JP2008292084A - Stirling refrigerating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作動流体のガスサイクルを利用したスターリング冷凍機関に関する。 The present invention relates to a Stirling refrigerating engine using a gas cycle of a working fluid.
スターリング冷凍機(ガスサイクル機関冷凍機)は、作動流体のガスサイクルを利用し極低温を生成できるため、低温発生手段として注目されている。以下、単なる冷凍機と称する場合もある。 Stirling refrigerators (gas cycle engine refrigerators) are attracting attention as a means for generating low temperatures because they can generate cryogenic temperatures using the gas cycle of the working fluid. Hereinafter, it may be called a simple refrigerator.
従来のスターリング冷凍機(例えば、特許文献1参照)では、図10に示すように、冷凍部1Aと圧力振動部31xは同軸状一体に形成されている。具体的には、特許文献1のスターリング冷凍機では、冷凍部1Aと圧力振動部31xは、同軸状一体にケース部120x内に配置される。シリンダー(内筒)11xはケース部120x(外筒)の内部に挿入されている。シリンダー11xの内部にはディスプレーサー13xが配置されている。また、シリンダー11xとケース部120xとの間には、吸熱器141xと蓄冷器142xと放熱器143xとからなる熱交換部14xが配置されている。ケース部120xの先端部1201xと熱交換部14xとの間に膨脹室Eが形成されている。圧力振動部31xと熱交換部14xとの間に圧縮室Cが形成されている。また、シリンダー11xには、連通孔1500xが形成され、シリンダー11xの内外が連通され、膨脹室Eから圧縮室Cに至る経路が形成されている。作動流体が圧力振動部31xにより膨脹室Eと圧縮室Cとの間で往復し、熱交換を行っている。
In a conventional Stirling refrigerator (see, for example, Patent Document 1), as shown in FIG. 10, the
また、冷凍部1Aと圧力振動部31xを一体ではなく、分離型として構成するスターリング冷凍機(例えば、特許文献2、特許文献3参照)もある。図11に示すように、特許文献2の冷凍機では、冷凍部1Aと圧縮機3x(圧力振動部31x)との間に連結通路2xが設置され、冷凍部1Aと圧縮機3xとの間に作動流体が流れるようになっている。シリンダー11xの内部にはディスプレーサー13xが内置され、さらにディスプレーサー13xの内部には、熱交換部14xが内置されている。シリンダー11xには、ディスプレーサー13xを介在することにより膨脹室Eと圧縮室Cが形成される。また、ディスプレーサー11xに形成された連通孔1500xを介して、熱交換部14xは膨脹室E及び圧縮室Cに連通され、膨脹室Eから圧縮室Cに至る経路が形成されている。作動流体が圧縮機3xにより膨脹室Eと圧縮室Cとの間で往復し、熱交換を行っている。
There is also a Stirling refrigerator (see, for example,
また、図12に示すように、特許文献3の冷凍機では、特許文献1と同様に、熱交換部14xはシリンダー(内筒)11xとケース部120x(外筒)との間に配置されているが、冷凍部1Aと圧縮機3xとは、連結通路2xを介して連通される分離型である。さらに、特許文献3に開示された冷凍機の改良型として、図13に示すように、圧縮空間Cが形成され、圧縮機3xから流入された作動流体が圧縮空間Cを通して熱交換部14xに流れるようになっている。
特許文献1の冷凍機では、同軸状一体型なので、冷凍機をその他の装置(例えば冷蔵庫などの低温貯蔵装置)に取付(配置)する際、冷凍機の長軸方向の長さにより取り付けの自由度が制限され、装置全体のコンパクト化を図ることが困難である。
Since the refrigerator of
また、特許文献2の冷凍機では、分離型とすることにより装置のコンパクト化が図りやすくなったが、主に熱交換部14xを構成する蓄冷材(蓄冷器内の部材)は、ディスプレーサー13xの内部に配置されているため、ディスプレーサー13xの重量(質量)が重くなる。これにより、特許文献2の冷凍機は高周波数帯域での運転が困難である。
Moreover, in the refrigerator of
また、特許文献3の冷凍機では、熱交換部14xの蓄冷材をシリンダー(内筒)11xとケース部120x(外筒)との間に設置することにより、ディスプレーサー13xの軽量化を図っているが、図12に示すように、熱交換部14x(蓄冷材)の一方の側14aに開口するように連結通路2xがシリンダー11xに接続されている。このため、作動流体の偏流が起こりやすく、熱交換部14x(蓄冷材)の他方の側14bには作動流体が流れにくい域(デッドスペース)が発生しやすくなる。つまり、作動流体が均一に熱交換部14xを流れにくくなることで、熱交換ロスが発生し、効率よく熱交換することができない。よって、冷凍機の装置全体の効率を向上させることが困難である。
Moreover, in the refrigerator of
さらに、特許文献3の冷凍機の改良型とされる冷凍機では、作動流体が連結通路2xを介してシリンダー11xの側壁から圧縮空間Cに流れる際、作動流体は、連結通路2xの開口側(一方の側14a)から圧縮空間Cの奥側(他方の側14b)まで流れやすい傾向がある。これにより、作動流体は、熱交換部14xの他方の側14bへ流れやすくなる。このため、作動流体の偏流が起こりやすく、熱交換部14x(蓄冷材)の一方の側14aには作動流体が流れにくい域(デッドスペース)が発生しやすくなり、装置全体の効率を向上させることが困難である。なお、図14は、図13に示す冷凍機のII−II断面を示すものである。
Furthermore, in the refrigerator that is an improved type of the refrigerator of
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、作動流体の偏流を抑制でき、熱交換ロスの少ない高性能なスターリング冷凍機を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said actual condition, and makes it a subject to provide the high performance Stirling refrigerator which can suppress the drift of a working fluid and has few heat exchange losses.
本発明のスターリング冷凍機は、少なくとも一端に密閉端部を備えるケース部と、
ケース部に収容され、密閉端部との間に作動流体が封入される内部空間を形成するシール機構と、内部空間に設置され、作動流体を膨脹させる膨脹空間と作動流体を圧縮させる圧縮空間と、ケース部の外側に位置され、作動流体に対して圧力変動を発生させる圧縮機と、膨脹空間と圧縮空間との間には作動流体が往復することで熱交換を行う熱交換手段と、を備え、シール機構は、圧縮機から流入される作動流体をシール機構に導入する作動流体導入部と、作動流体導入部から導入された作動流体の均等化を促進して熱交換手段に分流する均流促進手段と、を有することを特徴とする。
The Stirling refrigerator of the present invention has a case portion provided with a sealed end at least at one end;
A seal mechanism that forms an internal space that is accommodated in the case portion and encloses the working fluid between the sealed end, an expansion space that is installed in the internal space and expands the working fluid, and a compression space that compresses the working fluid A compressor that is located outside the case portion and generates pressure fluctuations with respect to the working fluid, and heat exchange means that exchanges heat by reciprocating the working fluid between the expansion space and the compression space. And a sealing mechanism that promotes equalization of the working fluid introduced from the working fluid introduction portion and introduces the working fluid introduced from the compressor into the sealing mechanism, and distributes the fluid to the heat exchange means. And a flow promoting means.
本発明のスターリング冷凍機によれば、ケース部の内部空間において、膨脹空間及び圧縮空間が形成され、膨脹空間と圧縮空間およびケース部の外側に位置され、作動流体に対し、圧力変動を発生させる圧縮機との間で往復する作動流体に基づき熱交換することができる。また、本発明のスターリング冷凍機は、圧縮機がケース部の外側に位置されるため、圧縮機とケース部とを分離して配置することができる。これにより、ケース部の小型化が実現できると同時に、ケース部と圧縮機をそれぞれできるだけ自由に配置することができる。つまり、ケース部と圧縮機の取り付け(配置)自由度が向上し、装置全体のコンパクト化が図りやすくなる。さらに、本発明のスターリング冷凍機のシール機構は、作動流体導入部を介して圧縮機から流入される作動流体の均等化を促進して熱交換手段に分流する均流促進手段を有するため、熱交換手段での作動流体の偏流が抑えられ、作動流体をできるだけ均等に熱交換手段に流すことができる。これにより、熱交換手段内の作動流体の偏流により発生する熱交換ロスが少なくなり、熱交換手段の効率を向上させることができる。結果として、装置全体の効率が向上し、高性能なスターリング冷凍機を実現することができる。 According to the Stirling refrigerator of the present invention, an expansion space and a compression space are formed in the internal space of the case portion, and are positioned outside the expansion space, the compression space, and the case portion, and generate pressure fluctuations with respect to the working fluid. Heat exchange can be performed based on the working fluid reciprocating between the compressor and the compressor. Further, in the Stirling refrigerator of the present invention, since the compressor is positioned outside the case portion, the compressor and the case portion can be arranged separately. Thereby, size reduction of a case part can be implement | achieved and a case part and a compressor can be arrange | positioned as freely as possible, respectively. That is, the degree of freedom in mounting (arrangement) between the case portion and the compressor is improved, and the entire apparatus can be easily made compact. Furthermore, since the sealing mechanism of the Stirling refrigerator of the present invention has equalization promoting means for promoting equalization of the working fluid flowing in from the compressor via the working fluid introduction part and diverting it to the heat exchange means, The uneven flow of the working fluid in the exchange means is suppressed, and the working fluid can flow through the heat exchange means as evenly as possible. Thereby, the heat exchange loss which generate | occur | produces by the drift of the working fluid in a heat exchange means decreases, and the efficiency of a heat exchange means can be improved. As a result, the efficiency of the entire apparatus is improved, and a high-performance Stirling refrigerator can be realized.
本発明のスターリング冷凍機の熱交換手段は、内部空間に収容され、ケース部と同軸に配置されるシリンダーと、シリンダーに摺接して内装されたディスプレーサーと、シリンダーとケース部との間に収容され、熱交換器と蓄冷器とからなる熱交換部と、を備え、膨脹空間は、密閉端部と熱交換部との間に形成され、圧縮空間は、熱交換部とシール機構とケース部の外側に位置され作動気体に対して圧力変動を発生させる圧縮機との間に形成されていることが好ましい。ケース部と同軸に配置されるシリンダーを備えることにより、ケース部とシリンダーとの間に熱交換部を設置することができる。このため、シリンダーに摺接して内置されたディスプレーサーの軽量化を図ることができる。つまり、ディスプレーサー内に熱交換部を設置する必要がなくなり、ディスプレーサーの重量が軽くなる。よって、冷凍機の高周波数域での運転(圧縮―膨脹サイクル)も可能となり、スターリング冷凍機の冷凍性能の向上に有利である。 The heat exchanging means of the Stirling refrigerator of the present invention is accommodated between the cylinder and the case part, the cylinder accommodated in the internal space, arranged coaxially with the case part, the displacer slidably contacted with the cylinder, and the cylinder and the case part. A heat exchanging unit comprising a heat exchanger and a regenerator, the expansion space is formed between the sealed end and the heat exchanging unit, and the compression space is formed of the heat exchanging unit, the seal mechanism, and the case unit. It is preferable that it is formed between the compressor and the compressor which is located outside the cylinder and generates pressure fluctuation with respect to the working gas. By providing a cylinder arranged coaxially with the case part, a heat exchange part can be installed between the case part and the cylinder. For this reason, the weight of the displacer placed in sliding contact with the cylinder can be reduced. That is, it is not necessary to install a heat exchange part in the displacer, and the weight of the displacer is reduced. Therefore, the refrigerator can be operated in a high frequency range (compression-expansion cycle), which is advantageous for improving the refrigeration performance of the Stirling refrigerator.
本発明のスターリング冷凍機の圧縮機と作動流体導入部とを連通する連結通路が備えられていることが好ましい。これにより、本発明のスターリング冷凍機は、熱交換手段と圧縮機とを別々で取り付けることができ、装置の配置の自由度が向上する。よって、分離型スターリング冷凍機としてコンパクト化を図ることができる。 It is preferable that a connecting passage for communicating between the compressor of the Stirling refrigerator of the present invention and the working fluid introducing portion is provided. Thereby, the Stirling refrigerator of this invention can attach a heat exchange means and a compressor separately, and the freedom degree of arrangement | positioning of an apparatus improves. Therefore, the separation type Stirling refrigerator can be made compact.
本発明のスターリング冷凍機の均流促進手段は、シール機構に形成され、ケース部の長軸方向に沿って圧縮空間の中心部に開口する中心開口通路と、シール機構に形成され、作動流体導入部を介して圧縮機から流入される作動流体をシール機構の周方向に沿って流動させる周方向流動通路と、シール機構にこれの径方向に沿って形成され、一端が周方向流動通路に連通し、他端が中心開口通路に連通する複数の分散通路と、を備え、圧縮機からシール機構に流入された作動流体は、周方向流動通路、複数の分散通路及び中心開口通路を介して、圧縮空間の中心部に集合され、中心部から熱交換部へ流れることが好ましい。 The flow equalization promoting means of the Stirling refrigerator of the present invention is formed in the seal mechanism, formed in the center opening passage that opens in the center of the compression space along the longitudinal direction of the case portion, and in the seal mechanism, and the working fluid introduction A circumferential flow passage that causes the working fluid flowing in from the compressor through the section to flow along the circumferential direction of the seal mechanism, and a radial direction of the seal mechanism that is formed along the radial direction, and one end communicates with the circumferential flow passage. And a plurality of dispersion passages whose other ends communicate with the central opening passage, and the working fluid that has flowed into the seal mechanism from the compressor passes through the circumferential flow passage, the plurality of dispersion passages, and the central opening passage, It is preferable that they are gathered at the center of the compression space and flow from the center to the heat exchange section.
これにより、圧縮機からシール機構に流れる作動流体は、シール機構の周方向流動通路に沿って、シール機構の周方向全体をできるだけ均等に流れることができる。また、複数の分散通路を介して、作動流体が周方向流動通路から中心開口通路に集められる。さらに、中心開口通路を介して作動流体が圧縮空間の中心部に流入することができる。中心部に流入する作動流体は、ケース部とシリンダーとに挟持された熱交換部にできるだけ均等に分散するように流れることができる。よって、本発明のスターリング冷凍機の均流促進手段は、できるだけ均等に作動流体を熱交換部に分配して流動させることができる。これにより、熱交換ができるだけ均一に促進され、熱交換手段の効率を向上させることができる。 Thereby, the working fluid flowing from the compressor to the seal mechanism can flow as evenly as possible in the entire circumferential direction of the seal mechanism along the circumferential flow passage of the seal mechanism. Further, the working fluid is collected from the circumferential flow passage to the central opening passage through the plurality of dispersion passages. Further, the working fluid can flow into the central portion of the compression space through the central opening passage. The working fluid flowing into the central portion can flow so as to be dispersed as evenly as possible in the heat exchange portion sandwiched between the case portion and the cylinder. Therefore, the flow equalization promoting means of the Stirling refrigerator of the present invention can distribute and flow the working fluid to the heat exchange part as evenly as possible. Thereby, heat exchange is promoted as uniformly as possible, and the efficiency of the heat exchange means can be improved.
本発明のスターリング冷凍機の複数の分散通路は、ケース部の長軸心を対称軸とし、対称的かつ等距離的にシール機構に形成されていることが好ましい。 The plurality of dispersion passages of the Stirling refrigerator of the present invention are preferably formed in the sealing mechanism symmetrically and equidistantly with the long axis of the case part as the axis of symmetry.
分散通路を対称的かつ等距離的にシール機構に形成することにより、シール機構に形成された周方向流動通路を流れた作動流体は、複数の分散通路に分散して誘導され、できるだけ均等に熱交換部に分配される。また、複数の分散通路が対称にかつ等距離的に配置されているので、シール機構の周方向流動通路内の作動流体の圧力をできるだけ均一にすることができる。 By forming the dispersion passage symmetrically and equidistantly in the sealing mechanism, the working fluid that has flowed through the circumferential flow passage formed in the sealing mechanism is distributed and guided to the plurality of dispersion passages, and is heated as evenly as possible. Distributed to the exchange. Further, since the plurality of dispersion passages are arranged symmetrically and equidistantly, the pressure of the working fluid in the circumferential flow passage of the seal mechanism can be made as uniform as possible.
本発明のスターリング冷凍機のシール機構は、圧縮空間に面する対向端部を備え、対向端部は、ケース部の長軸心を中心とし、中心から外周に向かう方向に沿って上昇する傾斜面を備えていることが好ましい。 The sealing mechanism of the Stirling refrigerator of the present invention includes an opposing end portion facing the compression space, and the opposing end portion is an inclined surface that rises along the direction from the center toward the outer periphery with the long axis of the case portion as the center. It is preferable to provide.
シール機構の対向端部に、中心から外周に向かう方向に沿って上昇する傾斜面を設けることにより、中心開口通路で集まられた作動流体は、より容易に傾斜面を沿って、できるだけ均等に、そして広がるように熱交換部へ流れることができる。つまり、中心部から吐出される作動流体は、傾斜面に誘導される。中心部を中心として、作動流体が上昇するように分散方向に流れることができる。よって、できるだけ均等に作動流体を熱交換部に送り込むことができる。これにより、熱交換ができるだけ均一に促進され、熱交換手段の効率を向上させることができる。 By providing an inclined surface that rises along the direction from the center toward the outer periphery at the opposite end of the seal mechanism, the working fluid collected in the central opening passage can be more easily distributed along the inclined surface as evenly as possible. And it can flow to a heat exchange part so that it may spread. That is, the working fluid discharged from the center is guided to the inclined surface. The working fluid can flow in the dispersion direction so as to rise about the center. Therefore, the working fluid can be fed into the heat exchange part as evenly as possible. Thereby, heat exchange is promoted as uniformly as possible, and the efficiency of the heat exchange means can be improved.
本発明のスターリング冷凍機の均流促進手段は、シール機構に形成され、作動流体導入部を介して圧縮機から流入される作動流体をシール機構の周方向に沿って流動させる周方向流動通路と、シール機構にこれの長軸方向に沿って形成され、一端が周方向流動通路に連通し、他端が圧縮空間に連通し、熱交換部に対向して開口する複数の分散開口通路と、を備え、圧縮機からケース部内に流入された作動流体は、周方向流動通路、複数の分散開口通路を介して、熱交換部へ流れることが好ましい。 The flow equalization promoting means of the Stirling refrigerator of the present invention is formed in the seal mechanism, and a circumferential flow passage that allows the working fluid flowing from the compressor through the working fluid introduction portion to flow along the circumferential direction of the seal mechanism. A plurality of dispersed opening passages formed along the major axis direction of the seal mechanism, one end communicating with the circumferential flow passage, the other end communicating with the compression space, and opening facing the heat exchange unit; The working fluid that has flowed into the case portion from the compressor preferably flows to the heat exchange portion via the circumferential flow passage and the plurality of dispersion opening passages.
本発明のスターリング冷凍機によれば、均流促進手段は、シール機構の周方向を流動する周方向流動通路と周方向流動通路に連通して、熱交換部に対向して開口する複数の分散開口通路を備えることにより、作動流体導入部からシール機構に流れる作動流体は、シール機構の周方向流動通路に沿って、シール機構の周方向全体をできるだけ均等に流れることができる。また、複数の分散開口通路を介して、作動流体が周方向流動通路から熱交換部に対向して吐出することができる。すなわち、シール機構の周方向に流れる作動流体は、複数の分散開口通路を介して、できるだけ均等に熱交換部へ分配して流れることができる。これにより、熱交換ができるだけ均一に促進され、熱交換手段の効率を向上させることができる。 According to the Stirling refrigerator of the present invention, the flow equalization promoting means communicates with the circumferential flow passage that flows in the circumferential direction of the seal mechanism and the plurality of dispersions that open to face the heat exchange portion. By providing the opening passage, the working fluid flowing from the working fluid introduction portion to the seal mechanism can flow as evenly as possible in the entire circumferential direction of the seal mechanism along the circumferential flow passage of the seal mechanism. In addition, the working fluid can be discharged from the circumferential flow passage so as to face the heat exchange portion via the plurality of dispersion opening passages. That is, the working fluid flowing in the circumferential direction of the seal mechanism can be distributed and flowed as evenly as possible to the heat exchange section through the plurality of dispersed opening passages. Thereby, heat exchange is promoted as uniformly as possible, and the efficiency of the heat exchange means can be improved.
本発明のスターリング冷凍機の複数の分散開口通路は、ケース部の長軸心を対称軸とし、対称的かつ等距離的にシール機構に形成されていることが好ましい。 The plurality of dispersed opening passages of the Stirling refrigerator of the present invention are preferably formed in the seal mechanism symmetrically and equidistantly with the long axis of the case portion as the axis of symmetry.
分散開口通路を対称的かつ等距離的にシール機構に形成することにより、シール機構に形成された周方向流動通路を流れた作動流体は、複数の分散開口通路の流路に分散して誘導され、できるだけ均等に熱交換部に分配される。また、複数の分散開口通路が対称にかつ等距離的に配置されているので、シール機構の周方向流動通路内の作動流体の圧力をできるだけ均一にすることができる。 By forming the dispersion opening passages symmetrically and equidistantly in the sealing mechanism, the working fluid that has flowed through the circumferential flow passage formed in the sealing mechanism is distributed and guided to the flow paths of the plurality of dispersion opening passages. , Distributed as evenly as possible to the heat exchanger. Further, since the plurality of dispersed opening passages are arranged symmetrically and equidistantly, the pressure of the working fluid in the circumferential flow passage of the seal mechanism can be made as uniform as possible.
本発明のスターリング冷凍機の均流促進手段は、熱交換部とシール機構との間に作動流体の流れを整流する整流部を備えることが好ましい。シール機構と熱交換部との間に整流部を備えることにより、作動流体ができるだけ均等に熱交換部へ流れることができる。つまり、複数の分散開口通路を通して圧縮空間に流れる作動流体は、整流部によりさらに均等化が促進され、できるだけ均等に熱交換部に流れ込むことができる。よって、作動流体が熱交換部のほぼ全体を流れることができ、熱交換ができるだけ均一に促進され、熱交換手段の効率を向上させることができる。これにより、熱交換部を含む装置全体の効率向上に有利である。 It is preferable that the uniform flow promoting means of the Stirling refrigerator of the present invention includes a rectifying unit that rectifies the flow of the working fluid between the heat exchange unit and the seal mechanism. By providing the rectifying unit between the sealing mechanism and the heat exchange unit, the working fluid can flow to the heat exchange unit as evenly as possible. That is, the working fluid flowing into the compression space through the plurality of dispersion opening passages is further promoted by the rectification unit, and can flow into the heat exchange unit as evenly as possible. Therefore, the working fluid can flow through almost the entire heat exchanging portion, heat exchange is promoted as uniformly as possible, and the efficiency of the heat exchanging means can be improved. This is advantageous for improving the efficiency of the entire apparatus including the heat exchange section.
本発明のスターリング冷凍機の熱交換手段により、密閉端部を介して被冷凍側から吸熱することが好ましい。また、本発明のスターリング冷凍機の被冷凍側は、冷凍室を備える冷蔵庫であり、密閉端部は、冷蔵庫の冷凍室に設置されていることが好ましい。これにより、本発明のスターリング冷凍機は、ケース部の密閉端部を介して被冷凍側より吸熱することができる。また、被冷凍側が冷蔵庫から構成される場合には、本発明のスターリング冷凍機のケース部の密閉端部を冷蔵庫の冷凍室に挿入することで冷凍室を冷却することができる。また、本発明のスターリング冷凍機では、圧縮機はケース部の外側に位置されているため、ケース部側と圧縮機側とは、連結通路を介して接続されている。これにより、圧縮機は熱交換手段を収容されたケース部から分離でき、冷凍機の配置の自由度が向上し、コンパクト化を図ることができる。よって、冷蔵庫にスターリング冷凍機を容易に組み付けることができ、スターリング冷凍機を冷蔵庫の冷凍手段として利用することができる。 The heat exchange means of the Stirling refrigerator of the present invention preferably absorbs heat from the side to be frozen through the sealed end. Moreover, it is preferable that the to-be-frozen side of the Stirling refrigerator of this invention is a refrigerator provided with a freezing room, and the sealed end part is installed in the freezing room of the refrigerator. Thereby, the Stirling refrigerator of this invention can absorb heat from the to-be-frozen side via the closed end part of a case part. Moreover, when the to-be-frozen side is comprised from a refrigerator, a freezer compartment can be cooled by inserting the sealing end part of the case part of the Stirling refrigerator of this invention in the freezer compartment of a refrigerator. In the Stirling refrigerator of the present invention, since the compressor is located outside the case portion, the case portion side and the compressor side are connected via a connecting passage. Thereby, the compressor can be separated from the case portion in which the heat exchange means is accommodated, the degree of freedom in arranging the refrigerator is improved, and the compactness can be achieved. Therefore, the Stirling refrigerator can be easily assembled in the refrigerator, and the Stirling refrigerator can be used as a refrigerator for the refrigerator.
本発明のスターリング冷凍機によれば、ケース部の内部空間において、膨脹空間及び圧縮空間が形成され、膨脹空間と圧縮空間およびケース部の外側に位置され、作動流体に対し、圧力変動を発生させる圧縮機との間で往復する作動流体に基づき熱交換することができる。また、本発明のスターリング冷凍機は、圧縮機がケース部の外側に位置されるため、圧縮機とケース部とを分離して配置することができる。これにより、ケース部の小型化が実現できると同時に、ケース部と圧縮機をそれぞれできるだけ自由に配置することができる。つまり、ケース部と圧縮機の取り付け(配置)自由度が向上し、装置全体のコンパクト化が図りやすくなる。さらに、本発明のスターリング冷凍機のシール機構は、作動流体導入部を介して圧縮機から流入される作動流体の均等化を促進して熱交換手段に分流する均流促進手段を有するため、熱交換手段での作動流体の偏流が抑えられ、作動流体をできるだけ均等に熱交換手段に流すことができる。これにより、熱交換手段内の作動流体の偏流により発生する熱交換ロスが少なくなり、熱交換手段の効率を向上させることができる。結果として、装置全体の効率が向上し、高性能なスターリング冷凍機を実現することができる。 According to the Stirling refrigerator of the present invention, an expansion space and a compression space are formed in the internal space of the case portion, and are positioned outside the expansion space, the compression space, and the case portion, and generate pressure fluctuations with respect to the working fluid. Heat exchange can be performed based on the working fluid reciprocating between the compressor and the compressor. Further, in the Stirling refrigerator of the present invention, since the compressor is positioned outside the case portion, the compressor and the case portion can be arranged separately. Thereby, size reduction of a case part can be implement | achieved and a case part and a compressor can be arrange | positioned as freely as possible, respectively. That is, the degree of freedom in mounting (arrangement) between the case portion and the compressor is improved, and the entire apparatus can be easily made compact. Furthermore, since the sealing mechanism of the Stirling refrigerator of the present invention has equalization promoting means for promoting equalization of the working fluid flowing in from the compressor via the working fluid introduction part and diverting it to the heat exchange means, The uneven flow of the working fluid in the exchange means is suppressed, and the working fluid can flow through the heat exchange means as evenly as possible. Thereby, the heat exchange loss which generate | occur | produces by the drift of the working fluid in a heat exchange means decreases, and the efficiency of a heat exchange means can be improved. As a result, the efficiency of the entire apparatus is improved, and a high-performance Stirling refrigerator can be realized.
本発明のスターリング冷凍機について、図面を参照して説明する。 The Stirling refrigerator of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態例のスターリング冷凍機100(以下、単なる冷凍機100と称する場合がある)は、家庭用または業務用のキッチン用冷蔵庫900に取り付けられて使用される形態例である。また、図1は、本実施形態例の冷凍機100が取り付けられた状態の冷蔵庫900の側面図である。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the
具体的には、図1に示すように、本実施形態例の冷蔵庫900は、その前面901には、ドア910が設置され、その後面902には、冷凍機100が取り付けられている。
Specifically, as shown in FIG. 1, a
冷凍機100は、主に冷凍部1と圧縮機3とから構成される。また、図1に示すように、冷凍部1は、ケース部120の内部に設置され、冷凍部1(ケース部120)と圧縮機3との間には、連結通路2(連結パイプ)が配置されている。つまり、冷凍部1(ケース部120)は連結通路2を介して圧縮機3に連結されている。また、圧縮機3は、ケース部120の長軸Y(図2に示す)方向に交差する方向の外側に位置される。
The
また、図1に示すように、冷凍部1は、後述する吸熱部140(ケース部120の密閉端部1201から構成される)を備えている。さらに、吸熱部140は、冷蔵庫900の後面902から冷蔵庫900の冷凍室920の内部に挿入して固定されている。つまり、冷凍部1により、吸熱部140を介して冷蔵庫900の冷凍室920内の熱を吸熱することができる。圧縮機3は、冷蔵庫900の後面902の近辺の地面に設置されている。なお、圧縮機3の設置方法は、冷蔵庫900の設置場所になどに応じて自由に調整することができる。このように、冷凍部1と圧縮機3の配置を自由に調整(分離配置)することができ、冷凍機100のコンパクト化が図りやすくなる。例えば、図1に示すように、圧縮機3は、冷凍部1(ケース部120)とは分離して配置できるため、冷凍部1が取り付けられた冷蔵庫900の奥幅H1をできるだけ縮小することができる。よって、冷蔵庫900のコンパクト化を図るのに有利である。
Moreover, as shown in FIG. 1, the freezing
次に、本実施形態例の冷凍機100について説明する。
Next, the
図2は、本実施形態例の冷凍機100の概念図である。図2に示すように、本実施形態例の冷凍機100は、主に冷凍部1と圧縮機3と連結通路2とからなる。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the
また、冷凍機100は、円筒状のケース部120を備え、ケース部120は、密閉端部1201と底部1202(図5に示す)と側壁部1203とからなる。
The
ケース部120の内部には、円盤状のシール機構15が設置され、ケース部120の側壁部1203固定されている。シール機構15により、ケース部120の内部空間は、冷凍発生部101とバネ室162とに分割される。冷凍発生部101には、作動流体が封入されている。なお、冷凍発生部101は、本発明のケース部120の内部空間を構成するものである。また、本実施形態例のスターリング冷凍機100に用いられる作動流体として、例えば、ヘリウム、窒素、二酸化炭素などが例示できる。なお、これに限定されない。
A disc-shaped
また、図2、または図3に示すように、シール機構15の外周には、シールリング部171が形成されており、冷凍発生部101とバネ室162との間の作動流体の漏れが抑制されている。
Further, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, a
冷凍発生部101には、ケース部120と同軸(長軸Y)的に円筒状のシリンダー11が配置され、固定部(図示せず)を介してケース部120に固定されている。また、シリンダー11には、ディスプレーサー13が摺接して内装されている。なお、ディスプレーサー13は、ロッド部16により支持されている。また、シール機構15の中心部(ケース部120の長軸Yの軸心部)には、支持開口部155が形成され、ロッド部16は、支持開口部155に摺接してバネ室162に挿入されている。支持開口部155とロッド部16との間にはシーリングされており、作動流体の漏れが抑制されている。バネ室162には、バネ161が設置されている。バネ161の一端がケース部120の底部1202(図5に示す)に固定され、他端がロッド部16に固定されている。これにより、バネ161の弾性によりディスプレーサー13がケース部120の長軸Y方向に沿って、シリンダー11内に自由振動(往復動)することができる。
In the
ケース部120とシリンダー11との間に熱交換部14が収容される。熱交換部14は、吸熱器141、放熱器143と蓄冷器142とからなる。なお、吸熱器141、放熱器143は、本発明の熱交換器を構成するものである。吸熱器141は、外部の熱を作動流体に吸収させるものである。また、放熱器143は、熱を作動流体から外部へ放出させるものである。
The
なお、シリンダー11と、ディスプレーサー13と、熱交換部14とで本発明のスターリング冷凍機の熱交換手段が構成される。また、図2に示すように熱交換部14(吸熱器141)とケース部120の密閉端部1201との間に作動流体を膨脹させる膨脹空間Eが形成されている。熱交換部14(放熱器143)とシール機構15との間に作動流体を圧縮させる圧縮空間Cが形成されている。つまり、熱交換手段(シリンダー11、ディスプレーサー13、熱交換部14)は、ケース部120の内部空間(冷凍発生部101)を仕切ることにより、膨張空間Eと圧縮空間Cが形成されている。また、熱交換手段(冷凍部1)は、膨脹空間Eと圧縮空間Cとの間で往復する作動流体に基づき、熱交換をすることができる。なお、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、例えば−50〜―70℃の低温を生成することができる。なお、これに限定されない。
The
また、図2に示すように、ケース部120の側壁部1203の所定位置(内部にシール機構15が固定された位置)には、連結通路2を介して圧縮機3から流れてくる作動流体をシール機構15に導入する作動流体導入部1204が形成されている。これにより、圧縮機3から流れてくる作動流体は、ケース部120の側面(側壁部1203)からケース部120の内部に導入することができる。なお、圧縮機3は、ケース部120の冷凍発生部101内に封入された作動流体に圧力変動を発生させるものである。
In addition, as shown in FIG. 2, the working fluid flowing from the
次に、本実施形態例の特徴であるシール機構15について説明する。
Next, the
図3、または図4に示すように、シール機構15は、均流促進手段150を備えている。均流促進手段150は、作動流体導入部1204から流入された作動流体を均等化促進するものである。なお、図3は、図2に示す本実施形態の冷凍機100のシール機構15周辺の拡大図である。図4は、図3に示すシール機構のI−I位置の断面を示すものである。
As shown in FIG. 3 or FIG. 4, the
具体的には、図4に示すように、シール機構15には、ケース部120の長軸Y方向に沿って圧縮空間Cの中心部に開口する中心開口通路153が形成されている。なお、中心開口通路153は、その中央部を通過しているロッド部16の外径よりも大きい径を備えており、ロッド部16の外周を囲う筒状の流路として形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
また、シール機構15には、シール機構15の外周においてリング状の周方向流動通路151が形成されている。つまり、周方向流動通路151は、シール機構15の外周側面においてリング状の溝として形成され、さらにこのリング状の溝を覆うケース部120と共に作動流体の流路が区画される。
Further, a ring-shaped
さらに、シール機構15には、シール機構15の径方向に沿って形成し、一端が周方向流動通路151に連通し、他端が開口通路153に連通する複数個(4つ)の分散通路152が形成されている。なお、分散通路152の数は4つに限定されない。分散通路152は、少なくとも2つ以上に形成されることが好ましい。複数の分散通路152を形成することにより、作動流体が均等化されやすくなる。
Furthermore, a plurality of (four)
このように、周方向流動通路151と、分散通路152と、中心開口通路153とで均流促進手段150が構成される。これにより、連結通路2から流入された作動流体は、作動流体導入部1204を流れた後、シール機構15の周方向(図4に示す方向D1、D2)に沿って対称に分かれて流動する。そして、周方向流動通路151を流れる作動流体は、4つの分散通路152を介して中心部に位置する中心開口通路に流れる。中心開口通路153で集合された作動流体は、中心開口通路153を沿って、圧縮空間Cに向かって流れる。このように、作動流体は、作動流体導入部1204を介してシール機構15に導入され、シール機構15の均流促進手段150を介して、圧縮空間Cの中心部に流れることができる。このため、作動流体は圧縮空間Cの中心部から偏流することなく熱交換部14へできるだけ均等に流れることができる。つまり、均流促進手段150の均流促進作用により、作動流体は、できるだけ均等に熱交換部14に流れることができ、効率よく熱交換することができる。
In this way, the flow equalization promoting means 150 is configured by the
また、図4に示すように、4つの分散通路152は、ケース部120の長軸Yの軸心を対称軸とし、対称的かつ等距離的にシール機構15に形成されている。
Also, as shown in FIG. 4, the four
なお、周方向流動通路151、分散通路152、中心開口通路153のそれぞれの流路径は、作動流体(流量、体積など)に応じて最適化することができる。また、分散通路152の数、分散通路間距離なども、シール機構の寸法に応じて最適化することができる。
The flow path diameters of the
また、図2、または図3に示すように、本実施形態例のスターリング冷凍機100のシール機構15は、圧縮空間Cに面する対向端部154を備えている。対向端部154は、ケース部120の長軸Yの軸心を中心とし、中心から外周に向かう方向に沿って上昇する傾斜面1541を備えている。
Moreover, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
また、ディスプレーサー13は、第1端面131(図2に示す)と第2端面132を備えている。第2端面132は、ケース部120の長軸Yの軸心から外周に向かう方向に沿って上昇する傾斜面として形成されている。このように、膨脹空間Cにおいて、第2端面132と傾斜面1541との間に、中心開口通路153から熱交換部4に向かって作動流体が流れ易い促進流路C1が形成されている。
The
次に、簡単に本実施形態例のスターリング冷凍機100の作動原理について説明する。なお、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、一般のスターリング冷凍機と同様の冷凍原理である。図2を参照して説明する。圧縮機3及びディスプレーサー13により圧力が周期的に変動され、冷凍発生部101内の作動流体は膨脹空間Eと圧縮空間Cとの間で往復(流動)される。
Next, the operation principle of the
具体的には、作動流体は、圧縮機3及び圧縮空間Cで圧縮され、放熱器143で放熱され、蓄冷器142、吸熱器141の順に熱交換部14を通過し、膨脹空間Eに流れる。膨脹空間Eに流入された作動流体は、膨張されて低温となる。低温となった作動流体は、再び吸熱器141、蓄冷器142、放熱器143の順に熱交換部を通過し、圧縮機3及び圧縮空間Cに流れる。このとき、吸熱器141を介して、低温になった作動流体の持つ冷熱により密閉端部1201を介して外部から吸熱する。このように作動流体の圧縮−膨張サイクルが繰り返えす。これにより、ケース部120の吸熱器141を介して、被冷凍側(図1に示す冷蔵庫900)から吸熱することができる。
Specifically, the working fluid is compressed by the
このように、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、ケース部120の内部空間(冷凍発生部101)において、膨脹空間E及び圧縮空間Cが形成され、膨脹空間Eと圧縮空間Cとの間で往復する作動流体に基づき熱交換することができる。また、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、圧縮機3がケース部120の長軸Y方向に交差する方向の外側に位置されるため、圧縮機3とケース部120とを分離して配置することができる。これにより、ケース部120の小型化が実現できると同時に、ケース部120と圧縮機3をそれぞれできるだけ自由に配置することができる。つまり、ケース部120と圧縮機3の取り付け(配置)自由度が向上し、装置全体のコンパクト化が図りやすくなる。さらに、本実施形態例のスターリング冷凍機100のシール機構15は、作動流体導入部1204を介して圧縮機3から流入される作動流体の均等化を促進して冷凍部1(熱交換部14)に分流する均流促進手段150を有するため、冷凍部1(熱交換部14)での作動流体の偏流が抑えられ、作動流体をできるだけ均等に冷凍部1(熱交換部14)に流すことができる。これにより、冷凍部1(熱交換部14)内の作動流体の偏流により発生する熱交換ロスが少なくなり、熱交換ができるだけ均一に促進され、冷凍部1の効率を向上させることができる。結果として、冷凍機100装置全体の効率が向上し、高性能なスターリング冷凍機を実現することができる。
As described above, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、ケース部120と同軸(長軸Y)に配置されるシリンダー11を備えることにより、ケース部120とシリンダー11との間に熱交換部14を設置することができる。このため、シリンダー11に摺接して内置されたディスプレーサー13の軽量化を図ることができる。つまり、ディスプレーサー13内に熱交換部14を設置する必要がなくなり、ディスプレーサー13の重量が軽くなる。よって、冷凍機100の高周波数域での運転(圧縮−膨張サイクル)も可能となり、スターリング冷凍機100の冷凍性能の向上に有利である。
Further, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、冷凍部1と圧縮機3とを別々で取り付けることができ、装置の配置の自由度が向上する。よって、分離型スターリング冷凍機としてコンパクト化を図ることができる。
Moreover, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、圧縮機3からシール機構15に流れる作動流体は、シール機構15の周方向流動通路151に沿って、シール機構15の周方向全体をできるだけ均等に流れることができる。また、複数の分散通路152を介して、作動流体が周方向流動通路151から中心開口通路153に集められる。さらに、中心開口通路153を介して作動流体が圧縮空間Cの中心部に流入することができる。中心部に流入する作動流体は、ケース部120とシリンダー11とに挟持された熱交換部14にできるだけ均等に分散するように流れることができる。よって、本実施形態例のスターリング冷凍機100の均流促進手段150は、できるだけ均等に作動流体を熱交換部14に分配して流動させることができる。これにより、熱交換ができるだけ均一に促進され、冷凍部1の効率を向上させることができる。
Further, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、分散通路152を対称的かつ等距離的にシール機構15に形成することにより、シール機構15に形成された周方向流動通路151を流れた作動流体は、複数の分散通路152に分散して誘導され、できるだけ均等に熱交換部14に分配される。また、複数の分散通路152が対称にかつ等距離的に配置されているので、シール機構15の周方向流動通路151内の作動流体の圧力をできるだけ均一にすることができる。
Further, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、シール機構15の対向端部154に、中心から外周に向かう方向に沿って上昇する傾斜面1541を設けることにより、中心開口通路153で集まられた作動流体は、より容易に傾斜面1541(促進流路C1)を沿って、できるだけ均等に、そして広がるように熱交換部14へ流れることができる。つまり、中心開口通路153の中心部から圧縮空間Cに吐出される作動流体は、傾斜面1541に誘導される。中心開口通路153の中心部を中心として、作動流体が上昇するように分散方向に流れることができる。よって、できるだけ均等に作動流体を熱交換部14に送り込むことができる。これにより、熱交換ができるだけ均一に促進され、冷凍部1(熱交換手段)の効率を向上させることができる。
Further, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100の冷凍部1で発生する吸熱は、密閉端部1201(吸熱部140)を介して被冷凍側(冷蔵庫900)に出力される。密閉端部1201(吸熱部140)は、冷蔵庫900の冷凍室920に設置されているので、冷凍室920を冷却することができる。つまり、図5に示すように、冷凍機100の冷凍部1の吸熱部140(ケース部120の密閉端部1201)は、冷蔵庫900の後面902から、断熱材990を通して冷凍室920内に挿入し、水平に配置されている。また、ケース部120の底部1202を含むバネ室162は冷蔵庫990の後面902から突出(突出距離H2)して配置される。
Moreover, the heat absorption which generate | occur | produces in the freezing
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、ケース部120と圧縮機3とは連結通路2を介して接続される分離型であるため、圧縮機3は連結通路2を介してケース部120の側壁部1203に接続して設置される。つまり、圧縮機3は、連結通路2を介して、ケース部120(図2に示す)の長軸Y(図2に示す)に交差する方向にケース部120の側壁部1203(図2に示す)に接続される。このため、冷蔵庫900に取り付けられる際、ケース部120が冷蔵庫900の後面902から突出する突出距離H2(冷蔵庫900の奥幅H1の一部である)は、図6に示す従来の一体型冷凍機の突出距離H2よりできるだけ縮小することできる。よって、冷凍機100を含む冷蔵庫900のコンパクト化は図りやすい。なお、図5は、第1実施形態例におけるスターリング冷凍機100のケース部120を冷蔵庫900に取り付けた状態を示すものである。
In addition, the
なお、図6に示すように、従来の一体型冷凍機では、圧縮機3として機能する振動発生装置31xは、冷凍部1Aと同軸(長軸Y)にケース部120xに配置されているため、ケース部120xの冷蔵庫900の後面902から突出する突出距離H2は大きくなり、冷凍機100xを含む冷蔵庫900のコンパクト化が図りにくい。なお、図6は、従来の冷凍機100xのケース部120xを冷蔵庫900に取り付けた状態を示すものである。
As shown in FIG. 6, in the conventional integrated refrigerator, the
また、図6に示す従来の一体型の冷凍機では、振動発生装置31xはケース部120xと一体に形成されているため、振動発生装置31xからの振動は、ケース部120xを介して直接冷蔵庫900に伝導されてしまう。この問題に対して、本実施形態例の冷凍機100では、圧縮機3は連結通路2を介してケース部120、特に後面902の断熱材990側に接続されているため、圧縮機3で発生する振動は、連結通路2または断熱材990により軽減され、ケース部120に伝導されにくくなる。これにより、冷蔵庫900に圧縮機3からの振動の影響を抑えることができる。
In the conventional integrated refrigerator shown in FIG. 6, the
このように、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、ケース部120の密閉端部201(吸熱部140)を介して冷凍力を被冷凍側(冷蔵庫900)に出力することができる。また、被冷凍側が冷蔵庫900から構成される場合には、本実施形態例のスターリング冷凍機100のケース部120の密閉端部1201(吸熱部140)を冷蔵庫900の冷凍室920に挿入することで冷凍室920を冷却することができる。また、本実施形態例のスターリング冷凍機100では、圧縮機3はケース部120の外側に位置されているため、ケース部120(冷凍部1)側と圧縮機3側とは、連結通路2を介して接続されている。つまり、圧縮機3は冷凍部1と分離でき、冷凍機100の配置の自由度が向上し、コンパクト化を図ることができると共に、圧縮機3から冷蔵庫900への振動の影響を抑えることができる。よって、冷蔵庫900にスターリング冷凍機100を容易に組み付けることができ、スターリング冷凍機100を冷蔵庫900の冷凍手段として利用することができる。
As described above, the
(第2実施形態)
本実施形態例は、第1実施形態例の構成とは基本的に同様である。以下、第1実施形態例と異なる部分について説明する。なお、第1実施形態例と同様な部分に関しては、同じ符号を用いて説明する。
(Second Embodiment)
This embodiment is basically the same as the configuration of the first embodiment. Hereinafter, a different part from the first embodiment will be described. Note that portions similar to those in the first embodiment are described using the same reference numerals.
図7は、本実施形態例のスターリング冷凍機100(図2に示す)のシール機構15の断面を示す。なお、図7は、図3に示す第1実施形態例のシール機構15のI−I断面位置と同位置の断面図である。図7に示すように、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、第1実施形態例に示す冷凍機100とは、シール機構15に関して異なるものである。
FIG. 7 shows a cross section of the
具体的には、図7に示すように、本実施形態例のシール機構15では、均流促進手段150の周方向流動通路151は、より小さい径を持つリング状の流路で構成される。つまり、周方向流動通路151は、リング状の流路の径を縮小することにより、周方向流動通路151の(流路)容積を縮小することができる。よって、作動流体の死容積を減らすことができ、冷凍機100の効率を向上させることができる。
Specifically, as shown in FIG. 7, in the
(第3実施形態)
本実施形態例は、第1実施形態例の構成とは基本的に同様である。以下、第1実施形態例と異なる部分について説明する。なお、第1実施形態例と同様な部分に関しては、同じ符号を用いて説明する。
(Third embodiment)
This embodiment is basically the same as the configuration of the first embodiment. Hereinafter, a different part from the first embodiment will be described. Note that portions similar to those in the first embodiment are described using the same reference numerals.
図8は、本実施形態例のスターリング冷凍機100(図2に示す)のシール機構15を示す。図8に示すように、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、第1実施形態例に示す冷凍機100とは、シール機構15に関して異なるものである。
FIG. 8 shows the
具体的には、図8に示すように、本実施形態例のシール機構15では、均流促進手段150は、周方向流動通路151と、複数個(8個)の分散開口通路156とで構成される。なお、分散開口通路156の数は8個に限定されない。また、シール機構15内の死体積を考量した上で分散通路156の数及びその流路径を最適化することができる。
Specifically, as shown in FIG. 8, in the
図8に示すように、分散開口通路156は、シール機構15の長軸Y方向に沿ってシール機構15に形成され、一端が周方向流動通路151に連通し、他端が圧縮空間Cに連通している。また、分散開口通路156は、熱交換部14(図2に示す)に対向して開口している。
As shown in FIG. 8, the
このように、実施形態例のスターリング冷凍機100では、均流促進手段150は、シール機構15の周方向を流動する周方向流動通路151と周方向流動通路に連通して、熱交換部14に対向して開口する複数の分散開口通路156とを備えることにより、作動流体導入部1204からシール機構15に流れる作動流体は、シール機構15の周方向流動通路151に沿って、シール機構15の周方向全体をできるだけ均等に流れることができる。また、複数の分散開口通路156を介して、作動流体が周方向流動通路151からシリンダー11(図2に示す)とケース部120との間に配置された熱交換部14に対向して吐出することができる。すなわち、シール機構15の周方向に流れる作動流体は、複数の分散開口通路156を介して、できるだけ均等に熱交換部14へ分配して流れることができる。これにより、熱交換ができるだけ均一に促進され、冷凍部1(図2に示す)の効率を向上させることができる。
As described above, in the
また、本実施形態例のスターリング冷凍機100の複数の分散開口通路156は、ケース部120の長軸Yの軸心を対称軸とし、対称的かつ等距離的にシール機構15に形成されていることが好ましい。分散開口通路156を対称的かつ等距離的にシール機構15に形成することにより、シール機構15に形成された周方向流動通路151を流れた作動流体は、複数の分散開口通路156の流路に分散して誘導され、できるだけ均等に熱交換部14に分配される。また、複数の分散開口通路156が対称にかつ等距離的に配置されているので、シール機構15の周方向流動通路151内の作動流体の圧力をできるだけ均一にすることができる。
Further, the plurality of
(第4実施形態)
本実施形態例は、第3実施形態例の構成とは基本的に同様である。以下、第3実施形態例と異なる部分について説明する。なお、第3実施形態例と同様な部分に関しては、同じ符号を用いて説明する。
(Fourth embodiment)
This embodiment is basically the same as the configuration of the third embodiment. Hereinafter, a different part from the third embodiment will be described. Note that portions similar to those in the third embodiment are described using the same reference numerals.
図9は、本実施形態例のスターリング冷凍機100(図2に示す)のシール機構15を示す。図9に示すように、本実施形態例のスターリング冷凍機100は、第3実施形態例に示す冷凍機100とは、均流促進手段150に関して異なるものである。
FIG. 9 shows the
具体的には、図9に示すように、本実施形態例の均流促進手段150は、周方向流動通路151と、8個の分散開口通路156と、メッシュ157とからなる。なお、分散開口通路156の数は8個に限定されない。また、シール機構15内の死体積を考量した上で分散通路156の数及びその流路径を最適化することができる。
Specifically, as shown in FIG. 9, the flow equalization promoting means 150 of the present embodiment includes a
図9に示すように、メッシュ157は、圧縮空間Cにおいて、熱交換部14とシール機構15との間に設置され、作動流体の流れを整流するものである。なお、メッシュ157は、本発明のスターリング冷凍機100の整流部を構成するものである。
As shown in FIG. 9, the
シール機構15と熱交換部14との間にメッシュ157を備えることにより、作動流体ができるだけ均等に熱交換部14へ流れることができる。つまり、複数の分散開口通路156を通して圧縮空間Cに流れる作動流体は、メッシュ157によりさらに均等化が促進され、できるだけ均等に熱交換部14(図2に示す)に流れ込むことができる。よって、作動流体が熱交換部14のほぼ全体を流れることができ、熱交換ができるだけ均一に促進され、冷凍部1(図2に示す)の効率を向上させることができる。これにより、冷凍機100の装置全体の効率向上に有利である。
By providing the
(その他)
上記した各実施形態例は、被冷凍側として、冷蔵庫900で説明したが、冷蔵庫900に限らず、産業機器(例えば、エンジン)などにも適用する。
(Other)
Each of the above-described exemplary embodiments has been described with the
本発明のスターリング冷凍機は、例えば、家庭用または業務用冷蔵庫などの冷却(冷凍)分野に使用することができる。 The Stirling refrigerator of the present invention can be used, for example, in the field of cooling (freezing) such as household or commercial refrigerators.
1:冷凍部 2:連結通路 3:圧縮機
11:シリンダー(熱交換手段)
13:ディスプレーサー(熱交換手段)
14:熱交換部(熱交換手段)
101:冷凍発生部(内部空間)
15:シール機構 150:均流促進手段
120:ケース部
1201:密閉端部 1204:作動流体導入部
E:膨脹空間 C:圧縮空間
1: Refrigeration unit 2: Connection passage 3: Compressor
11: Cylinder (heat exchange means)
13: Displacer (heat exchange means)
14: Heat exchange part (heat exchange means)
101: Freezing generator (internal space)
15: Sealing mechanism 150: Flow equalization promoting means 120: Case part 1201: Sealed end part 1204: Working fluid introduction part E: Expansion space C: Compression space
Claims (11)
前記ケース部に収容され、前記密閉端部との間に作動流体が封入される内部空間を形成するシール機構と、
前記内部空間に設置され、前記作動流体を膨脹させる膨脹空間と前記作動流体を圧縮させる圧縮空間と、
前記ケース部の外側に位置され、前記作動流体に対して圧力変動を発生させる圧縮機と、
前記膨脹空間と前記圧縮空間との間には前記作動流体が往復することで熱交換を行う熱交換手段と、を備え、
前記シール機構は、
前記圧縮機から流入される前記作動流体を前記シール機構に導入する作動流体導入部と、
前記作動流体導入部から導入された前記作動流体の均等化を促進して前記熱交換手段に分流する均流促進手段と、を有することを特徴とするスターリング冷凍機。 A case portion having a sealed end portion at least at one end;
A seal mechanism that is housed in the case part and forms an internal space in which a working fluid is sealed between the sealed end part;
An expansion space installed in the internal space for expanding the working fluid and a compression space for compressing the working fluid;
A compressor that is located outside the case portion and generates pressure fluctuations with respect to the working fluid;
Heat exchange means for exchanging heat by reciprocating the working fluid between the expansion space and the compression space;
The sealing mechanism is
A working fluid introduction section for introducing the working fluid flowing from the compressor into the seal mechanism;
A Stirling refrigerator, comprising: current equalization promoting means for promoting equalization of the working fluid introduced from the working fluid introduction section and diverting to the heat exchange means.
前記シール機構に形成され、前記ケース部の長軸方向に沿って前記圧縮空間の中心部に開口する中心開口通路と、
前記シール機構に形成され、前記作動流体導入部を介して前記圧縮機から流入される前記作動流体を前記シール機構の周方向に沿って流動させる周方向流動通路と、
前記シール機構にこれの径方向に沿って形成され、一端が前記周方向流動通路に連通し、他端が前記中心開口通路に連通する複数の分散通路と、を備え、
前記圧縮機から前記シール機構に流入された前記作動流体は、前記周方向流動通路、前記複数の分散通路及び前記中心開口通路を介して、前記圧縮空間の前記中心部に集合され、前記中心部から前記熱交換部へ流れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスターリング冷凍機。 The flow equalization promoting means is
A central opening passage formed in the sealing mechanism and opening in a central portion of the compression space along a longitudinal direction of the case portion;
A circumferential flow passage formed in the seal mechanism and allowing the working fluid flowing from the compressor through the working fluid introduction portion to flow along a circumferential direction of the seal mechanism;
A plurality of dispersion passages formed along the radial direction of the seal mechanism, with one end communicating with the circumferential flow passage and the other end communicating with the central opening passage;
The working fluid that has flowed into the seal mechanism from the compressor is gathered in the central portion of the compression space via the circumferential flow passage, the plurality of dispersion passages, and the central opening passage, and the central portion The Stirling refrigerator according to any one of claims 1 to 3, wherein the Stirling refrigerator flows through the heat exchanger.
前記シール機構に形成され、前記作動流体導入部を介して前記圧縮機から流入される前記作動流体を前記シール機構の周方向に沿って流動させる周方向流動通路と、
前記シール機構にこれの長軸方向に沿って形成され、一端が前記周方向流動通路に連通し、他端が前記圧縮空間に連通し、前記熱交換部に対向して開口する複数の分散開口通路と、を備え、
前記圧縮機から前記ケース部内に流入された前記作動流体は、前記周方向流動通路、前記複数の分散開口通路を介して、前記熱交換部へ流れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスターリング冷凍機。 The flow equalization promoting means is
A circumferential flow passage formed in the seal mechanism and allowing the working fluid flowing from the compressor through the working fluid introduction portion to flow along a circumferential direction of the seal mechanism;
A plurality of dispersion openings formed along the major axis direction of the seal mechanism, one end communicating with the circumferential flow passage, the other end communicating with the compression space, and opening facing the heat exchange portion A passage,
The said working fluid which flowed in in the said case part from the said compressor flows into the said heat exchange part through the said circumferential flow path and these dispersion | distribution opening passages, Any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The Stirling refrigerator according to claim 1.
前記密閉端部は、前記冷蔵庫の前記冷凍室に設置されていることを特徴とする請求項10項に記載のスターリング冷凍機。 The to-be-frozen side is a refrigerator provided with a freezer compartment,
The Stirling refrigerator according to claim 10, wherein the sealed end portion is installed in the freezer compartment of the refrigerator.
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WO2016121418A1 (en) * | 2015-01-29 | 2016-08-04 | 住友重機械工業株式会社 | Stirling refrigerator |
JP2016142471A (en) * | 2015-02-03 | 2016-08-08 | 住友重機械工業株式会社 | Stirling refrigerator |
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2007
- 2007-05-25 JP JP2007139529A patent/JP2008292084A/en not_active Withdrawn
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