JPH10502151A - 自由ピストン終位置リミッター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シリンダー（１２）中で密閉的に往復し、そしてピストンの１つの末端を境界とした作業空間（１６）をピストンの反対末端を境界とした第二空間（２０）から分けるピストン（１４）を有する種類の自由ピストン機械用のピストン終位置リミッター。作業空間および第二空間は、平均圧を有する処理流体を含む。第一バルブ（２６）は流体リザーバー（２５）と作業空間との間を連絡してつなぎ、そして処理流体圧力がその平均圧力から一方向に十分に変動した時にのみ開くように調整されている。第二の位置応答性バルブ（３０）は、リザーバーと第二空間との間をつなぎ、そしてピストン反復の末端限界に達するピストンに応答して開くためにピストンに操作可能に連結されている。

Description

【発明の詳細な説明】 自由ピストン終位置リミッター発明の分野 本発明は、一般的に圧縮機およびスターリングサイクルエンジンおよびクーラ ーのようなシリンダー中で自由に往復するピストンを有する装置に関し、そして より詳細には本発明は、そのような往復する自由ピストンの工程の終位置を制限 するための機械的構造に関する。技術の背景 ほとんどのピストンは、クランク軸に連結した連結棒のような硬質な機械的結 合に連結しており、それゆえに予め定められた末端の限界が確実となる。しかし 、多くの機械は１つ以上の自由ピストンを使用することが知られている。自由ピ ストンはそのような機械的な連結無しにシリンダー内で往復し、したがって自由 ピストンは機械的に末端限界が確定していない。そのような自由ピストンは電磁 性のリニアモーターにより駆動することができ、そして例えばガスまたは他の流 体圧縮機またはポンプとして使用される。自由ピストンはまた、自由ピストンス ターリングエンジンおよびクリオクーラーのような自由ピストンスターリングサ イクル機械にも見られる。自由ピストンは、ハウジング中に形成されたシリンダ ー中で密閉的に往復する。このハウジングは典型的にはピストンの一端を境とす る作業空間、そしてピストンの反対側の末端を境とする第二空間または背空間を 囲む。自由ピストンは平均位置から両方向のボトムデッドセンター(bottom dead center:BDC)位置およびトップデッドセンター(top dead center:TDC)位置へ、 軌跡を形成する。この平均位置からの軌跡の振幅は、作業要求量、負荷またはガ ス圧のような機械 の操作条件に相関して変動する。平均位置からのピストンの変位は、時間または 角度のおよそ正弦波関数である。ピストン往復の振幅は、平均位置からＢＤＣ位 置またはＴＤＣ位置への変位である。ＢＤＣ位置からＴＤＣ位置への距離は、ピ ストンのストロークである。 機械の操作条件の変化はピストンの軌跡の振幅の変化を生じるだけでなく、そ のような変化は平均位置の変動またはクリープを生じる。平均位置の変動は、例 えば時間の関数としてピストンがさらされる圧力の非−対称的変動を生じ、そし てその結果、非−対称的な処理流体の漏出がピストンシールを通って生じる。 典型的には、第一または作業空間および第二または背空間容量は、平均圧力に ついて時間に相関する流体圧変動を経験する。典型的に、時間に相関する背空間 圧変動は、作業空間中の圧力変動よりも小さく、そしてより正弦波に近い。作業 空間中の時間に相関する非対称的圧力変動およびピストンを通る非対称的な漏出 の結果、１つの空間から他の空間への、最も多くは作業空間から第二または背空 間への処理流体の正味の漏出を生じる。このように、ガスの各周期中でガス分量 (minute quantities)は始めに一方向に漏出し、そして次に他方へ漏出するが、 両方向への漏出は典型的には等しくなく、したがって各周期中に１つの空間から 他方の空間に少ない正味のガスの移動が起こる。この空間の間でのガス移動は、 次第に蓄積し、そしてその結果、自由ピストンの平均位置が一端、または他端に 向かってクリープし、典型的には作業空間内部に向かってクリープする。 要約すると、第一および第二空間の両方がそれぞれ時間に相関して平均圧力に ついて圧力変動を経験するが、第一空間から第二空間へのよう な正味一方向への漏出は、第二空間から第一空間へのような反対方向へのピスト ンの平均位置の移動またはクリープを生じる。このように、もし振動の振幅が一 定であっても、十分なクリープで最終的にピストンが圧縮機のバルブ板、スター リングエンジンの熱交換器またはスターリングエンジンのディスプレイサーのよ うな結合構造と衝突を起こす。同様に、たとえ平均位置が変化しなくても、例え ば負荷要求量の減少により引き起こされる振動の振幅の増大で、同様な衝突を生 じ得る。 したがって、ピストンと他の結合構造間に選択された隙間を維持するために、 往復する自由ピストンの終位置を制限する末端制限構造が必要である。例えば自 由ピストン圧縮機では、圧縮機が最大圧縮比で作動し、そしてそれゆえに最大効 力で作動するために、できるかぎり最小の隙間、場合によっては数百ミリメータ ーのオーダーで、ピストンがバルブ板に近付くことが望ましい。しかし、バルブ 板との衝突により機械が破壊されることを回避するために、ピストンがさらにバ ルブ板に向かって移動できないことも確実にする必要がある。あるいは、熱力学 的理由から、自由ピストンの最終位置を制限することが望ましいこともある。 本発明のさらなる目的および特徴は、ピストン往復運動の広いストロークまた は振幅にわたって、ならびに操作条件が変動するとき（例えば、より大きい、ま たは低い冷媒流速、冷媒圧の変化またはスターリングエンジンによるより大量、 または少量の仕事要求量、またはスターリングクーラーによるより高い、または 低い熱的ポンピング速度の要求量）、往復ピストンの広い平均位置にわたって、 ピストン位置の末端限界を維持することである。発明の簡単な開示 本発明において、第一バルブは流体リザーバーと第一空間との間を連絡してつ ないでいる。第一バルブは、第一空間中の作業流体圧がその平均圧から一方向に 十分に変動する、すなわち圧力が平均圧よりも十分に大きい、または低い時にの み開くように調節されている。第二の位置−応答性バルブは、同じリザーバー中 への流絡が連続的に開くようにつながれており、そして第二空間にもつながれて いる。この第二の、位置−応答性バルブは開いた時、リザーバーを第二空間につ なげる。第二バルブは、ピストンがその往復運動の選択された末端限界に到達す るのに応答して、第二バルブを開いて、第二空間をリザーバーにつなげるために 、操作可能にピストンに連結されている。図面の簡単な説明 図１は、作業空間に向かってピストンが内側へ移動することを制限する、本発 明を具体化した自由ピストン圧縮機の概略的説明である。 図２は、自由ピストンスターリングエンジンの作業空間に向かって、動力ピス トンが内側へ移動することを制限する、本発明の態様の概略的説明である。 図３は、ピストンを貫通する中間口を含む装置により、制限された終位置があ るピストンの概略的説明である。 図４は、ピストンを貫通する中間口により制限される作業空間から外側に向か う移動を有する、自由ピストンの概略的説明である。 図５は、チェックバルブを使用せずに、本発明の態様により制限されるピスト ンの終位置を有する圧縮機の概略的説明である。 図６は、位相角または時間の関数として、図５の態様のピストンの変位を説明 するオシログラムである。 図７は、相または時間の関数として、図５の態様の作業空間中の圧力を説明す るオシログラムである。 図８は、本発明に関連して同時に、または加えて使用する圧縮機の吸引チャン バーを説明し、そしてまた通常ではない大きな圧力変化比にもかかわらず、終位 置限界を維持するために、本発明とともに使用するさらなる構造も説明する、本 発明の別の態様である。 図９は、往復しているピストンの位置の移動を、作業空間に向かって内側の末 端限界に制限するための、本発明の別の構造的部品を説明する。 図面に説明した本発明の好適態様の記載において、明瞭性のために特別な用語 術に頼るだろう。しかし、本発明がそのように選択された特別な用語に制限され ることは意図せず、そして各々の特別な用語が、同じ目的を達成するために同様 な様式で操作するすべての技術的均等物を含むと考えられる。例えば、関連単語 またはそれに類似字する用語を、よく使用する。それらは直接的関連に限らない が、そのような関連が当業者に均等であると認識される場合は、他の回路要素を 通じた関連を含む。詳細な記載 通路、口、チャンバー、ピストン、ハウジングおよび種々のバルブのような本 発明の物理的構造は当該技術分野で周知であるので、様々な本発明の態様は図面 で概略的に説明する。さらに本発明の構造には、機械中に組み込まれている機械 の単に大変小さい部分を含み、したがって当該技術分野で周知な他の詳細につい ては記載しない。 図１は本発明の態様を説明する。この態様はシリンダー１２およびシリンダー １２中で密閉して往復運動するピストン１４を有するハウジング１０を有する。 ハウジング１０は、ピストン１４の第一末端１８を境 とする作業空間１６を囲む。作業空間１６は、中にガスを引き抜き、そして次に 圧縮する容積である。ハウジング１０はまた第二空間２０も有し、ピストン１４ の第二末端２１を境とする背空間２０または外側容積と呼ぶこともある。ピスト ン１４は、連結棒２４によりピストンに連結している電磁性リニアモーター２２ により往復する様式で駆動する。リニアモーター２２は、棒２４に装備された内 部の永久磁石を往復運動で駆動させるために、時間変動で電位がかけられる従来 の電磁性リニアモーターである。 流体リザーバー２５は、チェックバルブである第一バルブ２６を通って作業空 間１６につながれている。チェックバルブ２６は、作業空間１６からの処理流体 圧が作業空間１６中の平均圧力よりも十分に低い時のみ開く。図１において、第 一バルブはチェックバルブなので、作業空間圧がリザーバー２５中の圧力よりも 低い時はいつでも開く。その結果、第一バルブ２６は、リザーバー２５を作業空 間１６の平均圧未満で維持し、そして好ましくは、かつ典型的には周期中、最小 作業空間圧近くに維持する。 リザーバー２５も、通路２８を通ってシリンダー１２の壁を通る口３０につな がっており、したがってシリンダー１２中に開く。口３０は、ピストン１４が選 択された内部限界に到達した時に、口３０を越え、そしてピストン１４の覆いが 外れ、そして第二空間２０に暴露されるように、シリンダー壁に沿って配置され ている。図１の態様において、口３０は、ピストン１４が説明されているＴＤＣ 位に到達すると覆いが外される。この限界のＴＤＣは、バルブ板またはヘッドを 表す末端壁３１から選択された隙間で離れている。例として、口３０、または入 り口に付 いているスロットまたは溝は、0.3mmの軸寸法を有することができる。ＴＤＣ位 から壁末端３１への隙間は、例えば0.05mmでよく、そのため口またはスロットの 始まりは0.05mmに壁末端３１との衝突位置からのピストン長を加えた間隔となる 。 出願人の慣習的用語では、作業空間内部へのピストンの移動をピストンの内部 移動と呼び、そしてピストンの最も内側の位置を内限界と呼ぶ。同様に、第二空 間２０に向かう移動を外部移動と呼び、そして外部移動の限界を外限界と呼ぶ。 リザーバー２５は、図１の圧縮機により圧縮される流体の供給源３０につなが り、そしてその結果、圧縮機の低圧吸引チャンバーおよび本発明のリザーバーの 両方として同時に役立つことができる。その結果、作業空間１６に引き抜く圧縮 されるガスは、チェックバルブ２６を通っても引き抜かれる。圧縮されたガスは 次にチェックバルブ３２を通って通常の様式で排出される。しかしあるいは、リ ザーバー２５を本発明の目的で限定するために専用とすることができ、そしてチ ェックバルブ３４を通す投入接続を、従来の様式で提供することができる。 図１の態様の操作では、リザーバー２５は作業空間１６の平均圧力よりも低い 比較的低圧に維持され、そして好ましくはピストンの往復運動中に作業空間が達 する最も低い圧力付近に維持される。もしピストンが図１に説明する末端限界に 到達しなければ、口３０は全周期中で覆われたままであり、そしてリザーバー２ ５は低圧に維持される。ピストン１４が限界のＴＤＣに到達すれば、口３０の覆 いが外され、そしてリザーバー２５がチェックバルブ２６により十分に低圧に維 持されているので、処理流体が第二空間２０から通路２８を通ってリザーバー２ ５に引き抜 かれる。作業空間の圧力変動の振幅は、第二空間中の圧力変動の振幅を大きく越 え、そしてリザーバーは最小作業空間圧に維持されているので、リザーバー２５ 中の圧力は、第二空間中の圧力よりも大変低い。この覆いが外れた口３０は、第 二空間２０から流体の一部を取り出し、そしてその結果ピストン１４の平均位置 を外側に変化させる。ピストンが往復し、そして末端限界に到達する度に、流体 の１分間の量が第二空間２０からリザーバー２５へ移され、そして結局、作業空 間１６中に引き抜かれる。口３０は制限がある直径、または軸方向に他の寸法を 有するので、ピストンが初めて内末端限界ＴＤＣに到達し始める時に、口３０は 部分的に覆いを外されるだけである。続く各々の往復運動中、ピストンはより多 くの口部分を次第に外し、その後、各周期中に十分な流体が第二空間からリザー バー中に、そしてリザーバーから作業空間中に取り出され、平衡に達する。 同時に作動する口３０およびピストン１４は一緒にスプールバルブとして機能 し、そしてスプールバルブの典型的な様式で、口３０と連絡しているピストンま たはシリンダー中に溝を提供できる。あるいはスプールバルブを、ピストン上に 直接というよりは別の構造上に形成でき、そして適当な機械的連結によりピスト ンに結合する。 同様に、他のバルブを図１に説明するスプールバルブ配列の代わりに使用でき る。例えば、電気バルブはピストンが選択した末端限界に達した時に開くように 、電気的に作動するバルブを使用し、そしてスイッチにつないだ移動ピストン上 の突起に機械的に連結できる。しかしそのような電気バルブは、もちろん複雑で 過剰であるとも考えられる。 図２は、エンジンまたはクーラーのような自由ピストンスターリング 機械に適用した、図１の本発明を説明する。図２の自由ピストンスターリング機 械は、両方とも周知の従来の様式でハウジング４６に形成されたシリンダー４４ 中で自由に往復する、往復動力ピストン４０およびディスプレイサー４２を有す る。このスターリング機械は、動力ピストン４０により分けられた従来の作業空 間４８および第二空間５０を有する。このスターリング機械はまた、従来の再生 器５２も有する。本発明の目的のために、ピストン４０の第一末端６２が選択し たＴＤＣ限界に到達した時、リザーバー５４が通路５６を通って、ピストン４０ の第二末端６０から覆いが外れるように配置された口５８につながる。リザーバ ー５４は、チェックバルブ６４を通って作業空間４８にもつながり、これは自由 スターリングエンジン機械の技術においては周知であるように、再生器５２を通 って連絡しているディスプレイサー４２の両側の構成部品に延びる。 図２に説明する従来の自由ピストンスターリング機械の操作において、作業空 間４８は、動力ピストン４０およびディスプレイサー４２がシリンダー４４内で 往復するとき、時間に相関して圧力変動を経験する。その結果、リザーバー５４ はチェックバルブ６４を通って引き出される流体により、作業空間４８の最小圧 に実質的に近い圧力で維持される。作業空間４８に向かって内側に動力ピストン ４０が十分クリープすると、口５８はピストンの極めて内側の軌跡位置のトップ デッドセンターで覆いを外され、次にガスが図１に説明したものと同じ様式で第 二空間５０からリザーバー５４中に引き出される。その結果、ＴＤＣ限界を越え たピストン軌跡は、第二空間５０からのガスの取り出しにより防止され、そして 同じガスが作業空間４８に加えられる。 図３は、口が口を越えて通過するピストンの実際の物理的末端またはスカート により、覆いが外される必要が無いことを説明している。図３で、中空ピストン ７０はハウジング７４内に形成されたシリンダー７２中を往復する。このハウジ ングはまた、ピストン７０により分けられている作業空間７６および第二空間７ ８を限定する。図１および２のように、リザーバー８０がチェックバルブ８２を 通って作業空間７６につながり、そして通路８４にもつながっている。しかし図 ３の態様では、中空ピストン７０の壁を通って口８８と位置が合うようになって いるシリンダー７２中の、口８６内で通路は終わる。その結果、図３の態様は、 口の覆いを外し、そして口をピストン７０の口８８を通って第二空間に露出させ ることにより、図１および図２の態様でピストン位置を制限する様式と同様に、 ピストン７０の運動を選択されたＴＤＣ限界に制限する。 図４は、本発明がピストンの位置を極端に外側に制限するためにも使用できる ことを説明する。図４において、中空ピストン９０はハウジング９４内に形成さ れたシリンダー９２中で往復する。ハウジング９４は作業空間９４および第二空 間９８も限定する。リザーバー１００はチェックバルブ１０２を通って通路１０ ４につながる。通路１０４は、前述の態様と同様にシリンダー内に形成された口 １０６内で終結する。ピストン９０が選択したＢＤＣ外限界に到達した時に、シ リンダー中の口１０６と位置を合わせるために、中空ピストン９０の壁を通る口 径または口１０８も提供される。図４では、リザーバー１００が低圧よりはむし ろ高圧に維持されるように、チェックバルブ１０２が図１−３のチェックとは反 対方向に向いている。リザーバー１００は、作業空間９６および 第二空間９８の平均圧力より実質的に高い圧力を保つ。 図４の態様の操作において、もし往復ピストン９０が口１０８を入口１０６と 位置を合わせるように十分に遠い軌跡を作らなければ、口１０６は全周期中、ピ ストン９０のスカートに覆われたままである。リザーバー１００は、作業空間最 大圧の比較的高圧で維持される。しかし、もしピストン９０がピストン口１０８ で口１０６の覆いを外すように移動すれば、流体がリザーバー１００から通路１ ０４を通って第二空間１０８に通る。このガスの第二空間９８への移動は、この ようにピストンが作業空間９６からさらに外側に移動することを防止する。 したがって限界の提供に、リザーバーを作業空間または第二空間の平均圧力未 満の比較的低い圧力に維持するためには、リザーバーはチェックバルブ８２のよ うなバルブを通ってつなげられなければならない。外限界を維持するために、バ ルブ１０２のようなバルブは、リザーバー１００のようなリザーバーを比較的高 圧に維持するために配置されなければならない。 図５−７は、本発明のさらに別の態様を説明し、そしてリザーバーと作業空間 との間につながれた第一バルブが、図１−４に説明したようなチェックバルブを 取り付ける代わりに、スプールバルブのような別の種類のバルブでよいことを説 明している。さらに、これは前述の図面に関連して説明したものと同じ種類のス プールバルブであることができる。この第一バルブは、上述のように、作業流体 圧が平均圧力から一方向に十分変動する時に開かなければならない。例えば、内 限界を確立するためには、第一バルブは作業流体圧が実質的に平均圧よりも低く なった時に開かなければならない。 図５において、ピストン１１０はハウジング１１４内に形成されたシリンダー １１２中で往復する。ハウジング１１４は、第二空間１１６および作業空間１１ ８を限定する。図５の態様は、流体の入り口用にリザーバー１２２につながった 吸引入口１２０を持つ圧縮機である。前述の態様に関して記載した様式で、リザ ーバー１２２は通路１２４を通ってシリンダー１１２を通る口１２６につながっ ている。図１−４に説明したようなチェックバルブの代わりに、リザーバー１２ ２は通路１２８を通って、シリンダー１１２の壁を通る第二口１３０にもつなが っている。第二口１３０はピストンが作業空間からピストン１１０の第一末端の 平均位置を越えて外側の選択された距離に位置した時に、ピストンの覆いが外れ 、そして作業空間に暴露される場所に位置している。この口の位置で、作業空間 １１８中の流体の圧力周期の低い圧力期中でのみリザーバー１２２が通路１２８ を通って作業空間１１８につながることが確実になる。ガスは周期の圧縮期中に チェックバルブ１４４を通って排出できるように、ガスはピストンにより作業空 間中に引き抜かれる。前述の態様のように、末端限界口１２６は、ピストン１１ ０がＴＤＣ限界に到達した時に外れるように位置している。また前述の態様のよ うに、口１２６の覆いを外すことにより、流体を第二空間から低圧吸引リザーバ ー１２２中に引き抜き、そしてその結果、流体を取り出し、そしてこれによりさ らにピストン１１０の平均位置が作業空間１１８に向かって内側に移動すること を防ぐ。 図６は、時間または位相角に相関するピストン１１０の変位を説明し、これは およそ正弦的運動である。 図７は、図６のピストン変位と関連して、時間または位相角に相関す る作業空間１１８の圧力変動を説明する。ピストンがその平均位置からトップデ ットセンターに向かって移動する時、圧力は排出チェックバルブ１３４が開くま で曲線Ａに沿って増加する。チェックバルブ１３４が開いた後、圧縮流体が圧縮 機作業空間１１８から出る間、短い一定の圧力間隔が生じる。ピストンがＴＤＣ 位置を通過し、そして外側に移動し始める時、生じる作業空間１１８中の圧力低 下は、排出チェックバルブ１３４を閉じ、そして作業空間１１８中の圧力を曲線 Ｂに沿って減少させる。Ｃ点で口１３０の覆いが外される時、作業空間中の圧力 がリザーバー１２２中の吸引圧力まで上昇し、そしてピストン１１０がＢＤＣ位 置に到達するまでその圧力が維持され、そしてＤ点で内側への移動が始まる。そ の後、作業空間１１８中の圧力は曲線Ａ’に沿って連続的に上昇し、そしてこの 周期が繰り返される。 図８は、内制限口用のさらに別の口の配置を説明する。この口は図１で説明し た様式でピストンの実際の物理的末端の覆いを外されるか、または図３に説明す る様式でピストンと通じる口で覆いを外される必要がないばかりでなく、この口 がピストン上に形成されたアンダーカットで外されてもよいことを示している。 図８では、ピストン１４０はシリンダー１４２中を往復する。末端制限口１４４ は例えば図１の口３０の目的を機能的に果たしているが、ピストン１４０に形成 されたアンダーカット１４６と合うようになる。その結果、アンダーカット１４ ６とシリンダー１４２の壁の間の空間を通って、口１４４は第二空間１４８と連 絡してつながっている。 図９は、本発明を採用した圧縮機の一部を説明する。ピストン１５０はシリン ダー１５２内で往復する。スパイダー１５４により、複数の永 久磁石１５６および１５８がピストン１５０に取り付けられている。これらの永 久磁石は、電気的巻線１６４を含む極片１６０および１６２内で往復する。シリ ンダー１５２のおよそ外部に固定された低抵抗の、強磁性シリンダー状セグメン ト１６５は、極片１６０および１６２から磁石１５６および１５８の反対側に低 抵抗の磁性路を提供する。磁石と一緒に、極片、シリンダー状セグメントおよび 巻線が一緒にピストン１５０の往復を駆動させるリニアモーターを形成する。ス プリング１６６もピストンに取り付けられて、所望の操作振動数で共鳴往復運動 を提供する。バネ１６６は、中央でピストン１５０に、そして周辺でハウジング １８０に付いている従来の平面バネの積み重ねである。第一作業空間１６８はピ ストン１７０の第一末端に形成され、そして第二の背空間１７２はハウジング１ ８０の残りの中に形成される。従来のバルブ板およびマニホルド１８４は、シリ ンダー１５２の末端に取り付けられ、そして圧縮流体の作業空間１８６からマニ ホルド１８４への通過、そして排液ライン１８６からの排出用のチェックバルブ を含む（内部であり、見えない）。ハウジング１８０内で、しかしマニホルド１ ８４の回りは、吸引ライン１９０による低圧流体の移入源につながった吸引チャ ンバー１８８である。 ピストン１５０の作業空間１６８に向かう内側への移動は、シリンダー１５２ の外側末端付近の末端制限口１９２を提供することにより、制限される。口１９ ２は、シリンダー１５２の内部を通って形成された通路１９４により吸引チャン バー１８８につながっている。この態様では、口１９２は図８に関連して説明し た様式でアンダーカット１９６により開き、そして第二空間１７２に暴露される ように配置されている。この 態様では、もしピストン１５０がその内限界に対して内側に移動し、そして口１ ９２の覆いが外れてガスを第二空間から吸引チャンバー内に上記の様式で引き抜 くことが可能ならば、吸引チャンバー１８８も第二空間１７２から流体を引き抜 くための本発明のリザーバーとして機能する。 本発明の態様の１つの難点は、口１９２のような口はピストンがそのＴＤＣ位 置である間のわずかな間隔でのみ覆いが外されるので、ピストンがその末端限界 を越えて移動することを防ぐために、流体を第二空間から引き出すことが徐々に 行われる点である。したがって流体を第二空間からリザーバーへ迅速に移動でき るようにする供給が、通常ではない高速の急激な、または一時的な引圧の変化で 成される。そのような素早いダンプ効果(dump feature)は、図９の類似模型で丸 く囲まれたイコライザー構造２００により達成される。 イコライザー２００は吸引チャンバー１８８と第二空間１７２との間を連絡す るためにつなげられた第三バルブを有する。実際、このイコライザーの第三バル ブは、口１９２の覆いが外れた時に、通路１９４および口１９２を通って提供さ れる路に、平行な高流速流体流路（略図の回路の意味で）を提供する。選択した 圧力変化率を越える吸引リザーバー１８８中の圧力変化の時間率に応答して第三 バルブを開くために、バルブアクチュエーターがこの第三バルブにつなげられる 。 より特別には、イコライザー２００はハウジング２０２を有する。バルブアク チュエーターはハウジング２０２中に取り付けられたダイヤフラム２０４を含み 、そしてチャンバー２０６の境界となっている。螺旋状バネ２０８はダイヤフラ ム２０４を上方向に傾け、バルブ２１０をそのバルブシート２１２に対して上向 きに、そして密閉して上向きに保持 する。チャンバー２０６は、チャンバー２０６と吸引リザーバー１８８との間を 連絡する小さい流れ制限オリフィス２１４を除き、密閉されている。ダイヤフラ ム２０４の下の空間は、流れ制限オリフィスではない開口２１６により吸引リザ ーバー１８８に出ている。 イコライザー２００の通常の操作において、ダイヤフラム２０４の両側は同じ 圧力、すなわち引圧に暴露される。バネ２０８は十分な力を発揮して、バルブ２ １０がそのバルブシート２１２に対して傾き、そして吸引リザーバー２０６と第 二空間１７２との間の連絡を妨げる。その結果イコライザーチャンバー２０６は 、オリフィス２１４を通る吸引リザーバーとの長期の連絡の結果、引圧になるだ ろう。 しかし、吸引リザーバー１８８内の急激な、または一時的な実質的な圧力低下 の結果、イコライザーチャンバー２０６中の圧力は、チャンバー２０６中のガス が、例えばオリフィス直径0.2mmを有する流れ制限オリフィスを通って急激に逃 げることができないので、イコライザーチャンバー２０６中の圧力は大変急激に 変化しないだろう。その結果、引圧の急激な低下でイコライザーチャンバー２０ ６中はより高い圧力となり、バネの傾きを克服し、そしてダイヤフラム２０４を バルブシート２１２からより低いバルブ２１０に下に移動させ、そしてバルブ２ １０を開き、イコライザーおよびその大きな開口２１６を通って第二空間１７２ から吸引リザーバー１８８への実質的なガスの流れを可能にする。これにより比 較的大量の流体を第二空間１７２から吸引リザーバー１８８に輸送することがで き、したがってピストン１５０がその周期的な操作中にさらに内側に移動するこ とを防止する。しかし、オリフィス２１４を通る流速を定めるオリフィス２１４ のサイズにより定められるわずかな時間 の遅れで、イコライザーチャンバー２０６中の圧力が減少し、ダイヤフラムを通 る圧力差が減少し、そして次にバネがその圧力差を克服し、そしてバルブ２１２ を閉じる。 したがって、ピストン１５０の終位置は、作業空間１６８から第二空間１７２ へ次第に起こるピストンの周りのゆっくりとした流体漏出にかかわらずその内側 への移動が制限されるだけでなく、急激な、または一時的な高速の引圧変化の結 果でも制限される。 本発明の特定な好適態様を詳細に記載したが、本発明の、または以下の請求の 範囲の精神から逸脱することなく、様々な修飾を調整することができると考えら れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジングがピストンの第一末端を境とする第一空間を囲み、ハウジングが ピストンの反対側の第二末端を境とする第二空間も有し、第二空間は平均圧力を 有する処理流体を含み、そして第一空間は該平均圧力から両方向に周期的に変動 する圧力を有する処理流体を含む、シリンダーおよびシリンダー中で密閉的に往 復するピストンを持つハウジングを有する自由ピストン機械用のピストン終−位 置リミッターであって、リミッターが：（ａ）流体リザーバー； （ｂ）リザーバーと第一空間の間を連絡してつなぐ第一バルブであって、第一空 間内の処理流体圧が平均圧から一方向に十分変動する時にのみ開くように調整さ れる第一バルブ；および （ｃ）開いている流体連絡でリザーバーにつなげられ、そして第二空間につなげ られた第二の位置応答性バルブであって、ピストンが選択されたその往復の末端 限界に到達することに応答して開いて、第二空間をリザーバーにつなぐためにピ ストンに操作可能に連結されている、第二バルブを含んで成る上記ピストン終− 位置リミッター。 ２．第一バルブは、リザーバーに連絡してつながれており、そしてピストンが第 一空間から選択した距離外側に位置した時にピストンによる覆いが外され、そし て第一空間に暴露されるシリンダー中の開口を含んで成る、請求の範囲第１項に 記載のピストンリミッター。 ３．自由ピストン機械が圧縮機であり、そして上記口が処理ガスの供給源につな がれて、ピストンの平均位置を越える圧縮機中への吸引口を形成する、請求の範 囲第２項に記載のピストンリミッター。 ４．第一バルブが、第二空間の平均圧よりも低い圧力にリザーバーを維 持するために、流体流をリザーバーから第一空間へ向けるようにされているチェ ックバルブであり、そして上記の選択された限界が第一空間から内側へのピスト ン往復の限界である、請求の範囲第１項に記載のピストンリミッター。 ５．第二バルブがリザーバーから、シリンダー内に開く口へ連絡する通路を含み 、口は上記の選択された限界に達した時にピストンの覆いが外され、そして第二 空間に暴露される位置でシリンダーの壁を通る、請求の範囲第４項に記載のピス トンリミッター。 ６．口はピストンが上記の選択された限界に達した時にピストンの第二末端を越 えて位置する、請求の範囲第５項に記載のピストンリミッター。 ７．自由ピストン機械が圧縮機であり、チェックバルブが圧縮機の取り込みチェ ックバルブであり、そして流体リザーバーが圧縮機の吸引リザーバーである、請 求の範囲第５項に記載のピストンリミッター。 ８．自由ピストン機械がスターリングサイクル機であり、第一空間がディスプレ イサーを含む機械の作業空間である、請求の範囲第５項に記載のピストンリミッ ター。 ９．第一バルブが、第二空間の平均圧以上の圧力にリザーバーを維持するために 、流体流を第一空間からリザーバーへ向けるようにされているチェックバルブで あり、そして上記の選択された限界が第一空間から外側へのピストン往復の限界 である、請求の範囲第１項に記載のピストンリミッター。 １０．第二バルブがリザーバーから、シリンダー内に開く口へ連絡する通路を含 み、口は上記の選択された限界に達した時にピストンの覆いが外され、そして第 二空間に暴露される位置でシリンダーの壁を通る、請 求の範囲第９項に記載のピストンリミッター。 １１．さらに時間に関するリザーバー圧の選択された変化率に応答するためにイ コライザーを含み、イコライザーはリザーバーと第二空間の間を連絡するために つながれた第三バルブ、および第三バルブにつながれ、かつ該選択された率を越 えるリザーバー圧変化の時間率に応答して第三バルブを開くバルブアクチュエー ターを含んで成る、請求の範囲第１項に記載のピストンリミッター。 １２．バルブアクチュエーターが第三バルブにつながり、そしてバルブを閉じる ために傾くダイヤフラムを含んで成り、ダイヤフラムは第一側および反対側を有 し、そして傾きを克服するため第二側の圧力を十分に越える第一側の圧力に応答 して第三バルブを開くために第三バルブにつながれ、ダイヤフラムの第一側は、 流速限界制限を通してリザーバーに排出されるチャンバーに暴露されており、そ してダイアフラムの反対側は制限無しにリザーバー中に排出される、請求の範囲 第１１項に記載のピストンリミッター。 １３．ハウジングがピストンの第一末端を境とする第一空間を囲み、ハウジング がピストンの反対側の第二末端を境とする第二空間も有し、第二空間は平均圧力 を有する処理流体を含み、そして第一空間は該平均圧力から両方向に周期的に変 動する圧力を有する処理流体を含む、シリンダーおよびシリンダー中で密閉的に 往復するピストンを持つハウジングを有する自由ピストン機械用のピストン終− 位置リミッターであって、リミッターが： （ａ）流体リザーバー； （ｂ）リザーバーと第一空間の間を連絡してつなぐ第一バルブであって、 第一空間内の処理流体圧が平均圧から一方向に十分変動する時にのみ開くように 調整され第一バルブ； （ｃ）リザーバーにつなげられ、そしてピストンが選択されたその往復の末端限 界に到達することに応答して開いて、第二空間をリザーバーにつなぐために第二 空間につながれた第二バルブ；および （ｄ）時間に関してリザーバー圧の選択された変化率に応答するためのイコライ ザーであって、リザーバーと第二空間の間を連絡するためにつながれた第三バル ブ、および第三バルブにつながれ、かつ選択された率を越えるリザーバー圧変化 の時間率に応答して第三バルブを開くバルブアクチュエーターを含んで成るイコ ライザー、 、を含んで成る上記ピストン終−位置リミッター。 １４．バルブアクチュエーターが第三バルブにつながり、そしてバルブを閉じる ために傾くダイヤフラムを含んで成り、ダイヤフラムは第一側および反対側を有 し、そして傾きを克服するため第二側の圧力を十分に越える第一側の圧力に応答 して第三バルブを開くために第三バルブに連絡され、ダイヤフラムの第一側は、 流速限界制限を通してリザーバーに排出されるチャンバーに暴露されており、そ してダイアフラムの反対側は制限無しにリザーバー中に排出される、請求の範囲 第１３項に記載のピストンリミッター。