JP3679564B2

JP3679564B2 - Gas compressor / expander

Info

Publication number: JP3679564B2
Application number: JP25264997A
Authority: JP
Inventors: 賢治田口; 隆広中村
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH1183221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ガス圧縮部とガス膨張部との設置方向が同一方向になるようにして装置の小型化を図ると共に，圧縮された作動ガスの熱を効率的に外部に放熱可能にしたガス圧縮／膨張機に関する。
【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。
【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，圧縮ピストン１５１を備えたピストン型圧縮機である圧縮部１５０，ディスプレーサ１３１を備えたディスプレーサ部１３０，クランク機構１２１を備えた駆動部１２０等を有し，圧縮部１５０とディスプレーサ部１３０とは，ガス流路１６０で連通されている。
【０００４】
また，圧縮部１５０は，圧縮ピストン１５１を収納する圧縮シリンダ１５２，該圧縮シリンダ１５２の頭部側（図５において左側）に設けられた圧縮空間１５３，圧縮シリンダ１５２の外側面に設けられて圧縮により発生した作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン１５４，圧縮シリンダ１５２の駆動部１２０側に配設された隔壁１５５，圧縮ピストン１５１と圧縮シリンダ１５２とにより形成されるバッファ空間１５６，隔壁１５５を挿通して圧縮ピストン１５１に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド１５８等を有している。
【０００５】
ディスプレーサ部１３０は，ディスプレーサ１３１を収納する膨張シリンダ１３２，該膨張シリンダ１３２の頭部側（図５において上側）に設けられた膨張空間１３４，ディスプレーサ１３１に駆動力を伝達するディスプレーサロッド１３５，ディスプレーサ１３１内に設けられた蓄冷材１３３等を有して，膨張シリンダ１３２の頭部に負荷１１２が取付けられる。
【０００６】
駆動部１２０は，クランク機構１２１等を潤滑するためのオイルを貯留する貯留槽１２２，クランク機構１２１及び圧縮ピストンロッド１５８と連結されたコネクティングロッド１２３，クランク機構１２１及びディスプレーサロッド１３５と連結されたコネクティングロッド１２４等を有している。
【０００７】
このような構成で，クランク機構１２１が回動することにより，回動力がコネクティングロッド１２３，１２４等を介して圧縮ピストン１５１及びディスプレーサ１３１に伝達される。
【０００８】
このとき，２つのコネクティングロッド１２３，１２４は，同一の作用点でクランク機構１２１から駆動力を受けているので，圧縮ピストン１５１はディスプレーサ１３１より略９０度位相がずれて往復運動するようになっている。
【０００９】
そして，圧縮ピストン１５１が右端死点から左端死点に移動すると，圧縮空間１５３内の作動ガスは等温圧縮される。
【００１０】
この間，ディスプレーサ１３１は下動し，下死点に達した後，上動するようになる。ディスプレーサ１３１の上動に伴い圧縮された作動ガスは，ガス流路１６０を介してディスプレーサ部１３０側に送られ，ディスプレーサ１３１が下動すると作動ガスは蓄冷材１３３を通過し当該蓄冷材１３３と熱交換して膨張空間１３４に送られる。
【００１１】
ディスプレーサ１３１が下死点に達するに従い，圧縮ピストン１５１は左端死点から右端死点に移動し，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，負荷から熱を奪うようになる。
【００１２】
圧縮ピストン１５１が右端死点に近づくに従い，ディスプレーサ１３１は上動を始め，作動ガスはディスプレーサ１３１を通過し，蓄冷材１３３から吸熱して１サイクルが終了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記構成では圧縮部１５０，ディスプレーサ部１３０，駆動部１２０がそれぞれ三角形の頂点位置に配設され，かつ，圧縮ピストン１５１とディスプレーサ１３１との位相が略９０度ずれるようにするために当該三角形は略直角三角形となっている。このため，折角圧縮部１５０等を小型化してもガス圧縮／膨張機が占有する空間が大きくなる問題があった。
【００１４】
また，圧縮された作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン１５４は，ガス流路１６０等に設けられていないため効率的に放熱が行えず，加えて当該ガス流路を別途外部配管等する必要があった。
【００１５】
そこで，本発明は，効率的に放熱が行え，かつ，装置の占有空間を小さくしたガス圧縮／膨張機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，上記課題を解決するため，請求項１にかかる発明は，駆動部と，該駆動部から圧縮ピストンロッドを介して駆動力を受ける圧縮ピストンが，圧縮シリンダ内に往復自在に配設されて，当該圧縮シリンダ内に形成された圧縮空間の作動ガスを圧縮する圧縮部と，駆動部からディスプレーサロッドを介して駆動力を受けるディスプレーサが，膨張シリンダ内に往復自在に収納されて，作動ガスを膨張させるディスプレーサ部とを有したガス圧縮／膨張機において，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成する。これにより，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設して装置の占有空間の縮小化を図る。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮部からディスプレーサ部に流動する作動ガスの熱を外部に効率的に放熱すべく，圧縮シリンダに被さるように放熱フィンを配設する。そして，当該放熱フィンと圧縮シリンダとの間に形成される隙間が前記ガス流路となるようにして，当該ガス流路を流動する作動ガスの放熱フィンとの熱接触面積を増やして外部への放熱効率を高めたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２にかかる発明は，駆動部と，該駆動部から圧縮ピストンロッドを介して駆動力を受ける圧縮ピストンが，圧縮シリンダ内に往復自在に配設されて，当該圧縮シリンダ内に形成された圧縮空間の作動ガスを圧縮する圧縮部と，駆動部からディスプレーサロッドを介して駆動力を受けるディスプレーサが，膨張シリンダ内に往復自在に収納されて，作動ガスを膨張させるディスプレーサ部とを有したガス圧縮／膨張機において，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成する。これにより，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設して装置の占有空間の縮小化を図る。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮シリンダの外側面部分に放熱フィンを一体に形成する。これにより，前記ガス流路を介して圧縮部からディスプレーサ部に流動する作動ガスの圧縮シリンダとの熱接触面積を増やす。そして圧縮シリンダに形成された放熱フィンにより外部への放熱効率を高めたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は，本実施の形態にかかるガス圧縮／膨張機の断面図を示し，図２はその部分破断斜視図を示している。
【００２１】
ガス圧縮／膨張機は，クランク２２ａ，２２ｂからなるクランク機構２２を備えた駆動部２０，ディスプレーサ３１を備えたディスプレーサ部３０及び圧縮ピストン５１を備えた圧縮部５０等を有している。
【００２２】
駆動部２０は，クランク機構２２に回転駆動力を与えるロータ２１，クランク機構２２を潤滑するためのオイルを貯留するオイル槽２３，クランク２２ａ，２２ｂに連結されたコネクティングロッド２４ａ，２４ｂ，該コネクティングロッド２４ａ，２４ｂに連結されたクロスガイド２５ａ，２５ｂ等を有している。
【００２３】
なお，クランク２２ａとクランク２２ｂとは，シャフト２２ｃに偏心して連結され，かつ，圧縮ピストン５１の位相がディスプレーサ３１の位相に対して略９０度遅れるようにクランク２２ａ，２２ｂの取付角度が設定されている。
【００２４】
ディスプレーサ部３０は，ディスプレーサ３１を収納する膨張シリンダ３２，該膨張シリンダ３２の頭部側（図１において上側）に設けられた膨張空間３４，ディスプレーサ３１に駆動力を伝達するディスプレーサロッド３５，ディスプレーサ３１内に設けられた蓄冷材３３等を有して，膨張シリンダ３２の頭部に負荷１２が取付けられている。
【００２５】
また，圧縮部５０は，圧縮ピストン５１を収納する圧縮シリンダ５２，該圧縮シリンダ５２の頭部側（図１において上側）に設けられた圧縮空間５３，圧縮シリンダ５２の外側面に被せて設けられて圧縮により発生した作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン５４，圧縮シリンダ５２の駆動部２０側に配設された隔壁５５，隔壁５５に形成された挿通孔５９ｂを挿通して圧縮ピストン５１に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド５８等を有している。
【００２６】
なお，圧縮シリンダ５２及び隔壁５５には，挿通孔５９ｂと並設された挿通孔５９ａが形成され，当該挿通孔５９ａにディスプレーサロッド３５が挿通している。
【００２７】
これにより，圧縮部５０とディスプレーサ部３０とを同一方向に配設することができ，ガス圧縮／膨張機の占有空間を小さくすることが可能になる。
【００２８】
また，圧縮ピストンロッド５８が挿通する挿通孔５９ｂの両端部分には，シール部材７１，７２が挿着され，ロッド７３が挿通する挿通孔５９ａの両端部分には，シール部材７３，７４が挿着されて，オイルが圧縮部５０やディスプレーサ部３０に侵入しないようになっている。
【００２９】
さらに，放熱フィン５４は，上述したように圧縮シリンダ５２を覆うように配設されて，当該放熱フィン５４と圧縮シリンダ５２との間にガス流路Ｇ１が形成されている。
【００３０】
図３は図１における矢視ＡＡ方向から見た圧縮部５０の断面図である。ガス流路Ｇ１は溝Ｍ１を介して圧縮空間５３と連通すると共に，溝Ｍ２を介してディスプレーサ部３０と挿通している。これにより作動ガスは圧縮部５０の圧縮空間５３，溝Ｍ１，ガス流路Ｇ１，溝Ｍ２，ディスプレーサ部３０を行き来するようになっている。
【００３１】
次に上記構成に基づき，ガス圧縮／膨張機の動作を説明する。クランク機構２２が回動することにより，回動力がコネクティングロッド２４ａ，２４ｂ等を介して圧縮ピストン５１及びディスプレーサ３１に伝達されて，圧縮ピストン５１はディスプレーサ３１に対して位相が略９０度遅れた往復運動をするようになる。
【００３２】
そして，圧縮ピストン５１が下死点から上死点に移動すると，圧縮空間５３内の作動ガスは圧縮される。この間，ディスプレーサ３１は上動して上死点に達した後，下動するようになる。
【００３３】
圧縮ピストン５１の上動に伴い圧縮された作動ガスは，ガス流路Ｇ１を流動して放熱フィン５４により放熱してディスプレーサ部３０側に送られる。ディスプレーサ３１が下動すると作動ガスは蓄冷材３３を通過し当該蓄冷材３３と熱交換して膨張空間３４に送られる。
【００３４】
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５１は上死点から下死点に移動し，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，負荷１２から熱を奪うことができる。
【００３５】
圧縮ピストン５１が下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，蓄冷材３３から吸熱して圧縮空間５３に戻り１サイクルが終了する。
【００３６】
このような，サイクルにおいて成績係数を高くするためには，圧縮部５０で圧縮された作動ガスの熱を速やかに，かつ，効率的に外部に放熱することが必要となる。そこで，本発明では，放熱フィン５４と圧縮シリンダ５２との間に隙間を形成し，当該隙間がガス流路Ｇ１となるようにしている。
【００３７】
このように，圧縮シリンダ５２の外周に沿ってガス流路Ｇ１を形成することにより，最も有効に作動ガスの熱接触面積を増やすことができ，放熱フィン５４から外部に効率的に熱放出することが可能になる。従って，冷凍機の場合には成績係数を高くすることができる。
【００３８】
次に第２の実施の形態を図を参照して説明する。図４は本実施の形態にかかるガス圧縮／膨張機の断面図である。なお，本実施の形態にかかる駆動部及びディスプレーサ部は第１の実施の形態と同一構成なので，同一符号を付して説明を適宜省略する。
【００３９】
圧縮部６０は，圧縮ピストン６１を収納する圧縮シリンダ６２，該圧縮シリンダ６２の底部側（図４において下側）に設けられた圧縮空間６３，圧縮シリンダ６２の外側面に設けられて圧縮により発生した作動ガスの熱を外部に放熱すべく圧縮シリンダ６２と一体に形成された放熱フィン６４，圧縮シリンダ６２の駆動部２０側に配設された隔壁６５，隔壁６５に形成された挿通孔６９ｂを挿通して圧縮ピストン６１に駆動力を伝達す圧縮ピストンるロッド６８等を有している。
【００４０】
なお，圧縮シリンダ６２及び隔壁６５には，挿通孔６９ｂと並設された挿通孔６９ａが形成され，当該挿通孔６９ａにディスプレーサロッド３５が挿通している。
【００４１】
これにより，圧縮部６０とディスプレーサ部３０とを同一方向に配設することができ，ガス圧縮／膨張機の占有空間を小さくすることが可能になる。
【００４２】
また，ロッド６８が挿通する挿通孔６９ｂの両端部分には，シール部材７１，７２が挿着され，ディスプレーサロッド３５が挿通する挿通孔６９ａの両端部分には，シール部材７３，７４が挿着されて，オイルが圧縮部６０やディスプレーサ部３０に侵入しないようになっている。
【００４３】
また，圧縮シリンダ６２と隔壁６５との境目の圧縮空間６３部分には，溝Ｍ３が形成されている。さらに，挿通孔６９ａが内側に位置するように環状のガス流路Ｇ２が形成されている。これにより圧縮部６０の圧縮空間６３とディスプレーサ部３０とは，溝Ｍ３，ガス流路Ｇ２を介して連通するようになっている。
【００４４】
上記構成により，ガス圧縮／膨張機は第１の実施の形態と同様の動作を行う。即ち，クランク機構２２が回動することにより，回動力がコネクティングロッド２４ａ，２４ｂ等を介して圧縮ピストン６１及びディスプレーサ３１に伝達されて，圧縮ピストン６１はディスプレーサ３１に対して位相が略９０度進んだ往復運動をする。
【００４５】
そして，圧縮ピストン６１が上死点から下死点に移動すると，圧縮空間６３内の作動ガスは圧縮される。この間，ディスプレーサ３１は上動して上死点に達した後，下動するようになる。
【００４６】
圧縮ピストン６１の下動に伴い圧縮された作動ガスは，ガス流路Ｇ２を流動して圧縮シリンダ６２に熱を与え，当該熱は放熱フィン６４により外部に放熱される。このようにして熱を失った作動ガスが，ディスプレーサ部３０側に送られる。
【００４７】
ディスプレーサ３１が下動すると作動ガスは蓄冷材３３を通過し当該蓄冷材３３と熱交換して膨張空間３４に送られる。
【００４８】
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６１は下死点から上死点に移動し，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，負荷１２から熱を奪うことができる。
【００４９】
圧縮ピストン６１が上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，蓄冷材３３から吸熱して圧縮空間に戻り１サイクルが終了する。
【００５０】
このような，サイクルにおいて成績係数を高くするためには，作動ガスの熱を速やかに，かつ，効率的に外部と熱交換させることが必要となる。そこで，本発明では，挿通孔６９ａの周囲にガス流路Ｇ２を形成して，作動ガスの熱接触面積を大きくすると共に，圧縮シリンダ６２の外表面に放熱フィン６４を一体に形成して放熱効率を高めている。
【００５１】
これにより，作動ガスの熱は効率的に放熱でき，例えば冷凍機の成績係数を高くすることができるようになる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１にかかる発明によれば，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成したので，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設することが可能になって装置の占有空間の縮小化が可能になる。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮シリンダに被さるように放熱フィンを配設して，その隙間が前記ガス流路となるようにしたので，当該ガス流路を流動する作動ガスの放熱フィンとの熱接触面積を増やして外部への放熱効率を高めることが可能になる。
【００５３】
請求項２にかかる発明は，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成したので，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設することが可能になって装置の占有空間の縮小化が可能になる。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮シリンダの外側面部分に放熱フィンを一体に形成したので，前記ガス流路を介して圧縮部からディスプレーサ部に流動する作動ガスの圧縮シリンダとの熱接触面積を増やすことができ，これにより圧縮シリンダに形成された放熱フィンにより外部への放熱効率を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１に実施の形態の説明に適用されるガス圧縮／膨張機の断面図である。
【図２】図１のガス圧縮／膨張機の断面斜視図である。
【図３】図１の矢視ＡＡ断面図である。
【図４】第２に実施の形態の説明に適用されるガス圧縮／膨張機の断面図である。
【図５】従来の技術の説明に適用されるガス圧縮／膨張機の断面図である。
【符号の説明】
２０駆動部
３０ディスプレーサ部
３１ディスプレーサ
３５ディスプレーサロッド
５０，６０圧縮部
５１，６１圧縮ピストン
５２，６２圧縮シリンダ
５３，６３圧縮空間
５４，６４放熱フィン
５５，６５隔壁
５８，６８圧縮ピストンロッド
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３溝
Ｇ１，Ｇ２ガス流路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention aims to reduce the size of the apparatus so that the gas compression section and the gas expansion section are installed in the same direction, and to efficiently dissipate the heat of the compressed working gas to the outside. / Related to expanders.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, gas compressors / expanders are used in Stirling refrigerators, Stirling engines, reciprocating compressors, and the like.
[0003]
FIG. 5 shows a schematic configuration of such a gas compression / expansion machine. The gas compressor / expander 100 includes a compression unit 150 that is a piston type compressor including a compression piston 151, a displacer unit 130 including a displacer 131, a drive unit 120 including a crank mechanism 121, and the like. The displacer section 130 is in communication with the gas flow path 160.
[0004]
The compression unit 150 is provided on a compression cylinder 152 that houses the compression piston 151, a compression space 153 provided on the head side of the compression cylinder 152 (left side in FIG. 5), and an outer surface of the compression cylinder 152. The buffer space 156 and the partition wall 155 formed by the compression piston 151 and the compression cylinder 152 are disposed on the drive unit 120 side of the compression cylinder 152. And a compression piston rod 158 that transmits a driving force to the compression piston 151.
[0005]
The displacer unit 130 includes an expansion cylinder 132 that houses the displacer 131, an expansion space 134 provided on the head side (upper side in FIG. 5) of the expansion cylinder 132, a displacer rod 135 that transmits driving force to the displacer 131, and a displacer 131. A load 112 is attached to the head of the expansion cylinder 132 with the cold storage material 133 and the like provided therein.
[0006]
The driving unit 120 includes a storage tank 122 for storing oil for lubricating the crank mechanism 121 and the like, a connecting rod 123 connected to the crank mechanism 121 and the compression piston rod 158, and a connecting mechanism connected to the crank mechanism 121 and the displacer rod 135. It has a rod 124 and the like.
[0007]
With such a configuration, when the crank mechanism 121 is rotated, the rotational force is transmitted to the compression piston 151 and the displacer 131 via the connecting rods 123 and 124 and the like.
[0008]
At this time, since the two connecting rods 123 and 124 receive the driving force from the crank mechanism 121 at the same operating point, the compression piston 151 reciprocates with a phase shifted by approximately 90 degrees from the displacer 131. Yes.
[0009]
When the compression piston 151 moves from the right end dead center to the left end dead center, the working gas in the compression space 153 is isothermally compressed.
[0010]
During this time, the displacer 131 moves down and moves up after reaching the bottom dead center. The working gas compressed with the upward movement of the displacer 131 is sent to the displacer unit 130 via the gas flow path 160, and when the displacer 131 moves down, the working gas passes through the regenerator material 133 and heat with the regenerator material 133. It is exchanged and sent to the expansion space 134.
[0011]
As the displacer 131 reaches the bottom dead center, the compression piston 151 moves from the left end dead center to the right end dead center, and the working gas expands and falls. Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, external heat is absorbed as much as the temperature is lowered by expansion. That is, it takes heat away from the load.
[0012]
As the compression piston 151 approaches the right end dead center, the displacer 131 starts to move upward, the working gas passes through the displacer 131, absorbs heat from the regenerator 133, and one cycle is completed.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above configuration, the compression unit 150, the displacer unit 130, and the drive unit 120 are respectively disposed at the apex positions of the triangles, and the triangles of the compression piston 151 and the displacer 131 are shifted by approximately 90 degrees. Is a substantially right triangle. For this reason, there is a problem that the space occupied by the gas compression / expansion machine becomes large even if the bend compression unit 150 is downsized.
[0014]
Further, since the heat dissipating fins 154 that dissipate the heat of the compressed working gas to the outside are not provided in the gas flow path 160 or the like, heat dissipation cannot be performed efficiently. In addition, the gas flow path is separately provided as an external pipe or the like. There was a need.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas compression / expansion machine that can efficiently dissipate heat and reduce the space occupied by the apparatus.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention according to claim 1 is characterized in that a driving part and a compression piston receiving a driving force from the driving part via a compression piston rod are reciprocally disposed in a compression cylinder. In addition, the compression part that compresses the working gas in the compression space formed in the compression cylinder, and the displacer that receives the driving force from the drive part via the displacer rod are reciprocally housed in the expansion cylinder to operate. In a gas compression / expansion machine having a displacer for expanding gas, an insertion hole through which a displacer rod is inserted is formed in parallel with a compression piston rod in a compression cylinder. As a result, the compression unit and the displacer unit are arranged in the same direction to reduce the space occupied by the apparatus. In addition, an annular gas flow path that connects the compression portion and the displacer portion is formed so that the insertion hole is located inside, and heat of the working gas flowing from the compression portion to the displacer portion is efficiently radiated to the outside. Therefore, heat radiating fins should be installed to cover the compression cylinder. Then, the gap formed between the heat radiating fin and the compression cylinder becomes the gas flow path, and the thermal contact area of the working gas flowing through the gas flow path with the heat radiating fin is increased to the outside. It is characterized by increased heat dissipation efficiency.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, a driving portion and a compression piston that receives a driving force from the driving portion via a compression piston rod are reciprocally disposed in the compression cylinder and formed in the compression cylinder. A gas having a compressing section that compresses the working gas in the compression space, and a displacer that receives a driving force from the driving section via the displacer rod is reciprocally stored in the expansion cylinder to expand the working gas. In the compressor / expander, an insertion hole through which the displacer rod is inserted into the compression cylinder is formed in parallel with the compression piston rod. As a result, the compression unit and the displacer unit are arranged in the same direction to reduce the space occupied by the apparatus. In addition, an annular gas flow path that connects the compression portion and the displacer portion is formed so that the insertion hole is located inside, and a heat radiation fin is integrally formed on the outer surface portion of the compression cylinder. Thereby, the thermal contact area with the compression cylinder of the working gas flowing from the compression section to the displacer section through the gas flow path is increased. And the heat radiation efficiency to the outside was improved by the heat radiation fin formed in the compression cylinder.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a sectional view of a gas compressor / expander according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a partially broken perspective view thereof.
[0021]
The gas compressor / expander includes a drive unit 20 including a crank mechanism 22 including cranks 22a and 22b, a displacer unit 30 including a displacer 31, a compression unit 50 including a compression piston 51, and the like.
[0022]
The drive unit 20 includes a rotor 21 that gives a rotational driving force to the crank mechanism 22, an oil tank 23 that stores oil for lubricating the crank mechanism 22, connecting rods 24a and 24b connected to the cranks 22a and 22b, and the connecting rod. Cross guides 25a and 25b connected to 24a and 24b are provided.
[0023]
The cranks 22a and 22b are eccentrically connected to the shaft 22c, and the mounting angles of the cranks 22a and 22b are set so that the phase of the compression piston 51 is delayed by approximately 90 degrees with respect to the phase of the displacer 31. Yes.
[0024]
The displacer unit 30 includes an expansion cylinder 32 that houses the displacer 31, an expansion space 34 provided on the head side (upper side in FIG. 1) of the expansion cylinder 32, a displacer rod 35 that transmits driving force to the displacer 31, and a displacer 31. A load 12 is attached to the head of the expansion cylinder 32 with a regenerator material 33 and the like provided therein.
[0025]
The compression unit 50 is provided so as to cover the compression cylinder 52 that houses the compression piston 51, the compression space 53 provided on the head side (the upper side in FIG. 1) of the compression cylinder 52, and the outer surface of the compression cylinder 52. The compression piston 51 is inserted through the radiation fins 54 for radiating the heat of the working gas generated by the compression to the outside, the partition wall 55 disposed on the drive unit 20 side of the compression cylinder 52, and the insertion hole 59b formed in the partition wall 55. And a compression piston rod 58 for transmitting a driving force to the motor.
[0026]
The compression cylinder 52 and the partition wall 55 are formed with an insertion hole 59a provided in parallel with the insertion hole 59b, and the displacer rod 35 is inserted into the insertion hole 59a.
[0027]
Thereby, the compression part 50 and the displacer part 30 can be arrange | positioned in the same direction, and it becomes possible to make the space occupied by a gas compression / expansion machine small.
[0028]
Seal members 71 and 72 are inserted into both ends of the insertion hole 59b through which the compression piston rod 58 is inserted, and seal members 73 and 74 are inserted into both ends of the insertion hole 59a through which the rod 73 is inserted. Thus, the oil does not enter the compression unit 50 and the displacer unit 30.
[0029]
Further, the radiating fin 54 is disposed so as to cover the compression cylinder 52 as described above, and a gas flow path G <b> 1 is formed between the radiating fin 54 and the compression cylinder 52.
[0030]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the compression unit 50 as viewed from the direction of arrow AA in FIG. The gas flow path G1 communicates with the compression space 53 via the groove M1 and is inserted through the displacer portion 30 via the groove M2. As a result, the working gas goes back and forth in the compression space 53, the groove M1, the gas flow path G1, the groove M2, and the displacer part 30 of the compression part 50.
[0031]
Next, the operation of the gas compressor / expander will be described based on the above configuration. As the crank mechanism 22 rotates, the rotational force is transmitted to the compression piston 51 and the displacer 31 via the connecting rods 24a, 24b, etc., and the compression piston 51 is reciprocated with a phase delayed by about 90 degrees with respect to the displacer 31. Come to exercise.
[0032]
When the compression piston 51 moves from the bottom dead center to the top dead center, the working gas in the compression space 53 is compressed. During this time, the displacer 31 moves upward and reaches the top dead center, and then moves downward.
[0033]
The working gas compressed with the upward movement of the compression piston 51 flows through the gas flow path G1, dissipates heat by the radiation fins 54, and is sent to the displacer unit 30 side. When the displacer 31 moves down, the working gas passes through the cool storage material 33, exchanges heat with the cool storage material 33, and is sent to the expansion space 34.
[0034]
As the displacer 31 reaches the bottom dead center, the compression piston 51 moves from the top dead center to the bottom dead center, and the working gas expands to lower the temperature. Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, external heat is absorbed as much as the temperature is lowered by expansion. That is, heat can be taken from the load 12.
[0035]
As the compression piston 51 approaches the bottom dead center, the displacer 31 starts to move upward, the working gas passes through the displacer 31, absorbs heat from the cold storage material 33, returns to the compression space 53, and one cycle is completed.
[0036]
In order to increase the coefficient of performance in such a cycle, it is necessary to quickly and efficiently dissipate the heat of the working gas compressed by the compression unit 50 to the outside. Therefore, in the present invention, a gap is formed between the heat radiating fin 54 and the compression cylinder 52 so that the gap becomes the gas flow path G1.
[0037]
Thus, by forming the gas flow path G1 along the outer periphery of the compression cylinder 52, the thermal contact area of the working gas can be increased most effectively, and heat can be efficiently released from the heat radiating fins 54 to the outside. Is possible. Therefore, in the case of a refrigerator, the coefficient of performance can be increased.
[0038]
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a sectional view of the gas compressor / expander according to the present embodiment. Since the drive unit and the displacer unit according to the present embodiment have the same configuration as that of the first embodiment, the same reference numerals are given and description thereof will be omitted as appropriate.
[0039]
The compression unit 60 is generated by compression by being provided with a compression cylinder 62 that houses the compression piston 61, a compression space 63 provided on the bottom side (lower side in FIG. 4) of the compression cylinder 62, and an outer surface of the compression cylinder 62. In order to dissipate the heat of the working gas to the outside, a heat dissipating fin 64 formed integrally with the compression cylinder 62, a partition wall 65 disposed on the drive unit 20 side of the compression cylinder 62, and an insertion hole 69b formed in the partition wall 65 are provided. It has a rod 68 or the like which is a compression piston that is inserted and transmits a driving force to the compression piston 61.
[0040]
The compression cylinder 62 and the partition wall 65 are formed with an insertion hole 69a provided in parallel with the insertion hole 69b, and the displacer rod 35 is inserted into the insertion hole 69a.
[0041]
Thereby, the compression part 60 and the displacer part 30 can be arrange | positioned in the same direction, and it becomes possible to make small the space occupied by a gas compression / expansion machine.
[0042]
Seal members 71 and 72 are inserted into both end portions of the insertion hole 69b through which the rod 68 is inserted, and seal members 73 and 74 are inserted into both end portions of the insertion hole 69a through which the displacer rod 35 is inserted. Thus, the oil is prevented from entering the compression unit 60 and the displacer unit 30.
[0043]
A groove M3 is formed in the compression space 63 portion at the boundary between the compression cylinder 62 and the partition wall 65. Furthermore, an annular gas flow path G2 is formed so that the insertion hole 69a is located inside. As a result, the compression space 63 of the compression unit 60 and the displacer unit 30 communicate with each other via the groove M3 and the gas flow path G2.
[0044]
With the above configuration, the gas compressor / expander operates in the same manner as in the first embodiment. That is, when the crank mechanism 22 rotates, the rotational force is transmitted to the compression piston 61 and the displacer 31 through the connecting rods 24a and 24b, and the phase of the compression piston 61 advances by approximately 90 degrees with respect to the displacer 31. Reciprocate.
[0045]
When the compression piston 61 moves from the top dead center to the bottom dead center, the working gas in the compression space 63 is compressed. During this time, the displacer 31 moves upward and reaches the top dead center, and then moves downward.
[0046]
The working gas compressed with the downward movement of the compression piston 61 flows through the gas flow path G <b> 2 to give heat to the compression cylinder 62, and the heat is radiated to the outside by the radiation fins 64. The working gas that has lost heat in this way is sent to the displacer unit 30 side.
[0047]
When the displacer 31 moves down, the working gas passes through the cool storage material 33, exchanges heat with the cool storage material 33, and is sent to the expansion space 34.
[0048]
As the displacer 31 reaches the bottom dead center, the compression piston 61 moves from the bottom dead center to the top dead center, and the working gas expands to lower the temperature. Since the expansion process at this time is an isothermal expansion process, external heat is absorbed as much as the temperature is lowered by expansion. That is, heat can be taken from the load 12.
[0049]
As the compression piston 61 approaches the top dead center, the displacer 31 starts to move upward, the working gas passes through the displacer 31, absorbs heat from the cold storage material 33, returns to the compression space, and one cycle is completed.
[0050]
In order to increase the coefficient of performance in such a cycle, it is necessary to quickly and efficiently exchange heat with the outside of the working gas. Therefore, in the present invention, the gas flow path G2 is formed around the insertion hole 69a to increase the thermal contact area of the working gas, and the heat radiation fins 64 are integrally formed on the outer surface of the compression cylinder 62 to increase the heat radiation efficiency. Is increasing.
[0051]
As a result, the heat of the working gas can be efficiently dissipated, and for example, the coefficient of performance of the refrigerator can be increased.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the insertion hole through which the displacer rod is inserted is formed in parallel with the compression piston rod, the compression portion and the displacer portion are arranged in the same direction. And the space occupied by the apparatus can be reduced. In addition, an annular gas flow path that communicates the compression portion and the displacer portion is formed so that the insertion hole is located inside, and a radiating fin is disposed so as to cover the compression cylinder, and the gap is formed between the gas passage and the gas passage. Since it becomes a flow path, it becomes possible to increase the heat contact area with the radiation fin of the working gas flowing through the gas flow path, and to increase the heat radiation efficiency to the outside.
[0053]
In the invention according to claim 2, since the insertion hole through which the displacer rod is inserted is formed in parallel with the compression piston rod, the compression portion and the displacer portion can be disposed in the same direction. The space occupied by the apparatus can be reduced. In addition, an annular gas flow passage that communicates the compression portion and the displacer portion is formed so that the insertion hole is located on the inside, and a radiating fin is integrally formed on the outer surface portion of the compression cylinder. The heat contact area of the working gas flowing from the compression section to the displacer section through the passage can be increased, and the heat dissipation efficiency to the outside can be increased by the radiation fins formed on the compression cylinder. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a gas compression / expansion machine that is first applied to the description of an embodiment.
2 is a cross-sectional perspective view of the gas compressor / expander of FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is a sectional view of a gas compression / expansion machine that is secondly applied to the description of the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a gas compressor / expander applied to the description of the conventional technology.
[Explanation of symbols]
20 drive unit 30 displacer unit 31 displacer 35 displacer rods 50, 60 compression units 51, 61 compression pistons 52, 62 compression cylinders 53, 63 compression spaces 54, 64 radiating fins 55, 65 partition walls 58, 68 compression piston rods M1, M2, M3 groove G1, G2 gas flow path

Claims

A driving part and a compression piston receiving a driving force from the driving part via a compression piston rod are reciprocally disposed in the compression cylinder to compress the working gas in the compression space formed in the compression cylinder. In a gas compression / expansion machine having a compression section, and a displacer receiving a driving force from the driving section through a displacer rod is reciprocally housed in an expansion cylinder to expand a working gas.
An insertion hole through which the displacer rod is inserted is formed side by side with the compression piston rod in the compression cylinder, the compression portion and the displacer portion are arranged in the same direction , and the insertion hole is located inside. In this way, an annular gas flow path that connects the compression portion and the displacer portion is formed , and heat radiation fins are provided to cover the compression cylinder so as to dissipate the heat of the compressed working gas to the outside. Te, gaps, features and be Ruga scan compressor / expander that obtained by forming the gas flow path formed between said radiation fins and said compression cylinder.

A driving part and a compression piston receiving a driving force from the driving part via a compression piston rod are reciprocally disposed in the compression cylinder to compress the working gas in the compression space formed in the compression cylinder. In a gas compression / expansion machine having a compression section, and a displacer receiving a driving force from the driving section through a displacer rod is reciprocally housed in an expansion cylinder to expand a working gas.
An insertion hole through which the displacer rod is inserted is formed side by side with the compression piston rod in the compression cylinder, the compression portion and the displacer portion are arranged in the same direction , and the insertion hole is located inside. In this manner, an annular gas flow path that communicates between the compression section and the displacer section is formed , and heat radiation fins are integrally formed on the outer surface portion of the compression cylinder, and compressed through the gas flow path. It features and to Ruga scan compressor / expander by comprising radiated by the radiating fin heat of the gas is conducted to the said compression cylinder.