JPH034750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、流体圧縮機に関するもので、より詳
しくは、作動流体（以下流体という）の圧縮機系
と蓄冷器を用い膨張空間の低温発生系との間を、
比較的長い流体導管で接続して低温発生を行うス
プリツトサイクルの冷凍機用の流体圧縮器に関す
るものである。

（従来の技術） 従来この種の装置として、特開昭51−8225号公
報に示される第３図のものがあつた。図におい
て、モータ７４を回し、ピストン６３の往復運動
に伴い、シリンダ６４の圧縮空間Ａ内のヘリウム
ガスは導管６６及び蓄冷器６５を経てシリンダ６
２の一端の膨張空間Ｂに出入りし、ピストン６１
を往復運動させる。このように導管を介して圧縮
空間と膨張空間を連結して低温を発生させる装置
をスプリツト型冷凍機と称し、圧縮空間と膨張空
間を直接蓄冷器を介して構成するインテグラル型
冷凍機と区別する。

第３図から分るように、導管を長くすることに
よつて、膨張空間即ち冷凍部を圧縮空間から遠く
離すことができ、装着の自由度が増すという利点
が得られる。更に、実施例に示すように、複数の
膨張空間を同一の真空容器に収めることもできる
が、圧縮空間から複数の導管をそれぞれ異つた位
置に置かれた膨張空間に連結することによつて複
数の冷凍ができる。複数のインテグラル型の冷凍
機を設けるよりも、スプリツト型冷凍機を用いた
方が経済的にも有利な場合がある。

（発明が解決しようとする問題点） 然しながら、第３図に示す従来装置では、圧縮
空間で発生する振動には言及されてなく、実機で
は当然発生する振動が使用条件を拘束することが
考えられる。例えば、車両等にスプリツト型冷凍
機を搭載する場合、膨張空間を構成する冷凍部は
慣性質量も小さく、振動発生源として、圧縮空間
を構成する圧縮部と比較すると無視できるが、圧
縮部を構成する慣性質量は大きく、圧縮ピストン
に作用するピストン軸方向の推力が大きく、この
力が振動の主要因ともなつている。

更に第３図に示す従来装置では、使用ガスの汚
染に関する言及がなく、長期間の稼動では、性能
劣化が起るという欠点をもつている。第３図にお
いて、ピストン６３を作動させるために通常クラ
ンク軸が用いられ、その回転を滑らかにするため
潤滑油が使用されている。又、ピストンには圧縮
性を良くするためにシールが用いられているが、
如何なる良好なシールでも潤滑油の蒸発分子の圧
縮空間Ａへの侵入を完全に防止することは不可能
である。圧縮空間Ａに侵入した油の蒸発分子は導
管６６を通り、蓄冷器６５を通り膨張空間Ｂに入
る。そこで、蒸発分子は低温に冷却され蓄冷器６
５の低温端及び膨張空間Ｂの内壁に凝縮し、再び
圧縮空間Ａへ戻ることはない。このように稼動時
間が長くなればなるほど蒸発分子は低温部に凝縮
蓄積され、蓄冷器の熱交換効率の低下、更に蓄冷
器の抵抗の増大をきたし、サイクルの非効率を起
させ、それが性能を劣化させている。

従つて本発明は、上記した従来装置の問題点に
鑑みて、圧縮空間で発生する振動を防止すると共
に、使用ガスの汚染防止を完全に防止し冷凍機の
性能の劣化を長期にわたり防止することをその技
術的課題とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記技術的課題を解決するために講じた技術的
手段は、当該冷凍機における流体圧縮機におい
て、電動機に連結されたクランク軸に２本のクロ
スヘツド付き圧縮ピストンを同相で作動するよう
に対向して接続し、且つ前記クロスヘツドと前記
圧縮ピストンとの間にダイアフラムを配設し、ク
ランクケース内から前記圧縮室への油の混入防止
のための流体用バツフアー空間を前記圧縮ピスト
ンと前記ダイアフラムとにより形成し、前記バツ
フアー空間と前記クランクケースとを導管で連結
し、該導管内にオイルフイルタを介在させる、こ
とである。

（作用） 上記技術的手段は、次の様に作用する。すなわ
ち、２本のクロスヘツド付き圧縮ピストンを対向
して配置し、且つ該２本の圧縮ピストンが同相で
作動するようにクランク軸に連結されるので、ク
ロスヘツド付き圧縮ピストンのピストン軸方向の
推力が対向され打ち消されるようになる。従つ
て、従来発生していた主要な圧縮ピストン軸方向
の振動は解消される。

また、クロスヘツドと圧縮ピストンとの間にダ
イアラムが配設され、該ダイアフラムと圧縮ピス
トンとの間にバツフアー空間が形成されるので、
クランクケース内の潤滑油等の蒸発分子はクロス
ヘツドを通過して、クロスヘツドとダイアフラム
とで包囲される空間に充満するが、バツフアー空
間への侵入は完全に防止される。更に、バツフア
ー空間とクランクケースとを導管で連結し、且つ
該導管内にオイルフイルタを介在させるので、ダ
イアフラムの両面の差圧は零となりダイアフラム
の耐久性を向上させると共にオイルフイルタの蒸
発分子捕縛機能により、潤滑油等の蒸発分子のバ
ツフアー空間への混入を防止することができる。
この様に、使用ガスの汚染問題が完全に解消され
る。

（実施例） 以下、本発明を具体化した一実施例について、
添付図面に基づいて説明する。

第１図に於いて、対向流型流体圧縮機が導管
２４を介して冷凍部に連結され、スプリツト型
冷凍機を構成している。本発明の要旨はスプリツ
ト型冷凍機の圧縮部に関するものであるので、冷
凍部の詳細な説明はここでは省略する。対向流
型流体圧縮機は原動機を気密的に内蔵してい
る。

ケース１、圧縮作動機構を内蔵するクランクケ
ース６及び圧縮ピストン１６を少なくとも２ケ以
上、ほぼ対向に配列させて、流体に圧力を発生さ
せる圧縮シリンダ１１から成つている。

原動機はケース１内にベアリング２，３で支
持され、その出力軸は、クランクケース６内にベ
アリング４，５で支持されたクランク軸９と継手
２５によつて連結している。ケース１とクランク
ケース６とはＯ−リング等の手段で気密的に結合
されている。クランク軸９は少なくとも２ケ所
に、ほぼ180゜の位相をもつたクランクが形成さ
れ、それぞれコンロツド８，８′が回転自在に装
着され、各々の端部はクロスヘツド１２，１２′
と連結している。クランク軸９の先端には回転角
度を検出する角度検出器１０が取付けられてい
て、冷凍部の作動を常に正確に制御するための
信号を送つている。

クロスヘツド１２，１２′は圧縮シリンダ１１，
１１′内で往復運動する圧縮ピストン１６，１
６′とピストンロツド１３，１３′で連結され、ピ
ストンロツド１３，１３′の中間にはダイアフラ
ム１４，１４′の中心部が取付けられ、ダイアフ
ラム１４，１４′の外周部は圧縮シリンダ１１，
１１′に取付けられている。

圧縮ピストン１６，１６′にはピストンリング
１５，１５′が設けられ、圧縮シリンダ１１，１
１′のヘツド部とで各々圧縮室１７，１７′を形成
している。圧縮室１７，１７′の外壁には圧縮熱
を放熱するフイン２６，２６′が形成されている。
圧縮室１７，１７′からそれぞれ導管１８，１
８′が延び、アフタークーラー１９，１９′とバル
ブ２２，２２′を介して導管２４，２４′を通つて
冷凍部の膨張室に連通している。

一方、圧縮ピストン１６，１６′のピストンロ
ツド側とダイアフラム１４，１４′と圧縮シリン
ダ１１，１１′とで形成されたバツフアー空間２
３，２３′から導管２０，２０′が延び、オイルフ
イルター２１を介してクランクケース６に連通し
ている。

本発明の作動を説明する。

原動機によつて回転動力が、クランク軸９に
伝達され、クランク軸９に回転自在に装着された
コンロツド８，８′によつて、ピストンロツド１
３，１３′で連結されたクロスヘツド１２，１
２′と圧縮ピストン１６，１６′は一体となつて往
復運動する。即ち、圧縮ピストン１６，１６′が
外向きに動く時には圧縮行程を、内向きに動く時
には吸入行程となる。この時、圧縮ピストン１
６，１６′の運動はクランク軸９のクランク部位
相がほぼ180゜で形成されているので、同位相で運
動することになる。即ち圧縮時には、圧縮ピスト
ン１６，１６′は同時に上死点に達し、吸入時に
は同時に下死点に達する。このことは、クランク
軸９から発生する力は同じで、向きが反対となつ
ていて、圧縮ピストン軸方向の力が相殺されるこ
とを意味し、往復運動体の振動低減が可能とな
る。圧縮ピストン１６，１６′の往復運動に伴い、
ピストンロツド１３，１３′に装着されたダイア
フラム１４，１４′も圧縮シリンダ１１，１１′で
固定された外周を支点として往復運動を繰り返す
ことになる。一般にベローズ、ダイアフラム等の
可撓性の材質は、薄肉のステンレス、ゴム等で形
成されているため、両面に作用する圧力差が大き
い程、寿命が短くなる。そこで、その対策とし
て、ダイアフラムの両面間の圧力差を零にする工
夫が必要となる。

本実施例では、バツフアー空間２３，２３′の
圧力をクランクケース６内の圧力と同圧にするこ
とによつて、ダイアフラム１４，１４′の両面間
の圧力差を零としている。即ち、それぞれのバツ
フアー空間を導管で連通させ、その途中をオイル
フイルター２１を介してクランクケース６と連通
させている。

ダイアフラム１４，１４′の差圧を零にするに
は、単にクランクケース６と連通するだけで良い
が、ダイアフラム１４，１４′の装着は本来潤滑
油等の蒸発分子の圧縮室１７，１７′への混入を
完全に遮断することにあり、連通によつて蒸発分
子がバツフアー空間２３，２３′に混入すること
はダイアフラム１４，１４′を装着した効果はな
くなる。そこで作動流体（例えばヘリウムガス）
は通過するが、潤滑油等の蒸発分子は捕縛する機
能をもつオイルフイルター２１を介在させること
によつて、ダイアフラム１４，１４′の差圧を零
にし、長寿命可を可能とし、潤滑油等の蒸発分子
の圧縮室１７，１７′への混入を遮断することが
できる。

第２図は、本発明の変形実施例を示し、この例
においては、１本のクランク軸９９に180゜位相の
異なるコンロツド７７，８８，７７′，８８′を設
け、これらにそれぞれクロスヘツド１２１，１２
２，１２１′，１２２′を取付け、その先端に圧縮
ピストン（図示せず）に連結することによつて、
それぞれ圧縮ピストンは180゜位相の圧縮室を２つ
ずつ形成している。これにより、これらの中で、
同位相の圧縮室を連結し、２つのスプリツト型冷
凍機に流体を供給すれば、第１図の２つのスプリ
ツト型冷凍機に更に２つのスプリツト型冷凍機が
構成され、複数ケ所の冷凍を１台の対向型流体圧
縮機で供給できるという複数冷凍配分ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果が得られる。

(1) ２本のクロスヘツド付き圧縮ピストンを対向
して配置し、且つ該２本の圧縮ピストンが同相
で作動するようにクランク軸に連結されている
ので、圧縮空間が１つの方式と比べて主要振動
が解消されて低振動化を図ることができると同
時に、流体容積及び圧縮ピストン径を同一とす
ればピストンストロークが半分で良く、その分
だけ各部の寿命を向上させることができる。ま
た、圧縮時に両圧縮ピストンがそれぞれ上死点
に向かい双方が外向きの仕事を行い、吸入時に
は両圧縮ピストンが下死点に向かい内向きに機
械仕事を受けるため、スプリツト型冷凍機の機
械的動バランスを良くすることができる。

(2) 両圧縮ピストンを水平対向に配置した場合、
圧縮機全体の高さを低くでき、装着の自由度を
拡げることができる。

(3) 少なくとも、１ケの流体圧縮機から１台また
は少なくとも２台のスプリツト型冷凍機を構成
でき、１台の場合、両圧縮ピストンで圧縮後冷
却する放熱機は、２つの圧縮室の作動流体の圧
力変化が同位相で行われるため、１つでも良
く、また２台の場合も容量の大きい放熱機に変
更するのみで１つでも良くて、これによりスプ
リツト型冷凍機の冷凍能力、冷凍配分を放熱機
の変更によつて自由に変えることができる。

(4) クロスヘツドと圧縮ピストンとの間にダイア
フラムが配設され、該ダイアフラムと圧縮ピス
トンとの間にバツフアー空間が形成されるの
で、圧縮室への潤滑油等の蒸発分子の浸入を完
全に遮断し、使用ガスの汚染による冷凍機の性
能劣化を防止し、長期にわたる性能維持を保証
できる。

(5) バツフアー空間とクランクケースとをオイル
フイルターを介して導管で連結し、ダイアフラ
ムの両面に作用する圧力を同圧にしているた
め、バツフアー空間への潤滑油等の蒸発分子の
侵入を防止しつつダイアフラムの耐久性を向上
することができ、使用ガスの汚染による冷凍機
の性能劣化を完全に防止し得て、長期にわたる
性能維持を保証できる。また使用ガスの圧力を
高くした時に、圧縮ピストン側面からバツフア
ー空間へ流れる使用ガスの量が増大したとして
も、その分該使用ガスがクランクケース内空間
へオイルフイルタ及び導管を経て流れるため、
ダイアフラムの両側に作用する圧力差が増加す
ることはなく、ダイアフラムに負担がかからな
いため、使用ガス圧力を増大させて冷凍出力を
増大させることが容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す断面図、
第２図は本発明の変形実施例を示す説明図、第３
図は従来装置の一例を示す説明図である。 ……対向流型流体圧縮機、……原動機、
……冷凍部、６……クランクケース、９……クラ
ンク軸、１２，１２′……クロスヘツド、１４，
１４′……ダイアフラム、１６，１６′……圧縮ピ
ストン、２０，２０′……導管、２１……オイル
フイルタ、２３，２３′……バツフアー空間、２
４……導管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 作動流体圧縮用の流体圧縮機と低温発生用の
   膨張ピストンを有する冷凍部とを作動流体の導管
   を介して接続し、前記流体圧縮機と前記冷凍部と
   が夫々機械的に独立の構造の同期された駆動作用
   で極低温を得るように構成した冷凍機に於いて、
   電動機に連結されたクランク軸に２本のクロスヘ
   ツド付き圧縮ピストンを同相で作動するように対
   向して接続し、且つ前記クロスヘツドと前記圧縮
   ピストンとの間にダイアフラムを配設し、クラン
   クケース内から前記圧縮室への油の混入防止のた
   めの流体用バツフアー空間を前記圧縮ピストンと
   前記ダイアフラムとにより形成し、前記バツフア
   ー空間と前記クランクケースとを導管で連結し、
   該導管内にオイルフイルタを介在させた、流体圧
   縮機。