JP3695813B2 - フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 - Google Patents
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- 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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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関（以下フリーピストン式ＶＭ機関と略称する）に関し、特にＶＭ機関全体を小型化して空調機及び冷凍機等に好適なフリーピストン式ＶＭ機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のフリーピストン式ＶＭ機関の基本構造を示す図２において、その構造及び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とが直列に連結され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により強制的に図面上、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。
さらに、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の外側には夫々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、また低温側再生器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、また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夫々の熱交換器の外側に配設される。
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共に、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。
また、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との割合が変化することにより圧力変動を生じるが、ディスプレーサピストンロッド２、３の直径ａ及びｂの相違によって起こる容積変化により低温ディスプレーサ１９に加振力を生じ、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及び１１の熱の放出、吸収を暖房、冷房として利用する訳である。
また、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ア室、２４はバッフア室用ロッドシール、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】
従来のフリーピストン式ＶＭ機関では、上記のように構成されていたから、次のような問題点があった。
▲１▼高温ディスプレーサ用機械ばねを機関外のバッファ室に設けていたため、ＶＭ機関全体が大きくなる。
▲２▼また、従来のものでは低温室内をディスプレーサロッドが貫通するため、シール部を配置することが必要であり、このシール部でガス漏れや摩擦損失が発生する恐れがあった。
本発明は従来技術の上記課題（問題点）を解決するようにしたフリーピストン式ＶＭ機関を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような上記課題を解決するために、高温部中温室と低温部中温室とを連通するためのガス通路を設けた再生サイクルを用いた外燃機関であるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関において、低温ディスプレーサロッドを中空にして高温ディスプレーサロッドを収納する中空室とし、低温ディスプレーサ内を中空にして低温ディスプレーサ用ガスばね室とし、上記中空室を低温ディスプレーサ用ガスばね室内に張り出して高温ディスプレーサ用ガスばね室とし、また、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを連通するガスばね室通路を形成するように構成した。
この場合、上記構成において、該高温ディスプレーサ用ガスばね室内部に高温ディスプレーサ用機械ばねを内蔵すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室内に上記低温ディスプレーサロッドに装着される低温ディスプレーサ用機械ばねを設けるようにすることが望ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態を示すもので、以下同図を用いて本発明を具体的に説明する。
同図において、１０１は高温室、１０２は高温部中温室、１０３は低温部中温室、１０４は低温室、１０５は高温ディスプレーサ用ガスばね室、１０６は低温ディスプレーサ用ガスばね室、１０７は高温部中温室１０２と低温部中温室１０３とを連通するガス通路である。
また、１０８は高温ディスプレーサ、１０９は低温ディスプレーサ、１１０は高温ディスプレーサロッド、１１１は低温ディスプレーサロッド、１１２はヒータ、１１３は高温側再生器、１１４は低温側再生器である。
また、１１５は高温部ラジエータ、１１６は低温部ラジエータ、１１７はクーラ、１１８は高温ディスプレーサ用機械ばね、１１９は低温ディスプレーサ用機械ばねである。
なお、１２０はガスばね室通路で、高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５と低温ディスプレーサ用ガスばね室１０６とを連通するためのものである。
本発明のＶＭ機関では、上記のように、低温ディスプレーサロッドの内部を中空に形成して、高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５とし、この高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５の内部に高温ディスプレーサ用機械ばね１１８を内蔵し、高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５と低温ディスプレーサ用ガスばね室１０６とを、ガスばね室通路１２０によって連通するようにし、高温ディスプレーサ１０８を駆動するためのガスばね室と、低温ディスプレーサ１０９を駆動するためのガスばね室とが共用するような構成とした点に、構成上の特徴がある。このため、従来ＶＭ機関の外部に設けられていた高温ディスプレーサ用機械ばねが機関内部にコンパクトに収納され、ＶＭ機関全体の大きさが、大幅に小型化される。
なお、ガスばね室通路１２０により、高温デイスプレーサ用ガスばね室１０５及び低温デイスプレーサ用ガスばね室１０６とを連通するようにしたので、高温ディスプレーサロッド１１０の上下動により生じる高温デイスプレーサ用ガスばね室１０５内のガスばね作用に要求される同室の容積を小さくできるため、ＶＭ機関をコンパクトに設計できる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明は上記のように低温ディスプレーサロッドを中空にして高温ディスプレーサロッドを収納する中空室とし、低温ディスプレーサ内を中空にして低温ディスプレーサ用ガスばね室とし、上記中空室を低温ディスプレーサ用ガスばね室内に張り出して高温ディスプレーサ用ガスばね室とし、また、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを連通するガスばね室通路を形成するように構成したので、次のような優れた効果を有する。
▲１▼従来のように低温室内をロッドが貫通する必要がないため、シールが不要となり、またガス漏れがなくなり、熱損失や摩擦による機械損失等が低減される。
▲２▼従来、ＶＭ機関の外部に設けられていた高温ディスプレーサ用機械ばねを、本発明では機関の内部に配置される低温ディスプレーサロッドの内部に収納するようにし、しかも、高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを相互に共用するようにしたので、高温デイスプレーサ用ガスばね室の容積が縮小でき、ＶＭ機関全体の大きさを大幅に小型化することができる。従って、空調機及び冷凍機等に好適なフリーピストン式ＶＭ機関が得られる。
▲３▼また、ガスばね室通路により、高温デイスプレーサ用ガスばね室及び低温デイスプレーサ用ガスばね室とを連通するようにしたので、高温及び低温ディスプレーサの上下動により生じる作動ガスの移動を円滑にすることができ、機関性能の劣化がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるフリーピストン式ＶＭ機関の構成を示す縦断正面図である。
【図２】従来のフリーピストン式ＶＭ機関の構成を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１０５：高温ディスプレーサ用ガスばね室
１０６：低温ディスプレーサ用ガスばね室
１０７：ガス通路
１０８：高温ディスプレーサ
１０９：低温ディスプレーサ
１１０：高温ディスプレーサロッド
１１１：低温ディスプレーサロッド
１１８：高温ディスプレーサ用機械ばね
１１９：低温ディスプレーサ用機械ばね
１２０：ガスばね室通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関（以下フリーピストン式ＶＭ機関と略称する）に関し、特にＶＭ機関全体を小型化して空調機及び冷凍機等に好適なフリーピストン式ＶＭ機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のフリーピストン式ＶＭ機関の基本構造を示す図２において、その構造及び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とが直列に連結され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により強制的に図面上、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。
さらに、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の外側には夫々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、また低温側再生器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、また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夫々の熱交換器の外側に配設される。
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共に、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。
また、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との割合が変化することにより圧力変動を生じるが、ディスプレーサピストンロッド２、３の直径ａ及びｂの相違によって起こる容積変化により低温ディスプレーサ１９に加振力を生じ、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及び１１の熱の放出、吸収を暖房、冷房として利用する訳である。
また、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ア室、２４はバッフア室用ロッドシール、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】
従来のフリーピストン式ＶＭ機関では、上記のように構成されていたから、次のような問題点があった。
▲１▼高温ディスプレーサ用機械ばねを機関外のバッファ室に設けていたため、ＶＭ機関全体が大きくなる。
▲２▼また、従来のものでは低温室内をディスプレーサロッドが貫通するため、シール部を配置することが必要であり、このシール部でガス漏れや摩擦損失が発生する恐れがあった。
本発明は従来技術の上記課題（問題点）を解決するようにしたフリーピストン式ＶＭ機関を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような上記課題を解決するために、高温部中温室と低温部中温室とを連通するためのガス通路を設けた再生サイクルを用いた外燃機関であるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関において、低温ディスプレーサロッドを中空にして高温ディスプレーサロッドを収納する中空室とし、低温ディスプレーサ内を中空にして低温ディスプレーサ用ガスばね室とし、上記中空室を低温ディスプレーサ用ガスばね室内に張り出して高温ディスプレーサ用ガスばね室とし、また、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを連通するガスばね室通路を形成するように構成した。
この場合、上記構成において、該高温ディスプレーサ用ガスばね室内部に高温ディスプレーサ用機械ばねを内蔵すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室内に上記低温ディスプレーサロッドに装着される低温ディスプレーサ用機械ばねを設けるようにすることが望ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態を示すもので、以下同図を用いて本発明を具体的に説明する。
同図において、１０１は高温室、１０２は高温部中温室、１０３は低温部中温室、１０４は低温室、１０５は高温ディスプレーサ用ガスばね室、１０６は低温ディスプレーサ用ガスばね室、１０７は高温部中温室１０２と低温部中温室１０３とを連通するガス通路である。
また、１０８は高温ディスプレーサ、１０９は低温ディスプレーサ、１１０は高温ディスプレーサロッド、１１１は低温ディスプレーサロッド、１１２はヒータ、１１３は高温側再生器、１１４は低温側再生器である。
また、１１５は高温部ラジエータ、１１６は低温部ラジエータ、１１７はクーラ、１１８は高温ディスプレーサ用機械ばね、１１９は低温ディスプレーサ用機械ばねである。
なお、１２０はガスばね室通路で、高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５と低温ディスプレーサ用ガスばね室１０６とを連通するためのものである。
本発明のＶＭ機関では、上記のように、低温ディスプレーサロッドの内部を中空に形成して、高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５とし、この高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５の内部に高温ディスプレーサ用機械ばね１１８を内蔵し、高温ディスプレーサ用ガスばね室１０５と低温ディスプレーサ用ガスばね室１０６とを、ガスばね室通路１２０によって連通するようにし、高温ディスプレーサ１０８を駆動するためのガスばね室と、低温ディスプレーサ１０９を駆動するためのガスばね室とが共用するような構成とした点に、構成上の特徴がある。このため、従来ＶＭ機関の外部に設けられていた高温ディスプレーサ用機械ばねが機関内部にコンパクトに収納され、ＶＭ機関全体の大きさが、大幅に小型化される。
なお、ガスばね室通路１２０により、高温デイスプレーサ用ガスばね室１０５及び低温デイスプレーサ用ガスばね室１０６とを連通するようにしたので、高温ディスプレーサロッド１１０の上下動により生じる高温デイスプレーサ用ガスばね室１０５内のガスばね作用に要求される同室の容積を小さくできるため、ＶＭ機関をコンパクトに設計できる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明は上記のように低温ディスプレーサロッドを中空にして高温ディスプレーサロッドを収納する中空室とし、低温ディスプレーサ内を中空にして低温ディスプレーサ用ガスばね室とし、上記中空室を低温ディスプレーサ用ガスばね室内に張り出して高温ディスプレーサ用ガスばね室とし、また、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを連通するガスばね室通路を形成するように構成したので、次のような優れた効果を有する。
▲１▼従来のように低温室内をロッドが貫通する必要がないため、シールが不要となり、またガス漏れがなくなり、熱損失や摩擦による機械損失等が低減される。
▲２▼従来、ＶＭ機関の外部に設けられていた高温ディスプレーサ用機械ばねを、本発明では機関の内部に配置される低温ディスプレーサロッドの内部に収納するようにし、しかも、高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを相互に共用するようにしたので、高温デイスプレーサ用ガスばね室の容積が縮小でき、ＶＭ機関全体の大きさを大幅に小型化することができる。従って、空調機及び冷凍機等に好適なフリーピストン式ＶＭ機関が得られる。
▲３▼また、ガスばね室通路により、高温デイスプレーサ用ガスばね室及び低温デイスプレーサ用ガスばね室とを連通するようにしたので、高温及び低温ディスプレーサの上下動により生じる作動ガスの移動を円滑にすることができ、機関性能の劣化がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるフリーピストン式ＶＭ機関の構成を示す縦断正面図である。
【図２】従来のフリーピストン式ＶＭ機関の構成を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１０５：高温ディスプレーサ用ガスばね室
１０６：低温ディスプレーサ用ガスばね室
１０７：ガス通路
１０８：高温ディスプレーサ
１０９：低温ディスプレーサ
１１０：高温ディスプレーサロッド
１１１：低温ディスプレーサロッド
１１８：高温ディスプレーサ用機械ばね
１１９：低温ディスプレーサ用機械ばね
１２０：ガスばね室通路
Claims (2)
- 高温部中温室と低温部中温室とを連通するためのガス通路を設けた再生サイクルを用いた外燃機関であるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関において、低温ディスプレーサロッドを中空にして高温ディスプレーサロッドを収納する中空室とし、低温ディスプレーサ内を中空にして低温ディスプレーサ用ガスばね室とし、上記中空室を低温ディスプレーサ用ガスばね室内に張り出して高温ディスプレーサ用ガスばね室とし、また、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを連通するガスばね室通路を形成す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。
- 高温部中温室と低温部中温室とを連通するためのガス通路を設けた再生サイクルを用いた外燃機関であるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関において、低温ディスプレーサロッドを中空にして高温ディスプレーサロッドを収納する中空室とし、低温ディスプレーサ内を中空にして低温ディスプレーサ用ガスばね室とし、上記中空室を低温ディスプレーサ用ガスばね室内に張り出して高温ディスプレーサ用ガスばね室とし、該高温ディスプレーサ用ガスばね室内部に高温ディスプレーサ用機械ばねを内蔵すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室内に上記低温ディスプレーサロッドに装着される低温ディスプレーサ用機械ばねを設けるようにし、また上記高温ディスプレーサ用ガスばね室と低温ディスプレーサ用ガスばね室とを連通するガスばね室通路を形成す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 (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33431695A JP3695813B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 |
| US08/755,954 US5737925A (en) | 1995-11-30 | 1996-11-25 | Free piston Vuillermier machine |
| EP96308577A EP0777044B1 (en) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Free piston vuillermier machine |
| DE69611717T DE69611717T2 (de) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Vuillermier Freikolbenmaschine |
| DK96308577T DK0777044T3 (da) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Fristempel-Vuillermier-maskine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33431695A JP3695813B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 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 |
|---|---|
| JPH09151791A JPH09151791A (ja) | 1997-06-10 |
| JP3695813B2 true JP3695813B2 (ja) | 2005-09-14 |
Family
ID=18275996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33431695A Expired - Fee Related JP3695813B2 (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 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) | JP3695813B2 (ja) |
-
1995
- 1995-11-30 JP JP33431695A patent/JP3695813B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09151791A (ja) | 1997-06-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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