JPH03501992A - 共振式ピストン圧縮機のバランス室における圧力作動式可動ヘッド - Google Patents

共振式ピストン圧縮機のバランス室における圧力作動式可動ヘッド

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JPH03501992A
JPH03501992A JP1507303A JP50730389A JPH03501992A JP H03501992 A JPH03501992 A JP H03501992A JP 1507303 A JP1507303 A JP 1507303A JP 50730389 A JP50730389 A JP 50730389A JP H03501992 A JPH03501992 A JP H03501992A
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カーウェン・ピーター・ダブリュ
ハースト・ラルフ
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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】 共振式ピストン圧縮機のバランス室における圧力作動式可動ヘッド (産業上の利用分野) 本発明は共振式ピストン圧縮機に関し、とくに、そのような圧縮機のバランス室 における圧力作動式可動ヘッドを装備したものに関する。
(従来の技術) 機械要素の周期的動作を得るのに、機械的な共振を活用した機種が存在する0便 宜上、本発明に係る共振機器は共振式ピストン圧縮機(RPC)と称することに する。このRPCはこの機種の中に含まれ、例えば、電気駆動式ヒートポンプの ような種々の圧縮機に応用できる往復式圧縮機である0通常、RPCは往復ピス トンを駆動する電動モータを具備し、これによってガス・あるいは液体である作 動流体に圧縮作用を与える。
公知のフリーピストン式の共振往復動圧縮機では、ピストンのような流体圧縮部 材は直線往復動式電動モータのような適当なモータで駆動されている。圧縮ピス トンは、通常、上記モータのアーマチュアに組合わされ、該アーマチュアは1あ るいはそれ以上の主あるいは共振スプリングの方法で休止位置に保持される。上 記モータが交流のような電源で付勢される時、磁力が発生され、上記ピストンを 駆動し、上記共振スプリングが上記ピストンを前後に発振させ、流体の圧縮を与 える。
住居用ヒートポンプのような広い範囲で吸入および放出圧を働かせるRPCを用 意することが望まれている。
このような応用におけるRPCの利点は可変容量ヒートポンプの操作が上記RP Cのビストンストロークを調整することで達成できることである0通常のヒート ポンプでは、圧縮機モータに供給される電気的な周波数を変化することで、上記 圧縮機の速さを調整することで一般に達成している。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、種々の周波数でのモータ駆動を達成するのに必要な固定状態の電 子部品のコストは調整RPCのための固定周波数での可変電流装置が必要とする 部品のコストに比較して可成り高い。
不都合なことに、上記ヒートポンプの応用は固定した設計条件の中にない、上記 圧縮機の入口および放出口の圧力は外部温度変化で変化される。
例えば、外部温度が35℃で、上記圧縮機の入口および放出口の圧力はR−22 冷媒について、一般に0.62および2.1mpaであり、その日が−9,4℃ である時、上記入口および放出口の圧力は一般に0.25および1.38mpa へそれぞれ降下される。圧力のこのような変化の結果として、外部温度によって 。
圧縮機およびバランス室の両方の“ガス・スプリング剛度に有意義な変化がある 。更に、これはRPCの満足すべき操作が1あるいは他の外部温度限界で不可能 であるような点に上記RPCの共振チューニングについて有意義な変化をもたら す。
例えば、8793J/Sに定格された圧縮機の場合、次のテーブルは外部温度3 5℃および11℃での圧縮機の変化量およびバランスシリンダ硬度を示している 。
硬度(K n / m ) 外部温度 (C) 圧縮機シリフタ バランスシリンダ 全剛度ここでは、外部 温度状態が一11’Cにおける全剛度は、35℃の状態に比較しておよそ40% 減少される。これは固定周波数での共振作動RPCのための減少にしては大き過 ぎる。
更に特定すれば、 2.5kgプランジャおよび60ヘルツの通常周波数につい ては、このユニットの所望のガス・スプリング剛度は実質的に350km/mで ある。その日が35℃である場合、空調の間、上記所望剛度の実質90%が圧縮 機室によって供給される。残された10%は上記バランス室によって供給されな ければならない。
しかしながら、その日が一11℃である場合、加熱操作の間、上記圧縮機室はR −22冷媒サイクルの減圧レベルが原因して所望剛度の60%だけが用いられる 。残りの40%は上記バランス室によって供給されなければならない。しかしな がら、圧縮機室の剛度がその日 −11℃である場合に減少される同じ理由で、 この減少に対向するのに幾つかの他の機構が役立っていないならば、上記バラン ス室の剛度は減少されるであろう。
本発明と同じ譲受人に対して譲渡された親出願第014.444号(1987年 2月13日付提出)には、例えば住居用ヒートポンプへの応用において生起され る吸入および放出圧力の広い範囲を越えて作用する改善された共振式ピストン往 復圧縮機が記述されまた請求されている。
この先行特許出願に記述されまた請求されている装置では加熱モードの操作の間 におけるガス・スプリング剛度の減少の影響は上記加熱モードおよび冷却モード の操作の間における全バランス室容積を変えるためのバランス室と関連される機 構を備えることで対向されている。上記先行特許出願における1つの装置では、 両側ピストン機構が1つのシリンダ内で往復動じ、−側のピストン機構にバルブ 付き圧縮機スペースを設定し、その他側のピストン機構にバランス室を設定して いる。
該装置は第1および第2の位置の間で調節できる可動ヘッド機構を具備していて 、上記2つの位置の間におけるバランス室の全容積について大きな変化をもたら している。これは、可動ヘッドの1つの位置において拡張バランス室容積が上記 バランス室に組合わされ、一方上記可動ヘッドの他の位置において、上記拡張バ ランス室容積が上記バランス室から除かれる。
上記先行特許出願については、以下の参照記述の中で内容が詳述されるであろう 。
(発明の目的) 本発明の目的とするところは、特にヒートポンプへの適用のような種々の応用に おいて用いられ、そして、加熱および冷却のモードの選択操作において全バラン ス室容積を変化する改善された機構を具有する共振式ピストン圧縮機を提供する ことである。
(課題を解決するための手段) 要するに、本発明では、両側ピストン機構が一側のピストン機構においてバルブ 付の圧縮機スペースを設定し、他側のピストン機構においてバランス室容積を設 定している共振式ピストン圧縮機の新しい可動ヘッドが装備されている。上記共 振式ピストン圧縮機はまた、上記バランス室容積の可動機構のピストンを調節す る手段を具有し、拡張バランス室容積が上記バランス室から除かれる第1の位置 および上記拡張バランス室容積が上記バランス室に組合わされる第2の位置の間 で全バランス室容積を変化するようになっている。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明する。ここに示される圧縮 機lOは14で概略、指示されていて両側ピストン機構16に組合わされている 電動モータを収容する形でシリンダ状になった外部ハウジング12を具備してい る。しかして、交流が上記モータに供給される時、そのモータの磁石プランジャ は稼動流体(空気、ヘリウムなどのような)を圧縮する第1の方向に圧縮機ピス トンを駆動させる。そして、上記電流が切が原因して上記プランジャを発振する 。上記モータは一般に60ヘルツ程度で働き、連続的に上記稼動流体を圧縮する 。
ピストン機構16は両側ピストン18を具備しており、これはロッド22に対し て20で機械的に取付けられており、一方、上記ロッド22は上記モータ14の 可動アーマチュアに接続されている。ピストン18はシリンダ24中に摺動自在 に位置され、上記シリンダ24は壁26によって一端を閉じられている。
上記壁26は適当な入口および放出口バルブ(図示せず)を具備しており、上記 ピストン18の一側にバルブ付圧縮機スペースを設定している。シリンダ24の 他端はハウジング30によって閉じられており、該ハウジングは上記ピストンの 他側にバランス室を設定している。
この発明において、RPCはバランス室によってピストン18へ及ぼす剛度を変 化するための手段を具備している。この端には可動ヘッド機構110が上記ハウ ジング30内で適当に配置され、上記可動ヘッド機構110の1つの位置で上記 バランス室が114で概略、図示している第1の容積のみよりなるように配設さ れかつ構成されている。上記可動ヘッド機構110の他の位置では、上記バラン ス室は第1の容積に更に拡張容積115を加算したものになる。
第1図に特に示されているように、ハウジング30は、2つの軸方向に隣接した シリンダ111および112を具備している。シリンダ111はハウジング30 の一端において位置される比較的大径なものである。このシリンダ111に隣接 する他のシリンダ112は小径である。可動ヘッド機構110は上記シリンダ  111内に摺動自在にシールされるように配置された第1個所100を具備し、 また適当なシール手段116および117を具備している。可動ヘッド機構11 0は、また、小径の第2個所101を第1個所100から突出して備えている。
上記可動ヘッド機構110の1つの位置では、小径個所101は上記シリンダ1 12内に位置している。上記可動ヘッド機構110がこの位置で小径個所101 がシリンダ112内にある時、上記バランス室の全作動容積は第1容積 114 のみになっている。上記可動ヘッド機構11Oが他の位置で、上記小径個所10 1が上記シリンダ112内に延びていない時には、上記バランス室の全作動容積 は2つの容積114と 115の和になっている。以下の記述によって、このこ とが理解されよう、すなわち、小径個所101が上記シリンダ112内に配置さ れている可動ヘッド機構 110の1つの位置では拡張容積 115は全バラン ス室容積から除かれている。
一方、上記゛小径個所101が上記シリンダ 112内に延びていない可動ヘッ ド機構 110の他の位置の時、上記拡張容積115は容積114に組合わされ 、大きな全バランス室容積になる。
上記可動ヘッド 110の組合わせおよび除去動作とは別に、上記ヘッド 11 0を動作する他の手段が1987年2月13日付で提出した親出願第 014. 444号に充分、記述されている。これは米国特許第4.751,381として 1988年6月14日発行の運びとなっており、この出願において参照される。
本発明の実施例は特定の1つだけが添付図面に適合した参照符号でここに詳述さ れているだけであるが、本発明はこの特定の実施例に対して限定されるものでは なく、当該技術分野の者によって種々の変形、変更がなしうるものである。この ため、添付の請求項は、本発明の真の範囲および本質において上記の変形、変更 のすべてをカバーするように意図されている。
(図面の簡単な説明) 図面は本発明の一実施例を示す縦断面図である。
10 、、、圧縮機 14 、、、電動モータ16 、、、ピストン機構 12  、、、外部ハウジング1g 、、、ピストン 22 、、、ロッド24 、、 、シリンダ 26 、、、壁30 、、、ハウジング ILO、、、可動ヘッド機構 111.112 、、、シリンダ 114.、、バランス室116.117 、 、、シール手段 100 、、、第1個所 101.、、第2個所114 、、、第1容積 11 5.、、拡張容積国際調査報告 t−!−l=−w−y ムss−+−b= mPCT/ LI S B 9 /  0011 S 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)シリンダ内で往復動されるように配置された両側ピストン機構がその一側に バルブ付きの圧縮機スペースを設定し、またその他側に可動ヘッド機構を具有す るバランス室容積を設定しており、該バランス室容積には上記可動ヘッド機構の ピストンを調節する手段があり、上記バランス室容積に拡張バランス室容積を組 合わせる第1の位置と上記バランス室容積から拡張バランス室容積を除く第2の 位置との間で全バランス室容積を変化させ、上記ピストン機構の往復動の間、上 記全バランス室容積によって上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリング”の 剛度を変化させるようにした共振式ピストン圧縮機において、上記可動ヘッド機 構は上記拡張バランス室内に摺動自在にシールされるように配設された第1個所 および上記第1個所から延出しかつ上記バランス室の対応シリンダ部分の内側に 摺動自在に配置されるように配設された小径の第2個所を具有しており、これに よって、上記第2個所が上記シリンダ部分の内側に配置される時、上記拡張バラ ンス室容積は上記全バランス室容積から除かれまたその反対になることを特徴と する共振式ピストン圧縮機。 2)上記調節手段は上記可動ヘッド機構に対する差圧を変化するためのバルブ機 構を具備していて、第1個所から第2個所へ、上記差圧を動かすように、またそ の反対になるようにした請求項1に記載の共振式ピストン圧縮機。 3)ヒートポンプヘの活用の場合、上記バルブ機構は上記可動ヘッド機構を調節 するヒートポンプ逆止弁で構成され、空気冷却操作のための第1個所および空気 加熱操作のための第2個所にあるようにする請求項2に記載の共振式ピストン圧 縮機。 4)直線往復動式電動モータによって駆動されるようにした請求項3に記載の共 振式ピストン圧縮機。 5)直線往復動式電動モータによって駆動されるようにした請求項1に記載の共 振式ピストン圧縮機。 6)シリンダ機構; 該シリンダ機構に往復動可能に配置されたピストン機構; 該シリンダ機構を介して吸入、放出流量制御をなすためのバルブ機構;を具備し 、上記シリンダ機構に関連する上記ピストン機構および上記バルブ機構は上記ピ ストン機構の一側にバルブ付きの圧縮スペースを設定し、また、ハウジング機構 に関連して上記ピストン機構の他側にバランス室を設定しており、更に、 上記バランス室に配置され、かつ拡張バランス室容積が上記バランス室の容積に 組合わされる第1のヘッド位置と上記拡張バランス室容積が上記バランス室容積 から除かれる第2のヘッド位置との間の全バランス室容積を変化するように調節 可能であって、上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリング”剛度を変化させ るようにした可動ヘッド機構; 上記往復動において上記ピストン機構を駆動するモータ機構; および、上記可動ヘッド機構を調節して、上記バランス室の容積を変化する調節 手段;を具備していることを特徴とする共振式ピストン圧縮機。>7)上記調節 手段は上記可動ヘッド機構に対する差圧を変化するためのバルブ機構を具備して いて、第1個所から第2個所へ上記差圧を動かすように、また、その反対になる ようにした請求項6に記載の共振式ピストン圧縮機。 8)ヒートポンプヘの活用の場合、上記バルブ機構は上記可動ヘッド機構を調節 するヒートポンプ逆止弁で構成され、空気冷却操作のための第1個所および空気 加熱操作のための第2個所にあるようにする請求項7に記載の共振式ピストン圧 縮機。 9)上記モータ機構は直線往復動式電動モータよりなる請求項8に記載の共振式 ピストン圧縮機。 10)上記モータ機構は直線往復動式電動モータよりなる請求項6に記載の共振 式ピストン圧縮機。 11)往復動ピストン機構に操作可能に関連されたバランス室容積を含み、上記 バランス室容積によって上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリンタ”の剛度 を変化するための手段を具備している共振式ピストン圧縮機において、 拡張バランス室容積を構成する比較的大径の第1のシリンダ機構および上記第1 のシリンダ機構に隣接して設けられた小径の第2のシリンダ機構を形成している バランス室ハウジングと、上記第1シリンダ機構内に摺動自在にシールされた第 1の個所および上記第1個所より延設している小径の第2個所を具備しており、 上記第2個所が上記第2シリンダ機構の内側に摺動自在に配置されるようになっ ている可動ヘッド機構と、 上記可動ヘッド機構の第2個所が第2シリンダ機構内に位置され、また上記拡張 容積が上記全バランス室容積から除かれる第1の位置および上記可動ヘッド機構 の第2個所が第2シリンダ機構内になく、上記拡張容積が全バランス室容積に組 合わされている第2の位置の間で上記可動ヘッド機構を選択的に動作するための 手段とを具備していることを特徴とする共振式ピストン圧縮機。 12)シリンダ内で往復動されるように配置された両側ピストン機構がその一側 にバルブ付き圧縮機スペースを設定し、また、その他側に可動ヘッド機構を具有 するバランス室容積を設定しており、該バランス室容積には上記可動ヘッド機構 のピストンを調節する手段があり、上記バランス室容積に拡張バランス室容積を 組合わせる第1の位置と上記バランス室容積から拡張バランス室容積を除く第2 の位置との間で全バランス室容積を変化させ、上記ピストン機構の往復動の間、 上記全バランス室容積によって、上記ピストン機構に及ぼす“ガス・スプリング ”の剛度を変化させるようにした共振式ピストン圧縮機において、上記可能ヘッ ド機構は上記拡張バランス室内に摺動自在にシールされるように配設された第1 個所および上記第1個所から延出しかつ上記バランス室の対応シリンダ部分の内 側に摺動自在に配置されるように配設された小径の第2個所を具有しており、こ れによって、上記第2個所が上記小径の部分の内側に配置される時、上記拡張バ ランス室容積が上記全バランス室容積から除かれ、また、第2個所が上記小径の 部分内に位置しない時、上記拡張バランス室容積が上記全バランス室容積に組合 わされるようにしたことを特徴とする共振式ピストン圧縮機。
JP1507303A 1988-06-13 1989-03-20 共振式ピストン圧縮機のバランス室における圧力作動式可動ヘッド Pending JPH03501992A (ja)

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