JPH01142278A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は圧縮機に関する。

従来の技術 従来のこの種圧縮機は第２図のような構造になっていた
。

すなわちＸＸ／よシ上部の駆動部と、ＹＹ’より下部の
圧縮機部と、ｘｘ′とＹ　Ｙ／とではさまれたシール部
とからなっている。以下、駆動部はフリーピストン・ス
ターリングエンジン（以下ＦＰＳＥ、！：略称する）の
場合について説明する。また圧縮機部は冷媒圧縮機につ
いて冷媒回路と共に説明する。

先ず駆動部について説明すると容器１内にはヘリウム、
水素等のスターリングエンジンの作業流体（以下Ｈｅと
略称する）が封入されている。２は作業流体を加熱する
ための加熱器、３は作業流体を冷却するための冷却器、
４は再生器である。６は高温の作業流体の存在する膨張
空間、６は容器１内の空間を高温の作業流体の存在する
膨張空間６と低温の作業流体が存在する圧縮空間７とに
分割するように容器１の内壁とすきまを介しであるいは
接触しながら容器１に対して運動するディスプレーサ、
８は容器１の内壁と摺動しながら容器１内を上下に運動
する出力ビストン、９は出力ビストン８に結合されたロ
ッドである。

また１ｏはガスばね空間、１１は始動装置でシリンダ１
２、ピストン１３、クランク軸１４、連接棒１６からな
っている。１６はガスばね空間１゜と始動装置１１を連
通する流路で止弁１７が設けである。

次に圧縮機部について説明する。

１８はシリンダ、１９はロッドに結合された圧縮機ピス
トン、２ｏは圧縮コイルばねで、停止時にエンジンのＨ
ｅの圧力と冷媒の圧力との差圧による力を打消して出力
ビストン８が容器１の内壁に衝突したシ圧縮機ピストン
１９がシリンダ１８に衝突したシしないように設けられ
ている。２１は蒸発器、２２は吸入弁、２３は吐出弁、
２４は凝縮器、２６は膨張弁である。また２６は圧縮室
、２７はばね室である。

次にシール部について説明する。

２８はＨｅが穴２９を通って空気中にもれないようにす
るだめのロッドシー〃、３０は冷媒が穴２９を通って空
気中にもれないようにするためのロッドシールである。

作用について説明すると、先ず駆動部について説明する
とディスプレーサ６が下方に下がると、圧縮空間７の体
積は減少し、膨張空間５の体積は増加する。その為、圧
縮空間アの圧力は膨張空間６の圧力より高くなシ、この
差圧によって圧縮空間７および冷却器３の中にある低温
の作業流体は再生器４、加熱器２を通って膨張空間６の
方へ流れていく、このとき作業流体は再生器４および加
熱器２によって加熱される、そして再生器４は逆に冷却
される。

このようにして低温の作業流体が加熱される為圧縮空間
７、冷却器３、再生器４、加熱器２、膨張空間５を合わ
せた空間（以下作動空間と略称する）の圧力が増加し出
力ビストン８を引下げる。このとき出力ビストン８はロ
ッド９に対して仕事をする。一方デイスプレーサ６が下
がシ続けるとガスばね空間１０の圧力が次第は増加し、
ついにはディスプレーサ６は下がるのが止まシ今度は逆
に上昇を始める。

ディスプレーサ６が上昇すると今度は圧縮空間７の体積
は増加し膨張空間６の体積は減少する。その為膨張空間
５の圧力は圧縮空間７の圧力よシ高くなシこの差圧によ
って、膨張空間６および加熱器２の中にある高温の作業
流体は再生器４、冷却器３を通って圧縮空間７の方へ流
れていく、このとき作業流体は再生器４および冷却器３
によって冷却される。そして再生器４は逆に加熱される
。

このようにして高温の作業流体が冷却される為作動空間
の圧力が低くなシ出カビストン８を引上げる。

一部デイスプレーサ６が上がシ続けるとガスばね空間１
０の圧力は次第に減少し、ついにはディスプレーサ６は
上昇するのが止まシ今度は逆に下降を始める。

以上述べたような−まわシの過程に於て作業流体は加熱
器２によって得た熱の一部をロッド９に対する仕事に変
え、また一部を冷却器３にするのである。

また通常ディスプレーサ６の位置の位相は出力ビストン
８の位置の位相に対して６００〜９ｏ０進んでいる。

次に圧縮機部について説明すると、出力ビストン８、ロ
ッド９と共に動く圧縮機ピストン１９の上下の動きに伴
って圧縮室２６の体積が増減する。

したがって吸入管３１内の低圧の冷媒は吸入弁２２が開
くと圧縮室２６に吸入され、圧縮され吐出弁２３が開く
と吐出管３２へ排出される。吐出管３２へ排出された冷
媒は凝縮器２４で冷却されて凝縮し高圧の液相となシ、
膨張弁２５で膨張して低圧の気液二相となシ、蒸発器２
１で加熱され蒸発して低圧の気相となシ再び吸入管３１
へ流入する。

このようにして、蒸発器２１では低温が、凝縮器２４で
は高温が得られるのである。

さらに始動について説明する。本明細書で「始動」とは
圧縮機ピストン駆動用のエンジンが高温源から与えられ
る熱だけをエネルギの供給源として動き出すことをいう
。スターリングエンジンは最初にディスプレーサ６ある
いは出力ビストン８を何らかの方法で動かさないと始動
しないので、以下の方法で始動させる。

すなわち先ず加熱器２によりＨｅを加熱し冷却器３によ
りＨｅを冷却する。続いて止弁１７を開にし電動モータ
によりクランク軸１４を回転させ空間３３の体積を容量
させる。そうすると空間３３に連通するガスばね空間１
０の圧力が変化し、そのためディスプレーサ６が上下に
動きはじめる。

そうすると膨張空間５と圧縮空間７との間をＨｅが往復
し、加熱冷却をくり返す為圧力変化が生じ出力ビストン
８も動きはじめる。そしてディスプレーサ６および出力
ビストン８の振幅は膨張空間５の温度が上昇するにした
がって大きくなり、膨張空間６の温度が所定の温度以上
になシ、かつ圧縮空間７の温度が所定温度以下であり、
ディスプレーサ６、出力ビストン８の振幅がそれぞれ所
定値以上になったときに止弁１７を止めるとスターリン
グエンジンは始動する。

始動後は始動装置１１のクランク軸１４の回転を止める
。この後は始動装置１１から仕事をされることがなくて
もスターリングエンジンは加熱器２からＨｅに与えられ
た熱の一部を出力ビストン８に対する仕事にかえて動き
続は出力ビストン８と一体になって動く圧縮機ピストン
１９は冷媒に仕事をするのである。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは始動前には膨張弁２
５の上流は気相あるいは気液二相状態である為、定常運
転時の液相状態の時にくらべて流通抵抗が大きい、その
為圧縮機ピストン１９、即ち出力ビストン８を始動に必
要な振幅で振動させるのにこの流通抵抗は抵抗となる。

また、ばね空間２７は冷媒が閉込められているためガス
ばねとなっており、これもまた圧縮機ピストン１９を振
動させるのに大きな抵抗となる。以上のような始動前に
圧縮機ピストン１９を所定の振幅で振動させる時の抵抗
の為に始動装置１１のクランク軸１４を駆動する電動モ
ータはかなシ大出力のものが必要であった。

このことは圧縮機ピストン１９を駆動するエンジンがフ
リーピストン・オツトーエンジンの場合も同様である。

また圧縮機ピストン１９をリニアモータで駆動する時に
は、圧縮機ピストン１９を停止状態から動かし始める時
に圧縮機ピストン１９を振動させるのに必要な力および
エネルギが大きいとりニアモータに大電流が流れる為に
大きな線路容量が必要となる。

そこで本発明は圧縮機が停止状態から動きはじめる過渡
的な状態に於てピストンを駆動する力とエネルギを減少
させ、もって過渡的な状態に於てピストンを駆動する装
置あるいはその付属装置の容量を小さくしようとするも
のである。

問題点を解決するだめの手段 本発明は、圧縮室とばね室との連通を断続する手段を設
けたことを特徴とする。

作　　用 圧縮機が停止状態から動きはじめる過渡的な状態に於て
は圧縮室とばね室を連通状態にする。その結果ピストン
を駆動する力とエネルギが小さくなりピストンを駆動す
る装置あるいはその付属装置の容量が小さくできる。

実施例 以下本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明する
。なお、説明を簡けりにするために従来例と同一の構成
は同一の番号を付し、また同一の構成作用をする所の説
明は省略する。

先ず構成について説明する。３４は吸入管３１と吐出管
３２とを連通ずる流路３６に設けられた止弁、３６はば
ね室２７と流路３５とを連通ずる流路３７に設けられた
止弁である。またクランク軸１４旭動用の電動モータは
従来例のものより小出力のものが設けられている。

次に作用について説明する。スターリングエンジンを始
動させるときは次のように行う。先ず加熱器２によりＨ
ｅを加熱し冷却器３によｐＨｅを冷却する。次に圧縮機
部の止弁３４，３６を開にし、圧縮室２６とばね室２７
とを連通ずる。続いて止弁１アを開にし、クランク軸１
４を電動モータで枢動する。

そうすると、ガスばね空間１ｏの圧力が増減するのでデ
ィスプレーサ６が上下に振動し、その為に発生するＨｅ
の圧力変化によって出力ビストン８、ロッド９、圧縮機
ピストン１９が共に振動する。

このとき止弁３４．３６が開である為、圧縮室２６とば
ね室２７とを連通した状態になり、圧縮室２６とばね室
２７とはほぼ同一の圧力となる。時間が経過して、膨張
空間５の温度が所定値以上になり、圧縮空間７の温度が
所定値以下になシ出カビストン８とディスプレーサ６の
振幅がそれぞれ所定値以上になったときに止弁１７を止
めるとスターリングエンジンは始動する。この後始動装
置１１のクランク軸１４の枢動モータを止め１、止弁３
４゜３６を閉止しはじめる。

止弁３４．３６の閉止後金まで圧縮室２６、ばね室２７
、流路３５，３７の中を流動していた冷媒は吸入管３１
、圧縮室２６、吐出管３２、凝縮器２４、膨張弁２６、
蒸発器２１の順に冷媒回路を循環し始めるら ところで本実施例に於ては、スターリングエンジンの始
動前に止弁３４．３６を開にし圧縮室２６とばね室２７
とを連通ずることにより、圧縮機ピストン１９を駆動す
る力とエネルギを従来例にくらべて減少させている為、
始動装置１１のクランク軸１４を駆動する電動モータ出
力を小さくできるという効果がある。

なお、本実施例に於ては圧縮機ピストン１９はフリーピ
ストン・スターリングエンジンで駆動しているが、これ
によらずフリーピストン・オツトーエンジン等の内燃機
関でもよく、この場合も始動に要する出力ビストン８の
駆動力と枢動エネルギが低減でき、始動用電動モータ出
力を小さくできる。

また圧縮機ピストン１９の駆動にリニアモータを用いて
もよく、この場合には圧縮機ピストン１９を停止状態か
ら動かし始める時に、リニアモータに流れる最大電流が
小さくなるので線路容量が小さくできる。

発明の効果 本発明は、圧縮室とばね室との連通を断続する手段を有
し圧縮機が停止状態から動きはじめる過渡的な状態に於
ては圧縮室とばね室を連通状態にするものであり、ピス
トンを駆動する力とエネルギが小さくなり、その結果ピ
ストンを過渡的な状態に於て駆動する装置あるいはその
付属装置の容量が小さくできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の圧縮機の縦断面図、第２図
は従来例の圧縮機の縦断面図である。 １・・・・・・容器、２・・・・・・加熱器、３・・・
・・・冷却器、４・・・・・・再生器、６・・・・・・
ディスプレーサ、８・・・・・・出力ビストン、９・・
・・・・ロッド、１０・・・・・・ガスばね室間、１１
・・・・・・起動装置、１７・・・・・・止弁、１８・
・・・・・シリンダ、１９・・・・・・圧縮機ピストン
、２１・・・・・・蒸発器、２４・・−・・・凝縮器、
２６・・・・・・膨張弁、２６・・・・・・圧縮室、２
７・・・・・・ばね室、２８，３０・・・・・・ロッド
シール、３５．３７・・・・・・流路、３４．３６・・
・・・・止弁。 第　ｌ　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダと、前記シリンダの内壁に摺動しながら
   往復運動するピストンと、前記シリンダと前記ピストン
   とで囲まれ圧縮される流体が流入し加圧されて流出する
   圧縮室と、前記シリンダとピストンとで囲まれ前記圧縮
   室とは前記ピストンとで隔てられているばね室と、前記
   圧縮室とばね室との連通を断続する手段と、ピストンを
   駆動する手段とを有する圧縮機。
2. （２）圧縮室とばね室との連通を断続する手段は、圧縮
   室へ流入する低圧の流体の流れる吸入管、前記圧縮室か
   ら流出する高圧の流体の流れる吐出管および前記ばね室
   間の連通を断続する手段であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の圧縮機。
3. （３）ピストンを駆動する手段をスターリング機関とし
   た特許請求の範囲第１項記載の圧縮機。
4. （４）スターリング機関が始動する以前に圧縮室とばね
   室との連通を断たない特許請求の範囲第３項記載の圧縮
   機。