(57)【要約】【課題】蓄熱部１７４での蓄熱能力を高めながら、且つ熱伝導を抑制して冷凍効率を向上させる。【解決手段】蓄熱部１７４を多孔状の金属シートを複数積層して形成された蓄熱材１７６と、該蓄熱材１７６の積層体中に挿入されて、隣接する蓄熱材１７６間の熱伝導を抑制する断熱シート１８１とにより形成する。この蓄熱材１７６としてはステンレス鋼３０４又は黄銅（Ｃｕ−７０ｗｔ％Ｓｎ）を用い、また断熱シート１８１としては、ポリアミド又はポリエステルを用いる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空間内の作動ガスを圧縮する圧縮ピストンと、膨張空間内の作動ガスを膨張させる膨張ピストンと、前記圧縮空間と膨張空間とを連通させて、これらの間で作動ガスが行き来できるようにするガス流路と、該ガス流路の途中に配設されて、流動する作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱部とを有するスターリング冷凍機において、
前記蓄熱部が多孔状の金属シートを複数積層して形成された複数の蓄熱材と、
隣接する前記蓄熱材間に挿入されて前記金属シートより熱伝導率の小さい断熱シートとにより形成されていることを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
前記断熱シートが等間隔に挿入されていることを特徴とする請求項１記載のスターリング冷凍機。
【請求項３】
前記蓄熱材が、ステンレス鋼３０４又は黄銅（Ｃｕ−７０ｗｔ％Ｓｎ）により形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のスターリング冷凍機。
【請求項４】
前記断熱シートが、ポリアミド、ポリエステル又は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載のスターリング冷凍機。
【請求項５】
前記多孔状の金属シートは、メッシュ状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のスターリング冷凍機。
【請求項６】
前記多孔状の金属シートは、パンチングメタル状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のスターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱材において熱伝導ロスを低減させて冷凍効率を向上させたスターリング冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スターリング冷凍機は、小型化が可能、成績係数や冷凍効率が高い、発生する温度範囲が広い、近年の地球環境問題におけるフロン代替が容易等の多くの優れた特徴を持っている。
【０００３】
このため冷凍庫、冷蔵庫、投げ込み式クーラー等の業務用又は家庭用の冷熱利用機器を始めとして、低温液循環器、低温恒温器、恒温槽、ヒートショック試験装置、凍結乾燥機、温度特性試験装置、血液・細胞保存装置、コールドクーラ、その他各種の冷熱装置等のあらゆる産業分野における冷熱利用機器への適用が検討されている。
【０００４】
図３は、このようなスターリング冷凍機５０１の概略構成を示す図で、モータ５１４を備えて回転動力を発生する駆動装置５１１と、該駆動装置５１１により駆動されて冷熱を発生する冷熱発生部５３３とを備えている。
【０００５】
冷熱発生部５３３は、回転動力を往復動力に変換する動力変換部５３４、この往復動力により膨張シリンダ５９７内を往復運動して作動ガスを膨張させる膨張ピストン５９３を備えた膨張部５９０、往復動力により圧縮シリンダ５６８内を往復運動して作動ガスを圧縮する圧縮ピストン５６７を備えた圧縮部５６４、膨張部５９０と圧縮部５６４との間を流動する作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱材６４７等を主要構成としている。
【０００６】
動力変換部５３４は、内部がクランク空間５３６をなすクランクハウジング５３５を有し、その中にモータ軸５１７と連結されたクランク軸５３７、該クランク軸５３７に装着されたクランク５３８、一端がクランク５３８に連結されたコネクティングロッド５４１、該コネクティングロッド５４１の他端に連結されたクロスガイドヘッド５４４、該クロスガイドヘッド５４４の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ５４７等が設けられている。
【０００７】
また、膨張部５９０は、膨張ピストン５９３を収納する膨張シリンダ５９７、該膨張シリンダ５９７の頭部側に設けられた膨張空間５９２、膨張ピストン５９３に駆動力を伝達する膨張ピストンロッド６００等を有している。
【０００８】
圧縮部５６４は、圧縮ピストン５６７を収納する圧縮シリンダ５６８、該圧縮シリンダ５６８の頭部側に設けられた圧縮空間５６６、圧縮ピストン５６７に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド５６９を有している。
【０００９】
そして、圧縮空間５６６と膨張空間５９２とはガス流路６７５により連結され、このガス流路６７５に蓄熱材６４７が設けられている。
【００１０】
この蓄熱材６４７は、膨張空間５９２で膨張して温度の下がった作動ガスが、圧縮空間５６６に向って流動する際には、当該作動ガスの冷熱を貯えて、当該冷熱が圧縮空間５６６から膨張空間５９２に流動する作動ガスの冷却に用いられる。
【００１１】
また、圧縮空間５６６で圧縮されて温度上昇した作動ガスが、圧縮空間５６６から膨張空間５９２に向って流動する際には、当該作動ガスの温熱を貯えて、当該温熱が膨張空間５９２から圧縮空間５６６に流動する作動ガスの加熱に用いられる。
【００１２】
このような構成で、モータ５１４が駆動されてクランク５３８が回動すると、その回動動力が往復動力に変換されて圧縮ピストン５６７及び膨張ピストン５９３に伝達され、これらが往復運動する。
【００１３】
なお、膨張ピストン５９３は圧縮ピストン５６７に対して位相が略９０度進んで運動する。
【００１４】
そして、圧縮ピストン５６７が下死点から上死点に移動すると、圧縮空間５６６内の作動ガスが圧縮される。
【００１５】
この間、膨張ピストン５９３は上動して上死点に達した後、下動するようになる。
【００１６】
圧縮ピストン５６７の上動に伴い圧縮された作動ガスは、ガス流路６７５を流動して膨張部５９０側に送られ、膨張ピストン５９３が下動すると作動ガスは蓄熱材６４７を通過して膨張空間５９２に送られる。
【００１７】
作動ガスが蓄熱材６４７を通過する際には、その熱がこの蓄熱材６４７に蓄熱される。
【００１８】
膨張ピストン５９３が下死点に達するに従い、圧縮ピストン５６７は上死点から下死点に移動し、作動ガスは膨張する。
【００１９】
このときの膨張過程は等温膨張過程であるため、膨張に伴う吸熱がコールドヘッド部７１９を介して行われ、この結果コールドヘッド部７１９の温度が下がり冷熱が発生する。
【００２０】
圧縮ピストン５６７が下死点に近づくに従い、膨張ピストン５９３は上動を始め、作動ガスはガス流路６７５を経て蓄熱材６４７で熱交換して圧縮空間５６６に戻る。
【００２１】
このようなサイクルを１サイクルとして運転されて、コールドヘッド部７１９の冷熱は冷熱利用機器に利用される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蓄熱材６４７は全て金属により形成されているため、当該蓄熱材６４７で大きな熱伝導ロスが発生して冷凍効率を低下させてしまう問題があった。
【００２３】
即ち、図４に示すように、蓄熱材６４７は金属シートを多数積層して形成されて作動ガスの熱を蓄熱する。
【００２４】
作動ガスの温度は圧縮されて上昇し、膨張すると温度が下がるため、圧縮空間側と膨張空間側とに連通したガス流路中に設けられている蓄熱材６４７の両端部で大きな温度差が発生する。
【００２５】
しかし、蓄熱材６４７が金属で形成されているため、熱伝導度も高く短時間で蓄熱した熱が平均化されてしまい、蓄熱材６４７における蓄熱能力が減少して冷凍効率が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本発明は、蓄熱能力を高めながら、且つ熱伝導を抑制して冷凍効率の高いスターリング冷凍機を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、圧縮空間内の作動ガスを圧縮する圧縮ピストンと、膨張空間内の作動ガスを膨張させる膨張ピストンと、圧縮空間と膨張空間とを連通させて、これらの間で作動ガスが行き来できるようにするガス流路と、該ガス流路の途中に配設されて、流動する作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱部とを有するスターリング冷凍機において、蓄熱部が多孔状の金属シートを複数積層して形成された複数の蓄熱材と、隣接する蓄熱材間に挿入されて金属シートより熱伝導率の小さい断熱シートとにより形成されて、蓄熱能力を高めながら、且つ熱伝導を抑制して冷凍効率を向上させたことを特徴とする。
【００２８】
請求項２にかかる発明は、断熱シートが等間隔に挿入されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項３にかかる発明は、蓄熱材が、ステンレス鋼３０４又は黄銅（Ｃｕ−７０ｗｔ％Ｓｎ）により形成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項４にかかる発明は、断熱シートが、ポリアミド、ポリエステル又は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されていることを特徴とする。
【００３１】
請求項５にかかる発明は、多孔状の金属シートが、メッシュ状に形成されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項６にかかる発明は、多孔状の金属シートが、パンチングメタル状に形成されていることを特徴とする。
【００３３】
【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は本実施の形態の説明に適用されるスターリング冷凍機の即断面図で、当該スターリング冷凍機は冷熱を発生する冷熱発生部、該冷熱発生部を駆動する駆動装置を主要構成としている。
【００３４】
駆動装置１１は、内部がモータ室１３をなすモータハウジング１２を有し、このモータ室１３にステータ１６及びロータ１５からなる正逆回転可能なモータ１４が設置されて、回転動力は、モータ軸１７を介して出力される。
【００３５】
冷熱発生部３３は、駆動装置１１で発生した回転動力を往復動力に変換する動力変換部３４、作動ガスを圧縮する圧縮部６４、作動ガスを膨張させる膨張部９０、圧縮空間６６と膨張空間９２とを連通させるガス流路１７５に設けられて流動する作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱部１７４、圧縮部６４で圧縮されて温度上昇した作動ガスの熱を外部に放熱させる放熱部１９３、膨張部９０で作動ガスが膨張することにより発生した冷熱を冷熱利用機器に供給するコールドヘッド部２１９、クランク空間３６のオイル２４８が圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入しないようにするオイルシール部１４８、背圧室１５４とクランク空間３６との差圧の発生を抑制する圧力調整部１２５等を有している。
【００３６】
動力変換部３４は、内部がクランク空間３６をなすクランクハウジング３５を有し、このクランクハウジング３５はモータハウジングトップ１９を介してモータハウジング１２と接して設けられている。
【００３７】
クランクハウジング３５の底部には、動力変換部３４における摺動部分等を潤滑するオイル２４８が貯留され、その貯留量はクランクハウジング３５の底部側に形成されたガラス等の透明部材からなる覗窓５０により確認できるようになっている。
【００３８】
モータハウジングトップ１９の底部側には、オイル通路孔２０が形成されてモータ室１３とクランク空間３６とが連通している。
【００３９】
これによりモータ室１３にもオイル２４８が貯留されると共に、モータ室１３とクランク空間３６との雰囲気が相互に行き来できるようになっている。
【００４０】
モータハウジング１２及びクランクハウジング３５は、それぞれ蓋で封止され、これらモータハウジング１２、クランクハウジング３５、モータハウジングトップ１９は鋳物により製造されている。
【００４１】
従って、モータハウジング１２、クランクハウジング３５、モータハウジングトップ１９を一体物として鋳造することが可能であり、この場合は製造コストを下がることができる利点がある。
【００４２】
このような、スターリング冷凍機１では作動ガスとして、ヘリウム、水素、窒素等を利用することが可能であり、この場合はクランク空間、モータ室、バッファタンクにも封入しておくことが好ましい。
【００４３】
これは、長時間の運転により、僅かながらもクランク空間、モータ室、バッファタンク内の雰囲気が圧縮空間や膨張空間に侵入するためである。
【００４４】
クランク空間３６には、モータ軸１７と連結されたクランク軸３７、該クランク軸３７に装着された圧縮クランク３８ａ及び膨張クランク３８ｂからなるクランク３８、一端がクランク３８に連結された圧縮コネクティングロッド４１ａ及び膨張コネクティングロッド４１ｂからなるコネクティングロッド４１、該コネクティングロッド４１の他端に連結された圧縮クロスガイドヘッド４４ａ及び膨張クロスガイドヘッド４４ｂからなるクロスガイドヘッド４４、該クロスガイドヘッド４４の運動方向を１方向に規制するクロスガイドライナ４７等が設けられている。
【００４５】
なお、圧縮クランク３８ａと膨張クランク３８ｂとは、クランク軸３７の軸心に対して偏心して設けられ、かつ、モータ１４の正転時に膨張クランク３８ｂが圧縮クランク３８ａより略９０度位相が先行して回転するように設けられている。
【００４６】
ここでモータ１４の正転時とは、冷熱を発生するようなサイクル運転を行うときのモータ１４の回転方向を言う。
【００４７】
このとき膨張クランク３８ｂと圧縮クランク３８ａとの位相差に伴い発生する回転アンバランスを抑制するためにバランサ５１が設けられている。
【００４８】
クロスガイドライナ４７は、クロスガイドヘッド４４が挿入される概略円筒状の穴で、クランクハウジング３５の頂部を穴開加工等して形成されている。
【００４９】
これによりクランク３８を介して駆動されたクロスガイドヘッド４４はクロスガイドライナ４７に案内されて往復運動するようになる。
【００５０】
クランクハウジング３５の上には固定プレート２４３が設けられ、この固定プレート２４３の上にシリンダハウジング７４が設けられている。
【００５１】
このシリンダハウジング７４は、上側シリンダハウジング７４ａと下側シリンダハウジング７４ｂとに分割形成されて、下側シリンダハウジング７４ｂは、固定プレート２４３を介してクランクハウジング３５にボルトで固定され、上側シリンダハウジング７４ａは下側シリンダハウジング７４ｂにボルトを用いて固定される。
【００５２】
圧縮部６４は、下側シリンダハウジング７４ｂを穴開して形成された圧縮シリンダ６８、圧縮シリンダ６８内を往復運動する圧縮ピストン６７、一端が圧縮クロスガイドヘッド４４ａに揺動自在に取付けられると共に他端が圧縮ピストン６７に固着されて、これらを連結する圧縮ピストンロッド６９、該圧縮ピストン６７の頭部側と圧縮シリンダ６８とで形成された圧縮空間６６を有している。
【００５３】
圧縮ピストン６７の側筒面には、圧縮ピストンリング７０が装着されて、圧縮空間６６の気密性を保っている。
【００５４】
膨張部９０は、下側シリンダハウジング７４ｂ及び上側シリンダハウジング７４ａを穴開して形成された膨張シリンダ９７、内部が空洞で膨張シリンダ９７内を往復運動する膨張ピストン９３、一端が膨張クロスガイドヘッド４４ｂに揺動自在に取付けられると共に他端が膨張ピストン９３に固着されて、これらを連結する膨張ピストンロッド１００、該膨張ピストン９３の頭部側と膨張シリンダ９７とで形成された膨張空間９２を有して、膨張空間９２の外周部にコールドヘッド部２１９が形成されている。
【００５５】
この膨張シリンダ９７及び膨張ピストン９３は、それぞれ上下に分割されて、上部膨張シリンダ９７ａ、下部膨張シリンダ９７ｂ、上部膨張ピストン９３ａ、下部膨張ピストン９３ｂをなしている。
【００５６】
下部膨張シリンダ９７ｂを下側シリンダハウジング７４ｂに装着する際には、下部膨張シリンダ９７ｂを液体窒素等で冷却して冷やしばめ等の方法で圧入して装着している。
【００５７】
これにより、下部膨張シリンダ９７ｂが下側シリンダハウジング７４ｂに完全に固定されるために異常音が発生する等の不都合が防止できる。
【００５８】
下部膨張ピストン９３ｂには、膨張ピストンリング１０４が装着されて、膨張空間９２の気密性を保っている。
【００５９】
また、下部膨張ピストン９３ｂの上端部と上部膨張ピストン９３ａの下端部とは、螺合させて一体化した膨張ピストン９３が形成されるようになっている。
【００６０】
この下側シリンダハウジング７４ｂの材料として、ＦＣ材やＦＣＤ材等が用いられるが、作動ガスのリーク防止、製造コストや部材コスト、圧縮ピストンリング７０の摺動摩耗特性等の観点からＦＣ３００が好ましい。
【００６１】
また、下部膨張シリンダ９７ｂの材料として一般に鋼材が用いられるが、製造を容易にすると共に膨張ピストンリング１０４の摺動摩耗特性を改善させる観点から、ＳＵＳ材が好ましく、特にＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４が好ましい。
【００６２】
膨張シリンダ９７や圧縮シリンダ６８のシリンダ面の表面粗さは、従来は旋盤加工レベルのＲｚ５．０ミクロン程度であるが、本発明ではこれをＲｚ３．０ミクロン以下、好ましくはＲｚ１．０ミクロン以下のレベルにしている。
【００６３】
これにより、圧縮ピストンリング７０や膨張ピストンリング１０４の摩耗進行度合いを著しく減少させている。
【００６４】
上側シリンダハウジング７４ａ及び下側シリンダハウジング７４ｂには、膨張空間９２と圧縮空間６６とを連通させる細管のガス流路１７５が形成されている。
【００６５】
なお、下部膨張ピストン９３ｂの下端部を取囲むように環状溝１０８が形成されて、当該環状溝１０８にガス流路１７５が繋がり、圧縮空間６６へと連通している。
【００６６】
この環状溝１０８には、背圧室１５４と連通する微少径の環状溝連通孔１０９が形成されて、背圧室１５４と環状溝１０８との圧力を均等な圧力にしている。
【００６７】
また、上側シリンダハウジング７４ａの下端部には、ガス流路１７５と連通するように、円筒状の蓄熱材収納溝１０５が長手方向に形成されて、後述する蓄熱部１７４が挿入されるようになっている。
【００６８】
さらに、下側シリンダハウジング７４ｂの上端内面側には、０リングが挿入されて、上部膨張シリンダ９７ａと下部膨張シリンダ９７ｂとが気密に連結されるようになっている。
【００６９】
蓄熱部１７４は、多数積層されて作動ガスの熱を蓄熱する蓄熱材１７６、該蓄熱材１７６の間での熱伝導を抑制する断熱シート１８１で形成されている。
【００７０】
図２は、このような蓄熱部１７４の断面斜視図で、蓄熱材１７６は黄銅（Ｃｕ−７０ｗｔ％Ｓｎ）やステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を材料とする多孔状の金属シートを複数積層して形成され、その間にポリアミドやポリエステル又はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）からなる断熱シート１８１が等間隔で挿入されて、蓄熱材収納溝１０５に装着されるようになっている。
【００７１】
なお、多孔状の金属シートとしては、メッシュ状やパンチングメタル状に形成することが好ましい。
【００７２】
このように本来の蓄熱作用を持つ蓄熱材１７６の間に断熱シート１８１を挿入するのは、蓄熱材１７６に蓄熱された熱が隣接する蓄熱材１７６に熱伝導するのを規制するためである。
【００７３】
先にも説明したように、蓄熱材１７６は、圧縮空間６６から膨張空間９２に向う作動ガスの温熱を蓄熱して、この温熱で膨張空間９２から圧縮空間６６に向う作動ガスを加熱している。
【００７４】
また、膨張空間９２から圧縮空間６６に向う作動ガスの冷熱を蓄熱して、この冷熱により圧縮空間６６から膨張空間９２に向う作動ガスを冷却している。
【００７５】
このような温熱、冷熱の蓄熱は主に円筒状に形成された蓄熱部１７４の端部近傍が主要作用領域となるが、蓄熱部１７４全てを金属シートにより形成すると、温熱が冷熱側に熱伝導し、また冷熱が温熱側に熱伝導して、作動ガスの冷却や加熱が行えなくなってしまう。
【００７６】
作動ガスの蓄熱が行えなくなると、圧縮空間６６で圧縮された作動ガスは、略その温度で膨張空間９２に流入し、また膨張空間９２で膨張した作動ガスが略その温度で圧縮空間６６に流入してこれらの間での温度差が小さくなって冷熱発生効率が低下する。
【００７７】
そこで、本発明では、かかる蓄熱した温熱や冷熱の熱伝導を規制すべく、上記断熱シート１８１を蓄熱材１７６の間に挿入している。
【００７８】
なお、断熱シート１８１は、０．０７ｍｍ厚みの蓄熱材１７６を１００枚積層することに１枚挿入するような構成が好ましい。
【００７９】
放熱部１９３は、圧縮部６４で圧縮されて温度上昇した作動ガスの熱を外部に速やかに放出させることを主目的として設けられたもので、圧縮空間６６や膨張シリンダ９７を取巻き循環するように形成された冷却水路１９４が下側シリンダハウジング７４ｂに形成される共に、下側膨張シリンダ９７の下端部にフィンを有する放熱器１９５が設けられている。
【００８０】
本発明にかかるスターリング冷凍機１では、クランク３８が回転した際に、クランク空間３６の底部に貯留しているオイル２４８を掻上げて、クランク３８とコネクティングロッド４１との摺動部分やクロスガイドヘッド４４とクロスガイドライナ４７との摺動部分等に付着させて、これらの摺動部分を潤滑している。
【００８１】
このオイル２４８が圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３に付着し、これが圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３の往復運動により圧縮空間６６や膨張空間９２に送込まれて冷凍効率の低下をもたらす。
【００８２】
そこで、本発明では、オイル２４８が圧縮ピストン６７や膨張ピストン９３に付着しないようにするために、オイルシールベローズを主要構成とするオイルシール部１４８を設けている。
【００８３】
このようなオイルシール部１４８は、固定プレート２４３と膨張ピストン９３及び圧縮ピストン６７との間に設けられたオイルシールベローズ１４９、該オイルシールベローズ１４９の上端が溶着されたワッシャ状の上部取付環１５０、該オイルシールベローズ１４９の下端が溶着されたワッシャ状の下部取付環１５１を有している。
【００８４】
このオイルシールベローズ１４９は、金属材料をプレス加工により一体成形した金属成形ベローズや溶接により組み立てた金属溶接ベローズが使用される。
【００８５】
この上部取付環１５０は、圧縮ピストンロッド６９や膨張ピストンロッド１００の底部とピストン側フランジ１０３との間に密着して固定され、また下部取付環１５１は、固定プレート２４３と下側シリンダハウジング７４ｂとの間に位置して、これらに密着して固定される。
【００８６】
これにより背圧室１５４が気密状態となり、クランク空間３６からオイル２４８が圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入する不都合が完全に防止できるようになる。
【００８７】
背圧室１５４は、圧縮ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３との背圧側にそれぞれ形成されるが、これらが互いに連通するように背圧室連通孔１５５が形成されている。
【００８８】
ところで、背圧室１５４の空間容積に比べクランク空間３６側の空間容積は十分に大きい。
【００８９】
なお、クランク空間３６側の空間容積は、クランク空間３６とモータ室１３とが連通しているので、これらの和である。
【００９０】
このような容積関係の下で背圧室１５４が気密状態にあると、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６７の往復運動作により当該背圧室１５４には大きな圧力変動が発生すると共に、クランク空間３６との間で大きな差圧が発生する。
【００９１】
そして、背圧室１５４の圧力がクランク空間３６の圧力より高くなるとオイルシールベローズ１４９は糸巻ボビン状に絞られ、逆に背圧室１５４の圧力がクランク空間３６の圧力より低くなると、オイルシールベローズ１４９はビヤダル状に膨らむようになる。
【００９２】
このような変形が、繰返しオイルシールベローズ１４９に生じて破損しやすくなる。
【００９３】
また、背圧室１５４の圧力変動は、膨張ピストン９３や圧縮ピストン６７の往復運動のブレーキとして作用するので、その分モータ１４の負荷が増えてしまい冷凍効率が低下する。
【００９４】
そこで、本発明では、背圧室連通孔１５５を設けて圧縮ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側とにそれぞれ形成される背圧室１５４を連通している。
【００９５】
圧縮ピストン６７と膨張ピストン９３とは、所定の位相差を保って往復運動するため、これらの背圧側圧力も所定の位相差を保って変動する。
【００９６】
従って、背圧室連通孔１５５により圧縮ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側とを連通させることにより、相互で圧力変動が吸収し合うようになる。
【００９７】
しかし、このような構成にしても、圧縮ピストン６７の背圧側と膨張ピストン９３の背圧側との空間容積の相違や、当該背圧室１５４を満たす雰囲気の流動抵抗等により完全に圧力変動を吸収することができない。
【００９８】
そこで、本発明は、より完全な圧力変動が行えるように、バッファタンク１２６を備えた圧力調整部１２５を設けている。
【００９９】
この圧力調整部１２５のバッファタンク１２６は、タンク内の空間を２つの空間に気密に仕切る圧力調整ベローズ１２７を備えて、一方の空間が背圧側連通管１２８により背圧室１５４と連通し、他方の空間がクランク側連通管１３０によりクランク空間３６やモータ室１３と連通している。
【０１００】
この背圧室１５４に連通する空間を背圧側バッファ室１２９と記載し、クランク空間３６と連通する空間をクランク側バッファ室１３１と記載する。
【０１０１】
そして、少なくとも背圧側バッファ室１２９の空間容積は、背圧室１５４の空間容積より十分に大きくなっている。
【０１０２】
圧力調整ベローズ１２７は、オイルシールベローズ１４９と同様に金属成形ベローズ、金属溶接ベローズを用いることも可能であるが、当該オイルシールベローズ１４９におけるほど伸縮量が大きくないこと等の理由から樹脂やゴム製のベローズを使用することも可能である。
【０１０３】
これにより、背圧室１５４の圧力変動が背圧側バッファ室１２９の圧力変動により自動的に緩和されると共に、圧力調整ベローズ１２７の伸縮により吸収され、背圧室１５４とクランク空間３６との間で大きな差圧が発生しないようになり、オイルシールベローズ１４９の劣化や破壊の防止、スターリング冷凍機１の運転性能及び耐久性の向上が図られる。
【０１０４】
なお、モータ室１３はクランク空間３６と連通しているので、クランク側バッファ室１３１をモータ室１３と連通させても同様の効果を得ることができる。
【０１０５】
コールドヘッド部２１９は、冷却フィン２２０と、この冷却フィン２２０の先端部分を包むように設けられたジャケット２２１とから構成されて、冷却フィン２２０とジャケット２２１との間にブライン流路２２２を形成している。
【０１０６】
なお、ブラインとして、エチルアルコール、ＨＦＥ、ＰＦＣ、ＰＦＧ、窒素、ヘリウム等が利用可能である。
【０１０７】
これにより膨張空間９２で発生した冷熱によりブラインは冷却フィン２２０を介して冷却され、冷熱利用機器に冷熱が供給される。
【０１０８】
次に、このような構成のスターリング冷凍機１の動作を説明する。
【０１０９】
モータ１４が駆動されると、その回転動力がモータ軸１７を介してクランク軸３７に伝達される。
【０１１０】
このクランク軸３７にはクランク３８が偏心して取付けられて、このクランク３８にコネクティングロッド４１を介してクロスガイドヘッド４４が連結されているので、回転動力はクロスガイドヘッド４４の往復動力に変換される。
【０１１１】
クロスガイドヘッド４４が往復運動すると、ピストンロッドを介して接続された膨張ピストン９３と圧縮ピストン６７は往復運動して作動ガスを圧縮、膨張する。
【０１１２】
このとき、クランク３８によりオイル２４８がクロスガイドヘッド４４等に付着するが、オイルシールベローズ１４９によりクランク空間３６と背圧室１５４とが完全に区画されている。
【０１１３】
また、背圧室１５４とクランク空間３６との差圧がバッファタンク１２６により圧力調整されて、これらの間で差圧の発生が抑制されているが、このとき圧力調整ベローズ１２７を用いてバッファタンク１２６を区画しているので、バッファタンク１２６を介してクランク空間３６等から背圧室１５４にオイル２４８が流入することがない。
【０１１４】
従って、背圧室１５４にオイル２４８が侵入して圧縮空間６６や膨張空間９２に侵入することがなく、冷凍効率の低下が防止できるようになっている。
【０１１５】
なお、バッファタンク１２６により背圧室１５４と膨張空間９２との差圧が抑制されるために、モータ１４負荷が低減して冷凍効率の低下が抑制できるようになっている。
【０１１６】
このようにして膨張ピストン９３と圧縮ピストン６７が往復運動し、膨張ピストン９３が上死点に近づいて動きが遅くなると、圧縮ピストン６７は中間付近を上死点に向かって急速に動き、これにより作動ガスは略断熱圧縮されて温度上昇する。
【０１１７】
圧縮された作動ガスは、ガス流路１７５を流れて放熱部１９３に流入し、ここで放熱器１９５を介して冷却水に放熱して降温する。
【０１１８】
冷却水に放熱した作動ガスは、蓄熱部１７４に流入し、蓄熱材１７６を通過する際に当該蓄熱材１７６に温熱を蓄熱して膨張空間９２に流入する。
【０１１９】
そして、圧縮ピストン６７は上死点に近づき、その速度も遅くなる。
【０１２０】
すると、膨張ピストン９３は急激に下死点に向かって動き、これにより膨張空間９２が急激に拡張して、当該膨張空間９２の作動ガスは断熱膨張して降温する。
【０１２１】
これにより、コールドヘッド部２１９の温度が下がり、冷却フィン２２０を介してブラインが冷却されて、冷熱が冷熱利用機器に供給される。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、蓄熱部を多孔状の金属シートを複数積層して形成された蓄熱材と、該蓄熱材の積層体中に挿入されて、隣接する蓄熱材間の熱伝導を抑制する断熱シートとにより形成したので、蓄熱能力を高めながら、且つ熱伝導を抑制して冷凍効率を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【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凍機の側断面図である。
【図２】蓄熱部の断面斜視図である。
【図３】従来の技術の説明に適用されるスターリング冷凍機の側断面図である。
【図４】従来の蓄熱部の断面斜視図である。
【符号の説明】
１　スターリング冷凍機
３３　冷熱発生部
６６　圧縮空間
６７　圧縮ピストン
６８　圧縮シリンダ
９２　膨張空間
９３　膨張ピストン
９３ａ　上部膨張ピストン
９３ｂ　下部膨張ピストン
１０５　蓄熱材収納溝
１７４　蓄熱部
１７５　ガス流路
１７６　蓄熱材
１８１　断熱シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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