(57)【要約】【課題】成績係数の高い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機関搭載機器を提供する。【解決手段】スターリング機関は、シリンダ内を往復動するディスプレーサ１５を備える。ディスプレーサ１５は、第１内部空間１５１Ａと第１内部空間１５１Ａおよび圧縮空間を連通させる第１孔部１５４とを有するディスプレーサ本体１５１と、第１内部空間１５１Ａ内の作動媒体をシリンダの内周面に向けて噴出するオリフィス１５６と、第２内部空間１５２Ａと第２内部空間１５２Ａおよび膨張空間を連通させる第２孔部１５７，１５８とを有するディスプレーサキャップ１５２と、第１と第２内部空間１５１Ａ，１５２Ａを仕切る仕切り部材１５３とを含む。【選択図】図３
2008231949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入された外殻体と、
前記外殻体内に組付けられたシリンダと、
前記背圧空間と前記作動空間との間に設けられ、前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記圧縮空間と前記膨張空間との間に設けられ、前記シリンダ内を往復動するディスプレーサとを備え、
前記ディスプレーサは、
第１内部空間と該第１内部空間および前記圧縮空間を連通させる第１孔部とを有する本体部材と、
前記第１内部空間内の前記作動媒体を前記シリンダの内周面に向けて噴出する作動媒体噴出機構と、
第２内部空間と該第２内部空間および前記膨張空間を連通させる第２孔部とを有するキャップ部材と、
前記第１と第２内部空間を仕切る仕切り部材とを含む、スターリング機関。
【請求項２】
前記本体部材および前記仕切り部材は金属製であり、
前記キャップ部材は前記本体部材および前記仕切り部材よりも低熱伝導性の素材で形成される、請求項１に記載のスターリング機関。
【請求項３】
前記本体部材と前記仕切り部材とが同一の素材により構成され、
前記仕切り部材を介して前記本体部材と前記キャップ部材とが接合されている、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】
前記キャップ部材は前記膨張空間に対向する先端面を有し、
前記先端面上に前記第２孔部が設けられる、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】
前記キャップ部材は前記シリンダの内周面と対向する側面を有し、
前記側面上に前記第２孔部が設けられる、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６】
前記キャップ部材は前記膨張空間に対向する先端面および前記シリンダの内周面と対向する側面を有し、
前記先端面上および前記側面上に前記第２孔部が設けられる、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７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のスターリング機関を備えた、スターリング機関搭載機器。
【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機関搭載機器に関し、特に、外殻体内に作動媒体が封入された構造を有す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機関搭載機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のスターリング機関において、作動空間内の圧縮空間と膨張空間との間に設けられるディスプレーサの主要部分は、本体部材とキャップ部材とにより中空状に構成されている。中空のディスプレーサ内部と外部とは、圧縮空間に面するディスプレーサ底面上に設けられた孔部により連通されている。この孔部上には、ディスプレーサ外部から内部への一方向の流れを許容するチェック弁が設けられている。また、ディスプレーサの内部と外部とは、ディスプレーサの側面上に設けられたオリフィスにより連通されている。オリフィスは、ディスプレーサ外部から内部、内部から外部への双方向の流れを許容する。
【０００３】
上記のようなスターリング機関において、作動空間が圧縮されると、ディスプレーサ内部のガス圧に対して外部のガス圧が高圧となる。この結果、上記のチェック弁が開弁され、圧縮空間内のガスがディスプレーサ内に流入する。
【０００４】
他方、上記スターリング機関において、作動空間が膨張すると、内部ガス圧に対して外部ガス圧が低圧となる。この結果、上記のチェック弁は閉弁され、ディスプレーサ内部のガスは上記オリフィスを通じて放出される。この放出されるガスの圧力が気体軸受を形成し、ディスプレーサはシリンダに対して浮揚保持される。
【０００５】
特開２００３−７５００５号公報（特許文献１）には、スターリング冷凍機のピストン内を熱遮断部材で仕切るとともに、スターリング冷凍機内に作動ガスを封入した際の中空状ピストンの内外の圧力差を緩和するための通孔をピストン基体部に設けることが記載されている。
【０００６】
特開２００２−１８８８６７号公報（特許文献２）には、スターリング冷凍機のピストンの内部空間の容量を小さくするために、ピストン内部に該ピストンの外殻を構成する材料より比重の軽い軽量内部材を設けることが記載されている。
【０００７】
特許第３７６５８２２号公報（特許文献３）には、スターリング機関のディスプレーサを金属部材と樹脂部材とで構成することが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−７５００５号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８８６７号公報
【特許文献３】特許第３７６５８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のスターリング機関において、圧縮空間と膨張空間との間にディスプレーサを配置する場合、圧縮空間と膨張空間との間の熱伝導を抑制するため、比較的低熱伝導性の材料でディスプレーサを構成する必要があった。
【０００９】
他方、ディスプレーサ内に圧縮空間の作動媒体を流入させ、その作動媒体を利用してディスプレーサの気体軸受構造を構成する場合、圧縮空間から導入される作動媒体の圧力に耐え得るディスプレーサの耐圧強度が要求される。
【００１０】
このように、ディスプレーサの材料および強度が制約された結果、ディスプレーサが厚肉化して軽量化が阻害され、結果として成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of performance）の向上が阻害される場合があった。引用文献１〜３では、この問題を十分に解決可能な構成は開示されていない。
【００１１】
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、成績係数の高い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機関搭載機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るスターリング機関は、背圧空間と圧縮空間および膨張空間を含む作動空間とを有し、作動媒体が封入された外殻体と、外殻体内に組付けられたシリンダと、背圧空間と作動空間との間に設けられ、シリンダ内を往復動するピストンと、圧縮空間と膨張空間との間に設けられ、シリンダ内を往復動するディスプレーサとを備え、ディスプレーサは、第１内部空間と該第１内部空間および圧縮空間を連通させる第１孔部とを有する本体部材と、第１内部空間内の作動媒体をシリンダの内周面に向けて噴出する作動媒体噴出機構と、第２内部空間と該第２内部空間および膨張空間を連通させる第２孔部とを有するキャップ部材と、第１と第２内部空間を仕切る仕切り部材とを含む。
【００１３】
上記構成によれば、第１と第２内部空間の間に仕切り部材を設けることにより、ピストンにより作動空間を圧縮した際に圧縮空間からディスプレーサ内に流入する作動媒体を仕切り部材で受けとめることができるので、第２内部空間の圧力の上昇を抑えることができる。また、第２内部空間と膨張空間とを連通させる第２孔部を設けることにより、第２内部空間と膨張空間との圧力差を緩和することができる。以上の結果、ディスプレーサのキャップ部材を薄肉軽量化することが可能となり、スターリング機関の成績係数を向上させることができる。
【００１４】
上記スターリング機関において、好ましくは、本体部材および仕切り部材は金属製であり、キャップ部材は本体部材および仕切り部材よりも低熱伝導性の素材で形成される。
【００１５】
上記構成によれば、本体部材および仕切り部材を金属製とすることにより、第１内部空間の耐圧強度を高くすることができる。また、キャップ部材を低熱伝導性の素材で形成することにより、ディスプレーサを介した圧縮空間と膨張空間との熱交換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を向上させることができる。
【００１６】
上記スターリング機関において、好ましくは、本体部材と仕切り部材とが同一の素材により構成され、仕切り部材を介して本体部材とキャップ部材とが接合されている。
【００１７】
上記構成によれば、本体部材と仕切り部材とを同一の素材により構成することで、熱影響に対する本体部材と仕切り部材との接合の信頼性を高めることができる。また、仕切り部材を介してキャップ部材を本体部材に接合することで、信頼性の高い本体部材と仕切り部材との接合部によって第１内部空間をシールすることができるので、第１内部空間のシールの信頼性を高めることができる。
【００１８】
上記スターリング機関において、１つの局面では、キャップ部材は膨張空間に対向する先端面を有し、この先端面上に第２孔部が設けられる。また、他の局面では、キャップ部材はシリンダの内周面と対向する側面を有し、この側面上に第２孔部が設けられる。また、さらに他の局面では、キャップ部材の先端面上および側面上に第２孔部が設けられる。いずれの場合も、第２内部空間と膨張空間との圧力差を緩和することができる。
【００１９】
本発明に係るスターリング機関搭載機器は、上述したスターリング機関を備える。
これにより、動作効率の高いスターリング機関搭載機器が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、成績係数の高いスターリング機関を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２２】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００２３】
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。
【００２４】
また、本実施の形態においては、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（Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ／Ｆｒｅｅｚｅｒ）について説明するが、本発明に係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。
【００２５】
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。
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，２Ｆ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。
【００２６】
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されている。
【００２７】
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を介して高温側蒸発器５内に戻る。このように、第２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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、放熱部２および吸熱部３を含む「外殻体」としてのケーシング２４と、該ケーシング２４に組付けられたシリンダ１３Ａ，１３Ｂと、シリンダ１３Ａ，１３Ｂ内でそれぞれ往復動するピストン１４およびディスプレーサ１５と、ディスプレーサロッド１５Ａ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、ピストン駆動手段としてのリニアモータ２０と、ピストンスプリング２１と、ディスプレーサスプリング２２と、背圧空間２３とを含んで構成される。
【００３２】
ケーシング２４は、背圧空間２３を規定する。ケーシング２４には、シリンダ１３Ａ，１３Ｂ、リニアモータ２０、ピストンスプリング２１およびディスプレーサスプリング２２をはじめとする種々の部品が組付けられる。ケーシング２４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。
【００３３】
シリンダ１３Ａ，１３Ｂは、略円筒状の形状を有し、内部にピストン１４およびフリーピストンとしてのディスプレーサ１５をそれぞれ往復動可能に受け入れる。シリンダ１３Ａ，１３Ｂ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。
【００３４】
圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの間には、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、逆スターリングサイクルが実現される。
【００３５】
シリンダ１３Ａの外側に位置する背圧空間２３にはリニアモータ２０が配設される。リニアモータ２０は、インナーヨーク２０Ａと、アウターヨーク２０Ｂと、コイル２０Ｃと、可動マグネット２０Ｄとを含む。このリニアモータ２０によって、シリンダ１３Ａの軸方向にピストン１４が駆動される。
【００３６】
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２１と接続される。該ピストンスプリング２１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２１による弾性力を付加することにより、シリンダ１３Ａ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１５Ａを介してディスプレーサスプリング２２と接続される。ディスプレーサロッド１５Ａ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２２は板バネなどで構成される。
【００３７】
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２４によって囲まれた背圧空間２３が配設されている。背圧空間２３は、ケーシング２４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２４内でピストン１４よりもピストンスプリング２１側（以下、単に「後方側」と称する場合がある。）に位置する後方領域とを含む。この背圧空間２３内にも、作動媒体が存在する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
本冷凍機は、いわゆる逆スターリングサイクルを利用して冷凍効果を得るものである。ピストン１４はリニアモータ２０により駆動されて正弦運動する。ピストン１４の動きにより圧縮空間１７Ａ内の作動媒体は正弦波状の圧力変化を示す。圧縮された作動媒体は放熱部２で圧縮熱を放出し、シリンダ１３Ｂ外に設けられた再生器１６を通過する際に予冷され、膨張空間１７Ｂへと流入する。
【００４０】
ディスプレーサ１５は、定常運転時にはピストン１４と同周期で一定の位相差をもって正弦運動し、その位相差や振幅は、ディスプレーサスプリング２２のバネ定数や、時々刻々と変化する圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの圧力差、ディスプレーサ１５の質量、動作周波数等によって決まる。この位相差については、一般的には９０度程度が最適条件であるといわれている。
【００４１】
膨張空間１７Ｂへと流入した作動媒体は、このディスプレーサ１５の正弦運動により膨張し、これによって膨張空間１５内の温度は著しく低下する。このとき発生した極低温（たとえば−５０℃程度）を吸熱部３を介して冷却庫内へ伝達することにより、所望の冷却効果が得られる。
【００４２】
次に、図３を用いて、ディスプレーサ１５の構造について詳述する。図３を参照して、ディスプレーサ１５は、ディスプレーサ本体１５１と、ディスプレーサキャップ１５２と、ディスプレーサ本体１５１とディスプレーサキャップ１５２との間に設けられる仕切り部材１５３と、本体部材１５１の圧縮空間１７Ａ側の底面に形成された第１孔部１５４と、第１孔部１５４上に設けられたチェック弁１５５と、ディスプレーサ本体１５１の側面上に設けられたオリフィス１５６と、ディスプレーサキャップ１５２の先端面１５７Ａ上に形成された第２孔部１５７とを含んで構成される。
【００４３】
ディスプレーサ本体１５１は、第１内部空間１５１Ａを有する。第１孔部１５４は、第１内部空間１５１Ａと圧縮空間１７Ａとを連通させるように形成される。ディスプレーサキャップ１５２は、第２内部空間１５２Ａを有する。第２孔部１５７は、第２内部空間１５２Ａと膨張空間１７Ｂとを連通させるように形成される。仕切り部材１５３は、第１と第２内部空間１５１Ａ，１５２Ａを仕切るように形成される。
【００４４】
ディスプレーサ本体１５１および仕切り部材１５３は、たとえばアルミニウムやステンレス鋼などの金属により構成される。本実施の形態では、ディスプレーサ本体１５１および仕切り部材１５３は同一の金属により構成されている。他方、ディスプレーサキャップ１５２は、ディスプレーサ本体１５１および仕切り部材１５３を構成する金属よりも低熱伝導性の合成樹脂（たとえば、ポリカーボネートなど）により構成される。なお、ディスプレーサ本体１５１に仕切り部材１５３が螺着され、仕切り部材１５３にディスプレーサキャップ１５２が螺着されている。すなわち、ディスプレーサ本体１５１とディスプレーサキャップ１５２とは直接接合されているのではなく、仕切り部材１５３を介して互いに接合されている。
【００４５】
スターリング冷凍機４の動作時において、ピストン１４が作動空間１７側に移動すると（圧縮動作時）、第１内部空間１５１Ａの圧力に対して圧縮空間１７Ａの圧力が高くなる。そうすると、チェック弁１５５が開弁され、圧縮空間１７Ａ内の作動媒体が、第１孔部１５４から第１内部空間１５１Ａ内に流入する。
【００４６】
他方、ピストン１４が背圧空間２３側に移動すると（膨張動作時）、第１内部空間１５１Ａの圧力に対して圧縮空間１７Ａの圧力が低くなる。そうすると、チェック弁１５５が閉弁され、第１内部空間１５１Ａ内の作動媒体は、オリフィス１５６からシリンダ１３Ｂの内周面に向けて噴出される。これにより、ディスプレーサ１５の気体軸受構造が構成され、ディスプレーサ１５は、シリンダ１３Ｂに対して浮揚保持される。
【００４７】
また、ディスプレーサ１５の軸方向の移動に伴ない、第２内部空間１５２Ａと膨張空間１７Ｂとの間に圧力差が生じるが、この圧力差は、第２内部空間１５２Ａと膨張空間１７Ｂとを連通させる第２孔部１５７によって緩和される。
【００４８】
図４は、上述した構成を概念的に示す図である。本実施の形態では、ディスプレーサ１５に組み付けられたディスプレーサロッド１５Ａがピストン１４を貫通してディスプレーサスプリング２２に固定される例（いわゆる「エクステンディッドロッド型ディスプレーサ」）について説明したが、ディスプレーサ１５の構成はこれに限定されず、たとえば、シリンダ１３Ｂの圧縮空間１７Ａ側端部から吸熱部３に向かって延びるディスプレーサロッド（図示せず）に、スプリング（図示せず）を介してディスプレーサ１５を接続する構成が採用されてもよい。また、図３の例では、ディスプレーサキャップ１５２の先端面１５７Ａに膨張空間１７Ｂと第２内部空間１５２Ａとを連通させる第２孔部１５７が形成されているが、図４の例では、ディスプレーサキャップ１５２の側面１５８Ａにも膨張空間１７Ｂと第２内部空間１５２Ａとを連通させる第２孔部１５８が形成されている。なお、先端面１５７Ａ上の第２孔部１５７を省略し、側面１５８Ａ上の第２孔部１５８のみを設けるようにしてもよい。
【００４９】
本実施の形態に係るスターリング冷凍機４によれば、ディスプレーサ１５の第１と第２内部空間１５１Ａ，１５２Ａの間に仕切り部材１５３が設けられることにより、ピストン１４により作動空間１７を圧縮した際に圧縮空間１７Ａからディスプレーサ１５内に流入する作動媒体を仕切り部材１５３で受けとめることができるので、第２内部空間１５２Ａの圧力の上昇を抑えることができる。また、第２内部空間１５２Ａと膨張空間１７Ｂとを連通させる第２孔部１５７，１５８を設けることにより、第２内部空間１５２Ａと膨張空間１７Ｂとの圧力差を緩和することができる。以上の結果、ディスプレーサキャップ１５２を薄肉軽量化することが可能となり、スターリング冷凍機４の成績係数を向上させることができる。
【００５０】
また、スターリング冷凍機４において、ディスプレーサ本体１５１および仕切り部材１５３を金属製とすることにより、第１内部空間１５１Ａの耐圧強度を高くすることができる。また、ディスプレーサキャップ１５２を金属よりも熱伝導性が低い樹脂で形成することにより、ディスプレーサ１５を介した圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの熱交換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４の成績係数をさらに向上させることができる。
【００５１】
また、スターリング冷凍機４において、ディスプレーサ本体１５１と仕切り部材１５３とを同一の素材により構成することで、熱影響に対するディスプレーサ本体１５１と仕切り部材１５３との接合の信頼性を高めることができる。また、仕切り部材１５３を介してディスプレーサキャップ１５２をディスプレーサ本体１５１に接合することで、信頼性の高いディスプレーサ本体１５１と仕切り部材１５３との接合部によって第１内部空間１５１Ａをシールすることができるので、第１内部空間１５１Ａのシールの信頼性を高めることができる。
【００５２】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るスターリング冷凍機４は、背圧空間２３と圧縮空間１７Ａおよび膨張空間１７Ｂを含む作動空間１７とを有し、作動媒体が封入された「外殻体」としてのケーシング２４と、ケーシング２４内に組付けられたシリンダ１３Ａ，１３Ｂと、背圧空間２３と作動空間１７との間に設けられ、シリンダ１３Ａ内を往復動するピストン１４と、圧縮空間１７Ａと膨張空間１７Ｂとの間に設けられ、シリンダ１３Ｂ内を往復動するディスプレーサ１５とを備える。ディスプレーサ１５は、第１内部空間１５１Ａと第１内部空間１５１Ａおよび圧縮空間１７Ａを連通させる第１孔部１５４とを有する「本体部材」としてのディスプレーサ本体１５１と、第１内部空間１５１Ａ内の作動媒体をシリンダ１３Ａの内周面に向けて噴出する「作動媒体噴出機構」としてのオリフィス１５６と、第２内部空間１５２Ａと第２内部空間１５２Ａおよび膨張空間１７Ｂを連通させる第２孔部１５７，１５８とを有する「キャップ部材」としてのディスプレーサキャップ１５２と、第１と第２内部空間１５１Ａ，１５２Ａを仕切る仕切り部材１５３とを含む。
【００５３】
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すべ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すべ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】
【００５４】
【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】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。
【図３】図２に示されるスターリング冷凍機におけるディスプレーサを示す断面図である。
【図４】図３に示されるディスプレーサを概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  スターリング冷却庫、２  放熱部、２Ａ〜２Ｆ  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、１３Ａ，１３Ｂ  シリンダ、１４  ピストン、１５  ディスプレーサ、１５Ａ  ディスプレーサロッド、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、２０  リニアモータ、２０Ａ  インナーヨーク、２０Ｂ  アウターヨーク、２０Ｃ  コイル、２０Ｄ  可動マグネット、２１  ピストンスプリング、２２  ディスプレーサスプリング、２３  背圧空間、２４  ケーシング、１５１  ディスプレーサ本体、１５２  ディスプレーサキャップ、１５３  仕切り部材、１５４  第１孔部、１５５  チェック弁、１５６  オリフィス、１５７，１５８  第２孔部、１５７Ａ  先端面、１５８Ａ  側面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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