TW555950B - Stirling refrigerating machine - Google Patents

Description

555950 五、發明說明（1 ) [發明所屬技術領域] 本發明係關於一種史達林冷凍機。（Starling Refrigerating Machine) 〇 [習知之技術] 寫 本 第3圖為習知之史達林冷凍機之例的概略剖視圖。以 下參照第3圖說明該習知之史達林冷凍機的構成。藉由在 内部具有圓筒狀空間之汽缸1之上述空間内配置排出器2 及活塞3’在形成於上述空間内之壓縮空間6與膨脹空間7 之間設覃再生器8以構成閉迴路，在此閉迴路之動作空間 充填氦等動作氣體，並且以線性電動性（未圖示）等之外部 動力使上述活塞3往軸方向（F方向）往復運動。此活塞; 之往復運動將帶給封入動作空間之上述動作氣體周期性之 壓力變動’同時使排出器2產生軸方向之周期運動。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 排出器桿4,其一端固定於排出器2,同時貫通活塞3， 他端則連接於彈簧5。排出器2，以與活塞3相同之周期且 同之俾相|八缸！内往軸方向做往復運動。排出器2 及活塞3保持適當之位相差運動時，封入上述動作空間内 部之動作氣體，以逆史達林循環構成既知之熱力學循環， 而主要在膨脹空間7内產生冷熱。 隙 1 _做成之矩陣’或撓成圈之環狀間 隙構成’並且具有當動作氣 孔體由壓縮空間6往膨脹空間7 移動時，由動作氣體吸收埶 胳办 …、並予以儲存，當動作氣體由膨 體之蓄熱作用。 將所儲存之熱釋放於動作氣 1 312122 555950 A7 ---— ,^_B7 _ 五、發明說明（2 ) — -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，9為高溫側熱交換器，當動作氣體在壓縮空間被 壓縮時所產生之熱的一部分，介由此高溫側熱交換^θ9釋 放於外部。而10為低溫側熱交換器，當動作氣體在膨脹空 間7膨膦時，介由該低溫側熱交換器1〇由外部吸取熱。 以下，就其動作原理簡單說明。經由活塞3所壓縮之 壓縮空〖曰1 6内之動作氣體，如圖中實線箭號A所示，經由 再生器8往膨脹空間7移動時，介由高溫側熱交換器9將 熱往外部釋放，並以將熱暫儲存於再生器8之形態予以冷 卻。當A部分之動作氣體流入膨脹空間7時，則開始膨脹， 而在该膨取空間7内會產生冷熱。 其次，動作氣體，如圖中虛線箭號Β所示，經由再生 器8返同壓縮空間6時，介由低溫側熱交換器1〇由外部奪 取熱，並將半循環前暫儲存於再生器8之熱回收而進入壓 縮空間6。當大部分之動作氣體返回壓縮空間6時，則再 度開始聲縮而進入下一個循環。藉由如上所述之循環連續 地反覆，可獲得極低溫之冷熱。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^然而，上述再生器8，係使用例如由聚酯等所構成之 薄膜捲成圓筒狀者，但所捲成之薄臈間之間隙有不均，以 致將其使用於史達林冷凍機時，間隙比較大之部分動作氣 體流動多，其餘部分則氣體較難流動，於是產生再生器8 内動作氣體流動不均的問題。結果’因再生器8無法全部 使用於蓄熱，於是再生熱交換效率降低，而招致冷凍機之 性能劣化。 ___而且，充填於汽缸1内之動作氣體有時含有水份，但 本纸張尺“用中國國家標準（CNS)A4規格⑵0 χ 297公爱广-—~....... 2 312122 555950 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 此水份在膨脹空間7内凍結而付著於排出器2，以致排出 器2與丨气缸1之間產生摩擦而阻礙滑動之順暢，此亦為使 冷凍機孓性能劣化之原因。 或者，水份在膨脹空間7内凝縮而流入再生器8之薄 膜間的問隙，並使動作氣體無法流入該間隙部份而使再生 器8全輝無法有效用於蓄熱，此亦成為使冷凍機之性能劣 化之原因。 [發明之概述] 本犛明有鑑於上述習知之問題點而創新者，提供一種 經由改善通過再生器内之動作氣體之流動的不均勻，使再 生熱交換效率獲得提昇之史達林冷凍機為目的。而且，本 發明之目的，在於藉由除去動作氣體中所含水份，以防止 因水份之凝縮•凍結導致冷凍機性能劣化。並且，本發明 之目的在於藉由除去動作氣體中所含之不純物，以防止因 不純物導致堵塞再生器之間隙。 為達到上述目的，本發明提供一種史達林冷凍機，其 係具有活塞與排出器，同轴設置於汽缸内部並以同一周期 且不同相位而於上述汽缸内部向轴方向往復運動；膨脹空 間藉由上述汽缸内部一端側之上述排出器劃分；壓縮空 間，藉由上述汽缸内部之上述排出器與上述活塞劃分；以 及低溫側熱交換器、再生器與高溫側熱交換器，配設在形 成於上述排出器之移動路徑外側之動作媒體的流通路；其 特徵為，在上述再生器的上述膨脹空間側及上述壓縮空間 述再生器相鄰接而用以使通過上 尺1 3 312122 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) --------訂--------- M0. 555950 A7 B7 五、發明說明（4 述再生器内之上述動作媒體之流動均句的整流機構。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之動作媒 體，於即將流入再生器之前通過整流農置。於是，通過再 生器之勒作媒體之流動不均句將藉由整流機構而獲得改 善。 再者，在上述再生器之上述膨脹空間側及上述壓縮空 間側之一方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而用以除去 包含在±述動作媒體中之水份的吸濕機構。 藉由此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之間的動 作媒體，於即將流入再生器之前通過吸濕機構。於是，包 含於動作媒體中之水份將被吸濕機構去除。 在上述再生誇之上述膨脹空間側及上述壓縮空間 側之方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而用以去除包 含於上述動作媒體中之不純物的過濾器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 藉由此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之動作媒 體，在即將流入再生器之前通過過遽器。於是包含於動作 媒體中之不純物將被過濾器去除。 此外，在上述再生器之上述膨脹空間側及上述壓縮空 1側之方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而用以使通 過上述再生器内之上述動作媒體之流動均勻，同時用以除 去包合车上述動作媒體中之水份的整流兼吸濕機構。 藉由此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之間之動 作媒體’在即將流入再生器之前通過整流兼吸濕機構。於 _疋’整濟兼吸濕機構將改善通過再生器之動作媒體的流- 咏ft尺度適規格⑽x 297公笼—— 4 312122 555950

五、發明說明（ 不均勻，同時去除包含在動作媒體中之水份。 再者’在上述再生器之上述膨脹空間侧及上述壓縮空 門側之方或雙方’設置與上述再生器相鄰接而用以使通 過上述再生器内之上述動作媒體的流動均勻，同時除去包 含在上述動作媒體中之不純物的整流機構兼過濾器。 藉此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之間的動作 媒體，於即將流入再生器之前通過整流機構兼過濾器。於 疋，整流兼過濾機構將使通過再生器之動作媒體之流動的 不均勻獲得改善，同時包含於動作媒體中之不純物將被去 再者’在上述再生器之上述膨脹空間側及上述壓縮空 間側之一方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而用以去除 包含於上述動作媒體中之水份及不純物之吸濕機構兼過濾 器。 藉由此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之間的動 作媒體，於即將進入再生器之前通過吸濕機構兼過濾器。 於是’包含於動作媒體中之水份及不純物將被吸濕兼過濾 機構去除。 再者’在上述再生器之上述膨脹空間側及上述壓縮空 間側之一方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而用以使通 過上述再生器内之上述動作媒體之流動均勻，同時用以除 去包含於上述動作媒體中之水份及不純物的整流兼吸濕機 構兼過濾器。 # &此構成，則往復於膨脹空間與壓縮空間之間的動 本，，氏浪尺度過用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 x 297公釐） 312122 (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) -裝--------訂---------. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 555950 A7 五、發明說明（6 作媒體’於即將流入再生器之前通過整流兼吸濕機構。於 疋’整外兼吸濕機構兼過滤器將使通過再生器之動作媒體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之流動的不均勻獲得改善，同時包含於動作媒體中之水份 及不純物將被去除。 上述整流機構、上述吸濕機構、上述過濾器、上述整 流兼吸濕機構、上述整流機構兼過濾器、上述吸濕機構兼 過滤器或上述整流兼吸濕機構兼過濾器，若以具有適當熱 容量之材料形成，則可使這些機構兼具有某程度之蓄熱作 用。 [實施例] 以下參照圖面說明本發明之實施例。第丨圖為本發明 史達林冷凍機之概略剖視圖，第2圖為本發明使用於史達 林冷凍機之整流器的斜視圖。又，第丨圖中，與顯示於第 3圖之習知史達林冷凍機相同之構件付與相同之符號，並 省略詳細說明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖中，除了在再生器8之膨脹空間7側及壓縮空 間6側鄰接没置整流器1丨之外，其餘與顯示於第3圖之習 知史達林冷凍機的構成相同。有關本發明之整流器1丨，如 第2圖所示，為甜甜圈狀之構件，具有約imm至5mm之 厚度。此整流器11為例如由聚氨酯泡沫體構成之過濾器， 其筛目之粗細係調整俾使連結再生器8、冑溫側熱交換器 9、低溫側熱交換器1〇及整流器11α形成動作氣體之流通 路而決定之壓縮空間6與膨脹空間7之間之壓力損失達到 所期待之數值。 氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 312122 費 社 印 製 555950 A7 _— _ B7 五、發明說明（7 ) 驅動如此構成之史達林冷凍機，則如圖中之箭號A或 B，動作氣體由壓縮空間6及膨脹空間7之一方往他方移 動，此時，由於是通過具有阻力之整流器11，所以動作氣 體邊分散於整流器Π之全體邊通過該整流器11内，於是 通過後 < 流速在再生器8之入口處大致相同。藉此，動作 氣體在再生器8内之任何一處均有均勻之流動，所以可獲 得適度之整流功效。 表1顯示配設有該整流器11時與未配設時（亦即第3 圖所示之先行例）之史達林冷凍機之性能係數（c〇p)。此時 之溫度條件設定成高溫側（壓縮空間6側）為3〇〇c、低溫側 (膨脹空間7側）為-23°C。 [表1] 整流器 由表1可明顯獲得証實，藉由配設整流器i丨，則通過 =生器8内之動作氣體之流動獲得均勻化，而再生器u :有效使用於蓄熱之結果’冷凍機之性能獲得提昇。 體！然，整流器11之材料’並非只受限於聚氨醋泡泳 之功;;要是具有屢力損失不高之適當筛孔者，可獲得同樣 吸水二整二器::之材料’經由採用具有優良之吸濕性· :297公釐巧~ 之外，更可 312122 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁〕 C--------訂 ί 7

555950 五、發明說明（8 ) 去除包含在動作氣體中之水份。 如此之材料，可舉例如：綿、羊毛、絲綢、人造絲、 乙酸醋、纖維素、親水性/吸水性聚醋、吸濕性/吸水性尼 龍等之織維，或交聯聚丙烯酸鹽系纖維等之高吸水性高分 子材料、沸石、一氧化硅、硅藻土、水鋁英石硅酸鋁、 磷酸锆，多孔質金屬材料等之多孔質材料等。 k些材料中，藉由纖維加工成板狀或蜂窩狀或瓦楞狀 等，而非纖維則燒固成甜甜圈狀或將粉末與黏合劑一起以 不織布挾住固定，而可容易作成如第2圖所示形狀之吸濕 性的整流器11。 對如此作成之整流器u預先給予充分乾燥之後，如第 1圖所平，透過裝設於冷凍機内，則可吸取包含於動作氣 體内之水份，或即使水份凝縮亦可儘速吸取，而可防止因 水伤在膨脹空間7側凍結而付著於排出器2等以致冷凍機 之冷凍性能降低，或可防止因水份在膨脹空間7内凝縮堵 住再生器8之薄膜間之間隙以致冷凍性能降低。而，除了 如上述使整流器11兼具整流性及吸濕性者之外，使整流器 與吸濕辑件分開形成之構成亦可。 又，用於整流器11之材料，經由採用沸石或濾紙等， 除了可獲得如上所述之動作氣體的整流功效及吸濕•吸水 功效之外，尚可吸著·除去由動作氣體媒介之構件的切削 屑或由構件表面所剝離之塗層料等之不純物，而可防止這 些不純物堵住再生器8之篩孔以致冷凍機之性能降低。 而’除了如上述使整流器11兼具整流性及吸濕•吸水性以 不紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） 312122 -—ϋ I i-ϋ ϋ i^i n ·ϋ ϋ · i_i 1_1 I ϋ ^1 ·ϋ 一 0、· ϋ —ϋ a (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 555950 A7

五、發明說明（9 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 及過濾器功能外，由整流器、吸濕構件及過濾器之中，適 當選擇兩個予以組合，或三者均為分別之構成亦可。 而且，將整流器11以具有適當熱容量之材料（例如聚 酯系之材料）構成，則不只再生器8,連整流器u亦可有 某程度之蓄熱功效，可提昇再生熱交換效率。 又，本實施例，係就再生器之膨脹空間側及壓縮空間 側之雙方设置整流器之情形予以說明，但未必雙方均須設 置，而只设置於其中之任一方亦可。此時，可減少構件點 數，而使成本降低。 根據上述說明，可知對於本發明可做種種之修飾或變 形。所以，本發明並非受限於具體之記述，而應解釋為在 所添付之申請專利範圍内可實施者。 [產業上之可利用性] 如上所述，根據本發明，由於鄰接於往復在形成於史 達林冷凍機之汽缸内之膨脹空間與壓縮空間之間形成動作 媒體之流通路的再生器，設置為使上述動作媒體之流動均 勻的整流裝置，使得通過上述再生器内之動作媒體之流動 不均勻獲得改善，所以可使再生熱交換效率提昇，進而可 使冷凍機之性能提高。 而且，根據本發明，則由於使整流裝置作成具有將含 於動作媒體中之水份去除之吸濕作用之整流兼吸濕裝置， 而可防止因水份在膨脹空間側凍結所形成之冷凍機性能降 低’或可防止因水份在膨脹空間7内凝縮而堵塞再生器8 之薄膜間的間隙所形成之冷凍性能降低。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 9 312122 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- 訂---------線邊 555950 A7 _ B7_五、發明說明（10 ) [圖面之簡單說明] 第1圖為本發明史達林冷凍機之概略剖視圖。 第2圖為使用於本發明之史達林冷凍機的整流器斜視 第3圖為習知之史達林冷凍機之例的概略剖視圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) to裝 n I ϋ n n ϋ 1 —r i^i in n -\=0 線·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用T國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 312122

Claims (1)

1. 555950 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 · 一種史達林冷凍機，係具有： 活塞與排出器，同軸設置於汽缸内部並以同一周期 且不同相华’於上述汽缸内部以軸方向往復運動； 膨脹空間，藉由上述汽缸内部 n^ 端側之上述排出器 劃分； 壓縮空間，藉由上述汽缸内邱 又円邙之上述排出器與上述 活塞劃分；以及 低溫側熱交換器、再生哭愈古 興回溫側熱交換器，配設 在形成於上述排出器之移動路菸 夕勒路徑外側之動作媒體的流 通路； 其特徵為，在上述再夺5§从L ^ 的上述膨脹空間側及上述 、縮工間側之-方或雙方，設置與上述再生器相鄭接而 用以使通過上述再生器内之上述動作媒體之流動均勻 的整流機構。 2·如申請專利範圍第丨項之史逵 、+ ^ 心文運林冷凍機，其中，上述整 k機構係由具有蓄熱作用之材料構成。 一種史達林冷凍機，係具有： 活塞與排出器，同軸設置 罝於/飞缸内部並以同一周期 且不同相华，於上述汽缸内部 飞Ν哔以輛方向往復運動； 膨脹空間，藉由上述汽缸内 〜\ # 一端侧之上述排出器 劃分； 壓縮空間，藉由上述汽缸內立 ^ ^ ^ 飞内邛之上述排出器與上述 活塞劃分；以及低溫側熱交換器、再生考盥古、w ______ 益與回溫側熱交換器，配設 本紙張 ----- 11 312122 3. ------------·裝----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -I I ^ ·1111111 ·#· 555950 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 A8 B8 C8 D8 /、、申請專利範圍 在形成於卜、+、u 、迷排出器之移動路徑外侧之動作媒體的流 通路； ’、特徵為，在上述再生器的上述膨脹空間侧及上述 塗、％空間側之_古充雔 、 ^ 方或雙方，S又置與上述再生器相鄰接而 用Μ去除包含於上述動作媒體中之水份的吸濕機構。 •如申請專利範圍第3項之史達林冷耗，其中，上述吸 濕機構係由具有蓄熱作用之材料構成。 5·種史達林冷凍機，係具有： 活塞與排出器，同軸設置於汽缸内部並以同一周期 不同相位，於上述汽缸内部以軸方向往復運動； 膨脹空間，藉由上述汽缸内部一端側之上述排出器 劃分； 壓縮空間，藉由上述汽缸内部之上述排出器與上述 活塞劃分；以及 低‘側熱父換器、再生器與高溫側熱交換器，配設 在开/成於上述棑出器之移動路徑外側之動作媒體的流 通路； 其特徵為’在上述再生器的上述膨脹空間側及上述 壓縮空間側之一方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而 用以去除包含於上述動作媒體中之不純物的過濾器。 6·如申請專利範圍第5項之史達林冷凍機，其中，上述過 濾莽係由具有蓄熱作用之材料構成。 7 · —種史達林冷凍機，係具有： 活塞與棑出器，同軸設置於汽缸内部並以同一周期 312122 ------------φ Μ-----l· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--- 555950 A8 B8 C8 D8 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製I /、、申清專利範圍 不同相位，於上述汽缸内部以軸方向往復運動； 膨脹空間，藉由上述汽缸内部一端側之上述排出器 劃分； 壓縮空間，藉由上述汽缸内部之上述排出器與上述 活塞劃分；以及 ，低泽側熱交換器、再生器與高溫側熱交換器，配設 在形成於上述排出器之移動路徑外側之動作媒體的流 通路； 其特徵為，在上述再生器的上述膨脹空間側及上述 麗縮空間側之一方痞锥方凡 不A雙方，5又置與上述再生器相鄰接而 用以使通過上述再生器内之上述動作媒體流動均勻同 時去除包含於上述動作媒體中之水份的整流兼吸濕機 構。 8.如申請專利範園第7項之史達林冷;東機，其中，上述整 流兼吸濕機構係由具有蓄熱作用之材料構成。 一種史達林冷凍機，係具有·· 活塞與排出器’同軸設置於汽缸内部並以同一周期 且不同相位’於上述汽虹内部以軸方向往復運動； 膨服空間，藉由L4 * 稽田上述A缸内部一端側之上述排出器 劃分； 壓縮空間，藉由上述汽叙内部之上述排出器與上述 活塞劃分；以及 低溫側熱交換器、再生器與高溫側熱交換器，配設 (_____^形成於上述排出器之移動路徑外側之動作媒體的流 中―家標準（CNSU4 規^7^77^7^-一~—_一 請 先 閱 讀 背 之 注 意Ιφ!裝 頁I 訂 9. 13 312122 555950 B8 C8 D8

   六、申請專利範圍 通路； 其特欲為，在上述再★ 5¾沾l、上# 生器的上述膨脹空間側及上述 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 壓縮空間側之一方或雙方，設 m 又置與上述再生器相鄰接而 用以使通過上述再生器内之卜 円之上述動作媒體之流動均 勻’同時去除包含於上述動作 ^ I動作媒體中之不純物的整流機 構养過濾器。 10·如申請專利範圍第9項之請林冷柬機，其中，上述整 流樽構兼過濾器係由具有蓄熱作用之材料構成。 Π · —種史達林冷凍機，係具有： 活塞與排出器，同轴設置於汽缸内部並以同一周期 且不同相位，於上述汽缸内部以軸方向往復運動； 膨脹空間，藉由上述汽缸内部一端侧之上述排出器 劃分； 壓縮空間，藉由上述汽缸内部之上述排出器與上述 活塞劃分；以及 低潭側熱交換器、再生器與高溫側熱交換器，配設 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在形成於上述排出器之移動路徑外側之動作媒體的流 通路； 其特徵為，在上述再生器的上述膨脹空間側及上述 壓縮空間側之一方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而 用以去除包含於上述動作媒體中之水份及不純物之吸 濕機ί構兼過濾器。 12·如申請專利範圍第u項之史達林冷凍機，其中，上述 吸濕機缉兼過濾器係由具有蓄熱作用之材料構成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公釐〉 14 312122 六、申請專利範圍 13·—種史達林冷凍機，係具有： 活塞與拂出器’同軸設置於汽 且不同相位，於上述汽缸時 部並㈣一周期 ^ , 軸方向彺復運動； 勝脹工間，藉由上述汽缸 劃分； 1哔端側之上述排出器 壓縮空間，藉由上述汽缸 π 、 飞缸内一之上述排出器與上述 活塞劃分；以及 ^ 低择侧熱交換器、再生器與高溫側熱交換器，配設 在形成於上述排出器之移動路徑外側之動作媒體的流 通路； tr 其特徵為，在上述再生器的上述膨脹空間側及上述 壓縮空間側之一方或雙方，設置與上述再生器相鄰接而 用以使通過上述再生器内之上述動作媒體之流動均 勻’同時去除包含於上述動作媒體中之水份及不純物的 整流兼吸濕機構兼過濾器。 14·如申請專利範圍第13項之史達林冷凍機，其中，上述 整流兼吸濕機構兼過濾器係由具有蓄熱作用之材料構 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 成0 312122 ^尺度適用中國國家係準（CNS)A4規袼（210 X 297