(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成るとともに、
前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着するものである
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項２】
圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成り、
前記吸着部材が、フェノール樹脂により構成されている
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項３】
請求項１において、
前記吸着部材が、活性炭により構成されている
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかにおいて、
前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲する
ことを特徴とするスターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に捕獲装置を配設して、作動ガスに混入している不純物を捕獲することにより、性能劣化の速度を遅くして、耐久性を高め、長寿命化を実現するスターリング冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスターリング冷凍機（特開平５−２４０５１４）は、図７に示すように膨張ピストンＰ内に配設されたメッシュによって構成された蓄冷器Ｔの抜け止めも兼ね、前記蓄冷器Ｔと膨張空間Ｅとを連通する円形の孔Ｈを前記膨張ピストンＰの頂部中央部に形成するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のスターリング冷凍機は、前記膨張空間Ｅで作動ガスが膨張するため温度が下がり前記膨張ピストンＰの頂部付近で不純物が凝固して、前記孔Ｈおよび蓄冷器Ｔの上部のメッシュが目詰まりするため、流れの抵抗が増加して、性能劣化の速度が大きく、耐久性および寿命が短いという問題があった。
【０００４】
そこで本発明者は、膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部において、捕獲装置により作動ガスに混入している不純物を捕獲するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねて、蓄冷器のメッシュにおける流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）のスターリング冷凍機は、
圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成るとともに、
前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着する
ものである。
【０００６】
本発明（請求項２に記載の第２発明）のスターリング冷凍機は、
圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内に介挿された圧縮ピストンと、
膨張空間を形成する膨張シリンダ内に介挿された膨張ピストンと、
前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動するモータと、
前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設され、作動ガスに混入している不純物を捕獲する捕獲装置と
から成り、
前記捕獲装置が、前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体により構成される吸着部材から成り、
前記吸着部材が、フェノール樹脂により構成されている
ものである。
【０００７】
本発明（請求項３に記載の第３発明）のスターリング冷凍機は、
第１発明において、
前記吸着部材が、活性炭により構成されている
ものである。
【０００８】
本発明（請求項４に記載の第４発明）のスターリング冷凍機は、
第１発明ないし第３発明のいずれかにおいて、
前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲する
ものである。
【０００９】
【作用】
上記構成より成る第１発明のスターリング冷凍機は、前記モータが、前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動すると、前記圧縮ピストンが、圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内を往復動するとともに、前記膨張ピストンが、膨張空間を形成する膨張シリンダ内を往復動するため、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
前記捕獲装置を構成する前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体の前記吸着部材により、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着するものである。
【００１０】
上記構成より成る第２発明のスターリング冷凍機は、前記モータが、前記圧縮ピストンと膨張ピストンとを回転駆動すると、前記圧縮ピストンが、圧縮空間を形成する圧縮シリンダ内を往復動するとともに、前記膨張ピストンが、膨張空間を形成する膨張シリンダ内を往復動するため、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
前記フェノール樹脂により構成された吸着部材によって構成された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
【００１１】
上記構成より成る第３発明のスターリング冷凍機は、活性炭により構成された前記吸着部材が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものである。
【００１２】
上記構成より成る第４発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置が、流れの遠心力によって不純物を捕獲するものである。
【００１３】
【発明の効果】
上記作用を奏する第１発明のスターリング冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するので、蓄冷器における目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
第１発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置を構成する前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体の前記吸着部材により、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものであるので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するとともに、前記膨張ピストン内を有効に利用することが出来るという効果を奏する。
第１発明のスターリング冷凍機は、前記吸着部材が、該吸着部材に形成されている前記流路の壁面に、作動ガスを衝突させて作動ガス内の不純物を吸着するものであるので、目詰まりに有利なため、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【００１４】
上記作用を奏する第２発明のスターリング冷凍機は、前記膨張ピストン内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するので、蓄冷器における目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
第２発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置を構成する前記膨張ピストンの前記膨張空間に面する頂部に配設され、作動ガスが通過する流路が形成された多孔質体の前記吸着部材により、作動ガスに混入している不純物を捕獲するものであるので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するとともに、前記膨張ピストン内を有効に利用することが出来るという効果を奏する。
第２発明のスターリング冷凍機は、吸着部材が、フェノール樹脂によって構成されているので、安価な部材によって流路面積および多孔質体との接触面積を大きくすることが出来るので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するという効果を奏する。
【００１５】
上記作用を奏する第３発明のスターリング冷凍機は、前記吸着部材が前記活性炭によって構成されているので、作動ガスに混入している不純物を前記活性炭の吸着性能により効率良く捕獲するという効果を奏する。
【００１６】
上記作用を奏する第４発明のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置が、作動ガスに混入している不純物を流れの遠心力によって捕獲するので、簡単な構造によって不純物の捕獲効率が高いというという効果を奏する。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
【００１８】
（第１実施例）
第１実施例のスターリング冷凍機は、図１ないし図３に示すように圧縮空間１１を形成する圧縮シリンダ１０内に介挿された圧縮ピストン１と、膨張空間２１を形成する膨張シリンダ２０内に介挿された膨張ピストン２と、前記圧縮ピストン１と前記膨張ピストン２とを回転駆動するモータ３と、前記膨張ピストンの頂部に配設され、フェノール樹脂製の複数の流路４１が形成された多孔質体によって構成される吸着部材４０によって構成される捕獲装置４とから成るものである。
【００１９】
前記圧縮ピストン１は、図１に示すように外周に放熱フィンを備えるとともに、一端にヘッド１２を固着した圧縮シリンダ１０内に介挿され、外周にピストンリング１３が巻装されている。前記圧縮シリンダ１０とヘッド１２と前記圧縮ピストン１との間に形成される圧縮空間１１に連通する第１の連通路１４が前記圧縮シリンダ１０内に形成されている。
【００２０】
前記膨張ピストン２は、図１および図３に示すように外周に放熱フィンを備えた前記膨張空間２１を形成する前記膨張シリンダ２０および該膨張シリンダ２０の一端に固着した長い薄肉のチューブ２２内に介挿され、下部外周にピストンリング２３が巻装されている。前記圧縮シリンダ１０内に形成されている前記第１の連通路１４に連通する第２の連通路２４が前記圧縮シリンダ１０内に形成されている。
【００２１】
前記膨張ピストン２は、前記圧縮シリンダ１０内に形成されている前記第２の連通路２４の一端開口に対向してその下部外周の軸方向に長溝２５が形成され、前記膨張ピストン２が往復動しても常に前記第２の連通路２４に連通するように構成されている。また該膨張ピストン２と前記膨張シリンダ２０との間には摺動材２８が介挿され、往復動を円滑にしている。
【００２２】
前記膨張ピストン２は、下部に前記長溝２５に連通するＬ字状の通路２６が形成され、メッシュによって構成される上部のチューブ２９内に介挿された蓄冷器２７に作動ガスを供給し得る構成より成る。
【００２３】
前記モータ３は、図１に示すように前記圧縮ピストン１および前記膨張ピストン２に連絡する第１および第２のコネクティングロッド３１、３２と、該第１および第２のコネクティングロッド３１、３２が係止されるクランク３３と、該クランク３３に配設されたパランスウェイト３４と、前記クランク３３を収容するクランクケース３５と、前記クランク３３を回転駆動する駆動モータ（図示せず）とから成る。
【００２４】
前記捕獲装置４を構成する前記吸着部材４０は、フェノール樹脂製の多孔質体によって構成され、図１ないし図３に示すように前記蓄冷器２７の上部に相当する前記膨張ピストンの頂部に配設された円形部材によって構成され、外周下部に形成した段部４３を前記膨張ピストンの頂部に相当する前記薄肉のチューブ２９の上端に嵌着している。
【００２５】
前記吸着部材４０は、図２および図３に示すように５個の流路４１が形成されるとともに、前記蓄冷器２７のメッシュを介して供給された作動ガスを一様に前記５個の流路４１に供給するように図３に示すように下面に同軸状の円形凹部４２が形成されている。
【００２６】
上記構成より成る第１実施例のスターリング冷凍機は、前記駆動モータによって前記クランク３３が回転すると、前記第１および第２のコネクティングロッド３１が前記圧縮シリンダ１０内を図１中右方に圧縮ピストン１を移動させる。
【００２７】
前記圧縮ピストン１が右方に移動して、前記圧縮空間の作動ガスが圧縮されると前記第１の連通路１４および第２の連通路２４を介して、前記膨張ピストン２内のＬ字状の通路２６から前記蓄冷器２７のメッシュ内に作動ガスが供給され、前記蓄冷器２７のメッシュ内に供給された作動ガスがメッシュ内を通過して、前記吸着部材４０の５個の流路４１を介して前記膨張空間２１内で膨張する。
【００２８】
作動ガスが、前記膨張空間２１内で膨張して温度が下がる時に、使用により冷凍機の樹脂の摺動部の摩耗によって発生する不純ガスが凝固するが、フェノール樹脂製の前記吸着部材４０がかかる凝固した不純物を吸着するものである。
【００２９】
上記作用を奏する第１実施例のスターリング冷凍機は、前記膨張ピストン２内の作動ガスの流路の一部に配設された前記捕獲装置４が、作動ガスに混入している不純物を捕獲するので、前記蓄冷器２７の上端のプラグにおける目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【００３０】
また第１実施例のスターリング冷凍機は、前記捕獲装置４が、多孔物質によって構成される吸着部材４０によって構成されているので、作動ガスに混入している不純物を効率良く吸着して捕獲するという効果を奏する。
【００３１】
さらに第１実施例のスターリング冷凍機は、前記吸着部材４０が、前記膨張ピストン２の頂部に配設されているので、作動ガスが、前記膨張空間２１内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を有効に吸着するとともに、前記膨張ピストン２内を有効に利用することが出来るという効果を奏する。
【００３２】
また第１実施例のスターリング冷凍機は、前記吸着部材４０が、５個の流路が形成されたフェノール樹脂製の多孔質体によって構成されているので、安価な部材によって流路面積を大きくするとともに、流路における多孔質体との接触面積を大きくすることが出来るので、作動ガスに混入している不純物を効率良く捕獲するという効果を奏する。
【００３３】
（第２実施例）
第２実施例のスターリング冷凍機は、図４に示すように前記捕獲装置４をＬ字状の通路４１１を多数形成した焼結体の衝突吸着部材４０１によって構成した点のみ前記第１実施例と相違するものである。
【００３４】
上記構成より成る第２実施例のスターリング冷凍機は、焼結体の前記衝突吸着部材４０１における多数のＬ字状の通路４１１において前記膨張空間２１内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を含む作動ガスがＬ字状の通路４１１に衝突して、凝固した不純物がＬ字状の通路４１１に付着して焼結体内に吸着するものである。
【００３５】
上記作用を奏する第２実施例のスターリング冷凍機は、凝固した不純物を含む作動ガスを前記衝突吸着部材４０１のＬ字状の通路４１１に衝突させ、凝固した不純物をＬ字状の通路４１１に付着して焼結体内に吸着するので、簡単な構造により不純物を有効に吸着するとともに、Ｌ字状の通路４１１の開口面積を減少させないので、一層有効に目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【００３６】
（第３実施例）
第３実施例のスターリング冷凍機は、図５に示すように前記捕獲装置４を、円筒状の旋回室４２１に接線的開口する入口開口４２２および出口開口４２３が形成された多孔質体の遠心吸着部材４０２によって構成した点のみ前記第１実施例と相違するものである。
【００３７】
上記構成より成る第３実施例のスターリング冷凍機は、前記遠心吸着部材において前記膨張空間２１内で膨張して温度が下がる時に、凝固した不純物を含む作動ガスが前記旋回室４２１の内壁に沿って旋回するので、旋回による遠心力によって凝固した不純物が前記旋回室４２１の内壁に付着して多孔質体内に吸着するものである。
【００３８】
上記作用を奏する第３実施例のスターリング冷凍機は、旋回による遠心力によって凝固した不純物を前記旋回室４２１の内壁に付着して多孔質体内に吸着するので、簡単な構造により不純物を有効に吸着するとともに、流路の開口面積を減少させないので、一層有効に目詰まりおよび流れの抵抗の増加を防止して、性能劣化の速度を遅くし、耐久性を高め、長寿命化を実現するという効果を奏する。
【００３９】
上述の実施例は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００４０】
上述の実施例以外にも、本発明は、捕獲部材として図６に示すように中空の外筒４３１内に外周に小さな断面積のスパイラルな溝４３２を形成した中実内筒４３３を介挿してスパイラルな長い通路４３４を形成した吸着部材４０３を採用し、通路の長さおよび抵抗によって凝固した不純物を吸着する態様も採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例装置を示す断面図である。
【図２】  本第１実施例装置の吸着部材を示す平面図である。
【図３】  本第１実施例装置の膨張ピストンおよび吸着部材を示す拡大断面図である。
【図４】  本発明の第２実施例装置の吸着部材を示す断面図である。
【図５】  本発明の第３実施例装置の吸着部材を示す斜視図である。
【図６】  本発明の変形例を示す断面図である。
【図７】  従来装置の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１  圧縮ピストン
２  膨張ピストン
３  モータ
４  捕獲装置
１０  圧縮シリンダ
１１  圧縮空間
２０  膨張シリンダ
２１  膨張空間
２１  クランク機構
４０  吸着部材
４１  流路
【図１】
0003757429.tif 000002
【図２】
0003757429.tif 000003
【図３】
0003757429.tif 000004
【図４】
0003757429.tif 000005
【図５】
0003757429.tif 000006
【図６】
0003757429.tif 000007
【図７】
0003757429.tif 000008