斯特林制冷循环系统技术方案

具有通过工作而温度升高的热头（８ａ、８ｂ）、被冷却为低温的冷头（７ａ、７ｂ）、以及、在缸内边保持既定的相位差边以相同的周期在轴向上振动的活塞和驱气活塞的一对逆斯特林引擎（３ａ、３ｂ），以所说冷头（７ａ、７ｂ）彼此朝向相反方向所说轴线对齐地同心设置在机械室（１５）内，所说活塞或所说驱气活塞的所说振动在所说一对逆斯特林引擎（３ａ、３ｂ）之间彼此相位相同。因此，能够以低成本提供一种不仅能够发挥出数百瓦水平的制冷能力，而且运行中的振动和噪音不会令人介意的斯特林制冷系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用逆斯特林循环的制冷系统以及具备该系统的冷却库例如冷藏库和制冷库。
技术介绍
近年来，关于逆斯特林循环，人们所熟知的热力学循环的特性受到关注，对该特性加以利用的斯特林制冷机方面的研究开发在积极地进行。斯特林制冷机，是具有吸热部和散热部的外燃机，工作介质采用氦气、氮气、氢气等不会对地球环境造成不良影响的气体，能够在所说吸热部得到低温。但是，从斯特林制冷机的实用例来看，其大半是制冷能力为数瓦以下的极低温用制冷机。作为家庭用或工作用制冷机所最需要的制冷能力为数百瓦水平的制冷机尚未见到实用例。下面，以附图说明图11所示典型的自由活塞式逆斯特林引擎(以下称作逆斯特林引擎)为例，对目前需要解决的课题进行说明。逆斯特林引擎186的外观部分，由耐压容器174、热头182、冷头183构成，在其内部的工作空间178的内部密封有氦气等工作介质。在作为耐压容器174的一部分的缸内，配置有同心配置的能够沿缸的内周壁滑动的活塞171和驱气活塞172。一端固定在驱气活塞(displacer)172上的轴杆175从活塞171的中心部位穿过，另一端被驱气活塞支持弹簧177弹性支持在耐压容器174上。另一方面，活塞171被活塞支持弹簧176弹性支持在耐压容器174上。工作空间178具有压缩空间181a和膨胀空间181b，活塞在容放于背面空间179中的直线马达等活塞驱动体180的驱动下，按照既定的周期在压缩空间181a内作轴向往复动作。活塞支持弹簧176，起着使开始作往复动作的活塞171的周期稳定在大致一定的程度上的作用。此外，173是再生器，起着这样的作用，即，从自膨胀空间181b向压缩空间181a侧移动的工作介质中回收冷量进行蓄冷，同时，将该积蓄的冷量传递给自压缩空间181a向膨胀空间181b侧移动的工作介质对其进行冷却。于是，随着往复于压缩空间181a与膨胀空间181b之间的工作介质的收缩·膨胀，产生很大的温度变化，从而以良好的效率从逆斯特林引擎186取出冷量。当工作介质在压缩空间181a内受到压缩时，工作介质将从再生器173中通过而向膨胀空间181b侧移动。因此，驱气活塞172边与活塞171保持既定相位差边以与活塞171相同的周期作轴向往复动作。于是，工作介质在膨胀空间181b内随着压力呈正弦波变化而反复压缩膨胀。对驱气活塞支持弹簧177的弹簧常数等，这样进行设定，即，能够使开始作往复动作的驱气活塞172的周期稳定到与活塞171相同，并与活塞171的相位差保持一定。在膨胀空间181b内膨胀的工作介质变成低温，因而冷头183被冷却，从外部吸收热量。而在膨胀空间181b内受到压缩的工作介质变成高温，因而对设在再生器173的压缩空间181a侧的端部上的热头182进行加热，向外部散发热量。此外，为了减轻因活塞171与驱气活塞172往复动作而主要在轴向上产生的逆斯特林引擎186的振动，在逆斯特林引擎186的与冷头183相反一侧的端部上，设有由防振弹簧184与金属等材料构成而具有既定重量的块185所构成的防振机构。但是，这种逆斯特林引擎186，若其大小的程度与例如目前的家用冰箱中所使用的蒸气压缩式制冷循环装置相同，则通常只能够得到数十瓦到一百数十瓦的制冷能力。因此，要得到民用市场中所最需要的数百瓦水平的能力，需要采取下述措施。首先第1，为了增加进行压缩与膨胀的工作介质的量，要增大活塞171与驱气活塞172的直径。第2，要增大在逆斯特林引擎186的轴向上往复动作的活塞171与驱气活塞172的往复动作的振幅。第3最后一点，还要提高活塞171与驱气活塞172的往复动作的频率。然而，若如第1措施那样，增大活塞171与驱气活塞172的直径，则需要增大收容它们的耐压容器174的外径，而这样一来，在缸内滑动的活塞171与驱气活塞172在与轴线相垂直的方向上的晃动量将增大，活塞171和驱气活塞172容易与耐压容器174发生接触。而当这种接触频繁发生、有意外的外力作用于耐压容器174上时，相应地产生的作为反力的破坏应力将增大，这成为产生例如耐压容器174出现裂纹等不良现象的原因。因此，需要将包括热头182与冷头183在内的耐压容器174的整体厚度增加几分。这样一来，随着板材厚度的增加，设备重量增加而成本提高。此外，当热头182的壁厚加厚时，特别是辐射方向的热阻将增大，热量向与热头182邻接而设在其周围的散热用热交换器(未图示)的传递变得困难，反而由于轴向热阻减小，使得热量经由耐压容器174的组成构件等而从热头182向冷头183的传递变得容易。其结果，导致逆斯特林引擎186的效率降低。并且，活塞171与驱气活塞172越大，逆斯特林引擎186自身的重量越大，因而将导致动力源和支持弹簧等的负荷增加。其次，若如第2措施那样，增大在轴向上往复动作的活塞171与驱气活塞172的振幅，则由于活塞171被活塞支持弹簧176弹性支持在耐压容器174上，驱气活塞172被驱气活塞支持弹簧177弹性支持在耐压容器174上的，因此，支持弹簧176、177的振幅将增大。随着该增幅的增大，支持弹簧176、177容易受到难以承受的力而产生断裂等破坏。甚至引起逆斯特林引擎186的性能变坏。而且，当支持弹簧176、177的振幅增大时，必然要求直线马达等活塞驱动体180的能力也要提高，因而电能消耗增加而不利于节能。此外，若采用第3措施那样的、提高动作频率以提高逆斯特林引擎186的能力的方法，则由于支持弹簧176、177的弹簧常数是与频率的平方成正比的，因此，例如要想从斯特林制冷机得到2倍的能力，则至少有4倍的负荷因振动而施加在支持弹簧176、177上，有可能超出支持弹簧176、177的材料的弹性极限。因此，由于存在上述需要解决的课题，在将上述自由活塞式逆斯特林引擎186安装在需要具有数百瓦水平制冷能力的家用冰箱中时，若只用一台则能力达不到，存在着冷却空间无法达到所期望的冷却效果的问题。而且还存在这样的缺点，即，实际产品中上述防振机构是必需的，因此，逆斯特林引擎186的尺寸和重量较大，制造成本相应地增加。专利技术的公开本专利技术是针对上述问题而提出的，其目的是，以低成本提供一种能够较为容易地得到数百瓦水平的制冷能力并且运行中的振动和噪音不会令人介意的斯特林制冷系统。为实现上述目的，根据本专利技术的斯特林制冷系统，其特征是，具有通过工作而温度升高的热头、被冷却为低温的冷头、以及、在缸内边保持既定的相位差边以相同的周期在轴向上振动的活塞和驱气活塞的一对逆斯特林引擎，以所说冷头彼此朝向相反方向的姿态所说轴线对齐地同心设置，所说活塞或所说驱气活塞的所说振动在所说一对逆斯特林引擎之间彼此相位相同。这样，随着被控制为同相位的活塞或驱气活塞的振动而产生的逆斯特林引擎的振动可相互抵消而衰减。此外，若将所说一对逆斯特林引擎通过振动吸收体进行连结，则逆斯特林引擎的振动能够被振动吸收体所吸收而衰减。此外，若与所说热头相邻接地设置的散热用热交换器在所说一对逆斯特林引擎之间是共用的，则能够减少零部件数量。此外，根据本专利技术的斯特林制冷系统，其特征是，具有通过工作而温度升高的热头、被冷却为低温的冷头、以及、在缸内边保持既定的相位差边以相同的周期在轴向上振动的活塞和驱气活塞的一对逆斯特林引擎，以所说冷头彼此相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斯特林制冷系统，其特征是，具有通过驱动而温度升高的热头、被冷却为低温的冷头、以及、在缸内边保持既定的相位差边以相同的周期在轴向上振动的活塞和驱气活塞的一对逆斯特林引擎，以所说冷头彼此朝向相反方向的姿态所说轴线对齐地同轴设置，所说活塞或所说驱气活塞的所说振动在所说一对逆斯特林引擎之间彼此相位相同。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈炜，增田雅昭，
申请(专利权)人：夏普公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]