JPH03501992A - 共振式ピストン圧縮機のバランス室における圧力作動式可動ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 共振式ピストン圧縮機のバランス室における圧力作動式可動ヘッド （産業上の利用分野） 本発明は共振式ピストン圧縮機に関し、とくに、そのような圧縮機のバランス室 における圧力作動式可動ヘッドを装備したものに関する。

（従来の技術） 機械要素の周期的動作を得るのに、機械的な共振を活用した機種が存在する０便 宜上、本発明に係る共振機器は共振式ピストン圧縮機（ＲＰＣ）と称することに する。このＲＰＣはこの機種の中に含まれ、例えば、電気駆動式ヒートポンプの ような種々の圧縮機に応用できる往復式圧縮機である０通常、ＲＰＣは往復ピス トンを駆動する電動モータを具備し、これによってガス・あるいは液体である作 動流体に圧縮作用を与える。

公知のフリーピストン式の共振往復動圧縮機では、ピストンのような流体圧縮部 材は直線往復動式電動モータのような適当なモータで駆動されている。圧縮ピス トンは、通常、上記モータのアーマチュアに組合わされ、該アーマチュアは１あ るいはそれ以上の主あるいは共振スプリングの方法で休止位置に保持される。上 記モータが交流のような電源で付勢される時、磁力が発生され、上記ピストンを 駆動し、上記共振スプリングが上記ピストンを前後に発振させ、流体の圧縮を与 える。

住居用ヒートポンプのような広い範囲で吸入および放出圧を働かせるＲＰＣを用 意することが望まれている。

このような応用におけるＲＰＣの利点は可変容量ヒートポンプの操作が上記ＲＰ Ｃのビストンストロークを調整することで達成できることである０通常のヒート ポンプでは、圧縮機モータに供給される電気的な周波数を変化することで、上記 圧縮機の速さを調整することで一般に達成している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、種々の周波数でのモータ駆動を達成するのに必要な固定状態の電 子部品のコストは調整ＲＰＣのための固定周波数での可変電流装置が必要とする 部品のコストに比較して可成り高い。

不都合なことに、上記ヒートポンプの応用は固定した設計条件の中にない、上記 圧縮機の入口および放出口の圧力は外部温度変化で変化される。

例えば、外部温度が３５℃で、上記圧縮機の入口および放出口の圧力はＲ−２２ 冷媒について、一般に０．６２および２．１ｍｐａであり、その日が−９，４℃ である時、上記入口および放出口の圧力は一般に０．２５および１．３８ｍｐａ へそれぞれ降下される。圧力のこのような変化の結果として、外部温度によって 。

圧縮機およびバランス室の両方の“ガス・スプリング剛度に有意義な変化がある 。更に、これはＲＰＣの満足すべき操作が１あるいは他の外部温度限界で不可能 であるような点に上記ＲＰＣの共振チューニングについて有意義な変化をもたら す。

例えば、８７９３Ｊ／Ｓに定格された圧縮機の場合、次のテーブルは外部温度３ ５℃および１１℃での圧縮機の変化量およびバランスシリンダ硬度を示している 。

硬度（Ｋ　ｎ　／　ｍ　） 外部温度　（Ｃ）　圧縮機シリフタ　バランスシリンダ　全剛度ここでは、外部 温度状態が一１１’Ｃにおける全剛度は、３５℃の状態に比較しておよそ４０％ 減少される。これは固定周波数での共振作動ＲＰＣのための減少にしては大き過 ぎる。

更に特定すれば、　２．５ｋｇプランジャおよび６０ヘルツの通常周波数につい ては、このユニットの所望のガス・スプリング剛度は実質的に３５０ｋｍ／ｍで ある。その日が３５℃である場合、空調の間、上記所望剛度の実質９０％が圧縮 機室によって供給される。残された１０％は上記バランス室によって供給されな ければならない。

しかしながら、その日が一１１℃である場合、加熱操作の間、上記圧縮機室はＲ −２２冷媒サイクルの減圧レベルが原因して所望剛度の６０％だけが用いられる 。残りの４０％は上記バランス室によって供給されなければならない。しかしな がら、圧縮機室の剛度がその日　−１１℃である場合に減少される同じ理由で、 この減少に対向するのに幾つかの他の機構が役立っていないならば、上記バラン ス室の剛度は減少されるであろう。

本発明と同じ譲受人に対して譲渡された親出願第０１４．４４４号（１９８７年 ２月１３日付提出）には、例えば住居用ヒートポンプへの応用において生起され る吸入および放出圧力の広い範囲を越えて作用する改善された共振式ピストン往 復圧縮機が記述されまた請求されている。

この先行特許出願に記述されまた請求されている装置では加熱モードの操作の間 におけるガス・スプリング剛度の減少の影響は上記加熱モードおよび冷却モード の操作の間における全バランス室容積を変えるためのバランス室と関連される機 構を備えることで対向されている。上記先行特許出願における１つの装置では、 両側ピストン機構が１つのシリンダ内で往復動じ、−側のピストン機構にバルブ 付き圧縮機スペースを設定し、その他側のピストン機構にバランス室を設定して いる。

該装置は第１および第２の位置の間で調節できる可動ヘッド機構を具備していて 、上記２つの位置の間におけるバランス室の全容積について大きな変化をもたら している。これは、可動ヘッドの１つの位置において拡張バランス室容積が上記 バランス室に組合わされ、一方上記可動ヘッドの他の位置において、上記拡張バ ランス室容積が上記バランス室から除かれる。

上記先行特許出願については、以下の参照記述の中で内容が詳述されるであろう 。

（発明の目的） 本発明の目的とするところは、特にヒートポンプへの適用のような種々の応用に おいて用いられ、そして、加熱および冷却のモードの選択操作において全バラン ス室容積を変化する改善された機構を具有する共振式ピストン圧縮機を提供する ことである。

（課題を解決するための手段） 要するに、本発明では、両側ピストン機構が一側のピストン機構においてバルブ 付の圧縮機スペースを設定し、他側のピストン機構においてバランス室容積を設 定している共振式ピストン圧縮機の新しい可動ヘッドが装備されている。上記共 振式ピストン圧縮機はまた、上記バランス室容積の可動機構のピストンを調節す る手段を具有し、拡張バランス室容積が上記バランス室から除かれる第１の位置 および上記拡張バランス室容積が上記バランス室に組合わされる第２の位置の間 で全バランス室容積を変化するようになっている。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明する。ここに示される圧縮 機ｌＯは１４で概略、指示されていて両側ピストン機構１６に組合わされている 電動モータを収容する形でシリンダ状になった外部ハウジング１２を具備してい る。しかして、交流が上記モータに供給される時、そのモータの磁石プランジャ は稼動流体（空気、ヘリウムなどのような）を圧縮する第１の方向に圧縮機ピス トンを駆動させる。そして、上記電流が切が原因して上記プランジャを発振する 。上記モータは一般に６０ヘルツ程度で働き、連続的に上記稼動流体を圧縮する 。

ピストン機構１６は両側ピストン１８を具備しており、これはロッド２２に対し て２０で機械的に取付けられており、一方、上記ロッド２２は上記モータ１４の 可動アーマチュアに接続されている。ピストン１８はシリンダ２４中に摺動自在 に位置され、上記シリンダ２４は壁２６によって一端を閉じられている。

上記壁２６は適当な入口および放出口バルブ（図示せず）を具備しており、上記 ピストン１８の一側にバルブ付圧縮機スペースを設定している。シリンダ２４の 他端はハウジング３０によって閉じられており、該ハウジングは上記ピストンの 他側にバランス室を設定している。

この発明において、ＲＰＣはバランス室によってピストン１８へ及ぼす剛度を変 化するための手段を具備している。この端には可動ヘッド機構１１０が上記ハウ ジング３０内で適当に配置され、上記可動ヘッド機構１１０の１つの位置で上記 バランス室が１１４で概略、図示している第１の容積のみよりなるように配設さ れかつ構成されている。上記可動ヘッド機構１１０の他の位置では、上記バラン ス室は第１の容積に更に拡張容積１１５を加算したものになる。

第１図に特に示されているように、ハウジング３０は、２つの軸方向に隣接した シリンダ１１１および１１２を具備している。シリンダ１１１はハウジング３０ の一端において位置される比較的大径なものである。このシリンダ１１１に隣接 する他のシリンダ１１２は小径である。可動ヘッド機構１１０は上記シリンダ　 １１１内に摺動自在にシールされるように配置された第１個所１００を具備し、 また適当なシール手段１１６および１１７を具備している。可動ヘッド機構１１ ０は、また、小径の第２個所１０１を第１個所１００から突出して備えている。

上記可動ヘッド機構１１０の１つの位置では、小径個所１０１は上記シリンダ１ １２内に位置している。上記可動ヘッド機構１１０がこの位置で小径個所１０１ がシリンダ１１２内にある時、上記バランス室の全作動容積は第１容積　１１４ のみになっている。上記可動ヘッド機構１１Ｏが他の位置で、上記小径個所１０ １が上記シリンダ１１２内に延びていない時には、上記バランス室の全作動容積 は２つの容積１１４と　１１５の和になっている。以下の記述によって、このこ とが理解されよう、すなわち、小径個所１０１が上記シリンダ１１２内に配置さ れている可動ヘッド機構　１１０の１つの位置では拡張容積　１１５は全バラン ス室容積から除かれている。

一方、上記゛小径個所１０１が上記シリンダ　１１２内に延びていない可動ヘッ ド機構　１１０の他の位置の時、上記拡張容積１１５は容積１１４に組合わされ 、大きな全バランス室容積になる。

上記可動ヘッド　１１０の組合わせおよび除去動作とは別に、上記ヘッド　１１ ０を動作する他の手段が１９８７年２月１３日付で提出した親出願第　０１４． ４４４号に充分、記述されている。これは米国特許第４．７５１，３８１として １９８８年６月１４日発行の運びとなっており、この出願において参照される。

本発明の実施例は特定の１つだけが添付図面に適合した参照符号でここに詳述さ れているだけであるが、本発明はこの特定の実施例に対して限定されるものでは なく、当該技術分野の者によって種々の変形、変更がなしうるものである。この ため、添付の請求項は、本発明の真の範囲および本質において上記の変形、変更 のすべてをカバーするように意図されている。

（図面の簡単な説明） 図面は本発明の一実施例を示す縦断面図である。

１０　、、、圧縮機　１４　、、、電動モータ１６　、、、ピストン機構　１２ 　、、、外部ハウジング１ｇ　、、、ピストン　２２　、、、ロッド２４　、、 、シリンダ　２６　、、、壁３０　、、、ハウジング ＩＬＯ、、、可動ヘッド機構 １１１．１１２　、、、シリンダ　１１４．、、バランス室１１６．１１７　、 、、シール手段 １００　、、、第１個所　１０１．、、第２個所１１４　、、、第１容積　１１ ５．、、拡張容積国際調査報告 ｔ−！−ｌ＝−ｗ−ｙ　ムｓｓ−＋−ｂ＝　ｍＰＣＴ／　ＬＩ　Ｓ　Ｂ　９　／ 　００１１　Ｓ　１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シリンダ内で往復動されるように配置された両側ピストン機構がその一側に バルブ付きの圧縮機スペースを設定し、またその他側に可動ヘッド機構を具有す るバランス室容積を設定しており、該バランス室容積には上記可動ヘッド機構の ピストンを調節する手段があり、上記バランス室容積に拡張バランス室容積を組 合わせる第１の位置と上記バランス室容積から拡張バランス室容積を除く第２の 位置との間で全バランス室容積を変化させ、上記ピストン機構の往復動の間、上 記全バランス室容積によって上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリング”の 剛度を変化させるようにした共振式ピストン圧縮機において、上記可動ヘッド機 構は上記拡張バランス室内に摺動自在にシールされるように配設された第１個所 および上記第１個所から延出しかつ上記バランス室の対応シリンダ部分の内側に 摺動自在に配置されるように配設された小径の第２個所を具有しており、これに よって、上記第２個所が上記シリンダ部分の内側に配置される時、上記拡張バラ ンス室容積は上記全バランス室容積から除かれまたその反対になることを特徴と する共振式ピストン圧縮機。 ２）上記調節手段は上記可動ヘッド機構に対する差圧を変化するためのバルブ機 構を具備していて、第１個所から第２個所へ、上記差圧を動かすように、またそ の反対になるようにした請求項１に記載の共振式ピストン圧縮機。 ３）ヒートポンプヘの活用の場合、上記バルブ機構は上記可動ヘッド機構を調節 するヒートポンプ逆止弁で構成され、空気冷却操作のための第１個所および空気 加熱操作のための第２個所にあるようにする請求項２に記載の共振式ピストン圧 縮機。 ４）直線往復動式電動モータによって駆動されるようにした請求項３に記載の共 振式ピストン圧縮機。 ５）直線往復動式電動モータによって駆動されるようにした請求項１に記載の共 振式ピストン圧縮機。 ６）シリンダ機構； 該シリンダ機構に往復動可能に配置されたピストン機構； 該シリンダ機構を介して吸入、放出流量制御をなすためのバルブ機構；を具備し 、上記シリンダ機構に関連する上記ピストン機構および上記バルブ機構は上記ピ ストン機構の一側にバルブ付きの圧縮スペースを設定し、また、ハウジング機構 に関連して上記ピストン機構の他側にバランス室を設定しており、更に、 上記バランス室に配置され、かつ拡張バランス室容積が上記バランス室の容積に 組合わされる第１のヘッド位置と上記拡張バランス室容積が上記バランス室容積 から除かれる第２のヘッド位置との間の全バランス室容積を変化するように調節 可能であって、上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリング”剛度を変化させ るようにした可動ヘッド機構； 上記往復動において上記ピストン機構を駆動するモータ機構； および、上記可動ヘッド機構を調節して、上記バランス室の容積を変化する調節 手段；を具備していることを特徴とする共振式ピストン圧縮機。＞７）上記調節 手段は上記可動ヘッド機構に対する差圧を変化するためのバルブ機構を具備して いて、第１個所から第２個所へ上記差圧を動かすように、また、その反対になる ようにした請求項６に記載の共振式ピストン圧縮機。 ８）ヒートポンプヘの活用の場合、上記バルブ機構は上記可動ヘッド機構を調節 するヒートポンプ逆止弁で構成され、空気冷却操作のための第１個所および空気 加熱操作のための第２個所にあるようにする請求項７に記載の共振式ピストン圧 縮機。 ９）上記モータ機構は直線往復動式電動モータよりなる請求項８に記載の共振式 ピストン圧縮機。 １０）上記モータ機構は直線往復動式電動モータよりなる請求項６に記載の共振 式ピストン圧縮機。 １１）往復動ピストン機構に操作可能に関連されたバランス室容積を含み、上記 バランス室容積によって上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリンタ”の剛度 を変化するための手段を具備している共振式ピストン圧縮機において、 拡張バランス室容積を構成する比較的大径の第１のシリンダ機構および上記第１ のシリンダ機構に隣接して設けられた小径の第２のシリンダ機構を形成している バランス室ハウジングと、上記第１シリンダ機構内に摺動自在にシールされた第 １の個所および上記第１個所より延設している小径の第２個所を具備しており、 上記第２個所が上記第２シリンダ機構の内側に摺動自在に配置されるようになっ ている可動ヘッド機構と、 上記可動ヘッド機構の第２個所が第２シリンダ機構内に位置され、また上記拡張 容積が上記全バランス室容積から除かれる第１の位置および上記可動ヘッド機構 の第２個所が第２シリンダ機構内になく、上記拡張容積が全バランス室容積に組 合わされている第２の位置の間で上記可動ヘッド機構を選択的に動作するための 手段とを具備していることを特徴とする共振式ピストン圧縮機。 １２）シリンダ内で往復動されるように配置された両側ピストン機構がその一側 にバルブ付き圧縮機スペースを設定し、また、その他側に可動ヘッド機構を具有 するバランス室容積を設定しており、該バランス室容積には上記可動ヘッド機構 のピストンを調節する手段があり、上記バランス室容積に拡張バランス室容積を 組合わせる第１の位置と上記バランス室容積から拡張バランス室容積を除く第２ の位置との間で全バランス室容積を変化させ、上記ピストン機構の往復動の間、 上記全バランス室容積によって、上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリング ”の剛度を変化させるようにした共振式ピストン圧縮機において、上記可能ヘッ ド機構は上記拡張バランス室内に摺動自在にシールされるように配設された第１ 個所および上記第１個所から延出しかつ上記バランス室の対応シリンダ部分の内 側に摺動自在に配置されるように配設された小径の第２個所を具有しており、こ れによって、上記第２個所が上記小径の部分の内側に配置される時、上記拡張バ ランス室容積が上記全バランス室容積から除かれ、また、第２個所が上記小径の 部分内に位置しない時、上記拡張バランス室容積が上記全バランス室容積に組合 わされるようにしたことを特徴とする共振式ピストン圧縮機。