JP2000065433A - Gas compressor and cold head - Google Patents
Gas compressor and cold headInfo
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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
Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス圧縮機及びコ
ールドヘッドに関し、特に冷却機への使用に適したガス
圧縮機、及びそのガス圧縮機に接続されるコールドヘッ
ドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas compressor and a cold head, and more particularly to a gas compressor suitable for use in a cooler and a cold head connected to the gas compressor.
【0002】[0002]
【従来の技術】図3はスターリング冷却機の基本構成を
示す。スターリング冷却機は、ガス圧縮機101、コー
ルドヘッド102、これらを連結する流通ダクト103
を有する。ガス圧縮機101は、シリンダ106とシリ
ンダ内で往復運動するピストン107を含み、シリンダ
106とピストン107との間に圧縮室108を画定す
る。2. Description of the Related Art FIG. 3 shows a basic structure of a Stirling cooler. The Stirling cooler includes a gas compressor 101, a cold head 102, and a distribution duct 103 connecting them.
Having. The gas compressor 101 includes a cylinder 106 and a piston 107 reciprocating in the cylinder, and defines a compression chamber 108 between the cylinder 106 and the piston 107.
【0003】コールドヘッド102は、シリンダ109
と、その中に往復運動可能に配置されたディスプレーサ
111を含む。ディスプレーサ111は、シリンダ10
9の軸方向に移動可能にばね等で弾性的に支持されてい
る。シリンダ109の一端とディスプレーサ111との
間に膨張空間116が画定され、シリンダ109の他端
とディスプレーサ111との間に、流通ダクト103に
連通する圧縮空間117が画定されている。The cold head 102 includes a cylinder 109
And a displacer 111 disposed reciprocally therein. The displacer 111 is a cylinder
9 is elastically supported by a spring or the like so as to be movable in the axial direction. An expansion space 116 is defined between one end of the cylinder 109 and the displacer 111, and a compression space 117 communicating with the flow duct 103 is defined between the other end of the cylinder 109 and the displacer 111.
【0004】ディスプレーサ111の内部に、圧縮空間
117と膨張空間116とを連通させるガス流路112
が設けられている。ガス流路112内に蓄冷材が充填さ
れており、ガス流路112内を流れる冷媒ガスがこの蓄
冷材と熱交換を行う。ピストン107とディスプレーサ
111とが位相をずらして往復運動し、逆スターリング
サイクルを実行する。A gas flow path 112 for communicating a compression space 117 and an expansion space 116 is provided inside a displacer 111.
Is provided. The gas flow path 112 is filled with a cold storage material, and the refrigerant gas flowing in the gas flow path 112 exchanges heat with the cold storage material. The piston 107 and the displacer 111 reciprocate out of phase to execute a reverse Stirling cycle.
【0005】逆スターリングサイクルは、冷媒ガスの等
温圧縮、等容移送、等温膨張、等容移送の4工程から成
り立っている。以下、逆スターリングサイクルについて
簡単に説明する。[0005] The reverse Stirling cycle is composed of four steps of isothermal compression, isovolume transfer, isothermal expansion and isovolume transfer of refrigerant gas. Hereinafter, the reverse Stirling cycle will be briefly described.
【0006】最初、ディスプレーサ111は、ばねによ
って中立位置にあるとする。ピストン107が図中右側
に移動すると、冷媒ガスが圧縮室108で等温圧縮しつ
つ、流通ダクト103を通ってコールドヘッド102の
圧縮空間117に流入する。この時、蓄冷材が充填され
たガス流路112の流体抵抗力によりディスプレーサ1
11が膨張空間116側に移動する。つまり膨張空間1
16の空間容積が減少するとともに全系統の動作圧力が
最大に達する。この状態に至るまでの工程が等温圧縮で
ある。[0006] Initially, it is assumed that the displacer 111 is in a neutral position by a spring. When the piston 107 moves to the right in the drawing, the refrigerant gas flows into the compression space 117 of the cold head 102 through the circulation duct 103 while being isothermally compressed in the compression chamber 108. At this time, due to the fluid resistance of the gas flow path 112 filled with the cold storage material, the displacer 1
11 moves to the expansion space 116 side. That is, expansion space 1
As the space volume of 16 decreases, the operating pressure of the entire system reaches a maximum. The process leading to this state is isothermal compression.
【0007】ピストン107が右端に達した状態では、
ガスの流動がないため、圧縮室108と膨張空間116
との間の圧力がバランスする。流体抵抗力が働かないた
め、ディスプレーサ111がばねの復元力によって元の
中立位置に戻る。この時、圧縮されたガスが圧縮室10
8に移行する。この工程が等容移送である。When the piston 107 reaches the right end,
Since there is no gas flow, the compression chamber 108 and the expansion space 116
The pressure between and balance. Since the fluid resistance does not act, the displacer 111 returns to the neutral position by the restoring force of the spring. At this time, the compressed gas is supplied to the compression chamber 10.
Move to 8. This process is equal volume transfer.
【0008】ピストン107の移動方向が反転し、左側
方向に移動すると、ディスプレーサ111に作用する流
体抵抗力によって、ディスプレーサ111もほぼ同時に
左側方向に移動する。この時、膨張空間116の空間容
積が増大し、冷媒ガスの膨張が起きる。この工程が等温
膨張である。等温で膨張するためには、外部から熱を吸
収する必要があるため、寒冷が発生する。When the moving direction of the piston 107 is reversed and moves to the left, the displacer 111 also moves to the left at substantially the same time due to the fluid resistance acting on the displacer 111. At this time, the space volume of the expansion space 116 increases, and the refrigerant gas expands. This step is isothermal expansion. In order to expand at an isothermal temperature, it is necessary to absorb heat from the outside, so that cold occurs.
【0009】ピストン107が左端の最大点に達した時
点では、流体抵抗力が働かないので、ディスプレーサ1
11がばねによって中立位置に戻る。膨張空間116の
ガスは等容移送となる。つまり、膨張空間116の冷却
されたガスは、ガス流路112を通って圧縮空間117
へ戻る。なお、実際の冷却機の各工程は、ここで述べた
ような完全な等温状態で動作することはない。At the time when the piston 107 reaches the maximum point on the left end, no fluid resistance acts, so the displacer 1
11 returns to the neutral position by the spring. The gas in the expansion space 116 is transferred in an equal volume. That is, the gas cooled in the expansion space 116 passes through the gas flow path 112 and passes through the compression space 117.
Return to Note that each step of the actual cooler does not operate in a completely isothermal state as described herein.
【0010】このようなスターリング冷却機において
は、膨張空間116が寒冷源となるので、被冷却物が膨
張空間116に熱的に結合されて配置される。例えば、
赤外線撮像装置がコールドヘッド102の右端に配置さ
れる。In such a Stirling cooler, since the expansion space 116 serves as a cold source, an object to be cooled is thermally coupled to the expansion space 116 and arranged. For example,
An infrared imaging device is arranged at the right end of the cold head 102.
【0011】図4は従来のガス圧縮機の断面図を示す。
ピストン107a、107bが対向して配置され、軸1
31a、131bによって駆動される。軸131a、1
31bには、可動コイル124a、124bが結合さ
れ、永久磁石121a、121bおよびヨーク122
a、122bが形成する磁気回路のギャップに挿入され
ている。FIG. 4 is a sectional view of a conventional gas compressor.
The pistons 107a and 107b are arranged to face each other, and the shaft 1
Driven by 31a, 131b. Axes 131a, 1
The movable coils 124a, 124b are coupled to the permanent magnets 31a, 31b, and the permanent magnets 121a, 121b and the yoke 122.
a, 122b are inserted into the gap of the magnetic circuit formed.
【0012】軸131a、131bは、円盤状の薄い弾
性金属製ダイヤフラムで形成された板ばね132a、1
33aおよび132b、133bによって外側ケースに
支持されている。これらの板ばね132、133は、軸
131a、131bの運動軸方向変位を弾性的に許容す
る。可動コイル124a、124bに供給する電流は、
リード線125a、125bを介して供給される。The shafts 131a and 131b are provided with leaf springs 132a and 1a formed of a disk-shaped thin elastic metal diaphragm.
It is supported on the outer case by 33a and 132b, 133b. These leaf springs 132 and 133 elastically allow displacement of the shafts 131a and 131b in the movement axis direction. The current supplied to the movable coils 124a and 124b is
It is supplied via the lead wires 125a and 125b.
【0013】このような円盤状の板ばね132、133
を利用することにより、ピストン107を運動軸上に精
度高く支持し、運動軸と直交方向の変位を禁止すること
が可能となる。このため、ピストンとシリンダとの間に
狭い間隙を与え、ガスリーク量を極力減少させるクリア
ランスシール方式が採用できる。クリアランスシール方
式を採用することにより、ピストン及びディスプレーサ
の磨耗を防止することができる。Such disc-shaped leaf springs 132, 133
It is possible to accurately support the piston 107 on the movement axis and to prohibit displacement in the direction orthogonal to the movement axis. For this reason, a clearance seal system that provides a narrow gap between the piston and the cylinder and minimizes the amount of gas leakage can be adopted. By employing the clearance seal method, it is possible to prevent wear of the piston and the displacer.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】円盤状の板ばねでピス
トンを支持し、ピストンのストロークを大きくするため
には、板ばねの径を大きくする必要がある。このため、
ガス圧縮機のサイズが大きくなってしまう。ガス圧縮機
のサイズを大きくすることなくピストンのストロークを
大きくすることは困難である。In order to support the piston with a disc-shaped leaf spring and increase the stroke of the piston, it is necessary to increase the diameter of the leaf spring. For this reason,
The size of the gas compressor increases. It is difficult to increase the stroke of the piston without increasing the size of the gas compressor.
【0015】本発明の目的は、サイズを大きくすること
なくピストンのストロークを大きくすることが可能なガ
ス圧縮機を提供することである。An object of the present invention is to provide a gas compressor capable of increasing the stroke of a piston without increasing the size.
【0016】本発明の他の目的は、サイズを大きくする
ことなくディスプレーサのストロークを大きくすること
が可能なコールドヘッドを提供することである。Another object of the present invention is to provide a cold head capable of increasing the stroke of the displacer without increasing the size.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、柱面状の内周面を有するシリンダと、前記シリンダ
内に配置され、前記シリンダの内周面に整合する外周面
を有するピストンと、前記ピストンを、該ピストンの外
周面が前記シリンダの内周面と微小間隙を隔てて対峙
し、かつ前記シリンダの軸方向に移動可能に支持するス
ラスト軸受けと、前記ピストンを、前記シリンダ内でそ
の軸方向に往復運動させる往復駆動手段とを有するガス
圧縮機が提供される。According to one aspect of the present invention, a cylinder having a columnar inner peripheral surface and a piston disposed in the cylinder and having an outer peripheral surface aligned with the inner peripheral surface of the cylinder are provided. A thrust bearing that supports the piston such that the outer peripheral surface of the piston faces the inner peripheral surface of the cylinder with a small gap therebetween, and supports the piston so as to be movable in the axial direction of the cylinder; and And a reciprocating drive means for reciprocating in the axial direction of the gas compressor.
【0018】本発明の他の観点によると、柱面状の内周
面を有し、一端が閉塞されたシリンダと、前記シリンダ
の他端に取り付けられ、該シリンダと共に閉じた空間を
画定する外枠と、前記シリンダ内に配置され、前記シリ
ンダの内周面に整合する外周面を有するディスプレーサ
であって、前記シリンダの一端と該ディスプレーサとの
間に膨張空間を画定し、前記外枠と該ディスプレーサと
の間に圧縮空間を画定し、該ディスプレーサ内に前記膨
張空間と圧縮空間とを連通させるガス流路が設けられた
前記ディスプレーサと、前記ガス流路内に配置され、該
ガス流路内を流れるガスと熱交換を行う蓄冷材と、前記
ディスプレーサを、該ディスプレーサの外周面が前記シ
リンダの内周面と微小間隙を隔てて対峙し、かつ前記シ
リンダの軸方向に移動可能に支持するスラスト軸受け
と、前記圧縮空間へ連通し、冷媒ガスの導入と排出を行
う冷媒ガス供給路とを有するコールドヘッドが提供され
る。According to another aspect of the invention, there is provided a cylinder having a columnar inner peripheral surface, one end of which is closed, and an outer cylinder attached to the other end of the cylinder and defining a closed space together with the cylinder. A frame, a displacer disposed within the cylinder and having an outer peripheral surface aligned with an inner peripheral surface of the cylinder, the displacer defining an expansion space between one end of the cylinder and the displacer; A displacer that defines a compression space between the displacer and a gas flow path that communicates the expansion space and the compression space in the displacer; and A regenerator material that performs heat exchange with the gas flowing therethrough, and the displacer, wherein an outer peripheral surface of the displacer faces the inner peripheral surface of the cylinder with a small gap therebetween, and is disposed in an axial direction of the cylinder. And a thrust bearing for rotatably supporting communicates to the compression space, the cold head and a refrigerant gas supply passage to discharge the introduction of the refrigerant gas is provided.
【0019】ピストン及びディスプレーサがスラスト軸
受けで支持されているため、板ばねで支持されている場
合に比べて、大きなストロークを確保することができ
る。また、ピストンとシリンダ間、及びディスプレーサ
とシリンダ間が微小間隙でシールされているため、磨耗
による性能劣化を防止することができる。Since the piston and the displacer are supported by the thrust bearing, a larger stroke can be secured as compared with the case where the piston and the displacer are supported by a leaf spring. Further, since the gap between the piston and the cylinder and the gap between the displacer and the cylinder are sealed with minute gaps, it is possible to prevent performance deterioration due to wear.
【0020】[0020]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるス
ターリング冷却機の断面図を示す。実施例によるスター
リング冷却機は、ガス圧縮機1、コールドヘッド50、
及び両者を接続するキャピラリチューブ45を含んで構
成される。FIG. 1 is a sectional view of a Stirling cooler according to an embodiment of the present invention. The Stirling cooler according to the embodiment includes a gas compressor 1, a cold head 50,
And a capillary tube 45 connecting them.
【0021】ガス圧縮機1は、隔壁2を挟んで面対称な
構造を有する。隔壁2の両側にシリンダ3が配置されて
いる。シリンダ3は、柱面状の内周面を有し、その中心
軸が隔壁2に垂直になるように配置されている。シリン
ダ3の内部空洞内にピストン4が配置されている。ピス
トン4は、シリンダ3の内周面に整合する外周面を有す
る。ピストン4、シリンダ3、及び隔壁2により、圧縮
室5が画定される。圧縮室5は、隔壁2内に形成された
ガス流路6を介してキャピラリチューブ45に連通して
いる。The gas compressor 1 has a plane-symmetric structure with the partition wall 2 interposed therebetween. Cylinders 3 are arranged on both sides of the partition 2. The cylinder 3 has a columnar inner peripheral surface, and is arranged such that the central axis thereof is perpendicular to the partition wall 2. A piston 4 is arranged in the internal cavity of the cylinder 3. The piston 4 has an outer peripheral surface that matches the inner peripheral surface of the cylinder 3. The compression chamber 5 is defined by the piston 4, the cylinder 3, and the partition 2. The compression chamber 5 communicates with a capillary tube 45 via a gas passage 6 formed in the partition 2.
【0022】ピストン4の、圧縮室5とは反対側の端部
にピストンロッド8が連結されている。ピストンロッド
8は、シリンダ3の中心軸の延長線に沿って延在してい
る。ピストンロッド8は、スラスト軸受け10及び11
により、その軸方向に移動可能に、かつ軸に直交する方
向には移動が禁止されるように支持されている。スラス
ト軸受け10及び11は、それぞれ軸受支持部材13及
び14を介してシリンダ3に固定されている。A piston rod 8 is connected to an end of the piston 4 opposite to the compression chamber 5. The piston rod 8 extends along an extension of the center axis of the cylinder 3. The piston rod 8 has thrust bearings 10 and 11
, So as to be movable in the axial direction and prohibited from moving in a direction perpendicular to the axis. The thrust bearings 10 and 11 are fixed to the cylinder 3 via bearing support members 13 and 14, respectively.
【0023】ピストン4は、スラスト軸受け10及び1
1により、シリンダ3の内周面とピストン4の外周面と
の間に微小な間隙が形成されるように保持される。この
間隙が10μm程度以下であれば、クリアランスシール
として作用する。The piston 4 has thrust bearings 10 and 1
1 holds the small gap between the inner peripheral surface of the cylinder 3 and the outer peripheral surface of the piston 4. If this gap is about 10 μm or less, it acts as a clearance seal.
【0024】シリンダ3に、その内周面を取り囲むよう
に、隔壁2とは反対側の端面から隔壁2に向かって円筒
状のギャップ16が形成されている。ギャップ16の外
周側の表面上に永久磁石17が取り付けられている。シ
リンダ3がヨークを兼ね、永久磁石17、シリンダ3及
びギャップ16により磁気回路が画定される。A cylindrical gap 16 is formed in the cylinder 3 from the end face opposite to the partition wall 2 toward the partition wall 2 so as to surround the inner peripheral surface. A permanent magnet 17 is mounted on the outer peripheral surface of the gap 16. The cylinder 3 also serves as a yoke, and a magnetic circuit is defined by the permanent magnet 17, the cylinder 3, and the gap 16.
【0025】この磁気回路に鎖交するように、ギャップ
16内に電磁コイル20が挿入されている。電磁コイル
20は、コイル支持部材21を介してピストンロッド8
に固定されている。An electromagnetic coil 20 is inserted into the gap 16 so as to link with the magnetic circuit. The electromagnetic coil 20 is connected to the piston rod 8 via the coil support member 21.
It is fixed to.
【0026】電磁コイル20に、電流リード23及び2
4を介して電流が供給される。電流リード23及び24
は、シリンダ3に固定された軸受支持部材14とピスト
ンロッド8に固定されたコイル支持部材21との間を接
続するコイルばねを含んで構成される。コイルばね23
及び24は、ピストンロッド8の軸方向に弾性変形す
る。電流リード23及び24を構成するコイルばねとし
て、ピストン4等の可動部分の往復運動が、運転周波数
に共鳴するようなものが採用されている。The current leads 23 and 2 are connected to the electromagnetic coil 20.
Current is supplied via 4. Current leads 23 and 24
Is configured to include a coil spring that connects between the bearing support member 14 fixed to the cylinder 3 and the coil support member 21 fixed to the piston rod 8. Coil spring 23
And 24 are elastically deformed in the axial direction of the piston rod 8. As the coil springs constituting the current leads 23 and 24, those in which the reciprocating motion of the movable part such as the piston 4 resonates with the operating frequency are employed.
【0027】ピストン4、スラスト軸受け10、11、
電流リード23、24等が配置された空間は、外側ケー
ス30により密閉されている。The piston 4, the thrust bearings 10, 11,
The space in which the current leads 23, 24 and the like are arranged is sealed by the outer case 30.
【0028】コールドヘッド50は、シリンダ51、デ
ィスプレーサ(ピストン)52、コイルばね53、及び
外枠57を含んで構成される。シリンダ51は、柱面
状、例えば円柱面状の内周面を有する。シリンダ51の
一端は閉塞され、他端は外枠57で塞がれている。シリ
ンダ51の内部空洞内にディスプレーサ52が挿入され
ている。ディスプレーサ52の外周面とシリンダ51の
内周面との間に、シール部材54が配置されている。The cold head 50 includes a cylinder 51, a displacer (piston) 52, a coil spring 53, and an outer frame 57. The cylinder 51 has a columnar surface, for example, a cylindrical inner peripheral surface. One end of the cylinder 51 is closed, and the other end is closed by an outer frame 57. A displacer 52 is inserted into the internal cavity of the cylinder 51. A seal member 54 is arranged between the outer peripheral surface of the displacer 52 and the inner peripheral surface of the cylinder 51.
【0029】シリンダ51とディスプレーサ52によ
り、シリンダ51の図の左端に膨張空間55が画定さ
れ、ディスプレーサ52と外枠57により、図の右端に
圧縮空間56が画定される。ディスプレーサ52内に、
膨張空間55と圧縮空間56とを連通させるガス流路5
8が設けられている。ガス流路58内に、銅金網、鉛球
等の蓄冷材59が充填されている。The cylinder 51 and the displacer 52 define an expansion space 55 at the left end of the cylinder 51 in the figure, and the displacer 52 and the outer frame 57 define a compression space 56 at the right end of the figure. In the displacer 52,
Gas flow path 5 for communicating expansion space 55 and compression space 56
8 are provided. The gas flow path 58 is filled with a cold storage material 59 such as a copper wire net or lead ball.
【0030】ディスプレーサ52は、圧縮空間56内に
配置されたコイルばね53により、軸方向に関して弾性
的に支持されている。圧縮空間56は、キャピラリチュ
ーブ45及びガス流路6を介してガス圧縮機1の圧縮室
5に連通している。The displacer 52 is elastically supported in the axial direction by a coil spring 53 disposed in a compression space 56. The compression space 56 communicates with the compression chamber 5 of the gas compressor 1 via the capillary tube 45 and the gas passage 6.
【0031】電磁コイル20に所定周波数の交流電流を
流すと、電流リード23、24の弾性力に抗してピスト
ン4が往復運動する。隔壁2の両側の2つのピストン4
が、相互に反対向きに移動するように、交流電流の位相
を制御する。2つのピストン4が近づく向きに移動する
時、圧縮室5内が高圧になり、両者が遠ざかる向きに移
動するとき、圧縮室5内が低圧になる。ピストン4が往
復運動を繰り返すことにより、周期的にガス圧を変化さ
せることができる。When an alternating current having a predetermined frequency is applied to the electromagnetic coil 20, the piston 4 reciprocates against the elastic force of the current leads 23 and 24. Two pistons 4 on both sides of partition 2
Control the phase of the alternating current so that they move in opposite directions. When the two pistons 4 move toward each other, the pressure inside the compression chamber 5 becomes high, and when they move away from each other, the pressure inside the compression chamber 5 becomes low. By repeating the reciprocating movement of the piston 4, the gas pressure can be changed periodically.
【0032】コールドヘッド50への冷媒ガスの供給及
び排気を繰り返すことにより、逆スターリングサイクル
を実行させ、膨張空間55に寒冷を発生させることがで
きる。By repeatedly supplying and exhausting the refrigerant gas to and from the cold head 50, a reverse Stirling cycle can be executed, and cold can be generated in the expansion space 55.
【0033】スラスト軸受け10及び11により、ピス
トン4がシリンダ3内に所定のクリアランスをもって支
持される。このため、シリンダ3の内周面へのピストン
4の片当たりによる磨耗を防止し、信頼性を高めること
ができる。また、ピストン4を板ばねで支持する場合に
比べて、大きなストロークを確保することができる。ま
た、スラスト軸受けは、板ばねのように疲労破壊を起こ
すこともない。ピストン4のストロークを大きくするこ
とにより、スターリング冷却機の性能の向上を図ること
ができる。The thrust bearings 10 and 11 support the piston 4 in the cylinder 3 with a predetermined clearance. For this reason, it is possible to prevent the abrasion of the piston 4 against the inner peripheral surface of the cylinder 3 due to one-sided contact, thereby improving reliability. Also, a larger stroke can be ensured as compared with the case where the piston 4 is supported by a leaf spring. Further, the thrust bearing does not cause fatigue failure unlike the leaf spring. By increasing the stroke of the piston 4, the performance of the Stirling cooler can be improved.
【0034】上記実施例のスラスト軸受け10及び11
には、真空用グリスを使用することが好ましい。真空用
グリスを使用することにより、冷媒ガスの汚染を防止す
ることができる。The thrust bearings 10 and 11 of the above embodiment
It is preferable to use grease for vacuum. The use of vacuum grease can prevent contamination of the refrigerant gas.
【0035】上記実施例で用いたスラスト軸受けとし
て、例えばNSK社製のリニアボールベアリングLB型
等のリニアベアリングを用いることができる。また、リ
ニアベアリングの代わりにすべり軸受けを用いてもよ
い。As the thrust bearing used in the above embodiment, for example, a linear bearing such as a linear ball bearing LB type manufactured by NSK Corporation can be used. Further, a slide bearing may be used instead of the linear bearing.
【0036】上記実施例では、ディスプレーサ52の径
方向の位置を、シール部材54で固定する場合を説明し
た。ディスプレーサ52も、ガス圧縮機1のピストン4
と同様に、スラスト軸受けで支持してもよい。In the above embodiment, the case where the radial position of the displacer 52 is fixed by the seal member 54 has been described. The displacer 52 is also provided with the piston 4 of the gas compressor 1.
Similarly to the above, it may be supported by a thrust bearing.
【0037】図2は、スラスト軸受けでディスプレーサ
を支持したコールドヘッドの断面図を示す。低温端が閉
塞され高温端が開口された円筒状のシリンダ61内に、
ディスプレーサ62が挿入されている。シリンダ61の
内周面とディスプレーサ62の外周面との間には、微小
な間隙が画定されている。ディスプレーサ62の高温部
62aの一部は、シリンダ61の開口から突出してい
る。高温部62aの端面から、ディスプレーサ62の外
周面よりも小径のシャフト63が中心軸に沿って延びて
いる。FIG. 2 is a sectional view of a cold head in which a displacer is supported by a thrust bearing. In a cylindrical cylinder 61 whose low-temperature end is closed and whose high-temperature end is open,
Displacer 62 is inserted. A minute gap is defined between the inner peripheral surface of the cylinder 61 and the outer peripheral surface of the displacer 62. A part of the high temperature portion 62 a of the displacer 62 protrudes from the opening of the cylinder 61. A shaft 63 having a smaller diameter than the outer peripheral surface of the displacer 62 extends from the end surface of the high temperature portion 62a along the central axis.
【0038】シリンダ61の高温端の開口部はフランジ
状にされ、このフランジの端面に、円筒状の支持部材6
7が取り付けられている。支持部材67は、ディスプレ
ーサ62の高温部62a及びシャフト63を取り囲むよ
うに配置されている。支持部材67の側面には開口67
aが設けられており、内外の空間が開口67aを通して
連通している。シリンダ61の高温端のフランジの端面
に第1のスラスト軸受け64が取り付けられ、支持部材
67の先端に、軸受支持部材66を介して第2のスラス
ト軸受け65が取り付けられている。第1のスラスト軸
受け64及び第2のスラスト軸受け65は、それぞれデ
ィスプレーサ62の高温部62a及びシャフト63を、
径方向の移動を禁止するように支持している。The opening at the high temperature end of the cylinder 61 is formed in a flange shape, and a cylindrical supporting member 6 is formed on the end surface of the flange.
7 is attached. The support member 67 is disposed so as to surround the high temperature part 62 a of the displacer 62 and the shaft 63. An opening 67 is provided on a side surface of the support member 67.
a is provided, and the inner and outer spaces communicate with each other through the opening 67a. A first thrust bearing 64 is attached to an end surface of a flange at a high temperature end of the cylinder 61, and a second thrust bearing 65 is attached to a tip of a support member 67 via a bearing support member 66. The first thrust bearing 64 and the second thrust bearing 65 connect the high-temperature portion 62a and the shaft 63 of the displacer 62, respectively.
It is supported to prohibit radial movement.
【0039】ディスプレーサ62の高温部62aの端部
と軸受支持部材66の先端との間に、コイルばね68が
取り付けられている。コイルばね68は、ディスプレー
サ62を、その軸方向に関して弾性的に支持する。A coil spring 68 is mounted between the end of the high temperature portion 62 a of the displacer 62 and the tip of the bearing support member 66. The coil spring 68 elastically supports the displacer 62 in its axial direction.
【0040】シリンダ61の高温端のフランジの端面の
最外周部に、外枠70が取り付けられている。両者の接
合部はOリングで気密に保たれている。外枠70は、デ
ィスプレーサ62の高温部62a、シャフト63、支持
部材67、スラスト軸受け64、65、及びコイルばね
68を収容する気密な圧縮空間69を画定する。An outer frame 70 is attached to the outermost periphery of the end face of the flange at the high temperature end of the cylinder 61. The joint between the two is kept airtight by an O-ring. The outer frame 70 defines an airtight compression space 69 that houses the hot section 62 a of the displacer 62, the shaft 63, the support member 67, the thrust bearings 64, 65, and the coil spring 68.
【0041】外枠70に取り付けられたキャピラリチュ
ーブ71を介して、圧縮空間69が、例えば図1に示す
ガス圧縮機1の圧縮室5に連通している。A compression space 69 communicates with, for example, the compression chamber 5 of the gas compressor 1 shown in FIG. 1 via a capillary tube 71 attached to the outer frame 70.
【0042】ディスプレーサ62をスラスト軸受け64
及び65で支持し、シリンダ61の内周面とディスプレ
ーサ62の外周面との間にシール部材を配置しないた
め、シール部材の磨耗による性能劣化を防止することが
できる。The displacer 62 is connected to a thrust bearing 64
And 65, and no seal member is arranged between the inner peripheral surface of the cylinder 61 and the outer peripheral surface of the displacer 62. Therefore, performance deterioration due to wear of the seal member can be prevented.
【0043】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリンダ内のピストンまたはディスプレーサを、スラス
ト軸受けで支持することにより、大きなストロークを確
保することができる。シリンダの内周面とピストンの外
周面との間をクリアランスシール方式でシールすること
ができるため、シール部材の磨耗による性能の劣化を回
避することができる。As described above, according to the present invention,
By supporting the piston or displacer in the cylinder with the thrust bearing, a large stroke can be secured. Since the clearance between the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston can be sealed by a clearance seal method, performance deterioration due to wear of the seal member can be avoided.
【図1】本発明の実施例によるガス圧縮機を用いたスタ
ーリング冷却機の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a Stirling cooler using a gas compressor according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施例によるスターリング冷却機のコ
ールドヘッドの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a cold head of a Stirling cooler according to an embodiment of the present invention.
【図3】スターリング冷却機の基本構成を示す概略図で
ある。FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic configuration of a Stirling cooler.
【図4】従来のガスサイクル機関の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a conventional gas cycle engine.
1 ガス圧縮機 2 隔壁 3 シリンダ 4 ピストン 5 圧縮室 6 ガス流路 8 ピストンロッド 10、11、64、65 スラスト軸受け 13、14 軸受保持部材 16 ギャップ 17 永久磁石 20 電磁コイル 21 コイル保持部材 23、24 電流リード 30 外側ケース 45、71 キャピラリチューブ 50 コールドヘッド 51、61 シリンダ 52、62 ディスプレーサ 53、68 コイルばね 54 シール部材 55 膨張空間 56、69 圧縮空間 58 ガス流路 59 蓄冷材 63 シャフト 66 軸受支持部材 67 支持部材 70 外枠 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas compressor 2 Partition wall 3 Cylinder 4 Piston 5 Compression chamber 6 Gas flow path 8 Piston rod 10, 11, 64, 65 Thrust bearing 13, 14 Bearing holding member 16 Gap 17 Permanent magnet 20 Electromagnetic coil 21 Coil holding member 23, 24 Current lead 30 Outer case 45, 71 Capillary tube 50 Cold head 51, 61 Cylinder 52, 62 Displacer 53, 68 Coil spring 54 Seal member 55 Expansion space 56, 69 Compression space 58 Gas flow path 59 Cold storage material 63 Shaft 66 Bearing support member 67 support member 70 outer frame
Claims (3)
合する外周面を有するピストンと、 前記ピストンを、該ピストンの外周面が前記シリンダの
内周面と微小間隙を隔てて対峙し、かつ前記シリンダの
軸方向に移動可能に支持するスラスト軸受けと、 前記ピストンを、前記シリンダ内でその軸方向に往復運
動させる往復駆動手段とを有するガス圧縮機。A cylinder having a columnar inner peripheral surface; a piston disposed in the cylinder and having an outer peripheral surface aligned with the inner peripheral surface of the cylinder; A thrust bearing that faces the inner peripheral surface of the cylinder with a small gap therebetween and supports the cylinder so as to be movable in the axial direction thereof, and a reciprocating drive unit that reciprocates the piston in the cylinder in the axial direction. A gas compressor having:
たシリンダと、 前記シリンダの他端に取り付けられ、該シリンダと共に
閉じた空間を画定する外枠と、 前記シリンダ内に配置され、前記シリンダの内周面に整
合する外周面を有するディスプレーサであって、前記シ
リンダの一端と該ディスプレーサとの間に膨張空間を画
定し、前記外枠と該ディスプレーサとの間に圧縮空間を
画定し、該ディスプレーサ内に前記膨張空間と圧縮空間
とを連通させるガス流路が設けられた前記ディスプレー
サと、 前記ガス流路内に配置され、該ガス流路内を流れるガス
と熱交換を行う蓄冷材と、 前記ディスプレーサを、該ディスプレーサの外周面が前
記シリンダの内周面と微小間隙を隔てて対峙し、かつ前
記シリンダの軸方向に移動可能に支持するスラスト軸受
けと、 前記圧縮空間へ連通し、冷媒ガスの導入と排出を行う冷
媒ガス供給路とを有するコールドヘッド。2. A cylinder having a columnar inner peripheral surface, one end of which is closed, an outer frame attached to the other end of the cylinder, and defining a closed space together with the cylinder; A displacer having an outer peripheral surface aligned with an inner peripheral surface of the cylinder, the displacer defining an expansion space between one end of the cylinder and the displacer, and a compression space between the outer frame and the displacer. The displacer is provided with a gas flow path that communicates the expansion space and the compression space in the displacer, and is disposed in the gas flow path and exchanges heat with a gas flowing in the gas flow path. A cool storage material to be used; and a slurry for supporting the displacer such that the outer peripheral surface of the displacer faces the inner peripheral surface of the cylinder with a small gap therebetween and is movable in the axial direction of the cylinder. DOO bearing and communicates to the compression space, the cold head and a refrigerant gas supply passage to discharge the introduction of refrigerant gas.
ンダの軸方向に弾性的に支持する弾性部材を有する請求
項2に記載のコールドヘッド。3. The cold head according to claim 2, further comprising an elastic member that elastically supports the displacer in an axial direction of the cylinder.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23611198A JP3393071B2 (en) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Gas compressor and cold head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23611198A JP3393071B2 (en) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Gas compressor and cold head |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000065433A true JP2000065433A (en) | 2000-03-03 |
| JP3393071B2 JP3393071B2 (en) | 2003-04-07 |
Family
ID=16995910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23611198A Expired - Lifetime JP3393071B2 (en) | 1998-08-21 | 1998-08-21 | Gas compressor and cold head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3393071B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012207830A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Refrigerator |
-
1998
- 1998-08-21 JP JP23611198A patent/JP3393071B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012207830A (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Refrigerator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3393071B2 (en) | 2003-04-07 |
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