(57)【要約】【課題】  動作効率のよい圧電ポンプ、およびそれを備えた成績係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の高いスターリング冷却庫を提供する。【解決手段】  圧電ポンプ６は、ケーシング６１と、ケーシング６１内の空間を第１作動空間６２と第２作動空間６３とに仕切る圧電素子６８と、第１と第２作動空間６２，６３にそれぞれ作動媒体を吸入する第１と第２吸込部６４，６６と、第１と第２作動空間６２，６３からそれぞれ作動媒体を吐出する第１と第２吐出部６５，６７とを備える。【選択図】        図４
2006144690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシング内の空間を第１作動空間と第２作動空間とに仕切る圧電素子と、
前記第１と第２作動空間にそれぞれ作動媒体を吸入する第１と第２吸込部と、
前記第１と第２作動空間からそれぞれ作動媒体を吐出する第１と第２吐出部とを備えた圧電ポンプ。
【請求項２】
前記第１と第２吸込部に接続される配管の断面積は前記第１と第２吐出部に接続される配管の断面積よりも大きい、請求項１に記載の圧電ポンプ。
【請求項３】
スターリング冷凍機と、
前記スターリング冷凍機における放熱部の周囲に設けられ、内部の冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発した前記冷媒を受け入れ、該冷媒を凝縮する凝縮器とを含み、凝縮された前記冷媒を前記蒸発器内に戻す第１循環回路と、
前記蒸発器下部に接続された冷媒流路および該冷媒流路における前記蒸発器よりも下方に位置する部分に設けられた請求項１または請求項２に記載の圧電ポンプを含み、前記冷媒を放熱部に導き、該冷媒を前記蒸発器内に戻す第２循環回路とを備えたスターリング冷却庫。
【請求項４】
前記第２循環回路における前記冷媒流路は、前記蒸発器から前記第１吸込部に至る流路と、前記第１吐出部から前記第２吸込部に至る密閉放熱パイプ回路と、前記第２吐出部から前記蒸発器に戻る流路とを含む、請求項３に記載のスターリング冷却庫。
【請求項５】
前記第１吐出部には逆止弁を設け、前記第２吸込部には逆止弁を設けない圧電ポンプを使用した、請求項４に記載のスターリング冷却庫。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ポンプおよびスターリング冷却庫に関し、特に、圧電素子の両側を作動空間として活用することができる圧電ポンプおよび該圧電ポンプを備えたスターリング冷却庫（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
逆スターリングサイクルによる熱交換を冷却庫に適用したものとして、たとえば、特開２００３−５００７３号公報（従来例１）に記載されたものなどが挙げられる。
【０００３】
従来例１においては、逆スターリングサイクルによる作動ガスの圧縮熱を外部に放熱するための高温部と、逆スターリングサイクルによる作動ガスの膨張熱を外部から吸熱するための低温部と、低温部に熱的に結合された低温側凝縮器および複数の低温側蒸発器をサーモサイフォンを構成するように連結した閉回路からなる低温側循環回路とを備え、低温部の冷熱を搬送する冷熱搬送媒体を低温側循環回路内に封入したことを特徴とするスターリング冷凍システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−５００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなスターリング冷却庫においては、以下のような問題があった。
【０００５】
たとえば、従来例１に示すようなスターリング冷凍システムを利用したスターリング冷却庫において、スターリング冷凍機の高温部に取付けられた蒸発器内の二次冷媒を圧電ポンプを用いて循環させる場合がある。たとえば、この冷媒を、冷蔵庫間口周囲に循環させて放熱させることで、発露を防止することができる。
【０００６】
上記のような構成において、二次冷媒の蒸発、凝縮に伴なう潜熱を利用して熱交換を促進するために、二次冷媒回路が大気圧よりも低い圧力になるように減圧される場合がある。このような場合に、圧電ポンプの背圧空間の圧力が大気圧程度であると、背圧空間に対して作動空間の圧力が低くなり、圧電ポンプが動作しない状態で、圧電素子が作動空間側に凸な形状に反り曲がり、正常な動作を行なうことができない場合がある。その結果、該圧電ポンプの動作効率が低下する。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、動作効率のよい圧電ポンプ、およびそれを備えた成績係数（ＣＯＰ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の高いスターリング冷却庫を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る圧電ポンプは、ケーシングと、ケーシング内の空間を第１作動空間と第２作動空間とに仕切る圧電素子と、第１と第２作動空間にそれぞれ作動媒体を吸入する第１と第２吸込部と、第１と第２作動空間からそれぞれ作動媒体を吐出する第１と第２吐出部とを備える。
【０００９】
これにより、圧電素子の両側を作動空間（第１と第２作動空間）として活用することができる。なお、ケーシングは圧電素子に対して対称な形状を有することが好ましい。これにより、同形状の部材を対向させてケーシングを形成することができ、金型を減らし、コストダウンを図ることができる。
【００１０】
ここで、第１と第２吸込部に接続される配管の断面積は第１と第２吐出部に接続される配管の断面積よりも大きいことが好ましい。
【００１１】
減圧回路（具体的には、ほぼ真空状態の回路または大気圧よりも圧力の低い回路など）において圧電ポンプを使用した際は、吸込能力が低下する。これに対し、吸込部に接続される配管の断面積を大きくすることで、作動媒体の流れに対する抵抗を低減することができる。
【００１２】
本発明に係るスターリング冷却庫は、スターリング冷凍機と、スターリング冷凍機における放熱部の周囲に設けられ、内部の冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発した冷媒を受け入れ、該冷媒を凝縮する凝縮器とを含み、凝縮された冷媒を蒸発器内に戻す第１循環回路と、蒸発器下部に接続された冷媒流路および該冷媒流路における蒸発器よりも下方に位置する部分に設けられた上記圧電ポンプを含み、冷媒を放熱部に導き、該冷媒を蒸発器内に戻す第２循環回路とを備える。
【００１３】
第２循環回路は、大気圧よりも圧力が低い減圧回路である場合があり、圧電ポンプの吸込能力の低下が懸念される。これに対し、圧電ポンプを蒸発器よりも下方に設置することで、位置水頭差による圧力の増加により、吸込能力の低下が抑制される。
【００１４】
ここで、第２循環回路における冷媒流路は、蒸発器から第１吸込部に至る流路と、第１吐出部から第２吸込部に至る密閉放熱パイプ回路と、第２吐出部から蒸発器に戻る流路とを含むように構成されてもよい。
【００１５】
本構成によれば、第２循環回路における冷媒の流れに対し、推進力を２度加えることができる。
【００１６】
また、この際、第１吐出部には逆止弁を設け、第２吸込部には逆止弁を設けない圧電ポンプを使用してもよい。
【００１７】
これにより、逆止弁の設置箇所を１箇所減らすことができる。なお、第１吐出部から第２吸込部はほぼ非圧縮性の液相の冷媒で満たされているため、冷媒の逆流が抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧電素子の両側に位置する空間の圧力差をほぼ等しくし、作動ポンプの動作効率を向上させることができる。また、その結果として、スターリング冷却庫の成績係数を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に基づく圧電ポンプおよびスターリング冷却庫の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。
【００２０】
なお、本願明細書において、「冷却庫」とは、「冷蔵庫」、「冷凍庫」および「冷凍冷蔵庫」の全てを含む概念である。
【００２１】
また、本実施の形態においては、圧電ポンプを備えたスターリング機関搭載機器としてのスターリング冷却庫について説明するが、本発明に係る圧電ポンプが設けられるスターリング機関搭載機器は、スターリング冷却庫に限定されるものではない。スターリング機関は、たとえば、発電機としても用いられる。
【００２２】
図１は、本発明の１つの実施の形態に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
【００２３】
本実施の形態に係るスターリング冷却庫１は、図１に示すように、放熱部２と吸熱部３とを有するスターリング冷凍機４（スターリング機関）と、放熱部２に取付けられた高温側蒸発器５、高温側凝縮器７およびパイプ２Ａ，２Ｂを含む第１高温側循環回路（第１循環回路）と、高温側蒸発器５、循環ポンプとしての圧電ポンプ６、発露防止パイプ９およびパイプ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇを含む第２高温側循環回路（第２循環回路）と、吸熱部３に取付けられた低温側凝縮器１０、低温側蒸発器１１およびパイプ３Ａ，３Ｂを含む低温側循環回路とを備える。第１高温側循環回路は、スターリング冷凍機４の放熱部２の冷却を行ない、第２高温側循環回路は、発露防止パイプ９に熱を供給する。また、低温側循環回路は、冷却庫内の空気とスターリング冷凍機４の吸熱部３との熱交換を行なう。
【００２４】
第１と第２高温側循環回路内には水（Ｈ2Ｏ）などが冷媒として封入されている。高温側蒸発器５において蒸発した冷媒はパイプ２Ａ（高温側導管）を介して高温側凝縮器７に達する（図１中の破線矢印）。高温側凝縮器７において外気との熱交換が行なわれることで冷媒が凝縮する。この熱交換を促進するために、高温側凝縮器７近傍に気流を生じさせるファン８が設けられている。凝縮した冷媒は、パイプ２Ｂ（高温側戻り管）を介して高温側蒸発器５に戻る。第１高温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、放熱部２で発生した熱を伝達することができるように、高温側凝縮器７が高温側蒸発器５より上方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整（ほぼ真空状態に減圧）されている。
【００２５】
一方、高温側蒸発器５の下部には、パイプ２Ｃが接続されている。高温側蒸発器５からパイプ２Ｃに液相の冷媒が流入する。パイプ２Ｃに流入した冷媒は、パイプ２Ｄを介して、スターリング冷凍機４よりも下方に設けられた圧電ポンプ６に達する。圧電ポンプ６から吐出された冷媒は、パイプ２Ｅを介して発露防止パイプ９に送られる。ここで、発露防止パイプ９内を流れる冷媒は、スターリング冷凍機４の放熱部２から与えられた熱により比較的高温に保たれている。したがって、発露防止パイプ９を冷却庫の前面に配置することで、ドア部等における発露を抑制することができる。発露防止パイプ９内を流れた冷媒は、パイプ２Ｆを介して圧電ポンプ６に戻り、該圧電ポンプ６から再度吐出される。このように、第２高温側循環回路においては、圧電ポンプ６による強制循環が行なわれている。
【００２６】
低温側循環回路内には二酸化炭素や炭化水素などが冷媒として封入されている。低温側凝縮器１０において凝縮した冷媒はパイプ３Ａ（低温側導管）を介して低温側蒸発器１１に達する。低温側蒸発器１１において冷媒が蒸発することで熱交換が行なわれる。この熱交換を促進するために、低温側蒸発器１１近傍に気流を生じさせるファン１２が設けられている。熱交換の後、ガス化された冷媒は、パイプ３Ｂ（低温側戻り管）を介して低温側凝縮器１０に戻る。低温側循環回路においては、このように、冷媒の蒸発と凝縮とによる自然循環を利用して、吸熱部３で発生した冷熱を伝達することができるように、低温側蒸発器１１が低温側凝縮器１０より下方に配置されている。また、冷媒の沸点を調整するために、循環回路系内の圧力が調整（ほぼ真空状態に減圧）されている。
【００２７】
スターリング冷凍機４を作動させると、該冷凍機４の放熱部２で発生した熱が、高温側凝縮器７を介して空気と熱交換される。一方、スターリング冷凍機４の吸熱部３で発生した冷熱は、低温側蒸発器１１を介して冷却庫内の空気と熱交換される。冷却庫内からの暖かくなった気流は、再び低温側蒸発器１１近傍に送られ、繰り返し冷却される。
【００２８】
図２は、スターリング冷却庫１における第２高温側循環回路を示した図である。
【００２９】
図２を参照して、スターリング冷凍機４は、機械室３１内に設けられる。第２高温側循環回路は、図２に示すように、高温側蒸発器５中の冷媒を高温側蒸発器５の下部からパイプ２Ｃ，２Ｄ、圧電ポンプ６およびパイプ２Ｅを介して発露防止パイプ９へと導き、スターリング冷却庫本体１Ａ前面の全体にわたって循環させた後、パイプ２Ｆ、圧電ポンプ６およびパイプ２Ｇを介して高温側蒸発器５の上部から該蒸発器５内へと戻す。ここで、圧電ポンプ６は、高温側蒸発器５よりも下方に設置される。これにより、位置水頭差を利用して圧電ポンプ６近傍を流れる冷媒の圧力を高くして、冷媒中の気泡の発生（キャビテーション）を抑制することができる。
【００３０】
図３は、図２に示される第２高温側循環回路を模式化して示した図である。図３を参照して、第２高温側循環回路は、高温側蒸発器５、パイプ２Ｃ，２Ｄ、圧電ポンプ６およびパイプ２Ｇからなる第１のループと、圧電ポンプ６、パイプ２Ｅ、発露防止パイプ９およびパイプ２Ｆからなる第２のループとを有する。第２高温側循環回路においては、高温側蒸発器５および発露防止パイプ９を、それぞれ吸熱部、放熱部とみることができる。第１のループに含まれる高温側蒸発器５においては、冷媒は気液二相状態である。一方、第２のループに含まれる発露防止パイプ９においては、冷媒はほぼ非圧縮性の液相状態である。
【００３１】
図４は、上述したスターリング冷却庫１に設けられる圧電ポンプ６を示した断面図である。
【００３２】
図４を参照して、圧電ポンプ６は、ケーシング６１と、ケーシング６１内の空間を第１作動空間６２と第２作動空間６３とに仕切る圧電素子６８と、第１と第２作動空間６２，６３にそれぞれ作動媒体を吸入する第１と第２吸込部６４，６６と、第１と第２作動空間６２，６３からそれぞれ作動媒体を吐出する第１と第２吐出部６５，６７とを備える。なお、第１吸込部６４、第１吐出部６５、第２吸込部６６および第２吐出部６７には、それぞれ、パイプ２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇが接続され、第１吸込部６４および第１吐出部６５と第１作動空間６２との間にはそれぞれ第１と第２逆止弁６９Ａ，６９Ｂが設けられ、第２吸込部６６および第２吐出部６７と第２作動空間６３との間にはそれぞれ第３と第４逆止弁６９Ｃ，６９Ｄが設けられる。また、圧電素子６８としては、水晶やニオブ酸リチウムなどが用いられる。
【００３３】
上記構成によれば、圧電素子の両側を第１と第２作動空間６２，６３として活用することができる。また、スターリング冷却庫１における第２高温側循環回路を流れる冷媒は、パイプ２Ｄから第１作動空間６２内に流入し、パイプ２Ｅに向けて吐出された後、パイプ２Ｆから第２作動空間６３内に流入し、パイプ２Ｇに向けて吐出される。このように、圧電ポンプ６によれば、第２高温側循環回路を流れる冷媒に推進力を２回加えることができる。これにより、１回の吸込／吐出に要する圧力変動を比較的低く抑えることができる。一般に、循環回路内における圧力変動は、キャビテーションを発生させやすくする。キャビテーションは、冷媒が再び液化する際に大きな衝撃（水撃）をもたらし、騒音や配管部の寿命低下の要因となる。上記構成によれば、循環回路内の圧力変動を低く抑えることで、キャビテーションの発生およびそれに伴う水撃を抑制することができる。
【００３４】
また、圧電ポンプ６における第１と第２作動空間６２，６３は、スターリング冷却庫１の第２高温側循環回路におけるパイプ２Ｃ〜２Ｇを介して連通されているので、該空間６２，６３の圧力が互いにほぼ等しくなり、圧電ポンプ６が動作しない状態で、圧電素子６８がいずれかの空間側に凸な形状に反り曲がり、圧電ポンプ６が正常な動作を行なうことができなくなることを防止できる。
【００３５】
さらに、上述した構成によれば、圧電素子の片側にのみ吸込部および吐出部を設け、圧電素子の両側の空間を単に１経路で連通させた場合と比較して、吸込部および吐出部を有しない空間（背圧空間）側での冷媒の滞留を抑制することができる。また、配管の分岐構造を設けることなく第１と第２作動空間６２，６３を連通させることができるので、配管が比較的容易である。
【００３６】
図４に示す例では、ケーシング６１は、圧電素子６８に対して対称な形状を有する。これにより、同形状の部材を対向させてケーシングを形成することができる。結果として、金型を減らし、コストダウンを図ることが可能になる。
【００３７】
ここで、第１と第２吸込部６４，６６に接続されるパイプ２Ｄ，２Ｆ（配管）の流路面積は第１と第２吐出部６５，６７に接続されるパイプ２Ｅ，２Ｇ（配管）の流路面積よりも大きいことが好ましい。
【００３８】
一般に、減圧回路において圧電ポンプ６を使用した際は、吸込能力が低下する。これに対し、第１と第２吸込部６４，６６に接続されるパイプ２Ｄ，２Ｆの流路面積を大きくすることで、冷媒の流れに対する抵抗を低減することができる。
【００３９】
図５，図６は、圧電ポンプ６の変形例を示した図である。ここで、図５は、第１作動空間６２に冷媒が吸込まれ、第２作動空間６３から冷媒が吐出される状態を示した図であり、図６は、第１作動空間６２から冷媒が吐出され、第２作動空間６３に冷媒が吸込まれる状態を示した図である。
【００４０】
図５，図６に示す例では、第１吸込部６４、第１吐出部６５および第２吐出部６７には、それぞれ、逆止弁６９Ａ，６９Ｂ，６９Ｄを設け、第２吸込部６６には逆止弁を設けない構造が採用されている。
【００４１】
本構成によれば、図４に示す逆止弁６９Ｃが省略されている。すなわち、逆止弁の設置箇所が１箇所低減される。ここで、第１吐出部６５から第２吸込部６６に至る第２のループは、上述したように、ほぼ非圧縮性の液相の冷媒で満たされているため、冷媒の逆流が抑制される。すなわち、図５のような状態においても、逆止弁６９Ｂが閉じられていることにより、第２作動空間６３からパイプ２Ｆに向けて冷媒が吐出されることはない。
【００４２】
次に、図７を用いて、スターリング冷凍機４の構造の一例およびその動作について説明する。
【００４３】
図７に示すように、本実施の形態のスターリング冷凍機４は、フリーピストン型のスターリング機関であって、ケーシング３０と、該ケーシング３０に組付けられたシリンダ１３と、シリンダ１３内で往復動するピストン１４およびディスプレーサ１５と、再生器１６と、圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとを含む作動空間１７と、放熱部２と、吸熱部３と、ピストン駆動手段としてのリニアモータ２３と、ピストンスプリング２４と、ディスプレーサスプリング２５と、ディスプレーサロッド２６と、背圧空間２７とを備える。
【００４４】
図７の例では、スターリング冷凍機４の外殻体（外壁）は、単一の容器で構成されず、背圧空間２７側に位置するケーシング３０（ベッセル部分）と、作動空間１７側に位置する放熱部２、チューブ１８Ａおよび吸熱部３とで主に構成される。ケーシング３０は、背圧空間２７を規定する。ケーシング３０には、シリンダ１３、リニアモータ２３、ピストンスプリング２４およびディスプレーサスプリング２５をはじめとする種々の部品が組付けられる。上記外殻体の内部には、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動媒体が充填される。
【００４５】
シリンダ１３は、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１４とフリーピストンとしてのディスプレーサ１５とを往復動可能に受け入れる。シリンダ１３内において、ピストン１４とディスプレーサ１５とは同軸上に間隔をあけて配置され、このピストン１４およびディスプレーサ１５によってシリンダ１３内の作動空間１７が圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとに区画される。より詳しくは、作動空間１７は、ピストン１４におけるディスプレーサ１５側の端面よりもディスプレーサ１５側に位置する空間であり、ピストン１４とディスプレーサ１５との間に圧縮空間１７Ａが形成され、ディスプレーサ１５と吸熱部３との間に膨張空間１７Ｂが形成される。圧縮空間１７Ａは主に放熱部２によって囲まれ、膨張空間１７Ｂは主に吸熱部３によって囲まれている。
【００４６】
圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの間には、チューブ１８Ａの内周面上に所定の隙間を有しながらフィルムが巻回されてなる再生器１６が配設されており、この再生器１６を介して圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとが連通する。それにより、スターリング冷凍機４内に閉回路が構成される。この閉回路内に封入された作動媒体が、ピストン１４およびディスプレーサ１５の動作に合わせて流動することにより、後述する逆スターリングサイクルが実現される。
【００４７】
シリンダ１３の外側に位置する背圧空間２７にはリニアモータ２３が配設される。リニアモータ２３は、インナーヨーク２０と、可動マグネット部２１と、アウターヨーク２２とを有し、このリニアモータ２３によって、シリンダ１３の軸方向にピストン１４が駆動される。
【００４８】
ピストン１４の一端は、板バネなどで構成されるピストンスプリング２４と接続される。該ピストンスプリング２４は、ピストン１４に弾性力を付与する弾性力付与手段として機能する。該ピストンスプリング２４に弾性力を付加することにより、シリンダ１３内でピストン１４をより安定して周期的に往復動させることが可能となる。ディスプレーサ１５の一端は、ディスプレーサロッド２６を介してディスプレーサスプリング２５と接続される。ディスプレーサロッド２６はピストン１４を貫通して配設され、ディスプレーサスプリング２５は板バネなどで構成される。該ディスプレーサスプリング２５の周縁部と、ピストンスプリング２４の周縁部は、リニアモータ２３からピストン１４の背圧空間２７側（以下、後方と称する場合がある。）に延びる支持部材により支持される。
【００４９】
ピストン１４に対しディスプレーサ１５と反対側には、ケーシング３０によって囲まれた背圧空間２７が配設されている。背圧空間２７は、ケーシング３０内でピストン１４の周囲に位置する外周領域と、ケーシング３０内でピストン１４よりもピストンスプリング２４側（後方側）に位置する後方領域とを含む。この背圧空間２７内にも、作動媒体が存在する。
【００５０】
放熱部２、吸熱部３の内周面上には、それぞれ熱交換器１８と熱交換器１９とが設けられる。熱交換器１８，１９は、それぞれ、圧縮空間１７Ａ，膨張空間１７Ｂと放熱部２，吸熱部３との間の熱交換を行なう。
【００５１】
ケーシング３０の後方側には、板バネ２８を介してバランスマス２９が取付けられている。バランスマス２９は、ピストン１４やディスプレーサ１５が振動することによって生じるケーシング３０の振動を吸収する質量部材である。具体的には、ピストン１４やディスプレーサ１５が振動することによってケーシング３０に振動が生じた場合に、このケーシング３０の振動に対して追従するようにバランスマス２９が振動することにより、スターリング冷凍機４の振動が低減される。
【００５２】
次に、このスターリング冷凍機４の動作について説明する。
【００５３】
まず、リニアモータ２３を作動させてピストン１４を駆動する。リニアモータ２３によって駆動されたピストン１４は、ディスプレーサ１５に接近し、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体（作動ガス）を圧縮する。
【００５４】
ピストン１４がディスプレーサ１５に接近することにより、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体の温度は上昇するが、放熱部２によってこの圧縮空間１７Ａ内に発生した熱が外部へと放出される。そのため、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体の温度はほぼ等温に維持される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルにおける等温圧縮過程に相当する。
【００５５】
ピストン１４がディスプレーサ１５に接近した後にディスプレーサ１５は吸熱部３側に移動する。他方、ピストン１４によって圧縮空間１７Ａ内において圧縮された作動媒体は再生器１６内に流入し、さらに膨張空間１７Ｂへと流れ込む。その際、作動媒体の持つ熱が再生器１６に蓄熱される。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容冷却過程に相当する。
【００５６】
膨張空間１７Ｂ内に流入した高圧の作動媒体は、ディスプレーサ１５がピストン１４側（後方側）へ移動することにより膨張する。このようにディスプレーサ１５が後方側へ移動するのに伴い、ディスプレーサスプリング２５の中央部も後方側に突出するように変形する。
【００５７】
上記のように膨張空間１７Ｂ内で作動媒体が膨張することにより、膨張空間１７Ｂ内の作動媒体の温度は下降するが、吸熱部３によって外部の熱が膨張空間１７Ｂ内へと伝熱されるため、膨張空間１７Ｂ内はほぼ等温に保たれる。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等温膨張過程に相当する。
【００５８】
その後、ディスプレーサ１５がピストン１４から遠ざかる方向に移動し始める。それにより、膨張空間１７Ｂ内の作動媒体は再生器１６を通過して再び圧縮空間１７Ａ側へと戻る。その際に再生器１６に蓄熱されていた熱が作動媒体に与えられるため、作動媒体は昇温する。すなわち、本過程は、逆スターリングサイクルの等容加熱過程に相当する。
【００５９】
この一連の過程（等温圧縮過程−等容冷却過程−等温膨張過程−等容加熱過程）が繰り返されることにより、逆スターリングサイクルが構成される。この結果、吸熱部３は徐々に低温になり、極低温を有するに至る。一方で、放熱部２は徐々に高温になる。上述したように、吸熱部３における冷熱は、低温側循環回路を介して冷却庫内に供給され、放熱部２における熱は、第１と第２高温側循環回路を介して冷却庫外に放出される。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
【図２】図１に示すスターリング冷却庫における第２高温側循環回路を示した図である。
【図３】図２に示す第２高温側循環回路を模式化して示した図である。
【図４】本発明の１つの実施の形態に係る圧電ポンプを示した断面図である。
【図５】本発明の１つの実施の形態に係る圧電ポンプの変形例を示した断面図であり、第１作動空間に流体が吸込まれ、第２作動空間から流体が吐出される状態を示した図である。
【図６】本発明の１つの実施の形態に係る圧電ポンプの変形例を示した断面図であり、第１作動空間から流体が吐出され、第２作動空間に流体が吸込まれる状態を示した図である。
【図７】本発明の１つの実施の形態に係るスターリング冷却庫におけるスターリング冷凍機を示した側断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  スターリング冷却庫、２  放熱部、２Ａ〜２Ｇ  パイプ（高温側循環回路）、３  吸熱部、３Ａ，３Ｂ  パイプ（低温側循環回路）、４  スターリング冷凍機、５  高温側蒸発器、６  圧電ポンプ、７  高温側凝縮器、８  ファン、９  発露防止パイプ、１０  低温側凝縮器、１１  低温側蒸発器、１２  ファン、１３  シリンダ、１４  ピストン、１５  ディスプレーサ、１６  再生器、１７  作動空間、１７Ａ  圧縮空間、１７Ｂ  膨張空間、１８，１９  熱交換器、１８Ａ  チューブ、２０  インナーヨーク、２１  可動マグネット、２２  アウターヨーク、２３  リニアモータ、２４  ピストンスプリング、２５  ディスプレーサスプリング、２６  ディスプレーサロッド、２７  背圧空間、２８  板バネ、２９  バランスマス、３０  ケーシング、３１  機械室、６１  ケーシング、６２  第１作動空間、６３  第２作動空間、６４  第１吸込部、６５  第１吐出部、６６  第２吸込部、６７  第２吐出部、６８  圧電素子、６９Ａ  第１逆止弁、６９Ｂ  第２逆止弁、６９Ｃ  第３逆止弁、６９Ｄ  第４逆止弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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