專利名稱：斯特林制冷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用斯特林制冷機(jī)的斯特林制冷裝置，特別是一種適合于金槍魚等肉食品保存和細(xì)胞、組織、血液等的長(zhǎng)期保存的能夠提供大型超低溫的制冷裝置。
對(duì)于例如適合于金槍魚等肉食品和細(xì)胞、組織、血液等的長(zhǎng)期保存的制冷裝置以往所知的是使用氟立昂來(lái)作為冷媒。
由于最近對(duì)氟立昂的限制，已知有使用HCFC、HFC的制冷裝置。
然而，上述以往的結(jié)構(gòu)會(huì)帶來(lái)以下的問(wèn)題。
首先，將特定的氟立昂(CFC)作為冷媒使用的制冷裝置，由于對(duì)氟立昂的限制，使其使用受到了限制。在使用HCFC、HFC的制冷裝置情況下，將來(lái)也會(huì)有成為被法律限制的對(duì)象的可能性。另外，由于制冷系統(tǒng)的特性而出現(xiàn)了制冷系數(shù)低，能量效率變劣的問(wèn)題。
因此，人們迫切要求開發(fā)一種能夠不受這樣法律的限制、適合于對(duì)大型冷凍物品進(jìn)行冷藏的制冷裝置。
本發(fā)明的目的是解決以往裝置的上述問(wèn)題，即提供一種能夠有效地對(duì)付對(duì)氟立昂的限制，以及預(yù)想的將來(lái)對(duì)HCFC、HFC的限制，并且制冷系數(shù)高，能量效率良好的斯特林制冷裝置。
在實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明權(quán)利要求1所述的斯特林制冷裝置中，其特征在于它裝備有冷庫(kù)，斯特林制冷機(jī)，設(shè)置于上述冷庫(kù)內(nèi)并且從上述斯特林制冷機(jī)的冷媒冷卻部上延長(zhǎng)、配置的冷熱冷媒管路。通過(guò)上述斯特林制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)，而由上述冷熱冷媒管路而使冷媒在上述管路和上述冷媒冷卻部?jī)?nèi)循環(huán)。
另外，如權(quán)利要求2所述的斯特林制冷裝置，其特征在于在權(quán)利要求1記載的斯特林制冷裝置中，作為冷媒，使用了乙醇或者氮?dú)饣蛘吆獾纫后w或者氣體。
另外，如權(quán)利要求3所述的斯特林制冷裝置，其特征在于在權(quán)利要求1記載的斯特林制冷裝置中，斯特林制冷機(jī)的散熱通過(guò)水冷式或者空氣冷卻方式進(jìn)行。
即，本發(fā)明的斯特林制冷裝置是使用了斯特林制冷機(jī)的制冷裝置，由此，不論對(duì)現(xiàn)在的氟立昂有什么限制，由于本發(fā)明使用了將來(lái)預(yù)想要限制的HCFC、HFC以外的冷媒，即乙醇等冷媒，因而能夠獲得增大制冷容量、制冷系數(shù)也可比現(xiàn)在的可提高的制冷裝置。


圖1是本發(fā)明第1實(shí)施例的視圖，所表示的是斯特林制冷裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是本發(fā)明第1實(shí)施例的視圖，表示的是斯特林制冷裝置結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)圖；圖3是本發(fā)明第1實(shí)施例的視圖，表示斯特林制冷機(jī)結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖4是本發(fā)明第1實(shí)施例的視圖，沿圖3的IV-IV方向看的切去一部分的視圖；圖5是本發(fā)明第1實(shí)施例的視圖，表示斯特林制冷裝置的降低特性的曲線圖；圖6是本發(fā)明第2實(shí)施例的視圖，表示斯特林制冷裝置結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)圖。
圖中1是斯特林制冷機(jī)，3是冷庫(kù)，9是冷熱冷媒管路，11是斯特林制冷機(jī)的冷媒冷卻部，15是斯特林制冷機(jī)的散熱部，17是散熱器，19是水泵，21是空氣冷卻風(fēng)扇。
下面參照?qǐng)D1-圖5說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施例。
圖1是表示本實(shí)施例的斯特林制冷裝置簡(jiǎn)略結(jié)構(gòu)的視圖，首先，斯特林制冷機(jī)標(biāo)號(hào)是1。另外，與該斯特林制冷機(jī)1相鄰接配置有冷庫(kù)3，該冷庫(kù)3由框架體5，設(shè)置于該框架體5的各內(nèi)周壁上的隔熱壁7，配置于該隔熱壁7內(nèi)周側(cè)上的冷熱冷媒管路9構(gòu)成。
另外，圖1中示出的是將冷熱冷媒管路9與冷庫(kù)3中隔熱壁7的一個(gè)面相對(duì)配置的模式，在實(shí)用裝置的情況下，除了冷庫(kù)3的為收容冷藏對(duì)象物而設(shè)置的開閉門(圖中未示)一面外，在冷庫(kù)3內(nèi)的隔熱壁7剩余的各個(gè)面上，與冷庫(kù)的冷凍容量相對(duì)應(yīng)，以適宜的間隔進(jìn)行配置。
上述斯特林制冷機(jī)1的圖中上端部設(shè)置有冷媒冷卻部11。上述的冷熱冷媒管路9與該冷媒冷卻部11相連接，在期間還安插有輸送冷熱冷媒的泵13。
另外，在斯特林制冷機(jī)1上設(shè)置有散熱部15。
在該散熱部15上連接有散熱器17，其間安插有水泵19。
另外，圖1中的符號(hào)21是空氣冷卻風(fēng)扇。
將以上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的斯特林制冷裝置系統(tǒng)地進(jìn)行表示，便如圖2所示的那樣，首先，在冷熱冷媒管路9與冷熱冷媒輸送泵13之間安插有吸入箱31。
該吸入箱31上通過(guò)儲(chǔ)存閥33連接著冷熱冷媒儲(chǔ)存箱35。
另外，吸入箱31上還連接有排放閥37。
在冷媒冷卻部11上的冷熱冷媒管路9中上連接著排氣口39。
而且，在散熱器17上分枝連接有管路41，在該管路41上通過(guò)儲(chǔ)存閥43連接儲(chǔ)水箱45。
此外，散熱器17在與排氣口47相連的同時(shí)，還連接著排放閥49。
在該實(shí)施例的情況下，冷媒最好使用乙醇(例如溶點(diǎn)為-114℃的酒精)等。
下面對(duì)斯特林制冷機(jī)1的結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D3及圖4進(jìn)行說(shuō)明。
本實(shí)施例中的斯特林制冷機(jī)1，作為其驅(qū)動(dòng)部，使用了現(xiàn)有的壓縮機(jī)，例如半封閉型壓縮機(jī)，首先，從該壓縮機(jī)一側(cè)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖3及圖4所示，50是以帶有缸體51的鑄造物形成的殼體，在該殼體50內(nèi)通過(guò)分隔壁52劃分出電機(jī)室53和曲軸室54，在該電機(jī)室53中收容有電機(jī)部件55，曲軸室54中則收容有將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)部56。該機(jī)構(gòu)部56在使用半封閉型壓縮機(jī)的情況下，具有壓縮部件的功能。
電機(jī)室53的開口以及曲軸室54的開口分別以封閉部件57封閉，這些封閉部件57是通過(guò)高氣密性的密封墊片58由多個(gè)螺栓59固定在殼體50上的。另外，高氣密性墊片58介裝于各個(gè)部件的接合部之間，對(duì)它們進(jìn)行密封。
在殼體50內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)地配置有用軸支撐于分隔壁52的軸承部60上的曲軸61。電動(dòng)部件55由固定在殼體50的電機(jī)室53內(nèi)周壁上的定子62和可旋轉(zhuǎn)地配置于該定子62內(nèi)周側(cè)的轉(zhuǎn)子63構(gòu)成，在該轉(zhuǎn)子63的中央固定曲軸61。64的端子箱，將電動(dòng)機(jī)部件55與外部電源(圖中未示)相連接。
機(jī)構(gòu)部56由在曲軸61的曲軸室54內(nèi)延伸的曲軸部65a、65，與該曲軸部65a、65b相連接的連桿66a、66b，以及安裝在該連桿66a、66b前端的橫向?qū)蝾^67a、67b構(gòu)成，具有后述的斯特林制冷機(jī)部分的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用。另外，在曲軸61上安裝有使斯特林制冷機(jī)部分平衡用的平衡重61a、61b。橫向?qū)蝾^67a、67b可往復(fù)移動(dòng)地配置在在殼體50的缸體51內(nèi)壁上所設(shè)的橫向?qū)к?8a、68b內(nèi)。這樣，缸體51帶有了給橫向?qū)蝾^67a、67b導(dǎo)向的橫向?qū)蚬δ?。曲軸部65a、65b形成有90°的相位差。
斯特林制冷機(jī)部69是通過(guò)在殼體50的曲軸室54上部配置壓縮缸70，在該壓縮缸上配置膨脹缸71而形成的。
壓縮缸70由通過(guò)螺栓72而固定在殼體50上的壓縮缸體73，在該壓縮缸體的空間74內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的將該空間壓縮成壓縮空間75而成為高溫室76的壓縮活塞77，以及一端固定在該壓縮活塞上，另一端通過(guò)銷78a可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在橫向?qū)蝾^67a上的壓縮活塞連桿79構(gòu)成。在空間74中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓縮活塞77由于在上死點(diǎn)及下死點(diǎn)的滑動(dòng)方向發(fā)生反轉(zhuǎn)，其速度變?yōu)榱?，因此在上死點(diǎn)及下死點(diǎn)附近其速度降低，單位時(shí)間的容積變化量也小。而分別在從下死點(diǎn)向上死點(diǎn)以及從上死點(diǎn)向下死點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的中間點(diǎn)上變?yōu)樽罡咚俣?，因活塞移?dòng)而使單位時(shí)間容積的變化量變?yōu)樽畲蟆?br> 膨脹缸71則由通過(guò)螺栓(圖中未示)固定在壓縮缸70上部的膨脹缸體80，在膨脹缸體80的空間81內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，使該空間的上部膨脹為膨脹空間82而成為低溫室83，同時(shí)在下部形成工作空間84的排出活塞85，以及一端固定在該排出活塞上，另一端穿過(guò)壓縮缸體73而通過(guò)銷78b可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在橫向?qū)蝾^67b上的排出活塞連桿86構(gòu)成。排出活塞連桿86在壓縮缸體73的貫通孔87上通過(guò)軸封裝置88進(jìn)行密封。
壓縮活塞77比排出活塞85的相位晚90°，另外，壓縮活塞77與排出活塞85的滑動(dòng)面上分別設(shè)有密封環(huán)89。
在壓縮缸體73和膨脹缸體79上形成有將壓縮空間75與工作空間84相連通的連通孔90。
膨脹缸體80上形成有將膨脹空間82與工作空間84相連通的通路91，該通路91上依次設(shè)置有對(duì)外部進(jìn)行冷卻的冷卻器92，蓄冷器93以及散熱器94(散熱部15)。
作為斯特林制冷機(jī)1的工作氣體，可以使用例如氦氣，氫氣，氮?dú)獾龋趯?shí)施例中使用的是氦氣。
下面對(duì)斯特林制冷機(jī)1的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
該斯特林制冷機(jī)1由“一個(gè)排出器+一個(gè)活塞，熱交換器環(huán)狀配置”而構(gòu)成。
首先，通過(guò)電動(dòng)部件55使曲軸61旋轉(zhuǎn)，曲軸室54內(nèi)的曲軸部65a、65b以90°相位差旋轉(zhuǎn)。可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在該曲軸部65a、65b上的連桿66a、66b滑動(dòng)，使安裝在連桿前端的橫向?qū)蝾^67a、67b在氣缸51上所設(shè)的橫向?qū)к?8a、68b上往復(fù)移動(dòng)。通過(guò)橫向?qū)蝾^67a上由壓縮活塞連桿79進(jìn)行連接的壓縮活塞77，將壓縮缸體63內(nèi)的壓縮空間65的工作氣體在壓縮活塞77朝上死點(diǎn)移動(dòng)時(shí)進(jìn)行壓縮，從連通孔90導(dǎo)入工作空間84內(nèi)。導(dǎo)入該工作空間84內(nèi)的工作氣體通過(guò)橫向?qū)蝾^67b上由排出活塞連桿86所連接的排出活塞85的向下的移動(dòng)而排出到散熱器94中。這樣，通過(guò)該散熱器94向外部散熱的工作氣體由蓄冷器93冷卻，通過(guò)冷卻器92流到膨脹空間82內(nèi)。工作氣體只能根據(jù)排出活塞85的移動(dòng)而在工作空間84與膨脹空間82之間移動(dòng)，因此膨脹空間82與工作空間84之間的移動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生壓力變化。也就是說(shuō)，只有排出活塞85不能引起壓縮或者膨脹。
因此，在排出活塞85朝著下死點(diǎn)移動(dòng)到90°的位置處其速度最大時(shí)，壓縮活塞77才到達(dá)上死點(diǎn)，速度變?yōu)榱?。這樣，壓縮活塞77在朝下死點(diǎn)移動(dòng)時(shí)速度慢，壓縮空間75內(nèi)的容積增大的變化相對(duì)較小，而排出活塞85的速度最大時(shí)，工作空間84和膨脹空間82的容積變化大，因此工作空間84內(nèi)的工作氣體移動(dòng)到膨脹空間82內(nèi)。另外，排出活塞85到達(dá)下死點(diǎn)附近時(shí)，膨脹空間82內(nèi)的容積也達(dá)到最大。這時(shí)，壓縮活塞77處于向下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的中間位置轉(zhuǎn)角90°附近，速度也變?yōu)樽畲?。因此，壓縮空間75內(nèi)的工作氣體開始膨脹，該工作氣體的壓力一旦降低，膨脹空間82內(nèi)的工作氣體就會(huì)向壓縮空間75內(nèi)瞬時(shí)移動(dòng)，同時(shí)，開始膨脹，產(chǎn)生冷熱。
膨脹空間82內(nèi)變冷的工作氣體通過(guò)排出活塞85向上死點(diǎn)移動(dòng)，膨脹空間82縮小而從膨脹空間82排出到冷卻器92中，在冷卻器92中與冷媒冷卻部11進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生冷卻，而在蓄冷器93中蓄熱，在散熱器94中與散熱部15的水進(jìn)行熱交換流入到工作空間84中，從該工作空間84通過(guò)與壓縮空間85相連通的連通孔90吸入，之后反復(fù)進(jìn)行同樣的循環(huán)，這樣便能夠通過(guò)斯特林制冷機(jī)1將冷媒冷卻部11冷卻到-30℃至-200℃的超低溫。
以上說(shuō)明壓縮活塞77和排出活塞35相位差為90°，在60°-120°的相位差的情況下也具備斯特林循環(huán)機(jī)構(gòu)的功能。
冷媒冷卻部11上設(shè)置有與冷熱冷媒管路9相連接的入口管路11a和出口管路11b。
這樣，通過(guò)冷熱冷媒管路9將冷熱輸送冷媒(氦)在冷庫(kù)3以及冷媒冷卻部11(冷卻器92)之間循環(huán)。這時(shí)，冷媒在冷媒冷卻部11中冷卻，通過(guò)冷熱冷媒管路9流到冷庫(kù)3一側(cè)，由此對(duì)冷庫(kù)3進(jìn)行冷卻。在冷庫(kù)3內(nèi)流通的冷媒再度返回到上述冷媒冷卻部11中，在此進(jìn)行冷卻。以下進(jìn)行同樣的循環(huán)。
另一方面，在斯特林制冷機(jī)1中，通過(guò)散熱部15(散熱器94)、散熱器17可以進(jìn)行散熱。
在圖5中示出本實(shí)施例的斯特林制冷裝置的降低特性曲線。圖5是以橫軸為時(shí)間(hr)，縱軸為冷庫(kù)3內(nèi)的溫度，表示出其時(shí)間變化。
然而，這是以氦氣(He)的平均壓力為3MPa、斯特林制冷機(jī)1的轉(zhuǎn)速為1200rpm、冷卻水溫度為34℃進(jìn)行的。
下面參照?qǐng)D6說(shuō)明本發(fā)明的第2實(shí)施例。在上述第1實(shí)施例的情況下，斯特林制冷機(jī)的散熱是通過(guò)水進(jìn)行的，而在第2實(shí)施例的情況下，則用空氣進(jìn)行冷卻。
其它的結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例的情況相同，相同的部分用相同的符號(hào)表示，在此省略對(duì)其的說(shuō)明。
如以上所詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明的斯特林制冷裝置具有以下的效果。
(1)由于使用斯特林制冷機(jī)構(gòu)成制冷裝置，在其冷卻部的構(gòu)成上不會(huì)存在困難，通過(guò)使用氟立昂以外的乙醇、氮?dú)?、氦氣等冷媒，可以?duì)大容量的冷庫(kù)進(jìn)行適合的冷媒循環(huán)以提供能進(jìn)行所要求溫度級(jí)的冷藏的制冷裝置。
因此，能夠針對(duì)特定氟立昂(CFC)的限制，同時(shí)能夠提供適合于對(duì)金槍魚等肉食或者生物的細(xì)胞等進(jìn)行長(zhǎng)期保存的大型冷庫(kù)。
(2)同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的冷庫(kù)和斯特林制冷機(jī)兩者之間相互配置，通過(guò)冷熱冷媒管路對(duì)上述冷媒進(jìn)行循環(huán)，具有進(jìn)行適當(dāng)放熱的結(jié)構(gòu)，而且在將冷媒直接向冷凍室供給的情況下不產(chǎn)生霜，冷媒可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)、散熱，因此，制冷系數(shù)也高，并且能量效率也良好。
(3)另外，如果將制冷機(jī)的散熱通過(guò)空冷方式進(jìn)行，還能使裝置得到廉價(jià)的結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種斯特林制冷裝置，其特征在于它裝備有冷庫(kù)，斯特林制冷機(jī)和設(shè)置于上述冷庫(kù)內(nèi)并且從上述斯特林制冷機(jī)的冷媒冷卻部上延長(zhǎng)、配置的冷熱冷媒管路，通過(guò)上述斯特林制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)，經(jīng)上述冷熱冷媒管路而使冷媒在上述管路和上述冷媒冷卻部?jī)?nèi)循環(huán)。
2.如權(quán)利要求1所述的斯特林制冷裝置，其特征在于作為冷媒，使用了乙醇或者氮?dú)饣蛘吆獾纫后w或者氣體。
3.如權(quán)利要求1所述的斯特林制冷裝置，其特征在于斯特林制冷機(jī)的散熱通過(guò)水冷式或者空氣冷卻方式進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用斯特林制冷機(jī)的斯特林制冷裝置,它裝備有冷庫(kù),斯特林制冷機(jī),設(shè)置于上述冷庫(kù)內(nèi)并且從上述斯特林制冷機(jī)的冷媒冷卻部上延長(zhǎng)、配置的冷熱冷媒管路。通過(guò)上述斯特林制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng),而由上述冷熱冷媒管路而使冷媒在上述管路和上述冷媒冷卻部?jī)?nèi)循環(huán)。通過(guò)使用氟立昂以外的乙醇、氮?dú)狻⒑獾壤涿?可以對(duì)大容量的冷庫(kù)進(jìn)行適合的冷媒循環(huán)以提供能進(jìn)行所要求溫度級(jí)的冷藏的制冷裝置。
文檔編號(hào)F25B9/14GK1192525SQ9712227
公開日1998年9月9日 申請(qǐng)日期1997年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月15日
發(fā)明者関谷弘志, 福田榮壽 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社