JP2007285630A

JP2007285630A - 熱機関

Info

Publication number: JP2007285630A
Application number: JP2006114824A
Authority: JP
Inventors: Shiyoui Shiyu; 紹偉朱
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-04-18
Filing date: 2006-04-18
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】作動流体の膨張による仕事を有効に回収して再利用できると共に、パルス管膨張機のピストンの長寿命化を実現する熱機関を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明の熱機関は、高圧端及び低圧端を備える圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、第１高圧通路及び第１低圧通路を持つパルス管膨張機とから形成され、内部に作動流体が封入された閉回路を有する熱機関において、パルス管膨張機は、第１高圧通路の開閉と第１低圧通路の開閉とを切り替える流路切替手段とを有し、一端に第１高圧通路及び第１低圧通路が接続され作動流体を膨張させて低温を生成するパルス管と、パルス管に連結され該パルス管内の作動流体の圧力変動により駆動される出力装置と、を有することを特徴とする。これにより、気体膨脹による仕事が回収できると共に、パルス管膨脹機の構成要素であるピストンの下端部を液体の衝撃から守ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は熱機関に関する。

従来の蒸気圧縮式冷凍装置は、圧縮機、吸熱器（蒸発熱交換器）、放熱器（凝縮熱交換器）、絞り弁などから構成されている。例えば、特開平０７−０１８６０２号公報（特許文献１と称する）に、このような構成になっている蒸気圧縮式冷凍機が開示されている。

特許文献１に示された蒸気圧縮式冷凍機は、圧縮機、吸熱器、放熱器、絞り弁などの構成要素を流動閉回路に連結し、内部に封入された作動流体が循環されている。蒸気圧縮サイクル装置の運転原理は次の通りである。作動流体蒸気の圧力及び温度が圧縮機によって増大され、次いで、その作動流体蒸気が放熱器に入り、そこで冷却及び凝縮され、熱が二次冷却材に与えられる。この後、高圧液状作動流体は絞り弁により蒸発圧力及び温度に絞られる。吸熱器において、作動流体が気化し、その周辺から熱を吸収する。吸熱器の出口における蒸気は、圧縮機に吸い込まれ、蒸気圧縮サイクルが完了する。
特開平０７−０１８６０２号公報

蒸気圧縮式冷凍サイクルの作動流体に二酸化炭素を使用する場合、二酸化炭素は可燃性、毒性がないことに加え、地球温暖化係数も小さくフロンの代替品として注目されているが、単純な蒸気圧縮冷凍サイクルではフロンを用いた場合より効率が悪いといった問題がある。これはフロンを作動流体として用いた場合に比べ絞り弁を使用した際エネルギー損失が回収不可能のためである。また、二酸化炭素を作動流体として用いられ、蒸気圧縮式冷凍サイクル（例えば、ヒートポンプにおける圧縮サイクル）が超臨界状態下に作動された場合には、絞り弁において回収不可能なエネルギー損失が発生し、通常の蒸気圧縮サイクルよりエネルギー損失が大きい（例えば、Ｒ４１０ａの蒸気圧縮サイクル）。

また、絞り弁をエジェクター（ｅｊｅｃｔｏｒ）に換えて使用された場合にも効率が改善されたと見られるが、同様の機能を果たせる膨張機を用いた場合に比べまだ効率は不十分である。一方、生産コストや、技術的な問題などのために、二酸化炭素が使用できる膨張機を用いた冷凍装置はまだ商品化されていない。

さらに、作動流体として二酸化炭素が使用できる膨張機は容積変動により作動するため、膨張機の構成にピストンを用いることが一般的である。このため、作動流体（液体または気液混合体の二酸化炭素）がシリンダー内にピストンにより圧縮された際、ピストンの下端部に衝撃を与え、ピストンにダメージを与える問題が生じる。これは膨張機に二酸化炭素などのような気液二相共存する物質を作動流体として使用した場合に多く発生する問題である。

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、高圧気体の膨張による仕事を有効に回収して再利用できると共に、ピストンの下端部を液体の衝撃から守ることができ、パルス管膨張機の長寿命化及び高効率化を実現する熱機関を提供することを課題とする。

本発明の熱機関は、高圧端及び低圧端を備える圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、第１高圧通路及び第１低圧通路を持つパルス管膨張機とから形成され、内部に作動流体が封入された閉回路を有する熱機関において、パルス管膨張機は、第１高圧通路の開閉と第１低圧通路の開閉とを切り替える流路切替手段とを有し、一端に第１高圧通路及び第１低圧通路が接続され作動流体を膨張させて低温を生成するパルス管と、パルス管に連結され該パルス管内の作動流体の圧力変動により駆動される出力装置と、を有することを特徴とする。本発明の熱機関によれば、絞り弁の代わりにパルス管膨張機が用いられるため、パルス管膨張機で高圧作動流体が膨張され低温を生成すると共に、膨張された作動流体の膨張による仕事が外部へ出力することができ、有効なエネルギーとして回収されることができる。

また、本発明の熱機関は、放熱器と圧縮機の高圧端との間には放熱器と高圧端とを連通する第１連通路が設けられ、放熱器とパルス管膨張機の第１高圧通路との間には放熱器と第１高圧通路とを連通する第２連通路が設けられ、パルス管膨張機の第１低圧通路と吸熱器との間には第１低圧通路と吸熱器とを連通する第３連通路が設けられ、吸熱器と圧縮機の低圧端との間には吸熱器と低圧端とを連通する第４連通路が設けられていることが好ましい。また、本発明の熱機関の出力装置は、パルス管に連結し該パルス管と一体に形成されたシリンダー部と、シリンダー部に内置され該シリンダー部の軸長方向に往復運動可能に設けられたピストンと、ピストンに連結されたシャフトを持ち、該シャフトを介してピストンの往復運動による駆動力を伝動する伝動手段とを有することが好ましい。なお、シャフトとしてはクランクシャフトやヨークなどを採用することができる。これにより、高圧作動流体がパルス管の低温端において膨張され低温を生成するとともに、伝動手段を介してパルス管の高温端において膨張された作動流体の膨張による仕事を圧縮機に出力し圧縮機を駆動することができる。また、本発明の熱機関によれば、二酸化炭素のような作動流体が超臨界状態下で使用することができるため、高い効率（例えばヒートポンプとして使用された場合）を実現することができる。また、パルス管膨張機にはパルス管部の高温端（上側）にピストンが設けられ膨張による仕事を回収するとともに、パルス管部の上側に、ピストンとパルス管部の低温端（下側）に存在する液体または気液混合体とを隔てる気体層（気体ピストン）が形成されている。このため、ピストンが往復運動を行う際、この気体の層（気体ピストン）を隔てているので、ピストンは液体または気液混合体に直接接触せず、有効に液体、また気液混合体の衝撃から守られることができる。さらに、気体ピストンを介在しているため、ピストンにおける温度を相対に高温に維持することができる。これにより、ピストンが液体からの衝撃を受ける問題が解決されるとともに、熱機関の効率の向上に、またはピストンの長寿命化に有利である。

また、本発明の熱機関の出力装置は、ハウジングと、該ハウジング内に回転あるいは偏心回転可能に配置されたローターと、ローターと共にハウジングの内部空間を区画して少なくとも１個の作動空間を形成するベーンと、ローターに連結されたシャフトを持ち該シャフトを介してローターの回転運動による駆動力を伝動する伝動手段とで構成され、さらに連結部を介してパルス管に連通されることが好ましい。これにより、ローターに連結されたシャフトを介して膨張された作動流体の膨張による仕事が回転運動に貢献する駆動力に変えることができる。

また、本発明の熱機関の出力手段は、駆動力伝動手段で伝動された駆動力を電力として出力する電力出力手段を有することが好ましい。これにより、膨張による仕事が電力として回収されることができ、さらに電力として再利用することができる。

また、本発明の熱機関の出力装置は、駆動力伝動手段、もしくは電力出力手段を介して圧縮機に接続し、駆動力、もしくは電力を出力することが好ましい。これにより、膨張された作動流体の膨張による仕事が直接圧縮機を駆動するか、もしくは圧縮機の運転に電力を提供することができる。なお、高圧気体の膨張による仕事を圧縮機以外の装置に出力することもできる。

また、本発明の熱機関の出力装置は、パルス管に連結し該パルス管と一体に形成されたシリンダー部と、シリンダー部に内置され、第１ディスプレーサー、第２ディスプレーサー、第１ディスプレーサーと第２ディスプレーサーとの間に設けられ第１ディスプレーサーと第2ディスプレーサーとを連結する連結部材、第１ディスプレーサーと第２ディスプレーサーとの間に設けられ一端が第１ディスプレーサー、または第２ディスプレーサーのいずれか一方に連結され他端がシリンダー部の内側の所定位置に連結される付勢手段を備えシリンダー部の軸長方向に往復運動可能に設けられたディスプレーサー部と、シリンダー部にディスプレーサー部を中心としパルス管の背向側に形成された後部空間、該後部空間と外部とを遮断するカバー部、または該カバー部に設けられ後部空間と外部との圧力差により単方向に後部空間に開通する入口弁および該入口弁に連通する第２入口通路、または単方向に外部に開通する出口弁及び前該出口弁に連通する第２出口通路を備える圧力出力手段と、を有しており、放熱器と圧縮機の高圧端との間には放熱器と高圧端とを連通する第１連通路が設けられ、放熱器とパルス管膨張機の第１高圧通路との間には放熱器と第１高圧通路とを連通する第２連通路が設けられ、パルス管膨張機の第１低圧通路と吸熱器との間には第１低圧通路と吸熱器とを連通する第３連通路が設けられ、吸熱器と第２入口通路との間には吸熱器と第２入口通路とを連通する第５連通路が設けられ、第２出口通路と圧縮機の低圧端との間には第２出口通路と低圧端とを連通する第６連通路が設けられていることが好ましい。本発明の熱機関によれば、ディスプレーサー部はシリンダー部において気体圧力の変動に駆動され往復運動が行われる。さらに、ディスプレーサー部の後方に形成された後部空間内の作動流体がディスプレーサー部の往復運動に応じて圧力変動が発生する。このため、後部空間に設けられた単方向入口弁及び単方向出口弁が後部空間内の気体圧力と外部の圧力との圧力差に応じて開閉される。この結果、作動流体は第２出口通路を介して外部へ流出して気体吐出端を形成し、第２入口通路を介して外部から流入して気体吸入端を形成し、吐出圧と吸入圧を利用して作動流体を予圧縮することができる。このように、膨張による仕事が気体圧縮に利用され、閉回路内を流れる作動流体を予圧縮することができる。これにより熱機関の効率向上に有利である。

また、本発明の熱機関のパルス管膨張機は、第１低圧通路と吸熱器とを接続する第３連通路に気液分離手段と液体膨張手段とを順次に備えており、気液分離手段と圧縮機の低圧端との間には気液分離手段と低圧端とを連通する第７連通路が設けられていることが好ましい。これにより、作動流体が気液分離手段を介して気体及び液体に分離される。気体が圧縮機に流されるとともに、液体が液体膨張手段を介して気化され気体となり、吸熱器を流れた後圧力出力手段で予圧縮される。また、ほとんどの作動流体の膨脹過程はパルス管膨張機において行われるため、液体膨張手段の両端における作動流体の圧力差が少なく、液体膨張手段でのエネルギー損失が少ない。一方、気液分離手段から分離された気体が膨張または圧縮されないため、膨張及び圧縮によるエネルギー損失がなく、熱機関の効率向上に有利である。

また、本発明の熱機関の出力装置は、パルス管に連結し該パルス管と一体に形成されたシリンダー部と、シリンダー部に内置されたディスプレーサー、一端がディスプレーサーに連結し他端がシリンダー部の最端部に連結される付勢手段を備えシリンダー部の軸長方向に往復運動可能に設けられたディスプレーサー部と、シリンダー部にディスプレーサーを中心としパルス管の背向側に形成された後部空間、該後部空間とパルス管の第１高圧通路及び第１低圧通路とを連通する気体連通部、または気体連通部に設けられた熱機器からなる熱出力手段と、を有することが好ましい。本発明の熱機関によれば、ディスプレーサー部はシリンダー部において気体圧力の変動に応じて往復運動が行われ、ディスプレーサー部の後方に形成された後部空間内の作動流体がディスプレーサー部の往復運動に応じて圧縮され気体連通部を介してパルス管に流される。この際、気体連通部に熱交換器と蓄熱器から構成された熱機器が設けられているため、作動流体が後部空間において圧縮により発生する熱が外部へ流出されるとともに、膨張による仕事は熱出力手段の気体連通部を流れる作動流体を介してパルス管部の低温端に移行され、さらにパルス管で作動流体の膨張により冷凍力として生成して回収される。よって、膨張機の冷凍力を高めることができる。このように、膨張による仕事が熱出力手段を介してパルス管に移行され、さらに膨張により冷凍力として利用することができ、熱機関の効率向上に有利である。

また、後部空間は、開口部を持つ隔壁で後部空間を後部圧縮空間とバッファー空間とに分割し、ディスプレーサー部は、一端がディスプレーサーに連結し他端が隔壁の開口部に摺接しながら挿入されたシャフトと、一端がシャフトに連結し他端がシリンダー部の最端部に連結される付勢手段とを有することが好ましい。これにより、後部空間に十分な容積を有するバッファー空間が設けられ、バッファー空間内の作動気体の圧力がディスプレーサーの振動に対して変動しにくくなり、ほぼ一定の圧力を維持することができる。このため、パルス管内において作動流体の高圧振動状態が維持でき、ディスプレーサーがシリンダー内において高圧力差によってより容易に動くことができる。

本発明の熱機関に用いる作動流体は、二酸化炭素であることが好ましい。これにより、二酸化炭素が使用できるパルス管膨張機を持つ熱機関を実現することができる。また、二酸化炭素の他には、インブテン、Ｒ１３４ａ、またはＲ４１０ａを使用することができる。

また、本発明の熱機関は、蒸気圧縮サイクルに相変化しない作動流体を使用することができる。例えば、ヘリウム、空気などの作動流体を用いることが可能である。この場合、膨張による仕事が大きいため、膨張による仕事を回収すれば熱機関の効率向上に有利である。

なお、すべでのパルス管膨張機を持つ熱機関においても、エネルギー損失しない膨張機を実現することが困難であるが、弁開閉タイミング、運転周波数、容積変化、パルス管の長さ、または、ディストリビューターなどに工夫すれば、高い効率を有する熱機関を実現することが可能である。

本発明の熱機関によれば、作動流体が膨張し冷凍力が生成されるとともに、膨張された作動流体の膨張による仕事を回収することができ、有効なエネルギーとして再利用することができる。これにより、熱機関の効率向上に有利である。

また、本発明の熱機関は、気液二相共存する作動流体、特に二酸化炭素を作動流体とする場合には、顕著に冷凍効率が向上される。

さらに、気液二相共存する（例えば、二酸化炭素を作動流体として用いた場合）低温膨張が行われる際、高圧気体が膨張装置のパルス管に流され、膨張を行なう。膨張された作動流体はパルス管において気相と液相（または気液混合相）に分けられ、液体の層（または気液混合相）がパルス管の下部に溜められ、気体の層（いわゆる気体ピストン）がパルス管の上部に溜められる。従って、パルス管の上部に設けられたピストンが往復運動を行う際、ピストンの下端部と液体の層（または気液混合相）との間に、気体の層（気体ピストン）が介在されているため、ピストンの下端部が液体（または気液混合相）に直接に接触することがない。つまりピストンの下端部は、パルス管の上部に形成された気体ピストンをクッションにパルス管の下部に溜まった液体からの衝撃を受けることがなく、ピストンの長寿命化に有利である。

また、本発明の熱機関において、二酸化炭素を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクル以外、他の作動流体を採用することができる。例えば、インブテン（ｉｓｏｂｕｔｅｎｅ）、Ｒ１３４ａなどの作動流体を採用することができる。さらに、気体状の作動流体を採用することもできる。例えば、ブレイトンサイクル（Ｂｒａｙｔｏｎｃｙｃｌｅ）にヘリウムなどの作動気体を採用することができる。

このように、本発明の熱機関によれば、高効率を達成するとともに、ピストンの下端面に液体、または気液混合体からの衝撃を回避することができ、ピストンの長寿命化が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。熱機関の形態としてパルス管型冷凍機を用いて以下の説明を行なう。なお、熱機関の形態であるパルス管型冷凍機とパルス管型原動機（ヒートエンジン）、またはヒートポンプとは機器の構成はほぼ同じである。そのため、本発明の熱機関はパルス管型ヒートエンジン、またはパルス管型ヒートポンプにも適用される。

（第１実施形態例）
本実施形態のパルス管型冷凍機の概略構成を図１に示した。図１に示すように、本実施形態のパルス管型冷凍機は、主にパルス管膨張機１、圧縮機２、放熱器３、吸熱器４とから構成される。また、放熱器３と圧縮機２の高圧端２Ｈとの間に第１連通路Ｔ１が設けられ、放熱器３とパルス管膨張機１の第１高圧通路１１１１Ａとの間に第２連通路Ｔ２が設けられ、パルス管膨張機１の第１低圧通路１１１２Ａと吸熱器４との間に第３連通路Ｔ３が設けられ、吸熱器４と圧縮機２の低圧端２Ｌとの間に第４連通路Ｔ４が設けられている。さらに、パルス管膨張機１は後述する出力手段１２の伝動手段１２４を介して圧縮機２に接続されている。

また、図２は本実施形態のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機１の構成を示した。図２に示すように、パルス管膨張機１はパルス管１１と出力装置１２とから構成される。パルス管１１は流路連結手段１１１と、流路切替手段１１２と、パルス管部１１３とからなる。流路連結手段１１１は高圧気体が流れる第１高圧通路１１１１Ａ、１１１１Ｂと低圧気体が流れる第１低圧通路１１１２Ａ，１１１２Ｂとからなり、第１高圧通路１１１１Ａ、１１１１Ｂに高圧弁口１１２１が設けられ、第１低圧通路１１１２Ａ，１１１２Ｂに低圧弁口１１２２が設けられる。高圧弁口１１２１と低圧弁口１１２２とで本発明の流路切替手段１１２が構成される。また、パルス管部１１３は高温端１１３Ｈと低温端１１３Ｌを持ち、筒状容器１１０に収容される。さらに、パルス管部１１３は連結管１１３０を介して第１高圧通路１１１１Ｂおよび第１低圧通路１１１２Ｂに接続されている。また、パルス管１１には、作動流体が第１高圧通路１１１１Ｂまたは第１低圧通路１１１２Ｂからパルス管部１１３にスムーズに流れるように漏斗状連結部１１３１が設けられている。

出力装置１２は、容器１１０に収容されパルス管部１１３と一体に形成されたシリンダー部１２１と、シリンダー部１２１に内置されシリンダー部１２１の軸長方向に往復運動可能に設けられたピストン１２２と、ピストン１２２に連結されピストン１２２の往復運動に連動するシャフト１２３と、シャフト１２３を駆動する伝動手段１２４とから構成されることができる。シリンダー部１２１にシリンダー室１２１１が形成される。また、ピストン１２２はシリンダー部１２１のシリンダー室１２１１に往復運動ができるように設置されている。伝動手段１２４はシャフト１２３を介してピストン１２２の往復運動を駆動力として外部へ伝えるものである。

なお、パルス管膨張機１は気液二相共存する場合にも適応するため、パルス管部１１３を縦方向（水平方向に垂直する方向）に設置することが好ましい。これにより、パルス管部１１３の上部１１３Ｈ（高温端ともいう）に気体の層（いわゆる気体ピストン）とパルス管部１１３の下部１１３Ｌ（低温端ともいう）に液体の層（または気液混合相）が分けられる。ピストン１２２が往復運動する際、シリンダー１２１に設けられたピストン１２２が上部１１３Ｈに形成された気体ピストンを隔てて、下部１１３Ｌに溜まった液体の層（または気液混合相）と直接接触せず、ピストン１２２の下端部１２２１が液体による衝撃を受けることがなく、ピストンの長寿命化に有利である。

次に、パルス管膨張装機１の動作について説明する。図３はパルス管膨張機１の動作サイクルを示すものである。図３に示すように、ピストン１２２が下向運動する際、流路切替手段１１２の高圧弁口１１２１及び低圧弁口１１２２が閉じられているため、作動流体は圧縮される。実線Ａ−Ｂに示す。

次に、ピストン１２２が引き続き下向運動し、高圧弁口１１２１が連通されるため、高圧気体が第１高圧通路１１１１Ａ，１１１１Ｂを介してパルス管部１１３に流入され、作動流体の圧力はさらに向上する。実線Ｂ−Ｃに示す。

次に、ピストン１２２が上向運動し、高圧弁口１１２１が連通状態のままであるため、作動流体の圧力変化はなし。実線Ｃ−Ｄに示す。

次に、ピストン１２２が引き続き上向運動し、高圧弁口１１２１が閉じられるため、パルス管部１１３内の圧力が減少し、作動流体が膨張される。従って、作動流体の温度及び圧力は同時に減少する。実線Ｄ−Ｅに示す。

次に、ピストン１２２が引き続き上向運動し、低圧弁口１１２２が連通されるため、低圧気体が第１低圧通路１１１２Ａ，１１１２Ｂを介してパルス管部１１３から流出され、作動流体の圧力はさらに減少し、温度も最低温度に達成する。実線Ｅ−Ｆに示す。

次に、ピストン１２２が下向運動し、低圧弁口１１２２が連通状態のままであるため、作動流体の圧力変化はなし。実線Ｆ−Ａに示す。

このように、一つの動作サイクルを経て、高圧弁口１１２１および低圧弁口１１２２の周期性の開閉に連れ、ピストン１２２はシリンダー部１２１内に往復運動を行い、パルス管部１１３において作動流体の膨張により低温が生成される。

作動流体の膨脹により、パルス管部１１３の低温端１１３Ｌにおいて膨張による仕事が生成され、圧力振動によってパルス管部１１３の高温端１１３Ｈに伝えられる。また、パルス管部１１３において、低温端１１３Ｌと高温端１１３Ｈとの間に存在する気体はピストンの動きに連れて動かされる為、気体ピストン（ＧａｓＰｉｓｔｏｎ）ともいう。

また、パルス管膨張機１の高冷凍効率を達成するために、ピストン１２２の下端部１２２１とパルス管部１１３の低温端１１３Ｌとの間に十分な距離を持つ必要がある。これにより、ピストン１２２の下端部１２２１における温度と低温端１１３Ｌにおける温度差を保つことができ、高冷凍効率を達成するのに有利である。

また、パルス管部１１３とシリンダー部１２１とを収容する容器１１０が実際に十分な長さを設けられない場合には、ピストン１２２の長さをより長くし、もしくは、さらにピストン１２２を低熱伝導性物質で構成することにより、ピストン１２２において高温端と低温端を形成することができ、気体膨脹により冷凍力を生成することができる。また、この場合でも、気体ピストンが形成されるため、ピストン１２２の下端部１２２１はパルス管部１１３に溜められた液体（または気液混合体）に直接接触することがない。したがって、ピストン１２２が液体の衝撃から守られる。

本実施形態のパルス管型冷凍機によれば、高圧気体がパルス管部１１３の低温端１１３Ｌにおいて膨張され低温を生成するとともに、パルス管部１１３の高温端１１３Ｈにおいて膨張による仕事を外部へ出力することができる。つまりパルス管部１１３と一体に形成されたシリンダー部１２１の内側にシャフト１２３を持つピストン１２２が設けられることにより、気体の膨張による仕事がピストン１２２に連結されたシャフト１２３を介して外部へ出力される。即ち、膨張による仕事がシャフト１２３、または伝動手段１２４を介して原動力として出力されることが可能となる。よって、パルス管膨張機の効率が向上される。

また、パルス管膨張機１にはパルス管部１１３に高温気体と低温気体が乱流による混合を防ぐためにディストリビューター１１４Ｈ，１１４Ｌを設けることができる。つまり、高温端１１３Ｈにおける温度は高く、低温端１１３Ｌにおける温度は低く設定されている。このため、パルス管部１１３を流れる作動流体がピストン１２２の往復運動、または高圧通路および低圧通路が連通された際、流体変動による高温端１１３Ｈと低温端１１３Ｌにおける温度が急激に変動せず気体がスムーズに流れるように、高温端１１３Ｈ及び低温端１１３Ｌにディストリビューター１１４Ｈ、１１４Ｌをそれぞれ設置することができる。ディストリビューター１１４Ｈ，１１４Ｌを設けることにより、パルス管部１１３を出入する作動流体がスムーズに流動し、高温端１１３Ｈと低温端１１３Ｌとの間における温度差を維持することができる。即ち、パルス管型冷凍機の冷凍効率の向上に有利である。

また、パルス管膨張機１は、設計上のコンパクト性などを考量し自由に配置できるように設計することができる。例えば、図４に示すように、シリンダー部１２１が容器１２０に収容され、パルス管部１１３が容器１１０に収容される。シリンダー部１２１とパルス管部１１３との間に連結部１１５が設けられているため、シリンダー部１２１とパルス管部１１３が連通されている。シリンダー部１２１を収容する容器１２０とパルス管部１１３を収容する容器１１０は別々なので、パルス管膨張機１が設計上においてより自由な形状を持つ、かつコンパクト性を有することができる。また、パルス管部１１３を出入する作動流体がよりスムーズに流れるようにパルス管部１１３の上部に連結部１１５と連通する漏斗状連通部１１３２と、パルス管部１１３の下部に連通管１１３０と連通する漏斗状連通部１１３１とを設けることができる。さらに、作動流体をよりスムーズにするために、ディストリビューター１１４Ｈ，１１４Ｌを設けることもできる。

また、パルス管膨張機１は、リニアモーター（図示せず）が出力装置１２として設けることができる。また、発電装置（図示せず）に接続された場合には、膨張による仕事が電力として出力されることもできる。なお、発電装置は本発明の電力出力手段を構成するものである。

また、パルス管膨張機１は、ロタリ式シリンダーＲを出力装置１２として設けることができる。具体に図５を参照しながら説明する。図５に示すように、出力装置１２はロタリ式シリンダーＲから構成される。ロタリ式シリンダーＲは、ハウジング１２１５と、ローター１２３３と、ベーン１２３４、１２３５とから構成される。ローター１２３３はハウジング１２１５内に回転或いは偏心回転可能に配置されている。また、ローター１２３３はベーン１２３４、１２３５とともにハウジング１２１５の内部空間を区画し圧縮空間１２３７とバック空間１２３６とを形成している。さらに、圧縮空間通孔１２３７Ａと連結部１１５とを介してパルス管１１のパルス管部１１３に接続される。なお、ベーン１２３４、１２３５はハウジング１２１５のケース１２１５Ａに取り付けられる。また、ローター１２３３に摺接して作動空間を気密的に区画するために、ベーン１２３４、１２３５はそれぞれ隔壁１２３４Ａ，１２３５Ａと、隔壁１２３４Ａ，１２３５Ａの往復運動を引導させる引導孔１２３４Ｃ，１２３５Ｃと、隔壁１２３４Ａ，１２３５Ａをローター１２３３に向かって付勢する付勢手段１２３４Ｂ，１２３５Ｂとを持ち、隔壁１２３４Ａ，１２３５Ａはローター１２３３の回転に連れ、付勢手段１２３４Ｂ，１２３５Ｂによりローター１２３３の外周面に摺接しながら、引導孔１２３４Ｃ，１２３５Ｃ内に往復運動を行う。なお、付勢手段１２３４Ｂ，１２３５Ｂはバネから構成されることができる。また、ローター１２３３の外周側にリング部材１２３２を設けることができる。リング部材１２３２を設けることにより、ベーン１２３４、１２３５の隔壁１２３４Ａ，１２３５Ａがリング１２３２の外周面に摺接しがなら、往復運動を行い、ローター１２３３の回転による摩擦がリング１２３２によって減少される。なお、ローター１２３３とリング部材１２３２との間に潤滑剤が使用される。また、ベーン１２３４、１２３５をローター１２３３に設けることもできる。この場合では、隔壁１２３４Ａ，１２３５Ａはケース１２１５Ａの内周面１２１５Ｂに摺接しながら、往復運動を行う。

また、図６に示すように、ローター１２３３はシャフト１２３１Ｃに接続される。ローター１２３３はローター室１２３１に設置され、下部と上部にカバー１２３１Ａ，１２３１Ｂが設けられ、ローター室１２３１内に形成された圧縮空間１２３７とバック空間１２３６の気密性を確保することができる。さらに、膨張による仕事が作動流体を介してパルス管部１１３から圧縮空間１２３７に流される。このため、ローター１２３３が作動流体の圧力で駆動される。シャフト１２３１Ｃがローター１２３３に連結されているため、ローター１２３３の回転により膨張による仕事がシャフト１２３１Ｃを介して伝動手段１２４に伝えることができる。したがって、シャフト１２３１Ｃ側にロタリーモーター（図示せず）を取り付ければ、膨張による仕事がロタリーモーターを駆動するがことできる。また、発電装置などに接続された場合には電力として出力されることもできる。このように、駆動力は出力手段１２によってパルス管冷凍機の圧縮機２に伝えられ、結果的に膨張による仕事は圧縮機２の駆動力として回収される。

また、本実施形態のパルス管型冷凍機は、前述したようにパルス管型ヒートポンプとして機能できる一方、ヒートエンジンとして機能することもできる。ヒートエンジンの場合では、ヒートポンプの場合とは反対に、熱が放熱器３から吸入され、そして吸熱器４で放出される。またパルス管膨張機１で出力された膨脹による仕事は圧縮機２に消費された仕事よりも大きい。なお、このヒートエンジンは全ての作動流体に適応する。また、本実施形態のパルス管型冷凍機は、液体、または気液混合体からの衝撃が回避できるため、特に気液共存する作動流体の膨脹に適応する。また、このヒートエンジンは、一般に小さい蒸気エンジンを用いた廃熱回収に使用することができる。

（第２実施形態例）
本実施形態例のパルス管型冷凍機は、第１実施形態例とは基本に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下異なる部分を中心として図７を参照しながら説明する。

図７に示すように、第１実施形態と同様に本実施形態のパルス管型冷凍機は、主にパルス管膨張機１、圧縮機２、放熱器３、吸熱器４とから構成される。また、放熱器３と圧縮機２の高圧端２Ｈとの間に第１連通路Ｔ１が設けられ、放熱器３とパルス管膨張機１の第１高圧通路１１１１Ａとの間に第２連通路Ｔ２が設けられ、パルス管膨張機１の第１低圧通路１１１２Ａと吸熱器４との間に第３連通路Ｔ３が設けられ、吸熱器４とパルス管膨張機１の後述する出力手段１２の圧力出力手段１２５０の高圧通路１２５Ｈとの間に第５連通路Ｔ５が設けられ、パルス管膨張機１の後述する出力手段１２の圧力出力手段１２５０の低圧通路１２５Ｌと圧縮機２の低圧端２Ｌとの間に第６連通路Ｔ６が設けられている。

図８は本実施形態のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機１の構成を示した。図８に示すように、パルス管膨張機１の出力装置１２は、ディスプレーサー部１２２０と圧力出力手段１２５０とからなる。

ディスプレーサー部１２２０は、シリンダー部１２１と、第１ディスプレーサー１２２Ａと、第２ディスプレーサー１２２Ｂと、連結部材１２３Ｂと、付勢手段１２３Ｓとから構成される。第１ディスプレーサー１２２Ａと第２ディスプレーサー１２２Ｂとの間に連結部材１２３Ｂが設けられ、第１ディスプレーサー１２２Ａと第２ディスプレーサー１２２Ｂとを連結している。さらに、付勢手段１２３Ｓは、一端が第１ディスプレーサー１２２Ａに固定され、他端がシリンダー部１２１に固定されている。このため、ディスプレーサー部１２２０が作動流体の振動に応じて往復運動を行うことができる。なお、付勢手段１２３Ｓはバネで構成されることができる。また、付勢手段１２３Ｓが容易にシリンダー部１２１の内側に固定されるため、シリンダー部１２１を二段式で形成されることができる。つまり、シリンダー部１２１は、パルス管部１１３と同じ径を有する第２シリンダー部１２１Ｂと、第２シリンダー部１２１Ｂより大きい径を有する第１シリンダー部１２１Ａとで構成されることができる。したがって、第１シリンダー部１２１Ａに設けられた第１ディスプレーサー１２２Ａの径を第２シリンダー部１２１Ｂに設けられた第２ディスプレーサー１２２Ｂの径より大きく設定することができる。このため、端部１２１Ａ１が形成され、付勢手段１２３Ｓが容易に第１シリンダー部１２１Ａの端部１２１Ａ１に固定されることができる。

また、図８に示すように、圧力出力手段１２５０は、第１ディスプレーサー１２２Ａの後部側に形成された後部空間１２１２と、カバー部１２４１と、カバー部１２４１に形成された出口１２５Ｈ１と入口１２５Ｌ１と、出口１２５Ｈ１を開閉する単方向弁１２５２と入口１２５Ｌ１を開閉する単方向弁１２５１と、出口１２５Ｈ１と入口１２５Ｌ１をそれぞれ外部へ連通する連結管１２５Ｈと１２５Ｌとからなる。ディスプレーサー部１２２０が作動流体の圧力の変動により往復運動が行われる際、後部空間１２１２内の作動流体の圧力が変化され、後部空間１２１２内の圧力は外部の圧力より大きいとき、弁１２５１が圧力により閉じられ、弁１２５２が開通される。逆に、後部空間１２１２内の圧力が外部の圧力より小さいとき、弁１２５１が開通となり、弁１２５２が閉じられる。結果として、パルス管部１１３の低温端１１３Ｌにおいて膨張された気体の圧力が高温端１１３Ｈに伝えられ、気体変動によってディスプレーサー部１２２０が往復運動を行う。そして、後部空間１２１２内の作動流体の圧力変動により、外部へ作動流体を吐出する吐出端１２５Ｈと外部から気体を吸入する吸入端１２５Ｌが形成される。すなわち、膨張による仕事が力として出力されることができる。また、吸熱器４と吸入端１２５Ｌとの間に第５連通路Ｔ５が設けられ、圧縮機２と吐出端１２５Ｈとの間に第６連通路Ｔ６が設けられるため、作動流体が出力手段１２の圧力出力手段１２５０で圧縮される。このように、作動流体が圧縮機２で圧縮される前に、パルス管膨張機１の出力手段１２の圧力出力手段１２２０で予圧縮される。従って、パルス管膨張機１で作動流体の膨張による仕事が回収され、パルス管型冷凍機の効率の向上に有利である。なお、吐出端１２５Ｈは本発明の第２出口通路を構成するもので、吸入端１２５Ｌは本発明の第２入口通路を構成するものである。

（第３実施形態例）
本実施形態例のパルス管膨張機は、第２実施形態例とは基本に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下異なる部分を中心として図９を参照しながら説明する。

図９に示すように、第２実施形態と同様に本実施形態のパルス管型冷凍機は、主にパルス管膨張機１、圧縮機２、放熱器３、吸熱器４とから構成される。また、放熱器３と圧縮機２の高圧端２Ｈとの間に第１連通路Ｔ１が設けられ、放熱器３とパルス管膨張機１の第１高圧通路１１１１Ａとの間に第２連通路Ｔ２が設けられ、パルス管膨張機１の第１低圧通路１１１２Ａと吸熱器４との間に第３連通路Ｔ３が設けられ、吸熱器４とパルス管膨張機１の出力手段１２の圧力出力手段１２５０の第２入口通路１２５Ｌとの間に第５連通路Ｔ５が設けられ、パルス管膨張機１の出力手段１２の圧力出力手段１２５０の第２出口通路１２５Ｈと圧縮機２の低圧端２Ｌとの間に第６連通路Ｔ６が設けられている。さらに、第３連通路Ｔ３には気液分離手段１４１と液体膨張手段１４２とが設けられている。気液分離手段１４１で作動流体が気体と液体とに分離され、気体の部分が気液分離手段１４１と圧縮機２の低圧端２Ｌとの間に設けられている第７連通路を介して圧縮機２の低圧端２Ｌに流される。気液分離手段１４１で分離された液体の部分が液体膨張手段１４２で膨張され気体となり、吸熱器４に流される。なお、液体膨張手段１４２はＪＴで構成されることができる。本実施形態のパルス管膨張機１は図８に示す第２実施形態のパルス管膨張機１とは同様の構成である。

第２実施形態のパルス管型冷凍機では、作動流体の全てが膨張された後再び圧縮されるため、エネルギー損失が大きいという欠点がある。これに対して本実施形態のパルス管型冷凍機では、気液分離手段１４１と液体膨張手段１４２とが設けられるため、作動流体が気体及び液体に分離され、液体の部分が液体膨張手段１４２を介して低圧状態に膨張される。さらに、吸熱器４を流れた後作動流体が気体となり、パルス管膨張機１の圧力出力手段１２５０で予圧縮される。そして気体となった一部の作動流体が圧縮機２の低圧端２Ｌにおいて気液分離手段１４１で分離された気体の部分と合流して圧縮機２に流され圧縮される。

次に、図７及び図９を用いて、二酸化炭素を作動流体として使用し蒸気圧縮サイクルを行う際、第２実施形態のパルス管型冷凍機と本実施形態のパルス管冷凍機において二酸化炭素流体の圧力例を示す。図７に示すように、二酸化炭素流体がパルス管膨脹機１で膨脹される前後の圧力は１００Ａｔｍ及び４０Ａｔｍに設定することができる。この場合では、全ての二酸化炭素流体がパルス管膨張機１において１００Ａｔｍから４０Ａｔｍまで膨脹される。そして膨脹された二酸化炭素流体は吸熱器４を介して圧力出力手段１２に流され、予圧縮される。このとき、すべでの二酸化炭素流体の圧力は４０Ａｔｍから４５Ａｔｍまで圧縮される。一方、図９に示すように、二酸化炭素流体はパルス管膨脹機１で１００Ａｔｍから４５Ａｔｍまで膨脹された後、二酸化炭素流体の約３０％の気体の部分は直接圧縮機２の低圧端２Ｌに流され、二酸化炭素流体の約７０％の液体、または気液混合体の部分は液体膨張手段１４２を通過する際、二酸化炭素流体の圧力は４５Ａｔｍから４０Ａｔｍに膨脹される。さらに、この７０％の二酸化炭素流体は圧力出力手段１２で予圧縮され、圧力は４５Ａｔｍとなる。この後、気液分離手段１４１で分離された３０％の気体の部分と合流して圧縮機２に流される。図７または図９において説明した二酸化炭素流体の圧縮及び膨脹を受けた割合から分かるように、第２実施形態のパルス管型冷凍機に比べ、本実施形態のパルス管型冷凍機において一部（この場合では約３０％）の二酸化炭素流体の圧縮及び膨脹過程が縮減されるため、パルス管型冷凍の効率が向上された。

このように、ほとんどの作動流体の膨脹過程はパルス管膨張機１において行うため、液体膨張手段１４２の両端における作動流体の圧力差が低く、液体膨張手段１４２でのエネルギー損失が少ない。一方、気液分離手段１４１から分離された気体が膨張または圧縮されないため、膨張及び圧縮によるエネルギー損失がない、従って、本実施形態は、第２実施形態のパルス管型冷凍機より高い効率を有することが期待できる。

（第４実施形態例）
本実施形態例のパルス管型冷凍機は、第１実施形態例とは基本に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下異なる部分を中心として図１０を参照しながら説明する。

図１０に示すように、第１実施形態と同様に本実施形態のパルス管型冷凍機は、主にパルス管膨張機１、圧縮機２、放熱器３、吸熱器４とから構成される。また、放熱器３と圧縮機２の高圧端２Ｈとの間に第１連通路Ｔ１が設けられ、放熱器３とパルス管膨張機１の第１高圧通路１１１１Ａとの間に第２連通路Ｔ２が設けられ、パルス管膨張機１の第１低圧通路１１１２Ａと吸熱器４との間に第３連通路Ｔ３が設けられ、吸熱器４と圧縮機２の低圧端２Ｌとの間に第４連通路Ｔ４が設けられている。

図１１は本実施形態のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機１を示した。図１１に示すように、本実施形態のパルス管膨張機１の出力装置１２は、シリンダー部１２１と、ディスプレーサー部１２２０と、熱出力手段１２７とで構成される。

ディスプレーサー部１２２０は、シリンダー部１２１に内置されシリンダー部１２１の軸長方向に往復運動可能に設けられたディスプレーサー１２２と、ディスプレーサー１２２に連結さられたシャフト１２３と、一端がシャフト１２３に連結し他端がシリンダー部１２１の最端部に連結された付勢手段１２３Ｓとを持つ。なお、付勢手段１２３Ｓはバネで構成されることができる。

熱出力手段１２７は、後部空間１２１０と、気体連通部１２７０と、熱機器１２７Ａとで構成される。また、熱出力手段１２７は、シリンダー部１２１においてディスプレーサー１２２を中心としパルス管部１１３の背向側に後部空間１２１０を形成している。さらに、隔壁Ｗを介して、後部空間１２１０は後部圧縮空間１２１０Ａとバッファー空間１２１０Ｂとに分割される。隔壁Ｗは開口部Ｗ１を持つ。ディスプレーサー１２２に連結されたシャフト１２３は開口部Ｗ１に差込まれたままで開口部Ｗ１に摺接しながら軸長方向に往復運動を行う。なお、開口部Ｗ１とシャフト１２３との間に潤滑剤が使用されているため、隔壁Ｗの両側の気体が開口部Ｗ１での気体漏れが抑えられる。また、後部圧縮空間１２１０Ａとパルス管部１１３の第１高圧通路１１１１Ｂ及び第１低圧通路１１１２Ｂとの間に気体連通部１２７０が設けられている。さらに、気体連通部１２７０には、蓄熱器１２７２及び熱交換器１２７１が設けられている。なお、蓄熱器１２７２と熱交換器１２７１とで熱機器１２７Ａが構成される。

このように、後部空間１２１０に十分な容積を有するバッファー空間１２１０Ｂが設けられているため、バッファー空間１２１０Ｂ内の作動流体がパルス管部１１３内の作動流体の振動に対して変動しにくくなり、ほぼ一定の圧力を維持することができる。このため、パルス管部１１３内において作動流体の高圧振動状態が維持でき、ディスプレーサー１２２がシリンダー部１２１内において高圧力差によってより容易に動くことができる。また、後部圧縮空間１２１０Ａ内の作動流体が気体連通部１２７０を介してパルス管部１１３の低温端１１３Ｌに流される。この際、気体連通部１２７０に熱交換器１２７１と蓄熱器１２７２とからなる熱機器１２７Ａが設けられているため、作動流体の圧縮により発生する熱が外部へ流出されるとともに、膨張による仕事は熱出力手段１２７の気体連通部１２７０を流れる作動流体を介してパルス管部１１の低温端１１３Ｌに移行され、さらに、パルス管１１で作動流体の膨張により冷凍力として生成して回収される。よって、膨張機の冷凍力を高めることができる。このように、膨張による仕事が熱出力手段を介してパルス管に移行され、さらに冷凍力として利用することができるので、熱機関の効率向上に有利である。

本発明の熱機関は、冷凍機、ヒートポンプ、またはヒートエンジンとして、冷凍設備、空調設備、廃熱の回収利用、または、原動力出力設備などの分野に利用することができる。

第１実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を示す図である。第１実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機の構造を示す図である。第１実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機の作動サイクルにおいて、圧力（Ｐ）と容積（Ｖ）との関係を示すものである。第１実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機の変体構造を示す図である。第１実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機のローター式変体構造を示す図である。第１実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機のローター式変体構造のローター縦断面図を示す図である。第２実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を示す図である。第２実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機の構造を示す図である。第３実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を示す図である。第４実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を示す図である。第４実施形態例のパルス管型冷凍機のパルス管膨張機の構造を示す図である。

符号の説明

１：パルス管膨張機２：圧縮機３：放熱器４：吸熱器
２Ｈ：高圧端２Ｌ：低圧端
Ｔ１：第１連通路Ｔ２：第２連通路Ｔ３：第３連通路Ｔ４：第４連通路
１１：パルス管１２：出力装置
１１１：流路連結手段１１２：流路切替手段１１３：パルス管部
１１１１Ａ、１１１１Ｂ：第１高圧通路１１１２Ａ、１１１２Ｂ：第１低圧通路
１１２１：高圧弁口１１２２：低圧弁口
１１３Ｈ：（パルス管）高温端１１３Ｌ：（パルス管）低温端
１１０：筒状容器１１３０：連結管１１３１：漏斗状連結部
１２１：シリンダー部１２２：ピストン１２３：シャフト１２４：伝動手段
１２１１：シリンダー室１２２１：ピストンの下端面

Claims

高圧端及び低圧端を備える圧縮機と、放熱器と、吸熱器と、第１高圧通路及び第１低圧通路を持つパルス管膨張機とから形成され、内部に作動流体が封入された閉回路を有する熱機関において、
前記パルス管膨張機は、前記第１高圧通路の開閉と前記第１低圧通路の開閉とを切り替える流路切替手段とを有し、一端に前記第１高圧通路及び前記第１低圧通路が接続され前記作動流体を膨張させて低温を生成するパルス管と、前記パルス管に連結され該パルス管内の前記作動流体の圧力変動により駆動される出力装置と、を有することを特徴とする熱機関。
前記放熱器と前記圧縮機の前記高圧端との間には前記放熱器と前記高圧端とを連通する第１連通路が設けられ、前記放熱器と前記パルス管膨張機の前記第１高圧通路との間には前記放熱器と前記第１高圧通路とを連通する第２連通路が設けられ、前記パルス管膨張機の前記第１低圧通路と前記吸熱器との間には前記第１低圧通路と前記吸熱器とを連通する第３連通路が設けられ、前記吸熱器と前記圧縮機の前記低圧端との間には前記吸熱器と前記低圧端とを連通する第４連通路が設けられている請求項１に記載の熱機関。
前記出力装置は、前記パルス管に連結し該パルス管と一体に形成されたシリンダー部と、前記シリンダー部に内置され該シリンダー部の軸長方向に往復運動可能に設けられたピストンと、前記ピストンに連結されたシャフトを持ち、該シャフトを介して前記ピストンの往復運動による駆動力を伝動する伝動手段とを有する請求項２に記載の熱機関。
前記出力装置は、ハウジングと、該ハウジング内に回転あるいは偏心回転可能に配置されたローターと、前記ローターと共に前記ハウジングの内部空間を区画して少なくとも１個の作動空間を形成するベーンと、前記ローターに連結されたシャフトを持ち該シャフトを介して前記ローターの回転運動による駆動力を伝動する伝動手段とで構成され、さらに連結部を介して前記パルス管に連通される請求項２に記載の熱機関。
前記出力手段は、前記伝動手段で伝動された駆動力を電力として出力する電力出力手段を有する請求項３または４のいずれか１項に記載の熱機関。
前記出力装置は、前記伝動手段、もしくは前記電力出力手段を介して前記圧縮機に接続し、前記駆動力、もしくは前記電力を出力する請求項２〜５のいずれか１項に記載の熱機関。
前記出力装置は、前記パルス管に連結し該パルス管と一体に形成されたシリンダー部と、前記シリンダー部に内置され、第１ディスプレーサー、第２ディスプレーサー、前記第１ディスプレーサーと前記第２ディスプレーサーとの間に設けられ前記第１ディスプレーサーと前記第2ディスプレーサーとを連結する連結部材、または、前記第１ディスプレーサーと前記第２ディスプレーサーとの間に設けられ一端が前記第１ディスプレーサー、もしくは前記第２ディスプレーサーのいずれか一方に連結され他端が前記シリンダー部の内側の所定位置に連結される付勢手段を備え前記シリンダー部の軸長方向に往復運動可能に設けられたディスプレーサー部と、前記シリンダー部に前記ディスプレーサー部を中心とし前記パルス管の背向側に形成された後部空間、該後部空間と外部とを遮断するカバー部、該カバー部に設けられ前記後部空間と前記外部との圧力差により単方向に後部空間に開通する入口弁および該入口弁に連通する第２入口通路、または、単方向に外部に開通する出口弁及び前該出口弁に連通する第２出口通路を備える圧力出力手段と、を有しており、前記放熱器と前記圧縮機の前記高圧端との間には前記放熱器と前記高圧端とを連通する第１連通路が設けられ、前記放熱器と前記パルス管膨張機の前記第１高圧通路との間には前記放熱器と前記第１高圧通路とを連通する第２連通路が設けられ、前記パルス管膨張機の前記第１低圧通路と前記吸熱器との間には前記第１低圧通路と前記吸熱器とを連通する第３連通路が設けられ、前記吸熱器と前記第２入口通路との間には前記吸熱器と前記第２入口通路とを連通する第５連通路が設けられ、前記第２出口通路と前記圧縮機の前記低圧端との間には前記第２出口通路と前記低圧端とを連通する第６連通路が設けられている請求項１に記載の熱機関。
前記パルス管膨張機は、前記第１低圧通路と前記吸熱器とを接続する前記第３連通路に気液分離手段と液体膨張手段とを順次に備えており、前記気液分離手段と前記圧縮機の前記低圧端との間には前記気液分離手段と前記低圧端とを連通する第７連通路が設けられている請求項１または請求項７のいずれか１項に記載の熱機関。
前記出力装置は、前記パルス管に連結し該パルス管と一体に形成されたシリンダー部と、前記シリンダー部に内置されたディスプレーサー、一端が前記ディスプレーサーに連結し他端が前記シリンダー部の最端部に連結される付勢手段を備え前記シリンダー部の軸長方向に往復運動可能に設けられたディスプレーサー部と、前記シリンダー部に前記ディスプレーサーを中心とし前記パルス管の背向側に形成された後部空間、該後部空間と前記パルス管の前記第１高圧通路及び前記第１低圧通路とを連通する気体連通部、または前記気体連通部に設けられた熱機器からなる熱出力手段と、を有する請求項１または２のいずれか１項に記載の熱機関。
前記作動流体は、二酸化炭素である請求項１に記載の熱機関。