JP3291404B2 - 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は空調機、冷凍機等に使用
されるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関（Ｆre
e Ｐiston Ｖuillermiercycle Ｍachine）の改良に関す
る。
されるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関（Ｆre
e Ｐiston Ｖuillermiercycle Ｍachine）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（以下ＶＭ機関と略称する）の要部断面図を図
２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のロッド２と直径ｂのロッド３と
が直列になった段違いロッドを有し、ロッド３の端部は
加振器（図示せず）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４ａ、４ｂの外側には図で
上から順に高温側高温部熱交換器５、高温側再生器６、
高温側中温部熱交換器７、低温側中温部熱交換器８、低
温側再生器９及び低温側低温部熱交換器１０が配設さ
れ、また高温側中温部熱交換器７と低温側中温部熱交換
器８とはリング形部１１を介して一体となっている。さ
らに、高温側再生器６、高温側中温部熱交換器７、低温
側中温部熱交換器８の外側には夫々高温側円筒形シエル
１２、中温側円筒形シエル１３ａ、１３ｂが配設され、
又、低温側再生器９及び低温側低温部熱交換器１０の外
側には低温側円筒形シエル１４が配設されて外部と隔離
される。
クル機関（以下ＶＭ機関と略称する）の要部断面図を図
２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のロッド２と直径ｂのロッド３と
が直列になった段違いロッドを有し、ロッド３の端部は
加振器（図示せず）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４ａ、４ｂの外側には図で
上から順に高温側高温部熱交換器５、高温側再生器６、
高温側中温部熱交換器７、低温側中温部熱交換器８、低
温側再生器９及び低温側低温部熱交換器１０が配設さ
れ、また高温側中温部熱交換器７と低温側中温部熱交換
器８とはリング形部１１を介して一体となっている。さ
らに、高温側再生器６、高温側中温部熱交換器７、低温
側中温部熱交換器８の外側には夫々高温側円筒形シエル
１２、中温側円筒形シエル１３ａ、１３ｂが配設され、
又、低温側再生器９及び低温側低温部熱交換器１０の外
側には低温側円筒形シエル１４が配設されて外部と隔離
される。
【０００３】高温側円筒形シエル１２の頭部には電気ヒ
ータ１５が設けられ、暖房用として高温側中温部熱交換
器７及び低温側中温部熱交換器８から熱を取り出し、冷
房用として低温側低温部熱交換器１０から冷熱を与えら
れる。搬送用媒体としては水が夫々の熱交換器の外側に
配置される。また、ロッド３の下部には加振機（図示せ
ず）を結合し、始動及び定常運転のための高温ディスプ
レーサ１の加振に使用する。ここで電気ヒータ１５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７を介して外側の水を加熱し、一方、低温作動空間１
８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８を介して外側の水を加熱すると共に、低温側低
温部熱交換器１０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５、高温側再生器６及び高温側中温部
熱交換器７を通って交番させる。また、低温作動空間１
８と中温作動空間１７とを分ける低温ディスプレーサ１
９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１０、低温側
再生器９及び低温側中温部熱交換器８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圧力変動を生じるが、ロッド２及び
３の各直径ａ及びｂの違いにより低温ディスプレーサ１
９に加振力を生じ、従って、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６及び９の蓄熱作用に
より各作動空間は温度が一定に保たれる。このＶＭ機関
としての出力を、各熱交換器５、７、８及び１０の熱の
放出、吸収を暖房、冷房として利用するものである。
ータ１５が設けられ、暖房用として高温側中温部熱交換
器７及び低温側中温部熱交換器８から熱を取り出し、冷
房用として低温側低温部熱交換器１０から冷熱を与えら
れる。搬送用媒体としては水が夫々の熱交換器の外側に
配置される。また、ロッド３の下部には加振機（図示せ
ず）を結合し、始動及び定常運転のための高温ディスプ
レーサ１の加振に使用する。ここで電気ヒータ１５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７を介して外側の水を加熱し、一方、低温作動空間１
８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８を介して外側の水を加熱すると共に、低温側低
温部熱交換器１０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５、高温側再生器６及び高温側中温部
熱交換器７を通って交番させる。また、低温作動空間１
８と中温作動空間１７とを分ける低温ディスプレーサ１
９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１０、低温側
再生器９及び低温側中温部熱交換器８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圧力変動を生じるが、ロッド２及び
３の各直径ａ及びｂの違いにより低温ディスプレーサ１
９に加振力を生じ、従って、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６及び９の蓄熱作用に
より各作動空間は温度が一定に保たれる。このＶＭ機関
としての出力を、各熱交換器５、７、８及び１０の熱の
放出、吸収を暖房、冷房として利用するものである。
【０００４】ＶＭ機関に関する技術文献には、“Ｄevel
opment of a Ｆree ＰistonＶuilleumier Ｍachine for
Ｃooling Ｐurposes”（ISCE-91060 P.15）や本発明者
による「フリーピストン式ヴィルミエサイクルヒートポ
ンプの基礎的研究」（日本機械学会７１期通常総会講演
会発表）がある。前者には、本発明の対象となるＶＭ機
関と同様構造の試験機が紹介され、また後者には、筆者
らが開発したＶＭヒートポンプが紹介されている。
opment of a Ｆree ＰistonＶuilleumier Ｍachine for
Ｃooling Ｐurposes”（ISCE-91060 P.15）や本発明者
による「フリーピストン式ヴィルミエサイクルヒートポ
ンプの基礎的研究」（日本機械学会７１期通常総会講演
会発表）がある。前者には、本発明の対象となるＶＭ機
関と同様構造の試験機が紹介され、また後者には、筆者
らが開発したＶＭヒートポンプが紹介されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の構
成においては、図２に示したロッド３の先端に何らかの
タイプの加振機、例えば、リニアモータを結合する必要
がある。そのために、ＶＭ機関の長さ（高さ）が長くな
ると共に、価格が高価になるという問題があり、さら
に、低温ディスプレーサの振動状態を外部から制御でき
ないものであった。本発明は従来のものの上記課題（問
題点）を解決し、ＶＭ機関の特質を活かし、従来のリニ
アモータのような特殊構造の加振機を必要としないで始
動及び適切な定常運転を実現できるフリーピストン式ヴ
ィルミエサイクル機関（ＶＭ機関）を提供することを目
的とする。
成においては、図２に示したロッド３の先端に何らかの
タイプの加振機、例えば、リニアモータを結合する必要
がある。そのために、ＶＭ機関の長さ（高さ）が長くな
ると共に、価格が高価になるという問題があり、さら
に、低温ディスプレーサの振動状態を外部から制御でき
ないものであった。本発明は従来のものの上記課題（問
題点）を解決し、ＶＭ機関の特質を活かし、従来のリニ
アモータのような特殊構造の加振機を必要としないで始
動及び適切な定常運転を実現できるフリーピストン式ヴ
ィルミエサイクル機関（ＶＭ機関）を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に基づくＶＭ機関
においては、上記課題を解決するために、高温作動空
間、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、低
温作動空間及び低温側低温部熱交換器を有し、さらに、
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、前記低温作動空間、第１のガスばね室を順に貫通
させてバッファ室内の機械ばねにつなげると共に、前記
ロッド内に第２のガスばね室と第１のガスばね室とを連
通させるガス流路を構成し、上記高温ディスプレーサと
低温ディスプレーサとの間に形成される中温作動空間と
第１のガスばね室とを連通するガス流路を設け、このガ
ス流路には開閉弁を設けたものである。
においては、上記課題を解決するために、高温作動空
間、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、低
温作動空間及び低温側低温部熱交換器を有し、さらに、
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、前記低温作動空間、第１のガスばね室を順に貫通
させてバッファ室内の機械ばねにつなげると共に、前記
ロッド内に第２のガスばね室と第１のガスばね室とを連
通させるガス流路を構成し、上記高温ディスプレーサと
低温ディスプレーサとの間に形成される中温作動空間と
第１のガスばね室とを連通するガス流路を設け、このガ
ス流路には開閉弁を設けたものである。
【０００７】
【作用】本発明に基づくＶＭ機関においては、高温ディ
スプレーサと低温ディスプレーサとの間に形成される中
温作動空間、第１のガスばね室、低温ディスプレーサ内
の第２のガスばね室がガス流路で連通すると共に、この
ガス流路に開閉弁を設けたので、ガス流路を開閉可能に
して、中温作動空間と第２のガスばね室との間の圧力差
が調整できるので、ＶＭ機関の出力調整が容易に実現で
きる。
スプレーサと低温ディスプレーサとの間に形成される中
温作動空間、第１のガスばね室、低温ディスプレーサ内
の第２のガスばね室がガス流路で連通すると共に、この
ガス流路に開閉弁を設けたので、ガス流路を開閉可能に
して、中温作動空間と第２のガスばね室との間の圧力差
が調整できるので、ＶＭ機関の出力調整が容易に実現で
きる。
【０００８】
【実施例】以下本発明を図示する一実施例により詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例を示す制御流路も含
めて記載した縦断正面図で、同図中、従来のものと対応
するものについては、図２と同一の符号を使用し、その
詳細な説明は省略する。図１において、ロッド３の下部
先端はバッファ室２０内部で高温ディスプレーサ用機械
ばね２１によってバッファ室２０の天井面に固定されて
いる。バッファ室２０と低温側円筒形シエル１４との間
には第１のガスばね室２２Ａを形成している。低温ディ
スプレーサ内に第２のガスばね室２２Ｂを設け、第１の
ガスばね室２２Ａと第２のガスばね室２２Ｂとはロッド
３内部に形成したガス流路２２Ｃによって連通し、一体
のガスばね室を形成している。第２のガスばね室２２Ｂ
内においてロッド２と第２のガスばね室２２Ｂ天井部と
の間に低温ディスプレーサ用機械ばね２３を装着してい
る。
説明する。図１は本発明の一実施例を示す制御流路も含
めて記載した縦断正面図で、同図中、従来のものと対応
するものについては、図２と同一の符号を使用し、その
詳細な説明は省略する。図１において、ロッド３の下部
先端はバッファ室２０内部で高温ディスプレーサ用機械
ばね２１によってバッファ室２０の天井面に固定されて
いる。バッファ室２０と低温側円筒形シエル１４との間
には第１のガスばね室２２Ａを形成している。低温ディ
スプレーサ内に第２のガスばね室２２Ｂを設け、第１の
ガスばね室２２Ａと第２のガスばね室２２Ｂとはロッド
３内部に形成したガス流路２２Ｃによって連通し、一体
のガスばね室を形成している。第２のガスばね室２２Ｂ
内においてロッド２と第２のガスばね室２２Ｂ天井部と
の間に低温ディスプレーサ用機械ばね２３を装着してい
る。
【０００９】中温作動空間１７の所定位置と第１のガス
ばね室２２Ａとの間には３本のガス流路２４、２５及び
２６を設けている。第１のガス流路２４には、中温作動
空間１７から第１のガスばね室２２Ａの方向に作動ガス
が流れる方向に逆止弁２７を挿入すると共に、後述する
機能を満足する容量と耐圧構造のガスタンクより成る最
高圧力リザーバ２８を設け、この最高圧力リザーバ２８
の両側のガス流路２４に開閉弁２９及び３０を夫々挿入
する。第２のガス流路２５には、第１のガスばね室２２
Ａから中温作動空間１７に作動ガスが流れる方向に逆止
弁３１を挿入すると共に後述する機能を満足する容量と
耐圧構造のガスタンクより成る最低圧力リザーバ３２を
設け、最低圧力リザーバ３２の両側のガス流路２５に開
閉弁３３及び３４を夫々挿入する。第３のガス流路２６
には開閉弁３５が挿入される。なお、これらの開閉弁３
３、３４及び３５は夫々遠隔（操作）制御を可能とする
のが望ましい。また、この開閉弁３５としては、流量調
節機能を備えた電磁弁等を使用し、または、ガス流路２
６に図示しない絞り弁を挿入する等の手段によって、後
述するように対象ＶＭ機関の必要性能等に対応して、開
閉弁３５の開時に第３のガス流路２６を流れる作動ガス
の流量を制御できる手段を設けるのが望ましい。
ばね室２２Ａとの間には３本のガス流路２４、２５及び
２６を設けている。第１のガス流路２４には、中温作動
空間１７から第１のガスばね室２２Ａの方向に作動ガス
が流れる方向に逆止弁２７を挿入すると共に、後述する
機能を満足する容量と耐圧構造のガスタンクより成る最
高圧力リザーバ２８を設け、この最高圧力リザーバ２８
の両側のガス流路２４に開閉弁２９及び３０を夫々挿入
する。第２のガス流路２５には、第１のガスばね室２２
Ａから中温作動空間１７に作動ガスが流れる方向に逆止
弁３１を挿入すると共に後述する機能を満足する容量と
耐圧構造のガスタンクより成る最低圧力リザーバ３２を
設け、最低圧力リザーバ３２の両側のガス流路２５に開
閉弁３３及び３４を夫々挿入する。第３のガス流路２６
には開閉弁３５が挿入される。なお、これらの開閉弁３
３、３４及び３５は夫々遠隔（操作）制御を可能とする
のが望ましい。また、この開閉弁３５としては、流量調
節機能を備えた電磁弁等を使用し、または、ガス流路２
６に図示しない絞り弁を挿入する等の手段によって、後
述するように対象ＶＭ機関の必要性能等に対応して、開
閉弁３５の開時に第３のガス流路２６を流れる作動ガス
の流量を制御できる手段を設けるのが望ましい。
【００１０】次に、上述した構成における最高圧力リザ
ーバ２８、最低圧力リザーバ３２及び第３のガス流路２
６の働きを説明する。このＶＭ機関を組み立て、所定の
作動ガスを封入するときに、開閉弁２９と３０を閉鎖し
て最高圧力リザーバ２８に所定圧力の作動ガスを蓄え
る。同様に、開閉弁３３と３４を閉鎖して最低圧力リザ
ーバ３２に所定圧力の作動ガスを蓄える。
ーバ２８、最低圧力リザーバ３２及び第３のガス流路２
６の働きを説明する。このＶＭ機関を組み立て、所定の
作動ガスを封入するときに、開閉弁２９と３０を閉鎖し
て最高圧力リザーバ２８に所定圧力の作動ガスを蓄え
る。同様に、開閉弁３３と３４を閉鎖して最低圧力リザ
ーバ３２に所定圧力の作動ガスを蓄える。
【００１１】このＶＭ機関の始動時に、図示しない制御
装置によって開閉弁２９を閉じたまま開閉弁３０を開く
と、最高圧力リザーバ２８内の高圧ガスは、中温作動空
間１７内の最高圧力値よりも低くなっている低温ディス
プレーサ１９内のガスばね室２２Ｂに第１のガスばね室
２２Ａを経由して供給される。従って、ガスばね室２２
Ｂに生じるガスばね力によって低温ディスプレーサ１９
を作動させる。その後、制御装置（図示せず）によって
所定タイミングで開閉弁３０を閉じると、ＶＭ機関内部
の構成とその機能の働きによって低温ディスプレーサ１
９の動きは、逆転してもとの方向に動く。上記制御装置
によって再度、開閉弁３０を開くと低温ディスプレーサ
１９を再び作動させる。この作用が開閉弁３０を締め切
りにするか、または最高圧力リザーバ２８内の作動ガス
の圧力がガスばね室内の圧力値に等しくなるまで継続さ
れる。よって、低温ディスプレーサ１９を加振してＶＭ
機関を円滑に始動できる。なお、このように始動したＶ
Ｍ機関の運転サイクルにおいては、ＶＭ機関の稼働中に
図示しない制御装置によって適切なタイミングで開閉弁
２９を開いてガスばね室２２Ｂ内の最低圧力を上昇させ
るように開閉弁３０を開閉すると、所要の運転サイクル
に調節できると共に、このとき最高圧力リザーバ２８に
は作動空間側からガスが供給されるので、最高圧力が維
持される。
装置によって開閉弁２９を閉じたまま開閉弁３０を開く
と、最高圧力リザーバ２８内の高圧ガスは、中温作動空
間１７内の最高圧力値よりも低くなっている低温ディス
プレーサ１９内のガスばね室２２Ｂに第１のガスばね室
２２Ａを経由して供給される。従って、ガスばね室２２
Ｂに生じるガスばね力によって低温ディスプレーサ１９
を作動させる。その後、制御装置（図示せず）によって
所定タイミングで開閉弁３０を閉じると、ＶＭ機関内部
の構成とその機能の働きによって低温ディスプレーサ１
９の動きは、逆転してもとの方向に動く。上記制御装置
によって再度、開閉弁３０を開くと低温ディスプレーサ
１９を再び作動させる。この作用が開閉弁３０を締め切
りにするか、または最高圧力リザーバ２８内の作動ガス
の圧力がガスばね室内の圧力値に等しくなるまで継続さ
れる。よって、低温ディスプレーサ１９を加振してＶＭ
機関を円滑に始動できる。なお、このように始動したＶ
Ｍ機関の運転サイクルにおいては、ＶＭ機関の稼働中に
図示しない制御装置によって適切なタイミングで開閉弁
２９を開いてガスばね室２２Ｂ内の最低圧力を上昇させ
るように開閉弁３０を開閉すると、所要の運転サイクル
に調節できると共に、このとき最高圧力リザーバ２８に
は作動空間側からガスが供給されるので、最高圧力が維
持される。
【００１２】また、始動時に、上記制御装置によって開
閉弁３４を閉じたまま開閉弁３３を上記制御装置によっ
て開くと、最低圧力リザーバ３２内の低圧ガスは、中温
作動空間１７内の最低圧力値よりも高くなっている低温
ディスプレーサ１９内のガスばね室２２Ｂに第１のガス
ばね室２２Ａを経由して供給される。従って、ガスばね
力によって低温ディスプレーサ１９を作動させる。その
後、上記制御装置によって所定タイミングで開閉弁３３
を閉じると、ＶＭ機関内部の構成とその機能の働きで低
温ディスプレーサ１９の動きが逆転して、もとの方向に
動く。上記制御装置によって再度、開閉弁３３を開くと
低温ディスプレーサ１９を再び作動させる。この作用が
開閉弁３３を締め切りにするか、または最低圧力リザー
バ３２内の作動ガスの圧力がガスばね室内の圧力値に等
しくなるまで継続される。よって、低温ディスプレーサ
１９を加振してＶＭ機関を円滑に始動できる。なお、こ
のように始動したＶＭ機関の運転サイクルにおいては、
ＶＭ機関の稼働中に上記制御装置によって適切なタイミ
ングで開閉弁３４を開いてガスばね室２２Ｂ内の最高圧
力を降下させるように開閉弁３３を開閉すると、所要の
運転サイクルに調節できると共に、このとき最低圧力リ
ザーバ３２から作動空間側へガスが放出されるので、最
低圧力が維持される。
閉弁３４を閉じたまま開閉弁３３を上記制御装置によっ
て開くと、最低圧力リザーバ３２内の低圧ガスは、中温
作動空間１７内の最低圧力値よりも高くなっている低温
ディスプレーサ１９内のガスばね室２２Ｂに第１のガス
ばね室２２Ａを経由して供給される。従って、ガスばね
力によって低温ディスプレーサ１９を作動させる。その
後、上記制御装置によって所定タイミングで開閉弁３３
を閉じると、ＶＭ機関内部の構成とその機能の働きで低
温ディスプレーサ１９の動きが逆転して、もとの方向に
動く。上記制御装置によって再度、開閉弁３３を開くと
低温ディスプレーサ１９を再び作動させる。この作用が
開閉弁３３を締め切りにするか、または最低圧力リザー
バ３２内の作動ガスの圧力がガスばね室内の圧力値に等
しくなるまで継続される。よって、低温ディスプレーサ
１９を加振してＶＭ機関を円滑に始動できる。なお、こ
のように始動したＶＭ機関の運転サイクルにおいては、
ＶＭ機関の稼働中に上記制御装置によって適切なタイミ
ングで開閉弁３４を開いてガスばね室２２Ｂ内の最高圧
力を降下させるように開閉弁３３を開閉すると、所要の
運転サイクルに調節できると共に、このとき最低圧力リ
ザーバ３２から作動空間側へガスが放出されるので、最
低圧力が維持される。
【００１３】高温ディスプレーサ１の位置に対応して、
上記制御装置によって最高圧力リザーバ２８に接続する
開閉弁３０と最低圧力リザーバ３２に接続する開閉弁３
３を交互に適切にタイミングを合わせて開閉することに
よって低温ディスプレーサ１９を加振し、上述よりもよ
り容易にＶＭ機関を始動できる。
上記制御装置によって最高圧力リザーバ２８に接続する
開閉弁３０と最低圧力リザーバ３２に接続する開閉弁３
３を交互に適切にタイミングを合わせて開閉することに
よって低温ディスプレーサ１９を加振し、上述よりもよ
り容易にＶＭ機関を始動できる。
【００１４】このＶＭ機関が始動した後、図示しない制
御装置によって開閉弁２９を開いて開閉弁３０を閉じる
と、中温作動空間１７のガス圧が最高圧力リザーバ２８
内のガス圧よりも高くなると、逆止弁２７を経由して中
温作動空間１７内の作動ガスが最高圧力リザーバ２８に
流入する。逆に、中温作動空間１７のガス圧が最高圧力
リザーバ２８内のガス圧よりも低くなると、逆止弁２７
の働きで作動ガスはどちらの方にも流れない。従って、
最高圧力リザーバ２８内には中温作動空間１７に発生す
る最高ガス圧で作動ガスが蓄積される。最高圧力リザー
バ２８に圧力センサ（図示せず）を設け、この圧力セン
サの計測値が所定値になると、上記制御装置の働きで開
いていた開閉弁２９を閉じるようにしても良い。最高圧
力リザーバ２８内に所定圧力以上の作動ガスが蓄積され
るので、次回の始動時等に、前述したように利用でき
る。
御装置によって開閉弁２９を開いて開閉弁３０を閉じる
と、中温作動空間１７のガス圧が最高圧力リザーバ２８
内のガス圧よりも高くなると、逆止弁２７を経由して中
温作動空間１７内の作動ガスが最高圧力リザーバ２８に
流入する。逆に、中温作動空間１７のガス圧が最高圧力
リザーバ２８内のガス圧よりも低くなると、逆止弁２７
の働きで作動ガスはどちらの方にも流れない。従って、
最高圧力リザーバ２８内には中温作動空間１７に発生す
る最高ガス圧で作動ガスが蓄積される。最高圧力リザー
バ２８に圧力センサ（図示せず）を設け、この圧力セン
サの計測値が所定値になると、上記制御装置の働きで開
いていた開閉弁２９を閉じるようにしても良い。最高圧
力リザーバ２８内に所定圧力以上の作動ガスが蓄積され
るので、次回の始動時等に、前述したように利用でき
る。
【００１５】このＶＭ機関が始動した後、上記制御装置
によって開閉弁３４を開いて開閉弁３３を閉じると、中
温作動空間１７のガス圧が最低圧力リザーバ３２内のガ
ス圧よりも低くなると、逆止弁３１を経由して最低圧力
リザーバ３２に蓄積された作動ガスが中温作動空間１７
内に流入する。逆に、中温作動空間１７のガス圧が最低
圧力リザーバ３２内のガス圧よりも高くなると、逆止弁
３１の働きで作動ガスはどちらの方にも流れない。従っ
て、最低圧力リザーバ３２内には中温作動空間１７に発
生する最低ガス圧で作動ガスが蓄積される。この場合
も、最低圧力リザーバ３２に圧力センサ（図示せず）を
設け、この圧力センサの計測値が所定値になると、上記
制御装置の働きで開いていた開閉弁３４を閉じるように
しても良い。最低圧力リザーバ３２内に所定圧力以下の
作動ガスが蓄積されるので、次回の始動時等に、前述し
たように利用できる。
によって開閉弁３４を開いて開閉弁３３を閉じると、中
温作動空間１７のガス圧が最低圧力リザーバ３２内のガ
ス圧よりも低くなると、逆止弁３１を経由して最低圧力
リザーバ３２に蓄積された作動ガスが中温作動空間１７
内に流入する。逆に、中温作動空間１７のガス圧が最低
圧力リザーバ３２内のガス圧よりも高くなると、逆止弁
３１の働きで作動ガスはどちらの方にも流れない。従っ
て、最低圧力リザーバ３２内には中温作動空間１７に発
生する最低ガス圧で作動ガスが蓄積される。この場合
も、最低圧力リザーバ３２に圧力センサ（図示せず）を
設け、この圧力センサの計測値が所定値になると、上記
制御装置の働きで開いていた開閉弁３４を閉じるように
しても良い。最低圧力リザーバ３２内に所定圧力以下の
作動ガスが蓄積されるので、次回の始動時等に、前述し
たように利用できる。
【００１６】このＶＭ機関が始動し、運転中に、上記制
御装置によって開閉弁３５を開くと中温作動空間１７と
第１のガスばね室２２Ａとの間にガス流路が形成され、
ガス圧の高い方からガス圧の低い方向にこの圧力差とガ
ス流路２６の抵抗値に対応した流量で作動ガスが流れ
る。従って、中温作動空間１７内のガス圧と，第１のガ
スばね室２２Ａと連通する低温ディスプレーサ１９内の
第２のガスばね室２２Ｂのガス圧との偏差が減少される
ので、このＶＭ機関の出力が縮小される。また、開閉弁
３５を操作して、前述したように最高圧力リザーバ２
８、または、最低圧力リザーバ３２からの圧力ガスによ
って強制的に変動させた低温ディスプレーサ１９内の第
２ガスばね室２２Ｂ内のガス圧力と中温作動空間１７内
のガス圧力との圧力差を最適値になるように調節する。
即ち、ＶＭ機関の負荷条件等に対応して図示しない制御
装置によって開閉弁３５を適宜開閉するか、開閉弁３５
に流量制御機能を備えた開閉弁を使用して制御するか、
この第３のガス流路２６に流量制御弁を挿入して制御す
る等の手段によって、このＶＭ機関の出力を適切に制御
することができる。また、第３のガス流路２６に絞り弁
を挿入して中温作動空間と低温ディスプレーサとの圧力
差が大なる場合にも過大な流量が流れて急激にＶＭ機関
の出力が低下するのを防止することができる。即ち、こ
のＶＭ機関の作動状況と必要性能に対応して適切・経済
的な流量制御機能を設ければ良い。
御装置によって開閉弁３５を開くと中温作動空間１７と
第１のガスばね室２２Ａとの間にガス流路が形成され、
ガス圧の高い方からガス圧の低い方向にこの圧力差とガ
ス流路２６の抵抗値に対応した流量で作動ガスが流れ
る。従って、中温作動空間１７内のガス圧と，第１のガ
スばね室２２Ａと連通する低温ディスプレーサ１９内の
第２のガスばね室２２Ｂのガス圧との偏差が減少される
ので、このＶＭ機関の出力が縮小される。また、開閉弁
３５を操作して、前述したように最高圧力リザーバ２
８、または、最低圧力リザーバ３２からの圧力ガスによ
って強制的に変動させた低温ディスプレーサ１９内の第
２ガスばね室２２Ｂ内のガス圧力と中温作動空間１７内
のガス圧力との圧力差を最適値になるように調節する。
即ち、ＶＭ機関の負荷条件等に対応して図示しない制御
装置によって開閉弁３５を適宜開閉するか、開閉弁３５
に流量制御機能を備えた開閉弁を使用して制御するか、
この第３のガス流路２６に流量制御弁を挿入して制御す
る等の手段によって、このＶＭ機関の出力を適切に制御
することができる。また、第３のガス流路２６に絞り弁
を挿入して中温作動空間と低温ディスプレーサとの圧力
差が大なる場合にも過大な流量が流れて急激にＶＭ機関
の出力が低下するのを防止することができる。即ち、こ
のＶＭ機関の作動状況と必要性能に対応して適切・経済
的な流量制御機能を設ければ良い。
【００１７】上述の実施例は本発明の技術思想を実現す
る一例を示したものであって、そのＶＭ機関の構成とそ
の用途に対応して適切に応用改変しても良いことは当然
である。例えば、上述した第３のガス流路２６は単独に
設けても、最高圧力リザーバまたは最低圧力リザーバ或
いは最高圧力リザーバ及び最低圧力リザーバに並列にし
て設けても良い。
る一例を示したものであって、そのＶＭ機関の構成とそ
の用途に対応して適切に応用改変しても良いことは当然
である。例えば、上述した第３のガス流路２６は単独に
設けても、最高圧力リザーバまたは最低圧力リザーバ或
いは最高圧力リザーバ及び最低圧力リザーバに並列にし
て設けても良い。
【００１８】
【発明の効果】本発明に基づくフリーピストン式ヴィル
ミエサイクル機関（ＶＭ機関）は、上述のように構成し
作動するようにしたので、開閉弁を設けたガス流路を用
いてこのＶＭ機関の出力調整が容易に実現できるもので
ある。
ミエサイクル機関（ＶＭ機関）は、上述のように構成し
作動するようにしたので、開閉弁を設けたガス流路を用
いてこのＶＭ機関の出力調整が容易に実現できるもので
ある。
【図１】本発明の一実施例を示すもので、制御流路を含
めて示したフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関の
縦断正面図である。
めて示したフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関の
縦断正面図である。
【図２】従来例のフリーピストン式ヴィルミエサイクル
機関の縦断正面図である。
機関の縦断正面図である。
１：高温ディスプレーサ ５：高温側高温部熱交換器 ６：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：低温側低温部熱交換器 １２：高温側円筒形シエル １３ａ、１３ｂ：中温側円筒形シエル １４：低温側円筒形シエル １６：高温作動空間 １７：中温作動空間 １８：低温作動空間 １９：低温ディスプレーサ ２０：バッファ室 ２２Ａ、２２Ｂ：ガスばね室 ２２Ｃ：ガス流路 ２４、２５、２６：ガス流路 ２７、３１：逆止弁 ２８：最高圧力リザーバ ２９、３０、３３、３４、３５：開閉弁 ３２：最低圧力リザーバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−87952（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−119048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150458（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53048（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 9/14 510 F02G 1/043 F02G 1/05
Claims (1)
- 【請求項１】 高温作動空間、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、低温作動空間及び低温側低温部
熱交換器を有し、さらに、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、前記低温作動空間、第
１のガスばね室を順に貫通させてバッファ室内の機械ば
ねにつなげると共に、前記ロッド内に第２のガスばね室
と第１のガスばね室とを連通させるガス流路を構成し、
上記高温ディスプレーサと低温ディスプレーサとの間に
形成される中温作動空間と第１のガスばね室とを連通す
るガス流路を設け、このガス流路には開閉弁を設けたこ
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 |
|---|---|---|---|
| JP31954394A JP3291404B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP31954394A JP3291404B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 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 |
|---|---|
| JPH08159586A JPH08159586A (ja) | 1996-06-21 |
| JP3291404B2 true JP3291404B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=18111431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31954394A Expired - Fee Related JP3291404B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | 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) | JP3291404B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5737925A (en) * | 1995-11-30 | 1998-04-14 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Free piston Vuillermier machine |
| EP2710263B1 (de) * | 2011-08-03 | 2016-09-14 | Pressure Wave Systems GmbH | Kompressorvorrichtung sowie eine damit ausgerüstete kühlvorrichtung und eine damit ausgerüstete kältemaschine |
| CN102889152B (zh) * | 2012-10-26 | 2014-10-08 | 成都宇能通能源开发有限公司 | 采用蓄热式加热器、环型间隙冷却器和直线驱动配气活塞的斯特林发动机 |
| KR102379089B1 (ko) * | 2015-10-13 | 2022-03-28 | 경북대학교 산학협력단 | 가스 스프링을 이용한 벌마이어 히트 펌프 |
| KR102379086B1 (ko) * | 2015-10-13 | 2022-03-28 | 경북대학교 산학협력단 | 벌마이어 히트 펌프 |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP31954394A patent/JP3291404B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08159586A (ja) | 1996-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |