JP4704781B2

JP4704781B2 - 音響圧縮機

Info

Publication number: JP4704781B2
Application number: JP2005087941A
Authority: JP
Inventors: 正昭川橋; モハメドアンワーホセイン; 完藤岡
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: JP2006266203A

Description

本発明は、音響共振に基づく圧力変動を利用した、気体用音響圧縮機に関する。

音響共振管の大径の基端部の内側に、駆動音源をもって、微小振幅で軸方向に高速で往復運動させられるピストンを設け、このピストンの往復運動に伴う音響共振管内の圧力変動によって、気体を、小径の先端部から、音響共振管内へ吸入して吐出させるようになっている音響圧縮機は公知である（例えば特許文献１）。

この音響圧縮機は、ピストンを軸線方向に微小振幅で往復させた際のピストンの運動に伴う管内気柱の共振現象により生じる音響定在波の振幅圧力変動を利用しているもので、作動部としては、音響共振管の基端内部側に設けたピストンを高速で往復運動させる加振装置を備えているのみである。

従って、構造がきわめて簡単で、故障のおそれも小さいという特長を有し、今後広く利用されるものと期待されている。

上述した音響圧縮機は、高速で微振動するピストンの表面において発生する音波を小径の先端部へ伝播させて、所望の吸排気作用を行わせるものであるが、運転に伴って発生した熱によって、音響共振管の長さが長くなると、共振周波数が下がり、必要な圧力を得ることができなくなる。

このような問題を解決するために、音響共振管内で発生した熱によって共振周波数が低下した場合、これを検出して、周波数コントローラにより、基準の共振周波数へ戻すことが行われている（特許文献２）。

しかし、この方式を利用した場合、コストが上昇するとともに、装置全体の寸法が大となり、設置上問題が生じていた。
特開２００４−１１６３０９号公報特公平５−７８６８０号公報

そこで本発明は、運転に伴って音響共振管の内部の温度が上昇しても、音響共振管が、その温度の影響を受けて軸線方向に伸びるのを極力押さえることができ、かつ分割構造とすることにより、各部毎に最適の特性を有するものとし、また使用条件に応じて、各部を寸法の異なるものと交換しうるようにした新規な気体用音響圧縮機を提供することを目的としている。

本発明によると、上記課題は次のようにして解決される。
(１)大径の基端筒と小径の先端筒とを有する音響共振管における前記基端筒の内側に、加振装置により軸線方向に往復振動させられるピストンを設け、このピストンの往復運動に伴う音響共振管内の圧力変動によって、気体を、前記先端筒に設けた吸排バルブ装置から、音響共振管内へ吸入して吐出させるようにした音響圧縮機において、前記音響共振管における基端筒を、高温時の伸びおよび摺動抵抗が小さい自己潤滑性樹脂からなるものとし、前記先端筒を、放熱が良好で、十分な強度を有する金属からなるものとし、かつ両者を、昇温時の伸びの小さい樹脂からなる中間筒をもって接続する。

(２)上記(１)項において、中間筒と、それに接続される基端筒もしくは先端筒との間に、放熱性パッキンを挟設する。

(３)上記(１)または(２)項において、吸排バルブ装置と先端筒との間に、放熱性パッキンを挟設する。

(４)上記(１)または(２)項において、吸排バルブ装置と先端筒を一体化する。

(５)上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、基端筒を、重合度１,０００以上の重合体であるポリアセタールからなるものとする。

(６)上記(１)〜(５)項のいずれかにおいて、先端筒を、アルミニウム系もしくはマグネシウム系の軽合金からなるものとする。

(７)上記(１)〜(６)項のいずれかにおいて、中間筒を、ＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックからなるものとする。

(８)上記(２)〜(７)項のいずれかにおいて、放熱性パッキンを、放熱性のすぐれた金属からなるものとする。

(９)上記(２)〜(８)項のいずれかにおいて、放熱性パッキンを、周辺部が、接続される筒体より外側方へ突出するものとする。

(10)上記(９)項において、放熱性パッキンにおける筒体より外側方へ突出する周辺部に、多数の放熱促進用切込みを付与する。

(11)上記(９)または(10)項において、放熱性パッキンにおける筒体より外側方へ突出する周辺部に、多数の放熱促進用凹凸を形成する。

(12)上記(９)〜(11)項のいずれかにおいて、放熱性パッキンにおける筒体より外側方へ突出する周辺部に、多数の放熱促進用透孔を穿設する。

請求項１記載の発明：−
基端筒が、高温時の伸び、および摺動抵抗が小さい自己潤滑性樹脂からなっているため、ピストンの作動効率は良好であるとともに、従来の金属製のものに比して軽量である。
先端筒が、放熱が良好で、十分な強度を有する金属からなっているため、最も高熱となる吸排バルブ装置の熱は良好に放散され、かつ強度的にも問題はない。さらに中間筒は、伸びの小さい樹脂からなっているため、従来の金属製のものに比して軽量であるとともに、運転に伴う伸びによる性能の低下は小である。

請求項２記載の発明：−
一般に、各筒の接続部において、熱が滞留する傾向があるが、このような滞留熱は、放熱パッキンを介して外部へ放散されるとともに、熱が他の筒へ伝導するのが防止されるので、性能が低下するおそれは小さい。

請求項３記載の発明：−
運転時最も高熱となる吸排バルブ装置の熱が良好に放熱されるので、性能低下は抑止されるとともに、長期の運転に耐えることができる。

請求項４記載の発明：−
吸排バルブの熱は、それと一体をなす先端筒を介して放熱されるので、過熱による性能低下その他の弊害は防止される。

請求項５記載の発明：−
ピストンの外周面に刻設されている凹溝に嵌合されているシール部材の基端筒に対する摺動抵抗は小さく、かつピストンの摺動に伴う発生熱量は小さいので、長時間運転しても、圧縮機としての性能低下は防止されるとともに、シール部材の摩耗は軽減され、かつ運転に必要な動力は低減され、また軽量化を図ることができる。

請求項６記載の発明：−
最も高熱となる先端筒よりの放熱は良好に行われる。

請求項７記載の発明：−
中間筒の強度は大であるとともに、軽量であり、かつ熱による伸びは小さい。

請求項８記載の発明：−
筒同士の接続部における熱は、放熱パッキンより良好に放散される。

請求項９記載の発明：−
接続されている筒体の熱は、放熱性パッキンの外側方へ突出する周辺部から、良好に放散される。

請求項１０記載の発明：−
放熱性パッキンの外側方へ突出する周辺部に設けてある多数の切込みにより、放熱面積が増えるとともに、運転に伴い、多数の切込みの間の部分が微振動するので、きわめて効果的に放熱が行われる。

請求項１１記載の発明：−
放熱性パッキンの周辺部に設けてある多数の凹凸により、放熱面積は大となっているので、良好な放熱が行われる。

請求項１２記載の発明：−
放熱性パッキンの周辺部の透孔からも、効果的な放熱が行われる。

図１は、本発明の音響圧縮機の一例を示す。
(１)は音響共振管で、大径の基端筒(２)と、気体を音響共振管(１)に対して吸入排出させる吸排バルブ装置(３)を上面に支持する小径の先細状の先端筒(４)と、基端筒(２)と先端筒(４)を良好な連続性をもって連結する先細状の中間筒(５)とからなっている。

基端筒(２)は、高温時の伸び、および摺動抵抗が小さい自己潤滑性樹脂、例えば重合度１,０００以上の重合体であるポリアセタール（例えば、米国デュポン社商標「デルリン」）からなっている。

中間筒(５)は、昇温時の伸びの小さい樹脂、例えばＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックからなっている。

先端筒(４)は、放熱が良好で、十分な強度を有する金属、例えばアルミニウム系もしくはマグネシウム系の合金からなっている。

吸排バルブ装置(３)は、一側面に入口孔(12)を備え、かつ底壁(13)の下面に外気吸入用の内向き逆止弁(14)付き吸入孔(15)を備える吸込室(16)と、他側面に出口孔(17)を備え、かつ底壁(13)の上面に加圧気体吐出用の外向き逆止弁(18)付き吐出孔(19)を備える吐出室(20)を並設したものである。

底壁(13)には、外向フランジ(13a)が一体的に形成されている。

内向きおよび外向き逆止弁(14)(18)は、それぞれ一端を、吸込室(16)の底壁(13)の下面、および吐出室(20)の底壁(13)の上面に止着した薄肉鋼板等からなるリード弁、あるいはゴム板弁からなっている。しかし、ボール式その他の型式のものであってもよい。

外向き逆止弁(18)の開弁抵抗力は、内向き逆止弁(14)のそれに比して、かなり大きく定められている。
吸込室(16)と吐出室(20)は、隔壁(21)で区分されている。

前記各筒(２)(３)(４)の接続面における対向する外向フランジ(2b)(5a)、(5b)(4a)同士、並びに先端筒(４)の上端の外向フランジ(4b)を吸排バルブ装置(３)の底壁(13)と一体をなす外向フランジ(13a)は、それぞれ、放熱性パッキン(22)(23)(24)を介して重合され、適宜のボルト(７)をもって締着されている。

各筒(２)(５)(４)の下端および上端には、それぞれ外向フランジ(2a)(2b)、(5a)(5b)、(4a)(4b)が突設されている。

基端筒(２)の下端の外向フランジ(2a)は、加振装置(６)の上面に重合され、両者は、適数のボルト(７)をもって締着されている。

加振装置(６)は支持台を兼ね、上面に、図に表れない適宜の振動ユニットにより、ロッド(８)を介して、上下に振動させられるピストン(９)を備えている。ピストン(９)は軽合金からなり、基端筒(２)の下部内側に嵌合されている。

ピストン(９)の外周面に形成された凹溝(10)内にはシール部材(11)が嵌合され、シール部材(11)は、基端筒(２)の内面に摺接している。

放熱性パッキン(22)(23)(24)は、放熱性および押圧時のなじみ性のすぐれた、やや軟質の金属、例えばマグネシウムその他の軽合金の薄板からなっている。

放熱性パッキン(22)(23)(24)の周辺部は、それが締着される各筒(２)(５)(４)の外向フランジ(2b)(5a)、(5b)(4a)、(4b)(13a)より外側方へかなり突出している。
この突出部には、図２〜図４に、中間筒(５)と先端筒(４)との間における放熱性パッキン(23)を代表として示すように、外周縁より、多数の放熱促進用の求心方向の切込み(25)、多数の放熱促進用凹凸(26)、もしくは多数の放熱促進用送孔(27)が設けられている。

吸排バルブ装置(３)と先端筒(４)を一体化して、その間に設けられる放熱性パッキンを省略することもある。

本発明の実施形態を示す縦断正面図である。放熱性パッキンの例を示す平面図である。放熱性パッキンの別の例を示す平面図である。放熱性パッキンのさらに別の例を示す平面図である。

符号の説明

(１)音響共振管
(２)基端筒
(2a)(2b)外向フランジ
(３)吸排バルブ装置
(４)先端筒
(4a)(4b)外向フランジ
(５)中間筒
(5a)(5b)外向フランジ
(６)加振装置
(７)ボルト
(８)ロッド
(９)ピストン
(10)凹溝
(11)シール部材
(12)入口孔
(13)底壁
(13a)外向フランジ
(14)内向き逆止片
(15)吸入孔
(16)吸込室
(17)出口孔
(18)外向き逆止弁
(19)吐出孔
(20)吐出室
(21)隔壁
(22)〜(24)放熱性パッキン
(25)切込み
(26)凹凸
(27)透孔

Claims

大径の基端筒と小径の先端筒とを有する音響共振管における前記基端筒の内側に、加振装置により軸線方向に往復振動させられるピストンを設け、このピストンの往復運動に伴う音響共振管内の圧力変動によって、気体を、前記先端筒に設けた吸排バルブ装置から、音響共振管内へ吸入して吐出させるようにした音響圧縮機において、前記音響共振管における基端筒を、高温時の伸びおよび摺動抵抗が小さい自己潤滑性樹脂からなるものとし、前記先端筒を、放熱が良好で、十分な強度を有する金属からなるものとし、かつ両者を、昇温時の伸びの小さい樹脂からなる中間筒をもって接続したことを特徴とする音響圧縮機。
中間筒と、それに接続される基端筒もしくは先端筒との間に、放熱性パッキンを挟設したことを特徴とする請求項１記載の音響圧縮機。
吸排バルブ装置と先端筒との間に、放熱性パッキンを挟設したことを特徴とする請求項１または２記載の音響圧縮機。
吸排バルブ装置と先端筒を一体化してなる請求項１または２記載の音響圧縮機。
基端筒を、重合度１,０００以上の重合体であるポリアセタールからなるものとした請求項１〜４のいずれかに記載の音響圧縮機。
先端筒を、アルミニウム系もしくはマグネシウム系の軽合金からなるものとした請求項１〜５のいずれかに記載の音響圧縮機。
中間筒を、ＰＰＳ等のエンジニアリングプラスチックからなるものとした請求項１〜６のいずれかに記載の音響圧縮機。
放熱性パッキンを、放熱性のすぐれた金属からなるものとした請求項２〜７のいずれかに記載の音響圧縮機。
放熱性パッキンを、周辺部が、接続される筒体より外側方へ突出するものとした請求項２〜８のいずれかに記載の音響圧縮機。
放熱性パッキンにおける筒体より外側方へ突出する周辺部に、多数の放熱促進用切込みを付与してなる請求項９記載の音響圧縮機。
放熱性パッキンにおける筒体より外側方へ突出する周辺部に、多数の放熱促進用凹凸を形成してなる請求項９または１０記載の音響圧縮機。
放熱性パッキンにおける筒体より外側方へ突出する周辺部に、多数の放熱促進用透孔を穿設してなる請求項９〜１１のいずれかに記載の音響圧縮機。