CN1208545C - 史特林冷冻机 - Google Patents

Abstract

一种史特林冷冻机，可防止油上升及提高油封波纹管的寿命。包括：一外壳、一汽缸、一活塞、一活塞杆及一油封波纹管。其中外壳，配设有一马达及一曲柄。汽缸固定于外壳的顶部。活塞于汽缸内往复运动。活塞杆和曲柄连动，一端连结到活塞，并贯通外壳。油封波纹管，密封外壳及汽缸之间。油封波纹管的先端密封地固定于汽缸内的活塞或活塞杆，而其基端安装于外壳。且油封波纹管进行一冲程的往复运动，此冲程是，油封波纹管的先端部从自由长的位置压缩到压缩侧，再返回自由长的位置。

Description

史特林冷冻机

技术领域

本发明是有关于一种史特林冷冻机。

背景技术

近年来，关于地球环境问题，作为代替氟碳致冷剂的冷冻装置，史特林冷冻机渐展露头角。史特林冷机，为比公知的冷却装置的使用温度范围更广，且可适用于，从冷冻库、电冰箱、投入式空调等的工业用或家庭用的冷热利用机器开始，到低温液循环器、低温恒温器、恒温槽、热冲击试验装置、冻结干燥机、温度特性试验装置、血液.细胞保存装置、冷却空调(cold air conditioner)，及其它各种的冷热装置等各式各样产业的冷热利用机器，其为不占空间、性能系数(coefficientof performance)高且能量效率佳的冷冻机。

又，史特林冷冻机等的热机，以密闭状态把工作气体封入外壳内。此外壳是构成其本体，且具有曲柄室及马达室。更，在史特林冷冻机中，工作气体是在压缩室(高温室)和膨胀室(低温室)之间流动，且沿此流路配设有放热用热交换器(高温侧热交换器)、再生器及冷却用热交换器(低温侧热交换器)。以放热用热交换器及冷却用热交换器，分别进行冷热冷媒及放热用冷媒的热交换，并利用再生器进行工作气体的热的授受，以分别提高热交换的性能。

像这样，工作气体的压缩、膨胀，经由以马达驱动的曲柄轴中连结杆(connecting rod)等的驱动机构以对所装设的压缩活塞、膨胀活塞进行动作，在曲柄轴上安装有防振用的平衡器。

又，在像这样的史特林冷冻机等的史特林特机的曲柄室及缓冲室(压缩汽缸和膨胀汽缸内的活塞背面侧的空间)中，设有用以注入工作气体的连结器，此连结器可连接到工作气体的供给源，以将工作气体注入到内部。

兼作压力调整器的压力传感器，通过压力传感器固定件(fitment)以装脱自如的方式安装到安装块上(参照如后述公知例的图7B)，此安装块从连结器注入工作气体。

又，在史特林冷冻机中，油雾(oil mist)会从曲柄室沿着活塞杆上升，也就是有油上升的问题点。此油上升，当油和油雾进入汽缸时，会附着于内面，影响活塞的密封性，不仅会使耐久性、信赖性降低，还会对压缩的气体及对于油的投入到先送气的压缩气体利用装置内、压缩气体利用装置和由此装置处理的各种零件产生不良的影响。

为了解决此油上升的问题，公知的活塞杆是利用环状油封(oilring seal)以密封。此环状油封一般为橡胶制，虽已开发了各式各样的结构及材料，但是密封性能、耐久性不一定够。

因此，本发明人提出一种油封用的波纹管(bellows，参照日本专利申请案特愿平10-365371号案)，以作为史特林冷冻机的活塞杆密封(rod seal)。在此日本专利申请案特愿平10-365371号的发明中，在史特林冷冻机的外壳内的空间和压缩汽缸及膨胀汽缸之间，设有油封用的金属波纹管，其可防止从曲柄室沿活塞杆的表面流入压缩汽缸及膨胀汽缸内的油上升。

安装在曲柄轴上的平衡器通常以螺丝固定在形成于曲柄轴上的安装面(一般形成平坦面)，然而，在动作时其安装位置会以上述螺丝为中心相对于曲柄轴移动(转动)，因而产生防振功能降低的问题点。

工作气体注入用的连结器虽设计成从史特林热机的本体分开，但即便如此，在史特林热机的动作中仍会受到其振动的影响，而使连结器固定用螺丝(具体地说为螺帽nut等)松动，产生工作气体泄漏的问题点。

在史特林冷冻机中，为了防止油沿着活塞杆(油上升)从曲柄室流入到驱动用的汽缸(压缩汽缸和膨胀汽缸)，驱动用的汽缸是从曲柄室以油封密封。然而，因曲柄室和驱动用的汽缸之间的工作气体的压力差，会产生油封不全或是油封破损等的问题点。

在此，需要定期检查曲柄室的工作气体压力、通过连结器注入、调节压力传感器所附设的喇叭螺帽(flare nut)，或是调整工作气体的压力。公知，喇叭螺帽埋入于压力传感器固定件内，因其为不容易接近的结构(参照后述公知例的图7B)，是故在维修点检、修理等的维修时，便无法很容易地调整工作气体。

然而，本发明人认为，虽在史特林冷冻机中，装配如上所述的油封波纹管，开发出可进一步提高油封波纹管的寿命的结构，但使油封波纹管以一定冲程往复运动时，重复往压缩方向及伸张方向动作时，对于重复疲劳的减轻并不是很好。

再生器一般是由微细的金属网线材充填而构成，因为此金属网线材经年劣化的部份会被切成切屑，并且会和工作气体流入到热交换器、高温室、低温室等，工作气体的流动阻抗会增加，因而会妨碍活塞动作的平滑度，造成性能劣化或是损伤的原因。

构成高温室或低温室的汽缸侧的空间、外壳以及外壳的空间是由油封波纹管等活塞杆密封，使油不会从外壳的曲柄室流入汽缸侧的空间，因汽缸侧的空间和外壳内的工作气体有压力差，所以活塞杆密封变成负荷不良，且会产生破损。又汽缸侧的空间的压力不安定，热机的性能不稳。

一般外壳是由铸造制成，但因在此外壳内填入的工作气体为He等分子量小的气体，需注意从铸件的薄壳部漏出工作气体的问题。

特别是，当在铸件外壳的薄壳部上以螺丝固定安装端子箱(terminal box)等的附属零件时，因在螺孔的厚度变得更薄，工作气体会从螺孔通过此更薄的薄壳部，泄漏到外部，因而外壳内的工作气体压力会减少，便会产生上述活塞杆密封的功能及耐久性的问题，及热机性能的问题。

发明内容

本发明的目的是，解决平衡器的安装位置会相对于曲柄轴移动的问题点，其课题是将平衡器固定在曲柄轴上，并使平衡器安装位置不移动，以不使防振功能降低。

本发明是以解决像这样的问题为目的，其课题是阻止连结器(coupler)的固定螺丝松动，以防止工作气体的泄漏。

本发明是以解决上述公知例的问题点为目的，其课题可容易地调整曲柄室的工作气体，即使不取下压力传感器的压力调整用喇叭螺丝等特别的零件，也可实现很容易接近的压力传感器的安装固定件及安装结构。

本发明的目的是实现一种可防止史特林冷冻机油上升、密封性更高且寿命长的油封波纹管，以图谋史特林冷冻机的性能提高，以及信赖性耐久性的提高。在此处，本发明根据上述的发现，实现谋求油封波纹管的寿命提高的油封波纹管结构为课题。

本发明以解决上述公知例的问题点为目的，其课题是，即使金属网线材的切屑发生，其和工作气体也不会从再生器流出，通过此结构，可防止切屑造成的困扰，维持史特林冷冻机的性能，且可防止装置的损伤。

本发明是以解决将工作气体封入史特林热机中的问题点，以螺丝把附属零件固定在外壳的薄壳部上，通过此结构，可实现防止工作气体从螺孔通过薄壳部而漏出的固定结构。

为解决上述的课题，本发明提出一种史特林冷冻机，其特征在于包括：外壳、汽缸、活塞、活塞杆及油封波纹管。其中外壳，配设有马达及曲柄，为铸造制作，用以将工作气体封于外壳的内部，且外壳的一部份具有厚度较薄的薄壳部，且于薄壳部上安装有一附属零件，此附属零件是以一自攻螺丝钉固定于薄壳部上。汽缸是，固定于外壳的顶部。活塞是在汽缸内往复运动。活塞杆和曲柄连动，一端连结到活塞，并贯通外壳。油封波纹管，密封外壳及汽缸之间。油封波纹管的先端密封地固定于汽缸内的活塞或活塞杆，而其基端安装于外壳。油封波纹管进行一冲程的往复运动，此冲程，油封波纹管的先端部从自由长的位置压缩到压缩侧，再返回自由长的位置。

上述油封波纹管适用于一压缩汽缸及一膨胀汽缸两者或是其中之一。

上述附属零件，举例而言，为一端子箱。

上述工作气体为氦、氢或氩气。

又，本发明提供一种史特林冷冻机，还包括一平衡器安装结构，且曲柄更具有一曲柄轴，曲柄轴以马达驱动，平衡器安装结构以一螺丝将一平衡器往曲柄轴固定安装。其特征在于：在曲柄轴及平衡器相互接触的各个面上，形成有从螺丝偏心的一小孔。且一定位销插入小孔内，以阻止平衡器在曲柄轴的一安装面上移动。

上述形成在该各个面的该小孔及插入该小孔内的该定位销为1或2个以上。

上述定位销为具有一切口的一开口销。

又，本发明提供一种史特林冷冻机，还包括一工作气体注入用连结器的安装结构，以连接从一工作气体供给源而来的一工作气体供给管，并将工作气体注入史特林冷冻机。其特征在于，工作气体注入用连结器的安装结构包括：固定螺丝、连结器安装固定件及连结器防振用固定件。其中固定螺丝，固定连接连结器及工作气体供给管。连结器防振用固定件，和连结器同时固定于连结器安装固定件上。

上述连结器防振用固定件固定于该连结器安装固定件上，并以接触到该固定螺丝的方式使该固定螺丝不松动。

上述之史特林冷冻机，还包括一曲柄室或一缓冲室，其中工作气体注入用连结器，把工作气体注入到曲柄室或缓冲室。

上述防振用固定件为一具有门型剖面凸缘的构件也可。

上述防振用固定件为一对剖面呈L型的构件也可。

又，本发明提供一种史特林冷冻机，还包括一曲柄室、一安装块及一压力传感器安装结构，安装块具有一通孔，通孔连通到曲柄室，且供给一工作气体的一管子连通到安装块之通孔。其特征在于：在安装块上，通过固定具有间隙的一压力传感器安装固定件，以安装可调整压力的一压力传感器，从间隙插入一调整部件，以进行压力传感器的压力调节。

上述压力传感器安装固定件，其平面形状作成ユ字型。

本发明更提出一种史特林冷冻机，还包括一高温室及一放热用热交换器、一低温室及一冷却用热交换器、一工作气体的流路以及一再生器，工作气体的流路位于高温室及低温室之间，且再生器配设在放热用热交换器及冷却用热交换器之间。其特征在于：在再生器的两端分别具有工作气体的出入口，且在出入口上分别配设一过滤器。

上述再生器是由微细的金属网线材所形成。

上述过滤器是由烧结的一多孔性金属或是一陶瓷材料所形成。

附图说明

图1为本发明的史特林冷冻机全体的正视图；

图2为图1的史特林冷冻机的主要部份示意图；

图3为图1的史特林冷冻机局部剖面的右侧视图；

图4A为本发明的平衡器52的安装剖面示意图；

图4B为图4A沿A-A剖线的剖面图；

图4C为定位销的斜视图；

图4D为公知平衡器的安装结构示意图；

图5为史特林冷冻机的背面视图；

图6A为说明供给史特林冷冻机1的工作气体的连结器主要部份的平面图；

图6B为图6A的侧面图；

图6C为图6B沿A-A剖线的剖面图；

图7A为本发明的压力传感器安装固定件158的结构；

图7B为公知例的压力传感器安装固定件58′的结构；

图8A、图8B为本发明的史特林冷冻机的油封波纹管和公知技术相比较的说明图，图8A为本发明，图8B为公知技术；

图9A、图9B为再生器的结构和公知例比较的说明图，图9A为本发明的再生器30，图9B为公知例；

图10A为史特林冷冻机的本体外壳的平面图；

图10B为图10A沿A-A剖线的剖面图；

图11A为图10B的要部放大图；

图11B为薄壳部456的剖面图；

图11C、图11D为将端子箱固定于本发明的薄壳部的动作状态；

图11E、图11F为将端子箱固定于公知的薄壳部的动作状态。

1：史特林冷冻机                  2：外壳

4：马达室                        5：曲柄室

6：马达                          7：曲柄轴

8、9：连结轴                     12、13：曲柄部

14：座部                         15：汽缸体

17：压缩汽缸                     18：膨胀汽缸

19：压缩活塞                     20：高温室

21：压缩活塞杆                   22：(压缩侧)油封波纹管

23：(放热用热交换器的)内侧汽缸

24：(冷却用热交换器的)内筒       25：膨胀活塞

26：低温室                       27：膨胀活塞杆

28：(膨胀侧)油封波纹管           29：放热用热交换器

30：再生器                       31：冷却用热交换器

34：(汽缸体的)放热用热交换外壳   40：冷却水路

44：冷却用热交换外壳             48：缓冲室

51：缓冲槽                       52：平衡器

53：平坦的安装面                 54：螺孔(母螺纹)

55、58：小孔                     56：公螺丝

57：公螺纹的插孔               58′：压力传感器安装固定件(公知例)

59：定位销                     63：连结块

64、67：固定螺帽               65、68：防振用固定件

66、69：螺栓                   152、161：连结器安装固定件

153：连结器(曲柄室用)          154：工作气体供结管

155：连结管                    156：安装块

157：通孔                      158：压力传感器安装固定件

159：压力传感器                160：连结器(缓冲室用)

162：连结管

252：(压缩侧)油封波纹管的下端部

253：油封波纹管固定板

254：(压缩侧)油封波纹管的上端部

255：油封波纹管安装板

256：(膨胀侧)油封波纹管的下端部

257：(膨胀侧)油封波纹管的上端部

258：膨胀活塞杆的大径部        259：套筒

260：螺帽                      261：自攻螺丝钉

353：金属网状的线材

354：圆圈状空间的上端出入口

355：圆圈状空间的上端出入口

356：再生器的过滤器             362：螺栓

452：圆圈状的空间               453：平坦面

454：配线用通孔                 455、359：自攻螺丝钉

460、461：螺孔                  552：端子箱

具体实施方式

本发明的实施形态是根据实施例，并参照以下的图面以说明。图1～图3为说明本发明适用的史特林冷机示意图，图1为说明史特林冷冻机1的全体结构的正视图。图2为说明史特林冷冻机1的主要部份的图，图3为局部剖面的右侧视图。

构成史特林冷冻机1的本体的外壳2是以铸造形成，其内部保持成密闭状态，以封入工作气体。在此外壳2内，具有经由区隔壁3相互连通的马达室4和曲柄室5。在此马达室4内配设有可正逆回转的马达6，又在曲柄室5内配设有曲柄轴7、连结杆8、9和横向导引头(cross guide head)10、11等的驱动机构。

曲柄轴7的两个曲柄部12、13，于马达6正转时，曲柄部13会比曲柄部12先移动，因而形成相位差。此相位差一般是采用约90度的相位差。在曲柄部12、13上，安装有连结杆8、9，更在此连结杆8、9上安装有横向导引头10、11。

在外壳2的曲柄室5的上部上，汽缸体15是经由座部14以螺栓安装着。汽缸体15形成压缩汽缸17，同时并形成膨胀汽缸18的一部份(下部)。

压缩活塞19是在压缩汽缸17内往复运动。压缩汽缸17内的压缩活塞19的上方空间(压缩空间)为高温室20，在其中工作气体被压缩而成为高温。压缩活塞杆21，连结压缩活塞19和横向导引头10，并从曲柄室5往压缩汽缸17伸长。油封波纹管22安装在压缩活塞杆21和外壳2的上部之间，以密封压缩汽缸17和曲柄室5之间，防止从曲柄室5而来的油上升。

一方面，膨胀汽缸18，其下部是由上述的汽缸体15所构成，其上部是由后述的放热用热交换器29的内侧汽缸23和冷却用热交换器的内筒24所构成。膨胀活塞25在此膨胀汽缸18内往复滑动，膨胀汽缸18的膨胀活塞25的上方空间(膨胀空间)为低温室26，工作气体是在其中膨胀而成为低温。

膨胀活塞杆27，连结膨胀活塞25和横向导引头11，并从曲柄室5伸到膨胀汽缸18内。油封波纹管28，安装在膨胀活塞杆27和外壳2的上部之间，以密封膨胀汽缸18和曲柄室5之间，并防止从曲柄室5而来的油上升。膨胀活塞25，只比压缩活塞19先移动90度的相位。

以包围住膨胀汽缸18的方式，放热用热交换器(高温侧热交换器)29、再生器30及冷却用热交换器(低温侧热交换器)31相互连通而配设成环状。在放热用热交换器29的下端，和膨胀汽缸18的周围上，形成有歧管(manifold)(工作气体用的流路)32。

在压缩汽缸17的上端部上，形成有和高温室20及歧管32相连通的连通孔33。高温室20和低温室26，经由连通孔33、歧管32、放热用热交换器29、再生器30及冷却用热交换器31顺次连通以构成。

汽缸体15，其上部具有放热用热交换外壳34。在此放热用热交换外壳34和内侧汽缸23之间，嵌合有热交换器筒37，以构成放热用热交换器(高温侧热交换器)29。热交换器筒37，在其内面具有形成工作气体流路的细沟35，在其外面具有放热片(fin)36。

工作气体通过细沟35，且放热用热交换外壳34和放热片36之间的放热路38通过冷却水的流动，把工作气体的温热放热到冷却水中。在汽缸体15的左右两侧面上，水密固定着盖板39，在此盖板39和汽缸体15之间形成冷却水路40。此冷却水路40，和入口41相通以连通到放热路38，并围住压缩汽缸17和膨胀汽缸18。

在放热路38中设有冷却水的流入口42，在冷却水路40中设有流出口43，流入口42和流出口43，经由图未绘出的冷却水循环路及冷却水循环用泵，以连接到具有冷却片的气冷(air-cooling)的放热器(radiator)。

内筒24的下部，和内侧汽缸23嵌合，以构成膨胀汽缸18的一部份，在此内筒24的上部外周侧上，配设有冷却用热交换外壳44，其是以可拆卸的方式固定在汽缸体15上。冷却用热交换外壳44，在其内面具有多个细沟45，和内筒24嵌合以形成工作气体流路46，在其外面具有冷却片47。以此方式，构成冷却用热交换器(低温侧热交换器)31。

此冷却用热交换器31，进行利用本发明的史特林冷冻机的冷热的冷热利用机器的冷热冷媒的冷却。冷热冷媒可使用空气、水、酒精、HFE、PFC等。

在内筒24和冷却用热交换外壳44之间的环状空间中配设由金属筛(mesh)等的蓄冷材所构成的再生器30。

油封波纹管28和膨胀活塞25之间的空间(和油封波纹管22与压缩活塞19之间的空间相同)，称之为缓冲空间(缓冲室)48。缓冲空间48经由后述的管49和连结块63连接到缓冲槽51，缓冲槽51，从管50连接到外壳2的曲柄室5(连接到马达室4也可)。

连结器153，固定在连结器安装固定件152上，如图6C所示，具有门型剖面的凸缘(flange)防振用固定件65从左右上下夹住此连结器153，以接触到连结器153的固定螺帽64，并利用螺栓66安装到连结器安装固定件152。

本发明的如上述结构的史特林冷冻机具有其次的特征。本发明的史特林冷冻机1，如图4A、图4B所示，在曲柄轴7上安装着平衡器52。此平衡器52的安装结构如图4A、图4B所示。图4A为本发明的平衡器52的安装剖面示意图，图4B为图4A沿A-A剖线的剖面图，图4C为定位销的斜视图。图4D为绘示公知平衡器的安装结构示意图。

在曲柄轴7上面的一部份，形成有平坦的安装面53，此平坦的安装面53为如图4B所示，安装并接触到平衡器52。在曲柄轴7的平坦面53上，形成有螺孔54(母螺纹)，同时从螺孔54(母螺纹)偏心的位置形成有小孔55。一方面，在平衡器52上，形成有公螺丝56插通的插通孔57，且在其底部52′上和小孔55同内径的小孔58，形成在从公螺丝56偏心的位置。

主要是，在相互接触的曲柄轴7的平坦安装面53和平衡器52的底部52′上，从螺孔54和公螺丝56偏心的位置处分别形成有小孔55、58。

在往曲柄轴7安装平衡器52时，首先，在平坦安装面53的小孔55或平衡器52的小孔58内，插入如图4C所示的定位销59。此定位销59利用形成有切口60的开口销(spilt pin)。在平衡器52的小孔58或平坦安装面53的小孔55内插入定位销59，将平衡器52载置到平坦安装面53上。然后，公螺丝56插通到平衡器的插通孔57，以螺合到曲柄轴7的螺孔54内。以此方式，完成平衡器52往曲柄轴7的固定。

本发明如上述构成的史特林冷冻机更具有其次的特征。图5为从里侧所见的图1的史特林冷冻机图(背面图)，特别是绘示出冷冻机1的全体的轮廓。图6A为说明供给史特林冷冻机1的工作气体的连结器主要部份的平面图，图6B为图6A的侧面图，图6C为图6B沿A-A剖线的剖面图。

在缓冲槽51的下部，经由连结器安装固定件152安装有连结器153以将工作气体注入到曲柄室5。工作气体供给时，连接到外部工作气体供给源的工作气体供给管154利用固定螺帽64(本实施例的固定螺丝为一例示)装脱自如地连接到连结器153上。

连接管155的一端连接到连结器153，其另一端连接到安装块156上。安装块156具有通孔157，此通孔157通过外壳2的贯通孔(图未绘示)，连通到曲柄室5。连结管155，通过安装块156的通孔157连通到外壳2内。在安装块156上固定有压力传感器安装固定件158，利用此压力传感器安装固定件158以安装压力传感器159。

在连结器153的上方，利用连结器安装固定件161安装有连结器160，以将工作气体注入到缓冲室48。连结器160利用连结管162连接到连结块63，更利用管49连接到史特林冷冻机1的缓冲室48。连结块63利用管49连接到缓冲槽51。

当工作气体供给到缓冲室48时，连接到外部工作气体供给源的工作气体供给管154，利用固定螺帽67(本实施例中的固定螺丝为一例示)以装脱自如的方式连接到和连结器153相同的连结器160。

同样地，连结器160固定在连结器安装固定件161上，从左右上下夹住此连结器160，并以接触到连结器160的固定螺帽67的方式，利用螺栓69把具有门型剖面凸缘的防振用固定件68安装到连结器安装固定件161上。

本发明如上述构成的史特林冷冻机更具有其次的特征。压力传感器安装固定件158固定在此安装块156上，利用此压力传感器安装固定件158以安装压力传感器159。图7A、图7B为本发明的压力传感器安装固定件158的结构和公知例相比较的说明图，图7A为本发明的压力传感器安装固定件158的结构，图7B为公知例的压力传感器安装固定件58′的结构。

在图7A中，可调整压力的压力传感器159，通过连通管261连通的方式，利用螺栓260固定到安装块156的通孔157内。压力传感器159，放出工作气体，并可调整曲柄室5内的工作气体的压力。

公知例的压力传感器安装固定件58′形成如图7B所示的矩形，因螺栓260位于压力传感器安装固定件58′和外壳2之间，在压力传感器固定件58′安装之后，无法利用螺栓260调节。

在此处，为了解决此问题，本发明的压力传感器安装固定件158，将如图7A所示的平面形状做成ㄈ字型。因此，从ㄈ字型的压力传感器安装固定件158的间隙插入板手等的调整部件，可轻易地调整压力。

本发明如上述结构的史特林冷冻机，其特征在于采用其次说明的结构。在本发明的史特林冷冻机中，其采用如图2所示的安装后的压缩侧和膨胀侧的油封波纹管22、28的结构特征。图8A、图8B绘示史特林冷冻机的油封波纹管中，本发明和公知技术相比较的说明，图8A为本发明，图8B为公知技术。

本发明中使用的油波纹管22、28的材料，可以是焊接SUS材而形成的金属波纹管，也可以是由树脂材一体形成的树脂波纹管。

如图2所示，压缩侧油封波纹管22，其下端部252焊接到油封波纹管固定板(以下称为“固定板”)，其上端部254焊接到油封波纹管安装板(以下称为“安装板”)255。油封波纹管固定板253利用座部14固定到外壳2的上面。安装板255利用螺帽固定到压缩活塞19上。

又如图2所示，膨胀侧油封波纹管28，和压缩侧油封波纹管22同样地，其下端部256焊接到固定板253上，其上端部257焊接到安装板255。油封波纹管固定板253，利用座部14固定到外壳2的上面。安装板255利用螺帽并经由套筒259固定到膨胀活塞杆27的大径部258。

压缩侧油封波纹管22及膨胀侧油封波纹管28，按照压缩活塞19及膨胀活塞18的往复运动的冲程(stroke)而各别在冲程内往复运动。压缩侧及膨胀侧波纹管22、28，其各别的直径、自由长度及冲程等并不需限定为相同，如图8A所示，将此些以自由长为L、冲程为S，概念性地绘出往复运动及冲程。在此处，为使仅由图面便易于了解，自由长L及冲程S包含固定板253、安装板255的厚度。

图8B为公知技术。在公知技术中，往复运动的总冲程S和本发明的总冲程S相同，但自由长L′利用比本发明自由长L短的波纹管。以此方式，仅从自由长L′的位置移动压缩侧冲程S1、伸张侧冲程S2，而仅往复运动全体的总冲程S。

本发明人等，于研究开史特林冷冻机的过程中，重复此油封波纹管的往复动作，即使是相同总冲程的往复运动，如图8B所示的油封波纹管，以自由长的位置作成中心，重复压缩侧冲程S1的压缩和伸张侧的冲程S2的伸张以进行往复动作的一方，和图8A所示的，通过往压缩侧冲程S的压缩和往自由长返回的往复动作的场合相比，可知其疲劳较大。原因是，重复压缩和伸缩场合的一方，比起只有压缩的场合，其对于油封波纹管产生重复疲劳的力有较大的作用。

根据此一发现，在本发明中，如图8A所示，把从自由长L的位置仅往压缩侧进行总冲程S的往复动作的长度的油封波纹管，分别作为压缩侧油封波纹管22及膨胀侧油封波纹管28，以在本发明的史特林冷冻机1中，如图2所示地各别安装。

其次说明本发明如上述结构的史特林冷冻机其结构的特征。本发明的史特林冷冻机，如图2所示，在放热用热交换器29和冷却用热交换器31之间装设本发明的再生器30。图9A、图9B为在史特林冷冻机的再生器中，本发明和公知例对比的说明，图9A为本发明的再生器30，图9B为公知例。

再生器30，在图2和图9A中，在冷却用热交换器31的内筒24和其外侧的冷却用热交换外壳44之间的圆圈状的空间452内，填充有微细的金属网状的线材353。此金属网状的线材353压缩成固定的形状。

史特林冷冻机，工作气体是在高温室20和低温室26频繁地往复运动，此时，因频繁地通过再生器内，经年的金属网状的线材353的一部份会被切成切屑，并和工作气体通过细沟35、45进入高温室20或是低温室26。

当产生像这样的问题时，细沟35、45会堵塞而使工作气体的流动阻抗变大，而成为增加动力损失的原因，又因为从高温室20或是低温室26流入到压缩活塞19或膨胀活塞25和压缩汽缸17或膨胀汽缸18的内面间隙，便成为阻碍活塞的平滑往复动作及汽缸损伤的原因。

图9B绘出的公知例的再生器，因仅在圆圈状的空间452内填充微细的金属网状线材353，无法防止上述的金属网状线材的切屑和工作气体的流出。

本发明的再生器30，如图9A所示，于构成再生器30的圆圈状的空间452的上下两端的工作气体出入口，即上端出入口354及下端出入口355上，各别设置过滤器356。

此过滤器356形成有让工作气体通过，而不让金属网线材的切屑通过的程度的间隙，举例而言，是使用具有以SUS材形成的微细筛孔的金属网材所构成的薄板，或是由金属或陶瓷材料所形成的具有微细多孔的多孔质烧结材所构成的薄板。

本发明如上述结构的史特林冷冻机具有其次说明的结构特征。在图10A中，外壳2的马达室4之上，安装有附属零件的端子箱552。此端子箱552，构成从外部电源接受电力并送电到马达6的配线的终端部。本发明的特征在于此端子箱552等的附属零件的固定结构。

图10A绘示图1的史特林冷冻机1的外壳2的结构的平面图(上视图)，其沿A-A剖线的剖面如图10B所示。在图10A、图10B中，在外壳2的右侧上面，形成有长方形的平坦面453。

在此平坦面453中形成通过马达室4内配线的配线用通孔454。然后，端子箱552，以如图10A的假想线所示的位置，载置于平坦面453上，自攻螺丝钉的下孔455的锁入自攻螺丝钉(tapping screw)458，如图10B的假想线安装着。

图10A沿B-B剖线的剖面所示的部份是图10B的平坦面453的剖面部份的虚线所绘示。图10B的要部放大图为如图11A所示。更，图11B为薄壳部456的剖面图。在外壳的平坦面453中，自攻螺丝钉的下孔455的位置附近的厚度t2形成有比平坦面453其它部份的厚度t1还要薄的薄壳部456。

在本发明中，如图11A、图11B所示，端子箱552的安装凸缘部457是利用自攻螺丝钉458固定在薄壳部456上。具体地说，如图11C所示，先在薄壳部456上形成自攻螺丝钉的下孔455，并且在安装凸缘部457上形成自攻螺丝钉的下孔359。然后，在把自攻螺丝钉458从自攻螺丝钉的下孔359螺切到自攻螺丝钉的下孔455内的同时螺锁入内，以此方式固定成如图11D那样。

公知例，图11E、图11F所示，先在薄壳部456和安装凸缘部457上，形成有螺孔460、461，把螺栓362螺入螺孔460、461中，以将端子箱552固定到平坦面453。然而，在此公知例中，因必需切出螺孔的螺纹部，需将螺孔460深到薄壳部456(深到薄壳部456的下面附近)。

一旦这样做时，如图11F所示，螺孔460的最底部和薄壳部456的下面之间的厚度d′会变成极小。又因为，外壳2由铸造形成，在外壳2内密封的状态下封入的工作气体是使用像He那样小的分子量的气体，当铸件的薄壳部456的厚度d′薄时，便会产生工作气体通过铸件而从外壳2漏出到外部的问题点。

相对于此，在本发明中，如上所述，因为，自攻螺丝钉458从自攻螺丝钉的下孔359螺切到自攻螺丝钉的下孔455内的同时螺锁入，不需像公知例那样预先形成深的螺孔。此结果如图11D所示，以自攻螺丝钉458形成的自攻螺丝孔263的最底部和薄壳部456的下面之间的厚度d比d′大，所以工作气体便不会通过铸件的薄壳部456的厚度d部份漏出。

又，在此实施例中，作为附属零件的端子箱522当作例示以说明其固定结构，本发明的特征主要是，外壳2内在密封状态下封入分子量小的He等的工作气体，为了防止工作气体从铸件的薄壳部泄漏，且因一定要维持外壳2内的工作气体的压力，把在像这样的外壳2上适当安装的附属零件安装到外壳2的薄壳部的结构的场合，其安装采用自攻螺丝钉。

(作用)

其次，说明本发明上述实施的史特林冷冻机的作用。利用马达6，使曲柄轴7往正方向回转，并使曲柄室5内的曲柄部12、13呈90度相位差回转。经由连结到此曲柄部12、13的连结杆8、9、横向导引头10、11、压缩活塞杆21及膨胀活塞杆27，压缩活塞19及膨胀活塞25以相互90度的相位差而往复运动。

当膨胀活塞25超前90度在上死点附近慢慢地移动中时，压缩活塞19从中间附近往上死点急速移动，以进行工作气体的压缩动作。被压缩的压缩气体，通过连通孔33及多孔32流入到放热用热交换器29的细沟35内，以放热到在放热路38中流动的冷却水。更，工作气体，利用再生器30内蓄热的冷热而冷却，通过细沟45内流入到低温室26(膨胀空间)。

压缩活塞19在上死点附近缓慢地移动时，膨胀活塞25急剧地往下死点移动，流入到低温室26(膨胀空间)的工作气体便会产生剧烈地膨胀及冷热。以此方式，包含冷却用热交换器31的头部(所谓的冷却头，cold head)48便会被冷却而变成低温。

然后，冷却用热交换器31，冷却连接到冷却片47的冷热利用机器的冷热冷媒。膨胀活塞25从下死点移动到上死点时，压缩活塞19是从中间位置往下死点移动，工作气体从低温室26通过冷却用热交换器的细沟45流入到再生器30，并将工作气体所具有的冷热蓄到再生器30。于再生器30中蓄热的冷热，从像上述的高温室20通过放热用热交换器29，把传送的工作气体再利用以再度冷却。

然后，在冷却用热交换器31中被冷却的冷热冷媒，以流出管61传送到各种的冷热利用机器以进行冷却。举例而言，传送到冷冻库等的冷热利用机器内的冷热媒配管，在冷热利用机器内进行冷冻或是冷却作用。然后，通过流入管62从冷热利用机器流入到冷却用热交换器31，以循环返回到冷却用热交换器中，再度被冷却。

从放热器(radiator)送来的冷却水，从流入口42流入到放热用热交换器29内，通过放热路38以冷却工作气体。更，此冷却水流入到冷却水路40内，流过压缩汽缸17及膨胀汽缸18的周围。以此方式，从周围冷却形成在汽缸体15内侧的压缩汽缸17及膨胀汽缸18。在此之后，冷却水，从流出口43流出，利用放热器的冷却片冷却，再度往放热用热交换器29循环。

缓冲槽51，做成缓冲空间48和外壳2为均等的压力，并具有吸收缓冲空间48内的压力变动，同时吸收外壳2内的压力变动，且使其影响不及于缓冲空间的缓冲功能。

如图4D所示，未设有定位销的公知平衡器601的安装结构，作动史特林冷冻机1，回转驱动曲柄轴7′时，平衡器601以螺丝56为中心相对于曲柄轴7′移动(转动)，其安装位置会产生移动的问题点。其结果是，平衡器601会从其防振的适当位置移动，而无法得到所定的防振效果。

然而，本发明的平衡器52的安装结构，如图4A、图4B所示，在轴7的小孔55和平衡器52的小孔58内插入定位销59，因而可阻止平衡器52以螺丝56为中心相对于曲柄轴7的移动，结果是可防止移动。以此方式，平衡器52可维持一定的防振功能。

当作动史特林冷冻机1产生机械振动时，一般连结器153、160的固定螺帽64、67很容易因此振动而松动，然而，在本发明中，因从左右上下夹住连结器153、160，并以接触到连结器的固定螺帽64、67的方式，安装具有门型剖面凸缘的防振用固定件65、68，故可防止固定螺帽64、67的松动，更，固定螺帽64、67更具有动态阻尼(dymanic damper)的功能。此结果是，连结器153、160不会产生松动，并可防止工作气体的泄漏(leak)。

本发明的压力传感器159，把压力传感器安装固定件158固定安装到安装块156上。然后，在维修等时，以传感器159调整曲柄室5内的压力的场合，把工作气体供给管154连接到连结器153，并从工作气体供给源注入工作气体，又，利用从ㄈ字型的压力传感器安装固定件158的间隙插入板手等的调整部件，可调整压力传感器159。

在本发明的史特林冷冻机1中，如图8A所示，通过进行往压缩侧冲程S压缩和往自由长返回往复动作，以减少作用于油封波纹管的重复疲劳。

本发明的再生器30，如图9A所示，于再生器30的上下出入口354、355上设有过滤器356，利用此过滤器356，让工作气体通过，而不让金属网线材的切屑通过，因此，便可防止金属网线材的切屑和工作气体从再生器30流出到外。以此方式，可防止金属网线材的切屑进入高温室20、低温室26、细沟35、45等。

然后，本发明因由自攻螺丝钉458形成的自攻螺纹孔263的最底部和薄壳部456的最下面之间的厚度d比较大，工作气体便不会通过铸件的薄壳部456的厚度d的部份而泄漏出去。

发明效果

因为本发明为如以上的结构，安装在曲柄轴上的平衡器，不仅是以螺丝固定安装到形成于曲柄轴上的平坦安装面，还可于作动时阻止相对于曲柄轴的移动，因而安装位置不会移动，故可防止防振功能的降低。

因本发明如以上的结构，在史特林冷冻机等的热机的动作中，即使受到其振动的影响，仍可产生防振功能，并可阻止连结器的固定用螺帽(固定用螺丝)之松动，因而不会产生工作气体的泄漏。

本发明在维修等时，调整曲柄室内的压力的场合，把工作气体供给管连接到连结器，并从工作气体供给源注入工作气体，又，通过从平面形状为ㄈ字型的压力传感器安装固定件的间隙插入板手等的调整部件，可调节压力传感器，因而可轻易地进行在史特林冷冻机中重要的工作气压的压力管理。

因本发明为以上的结构，压缩侧及膨胀侧油封波纹管，通过进行往压缩侧的冲程和往自由长返回的往复运动，可使施加于油封波纹管的破坏力变小，而减少重复的疲劳，且可防止史特林冷冻机的油上升，并可谋求油封波纹管的寿命提高。

本发明如上所述，因于公知的再生器上装设过滤器，以此简单的结构，即使因经年的劣化而产生金属网线材的切屑，其和工作气体也不会从再生器流出，可防止像是因金属网线材的切屑造成放热用热交换器及冷却用热交换器内的堵塞而使得流动阻抗上升的动力损失的增加、进入压缩及膨胀汽缸内面和活塞之间而造成平滑往复运动的阻碍、汽缸损伤的各种的困扰。

因本发明如以上的结构，即使利用螺丝把附属零件固定到构成史特林热机的铸造形成的外壳的薄壳部上，也可防止工作气体从此螺孔通过薄壳部而漏出。此结果是，使外壳内的工作气压稳定，使油封波纹管等的活塞杆密封的功能不全或是破损降低，使史特林热机的动作性能稳定，并使寿命提高。

Claims (19)

1.一种史特林冷冻机，其特征在于，该史特林冷冻机包括：

一外壳，配设有一马达及一曲柄，为铸造制作，其将一工作气体封于该外壳的内部，该外壳的一部份具有厚度较薄的薄壳部，且于该薄壳部上安装有一附属零件，该附属零件以一自攻螺丝钉固定于该薄壳部上；

一汽缸，固定于该外壳的顶部；

一活塞，于该汽缸内往复运动；

一活塞杆，和该曲柄连动，一端连结到该活塞并贯通该外壳；以及

一油封波纹管，密封该外壳及该汽缸之间，其中

该油封波纹管的先端密封地固定于该汽缸内的该活塞或该活塞杆上，而其基端安装于该外壳，且

该油封波纹管进行一冲程的往复运动，该冲程是，该油封波纹管的先端部从自由长的位置压缩到压缩侧，再返回自由长的位置。

2.如权利要求1所述的史特林冷冻机，其特征在于，该油封波纹管适用于一压缩汽缸及一膨胀汽缸两者或是其中之一。

3.如权利要求1所述的史特林冷冻机，其特征在于，该附属零件为一端子箱。

4.如权利要求1或3所述的史特林冷冻机，其特征在于，该工作气体为氦、氢或氩气。

5.如权利要求1所述的史特林冷冻机，其特征在于，还包括一平衡器安装结构，且该曲柄更具有一曲柄轴，该曲柄轴以该马达驱动，该平衡器安装结构以一螺丝将一平衡器往该曲柄轴固定安装，其中：

在该曲柄轴及该平衡器相互接触的各个面上，形成有从该螺丝偏心的一小孔，且

一定位销插入该小孔内，以阻止该平衡器在该曲柄轴的一安装面上移动。

6.如权利要求5所述的史特林冷冻机，其特征在于，在该平衡器安装结构中，形成在该各个面的该小孔及插入该小孔内的该定位销为1或2个以上。

7.如权利要求5所述的史特林冷冻机，其特征在于，在该平衡器安装结构中，该定位销为具有一切口的一开口销。

8.如权利要求1所述的史特林冷冻机，其特征在于，还包括一工作气体注入用连结器的安装结构，以连接从一工作气体供给源而来的一工作气体供给管，并将该工作气体注入该史特林冷冻机，其中该工作气体注入用连结器的安装结构包括：

一固定螺丝，固定连接该连结器及该工作气体供给管；

一连结器安装固定件；以及

一连结器防振用固定件，和该连结器同时固定于该连结器安装固定件上。

9.如权利要求8所述的史特林冷冻机，其特征在于，该连结器防振用固定件，固定在该连结器安装固定件上，并以接触到该固定螺丝的方式使该固定螺丝不松动。

10.如权利要求8或9所述的史特林冷冻机，其特征在于，还包括一曲柄室或一缓冲室，该工作气体注入用连结器，把该工作气体注入到该曲柄室或该缓冲室。

11.如权利要求8或9所述的史特林冷冻机，其特征在于，该防振用固定件为一具有门型断面凸缘的构件。

12.如权利要求10所述的史特林冷冻机，其特征在于，该防振用固定件为一具有门型断面凸缘的构件。

13.如权利要求8或9所述的史特林冷冻机，其特征在于，该防振用固定件为一对断面呈L型的构件。

14.如权利要求10所述的史特林冷冻机，其特征在于，该防振用固定件为一对断面呈L型的构件。

15.如权利要求1所述的史特林冷冻机，其特征在于，还包括一曲柄室、一安装块及一压力传感器安装结构，该安装块具有一通孔，该通孔连通到该曲柄室，且供给一工作气体的一管子连通到该安装块的该通孔，其中：

在该安装块上，通过固定具有间隙的一压力传感器安装固定件，以安装可调整压力的一压力传感器，从该间隙插入一调整部件，以进行该压力传感器的压力调节。

16.如权利要求15所述的史特林冷冻机，其特征在于，该压力传感器安装固定件，其平面形状作成ユ字型。

17.如权利要求1所述的史特林冷冻机，其特征在于，还包括一高温室及一放热用热交换器、一低温室及一冷却用热交换器、一工作气体的流路以及一再生器，该工作气体的流路位于该高温室及该低温室之间，且该再生器配设在该放热用热交换器及该冷却用热交换器之间，其中：

在该再生器的两端分别具有该工作气体的出入口，且在该出入口上分别配设一过滤器。

18.如权利要求17所述的史特林冷冻机，其特征在于，该再生器是由微细的金属网线材所形成。

19.如权利要求17或18所述的史特林冷冻机，其特征在于该些过滤器是由烧结的一多孔性金属或是一陶瓷材料所形成。

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