JPH0547759U - 冷凍機 - Google Patents
冷凍機Info
- Publication number
- JPH0547759U JPH0547759U JP9555691U JP9555691U JPH0547759U JP H0547759 U JPH0547759 U JP H0547759U JP 9555691 U JP9555691 U JP 9555691U JP 9555691 U JP9555691 U JP 9555691U JP H0547759 U JPH0547759 U JP H0547759U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 スターリング冷凍機のピストンにおいて、ピ
ストンとシリンダとの間の非接触シールを実現すること
により、摺動摩耗のない長寿命の冷凍機を得る。 【構成】 スターリング冷凍機において、ピストン2と
中心部を固定し、かつ第2のケース26と外周部分を固
定したピストン支持用リーフスプリング23をピストン
2の軸受として設ける。
ストンとシリンダとの間の非接触シールを実現すること
により、摺動摩耗のない長寿命の冷凍機を得る。 【構成】 スターリング冷凍機において、ピストン2と
中心部を固定し、かつ第2のケース26と外周部分を固
定したピストン支持用リーフスプリング23をピストン
2の軸受として設ける。
Description
【0001】
この考案は、スターリング冷凍機のような赤外線素子の冷却や空気の液化等に 用いられるガス冷凍機に関するものである。
【0002】
図3は従来のスターリング冷凍機の概略構成を示す断面図である。図において 1はシリンダであり、第2のケース26に固定されており、このシリンダ1の内 部でピストン2が往復運動を行う。3は低温シリンダであり、第1のケース25 に固定されており、作動ガスの圧力変動によって往復運動するディスプレーサ4 を内包するとともに、その下部は連結管5により上記シリンダ1と通じている。 上記ディスプレーサ4内には例えば銅の金網などの蓄熱器6が充填されている。 上記ディスプレーサ4の上部の作動表面4bは膨張空間7との境界をなしており 、この膨張空間7は上記ディスプレーサ4の下部の作動表面4aと上記連結管5 の間の第1の圧縮空間8、上記ピストン2の上部の作動表面2aと上記連結管5 の間の第2の圧縮空間9、上記連結管5内の空間、及び上記蓄熱器6とともに作 動空間を構成している。上記蓄熱器6は第1の中心孔10を経てその下側の作動 ガスに通じるとともに、また、第2の中心孔11を経て上側の作動ガスに通じる ことができる。上記ピストン2と上記シリンダ1の壁の間には第1の隙間シール 12が配置され、上記ピストン2の下側に存在するバッファ空間15と上記作動 空間との間の作動ガスの出入りを防止している。また、上記ディスプレーサ4と 上記低温シリンダ3の間には第2の隙間シール14を備え、上記膨張空間7と上 記第1の圧縮空間8の間の作動ガスの流れが上記蓄熱器6内を流れるよう強制し ている。上記ピストン2はその下側の上記バッファア空間15中にアルミニウム 等の非磁性及び非磁化材料からなる軽量のボビン16を備える。ボビン16には 導電体を巻き付けてコイル17を形成する。上記バッファ空間15中には上側と 下側に磁極を持つ永久磁石18とヨーク19が設けられ、上記永久磁石18と上 記ヨーク19とは一体となって閉磁気回路を構成し、すなわち閉磁力線回路を構 成する。
【0003】 以上述べた上記ボビン16、上記コイル17、上記永久磁石18、上記ヨーク 19は全体としてピストン駆動用のリニアモータ20を構成している。また、上 記ピストン2及び上記ディスプレーサ4はそれぞれピストン用コイルスプリング 21、ディスプレーサ用コイルスプリング22によって、上記シリンダ1及び上 記低温シリンダ3内に往復運動可能に連結され、上記ピストン2及び上記ディス プレーサ4の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を定めている。
【0004】 次に、前記の従来のスターリング冷凍機の動作について説明する。コイル17 に交番電流を流すことにより永久磁石18の作る半径方向の磁場との相互作用に よりコイル17には軸方向に周期的なローレンツ力が働き、その結果、ピストン 2、ボビン16及びコイル17により構成される組立体とピストン用コイルスプ リング21からなる系は共振状態となり、上記組立体は軸方向に振動する。ピス トン2の振動は、膨張空間7、第1の圧縮空間8、第2の圧縮空間9、連結管5 、蓄熱器6、第1の中心孔10、第2の中心孔11からなる作動空間内に封入さ れた作動ガスに周期的な圧力変化をもたらすとともに蓄熱器6を通過するガスの 流量変化によりディスプレーサ4に周期的な軸方向の周期的振動力を生じせしめ る。このようにして蓄熱器6を含むディスプレーサ4はピストン2と同じ周波数 で、かつ異なった位相で低温シリンダ3内を軸方向に往復運動することになる。 ピストン2及びディスプレーサ4が適当な位相差を保って運動するとき、上記作 動空間に封入された作動ガスは逆スターリングサイクルとして既知の熱力学的サ イクルを構成し、主として膨張空間7に冷熱を発生する。上記逆スターリングサ イクルと冷熱発生の原理については、文献「Cryocoolers」(G.W alker,Plenum Press,New York,1983,pp. 123〜177)に詳細に説明されている。
【0005】 以下に、その原理について簡単に説明する。ピストン2により圧縮された第2 の圧縮空間9内のガスは連結管5を経て流れる間に冷却されて、第1の圧縮空間 8、第1の中心孔10、蓄熱器6に流れ込む。蓄熱器6で半サイクル前に蓄えら れた冷熱により予冷され、作動ガスは、さらに第2の中心孔11を通って膨張空 間7に入る。そして、大部分の作動ガスが膨張空間7内に入ると膨張が始まり、 膨張空間7内に冷熱を発生する。作動ガスは次に逆の順序で蓄熱器6に冷熱を放 出しつつ流路を戻り第2の圧縮空間9に入る。この時、外部から熱を奪い外部を 冷却する。しかして、大部分の作動ガスが第2の圧縮空間9内に戻ると再び圧縮 が始まり、次のサイクルに移行する。以上のようなプロセスにより冷熱が発生す る。
【0006】
図3で説明した従来の冷凍機は、ピストン用コイルスプリング21がコイルス プリング一般に発生する径方向の力を生じることによりピストン用コイルスプリ ング21に結合されたピストン2をシリンダ1に押し付けるので、第1の隙間シ ール12はピストン2と接触摺動する。この結果、ピストン2の往復運動による シール摩耗を生じて隙間が増大し、バッファ空間15と第2の圧縮空間9とのシ ール性能が低下し、冷凍機の冷却性能が低下するという問題点があった。
【0007】 また、ディスプレーサ用コイルスプリング22がコイルスプリング一般に発生 する径方向の力を生じることによりディスプレーサ用コイルスプリング22に結 合されたディスプレーサ4を低温シリンダ3に押し付けるので、第2の隙間シー ル14はディスプレーサ4と接触摺動する。この結果、ディスプレーサ4の往復 運動によるシール摩耗を生じて隙間が増大し、膨張空間7と第1の圧縮空間9と のシール性能が低下し、冷凍機の冷却性能が低下するという問題点があった。
【0008】 この考案は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ピストンを ピストン支持用リーフスプリングにより支持することによってピストン用コイル スプリングよる径方向の力によるピストンの変位を解消し、ピストンとシリンダ のシール部分を非接触としてシールの摩耗をなくし、かつピストン用コイルスプ リングによる共振状態を維持した、冷却性能の低下しない冷凍機を得ることを目 的とする。
【0009】 また、ディスプレーサをディスプレーサ支持用リーフスプリングにより支持す ることによってディスプレーサ用コイルスプリングによる径方向の力によるディ スプレーサの変位を解消し、ディスプレーサと低温シリンダのシール部分を非接 触としてシールの摩耗をなくし、かつディスプレーサ用コイルスプリングによる 共振状態を維持した、冷却性能の低下しない冷凍機を得ることを目的とする。
【0010】
この考案に係る冷凍機は、ピストンの往復運動を支持するためのピストン支持 用リーフスプリングをピストンの軸受として設けて、ピストン用コイルスプリン グと併用したものである。
【0011】 また、ディスプレーサの往復運動を支持するためのディスプレーサ支持用リー フスプリングをディスプレーサの軸受として設けて、ディスプレーサ用コイルス プリングと併用したものである。
【0012】
この考案における冷凍機は、ピストン用コイルスプリングに接続されたピスト ンに、ピストンの往復運動を支持するためのピストン支持用リーフスプリングを 設けたことにより、ピストン用コイルスプリングにより発生した径方向の力によ るピストンの径方向の変位を、ピストン支持用リーフスプリングが径方向に対し て高剛性である性質を利用して解消してピストンとシリンダの非接触状態を実現 し、シールの摩耗劣化をなくして長寿命となる。
【0013】 また、ディスプレーサ用コイルスプリングに接続されるディスプレーサに、デ ィスプレーサの往復運動を支持するためのディスプレーサ支持用リーフスプリン グを設けたことにより、ディスプレーサ用コイルスプリングにより発生した径方 向の力によるディスプレーサの径方向の変位を、ディスプレーサ支持用リーフス プリングが径方向に対して高剛性である性質を利用して解消してディスプレーサ と低温シリンダの非接触状態を実現し、シールの摩耗劣化をなくして長寿命とな る。
【0014】
実施例1. 以下、この考案の一実施例を図によって説明する。図1aはこの考案の冷凍機 を示す断面図、図1bはピストン支持用リーフスプリングを示す図である。図1 において、1〜22は上記従来装置と同一のものであり、ここでは省略する。2 3はピストン支持用リーフスプリングであって薄い板状の金属の外周と中心の間 に複数の溝Hを切ることにより、板に垂直な方向に正確に上下運動可能とされ、 かつ、板の面にそった方向には高い剛性を有する板ばねの一種であるリーフスプ リングとして一般に知られているスプリングにより構成される。上記ピストン支 持用リーフスプリング23は、その中央部分で2のピストンに固定されることに よりピストン2の軸受として作用する。
【0015】 以下、本実施例の動作について説明する。本実施例では、ピストン支持用リー フスプリング23の外周部分を第2のケース26に固定して、ピストン支持用リ ーフスプリング23の内周部分に固定されたピストン2を支持する。このためリ ーフスプリングの持つ面方向の高剛性によって、ピストン用コイルスプリング2 1により発生する、ピストン2をシリンダ1に押し付ける方向の力によるピスト ン2の変位を解消し、往復運動中のピストン2とシリンダ1との接触摺動が防止 されて冷凍機の長寿命化が可能となる。
【0016】 なお、本実施例に示した冷凍機の動作原理は上記従来例と全く同様であり、こ こでは省略する。
【0017】 実施例2. 上記実施例1では、ピストン支持用リーフスプリング23によりピストン2を 支持する構造を示したが、図2に示すように図1bと同様の構成であるディスプ レーサ支持用リーフスプリング24を第1のケース25に設けることも可能であ る。ディスプレーサ支持用リーフスプリング24を、その中心部でディスプレー サ4と、外周部で第1のケース25と固定してディスプレーサ4の軸受とする。 この結果、ディスプレーサ用コイルスプリング22により発生する、ディスプレ ーサ4を低温シリンダ3に押し付ける方向の力によるディスプレーサ4の変位を 、ディスプレーサ支持用リーフスプリング24により解消しディスプレーサと低 温シリンダ3との接触摺動を防止することが可能となり、実施例1と同様に冷凍 機の長寿命化が可能となる。
【0018】
以上のように、この考案における冷凍機は、ピストン支持用リーフスプリング を軸受としてピストン用コイルスプリングと併用したことにより、ピストンとシ リンダ間の摺動部分の非接触状態が実現可能になり、シールの摩耗劣化のない、 長寿命の冷凍機が得られる効果がある
【0019】 また、ディスプレーサ支持用リーフスプリングを軸受としてディスプレーサ用 コイルスプリングと併用したことにより、ディスプレーサと低温シリンダとの摺 動部分の非接触状態が実現可能になり、シールの摩耗劣化のない、長寿命の冷凍 機が得られる効果がある。
【図1】この考案の実施例1を示す冷凍機の断面図とピ
ストン支持用リーフスプリングを示す図である。
ストン支持用リーフスプリングを示す図である。
【図2】この考案の実施例2を示す断面図である。
【図3】従来の冷凍機を示す断面図である。
1 シリンダ 2 ピストン 3 低温シリンダ 4 ディスプレーサ 5 連結管 6 蓄熱器 7 膨張空間 8 第1の圧縮空間 9 第2の圧縮空間 10 第1の中心孔 11 第2の中心孔 12 第1の隙間シール 14 第2の隙間シール 15 バッファ空間 16 ボビン 17 コイル 18 永久磁石 19 ヨーク 20 リニアモータ 21 ピストン用コイルスプリング 22 ディスプレーサ用コイルスプリング 23 ピストン支持用リーフスプリング 24 ディスプレーサ支持用リーフスプリング 25 第1のケース 26 第2のケース
Claims (2)
- 【請求項1】 筒状の内周面を有する低温シリンダ、前
記低温シリンダに固定され内部に作動ガスを封入した第
1のケースとから構成され、内部に作動ガスを封入した
コールドフィンガと、前記コールドフィンガ内に収納さ
れディスプレーサ用コイルスプリングにより前記低温シ
リンダ内を往復運動可能に前記第1のケースに連結され
たディスプレーサと、前記ディスプレーサ内に収納され
た蓄熱器と、内部に作動ガスを封入した第2のケース
と、前記第2のケース内部に固定されたシリンダと、前
記シリンダ内に収納されピストン用コイルスプリングに
より前記シリンダ内を往復運動可能に前記第2のケース
に連結されたピストンと、前記シリンダに固定されたヨ
ーク、前記ヨークに固定された永久磁石、前記ピストン
に固定されたボビン、前記ボビンに固定されたコイルと
から構成され前記ピストンを往復運動させるリニアモー
タ、及び前記コールドフィンガと前記シリンダとを接続
する連結管とを具備した冷凍機において、前記第2のケ
ースに固定され、前記ピストンを往復運動の軸上に支持
して、前記ピストンと前記シリンダとを非接触状態とす
るピストン支持用リーフスプリングを設けたことを特徴
とする冷凍機。 - 【請求項2】 筒状の内周面を有する低温シリンダ、前
記低温シリンダに固定され内部に作動ガスを封入した第
1のケースとから構成され内部に作動ガスを封入したコ
ールドフィンガと、前記コールドフィンガ内に収納され
ディスプレーサ用コイルスプリングにより前記低温シリ
ンダ内を往復運動可能に前記第1のケースに連結された
ディスプレーサと、前記ディスプレーサ内に収納された
蓄熱器と、内部に作動ガスを封入した第2のケースと、
前記第2のケース内部に固定されたシリンダと、前記シ
リンダ内に収納されピストン用コイルスプリングにより
前記シリンダ内を往復運動可能に前記第2のケースに連
結されたピストンと、前記シリンダに固定されたヨー
ク、前記ヨークに固定された永久磁石、前記ピストンに
固定されたボビン、前記ボビンに固定されたコイルとか
ら構成され前記ピストンを往復運動させるリニアモータ
及び前記コールドフィンガと前記シリンダとを接続する
連結管とを具備した冷凍機において、前記第1のケース
に固定され、前記ディスプレーサを往復運動の軸上に支
持して、前記ディスプレーサと前記低温シリンダとを非
接触状態とするディスプレーサ支持用リーフスプリング
を設けたことを特徴とする冷凍機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9555691U JPH0547759U (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9555691U JPH0547759U (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 冷凍機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0547759U true JPH0547759U (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=14140860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9555691U Pending JPH0547759U (ja) | 1991-11-21 | 1991-11-21 | 冷凍機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0547759U (ja) |
-
1991
- 1991-11-21 JP JP9555691U patent/JPH0547759U/ja active Pending
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