JP3194047B2 - エネルギー貯蔵用空油変換器 - Google Patents

エネルギー貯蔵用空油変換器

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Description

【発明の詳細な説明】 エネルギーをアキュムレータに流入（充填）できる
か、アキュムレータから取り出せる（放出できる）よう
に、圧縮エアアキュムレータと油圧循環回路を最良の効
率で結合する往復複ピストンを有する空油変換器は知ら
れている。
等温プロセスの良好な効率は、上記システムでは、作
動スペース（ピストンスペース）の温度が各行程で安定
することによって得られる。このため、作動行程中のシ
リンダ表面から外気への熱伝達速度が制限され、高い動
作サイクルの場合温度変動を平衡化できないので、比較
的ゆっくりとしたプロセスに制限され、その結果、処理
する出力に比較して構造装置が大きくなる。
本発明の目的は、動作サイクルを高めながら良好な効
率を得ることである。
本発明によれば、これは、多管束熱交換器が変換器の
幾つかの作動スペースを貫通し、その際、熱交換液の外
部循環がほぼ周囲温度に保持されているとする請求項１
の特徴によって達成される。
この熱交換器は、往復ピストンセットと一緒に動いて
もよいし、固定されたままであってもよい。しかし、一
緒に移動する熱交換器の場合、必要とされるスライドパ
ッキンは約３分の１となり、さらに多管束がピストンセ
ットの曲げ強さ及び座屈強さを相当高めるため、この明
細書では、熱交換器が一緒に移動する変換器について説
明している。すなわち、動作サイクルを所望通りに上げ
るためには、上死点時のすきま容積を極端に減少するよ
うに作動スペースを配置しなければならず、その場合高
い座屈力を発生する。したがって、座屈強さが弁の配置
においても考慮しなければならない非常に重要な構造要
因になる。
変換器がコンプレッサとして、また圧力放出器として
も作動するので、−それぞれ高圧弁、交換弁及び低圧弁
から成る−各側の弁セットを制御しなければならない、
そこでは、幾つかの条件で、交換弁と低圧弁が対で作動
できる。これらの弁の実施形態では、最小の上死点時の
すきま容積とともに熱交換器の位相幾何的な仕様も満足
しなければならない。この課題の解決と本発明の作用は
図面により説明される。図面は次の通りである。
図１は、４つの円筒状の作動スペースの軸縦断面図で
ある。
図２は、高圧スペースと熱交換器多管束の図１の軸に
垂直な断面図である。
図３は、図２と同一だが、多管束を橋絡してある同一
断面図である。
変換器は高圧仕様でほぼ同一長さの３つの同軸シリン
ダ管部材から成り、そこでは、予圧ピストン（２）を囲
む予圧管（１）が、予圧管（１）に対して対称配置され
た２つの高圧チャンバ管（3a/3b）よりも相当大きい直
径を有し、高圧チャンバ管（3a/3b）が同様に縦軸に関
して対称な高圧ピストン（4a/4b）を含んでいる。固定
部品と同様に可動部品がその縦中心軸に対して鏡面対称
であるので、予圧管（１）は同様に、弁フランジ（5a/5
b）を介してねじ止めされた２つの高圧チャンバ管（3a/
3b）と結合し、高圧チャンバ管（3a/3b）がそれぞれ、
ねじキャップ（6a/6b）で固定された接続カバー（7a/7
b）により閉鎖されている。シリンダ管部材中で軸方向
にスライド自在に３つのピストンの１セットが配置さ
れ、この１セットのピストンが管ロッド（８）により機
械的に固定結合されているので、２×３の作動スペース
が形成される。詳細に言えば、接続カバー（7a/7b）と
高圧ピストン（4a/4b）間にオイルスペース（9a/9b）
が、高圧ピストン（4a/4b）と弁フランジ（5a/5b）間に
エア高圧スペース（10a/10b）が、弁フランジ（5a/5b）
と予圧ピストン（２）間にエア予圧スペース（11a/11
b）が形成されている。エア高圧スペース（10a/10b）は
交換弁（12a/12b）を介してエア予圧スペース（11a/11
b）と結合し、外部は低圧弁（13a/13b）を介して予圧ス
ペース（11a/11b）とつながり、エアアキュムレータ（1
4）は高圧弁（15a/15b）を介してエア高圧スペース（10
a/10b）に作用し、高圧弁（15a/15b）はエアアキュムレ
ータ（14）と管路（16a/16b）を通って接続部（17a/17
b）を介してつながっている。
油圧作用を利用したサーボ制御装置の一つの実施形態
は図１で高圧弁（15a/15b）に示され、そこにおいて、
圧力源（19）に接続された電気２ウェイサーボ制御弁
（20a/20b）により、圧力スペース（18a/18b）それぞれ
からエアが排出されるか又は圧力スペース（18a/18b）
それぞれにエアが供給され、それによりナット（23a/23
b）付ロッド（22a/22b）を介して高圧弁（15a/15b）と
結合されている弁スペース（21a/21b）が動く。同様な
装置は交換弁（12a/12b）及び低圧弁（13a/13b）用にも
装備でき、ここでは、その作動ロッド（24a/24b）及び
（25a/25b）だけが図示されている。
理解し易くするため、オイル接続部（26a/26b）に始
まり、フライホイール（30）及び電動機／発電機（31）
を有する可変流体圧ユニット（29）に作用する４ウェイ
弁（28）までの管路（27a/27b）を含む、熱交換器の回
路の一つの実施形態が示されている。熱交換器の循環
は、送りポンプ（32）から始まり、この送りポンプ（3
2）は外部熱交換器（33）を通り接続部（34b）を介して
接続カバー（7b）に、且つ送り管（35b）を介して管ロ
ッド（８）に熱交換液を流入させる。管ロッド（８）が
予圧ピストン（２）の平面で円錐栓（36）により閉じら
れているので、熱交換液は送り管（35b）と管ロッド
（８）間の環状スペースを通って高圧ピストンに押し戻
され、そこでは、半径方向穴（37b）を介して熱交換器
管（38）に送られる、すなわち、高圧ピストン（4a）も
その半径方向穴（37a）を介して再度管ロッド（８）に
つながっている。送りポンプ（32）に戻る循環は、送り
管（35a）と接続部（34a）により閉じている。
高圧ピストン・スライドパッキン（39a/39b）及び交
換弁スライドパッキン（40a/40b）と同様に、交換器パ
ッキン（41a/41b）及び（42a/42b）もピストン運動全体
を通じて全差圧がかかる。これは、特に曲げ強さと熱伝
達の向上のために、多管束形状が図３のような束管橋絡
部（43）を形成する場合、実際的な技術的要求事項を満
たす設計となる。予圧ピストン（２）のスライドパッキ
ン（44）には予圧のみがかかるので、このスライドパッ
キン（44）だけには高圧が作用しない。詳細に図示して
いない残りのパッキンには静止状態又は短い行程で圧力
がかかる。
変換器の作用として、弁の図示位置に対応する圧力除
去（放出）サイクルの場合のみが示され、そこでは、ピ
ストンセットが右に動く。すなわち、図示された時点で
は、開放エア高圧弁（15b）によりエア高圧スペース（1
0b）がエアアキュムレータ（14）と直結される。圧縮力
は同様にオイルスペース（9b）に吸収され、管路（27
b）内の油を通じて、４ウェイ弁（28）を介して電気流
体圧ユニット（29）の吐出側に伝達され、その結果この
ユニットはフライホイール（30）及び発電機（31）を駆
動する。さらに、右への上記の運動を通じて、スペース
（11b）の圧力除去されるエアは、予圧ピストン（２）
の働きにより開放低圧弁（13b）を介して外気に排出さ
れ、同時に先行する運動によりエア高圧スペース（10
a）内で予圧下にあるエアは開放交換弁（12a）を介して
拡大した予圧スペース（11a）を通って流出圧にされ
る。同一の運動によって、流体圧ユニットから流出した
オイルはオイルスペース（9a）に吸引される。すなわ
ち、クッションを通ってオイルスペース（9b）に吸収さ
れる力はエア高圧スペース（10b）内で高圧が作用して
発生するだけでなく、これに、予圧ピストン（２）の大
きい面での予圧によって発生し、且つ管ロッド（８）及
び熱交換器束の管（38）を介して伝達される推力も追加
される。ここには、曲げの危険がある。そこで、コンピ
ュータによって算出される位置に右行程が達したとき
に、高圧弁（15b）を閉じなければならない。このよう
に、これによって決定される行程終了時の容積が圧力除
去されて予圧が正確に発生する。その予圧とは、行程逆
転後に膨張によって、エア高圧スペース（10b）のエア
が予圧スペース（11b）へ移動することにより流出圧と
なる。すなわち、行程逆転時に、（28）の切替えと共に
（15a）、（13a）及び（12b）も開き、（12a）及び（13
b）が閉じられる（ここで、（13b）は既に圧力のかかっ
た予圧ピストン（２）によって、閉鎖位置に押しつけら
れている）。この切替えは近接スイッチによって行え
る。
次に、図示形状が本発明の一部であり、特に上記の常
に反復される熱力学プロセスに最適で、とりわけ圧力ス
ペース及び熱交換器配置を選択すれば、上死点時のすき
ま容積のない交換弁構造が可能であり、このコンセプト
により最高率の変換が得られることを強調しなければな
らない。
最後に、１行程内でこの変換器から発生する１行程当
たり油圧が約1:30の比率（エアアキュムレータ（14）で
200bar）で変動する。このことは、流体圧ユニットが最
高1:10の押しのけ容量調整範囲を利用するので、多くの
ケースに直接応用するのは問題である。すなわち、変換
器が一定の出力を処理しなければならない場合、広い動
作サイクル範囲を達成できるフライホイールを介装する
ことが推薦され、この際流体圧ユニットが実際の負荷変
化だけに対応する。
変換器を主にコンプレッサとして使用する場合、弁の
強制制御装置が無くなり、４ウェイ切替え弁（28）のみ
が自動的に（接当による圧力ピークにより）又は近接ス
イッチにより変換器行程と同期すればよい。また、簡単
な圧縮目的（例えば冷却回路の目的）では、予圧シリン
ダなしのコンプレッサも設計できる。この場合、曲げ力
がないので、多管束熱交換器は固定又は同時移動のどち
らでもよい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−40981（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−60707（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−340407（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−100301（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭50−18035（ＪＰ，Ｙ２) 米国特許2751144（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F15B 3/00 F28F 5/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空圧仕事の油圧仕事への変換及び／又は油
    圧仕事の空圧仕事への変換用空油変換器において、少な
    くとも１つの往復ピストン（2,4a,4b）、ピストン（2,4
    a,4b）によって部分的に区切られ且つ気体作動媒体があ
    る少なくとも１つのガス作動スペース（10a,10b:11a,11
    b）、及びピストン（4a,4b）によって部分的に区切られ
    且つ液体作動媒体がある少なくとも１つのオイル作動ス
    ペース（9a,9b）を具備し、そこにおいてガス作動スペ
    ース（10a,10b:11a,11b）が弁（15a,15b）を介してエア
    アキュムレータ（14）と結合され、且つオイル作動スペ
    ース（9a,9b）が油圧回路と結合され、 ピストン（2,4a,4b）を貫通している多管束熱交換器（3
    5a,35b,38）が、気体作動媒体の温度を実質的に一定に
    保持する設計の外部熱交換媒体回路と結合していること
    を特徴とする空油変換器。
  2. 【請求項２】多管束熱交換器（35a,35b,38）がガス作動
    スペース（10a,10b;11a,11b）及びオイル作動スペース
    （9a,9b）を貫通していることを特徴とする請求項１に
    記載の空油変換器。
  3. 【請求項３】多管束熱交換器（35a,35b,38）がピストン
    （２）と固定結合されていることを特徴とする請求項１
    又は２に記載の空油変換器。
  4. 【請求項４】少なくとも１つの高圧ピストン（4a,4b）
    及びそれより大きい直径を有する少なくとも１つの予圧
    ピストン（２）が装備されていることを特徴とする請求
    項１又は３のいずれかに記載の空油変換器。
  5. 【請求項５】相互に固定結合されている２つの高圧ピス
    トン（4a,4b）と１つの予圧ピストン（２）が装備され
    ていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
    の空油変換器。
  6. 【請求項６】少なくとも１つの高圧ピストン（4a,4b）
    がオイル作動スペース（9a,9b）とガス高圧スペース（1
    0a,10b）間に配置されていることを特徴とする請求項４
    又は５のいずれかに記載の空油変換器。
  7. 【請求項７】予圧ピストン（２）が２つのガス予圧スペ
    ース（11a,11b）間に配置されていることを特徴とする
    請求項４〜６のいずれかに記載の空油変換器。
  8. 【請求項８】上死点時のすきま容積の形成を妨げるた
    め、ガス高圧スペース（10a,10b）それぞれが、弁フラ
    ンジ（5a,5b）の肉厚全体を占める円錐座弁（12a,12b）
    を介してそれぞれ対応する予圧スペース（11a,11b）と
    結合されており、前記弁フランジは管ロッド（８）又は
    熱交換器管（38）を案内し且つガス作動スペースを分離
    するものであることを特徴とする請求項１から７のいず
    れかに記載の空油変換器。
  9. 【請求項９】弁（12a,12b、13a,13b,15a,15b,28）の制
    御のため近接スイッチが装備されていることを特徴とす
    る請求項１から８のいずれかに記載の空油変換器。
JP51771997A 1995-11-03 1996-11-01 エネルギー貯蔵用空油変換器 Expired - Fee Related JP3194047B2 (ja)

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CH3114/95 1995-11-03
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