JP3609469B2 - クーク・ヤーボロフサイクル機関 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は空調機器、冷凍機器に用いられるクーク・ヤーボロフサイクル機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
クーク・ヤーボロフサイクル機関(Cooke‐Yarborough cycle machines、略してCY機関)は、クーク・ヤーボロフによって提唱された3熱源間で動作する外燃式再生サイクル機関であり、スターリングサイクル機関(Stirling cycle machi−nes、略してST機関)やヴィルミエサイクル機関(Vuilleumier cycle machin−es、略してVM機関)と同様に、エネルギ問題や地球環境問題の解決に貢献し得るクリーンで高効率な熱機関として空調機器や冷凍機器の分野での実用化が期待されている。
CY機関は、形式的には圧縮空間を共有することによって二つのST機関を結合したもので、VM機関と同様に、高温熱源からの熱入力により中温熱源への放熱と低温熱源からの吸熱を生じ、ヒートポンプ或は冷凍機として作動する。
CY機関は、結合するST機関の形式によって3ピストン形、2ピストン・1ディスプレーサ形及び1ピストン・2ディスプレーサ形に分類されるが、いずれの形式においても、膨張仕事を行う高温室と低温室の容積が同位相で変化することが仮定されている。
【0003】
図3は従来のクーク・ヤーボロフサイクル機関(CY機関)の基本構造の線図的構成図である。
図3に示すものは1ピストン・2ディスプレーサ形CY機関である。
図3に示すように、高温部は高温室1、ヒータ2、高温再生器3、高温側ラジェータ4及び高温側中温室5、低温部は低温側中温室6、低温側ラジェータ7、低温再生器8、クーラ9及び低温室10から構成され、これらの間にあるパワー室11によって両者は結合されている。
ここで、Qhはヒータ熱入力、QRh、QRlはラジェータ放熱量、QCはクーラ吸熱量を表している。
主要な構成要素であるヒータ2、ラジェータ4、7、クーラ9及び再生器3、8は次のような構造を有している。
ヒータ2は一般的な細管からなり、クーラ9とラジェータ4、7は、内フィン付き細管を用いたシェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。高温再生器3及び低温再生器8には焼結メッシュを蓄熱材として用いている。高温ディスプレーサ12及び低温ディスプレーサ13を対向配置とし、両ディスプレーサの寸法を同一にすることによって、駆動系のバランスをとり、運転時の振動抑制を図った。パワーピストン14の位相は高温及び低温ディスプレーサに対して適切な位相差をもっている。これらの駆動系は無潤滑で動作することも可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図3に示される従来のクーク・ヤーボロフサイクル機関(CY機関)では、スターリングサイクル機関(ST機関)への構造的な分離ができないため、CY機関の特徴を有効に利用していないという問題があった。
【0005】
【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、
第1の発明として、
高温部は高温室、ヒータ、高温再生器、高温側ラジエータ及び高温側中温室、低温部は低温側中温室、低温側ラジエータ、低温再生器、クーラ及び低温室から構成され、これらの間にあるパワー室によって両者は結合され、クランク室を含めた密封構造として形成され、前記高温部がディスプレーサタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記パワー室との連結部を遮断バルブ等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室とからなるスターリング機関として作動するようにしたことを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関を提供し、
第2の発明として、
高温部は高温室、ヒータ、高温再生器、高温側ラジエータ及び高温側中温室、低温部は低温側中温室、低温側ラジエータ、低温再生器、クーラ及び低温室から構成され、これらの間にあるパワー室によって両者は結合され、クランク室を含めた密封構造として形成され、前記高温部がピストンタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記パワー室との連結部を遮断バルブ等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室とからなるスターリング機関として作動するようにしたことを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関を提供し、
第3の発明として、
前記第2の発明のクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記クランク室とを連結させるための配管及びその連結部を遮断可能にする遮断バルブ等の遮断機構を有することを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関を提供しようとするものである。
【0006】
【作用】
第1乃至第3の発明によれば、クーク・ヤーボロフサイクル機関をスターリング冷凍機として例えば電動モータ等の外部駆動により動作させることができるため、外燃機関として、又、外部駆動として利用できるヒートポンプ或は冷凍機が可能となる。
即ち、スターリング機関のみで動作可能とすることによって、太陽熱等の外部熱源を補助的に用い、主動力源を電動モータとするハイブリッド駆動方式による機器を開発できる。
【0007】
【実施例】
以下、本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の実施例について図1乃至図2を参照して説明する。
図1は本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第1実施例の線図的構造図であり、図2は本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第2実施例の線図的構造図である。
図1及び図2において図3と共通のものには同一の符号を付し、その説明は省略する。
第1実施例:
第1実施例は第1の発明に対応するものであり、図1に示されるように、高温部は高温室1、ヒータ2、高温再生器3、高温側ラジエータ4及び高温側中温室5、低温部は低温側中温室6、低温側ラジエータ7、低温再生器8、クーラ9及び低温室10から構成され、これらの間にあるパワー室11によって両者は結合され、前記パワー室11を除く各構成要素は水平配置された1ピストン、2ディスプレーサ形のもので、前記高温部が高温ディスプレーサ12を含むディスプレーサタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関におけるものである。
前記パワー室11の下方にクランク室20が設けられ、前記高温部と前記パワー室11との連結部を遮断バルブ21等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室11とからなるスターリング機関として作動するようにした。
13は低温ディスプレーサである。
第2実施例:
第2実施例は第2の発明に対応するものであり、図2に示されるように、高温部は高温室1、ヒータ2、高温再生器3、高温側ラジエータ4及び高温側中温室5、低温部は低温側中温室6、低温側ラジエータ7、低温再生器8、クーラ9及び低温室10から構成され、これらの間にあるパワー室11によって両者は結合され、前記パワー室11を除く各構成要素は水平配置された3ピストン形のもので、前記高温部が高温ピストン12aを含むピストンタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関におけるものである。
前記パワー室11の下方にクランク室30が設けられ、前記高温部と前記パワー室11との連結部を遮断バルブ31等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室11とからなるスターリング機関として作動するようにした。
13aは低温ピストンである。
第3実施例:
第3実施例は第3の発明に対応するもので、図2に示されるように、第2実施例のクーク・ヤーボロフサイクル機関において、更に、前記高温部と前記クランク室30とを連結させるための配管及びその連結部を遮断可能にする遮断バルブ32等の遮断機構を設ける。
図2に示されるように遮断バルブ31、32を設け、遮断バルブ31を開、遮断バルブ32を閉とすればCY機関となり、遮断バルブ31を閉、遮断バルブ32を開とすればST機関となる。
【0008】
【発明の効果】
本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関は、上述のように構成されているので、第1乃至第3の発明によれば、クーク・ヤーボロフサイクル機関をスターリング冷凍機として例えば電動モータ等の外部駆動により動作させることができるため、外燃機関として、又、外部駆動として利用できるヒートポンプ或は冷凍機が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第1実施例の線図的構造図である。
【図2】本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第2実施例及び第3実施例の線図的構造図である。
【図3】従来のクーク・ヤーボロフサイクル機関の基本構造の線図的構成図である。
【符号の説明】
1:高温室
2:ヒータ
3:高温再生器
4:高温側ラジェータ
5:高温側中温室
6:低温側中温室
7:低温側ラジェータ
8:低温再生器
9:クーラ
10:低温室
11:パワー室
12:高温ディスプレーサ
13:低温ディスプレーサ
14:パワーピストン
20:クランクルーム
21:遮断バルブ
31:遮断バルブ
32:遮断バルブ
【産業上の利用分野】
本発明は空調機器、冷凍機器に用いられるクーク・ヤーボロフサイクル機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
クーク・ヤーボロフサイクル機関(Cooke‐Yarborough cycle machines、略してCY機関)は、クーク・ヤーボロフによって提唱された3熱源間で動作する外燃式再生サイクル機関であり、スターリングサイクル機関(Stirling cycle machi−nes、略してST機関)やヴィルミエサイクル機関(Vuilleumier cycle machin−es、略してVM機関)と同様に、エネルギ問題や地球環境問題の解決に貢献し得るクリーンで高効率な熱機関として空調機器や冷凍機器の分野での実用化が期待されている。
CY機関は、形式的には圧縮空間を共有することによって二つのST機関を結合したもので、VM機関と同様に、高温熱源からの熱入力により中温熱源への放熱と低温熱源からの吸熱を生じ、ヒートポンプ或は冷凍機として作動する。
CY機関は、結合するST機関の形式によって3ピストン形、2ピストン・1ディスプレーサ形及び1ピストン・2ディスプレーサ形に分類されるが、いずれの形式においても、膨張仕事を行う高温室と低温室の容積が同位相で変化することが仮定されている。
【0003】
図3は従来のクーク・ヤーボロフサイクル機関(CY機関)の基本構造の線図的構成図である。
図3に示すものは1ピストン・2ディスプレーサ形CY機関である。
図3に示すように、高温部は高温室1、ヒータ2、高温再生器3、高温側ラジェータ4及び高温側中温室5、低温部は低温側中温室6、低温側ラジェータ7、低温再生器8、クーラ9及び低温室10から構成され、これらの間にあるパワー室11によって両者は結合されている。
ここで、Qhはヒータ熱入力、QRh、QRlはラジェータ放熱量、QCはクーラ吸熱量を表している。
主要な構成要素であるヒータ2、ラジェータ4、7、クーラ9及び再生器3、8は次のような構造を有している。
ヒータ2は一般的な細管からなり、クーラ9とラジェータ4、7は、内フィン付き細管を用いたシェル・アンド・チューブ式の熱交換器とされている。高温再生器3及び低温再生器8には焼結メッシュを蓄熱材として用いている。高温ディスプレーサ12及び低温ディスプレーサ13を対向配置とし、両ディスプレーサの寸法を同一にすることによって、駆動系のバランスをとり、運転時の振動抑制を図った。パワーピストン14の位相は高温及び低温ディスプレーサに対して適切な位相差をもっている。これらの駆動系は無潤滑で動作することも可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図3に示される従来のクーク・ヤーボロフサイクル機関(CY機関)では、スターリングサイクル機関(ST機関)への構造的な分離ができないため、CY機関の特徴を有効に利用していないという問題があった。
【0005】
【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、
第1の発明として、
高温部は高温室、ヒータ、高温再生器、高温側ラジエータ及び高温側中温室、低温部は低温側中温室、低温側ラジエータ、低温再生器、クーラ及び低温室から構成され、これらの間にあるパワー室によって両者は結合され、クランク室を含めた密封構造として形成され、前記高温部がディスプレーサタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記パワー室との連結部を遮断バルブ等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室とからなるスターリング機関として作動するようにしたことを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関を提供し、
第2の発明として、
高温部は高温室、ヒータ、高温再生器、高温側ラジエータ及び高温側中温室、低温部は低温側中温室、低温側ラジエータ、低温再生器、クーラ及び低温室から構成され、これらの間にあるパワー室によって両者は結合され、クランク室を含めた密封構造として形成され、前記高温部がピストンタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記パワー室との連結部を遮断バルブ等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室とからなるスターリング機関として作動するようにしたことを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関を提供し、
第3の発明として、
前記第2の発明のクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記クランク室とを連結させるための配管及びその連結部を遮断可能にする遮断バルブ等の遮断機構を有することを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関を提供しようとするものである。
【0006】
【作用】
第1乃至第3の発明によれば、クーク・ヤーボロフサイクル機関をスターリング冷凍機として例えば電動モータ等の外部駆動により動作させることができるため、外燃機関として、又、外部駆動として利用できるヒートポンプ或は冷凍機が可能となる。
即ち、スターリング機関のみで動作可能とすることによって、太陽熱等の外部熱源を補助的に用い、主動力源を電動モータとするハイブリッド駆動方式による機器を開発できる。
【0007】
【実施例】
以下、本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の実施例について図1乃至図2を参照して説明する。
図1は本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第1実施例の線図的構造図であり、図2は本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第2実施例の線図的構造図である。
図1及び図2において図3と共通のものには同一の符号を付し、その説明は省略する。
第1実施例:
第1実施例は第1の発明に対応するものであり、図1に示されるように、高温部は高温室1、ヒータ2、高温再生器3、高温側ラジエータ4及び高温側中温室5、低温部は低温側中温室6、低温側ラジエータ7、低温再生器8、クーラ9及び低温室10から構成され、これらの間にあるパワー室11によって両者は結合され、前記パワー室11を除く各構成要素は水平配置された1ピストン、2ディスプレーサ形のもので、前記高温部が高温ディスプレーサ12を含むディスプレーサタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関におけるものである。
前記パワー室11の下方にクランク室20が設けられ、前記高温部と前記パワー室11との連結部を遮断バルブ21等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室11とからなるスターリング機関として作動するようにした。
13は低温ディスプレーサである。
第2実施例:
第2実施例は第2の発明に対応するものであり、図2に示されるように、高温部は高温室1、ヒータ2、高温再生器3、高温側ラジエータ4及び高温側中温室5、低温部は低温側中温室6、低温側ラジエータ7、低温再生器8、クーラ9及び低温室10から構成され、これらの間にあるパワー室11によって両者は結合され、前記パワー室11を除く各構成要素は水平配置された3ピストン形のもので、前記高温部が高温ピストン12aを含むピストンタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関におけるものである。
前記パワー室11の下方にクランク室30が設けられ、前記高温部と前記パワー室11との連結部を遮断バルブ31等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室11とからなるスターリング機関として作動するようにした。
13aは低温ピストンである。
第3実施例:
第3実施例は第3の発明に対応するもので、図2に示されるように、第2実施例のクーク・ヤーボロフサイクル機関において、更に、前記高温部と前記クランク室30とを連結させるための配管及びその連結部を遮断可能にする遮断バルブ32等の遮断機構を設ける。
図2に示されるように遮断バルブ31、32を設け、遮断バルブ31を開、遮断バルブ32を閉とすればCY機関となり、遮断バルブ31を閉、遮断バルブ32を開とすればST機関となる。
【0008】
【発明の効果】
本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関は、上述のように構成されているので、第1乃至第3の発明によれば、クーク・ヤーボロフサイクル機関をスターリング冷凍機として例えば電動モータ等の外部駆動により動作させることができるため、外燃機関として、又、外部駆動として利用できるヒートポンプ或は冷凍機が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第1実施例の線図的構造図である。
【図2】本発明によるクーク・ヤーボロフサイクル機関の第2実施例及び第3実施例の線図的構造図である。
【図3】従来のクーク・ヤーボロフサイクル機関の基本構造の線図的構成図である。
【符号の説明】
1:高温室
2:ヒータ
3:高温再生器
4:高温側ラジェータ
5:高温側中温室
6:低温側中温室
7:低温側ラジェータ
8:低温再生器
9:クーラ
10:低温室
11:パワー室
12:高温ディスプレーサ
13:低温ディスプレーサ
14:パワーピストン
20:クランクルーム
21:遮断バルブ
31:遮断バルブ
32:遮断バルブ
Claims (3)
- 高温部は高温室、ヒータ、高温再生器、高温側ラジエータ及び高温側中温室、低温部は低温側中温室、低温側ラジエータ、低温再生器、クーラ及び低温室から構成され、これらの間にあるパワー室によって両者は結合され、クランク室を含めた密封構造として形成され、前記高温部がディスプレーサタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記パワー室との連結部を遮断バルブ等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室とからなるスターリング機関として作動するようにしたことを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関。
- 高温部は高温室、ヒータ、高温再生器、高温側ラジエータ及び高温側中温室、低温部は低温側中温室、低温側ラジエータ、低温再生器、クーラ及び低温室から構成され、これらの間にあるパワー室によって両者は結合され、クランク室を含めた密封構造として形成され、前記高温部がピストンタイプのクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記パワー室との連結部を遮断バルブ等の遮断機構を用いて遮断可能にし、前記連結部を遮断したときは前記低温部と前記パワー室とからなるスターリング機関として作動するようにしたことを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関。
- 請求項2記載のクーク・ヤーボロフサイクル機関において、前記高温部と前記クランク室とを連結させるための配管及びその連結部を遮断可能にする遮断バルブ等の遮断機構を有することを特徴とするクーク・ヤーボロフサイクル機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31954494A JP3609469B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | クーク・ヤーボロフサイクル機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31954494A JP3609469B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | クーク・ヤーボロフサイクル機関 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08158939A JPH08158939A (ja) | 1996-06-18 |
JP3609469B2 true JP3609469B2 (ja) | 2005-01-12 |
Family
ID=18111444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31954494A Expired - Fee Related JP3609469B2 (ja) | 1994-11-30 | 1994-11-30 | クーク・ヤーボロフサイクル機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3609469B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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TW426798B (en) | 1998-02-06 | 2001-03-21 | Sanyo Electric Co | Stirling apparatus |
CN104848577A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-08-19 | 中国科学院理化技术研究所 | 热驱动低温制冷机 |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP31954494A patent/JP3609469B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH08158939A (ja) | 1996-06-18 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
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