JP3695814B2 - 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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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】
従来のフリーピストン式VM機関は、図4に示すように構成されていた。
同図において、高温ディスプレーサ101は直径aのディスプレーサピストンロッド102と直径bのディスプレーサピストンロッド103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103の端部はリニアアクチュエータ104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105a、105bの外側には、図で上から順に高温側高温部熱交換器106a、高温側再生器107、高温側中温部熱交換器108、低温側中温部熱交換器109、低温側再生器110及び低温側低温部熱交換器111が配設され、高温側中温部熱交換器108と低温側中温部熱交換器109とはリング形部112を介して一体となっている。
さらに、高温側再生器107、高温側中温部熱交換器108、低温側中温部熱交換器109の外側には夫々高温側円筒形シェル113、中温側円筒形シェル114a、114bが配設され、また低温側再生器110及び低温側低温部熱交換器111の外側には低温側円筒形シェル115が配設されて外部と隔離される。
高温側円筒形シェル113の頭部には電気ヒータ106が設けられ、暖房用として高温側中温部熱交換器108及び低温側中温部熱交換器109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111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106により加熱された高温作動空間116及び中温作動空間117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108を介して外側の水を加熱し、一方低温作動空間118及び中温作動空間117内の作動ガスは低温側中温部熱交換器109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111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101の上下運動は作動ガスを高温作動空間116と中温作動空間117との間を、高温側高温部熱交換器106a、高温側再生器107及び高温側中温部熱交換器108を通って交番させる。
また、低温ディスプレーサ119の上下運動は作動ガスを低温作動空間118及び中温作動空間117の間を、低温側低温部熱交換器111、低温側再生器110及び低温側中温部熱交換器109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102、103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119に加振力を生じ、高温ディスプレーサ101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119が作動する。このとき、各再生器107、110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106a、108、109及び111の熱の放出、吸収を暖房、冷房として利用するものである。
また、120は低温ディスプレーサ用補助機械ばね、121は作動空間118のためのロッドシール、122は高温ディスプレーサ用機械ばね、123は適当な圧力値に保つためのバッフア室、124はバッフア室用ロッドシール、125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】
ところで、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が、機関外のバッファ室に設けられていたため、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。
▲3▼さらに、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさを小さくすることが要望されていた。
▲4▼また、外部補機を一体化して装備できることも要望されていた。
本発明は従来の上記課題(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、上記課題を解決するために、
第1の発明としては、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、さらに外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用リザーバを設けるようしたフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供し、
第2の発明としては、第1の発明の構成における高温ガスばね室用リザーバに代え、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用シリンダ、高温ガスばね室用ピストンを設け、この高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータによって駆動するようにしたフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供し、
第3の発明としては、第2の発明の構成において、さらに、上記アクチュエータと連動する外部補機用駆動機を付加するようにしたフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供し、
第4の発明としては、上記各構成において、上記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装着すると共に、低温側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たフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供するようにしたものである。
【0005】
第1の発明によれば、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさが小さくなり、機関全体がコンパクト化され、
第2の発明によれば、高温ガスばね室リザーバの代わりに設けられた高温ガスばね室用シリンダの大きさが小さくなり、
第3の発明によれば、外部補機を別途装着する必要がなくなり、
第4の発明によれば、VM機関としての作動を、さらに安定させることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図3に示す第1乃至第4の各実施の形態により本発明を具体的に説明する。
第1の実施の形態:
本発明の第1の実施の形態は図1に示すように構成される。
同図において、1は高温室、2は高温部中温室、3は低温部中温室、4は低温室である。5は高温ディスプレーサ用ガスばね室、6は低温ディスプレーサ用ガスばね室である。
また、7は高温部中温室2と低温部中温室3とを連通するガス通路、8は高温ディスプレーサ、9は低温ディスプレーサ、10は高温ディスプレーサロッド、11は低温ディスプレーサロッドである。
また、12はヒータ、13は高温側再生器、14は低温側再生器、15は高温部ラジエータ、16は低温部ラジエータ、17はクーラ、18は高温ディスプレーサ用機械ばね、19は低温ディスプレーサ用機械ばねである。
さらに、20はリザーバ用ガス通路、21は流量調整弁、22は高温ガスばね室用リザーバである。
本実施の形態のものでは、上記のように低温ディスプレーサロッド11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5とし、高温ディスプレーサ用ガスばね室5の内部に高温ディスプレーサ用機械ばね18を装着すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室6内に低温ディスプレーサロッド11に装着される低温ディスプレーサ用機械ばね19を設けると共に、機関の外部に高温ディスプレーサ用ガスばね室5とガス通路20及び流量調整弁21を介して連通される高温ガスばね室用リザーバ22を設けるように構成した点に、構成上の特徴がある。
本実施の形態では、上記のように、特に高温ディスプレーサ用ガスばね室5と連通するガスばね室用リザーバ22を外部に設けたので、その分だけ機関内部に設けられる高温ディスプレーサ用ガスばね室5の大きさは小さくなり、機関全体がコンパクト化される。
なお、高温ガスばね室用リザーバ22へ供給されるガスは、流量調整弁21により所望の値に調整することができる。
また、従来のように低温室内をロッドが貫通する構成ではないから、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。また、従来のVM機関では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、本実施の形態のものでは、機関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たので、この点からもVM機関全体の構成を小型化できる。
【0007】
第2の実施の形態:
本発明の第2の実施の形態は、図2に示すように構成される。
同図において、第1の実施の形態と同等の構成については、図1と同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態では、図2に示すように、第1の実施の形態の高温ガスばね室用リザーバ22の代わりに、高温ガスばね室用シリンダ23とこの高温ガスばね室用シリンダ23に内蔵される高温ガスばね室用ピストン24、ピストン保持用スプリング25、可動マグネットコイル26及び固定マグネットコイル27より成る高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段をシリンダ用ガス通路20aに流量調整弁21を介して連結するようにした点に、その構成上の特徴がある。
本実施の形態では、高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段による調整は、高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータにより駆動することで行うから、容積が固定型である第1の実施の形態の高温ガスばね室用リザーバに比べ、高温ガスばね室用シリンダの大きさを小さくできる。
なお、高温ガスばね室用シリンダ23に供給されるガスは、流量調整弁21により所望の値に調整することができる。
また、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点は第1の実施の形態のものと同様である。
【0008】
第3の実施の形態:
本発明の第3の実施の形態は、図3に示すように構成される。
同図において、第2の実施の形態と同等の構成については、図2と同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態では、図3に示すように、第2の実施の形態の構成において、さらに、上記アクチュエータと連動する外部補機用駆動機を追加したものである。
なお、この外部補機用駆動機は空気ブロワ及び水ポンプなどに利用可能であり、図示のように補機シリンダ38、補機ピストン39、ピストン保持用スプリング40、ダイヤフラム41、吸入ポート42及び排出ポート43より構成され、必要により補機ピストン39にクランク機構を付加するようにしても良い。
本実施の形態で設けられる高温ガスばね室用シリンダのアクチュエータと連動する補機シリンダ等の補機の存在により、VM機関に通常、別途設けられる外部補機は不要となった。
なお、本実施の形態でも、高温ガスばね室用シリンダ23に供給されるガスは、流量調整弁21により所望の値に調整することができ、また、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点は第1の実施の形態のものと同様である。
【0009】
第4の実施の形態:
本実施の形態は、上記の第1乃至第3の実施の形態の構成において、図1乃至図3に示すようにように高温ディスプレーサ用ガスばね室5内部に高温ディスプレーサ用機械ばね18を装着すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室6内に低温ディスプレーサロッド11に装着される低温ディスプレーサ用機械ばね19を設けるように構成したものである。
このようにすれば、ガスばねの作用に加えて、機械ばねの作用が助長されるので、VM機関の作動は、さらに安定となる。
【0010】
【発明の効果】
本発明は上記のように、まず、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する構成としたので、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たので、VM機関全体の構成が著しく小型化される。 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。
さらに、本発明のものでは、上記構成に加えて、機関外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するためのガスばね室用リザーバまたはガスばね室用ピストン、可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータ等の高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段を設けるように構成したので、次のような優れた効果も併せ有する。
▲3▼第1の発明によれば、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさが小さくなり、機関全体がコンパクト化される。
▲4▼第2の発明によれば、上記第1の発明の効果に加え、高温ガスばね室リザーバの代わりに設けられた高温ガスばね室用シリンダの大きさが小さくなる。
▲5▼第3の発明によれば、上記第2の発明の効果に加え、外部補機を別途装着する必要がなくなる。
▲6▼第4の発明によれば、上記第3の発明の効果に加え、VM機関としての作動は、さらに安定となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の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】本発明の第2の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3】本発明の第3の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4】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】
5:高温ディスプレーサ用ガスばね室
6:低温ディスプレーサ用ガスばね室
7:ガス通路
8:高温ディスプレーサ
9:低温ディスプレーサ
10:高温ディスプレーサロッド
11:低温ディスプレーサロッド
18:高温ディスプレーサ用機械ばね
19:低温ディスプレーサ用機械ばね
20:リザーバ用ガス通路
20a:シリンダ用ガス通路
21:流量調整弁
22:高温ガスばね室用リザーバ
23:高温ガスばね室用シリンダ
24:高温ガスばね室用ピストン
25:ピストン保持用スプリング
26:可動マグネットコイル
27:固定マグネットコイル
38:補機シリンダ
39:補機ピストン
40:ピストン保持用スプリング
41:ダイヤフラム
42:吸入ポート
43:排出ポート
【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】
従来のフリーピストン式VM機関は、図4に示すように構成されていた。
同図において、高温ディスプレーサ101は直径aのディスプレーサピストンロッド102と直径bのディスプレーサピストンロッド103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103の端部はリニアアクチュエータ104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105a、105bの外側には、図で上から順に高温側高温部熱交換器106a、高温側再生器107、高温側中温部熱交換器108、低温側中温部熱交換器109、低温側再生器110及び低温側低温部熱交換器111が配設され、高温側中温部熱交換器108と低温側中温部熱交換器109とはリング形部112を介して一体となっている。
さらに、高温側再生器107、高温側中温部熱交換器108、低温側中温部熱交換器109の外側には夫々高温側円筒形シェル113、中温側円筒形シェル114a、114bが配設され、また低温側再生器110及び低温側低温部熱交換器111の外側には低温側円筒形シェル115が配設されて外部と隔離される。
高温側円筒形シェル113の頭部には電気ヒータ106が設けられ、暖房用として高温側中温部熱交換器108及び低温側中温部熱交換器109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111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106により加熱された高温作動空間116及び中温作動空間117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108を介して外側の水を加熱し、一方低温作動空間118及び中温作動空間117内の作動ガスは低温側中温部熱交換器109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111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101の上下運動は作動ガスを高温作動空間116と中温作動空間117との間を、高温側高温部熱交換器106a、高温側再生器107及び高温側中温部熱交換器108を通って交番させる。
また、低温ディスプレーサ119の上下運動は作動ガスを低温作動空間118及び中温作動空間117の間を、低温側低温部熱交換器111、低温側再生器110及び低温側中温部熱交換器109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102、103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119に加振力を生じ、高温ディスプレーサ101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119が作動する。このとき、各再生器107、110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106a、108、109及び111の熱の放出、吸収を暖房、冷房として利用するものである。
また、120は低温ディスプレーサ用補助機械ばね、121は作動空間118のためのロッドシール、122は高温ディスプレーサ用機械ばね、123は適当な圧力値に保つためのバッフア室、124はバッフア室用ロッドシール、125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】
ところで、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が、機関外のバッファ室に設けられていたため、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。
▲3▼さらに、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさを小さくすることが要望されていた。
▲4▼また、外部補機を一体化して装備できることも要望されていた。
本発明は従来の上記課題(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、上記課題を解決するために、
第1の発明としては、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、さらに外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用リザーバを設けるようしたフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供し、
第2の発明としては、第1の発明の構成における高温ガスばね室用リザーバに代え、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用シリンダ、高温ガスばね室用ピストンを設け、この高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータによって駆動するようにしたフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供し、
第3の発明としては、第2の発明の構成において、さらに、上記アクチュエータと連動する外部補機用駆動機を付加するようにしたフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供し、
第4の発明としては、上記各構成において、上記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装着すると共に、低温側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たフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関を提供するようにしたものである。
【0005】
第1の発明によれば、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさが小さくなり、機関全体がコンパクト化され、
第2の発明によれば、高温ガスばね室リザーバの代わりに設けられた高温ガスばね室用シリンダの大きさが小さくなり、
第3の発明によれば、外部補機を別途装着する必要がなくなり、
第4の発明によれば、VM機関としての作動を、さらに安定させることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図3に示す第1乃至第4の各実施の形態により本発明を具体的に説明する。
第1の実施の形態:
本発明の第1の実施の形態は図1に示すように構成される。
同図において、1は高温室、2は高温部中温室、3は低温部中温室、4は低温室である。5は高温ディスプレーサ用ガスばね室、6は低温ディスプレーサ用ガスばね室である。
また、7は高温部中温室2と低温部中温室3とを連通するガス通路、8は高温ディスプレーサ、9は低温ディスプレーサ、10は高温ディスプレーサロッド、11は低温ディスプレーサロッドである。
また、12はヒータ、13は高温側再生器、14は低温側再生器、15は高温部ラジエータ、16は低温部ラジエータ、17はクーラ、18は高温ディスプレーサ用機械ばね、19は低温ディスプレーサ用機械ばねである。
さらに、20はリザーバ用ガス通路、21は流量調整弁、22は高温ガスばね室用リザーバである。
本実施の形態のものでは、上記のように低温ディスプレーサロッド11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5とし、高温ディスプレーサ用ガスばね室5の内部に高温ディスプレーサ用機械ばね18を装着すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室6内に低温ディスプレーサロッド11に装着される低温ディスプレーサ用機械ばね19を設けると共に、機関の外部に高温ディスプレーサ用ガスばね室5とガス通路20及び流量調整弁21を介して連通される高温ガスばね室用リザーバ22を設けるように構成した点に、構成上の特徴がある。
本実施の形態では、上記のように、特に高温ディスプレーサ用ガスばね室5と連通するガスばね室用リザーバ22を外部に設けたので、その分だけ機関内部に設けられる高温ディスプレーサ用ガスばね室5の大きさは小さくなり、機関全体がコンパクト化される。
なお、高温ガスばね室用リザーバ22へ供給されるガスは、流量調整弁21により所望の値に調整することができる。
また、従来のように低温室内をロッドが貫通する構成ではないから、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。また、従来のVM機関では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、本実施の形態のものでは、機関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たので、この点からもVM機関全体の構成を小型化できる。
【0007】
第2の実施の形態:
本発明の第2の実施の形態は、図2に示すように構成される。
同図において、第1の実施の形態と同等の構成については、図1と同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態では、図2に示すように、第1の実施の形態の高温ガスばね室用リザーバ22の代わりに、高温ガスばね室用シリンダ23とこの高温ガスばね室用シリンダ23に内蔵される高温ガスばね室用ピストン24、ピストン保持用スプリング25、可動マグネットコイル26及び固定マグネットコイル27より成る高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段をシリンダ用ガス通路20aに流量調整弁21を介して連結するようにした点に、その構成上の特徴がある。
本実施の形態では、高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段による調整は、高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータにより駆動することで行うから、容積が固定型である第1の実施の形態の高温ガスばね室用リザーバに比べ、高温ガスばね室用シリンダの大きさを小さくできる。
なお、高温ガスばね室用シリンダ23に供給されるガスは、流量調整弁21により所望の値に調整することができる。
また、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点は第1の実施の形態のものと同様である。
【0008】
第3の実施の形態:
本発明の第3の実施の形態は、図3に示すように構成される。
同図において、第2の実施の形態と同等の構成については、図2と同一の符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態では、図3に示すように、第2の実施の形態の構成において、さらに、上記アクチュエータと連動する外部補機用駆動機を追加したものである。
なお、この外部補機用駆動機は空気ブロワ及び水ポンプなどに利用可能であり、図示のように補機シリンダ38、補機ピストン39、ピストン保持用スプリング40、ダイヤフラム41、吸入ポート42及び排出ポート43より構成され、必要により補機ピストン39にクランク機構を付加するようにしても良い。
本実施の形態で設けられる高温ガスばね室用シリンダのアクチュエータと連動する補機シリンダ等の補機の存在により、VM機関に通常、別途設けられる外部補機は不要となった。
なお、本実施の形態でも、高温ガスばね室用シリンダ23に供給されるガスは、流量調整弁21により所望の値に調整することができ、また、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点は第1の実施の形態のものと同様である。
【0009】
第4の実施の形態:
本実施の形態は、上記の第1乃至第3の実施の形態の構成において、図1乃至図3に示すようにように高温ディスプレーサ用ガスばね室5内部に高温ディスプレーサ用機械ばね18を装着すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室6内に低温ディスプレーサロッド11に装着される低温ディスプレーサ用機械ばね19を設けるように構成したものである。
このようにすれば、ガスばねの作用に加えて、機械ばねの作用が助長されるので、VM機関の作動は、さらに安定となる。
【0010】
【発明の効果】
本発明は上記のように、まず、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する構成としたので、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たので、VM機関全体の構成が著しく小型化される。 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。
さらに、本発明のものでは、上記構成に加えて、機関外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するためのガスばね室用リザーバまたはガスばね室用ピストン、可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータ等の高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段を設けるように構成したので、次のような優れた効果も併せ有する。
▲3▼第1の発明によれば、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさが小さくなり、機関全体がコンパクト化される。
▲4▼第2の発明によれば、上記第1の発明の効果に加え、高温ガスばね室リザーバの代わりに設けられた高温ガスばね室用シリンダの大きさが小さくなる。
▲5▼第3の発明によれば、上記第2の発明の効果に加え、外部補機を別途装着する必要がなくなる。
▲6▼第4の発明によれば、上記第3の発明の効果に加え、VM機関としての作動は、さらに安定となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の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】本発明の第2の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3】本発明の第3の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4】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】
5:高温ディスプレーサ用ガスばね室
6:低温ディスプレーサ用ガスばね室
7:ガス通路
8:高温ディスプレーサ
9:低温ディスプレーサ
10:高温ディスプレーサロッド
11:低温ディスプレーサロッド
18:高温ディスプレーサ用機械ばね
19:低温ディスプレーサ用機械ばね
20:リザーバ用ガス通路
20a:シリンダ用ガス通路
21:流量調整弁
22:高温ガスばね室用リザーバ
23:高温ガスばね室用シリンダ
24:高温ガスばね室用ピストン
25:ピストン保持用スプリング
26:可動マグネットコイル
27:固定マグネットコイル
38:補機シリンダ
39:補機ピストン
40:ピストン保持用スプリング
41:ダイヤフラム
42:吸入ポート
43:排出ポート
Claims (4)
- 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、さらに外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用リザーバを設けるよう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、さらに外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用シリンダ、高温ガスばね室用ピストンを設け、この高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータによって駆動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、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、また外部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね室用シリンダ、高温ガスばね室用ピストンを設け、この高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータによって駆動するようにし、さらに、上記アクチュエータと連動する外部補機用駆動機を付加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。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の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、
上記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装着すると共に、低温側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。
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