本發(fā)明的實施方式涉及具備將往復運動轉換成旋轉運動傳遞并將旋轉運動轉換成往復運動傳遞的XY分離曲柄機構的膨脹機以及具備該膨脹機的空氣制冷裝置。

背景技術：

空氣制冷技術是140年前由高里等人發(fā)明的，由此開始了世界最初的制冰。之后，使用氨、氟利昂等制冷劑提高了制冷效率。然而，由于地球變暖問題，已經到了禁止使用環(huán)境問題指數高的氟利昂。

于是，直接使用自然空氣來進行制冷的空氣制冷技術再次受到矚目。作為這種空氣制冷用膨脹機，提供有很多使用渦輪的膨脹機。另外，作為其他膨脹機提出了由活塞、十字頭、連桿、曲柄構成涉及空氣制冷的缸體活塞部而減少側向推力損失引起的熱產生的膨脹機。進一步，通過由行星齒輪進行的旋轉往復運動轉換等開發(fā)出了空氣制冷技術。

【在先技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】美國發(fā)明專利第08080號

【專利文獻2】日本特開2002-318027號公報

【專利文獻3】日本特開2004-317081號公報

【專利文獻4】日本特開2004-93133號公報。

技術實現要素：

【發(fā)明想要解決的問題】

使用了上述渦輪式膨脹機的空氣制冷裝置中，壓縮膨脹比小至2～3，有必要由兩級式、三級式等多個渦輪構成。因此，整個裝置大型化而難以小型化。另外，該膨脹機的旋轉必須高速而恒定，難以調節(jié)溫度，進一步，渦輪存在昂貴而易損壞的問題。如果渦輪的旋轉速度不高速化，則效率差。這樣，由于渦輪高速旋轉，渦輪容易破損，如果渦輪的一個葉片被損壞，則夾帶著多個葉片被損壞，容易增加損失。

使用活塞、十字頭、連桿、曲柄構成的膨脹機由于大型而難以小型化、多缸化。另外，該膨脹機以300rpm左右的低速運行，難以高速化，且效率低。

使用了行星齒輪的膨脹機由于齒輪損失大且以一級式進行，因此缸大小大型化而難以增加其他容量。另外，該膨脹機難以多缸化以及高速化。代替多缸化，以同一物品的同時運行為主，變大型化而效率差。

本發(fā)明是鑒于上述問題點而提出的，其課題是提供一種能夠高效地轉換傳遞運動且可小型化的膨脹機以及具備該膨脹機的空氣制冷裝置。

【用于解決問題的手段】

根據實施方式，膨脹機具備：活塞，所述活塞沿著第一方向往復運動自如地設置在缸體內；曲柄軸，所述曲柄軸與包括所述活塞的沿著所述第一方向的移動軸的基準平面正交地延伸；XY分離曲柄機構，所述XY分離曲柄機構設置在所述活塞與曲柄軸之間，將所述活塞的往復運動和所述曲柄軸的旋轉運動相互轉換，并具備在所述第一方向上往復移動自如地設置的支撐部件、沿著與所述第一方向正交的第二方向往復移動自如地安裝于所述支撐部件上并旋轉自如地與所述曲柄軸的曲柄卡合的曲柄連接部件、以及將所述活塞和所述支撐部件連結并沿著所述第一方向與所述活塞以及所述支撐部件一體地往復移動的連結部件；缸蓋，所述缸蓋設置在所述缸體上，并且在所述缸蓋與所述活塞之間規(guī)定有第一膨脹壓縮室，且具有與所述第一膨脹壓縮室連通的吸氣口以及噴出口；吸氣閥，所述吸氣閥沿著第三方向往復移動自如地被支撐于所述缸蓋上，并且用于開閉所述吸氣口；噴出閥，所述噴出閥沿著第四方向往復移動自如地被支撐于所述缸蓋上，并且用于開閉所述噴出口；吸氣側閥機構，所述吸氣側閥機構用于開閉操作所述吸氣閥；噴出側閥機構，所述噴出側閥機構用于開閉操作所述噴出閥，所述吸氣側閥機構以及所述噴出側閥機構的至少一者具備XY分離驅動機構。

附圖說明

圖1是簡要示出具備第一實施方式涉及的膨脹機的空氣制冷裝置的框圖；

圖2是示出所述膨脹機的外觀的立體圖；

圖3是示出所述膨脹機的后側的立體圖；

圖4是示出所述膨脹機的內部構造的膨脹機的立體圖；

圖5是所述膨脹機的主視圖；

圖6是示出所述膨脹機中的XY分離曲柄機構的曲柄軸的立體圖；

圖7是所述曲柄軸的俯視圖；

圖8是示出所述曲柄軸以及曲柄連接板的分解立體圖；

圖9是剖開示出所述膨脹機的閥機構的一部分的側視圖；

圖10是示出XY分離閥機構的立體圖；

圖11是簡要示出第二實施方式涉及的空氣制冷裝置的框圖；

圖12是示出第二實施方式涉及的空氣制冷裝置的制冷機的立體圖；

圖13是所述制冷機的側視圖；

圖14是打開蓋部的狀態(tài)下的所述制冷機的側視圖；

圖15是簡要示出第三實施方式涉及的空氣制冷裝置的側視圖。

具體實施方式

下面，參照附圖對實施方式涉及的具備Z機制XY分離曲柄機構的膨脹機以及具備該膨脹機的空氣制冷裝置的一例進行說明。

(第一實施方式)

首先，對空氣制冷裝置整體構成進行說明。

圖1是簡要示出第一實施方式涉及的空氣制冷裝置整體的框圖。如該圖所示，空氣制冷裝置11具備在吸氣側設置有輸入過濾器10的壓縮機12、與壓縮機12的噴出側連接的一次冷卻器(熱交換器)14、干燥器16、與該干燥器16的排出側連接的二次冷卻器(熱交換器)18、對從該二次冷卻器送出的冷卻空氣絕熱膨脹而進行冷卻的膨脹機20、以及能夠通過膨脹機20的再生能源來驅動的發(fā)電機75。在二次冷卻器18和膨脹機20之間，設置有用于調節(jié)空氣流量的控制閥21。膨脹機20的噴出側例如與容納有生鮮食品、冷凍食品等被冷卻物品的冷凍庫(冷凍室)22連通。另外，膨脹機20的噴出側的一部分經由控制閥23與二次冷卻器18連接，還有冷凍庫22的排氣側與二次冷卻器18連接。過濾器10、壓縮機12、一次冷卻器14、干燥器16、二次冷卻器18以及膨脹機20均可配置在室內或室外。

在空氣制冷裝置11中，室內或室外的自然空氣經由過濾器10后被吸入到壓縮機12，被絕熱壓縮后變成約7～10大氣壓的高溫高壓空氣而從壓縮機12噴出。壓縮后，高溫高壓空氣通過自身的熱而被滅菌。之后，高溫高壓空氣送入到一次冷卻器14中，在此通過常溫空氣被冷卻至常溫之后，由干燥器(化工干燥器、膜式干燥器等)16除去水分。進一步，該空氣由二次冷卻器18冷卻到零下的溫度范圍，變成約7～10大氣壓的低溫干燥高壓空氣。此時，從冷凍庫22返回的冷氣、來自膨脹機20的被控制的冷氣用于二次冷卻器18，從而能夠提高空氣的冷卻效率。

從二次冷卻器18送出的低溫高壓空氣被吸入到膨脹機20，在該膨脹機20被絕熱膨脹而變成溫度進一步降低的冷氣，例如-100℃的冷氣。該冷氣(正壓冷氣)從膨脹機20噴出之后，被供給到冷凍庫22。由此，冷凍庫22內被冷卻至例如-80℃，并且成為正壓。冷凍庫22內的剩余冷氣由于正壓回到二次冷卻器18中，通過二次冷卻器18之后，釋放到大氣中。

接著，對本實施方式涉及的膨脹機20進行詳細說明。

圖2是示出膨脹機的前側外觀的立體圖，圖3是示出膨脹機的后側外觀的立體圖，圖4是示出膨脹機的內部構造的膨脹機的立體圖，圖5是膨脹機的主視圖。

如圖2至圖5所示，膨脹機20具備支撐架24、安裝在支撐架上的缸體26、以覆蓋缸體26的上端開口的方式固定于缸體的缸蓋28、升降自如地配置在缸體26內的活塞30、設置于缸蓋28以及缸體26的多個閥機構40、旋轉自如地被支撐于支撐架24的驅動軸(曲柄軸)50、以及將活塞的往復運動轉換成旋轉運動而傳遞給曲柄軸的XY分離曲柄機構60。

支撐架24具備具有一對腳部的矩形狀的基架25、以可拆卸的方式安裝在基架25的前側并封閉基架的前側開口的矩形狀的第一基板27a、固定在基架的后側并封閉基架的后側開口的矩形狀的第二基板27b、垂直設置在基架25的上壁上且彼此隔著間隔平行對置的一對支撐板31a、31b?；?5一體的具有基本上水平延伸的底壁25a以及上壁25b、在這些底壁25a和上壁25b之間垂直延伸的兩個側壁25c，進一步，在各側壁的下端具有形成為凸緣狀的一對腳部29。

缸體26固定在基架25的上壁25b的大致中心，沿著垂直方向從基架25向上延伸。缸蓋28固定在缸體的上端，覆蓋缸體26的上端開口。在本實施方式中，缸體26具有棱柱狀的外形，被夾持于一對支撐板31a、31b之間，并被這些支撐板支撐。

如圖4以及圖5所示，在缸體26的下端部附近設置有間隔壁32，通過該間隔壁32封閉缸體26的下端側開口。在缸體26內，在間隔壁32與缸蓋28之間滑動自如地配置有圓柱狀的活塞30。在活塞30的外周安裝有多個活塞環(huán)，這些活塞環(huán)氣密地接觸于缸體26的內周面。在缸體26內，由活塞30和缸蓋28來規(guī)定第一膨脹壓縮室26a，另外，由活塞30和間隔壁32來規(guī)定第二膨脹壓縮室?；钊?0通過在缸體26內進行升降、即沿著缸體26的軸方向(Y軸方向)進行往復移動來使第一膨脹壓縮室26a和第二膨脹壓縮室26b的體積交替增加、減少，構成所謂的雙動式活塞。

活塞30上連結有或者一體地形成有活塞桿34。該活塞桿34從活塞30通過在間隔壁32上形成的圓形的第一通孔36a以及在基架25的上壁25b中心形成的圓形的第二通孔36b延伸到基架25內?；钊麠U34與缸體26同軸設置，其沿著垂直方向延伸。另外，在間隔壁32的第一通孔36a內嵌合有例如兩個桿密封環(huán)37，活塞桿34氣密地貫通這些桿密封環(huán)37而延伸。

此外，在缸體26的上端和缸蓋28之間以及缸體26的下端和基架25之間分別配置有絕熱部件、例如由氟樹脂形成的絕熱薄片38。這些絕熱薄片38隔絕要從外部、例如從缸蓋28側或者從基架25側向缸體26傳遞的熱，使缸體26保持低溫。

如圖2至圖5所示，曲柄軸50向與包括活塞30的中心軸(移動軸、Y軸)的基準平面正交的方向延伸。在本實施方式中，曲柄軸50的軸方向兩端部分別由安裝在支撐架24的第一基板27a上的第一軸承38a以及安裝在第二基板27b上的第二軸承38b來旋轉自如地支撐。由此，曲柄軸50位于基架25的大致中心部，且向與第一以及第二基板27a、27b正交的方向延伸，在與活塞30的中心軸正交的軸的周圍旋轉自如地被支撐于支撐架24。

此外，曲柄軸50的一端向第一基板27a的外側突出，在該突出端同軸安裝有大直徑的輸出輪(飛輪)52。另外，曲柄軸50的另一端向第二基板27b的外側突出，在該突出端同軸安裝有驅動帶輪53。由此，輸出輪52以及驅動帶輪53與曲柄軸50一起旋轉。

圖6是示出曲柄軸以及曲軸輪的立體圖，圖7是示出曲柄軸以及曲軸輪的俯視圖，圖8是示出曲柄軸以及曲柄連接板的分解立體圖。

如圖4至圖8所示，在曲柄軸50的中途部分固定有兩個曲柄臂(曲臂以及衡重體)54a、54b，進一步，在這些曲柄臂54a、54b之間固定有起到與曲柄銷相同作用的曲軸輪57。曲軸輪57的中心軸與曲柄軸50平行，且相對于曲柄軸的中心軸偏心設置。曲柄臂54a、54b的衡重體配置在與曲軸輪57呈180度的相反方向。這些曲軸輪57以及曲柄臂54a、54b配置在基架25內，根據曲柄軸50的旋轉，繞曲柄軸50偏心旋轉。

此外，作為曲柄銷通過使用大直徑的曲軸輪，能夠增大曲軸輪端部的偏心量，由此，能夠增加后述的活塞的移動行程。

如圖4、圖5、圖8所示，Z機制XY分離曲柄機構60設置在活塞30與曲柄軸50之間，并被構成為將沿活塞30的Y軸方向的往復運動和曲柄軸50的旋轉運動相互轉換而傳遞。在本實施方式涉及的膨脹機20中，通過在缸體26內膨脹的加壓空氣給活塞30輸入驅動力，從而活塞30沿著Y軸方向往復移動。Z機制XY分離曲柄機構60將作為驅動輸入的活塞30的往復運動轉換成旋轉運動并傳遞給曲柄軸50，從而對曲柄軸50賦予旋轉輸出。

XY分離曲柄機構60具備：支撐部件(L型組合子)62，在包括活塞30的中心軸(移動軸、Y軸)的基準平面中，沿著Y軸方向往復移動自如地設置；曲柄連接部件(曲柄連接板)64，在基準平面中，沿著與Y軸方向正交的第二方向(X軸方向)往復移動自如地安裝于支撐部件62；以及連結部件66，連結活塞30和支撐部件62。支撐部件62的移動中心軸(Y軸方向)、曲柄連接部件64的移動中心軸(X軸方向)、以及連結部件66的中心移動軸(Y軸方向)位于基準平面。

支撐部件62例如形成為L字形狀，一體的具有沿著Y軸方向延伸的第一支撐部62a和從第一支撐部62a的一端(這里是上端)向X軸方向延伸第二支撐部62b。在第一支撐部62a固定有第一線性滑塊67a，另外，在基架25的一個側壁25c的內表面上固定有沿著Y軸方向延伸的導軌68a。第一線性滑塊67a往復移動自如地被導軌68a支撐并引導。由此，第一支撐部62a沿著Y軸方向往復移動自如地被基架25支撐。

在支撐部件62的第二支撐部62b固定有沿著X軸方向延伸的導軌68b。在曲柄連接部件64上安裝有兩個沿X軸方向并排配置的第二線性滑塊67b。這些第二線性滑塊67b往復移動自如地被導軌68b支撐并引導。由此，曲柄連接部件64沿著X軸方向往復移動自如地被支撐部件62支撐。此外，第二支撐部62b的延伸端(與第一支撐部相反側的一端)固定有平衡重(緩沖塊)63。

此外，第一以及第二線性滑塊67a、67b也能夠分別內置有與導軌滾動接觸的滾珠軸承。

曲柄連接部件64例如形成為大致環(huán)狀，并且具有圓形的通孔70。曲柄連接部件64由包括通孔70的中心的分割面65可分割地形成為第一半部64a和第二半部64b，第二半部64b通過螺釘等固定于第一半部64a。在第一半部64a的平坦部分固定有上述的一對第二線性滑塊67b。

曲柄軸50的曲軸輪57借助滾珠軸承或滑動軸承71等軸承旋轉自如地插穿至曲柄連接部件64的通孔70中。由此，曲柄連接部件64與曲柄軸50連接，連接曲柄軸50和支撐部件62。

連結部件66例如作為細長的連結桿構成，其一端借助支撐銷與活塞桿34連結，另一端與支撐部件62的第二支撐部20b連結。在本實施方式中，連結部件66與支撐部件62一體成形。連結部件66與活塞30的中心軸(移動軸)同軸延伸。連結部件66沿著Y軸方向與支撐部件62一體進行往復移動，從而使活塞30沿著Y軸方向往復移動。

在具備如上所述構成的Z機制XY分離曲柄機構60的膨脹機20中，如果活塞30由于導入到缸體26內的壓縮空氣的膨脹而沿著Y軸方向往復移動，則該往復運動經由活塞桿34以及連結部件66傳遞到支撐部件62，通過XY分離曲柄機構60被分成Y軸方向的移動和X軸方向的移動。即，支撐部件62與曲柄連接部件64一起通過第一線性滑塊67a沿著Y軸方向進行往復運動，曲柄連接部件64通過第二線性滑塊67b沿著X軸方向進行往復運動。由此，曲軸輪57繞曲柄軸50偏心旋轉，從而對曲柄軸50賦予旋轉輸出。

如圖2以及圖3所示，在基架25的側壁25c的外表面例如安裝有發(fā)電機75。發(fā)電機75的輸入軸75a經由多個滑輪或滑輪系91與輸出輪52卡合。曲柄軸50的旋轉輸出使輸出輪52旋轉并經由滑輪系91被輸入到發(fā)電機75。即，能夠使發(fā)電機75的輸入軸75a旋轉來進行發(fā)電。

接著，對膨脹機20的閥機構進行說明。

如圖4以及圖5所示，缸蓋28具有與缸體26的第一膨脹壓縮室26a連通的第一吸氣口42a以及第一噴出口42b。第一吸氣口42a以及第一噴出口42b的一端分別在缸蓋28的下表面開口，另一端分別在缸蓋28的兩側面開口。另外，缸體26的間隔壁32具有與缸體26的第二膨脹壓縮室26b連通的第二吸氣口44a以及第二噴出口44b。第二吸氣口44a以及第二噴出口44b的一端分別在間隔壁32的上表面開口，另一端分別在缸體26的前面?zhèn)乳_口。

膨脹機20的閥機構具備用于開閉第一吸氣口42a的第一吸氣側XY分離閥機構46、用于開閉第一噴出口42b的第一噴出側閥機構48、用于開閉第二吸氣口44a的第二吸氣側XY分離閥機構54、以及用于開閉第二噴出口44b的第二噴出側閥機構56。

圖9是放大示出缸蓋、第一吸氣側XY分離閥機構、以及第一噴出側閥機構的側視圖，圖10是示出第一吸氣側XY分離閥機構的立體圖。

如圖4、圖5、圖9、以及圖10所示，第一吸氣側XY分離閥機構46具備通過閥引導件70a沿著Y軸方向(第三方向)升降自如地被引導并用于開閉第一吸氣口42a的第一膨脹壓縮室26a側的端部開口的吸氣閥(例如蘑菇閥)72a、將吸氣閥72a向封閉位置側施力的螺旋彈簧(例如壓縮螺旋彈簧)74a、與吸氣閥72a的閥桿延伸端連結并用于開閉驅動吸氣閥72a的XY分離驅動機構77。吸氣閥72a的閥桿氣密地貫通封口76a而向缸蓋28的上方突出。

XY分離驅動機構77具備：被固定于吸氣閥72a的閥桿延伸端并且與吸氣閥72a一體地在Y軸方向移動的Y軸分離滑塊(組合子)78a、垂直設置于缸蓋28并沿Y軸方向延伸的支點鉸鏈80a、搖擺自如地被支撐于該支點鉸鏈80a的延伸端的搖臂82a、搖擺自如地被支撐于搖臂82a的一端(著力點)的X軸分離滑塊(著力點塊)84a、旋轉自如地被支撐于搖臂82a的另一端(作用點)的凸輪從動件(輥子)85a、旋轉自如地被支撐于支撐架24并與凸輪從動件85a滾動接觸的第一吸氣凸輪86a。

Y軸分離滑塊78a形成為大致矩形塊狀，具有在Y軸方向延伸的側面以及在X軸方向延伸的上表面。在Y軸分離滑塊78a的側面上固定有或者與Y軸分離滑塊78a一體地形成有沿Y軸方向延伸的Y軸線性滑塊87a。在Y軸分離滑塊78a的上表面固定有沿X軸方向延伸的X軸導軌88a。另外，在支點鉸鏈80a的與Y軸分離滑塊78a對置的側面上固定有沿Y軸方向延伸的Y軸導軌90a。Y軸分離滑塊78a的Y軸線性滑塊87a被Y軸導軌90a上沿著Y軸方向滑動自如地引導并支撐。另外，在X軸分離滑塊84a的與Y軸分離滑塊78a對置的下表面固定有或者與X軸分離滑塊84a一體地形成有X軸線性滑塊92a。該X軸線性滑塊92a被Y軸分離滑塊78a的X軸導軌88a沿著X軸方向滑動自如地引導并支撐。

此外，Y軸線性滑塊87a以及X軸線性滑塊92a也能夠分別內置有與導軌滾動接觸的滾珠軸承。

支點鉸鏈80a的延伸端部(上端部)相對于Y軸方向向Y軸分離滑塊78a側(XC軸分離滑塊84a側)彎曲。因此，搖臂82a在比其長度方向中心部分更靠著力點側、即X軸分離滑塊84a側的位置，被支點鉸鏈80a搖擺自如地支撐。因此，著力點(凸輪從動件)與支點的距離L1設定為比支點與著力點(X分離滑塊84a與搖臂82a的卡合位置)的距離L2足夠大(L1＞L2)。由此，搖臂82a能夠獲得大的杠桿比(L1/L2)，能夠通過在作用點作用比較小的力來易于提升X軸分離滑塊84a、Y軸分離滑塊78a、以及吸氣閥72a。

在吸氣口42a的吸氣側端部開口嵌合有第一吸氣側耦合器93a。在該第一吸氣側耦合器93a上連接有來自上述的二次冷卻器18的配管(供給線路)，低溫高壓空氣從二次冷卻器18被導入到第一吸氣口42a。

封閉時，第一吸氣閥72a被螺旋彈簧74a施力而下降，并緊貼于第一吸氣口42a的閥座(Valve seat)上，從而關閉第一吸氣口42a。第一吸氣凸輪86a旋轉，以預定的定時向下按壓搖臂82a的凸輪從動件85a。搖臂82a繞支點以順時針方向轉動，而X軸分離滑塊84a向上方轉動。由此，X軸分離滑塊84a將Y軸分離滑塊78a以及吸氣閥72a沿著Y軸方向向上提升，同時，相對于Y軸分離滑塊78a在X軸方向上滑動。即，X軸分離滑塊84a的轉動運動被分為Y軸方向的移動和X軸方向的移動，而只有Y軸方向的移動被傳遞到Y軸分離滑塊78a。由此，Y軸分離滑塊78a以及第一吸氣閥72a通過Y軸線性滑塊87a沿著Y軸方向進行往復運動，從而開閉第一吸氣口42a。

此外，如果第一吸氣凸輪86a進一步旋轉，則凸輪從動件85a滾動接觸于第一吸氣凸輪86a的小直徑部，從而減小吸氣凸輪86a引起的按壓。因此，由于螺旋彈簧74a的施力，第一吸氣閥72a以及Y軸分離滑塊78a沿著Y軸方向向下移動，從而封閉第一吸氣口42a。另外，搖臂82a向逆時針方向轉動，而X軸分離滑塊84a在X軸方向上滑動的同時與Y軸分離滑塊78a一起向下移動。

如圖4、圖5、以及圖9所示，第一噴出側閥機構48具有通過埋入在缸蓋28內的閥引導件94a沿著Y軸方向(第三方向)升降自如地被引導的噴出閥(例如蘑菇閥)96a。噴出閥96a的閥桿氣密地貫通封口95a而向缸蓋28的上方突出。噴出閥96a通過在Y軸方向上升降，來開閉第一噴出口42b的第一膨脹壓縮室26a側的端部開口。

第一噴出側閥機構48具備將噴出閥96a向封閉位置側施力的螺旋彈簧(例如壓縮螺旋彈簧)97a和連結于噴出閥96a的閥桿延伸端并用于開閉驅動噴出閥96a的滑動驅動機構98。該滑動驅動機構98具備固定于噴出閥96a的閥桿延伸端并且與噴出閥96a一體地在Y軸方向上移動的Y軸滑塊100a、旋轉自如地安裝于Y軸滑塊100a上的凸輪從動件(輥子)102a、垂直設置在缸蓋28上并沿Y軸方向延伸的滑動架104a、以及旋轉自如地被支撐于支撐架24并與凸輪從動件102a滾動接觸的第一噴出凸輪105a。

Y軸滑塊100a形成為大致矩形塊狀，具有在Y軸方向上延伸的側面。在Y軸滑塊100a的側面上固定有或者與Y軸滑塊100a一體地形成有沿Y軸方向延伸的Y軸線性滑塊106a。另外，在滑動架104a的與Y軸滑塊100a對置的側面上固定有沿Y軸方向延伸的Y軸導軌108a。Y軸滑塊100a的Y軸線性滑塊106a被Y軸導軌108a沿著Y軸方向滑動自如地引導并支撐。Y軸線性滑塊106a也能夠內置有與Y軸導軌108a滾動接觸的滾珠軸承。

此外，在第一噴出口42b的噴出側端部開口嵌合有第一噴出側耦合器109a。在該第一噴出側耦合器109a上連接有配管(噴出線路)，從膨脹機20噴出的冷卻空氣通過配管被送入冷凍庫22。

封閉時，第一噴出閥96a以及Y軸滑塊100a被螺旋彈簧97a施力而上升，第一噴出閥96a緊貼于第一噴出口42b的閥座(Valve seat)，從而關閉第一噴出口42b。第一噴出凸輪105a旋轉，以預定的定時向下按壓Y軸滑塊100a的凸輪從動件102a。由此，Y軸滑塊100a沿著Y軸方向向下滑移，并且使第一噴出閥96a沿著Y軸方向一起向下移動，打開第一噴出口42b。

如果第一噴出凸輪105a進一步旋轉，則凸輪從動件102a滾動接觸于第一噴出凸輪105a的小直徑部。因此，由于螺旋彈簧97a的施力，第一噴出閥96a以及Y軸滑塊100a沿著Y軸方向向上移動，從而第一噴出閥96a關閉第一噴出口42b。

如圖4以及圖5所示，用于開閉第二吸氣口44a的第二吸氣側XY分離閥機構54與上述的第一吸氣側XY分離閥機構46同樣地構成。然而，第一吸氣側XY分離閥機構46是第一吸氣閥以及Y軸分離滑塊沿著Y軸方向升降的所謂的縱式結構，但是第二吸氣側XY分離閥機構54是第二吸氣閥以及分離滑塊沿X軸方向進行往復移動的所謂的橫式結構。

即，第二吸氣側XY分離閥機構54具備通過閥引導件沿著X軸方向(第四方向)往復運動自如地被引導并用于開閉第二吸氣口44a的第二膨脹壓縮室26b側的端部開口的第二吸氣閥(例如蘑菇閥)72b、將第二吸氣閥72b向封閉位置側施力的螺旋彈簧(例如壓縮螺旋彈簧)74b、連結于第二吸氣閥72b的閥桿延伸端并用于開閉驅動第二吸氣閥72b的XY分離驅動機構。第二吸氣閥72b的閥桿氣密地貫通封口76b而向缸體26的側方突出。

XY分離驅動機構具備被固定于第二吸氣閥72b的閥桿延伸端并與吸氣閥72b一體地沿X軸方向移動的X軸分離滑塊(組合子)78b、垂直設置于缸體26并沿X軸方向延伸的支點鉸鏈80b、搖擺自如地被支撐于該支點鉸鏈80b的延伸端的搖臂82b、搖擺自如地被支撐于搖臂82b的一端(著力點)的Y軸分離滑塊(著力點塊)84b、旋轉自如地被支撐于搖臂82b的另一端(作用點)的凸輪從動件(輥子)85b、以及旋轉自如地被支撐于支撐架24并與凸輪從動件85b滾動接觸的第二吸氣凸輪86b。

X軸分離滑塊78b的X軸線性導件被安裝于支點鉸鏈80b上的X軸導軌沿著X軸方向滑動自如地引導并支撐。Y軸分離滑塊84b的Y軸線性滑塊被X軸分離滑塊78b的Y軸導軌沿著Y軸方向滑動自如地引導并支撐。

在第二吸氣口44a的吸氣側端部開口嵌合有第二吸氣側耦合器93b(參照圖2)。在該第二吸氣側耦合器93b連接有來自上述的二次冷卻器18的配管(供給線路)，低溫高壓空氣從二次冷卻器18被導入到吸氣口44a。

如此構成的第二吸氣側XY分離閥機構54與上述的第一吸氣側XY分離閥機構46同樣地動作，從而開閉第二吸氣口44a。

如圖4以及圖5所示，用于開閉第二噴出口44b的第二噴出側閥機構56與上述的第一噴出側閥機構48同樣地構成。然而，第一噴出側閥機構48是第一噴出閥以及Y軸滑塊沿著Y軸方向升降的所謂的縱式結構，但是第二噴出側閥機構56是第二噴出閥以及X軸滑塊沿X軸方向進行往復移動的所謂的橫式結構。

即，第二噴出側閥機構56具有通過埋入在缸體26內的閥引導件沿X軸方向(第四方向)往復運動自如地引導的噴出閥(例如蘑菇閥)96b。噴出閥96b的閥桿氣密地貫通封口而向缸體26的側方突出。噴出閥96b通過在X軸方向上進行往復移動來開閉第二噴出口44b的第二膨脹壓縮室26b側的端部開口。

第二噴出側閥機構56具備將噴出閥96b向封閉位置側施力的螺旋彈簧(例如壓縮螺旋彈簧)97b和連接于噴出閥96b的閥桿延伸端并用于開閉驅動噴出閥96b的滑動驅動機構。該滑動驅動機構具備被固定于噴出閥96b的閥桿延伸端并與噴出閥96b一體地沿X軸方向移動的X軸滑塊100b、旋轉自如地安裝于X軸滑塊100b上的凸輪從動件(輥子)、垂直設置于缸體26上并沿X軸方向延伸的滑動架104b、以及旋轉自如地被支撐于支撐架24并與凸輪從動件滾動接觸的第二噴出凸輪105b。X軸滑塊100b的X軸線性滑塊被設置于滑動架104b上的沿X軸方向延伸的X軸導軌沿著X軸方向滑動自如地引導并支撐。

在第二噴出口44b的噴出側端部開口嵌合有第二噴出側耦合器109b(參照圖2)。在該第二噴出側耦合器109b連接有配管(噴出線路)，從膨脹機20噴出的冷卻空氣通過配管被送入到冷凍庫22。

如此構成的第二噴出側閥機構56與上述的第一噴出側閥機構48同樣地動作，從而開閉第二噴出口44b。

如圖2至圖5所示，在支撐架24上旋轉自如地安裝有多根凸輪軸，在各個凸輪軸上安裝有上述的各種凸輪。具體而言，第一吸氣凸輪軸110a以及第一噴出凸輪軸112a旋轉自如地被支撐于支撐架24的一對支撐板31a、31b上。第一吸氣凸輪軸110a以及第一噴出凸輪軸112a彼此平行，且設置在缸蓋28的上方。第一吸氣凸輪86a固定在第一吸氣凸輪軸110a上，并與凸輪軸一體旋轉。第一噴出凸輪105a固定在第一噴出凸輪軸112a上，并與凸輪軸一體旋轉。

第一吸氣凸輪軸110a的一端部以及第一噴出凸輪軸112a的一端部分別從支撐板31b向背面?zhèn)韧怀?。而且，在這些一端部分別安裝有第一從動帶輪124a以及第二從動帶輪124b，能夠與凸輪軸一體旋轉。

第二吸氣凸輪軸110b以及第二噴出凸輪軸112b旋轉自如地被支撐于支撐架24的一對支撐板31a、31b上。第二吸氣凸輪軸110b以及第二噴出凸輪軸112b彼此平行，且設置在缸體26的兩側。第二吸氣凸輪86b固定在第二吸氣凸輪軸110b上，并與凸輪軸一體旋轉。第二噴出凸輪105b固定在第二噴出凸輪軸112b上，并與凸輪軸一體旋轉。

第二吸氣凸輪軸110b的一端部以及第二噴出凸輪軸112b的一端部分別從支撐板31b向背面?zhèn)韧怀觥６?，在這些一端部分別安裝有第三從動帶輪124c以及第四從動帶輪124d，能夠與凸輪軸一體旋轉。

在支撐板31b的背面以及第二基板27b的背面旋轉自如地安裝有多個張緊帶輪126。而且，在第一至第四從動帶輪124a～124d、四個張緊帶輪126以及安裝在曲柄軸上的驅動帶輪53上架設有環(huán)狀的同步帶128。

若驅動帶輪53與曲柄軸50一起旋轉，則第一至第四從動帶輪124a～124d通過同步帶128同步旋轉。由此，第一、第二吸氣凸輪軸110a、110b和第一、第二噴出凸輪軸112a、112b旋轉，而且第一、第二吸氣凸輪86a、86b和第一、第二噴出凸輪105a、105b與這些凸輪軸一起旋轉，從而以預定的周期、定時開閉相應的閥機構的閥門。

根據如上所述構成的膨脹機20，在啟動時，通過未圖示的馬達等來使曲柄軸50旋轉，并使活塞30升降。例如，如圖5所示，活塞30移動到上止點時，第一吸氣閥72a被打開，從第一吸氣口42a向第一膨脹壓縮室26a供給低溫高壓空氣。第一吸氣閥72a關閉后，通過活塞30向下止點下降，第一膨脹壓縮室26a的容積逐漸增大，隨之，內部的低溫高壓空氣絕熱膨脹。由此，空氣被冷卻至-80～100℃的極低溫。當活塞30從下止點向上止點移動時，第一噴出閥96a被打開，第一膨脹壓縮室26a內的冷卻空氣(冷氣)被活塞30推壓而從第一噴出口42b、第一噴出耦合器109a向配管噴出。被噴出的冷卻空氣通過配管釋放到冷凍庫22內，對冷凍庫22內進行冷卻。

另外，當活塞30移動到下止點時，第二吸氣閥74b被打開，從而從第二吸氣口44a向第二膨脹壓縮室26b供給低溫高壓空氣。第二吸氣閥74b關閉后，通過活塞30向上止點上升，第二膨脹壓縮室26b的容積逐漸增大，隨之，內部的低溫高壓空氣絕熱膨脹。由此，空氣被冷卻至-80～100℃的極低溫。當活塞30從下止點向上止點移動時，第二噴出閥96b被打開，第二膨脹壓縮室26b內的冷卻空氣(冷氣)被活塞30推壓而從第二噴出口44b、第二吸気耦合器109b向配管噴出。被噴出的冷卻空氣通過配管釋放到冷凍庫22內，對冷凍庫22內進行冷卻。

從第一以及第二噴出口42b、44b噴出的一部分冷氣通過控制閥23被送入到二次冷卻器18。

膨脹機20啟動以后，活塞30被低溫高壓空氣驅動，通過XY分離曲柄機構60將其往復運動轉換成旋轉運動而使曲柄軸50旋轉。即，曲柄軸50能夠通過高壓空氣的膨脹力而旋轉，并通過由該旋轉力驅動發(fā)電機75等來得到再生電力。

根據如上所述構成的膨脹機20，能夠通過XY分離曲柄機構將活塞的往復運動轉換成旋轉運動而傳遞給曲柄軸，與采用搖擺連桿(連結桿)的機構或滑塊曲柄相比，能夠大大減少活塞以及缸體的側向推力損失(摩擦損失)和振動。由于沒有摩擦損失，成為低振動，從而能夠高速運行。同時，沒有側向推力損失引起的熱損失，從而能夠顯著提高效率，并能夠容易實現小型化。根據本實施方式，通過采用雙作用式的活塞以及缸體，容積增加了一倍，由于效率良好所以預期三倍效果。

即使在使用雙作用活塞和缸體的情況下，由Z機制XY分離曲柄機構和直線運動連結部件來傳遞力，但是缸體部和曲柄部能夠分離，因此能夠便于在間隙中容易地設置絕熱部件，由此能夠最大限度地減少熱傳遞。因此，能夠進一步降低熱損失，進一步提高效率。另外，通過使用雙作用活塞和缸體，空間系數被減半，從而便于膨脹機的小型化。

作為閥機構通過使用XY分離閥機構，消除了作用于閥門的側向推力，能夠減少摩擦損失引起的熱損失，且排除閥門由于側向推力而產生的變形。閥門通過閥門開閉方向上的線性導件進行嚴格的直線運動，因此閥和閥座準確地附著而提高密封性，并能夠實現正確的開閉動作。閥機構的效率良好，耐久性優(yōu)良。若閥門的工作油兼作潤滑油時，容易停止閥門不必要的旋轉，也容易提供電磁式電磁機構。

如此，通過XY分離閥機構能夠精確地供給、噴出冷卻空氣，且能夠以高密封性來高速進行。由此，能夠進一步提高膨脹機的膨脹率和空氣冷卻效率。例如，也容易使壓縮膨脹比大于等于10，能夠以一級進行-100℃以上的冷卻。

與渦輪式膨脹機相比，本實施方式的膨脹機取得較大的膨脹比，因此能夠簡化旁路等各種調節(jié)機構。另外，能夠從大型到小型自由地設計裝置。使膨脹機的旋轉任意改變，容易調節(jié)溫度。與渦輪式不同，成本低、易于制造且耐用。

膨脹機的膨脹工作例如能夠通過發(fā)電機作為再生能源回收。將膨脹能量作為負載，其為1∶1，因此能夠回收幾乎100％的能源，且能夠生成冷氣。例如，由軸輸出700W的膨脹機實測到500W的回收電力。

通過Z機制XY分離曲柄機構以及XY分離閥機構，能夠進行活塞以及閥門的完整的平行運行，因此即使是使用約的小型活塞或者500mm的大型活塞的情況下，密封性也良好無損而效率良好。容易多級化，能夠兩缸、三缸、八缸任意多級化，靈活性優(yōu)異。由于沒有側向推力損失，因此能夠容易將活塞和閥門陶瓷化，通過使用陶瓷，能夠實現輕量化和提高絕熱性能。

通過采用本實施方式的膨脹機，與現有的空氣制冷裝置相比，簡化構成，從而能夠提供成本低的空氣制冷裝置。制造一般的室內用冷卻器時，室內用冷卻器內部不需要冷水機，因此只要與室內空氣混合吹出即可，從而被小型化。

根據本實施方式涉及的空氣制冷裝置，若由壓縮機加壓1MPa，則從室溫變成200℃，因此容易殺滅空氣中的病毒和細菌。由于容易殺滅病毒和細菌，因此容易潔凈化。在手術室、半導體制造工廠用等中，能夠實現過濾器的小型化，從而降低總成本。由于從膨脹機向冷凍庫內噴出冷氣，因此冷凍庫內成為正壓，外部空氣不會從外部進入到冷凍庫內。因此，即使冷凍庫做成簡單的結構也能夠充分發(fā)揮制冷功能，從而能夠顯著降低冷凍庫的制造成本。

接著，對其他實施方式涉及的空氣制冷裝置進行說明。此外，在以下說明的其他實施方式中，與上述的第一實施方式相同的部分，賦予相同的附圖標記，省略其詳細說明，以與第一實施方式不同部分為重點進行詳細說明。

(第二實施方式)

圖11是簡要示出第二實施方式涉及的空氣制冷裝置的框圖。如該圖所示，根據第二實施方式，空氣制冷裝置11具備在吸氣側設置有輸入過濾器10的壓縮機12、與壓縮機12的噴出側連接的一次冷卻器(熱交換器)14、干燥器16、與該干燥器16的排出側連接的二次冷卻器(熱交換器)18、將從該二次冷卻器送出的冷卻空氣絕熱膨脹而進行冷卻的膨脹機20、以及與膨脹機20的噴出側連接的制冷機200。即，根據第二實施方式，代替冷凍庫具備制冷機200，將從膨脹機20噴出的冷氣直接供給制冷機200。膨脹機20與上述第一實施方式中的膨脹機同樣地構成。

在空氣制冷裝置11中，室內或室外的自然空氣經由輸入過濾器10后被吸入到壓縮機12，被絕熱壓縮后變成約7～10大氣壓的高溫高壓空氣而從壓縮機12噴出。壓縮后，高溫高壓空氣通過自身的熱而被滅菌。之后，高溫高壓空氣送入到一次冷卻器14中，在此通過常溫空氣被冷卻至常溫之后，由干燥器(化工烘干機、膜式干燥機等)16去除水分。進一步，該空氣由二次冷卻器18冷卻到零下的溫度范圍，變成約7～10大氣壓的低溫干燥高壓空氣。

從二次冷卻器18送出的低溫高壓空氣被吸入到膨脹機20，在該膨脹機20被絕熱膨脹而變成溫度進一步降低的冷氣、例如-100℃的冷氣。該冷氣(正壓冷氣)從膨脹機20噴出之后，被供給到制冷機200。制冷機200內的剩余冷氣通過該制冷機之后，被釋放到制冷機的設置空間(工作室)。

接著，對本實施方式涉及的制冷機200進行詳細說明。

圖12是示出制冷機的立體圖，圖13以及圖14是制冷機的側視圖。

如圖12以及圖13所示，制冷機200例如具備用于運送生鮮食品、冷凍食品等被冷卻物品的運送線路、例如帶式輸送機202和配置成覆蓋帶式輸送機202的至少一部分的冷卻器203。冷卻器203具備設置在帶式輸送機202的兩側的兩個支撐臺208、210和通過鉸鏈212可旋轉地支撐于一個支撐臺210上的冷卻罩204。冷卻罩204在如圖13所示的蓋住帶式輸送機202的冷卻位置和如圖14所示的敞開帶式輸送機202的敞開位置之間可轉動地被支撐。

在冷卻罩204內設置有多個整流板206。在冷卻罩204形成有多個、例如兩個供給孔216a、216b，在這些供給孔處設置有送風扇214a、214b。進一步，在供給孔216a、216b分別連結有送氣管220a、220b。這些送氣管220a、220b分別柔軟地形成，另外，經由噴出線路與上述的膨脹機20的第一噴出側耦合器109a以及第二噴出側耦合器109b連接。

從膨脹機20噴出的冷氣通過送氣管220a、220b供給到冷卻罩204內，進一步，由送風扇214a、214b吹向帶式輸送機202上的被冷凍物品。如此、通過使-80～-100℃的冷卻空氣直接接觸于被冷凍物品，能夠立即冷凍被冷凍物品。

另外，由于冷卻罩204可轉動到敞開位置，因此清掃時，在打開冷卻罩204的狀態(tài)下，能夠容易清掃冷卻罩204的內側和帶式輸送機202的上表面等。

根據如上所述構成的空氣制冷裝置，能夠利用相對簡單結構的制冷機200容易冷凍被冷凍物品。另外，制冷機200的設置場所不必限定于冷凍庫或冷凍室，可自由地設置。此外，即使在第二實施方式中也能夠獲得與第一實施方式相同的作用效果。

(第三實施方式)

圖15簡要示出了第三實施方式涉及的空氣制冷裝置。如該圖所示，空氣制冷裝置具備與第一實施方式所示的膨脹機具有相同結構的膨脹機20、壓縮機12、發(fā)動機300、熱交換器306、能夠與膨脹機20的輸出側連接的發(fā)電機75。

在本實施方式中，壓縮機12以與膨脹機20相同的結構構成。但是，閥機構46、48、54、56的開閉定時適當地設定，以便發(fā)揮作為壓縮機的功能。

發(fā)動機300以與膨脹機20相同的結構構成。發(fā)動機300具備用于在缸體26的第一膨脹壓縮室中點火的第一火花塞302、以及用于在缸體26的第二膨脹壓縮室中點火的第二火花塞304。另外，閥機構46、48、54、56的開閉定時適當地設定，以便發(fā)揮作為發(fā)動機的功能。

膨脹機20的曲柄軸50通過第一離合器308有選擇地連接到發(fā)電機75。發(fā)電機75通過第二離合器310有選擇地連接到發(fā)動機300的曲柄軸50。進一步，壓縮機12的輸出軸(曲柄軸50)通過第三離合器312有選擇地連接到發(fā)動機300的曲柄軸50。熱交換器306與發(fā)動機300的噴出側連接。發(fā)電機75可連接電力利用設備、例如照明設備320等。

如上所述的構成的空氣制冷裝置通過切換第一～第三離合器308、310、312，能夠在各種模式下運行。

通過打開第一離合器308、關閉第二離合器310、打開第三離合器312，空氣制冷裝置在空氣制冷模式下同時發(fā)電。即，從壓縮機12將低溫高壓空氣供應給膨脹機20，并通過膨脹機20生成極低溫的冷氣而噴出。同時，通過膨脹機20的再生能源來驅動發(fā)電機75而進行發(fā)電。所產生的電力例如被供應給照明設備320。另外，通過驅動發(fā)動機300，并利用該發(fā)動機300的輸出，能夠驅動壓縮機12。

通過關閉第一離合器308、打開第二離合器310、關閉第三離合器，空氣制冷裝置在發(fā)電模式下運行。即，通過發(fā)動機300的輸出來驅動發(fā)電機75，從而進行發(fā)電。如果電力優(yōu)先不需要制冷冷氣設備，則優(yōu)先電力。

通過結合其他鍋爐等熱源構成，還有效地進行冷、熱的任何應對。因此，通過在傳統(tǒng)的熱電聯產機上增加本實施方式的空氣制冷裝置，能夠有效地運行冷熱、發(fā)電中的任一個。也能夠在具有Z機制XY分離機構的膨脹機上安裝發(fā)電機，在發(fā)動機300上也安裝發(fā)電機。如果發(fā)電機關閉電磁鐵而不卸下負載，則可認為是與飛輪相同程度的負載。但是，通過由離合器進行切換，能夠實現設備的小型化。如果是具有兩個發(fā)電機的系統(tǒng)，則進一步提高自由度。

根據上述的空氣制冷裝置，冷氣設備為2.5Kw、三臺，7.5Kw能夠由發(fā)動機300、壓縮機12來提供氣體等熱源。由于自動發(fā)電2.5Kw，因此如果消耗1Kw時，能夠將差額1.5Kw充當為售電。

在產油國等，能夠將氣體直接轉換成冷氣和發(fā)電，如果是10萬戶，則剩余75Kw，發(fā)電25萬Kw。即，相當于100萬Kw的核電站一座。GDP值(全球變暖指數)從氟利昂8500變?yōu)?，對地球環(huán)境也非常良好。

這些制冷、冷氣設備領域不僅僅在一般家庭還能夠在半導體制造、電化學領域等廣泛范圍內改善效率。

本發(fā)明并不限于上述實施方式本身，在實施階段不脫離其旨意的范圍內能夠改變構成要素來具體實現。另外，通過適當地組合上述實施方式中公開的多個構成要素，能夠形成各種發(fā)明。例如，也能夠從實施方式中所示的所有構成要素中刪除幾個構成要素。進一步，也能夠適當地組合在不同的實施方式中的構成要素。

在XY分離曲柄機構中，往復移動自如地支撐支撐部件以及曲柄連接部件的支撐部并不限定于線性滑塊，也能夠采用其他的支撐結構。代替線性滑塊，也能夠采用通過燕尾槽的滑動支撐構造。進一步，也能夠在XY分離曲柄機構的線性導向部導入如線性馬達機構那樣的磁懸浮系統(tǒng)，在這種情況下，能夠進一步高速運行。如上所述的膨脹機并不限定于一缸，也能夠是兩缸以上。膨脹機并不限定于所謂的縱式，也能夠是缸體以及活塞水平設置的橫式。