JPH07198218A - フリ−ピストン式熱ガス機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 熱ガス機関の各ピストンの不釣合により生ず
る振動を吸収し，耐久性の向上を図る。 【構成】 作動ガス封入のケ−シング１０１と，ケ−シ
ング１０１内を高温室４３，中温室４４，４５と低温室
４６とに区画する高温側ディスプレ−サ４１Ｈ，ガス流
路内配置の作動ガス加熱用の高温側熱交換器１１１と高
温側再生器１１２，中温側熱交換器１１３，ガス流路内
配置の低温側熱交換器１１４，低温側再生器１１５及び
中温側熱交換器１１６を備え，ディスプレ−サ４１Ｈ，
４１Ｌをばね５４，５５により支えた熱ガス機関や中温
室或いは連通部ガス流路と連結する補助シリンダやピス
トンを追加し，この補助ピストンを４１Ｈ，４１Ｌと同
様ばねで支え，ばね６４により支えられたバランサとし
ての機能をもつダンパ６２を設け振動を低減するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，低温熱源，中温熱源，
高温熱源の間で動作し，作動ガスが移動することによ
り，高温熱源より得た熱エネルギ−（熱仕事）によっ
て，低温熱源から吸熱するとともに中温熱源に放熱を行
うフリ−ピストン式熱ガス機関の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱ガス機関としては，例えば，特
開平５−１５７３８５号公報，特開平５−１５７３８６
号公報，特開平５−１５７３８７号公報及び特開平５−
１５７３８８号公報に記載されているようなものがあ
る。これらに示されている熱ガス機関は，高温側ディス
プレ−サや低温側ディスプレ−サを往復動させる手段と
してはクランク機構を利用している。この様なクランク
機構を利用する場合には，各ディスプレ−サや補助ピス
トンの位相やストロ−クを正確に規定できるため便利で
あるが，反面これらの機構部品を収納するケ−スが必要
で，このため機器の寸法が大きくなったり，重量の増加
を招く上，クランク機構の軸受を始めとする運動を支え
る部品に負担がかかりそれらの耐久性を低下させる。さ
らに，クランク機構を利用した機器では，各ピストンの
往復動慣性力の不釣合いが課題となり，この慣性力の解
消は設計的に難しい技術となっている。通常この課題解
決のために釣合錘を用いる方法が採用されるが，この方
法で解決できるケ−シングは特定な場合に限られ，しか
も一次の慣性力だけが対象である。したがって，現実に
はどの程度の不釣合いが許容されるかの検討になる場合
が多く機器の振動を解消できず，しかも釣合錘の重量分
機器の重量が増すことになる。一方，これらの機構的な
課題を解決する方法として，各ディスプレ−サをばね等
の可撓体で支持する構成例が，下記の文献（１）〜
（５）に記載されている。

【０００３】(１)S.Schulz, “A Linear Model of a Fr
ee-Piston Vuillermier MachineCompared to Experimen
tal Result of a Prototype", Proc. ofthe 27th Inter
national Conference of Energy Conversion,1992 (２)S.Schulz, “Development of a Free Piston Vuill
eumier Machine forCooling Purposes", Proc. of the
5th InternationalStirling Engine Conference, 1990 (３)J.P.Budliger, “Stirling Heat Pump System with
Resonance Tube", 6thInternational Stirling Engine
Conference, May 1993.Eindhoven, Netherland, ｐ.25
-30 (４)土居良規ほか, 「熱駆動ヒ−トポンプ」, 特公平５
−６２６号公報 (５)D.M.Berchowitz, “The Design,Development and P
erformance of a DuplexStirling Natural Gas Liquefi
er", Proc. of the 17thInternational Conference of
Energy Conversion, 1982,ｐ.1784-1789 図１３は，文献（１）に示されている当該機器の構成を
示す概念図で，ケ−シングは図示を省略している。同図
において，１Ｌは低温側ディスプレ−サ，１Ｓはその支
持用の機械ばね，２Ｈは高温側ディスプレ−サ，２Ｓは
その支持用の機械ばね，また，３ａは低温側熱交換器，
３ｂは低温側再生器，３ｃは低温側中温熱交換器，４ａ
は高温側熱交換器，４ｂは高温側再生器，４ｃは高温側
中温熱交換器であり，さらにディスプレ−サ１Ｌ，２Ｈ
相互はガスばね５にて支持されている。

【０００４】図１４は，文献（２）に示されている当該
機器の構成を示す縦断正面図で，同図において，６Ｌは
低温側ディスプレ−サ，７Ｈは高温側ディスプレ−サ，
８はヒ−タ，９は熱交換器，１０は再生器，１１は水ジ
ャケット，１２は外部ジャケット，１３は結合ロッド，
１４はスタ−タである。この場合は一つのディスプレ−
サ６Ｌを機械ばねＳ１でケ−シングに支えると共に，さ
らに各ディスプレ−サ６Ｌ，７Ｈ同士を機械ばねＳ２に
て支持している。図１５は，文献（３）に示されている
当該機器の二つのディスプレ−サを機械ばねでケ−シン
グに支持した場合の概念図で，同図において，１５はケ
−シング，１６Ｈは高温側ディスプレ−サ，１７Ｌは低
温側ディスプレ−サ，１６Ｓ，１７Ｓは夫々機械ばね，
１８は共鳴管，１９は高温側再生器，２０は高温側中温
熱交換器，２１は低温側中温熱交換器，２２は低温側再
生器，２３は低温側熱交換器である。このように二つの
ディスプレ−サをケ−シングに可撓体で支える方法とし
ては，図１３〜図１５に示す３通りのものが考えられ
る。

【０００５】図１６に示すものは，文献（４）の特公平
５−６５６号公報に見られる実施例で，同図において，
２４は熱駆動ヒ−トポンプのケ−シング，２５Ｈ及び２
５Ｌは夫々ケ−シング２４内に同軸的に設けられた高温
側シリンダ及び低温側シリンダ，２６Ｈ及び２６Ｌは各
々高温側ディスプレ−サ，低温側ディスプレ−サ，２７
Ｈ，２７Ｍ及び２７Ｌは夫々高温室，中温室及び低温室
である。２８Ｈ及び２８Ｌは夫々高温側作動ガス流路及
び低温側作動ガス流路，２９Ｈ及び２９Ｌは夫々各流路
２８Ｈ及び２８Ｌに設けられる高温側熱交換器及び低温
側熱交換器，３０Ｈ及び３０Ｌは夫々高温側再生器及び
低温側再生器，３１Ｈ及び３１Ｌは夫々高温側中温熱交
換器及び低温側中温熱交換器，３２はケ−シング２４と
一体になった隔壁，３２Ｈ及び３２Ｌは夫々高温側及び
低温側のディスプレ−サガイド，３３Ｈ及び３３Ｌは夫
々高温側ガスばね室及び低温側ガスばね室で，これらの
各ガスばね室３３Ｈ及び３３Ｌがガスばねの機能を有す
るものである。即ち，図１６に示したものは，図１５の
ものと実質上，同じ構成であり，可撓体が機械ばねから
ガスばねに置換されたものといえる。

【０００６】図１７は文献（５）に示されている，図１
３から図１６に示したものとはタイプが異なる当該機器
の部分断面図を示したものであり，２６Ｈは高温側ディ
スプレ−サ，２７Ｌは低温側ディスプレ−サ，２８Ｐは
パワ−ピストン，２８ａは液化熱交換器，２８ｂは低温
側再生器，２８ｃは中温側熱交換器，２８ｄはエンジン
ク−ラ，２８ｅは高温側再生器，２８ｆは加熱器であ
る。二つのディスプレ−サ２６Ｈ，２７Ｌと一つのパワ
−ピストン２８Ｐは夫々ガスばね（図示しない）にて支
えられている。さらに，本熱ガス機関の下部には上記振
動を基礎に伝えないよう防振装置（図示しない）が配置
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで，上記の従来
技術のものでは，クランク機構がないため構造が簡単で
小型軽量に向いているが，各ディスプレ−サやパワ−ピ
ストンの慣性力の釣合いに対しては考慮されておらず，
運動部品が同軸上に配置されているため不釣合いの慣性
力は中心軸上に限られる。従って，この不釣合い慣性力
による振動を基礎に伝えないために，文献５に示されて
いるような防振装置を採用することが一般的となってい
る。しかし，このような防振装置では，不釣合い慣性力
による振動が基礎に伝わることはないが，機器に付属さ
れる補機や配管に運転中を通して上記振動による荷重が
働き耐久性に欠けるものとなる。本発明が対象とする熱
ガス機関（熱駆動型ヒ−トポンプとも呼ばれる）は，燃
焼などの高温熱源を駆動源として冷暖房を行う機器であ
って，その最大の特徴は，冷媒に気体（ヘリウムや窒素
など）を使用することで，フロンを一切使用しないこと
である。しかるに，一般の冷暖房に使用されているフロ
ンを冷媒としたランキンサイクル冷凍機（蒸発式冷凍
機）に比べて出力密度（単位重量当りの出力）が小さい
ことが欠点として上げられる。このことは，一般の冷凍
機に比べて大型で重量も大となるため，商品化にあたっ
て据え付けスペ−スの確保やコスト面で不利である。こ
の点を改善するためにばね手段による駆動方式が提案さ
れているが，慣性力の釣合に課題を残しているが，前記
した従来例のものとは，機構が相違するから，従来例の
防振装置をそのまま適用するわけにはいかない。本発明
は，以上述べた点を踏まえ，静粛で出力密度の高い小型
軽量なフリ−ピストン式熱ガス機関を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のフリ−ピストン
式熱ガス機関は，上記課題を解決するもので，作動ガス
が封入されたケ−シングと，このケ−シング内を高温室
と中温室と低温室とに区画する高温側ディスプレ−サお
よび低温側ディスプレ−サと，高温室と中温室をつなぐ
ガス流路に配置された作動ガス加熱用の高温側熱交換器
と高温側再生器および中温側熱交換器と，低温室と中温
室をつなぐガス流路に配置された低温側熱交換器と低温
側再生器及び中温側熱交換器とを備え，二つのディスプ
レ−サをばね手段によって支えた熱ガス機関やこの機関
に中温室あるいは連通部ガス流路と連結するように補助
シリンダおよび補助ピストンを追加し，この補助ピスト
ンを前記の高温側ディスプレ−サおよび低温側ディスプ
レ−サと同様にばね手段で支え，ばね手段によって支え
られたバランサとしての機能を有するダンパを設置し機
器の振動を低減するように構成した。この場合，さら
に，上記ダンパを支えるばね手段に減衰装置を設けた
り，この減衰装置の減衰係数を調整可能としたり，ある
いは，上記ダンパを支えるばね手段のばね定数を調整可
能とする等の各種の変形が考えられる。

【０００９】

【作用】本発明によるフリ−ピストン式熱ガス機関で
は，高温側，低温側の各ディスプレ−サおよび場合によ
っては補助ピストンは外部から機械的駆動力を与えなく
ても，作動ガスの変動圧力と一定圧力に保たれた空間と
の間に働く力や，両ディスプレ−サに働く可撓体の力
や，ディスプレ−サに働く摩擦，流路を作動ガスが流れ
る時の抵抗に起因する減衰力等が釣合った状態で持続振
動をする。また，上記各ディスプレ−サとピストンの持
続振動によって生じる作動ガスの移動と各作動空間の温
度により本機関は熱の移動を引き起こすと共に，付加さ
れたダンパによる吸振作用により静粛な運転が可能とな
る。さらに，上記ダンパを支えるばね手段に減衰装置を
設けたり，この減衰装置の減衰係数を調整可能とした
り，あるいは，上記ダンパを支えるばね手段のばね定数
を調整可能とする等の各種の変形を施すようにすれば，
このような付加手段によって吸振作用は適正なものに調
整されるから，熱機関をさらに静粛に運転させることが
できる。

【００１０】

【実施例】以下，図面を参照して本発明の各実施例を説
明する。尚，各実施例において対応部分については同一
符号を付してその説明は省略する。 （第１実施例）図１を参照して本発明の第１実施例を説
明する。本実施例において，１０１，１０２及び１０３
はそれそれ熱ガス機関のケ−シングで，これらはボルト
により結合されるか一体成形されるなどの方法により相
互に連続し集積化されている。このケ−シング１０１中
の各シリンダ相当部には高温側ディスプレ−サ４１Ｈ，
低温側ディスプレ−サ４１Ｌが設けられ，これらによっ
てケ−シング１０１内部は高温室４３，中温室４４，４
５，低温室４６とバッファ室４２に区画されている。二
つのディスプレ−サ４１Ｈ，４１Ｌには，それらの往復
運動をガイドし，かつ内部の作動ガスをシ−ルするため
夫々高温シ−ル群４７と低温シ−ル群４８とが付設さ
れ，バッファ室４２には高温ディスプレ−サ４１Ｈに接
続されたロッド４９と低温ディスプレ−サに接続された
ロッド５０が夫々運動をガイドし，各室をシ−ルするた
めのシ−ル群５１，５２が付設されている。ケ−シング
１０２の中には高温側の熱交換を行う加熱器１１１，高
温側再生器１１２及び高温側放熱器１１３が，またケ−
シング１０３の中には低温側の熱交換を行う冷却器１１
４，低温側再生器１１５及び低温側放熱器１１６が，夫
々設けられている。バッファ室を除く各室と配管はボル
トで結合するかあるいは一体成形されて作動ガス流路５
３を形成している。

【００１１】二つのディスプレ−サ４１Ｈ及び４１Ｌは
本図ではばね手段の一例である機械ばね５４，５５によ
ってケ−シング１０１と一体化されたバッファ室容器に
支持されているが，これらの機械ばねはガスばねでも，
また機械ばねとガスばねの組み合せでもよく，さらに夫
々反対側，即ち，高温室あるいは低温室に設けてもよ
い。上記二つのディスプレ−サは所定の共振周波数にお
いて，ばね手段によって高温側ディスプレ−サに対して
低温側ディスプレ−サの位相が９０度程度遅れるように
設定するものとする。ケ−シング１０１の底部には本発
明による吸振装置６０のケ−シング６１が一体成形ある
いはボルト結合されて固着されている。このケ−シング
６１の中には所定の質量を有するダンパ６２（所定の質
量ｍｄを有するダンパ。なお，以下に示すすべての実施
例において，ダンパは所定の質量を有するので，以下で
はこのことを特に記載しない）と，このダンパ６２の往
復方向の運動により上記ケ−シング６１と金属接触して
ケ−シング６１の内壁を摩耗することを避けるためのク
ッション的機能を有するガイド６３と，このダンパ６２
を支持する機械ばね６４とが設けられている。なお，本
図では，ばね手段としての機械ばね６４はダンパ６２の
上部に設けたが，機械ばね６４をダンパ６２の下部に設
けても効果は変わらない。また，上記ダンパ６２とケ−
シング６１との金属接触を避けるため上記ガイド６３を
設ける代わりにケ−シング６１の内面に充填剤入りふっ
そ樹脂，例えばＰＴＦＥなどの樹脂の皮膜を形成するよ
うにしても良い。なお，吸振装置６０のケ−シング６１
は，吸振作用の方向を規制すると共にダンパとばねの保
護を行うためのものであり，その底壁又は側壁に小穴６
５ａ又は６５ｂを形成することにより，ケーシング内で
の気体の圧縮を防止することができる。

【００１２】図２は上記第１実施例のばね手段を機械ば
ねとガスばねの併用として，二つのガスばね室をケ−シ
ングの中央部に設けた例を解析モデルとして模式的に示
したものである。なお，図２中，以下の解析に関係する
主要構成部分についての符号は図１と対応する符号を付
して示してある吸振装置の固有振動数は，ケ−シング１
０１の振幅が０乃至最小になるように多質点系振動解析
技術を利用した以下の振動解析手法により設計される。
二つのディスプレ−サ４１Ｈ及び４１Ｌと，これらディ
スプレ−サを収納するケ−シング１０１と，ダンパ６２
に対する運動方程式は同図に示した各符号を用いて，次
の式（１）乃至式（４）に示すようなものとなる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】また，外力により生ずる定常状態が次の式
（５）乃至（８）で示される調和運動であると仮定す
る。 ｘｈ＝ａｈｓｉｎ（ω₀ｔ） （５） ｘｃ＝ａｃｓｉｎ（ω₀ｔ＋φｃ） （６） ｘｅ＝ａｅｓｉｎ（ω₀ｔ＋φｅ) （７） ｘｄ＝ａｄｓｉｎ（ω₀ｔ＋φｄ) （８）

【００１８】但し，上記各式の符号は以下の通りであ
る。 ｍｈ：高温ディスプレ−サ質量 ｍｃ：低温ディスプレ−サ質量 ｍｅ：ケ−シング質量 ｍｄ：ダイナミックダンパ質量 Ｃｈ：高温ディスプレ−サ減衰係数 Ｃｃ：低温ディスプレ−サ減衰係数 Ｃｅ：ケ−シング減衰係数 Ｃｄ：ダイナミックダンパ減衰係数 Ａｈ：高温ロッド面積 Ａｃ：低温ロッド面積 Ｐｇｈ：高温ガスばね室ガス圧力 Ｐｇｃ：低温ガスばね室ガス圧力 Ｐ：作動室ガス圧力 Ｋｈ：高温側ばね定数 Ｋｃ：低温側ばね定数 Ｋｄ：ダンパばね定数 ｘｈ：高温ディスプレ−サ変位 ｘｃ：低温ディスプレ−サ変位 ｘｅ：ケ−シング変位 ｘｄ：ダンパ質量変位 ａｈ：高温ディスプレ−サ振幅 ａｃ：低温ディスプレ−サ振幅 ａｅ：ケ−シング振幅 ａｄ：ダンパ振幅 φｃ：低温側ピストン位相（本発明の場合０〜−９０
度） φｅ：ケ−シング位相 φｄ：ダンパ位相 そして，本発明では境界条件をｘｅが０（即ち無減衰ダ
ンパＣｄが０）か又は最小（即ち減衰ダンパでＣｄは０
以外）として上記式（１）乃至式（８）により各数値を
決定していくことになる。上記式（１）および式（２）
中の外力Ａｈ(Ｐｇｈ-Ｐ)とＡｃ(Ｐｇｃ-Ｐ)等は，ガス
ばね室にあるいはバッファ室にロッドを挿入して，ガス
ばね室あるいはバッファ室と作動室の差圧を得ることが
できる。

【００１９】（第２実施例）次に，図３を参照して本発
明の第２実施例を説明する。７０は補助シリンダ手段で
あり，これは補助ケ−シング１０４の中に補助ピストン
７２とこれを支承する機械ばね７１あるいはその他のば
ね手段と補助ピストン７２の往復動をガイドし，上部補
助作動室７３，下部補助作動室７４の気密を保つための
シ−ル群７５とを設けて構成されている。上部補助作動
室７３と作動ガス流路７６は配管あるいは一体成形され
て作動ガス流路５３により接続され相互に連通し，下部
補助作動室７４とバッファ室４２は配管あるいは一体成
形されてガス流路７７により接続され相互に連通してい
る。本実施例における，三つの機械ばね５４，５５及び
７１は，所定の共振周波数において高温側ディスプレ−
サ４１Ｈに対する低温側ディスプレ−サ４１Ｌの位相が
約０度あるいは約１８０度遅れるように，かつ高温側デ
ィスプレ−サ４１Ｈに対する低温側ディスプレ−サ４１
Ｌの位相遅れが約０度の場合には高温側ディスプレ−サ
４１Ｈに対する補助ピストン７２の位相が０度から１８
０度遅れるように，あるいは高温側ディスプレ−サ４１
Ｈに対する低温側ディスプレ−サ４１Ｌの位相が約９０
度遅れる場合には高温側ディスプレ−サ４１Ｈに対する
補助ピストン７２の位相が９０度から１８０度遅れるよ
うに設定するものとする。

【００２０】二つのディスプレ−サ４１Ｈ及び４１Ｌは
本実施例ではばね手段の一例である機械ばね５４，５５
によってケ−シング１０１と一体化されたバッファ室容
器に支持されているが，これらの機械ばねはガスばねで
も，また機械ばねとガスばねの組み合せでもよい。さら
に，夫々反対側，即ち，高温室あるいは低温室に設ける
ように変更してもよい。なお，ケ−シング１０１の底部
には，本発明による吸振装置６０のケ−シング６１が固
着されている。この吸振装置６０の構成は実施例１に記
載した吸振装置６０の構成と同一であるので説明を省略
する。図４は上記第２実施例を解析モデルとして模式的
に示したものである。吸振装置の固有振動数はケ−シン
グ１０１の振幅が０乃至最小になるように多質点系振動
解析技術を利用した以下の振動解析手法により設計され
る。二つのディスプレ−サと，補助ピストンと，ディス
プレ−サを収納するケ−シングと，ダンパに対する運動
方程式は，前記式（１），式（２）及び式（４）と次の
式（９）乃至式（１０）に示すようなものとなる。

【００２１】

【００２２】

【００２３】また，外力により生ずる定常状態が前記式
（５）乃至（８）で示される調和運動であると仮定す
る。但し，上記各式の符号は式（１）乃至式（８）に示
したものと同じであるが，初めて示すものは以下の通り
である。 ｍｐ：補助ピストン質量 Ｃｐ：補助ピストン減衰係数 Ａｐ：補助シリンダ面積 Ｐｇｐ：補助バッファ室ガス圧力 Ｋｐ：補助側ばね定数 ｘｐ：補助ピストン変位 ａｐ：補助ピストン振幅 φｐ：補助ピストン位相 そして，上記各式により各数値を決定していくことにな
る。尚，境界条件は前記条件と同じである。

【００２４】（第３実施例）次に，図５を参照して本発
明の第３実施例を説明する。本実施例の場合は第１実施
例（図１）を改良するもので，吸振装置８０のケ−シン
グ６１内での機械ばねに働く応力が両振捩りにならない
よう，かつ上記ダンパ６２の中立点を規制できるように
ダンパ６２の上，下両側に機械ばね８１，８２を設けた
ものであり，同様の吸振装置が第２実施例（図３）の熱
ガス機関に対しても適用可能である。 （第４実施例）次に，図６を参照して本発明の第４実施
例を説明する。本実施例の場合は，吸振装置８５のケ−
シング８３内のダンパ６２を支持するばね手段に第１実
施例による機械ばねに代えてガスばね８４を利用したこ
とが特徴であり，同様の吸振装置が第２実施例（図３）
の熱ガス機関に対しても適用可能である。 （第５実施例）次に，図７を参照して本発明の第５実施
例を説明する。本実施例の場合は吸振装置９０のケ−シ
ング８３内のダンパ６２を支持するばね手段にダンパ６
２の上，下両側に設けた機械ばね８６ａ，８６ｂとガス
ばね８４とを併用して利用したもので，これによって機
械ばねに負荷される応力を低減することが可能になる。
同様の吸振装置が第２実施例（図３）の熱ガス機関に対
しても適用可能である。

【００２５】（第６実施例）次に，図８を参照して本発
明の第６実施例を説明する。本実施例の吸振装置９５の
構成は前記実施例３（図５）の吸振装置８０の構成に類
似しているが，密閉されたケ−シング９９内の機械ばね
８１，８２で支持されたダンパ８７に上方ダンパ室８
８，下方ダンパ室８９を連通させる比較的小径の貫通孔
９１を設け，この貫通孔９１を含むケ−シング内部の空
間に，例えばタ−ビン油等の粘性のある液体あるいは高
圧の気体を封入し，粘性減衰装置としての機能を付加さ
せたものである。これにより，ケ−シング１０１の振動
を完全になくすことはできないが，かなりの振動を低減
し，広い範囲での減衰効果が期待できる。この吸振装置
は第２実施例の熱ガス機関に対しても適用可能である。
このとき，ケーシング９９を冷却し，液体の温度を下げ
ることにより，耐久性の向上も計れる。 （第７実施例）次に，図９を参照して本発明の第７実施
例を説明する。本図（Ａ）は吸振装置１００Ａに外部配
管９２Ａ，９２Ｂを接続して減衰係数を調整する構造を
示したもので，本図（Ｂ）は吸振装置１００Ｂのケ−シ
ング９７の一部を厚肉化してその内部に減衰係数を調整
する機構を設けたものである。同図（Ａ）において，９
３は密閉型ケ−シングであり，その中に貫通孔のないダ
ンパ６２と，このダンパ６２の上下に機械ばね８１，８
２と，ダンパ６２に取り付けたシ−ル群６３とが設けら
れ，ケ−シング９３内の上記ダンパ６２で区画された上
部ダンパ室８８と下部ダンパ室８９にはケ−シング９３
の側壁を貫通して外部配管９２Ａ，９２Ｂが接続され，
二本の外部配管９２Ａ，９２Ｂのもう一方の端部は夫々
ニ−ドル弁９４に接続され，これらがル−プをなして連
通されダッシュポットを形成するようにしたものであ
る。なお，ニ−ドル弁９４はアクチュエ−タ付弁で代替
しても良い。ニ−ドル弁９４の操作部９４Ａの調整ある
いはアクチュエ−タ付弁の操作回路の設定により吸振装
置の減衰係数は静的あるいは動的に調整することができ
る。同図（Ｂ）は同図（Ａ）の外部配管９２Ａ，９２Ｂ
を使用せずにケ−シング９７の厚肉部にガス流路９８を
設けたものでニ−ドル弁９４も含めてケ−シング構造の
中に内蔵されている実施例を示したものである。この場
合もニ−ドル弁９４の代わりにアクチュエ−タ付きの弁
を設けることができる。操作と効果は同図（Ａ）の場合
と同じであるため説明を省略する。第７実施例の場合
も，これらの吸振装置を前記第２実施例の熱ガス機関に
対して適用可能である。

【００２６】（第８実施例）次に，図１０を参照して本
発明の第８実施例を説明する。本実施例は図７に示した
ガスばね８４のばね定数を調整可能にしたもので，ガス
ばねとして機能するガスばね室１２１の一部をピストン
１２２として位置の変更を可能にしている。ガスばね
（１２１）のばね定数は，理想気体あるいはポリトロ−
プ変化の状態方程式によって規定され，ダンパ質量の変
位によるガスばね室容積変化率がばね定数決定のパラメ
−タになるが，ガスばね室内の気体質量はガスばね室容
積の増減に伴って増減しなければならない。この質量変
化がない場合には，ダンパの中立点が移動することにな
り，ばね定数の変化は見込めなくなる。この中立点の移
動を避けるためには，同じ性能のガスばねをダンパ質量
に対して対向配置するか，ガスばね以外のもので中立点
を確保する必要がある。

【００２７】本発明の第５実施例と本実施例では夫々二
つの機械ばね８６ａ，８６ｂで中立点を確保している。
本実施例の吸振装置１１０では，ガスばね室１２１の壁
の一部を形成している前記ピストン１２２は，駆動装置
１２３により油圧室１２４を介して駆動される。上記駆
動装置１２３は，ケ−シング１０１の側壁部に固定した
センサ１２５が検知した振動を制御装置１２６により自
動的にアクチュエ−タ１２７Ａ又は１２７Ｂを介して最
小限にするように制御される。ガスばね室１２１内の容
積の調整によって過不足を生じたガスばね室１２１内の
気体の調整は，ダンパ６２に取り付けられたダンパロッ
ド１２８に設けられたシ−ル１２９の隙間を通る気体の
出入りによっても可能であるが，バッファ室４２，上下
のダンパ室１３１，１３２及びガスばね室１２１の夫々
側壁を貫通して設けられた小穴１３３ａ〜１３３ｃに接
続された配管１３４による気体の出入りによっても可能
である。また，この配管１３４の途中に同図に示したよ
うに弁１３５を設け各小穴を通過する気体の量を制御す
ることも可能である。本実施例と第７実施例とを組み合
わせることにより，運転中でも最適な吸振作用を持たせ
ることが可能である。本実施例においてはガスばねのば
ね定数の調整を制御装置とアクチュエ−タにより自動的
に行っているが，これらを取り外して駆動装置１２３の
下部にねじ機構などによる駆動具を設けて手動操作によ
ってばね定数を調整することも可能である。本実施例に
よるばね定数調整機構は第２実施例の熱ガス機関に対し
ても適用できる。

【００２８】（第９実施例）次に，図１１を参照して本
発明の第９実施例を説明する。本実施例のものでは，吸
振装置１２０のダンパ１４１には磁石（図示しない）が
固定され，ケ−シング１４２を取り巻いて周囲には電磁
コイル１４３が配置されて，ダンパ１４１を電磁制御す
るものである。熱ガス機関の始動時に電磁コイルに通電
することによりダンパ１４１を振動させることができる
が，この状態では吸振作用の逆作用を行うことになるた
め，ケ−シング１０１が最も振動する周波数にて通電す
る。同図には吸収装置１２０のダンパ１４１を機械ばね
８１，８２で支持した例を示したが，ガスばねであるい
は機械ばねとガスばねを併用してダンパ質量を支持した
本発明の他の実施例に対しても本実施例を追加して適用
できる。又，本発明の第２実施例の熱ガス機関に対して
もこの電磁制御機構を適用できる。 （第１０実施例）次に，図１２を参照して本発明の第１
０実施例を説明する。同図の吸振装置１４０は，前記第
７実施例と，前記第８実施例と，前記第９実施例の各実
施例の長所を生かすために組み合わせた熱ガス機関の総
合的な吸振装置を示すものである。従って，対応する構
成要素の符号はニ−ドル弁９６とその操作部９６Ａを除
き夫々の図に用いた符号を付して示してある。又，本吸
振装置１４０は本発明の第２実施例の熱ガス機関に対し
ても適用できるものである。

【００２９】

【発明の効果】本発明は上記のように，振動系の共振を
利用してディスプレ−サや補助ピストンを駆動している
所要の構成で支持されたダンパを備えたフリ−ピストン
式熱ガス機関であるから，次のような優れた効果を有す
る。 構造が簡単で，クランク機構等による機械摩擦損失を
低減でき，高い性能が期待できる。 高出力密度で，小型軽量化が可能であるため，省資源
でかつフロンを使用しない冷暖房が可能である。 付加されたダンパによる吸振作用により静粛で付属部
品の耐久性に富む機器を提供することができる。 さらに，上記ダンパを支えるばね手段に減衰装置を設
けたり，この減衰装置の減衰係数を調整可能としたり，
あるいは，上記ダンパを支えるばね手段のばね定数を調
整可能とする等の各種の変形を施すようにすれば，この
ような付加手段によって吸振作用は適正なものに調整さ
れるから，熱機関をさらに静粛に運転させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す図で解析モデルとし
て模式的に示す図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す図で解析モデルとし
て模式的に示す図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図６】本発明の第４実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図８】本発明の第６実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図９】本発明の第７実施例を示す図で吸振装置を備え
た熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図１０】本発明の第８実施例を示す図で吸振装置を備
えた熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図１１】本発明の第９実施例を示す図で吸振装置を備
えた熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図１２】本発明の第１０実施例を示す図で吸振装置を
備えた熱ガス機関の構成を示す概略断面図である。

【図１３】従来例を示す図で熱ガス機関の構成を示す概
念図である。

【図１４】従来例を示す図で熱ガス機関の構成を示す縦
断正面図である。

【図１５】従来例を示す図で熱ガス機関の構成を示す概
念図である。

【図１６】従来例を示す図で熱ガス機関の構成を示す概
念図である。

【図１７】従来例を示す図で熱ガス機関の構成を示す部
分断面図である。

【符号の説明】

４１Ｌ：低温側ディスプレ−サ ４１Ｈ：高温側ディスプレ−サ ４３：高温室 ４４，４５：中温室 ４６：低温室 ５４，５５，６４，７１，８１，８２，８６ａ，８６
ｂ：ばね手段（機械ばね） ６０，８０，８５，９０，９５，１００Ａ，１００Ｂ，
１１０，１２０，１４０：吸振装置 ６２，８７，１４１：ダンパ ７２：補助ピストン ８４，１２１：ばね手段（ガスばね） ９４：ニ−ドル弁（アクチュエ−タ付弁） １０１〜１０３：ケ−シング １０４：補助ケ−シング １２３：駆動装置 １２５：センサ １２６：制御装置 １２７Ａ，１２７Ｂ：アクチュエ−タ １４３：電磁コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 房夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動ガスが封入されたケ−シングと，こ
   のケ−シング内を高温室と中温室と低温室とに区画する
   高温側ディスプレ−サおよび低温側ディスプレ−サと，
   高温室と中温室をつなぐガス流路に配置された作動ガス
   加熱用の高温側熱交換器と高温側再生器および中温側熱
   交換器と，低温室と中温室をつなぐガス流路に配置され
   た低温側熱交換器と低温側再生器および中温側熱交換器
   とを備え，上記各ディスプレ−サをばね手段によって支
   えたフリ−ピストン式熱ガス機関において，ばね手段に
   よって支えられたダンパを付加したことを特徴とするフ
   リ−ピストン式熱ガス機関。
2. 【請求項２】 作動ガスが封入されたケ−シングと，こ
   のケ−シング内を高温室と中温室と低温室とに区画する
   高温側ディスプレ−サおよび低温側ディスプレ−サと，
   高温室と中温室をつなぐガス流路に配置された作動ガス
   加熱用の高温側熱交換器と高温側再生器および中温側熱
   交換器と，低温室と中温室をつなぐガス流路に配置され
   た低温側熱交換器と低温側再生器および中温側熱交換器
   と，中温室あるいは連通部ガス流路と連結するように補
   助シリンダと補助ピストンとを備え，この補助ピストン
   と前記の高温側ディスプレ−サおよび低温側ディスプレ
   −サをばね手段で支えたフリ−ピストン式熱ガス機関に
   おいて，ばね手段によって支えられたダンパを付加した
   ことを特徴とするフリ−ピストン式熱ガス機関。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のフリ−ピ
   ストン式熱ガス機関において，付加された前記ダンパを
   支えるばね手段に減衰装置を備えたことを特徴とするフ
   リ−ピストン式熱ガス機関。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２記載のフリ−ピ
   ストン式熱ガス機関において，付加された前記ダンパを
   支えるばね手段に減衰係数を調整可能な機構と制御回路
   を持つ減衰装置を備え，運転時においても機関の振動を
   最小限に調整する機能を備えたことを特徴とするフリ−
   ピストン式熱ガス機関。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２記載のフリ−ピ
   ストン式熱ガス機関において，付加された前記ダンパを
   支えるばね手段のばね定数を調整する機構を備えたこと
   を特徴とするフリ−ピストン式熱ガス機関。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項２記載のフリ−ピ
   ストン式熱ガス機関において，付加された前記ダンパを
   支えるばね手段のばね定数を調整する機構と制御回路を
   持つばね手段を備え，運転時においても機関の振動を最
   小限に調整する機能を備えたことを特徴とするフリ−ピ
   ストン式熱ガス機関。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
   のフリ−ピストン式熱ガス機関において，付加された前
   記ダンパを，バランサとして利用すると共に，前記ダン
   パに磁石を付加し電磁コイルによって駆動することによ
   り始動装置としても利用することを特徴とするフリ−ピ
   ストン式熱ガス機関。