボアB1の作動空間FSとこのシリンダボアB
1に隣接するシリンダボアB2の作動空間RSとはフロ
ント側の通路FP1、通路19a及びリヤ側の通路RP
2を介して連通し、1冷凍サイクルが構成されている。
【0028】シリンダボアB2の作動空間FSは、フロ
ントヘッド4に形成されたフロント側通路(通路)FP
2を介して通路19b内の高温側熱交換器20に連通し
ている。通路19b内の低温側熱交換器21は、リヤヘ
ッド5に形成されたリヤ側通路(通路)RP3を介して
シリンダボアB2に隣接するシリンダボアB3の作動空
間RSに連通している。すなわち、シリンダボアB2の
作動空間FSとこのシリンダボアB2に隣接するシリン
ダボアB3の作動空間RSとはフロント側の通路FP
2、通路19b及びリヤ側の通路RP3を介して連通
し、1冷凍サイクルが構成されている。
【0029】シリンダボアB3の作動空間FSは、フロ
ントヘッド4に形成されたフロント側通路(通路)FP
3を介して通路19c内の高温側熱交換器20に連通し
ている。通路19c内の低温側熱交換器21は、リヤヘ
ッド5に形成されたリヤ側通穴(通路)RP4を介して
シリンダボアB3に隣接するシリンダボアB4の作動空
間RSに連通している。すなわち、シリンダボアB3の
作動空間FSとこのシリンダボアB3に隣接するシリン
ダボアB4の作動空間RSとはフロント側の通路FP
3、通路19c及びリヤ側の通路RP4を介して連通
し、1冷凍サイクルが構成されている。
【0030】シリンダボアB4の作動空間FSは、フロ
ントヘッド4に形成されたフロント側通路(通路)FP
4を介して通路19d内の高温側熱交換器20に連通し
ている。通路19d内の低温側熱交換器21は、リヤヘ
ッド5に形成されたリヤ側通穴(通路)RP1を介して
シリンダボアB4に隣接するシリンダボアB1の作動空
間RSに連通している。すなわち、シリンダボアB4の
作動空間FSとこのシリンダボアB4に隣接するシリン
ダボアB1の作動空間RSとはフロント側の通路FP
4、通路19d及びリヤ側の通路RP1を介して連通
し、1冷凍サイクルが構成されている。
【0031】特許請求範囲の連通路は、フロント側通路
FP1〜FP4、リヤ側通路RP1〜RP4及び通路1
9a〜19dで構成される。
【0032】作動空間FS、作動空間RS、フロント側
通路FP1〜FP4、リヤ側通路RP1〜RP4及び通
路19a〜19dには、作動ガスとして例えばHe(ヘ
リウム)が封入される。
【0033】次に、斜板式スターリング冷凍機の作動に
ついて説明する。
【0034】駆動軸6の回転につれて斜板7が一体に回
転し、シューS1、S2を介してピストンP1〜P4が
シリンダボアB1〜B4内を90゜の位相差で順次直線
往復移動する。
【0035】ピストンP1〜P4の移動により、作動空
間FSの作動ガスが圧縮され、作動空間RS内の作動ガ
スが膨脹すると、作動空間FSの外側の高温側熱交換機
20内を循環する循環水は温められ、温水となり、作動
空間RSの外側の低温側熱交換機21内を循環する循環
水は熱を奪われ、冷水となる。
【0036】このときシリンダボアB1〜B4の作動空
間FS内の作動ガスは、フロント側通路FP1〜FP
4、通路19a〜19d及びリヤ側通路RP1〜RP4
を介して、隣接するシリンダボアB1〜B4の作動空間
RS内に送られる。作動ガスは移動の際に再生器22よ
って熱が奪われ、冷やされる。
【0037】また、各シリンダボアB1〜B4の作動空
間RS内の作動ガスは、リヤ側通路RP1〜RP4、通
路19a〜19d及びフロント側通路FP1〜FP4を
介して、隣接するシリンダボアB1〜B4の作動空間F
S内に送られる。作動ガスは移動の際に再生器22から
熱を奪い、温められる。
【0038】このようにして高温側熱交換機20内で温
水が循環されて暖房に供され、低温側熱交換機21内で
冷水が循環されて冷房に供される。
【0039】この実施形態の斜板式スターリング冷凍機
によれば、互いに隣接するシリンダボアB1〜B4の作
動空間FSと作動空間RSとを、フロントヘッド4、リ
ヤヘッド5にそれぞれ形成されたフロント側通路FP1
〜FP4、リヤ側通路RP1〜RP4と、シリンダボデ
イ2に形成された連通路19a〜19dとによって連通
させるようにしたので、シリンダボデイ2の外周面にパ
イプを配設する必要がなくなり、斜板式スターリング冷
凍機の半径方向の寸法を小さくすることができ、小型・
軽量化を図ることができる。
【0040】また、作動空間FSと作動空間RSと通路
長がより短くなるので、冷凍性能が向上する。
【0041】なお、この実施形態では、所定の位相差を
90゜に設定した場合について述べたが、位相差は90
゜に限定するものではない。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明の斜
板式スターリング冷凍機によれば、従来例のようにシリ
ンダボデイの外周面にパイプを配設する必要がなくなる
ので、斜板式スターリング冷凍機の半径方向の寸法を小
さくすることができ、小型・軽量化並びに部品点数の削
減を図ることができる。
【0043】請求項2の発明の斜板式スターリング冷凍
機によれば、シリンダボデイの外周面にパイプを配設す
る必要がなくなるとともに、第1の作動空間と第2の作
動空間とを連通させる連通路の通路長がより短くなるの
で、冷凍性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施形態に係る斜板式スタ
ーリング冷凍機を示す縦断面図である。
【図2】図2は図1のA−A断面図である。
【図3】図3はこの発明の一実施形態の斜板式スターリ
ング冷凍機を説明するための概念図である。
【符号の説明】
1 斜板式スターリング冷凍機 2 シリンダボデイ 4,5 フロントヘッド、リヤヘッド 6 回転軸 10 斜板室 13 外筒 19a,19b,19c,19c 通路 20 高温側熱交換器 21 低温側熱交換器 22 再生器 B1,B2,B3,B4 シリンダボア FP1,FP2,FP3,FP4 フロント側通路 FS 作動空間 RS 作動空間 P1,P2,P3,P4 ピストン RP1,RP2,RP3,RP4 リヤ側通路 S1,S2 シュー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 孝 埼玉県東松山市箭弓町3丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のシリンダボアを有するシリンダボ
    ディと、 このシリンダボディの両端面に結合される2つのシリン
    ダヘッドと、 前記シリンダボア内に摺動可能に収容された複数のピス
    トンと、 前記シリンダブロック内で回転軸と一体に回転し、前記
    複数のピストンを所定の位相差をもたせて前記シリンダ
    ボア内で往復直線運動させる斜板と、 前記シリンダボア内の前記ピストンの一方に形成される
    第1の作動空間と、 前記シリンダボア内の前記ピストンの他方に形成される
    第2の作動空間と、 前記第1の作動空間の外側を覆うように配置された低温
    側熱交換器と、 前記第2の作動空間の外側を覆うように配置された高温
    側熱交換器と、 前記低温側熱交換器と前記高温側熱交換器との間に配置
    された再生器と、 前記シリンダボアの前記第1の作動空間と、このシリン
    ダボア内のピストンに対して前記所定の位相差をもって
    駆動されるピストンが収容されたシリンダボアの前記第
    2の作動空間とを、連通させる連通路とを備えている斜
    板式スターリング冷凍機において、 前記連通路が、前記シリンダボディと前記両シリンダヘ
    ッドとに形成された通路によって構成され、 前記連通路の途中に前記低温側熱交換器、前記高温側熱
    交換器及び前記再生器が直列に配列されていることを特
    徴とする斜板式スターリング冷凍機。
  2. 【請求項2】 前記シリンダボアの第1の作動空間とこ
    のシリンダボアに隣接する別の前記シリンダボアの第2
    の作動空間とが前記連通路を介して連通して1冷凍サイ
    クルが構成されることを特徴とする請求項1記載の斜板
    式スターリング冷凍機。
JP10849098A 1998-04-03 1998-04-03 斜板式スターリング冷凍機 Withdrawn JPH11287525A (ja)

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JP10849098A JPH11287525A (ja) 1998-04-03 1998-04-03 斜板式スターリング冷凍機
DE1999113154 DE19913154A1 (de) 1998-04-03 1999-03-24 Taumelscheiben-Stirlingkühler

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Cited By (4)

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