JPS59229144A - 往復動形低温膨張エンジン - 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】 〔発明の利用分野〕 本５１１は、ピストンのような往復動機構を有し極低温
を発生する往復動形低温膨張エンクンに関するものであ
る。

〔発明の背景〕

従来の往復動形低温膨張エンジンの代表例として、ヘリ
ウム液化冷凍機で一般的に採用されている２簡式膨張エ
ンジンを第１図に示す。第１図において、常温のフラン
ジ１の図示左側に取付けられたシリンダ１２およびシリ
ンダ３内にピストン４およびピストン５が摺動自在に挿
入されている。

一方、フランジｌの図示右側にはピストン４，５の往復
動を回転運動に変換するため、ケーシング６、クランク
軸７およびピストンロッド８，９にて構成される駆動装
置がフランジ１に取付けられている。ケーシング６の上
方には、ロータ１０．ステータ１１およびケーシンダレ
にて構成される発電機をクランク軸７に結合し、膨張エ
ンジンで発生する動力を電力昏こ変換して、膨張エンジ
ンの回転数を制御する。ケーシング６には点検フタ１３
が取付けられている。シリンダ２．３の先端には冷媒ガ
スを吸排気する吸気弁１４．１５および排気弁１６゜１
７が設けられている。また、ピストン４．５の右端には
、シリンダ２，３内部の冷媒ガスの漏洩防止のため、ピ
ストンシール１８，１９が取付けられている。なお、フ
ランジｌの左側のシリンダ部は先端側が極低温になるた
め、図示を省略した保冷槽内部にフランジｌを介して取
付けられ真空断熱されている。本実施例において、シリ
ンダ２，３は、図示左側が極低温、右側が常温となり、
軸方向ｆこ第２図に示す温度勾配を生ずる。この温度勾
配は、小形機の膨張エンジンの場合、シリンダが短か（
なるので一層大き４なる。シリンダ２，３の右端は常温
なるも、極低温Ｔｃとなる左端への熱伝導のため、ケー
シング６内部の雰囲気温度Ｔ＾より低い表面温度ＴＨに
落着（。このため、雰囲気に含まれる水分がピストンシ
ール１８，１９より左側のシリンダ２，３の内面に結露
する。通常、ピストン４とヒストン５は１８０度の位相
差でクランク軸７に連結されているので、逆位相でシリ
ンダ２．　３内を往復動し、かつ、ピストン４とピスト
ン５の排除体積が異なるため、ケーシング６の内圧がク
ランク軸７の回転数に一致した周期で上下に変動する。

一方、ケーシング６は外気に対して密閉構造になってい
ないため、ケーシング６の内外間で通気が容易である。

したがって、ケーシング６内の平均圧力は、はぼ外気圧
に等しいため、ケーシング６の内圧が平均圧力より低い
時期には、外気圧に対しケーシング６内圧が負圧となり
、ケーシング６内部へ水分を含んだ外気が連続的醗こ吸
込まれる。新たにケーシング６内部へ吸込まれた外気中
の水分は、前述したようにシリンダ４，５の右端内面暖
こ新たに結露する。この現象は多湿時期には一層顕著に
起る。シリンダ２，３の右端で、ピストンシール１８，
１９の摺動範囲沓こ対応する内面は、前述したように雰
囲気温１［Ｔ＾より低い温度にあるが、この部分の熱伝
導性が悪い場合や、シリンダ長さが短かい小形機の場合
には、第２図に示す温度勾配が一層大きくなるため、ピ
ストンシール１Ｂ。

１９の摺動範囲内のシリンダ内面温度は、部１分的に０
℃を下回ることもある。シリンダ内面温度が０℃以下に
なると、結露した水はシリンダ内面に膜状となって氷結
する。結露した水や氷は、ピストンシール１Ｂ、１９が
運動タイプのためシリンダ表面から完全に除去されず、
ピストン４，５の往復動に随伴してピストン先端側の極
低温部へと移動し、シリンダ２，３とピストン４，５の
すきまで氷結し蓄積する。しかして、湿潤な外気が継続
してケーシング６内へ供給されるため、シリンダへの結
露、氷結も一段と進み、その結果、シリンダ２゜３とピ
ストン４，５のすきまに氷が充満し、ピストン２，３の
摺動抵抗が増大するため、膨張エンジンの円滑な運転が
阻害され、極端な場合には、膨張エンジンが自然停止す
るという極めて重大な欠陥を有していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、膨張エンジンの運転を阻害するシリン
ダ内面への結露、結氷を防止した往復動形低温膨張エン
ジンを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、シリンダ内面に連通ずる駆動装置ケーシング
を機密構造にして、内部の雰囲気を乾燥状態に保持する
ことにより、シリンダ内面への結露、結氷を防止するよ
うにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図により説明する。第３
図において、第１図と同部分は同符号で示し、説明を省
略する。ケーシング６ａとフランジｌ、ケーシング１２
ａ１点検フタ１３の合せ面にはシール付加；２１，２２
を設ける。クランク軸７の下端の軸受部には、カバー囚
をシール材列を介してケーシング６ａに取付ける。また
、ケーシング６ａにはケーシング６ａ内部の圧力規制の
ための安全弁６を設ける。

以上の構成において、その作用を説明する。ピストン４
，５の往復動に同期したケーシング６ａ内部容積の増減
に伴って内部圧力も増減するが、ケーシング６ａ内の雰
囲気はシール材２０，２１，２２および冴により、外気
に対して気密に保持されているので、湿気を含む外気が
ケーシング６ａ内へ侵入できない。したがって、ケーシ
ング６ａ内部は乾燥状態に維持され、シリンダ４，５へ
の結露。

結氷が阻止されて膨張エンジンを長期にわたり円滑に運
転することができる。なお、ピストンシ−ル１８．１９
は、摺動型シールであるため、シリンダ嶋　５内の冷媒
ガスが僅かながらピストンシール１８．１９から漏れて
、ケーシング６ａ内に蓄積されるので、ケーシング６ａ
の内圧が徐々に上昇する。

ケーシング６ａの内圧が上昇すると、ケーシング６ａが
変形し、ケーシング６ａ内部に組込まれた機構相互の寸
法精度が悪化して円滑な運転が阻害される恐れがあるの
で、ケーシング６ａに安全弁すを設けて、ケーシング６
ａの内圧を適切な圧力に制限する。

以上の如（本実施例によれば、シリンダ２，３への結露
、結氷が防止できるので、膨張エンジンを長期にわたり
円滑に運転できるという効果がある。

本発明の他の実施例を第４図、第５図および第６図に示
す。第４図の実施例はケーシング６ａ内に乾燥剤がを設
置したこと以外は第３図の実施例と同一であるが、本実
施例においては、■動装置の組立中にケーシング６ａ内
に滞留した外気に含まれる水分を乾燥剤漢が吸収するの
で、ケージジグ６ａ内部の雰囲気を膨張エンジンの運転
前に十分に乾燥できるので、シリンダ２，３への結露。

結氷を一層確実に防止できる効果を有する。第５図の実
施例は、第３図の実施例で示す安全弁５の代りに、へ、
リウム液化冷凍機の低圧冷媒戻り配管ｎとケージソゲ６
ａを配管Ｚで連通させたものであり、本実施例では、第
３図の実施例において安全弁５から外気へ放出していた
微少量の冷媒ガスをも配管４．２８により回収するもの
であり、冷媒ガスの減少を防止できる効果がある。

第６図の実施例は、ケーシング６に連結した配管四から
、ケーシング６内へ乾燥ガスを強制的に送込むことによ
り、ケーシング６内への外気侵入を防ぎ、かつ、ケーシ
ング６内の雰囲気を積極的に乾燥状態に保持する。本実
施例では、ケーシング６を含む駆動装置の気密構造化が
困難な場合督こあっても、シリンダ２．３への結露、結
氷を防止できる効果を有する。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、シリンダ内面への結
露、結氷を完全に防止することができるので、膨張エン
ジンを長期にわたり円滑に運転することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の膨張エンジンの縦断面図、第２図はシリ
ンダ長手方向の温度分布を示す線図、第３図は本発明の
一実施例を示す膨張エンジンの縦断面図、第４図、第５
図および第６図は本発明の他の実施例を示す膨張エンジ
ンの縦断面図である。 １・・・・・・フランジ、２，３・・・・・・シリンダ
、４，５・・・・・・ピストン、　６．６　ａ、　１２
．１２ａ・・・・・・ケーシング、７・・・・・・クラ
ンク軸、８．９・・・・・・ピストンロット、１０・・
・・・・ロータ、１１・・・・・・ステータ、１３・・
・・・・点検フタ、１４．１５・・・・・・吸気弁、１
６．１７・・・・・・排気弁、１８゜１９・・・・・・
ピストンシール、２０〜２１！、　２４・・・・・・シ
ール材、る・・・・・・カバー、５・・・・・・安全弁
、６・・・・・・乾燥剤、若〜酋・・・・・・配管 代理人　弁理士　　高　橋　明　夫 才１回 シソンタイ立置 ７４図　　　　；ｌＦ″５図 オ６図 流謹カス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　シリンダ、ピストン、吸排気弁で構成されたシリン
   ダ部と、ピストンの往復動を回転運動に変換する駆動装
   置部から成る往復動形低温膨張エンジン擾こおいて、前
   記駆動装置部のケーシングを気密構造としたことを特徴
   とする往復動形低温膨張エンジン。 ２、駆動装置部のケーシングに安全弁を設けた特許請求
   範囲第１項記載の往復動形低温膨張エンジン。 ３、駆動装置部のケーシングに乾燥ガス送込用配管を設
   けた特許請求の範囲第１項記載の往復動形低温膨張エン
   ジン。