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JPH09151794A - Free piston type vuilleumier cycle engine - Google Patents

Free piston type vuilleumier cycle engine

Info

Publication number
JPH09151794A
JPH09151794A JP33431795A JP33431795A JPH09151794A JP H09151794 A JPH09151794 A JP H09151794A JP 33431795 A JP33431795 A JP 33431795A JP 33431795 A JP33431795 A JP 33431795A JP H09151794 A JPH09151794 A JP H09151794A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spring chamber
gas spring
high temperature
displacer
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.)
Granted
Application number
JP33431795A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3695814B2 (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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP33431795A priority Critical patent/JP3695814B2/en
Priority to US08/755,954 priority patent/US5737925A/en
Priority to DK96308577T priority patent/DK0777044T3/en
Priority to DE69611717T priority patent/DE69611717T2/en
Priority to EP96308577A priority patent/EP0777044B1/en
Publication of JPH09151794A publication Critical patent/JPH09151794A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3695814B2 publication Critical patent/JP3695814B2/en
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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

  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a free piston type Vuilleumier cycle engine which can reduce a capacity of a gas spring chamber for and a high temperature displacer can easily adjust this capacity. SOLUTION: An external combustion engine is constituted by using a regenerative cycle provided with a gas passage 7 for communication between high/low temperature part intermediate temperature chambers 2, 3. Here, a low temperature displacer rod 11 is formed hollowly as a hollow chamber storing a high temperature displacer rod 10, the inside of a low temperature displacer 9 is made hollowly to serve as a low temperature displacer use gas spring chamber 6, the hollow chamber is protruded in this spring chamber 6 to serve as a high temperature displacer use gas spring chamber 5, and a reservoir 22 adjusting a capacity of the spring chamber 5 is provided in the outside of the engine. Here, in lieu of the reservoir, high temperature gas spring chamber use cylinder and piston are provided, and in this piston, deformation can be taken such as providing a means adjusting a capacity of actuator or the like comprising movable/fixed magnet coils.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【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】従来のフリーピストン式VM機関は、図
4に示すように構成されていた。同図において、高温デ
ィスプレーサ101は直径aのディスプレーサピストン
ロッド102と直径bのディスプレーサピストンロッド
103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103の端部はリニアアクチ
ュエータ104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105a、105bの外側
には、図で上から順に高温側高温部熱交換器106a、
高温側再生器107、高温側中温部熱交換器108、低
温側中温部熱交換器109、低温側再生器110及び低
温側低温部熱交換器111が配設され、高温側中温部熱
交換器108と低温側中温部熱交換器109とはリング
形部112を介して一体となっている。さらに、高温側
再生器107、高温側中温部熱交換器108、低温側中
温部熱交換器109の外側には夫々高温側円筒形シェル
113、中温側円筒形シェル114a、114bが配設
され、また低温側再生器110及び低温側低温部熱交換
器111の外側には低温側円筒形シェル115が配設さ
れて外部と隔離される。高温側円筒形シェル113の頭
部には電気ヒータ106が設けられ、暖房用として高温
側中温部熱交換器108及び低温側中温部熱交換器10
9から熱を取り出し、また冷房用として低温側低温部熱
交換器111から冷熱を与えられる。搬送用媒体として
は水が夫々の熱交換器の外側に配設される。ここで、電
気ヒータ106により加熱された高温作動空間116及
び中温作動空間117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108を介して外側の水を加
熱し、一方低温作動空間118及び中温作動空間117
内の作動ガスは低温側中温部熱交換器109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111
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101の上下運動は作動ガスを高温作動空
間116と中温作動空間117との間を、高温側高温部
熱交換器106a、高温側再生器107及び高温側中温
部熱交換器108を通って交番させる。また、低温ディ
スプレーサ119の上下運動は作動ガスを低温作動空間
118及び中温作動空間117の間を、低温側低温部熱
交換器111、低温側再生器110及び低温側中温部熱
交換器109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10
2、103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119に加振力を生じ、高
温ディスプレーサ101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119が作動する。このとき、
各再生器107、110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
106a、108、109及び111の熱の放出、吸収
を暖房、冷房として利用するものである。また、120
は低温ディスプレーサ用補助機械ばね、121は作動空
間118のためのロッドシール、122は高温ディスプ
レーサ用機械ばね、123は適当な圧力値に保つための
バッフア室、124はバッフア室用ロッドシール、12
5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 A conventional free piston type VM engine has a structure as shown in FIG. In the figure, the high temperature displacer 101 has a stepped rod in which a displacer piston rod 102 of diameter a and a displacer piston rod 103 of diameter b are connected in series, and the end of the displacer piston rod 103 is forced by a linear actuator 104. It is driven up and down in the drawing. On the other hand, on the outside of the cylindrical sleeves 105a and 105b, the high temperature side high temperature section heat exchanger 106a,
A high temperature side regenerator 107, a high temperature side middle temperature part heat exchanger 108, a low temperature side middle temperature part heat exchanger 109, a low temperature side regenerator 110 and a low temperature side low temperature part heat exchanger 111 are provided, and a high temperature side middle temperature part heat exchanger is provided. 108 and the low temperature side intermediate temperature heat exchanger 109 are integrated via a ring-shaped portion 112. Further, the high temperature side regenerator 107, the high temperature side intermediate temperature heat exchanger 108, and the low temperature side intermediate temperature heat exchanger 109 are respectively provided with a high temperature side cylindrical shell 113 and medium temperature side cylindrical shells 114a and 114b, A low temperature side cylindrical shell 115 is disposed outside the low temperature side regenerator 110 and the low temperature side low temperature section heat exchanger 111 to be isolated from the outside. An electric heater 106 is provided on the head of the high temperature side cylindrical shell 113, and for heating, the high temperature side middle temperature section heat exchanger 108 and the low temperature side middle temperature section heat exchanger 10 are provided.
Heat is taken out from the heat exchanger 9, and cold heat is given from the low temperature side low temperature section heat exchanger 111 for cooling. Water is arranged as a carrier medium outside each heat exchanger. Here, the working gas such as helium in the high temperature working space 116 and the middle temperature working space 117 heated by the electric heater 106 heats the outer water through the high temperature side middle temperature part heat exchanger 108, while the low temperature working space is heated. 118 and medium temperature working space 117
The working gas inside heats the outside water via the low temperature side middle temperature section heat exchanger 109, and at the same time, the low temperature side low temperature section heat exchanger 111.
Takes heat from the outside water through. At this time, the vertical movement of the high-temperature displacer 101 moves the working gas between the high-temperature operating space 116 and the intermediate-temperature operating space 117 to a high-temperature high-temperature heat exchanger 106a, a high-temperature regenerator 107, and a high-temperature intermediate-temperature heat exchanger. Alternate through 108. The vertical movement of the low temperature displacer 119 causes the working gas to pass between the low temperature operating space 118 and the intermediate temperature operating space 117 through the low temperature side low temperature section heat exchanger 111, the low temperature side regenerator 110 and the low temperature side intermediate temperature section heat exchanger 109. And let them alternate. At that time, pressure changes due to a change in the ratio of the high temperature working gas to the low temperature working gas.
The volume change caused by the difference between the diameters a and b of 2, 103 causes an exciting force to the low temperature displacer 119, and the low temperature displacer 119 operates so as to maintain a certain phase difference with the high temperature displacer 101. At this time,
Due to the heat storage effect of each regenerator 107, 110, the temperature of each operating space is kept constant. The output of the engine is to utilize the heat release and absorption of the heat exchangers 106a, 108, 109 and 111 for heating and cooling. Also, 120
Is an auxiliary mechanical spring for a low temperature displacer, 121 is a rod seal for the working space 118, 122 is a mechanical spring for a high temperature displacer, 123 is a buffer chamber for maintaining an appropriate pressure value, 124 is a rod seal for the buffer chamber, 12
5 is a gas spring chamber 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。 また、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。 さらに、高温ディスプレーサ用ガスばね室の大きさを
小さくすることが要望されていた。 また、外部補機を一体化して装備できることも要望さ
れていた。 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 mechanical spring for the high temperature displacer was 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. Further, it has been desired to reduce the size of the gas spring chamber for the high temperature displacer. In addition, it has been demanded that an external auxiliary device can be integrally provided. 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】本発明は、上記課題を解
決するために、第1の発明としては、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、さらに外部に上記高温ディスプレー
サ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガスばね
室用リザーバを設けるよう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、第2の発明としては、第1
の発明の構成における高温ガスばね室用リザーバに代
え、上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整
するための、高温ガスばね室用シリンダ、高温ガスばね
室用ピストンを設け、この高温ガスばね室用ピストンを
可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成
るアクチュエータによって駆動す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、第3の発明
としては、第2の発明の構成において、さらに、上記ア
クチュエータと連動する外部補機用駆動機を付加するよ
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、第4の発明としては、上記各構成において、上記
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
ーサ用機械ばねを装着すると共に、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を設け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するようにしたもの
である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides, as a first invention, a regeneration cycle in which a gas passage for connecting a high temperature middle greenhouse and a low temperature middle greenhouse is provided. In a free-piston type Wilmie cycle engine that is an external combustion engine that uses a low temperature displacer rod as a hollow chamber for storing the high temperature displacer rod, and the low temperature displacer is hollow as a low temperature displacer gas spring chamber, A free piston in which a 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, and a reservoir for a high temperature gas spring chamber for adjusting the volume of the gas spring chamber for the high temperature displacer is externally provided. A second type invention is provided as the first invention.
In place of the high temperature gas spring chamber reservoir in the configuration of the invention, a high temperature gas spring chamber cylinder and a high temperature gas spring chamber piston for adjusting the volume of the high temperature displacer gas spring chamber are provided. There is provided a free piston type Wilmier cycle engine in which a piston for driving is driven by an actuator composed of a movable magnet coil and a fixed magnet coil. As a third invention, in the configuration of the second invention, the actuator further comprises: A fourth aspect of the present invention provides a free-piston type Vilmier cycle engine in which a drive device for an external auxiliary machine that is interlocked is added. In a fourth aspect of the present invention, a machine for high-temperature displacer is provided inside the gas spring chamber for high-temperature displacer. Install the spring and place it in the low temperature gas spring chamber. Is obtained so as to provide a free-piston Vuilleumier cycle engine was provided a low-temperature displacer for mechanical spring mounted on Saroddo.

【0005】第1の発明によれば、高温ディスプレーサ
用ガスばね室の大きさが小さくなり、機関全体がコンパ
クト化され、第2の発明によれば、高温ガスばね室リザ
ーバの代わりに設けられた高温ガスばね室用シリンダの
大きさが小さくなり、第3の発明によれば、外部補機を
別途装着する必要がなくなり、第4の発明によれば、V
M機関としての作動を、さらに安定させることができ
る。
According to the first aspect of the invention, the size of the gas spring chamber for the high temperature displacer is reduced and the entire engine is made compact. According to the second aspect of the invention, the high temperature gas spring chamber is provided in place of the reservoir. The size of the high temperature gas spring chamber cylinder is reduced, and according to the third invention, it is not necessary to separately install an external auxiliary machine. According to the fourth invention, V
The operation as the M engine can be further stabilized.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下、図1乃至図3に示す第1乃
至第4の各実施の形態により本発明を具体的に説明す
る。 第1の実施の形態:本発明の第1の実施の形態は図1に
示すように構成される。同図において、1は高温室、2
は高温部中温室、3は低温部中温室、4は低温室であ
る。5は高温ディスプレーサ用ガスばね室、6は低温デ
ィスプレーサ用ガスばね室である。また、7は高温部中
温室2と低温部中温室3とを連通するガス通路、8は高
温ディスプレーサ、9は低温ディスプレーサ、10は高
温ディスプレーサロッド、11は低温ディスプレーサロ
ッドである。また、12はヒータ、13は高温側再生
器、14は低温側再生器、15は高温部ラジエータ、1
6は低温部ラジエータ、17はクーラ、18は高温ディ
スプレーサ用機械ばね、19は低温ディスプレーサ用機
械ばねである。さらに、20はリザーバ用ガス通路、2
1は流量調整弁、22は高温ガスばね室用リザーバであ
る。本実施の形態のものでは、上記のように低温ディス
プレーサロッド11の内部を中空に形成して、高温ディ
スプレーサ用ガスばね室5とし、高温ディスプレーサ用
ガスばね室5の内部に高温ディスプレーサ用機械ばね1
8を装着すると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室
6内に低温ディスプレーサロッド11に装着される低温
ディスプレーサ用機械ばね19を設けると共に、機関の
外部に高温ディスプレーサ用ガスばね室5とガス通路2
0及び流量調整弁21を介して連通される高温ガスばね
室用リザーバ22を設けるように構成した点に、構成上
の特徴がある。本実施の形態では、上記のように、特に
高温ディスプレーサ用ガスばね室5と連通するガスばね
室用リザーバ22を外部に設けたので、その分だけ機関
内部に設けられる高温ディスプレーサ用ガスばね室5の
大きさは小さくなり、機関全体がコンパクト化される。
なお、高温ガスばね室用リザーバ22へ供給されるガス
は、流量調整弁21により所望の値に調整することがで
きる。また、従来のように低温室内をロッドが貫通する
構成ではないから、シールが不要となり、またガス漏れ
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。また、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、本実施の形態の
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、この点からもV
M機関全体の構成を小型化できる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the first to fourth embodiments shown in FIGS. First Embodiment: The first embodiment of the present invention is configured as shown in FIG. In the figure, 1 is a high temperature chamber, 2
Is a high temperature medium greenhouse, 3 is a low temperature medium greenhouse, and 4 is a low temperature chamber. Reference numeral 5 is a gas spring chamber for a high temperature displacer, and 6 is a gas spring chamber for a low temperature displacer. Further, 7 is a gas passage that connects the high temperature middle greenhouse 2 and the low temperature middle greenhouse 3 to each other, 8 is a high temperature displacer, 9 is a low temperature displacer, 10 is a high temperature displacer rod, and 11 is a low temperature displacer rod. Further, 12 is a heater, 13 is a high temperature side regenerator, 14 is a low temperature side regenerator, 15 is a high temperature part radiator, 1
6 is a low temperature radiator, 17 is a cooler, 18 is a high temperature displacer mechanical spring, and 19 is a low temperature displacer mechanical spring. Further, 20 is a gas passage for the reservoir, 2
Reference numeral 1 is a flow rate adjusting valve, and 22 is a reservoir for the high temperature gas spring chamber. In the present embodiment, as described above, the inside of the low temperature displacer rod 11 is formed hollow to form the high temperature displacer gas spring chamber 5, and the high temperature displacer mechanical spring 1 is placed inside the high temperature displacer gas spring chamber 5.
8, a mechanical spring 19 for the low temperature displacer mounted on the low temperature displacer rod 11 is provided in the gas spring chamber 6 for the low temperature displacer, and the gas spring chamber 5 for the high temperature displacer and the gas passage 2 are provided outside the engine.
0 and the high-temperature gas spring chamber reservoir 22 that communicates with each other via the flow rate adjusting valve 21. In the present embodiment, as described above, since the gas spring chamber reservoir 22 that communicates with the high temperature displacer gas spring chamber 5 is provided outside, the high temperature displacer gas spring chamber 5 provided inside the engine is correspondingly provided. Will be smaller and the entire engine will be more compact.
The gas supplied to the high temperature gas spring chamber reservoir 22 can be adjusted to a desired value by the flow rate adjusting valve 21. Further, since the rod does not penetrate the low temperature chamber as in the conventional case, no seal is required, gas leakage is eliminated, and heat loss and mechanical loss due to friction are reduced. Further, in the present embodiment, 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. V from the point
The configuration of the entire M engine can be downsized.

【0007】第2の実施の形態:本発明の第2の実施の
形態は、図2に示すように構成される。同図において、
第1の実施の形態と同等の構成については、図1と同一
の符号を付し、その説明は省略する。本実施の形態で
は、図2に示すように、第1の実施の形態の高温ガスば
ね室用リザーバ22の代わりに、高温ガスばね室用シリ
ンダ23とこの高温ガスばね室用シリンダ23に内蔵さ
れる高温ガスばね室用ピストン24、ピストン保持用ス
プリング25、可動マグネットコイル26及び固定マグ
ネットコイル27より成る高温ディスプレーサ用ガスば
ね室の容積調整手段をシリンダ用ガス通路20aに流量
調整弁21を介して連結するようにした点に、その構成
上の特徴がある。本実施の形態では、高温ディスプレー
サ用ガスばね室の容積調整手段による調整は、高温ガス
ばね室用ピストンを可動マグネットコイル及び固定マグ
ネットコイルから成るアクチュエータにより駆動するこ
とで行うから、容積が固定型である第1の実施の形態の
高温ガスばね室用リザーバに比べ、高温ガスばね室用シ
リンダの大きさを小さくできる。なお、高温ガスばね室
用シリンダ23に供給されるガスは、流量調整弁21に
より所望の値に調整することができる。また、シールが
不要となり、また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点は第1の実施の形態のも
のと同様である。
Second Embodiment: The second embodiment of the present invention is constructed as shown in FIG. In the figure,
The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 1, and the description thereof will be omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, instead of the high temperature gas spring chamber reservoir 22 of the first embodiment, a high temperature gas spring chamber cylinder 23 and a high temperature gas spring chamber cylinder 23 are built in. A high-temperature displacer gas spring chamber volume adjusting means including a high-temperature gas spring chamber piston 24, a piston holding spring 25, a movable magnet coil 26, and a fixed magnet coil 27 is provided in a cylinder gas passage 20a via a flow rate adjusting valve 21. The feature of the structure is that they are connected. In the present embodiment, since the volume adjusting means for adjusting the volume of the gas spring chamber for the high temperature displacer is performed by driving the piston for the high temperature gas spring chamber by the actuator composed of the movable magnet coil and the fixed magnet coil, the volume is fixed. The size of the cylinder for the high temperature gas spring chamber can be made smaller than that of the reservoir for the high temperature gas spring chamber according to the first embodiment. The gas supplied to the high temperature gas spring chamber cylinder 23 can be adjusted to a desired value by the flow rate adjusting valve 21. Further, as in the first embodiment, a seal is unnecessary, gas leakage is eliminated, and heat loss and mechanical loss due to friction are reduced.

【0008】第3の実施の形態:本発明の第3の実施の
形態は、図3に示すように構成される。同図において、
第2の実施の形態と同等の構成については、図2と同一
の符号を付し、その説明は省略する。本実施の形態で
は、図3に示すように、第2の実施の形態の構成におい
て、さらに、上記アクチュエータと連動する外部補機用
駆動機を追加したものである。なお、この外部補機用駆
動機は空気ブロワ及び水ポンプなどに利用可能であり、
図示のように補機シリンダ38、補機ピストン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より構成され、必要によ
り補機ピストン39にクランク機構を付加するようにし
ても良い。本実施の形態で設けられる高温ガスばね室用
シリンダのアクチュエータと連動する補機シリンダ等の
補機の存在により、VM機関に通常、別途設けられる外
部補機は不要となった。なお、本実施の形態でも、高温
ガスばね室用シリンダ23に供給されるガスは、流量調
整弁21により所望の値に調整することができ、また、
シールが不要となり、また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点は第1の実施の
形態のものと同様である。
Third Embodiment: A third embodiment of the present invention is constructed as shown in FIG. In the figure,
The same components as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIG. 2, and the description thereof will be omitted. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, in addition to the configuration of the second embodiment, an external accessory drive unit that works in conjunction with the above-mentioned actuator is added. This external auxiliary drive can be used for air blowers, water pumps, etc.,
As shown in the figure, the auxiliary machine cylinder 38, the auxiliary machine piston 39, the piston holding spring 40, the diaphragm 41, the suction port 42, and the discharge port 43 are included, and a crank mechanism may be added to the auxiliary machine piston 39 if necessary. good. Due to the existence of the auxiliary machine such as the auxiliary machine cylinder that interlocks with the actuator of the cylinder for the high temperature gas spring chamber provided in the present embodiment, the external auxiliary machine usually provided separately in the VM engine becomes unnecessary. Also in this embodiment, the gas supplied to the high temperature gas spring chamber cylinder 23 can be adjusted to a desired value by the flow rate adjusting valve 21, and
As in the first embodiment, the seal is not required, gas leakage is eliminated, and heat loss and mechanical loss due to friction are reduced.

【0009】第4の実施の形態:本実施の形態は、上記
の第1乃至第3の実施の形態の構成において、図1乃至
図3に示すようにように高温ディスプレーサ用ガスばね
室5内部に高温ディスプレーサ用機械ばね18を装着す
ると共に、低温ディスプレーサ用ガスばね室6内に低温
ディスプレーサロッド11に装着される低温ディスプレ
ーサ用機械ばね19を設けるように構成したものであ
る。このようにすれば、ガスばねの作用に加えて、機械
ばねの作用が助長されるので、VM機関の作動は、さら
に安定となる。
Fourth Embodiment: In this embodiment, in the structure of the first to third embodiments, as shown in FIGS. 1 to 3, inside the gas spring chamber 5 for the high temperature displacer. A mechanical spring 18 for a high temperature displacer is mounted on the above, and a mechanical spring 19 for a low temperature displacer mounted on a low temperature displacer rod 11 is provided in the gas spring chamber 6 for a low temperature displacer. By doing so, the action of the mechanical spring is promoted in addition to the action of the gas spring, so that the operation of the VM engine becomes more stable.

【0010】[0010]

【発明の効果】本発明は上記のように、まず、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する構成とし
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、また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
VM機関が得られる。さらに、本発明のものでは、上記
構成に加えて、機関外部に上記高温ディスプレーサ用ガ
スばね室の容積を調整するためのガスばね室用リザーバ
またはガスばね室用ピストン、可動マグネットコイル及
び固定マグネットコイルから成るアクチュエータ等の高
温ディスプレーサ用ガスばね室の容積調整手段を設ける
ように構成したので、次のような優れた効果も併せ有す
る。 第1の発明によれば、高温ディスプレーサ用ガスばね
室の大きさが小さくなり、機関全体がコンパクト化され
る。 第2の発明によれば、上記第1の発明の効果に加え、
高温ガスばね室リザーバの代わりに設けられた高温ガス
ばね室用シリンダの大きさが小さくなる。 第3の発明によれば、上記第2の発明の効果に加え、
外部補機を別途装着する必要がなくなる。 第4の発明によれば、上記第3の発明の効果に加え、
VM機関としての作動は、さらに安定となる。
As described above, according to the present invention, first, the low temperature displacer rod is hollowed to form a hollow chamber for accommodating the high temperature displacer rod, and the low temperature displacer is hollowed to form a gas spring chamber for the low temperature displacer. Therefore, it has the following excellent effects. Since the rod does not need to penetrate through the low temperature chamber as in the past, there is no need for a seal and there is no gas leakage.
Mechanical loss due to heat loss and friction is 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 VM engine suitable for an air conditioner, a refrigerator, etc. can be obtained. Further, according to the present invention, in addition to the above configuration, a gas spring chamber reservoir or a gas spring chamber piston for adjusting the volume of the high temperature displacer gas spring chamber outside the engine, a movable magnet coil and a fixed magnet coil. Since the volume adjusting means for the gas spring chamber for the high temperature displacer such as the actuator is provided, it also has the following excellent effects. According to the first aspect of the present invention, the size of the gas spring chamber for the high temperature displacer is reduced, and the entire engine is made compact. According to the second invention, in addition to the effects of the first invention,
The size of the hot gas spring chamber cylinder provided in place of the hot gas spring chamber reservoir is reduced. According to the third invention, in addition to the effects of the second invention,
Eliminates the need to install external auxiliary equipment separately. According to the fourth invention, in addition to the effects of the third invention,
The operation as the VM engine becomes more stable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の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 the configuration of a free piston type VM engine according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の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. 2 is a vertical sectional front view showing the configuration of a free piston type VM engine according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の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. 3 is a vertical sectional front view showing the configuration of a free piston type VM engine according to a third embodiment of the present invention.

【図4】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. 4 is a vertical sectional front view showing the configuration of a conventional free piston type VM engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

5:高温ディスプレーサ用ガスばね室 6:低温ディスプレーサ用ガスばね室 7:ガス通路 8:高温ディスプレーサ 9:低温ディスプレーサ 10:高温ディスプレーサロッド 11:低温ディスプレーサロッド 18:高温ディスプレーサ用機械ばね 19:低温ディスプレーサ用機械ばね 20:リザーバ用ガス通路 20a:シリンダ用ガス通路 21:流量調整弁 22:高温ガスばね室用リザーバ 23:高温ガスばね室用シリンダ 24:高温ガスばね室用ピストン 25:ピストン保持用スプリング 26:可動マグネットコイル 27:固定マグネットコイル 38:補機シリンダ 39:補機ピストン 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 5: Gas spring chamber for high temperature displacer 6: Gas spring chamber for low temperature displacer 7: Gas passage 8: High temperature displacer 9: Low temperature displacer 10: High temperature displacer rod 11: Low temperature displacer rod 18: Mechanical spring for high temperature displacer 19: For low temperature displacer Mechanical spring 20: Gas passage for reservoir 20a: Gas passage for cylinder 21: Flow control valve 22: Reservoir for high temperature gas spring chamber 23: Cylinder for high temperature gas spring chamber 24: Piston for high temperature gas spring chamber 25: Piston holding spring 26 : Moving magnet coil 27: Fixed magnet coil 38: Auxiliary machine cylinder 39: Auxiliary machine piston 40: Piston holding spring 41: Diaphragm 42: Suction port 43: Discharge port

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、さらに外
部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整
するための、高温ガスばね室用リザーバを設けるようし
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.
The hollow chamber is extended into the low temperature displacer gas spring chamber to form a high temperature displacer gas spring chamber, and a high temperature gas spring chamber reservoir for adjusting the volume of the high temperature displacer gas spring chamber is provided outside. Free piston type Wilmier cycle engine characterized by.
【請求項2】 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、さらに外
部に上記高温ディスプレーサ用ガスばね室の容積を調整
するための、高温ガスばね室用シリンダ、高温ガスばね
室用ピストンを設け、この高温ガスばね室用ピストンを
可動マグネットコイル及び固定マグネットコイルから成
るアクチュエータによって駆動す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.
A cylinder for high temperature gas spring chamber, a high temperature gas spring chamber for adjusting the volume of the gas spring chamber for high temperature displacer to the outside by projecting the hollow chamber into the gas spring chamber for low temperature displacer. A free piston type Wilmie cycle engine, characterized in that a piston for a high temperature gas spring chamber is provided, and the piston for a high temperature gas spring chamber is driven by an actuator composed of a movable magnet coil and a fixed magnet coil.
【請求項3】 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、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、また外部に上記高温ディスプ
レーサ用ガスばね室の容積を調整するための、高温ガス
ばね室用シリンダ、高温ガスばね室用ピストンを設け、
この高温ガスばね室用ピストンを可動マグネットコイル
及び固定マグネットコイルから成るアクチュエータによ
って駆動するようにし、さらに、上記アクチュエータと
連動する外部補機用駆動機を付加す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。
3. A low-temperature displacer rod is hollow in a free-piston Wilmie cycle engine, which is an external combustion engine that uses 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, the hollow chamber overhangs the low-temperature displacer gas spring chamber as a high-temperature displacer gas spring chamber, and for adjusting the volume of the high-temperature displacer gas spring chamber outside, Provide a cylinder for high temperature gas spring chamber, a piston for high temperature gas spring chamber,
A free piston characterized in that the piston for the high temperature gas spring chamber is driven by an actuator composed of a movable magnet coil and a fixed magnet coil, and further, a drive machine for an external auxiliary machine interlocking with the actuator is added. Formula Wilmier Cycle Organization.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の再生
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、 上記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装着すると共に、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。
4. A free piston type Wilmie cycle engine, which is an external combustion engine using the regeneration cycle according to any one of claims 1 to 3, wherein a mechanical spring for a high temperature displacer is provided inside the gas spring chamber for the high temperature displacer. A free piston type Wilmier cycle engine characterized in that a mechanical spring for a low temperature displacer mounted on the low temperature displacer rod is provided in the low temperature side gas spring chamber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100477352B1 (en) * 1997-02-20 2005-07-18 산요덴키가부시키가이샤 Pre-piston type viru cycle engine

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