JPH09151791A - 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

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JPH09151791A
JPH09151791A JP33431695A JP33431695A JPH09151791A JP H09151791 A JPH09151791 A JP H09151791A JP 33431695 A JP33431695 A JP 33431695A JP 33431695 A JP33431695 A JP 33431695A JP H09151791 A JPH09151791 A JP H09151791A
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temperature displacer
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Hiroshi Sekiya
弘志 関谷
Eiju Fukuda
栄寿 福田
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2309/00Gas cycle refrigeration machines
    • F25B2309/001Gas cycle refrigeration machines with a linear configuration or a linear motor

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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関全
体を小型化して空調機及び冷凍機等に好適な機関を提供
する。 【解決手段】 高温部中温室102と低温部中温室10
3とを連通するガス通路107を設けた再生サイクルを
用いた外燃機関において、低温ディスプレーサロッド1
11を中空にして高温ディスプレーサロッド110を収
納する中空室とし、低温ディスプレーサ109内を中空
にして低温ディスプレーサ用ガスばね室106とし、上
記中空室を同ばね室内106に張り出して高温ディスプ
レーサ用ガスばね室105とし、又、ばね室105とば
ね室106とを連通するガスばね室通路120を形成す
る。又、高温ディスプレーサ用ガスばね室105内部に
高温ディスプレーサ用機械ばね118を内蔵し、低温デ
ィスプレーサ用ガスばね室106内に低温ディスプレー
サロッド111に装着する低温ディスプレーサ用機械ば
ね119を設けることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【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1
1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。 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。 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V
M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1
06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。 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。 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。 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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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。
  2. 【請求項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、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。
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