JPH0642405A - 空調用外燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンの熱伝導を抑えて、軽量化，加工
性，生産性を向上可能にし、また、一部を金属とするこ
とにより強度，耐久性を向上する。 【構成】 ピストン摺動部２ｃを持つピストン２Ａを自
己潤滑性のある樹脂で一体に形成するほか、高強度のピ
ストンベース２ａの周囲に、ピストン摺動部２ｃを一体
形成する自己潤滑性のある樹脂を被覆したものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヴィルミエヒートポ
ンプと呼ばれる空調用外燃機関の構成を簡素化し加工を
容易にするとともに、熱性能を向上させるピストン構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は例えば特開平２−２５９２６１号
公報に示された従来の空調用外燃機関を示す構成図であ
り、図において、１は高温ピストン、２は低温ピスト
ン、３は高温ピストン１を摺動自在に収容する高温シリ
ンダ、４は低温ピストンを摺動自在に収容する低温シリ
ンダである。また、３ａは高温作動空間、３ｂは第１の
中温作動空間、４ｂは第２の中温作動空間、４ａは低温
作動空間で、これらはそれぞれ高温ピストン１と高温シ
リンダ３との間、および低温ピストン２と低温シリンダ
４との間に形成されている。

【０００３】また、５は回転運動を高温ピストン１およ
び低温ピストン２の往復直線運動に変換するクランク、
６は高温作動空間３ａに通じる高温熱交換器、７は高温
再生器１０を介して高温熱交換器６に接続された第１の
中温熱交換器、８は第２の中温熱交換器で、第２の中温
作動空間４ｂに直接接続されるとともに、低温作動空間
４ａに対して、低温熱交換器９および低温再生器１１を
介して接続されている。なお、第１の中温熱交換器７お
よび第２の中温熱交換器８は通路Ｒを介して接続されて
いる。

【０００４】さらに、１２は高温熱交換器６を加熱する
ことにより、高温シリンダ３内部の気体を加熱する加熱
装置、１３，１４は循環水ポンプで、第１，第２の中温
熱交換器７，８で得られた温水または低温熱交換器９で
得られた冷水をそれぞれ空調用熱交換器１５または１６
に送るものである。

【０００５】図４は上記低温ピストン２の一部を破断し
て示す正面図であり、同図において、１７は軽量化と熱
伝導低減のために低温ピストン２に設けられた中空空間
で、低温ピストン２の基部に設けられた小孔１８を介し
て第２の中温作動空間４ｂと連通している。

【０００６】また、２０は低温ピストン２の外周に設け
られて、低温作動空間４ａと第２の中温作動空間４ｂの
気体を気密的に隔離するピストンシール、２１は低温シ
リンダ４の摺動壁１９に接触し、低温ピストン２と摺動
壁１９が直接接触することを防止するスライドリング、
２２は低温ピストン２とクランク５を連結するピストン
ロッドである。なお、高温ピストン１も上記低温ピスト
ン２と同一構成であるので、ここではその重複する説明
を省略する。

【０００７】次に動作について説明する。まず、クラン
ク５の作動によって高温シリンダ３内部の高温ピストン
１を上昇動作させると、高温作動空間３ａの気体は高温
熱交換器６，高温再生器１０および第１の中温熱交換器
７を次々に通って、第１の中温作動空間３ｂに流れ込
む。一方、高温ピストン１の下降動作時には、これとは
逆方向に上記気体が流れる。

【０００８】その際、気体は高温熱交換器６や第１の中
温熱交換器７において加熱作用または冷却作用を受け、
圧力変化を生じる。そして、この圧力変化はそのまま低
温シリンダ４内にも伝わり、クランク軸５で高温ピスト
ン１と連動する低温ピストン２の往復運動により、第２
の中温作動空間４ｂでは気体に対し主に圧縮による加熱
が行われる。一方、低温作動空間４ａでは主に膨張によ
る冷却が行われる。

【０００９】このようにして、加熱または冷却された気
体は、第２の中温熱交換器８または低温熱交換器９にお
いて、各循環水ポンプ１３，１４により送られる循環水
をそれぞれ加熱または冷却し、さらに各空調用熱交換器
１５，１６に送って冷暖房に利用される。

【００１０】ここで、効率よく気体に圧力変化を生じさ
せて冷暖房を行うには、温度の異なる低温作動空間４ａ
と第２の中温作動空間４ｂとの間の熱の移動を極力防ぐ
必要があり、例えば低温ピストン２においては伝導によ
る熱移動を防ぐために、図４に示すような中空空間１７
を設けている。

【００１１】そして、この中空空間１７は小孔１８を介
して第２の中温作動空間４ｂと連通されており、これに
より、中空空間１７の気体の圧力と第２の中温作動空間
４ｂの気体の平均圧力とがほぼ等しくされて、低温ピス
トン２の肉厚が中空空間１７の圧力と、変動する低温作
動空間４ａの圧力との差圧に耐え得る程度にされてい
る。そして、低温ピストン２は樹脂などの自己潤滑性の
あるスライドリング２１を介し、金属などで構成される
低温シリンダ４の摺動壁１９に接し、円滑に往復運動す
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の空調用外燃機関
は以上のように構成されているので、例えば低温ピスト
ン２には伝導による熱移動を防ぐべく中空空間１７が必
要であり、このために金属板の絞り加工や、金属塊の切
削加工などを必要とするほか、低温ピストン２と摺動壁
１９にはともに自己潤滑性がないところから、例えば低
温ピストン２に樹脂などの自己潤滑性のある材料で加工
されたスライドリング２１を介して摺動壁１９に沿って
往復運動させる必要があった。

【００１３】特に、スライドリング２１に関しては、低
温ピストン２に装着した状態でその外周側寸法が数十μ
ｍの精度となる様に仕上げる必要があり、その加工は容
易ではなく、さらに、中空空間１７と例えば低温作動空
間４ａには圧力差があるため、低温ピストン２の厚みは
使用材料の強度から決定されてしまい、熱伝導を極力抑
える観点からは必ずしも良い構成とは言えないなどの問
題点があった。

【００１４】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたものであり、低温ピストンなどの
ピストンの摺動を円滑化しながら構成を簡素化し、かつ
加工性を向上させることができるとともに、該ピストン
両端の気体相互の熱的干渉を有効に抑制できる空調用外
燃機関を得ることを目的とする。

【００１５】また、請求項２の発明は十分な耐圧強度を
得ながら、ピストンの摺動を円滑化できるとともに、構
成の簡素化および加工性の向上を図って、ピストン両端
の気体相互の熱干渉を有効に抑制できる空調用外燃機関
を得ることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る空
調用外燃機関は、一部でシリンダ内に通じる中間空間を
持つ自己潤滑性のある樹脂からなるピストンをシリンダ
内に往復動可能に設け、上記シリンダの摺動壁に摺接さ
れるピストン摺動部を、該ピストンの外周に一体に突設
したものである。

【００１７】また、請求項２の発明に係る空調用外燃機
関は、一部でシリンダ内に通じる中空空間を持つ高強度
のピストンベースを、上記シリンダ内に往復動可能に設
け、外周に上記シリンダの摺動壁に摺接されるピストン
摺動部を一体に有する自己潤滑性のある樹脂からなるピ
ストン被覆を、上記ピストンベースの外周に設けたもの
である。

【００１８】

【作用】請求項１の発明におけるピストンは、ピストン
摺動部とともに自己潤滑性のある樹脂により形成されて
いるため、シリンダの摺動壁に対する摺動を円滑にする
とともに、ピストンの加工性，生産性がすぐれ、全体の
重量の軽量化とともに、断熱効果を高めて、ピストン両
端間の温度差を小さく抑えるように機能する。

【００１９】また、請求項２の発明におけるピストン
は、金属などの高強度のピストンベースの外周に、ピス
トン摺動部を一体に有する自己潤滑性のある樹脂からな
るピストン被覆を施してあるため、気体圧差などによる
変形を生じることなく、耐久性を向上し、しかもシリン
ダの摺動壁に対して円滑な摺動運動を可能にする。

【００２０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１において、２Ａは低温シリンダ４内に摺動す
るピストンとしての低温ピストンで、全体が自己潤滑性
がある樹脂により一体または一部を分割して形成されて
いる。２ｃは低温ピストン２Ａの先端側外周に一体に突
設されたリング状のピストン摺動部である。

【００２１】また、４ａ，４ｂはそれぞれ従来と同様の
低温作動空間および第２の中温作動空間、２０は低温作
動空間４ａと第２の中温作動空間４ｂの気体が直接混ざ
り合うのを防ぐピストンシールで、これが低温ピストン
２Ａの基部外周側に取り付けられている。

【００２２】また、１７は低温ピストン２Ａの伝熱によ
る熱の流れを低減するために、この低温ピストン２Ａ内
に形成された中空空間、１８はこの中空空間１７と第２
の中温作動空間４ｂとを連通する小孔で、その低温ピス
トン２Ａの基部に穿設されている。１９は低温シリンダ
４の摺動壁、２２は低温ピストン２Ａと既述のクランク
５とを連結するピストンロッドである。

【００２３】次に動作を説明する。低温ピストン２Ａは
全体が自己潤滑性がある合成樹脂にて作られているが、
ピストンロッド２２の往復運動によって低温シリンダ４
内の第２の中温作動空間４ｂでは気体を圧縮して加熱
し、一方、低温作動空間４ａでは主に膨張により気体を
冷却する。

【００２４】このため、それぞれ第２の中温熱交換器８
および低温交換器９において、従来と同様に、各循環ポ
ンプ１３，１４により送られる循環水をそれぞれ加熱お
よび冷却し、これを空調に利用することができる。

【００２５】この場合において、上記のように、低温ピ
ストン２Ａは自己潤滑性がある樹脂からなるピストン摺
動部２ｃを一体に有するため、これが低温ピストン２Ａ
の往復運動時に低温シリンダ４の摺動壁に摺接し、その
往復運動を大きな抵抗なく円滑に行えるようにする。

【００２６】また、かかる低温ピストン２Ａにはこれの
成形時に一体にピストン摺動部２ｃが形成されるもので
あるから、従来のようにピストンシールを別途用意し、
取り付けるという手間を省け、大量生産性を実現でき
る。

【００２７】さらに、低温ピストン２Ａ自体が樹脂によ
って形成されるため、全体として軽量化が図れ、しかも
中空空間とともに断熱効果を一層高めることができる。
従って、低温ピストン２Ａの両端間の温度差を小さく抑
えることができ、第２の中間作動空間４ｂおよび低温作
動空間４ａ間の熱干渉や振動の発生を効果的に抑えるこ
とができる。

【００２８】実施例２．図２はこの発明の他の実施例を
示す。これは低温ピストン２Ｂを、中間空間１７および
低温作動空間４ａ間の圧力差に耐えるように金属などの
高強度の材料で形成したピストンベース２ａと、このピ
ストンベース２ａの基部を塞ぐ樹脂または金属からなる
小孔１８を持ったピストン基部２ｄと、上記ピストンベ
ース２ａの外周面を被覆するとともに、リング状のピス
トン摺動部２ｃを一体に有する自己潤滑性がある樹脂か
らなるピストン被覆２ｂとから構成したものである。

【００２９】この実施例では、ピストンベース２ａが上
記のように十分な耐圧強度を持つため、変形を生じるこ
となく、低温ピストン２Ｂとして安定に往復運動し、し
かも耐久性を向上できる。さらにこのピストンベース２
ａの外周面に、ピストン摺動部２ｃを持つピストン被覆
２ｂが自己潤滑性がある樹脂により形成されているた
め、摺動壁１９に沿った低温ピストン２Ｂの往復運動を
円滑化できる。

【００３０】なお、この実施例では、金属のピストンベ
ース２ａの熱はそのピストン被覆２ｂによって断熱さ
れ、中空空間１７および低温作動空間相互の熱的干渉が
効果的に抑えられる。

【００３１】また、上記各実施例では低温ピストン２
Ａ，２Ｂについて説明したが、主に圧力変動を発生する
高温ピストン１についても同様の構成を採用すること
で、低温ピストン２Ａ，２Ｂと同様の作用および効果を
得ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、一部でシリンダ内に通じる中間空間を持つ自己潤滑
性の樹脂からなるピストンをシリンダ内に往復動可能に
設け、上記シリンダの摺動壁に摺接されるピストン摺動
部を、該ピストンの外周に一体に突設するように構成し
たので、ピストンを軽量化ながら熱伝導を抑えて、中空
空間と作動区間との断熱作用を高めることができるとと
もに、ピストンの加工性，大量生産性にすぐれるものが
得られる効果がある。

【００３３】また、請求項２の発明によれば、一部でシ
リンダ内に通じる中空空間を持つ高張度のピストンベー
スを、上記シリンダ内に往復動可能に設け、外周に上記
シリンダの摺動壁に摺接されるピストン摺動部を一体に
有する自己潤滑性の樹脂からなるピストン被覆を、上記
ピストンベースの外周に設けるように構成したので、上
記効果に加えて、ピストンの強度および耐久性を一段と
向上できるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による空調用外燃機関のピ
ストンを一部破断して示す正面図である。

【図２】この発明の他の実施例による空調用外燃機関の
ピストンを一部破断して示す正面図である。

【図３】従来の空調用外燃機関の全体を示す構成図であ
る。

【図４】図３におけるピストンを一部破断して示す正面
図である。

【符号の説明】

２Ａ，２Ｂ 低温ピストン（ピストン） ２ａ ピストンベース ２ｂ ピストン被覆 ２ｃ ピストン摺動部 ３ 高温シリンダ（シリンダ） ４ 低温シリンダ（シリンダ） ６ 高温熱交換器（熱交換器） ７ 第１の中温熱交換器（熱交換器） ８ 第２の中温熱交換器（熱交換器） ９ 低温熱交換器（熱交換器） １７ 中空空間

フロントページの続き (72)発明者 藤原 通雄 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社生産技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内に封入された熱交換用の気体
   を熱交換器を介してシリンダ外部から加熱，冷却し、こ
   の加熱，冷却により生じた上記気体の膨張作用および圧
   縮作用によって、空調温度レベルの冷却および加熱をそ
   れぞれ行う空調用外燃機関において、上記シリンダ内に
   往復動可能に設けられて、一部でそのシリンダ内に通じ
   る中空空間を持つ自己潤滑性のある樹脂からなるピスト
   ンと、該ピストンの外周に一体に突設されて、上記シリ
   ンダの摺動壁に摺接されるピストン摺動部とを備えたこ
   とを特徴とする空調用外燃機関。
2. 【請求項２】 シリンダ内に封入された熱交換用の気体
   を熱交換器を介してシリンダ外部から加熱，冷却し、こ
   の加熱，冷却により生じた上記気体の膨張作用および圧
   縮作用によって、空調温度レベルの冷却および加熱をそ
   れぞれ行う空調用外燃機関において、上記シリンダ内に
   往復動可能に設けられて、一部でシリンダ内に通じる中
   空空間を持つ高強度のピストンベースと、該ピストンベ
   ースの外周に被覆され、外周に上記シリンダの摺動壁に
   摺接されるピストン摺動部を一体に有する自己潤滑性の
   ある樹脂からなるピストン被覆とを備えたことを特徴と
   する空調用外燃機関。