JPH08159585A - 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
- Publication number
- JPH08159585A JPH08159585A JP31954294A JP31954294A JPH08159585A JP H08159585 A JPH08159585 A JP H08159585A JP 31954294 A JP31954294 A JP 31954294A JP 31954294 A JP31954294 A JP 31954294A JP H08159585 A JPH08159585 A JP H08159585A
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- JP
- Japan
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- high temperature
- heat exchanger
- low temperature
- temperature side
- displacer
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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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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来よりも性能の良いフリーピストン式ヴィ
ルミエサイクル機関を提供すること。 【構成】 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を有し、さ
らに、高温ディスプレーサ1及び低温ディスプレーサ1
9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、高温ディスプレーサ1に連結するロッド2、3
を加振する駆動手段21、22を設けたバッファ室20
内の平均圧力を作動空間16、17、18内の作動ガス
平均圧力よりも低く設定するように構成した。
ルミエサイクル機関を提供すること。 【構成】 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を有し、さ
らに、高温ディスプレーサ1及び低温ディスプレーサ1
9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、高温ディスプレーサ1に連結するロッド2、3
を加振する駆動手段21、22を設けたバッファ室20
内の平均圧力を作動空間16、17、18内の作動ガス
平均圧力よりも低く設定するように構成した。
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機関と略称することがある)の要部
断面図を図3に示し、その構造、作動について説明す
る。同図において、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
はそれぞれ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機関と略称することがある)の要部
断面図を図3に示し、その構造、作動について説明す
る。同図において、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
はそれぞれ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それぞれの熱交換器の外
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1
5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。中温作動空間
17と低温作動空間18とを分ける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、
3の直径a、bの違いにより低温ディスプレーサ19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、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それぞれの熱交換器の外
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1
5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。中温作動空間
17と低温作動空間18とを分ける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、
3の直径a、bの違いにより低温ディスプレーサ19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、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としては、“D
evelopment of a Free PistonVuilleumier Machine
for Cooling Purposes”(ISEC-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V
M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。
evelopment of a Free PistonVuilleumier Machine
for Cooling Purposes”(ISEC-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V
M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、ロッド3の下部に装着した加振機部環境は
定常圧であって、加振機収容部をバッファ室として箱体
を構成した場合にも、このバッファ室内に封入されるガ
スの圧力は通常は前述した各作動空間内の作動ガス平均
圧力と同等に設定され、高温ディスプレーサ及び低温デ
ィスプレーサの動作の改善に対するバッファ室内圧力の
影響は検討されておらず、これに伴う機関性能の改善は
明らかではなかった。本発明は従来のものの上記課題
(問題点)を解決し、高価格とするような特殊な構成に
しないで、しかも従来のものよりも性能の良いフリーピ
ストン式ヴィルミエサイクル機関を提供することを目的
とする。
成において、ロッド3の下部に装着した加振機部環境は
定常圧であって、加振機収容部をバッファ室として箱体
を構成した場合にも、このバッファ室内に封入されるガ
スの圧力は通常は前述した各作動空間内の作動ガス平均
圧力と同等に設定され、高温ディスプレーサ及び低温デ
ィスプレーサの動作の改善に対するバッファ室内圧力の
影響は検討されておらず、これに伴う機関性能の改善は
明らかではなかった。本発明は従来のものの上記課題
(問題点)を解決し、高価格とするような特殊な構成に
しないで、しかも従来のものよりも性能の良いフリーピ
ストン式ヴィルミエサイクル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】本発明のフリーピストン
式ヴィルミエサイクル機関(VM機関)は、高温ディス
プレーサに連結するロッドを加振する駆動手段を設けた
バッファ室内の平均圧力を作動空間内の作動ガス平均圧
力よりも低く設定したことにより、上記課題を解決する
ようにした。
式ヴィルミエサイクル機関(VM機関)は、高温ディス
プレーサに連結するロッドを加振する駆動手段を設けた
バッファ室内の平均圧力を作動空間内の作動ガス平均圧
力よりも低く設定したことにより、上記課題を解決する
ようにした。
【0007】
【作用】本発明のVM機関では、高温ディスプレーサに
連結するロッドを駆動する駆動手段を設けたバッファ室
内の平均圧力を作動空間内の作動ガス平均圧力よりも低
く設定したので、汲み上げ熱量、吐き出し熱量が増大
し、従って、仕事量及び交換熱量が増大してヒートポン
プとしての性能即ち、冷房能力と暖房能力がいずれも増
大する。
連結するロッドを駆動する駆動手段を設けたバッファ室
内の平均圧力を作動空間内の作動ガス平均圧力よりも低
く設定したので、汲み上げ熱量、吐き出し熱量が増大
し、従って、仕事量及び交換熱量が増大してヒートポン
プとしての性能即ち、冷房能力と暖房能力がいずれも増
大する。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。図1は本発明に基づき構成したVM機関の要部断
面を示すもので、同図中、従来のものと対応する構成に
ついては図3と同一の符号を付して示し、その詳細説明
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内で加振用の駆動機構であるリニアモータの
可動部21に結合され、リニアモータの固定部22はバ
ッファ室内部の所定箇所に固定されている。また、ロッ
ド3の下部には高温ディスプレーサ用機械ばね23を結
合し、高温ディスプレーサ用機械ばね23はバッファ室
20の天井面に固定されている。同図において、24は
ロッド部のガス漏れを防止するシール、25はバッファ
室からのガス漏れを防止するリング状のシールであって
バッファ室20内を機密にしている。なお、27は低温
ディスプレーサ用補助機械ばねである。このVM機関組
立時に、作動ガスを運転時における作動空間内の作動ガ
ス平均圧力よりも低い所定圧力になるようにバッファ室
20に封入し閉鎖する。なお、バッファ室内に所定圧力
の作動ガスを封入するには、バッファ室の形状/構成等
に対応させて適切な箇所に開閉弁を設けたガス給気口を
設け、適時バッファ室内のガス圧を定めるようにしても
良い。
する。図1は本発明に基づき構成したVM機関の要部断
面を示すもので、同図中、従来のものと対応する構成に
ついては図3と同一の符号を付して示し、その詳細説明
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内で加振用の駆動機構であるリニアモータの
可動部21に結合され、リニアモータの固定部22はバ
ッファ室内部の所定箇所に固定されている。また、ロッ
ド3の下部には高温ディスプレーサ用機械ばね23を結
合し、高温ディスプレーサ用機械ばね23はバッファ室
20の天井面に固定されている。同図において、24は
ロッド部のガス漏れを防止するシール、25はバッファ
室からのガス漏れを防止するリング状のシールであって
バッファ室20内を機密にしている。なお、27は低温
ディスプレーサ用補助機械ばねである。このVM機関組
立時に、作動ガスを運転時における作動空間内の作動ガ
ス平均圧力よりも低い所定圧力になるようにバッファ室
20に封入し閉鎖する。なお、バッファ室内に所定圧力
の作動ガスを封入するには、バッファ室の形状/構成等
に対応させて適切な箇所に開閉弁を設けたガス給気口を
設け、適時バッファ室内のガス圧を定めるようにしても
良い。
【0009】本発明のVM機関では、上述のように高温
ディスプレーサに連結するロッドを駆動する駆動手段を
設けたバッファ室内の平均圧力を作動空間内の作動ガス
平均圧力よりも低く設定しているので、このVM機関を
駆動すると、封入したバッファ室内のガス圧力に対応し
て高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサの動作が
より理想的になる。従って、結合した負荷と交換する熱
量を増大させる。図2は、横軸に各作動空間内の作動ガ
ス平均圧力Pmeanに対するバッファ室20内の圧力PB
の変化を記し、縦軸にこのPB/Pmeanを変化させた場
合に対応する組み上げ熱量QC(kW)及び吐き出し熱
量QR(kW)について所定のVM機関の構造において
行った計算値例を示している。同図に示すように、作動
空間内の作動ガス平均圧力Pmeanよりもバッファ室内圧
力PBが低下すると組み上げる熱量QC及び吐き出す熱量
QRが共に増大し、仕事量が増えて交換熱量が増大して
ヒートポンプとしての性能が向上し、冷房能力と暖房能
力のいずれもが増大することが示されている。
ディスプレーサに連結するロッドを駆動する駆動手段を
設けたバッファ室内の平均圧力を作動空間内の作動ガス
平均圧力よりも低く設定しているので、このVM機関を
駆動すると、封入したバッファ室内のガス圧力に対応し
て高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサの動作が
より理想的になる。従って、結合した負荷と交換する熱
量を増大させる。図2は、横軸に各作動空間内の作動ガ
ス平均圧力Pmeanに対するバッファ室20内の圧力PB
の変化を記し、縦軸にこのPB/Pmeanを変化させた場
合に対応する組み上げ熱量QC(kW)及び吐き出し熱
量QR(kW)について所定のVM機関の構造において
行った計算値例を示している。同図に示すように、作動
空間内の作動ガス平均圧力Pmeanよりもバッファ室内圧
力PBが低下すると組み上げる熱量QC及び吐き出す熱量
QRが共に増大し、仕事量が増えて交換熱量が増大して
ヒートポンプとしての性能が向上し、冷房能力と暖房能
力のいずれもが増大することが示されている。
【0010】上記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、本実施例に示した以外の
構造のVM機関にも、その構造に対応して構成したバッ
ファ室のガス圧を作動空間内の作動ガス平均圧力よりも
低い所定圧にすれば良く、バッファ室内のガス圧設定手
段もそのバッファ室の構造形状等に対応して適切に構成
すれば良いことは当然である。例えば、図1に示した構
造例ではバッファ室を後からVM機関の本体部に組みつ
けるように記しているが、バッファ室とVM機関との間
の圧力差は低いので、各ガスシールの負荷を低減して耐
久性やコストを低減したシール材を使用すると共にメン
テナンスフリーの構成にしてバッファ室をVM機関に含
めて密閉構造にしても良い。
る一例を示したものであって、本実施例に示した以外の
構造のVM機関にも、その構造に対応して構成したバッ
ファ室のガス圧を作動空間内の作動ガス平均圧力よりも
低い所定圧にすれば良く、バッファ室内のガス圧設定手
段もそのバッファ室の構造形状等に対応して適切に構成
すれば良いことは当然である。例えば、図1に示した構
造例ではバッファ室を後からVM機関の本体部に組みつ
けるように記しているが、バッファ室とVM機関との間
の圧力差は低いので、各ガスシールの負荷を低減して耐
久性やコストを低減したシール材を使用すると共にメン
テナンスフリーの構成にしてバッファ室をVM機関に含
めて密閉構造にしても良い。
【0011】
【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、上記のように、作動
空間内の作動ガス平均圧力よりもバッファ室内圧力を下
げたので、組み上げ熱量及び吐き出し熱量が共に増大し
た。従って、仕事量が増えて交換熱量が増大し、ヒート
ポンプとしての性能が向上し、冷房能力と暖房能力のい
ずれもが増大するという優れた効果を有する。
ミエサイクル機関(VM機関)は、上記のように、作動
空間内の作動ガス平均圧力よりもバッファ室内圧力を下
げたので、組み上げ熱量及び吐き出し熱量が共に増大し
た。従って、仕事量が増えて交換熱量が増大し、ヒート
ポンプとしての性能が向上し、冷房能力と暖房能力のい
ずれもが増大するという優れた効果を有する。
【図1】本発明に基づくフリーピストン式ヴィルミエサ
イクル機関の主要構成を示す縦断正面図である。
イクル機関の主要構成を示す縦断正面図である。
【図2】本発明の作用を説明する特性図である。
【図3】従来のフリーピストン式ヴィルミエサイクル機
関の主要構成を示す縦断正面図である。
関の主要構成を示す縦断正面図である。
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 15:電気ヒータ 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 24、25:シール
Claims (1)
- 【請求項1】 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、高温ディス
プレーサに連結するロッドを加振する駆動手段を設けた
バッファ室内の平均圧力を作動空間内の作動ガス平均圧
力よりも低く設定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 (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31954294A JP3286483B2 (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 |
---|---|---|---|
JP31954294A JP3286483B2 (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 |
---|---|
JPH08159585A true JPH08159585A (ja) | 1996-06-21 |
JP3286483B2 JP3286483B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=18111420
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31954294A Expired - Fee Related JP3286483B2 (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) | JP3286483B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0777044A1 (en) * | 1995-11-30 | 1997-06-04 | SANYO ELECTRIC Co., Ltd. | Free piston vuillermier machine |
US7213399B2 (en) * | 2002-06-29 | 2007-05-08 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Refrigerator comprising a regenerator |
-
1994
- 1994-11-30 JP JP31954294A patent/JP3286483B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0777044A1 (en) * | 1995-11-30 | 1997-06-04 | SANYO ELECTRIC Co., Ltd. | Free piston vuillermier machine |
US7213399B2 (en) * | 2002-06-29 | 2007-05-08 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Refrigerator comprising a regenerator |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3286483B2 (ja) | 2002-05-27 |
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