JPH0692850B2 - Free displacer type Stirling refrigerator - Google Patents
Free displacer type Stirling refrigeratorInfo
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- JPH0692850B2 JPH0692850B2 JP5027089A JP5027089A JPH0692850B2 JP H0692850 B2 JPH0692850 B2 JP H0692850B2 JP 5027089 A JP5027089 A JP 5027089A JP 5027089 A JP5027089 A JP 5027089A JP H0692850 B2 JPH0692850 B2 JP H0692850B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ディスプレーサの往復動によりシリンダ内膨
張室で冷媒ガスを膨張させてシリンダ先端のコールドヘ
ッドに寒冷を発生させるようにしたフリーディスプレー
サ型スターリング冷凍機に関する。The present invention relates to a free displacer type in which a refrigerant gas is expanded in an expansion chamber in a cylinder by reciprocating movement of a displacer to generate cold in a cold head at a tip of a cylinder. Regarding Stirling refrigerator.
(従来の技術) 従来より、このフリーディスプレーサ型スターリング冷
凍機は、極低温レベルの寒冷を発生させる小型冷凍機の
一種として知られている。この冷凍機は、冷媒ガスを圧
縮する圧縮機と、該圧縮機から吐出された冷媒ガスを膨
張させる膨張機とを組み合わせたものであり、上記圧縮
機は、冷媒ガスをガス圧が例えばサインカーブ等の特性
をもって所定周期で経時変化するように圧縮するものが
使用される。一方、膨張機は、先端が閉塞されたシリン
ダと、該シリンダ内に往復動自在に嵌装され、シリンダ
内を先端側の膨張室及び基端側の作動室に区画形成する
フリーディスプレーサと、該ディスプレーサを往復動可
能に弾性支持するスプリングとを備えてなるもので、上
記作動室は上記圧縮機に接続されており、圧縮機からの
冷媒ガス圧によりディスプレーサを往復動させて冷媒ガ
スを膨張室で膨張させることにより、シリンダ先端のコ
ールドヘッドに寒冷を発生させるようになされている
(例えば“A Small Free−Piston Stirling Refri
gerator",A.K.Jonge等参照)。(Prior Art) Conventionally, this free displacer type Stirling refrigerator is known as one of small refrigerators that generate a cryogenic level of cold. This refrigerator is a combination of a compressor that compresses a refrigerant gas and an expander that expands the refrigerant gas discharged from the compressor, and the compressor has a gas pressure of, for example, a sine curve. A compressor is used which has characteristics such as the above, and is compressed so as to change with time in a predetermined cycle. On the other hand, the expander includes a cylinder whose front end is closed, a free displacer which is reciprocally fitted in the cylinder and which divides and forms the inside of the cylinder into a front end side expansion chamber and a base end side working chamber. The working chamber is connected to the compressor, and the displacer is reciprocated by the refrigerant gas pressure from the compressor to expand the refrigerant gas in the expansion chamber. It is designed to generate cold in the cold head at the tip of the cylinder (for example, "A Small Free-Piston Stirling Refri").
gerator ", AK Jonge, etc.).
(発明が解決しようとする課題) ところで、この種の冷凍機においては、上記ディスプレ
ーサをその質量(マス)とスプリングのばね定数とで決
まる共振周波数から僅かにずれた周波数で駆動するよう
に設定されており、この共振周波数から大きく外れた駆
動周波数では運転ができない。このため、冷凍機のクー
ルダウン時や冷却負荷が増大したときには、それに応じ
て冷凍能力を自由に増大変化させることは困難であっ
た。(Problems to be Solved by the Invention) By the way, in this type of refrigerator, the displacer is set to be driven at a frequency slightly deviated from the resonance frequency determined by the mass (mass) and the spring constant of the spring. Therefore, it is impossible to operate at a drive frequency that deviates significantly from this resonance frequency. For this reason, it is difficult to freely increase and change the refrigerating capacity in accordance with the cooling down of the refrigerator or when the cooling load increases.
本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的
は、シリンダにおける膨張室の容積を可変とすることに
より、冷凍機の冷凍能力を自由に調整できるようにし
て、クールダウン等での冷凍能力の増大要求に対処でき
るようにすることにある。The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to make it possible to freely adjust the refrigerating capacity of a refrigerator by making the volume of an expansion chamber in a cylinder variable, and to cool down or the like. It is to be able to deal with the demand for increased refrigeration capacity.
(課題を解決するための手段) この目的を達成するため、請求項(1)記載の発明で
は、第1図及び第2図に示すように、上記の如く、先端
が閉塞されたシリンダ(16)と、該シリンダ(16)内に
往復動自在に嵌装され、シリンダ(16)内を先端側の膨
張室(21)及び基端側の作動室(22)に区画形成するフ
リーディスプレーサ(18)と、該ディスプレーサ(18)
を往復動可能に弾性支持する弾性支持手段(23)とを備
え、上記作動室(22)は所定周期で冷媒ガスを発生する
圧縮機(1)に接続されており、圧縮機(1)からの冷
媒ガス圧によりディスプレーサ(18)を往復動させて冷
媒ガスを膨張室(21)で膨張させることにより、シリン
ダ(16)先端のコールドヘッド(17)に寒冷を発生させ
るようにしたフリーディスプレーサ型スターリング冷凍
機において、上記ディスプレーサ(18)及び弾性支持手
段(23)をシリンダ軸方向に移動させて膨張室(21)の
無駄容積を可変とする駆動手段(34)を設ける。(Means for Solving the Problem) In order to achieve this object, in the invention described in claim (1), as shown in FIG. 1 and FIG. ) And a free displacer (18) which is reciprocally fitted in the cylinder (16) and partitions the interior of the cylinder (16) into an expansion chamber (21) on the distal end side and a working chamber (22) on the proximal end side. ) And the displacer (18)
And an elastic supporting means (23) for elastically supporting reciprocating motion, and the working chamber (22) is connected to a compressor (1) for generating a refrigerant gas at a predetermined cycle. Free displacer type in which cold is generated in the cold head (17) at the tip of the cylinder (16) by causing the displacer (18) to reciprocate by the refrigerant gas pressure in the expansion chamber to expand the refrigerant gas in the expansion chamber (21). In a Stirling refrigerator, a drive means (34) is provided which moves the displacer (18) and the elastic support means (23) in the cylinder axial direction to change the dead volume of the expansion chamber (21).
また、請求項(2)記載の発明では、膨張室(21)の無
駄空間を大きくして冷凍能力調整範囲を拡大するため
に、膨張室(21)に、密閉容器(25)内の空間を連通さ
せる構成とする。Further, in the invention according to claim (2), in order to enlarge the dead space of the expansion chamber (21) and expand the refrigerating capacity adjustment range, the expansion chamber (21) is provided with a space inside the closed container (25). Use a structure that allows communication.
(作用) 上記構成により、請求項(1)記載の発明では、駆動手
段(34)によりディスプレーサ(18)及び弾性支持手段
(23)をシリンダ軸方向に移動させて、膨張室(21)の
無駄容積を変化させると、それに伴い膨張室(21)に出
入する冷媒ガスの量が変化して、冷凍能力を変えること
ができる。例えばクールダウン後の定常運転時等で冷凍
機の冷凍能力が低くてよいときには、駆動手段(34)に
よりディスプレーサ(18)及び弾性支持手段(23)を膨
張室(21)の無駄容積が小さくなるようにシリンダ軸方
向に移動させる。この膨張室(21)の無駄容積の減少に
伴い、膨張室(21)に出入する冷媒ガスの量が少なくな
るので、冷凍能力が低下する。一方、クールダウン時や
冷却負荷の増大時に、冷凍能力を増大させるときには、
ディスプレーサ(18)及び弾性支持手段(23)を膨張室
(21)の無駄容積が大きくなるように移動させる。この
膨張室(21)の無駄容積の増大に伴い、膨張室(21)に
出入する冷媒ガスの量が多くなるので、冷凍能力が増大
する。(Operation) With the above configuration, in the invention according to claim (1), the displacer (18) and the elastic support means (23) are moved in the cylinder axis direction by the drive means (34), and the expansion chamber (21) is wasted. When the volume is changed, the amount of the refrigerant gas flowing in and out of the expansion chamber (21) changes accordingly, and the refrigerating capacity can be changed. For example, when the refrigerating capacity of the refrigerator may be low at the time of steady operation after the cooldown, the drive means (34) reduces the dead volume of the displacer (18) and the elastic support means (23) in the expansion chamber (21). Move in the cylinder axis direction. As the dead volume of the expansion chamber (21) decreases, the amount of refrigerant gas flowing into and out of the expansion chamber (21) decreases, so that the refrigerating capacity decreases. On the other hand, when increasing the refrigerating capacity at the time of cool down or increasing the cooling load,
The displacer (18) and the elastic support means (23) are moved so that the dead volume of the expansion chamber (21) becomes large. As the dead volume of the expansion chamber (21) increases, the amount of refrigerant gas flowing into and out of the expansion chamber (21) increases, so that the refrigerating capacity increases.
また、請求項(2)記載の発明では、膨張室(21)にそ
れとは別個の空間(26)が連通しているため、全体とし
て膨張室(21)の無駄空間が増大することとなり、冷凍
能力の可変調整範囲を拡大することができる。Further, in the invention according to claim (2), since the space (26) separate from the expansion chamber (21) is communicated with the expansion chamber (21), the entire waste space of the expansion chamber (21) is increased, and the freezing is increased. The variable adjustment range of the ability can be expanded.
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described based on drawing.
第2図は本発明の実施例に係るフリーディスプレーサ型
スターリング冷凍機の全体構成を示し、この冷凍機は圧
縮機(1)と膨張機(13)とで構成されている。上記圧
縮機(1)は、密閉状のハウジング(2)と、該ハウジ
ング(2)内に嵌装固定されたシリンダ(3)と、該シ
リンダ(3)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ
(3)内空間に圧縮室(4)を区画形成するピストン
(5)と、該ピストン(5)を往復駆動する駆動源とし
てのリニアモータ(6)とを備えている。このリニアモ
ータ(6)はシリンダ(3)周りに配置された環状の永
久磁石(7)を有し、この磁石(7)により、シリンダ
(3)の中心と同心の円筒状の間隙(8)に磁界を発生
させる。上記間隙(8)には中心部にて上記ピストン
(5)に一体固定された略カップ状の可動体(9)の円
周部が往復動可能に配設され、該可動体(9)の外周に
はドライブコイル(10)が巻き付けられている。また、
上記可動体(9)の底面外側(ピストン(5)と反対
側)とハウジング(2)内底面との間にはピストン
(5)を往復動可能に弾性支持するためのコイルスプリ
ングからなるピストンスプリング(11)が架設されてお
り、ドライブコイル(10)に所定周波数の交流を通電す
ることで、間隙(8)内を通る磁界との作用によりコイ
ル(10)及び可動体(9)を駆動してピストン(5)を
シリンダ(3)内で往復移動させることにより、圧縮室
(4)で所定周期のガス圧を発生させるようになされて
いる。FIG. 2 shows the entire structure of a free displacer type Stirling refrigerator according to an embodiment of the present invention. This refrigerator is composed of a compressor (1) and an expander (13). The compressor (1) includes a hermetically sealed housing (2), a cylinder (3) fitted and fixed in the housing (2), and reciprocally fitted in the cylinder (3). The cylinder (3) is provided with a piston (5) that defines a compression chamber (4) in an internal space, and a linear motor (6) as a drive source that reciprocally drives the piston (5). This linear motor (6) has an annular permanent magnet (7) arranged around the cylinder (3), and by this magnet (7), a cylindrical gap (8) concentric with the center of the cylinder (3). To generate a magnetic field. A circumferential portion of a substantially cup-shaped movable body (9) integrally fixed to the piston (5) at the central portion is reciprocally disposed in the gap (8) so that the movable body (9) can be reciprocated. A drive coil (10) is wound around the outer circumference. Also,
A piston spring composed of a coil spring for elastically supporting the piston (5) reciprocally between the outer bottom surface of the movable body (9) (opposite side of the piston (5)) and the inner bottom surface of the housing (2). The drive coil (10) drives the coil (10) and the movable body (9) by the action of the magnetic field passing through the gap (8). By reciprocally moving the piston (5) in the cylinder (3), a gas pressure of a predetermined cycle is generated in the compression chamber (4).
一方、上記膨張機(13)は、第1図に拡大詳示するよう
に円筒状空洞部(14)が開口されたハウジング(15)を
有する。このハウジング(15)の空洞部(14)開口には
円筒状シリンダ(16)が空洞部(14)と同心状に基端部
にて気密状に嵌合固定され、該シリンダ(16)の先端は
閉塞されてコールドヘッド(17)とされている。このシ
リンダ(16)内にはフリーディスプレーサ(18)が往復
動自在に嵌装され、ディスプレーサ(18)によりシリン
ダ(16)及びハウジング(15)内の空洞部(14)がシリ
ンダ(16)先端側の膨張室(21)とハウジング(15)側
(シリンダ(16)基端側)の作動室(22)とに区画形成
されている。このディスプレーサ(18)は、円筒体(1
9)内に金属製蓄冷材(20)(熱交換器)を充填したも
ので、上記円筒体(19)にはその内部の空間を作動室
(22)及び膨張室(21)にそれぞれ連通させる連通孔
(19a),(19b)が開口されており、膨張室(21)で膨
張した低温の冷媒ガスが作動室(22)に向かうときに
は、該冷媒ガスにより蓄冷材(20)を冷却して蓄冷材
(20)に冷熱を蓄え、逆に常温の冷媒ガスが作動室(2
2)から膨張室(21)に向かうときには、蓄冷材(20)
によりガスを冷却するようになされている。また、上記
作動室(22)内には、ディスプレーサ(18)を往復動可
能に弾性支持する弾性支持手段としてのコイルスプリン
グからなるディスプレーサスプリング(23)が配設され
ている。さらに、上記作動室(22)は連絡配管(24)を
介して上記圧縮機(1)の圧縮室(4)に接続されてお
り、圧縮機(1)からの冷媒ガス圧によりディスプレー
サ(18)を往復動させて冷媒ガスを膨張室(21)で膨張
させることにより、シリンダ(16)先端のコールドヘッ
ド(17)に寒冷を発生させるようになされている。On the other hand, the expander (13) has a housing (15) in which a cylindrical hollow portion (14) is opened, as shown in detail in FIG. A cylindrical cylinder (16) is concentrically fitted to and fixed to the hollow portion (14) of the housing (15) at the base end in a concentric manner with the hollow portion (14), and the tip of the cylinder (16) is fixed. Is closed and is said to be the cold head (17). A free displacer (18) is reciprocally fitted in the cylinder (16) so that the displacer (18) allows the cavity (14) in the cylinder (16) and the housing (15) to be located at the front end side of the cylinder (16). Of the expansion chamber (21) and the working chamber (22) on the housing (15) side (base end side of the cylinder (16)). This displacer (18) has a cylindrical body (1
9) A metal regenerator material (20) (heat exchanger) is filled in the inside of the cylindrical body (19) to communicate with the working chamber (22) and the expansion chamber (21). The communication holes (19a) and (19b) are opened, and when the low-temperature refrigerant gas expanded in the expansion chamber (21) is directed to the working chamber (22), the refrigerant gas cools the regenerator material (20). Cold heat is stored in the cold storage material (20), and conversely, room temperature refrigerant gas
When going from the 2) to the expansion chamber (21), the regenerator material (20)
Is designed to cool the gas. Further, in the working chamber (22), a displacer spring (23) made of a coil spring is disposed as an elastic supporting means for elastically supporting the displacer (18) so as to be able to reciprocate. Further, the working chamber (22) is connected to the compression chamber (4) of the compressor (1) through the communication pipe (24), and the displacer (18) is driven by the refrigerant gas pressure from the compressor (1). Is reciprocated to expand the refrigerant gas in the expansion chamber (21) to generate cold in the cold head (17) at the tip of the cylinder (16).
さらに、(25)は密閉容器で、その内部に空間(26)を
有し、該空間(26)は膨張機(13)のシリンダ(16)先
端の膨張室(21)に開閉弁(27)を有する配管(28)を
介して連通している。Further, (25) is an airtight container having a space (26) therein, and the space (26) is provided in the expansion chamber (21) at the tip of the cylinder (16) of the expander (13) and the opening / closing valve (27). Are communicated with each other via a pipe (28) having.
また、膨張機(13)のハウジング(15)における空洞部
(14)の奥部は外周壁に雌ねじが形成されてねじ孔(2
9)とされ、そのねじ孔(29)にはねじ部材(30)が前
後移動可能に螺合されている。このねじ部材(30)の先
端(ディスプレーサ(18)側端部)にはディスプレーサ
スプリング(23)の端部を固定支持するばね止め(31)
が形成されている一方、基端側には中心部に有底の軸挿
通孔(32)と、該軸挿通孔(32)の直径方向に対向する
側壁を軸方向に切り欠いてなるピン係合溝(33),(3
3)とが形成されている。そして、軸挿通孔(32)には
駆動手段としてのステップモータ(34)の出力軸(34
a)が挿通され、ピン係合溝(33)、(33)には出力軸
(34a)先端に直径方向に突設したピン(35),(35)
がそれぞれ摺動可能に係合されており、ステップモータ
(34)の駆動回転によってねじ部材(30)を回転させな
がら前後移動させることにより、ディスプレーサ(18)
及びディスプレーサスプリング(23)をシリンダ(16)
内でその軸方向に前後移動させて、膨張室(21)の無駄
容積を変化させるように構成されている。A female screw is formed on the outer peripheral wall of the hollow portion (14) of the housing (15) of the expander (13) to form a screw hole (2).
9), and a screw member (30) is screwed into the screw hole (29) so as to be movable back and forth. A spring stopper (31) for fixedly supporting the end of the displacer spring (23) is attached to the tip (end of the displacer (18)) of the screw member (30).
On the other hand, at the base end side, there is a bottomed shaft insertion hole (32) in the central portion, and a pin engaging member formed by axially notching a side wall of the shaft insertion hole (32) that is diametrically opposed. Groove (33), (3
3) and are formed. The output shaft (34) of the step motor (34) as a driving means is inserted into the shaft insertion hole (32).
a) is inserted, and pins (35) and (35) projecting radially from the tip of the output shaft (34a) are inserted into the pin engaging grooves (33) and (33).
Are slidably engaged with each other, and by moving the screw member (30) back and forth by the driving rotation of the step motor (34), the displacer (18) is moved.
And displacer spring (23) to cylinder (16)
It is configured to change the dead volume of the expansion chamber (21) by moving it back and forth in the axial direction thereof.
次に、上記実施例の作動について説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described.
冷凍機の運転開始に伴い、圧縮機(1)のリニアモータ
(6)が作動してピストン(5)がシリンダ(3)内で
往復動し、このピストン(5)の往復動により圧縮室
(4)内に所定周期の圧力波が生じる。この圧縮室
(4)は連絡配管(24)を介して膨張機(13)の作動室
(22)に連通しているため、ピストン(5)が前進して
圧縮室(4)の圧力が高くなったときには、加圧された
冷媒ガスが作動室(22)に供給されて該作動室(22)内
の圧力が高くなる。この圧力の上昇により作動室(22)
と膨張室(21)との間に差が生じ、この圧力差によって
ディスプレーサ(18)がディスプレーサスプリング(2
3)を伸長させながらシリンダ(16)先端側(第1図で
左側)に移動する。この作動室(22)はディスプレーサ
(18)内の空間を介して膨張室(21)に連通しているた
め、次の段階では作動室(22)のガスがディスプレーサ
(18)内を通って蓄冷材(20)により冷却されながら膨
張室(21)に流れ、両室(21),(22)の差圧がなくな
り、ディスプレーサ(18)はスプリング(23)の収縮力
によりシリンダ(16)基端側に移動して元の位置に戻
る。この後、直ちに、圧縮機(1)のピストン(5)が
後退して圧縮室(4)の圧力が低下する。このため、作
動室(22)内の冷媒ガスが連絡配管(24)を介して圧縮
室(4)に戻り、作動室(22)内の圧力が膨張室(21)
よりも低下する。この作動室(22)と膨張室(21)との
圧力差によってディスプレーサ(18)が今度はディスプ
レーサスプリング(23)を収縮させながらシリンダ(1
6)基端側(第1図で右側)に移動し、膨張室(21)内
の冷媒ガスが膨張して寒冷が発生する。次の段階では上
記膨張後のガスが膨張室(21)からディスプレーサ(1
8)内を通って蓄冷材(20)に冷熱を与えながら作動室
(22)に流れ、両室(21),(22)の差圧がなくなり、
ディスプレーサ(18)はスプリング(23)の伸長力によ
りシリンダ(16)先端側に移動して元の位置に戻る。以
上により1サイクルが終了し、以後、上記と同様のサイ
クルを繰り返すことで、シリンダ(16)先端のコールド
ヘッド(17)が徐々に極低温レベルまで冷却される。With the start of operation of the refrigerator, the linear motor (6) of the compressor (1) operates, the piston (5) reciprocates in the cylinder (3), and the reciprocating motion of the piston (5) causes the compression chamber ( A pressure wave having a predetermined period is generated in 4). Since the compression chamber (4) communicates with the working chamber (22) of the expander (13) via the communication pipe (24), the piston (5) advances and the pressure in the compression chamber (4) increases. Then, the pressurized refrigerant gas is supplied to the working chamber (22) to increase the pressure in the working chamber (22). This increase in pressure causes the working chamber (22)
Between the expansion chamber (21) and the expansion chamber (21), and this pressure difference causes the displacer (18) to displace (2).
While extending 3), move it to the tip side of the cylinder (16) (left side in Fig. 1). Since the working chamber (22) communicates with the expansion chamber (21) through the space inside the displacer (18), the gas in the working chamber (22) passes through the inside of the displacer (18) to store cold in the next stage. It flows into the expansion chamber (21) while being cooled by the material (20), the pressure difference between the two chambers (21) and (22) disappears, and the displacer (18) is compressed by the contracting force of the spring (23) to the base end of the cylinder (16). Move to the side and return to the original position. Immediately thereafter, the piston (5) of the compressor (1) retracts and the pressure in the compression chamber (4) decreases. For this reason, the refrigerant gas in the working chamber (22) returns to the compression chamber (4) via the communication pipe (24), and the pressure in the working chamber (22) is increased to the expansion chamber (21).
Lower than. The pressure difference between the working chamber (22) and the expansion chamber (21) causes the displacer (18) to contract the displacer spring (23), which in turn causes the cylinder (1
6) It moves to the base end side (right side in Fig. 1), and the refrigerant gas in the expansion chamber (21) expands to generate cold. In the next stage, the expanded gas is discharged from the expansion chamber (21) into the displacer (1
8) The cold storage material (20) flows through the inside to flow into the working chamber (22), and the pressure difference between the two chambers (21) and (22) disappears.
The displacer (18) moves to the tip side of the cylinder (16) by the extension force of the spring (23) and returns to the original position. With the above, one cycle is completed, and by repeating the same cycle as above, the cold head (17) at the tip of the cylinder (16) is gradually cooled to the cryogenic temperature level.
そして、この冷凍機の運転中、膨張機(13)におけるス
テップモータ(34)の作動により、ねじ棒(27)が螺動
して上記ディスプレーサ(18)及びディスプレーサスプ
リング(23)がシリンダ軸方向に移動して膨張室(21)
の無駄容積が変えられ、冷凍能力が調整される。すなわ
ち、冷凍機の定常運転時等、冷却負荷が小さいときに
は、ねじ部材(30)が前進位置(第1図で左側位置)に
位置付けられ、膨張室(21)の容積が減少して、膨張室
(21)で膨張する冷媒ガスの容量が少なくなり、冷凍能
力が低く保たれる。During operation of the refrigerator, the screw rod (27) is screwed by the operation of the step motor (34) in the expander (13), and the displacer (18) and the displacer spring (23) are moved in the cylinder axial direction. Moving and expanding chamber (21)
The wasted volume is changed and the refrigeration capacity is adjusted. That is, when the cooling load is small, such as during normal operation of the refrigerator, the screw member (30) is positioned at the forward position (left side position in FIG. 1), the volume of the expansion chamber (21) decreases, and the expansion chamber (21) decreases. The capacity of the refrigerant gas expanding in (21) is reduced, and the refrigerating capacity is kept low.
これに対し、クールダウン時や冷却負荷が増大したとき
には、ステップモータ(34)の作動によりねじ部材(3
0)が後退位置(同図で右側位置)に位置付けられ、膨
張室(21)の容積が増大する。このため、膨張室(21)
で膨張する冷媒ガスの容量が多くなって、冷凍能力を増
大させることができる。On the other hand, at the time of cool down or when the cooling load increases, the screw member (3
0) is positioned at the retracted position (right side position in the figure), and the volume of the expansion chamber (21) increases. Because of this, the expansion chamber (21)
As a result, the capacity of the refrigerant gas that expands is increased, and the refrigerating capacity can be increased.
また、この場合、密閉容器(25)内に膨張室(21)とは
別個の空間(26)が形成されて、該空間(26)に膨張室
(21)が連通しているため、シリンダ(16)自体を大き
くすることなく膨張室(21)の無駄空間を増大できるこ
ととなり、冷凍能力の可変調整範囲を拡大することがで
きる。Further, in this case, since the space (26) separate from the expansion chamber (21) is formed in the closed container (25) and the expansion chamber (21) communicates with the space (26), the cylinder ( 16) It is possible to increase the dead space of the expansion chamber (21) without increasing the size of itself, and it is possible to expand the variable adjustment range of the refrigerating capacity.
尚、上記実施例において、冷凍機のクールダウン運転時
や冷却負荷の増大時を検出し、それに応じてステップモ
ータ(34)を制御することにより、冷凍能力の可変調整
を自動的に行うようにすることも可能である。In the above embodiment, when the cooldown operation of the refrigerator or the increase of the cooling load is detected and the step motor (34) is controlled accordingly, the variable adjustment of the refrigerating capacity is automatically performed. It is also possible to do so.
(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)記載の発明による
と、シリンダ内でディスプレーサを往復動させて寒冷を
発生させるフリーディスプレーサ型スターリング冷凍機
において、ディスプレーサ及びそれを往復動可能に弾性
支持する弾性支持手段をシリンダ軸方向に移動させて、
膨張室の無駄容積を可変としたことにより、膨張室に出
入する冷媒ガス量を調整して、冷凍機の冷凍能力を自由
に変えることができ、よってクールダウン時や冷却負荷
の増大時であっても冷凍能力を増大させてその良好な対
処を図ることができる。(Effect of the invention) As described above, according to the invention described in claim (1), in the free displacer type Stirling refrigerator that reciprocates the displacer in the cylinder to generate cold, the displacer and the reciprocating motion are possible. By moving the elastic support means for elastically supporting in the cylinder axial direction,
By changing the dead volume of the expansion chamber, the amount of refrigerant gas flowing in and out of the expansion chamber can be adjusted to freely change the refrigerating capacity of the refrigerator, so that it is possible to cool down or increase the cooling load. However, it is possible to increase the refrigerating capacity and take good measures against it.
また、請求項(2)記載の発明によれば、上記膨張室に
それとは別個の空間が連通させたことにより、膨張室の
無駄空間を増大させて、冷凍機の冷凍能力の可変調整範
囲を拡大することができる。Further, according to the invention as set forth in claim (2), a space separate from the expansion chamber communicates with the expansion chamber, thereby increasing the dead space of the expansion chamber and setting the variable adjustment range of the refrigerating capacity of the refrigerator. Can be expanded.
図面は本発明の一実施例を示し、第1図は膨張機の要部
拡大断面図、第2図は冷凍機の全体構成を示す断面図で
ある。 (1)…圧縮機 (13)…膨張機 (16)…シリンダ (17)…コールドヘッド (18)…ディスプレーサ (21)…膨張室 (22)…作動室 (23)…スプリング(弾性支持手段) (25)…密閉容器 (26)…空間 (34)…ステップモータ(駆動手段)The drawings show one embodiment of the present invention, FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of an essential part of an expander, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the entire structure of a refrigerator. (1) ... Compressor (13) ... Expander (16) ... Cylinder (17) ... Cold head (18) ... Displacer (21) ... Expansion chamber (22) ... Working chamber (23) ... Spring (elastic support means) (25) ... Airtight container (26) ... Space (34) ... Step motor (driving means)
Claims (2)
リンダ(16)内に往復動自在に嵌装され、シリンダ(1
6)内を先端側の膨張室(21)及び基端側の作動室(2
2)に区画形成するフリーディスプレーサ(18)と、該
ディスプレーサ(18)を往復動可能に弾性支持する弾性
支持手段(23)とを備え、上記作動室(22)は所定周期
で冷媒ガスを圧縮する圧縮機(1)に接続されており、
圧縮機(1)からの冷媒ガス圧によりディスプレーサ
(18)を往復動させて冷媒ガスを膨張室(21)で膨張さ
せることにより、シリンダ(16)先端のコールドヘッド
(17)に寒冷を発生させるようにしたスターリング冷凍
機において、上記ディスプレーサ(18)及び弾性支持手
段(23)をシリンダ軸方向に移動させて膨張室(21)の
無駄容積を可変とする駆動手段(34)を設けたことを特
徴とするフリーディスプレーサ型スターリング冷凍機。1. A cylinder (16) having a closed end, and a cylinder (1) fitted in the cylinder (16) so as to be reciprocally movable.
6) Inside the expansion chamber (21) on the distal side and the working chamber (2 on the proximal side)
2) is provided with a free displacer (18) that is partitioned and formed, and an elastic support means (23) that elastically supports the displacer (18) so as to be capable of reciprocating, and the working chamber (22) compresses the refrigerant gas at a predetermined cycle. Connected to the compressor (1)
Refrigerant gas pressure from the compressor (1) causes the displacer (18) to reciprocate to expand the refrigerant gas in the expansion chamber (21), thereby generating cold in the cold head (17) at the tip of the cylinder (16). In the Stirling refrigerator configured as described above, drive means (34) for varying the waste volume of the expansion chamber (21) by moving the displacer (18) and the elastic support means (23) in the cylinder axis direction is provided. A free displacer type Stirling refrigerator featuring.
(26)が連通されていることを特徴とする請求項(1)
記載のフリーディスプレーサ型スターリング冷凍機。2. The expansion chamber (21) is communicated with a space (26) in a closed container (25).
Free displacer type Stirling refrigerator described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5027089A JPH0692850B2 (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Free displacer type Stirling refrigerator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5027089A JPH0692850B2 (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Free displacer type Stirling refrigerator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230062A JPH02230062A (en) | 1990-09-12 |
| JPH0692850B2 true JPH0692850B2 (en) | 1994-11-16 |
Family
ID=12854262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5027089A Expired - Lifetime JPH0692850B2 (en) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | Free displacer type Stirling refrigerator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692850B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118960240B (en) * | 2024-09-06 | 2026-01-30 | 广东美的暖通设备有限公司 | Stirling heat pump systems and their control methods |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP5027089A patent/JPH0692850B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02230062A (en) | 1990-09-12 |
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