JPH07269968A

JPH07269968A - ヴィルミエヒートポンプ

Info

Publication number: JPH07269968A
Application number: JP5748994A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kawajiri; 和彦川尻; Tetsuya Honda; 哲也本田; Takuya Suganami; 拓也菅波; Eiji Nozawa; 栄治野沢; Seiji Yoshida; 整司吉田; Mitsuo Fukuda; 光男福田; Kouichi Hazumi; 公一筈見; Keiichiro Utsunomiya; 敬一郎宇都宮; Akihiro Fujishiro; 明弘藤城; Michio Fujiwara; 通雄藤原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-03-28
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスばね空間における損失仕事を低減して効
率向上を図り、また起動を容易にする。【構成】高温側シリンダ１ａと低温側シリンダ１ｂと
が同一直線上に配置されたヴィルミエヒートポンプにお
いて、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３と
を機械式の連結ばね２９により連結し、高温ディスプレ
ーサ２と低温ディスプレーサ３をシリンダ１に機械ばね
２７、２８を介して連結し、高温ディスプレーサ２と低
温ディスプレーサ３の両方またはどちらか一方を駆動す
るリニアモータ８８を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、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２８は例えば特開昭６２−２２３５７
７号公報に示された従来のヴィルミエヒートポンプの構
成を示す断面図である。図において、１は高温側シリン
ダ１ａと低温側シリンダ１ｂから成るシリンダ、２は高
温側シリンダ１ａの内部において往復動する高温ディス
プレーサ、３は低温側シリンダ１ｂの内部において往復
動する低温ディスプレーサ、４は高温側シリンダ１ａと
高温ディスプレーサ２の上面で形成される高温空間、５
は高温空間４の反対側に高温側シリンダ１ａと高温ディ
スプレーサ２の下面で形成される高温側中温空間、６は
低温側シリンダ１ｂと低温ディスプレーサ３の下面で形
成される低温空間、７は低温空間６の反対側に低温側シ
リンダ１ｂと低温ディスプレーサ３の上面で形成される
低温側中温空間、８は高温空間４に連結されバーナ８ａ
で加熱されるヒータ、９はヒータ８に連結された高温側
再生器、１０は高温側再生器９と高温側中温空間５を連
通する高温側中温部熱交換器、１１は高温側中温空間５
と低温側中温空間７を連通する連結管、１２は低温空間
６に連結された低温部熱交換器、１３は低温部熱交換器
１２に連結された低温側再生器、１４は低温側中温空間
７と低温側再生器１３を連結する低温側中温部熱交換器
であり、ヒータ８、高温側再生器９、高温側中温部熱交
換器１０、低温部熱交換器１２、低温側再生器１３、低
温側中温部熱交換器１４、高温空間４、高温側中温空間
５、低温空間６、低温側中温空間７と連結管１１は作動
空間を構成し、この作動空間内には作動ガス（例えば、
ヘリウムガス）が封入されている。

【０００３】１５は高温ディスプレーサ２の下面を貫通
しシリンダ１に固定され高温ディスプレーサ２を案内す
る高温ディスプレーサロッド、１６は高温ディスプレー
サロッド１５と高温ディスプレーサ２の内部で形成され
る高温ガスばね、１７は低温ディスプレーサ３の上面を
貫通しシリンダ１に固定され低温ディスプレーサ３を案
内する低温ディスプレーサロッド、１８は低温ディスプ
レーサロッド１７と低温ディスプレーサ３の内部で形成
される低温ガスばね、１９ａは高温ディスプレーサロッ
ド１５と高温ディスプレーサ２の内部でガスばね１６の
反対側に形成されるガスばね、１９ｂは低温ディスプレ
ーサロッド１７と低温ディスプレーサ３の内部でガスば
ね１８の反対側に形成されるガスばね、１９ｃはガスば
ね１９ａとガスばね１９ｂを連通する連結管であり、ガ
スばね１９ａとガスばね１９ｂと連結管１９ｃにより、
連結ガスばね１９が構成されている。

【０００４】次に動作について説明する。ヒータ８は、
例えばバーナ８ａによって、通常、４００℃〜８００℃
に加熱される。一方、高温側中温熱交換器１０は、冷却
水などによって室温付近まで冷却される。高温ディスプ
レーサ２の往復運動により、内部の作動ガスは高温空間
４と高温側中温空間５の間を、ヒータ８、高温側再生器
９、高温側中温熱交換器１０を通って交番流動する。こ
の時、高温の作動ガスと中温の作動ガスの占有割合が変
化することによって、動作空間内にガスの圧力変動が発
生する。高温ディスプレーサ２が図中上方向に動くと
き、作動ガス圧力は低下する。この時、低温ディスプレ
ーサ３には、上記作動ガスの圧力変動と低温ガスばね１
８空間のガス圧力の差によって下方向の力が作用する。
低温ディスプレーサ３は、低温ガスばね１８とともに振
動系を構成しており、上記力を加振力として、上記力に
対し位相遅れを持って往復運動する。

【０００５】一方、低温側シリンダ１ｂ内部で低温ディ
スプレーサ３が往復運動した場合、内部の作動ガスは低
温空間６と低温側中温空間７の間を、低温熱交換器１
２、低温側再生器１３、低温側中温熱交換器１４を通っ
て交番流動する。この時、低温の作動ガスと中温の作動
ガスの占有割合が変化することによって、動作空間内の
作動ガスに圧力変化が生じる。低温ディスプレーサ３が
上方向に動くとき、作動ガス圧力は低下する。この時、
高温ディスプレーサ２には、上記作動ガスの圧力変動と
高温ガスばね１６空間のガス圧力の差によって上方向の
力が作用する。高温ディスプレーサ２は、高温ガスばね
１６とともに振動系を構成しており、上記力を加振力と
して、上記力に対し位相遅れを持って往復運動する。

【０００６】次に、従来の連結ガスばね１９の作用につ
いて説明する。

【０００７】

【表１】

【０００８】表１は、特開昭６２−２２３５７７号公報
に示された連結ガスばねの作用を示す表である。表１
中、連結ガスばねは、相対ガスばねと記述されている。
表１のように、連結ガスばね１９から高温ディスプレー
サ２に作用する力は、高温ディスプレーサ２が下降行程
にあるときには主として下向きとなり、一方高温ディス
プレーサ２が上昇行程にあるときには主として上向きと
なる。このように高温ディスプレーサ２の運動が、上記
連結ガスばね１９によって促進されている。これに対
し、連結ガスばね１９から低温ディスプレーサ３に作用
する力は、低温ディスプレーサ３が下降行程にあるとき
には主として上向きとなり、一方低温ディスプレーサ３
が上昇行程にあるときには主として下向きとなり、低温
ディスプレーサ３の運動を抑制するように作用する。低
温ディスプレーサ３は、高温ディスプレーサ２の運動に
よって生じる作動ガスの圧力変動により、その運動が促
進される。したがって、作動ガス圧力変動による促進作
用の方が連結ガスばねによる抑制作用より大きい場合、
低温ディスプレーサ３の運動は促進される。

【０００９】以上の説明のように、高温ディスプレーサ
２と低温ディスプレーサ３は、図２９に示すような運動
を継続することになり、図に示すような作動ガスの圧力
変動が発生する。図３０、図３１、図３２、図３３に、
それぞれ高温空間４、高温側中温空間５、低温側中温空
間７、低温空間６で描かれるＰ−Ｖ線図を示す。このＰ
−Ｖ線図から明らかなように、高温空間４と低温空間６
では吸熱仕事、高温側中温空間５と低温側中温空間６で
は発熱仕事が発生する。

【００１０】低温空間６で発生した吸熱仕事は低温部熱
交換器１２から冷熱として取り出され、上記冷熱は冷凍
や冷房などに利用される。高温側中温空間５と低温側中
温空間７で発生した発熱仕事は温熱として高温側中温部
熱交換器１０と低温側中温部熱交換器１４から温熱とし
て取り出され、上記温熱は暖房などに利用される。

【００１１】図３４は例えば文献（S.Schulz and B.Tho
mas 著，”A Linear Model of a Free-Piston Vuilleum
ier Machine Compared to Experimental Results of a
Prototype ",27th Intersociety Energy Conversion En
gineering Conference，NO.929032,ｐｐ．75-80,1992）
に示された他の従来のヴィルミエヒートポンプの断面図
である。図３４においては図２８と対応する部分には同
一符号を付して説明を省略する。図において、２０は高
温ディスプレーサに連結固定されたディスプレーサロッ
ド、２１は高温ディスプレーサ４とシリンダ１を連結す
るばね、２２は低温ディスプレーサ３とシリンダ１を連
結するばねである。

【００１２】ここでは、図２８に示した高温ディスプレ
ーサロッド１５と低温ディスプレーサロッド１７とが１
つのディスプレーサロッド２０に共通化され、高温ディ
スプレーサガスばね１６がばね２１で、低温ディスプレ
ーサガスばね１８がばね２２で置き換えられている。基
本的な動作は、図２８に示した従来例と同じであるか
ら、その動作説明は省略する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来のヴィルミエヒー
トポンプは以上のように構成されているので、高温ガス
ばね１６と低温ガスばね１８と連結ガスばね１９の内部
で、それぞれ損失仕事を発生し、これらの損失仕事のた
め、ディスプレーサ運動のストロークが小さくなって能
力を低下させたり、低温ガスばね１８や連結ガスばね１
９の内部の損失仕事が低温空間に熱損失として流れ、冷
房能力を低下させたりし、その結果効率を低下させると
いう問題点があった。

【００１４】さらに、従来のヴィルミエヒートポンプは
以上のように構成されているので、例えば、動作空間と
高温ガスばね１６内部空間の平均圧力に差が生じ、動作
空間の平均圧力の方が高い場合、高温ディスプレーサが
平均的に下方向の力を受け、高温ディスプレーサ往復運
動の中心が下方向にずれる。これにより高温ガスばね１
６内部空間の容積が小さくなり、内部平均圧力が上昇
し、動作空間の平均圧力と同じになるところで運動する
ようになり、高温ディスプレーサが初期の最大ストロー
ク以下で運動下死点付近でシリンダと衝突するようにな
るため、能力が初期能力より低下し、さらに動作空間の
平均圧力の方が高くなると、最終的には運転不可能とな
る。同様に、動作空間と低温ガスばね１８内部空間、あ
るいは連結ガスばね１９の内部空間の平均圧力に差が生
じた場合も、能力が低下したり、運転不可能となるとい
う問題もあった。

【００１５】また、従来のヴィルミエヒートポンプで
は、高温ディスプレーサ２、あるいは低温ディスプレー
サ３を駆動するモータを持たないため、容易に起動でき
ないという問題もあった。

【００１６】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、ガスばねによる損失仕事や熱損
失もほとんど発生せず、効率低下が少なく、動作空間と
ガスばね空間の平均圧力の差が生じてもディスプレーサ
運動の中心がほとんどずれることがなく、能力が低下し
たり、運転不可能となることもなく、また、容易に起動
可能なヴィルミエヒートポンプを得ることを目的とす
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るヴ
ィルミエヒートポンプは、高温ディスプレーサと低温デ
ィスプレーサとを機械ばねで相互に連結したものであ
る。

【００１８】請求項２の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、請求項１において、高温ディスプレーサと低温
ディスプレーサの少なくとも一方を機械ばねでシリンダ
に連結したものである。

【００１９】請求項３の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、高温ディスプレーサと低温ディスプレーサを往
復動方向に相対移動させるモータを備えたものである。

【００２０】請求項４の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、高温ディスプレーサと低温ディスプレーサの少
なくとも一方をシリンダに対して往復駆動させるモータ
を備えたものである。

【００２１】請求項５の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、高温ディスプレーサロッドおよび低温ディスプ
レーサロッドの少なくとも一方をシリンダに固定したも
のである。

【００２２】請求項６の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、高温ディスプレーサロッドを高温ディスプレー
サに固定し、高温ディスプレーサロッドを低温ディスプ
レーサロッドとして共用するようにしたものである。

【００２３】請求項７の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、低温ディスプレーサロッドを低温ディスプレー
サに固定し、低温ディスプレーサロッドを高温ディスプ
レーサロッドとして共用するようにしたものである。

【００２４】請求項８の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、ディスプレーサの振動系を構成するばねとして
機械ばねを用い、ガスばねによる仕事損失を除去したも
のである。

【００２５】請求項９の発明に係るヴィルミエヒートポ
ンプは、ディスプレーサの振動系を構成するばねとして
機械ばねとガスばねを併用し、ガスばねによる仕事損失
を減少させたものである。

【００２６】

【作用】請求項１の発明におけるヴィルミエヒートポン
プは、機械ばねにより高温ディスプレーサと低温ディス
プレーサを連結しているので、ガスばねを省略したり、
機械ばねを主たるばねとし、ガスばねを補助ばねとする
ことができる。したがって、ガスばね空間における損失
仕事の発生を全く無くすか、少なくすることができ、こ
の損失仕事のためディスプレーサ運動のストロークが小
さくなって能力が低下したり、低温空間に熱損失として
流れて冷房能力が低下したりすることがなくなり、効率
が低下することが無い。また、機械ばねを利用するた
め、ガスばねを主として用いた場合の、動作空間とガス
ばね内部空間の平均圧力の差によるディスプレーサ運動
の中心のずれがなくなり、能力が低下したり、運転不可
能となることもない。さらに、高温ディスプレーサと低
温ディスプレーサとを機械ばねで連結することにより、
低温ディスプレーサが得た駆動仕事の一部を機械ばねに
より高温ディスプレーサに伝達し、高温ディスプレーサ
の駆動仕事として利用するようにしているため、高温デ
ィスプレーサを案内する高温ディスプレーサロッドを細
くし、比出力と効率を高くすることもできる。

【００２７】請求項２の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサと低温ディスプレーサの
少なくとも一方を機械ばねでシリンダに連結したので、
ディスプレーサ運動の中心のずれが更に抑制され、能力
が低下したり、運転不可能となることもない。

【００２８】請求項３の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサあるいは低温ディスプレ
ーサを駆動するモータを備えたので、容易に起動でき
る。また、モータをシリンダ内に内蔵した場合は、付加
的な駆動装置が必要でなくなるので、小型軽量にでき
る。

【００２９】請求項４の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、シリンダを基準にして高温ディスプレーサま
たは低温ディスプレーサを駆動するので、独立して駆動
力を与えることができる。

【００３０】請求項５の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサロッドおよび低温ディス
プレーサロッドの少なくとも一方をシリンダに固定する
ようにしたので、固定した方のディスプレーサの重量を
軽減できる。

【００３１】請求項６の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサロッドを高温ディスプレ
ーサに固定し、高温ディスプレーサロッドを低温ディス
プレーサロッドとして共用するようにしたので、高温デ
ィスプレーサを重く、低温ディスプレーサを軽くするこ
とができる。

【００３２】請求項７の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、低温ディスプレーサロッドを低温ディスプレ
ーサに固定し、低温ディスプレーサロッドを高温ディス
プレーサロッドとして共用するようにしたので、低温デ
ィスプレーサを重く、高温ディスプレーサを軽くするこ
とができる。

【００３３】請求項８の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、ディスプレーサの振動系を構成するばねとし
て機械ばねを用い、ガスばねによる仕事損失を除去する
ようにしたので、損失仕事のためディスプレーサ運動の
ストロークが小さくなって能力が低下したり、低温空間
に熱損失として流れて冷房能力が低下したりすることが
なく、効率が低下することが無い。

【００３４】請求項９の発明におけるヴィルミエヒート
ポンプは、ディスプレーサの振動系を構成するばねとし
て機械ばねとガスばねを併用し、ガスばねによる仕事損
失を減少させるようにしたので、損失仕事のためディス
プレーサ運動のストロークが小さくなって能力が低下し
たり、低温空間に熱損失として流れて冷房能力が低下し
たりすることがなく、効率が低下することが無い。

【００３５】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明（請求項１、５、８、９の発明）
の実施例１によるヴィルミエヒートポンプの構成を示す
断面図である。図１においては、図２８および図３４と
対応する部分に同一符号を付して説明を省略する。図に
おいて、２３は低温ディスプレーサ３の内部空間、２４
は高温ディスプレーサ２に連結固定され低温ディスプレ
ーサロッド１７の内部を貫通する高温ディスプレーサロ
ッド、２５は低温ディスプレーサロッド１７に固定され
高温ディスプレーサロッド２４の往復摺動を許すと共に
低温ディスプレーサ内部空間２３と作動ガス空間の間を
シールする高温ロッドシール、２６は低温ディスプレー
サ３の中温空間７側に固定され低温ディスプレーサロッ
ド１７に沿う低温ディスプレーサ３の往復摺動を許すと
共に低温ディスプレーサ内部空間２３と作動ガス空間の
間をシールする低温ロッドシール、２９は低温ディスプ
レーサ内部空間２３で高温ディスプレーサロッド２４と
低温ディスプレーサ３を連結する機械的な連結ばね（例
えば、コイルばね等の機械ばね）である。

【００３６】次に動作について説明する。高温ディスプ
レーサ２には、作動ガス空間と低温ディスプレーサ内部
空間２３との間の圧力差により、高温ディスプレーサロ
ッド２４の断面積に比例した力が作用する。高温ディス
プレーサ２はこの力を加振力に、高温側機械ばね２７
（この実施例では、この機械ばねは存在しないが、以降
の説明の便宜上、あると仮定して述べる。この機械ばね
については、図２＝実施例２、図４＝実施例４を参照の
こと）の力を復元力にした振動系を構成する。高温ディ
スプレーサ２が往復運動する際には、作動ガスがヒータ
８と高温側再生器９と高温側中温熱交換器１０の内部を
交番流動し、この時に生じる圧力損失と高温ディスプレ
ーサロッドシール２５などにおける摺動抵抗が、高温デ
ィスプレーサ２に減衰抵抗として作用する。さらに、高
温ディスプレーサ２は、高温ディスプレーサロッド２４
を介して低温ディスプレーサ３と連結ばね２９で連結さ
れるため、低温ディスプレーサ３との相対的な変位差に
より力を受ける。

【００３７】一方、低温ディスプレーサ３にも、高温デ
ィスプレーサ２と同様に、作動ガス空間と低温ディスプ
レーサ内部空間２３との間の圧力差により、低温ディス
プレーサロッド１７の断面積に比例した力が作用する。
低温ディスプレーサ３はこの力を加振力に、低温側機械
ばね２８（この実施例では、この機械ばねは存在しない
が、以降の説明の便宜上、あると仮定して述べる。この
機械ばねについては、図３＝実施例３、図４＝実施例４
を参照のこと）の反発力を復元力にした振動系を構成す
る。低温ディスプレーサ３が往復運動する際には、作動
ガスが低温熱交換器１２と低温側再生器１３と低温側中
温熱交換器１４の内部を交番流動し、この時に生じる圧
力損失と低温ディスプレーサロッドシール２６などにお
ける摺動抵抗が低温ディスプレーサ３に減衰抵抗として
作用する。さらに、低温ディスプレーサ３は、高温ディ
スプレーサロッド２４を介して高温ディスプレーサ２と
連結ばね２９で連結されるため、高温ディスプレーサ２
との相対的な変位差により力を受ける。したがって、高
温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３の一般的な
運動方程式は以下のようになる。

【００３８】

【数１】

【００３９】

【数２】

【００４０】Ａ_RC：低温ディスプレーサロッド１７の断面積Ａ_RH：高温ディスプレーサロッド２４の断面積ｃ_C ：低温ディスプレーサ３の運動の減衰係数ｃ_H ：高温ディスプレーサ２の運動の減衰係数ｋ_C ：低温側機械ばね２８のばね定数ｋ_H ：高温側機械ばね２７のばね定数ｋ_L ：連結ばね２９のばね定数ｍ_C ：低温ディスプレーサ３の往復運動部質量ｍ_H ：高温ディスプレーサ２の往復運動部質量Ｐ：作動ガス空間のガス圧力Ｐ_B ：低温ディスプレーサ内部空間２３のガス圧力ｘ_C ：低温ディスプレーサ３の中立位置からの変位ｘ_H ：高温ディスプレーサ２の中立位置からの変位

【００４１】なお、変位ｘ_H は図１において上向きを
正、変位ｘ_C は図１において下向きを正としている。ま
た、本実施例１においては、低温側機械ばね２８および
高温側機械ばね２７は存在しないから、ｋ_C ＝ｋ_H ＝０
である。中立時には、次式が成立する。

【００４２】

【数３】

【００４３】ここで、作動ガスの圧力Ｐはｘ_H とｘ_C の
関数であり、簡単のため運転中の各作動ガス空間におけ
る作動ガスの温度が一定であるとすると、作動ガスの圧
力Ｐは次式で表される。

【００４４】

【数４】

【００４５】Ａ_C ：低温ディスプレーサ３の断面積Ａ_H ：高温ディスプレーサ２の断面積Ｐ₀ ：作動ガス平均圧力Ｔ_C ：低温空間６のガス温度Ｔ_H ：高温空間４のガス温度Ｔ_M ：中温空間５，７のガス温度ここで、ξは次式で定義される。

【００４６】

【数５】

【００４７】Ｖｉ：中立時の作動ガス空間の各容積Ｔｉ：各作動ガス空間のガス温度また、ｘ_H とｘ_C が微小な時、式（４）で表される作動
ガスの圧力Ｐは次式のように書き換えられる。

【００４８】

【数６】

【００４９】一方、低温ディスプレーサ内部空間２３の
ガス圧力Ｐ_B もｘ_H とｘ_C の関数であり、次式で表され
る。

【００５０】

【数７】

【００５１】Ｐ_B0：低温ディスプレーサ内部空間２３の平均圧力Ｖ_B0：中立時の低温ディスプレーサ内部空間２３の容積 κ：作動ガスの比熱比ｘ_H とｘ_C が微小なら、次式となる。

【００５２】

【数８】

【００５３】この振動系は、ｘ_H とｘ_C に関する式
（１）と式（２）の連立方程式の特性方程式である次式
が特性根として、λ＝σ±ωι（σとωは実数、ιは複
素数である）を持つとき周波数ωの周期解を持つことに
なる。すなわち、高温ディスプレーサ２と低温ディスプ
レーサ３とが往復運動することになる。しかも、σ≧０
の時、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３と
は減衰せずに往復運動を継続することになる。

【００５４】

【数９】ここで、

【００５５】

【数１０】

【００５６】

【数１１】

【００５７】

【数１２】

【００５８】

【数１３】である。Ｋ_H は高温ディスプレーサ２の振動系の全ばね
定数である。Ｋ_C は低温ディスプレーサ３の振動系の全
ばね定数である。この時の運転周波数ωは次式で表され
る。

【００５９】

【数１４】

【００６０】また、高温ディスプレーサ２と低温ディス
プレーサ３との位相差αは次式で表される。

【００６１】

【数１５】あるいは、

【００６２】

【数１６】

【００６３】したがって、ｘ_H とｘ_C は以下のように表
すことができる。

【００６４】

【数１７】

【００６５】ｒ_H ：高温ディスプレーサ２の振幅ｔ：時間

【００６６】

【数１８】

【００６７】ｒ_C ：低温ディスプレーサ３の振幅ここで、式（１７）と式（１８）の負号は式の整理上付
けた。

【００６８】式（６）と式（１７）と式（１８）から、
高温空間４の図示仕事Ｗ_H 、高温側中温空間５の図示仕
事Ｗ_MH、低温側中温空間７の図示仕事Ｗ_MC、低温空間６
の図示仕事Ｗ_C は以下のようになる。

【００６９】

【数１９】

【００７０】

【数２０】

【００７１】

【数２１】

【００７２】

【数２２】

【００７３】位相差αが０≦α≦πの時、Ｗ_H とＷ_C は
正の吸熱仕事となり、Ｗ_MHとＷ_MCは負の発熱仕事とな
る。このヴィルミエヒートポンプを空調機として用いる
場合、Ｗ_C の吸熱仕事が冷房に利用され、Ｗ_MHとＷ_MCの
発熱仕事が暖房に利用される。

【００７４】次に連結ばね２９の作用を説明する為、高
温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３の運動方程
式である式（１）と式（２）の以下のような積分を考え
る。これら積分値の符号が正の場合、高温ディスプレー
サ２及び低温ディスプレーサ３が外部に対して仕事をす
ることを表し、負の場合、仕事を受けることを表す。

【００７５】

【数２３】

【００７６】

【数２４】

【００７７】式（２３）の第１項の積分は以下のように
なる。

【００７８】

【数２５】

【００７９】すなわち、高温ディスプレーサ２の往復慣
性力による１サイクルの仕事は０である。式（２３）の
第２項の積分は以下のようになる。

【００８０】

【数２６】

【００８１】これは、高温ディスプレーサ２が往復運動
する際に作用する減衰抵抗による損失仕事である。式
（２３）の第３項の積分は以下のようになる。

【００８２】

【数２７】

【００８３】これは、高温ディスプレーサ２に作用する
全ばねの復元力による仕事であり、０となる。式（２
３）の第４項の積分は以下のようになる。

【００８４】

【数２８】

【００８５】

【数２９】

【００８６】式（２８）の第１項は、高温ディスプレー
サ２が作動ガスから受けた仕事であり、Ｗ_H とＷ_MHの和
に相当する。式（２８）の第２項は高温ディスプレーサ
２が連結ばね２９により受けた仕事である。式（２８）
で表されるこれらの仕事は、式（２６）で表される減衰
仕事として消費される。Ｋ_L は全連結ばね定数であり、
連結ばね２９とガスばねの和で表される。

【００８７】式（２４）の積分も全く同様に以下のよう
になる。式（２４）の第１項の積分は以下のようにな
る。

【００８８】

【数３０】

【００８９】すなわち、低温ディスプレーサ３の往復慣
性力による１サイクルの仕事は０である。式（２４）の
第２項の積分は以下のようになる。

【００９０】

【数３１】

【００９１】これは、低温ディスプレーサ３が往復運動
する際に作用する減衰抵抗による損失仕事である。式
（２４）の第３項の積分は以下のようになる。

【００９２】

【数３２】

【００９３】これは、低温ディスプレーサ３に作用する
全ばねの復元力による仕事であり、０となる。式（２
４）の第４項の積分は以下のようになる。

【００９４】

【数３３】

【００９５】式（３３）の第１項は、低温ディスプレー
サ３が作動ガスから受けた仕事であり、Ｗ_MCとＷ_C の和
に相当する。式（３３）の第２項は低温ディスプレーサ
３が連結ばね２９に与える仕事である。式（３３）の第
１項で表される仕事は、式（３１）で表される減衰仕事
として消費されるほか、式（３３）の第２項で表される
ように連結ばね２９に伝えられる。

【００９６】すなわち、低温ディスプレーサ３で発生し
た仕事の一部を連結ばね２９によって高温ディスプレー
サ２を駆動する仕事として伝えることができる。

【００９７】したがって、図１に示す実施例１における
ヴィルミエヒートポンプは、高温ディスプレーサ２と低
温ディスプレーサ３とをガスばねではなく機械ばね（連
結ばね２９）で連結しているため、ガスばねによる損失
が生じることなく、低温ディスプレーサ３が得た駆動仕
事の一部を、連結ばね２９により高温ディスプレーサ２
に効率よく伝達し、高温ディスプレーサ２の駆動仕事と
して利用することができ、ディスプレーサ運動のストロ
ークを大きくすることができ、能力と効率を高くするこ
とができる。

【００９８】なお、この実施例ではガスばねを全く用い
ていないが、ガスばねと機械ばね（連結ばね２９）を併
用してもよい。その場合は、機械ばねで置き換えた分だ
け、ガスばねによる損失仕事の発生を抑えることができ
る。

【００９９】実施例２．図２はこの発明（請求項２の発
明）の実施例２によるヴィルミエヒートポンプの構成を
示す断面図である。図において、上述の従来例及び実施
例と対応する部分には同一符号を付して説明を省略す
る。２７は高温側機械ばね（例えば、コイルばね）であ
る。この高温側機械ばね２７は、低温ディスプレーサ内
部空間２３で、高温ディスプレーサロッド２４を介して
高温ディスプレーサ２と、低温ディスプレーサロッド１
７を介してシリンダ１とを連結するものである。

【０１００】次に動作について説明する。この実施例２
の動作は、前記実施例１の動作説明における、高温ディ
スプレーサ２の振動系の全ばね定数Ｋ_H の一部または全
てを機械ばね２７で置き換えたｋ_H ≠０の場合であり、
基本的にヴィルミエヒートポンプとして動作し冷温熱を
生成する原理は前記実施例１と同じであるので、その説
明は省略する。

【０１０１】したがって、実施例２におけるヴィルミエ
ヒートポンプは、実施例１におけるヴィルミエヒートポ
ンプと同様の効果を奏する。

【０１０２】また、実施例２におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ
３が機械ばね（連結ばね２９）で連結され、さらに高温
ディスプレーサ２が機械ばね（高温側機械ばね２７）を
介してシリンダ１に連結固定されているので、間接的に
低温ディスプレーサ３も機械ばねによりシリンダ１に連
結固定されることになり、動作空間とガスばね内部空間
の平均圧力に差が生じても、ディスプレーサ運動の中心
がほとんどずれることがなく、したがって、能力が低下
したり、運転不可能となることがない。また、ガスばね
を利用しない、または、ほとんど利用しないですむた
め、ガスばね空間における損失仕事の発生が全く無い
か、少なくすることができ、この損失仕事のためディス
プレーサ運動のストロークが小さくなり能力が低下した
り、低温空間に熱損失として流れ、冷房能力が低下する
などし、効率が低下することも無い。

【０１０３】なお、実施例２では、高温ディスプレーサ
２をシリンダ１に連結固定する機械ばね２７を低温ディ
スプレーサ内部空間２３に設けた場合を示したが、高温
空間４や高温側中温空間５に設けてもよい。その場合も
上記と同様の効果を奏し、さらに低温ディスプレーサ３
をシリンダ１に機械ばねで連結固定するより、製作容易
となる効果がある。

【０１０４】実施例３．図３はこの発明（請求項２の発
明）の実施例３によるヴィルミエヒートポンプの構成を
示す断面図である。図３においては、上述の従来例およ
び実施例と対応する部分には同一符号を付して説明を省
略する。図３において、２８は低温側機械ばね（例え
ば、コイルばね）である。この低温側機械ばね２８は、
低温ディスプレーサ内部空間２３で、低温ディスプレー
サ３を低温ディスプレーサロッド１７を介してシリンダ
１に連結固定するものである。

【０１０５】次に動作について説明する。この実施例３
の動作は、前記実施例１の動作説明における、低温ディ
スプレーサ３の振動系の全ばね定数Ｋ_C の一部または全
てを機械ばね２８で置き換えたｋ_C ≠０の場合であり、
基本的にヴィルミエヒートポンプとして動作し冷温熱を
生成する原理は前記実施例１と同じであるので、その説
明は省略する。

【０１０６】したがって、請求項２におけるヴィルミエ
ヒートポンプは、実施例１におけるヴィルミエヒートポ
ンプと同様の効果を奏する。

【０１０７】また、実施例３におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ
３が機械ばね（連結ばね２９）で連結され、さらに低温
ディスプレーサ３が機械ばね（低温側機械ばね２８）を
介してシリンダ１に連結固定されているので、間接的に
高温ディスプレーサ２も機械ばねによりシリンダ１に連
結固定されることになり、動作空間とガスばね内部空間
の平均圧力に差が生じても、ディスプレーサ運動の中心
がほとんどずれることがなく、したがって、能力が低下
したり、運転不可能となることがない。また、ガスばね
を利用しない、または、ほとんど利用しないですむた
め、ガスばね空間における損失仕事の発生が全く無い
か、少なくすることができ、この損失仕事のためディス
プレーサ運動のストロークが小さくなり能力が低下した
り、低温空間に熱損失として流れ、冷房能力が低下する
などし、効率が低下することも無い。

【０１０８】なお、実施例３では、低温ディスプレーサ
３をシリンダ１に連結固定する機械ばね２８を低温ディ
スプレーサ内部空間２３に設けた場合を示したが、低温
空間６や低温側中温空間７に設けてもよい。その場合も
上記と同様の効果を奏し、さらに高温ディスプレーサ２
をシリンダ１に機械ばねで連結固定するより、製作容易
となる効果がある。

【０１０９】実施例４．図４はこの発明（請求項２の発
明）の実施例４によるヴィルミエヒートポンプの構成を
示す断面図である。図４においては、上述の従来例およ
び実施例と対応する部分には同一符号を付して説明を省
略する。この実施例４は、実施例２と実施例３を合体し
たもので、高温ディスプレーサ２が高温側機械ばね２７
を介してシリンダ１に連結固定され、低温ディスプレー
サ３が低温側機械ばね２８を介してシリンダ１に連結固
定されている。

【０１１０】次に動作について説明する。この実施例４
の動作は、前記実施例１の動作説明における、高温ディ
スプレーサ２の振動系の全ばね定数Ｋ_H の一部または全
てを機械ばね２７で置き換え、低温ディスプレーサ３の
振動系の全ばね定数Ｋ_C の一部または全てを機械ばね２
８で置き換えたｋ_H ≠０かつｋ_C ≠０の場合であり、基
本的にヴィルミエヒートポンプとして動作し冷温熱を生
成する原理は前記実施例１と同じであるので、その説明
は省略する。

【０１１１】したがって、実施例４におけるヴィルミエ
ヒートポンプは、実施例１におけるヴィルミエヒートポ
ンプと同様の効果を奏する。

【０１１２】また、実施例４におけるヴィルミエヒート
ポンプは、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ
３が機械ばね（連結ばね２９）で連結され、さらに高温
ディスプレーサ２が高温側機械ばね２７を介してシリン
ダ１に連結固定されるとともに、低温ディスプレーサ３
が低温側機械ばね２８を介してシリンダ１に連結固定さ
れているので、動作空間とガスばね内部空間の平均圧力
に差が生じても、ディスプレーサ運動の中心がほとんど
ずれることがなく、したがって、能力が低下したり、運
転不可能となることがない。また、ガスばねを利用しな
い、または、ほとんど利用しないため、ガスばね空間に
おける損失仕事の発生が全く無いか、少なくすることが
でき、この損失仕事のためディスプレーサ運動のストロ
ークが小さくなり能力が低下したり、低温空間に熱損失
として流れ、冷房能力が低下するなどし、効率が低下す
ることも無い。

【０１１３】さらに、実施例４におけるヴィルミエヒー
トポンプは、実施例２におけるヴィルミエヒートポンプ
や実施例３におけるヴィルミエヒートポンプのように、
高温ディスプレーサ２あるいは低温ディスプレーサ３が
間接的に機械ばねによりシリンダ１に連結固定されるの
ではなく、直接的にそれぞれが機械ばね２７、２８によ
りシリンダ１に連結固定されているので、動作空間とガ
スばね内部空間の平均圧力に差が生じても、前記実施例
２や前記実施例３に示すヴィルミエヒートポンプより安
定して運転することが可能となる効果がある。

【０１１４】実施例５．図５はこの発明（請求項３、４
の発明）の実施例５によるヴィルミエヒートポンプの構
成を示す断面図である。図５においては、上述の従来例
および実施例と対応する部分には同一符号を付して説明
を省略する。図５において、８８ａは低温ディスプレー
サロッド１７に固定されたヨーク、８８ｂはヨーク８８
ａに密着固定された永久磁石、８８ｃは低温ディスプレ
ーサ３に固定されたコイルであり、ヨーク８８ａと永久
磁石８８ｂとコイル８８ｃにより、低温ディスプレーサ
３を図中上下方向に駆動するリニアモータ８８が構成さ
れている。なお、ここでは連結ばね２９の配置が実施例
２と異なるが、機能は同じである。

【０１１５】次に動作について説明する。コイル８８ｃ
に電流を流さず、リニアモータ８８を作動しない場合の
本実施例５によるヴィルミエヒートポンプの動作は、前
記実施例２によるヴィルミエヒートポンプと全く同じで
ある。ヨーク８８ａと永久磁石８８ｂは磁気回路を構成
しており、コイル８８ｃが存在するヨーク８８ａと永久
磁石８８ｂの間に半径方向の磁場を形成する。コイル８
８ｃは上記磁場と直交する方向に環状に巻かれているた
めコイル８８ｃに電流を流すと、コイル８８ｃに軸方向
（図５において上下方向）にローレンツ力が働く、コイ
ル８８ｃは低温ディスプレーサ３に連結固定されている
から、上記ローレンツ力は低温ディスプレーサ３を駆動
する力として作用する。

【０１１６】高温ディスプレーサ２と低温ディスプレー
サ３が停止しているとき、ヒータ８を加熱しても，容易
に高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３とは起
動されない。コイル８８ｃに定常運転時の運転周波数付
近の周波数の交流電流を流すと、コイル８８ｃに上下方
向の交番力が働く。上記交番力は低温ディスプレーサ３
を直接駆動する力、すなわち低温ディスプレーサ３の加
振力として作用する。低温ディスプレーサ３が往復運動
を開始すると、作動ガスに圧力変動が生じる。高温ディ
スプレーサ２には、上記作動ガスの圧力変動と低温ディ
スプレーサ内部空間２３のガス圧力との差圧により、高
温ディスプレーサロッド２４に比例した駆動力が働く上
に、連結ばね２９によって低温ディスプレーサ３と連結
されているため、低温ディスプレーサ３の運動に伴い高
温ディスプレーサ２が駆動されることになる。高温ディ
スプレーサ２が運動し始めると、ヒータ８からの吸熱作
用が大きくなり、この吸熱効果に伴って高温空間４の作
動ガス温度も上昇し、これにより作動ガスの圧力変動が
大きくなり、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレー
サ３の運動振幅が徐々に大きくなり、定常運転状態に到
達することになる。このように容易に起動され、前記実
施例２と同様にヴィルミエヒートポンプとして動作す
る。

【０１１７】本実施例５では、前記実施例２のヴィルミ
エヒートポンプに低温ディスプレーサ駆動用のリニアモ
ータ８８を備えたので、前記実施例２と同様の効果を奏
する上、起動が容易にできるという効果を奏する。しか
も、リニアモータ８８は低温ディスプレーサ３の内部に
内包しているため、ヴィルミエヒートポンプに余分な起
動装置を付加する必要がなく、小型となる効果がある。

【０１１８】実施例６．図６はこの発明（請求項３、４
の発明）の実施例６によるヴィルミエヒートポンプの構
成を示す断面図である。この実施例６は、リニアモータ
８８の配置を変えたことと、低温側機械ばね２８（実施
例４参照）を加えたこと、が実施例５と異なるだけで、
他は実施例５と同様である。この実施例６のヴィルミエ
ヒートポンプでは、実施例５のヴィルミエヒートポンプ
と同様の効果を奏すると共に、低温ディスプレーサ３と
低温ディスプレーサロッド１７とを連結する低温側機械
ばね２８が付加されているから、前記実施例５に比べ
て、低温ディスプレーサ３が往復運動するときの中立位
置がずれにくく、より安定して運転される効果がある。

【０１１９】実施例７．図７はこの発明（請求項３、４
の発明）の実施例７によるヴィルミエヒートポンプの構
成を示す断面図である。図７においては、上述の従来例
および実施例と対応する部分には同一符号を付して説明
を省略する。図７において、８９ａは低温ディスプレー
サロッド１７に固定されたヨーク、８９ｂはヨーク８９
ａに密着固定された永久磁石、８９ｃは高温ディスプレ
ーサロッド２４に固定されたコイルであり、ヨーク８９
ａと永久磁石８９ｂとコイル８９ｃによって、高温ディ
スプレーサ２を往復駆動するリニアモータ８９が構成さ
れている。

【０１２０】前記実施例５と６では、リニアモータ８８
により低温ディスプレーサ３を駆動するように構成した
が、本実施例７では、コイル８９ｃを高温ディスプレー
サロッド２４に連結固定することで、高温ディスプレー
サ２側を駆動するようにしている。この実施例７は、上
記実施例５と同様の効果を奏する。

【０１２１】実施例８．図８はこの発明（請求項３、４
の発明）の実施例８によるヴィルミエヒートポンプの構
成を示す断面図である。図８においては、上述の従来例
および実施例と対応する部分には同一符号を付して説明
を省略する。前記実施例５〜７では、リニアモータ８８
により低温ディスプレーサ３、あるいはリニアモータ８
９により高温ディスプレーサ２を駆動するように構成し
たが、図８の実施例８のように、２組のリニアモータ８
８、８９を設けて、それぞれ高温ディスプレーサ２と低
温ディスプレーサ３の両方を駆動するようにしてもよ
い。この場合は、上記実施例５と６と同様の効果を奏す
るとともに、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレー
サ３の運動それぞれを独立に最適となるように駆動制御
できる効果もある。

【０１２２】実施例９．図９はこの発明（請求項３、４
の発明）の実施例９によるヴィルミエヒートポンプの構
成を示す断面図である。図９においては、上述の従来例
および実施例と対応する部分には同一符号を付して説明
を省略する。図９において、３０は高温ディスプレーサ
２の内部空間、３１は低温ディスプレーサ３に連結固定
された低温ディスプレーサロッド、３２は高温ディスプ
レーサロッド１５に固定され低温ディスプレーサロッド
３１の往復摺動を許すと共に高温ディスプレーサ内部空
間３０と作動ガス空間の間をシールする低温ロッドシー
ル、３３は高温ディスプレーサ２の中温側に固定され高
温ディスプレーサロッド１５の往復摺動を許すと共に高
温ディスプレーサ内部空間３０と作動ガス空間の間をシ
ールする高温ロッドシール、３４は低温ディスプレーサ
ロッド３１と高温ディスプレーサロッド１５を連結固定
する低温側機械ばね、３５は高温ディスプレーサ２を高
温ディスプレーサロッド１５に連結固定する高温側機械
ばね、３６は低温ディスプレーサロッド３１と高温ディ
スプレーサ２を連結する連結ばね、１００ａは高温ディ
スプレーサ内部空間３０においてシリンダ１と一体の高
温ディスプレーサロッド１５に固定されたヨーク、１０
０ｂはヨーク１００ａに密着固定された永久磁石、１０
０ｃは高温ディスプレーサ２に固定されたコイルであ
り、ヨーク１００ａと永久磁石１００ｂとコイル１００
ｃにより、高温ディスプレーサ２を往復駆動するリニア
モータ１００が構成されている。

【０１２３】次に動作について説明する。本実施例９の
動作は前記実施例６と同じであり、同様の効果を奏す
る。

【０１２４】本実施例９では、高温ディスプレーサロッ
ド１５がシリンダ１に固定され、低温ディスプレーサロ
ッド３１が低温ディスプレーサ３に連結されて往復運動
する構成であるから、高温ディスプレーサ２の内部にリ
ニアモータ１００を内包している。この場合は、あえて
低温ディスプレーサ３の内部にモータを内包するより
も、リニアモータ１００を簡単に装備することができ
る。

【０１２５】実施例１０．図１０はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１０によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１０においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。図１０において、９０ａは中温
空間７内でシリンダ１に固定されたヨーク、９０ｂはヨ
ーク９０ａに密着固定された永久磁石、９０ｃは低温デ
ィスプレーサ３に固定されたコイルであり、ヨーク９０
ａと永久磁石９０ｂとコイル９０ｃにより、低温ディス
プレーサ３を往復駆動するリニアモータ９０が構成され
ている。

【０１２６】次に動作について説明する。コイル９０ｃ
に電流を流さず、リニアモータ９０を作動しない場合の
本実施例１０によるヴィルミエヒートポンプの動作は前
記実施例４によるヴィルミエヒートポンプと全く同じで
ある。

【０１２７】ヨーク９０ａと永久磁石９０ｂは磁気回路
を構成しており、コイル９０ｃが存在するヨーク９０ａ
と永久磁石９０ｂの間に半径方向の磁場を形成する。コ
イル９０ｃは上記磁場と直交する方向に環状に巻かれて
いるため、コイル９０ｃに電流を流すと、コイル９０ｃ
に軸方向（図において上下方向）にローレンツ力が働
く、コイル９０ｃは低温ディスプレーサ３に連結固定さ
れているから、上記ローレンツ力は低温ディスプレーサ
３を駆動する力として作用する。

【０１２８】高温ディスプレーサ２と低温ディスプレー
サ３が停止しているとき、ヒータ８を加熱しても、容易
に高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３とは起
動されない。コイル９０ｃに定常運転時の運転周波数付
近の周波数の交流電流を流すと、コイル９０ｃに上下方
向に交番力が働く、上記交番力は低温ディスプレーサ３
を直接駆動する力、すなわち低温ディスプレーサ３の加
振力として作用する。低温ディスプレーサ３が往復運動
を開始すると、作動ガスに圧力変動が生じる。高温ディ
スプレーサ２には上記作動ガスの圧力変動と低温ディス
プレーサ内部空間２３のガス圧力との差圧により、高温
ディスプレーサロッド２４に比例した駆動力が働く上
に、連結ばね２９によって高温ディスプレーサ２は低温
ディスプレーサ３と連結されているため、低温ディスプ
レーサ３の運動に伴い駆動されることになる。高温ディ
スプレーサ２が運動し始めると、ヒータ８からの吸熱作
用が大きくなり、この吸熱効果に伴って高温空間４の作
動ガス温度も上昇し、これにより作動ガスの圧力変動が
大きくなり、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレー
サ３の運動振幅が徐々に大きくなり、定常運転状態に到
達することになる。このように容易に起動され、前記実
施例４と同様にヴィルミエヒートポンプとして動作し、
実施例４と同様の効果を奏する。

【０１２９】さらに、前記実施例４に示すヴィルミエヒ
ートポンプでは、ヒータ８を加熱するだけでは容易に起
動する事ができないが、本実施例１０では、低温ディス
プレーサ３を駆動するリニアモータ９０を備えたので、
容易に起動することが可能となる。

【０１３０】また、本実施例１０では、リニアモータ９
０を高温ディスプレーサ２あるいは低温ディスプレーサ
３の内部に内包しないので、前記実施例５から８の構成
に比べて、往復運動する高温ディスプレーサ２あるいは
低温ディスプレーサ３を小さく軽量化することができ、
振動発生が小さくなる効果もある。

【０１３１】実施例１１．図１１はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１１によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１１においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。前記実施例１０では、リニアモ
ータ９０により低温ディスプレーサ３を駆動するように
構成したが、本実施例ではリニアモータ９１により、高
温ディスプレーサ２を駆動するようにしている。図にお
いて、９１ａは中温空間５内でシリンダ１に固定された
ヨーク、９１ｂはヨーク９１ａに密着固定された永久磁
石、９１ｃは高温ディスプレーサ２に固定されたコイル
であり、ヨーク９１ａと永久磁石９１ｂとコイル９１ｃ
により、高温ディスプレーサ２を往復駆動するリニアモ
ータ９１が構成されている。この実施例１１では、上記
実施例９と同様の効果を奏する。

【０１３２】実施例１２．図１２はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１２によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１２においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。前記実施例１０と１１では、リ
ニアモータ９０により低温ディスプレーサ３、あるいは
リニアモータ９１により高温ディスプレーサ２を駆動す
るように構成したが、本実施例１２では、２組のリニア
モータ９０、９１を中温空間５、７にそれぞれ内包し、
高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３の両方を
駆動するようにしている。この実施例１２では、上記実
施例９と１０と同様の効果を奏するとともに、高温ディ
スプレーサ２と低温ディスプレーサ３の運動それぞれを
独立に最適となるように駆動制御できる効果もある。

【０１３３】実施例１３．図１３はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１３によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１３においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。図１３において、９４ａは低温
空間６内にてシリンダ１に固定されたヨーク、９４ｂは
ヨーク９４ａに密着固定された永久磁石、９４ｃは低温
ディスプレーサ３に固定されたコイルであり、ヨーク９
４ａと永久磁石９４ｂとコイル９４ｃにより、低温ディ
スプレーサ３を往復駆動するリニアモータ９４が構成さ
れている。

【０１３４】次に動作について説明する。本実施例１３
の動作は、前記実施例１０と同じであり、実施例１０と
同様の効果を奏する。

【０１３５】なお、リニアモータを構成する永久磁石
は、経時的に減磁し磁束密度が低下するため、モータ性
能が徐々に低下するが、この減磁は温度が高くなるにし
たがって大きくなる。本実施例１３では、温度の低い低
温空間６内にリニアモータ９４を備えたため、前記実施
例５から１２と比較して、モータ性能の低下が少なくな
る効果がある。

【０１３６】実施例１４．図１４はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１４によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１４においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。図１４において、１０１ａは高
温空間４内にてシリンダ１に固定されたヨーク、１０１
ｂはヨーク１０１ａに密着固定された永久磁石、１０１
ｃは高温ディスプレーサ２に固定されたコイルであり、
ヨーク１０１ａと永久磁石１０１ｂとコイル１０１ｃに
より、高温ディスプレーサ２を往復駆動するリニアモー
タ１０１が構成されている。

【０１３７】次に動作について説明する。本実施例１４
の動作は、前記実施例７と同じであり、実施例７と同様
の効果を奏する。

【０１３８】この実施例１４は、低温熱源としてマイナ
ス数十℃以下の低温を利用し、低温空間６と中温空間
５、７がマイナス数十℃となり、高温空間４が常温付近
となるような場合に好適である。この場合、リニアモー
タ１０１を高温空間４に備えているため、リニアモータ
１０１の発熱が低温空間６側に熱損失として入り込まな
くなり、効率が高くなる効果がある。

【０１３９】実施例１５．図１５はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１５によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１５においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。図１５において、７５は高温側
中温空間５と低温側中温空間７とを連通する連通管、７
７は高温側中温フランジ、７８は低温側中温フランジ、
７９はシリンダ１と高温側中温フランジ７７と低温側中
温フランジ７８で囲まれたモータ空間、８０は高温ディ
スプレーサロッド２４と高温側中温フランジ７７を連結
する高温側機械ばね、８１は高温ディスプレーサロッド
２４が往復摺動可能なように高温側中温空間５とモータ
空間７９とを連通遮断するシール、８４は低温ディスプ
レーサロッド３１と高温側中温フランジ７７を連結する
低温側機械ばね、８６は低温ディスプレーサロッド３１
が往復摺動可能なように低温側中温空間７とばね空間７
９とを連通遮断するシール、８７は高温ディスプレーサ
２に連結された連結ロッド３７と低温ディスプレーサ３
に連結された連結ロッド４０を連結する連結ばね（機械
ばね）、９２ａはモータ空間７９内で低温側中温フラン
ジ７８に固定されたヨーク、９２ｂはヨーク９２ａに密
着固定された永久磁石、９２ｃは低温ディスプレーサロ
ッド３１に固定されたコイルであり、ヨーク９２ａと永
久磁石９２ｂとコイル９２ｃにより低温ディスプレーサ
３を往復駆動するリニアモータ９２が構成されている。

【０１４０】次に動作について説明する。本実施例１５
の動作は、前記実施例７と同じであり、実施例７と同様
な効果を奏する。

【０１４１】前記実施例５から１４のヴィルミエヒート
ポンプでは、モータを高温ディスプレーサ２、低温ディ
スプレーサ３、中温空間５、７、低温空間６、高温空間
４のいずれかに内包しているため、モータに供給された
電気入力が低温空間６に流れた場合は熱損失となり、中
温空間５、７に流れた場合は中温空間のガス温度が高く
なり効率が低下することになるが、本実施例１５では、
リニアモータ９２に供給された電気入力が低温空間６に
は流入せず、また中温空間５。７にも流入しにくいた
め、効率が低下しない効果がある。

【０１４２】さらに、リニアモータ９２を、高温ディス
プレーサ２、低温ディスプレーサ３、高温空間４、中温
空間５、７、低温空間６等と関係ないモータ空間７９に
設けるようにしているため、リニアモータ９２の大きさ
や構成が制限されないという効果もある。

【０１４３】実施例１６．図１６はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１６によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１６においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。前記実施例１５では、リニアモ
ータ９２により低温ディスプレーサ３を駆動するように
構成したが、本実施例１６では、リニアモータ９３によ
り高温ディスプレーサ２を駆動するようにしている。図
において、９３ａはモータ空間７９内で高温側中温フラ
ンジ７７に固定されたヨーク、９３ｂはヨーク９３ａに
密着固定された永久磁石、９３ｃは高温ディスプレーサ
ロッド２４に固定されたコイルであり、ヨーク９３ａと
永久磁石９３ｂとコイル９３ｃにより高温ディスプレー
サ２を往復駆動するリニアモータ９３が構成されてい
る。この実施例１６は、上記実施例１５と同様の効果を
奏する。

【０１４４】実施例１７．図１７はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１７によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１７においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。前記実施例１５と１６では、リ
ニアモータ９２により低温ディスプレーサ３、あるいは
リニアモータ９３により高温ディスプレーサ２を駆動す
るように構成したが、本実施例１７では、２組のリニア
モータ９２、９３を高温側中温空間５と低温側中温空間
７の間に確保したモータ空間７９に内包し、高温ディス
プレーサ２と低温ディスプレーサ３の両方を駆動するよ
うにしている。この場合は、上記実施例１５と１６と同
様の効果を奏する。

【０１４５】実施例１８．図１８はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１８によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１８においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。図１８において、６４は低温空
間６の外側に設けられシリンダ１に固定されたケース、
６５はケース６４とシリンダ１の外面とで囲まれたモー
タ空間、６９は低温ディスプレーサ３の低温空間６側に
突設されシリンダ１の壁を突き抜けた連結ロッド、６６
は連結ロッド６９が往復摺動可能なようにモータ空間６
５と低温空間６とを連通遮断するシール、９９ａはケー
ス６４に固定されたヨーク、９９ｂはヨーク９９ａに密
着固定された永久磁石、９９ｃは連結ロッド６９に固定
されたコイルであり、ヨーク９９ａと永久磁石９９ｂと
コイル９９ｃにより、低温ディスプレーサ３を往復駆動
するリニアモータ９９が構成されている。

【０１４６】次に動作について説明する。本実施例１８
の動作は、前記実施例６と同じであり、実施例６と同様
な効果を奏する。また、モータ空間６５をシリンダ１外
に設けるので、リニアモータ９９の大きさや構成が制限
されない効果もある。また、リニアモータ９９が発熱し
ても、低温空間６に隣接しているため、冷却されて永久
磁石９９Ｂの減磁が少なく、モータ性能の低下も起こり
にくい効果もある。

【０１４７】実施例１９．図１９はこの発明（請求項
３、４の発明）の実施例１９によるヴィルミエヒートポ
ンプの構成を示す断面図である。図１９においては、上
述の従来例および実施例と対応する部分には同一符号を
付して説明を省略する。図１９において、１０２は高温
空間４の外側に設けられシリンダ１に固定されたケー
ス、１０５はシリンダ１の外面とケース１０２で囲まれ
たモータ空間、１０４は高温ディスプレーサ２の高温空
間４側に突設されシリンダ１の壁を突き抜けたロッド、
１０６はロッド１０４が往復摺動可能なように高温空間
４とモータ空間１０５とを連通遮断するシール、１０３
ａはモータ空間１０５内でケース１０２に固定されたヨ
ーク、１０３ｂはヨーク１０３ａに密着固定された永久
磁石、１０３ｃはロッド１０４に固定されたコイルであ
り、ヨーク１０３ａと永久磁石１０３ｂとコイル１０３
ｃにより、高温ディスプレーサ２を往復駆動するリニア
モータ１０３が構成されている。

【０１４８】次に動作について説明する。本実施例１９
の動作は、前記実施例７と同じであり、実施例７と同様
な効果を奏する。また、前記実施例１５から１８のヴィ
ルミエヒートポンプと同様に、リニアモータ１０３を、
高温ディスプレーサ２、低温ディスプレーサ３、高温空
間４、中温空間５、７、低温空間６に内蔵せず、別に設
けたモータ空間１０５に収容するので、リニアモータ１
０３の大きさや構成が制限されない効果もある。また、
前記実施例１４と同様に、低温熱源としてマイナス数十
℃以下の低温を利用し、低温空間と中温空間がマイナス
数十℃となり、高温空間が常温付近となる場合に適用す
るのに好適であり、リニアモータ１０３の発熱が低温空
間６に熱損失として入り込まなくなるため、効率が高く
なる効果がある。

【０１４９】なお、以上の実施例においては、リニアモ
ータの可動部と固定部の一方をディスプレーサ側、他方
をシリンダ側に固定することにより、シリンダに対して
ディスプレーサを駆動するようにしているが、両ディス
プレーサの一方にリニアモータの可動部を取り付け、他
方にリニアモータの固定部を取り付け、両ディスプレー
サを相対移動するようにしてもよい。

【０１５０】実施例２０．図２０はこの発明（請求項５
の発明）の実施例２０によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２０においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図２０において、３７は高温ディスプ
レーサ２に連結固定された連結ロッドである。この連結
ロッド３７は、シリンダ１に固定された高温ディスプレ
ーサロッド１５および低温ディスプレーサロッド１７を
貫通し、その先端が低温ディスプレーサ内部空間２３内
に突出している。そして、この連結ロッド３７の先端
が、低温ディスプレーサ内部空間２３内で、連結ばね３
８を介して低温ディスプレーサ３に連結されている。ま
た、高温ディスプレーサ内部空間３０内において、高温
ディスプレーサ３が高温側機械ばね３４により、シリン
ダ１に固定された高温ディスプレーサロッド１５に連結
されている。

【０１５１】本実施例２０のヴィルミエヒートポンプで
は、高温ディスプレーサ２をシリンダ１に連結固定する
高温側機械ばね３４を、高温ディスプレーサ内部空間３
０に備え、低温ディスプレーサ３をシリンダ１に連結固
定する低温側機械ばね２８と、高温ディスプレーサ２と
低温ディスプレーサ３を連結する連結ばね３８とを低温
ディスプレーサ内部空間２３に備えたので、高温ディス
プレーサ２や低温ディスプレーサ３の内部を有効に利用
できる効果がある。

【０１５２】実施例２１．図２１はこの発明（請求項５
の発明）の実施例２１によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２１においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図２１において、６３は高温ディスプ
レーサ２と低温ディスプレーサ３とを、中温空間５内に
おいて連結する連結ばねである。

【０１５３】本実施例２１のヴィルミエヒートポンプで
は、前記実施例７に示すように低温ディスプレーサ内部
空間２３に、高温ディスプレーサ２と低温ディスプレー
サ３を連結する連結ばねを設けずに、高温ディスプレー
サ２と低温ディスプレーサ３を、中温空間５内において
連結ばね６３を介して連結するようにしており、上記実
施例７と同様の効果を奏する。

【０１５４】また、上記実施例７に比べて、低温ディス
プレーサ３に内包する機械ばねが少なくなるので、低温
ディスプレーサ３を小さくすることができ、したがっ
て、低温ディスプレーサ３の重量が軽くなり、低温ディ
スプレーサの往復運動に伴う振動発生が少なくなる効果
がある。

【０１５５】実施例２２．図２２はこの発明（請求項５
の発明）の実施例２２によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２２においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図２２において、７６は高温ディスプ
レーサロッド２４に連結された連結ロッドである。

【０１５６】本実施例２２のヴィルミエヒートポンプで
は、前記実施例７に示すように低温ディスプレーサ内部
空間２３に高温ディスプレーサ２をシリンダ１に連結固
定する機械ばね２７を設けずに、高温側中温空間５と低
温側中温空間７との間にモータ空間７９を設け、高温デ
ィスプレーサ２をこのモータ空間７９内で高温側中温フ
ランジ７７に、高温側機械ばね８０を介して連結するよ
うにしている。また、連結ロッド７６は、低温ディスプ
レーサロッド１７を貫通し、低温ディスプレーサ内部空
間２３内で、連結ばね２９を介して低温ディスプレーサ
３と連結されている。８２は連結ロッド７６の摺動を許
しかつモータ空間７９と低温側中温空間７とを連通遮断
するシールである。

【０１５７】次に動作について説明する。本実施例２２
では、上記実施例７と同様の効果を奏する。また、上記
実施例７に比べて、低温ディスプレーサ３に内包する機
械ばねが少なくなるので、低温ディスプレーサ３を小さ
くすることができ、したがって、低温ディスプレーサ３
の重量が軽くなり、低温ディスプレーサ３の往復運動に
伴う振動発生が少なくなる効果がある。

【０１５８】また、機械ばねを高温ディスプレーサ２や
低温ディスプレーサ３または動作空間に内包する場合、
高温ディスプレーサ２や低温ディスプレーサ３を小さく
したり、動作空間における死容積を小さくするため、機
械ばねの大きさも可能な限り小さくする必要があるなど
構成の制限があるが、本実施例では、上記機械ばねを内
包するモータ空間７９を動作空間とは別に設けるので、
機械ばねの大きさや構成に制限が無くなり自由な機械ば
ねの設計が可能となる効果もある。

【０１５９】実施例２３．図２３はこの発明（請求項５
の発明）の実施例２３によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２３においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図において、６１は高温ディスプレー
サ２とシリンダ１を連結する高温側機械ばねである。こ
の機械ばね６１は、実施例７のように低温ディスプレー
サ内部空間２３に配置するのではなく、高温側中温空間
５内に配置している。

【０１６０】本実施例２３によるヴィルミエヒートポン
プの動作は、前記実施例７と同じであり、実施例７と同
様の効果を奏する。また、本実施例２３のヴィルミエヒ
ートポンプでは、低温ディスプレーサロッドがシリンダ
１に固定されたロッドであるため、往復運動する低温デ
ィスプレーサ３の重量を軽くすることができ、したがっ
て、振動を少なくする効果がある。

【０１６１】実施例２４．図２４はこの発明（請求項５
の発明）の実施例２４によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２４においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図において、低温ディスプレーサ３か
ら上に延びる低温ディスプレーサロッド３１は、高温デ
ィスプレーサロッド２５を貫通して高温ディスプレーサ
内部空間３０にまで達し、この内部空間３０内におい
て、低温ディスプレーサロッド３１の先端が高温ディス
プレーサ２に連結ばね３６を介して連結されている。ま
た、低温ディスプレーサロッド３１の先端は、高温ディ
スプレーサ内部空間３０内で低温側機械ばね３５を介し
て、シリンダ１に固定された高温ディスプレーサロッド
１５に連結されている。また、高温ディスプレーサ２
は、高温ディスプレーサ内部空間３０内に収容した高温
側機械ばね３４を介して、シリンダ１に固定された高温
ディスプレーサロッド１５に連結されている。

【０１６２】本実施例２４によるヴィルミエヒートポン
プの動作は、前記実施例９と同じであり、実施例９と同
様の効果を奏する。また、本実施例２４のヴィルミエヒ
ートポンプでは、高温ディスプレーサロッドがシリンダ
１に固定されたロッドであるため、往復運動する高温デ
ィスプレーサ２の重量を軽くすることができ、したがっ
て、振動を少なくする効果がある。

【０１６３】実施例２５．図２５はこの発明（請求項５
の発明）の実施例２５によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２５においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。この実施例２５のヴィルミエヒートポ
ンプは、実施例２０のヴィルミエヒートポンプの連結ば
ね３８の代わりに、中温空間５、７に、連結ばね６３を
実施例２１のように配置したものである。

【０１６４】本実施例２５によるヴィルミエヒートポン
プの動作は、前記実施例７と同じであり、実施例７と同
様の効果を奏する。また、本実施例２５のヴィルミエヒ
ートポンプでは、高温ディスプレーサ２の高温ディスプ
レーサロッドがシリンダ１に固定されたロッドであり、
低温ディスプレーサ３の低温ディスプレーサロッドがシ
リンダ１に固定されたロッドであるため、往復運動する
高温ディスプレーサ２と低温ディスプレーサ３の重量を
軽くすることができ、したがって、振動を少なくする効
果がある。

【０１６５】実施例２６．図２６はこの発明（請求項６
の発明）の実施例２６によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２６においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図２６において、４１は低温空間６内
でシリンダ１に固定され低温ディスプレーサ３の低温側
を貫通する固定ロッド、４２は固定ロッド４１が往復摺
動可能なように低温ディスプレーサ３に固定され低温空
間６と低温ディスプレーサ内部空間２３とを連通遮断す
るシール、４３は高温ディスプレーサ２を高温ディスプ
レーサロッド２４を介して固定ロッド４１に連結する機
械ばね、４４は低温ディスプレーサ３を固定ロッド４１
に連結する機械ばね、４５は高温ディスプレーサロッド
２４が往復摺動可能なように低温ディスプレーサ３に固
定され中温空間７と低温ディスプレーサ内部空間２３と
を連通遮断するシールである。

【０１６６】本実施例は、前記実施例２５における高温
ディスプレーサロッド１５と低温ディスプレーサロッド
１７の代わりに、共通のディスプレーサロッド２４を設
けて高温ディスプレーサ２に連結したものである。

【０１６７】したがって、本実施例２６によるヴィルミ
エヒートポンプの基本的な動作は前記実施例２５と同じ
であり、ディスプレーサロッドが共用され、構成がシン
プルになる効果がある。

【０１６８】また、振動系の構成の都合により、高温デ
ィスプレーサ２を重く、低温ディスプレーサ３を軽くす
る必要がある場合には有利な構成となる効果がある。

【０１６９】実施例２７．図２７はこの発明（請求項７
の発明）の実施例２７によるヴィルミエヒートポンプの
構成を示す断面図である。図２７においては、上述の従
来例および実施例と対応する部分には同一符号を付して
説明を省略する。図２７において、５６は低温空間６で
シリンダ１に固定され低温ディスプレーサ３の低温側を
貫通する固定ロッド、５７は固定ロッド５６が往復摺動
可能なように低温ディスプレーサ３に固定され低温空間
６と低温ディスプレーサ内部空間２３とを連通遮断する
シール、５８は固定ロッド５６が往復摺動可能なように
低温ディスプレーサ内部空間２３と高温ディスプレーサ
内部空間３０とを連通遮断するシール、５９は低温ディ
スプレーサ３を低温ディスプレーサロッド３１を介して
固定ロッド５６に連結する機械ばね、６０は高温ディス
プレーサ２を固定ロッド５６に連結する機械ばねであ
る。

【０１７０】本実施例は、前記実施例２６において高温
ディスプレーサ２に連結されていた高温ディスプレーサ
２と低温ディスプレーサ３の共通のディスプレーサロッ
ド（低温ディスプレーサロッド３１）を低温ディスプレ
ーサ３に連結するように構成したものであり、基本的な
動作は、前記実施例２６と同じである。したがって、本
実施例２７のヴィルミエヒートポンプでは、振動系の構
成の都合により、前記実施例２６の場合とは逆に、高温
ディスプレーサ２を軽く、低温ディスプレーサ３を重く
する必要がある場合には有利な構成となる効果がある。

【０１７１】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、機械ばねにより、高温ディスプレーサと低温ディス
プレーサを連結するように構成したので、ガスばねを用
いた場合の損失仕事の発生を全く無くすか、少なくする
ことができる。したがって、この損失仕事のため、ディ
スプレーサ運動のストロークが小さくなって能力が低下
したり、低温空間に熱損失として流れて冷房能力が低下
したりすることがなくなり、効率の低下を抑制すること
ができる。また、ディスプレーサ運動の中心がほとんど
ずれることがなくなり、それによる能力低下や運動停止
を防ぐことができる。さらに、低温ディスプレーサが得
た駆動仕事の一部を機械ばねにより高温ディスプレーサ
に伝達するため、高温ディスプレーサを案内する高温デ
ィスプレーサロッドを細くし、比出力と効率を高くする
こともできるという効果がある。

【０１７２】請求項２の発明によれば、高温ディスプレ
ーサと低温ディスプレーサの少なくとも一方を機械ばね
でシリンダに連結するように構成したので、ディスプレ
ーサ運動の中心のずれが更に抑えられ、能力が低下した
り、運転不可能となることがなくなるという効果があ
る。

【０１７３】請求項３の発明によれば、高温ディスプレ
ーサあるいは低温ディスプレーサを駆動するモータを備
えるように構成したので、容易に起動できるようになる
とともに、運転中もモータによる駆動補助により、安定
して運転できるようになるという効果がある。

【０１７４】請求項４の発明によれば、シリンダを基準
にして高温ディスプレーサまたは低温ディスプレーサを
駆動するように構成したので、独立して高温ディスプレ
ーサまたは低温ディスプレーサ駆動力を与えることがで
きるという効果がある。

【０１７５】請求項５の発明によれば、高温ディスプレ
ーサロッドおよび低温ディスプレーサロッドの少なくと
も一方をシリンダに固定するように構成したので、固定
した方のディスプレーサの重量を軽減でき、ディスプレ
ーサの往復運動による振動発生を軽減できるという効果
がある。

【０１７６】請求項６の発明によれば、高温ディスプレ
ーサロッドを高温ディスプレーサに固定し、高温ディス
プレーサロッドを低温ディスプレーサロッドとして共用
するように構成したので、振動系の構成上の都合によ
り、高温ディスプレーサを重くし、低温ディスプレーサ
を軽くすることができ、振動発生を軽減することができ
るという効果がある。

【０１７７】請求項７の発明によれば、低温ディスプレ
ーサロッドを低温ディスプレーサに固定し、低温ディス
プレーサロッドを高温ディスプレーサロッドとして共用
するように構成したので、振動系の構成上の都合によ
り、低温ディスプレーサを重くし、高温ディスプレーサ
を軽くすることができ、振動発生を軽減することができ
るという効果がある。

【０１７８】請求項８の発明によれば、ディスプレーサ
の振動系を構成するばねとして機械ばねを用い、ガスば
ねによる仕事損失を除去するように構成したので、損失
仕事のためディスプレーサ運動のストロークが小さくな
って能力が低下したり、低温空間に熱損失として流れて
冷房能力が低下したりすることがなく、効率が低下する
ことが無いという効果がある。

【０１７９】請求項９の発明によれば、ディスプレーサ
の振動系を構成するばねとして機械ばねとガスばねを併
用し、ガスばねによる仕事損失を減少させるように構成
したので、損失仕事のためディスプレーサ運動のストロ
ークが小さくなって能力が低下したり、低温空間に熱損
失として流れて冷房能力が低下したりすることが軽減さ
れ、効率低下が抑制されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図２】この発明の実施例２によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図３】この発明の実施例３によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図４】この発明の実施例４によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図５】この発明の実施例５によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図６】この発明の実施例６によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図７】この発明の実施例７によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図８】この発明の実施例８によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図９】この発明の実施例９によるヴィルミエヒートポ
ンプを示す断面図である。

【図１０】この発明の実施例１０によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１１】この発明の実施例１１によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１２】この発明の実施例１２によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１３】この発明の実施例１３によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１４】この発明の実施例１４によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１５】この発明の実施例１５によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１６】この発明の実施例１６によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１７】この発明の実施例１７によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１８】この発明の実施例１８によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図１９】この発明の実施例１９によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２０】この発明の実施例２０によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２１】この発明の実施例２１によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２２】この発明の実施例２２によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２３】この発明の実施例２３によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２４】この発明の実施例２４によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２５】この発明の実施例２５によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２６】この発明の実施例２６によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２７】この発明の実施例２７によるヴィルミエヒー
トポンプを示す断面図である。

【図２８】従来のヴィルミエヒートポンプの断面図であ
る。

【図２９】従来のヴィルミエヒートポンプの特性を説明
するための高温ディスプレーサと低温ディスプレーサの
運動と作動ガスの圧力変動の特性図である。

【図３０】従来のヴィルミエヒートポンプの特性を説明
するための高温空間におけるＰ−Ｖ線図である。

【図３１】従来のヴィルミエヒートポンプの特性を説明
するための高温側中温空間におけるＰ−Ｖ線図である。

【図３２】従来のヴィルミエヒートポンプの特性を説明
するための低温側中温空間におけるＰ−Ｖ線図である。

【図３３】従来のヴィルミエヒートポンプの特性を説明
するための低温空間におけるＰ−Ｖ線図である。

【図３４】他の従来のヴィルミエヒートポンプの断面構
成図である。

【符号の説明】

１シリンダ１ａ高温側シリンダ１ｂ低温側シリンダ２高温ディスプレーサ３低温ディスプレーサ４高温空間５高温側中温空間６低温空間７低温側中温空間８ヒータ９高温側再生器１０高温側中温部熱交換器１２低温部熱交換器１３低温側再生器１４低温側中温部熱交換器１５，２４高温ディスプレーサロッド１７低温ディスプレーサロッド２７，３５高温側機械ばね２８，３４低温側機械ばね２９，３６，３８，６３，８７連結ばね（機械ばね）３１低温ディスプレーサロッド４１，５６固定ロッド４３，４４，５９，６０，８０，８４機械ばね８８〜９４，９９〜１０１，１０３リニアモータ（モ
ータ）７６連結ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野沢栄治中津川市駒場町１番３号三菱電機株式会社中津川製作所内 (72)発明者吉田整司中津川市駒場町１番３号三菱電機株式会社中津川製作所内 (72)発明者福田光男中津川市駒場町１番３号三菱電機株式会社中津川製作所内 (72)発明者筈見公一中津川市駒場町１番３号三菱電機株式会社中津川製作所内 (72)発明者宇都宮敬一郎中津川市駒場町１番３号三菱電機株式会社中津川製作所内 (72)発明者藤城明弘尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者藤原通雄尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温側シリンダおよび低温側シリンダを
直列に配置したシリンダと、上記高温側シリンダの内部
を往復動する高温ディスプレーサと、上記低温側シリン
ダの内部を往復動する低温ディスプレーサとを備え、上
記高温側シリンダ内に上記高温ディスプレーサで分けら
れる高温空間と高温側中温空間を備えると共に、上記低
温側シリンダ内に上記低温ディスプレーサで分けられる
低温空間と低温側中温空間を備え、上記高温空間と上記
高温側中温空間はヒータ、高温側再生器、高温側中温部
熱交換器を介して連結され、上記低温空間と上記低温側
中温空間は低温部熱交換器、低温側再生器、低温側中温
部熱交換器を介して連結され、上記高温側中温空間と低
温側中温空間が互いに連通されたヴィルミエヒートポン
プにおいて、上記高温ディスプレーサと上記低温ディス
プレーサとが機械ばねで相互に連結されていることを特
徴とするヴィルミエヒートポンプ。
【請求項２】上記高温ディスプレーサおよび上記低温
ディスプレーサの少なくとも一方が、機械ばねを介して
上記シリンダに連結されて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。
【請求項３】上記高温ディスプレーサと上記低温ディ
スプレーサとを前記往復動方向に相対移動させるモータ
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のヴィ
ルミエヒートポンプ。
【請求項４】上記高温ディスプレーサおよび上記低温
ディスプレーサの少なくとも一方を上記シリンダに対し
て相対的に往復駆動させるモータを備えたことを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載のヴィルミエヒート
ポンプ。
【請求項５】上記高温ディスプレーサの往復動作を案
内する高温ディスプレーサロッドおよび上記低温ディス
プレーサの往復動作を案内する低温ディスプレーサロッ
ドを備え、これら高温ディスプレーサロッドおよび低温
ディスプレーサロッドの少なくとも一方を上記シリンダ
に固定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに
記載のヴィルミエヒートポンプ。
【請求項６】上記高温ディスプレーサロッドを上記高
温ディスプレーサに固定し、上記高温ディスプレーサロ
ッドを上記低温ディスプレーサロッドとして共用するこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヴィル
ミエヒートポンプ。
【請求項７】上記低温ディスプレーサロッドを上記低
温ディスプレーサに固定し、上記低温ディスプレーサロ
ッドを上記高温ディスプレーサロッドとして共用するこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のヴィル
ミエヒートポンプ。
【請求項８】上記ディスプレーサの振動系を構成する
ばねとして機械ばねを用い、ガスばねによる仕事損失を
除去したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記
載のヴィルミエヒートポンプ。
【請求項９】上記ディスプレーサの振動系を構成する
ばねとして機械ばねとガスばねを併用し、ガスばねによ
る仕事損失を減少させたことを特徴とする請求項１〜７
のいずれかに記載のヴィルミエヒートポンプ。