JPH09151795A - 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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JPH09151795A
JPH09151795A JP33432995A JP33432995A JPH09151795A JP H09151795 A JPH09151795 A JP H09151795A JP 33432995 A JP33432995 A JP 33432995A JP 33432995 A JP33432995 A JP 33432995A JP H09151795 A JPH09151795 A JP H09151795A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
low temperature
displacer
gas spring
high temperature
spring chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP33432995A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Sekiya
弘志 関谷
Eiju Fukuda
栄寿 福田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Publication of JPH09151795A publication Critical patent/JPH09151795A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Landscapes

  • 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に
おいて、高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサの
振幅、中立位置の設定等の最適化及びガスばね室容積の
微調整を可能とする。 【解決手段】 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を
有し、更に、高温ディスプレーサ1及び低温ディスプレ
ーサ19を有し、高温ディスプレーサに対する最適な低
温ディスプレーサの動作を可能とするために、機関外部
に低温ディスプレーサ内にあるガスばね室25を増大さ
せるガスばね室用シリンダ32aを装着し、又、高温デ
ィスプレーサ内を中空としてガスばね室26として用い
る構成とした。ガスばね室用シリンダはガスばね室用ピ
ストン34、可動マグネットコイル35、固定マグネッ
トコイル36及びピストン保持用スプリング37から成
るアクチュエータによって駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は空調機、冷凍機等に
用いられるフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関の
改良に関する。
【0002】図2は従来のフリーピストン式ヴィルミエ
サイクル機関の基本構造を示す断面正面図であり、その
構造、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とが直列になった段違い
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により強制的に図で上、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1
1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。更に、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の外側にはそれぞれ高温側円筒
形シェル13、中温側円筒形シェル14a、14bが配
設され、又、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、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それぞれの熱交換
器の外側に配置される。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ともに、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。又、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の割
合が変化することにより圧力変動を生ずるが、ディスプ
レーサピストンロッド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、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、11の熱
の放出、吸収を暖房、冷房として利用するわけである。
又、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
バッファ室、24はバッファ室用ロッドシール、25は
低温ディスプレーサ内ガスばね室である。
【0003】しかしながら、上述の図2に示される従来
のフリーピストン式ヴィルミエサイクル機関において
は、比出力の向上、軽量化、コストダウンを目的とする
場合、低温ディスプレーサの大きさが制約を受け、この
ときに、高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサが
理想的な動作をするためには、ガスばね力を適切な値と
するために低温ディスプレーサ内に設けられているガス
ばね室の内容積を増大させる必要があるという問題があ
ったので、図3に示すように改良を施した。図3は図2
に示す基本構造のものに改良を施した特願平6−317
710号による改良構造を示す断面正面図であり、その
構造、作動については、特願平6−317710号の
「フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関」の明細書
に記載のように、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
を有し、更に、高温ディスプレーサ1及び低温ディスプ
レーサ19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、前記高温ディスプレーサ1に対する最
適な低温ディスプレーサ19の動作を可能とするため
に、機関外部に前記低温ディスプレーサ19内にあるガ
スばね室25を増大させるためのガスばね室用リザーバ
32を装着し、又、前記高温ディスプレーサ1内を中空
としてガスばね室26として用いるようにし、更に、前
記高温ディスプレーサ1のロッド内を中空にしてガスば
ね室として用いるとともに、機関外部のガスばね室用リ
ザーバ32及び高温ディスプレーサ1内のガスばね室2
6との接続に利用するようにしたものである。上述の図
3に示す改良によれば、高温ディスプレーサ1及び低温
ディスプレーサ19を振幅、中立位置の設定等について
最適に動作させることが可能となり、更に、ガスばね室
容積の微調整が可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図3に示す
フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関には、ヒート
ポンプにおける水ポンプや空気ブロワなどの装備が不可
欠であり、このため、コスト高になり、システムレイア
ウトの制約、又、システムでのCOPが低下するという
問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の問題を
解決するために、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、更に、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、前記高
温ディスプレーサに対する最適な低温ディスプレーサの
動作を可能とするために、機関外部に前記低温ディスプ
レーサ内にあるガスばね室を増大させるためのガスばね
室用シリンダを装着し、又、前記高温ディスプレーサ内
を中空としてガスばね室として用いるようにし、更に、
前記低温ディスプレーサ内に設けられるガスばねを前記
ガスばね室用シリンダからガスばね室用ピストン、可動
マグネットコイル、固定マグネットコイル及びピストン
保持用スプリングから成るアクチュエータによって駆動
させ、前記アクチュエータの駆動に連動して作動するヒ
ートポンプにおける水ポンプや空気ブロワなどの付加機
能機構を付加したフリーピストン式ヴィルミエサイクル
機関を提供しようとするものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるフリーピスト
ン式ヴィルミエサイクル機関の実施の形態について図1
を参照して説明する。図1は本発明によるフリーピスト
ン式ヴィルミエサイクル機関の実施の形態を示す断面正
面図である。本発明は、図2及び図3に示すように、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を有し、更に、高温
ディスプレーサ1及び低温ディスプレーサ19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けるもの
であり、以下本発明の実施の形態について説明する。本
実施の形態は、図1に示されるように、高温ディスプレ
ーサ1に対する最適な低温ディスプレーサ19の動作を
可能とするために、機関外部に低温ディスプレーサ19
内にあるガスばね室25を増大させるためのガスばね室
用シリンダ32aをガスばね室連絡通路33を介して装
着し、又、前記高温ディスプレーサ1内を中空としてガ
スばね室26として用いるようにし、更に、前記低温デ
ィスプレーサ19内に設けられるガスばねを前記ガスば
ね室用シリンダ32aからガスばね室用ピストン34、
可動マグネットコイル35、固定マグネットコイル36
及びピストン保持用スプリング37から成るアクチュエ
ータによって駆動させ、そのアクチュエータの駆動に連
動して作動する付加機能シリンダ38、付加機能ピスト
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から成るヒー
トポンプにおける水ポンプや空気ブロワなどの付加機能
機構を付加したものである。図1に示すアクチュエータ
と付加機能機構とは一体に構築することも可能であり、
又、付加機能ピストン39にクランク機構を追加するこ
とも可能である。
【0007】
【発明の効果】本発明によるフリーピストン式ヴィルミ
エサイクル機関は、上述のように構成されているので、
高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサを振幅、中
立位置の設定等について最適に動作させることが可能と
なり、又、ガスばね室容積の微調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の実施の形態を示す断面正面図である。
【図2】従来のフリーピストン式ヴィルミエサイクル機
関の基本構造を示す断面正面図である。
【図3】特願平6−317710号によるフリーピスト
ン式ヴィルミエサイクル機関の改良構造を示す断面正面
図である。
【符号の説明】
1:高温ディスプレーサ 6:電気ヒータ 6a:高温側高温部熱交換器 7:高温側再生器 8:高温側中温部熱交換器 9:低温側中温部熱交換器 10:低温側再生器 11:低温側低温部熱交換器 19:低温ディスプレーサ 20:低温ディスプレーサ用補助機械ばね 22:高温ディスプレーサ用機械ばね 25:低温ディスプレーサ内ガスばね室 26:高温ディスプレーサ内ガスばね室 32:ガスばね室用リザーバ 32a:ガスばね室用シリンダ 33:ガスばね室連絡通路 34:ガスばね室用ピストン 35:可動マグネットコイル 36:固定マグネットコイル 37:ピストン保持用スプリング 38:付加機能シリンダ 39:付加機能ピストン 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 (1)

    【特許請求の範囲】
  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、更に、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、前記高温デ
    ィスプレーサに対する最適な低温ディスプレーサの動作
    を可能とするために、機関外部に前記低温ディスプレー
    サ内にあるガスばね室を増大させるためのガスばね室用
    シリンダを装着し、又、前記高温ディスプレーサ内を中
    空としてガスばね室として用いるようにし、更に、前記
    低温ディスプレーサ内に設けられるガスばねを前記ガス
    ばね室用シリンダからガスばね室用ピストン、可動マグ
    ネットコイル、固定マグネットコイル及びピストン保持
    用スプリングから成るアクチュエータによって駆動さ
    せ、前記アクチュエータの駆動に連動して作動するヒー
    トポンプにおける水ポンプや空気ブロワなどの付加機能
    機構を付加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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Cited By (3)

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WO2017070241A1 (en) * 2015-10-19 2017-04-27 Thermolift, Inc. Gas spring and bridge for a heat pump
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