JPH09151790A - Free piston type vuilleumier cycle engine - Google Patents
Free piston type vuilleumier cycle engineInfo
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- JPH09151790A JPH09151790A JP33431595A JP33431595A JPH09151790A JP H09151790 A JPH09151790 A JP H09151790A JP 33431595 A JP33431595 A JP 33431595A JP 33431595 A JP33431595 A JP 33431595A JP H09151790 A JPH09151790 A JP H09151790A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacer
- low temperature
- temperature displacer
- gas spring
- high temperature
- Prior art date
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- Pending
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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
Description
【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a free piston type Wilmie cycle engine (hereinafter simply referred to as a free piston type VM engine), and more particularly, a free piston suitable for an air conditioner, a refrigerator, etc. by downsizing the entire VM engine. Formula VM engine.
【０００２】[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。
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、又冷
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。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６
ａ、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。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。2. Description of the Related Art Conventionally, the structure and operation of a free piston type VM engine of this type will be described with reference to FIG. The high temperature displacer 1 has a stepped rod in which a displacer piston rod 2 having a diameter a and a displacer piston rod 3 having a diameter b are connected in series, and the end of the displacer piston rod 3 is forcibly forced by a linear actuator 4 in the drawing. Driven up and down. On the other hand, on the outside of the cylindrical sleeves 5a and 5b,
From the top in the figure, the high temperature side high temperature part heat exchanger 6a, the high temperature side regenerator 7, the high temperature side middle temperature part heat exchanger 8, the low temperature side middle temperature part heat exchanger 9, the low temperature side regenerator 10 and the low temperature side low temperature part heat exchange. A heat exchanger 11 is provided, and the high temperature side middle temperature section heat exchanger 8 and the low temperature side middle temperature section heat exchanger 9 are integrated via a ring-shaped portion 12.
Further, a high temperature side cylindrical shell 13 and medium temperature side cylindrical shells 14a, 14b are arranged outside the high temperature side regenerator 7, the high temperature side intermediate temperature part heat exchanger 8, and the low temperature side intermediate temperature part heat exchanger 9, respectively. Further, the low temperature side regenerator 10 and the low temperature side low temperature part heat exchanger 11
A low temperature side cylindrical shell 15 is disposed on the outer side of and is isolated from the outside. An electric heater 6 is provided at the head of the high temperature side cylindrical shell 13 to take out heat from the high temperature side middle temperature section heat exchanger 8 and the low temperature side middle temperature section heat exchanger 9 for heating, and to cool the low temperature side low temperature side heat exchanger 9. Cold heat is applied from the partial heat exchanger 11. Water is arranged as a carrier medium outside each heat exchanger. Here, the working gas such as helium in the high temperature working space 16 and the middle temperature working space 17 heated by the electric heater 6 heats the outer water via the high temperature side middle temperature section heat exchanger 8, while the low temperature working space is heated. The working gas in 18 and the medium temperature working space 17 heats the outer water via the low temperature side medium temperature heat exchanger 9 and removes heat from the outer water via the low temperature side low temperature heat exchanger 11. At this time, the vertical movement of the high-temperature displacer 1 moves the working gas between the high-temperature operating space 16 and the intermediate-temperature operating space 17 to the high-temperature high-temperature heat exchanger 6a, the high-temperature regenerator 7, and the high-temperature intermediate-temperature heat exchanger. 8
Alternate through. Further, the vertical movement of the low temperature displacer 19 causes the working gas to pass between the low temperature operating space 18 and the intermediate temperature operating space 17 through the low temperature side low temperature part heat exchanger 11, the low temperature side regenerator 10 and the low temperature side intermediate temperature part heat exchanger 9. And let them alternate.
At that time, pressure change occurs due to a change in the ratio of the high temperature working gas and the low temperature working gas, but the low temperature displacer 19 is vibrated by the volume change caused by the difference in the diameters a and b of the displacer piston rods 2, 3. The cold displacer 19 operates so as to generate a force and maintain a certain phase difference from the hot displacer 1. At this time, the temperature of each operating space is kept constant by the heat storage action of each regenerator 7, 10. The output of the engine is each heat exchanger 6
The heat release and absorption of a, 8, 9 and 11 are used for heating and cooling. Further, 20 is an auxiliary mechanical spring for the low temperature displacer, 21 is a rod seal for the working space 18, 22 is a mechanical spring for the high temperature displacer, 23 is a buffer chamber for maintaining an appropriate pressure value, and 24 is a rod seal for the buffer chamber. , 25 are gas spring chambers in the low temperature displacer.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、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２２が機関外のバッフ
ァ室に設けられていたため、ＶＭ機関全体が大きくな
る。 又、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。By the way, the conventional free piston type VM engine has the following problems because it is configured as described above. Since the high temperature displacer mechanical spring 22 is provided in the buffer chamber outside the engine, the entire VM engine becomes large. Further, in the conventional case, since the displacer rod penetrates the low temperature chamber, it is necessary to dispose a seal portion, and there is a possibility that gas leakage or friction loss may occur in this seal portion. It is an object of the present invention to provide a free piston type VM engine that solves the above problems (problems) of the related art.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の高温部中温室と
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は、上記課題を解決するために、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のが望まし
い。A free-piston type Wilmier cycle engine, which is an external combustion engine using a regeneration cycle provided with a gas passage for communicating a high temperature medium greenhouse and a low temperature medium greenhouse, of the present invention is In order to solve the above problems, a low temperature displacer rod is made hollow to form a hollow chamber for housing the high temperature displacer rod, and a low temperature displacer is made hollow to form a gas spring chamber for the low temperature displacer, and the hollow chamber is a gas spring for the low temperature displacer. The gas spring chamber for the high temperature displacer was constructed so as to project into the chamber. In this case, in the above structure, a high temperature displacer mechanical spring is built in the high temperature displacer gas spring chamber, and a low temperature displacer mechanical spring mounted on the low temperature displacer rod is provided in the low temperature displacer gas spring chamber. It is desirable to do.
【０００５】[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である。又、１０７はガス通
路、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である。又、１１２はヒー
タ、１１３は高温側再生器、１１４は低温側再生器、１
１５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。本
発明のものでは、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するように構成した。さらに、上記
構成において、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を内蔵す
ると共に、低温側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１
１９を設けるように構成した。このため、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、又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。又、従来のＶＭ機関では機
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、本発明のものでは、機関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たので、
ＶＭ機関全体の構成が著しく小型化される。又、高温デ
ィスプレーサ用のガスばね及び低温ディスプレーサ用ガ
スばねをそれぞれ独立して設計できる。又、図１に示す
ように、ガス通路１０７により、高温部中温室と低温部
中温室とを連通することによりＶＭ機関として作動でき
る。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and the present invention will be specifically described below with reference to the same drawing. In the figure, 101 is a high temperature room, 102 is a high temperature middle greenhouse, 103 is a low temperature middle greenhouse, 104 is a low temperature room, 105
Is a gas spring chamber for the high temperature displacer, and 106 is a gas spring chamber for the low temperature displacer. Further, 107 is a gas passage, 108 is a high temperature displacer, 109 is a low temperature displacer, 110 is a high temperature displacer rod, 111
Is a cold displacer rod. Further, 112 is a heater, 113 is a high temperature side regenerator, 114 is a low temperature side regenerator, 1
15 is a high temperature radiator, 116 is a low temperature radiator,
Reference numeral 117 is a cooler, 118 is a mechanical spring for a high temperature displacer, and 119 is a mechanical spring for a low temperature displacer. In the present invention, as described above, the low temperature displacer rod is hollow to form a hollow chamber for housing the high temperature displacer rod, the low temperature displacer is hollowed to form a gas spring chamber for the low temperature displacer, and the hollow chamber is used for the low temperature displacer. The gas spring chamber for the high temperature displacer was configured to project into the gas spring chamber. Further, in the above configuration, the gas spring chamber 105 for the high temperature displacer
A mechanical spring 118 for a high-temperature displacer is built in the inside of the chamber, and a mechanical spring 1 for a low-temperature displacer mounted on the low-temperature displacer rod is mounted in the low-temperature gas spring chamber.
19 was provided. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary for the rod to penetrate the low temperature chamber, so that sealing is unnecessary, gas leakage is eliminated, and heat loss, mechanical loss due to friction, and the like are reduced. Further, in the present invention, the mechanical spring for the high temperature displacer, which is provided outside the engine in the conventional VM engine, is housed inside the low temperature displacer rod arranged inside the engine.
The configuration of the entire VM engine is significantly reduced. Further, the gas spring for the high temperature displacer and the gas spring for the low temperature displacer can be designed independently. Further, as shown in FIG. 1, the gas passage 107 allows the high temperature middle greenhouse and the low temperature middle greenhouse to communicate with each other, whereby the VM engine can be operated.
【０００６】[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するように構成した。また、さ
らに、上記構成において、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１１
８を内蔵すると共に、低温側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１１９を設け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、又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
たので、ＶＭ機関全体の構成が著しく小型化される。従
って、空調機及び冷凍機等に好適なフリーピストン式Ｖ
Ｍ機関が得られる。 高温側と低温側の各ガスばね及び機械ばねを、独立し
て適正な値に設計がすることができる。As described above, according to the present invention, the low temperature displacer rod is hollow to form a hollow chamber for accommodating the high temperature displacer rod, and the low temperature displacer is hollow to form a gas spring chamber for the low temperature displacer. The gas spring chamber for the high-temperature displacer was constructed so as to project into the gas spring chamber. Further, in the above structure, the high temperature displacer mechanical spring 11 is provided inside the high temperature displacer gas spring chamber 105.
8 is built in, and the mechanical spring 119 for the low temperature displacer mounted on the low temperature displacer rod is provided in the low temperature side gas spring chamber, so that the following excellent effects are obtained. Since it is not necessary for the rod to penetrate through the low temperature chamber as in the conventional case, no seal is required, gas leakage is eliminated, and heat loss, mechanical loss due to friction, etc. are reduced. In the present invention, the mechanical spring for the high temperature displacer, which is conventionally provided outside the VM engine, is housed inside the low temperature displacer rod arranged inside the engine, so that the overall configuration of the VM engine is significantly reduced in size. To be done. Therefore, a free piston type V suitable for air conditioners and refrigerators
M institution is obtained. Each of the high temperature side and low temperature side gas springs and mechanical springs can be independently designed to appropriate values.
【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。FIG. 1 is a vertical sectional front view showing a configuration of a free piston type VM engine according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a vertical sectional front view showing the configuration of a conventional free piston type VM engine.
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 105: Gas spring chamber for high temperature displacer 106: Gas spring chamber for low temperature displacer 107: Gas passage 108: High temperature displacer 109: Low temperature displacer 110: High temperature displacer rod 111: Low temperature displacer rod 118: Mechanical spring for high temperature displacer 119: For low temperature displacer Mechanical spring
Claims (2)
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。1. In a free piston type Wilmie cycle engine which is an external combustion engine using a regeneration cycle in which a gas passage for communicating between a high temperature medium greenhouse and a low temperature medium greenhouse is provided, the low temperature displacer rod is hollow. As a hollow chamber for housing the high-temperature displacer rod, and as a gas spring chamber for the low-temperature displacer by making the inside of the low-temperature displacer hollow.
A free piston type Wilmier cycle engine, characterized in that the hollow chamber is extended into a gas spring chamber for a low temperature displacer to form a gas spring chamber for a high temperature displacer.
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. A low-temperature displacer rod is hollow in a free-piston type Wilmie cycle engine, which is an external combustion engine using a regeneration cycle in which a gas passage is provided to connect a high temperature medium greenhouse and a low temperature medium greenhouse. As a hollow chamber for housing the high-temperature displacer rod, and as a gas spring chamber for the low-temperature displacer by making the inside of the low-temperature displacer hollow.
The hollow chamber is extended to a gas spring chamber for a low temperature displacer to form a gas spring chamber for a high temperature displacer, a mechanical spring for a high temperature displacer is built in the gas spring chamber for a high temperature displacer, and the low temperature displacer is housed in the gas spring chamber for a low temperature displacer. A free-piston type Wilmie cycle engine characterized in that a mechanical spring for a low temperature displacer mounted on a rod is provided.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33431595A JPH09151790A (en) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | Free piston type vuilleumier cycle engine |
| US08/755,954 US5737925A (en) | 1995-11-30 | 1996-11-25 | Free piston Vuillermier machine |
| DK96308577T DK0777044T3 (en) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Fristempel-Vuillermier machine |
| EP96308577A EP0777044B1 (en) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Free piston vuillermier machine |
| DE69611717T DE69611717T2 (en) | 1995-11-30 | 1996-11-27 | Vuillermier free piston machine |
| TW086101504A TW338097B (en) | 1995-11-30 | 1997-02-12 | Free piston vuillermier machine |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP33431595A JPH09151790A (en) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | Free piston type vuilleumier cycle engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09151790A true JPH09151790A (en) | 1997-06-10 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33431595A Pending JPH09151790A (en) | 1995-11-30 | 1995-11-30 | Free piston type vuilleumier cycle engine |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH09151790A (en) |
| TW (1) | TW338097B (en) |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW338097B (en) | 1998-08-11 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20041214 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050419 |