JPS6391462A - Gas refrigerator - Google Patents

Gas refrigerator

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Publication number
JPS6391462A
JPS6391462A JP23768586A JP23768586A JPS6391462A JP S6391462 A JPS6391462 A JP S6391462A JP 23768586 A JP23768586 A JP 23768586A JP 23768586 A JP23768586 A JP 23768586A JP S6391462 A JPS6391462 A JP S6391462A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piston
cylinder
gas
refrigerator
expansion
Prior art date
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Pending
Application number
JP23768586A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
正彦 伊藤
健一 藤原
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.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6391462A publication Critical patent/JPS6391462A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野〕 本発明は空気などの気体を圧縮したうえ断熱膨張させる
ことによって冷熱を生じさせる気体冷凍機に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gas refrigerator that generates cold heat by compressing a gas such as air and then adiabatically expanding the compressed gas.

[従来の技術] 室内の冷房や食品の冷蔵などのための冷凍装置としては
、液相の低沸点冷媒が気相に変態する際に周囲から気化
の潜熱を奪う現象を利用した極く一般的な型式のものの
他に、圧縮気体を断熱膨張させた際の気体の冷却現象を
利用する気体冷凍機がかなり古くから知られている。
[Prior art] Refrigeration equipment for indoor cooling, food refrigeration, etc. is an extremely common type of refrigeration system that utilizes the phenomenon in which a liquid phase low-boiling point refrigerant takes away the latent heat of vaporization from its surroundings when it transforms into a gas phase. In addition to the conventional type, gas refrigerators have been known for quite some time that utilize the cooling phenomenon of gas when a compressed gas is expanded adiabatically.

気体冷凍機の主な構成要素は、気体圧縮機と、圧縮によ
り昇温した気体を冷やすための放熱器と、冷却圧縮気体
を断熱膨張させるための膨張装置と、膨張に伴って降温
した気体の冷熱を利用するための冷熱吸収装置とである
The main components of a gas refrigerator are a gas compressor, a radiator for cooling the gas whose temperature has risen due to compression, an expansion device for adiabatic expansion of the cooled compressed gas, and a radiator for cooling the gas whose temperature has decreased due to expansion. This is a cold energy absorption device for utilizing cold energy.

[発明が解決しようとする問題点コ 上記の気体冷凍機は、機械的な仕事を利用可能な熱エネ
ルギーに変換させる効率が悪いために、装置令体が大型
化する難点がある。この問題の改善策として、例えばピ
ストンによって左右2つに振り分けられたシリンダ室の
一方を気体圧縮空とし、他方を圧縮気体の膨張室とする
ことによって装置の外形寸法を縮小させる方法も考えら
れる。
[Problems to be Solved by the Invention] The above-mentioned gas refrigerator has a disadvantage in that the size of the device increases due to its inefficiency in converting mechanical work into usable thermal energy. As a solution to this problem, it is also possible to reduce the external dimensions of the device by, for example, making one of the two left and right cylinder chambers divided by the piston into a gas compression chamber and the other into a compressed gas expansion chamber.

しかしピストンを駆動させるための常套手段としてのク
ランク機構を用いると、装置のコンパクト化のためにシ
よ好ましくなく、また構造の複雑化を招くうえに、可動
部分における駆動エネルギーのロスも少なからず生ずる
However, using a crank mechanism as a conventional means to drive a piston is not preferable in order to make the device more compact, and not only does it complicate the structure, but it also causes considerable loss of driving energy in the moving parts. .

本発明は気体の圧縮磯と膨張装置とを、1つのピストン
を共有する1のシリンダー内に組み込むと共に、このピ
ストンの駆動)浅溝に工夫をこらすことによって、装置
外形のコンパクト化、構造の単純化ないしは作動効率の
向上が可能な気体冷凍機を提供することを目的とする。
The present invention incorporates a gas compression device and an expansion device into one cylinder that shares one piston, and by devising a shallow groove (for driving this piston), the device external size can be made compact, and the structure can be simplified. The purpose of the present invention is to provide a gas refrigerator that can improve the operating efficiency.

[問題点を解決するための手段] 上記の目的を達成するために本発明による気体冷凍機は
、a)少なくとも部分的に強磁性体で作られた1つのピ
ストンと、前記ピストンを共有する気体圧縮用シリンダ
およびこの圧縮気体の膨張用シリンダと、前記強磁性体
に磁気吸引力を及ぼして前記ピストンを前(後)進動さ
せる電磁石と、前記電磁石への間欠的通電手段、前記ピ
ストンを前(後〉進動させるバネ作用体とからなる往復
式動式ポンプ、b)前記圧縮用シリンダの吐出口と前記
膨張用シリンダの吸入口を結ぶ通気路に介在させた圧縮
i温気体の冷却手段、およびC)前記膨張用シリンダの
吐出口と前記圧縮用シリンダの吸入口を結ぶ通気路に介
在させた、膨張低温気体が保有する冷熱の吸収手段とか
らなる構成を採用した。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the gas refrigerator according to the present invention includes: a) one piston made at least partially of a ferromagnetic material and a gas that shares the piston; a compression cylinder and a cylinder for expanding the compressed gas; an electromagnet that applies a magnetic attraction force to the ferromagnetic body to move the piston forward (rearward); a means for intermittent energization of the electromagnet; (Back) A reciprocating dynamic pump consisting of a spring acting body that moves forward, b) Cooling means for compressed warm gas interposed in an air passage connecting the discharge port of the compression cylinder and the suction port of the expansion cylinder. and C) a means for absorbing cold heat held by the expanded low-temperature gas, which is interposed in a ventilation passage connecting the discharge port of the expansion cylinder and the suction port of the compression cylinder.

[作用および発明の効果] 上記の構成を備えた気体冷凍機は、間欠的通電手段を働
かせて電磁石に間欠的に通電すると、ピストンはその強
磁性体で構成された部分に磁気吸引力が及ぼされること
によって上死点に向って前進動づる。通電が断たれると
バネ作用体が働いてピストンは後退勤しその下死点位置
に復帰する。
[Function and Effects of the Invention] In the gas refrigerator having the above configuration, when the intermittent energizing means is activated to intermittently energize the electromagnet, the piston will have a magnetic attraction force exerted on its ferromagnetic portion. As a result, it moves forward toward top dead center. When the current is cut off, the spring acting body works and the piston moves backward to return to its bottom dead center position.

このピストンの前4G勅に伴って、気体圧縮用シリンダ
と圧縮気体の膨張用シリンダとは交互に働かされるので
、気体圧縮用、シリンダから吐出された圧縮加熱気体t
よ冷却手段により冷やされたうえ膨張用シリンダ内に流
入し、断熱膨張によりI5渇した低温気体は冷熱吸収手
段により冷熱を利用された後、圧縮用シリンダに戻って
冷凍ナイクルを再循環する。
With this 4G force in front of the piston, the cylinder for gas compression and the cylinder for expansion of compressed gas are operated alternately, so that the compressed and heated gas t discharged from the cylinder for gas compression is
After being cooled by the cooling means, the low-temperature gas flows into the expansion cylinder and is depleted of I5 by adiabatic expansion. After the cold energy is utilized by the cold heat absorption means, it returns to the compression cylinder and recirculates the frozen Nicle.

このような気体冷凍機は、気体圧縮機と圧縮気体の膨張
装置とを、1つのピストンを共有する1台の往復動式ポ
ンプとして極めてコンパクトな外形にまとめることがで
きる。
Such a gas refrigerator can combine a gas compressor and a compressed gas expansion device into one reciprocating pump that shares one piston in an extremely compact external shape.

しかもビスントの移動は、構造が複雑で設百空間も多く
要するクランク機構によらずに、電磁吸引力とバネ作用
力とを交互に働かせてビスントを往復動させる極く単純
な駆動方式を採用したことによって、外形を更に縮小さ
せ且つ構造を簡略化させられる。
What's more, the movement of the bisund does not involve a crank mechanism that has a complicated structure and requires a lot of space, but uses an extremely simple drive system that uses electromagnetic attraction force and spring acting force alternately to move the bisnt back and forth. This makes it possible to further reduce the external size and simplify the structure.

[実施例] 以下に図に示す実施例に基づいて本発明の構成を具体的
に説明する。
[Example] The configuration of the present invention will be specifically described below based on an example shown in the drawings.

第1図と第2図は第1実施例を示しており、気体冷凍機
は大きく分けて、気体圧縮機と、圧縮気体の膨張装置と
の結合体としての往復動式ポンプAと、圧縮a温気体の
冷却手段Bと、膨張冷却気体が保有する冷熱を利用する
ための冷熱吸収手段Cと、ポンプAのピストンの駆動用
電磁石への間欠的通電手段りとの、各主要部分から成り
立っている。
1 and 2 show the first embodiment, and the gas refrigerator is roughly divided into a reciprocating pump A, which is a combination of a gas compressor and an expansion device for compressed gas, and a compressor a. It consists of the following main parts: a cooling means B for hot gas, a cold heat absorption means C for utilizing the cold heat held by the expanded cooling gas, and a means for intermittent energization of the electromagnet for driving the piston of pump A. There is.

往復動式ポンプAは、1つのシリンダ1と1つのピスト
ン6を共有する2基のポンプを合体させた構造を備えて
おり、ピストン6の右側部分Fが気体圧縮用シリンダと
して、左側部分Gが圧縮気体の膨張用シリンダとしての
機能を果たす。
The reciprocating pump A has a structure in which two pumps that share one cylinder 1 and one piston 6 are combined, and the right side part F of the piston 6 functions as a gas compression cylinder, and the left side part G functions as a gas compression cylinder. It functions as a cylinder for expanding compressed gas.

圧縮用シリンダFには、吸入弁2Aを備える吸入口2と
、吐出弁3Aを備える吐出口3が設けられ、また膨張用
シリンダGには、バネ作用力により閉弁される吸入弁4
Aを備える吸入口4と、微小圧力差により開弁される吐
出弁5Aを備える吐出口5が設けられている。
The compression cylinder F is provided with a suction port 2 having a suction valve 2A and a discharge port 3 having a discharge valve 3A, and the expansion cylinder G is provided with a suction valve 4 that is closed by a spring action force.
A suction port 4 is provided, and a discharge port 5 is provided with a discharge valve 5A that is opened by a minute pressure difference.

ピストン6にはその右側に右側ピストンロッド7Aが、
また左側に左側ピストンロンドアBが取付けられてピス
トンロッド7を形成している。両ピストン[1ツドはそ
れぞれシリンダFまたはシリンダGの端面壁に穿っであ
るピストンロンド挿通用穴を頁いてシリンダの外側に突
出している。そしてこれら挿通用穴のピストンロッド囲
り空隙は、メカニカルシール17によって気密保持され
ると共に、この個所にベアリング18を配設してピスト
ンロッド7の円滑な左右動を助けている。
The piston 6 has a right piston rod 7A on its right side.
Further, a left piston rod door B is attached to the left side to form a piston rod 7. Both pistons [1] project to the outside of the cylinder through piston rod insertion holes drilled in the end wall of the cylinder F or cylinder G, respectively. The gaps surrounding the piston rod in these insertion holes are kept airtight by mechanical seals 17, and bearings 18 are disposed at these locations to help the piston rod 7 move smoothly from side to side.

右側ピストンロッド7Aにはその右端近くに小円筒状の
強磁性体片8が外嵌固定されており、この強磁性体片8
に間欠的にN磁吸引力を及ぼして、ピストンロッド7を
間欠的に前進動させるためのソレノイドコイル10が、
図示の位置に組付けられている。
A small cylindrical ferromagnetic piece 8 is externally fitted and fixed near the right end of the right piston rod 7A.
A solenoid coil 10 for intermittently applying an N magnetic attraction force to move the piston rod 7 forward intermittently,
It is assembled in the position shown.

また右側ピストンロッド7Aには円板状の中間フランジ
9が取付けられていて、このフランジ9は、シリンダ1
の右側端に連結させるようにして接続されているピスト
ン[1ツド支持筒11内にT1嵌状態にある。右側ピス
トンロッド7Aの自由端は支持筒11の筒端壁に穿たれ
ている[1ラド挿通用穴を付き扱けて更に右方に突出し
ており、この挿通用穴にもベアリング18が配設されて
いる。
Further, a disk-shaped intermediate flange 9 is attached to the right piston rod 7A, and this flange 9 is connected to the cylinder 1.
The piston is connected to the right end of the piston [1] and is fitted in the T1 support cylinder 11. The free end of the right piston rod 7A is bored in the cylinder end wall of the support cylinder 11 [1] and protrudes further to the right with an insertion hole, and a bearing 18 is also provided in this insertion hole. has been done.

ピストンロッド支持筒11内の右端近くには、ソレノイ
ドコイル10の収納空部を形成させるに役立つ環状内壁
板11Aが設けてあり、この環状内壁板11Aと右側ピ
ストンロッド7Aの中間フランジ9との間に生じた円筒
状空隙には、第1のコイル状共振バネ12がはめ込まれ
ている。また中間フランジ9とシリンダ1の右側筒端面
との間に生じた円筒状空隙には、第2のコイル状共振バ
ネ13がはめ込まれている。両共振バネ12と13の固
有振動周期は、ソレノイドコイル10によって前進動さ
せられるピストンロッド7の運動周期にほぼ一致させで
ある。
Near the right end of the piston rod support cylinder 11, there is provided an annular inner wall plate 11A that serves to form a storage space for the solenoid coil 10, and between this annular inner wall plate 11A and the intermediate flange 9 of the right piston rod 7A. A first coiled resonant spring 12 is fitted into the cylindrical gap created in the cylindrical gap. Further, a second coiled resonance spring 13 is fitted into a cylindrical gap created between the intermediate flange 9 and the right cylindrical end surface of the cylinder 1. The natural vibration periods of both resonant springs 12 and 13 are made to substantially match the movement period of the piston rod 7 which is moved forward by the solenoid coil 10.

ピストンロッド支持@11の右側筒端面には、この端面
から突出しているピストンロッド7Aを包み込むカバー
筒16が接続されていて、その開放端にはピストン[]
ツラドAの先端に押された時接点が開く第1のマイクロ
スイッチ101が取付けられている。101Aと101
Bはそれぞれ可動接点と固 −定接点である。
A cover cylinder 16 that wraps around the piston rod 7A protruding from this end face is connected to the right cylinder end face of the piston rod support @11, and the piston []
A first microswitch 101 whose contacts open when pressed is attached to the tip of the turad A. 101A and 101
B is a movable contact and a fixed contact, respectively.

シリンダ1の左側筒端面には、この端面から突出してい
る左側ピストンロンドアBを包み込むカバー筒17が接
続されており、その開す文端にはピストンロンドアBに
押されて接点が開く第2のマイクロスイッチ102が取
付けられている。102Aと102Bはそれぞれ可動接
点と固定接点である。
A cover cylinder 17 that wraps around the left piston door B protruding from this end is connected to the left cylinder end face of the cylinder 1, and the opening end of the cover cylinder 17 has a contact point that opens when pushed by the piston Ron door B. Two microswitches 102 are installed. 102A and 102B are a movable contact and a fixed contact, respectively.

圧縮高温気体の冷却手段Bは、気体の加熱または冷却用
の熱交換答としての一般的な構造を備えており、例えば
図示のように空気の出入[]を備えた冷却用風路20内
に冷水を流通させる蛇管21を納めて成り立っている。
The compressed high-temperature gas cooling means B has a general structure as a heat exchange solution for heating or cooling gas, and for example, as shown in the figure, it is installed in a cooling air passage 20 equipped with an air inlet and outlet. It is made up of a serpentine pipe 21 that circulates cold water.

冷却用風路20の空気入口21は通気路23によって圧
縮用シリンダFの吐出口3と連通し、空気出口22は通
気路24によって膨張用シリンダGの吸入口4と結ばれ
ている。
The air inlet 21 of the cooling air passage 20 communicates with the discharge port 3 of the compression cylinder F through a ventilation passage 23, and the air outlet 22 is connected to the suction port 4 of the expansion cylinder G through a ventilation passage 24.

冷熱の吸収手段Cは、この実施例図では小型冷蔵庫の保
冷用断熱ボックス30としての示されている。この断熱
ボックス30には図示を省いた物品の出し入れ用扉の外
に、膨張用シリンダQ内で生じた冷却空気を導入するた
めの冷気人口31とボックス内の被冷却物品と熱交換し
て暖まった空気を排出するための暖気出口32が設けて
あり、冷気人口31は通気路33によって膨張用シリン
ダGの吐出口5に、また暖気出口32は通気路34を介
して圧縮用シリンダFの吸入口2に連らなっている。
The cold heat absorbing means C is shown in this embodiment as a cold insulation box 30 of a small refrigerator. This heat insulating box 30 has a cold air intake 31 for introducing cooling air generated in the expansion cylinder Q outside the door for loading and unloading items (not shown), and a cold air intake 31 for introducing the cooling air generated in the expansion cylinder Q, and heat exchanges with the cooled items in the box to warm them. A warm air outlet 32 is provided for discharging the air, and the cold air 31 is sent to the discharge port 5 of the expansion cylinder G through a ventilation path 33, and the warm air outlet 32 is connected to the intake of the compression cylinder F through a ventilation path 34. Connected to mouth 2.

電磁石としてのソレノイドコイル10への間欠的通電手
段をなす給電回路りの一例を示した第2図において、1
10は例えば自!J]車に搭載されるバッテリなどの直
流電源であり、111は常閉型の第1および第2のマイ
クロスイッチ101および102からの入力信号に基づ
いて所望のパルス巾をもった矩形波出力を生じさせる矩
形波発生回路、112はドライブ回路、113はソレノ
イドコイル10への給電オン−オフ用リレー、モして1
03は矩形波発生回路111への給電を断続させること
によって気体冷凍機を起動または停止させる手動スイッ
チである。
In FIG. 2, which shows an example of a power supply circuit that serves as a means for intermittent energization of the solenoid coil 10 as an electromagnet, 1
For example, 10 is self! J] A DC power source such as a battery installed in a car, and 111 outputs a rectangular wave with a desired pulse width based on the input signals from the normally closed first and second microswitches 101 and 102. 112 is a drive circuit; 113 is a relay for turning on and off the power supply to the solenoid coil 10;
03 is a manual switch that starts or stops the gas refrigerator by intermittent power supply to the rectangular wave generation circuit 111.

次に上記実施例冷凍機の作動を説明する。第1図は手動
スイッチ103をオフさせて冷凍機の運転を止めた状態
を描いており、ピストン6はその往復動行程の中間位置
を占めている。
Next, the operation of the refrigerator of the above embodiment will be explained. FIG. 1 depicts a state in which the manual switch 103 is turned off to stop the operation of the refrigerator, and the piston 6 occupies an intermediate position in its reciprocating stroke.

スイッチ103を投入して矩形波発生回路111に通電
することによって、ソレノイドコイル10への通電回路
が閉じられて冷凍機は運転を開始する。
By turning on the switch 103 and energizing the rectangular wave generating circuit 111, the energizing circuit to the solenoid coil 10 is closed and the refrigerator starts operating.

ソレノイドコイル10が呈する磁気吸引力が磁性体片8
に及ぼされることによって、磁性体片8と一体をなすピ
ストンロッド7は、その中間フランジ9部分によって第
1の共振バネ12を圧縮させながら右方移動し、それに
伴って圧縮用シリンダEは圧縮工程に入り、先の吸入行
程時に吸入した空気を圧縮する。この時、膨張用シリン
ダG1.を膨張行程をたどる。
The magnetic attraction force exerted by the solenoid coil 10 causes the magnetic material piece 8 to
As a result, the piston rod 7, which is integral with the magnetic piece 8, moves to the right while compressing the first resonance spring 12 with its intermediate flange 9, and accordingly, the compression cylinder E moves into the compression process. and compresses the air inhaled during the previous intake stroke. At this time, the expansion cylinder G1. follows the expansion process.

ピストンロッド7の動きに伴われてピストン6がその廿
復勤行程の最右端に9置(上死点)に達した時、右側ピ
ストンロッド7Aの先端面が第1のマイクロスイッチ1
01の可動接点を押してこのスイッチをオフさせること
により、ソレノイドコイル10への通電が断たれてピス
トン6に対する右方移動付勢力は失われる。
When the piston 6 reaches the rightmost position (top dead center) of its return stroke due to the movement of the piston rod 7, the tip surface of the right piston rod 7A touches the first micro switch 1.
By pressing the movable contact 01 to turn off this switch, the current to the solenoid coil 10 is cut off, and the rightward movement biasing force against the piston 6 is lost.

この時、圧縮されていた第1の共振バネ12の原形復帰
作用力が、中間フランジ9部分を介してピストンロッド
7に及ぼされるので、ピストン6は左方移動に移る。ピ
ストンロッド7の左方移動に伴って第20共娠バネ13
は中間フランジ9に押されて圧縮される。
At this time, the force of the compressed first resonance spring 12 to return to its original shape is applied to the piston rod 7 via the intermediate flange 9 portion, so the piston 6 moves to the left. As the piston rod 7 moves to the left, the 20th co-loading spring 13
is pressed by the intermediate flange 9 and compressed.

ピストン6がその往復通勤行程の最左端位置(下死点)
に達すると、左側ピストンロンドア日の先端面が第2の
マイクロスイッチ102の可動接点102Aを押してオ
フ作動させ、このオフ信号が矩形波発生回路111に送
り込まれる。この間に第1のマイクロスイッチ101の
可動接点101Aは押圧力から解放されてオン状態に復
帰し、このオン信号が矩形波発生回路111に入力され
る。第2のマイクロスイッチ102も、ピストン6が反
転して右方移動に移ると可動接点102Aに対する押圧
力が失われてオン状態に捩り、このオン信号は矩形波発
生回路111に入力される。
Piston 6 is at the leftmost position (bottom dead center) of its reciprocating stroke
When it reaches this point, the tip end surface of the left piston rond presses the movable contact 102A of the second microswitch 102 to turn it off, and this off signal is sent to the rectangular wave generation circuit 111. During this time, the movable contact 101A of the first microswitch 101 is released from the pressing force and returns to the on state, and this on signal is input to the rectangular wave generation circuit 111. When the piston 6 reverses and moves to the right, the second microswitch 102 also loses the pressing force against the movable contact 102A and is twisted into the on state, and this on signal is input to the rectangular wave generation circuit 111.

冷凍機の運転に伴って第1および第2のマイクロスイッ
チ101と102からそれぞれ発生する2つのパルス波
信号は、矩形波発生回路111内で処理されて、両パル
ス波の発生周期のずれ巾をパルス巾とする矩形波電流を
生じさせ、この電流をドライブ回路112を経てソレノ
イドコイル10への給電リレー113に流すことによっ
て、ソレノイドコイル10は所定の周期をもって間欠的
に磁気吸引力を発生する。
Two pulse wave signals generated from the first and second microswitches 101 and 102, respectively, as the refrigerator operates are processed in the rectangular wave generation circuit 111 to calculate the difference in the generation period of both pulse waves. By generating a rectangular wave current having a pulse width and passing this current through the drive circuit 112 to the power supply relay 113 to the solenoid coil 10, the solenoid coil 10 intermittently generates a magnetic attraction force at a predetermined period.

そこで上記の如くしてピストン6が下死点に達した時、
ソレノイドコイル10への通電が行われて、ピストン6
は上死点に向って復帰動させられる。
Therefore, when the piston 6 reaches the bottom dead center as described above,
When the solenoid coil 10 is energized, the piston 6
is moved back toward top dead center.

この時、第2の共振バネ13は圧縮エネルギーを放出し
てこの復帰動を助ける。ピストン6が上死点に達するの
と時を同じくしてソレノイドコイル10への通電は断た
れて復帰動のための付勢力は失われる。以後はこのよう
なピストン6の往復動が反復して行われることになる。
At this time, the second resonant spring 13 releases compression energy to assist in this return movement. At the same time that the piston 6 reaches the top dead center, the energization to the solenoid coil 10 is cut off, and the biasing force for the return movement is lost. Thereafter, such a reciprocating motion of the piston 6 will be repeated.

圧縮用シリンダFの圧縮行程時に生じた高温圧縮気体は
、ピストン6に押されて吐出口3から通気路23を経て
冷却用風路20に流入し、冷却水と熱交換して冷やされ
た後、通気路24をたどってこの時膨張行程に入ってい
る膨張用シリンダGの吸入口4に流入する。吸入弁4A
はピストン6が下死点に達するとその動きに連動して機
械的に開弁し、ピストン6が上死点に向けて反転動する
途中で付設バネの作用力によって閉弁する構造を備えて
おり、この閉弁に伴って膨張用シリンダG内に流入した
圧縮気体は断熱膨張させられてその温度が下降する。
The high temperature compressed gas generated during the compression stroke of the compression cylinder F is pushed by the piston 6 and flows from the discharge port 3 through the air passage 23 into the cooling air passage 20, where it is cooled by exchanging heat with cooling water. , follows the ventilation path 24 and flows into the suction port 4 of the expansion cylinder G, which is in the expansion stroke at this time. Suction valve 4A
has a structure in which the valve is mechanically opened in conjunction with the movement of the piston 6 when it reaches the bottom dead center, and the valve is closed by the action of an attached spring while the piston 6 is moving in reverse toward the top dead center. As the valve closes, the compressed gas flowing into the expansion cylinder G is adiabatically expanded and its temperature decreases.

ピストン6が上死点に達した時、吐出弁5Aが膨張用シ
リンダGの内外間に生じた微小な圧力差に基づいて開弁
されるので、常圧にまで圧力が下がった低温気体は、反
転動に移ったピストン6に押されて吐出口5から通気路
33を経て断熱ボックス30内に押し出され被冷却物品
を冷やす。
When the piston 6 reaches the top dead center, the discharge valve 5A is opened based on the minute pressure difference generated between the inside and outside of the expansion cylinder G, so the low temperature gas whose pressure has dropped to normal pressure is It is pushed by the piston 6 which has moved into reverse motion and is pushed out from the discharge port 5 through the ventilation path 33 into the heat insulating box 30 to cool the object to be cooled.

冷熱を奪われて常温に戻った気体は、圧縮用シリンダF
が吸入行程に移るのに伴って、通気路34を経てシリン
ダFに吸入される。
The gas that has been deprived of cold energy and returned to room temperature is sent to the compression cylinder F.
As the air moves to the suction stroke, it is sucked into the cylinder F through the air passage 34.

この実施例ではマイクロスイッチを2個使用した給電回
路を採用することによって、往復動ポンプAへの気体負
荷が変動した場合にも、ソレノイドコイル10への通1
g期とピストン6の往復動周期との一致がずれないよう
に配慮したが、マイクロスイッチを1個だけ用いる給電
回路も可能である。またトランジスタを用いた発振回路
によって間欠給電を行うこともできる。
In this embodiment, by adopting a power supply circuit using two microswitches, even when the gas load on the reciprocating pump A fluctuates, the power supply to the solenoid coil 10 is reduced to one.
Although care has been taken to ensure that the period g and the reciprocating period of the piston 6 do not deviate from each other, a power supply circuit using only one microswitch is also possible. Further, intermittent power supply can also be performed by an oscillation circuit using a transistor.

第3〜第5図は第2実施例を示しており、第1実施例と
異なる点は、第1と第2の共振バネを筒状ピストンの内
空部に組み込むと共に、ピストンロッドを省いたことと
、2つのマイクロスイッチに代えて1つの圧電素子を用
いた点にある。
3 to 5 show the second embodiment, which differs from the first embodiment in that the first and second resonance springs are incorporated into the inner space of the cylindrical piston, and the piston rod is omitted. Another advantage is that one piezoelectric element is used instead of two microswitches.

シリンダ1の右側端には、ソレノイドコイル10をシリ
ンダ1に外嵌されるようにして納めるための環状突出部
1Bを設けると共に、シリンダ1内の筒軸方向中央部に
は、第1および第2のコイル状共振バネ12と13との
各一端側をそれぞれ固定させる役目をもった共振バネ固
定部材1Aが図示の如く取付けである。
The right end of the cylinder 1 is provided with an annular protrusion 1B for housing the solenoid coil 10 so as to be fitted onto the outside of the cylinder 1. At the center of the cylinder 1 in the axial direction, first and second A resonance spring fixing member 1A having the role of fixing one end of each of the coiled resonance springs 12 and 13 is attached as shown.

中空円筒形状のピストン6の頂面には、共振バネ固定部
材1Aを避けてシリンダ1内を摺動できるようにくり扱
き孔6Aが穿たれている。このピストンは少なくともソ
レノイドコイル10に対向させられる部分は強磁性材料
で作成している。
A hollow hole 6A is bored in the top surface of the hollow cylindrical piston 6 so that the piston 6 can slide inside the cylinder 1 while avoiding the resonance spring fixing member 1A. This piston is made of a ferromagnetic material, at least the portion facing the solenoid coil 10.

ピストン6の内空部はその右側筒端面と固定部材1Aと
の間に第1の共振バネ12を挟み込むようにして固定さ
せ、また左側筒端面との固定部材1Aとの間には、同様
にして第2の共振バネ13を固定させている。
The inner space of the piston 6 is fixed by sandwiching the first resonance spring 12 between the right side cylinder end face and the fixing member 1A, and the first resonance spring 12 is fixed between the left side cylinder end face and the fixing member 1A. The second resonant spring 13 is fixed.

2つの共振バネ12と13のうちのいずれか一方のバネ
には、その一方の端部とこの端部の固定用基盤となる共
振バネ固定部材IA(またはピストン6の内側端端面)
との間に挟み込ませるようにして、圧電素子201が組
み付けられており、共振バネに押された時圧電素子20
1に起電力が生じる。
One of the two resonance springs 12 and 13 has one end thereof and a resonance spring fixing member IA (or the inner end surface of the piston 6) which serves as a base for fixing this end.
A piezoelectric element 201 is assembled so as to be sandwiched between the
An electromotive force is generated at 1.

ソレノイドコイル10への給電回路りを例示した第4図
において、200は基準矩形パルス波の発生回路と、I
[素子201から発生する出力波の波動周期検出回路と
、この周期が基準パルス波の発生周期からずれたときに
は、ソレノイドコイル10への通電時期を制御してこの
ずれをなくすだめの補正回路とを内蔵する給電制御アン
プであり、他の数字符号は第2図のそれと共通している
In FIG. 4 illustrating the power supply circuit to the solenoid coil 10, 200 is a reference rectangular pulse wave generation circuit, and I
[A wave period detection circuit of the output wave generated from the element 201, and a correction circuit that controls the timing of energization of the solenoid coil 10 to eliminate this deviation when this period deviates from the generation period of the reference pulse wave. This is a built-in power supply control amplifier, and other numerical symbols are the same as those in FIG. 2.

第2実施例冷凍機の作動は、給電回路りを除いて共通し
ているので、この回路部分の作動に限って、第5図の作
動)[1−ヂャートを参照しながら説明する。
Since the operation of the refrigerator of the second embodiment is the same except for the power supply circuit, only the operation of this circuit will be explained with reference to the operation shown in FIG.

手動スイッチ103を投入することによってアンプ20
0に通電され、冷凍機は運転状態に入る。ソレノイドコ
イル10への通電に伴って前記同様にしてピストン6は
往復動を開始し、ピストン6の左方移動時に共振バネ1
3が圧電素子201を押圧するので、この圧電素子20
1にはピストン6の往復動周期Tに等しい周期をもった
波動出力が生じてアンプ200に入力される。
By turning on the manual switch 103, the amplifier 20
0 and the refrigerator enters the operating state. As the solenoid coil 10 is energized, the piston 6 starts reciprocating in the same manner as described above, and when the piston 6 moves leftward, the resonance spring 1 is activated.
3 presses the piezoelectric element 201, so this piezoelectric element 20
1, a wave output having a cycle equal to the reciprocating cycle T of the piston 6 is generated and input to the amplifier 200.

アンプ200にはピストン6の望ましいせ復動周期TO
に等しいパズル巾のパルス波を生じさせる基準矩形波発
生器202が内蔵されており、その出力はピストン6の
実際の往復動周期°[に等しい周期を有する圧電素子2
01からの波動出力をフィードバック情報として提供を
受けるパルス巾修正回路203に送り込まれる。もし実
際のピストン往復動周期Tがその望ましい周期TOから
ずれているときには、回路203は回路202に指示し
て周期Tが周期Toと等しくなるように基準矩形パルス
のパルス巾を修正させる。
The amplifier 200 has the desired return movement period TO of the piston 6.
A reference square wave generator 202 is built in which generates a pulse wave with a puzzle width equal to
The wave output from 01 is sent to a pulse width correction circuit 203 which receives the wave output as feedback information. If the actual piston reciprocation period T deviates from its desired period TO, circuit 203 instructs circuit 202 to modify the pulse width of the reference rectangular pulse so that period T is equal to period To.

パルス巾の修正を受けた基準矩形パルス波は、アンプ2
00の出力端子からドライブ回路112を経てソレノイ
ドコイル10への通電断続用リレー113の励磁コイル
に流される。
The reference rectangular pulse wave whose pulse width has been corrected is sent to the amplifier 2.
The current flows from the output terminal 00 through the drive circuit 112 to the excitation coil of the relay 113 for switching on/off the current to the solenoid coil 10.

既述のように共振バネ12および13の固有振動数は、
ピストン6の所望の往復動周期TOと一致するようにあ
らかじめ設計されているが、往復動式ポンプAに及ぼさ
れる負荷がその運転中に変動することは当然に起こりつ
る。例えば上記の実施例に即して言えば、断熱ボックス
30の扉の開閉などによっても負荷は変化する。このよ
うな負荷の変動に伴ってピストンらの往復動の周期がT
oの値からずれてしまうと、共振バネ12および13は
ピストン6との共振のタイミングをずらされることにな
ってピストン6の駆動を補佐するといつ共振バネの役割
が大きく損なわれるが、パルス巾修正回路の働きによっ
てそのような不都合の発生を避()ることかできる。
As mentioned above, the natural frequency of the resonance springs 12 and 13 is
Although designed in advance to match the desired reciprocating period TO of the piston 6, it is natural that the load applied to the reciprocating pump A may vary during its operation. For example, in accordance with the above embodiment, the load changes depending on the opening and closing of the door of the heat insulating box 30. As the load changes, the reciprocating period of the pistons becomes T.
If the value of o deviates from the value of o, the resonance timing of the resonance springs 12 and 13 with the piston 6 will be shifted, and the role of the resonance springs will be greatly impaired when assisting the drive of the piston 6, but the pulse width correction The operation of the circuit can avoid such inconveniences.

ピストン6の実際の往復動周期の検出手段としては、圧
電素子201に限られることなく、例えば磁場に曝され
ることによって起電力を生ずるホール素子などを用いて
もよい。
The means for detecting the actual reciprocating period of the piston 6 is not limited to the piezoelectric element 201, and a Hall element that generates an electromotive force when exposed to a magnetic field may be used, for example.

本発明による気体冷凍機の具体的な使途としては、小型
冷蔵ホックの冷却用の他に、発生冷風を送風用ファンに
吹きつけるように構成した小型冷房装置を作成すること
もできるし、冷熱吸収手段部分で冷気を大気と連通させ
る“開き冷凍サイクル″以外にも、この部分を大気との
連通から遮断して“エバポレータ”同様の熱交換器とし
て使用することもできる。
Specific uses of the gas refrigerator according to the present invention include, in addition to cooling small refrigerator hooks, it is also possible to create a small air conditioner configured to blow generated cold air to a blower fan, and to absorb cold heat. In addition to an "open refrigeration cycle" in which cold air is communicated with the atmosphere at the means part, this part can also be shut off from communication with the atmosphere and used as a heat exchanger similar to an "evaporator."

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図と第2図は第1実施例を示しており、第1図は気
体冷凍機の模式的側断面図、第2図は電磁石への給電回
路である。 第3図〜第5図は第2実施例を示しており、第3図は気
体冷凍機の往復動式ポンプ部分の模式的側断面図、第4
図と第5図はそれぞれ電磁石への給電回路とその作動フ
ローチャートである。
1 and 2 show a first embodiment, in which FIG. 1 is a schematic side sectional view of a gas refrigerator, and FIG. 2 is a power supply circuit to an electromagnet. 3 to 5 show the second embodiment, and FIG. 3 is a schematic side sectional view of the reciprocating pump portion of the gas refrigerator, and FIG.
5 and 5 respectively show a power supply circuit to the electromagnet and its operation flowchart.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)a)少なくとも部分的に強磁性体で作られた1つの
ピストンと、 前記ピストンを共有する気体圧縮用シリンダおよびこの
圧縮気体の膨張用シリンダと、 前記強磁性体に磁気吸引力を及ぼして前記ピストンを前
(後)進動させる電磁石と、 前記電磁石への間欠的通電手段と、 前記ピストンを前(後)進動させるバネ作用体とからな
る往復動式ポンプ、 b)前記圧縮用シリンダの吐出口と前記膨張用シリンダ
の吸入口を結ぶ通気路に介在させた、圧縮高温気体の冷
却手段、および c)前記膨張用シリンダの吐出口と前記圧縮用シリンダ
の吸入口を結ぶ通気路に介在させた、膨張低温気体が保
有する冷熱の吸収手段を備える気体冷凍機。 2)前記間欠的通電手段は、前記ピストンの動きを伝え
られてその電気接点が開閉する、1個以上のマイクロス
イッチを接続した電源回路であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の気体冷凍機。 3)前記間欠的通電手段は、前記ピストンの前後動周期
の検出手段と、この検出周期をフィードバック情報とし
てそのパルス巾を制御される矩形波発生器を備える電源
回路とからなることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の気体冷凍機。
[Scope of Claims] 1) a) A piston made at least partially of a ferromagnetic material, a cylinder for compressing gas sharing the piston, and a cylinder for expanding the compressed gas, and the ferromagnetic material A reciprocating pump comprising: an electromagnet that applies a magnetic attraction force to move the piston forward (backward); a means for intermittent energization of the electromagnet; and a spring acting body that moves the piston forward (backward); b) cooling means for compressed high-temperature gas interposed in an air passage connecting the discharge port of the compression cylinder and the suction port of the expansion cylinder, and c) the suction port of the expansion cylinder and the compression cylinder. A gas refrigerator is equipped with means for absorbing the cold heat held by the expanded low-temperature gas, which is interposed in the air passage connecting the mouths. 2) The intermittent energizing means is a power supply circuit connected to one or more microswitches whose electrical contacts open and close in response to the movement of the piston. gas refrigerator. 3) The intermittent energization means is characterized by comprising a means for detecting the longitudinal movement period of the piston, and a power supply circuit equipped with a rectangular wave generator whose pulse width is controlled using this detection period as feedback information. A gas refrigerator according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000077461A1 (en) * 1999-06-11 2000-12-21 Longwell Japan Co., Ltd. Cooling device
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