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JPH0343546B2 - - Google Patents
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JPH0343546B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0343546B2
JPH0343546B2 JP4938786A JP4938786A JPH0343546B2 JP H0343546 B2 JPH0343546 B2 JP H0343546B2 JP 4938786 A JP4938786 A JP 4938786A JP 4938786 A JP4938786 A JP 4938786A JP H0343546 B2 JPH0343546 B2 JP H0343546B2
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JP
Japan
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displacer
crankshaft
compression
piston
drive
Prior art date
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Application number
JP4938786A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS62206354A (en
Inventor
Yoichi Nakamura
Mitsuo Shimizu
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Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPS62206354A publication Critical patent/JPS62206354A/en
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  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Defrosting Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、ラジアル型ピストン圧縮機を備え
たスターリングサイクル冷凍機に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a Stirling cycle refrigerator equipped with a radial piston compressor.

(従来の技術) スターリングサイクル冷凍機において、圧縮ピ
ストンとデイスプレーサとを一定位相差の下に往
復運動させる必要があることは周知である。かか
る運動を生じさせめるための圧縮ピストンとデイ
スプレーサの駆動方式としては、クランク軸駆動
方式、回転斜板駆動方式、ロンビツク駆動方式、
リニヤ駆動方式などが知られているが、これらの
うち、ロンビツク駆動方式とリニヤ駆動方式は単
気筒用の駆動方式であり、多気筒用には不向きで
ある。
(Prior Art) It is well known that in a Stirling cycle refrigerator, it is necessary to cause a compression piston and a displacer to reciprocate under a constant phase difference. Drive methods for the compression piston and displacer to generate such motion include crankshaft drive, rotating swash plate drive, Rhombik drive,
Linear drive systems and the like are known, but among these, the Rhombic drive system and the linear drive system are drive systems for single cylinders and are not suitable for multi-cylinder systems.

そこで、従来、上記クランク軸駆動方式(特開
昭58−69366号公報参照)や回転斜板駆動方式
(特開昭54−149958号公報参照)を多気筒用とし
て用いる技術が知られている。
Therefore, conventional techniques are known in which the crankshaft drive system (see Japanese Patent Application Laid-open No. 58-69366) or the rotary swash plate drive system (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-149958) is used for multi-cylinder applications.

上記クランク軸駆動方式は、複数のシリンダを
同軸状に直列配置し、一方のシリンダに挿入され
た圧縮ピストンと他方のシリンダに挿入されたデ
イスプレーサとを軸方向に連結して構成されるも
のであり、上記回転斜板駆動方式は、複数のシリ
ンダを同心状に配置し、一方のシリンダに挿入さ
れた圧縮ピストンと他方のシリンダに挿入された
デイスプレーサとを相互に平行に配置して構成さ
れるものである。これら両方式は比較的容易に多
気筒化を図ることができる。
The above crankshaft drive system is constructed by arranging multiple cylinders coaxially in series and connecting the compression piston inserted in one cylinder and the displacer inserted in the other cylinder in the axial direction. The above rotating swash plate drive system has a plurality of cylinders arranged concentrically, and a compression piston inserted into one cylinder and a displacer inserted into the other cylinder are arranged parallel to each other. It is composed of Both of these types can be made to have multiple cylinders relatively easily.

(発明が解決しようとする問題点) ところが、上記先行技術では、構造が複雑であ
り、大出力を得るためには全体重量の増大や大型
化を招くという問題がある。特に、回転斜板駆動
方式は、一般に小型冷凍機に適した構造であり、
ピストン径に応じて斜板の径を大きくする必要が
あり、また、これに応じて斜板および軸受部の強
度を高める必要があるため、必然的に装置が大型
化する。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the above-mentioned prior art has a complicated structure, and in order to obtain a large output, there is a problem that the overall weight and size must be increased. In particular, the rotating swash plate drive system is generally suitable for small refrigerators.
It is necessary to increase the diameter of the swash plate in accordance with the piston diameter, and it is also necessary to increase the strength of the swash plate and the bearing portion accordingly, which inevitably increases the size of the device.

この発明は上記従来の問題点を解消するために
なされたもので、構造が簡単で、コンパクトかつ
軽量で、しかも大出力が得られる多気筒のスター
リングサイクル冷凍機を提供することを目的とす
る。
The present invention was made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a multi-cylinder Stirling cycle refrigerator that has a simple structure, is compact, lightweight, and can provide a large output.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために、この発明は、駆動
機で回転駆動されるクランク軸の胴部を偏心さ
せ、この胴部に外輪を回転自在に嵌め込み、放射
状に配置された複数の圧縮ピストンの連接棒を上
記外輪に連接することにより、ラジアル型のピス
トン駆動装置を構成している。また、上記クラン
ク軸と同心状に複数のデイスプレーサを配置し、
クランク軸の一端部に固定されたカム部材の外周
に、クランク軸の軸方向に変位するカム溝を設
け、このカム溝に駆動体を挿入し、上記デイスプ
レーサをクランク軸の軸方向へ往復動させるロツ
ドを上記駆動体に連結することにより、デイスプ
レーサ駆動装置を構成している。上記カム溝の形
状は、各圧縮ピストンに対して対応するデイスプ
レーサの位相がほぼ90度進むことができるように
設定されている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention makes the body of a crankshaft that is rotationally driven by a drive machine eccentric, and rotatably fits an outer ring into this body, and radially rotates the crankshaft. A radial piston drive device is constructed by connecting connecting rods of a plurality of compression pistons arranged in the outer ring to the outer ring. In addition, multiple displacers are arranged concentrically with the crankshaft,
A cam groove that is displaceable in the axial direction of the crankshaft is provided on the outer periphery of a cam member fixed to one end of the crankshaft, and a drive body is inserted into this cam groove to reciprocate the displacer in the axial direction of the crankshaft. A displacer driving device is constructed by connecting a moving rod to the driving body. The shape of the cam groove is set so that the phase of the displacer corresponding to each compression piston can advance approximately 90 degrees.

(作用) この発明によれば、ラジアル型ピストン駆動装
置と、このピストン駆動装置のクランク軸と同心
状に配置された複数のデイスプレーサを有するデ
イスプレーサ駆動装置とを組み合わせて、スター
リングサイクル冷凍機を構成したので、冷凍能力
を向上させるために圧縮ピストンおよびデイスプ
レーサの数を増しても、冷凍機全体の大型化が避
けられる。
(Function) According to the present invention, a radial piston drive device and a displacer drive device having a plurality of displacers arranged concentrically with the crankshaft of the piston drive device are combined to produce a Stirling cycle refrigeration system. With this structure, even if the number of compression pistons and displacers is increased to improve the refrigerating capacity, the overall size of the refrigerating machine can be avoided.

また、ラジアル型ピストン駆動装置を採用した
ので、ガス圧縮荷重の大部分がクランク軸上で相
殺されることになり、圧縮力のバランスを比較的
容易に保つことができる。したがつて、クランク
軸を支える軸受部への荷重を減少できるので、ケ
ーシングおよび軸受部を全体的にコンパクト化す
ることができる。
Furthermore, since a radial piston drive device is employed, most of the gas compression load is canceled out on the crankshaft, making it possible to maintain the balance of compression forces relatively easily. Therefore, the load on the bearing section that supports the crankshaft can be reduced, so that the casing and the bearing section can be made more compact as a whole.

また、圧縮ピストンを放射状に配置したのでピ
ストン径を大としても装置全体が大型化すること
がない。したがつて容易に出力の増大が図られ
る。
In addition, since the compression pistons are arranged radially, even if the diameter of the pistons is increased, the overall size of the device does not increase. Therefore, the output can be easily increased.

(実施例) 以下、この発明の実施例を図面にしたがつて説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、スターリングサイクル冷凍機の縦断
面図である。図において、スターリングサイクル
冷凍機1は、ラジアル型のピストン駆動装置2
と、デイスプレーサ駆動装置3とが連結されて構
成されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a Stirling cycle refrigerator. In the figure, a Stirling cycle refrigerator 1 has a radial piston drive device 2.
and a displacer drive device 3 are connected to each other.

ピストン駆動装置2は、駆動機6を備えてお
り、駆動機6は、減速機5を介してクランク軸4
に連結されている。減速機5は、たとえば遊星歯
車機構や、かさ歯車機構である。減速機5および
駆動機6は、系内の作動ガスが漏れないように気
密構造とされる。クランク軸4は、気密なクラン
クケース7内を上下に貫通しており、低蒸気圧の
グリース密封型のころ軸受8a,8bによりクラ
ンクケース7内に回転自在に支持されている。ク
ランクケース7には、減速機5内の潤滑油が侵入
しないように、オイルシール8cが設けられてい
る。
The piston drive device 2 includes a drive machine 6, and the drive machine 6 drives the crankshaft 4 via a reduction gear 5.
is connected to. The speed reducer 5 is, for example, a planetary gear mechanism or a bevel gear mechanism. The reducer 5 and the drive unit 6 have an airtight structure so that the working gas within the system does not leak. The crankshaft 4 vertically passes through an airtight crankcase 7, and is rotatably supported within the crankcase 7 by low vapor pressure, grease-sealed roller bearings 8a and 8b. An oil seal 8c is provided in the crankcase 7 to prevent lubricating oil in the reduction gear 5 from entering.

クランク軸4の胴部9は、クランク軸4よりも
大径で、かつクランク軸4に対して偏心してい
る。胴部9の径および偏心幅は、圧縮ピストン1
7のストロークに応じて選ばれている。この胴部
9には、低蒸気圧のグリース密封型のころ軸受1
0を介して外輪11が回転自在に嵌め込まれてい
る。外輪11の外周面には、圧縮ピストン17に
連結される連接棒13の摺動面13aが摺接して
いる。摺動面13aには、一定の厚みで無潤滑材
料が固着されている。無潤滑材料は、たとえば高
分子軸受材料または焼結軸受材料のように摺動性
および耐摩耗性に良好なものが選ばれている。な
お、12はオイルシールである。
The body 9 of the crankshaft 4 has a larger diameter than the crankshaft 4 and is eccentric with respect to the crankshaft 4. The diameter and eccentric width of the body 9 are the same as those of the compression piston 1.
It is selected according to the stroke of 7. This body 9 has a low vapor pressure grease-sealed roller bearing 1.
An outer ring 11 is rotatably fitted through the outer ring 11. A sliding surface 13a of a connecting rod 13 connected to a compression piston 17 is in sliding contact with the outer peripheral surface of the outer ring 11. A non-lubricated material is fixed to the sliding surface 13a with a constant thickness. The non-lubricated material is selected to have good sliding properties and wear resistance, such as a polymer bearing material or a sintered bearing material. Note that 12 is an oil seal.

連接棒13は、外輪11の径方向に放射状に4
個配置されている。各連接棒13の下端フランジ
部13bには、無潤滑材料から成る一対の案内リ
ング14a,14bが嵌め込まれている。案内リ
ング14a,14bにより、各連接棒13の摺動
面13aと外輪11との上記接触状態が維持され
るとともに、連接棒13の矢印Aで示す方向への
揺動および外輪11の軸方向(Aと同一方向)へ
の摺動が阻止される。また、案内リング14a,
14bにより、外輪11と摺動面13aとのすべ
り摩擦熱がクランクケース7に伝えられ、摺動面
13a付近の低温が保たれる。
The connecting rod 13 extends radially in the radial direction of the outer ring 11.
are arranged. A pair of guide rings 14a and 14b made of a lubricant-free material are fitted into the lower end flange portion 13b of each connecting rod 13. The guide rings 14a and 14b maintain the contact state between the sliding surface 13a of each connecting rod 13 and the outer ring 11, and also prevent the connecting rod 13 from swinging in the direction indicated by arrow A and the outer ring 11 from moving in the axial direction ( Sliding in the same direction as A) is prevented. Moreover, the guide ring 14a,
14b, the sliding friction heat between the outer ring 11 and the sliding surface 13a is transmitted to the crankcase 7, and the low temperature near the sliding surface 13a is maintained.

クランクケース7には、第2図に示されるよう
に、4個の圧縮ピストン用シリンダ18が周方向
に等間隔をあけて放射状に突設されている。各シ
リンダ18内の圧縮ピストン17は2つ割りの球
面軸受19a,19bを介して連接棒13の球状
ヘツド13cに連結されている。球面軸受19
a,19bは、高分子系または焼結合金系の無潤
滑材料から成る。また、ピストンリング22およ
びライダリング23は、合金樹脂系の無潤滑材料
から成る。なお、圧縮ピストン17には、上記案
内リング14a,14b(第1図)および上記摺
動面13aの摩耗による粉塵が圧縮室20内に侵
入しないように、防塵機能を有するスクレーパリ
ング24が装着されている。
As shown in FIG. 2, four compression piston cylinders 18 are provided radially projecting from the crankcase 7 at equal intervals in the circumferential direction. The compression piston 17 in each cylinder 18 is connected to the spherical head 13c of the connecting rod 13 via two spherical bearings 19a, 19b. Spherical bearing 19
a and 19b are made of a polymer-based or sintered metal-based non-lubricated material. Further, the piston ring 22 and the rider ring 23 are made of an alloy resin-based non-lubricated material. A scraper ring 24 having a dustproof function is attached to the compression piston 17 to prevent dust from entering the compression chamber 20 due to wear of the guide rings 14a, 14b (FIG. 1) and the sliding surface 13a. ing.

シリンダ18内の圧縮室20およびクランクケ
ース7内の背面室21には、冷媒としての作動ガ
ス、たとえばHeガスが封入されている。この圧
縮室20には、運転中常に圧縮ピストン17の慣
性力、ピストンリング22およびライダリング2
3の摩擦力に打ち勝つところの荷重が働き、上記
連接棒13と外輪11とは、その圧縮荷重をもつ
て接触している。なお、25a,25bは、シリ
ンダ18の冷却水通路であり、この冷却水に、作
動ガスの圧縮熱、各リング22,23の摺動摩擦
熱、球面軸受19a,19bの摺動摩擦熱がそれ
ぞれ吸収される。
A compression chamber 20 in the cylinder 18 and a back chamber 21 in the crankcase 7 are filled with a working gas as a refrigerant, such as He gas. This compression chamber 20 is constantly filled with the inertia of the compression piston 17, the piston ring 22, and the rider ring 2 during operation.
A load that overcomes the frictional force of 3 acts, and the connecting rod 13 and outer ring 11 are in contact with each other with the compressive load. Note that 25a and 25b are cooling water passages for the cylinder 18, and the cooling water absorbs the compression heat of the working gas, the sliding friction heat of the rings 22 and 23, and the sliding friction heat of the spherical bearings 19a and 19b, respectively. Ru.

つぎに、デイスプレーサ駆動装置3の構成につ
いて説明する。第1図のクランク軸4の上端部に
は、クランク軸4と同軸のカム部材30が設けら
れている。クランク軸4とカム部材30との間に
は、両者の回転運動を同一にするためのキー31
が嵌入されている。カム部材30の外周面には、
周方向に延びる矩形断面形状のカム溝32が形成
されている。カム溝32は、周方向に正弦波形状
となるように曲成されており、このカム溝32に
は、周方向に等間隔をあけて4個のローラ状の駆
動体33が挿入されている。各駆動体33は、グ
リース密封型のころ軸受(図示せず)によりクラ
ンク軸4と垂直な軸線まわりに回転自在の状態
で、クランク軸4と同心状に配置された4つのロ
ツド34にボルトおよびナツト95によつて個別
に締結されている。各ロツド34は、クランク軸
4と同軸方向に延びており、低蒸気圧のグリース
密封型の軸受36a,36bにより気密なケーシ
ング28内に往復動自在に支持されている。
Next, the configuration of the displacer drive device 3 will be explained. A cam member 30 coaxial with the crankshaft 4 is provided at the upper end of the crankshaft 4 in FIG. A key 31 is provided between the crankshaft 4 and the cam member 30 to make the rotational movements of the two the same.
is inserted. On the outer peripheral surface of the cam member 30,
A cam groove 32 with a rectangular cross section extending in the circumferential direction is formed. The cam groove 32 is curved in a sinusoidal shape in the circumferential direction, and four roller-shaped driving bodies 33 are inserted into the cam groove 32 at equal intervals in the circumferential direction. . Each drive body 33 is rotatable about an axis perpendicular to the crankshaft 4 by a grease-sealed roller bearing (not shown), and is connected to four rods 34 concentrically with the crankshaft 4 by bolts and bolts. They are individually fastened with nuts 95. Each rod 34 extends coaxially with the crankshaft 4 and is reciprocatably supported within the airtight casing 28 by low vapor pressure, grease-sealed bearings 36a, 36b.

上記各ロツド34は、ロツド34と同軸方向に
延びる4個のデイスプレーサ用シリンダ40内の
各デイスプレーサ41に個別に連結されている。
デイスプレーサ41は、ロツド34の先端部に連
結された比較的大径の第1のデイスプレーサ41
aと、第1デイスプレーサに連結された比較的小
径の第2デイスプレーサ41bとから成る。第1
デイスプレーサ41aとロツド34との連結部に
は、気密な背面室42が設けられており、この背
面室42は、通路43および熱交換器44を介し
て圧縮ピストン用シリンダ18内の圧縮室20に
連通している。熱交換器44は、複数の水冷パイ
プが組込まれて構成される。
Each rod 34 is individually connected to each displacer 41 in four displacer cylinders 40 extending coaxially with the rod 34.
The displacer 41 has a relatively large diameter first displacer 41 connected to the tip of the rod 34.
a, and a relatively small-diameter second displacer 41b connected to the first displacer. 1st
An airtight back chamber 42 is provided at the connection between the displacer 41a and the rod 34, and this back chamber 42 is connected to the compression chamber in the compression piston cylinder 18 via a passage 43 and a heat exchanger 44. It is connected to 20. The heat exchanger 44 is configured by incorporating a plurality of water cooling pipes.

第1デイスプレーサ41a内には、金網(蓄冷
材)が積層されて成る第1蓄冷器38aが組込ま
れており、また、第2デイスプレーサ41b内に
は、鉛粒(蓄冷材)が充填されて成る第2蓄冷器
38bが組込まれている。第1デイスプレーサ4
1aと第2デイスプレーサ41bとの連結部には
気密な第1膨張室46aが設けられており、この
第1膨張室46aの近傍には、デイスプレーサ用
シリンダ40各の第1膨張室46aのすべてに連
通する環状の第1コールドヘツド47aが設けら
れている。また、第2デイスプレーサ41bの先
端部には、気密な第2膨張室46bが設けられて
おり、この第2膨張室46bの近傍には、デイス
プレーサ用シリンダ40の各第2膨張室46bの
すべてに連通する環状の第2コールドヘツド47
bが設けられている。第1および第2膨張室46
a,46bは、第1および第2蓄冷器38a,3
8bを介して上記ロツド34側の背面室42に連
通している。
Inside the first displacer 41a, a first regenerator 38a made up of layered wire mesh (cold storage material) is incorporated, and inside the second displacer 41b, lead particles (cold storage material) are incorporated. A second regenerator 38b filled with water is incorporated. 1st displacer 4
1a and the second displacer 41b is provided with an airtight first expansion chamber 46a, and in the vicinity of this first expansion chamber 46a, a first expansion chamber of each of the displacer cylinders 40 is provided. A first annular cold head 47a is provided which communicates with all of the cold heads 46a. Further, an airtight second expansion chamber 46b is provided at the tip of the second displacer 41b, and each second expansion chamber of the displacer cylinder 40 is provided in the vicinity of the second expansion chamber 46b. An annular second cold head 47 that communicates with all of 46b.
b is provided. First and second expansion chambers 46
a, 46b are the first and second regenerators 38a, 3
It communicates with the back chamber 42 on the rod 34 side via 8b.

つぎに、上記ラジアル型ピストン駆動装置2お
よびデイスプレーサ駆動装置3の動作について説
明する。
Next, the operations of the radial piston drive device 2 and the displacer drive device 3 will be explained.

まず、駆動機6を作動すると、クランク軸4は
減速機5により一定回転数に減速されて回転駆動
する。クランク軸4の偏心した胴部9の回転運動
は、ころ軸受10および外輪11を介して連接棒
13の往復運動に変換される。胴部9の偏心によ
り4個の圧縮ピストン17は、90度の位相差でシ
リンダ18内をそれぞれ往復動する。
First, when the drive device 6 is activated, the crankshaft 4 is reduced to a constant rotational speed by the reduction gear 5 and driven to rotate. The rotational movement of the eccentric body 9 of the crankshaft 4 is converted into a reciprocating movement of the connecting rod 13 via a roller bearing 10 and an outer ring 11. Due to the eccentricity of the body 9, the four compression pistons 17 reciprocate within the cylinder 18 with a phase difference of 90 degrees.

一方、クランク軸4の回転トルクは、カム部材
30に伝達され、カム部材30のカム溝32に挿
入された駆動体33を介してロツド34の往復運
動に変換される。カム溝32の正弦波形状によつ
て4個のデイスプレーサ41は、対応する圧縮ピ
ストン17の位相よりも90度進んでシリンダ40
内をそれぞれ往復動する。
On the other hand, the rotational torque of the crankshaft 4 is transmitted to the cam member 30 and converted into reciprocating motion of the rod 34 via the drive body 33 inserted into the cam groove 32 of the cam member 30. Due to the sinusoidal shape of the cam groove 32, the four displacers 41 move toward the cylinder 40 90 degrees ahead of the phase of the corresponding compression piston 17.
Each moves back and forth inside.

つぎに、スターリングサイクル冷凍機1の1サ
イクル4工程、つまり等温圧縮工程、等容工程、
等温膨張工程、等容工程について説明する。
Next, four steps per cycle of the Stirling cycle refrigerator 1, that is, an isothermal compression step, an isovolume step,
The isothermal expansion process and the isovolume process will be explained.

まず、等温圧縮工程において、デイスプレーサ
41がデイスプレーサ用シリンダ40の上端に位
置し、圧縮ピストン17が圧縮ピストン用シリン
ダ18の下端に位置した状態から、圧縮ピストン
17が上昇すると、圧縮室20内の作動ガスが圧
縮されて熱交換器44および通路43を通つて背
面室42内に流入する。このとき、生じたガス圧
縮熱の一部は、水冷構造のシリンダ18に吸収さ
れ、残余の圧縮熱は、熱交換器44に吸収される
ので、理想的には、等温圧縮工程となる。
First, in the isothermal compression process, when the compression piston 17 rises from a state where the displacer 41 is located at the upper end of the displacer cylinder 40 and the compression piston 17 is located at the lower end of the compression piston cylinder 18, the compression chamber The working gas in 20 is compressed and flows into back chamber 42 through heat exchanger 44 and passage 43 . At this time, a part of the generated gas compression heat is absorbed by the water-cooled cylinder 18, and the remaining compression heat is absorbed by the heat exchanger 44, so ideally, the compression process is an isothermal compression process.

つぎに、等容工程において、デイスプレーサ4
1が下降すると、背面室42内の作動ガスは、第
1蓄冷器38a内を通過して第1膨張室46aに
流入し、さらに、一部の作動ガスは第2蓄冷器3
8b内を通過して第2膨張室46bに流入する。
このとき、作動ガスは、第1および第2蓄冷器3
8a,38bを通過する際に各蓄冷材に熱を奪わ
れて冷却されるとともに圧力も低下し、第1およ
び第2膨張室46a,46bにおいて所定圧力の
低温ガスとなる。これは容積一定の等容変化であ
る。
Next, in the equal volume process, the displacer 4
1 descends, the working gas in the back chamber 42 passes through the first regenerator 38a and flows into the first expansion chamber 46a, and some of the working gas flows into the second regenerator 38a.
8b and flows into the second expansion chamber 46b.
At this time, the working gas is supplied to the first and second regenerators 3
When passing through the regenerators 8a and 38b, the regenerator absorbs heat and is cooled, and the pressure also decreases, becoming a low-temperature gas at a predetermined pressure in the first and second expansion chambers 46a and 46b. This is an isovolumic change with a constant volume.

つぎに、等温膨張工程において、圧縮ピストン
17が下降すると、第1および第2膨張室46
a,46b内の低温ガスが膨張により寒冷化す
る。このとき、第1および第2コールドヘツド4
7a,47bから熱を奪い、低温ガスは結果的に
は温度一定の等温膨張行なう。低温ガスが奪つた
熱量が冷凍機1の冷凍出力である。
Next, in the isothermal expansion step, when the compression piston 17 descends, the first and second expansion chambers 46
The low temperature gas inside a and 46b cools down due to expansion. At this time, the first and second cold heads 4
Heat is removed from 7a and 47b, and the low-temperature gas eventually expands isothermally at a constant temperature. The amount of heat taken by the low temperature gas is the refrigeration output of the refrigerator 1.

つぎに、等容工程において、デイスプレーサ4
1が上昇すると、第1および第2膨張室46a,
46b内の低温ガスは、第1および第2蓄冷器3
8a,38b内を通過してロツド34側の背面室
42内に流入し、さらに、熱交換器44を通つて
圧縮室20内に流入する。このとき、低温ガス
は、第1および第2蓄冷器38a,38b内の各
蓄冷材を冷却しつつ自らは高温となり、圧力も高
まる。これは容積一定の等容変化である。
Next, in the equal volume process, the displacer 4
1 rises, the first and second expansion chambers 46a,
The low temperature gas in 46b is transferred to the first and second regenerators 3
8a, 38b, flows into the rear chamber 42 on the rod 34 side, and further flows into the compression chamber 20 through the heat exchanger 44. At this time, the low-temperature gas cools each of the regenerator materials in the first and second regenerators 38a and 38b, becomes high in temperature, and increases in pressure. This is an isovolumic change with a constant volume.

上記一連の動作の繰返しにより、第1および第
2コールドヘツド47a,47bにおいて連続注
な冷凍出力を得ることができる。
By repeating the above series of operations, a continuous high refrigeration output can be obtained in the first and second cold heads 47a and 47b.

上記構成において、ラジアル型のピストン駆動
装置2と、このピストン駆動装置2のクランク軸
4と同心状に配置された複数のデイスプレーサ4
1を有するデイスプレーサ駆動装置3とを組み合
わせて、スターリングサイクル冷凍機1を構成し
たので、冷凍能力を向上させるために圧縮ピスト
ン17およびデイスプレーサ41の数を増やして
も、冷凍機全体の大型化が避けられる。
In the above configuration, a radial piston drive device 2 and a plurality of displacers 4 arranged concentrically with the crankshaft 4 of the piston drive device 2 are provided.
Since the Stirling cycle refrigerator 1 is constructed by combining the displacer drive device 3 with the displacer drive device 3 having the Enlargement can be avoided.

また、偏心クランク機構により駆動される圧縮
ピストン17を放射状に配置したので、圧縮ピス
トン用シリンダ18内のガス圧荷重の大部分が相
殺されて、クランク軸4を支える軸受部への圧縮
荷重を減少することができる。したがつて、軸受
部やクランクケース7のコンパクト化を図ること
ができる。
In addition, since the compression pistons 17 driven by the eccentric crank mechanism are arranged radially, most of the gas pressure load in the compression piston cylinder 18 is offset, reducing the compression load on the bearing section that supports the crankshaft 4. can do. Therefore, the bearing portion and the crankcase 7 can be made more compact.

また、ガス圧荷重が相殺されることから圧縮ピ
ストン17の径を大にすることができ、これによ
つて、出力の増大を図ることができる。しかも、
圧縮ピストン用シリンダ18が放射状に設けられ
るので、シリンダ径を大きくしても冷凍機全体の
軸方向(第1図の上下方向)の寸法は増大しな
い。また、ラジアル型のピストン圧縮機は、クラ
ンク軸4の軸方向に対して偏平な構造を有するの
で、軸方向の寸法を縮める上で有利である。
Furthermore, since the gas pressure load is canceled out, the diameter of the compression piston 17 can be increased, thereby increasing the output. Moreover,
Since the compression piston cylinders 18 are provided radially, the size of the entire refrigerator in the axial direction (vertical direction in FIG. 1) does not increase even if the cylinder diameter is increased. Further, since the radial piston compressor has a structure that is flat with respect to the axial direction of the crankshaft 4, it is advantageous in reducing the axial dimension.

また、この実施例では、系内を以下に述べる方
法でオイルフリーの状態としたので、無給油によ
る長寿命化および構造の簡略化が図られるととも
に、クランクケース7の背面室21内の作動ガス
が仮りに圧縮室20内に侵入しても、内部の汚染
が防がれる。これによつて、蓄冷材の汚染防止、
伝熱性の向上および圧縮損失の低下が達成され、
冷凍機1の性能および信頼性が向上する。すなわ
ち、クランク軸4の偏心した胴部9はかなり速い
周速をもつが、胴部9の外周面に摩擦係数の小さ
いグリース密封型のころ軸受10を設けたので、
この部分の摩擦仕事を大幅に低減することができ
る。さらに、ころ軸受10により外輪11は、ほ
とんど自転運動をしなくなるので、外輪11の外
周面に対する連接棒13の摺動面13aの相対運
動を小さくすることができる。このため、摺動面
13aを無潤滑材料とすることができる。
In addition, in this embodiment, the inside of the system is made oil-free by the method described below, so that the service life is extended without oil supply and the structure is simplified. Even if it were to enter the compression chamber 20, contamination of the interior is prevented. This prevents contamination of cold storage materials,
Improved heat transfer and lower compression losses are achieved,
The performance and reliability of the refrigerator 1 are improved. That is, although the eccentric body 9 of the crankshaft 4 has a fairly high circumferential speed, since the grease-sealed roller bearing 10 with a small coefficient of friction is provided on the outer peripheral surface of the body 9,
Frictional work in this part can be significantly reduced. Furthermore, since the outer ring 11 hardly rotates due to the roller bearing 10, the relative movement of the sliding surface 13a of the connecting rod 13 with respect to the outer peripheral surface of the outer ring 11 can be reduced. Therefore, the sliding surface 13a can be made of a lubricant-free material.

これらの理由により、この冷凍機構造は従来の
クランク軸駆動方式や回転斜板駆動方式に比べ、
大型化、コンパクト化、軽量化、多気筒化を容易
に達成できる。
For these reasons, this refrigerator structure is more efficient than conventional crankshaft drive systems or rotating swash plate drive systems.
Larger size, more compact size, lighter weight, and multiple cylinders can be easily achieved.

さらにまた、デイスプレーサ41の駆動方法と
して、カム部材30を用いたので、カム部材30
のカム溝32の形状を駆動体33とロツド34の
往復運動に支障をきたさぬ範囲で適宜変更するこ
とにより、熱力学上最も好ましいデイスプレーサ
41の往復運動を容易に達成することができる。
また、ピストン駆動装置2とデイスプレーサ駆動
装置3とを、クランク軸4とカム部材30との間
に設けたキー31で連結するようにしたので、圧
縮ピストン17とデイスプレーサ41の各往復運
動の位相差を任意に選ぶことができる。この位相
差は、冷凍出力に大きく影響する。理想状態では
位相差が0度で冷凍出力がゼロとなり、位相差が
90度で冷凍出力が最大となる。しかし、実際には
圧損その他により90度を少しはずれた90度近傍に
最適値が存在する。
Furthermore, since the cam member 30 is used as a method of driving the displacer 41, the cam member 30
By appropriately changing the shape of the cam groove 32 within a range that does not impede the reciprocating motion of the drive body 33 and the rod 34, it is possible to easily achieve the most thermodynamically preferable reciprocating motion of the displacer 41.
Further, since the piston drive device 2 and the displacer drive device 3 are connected by the key 31 provided between the crankshaft 4 and the cam member 30, each reciprocation of the compression piston 17 and the displacer 41 is The phase difference of motion can be arbitrarily selected. This phase difference greatly affects the refrigeration output. In an ideal state, the phase difference is 0 degrees and the refrigeration output is zero;
Refrigeration output is maximum at 90 degrees. However, in reality, the optimum value exists near 90 degrees, which is slightly outside 90 degrees due to pressure loss and other factors.

第3図は、第2の実施例を示すもので、連接棒
13の摺動面13aは、胴部9の外周面と同一曲
率のニードル軸受60を介して胴部9に当接して
いる。その他の構成は、第1図の第1実施例と同
一である。軸受60は、オイルシール64による
グリース密封型であり、その保持器62は、第4
図に示すように、取付ボルト63により摺動面1
3a側に固定されている。軸受60は、胴部9の
外周面に接触しながらころがり摩擦運動をするの
で、摩擦仕事は小さく、機械効率が良くなる。
FIG. 3 shows a second embodiment, in which the sliding surface 13a of the connecting rod 13 is in contact with the body 9 via a needle bearing 60 having the same curvature as the outer peripheral surface of the body 9. The other configurations are the same as the first embodiment shown in FIG. The bearing 60 is a grease-sealed type with an oil seal 64, and the retainer 62 is a fourth
As shown in the figure, the sliding surface 1 is fixed by the mounting bolt 63.
It is fixed on the 3a side. Since the bearing 60 performs rolling frictional motion while contacting the outer peripheral surface of the body 9, the frictional work is small and mechanical efficiency is improved.

第5図は第3の実施例を示すもので、主連接棒
70は、取付ボルト73により外輪11に固定さ
れている。他の副連接棒72は、第6図に示すよ
うに、外輪11のブラケツト部11aにピン75
および軸受76により連結されている。軸受76
は無潤滑の円筒軸受または球面軸受が用いられ
る。主連接棒70は、外輪11と一体となつて揺
動しながら往復動することができ、他の副連接棒
72は、外輪11に連動して揺動しながら往復動
することができる。なお、77は、割りピンであ
る。
FIG. 5 shows a third embodiment, in which a main connecting rod 70 is fixed to the outer ring 11 with a mounting bolt 73. The other sub connecting rod 72 has a pin 75 attached to the bracket portion 11a of the outer ring 11, as shown in FIG.
and are connected by a bearing 76. Bearing 76
A non-lubricated cylindrical bearing or spherical bearing is used. The main connecting rod 70 can reciprocate while rocking together with the outer ring 11, and the other sub connecting rod 72 can reciprocate while rocking in conjunction with the outer ring 11. Note that 77 is a split pin.

第7図は第4の実施例を示すもので、第1実施
例のカム部材30に代えて、クランク軸4の先端
部には円形状斜板80が固定されている。斜板8
0の中心軸は、クランク軸4の中心軸に対して傾
斜しており、斜板80の外周面には、周方向に延
びる矩形断面形状のカム溝81が形成されてい
る。カム溝81内には、斜板80と同心状である
リング状の受板82が嵌め込まれている。受板8
2は、スラスト軸受83およびラジアル軸受84
によりカム溝81内で回転自在に支持されてい
る。受板82には、デイスプレーサ41に対応し
た連接棒85の各一端部がピン93aを介して連
結されている。連結棒85の各他端部は、ピスト
ン86にピン93bを介して連結されており、ピ
ストン86はデイスプレーサ41にそれぞれ連結
されている。
FIG. 7 shows a fourth embodiment, in which a circular swash plate 80 is fixed to the tip of the crankshaft 4 in place of the cam member 30 of the first embodiment. Swash plate 8
The center axis of the crankshaft 4 is inclined with respect to the center axis of the crankshaft 4, and a cam groove 81 with a rectangular cross section extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the swash plate 80. A ring-shaped receiving plate 82 that is concentric with the swash plate 80 is fitted into the cam groove 81 . Receiving plate 8
2 is a thrust bearing 83 and a radial bearing 84
is rotatably supported within the cam groove 81. One end of a connecting rod 85 corresponding to the displacer 41 is connected to the receiving plate 82 via a pin 93a. Each other end of the connecting rod 85 is connected to a piston 86 via a pin 93b, and the piston 86 is connected to the displacer 41, respectively.

受板82にかかる軸方向の負荷は、スラスト軸
受83、斜板80、クランク軸4およびころ軸受
8bを介してクランクケース7に伝えられるが、
受板82および斜板80には、背面室42と各膨
張室46a,46bとの差圧だけがかかるので、
斜板80や軸受8bの強度はあまり必要ではな
い。したがつて、従来の回転斜板駆動方式と比べ
て、全体的にコンパクト化、軽量化を達成するこ
とができる。なお、91は無潤滑軸受であり、9
2はスラスト軸受83にボルト締めされた側板で
ある。
The axial load applied to the receiving plate 82 is transmitted to the crankcase 7 via the thrust bearing 83, the swash plate 80, the crankshaft 4, and the roller bearing 8b.
Since only the differential pressure between the back chamber 42 and each expansion chamber 46a, 46b is applied to the receiving plate 82 and the swash plate 80,
The swash plate 80 and the bearing 8b do not need much strength. Therefore, compared to the conventional rotary swash plate drive system, it is possible to achieve an overall reduction in size and weight. Note that 91 is a non-lubricated bearing;
2 is a side plate bolted to the thrust bearing 83.

(発明の効果) 以上説明したように、この発明によれば、ラジ
アル型のピストン駆動装置と、このピストン駆動
装置のクランク軸と同心状に配置された複数のデ
イスプレーサを有するデイスプレーサ駆動装置と
を組み合わせて、冷凍機を構成したので、冷凍能
力を向上させるために圧縮ピストンおよびデイス
プレーサの数を増やしても、冷凍機全体の大型化
を避けることができる。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the displacer drive includes a radial piston drive device and a plurality of displacers arranged concentrically with the crankshaft of the piston drive device. Since the refrigerator is constructed by combining these devices, even if the number of compression pistons and displacers is increased in order to improve the refrigerating capacity, it is possible to avoid increasing the size of the refrigerator as a whole.

また、圧縮ピストンが放射状に配置されている
ので、各シリンダのガス圧荷重の大部分が相殺さ
れる。したがつて、軸受部やケーシングを軽量か
つコンパクトにすることができる。しかも、出力
を増大させるためにシリンダ径を大にしても、装
置が複雑となつたり大型化したりすることが防が
れる。
Additionally, since the compression pistons are arranged radially, most of the gas pressure loads in each cylinder are offset. Therefore, the bearing portion and the casing can be made lightweight and compact. Furthermore, even if the cylinder diameter is increased in order to increase the output, the device is prevented from becoming complicated or large.

したがつて、構造が簡単で、コンパクトかつ軽
量であり、大出力の多気筒スターリングサイクル
冷凍機を得ることができる。
Therefore, it is possible to obtain a multi-cylinder Stirling cycle refrigerator that has a simple structure, is compact, lightweight, and has a high output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の第1の実施例を示す縦断面
図、第2図は第1図の−線に沿つた断面図、
第3図はこの発明の第2実施例を示す縦断面図、
第4図はニードル軸受付近の断面図、第5図はこ
の発明の第3実施例を示す縦断面図、第6図は第
5図の−線に沿つた断面図、第7図はこの発
明の第4実施例の縦断面図である。 1……スターリングサイクル冷凍機、2……ラ
ジアル型ピストン駆動装置、3……デイスプレー
サ駆動装置、4……クランク軸、6……駆動機、
9……胴部、11……外輪、13……連接棒、1
7……圧縮ピストン、30……カム部材、32…
…カム溝、33……駆動体、34……ロツド、3
8a,38b……蓄冷器、41……デイスプレー
サ、42……背面室、44……熱交換器、46
a,46b……膨張室。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line - in FIG. 1,
FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view showing a second embodiment of the invention;
Fig. 4 is a sectional view of the vicinity of the needle bearing, Fig. 5 is a vertical sectional view showing a third embodiment of the invention, Fig. 6 is a sectional view taken along the - line in Fig. 5, and Fig. 7 is a sectional view of the invention. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Stirling cycle refrigerator, 2... Radial piston drive device, 3... Displacer drive device, 4... Crankshaft, 6... Drive machine,
9... Body, 11... Outer ring, 13... Connecting rod, 1
7... Compression piston, 30... Cam member, 32...
...Cam groove, 33...Driver, 34...Rod, 3
8a, 38b...Regenerator, 41...Displacer, 42...Back chamber, 44...Heat exchanger, 46
a, 46b...expansion chamber.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 圧縮ピストンで圧縮した冷媒を、熱交換器を
通してデイスプレーサの一側の背面室へ送り、デ
イスプレーサ内の蓄冷機を通過させてデイスプレ
ーサの他側の膨張室へ流入させ、冷媒を低温下さ
せるスターリングサイクル冷凍機において、 複数の圧縮ピストンを放射状に配置し、駆動機
で回転駆動されるクランク軸の偏心した胴部に外
輪を回転自在に嵌め込み、上記外輪に圧縮ピスト
ンの連接棒を連結して成るラジアル型のピストン
駆動装置と、 複数のデイスプレーサを、上記クランク軸と同
心状に配置し、上記クランク軸の一端部に固定さ
れたカム部材の外周に、クランク軸の軸方向に変
位するカム溝を設け、このカム溝に挿入された駆
動体に、上記デイスプレーサをクランク軸の軸方
向へ往復動させるロツドを連結し、各圧縮ピスト
ンに対して、対応するデイスプレーサの位相がほ
ぼ90度進むように上記カム部材の形状を設定して
成るデイスプレーサ駆動装置とを備えたことを特
徴とするスターリングサイクル冷凍機。
[Claims] 1. The refrigerant compressed by the compression piston is sent through a heat exchanger to the rear chamber on one side of the displacer, passes through a regenerator in the displacer, and is expanded on the other side of the displacer. In a Stirling cycle refrigerator that lowers the temperature of refrigerant by flowing into a chamber, a plurality of compression pistons are arranged radially, and an outer ring is rotatably fitted into the eccentric body of a crankshaft that is rotationally driven by a drive machine. A radial piston drive device comprising a connecting rod of a compression piston connected to the cam member, and a plurality of displacers arranged concentrically with the crankshaft, the outer periphery of a cam member being fixed to one end of the crankshaft. A cam groove that is displaced in the axial direction of the crankshaft is provided, and a rod that reciprocates the displacer in the axial direction of the crankshaft is connected to the drive body inserted into this cam groove, and and a displacer drive device in which the shape of the cam member is set so that the phase of the corresponding displacer advances by approximately 90 degrees.
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