(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と，該駆動部から圧縮ピストンロッドを介して駆動力を受ける圧縮ピストンが，圧縮シリンダ内に往復自在に配設されて，当該圧縮シリンダ内に形成された圧縮空間の作動ガスを圧縮する圧縮部と，前記駆動部からディスプレーサロッドを介して駆動力を受けるディスプレーサが，膨張シリンダ内に往復自在に収納されて，作動ガスを膨張させるディスプレーサ部とを有したガス圧縮／膨張機において，
前記圧縮シリンダに前記ディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を前記圧縮ピストンロッドと並設して形成し，前記圧縮部と前記ディスプレーサ部とを同一方向に配設し，かつ前記挿通孔が内側に位置するように前記圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，前記圧縮された作動ガスの熱を外部に放熱すべく，前記圧縮シリンダに被さるように放熱フィンが配設されて，当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，前記ガス流路を形成してなることを特徴とするガス圧縮／膨張機。
【請求項２】
駆動部と，該駆動部から圧縮ピストンロッドを介して駆動力を受ける圧縮ピストンが，圧縮シリンダ内に往復自在に配設されて，当該圧縮シリンダ内に形成された圧縮空間の作動ガスを圧縮する圧縮部と，前記駆動部からディスプレーサロッドを介して駆動力を受けるディスプレーサが，膨張シリンダ内に往復自在に収納されて，作動ガスを膨張させるディスプレーサ部とを有したガス圧縮／膨張機において，
前記圧縮シリンダに前記ディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を前記圧縮ピストンロッドと並設して形成し，前記圧縮部と前記ディスプレーサ部とを同一方向に配設し，かつ前記挿通孔が内側に位置するように前記圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，前記圧縮シリンダの外側面部分に放熱フィンが一体に形成されて，前記ガス流路を介して圧縮された作動ガスの熱を前記圧縮シリンダに熱伝導させて前記放熱フィンにより放熱してなることを特徴とするガス圧縮／膨張機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ガス圧縮部とガス膨張部との設置方向が同一方向になるようにして装置の小型化を図ると共に，圧縮された作動ガスの熱を効率的に外部に放熱可能にしたガス圧縮／膨張機に関する。
【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。
【０００３】
図５は,かかるガス圧縮／膨張機の概略構成を示している。ガス圧縮／膨張機１００は，圧縮ピストン１５１を備えたピストン型圧縮機である圧縮部１５０，ディスプレーサ１３１を備えたディスプレーサ部１３０，クランク機構１２１を備えた駆動部１２０等を有し，圧縮部１５０とディスプレーサ部１３０とは，ガス流路１６０で連通されている。
【０００４】
また，圧縮部１５０は，圧縮ピストン１５１を収納する圧縮シリンダ１５２，該圧縮シリンダ１５２の頭部側（図５において左側）に設けられた圧縮空間１５３，圧縮シリンダ１５２の外側面に設けられて圧縮により発生した作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン１５４，圧縮シリンダ１５２の駆動部１２０側に配設された隔壁１５５，圧縮ピストン１５１と圧縮シリンダ１５２とにより形成されるバッファ空間１５６，隔壁１５５を挿通して圧縮ピストン１５１に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド１５８等を有している。
【０００５】
ディスプレーサ部１３０は，ディスプレーサ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（図５において上側）に設けられた膨張空間１３４，ディスプレーサ１３１に駆動力を伝達するディスプレーサロッド１３５，ディスプレーサ１３１内に設けられた蓄冷材１３３等を有して，膨張シリンダ１３２の頭部に負荷１１２が取付けられる。
【０００６】
駆動部１２０は，クランク機構１２１等を潤滑するためのオイルを貯留する貯留槽１２２，クランク機構１２１及び圧縮ピストンロッド１５８と連結されたコネクティングロッド１２３，クランク機構１２１及びディスプレーサロッド１３５と連結されたコネクティングロッド１２４等を有している。
【０００７】
このような構成で，クランク機構１２１が回動することにより，回動力がコネクティングロッド１２３，１２４等を介して圧縮ピストン１５１及びディスプレーサ１３１に伝達される。
【０００８】
このとき，２つのコネクティングロッド１２３，１２４は，同一の作用点でクランク機構１２１から駆動力を受けているので，圧縮ピストン１５１はディスプレーサ１３１より略９０度位相がずれて往復運動するようになっている。
【０００９】
そして，圧縮ピストン１５１が右端死点から左端死点に移動すると，圧縮空間１５３内の作動ガスは等温圧縮される。
【００１０】
この間，ディスプレーサ１３１は下動し，下死点に達した後，上動するようになる。ディスプレーサ１３１の上動に伴い圧縮された作動ガスは，ガス流路１６０を介してディスプレーサ部１３０側に送られ，ディスプレーサ１３１が下動すると作動ガスは蓄冷材１３３を通過し当該蓄冷材１３３と熱交換して膨張空間１３４に送られる。
【００１１】
ディスプレーサ１３１が下死点に達するに従い，圧縮ピストン１５１は左端死点から右端死点に移動し，作動ガスは膨張して降温する。この時の膨張過程は等温膨張過程であるため，膨張により降温しただけ外部の熱を吸熱する。即ち，負荷から熱を奪うようになる。
【００１２】
圧縮ピストン１５１が右端死点に近づくに従い，ディスプレーサ１３１は上動を始め，作動ガスはディスプレーサ１３１を通過し，蓄冷材１３３から吸熱して１サイクルが終了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記構成では圧縮部１５０，ディスプレーサ部１３０，駆動部１２０がそれぞれ三角形の頂点位置に配設され，かつ，圧縮ピストン１５１とディスプレーサ１３１との位相が略９０度ずれるようにするために当該三角形は略直角三角形となっている。このため，折角圧縮部１５０等を小型化してもガス圧縮／膨張機が占有する空間が大きくなる問題があった。
【００１４】
また，圧縮された作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン１５４は，ガス流路１６０等に設けられていないため効率的に放熱が行えず，加えて当該ガス流路を別途外部配管等する必要があった。
【００１５】
そこで，本発明は，効率的に放熱が行え，かつ，装置の占有空間を小さくしたガス圧縮／膨張機を提供することを目的とする。
【００１６】
【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，該駆動部から圧縮ピストンロッドを介して駆動力を受ける圧縮ピストンが，圧縮シリンダ内に往復自在に配設されて，当該圧縮シリンダ内に形成された圧縮空間の作動ガスを圧縮する圧縮部と，駆動部からディスプレーサロッドを介して駆動力を受けるディスプレーサが，膨張シリンダ内に往復自在に収納されて，作動ガスを膨張させるディスプレーサ部とを有したガス圧縮／膨張機において，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成する。これにより，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設して装置の占有空間の縮小化を図る。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮部からディスプレーサ部に流動する作動ガスの熱を外部に効率的に放熱すべく，圧縮シリンダに被さるように放熱フィンを配設する。そして，当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前記ガス流路となるようにして，当該ガス流路を流動する作動ガスの放熱フィンとの熱接触面積を増やして外部への放熱効率を高めたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２にかかる発明は，駆動部と，該駆動部から圧縮ピストンロッドを介して駆動力を受ける圧縮ピストンが，圧縮シリンダ内に往復自在に配設されて，当該圧縮シリンダ内に形成された圧縮空間の作動ガスを圧縮する圧縮部と，駆動部からディスプレーサロッドを介して駆動力を受けるディスプレーサが，膨張シリンダ内に往復自在に収納されて，作動ガスを膨張させるディスプレーサ部とを有したガス圧縮／膨張機において，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成する。これにより，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設して装置の占有空間の縮小化を図る。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮シリンダの外側面部分に放熱フィンを一体に形成する。これにより，前記ガス流路を介して圧縮部からディスプレーサ部に流動する作動ガスの圧縮シリンダとの熱接触面積を増やす。そして圧縮シリンダに形成された放熱フィンにより外部への放熱効率を高めたことを特徴とする。
【００２０】
【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，図２はその部分破断斜視図を示している。
【００２１】
ガス圧縮／膨張機は，クランク２２ａ，２２ｂからなるクランク機構２２を備えた駆動部２０，ディスプレーサ３１を備えたディスプレーサ部３０及び圧縮ピストン５１を備えた圧縮部５０等を有している。
【００２２】
駆動部２０は，クランク機構２２に回転駆動力を与えるロータ２１，クランク機構２２を潤滑するためのオイルを貯留するオイル槽２３，クランク２２ａ，２２ｂに連結されたコネクティングロッド２４ａ，２４ｂ，該コネクティングロッド２４ａ，２４ｂに連結されたクロスガイド２５ａ，２５ｂ等を有している。
【００２３】
なお，クランク２２ａとクランク２２ｂとは，シャフト２２ｃに偏心して連結され，かつ，圧縮ピストン５１の位相がディスプレーサ３１の位相に対して略９０度遅れるようにクランク２２ａ，２２ｂの取付角度が設定されている。
【００２４】
ディスプレーサ部３０は，ディスプレーサ３１を収納する膨張シリンダ３２，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３４，ディスプレーサ３１に駆動力を伝達するディスプレーサロッド３５，ディスプレーサ３１内に設けられた蓄冷材３３等を有して，膨張シリンダ３２の頭部に負荷１２が取付けられている。
【００２５】
また，圧縮部５０は，圧縮ピストン５１を収納する圧縮シリンダ５２，該圧縮シリンダ５２の頭部側（図１において上側）に設けられた圧縮空間５３，圧縮シリンダ５２の外側面に被せて設けられて圧縮により発生した作動ガスの熱を外部に放熱する放熱フィン５４，圧縮シリンダ５２の駆動部２０側に配設された隔壁５５，隔壁５５に形成された挿通孔５９ｂを挿通して圧縮ピストン５１に駆動力を伝達する圧縮ピストンロッド５８等を有している。
【００２６】
なお，圧縮シリンダ５２及び隔壁５５には，挿通孔５９ｂと並設された挿通孔５９ａが形成され，当該挿通孔５９ａにディスプレーサロッド３５が挿通している。
【００２７】
これにより，圧縮部５０とディスプレーサ部３０とを同一方向に配設することができ，ガス圧縮／膨張機の占有空間を小さくすることが可能になる。
【００２８】
また，圧縮ピストンロッド５８が挿通する挿通孔５９ｂの両端部分には，シール部材７１，７２が挿着され，ロッド７３が挿通する挿通孔５９ａの両端部分には，シール部材７３，７４が挿着されて，オイルが圧縮部５０やディスプレーサ部３０に侵入しないようになっている。
【００２９】
さらに，放熱フィン５４は，上述したように圧縮シリンダ５２を覆うように配設されて，当該放熱フィン５４と圧縮シリンダ５２との間にガス流路Ｇ１が形成されている。
【００３０】
図３は図１における矢視ＡＡ方向から見た圧縮部５０の断面図である。ガス流路Ｇ１は溝Ｍ１を介して圧縮空間５３と連通すると共に，溝Ｍ２を介してディスプレーサ部３０と挿通している。これにより作動ガスは圧縮部５０の圧縮空間５３，溝Ｍ１，ガス流路Ｇ１，溝Ｍ２，ディスプレーサ部３０を行き来するようになっている。
【００３１】
次に上記構成に基づき，ガス圧縮／膨張機の動作を説明する。クランク機構２２が回動することにより，回動力がコネクティングロッド２４ａ，２４ｂ等を介して圧縮ピストン５１及びディスプレーサ３１に伝達されて，圧縮ピストン５１はディスプレーサ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。
【００３２】
そして，圧縮ピストン５１が下死点から上死点に移動すると，圧縮空間５３内の作動ガスは圧縮される。この間，ディスプレーサ３１は上動して上死点に達した後，下動するようになる。
【００３３】
圧縮ピストン５１の上動に伴い圧縮された作動ガスは，ガス流路Ｇ１を流動して放熱フィン５４により放熱してディスプレーサ部３０側に送られる。ディスプレーサ３１が下動すると作動ガスは蓄冷材３３を通過し当該蓄冷材３３と熱交換して膨張空間３４に送られる。
【００３４】
ディスプレーサ３１が下死点に達するに従い，圧縮ピストン５１は上死点から下死点に移動し，作動ガスは膨張して降温する。この時の膨張過程は等温膨張過程であるため，膨張により降温しただけ外部の熱を吸熱する。即ち，負荷１２から熱を奪うことができる。
【００３５】
圧縮ピストン５１が下死点に近づくに従い，ディスプレーサ３１は上動を始め，作動ガスはディスプレーサ３１を通過し，蓄冷材３３から吸熱して圧縮空間５３に戻り１サイクルが終了する。
【００３６】
このような，サイクルにおいて成績係数を高くするためには，圧縮部５０で圧縮された作動ガスの熱を速やかに，かつ，効率的に外部に放熱することが必要となる。そこで，本発明では，放熱フィン５４と圧縮シリンダ５２との間に隙間を形成し，当該隙間がガス流路Ｇ１となるようにしている。
【００３７】
このように，圧縮シリンダ５２の外周に沿ってガス流路Ｇ１を形成することにより，最も有効に作動ガスの熱接触面積を増やすことができ，放熱フィン５４から外部に効率的に熱放出することが可能になる。従って，冷凍機の場合には成績係数を高くすることができる。
【００３８】
次に第２の実施の形態を図を参照して説明する。図４は本実施の形態にかかるガス圧縮／膨張機の断面図である。なお，本実施の形態にかかる駆動部及びディスプレーサ部は第１の実施の形態と同一構成なので，同一符号を付して説明を適宜省略する。
【００３９】
圧縮部６０は，圧縮ピストン６１を収納する圧縮シリンダ６２，該圧縮シリンダ６２の底部側（図４において下側）に設けられた圧縮空間６３，圧縮シリンダ６２の外側面に設けられて圧縮により発生した作動ガスの熱を外部に放熱すべく圧縮シリンダ６２と一体に形成された放熱フィン６４，圧縮シリンダ６２の駆動部２０側に配設された隔壁６５，隔壁６５に形成された挿通孔６９ｂを挿通して圧縮ピストン６１に駆動力を伝達す圧縮ピストンるロッド６８等を有している。
【００４０】
なお，圧縮シリンダ６２及び隔壁６５には，挿通孔６９ｂと並設された挿通孔６９ａが形成され，当該挿通孔６９ａにディスプレーサロッド３５が挿通している。
【００４１】
これにより，圧縮部６０とディスプレーサ部３０とを同一方向に配設することができ，ガス圧縮／膨張機の占有空間を小さくすることが可能になる。
【００４２】
また，ロッド６８が挿通する挿通孔６９ｂの両端部分には，シール部材７１，７２が挿着され，ディスプレーサロッド３５が挿通する挿通孔６９ａの両端部分には，シール部材７３，７４が挿着されて，オイルが圧縮部６０やディスプレーサ部３０に侵入しないようになっている。
【００４３】
また，圧縮シリンダ６２と隔壁６５との境目の圧縮空間６３部分には，溝Ｍ３が形成されている。さらに，挿通孔６９ａが内側に位置するように環状のガス流路Ｇ２が形成されている。これにより圧縮部６０の圧縮空間６３とディスプレーサ部３０とは，溝Ｍ３，ガス流路Ｇ２を介して連通するようになっている。
【００４４】
上記構成により，ガス圧縮／膨張機は第１の実施の形態と同様の動作を行う。即ち，クランク機構２２が回動することにより，回動力がコネクティングロッド２４ａ，２４ｂ等を介して圧縮ピストン６１及びディスプレーサ３１に伝達されて，圧縮ピストン６１はディスプレーサ３１に対して位相が略９０度進んだ往復運動をする。
【００４５】
そして，圧縮ピストン６１が上死点から下死点に移動すると，圧縮空間６３内の作動ガスは圧縮される。この間，ディスプレーサ３１は上動して上死点に達した後，下動するようになる。
【００４６】
圧縮ピストン６１の下動に伴い圧縮された作動ガスは，ガス流路Ｇ２を流動して圧縮シリンダ６２に熱を与え，当該熱は放熱フィン６４により外部に放熱される。このようにして熱を失った作動ガスが，ディスプレーサ部３０側に送られる。
【００４７】
ディスプレーサ３１が下動すると作動ガスは蓄冷材３３を通過し当該蓄冷材３３と熱交換して膨張空間３４に送られる。
【００４８】
ディスプレーサ３１が下死点に達するに従い，圧縮ピストン６１は下死点から上死点に移動し，作動ガスは膨張して降温する。この時の膨張過程は等温膨張過程であるため，膨張により降温しただけ外部の熱を吸熱する。即ち，負荷１２から熱を奪うことができる。
【００４９】
圧縮ピストン６１が上死点に近づくに従い，ディスプレーサ３１は上動を始め，作動ガスはディスプレーサ３１を通過し，蓄冷材３３から吸熱して圧縮空間に戻り１サイクルが終了する。
【００５０】
このような，サイクルにおいて成績係数を高くするためには，作動ガスの熱を速やかに，かつ，効率的に外部と熱交換させることが必要となる。そこで，本発明では，挿通孔６９ａの周囲にガス流路Ｇ２を形成して，作動ガスの熱接触面積を大きくすると共に，圧縮シリンダ６２の外表面に放熱フィン６４を一体に形成して放熱効率を高めている。
【００５１】
これにより，作動ガスの熱は効率的に放熱でき，例えば冷凍機の成績係数を高くすることができるようになる。
【００５２】
【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，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成したので，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設することが可能になって装置の占有空間の縮小化が可能になる。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮シリンダに被さるように放熱フィンを配設して，その隙間が前記ガス流路となるようにしたので，当該ガス流路を流動する作動ガスの放熱フィンとの熱接触面積を増やして外部への放熱効率を高めることが可能になる。
【００５３】
請求項２にかかる発明は，圧縮シリンダにディスプレーサロッドが挿通する挿通孔を圧縮ピストンロッドと並設して形成したので，圧縮部とディスプレーサ部とを同一方向に配設することが可能になって装置の占有空間の縮小化が可能になる。かつ前記挿通孔が内側に位置するように，圧縮部とディスプレーサ部とを連通する環状のガス流路を形成すると共に，圧縮シリンダの外側面部分に放熱フィンを一体に形成したので，前記ガス流路を介して圧縮部からディスプレーサ部に流動する作動ガスの圧縮シリンダとの熱接触面積を増やすことができ，これにより圧縮シリンダに形成された放熱フィンにより外部への放熱効率を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１に実施の形態の説明に適用されるガス圧縮／膨張機の断面図である。
【図２】図１のガス圧縮／膨張機の断面斜視図である。
【図３】図１の矢視ＡＡ断面図である。
【図４】第２に実施の形態の説明に適用されるガス圧縮／膨張機の断面図である。
【図５】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。
【符号の説明】
２０  駆動部
３０  ディスプレーサ部
３１  ディスプレーサ
３５  ディスプレーサロッド
５０，６０  圧縮部
５１，６１  圧縮ピストン
５２，６２  圧縮シリンダ
５３，６３  圧縮空間
５４，６４  放熱フィン
５５，６５  隔壁
５８，６８  圧縮ピストンロッド
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３  溝
Ｇ１，Ｇ２  ガス流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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