斯特林冷冻机的制作方法_2

文档序号:8845839阅读:来源:国知局
通路管242。马达轴17及曲柄轴37为藉由轴承21旋转自如地支持。马达壳体12及曲柄壳体35系分别以盖密封,该等马达壳体12、曲柄壳体35及马达壳体顶19是由铸造物所制成。因此,可将马达壳体12、曲柄壳体35、及马达壳体顶19铸造成一体物,如此则可降低制造成本的优点。又,工作气体为使用氦、氢、氮等大气以外的气体时,则最好在后述的曲柄空间、马达室、缓冲槽内亦封入上述工作气体。其目的为防止因长时间的运转所造成的曲柄空间、马达室及缓冲槽内的少量环境气体侵入压缩空间或膨胀空间,以致降低冷冻效率。并且因为气体流路175与背压室154为藉由连通孔109相连通。
[0042]在曲柄空间36设有:与马达轴17相连结的曲柄轴37 ;由装设在该曲柄轴37的压缩曲柄38a及膨胀曲柄38b所构成的曲柄38 ;由一端为连结于曲柄38的压缩连结杆41a及膨胀连接杆41b所构成的连结杆41 ;由连结于该连结杆41的另一端的压缩交叉导头44a及膨胀交叉导头44b所构成的交叉导头44 ;由用来将该交叉导头44的运动方向限制于直线方向的压缩交叉导衬47a及膨胀交叉导衬47b所构成的交叉导衬47等。压缩曲柄38a及膨胀曲柄38b为相对于曲柄轴37的轴心偏心而设置,并且以于马达14的正方向旋转时膨胀曲柄38b比压曲柄38b大约前进90度相位而旋转的方式设置。上述马达14的正方向旋转系指产生冷热的循环运转时的马达14的旋转方向。此时,在单斯特林冷冻机2中,为了要抑制因其膨胀曲柄38b与压缩曲柄38a的相位差而产生的旋转不平衡,而于旋转轴17的轴承21侧设置平衡器51。另一方面,于双斯特林冷冻机3中,第I冷热产生部33A及第2冷热产生部33B的膨胀曲柄38b及压缩曲柄38a,各相位分别偏移180度而设置,以进行双方的平衡调整,因此没有设置平衡器51。交叉导衬41为将曲柄壳体35的顶部进行开孔加工等而形成,其系插入有交叉导头44的大略圆筒状的孔。藉由上述的构成,透过曲柄38而驱动的交叉导头44受交叉导衬47的引导而进行往复运动。上述构成为收容在分割形成为上侧汽缸壳体74a与下侧汽缸壳体74b的汽缸壳体74。又,下侧汽缸壳体74b为隔着固定板(P I at e) 243利用螺栓固定于曲柄壳体35,上侧汽缸壳体74a则利用螺栓固定在下侧汽缸壳体74b。
[0043]压缩部64设有:下侧汽缸壳体74b开孔而形成的压缩汽缸68 ;在压缩汽缸68内往复运动的压缩活塞67 ;—端为摇动自如地装设在压缩交叉导头44a,另一端为固定于压缩活塞67,而将此等予以连结的压缩活塞用杆69 ;以及由该压缩活塞67的头部侧及压缩汽缸68所形成的压缩空间66。于压缩活塞67的侧筒面安装有压缩活塞环70,以保持压缩空间66的严密性。
[0044]膨胀部90设有:将下侧汽缸壳体74b及上侧汽缸壳体74a开孔而形成的膨胀汽缸97 ;内部为空调而于膨胀汽缸97内进行往复运动的膨胀活塞93 ;—端为摇动自如地安装在膨胀交叉导头44b而另一端为固定于膨胀活塞93,而将此等予以连结的膨胀活塞用杆100 ;以及由该膨胀活塞93的头部侧与膨胀汽缸97所形成的膨胀空间92 ;又于膨胀空间92的外周部形成有冷头部219。为了要防止在压缩空间66受到压缩而升温的工作气体的热经由膨胀汽缸97而将热传导至膨胀空间92,系将膨胀活塞93的最下死点位置形成在比压缩活塞67的最上死点位置更上侧处。膨胀汽缸97及膨胀活塞93系分别上下分割为上部膨胀汽缸97a、下部膨胀汽缸97b、上部膨胀活塞93a及下部膨胀活塞93b。将下部膨胀汽缸97b安装于下侧汽缸壳体74b时,系以液体氮气等将下部膨胀汽缸97b予以冷却,并且以冷嵌等的方法将其压入而安装。藉此,可防止因下部膨胀汽缸97b完全固定于下侧汽缸壳体74b而产生异常音等的问题。当然亦可透过未图示的O环来安装,以作为将下部膨胀汽缸97b安装于下侧汽缸壳体74b的另一个安装机构。在下部膨胀活塞93b装设有膨胀活塞环104,以保持膨胀空间92的机密性。又,在下部膨胀活塞93b的上端部与上部膨胀活塞93a的下端部,分别形成有活塞结合螺槽108,藉由将该等螺合即形成一体化的膨胀活塞93。该下侧汽缸壳体74b的材料虽系采用FC材及TOD材等,但从工作气体的防漏、制造成本及零件成本、压缩活塞环70及膨胀活塞环104的滑动摩耗特性等的观点来看,最好使用FC300。又,下部膨胀汽缸97b的材料一般为使用钢材,然而从制造容易及改善膨胀活塞环104的滑动摩耗特性的观点来看,以使用SUS材为宜,最好是使用SUS303、SUS304。膨胀汽缸97或压缩汽缸68的汽缸面的表面粗细度,以往为车床加工位准的Rz5.0微米程度,而本实用新型为加工至Rz3.0微米以下,最好为Rzl.0微米以下的程度。藉由上述的构成,可使压缩活塞环70或膨胀活塞环104的摩耗进行程度显著减小。
[0045]在上侧汽缸壳体74a及下侧汽缸壳体74b,形成有连通膨胀空间92与压缩空间66的细管的气体流路175。又,以围绕下部膨胀活塞93b的下端部的方式而形成环状槽108,而在该环状槽108连接有气体流路175,以连通至压缩空间66。在上述环状槽108形成有连通背压室154的微小径的连通孔109,俾使背压室154与环状槽108的压力均等。又,于上侧汽缸壳体74a的下端部,以连通气体流路175的方式于长边方向形成圆筒状的蓄热材收容槽105,并插入有后述的蓄热材176。此时,蓄热材收容槽105的顶部形成有朝上侧凹入的形状的蓄热材上端按压部106,又于与该蓄热材收容槽105相对向的下侧汽缸壳体74b的上端部,形成有朝下侧凹入的形状的蓄热材下端按压部107。又,于下侧汽缸壳体74b的上端内面侧插入有O环,以使上部膨胀汽缸97a与下部膨胀汽缸97b密封地相连结。
[0046]蓄热部174设有以黄铜或不锈钢为材料的网状的金属片所形成的圆筒状的蓄热材176,该蓄热材176形成多数积层而装设在蓄热材收容槽105。于膨胀空间92膨胀而温度下降的工作气体朝压缩空间66流动时,将该工作气体的温热蓄存,并将该温热用于从压缩空间66流动至膨胀空间92的工作气体的冷却。又,于压缩空间66受到压缩而温度上升的工作气体从压缩空间66流向膨胀空间92的际,将该工作气体的温热蓄存,并将该温热用于从膨胀空间92流动至压缩空间66的工作气体的加热。蓄热材176系将网状金属片积层而形成的积层体,但该积层体因未用以保持其形状的机构,因此工作气体通过蓄热材176时,金属片会跳动而在薄片间产生摩擦热等。
[0047]因此,本实用新型如上所述形成蓄热材上端按压部106及蓄热材下端按压部107,并将积层在蓄热材收容槽105的蓄热材176予以插入,在利用螺栓及螺帽将上侧汽缸壳体74a与下侧汽缸壳体74b固定时,藉由蓄热材上端按压部106及蓄热材下端按压部107将蓄热材176予以压入。此时,蓄热材上端按压部106及蓄热材下端按压部107的剖面形状为形成三角形状,因此流入至蓄热材176的工作气体为均匀地扩散并通过蓄热材176内,因而能有效率地进行蓄热。又,蓄热材收容槽105为缓慢地变狭而顺畅地连接于气体流路175的构成,因此从蓄热材收容槽105流入至气体流路175时的流动阻力小,来往于压缩空间66与膨胀空间92的工作气体量会增加,因而可实现冷冻效率的提高。亦可藉由形状保持构件将积层的蓄热材176予以保持,但如此则因形状保持构件而使蓄热效果降低,故较不理想。
[0048]于压缩活塞杆69及膨胀活塞杆100的下端侧设有交叉导侧凸缘(flange) 101,于其上端设有活塞安装螺栓102,并于上端附近设有活塞侧凸缘103。压缩活塞用杆69及膨胀活塞用杆100为使用交叉导侧凸缘101而安装于交叉导头44。藉由将活塞安装螺栓102插通于压缩活塞67及膨胀活塞93,并抵接于活塞侧凸缘103再以螺帽栓紧,以连结压缩活塞用杆69及膨胀活塞用杆100。于连结膨胀活塞93与膨胀活塞用杆100时,为了要调整该膨胀活塞93的连结位置而使用衬垫53。有关其作用将于后述说明的。
[0049]散热部193为将受压缩部64的压缩而温度上升的工作气体的热迅速放出外部为主要目的而设置者,如第8图及第9图所示,以围绕循环压缩空间66及膨胀汽缸97的方式而形成的冷却水路194,系形成在下侧汽缸壳体74b,并且于下侧膨胀汽缸97的下端部设置具有散热片的散热器195。第8图表示第2图的散热部193领域的放大概略图,第9图表示第7图的箭头所示的剖视图。第9图所示,以围绕循环压缩空间66及膨胀汽缸97的方式而形成的冷却水路194,系形成在下侧汽缸壳体74b,并且于下侧膨胀汽缸97的下端部设置具有散热片的散热器195。第8图表示第2图的散热部193领域的放大概略图,第9图表示第7图的箭头所示的剖视图。于下侧汽缸壳体74b的左右两侧面密接安装有冷却水路盖201,于该冷却水路盖201与下侧汽缸壳体74b的间形成有冷却水路194。又,于膨胀汽缸97侧的冷却水路194,形成自冷却水流入口 199及冷却水流出口 200。从冷却水流入口199流入的冷却水系经由散热器195将下部膨胀汽缸97b予以冷却,然后将压缩汽缸68予以冷却,再从冷却水流出口 200排出。如上所述,冷却水首先将下部膨胀汽缸97b冷却,然后冷却压缩汽缸68的构成系基于下述理由。亦即,如为先将压缩汽缸68冷却的构成,则藉由其冷却而利用温度上升的冷却水来冷却下部膨胀汽缸97b,而压缩汽缸68的热将传到下部膨胀汽缸97b。如有热传到下部膨胀汽缸97b,会造成膨胀空间92的温度上升,以致冷冻效果降低。又如有热传到下部膨胀汽缸97b,则亦有热传到膨胀活塞环104,以致该膨胀活塞环104发生热膨胀而增大摩损。
[0050]但若为先将下部膨胀汽缸97b冷却的构成,则压缩汽缸68的热不致传到下部膨胀汽缸97b,因此能防止冷冻效果的降低,并能防止膨胀活塞环104的摩损的增大。
[0051]上述散热
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