(57)【要約】【課題】  熱交換の効率を向上させることができるスターリング機関および該スターリング機関を備えたスターリング冷却庫を提供する。【解決手段】  スターリング冷凍機４は、外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内に組み付けられたシリンダ１３と、シリンダ内で往復運動するピストンおよびディスプレーサと、作動空間としての圧縮空間および膨張空間と、圧縮空間と膨張空間とを連通する連通路に設けられた再生器１６と、再生器１６を挟むように設けられた放熱部２および吸熱部３と、再生器１６の外周を取り囲むように設けられ、放熱部２と吸熱部３との間の外殻体を構成するチューブ１８Ａとを備え、放熱部２および吸熱部３が、チューブ１８Ａの外周面上に向けて突出するオーバーハング部２００，３００を有する。【選択図】        図３
2006162201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻体と、
作動媒体を封入した前記外殻体内に組み付けられたシリンダと、
前記シリンダ内で往復運動するピストンと、
前記シリンダ内で前記ピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、
前記ピストンと前記ディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、
前記ディスプレーサに対して前記ピストンの反対側に形成された膨張空間と、
前記圧縮空間と前記膨張空間とを連通する連通路に設けられた再生器と、
前記再生器に対して前記圧縮空間側の外殻体に設けられた放熱部と、
前記再生器に対して前記膨張空間側の外殻体に設けられた吸熱部と、
前記再生器を取り囲むように設けられ、前記放熱部と前記吸熱部との間の外殻体を構成する筒状部材とを備え、
前記放熱部および／または前記吸熱部が、前記筒状部材の外周面上に向けて突出する突出部を有する、スターリング機関。
【請求項２】
前記吸熱部は、該吸熱部の軸方向端面に設けられ、前記筒状部材から離れる方向に延びる延出部を有する、請求項１に記載のスターリング機関。
【請求項３】
前記突出部と前記放熱部および／または前記吸熱部との間に隙間部が形成される、請求項１または請求項２に記載のスターリング機関。
【請求項４】
前記放熱部および／または吸熱部は、
前記筒状部材と突合される第１部材と、
前記第１部材の外周面上に取付けられ、該第１部材の外周面上から前記筒状部材の外周面上に延びる第２部材とを含む、請求項１から請求項３のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項５】
前記放熱部および／または吸熱部は、
前記筒状部材と突合される筒状部分と、
前記筒状部分から前記シリンダの径方向外方に立ち上がる立ち上がり部とを含む、請求項１から請求項４のいずれかに記載のスターリング機関。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のスターリング機関を備えた、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、スターリング機関およびスターリング冷却庫（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）に関し、特に、熱交換の効率を向上させることができるスターリング機関および該スターリング機関を備えたスターリング冷却庫に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スターリング機関の一例としてのスターリング冷凍機が知られている。このスターリング冷凍機を採用した冷蔵庫の一例が、たとえば特開２００１−３３１３９号公報に記載されている。
【０００３】
上記文献に記載のスターリング冷凍機では、小径部分にピストンやディスプレイサーおよびリニアモータなどの作動媒体を流動させるための要素が収納されており、その基部が放熱部となっている。ここには銅板製のフィンが取り付けてあり、小径部分の先端部（上端）が吸熱部となっている。そしてサーマルサイフォンの凝縮器部がスターリング冷凍機の吸熱部に巻回されることとなる。
【特許文献１】特開２００１−３３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来例では、サーマルサイフォンの凝縮器部がスターリング冷凍機の吸熱部に巻回されるが、吸熱部の面積が十分に大きくない場合には、サーマルサイフォンの凝縮器部とスターリング冷凍機の吸熱部間の伝熱面積が小さくなり、吸熱部と外部との間の熱伝達効率を十分に向上させることができない場合がある。なお、スターリング冷凍機の放熱部においても、これと同様の問題が生じる場合がある。
【０００５】
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、熱交換の効率を向上させることができるスターリング機関および該スターリング機関を備えた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】
【０００６】
本発明に係るスターリング機関は、外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内に組み付けられたシリンダと、シリンダ内で往復運動するピストンと、シリンダ内でピストンに対し位相差をもって往復運動するディスプレーサと、ピストンとディスプレーサとの間に形成された圧縮空間と、ディスプレーサに対してピストンの反対側に形成された膨張空間と、圧縮空間と膨張空間とを連通する連通路に設けられた再生器と、再生器に対して圧縮空間側の外殻体に設けられた放熱部と、再生器に対して膨張空間側の外殻体に設けられた吸熱部と、再生器を取り囲むように設けられ、放熱部と吸熱部との間の外殻体を構成する筒状部材とを備え、放熱部および／または吸熱部が、筒状部材の外周面上に向けて突出する突出部を有する。
【０００７】
上記構成によれば、放熱部および／または吸熱部とその外周面上に取り付けられる熱交換器との接触面積を増大させることができる。結果として、熱交換効率が向上する。
【０００８】
上記スターリング機関において、吸熱部は、該吸熱部の軸方向端面に設けられ、筒状部材から離れる方向に延びる延出部を有することが好ましい。
【０００９】
これにより、吸熱部とその外周面に取り付けられる熱交換器との接触面積を増大させることができる。結果として、熱交換効率が向上する。
【００１０】
上記スターリング機関において、突出部と放熱部および／または吸熱部との間に隙間部が形成されることが好ましい。
【００１１】
これにより、放熱部および／または吸熱部とその外周面上に取り付けられる熱交換器との接触面積を増大させながら、再生器の外周を取り囲む筒状部材から外部に熱が漏れることを抑制することができる。結果として、スターリング機関の成績係数が向上する。
【００１２】
上記スターリング機関において、放熱部および／または吸熱部は、筒状部材と突合される第１部材と、第１部材の外周面上に取付けられ、該第１部材の外周面上から筒状部材の外周面上に延びる第２部材とを含むことが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、第２部材によって突出部を形成することができる。また、第２部材と外部熱交換器とを一体化した構造を採用することもできる。
【００１４】
上記スターリング機関において、放熱部および／または吸熱部は、筒状部材と突合される筒状部分と、筒状部分からシリンダの径方向外方に立ち上がる立ち上がり部とを含むことが好ましい。
【００１５】
上記構成によれば、筒状部分および立ち上がり部分の両方を外部熱交換器に当接させることができる。結果として、熱交換効率が向上する。
【００１６】
本発明に係るスターリング冷却庫は、上述したスターリング機関を備える。
【００１７】
これにより、冷却効率の高いスターリング冷却庫が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スターリング機関の放熱部および／または吸熱部と外部熱交換器との熱交換の効率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、本発明に基づくスターリング機関および該スターリング機関を備えたスターリング冷却庫の実施の形態について説明する。
【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、スターリング機関としてのスターリング冷凍機、および、該スターリング冷凍機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、本発明に係るスターリング機関は、スターリング冷凍機に限定されるものではなく、たとえば、発電機としても用いられる。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１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６、発露防止パイプ９およびパイプ２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ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、スターリング冷凍機４よりも下方に設けられた循環ポンプ６に達する。循環ポンプ６から吐出された冷媒は、パイプ２Ｄ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２Ｅを介して高温側蒸発器５内に戻る。このように、第２高温側循環回路においては、循環ポンプ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】
次に、図２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。
【００２９】
図２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。
【００３０】
図２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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
放熱部２は、ベース部材３０Ａを介してケーシング３０に取付けられる。放熱部２と吸熱部３とはチューブ１８Ａを介して接続される。放熱部２、吸熱部３の内周面上には、それぞれ内部熱交換器１８と内部熱交換器１９とが設けられる。内部熱交換器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。
【００３７】
吸熱部３には、延出部３０１が設けられている。延出部３０１の詳細については後述する。
【００３８】
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。
【００３９】
たとえば、ピストン１４のディスプレーサ１５側の端面上に第１距離センサが設けられ、ディスプレーサ１５の吸熱部３側の端面上に第２距離センサが設けられる。第１距離センサは、スターリング冷凍機４の動作時のピストン１４とディスプレーサ１５との間隔の経時変化を計測可能である。また、第２距離センサは、スターリング冷凍機４の動作時のディスプレーサ１５と吸熱部３との間隔の経時変化を計測可能である。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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（たとえば−５０℃程度）を有するに至る。一方で、放熱部２は徐々に高温（たとえば６０℃程度）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。
【００４８】
図２に示すように、放熱部２および吸熱部３の外周上には、外部熱交換器としての高温側蒸発器５および低温側凝縮器１０が取付けられている。高温側蒸発器５および低温側凝縮器１０は、放熱部２および吸熱部３と外気および冷却庫内の空気との熱交換を担う。したがって、放熱部２および吸熱部３と、高温側蒸発器５および低温側凝縮器１０との間の熱伝達効率を向上させることは重要である。
【００４９】
図３は、スターリング冷凍機４における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００５０】
図３を参照して、放熱部２および吸熱部３は、チューブ１８Ａの外周面上に向けて突出するオーバーハング部２００，３００（突出部）を有している。これにより、放熱部２および吸熱部３とその外周面上に取り付けられる高温側蒸発器５および低温側凝縮器１０との接触面積を増大させることができる。その結果として、高温側蒸発器５および低温側凝縮器１０との間の熱交換効率が向上する。
【００５１】
また、吸熱部３には、その軸方向端面に設けられ、チューブ１８Ａから離れる方向に延びる延出部３０１が形成されている。これにより、吸熱部とその外周面に取り付けられる熱交換器との接触面積をさらに増大させることができる。結果として、熱交換効率が向上する。
【００５２】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。
【００５３】
本実施の形態に係るスターリング冷凍機４（スターリング機関）は、ケーシング３０，放熱部２，吸熱部３，チューブ１８Ａを含む外殻体と、作動媒体を封入した外殻体内に組み付けられたシリンダ１３と、シリンダ１３内で往復運動するピストン１４と、シリンダ１３内でピストン１４に対し位相差をもって往復運動するディスプレーサ１５と、ピストン１４とディスプレーサ１５との間に形成された圧縮空間１７Ａと、ディスプレーサ１５に対してピストン１４の反対側に形成された膨張空間１７Ｂと、圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとを連通する連通路に設けられた再生器１６と、再生器１６に対して圧縮空間１７Ａ側の外殻体に設けられた放熱部２と、再生器１６に対して膨張空間１７Ｂ側の外殻体に設けられた吸熱部３と、再生器１６を取り囲むように設けられ、放熱部２と吸熱部３との間の外殻体を構成するチューブ１８Ａ（筒状部材）とを備え、放熱部２および吸熱部３が、チューブ１８Ａの外周面上に向けて突出するオーバーハング部２００，３００（突出部）を有する。なお、オーバーハング２００，３００は、必ずしも両方設けられる必要は無く、一方のみが形成されてもよい。
【００５４】
本実施の形態においては、上述した構成により、冷却効率の高いスターリング冷却庫が提供される。
【００５５】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係るスターリング冷凍機４（スターリング機関）における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００５６】
本実施の形態に係るスターリング冷凍機４は、実施の形態１に係るスターリング冷凍機４の１つの変形例であって、基本的には実施の形態１に係るスターリング冷凍機４と同様の構成を有する。
【００５７】
図４を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷凍機４においては、オーバーハング部２００，３００と放熱部２および吸熱部３との間に、それぞれ隙間部２００Ａ，３００Ａが形成されている。
【００５８】
放熱部２および吸熱部３は、たとえば銅などの比較的熱伝導率の高い素材で構成される。一方、再生器１６が外部と熱のやり取りを行なうと、スターリング冷凍機４の冷却効率が低下するので、再生器１６の外周を取り囲むように設けられるチューブ１８Ａは、比較的熱伝達率の低いステンレスなどの素材で構成される。
【００５９】
ここで、放熱部２および吸熱部３にチューブ１８Ａの外周面上に向けて突出するオーバーハング部２００，３００が設けられた場合、再生器１６がチューブ１８Ａを介して外部と熱のやり取りを行ないやすくなる場合があると考えられる。
【００６０】
これに対し、オーバーハング部２００，３００と放熱部２および吸熱部３との間に隙間部２００Ａ，３００Ａが形成されることにより、放熱部２および吸熱部３とその外周面上に取り付けられる外部熱交換器としての高温側蒸発器５および低温側凝縮器１０との接触面積を増大させながら、再生器１６の外周を取り囲むチューブ１８Ａと放熱部２／吸熱部３とが熱のやりとりを行なうことを抑制することができる。結果として、スターリング冷凍機の成績係数がさらに向上する。
【００６１】
図５，図６は、それぞれ、図４に示されるスターリング冷凍機４の変形例における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００６２】
図５を参照して、吸熱部３のオーバーハング部３００が省略されてもよい。また、図６を参照して、放熱部２のオーバーハング部２００が省略されてもよい。さらには、オーバーハング部２００，３００が双方とも形成される場合に、放熱部２近傍または吸熱部３近傍の一方のみに隙間部を形成してもよい。
【００６３】
図７は、図４に示されるスターリング冷凍機４の他の変形例における放熱部２および吸熱部３を模式化して示した側断面図である。
【００６４】
図７を参照して、オーバーハング部２００，３００は、先端に向かって厚みが小さくなるテーパ形状を有してもよい。テーパ形状を採用することで、隙間部２００Ａ，３００Ａに断熱材を挿入しやすくなる。断熱材が挿入されることで、チューブ１８Ａと放熱部２／吸熱部３とが熱のやりとりを行なうことを抑制する効果を高めることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。
【００６６】
（実施の形態３）
図８は、実施の形態３に係るスターリング冷凍機４（スターリング機関）における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００６７】
本実施の形態に係るスターリング冷凍機４は、実施の形態１に係るスターリング冷凍機４の１つの変形例であって、基本的には実施の形態１に係るスターリング冷凍機４と同様の構成を有する。
【００６８】
図８を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷凍機４において、放熱部２は、チューブ１８Ａと突合される第１部材２００Ｂと、第１部材２００Ｂの外周面上に取付けられ、該第１部材２００Ｂの外周面上からチューブ１８Ａの外周面上に延びる第２部材２００Ｃ（伝熱部材）とを含む。同様に、吸熱部３は、チューブ１８Ａと突合される第１部材３００Ｂと、第１部材３００Ｂの外周面上に取付けられ、該第１部材３００Ｂの外周面上からチューブ１８Ａの外周面上に延びる第２部材３００Ｃ（伝熱部材）とを含む。
【００６９】
この構成によれば、第２部材２００Ｃ，３００Ｃによってオーバーハング部２００，３００を形成することができる。この場合、オーバーハング部２００，３００を有するスターリング冷凍機４の製作が容易になる。
【００７０】
図９は、図８に示されるスターリング冷凍機４の変形例における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００７１】
図９を参照して、第２部材２００Ｃと高温側蒸発器５とが一体で形成され、第２部材３００Ｃと低温側凝縮機１０とが一体で形成されてもよい。
【００７２】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。
【００７３】
（実施の形態４）
図１０は、実施の形態４に係るスターリング冷凍機４（スターリング機関）における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００７４】
本実施の形態に係るスターリング冷凍機４は、実施の形態１に係るスターリング冷凍機４の１つの変形例であって、基本的には実施の形態１に係るスターリング冷凍機４と同様の構成を有する。
【００７５】
図１０を参照して、本実施の形態に係るスターリング冷凍機４において、放熱部２は、チューブ１８Ａと突合される筒状部分２００Ｄと、筒状部分２００Ｄからシリンダ１３の径方向外方に立ち上がる立ち上がり部２００Ｅとを含む。
【００７６】
この構成によれば、筒状部分２００Ｄおよび立ち上がり部分２００Ｅの両方を外部熱交換器としての高温側蒸発器５に当接させることができる。結果として、放熱部２と高温側蒸発器５との間の熱交換効率が向上する。
【００７７】
図１１は、図１０に示されるスターリング冷凍機４の１つの変形例における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００７８】
図１１を参照して、本変形例においては、ベース部材３０Ａが省略され、放熱部２を構成する部材がケーシング３０に直接接合されている。これにより、放熱部２に立ち上がり部２００Ｅを構成するとともに、スターリング冷凍機４の部品点数削減および製作工程数減を図ることができる。
【００７９】
図１２は、図１０に示されるスターリング冷凍機４の他の変形例における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００８０】
図１２を参照して、本変形例においては、吸熱部３は、チューブ１８Ａと突合される筒状部分３００Ｄと、筒状部分３００Ｄからシリンダ１３の径方向外方に立ち上がる立ち上がり部３００Ｅとを含む。
【００８１】
この構成によれば、筒状部分３００Ｄおよび立ち上がり部分３００Ｅの両方を外部熱交換器としての低温側凝縮器１０に当接させることができる。結果として、吸熱部３と低温側凝縮器１０との間の熱交換効率が向上する。
【００８２】
なお、図１２に示す例では、放熱部２および吸熱部３の双方に立ち上がり部が設けられているが、放熱部２に立ち上がり部を設けず、吸熱部３のみに立ち上がり部を設けてもよい。
【００８３】
図１３は、図１０に示されるスターリング冷凍機４のさらに他の変形例における放熱部２および吸熱部３周辺を模式化して示した側断面図である。
【００８４】
図１３を参照して、本変形例においては、シリンダ１３と放熱部２との間に断熱用部材としての断熱シート３０Ｂが設けられている。断熱シートは、たとえば、金属よりも熱伝達率の低い樹脂などを含む。これにより、放熱部２からシリンダ１３への伝熱を抑制することができる。なお、放熱部２からシリンダ１３に熱が伝わりやすいと、リニアモータ２３の動作効率が低下したり、スターリング冷凍機４の内部部品が熱による影響を受けやすくなるなどの問題が生じる場合がある。
【００８５】
また、図１０において、ベース部材３０Ａとして比較的断熱性の高い金属材料を用いることも考えられる。
【００８６】
なお、本実施の形態において、上述した実施の形態１と同様の事項については、詳細な説明は繰り返されない。
【００８７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合せることは、当所から予定されている。また、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】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスターリング冷却庫の配管系統図である。
【図２】本発明の実施の形態１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（スターリング機関）を示した側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るスターリング機関における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関の他の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るスターリング機関のさらに他の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係るスターリング機関における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るスターリング機関の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るスターリング機関における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係るスターリング機関の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係るスターリング機関の他の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係るスターリング機関のさらに他の変形例における放熱部および吸熱部周辺を模式化して示した側断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  スターリング冷却庫、２  放熱部、２Ａ〜２Ｅ  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  循環ポンプ、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  内部熱交換器、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、３０Ａ  ベース部材、３０Ｂ  断熱シート、２００，３００  オーバーハング部、２００Ａ，３００Ａ  隙間部、２００Ｂ，３００Ｂ  第１部材、２００Ｃ，３００Ｃ  第２部材、２００Ｄ，３００Ｄ  筒状部分、２００Ｅ，３００Ｅ  立ち上がり部、３０１  延出部。
【図１】
2006162201.tif 000003
【図２】
2006162201.tif 000004
【図３】
2006162201.tif 000005
【図４】
2006162201.tif 000006
【図５】
2006162201.tif 000007
【図６】
2006162201.tif 000008
【図７】
2006162201.tif 000009
【図８】
2006162201.tif 000010
【図９】
2006162201.tif 000011
【図１０】
2006162201.tif 000012
【図１１】
2006162201.tif 000013
【図１２】
2006162201.tif 000014
【図１３】
2006162201.tif 000015