作为使介质循环的泵，长期以来使用压电泵，该压电泵使用石英 或铌酸锂等的压电元件。
图6是表示现有压电泵一个例子的剖视图。参照图6，压电泵106 如图6所示，备有壳体132、以及该壳体132内的工作空间134与背压 空间135。这里，工作空间134与背压空间135通过压电元件136隔开。 另外，在工作空间134侧的壳体上，设置有吸引介质的入口部137和 排出该介质的出口部138。在背压空间135侧的壳体上，设置有用于调 整背压空间135的压力的背压孔135A。此外，在入口部137与出口部 138上，分别设置有使介质不产生逆流的单向阀139、140。
上述压电泵106工作时，将电信号施加给压电元件136。由此，压 电元件136沿着图6中的虚线箭头的方向进行振动运动。此外，这时， 压电元件136的端部固定在壳体132上，压电元件136一边变形成凸面 形状一边进行振动运动。其结果是，工作空间134的体积变动，工作 空间134内的压力对应于压电元件136的变形状态变动，吸入/排出介 质。
在这里，通过上述压电元件136的变形，背压空间135的体积也 发生变化，其结果是，当背压空间135的压力变动时，产生与压电元 件136的运动方向相反方向的力，结果，降低了压电泵106的工作效 率。与此相对，为了使背压空间135的压力与压电元件136的变形状 态无关地保持一定，在壳体132的背压空间135侧设置有背压孔135A。
另外，作为将基于逆斯特林循环的热交换用于制冷库的例子，有 例如记载在特开2003-50073号公报(现有技术例1)中的技术等。
在现有技术例1中，公开了一种斯特林冷冻系统，其特征在于， 包括将基于逆斯特林循环的工作气体的压缩热散出到外部用的高温 部；从外部吸收基于逆斯特林循环的工作气体的膨胀热用的低温部； 以及由闭合回路构成的低温侧循环回路，该闭合回路以构成热虹吸的 方式，将与低温部热结合的低温侧冷凝器和多个低温侧蒸发器连结在 一起，该系统将输送低温部低温热能的低温热能输送介质封入低温侧 循环回路内。在这里，高温部的热量通过高温侧热交换循环(散热系 统)散出。高温侧热交换循环包括通过配管连接的高温侧蒸发器和高 温侧冷凝器，根据热虹吸原理输送、散出热。
此外，在注册实用新型第2505727号公报(现有技术例2)中，公 开了一种压电泵，该压电泵包括：壳体、设置在壳体内部的压电振动 器以及设置在压电振动器的单侧泵室中的吸入用、排出用的单向阀。 在该压电泵中，泵室和相对压电振动器位于上述泵室相反侧的反泵室 连通。
专利文献1：特开2003-50073号公报。
专利文献2：注册实用新型第2505727号公报。
但是，在上述压电泵中，存在着以下问题。
在图6所示的压电泵中，使用以在内部形成空间的方式对置的多 个部件构成壳体。这里，多个部件间的密封一般情况下用O形环等实 现。在这样的结构中，由于工作介质会慢慢地泄漏，所以，在回路内 压力低于大气压或高于大气压的状态(在本申请说明书中，称作负压 状态或正压状态)的密闭系统中长期使用是不可能的。这样的问题也 不能通过现有技术例2的压电泵得以解决。
另外，用于压电泵的压电元件耐热性低，所以，在为了提高密封 性而通过熔接将上述多个部件接合在一起的情况下，怎样才能使得该 熔接热难以传递给压电元件就成了课题。通过降低传递到压电元件上 的热量，该压电元件的性能提高，其结果，流体的循环效率将得以提 高。

本发明就是鉴于上述问题提出的，本发明的目的是提供一种在负 压/正压状态下使流体高效地循环的压电泵及斯特林制冷库。
本发明的压电泵包括：将多个金属制部件接合形成的壳体；将壳 体内的空间分隔为第1及第2内部空间的压电元件；以及设置在壳体 与压电元件之间，并保持压电元件的非金属制第1及第2内部部件。
构成壳体的多个金属制部件，优选通过熔接接合在一起。由于该 部件通过熔接接合在一起，所以可提高对工作介质泄漏的耐久性。其 结果是，可提供一种在以低于或高于大气压的压力运转的密闭系统中 能长期使用的压电泵。另外，通过在金属制壳体与压电元件之间设置 非金属制内部部件，将壳体与压电元件隔离，可抑制熔接热向压电元 件的传递。
在这里，优选地，第1及第2内部部件由树脂制成，第1及第2 内部部件分别界定第1及第2内部空间的外周，在第1及第2内部部件 之间以夹持压电元件的方式保持该压电元件。
由于使用容易成型的树脂，并且用简单的结构保持压电元件，所 以，能以低成本制造压电泵。
上述压电泵，在一个方面中，还包括：形成在第1内部部件上、 且从壳体外部的吸入管朝向作为工作空间的第1内部空间的工作介质 通过其中的入口部；形成在第1内部部件上、且从第1内部空间朝向 壳体外部的排出管的工作介质通过其中的出口部；设置在入口部与第1 内部空间之间的第1单向阀；设置在出口部与第1内部空间之间的第2 单向阀；以及分别对第1及第2内部空间与压电元件之间的间隙、和 入口部及出口部与壳体之间的间隙进行密封的多个O形环。在这里， 优选地，在第1内部部件上设置分别设置第1及第2单向阀的第1及第 2单向阀设置部、以及分别设置多个O形环的多个槽部。
在本方案中，通过在树脂制内部部件上设置凹部或槽，可简单地 形成设置单向阀及O形环的设置台或槽。
在这里，优选地，还包括将作为背压空间的第2内部空间和入口 部或出口部连通的连通部，连通部由形成在第1及第2内部部件上的 孔或槽构成。
通过形成连通部，可将工作空间(第1内部空间)与背压空间(第 2内部空间)的压力保持大致相等。另外，通过在树脂构成的内部部件 上设置槽或孔，不需要在壳体的外部设置连通管，便能简单地形成连 通部。其结果是，能以低成本形成使流体高效地循环的紧凑的压电泵。
进一步，优选地，上述连通部与壳体中的多个金属制部件的接合 部位连通。由此，可将连通部作为壳体的泄漏检查孔利用。
上述压电泵，在另一方面，还包括：形成在第1内部部件上、且 从壳体外部的第1吸入管朝向作为工作空间的第1内部空间的工作介 质通过其中的第1入口部；形成在第2内部部件上、且从壳体外部的 第2吸入管朝向作为工作空间的第2内部空间的工作介质通过其中的 第2入口部；形成在第1内部部件上、且从第1内部空间朝向壳体外 部的第1排出管的工作介质通过其中的第1出口部；形成在第2内部 部件上、且从第2内部空间朝向壳体外部的第2排出管的工作介质通 过其中的第2出口部；分别设置在第1及第2入口部和第1及第2内部 空间之间的第1及第2单向阀；分别设置在第1及第2出口部和第1 及第2内部空间之间的第3及第4单向阀；以及分别对第1及第2内部 空间与压电元件之间的间隙、和第1及第2入口部及第1及第2出口部 与壳体之间的间隙进行密封的多个O形环。在这里，优选地，在第1 及第2内部部件上，设置分别设置第1至第4单向阀的第1至第4单向 阀设置部、以及分别设置多个O形环的多个槽部。
在本方案中，可将压电元件的两侧作为工作空间加以利用。另外， 通过在树脂构成的内部部件上设置凹部或槽，可简单地形成设置单向 阀及O形环的设置台或槽。其结果是，能以低成本提供使流体高效地 循环的压电泵。
优选地，设置将第1或第2入口部或者第1或第2出口部与金属制 部件的接合部位连通的连通孔。
该贯通孔可作为壳体的泄漏检查孔利用。
上述压电泵，在另一方面中，还包括，形成在第1内部部件上、 且从壳体外部的吸入管朝向作为工作空间的第1内部空间的工作介质 通过其中的第1入口部；形成在第2内部部件上、且从第1入口部朝 向第2内部空间的工作介质通过其中的第2入口部；形成在第1内部 部件上、且从第1内部空间朝向壳体外部的排出管的工作介质通过其 中的第1出口部；形成在第2内部部件上、且从第2内部空间朝向第1 出口部的工作介质通过其中的第2出口部；由形成在第1及第2内部 部件上的孔或槽构成，将第1及第2入口部连通的第1连通部；由形 成在第1及第2内部部件上的孔或槽构成，将第1及第2出口部连通的 第2连通部；分别设置在第1及第2入口部和第1及第2内部空间之间 的第1及第2单向阀；分别设置在第1及第2出口部和第1及第2内部 空间之间的第3及第4单向阀；以及分别对第1及第2内部空间与压电 元件之间的间隙、和第1及第2入口部及第1及第2出口部与壳体之间 的间隙进行密封的多个O形环。在这里，优选地，在第1及第2内部 部件上，设置分别设置第1至第4单向阀的第1至第4单向阀设置部、 以及分别设置多个O形环的多个槽部。
在本方案中，可将压电元件的两侧作为工作空间加以利用。另外， 不需要在壳体的外部设置连通管，便能简单地形成第1及第2连通部。 进一步，通过在树脂构成的内部部件上设置凹部或槽，可简单地形成 设置单向阀及O形环的设置台或槽。其结果是，能以低成本提供一种 使流体高效地循环的结构紧凑的压电泵。
在这里，也可以使第1及第2连通部的一者与壳体中的金属制部 件的接合部位连通。由此，可将连通部作为壳体的泄漏检查孔利用。
另外，也可以在第1内部部件与第2内部部件的接合面上，进一 步设置对第1连通部或第2连通部进行密封的其他O形环。由此，可 确保作为工作介质通路的第1及第2连通部的密闭性。
此外，构成壳体的多个金属制部件，也可以分别设置有凸缘部， 通过将凸缘部的末端部彼此熔接在一起，形成壳体。由此，可使熔接 部位和压电元件远离，因而，可进一步提高抑制向压电元件传入热量 的效果。
在本发明的斯特林制冷库中，将上述压电泵设置在高温侧的工作 介质循环回路中。
根据本发明，可提供一种即使在负压/正压的密闭系统中长期使 用，也不会发生缓慢泄漏的压电泵。
附图说明
图1是斯特林制冷库的配管系统图的一个例子。
图2是本发明实施方式1的压电泵的剖视图。
图3是本发明实施方式2的压电泵的剖视图。
图4是本发明实施方式3的压电泵的剖视图。
图5是表示斯特林制冷库中的斯特林冷冻机的侧剖视图的一个例 子。
图6是现有压电泵的剖视图。
附图标记说明
1-斯特林制冷库，2-散热部，2A～2F-管(高温侧循环回路)， 3-吸热部，3A、3B-管(低温侧循环回路)，4-斯特林冷冻机，5 -高温侧蒸发器，6-循环泵，7-高温侧冷凝器，8-风扇，9-结露 防止管，10-低温侧冷凝器，11-低温侧蒸发器，12-风扇，13-压 力缸，14-活塞，15-置换器(displacer)，16-再生器，17-工作空 间，17A-压缩空间，17B-膨胀空间，18、19-热交换器，18A-管 道，20-内部磁轭，21-可动磁体，22-外部磁轭，23-线性马达， 24-活塞弹簧，25-置换器弹簧，26-置换器杆，27-背压空间，28 -板簧，29-平衡重，30、32-壳体，33A、33B-内部部件，34、34A、 34B-工作空间，35-背压空间，36-压电元件，37、37A、37B-入 口部，38、38A、38B-出口部，39、39A、39B、40、40A、40B-单 向阀，41、41A、41B-入口管，42、42A、42B-出口管，43-O形环， 44-连通部，44A-泄漏检查孔，44B-入口连通部，44C-出口连通 部，45-电源端子，46-凸缘部。

下面，对基于本发明的压电泵及斯特林制冷库的实施方式，用图1 至图5进行说明。
此外，在本申请说明书中，所谓“制冷库”是指包含“冷藏库”、 “冷冻库”及“冷冻冷藏库”的全部的概念。
另外，在本申请说明书中，虽然将对作为备有斯特林冷冻机的斯 特林发动机搭载设备的斯特林制冷库进行说明，但是，设置本发明的 压电泵的斯特林发动机搭载设备，并不限于斯特林制冷库。斯特林发 动机例如也可以作为发电机使用。
(斯特林制冷库的说明)
图1是将后述的本发明实施方式1～3的压电泵设置在高温侧工作 介质循环回路中的斯特林制冷库的配管系统图的一个例子。
斯特林制冷库1如图1所示，包括：具有散热部2和吸热部3的斯 特林冷冻机4(斯特林发动机)；包含安装在散热部2的高温侧蒸发器 5、高温侧冷凝器7及管2A、2B的第1高温侧循环回路(第1循环回 路)；包含高温侧蒸发器5、循环泵6、结露防止管9及管2C、2D、 2E、2F的第2高温侧循环回路(第2循环回路)；以及包含安装在吸 热部3的低温侧冷凝器10、低温侧蒸发器11及管3A、3B的低温侧循 环回路。第1高温侧循环回路进行斯特林冷冻机4的散热部2的冷却， 第2高温侧循环回路将热量供给到结露防止管9。另外，低温侧循环回 路进行制冷库内的空气与斯特林冷冻机4的吸热部3之间的热交换。
在第1及第2高温侧循环回路内封入有水(H2O)等作为制冷剂。 在高温侧蒸发器5中蒸发的制冷剂通过管2A(高温侧导管)到达高温 侧冷凝器7(图1中的虚线箭头)。制冷剂通过在高温侧冷凝器7中与 外部气体进行热交换而冷凝。为了促进该热交换，在高温侧冷凝器7 附近设置有产生气流的风扇8。经过冷凝的制冷剂，经由管2B(高温 侧返回管)返回到高温侧蒸发器5中。在第1高温侧循环回路中，为 了能够这样利用基于制冷剂的蒸发与冷凝的自然循环，传递在散热部2 产生的热量，而将高温侧冷凝器7配置在高温侧蒸发器5的更上方。 另外，为了调整制冷剂的沸点，而调整循环回路系统内的压力(减压 到大致真空状态)。
另一方面，在高温侧蒸发器5的下部，连接有管2C。液相制冷剂 从高温侧蒸发器5流入管2C中。流入管2C中的制冷剂经过管2D，到 达设置在斯特林冷冻机4下方的循环泵6中。从循环泵6中排出的制 冷剂，通过管2E被送到结露防止管9中。在这里，结露防止管9内流 动的制冷剂借助从斯特林冷冻机4的散热部2赋予的热量而保持为比 较高的温度。因而，通过将结露防止管9配置在制冷库的前面，可抑 制门部等处的结露。结露防止管9内流动的制冷剂通过管2F返回高温 侧蒸发器5内。按照这样的方式，在第2高温侧循环回路中，通过循 环泵6进行强制循环。
在低温侧循环回路内，封入有二氧化碳或烃等作为制冷剂。在低 温侧冷凝器10中冷凝的制冷剂，通过管3A(低温侧导管)到达低温 侧蒸发器11中。在低温侧蒸发器11中，通过制冷剂的蒸发进行热交 换。为了促进该热交换，在低温侧蒸发器11附近设置有产生气流的风 扇12。进行热交换之后，气化的制冷剂经由管3B(低温侧返回管)返 回到低温侧冷凝器10中。在低温侧循环回路中，为了能够这样利用基 于制冷剂的蒸发与冷凝的自然循环，传递在吸热部3产生的低温热能， 将低温侧蒸发器11配置在低温侧冷凝器10的更下方。另外，为了调 整制冷剂的沸点，调整循环回路系统内的压力(减压到大致真空状 态)。
斯特林冷冻机4工作时，在该冷冻机4的散热部2产生的热量经 高温侧冷凝器7与空气进行热交换。另一方面，在斯特林冷冻机4的 吸热部3产生的低温热能经低温侧蒸发器11与制冷库内的空气进行热 交换。来自制冷库内的变暖的气流再次被输送到低温侧蒸发器11附 近，而被反复地冷却。
(实施方式1)
图2是表示实施方式1的压电泵的剖视图。
本实施方式的压电泵6如图2所示，包括：将多个金属制部件熔 接形成的壳体32；将壳体32内的空间分隔为工作空间34(第1内部空 间)与背压空间35(第2内部空间)的压电元件36；以及设置在壳体 32与压电元件36之间，对压电元件36进行保持的非金属制内部部件 33A、33B(第1及第2内部部件)。
内部部件33A、33B由容易加工、成型的树脂构成。内部部件33A 界定了工作空间34(泵室)的外周，内部部件33B界定了背压空间35 的外周。通过使内部部件33A、33B对置，在内部部件33A、33B之间 形成凹部，在该凹部内收容并保持压电元件36。即，内部部件33A、 33B以夹持压电元件36的方式保持压电元件36。
在图2的例子中设置有：形成在内部部件33A上、且从壳体32外 部的入口管41(吸入管)朝向工作空间34的工作介质通过其中的入口 部37；形成在内部部件33A上、且从工作空间34朝向壳体32外部的 出口管42(排出管)的工作介质通过其中的出口部38；设置在入口部 37与工作空间34之间的单向阀39(第1单向阀)；设置在出口部38 与工作空间34之间的单向阀40(第2单向阀)；以及分别密封工作空 间34及背压空间35与压电元件36之间的间隙、和入口部37及出口部 38与壳体32内表面之间的间隙的多个O形环43。在这里，分别设置 单向阀39、40的设置台(第1及第2单向阀设置部)以及安装各O形 环43的槽部，通过在内部部件33A、33B上预先进行加工而设置。
压电泵6具有将背压空间35与入口部37连通的连通部44。连通 部44由形成在内部部件33A、33B上的孔或槽构成。连通部44伸到壳 体32的内表面上，与多个金属制部件的熔接部位连通。此外，也可以 代替连通部44，而设置将背压空间35与出口部38连通的连通部。
实际使压电泵6工作时，通过电源端子45将电信号施加给压电元 件36，使压电元件36沿图2中的左右方向进行振动运动。
在上述的结构中，通过将构成壳体32的多个部件以熔接方式接合 在一起，可提高对工作介质泄漏的耐久性。其结果是，可提供一种在 负压/正压状态的密闭系统中可长期使用的压电泵6。另外，通过在金 属制壳体32与压电元件36之间设置树脂制内部部件33A、33B，将壳 体32与压电元件36隔离，可抑制熔接金属部件时的熔接热传递给压 电元件36。因而，可提高压电元件36的工作效率，其结果是，提高了 工作介质的循环效率。
另外，作为内部部件33A、33B，使用的是容易成型的树脂制部件， 且用上述简单的结构保持压电元件36，所以，能以低成本制造压电泵 6。
另外，分别设置单向阀39、40和多个O形环43的设置台或槽， 可通过在树脂制内部部件33A、33B上设置凹部或槽而简单地形成。
进一步，通过形成连通部44，可将工作空间34(第1内部空间) 与背压空间35(第2内部空间)的压力保持大致相等。其结果是，在 负压/正压状态下，提高了工作介质的循环效率。在这里，连通部44， 由于是在树脂制内部部件33A、33B上设置槽或孔，所以，不需要在壳 体的外部设置连通管，便能简单地形成。其结果是，能以低成本实现 压电泵6的紧凑结构。另外，由于连通部44与多个金属制部件的熔接 部位连通，所以，连通部44可作为壳体的泄漏检查孔(连通孔)使用。
构成壳体32的多个金属制部件分别具有凸缘部46，通过将凸缘部 46的末端部彼此熔接在一起，而形成壳体32。通过设置凸缘部46，可 使熔接部位和压电元件36进一步远离，因而，可进一步提高抑制向压 电元件36传入热量的效果。
(实施方式2)
图3是表示实施方式2的压电泵的剖视图。
本实施方式的压电泵6是实施方式1的压电泵6的变形例，其特 征在于，将压电泵36的两侧作为泵室(工作空间34A、34B)加以利 用。
压电泵6如图3所示设置有：形成在内部部件33A(第1内部部件) 上、且从壳体32外部的入口管41A(第1吸入管)朝向工作空间34A (第1内部空间)的工作介质通过其中的入口部37A(第1入口部)； 形成在内部部件33B(第2内部部件)上、且从壳体32外部的入口管 41B(第2吸入管)朝向工作空间34B(第2内部空间)的工作介质通 过其中的入口部37B(第2入口部)；形成在内部部件33A上、且从 工作空间34A朝向壳体32外部的出口管42A(第1排出管)的工作介 质通过其中的出口部38A(第1出口部)；形成在内部部件33B上、 且从工作空间34B朝向壳体32外部的出口管42B(第2排出管)的工 作介质通过其中的出口部38B(第2出口部)；分别设置在入口部37A、 37B与工作空间34A、34B之间的单向阀39A、39B(第1及第2单向 阀)；分别设置在出口部38A、38B与工作空间34A、34B之间的单向 阀40A、40B(第3与第4单向阀)；和分别对工作空间34A、34B与 压电元件36之间的间隙、以及入口部37A、37B及出口部38A、38B 与壳体32内表面之间的间隙进行密封的多个O形环43。在这里，分 别设置单向阀39A、39B、40A、40B的设置台(第1至第4单向阀设 置部)以及安装各O形环43的槽部，通过在内部部件33A、33B上预 先进行加工而设置。
压电泵6，在内部部件33A、33B上设置有从入口部37A、37B伸 到壳体32内表面上而与多个金属制部件的熔接部位连通的泄漏检查孔 44A(连通孔)。此外，泄漏检查孔44A也可以仅设置在内部部件33A、 33B的一个上；还可以代替泄漏检查孔44A，设置从出口部38A、38B 伸到壳体32的内表面上而与多个金属制部件的熔接部位连通的泄漏检 查孔。
根据上述的结构，也能与实施方式1同样地，以低成本提供一种 在负压/正压状态的密闭系统中可长期使用的循环效率高的压电泵6。
进一步，由于泄漏检查孔44A与多个金属制部件的熔接部位连 通，所以，可进行壳体的泄漏检查。
此外，在本实施方式中，对与上述实施方式1同样的情况，不再 重复进行详细说明。
(实施方式3)
图4是表示实施方式3的压电泵的剖视图。
本实施方式的压电泵6是实施方式1的压电泵6的变形例，其特 征在于，将压电泵36的两侧作为泵室(工作空间34A、34B)加以利 用。
压电泵6，如图4所示设置有：形成在内部部件33A(第1内部部 件)上、且从壳体32外部的入口管41A(第1吸入管)朝向工作空间 34A(第1内部空间)的工作介质通过其中的入口部37A(第1入口部)； 形成在内部部件33B(第2内部部件)上、且从入口部37A朝向工作 空间34B(第2内部空间)的工作介质通过其中的入口部37B(第2入 口部)；形成在内部部件33A上、且从工作空间34A朝向壳体32外部 的出口管42(排出管)的工作介质通过其中的出口部38A(第1出口 部)；形成在内部部件33B上、且从工作空间34B朝向出口38A的工 作介质通过其中的出口部38B(第2出口部)；由形成在内部部件33A、 33B上的孔或槽构成，且将入口部37A、37B连通的入口连通部44B(第 1连通部)；由形成在内部部件33A、33B上的孔或槽构成，且将出口 部38A、38B连通的出口连通部44C(第2连通部)；分别设置在入口 部37A、37B与工作空间34A、34B之间的单向阀39A、39B(第1及 第2单向阀)；分别设置在出口部38A、38B与工作空间34A、34B之 间的单向阀40A、40B(第3与第4单向阀)；和分别对工作空间34A、 34B与压电元件36之间的间隙、以及入口部37A、37B及出口部38A、 38B与壳体32内表面之间的间隙进行密封的多个O形环43。在这里， 分别设置单向阀39A、39B、40A、40B的设置台(第1至第4单向阀 设置部)以及安装各O形环43的槽部，通过在内部部件33A、33B上 预先进行加工而设置。
在这里，入口连通部44B伸到壳体32的内表面上，与多个金属制 部件的熔接部位连通。由此，可将入口连通部44B作为泄漏检查孔加 以利用。另一方面，出口连通部44C如图4所示，通过在内部部件33A、 33B的接合面上设置O形环(另外的O形环)进行密封，而不与多个 金属制部件的熔接部位连通。此外，也可以将入口连通部44B密封， 将出口连通部44C与熔接部位连通。通过这样仅使入口连通部44B与 出口连通部44C中的一者和熔接部位连通，另一者用O形环密封，可 避免作为工作介质通路的入口部37A、37B和出口部38A、38B彼此连 通。
根据上述结构，也能与实施方式1同样地，以低成本提供一种在 负压/正压状态的密闭系统中可长期使用的循环效率高的压电泵6。
另外，入口连通部44B与出口连通部44C，由于是在树脂制内部 部件33A、33B上设置槽或孔，所以，不需要在壳体的外部设置连通管， 便能简单地形成。其结果是，可实现压电泵6的紧凑结构。
此外，在本实施方式中，对于与上述实施方式1同样的情况，不 再反复地进行详细说明。
(斯特林冷冻机的说明)
用图5对斯特林冷冻机4的结构的一例及其工作原理进行说明。
如图5所示，本实施方式的斯特林冷冻机4是自由活塞型的斯特 林发动机，包括：壳体30；组装在该壳体30中的压力缸13；在该压 力缸13中作往复运动的活塞14和置换器15；再生器16；包含压缩空 间17A和膨胀空间17B的工作空间17；散热部2；吸热部3；作为活 塞驱动装置的线性马达23；活塞弹簧24；置换器弹簧25；置换器杆26 以及背压空间27。
在图5的例子中，斯特林冷冻机4的外壳体(外壁)不是由单一 容器构成，主要由位于背压空间27侧的壳体30(容器部分)；位于工 作空间17侧的散热部2以及管道18A和吸热部3构成。壳体30界定 了背压空间27。在壳体30中组装有以压力缸13、线性马达23、活塞 弹簧24及置换器弹簧25为代表的各种部件。在上述外壳体的内部， 填充有氦气或氢气、氮气等工作介质。
压力13具有大致圆筒状的形状，其内部收容有可往复运动的活 塞14和作为自由活塞的置换器15。压力缸13内，在同一轴上隔开间 隔地配置活塞14和置换器15，该活塞14和置换器15将压力13内 的工作空间17划分成压缩空间17A和膨胀空间17B。更详细地说，工 作空间17是较活塞14的置换器15侧端面靠置换器15侧的空间，在活 塞14与置换器15之间形成压缩空间17A，在置换器15与吸热部3之 间形成膨胀空间17B。压缩空间17A主要由散热部2围成，膨胀空间 17B主要由吸热部3围成。
在压缩空间17A与膨胀空间17B之间，配置有再生器16，该再生 器16是通过在管道18A的内周面上隔开既定间隙地卷绕薄膜而成的， 通过该再生器16将压缩空间17A与膨胀空间17B连通。由此，在斯特 林冷冻机4内构成闭合回路。封入该闭合回路内的工作介质配合活塞 14与置换器15的动作而流动，实现后述的逆斯特林循环。
在位于压力缸13外侧的背压空间27中，配置有线性马达23。线 性马达23具有内部磁轭20、可动磁体部21及外部磁轭22，通过该线 性马达23在压力缸13的轴向上驱动活塞14。
活塞14的一端与由板簧等构成的活塞弹簧24连接。该活塞弹簧 24具有将弹力施加给活塞14的弹力施加机构的功能。通过对该活塞弹 簧24施加弹力，可使活塞14在压力缸13内更稳定地进行周期性往复 运动。置换器15的一端通过置换器杆26与置换器弹簧25连接。置换 器杆26贯通活塞14地配置，置换器弹簧25由板簧等构成。该置换器 弹簧25的周缘部与活塞弹簧24的周缘部由从线性马达23延伸到活塞 14的背压空间27侧(以下也有称作后方的情况)的支承部件支承。
相对活塞14来说在置换器15相反侧，配置有由壳体30包围的背 压空间27。背压空间27包括在壳体30内位于活塞14周围的外周区域、 和在壳体30内比活塞14靠活塞弹簧24侧(后方侧)的后方区域。在 该背压空间27内也有工作介质。
在散热部2、吸热部3的内周面上分别设置有热交换器18和热交 换器19。热交换器18、19分别进行压缩空间17A、膨胀空间17B与散 热部2、吸入部3之间的热交换。
在壳体30的后方侧，通过板簧28安装有平衡重29。平衡重29是 用来吸收因活塞14及置换器15的振动而产生的壳体30振动的质量部 件。具体地说，在因活塞14及置换器15振动而在壳体30上产生振动 的情况下，平衡重29以追随该壳体30的振动的方式振动，由此，减 轻斯特林冷冻机4的振动。
接着，说明该斯特林冷冻机4的工作原理。
首先，使线性马达23工作，驱动活塞14。由线性马达23驱动的 活塞14接近置换器15，将压缩空间17A内的工作流体(工作气体)压 缩。
由于活塞14接近置换器15，压缩空间17A内的工作介质的温度上 升，但是，该压缩空间17A内产生的热量通过散热部2向外部散出。 因此，压缩空间17A内的工作介质的温度维持在基本等温的状态。即， 本过程相当于逆斯特林循环中的等温压缩过程。
活塞14接近置换器15后，置换器15向吸热部3侧移动。另一方 面，被活塞14在压缩空间17A内压缩了的工作介质流入再生器16内， 进一步向膨胀空间17B流入。这时，将工作介质所具有的热量蓄积到 再生器16中。即，本过程相当于逆斯特林循环中的等容冷却过程。
流入到膨胀空间17B内的高压工作介质，由于置换器15向活塞14 侧(后方侧)移动而膨胀。于是，随着置换器15向后方侧移动，置换 器弹簧25的中央部也向后方侧突出地变形。
虽然如上所述，通过使工作介质在膨胀空间17B内膨胀，膨胀空 间17B内的工作介质的温度会下降，但是，由于通过吸热部3将外部 热量向膨胀空间17B内传递，所以，膨胀空间17B内基本保持等温。 即，本过程相当于逆斯特林循环中的等温膨胀过程。
之后，置换器15开始朝着远离活塞14的方向开始移动。由此， 膨胀空间17B内的工作介质通过再生器16再次向压缩空间17A侧返 回。这时，将蓄积到再生器16中的热量施加给工作介质，使工作介质 升温。即，本过程相当于逆斯特林循环中的等容加热过程。
通过反复进行这一连串的过程(等温压缩过程—等容冷却过程— 等温膨胀过程—等容加热过程)，构成逆斯特林循环。其结果是，吸 热部3逐渐变成低温，直到具有非常低的温度(例如-50℃左右)为 止。另一方面，散热部2逐渐变成高温(例如60℃左右)。如上所述， 吸热部3中的低温热能通过低温侧循环回路供给到制冷库内，散热部2 中的热量通过第1及第2高温侧循环回路散出到制冷库外。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，开始就能预测到 可以将上述各实施方式的特征部分进行适当的组合。另外，这里公开 的实施方式所有都仅仅是为了例示而已，并不构成对本发明的限定。 本发明的范围由权利要求表示，包括在与权利要求书等价的含义及范 围内进行的所有变更。
产业上的可利用性
如上面所述的那样，本发明适用于压电泵及斯特林制冷库。