JPH11173692A - Gas compressor/expansion machine - Google Patents

Gas compressor/expansion machine

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Publication number
JPH11173692A
JPH11173692A JP36239597A JP36239597A JPH11173692A JP H11173692 A JPH11173692 A JP H11173692A JP 36239597 A JP36239597 A JP 36239597A JP 36239597 A JP36239597 A JP 36239597A JP H11173692 A JPH11173692 A JP H11173692A
Authority
JP
Japan
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expansion
compression
piston
gas
expansion piston
Prior art date
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Pending
Application number
JP36239597A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Itsuo Nakasaki
五夫 中崎
Kazuhiro Seo
和宏 瀬尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP36239597A priority Critical patent/JPH11173692A/en
Publication of JPH11173692A publication Critical patent/JPH11173692A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the number of parts, costs, and the size of a device by integrally forming a cross guide in a compression piston and a lower section of an expansion piston. SOLUTION: Between a compression section 20, an expansion section 30, and a drive section 40 is provided a guide member 49 equipped with cross guide holes 49a and 49b for stowing freely reciprocatingly a lower end section of a compression piston 21 and that of a lower section of an expansion piston 31. And, by sliding both sides of the lower end section of the compression piston 21 and that of the lower section of the expansion piston 31 over an inner wall of the cross guide holes 49a and 49b, a driving force from the drive section 40 is caused to be converted into a linear motion, thereby to reduce the number of members for conversion of linear motion and the size of a device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,駆動部からの駆動
力を直線往復運動に変換するクロスガイド機能を圧縮ピ
ストン及び膨張ピストンに付与したガス圧縮/膨張機に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas compression / expansion machine in which a compression guide and an expansion piston are provided with a cross guide function for converting a driving force from a driving unit into a linear reciprocating motion.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来,ガス圧縮/膨張機は,スターリン
グ冷凍機,スターリングエンジン及びレシプロ式コンプ
レッサ等に用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, gas compressors / expanders have been used in Stirling refrigerators, Stirling engines, reciprocating compressors and the like.

【0003】図6は,かかるガス圧縮/膨張機の概略構
成を示し,当該ガス圧縮/膨張機は,圧縮ピストン12
1を備えた圧縮部120,膨張ピストン131を備えた
膨張部130,クランク機構143を備える駆動部14
0,蓄冷材151が収納された蓄冷部150等を有し,
蓄冷部150は圧縮部120と膨張部130とを連通す
るガス流路161の途中に配設されている。
FIG. 6 shows a schematic configuration of such a gas compression / expansion machine.
1, an expansion section 130 with an expansion piston 131, and a drive section 14 with a crank mechanism 143.
0, having a cold storage unit 150 in which a cold storage material 151 is stored,
The cold storage section 150 is provided in the middle of a gas flow path 161 that connects the compression section 120 and the expansion section 130.

【0004】圧縮部120は,圧縮ピストン121を収
納する圧縮シリンダ122,該圧縮シリンダ122の頭
部側に設けられた圧縮空間123,圧縮ピストン121
と隔壁163とにより形成されるバッファ空間124,
該バッファ空間124と連通したバッファ室125,隔
壁163を挿通して圧縮ピストン121に駆動力を伝達
する圧縮ピストンロッド126等を有して,圧縮ピスト
ン121にはガスシール127が設けられると共に圧縮
ピストンロッド126にオイルシール128が設けられ
ている。
The compression section 120 includes a compression cylinder 122 for accommodating a compression piston 121, a compression space 123 provided on the head side of the compression cylinder 122, and a compression piston 121.
Buffer space 124 formed by the
The compression piston 121 includes a buffer chamber 125 communicating with the buffer space 124, a compression piston rod 126 for transmitting a driving force to the compression piston 121 through the partition 163, and the like. An oil seal 128 is provided on the rod 126.

【0005】膨張部130は,膨張ピストン131を収
納する膨張シリンダ132,該膨張シリンダ132の頭
部側に設けられた膨張空間133,膨張ピストン131
と隔壁163とにより形成されるバッファ空間134,
該バッファ空間134と連通したバッファ室135,隔
壁163を挿通して膨張ピストン131に駆動力を伝達
する膨張ピストンロッド136等を有して,膨張ピスト
ン131にはガスシール137が設けられると共に膨張
ピストンロッド136にオイルシール138が設けられ
ている。
The expansion section 130 includes an expansion cylinder 132 for accommodating an expansion piston 131, an expansion space 133 provided on the head side of the expansion cylinder 132, and an expansion piston 131.
Buffer space 134 formed by the
It has an expansion piston rod 136 and the like for transmitting a driving force to the expansion piston 131 through the buffer chamber 135 and the partition 163 communicating with the buffer space 134. The expansion piston 131 is provided with a gas seal 137 and an expansion piston. An oil seal 138 is provided on the rod 136.

【0006】なお,圧縮シリンダ122には放熱フィン
164が設けられて圧縮により発生する作動ガスの熱を
外部に放熱するようになっており,また膨張シリンダ1
32の頭部側に負荷162が取付けられている。
The compression cylinder 122 is provided with radiation fins 164 to radiate the heat of the working gas generated by the compression to the outside.
A load 162 is mounted on the head side of the load 32.

【0007】駆動部140は,ロータ141,シャフト
146に固定されたクランク142a,142bからな
るクランク機構143,該クランク機構143等を潤滑
するためのオイルを貯留する貯留槽147,クランク機
構143及び圧縮ピストンロッド126とに連結された
コネクティングロッド144a及びクロスガイド145
a,クランク機構143及び膨張ピストンロッド136
と連結されたコネクティングロッド144b及びクロス
ガイド145b等を有している。
The driving section 140 includes a crank mechanism 143 comprising cranks 142a and 142b fixed to a rotor 141 and a shaft 146, a storage tank 147 for storing oil for lubricating the crank mechanism 143 and the like, a crank mechanism 143, and a compression mechanism. Connecting rod 144a and cross guide 145 connected to piston rod 126
a, Crank mechanism 143 and expansion piston rod 136
A connecting rod 144b, a cross guide 145b, and the like, which are connected to the control rod.

【0008】このような構成で,クランク機構143が
回動することにより,回動力がコネクティングロッド1
44a,144b等を介して圧縮ピストン121及び膨
張ピストン131に伝達される。
In such a configuration, when the crank mechanism 143 rotates, the rotating power is reduced by the connecting rod 1.
It is transmitted to the compression piston 121 and the expansion piston 131 via 44a, 144b and the like.

【0009】このとき2つのクランク142a,142
bは,膨張ピストン131が圧縮ピストン121より略
90度位相が進んで往復運動するようにシャフト146
に固定されている。
At this time, the two cranks 142a, 142
b indicates that the shaft 146 moves so that the expansion piston 131 reciprocates with a phase approximately 90 degrees ahead of the compression piston 121.
It is fixed to.

【0010】そして,圧縮ピストン121が下死点から
上死点に移動する間に,膨張ピストン131は上死点に
達し下動する。この間,圧縮空間123内の作動ガスは
断熱圧縮されて温度上昇するが,圧縮シリンダ122等
の周囲に形成された放熱フィンにより熱が大気に放熱さ
れ,結果として等温圧縮と見なせるようになる。
While the compression piston 121 moves from the bottom dead center to the top dead center, the expansion piston 131 reaches the top dead center and moves downward. During this time, the working gas in the compression space 123 is adiabatically compressed and its temperature rises. However, heat is radiated to the atmosphere by radiation fins formed around the compression cylinder 122 and the like, and as a result, it can be regarded as isothermal compression.

【0011】圧縮室の作動ガスは,膨張ピストン131
の下動と共に蓄冷部150で熱交換しながらガス流路1
61を流動して膨張空間133側に移動し,膨張ピスト
ン131が下死点に近づくに従って断熱膨張して,当該
作動ガスの温度が降下する。
The working gas in the compression chamber is supplied to the expansion piston 131.
The gas flow path 1 while exchanging heat in the regenerator 150 with the downward movement
61 flows to the expansion space 133 side, and the expansion piston 131 adiabatically expands as it approaches the bottom dead center, so that the temperature of the working gas decreases.

【0012】そして,膨張ピストン131の上動に伴い
温度の下がった作動ガスは,負荷162を冷却しながら
ガス流路161を流動し,蓄冷部150で熱交換して圧
縮室に戻り1サイクルが終了する。
Then, the working gas whose temperature has dropped due to the upward movement of the expansion piston 131 flows through the gas passage 161 while cooling the load 162, exchanges heat in the regenerator 150, returns to the compression chamber, and performs one cycle. finish.

【0013】なお,圧縮ピストン121及び膨張ピスト
ン131が往復運動するとき,バッファ室124,13
4の空間は当該往復運動を妨げるように作用するため,
駆動部140は大きな力で圧縮ピストン121等を駆動
しなければならない。
When the compression piston 121 and the expansion piston 131 reciprocate, the buffer chambers 124, 13
Space 4 acts to hinder the reciprocation,
The drive section 140 must drive the compression piston 121 and the like with a large force.

【0014】従って,駆動部140に供給される電力が
増大して,当該供給電力に対して負荷162から奪う熱
量の比率が低下してしまう。かかる比率の低下はバッフ
ァ空間124,134が小さくなればなるほど大きくな
るので,従来はバッファ室125,135を別途設けて
いる。
Therefore, the power supplied to the drive unit 140 increases, and the ratio of the amount of heat taken from the load 162 to the supplied power decreases. Since the lowering of the ratio becomes larger as the buffer spaces 124 and 134 become smaller, the buffer chambers 125 and 135 are conventionally provided separately.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記構
成ではクランク機構143からの駆動力は,コネクティ
ングロッド144a,クロスガイド145a及び圧縮ピ
ストンロッド126を介して圧縮ピストン121に伝達
され,またコネクティングロッド144b,クロスガイ
ド145b及び膨張ピストンロッド136を介して膨張
ピストン131に伝達されるため,部品点数が多くなり
装置が大型化したり,コストアップする問題がある。
However, in the above configuration, the driving force from the crank mechanism 143 is transmitted to the compression piston 121 via the connecting rod 144a, the cross guide 145a, and the compression piston rod 126, and the driving rod 144b, Since the power is transmitted to the expansion piston 131 via the cross guide 145b and the expansion piston rod 136, the number of parts is increased, and there is a problem that the size of the apparatus is increased and the cost is increased.

【0016】また,バッファ室125,135を別途設
けると,その分装置が大型化してしまう問題がある。
Further, if the buffer chambers 125 and 135 are separately provided, there is a problem that the size of the apparatus is increased accordingly.

【0017】そこで,本発明は,上記課題を解決して小
型化,低コスト化を可能にしたガス圧縮/膨張機を提供
することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas compression / expansion machine which solves the above-mentioned problems and enables downsizing and cost reduction.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため,請求項1に係る発明は,クランク機構が収納
されたクランク室を備えた駆動部と,クランク機構から
の駆動力を受けて圧縮ピストンが往復運動することによ
り圧縮空間内の作動ガスを圧縮する圧縮部と,該圧縮部
と位相が略90度ずれた駆動力を受けて膨張ピストンが
往復運動することにより膨張空間内の作動ガスを膨張す
る膨張部とを有したガス圧縮/膨張機において,圧縮部
及び膨張部と駆動部との間又は当該駆動部の圧縮部及び
膨張部側に,圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部分
を往復自在に収納するクロスガイド孔を備えたガイド部
材を設ける。そして,当該クロスガイド孔の内壁と圧縮
ピストン及び膨張ピストンの下端部側面とが摺動するこ
とにより駆動部からの駆動力を直線運動に変換するよう
にして,当該直線運動変換用の部材の削減及び装置の小
型化を図ったことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to a driving unit having a crank chamber in which a crank mechanism is housed, and a driving unit receiving a driving force from the crank mechanism. The compression piston reciprocates and compresses the working gas in the compression space. The expansion piston receives reciprocating motion of approximately 90 degrees out of phase with the compression portion, and the expansion piston reciprocates. In a gas compression / expansion machine having an expansion section for expanding a working gas, a lower end portion of a compression piston and an expansion piston is provided between a compression section and an expansion section and a drive section or on the compression section and expansion section side of the drive section. And a guide member having a cross guide hole for reciprocally storing the guide member. By sliding the inner wall of the cross guide hole and the lower end side surface of the compression piston and the expansion piston, the driving force from the drive unit is converted into linear motion, thereby reducing the members for linear motion conversion. And miniaturization of the device.

【0019】請求項2に係る発明は,クロスガイドが一
体に形成された圧縮ピストン及び膨張ピストンの背圧側
をクランク室と連通して,当該クランク室をバッファ空
間として利用することにより装置の小型化を図ったこと
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the back pressure side of the compression piston and the expansion piston integrally formed with the cross guide communicates with the crank chamber, and the crank chamber is used as a buffer space to reduce the size of the apparatus. Is characterized.

【0020】請求項3に係る発明は,膨張ピストンを蓄
冷材が収納された膨張ピストン上部と,該膨張ピストン
上部に連結されて作動ガスを膨張させる膨張ピストン下
部と,膨張ピストン上部と膨張ピストン下部との間に形
成されて,圧縮部と膨張部との作動ガスの流路をなすガ
ス流路に連通する連通空間とにより構成する。そして,
圧縮部からガス流路を介して連通空間に流入した作動ガ
スが,蓄冷材と熱交換しながら膨張ピストン上部を通過
して膨張空間に流入するようにすると共に,当該膨張ピ
ストン上部及び膨張ピストン下部により当該膨張空間を
拡張し,これにより作動ガスを膨張させて低温を得るよ
うにしたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an expansion piston having an expansion piston containing a regenerator material, an expansion piston connected to the expansion piston to expand a working gas, an expansion piston and an expansion piston. And a communication space formed between the compression section and the expansion section and communicating with a gas flow path that forms a flow path of the working gas between the compression section and the expansion section. And
The working gas flowing from the compression section into the communication space via the gas flow path passes through the upper portion of the expansion piston and flows into the expansion space while exchanging heat with the cold storage material. The expansion space is thereby expanded, whereby the working gas is expanded to obtain a low temperature.

【0021】請求項4に係る発明は,圧縮部が圧縮ピス
トンを往復自在に収納する圧縮シリンダと,該圧縮シリ
ンダを覆うように配設された放熱フィンとを設けて,該
放熱フィンと圧縮シリンダとの間に形成される隙間がガ
ス流路をなすようにして,当該ガス流路を流動する作動
ガスの熱を効率的に放熱するようにしたことを特徴とす
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a compression cylinder in which a compression section accommodates a compression piston in a reciprocating manner, and a radiation fin disposed so as to cover the compression cylinder. Is formed so as to form a gas flow path, and the heat of the working gas flowing through the gas flow path is efficiently radiated.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図1は,本実施の形態にかかるガス圧縮/
膨張機の断面図を示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the gas compression /
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the expander.

【0023】当該ガス圧縮/膨張機は,クランク42
a,42bからなるクランク機構43を備えた駆動部4
0,膨張ピストン上部39及び膨張ピストン下部31を
備えた膨張部30,圧縮ピストン21を備えた圧縮部2
0等を有している。
The gas compression / expansion device is provided with a crank 42
a drive unit 4 having a crank mechanism 43 composed of a and b
0, an expansion part 30 having an expansion piston upper part 39 and an expansion piston lower part 31, a compression part 2 having a compression piston 21
0 and so on.

【0024】駆動部40は,クランク機構43に回転駆
動力を与えるロータ41,クランク機構43を潤滑する
ためのオイルを貯留する貯留槽47,クランク42a,
42bに連結されたコネクティングロッド44a,44
b等を有している。
The drive section 40 includes a rotor 41 for applying a rotational driving force to the crank mechanism 43, a storage tank 47 for storing oil for lubricating the crank mechanism 43, a crank 42a,
Connecting rods 44a, 44 connected to 42b
b etc.

【0025】なお,クランク42aとクランク42bと
は,シャフト46に偏心して固着され,かつ,圧縮ピス
トン21の位相が膨張ピストン下部31の位相に対して
略90度遅れるようになている。
The cranks 42a and 42b are fixed eccentrically to the shaft 46, and the phase of the compression piston 21 is delayed by about 90 degrees from the phase of the lower part 31 of the expansion piston.

【0026】膨張部30は,膨張ピストン下部31,該
膨張ピストン下部31に連結された膨張ピストン上部3
9,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン上部39を
往復自在に収納する膨張シリンダ32(32a,32
b),該膨張シリンダ32の頭部側(図1において上
側)に設けられた膨張空間33等を有し,膨張シリンダ
32は,膨張ピストン上部39が往復運動する膨張ピス
トン上部シリンダ32aと膨張ピストン下部31が往復
運動する膨張ピストン下部シリンダ32bとにより形成
されている。
The expansion section 30 includes an expansion piston lower part 31 and an expansion piston upper part 3 connected to the expansion piston lower part 31.
9, an expansion cylinder 32 (32a, 32) for reciprocatingly storing an expansion piston lower part 31 and an expansion piston upper part 39.
b), an expansion space 33 and the like provided on the head side (upper side in FIG. 1) of the expansion cylinder 32. The expansion cylinder 32 includes an expansion piston upper cylinder 32a in which an expansion piston upper part 39 reciprocates and an expansion piston 32a. The lower portion 31 is formed by a reciprocating expansion piston lower cylinder 32b.

【0027】膨張ピストン上部39には蓄冷材51が収
納され,その上端面には膨張空間33と連通する孔39
aが多数設けられている。膨張ピストン上部39の頭部
には,負荷62が取付けられている。
A cold storage material 51 is accommodated in the upper portion 39 of the expansion piston, and a hole 39 communicating with the expansion space 33 is provided in the upper end surface thereof.
a is provided in large numbers. A load 62 is mounted on the head of the upper part of the expansion piston 39.

【0028】また,膨張ピストン上部39と膨張ピスト
ン下部31との接続部には,ガス流路G2と膨張ピスト
ン上部39とを連通させる連通空間39bが形成されて
いる。
A communication space 39b for communicating the gas flow path G2 and the upper part of the expansion piston 39 is formed at the connection between the upper part 39 of the expansion piston and the lower part 31 of the expansion piston.

【0029】従って,作動ガスは,ガス流路G2から連
通空間39bに流入し,蓄冷材51で熱交換して孔39
aから膨張空間33に流動し,また逆に膨張空間33か
ら膨張ピストン上部39を通りガス流路G2に流動す
る。
Accordingly, the working gas flows into the communication space 39b from the gas flow path G2, and exchanges heat with the cold storage material 51 to form the holes 39.
a flows into the expansion space 33, and conversely flows from the expansion space 33 to the gas flow path G2 through the expansion piston upper part 39.

【0030】さらに,膨張ピストン上部39及び膨張ピ
ストン下部31には,ガスシール37a,37bが設け
られて,これらと膨張ピストン上部シリンダ32a及び
膨張ピストン下部シリンダ32bとの密接状態を高めて
いる。
Further, gas seals 37a and 37b are provided on the expansion piston upper portion 39 and the expansion piston lower portion 31 to increase the close contact between these gas seals and the expansion piston upper cylinder 32a and the expansion piston lower cylinder 32b.

【0031】また,膨張ピストン下部31には,オイル
シール38が設けられて,駆動部40のオイルが膨張部
30に侵入するのを防止している。
An oil seal 38 is provided in the lower part of the expansion piston 31 to prevent oil from the drive unit 40 from entering the expansion unit 30.

【0032】圧縮部20は,圧縮ピストン21を収納す
る圧縮シリンダ22,該圧縮シリンダ22の頭部側に設
けられた圧縮空間23等を有している。
The compression section 20 has a compression cylinder 22 for accommodating a compression piston 21, a compression space 23 provided on the head side of the compression cylinder 22, and the like.

【0033】圧縮ピストン21には,ガスシール27が
配設されて圧縮ピストン21と圧縮シリンダ22とを密
接させ,また当該圧縮ピストン21にはオイルシール2
8が設けられて,駆動部40のオイルが圧縮部20に侵
入するのを防止している。
A gas seal 27 is disposed on the compression piston 21 to bring the compression piston 21 and the compression cylinder 22 into close contact with each other.
8 is provided to prevent oil of the drive unit 40 from entering the compression unit 20.

【0034】さらに,圧縮シリンダ22及び膨張ピスト
ン下部シリンダ32bの周囲には,これらを覆うように
作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン64が配設さ
れている。
Further, radiating fins 64 for dissipating the heat of the working gas to the outside are arranged around the compression cylinder 22 and the expansion piston lower cylinder 32b so as to cover them.

【0035】図2は図1における矢視AA断面図で,放
熱フィン64と圧縮シリンダ22との間に円筒状のガス
流路G1が形成されると共に,当該放熱フィン64と膨
張ピストン下部シリンダ32bとの間に円筒状のガス流
路G2が形成されて,当該ガス流路G1,G2はガス流
路G3により連結されて圧縮部20と膨張部30とが連
通している。
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1 and shows a cylindrical gas flow path G1 formed between the radiation fin 64 and the compression cylinder 22, and the radiation fin 64 and the expansion piston lower cylinder 32b. A gas flow path G2 having a cylindrical shape is formed between the compression section 20 and the expansion section 30. The gas flow paths G1 and G2 are connected by a gas flow path G3.

【0036】そして圧縮部20と膨張部30とは,ガイ
ド部材49を介して駆動部40上に並設されると共に,
当該ガイド部材49に圧縮ピストン21及び膨張ピスト
ン下部31の下端部を往復自在に収納するクロスガイド
孔49a,49bが設けられて,当該クロスガイド孔4
9a,49bと圧縮ピストン21及び膨張ピストン下部
31の下端部側面が摺動することにより駆動部からの駆
動力を直線運動に変換している。
The compression section 20 and the expansion section 30 are arranged side by side on the drive section 40 via the guide member 49, and
The guide member 49 is provided with cross guide holes 49a and 49b for reciprocally storing the lower ends of the compression piston 21 and the lower portion of the expansion piston 31.
By sliding the lower ends 9a and 49b and the lower end side surfaces of the compression piston 21 and the expansion piston lower part 31, the driving force from the driving unit is converted into linear motion.

【0037】なお,図1においては,駆動部40の上板
がガイド部材49を兼ねているが,当該駆動部40の上
板と別体に設けてもよいことは付言するまでもない。
In FIG. 1, the upper plate of the drive unit 40 also serves as the guide member 49, but it goes without saying that it may be provided separately from the upper plate of the drive unit 40.

【0038】また,圧縮ピストン21及び膨張ピストン
下部31の背圧側はクランク室45と連通して設けられ
て,当該クランク室の大きな空間により従来用いられて
いたバッファ空間やバッファ室の作用をなしている。こ
れによりガス圧縮/膨張機の部品点数の削減及び小型化
を図っている。
The back pressure side of the compression piston 21 and the lower part of the expansion piston 31 is provided in communication with the crank chamber 45, and the large space of the crank chamber acts as a buffer space or a buffer chamber conventionally used. I have. Thereby, the number of parts and the size of the gas compression / expansion machine are reduced.

【0039】なお,図1において放熱フィン64は,圧
縮シリンダ22と膨張ピストン下部シリンダ32bとの
周囲を取巻くように形成した場合について示している
が,本発明はこれに限定されるものではなく,例えば図
3に示すように圧縮シリンダ22の周囲のみを取巻くよ
うに放熱フィン65を形成してもよい。無論,この場合
に膨張ピストン下部シリンダ32bの周囲にも同様の放
熱フィンを設けてもよいことはいうまでもない。
Although FIG. 1 shows the case where the radiation fin 64 is formed so as to surround the compression cylinder 22 and the expansion piston lower cylinder 32b, the present invention is not limited to this. For example, the radiation fins 65 may be formed so as to surround only the periphery of the compression cylinder 22 as shown in FIG. Of course, in this case, it is needless to say that a similar radiating fin may be provided around the expansion piston lower cylinder 32b.

【0040】このように圧縮シリンダ22等の周囲を独
立に取巻くように放熱フィン65を形成することによ
り,放熱フィン65の面積を増やすことが可能になると
共に,作動ガスの熱が当該放熱フィン65まで伝熱する
平均距離を短くすることができるので,効率的に放熱を
行うことが可能になる。従って,当該ガス圧縮/膨張機
を冷凍機等に用いた場合には,その成績係数を高くする
ことができるようになる。
By forming the radiation fins 65 so as to independently surround the periphery of the compression cylinder 22 and the like, the area of the radiation fins 65 can be increased, and the heat of the working gas is reduced by the heat of the working fins 65. Since the average distance of heat transfer can be reduced, heat can be efficiently dissipated. Therefore, when the gas compression / expansion machine is used in a refrigerator or the like, the coefficient of performance can be increased.

【0041】また,上記説明ではガスシール27,37
a,37bやオイルシール28,38は圧縮ピストン2
1,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン上部39側
に固定する構成について説明したが,本発明はこれに限
定されるものではなく,例えば図4に示すように圧縮シ
リンダ22,膨張ピストン上部シリンダ32a,膨張ピ
ストン下部シリンダ32b側に固定する構成であっても
よい。
In the above description, the gas seals 27, 37
a, 37b and oil seals 28, 38 are compressed piston 2
1, the configuration fixed to the expansion piston lower part 31 and the expansion piston upper part 39 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. It may be configured to be fixed to the expansion piston lower cylinder 32b side.

【0042】次に上記構成に基づき,ガス圧縮/膨張機
の動作を図5を参照して説明する。クランク機構43が
回動することにより,回動力がコネクティングロッド4
4a,44b等を介して圧縮ピストン21及び膨張ピス
トン下部31に伝達されて,圧縮ピストン21は膨張ピ
ストン下部31に対して位相が略90度遅れた往復運動
をするようになる。なお,先に述べたように,膨張ピス
トン上部39は膨張ピストン下部31と連結されてい
る。
Next, the operation of the gas compressor / expander based on the above configuration will be described with reference to FIG. As the crank mechanism 43 rotates, the rotating power is reduced by the connecting rod 4.
The compression piston 21 is transmitted to the compression piston 21 and the expansion piston lower part 31 via 4a, 44b, etc., and reciprocates with a phase delayed by about 90 degrees with respect to the expansion piston lower part 31. As described above, the expansion piston upper portion 39 is connected to the expansion piston lower portion 31.

【0043】このようにクランク機構43を介してコネ
クティングロンド44a,44bに駆動力が伝達される
ため,当該コネクティングロッド44a,44bは直線
往復運動しない。このため,従来は,クロスガイドを設
けて,コネクティングロッド44a,44bからの駆動
力を直線往復運動に変換している。
As described above, since the driving force is transmitted to the connecting rods 44a and 44b via the crank mechanism 43, the connecting rods 44a and 44b do not reciprocate linearly. Therefore, conventionally, a cross guide is provided to convert the driving force from the connecting rods 44a, 44b into a linear reciprocating motion.

【0044】しかし,本発明では,圧縮ピストン21や
膨張ピストン下部31は軽量性の観点からアルミニュー
ム合金,リン青銅,ステンレス鋼等により形成してい
る。また,圧縮シリンダ22や膨張ピストン下部シリン
ダ32bは,耐磨耗性及び圧縮ピストン21等と熱膨張
量を略同じにする等の観点から炭素鋼,クロムモリブデ
ン鋼,ステンレス鋼等により形成している。さらに,ガ
イド部材49は,耐磨耗性の観点からリン青銅,鋳鉄,
ケルメット等により形成している。
However, in the present invention, the compression piston 21 and the expansion piston lower part 31 are made of an aluminum alloy, phosphor bronze, stainless steel or the like from the viewpoint of lightness. Further, the compression cylinder 22 and the expansion piston lower cylinder 32b are formed of carbon steel, chromium molybdenum steel, stainless steel, or the like from the viewpoint of abrasion resistance and making the amount of thermal expansion substantially equal to that of the compression piston 21 and the like. . Further, the guide member 49 is made of phosphor bronze, cast iron,
It is formed by kelmet or the like.

【0045】これにより,圧縮ピストン21や膨張ピス
トン下部31に本来のピストンとしての機能と共に,ク
ロスガイド孔49a,49bと圧縮ピストン21及び膨
張ピストン下部31の下端部側面とが摺動して駆動部4
0からの駆動力を直線運動に変換できるようにして従来
のクロスガイドの機能をも付与している。
As a result, the compression piston 21 and the lower part of the expansion piston 31 function as the original piston, and the cross guide holes 49a and 49b slide on the lower end side surfaces of the lower part of the compression piston 21 and the lower part of the expansion piston 31 to drive the drive unit. 4
The driving force from zero can be converted to linear motion to provide the function of a conventional cross guide.

【0046】また,この様に圧縮ピストン21及び膨張
ピストン下部31にクロスガイドの機能を付与すること
により,大きな空間のクランク室45をバッファ空間及
びバッファ室として利用することが可能になる。
Further, by providing the compression piston 21 and the expansion piston lower part 31 with the function of the cross guide in this way, the crank chamber 45 having a large space can be used as a buffer space and a buffer chamber.

【0047】従って,クロスガイド及びバッファ空間等
が不要になるので,部品点数の削減及び圧縮部20や膨
張部30の小型化が可能になり,ガス圧縮/膨張機のコ
ストダウン及び小型化が図れるようになる。
Therefore, since a cross guide and a buffer space are not required, the number of parts can be reduced, and the size of the compression section 20 and the expansion section 30 can be reduced, and the cost and size of the gas compression / expansion machine can be reduced. Become like

【0048】そして,圧縮ピストン21が下死点から上
死点に移動すると,圧縮空間23内の作動ガスは圧縮さ
れる。この間,膨張ピストン下部31は上動して上死点
に達した後,下動するようになる。
When the compression piston 21 moves from the bottom dead center to the top dead center, the working gas in the compression space 23 is compressed. During this time, the lower part of the expansion piston 31 moves upward and reaches the top dead center, and then moves downward.

【0049】圧縮ピストン21の上動に伴い圧縮された
作動ガスは,放熱フィン64により放熱されながらガス
流路G1,G3,G2を流動して膨張部30に送られ
る。
The working gas compressed by the upward movement of the compression piston 21 flows through the gas flow paths G1, G3, and G2 while being radiated by the radiation fins 64, and is sent to the expansion section 30.

【0050】膨張ピストン下部31が下動すると,当該
膨張ピストン下部31と共に膨張ピストン上部39が下
動するので,作動ガスは連通空間39bから膨張ピスト
ン上部39内に流入し,蓄冷材51と熱交換して孔39
aから膨張空間33に流出する(図5(a)参照)。
When the lower part of the expansion piston 31 moves downward, the upper part 39 of the expansion piston moves downward together with the lower part of the expansion piston 31, so that the working gas flows into the upper part 39 of the expansion piston from the communication space 39 b and exchanges heat with the cold storage material 51. Hole 39
The liquid flows out of the expansion space 33 into the expansion space 33 (see FIG. 5A).

【0051】このとき膨張ピストン下部31の下動によ
り膨張空間33の容積が拡大して作動ガスが膨張し,こ
れにより温度が下がる。即ち,負荷62を冷却すること
ができる。
At this time, the volume of the expansion space 33 expands due to the downward movement of the expansion piston lower part 31, and the working gas expands, thereby lowering the temperature. That is, the load 62 can be cooled.

【0052】ところで,膨張空間33の圧力と連通空間
39bの圧力は,蓄冷材51により生じる圧力差だけで
あり,当該圧力差は小さく,かつ,当該圧力差により流
動する作動ガスは常に蓄冷材51と熱交換するので,膨
張により温度の下がった作動ガスに温度の高い連通空間
39bの作動ガスが直接流入することがない。
The pressure in the expansion space 33 and the pressure in the communication space 39b are only the pressure difference generated by the cold storage material 51, and the pressure difference is small, and the working gas flowing due to the pressure difference is always the cold storage material 51. Therefore, the working gas in the high-temperature communication space 39b does not directly flow into the working gas whose temperature has been lowered by expansion.

【0053】その後,圧縮ピストン21が下死点に近づ
くに従い,膨張ピストン下部31は上動を始め,作動ガ
スは膨張ピストン上部39内を流動して蓄冷材51と熱
交換し,連通空間39からガス流路G2,G3,G1を
介して圧縮空間23に戻ってサイクルが終了する(図5
(b)参照)。
Thereafter, as the compression piston 21 approaches the bottom dead center, the expansion piston lower part 31 starts to move upward, and the working gas flows in the expansion piston upper part 39 and exchanges heat with the cold storage material 51. Returning to the compression space 23 via the gas flow paths G2, G3, and G1, the cycle ends (FIG. 5).
(B)).

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように請求項1にかかる発
明によれば,圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部分
を往復自在に収納するクロスガイド孔を有したガイド部
材を圧縮部及び膨張部と駆動部との間又は当該駆動部の
圧縮部及び膨張部側に設けたので,当該クロスガイド孔
の内壁と圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部側面と
が摺動することにより,駆動部からの駆動力が直線運動
に変換できるようになり,部材の削減が図られてコスト
ダウンが可能になると共に,圧縮部及び膨張部の小型化
が可能になってガス圧縮/膨張機の小型化が可能にな
る。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the guide member having the cross guide holes for reciprocally receiving the lower ends of the compression piston and the expansion piston is driven by the compression unit and the expansion unit. Between the drive section and the compression section and the expansion section of the drive section, the inner wall of the cross guide hole slides on the side of the lower end of the compression piston and the expansion piston, so that the driving force from the drive section is increased. Can be converted to linear motion, and the cost can be reduced by reducing the number of members, and the compression unit and the expansion unit can be downsized, so that the gas compression / expansion machine can be downsized. .

【0055】請求項2に係る発明によれば,圧縮ピスト
ン及び膨張ピストンの背圧側をクランク室と連通したの
で,当該クランク室をバッファ空間として利用すること
が可能になりガス圧縮/膨張機の小型化が図られる。
According to the second aspect of the present invention, since the back pressure sides of the compression piston and the expansion piston communicate with the crank chamber, the crank chamber can be used as a buffer space. Is achieved.

【0056】請求項3に係る発明によれば,膨張ピスト
ンを膨張ピストン上部と,膨張ピストン下部と,連通空
間とにより構成し,圧縮部からガス流路を介して連通空
間に流入した作動ガスが,蓄冷材と熱交換しながら膨張
ピストン上部を通過して膨張空間に流入するようにする
と共に,当該膨張ピストン上部及び膨張ピストン下部に
より当該膨張空間を拡張し,これにより作動ガスを膨張
させて低温を得るようにしたので,ガス圧縮/膨張機の
小型化を図りながら,連通空間の温度の高い作動ガス
が,蓄冷材と熱交換せずに膨張ピストン上部と膨張ピス
トン上部シリンダとの間を流動して膨張空間に流入する
のを防止することが可能になって,例えば当該ガス圧縮
/膨張機を冷凍機に利用した場合には冷凍効率を高める
ことが可能になる。
According to the third aspect of the present invention, the expansion piston is constituted by the upper portion of the expansion piston, the lower portion of the expansion piston, and the communication space, and the working gas flowing into the communication space from the compression section via the gas flow path is provided. The heat exchange with the cold storage material allows the gas to flow into the expansion space through the upper part of the expansion piston, and the expansion space is expanded by the upper part and the lower part of the expansion piston. As a result, the working gas with a high temperature in the communication space flows between the upper part of the expansion piston and the upper cylinder of the expansion piston without exchanging heat with the cold storage material, while reducing the size of the gas compressor / expander. As a result, when the gas compression / expansion machine is used as a refrigerator, the refrigeration efficiency can be increased.

【0057】請求項4に係る発明によれば,圧縮シリン
ダの周囲に当該圧縮シリンダを覆うように放熱フィンを
設け,該放熱フィンと圧縮シリンダとの間にガス流路を
形成したので,当該ガス流路を流動する作動ガスの熱が
効率的に放熱できるようになる。
According to the fourth aspect of the present invention, the radiation fins are provided around the compression cylinder so as to cover the compression cylinder, and the gas flow path is formed between the radiation fin and the compression cylinder. The heat of the working gas flowing through the flow path can be efficiently radiated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に適用されるガス圧縮/膨
張機の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a gas compression / expansion machine applied to an embodiment of the present invention.

【図2】図1における矢視AA断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.

【図3】図1に代るガス圧縮/膨張機の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a gas compression / expansion machine instead of FIG. 1;

【図4】図1に代るガス圧縮/膨張機の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a gas compression / expansion machine instead of FIG.

【図5】膨張部における作動ガスの流れを示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a flow of a working gas in an expansion section.

【図6】従来の技術の説明に適用されるガス圧縮/膨張
機の断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a gas compression / expansion machine applied to the description of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 圧縮部 21 圧縮ピストン 22 圧縮シリンダ 23 圧縮空間 27,37a,37b ガスシール 28,38 オイルシール 30 膨張部 31 膨張ピストン下部 32a 膨張ピストン上部シリンダ 32b 膨張ピストン下部シリンダ 33 膨張空間 39 膨張ピストン上部 39a 孔 39b 連通空間 40 駆動部 43 クランク機構 45 クランク室 49 ガイド部材 49a,49b クロスガイド孔 64,65 放熱フィン G1,G2,G3 ガス流路 Reference Signs List 20 compression unit 21 compression piston 22 compression cylinder 23 compression space 27, 37a, 37b gas seal 28, 38 oil seal 30 expansion unit 31 expansion piston lower 32a expansion piston upper cylinder 32b expansion piston lower cylinder 33 expansion space 39 expansion piston upper 39a hole 39b Communication space 40 Drive unit 43 Crank mechanism 45 Crank chamber 49 Guide member 49a, 49b Cross guide hole 64, 65 Radiation fin G1, G2, G3 Gas flow path

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 クランク機構が収納されたクランク室を
備えた駆動部と,前記クランク機構からの駆動力を受け
て圧縮ピストンが往復運動することにより圧縮空間内の
作動ガスを圧縮する圧縮部と,該圧縮部と位相が略90
度ずれた駆動力を受けて膨張ピストンが往復運動するこ
とにより膨張空間内の作動ガスを膨張する膨張部とを有
したガス圧縮/膨張機において,前記圧縮部及び膨張部
と前記駆動部との間又は当該駆動部の前記圧縮部及び膨
張部側に,前記圧縮ピストン及び膨張ピストンの下端部
分を往復自在に収納するクロスガイド孔を備えたガイド
部材を設けて,当該クロスガイド孔の内壁と前記圧縮ピ
ストン及び膨張ピストンの下端部側面とが摺動すること
により前記駆動部からの駆動力を直線運動に変換してな
ることを特徴とするガス圧縮/膨張機。
A driving unit having a crank chamber in which a crank mechanism is housed; a compression unit compressing a working gas in a compression space by reciprocating a compression piston by receiving a driving force from the crank mechanism. , The phase of the compression unit is approximately 90
In a gas compression / expansion device having an expansion portion that expands a working gas in an expansion space by reciprocating an expansion piston in response to a driving force shifted by an angle, the compression portion and the expansion portion are connected to the drive portion. A guide member having a cross guide hole for reciprocally receiving the lower end portions of the compression piston and the expansion piston is provided between the compression unit and the expansion unit side of the driving unit, and an inner wall of the cross guide hole and the guide member. A gas compression / expansion machine wherein a driving force from the driving unit is converted into a linear motion by sliding a lower end side surface of a compression piston and an expansion piston.
【請求項2】 前記圧縮ピストン及び前記膨張ピストン
の背圧側が,前記クランク室と連通してなることを特徴
とする請求項1記載のガス圧縮/膨張機。
2. The gas compression / expansion device according to claim 1, wherein a back pressure side of the compression piston and the expansion piston communicates with the crank chamber.
【請求項3】 前記膨張ピストンが,蓄冷材を収納した
膨張ピストン上部と,該膨張ピストン上部に連結されて
作動ガスを膨張させる膨張ピストン下部と,前記膨張ピ
ストン上部と前記膨張ピストン下部との間に形成され
て,前記圧縮部と前記膨張部との作動ガスの流路をなす
ガス流路に連通する連通空間とを有し,前記圧縮部から
ガス流路を介して前記連通空間に流入した作動ガスが,
前記蓄冷材と熱交換しながら前記膨張ピストン上部を通
過して前記膨張空間に流入すると共に,当該膨張ピスト
ン上部及び前記膨張ピストン下部により当該膨張空間が
拡張して作動ガスが膨張してなることを特徴とする請求
項1又は2記載のガス圧縮/膨張機。
3. The expansion piston includes an upper portion of an expansion piston containing a cold storage material, a lower portion of the expansion piston connected to the upper portion of the expansion piston to expand a working gas, and a portion between the upper portion of the expansion piston and the lower portion of the expansion piston. And a communication space that communicates with a gas flow path that forms a working gas flow path between the compression section and the expansion section, and flows into the communication space from the compression section via the gas flow path. The working gas is
While exchanging heat with the cold storage material, the gas flows into the expansion space through the upper portion of the expansion piston, and the expansion gas is expanded by the upper portion of the expansion piston and the lower portion of the expansion piston to expand the working gas. The gas compression / expansion machine according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 前記圧縮部が前記圧縮ピストンを往復自
在に収納する圧縮シリンダと,該圧縮シリンダを覆うよ
うに配設された放熱フィンとを有し,該放熱フィンと前
記圧縮シリンダとの間に形成される隙間が前記ガス流路
をなして,当該ガス流路を流動する作動ガスの熱を放熱
することを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載
のガス圧縮/膨張機。
4. The compression section has a compression cylinder for reciprocatingly accommodating the compression piston, and a radiation fin disposed to cover the compression cylinder, wherein a radiation fin is provided between the radiation fin and the compression cylinder. The gas compression / expansion machine according to any one of claims 1 to 3, wherein a gap formed in the gas flow path forms the gas flow path and radiates heat of the working gas flowing through the gas flow path.
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