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JPH11337208A - Stirling cooling device - Google Patents

Stirling cooling device

Info

Publication number
JPH11337208A
JPH11337208A JP14873698A JP14873698A JPH11337208A JP H11337208 A JPH11337208 A JP H11337208A JP 14873698 A JP14873698 A JP 14873698A JP 14873698 A JP14873698 A JP 14873698A JP H11337208 A JPH11337208 A JP H11337208A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling water
heat
cooling
radiator
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP14873698A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Eiichi Shimizu
栄一 清水
Kazuya Sato
里  和哉
Kenichi Kagawa
賢一 香川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP14873698A priority Critical patent/JPH11337208A/en
Publication of JPH11337208A publication Critical patent/JPH11337208A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress air biting by a pump for cooling water even when air slightly gathers in a cooling water piping. SOLUTION: A heat-exchanger 46 for radiation to effect heat-exchange between working gas having temperature increased through compression by a compression chamber 37 is arranged in a gas flow passage 48. Further, a radiator 55 to radiate the heat of cooling water heat-exchanged by the heat-exchanger 46 for radiation is provided. The lower end of the radiator 55 and the lower end part of the heat-exchanger 46 for radiation arranged in a position higher than the level of the lower end part of the radiator 55 are intercoupled through a cooling water piping 54. A pump P1 for cooling water circulated through the forced feed of cooling water to the radiator 55 from a heat-exchanger 46 for radiation. This constitution suppresses air biting by a pump P1 for cooling water even when air gathers in the cooling water piping 54 due to an unexpected reason.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,スターリング冷凍
機を使用したスターリング冷却装置に係り,詳しくは冷
却水配管にエアーが多少貯まってもポンプがエアー噛み
を起さないようにして作動ガスの冷却が確実に行えるよ
うにしたスターリング冷却装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling cooling device using a Stirling refrigerator, and more particularly, to cooling of a working gas by preventing a pump from biting air even if some air is stored in a cooling water pipe. The present invention relates to a Stirling cooling device capable of reliably performing the above.

【0002】[0002]

【従来の技術】スターリング冷却装置に用いられている
スターリング冷凍機は,作動ガスを圧縮膨張することに
より寒冷を発生させている。
2. Description of the Related Art A Stirling refrigerator used in a Stirling cooling apparatus generates cold by compressing and expanding a working gas.

【0003】かかるスターリング冷却機は,圧縮ピスト
ンを備えて圧縮室の作動ガスを圧縮する圧縮部,膨張ピ
ストンを備えて膨張室の作動ガスを膨張させる膨張部等
を有して,圧縮室と膨張室とはガス流路で連通されてい
る。
Such a Stirling cooler has a compression section provided with a compression piston for compressing the working gas in the compression chamber, an expansion section provided with an expansion piston for expanding the working gas in the expansion chamber, and the like. The chamber is communicated with a gas flow path.

【0004】ガス流路には,圧縮されて高温になった作
動ガスを冷却する放熱用熱交換器が設けられて,圧縮室
から膨張室に流動する作動ガスの温度を低くすることに
よりスターリング冷凍機の冷凍効率を高めている。
The gas flow path is provided with a heat radiating heat exchanger that cools the working gas that has been compressed and has a high temperature. The Stirling refrigeration is performed by lowering the temperature of the working gas flowing from the compression chamber to the expansion chamber. The refrigeration efficiency of the machine.

【0005】このとき,放熱用熱交換器での放熱効率を
高めるために,例えば冷却水を外気等と熱交換させる放
熱器が設けられている。そして,これら放熱用熱交換器
と放熱器とが冷却水配管により連結されて,冷却水が冷
却水用ポンプにより圧送されて循環するようになってい
る。
At this time, in order to enhance the heat radiation efficiency of the heat radiation heat exchanger, for example, a radiator for exchanging heat of the cooling water with the outside air or the like is provided. The heat radiating heat exchanger and the radiator are connected by a cooling water pipe, and the cooling water is circulated by being pumped by a cooling water pump.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,不測の
理由により冷却水配管内にエアーが貯まり,冷却水用ポ
ンプがエアー噛して冷却水を適正に循環させることがで
きなくなる場合がある。このような場合には,圧縮室か
ら膨張室に送られる作動ガスの熱が十分に放熱できなく
なるのでスターリング冷凍機の冷凍効率が低下してしま
う問題があった。
However, there is a case where air accumulates in the cooling water pipe due to an unexpected reason, and the cooling water pump is not able to properly circulate the cooling water due to air biting. In such a case, the heat of the working gas sent from the compression chamber to the expansion chamber cannot be sufficiently dissipated, so that the refrigeration efficiency of the Stirling refrigerator is reduced.

【0007】即ち,冷却水配管は,種々の箇所において
溶接等の手段を用いて連結されている。当然のことなが
ら連結部分は,適正に連結されて漏水等を起さないよう
に設計され,かつ,検査されるが,ピンホールのように
微少欠陥は検出できない場合がある。
That is, the cooling water pipes are connected at various places by means such as welding. As a matter of course, the connecting portion is designed so as to be properly connected so as not to cause water leakage or the like, and is inspected. However, a minute defect such as a pinhole may not be detected.

【0008】かかるピンホールは,本来設計段階で想定
され,これを許容範囲として装置が設計されるが,例え
ばスターリング冷凍機を高地のように気圧の低いところ
で使用した場合や放熱器にゴミ等が付着して冷却水の放
熱が十分に行えず,冷却水の温度が異常上昇し,その結
果冷却水配管内の圧力が上昇した場合等において,ピン
ホールからの漏水量が多くなり,短時間の内に冷却水配
管内にエアーが貯まってしまうことがある。
[0008] Such a pinhole is originally assumed at the design stage, and the apparatus is designed with the allowable range. For example, when a Stirling refrigerator is used at a low pressure such as a high altitude, dust or the like is generated in a radiator. If the temperature of the cooling water rises abnormally and the pressure inside the cooling water piping rises, the amount of water leakage from the pinholes increases, In some cases, air may accumulate in the cooling water piping.

【0009】このとき冷却水用ポンプが放熱用熱交換器
の上端部及び放熱器の上端部より高い位置に設けられて
いると,冷却水用ポンプが冷却水配管内に貯まったエア
ーを噛み空回りしてしまうようになる。
At this time, if the cooling water pump is provided at a position higher than the upper end portion of the heat radiating heat exchanger and the upper end portion of the radiator, the cooling water pump bites the air stored in the cooling water pipe and idles. Will be done.

【0010】従って冷却水の循環ができなくなったり,
循環量が減ったりしてスターリング冷凍機が所定の冷凍
能力を発揮できなくなる事態が生じる。
Therefore, cooling water cannot be circulated,
A situation occurs in which the Stirling refrigerator cannot exhibit a predetermined refrigerating capacity due to a decrease in the circulation amount.

【0011】そこで,本発明は,冷却水配管内にエアー
が多少貯まった場合でも冷却水用ポンプがエアー噛みす
るのを抑制したスターリング冷却装置を提供することを
目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a Stirling cooling device which suppresses the cooling water pump from biting air even when some air is stored in the cooling water pipe.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】そこで上記課題を解決す
るため本発明は,圧縮室の作動ガスを圧縮する圧縮ピス
トンと,この圧縮ピストンと位相が略90ずれて往復運
動して,膨張室の作動ガスを膨張させる膨張ピストン
と,圧縮室と膨張室とを連結して,作動ガスがこれらの
間を行き来するように連結するガス流路とを有したスタ
ーリング冷却装置において,ガス流路中に設けられて,
圧縮室で圧縮されて温度上昇した作動ガスと冷却水とを
熱交換させる放熱用熱交換器と,この放熱用熱交換器で
熱交換した冷却水の熱を放熱する放熱器と,放熱器の下
端部とこの放熱器の下端部より高い位置に設けられた放
熱用熱交換器の下端部とを連結する冷却水配管途中に設
けられて,放熱器から放熱用熱交換器に冷却水を圧送し
て循環させる冷却水用ポンプとを有して,不測の理由に
より冷却水配管内にエアーが貯まっても冷却水用ポンプ
がエアー噛みするのを抑制するようにしたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a compression piston for compressing a working gas in a compression chamber, and a reciprocating motion of the compression piston which is out of phase with the compression piston by about 90 to form an expansion chamber. In a Stirling cooling device having an expansion piston for expanding a working gas, a gas passage connecting a compression chamber and an expansion chamber, and connecting the working gas between them, the Stirling cooling device includes Provided,
A heat-dissipating heat exchanger for exchanging heat between the working gas, which has been heated in the compression chamber and the temperature of which has risen, and cooling water; A cooling water pipe is provided in the middle of a cooling water pipe connecting the lower end and the lower end of a heat radiating heat exchanger provided at a position higher than the lower end of the radiator, and pumps cooling water from the radiator to the heat radiating heat exchanger. And a cooling water pump for circulating the cooling water to prevent the cooling water pump from biting the air even if air is stored in the cooling water pipe for an unexpected reason.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は,本発明にかかるスターリング冷却
装置の概略構成を示す図で,スターリング冷却装置1
は,箱型のケース2にスターリング冷凍機3が内設され
ている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a Stirling cooling device according to the present invention.
In the figure, a Stirling refrigerator 3 is provided inside a box-shaped case 2.

【0014】またスターリング冷凍機3には冷却ヘッド
4が設けられ,この冷却ヘッド4に冷熱冷媒管路5が接
続されて冷熱冷媒が循環するようになっている。なお,
冷熱冷媒とは,スターリング冷凍機3で発生した冷熱を
冷凍庫等の冷熱利用機器8に搬送するための冷媒をい
う。
Further, a cooling head 4 is provided in the Stirling refrigerator 3, and a cooling / cooling refrigerant pipe 5 is connected to the cooling head 4, so that cooling and cooling refrigerant is circulated. In addition,
The cold refrigerant refers to a refrigerant for transporting the cold generated by the Stirling refrigerator 3 to cold utilization equipment 8 such as a freezer.

【0015】冷熱冷媒管路5の両端は,ケース2に固着
された入口栓6及び出口栓7に接続され,これら入口栓
6及び出口栓7には,冷熱利用機器8の冷熱冷媒配管の
出口端9及び入口端10がそれぞれ着脱自在に接続され
る。
Both ends of the cold refrigerant line 5 are connected to an inlet plug 6 and an outlet plug 7 fixed to the case 2, and the inlet plug 6 and the outlet plug 7 are connected to outlets of the cold refrigerant pipe of the cold heat utilization equipment 8. The end 9 and the inlet end 10 are each detachably connected.

【0016】冷熱冷媒管路5の途中には,冷熱冷媒用ポ
ンプP2が配設されて,冷熱冷媒が冷却ヘッド4と冷熱
利用機器8とを循環するようになっている。
In the middle of the cold refrigerant pipe 5, a cold refrigerant pump P 2 is arranged so that the cold refrigerant circulates between the cooling head 4 and the cold heat utilization equipment 8.

【0017】なお,冷熱利用機器8としては,冷凍庫以
外に冷蔵庫,投げ込み式クーラー,低温液循環器,各種
の温度特性試験用の低温恒温器,恒温槽,ヒートショッ
ク試験装置,凍結乾燥機及びコールドクーラ等が適用可
能である。
In addition to the refrigerator, a refrigerator, a throw-in type cooler, a low-temperature liquid circulator, a low-temperature constant temperature device for various temperature characteristic tests, a constant-temperature bath, a heat shock test device, a freeze dryer, a cold dryer, etc. A cooler or the like is applicable.

【0018】スターリング冷凍機3におけるハウジング
の頂部には,シリンダ12が形成され,またハウジング
内は,区画壁13によってモータ室14とクランク室1
5とに区画されている。
A cylinder 12 is formed at the top of the housing in the Stirling refrigerator 3, and a motor chamber 14 and a crank chamber 1 are formed inside the housing by a partition wall 13.
5 is divided.

【0019】モータ室14には,正逆回転可能なモータ
16が配設され,クランク室15には,モータ16の回
転動作を往復動に変換する回転往復変換機構部17が配
設されている。
The motor chamber 14 is provided with a motor 16 capable of normal and reverse rotation, and the crank chamber 15 is provided with a rotary reciprocating conversion mechanism 17 for converting the rotation of the motor 16 into reciprocating motion. .

【0020】モータ室14の開口18及びクランク室1
5の開口19は,夫々蓋20,21で閉止され,ハウジ
ング内が半密閉状態に保持される。
The opening 18 of the motor chamber 14 and the crank chamber 1
The opening 19 of 5 is closed by lids 20 and 21, respectively, and the inside of the housing is maintained in a semi-sealed state.

【0021】ハウジング内には,区画壁13を貫通し,
ハウジング壁,区画壁13及び蓋20,21の軸受部2
2に軸支されたクランクシャフト23が回転可能に配置
されている。
In the housing, the partition wall 13 penetrates,
Bearing part 2 of housing wall, partition wall 13 and lids 20 and 21
A crankshaft 23 pivotally supported by 2 is rotatably arranged.

【0022】モータ16は,ステータ24a,このステ
ータ24aの内周側の回転可能に配置されたロータ24
bとから構成され,このロータ24bの中央にクランク
シャフト23が固定されている。
The motor 16 includes a stator 24a, and a rotatable rotor 24 on the inner peripheral side of the stator 24a.
The crankshaft 23 is fixed to the center of the rotor 24b.

【0023】回転往復変換機構部17は,クランク室1
5内に延びたクランクシャフト23のクランク部25,
このクランク部25に連結されたコンロッド26,2
7,このコンロッド26,27の先端に取り付けられた
クロスガイドヘッド28,29等により構成され,スタ
ーリング冷凍機3の駆動手段として機能している。
The rotary reciprocating conversion mechanism 17 includes the crank chamber 1
5, a crank portion 25 of the crankshaft 23 extending into
Connecting rods 26, 2 connected to the crank part 25
7, constituted by cross guide heads 28, 29 and the like attached to the distal ends of the connecting rods 26, 27, and functioning as driving means of the Stirling refrigerator 3.

【0024】クロスガイドヘッド28,29は,シリン
ダ12の内壁に設けられたクロスガイドライナ30,3
1内を往復動可能に配置されている。
The cross guide heads 28, 29 are provided with cross guide liners 30, 3 provided on the inner wall of the cylinder 12.
1 are reciprocally movable.

【0025】クランク部25は,モータ16の正転時に
クランク25bがクランク25aより先行して移動する
ように,位相差を付けて形成されている。この位相差
は,一般的には90度の位相差が採用される。
The crank portion 25 is formed with a phase difference so that the crank 25b moves ahead of the crank 25a when the motor 16 rotates forward. As the phase difference, a phase difference of 90 degrees is generally adopted.

【0026】クランク室15の上部には,圧縮シリンダ
32及びこの圧縮シリンダ32の若干上方に位置した膨
張シリンダ33が配設されている。圧縮シリンダ32と
膨張シリンダ33を含めハウジング内には,例えば,ヘ
リウム,水素,窒素等の作動ガスが封入されている。
A compression cylinder 32 and an expansion cylinder 33 located slightly above the compression cylinder 32 are arranged above the crank chamber 15. A working gas such as helium, hydrogen, or nitrogen is sealed in the housing including the compression cylinder 32 and the expansion cylinder 33.

【0027】圧縮シリンダ32は,ハウジングにボルト
等によって固定される圧縮シリンダブロック34を有
し,圧縮シリンダブロック34の空間内をピストンリン
グ35の付設された圧縮ピストン36が往復摺動して,
この空間の上部(圧縮室)が高温室37であり,この中
の作動ガスは圧縮されて高温となる。
The compression cylinder 32 has a compression cylinder block 34 fixed to the housing by bolts or the like. A compression piston 36 provided with a piston ring 35 reciprocates in the space of the compression cylinder block 34,
The upper part (compression chamber) of this space is a high-temperature chamber 37, in which the working gas is compressed to a high temperature.

【0028】圧縮ピストンロッド38は,一端が圧縮ピ
ストン36に固定し,他端がオイルシール39を介して
伸び,ピンによってクロスガイドヘッド28に回動自在
に連結されている。
The compression piston rod 38 has one end fixed to the compression piston 36 and the other end extended through an oil seal 39, and is rotatably connected to the cross guide head 28 by a pin.

【0029】往復動する圧縮ピストン36は上死点及び
下死点で摺動方向が反転するため,速度がゼロになり,
上死点及び下死点付近では速度が遅く単位時間当たりの
容積の変化量も小さく,下死点から上死点及び上死点か
ら下死点に向かって移動するときの夫々の中間点で最高
速度になり,単位時間当たりのピストンの移動による容
積の変化量も最大となる。
Since the sliding direction of the reciprocating compression piston 36 is reversed at the top dead center and the bottom dead center, the speed becomes zero.
The velocity is slow near the top dead center and the bottom dead center, and the amount of change in volume per unit time is also small. At the middle point when moving from the bottom dead center to the top dead center and from the top dead center to the bottom dead center, respectively. The maximum speed is reached, and the amount of change in volume due to the movement of the piston per unit time is also maximized.

【0030】一方,膨張シリンダ33は,圧縮シリンダ
32の上部にボルト等によって固定される膨張シリンダ
ブロック40を有し,この膨張シリンダブロック40の
空間内をピストンリング35’の付設された膨張ピスト
ン42が往復摺動して,この空間の上部(膨張室)が低
温室41であり,この中の作動ガスが膨張し低温とな
る。
On the other hand, the expansion cylinder 33 has an expansion cylinder block 40 fixed by bolts or the like above the compression cylinder 32. An expansion piston 42 provided with a piston ring 35 'in the space of the expansion cylinder block 40. Slides back and forth, and the upper part (expansion chamber) of this space is a low-temperature chamber 41, in which the working gas expands to a low temperature.

【0031】膨張ピストン42には,膨張ピストンロッ
ド43の一端が固定され,膨張ピストンロッド43の他
端はオイルシール44を介して伸び,クロスガイドヘッ
ド29に連結されている。膨張ピストン42は,圧縮ピ
ストン36より90度の位相だけ先行して移動する。
One end of an expansion piston rod 43 is fixed to the expansion piston 42, and the other end of the expansion piston rod 43 extends through an oil seal 44 and is connected to the cross guide head 29. The expansion piston 42 moves ahead of the compression piston 36 by a phase of 90 degrees.

【0032】膨張シリンダブロック40には,図面下か
ら,圧縮シリンダ32の圧縮室に作動ガスが流入流出す
るマニホールド45が連通するように設けられており,
さらに放熱用熱交換器46,畜冷器47及び高温室37
への通路48が互いに順次連通して環状に配設されてい
る。
The expansion cylinder block 40 is provided with a manifold 45 through which working gas flows in and out of the compression chamber of the compression cylinder 32 from below the drawing.
Further, the heat exchanger 46 for heat radiation, the animal cooler 47, and the high temperature chamber 37
Passages 48 are annularly arranged so as to sequentially communicate with each other.

【0033】圧縮シリンダブロック34の上端部近くに
は,高温室37とマニホールド45を連通する連通孔4
9が形成されており,これにより,高温室37(圧縮
室)と低温室41(膨張室)は,連通孔49,マニホー
ルド45,放熱用熱交換器46,畜冷器47及び通路4
8を介して互いに順次連通するように構成されている。
In the vicinity of the upper end of the compression cylinder block 34, a communication hole 4 for communicating the high temperature chamber 37 and the manifold 45 is provided.
Thus, the high-temperature chamber 37 (compression chamber) and the low-temperature chamber 41 (expansion chamber) are connected to the communication hole 49, the manifold 45, the heat-exchanging heat exchanger 46, the animal cooler 47, and the passage 4.
8 so as to sequentially communicate with each other.

【0034】なお,上記通路48は,この部分に熱交換
器を配してクーラとすることも可能である。
The passage 48 may be provided with a heat exchanger at this portion to form a cooler.

【0035】また,放熱用熱交換器46は,アニュラー
タイプの熱交換器,例えば,図2及び図3に示すような
シェルアンドチューブ式熱交換器50(環状の熱交換室
51内に作動ガスを流す多数のチューブ52を軸方向に
貫設して,冷却用の水を熱交換室51内に流して作動ガ
スを冷却する熱交換器)であってもよい。なお,図3は
図2における矢視AA断面図である。
The heat-radiating heat exchanger 46 is an annular-type heat exchanger, for example, a shell-and-tube heat exchanger 50 (an operating gas in an annular heat-exchanging chamber 51) as shown in FIGS. (A heat exchanger that cools the working gas by flowing cooling water into the heat exchange chamber 51 by piercing a number of tubes 52 through which heat flows in the axial direction). FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【0036】あるいは図4に示すように,環状の作動ガ
ス流路の周囲に環状のジャケット53を配設し,このジ
ャケット53内に冷却水を流して作動ガスの冷却を行な
うようにしてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 4, an annular jacket 53 may be provided around the annular working gas flow path, and cooling water may flow through the jacket 53 to cool the working gas. .

【0037】この放熱用熱交換器46は,冷却水配管5
4及び冷却水用ポンプP1を介して放熱器55と接続さ
れて冷却水が循環し,放熱用熱交換器46で熱交換して
加熱された冷却水は放熱器55の冷却ファンより冷却さ
れる。
The heat-exchanging heat exchanger 46 is connected to the cooling water pipe 5
The cooling water is circulated by being connected to the radiator 55 via the cooling water pump 4 and the cooling water pump P1, and the cooling water heated by heat exchange in the heat radiating heat exchanger 46 is cooled by the cooling fan of the radiator 55. .

【0038】なお,冷却水用ポンプP1は,放熱器55
の下端部K1と放熱用熱交換器46の下端部K4とを連
結する冷却水配管54中に配設されている。
The cooling water pump P1 is provided with a radiator 55
Is provided in a cooling water pipe 54 that connects the lower end K1 of the heat exchanger 46 and the lower end K4 of the heat exchanger 46 for heat radiation.

【0039】これにより,何らかの理由で冷却水配管5
4にエアーが侵入しても,エアーは冷却水用ポンプP1
の入口K2より高い位置に位置するようになるので,冷
却水用ポンプP1のエアー噛を抑制することが可能にな
る。
As a result, the cooling water pipe 5
Even if air enters the pump, the air is supplied to the cooling water pump P1.
Of the cooling water pump P1 can be suppressed.

【0040】このとき,冷却水用ポンプP1の入口K2
をK1より適宜低い位置に設けると共に冷却水用ポンプ
P1の出口K3をK4より適宜低い位置に設け,かつ,
K1がK4より低くなるように設けるならば,略確実に
冷却水用ポンプP1にはエアーが入り込まなくすること
ができるので,冷却水用ポンプP1のエアー噛抑制効果
を確実なものとすることができる。
At this time, the inlet K2 of the cooling water pump P1
Is provided at a position appropriately lower than K1, the outlet K3 of the cooling water pump P1 is provided at a position appropriately lower than K4, and
If K1 is provided to be lower than K4, air can be substantially prevented from entering the cooling water pump P1, so that the cooling water pump P1 can surely suppress the air bite. it can.

【0041】冷却水配管54は,配管が分岐接続されて
いて,この配管には,リザーババルブ56を介して,水
用リザーバタンク57が接続されている。
The cooling water pipe 54 is branched and connected to a pipe, and a water reservoir tank 57 is connected to the pipe via a reservoir valve 56.

【0042】また放熱器55には,エアー抜き58が接
続されていると共に,ドレーンバルブ59が接続されて
いる。
The radiator 55 is connected to an air vent 58 and a drain valve 59.

【0043】膨張シリンダブロック40の上部には,冷
却ヘッド4が形成されている。冷却ヘッド4は,例え
ば,図5及び図6に示すように,膨張シリンダブロック
40の頂部に肉厚を大きくした頂壁62を設け,この頂
壁62に冷熱冷媒の熱交換流路63を形成した構成とす
る。
The cooling head 4 is formed above the expansion cylinder block 40. For example, as shown in FIGS. 5 and 6, the cooling head 4 is provided with a top wall 62 having a large thickness at the top of the expansion cylinder block 40, and a heat exchange channel 63 for a cryogen is formed on the top wall 62. Configuration.

【0044】あるいは図4に示すように膨張シリンダブ
ロック40の頂部に,ジャケット壁64を設け,このジ
ャケット壁64内に冷熱冷媒を流す構造としてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 4, a structure may be adopted in which a jacket wall 64 is provided on the top of the expansion cylinder block 40, and a cooling / cooling refrigerant flows through the jacket wall 64.

【0045】すでに説明したように,冷却ヘッド4は冷
熱冷媒管路5及び冷熱冷媒用ポンプP2を介して冷熱利
用機器8と接続され冷熱冷媒を循環している。冷熱冷媒
管路5には,サクションタンク65が配設されている。
As described above, the cooling head 4 is connected to the cold heat utilization device 8 via the cold refrigerant pipe 5 and the cold refrigerant pump P2, and circulates the cold refrigerant. A suction tank 65 is arranged in the cold refrigerant line 5.

【0046】このサクションタンク65には,リザーバ
バルブ66を介して,冷熱冷媒リザーバタンク67が接
続されている。サクションタンク65には,ドレーンバ
ルブ68が接続されている。また冷熱冷媒管路5には,
エアー抜き69が接続されている。
A cryogenic refrigerant reservoir tank 67 is connected to the suction tank 65 via a reservoir valve 66. A drain valve 68 is connected to the suction tank 65. Also, in the cold / hot refrigerant line 5,
An air vent 69 is connected.

【0047】なお,冷熱冷媒としては,エチルアルコー
ル,HFE,PFC,窒素,ヘリウム等が使用される。
As the cold refrigerant, ethyl alcohol, HFE, PFC, nitrogen, helium and the like are used.

【0048】次に,本発明の上記実施例のスターリング
冷却装置1の作用を説明する。モータ16によってクラ
ンクシャフト23が正方向に回転し,クランク室15内
のクランク25a,25bが90度位相がずれて回転す
る。
Next, the operation of the Stirling cooling device 1 of the above embodiment of the present invention will be described. The motor 16 rotates the crankshaft 23 in the forward direction, and the cranks 25a and 25b in the crank chamber 15 rotate with a phase shift of 90 degrees.

【0049】このクランク部25a,25bに回動自在
に連結されたコンロッド26,27を介して,このコン
ロッド26,27の先端に取り付けられたクロスガイド
ヘッド28,29が,クロスガイドライナ30,31内
を往復摺動する。
Via connecting rods 26, 27 rotatably connected to the crank portions 25a, 25b, cross guide heads 28, 29 attached to the tips of the connecting rods 26, 27 are connected to cross guide liners 30, 31. Slides back and forth inside.

【0050】クロスガイドヘッド28,29の夫々に圧
縮ピストンロッド38及び膨張ピストンロッド43を介
して連結された圧縮ピストン36及び膨張ピストン42
が,互いに90度の位相差をもって往復動する。
A compression piston 36 and an expansion piston 42 connected to the cross guide heads 28 and 29 via a compression piston rod 38 and an expansion piston rod 43, respectively.
Reciprocate with a phase difference of 90 degrees from each other.

【0051】膨張ピストン42が90度先行して上死点
付近でゆっくりと移動中,圧縮ピストン36は中間付近
を上死点に向かって急速に移動して作動ガスの圧縮動作
を行なう。圧縮された作動ガスは,連通孔49及びマニ
ホールド45を通り放熱用熱交換器46に流入する。
While the expansion piston 42 moves slowly near the top dead center 90 degrees ahead of it, the compression piston 36 moves rapidly toward the top dead center near the middle to perform the compression operation of the working gas. The compressed working gas flows into the heat radiation heat exchanger 46 through the communication hole 49 and the manifold 45.

【0052】放熱用熱交換器46内で冷却水に放熱した
作動ガスは,畜冷器47で冷却され,通路48を通って
低温室41(膨張室)内に流入する。
The working gas radiated to the cooling water in the heat radiating heat exchanger 46 is cooled by the storage cooler 47 and flows into the low temperature chamber 41 (expansion chamber) through the passage 48.

【0053】圧縮ピストン36が上死点近辺でゆっくり
と移動している時に膨張ピストン42は急激に下死点に
向かって移動し低温室41(膨張室)に流入した作動ガ
スは急激に膨張し冷熱が発生する。
When the compression piston 36 moves slowly near the top dead center, the expansion piston 42 moves rapidly toward the bottom dead center, and the working gas flowing into the low temperature chamber 41 (expansion chamber) expands rapidly. Cold heat is generated.

【0054】これにより膨張室を囲む冷却ヘッド4部の
膨張シリンダブロック40の頂部は冷却され低温とな
る。
Thus, the top of the expansion cylinder block 40 in the cooling head 4 surrounding the expansion chamber is cooled to a low temperature.

【0055】そして,冷却ヘッド4において,冷熱冷媒
管路5を循環する冷熱冷媒を冷却する。
Then, in the cooling head 4, the cold refrigerant circulating through the cold refrigerant pipe 5 is cooled.

【0056】膨張ピストン42が下死点から上死点に移
動するときには,圧縮ピストン36は中間位置から下死
点に向かっており,作動ガスは膨張室より通路を通り畜
冷器47に流入し作動ガスの有する冷熱を畜冷器47に
蓄熱する。
When the expansion piston 42 moves from the bottom dead center to the top dead center, the compression piston 36 moves from the intermediate position to the bottom dead center, and the working gas flows from the expansion chamber through the passage into the animal cooler 47. The cold heat of the working gas is stored in the animal cooler 47.

【0057】畜冷器47に蓄熱された冷熱は,上記のよ
うに高温室37から放熱用熱交換器46を通して送られ
てくる作動ガスを再度冷却するために再利用される。
The cold stored in the animal cooler 47 is reused to cool the working gas sent from the high temperature chamber 37 through the heat radiating heat exchanger 46 again as described above.

【0058】そして,冷却ヘッド4において冷却された
冷熱冷媒は,冷熱冷媒管路5,出口栓7から,例えば,
冷凍庫等の冷熱利用機器8内の冷熱冷媒配管に送られ,
冷熱利用機器8内で冷凍あるいは冷却作用を行なう。
Then, the cryogen cooled in the cooling head 4 is supplied from the cryogen line 5 and the outlet plug 7, for example,
It is sent to a cold refrigerant pipe in a cold utilization device 8 such as a freezer,
Freezing or cooling action is performed in the cold heat utilization device 8.

【0059】冷熱利用機器8内で,冷熱冷媒は熱を吸収
し冷却作用をして,冷熱冷媒配管から,入口栓6に送ら
れ,冷熱冷媒管路5を通り,冷却ヘッド4に戻され,そ
こで冷却される。
In the cold heat utilization device 8, the cold refrigerant absorbs heat and performs a cooling action, is sent from the cold refrigerant pipe to the inlet plug 6, passes through the cold refrigerant pipe 5, and is returned to the cooling head 4. There it is cooled.

【0060】このように,冷熱冷媒がスターリング冷凍
機3の冷却ヘッド4と冷熱利用機器8との間で循環し,
スターリング冷凍機3で冷熱冷媒は冷却され,この冷熱
冷媒が冷熱利用機器8において冷却作用をする。以下,
同様のサイクルが繰り返される。
As described above, the cold refrigerant circulates between the cooling head 4 of the Stirling refrigerator 3 and the cold heat utilization device 8,
The cryogenic refrigerant is cooled by the Stirling refrigerator 3, and the cryogenic refrigerant performs a cooling function in the cryogenic heat utilization device 8. Less than,
A similar cycle is repeated.

【0061】一方,放熱用熱交換器46で熱交換された
冷却水は,冷却水配管54から放熱器55に流れ,そこ
で冷却ファンにより冷却され,再度放熱用熱交換器46
へと循環する。
On the other hand, the cooling water heat-exchanged in the heat radiating heat exchanger 46 flows from the cooling water pipe 54 to the radiator 55, where it is cooled by the cooling fan, and again.
Circulates to

【0062】このとき何らかの理由により冷却水配管5
4にエアーが貯まっても,冷却水用ポンプP1が放熱器
55の下端部K1と放熱用熱交換器46の下端部K4と
の間に設けられているので,冷却水用ポンプP1のエア
ー噛みを抑制でき,安定して放熱用熱交換器46に冷却
水を循環させることが可能になっている。従って,スタ
ーリング冷却装置の効率低下を防止することができる。
At this time, the cooling water pipe 5
Even if air is stored in the cooling water pump 4, the cooling water pump P1 is provided between the lower end portion K1 of the radiator 55 and the lower end portion K4 of the heat radiating heat exchanger 46. , And the cooling water can be circulated to the heat exchanger 46 for heat radiation stably. Therefore, it is possible to prevent the efficiency of the Stirling cooling device from decreasing.

【0063】次に,冷熱利用機器8の冷熱交換器に生じ
る霜の霜取り作用について説明する。霜取りを行なう時
には,冷熱利用機器8に設けた図示しない着霜センサー
により着霜を検知して,スターリング冷凍機3のモータ
16を逆回転する。
Next, the defrosting action of the frost generated in the cold heat exchanger of the cold heat utilizing equipment 8 will be described. When defrosting is performed, frost formation is detected by a frost formation sensor (not shown) provided in the cold heat utilization device 8, and the motor 16 of the Stirling refrigerator 3 is rotated in the reverse direction.

【0064】これにより圧縮ピストン36及び膨張ピス
トン42は,90度の位相差をもって上記モータ16の
正転動作の場合と全く逆に,圧縮ピストン36は膨張ピ
ストンとして作用し,膨張ピストン42は圧縮ピストン
として作用するようになる。
As a result, the compression piston 36 and the expansion piston 42 have a phase difference of 90 degrees, and the compression piston 36 acts as an expansion piston and the expansion piston 42 To act as.

【0065】従って,膨張シリンダ33の膨張室内の作
動ガスは,膨張ピストン42により圧縮されて高温にな
るので,冷熱冷媒は冷却ヘッド4を循環することにより
加熱されて冷熱利用機器8に供給され。熱利用機器8の
熱交換器に生じた霜を除去することができる。
Therefore, the working gas in the expansion chamber of the expansion cylinder 33 is compressed by the expansion piston 42 and becomes high in temperature, so that the cold refrigerant is heated by circulating through the cooling head 4 and supplied to the cold heat utilization equipment 8. The frost generated in the heat exchanger of the heat utilization device 8 can be removed.

【0066】よって熱交換器にヒータ線等の除霜手段が
設けられていない,冷熱利用機器8でも効果的に霜取り
が可能となる。
Therefore, defrosting can be effectively performed even with the cold heat utilization equipment 8 in which the heat exchanger is not provided with defrosting means such as a heater wire.

【0067】また,冷熱利用機器8が冷却恒温槽である
場合,上記モータ16の逆回転による冷却運転を利用す
ることができる。
When the cold heat utilizing device 8 is a cooling constant temperature bath, the cooling operation by the reverse rotation of the motor 16 can be used.

【0068】即ち,本発明のスターリング冷却装置を通
常の冷却運転を行ないながら,恒温槽の温度を測定し
て,その結果により温度制御装置の温度制御回路によ
り,逐次,モータ16を逆回転制御して加熱運転を行な
い,恒温を維持することができる。
That is, the temperature of the thermostatic chamber is measured while performing the normal cooling operation of the Stirling cooling device of the present invention, and based on the result, the reverse rotation control of the motor 16 is sequentially performed by the temperature control circuit of the temperature control device. Heating operation to maintain a constant temperature.

【0069】なお,上記実施例では2ピストン型のスタ
ーリング冷凍機3を使用したが,ディスプレーサ型等他
の形式のスターリング冷凍機3を使用してもよいことは
いうまでもない。
Although the two-piston type Stirling refrigerator 3 is used in the above embodiment, it is needless to say that another type of Stirling refrigerator 3 such as a displacer type may be used.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上説明したように,放熱用熱交換器,
放熱器及び冷却水用ポンプを循環路をなすように設け,
かつ,冷却水用ポンプを放熱器の下端部とこの放熱器の
下端部より高い位置に設けられた放熱用熱交換器の下端
部とを連結する冷却水配管途中に設けたので,不測の理
由により冷却水配管内にエアーが貯まっても冷却水用ポ
ンプがエアー噛みするのを抑制することができるように
なる。
As described above, the heat exchanger for heat radiation,
A radiator and a pump for cooling water are provided so as to form a circulation path.
In addition, the cooling water pump is provided in the middle of the cooling water pipe connecting the lower end of the radiator and the lower end of the heat exchanger for heat radiation provided at a position higher than the lower end of the radiator. Accordingly, even if air is stored in the cooling water pipe, the cooling water pump can be prevented from being caught by air.

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

【図1】本発明の実施の形態の説明に適用されるスター
リング冷却装置の全体概念図である。
FIG. 1 is an overall conceptual diagram of a Stirling cooling device applied to an embodiment of the present invention.

【図2】放熱用熱交換器の一例を説明する平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view illustrating an example of a heat radiation heat exchanger.

【図3】図2のAA矢視断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 2;

【図4】スターリング冷却装置の冷却ヘッドの別の例を
説明する側部断面を示す図である。
FIG. 4 is a side sectional view illustrating another example of the cooling head of the Stirling cooling device.

【図5】スターリング冷却装置の冷却ヘッドの一例を説
明する側部断面を示す図である。
FIG. 5 is a side sectional view illustrating an example of a cooling head of the Stirling cooling device.

【図6】図5の冷却ヘッドを示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing the cooling head of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 スターリング冷却装置 3 スターリング冷凍機 36 圧縮ピストン 37 高温室(圧縮室) 41 低温室(膨張室) 42 膨張ピストン 46 放熱用熱交換器 54 冷却水配管 55 放熱器 P1 冷却水用ポンプ K1 放熱器の下端部 K2 冷却水用ポンプの入口 K3 冷却水用ポンプの出口 K4 放熱用熱交換器の下端部 REFERENCE SIGNS LIST 1 Stirling cooling device 3 Stirling refrigerator 36 Compression piston 37 High temperature chamber (compression chamber) 41 Low temperature chamber (expansion chamber) 42 Expansion piston 46 Heat dissipation heat exchanger 54 Cooling water pipe 55 Heat sink P1 Cooling water pump K1 Heat sink Lower end K2 Inlet of cooling water pump K3 Outlet of cooling water pump K4 Lower end of heat exchanger for heat radiation

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧縮室の作動ガスを圧縮する圧縮ピスト
ンと,この圧縮ピストンと位相が略90ずれて往復運動
して,膨張室の作動ガスを膨張させる膨張ピストンと,
前記圧縮室と前記膨張室とを連結して,作動ガスがこれ
らの間を行き来するように連結するガス流路とを有した
スターリング冷却装置において,前記ガス流路中に設け
られて,前記圧縮室で圧縮されて温度上昇した作動ガス
と冷却水とを熱交換させる放熱用熱交換器と,この放熱
用熱交換器で熱交換した冷却水の熱を放熱する放熱器
と,前記放熱器の下端部とこの放熱器の下端部より高い
位置に設けられた前記放熱用熱交換器の下端部とを連結
する冷却水配管途中に設けられて,前記放熱器から前記
放熱用熱交換器に前記冷却水を圧送して循環させる冷却
水用ポンプとを有することを特徴とするスターリング冷
却装置。
A compression piston for compressing the working gas in the compression chamber; an expansion piston for reciprocating out of phase with the compression piston by approximately 90 to expand the working gas in the expansion chamber;
In a Stirling cooling apparatus having a gas flow path connecting the compression chamber and the expansion chamber and connecting a working gas to and fro between them, the Stirling cooling apparatus is provided in the gas flow path, A radiator heat exchanger for exchanging heat between the working gas, which has been compressed in the chamber and the temperature of which has risen, and cooling water; a radiator for radiating heat of the cooling water exchanged by the radiator heat exchanger; The cooling water pipe is provided in the middle of a cooling water pipe connecting a lower end portion and a lower end portion of the heat radiating heat exchanger provided at a position higher than a lower end portion of the heat radiator. A Stirling cooling device, comprising: a cooling water pump for pumping and circulating cooling water.
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