JPH03164579A - 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ム 従来の技術 従来　この種圧縮機としては第３図に示すような構造の
ものがあも　本図に開示の圧縮機は冷凍機などに用いる
冷媒圧縮機　圧縮機ピストンの駆動手段はフリーピスト
ン型スターリング・エンジンを用いた例であり全体はエ
ンジン服　シール部および圧縮機部からなっていも 先ずエンジン部について説明す２１．１は容器でその中
にヘリウな　窒素などのスターリングエンジンの作業流
体く以下Ｈｅと略称する）が封入されていも　２は作業
流体を加熱する加熱像　３は作業流体を冷却する冷却器
　４は再生器であａ５は容器ｌの内壁と摺動しながら上
下に運動するディスプレーサ、６は容器１の内壁と摺動
しながら上下に運動する出力ビストン、　７は出力ビス
トン６に結合されたロッドであａ ざらへ　８は圧縮空間９と出力ビストン６のシリンダ１
０との摺動面に設けられた環状溝１１とを連通ずる流量
　１２はその一端はシリンダ１０側から出力ビストン６
のシリンダ１０との隙間に開口し他端はバウンス空間１
３に開口している流路であａ 次に圧縮機部について説明すも　１４はシリンダ′、　
１５はロッド７に結合されシリンダ１４内をシリダ１４
の内壁に摺動あるいはシリンダ１４と隙間を介して運動
する圧縮機ピストン、　２６は低圧の流体が流動する低
圧流１％　　１６は円盤の周囲の一部を切り欠いてなる
吸入弁、　１７は圧縮室であ＆　　１８は吐出弁、　１
９は高圧流量　２０は凝縮器　２１は膨張弁、　２２は
蒸発器であへ次にシール部について説明すモ２３、２４
はエンジン部のヘリウムと圧縮機部の冷媒とが混合しな
いように設けられたシール装置　２５はシール装置２３
、２４から洩れたＨｅあるいは冷媒を大気に放出するた
めの流路であム 以下作用について説明すも 容器１内のＨｅ　１表　　加熱器２では加熱され冷却器
３では冷却されるた八　この両者の間に温度差ができる
。その結果　ディスプレーサ５および出力ビストン６は
上下に振動すも　この場合通家ディスプレーサ５の位置
の位相角は出力ビストン６の位置の位相角に対して６０
°〜９０°進んでいも 圧縮機部はフリーピストン型スターリング・エンジンで
駆動されるロッド７に結合されている圧縮機ピストン１
５は出力ビストン６と同じ速度で運動していも　圧縮機
ピストン１５の上下運動に伴って低圧流路２６の低圧低
温の気相冷媒は吸入弁１６を通って圧縮室１７へ流入し
圧縮されて高圧高温となり吐出弁１８を通って高圧流路
１９へ流出すも　さらに凝縮器２０に流入して高圧の液
相となり膨張弁２１に流入流出して低圧低温の気液二相
となりさらに蒸発器２２で加熱され　低圧低温の気相と
なり低圧流路２６へ流入する。

以上述べたような−回りの過程において圧縮機ピストン
１５が冷媒にした仕事と冷媒が蒸発器２２で得た熱の和
は凝縮器２０で冷媒から捨てられベ　そして蒸発器２２
および凝縮器２０で冷熱および温熱がそれぞれ利用でき
も 上記構造において、流路８と流路１２とが摺動部で連通
ずると、圧縮圧間９とバウンス空間１３とが均圧す黴　
しかもロッド１６の断面積はたいへん小さくしであるの
で、流路８、１２の作用で出力ビストン６はほぼ第３図
に示す位置を中心にして振動する。

ところで、必要とされる冷媒流量（流量は質量流量）は
変化するた八　加熱器２の加熱量等を増減させ、圧縮機
ピストン１５のストロークを変化させて対応する。

例えば　今仮に圧縮機ピストン１５がその最大運動範囲
いっばいに振動しているとすべ　この隊圧縮機ピストン
１５の押し退は体積は最大であり、しかもトップクリア
ランス（運転中の圧縮機ピストン１５下面とシリンダ底
面との最短距離）は最小であるたへ　体積効取　断熱効
率共に最大となり冷媒流量も最大となも ここからさらにストロークを減少させると、圧縮機ピス
トン１５の押し退は体積は減少よ　しかもトップクリア
ランスは増加するため体積効取断熱効率共に減少よ　そ
の結果冷媒流量は減少すも 発明が解決しようとする課題 しかし　この様な構造のものでは　圧縮機ピストン１５
のストロークの減少につれてトップクリアランスが増加
し　それにともなって体積効取断熱効率共に減少するた
べ　トップクリアランスが変化しない場合にくらべてエ
ネルギ損失が増加するという欠点があっ九 そこで、本発明は圧縮機ピストン１５のストロークが減
少してＬ　トップクリアランスを小さく保板　体積効凧
　断熱効率の減少を小さくシエネルギ損失を減少させて
エネルギの有効利用を図るものであも 課題を解決するための手段 そして上記課題を解決する本発明の技術的な手段Ｃ；Ｌ
　　シリンダと、前記シリンダ内をシリンダ内壁に摺動
可能なように配設されたピストンと、前記ピストンの駆
動手段と、シリンダおよびピストンと共に流体がその中
に流入流出する圧縮室を形成するようにシリンダ内に配
設された可動壁と、前記ピストンと前記可動壁との最短
距離を調節する手段とを備えたことを特徴とすａ 作用 この技術的手段による作用は次のようになる。

即坂　圧縮機のシリンダ内をピストンが駆動手段によっ
て往復運動し　これにともな０圧縮室の体積が変化し　
流体がその中に流入流出すも−Ｘ　　ピストンと前記可
動壁との最短距離を調節する手段（ヨトツブクリアラン
スを小さく保つように可動壁の位置を調節すも　その結
果　前言己調節する手段が無い場合にくらべて体積効取
　断熱効率が増加する。

実施例 以下本発明の一実施例につりＡで、第１図および第２図
に基づいて説明すも　第３図番こホした従来例と構成が
同一のもの（友　同一番号をつ（す説明を省略する。

第１図および第２図において圧縮機は冷凍機などに用い
る冷媒圧縮筬　圧縮機ピストンの駆動手段はフリーピス
トン型スターリング・エンジンを用いた例であム ２７はシリンダ１４の内壁に摺動可能なように設けられ
た可動壁は２８高圧流路内の流体から冷媒と冷凍機油（
以下油と略称する）を分離し冷凍機油をその下部に貯留
させる油分離器　２９は油分離器２８下部と空間３０と
を連通する流量　３１は流路２９に取り付けられた流量
制御弁、　３２は逆止弁であも　また３３は高圧流路２
６と空間３０とを連通する流量　３４は痺路３３に設け
られたリリーフ弁、　３５は逆止弁であａ　さらに３６
は空間３０内の圧力を検出する圧力センサ、　３７は圧
力センサ３６の信号を受けて流量制御弁３１の開度を制
御する制御装置である。

また吸入室４１と吐出室３９は円筒の曲面をえぐるよう
な形で゛可動壁２７に設けられており、吐出室３９から
吸入室４１への冷媒の漏れはほとんど無いように構成さ
れている。さらに　可動壁２７には回りどめが設けられ
ており、低圧流路２６と吸入室４１、および高圧流路１
９と吐出室３９とが常に連通ずるように構成されていも
以下作用について説明すも　ディスプレーサ５が下がる
と圧縮空間９の体積は減少し膨張空間３８の体積は増加
す黴　そのため圧縮空間９の圧力は膨張空間３８の圧力
より高（なり、この差圧によって圧縮空間９および冷却
器３の中にある低温のヘリウムは再生器４、加熱器２を
通って膨張空間３８の方へ流れていく、このときヘリウ
ムは再生器４および加熱器２によって加熱されゑ　そし
て再生器４は逆に冷却されも この様にして低温のヘリウムが加熱されるため圧縮空間
９、冷却器３、再生器４、加熱器２、膨張空間９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６を引き下げもこのとき出力ビストン６はロ
ッド７に対して仕事をす４ ディスプレーサ５が下がりつづけるとガスばね空間３９
の圧力が次第に増加し　遂にはディスプレーサ５は下が
るのが止まり今度は逆に上昇を始めも　ディスプレーサ
５が上昇すると今度は圧縮空間９の体積は増加し膨張空
間３８の体積は減少すべ　そのため膨張空間３８の圧力
は圧縮空間９の圧力より高くなりこの差圧によって膨張
空間３８および加熱器２の中にある高温のヘリウムは再
生器４、冷却器３を通って圧縮空間９の方へ流れていく
、このときヘリウムは再生器４および冷却器３によって
冷却されも　そして再生器４は逆に加熱されも　この様
にして高温の作業流体が冷却されるため作動空間の圧力
が低くなり出力ビストン６を引き上げも ディスプレーサ５が上がりつづけるとガスばね空間３９
の圧力が次第に減少し　遂にはディスプレーサ５は上が
るのが止まり今度は逆に下降を始めａ　以上述べたよう
な−回りの過程においてヘリウムは加熱器２によって得
た熱の一部をロッド７に対する仕事に、変え　一部を冷
却器３に捨てるのであａ　通常ディスプレーサ５の位置
の位相角は出力ビストン６の位置の位相角に対して６０
゜〜９０”進んでいも ところで圧縮機部についてはフリーピストン型スターリ
ング・エンジンで駆動されるロッド７に結合されている
圧縮機ピストン１５は出力ビストン６と同じ速度で運動
していも　圧縮機ピストン】５の上下運動に伴って低圧
流路２６の低圧低温の気相冷媒は吸入弁１６を通って圧
縮室１７へ流入し圧縮されて高圧高温となり吐出弁１６
を通って高圧流路１９へ流出すも　さらに凝縮器２ｏに
流入して高圧の液相となり膨張弁２１に流入　流出して
低圧低温の気液二相となり、さらに蒸発器２２で加熱さ
れ　低圧低温の気相となり低圧流路２６へ流入すも 以上述べたような−回りの過程において圧縮機ピストン
１５が冷媒にした仕事と冷媒が蒸発器２２で得た熱の和
は凝縮器２０で冷媒から捨てられム　そして蒸発器２２
および凝縮器２ｏで冷熱および温熱がそれぞれ利用でき
も ところで圧縮機のトップクリアランスの制御は次のよう
に行なっていも　即坂　圧縮機ピストン１５のストロー
クは通常冷温熱の利用側から発信される信号に基すいて
制御されも　例えば蒸発器２２の冷熱を利用して部屋の
冷房を行なっている場合は室温の目標値と現在値の信号
に基づき、加熱器２の加熱量等を増減させて圧縮機ピス
トン１５０ストロークを変化させ室温の現在値を目標値
に近ずけるように制御すも 圧縮機ピストン１５のストローク変化によってトップク
リアランスが変化する。そこで空間３０の油の量を調節
してをトップクリアランスを制御していも 圧縮機ピストン１５が運動している隊　吐出室３９から
高圧流路１９に排出された冷媒と油は油分離器２８で冷
媒と油に分離され冷媒は凝縮器２０へ向かｌ、Ｘ、油は
流量制御弁３１を通って空間３０へ流入すゑ　空間３０
内の油は可動壁２７に設けられた穴４０から吸入室４１
へ流入すも　圧力センサ３６は空間３０の圧力信号を制
御装置３７に送信していも 今、仮に圧縮機ピストン１５の振幅が増加し圧縮機ピス
トン１５下面と可動壁２７上面とが衝突すると空間３０
内の圧力が大きくなるので制御装置３７は流量制御弁３
１の開度を減らし可動壁２７を下げも　そして衝突がな
くなり空間３ｏの圧力が下がると再び流量制御弁３１の
開度を増やし可動壁２７を上げる。

以上のようにして圧縮機ピストン１５の振幅が変化して
もトップクリアランスを小さく保つように可動壁２７の
位置を制御すも その結果　従来例に比べ圧縮機ピストン１５のストロー
クを減少させたとき、体積効取　断熱効率の減少量が少
なくなり、その結果　エネルギの有効利用が図れも また　穴４０は空間３０内の気相冷媒を、空間３０内の
圧力（通常圧縮室１７の圧力に等しい）と吸入室４１の
圧力との差圧で吸入室４１に排出すると共鳳　空間３０
内の油を吸入室４１を通して圧縮室１７へ送り込へ　も
って圧縮機ピストン１５と可動壁２７との衝突時の衝撃
を油で緩和し破壊を防いでいも また　圧縮機ピストン１５の運動によって圧縮室１７の
圧力が変動し　可動壁２７に上下方向の変動力が働（力
ｔ　穴４０および流量制御弁３１の抵抗により、可動壁
２７の圧縮機ピストン１５の運動と同振動数の変位（′
！Ｓ　非常に小さｌ、％加えて、リリーフ弁３４は制御
装置３７の故障等により、圧縮機ピストン１５と可動壁
２７とが激しく衝突し　空間３０内の圧力が異常に上昇
したときに開き空間３０内の油を高圧流路１９に放出し
破壊を防いでいも また　運転東　低圧流路２６あるいは高圧流路１９の圧
力が変動すると、圧縮機ピストン１５の振動の中心位置
が僅かに変動することがある力（制御装置３７はこの場
合にもトップクリアランスを小さく保つように可動壁２
７の位置を制御する事が可能である。

な抵　本実施例で（上　可動壁２７の位置制御は空間３
０内の油の質量を調節して行なっている力（この方法に
よらず可動壁２７を、直接ねじ機構やカム機構で駆動し
てもよ（〜　この場合、これらの機構は圧力センサ３６
の圧力信号を受けて制御装置３７が発信する信号によっ
て、　トップクリアランスを小さく保つように制御され
も また　本実施例で【よ　圧縮機は冷凍機などに用いる冷
媒圧縮機であるが圧縮される流体は冷媒に限らず例えば
空気等でもよｔ、％　　また圧縮機ピストン１５の駆動
手段はフリーピストン型スターリング・エンジンを用い
ているがこれに限らずフリーピストン型内燃機限　リニ
アモータ等でもよし一発明の効果 本発明によれは　ピストンのストロークが変化しても可
動壁と圧縮機ピストンとの最短距離を小さく保つことが
できるた八　体積効取　断熱効率の減少量が少なくなり
、その結果　エネルギの有効利用が図れも

【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献策２図は第
１図の要部拡大医　第３図は従来例の圧縮機の縦断面図
であも １・・容麻　２・・加熱銖　３・・冷却法　４・・再生
縁　５・・ディスプレーサ、　６・・出力ビストン、　
７・・ロッド、　１０．１４・・シリンダ、　１５・・
圧縮機ピストン、　２６・・低圧流区　１６・・吸入弁
、　１７・・圧縮室　３０・・生血　１８・・吐出弁、
　１９・・高圧流量　２０・・凝縮縁　２１・・膨張弁
、　２２・・蒸発銖２８、・・油分離縁　３１・・流量
制御弁、　３２、３５・・逆止光　３４・・リリーフ弁
、　３７・・制御装置　３６・・圧力センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダと、前記シリンダ内をシリンダ内壁に摺
   動可能なように配設されたピストンと、前記ピストンの
   駆動手段と、シリンダおよびピストンと共に流体がその
   中に流入流出する圧縮室を形成するようにシリンダ内に
   配設された可動壁と、前記ピストンと前記可動壁との最
   短距離を調節する手段とを有する圧縮機。
2. （２）ピストンと可動壁との最短距離を調節する手段を
   、可動壁によって圧縮室と隔てられた空間Ａ内の流体の
   質量を調節する手段を以て構成した請求項１記載の圧縮
   機。
3. （３）ピストンの駆動手段をフリーピストン型スターリ
   ング・エンジンンを以て構成した請求項１記載の圧縮機
   。