JPH09151796A - 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
- JPH09151796A JPH09151796A JP33433095A JP33433095A JPH09151796A JP H09151796 A JPH09151796 A JP H09151796A JP 33433095 A JP33433095 A JP 33433095A JP 33433095 A JP33433095 A JP 33433095A JP H09151796 A JPH09151796 A JP H09151796A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- low temperature
- displacer
- heat exchanger
- temperature side
- high temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【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
挙動を理想に近づけるため、高温ディスプレーサに対す
る低温ディスプレーサの位相差のズレや、低温ディスプ
レーサの振幅の減少などをなくす。 【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、低温ディスプレーサ１９内に設けられる
ガスばねを外部からアクチュエータによって駆動させる
構造にする。
おいて、高温ディスプレーサ及び低温ディスプレーサの
挙動を理想に近づけるため、高温ディスプレーサに対す
る低温ディスプレーサの位相差のズレや、低温ディスプ
レーサの振幅の減少などをなくす。 【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、低温ディスプレーサ１９内に設けられる
ガスばねを外部からアクチュエータによって駆動させる
構造にする。
Description
【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。
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】
【従来の技術】従来のフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の基本構造を示す断面正面図を図２に示し、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
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。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。
クル機関の基本構造を示す断面正面図を図２に示し、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
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。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】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、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ように低温ディ
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
大させる必要があり、そのために改良されたのが図３の
断面正面図に示すフリーピストン式ヴィルミエサイクル
機関である。図３は本出願人により出願された特願平６
ー３１７７１０号の明細書に添付された図１と同一のフ
リーピストン式ヴィルミエサイクル機関の断面正面図で
ある。図３に示されるフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の概要は、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
ばね室２６としてディスプレーサピストンロッド２及び
３内の中空通路を介してガスばね室２５に連通する構造
としたものである。
ン式ヴィルミエサイクル機関において、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ように低温ディ
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
大させる必要があり、そのために改良されたのが図３の
断面正面図に示すフリーピストン式ヴィルミエサイクル
機関である。図３は本出願人により出願された特願平６
ー３１７７１０号の明細書に添付された図１と同一のフ
リーピストン式ヴィルミエサイクル機関の断面正面図で
ある。図３に示されるフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の概要は、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
ばね室２６としてディスプレーサピストンロッド２及び
３内の中空通路を介してガスばね室２５に連通する構造
としたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の図３
に示す機関により比出力の向上などが可成り改善された
が、高温及び低温ディスプレーサの挙動上、時間の経過
と共に高温ディスプレーサに対する低温ディスプレーサ
の一定の位相差にズレを生じたり、低温ディスプレーサ
の振幅が減少するなどの問題があった。
に示す機関により比出力の向上などが可成り改善された
が、高温及び低温ディスプレーサの挙動上、時間の経過
と共に高温ディスプレーサに対する低温ディスプレーサ
の一定の位相差にズレを生じたり、低温ディスプレーサ
の振幅が減少するなどの問題があった。
【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、低温デ
ィスプレーサ内に設けられるガスばねを外部からアクチ
ュエータによって駆動させ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ようとするものであ
る。
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、低温デ
ィスプレーサ内に設けられるガスばねを外部からアクチ
ュエータによって駆動させ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、図２及び図３と同じ部品には同じ符号を付し、
重複を避けて異なる点のみを説明する。図３で単なるリ
ザーバであったガスばね室用リザーバ３２をガスばね室
用シリンダ３２ａとし、そのガスばね室用シリンダ３２
ａの内部に可動コイル３５を備えるピストン３４、その
下にピストン保持用スプリング３７を内蔵し、ガスばね
室用シリンダ３２ａの外周には固定コイル３６を設け
る。ガスばね室用シリンダ上部は、ガスばね室連絡通路
３３、更に、ディスプレーサピストンロッド３の半径方
向の開口、ロッド内通路３１及び半径方向の開口を介し
て低温ディスプレーサ内ガスばね室２５に連通する。高
温ディスプレーサ内ガスばね室２６はロッド２内の通路
を介してロッド３内の通路３１と連通する。図１に示す
フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関においては、
図３に示すリニアアクチュエータ４は除去され、シリン
ダ３２ａ、ピストン３４、可動コイル３５、固定コイル
３６などがアクチュエータを構成する。次に、作動につ
いて説明する。図示しない電流源により固定コイル３６
に方向が変わる電流が流れると、可動コイル３５を介し
てピストン３４が上、下運動を行う。それによってシリ
ンダ３２ａ内の作動ガス（ヘリウムなど）が圧縮、膨張
を繰り返し、シリンダ３２ａと連通する低温ディスプレ
ーサ内ガスばね室２５内の作動ガスも加圧、減圧を繰り
返す。低温ディスプレーサ内ガスばね室２５内の圧力が
上昇すると、ディスプレーサピストンロッド２と３の直
径ａとｂが異なる（ａ＞ｂ）ため、低温ディスプレーサ
１９は低温ディスプレーサ用補助機械ばね２０に抗して
下方へ動き、中温作動空間１７の容積が増大してその空
間１７内の作動ガス（ヘリウムなど）の圧力が低下し、
高温ディスプレーサ１は高温ディスプレーサ用機械ばね
２２により下方へ動く。シリンダ３２ａ内の作動ガスの
圧力が低下するときは、上記と反対に低温ディスプレー
サ１９は上昇する。低温ディスプレーサ１９の上、下動
に伴い、一定の位相差で高温ディスプレーサ１も上、下
動を繰り返す。暖房、冷房用としての熱の授受に関して
は従来と同様である。
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、図２及び図３と同じ部品には同じ符号を付し、
重複を避けて異なる点のみを説明する。図３で単なるリ
ザーバであったガスばね室用リザーバ３２をガスばね室
用シリンダ３２ａとし、そのガスばね室用シリンダ３２
ａの内部に可動コイル３５を備えるピストン３４、その
下にピストン保持用スプリング３７を内蔵し、ガスばね
室用シリンダ３２ａの外周には固定コイル３６を設け
る。ガスばね室用シリンダ上部は、ガスばね室連絡通路
３３、更に、ディスプレーサピストンロッド３の半径方
向の開口、ロッド内通路３１及び半径方向の開口を介し
て低温ディスプレーサ内ガスばね室２５に連通する。高
温ディスプレーサ内ガスばね室２６はロッド２内の通路
を介してロッド３内の通路３１と連通する。図１に示す
フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関においては、
図３に示すリニアアクチュエータ４は除去され、シリン
ダ３２ａ、ピストン３４、可動コイル３５、固定コイル
３６などがアクチュエータを構成する。次に、作動につ
いて説明する。図示しない電流源により固定コイル３６
に方向が変わる電流が流れると、可動コイル３５を介し
てピストン３４が上、下運動を行う。それによってシリ
ンダ３２ａ内の作動ガス（ヘリウムなど）が圧縮、膨張
を繰り返し、シリンダ３２ａと連通する低温ディスプレ
ーサ内ガスばね室２５内の作動ガスも加圧、減圧を繰り
返す。低温ディスプレーサ内ガスばね室２５内の圧力が
上昇すると、ディスプレーサピストンロッド２と３の直
径ａとｂが異なる（ａ＞ｂ）ため、低温ディスプレーサ
１９は低温ディスプレーサ用補助機械ばね２０に抗して
下方へ動き、中温作動空間１７の容積が増大してその空
間１７内の作動ガス（ヘリウムなど）の圧力が低下し、
高温ディスプレーサ１は高温ディスプレーサ用機械ばね
２２により下方へ動く。シリンダ３２ａ内の作動ガスの
圧力が低下するときは、上記と反対に低温ディスプレー
サ１９は上昇する。低温ディスプレーサ１９の上、下動
に伴い、一定の位相差で高温ディスプレーサ１も上、下
動を繰り返す。暖房、冷房用としての熱の授受に関して
は従来と同様である。
【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の挙動が従
来よりも理想に近づき、機関性能の向上が得られる。
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の挙動が従
来よりも理想に近づき、機関性能の向上が得られる。
【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。
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。
関の基本構造を示す断面正面図である。
【図３】本出願人により出願された特願平６−３１７７
１０号の図１と同一のフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の断面正面図である。
１０号の図１と同一のフリーピストン式ヴィルミエサイ
クル機関の断面正面図である。
１：高温ディスプレーサ 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 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 ３２ａ：ガスばね室用シリンダ ３３：ガスばね室連絡通路 ３４：ピストン ３５：可動コイル ３６：固定コイル
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、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、低温ディス
プレーサ内に設けられるガスばねを外部からアクチュエ
ータによって駆動させ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33433095A JPH09151796A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP33433095A JPH09151796A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | フリーピストン式ヴィルミエサイクル機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09151796A true JPH09151796A (ja) | 1997-06-10 |
Family
ID=18276158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33433095A Pending JPH09151796A (ja) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | 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) | JPH09151796A (ja) |
-
1995
- 1995-11-30 JP JP33433095A patent/JPH09151796A/ja active Pending
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