JPS594557B2 - アツシユクキ - Google Patents

アツシユクキ

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JPS594557B2
JPS594557B2 JP49036630A JP3663074A JPS594557B2 JP S594557 B2 JPS594557 B2 JP S594557B2 JP 49036630 A JP49036630 A JP 49036630A JP 3663074 A JP3663074 A JP 3663074A JP S594557 B2 JPS594557 B2 JP S594557B2
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Japan
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piston
fluid
cylinder
pressure
space
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JP49036630A
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JPS50130006A (ja
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洋一 松原
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は増圧機、特に熱を駆動源とする流体の増圧装置
に関する。
従来、圧縮機といえば、往復動型(回転型も含む)とタ
ービン型とに大別できるが、いずれの場合でも、駆動源
として機械仕事(又は軸馬力)を必要としている。
その最も基本的な性質としては、流体の圧縮仕事量すな
わち圧縮比、及び吐出流量の増大に、はマ比例して駆動
源としての機械仕事量が増大するということである。
すなわち、大容量の圧縮機には、大きなモーターが必要
となり、それに比例して、重量、寸法等も増大する。
したがって、一般に圧縮機は、常にこれらの基本的な動
作原理の上に立って、その応用範囲が定められている。
本発明の目的は、上述したような、従来の圧縮機とは全
く異る新規な動作原理を用い、従来の圧縮機では応用が
著しく困難であったような分野にまで安易に応用し得る
如き増圧機を提供することにある。
以下図面によって本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の基本動作を説明する説明図であって
ピストン1は面積のはゾ等しい両端面2及び3を有して
おり、両端面8及び9を有するシリンダー4によって該
ピストンの面2の側に空間5、面3の側に空間6が形成
されている。
図から明らかな如くピストン1がシリンダー4内を移動
して空間5が最大となった時、空間6は最小、空間6が
最大の時は空間5が最小となる。
ピストン1とシリンダー4との間には隙間10が有り、
ピストン1が往復動をする時、空間5及び6内の流体は
隙間10をへて、相互に抵抗なく流通し得る如くなされ
ている。
シリンダー4の一端面8の附近には、チェック弁として
動作する吸入弁機構11及び吐出弁機構12が設けられ
る。
今シリンダー4の内側面及びピストン1の側面を蓄熱器
とみなしシリンダー4の両端面8,9をそれぞれ熱交換
器とみなし、面9の附近の温度T2を面8の附近の温度
T1よりも高い温度に保たせ(T2 > T 1) 、
その条件下においてピストン1を往復動せしめる。
始めにピストン1が図において上死点にある時空間6は
最大であり内部に圧力P1、温度T1の流体があるもの
とする。
次にピストン1を下降せしめると、空間6内の流体は隙
間10をへて空間5へ移動を開始する。
一方空間5を形成する壁面の一部、すなわち、シリンダ
ー4の一端面9の附近は、温度T2に保たれており、T
2〉T1の条件によって空間5に移動してきた流体は加
熱される。
その結果シリンダー内部の流体は膨張しようとするがシ
リンダ−4内部の容積は一定であるため内部の圧力が上
昇することになる。
この時空間6にあって、加圧された流体は、圧縮熱を発
生するが、その一部は隙間10の側面に蓄熱される。
このようにして、内部圧力は、ピストン1の下降と共に
増大する。
今この増圧機の応用範囲において必要とする圧力が吸入
圧力P1、吐出圧力P2 (P2>PI )とすれば、
ピストン1の下降中系内の圧力がP2に等しくなった時
点で、弁12が開き、以後ピストン1の下降と共に圧力
P2の流体が弁12より吐出される。
即ちこの場合シリンダー容積を■、封入流体量をmとす
ると 理想気体の状態方程式 において、m、V、R(Rは気体定数)が一定であるか
ら が成立する。
したがって(P2/Pi)= (T2/TI )より、
両端の温度比に応じた圧縮比が得られる。
例えばT1=300K(=27℃)、T2=600K(
=327°C)に保てば、圧縮比2が得られる。
ただし、以上の説明は動作の基本原理であって、本願の
発明においては圧縮ガスを系外に取り出すため1段の圧
縮比は上記の値よりわずかに低い値を用いている。
ピストン1が下死点に達した時に、吐出は完了し、系内
のほとんどの流体は温度T2、圧力P2で空間5内に存
在する。
次にピストン1を上昇させると空間5の流体は空間6に
移動を開始し、その結果流体の温度が抵下し流体は減圧
される。
この時流体は隙間10を通過する際にその側面から、あ
る程度の熱を受ける。
この様にして、ピストン1の上昇中、系内の圧力がPl
になった時弁11が開き系内に流体が吸入される。
したがって、ピストン1を外力によって周期的に往復動
せしめれば連続した流体の圧縮効果が得られ、本発明の
装置が増圧機として動作することが知られる。
ここで、特に重要なことはピストン1に加えるべき外力
であるが、図から明らかな如く、基本的にはシリンダー
内の全ての部分における圧力はピストン1の位置の何部
にか\わらず任意の瞬時において、常に等しい。
勿論、隙間10の流体抵抗が比較的大きく、しかもピス
トン1の往復運動数が速い場合にはある程度の圧力差が
系内に生ずるが、これは本発明の基本的動作に関与する
ものではなくむしろ損失として考慮すべき性格のもので
ある。
したがって基本的にはピストン1の両端面の圧力は常に
等しいということがいえる。
この事実はピストン1を駆動せしめるのに外力を必要と
しないことを意味する。
しかし実際には、上述の如く損失としての微少圧力差が
生ずる為にその圧力差による力に相当する外力のみはピ
ストン1に加える必要がある。
いいかえればピストン1に加えるべき外力は損失エネル
ギー分のみであり一般の圧縮機が全エネルギー分に対し
てピストンに外力を加えることを考えれば全く異る動作
原理であることが知れる。
本発明によるこの動作原理の最も大きな特徴は上述のこ
とから明らかな様に処理能力の大きな増圧機であったと
してもピストン1の駆動力は非常に小さいものであり、
増圧機の処理能力は面9の附近に加えるべき熱量にのみ
比例するということができる。
すなわち本発明による増圧機は補助的に微少電気エネル
ギー等を用いるのみで主として熱エネルギーを直接流体
の圧縮処理に変換せしめる装置ということができる。
この補助的電気エネルギー等は例えば、乾電池(バッテ
リー)等で充分な場合もありこのことは本発明による増
圧機が大容量の電気エネルギーが供給され得ないような
場所例えば車、船、飛行機等の輸送機関上、或いは海、
山、高原等において化学燃料又は太陽エネルギー等を直
接熱エネルギーとして用いることによって大容量の増圧
流体を供給することができるという大きな利点をもって
いる。
更に本発明のもう一つの大きな特徴は、振動、騒音等を
著しく小さくすることができるということである。
従来の往復動圧縮機においては、ピストンのなす仕事に
よって流体が圧縮されるのであるから、クランク機構等
には仕事量に応じた力が作用し軸受けの摩耗や側応力の
為振動、騒音等が大きく、しかも耐久力もこれらの機構
部分によって限定されていた。
これに対し本発明による増圧機においては、これらの力
が著しく少くてすむ為に振動、騒音等はほとんど発生せ
ずしかも耐久力が著しく太きいという利点をもつ。
更に駆動用モーター等大きなものを必要としない為に著
しく軽量、小型化することができる。
第2図は、本発明の増圧機におけるピストン1の駆動方
法の1例を示したものでありピストン1の下端部にロッ
ド16を設はシリンダー4の下端面8の孔15を設け、
孔15を貫通させたロッド16の下端にスコッチョーク
11を設け、このヨーク17に内接する偏心円板18の
軸19を小型モータで駆動することによりピストン1を
往復動させる。
前述の通りこ\で用いられるモータは増圧機の処理能力
に関係なく著しく小さなものであり従来の圧縮機とは本
質的に異るものである。
第3図は本発明の増圧機の他の実施例を示し、この例は
電動振動方式によってピストン1を駆動した場合である
永久磁石20によって磁極21゜22が作られ、励磁コ
イル24に交番電流を流すことにより2次誘導コイル2
3に誘導電流を生ぜしめ磁極21.22によって与えら
れる直流磁場との相互関係により該2次誘導コイル23
が上下動し得る如くにされている。
2次誘導コイル23は多重巻線を短絡したものを用いて
も良く又銅等の一重リングでも良い。
2次誘導コイル23はピストン1に接続されておりピス
トン1の内部には、蓄熱器27が内蔵されている。
ピストン1とシリンダー4とは、スプリング26,28
を介して接続されており、シリンダー4の下端部は、磁
極21、励磁コイル24、磁石20、及び非磁性体で作
られたリング25等によって閉じられている。
以上の装置においてピストン1,2次誘導コイル23、
蓄熱器27からなる可動部分の重量と、スプリング26
.28とによって得られる固有振動数が、励磁コイル2
4に通ずる交番電流の周波数とはシ一致する如くに重さ
、及びバネ定数を決定することにより、効率よくピスト
ン1を往復動させることができる。
第3図に示す実施例では、クランク機構を全く必要とし
ない為に、摩耗部分が全く無いという大きな特徴をもっ
ており、増圧機の耐久性向上に著しく効果を上げ得る。
このような摩耗部分の全く存在しない増圧機は従来の方
法では決して得られなかったものである。
更にもう一つの本発明の増圧機の特徴は、前述した隙間
10の流体抵抗(第3図においてもピストン1と、シリ
ンダー4との間には隙間が存在して良いが、別に蓄熱器
27が設けられているので、流体は主として該蓄熱器を
通過する)又は第3図における蓄熱器27の流体抵抗が
ある程度存在してもこれが欠点とはならず一つの利点き
なることである。
この事実を、第1図において説明すれば次の如くとなる
隙間10の流体抵抗の存在によってピストン1が下降中
空間6の圧力は空間5の圧力よりも高くなろうとする傾
向にある。
一方、本発明においては空間5の温度は空間6の温度よ
りも高くされている為ピストン1の下降に従って流体が
空間6から空間5へ移動しようとするとき、空間5に入
り込む流体が加熱されることによって、圧力が上昇しよ
うとする傾向にある。
すなわち、ピストン1の下降行程においては、流体抵抗
が空間6の流体の圧縮効果を示し、同時に、空間5の加
熱効果がピストン1の両端面2゜3における圧力差を零
に近ずける方向に作用し、全系の圧縮効果を示す。
この事実は流体抵抗が圧縮機の効率を低下せしめないば
かりでなく、むしろ流体抵抗に相当して加えられた外力
は、系に加えられた熱と同様に流体の圧縮仕事の一部と
して有効に作用しているのである。
第4図は、本発明による多段増圧機の実施例を示す。
第4図は4段の例を示したが必要に応じて何段にでも作
り得る。
今、1段目のピストン、シリンダーを1,4とし、2段
目を同じ<29,303段目を3L32.4段目を33
.34とする。
各段のストローク又はボアーは増圧比に応じて減少させ
る。
各段のシリンダーの高温端は一定温度T2で良く、低温
端はT1(T2>Tt)で一定温度で良い。
又、各段間には前段の吐出弁と後段の吸入弁との間に圧
縮熱除去用熱交換器35,36゜37を設け、最終段の
吐出弁の後に圧縮熱除去用熱交換器38を設ける。
本発明による増圧機はこのように多段にすることによっ
て更に大きな効果をもたらす。
すなわち圧縮機の主たる駆動源としての熱源の温度を比
較的低くする必要がある場合、又は低い温度の熱源しか
得られない場合で、圧縮比の大きな圧縮機を必要とする
場合でも第4図の如き多段増圧機としてこの要求に答え
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明増圧機の原理説明図、第2図〜第4図は
夫々その実施例説明図である。 1・・・・・・ピストン、4・・・・・・シリンダー、
5,6・・・・・・空間、10・・・・・・隙間、11
,12・・・・・・弁機構。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 夫々ピストンを内蔵するピストンシリンダの複数と
    、前記ピストンの両端面とこのピストンを内蔵する前記
    シリンダ間に夫々形成した室と、このシリンダ内におい
    てこの夫々の室間を連通ずる熱交換表面を有する通路と
    、前記室の一方を加熱する機構と、前記室の他方を冷却
    する機構と、前記室に連通される流体吸入弁及び吐出弁
    と、前記夫々の室の容積を相対的に増減せしめるよう前
    記ピストンを往復動せしめる機構とより成り、前記複数
    のシリンダの第1段のものの前記流体吐出弁が第2段の
    もの5前記流体吸入弁に圧縮熱除去用熱交換器を介して
    接続される態様で前記複数のシリンダが多段に連通され
    、前記ピストンを往復動せしめることにより、前記第1
    段のシリンダの吸入弁より低圧流体を吸入せしめ、前記
    最終段のシリンダの吐出弁より高圧流体を吐出せしめる
    ことを特徴とする増圧機。
JP49036630A 1974-04-02 1974-04-02 アツシユクキ Expired JPS594557B2 (ja)

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JP49036630A JPS594557B2 (ja) 1974-04-02 1974-04-02 アツシユクキ

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JPS50130006A JPS50130006A (ja) 1975-10-14
JPS594557B2 true JPS594557B2 (ja) 1984-01-30

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS49283A (ja) * 1972-04-18 1974-01-05

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS49283A (ja) * 1972-04-18 1974-01-05

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JPS50130006A (ja) 1975-10-14

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