JPH0996454A - Gas compressing/expanding machine - Google Patents
Gas compressing/expanding machineInfo
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Landscapes
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- Compressor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、スターリング冷凍
機やスターリングエンジン、ヴィルミエルヒートポンプ
などのピストンがシリンダ内を往復動作することによ
り、シリンダ内に流入するガスを圧縮又は膨張させるガ
ス圧縮・膨張機に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas compression / expansion machine which compresses or expands gas flowing into a cylinder by reciprocating a piston such as a Stirling refrigerator, a Stirling engine, and a Wilmiel heat pump in the cylinder. Regarding
【0002】[0002]
【従来の技術】この種のガス圧縮・膨張機においては、
ピストン駆動部の負荷及びピストン材料費の低減のた
め、ピストン内部を中空にしているものがある。しか
し、ピストン周囲の外部圧力はかなりの高圧になるの
で、その外部圧力に耐えられるようにピストン内部圧力
も高圧に保たないとピストンが変形もしくは破損してし
まう。だからといって、ピストン内部だけに高圧ガスを
封入することは組立作業上困難である。そこで従来は、
作業性を向上させるため、ピストンロッドを中空に形成
し、ピストン内部空間を駆動室と連通させて組立後外部
から駆動室に高圧ガスを封入することにより、ピストン
内部圧力をピストン周囲の外部圧力に見合った圧力に保
持するようにしていた。2. Description of the Related Art In this type of gas compressor / expander,
In order to reduce the load on the piston drive part and the cost of the piston material, some pistons are hollow inside. However, since the external pressure around the piston becomes a considerably high pressure, the piston is deformed or damaged unless the internal pressure of the piston is kept high to withstand the external pressure. However, it is difficult to assemble the high-pressure gas only inside the piston in terms of assembly work. So conventionally,
In order to improve workability, the piston rod is made hollow, the internal space of the piston communicates with the drive chamber, and high pressure gas is filled into the drive chamber from the outside after assembly, so that the internal pressure of the piston becomes the external pressure around the piston. I was trying to keep the pressure to match.
【0003】図5は、そのような駆動室に連通する中空
ピストン構造を有するガス圧縮・膨張機の構成例をスタ
ーリング冷凍機について示したもので、スターリング冷
凍機は、主として膨張機1、圧縮機2、駆動室3より構
成されている。その膨張機1は、膨張シリンダ4、その
シリンダ内を往復動作する膨張ピストン5からなり、同
様に圧縮機2は、圧縮シリンダ6、そのシリンダ内を往
復動作する圧縮ピストン7から成る。FIG. 5 shows an example of the structure of a gas compression / expansion machine having a hollow piston structure which communicates with such a drive chamber for a Stirling refrigeration machine. The Stirling refrigeration machine mainly comprises the expansion machine 1 and the compressor. 2 and the drive chamber 3. The expander 1 includes an expansion cylinder 4 and an expansion piston 5 that reciprocates in the cylinder. Similarly, the compressor 2 includes a compression cylinder 6 and a compression piston 7 that reciprocates in the cylinder.
【0004】膨張ピストン5及び圧縮ピストン7は、そ
れぞれピストンロッド8、ピストンロッド9を介して駆
動室3内部に配置されるクランク機構10に連結され、
90゜の位相差を持って駆動される。The expansion piston 5 and the compression piston 7 are connected to a crank mechanism 10 arranged inside the drive chamber 3 via a piston rod 8 and a piston rod 9, respectively.
It is driven with a phase difference of 90 °.
【0005】膨張機1の膨張シリンダ4周囲と容器間に
は蓄熱器11が配置され、この蓄熱器を介して膨張ピス
トン5前方に生じる膨張空間12と圧縮ピストン7前方
に生じる圧縮空間13との間はガス流路14によって連
通され、冷凍サイクル時のガスの移動が行われる。一
方、膨張ピストン5及び圧縮ピストン7の背圧側空間は
ピストンの仕事量の損失を防ぐため、ガス流路15によ
って連通されている。また、圧縮機2の容器外周面と膨
張機1の容器下部外周面には放熱フィン16、17が配
置形成されている。A regenerator 11 is arranged between the periphery of the expansion cylinder 4 of the expander 1 and the container, and an expansion space 12 formed in front of the expansion piston 5 and a compression space 13 formed in front of the compression piston 7 are arranged via the regenerator. The spaces are communicated with each other by the gas flow path 14, and the gas is moved during the refrigeration cycle. On the other hand, the space on the back pressure side of the expansion piston 5 and the compression piston 7 is connected by the gas flow path 15 in order to prevent the loss of the work of the piston. Radiating fins 16 and 17 are arranged on the outer peripheral surface of the container of the compressor 2 and the outer peripheral surface of the lower portion of the expander 1.
【0006】この構成で、図示省略する駆動モータの回
転によって駆動室3のクランク機構10が駆動される
と、ガス圧縮機2の圧縮シリンダ6内の圧縮ピストン7
が圧縮空間13側に移動して圧縮空間13に充満するヘ
リウム等の液化しにくい冷媒ガスが圧縮される。With this configuration, when the crank mechanism 10 of the drive chamber 3 is driven by the rotation of the drive motor (not shown), the compression piston 7 in the compression cylinder 6 of the gas compressor 2 is driven.
Moves toward the compression space 13 and compresses the refrigerant gas such as helium which is difficult to liquefy and fills the compression space 13.
【0007】圧縮された冷媒ガスは、ガス流路14から
蓄熱器11へ流入する。蓄熱器11に流入した冷媒ガス
は、比熱の大きな材料、例えば、銅や鉛の金網状あるい
は球からなる蓄熱材によって冷却され、冷却された冷媒
ガスが膨張機1の膨張空間12へ流入され高圧状態とな
る。The compressed refrigerant gas flows into the heat storage unit 11 from the gas passage 14. The refrigerant gas flowing into the heat storage device 11 is cooled by a material having a large specific heat, for example, a heat storage material made of copper or lead wire mesh or spheres, and the cooled refrigerant gas flows into the expansion space 12 of the expander 1 and has a high pressure. It becomes a state.
【0008】その後、膨張機1の膨張シリンダ4内の膨
張ピストン5が圧縮ピストン7と約90°の位相差を持
って降下する。これによって、膨張空間12が急激に拡
張されて蓄熱器11から膨張空間12へ流入した高圧の
冷媒ガスが、急に膨張されて、冷媒ガスの圧力が急降下
することにより冷媒ガスが低温となる。After that, the expansion piston 5 in the expansion cylinder 4 of the expander 1 descends with the phase difference of about 90 ° with the compression piston 7. Thereby, the expansion space 12 is rapidly expanded and the high-pressure refrigerant gas that has flowed into the expansion space 12 from the heat storage unit 11 is rapidly expanded and the pressure of the refrigerant gas sharply drops, so that the refrigerant gas becomes a low temperature.
【0009】やがて、膨張ピストン5が上昇を開始し、
圧縮ピストン7が後退すると、低温の冷媒ガスが、蓄熱
器11を通り、ガス流路14を経て圧縮空間13へ戻さ
れる。このとき、蓄熱器11では、蓄熱材が冷却されて
冷熱が蓄えられる。Eventually, the expansion piston 5 starts to rise,
When the compression piston 7 retracts, the low-temperature refrigerant gas passes through the heat storage unit 11 and returns to the compression space 13 via the gas flow path 14. At this time, in the heat storage unit 11, the heat storage material is cooled and cold heat is stored.
【0010】上記した工程によって、一つの熱サイクル
が終了し、この工程がクランク機構10によって繰り返
されることにより、徐々に膨張空間12である冷凍発生
部の温度と蓄熱器11の温度が降下し、冷凍発生部の冷
媒ガスが低温になり、発生する冷熱を外部に取り出し利
用することができるようになる。By the above-mentioned process, one heat cycle is completed, and this process is repeated by the crank mechanism 10, so that the temperature of the freezing generation part which is the expansion space 12 and the temperature of the heat accumulator 11 are gradually lowered, The refrigerant gas in the freezing generation section becomes low in temperature, and the generated cold heat can be taken out and used.
【0011】ところで、膨張ピストン5及び圧縮ピスト
ン7は内部を中空にした方がクランク機構10の負荷や
コスト、重量を軽減できる。この場合、ピストン外部の
圧力はかなりの高圧になるので、ピストン内部には高圧
のガスを封入する必要が生じる。しかし、予めピストン
内部だけに高圧ガスを封入することは組立作業上難し
い。このため、従来は、ピストンロッド8及び9内部に
中空のガス通路18及び19を設けて駆動室3内部と連
通させ、組立後に駆動室3内部に外部から高圧ガスを封
入することにより、ピストン5、7内部を高圧に保つよ
うにしていた。By the way, when the expansion piston 5 and the compression piston 7 are hollow inside, the load, cost and weight of the crank mechanism 10 can be reduced. In this case, the pressure outside the piston becomes considerably high, so that high-pressure gas needs to be enclosed inside the piston. However, it is difficult to pre-charge high-pressure gas only inside the piston in terms of assembly work. Therefore, conventionally, hollow gas passages 18 and 19 are provided inside the piston rods 8 and 9 so as to communicate with the inside of the drive chamber 3, and high pressure gas is sealed from the outside into the drive chamber 3 after assembly, so that the piston 5 , 7 was kept at a high pressure.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成によると、駆動されたピストン5、7内部が対流
により常に駆動室3内部の温度に保持される。一方、ピ
ストン5、7の外部は先端部が例えばー200℃の低温
にまた根元部が常温に維持されると共に、先端部から根
元部にかけて温度勾配が形成される。このため、特にピ
ストン先端部の低温が熱伝導あるいは対流により駆動室
3へと熱伝達され、膨張空間12に生じる冷熱の熱損失
が大きくガス圧縮・膨張機としての熱効率が低下する問
題点があった。However, according to the above-mentioned conventional structure, the temperature inside the drive chamber 3 is always maintained by the convection inside the driven pistons 5 and 7. On the other hand, outside the pistons 5 and 7, the tip is maintained at a low temperature of, for example, −200 ° C. and the root is kept at room temperature, and a temperature gradient is formed from the tip to the root. For this reason, in particular, the low temperature at the tip of the piston is transferred to the drive chamber 3 by heat conduction or convection, and the heat loss of the cold heat generated in the expansion space 12 is large, which lowers the thermal efficiency of the gas compression / expander. It was
【0013】本発明は上記問題点を解決して、熱効率の
良いガス圧縮・膨張機を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a gas compressor / expander with good thermal efficiency.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項1は、ピストン内部の中空部がピス
トンロッド内部を貫通するガス通路を介して駆動室に連
通すると共に、その駆動室内の駆動機構により駆動され
てピストンがシリンダ内を往復動作することにより、シ
リンダ内に流入するガスを圧縮又は膨張させるガス圧縮
・膨張機において、前記ピストン内部の前記ピストンロ
ッド内部を貫通するガス通路またはその開口部付近に、
少なくともピストン作動時のガスの流れを遮断するシー
ル機構を設けたことを特徴とする。またこの構成によ
り、ピストン内部と駆動室とのガス通路が遮断され、ガ
スの移動による熱移動を遮断して熱損失を防止し、熱効
率の良いガス圧縮・膨張機が得られるという効果が得ら
れる。In order to achieve the above object, according to claim 1 of the present invention, a hollow portion inside a piston communicates with a driving chamber through a gas passage penetrating the inside of a piston rod, and the driving thereof is performed. In a gas compression / expansion device that compresses or expands gas flowing into a cylinder by reciprocating the piston in the cylinder driven by a driving mechanism in a chamber, a gas passage penetrating the inside of the piston rod inside the piston. Or near that opening,
It is characterized in that a seal mechanism for cutting off the flow of gas at least when the piston is operated is provided. Further, with this configuration, the gas passage between the inside of the piston and the drive chamber is blocked, heat transfer due to gas movement is blocked, heat loss is prevented, and a gas compression / expansion device with high thermal efficiency is obtained. .
【0015】請求項2は、請求項1記載の前記シール機
構を熱収縮を利用してピストン作動時の温度低下により
前記ガス通路又はその開口部付近を遮断するようにした
ことを特徴とする。またこの構成により、請求項1の構
成による効果のほか、熱収縮体を用いてガスシール機構
を簡単な構成で実現することができるという効果が得ら
れる。A second aspect of the present invention is characterized in that the sealing mechanism according to the first aspect uses heat contraction to shut off the gas passage or the vicinity of the opening thereof due to a temperature decrease during piston operation. Further, with this configuration, in addition to the effect of the first aspect, the effect that the gas sealing mechanism can be realized with a simple configuration by using the heat-shrinkable body is obtained.
【0016】請求項3は、請求項1記載の前記シール機
構を熱膨張を利用してピストン作動時の温度上昇により
前記ガス通路又はその開口部付近を遮断するようにした
ことを特徴とするものである。またこの構成により、請
求項1の構成による効果のほか、熱膨張体を用いてガス
シール機構を簡単な構成で実現することができるという
も効果が得られる。A third aspect of the present invention is characterized in that the sealing mechanism according to the first aspect uses thermal expansion to shut off the gas passage or the vicinity of the opening thereof due to a temperature rise during piston operation. Is. Further, with this configuration, in addition to the effect according to the first aspect, it is possible to obtain the effect that the gas sealing mechanism can be realized with a simple configuration by using the thermal expansion body.
【0017】請求項4は、請求項1記載の前記シール機
構をバネ力を利用して前記ガス通路又はその開口部付近
を遮断するようにしたことを特徴とするものである。ま
たこの構成により、請求項1の構成による効果のほか、
バネを用いてガスシール機構を簡単な構成で実現するこ
とができるという効果が得られる。A fourth aspect of the present invention is characterized in that the sealing mechanism according to the first aspect is configured to shut off the gas passage or the vicinity of the opening thereof by utilizing a spring force. With this configuration, in addition to the effect of the configuration of claim 1,
The effect that the gas seal mechanism can be realized with a simple structure using the spring is obtained.
【0018】請求項5は、請求項1記載の前記シール機
構として逆止弁を用いたことを特徴とするものである。
またこの構成により、請求項1の構成による効果のほ
か、ピストンロッドの適宜の個所に逆止弁を配設するこ
とにより簡単にガスシールすることができる効果が得ら
れる。A fifth aspect of the invention is characterized in that a check valve is used as the sealing mechanism according to the first aspect.
Further, with this configuration, in addition to the effect of the first aspect, it is possible to easily achieve gas sealing by arranging the check valve at an appropriate position of the piston rod.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をスタ
ーリング冷凍機に適用した場合を例に取り、図面を参照
して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A case where an embodiment of the present invention is applied to a Stirling refrigerator will be described below as an example with reference to the drawings.
【0020】図1は、本発明の実施の形態の一例に係わ
るスターリング冷凍機における膨張ピストン5の断面図
を示したもので、このピストン以外のスターリング冷凍
機としての構成は図8に示した構成と変わりがないた
め、図1にはピストン部分のみを示し他は図8を参照す
る。FIG. 1 shows a sectional view of an expansion piston 5 in a Stirling refrigerator according to an example of an embodiment of the present invention. The structure other than this piston as a Stirling refrigerator is shown in FIG. Since FIG. 1 is the same, only the piston portion is shown in FIG.
【0021】図1に示すように、本発明による膨張ピス
トン5は、ピストン5内部のガス通路18が開口する部
分に、その開口部をピストン作動時に閉塞するシール機
構20を設けた点に特徴を有する。As shown in FIG. 1, the expansion piston 5 according to the present invention is characterized in that a seal mechanism 20 for closing the opening of the gas passage 18 inside the piston 5 when the piston is activated is provided. Have.
【0022】このシール機構20は、その詳細図を図2
(A)のA−A断面拡大図、(B)の冷凍機運転前の拡
大断面図、(C)の冷凍機運転時の拡大断面図に示すよ
うに、ピストンロッド8をピストン端板5aを貫通して
ピストン内部に突出させ、そのピストンロッド突出部2
1の上面部を熱収縮性支柱22に支持されるシール板2
3により、その支柱22の収縮性を利用してスターリン
グ冷凍機運転時に閉塞するように構成されている。The seal mechanism 20 is shown in detail in FIG.
As shown in (A) an enlarged sectional view taken along the line AA, (B) an enlarged sectional view before operating the refrigerator, and (C) an enlarged sectional view during operation of the refrigerator, the piston rod 8 is attached to the piston end plate 5a. It penetrates and projects inside the piston, and the piston rod projection 2
Seal plate 2 whose top surface is supported by heat-shrinkable support 22
3, the contraction of the column 22 is used to close the Stirling refrigerator during operation.
【0023】即ち、図2に示すように、ピストン端面5
a上には、ピストンロッド突出部21の外周面を取り囲
むようにしてシール板23を支持する、この例では4本
の支柱22が植立されている。That is, as shown in FIG. 2, the piston end surface 5
Four pillars 22 are planted on the surface a, which support the seal plate 23 so as to surround the outer peripheral surface of the piston rod protrusion 21 and in this example.
【0024】この支柱22は、周囲温度が低下するに従
って収縮する熱収縮性の良好な材料で構成されている。
また、シール板23の下面即ちピストンロッド突出部2
1側は、その突出部21上面部が嵌合する凹部23aが
形成されている。The column 22 is made of a material having a good heat shrinkability, which shrinks as the ambient temperature decreases.
In addition, the lower surface of the seal plate 23, that is, the piston rod protrusion 2
The first side is formed with a recess 23a into which the upper surface of the protrusion 21 is fitted.
【0025】このような構成のシール機構21を、ピス
トン端面5a上のガス通路18が開口する部分に設ける
ことにより、スターリング冷凍機運転前の高圧ガス封入
時には、図2(B)に示すように、ピストンロッド8の
ガス通路18を介して突出部21上面から膨張ピストン
5内部に高圧ガスが充填される。By providing the seal mechanism 21 having such a structure at the portion where the gas passage 18 is opened on the piston end surface 5a, as shown in FIG. 2 (B), when high pressure gas is charged before the Stirling refrigerator is operated. The high pressure gas is filled into the expansion piston 5 from the upper surface of the protrusion 21 through the gas passage 18 of the piston rod 8.
【0026】次いで、スターリング冷凍機運転時に、前
述したようにピストン5上部の温度が低下してピストン
内部のガスが冷却されると、支柱22も冷却されて収縮
し、図2(C)に示すように、シール板23が下降して
突出部21上面がシール板の凹部23aに嵌合してガス
通路18の開口部を閉塞する。Next, when the temperature of the upper portion of the piston 5 is lowered and the gas inside the piston is cooled during the operation of the Stirling refrigerator as described above, the column 22 is also cooled and contracts, as shown in FIG. 2 (C). Thus, the seal plate 23 descends and the upper surface of the protrusion 21 fits into the recess 23a of the seal plate to close the opening of the gas passage 18.
【0027】この結果、膨張ピストン5内部と駆動室3
内部とのガスの移動が遮断されガスによる熱移動が阻止
される。従って、ピストン内部のガスの温度はほぼピス
トン外周面の温度近くに保持されて、膨張空間12から
膨張ピストン5への熱の移動が阻止され、熱損失の少な
い、つまり、熱効率の良いスターリング冷凍機が得られ
るようになる。As a result, the inside of the expansion piston 5 and the drive chamber 3
The movement of gas with the inside is blocked, and the heat transfer due to the gas is blocked. Therefore, the temperature of the gas inside the piston is maintained near the temperature of the outer peripheral surface of the piston, the transfer of heat from the expansion space 12 to the expansion piston 5 is blocked, and there is little heat loss, that is, a Stirling refrigerator with good thermal efficiency. Will be obtained.
【0028】図3、4は、本発明の実施の形態の他の例
を示し、これは図8の圧縮ピストン7に適用した場合の
例で、この圧縮ピストン7以外のスターリング冷凍機と
しての構成は図8に示した構成と変わりがないため、図
にはピストン部分のみを示し他は図8を参照する。FIGS. 3 and 4 show another example of the embodiment of the present invention, which is an example when applied to the compression piston 7 of FIG. 8, and a configuration as a Stirling refrigerator other than the compression piston 7 is shown. Since it is the same as the configuration shown in FIG. 8, only the piston portion is shown in the figure and FIG.
【0029】この例の場合、圧縮ピストン7内部のピス
トン端面7a上のガス通路18開口部に設けたシール機
構20は、ガス通路18開口部の周囲を囲んで上面に、
ガス通路孔24aを有する被覆体24をピストン端面7
a上に固設して、内部に熱膨張体25を収容した構成と
なっている。In the case of this example, the sealing mechanism 20 provided at the opening of the gas passage 18 on the piston end face 7a inside the compression piston 7 surrounds the periphery of the opening of the gas passage 18 and is provided on the upper surface.
The coating 24 having the gas passage hole 24a is attached to the piston end surface 7
It is configured to be fixed on a and accommodate the thermal expansion body 25 inside.
【0030】この構成で、冷凍機運転前の高圧ガス封入
時には、熱膨張体25とピストン端面7a及び被覆体2
4の上面との間には隙間があり、これにより、図4
(A)に示すように、ガス通路18から流入する高圧ガ
スは、熱膨張体25を押し除け、被覆体24のガス通路
孔24aから圧縮ピストン7内部に流入して充填され
る。With this structure, when the high pressure gas is filled before the refrigerator is operated, the thermal expansion body 25, the piston end surface 7a and the coating body 2 are provided.
4 has a gap between it and the upper surface,
As shown in (A), the high-pressure gas flowing in from the gas passage 18 pushes away the thermal expansion body 25, flows into the compression piston 7 from the gas passage hole 24 a of the covering body 24, and is filled therein.
【0031】次いでスターリング冷凍機運転時には、図
4(B)に示すように、ピストン7先端部に熱が発生し
てピストン内部のガスが加熱されることにより、熱膨張
体25が膨張してピストン端面7a及び被覆体24間の
隙間を塞ぐ。Next, during operation of the Stirling refrigerator, as shown in FIG. 4B, heat is generated at the tip of the piston 7 and the gas inside the piston is heated, so that the thermal expander 25 expands and the piston expands. The gap between the end surface 7a and the cover 24 is closed.
【0032】この結果、圧縮ピストン7内部と駆動室3
内部とのガスの移動が遮断されガスによる熱移動が阻止
される。従って、ピストン内部のガスの温度はほぼピス
トン外周面の温度近くに保持されて、圧縮空間13から
圧縮ピストン7への熱の移動が阻止され、熱損失の少な
い、つまり、熱効率の良いスターリング冷凍機が得られ
るようになる。As a result, the inside of the compression piston 7 and the drive chamber 3
The movement of gas with the inside is blocked, and the heat transfer due to the gas is blocked. Therefore, the temperature of the gas inside the piston is maintained near the temperature of the outer peripheral surface of the piston, the transfer of heat from the compression space 13 to the compression piston 7 is blocked, and there is little heat loss, that is, a Stirling refrigerator with good thermal efficiency. Will be obtained.
【0033】さらに、本発明による膨張ピストン5及び
圧縮ピストン7を用いて図8に示したスターリング冷凍
機を構成することにより、低温及び高温側双方の熱損失
を効果的に抑えてより熱効率の良いスターリング冷凍機
が得られるようになる。Further, by constructing the Stirling refrigerator shown in FIG. 8 using the expansion piston 5 and the compression piston 7 according to the present invention, the heat loss on both the low temperature side and the high temperature side can be effectively suppressed and the thermal efficiency can be improved. A Stirling refrigerator can be obtained.
【0034】図5は、本発明の実施の形態の別の例を示
したもので、この例の場合は、シール機構20として、
ピストン5内部のガス通路18開口部の周囲を囲んで上
面に、ガス通路孔24aを有する被覆体24をピストン
端面5a上に固設して、内部に開口部を閉塞する閉塞板
26、その閉塞板26を被覆体24側からピストン端面
5a側に押圧するバネ27を収納した点に特徴を有す
る。FIG. 5 shows another example of the embodiment of the present invention. In this example, the seal mechanism 20 is
A covering plate 26 that surrounds the periphery of the opening of the gas passage 18 inside the piston 5 and has a cover 24 having a gas passage hole 24a fixedly provided on the piston end surface 5a on the upper surface and closing the opening inside, the closing plate 26. It is characterized in that a spring 27 that presses the plate 26 from the cover 24 side to the piston end surface 5a side is housed.
【0035】この構成で、冷凍機運転前の高圧ガス封入
時には、図6(A)に示すように、ピストン5内部の圧
力は低いので駆動室3内部に送り込まれる高圧ガスの圧
力がバネ27の押圧力に打ち勝って閉塞板26を押し上
げ、被覆体24のガス通路孔24aを通ってピストン5
内部に充填される。With this structure, when high pressure gas is charged before the refrigerator is operated, the pressure of the high pressure gas fed into the drive chamber 3 is reduced by the spring 27 because the pressure inside the piston 5 is low as shown in FIG. 6 (A). The blocking plate 26 is pushed up by overcoming the pressing force, and the piston 5 passes through the gas passage hole 24a of the covering body 24.
Filled inside.
【0036】この高圧ガスのピストン5内部への充填に
より内部圧力が高くなって、駆動室3に封入されるガス
圧に近づくと、ピストン5内部圧力とバネ27の押圧力
が駆動室3内部のガス圧より勝って閉塞板26をピスト
ン端面5a側に押し付け、ガス通路18開口部を塞ぐ。When the high pressure gas is filled in the piston 5 to increase the internal pressure and approaches the gas pressure sealed in the drive chamber 3, the internal pressure of the piston 5 and the pressing force of the spring 27 cause the internal pressure of the drive chamber 3 to rise. The closing plate 26 is pressed against the piston end surface 5a side over the gas pressure to close the opening of the gas passage 18.
【0037】このとき、バネ27の押圧力にヒステリシ
ス特性を持たせたり、閉塞板26とピストン端面5aに
磁石を埋め込むなどして、一旦、ピストン5内部圧力と
バネ27の押圧力が駆動室3内部のガス圧より高くなれ
ば、以後閉塞板26が開かないようすることができる。
従って、冷凍機運転時には、図6(B)に示すように、
閉塞板26によりガス通路18開口部を閉塞し、圧縮ピ
ストン7内部と駆動室3内部とのガスの移動を遮断し、
ガスによる熱移動を阻止することができる。これによ
り、図5のシール機構20を用いた場合も、ピストン内
部のガス温度をほぼピストン外周面の温度近くに保持し
て、圧縮空間13から圧縮ピストン7への熱移動を阻止
し、熱損失の少ない、つまり、熱効率の良いスターリン
グ冷凍機を得ることができる。At this time, the internal pressure of the piston 5 and the pressing force of the spring 27 are temporarily changed to the drive chamber 3 by giving the pressing force of the spring 27 a hysteresis characteristic or by embedding a magnet in the closing plate 26 and the piston end surface 5a. If the gas pressure becomes higher than the internal gas pressure, the closing plate 26 can be prevented from opening later.
Therefore, when operating the refrigerator, as shown in FIG.
The opening of the gas passage 18 is closed by the closing plate 26 to block the movement of gas between the inside of the compression piston 7 and the inside of the drive chamber 3,
It is possible to prevent heat transfer due to gas. Thereby, even when the seal mechanism 20 of FIG. 5 is used, the gas temperature inside the piston is kept substantially close to the temperature of the outer peripheral surface of the piston, heat transfer from the compression space 13 to the compression piston 7 is blocked, and heat loss occurs. It is possible to obtain a Stirling refrigerator with less heat consumption, that is, good thermal efficiency.
【0038】なお、上記に説明した実施の形態では、シ
ール機構20をピストン端面5a、7a上のガス通路1
8、19を囲むようにして設けた例について示したが、
このシール機構20をもうおける場所はこれに限らず、
例えば図7に示すように、ピストンロッド8、9中のガ
ス通路18、19に設けるようにしても良い。また、シ
ール機構20は、逆止弁を用いて構成することもでき
る。In the embodiment described above, the seal mechanism 20 is installed in the gas passage 1 on the piston end faces 5a, 7a.
Although an example in which it is provided so as to surround 8 and 19 is shown,
The place where the sealing mechanism 20 is provided is not limited to this,
For example, as shown in FIG. 7, it may be provided in the gas passages 18 and 19 in the piston rods 8 and 9. The seal mechanism 20 can also be configured by using a check valve.
【0039】また、上記に説明した実施の形態では本発
明をスターリング冷凍機に適用した例について説明した
が、本発明はこれに限らず、スターリングエンジンやヴ
ィルミエルヒートポンプ等のガス圧縮・膨張機に適用で
きることは言うまでもない。Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a Stirling refrigerator has been described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to a gas compression / expansion machine such as a Stirling engine or a Wilmiel heat pump. It goes without saying that it can be applied.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明の請求項1の構成によれば、ピス
トン内部と駆動室とのガス通路が遮断され、ガスの移動
による熱移動を遮断して熱損失を防止し、熱効率の良い
ガス圧縮・膨張機が得られる。According to the structure of claim 1 of the present invention, the gas passage between the inside of the piston and the drive chamber is cut off, the heat transfer due to the movement of the gas is cut off to prevent heat loss, and the gas with high thermal efficiency is provided. A compression / expansion machine can be obtained.
【0041】本発明の請求項2の構成によれば、請求項
1の構成による効果のほか、熱収縮体を用いてガスシー
ル機構を簡単な構成で実現することができる効果が得ら
れる。According to the structure of claim 2 of the present invention, in addition to the effect of the structure of claim 1, the effect that the gas seal mechanism can be realized with a simple structure by using the heat-shrinkable body is obtained.
【0042】本発明の請求項3の構成によれば、請求項
1の構成による効果のほか、熱膨張体を用いてガスシー
ル機構を簡単な構成で実現することができる効果が得ら
れる。According to the structure of claim 3 of the present invention, in addition to the effect of the structure of claim 1, the effect that the gas sealing mechanism can be realized with a simple structure by using the thermal expansion body is obtained.
【0043】本発明の請求項4の構成によれば、請求項
1の構成による効果のほか、バネを用いてガスシール機
構を簡単な構成で実現することができる効果が得られ
る。According to the structure of claim 4 of the present invention, in addition to the effect of the structure of claim 1, the effect that the gas seal mechanism can be realized with a simple structure by using the spring is obtained.
【0044】本発明の請求項5の構成によれば、請求項
1の構成による効果のほか、ピストンロッドの適宜の個
所に逆止弁を配設することにより簡単にガスシールする
ことができる効果が得られる。According to the structure of claim 5 of the present invention, in addition to the effect of the structure of claim 1, the effect of enabling a simple gas seal by disposing a check valve at an appropriate position of the piston rod. Is obtained.
【図1】本発明の実施の形態の第1例を示すピストンの
断面構成図。FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a piston showing a first example of an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示すシール機構の拡大詳細図で、(A)
は図1のA−A断面図、(B)は冷凍機運転前のシール
機構の断面図、(C)は冷凍機運転時のシール機構の断
面図である。FIG. 2 is an enlarged detailed view of the seal mechanism shown in FIG.
1A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, FIG. 1B is a cross-sectional view of a sealing mechanism before operating the refrigerator, and FIG.
【図3】本発明の実施の形態の他の例を示すピストンの
断面構成図である。FIG. 3 is a sectional configuration diagram of a piston showing another example of the embodiment of the present invention.
【図4】図3に示すシール機構の拡大詳細図で、(A)
は冷凍機運転前のシール機構の断面図、(B)は冷凍機
運転時のシール機構の断面図である。FIG. 4 is an enlarged detailed view of the sealing mechanism shown in FIG.
FIG. 4B is a sectional view of the sealing mechanism before the operation of the refrigerator, and FIG. 7B is a sectional view of the sealing mechanism during operation of the refrigerator.
【図5】本発明の実施の形態の別の例を示すピストンの
断面構成図である。FIG. 5 is a sectional configuration diagram of a piston showing another example of the embodiment of the present invention.
【図6】図5に示すシール機構の拡大詳細図で、(A)
は冷凍機運転前のシール機構の断面図、(B)は冷凍機
運転時のシール機構の断面図である。FIG. 6 is an enlarged detailed view of the sealing mechanism shown in FIG.
FIG. 4B is a sectional view of the sealing mechanism before the operation of the refrigerator, and FIG. 7B is a sectional view of the sealing mechanism during operation of the refrigerator.
【図7】本発明の実施の形態の更に別の例を示すピスト
ンの断面構成図である。FIG. 7 is a sectional configuration diagram of a piston showing still another example of the embodiment of the present invention.
【図8】従来のスターリング冷凍機の断面構成図。FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram of a conventional Stirling refrigerator.
5、7 ピストン 8、9 ピストンロッド 18、19 ガス通路 20 シール機構 21 ピストンロッド突出部 22 熱収縮性支柱 23 シール板 24 被覆体 25 熱膨張体 26 閉塞板 27 バネ 5, 7 Piston 8, 9 Piston rod 18, 19 Gas passage 20 Seal mechanism 21 Piston rod protrusion 22 Heat-shrinkable strut 23 Seal plate 24 Cover 25 Heat expander 26 Closure plate 27 Spring
Claims (5)
内部を貫通するガス通路を介して駆動室に連通すると共
に、その駆動室内の駆動機構により駆動されてピストン
がシリンダ内を往復動作することにより、シリンダ内に
流入するガスを圧縮又は膨張させるガス圧縮・膨張機に
おいて、 前記ピストン内部の前記ピストンロッド内部を貫通する
ガス通路またはその開口部付近に、少なくともピストン
作動時のガスの流れを遮断するシール機構を設けたこと
を特徴とするガス圧縮・膨張機。1. A hollow portion inside a piston communicates with a drive chamber through a gas passage penetrating the inside of a piston rod, and a piston is reciprocated in a cylinder driven by a drive mechanism inside the drive chamber. In a gas compressor / expander for compressing or expanding gas flowing into a cylinder, at least a gas passage penetrating the inside of the piston rod inside the piston or a vicinity of an opening thereof, which seals at least a flow of gas during piston operation. A gas compressor / expander with a mechanism.
トン作動時の温度低下により前記ガス通路又はその開口
部付近を遮断することを特徴とする請求項1記載のガス
圧縮・膨張機。2. The gas compression / expansion machine according to claim 1, wherein the sealing mechanism uses heat contraction to shut off the gas passage or the vicinity of an opening thereof due to a temperature decrease during piston operation.
トン作動時の温度上昇により前記ガス通路又はその開口
部付近を遮断することを特徴とする請求項1記載のガス
圧縮・膨張機。3. The gas compression / expansion machine according to claim 1, wherein the sealing mechanism utilizes thermal expansion to shut off the gas passage or the vicinity of an opening thereof due to a temperature rise during piston operation.
ガス通路又はその開口部付近を遮断することを特徴とす
る請求項1記載のガス圧縮・膨張機。4. The gas compressor / expander according to claim 1, wherein the sealing mechanism shuts off the gas passage or the vicinity of the opening thereof by utilizing a spring force.
とを特徴とする請求項1記載のガス圧縮・膨張機。5. The gas compression / expansion device according to claim 1, wherein a check valve is used as the sealing mechanism.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27506595A JPH0996454A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Gas compressing/expanding machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27506595A JPH0996454A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Gas compressing/expanding machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0996454A true JPH0996454A (en) | 1997-04-08 |
Family
ID=17550357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27506595A Pending JPH0996454A (en) | 1995-09-29 | 1995-09-29 | Gas compressing/expanding machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0996454A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7571606B2 (en) | 2004-03-18 | 2009-08-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling engine |
-
1995
- 1995-09-29 JP JP27506595A patent/JPH0996454A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7571606B2 (en) | 2004-03-18 | 2009-08-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Stirling engine |
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