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JP2006308213A - Stirling engine - Google Patents

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JP2006308213A
JP2006308213A JP2005131869A JP2005131869A JP2006308213A JP 2006308213 A JP2006308213 A JP 2006308213A JP 2005131869 A JP2005131869 A JP 2005131869A JP 2005131869 A JP2005131869 A JP 2005131869A JP 2006308213 A JP2006308213 A JP 2006308213A
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cylinder
piston
displacer
sliding contact
coating layer
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Withdrawn
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JP2005131869A
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Japanese (ja)
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Kimitaka Ono
公隆 大野
Toshio Takahashi
富志雄 高橋
Hiroyuki Katayama
博之 片山
Nobuaki Kakimori
伸明 柿森
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

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  • Lubricants (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Stirling refrigerator capable of operating with high efficiency by preventing the occurrence of energy loss caused by friction at sliding contact parts. <P>SOLUTION: The Stirling refrigerator 100 comprises a cylinder 120 filled with operating gas; a piston 130 and a displacer 140 fittingly inserted in the cylinder 120; and a displacer rod 145 inserted through a through hole 134 provided in the piston 130. The surfaces of the cylinder 120, piston 130, displacer 140 and displacer rod 145 at the sliding contact parts formed between the cylinder 120 and piston 130, between the cylinder 120 and displacer 140 and between the displacer rod 145 and piston 130 are covered with coating layers containing tetrafluoroethylene resin, and a lubricant containing fluorine-based grease is applied to the surfaces of the coating layers. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、スターリング機関に関し、特に、シリンダ内に嵌挿されたピストンおよびディスプレーサの摺動性の向上が図られたスターリング機関に関する。   The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly, to a Stirling engine in which the slidability of a piston and a displacer inserted in a cylinder is improved.

スターリング機関に代表されるような熱サイクル装置においては、シリンダ内にピストンが嵌挿され、このピストンが上記シリンダ内を往復動することによってシリンダ内に充填された作動ガスの圧縮または膨張が行なわれ、この作動ガスの圧縮または膨張により、各種の熱サイクルが実現されることとなる。このような熱サイクル装置においては、シリンダ内を往復動するピストンとシリンダとの摺接部において発生する摩擦によるエネルギーロスを低減することが好ましく、この摺接部における摩擦によるエネルギーロスを低減することにより、駆動出力の向上や発電効率の向上、冷凍効率の向上等が図られることになる。   In a heat cycle apparatus represented by a Stirling engine, a piston is inserted into a cylinder, and the piston reciprocates in the cylinder, whereby the working gas filled in the cylinder is compressed or expanded. Various thermal cycles are realized by compression or expansion of the working gas. In such a heat cycle device, it is preferable to reduce energy loss due to friction generated in the sliding contact portion between the piston reciprocating in the cylinder and the cylinder, and to reduce energy loss due to friction in the sliding contact portion. As a result, improvement in drive output, improvement in power generation efficiency, improvement in refrigeration efficiency, and the like are achieved.

たとえば、スターリング機関の応用例であるスターリング冷凍機にあっては、一般にシリンダ内部にピストンおよびディスプレーサが配置され、ピストンはリニアモータによって駆動されてシリンダ内を往復動し、ディスプレーサはピストンの往復動によって生じる作動ガスのガス圧変動を受けてシリンダ内を往復動するように構成される。ここで、ディスプレーサは、直接リニアモータ等の駆動手段によって駆動される作動体ではないがピストンと同様にシリンダ内を往復動する作動体であり、フリーピストンとも称される。上記動作の際、シリンダの内周面とピストンの外周面およびシリンダの内周面とディスプレーサの外周面との間の摩擦係数が大きい場合には、この部分において摩擦によるエネルギーロスが発生し、スターリング冷凍機の冷却効率が低下することになる。したがって、この部分における摺動性の向上が図られれば、これら摺接部における摩擦によるエネルギーロスの発生が抑制でき、結果として冷凍効率の向上を図ることができる。   For example, in a Stirling refrigerator that is an application example of a Stirling engine, a piston and a displacer are generally arranged inside a cylinder, the piston is driven by a linear motor to reciprocate in the cylinder, and the displacer is reciprocated by a piston. The cylinder is configured to reciprocate in the cylinder in response to the gas pressure fluctuation of the generated working gas. Here, the displacer is not an operating body that is directly driven by a driving means such as a linear motor, but is an operating body that reciprocates in the cylinder like a piston, and is also referred to as a free piston. In the above operation, if the friction coefficient between the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the piston, and between the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the displacer is large, energy loss due to friction occurs in this portion, and Stirling The cooling efficiency of the refrigerator will be reduced. Therefore, if the slidability is improved at this portion, the generation of energy loss due to friction at these sliding contact portions can be suppressed, and as a result, the refrigeration efficiency can be improved.

なお、上述のスターリング冷凍機の一般的な構成が開示された文献として、たとえば、特開2004−317108号公報(特許文献1)や特開2005−042571号公報(特許文献2)等がある。
特開2004−317108号公報 特開2005−042571号公報
Examples of documents disclosing the general configuration of the above Stirling refrigerator include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-317108 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-042571 (Patent Document 2).
JP 2004-317108 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-042571

本発明は、上記の摺接部における摩擦によるエネルギーロスを低減すべくなされたものであり、摺接部における摺動性を向上することにより、高効率に運転することができるスターリング機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made to reduce energy loss due to friction in the sliding contact portion, and provides a Stirling engine that can be operated with high efficiency by improving the slidability in the sliding contact portion. For the purpose.

本発明の第1の局面に基づくスターリング機関は、作動ガスが充填された第1および第2のシリンダと、上記第1のシリンダ内に配置され、駆動手段によって駆動されて上記第1のシリンダ内を摺動するピストンと、上記第2のシリンダ内に配置され、上記ピストンが摺動することによって生じる上記作動ガスのガス圧変動を受けて上記第2のシリンダ内を摺動するディスプレーサとを備えたものであって、上記第1のシリンダと上記ピストンとの摺接部において、上記第1のシリンダの表面および上記ピストンの表面の少なくともいずれか一方が四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層にて覆われるとともに、この被覆層の表面にフッ素系グリースを含む潤滑剤が塗布されていることを特徴とするものである。   A Stirling engine according to the first aspect of the present invention includes first and second cylinders filled with a working gas, the first cylinder, the first cylinder disposed in the first cylinder, and driven by driving means. And a displacer that is disposed in the second cylinder and that slides in the second cylinder in response to a gas pressure fluctuation of the working gas generated by sliding of the piston. In the sliding contact portion between the first cylinder and the piston, at least one of the surface of the first cylinder and the surface of the piston is a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin. And a lubricant containing a fluorinated grease is applied to the surface of the coating layer.

本発明の第2の局面に基づくスターリング機関は、作動ガスが充填された第1および第2のシリンダと、上記第1のシリンダ内に配置され、駆動手段によって駆動されて上記第1のシリンダ内を摺動するピストンと、上記第2のシリンダ内に配置され、上記ピストンが摺動することによって生じる上記作動ガスのガス圧変動を受けて上記第2のシリンダ内を摺動するディスプレーサとを備えたものであって、上記第2のシリンダと上記ディスプレーサとの摺接部において、上記第2のシリンダの表面および上記ディスプレーサの表面の少なくともいずれか一方が四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層にて覆われるとともに、この被覆層の表面にフッ素系グリースを含む潤滑剤が塗布されていることを特徴とするものである。   A Stirling engine according to a second aspect of the present invention includes first and second cylinders filled with a working gas, and the first cylinder disposed in the first cylinder, which is driven by a driving means and is in the first cylinder. And a displacer that is disposed in the second cylinder and that slides in the second cylinder in response to a gas pressure fluctuation of the working gas generated by sliding of the piston. In the sliding contact portion between the second cylinder and the displacer, at least one of the surface of the second cylinder and the surface of the displacer is a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin. And a lubricant containing a fluorinated grease is applied to the surface of the coating layer.

本発明の第3の局面に基づくスターリング機関は、作動ガスが充填された第1および第2のシリンダと、上記第1のシリンダ内に配置され、駆動手段によって駆動されて上記第1のシリンダ内を摺動するピストンと、上記第2のシリンダ内に配置され、上記ピストンが摺動することによって生じる上記作動ガスのガス圧変動を受けて上記第2のシリンダ内を摺動するディスプレーサと、上記ディスプレーサを支持するために上記ディスプレーサの上記ピストン側端面から延設され、上記ピストンに設けられた軸方向の貫通孔を挿通するディスプレーサロッドとを備えたものであって、上記ディスプレーサロッドと上記ピストンとの摺接部において、上記ディスプレーサロッドと上記ピストンとの摺接部において、上記ディスプレーサロッドの表面および上記ピストンの貫通孔内周面の少なくともいずれか一方が四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層にて覆われるとともに、この被覆層の表面にフッ素系グリースを含む潤滑剤が塗布されていることを特徴とするものである。   A Stirling engine according to a third aspect of the present invention includes first and second cylinders filled with a working gas, the first cylinder, the first cylinder disposed in the first cylinder, and driven by driving means. A piston that slides in the second cylinder, and a displacer that slides in the second cylinder in response to a gas pressure fluctuation of the working gas generated by sliding the piston. A displacer rod extending from the piston-side end surface of the displacer to support the displacer, and passing through an axial through hole provided in the piston, the displacer rod, the piston, In the sliding contact portion of the displacer rod, in the sliding contact portion between the displacer rod and the piston, At least one of the surface and the inner peripheral surface of the through hole of the piston is covered with a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin, and a lubricant containing a fluorine-based grease is applied to the surface of the coating layer It is characterized by this.

本発明によれば、摺接部における摩擦によるエネルギーロスの発生を防止することができるため、高効率に運転することができるスターリング機関を提供することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of energy loss due to friction in the sliding contact portion, and thus it is possible to provide a Stirling engine that can be operated with high efficiency.

以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、スターリング機関の応用例であるスターリング冷凍機を例示して説明を行なう。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, a Stirling refrigerator that is an application example of a Stirling engine will be described as an example.

図1は、本発明の一実施の形態におけるスターリング冷凍機の模式断面図である。また、図2ないし図4は、本実施の形態におけるスターリング冷凍機の摺接部の拡大断面図であり、それぞれの図は、図1中に示す領域A,B,Cに対応した拡大断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a Stirling refrigerator in an embodiment of the present invention. 2 to 4 are enlarged sectional views of the sliding contact portion of the Stirling refrigerator in the present embodiment, and each figure is an enlarged sectional view corresponding to regions A, B, and C shown in FIG. It is.

まず、図1を参照して、本実施の形態におけるスターリング冷凍機の構造について説明する。図1に示すように、本実施の形態におけるスターリング冷凍機100は、ヘリウムガスや水素ガス、窒素ガスなどの作動ガスが作動媒体として内部に充填されたケーシング110を有している。ケーシング110の内部には、作動ガスが充填されたシリンダ120が配置されている。シリンダ120は、ピストン130が嵌挿される第1のシリンダであるピストン側シリンダ120Aと、ディスプレーサ140が嵌挿される第2のシリンダであるディスプレーサ側シリンダ120Bとに分割されており、これらピストン側シリンダ120Aの中心軸とディスプレーサ側シリンダ120Bの中心軸とが重なるように、ピストン側シリンダ120Aとディスプレーサ側シリンダ120Bとが同軸上に配置されている。   First, the structure of the Stirling refrigerator in the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the Stirling refrigerator 100 according to the present embodiment has a casing 110 filled with a working gas such as helium gas, hydrogen gas, or nitrogen gas as a working medium. A cylinder 120 filled with working gas is disposed inside the casing 110. The cylinder 120 is divided into a piston-side cylinder 120A, which is a first cylinder into which the piston 130 is inserted, and a displacer-side cylinder 120B, which is a second cylinder into which the displacer 140 is inserted, and these piston-side cylinders 120A. The piston-side cylinder 120A and the displacer-side cylinder 120B are arranged coaxially so that the center axis of the cylinder and the center axis of the displacer-side cylinder 120B overlap.

シリンダ120内におけるディスプレーサ140の往復動方向の両端部外側には、圧縮空間150と膨張空間160とが設けられている。圧縮空間150は、ピストン130およびディスプレーサ140によって区画され、放熱器152によって囲まれている。放熱器152は、圧縮空間150に生じる圧縮熱を除去するためのものである。膨張空間160は、ディスプレーサ140とディスプレーサ側シリンダ120Bの閉塞端とによって区画され、吸熱器162によって囲まれている。この吸熱器162は、膨張空間160に生じる冷熱を取り出すためのものである。これら圧縮空間150および膨張空間160は、ディスプレーサ側シリンダ120Bの径方向外側に設けられた作動ガスの流路を介して連通しており、この流路上には再生器180が配置されている。再生器180は、内部を通過する作動ガスの熱を一時的に蓄積する一種の蓄熱材である。   A compression space 150 and an expansion space 160 are provided outside both ends of the displacer 140 in the reciprocating direction of the displacer 140 in the cylinder 120. The compression space 150 is partitioned by the piston 130 and the displacer 140 and is surrounded by the heat radiator 152. The radiator 152 is for removing the compression heat generated in the compression space 150. The expansion space 160 is partitioned by the displacer 140 and the closed end of the displacer side cylinder 120 </ b> B, and is surrounded by the heat absorber 162. The heat absorber 162 is for taking out the cold heat generated in the expansion space 160. The compression space 150 and the expansion space 160 communicate with each other via a working gas flow path provided on the radially outer side of the displacer side cylinder 120B, and a regenerator 180 is disposed on the flow path. The regenerator 180 is a kind of heat storage material that temporarily accumulates heat of the working gas passing through the inside.

ピストン側シリンダ120Aの径方向外側に位置する背圧空間112内には、リニアモータ170が設置されている。リニアモータ170は、ピストン130に設けられたマグネットホルダの先端に位置する可動マグネット171と、この可動マグネット171を挟み込むように位置するインナーヨーク172およびアウターヨーク173と、同じくインナーヨーク172とアウターヨーク173の間に位置し、電源に接続されたピストン駆動用コイル174とから構成される。このピストン駆動用コイル174に外部の電源から電力が供給されることによりリニアモータ170が作動し、可動マグネット171が駆動されることによってピストン130がピストン側シリンダ120A内を軸方向に往復動する。なお、ピストン130は、フラットスプリング191を介してケーシング110に固定されているため、ピストン側シリンダ120A内を所定の周期をもって滑らかに摺動する。   A linear motor 170 is installed in the back pressure space 112 located on the radially outer side of the piston-side cylinder 120A. The linear motor 170 includes a movable magnet 171 positioned at the tip of a magnet holder provided on the piston 130, an inner yoke 172 and an outer yoke 173 positioned so as to sandwich the movable magnet 171, and the inner yoke 172 and the outer yoke 173. And a piston driving coil 174 connected to a power source. When electric power is supplied to the piston driving coil 174 from an external power source, the linear motor 170 is operated, and when the movable magnet 171 is driven, the piston 130 reciprocates in the piston-side cylinder 120A in the axial direction. Since the piston 130 is fixed to the casing 110 via the flat spring 191, the piston 130 slides smoothly in the piston-side cylinder 120A with a predetermined period.

ディスプレーサ140は、上述のピストン130の往復動によって生じる作動ガスのガス圧変動を受けてディスプレーサ側シリンダ120B内を軸方向に往復動する。ディスプレーサ140は、その往復動方向の端面のうちのピストン130側に位置する端面から延設されたディスプレーサロッド145によって支持されている。ディスプレーサロッド145は、ピストン130に設けられた貫通孔134を挿通し、その先端がフラットスプリング192等を介してケーシング体110に固定されているため、ディスプレーサ140は、上述のピストン130の摺動と所定の位相差をもってディスプレーサ側シリンダ120B内を所定の周期で滑らかに摺動することになる。   The displacer 140 reciprocates in the displacer side cylinder 120B in the axial direction in response to the gas pressure fluctuation of the working gas generated by the reciprocating motion of the piston 130 described above. The displacer 140 is supported by a displacer rod 145 extending from an end face located on the piston 130 side of the end face in the reciprocating direction. The displacer rod 145 is inserted through the through-hole 134 provided in the piston 130, and the tip thereof is fixed to the casing body 110 via a flat spring 192 or the like. The displacer side cylinder 120B slides smoothly at a predetermined cycle with a predetermined phase difference.

リニアモータ170によってピストン130を駆動すると、ピストン130が圧縮空間150側に移動して圧縮空間150内の作動ガスを圧縮する。圧縮された作動ガスは、再生器180を通って膨張空間160に移動する。膨張空間160に流入した作動ガスは、ディスプレーサ140が圧縮空間150側に移動することに伴って膨張し、この圧力低下にしたがって膨張空間160内の作動ガス温度も低下することになる。したがって、上述の動作を繰り返すことにより、膨張空間160内の作動ガス温度は極低温に冷却され、これに伴って吸熱器162にも極低温が発生することになる。   When the piston 130 is driven by the linear motor 170, the piston 130 moves toward the compression space 150 and compresses the working gas in the compression space 150. The compressed working gas moves through the regenerator 180 to the expansion space 160. The working gas that has flowed into the expansion space 160 expands as the displacer 140 moves toward the compression space 150, and the working gas temperature in the expansion space 160 also decreases as the pressure decreases. Therefore, by repeating the above-described operation, the working gas temperature in the expansion space 160 is cooled to a very low temperature, and accordingly, a very low temperature is also generated in the heat absorber 162.

以上において説明した本実施の形態におけるスターリング冷凍機100にあっては、ピストン130の外周面とピストン側シリンダ120Aの内周面とによって摺接部が構成され、スターリング冷凍機100の冷却効率の向上を図るためには、このピストン130とピストン側シリンダ120Aとの摺接部における摺動性の向上が不可欠である。そこで、本実施の形態におけるスターリング冷凍機100においては、図2に示すように、ピストン側シリンダ120Aの基部121の内周側の表面121aを四フッ化エチレン系樹脂(PTFE系樹脂)を含む被覆層122にて覆うとともに、ピストン130の基部131の外周側の表面131aを四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層132にて覆い、かつこれら被覆層122,132間にフッ素系グリースを含む潤滑材を塗布することにより、グリース塗布層200を形成している。   In the Stirling refrigerator 100 in the present embodiment described above, the sliding contact portion is constituted by the outer peripheral surface of the piston 130 and the inner peripheral surface of the piston-side cylinder 120A, and the cooling efficiency of the Stirling refrigerator 100 is improved. In order to achieve this, it is essential to improve the slidability at the sliding contact portion between the piston 130 and the piston-side cylinder 120A. Therefore, in the Stirling refrigerator 100 in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the inner surface 121a of the base 121 of the piston side cylinder 120A is coated with a tetrafluoroethylene resin (PTFE resin). The lubricant is covered with the layer 122, the outer surface 131 a of the base 131 of the piston 130 is covered with a coating layer 132 containing a tetrafluoroethylene-based resin, and a fluorine-based grease is included between the coating layers 122, 132. The grease application layer 200 is formed by applying

また、本実施の形態におけるスターリング冷凍機100にあっては、ディスプレーサ140の外周面とディスプレーサ側シリンダ120Bの内周面においても摺接部が構成されており、スターリング冷凍機100の冷却効率の向上を図るためには、このディスプレーサ140とディスプレーサ側シリンダ120Bとの摺接部における摺動性の向上をも図ることが必要である。そこで、本実施の形態におけるスターリング冷凍機100においては、図3に示すように、ディスプレーサ側シリンダ120Bの基部121の内周側の表面121aを四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層122にて覆うとともに、ディスプレーサ140の基部141の外周側の表面141aを四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層142にて覆い、かつこれら被覆層122,142間にフッ素系グリースを含む潤滑材を塗布することにより、グリース塗布層200を形成している。   Further, in the Stirling refrigerator 100 according to the present embodiment, sliding contact portions are also formed on the outer peripheral surface of the displacer 140 and the inner peripheral surface of the displacer side cylinder 120B, and the cooling efficiency of the Stirling refrigerator 100 is improved. In order to achieve this, it is necessary to improve the slidability at the sliding contact portion between the displacer 140 and the displacer side cylinder 120B. Therefore, in the Stirling refrigerator 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the inner surface 121a of the base 121 of the displacer side cylinder 120B is covered with a coating layer 122 containing a tetrafluoroethylene-based resin. At the same time, the outer peripheral surface 141a of the base 141 of the displacer 140 is covered with a coating layer 142 containing a tetrafluoroethylene-based resin, and a lubricant containing a fluorine-based grease is applied between the coating layers 122, 142. The grease application layer 200 is formed.

さらに、本実施の形態におけるスターリング冷凍機100にあっては、ディスプレーサロッド145の外周面とピストン130の内周面、すなわちピストン130の貫通孔134の表面においても摺接部が構成され、スターリング冷凍機100の冷却効率の向上を図るためには、このディスプレーサロッド145とピストン130との摺接部における摺動性の向上をも図ることが必要である。そこで、本実施の形態におけるスターリング冷凍機100においては、図4に示すように、ディスプレーサロッド145の基部146の表面146aを四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層147にて覆うとともに、ピストン130の基部131の内周側の表面131bを四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層132にて覆い、かつこれら被覆層147,132間にフッ素系グリースを含む潤滑材を塗布することにより、グリース塗布層200を形成している。   Furthermore, in the Stirling refrigerator 100 according to the present embodiment, a sliding contact portion is also formed on the outer peripheral surface of the displacer rod 145 and the inner peripheral surface of the piston 130, that is, the surface of the through hole 134 of the piston 130. In order to improve the cooling efficiency of the machine 100, it is necessary to improve the slidability at the sliding contact portion between the displacer rod 145 and the piston 130. Therefore, in the Stirling refrigerator 100 according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the surface 146a of the base 146 of the displacer rod 145 is covered with a coating layer 147 containing a tetrafluoroethylene-based resin, and the piston 130 The surface 131b on the inner peripheral side of the base 131 is covered with a coating layer 132 containing a tetrafluoroethylene-based resin, and a lubricant containing a fluorine-based grease is applied between the coating layers 147 and 132, thereby applying a grease application layer. 200 is formed.

ここで、シリンダ120、ピストン130およびディスプレーサ140の基部121,131,141は、シリンダ120、ピストン130およびディスプレーサ140の外殻を構成する部位であり、硬質の材料にて形成される。この基部121,131,141は、通常はステンレス合金等の金属材料にて形成される場合が多いが、他にも硬質の樹脂材料にて形成することも可能であり、特にその材質が限定されるものではない。   Here, the bases 121, 131, and 141 of the cylinder 120, the piston 130, and the displacer 140 are parts constituting the outer shell of the cylinder 120, the piston 130, and the displacer 140, and are formed of a hard material. The bases 121, 131, and 141 are usually formed of a metal material such as a stainless alloy, but may be formed of a hard resin material, and the material is particularly limited. It is not something.

また、基部121,131,141の表面に形成される被覆層122,132,142は、エポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等いずれの樹脂材料を主成分としていてもよく、少なくとも上述のように四フッ化エチレン系樹脂をその成分の一部として含んでいればよい。   Further, the coating layers 122, 132, 142 formed on the surfaces of the base parts 121, 131, 141 may contain any resin material such as epoxy resin, polyamideimide resin, acrylic resin, etc. as a main component, at least as described above. What is necessary is just to contain the tetrafluoroethylene-type resin as a part of the component.

また、被覆層122,132,142上に塗布されるフッ素系グリースを含む潤滑剤としては、四フッ化エチレンを増ちょう材として含有するものであればよく、基油としてはポリフルオロエーテル、一般鉱油、有機化ベンゾナイト、シリカゲル、ウレア等いずれのものを用いてもよい。   Further, the lubricant containing the fluorine-based grease applied on the coating layers 122, 132, 142 only needs to contain tetrafluoroethylene as a thickener, and the base oil is polyfluoroether, Any of mineral oil, organic benzonite, silica gel, urea and the like may be used.

以上のように、各摺接部において対面配置される基部の表面に四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層を形成し、これら被覆層の間にフッ素系グリースを含む潤滑材を塗布する構成とすることにより、各摺接部における摺接面の表面粗さが減少するとともに摩擦係数も大幅に減少するため、各摺接部における摺動性が著しく向上し、摺接部における摩擦によるエネルギーロスが防止されるようになる。したがって、スターリング冷凍機の冷凍効率を向上させることが可能になる。   As described above, a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin is formed on the surface of a base portion facing each sliding contact portion, and a lubricant containing a fluorine-based grease is applied between these coating layers, As a result, the surface roughness of the sliding contact surface at each sliding contact portion is reduced and the coefficient of friction is greatly reduced, so that the slidability at each sliding contact portion is remarkably improved, and energy loss due to friction at the sliding contact portion is achieved. Will be prevented. Therefore, it is possible to improve the refrigeration efficiency of the Stirling refrigerator.

なお、上述の一実施の形態においては、シリンダ、ピストンおよびディスプレーサにて構成される各摺接部のいずれにおいても、対面配置される基部の両方の表面に四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層を形成した場合を例示して説明を行なったが、必ずしも基部の両方の表面に被覆層が形成される必要はなく、片方の表面のみに被覆層を形成する構成としても摺動性の改善が図られる。   In the above-described embodiment, a coating layer containing an ethylene tetrafluoride-based resin on both surfaces of the base portion facing each other in any of the sliding contact portions constituted by the cylinder, the piston, and the displacer. However, it is not always necessary to form a coating layer on both surfaces of the base, and even if the coating layer is formed only on one surface, the slidability can be improved. Figured.

また、上述の一実施の形態においては、シリンダ−ピストン間、シリンダ−ディスプレーサ間およびピストン−ディスプレーサロッド間の3箇所すべての摺接部において本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、このようにすべての摺接部に本発明を適用する必然性はなく、いずれか1箇所または2箇所とした場合にもスターリング冷凍機の冷凍効率の向上は図られる。   In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to all the sliding contact portions between the cylinder and the piston, between the cylinder and the displacer, and between the piston and the displacer rod has been described as an example. Thus, there is no necessity to apply the present invention to all the sliding contact portions, and the refrigeration efficiency of the Stirling refrigerator can be improved even when any one or two locations are used.

本発明者は、上記摺動性の改善がスターリング冷凍機の冷凍効率にどの程度寄与するかについて、確認のための検証実験を行なった。以下においては、その結果について説明する。   The present inventor conducted a verification experiment for confirming how much the improvement of the slidability contributes to the refrigeration efficiency of the Stirling refrigerator. In the following, the results will be described.

(実施例1)
実施例1として、本発明者は、シリンダの内周面とディスプレーサロッドの外周面とにテフロン(登録商標)コーティングが施されたフリーピストン型スターリング冷凍機を準備し、シリンダ−ピストン間、シリンダ−ディスプレーサ間およびピストン−ディスプレーサロッド間の3箇所すべての摺接部においてフッ素系グリースを2μm〜5μmの厚みとなるように塗布し、これを用いて検証実験を行なった。その結果、ピストン振幅を種々の振幅に切換えた場合にも、被覆層およびグリースの塗布を行なわなかったものに比べ、ピストン振幅の全領域にわたってスターリング冷凍機の出力が約10%向上し、冷凍効率が約4%向上することが確認された。
Example 1
As Example 1, the present inventor prepared a free piston type Stirling refrigerator having a Teflon (registered trademark) coating on the inner peripheral surface of the cylinder and the outer peripheral surface of the displacer rod. Fluorine-based grease was applied at a thickness of 2 μm to 5 μm at all three sliding contact portions between the displacer and between the piston and the displacer rod, and a verification experiment was performed using this. As a result, even when the piston amplitude is switched to various amplitudes, the output of the Stirling refrigerator is improved by about 10% over the entire range of the piston amplitude, compared to the case where the coating layer and the grease are not applied, and the refrigeration efficiency Was confirmed to improve by about 4%.

(実施例2)
実施例2として、本発明者は、ピストンの外周面、ディスプレーサの外周面およびディスプレーサロッドの外周面のそれぞれにテフロン(登録商標)コーティングが施されたフリーピストン型スターリング冷凍機を準備し、シリンダ−ピストン間、シリンダ−ディスプレーサ間およびピストン−ディスプレーサロッド間の3箇所すべての摺接部においてフッ素系グリースを2μm〜5μmの厚みとなるように塗布し、これを用いて検証実験を行なった。その結果、ピストン振幅を種々の振幅に切換えた場合にも、被覆層およびグリースの塗布を行なわなかったものに比べ、ピストン振幅の全領域にわたってスターリング冷凍機の出力が約10%向上し、冷凍効率が約4%向上することが確認された。
(Example 2)
As Example 2, the present inventor prepared a free piston type Stirling refrigerator in which a Teflon (registered trademark) coating was applied to each of an outer peripheral surface of a piston, an outer peripheral surface of a displacer, and an outer peripheral surface of a displacer rod. Fluorine-based grease was applied at a thickness of 2 μm to 5 μm at all three sliding contact portions between the piston, between the cylinder and the displacer, and between the piston and the displacer rod, and a verification experiment was performed using this. As a result, even when the piston amplitude is switched to various amplitudes, the output of the Stirling refrigerator is improved by about 10% over the entire range of the piston amplitude, compared to the case where the coating layer and the grease are not applied, and the refrigeration efficiency Was confirmed to improve by about 4%.

(実施例3)
実施例3として、本発明者は、シリンダの内周面、ピストンの外周面、ピストンの内周面、ディスプレーサの外周面およびディスプレーサロッドの外周面のそれぞれにテフロン(登録商標)コーティングが施されたフリーピストン型スターリング冷凍機を準備し、シリンダ−ピストン間、シリンダ−ディスプレーサ間およびピストン−ディスプレーサロッド間の3箇所すべての摺接部においてフッ素系グリースを2μm〜5μmの厚みとなるように塗布し、これを用いて検証実験を行なった。その結果、ピストン振幅を種々の振幅に切換えた場合にも、被覆層およびグリースの塗布を行なわなかったものに比べ、ピストン振幅の全領域にわたってスターリング冷凍機の出力が約15%向上し、冷凍効率が約6%向上することが確認された。
(Example 3)
As Example 3, the present inventor applied Teflon (registered trademark) coating to each of the inner peripheral surface of the cylinder, the outer peripheral surface of the piston, the inner peripheral surface of the piston, the outer peripheral surface of the displacer, and the outer peripheral surface of the displacer rod. Prepare a free piston type Stirling refrigerator, and apply fluorine-based grease to a thickness of 2 μm to 5 μm at all three sliding contact portions between the cylinder and the piston, between the cylinder and the displacer, and between the piston and the displacer rod, A verification experiment was conducted using this. As a result, even when the piston amplitude is switched to various amplitudes, the output of the Stirling refrigerator is improved by about 15% over the entire range of the piston amplitude, compared with the case where the coating layer and the grease are not applied, and the refrigeration efficiency is improved. Has been confirmed to improve by about 6%.

なお、上述の一実施の形態においては、第1および第2のシリンダが別体にて形成されたスターリング冷凍機を例示して説明を行なったが、必ずしもこれらが分割されている必要はなく、第1および第2のシリンダが一体化されていてもよい。また、上述の一実施の形態においては、ピストンおよびディスプレーサが同軸上に配置されたスターリング冷凍機を例示して説明を行なったが、必ずしもこれらが同軸上に配置される必要はなく、そのため、第1および第2のシリンダが異軸上に配置されていてもよい。   In the above-described embodiment, the Stirling refrigerator in which the first and second cylinders are separately formed has been described as an example. However, these are not necessarily divided, The first and second cylinders may be integrated. In the above-described embodiment, the Stirling refrigerator in which the piston and the displacer are arranged on the same axis is described as an example. However, it is not always necessary to arrange them on the same axis. The first and second cylinders may be arranged on different axes.

また、上述の一実施の形態においては特に言及しなかったが、本発明は、ピストンまたは/およびディスプレーサのシリンダとの摺接面に高圧のガスを噴出する微細孔を設け、この微細孔によって気体軸受けが構成されたスターリング冷凍機に対しても当然に適用が可能である。   Although not particularly mentioned in the above-described embodiment, the present invention provides a fine hole for injecting high-pressure gas on the sliding contact surface with the piston or / and the cylinder of the displacer. Of course, the present invention can also be applied to a Stirling refrigerator having a bearing.

また、上述の一実施の形態においては、スターリング機関の応用例であるスターリング冷凍機に本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、熱機関としてのスターリング機関自体に本発明を適用することも当然に可能である。   In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a Stirling refrigerator that is an application example of a Stirling engine has been described as an example. However, the present invention is applied to a Stirling engine itself as a heat engine. Of course it is also possible to do.

このように、今回開示した上記一実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   Thus, the one embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態におけるスターリング冷凍機の模式断面図である。It is a schematic cross section of the Stirling refrigerator in the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態におけるスターリング冷凍機の図1中における領域Aの拡大断面図であり、ピストンとシリンダとによって構成される摺接部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the area | region A in FIG. 1 of the Stirling refrigerator in embodiment of this invention, and is an expanded sectional view of the sliding contact part comprised with a piston and a cylinder. 本発明の実施の形態におけるスターリング冷凍機の図1中における領域Bの拡大断面図であり、ディスプレーサとシリンダとによって構成される摺接部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the area | region B in FIG. 1 of the Stirling refrigerator in embodiment of this invention, and is an expanded sectional view of the sliding contact part comprised by a displacer and a cylinder. 本発明の実施の形態におけるスターリング冷凍機の図1中における領域Cの拡大断面図であり、ピストンとディスプレーサロッドとによって構成される摺接部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the area | region C in FIG. 1 of the Stirling refrigerator in embodiment of this invention, and is an expanded sectional view of the sliding contact part comprised with a piston and a displacer rod.

符号の説明Explanation of symbols

100 スターリング冷凍機、110 ケーシング、112 背圧空間、120 シリンダ、120A ピストン側シリンダ、120B ディスプレーサ側シリンダ、121,131,141,146 基部、121a,131a,131b,141a,146a 表面、122,132,142,147 被覆層、130 ピストン、134 貫通孔、140 ディスプレーサ、145 ディスプレーサロッド、150 圧縮空間、152 放熱器、160 膨張空間、162 吸熱器、170 リニアモータ、171 可動マグネット、172 アウターヨーク、172 インナーヨーク、173 アウターヨーク、174 ピストン駆動用コイル、180 再生器、191,192 フラットスプリング、200 グリース塗布層。   100 Stirling refrigerator, 110 casing, 112 back pressure space, 120 cylinder, 120A piston side cylinder, 120B displacer side cylinder, 121, 131, 141, 146 base, 121a, 131a, 131b, 141a, 146a surface, 122, 132, 142,147 coating layer, 130 piston, 134 through hole, 140 displacer, 145 displacer rod, 150 compression space, 152 radiator, 160 expansion space, 162 heat absorber, 170 linear motor, 171 movable magnet, 172 outer yoke, 172 inner Yoke, 173 outer yoke, 174 piston drive coil, 180 regenerator, 191, 192 flat spring, 200 grease application layer.

Claims (3)

作動ガスが充填された第1および第2のシリンダと、前記第1のシリンダ内に配置され、駆動手段によって駆動されて前記第1のシリンダ内を摺動するピストンと、前記第2のシリンダ内に配置され、前記ピストンが摺動することによって生じる前記作動ガスのガス圧変動を受けて前記第2のシリンダ内を摺動するディスプレーサとを備えたスターリング機関であって、
前記第1のシリンダと前記ピストンとの摺接部において、前記第1のシリンダの表面および前記ピストンの表面の少なくともいずれか一方が四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層にて覆われるとともに、この被覆層の表面にフッ素系グリースを含む潤滑剤が塗布されてなる、スターリング機関。
First and second cylinders filled with working gas, a piston disposed in the first cylinder, driven by a driving means and sliding in the first cylinder, and in the second cylinder A Stirling engine provided with a displacer that slides in the second cylinder in response to a gas pressure fluctuation of the working gas generated by sliding of the piston,
In the sliding contact portion between the first cylinder and the piston, at least one of the surface of the first cylinder and the surface of the piston is covered with a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin. A Stirling engine in which a lubricant containing a fluorine-based grease is applied to the surface of a coating layer.
作動ガスが充填された第1および第2のシリンダと、前記第1のシリンダ内に配置され、駆動手段によって駆動されて前記第1のシリンダ内を摺動するピストンと、前記第2のシリンダ内に配置され、前記ピストンが摺動することによって生じる前記作動ガスのガス圧変動を受けて前記第2のシリンダ内を摺動するディスプレーサとを備えたスターリング機関であって、
前記第2のシリンダと前記ディスプレーサとの摺接部において、前記第2のシリンダの表面および前記ディスプレーサの表面の少なくともいずれか一方が四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層にて覆われるとともに、この被覆層の表面にフッ素系グリースを含む潤滑剤が塗布されてなる、スターリング機関。
First and second cylinders filled with working gas, a piston disposed in the first cylinder, driven by a driving means and sliding in the first cylinder, and in the second cylinder A Stirling engine provided with a displacer that slides in the second cylinder in response to a gas pressure fluctuation of the working gas generated by sliding of the piston,
In the sliding contact portion between the second cylinder and the displacer, at least one of the surface of the second cylinder and the surface of the displacer is covered with a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin. A Stirling engine in which a lubricant containing a fluorine-based grease is applied to the surface of a coating layer.
作動ガスが充填された第1および第2のシリンダと、前記第1のシリンダ内に配置され、駆動手段によって駆動されて前記第1のシリンダ内を摺動するピストンと、前記第2のシリンダ内に配置され、前記ピストンが摺動することによって生じる前記作動ガスのガス圧変動を受けて前記第2のシリンダ内を摺動するディスプレーサと、前記ディスプレーサを支持するために前記ディスプレーサの前記ピストン側端面から延設され、前記ピストンに設けられた軸方向の貫通孔を挿通するディスプレーサロッドとを備えたスターリング機関であって、
前記ディスプレーサロッドと前記ピストンとの摺接部において、前記ディスプレーサロッドの表面および前記ピストンの前記貫通孔内周面の少なくともいずれか一方が四フッ化エチレン系樹脂を含む被覆層にて覆われるとともに、この被覆層の表面にフッ素系グリースを含む潤滑剤が塗布されてなる、スターリング機関。
First and second cylinders filled with working gas, a piston disposed in the first cylinder, driven by a driving means and sliding in the first cylinder, and in the second cylinder A displacer that slides in the second cylinder in response to a gas pressure fluctuation of the working gas caused by sliding of the piston, and an end surface on the piston side of the displacer for supporting the displacer A Stirling engine provided with a displacer rod extending from the axial through hole provided in the piston,
At the sliding contact portion between the displacer rod and the piston, at least one of the surface of the displacer rod and the inner peripheral surface of the through hole of the piston is covered with a coating layer containing a tetrafluoroethylene-based resin, A Stirling engine in which a lubricant containing a fluorinated grease is applied to the surface of the coating layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110232276A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Stirling engine and control method thereof
CN108592481A (en) * 2018-05-09 2018-09-28 上海理工大学 Using the multi-temperature zone refrigerator of pulse type free-piston Stirling cooler

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110232276A1 (en) * 2010-03-26 2011-09-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Stirling engine and control method thereof
CN108592481A (en) * 2018-05-09 2018-09-28 上海理工大学 Using the multi-temperature zone refrigerator of pulse type free-piston Stirling cooler
CN108592481B (en) * 2018-05-09 2020-09-01 上海理工大学 Multi-temperature-zone refrigerator adopting pulse tube type free piston Stirling refrigerator

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