JPH0830465B2 - フリーピストン型圧縮機 - Google Patents
フリーピストン型圧縮機Info
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- JPH0830465B2 JPH0830465B2 JP62315915A JP31591587A JPH0830465B2 JP H0830465 B2 JPH0830465 B2 JP H0830465B2 JP 62315915 A JP62315915 A JP 62315915A JP 31591587 A JP31591587 A JP 31591587A JP H0830465 B2 JPH0830465 B2 JP H0830465B2
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- compressor
- piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はフリーピストン型圧縮機に関する。
従来の技術 従来、この種フリーピストン圧縮機としては第２図に
示すような構造のものがある。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部、シール部および圧縮機部か
らなっている。
示すような構造のものがある。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部、シール部および圧縮機部か
らなっている。
先ずエンジン部について説明する。１は容器でその中
にヘリウム、窒素などのスターリングエンジンの作業流
体（以下ヘリウムと略称する）が封入されている。２は
作業流体を加熱する加熱器、３は作業流体を冷却する冷
却器、４は再生器である。５は容器１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ピストン、７は出力
ピストン６に結合されたロッドである。
にヘリウム、窒素などのスターリングエンジンの作業流
体（以下ヘリウムと略称する）が封入されている。２は
作業流体を加熱する加熱器、３は作業流体を冷却する冷
却器、４は再生器である。５は容器１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ピストン、７は出力
ピストン６に結合されたロッドである。
次に圧縮機部について説明する。８はシリンダ、９は
ロッド７に結合されシリンダ８内をシリンダ８の内壁に
摺動あるいはシリンダ８と隙間を介して運動する圧縮機
ピストン、10は低圧の流体が流動する低圧流路、11は吸
入弁、12は圧縮室である、13は吐出弁、14は高圧流路、
15は凝縮器、16は膨張弁、17は蒸発器である。また18は
運転停止中ヘリウムと冷媒との差圧により圧縮機ピスト
ン９がシリンダ８に衝突するのを防止するための圧縮コ
イルばねである。
ロッド７に結合されシリンダ８内をシリンダ８の内壁に
摺動あるいはシリンダ８と隙間を介して運動する圧縮機
ピストン、10は低圧の流体が流動する低圧流路、11は吸
入弁、12は圧縮室である、13は吐出弁、14は高圧流路、
15は凝縮器、16は膨張弁、17は蒸発器である。また18は
運転停止中ヘリウムと冷媒との差圧により圧縮機ピスト
ン９がシリンダ８に衝突するのを防止するための圧縮コ
イルばねである。
次にシール部について説明する。19は大気に連通する
流路、20はヘリウムの大気への漏洩を防止する軸封装
置、21は冷媒の大気への漏洩を防止する軸封装置であ
る。
流路、20はヘリウムの大気への漏洩を防止する軸封装
置、21は冷媒の大気への漏洩を防止する軸封装置であ
る。
以下作用について説明する。ディスプレーサ５が下が
ると圧縮空間22の体積は減少し膨張空間23の体積は増加
する、そのため圧縮空間22の圧力は膨張空間23の圧力よ
り高くなり、この差圧によって圧縮空間22及び冷却器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23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によって加熱される、そして再生
器４は逆に冷却される。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22、冷却器３、再生器４、加熱
器２、膨張空間23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ピストン６を引き下げる。こ
のとき出力ピストン６はロッド７に対して仕事をする。
一方ディスプレーサ５が下がりつづけるとガスばね空間
24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る。ディスプレー
サ５が上昇すると今度は圧縮空間22の体積は増加し膨張
空間23の体積は減少する、そのため膨張空間23の圧力は
圧縮空間22の圧力より高くなりこの差圧によって膨張空
間23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22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
される。そして再生器４は逆に加熱される。その様にし
て高温の作動流体が冷却されるため作動空間の圧力が低
くなり出力ピストン６を引き上げる。このとき出力ピス
トン６はロッド７に対して仕事をする。一方ディスプレ
ーサ５が上がりつづけるとガスばね空間24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る。
ると圧縮空間22の体積は減少し膨張空間23の体積は増加
する、そのため圧縮空間22の圧力は膨張空間23の圧力よ
り高くなり、この差圧によって圧縮空間22及び冷却器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23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によって加熱される、そして再生
器４は逆に冷却される。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22、冷却器３、再生器４、加熱
器２、膨張空間23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ピストン６を引き下げる。こ
のとき出力ピストン６はロッド７に対して仕事をする。
一方ディスプレーサ５が下がりつづけるとガスばね空間
24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る。ディスプレー
サ５が上昇すると今度は圧縮空間22の体積は増加し膨張
空間23の体積は減少する、そのため膨張空間23の圧力は
圧縮空間22の圧力より高くなりこの差圧によって膨張空
間23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22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
される。そして再生器４は逆に加熱される。その様にし
て高温の作動流体が冷却されるため作動空間の圧力が低
くなり出力ピストン６を引き上げる。このとき出力ピス
トン６はロッド７に対して仕事をする。一方ディスプレ
ーサ５が上がりつづけるとガスばね空間24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る。
以上述べたような一回りの過程に於てヘリウムは加熱
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に捨てるのである。通常ディスプレ
ーサ５の位置の位相角は出力ピストン６の位置の位相角
に対して60゜〜90゜進んでいる。
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に捨てるのである。通常ディスプレ
ーサ５の位置の位相角は出力ピストン６の位置の位相角
に対して60゜〜90゜進んでいる。
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
９は出力ピストン６と同じ速度で運動している。圧縮機
ピストン６の上下運動に伴って低圧流路10の低圧低温の
気相冷媒は吸入弁11を通って圧縮室12へ流入し圧縮され
て高圧高温となり吐出弁13を通って高圧流路14へ流出す
る。更に凝縮器15に流入して高圧の液相となり膨張弁16
に流入流出して低圧低温の気液二相となり更に蒸発器17
で加熱され、低圧低温の気相となり低圧流路10へ流入す
る。
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
９は出力ピストン６と同じ速度で運動している。圧縮機
ピストン６の上下運動に伴って低圧流路10の低圧低温の
気相冷媒は吸入弁11を通って圧縮室12へ流入し圧縮され
て高圧高温となり吐出弁13を通って高圧流路14へ流出す
る。更に凝縮器15に流入して高圧の液相となり膨張弁16
に流入流出して低圧低温の気液二相となり更に蒸発器17
で加熱され、低圧低温の気相となり低圧流路10へ流入す
る。
以上述べたような一回りの過程に於て圧縮機ピストン
９が冷媒にした仕事と冷媒が蒸発器17で得た熱の和は凝
縮器15で冷媒から捨てられる、そして蒸発器17および凝
縮器15で冷熱及び温熱がそれぞれ利用できる。
９が冷媒にした仕事と冷媒が蒸発器17で得た熱の和は凝
縮器15で冷媒から捨てられる、そして蒸発器17および凝
縮器15で冷熱及び温熱がそれぞれ利用できる。
上記構造においては、圧縮機ピストン９のストローク
は冷えば加熱器２の加熱量を制御することによって一定
にすることができる、一方ばね室25と圧縮室12との間で
冷媒が圧縮機ピストン９とシリンダ８との隙間を通って
往復している、しかしながらこのいきとかえりの移動す
る冷媒質量は異なりそのためばね室25と圧縮室12との間
に平均圧力の差が生じる。このため圧縮機ピストン９が
次第に下降したり上昇したりする。この現象はフリーピ
ストン型スターリング・エンジンのバウンス空間26と作
動空間との間を出力ピストン６と容器１との間を通って
移動するヘリウムについても同様であり行きと帰りの移
動する質量の差が圧縮機ピストン９を次第に下降させた
り上昇させたりする。
は冷えば加熱器２の加熱量を制御することによって一定
にすることができる、一方ばね室25と圧縮室12との間で
冷媒が圧縮機ピストン９とシリンダ８との隙間を通って
往復している、しかしながらこのいきとかえりの移動す
る冷媒質量は異なりそのためばね室25と圧縮室12との間
に平均圧力の差が生じる。このため圧縮機ピストン９が
次第に下降したり上昇したりする。この現象はフリーピ
ストン型スターリング・エンジンのバウンス空間26と作
動空間との間を出力ピストン６と容器１との間を通って
移動するヘリウムについても同様であり行きと帰りの移
動する質量の差が圧縮機ピストン９を次第に下降させた
り上昇させたりする。
発明が解決しようとする問題点 したがって、この様な構造のものでは圧縮機ピストン
９の上死点を制御する手段がないので圧縮機ピストン９
が上がって吸入弁11やシリンダ８に衝突したり、逆に下
がってしまい死体積が増加して体積効率や断熱効率が低
下すると言う問題があった。
９の上死点を制御する手段がないので圧縮機ピストン９
が上がって吸入弁11やシリンダ８に衝突したり、逆に下
がってしまい死体積が増加して体積効率や断熱効率が低
下すると言う問題があった。
そこで、本発明は運転中に圧縮機ピストンが上がって
吸入弁やシリンダに衝突したり、逆に下がってしまい死
体積が増加して体積効率や断熱効率が低下する事を防ぎ
圧縮機の信頼性と効率を向上させるようにするものであ
る。
吸入弁やシリンダに衝突したり、逆に下がってしまい死
体積が増加して体積効率や断熱効率が低下する事を防ぎ
圧縮機の信頼性と効率を向上させるようにするものであ
る。
問題点を解決するための手段 本発明の技術的な手段は、圧縮機ピストンの運動に伴
ってその体積が変わるシリンア内の圧縮室以外の空間で
あるところのばね室と、ばね室と低圧流路とを連通する
流路Ｌと、ばね室と高圧流路とを連通する流路Ｈと、流
路Ｌに設けられ低圧流路からばね室への流れを阻止する
方向に設けられた逆止弁と、流路Ｈに設けられ、ばね室
から高圧流路への流れを阻止する方向に設けられた逆止
弁と、流路Ｌに設けられた流通抵抗の変化可能な弁Ｌ
と、流路Ｈに設けられた流通抵抗の変化可能な弁Ｈを具
備することを特徴とする。
ってその体積が変わるシリンア内の圧縮室以外の空間で
あるところのばね室と、ばね室と低圧流路とを連通する
流路Ｌと、ばね室と高圧流路とを連通する流路Ｈと、流
路Ｌに設けられ低圧流路からばね室への流れを阻止する
方向に設けられた逆止弁と、流路Ｈに設けられ、ばね室
から高圧流路への流れを阻止する方向に設けられた逆止
弁と、流路Ｌに設けられた流通抵抗の変化可能な弁Ｌ
と、流路Ｈに設けられた流通抵抗の変化可能な弁Ｈを具
備することを特徴とする。
作用 圧縮機ピストンの上死点位置（即ち死体積）が目標値
と異なり従ってばね室の平均体積が目標値と異なるとき
は次のように作動する。たとえば、ばね室の平均体積が
目標値より小さいとき即ち圧縮機の死体積が大きいとき
は弁Ｌを閉じ、弁Ｈを開いて高圧流路の流体をばね室へ
流入させばね室の圧力を増加させばね室の体積を増加さ
せる。逆に、ばね室の平均体積が目標値より大きいと
き、即ち圧縮機の死体積が小さいときは弁Ｈを閉じ弁Ｌ
を開いてばね室の流体を低圧流路へ流入させ、ばね室の
圧力を減少させ、ばね室の体積を減少させる。
と異なり従ってばね室の平均体積が目標値と異なるとき
は次のように作動する。たとえば、ばね室の平均体積が
目標値より小さいとき即ち圧縮機の死体積が大きいとき
は弁Ｌを閉じ、弁Ｈを開いて高圧流路の流体をばね室へ
流入させばね室の圧力を増加させばね室の体積を増加さ
せる。逆に、ばね室の平均体積が目標値より大きいと
き、即ち圧縮機の死体積が小さいときは弁Ｈを閉じ弁Ｌ
を開いてばね室の流体を低圧流路へ流入させ、ばね室の
圧力を減少させ、ばね室の体積を減少させる。
このようにして弁Ｌ及び弁Ｈの流通抵抗を調節するこ
とにより圧縮機ピストンの上死点位置を目標値に保つこ
とができるのである。
とにより圧縮機ピストンの上死点位置を目標値に保つこ
とができるのである。
実施例 以下本発明の一実施例について、添付図面に基づいて
説明する。
説明する。
第１図に於て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
部、シール部および圧縮機部からなっている。
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
部、シール部および圧縮機部からなっている。
先ずエンジン部について説明する。27は容器でその中
にヘリウム、窒素などのスターリングエンジンの作業流
体（以下ヘリウムと略称する。）が封入されている。28
は作業流体を加熱する加熱器、29は作業流体を冷却する
冷却器、30は再生器である。31は容器27の内壁と摺動し
ながら上下に運動するディスプレーサ、32は容器27の内
壁と摺動しながら上下に運動する出力ピストン、33は出
力ピストン32に結合されたロッドである。
にヘリウム、窒素などのスターリングエンジンの作業流
体（以下ヘリウムと略称する。）が封入されている。28
は作業流体を加熱する加熱器、29は作業流体を冷却する
冷却器、30は再生器である。31は容器27の内壁と摺動し
ながら上下に運動するディスプレーサ、32は容器27の内
壁と摺動しながら上下に運動する出力ピストン、33は出
力ピストン32に結合されたロッドである。
次に圧縮機部について説明する。34はシリンダ、35は
ロッド33に結合されシリンダ34内をシリンダ34内壁に摺
動あるいはシリンダ34と隙間を介して運動する圧縮機ピ
ストン、36は低圧の流体が流動する低圧流路、37は吸入
弁、38は圧縮室である。39は吐出弁、40は高圧流路、41
は凝縮器、42は膨張弁、43は蒸発器である。また44は運
転停止中ヘリウムと冷媒との差圧により圧縮機ピストン
35がシリンダ34に衝突するのを防止するための圧縮コイ
ルばねである。更に45はばね室46と低圧流路36とを連通
する流路でその途中に逆止弁47と流量制御弁48とが設け
られている。また49はばね室46と高圧流路40とを連通す
る流路でその途中に逆止弁50と流量制御弁51とが設けら
れている。
ロッド33に結合されシリンダ34内をシリンダ34内壁に摺
動あるいはシリンダ34と隙間を介して運動する圧縮機ピ
ストン、36は低圧の流体が流動する低圧流路、37は吸入
弁、38は圧縮室である。39は吐出弁、40は高圧流路、41
は凝縮器、42は膨張弁、43は蒸発器である。また44は運
転停止中ヘリウムと冷媒との差圧により圧縮機ピストン
35がシリンダ34に衝突するのを防止するための圧縮コイ
ルばねである。更に45はばね室46と低圧流路36とを連通
する流路でその途中に逆止弁47と流量制御弁48とが設け
られている。また49はばね室46と高圧流路40とを連通す
る流路でその途中に逆止弁50と流量制御弁51とが設けら
れている。
また52は圧縮機ピストン35の位置を検出するための渦
電流式の位置検出器、53は制御装置で位置検出器52の圧
縮機ピストン35の位置の信号を信号線54を介して受信
し、流量制御弁48、51に信号線55、56を介して制御信号
を送って流量制御弁の開度を調節している。逆止弁47、
50は圧縮機ピストン35の運動周波数に追従して開閉でき
る程度に応答周波数が高く構成されている。
電流式の位置検出器、53は制御装置で位置検出器52の圧
縮機ピストン35の位置の信号を信号線54を介して受信
し、流量制御弁48、51に信号線55、56を介して制御信号
を送って流量制御弁の開度を調節している。逆止弁47、
50は圧縮機ピストン35の運動周波数に追従して開閉でき
る程度に応答周波数が高く構成されている。
次にシール部について説明する。57は大気に連通する
流路、58はヘリウムの大気への漏洩を防止する軸封装
置、59は冷媒の大気への漏洩を防止する軸封装置であ
る。
流路、58はヘリウムの大気への漏洩を防止する軸封装
置、59は冷媒の大気への漏洩を防止する軸封装置であ
る。
以下作用について説明する。ディスプレーサ31が下が
ると圧縮空間60の体積は減少し膨張空間61の体積は増加
する、そのため圧縮空間60の圧力は膨張空間61の圧力よ
り高くなり、この差圧によって圧縮空間60及び冷却器29
の中にある低温のヘリウムは再生器30、加熱器28を通っ
て膨張空間61の方へ流れていく、このときヘリウムは再
生器30および加熱器28によって加熱される。そして再生
器30は逆に冷却される。
ると圧縮空間60の体積は減少し膨張空間61の体積は増加
する、そのため圧縮空間60の圧力は膨張空間61の圧力よ
り高くなり、この差圧によって圧縮空間60及び冷却器29
の中にある低温のヘリウムは再生器30、加熱器28を通っ
て膨張空間61の方へ流れていく、このときヘリウムは再
生器30および加熱器28によって加熱される。そして再生
器30は逆に冷却される。
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60、冷却器29、再生器30、加熱器28、膨張空間61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
出力ピストン32を引き下げる。このとき出力ピストン32
はロッド33に対して仕事をする。一方ディスプレーサ31
が下がりつづけるとガスばね空間62の圧力が次第に増加
し、遂にはディスプレーサ31は下がるのが止まり今度は
逆に上昇を始める。ディスプレーサ31が上昇すると今度
は圧縮空間60の体積は増加し膨張空間61の体積は減少す
る、そのため膨張空間61の圧力は圧縮空間60の圧力より
高くなりこの差圧によって膨張空間61および加熱器28の
中にある高温のヘリウムは再生器30、冷却器29を通って
圧縮空間60の方へ流れていく、このときヘリウムは再生
器30および冷却器29によって冷却される。そして再生器
30は逆に加熱される。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ピストン32
を引き上げる。このとき出力ピストン32はロッド33に対
して仕事をする。
間60、冷却器29、再生器30、加熱器28、膨張空間61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
出力ピストン32を引き下げる。このとき出力ピストン32
はロッド33に対して仕事をする。一方ディスプレーサ31
が下がりつづけるとガスばね空間62の圧力が次第に増加
し、遂にはディスプレーサ31は下がるのが止まり今度は
逆に上昇を始める。ディスプレーサ31が上昇すると今度
は圧縮空間60の体積は増加し膨張空間61の体積は減少す
る、そのため膨張空間61の圧力は圧縮空間60の圧力より
高くなりこの差圧によって膨張空間61および加熱器28の
中にある高温のヘリウムは再生器30、冷却器29を通って
圧縮空間60の方へ流れていく、このときヘリウムは再生
器30および冷却器29によって冷却される。そして再生器
30は逆に加熱される。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ピストン32
を引き上げる。このとき出力ピストン32はロッド33に対
して仕事をする。
一方ディスプレーサ31が上がりつづけるとガスばね空
間62の圧力が次第に減少し、遂にはディスプレーサ31は
上がるのが止まり今度は逆に下降を始める。以上述べた
ような一回りの過程に於てヘリウムは加熱器28によって
得た熱の一部をロッド33に対する仕事に変え、一部を冷
却器29に捨てるのである。通常ディスブレーサ31の位置
の位相角は出力ピストン32の位置の位相角に対して60゜
〜90゜進んでいる。
間62の圧力が次第に減少し、遂にはディスプレーサ31は
上がるのが止まり今度は逆に下降を始める。以上述べた
ような一回りの過程に於てヘリウムは加熱器28によって
得た熱の一部をロッド33に対する仕事に変え、一部を冷
却器29に捨てるのである。通常ディスブレーサ31の位置
の位相角は出力ピストン32の位置の位相角に対して60゜
〜90゜進んでいる。
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33に結合されてい
る圧縮機ピストン35は出力ピストン32と同じ速度で運動
している。圧縮機ピストン35の上下運動に伴って低圧流
路36の低圧低温の気相冷媒は吸入弁37を通って圧縮室38
へ流入し圧縮されて高圧高温となり吐出弁39を通って高
圧流路40へ流出する。更に凝縮器41に流入して高圧の液
相となり膨張弁42に流入、流出して低圧低温の気液二相
となり更に蒸発器43で加熱され、低圧低温の気相となり
低圧流路36へ流入する。
リング・エンジンで駆動されるロッド33に結合されてい
る圧縮機ピストン35は出力ピストン32と同じ速度で運動
している。圧縮機ピストン35の上下運動に伴って低圧流
路36の低圧低温の気相冷媒は吸入弁37を通って圧縮室38
へ流入し圧縮されて高圧高温となり吐出弁39を通って高
圧流路40へ流出する。更に凝縮器41に流入して高圧の液
相となり膨張弁42に流入、流出して低圧低温の気液二相
となり更に蒸発器43で加熱され、低圧低温の気相となり
低圧流路36へ流入する。
以上述べたような一回りの過程に於いて圧縮機ピスト
ン35が冷媒にした仕事と冷媒が蒸発器43で得た熱の和は
凝縮器41で冷媒から捨てられる、そして蒸発器43および
凝縮器41で冷熱及び温熱がそれぞれ利用できる。
ン35が冷媒にした仕事と冷媒が蒸発器43で得た熱の和は
凝縮器41で冷媒から捨てられる、そして蒸発器43および
凝縮器41で冷熱及び温熱がそれぞれ利用できる。
ところで圧縮機の上死点位置の制御はばね室46の平均
圧力を調節して行う、即ち上死点位置を上昇させるとき
は流量制御弁51の開度を増加させて高圧流路40からばね
室46への流量を増加させるか、流量制御弁48の開度を減
少させてばね室46から低圧流路36への流量を減少させ
る、この結果ばね室46の圧力が増加し、上死点位置が上
昇する。逆に上死点位置を下降させるときは流量制御弁
51の開度を減少させて高圧流路40からばね室46への流量
を減少させるか、流量制御弁48の開度を増加させてばね
室46から低圧流路36への流量を増加させる、この結果ば
ね室46の圧力が減少し、上死点位置が下降する。
圧力を調節して行う、即ち上死点位置を上昇させるとき
は流量制御弁51の開度を増加させて高圧流路40からばね
室46への流量を増加させるか、流量制御弁48の開度を減
少させてばね室46から低圧流路36への流量を減少させ
る、この結果ばね室46の圧力が増加し、上死点位置が上
昇する。逆に上死点位置を下降させるときは流量制御弁
51の開度を減少させて高圧流路40からばね室46への流量
を減少させるか、流量制御弁48の開度を増加させてばね
室46から低圧流路36への流量を増加させる、この結果ば
ね室46の圧力が減少し、上死点位置が下降する。
ばね室46の圧力は圧縮機ピストン35の上下運動にとも
なって同じ周波数で変化している、従って流量制御弁48
を全閉、流量制御弁51を全開にするとばね室の最低圧力
はほぼ高圧流路の圧力になり、最高圧力は高圧流路40の
圧力以上になる。逆に流量制御弁51を全ぺい、流量制御
弁48を全開にするとばね室の最高圧力はほぼ低圧流路36
の圧力になり、最低圧力は低圧流路36の圧力以下にな
る。此の様にばね室36の平均圧力の変化可能範囲は逆止
弁47、50がないときは低圧流路36と高圧流路40の圧力の
範囲であるが、逆止弁47、50があると此の変化可能範囲
が拡大する。特に圧縮機の運転開始直後は低圧流路36と
高圧流路40の圧力がほぼ等しく逆止弁47、50がないとば
ね室46の平均圧力を変化させることはできないが本実施
例においては可能となる。
なって同じ周波数で変化している、従って流量制御弁48
を全閉、流量制御弁51を全開にするとばね室の最低圧力
はほぼ高圧流路の圧力になり、最高圧力は高圧流路40の
圧力以上になる。逆に流量制御弁51を全ぺい、流量制御
弁48を全開にするとばね室の最高圧力はほぼ低圧流路36
の圧力になり、最低圧力は低圧流路36の圧力以下にな
る。此の様にばね室36の平均圧力の変化可能範囲は逆止
弁47、50がないときは低圧流路36と高圧流路40の圧力の
範囲であるが、逆止弁47、50があると此の変化可能範囲
が拡大する。特に圧縮機の運転開始直後は低圧流路36と
高圧流路40の圧力がほぼ等しく逆止弁47、50がないとば
ね室46の平均圧力を変化させることはできないが本実施
例においては可能となる。
一方、位置検出器52は圧縮機ピストン35の位置に対応
する電圧信号を制御装置53に送っている。制御装置53は
この電圧信号が上死点位置の目標値に相当する電圧と差
があるときは次のような作用を行う。圧縮機ピストン35
の上死点位置が目標値より上にある時は流量制御弁51の
開度を減少させる、そして圧縮機ピストン35の位置が目
標値に達すれば流量制御弁51の開度を一定に保つ、流量
制御弁51が全閉になっても目標に達しないときには流量
制御弁48の開度を増加させる。そして目標値に達したと
ころで流量制御弁48の開度を一定にする。圧縮機ピスト
ン35の上死点位置が目標値より下にある時は流量制御弁
の48の開度を減少させる、そして圧縮機ピストン35の位
置が目標値に達すれば流量制御弁48の開度を一定に保
つ、流量制御弁47が全閉になっても目標に達しないとき
には流量制御弁51の開度を増加させる、そして目標値に
達したところで流量制御弁51の開度を一定にする。
する電圧信号を制御装置53に送っている。制御装置53は
この電圧信号が上死点位置の目標値に相当する電圧と差
があるときは次のような作用を行う。圧縮機ピストン35
の上死点位置が目標値より上にある時は流量制御弁51の
開度を減少させる、そして圧縮機ピストン35の位置が目
標値に達すれば流量制御弁51の開度を一定に保つ、流量
制御弁51が全閉になっても目標に達しないときには流量
制御弁48の開度を増加させる。そして目標値に達したと
ころで流量制御弁48の開度を一定にする。圧縮機ピスト
ン35の上死点位置が目標値より下にある時は流量制御弁
の48の開度を減少させる、そして圧縮機ピストン35の位
置が目標値に達すれば流量制御弁48の開度を一定に保
つ、流量制御弁47が全閉になっても目標に達しないとき
には流量制御弁51の開度を増加させる、そして目標値に
達したところで流量制御弁51の開度を一定にする。
ところで通常運転時に於て、ばね室46の平均圧力を制
御するため高圧流路40からばね室46へ流入する流量およ
びばね室46から低圧流路36へ流出する流量は膨張弁42を
通過する流量に比べて少なく、流路45、49を冷媒が通過
することによる損失の増加は上死点位置の制御性の向上
による体積効率及び断熱効率の増加に比べて小さい。
御するため高圧流路40からばね室46へ流入する流量およ
びばね室46から低圧流路36へ流出する流量は膨張弁42を
通過する流量に比べて少なく、流路45、49を冷媒が通過
することによる損失の増加は上死点位置の制御性の向上
による体積効率及び断熱効率の増加に比べて小さい。
此の様に本実施例は圧縮機ピストン35の上死点位置が
目標値からずれないように制御装置53は圧縮機ピストン
35の位置を検出する位置検出器52の出力信号に基ずいて
流量制御弁48、51の開度を調節してばね室46の圧力を調
節し圧縮機ピストン35の上死点を目標値に保つように制
御している。そのため圧縮機ピストン35の上死点位置が
目標値以上に上がって吸入弁37やシリンダ34に衝突した
り、逆に目標値以下に下がって体積効率や断熱効率が低
下すると言う問題がなくなる。この為信頼性と効率が増
加する。
目標値からずれないように制御装置53は圧縮機ピストン
35の位置を検出する位置検出器52の出力信号に基ずいて
流量制御弁48、51の開度を調節してばね室46の圧力を調
節し圧縮機ピストン35の上死点を目標値に保つように制
御している。そのため圧縮機ピストン35の上死点位置が
目標値以上に上がって吸入弁37やシリンダ34に衝突した
り、逆に目標値以下に下がって体積効率や断熱効率が低
下すると言う問題がなくなる。この為信頼性と効率が増
加する。
なお本実施例では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
等でもよい、又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・エンジンを用いているがこれに限
らずフリーピストン型オットー・エンジン、リニアモー
タ等でもよい。
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
等でもよい、又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・エンジンを用いているがこれに限
らずフリーピストン型オットー・エンジン、リニアモー
タ等でもよい。
発明の効果 本発明は、圧縮機の上死点位置を一定に保ち死体積を
小さく保つように制御できるので死体積が小さくなり過
ぎて圧縮機ピストンが吸入弁やシリンダに衝突したり、
逆に死体積が大きくなり過ぎて体積効率や断熱効率が低
下すると言う問題がなくなる。この為信頼性と効率が向
上する。
小さく保つように制御できるので死体積が小さくなり過
ぎて圧縮機ピストンが吸入弁やシリンダに衝突したり、
逆に死体積が大きくなり過ぎて体積効率や断熱効率が低
下すると言う問題がなくなる。この為信頼性と効率が向
上する。
第１図は本発明の一実施例のフリーピストン型圧縮機の
縦断面図、第２図は従来例の圧縮機の縦断面図である。 27……容器、28……加熱器、29……冷却器、30……再生
器、31……ディスプレーサ、32……出力ピストン、33…
…ロッド、35……圧縮機ピストン、34……シリンダ、37
……吸入弁、38……圧縮室、39……吐出弁、40……高圧
流路、41……凝縮器、42……膨張弁、43……蒸発機器、
36……低圧流路、47、50……逆止弁、48、51……流量制
御弁、45、49……流路、52……検出器、53……制御装
置、58、59……軸封装置。
縦断面図、第２図は従来例の圧縮機の縦断面図である。 27……容器、28……加熱器、29……冷却器、30……再生
器、31……ディスプレーサ、32……出力ピストン、33…
…ロッド、35……圧縮機ピストン、34……シリンダ、37
……吸入弁、38……圧縮室、39……吐出弁、40……高圧
流路、41……凝縮器、42……膨張弁、43……蒸発機器、
36……低圧流路、47、50……逆止弁、48、51……流量制
御弁、45、49……流路、52……検出器、53……制御装
置、58、59……軸封装置。
Claims (3)
- 【請求項１】シリンダと、前記シリンダ内をシリンダ内
壁に運動する圧縮機ピストンと、前記圧縮機ピストンと
シリンダとで囲まれた圧縮室と、前記圧縮室に連通し低
圧の流体が流れる低圧流路と、前記圧縮室に連通し高圧
の流体が流れる高圧流路と、前記圧縮機ピストンの運動
に伴ってその体積が変わる前記シリンダ内の圧縮室以外
の空間であるところのばね室と、前記ばね室と低圧流路
とを連通する流路Ｌと、前記ばね室と高圧流路とを連通
する流路Ｈと、流路Ｌに設けられ前記低圧流路から前記
ばね室への流れを阻止する方向に設けられた逆止弁Ｌ
と、流路Ｈに設けられ前記ばね室から高圧流路への流れ
を阻止する方向に設けられた逆止弁Ｈと、流路Ｌに設け
られた流通抵抗の変化可能な弁Ｌと、流路Ｈに設けられ
た流通抵抗の変化可能な弁Ｈと、前記圧縮機ピストンの
駆動手段とを有するフリーピストン型圧縮機。 - 【請求項２】圧縮機の死体積を直接或は間接に検出する
検出手段と、前記検出手段からの信号と前記圧縮機の死
体積の目標値より死体積が目標値になるように流通抵抗
の変化可能な弁Ｌまたは流通抵抗の変化可能な弁Ｈを制
御する制御手段とを有する特許請求の範囲第１項記載の
フリーピストン型圧縮機。 - 【請求項３】圧縮機ピストンの駆動手段をフリーピスト
ンスターリングエンジンとした特許請求の範囲第１項記
載のフリーピストン型圧縮機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62315915A JPH0830465B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | フリーピストン型圧縮機 |
| US07/284,122 US4954053A (en) | 1987-12-14 | 1988-12-14 | Free-piston compressor with gas spring control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62315915A JPH0830465B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | フリーピストン型圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01159473A JPH01159473A (ja) | 1989-06-22 |
| JPH0830465B2 true JPH0830465B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=18071135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62315915A Expired - Fee Related JPH0830465B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | フリーピストン型圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0830465B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108799050A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 华北电力大学（保定） | 一种磁铁活塞与电磁线圈耦合的热压缩机系统 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103047105B (zh) * | 2012-12-18 | 2016-01-06 | 成都宇能通能源开发有限公司 | 一种自带能源的气体压缩机 |
| CN108799048A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 华北电力大学（保定） | 一种动圈式热压缩机系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62191674A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | スタ−リング機関駆動圧縮機 |
-
1987
- 1987-12-14 JP JP62315915A patent/JPH0830465B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108799050A (zh) * | 2017-05-02 | 2018-11-13 | 华北电力大学（保定） | 一种磁铁活塞与电磁线圈耦合的热压缩机系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01159473A (ja) | 1989-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |