JPH11237129A - Refrigerating system - Google Patents
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- JPH11237129A JPH11237129A JP3914998A JP3914998A JPH11237129A JP H11237129 A JPH11237129 A JP H11237129A JP 3914998 A JP3914998 A JP 3914998A JP 3914998 A JP3914998 A JP 3914998A JP H11237129 A JPH11237129 A JP H11237129A
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- Compressor (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、空気を冷媒とした
冷凍システムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refrigeration system using air as a refrigerant.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、フロンガスが影響するオゾン層破
壊、地球温暖化等の地球をとりまく環境悪化が深刻な問
題となり、フロンガスを使わない環境にやさしい冷凍シ
ステムが求められるようになってきており、その一つの
流れとして自然界の空気を冷媒としたクリーンで安全な
冷凍システムの開発が進んでいる。2. Description of the Related Art In recent years, the deterioration of the environment surrounding the earth, such as ozone depletion and global warming, which are affected by CFCs, has become a serious problem, and an environment-friendly refrigeration system that does not use CFCs has been required. As one of the flows, the development of a clean and safe refrigeration system using air in the natural world as a refrigerant is progressing.
【0003】一般に、空気を冷媒とした冷凍システム
は、外気をコンプレッサで吸入・圧縮し、圧縮されて高
温状態となった空気を熱交換器に導いて常温近くまで冷
却し、これを膨張機に導いて断熱膨張させる構成であ
り、空気の温度はマイナス数十度という低い温度に低下
し、この冷気を冷凍室に導き目的物の熱を吸収して冷凍
するようになっている。[0003] Generally, in a refrigeration system using air as a refrigerant, outside air is sucked and compressed by a compressor, and the compressed and high-temperature air is guided to a heat exchanger and cooled to near normal temperature, and this is used as an expander. The temperature of the air is reduced to a low temperature of minus several tens of degrees, and the cold air is led to a freezing room to absorb the heat of the object and freeze.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の上記
冷凍システムでは、コンプレッサと膨張機が夫々別個の
駆動系で駆動されており、このため、コンプレッサを駆
動させる動力源と膨張機を駆動させる動力源が夫々必要
であった。そのため、消費電力が嵩んでランニングコス
トが高くつき、不経済であるという問題があった。By the way, in the conventional refrigeration system, the compressor and the expander are driven by separate drive systems, respectively. Therefore, a power source for driving the compressor and a power for driving the expander are provided. Each required a source. Therefore, there has been a problem that power consumption is high, running costs are high, and uneconomical.
【0005】そこで、本発明の目的とするところは、膨
張機の膨張エネルギーを有効に利用して経済的な冷凍シ
ステムを提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide an economical refrigeration system by effectively utilizing the expansion energy of an expander.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、圧縮シリンダ内に圧縮ピストンを往復動可
能に装架したコンプレッサと、駆動モータで常時作動
し、この駆動モータの回転運動を往復運動に変換して取
り出すクランクピンに前記コンプレッサの圧縮ピストン
のピストンロッドを連結したクランク装置と、前記コン
プレッサの圧縮シリンダと同軸上に膨張シリンダを配置
し、この膨張シリンダ内に膨張ピストンを往復動可能に
装架し、この膨張ピストンが前記コンプレッサの圧縮ピ
ストンと所定の位相差で往復運動するように当該膨張ピ
ストンのピストンロッドを前記圧縮ピストンのピストン
ロットに連結した膨張機と、前記コンプレッサの排気口
と前記膨張機の流入口を連通する配管の途中に設けた熱
交換器とを備えた冷凍システムとする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention operates a compressor in which a compression piston is reciprocally mounted in a compression cylinder, and a drive motor which constantly operates. And a crank device in which the piston rod of the compression piston of the compressor is connected to a crank pin that is taken out by reciprocating motion, and an expansion cylinder is arranged coaxially with the compression cylinder of the compressor, and the expansion piston is reciprocated in the expansion cylinder. An expander movably mounted, the expansion piston having a piston rod of the expansion piston connected to a piston lot of the compression piston such that the expansion piston reciprocates at a predetermined phase difference from the compression piston of the compressor; and A cooling system including an exhaust port and a heat exchanger provided in a pipe connecting the inflow port of the expander. The system.
【0007】また、本発明は、圧縮シリンダ内に圧縮ピ
ストンを往復動可能に装架したコンプレッサと、始動時
のみセルモータで往復運動されるクランクピンに前記コ
ンプレッサの圧縮ピストンのピストンロッドを連結した
クランク装置と、前記コンプレッサの圧縮シリンダと同
軸上に膨張シリンダを配置し、この膨張シリンダ内に膨
張ピストンを往復動可能に装架し、この膨張ピストンが
前記コンプレッサの圧縮ピストンと所定の位相差で往復
運動するように当該膨張ピストンのピストンロッドを前
記圧縮ピストンのピストンロットに連結した膨張機と、
前記コンプレッサと前記膨張機を連通する配管の途中に
設けた熱交換器と、前記配管の熱交換器の途中に接続し
た外部圧縮空気を導入する導入管とを備えた冷凍システ
ムとする。Further, the present invention provides a compressor having a compression cylinder reciprocally mounted in a compression cylinder, and a crank having a piston rod of the compression piston of the compressor connected to a crank pin which is reciprocated by a cell motor only at the time of starting. A device and an expansion cylinder are arranged coaxially with a compression cylinder of the compressor, and an expansion piston is mounted in the expansion cylinder so as to be able to reciprocate. The expansion piston reciprocates with a compression piston of the compressor at a predetermined phase difference. An expander having a piston rod of the expansion piston connected to a piston lot of the compression piston so as to move;
A refrigerating system includes a heat exchanger provided in a pipe connecting the compressor and the expander, and an inlet pipe for introducing external compressed air connected in the pipe heat exchanger.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基いて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0009】図1および図2において、1はコンプレッ
サで、圧縮シリンダ2内に圧縮ピストン3を往復動可能
に装架するとともに、圧縮シリンダ2のヘッド部に外気
の吸入を制御する吸気弁4および圧縮シリンダ2内で断
熱圧縮した圧縮空気を熱交換器5へ配管6を通して送る
のを制御する排気弁7を配設している。吸気弁4および
排気弁7は、外気圧および圧縮空気圧で押し開かれる自
動弁とする。1 and 2, reference numeral 1 denotes a compressor, in which a compression piston 3 is reciprocably mounted in a compression cylinder 2, and an intake valve 4 and a suction valve 4 for controlling the intake of outside air to the head of the compression cylinder 2. An exhaust valve 7 for controlling the transmission of compressed air adiabatically compressed in the compression cylinder 2 to the heat exchanger 5 through the pipe 6 is provided. The intake valve 4 and the exhaust valve 7 are automatic valves that are pushed open by the outside air pressure and the compressed air pressure.
【0010】前記コンプレッサ1の圧縮ピストン3に
は、図中左側にピストンロッド8が突出しており、この
ピストンロッド8はクランク装置9を介して駆動モータ
10と連結されており、駆動モータ10の作動に伴いク
ランク装置9およびピストンロッド8を介して圧縮ピス
トン3が上死点と下死点の間で往復運動するようになっ
ている。[0010] A piston rod 8 projects from the compression piston 3 of the compressor 1 to the left in the figure, and the piston rod 8 is connected to a drive motor 10 via a crank device 9. Accordingly, the compression piston 3 reciprocates between the top dead center and the bottom dead center via the crank device 9 and the piston rod 8.
【0011】そして、このコンプレッサ1は、前述のよ
うに圧縮ピストン3を上死点と下死点の間で往復運動さ
せることにより外気を吸入・圧縮して熱交換器5へ送る
ようになっている。即ち、圧縮ピストン3が上死点を過
ぎて下死点へ移行すると、圧縮シリンダ2内が減圧され
ることにより外気圧で吸気弁4が開かれて外気を圧縮シ
リンダ2内に吸入する。次に、圧縮ピストン3が下死点
を過ぎて上死点へ移行すると、圧縮シリンダ2内が増圧
されることにより吸気弁4が閉じられて圧縮シリンダ2
内に吸入された外気を圧縮ピストン3で断熱圧縮する。
外気を断熱圧縮すると、外気は高温の圧縮空気となる。
次に、圧縮ピストン3が上死点付近に達すると、圧縮空
気圧で排気弁7が開かれて高温の圧縮空気は配管6を通
して熱交換器5へ送られる。The compressor 1 sucks and compresses outside air and sends it to the heat exchanger 5 by reciprocating the compression piston 3 between the top dead center and the bottom dead center as described above. I have. That is, when the compression piston 3 moves to the bottom dead center after passing the top dead center, the pressure in the compression cylinder 2 is reduced, so that the intake valve 4 is opened at the outside pressure and the outside air is sucked into the compression cylinder 2. Next, when the compression piston 3 moves to the top dead center after passing the bottom dead center, the pressure in the compression cylinder 2 is increased, so that the intake valve 4 is closed and the compression cylinder 2 is closed.
The outside air sucked inside is adiabatically compressed by the compression piston 3.
When the outside air is adiabatically compressed, the outside air becomes hot compressed air.
Next, when the compression piston 3 reaches the vicinity of the top dead center, the exhaust valve 7 is opened by the compressed air pressure, and the high-temperature compressed air is sent to the heat exchanger 5 through the pipe 6.
【0012】前記熱交換器5は、例えばクーリングタワ
ー(図示せず)との間で冷却水が循環されており、コン
プレッサ1から配管6を通して送られてきた高温の圧縮
空気を冷却水と熱交換して常温近くまで一次冷却するよ
うになっている。In the heat exchanger 5, cooling water is circulated between, for example, a cooling tower (not shown), and exchanges heat between the high-temperature compressed air sent from the compressor 1 through the pipe 6 with the cooling water. The primary cooling to near normal temperature.
【0013】尚、クランク装置9は、駆動モータ10の
回転運動をコンプレッサ1の圧縮ピストン3の直線往復
運動に変換させるようになっており、図2に示すよう
に、クランクケース11に軸受12を介して回転可能に
軸支されるとともに、駆動モータ10に連結されるクラ
ンク主軸13と、コンプレッサ1のピストンロッド8に
連結されるクランクピン14と、これら主軸13とクラ
ンクピン14の間に介装される遊星機構15を備えてな
り、前記遊星機構15は、クランクケース11に固定的
に設けられるとともに、主軸13の回転中心と同心状に
配置された例えば太陽歯車からなる太陽部材16と、こ
の太陽部材16の内周に沿って転動する例えば遊星歯車
からなる遊星部材17を備え、この遊星部材17の外径
が前記太陽部材16の内径の1/2に設定され、上記遊
星部材17の回転中心に、クランクピン14が軸受18
を介して回転可能に枢支連結されるとともに、クランク
ピン14の軸端には回転慣性力として働くカウンタバラ
ンサ19が一体形成され、このカウンターバランサ19
の側面における遊星部材17の外周ピッチと圧縮シリン
ダ2の軸線との接点位置にコンプレッサ1のピストンロ
ッド8の一端が軸受20を介して回転可能に枢支連結さ
れている。The crank device 9 converts the rotational motion of the drive motor 10 into a linear reciprocating motion of the compression piston 3 of the compressor 1. As shown in FIG. A crank main shaft 13 rotatably supported via a drive motor 10, a crank pin 14 connected to the piston rod 8 of the compressor 1, and an interposition between the main shaft 13 and the crank pin 14. The planetary mechanism 15 is fixedly provided on the crankcase 11 and is arranged concentrically with the center of rotation of the main shaft 13. A planetary member 17, for example, composed of a planetary gear that rolls along the inner periphery of the sun member 16, and the outer diameter of the Is set to 1/2 of the inner diameter, the rotational center of the planetary member 17, the crank pin 14 bearing 18
A counterbalancer 19 is formed integrally with the shaft end of the crank pin 14 so as to rotate as a rotational inertia force.
One end of a piston rod 8 of the compressor 1 is rotatably supported via a bearing 20 at a contact point between the outer peripheral pitch of the planetary member 17 and the axis of the compression cylinder 2 on the side surface of the piston.
【0014】このクランク装置9は、前述のように、遊
星機構15の遊星部材17の外径を太陽部材16の内径
の1/2に設定させるとともに、遊星部材17の外周ピ
ッチと対応点にコンプレッサ1のピストンロッド8を連
結させたことで、主軸13の回転中心からクランクピン
14の回転中心までの距離と、クランクピン14の回転
中心からピストンロッド8の連結点までの距離が等しく
なり、この連結点が遊星部材17の転動に伴い主軸13
の回転中心を通る直線上を移動するようになり、コンプ
レッサ1の圧縮ピストン3のピストンロッド8をほとん
ど揺動させることなく直線往復運動させることができる
ようになっている。このようにピストンロット8がほと
んど揺動することなく直線往復運動すると、圧縮ピスト
ン3には半径方向横向きの力がほとんど作用せず、いわ
ゆるピストンスラップが生じ難くて振動・騒音・キャビ
テーション・摩耗損失などが大幅に低減される。As described above, the crank device 9 sets the outer diameter of the planet member 17 of the planetary mechanism 15 to half of the inner diameter of the sun member 16 and sets the outer peripheral pitch of the planet member 17 to a point corresponding to the outer peripheral pitch. By connecting the one piston rod 8, the distance from the rotation center of the main shaft 13 to the rotation center of the crankpin 14 is equal to the distance from the rotation center of the crankpin 14 to the connection point of the piston rod 8. The connection point moves along with the rotation of the planet member 17,
Move on a straight line passing through the center of rotation of the compressor 1 so that the piston rod 8 of the compression piston 3 of the compressor 1 can be reciprocated linearly with almost no swing. When the piston lot 8 reciprocates linearly without swinging, the compression piston 3 hardly receives a lateral force in the radial direction, so that so-called piston slap hardly occurs and vibration, noise, cavitation, wear loss, etc. Is greatly reduced.
【0015】前記熱交換器5で常温近くまで冷却された
圧縮空気は、配管21を通して膨張機22に送られるよ
うになっている。The compressed air cooled to near normal temperature by the heat exchanger 5 is sent to an expander 22 through a pipe 21.
【0016】前記膨張機22は、コンプレッサ1の圧縮
シリンダ2と同軸上に配置された膨張シリンダ23内に
膨張ピストン24を往復動可能に装架するとともに、膨
張シリンダ23のヘッド部に熱交換器5からの圧縮空気
の流入を制御する流入弁25および膨張シリンダ23内
で断熱膨張した低温空気をチャンバ26へ送るのを制御
する流出弁27を配設している。流入弁25および流出
弁27は、駆動モータ10の作動に伴い動弁機構28を
介して適時に開閉操作されるようになっている。動弁機
構28は、ロッカーアーム29および30を揺動可能に
設け、このロッカーアーム29および30の一端が、駆
動モータ10の作動に伴いクランク装置9の主軸13、
タイミングプーリ31、タイミングベルト32、タイミ
ングプーリ33および34を介して回転されるカムシャ
フト35および36に設けたカム37および38に当接
されるとともに、ロッカーアーム29および30の他端
が、流入弁25および流出弁27のタペット部先端に圧
接されており、駆動モータ10の作動に伴いカムシャフ
ト35および36が回転されることにより、カム37お
よび38によりロッカーアーム29および30を揺動さ
せて流入弁25および流出弁27を適時に開閉操作する
ようになっている。The expander 22 has an expansion piston 24 reciprocally mounted in an expansion cylinder 23 disposed coaxially with the compression cylinder 2 of the compressor 1 and a heat exchanger mounted on the head of the expansion cylinder 23. An inflow valve 25 for controlling the inflow of compressed air from the cylinder 5 and an outflow valve 27 for controlling the sending of low-temperature air adiabatically expanded in the expansion cylinder 23 to the chamber 26 are provided. The inflow valve 25 and the outflow valve 27 are opened and closed in a timely manner via a valve mechanism 28 as the drive motor 10 operates. The valve mechanism 28 is provided with rocker arms 29 and 30 so as to be swingable. One end of each of the rocker arms 29 and 30 is connected to the main shaft 13 of the crank device 9 with the operation of the drive motor 10.
A cam 37 and 38 provided on cam shafts 35 and 36 rotated via a timing pulley 31, a timing belt 32, and timing pulleys 33 and 34 are brought into contact with each other. The camshafts 35 and 36 are rotated by the operation of the drive motor 10, and the rockers 29 and 30 are rocked by the cams 37 and 38 so that the rocker arms 29 and 30 flow inward. The valve 25 and the outflow valve 27 are opened and closed in a timely manner.
【0017】前記膨張機22の膨張ピストン24には、
図中右側にピストンロッド39が突出しており、このピ
ストンロッド39はコンプレッサ1の圧縮ピストン3と
膨張機22の膨張ピストン24が所定の位相差で往復動
するように圧縮ピストン3のピストンロッド8とピン4
0を介して連結されており、駆動モータ10の作動に伴
いコンプレッサ1の圧縮ピストン3が上死点と下死点の
間で往復運動されると、膨張ピストン24が圧縮ピスト
ン3と同期して所定の位相差で上死点と下死点の間で往
復運動するようになっている。尚、ピストンロッド8と
ピストンロッド39は原理的には一体の連続ロッドで構
成することが可能であるが、ピン40による中折れ可能
な連結構造とすることにより各部の寸法誤差を吸収して
圧縮ピストン3および膨張ピストン24の往復運動をス
ムーズにすることができる。The expansion piston 24 of the expander 22 has
A piston rod 39 protrudes to the right side in the figure, and the piston rod 39 and the piston rod 8 of the compression piston 3 move so that the compression piston 3 of the compressor 1 and the expansion piston 24 of the expander 22 reciprocate at a predetermined phase difference. Pin 4
When the compression piston 3 of the compressor 1 is reciprocated between the top dead center and the bottom dead center with the operation of the drive motor 10, the expansion piston 24 is synchronized with the compression piston 3. It reciprocates between a top dead center and a bottom dead center with a predetermined phase difference. Note that the piston rod 8 and the piston rod 39 can be composed of an integral continuous rod in principle. The reciprocating motion of the piston 3 and the expansion piston 24 can be made smooth.
【0018】そして、この膨張機22は、前述のように
膨張ピストン24を上死点と下死点の間で往復運動させ
ることにより熱交換器5から導いた圧縮空気を断熱膨張
してチャンバ27へ送るようになっている。即ち、膨張
ピストン24が上死点を過ぎて下死点へ移行し始める少
しの間のみ流入弁25を開いて、熱交換器5で一次冷却
した圧縮空気を配管26を通して膨張シリンダ23内に
流入させる。次に、膨張シリンダ23内に流入した圧縮
空気を、膨張ピストン24が下死点に至る過程で大気圧
近くまで断熱膨張させる。圧縮空気を大気圧近くまで断
熱膨張させると、圧縮空気の温度が低下してマイナス数
十度の冷気となる。次に、膨張ピストン24が下死点を
過ぎて上死点に移行する間に流出弁27を開いて、膨張
シリンダ23内の冷気をチャンバ26へ送りるようにな
っている。The expander 22 adiabatically expands the compressed air introduced from the heat exchanger 5 by causing the expansion piston 24 to reciprocate between the top dead center and the bottom dead center as described above, thereby expanding the chamber 27. To be sent to That is, the inflow valve 25 is opened only for a short time when the expansion piston 24 starts to shift from the top dead center to the bottom dead center, and the compressed air primary cooled by the heat exchanger 5 flows into the expansion cylinder 23 through the pipe 26. Let it. Next, the compressed air that has flowed into the expansion cylinder 23 is adiabatically expanded to near atmospheric pressure while the expansion piston 24 reaches the bottom dead center. When the compressed air is adiabatically expanded to near the atmospheric pressure, the temperature of the compressed air decreases and becomes minus several tens of degrees of cool air. Next, the outflow valve 27 is opened while the expansion piston 24 moves from the bottom dead center to the top dead center, and the cool air in the expansion cylinder 23 is sent to the chamber 26.
【0019】また、前記膨張機22は、膨張シリンダ2
3内で圧縮空気を断熱膨張させる際に膨張ピストン24
が受ける力を利用してコンプレッサ1の圧縮ピストン3
の圧縮工程運動を手助けするようになっている。コンプ
レッサ1の圧縮ピストン3の圧縮工程と膨張機22の膨
張ピストン24の膨張行程は完全に一致しており、この
ため、圧縮ピストン3の主たる駆動エネルギーは駆動モ
ータ10から供給されるが、膨張ピストン24が受ける
圧縮空気の膨張エネルギーの一部が圧縮ピストン3の圧
縮エネルギーとして回収再利用されるのである。The expander 22 includes an expansion cylinder 2.
When the compressed air is adiabatically expanded within the expansion piston 3, the expansion piston 24
Compression piston 3 of compressor 1
To assist the compression process movement. The compression process of the compression piston 3 of the compressor 1 and the expansion stroke of the expansion piston 24 of the expander 22 completely match, so that the main drive energy of the compression piston 3 is supplied from the drive motor 10, but the expansion piston A part of the expansion energy of the compressed air received by 24 is recovered and reused as the compression energy of the compression piston 3.
【0020】そして、前記膨張機22で二次冷却されて
チャンバ26に送られた冷気は、このチャンバ26内に
一時的に滞留された後、冷凍室へ送られ目的物の熱を吸
収して冷凍するようになっている。The cool air that has been secondarily cooled by the expander 22 and sent to the chamber 26 is temporarily retained in the chamber 26, and then sent to the freezing chamber to absorb the heat of the target object. It is intended to be frozen.
【0021】この実施形態は、コンプレッサ1の圧縮シ
リンダ2と膨張機22の膨張シリンダ23を同軸上に配
置し、コンプレッサ1の圧縮ピストン3のピストンロッ
ド8をクランク装置9を介して駆動モータ10に連結す
るとともに、膨張機22の膨張ピストン24のピストン
ロッド39をコンプレッサ1の圧縮ピストン3のピスト
ンロッド8に連結させたことにより、コンプレッサ1の
圧縮ピストン3と膨張機22の膨張ピストン24を同軸
上において所定の位相差で同期して往復運動させること
ができるから、1つの駆動モータ10でコンプレッサ1
と膨張機22を連動して駆動させることができるととも
に、膨張機22の断熱膨張エネルギーによりコンプレッ
サ1の圧縮ピストン3の往復運動を手助けして断熱膨張
エネルギーを断熱圧縮エネルギーとして有効に利用する
ことができる。In this embodiment, the compression cylinder 2 of the compressor 1 and the expansion cylinder 23 of the expander 22 are coaxially arranged, and the piston rod 8 of the compression piston 3 of the compressor 1 is connected to the drive motor 10 via the crank device 9. By connecting the piston rod 39 of the expansion piston 24 of the expander 22 to the piston rod 8 of the compression piston 3 of the compressor 1, the compression piston 3 of the compressor 1 and the expansion piston 24 of the expander 22 are coaxial. Can be reciprocated synchronously with a predetermined phase difference.
And the expander 22 can be driven in conjunction with each other, and the adiabatic expansion energy of the expander 22 assists the reciprocating motion of the compression piston 3 of the compressor 1 to effectively use the adiabatic expansion energy as the adiabatic compression energy. it can.
【0022】図3は、本発明の他の実施形態を示し、外
部圧縮空気を利用して駆動するようにしたものである。FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, which is driven by using external compressed air.
【0023】この実施形態は、配管21の途中に圧縮空
気供給手段(図示せず)から外部圧縮空気を導入する導
入管41を接続するとともに、クランク装置9の主軸1
3をセルモータ42に連結したものであり、その他の構
成は図1および図2に示した実施例と同様である。In this embodiment, an inlet pipe 41 for introducing external compressed air from a compressed air supply means (not shown) is connected in the middle of the pipe 21 and the main shaft 1 of the crank device 9 is connected.
3 is connected to a starter motor 42, and other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIGS.
【0024】この実施形態は、始動時にセルモータ42
を作動させるとともに、外部圧縮空気を導入管41から
配管21に導入させることにより、セルモータ41の作
動に伴いクランク装置9を介してコンプレッサ1の圧縮
ピストン3が上死点と下死点の間で往復運動されるとと
もに、このコンプレッサ1の圧縮ピストン3の往復運動
および配管21を通して膨張機22の膨張シリンダ23
内に導入される外部圧縮空気を利用して膨張ピストン2
4が上死点と下死点の間で往復運動されるようになって
おり、これによって図1および図2に示した実施例と同
様に外気をマイナス数十度に冷却させた冷気を冷凍室に
送るようになっている。このような動作において、シス
テムがいったん作動開始した後にセルモータ42を停止
しても、既に膨張機22の膨張ピストン24が外部圧縮
空気により高速で往復運動されて圧縮空気を断熱膨張さ
せるようになっているから、この膨張機22の膨張ピス
トン24の往復運動および断熱膨張の際のエネルギーを
利用してコンプレッサ1の圧縮ピストン3が連続的に往
復運動されるようになっており、従って、外部圧縮空気
のみによる駆動が可能となる。In this embodiment, the starter 42
And the external compressed air is introduced from the introduction pipe 41 to the pipe 21, whereby the compression piston 3 of the compressor 1 is moved between the top dead center and the bottom dead center via the crank device 9 with the operation of the starter motor 41. In addition to the reciprocating motion, the reciprocating motion of the compression piston 3 of the compressor 1 and the expansion cylinder 23 of the expander 22 through the pipe 21
Expansion piston 2 using external compressed air introduced into
4 is reciprocated between a top dead center and a bottom dead center, thereby freezing the cold air that has cooled the outside air to minus several tens degrees as in the embodiment shown in FIGS. They are sent to the room. In such an operation, even if the starter 42 is stopped after the system starts operating, the expansion piston 24 of the expander 22 is already reciprocated at high speed by the external compressed air to adiabatically expand the compressed air. Therefore, the compression piston 3 of the compressor 1 is continuously reciprocated by utilizing the energy of the reciprocating movement of the expansion piston 24 of the expander 22 and the energy of the adiabatic expansion. It becomes possible to drive only by using.
【0025】この実施形態によれば、外部圧縮空気とい
う1つの動力源でコンプレッサ1と膨張機22を連動し
て駆動させることができるとともに、膨張機22の断熱
膨張エネルギーをコンプレッサ1の断熱圧縮エネルギー
として有効に利用することができる。According to this embodiment, the compressor 1 and the expander 22 can be driven in conjunction with one power source of external compressed air, and the adiabatic expansion energy of the expander 22 is reduced by the adiabatic compression energy of the compressor 1. Can be used effectively.
【0026】尚、図3では熱交換器5の下流側の配管2
1に導入管40を接続しているが、熱交換器5の上流側
の配管6に導入管40を接続した場合でも、図3の場合
と同様の作用効果が得られる。In FIG. 3, the pipe 2 downstream of the heat exchanger 5
Although the introduction pipe 40 is connected to 1, even when the introduction pipe 40 is connected to the pipe 6 on the upstream side of the heat exchanger 5, the same operation and effect as in the case of FIG. 3 can be obtained.
【0027】上述した両実施例はいずれも、あくまでも
本発明の好適な具体例を示すものであって本発明はこれ
ら実施例に限定されることなく、その技術的思想の範囲
内で種々の設計変更が可能である。Both of the above-described embodiments merely show preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments, and various designs are possible within the technical idea thereof. Changes are possible.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、従来の
ようにコンプレッサを駆動させる駆動源と膨張機を駆動
させる駆動源というように2つの動力源を必要とせず、
1つの動力源でコンプレッサと膨張機を連動して駆動で
きるとともに、膨張機の膨張ピストンが受ける圧縮空気
の断熱膨張エネルギーをコンプレッサの圧縮ピストンの
断熱圧縮エネルギーとして回収再利用させて効率向上で
きるから、従来と比較して消費電力の大幅な低減化が図
れてランニングコストを少なく抑えることが可能とな
り、経済的な冷凍システムを提供することができる。As described above, the present invention does not require two power sources such as a conventional drive source for driving a compressor and a drive source for driving an expander.
Since the compressor and the expander can be driven in conjunction with one power source, and the adiabatic expansion energy of the compressed air received by the expansion piston of the expander can be recovered and reused as the adiabatic compression energy of the compression piston of the compressor, thereby improving the efficiency. Compared with the conventional case, the power consumption can be significantly reduced, the running cost can be reduced, and an economic refrigeration system can be provided.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の冷凍システムの要部縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of a refrigeration system of the present invention.
【図2】図1の要部横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of FIG.
【図3】本発明の他の実施例の要部縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a main part of another embodiment of the present invention.
1 コンプレッサ 2 圧縮シリンダ 3 圧縮ピストン 4 吸気弁 5 熱交換器 6 配管 7 排気弁 8 ピストンロッド 9 クランク装置 10 駆動モータ 13 主軸 14 クランクピン 15 遊星機構 22 膨張機 23 膨張シリンダ 24 膨張ピストン 25 流入弁 26 チャンバ 27 流出弁 28 動弁機構 39 ピストンロッド 41 導入管 42 セルモータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2 Compression cylinder 3 Compression piston 4 Intake valve 5 Heat exchanger 6 Piping 7 Exhaust valve 8 Piston rod 9 Crank device 10 Drive motor 13 Main shaft 14 Crank pin 15 Planetary mechanism 22 Expander 23 Expansion cylinder 24 Expansion piston 25 Inflow valve 26 Chamber 27 Outflow valve 28 Valve train 39 Piston rod 41 Introducing pipe 42 Cell motor
Claims (2)
可能に装架したコンプレッサと、 駆動モータで常時作動し、この駆動モータの回転運動を
往復運動に変換して取り出すクランクピンに前記コンプ
レッサの圧縮ピストンのピストンロッドを連結したクラ
ンク装置と、 前記コンプレッサの圧縮シリンダと同軸上に膨張シリン
ダを配置し、この膨張シリンダ内に膨張ピストンを往復
動可能に装架し、この膨張ピストンが前記コンプレッサ
の圧縮ピストンと所定の位相差で往復運動するように当
該膨張ピストンのピストンロッドを前記圧縮ピストンの
ピストンロットに連結した膨張機と、 前記コンプレッサの排気口と前記膨張機の流入口を連通
する配管の途中に設けた熱交換器とを備えたことを特徴
とする冷凍システム。1. A compressor in which a compression piston is reciprocally mounted in a compression cylinder and a crank pin which is always operated by a drive motor and converts the rotational motion of the drive motor into reciprocal motion to take out the compressor. A crank device connected to a piston rod of a piston; an expansion cylinder arranged coaxially with a compression cylinder of the compressor; an expansion piston is reciprocally mounted in the expansion cylinder; An expander in which a piston rod of the expansion piston is connected to a piston lot of the compression piston so as to reciprocate with a piston at a predetermined phase difference; and in the middle of a pipe connecting an exhaust port of the compressor and an inflow port of the expander. A refrigeration system comprising: a heat exchanger provided in the refrigeration system.
可能に装架したコンプレッサと、 始動時のみセルモータで往復運動されるクランクピンに
前記コンプレッサの圧縮ピストンのピストンロッドを連
結したクランク装置と、 前記コンプレッサの圧縮シリンダと同軸上に膨張シリン
ダを配置し、この膨張シリンダ内に膨張ピストンを往復
動可能に装架し、この膨張ピストンが前記コンプレッサ
の圧縮ピストンと所定の位相差で往復運動するように当
該膨張ピストンのピストンロッドを前記圧縮ピストンの
ピストンロットに連結した膨張機と、 前記コンプレッサと前記膨張機を連通する配管の途中に
設けた熱交換器と、 前記配管の熱交換器の途中に接続した外部圧縮空気を導
入する導入管とを備えたことを特徴とする冷凍システ
ム。2. A compressor in which a compression piston is reciprocally mounted in a compression cylinder, a crank device in which a piston rod of the compression piston of the compressor is connected to a crank pin reciprocated by a cell motor only at the time of starting, An expansion cylinder is arranged coaxially with the compression cylinder of the compressor, and an expansion piston is mounted in the expansion cylinder so as to be able to reciprocate.The expansion piston reciprocates with the compression piston of the compressor with a predetermined phase difference. An expander that connects a piston rod of the expansion piston to a piston lot of the compression piston; a heat exchanger provided in a pipe connecting the compressor and the expander; and a heat exchanger connected in the pipe in a heat exchanger. A refrigeration system comprising: an inlet pipe for introducing external compressed air.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000077461A1 (en) * | 1999-06-11 | 2000-12-21 | Longwell Japan Co., Ltd. | Cooling device |
| JP2011202663A (en) * | 2005-03-23 | 2011-10-13 | Isentropic Ltd | Piston assembly, apparatus for use as heat pump, refrigerator, and heat engine |
-
1998
- 1998-02-20 JP JP03914998A patent/JP3586555B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2011202663A (en) * | 2005-03-23 | 2011-10-13 | Isentropic Ltd | Piston assembly, apparatus for use as heat pump, refrigerator, and heat engine |
| US8833101B2 (en) | 2005-03-23 | 2014-09-16 | Isentropic Ltd. | Apparatus for use as a heat pump |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3586555B2 (en) | 2004-11-10 |
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