JP3286482B2 - フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 - Google Patents
フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関Info
- Publication number
- JP3286482B2 JP3286482B2 JP31771094A JP31771094A JP3286482B2 JP 3286482 B2 JP3286482 B2 JP 3286482B2 JP 31771094 A JP31771094 A JP 31771094A JP 31771094 A JP31771094 A JP 31771094A JP 3286482 B2 JP3286482 B2 JP 3286482B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- low
- displacer
- heat exchanger
- gas spring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/001—Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空調機、冷凍機等に用い
られるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関の改良
に関する。
られるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関の改良
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の基本構造を示す断面正面図を図４に示し、そ
の構造、作動について説明する。高温ディスプレーサ１
は直径ａのディスプレーサピストンロッド２と直径ｂの
ディスプレーサピストンロッド３とが直列になった段違
いロッドを有し、ディスプレーサピストンロッド３の端
部はリニアアクチュエータ４により強制的に図で上、下
に駆動される。一方、円筒形のスリーブ５ａ、５ｂの外
側には図で上から順に高温側高温部熱交換器６ａ、高温
側再生器７、高温側中温部熱交換器８、低温側中温部熱
交換器９、低温側再生器１０及び低温側低温部熱交換器
１１が配設され、高温側中温部熱交換器８と低温側中温
部熱交換器９とはリング形部１２を介して一体となって
いる。更に、高温側再生器７、高温側中温部熱交換器
８、低温側中温部熱交換器９の外側にはそれぞれ高温側
円筒形シェル１３、中温側円筒形シェル１４ａ、１４ｂ
が配設され、又、低温側再生器１０及び低温側低温部熱
交換器１１の外側には低温側円筒形シェル１５が配設さ
れて外部と隔離される。高温側円筒形シェル１３の頭部
には電気ヒータ６が設けられ、暖房用として高温側中温
部熱交換器８及び低温側中温部熱交換器９から熱を取り
出し、冷房用として低温側低温部熱交換器１１から冷熱
を与えられる。搬送用媒体としては水がそれぞれの熱交
換器の外側に配置される。ここで電気ヒータ６により加
熱された高温作動空間１６及び中温作動空間１７内のヘ
リウム等の作動ガスによって、高温側中温部熱交換器８
を介して外側の水を加熱し、一方、低温作動空間１８及
び中温作動空間１７内の作動ガスは低温側中温部熱交換
器９を介して外側の水を加熱するとともに、低温側低温
部熱交換器１１を介して外側の水から熱を奪う。このと
き、前記高温ディスプレーサ１の上下運動は作動ガスを
高温作動空間１６と中温作動空間１７との間を、高温側
高温部熱交換器６ａ、高温側再生器７及び高温側中温部
熱交換器８を通って交番させる。又、低温ディスプレー
サ１９の上下運動は作動ガスを低温作動空間１８及び中
温作動空間１７の間を、低温側低温部熱交換器１１、低
温側再生器１０及び低温側中温部熱交換器９を通って交
番させる。その際高温の作動ガスと低温の作動ガスの割
合が変化することにより作動室全体に圧力変動が生じ
る。ディスプレーサピストンロッド２、３の直径ａ、ｂ
の違いによる低温ディスプレーサ１９の両端面の面積差
に低温ディスプレーサ１９内の圧力と作動室内の圧力差
が作用して加振力（ガスばね力）を生じ、高温ディスプ
レーサ１とはある一定の位相差を保つように低温ディス
プレーサ１９が作動する。このとき、各再生器７、１０
の蓄熱作用により各作動空間は温度が一定に保たれる。
機関としての出力は各熱交換器６ａ、８、９、１１の熱
の放出、吸収を暖房、冷房として利用するわけである。
又、２０は低温ディスプレーサ用補助機械ばね、２１は
作動空間１８のためのロッドシール、２２は高温ディス
プレーサ用機械ばね、２３は適当な圧力値に保つための
バッファ室、２４はバッファ室用ロッドシール、２５は
低温ディスプレーサ内ガスばね室である。
クル機関の基本構造を示す断面正面図を図４に示し、そ
の構造、作動について説明する。高温ディスプレーサ１
は直径ａのディスプレーサピストンロッド２と直径ｂの
ディスプレーサピストンロッド３とが直列になった段違
いロッドを有し、ディスプレーサピストンロッド３の端
部はリニアアクチュエータ４により強制的に図で上、下
に駆動される。一方、円筒形のスリーブ５ａ、５ｂの外
側には図で上から順に高温側高温部熱交換器６ａ、高温
側再生器７、高温側中温部熱交換器８、低温側中温部熱
交換器９、低温側再生器１０及び低温側低温部熱交換器
１１が配設され、高温側中温部熱交換器８と低温側中温
部熱交換器９とはリング形部１２を介して一体となって
いる。更に、高温側再生器７、高温側中温部熱交換器
８、低温側中温部熱交換器９の外側にはそれぞれ高温側
円筒形シェル１３、中温側円筒形シェル１４ａ、１４ｂ
が配設され、又、低温側再生器１０及び低温側低温部熱
交換器１１の外側には低温側円筒形シェル１５が配設さ
れて外部と隔離される。高温側円筒形シェル１３の頭部
には電気ヒータ６が設けられ、暖房用として高温側中温
部熱交換器８及び低温側中温部熱交換器９から熱を取り
出し、冷房用として低温側低温部熱交換器１１から冷熱
を与えられる。搬送用媒体としては水がそれぞれの熱交
換器の外側に配置される。ここで電気ヒータ６により加
熱された高温作動空間１６及び中温作動空間１７内のヘ
リウム等の作動ガスによって、高温側中温部熱交換器８
を介して外側の水を加熱し、一方、低温作動空間１８及
び中温作動空間１７内の作動ガスは低温側中温部熱交換
器９を介して外側の水を加熱するとともに、低温側低温
部熱交換器１１を介して外側の水から熱を奪う。このと
き、前記高温ディスプレーサ１の上下運動は作動ガスを
高温作動空間１６と中温作動空間１７との間を、高温側
高温部熱交換器６ａ、高温側再生器７及び高温側中温部
熱交換器８を通って交番させる。又、低温ディスプレー
サ１９の上下運動は作動ガスを低温作動空間１８及び中
温作動空間１７の間を、低温側低温部熱交換器１１、低
温側再生器１０及び低温側中温部熱交換器９を通って交
番させる。その際高温の作動ガスと低温の作動ガスの割
合が変化することにより作動室全体に圧力変動が生じ
る。ディスプレーサピストンロッド２、３の直径ａ、ｂ
の違いによる低温ディスプレーサ１９の両端面の面積差
に低温ディスプレーサ１９内の圧力と作動室内の圧力差
が作用して加振力（ガスばね力）を生じ、高温ディスプ
レーサ１とはある一定の位相差を保つように低温ディス
プレーサ１９が作動する。このとき、各再生器７、１０
の蓄熱作用により各作動空間は温度が一定に保たれる。
機関としての出力は各熱交換器６ａ、８、９、１１の熱
の放出、吸収を暖房、冷房として利用するわけである。
又、２０は低温ディスプレーサ用補助機械ばね、２１は
作動空間１８のためのロッドシール、２２は高温ディス
プレーサ用機械ばね、２３は適当な圧力値に保つための
バッファ室、２４はバッファ室用ロッドシール、２５は
低温ディスプレーサ内ガスばね室である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の図４に示される
従来のフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関におい
て、比出力の向上、軽量化、コストダウンを目的とする
場合、低温ディスプレーサの大きさが制約を受け、この
ときに、高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサが
理想的な動作をするためには、ガスばね力を適切な値と
するために低温ディスプレーサ内に設けられているガス
ばね室の内容積を増大させる必要があるという問題があ
った。
従来のフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関におい
て、比出力の向上、軽量化、コストダウンを目的とする
場合、低温ディスプレーサの大きさが制約を受け、この
ときに、高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサが
理想的な動作をするためには、ガスばね力を適切な値と
するために低温ディスプレーサ内に設けられているガス
ばね室の内容積を増大させる必要があるという問題があ
った。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題を
解決するために、高温側高温部熱交換器、高温側再生
器、高温側中温部熱交換器、低温側中温部熱交換器、低
温側再生器及び低温側低温部熱交換器を有し、更に、高
温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサを有するフリ
ーピストン式ヴィルミエサイクル機関において、高温デ
ィスプレーサを直径が段違いになった段違いロッドで第
２のガスばね室を貫通させて駆動部につなげると共に、
ロッド内に第１のガスばね室と第２のガスばね室とを連
通させるガス流路を構成し、かつこの流路は機関外部に
構成される第３のガスばね室用リザーバにつながるよう
にするものである。
解決するために、高温側高温部熱交換器、高温側再生
器、高温側中温部熱交換器、低温側中温部熱交換器、低
温側再生器及び低温側低温部熱交換器を有し、更に、高
温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサを有するフリ
ーピストン式ヴィルミエサイクル機関において、高温デ
ィスプレーサを直径が段違いになった段違いロッドで第
２のガスばね室を貫通させて駆動部につなげると共に、
ロッド内に第１のガスばね室と第２のガスばね室とを連
通させるガス流路を構成し、かつこの流路は機関外部に
構成される第３のガスばね室用リザーバにつながるよう
にするものである。
【０００５】
【作用】本発明によれば、ガスばね室の総体積を最適に
設定することができ、高温ディスプレーサ及び低温ディ
スプレーサを、振幅、中立位置の設定等について最適に
動作させることが可能となる。
設定することができ、高温ディスプレーサ及び低温ディ
スプレーサを、振幅、中立位置の設定等について最適に
動作させることが可能となる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明によるフリーピストン式ヴィル
ミエサイクル機関の実施例について図１乃至図３を参照
して説明する。図１は本発明によるフリーピストン式ヴ
ィルミエサイクル機関の第１実施例を示す断面正面図、
図２は本発明によるフリーピストン式ヴィルミエサイク
ル機関の第２実施例を示す断面正面図、図３は高温ディ
スプレーサ及び低温ディスプレーサの変位と各部の圧力
変動の最適な動作状態の計算例を示すグラフである。本
発明は、図４に示すように、高温側高温部熱交換器６
ａ、高温側再生器７、高温側中温部熱交換器８、低温側
中温部熱交換器９、低温側再生器１０及び低温側低温部
熱交換器１１を有し、更に、高温ディスプレーサ１及び
低温ディスプレーサ１９を有するフリーピストン式ヴィ
ルミエサイクル機関におけるものであり、以下第１、第
２の実施例について説明する。 第１実施例： 図１に示されるように、高温ディスプレーサ１に対する
最適な低温ディスプレーサ１９の動作を可能とするため
に、機関外部に低温ディスプレーサ１９内にある第２の
ガスばね室２５を増大させるための第３のガスばね室用
リザーバ３２を装着し、又、前記高温ディスプレーサ１
内を中空として第１のガスばね室２６として用いるよう
にしたものである。第１のガスばね室２６と第２のガス
ばね室２５とはディスプレーサピストンロッド２、３の
ロッド内通路３１を介して直接連通し、このロッド内通
路３１はガスばね室連絡通路３３を介して第３ガスばね
室用リザーバ３２に連通している。 第２実施例： 図２に示されるように、ガスばね室連絡通路３３にガス
ばね室容積を調整するための流量調整機構３４を設ける
ようにしたものである。図３は、高温及び低温ディスプ
レーサの変位と各部の圧力変動の最適な動作状態の計算
例を示すグラフである。
ミエサイクル機関の実施例について図１乃至図３を参照
して説明する。図１は本発明によるフリーピストン式ヴ
ィルミエサイクル機関の第１実施例を示す断面正面図、
図２は本発明によるフリーピストン式ヴィルミエサイク
ル機関の第２実施例を示す断面正面図、図３は高温ディ
スプレーサ及び低温ディスプレーサの変位と各部の圧力
変動の最適な動作状態の計算例を示すグラフである。本
発明は、図４に示すように、高温側高温部熱交換器６
ａ、高温側再生器７、高温側中温部熱交換器８、低温側
中温部熱交換器９、低温側再生器１０及び低温側低温部
熱交換器１１を有し、更に、高温ディスプレーサ１及び
低温ディスプレーサ１９を有するフリーピストン式ヴィ
ルミエサイクル機関におけるものであり、以下第１、第
２の実施例について説明する。 第１実施例： 図１に示されるように、高温ディスプレーサ１に対する
最適な低温ディスプレーサ１９の動作を可能とするため
に、機関外部に低温ディスプレーサ１９内にある第２の
ガスばね室２５を増大させるための第３のガスばね室用
リザーバ３２を装着し、又、前記高温ディスプレーサ１
内を中空として第１のガスばね室２６として用いるよう
にしたものである。第１のガスばね室２６と第２のガス
ばね室２５とはディスプレーサピストンロッド２、３の
ロッド内通路３１を介して直接連通し、このロッド内通
路３１はガスばね室連絡通路３３を介して第３ガスばね
室用リザーバ３２に連通している。 第２実施例： 図２に示されるように、ガスばね室連絡通路３３にガス
ばね室容積を調整するための流量調整機構３４を設ける
ようにしたものである。図３は、高温及び低温ディスプ
レーサの変位と各部の圧力変動の最適な動作状態の計算
例を示すグラフである。
【０００７】
【発明の効果】本発明によるフリーピストン式ヴィルミ
エサイクルは、上述のように構成されているので、高温
ディスプレーサ及び低温ディスプレーサを、振幅、中立
位置の設定等について最適に動作させることが可能とな
り、又、第２の発明によれば、ガスばね室容積の微調整
が可能となる。
エサイクルは、上述のように構成されているので、高温
ディスプレーサ及び低温ディスプレーサを、振幅、中立
位置の設定等について最適に動作させることが可能とな
り、又、第２の発明によれば、ガスばね室容積の微調整
が可能となる。
【図１】本発明によるフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の第１実施例を示す断面正面図である。
クル機関の第１実施例を示す断面正面図である。
【図２】本発明によるフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の第２実施例及び第３実施例を示す断面正面図
である。
クル機関の第２実施例及び第３実施例を示す断面正面図
である。
【図３】高温及び低温ディスプレーサの変位と各部の圧
力変動の最適な動作状態の計算例を示すグラフである。
力変動の最適な動作状態の計算例を示すグラフである。
【図４】従来のフリーピストン式ヴィルミエサイクル機
関の基本構造を示す断面正面図である。
関の基本構造を示す断面正面図である。
１：高温ディスプレーサ ４：リニアアクチュエータ ６：電気ヒータ ６ａ：高温側高温部熱交換器 ７：高温側再生器 ８：高温側中温部熱交換器 ９：低温側中温部熱交換器 １０：低温側再生器 １１：低温側低温部熱交換器 １９：低温ディスプレーサ ２０：低温ディスプレーサ用補助機械ばね ２２：高温ディスプレーサ用機械ばね ２３：バッファ室 ２５：低温ディスプレーサ内の第２のガスばね室 ２６：高温ディスプレーサ内の第１のガスばね室３２：第３のガスばね室用リザーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−101758（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−210766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150458（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 9/14 510 F02G 1/05
Claims (1)
- 【請求項１】 高温側高温部熱交換器、高温側再生器、
高温側中温部熱交換器、低温側中温部熱交換器、低温側
再生器及び低温側低温部熱交換器を有し、更に、内部に
第１のガスばね室が構成された高温ディスプレーサ及び
内部に第２のガスばね室が構成された低温ディスプレー
サを有するフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関に
おいて、上記高温ディスプレーサを直径が段違いになっ
た段違いロッドで第２のガスばね室を貫通させて駆動部
につなげると共に、前記ロッド内に第１のガスばね室と
第２のガスばね室とを連通させるガス流路を構成し、か
つこの流路は機関外部に構成される第３のガスばね室用
リザーバにつながるようにしたことを特徴とするフリー
ピストン式ヴィルミエサイクル機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31771094A JP3286482B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31771094A JP3286482B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08152214A JPH08152214A (ja) | 1996-06-11 |
| JP3286482B2 true JP3286482B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=18091174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31771094A Expired - Fee Related JP3286482B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286482B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100477352B1 (ko) * | 1997-02-20 | 2005-07-18 | 산요덴키가부시키가이샤 | 프리피스톤식비루미에싸이클기관 |
| KR102379089B1 (ko) * | 2015-10-13 | 2022-03-28 | 경북대학교 산학협력단 | 가스 스프링을 이용한 벌마이어 히트 펌프 |
-
1994
- 1994-11-29 JP JP31771094A patent/JP3286482B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08152214A (ja) | 1996-06-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |