JPH11173693A - Two piston type gas compressor/expansion machine - Google Patents

Two piston type gas compressor/expansion machine

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JPH11173693A
JPH11173693A JP36239697A JP36239697A JPH11173693A JP H11173693 A JPH11173693 A JP H11173693A JP 36239697 A JP36239697 A JP 36239697A JP 36239697 A JP36239697 A JP 36239697A JP H11173693 A JPH11173693 A JP H11173693A
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expansion
piston
compression
space
gas
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Itsuo Nakasaki
五夫 中崎
Takahiro Nakamura
隆広 中村
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent working gas which does not exchange heat with a cold storage material from flowing into an expansion space. SOLUTION: An expansion section 30 is formed to comprise an expansion piston upper section 39, an expansion piston lower section 31 connected to the expansion piston upper section 39 for interlocking, and a communicating space 39b formed between the expansion piston upper section 39 and the expansion piston lower section 31 and continuously connected to a gas passage. According to this arrangement, a pressure difference between the communicating space 39b and an expansion space 33 is caused to be almost the same, so that high temperature working gas of the communicating space 39b does not exchange heat with a cold storage material 51 and flows through a space between the expansion piston upper section 39 and the expansion piston upper cylinder 32a, thereby preventing the working gas from flowing into the expansion space 33.

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,蓄冷材で熱交換し
ていない温度の高い作動ガスが,膨張ピストン上部の側
壁を介して膨張空間に流入することにより発生する熱損
失を低減して性能が向上するようにした2ピストン型ガ
ス圧縮/膨張機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention reduces the heat loss caused by the flow of a high-temperature working gas which has not exchanged heat with a regenerator material through an upper side wall of an expansion piston into an expansion space. The present invention relates to a two-piston gas compression / expansion machine in which the pressure is improved.

【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5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を備えた駆動部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. 5 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,また圧縮ピ
ストンロッド126にはオイルシール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 driving force to the compression piston 121 through the partition 163, and the like. An oil seal 128 is provided on the piston 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,また膨張ピ
ストンロッド136にはオイルシール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. An oil seal 138 is provided on the piston rod 136.

【0006】圧縮シリンダ122等の周囲には放熱フィ
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いる。また,膨張シリ
ンダ132の頭部側には,負荷162が取付けられてい
る。
Radiation fins 164 are provided around the compression cylinder 122 and the like 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 expansion cylinder 132.

【0007】なお,バッファ空間124,134及びバ
ッファ室125,135内には作動ガスが満たされてい
る。
[0007] The buffer spaces 124 and 134 and the buffer chambers 125 and 135 are filled with working gas.

【0008】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 drive unit 140 includes a crank mechanism 143 comprising cranks 142a and 142b fixed to a rotor 141, 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.

【0009】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.

【0010】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.

【0011】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。このとき,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164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. At this time, the working gas in the compression space 123 is adiabatically compressed and the temperature rises.
The heat is radiated to the atmosphere by the heat radiation fins 164 formed in the surroundings, and as a result, it can be regarded as isothermal compression.

【0012】圧縮空間123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161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下がる。
The working gas in the compression space 123 flows through the gas passage 161 and moves toward the expansion space 133 while exchanging heat in the regenerator 150 together with the downward movement of the expansion piston 131, and the expansion piston 131 moves to the bottom dead center. As the distance approaches, the adiabatic expansion occurs, and the temperature of the working gas decreases.

【0013】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
縮空間123に戻り1サイクルが終了する。
The working gas, whose temperature has been lowered 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 and returns to the compression space 123 for one cycle. Ends.

【0014】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.

【0015】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.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,ガスシ
ール137により膨張ピストン131と膨張シリンダ1
32とを密接させて,バッファ空間134から膨張空間
133に作動ガスが流動するのを防止しているが,当該
流動を完全になくすことが物理的に困難である。
However, the expansion piston 131 and the expansion cylinder 1 are provided by the gas seal 137.
Although the working gas is prevented from flowing from the buffer space 134 to the expansion space 133 by bringing the working gas 32 into close contact with the expansion space 133, it is physically difficult to completely eliminate the flow.

【0017】このため,膨張空間133とバッファ空間
134との圧力差が大きくなると,これらの間で作動ガ
スの流動が生じ,負荷162を冷却する能力が低下して
しまう問題があった。
For this reason, when the pressure difference between the expansion space 133 and the buffer space 134 is increased, the flow of the working gas occurs between them and there is a problem that the ability to cool the load 162 is reduced.

【0018】即ち,膨張空間133の体積が最も大きく
なったときにはバッファ空間134の体積が最も小さく
なり,大きな差圧が生じる。このためバッファ空間13
4から膨張空間133に作動ガスが流動する。
That is, when the volume of the expansion space 133 is largest, the volume of the buffer space 134 is smallest, and a large differential pressure is generated. Therefore, the buffer space 13
The working gas flows from 4 into the expansion space 133.

【0019】バッファ空間134の作動ガスの温度は,
膨張空間133で膨張して温度が低くなった作動ガスの
温度より高いので,当該作動ガスの流動により膨張空間
133の作動ガスの温度が上昇して,負荷162を冷却
する能力が低下してしまう。
The temperature of the working gas in the buffer space 134 is
Since the temperature of the working gas which has been expanded in the expansion space 133 is lower than the temperature of the working gas, the temperature of the working gas in the expansion space 133 rises due to the flow of the working gas, and the ability to cool the load 162 decreases. .

【0020】そこで,本発明は,かかる冷却能力の低下
を防止したガス圧縮/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 in which such a decrease in cooling capacity is prevented.

【0021】[0021]

【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にかかる発明は,駆動部と,該駆
動部から駆動力を受けて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度ずれて往復運動することにより膨張空間内の作
動ガスを膨張させる膨張部と,圧縮部と膨張部とを連通
して作動ガスの流路をなすガス流路とを有した2ピスト
ン型ガス圧縮/膨張機において,圧縮部と膨張部とを列
設して駆動部に設ける。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is directed to an invention according to claim 1, wherein a driving unit and a reciprocating motion receiving driving force from the driving unit reciprocate to form a compressed space in the compression space. A compression section for compressing the working gas, an expansion section for expanding the working gas in the expansion space by reciprocating with a phase shift of approximately 90 degrees from the compression section, and a working gas communicating the compression section and the expansion section. In a two-piston gas compression / expansion machine having a gas flow path forming a flow path, a compression section and an expansion section are arranged in a row and provided in a drive section.

【0022】また,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た膨張ピストン下部
と,膨張ピストン上部と膨張ピストン下部との間に形成
されてガス流路と連通する連通空間とにより膨張部を構
成する。
An upper portion of the expansion piston containing the regenerator material, a lower portion of the expansion piston connected to the upper portion of the expansion piston, and a communication space formed between the upper portion of the expansion piston and the lower portion of the expansion piston and communicating with the gas flow path. This constitutes the expansion section.

【0023】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
膨張空間が拡張して作動ガスが膨張するようにする。
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 while exchanging heat with the cold storage material, and flows into the expansion space.
The expansion space is expanded by the expansion piston upper part and the expansion piston lower part so that the working gas expands.

【0024】これにより,連通空間と膨張空間との差圧
を略同圧にして,蓄冷材と熱交換していない温度の高い
連通空間等の作動ガスが,膨張ピストン上部の側壁を介
して膨張空間に流入するのを防止したことを特徴とす
る。
With this arrangement, the differential pressure between the communication space and the expansion space is set to substantially the same pressure, and the working gas in the high-temperature communication space that does not exchange heat with the cold storage material expands via the side wall above the expansion piston. It is characterized in that it is prevented from flowing into the space.

【0025】請求項2にかかる発明は,作動ガスを圧縮
する圧縮ピストンと,該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により圧縮部を構成する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a compression unit comprising a compression piston for compressing a working gas, a compression cylinder for reciprocally storing the compression piston, and a radiating fin disposed to cover the compression cylinder. Is configured.

【0026】そして,該放熱フィンと圧縮シリンダとの
間に隙間を形成し,当該隙間をガス流路として作動ガス
が流動する際に,当該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。
A gap is formed between the radiation fin and the compression cylinder, and when the working gas flows using the gap as a gas flow path, heat of the working gas is efficiently radiated. It is characterized by.

【0027】請求項3にかかる発明は,膨張ピストン下
部を往復自在に収納する膨張ピストン下部シリンダと,
該膨張ピストン下部シリンダを覆うように配設された放
熱フィンとにより膨張部を構成する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an expansion piston lower cylinder for reciprocatingly storing an expansion piston lower part,
The radiating fins arranged to cover the lower cylinder of the expansion piston constitute an expansion section.

【0028】そして,該放熱フィンと膨張ピストン下部
シリンダとの間に形成される隙間がガス流路をなして,
当該ガス流路を流動する作動ガスの熱を効率的に放熱し
てなることを特徴とする。
A gap formed between the radiation fin and the lower cylinder of the expansion piston forms a gas flow path.
It is characterized in that the heat of the working gas flowing through the gas flow path is efficiently radiated.

【0029】請求項4にかかる発明は,膨張ピストン上
部及び膨張ピストン下部が往復運動しても連通空間とガ
ス流路とが常に連通するように,連通空間側のガス流路
開口部に溝を形成したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, a groove is formed in the gas flow path opening on the communication space side so that the communication space always communicates with the gas flow path even when the expansion piston upper part and the expansion piston lower part reciprocate. It is characterized by having been formed.

【0030】[0030]

【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2ピストン型
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 is a sectional view of a two-piston gas compression / expansion machine according to the present embodiment.

【0031】当該2ピストン型ガス圧縮/膨張機は,ク
ランク42a,42bからなるクランク機構43を備え
た駆動部40,膨張ピストン下部31及び膨張ピストン
上部39を備えた膨張部30及び圧縮ピストン21を備
えた圧縮部20等を有している。
The two-piston type gas compression / expansion machine includes a driving unit 40 having a crank mechanism 43 composed of cranks 42a and 42b, an expansion unit 30 having an expansion piston lower part 31 and an expansion piston upper part 39, and a compression piston 21. And the like.

【0032】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,該コネクティングロッド44a,44bからの駆動
力を直線運動に変換するクロスガイド45a,45b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, cross guides 45a and 45b for converting the driving force from the connecting rods 44a and 44b into linear motion.

【0033】なお,クランク42aとクランク42bと
は,シャフト46に偏心して連結され,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 crank 42a and the crank 42b are eccentrically connected to the shaft 46, and the phase of the compression piston 21 is delayed by about 90 degrees with respect to the phase of the expansion piston lower part 31.

【0034】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,膨張ピストン上部39及び膨張ピストン上部31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,膨張ピストン下部31
の背圧側に形成されたバッファ空間34,該バッファ空
間34と連通したバッファ室35,膨張ピストン下部3
1とクロスガイド45bとを連結する膨張ピストンロッ
ド36等を有し,膨張シリンダ32の頭部に負荷62が
取付けられている。
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 the expansion piston upper part 39 and the expansion piston upper part 31.
b), an expansion space 33 and an expansion piston lower part 31 provided on the head side (upper side in FIG. 1) of the expansion cylinder 32
, A buffer chamber 35 communicating with the buffer space 34, and a lower portion of the expansion piston 3
A load 62 is mounted on the head of the expansion cylinder 32 and the like.

【0035】なお,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32
a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 cylinder 32 is an expansion piston upper cylinder 32 in which the expansion piston upper part 39 reciprocates.
a and an expansion piston lower cylinder 32b in which an expansion piston lower part 31 reciprocates.

【0036】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との連通用の連通
孔39aが多数設けられている。
A cold storage material 51 is accommodated in the upper part of the expansion piston 39, and a large number of communication holes 39a for communication with the expansion space 33 are provided in the upper end surface thereof.

【0037】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 with 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.

【0038】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で熱交換して連通孔
39aから膨張空間33に流出する。膨張空間33から
ガス流路G2に流動する場合は,逆の流路を経て流動す
る。
Accordingly, the working gas flows into the communication space 39b from the gas flow path G2, exchanges heat with the cold storage material 51, and flows out from the communication hole 39a to the expansion space 33. When flowing from the expansion space 33 to the gas flow path G2, it flows through the reverse flow path.

【0039】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。
Gas seals 37a and 37b are provided on the expansion piston upper portion 39 and the expansion piston lower portion 31 to enhance the close contact between these gas seals and the expansion piston upper cylinder 32a and the expansion piston lower cylinder 32b.

【0040】また,膨張ピストンロッド36と隔壁63
との間にはオイルシール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。
The expansion piston rod 36 and the partition 63
An oil seal 38 is provided between the
Is prevented from entering the expansion section 30.

【0041】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(図
1において上側)に設けられた圧縮空間23,圧縮シリ
ンダ22の背圧側に形成されたバッファ空間24,該バ
ッファ空間24と連通したバッファ室25等を有してい
る。
The compression section 20 is formed on a compression cylinder 22 for accommodating a compression piston 21, a compression space 23 provided on the head side (upper side in FIG. 1) of the compression cylinder 22, and a back pressure side of the compression cylinder 22. It has a buffer space 24, a buffer chamber 25 communicating with the buffer space 24, and the like.

【0042】また,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,圧縮ピストンロッド26と隔壁63との
間にはオイルシール28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 provided on the compression piston 21 so that the compression piston 21 and the compression cylinder 22
And an oil seal 28 is provided between the compression piston rod 26 and the partition 63 to prevent the oil of the drive unit 40 from entering the compression unit 20.

【0043】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, around the compression cylinder 22 and the expansion piston lower cylinder 32b, radiating fins 64 for radiating the heat of the working gas to the outside are arranged so as to cover them.

【0044】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
周囲を取巻く用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,圧縮シリンダ
22の周囲のみを取巻くように放熱フィンを形成しても
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。
FIG. 1 shows a case where the radiation fins 64 are formed to surround the compression cylinder 22 and the expansion piston lower cylinder 32b.
The present invention is not limited to this, and the radiation fins may be formed so as to surround only the periphery of the compression cylinder 22. Of course, in this case, it goes without saying that a similar heat radiation fin may be provided around the lower cylinder of the expansion piston.

【0045】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を形成することにより,放
熱フィン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 so as to independently surround the periphery of the compression cylinder 22 and the like, the area of the radiation fins can be increased, and the heat of the working gas transfers heat to the radiation fins. Since the average distance 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.

【0046】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 cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, wherein a cylindrical gas flow path G 1 is formed between the radiation fin 64 and the compression cylinder 22, and the radiation fin 64 and the expansion piston lower cylinder 32 b are connected to each other. A gas flow path G2 having a cylindrical shape is formed therebetween, and the gas flow paths G1 and G2 are connected by a gas flow path G3 so that the compression section 20 and the expansion section 30 communicate with each other.

【0047】そして圧縮部20と膨張部30とは,同一
方向に配設されると共に,隔壁63を介して駆動部40
に固着されて2ピストン型ガス圧縮/膨張機の占有空間
を小さくしている。
The compression section 20 and the expansion section 30 are disposed in the same direction, and the driving section 40
To reduce the space occupied by the two-piston gas compression / expansion machine.

【0048】次に上記構成に基づき,ガス圧縮/膨張機
の動作を図3を参照して説明する。
Next, the operation of the gas compressor / expander based on the above configuration will be described with reference to FIG.

【0049】図3(a)は,膨張ピストン下部31が下
動して下死点に近づいたときの状態を示し,図3(b)
は膨張ピストン下部31が上動して上死点に近づいたと
きの状態を示している。そして,図中実線矢印は膨張ピ
ストン下部31の動く方向を示し,点線矢印は,その時
の作動ガスの流動方向を示している。
FIG. 3A shows a state in which the lower portion 31 of the expansion piston moves downward and approaches the bottom dead center, and FIG.
Shows a state when the lower part 31 of the expansion piston moves upward and approaches the top dead center. In the drawing, the solid arrow indicates the direction in which the expansion piston lower part 31 moves, and the dotted arrow indicates the flow direction of the working gas at that time.

【0050】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44a,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
れる。
When the crank mechanism 43 rotates,
The rotating power is transmitted to the compression piston 21 and the expansion piston lower part 31 via the connecting rods 44a, 44b and the like.

【0051】これにより,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
ので,当該膨張ピストン上部39も圧縮ピストン21よ
り略90度位相が進んだ運動をする。
As a result, the compression piston 21 reciprocates with a phase delayed by about 90 degrees with respect to the expansion piston lower part 31. As described above, since the upper portion 39 of the expansion piston is connected to the lower portion 31 of the expansion piston, the upper portion 39 of the expansion piston also moves with a phase advanced by about 90 degrees from the compression piston 21.

【0052】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.

【0053】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.

【0054】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と熱交換して連通孔
39aから膨張空間33に流出する(図3(a)参
照)。
When the lower part of the expansion piston 31 moves downward, the upper part of the expansion piston 39 moves downward together with the lower part of the expansion piston 31, so that the working gas flows into the upper part of the expansion piston 39 from the communication space 39 b and exchanges heat with the cold storage material 51. Then, it flows out from the communication hole 39a into the expansion space 33 (see FIG. 3A).

【0055】このとき,膨張ピストン下部31の下動に
より膨張空間33の容積が拡大するので,作動ガスは膨
張して,その温度が下がる。即ち,負荷62を冷却する
ことができる。
At this time, since the volume of the expansion space 33 is expanded by the downward movement of the expansion piston lower portion 31, the working gas expands and its temperature decreases. That is, the load 62 can be cooled.

【0056】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くなる。従っ
て,負荷62を冷却する能力の低下が防止できる。
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 communication space 39b having a high temperature does not directly flow into the working gas whose temperature has been lowered by expansion. Therefore, a decrease in the ability to cool the load 62 can be prevented.

【0057】なお,この場合ガスシール37aによる完
全なシール性は要求されず,そのコンダクタンスが蓄冷
材51のコンダクタンスより十分に小さければよい。こ
のような条件は容易に達成することができるために,ガ
スシール37aの構成を簡単にすることが可能になる。
In this case, complete sealing by the gas seal 37a is not required, and it is sufficient that the conductance is sufficiently smaller than the conductance of the cold storage material 51. Since such conditions can be easily achieved, the configuration of the gas seal 37a can be simplified.

【0058】また,膨張空間33及び連通空間39bが
略同圧になるため,膨張ピストン上部39の耐圧特性は
低くてもよくなる。
Further, since the expansion space 33 and the communication space 39b have substantially the same pressure, the pressure resistance of the upper part 39 of the expansion piston may be low.

【0059】従って,当該膨張ピストン上部39は,樹
脂等の熱伝導度が小さく,軽量部材を用いることが可能
になって,当該膨張ピストン上部シリンダ32aから膨
張ピストン上部39等に侵入する熱を防ぐことが可能に
なると共に装置の軽量化及び低コストかが可能になる。
Therefore, the upper portion 39 of the expansion piston has a low thermal conductivity such as resin, so that a lightweight member can be used to prevent heat from entering the upper portion 39 of the expansion piston from the upper cylinder 32a of the expansion piston. This makes it possible to reduce the weight and cost of the apparatus.

【0060】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3
(b)参照)。
Thereafter, as the compression piston 21 approaches the bottom dead center, the expansion piston lower part 31 starts to move upward, the working gas flows in the expansion piston upper part 39 and exchanges heat with the cold storage material 51, and from the communication space 39. Returning to the compression space 23 via the gas flow paths G2, G3, and G1, the cycle ends (FIG. 3).
(B)).

【0061】なお,上記構成では,膨張ピストン下部3
1等が上下動した際に,これら膨張ピストン下部31及
び膨張ピストン上部39がガス流路G2を塞ぐことがな
いように連通空間39bの大きさが設定されている。
In the above configuration, the lower part of the expansion piston 3
The size of the communication space 39b is set so that the lower and upper expansion pistons 31 and 39 do not block the gas flow path G2 when 1 or the like moves up and down.

【0062】即ち,図3(a)からも容易に理解できる
ように,連通空間39bの高さh1は,膨張ピストン下
部31のストロークをS,ガス流路G2の開口の大きさ
をh2としたとき, h1≧S+h2 を満たすように設定されている。
That is, as can be easily understood from FIG. 3A, the height h1 of the communication space 39b is set such that the stroke of the lower part of the expansion piston 31 is S and the size of the opening of the gas passage G2 is h2. At this time, h1 ≧ S + h2 is set.

【0063】このとき,連通空間39bの高さh1は,
ストローク分だけ不要空間を持つことになるが,このよ
うな場合には,図4に示すように,連通空間39b側の
ガス流路G2開口部に溝Mを形成することにより,当該
不要空間を除去することが可能になる。
At this time, the height h1 of the communication space 39b is
Unnecessary space is provided for the stroke. In such a case, as shown in FIG. 4, the unnecessary space is formed by forming a groove M in the opening of the gas flow path G2 on the communication space 39b side. It can be removed.

【0064】図4は図3に対応した図で,図4(a)は
膨張ピストン下部31が下死点に近づいたとき,図4
(b)は膨張ピストン下部31が上死点に近づいたとき
の作動ガスの流れ等を示している。
FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 3, and FIG. 4 (a) shows that when the lower part 31 of the expansion piston approaches the bottom dead center, FIG.
(B) shows the flow of the working gas when the expansion piston lower part 31 approaches the top dead center.

【0065】なお,溝Mはガス流路G2の開口に形成す
るばかりでなく膨張ピストン上部39や膨張ピストン下
部31に形成してもよい。
The groove M may be formed not only at the opening of the gas flow path G2 but also at the expansion piston upper portion 39 and the expansion piston lower portion 31.

【0066】[0066]

【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,膨張部を,膨張ピストン上部,膨張ピス
トン下部,連通空間とにより構成して,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
流入すると共に,当該膨張ピストン上部等により当該膨
張空間が拡張して,作動ガスを膨張するようにしたの
で,連通空間と膨張空間との差圧を略同圧にすることが
可能になって,連通空間等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側壁を介して膨張空
間に流動しないようにすることができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the expansion portion is constituted by the upper portion of the expansion piston, the lower portion of the expansion piston, and the communication space. The working gas that has flowed into the communication space passes through the upper portion of the expansion piston and flows into the expansion space while exchanging heat with the cold storage material, and the expansion space is expanded by the upper portion of the expansion piston to expand the working gas. As a result, it is possible to make the pressure difference between the communication space and the expansion space substantially the same, and the high-temperature working gas in the communication space and the like does not exchange heat with the cold storage material and passes through the upper side wall of the expansion piston. So that it does not flow into the expansion space.

【0067】これにより,装置の小型化,コストダウン
が図られると共に,当該装置を冷凍機等に使用した際に
は,成績計数を高くすることが可能になる。
As a result, the size and cost of the apparatus can be reduced, and when the apparatus is used in a refrigerator or the like, the result count can be increased.

【0068】請求項2にかかる発明によれば,圧縮シリ
ンダを覆うように放熱フィンを設けたので,効率的に作
動ガスの熱を外部に放熱することが可能になる。
According to the second aspect of the present invention, since the radiation fins are provided so as to cover the compression cylinder, it is possible to efficiently radiate the heat of the working gas to the outside.

【0069】請求項3にかかる発明によれば,膨張ピス
トン下部シリンダを覆うように放熱フィンを設けたの
で,効率的に作動ガスの熱を外部に放熱することが可能
になる。
According to the third aspect of the present invention, since the radiation fins are provided so as to cover the lower cylinder of the expansion piston, it is possible to efficiently radiate the heat of the working gas to the outside.

【0070】請求項4にかかる発明によれば,連通空間
側のガス流路開口部に溝を形成したので,連通空間とガ
ス流路とが常に連通するようになる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the groove is formed in the gas flow path opening on the communication space side, the communication space and the gas flow path are always in communication.

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

【図1】本発明の実施の形態の説明に適用される2ピス
トン型ガス圧縮/膨張機の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a two-piston gas compression / expansion machine applied to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の矢視AA断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【図3】膨張部における膨張ピストン下部等の動作に伴
う作動ガスの流動方向を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a flow direction of a working gas accompanying an operation of a lower portion of an expansion piston in an expansion section.

【図4】ガス流路に溝を設けた場合の,図3に対応する
図である。
FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3 when a groove is provided in a gas flow path.

【図5】従来の技術の説明に適用される2ピストン型ガ
ス圧縮/膨張機の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a two-piston 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 24 バッファ空間 25 バッファ室 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 膨張ピストン下部シリンダ 32b 膨張ピストン下部シリンダ 33 膨張空間 34 バッファ空間 35 バッファ室 39 膨張ピストン上部 39a 連通孔 39b 連通空間 40 駆動部 43 クランク機構 64 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 24 buffer space 25 buffer chamber 27, 37a, 37b gas seal 28, 38 oil seal 30 expansion unit 31 expansion piston lower part 32a expansion piston lower cylinder 32b expansion piston lower cylinder 33 expansion space 34 Buffer Space 35 Buffer Chamber 39 Upper Expansion Piston 39a Communication Hole 39b Communication Space 40 Drive Unit 43 Crank Mechanism 64 Radiating Fin G1, G2, G3 Gas Flow Path

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動部と,該駆動部から駆動力を受けて
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度ずれて往復運動
することにより膨張空間内の作動ガスを膨張させる膨張
部と,前記圧縮部と前記膨張部とを連通して作動ガスの
流路をなすガス流路とを有した2ピストン型ガス圧縮/
膨張機において,前記圧縮部と前記膨張部とが,列設し
て前記駆動部に設けられ,かつ,前記膨張部が,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,前記膨張空間内の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,前記ガス流路と連通す
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2ピストン型ガス圧縮
/膨張機。
1. A driving section, a compression section for compressing a working gas in a compression space by reciprocating by receiving a driving force from the driving section, and reciprocating with a phase shift of about 90 degrees from the compression section. A two-piston gas compression / compression system having an expansion part for expanding the working gas in the expansion space and a gas flow path forming a flow path for the working gas by connecting the compression part and the expansion part.
In the expander, the compression section and the expansion section are provided in the drive section in a row, and the expansion section is connected to an upper portion of an expansion piston containing a cold storage material and to an upper portion of the expansion piston. An expansion piston lowering the working gas in the expansion space, and a communication space formed between the expansion piston upper part and the expansion piston lower part and communicating with the gas flow path; The working gas flowing into the communication space through the gas flow passage passes through the upper part of the expansion piston and flows into the expansion space while exchanging heat with the cold storage material, and the upper part of the expansion piston and the lower part of the expansion piston A two-piston type gas compression / expansion machine characterized in that the expansion space expands and the working gas expands.
【請求項2】 前記圧縮部が,作動ガスを圧縮する圧縮
ピストンと,該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してなることを特徴と
する請求項1記載の2ピストン型ガス圧縮/膨張機。
2. The compression section has a compression piston for compressing a working gas, a compression cylinder for reciprocally storing the compression piston, and a radiation fin disposed to cover the compression cylinder. 2. The gap according to claim 1, wherein a gap formed between the radiation fin and the compression cylinder forms a gas flow path and radiates heat of the working gas flowing through the gas flow path. Piston type gas compression / expansion machine.
【請求項3】 前記膨張部が,前記膨張ピストン下部を
往復自在に収納する膨張ピストン下部シリンダと,該膨
張ピストン下部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膨張ピストン下部シ
リンダとの間に形成される隙間がガス流路をなして,当
該ガス流路を流動する作動ガスの熱を放熱してなること
を特徴とする請求項1又は2記載の2ピストン型ガス圧
縮/膨張機。
3. The expansion section has an expansion piston lower cylinder for reciprocatingly housing the expansion piston lower part, and a radiation fin arranged to cover the expansion piston lower cylinder. The gap according to claim 1 or 2, wherein a gap formed between the expansion piston and the lower cylinder forms a gas flow path and radiates heat of the working gas flowing through the gas flow path. Piston type gas compression / expansion machine.
【請求項4】 前記膨張ピストン上部及び膨張ピストン
下部が往復運動しても前記連通空間と前記ガス流路とが
常に連通するように,前記連通空間側のガス流路開口部
に溝を形成したことを特徴とする請求項1乃至3いずれ
か1項記載の2ピストン型ガス圧縮/膨張機。
4. A groove is formed in the gas flow path opening on the communication space side so that the communication space and the gas flow path always communicate even when the upper and lower expansion pistons reciprocate. The two-piston gas compression / expansion machine according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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