JP2003042576A

JP2003042576A - 作動ガス注入用カップラの取付構造

Info

Publication number: JP2003042576A
Application number: JP2001223586A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sakamoto; 泰生坂本; Kazuya Sato; 里　　和哉; Takayuki Mizuno; 隆行水野; Eiju Fukuda; 栄寿福田; Takehiro Nishikawa; 剛弘西川; Takashi Harako; 貴志原子; Tetsuya Kato; 哲也加藤; Hiroshi Nishikawa; 弘西川; Denji Mashita; 傳二真下
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】スターリング冷凍機の振動に対して作動
ガス注入用カップラの締め付け用ねじのゆるみ止めを行
い作動ガスのリークを防止する。【解決手段】カスターリング冷凍機の作動ガス供給パ
イプ５４をカップラ５３、６０に締め付けてナット６
４、６７で締着して取付け、カップラ５３、６０をカッ
プラ取付金具５２、５２に載置し、締め付けねじ６４、
６７にカップラ防振用金具６５、６８を当接するように
して締め付けねじ６４、６７がゆるまないようにして固
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング冷凍
機、スターリングエンジン等のスターリング熱機関に関
し、特にスターリング熱機関に作動ガスを注入するため
に作動ガス源からのパイプを接続するためのカップラで
あって、防振用金具が取り付けられたカップラの取付構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境問題におけるフロン代替
の冷凍装置として、又従来の冷却装置より使用温度が広
範囲で、従って、冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラ等
の業務用又は家庭用の冷熱利用機器をはじめとして、低
温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験
装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存
装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等のあら
ゆる産業分野の冷熱利用機器に適用可能な、コンパクト
で、しかも成績係数が高く、エネルギー効率が良好とな
る冷凍機として、スターリング冷凍機が脚光を浴びてい
る。

【０００３】このようなスターリング冷凍機等のスター
リング熱機関のクランク室及びバッファ室（圧縮シリン
ダや膨張シリンダ内におけるピストンの背面側の空間）
に作動ガスを注入するためのカップラが設けられてお
り、このカップラを作動ガスの供給源に接続して作動ガ
スを内部に注入することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、作動ガス注
入用のカップラはスターリング熱機関の本体から離して
設けるが、それでもスターリング熱機関の動作中はその
振動の影響を受けて、カップラの締着用ねじ（具体的に
は、ナット等）がゆるんで、作動ガスのリークが生じる
という問題があった。

【０００５】本発明は、このような問題を解決すること
を目的とするものであり、カップラにおける締め付けね
じのゆるみを阻止して作動ガスのリークを防止すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、作動ガス供給源からの作動ガス供給パイプ
を接続し、スターリング熱機関に作動ガスを注入するた
めのカップラの取付構造であって、上記カップラは、作
動ガス供給パイプを締め付けて接続する締め付けねじを
有しており、カップラ取付金具上にカップラ防振用金具
とともに固定されて成ることを特徴とする作動ガス注入
用カップラの取付構造を提供する。

【０００７】上記カップラ防振用金具は、カップラ取付
金具上に、上記締め付けねじに当接して該ねじがゆるま
ないように固定されて成る構成としてもよい。

【０００８】上記カップラは、スターリング熱機関のク
ランク室やバッファ室に、作動ガスを注入するカップラ
に適用される。

【０００９】上記防振用金具は、断面門型のフランジ付
き部材の構成としてもよい。

【００１０】上記防振用金具は、一対の断面Ｌ型部材の
構成としてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づき図面を参照して以下に説明する。図１〜図３は、本
発明の適用されるスターリング熱機関として、スターリ
ング冷凍機で説明する図であり、図１はスターリング冷
凍機１の全体構成を説明する正面図である。図２はスタ
ーリング冷凍機１の要部を説明する図であり、図３は一
部が断面の側面図を示す図である。

【００１２】スターリング冷凍機１の本体をなすハウジ
ング２は、鋳物で形成され、その内部は密閉状態に保持
され作動ガスが封入されている。このハウジング２内に
は、区画壁３を介して互いに連通するモータ室４とクラ
ンク室５とを有する。このモータ室４には正逆回転可能
なモータ６が配設されており、又クランク室５には、モ
ータ６で回転駆動されるクランクシャフト７、コンロッ
ド８、９と、クロスガイドヘッド１０、１１等の駆動機
構が配設されている。

【００１３】クランクシャフト７の二つのクランク部１
２、１３は、モータ６の正転時にクランク部１３がクラ
ンク部１２より先行して移動するように、位相差を付け
て形成されている。この位相差は、一般的には約９０度
の位相差が採用される。クランク部１２、１３には、コ
ンロッド８、９が取り付けられ、さらにこのコンロッド
８、９にクロスガイドヘッド１０、１１が取り付けられ
ている。

【００１４】ハウジング２におけるクランク室５の上部
には、座部１４を介してシリンダブロック１５がボルト
１６で取付られている。シリンダブロック１５は、圧縮
シリンダ１７を形成するとともに、膨張シリンダ１８の
一部（下部）を形成している。

【００１５】圧縮シリンダ１７内では圧縮ピストン１９
が往復動する。圧縮シリンダ１７内の圧縮ピストン１９
の上方空間（圧縮空間）が高温室２０であり、この中で
作動ガスは圧縮されて高温となる。圧縮ピストンロッド
２１は、圧縮ピストン１９とクロスガイドヘッド１０を
連結し、クランク室５から圧縮シリンダ１７へ伸びるよ
うに設けられている。オイルシールベローズ２２が圧縮
ピストンロッド１９とハウジング２の上部の間に取り付
けられ、圧縮シリンダ１７とクランク室５の間をシール
し、クランク室５からの油上がりを防止している。

【００１６】一方、膨張シリンダ１８は、その下部は上
述の通りシリンダブロック１５で構成し、その上部は、
後述する放熱用熱交換器２９の内側シリンダ２３と冷却
用熱交換器の内筒２４とから構成している。この膨張シ
リンダ１８内を膨張ピストン２５が往復摺動しており、
膨張シリンダ１８における膨張ピストン２５の上方空間
（膨張空間）が低温室２６であり、この中で作動ガスが
膨張し低温となる。

【００１７】膨張ピストンロッド２７は、膨張ピストン
２５とクロスガイドヘッド１１とを連結し、クランク室
５から膨張シリンダ１８内に伸びている。オイルシール
ベローズ２８が、膨張ピストンロッド２７とハウジング
２の上部の間に取り付けられ、膨張シリンダ１８とクラ
ンク室５の間をシールしクランク室５からの油上がりを
防止している。膨張ピストン２５は、圧縮ピストン１９
より９０度の位相だけ先行して移動する。

【００１８】膨張シリンダ１８を囲むように、放熱用熱
交換器（高温側熱交換器）２９、再生器３０及び冷却用
熱交換器（低温側熱交換器）３１が互いに連通して環状
に配設されている。放熱用熱交換器２９の下端、かつ膨
張シリンダ１８の周囲に、マニホールド（作動ガス用の
流路）３２が形成されている。

【００１９】そして、圧縮シリンダ１７の上端部には、
高温室２０とマニホールド３２とを連通する連通孔３３
が形成されている。高温室２０と低温室２６は、連通孔
３３、マニホールド３２、放熱用熱交換器２９、再生器
３０及び冷却用熱交換器３１を通して互いに順次連通す
るように構成されている。

【００２０】シリンダブロック１５は、その上部に放熱
用熱交換ハウジング３４を有する。この放熱用熱交換ハ
ウジング３４と内側シリンダ２３との間には、熱交換器
筒３７が嵌合し、放熱用熱交換器（高温側熱交換器）２
９を構成している。熱交換器筒３７は、その内面には、
作動ガスの流路を形成する細溝３５を有し、外面に放熱
フィン３６を有する。

【００２１】作動ガスは細溝３５を通り、放熱用熱交換
ハウジング３４と放熱フィン３６との間の放熱路３８は
冷却水が流れこれにより、作動ガスの温熱が冷却水に放
熱される。シリンダブロック１５の左右両側面には、蓋
板３９が水密的に固定されており、この蓋板３９とシリ
ンダブロック１５との間に冷却水路４０を形成してい
る。この冷却水路４０は、入口４１と通して放熱路３８
に連通するとともに、圧縮シリンダ１７及び膨張シリン
ダ１８を囲むように形成されている。

【００２２】放熱路３８に冷却水の流入口４２が設けら
れており、冷却水路４０には流出口４３が設けられ、流
入口４０と流出口４３は、図示はしないが、冷却水循環
路及び冷却水循環用ポンプを介して、冷却ファンを有す
る空冷の放熱器（ラジエータ）に接続されている。

【００２３】内筒２４の下部は、内側シリンダ２３と嵌
合し膨張シリンダ１８の一部を構成しているが、この内
筒２４の上部外周側に冷却用熱交換ハウジング４４が配
設され、シリンダブロック１５に着脱可能に固着されて
いる。冷却用熱交換ハウジング４４は、その内面には複
数の細溝４５を有し、内筒２４と嵌合して作動ガス流路
４６を形成し、その外面には冷却フィン４７を有する。
これにより、冷却用熱交換器（低温側熱交換器）３１を
構成している。

【００２４】この冷却用熱交換器３１は、本発明のスタ
ーリング冷凍機の冷熱を利用する冷熱利用機器の冷熱冷
媒の冷却を行う。冷熱冷媒としては、空気、水、アルコ
ール、ＨＦＥ、ＰＦＣ等が使用される。

【００２５】内筒２４と冷却用熱交換ハウジング４４と
の間の環状空間には、金属メッシュ等の蓄冷材から成る
再生器３０が配設されている。

【００２６】オイルシールベローズ２８と膨張ピストン
２５との間の空間（オイルシールベローズ２５と圧縮ピ
ストン１５との間の空間についても同じ）は、バファ空
間（バッファ室）４８と呼ばれている。バッファ空間４
８は後述するとおり管４９及び連結ブロック６３を介し
てバッファタンク５１に接続され、バッファタンク５１
は、管５０によりハウジング２のクランク室５に接続さ
れている。

【００２７】本発明は、以上のような構成のスターリン
グ冷凍機において次のような構成を特徴とする。図４
は、図１のスターリング冷凍機１を裏側から見た図（背
面図）で、特にスターリング冷凍機１の全体の輪郭を示
している。図５は、スターリング冷凍機１の作動ガスを
供給するためのカップラを説明する要部を示し、図５
（ａ）はその平面図であり、図５（ｂ）はその側面図で
あり、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。

【００２８】バッファタンク５１の下部にカップラ取付
金具５２を介して、クランク室５に作動ガスを注入する
ためのカップラ５３が取り付けられている。作動ガス供
給の際には、カップラ５３には、外部の作動ガス供給源
に接続された作動ガス供給パイプ５４が締め付けナット
６４（本実施例では締め付けねじの一例として示されて
いる。）で着脱自在に接続される。

【００２９】カップラ５３には連結パイプ５５の一端が
接続されており、その他端は、取付ブロック５６に接続
されている。取付ブロック５６は通孔５７を有し、この
通孔はハウジング２の貫通孔５７’を通してクランク室
５に連通している。連結パイプ５５は、取付ブロック５
６の通孔５７を介してハウジング２内に連通している。
取付ブロック５６には、圧力センサ取付金具５８が固定
されており、この圧力センサ取付金具５８によって圧力
センサ５９が取り付けられている。

【００３０】カップラ５３の上方には、バッファ室４８
に作動ガス注入するためのカップラ６０がカップラ取付
金具６１で取り付けられている。カップラ６０は連結パ
イプ６２で連結ブロック６３に接続され、さらに管４９
でスターリング冷凍機１のバッファ室４８に接続されて
いる。連結ブロック６３は、バッファタンク５１に管４
９で接続されている。

【００３１】バッファ室４８に作動ガス供給の際には、
カップラ５３と同様にカップラ６０には、外部の作動ガ
ス供給源に接続された作動ガス供給パイプ５４が締め付
けナット６７（本実施例では締め付けねじの一例として
示されている。）で着脱自在に接続される。

【００３２】カップラ５３は、カップラ取付金具５２に
固定されているが、図４（ｃ）に示すよう、このカップ
ラ５３を左右上下から挟持しカップラ５３の締め付けナ
ット６４に当接するように断面門型のフランジ付き防振
用金具６５がカップラ取付金具５２にボルト６６で取り
付けられている。

【００３３】同様に、カップラ６０は、カップラ取付金
具６１に固定されているが、このカップラ６０を左右上
下から挟持しカップラ６０の締め付けナット６７に当接
するように、断面門型のフランジ付き防振用金具６８が
カップラ取付金具６１にボルト６９で取り付けられてい
る。

【００３４】（作用）次に、本発明の上記実施例のスタ
ーリング冷凍機の作用を説明する。モータ６によってク
ランクシャフト７が正方向に回転し、クランク室５内の
クランク部１０、１１が９０度位相がずれて回転する。
このクランク部１０、１１に連結されたコンロッド８、
９、クロスガイドヘッド１９、１１、圧縮ピストンロッ
ド１７及び膨張ピストンロッド２３を介して、圧縮ピス
トン１９及び膨張ピストン２５が、互いに９０度の位相
差をもって往復動する。

【００３５】膨張ピストン２５が９０度先行して上死点
付近でゆっくりと移動中、圧縮ピストン１９は中間付近
を上死点に向かって急速に移動して作動ガスの圧縮動作
を行う。圧縮された作動ガスは、連通孔３３及びマニホ
ールド３２を通り放熱用熱交換器２９の細溝３５内に流
入し、放熱路３８を流れる冷却水に放熱する。さらに作
動ガスは、再生器３０に蓄熱された冷熱で冷却され、細
溝４５内を通って低温室２６（膨張空間）内に流入す
る。

【００３６】圧縮ピストン１９が上死点近辺でゆっくり
と移動している時に膨張ピストン２５は急激に下死点に
向かって移動し、低温室２６（膨張空間）に流入した作
動ガスは急激に膨張し冷熱が発生する。これにより冷却
用熱交換器３１を含むヘッド部（コールドヘッドと言
う。）４８は冷却されて低温となる。

【００３７】そして、冷却用熱交換器３１において、冷
却フィン４７に接する冷熱利用機器用の冷熱冷媒を冷却
する。膨張ピストン２５が下死点から上死点に移動する
ときには圧縮ピストン１９は中間位置から下死点に向か
っており、作動ガスは低温室２６より冷却用熱交換器の
細溝４５を通り再生器３０に流入し作動ガスの有する冷
熱を再生器３０に蓄熱する。再生器３０に蓄熱された冷
熱は、上記のように高温室２０から放熱用熱交換器２９
を通して送られてくる作動ガスを、再度冷却するために
再利用される。

【００３８】そして、冷却用熱交換器において冷却され
た冷熱冷媒は、流出パイプ７０から各種の冷熱利用機器
に送られて冷却に利用される。例えば、冷熱冷媒は、冷
凍庫等の冷熱利用機器内の冷熱冷媒用配管に送られ、冷
熱利用機器内で冷凍あるいは冷却作用を行う。そして冷
熱利用機器から冷却用熱交換器３１に流入パイプ７１を
通って循環して戻され、再度冷却される。

【００３９】放熱器（ラジエータ）から送られてくる冷
却水は、流入口４２から放熱用熱交換器３８内に流入
し、放熱路３８を通過して作動ガスを冷却する。さら
に、この冷却水は冷却水路４０に流入し、圧縮シリンダ
１７及び膨張シリンダ１８の周囲を流れる。これによっ
て、シリンダブロック１５の内側に形成されている圧縮
シリンダ１７及び膨張シリンダ１８を周囲から冷却す
る。この後、冷却水は、流出口４３から流出して、放熱
器のおいて冷却ファンで冷却され、再度、放熱用熱交換
器２９へと循環する。

【００４０】バッファタンク５１は、バッファ空間４８
とハウジング２を均等な圧力とし、バッファ空間４８内
の圧力変動を吸収するとともに、ハウジング２内の圧力
変動を吸収し、バッファ空間にその影響を及ぼさないよ
うな緩衝機能を有する。

【００４１】スターリング冷凍機１が作動すると機械振
動が生じるが、この振動で通常はカップラ５３、６０の
締め付けナット６４、６７がゆるみやすいが、本発明で
は、カップラ５３、６０を左右上下から挟持し、カップ
ラ５３の締め付けナット６４、６７に当接するように断
面門型のフランジ付き防振用金具６５、６８を取り付け
たので、締め付けナット６４、６７がゆるむことが防止
され、さらにダイナミックダンパとしても機能する。そ
の結果、カップラ５３、６０のゆるみが生じないので、
作動ガスのリーク（漏れ）が防止できる。

【００４２】以上、本発明の実施の形態を実施例に基づ
いて説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるこ
となく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でい
ろいろな実施例があることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】本発明は以上のような構成であるから、
スターリング冷凍機等の熱機関の動作中にその振動の影
響を受けても、防振機能を生じ、カップラの締着用ナッ
ト（締め付け用ねじ）がゆるむことが阻止され、作動ガ
スのリークが生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスターリング冷凍機の全体構成を
説明するための正面図である。

【図２】図１のスターリング冷凍機の要部を示す図であ
る。

【図３】本発明に係るスターリング冷凍機を説明する一
部破断側面図である。

【図４】本発明に係るスターリング冷凍機の背面図であ
る。

【図５】図４のスターリング冷凍機の要部を示す図であ
る。。

【符号の説明】

１スターリング冷凍機２ハウジング４モータ室５クランク室６モータ７クランクシャフト１５シリンダブロック１７圧縮シリンダ１８膨張シリンダ２０高温室２２（圧縮側）オイルシールベローズ２６低温室２８（膨張側）オイルシールベローズ２９放熱用熱交換器３０再生器３１冷却用熱交換器３４（シリンダブロックの）放熱用熱交換ハウジン
グ４４冷却用熱交換ハウジング４８バッファ室５１バッファタンク５２、６１カップラ取付金具５３カップラ（クランク室用）５４作動ガス供給パイプ５５連結パイプ５６取付ブロック５７通孔５８圧力センサ取付金具５９圧力センサ６０カップラ（バッファ室用）６２連結パイプ６３連結ブロック６４、６７締め付けナット６５、６８防振用金具６６、６９ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野隆行大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者福田栄寿大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西川剛弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者原子貴志大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者加藤哲也大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西川弘大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者真下傳二大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動ガス供給源からの作動ガス供給パ
イプを接続し、スターリング熱機関に作動ガスを注入す
るためのカップラの取付構造であって、上記カップラは、作動ガス供給パイプを締め付けて接続
する締め付けねじを有しており、カップラ取付金具上に
カップラ防振用金具とともに固定されて成ることを特徴
とする作動ガス注入用カップラの取付構造。
【請求項２】上記カップラ防振用金具は、カップラ
取付金具上に、上記締め付けねじに当接して該ねじがゆ
るまないように固定されて成ることを特徴とする請求項
１記載の作動ガス注入用カップラの取付構造。
【請求項３】上記カップラは、スターリング熱機関
のクランク室又はバッファ室に、作動ガスを注入するカ
ップラであることを特徴とする請求項１又は２記載の作
動ガス注入用カップラの取付構造。
【請求項４】上記防振用金具は、断面門型のフラン
ジ付き部材であることを特徴とする請求項１、２又は３
記載の作動ガス注入用カップラの取付構造。
【請求項５】上記防振用金具は、一対の断面Ｌ型部
材であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
の作動ガス注入用カップラの取付構造。