JP2014531569A - ポータブル式冷媒回収装置 - Google Patents

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Abstract

冷凍システムから貯蔵タンクへ冷媒を輸送するためのポータブル式冷媒回収装置に関するものである。回収装置は2つの対向するピストンヘッドを含み、それぞれのピストンヘッドは共通の固定軸線に沿って延びて対応するピストンヘッドに接続し固定されている。ピストンロッドはそれぞれスコッチヨーク機構のヨーク部に強固に結合している。作業中に冷凍装置から流入する冷媒は同期的かつ継続的に対向するピストンヘッドに向かい、そこで圧縮された冷媒による力は互いに相殺或いは中和される。冷媒の流路とピストンロッドや駆動機構とは冷媒中の汚染物質の影響を避けるため、互いに隔離して設計されている。

Description

本発明は、ポータブル式冷媒回収装置に関するものである。
ポータブル式冷媒回収装置は本来冷媒を冷凍装置から貯蔵タンクに輸送するために使われる。作業に当たっては、冷媒は冷凍装置から抜き取られ、外部に漏れることなく貯蔵タンクに収められる。冷媒をこのように回収することによって、冷凍装置に必要な修理や交換等の作業が可能になる。
このような回収装置においても、貯蔵タンクに冷媒を輸送する際には数々の問題が発生する。中でも、冷凍装置内の冷媒の初期圧力がかなり高くなる(100〜300psi又はそれ以上)問題がある。冷凍装置内の冷媒の圧力が高くなると、ピストンや駆動機構を含む装置の各部位に大きな力が加わるようになる。場合によっては、冷媒の初期圧力が回収装置の駆動機構に影響を与えるほどに高くなり、回収装置の始動の妨げとなる。回収作業のほぼ全ての場合に、少なくとも初動操作においては、加圧された冷媒による初期の力は極めて大きくなり、装置に衝撃や急激な振動をもたらす。運転中に冷媒から発生するこのような力は適切に解消されないと、回収装置の損傷や摩耗に繋がる。
従来の設計では、加圧された冷媒をピストンの頭部の両側に露出させて、ピストンに及ぶ力を最小化する方法が試行されてきた。しかし、殆ど全ての従来設計では、冷媒はピストンの下部だけでなくピストンロッドや駆動機構(例えばクランクシャフト)にまで及んでいた。何故ならば、冷媒は殆どの場合その中に油や他の汚染物質(微細な金属粉など)を含むため、回収装置のピストンロッドやクランクシャフト又は他の部位が冷媒に曝されると、早期に摩耗や損傷を受けるようになり、特にシール材やベアリングにおいてその度合いが著しかった。
冷媒を装置の各部位に露出させない従来の配置においても、冷媒の圧力による駆動機構(例えばクランクシャフトベアリング)の摩耗や損傷を最小にするために、クランクシャフトに沿って他のピストンを設け、互いの位相を180度ずらして運転する方法が検討されてきた。しかし、このように配置しても、クランクシャフトの軸の回りではピストンロッドに異常な動きが起こり、本来の配置関係からずれてしまうことがあった。多くの場合に、ピストンヘッドはピストンロッドに(リストピン等で)軸支される。そのように配置すれば、クランクシャフトに掛かる圧縮された冷媒からの力は幾分相殺されるが、それでも運転中に生ずるピストンロッドの偏心等の異常な動きを回避することは困難であり、クランクシャフトには不均衡な力が引き続き掛かることになる。それでも、各ピストンのピストンヘッドとピストンロッド間の軸支機構は圧縮された冷媒による力に対抗することができる。そのため、この軸支関係によって、かえってピストンの不規則な動きやシールからの漏れをもたらす摩耗を促進してしまう。上述の課題、そしてその他の課題を念頭において本発明は成されている。
本発明は、冷凍システムから貯蔵タンクに冷媒を輸送するためのポータブル式冷媒回収装置に関するものである。回収装置は2つの対向するピストンヘッドを有し、それぞれのピストンヘッドは共通の固定軸線に沿って延びて対応するピストンヘッドに接続し固定されている。ピストンロッドはそれぞれスコッチヨーク機構のヨーク部に強固に結合している。スコッチヨーク機構は駆動機構の回転運動をヨーク部、即ち共通の固定軸線に沿って固定されているピストンロッドとピストンヘッドの往復運動に変換する。
作業中に、冷凍装置から流入する冷媒は、同期的かつ継続的に対向するピストンヘッドに向かい、そこで圧縮された冷媒による力は互いに相殺又は中和される。回収装置の駆動機構は流入する冷媒により生じたどのような大きさの力にも依存せずに、ピストンの往復運動を促す。冷媒の流路とピストンロッドや駆動機構とは、冷媒中の汚染物質の影響を避けるために互いに分離して設計される。しかし、ピストンヘッドの下側とピストンロッドの部分は或る程度、冷媒に露出しているために汚染物質を捕集し、冷媒が排出管を通って一方的に流入管に流れるように、各ピストンの下部に隣接して空間が形成されている。ピストンのみを示した実施の形態も開示した。スコッチヨーク機構の詳細も円筒状のクランクピンの周りに取り付けた2つの部分から成る摺動機構も追加して開示した。
本発明のポータブル式冷媒回収装置の斜視図である。 冷媒を冷凍システムから貯蔵タンクに輸送するために使用される回収装置の典型的な配置図である。 図2の作動機構の一部を示す系統図である。 本発明の圧縮機内で対向する各ピストンの一連の作動状態の説明図である。 本発明の圧縮機内で対向する各ピストンの一連の作動状態の説明図である。 本発明の圧縮機内で対向する各ピストンの一連の作動状態の説明図である。 圧縮機を起動するに先立ち、冷凍システムと貯蔵タンクの圧力が均衡した状態の図2に示す冷凍システムに接続するピストンの説明図である。 圧縮機の斜視図である。 図6及び図8の線9−9に沿った断面図である。 圧縮機の駆動機構の分解図である。 本発明の単一のピストンの実施の形態の断面図である。
図1は本発明のポータブル式冷媒回収装置1の斜視図である。図2に示すように、典型的な冷媒の回収作業では、冷凍システム2から貯蔵タンク4に冷媒を輸送するために回収装置1が使われる。図2に示す配置において、冷媒は冷凍システム2から配管6(図2、図3参照)を通って回収装置1(図3参照)の流入管7、7’に輸送される。流入管7、7’は回収装置1の圧縮機11の吸入口9、9’にそれぞれ接続している。図3の基本的な作業配置図に示すように、冷媒は圧縮機11から吐出口13、13’を通って、コンデンサ17、17’を備えた排出管15、15’に流れ、更に他の配管18を通って図2に示す貯蔵タンク4に移動する。
図4に示す最良の形態によれば、回収装置1の圧縮機11は対向するピストンヘッド21、21’を備え、それぞれのピストンヘッド21、21’は対応するピストンロッド23、23’に一体的に固着されている。ピストンロッド23、23’は共通の固定軸線25に沿って延び、ヨーク部29の側面部27、27’にそれぞれ固定される。図4に示すように、ピストンロッド23、23’は共通の固定軸線25に沿ってヨーク部29の側面部27、27’とは反対の方向に延びている。詳しくは後述するが、ヨーク部29はスコッチヨーク機構(Scotch Yoke:往復両スライダクランク)31の一部を形成している。ここに述べるスコッチヨーク機構31は後述する駆動機構の回転運動を、ヨーク部29と共通の固定軸線25に沿って互いに固着したピストンロッド23、23’とピストンヘッド21、21’の往復運動へと変換する。
図4に示す各ピストンヘッド21、21’は、第1の側壁部35、35’と第1の末端壁37、37’とを伴って、円筒状の側壁を有する円筒33、33’内に封止及び摺動可能に収まっている。図4に示すように、第1の末端壁37、37’はその内部に冷媒を一方通行に流す吸入弁43、43’と吐出弁45、45’をそれぞれ有する吸入口39、39’と吐出口41、41’とを備えている。各ピストンヘッド21、21’は第1の末端壁37、37’に対向する外面47、47’を有し、第1の末端壁37、37’と第1の側壁部35、35’とが囲む第1の空間49、49’を形成する。ほぼ鏡像関係にある双方の配置は同じ寸法であることが好ましく、またピストンヘッド21、21’の外面47、47’の円形面積の大きさ(直径約1インチ)もそれぞれ同じであることが好ましい。
往復運動するピストンロッド23、23’は、共通の固定軸線25に沿いながら対応するピストンヘッド21、21’を円筒33、33’の第1の末端壁37、37’に向けて第1と第2の位置の間で移動させる。この場合に、ピストンヘッド21、21’は互いに対向しており、それぞれの位相が180度ずれた状態で作動する。例えば、図4に示すピストンヘッド21が第1の位置(図5参照)に至ると、図2に示す冷凍システム2から共通の配管6(図2、図3)と流入管7を通して冷媒を吸入するために、第1の空間49の容積は膨張する。同時に、対向するピストンヘッド21は図5に示す第2の位置に移動し、第1の空間49から排出管15に冷媒を押し出すように、図4に示す第1の空間49の容積を収縮させる。次の操作では、並列したピストンヘッド21、21’を図6に示す位置に戻す。ピストンヘッド21、21’の圧縮された位置(例えば図5のピストンヘッド21’)では、図4に示す互いにほぼ平行なピストンヘッド21’の外面47と第1の末端壁37’が互いにほぼ接触するまで接近し、望ましくは内部を最高圧縮度(例えば300:1或いはそれ以上)にまで上昇させる。図4〜図6に示すように、ピストンヘッド21、21’とピストンロッド23、23’は、それぞれの第1の位置と第2の位置の間を、共通の固定軸線25に沿って対称的に動くように制御される。
作業中には、冷凍システム2内の回収される冷媒の初期圧力は通常では大気圧よりも高くなる。多くの場合に、冷媒の圧力は大気圧よりも非常に高く(100〜300psiかそれ以上)なる可能性がある。一方、貯蔵タンク4の初期圧力は貯蔵タンク4が空の状態か、満たされているかによって大気圧よりも高くなることも、低くなることもある。例えば、回収作業を始める前には、回収する冷媒が汚染されないように中の空気を除いて貯蔵タンク4を大気圧以下に排気する。他方、貯蔵タンク4が前の作業を引き継いで部分的にも冷媒で満たされているならば、貯蔵タンク4の圧力は大気圧よりも高くなるか、図2に示した冷凍システム2から回収される時の冷媒の圧力よりも高くなる。貯蔵タンク4の初期圧力が冷凍システム2の冷媒よりも或る程度高い圧力になると、図4に示す第1の空間49、49’の吐出弁45、45’は閉じたままになる。しかし、接続された貯蔵タンク4の初期圧力が冷凍システム2の冷媒の圧力よりも或る程度低くなると、各一対の吸入弁43、43’と吐出弁45、45’の一方の組み合わせ43、45及び他方の組み合わせ43’、45’は図7に示すように開くことになる。その結果、圧力が均衡して各吸入弁43、43’と吐出弁45、45’が閉じた状態になるまで冷媒は制限されることなく、冷凍システム2から貯蔵タンク4に流れることになる。その後に、冷凍システム2から貯蔵タンク4に冷媒を輸送するために、図4〜図6に示す回収装置1の圧縮機11による操作が必要になる。
上述の圧縮機11の初期の作業サイクルにあっては、冷凍システム2内の冷媒は通常大気圧以上のままである。前述のように、通常では流入する冷媒の圧力は大気圧よりもかなり高く(100〜300psiかそれ以上)なる。そのような高い圧力は適切に解消されないと、圧縮機11の各部位を損傷する力が生じ、装置を早期に破損してしまう。特に、圧力を適切に解消できない場合には、初期の力は接続する圧縮機11の駆動機構が始動できないまでに高くなる。この状態になることを避けるには、後述するように、本実施の形態のピストンヘッド21、21’をそれぞれ対向するように配置すればよい。そのように配置すれば、双方に流入する冷媒の高い圧力に基づく力は、互いに相殺され、中和される。このようにして、装置の起動時の課題はほぼ解決され、作業の初期段階における冷媒の高い圧力からの強い力による損傷や摩耗は顕著に低減される。
特徴的な例として、先ず図7に示す線A−Aの右半分のみから成る構造の初期動作を想定すると、図7に示す流入管7に流入する冷媒の圧力は通常大気圧よりもかなり高く(100〜300psiかそれ以上)なる。圧力が高くなると、吸入弁43が開き、同時にピストンヘッド21の外面47に力Fが働くようになる。この力Fはかなりの強さになり、回収作業の初期サイクルの間は流入する冷媒の圧力が、例えば50〜75psiかそれ以下に大きく低下するまで、力Fはそのまま維持される。図7に示す右側のピストンヘッド21とピストンロッド23のみが存在する構造では、前述のように力Fの初期の強さは圧縮機11の駆動機構に影響を与えるまでになり、圧縮機11の始動を妨げる。特にこの設計では、冷媒からの力は初動状態又は流入する冷媒の圧力が大幅に低下するまで、ピストンヘッド21とピストンロッド23、そして圧縮機11の駆動機構にも加わり(衝撃や大きな振動をもたらす)、早期の摩耗はもとより破壊さえ起こす可能性がある。高い圧力の冷媒が液体状態にあると、この不具合は確実に発生する。従って、ピストンヘッド21の各サイクルを経て、流入する冷媒の圧力が低下して冷媒がガス化又は蒸気化すると、力Fの大きさは小さくなる。しかし、このような設計の場合に、冷媒は気相、液相に拘わらず、その圧力が大幅(50〜75psi又はそれ以下)に低下しない限り、ピストンヘッド21の往復運動中の力Fは圧縮機11の各部位を損傷したり歪めることになる。このことは、前述の図7に示した圧縮機11において、右側のピストンヘッド21とピストンロッド23だけが存在した場合にのみ当てはまる。
しかし、望ましい実施の形態では、回収装置1の初動段階又は図7に示す繰り返し操作の間に、右半分のピストンヘッド21に掛かる不均衡な力Fは、対向するピストンヘッド21’にも加わる反力F’によって相殺され中和される。それによって、流入する冷媒の力Fに懸念される潜在的な損傷効果は根本的に除去される。ピストンヘッド21、21’とピストンロッド23、23’を含む連結構造はそれぞれ同軸線上に並び、互いに固定されているため、上記の力の均衡化の効果は一層現実的になる。更に、圧縮機11の駆動装置からは、ピストンヘッド21、21’を往復運動させて、それぞれの第1の空間49、49’で冷媒を圧縮し、冷媒を貯蔵タンク4に流すためには、差動力D(図4参照)を供給するだけでよい。このように、圧縮機11の駆動機構は、図7に示すピストンヘッド21、21’が互いに力を相殺したり中和するので、ピストンヘッド21、21’に掛かる力F、F’に対抗したり、補償する必要はなくなる。この場合に、圧縮機11の駆動機構は流入して作用する冷媒の力F、F’の影響を考慮したり補償する必要はなく、例えば第1の空間49、49’の力は最高550psiになるように設計されている。多くの場合に、圧縮機11では更に高い圧力(例えば750〜1500psiかそれ以上)を発生させることも可能であるが、貯蔵タンク4の安全性を図るために、操作中の回収装置1の圧力はより低く(例えば550psi)抑えられる。
上記の作用流体は気相又は液相の何れかを形成する冷媒であるため、冷媒から発生する力F、F’と駆動装置とを隔離することが重要になってくる。通常は流入する冷媒はピストンヘッド21、21’の上で想定外に相変化し、それによって生ずる力F、F’は広範囲に変動する。しかし、本発明の力の均衡を意図した設計では、ピストンヘッド21、21’の上で、何時、どのような力F、F’が発生しても、共通の固定軸線25に沿って中和される。圧縮機11の駆動装置はこのように発生する力F、F’そして/又は流入する冷媒の条件(例えば圧力、温度、相)に左右されることはない。冷媒を冷凍システム2から貯蔵タンク4に輸送する作業の間には、図4に示す圧縮機11から加わる差動圧Dを加えるだけで、冷媒の相や状態に左右されることなく、2つのピストンヘッド21、21’を繰り返して作動させることができる。
望ましい実施の形態に示した冷媒の力を均衡化させる設計では、力F、F’と差動力Dとを切り離すことができるが、それでも圧縮機11のピストンロッド23、23’を含む駆動機構とスコッチヨーク機構31の各部位の耐久性は保証されなければならない。それは、(特に装置の初動操作において)圧縮機11の対向する部位が依然として力F、F’を受ける場合があるからである。影響を受ける部位にはスコッチヨーク機構31のヨーク部29と同様に、共通の同軸線25上に並んだピストンヘッド21、21’とピストンロッド23、23’が含まれる。そのため、並んで対向するこれらの部位は互いに固着されている。更に、このような構成は対向するピストンが不揃いであったり、固定が十分でない場合や、共通の固定軸線25に沿った対称的な動きが制限される場合でも、損傷や磨耗を起こさないように、力F、F’やそれ以上の大きな負荷に対する耐久性を備えている。
作業に当たっては、図4に示す圧縮機11から共通の固定軸線25に沿った1つの方向(例えば図4の左方向)に差動力Dを作用させる。図4では分かり易くするために力Dだけを表示しているが、それは図7に示した力F、F’が互いに相殺されるからである。しかし、図4に示すように圧縮機11が左側に動く場合には、差動力Dとピストンヘッド21に圧力が掛かった冷媒の力Fとが合体した同じ方向の第2の力F+Dが加わっているはずである。この第2の力F+Dは対向するピストンヘッド21’上に掛かる第1の力F’よりも強くなる。従って、対向する位置にあるピストンヘッド21’は、図4で示した位置から図5に示す収縮する位置に向けて左側に移動する。
換言すれば、第1の空間49、49’に通ずる流入管7、7’に流入し、大気圧よりも高い圧力にある冷媒は、ピストンヘッド21、21’の外面47、47’に、対抗する第1の力F、F’を掛ける。これら対向する力F、F’は共通の固定軸線25に沿っている。操作中は、例えばピストンヘッド21が図6に示す収縮する位置から図5に示す膨張する位置に戻ってきたとき、ピストンヘッド21上の力Fにスコッチヨーク機構31から差動力Dを供給する。それによって、対向するピストンヘッド21’は図5に示した収縮する位置に移動する。この操作は繰り返され、冷媒が関与するどのような条件(圧力、温度、相)や力F、F’の変化にも左右されることはない。
対向する力F、F’を本質的に同じ大きさに維持するために、上述(図3参照)の流入管7,7’は冷媒を介して互いに連通し、図2に示した冷凍システム2から配管6に流れる冷媒とも連通する。このように、冷媒の圧力が時間によって変化しても、流入管7、7’の内部もそれに追従する。その結果、吸入口39、39’の上流にある第1の空間49、49’の吸入弁43、43’は、瞬時にかつ継続的に同じ圧力の冷媒に曝される。対向するピストンヘッド21、21’の外面47、47’に流入する冷媒からの対向する力F、F’も同じ大きさになる。更に、図2に示すように第1の空間49、49’の吐出口41、41’の吐出弁45、45’の下流にあって、外方に向かう排出管15、15’もまた互いに冷媒を介して連通し、更に配管18を介して貯蔵タンク4と連通している。
望ましい実施の形態で示した力を均衡化させる設計においては、第1の空間49、49’に対して流入又は吐出する管体のみを意図的に冷媒や汚染物質(例えば油、細かい金属粉)に接触させる。一方で、図4に示すピストンヘッド21、21’の下部51、51’は冷媒に曝さないように設計することが望ましいし、ピストンロッド23、23’を含む駆動装置そしてスコッチヨーク機構31の部位に対してもそのような設計が望まれる。しかし、ピストンヘッド21、21’の下部51、51’やピストンロッド23、23’は或る程度冷媒に接触することもある。第2の空間55、55’はそれぞれのピストンヘッド21、21’の下部51、51’(図4参照)にあって、汚染物質を捕捉、収集し、それらを一方通行の排出管61、61’を通して不具合を伴わないように流入管7、7’へと戻す。このように汚染物質は、第2の空間55、55’内に収集されても、スコッチヨーク機構31内の破損し易い部位には及ばないように隔離される。
更に、図4に示した各ピストンヘッド21、21’は、それに固定したピストンロッド23、23’に隣接して下部51、51’を備えている。ピストンヘッド21、21’の下部51、51’はピストンロッド23、23’に沿うと共に、共通の固定軸線25の外側に向けて延びている。回収装置1はピストンヘッド21、21’の下部51、51’に対向する位置に第2の末端壁53、53’を有する。円筒33、33’(図4参照)の第2の末端壁53、53’に沿ったピストンヘッド21、21’の下部51、51’は、それぞれ環状の第2の空間55、55’を形成する。排出管61、61’は図4に示すように各第2の空間55、55’と各流入管7、7’の間に延在する。各排出管61、61’は冷媒が第2の空間55、55’から各流入管7、7’に一方的に流れるように、一方通行弁63、63’を備えている。
装置の作動中は、上述の往復運動する各ピストンロッド23、23’は共通の固定軸線25に沿って、各ピストンヘッド21、21’をそれぞれの第1の末端壁37、37’に対して円筒33、33’内の第1と第2の位置の間を移動させる。それによって、第1の空間49、49’の容積はそれぞれ膨張し、収縮する。逆に、第2の空間55、55’の容積はこれに応じて収縮し、膨張する。次いで、各排出管61、61’内の一方通行弁63、63’は、各第2の空間55、55’が収縮すると開き、膨張すると(図5、図6参照)閉じる。このように、各第2の空間55、55’内に収集された或る量の冷媒と汚染物質は捕捉された後に、周囲に害を及ぼさないように一方通行の排出管61、61’を通って流入管7、7’に戻される。この場合に、不要な冷媒や汚染物質は収縮する各第2の空間55、55’の圧力が流入管7、7’の内圧以上に達すると、意図的に流入管7、7’に戻される。不具合を及ぼすこの流体の排除を促進するために、図4に示した水平に延びた共通の固定軸線25に沿って、各第2の空間55、55’の望ましくはそのほぼ最も低い位置から各排出管61、61’に延びる入口を設ける。特に、回収装置1の始動時や作業中に汚染物質を収集し、排出管61、61’に流す場合には重力の作用が有効になる。排出管61、61’を介した流れは、図4に示すピストンロッドシール54、54’に掛かる負荷を低減するために有効であり、更に汚染物質の通過を防止し、スコッチヨーク機構31を有害な流体や汚染物質から確実に遮蔽する。このように、第2の空間55、55’の第2の末端壁53、53’(図4参照)は、往復運動するピストンロッド23、23’を受け止め、ピストンロッドシール54、54’の位置での摺動そして封止を可能にする。上述のように、ピストンロッドシール54、54’は第2の空間55、55’とその内容物からスコッチヨーク機構31を遮蔽する。図4に示す各円筒33、33’の第1の側壁部35、57と第2の側壁部35’、57’は、共通の固定軸線25に沿って互いに隣接している。これらの部位は互いに離れることも重なることもある。ピストンヘッド21、21’の下部51、51’は同じ環状領域を有し、それぞれのピストンヘッド21、21’の外面47、47’と平行であることが望ましい。
図6、図8、図9に示す圧縮機11の駆動装置は、図9に示す軸線24を中心にモータシャフト22を回転するモータ20を備えている。モータシャフト22は平坦な上部22’を有し、平衡錘C(図8、図9参照)に隣接して、止めねじ26(図9参照)によりスコッチヨーク機構31のクランクシャフト28に固定されている。クランクシャフト28は間隔を空けて円筒状の面34、34’を備えたベアリング部32、32’を有し、円筒状の面34、34’は図9に示す転がりベアリング36、36’の中にあって、回転軸線24に対して対称的に延びている。図8、図9に示すクランクピン38は各ベアリング部32、32’の間に一体的に延び、軸線42を中心に延在する円筒状の面40を持つ。軸線24に沿った各円筒状の面34、34’の周囲は、軸線42の回りにある円筒状の面40の周囲よりもやや大きくなる。この構造はクランクピンや偏心した駆動部の周囲を隣接するベアリング部又は類似の部材の周囲に比べて大きくする従来技術とは対照的である。
操作中は、図9に示すモータ20は軸線24を中心にモータシャフト22とそれに接続するクランクシャフト28を回転させる。それによって、クランクピン38も軸線24の回りに回転し、またクランクピン38の軸線42も並行する軸線24の回りに回転する。図9に示す回転するクランクピン38はスコッチヨーク機構31の2つの対向する摺動部44(図5参照)の内部に収められる。別体の摺動部44、44’(図5参照)は、縦軸線48に沿ってヨーク部29、29’内をボール46によって摺動可能に装着される。図5に示した構成では、縦軸線48はヨーク部29の中心を通る対称軸となっている。このように、モータシャフト22とクランクシャフト28が軸線24の回りを回転すると(図9参照)、偏心したクランクピン38の軸線42も軸線24の回りに回転することになる。
図5に示すヨーク部の摺動部44、44’は縦軸線48に対して上下に動き、その動きはヨーク部29と接続するピストンロッド23、23’とピストンヘッド21、21’を共通の固定軸線25に沿って動かす。図9、図10の軸線24、42はこのようにして互いにほぼ平行となり、図5の共通の固定軸線25及び縦軸線48とほぼ直交する。このように、スコッチヨーク機構31は図9の軸線24の回りのモータシャフト22及びクランクシャフト28、クランクピン38の回転運動を図5に示す共通の固定軸線25に沿って、ヨーク部29、それに隣接するピストンロッド23、23’そしてピストンヘッド21、21’の往復運動に変換する。
図5に示す摺動部44、44’はクランクピン38とニードルベアリング(針状軸受)又はピン50を介して接触する。この場合に、摺動部44、44’の接触面52、52’はほぼ平行であることが望ましい。更に、接触面52、52’同士の少なくとも一方には溝56(図10参照)が配置されていることが望ましい。溝56は摺動部44、44’の上下の領域58、58’(図5参照)と潤滑剤を介して連通している。クランクピン38の回りのニードルベアリング又はピン50は摺動部44、44’の半円筒状で内側に接する面60、60’との間に挟まれる。このように、摺動部44、44’が図4〜図6に示すヨーク部29に向けて縦軸線48に沿って動くにつれて、図5に示す領域58、58’内の潤滑剤は強制的に溝56を通って、ニードルベアリング又はピン50に移動される。この場合に、クランクケース又はヨーク部29のハウジング部75はごみの進入を防ぐために空気と遮断されている。このような構成では、領域58、58’の容積が収縮すると、潤滑剤によるポンプ作用が高められる。更に、接触面52、52’に隣接する摺動部44、44’の外面62、62’(図6参照)は窪み又は凹状部を有する。これらの部分は図6に示すように、溝56の入口付近で潤滑剤を収集するためにそれぞれのポケット65を形成している。
上述の摺動部44、44’は、図5、図6に示すようにヨーク部29の縦軸線48の上下方向に可動に装着される。実際には、縦軸線48の両方向に沿って半円を描くように動く。図7に示す接触するヨーク部29の側面部27、27’は、圧縮された冷媒からのどのような力F、F’にも耐え、力F、F’から摺動部44、44’を隔離するが、図4〜図6に示したクランクピン38の動きによって、ヨーク部29の側面部27、27’には依然として大きな力が掛かる。例えば、圧縮機11は貯蔵タンク4に冷媒を押し出す第1の空間49、49’内の圧力を最高550psiにまで上げる。駆動する摺動部44、44’とそれらに対向するヨーク部29の側面部27、27’との間に発生する大きな力を改善し消散させるために、望ましくは複数の列から成るボール46(図6、図10)が配置される。これらのボール46(図6参照)は、側面部27、27’のそれぞれの対になる内外に向く面64、64’と摺動部44、44’の間(図9、図10参照)に配置される。各面64、64’(図9、図10)は、少なくとも2つの溝又は通路66、66’を有し、それらはボール46と共に図6に示す共通の固定軸線25とほぼ直交する方向に延在することが望ましい。各摺動部44、44’の駆動力Dは、潜在的な磨耗と損傷を低減するために、各面64、64’の間で多数の接触点により消散される。複数のボール46と通路66、66’は駆動する摺動部44、44’とそれらに対向するヨーク部29の正しい位置関係を維持するために有効に作用する。
図11に示す実施の形態は、先の実施の形態に示したスコッチヨーク機構31とほぼ同じスコッチヨーク機構31”によって駆動される1本のピストンヘッド21”を示している。先の実施の形態のように、ピストンロッド23”に隣接して、ピストンヘッド21”の下部51”は図11に示すように固定軸線25”の周りに延在する。図11に示すヨーク部29”の他の側にあるスタブ又はロッドRはヨーク部29”に固着し、ロッドRの動きはピストンロッド23”とピストンヘッド21”と同様に、固定軸線25”のみに沿うように制限される。この構成は先の2つの実施の形態に対応する。同様に、図11に示すピストンヘッド21”、ピストンロッド23”、ヨーク部29”は互いに固く結合する。
図11に示す実施の形態には先の実施の形態と同様に、第1の側壁部35”と円筒33”の第1の末端壁37”とピストンの外面47”とから形成された第1の空間49”が円筒33”内に配置される。図11に示す実施の形態では、更にピストンヘッド21”の下部51”、円筒33”の第2の側壁部57”と第2の末端壁53”によって形成される第2の空間55”が配置される。また、図11に示すように、第2の空間55”と流入管7’の間には排出管61”が延在する。排出管61”はその中に一方通行弁63”を有し、そこを通過する流れは第2の空間55”から流入管7’に向けて一方向に向かうように制限される。
作業中には、先の実施の形態のように往復運動するピストンロッド23”は固定軸線25”に沿って、円筒33”の第1の末端壁37”に対して第1、第2の位置の間を移動する。そのような動きの中で、第1の空間49”の容積は膨張し、収縮する。逆に、第2の空間55”の容積は収縮し、膨張する。次いで、排出管61”内の一方通行弁63”は図5、図6の動作と同様に、第2の空間55”が収縮すると開き、第2の空間55”の面積が膨張すると閉じる。このように、第2の空間55”内に収集された或る量の冷媒と汚染物質は捕捉された後に、一方通行の排出管61”を通って周囲に害を及ぼさないように流入管7’に戻され、排出管15’に排出される。この場合に、望ましくない冷媒や汚染物質は収縮する第2の空間55”の圧力が流入管7’の内圧以上に達すると、積極的に流入管7’に戻される。
この望ましくない冷媒や汚染物質の排除を促進するために、図11に示すように水平に延びた共通の固定軸線25”に沿って、各排出管61”への入口を設け、この入口は固定軸線25”に沿った各第2の空間55”の望ましくはそのほぼ最も低い位置から延びている。これまでの実施の形態に見るように、回収装置1の始動時や作業中に汚染物質を収集し、排出管61”に流す際には重力の作用が有効になる。排出管61”を介した流れは、図11に示すピストンロッドシール54”に掛かる負荷の低減に有効であり、更に汚染物質の漏洩を防止し、有害な流体や汚染物質からスコッチヨーク機構31”を確実に隔離する。このように、先の実施の形態のように、第2の空間55”の第2の末端壁53”は往復運動するピストンロッド23”を受け止め、ピストンロッドシール54”の位置での摺動及び封止を可能にする。上述のように、ピストンロッドシール54”の位置は第2の空間55”とその内容物をスコッチヨーク機構31”から隔離する。図11に示す各円筒33”の第1の側壁部35”と第2の側壁部57”は固定軸線25”に沿って互いに隣接している。これらの部位は互いに離れることも、重なることもある。ピストンヘッド21”の下部51”はピストンヘッド21”の外面47”と平行であることが望ましい。図11に示す単独のピストン圧縮機11”を経由した流れは吸入弁43”を通過して、第1の空間49”の吸入口39”から第1の空間49”内に入り、第1の空間49”の吐出口41”内の吐出弁45”から排出される。上述のスコッチヨーク機構31”の作動原理は、これまでの実施の形態と本質的に同じである。
これまでの開示によって、本発明の実施の形態は幾つかの関連する図面と共に詳細に説明した。当業者は本発明の教示の基に本発明のクレームの範囲を逸脱することなく、種々の設計変更、他の構成や形態の実行化が可能であることを理解するはずである。特に、ここに使用した「ほぼ」の語句は、定量的比較、数値、計測値又は他を表示する際に、本来的な不確実性が含まれることを念頭におく必要がある。この語句はまたそれによって関連する構成要素の基本的機能の変更に帰することなく、定量的な表示が記載された参考値から変動する度合いを示すために使われている。
1 回収装置
2 冷凍システム
4 貯蔵タンク
7、7’ 流入管
11、11” 圧縮機
13、13’ 吐出口
15、15’、61、61’、61” 排出管
20 モータ
21、21’、21” ピストンヘッド
22 モータシャフト
23、23’、23” ピストンロッド
24、42 軸線
25、25” 固定軸線
28 クランクシャフト
29、29’、29” ヨーク部
31、31” スコッチヨーク機構
33、33’、33” 円筒
38 クランクピン
39、39’、39” 吸入口
41、41’、41” 吐出口
43、43’、43” 吸入弁
45、45’、45” 吐出弁
48 縦軸線
49、49’、49” 第1の空間
51、51’、51” 下部
54、54’、54” ピストンロッドシール
55、55’、55” 第2の空間
63、63’、63” 一方通行弁

Claims (25)

  1. 冷媒を冷凍装置から貯蔵タンクに輸送するためのポータブル式冷媒回収装置であって、
    共通の固定軸線(25)に沿って延び、互いに固着する第1、第2のピストンヘッド(21、21’)及び第1、第2のピストンロッド(23、23’)と、ヨーク部(29)を有し駆動機構の回転運動を互いに固着した前記ピストンヘッド(21、21’)及び前記ピストンロッド(23、23’)と前記ヨーク部(29)の往復運動に変換するスコッチヨーク機構(31)と、前記冷凍装置内の冷媒と連通する流入管(7,7’)とを備え、
    往復運動するそれぞれの前記ピストンロッド(23、23’)はスコッチヨーク機構(31)のヨーク部(29)にそれぞれ固定されて、共通の固定軸線(25)に沿って反対の方向に延び、
    前記ピストンヘッド(21、21’)は第1の側壁部(35、35’)と第1の末端壁(37、37’)を有する円筒(33、33’)内に封止及び摺動可能に収まり、前記第1の末端壁(37、37’)はその内部に吸入弁(43、43’)と吐出弁(45、45’)の組み合わせから成る吸入弁(43、43’)と吐出弁(45、45’)をそれぞれ備えた吸入口(39、39’)と吐出口(41、41’)とを有し、
    前記ピストンヘッド(21、21’)は前記第1の末端壁(37、37’)に対向する外面(47、47’)を有して前記第1の末端壁(37、37’)と前記円筒(33、33’)の前記第1の側壁部(35、35’)とに囲まれた第1の空間(49、49’)を形成し、
    前記流入管(7,7’)は前記吸入口(39、39’)の前記吸入弁(43、43’)の上流において第1の空間(49、49’)の前記吸入口(39、39’)と冷媒を介して連通し、
    往復運動する前記ピストンロッド(23、23’)は前記共通の固定軸線(25)に沿って対応するピストンヘッド(21、21’)を前記円筒(33、33’)の前記第1の末端壁(37、37’)に向けて第1と第2の位置の間を移動させ、前記第1の空間(49、49’)の容積を膨張させて前記冷凍装置から冷媒を前記第1の空間(49、49’)に吸入し、前記第1の空間(49、49’)の容積を収縮させて前記冷媒を前記第1の空間(49、49’)から排出し、対向する前記ピストンヘッド(21、21’)が前記第2と第1の位置に至るときは前記ピストンヘッド(21、21’)はそれぞれの前記第1と第2の位置にあって、前記各ピストンヘッド(21、21’)の前記外面(47、47)の上に冷媒の圧力により生ずる力(F、F’)を前記共通の固定軸線(25)に沿って互いに相殺させ、
    前記ピストンヘッド(21、21’)は更にそれに固定した前記ピストンロッド(23、23’)に隣接した下部(51、51’)を備え、前記ピストンヘッド(21、21’)の前記下部(51、51’)は前記ピストンロッド(23、23’)に沿うと共に前記共通の固定軸線(25)の外側に向けて延在し、
    前記ピストンヘッド(21、21’)の前記下部(51、51’)に対向する位置に配置された第2の末端壁(53、53’)は、前記下部(51、51’)と前記円筒(33、33’)の前記第2の側壁部(57、57’)と共に第2の空間(55、55’)を形成し、前記ピストンロッド(23、23’)はそれぞれ前記第2の末端壁(53、53’)内に摺動かつ封止可能に収められ、
    前記第2の空間(55、55’)と前記流入管の間に排出管(61、61’)を延在し、
    該排出管(61、61’)は冷媒が前記第2の空間(55、55’)から前記流入管(7、7’)へと一方向に流れるように一方通行弁(63、63’)を有し、往復運動する前記ピストンロッド(23、23’)は前記共通の固定軸線(25)に沿って、前記ピストンヘッド(21、21’)をそれぞれの前記第1の末端壁(37、37’)に対して前記円筒(33、33’)内の前記第1と第2の位置の間を移動し、それによって前記第2の空間(55、55’)の容積はそれぞれ膨張、収縮し、前記排出管(61、61’)内の前記一方通行弁(63、63’)は前記各第2の空間(55、55’)が収縮すると開き、膨張すると閉じることを特徴とするポータブル式冷媒回収装置。
  2. 前記ピストンヘッド(21、21’)の前記外面(47、47’)と前記ピストンヘッド(21、21’)の前記下部(51、51’)は互いにほぼ平行である請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  3. 前記円筒(33、33’)の前記第1と第2の側壁部(35、57と35’、57’)は互いにほぼ隣接する請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  4. 前記円筒(33、33’)の前記第1と第2の側壁部(35、57と35’、57’)は前記共通の固定軸線(25)に沿って互いに離れて配置している請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  5. 前記共通の固定軸線(25)はほぼ平行に延び、前記排出管(61、61’)は前記共通の固定軸線(25)に対して前記第2の空間(55、55’)の最も低い位置から延在する入口を有する請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  6. 前記ピストンヘッド(21、21’)の前記外面(47、47’)はそれぞれほぼ同じ面積を有し、前記ピストンヘッド(21、21’)の前記下部(51、51’)もそれぞれほぼ同じ面積である請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  7. 前記流入管(7、7’)内の冷媒の圧力は大気圧よりも高くなる請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  8. 前記スコッチヨーク機構(31)は前記第2の空間(55、55’)と冷媒から隔離される請求項7に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  9. 前記流入管(7、7’)内の冷媒の各圧力は同じであり、入口の上流にある前記第1の空間(49、49’)の前記吸入弁(43、43’)は同時かつ継続的に同じ圧力になる請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  10. 前記流入管(7、7’)内の冷媒の各圧力は時間の経過と共に変動し、吸入口(39、39’)の上流にある前記第1の空間(49、49’)の吸入弁(43、43’)は同時かつ継続的に前記変動する冷媒の圧力に曝される請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  11. 前記ピストンヘッド(21、21’)のそれぞれの前記第1の末端壁(37、37’)と前記外面(47、47’)はほぼ平坦でかつ互いにほぼ平行である請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  12. 前記ピストンヘッド(21、21’)のそれぞれの前記第1の末端壁(37、37’)と前記外面(47、47’)は前記ピストンヘッド(21、21’)の第2の位置で互いにほぼ接触する請求項11に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  13. 前記第1の空間(49、49’)の前記出口(41、41’)内の吐出弁(45、45’)の下流でそれぞれ連通する排出管(15、15’)を有し、該排出管(15、15’)は更に前記貯蔵タンク(4)と連通する請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  14. 前記駆動機構の回転運動は前記共通の固定軸線(25)にほぼ直交する軸線(24)の回りで行われる請求項1に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  15. 冷媒を冷凍装置から貯蔵タンクに輸送するためのポータブル式冷媒回収装置であって、
    固定軸線に沿って延び、少なくとも1個のピストンヘッドに固着した少なくとも1個のピストンロッドと、ヨーク部を有し駆動機構の回転運動を前記ピストンヘッド及び前記ピストンロッドと前記ヨーク部の前記固定軸線に沿った往復運動に変換するスコッチヨーク機構と、前記冷凍装置内の冷媒と連通する少なくとも1個の流入管とを備え、
    往復運動する前記ピストンロッドは前記固定軸線に沿って前記スコッチヨーク機構のヨーク部に固着され、
    前記ピストンヘッドは第1の側壁部と第1の末端壁を有する円筒内に封止及び摺動可能に収まり、前記第1の末端壁はその内部にそれぞれ冷媒が一方通行する吸入弁と吐出弁を備えた吸入口と吐出口とを有し、前記ピストンヘッドは前記第1の末端壁に対向する外面を有して、前記第1の末端壁と前記円筒の第1の側壁部とに囲まれた第1の空間を形成し、
    前記流入管は前記吸入口の前記吸入弁の上流において第1の空間の前記吸入口と冷媒を介して連通し、
    往復運動する前記ピストンロッドは前記固定軸線に沿いながら前記ピストンヘッドを前記第1の末端壁に向けて第1と第2の位置の間を移動させ、前記第1の空間の容積を膨張させて前記冷凍装置から冷媒を前記第1の空間に受け、前記第1の空間の容積を収縮させて冷媒を前記第1の空間から排出し、
    前記ピストンヘッドは更に前記ピストンヘッドに固定した前記ピストンロッドに隣接する下部を備え、前記ピストンヘッドの下部は前記ピストンロッドに沿うと共に前記固定軸線の外側に向けて延在し、前記ピストンヘッドの下部に対向する位置に第2の末端壁を配し、前記ピストンヘッドの下部は前記円筒の前記第2の側壁部と共に前記第2の空間を形成し、前記ピストンロッドは第2の末端壁内に摺動かつ封止可能に収められ、
    前記第2の空間と前記流入管の間に延在する少なくとも1個の排出管を配し、該排出管は冷媒が前記第2の空間から前記流入管へと一方向に流れるように一方通行弁を備え、
    往復運動する前記ピストンロッドは前記固定軸線に沿って、前記ピストンヘッドをそれぞれの前記第1の末端壁に対して前記円筒内の前記第1と第2の位置の間を移動し、それによって、前記第2の空間の容積はそれぞれ膨張、収縮し、前記排出管内の前記一方通行弁は前記第2の空間が収縮すると開き、膨張すると閉じることを特徴とするポータブル式冷媒回収装置。
  16. 前記ピストンヘッドの外面と前記ピストンヘッドの下部は互いにほぼ平行である請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  17. 前記円筒の前記第1、第2の側壁部は互いにほぼ隣接する請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  18. 前記円筒の前記第1、第2の側壁部は前記固定軸線に沿って互いに離れて配置されている請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  19. 前記固定軸線はほぼ平行に延び、前記排出管は前記固定軸線に対して前記第2の空間の最も低い位置から延在する入口を有する請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  20. 前記流入管内の冷媒の圧力は大気圧よりも高い請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  21. 前記スコッチヨーク機構は前記第2の空間と冷媒から隔離される請求項20に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  22. 前記ピストンヘッドの前記第1の末端壁と前記外面はほぼ平坦でかつ互いにほぼ平行である請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  23. 前記ピストンヘッドの前記第1の末端壁と前記外面は前記ピストンヘッドの各第2の位置で互いにほぼ接触する請求項22に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  24. 前記駆動機構の回転運動は前記固定軸線にほぼ直交する軸の回りで行う請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
  25. 前記1個のピストンヘッドと1個の前記ピストンロッドのみを備えた請求項15に記載のポータブル式冷媒回収装置。
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