JPH11173692A - ガス圧縮/膨張機 - Google Patents
ガス圧縮/膨張機Info
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- JPH11173692A JPH11173692A JP36239597A JP36239597A JPH11173692A JP H11173692 A JPH11173692 A JP H11173692A JP 36239597 A JP36239597 A JP 36239597A JP 36239597 A JP36239597 A JP 36239597A JP H11173692 A JPH11173692 A JP H11173692A
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Landscapes
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- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧縮ピストン21及び膨張ピストン下部31
にクロスガイドを一体に形成して部品点数の削減,コス
トダウン及び装置の小型化を図る。 【解決手段】 圧縮部20及び膨張部30と駆動部40
との間に圧縮ピストン21及び膨張ピストン下部31の
下端部分を往復自在に収納するクロスガイド孔49a,
49bを備えたガイド部材49を設ける。そして,当該
クロスガイド孔49a,49bの内壁と圧縮ピストン2
1及び膨張ピストン下部31の下端部側面とが摺動する
ことにより駆動部40からの駆動力を直線運動に変換す
るようにして,当該直線運動変換用の部材の削減及び装
置の小型化を可能にする。
にクロスガイドを一体に形成して部品点数の削減,コス
トダウン及び装置の小型化を図る。 【解決手段】 圧縮部20及び膨張部30と駆動部40
との間に圧縮ピストン21及び膨張ピストン下部31の
下端部分を往復自在に収納するクロスガイド孔49a,
49bを備えたガイド部材49を設ける。そして,当該
クロスガイド孔49a,49bの内壁と圧縮ピストン2
1及び膨張ピストン下部31の下端部側面とが摺動する
ことにより駆動部40からの駆動力を直線運動に変換す
るようにして,当該直線運動変換用の部材の削減及び装
置の小型化を可能にする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,駆動部からの駆動
力を直線往復運動に変換するクロスガイド機能を圧縮ピ
ストン及び膨張ピストンに付与したガス圧縮/膨張機に
関する。
力を直線往復運動に変換するクロスガイド機能を圧縮ピ
ストン及び膨張ピストンに付与したガス圧縮/膨張機に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来,ガス圧縮/膨張機は,スターリン
グ冷凍機,スターリングエンジン及びレシプロ式コンプ
レッサ等に用いられている。
グ冷凍機,スターリングエンジン及びレシプロ式コンプ
レッサ等に用いられている。
【0003】図6は,かかるガス圧縮/膨張機の概略構
成を示し,当該ガス圧縮/膨張機は,圧縮ピストン12
1を備えた圧縮部120,膨張ピストン131を備えた
膨張部130,クランク機構143を備える駆動部14
0,蓄冷材151が収納された蓄冷部150等を有し,
蓄冷部150は圧縮部120と膨張部130とを連通す
るガス流路161の途中に配設されている。
成を示し,当該ガス圧縮/膨張機は,圧縮ピストン12
1を備えた圧縮部120,膨張ピストン131を備えた
膨張部130,クランク機構143を備える駆動部14
0,蓄冷材151が収納された蓄冷部150等を有し,
蓄冷部150は圧縮部120と膨張部130とを連通す
るガス流路161の途中に配設されている。
【0004】圧縮部120は,圧縮ピストン121を収
納する圧縮シリンダ122,該圧縮シリンダ122の頭
部側に設けられた圧縮空間123,圧縮ピストン121
と隔壁163とにより形成されるバッファ空間124,
該バッファ空間124と連通したバッファ室125,隔
壁163を挿通して圧縮ピストン121に駆動力を伝達
する圧縮ピストンロッド126等を有して,圧縮ピスト
ン121にはガスシール127が設けられると共に圧縮
ピストンロッド126にオイルシール128が設けられ
ている。
納する圧縮シリンダ122,該圧縮シリンダ122の頭
部側に設けられた圧縮空間123,圧縮ピストン121
と隔壁163とにより形成されるバッファ空間124,
該バッファ空間124と連通したバッファ室125,隔
壁163を挿通して圧縮ピストン121に駆動力を伝達
する圧縮ピストンロッド126等を有して,圧縮ピスト
ン121にはガスシール127が設けられると共に圧縮
ピストンロッド126にオイルシール128が設けられ
ている。
【0005】膨張部130は,膨張ピストン131を収
納する膨張シリンダ132,該膨張シリンダ132の頭
部側に設けられた膨張空間133,膨張ピストン131
と隔壁163とにより形成されるバッファ空間134,
該バッファ空間134と連通したバッファ室135,隔
壁163を挿通して膨張ピストン131に駆動力を伝達
する膨張ピストンロッド136等を有して,膨張ピスト
ン131にはガスシール137が設けられると共に膨張
ピストンロッド136にオイルシール138が設けられ
ている。
納する膨張シリンダ132,該膨張シリンダ132の頭
部側に設けられた膨張空間133,膨張ピストン131
と隔壁163とにより形成されるバッファ空間134,
該バッファ空間134と連通したバッファ室135,隔
壁163を挿通して膨張ピストン131に駆動力を伝達
する膨張ピストンロッド136等を有して,膨張ピスト
ン131にはガスシール137が設けられると共に膨張
ピストンロッド136にオイルシール138が設けられ
ている。
【0006】なお,圧縮シリンダ122には放熱フィン
164が設けられて圧縮により発生する作動ガスの熱を
外部に放熱するようになっており,また膨張シリンダ1
32の頭部側に負荷162が取付けられている。
164が設けられて圧縮により発生する作動ガスの熱を
外部に放熱するようになっており,また膨張シリンダ1
32の頭部側に負荷162が取付けられている。
【0007】駆動部140は,ロータ141,シャフト
146に固定されたクランク142a,142bからな
るクランク機構143,該クランク機構143等を潤滑
するためのオイルを貯留する貯留槽147,クランク機
構143及び圧縮ピストンロッド126とに連結された
コネクティングロッド144a及びクロスガイド145
a,クランク機構143及び膨張ピストンロッド136
と連結されたコネクティングロッド144b及びクロス
ガイド145b等を有している。
146に固定されたクランク142a,142bからな
るクランク機構143,該クランク機構143等を潤滑
するためのオイルを貯留する貯留槽147,クランク機
構143及び圧縮ピストンロッド126とに連結された
コネクティングロッド144a及びクロスガイド145
a,クランク機構143及び膨張ピストンロッド136
と連結されたコネクティングロッド144b及びクロス
ガイド145b等を有している。
【0008】このような構成で,クランク機構143が
回動することにより,回動力がコネクティングロッド1
44a,144b等を介して圧縮ピストン121及び膨
張ピストン131に伝達される。
回動することにより,回動力がコネクティングロッド1
44a,144b等を介して圧縮ピストン121及び膨
張ピストン131に伝達される。
【0009】このとき2つのクランク142a,142
bは,膨張ピストン131が圧縮ピストン121より略
90度位相が進んで往復運動するようにシャフト146
に固定されている。
bは,膨張ピストン131が圧縮ピストン121より略
90度位相が進んで往復運動するようにシャフト146
に固定されている。
【0010】そして,圧縮ピストン121が下死点から
上死点に移動する間に,膨張ピストン131は上死点に
達し下動する。この間,圧縮空間123内の作動ガスは
断熱圧縮されて温度上昇するが,圧縮シリンダ122等
の周囲に形成された放熱フィンにより熱が大気に放熱さ
れ,結果として等温圧縮と見なせるようになる。
上死点に移動する間に,膨張ピストン131は上死点に
達し下動する。この間,圧縮空間123内の作動ガスは
断熱圧縮されて温度上昇するが,圧縮シリンダ122等
の周囲に形成された放熱フィンにより熱が大気に放熱さ
れ,結果として等温圧縮と見なせるようになる。
【0011】圧縮室の作動ガスは,膨張ピストン131
の下動と共に蓄冷部150で熱交換しながらガス流路1
61を流動して膨張空間133側に移動し,膨張ピスト
ン131が下死点に近づくに従って断熱膨張して,当該
作動ガスの温度が降下する。
の下動と共に蓄冷部150で熱交換しながらガス流路1
61を流動して膨張空間133側に移動し,膨張ピスト
ン131が下死点に近づくに従って断熱膨張して,当該
作動ガスの温度が降下する。
【0012】そして,膨張ピストン131の上動に伴い
温度の下がった作動ガスは,負荷162を冷却しながら
ガス流路161を流動し,蓄冷部150で熱交換して圧
縮室に戻り1サイクルが終了する。
温度の下がった作動ガスは,負荷162を冷却しながら
ガス流路161を流動し,蓄冷部150で熱交換して圧
縮室に戻り1サイクルが終了する。
【0013】なお,圧縮ピストン121及び膨張ピスト
ン131が往復運動するとき,バッファ室124,13
4の空間は当該往復運動を妨げるように作用するため,
駆動部140は大きな力で圧縮ピストン121等を駆動
しなければならない。
ン131が往復運動するとき,バッファ室124,13
4の空間は当該往復運動を妨げるように作用するため,
駆動部140は大きな力で圧縮ピストン121等を駆動
しなければならない。
【0014】従って,駆動部140に供給される電力が
増大して,当該供給電力に対して負荷162から奪う熱
量の比率が低下してしまう。かかる比率の低下はバッフ
ァ空間124,134が小さくなればなるほど大きくな
るので,従来はバッファ室125,135を別途設けて
いる。
増大して,当該供給電力に対して負荷162から奪う熱
量の比率が低下してしまう。かかる比率の低下はバッフ
ァ空間124,134が小さくなればなるほど大きくな
るので,従来はバッファ室125,135を別途設けて
いる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記構
成ではクランク機構143からの駆動力は,コネクティ
ングロッド144a,クロスガイド145a及び圧縮ピ
ストンロッド126を介して圧縮ピストン121に伝達
され,またコネクティングロッド144b,クロスガイ
ド145b及び膨張ピストンロッド136を介して膨張
ピストン131に伝達されるため,部品点数が多くなり
装置が大型化したり,コストアップする問題がある。
成ではクランク機構143からの駆動力は,コネクティ
ングロッド144a,クロスガイド145a及び圧縮ピ
ストンロッド126を介して圧縮ピストン121に伝達
され,またコネクティングロッド144b,クロスガイ
ド145b及び膨張ピストンロッド136を介して膨張
ピストン131に伝達されるため,部品点数が多くなり
装置が大型化したり,コストアップする問題がある。
【0016】また,バッファ室125,135を別途設
けると,その分装置が大型化してしまう問題がある。
けると,その分装置が大型化してしまう問題がある。
【0017】そこで,本発明は,上記課題を解決して小
型化,低コスト化を可能にしたガス圧縮/膨張機を提供
することを目的とする。
型化,低コスト化を可能にしたガス圧縮/膨張機を提供
することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため,請求項1に係る発明は,クランク機構が収納
されたクランク室を備えた駆動部と,クランク機構から
の駆動力を受けて圧縮ピストンが往復運動することによ
り圧縮空間内の作動ガスを圧縮する圧縮部と,該圧縮部
と位相が略90度ずれた駆動力を受けて膨張ピストンが
往復運動することにより膨張空間内の作動ガスを膨張す
る膨張部とを有したガス圧縮/膨張機において,圧縮部
及び膨張部と駆動部との間又は当該駆動部の圧縮部及び
膨張部側に,圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部分
を往復自在に収納するクロスガイド孔を備えたガイド部
材を設ける。そして,当該クロスガイド孔の内壁と圧縮
ピストン及び膨張ピストンの下端部側面とが摺動するこ
とにより駆動部からの駆動力を直線運動に変換するよう
にして,当該直線運動変換用の部材の削減及び装置の小
型化を図ったことを特徴とする。
するため,請求項1に係る発明は,クランク機構が収納
されたクランク室を備えた駆動部と,クランク機構から
の駆動力を受けて圧縮ピストンが往復運動することによ
り圧縮空間内の作動ガスを圧縮する圧縮部と,該圧縮部
と位相が略90度ずれた駆動力を受けて膨張ピストンが
往復運動することにより膨張空間内の作動ガスを膨張す
る膨張部とを有したガス圧縮/膨張機において,圧縮部
及び膨張部と駆動部との間又は当該駆動部の圧縮部及び
膨張部側に,圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部分
を往復自在に収納するクロスガイド孔を備えたガイド部
材を設ける。そして,当該クロスガイド孔の内壁と圧縮
ピストン及び膨張ピストンの下端部側面とが摺動するこ
とにより駆動部からの駆動力を直線運動に変換するよう
にして,当該直線運動変換用の部材の削減及び装置の小
型化を図ったことを特徴とする。
【0019】請求項2に係る発明は,クロスガイドが一
体に形成された圧縮ピストン及び膨張ピストンの背圧側
をクランク室と連通して,当該クランク室をバッファ空
間として利用することにより装置の小型化を図ったこと
を特徴とする。
体に形成された圧縮ピストン及び膨張ピストンの背圧側
をクランク室と連通して,当該クランク室をバッファ空
間として利用することにより装置の小型化を図ったこと
を特徴とする。
【0020】請求項3に係る発明は,膨張ピストンを蓄
冷材が収納された膨張ピストン上部と,該膨張ピストン
上部に連結されて作動ガスを膨張させる膨張ピストン下
部と,膨張ピストン上部と膨張ピストン下部との間に形
成されて,圧縮部と膨張部との作動ガスの流路をなすガ
ス流路に連通する連通空間とにより構成する。そして,
圧縮部からガス流路を介して連通空間に流入した作動ガ
スが,蓄冷材と熱交換しながら膨張ピストン上部を通過
して膨張空間に流入するようにすると共に,当該膨張ピ
ストン上部及び膨張ピストン下部により当該膨張空間を
拡張し,これにより作動ガスを膨張させて低温を得るよ
うにしたことを特徴とする。
冷材が収納された膨張ピストン上部と,該膨張ピストン
上部に連結されて作動ガスを膨張させる膨張ピストン下
部と,膨張ピストン上部と膨張ピストン下部との間に形
成されて,圧縮部と膨張部との作動ガスの流路をなすガ
ス流路に連通する連通空間とにより構成する。そして,
圧縮部からガス流路を介して連通空間に流入した作動ガ
スが,蓄冷材と熱交換しながら膨張ピストン上部を通過
して膨張空間に流入するようにすると共に,当該膨張ピ
ストン上部及び膨張ピストン下部により当該膨張空間を
拡張し,これにより作動ガスを膨張させて低温を得るよ
うにしたことを特徴とする。
【0021】請求項4に係る発明は,圧縮部が圧縮ピス
トンを往復自在に収納する圧縮シリンダと,該圧縮シリ
ンダを覆うように配設された放熱フィンとを設けて,該
放熱フィンと圧縮シリンダとの間に形成される隙間がガ
ス流路をなすようにして,当該ガス流路を流動する作動
ガスの熱を効率的に放熱するようにしたことを特徴とす
る。
トンを往復自在に収納する圧縮シリンダと,該圧縮シリ
ンダを覆うように配設された放熱フィンとを設けて,該
放熱フィンと圧縮シリンダとの間に形成される隙間がガ
ス流路をなすようにして,当該ガス流路を流動する作動
ガスの熱を効率的に放熱するようにしたことを特徴とす
る。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は,本実施の形態にかかるガス圧縮/
膨張機の断面図を示している。
て説明する。図1は,本実施の形態にかかるガス圧縮/
膨張機の断面図を示している。
【0023】当該ガス圧縮/膨張機は,クランク42
a,42bからなるクランク機構43を備えた駆動部4
0,膨張ピストン上部39及び膨張ピストン下部31を
備えた膨張部30,圧縮ピストン21を備えた圧縮部2
0等を有している。
a,42bからなるクランク機構43を備えた駆動部4
0,膨張ピストン上部39及び膨張ピストン下部31を
備えた膨張部30,圧縮ピストン21を備えた圧縮部2
0等を有している。
【0024】駆動部40は,クランク機構43に回転駆
動力を与えるロータ41,クランク機構43を潤滑する
ためのオイルを貯留する貯留槽47,クランク42a,
42bに連結されたコネクティングロッド44a,44
b等を有している。
動力を与えるロータ41,クランク機構43を潤滑する
ためのオイルを貯留する貯留槽47,クランク42a,
42bに連結されたコネクティングロッド44a,44
b等を有している。
【0025】なお,クランク42aとクランク42bと
は,シャフト46に偏心して固着され,かつ,圧縮ピス
トン21の位相が膨張ピストン下部31の位相に対して
略90度遅れるようになている。
は,シャフト46に偏心して固着され,かつ,圧縮ピス
トン21の位相が膨張ピストン下部31の位相に対して
略90度遅れるようになている。
【0026】膨張部30は,膨張ピストン下部31,該
膨張ピストン下部31に連結された膨張ピストン上部3
9,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン上部39を
往復自在に収納する膨張シリンダ32(32a,32
b),該膨張シリンダ32の頭部側(図1において上
側)に設けられた膨張空間33等を有し,膨張シリンダ
32は,膨張ピストン上部39が往復運動する膨張ピス
トン上部シリンダ32aと膨張ピストン下部31が往復
運動する膨張ピストン下部シリンダ32bとにより形成
されている。
膨張ピストン下部31に連結された膨張ピストン上部3
9,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン上部39を
往復自在に収納する膨張シリンダ32(32a,32
b),該膨張シリンダ32の頭部側(図1において上
側)に設けられた膨張空間33等を有し,膨張シリンダ
32は,膨張ピストン上部39が往復運動する膨張ピス
トン上部シリンダ32aと膨張ピストン下部31が往復
運動する膨張ピストン下部シリンダ32bとにより形成
されている。
【0027】膨張ピストン上部39には蓄冷材51が収
納され,その上端面には膨張空間33と連通する孔39
aが多数設けられている。膨張ピストン上部39の頭部
には,負荷62が取付けられている。
納され,その上端面には膨張空間33と連通する孔39
aが多数設けられている。膨張ピストン上部39の頭部
には,負荷62が取付けられている。
【0028】また,膨張ピストン上部39と膨張ピスト
ン下部31との接続部には,ガス流路G2と膨張ピスト
ン上部39とを連通させる連通空間39bが形成されて
いる。
ン下部31との接続部には,ガス流路G2と膨張ピスト
ン上部39とを連通させる連通空間39bが形成されて
いる。
【0029】従って,作動ガスは,ガス流路G2から連
通空間39bに流入し,蓄冷材51で熱交換して孔39
aから膨張空間33に流動し,また逆に膨張空間33か
ら膨張ピストン上部39を通りガス流路G2に流動す
る。
通空間39bに流入し,蓄冷材51で熱交換して孔39
aから膨張空間33に流動し,また逆に膨張空間33か
ら膨張ピストン上部39を通りガス流路G2に流動す
る。
【0030】さらに,膨張ピストン上部39及び膨張ピ
ストン下部31には,ガスシール37a,37bが設け
られて,これらと膨張ピストン上部シリンダ32a及び
膨張ピストン下部シリンダ32bとの密接状態を高めて
いる。
ストン下部31には,ガスシール37a,37bが設け
られて,これらと膨張ピストン上部シリンダ32a及び
膨張ピストン下部シリンダ32bとの密接状態を高めて
いる。
【0031】また,膨張ピストン下部31には,オイル
シール38が設けられて,駆動部40のオイルが膨張部
30に侵入するのを防止している。
シール38が設けられて,駆動部40のオイルが膨張部
30に侵入するのを防止している。
【0032】圧縮部20は,圧縮ピストン21を収納す
る圧縮シリンダ22,該圧縮シリンダ22の頭部側に設
けられた圧縮空間23等を有している。
る圧縮シリンダ22,該圧縮シリンダ22の頭部側に設
けられた圧縮空間23等を有している。
【0033】圧縮ピストン21には,ガスシール27が
配設されて圧縮ピストン21と圧縮シリンダ22とを密
接させ,また当該圧縮ピストン21にはオイルシール2
8が設けられて,駆動部40のオイルが圧縮部20に侵
入するのを防止している。
配設されて圧縮ピストン21と圧縮シリンダ22とを密
接させ,また当該圧縮ピストン21にはオイルシール2
8が設けられて,駆動部40のオイルが圧縮部20に侵
入するのを防止している。
【0034】さらに,圧縮シリンダ22及び膨張ピスト
ン下部シリンダ32bの周囲には,これらを覆うように
作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン64が配設さ
れている。
ン下部シリンダ32bの周囲には,これらを覆うように
作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン64が配設さ
れている。
【0035】図2は図1における矢視AA断面図で,放
熱フィン64と圧縮シリンダ22との間に円筒状のガス
流路G1が形成されると共に,当該放熱フィン64と膨
張ピストン下部シリンダ32bとの間に円筒状のガス流
路G2が形成されて,当該ガス流路G1,G2はガス流
路G3により連結されて圧縮部20と膨張部30とが連
通している。
熱フィン64と圧縮シリンダ22との間に円筒状のガス
流路G1が形成されると共に,当該放熱フィン64と膨
張ピストン下部シリンダ32bとの間に円筒状のガス流
路G2が形成されて,当該ガス流路G1,G2はガス流
路G3により連結されて圧縮部20と膨張部30とが連
通している。
【0036】そして圧縮部20と膨張部30とは,ガイ
ド部材49を介して駆動部40上に並設されると共に,
当該ガイド部材49に圧縮ピストン21及び膨張ピスト
ン下部31の下端部を往復自在に収納するクロスガイド
孔49a,49bが設けられて,当該クロスガイド孔4
9a,49bと圧縮ピストン21及び膨張ピストン下部
31の下端部側面が摺動することにより駆動部からの駆
動力を直線運動に変換している。
ド部材49を介して駆動部40上に並設されると共に,
当該ガイド部材49に圧縮ピストン21及び膨張ピスト
ン下部31の下端部を往復自在に収納するクロスガイド
孔49a,49bが設けられて,当該クロスガイド孔4
9a,49bと圧縮ピストン21及び膨張ピストン下部
31の下端部側面が摺動することにより駆動部からの駆
動力を直線運動に変換している。
【0037】なお,図1においては,駆動部40の上板
がガイド部材49を兼ねているが,当該駆動部40の上
板と別体に設けてもよいことは付言するまでもない。
がガイド部材49を兼ねているが,当該駆動部40の上
板と別体に設けてもよいことは付言するまでもない。
【0038】また,圧縮ピストン21及び膨張ピストン
下部31の背圧側はクランク室45と連通して設けられ
て,当該クランク室の大きな空間により従来用いられて
いたバッファ空間やバッファ室の作用をなしている。こ
れによりガス圧縮/膨張機の部品点数の削減及び小型化
を図っている。
下部31の背圧側はクランク室45と連通して設けられ
て,当該クランク室の大きな空間により従来用いられて
いたバッファ空間やバッファ室の作用をなしている。こ
れによりガス圧縮/膨張機の部品点数の削減及び小型化
を図っている。
【0039】なお,図1において放熱フィン64は,圧
縮シリンダ22と膨張ピストン下部シリンダ32bとの
周囲を取巻くように形成した場合について示している
が,本発明はこれに限定されるものではなく,例えば図
3に示すように圧縮シリンダ22の周囲のみを取巻くよ
うに放熱フィン65を形成してもよい。無論,この場合
に膨張ピストン下部シリンダ32bの周囲にも同様の放
熱フィンを設けてもよいことはいうまでもない。
縮シリンダ22と膨張ピストン下部シリンダ32bとの
周囲を取巻くように形成した場合について示している
が,本発明はこれに限定されるものではなく,例えば図
3に示すように圧縮シリンダ22の周囲のみを取巻くよ
うに放熱フィン65を形成してもよい。無論,この場合
に膨張ピストン下部シリンダ32bの周囲にも同様の放
熱フィンを設けてもよいことはいうまでもない。
【0040】このように圧縮シリンダ22等の周囲を独
立に取巻くように放熱フィン65を形成することによ
り,放熱フィン65の面積を増やすことが可能になると
共に,作動ガスの熱が当該放熱フィン65まで伝熱する
平均距離を短くすることができるので,効率的に放熱を
行うことが可能になる。従って,当該ガス圧縮/膨張機
を冷凍機等に用いた場合には,その成績係数を高くする
ことができるようになる。
立に取巻くように放熱フィン65を形成することによ
り,放熱フィン65の面積を増やすことが可能になると
共に,作動ガスの熱が当該放熱フィン65まで伝熱する
平均距離を短くすることができるので,効率的に放熱を
行うことが可能になる。従って,当該ガス圧縮/膨張機
を冷凍機等に用いた場合には,その成績係数を高くする
ことができるようになる。
【0041】また,上記説明ではガスシール27,37
a,37bやオイルシール28,38は圧縮ピストン2
1,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン上部39側
に固定する構成について説明したが,本発明はこれに限
定されるものではなく,例えば図4に示すように圧縮シ
リンダ22,膨張ピストン上部シリンダ32a,膨張ピ
ストン下部シリンダ32b側に固定する構成であっても
よい。
a,37bやオイルシール28,38は圧縮ピストン2
1,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン上部39側
に固定する構成について説明したが,本発明はこれに限
定されるものではなく,例えば図4に示すように圧縮シ
リンダ22,膨張ピストン上部シリンダ32a,膨張ピ
ストン下部シリンダ32b側に固定する構成であっても
よい。
【0042】次に上記構成に基づき,ガス圧縮/膨張機
の動作を図5を参照して説明する。クランク機構43が
回動することにより,回動力がコネクティングロッド4
4a,44b等を介して圧縮ピストン21及び膨張ピス
トン下部31に伝達されて,圧縮ピストン21は膨張ピ
ストン下部31に対して位相が略90度遅れた往復運動
をするようになる。なお,先に述べたように,膨張ピス
トン上部39は膨張ピストン下部31と連結されてい
る。
の動作を図5を参照して説明する。クランク機構43が
回動することにより,回動力がコネクティングロッド4
4a,44b等を介して圧縮ピストン21及び膨張ピス
トン下部31に伝達されて,圧縮ピストン21は膨張ピ
ストン下部31に対して位相が略90度遅れた往復運動
をするようになる。なお,先に述べたように,膨張ピス
トン上部39は膨張ピストン下部31と連結されてい
る。
【0043】このようにクランク機構43を介してコネ
クティングロンド44a,44bに駆動力が伝達される
ため,当該コネクティングロッド44a,44bは直線
往復運動しない。このため,従来は,クロスガイドを設
けて,コネクティングロッド44a,44bからの駆動
力を直線往復運動に変換している。
クティングロンド44a,44bに駆動力が伝達される
ため,当該コネクティングロッド44a,44bは直線
往復運動しない。このため,従来は,クロスガイドを設
けて,コネクティングロッド44a,44bからの駆動
力を直線往復運動に変換している。
【0044】しかし,本発明では,圧縮ピストン21や
膨張ピストン下部31は軽量性の観点からアルミニュー
ム合金,リン青銅,ステンレス鋼等により形成してい
る。また,圧縮シリンダ22や膨張ピストン下部シリン
ダ32bは,耐磨耗性及び圧縮ピストン21等と熱膨張
量を略同じにする等の観点から炭素鋼,クロムモリブデ
ン鋼,ステンレス鋼等により形成している。さらに,ガ
イド部材49は,耐磨耗性の観点からリン青銅,鋳鉄,
ケルメット等により形成している。
膨張ピストン下部31は軽量性の観点からアルミニュー
ム合金,リン青銅,ステンレス鋼等により形成してい
る。また,圧縮シリンダ22や膨張ピストン下部シリン
ダ32bは,耐磨耗性及び圧縮ピストン21等と熱膨張
量を略同じにする等の観点から炭素鋼,クロムモリブデ
ン鋼,ステンレス鋼等により形成している。さらに,ガ
イド部材49は,耐磨耗性の観点からリン青銅,鋳鉄,
ケルメット等により形成している。
【0045】これにより,圧縮ピストン21や膨張ピス
トン下部31に本来のピストンとしての機能と共に,ク
ロスガイド孔49a,49bと圧縮ピストン21及び膨
張ピストン下部31の下端部側面とが摺動して駆動部4
0からの駆動力を直線運動に変換できるようにして従来
のクロスガイドの機能をも付与している。
トン下部31に本来のピストンとしての機能と共に,ク
ロスガイド孔49a,49bと圧縮ピストン21及び膨
張ピストン下部31の下端部側面とが摺動して駆動部4
0からの駆動力を直線運動に変換できるようにして従来
のクロスガイドの機能をも付与している。
【0046】また,この様に圧縮ピストン21及び膨張
ピストン下部31にクロスガイドの機能を付与すること
により,大きな空間のクランク室45をバッファ空間及
びバッファ室として利用することが可能になる。
ピストン下部31にクロスガイドの機能を付与すること
により,大きな空間のクランク室45をバッファ空間及
びバッファ室として利用することが可能になる。
【0047】従って,クロスガイド及びバッファ空間等
が不要になるので,部品点数の削減及び圧縮部20や膨
張部30の小型化が可能になり,ガス圧縮/膨張機のコ
ストダウン及び小型化が図れるようになる。
が不要になるので,部品点数の削減及び圧縮部20や膨
張部30の小型化が可能になり,ガス圧縮/膨張機のコ
ストダウン及び小型化が図れるようになる。
【0048】そして,圧縮ピストン21が下死点から上
死点に移動すると,圧縮空間23内の作動ガスは圧縮さ
れる。この間,膨張ピストン下部31は上動して上死点
に達した後,下動するようになる。
死点に移動すると,圧縮空間23内の作動ガスは圧縮さ
れる。この間,膨張ピストン下部31は上動して上死点
に達した後,下動するようになる。
【0049】圧縮ピストン21の上動に伴い圧縮された
作動ガスは,放熱フィン64により放熱されながらガス
流路G1,G3,G2を流動して膨張部30に送られ
る。
作動ガスは,放熱フィン64により放熱されながらガス
流路G1,G3,G2を流動して膨張部30に送られ
る。
【0050】膨張ピストン下部31が下動すると,当該
膨張ピストン下部31と共に膨張ピストン上部39が下
動するので,作動ガスは連通空間39bから膨張ピスト
ン上部39内に流入し,蓄冷材51と熱交換して孔39
aから膨張空間33に流出する(図5(a)参照)。
膨張ピストン下部31と共に膨張ピストン上部39が下
動するので,作動ガスは連通空間39bから膨張ピスト
ン上部39内に流入し,蓄冷材51と熱交換して孔39
aから膨張空間33に流出する(図5(a)参照)。
【0051】このとき膨張ピストン下部31の下動によ
り膨張空間33の容積が拡大して作動ガスが膨張し,こ
れにより温度が下がる。即ち,負荷62を冷却すること
ができる。
り膨張空間33の容積が拡大して作動ガスが膨張し,こ
れにより温度が下がる。即ち,負荷62を冷却すること
ができる。
【0052】ところで,膨張空間33の圧力と連通空間
39bの圧力は,蓄冷材51により生じる圧力差だけで
あり,当該圧力差は小さく,かつ,当該圧力差により流
動する作動ガスは常に蓄冷材51と熱交換するので,膨
張により温度の下がった作動ガスに温度の高い連通空間
39bの作動ガスが直接流入することがない。
39bの圧力は,蓄冷材51により生じる圧力差だけで
あり,当該圧力差は小さく,かつ,当該圧力差により流
動する作動ガスは常に蓄冷材51と熱交換するので,膨
張により温度の下がった作動ガスに温度の高い連通空間
39bの作動ガスが直接流入することがない。
【0053】その後,圧縮ピストン21が下死点に近づ
くに従い,膨張ピストン下部31は上動を始め,作動ガ
スは膨張ピストン上部39内を流動して蓄冷材51と熱
交換し,連通空間39からガス流路G2,G3,G1を
介して圧縮空間23に戻ってサイクルが終了する(図5
(b)参照)。
くに従い,膨張ピストン下部31は上動を始め,作動ガ
スは膨張ピストン上部39内を流動して蓄冷材51と熱
交換し,連通空間39からガス流路G2,G3,G1を
介して圧縮空間23に戻ってサイクルが終了する(図5
(b)参照)。
【0054】
【発明の効果】以上説明したように請求項1にかかる発
明によれば,圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部分
を往復自在に収納するクロスガイド孔を有したガイド部
材を圧縮部及び膨張部と駆動部との間又は当該駆動部の
圧縮部及び膨張部側に設けたので,当該クロスガイド孔
の内壁と圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部側面と
が摺動することにより,駆動部からの駆動力が直線運動
に変換できるようになり,部材の削減が図られてコスト
ダウンが可能になると共に,圧縮部及び膨張部の小型化
が可能になってガス圧縮/膨張機の小型化が可能にな
る。
明によれば,圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部分
を往復自在に収納するクロスガイド孔を有したガイド部
材を圧縮部及び膨張部と駆動部との間又は当該駆動部の
圧縮部及び膨張部側に設けたので,当該クロスガイド孔
の内壁と圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部側面と
が摺動することにより,駆動部からの駆動力が直線運動
に変換できるようになり,部材の削減が図られてコスト
ダウンが可能になると共に,圧縮部及び膨張部の小型化
が可能になってガス圧縮/膨張機の小型化が可能にな
る。
【0055】請求項2に係る発明によれば,圧縮ピスト
ン及び膨張ピストンの背圧側をクランク室と連通したの
で,当該クランク室をバッファ空間として利用すること
が可能になりガス圧縮/膨張機の小型化が図られる。
ン及び膨張ピストンの背圧側をクランク室と連通したの
で,当該クランク室をバッファ空間として利用すること
が可能になりガス圧縮/膨張機の小型化が図られる。
【0056】請求項3に係る発明によれば,膨張ピスト
ンを膨張ピストン上部と,膨張ピストン下部と,連通空
間とにより構成し,圧縮部からガス流路を介して連通空
間に流入した作動ガスが,蓄冷材と熱交換しながら膨張
ピストン上部を通過して膨張空間に流入するようにする
と共に,当該膨張ピストン上部及び膨張ピストン下部に
より当該膨張空間を拡張し,これにより作動ガスを膨張
させて低温を得るようにしたので,ガス圧縮/膨張機の
小型化を図りながら,連通空間の温度の高い作動ガス
が,蓄冷材と熱交換せずに膨張ピストン上部と膨張ピス
トン上部シリンダとの間を流動して膨張空間に流入する
のを防止することが可能になって,例えば当該ガス圧縮
/膨張機を冷凍機に利用した場合には冷凍効率を高める
ことが可能になる。
ンを膨張ピストン上部と,膨張ピストン下部と,連通空
間とにより構成し,圧縮部からガス流路を介して連通空
間に流入した作動ガスが,蓄冷材と熱交換しながら膨張
ピストン上部を通過して膨張空間に流入するようにする
と共に,当該膨張ピストン上部及び膨張ピストン下部に
より当該膨張空間を拡張し,これにより作動ガスを膨張
させて低温を得るようにしたので,ガス圧縮/膨張機の
小型化を図りながら,連通空間の温度の高い作動ガス
が,蓄冷材と熱交換せずに膨張ピストン上部と膨張ピス
トン上部シリンダとの間を流動して膨張空間に流入する
のを防止することが可能になって,例えば当該ガス圧縮
/膨張機を冷凍機に利用した場合には冷凍効率を高める
ことが可能になる。
【0057】請求項4に係る発明によれば,圧縮シリン
ダの周囲に当該圧縮シリンダを覆うように放熱フィンを
設け,該放熱フィンと圧縮シリンダとの間にガス流路を
形成したので,当該ガス流路を流動する作動ガスの熱が
効率的に放熱できるようになる。
ダの周囲に当該圧縮シリンダを覆うように放熱フィンを
設け,該放熱フィンと圧縮シリンダとの間にガス流路を
形成したので,当該ガス流路を流動する作動ガスの熱が
効率的に放熱できるようになる。
【図1】本発明の実施の形態に適用されるガス圧縮/膨
張機の断面図である。
張機の断面図である。
【図2】図1における矢視AA断面図である。
【図3】図1に代るガス圧縮/膨張機の断面図である。
【図4】図1に代るガス圧縮/膨張機の断面図である。
【図5】膨張部における作動ガスの流れを示す図であ
る。
る。
【図6】従来の技術の説明に適用されるガス圧縮/膨張
機の断面図である。
機の断面図である。
20 圧縮部 21 圧縮ピストン 22 圧縮シリンダ 23 圧縮空間 27,37a,37b ガスシール 28,38 オイルシール 30 膨張部 31 膨張ピストン下部 32a 膨張ピストン上部シリンダ 32b 膨張ピストン下部シリンダ 33 膨張空間 39 膨張ピストン上部 39a 孔 39b 連通空間 40 駆動部 43 クランク機構 45 クランク室 49 ガイド部材 49a,49b クロスガイド孔 64,65 放熱フィン G1,G2,G3 ガス流路
Claims (4)
- 【請求項1】 クランク機構が収納されたクランク室を
備えた駆動部と,前記クランク機構からの駆動力を受け
て圧縮ピストンが往復運動することにより圧縮空間内の
作動ガスを圧縮する圧縮部と,該圧縮部と位相が略90
度ずれた駆動力を受けて膨張ピストンが往復運動するこ
とにより膨張空間内の作動ガスを膨張する膨張部とを有
したガス圧縮/膨張機において,前記圧縮部及び膨張部
と前記駆動部との間又は当該駆動部の前記圧縮部及び膨
張部側に,前記圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部
分を往復自在に収納するクロスガイド孔を備えたガイド
部材を設けて,当該クロスガイド孔の内壁と前記圧縮ピ
ストン及び膨張ピストンの下端部側面とが摺動すること
により前記駆動部からの駆動力を直線運動に変換してな
ることを特徴とするガス圧縮/膨張機。 - 【請求項2】 前記圧縮ピストン及び前記膨張ピストン
の背圧側が,前記クランク室と連通してなることを特徴
とする請求項1記載のガス圧縮/膨張機。 - 【請求項3】 前記膨張ピストンが,蓄冷材を収納した
膨張ピストン上部と,該膨張ピストン上部に連結されて
作動ガスを膨張させる膨張ピストン下部と,前記膨張ピ
ストン上部と前記膨張ピストン下部との間に形成され
て,前記圧縮部と前記膨張部との作動ガスの流路をなす
ガス流路に連通する連通空間とを有し,前記圧縮部から
ガス流路を介して前記連通空間に流入した作動ガスが,
前記蓄冷材と熱交換しながら前記膨張ピストン上部を通
過して前記膨張空間に流入すると共に,当該膨張ピスト
ン上部及び前記膨張ピストン下部により当該膨張空間が
拡張して作動ガスが膨張してなることを特徴とする請求
項1又は2記載のガス圧縮/膨張機。 - 【請求項4】 前記圧縮部が前記圧縮ピストンを往復自
在に収納する圧縮シリンダと,該圧縮シリンダを覆うよ
うに配設された放熱フィンとを有し,該放熱フィンと前
記圧縮シリンダとの間に形成される隙間が前記ガス流路
をなして,当該ガス流路を流動する作動ガスの熱を放熱
することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載
のガス圧縮/膨張機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36239597A JPH11173692A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | ガス圧縮/膨張機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36239597A JPH11173692A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | ガス圧縮/膨張機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11173692A true JPH11173692A (ja) | 1999-07-02 |
Family
ID=18476737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36239597A Pending JPH11173692A (ja) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | ガス圧縮/膨張機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11173692A (ja) |
-
1997
- 1997-12-12 JP JP36239597A patent/JPH11173692A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20041210 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041221 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20050218 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050426 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |