JPH0125254Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本考案は、クライオポンプやHe液化装置等に
適用可能な冷凍装置用の揺動ピストン型膨張機に
関する。

(ロ) 従来技術 従来、クライオポンプ等に使用されている小型
の冷凍装置は、内部に蓄冷器を保有したピストン
状のデイスプレーサをケーシング内に摺動可能に
嵌挿して、このデイスプレーサの挿入端と前記ケ
ーシングの端壁間に膨張室を形成し、前記デイス
プレーサの直線往復動作に伴なわせて前記膨張室
を拡縮させて前記蓄冷器を介して該膨張室に導入
される冷媒ガスを順次断熱膨張させ得るようにし
たものが一般的である。

ところが、このような構成のものでは、質量の
大きなデイスプレーサを上、下に動かして膨張室
の容積をコントロールしているため、装置の重心
が１サイクル毎に大きく変動する。そのため、振
動が大きいという欠点がある。

そのため、近時、軸心回りに回動可能に設けた
ロータと、このロータの外周囲を囲繞するケーシ
ングと、このケーシングの内周に突設されその先
端を前記ロータの外周に摺接させた固定ベーン
と、前記ロータの外周に突設されその先端を前記
ケーシングの内周に摺接させた回動ベーンとを具
備し、前記固定ベーンと前記回動ベーンとの間に
形成される対をなす膨張室を前記ロータの往復回
動動作により交互に拡縮させて該膨張室に導入す
るガスを順次膨張させ得るように構成した膨張機
を用いることが考えられている。ところが、従来
考えられているものは、前述した円筒状のケーシ
ングの両端開口部に側板をそれぞれ蓋着するとと
もに、これらの側板に軸受を設け、これらの軸受
で前記ロータの両端軸部を支承するようにしてい
る。そのため、前記ロータの軸心と前記ケーシン
グの軸心とを高い精度で一致させるのが難かし
く、作動の円滑さが損なわれたり、十分なシール
性が確保できなくなるという問題がある。すなわ
ち、このような構成のものは、前記ロータと前記
ケーシングとの間に前記軸受と前記側板とが介在
することになるので、各接合部分における加工誤
差が累積して前記ロータの軸心と前記ケーシング
の軸心との間にかなりの不一致が生じることがあ
る。しかるに一方、前記固定ベーンの先端と前記
ロータの外周面との間ならびに前記可動ベーンと
前記ケーシングとの間に形成される隙間を微小な
値に維持しておかないと、各膨張室間のシール性
が損なわれてしまう。そのため、シール性を重視
すると前述した軸心不一致現象によつて前記隙間
部分で干渉が生じ、円滑な作動が阻害されるとい
う不都合を招くことになり、逆に円滑な作動を確
保しようとすると前記隙間が大きくなりすぎるこ
とがあり、シール性が損なわれて性能が低下する
という不具合が生じる。

(ハ) 目的 本考案は、このような事情に着目してなされた
もので、重心移動が少ないため、振動を有効に抑
えることが可能であり、しかも、構造が簡単で加
工が容易であり、こじれによる作動の不安定化や
シール性の低下等の不都合を招くことのない優れ
た揺動ピストン型膨張機を提供することを日的と
する。

(ニ) 構成 本考案は、かかる目的を達成するために、前述
したような揺動ピストン方式を基本的には採用す
るが、ロータを側板に設けた軸受により支承する
ことはせず、代わりに、固定ベーンの先端にロー
タの外周面に密接する円弧面を形成し、この円弧
面で前記ロータを回動可能に支承するようにした
ことを特徹とするものである。

(ホ) 実施例 以下、本考案の一実施例を図面を参照して説明
する。

第１図および第２図に示すように本考案に係る
膨張機Ａは、軸心回りに回動可能なロータ１の外
周囲をケーシング２により囲繞し、このケーシン
グ２の内周面２ａに突設した固定ベーン３と前記
ロータ１の外周面１ａに突設した回動ベーン４と
の間に交互に拡縮する膨張室５，６を形成してい
る。なお、この実施例では、前記固定ベーン３お
よび前記回動ベーン４をそれぞれ２枚づつ円周方
向に等配に設けており、それによつて、対をなす
膨張室５，６が２組形成されている。ロータ１
は、出つぱりや軸部等を一切有さない円筒体状の
ものであり、その軸心中空部にシヤフト７の一端
部が挿入してある。そして、このシヤフト７の挿
入端７ａと前記ロータ１とは、スプライン継手８
を介し比較的自由度を持たせた状態で連結してあ
る。また、ケーシング２は、円筒体状のもので、
その両端開口部には、上側板９および下側板１１
がそれぞれ蓋着してある。また、前記固定ベーン
３は、上、下縁を前記両側板９，１１に密着させ
て前記ケーシング２の内周面２ａに固定したブロ
ツク状のもので、その先端に前記ロータ１の外周
面１ａに微小な隙間を介して密接する円弧面３ａ
が形成してあり、この円弧面３ａで前記ロータ１
を回動可能に支承している。すなわち、この円弧
面３ａが軸受としての働きをなすようにしてあ
る。なお、この固定ベーン３は、前記ロータ１と
前記ケーシング２との間に形成される空間を埋め
得るようなリング状の素材から切出した扇形のブ
ロツクであり、ボルト１２を用いて前記ケーシン
グ２の内周２ａに固定されている。また、前記回
動ベーン４は、前記ロータ１の外周１ａにボルト
１３を用いて固設した壁状体であり、その先端４
ａを前記ケーシング２の内周２ａに微小な隙間
（前記ロータ１の外周面１ａと前記円弧面３ａと
の隙間よりは若干大きく設定してある）を介して
摺接させている。なお、１４は上側板９に気密に
装着したシール板、１５は前記下側板１１に気密
に装着したボデイである。また、１６，１７は蓄
冷器である。蓄冷器１６，１７は、銅等により作
られた多数の通気孔を有する蓄熱エレメントとス
テンレススチール線等により作られたスペーサ
（図示せず）とを交互に積み重ねて構成したもの
であり、蓄冷器１６の低温端１６ａは、ポート１
８を介して各膨張室５に連通させてあるととも
に、蓄冷器１７の低温端１７ａは、ポート１９を
介して各膨張室６に連通させてある。また、これ
ら各蓄冷器１６，１７の高温端１６ｂ，１７ｂ
は、高圧バルブ２１，２２を介して給気系路２３
に接続してあるとともに、低圧バルブ２４，２５
を介して排気系路２６に接続してある。

次いで、この実施例の作動を説明する。

まず、第３図ａに示す状態では、第１の膨張室
５が最小で、第２の膨張室６が最大となつてい
る。そして、この場合、第１の高圧バルブ２１と
第２の低圧バルブ２５とが開成している。そのた
め、給気系路２３を通して供給される圧縮機（図
示せず）からの高圧ガスは、蓄冷器１６を通して
第１の膨張室５に導入される。膨張室５に高圧ガ
スが入ると、このガス圧によつて回動ベーン４が
押圧され、ロータ１が半時計回り方向に回動を続
けることになる。このとき、ガスの圧力により前
記ロータ１に付与された回転エネルギはシヤフト
８を介して外部に取り出され、図示しない発電機
等により消費される。そして、前記ロータ１が第
３図ｂに示す位置、つまり、膨張室５が最小で膨
張室６が最大になる位置まで達すると、前記第１
の高圧バルブ２１と第２の低圧バルブ２５が閉成
し、代わりに、第１の低圧バルブ２４が閉成して
前記膨張室５が排気系路２６に接続される。その
結果、該膨張室５内のガスの一部が蓄冷器１６を
介して排気系路２１へ吹き出し、圧縮機の吸込口
に戻される。このとき、前記膨張室５内に残つた
ガスは、他のガスを押し出すという仕事をし、自
らも冷える。次いで、第３図ｃに示すように、前
記第１の低圧バルブ２４に加えて、第２の高圧バ
ルブ２２が開成して他方の膨張室６が給気系路２
３に接続され、圧縮機からの高圧ガスが該膨張室
６に導入される。そうすると、このガス圧によつ
て前記回動ベーン４が先ほどとは逆の方向に押圧
され、ロータ１が時計回り方向に回動し始める。
そして、このロータ１は該膨張室６の容積が最大
になる位置、つまり、第３図ｄに示す位置にまで
時計回り方向に回転を続けることになる。しかし
て、この際に前記膨張室５はその容積が最小にな
るまで減少し、該膨張室５内の低圧ガスは略全部
押し出される。この作動を繰り返すことによつて
ギフオードマクマホンサイクルが営まれ、前記ケ
ーシング２部分が極低温となる。

なお、前記実施例では、対をなす膨張室を２組
設けた場合について説明したが、本考案は必ずし
もこのようなものに限られないのは勿論であり、
例えば、１組あるいは３組以上設けるようにして
もよい。この場合、前記実施例のように対をなす
膨張室を偶数組設けるようにすれば、ロータの軸
心を介して対称な位置に存在する膨張室に同一の
条件でガスが出入りすることになる。そのため、
前記ロータに作用するガス圧力がバランスするこ
とになり、該ロータに大きなラジアル荷重が作用
しなくなる。

また、固定ベーンおよび可動ベーンは、それぞ
れケーシングおよびロータと一体に設けてもよ
い。

さらに、前記実施例では、固定ベーンの円弧面
を全面的にロータの外周面に密接させた場合につ
いて説明したが、本考案はかならずしもこのよう
なものに限らず、例えば、前記円弧面の一部にガ
スポケツトを設け、このガスポケツトに高圧ガス
を導入して静圧ベアリングを構成するようにして
もよい。

(ヘ) 効果 本考案は、以上のような構成であるから、次の
ような効果が得られる。

まず、ロータの往復回動動作によつて膨張室の
容積を増減させるようにしているので、質量の大
きなデイスプレーサを上下動させる場合のような
重心移動が一切なく、振動を大幅に低減させるこ
とができる。そのため、高速化にも無理なく対応
することが可能である。

また、対をなす膨張室を背反的に増減させるよ
うにしているので、ケーシング内の空間を有効に
利用することが可能となり、前述した高速化と相
まつて装置のコンパクト化あるいは高能力化を図
ることができる。

しかも、ロータを前記ケーシングの内周に固定
したベーンの先端円弧面によつて支承するように
しているので、側板に軸受を設けたりロータを軸
部を有した複雑な形状のものにする必要がない。
その上、固定ベーンの先端円弧面とロータの外周
面との密接部分で前記ロータの支持と膨張室間の
シールとを共に行なうようにしているので、ケー
シングの軸心とロータの軸心との不一致によつて
固定ベーンとロータとの間でこじれが生じたり、
シール性が損なわれたりすることがない。したが
つて、構造が簡単で加工が容易であり、安定した
作動を保証することができる効率の高い揺動ピス
トン型膨張機を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す概略断面図、
第２図は第１図における−線断面図、第３図
ａ，ｂ，ｃ，ｄは作用説明図である。 １……ロータ、１ａ……外周面、２……ケーシ
ング、２ａ……内周面、３……固定ベーン、３ａ
……円弧面、４……回動ベーン、４ａ……先端、
５，６……膨張室。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 軸心回りに回動可能に設けたロータと、この
   ロータの外周囲を囲繞するケーシングと、この
   ケーシングの内周に突設されその先端を前記ロ
   ータの外周面に摺接させた固定ベーンと、前記
   ロータの外周に突設されその先端を前記ケーシ
   ングの内周面に摺接させた回動ベーンとを具備
   し、前記固定ベーンと前記回動ベーンとの間に
   形成される対をなす膨張室を前記ロータの往復
   回動動作により交互に拡縮させて該膨張室に導
   入するガスを順次膨張させ得るように構成した
   膨張機であつて、前記固定ベーンの先端に前記
   ロータの外周面に密接する円弧面を形成し、こ
   の円弧面で前記ロータを回動可能に支承してい
   ることを特徴とする揺動ピストン型膨張機。 (2) 対をなす膨張室を偶数組備えていることを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   揺動ピストン型膨張機。