(57)【要約】  冷凍システムから貯蔵タンクへ冷媒を輸送するためのポータブル式冷媒回収装置に関するものである。回収装置は２つの対向するピストンヘッドを含み、それぞれのピストンヘッドは共通の固定軸線に沿って延びて対応するピストンヘッドに接続し固定されている。ピストンロッドはそれぞれスコッチヨーク機構のヨーク部に強固に結合している。作業中に冷凍装置から流入する冷媒は同期的かつ継続的に対向するピストンヘッドに向かい、そこで圧縮された冷媒による力は互いに相殺或いは中和される。冷媒の流路とピストンロッドや駆動機構とは冷媒中の汚染物質の影響を避けるため、互いに隔離して設計されている。
2014531569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を冷凍装置から貯蔵タンクに輸送するためのポータブル式冷媒回収装置であって、
共通の固定軸線（２５）に沿って延び、互いに固着する第１、第２のピストンヘッド（２１、２１’）及び第１、第２のピストンロッド（２３、２３’）と、ヨーク部（２９）を有し駆動機構の回転運動を互いに固着した前記ピストンヘッド（２１、２１’）及び前記ピストンロッド（２３、２３’）と前記ヨーク部（２９）の往復運動に変換するスコッチヨーク機構（３１）と、前記冷凍装置内の冷媒と連通する流入管（７，７’）とを備え、
往復運動するそれぞれの前記ピストンロッド（２３、２３’）はスコッチヨーク機構（３１）のヨーク部（２９）にそれぞれ固定されて、共通の固定軸線（２５）に沿って反対の方向に延び、
前記ピストンヘッド（２１、２１’）は第１の側壁部（３５、３５’）と第１の末端壁（３７、３７’）を有する円筒（３３、３３’）内に封止及び摺動可能に収まり、前記第１の末端壁（３７、３７’）はその内部に吸入弁（４３、４３’）と吐出弁（４５、４５’）の組み合わせから成る吸入弁（４３、４３’）と吐出弁（４５、４５’）をそれぞれ備えた吸入口（３９、３９’）と吐出口（４１、４１’）とを有し、
前記ピストンヘッド（２１、２１’）は前記第１の末端壁（３７、３７’）に対向する外面（４７、４７’）を有して前記第１の末端壁（３７、３７’）と前記円筒（３３、３３’）の前記第１の側壁部（３５、３５’）とに囲まれた第１の空間（４９、４９’）を形成し、
前記流入管（７，７’）は前記吸入口（３９、３９’）の前記吸入弁（４３、４３’）の上流において第１の空間（４９、４９’）の前記吸入口（３９、３９’）と冷媒を介して連通し、
往復運動する前記ピストンロッド（２３、２３’）は前記共通の固定軸線（２５）に沿って対応するピストンヘッド（２１、２１’）を前記円筒（３３、３３’）の前記第１の末端壁（３７、３７’）に向けて第１と第２の位置の間を移動させ、前記第１の空間（４９、４９’）の容積を膨張させて前記冷凍装置から冷媒を前記第１の空間（４９、４９’）に吸入し、前記第１の空間（４９、４９’）の容積を収縮させて前記冷媒を前記第１の空間（４９、４９’）から排出し、対向する前記ピストンヘッド（２１、２１’）が前記第２と第１の位置に至るときは前記ピストンヘッド（２１、２１’）はそれぞれの前記第１と第２の位置にあって、前記各ピストンヘッド（２１、２１’）の前記外面（４７、４７）の上に冷媒の圧力により生ずる力（Ｆ、Ｆ’）を前記共通の固定軸線（２５）に沿って互いに相殺させ、
前記ピストンヘッド（２１、２１’）は更にそれに固定した前記ピストンロッド（２３、２３’）に隣接した下部（５１、５１’）を備え、前記ピストンヘッド（２１、２１’）の前記下部（５１、５１’）は前記ピストンロッド（２３、２３’）に沿うと共に前記共通の固定軸線（２５）の外側に向けて延在し、
前記ピストンヘッド（２１、２１’）の前記下部（５１、５１’）に対向する位置に配置された第２の末端壁（５３、５３’）は、前記下部（５１、５１’）と前記円筒（３３、３３’）の前記第２の側壁部（５７、５７’）と共に第２の空間（５５、５５’）を形成し、前記ピストンロッド（２３、２３’）はそれぞれ前記第２の末端壁（５３、５３’）内に摺動かつ封止可能に収められ、
前記第２の空間（５５、５５’）と前記流入管の間に排出管（６１、６１’）を延在し、
該排出管（６１、６１’）は冷媒が前記第２の空間（５５、５５’）から前記流入管（７、７’）へと一方向に流れるように一方通行弁（６３、６３’）を有し、往復運動する前記ピストンロッド（２３、２３’）は前記共通の固定軸線（２５）に沿って、前記ピストンヘッド（２１、２１’）をそれぞれの前記第１の末端壁（３７、３７’）に対して前記円筒（３３、３３’）内の前記第１と第２の位置の間を移動し、それによって前記第２の空間（５５、５５’）の容積はそれぞれ膨張、収縮し、前記排出管（６１、６１’）内の前記一方通行弁（６３、６３’）は前記各第２の空間（５５、５５’）が収縮すると開き、膨張すると閉じることを特徴とするポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２】
前記ピストンヘッド（２１、２１’）の前記外面（４７、４７’）と前記ピストンヘッド（２１、２１’）の前記下部（５１、５１’）は互いにほぼ平行である請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項３】
前記円筒（３３、３３’）の前記第１と第２の側壁部（３５、５７と３５’、５７’）は互いにほぼ隣接する請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項４】
前記円筒（３３、３３’）の前記第１と第２の側壁部（３５、５７と３５’、５７’）は前記共通の固定軸線（２５）に沿って互いに離れて配置している請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項５】
前記共通の固定軸線（２５）はほぼ平行に延び、前記排出管（６１、６１’）は前記共通の固定軸線（２５）に対して前記第２の空間（５５、５５’）の最も低い位置から延在する入口を有する請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項６】
前記ピストンヘッド（２１、２１’）の前記外面（４７、４７’）はそれぞれほぼ同じ面積を有し、前記ピストンヘッド（２１、２１’）の前記下部（５１、５１’）もそれぞれほぼ同じ面積である請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項７】
前記流入管（７、７’）内の冷媒の圧力は大気圧よりも高くなる請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項８】
前記スコッチヨーク機構（３１）は前記第２の空間（５５、５５’）と冷媒から隔離される請求項７に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項９】
前記流入管（７、７’）内の冷媒の各圧力は同じであり、入口の上流にある前記第１の空間（４９、４９’）の前記吸入弁（４３、４３’）は同時かつ継続的に同じ圧力になる請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１０】
前記流入管（７、７’）内の冷媒の各圧力は時間の経過と共に変動し、吸入口（３９、３９’）の上流にある前記第１の空間（４９、４９’）の吸入弁（４３、４３’）は同時かつ継続的に前記変動する冷媒の圧力に曝される請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１１】
前記ピストンヘッド（２１、２１’）のそれぞれの前記第１の末端壁（３７、３７’）と前記外面（４７、４７’）はほぼ平坦でかつ互いにほぼ平行である請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１２】
前記ピストンヘッド（２１、２１’）のそれぞれの前記第１の末端壁（３７、３７’）と前記外面（４７、４７’）は前記ピストンヘッド（２１、２１’）の第２の位置で互いにほぼ接触する請求項１１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１３】
前記第１の空間（４９、４９’）の前記出口（４１、４１’）内の吐出弁（４５、４５’）の下流でそれぞれ連通する排出管（１５、１５’）を有し、該排出管（１５、１５’）は更に前記貯蔵タンク（４）と連通する請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１４】
前記駆動機構の回転運動は前記共通の固定軸線（２５）にほぼ直交する軸線（２４）の回りで行われる請求項１に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１５】
冷媒を冷凍装置から貯蔵タンクに輸送するためのポータブル式冷媒回収装置であって、
固定軸線に沿って延び、少なくとも１個のピストンヘッドに固着した少なくとも１個のピストンロッドと、ヨーク部を有し駆動機構の回転運動を前記ピストンヘッド及び前記ピストンロッドと前記ヨーク部の前記固定軸線に沿った往復運動に変換するスコッチヨーク機構と、前記冷凍装置内の冷媒と連通する少なくとも１個の流入管とを備え、
往復運動する前記ピストンロッドは前記固定軸線に沿って前記スコッチヨーク機構のヨーク部に固着され、
前記ピストンヘッドは第１の側壁部と第１の末端壁を有する円筒内に封止及び摺動可能に収まり、前記第１の末端壁はその内部にそれぞれ冷媒が一方通行する吸入弁と吐出弁を備えた吸入口と吐出口とを有し、前記ピストンヘッドは前記第１の末端壁に対向する外面を有して、前記第１の末端壁と前記円筒の第１の側壁部とに囲まれた第１の空間を形成し、
前記流入管は前記吸入口の前記吸入弁の上流において第１の空間の前記吸入口と冷媒を介して連通し、
往復運動する前記ピストンロッドは前記固定軸線に沿いながら前記ピストンヘッドを前記第１の末端壁に向けて第１と第２の位置の間を移動させ、前記第１の空間の容積を膨張させて前記冷凍装置から冷媒を前記第１の空間に受け、前記第１の空間の容積を収縮させて冷媒を前記第１の空間から排出し、
前記ピストンヘッドは更に前記ピストンヘッドに固定した前記ピストンロッドに隣接する下部を備え、前記ピストンヘッドの下部は前記ピストンロッドに沿うと共に前記固定軸線の外側に向けて延在し、前記ピストンヘッドの下部に対向する位置に第２の末端壁を配し、前記ピストンヘッドの下部は前記円筒の前記第２の側壁部と共に前記第２の空間を形成し、前記ピストンロッドは第２の末端壁内に摺動かつ封止可能に収められ、
前記第２の空間と前記流入管の間に延在する少なくとも１個の排出管を配し、該排出管は冷媒が前記第２の空間から前記流入管へと一方向に流れるように一方通行弁を備え、
往復運動する前記ピストンロッドは前記固定軸線に沿って、前記ピストンヘッドをそれぞれの前記第１の末端壁に対して前記円筒内の前記第１と第２の位置の間を移動し、それによって、前記第２の空間の容積はそれぞれ膨張、収縮し、前記排出管内の前記一方通行弁は前記第２の空間が収縮すると開き、膨張すると閉じることを特徴とするポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１６】
前記ピストンヘッドの外面と前記ピストンヘッドの下部は互いにほぼ平行である請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１７】
前記円筒の前記第１、第２の側壁部は互いにほぼ隣接する請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１８】
前記円筒の前記第１、第２の側壁部は前記固定軸線に沿って互いに離れて配置されている請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項１９】
前記固定軸線はほぼ平行に延び、前記排出管は前記固定軸線に対して前記第２の空間の最も低い位置から延在する入口を有する請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２０】
前記流入管内の冷媒の圧力は大気圧よりも高い請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２１】
前記スコッチヨーク機構は前記第２の空間と冷媒から隔離される請求項２０に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２２】
前記ピストンヘッドの前記第１の末端壁と前記外面はほぼ平坦でかつ互いにほぼ平行である請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２３】
前記ピストンヘッドの前記第１の末端壁と前記外面は前記ピストンヘッドの各第２の位置で互いにほぼ接触する請求項２２に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２４】
前記駆動機構の回転運動は前記固定軸線にほぼ直交する軸の回りで行う請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【請求項２５】
前記１個のピストンヘッドと１個の前記ピストンロッドのみを備えた請求項１５に記載のポータブル式冷媒回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポータブル式冷媒回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル式冷媒回収装置は本来冷媒を冷凍装置から貯蔵タンクに輸送するために使われる。作業に当たっては、冷媒は冷凍装置から抜き取られ、外部に漏れることなく貯蔵タンクに収められる。冷媒をこのように回収することによって、冷凍装置に必要な修理や交換等の作業が可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような回収装置においても、貯蔵タンクに冷媒を輸送する際には数々の問題が発生する。中でも、冷凍装置内の冷媒の初期圧力がかなり高くなる（１００〜３００ｐｓｉ又はそれ以上）問題がある。冷凍装置内の冷媒の圧力が高くなると、ピストンや駆動機構を含む装置の各部位に大きな力が加わるようになる。場合によっては、冷媒の初期圧力が回収装置の駆動機構に影響を与えるほどに高くなり、回収装置の始動の妨げとなる。回収作業のほぼ全ての場合に、少なくとも初動操作においては、加圧された冷媒による初期の力は極めて大きくなり、装置に衝撃や急激な振動をもたらす。運転中に冷媒から発生するこのような力は適切に解消されないと、回収装置の損傷や摩耗に繋がる。
【０００４】
従来の設計では、加圧された冷媒をピストンの頭部の両側に露出させて、ピストンに及ぶ力を最小化する方法が試行されてきた。しかし、殆ど全ての従来設計では、冷媒はピストンの下部だけでなくピストンロッドや駆動機構（例えばクランクシャフト）にまで及んでいた。何故ならば、冷媒は殆どの場合その中に油や他の汚染物質（微細な金属粉など）を含むため、回収装置のピストンロッドやクランクシャフト又は他の部位が冷媒に曝されると、早期に摩耗や損傷を受けるようになり、特にシール材やベアリングにおいてその度合いが著しかった。
【０００５】
冷媒を装置の各部位に露出させない従来の配置においても、冷媒の圧力による駆動機構（例えばクランクシャフトベアリング）の摩耗や損傷を最小にするために、クランクシャフトに沿って他のピストンを設け、互いの位相を１８０度ずらして運転する方法が検討されてきた。しかし、このように配置しても、クランクシャフトの軸の回りではピストンロッドに異常な動きが起こり、本来の配置関係からずれてしまうことがあった。多くの場合に、ピストンヘッドはピストンロッドに（リストピン等で）軸支される。そのように配置すれば、クランクシャフトに掛かる圧縮された冷媒からの力は幾分相殺されるが、それでも運転中に生ずるピストンロッドの偏心等の異常な動きを回避することは困難であり、クランクシャフトには不均衡な力が引き続き掛かることになる。それでも、各ピストンのピストンヘッドとピストンロッド間の軸支機構は圧縮された冷媒による力に対抗することができる。そのため、この軸支関係によって、かえってピストンの不規則な動きやシールからの漏れをもたらす摩耗を促進してしまう。上述の課題、そしてその他の課題を念頭において本発明は成されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、冷凍システムから貯蔵タンクに冷媒を輸送するためのポータブル式冷媒回収装置に関するものである。回収装置は２つの対向するピストンヘッドを有し、それぞれのピストンヘッドは共通の固定軸線に沿って延びて対応するピストンヘッドに接続し固定されている。ピストンロッドはそれぞれスコッチヨーク機構のヨーク部に強固に結合している。スコッチヨーク機構は駆動機構の回転運動をヨーク部、即ち共通の固定軸線に沿って固定されているピストンロッドとピストンヘッドの往復運動に変換する。
【０００７】
作業中に、冷凍装置から流入する冷媒は、同期的かつ継続的に対向するピストンヘッドに向かい、そこで圧縮された冷媒による力は互いに相殺又は中和される。回収装置の駆動機構は流入する冷媒により生じたどのような大きさの力にも依存せずに、ピストンの往復運動を促す。冷媒の流路とピストンロッドや駆動機構とは、冷媒中の汚染物質の影響を避けるために互いに分離して設計される。しかし、ピストンヘッドの下側とピストンロッドの部分は或る程度、冷媒に露出しているために汚染物質を捕集し、冷媒が排出管を通って一方的に流入管に流れるように、各ピストンの下部に隣接して空間が形成されている。ピストンのみを示した実施の形態も開示した。スコッチヨーク機構の詳細も円筒状のクランクピンの周りに取り付けた２つの部分から成る摺動機構も追加して開示した。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のポータブル式冷媒回収装置の斜視図である。
【図２】冷媒を冷凍システムから貯蔵タンクに輸送するために使用される回収装置の典型的な配置図である。
【図３】図２の作動機構の一部を示す系統図である。
【図４】本発明の圧縮機内で対向する各ピストンの一連の作動状態の説明図である。
【図５】本発明の圧縮機内で対向する各ピストンの一連の作動状態の説明図である。
【図６】本発明の圧縮機内で対向する各ピストンの一連の作動状態の説明図である。
【図７】圧縮機を起動するに先立ち、冷凍システムと貯蔵タンクの圧力が均衡した状態の図２に示す冷凍システムに接続するピストンの説明図である。
【図８】圧縮機の斜視図である。
【図９】図６及び図８の線９−９に沿った断面図である。
【図１０】圧縮機の駆動機構の分解図である。
【図１１】本発明の単一のピストンの実施の形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本発明のポータブル式冷媒回収装置１の斜視図である。図２に示すように、典型的な冷媒の回収作業では、冷凍システム２から貯蔵タンク４に冷媒を輸送するために回収装置１が使われる。図２に示す配置において、冷媒は冷凍システム２から配管６（図２、図３参照）を通って回収装置１（図３参照）の流入管７、７’に輸送される。流入管７、７’は回収装置１の圧縮機１１の吸入口９、９’にそれぞれ接続している。図３の基本的な作業配置図に示すように、冷媒は圧縮機１１から吐出口１３、１３’を通って、コンデンサ１７、１７’を備えた排出管１５、１５’に流れ、更に他の配管１８を通って図２に示す貯蔵タンク４に移動する。
【００１０】
図４に示す最良の形態によれば、回収装置１の圧縮機１１は対向するピストンヘッド２１、２１’を備え、それぞれのピストンヘッド２１、２１’は対応するピストンロッド２３、２３’に一体的に固着されている。ピストンロッド２３、２３’は共通の固定軸線２５に沿って延び、ヨーク部２９の側面部２７、２７’にそれぞれ固定される。図４に示すように、ピストンロッド２３、２３’は共通の固定軸線２５に沿ってヨーク部２９の側面部２７、２７’とは反対の方向に延びている。詳しくは後述するが、ヨーク部２９はスコッチヨーク機構（Scotch Yoke：往復両スライダクランク）３１の一部を形成している。ここに述べるスコッチヨーク機構３１は後述する駆動機構の回転運動を、ヨーク部２９と共通の固定軸線２５に沿って互いに固着したピストンロッド２３、２３’とピストンヘッド２１、２１’の往復運動へと変換する。
【００１１】
図４に示す各ピストンヘッド２１、２１’は、第１の側壁部３５、３５’と第１の末端壁３７、３７’とを伴って、円筒状の側壁を有する円筒３３、３３’内に封止及び摺動可能に収まっている。図４に示すように、第１の末端壁３７、３７’はその内部に冷媒を一方通行に流す吸入弁４３、４３’と吐出弁４５、４５’をそれぞれ有する吸入口３９、３９’と吐出口４１、４１’とを備えている。各ピストンヘッド２１、２１’は第１の末端壁３７、３７’に対向する外面４７、４７’を有し、第１の末端壁３７、３７’と第１の側壁部３５、３５’とが囲む第１の空間４９、４９’を形成する。ほぼ鏡像関係にある双方の配置は同じ寸法であることが好ましく、またピストンヘッド２１、２１’の外面４７、４７’の円形面積の大きさ（直径約１インチ）もそれぞれ同じであることが好ましい。
【００１２】
往復運動するピストンロッド２３、２３’は、共通の固定軸線２５に沿いながら対応するピストンヘッド２１、２１’を円筒３３、３３’の第１の末端壁３７、３７’に向けて第１と第２の位置の間で移動させる。この場合に、ピストンヘッド２１、２１’は互いに対向しており、それぞれの位相が１８０度ずれた状態で作動する。例えば、図４に示すピストンヘッド２１が第１の位置（図５参照）に至ると、図２に示す冷凍システム２から共通の配管６（図２、図３）と流入管７を通して冷媒を吸入するために、第１の空間４９の容積は膨張する。同時に、対向するピストンヘッド２１は図５に示す第２の位置に移動し、第１の空間４９から排出管１５に冷媒を押し出すように、図４に示す第１の空間４９の容積を収縮させる。次の操作では、並列したピストンヘッド２１、２１’を図６に示す位置に戻す。ピストンヘッド２１、２１’の圧縮された位置（例えば図５のピストンヘッド２１’）では、図４に示す互いにほぼ平行なピストンヘッド２１’の外面４７と第１の末端壁３７’が互いにほぼ接触するまで接近し、望ましくは内部を最高圧縮度（例えば３００：１或いはそれ以上）にまで上昇させる。図４〜図６に示すように、ピストンヘッド２１、２１’とピストンロッド２３、２３’は、それぞれの第１の位置と第２の位置の間を、共通の固定軸線２５に沿って対称的に動くように制御される。
【００１３】
作業中には、冷凍システム２内の回収される冷媒の初期圧力は通常では大気圧よりも高くなる。多くの場合に、冷媒の圧力は大気圧よりも非常に高く（１００〜３００ｐｓｉかそれ以上）なる可能性がある。一方、貯蔵タンク４の初期圧力は貯蔵タンク４が空の状態か、満たされているかによって大気圧よりも高くなることも、低くなることもある。例えば、回収作業を始める前には、回収する冷媒が汚染されないように中の空気を除いて貯蔵タンク４を大気圧以下に排気する。他方、貯蔵タンク４が前の作業を引き継いで部分的にも冷媒で満たされているならば、貯蔵タンク４の圧力は大気圧よりも高くなるか、図２に示した冷凍システム２から回収される時の冷媒の圧力よりも高くなる。貯蔵タンク４の初期圧力が冷凍システム２の冷媒よりも或る程度高い圧力になると、図４に示す第１の空間４９、４９’の吐出弁４５、４５’は閉じたままになる。しかし、接続された貯蔵タンク４の初期圧力が冷凍システム２の冷媒の圧力よりも或る程度低くなると、各一対の吸入弁４３、４３’と吐出弁４５、４５’の一方の組み合わせ４３、４５及び他方の組み合わせ４３’、４５’は図７に示すように開くことになる。その結果、圧力が均衡して各吸入弁４３、４３’と吐出弁４５、４５’が閉じた状態になるまで冷媒は制限されることなく、冷凍システム２から貯蔵タンク４に流れることになる。その後に、冷凍システム２から貯蔵タンク４に冷媒を輸送するために、図４〜図６に示す回収装置１の圧縮機１１による操作が必要になる。
【００１４】
上述の圧縮機１１の初期の作業サイクルにあっては、冷凍システム２内の冷媒は通常大気圧以上のままである。前述のように、通常では流入する冷媒の圧力は大気圧よりもかなり高く（１００〜３００ｐｓｉかそれ以上）なる。そのような高い圧力は適切に解消されないと、圧縮機１１の各部位を損傷する力が生じ、装置を早期に破損してしまう。特に、圧力を適切に解消できない場合には、初期の力は接続する圧縮機１１の駆動機構が始動できないまでに高くなる。この状態になることを避けるには、後述するように、本実施の形態のピストンヘッド２１、２１’をそれぞれ対向するように配置すればよい。そのように配置すれば、双方に流入する冷媒の高い圧力に基づく力は、互いに相殺され、中和される。このようにして、装置の起動時の課題はほぼ解決され、作業の初期段階における冷媒の高い圧力からの強い力による損傷や摩耗は顕著に低減される。
【００１５】
特徴的な例として、先ず図７に示す線Ａ−Ａの右半分のみから成る構造の初期動作を想定すると、図７に示す流入管７に流入する冷媒の圧力は通常大気圧よりもかなり高く（１００〜３００ｐｓｉかそれ以上）なる。圧力が高くなると、吸入弁４３が開き、同時にピストンヘッド２１の外面４７に力Ｆが働くようになる。この力Ｆはかなりの強さになり、回収作業の初期サイクルの間は流入する冷媒の圧力が、例えば５０〜７５ｐｓｉかそれ以下に大きく低下するまで、力Ｆはそのまま維持される。図７に示す右側のピストンヘッド２１とピストンロッド２３のみが存在する構造では、前述のように力Ｆの初期の強さは圧縮機１１の駆動機構に影響を与えるまでになり、圧縮機１１の始動を妨げる。特にこの設計では、冷媒からの力は初動状態又は流入する冷媒の圧力が大幅に低下するまで、ピストンヘッド２１とピストンロッド２３、そして圧縮機１１の駆動機構にも加わり（衝撃や大きな振動をもたらす）、早期の摩耗はもとより破壊さえ起こす可能性がある。高い圧力の冷媒が液体状態にあると、この不具合は確実に発生する。従って、ピストンヘッド２１の各サイクルを経て、流入する冷媒の圧力が低下して冷媒がガス化又は蒸気化すると、力Ｆの大きさは小さくなる。しかし、このような設計の場合に、冷媒は気相、液相に拘わらず、その圧力が大幅（５０〜７５ｐｓｉ又はそれ以下）に低下しない限り、ピストンヘッド２１の往復運動中の力Ｆは圧縮機１１の各部位を損傷したり歪めることになる。このことは、前述の図７に示した圧縮機１１において、右側のピストンヘッド２１とピストンロッド２３だけが存在した場合にのみ当てはまる。
【００１６】
しかし、望ましい実施の形態では、回収装置１の初動段階又は図７に示す繰り返し操作の間に、右半分のピストンヘッド２１に掛かる不均衡な力Ｆは、対向するピストンヘッド２１’にも加わる反力Ｆ’によって相殺され中和される。それによって、流入する冷媒の力Ｆに懸念される潜在的な損傷効果は根本的に除去される。ピストンヘッド２１、２１’とピストンロッド２３、２３’を含む連結構造はそれぞれ同軸線上に並び、互いに固定されているため、上記の力の均衡化の効果は一層現実的になる。更に、圧縮機１１の駆動装置からは、ピストンヘッド２１、２１’を往復運動させて、それぞれの第１の空間４９、４９’で冷媒を圧縮し、冷媒を貯蔵タンク４に流すためには、差動力Ｄ（図４参照）を供給するだけでよい。このように、圧縮機１１の駆動機構は、図７に示すピストンヘッド２１、２１’が互いに力を相殺したり中和するので、ピストンヘッド２１、２１’に掛かる力Ｆ、Ｆ’に対抗したり、補償する必要はなくなる。この場合に、圧縮機１１の駆動機構は流入して作用する冷媒の力Ｆ、Ｆ’の影響を考慮したり補償する必要はなく、例えば第１の空間４９、４９’の力は最高５５０ｐｓｉになるように設計されている。多くの場合に、圧縮機１１では更に高い圧力（例えば７５０〜１５００ｐｓｉかそれ以上）を発生させることも可能であるが、貯蔵タンク４の安全性を図るために、操作中の回収装置１の圧力はより低く（例えば５５０ｐｓｉ）抑えられる。
【００１７】
上記の作用流体は気相又は液相の何れかを形成する冷媒であるため、冷媒から発生する力Ｆ、Ｆ’と駆動装置とを隔離することが重要になってくる。通常は流入する冷媒はピストンヘッド２１、２１’の上で想定外に相変化し、それによって生ずる力Ｆ、Ｆ’は広範囲に変動する。しかし、本発明の力の均衡を意図した設計では、ピストンヘッド２１、２１’の上で、何時、どのような力Ｆ、Ｆ’が発生しても、共通の固定軸線２５に沿って中和される。圧縮機１１の駆動装置はこのように発生する力Ｆ、Ｆ’そして／又は流入する冷媒の条件（例えば圧力、温度、相）に左右されることはない。冷媒を冷凍システム２から貯蔵タンク４に輸送する作業の間には、図４に示す圧縮機１１から加わる差動圧Ｄを加えるだけで、冷媒の相や状態に左右されることなく、２つのピストンヘッド２１、２１’を繰り返して作動させることができる。
【００１８】
望ましい実施の形態に示した冷媒の力を均衡化させる設計では、力Ｆ、Ｆ’と差動力Ｄとを切り離すことができるが、それでも圧縮機１１のピストンロッド２３、２３’を含む駆動機構とスコッチヨーク機構３１の各部位の耐久性は保証されなければならない。それは、（特に装置の初動操作において）圧縮機１１の対向する部位が依然として力Ｆ、Ｆ’を受ける場合があるからである。影響を受ける部位にはスコッチヨーク機構３１のヨーク部２９と同様に、共通の同軸線２５上に並んだピストンヘッド２１、２１’とピストンロッド２３、２３’が含まれる。そのため、並んで対向するこれらの部位は互いに固着されている。更に、このような構成は対向するピストンが不揃いであったり、固定が十分でない場合や、共通の固定軸線２５に沿った対称的な動きが制限される場合でも、損傷や磨耗を起こさないように、力Ｆ、Ｆ’やそれ以上の大きな負荷に対する耐久性を備えている。
【００１９】
作業に当たっては、図４に示す圧縮機１１から共通の固定軸線２５に沿った１つの方向（例えば図４の左方向）に差動力Ｄを作用させる。図４では分かり易くするために力Ｄだけを表示しているが、それは図７に示した力Ｆ、Ｆ’が互いに相殺されるからである。しかし、図４に示すように圧縮機１１が左側に動く場合には、差動力Ｄとピストンヘッド２１に圧力が掛かった冷媒の力Ｆとが合体した同じ方向の第２の力Ｆ＋Ｄが加わっているはずである。この第２の力Ｆ＋Ｄは対向するピストンヘッド２１’上に掛かる第１の力Ｆ’よりも強くなる。従って、対向する位置にあるピストンヘッド２１’は、図４で示した位置から図５に示す収縮する位置に向けて左側に移動する。
【００２０】
換言すれば、第１の空間４９、４９’に通ずる流入管７、７’に流入し、大気圧よりも高い圧力にある冷媒は、ピストンヘッド２１、２１’の外面４７、４７’に、対抗する第１の力Ｆ、Ｆ’を掛ける。これら対向する力Ｆ、Ｆ’は共通の固定軸線２５に沿っている。操作中は、例えばピストンヘッド２１が図６に示す収縮する位置から図５に示す膨張する位置に戻ってきたとき、ピストンヘッド２１上の力Ｆにスコッチヨーク機構３１から差動力Ｄを供給する。それによって、対向するピストンヘッド２１’は図５に示した収縮する位置に移動する。この操作は繰り返され、冷媒が関与するどのような条件（圧力、温度、相）や力Ｆ、Ｆ’の変化にも左右されることはない。
【００２１】
対向する力Ｆ、Ｆ’を本質的に同じ大きさに維持するために、上述（図３参照）の流入管７，７’は冷媒を介して互いに連通し、図２に示した冷凍システム２から配管６に流れる冷媒とも連通する。このように、冷媒の圧力が時間によって変化しても、流入管７、７’の内部もそれに追従する。その結果、吸入口３９、３９’の上流にある第１の空間４９、４９’の吸入弁４３、４３’は、瞬時にかつ継続的に同じ圧力の冷媒に曝される。対向するピストンヘッド２１、２１’の外面４７、４７’に流入する冷媒からの対向する力Ｆ、Ｆ’も同じ大きさになる。更に、図２に示すように第１の空間４９、４９’の吐出口４１、４１’の吐出弁４５、４５’の下流にあって、外方に向かう排出管１５、１５’もまた互いに冷媒を介して連通し、更に配管１８を介して貯蔵タンク４と連通している。
【００２２】
望ましい実施の形態で示した力を均衡化させる設計においては、第１の空間４９、４９’に対して流入又は吐出する管体のみを意図的に冷媒や汚染物質（例えば油、細かい金属粉）に接触させる。一方で、図４に示すピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’は冷媒に曝さないように設計することが望ましいし、ピストンロッド２３、２３’を含む駆動装置そしてスコッチヨーク機構３１の部位に対してもそのような設計が望まれる。しかし、ピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’やピストンロッド２３、２３’は或る程度冷媒に接触することもある。第２の空間５５、５５’はそれぞれのピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’（図４参照）にあって、汚染物質を捕捉、収集し、それらを一方通行の排出管６１、６１’を通して不具合を伴わないように流入管７、７’へと戻す。このように汚染物質は、第２の空間５５、５５’内に収集されても、スコッチヨーク機構３１内の破損し易い部位には及ばないように隔離される。
【００２３】
更に、図４に示した各ピストンヘッド２１、２１’は、それに固定したピストンロッド２３、２３’に隣接して下部５１、５１’を備えている。ピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’はピストンロッド２３、２３’に沿うと共に、共通の固定軸線２５の外側に向けて延びている。回収装置１はピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’に対向する位置に第２の末端壁５３、５３’を有する。円筒３３、３３’（図４参照）の第２の末端壁５３、５３’に沿ったピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’は、それぞれ環状の第２の空間５５、５５’を形成する。排出管６１、６１’は図４に示すように各第２の空間５５、５５’と各流入管７、７’の間に延在する。各排出管６１、６１’は冷媒が第２の空間５５、５５’から各流入管７、７’に一方的に流れるように、一方通行弁６３、６３’を備えている。
【００２４】
装置の作動中は、上述の往復運動する各ピストンロッド２３、２３’は共通の固定軸線２５に沿って、各ピストンヘッド２１、２１’をそれぞれの第１の末端壁３７、３７’に対して円筒３３、３３’内の第１と第２の位置の間を移動させる。それによって、第１の空間４９、４９’の容積はそれぞれ膨張し、収縮する。逆に、第２の空間５５、５５’の容積はこれに応じて収縮し、膨張する。次いで、各排出管６１、６１’内の一方通行弁６３、６３’は、各第２の空間５５、５５’が収縮すると開き、膨張すると（図５、図６参照）閉じる。このように、各第２の空間５５、５５’内に収集された或る量の冷媒と汚染物質は捕捉された後に、周囲に害を及ぼさないように一方通行の排出管６１、６１’を通って流入管７、７’に戻される。この場合に、不要な冷媒や汚染物質は収縮する各第２の空間５５、５５’の圧力が流入管７、７’の内圧以上に達すると、意図的に流入管７、７’に戻される。不具合を及ぼすこの流体の排除を促進するために、図４に示した水平に延びた共通の固定軸線２５に沿って、各第２の空間５５、５５’の望ましくはそのほぼ最も低い位置から各排出管６１、６１’に延びる入口を設ける。特に、回収装置１の始動時や作業中に汚染物質を収集し、排出管６１、６１’に流す場合には重力の作用が有効になる。排出管６１、６１’を介した流れは、図４に示すピストンロッドシール５４、５４’に掛かる負荷を低減するために有効であり、更に汚染物質の通過を防止し、スコッチヨーク機構３１を有害な流体や汚染物質から確実に遮蔽する。このように、第２の空間５５、５５’の第２の末端壁５３、５３’（図４参照）は、往復運動するピストンロッド２３、２３’を受け止め、ピストンロッドシール５４、５４’の位置での摺動そして封止を可能にする。上述のように、ピストンロッドシール５４、５４’は第２の空間５５、５５’とその内容物からスコッチヨーク機構３１を遮蔽する。図４に示す各円筒３３、３３’の第１の側壁部３５、５７と第２の側壁部３５’、５７’は、共通の固定軸線２５に沿って互いに隣接している。これらの部位は互いに離れることも重なることもある。ピストンヘッド２１、２１’の下部５１、５１’は同じ環状領域を有し、それぞれのピストンヘッド２１、２１’の外面４７、４７’と平行であることが望ましい。
【００２５】
図６、図８、図９に示す圧縮機１１の駆動装置は、図９に示す軸線２４を中心にモータシャフト２２を回転するモータ２０を備えている。モータシャフト２２は平坦な上部２２’を有し、平衡錘Ｃ（図８、図９参照）に隣接して、止めねじ２６（図９参照）によりスコッチヨーク機構３１のクランクシャフト２８に固定されている。クランクシャフト２８は間隔を空けて円筒状の面３４、３４’を備えたベアリング部３２、３２’を有し、円筒状の面３４、３４’は図９に示す転がりベアリング３６、３６’の中にあって、回転軸線２４に対して対称的に延びている。図８、図９に示すクランクピン３８は各ベアリング部３２、３２’の間に一体的に延び、軸線４２を中心に延在する円筒状の面４０を持つ。軸線２４に沿った各円筒状の面３４、３４’の周囲は、軸線４２の回りにある円筒状の面４０の周囲よりもやや大きくなる。この構造はクランクピンや偏心した駆動部の周囲を隣接するベアリング部又は類似の部材の周囲に比べて大きくする従来技術とは対照的である。
【００２６】
操作中は、図９に示すモータ２０は軸線２４を中心にモータシャフト２２とそれに接続するクランクシャフト２８を回転させる。それによって、クランクピン３８も軸線２４の回りに回転し、またクランクピン３８の軸線４２も並行する軸線２４の回りに回転する。図９に示す回転するクランクピン３８はスコッチヨーク機構３１の２つの対向する摺動部４４（図５参照）の内部に収められる。別体の摺動部４４、４４’（図５参照）は、縦軸線４８に沿ってヨーク部２９、２９’内をボール４６によって摺動可能に装着される。図５に示した構成では、縦軸線４８はヨーク部２９の中心を通る対称軸となっている。このように、モータシャフト２２とクランクシャフト２８が軸線２４の回りを回転すると（図９参照）、偏心したクランクピン３８の軸線４２も軸線２４の回りに回転することになる。
【００２７】
図５に示すヨーク部の摺動部４４、４４’は縦軸線４８に対して上下に動き、その動きはヨーク部２９と接続するピストンロッド２３、２３’とピストンヘッド２１、２１’を共通の固定軸線２５に沿って動かす。図９、図１０の軸線２４、４２はこのようにして互いにほぼ平行となり、図５の共通の固定軸線２５及び縦軸線４８とほぼ直交する。このように、スコッチヨーク機構３１は図９の軸線２４の回りのモータシャフト２２及びクランクシャフト２８、クランクピン３８の回転運動を図５に示す共通の固定軸線２５に沿って、ヨーク部２９、それに隣接するピストンロッド２３、２３’そしてピストンヘッド２１、２１’の往復運動に変換する。
【００２８】
図５に示す摺動部４４、４４’はクランクピン３８とニードルベアリング（針状軸受）又はピン５０を介して接触する。この場合に、摺動部４４、４４’の接触面５２、５２’はほぼ平行であることが望ましい。更に、接触面５２、５２’同士の少なくとも一方には溝５６（図１０参照）が配置されていることが望ましい。溝５６は摺動部４４、４４’の上下の領域５８、５８’（図５参照）と潤滑剤を介して連通している。クランクピン３８の回りのニードルベアリング又はピン５０は摺動部４４、４４’の半円筒状で内側に接する面６０、６０’との間に挟まれる。このように、摺動部４４、４４’が図４〜図６に示すヨーク部２９に向けて縦軸線４８に沿って動くにつれて、図５に示す領域５８、５８’内の潤滑剤は強制的に溝５６を通って、ニードルベアリング又はピン５０に移動される。この場合に、クランクケース又はヨーク部２９のハウジング部７５はごみの進入を防ぐために空気と遮断されている。このような構成では、領域５８、５８’の容積が収縮すると、潤滑剤によるポンプ作用が高められる。更に、接触面５２、５２’に隣接する摺動部４４、４４’の外面６２、６２’（図６参照）は窪み又は凹状部を有する。これらの部分は図６に示すように、溝５６の入口付近で潤滑剤を収集するためにそれぞれのポケット６５を形成している。
【００２９】
上述の摺動部４４、４４’は、図５、図６に示すようにヨーク部２９の縦軸線４８の上下方向に可動に装着される。実際には、縦軸線４８の両方向に沿って半円を描くように動く。図７に示す接触するヨーク部２９の側面部２７、２７’は、圧縮された冷媒からのどのような力Ｆ、Ｆ’にも耐え、力Ｆ、Ｆ’から摺動部４４、４４’を隔離するが、図４〜図６に示したクランクピン３８の動きによって、ヨーク部２９の側面部２７、２７’には依然として大きな力が掛かる。例えば、圧縮機１１は貯蔵タンク４に冷媒を押し出す第１の空間４９、４９’内の圧力を最高５５０ｐｓｉにまで上げる。駆動する摺動部４４、４４’とそれらに対向するヨーク部２９の側面部２７、２７’との間に発生する大きな力を改善し消散させるために、望ましくは複数の列から成るボール４６（図６、図１０）が配置される。これらのボール４６（図６参照）は、側面部２７、２７’のそれぞれの対になる内外に向く面６４、６４’と摺動部４４、４４’の間（図９、図１０参照）に配置される。各面６４、６４’（図９、図１０）は、少なくとも２つの溝又は通路６６、６６’を有し、それらはボール４６と共に図６に示す共通の固定軸線２５とほぼ直交する方向に延在することが望ましい。各摺動部４４、４４’の駆動力Ｄは、潜在的な磨耗と損傷を低減するために、各面６４、６４’の間で多数の接触点により消散される。複数のボール４６と通路６６、６６’は駆動する摺動部４４、４４’とそれらに対向するヨーク部２９の正しい位置関係を維持するために有効に作用する。
【００３０】
図１１に示す実施の形態は、先の実施の形態に示したスコッチヨーク機構３１とほぼ同じスコッチヨーク機構３１”によって駆動される１本のピストンヘッド２１”を示している。先の実施の形態のように、ピストンロッド２３”に隣接して、ピストンヘッド２１”の下部５１”は図１１に示すように固定軸線２５”の周りに延在する。図１１に示すヨーク部２９”の他の側にあるスタブ又はロッドＲはヨーク部２９”に固着し、ロッドＲの動きはピストンロッド２３”とピストンヘッド２１”と同様に、固定軸線２５”のみに沿うように制限される。この構成は先の２つの実施の形態に対応する。同様に、図１１に示すピストンヘッド２１”、ピストンロッド２３”、ヨーク部２９”は互いに固く結合する。
【００３１】
図１１に示す実施の形態には先の実施の形態と同様に、第１の側壁部３５”と円筒３３”の第１の末端壁３７”とピストンの外面４７”とから形成された第１の空間４９”が円筒３３”内に配置される。図１１に示す実施の形態では、更にピストンヘッド２１”の下部５１”、円筒３３”の第２の側壁部５７”と第２の末端壁５３”によって形成される第２の空間５５”が配置される。また、図１１に示すように、第２の空間５５”と流入管７’の間には排出管６１”が延在する。排出管６１”はその中に一方通行弁６３”を有し、そこを通過する流れは第２の空間５５”から流入管７’に向けて一方向に向かうように制限される。
【００３２】
作業中には、先の実施の形態のように往復運動するピストンロッド２３”は固定軸線２５”に沿って、円筒３３”の第１の末端壁３７”に対して第１、第２の位置の間を移動する。そのような動きの中で、第１の空間４９”の容積は膨張し、収縮する。逆に、第２の空間５５”の容積は収縮し、膨張する。次いで、排出管６１”内の一方通行弁６３”は図５、図６の動作と同様に、第２の空間５５”が収縮すると開き、第２の空間５５”の面積が膨張すると閉じる。このように、第２の空間５５”内に収集された或る量の冷媒と汚染物質は捕捉された後に、一方通行の排出管６１”を通って周囲に害を及ぼさないように流入管７’に戻され、排出管１５’に排出される。この場合に、望ましくない冷媒や汚染物質は収縮する第２の空間５５”の圧力が流入管７’の内圧以上に達すると、積極的に流入管７’に戻される。
【００３３】
この望ましくない冷媒や汚染物質の排除を促進するために、図１１に示すように水平に延びた共通の固定軸線２５”に沿って、各排出管６１”への入口を設け、この入口は固定軸線２５”に沿った各第２の空間５５”の望ましくはそのほぼ最も低い位置から延びている。これまでの実施の形態に見るように、回収装置１の始動時や作業中に汚染物質を収集し、排出管６１”に流す際には重力の作用が有効になる。排出管６１”を介した流れは、図１１に示すピストンロッドシール５４”に掛かる負荷の低減に有効であり、更に汚染物質の漏洩を防止し、有害な流体や汚染物質からスコッチヨーク機構３１”を確実に隔離する。このように、先の実施の形態のように、第２の空間５５”の第２の末端壁５３”は往復運動するピストンロッド２３”を受け止め、ピストンロッドシール５４”の位置での摺動及び封止を可能にする。上述のように、ピストンロッドシール５４”の位置は第２の空間５５”とその内容物をスコッチヨーク機構３１”から隔離する。図１１に示す各円筒３３”の第１の側壁部３５”と第２の側壁部５７”は固定軸線２５”に沿って互いに隣接している。これらの部位は互いに離れることも、重なることもある。ピストンヘッド２１”の下部５１”はピストンヘッド２１”の外面４７”と平行であることが望ましい。図１１に示す単独のピストン圧縮機１１”を経由した流れは吸入弁４３”を通過して、第１の空間４９”の吸入口３９”から第１の空間４９”内に入り、第１の空間４９”の吐出口４１”内の吐出弁４５”から排出される。上述のスコッチヨーク機構３１”の作動原理は、これまでの実施の形態と本質的に同じである。
【００３４】
これまでの開示によって、本発明の実施の形態は幾つかの関連する図面と共に詳細に説明した。当業者は本発明の教示の基に本発明のクレームの範囲を逸脱することなく、種々の設計変更、他の構成や形態の実行化が可能であることを理解するはずである。特に、ここに使用した「ほぼ」の語句は、定量的比較、数値、計測値又は他を表示する際に、本来的な不確実性が含まれることを念頭におく必要がある。この語句はまたそれによって関連する構成要素の基本的機能の変更に帰することなく、定量的な表示が記載された参考値から変動する度合いを示すために使われている。
【符号の説明】
【００３５】
１  回収装置
２  冷凍システム
４  貯蔵タンク
７、７’  流入管  
１１、１１”  圧縮機
１３、１３’  吐出口
１５、１５’、６１、６１’、６１”  排出管
２０  モータ
２１、２１’、２１”  ピストンヘッド
２２  モータシャフト
２３、２３’、２３”  ピストンロッド
２４、４２  軸線
２５、２５”  固定軸線
２８  クランクシャフト
２９、２９’、２９”  ヨーク部
３１、３１”  スコッチヨーク機構
３３、３３’、３３”  円筒
３８  クランクピン
３９、３９’、３９”  吸入口
４１、４１’、４１”  吐出口
４３、４３’、４３”  吸入弁
４５、４５’、４５”  吐出弁
４８  縦軸線
４９、４９’、４９”  第１の空間
５１、５１’、５１”  下部
５４、５４’、５４”  ピストンロッドシール
５５、５５’、５５”  第２の空間
６３、６３’、６３”  一方通行弁
【図１】
2014531569.tif 000003
【図２】
2014531569.tif 000004
【図３】
2014531569.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014531569.tif 000007
【図６】
2014531569.tif 000008
【図７】
2014531569.tif 000009
【図８】
2014531569.tif 000010
【図９】
2014531569.tif 000011
【図１０】
2014531569.tif 000012
【図１１】
2014531569.tif 000013
【国際調査報告】
2014531569.tif 000014