JP2828947B2 - Oil seal device for gas compression / expansion machines - Google Patents
Oil seal device for gas compression / expansion machinesInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/053—Component parts or details
- F02G1/0535—Seals or sealing arrangements
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの往復運
動によりガスを圧縮または膨張させるガス圧縮/膨張機
のオイルシール装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oil seal device for a gas compressor / expander which compresses or expands gas by reciprocating a piston.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Conventionally, gas compressors / expanders have been used in Stirling refrigerators, Stirling engines, reciprocating compressors and the like.
【0003】図5は、かかるガス圧縮/膨張機の概略構
成を示している。ガス圧縮/膨張機100は、作動部1
10と駆動部120とを有し、これらが仕切部130に
より区分けされている。作動部110には、当該作動部
110内を往復動作可能に設けられたピストン111が
配設され、また駆動部120に設けられたクランク機構
121には、コネクティングロッド122を介してクロ
スガイド123が接続されている。FIG. 5 shows a schematic configuration of such a gas compression / expansion machine. The gas compression / expansion machine 100 includes an operating unit 1
10 and a drive unit 120, which are separated by a partition unit 130. The operating section 110 is provided with a piston 111 provided to be able to reciprocate in the operating section 110, and the crank mechanism 121 provided in the driving section 120 is provided with a cross guide 123 via a connecting rod 122. It is connected.
【0004】そしてピストン111とクロスガイド12
3は、仕切部130を挿通するロッド140により連結
されて、クランク機構121の回転運動が往復運動に変
換されてピストン111に伝達されている。これにより
作動部110内の作動ガスがピストン111の往復運動
により圧縮又は膨張される。The piston 111 and the cross guide 12
Numeral 3 is connected by a rod 140 that passes through the partition 130, and the rotational movement of the crank mechanism 121 is converted into a reciprocating movement and transmitted to the piston 111. Thus, the working gas in the working unit 110 is compressed or expanded by the reciprocating motion of the piston 111.
【0005】クランク機構121はオイル124で潤滑
されているが、当該オイル124が作動部110に侵入
して作動ガスに混入すると圧縮効率等の劣化をもたら
す。このため仕切部130には、ロッド140に挿嵌す
るシール材131が設けられて、当該ロッド140と摺
擦することによりロッド140に付着しているオイル1
24を拭い落としている。[0005] The crank mechanism 121 is lubricated with oil 124. However, if the oil 124 enters the operating part 110 and mixes with the working gas, it deteriorates the compression efficiency and the like. For this reason, the partition member 130 is provided with a seal material 131 that is inserted into the rod 140, and rubs against the rod 140 so that the oil 1 adhering to the rod 140 is removed.
24 is wiped off.
【0006】図6はシール材131が配設されている部
分の断面図である。シール材131は、シール収納部1
32に収納され、バックアップ材133によりロッド1
40側に付勢されている。上述したようにシール材13
1のシール効果は、当該シール材131とロッド140
との摺擦により付着したオイル124を拭い去ることに
より達成されるため、十分にオイル124を拭い去るに
は強いバックアップ力でシール材131を付勢する必要
がある。FIG. 6 is a sectional view of a portion where the sealing material 131 is provided. The seal material 131 is used for the seal storage unit 1.
32, and the rod 1
It is biased to the 40 side. As described above, the sealing material 13
The sealing effect of the sealing material 131 and the rod 140
It is achieved by wiping off the oil 124 adhered by the rubbing of the sealing material 131. Therefore, in order to sufficiently wipe off the oil 124, it is necessary to urge the sealing material 131 with a strong backup force.
【0007】しかしこのようなオイル124の除去方法
は、長時間使用するとシール材131が摩耗してシール
効果が低下する問題があった。[0007] However, such a method of removing the oil 124 has a problem that the sealing material 131 is worn out when used for a long time, and the sealing effect is reduced.
【0008】また、クロスガイド123が上死点に達す
ると、当該クロスガイド123は仕切部130に略接触
する構成であるため、接触圧によりクロスガイド123
に付着しているオイル124が、シール材131とロッ
ド140との間に逃げるようになる。Further, when the cross guide 123 reaches the top dead center, the cross guide 123 is substantially in contact with the partitioning portion 130.
The oil 124 adhering to the seal member 131 escapes between the seal member 131 and the rod 140.
【0009】さらに往復運動するクロスガイド123に
付着したオイル124が、慣性力によりシール材131
の方向に飛ばされたり、長時間運転によりクロスガイド
123と仕切部130との間にオイル124が溜り、こ
れがクロスガイド123によりシール材131の方向に
蹴飛ばされたりする事態が生じる。Further, the oil 124 attached to the reciprocating cross guide 123 is removed by the sealing material 131 due to the inertial force.
Or the oil 124 accumulates between the cross guide 123 and the partition 130 due to long-time operation, and the oil 124 is kicked off by the cross guide 123 toward the seal material 131.
【0010】上述した状況が生じると、ロッド140の
往復運動によりオイル124は徐々に作動部110側に
送り込まれ、遂には作動部110に侵入し作動ガスに混
入して、当該ガス圧縮/膨張装置の性能を低下させてし
まう。従って、装置を使用不能にする。即ち装置の寿命
が、これらにより律せられる。When the above-mentioned situation occurs, the oil 124 is gradually sent to the operating part 110 side by the reciprocating movement of the rod 140, and finally enters the operating part 110 and mixes with the working gas, so that the gas compression / expansion device is used. Performance will be reduced. Thus, the device is rendered unusable. That is, the life of the device is determined by these factors.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
問題を解決してオイルが作動ガスに混入するのを防止
し、これにより信頼性が高く、かつ、寿命の長いガス圧
縮/膨張機のオイルシール装置を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention solves the above-mentioned problems and prevents oil from being mixed into the working gas, thereby providing a highly reliable and long-life gas compressor / expander. It is an object to provide an oil seal device.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ロッドの一端が接続されたピストンを往復
動作可能に収納する作動部と、当該ロッドの他端に接続
されたクロスガイドを往復動作させる駆動機構を収納す
る駆動部と、前記ロッドが挿通し前記作動部と前記駆動
部とを仕切る仕切部とを有したガス圧縮/膨張機のオイ
ルシール装置において、前記仕切部の内部に前記ロッド
を含んで設けられ、そのロッド軸方向の寸法が当該ロッ
ドのストローク長より長く形成され、かつ、ロッド径方
向の寸法が当該ロッドに付着しているオイルの厚みより
大きく形成された中間室と、前記作動室の圧力変動の影
響により該中間室の圧力が変動するのを緩和する圧力変
動緩和手段を設けたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an operating portion for accommodating a piston to which one end of a rod is connected in a reciprocating manner, and a cross guide connected to the other end of the rod. An oil seal device of a gas compression / expansion machine having a drive section for housing a drive mechanism for reciprocating the actuator, and a partition section through which the rod is inserted to partition the operating section and the drive section. The intermediate portion is formed so as to include the rod, the length in the rod axial direction is formed longer than the stroke length of the rod, and the size in the rod radial direction is formed larger than the thickness of the oil adhering to the rod. And a pressure fluctuation reducing means for mitigating a fluctuation in the pressure of the intermediate chamber due to a pressure fluctuation in the working chamber.
【0013】前記圧力変動緩和手段としては、前記中間
室と連通したバッファ室又は前記中間室と前記駆動部と
を連通し、当該駆動部の雰囲気に含まれるオイルを除去
するオイルフィルタを具備した連通部のいずれか1つで
あることを特徴とする。The pressure fluctuation reducing means may include a buffer chamber communicating with the intermediate chamber or a communication unit including an oil filter for communicating the intermediate chamber with the drive unit and removing oil contained in the atmosphere of the drive unit. It is characterized by being any one of the parts.
【0014】また前記作動部側の仕切部に作動部と中間
室との圧力遮断を行う圧力シール材を設けることを特徴
とする。Further, a pressure seal member for shutting off the pressure between the operating section and the intermediate chamber is provided in the partition section on the operating section side.
【0015】なお上述した中間室のロッド径の方向の寸
法とは、ロッドの表面からの寸法を意味し、オイルの厚
みとはロッドに付着しているオイルの厚みに分布がある
場合には、最大の厚みを意味している。The dimension of the intermediate chamber in the direction of the rod diameter refers to the dimension from the surface of the rod, and the thickness of the oil means that if the thickness of the oil adhering to the rod has a distribution, It means the maximum thickness.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図1は、本発明にかかるオイルシール装
置をディスプレーサ型のスターリング冷凍機に適用した
場合の当該スターリング冷凍機の概略構成図である。な
お以下の説明において上下左右の方向を規定する場合が
あるが、これらの方向は原則として図1における方向を
示すものとし、その他の場合にはその旨記載することに
する。また符号については、例えばクロスガイド42
(42a,42b)と記載する場合、番号42は番号4
2a及び42bの夫々を総括する番号とする。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a Stirling refrigerator when the oil seal device according to the present invention is applied to a displacer type Stirling refrigerator. In the following description, upper, lower, left, and right directions may be defined. However, these directions generally indicate the directions in FIG. 1, and in other cases, the directions are described. For the reference numerals, for example, the cross guide 42
When (42a, 42b) is described, number 42 is number 4
Each of 2a and 42b is a general number.
【0017】スターリング冷凍機10は、圧縮ピストン
21を有した圧縮部(作動部)20、ディスプレーサ3
1を有したディスプレーサ部(作動部)30及びクラン
ク機構41を有した駆動部40とを備え、圧縮部20と
ディスプレーサ部30とはガス流路60で連通されてい
る。The Stirling refrigerator 10 includes a compression section (operating section) 20 having a compression piston 21 and a displacer 3.
1 and a drive unit 40 having a crank mechanism 41. The compression unit 20 and the displacer unit 30 are communicated by a gas flow path 60.
【0018】そして、圧縮ピストン21はロッド49a
に接続され、当該ロッド49aは仕切部50aを挿通し
て駆動部40のクロスガイド42aに接続されている。
同様にディスプレーサ31はロッド49bに接続され、
当該ロッド49bは仕切部50bを挿通して駆動部40
のクロスガイド42bに接続されている。The compression piston 21 has a rod 49a.
And the rod 49a is connected to the cross guide 42a of the drive unit 40 through the partition 50a.
Similarly, the displacer 31 is connected to the rod 49b,
The rod 49b is inserted through the partition 50b and
Is connected to the cross guide 42b.
【0019】なおディスプレーサ31には蓄冷器33が
設けられ、当該蓄冷器33は比熱の大きな材料、例え
ば、銅、鉛、ステンレス鋼の金網状あるいは球からなる
蓄冷材によって構成されている。The displacer 31 is provided with a regenerator 33, and the regenerator 33 is made of a material having a large specific heat, for example, a regenerator made of a wire mesh or sphere of copper, lead, or stainless steel.
【0020】クロスガイド42(42a,42b)は、
クロスガイド案内部43(43a,43b)に案内さ
れ、またクロスガイド42はコネクティングロッド44
(44a,44b)を介してクランク機構41に連結さ
れている。駆動部40に設けられたクランク機構41か
らの駆動力は、コネクティングロッド44を介してクロ
スガイド42に伝達される。この際、2つのコネクティ
ングロッド44a,44bは、同一の作用点でクランク
機構41から駆動力を受けている。これにより圧縮ピス
トン21及びディスプレーサ31が同期運動するように
なっている。The cross guide 42 (42a, 42b)
The cross guides 43 are guided by cross guides 43 (43a, 43b), and the cross guides 42 are connected by connecting rods 44.
It is connected to the crank mechanism 41 via (44a, 44b). The driving force from the crank mechanism 41 provided in the driving section 40 is transmitted to the cross guide 42 via the connecting rod 44. At this time, the two connecting rods 44a and 44b receive the driving force from the crank mechanism 41 at the same point of action. As a result, the compression piston 21 and the displacer 31 move synchronously.
【0021】クロスガイド42と仕切部50との間に
は、これらの接触を避けるためにクロスガイド空間45
(45a,45b)が設けられている。これにより左端
死点に達したクロスガイド42aと仕切部50aとの接
触及び上死点に達したクロスガイド42bと仕切部50
bとの接触が防止されている。A cross guide space 45 is provided between the cross guide 42 and the partition portion 50 in order to avoid these contacts.
(45a, 45b) are provided. As a result, the contact between the cross guide 42a reaching the left end dead center and the partition 50a and the cross guide 42b reaching the top dead center and the partition 50 are made.
b is prevented from contacting.
【0022】このクロスガイド空間45におけるロッド
49軸方向の寸法は、ロッド49が接続されているクロ
スガイド42面に付着したオイル46の厚みより大きく
設定されている。The dimension of the cross guide space 45 in the axial direction of the rod 49 is set to be larger than the thickness of the oil 46 attached to the surface of the cross guide 42 to which the rod 49 is connected.
【0023】なお、ディスプレーサ部30が立設して設
けられていることから、ロッド49bが接続されている
クロスガイド42bの面は略水平面と近似でき、これに
より当該面に付着しているオイル46の厚みは均一とみ
なすことができる。しかし圧縮部20は横方向に配設さ
れているので、オイル46は重力によりクロスガイド4
2aの下側に集まるようになり、付着しているオイル4
6の厚みに分布が生じる。従って、このような場合のオ
イル46の厚みは、最も厚い部分をオイル46の厚みと
する。Since the displacer section 30 is provided upright, the surface of the cross guide 42b to which the rod 49b is connected can be approximated to a substantially horizontal plane, whereby the oil 46 adhering to the surface can be approximated. Can be regarded as uniform. However, since the compression section 20 is disposed in the horizontal direction, the oil 46 is urged by the cross guide 4 due to gravity.
2a is gathered on the lower side, and the adhering oil 4
A distribution occurs in the thickness of No. 6. Accordingly, in such a case, the thickest portion of the oil 46 is the thickness of the oil 46.
【0024】駆動部40の下部には、クランク機構41
を潤滑するオイル46が溜められるオイル槽47が設け
られ、圧縮部20側のクロスガイド空間45aとオイル
槽47とはオイル戻路48aにより連通している。また
ディスプレーサ部30側のクロスガイド42bの側面は
一部切欠きされて、オイル戻空隙48bを形成してい
る。図2における点線領域が切欠きされた領域を示して
いる。A crank mechanism 41 is provided below the drive section 40.
An oil tank 47 for storing oil 46 for lubricating the oil is provided, and the cross guide space 45a on the compression section 20 side and the oil tank 47 are communicated by an oil return path 48a. The side surface of the cross guide 42b on the side of the displacer 30 is partially notched to form an oil return gap 48b. A dotted area in FIG. 2 indicates a notched area.
【0025】クロスガイド案内部43aにオイル戻路4
8aを設け、クロスガイド42bにオイル戻空隙48b
を設けたのは以下の理由からである。即ち、本実施の形
態ではディスプレーサ部30を立てた状態で配設してい
るため、クロスガイド空間45bのオイル46は重力に
よりオイル戻空隙48bから滴下してオイル槽47に戻
ることができる。図2の矢印は、この様にして滴下する
オイルの流れを示している。The oil return path 4 is connected to the cross guide guide 43a.
8a, and an oil return gap 48b is provided in the cross guide 42b.
Is provided for the following reason. That is, in the present embodiment, since the displacer section 30 is disposed in the upright state, the oil 46 in the cross guide space 45b can be dropped from the oil return gap 48b by gravity and returned to the oil tank 47. The arrows in FIG. 2 indicate the flow of the oil dropped in this way.
【0026】一方、圧縮部20は横方向に配設されてい
るので、クロスガイド空間45aのオイル46は重力に
よりオイル槽47に戻ることができない。このためクロ
スガイド案内部43aの内部を通るオイル戻路48aを
設けて、クロスガイド空間45aに溜るオイル46をオ
イル槽47に戻すようにしている。On the other hand, since the compression section 20 is disposed in the horizontal direction, the oil 46 in the cross guide space 45a cannot return to the oil tank 47 due to gravity. For this reason, an oil return path 48a passing through the inside of the cross guide guide 43a is provided so that the oil 46 accumulated in the cross guide space 45a is returned to the oil tank 47.
【0027】なお、オイル戻空隙の形状は、図2に示し
たものに限られず、クロスガイド42bの側面を溝堀等
したものであってもよく、またクロスガイド案内部を溝
堀等したものであってもよい。The shape of the oil return gap is not limited to the one shown in FIG. 2, but may be a groove formed on the side surface of the cross guide 42b, or a groove formed on the cross guide guide portion. It may be.
【0028】仕切部50の内部には、ロッド49(49
a,49b)を含むように中間室51(51a,51
b)が設けられ、またロッド49に挿嵌し、これと摺擦
するシール材52(52a、52b)が設けられてい
る。そしてPTFE等の部材からなるシール材52は、
ロッド49と摺擦して当該ロッド49に付着しているオ
イル46を拭い落としている。A rod 49 (49) is provided inside the partition 50.
a, 49b) to include the intermediate chamber 51 (51a, 51b).
b), and a seal member 52 (52a, 52b) that is inserted into the rod 49 and rubs against the rod 49 is provided. And the sealing material 52 made of a member such as PTFE,
The oil 46 adhering to the rod 49 is wiped off by sliding on the rod 49.
【0029】中間室51には、連通路56(56a,5
6b)を介して連通したバッフ室57(57a,57
b)が設けられ、また中間室51と圧縮部20及びディ
スプレーサ部30との間の仕切部50に圧力シール材5
8(58a,58b)が設けられている。The intermediate chamber 51 has a communication passage 56 (56a, 5a).
6b) and the buff chamber 57 (57a, 57b)
b) is provided, and a pressure sealing material 5 is provided in a partition 50 between the intermediate chamber 51 and the compression section 20 and the displacer section 30.
8 (58a, 58b) are provided.
【0030】中間室51は、ロッド49軸方向の寸法が
ロッド49のストローク長より長く形成され、ロッド4
9径方向の寸法が、当該中間室51内に位置するロッド
49に付着しているオイル46の厚みより大きく形成さ
れている。The intermediate chamber 51 has a dimension in the axial direction of the rod 49 longer than the stroke length of the rod 49.
Nine radial dimensions are formed larger than the thickness of the oil 46 attached to the rod 49 located in the intermediate chamber 51.
【0031】なお、上記各寸法は、圧縮部20及びディ
スプレーサ部30の設置方向、ロッド49のストローク
長、ロッド49の直径及び材質、シール材52のシール
力等を勘案して設定されるものである。The above dimensions are set in consideration of the installation direction of the compression section 20 and the displacer section 30, the stroke length of the rod 49, the diameter and material of the rod 49, the sealing force of the sealing material 52, and the like. is there.
【0032】本実施例のスターリング冷凍機10は上記
のように構成されて、図示省略する駆動モータの回転に
よってクランク機構41から圧縮ピストン21及びディ
スプレーサ31に駆動力が伝達される。The Stirling refrigerator 10 of this embodiment is configured as described above, and a driving force is transmitted from the crank mechanism 41 to the compression piston 21 and the displacer 31 by rotation of a drive motor (not shown).
【0033】このとき圧縮ピストン21とディスプレー
サ31とが夫々直交して配設されているので、圧縮部2
0側のコネクティングロッド44aが略水平になるとき
は、圧縮ピストン21は殆ど動かないが、ディスプレー
サ31は最も大きく動くようになる。逆にディスプレー
サ部30側のコネクティングロッド44bが略垂直にな
るときは、ディスプレーサ31は殆ど動かないが、圧縮
ピストン21は最も大きく動くようになる。このように
圧縮ピストン21とディスプレーサ31とは位相がずれ
て同期運動している。At this time, since the compression piston 21 and the displacer 31 are disposed orthogonally to each other, the compression unit 2
When the 0-side connecting rod 44a is substantially horizontal, the compression piston 21 hardly moves, but the displacer 31 moves the most. Conversely, when the connecting rod 44b on the displacer section 30 side is substantially vertical, the displacer 31 hardly moves, but the compression piston 21 moves the most. Thus, the compression piston 21 and the displacer 31 are synchronously moved out of phase.
【0034】次に上記構成のスターリング冷凍機10の
動作を説明する。なお上述したように圧縮ピストン21
とディスプレーサ31との位相がずれているため、後述
する圧縮過程、膨張過程等は厳密に区別できないことを
付言しておく。Next, the operation of the above-structured Stirling refrigerator 10 will be described. As described above, the compression piston 21
It should be noted that the phase of the compression process and the expansion process, which will be described later, cannot be strictly distinguished because the phases of the compression process and the displacer 31 are shifted.
【0035】圧縮ピストン21が左端死点から右端死点
に移動するときは、圧縮部20の作動空間22内の作動
ガスは圧縮ピストン21により等温圧縮される。When the compression piston 21 moves from the left end dead center to the right end dead center, the working gas in the working space 22 of the compression section 20 is isothermally compressed by the compression piston 21.
【0036】この間、ディスプレーサ31は上動し、上
死点に達した後に下動する。ディスプレーサ31の上動
にともない圧縮された作動ガスは、ガス流路60を介し
てディスプレーサ部30側に送られ、ディスプレーサ3
1が下動すると作動ガスは蓄冷器33を通過し当該蓄冷
器33に放熱して膨張空間32に送られる。During this time, the displacer 31 moves upward, and moves downward after reaching the top dead center. The working gas compressed due to the upward movement of the displacer 31 is sent to the displacer unit 30 through the gas flow path 60, and
When 1 moves downward, the working gas passes through the regenerator 33, radiates heat to the regenerator 33, and is sent to the expansion space 32.
【0037】ディスプレーサ31が下死点に達するに従
い、圧縮ピストン21は右端死点から左端死点に移動
し、作動ガスは膨張して降温する。この時の膨張過程は
等温膨張過程であるため、膨張により降温しただけ外部
の熱を吸熱する。即ち、冷却することができる。As the displacer 31 reaches the bottom dead center, the compression piston 21 moves from the right end dead center to the left end dead center, and the working gas expands and cools down. Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, external heat is absorbed as much as the temperature is reduced by the expansion. That is, it can be cooled.
【0038】圧縮ピストン21が、左端死点に近づくに
従い、ディスプレーサ31は上動を始め、作動ガスはデ
ィスプレーサ31を通過し、蓄冷器33から吸熱して1
サイクルが終了する。As the compression piston 21 approaches the left dead center, the displacer 31 starts to move upward, and the working gas passes through the displacer 31 and absorbs heat from the regenerator 33 to 1.
The cycle ends.
【0039】上記サイクルを行うようなスターリング冷
凍機10においては、オイル46が作動ガスに混入する
と冷却効率が低下する。即ち、クロスガイド42に付着
したオイル46が、当該クロスガイド42の往復運動に
よりクロスガイド空間45に侵入し、ロッド49の往復
運動にともない仕切部50とロッド49との間を徐々に
進んで行き、遂には圧縮部20またはディスプレーサ部
30に到達して作動ガスに混入するようになる。In the Stirling refrigerator 10 that performs the above-described cycle, when the oil 46 is mixed into the working gas, the cooling efficiency is reduced. That is, the oil 46 attached to the cross guide 42 enters the cross guide space 45 by the reciprocating motion of the cross guide 42, and gradually advances between the partition portion 50 and the rod 49 with the reciprocating motion of the rod 49. Eventually, it reaches the compression section 20 or the displacer section 30 and mixes into the working gas.
【0040】このためロッド49に付着したオイル46
を、シール材52がロッド49に摺擦することで拭い落
としている。しかしこのような機械的な除去方法では、
オイル46を除去するにはシール材52を強い力でロッ
ド49に付勢する必要が生じ、長時間使用によりシール
材52が著しく摩耗してシール力が低下してしまう問題
がある。Therefore, the oil 46 attached to the rod 49
Is wiped off by the sealing material 52 rubbing against the rod 49. However, with such a mechanical removal method,
In order to remove the oil 46, it is necessary to urge the sealing member 52 against the rod 49 with a strong force, and there is a problem that the sealing member 52 is significantly worn due to long-time use and the sealing force is reduced.
【0041】そこでかかる問題を解決するため、中間室
51のロッド49軸方向の寸法が、当該ロッド49に付
着しているオイル46が当該中間室51の側壁53(5
3a,53b)に接しない大きさ、即ちロッド49のス
トローク長より長く設定されている。またロッド49径
方向の寸法は、当該ロッド49に残留しているオイル4
6が中間室51の筒面54(54a,54b)と接触し
ないように設定されている。これによりオイル46が完
全に除去されなくても、当該オイル46の先端(圧縮部
側及びディスプレーサ部側に最も接近している地点)が
仕切部50の側壁53に到達することはない。従って、
当該側壁53を通って圧縮部20及びディスプレーサ部
30に送り込まれることがない。In order to solve such a problem, the dimension of the intermediate chamber 51 in the axial direction of the rod 49 is adjusted so that the oil 46 adhering to the rod 49 is reduced by the side wall 53 (5) of the intermediate chamber 51.
3a, 53b), that is, longer than the stroke length of the rod 49. The size of the rod 49 in the radial direction is determined by the amount of oil 4 remaining on the rod 49.
6 is set so as not to contact the cylindrical surface 54 (54a, 54b) of the intermediate chamber 51. Thereby, even if the oil 46 is not completely removed, the tip of the oil 46 (the point closest to the compression unit side and the displacer unit side) does not reach the side wall 53 of the partition unit 50. Therefore,
It is not sent to the compression section 20 and the displacer section 30 through the side wall 53.
【0042】しかし、中間室51の雰囲気にオイル46
が含まれる場合は、当該雰囲気が作動部(圧縮部20ま
たはディスプレーサ部30)に侵入し得るので、これを
防止する必要がある。かかる雰囲気の作動部20,30
への侵入は、作動部20,30の圧力より中間室51の
圧力が一時的に大きくなるために発生する。図3は、中
間室51、作動部20,30及び駆動室40の圧力変動
を示し、図3(a)はバッファ室を設けない場合、図3
(b)はバッファ室を設けた場合を示している。作動部
20,30では、ピストン21又はディスプレーサ31
より作動ガスが圧縮/膨張されるので、当該作動部2
0,30内の圧力は周期変動する。However, the oil 46
Is contained, the atmosphere can enter the operating section (the compression section 20 or the displacer section 30), and it is necessary to prevent this. Working parts 20 and 30 in such an atmosphere
Intrusion occurs because the pressure in the intermediate chamber 51 temporarily becomes higher than the pressure in the operation units 20 and 30. FIG. 3 shows pressure fluctuations in the intermediate chamber 51, the actuating sections 20, 30 and the drive chamber 40. FIG. 3A shows a case where no buffer chamber is provided.
(B) shows a case where a buffer chamber is provided. In the operating parts 20 and 30, the piston 21 or the displacer 31
Since the working gas is compressed / expanded, the working portion 2
The pressure in 0,30 fluctuates periodically.
【0043】理想的には中間室51、作動部20,30
及び駆動部40は、夫々独立した系をなすので、中間室
51と駆動部40の圧力は、作動部20,30の圧力変
動の影響を受けることはない。しかし、現実には中間室
51と作動部20,30、及び中間室51と駆動部40
との圧力遮断は、ロッド49と仕切部50との非常に狭
いクリアランスにより確保されているのでこれらは夫々
完全な独立した系にはならない。クリアランスを小さく
すると、当該クリアランスを通るガスのコンダクタンス
が小さくなるので、作動部20,30の圧力変動幅に比
べ中間室51の圧力変動幅を小さくすることができる。Ideally, the intermediate chamber 51, the operating parts 20, 30
The drive unit 40 and the drive unit 40 form independent systems, so that the pressures in the intermediate chamber 51 and the drive unit 40 are not affected by pressure fluctuations in the operation units 20 and 30. However, in reality, the intermediate chamber 51 and the operating units 20 and 30, and the intermediate chamber 51 and the driving unit 40
Are secured by a very narrow clearance between the rod 49 and the partition 50, so that they are not completely independent systems. When the clearance is made smaller, the conductance of the gas passing through the clearance becomes smaller, so that the pressure fluctuation width of the intermediate chamber 51 can be made smaller than the pressure fluctuation width of the operating portions 20 and 30.
【0044】ところがクリアランスを余り小さくする
と、ロッド49を駆動するために大きな駆動力が必要と
なり、またロッド49と仕切部50との摩擦等が大きく
なることから無制限に小さくすることができない。However, if the clearance is too small, a large driving force is required to drive the rod 49, and the friction between the rod 49 and the partition 50 becomes large, so that the clearance cannot be reduced without limit.
【0045】また、小さなコンダクタンスを持つため
に、中間室51の圧力変動の周期は作動部20,30の
圧力変動の周期と同じ周期を持つものの、位相がずれて
しまう。以上の理由から、一時的に中間室51の圧力が
作動部20,30の圧力より高くなる時間帯が発生し、
当該時間帯では中間室51におけるオイル46を含むガ
スが作動部20,30に向けて流動するようになる。Further, because of the small conductance, the cycle of the pressure fluctuation of the intermediate chamber 51 has the same cycle as the cycle of the pressure fluctuation of the operating portions 20 and 30, but the phase is shifted. For the above reasons, there occurs a time period in which the pressure in the intermediate chamber 51 is temporarily higher than the pressure in the operating units 20 and 30,
In this time zone, the gas containing the oil 46 in the intermediate chamber 51 flows toward the operation units 20 and 30.
【0046】上述したように作動部20,30から中間
室51へ、あるいはその逆に向かうガス流が必ず発生す
るが、ガスが移動するには有限の時間を必要とし、か
つ、当該時間はコンダクタンスや中間室51と作動部2
0,30との圧力差に依存してきまる。As described above, a gas flow always flows from the operating portions 20 and 30 to the intermediate chamber 51 and vice versa, but a finite time is required for the gas to move, and the time is the conductance. And the intermediate chamber 51 and the operating part 2
It depends on the pressure difference between 0 and 30.
【0047】従って中間室51の圧力を小さくするなら
ば、オイル46を含んだガスが中間室51から作動部2
0,30に向けて移動しても、当該ガスが作動部20,
30に到達するのに長時間を要し、ガスが作動部20,
30に到達する前に当該作動部20,30側の圧力が中
間室51の圧力より高くなり、結局オイル46を含むガ
スが作動部20,30に到達することができなくなる。Therefore, if the pressure in the intermediate chamber 51 is reduced, the gas containing the oil 46 is transferred from the intermediate chamber 51 to the operating section 2.
Even if the gas moves toward 0,30, the gas remains
It takes a long time to reach 30 and the gas is
Before reaching the working part 30, the pressure on the side of the working parts 20, 30 becomes higher than the pressure in the intermediate chamber 51, so that the gas containing the oil 46 cannot reach the working parts 20, 30 after all.
【0048】そこで本発明では、クリアランスを小さく
することによる装置の大型化や駆動力の有効利用の観点
から、クリアランスを現実的な大きさに設定することと
し、コンダクタンスのみを小さくするために仕切部50
の作動部20,30側に圧力シール材58(58a,5
8b)を設けている。さらに中間室51の圧力及び圧力
変動幅を小さくするために空間容積の大きいバッファ室
を設けている。Therefore, in the present invention, the clearance is set to a realistic size from the viewpoint of increasing the size of the device by reducing the clearance and effectively utilizing the driving force, and the partition portion is set to reduce the conductance only. 50
The pressure seal material 58 (58a, 5)
8b). Further, a buffer chamber having a large space capacity is provided in order to reduce the pressure of the intermediate chamber 51 and the pressure fluctuation width.
【0049】このような構成であるため、作動部20,
30側から作動ガスの流入があり、中間室51の圧力が
変動しようとしても、当該圧力変動をバッファ室が吸収
するので、中間室51の圧力変動は小さくなる。従っ
て、中間室51の圧力が一時的に作動部20,30の圧
力より高くなっても、中間室51からオイル46を含む
ガスが作動部20,30に流入しなくなる。またバッフ
ァ室57により中間室51の圧力値を小さくすることが
できるため、当該中間室51と駆動部40との空間の圧
力を、略同じ圧力に維持することが可能となる。従っ
て、駆動部40から中間室51へ、そして作動部20,
30にオイル46が侵入するのを防止することが可能と
なる。With such a configuration, the operating section 20,
Even if the working gas flows in from the 30 side and the pressure in the intermediate chamber 51 fluctuates, the fluctuation in the pressure is absorbed by the buffer chamber, so that the pressure fluctuation in the intermediate chamber 51 is reduced. Therefore, even if the pressure in the intermediate chamber 51 temporarily becomes higher than the pressure in the operation units 20 and 30, the gas including the oil 46 does not flow into the operation units 20 and 30 from the intermediate chamber 51. Further, since the pressure value of the intermediate chamber 51 can be reduced by the buffer chamber 57, the pressure in the space between the intermediate chamber 51 and the drive unit 40 can be maintained at substantially the same pressure. Therefore, from the driving unit 40 to the intermediate chamber 51, and to the operating unit 20,
It is possible to prevent the oil 46 from entering the 30.
【0050】なお上記説明においては、バッファ室を装
置に外付構造としたが、装置内部に設けてもよく、また
圧縮部20側のバッファ室57aとディスプレーサ部3
0側のバッファ室57bとを独立に設けたが、1つのバ
ッファ室により夫々の中間室51の圧力変動を緩和して
も良い。In the above description, the buffer chamber is provided externally to the apparatus. However, the buffer chamber may be provided inside the apparatus, and the buffer chamber 57a on the compression section 20 side and the displacer section 3 may be provided.
Although the zero-side buffer chamber 57b is provided independently, the pressure fluctuation in each intermediate chamber 51 may be reduced by one buffer chamber.
【0051】また独立したバッファ室を設けたが、図4
に示すように中間室51と駆動部40とを連通路61に
より連通し、駆動部40内の空間をバッファ空間として
利用することも可能である。この場合、駆動部40の雰
囲気にオイル46が含まれるので、連通路61にオイル
フィルタ62を設けて当該オイル46を除去すれば良
い。このような構成にすることにより、上述したバッフ
ァ室を別途設ける必要がなくなり装置の小型化が図れる
利点がある。Although an independent buffer chamber is provided, FIG.
As shown in (2), the intermediate chamber 51 and the drive unit 40 can be communicated with each other through the communication path 61, and the space in the drive unit 40 can be used as a buffer space. In this case, since the oil 46 is contained in the atmosphere of the drive unit 40, an oil filter 62 may be provided in the communication passage 61 to remove the oil 46. By adopting such a configuration, there is an advantage that the buffer chamber described above does not need to be separately provided and the apparatus can be downsized.
【0052】なお、圧縮部20及びディスプレーサ部3
0と駆動部40とを連通する連通路61は夫々独立に設
けても良い。The compression section 20 and the displacer section 3
The communication paths 61 that communicate the 0 and the drive unit 40 may be provided independently of each other.
【0053】さらに、オイルシール装置をディスプレー
サ型のスターリング冷凍機に適用した場合について説明
したが、本発明はこれに限定されるものでなく、膨張ピ
ストン型の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てもよい。Furthermore, the case where the oil seal device is applied to a displacer type Stirling refrigerator has been described. However, the present invention is not limited to this, and an expansion piston type Stirling refrigerator, a Stirling engine, and a reciprocating compressor. Etc. may be used.
【0054】[0054]
【発明の効果】本発明によると、作動部の圧力変動によ
る中間室の圧力への影響を圧力緩和手段により吸収する
ので、中間室の圧力変動を抑え、かつ、中間室と駆動部
との圧力差を無くすることができる。よって、駆動部か
ら中間室へのオイルの侵入が防止できる共に、例え中間
室の雰囲気にオイルが含まれていても、当該雰囲気が作
動室に侵入して作動ガスに混入することが防止でき、装
置の信頼性を高め及び寿命を長くすることが可能になっ
た。According to the present invention, the influence on the pressure of the intermediate chamber due to the pressure fluctuation of the operating section is absorbed by the pressure reducing means, so that the pressure fluctuation of the intermediate chamber is suppressed and the pressure between the intermediate chamber and the drive section is reduced. The difference can be eliminated. Therefore, oil can be prevented from entering the intermediate chamber from the drive unit, and even if oil is contained in the atmosphere of the intermediate chamber, the atmosphere can be prevented from entering the working chamber and being mixed into the working gas, It has become possible to increase the reliability of the device and extend its life.
【図1】本発明にかかるバッファ室を持つガス圧縮/膨
張機をスターリング冷凍機に適用したときの概念構成図
である。FIG. 1 is a conceptual configuration diagram when a gas compression / expansion machine having a buffer chamber according to the present invention is applied to a Stirling refrigerator.
【図2】オイル戻空隙を説明するためのクロスガイドの
部分斜視図である。FIG. 2 is a partial perspective view of a cross guide for explaining an oil return gap.
【図3】中間室、作動室及び駆動室の圧力変動を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing pressure fluctuations in an intermediate chamber, a working chamber, and a driving chamber.
【図4】駆動室をバッファ空間とした場合のスターリン
グ冷凍機の概念構成図である。FIG. 4 is a conceptual configuration diagram of a Stirling refrigerator in a case where a driving room is a buffer space.
【図5】従来の技術の説明に適用されるガス圧縮/膨張
機の概念構成図である。FIG. 5 is a conceptual configuration diagram of a gas compression / expansion machine applied to a description of a conventional technique.
【図6】シール材のシール効果を説明するための部分断
面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view for explaining a sealing effect of a sealing material.
20 圧縮部(作動部) 21 ピストン 30 ディスプレーサ部(作動部) 31 ディスプレーサ 33 蓄冷器 40 駆動部 42(42a,42b) クロスガイド 43(43a,43b) クロスガイド案内部 45(45a,45b) クロスガイド空間 46 オイル 48a オイル戻路(オイル戻手段) 48b オイル戻空隙(オイル戻手段) 49(49a,49b) ロッド 50(50a,50b) 仕切部 51(51a,51b) 中間室 57(57a,57b) 中間室(圧力緩和手段) 58(58a,58b) 圧力シール材 61(61a,61b) 連通路(圧力緩和手段) Reference Signs List 20 compression section (operating section) 21 piston 30 displacer section (operating section) 31 displacer 33 regenerator 40 drive section 42 (42a, 42b) cross guide 43 (43a, 43b) cross guide guide section 45 (45a, 45b) cross guide Space 46 Oil 48a Oil return path (oil return means) 48b Oil return gap (oil return means) 49 (49a, 49b) Rod 50 (50a, 50b) Partition part 51 (51a, 51b) Intermediate chamber 57 (57a, 57b) Intermediate chamber (pressure relief means) 58 (58a, 58b) Pressure seal material 61 (61a, 61b) Communication path (pressure relief means)
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25B 9/14 510 F04B 39/00 104Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F25B 9/14 510 F04B 39/00 104
Claims (4)
復動作可能に収納する作動部と、当該ロッドの他端に接
続されるクロスガイドを往復動作させる駆動機構を収納
する駆動部と、前記ロッドが挿通し前記作動部と前記駆
動部とを仕切る仕切部とを有したガス圧縮/膨張機のオ
イルシール装置において、 前記仕切部の内部に前記ロッドを含んで設けられ、その
ロッド軸方向の寸法が当該ロッドのストローク長より長
く形成され、かつ、ロッド径方向の寸法が当該ロッドに
付着しているオイルの厚みより大きく形成された中間室
と、 該中間室の圧力変動を緩和する圧力変動緩和手段を設け
たことを特徴とするガス圧縮/膨張機のオイルシール装
置。An actuator for reciprocating a piston connected to one end of a rod; a driving unit for accommodating a drive mechanism for reciprocating a cross guide connected to the other end of the rod; and the rod. An oil seal device of a gas compression / expansion machine having a partition part for inserting the operating part and the driving part, and including the rod inside the partition part, the dimension in the rod axial direction. Is formed longer than the stroke length of the rod, and the dimension in the radial direction of the rod is formed larger than the thickness of the oil adhering to the rod. An oil seal device for a gas compression / expansion machine, characterized by comprising means.
連通したバッファ室である請求項1記載のガス圧縮/膨
張機のオイルシール装置。2. An oil seal device for a gas compression / expansion machine according to claim 1, wherein said pressure fluctuation reducing means is a buffer chamber communicating with said intermediate chamber.
前記駆動部とを連通し、当該駆動部の雰囲気に含まれる
オイルを除去するオイルフィルタを具備した連通部であ
る請求項1記載のガス圧縮/膨張機のオイルシール装
置。3. The communication unit according to claim 1, wherein the pressure fluctuation reducing unit communicates with the intermediate chamber and the drive unit and includes an oil filter that removes oil contained in an atmosphere of the drive unit. Oil seal device for gas compression / expansion machines.
との圧力遮断を行う圧力シール材を設けた請求項1乃至
3記載のガス圧縮/膨張機のオイルシール装置。4. An oil seal device for a gas compression / expansion machine according to claim 1, wherein a pressure seal member for shutting off pressure between the operation section and the intermediate chamber is provided in the partition section on the operation section side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8067506A JP2828947B2 (en) | 1996-02-29 | 1996-02-29 | Oil seal device for gas compression / expansion machines |
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JPH09236345A JPH09236345A (en) | 1997-09-09 |
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