JPH1062025A - ヴィルミエヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のヴィルミエヒートポンプは、ディスプ
レーサロッドシールはケースに固定され、さらにディス
プレーサロッドに密着させているので、シールとロッド
との大きな摺動抵抗により、性能が低下するなどの問題
点があった。 【解決手段】 ディスプレーサロッドシールを、ロッド
の径方向に可動自在なフローティングシール８７で構成
すると共に、ディスプレーサロッド１７（または２０）
との間に隙間を形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍あるいは冷暖
房の空気調和などに用いられるヴィルミエヒートポンプ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、例えば特開平７−２６０２７
６号公報に示されるような従来の一般的なヴィルミエヒ
ートポンプの断面構成図である。図において、１ａは高
温側シリンダ、１ｂは低温側シリンダであり、それぞれ
作動ガス（例えばヘリウムガス）が充填され動作空間を
形成している。２は高温側シリンダ１ａと低温側シリン
ダ１ｂを固定するケース、３は高温側シリンダ１ａに内
装され往復運動する高温側ディスプレーサ、４は低温側
シリンダ１ｂに内装され往復運動する低温側ディスプレ
ーサ、５は高温側シリンダ１ａと高温側ディスプレーサ
３の上面で形成される高温空間、６は高温空間５の反対
側に高温側シリンダ１ａと高温側ディスプレーサ３の下
面で形成される高温側中温空間、７は低温側シリンダ１
ｂと低温側ディスプレーサ４の上面で形成される低温空
間、８は低温空間６の反対側に低温側シリンダ１ｂと低
温側ディスプレーサ４の下面で形成される低温側中温空
間、９は高温空間５に連結され都市ガスなどの燃焼熱で
加熱されるヒータ、１０はヒータ９に連結された高温側
再生器、１１は高温側再生器１０と高温側中温空間６を
連通する高温側中温熱交換器、１２は高温側中温空間６
と低温側中温空間８を連通する連結管、１３は低温空間
７に連結された低温熱交換器、１４は低温熱交換器１３
に連結された低温側再生器、１５は低温側中温空間８と
低温側再生器１４を連結する低温側中温熱交換器であ
る。１６はケース２内に形成され動作空間と連通しない
バッファ室、１７は高温側ディスプレーサ３に中温側で
連結され動作空間とバッファ室１６を貫通する高温側デ
ィスプレーサロッド、１８はバッファ室１６で高温側デ
ィスプレーサロッド１７に連結されるコンロッドであ
り、クランク軸１９に連結される。２０は低温側ディス
プレーサ４に中温側で連結され動作空間とバッファ室１
６を貫通する低温側ディスプレーサロッド、２１はバッ
ファ室１６で低温側ディスプレーサロッド２０に連結さ
れるコンロッドであり、クランク軸１９に連結される。

【０００３】次に動作について説明する。高温側ディス
プレーサ３が高温側シリンダ１ａ内を往復運動すると、
作動ガスは、ヒータ９、高温側再生器１０、高温側中温
熱交換器１２を通って、高温空間５と高温側中温空間６
との間を交播する。この時、高温空間５と高温側中温空
間６の容積割合が変化するため、作動ガスに圧力変動が
生じる、上記高温側ディスプレーサ３と約９０度の位相
差を持って低温側ディスプレーサ４を低温側シリンダ１
ｂ内で往復運動させると、低温空間７では吸熱仕事、低
温側中温空間８では発熱仕事が生じる。上記低温空間に
おける吸熱仕事は、低温熱交換器１３から冷房用の冷熱
として取り出され、低温側中温空間８における発熱仕事
は、低温側熱交換器１５から暖房用の温熱として取り出
され、高温側中温熱交換器１１からの温熱と合わせて暖
房用の温熱として利用できる。

【０００４】また図１１は、例えば特開平７−２６９９
６８号公報に示されたようなディスプレーサの駆動機構
に振動を利用したフリーピストン機構を採用したフリー
ピストン型ヴィルミエヒートポンプの断面構成図であ
る。図において、２７は高温側ディスプレーサロッド１
７に結合された高温側ばね、２８は高温側中温空間６と
低温側中温空間８に隣接したバッファ室、２９はバッフ
ァケース、３０は高温側ディスプレーサロッド１７に連
結されたコイル、３１は高温側バッファケース２９に固
定されたヨーク、３２はヨーク３１に固定された磁石で
あり、ヨーク３１と磁石３２は磁気回路を構成する。コ
イル３０とともに高温側ディスプレーサロッド１７を介
して高温側ディスプレーサ３を駆動するリニアモータを
構成し、３３は低温側ディスプレーサロッド２０に結合
された低温側ばね、３４は高温側ディスプレーサロッド
１７と低温側ディスプレーサロッド２０を連結するばね
である。

【０００５】次に動作について説明する。ヴィルミエヒ
ートポンプとして、冷温熱を生成する動作は図１０に示
す上記従来例と同じである。上記リニアモータにより高
温側ディスプレーサ３を往復駆動すると、従来のヴィル
ミエヒートポンプと同様に作動ガスに圧力変動が生じ
る。バッファ室２８には、動作空間の平均ガス圧力にほ
ぼ等しい圧力のガスが封入されている。低温側ディスプ
レーサ４は、動作空間の圧力変動とバッファ室２８のガ
ス圧力の差圧が低温側ディスプレーサロッド２０に作用
し、低温側ディスプレーサ４は加振駆動される。低温側
ディスプレーサ４は低温側ばね３３により振動系を構成
して運転される。低温側ディスプレーサ４の振動系の固
有振動数を調整することで、低温側ディスプレーサ４
は、従来のヴィルミエヒートポンプと同様に高温側ディ
スプレーサ３に対して位相が約９０度遅れて往復動す
る。なお、リニアモータによる駆動は、無くてもよく、
自励による運転が可能である。

【０００６】図１２は、例えば特開平５−２４８７１９
号公報に示されたような従来のヴィルミエヒートポンプ
のディスプレーサとディスプレーサロッドのシール部を
示す断面構成図である。図において、２３は高温側ディ
スプレーサ３に取り付けられシリンダ１の内周側を往復
摺動するディスプレーサシール、２４はケース２に取り
付けられ、ロッド１７外周との間を気密シールするディ
スプレーサロッドシールである。

【０００７】図１３は、実公昭６３−１４０４３号公報
に示される、ヴィルミエヒートポンプと同様な構造を持
つ従来のスターリングサイクル機関で利用されるディス
プレーサロッドシール機構の一例を示す図である。図に
おいて、９０はケース９１の内部を往復運動するピスト
ン９２に連結されるロッド、９３は動作空間、９４はバ
ッファ室、９５は前段軸シール、９６は背圧室、９７は
逆止弁であり、背圧室９６は逆止弁９７を介して動作空
間９３につながれる。９８は後段軸シール、９９はケー
ス９１に固定されたシールホルダである。

【０００８】次に動作について説明する。この場合、動
作空間９３のガス圧力は、常にバッファ室９４のガス圧
力より高く保持されている。前段軸シール９５と逆止弁
９７により背圧室９６のガス圧力は、動作空間９３の変
動ガス圧力のほぼ最低圧力に保持される。上記背圧室９
６のガス圧力はバッファ室９４のガス圧力より高い。後
段軸シール９８は、背圧室９６とバッファ室９４のガス
圧力の差圧によりシールホルダ９９に押し付けられると
ともに、テーパ状になっているため、ロッド９０を締め
付けるようにして密着させられる。このため、背圧室９
６のガスはバッファ室９４へは漏れない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
ヴィルミエヒートポンプのディスプレーサロッドシール
はケースに固定され、さらにディスプレーサロッドに密
着することでシール部からガスが漏れないように構成さ
れているため、密着したシールとロッドとの大きな摺動
抵抗により、駆動機構にクランク機構などを用いたヴィ
ルミエヒートポンプでは運転周波数が低下し、フリーピ
ストン型ヴィルミエヒートポンプではディスプレーサの
ストロークが低下することにより、冷暖房能力や効率が
低下して、さらには運転が停止するなどの問題点があっ
た。また、ディスプレーサロッドが少しでも傾くと、シ
ールとディスプレーサロッドとの間の摩擦係数が極端に
大きくなり、ディスプレーサロッドをロックして、ヴィ
ルミエヒートポンプの運転が困難になる問題点もあっ
た。さらに、シールの磨耗による大きなガス漏れが発生
するため、ヴィルミエヒートポンプの性能が低下し、寿
命が短くなるという問題点もあった。特に、フリーピス
トン型ヴィルミエヒートポンプでは、動作空間とバッフ
ァ室の平均ガス圧力が不安定で、ガス漏れによって差圧
が生じると、ディスプレーサ運動の中立点がずれてディ
スプレーサがシリンダ壁などに衝突して運転不能となる
場合あった。さらにまた、シール部にオイルを用いたた
め、動作空間へオイルが進入し、ヴィルミエヒートポン
プの性能を著しく低下させ、寿命が短くなるという問題
点もあった。

【００１０】こ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、ディスプレーサロッドとディス
プレーサロッドシールとの摺動抵抗を減らし、シールの
磨耗を防いで、高性能を長期間維持できるヴィルミエヒ
ートポンプを得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係るヴィルミ
エヒートポンプは、作動ガスが充填された高温側シリン
ダ及び低温側シリンダ、前記高温側及び低温側シリンダ
内に内装されピストン運動する高温側ディスプレーサ及
び低温側ディスプレーサ、前記高温側及び低温側シリン
ダを連結するケース、前記ケース内に形成され前記高温
側及び低温側シリンダと連通しないバッファ室、前記バ
ッファ室から前記ケースを貫通して前記高温側及び低温
側ディスプレーサに連結される高温側ディスプレーサロ
ッド及び低温側ディスプレーサロッド、前記高温側及び
低温側ディスプレーサロッドと前記ケースとの間に設け
られたシール部材を備えたヴィルミエヒートポンプにお
いて、前記シールはフローティング型シールである。

【００１２】また、フローティング型シールは、高温側
及び低温側ディスプレーサロッドの線膨張係数とほぼ同
一の材料を用いるものである。

【００１３】また、フローティング型シール表面を樹脂
製のシール材で被覆したものである。

【００１４】また、高温側及び低温側シリンダで構成さ
れる動作空間とバッファ室とのガス圧力をほぼ等しくす
る自動調圧器を備えたものである。

【００１５】また、自動調圧器は、高温側及び低温側シ
リンダで構成される動作空間のガス圧力にほぼ等しい第
一の背圧空間とバッファ室のガス圧力にほぼ等しい第二
の背圧空間とを持つプランジャ、このプランジャにより
開閉する第一の弁、この第一の弁に連通し前記動作空間
から前記バッファ室へのみガスが流れるようにする第一
の逆止弁、前記プランジャにより開閉する第二の弁、こ
の第二の弁に連通し前記バッファ室から前記動作空間へ
のみガスが流れるようにする第二の逆止弁で構成され、
前記二つの背圧空間の圧力差で前記プランジャを可動さ
せて前記第一及び第二の弁を開閉し、前記動作空間及び
前記バッファ室のいずれか圧力の高い方から低い方へガ
スを流すことにより、前記動作空間のガス圧力と前記バ
ッファ室のガス圧力がほぼ等しくなるようにするもので
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の一形態を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるヴ
ィルミエヒートポンプのディスプレーサロッドのシール
部を示す構成図であり、図１（ａ）は高温側、（ｂ）は
低温側をそれぞれ示している。なお、従来例に示す図１
０と同一符号を付したものは同一または相当部分であ
り、その詳細な説明を省略する。図において、１ａは高
温側シリンダ、１ｂは低温側シリンダ、２はケース、３
は高温側ディスプレーサ、４は低温側ディスプレーサ、
５は高温空間、６は高温側中温空間、７は低温空間、８
は低温側中温空間、１６はケース２内に形成され動作空
間と連通しないバッファ室、１７は高温側ディスプレー
サロッド、２０は低温側ディスプレーサロッドである。

【００１７】２３はディスプレーサシール、３６は高温
側ディスプレーサ３に装着され高温側シリンダ１ａに高
温側ディスプレーサ３が接触しないようにするガイドリ
ング、３７はケース２に固定され高温側ディスプレーサ
ロッド１７に接触したガイドリング、３８、３９は低温
側ディスプレーサ４に装着され低温側シリンダ１ｂに低
温側ディスプレーサが接触しないようにするガイドリン
グである。８７はケース２に設けたシールホルダ８９内
を径方向に可動自在に設置されたフローティングシール
であり、フローティングシール８７と高温側ディスプレ
ーサロッド１７及び低温側ディスプレーサロッド２０と
の間には隙間が形成されている。

【００１８】ヒートポンプの基本的な動作は従来例と同
一である。従来例と本実施の形態との相違点は、従来例
では、ディスプレーサロッドシールはケースに固定さ
れ、さらにディスプレーサロッドと密着しているのに対
して、本実施の形態では、シールはロッドの径方向に可
動自在なフローティングシールであり、さらにディスプ
レーサロッドとの間に隙間を形成した点である。

【００１９】以下、図１（ａ）に示す高温側ディスプレ
ーサを例にして説明する。高温側ディスプレーサ３は、
ガイドリング３６、３７により直線往復運動ができるよ
うにガイドされている。ガイドリング３６、３７と高温
側ディスプレーサディスプレーサ３とは、大きな摺動損
失が発生しないように密着させず、シリンダ径方向に多
少の隙間を形成して設置される。このため、高温側ディ
スプレーサ３は、シリンダの径方向へわずかにずれて運
動し、高温側ディスプレーサロッド１７もわずかに傾
く。しかし、本実施の形態によるフローティングシール
８７によれば、ロッド径方向に可動自在であり、高温側
ディスプレーサロッド１７に追従してロッドの径方向に
ずれてシールするため、フローティングシール８７が高
温側ディスプレーサロッド１７の軸受けとならず、ガス
が漏れないようにシールすることができる。なお、図１
（ｂ）に示す低温側ディスプレーサロッド２０のフロー
ティングシールについても、全く同様の動作、効果が得
られることは言うまでもない。

【００２０】実施の形態２．図３は、この発明の実施の
形態２によるヴィルミエヒートポンプのディスプレーサ
ロッド部を示す構成図である。図において、８８ａ、８
８ｂはケース２に設けたシールホルダ８９内をロッド径
方向に可動自在に設置されたフローティングシールであ
る。

【００２１】上記実施の形態１では、図２に示すよう
に、高温側ディスプレーサ３が傾いた場合、ロッドの軸
方向に長いシールを有していると、高温側ディスプレー
サロッド１７とフローティングシール８７が角部で接触
し、大きな摺動抵抗を生じるとともに、フローティング
シール８７は大きく磨耗する。そこで、図３に示すよう
に、ロッドの軸方向に短いフローティングシールを多段
構成にすれば、高温側ディスプレーサロッド１７が傾い
ても、各段のフローティングシール８８ａ、８８ｂがロ
ッド径方向に逃げ、高温側ディスプレーサロッド１７と
フローティングシール８８ａ、８８ｂとは接触せず、大
きな摺動抵抗を生じることがない。また、各段のシール
のロッド軸方向長さは短いが、多段構成にしているの
で、上記実施の形態１と同じシール性能が得られる。よ
って、ヴィルミエヒートポンプは安定して、長期間にわ
たり、高性能を維持しつつ運転することが可能となる。

【００２２】なお、上記実施の形態２では、フローティ
ングシールを二段構成にした場合について説明したが、
さらに多段化しても良く、同様な効果が得られる。ま
た、低温側ディスプレーサロッド２０のフローティング
シールに適用しても、全く同様の動作、効果が得られる
ことは言うまでもない。

【００２３】実施の形態３．本実施の形態は、フローテ
ィングシール８７に、高温側ディスプレーサロッド１７
及び低温側ディスプレーサロッド２０の線膨張係数とほ
ぼ同一の材料を用いるものである。ヴィルミエヒートポ
ンプは、外気温度が０℃近傍から数十℃の温度範囲で運
転され、暖房用に数十℃から１００℃程度の温水を供給
する。中温空間の温度は、温水温度より若干高い温度と
なる。高温側ディスプレーサロッドシールや低温側ディ
スプレーサロッドシールは、高温側と低温側の中温空間
とバッファ室に隣接するため、ディスプレーサロッドシ
ール付近の温度は、０℃近傍から１００℃程度まで幅広
く温度変化する。このような場合であっても、本実施の
形態のように、フローティングシール８７に、高温側デ
ィスプレーサロッド１７及び低温側ディスプレーサロッ
ド２０の線膨張係数とほぼ同一の材料を用いれば、フロ
ーティングシール８７や高温側ディスプレーサロッド１
７及び低温側ディスプレーサロッド２０の温度が変化し
ても、シール部の隙間がほとんど変化しないため、種々
の運転条件のもとでも、安定して、長期間にわたり、ヴ
ィルミエヒートポンプは高性能を維持しつつ運転するこ
とが可能となる。

【００２４】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４によるヴィルミエヒートポンプのディスプレーサ
ロット部を示す構成図である。図において、４０ａは、
高温側ディスプレーサロッド１７の線膨張係数とほぼ同
一のフローティングシール構造材、４０ｂはフローティ
ングシール構造材４０ａに、例えば接着剤などにより固
定された樹脂製の薄いシール材である。

【００２５】本実施の形態によれば、高温側ディスプレ
ーサロッド１７の線膨張係数とほぼ同一のフローティン
グシール構造材４０ａに樹脂製の薄いシール材４０ｂを
張り付けているため、上記実施の形態３と同様な効果が
得られるのに加えて、高温側ディスプレーサロッド１７
が摺動する面に、摩擦係数が小さく、耐磨耗性に優れた
樹脂製のシール材を用いるので、上記実施の形態３より
もさらに安定して、高性能を長期間維持しながらヴィル
ミエヒートポンプを運転することができる。なお、低温
側ディスプレーサロッド２０のフローティングシールに
適用しても、全く同様の動作、効果が得られることは言
うまでもない。

【００２６】実施の形態５．図５は、動作空間とバッフ
ァ室における平均ガス圧力がほぼ等しい場合のガス圧力
変動を示す図であり、図に示すように、動作空間とバッ
ファ室では、経時的に圧力変化が生じている。上記実施
の形態１から４に示したようなディスプレーサロッドシ
ール部には、上述のように隙間が形成されているため、
図５におけるＡの期間では動作空間からバッファ室へ、
Ｂの期間ではバッファ室から動作空間へガス漏れがあ
る。従って、上記実施の形態１の図１に示したフローテ
ィングシールの上下の端面の面精度が異なったり、ゴミ
などの異物がかみ込んだりすると、動作空間からバッフ
ァ室へガスが漏れる場合と、バッファ室から動作空間へ
ガスが漏れる場合との抵抗が異なってくる。その結果、
動作空間とバッファ室空間のガスの平均圧力に差が生じ
る場合がある。本実施の形態は、このような課題を解決
するためになされたもので、動作空間とバッファ室のガ
スの圧力を調整する自動調圧器を備えるものである。

【００２７】図６は、この発明の実施の形態５によるヴ
ィルミエヒートポンプを示す構成図であり、上記従来例
に示す図１１のフリーピストン型に本実施の形態による
自動調圧器を用いた例である。なお、図１１と同一符号
を付したものは同一または相当部分であり、その詳細な
説明を省略する。図において、６７はバッファ室２８と
動作空間のガスの平均圧力がほぼ等しくなるようにする
ための自動調圧器である。

【００２８】図７は、自動調圧器６７の構造をさらに詳
しく示す構成図である。図において、６９はプランジ
ャ、７０はケース、７１はプランジャ６９に取り付けら
れたばね、７２はケース７０に固定され、ばね７１と連
結された調整ねじ、７３はばね７１を内包し動作空間の
ガス圧力とほぼ等しい、プランジャ６９の第一の背圧空
間、７４はプランジャ６９にばね７１と反対側に取り付
けられたばね、７５はケース７０に固定さればね７４と
連結された調整ねじ、７６はばね７４を内包し背圧空間
７３と反対側に形成されバッファ室のガス圧力にほぼ等
しい、プランジャ６９の第二の背圧空間である。７７は
背圧空間７３に連結されたオリフィス、７８はオリフィ
ス７７につながれた調圧ライン、７９は調圧ライン７８
につながれた調圧空間、８０は調圧空間７９に設けられ
た跳ね上げ式の第一の弁、８１は背圧空間７６に連結さ
れたオリフィス、８２はオリフィス８１につながれた調
圧ライン、８３は調圧ライン８２につながれた調圧空
間、８４は調圧空間８３に設けられた跳ね上げ式の第二
の弁である。８５は調圧空間７９と調圧ライン８２を第
一の弁８０を介してつなぎ調圧空間７９から調圧ライン
８２方向のみにガスが流れることのできる第一の逆止
弁、８６は調圧空間８３と調圧ライン７８を第二の弁８
４を介してつなぎ調圧空間８３から調圧ライン７８方向
のみにガスが流れることのできる第二の逆止弁である。
調圧ライン７８は動作空間に、調圧ライン８２は高温側
バッファ室２８あるいは低温側バッファ室３４にそれぞ
れ接続される。

【００２９】また図８は、動作空間のガス圧力がバッフ
ァ室のガス圧力より高いときの自動調圧器の状態を示す
図であり、図９は、バッファ室のガス圧力が動作空間の
ガス圧力より高いときの自動調圧器の状態を示す図であ
る。

【００３０】次に動作について説明する。まず、調圧ラ
イン７８と調圧ライン８２に導入されるガス圧力がほぼ
等しい場合、プランジャ６９は、図７に示すような位置
（中立位置）にあり、調圧ライン７８と調圧ライン８２
に導入されたガスは、どちらの側へも流れない。

【００３１】次に、調圧ライン７８側へ導入されるガス
圧力（動作空間のガス圧力）が調圧ライン８２側へ導入
されるガス圧力（バッファ室のガス圧力）より高い場合
の動作について示す。オリフィス７７を介して背圧空間
７３に導入されたガス圧力の方が、オリフィス８１を介
して背圧空間７６に導入されたガス圧力より高いため、
プランジャ６９は、図８に示すように下方に動く。この
時、プランジャ６９は跳ね上げ式弁８０を跳ね上げ、調
圧ライン７８から調圧空間７９へ導入されたガスは、逆
止弁８６を通り、調圧ライン８２へ流れる。調圧ライン
７８へ導入されるガス圧力と調圧ライン８２へ導入され
るガス圧力がほぼ等しくなるまで、プランジャ６９は跳
ね上げ式弁８０を跳ね上げ、上記両ガス圧力がほぼ等し
くなると、プランジャ６９は図６に示す中立の位置に復
帰し、調圧ライン７８と調圧ライン８２に導入されたガ
スは、どちらの側へも流れなくなる。

【００３２】次に、調圧ライン８２側へ導入されるガス
圧力（バッファ室のガス圧力）が調圧ライン７８側へ導
入されるガス圧力（動作空間のガス圧力）より高い場合
の動作について示す。オリフィス８１を介して背圧空間
７６に導入されたガス圧力の方が、オリフィス７７を介
して背圧空間７３に導入されたガス圧力より高いため、
プランジャ６９は、図９に示すように上方に動く。この
時、プランジャ６９は跳ね上げ式弁８４を跳ね上げ、調
圧ライン８２から調圧空間８３へ導入されたガスは、逆
止弁８５を通り、調圧ライン７８へ流れる。調圧ライン
８２へ導入されるガス圧力と調圧ライン７８へ導入され
るガス圧力がほぼ等しくなるまで、プランジャ６９は跳
ね上げ式弁８４を跳ね上げ、上記両ガス圧力がほぼ等し
くなると、プランジャ６９は図６に示す中立の位置に復
帰し、調圧ライン７８と調圧ライン８２に導入されたガ
スは、どちらの側へも流れなくなる。

【００３３】なお、オリフィス７７、８１は、調圧ライ
ン７８、８２に導入されたガス圧力に大きな変動がある
場合、背圧空間７３、７６のガス圧力の変動が大きくな
らないように作用し、これによりプランジャ６９が安定
して動作するように作用する。また、調整ねじ７２、７
５は、ばね７１、７４にあらかじめ負荷を加えることで
本調圧器の感度を調整するとともに、調圧ライン７８、
８２に導入されるガス圧力の差を任意に設定できる。

【００３４】以上のように、本実施の形態の自動調圧器
によれば、動作空間の平均ガス圧力と高温側バッファ室
２８及び低温側バッファ室３４の平均ガス圧力とがそれ
ぞれほぼ等しくなるようにすることができ、また、常に
電気的な入力や電気的な圧力センサなどによって平均ガ
ス圧力を測定することなく自動的に調整でき、高温側デ
ィスプレーサ３と低温側ディスプレーサ４は、それぞれ
ばね２７とばね３３の自由長さ近傍で運転され、最大ス
トローク近傍においてもシリンダ１と衝突することなく
運転することができる。

【００３５】なお、上記実施の形態５では、オリフィス
７７、８１がある場合について説明したが、無くても上
記実施の形態５と同様な効果が得られる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、ディスプレーサロッド部のシールはフローティン
グ型シールであるため、シールがディスプレーサロッド
の軸受けとならず機械的な損失を小さくする効果が得ら
れる。また、シールがディスプレーサロッドに密着しな
いので、摺動抵抗が小さく、高性能を長期間維持できる
ヴィルミエヒートポンプを得る効果がある。

【００３７】また、請求項２記載の発明によれば、フロ
ーティング型シールは、高温側及び低温側ディスプレー
サロッドの線膨張係数とほぼ同一の材料であるため、デ
ィスプレーサロッドシールの温度が変化してもシールと
ディスプレーサロッドとの隙間がほとんど変化せず、シ
ールからのガス漏れも増加しないので、高性能を長期間
維持できるヴィルミエヒートポンプを得る効果がある。

【００３８】また、請求項３記載の発明によれば、フロ
ーティング型シール表面を樹脂製のシール材で被覆した
ので、摺動抵抗が小さく、高性能を長期間維持できるヴ
ィルミエヒートポンプを得る効果がある。

【００３９】また、請求項４記載の発明によれば、高温
側及び低温側シリンダで構成される動作空間とバッファ
室とのガス圧力をほぼ等しくする自動調圧器を備えたの
で、特に、フリーピストン型ヴィルミエヒートポンプで
は、ディスプレーサの運動の中立位置を自動的に制御す
ることができ、ディスプレーサのシリンダへの衝突を防
いで、高性能を長期間維持できるヴィルミエヒートポン
プを得る効果がある。

【００４０】また、請求項５記載の発明によれば、自動
調圧器は、高温側及び低温側シリンダで構成される動作
空間のガス圧力にほぼ等しい第一の背圧空間とバッファ
室のガス圧力にほぼ等しい第二の背圧空間とを持つプラ
ンジャ、このプランジャにより開閉する第一の弁、この
第一の弁に連通し動作空間からバッファ室へのみガスが
流れるようにする第一の逆止弁、プランジャにより開閉
する第二の弁、この第二の弁に連通しバッファ室から動
作空間へのみガスが流れるようにする第二の逆止弁で構
成され、二つの背圧空間の圧力差で前記プランジャを可
動させて第一及び第二の弁を開閉し、動作空間及び前記
バッファ室のいずれか圧力の高い方から低い方へガスを
流すことにより、動作空間のガス圧力とバッファ室のガ
ス圧力がほぼ等しくなるようにするので、電気的な入力
や電気的な圧力センサなどによって平均ガス圧力を測定
することなく、動作空間とバッファ室のガス圧力を自動
的に調整できるヴィルミエヒートポンプを得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシール部を示す構成
図である。

【図２】 この発明の実施の形態２によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシール部を説明する
ための説明図である。

【図３】 この発明の実施の形態２によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシール部を示す構成
図である。

【図４】 この発明の実施の形態４によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシール部を示す構成
図である。

【図５】 この発明の実施の形態５によるヴィルミエヒ
ートポンプの自動調圧器を説明するための説明図であ
る。

【図６】 この発明の実施の形態５によるヴィルミエヒ
ートポンプを示す構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態５によるヴィルミエヒ
ートポンプの自動調圧器を示す構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態５によるヴィルミエヒ
ートポンプの自動調圧器を示す構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態５によるヴィルミエヒ
ートポンプの自動調圧器を示す構成図である。

【図１０】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面
構成図である。

【図１１】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面
構成図である。

【図１２】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面
構成図である。

【図１３】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面
構成図である。

【符号の説明】

１ａ 高温側シリンダ、１ｂ 低温側シリンダ、２ ケ
ース、３ 高温側ディスプレーサ、４ 低温側ディスプ
レーサ、１６ バッファ室、１７ 高温側ディスプレー
サロッド、２０ 低温側ディスプレーサロッド、３６、
３７、３８、３９ガイドリング、６７ 自動調圧器、８
７ フローティングシール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動ガスが充填された高温側シリンダ及
   び低温側シリンダ、前記高温側及び低温側シリンダ内に
   内装されピストン運動する高温側ディスプレーサ及び低
   温側ディスプレーサ、前記高温側及び低温側シリンダを
   連結するケース、前記ケース内に形成され前記高温側及
   び低温側シリンダと連通しないバッファ室、前記バッフ
   ァ室から前記ケースを貫通して前記高温側及び低温側デ
   ィスプレーサに連結される高温側ディスプレーサロッド
   及び低温側ディスプレーサロッド、前記高温側及び低温
   側ディスプレーサロッドと前記ケースとの間に設けられ
   たシール部材を備えたヴィルミエヒートポンプにおい
   て、前記シールはフローティング型シールであることを
   特徴とするヴィルミエヒートポンプ。
2. 【請求項２】 フローティング型シールは、高温側及び
   低温側ディスプレーサロッドの線膨張係数とほぼ同一の
   材料を用いることを特徴とする請求項１記載のヴィルミ
   エヒートポンプ。
3. 【請求項３】 フローティング型シール表面を樹脂製の
   シール材で被覆したことを特徴とする請求項２記載のヴ
   ィルミエヒートポンプ。
4. 【請求項４】 高温側及び低温側シリンダで構成される
   動作空間とバッファ室とのガス圧力をほぼ等しくする自
   動調圧器を備えたことを特徴とする請求項１から３のい
   ずれか一項に記載のヴィルミエヒートポンプ。
5. 【請求項５】 自動調圧器は、高温側及び低温側シリン
   ダで構成される動作空間のガス圧力にほぼ等しい第一の
   背圧空間とバッファ室のガス圧力にほぼ等しい第二の背
   圧空間とを持つプランジャ、このプランジャにより開閉
   する第一の弁、この第一の弁に連通し前記動作空間から
   前記バッファ室へのみガスが流れるようにする第一の逆
   止弁、前記プランジャにより開閉する第二の弁、この第
   二の弁に連通し前記バッファ室から前記動作空間へのみ
   ガスが流れるようにする第二の逆止弁で構成され、前記
   二つの背圧空間の圧力差で前記プランジャを可動させて
   前記第一及び第二の弁を開閉し、前記動作空間及び前記
   バッファ室のいずれか圧力の高い方から低い方へガスを
   流すことにより、前記動作空間のガス圧力と前記バッフ
   ァ室のガス圧力がほぼ等しくなるようにすることを特徴
   とする請求項４記載のヴィルミエヒートポンプ。