JPS6238628B2

JPS6238628B2 -

Info

Publication number: JPS6238628B2
Application number: JP53122317A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Sugimoto
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1978-10-04
Filing date: 1978-10-04
Publication date: 1987-08-19
Also published as: JPS5549663A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、複数の冷凍サイクルを備えた多気筒
冷凍機に関するものである。

従来の多気筒冷凍機、例えば特公昭47−11190
号公報に開示されたものにおいては、各冷凍サイ
クルの蓄冷器は、互いに断熱的に構成されてお
り、このため冷凍効率が良くなかつた。

それ故に、本発明は、低温の冷凍を発生させる
サイクルの蓄冷器を流れる冷媒でもつて、高温側
のサイクルの蓄冷器を冷却するようにすること
を、目的とする。

以下、本発明の一実施例を、添付図面にもとづ
いて説明する。

第１図には、本発明多気筒冷凍機のうち、４気
筒の一実施例が示されている。先ず、多気筒冷凍
サイクル２００の構成から説明する。他の３気筒
の部分は、互いに連結する部分においてのみ相違
するのであるから説明を簡略化する。

同軸上に作られた圧縮シリンダ１５ａと膨張シ
リンダ６ａおよびロツドハウジング１２ａの中に
は、圧縮ピストン１４ａ、膨張ピストン７ａ、お
よびロツド１８ａが一体となつて組込まれてい
る。各ピストン７ａ，１４ａと圧縮シリンダ１５
ａおよび膨張シリンダ６ａは、ピストンリング８
ａ，１３ａにより、またロツドハウジング１２ａ
とロツド１８ａは、ロツドシール１７ａによつて
夫々気密保持されている。つまり、前記膨張シリ
ンダ６ａと膨張ピストン７ａによつて囲まれた空
間に第１膨張空間１ａを、前記圧縮シリンダ１５
ａと圧縮ピストン１４ａおよび膨張ピストン７ａ
によつて囲まれた空間に第１圧縮空間１１ａを、
更には前記圧縮シリンダ１５ａとロツドハウジン
グ１２ａおよび圧縮ピストン１４ａとロツド１８
ａによつて囲まれた空間に第２圧縮空間１６ａを
夫々形成する。前記した如く４気筒であるから、
膨張シリンダ６ａ〜６ｄ、圧縮シリンダ１５ａ〜
１５ｄ、ロツドハウジング１２ａ〜１２ｄ、膨張
ピストン７ａ〜７ｄ、圧縮ピストン１４ａ〜１４
ｄおよびロツド１８ａ〜１８ｄは、各４個づつあ
り、また第１圧縮空間１１ａ〜１１ｄ、第２圧縮
空間１６ａ〜１６ｄおよび第１〜４膨張空間１ａ
〜１ｄは、それぞれ４つづつある。

ところで、円形に並べられた前記膨張シリンダ
６ａ〜ｄと圧縮シリンダ１５ａ〜ｄの中央部に放
熱器５を置く。前記放熱器５は、４つの作動部５
ａ〜５ｄにわかれている。前記作動部５ａの一端
１９ａは、流路９ａおよび流路１０ａによつてそ
れぞれ前記第１圧縮空間１１ｄ、第２圧縮空間１
６ｂへと連通し、また他端２０ａは第１蓄冷器２
２ａへと連通している。前記第１蓄冷器２２ａの
他端は、流路２ａにより前記第１膨張空間１ａに
連通している。以上の各要素１ａ〜ｄ、２２ａ〜
ｄ、５ａ〜ｄ、１１ａ〜ｄ、１６ａ〜ｄの組合せ
を示すと、第３図に示す如くなる。

前記第１〜４蓄冷器２２ａ〜ｄの構成を詳細に
説明する。第２図は蓄冷器２２の展開図である。
前記第１蓄冷器２２ａの上部には、第１冷凍回収
部２３が有り、前記第１冷凍回収部２３の内部に
は、多数本の孔の開いた第１熱交換器２３ａ〜２
３ｄが設けられている。前記第１〜４蓄冷器２２
ａ〜ｄの内部空間３６ａ〜ｄには、金属の球又は
線材等の蓄熱材４a₁〜４d₁が充てんされている。
前記第２蓄冷器２２ｂの上部には、第２冷凍回収
部２４が有り、前記第２冷凍回収部２４の内部に
は、多数本の孔の開いた第２熱交換器２４ｂ〜ｄ
が設けられている。前記第２〜４蓄冷器２２ｂ〜
ｄの内部空間３７ｂ〜ｄには、金属の球又は線材
等の蓄熱材４b₂〜４d₂が充てんされている。前記
第３蓄冷器２２ｃの上部には、第３冷凍回収部２
５が有り、その内部には多数本の孔の開いた第３
交換器２５ｃ〜２５ｄが設けられている。前記第
３〜４蓄冷器２２ｃ〜ｄの内部空間３８ｃ〜ｄに
は、金属の球又は線材等の蓄熱材４c₃〜４d₃が充
てんされている。前記第４蓄冷器２２ｄの上部に
は、第４冷凍回収部２６が有り、その内部には多
数本の孔が開いた第４熱交換器２６ｄが設けられ
ている。前記蓄冷器２２ｄの内部空間３９ｄに
は、金属球あるいは金鋼等の蓄熱材４d₄が充てん
されている。

ところで、前記膨張シリンダ６ａ〜ｄの中間部
には、フランジ２７ａ〜ｄが設けられている。前
記フランジ２７ａ〜ｄは、中心部に放熱器５が気
密に嵌合し、周辺部に４つの孔の開いた真空プレ
ート２９が気密に取付けられている。前記真空プ
レート２９の円筒上部には、真空ドーム３０が気
密に嵌合されている。前記真空プレート２９の円
筒部には、他の冷凍回収部装置３００の配管４
２，１０１が気密に取付けられている。この様に
して、前記真空プレート２９、真空ドーム３０、
フランジ２７ａ〜ｄ、放熱器５および配管４２，
１０１によつて真空空間３１が形成される。

第１図に基づいて前記圧縮ピストン１４ａ〜１
４ｄおよび膨張ピストン７ａ〜７ｄの作動機構を
説明する。前記両ピストン１４ａ〜１４ｄ，７ａ
〜７ｄは、回転斜板機構で駆動される（他のクラ
ンク機構あるいは揺動斜板機構でもよい）。圧縮
ピストン１４ａ〜ｄはロツド１８ａ〜１８ｄに固
着され、前記ロツド１８ａ〜１８ｄはガイドピス
トン３２ａ〜ｄに固着されている。前記ガイドピ
ストン３２ａ〜ｄには、球面軸受３３ａ〜３３ｄ
が回転斜板３４を挾む様に組付けられている。前
記回転斜板２４は、軸３５に固着されている。前
記軸３５には図示しないモーターが取付けられ、
そのモーターの回転により、回転斜板３４が回転
し、前記球面軸受３３ａ〜３３ｄを介して前記ガ
イドピストン３２ａ〜ｄとロツド１８ａ〜ｄを往
復運動に変換し、そして圧縮ピストン１４ａ〜１
４ｄおよび膨張ピストン７ａ〜７ｄが往復運動す
る。

次に、前記第１〜４膨張空間１ａ，１ｂ，１
ｃ，１ｄで発生した冷凍を冷凍回収装置３００に
付加させて冷凍を回収する装置の構成を第２図に
基づいて説明する。４０は圧縮機である。前記圧
縮機４０の吐出側４１は、配管４２で気密に接続
され、前記配管４２の他端は、第１熱交換器４４
の高圧側入口４３に気密に接続されている。前記
第１熱交換器４４の高圧側出口４５と、第１冷凍
回収部２３に固着された第１冷凍回収用熱交換器
４８の入口４７は、配管４６を介して気密に接続
されている。前記第１冷凍回収用熱交換器４８の
出口４９と第２熱交換器５２の高圧側入口５１は
配管５０を介し気密に接続されている。前記第２
熱交換器５２の高圧側出口５３と、前記第２冷凍
回収部２４に固着された第２冷凍回収用熱交換器
５６の入口５５は、配管５４を介して気密に接続
されている。前記第２冷凍回収用熱交換器５６の
出口５７は、配管５８を介し第３熱交換器６０の
高圧側入口５９に気密接続されている。前記第３
熱交換器６０の高圧側出口６１は、配管６２を介
し前記第３冷凍回収部２５に固着された第３冷凍
回収用熱交換器６４の入口６３に気密接続されて
いる。前記第３冷凍回収用熱交換器６４の出口６
５は、配管６６を介し第４熱交換器６８の高圧側
入口６７に気密接続されている。前記第４熱交換
器６８の高圧側出口６９は配管７０を介し、前記
第４冷凍回収部２６に固着された第４冷凍回収用
熱交換器７２の入口７１に気密接続されている。
前記第４冷凍回収用熱交換器７２の出口７３は、
配管７４を介し第５熱交換器７６の高圧側入口７
５に気密に接続されている。前記第５熱交換器７
６の高圧側出口７７とジユールトムソン弁８０の
入口７９および前記ジユールトムソン弁８０の出
口８１と第５冷凍回収用熱交換器８４の入口８３
は、それぞれ配管７８，８２を介し気密に接続さ
れている。前記第５冷凍回収用熱交換器８４の出
口８５は、配管８６を介し前記第５熱交換器７６
の低圧側入口８７に気密接続されている。前記第
５熱交換器７６の低圧側出口８８と前記第４熱交
換器６８の低圧側入口９０、前記第４熱交換器６
８の低圧側出口９１と前記第３熱交換器６０の低
圧側入口９３、前記第３熱交換器６０の低圧側出
口９４と前記第２熱交換器５２の低圧側入口９
６、前記第２熱交換器５２の低圧側出口９７と前
記第１熱交換器４４の低圧側入口９９および前記
第１熱交換器４４の低圧側出口１００は、前記圧
縮機４０の吸引口１０２に、それぞれ配管８９，
９２，９５，９８，１０１を介し、気密接続され
ている。この様にして閉回路を形成し、回路内に
は冷媒が封入されている。

以上の如き構成に於て、先ず第４膨張空間１ｄ
で冷凍を発生する作用について説明する。第１〜
第３膨張空間１ａ〜ｃで冷凍を発生する作用は、
第４膨張空間１ｄと同様の使用であるので説明を
省略する。圧縮ピストン１４ｃ，１４ａがそれぞ
れ下死点附近、上死点附近より中立点附近に向
い、且つ膨張ピストン７ｄが中立点附近より上死
点に向う行程では、軸３５より回転が与えられる
と、第１圧縮空間１１ｃ、第２圧縮空間１６ａに
ある作動流体が放熱器５ｄを通り、冷却される事
により、略等温圧縮される。圧縮ピストン１４
ｃ，１４ａがそれぞれ中立点附近より、上死点附
近、下死点附近に向う行程では、等温圧縮された
作動流体が第４蓄冷器２２ｄを通る時、前記第４
蓄冷器２２ｄ内に設けられた蓄熱材４d₁で冷却さ
れる。前記蓄熱材４d₁のスキ間を流れた作動流体
は、第１熱交換器２３ｄによりさらに冷却され
る。ところで、前記第１熱交換器２３ｄの作動原
理は、前記第１膨張空間１ａで発生した冷凍が、
第１熱交換器２３ａを介し固体熱伝導により第１
熱交換器２３ｄを冷却することによる。前記第１
熱交換器２３ｄを通過した作動は、蓄熱材４d₂に
より冷却され、さらに第２熱交換器２４ｄを通過
する際に、前記第１熱交換器２３ｄと同様の作動
原理で前記第２膨張空間１ｂで発生した冷凍によ
り冷却される。前記第２熱交換器２４ｄを通過し
た作動流体は、蓄熱材４d₃により冷却され、さら
に第３熱交換器２５ｄを通過する際、前記第１熱
交換器２３ｄと同様の原理で、前記第３膨張空間
１ｃで発生した冷凍により冷却される。前記第３
熱交換器２５ｄを通過した作動流体は、蓄熱材４
d₄により冷却される。この様にして、作動流体は
前記蓄熱器２２ｄ内で温度圧力とも下げられ、略
等容変化する。

圧縮ピストン１４ｃ，１４ａがそれぞれ上死点
附近、下死点附近より中立点附近に向い、膨張ピ
ストン７ｄが中立点附近から下死点附近に向う行
程では、作動流体が膨張して冷凍を発生し、第４
熱交換器２６ｄを介し第４冷却回収部２６より熱
をうばい、略等温膨張する。この様にして前記第
４膨張空間１ｄは、４気筒のうち最も低い温度と
なる。

前記圧縮ピストン１４ｃ，１４ａが中立点附近
よりそれぞれ下死点附近、上死点附近に向う行程
では、前記等温膨張した作動流体が略等容積のま
ま第４蓄冷器２２ｄを通る。この時、前記第４蓄
冷器２２ｄ内に設けられた蓄熱材４d₄，４d₃，４
d₂，４d₁により熱を与えられ、温度、圧力とも高
められる。前記第１〜３膨張空間１ａ，１ｂ，１
ｃも同様の原理で冷凍を発生する。この様にして
第１〜４膨張空間１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの順に
温度が高くなるようにしてある。以上のようにし
て、クランク軸３５に回転力が与えられると、冷
凍を発生する冷凍機となる。

第４図には、冷凍回収装置３００′を液化器と
して使用する場合の一実施例が示されている。８
４′は液体をためる容器である。前記容器８４′に
は、外部に液体をとり出すバルブ１０３が流路１
０５を介し気密に接続され、前記バルブ１０３の
一端には配管１０４が気密に接続され、その他端
は図示しない容器に接続されている。

次に、冷凍回収装置３００の作動について説明
する。第１〜４膨張空間１ａ〜１ｄの温度は、順
次低くなるよう設計されている。例えば第１〜４
膨張空間１ａ〜１ｄは、それぞれ150゜Ｋ、70゜
Ｋ、30゜Ｋ、15゜Ｋを開発させることが出来る。
圧縮機４０で圧縮されて高圧の冷媒は、配管４２
を通り、第１熱交換器４４に入る。高圧の冷媒
は、第１熱交換器４４内で低圧入口９９より入つ
てきた低圧の冷媒によつて冷却されながら、配管
４６を通り、第１冷凍回収用熱交換器４８に入
る。前記第１冷凍回収用熱交換器４８は、第１冷
凍回収部２３を介して第１膨張空間１ａで発生し
た冷凍によつて冷却されているので、第１冷凍回
収用熱交４８を通る冷媒は、さらに冷却され、配
管５０を通り、第２熱交換器５２に入る。前記第
２熱交換器５２内の冷媒は、前記第１熱交換器４
４と同様の原理で冷却され、配管５４入り、第２
冷凍回収用熱交換器５６に入る。前記第２冷凍回
収用熱交換器５６は、第２冷凍回収部２４を介し
て第２膨張空間１ｂで発生した冷凍によつて冷却
されているので、冷媒はさらに冷却され配管５８
を通り、第３熱交換器６０に入る。第３熱交換器
６０内の冷媒は、前記第１熱交換器４４と同様の
原理で冷却され、配管６２を通り、第３冷凍回収
用熱交換器６４に入る。第３冷凍回収用熱交換器
６４は、第３冷凍回収部２５を介し第３膨張空間
１ｃで発生した冷凍によつて冷却されているの
で、冷媒はさらに冷却され、配管６６を通り第４
熱交換器６８に入る。第４熱交換器６８内の冷媒
は、前記第１熱交換器４４と同様の原理で冷却さ
れ、配管７０を通り、第４冷凍回収用熱交換器７
２に入る。第４冷凍回収用熱交換器７２は、前記
第４冷凍回収部２６を介し、第４膨張空間１ｄで
発生した冷凍によつて冷却されているので、冷媒
はさらに冷却され、配管７４を通り、第５熱交換
器７６に入る。第５熱交換器７６内を通る冷媒
は、第１熱交換器４４と同様の原理で冷却され
る。この様にしと順次冷却された高圧冷媒は、配
管７８を通り、ジユールトムソン弁８０に至る。
十分冷却された高圧冷媒はジユールトムソン弁８
０により等エンタルピー膨張し、低圧となる。こ
の時、冷媒は、さらに低温になり、一部は液体と
なり、熱交換器８４に入る。第５冷凍回収用熱交
換器８４に於て、液化した冷媒は外部から熱をう
ばい、液体と同一の温度のガスとなる。前記第５
冷凍回収用熱交換器８４を通つてきた低圧冷媒
は、順次熱交換器７６，６８，６０，５２，４４
内で高圧側の冷媒を冷却し、圧縮機４０の吸引口
１０２を通り、圧縮機４０で再び圧縮される。こ
の様にして、冷媒は、１サイクルを終え、第５冷
凍回収用熱交換器内に冷凍を発生する。

以上の如く本発明によれば次のような特有の効
果が得られる。

蓄冷器内に熱交換器を設けた事により、蓄冷器
内を通過する作動流体は、他の膨張シリンダで発
生した冷凍で冷却される。これにより、一段膨張
方式でも10゜Ｋの低温を得ることが出来る。

蓄冷器内に多数の熱交換器を設けた事により、
例えば150゜Ｋ、70゜Ｋ、30゜Ｋの各温度の附近
で蓄冷器を通過する作動流体を冷却出来、このた
め冷凍効率が向上する。

蓄冷器の壁を伝わつて入つてくる熱量を補償す
る事が出来る。

４つの膨張空間で発生した異つた温度の冷凍
で、冷凍回収装置内の冷媒を冷すことにより、
4.2゜Ｋの低温を効率良く、しかも小型、軽量な
装置で得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

図は全て本発明の一実施例に係る多気筒冷凍機
の構成を示すもので、第１図は全体の中央縦断面
図、第２図は蓄冷器の構成と冷凍回収装置との関
係を分り易くした部分断面展開図、第３図は多気
筒冷凍サイクルと冷凍回収装置の回路図、そして
第４図は蓄冷器の構成と冷凍回収装置を液化器と
して用いた場合の関係を分り易く示した部分断面
展開図である。１ａ〜ｄ…第１〜４膨張空間、２２ａ〜ｄ…第
１〜第４蓄冷器、２３ａ〜ｄ…第１熱交換器、２
４ｂ〜ｄ…第２熱交換器、２５ｃ，ｄ…第３熱交
換器、４８，５６，６４，７２…第１〜４冷凍回
収用熱交換器、２００…多気筒冷凍サイクル、３
００，３００′…冷凍回収装置。

Claims

【特許請求の範囲】１圧縮空間、放熱器、内部に第１蓄熱部材およ
び第１熱交換器を順次低温部方向に配設した蓄冷
器、ならびに膨張空間を備えた第１冷凍サイク
ル：並びに、圧縮空間、放熱器、内部に第１蓄熱部材、第１
熱交換器、第２蓄熱部材および第２熱交換器を順
次低温部方向に配設した蓄冷器、ならびに膨張空
間を備えた第２冷凍サイクル：からなり、前記第２冷凍サイクルの膨張空間にて
発生する冷凍温度が、前記第１冷凍サイクルの膨
張空間にて発生する冷凍温度よりも低い多気筒冷
凍機において、前記第１冷凍サイクルの第１熱交換器と前記第
２冷凍サイクルの第１熱交換器とを熱的に連結せ
しめた、多気筒冷凍機。