JPH11287526A - Stirling refrigerator - Google Patents

Stirling refrigerator

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Publication number
JPH11287526A
JPH11287526A JP10849198A JP10849198A JPH11287526A JP H11287526 A JPH11287526 A JP H11287526A JP 10849198 A JP10849198 A JP 10849198A JP 10849198 A JP10849198 A JP 10849198A JP H11287526 A JPH11287526 A JP H11287526A
Authority
JP
Japan
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regenerator
refrigerator
working gas
expansion
compression
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP10849198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Kito
昇一 喜渡
Hitoshi Terauchi
仁 寺内
Shunichi Furuya
俊一 古屋
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.)
Bosch Corp
Original Assignee
Zexel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Zexel Corp filed Critical Zexel Corp
Priority to JP10849198A priority Critical patent/JPH11287526A/en
Publication of JPH11287526A publication Critical patent/JPH11287526A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/003Gas cycle refrigeration machines characterised by construction or composition of the regenerator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/14Compression machines, plants or systems characterised by the cycle used 
    • F25B2309/1422Pulse tubes with basic schematic including a counter flow heat exchanger instead of a regenerative heat exchanger

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Stirling refrigerator to use other regenerator than a heat storage type regenerator. SOLUTION: A Stirling refrigerator consists of a pair of refrigerator units 1a and 1b and drives one refrigerator unit 1a and the other refrigerator unit 1b with a phase difference of 180 deg.. The regenerator of one refrigerator unit 1a and the regenerator of the other refrigerator unit 1b are integrally interjoined, and by the integrally interjoined regenerators, actuation gas of one refrigeration cycle and actuation gas of the other refrigeration cycle cross each other or are opposed to each other. This constitution uses other regenerator than a heat storage type regenerator, whereby since ventilation resistance of a regenerator 11 is decreased and the time constant of a heat regeneration cycle is also low, high speed operation is practicable and a refrigeration output per unit weight is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はスターリング冷凍
機に関する。
[0001] The present invention relates to a Stirling refrigerator.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、スターリング冷凍機は、スターリ
ングエンジンの逆サイクルとして知られており、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こと等の点で優れている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Stirling refrigerating machine is known as a reverse cycle of a Stirling engine. Since it uses natural gas (helium, nitrogen gas, etc.) as a refrigerant, it is harmless to the environment. It is excellent in that it has a high Carnot efficiency, is relatively simple in structure, and is easy to produce at extremely low temperatures.

【0003】図4は従来のスターリング冷凍機の構造を
示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the structure of a conventional Stirling refrigerator.

【0004】このスターリング冷凍機401は、作動ガ
スの圧縮室を構成する圧縮シリンダ403bと、圧縮シ
リンダ403b内を往復移動する圧縮ピストン404b
と、作動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダ403a
と、膨張シリンダ403a内を往復移動する膨張ピスト
ン404aと、圧縮ピストン404bと膨張ピストン4
04aとを90°の位相差をもたせて駆動する駆動機構
402とを備えてる。
The Stirling refrigerator 401 includes a compression cylinder 403b forming a compression chamber for working gas, and a compression piston 404b reciprocating in the compression cylinder 403b.
And an expansion cylinder 403a forming an expansion chamber for the working gas.
, An expansion piston 404a reciprocating in the expansion cylinder 403a, a compression piston 404b and an expansion piston 4
04a with a phase difference of 90 °.

【0005】膨張ピストン404a、圧縮ピストン40
4bはピストンロッド405a,405bでクランク軸
406に連結されている。
[0005] Expansion piston 404a, compression piston 40
4b is connected to the crankshaft 406 by piston rods 405a and 405b.

【0006】圧縮シリンダ403bは連通管408bを
介して高温側熱交換器410に、膨張シリンダ403a
は連通管408aを介して低温側熱交換器409にそれ
ぞれ接続されている。低温側熱交換器409と高温側熱
交換器410との間には再生器411が介在している。
[0006] The compression cylinder 403b is connected to the high-temperature side heat exchanger 410 via the communication pipe 408b and is connected to the expansion cylinder 403a.
Are connected to the low-temperature side heat exchanger 409 via the communication pipe 408a. A regenerator 411 is interposed between the low-temperature heat exchanger 409 and the high-temperature heat exchanger 410.

【0007】クランク軸406が回転すると、膨張室4
07a及び圧縮室407b内の作動ガスが低温側熱交換
器409、高温側熱交換器410及び再生器411内を
往復移動する。
When the crankshaft 406 rotates, the expansion chamber 4
07a and the working gas in the compression chamber 407b reciprocate in the low-temperature heat exchanger 409, the high-temperature heat exchanger 410, and the regenerator 411.

【0008】低温側熱交換器409では作動ガスが膨張
して冷却され、高温側熱交換器410では作動ガスが圧
縮されて加熱される。
In the low-temperature heat exchanger 409, the working gas is expanded and cooled, and in the high-temperature heat exchanger 410, the working gas is compressed and heated.

【0009】圧縮室407bの高温の作動ガスが再生器
411を通過するとき、作動ガスの熱が奪われ、冷やさ
れた作動ガスが膨張室407aに流入し、膨張室407
aの低温の作動ガスが再生器411を通過するとき、蓄
熱された再生器411から熱を奪い、暖められた作動ガ
スが圧縮室407bに流入する。
When the hot working gas in the compression chamber 407b passes through the regenerator 411, the heat of the working gas is deprived, and the cooled working gas flows into the expansion chamber 407a, and
When the low-temperature working gas “a” passes through the regenerator 411, heat is removed from the regenerator 411, and the heated working gas flows into the compression chamber 407 b.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このスター
リング冷凍機401では、膨張シリンダ403a、圧縮
シリンダ403bが図4に示すようにL字形を形成する
ように配置されているので、冷凍機が大型化するという
問題があった。
However, in this Stirling refrigerator 401, the expansion cylinder 403a and the compression cylinder 403b are arranged so as to form an L-shape as shown in FIG. There was a problem of doing.

【0011】小型化を図り得る従来のスターリング冷凍
機としては、図5に示す4筒水平対向型のスターリング
冷凍機が知られている。
As a conventional Stirling refrigerator which can be reduced in size, a four-cylinder horizontally opposed Stirling refrigerator shown in FIG. 5 is known.

【0012】図5は従来の4筒水平対向型スターリング
冷凍機の冷凍機ユニットの構造を示す概念図、図6は図
5の冷凍機ユニットを2つ使ったスターリング冷凍機を
示す図、図7は図6のスターリング冷凍機の作動ガスの
流れを説明するための説明図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the structure of a refrigerator unit of a conventional four-cylinder horizontally opposed Stirling refrigerator, FIG. 6 is a diagram showing a Stirling refrigerator using two refrigerator units of FIG. 5, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a flow of working gas of the Stirling refrigerator of FIG. 6.

【0013】このスターリング冷凍機は、2組の冷凍機
ユニット501a,501bで構成されている。2組の
冷凍機ユニット501a,501bは互いに180°の
位相差をもって駆動され、各ユニット501a,501
bがそれぞれ独立した冷凍サイクルを構成する。
This Stirling refrigerator includes two sets of refrigerator units 501a and 501b. The two refrigerator units 501a and 501b are driven with a phase difference of 180 ° from each other, and the respective units 501a and 501b are driven.
b constitute independent refrigeration cycles.

【0014】各冷凍機ユニット501a,501bは、
圧縮シリンダ503b、圧縮ピストン512b、膨張シ
リンダ503a、膨張ピストン512a、高温側熱交換
器510a,510b、低温側熱交換器509a,50
9b、再生器511a,511b及び駆動機構502を
備えている。
Each of the refrigerator units 501a and 501b includes
Compression cylinder 503b, compression piston 512b, expansion cylinder 503a, expansion piston 512a, high temperature side heat exchangers 510a, 510b, low temperature side heat exchangers 509a, 50
9b, regenerators 511a and 511b, and a drive mechanism 502.

【0015】膨張シリンダ503aと圧縮シリンダ50
3bとは、駆動機構502の一部を構成するクランクシ
ャフト506を挟んで、互いに水平対向配置されてい
る。圧縮ピストン512bと膨張ピストン512aとは
90°の位相差をもたせて駆動される。
The expansion cylinder 503a and the compression cylinder 50
3b are horizontally opposed to each other with the crankshaft 506 constituting a part of the drive mechanism 502 interposed therebetween. The compression piston 512b and the expansion piston 512a are driven with a phase difference of 90 °.

【0016】膨張シリンダ503aの膨張室507aは
連通管508aを介して低温側熱交換器509aに、圧
縮シリンダ503bの圧縮室507bは連通管508b
を介して高温側熱交換器510aにそれぞれ接続されて
いる。
The expansion chamber 507a of the expansion cylinder 503a is connected to the low-temperature heat exchanger 509a via the communication pipe 508a, and the compression chamber 507b of the compression cylinder 503b is connected to the communication pipe 508b.
Are connected to the high-temperature-side heat exchanger 510a through the respective components.

【0017】上述のように冷凍機ユニット501a,5
01bは互いに180°の位相差をもって駆動されるの
で、一方の冷凍機ユニット501bで高温側から低温側
へ作動ガスが送られるとき、他方の冷凍機ユニット50
1aでは低温側から高温側へ作動ガスが送られる(図7
(a)参照)。
As described above, the refrigerator units 501a, 501
01b are driven with a phase difference of 180 ° from each other, so that when the working gas is sent from the high temperature side to the low temperature side by one of the refrigerator units 501b, the other refrigerator unit 50b is driven.
1a, the working gas is sent from the low temperature side to the high temperature side (FIG. 7).
(A)).

【0018】また、一方の冷凍機ユニット501bで低
温側から高温側へ作動ガスが送られるとき、他方の冷凍
機ユニット501aでは高温側から低温側へ作動ガスが
送られる(図7(b)参照)。
When the working gas is sent from the low-temperature side to the high-temperature side in one refrigerator unit 501b, the working gas is sent from the high-temperature side to the low-temperature side in the other refrigerator unit 501a (see FIG. 7B). ).

【0019】作動ガスが高温側から低温側へ送られると
き(白矢印)、再生器511a,511bは作動ガスの
熱を奪ってその熱を一時的に蓄える。作動ガスが低温側
から高温側へ送られるとき(黒矢印)、再生器511
a,511bは作動ガスに熱を与える。
When the working gas is sent from the high temperature side to the low temperature side (white arrow), the regenerators 511a and 511b take away the heat of the working gas and temporarily store the heat. When the working gas is sent from the low temperature side to the high temperature side (black arrow), the regenerator 511
a, 511b provide heat to the working gas.

【0020】このスターリング冷凍機では、再生器とし
て、#200メッシュ程度の金網を積層したものや、多
孔質の金属材料等の蓄熱式再生器を用いなければならな
いが、作動ガスの通気抵抗が大きいことや蓄熱作用の時
定数が大きいこと等の不利があるので、高速運転によっ
て機関性能の向上を図ることは困難であり、また、金網
の目詰りを起こし易いことや、不純物の付着による伝熱
特性の低下が大きいことから潤滑油の作動ガスへの混入
を回避する必要があった。しかし、それを回避するため
に摺動部に無潤滑材料を使用すると耐久性が低下し、ピ
ストンの駆動部と作動空間との境界にシール装置を設け
ると構造が複雑になるといった問題が生ずる。
In this Stirling refrigerating machine, a regenerator having a wire mesh of about # 200 mesh or a regenerative regenerator made of a porous metal material or the like must be used. It is difficult to improve the engine performance by high-speed operation because it has disadvantages such as a large heat storage time constant and the like. Because of the large deterioration of the characteristics, it was necessary to avoid mixing of the lubricating oil into the working gas. However, if a non-lubricating material is used for the sliding portion to avoid this, the durability is reduced, and if a seal device is provided at the boundary between the driving portion of the piston and the working space, the structure becomes complicated.

【0021】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は蓄熱式再生器以外の再生器を用い
ることができるスターリング冷凍機を提供することであ
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a Stirling refrigerator capable of using a regenerator other than a regenerative regenerator.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め請求項1の発明のスターリング冷凍機は、少なくとも
一対の冷凍機ユニットで構成され、前記冷凍機ユニット
が、作動ガスの圧縮室を構成する圧縮シリンダと、この
圧縮シリンダ内を往復移動する圧縮ピストンと、前記作
動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダと、この膨張シ
リンダ内を往復移動する膨張ピストンと、前記圧縮シリ
ンダに接続された高温側熱交換器と、前記膨張シリンダ
に接続された低温側熱交換器と、前記高温側熱交換器と
前記低温側熱交換器との間に設けられた再生器と、前記
圧縮ピストンと前記膨張ピストンとを所定の位相差をも
たせて駆動する駆動機構とを備え、一方の前記冷凍機ユ
ニットと他方の前記冷凍機ユニットとを180゜の位相
差をもたせて駆動するスターリング冷凍機において、一
方の前記冷凍機ユニットの前記再生器と他方の前記冷凍
機ユニットの前記再生器とが一体的に接合されているこ
とを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a Stirling refrigerator according to the first aspect of the present invention comprises at least a pair of refrigerator units, and the refrigerator unit constitutes a working gas compression chamber. Compression cylinder, a compression piston reciprocating in the compression cylinder, an expansion cylinder forming an expansion chamber for the working gas, an expansion piston reciprocating in the expansion cylinder, and a high temperature connected to the compression cylinder. Side heat exchanger, a low-temperature side heat exchanger connected to the expansion cylinder, a regenerator provided between the high-temperature side heat exchanger and the low-temperature side heat exchanger, the compression piston and the expansion. A drive mechanism for driving the piston with a predetermined phase difference, and driving one of the refrigerator units and the other of the refrigerator units with a phase difference of 180 ° That the Stirling refrigerator, said regenerator of the regenerator and the other of said refrigerator unit of one of the refrigeration unit is characterized in that it is integrally joined.

【0023】上述のように一方の冷凍機ユニットの再生
器と他方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合し
たので、接合後の再生器では、一方の冷凍機ユニットの
高温の作動ガスと他方の冷凍機ユニットの低温の作動ガ
スとが隔壁を介して隣り合うことになり、一方の高温の
作動ガスと他方の低温の作動ガスとの間で直接熱交換が
行われる。
As described above, since the regenerator of one refrigerator unit and the regenerator of the other refrigerator unit are integrally joined, the regenerator after joining has the high-temperature working gas of one refrigerator unit. And the low-temperature working gas of the other refrigerator unit are adjacent to each other via the partition, and heat exchange is directly performed between one high-temperature working gas and the other low-temperature working gas.

【0024】請求項2の発明のスターリング冷凍機は、
請求項1の発明のスターリング冷凍機において、一方の
冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガ
スとが、一体的に接合され前記再生器で交差することを
特徴とする。
The Stirling refrigerator according to the second aspect of the present invention comprises:
In the Stirling refrigerator according to the first aspect of the present invention, the working gas of one refrigeration cycle and the working gas of the other refrigeration cycle are integrally joined and intersect at the regenerator.

【0025】一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷
凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再生
器で交差するので、高温の作動ガスと低温の作動ガスと
の間で直接熱交換が行われる。
Since the working gas of one refrigeration cycle and the working gas of the other refrigeration cycle are integrally joined and intersect at the regenerator, a direct heat exchange is performed between the high-temperature working gas and the low-temperature working gas. Is performed.

【0026】請求項3の発明のスターリング冷凍機は、
請求項1の発明のスターリング冷凍機において、一方の
冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷凍サイクルの作動ガ
スとが、一体的に接合され前記再生器で対向することを
特徴とする。
The Stirling refrigerator according to the third aspect of the present invention is
In the Stirling refrigerator according to the first aspect of the present invention, the working gas of one refrigeration cycle and the working gas of the other refrigeration cycle are integrally joined and opposed by the regenerator.

【0027】一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の冷
凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再生
器で対向するので、高温の作動ガスと低温の作動ガスと
の間で直接熱交換が行われる。
[0027] Since the working gas of one refrigeration cycle and the working gas of the other refrigeration cycle are integrally joined and face each other in the regenerator, direct heat exchange is performed between the high-temperature working gas and the low-temperature working gas. Is performed.

【0028】また、クロスフロー方式に較べ作動ガス間
の接触面積(伝熱面積)が大きいので、作動ガス間の熱
交換の効率が良い。
Since the contact area (heat transfer area) between the working gases is larger than that of the cross flow method, the efficiency of heat exchange between the working gases is high.

【0029】[0029]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0030】図1はこの発明の一実施形態に係るスター
リング冷凍機の概念図、図2は作動ガスの流れを示す
図、図3は再生器の斜視図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a Stirling refrigerator according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a flow of a working gas, and FIG. 3 is a perspective view of a regenerator.

【0031】このスターリング冷凍機1は、2つの冷凍
機ユニット1a,1bで構成されている。各冷凍機ユニ
ット1a,1bは、180゜の位相差をもたせて駆動さ
れる。
The Stirling refrigerator 1 is composed of two refrigerator units 1a and 1b. Each of the refrigerator units 1a and 1b is driven with a phase difference of 180 °.

【0032】この冷凍機ユニット1a,1bの基本構造
は図5の冷凍機ユニット501a,501bと共通して
いるので、駆動機構などの一部については図示省略す
る。
Since the basic structure of the refrigerator units 1a and 1b is common to the refrigerator units 501a and 501b of FIG. 5, a part of the drive mechanism and the like is not shown.

【0033】各冷凍機ユニット1a,1bは、作動ガス
の圧縮室を構成する圧縮シリンダ20b,21bと、圧
縮シリンダ20b,21b内を往復移動する圧縮ピスト
ン4aと、作動ガスの膨張室を構成する膨張シリンダ2
0a,21aと、膨張シリンダ20a,21a内を往復
移動する膨張ピストン4bと、圧縮ピストン4aと膨張
ピストン4bとを90°の位相差をもたせて駆動する駆
動機構(図示せず)とを備えてる。
Each of the refrigerator units 1a, 1b constitutes a compression cylinder 20b, 21b constituting a compression chamber for working gas, a compression piston 4a reciprocating in the compression cylinders 20b, 21b, and an expansion chamber for working gas. Expansion cylinder 2
0a, 21a, an expansion piston 4b reciprocating in the expansion cylinders 20a, 21a, and a drive mechanism (not shown) for driving the compression piston 4a and the expansion piston 4b with a phase difference of 90 °. .

【0034】膨張ピストン4b、圧縮ピストン4aは図
示しないピストンロッドで、駆動機構の一部を構成する
クランク軸(図示せず)に連結されている。
The expansion piston 4b and the compression piston 4a are piston rods (not shown) and are connected to a crankshaft (not shown) which constitutes a part of a drive mechanism.

【0035】一方の冷凍機ユニット1aの圧縮室3aと
膨張室7aとは、それぞれ直列に接続された連通管8
a、高温側熱交換器9b、再生器11、低温側熱交換器
10b及び連通管8dを介して、接続されている。
The compression chamber 3a and the expansion chamber 7a of the refrigerator unit 1a are connected to a communication pipe 8 connected in series.
a, the high-temperature side heat exchanger 9b, the regenerator 11, the low-temperature side heat exchanger 10b, and the communication pipe 8d.

【0036】他方の冷凍機ユニット1bの圧縮室3bと
膨張室7bとは、それぞれ直列に接続された連通管8
c、高温側熱交換器9a、再生器11、低温側熱交換器
10a及び連通管8bを介して、接続されている。
The compression chamber 3b and the expansion chamber 7b of the other refrigerator unit 1b are connected to a communication pipe 8 connected in series.
c, connected via a high-temperature side heat exchanger 9a, a regenerator 11, a low-temperature side heat exchanger 10a, and a communication pipe 8b.

【0037】再生器11は本来各冷凍機ユニット1a,
1bのそれぞれに用いられるはずの2つ再生器を一体化
したものである。再生器11は、図3に示すように、波
形の板の上に平板を介して同形状の波形の板を、互いに
波打方向が直交するように順次積み重ねるようにして形
成されたものである。冷凍機ユニット1aの圧縮室3
a,3bからの作動ガスは通路14aを抜け、冷凍機ユ
ニット1bの膨脹室7a,7bからの作動ガスは通路1
3aを抜ける。すなわち、両作動ガスは再生器11内で
交差する(クロスフロー)。
The regenerator 11 originally has the respective refrigerator units 1a,
1b is one in which two regenerators to be used for each of the devices 1b are integrated. As shown in FIG. 3, the regenerator 11 is formed by sequentially stacking corrugated plates of the same shape on a corrugated plate via a flat plate so that the waving directions are orthogonal to each other. . Compression chamber 3 of refrigerator unit 1a
a, 3b passes through the passage 14a, and the working gas from the expansion chambers 7a, 7b of the refrigerator unit 1b passes through the passage 1a.
Exit 3a. That is, both working gases intersect in the regenerator 11 (cross flow).

【0038】図示しない駆動機構のクランク軸が回転す
ると、一方の冷凍機ユニット1aの圧縮ピストン4aと
膨張ピストン4bとが90゜の位相差をもって往復移動
を始め、この冷凍機ユニット1aに対し180゜の位相
差をもって他方の冷凍機ユニット1bが作動する。冷凍
機ユニット1bの圧縮ピストン4aと膨張ピストン4b
とは90゜の位相差をもって往復移動する。
When the crankshaft of the drive mechanism (not shown) rotates, the compression piston 4a and the expansion piston 4b of one of the refrigerator units 1a start reciprocating with a phase difference of 90 °, and move 180 ° with respect to the refrigerator unit 1a. The other refrigerator unit 1b operates with the phase difference of. Compression piston 4a and expansion piston 4b of refrigerator unit 1b
Reciprocates with a phase difference of 90 °.

【0039】圧縮ピストン4aによって圧縮室3a,3
bの作動ガスが圧縮され、膨張ピストン4bによって膨
張室7a,7bの作動ガスが膨張する。
The compression chambers 3a, 3
The working gas of b is compressed, and the working gas of the expansion chambers 7a and 7b is expanded by the expansion piston 4b.

【0040】圧縮室3a,3bの高温の作動ガスが図2
の白矢印で示すように連通路8a,8c,高温側熱交換
器9a,9b、再生器11、低温側熱交換器10a,1
0b及び連通管8b,8dを通じて、膨脹室7a,7b
に送られる。
The hot working gas in the compression chambers 3a and 3b is
As shown by white arrows, the communication paths 8a and 8c, the high-temperature side heat exchangers 9a and 9b, the regenerator 11, and the low-temperature side heat exchangers 10a and 1
0b and the communication pipes 8b and 8d, the expansion chambers 7a and 7b
Sent to

【0041】膨脹室7a,7bの低温の作動ガスが図2
の黒矢印で示すように連通路8b,8d,低温側熱交換
器10a,10b、再生器11、高温側熱交換器9a,
9b及び連通管8a,8cを通じて、圧縮室3a,3b
に送られる。
The low-temperature working gas in the expansion chambers 7a and 7b is shown in FIG.
, The communication paths 8b and 8d, the low-temperature side heat exchangers 10a and 10b, the regenerator 11, the high-temperature side heat exchanger 9a,
9b and the communication chambers 8a and 8c, the compression chambers 3a and 3b
Sent to

【0042】圧縮室3a,3bの高温の作動ガスと膨脹
室7a,7bの低温の作動ガスとは再生器11を通過す
る際に交差するので、圧縮室3a,3bからの作動ガス
は膨脹室7a,7bからの低温の作動ガスによって熱を
奪われ、冷やされて膨脹室7a,7bに送られ、膨脹室
7a,7bからの作動ガスは圧縮室3a,3bからの高
温の作動ガスによって加熱され、暖められて圧縮室3
a,3bに送られる。
Since the high-temperature working gas in the compression chambers 3a and 3b and the low-temperature working gas in the expansion chambers 7a and 7b intersect when passing through the regenerator 11, the working gas from the compression chambers 3a and 3b is not expanded. Heat is taken off by the low-temperature working gas from 7a, 7b, cooled and sent to expansion chambers 7a, 7b, and the working gas from expansion chambers 7a, 7b is heated by high-temperature working gas from compression chambers 3a, 3b. Compressed chamber 3
a, 3b.

【0043】この実施形態のスターリング冷凍機によれ
ば、高温の作動ガスと低温の作動ガスとを交差させるよ
うにしたので、再生器として金網を積層したものや多孔
質の金属材料等の蓄熱式再生器を用いる必要がなく、通
気抵抗が小さく、熱サイクルの時定数も小さいので、高
速運転に有利であり、単位重量当りの冷凍出力を向上さ
せることができる。更に、強制潤滑機構の採用が可能と
なり機械損失が低減されて耐久性の向上を図ることがで
きる。
According to the Stirling refrigerating machine of this embodiment, the high-temperature working gas and the low-temperature working gas intersect with each other. Since there is no need to use a regenerator, the ventilation resistance is small, and the time constant of the heat cycle is small, which is advantageous for high-speed operation, and the refrigeration output per unit weight can be improved. Further, a forced lubrication mechanism can be employed, so that mechanical loss can be reduced and durability can be improved.

【0044】また、一方の冷凍機ユニット1aの再生器
と他方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合した
ので、複数の冷凍機ユニットで構成されたスターリング
冷凍機の小型化を図ることができるとともに、部品点数
を削減することができる。
Also, since the regenerator of one refrigerator unit 1a and the regenerator of the other refrigerator unit are integrally joined, the size of the Stirling refrigerator composed of a plurality of refrigerator units can be reduced. And the number of parts can be reduced.

【0045】なお、この実施形態では、再生器11内で
高温の作動ガスと低温の作動ガスとを交差させるクロス
フロー方式を採用した場合について述べたが、これに代
え、再生器11内で高温の作動ガスと低温の作動ガスと
を対向させるカウンタフロー方式(図示せず)を採用す
るようにしてもよい。
In this embodiment, the case where the cross flow system in which the high-temperature working gas and the low-temperature working gas intersect in the regenerator 11 has been described. A counter flow method (not shown) may be adopted in which the working gas and the low-temperature working gas face each other.

【0046】クロスフロー方式に較べ作動ガス間の接触
面積(伝熱面積)が大きく、作動ガス間の熱交換の効率
が良くなり、冷凍出力がより向上する。
The contact area (heat transfer area) between the working gases is larger than in the cross-flow system, the efficiency of heat exchange between the working gases is improved, and the refrigeration output is further improved.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明のス
ターリング冷凍機によれば、高温の作動ガスと低温の作
動ガスとの間で直接熱交換を行わせるようにして、蓄熱
式の再生器を不要にしたので、再生器の通気抵抗が小さ
く、熱再生サイクルの時定数も小さいので、高速運転が
可能となり、単位重量当りの冷凍出力が向上する。
As described above, according to the Stirling refrigerating machine of the first aspect of the present invention, heat exchange is performed directly between the high-temperature working gas and the low-temperature working gas, and the regenerative heat-storage regeneration is performed. Since a regenerator is not required, the ventilation resistance of the regenerator is small and the time constant of the heat regeneration cycle is also small, so that high-speed operation is possible and the refrigeration output per unit weight is improved.

【0048】また、強制潤滑機構の採用が可能となり機
械損失が低減され、高速運転時の騒音も抑制され、耐久
性は向上し、オイルシールが不要になり、構造が簡単に
なる。
In addition, a forced lubrication mechanism can be employed, so that mechanical loss is reduced, noise during high-speed operation is suppressed, durability is improved, an oil seal is not required, and the structure is simplified.

【0049】更に、一方の冷凍機ユニットの再生器と他
方の冷凍機ユニットの再生器とを一体的に接合したの
で、スターリング冷凍機の小型化、部品点数の削減を図
ることができる。
Further, since the regenerator of one refrigerator unit and the regenerator of the other refrigerator unit are integrally joined, the size of the Stirling refrigerator can be reduced and the number of parts can be reduced.

【0050】請求項2の発明のスターリング冷凍機によ
れば、接合後の再生器で高温の作動ガスと低温の作動ガ
スとがクロスフローになるので、高温の作動ガスと低温
の作動ガスとの間で直接熱交換が行われ、請求項1と同
様の効果を得ることができる。
According to the Stirling refrigerator of the second aspect of the present invention, the high-temperature working gas and the low-temperature working gas cross-flow in the regenerator after joining, so that the high-temperature working gas and the low-temperature working gas are mixed. Direct heat exchange is performed between the two, and the same effect as in claim 1 can be obtained.

【0051】請求項3の発明のスターリング冷凍機によ
れば、接合後の再生器で高温の作動ガスと低温の作動ガ
スとがカウンタフローになるので、高温の作動ガスと低
温の作動ガスとの間で直接熱交換が行われるが、クロス
フロー方式に較べ作動ガス間の伝熱面積が大きく、作動
ガス間の熱交換の効率が良くなり、冷凍出力がより向上
する。
According to the Stirling refrigerator of the third aspect of the present invention, the high-temperature working gas and the low-temperature working gas have a counter flow in the regenerator after joining, so that the high-temperature working gas and the low-temperature working gas are separated. Although heat exchange is performed directly between the working gases, the heat transfer area between the working gases is larger than in the cross flow method, the efficiency of heat exchange between the working gases is improved, and the refrigeration output is further improved.

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

【図1】図1はこの発明の一実施形態に係るスターリン
グ冷凍機の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は作動ガスの流れを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a flow of a working gas.

【図3】図3は再生器の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a regenerator.

【図4】図4は従来のスターリング冷凍機の構造を示す
概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a structure of a conventional Stirling refrigerator.

【図5】図5は従来の4筒水平対向型スターリング冷凍
機の冷凍機ユニットの構造を示す概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the structure of a refrigerator unit of a conventional four-cylinder horizontally opposed Stirling refrigerator.

【図6】図6は図5の冷凍機ユニットを2つ使ったスタ
ーリング冷凍機を示す図である。
6 is a diagram showing a Stirling refrigerator using two refrigerator units of FIG. 5;

【図7】図7は図6のスターリング冷凍機の作動ガスの
流れを説明するための説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a flow of a working gas of the Stirling refrigerator of FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スターリング冷凍機 1a,1b 冷凍機ユニット 3a,3b 圧縮室 4a 圧縮ピストン 4b 膨張ピストン 7a,7b 膨張室 9a,9b 高温側熱交換器 10a,10b 低温側熱交換器 11 再生器 13a,14a 第1連通路 20a,21a 膨張シリンダ 20b,21b 圧縮シリンダ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stirling refrigerator 1a, 1b Refrigerator unit 3a, 3b Compression chamber 4a Compression piston 4b Expansion piston 7a, 7b Expansion chamber 9a, 9b High-temperature side heat exchanger 10a, 10b Low-temperature side heat exchanger 11 Regenerator 13a, 14a 1st Communication passage 20a, 21a Expansion cylinder 20b, 21b Compression cylinder

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも一対の冷凍機ユニットで構成
され、 前記冷凍機ユニットが、作動ガスの圧縮室を構成する圧
縮シリンダと、この圧縮シリンダ内を往復移動する圧縮
ピストンと、前記作動ガスの膨張室を構成する膨張シリ
ンダと、この膨張シリンダ内を往復移動する膨張ピスト
ンと、前記圧縮シリンダに接続された高温側熱交換器
と、前記膨張シリンダに接続された低温側熱交換器と、
前記高温側熱交換器と前記低温側熱交換器との間に設け
られた再生器と、前記圧縮ピストンと前記膨張ピストン
とを所定の位相差をもたせて駆動する駆動機構とを備
え、 一方の前記冷凍機ユニットと他方の前記冷凍機ユニット
とを180゜の位相差をもたせて駆動するスターリング
冷凍機において、 一方の前記冷凍機ユニットの前記再生器と他方の前記冷
凍機ユニットの前記再生器とが一体的に接合されている
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
1. A refrigerator unit comprising at least a pair of refrigerator units, the refrigerator unit comprising a compression cylinder constituting a compression chamber for working gas, a compression piston reciprocating in the compression cylinder, and an expansion of the working gas. An expansion cylinder constituting a chamber, an expansion piston reciprocating in the expansion cylinder, a high-temperature heat exchanger connected to the compression cylinder, and a low-temperature heat exchanger connected to the expansion cylinder.
A regenerator provided between the high-temperature side heat exchanger and the low-temperature side heat exchanger, and a driving mechanism for driving the compression piston and the expansion piston with a predetermined phase difference, In a Stirling refrigerator that drives the refrigerator unit and the other refrigerator unit with a phase difference of 180 °, the regenerator of one refrigerator unit and the regenerator of the other refrigerator unit Are integrally joined.
【請求項2】 一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の
冷凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再
生器で交差することを特徴とする請求項1記載のスター
リング冷凍機。
2. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein the working gas of one refrigeration cycle and the working gas of the other refrigeration cycle are integrally joined and intersect at the regenerator.
【請求項3】 一方の冷凍サイクルの作動ガスと他方の
冷凍サイクルの作動ガスとが、一体的に接合され前記再
生器で対向することを特徴とする請求項1記載のスター
リング冷凍機。
3. The Stirling refrigerator according to claim 1, wherein the working gas of one refrigeration cycle and the working gas of the other refrigeration cycle are integrally joined and face each other in the regenerator.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001208439A (en) * 2000-01-31 2001-08-03 Sony Corp Cooler, heater, and electronic apparatus
JP2001215067A (en) * 2000-02-02 2001-08-10 Sony Corp Cooling device, heating device and electronic apparatus
KR20190135341A (en) 2018-05-28 2019-12-06 한국생산기술연구원 Header of refrigerator for cooling liquid nitrogen
KR20200056963A (en) 2020-05-13 2020-05-25 한국생산기술연구원 Header of refrigerator for cooling liquid nitrogen
WO2020055036A3 (en) * 2018-09-11 2020-06-11 전봉한 Highly efficient heat engine without waste heat

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