JP2815030B2 - 逆スターリングサイクル冷凍機 - Google Patents

逆スターリングサイクル冷凍機

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JP2815030B2
JP2815030B2 JP3133107A JP13310791A JP2815030B2 JP 2815030 B2 JP2815030 B2 JP 2815030B2 JP 3133107 A JP3133107 A JP 3133107A JP 13310791 A JP13310791 A JP 13310791A JP 2815030 B2 JP2815030 B2 JP 2815030B2
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恵司 大嶋
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Fuji Electric Co Ltd
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    • 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
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に極低温の発生に用
いられる逆スターリングサイクル冷凍機に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の逆スターリングサイクル冷
凍機の構造の一例を示す断面図である。1は作動ガスの
圧縮機で、圧縮シリンダ2と、この圧縮シリンダ2内を
往復動自在な圧縮ピストン3を備え、その一端に圧縮空
間4が形成されている。圧縮シリンダ2の外周に、円筒
形の内側ヨーク5と円筒形の外側ヨーク6とが設けら
れ、これらの間の一端部に円筒形の永久磁石7が設けら
れ、他端部に円筒形の空隙8が形成され、この空隙8に
磁場が形成される。空隙8の中には軸方向に往復駆動す
る円筒形の可動コイル10が設けられる。内側ヨーク
5,外側ヨーク6,永久磁石7とで界磁極9が構成さ
れ、この界磁極9と可動コイル10とでリニア形の駆動
モータ11が構成されている。この可動コイル10と前
記圧縮ピストン3とは連結体12によって結合され、こ
の結合された部材は支持ばね13によって支持されてい
る。これら圧縮シリンダ2,圧縮ピストン3,リニア形
の駆動モータ11,連結体12および支持ばね13は、
作動ガスが封入され、かつこの作動ガスのバッファ空間
14が残された密閉容器15内に収容されている。可動
コイル10は接続リード16および密封端子17を介し
て外部の電源に接続される。
【0003】18は作動ガスの膨脹器で膨脹シリンダ1
9とこの膨脹シリンダ19内を往復動自在なディスプレ
ーサ22を備えている。膨脹シリンダ19の一端は低温
部20によって気密に密閉され、膨脹空間21が形成さ
れる。この膨脹空間21を挟んで前記ディスプレーサ2
2が配置され、このディスプレーサ22は支持ばね24
によって支持されている。ディスプレーサ22はその内
部に、例えばステンレス鋼製の金網で作られた蓄冷器2
3が設けられてその一端は膨脹空間21に他端は保持体
25内の空間26にそれぞれ開口している。
【0004】圧縮機1の圧縮シリンダ2の圧縮空間4と
膨脹器18の膨脹シリンダ19の膨脹空間21とはディ
スプレーサ22の蓄冷器23と保持体25内の空間26
を介し、冷却フィン27が設けられた接続管28で連通
されている。
【0005】圧縮ピストン3がリニア形の駆動モータ1
1の駆動により圧縮シリンダ2内を往復動するとこれに
よって生じた作動ガスの流れがディスプレーサ22内の
蓄冷器23を通過するとき、その流体抵抗によって生じ
た力によってこのディスプレーサ22は膨脹シリンダ1
9内を往復動する。ディスプレーサ22の質量,蓄冷器
23の流体抵抗および支持ばね24によって振動系が構
成されており、圧縮ピストン3の往復動周期を適当に選
定することにより、ディスプレーサ22と圧縮ピストン
3とは相互に異なった位相で同期的に往復動する。圧縮
ピストン3とディスプレーサ22とが相互に異なった位
相で同期的に往復動するとき、作動媒体は交互に圧縮と
膨脹を繰り返し、膨脹シリンダ19の膨脹空間21に低
温を発生する。この低温は蓄冷器23に蓄えられ、膨脹
空間21に接する低温部20に一定の低温が形成され
る。
【0006】
【発明が解決しようする課題】前述の逆スターリングサ
イクル冷凍機においては、駆動モータの出力を大きくす
るために、その界磁極の空隙長はできるだけ短くし、か
つ可動コイルはこの空隙内一杯の大きさとしている。従
って可動コイルと界磁極の磁極との間隔は非常に小さ
く、例えば数百ミクロン程度のものとなっている。この
ため図2に示すように圧縮ピストン3,圧縮シリンダ
2,界磁極9,可動コイル10,可動コイル10と膨脹
ピストン3の連結体12により、空間29あるいは空間
30が形成され、これら空間は可動コイル10と界磁極
9の磁極との間の非常に小さい間隙によって作動ガスの
バッファ空間14に連通されたものとなっている。
【0007】従って圧縮ピストン3,可動コイル10お
よびこれらの連結体12とからなる部材が往復動すると
き、前記の空間29,30中の作動ガスは、非常に小さ
い間隙を介してバッファ空間14との間を移動するの
で、空間29,30とバッファ空間14との間を移動す
るときの流体抵抗により圧縮仕事が発生する。この圧縮
仕事は駆動モータの入力を増加させ冷凍機の効率を低下
させる。
【0008】本発明の目的は、圧縮ピストン,可動コイ
ルおよびこれらの連結体とからなる部材が往復動すると
き、圧縮ピストン,圧縮シリンダ,界磁極,可動コイ
ル,可動コイルと圧縮ピストンの連結体により形成され
る空間と、作動ガスのバッファ空間との間の作動ガスの
移動により圧縮仕事が発生しないようにすることにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに本発明は、被冷却体を冷却する低温部により一端が
気密に密閉され胴内に作動ガスの膨脹空間を形成する膨
脹シリンダと、この膨脹シリンダに対し前記膨脹空間を
挟んで配置されこの膨脹シリンダ内を往復動自在なディ
スプレーサとからなる膨脹器と、一端が気密に密閉され
胴内に作動ガスの圧縮空間を形成する圧縮シリンダと、
この圧縮シリンダに対し前記圧縮空間を挟んで配置され
この圧縮シリンダ内を往復自在な圧縮ピストンと、前記
圧縮シリンダの外周に設けられた円筒形の内側ヨークと
円筒形の外側ヨークとこれらの間の一端部に設けられた
円筒形の永久磁石とからなり前記内側ヨークと外側ヨー
クとの間の他端部に空隙が形成された界磁極とこの界磁
極の空隙内を軸方向に往復駆動され前記圧縮ピストンに
連結体で結合された可動コイルとからなるリニア形の駆
動モータとからなり、これら圧縮シリンダ,圧縮ピスト
ン,リニア形の駆動モータは、作動ガスが封入され、か
つこの作動ガスのバッファ空間を残した密閉容器内に収
容された圧縮機を構成し、前記膨脹器の膨脹シリンダの
膨脹空間はディスプレーサを通して圧縮機の圧縮シリン
ダの圧縮空間に接続管により連通された逆スターリング
サイクル冷凍機において、前記圧縮ピストン,圧縮シリ
ンダ,界磁極,可動コイル,可動コイルと圧縮ピストン
との連結体により形成される空間と前記作動ガスのバッ
ファ空間との間の内側ヨークに連通孔を設けるようにす
る。
【0010】
【作用】本発明の逆スターリングサイクル冷凍機におい
ては、圧縮ピストン,圧縮シリンダ,界磁極,可動コイ
ル,可動コイルと圧縮ピストンの連結体により形成され
る空間と作動ガスのバッファ空間との間の内側ヨークに
連通孔を設けるようにしたので、圧縮ピストン,可動コ
イルおよびこれらの連結体とからなる部材が往復動する
とき、前記空間内の作動ガスはこの連通孔を通して殆ん
ど流体抵抗なしに移動する。従って、作動ガスの移動に
よって圧縮仕事が発生することはなくなる。
【0011】
【実施例】図1は本発明の逆スターリングサイクル冷凍
機の一実施例の構造を示す断面図であり、図1に示す本
発明の逆スターリングサイクル冷凍機が図2に示す従来
の逆スターリングサイクル冷凍機と異なるところは、膨
脹ピストン3,膨脹シリンダ2,界磁極9,可動コイル
10,可動コイル10と膨脹ピストン3の連結体12に
より形成される空間29あるいは30と作動ガスのバッ
ファ空間14との間に、連通孔31,32あるいは33
が設けられた点にある。連通孔31は可動コイル10と
膨脹ピストン3の連結体12に設けられており、空間2
9と作動ガスのバッファ空間14とを直接連通する。連
通孔32は外側ヨーク6に設けられており、空間30と
作動ガスのバッファ空間14とを直接連通する。連通孔
33は内側ヨーク5に設けられており、空間29と空間
30とを連通し、連通孔31あるいは31を介しこれら
空間をバッファ空間14に連通し、連通の効果をより高
めている。
【0012】圧縮ピストン3,可動コイル10およびこ
れらの連結体12とからなる部材が往復動するとき、前
記の空間29,30中の作動ガスはこれら連通孔31,
32,あるいは33を通して殆んど流体抵抗なしに移動
する。従って、作動ガスの移動によって圧縮仕事が発生
することはなくなる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、被冷却体を冷却する低
温部により一端が気密に密閉され胴内に作動ガスの膨脹
空間を形成する膨脹シリンダと、この膨脹シリンダに対
し前記膨脹空間を挟んで配置されこの膨脹シリンダ内を
往復動自在なディスプレーサとからなる膨脹器と、一端
が気密に密閉され胴内に作動ガスの圧縮空間を形成する
圧縮シリンダと、この圧縮シリンダに対し前記圧縮空間
を挟んで配置されこの圧縮シリンダ内を往復自在な圧縮
ピストンと、前記圧縮シリンダの外周に設けられた円筒
形の内側ヨークと円筒形の外側ヨークとこれらの間の一
端部に設けられた円筒形の永久磁石とからなり前記内側
ヨークと外側ヨークとの間の他端部に空隙が形成された
界磁極とこの界磁極の空隙内を軸方向に往復駆動され前
記圧縮ピストンに連結体で結合された可動コイルとから
なるリニア形の駆動モータとからなり、これら圧縮シリ
ンダ,圧縮ピストン,リニア形の駆動モータは、作動ガ
スが封入され、かつこの作動ガスのバッファ空間を残し
た密閉容器内に収容された圧縮機を構成し、前記膨脹器
の膨脹シリンダの膨脹空間はディスプレーサを通して圧
縮機の圧縮シリンダの圧縮空間に接続管により連通され
た逆スターリングサイクル冷凍機において、前記圧縮ピ
ストン,圧縮シリンダ,可動コイル,界磁極,可動コイ
ルと圧縮ピストンとの連結体により形成される空間と前
記作動ガスのバッファ空間との間の内側ヨークに連通孔
を設けるようにしたので、圧縮ピストン,可動コイルお
よびこれらの連結体とからなる部材が往復動するとき、
前記空間内の作動ガスはこの連通孔を通して殆ど流体抵
抗なしに移動し圧縮仕事が発生することはなく、冷凍機
の効率が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の逆スターリングサイクル冷凍機の一実
施例の構造を示す断面図
【図2】従来の逆スターリングサイクル冷凍機の構造の
一例を示す断面図
【符号の説明】
1 圧縮器 2 圧縮シリンダ 3 圧縮ピストン 4 圧縮空間 5 内側ヨーク 6 外側ヨーク 7 永久磁石 8 空隙 9 界磁極 10 可動コイル 11 リニア形の駆動モータ 12 連結体 14 バッファ空間(作動ガスの) 15 密閉容器 18 膨脹器 19 膨脹シリンダ 20 低温部 21 膨脹空間 22 ディスプレーサ 28 接続管 29 空間 30 空間 31 連通孔 32 連通孔 33 連通孔

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被冷却体を冷却する低温部により一端が気
    密に密閉され胴内に作動ガスの膨脹空間を形成する膨脹
    シリンダと、この膨脹シリンダに対し前記膨脹空間を挟
    んで配置されこの膨脹シリンダ内を往復動自在なディス
    プレーサとからなる膨脹器と、一端が気密に密閉され胴
    内に作動ガスの圧縮空間を形成する圧縮シリンダと、こ
    の圧縮シリンダに対し前記圧縮空間を挟んで配置されこ
    の圧縮シリンダ内を往復自在な圧縮ピストンと、前記圧
    縮シリンダの外周に設けられた円筒形の内側ヨークと円
    筒形の外側ヨークとこれらの間の一端部に設けられた円
    筒形の永久磁石とからなり前記内側ヨークと外側ヨーク
    との間の他端部に空隙が形成された界磁極とこの界磁極
    の空隙内を軸方向に往復駆動され前記圧縮ピストンに連
    結体で結合された可動コイルとからなるリニア形の駆動
    モータとからなり、これら圧縮シリンダ,圧縮ピスト
    ン,リニア形の駆動モータは、作動ガスが封入され、か
    つこの作動ガスのバッファ空間を残した密閉容器内に収
    容された圧縮機を構成し、前記膨脹器の膨脹シリンダの
    膨脹空間はディスプレーサを通して圧縮機の圧縮シリン
    ダの圧縮空間に接続管により連通された逆スターリング
    サイクル冷凍機において、前記圧縮ピストン,圧縮シリ
    ンダ,界磁極,可動コイル,可動コイルと圧縮ピストン
    との連結体により形成される空間と前記作動ガスのバッ
    ファ空間との間に連通孔が設けられた逆スターリングサ
    イクル冷凍機であって、該連通孔は内側ヨークに設けら
    れたことを特徴とする逆スターリングサイクル冷凍機。
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