JPH085180A - ４シリンダ型ガス冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス冷凍機に生じる振動を低減し、機関の静
かな稼働及び寿命の向上をさせる。 【構成】 ＣＹ熱ガス機関に於て、高温室10と低温室20
をクランク軸51に対して対称的に配置させ、中温室を２
室に分け、クランク軸51に対して対称的に配置させ、同
一の外径、ストローク、重量及び重量分布をもつピスト
ン31、41をクランク軸51に対し、同一速度、同一変位量
で中温室30、40中を往復移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温部と中温部及び、
中温部と高温部の間で作動ガスが移動することにより、
高温部熱源から得た熱エネルギによって、低温部から熱
吸収を行ない、低温部を冷却するクック−ヤバロウサイ
クル機関(Cooke-Yarboroghサイクル機関)等のガス冷凍
機の低振動化及び寿命向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱効率の高い熱サイクルとしてスターリ
ングサイクルが知られているが、これを応用した従来の
３シリンダ２ディスプレーサ型のガス冷凍機(Cooke-Yar
boroghサイクル機関、以下「ＣＹ機関」)の構造及び動
作説明を図６乃至図９を用いて行なう。図６に示す如
く、３シリンダ２ディスプレーサ型のＣＹ機関には、ヘ
リウム、水素、窒素等の作動ガスが封入され、クランク
軸(51)を具えたケーシング(５)は高温部(１)、中温部
(３)及び低温部(２)を具え、高温部(１)と中温部(３)
間、低温部(２)と中温部(３)間には、夫々ガス流路(71)
(73)が形成されている。又高温部(１)と低温部(２)はク
ランク軸(51)に対して対向位置から20°前後のに配置さ
れ、中温部(３)は高温部(１)及び低温部(２)から略等距
離ずらした位置に配置されている。

【０００３】高温部(１)は、高温部ガス流路(61)を具え
た高温部ディスプレーサ室(17)に、高温部ディスプレー
サ(11)が往復移動可能に嵌合し、高温部ディスプレーサ
室(17)を高温室(10)と高温部中温室(13)に区画してい
る。高温室(10)と高温部中温室(13)には、夫々ガスの流
出入口(18)(19)が開設されており、前記高温部ガス流路
(61)に夫々接続されている。高温部ガス流路(61)には、
ガス流出入口(18)(19)間において高温部再生器(12)を具
えている。高温部ディスプレーサ(11)は、隔壁(53)を気
密に貫通したピストンロッド(15)の先端を連結し、該ピ
ストンロッド(15)の他端はクランクロッド(14)を介して
クランク軸(51)に係合している。高温部(１)外部には、
ガス燃焼装置等の加熱手段をもつ加熱装置(16)を配設し
ており、該加熱装置(16)は、機関作動中、常に高温室(1
0)に熱を供給している。

【０００４】低温部(２)は、低温部ガス流路(62)を具
え、低温部ディスプレーサ室(27)に低温部ディスプレー
サ(21)が往復移動可能に嵌合し、低温部ディスプレーサ
室（２７）を低温室（２０）と低温部中温室(23)に区画
している。低温室(20)と低温部中温室(23)には、夫々ガ
スの流出入口(28)(29)が開設されており、前記低温部ガ
ス流路(62)に夫々接続されている。低温部ガス流路(62)
には、ガス流出入口(28)(29)間において、低温部再生器
(22)を具えている。

【０００５】低温部ディスプレーサ(21)は、隔壁(54)を
気密に貫通したピストンロッド(25)の先端を連結し、該
ピストンロッド(25)はクランクロッド(24)を介してクラ
ンク軸(51)に係合している。低温部(２)外部には、多管
式の熱交換器や、フィン式の熱交換器等の低温部熱吸収
器(26)を具え、冷却する対象物に連繋している。

【０００６】中温部(３)は、中温部ガス流路(63)を具
え、該ガス流路(63)にガス流出入口(35)により連通する
中温部シリンダ室(34)と、該シリンダ室(34)に往復移動
可能に嵌合した中温部パワーピストン(31)と、該パワー
ピストン(31)をクランク軸(51)に係合するクランクロッ
ド(32)から構成される。該クランクロッド(32)のクラン
ク軸側係合端は、図１２に示す如く高温部ディスプレー
サ(11)のクランクロッド(14)のクランク軸側係合端と同
一の角度で設けられたクランクピン(55)に係合する。
又、パワーピストン(31)により圧縮膨張を受けるシリン
ダ室(34)のピストン上面部分を中温室(30)とする。中温
部(３)外部には、ラジエータ等の放熱器(33)を具えてい
る。

【０００７】高温部(１)及び中温部(３)の上記ガス流路
(61)とガス流路(63)、及び低温部(２)と中温部(３)のガ
ス流路(62)とガス流路(63)は、夫々ガス流路(71)(73)に
より接続されている。

【０００８】又、再生器(12)(22)は、金網を積層した構
造、又は金属をウール状にした構造であって、気体温度
と再生器(12)(22)の温度との温度差を利用し、再生器(1
2)(22)を通過する高温気体のもつ熱を奪って蓄熱し、再
度逆方向から通過してきた低温気体に蓄熱していた熱を
放出する装置である。

【０００９】又、上記ピストンロッド(15)(25)及びクラ
ンクロッド(14)(24)はクランク軸(51)に対して、図１２
に示す如く対称的に配置され、クランクロッド(32)は、
他のクランクロッド(14)(24)に対し、90°位相をずらし
て配置されている。

【００１０】次に、３シリンダ２ディスプレーサ型のＣ
Ｙ機関の動作原理を説明する。図１０は、作動ガスの熱
授受及び圧力変化状態をＴ−Ｓ線図(温度−エントロピ)
に描いたものである。図６に示す如く、高温部(１)にお
いてディスプレーサ(11)が最も前進し、高温室(10)の容
積が最小のときに、高温室(10)へ加熱装置(16)により熱
Ｑ_hを供給すると、高温室(10)にある作動ガスは図１０
の(ａ)の中間位置から加熱膨張し、該作動ガスは高温部
ディスプレーサ(11)を押し下げる(矢印Ａ)。これによ
り、該ディスプレーサ(11)に係合されたピストンロッド
(15)及びクランクロッド(14)が、クランク軸(51)を回転
駆動させる(第１段階、図１０の(ａ))。

【００１１】ディスプレーサ(11)の下降移動に伴ない、
高温部中温室(13)に充満していた作動ガスは、流出口(1
9)より高温部ガス流路(61)へ押し出される。又、後述す
る通り中温部(３)にてパワーピストン(31)は、上昇移動
途中にあり、中温室(30)から押し出された作動ガスもガ
ス流路(71)を経て高温部ガス流路(61)へ流入する。

【００１２】上記第１段階の高温室(10)及び低温室(20)
で動作する作動ガスの温度は、以下の様に変化する。後
述する第３段階に高温部再生器(12)を作動ガスが通過す
ることにより、中温室(13)(30)で45〜50℃であった作動
ガスが、高温部再生器(12)に蓄熱された熱を吸収するこ
とにより、約300〜500℃の設定温度に加熱されて、高温
室(10)に流入(矢印ａ)する。同様に低温部再生器(22)を
作動ガスが通過することにより、中温室(23)(30)で45〜
50℃であった作動ガスが低温部再生器(22)に蓄冷されて
いた冷却力により、約−30〜０℃の設定温度まで低下し
て低温室(20)に流入(矢印ｂ)する。

【００１３】図７に示す如く、クランク軸(51)の回転駆
動により、低温部ディスプレーサ(21)及び、中温部パワ
ーピストン(31)が、クランク軸(51)へ近づく方向に移行
（矢印Ｂ、Ｃ）する。低温部ディスプレーサ(21)の移行
にともない、低温室(20)が拡大する。低温室(20)の拡大
により、低温室(２)内部の作動ガスは等温膨張し、該膨
張によってなされた仕事に相当する熱量Ｑ_lが低温部熱
交換器(26)から吸収され、低温室(30)の温度が−30〜０
℃の設定温度に保たれる（第２段階、図１０の
(ｂ’)）。

【００１４】図８の如く、ディスプレーサ(11)(21)が下
死点付近まで移行すると、ディスプレーサ(11)(21)は、
クランク軸(51)の角変位に対して、高温室(10)及び低温
室(20)の容積を殆ど変化させないが、パワーピストン(3
1)は90°位相ずれにより、更にクランク軸(51)に近づく
方向に移行(矢印Ｃ)し、中温室(30)の容積を拡大させ圧
力を低下させる。この為、圧力差によって高温室(10)と
低温室(20)から中温室(13)(30)(23)に作動ガスが移動す
る(矢印ａ、ｂ)。このとき、高温室(10)で加熱された作
動ガスは、再生器(12)により50℃前後まで低下し、低温
室(20)で冷凍を行なった作動ガスは、再生器(22)により
50℃前後まで上昇する(第３段階、図１０の(ｃ)
(ｃ’))。更にクランク軸の回転によってディスプレー
サ(11)(21)が上昇を開始する。

【００１５】図９に示す如く、ディスプレーサ(11)(21)
が、上死点付近まで移行すると、クランク軸(51)が回転
しても、高温室(10)及び低温室(20)の容積を殆ど変化さ
せないが、パワーピストン(31)は更にクランク軸(51)か
ら遠ざかる方向に移行（矢印Ｃ）し、中温室(30)の容積
を減少させる。中温室(30)の容積の減少により、中温室
(30)内に配置された作動ガスは圧縮を受け、該圧縮によ
り作動ガスの温度が上昇し、中温部熱交換器(33)を介し
て外部に熱Ｑ_mを放出する。外気温が30℃の場合、中温
部中温室(30)の作動ガスの温度は、約50℃から放熱器(3
3)による熱の放出により約45℃まで低下する。パワーピ
ストン(31)の上昇移行により、高温室(10)及び低温室(2
0)の圧力が上昇する。又クランク回転によりディスプレ
ーサ(11)(21)がクランク軸(51)に近づく方向に移行を始
める(第４段階、図１０の(ｄ)(ｄ’))。

【００１６】第４段階経過後、第１段階に戻る。上記の
動作原理により、加熱装置(16)から機関に与えられた熱
により、低温部熱交換器(26)で冷凍を発生させる。又、
高温部加熱装置(16)及び低温部熱交換器(26)により吸収
された熱は、中温部熱交換器(33)で放出される。尚、ク
ランク軸(51)の駆動を補助するために、図１２に示す如
く、補助モータ(90)を取り付けてもよい。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来のＣＹ機関は、中
温部パワーピストンの上下動による振動への対策とし
て、クランク軸の中温部パワーピストンと対向する部分
に、釣合おもり等のバランサを取り付けて、中温部パワ
ーピストンが摺動機構に作用する荷重を緩和している。
しかしながら、バランサは規定の駆動回転数には対応す
るが、それ以外の回転数に対しては、バランサが荷重緩
和と逆方向に作用する場合も生じ、動的バランスが保て
ないので、有効な振動抑制方法ではない。更に、ＣＹ機
関は、大きい回転数(800〜1500rpm)で回転しているが、
作動ガスを高圧力(２MPa以上)で封入し、駆動させるた
めに、クランク機構等の摺動機構に作用する荷重は、機
構構成物の慣性力による荷重よりも、作動ガスの圧力に
よる荷重の方が支配的になる場合が多い。上記振動の発
生は、機関の寿命に悪影響を及ぼす。本発明は、上記振
動を低減し、機関の静寂な稼働及び寿命向上を目的とし
たＣＹ機関を明らかにするものである。

【００１８】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＣＹ機関に於ては、従来の３シリンダ２デ
ィスプレーサ型のガス冷凍機(又は３シリンダ３ピスト
ン型のガス冷凍機)に、高温部(１)と低温部(２)をクラ
ンク軸(51)に対して対称的に配置し、ディスプレーサ(1
1)(21)(又はパワーピストン(81)(82))を同時に対称的に
移動させる。又、中温部を同容積の中温室(３)と中温室
(４)に分け、クランク軸(51)に対して対称的に配置し、
夫々同一の外径をもつパワーピストン(31)(41)を同一速
度、同一変位量で往復移動させる。

【００１９】高温室(10)及び低温室(20)の容積を同一に
して、クランク軸(51)に対して対称的に配置する。又、
ディスプレーサ(11)(21)の外径、ストローク、形状、重
量、重量分布及び掃気容積を同一にして、クランク軸(5
1)に対して対称的に配置し、同時に対称的に移動させ
る。更に、中温室をクランク軸(51)に対して対称的に配
置させた同一の容積をもつ中温室(30)(40)に分ける。又
該中温室(30)(40)には、同一の外径、ストローク、形
状、重量、重量分布及び掃気容積をもつパワーピストン
(31)(41)を対称的に配置し、クランク軸(51)に対して同
時に対称的に移動させる。中温室(30)(40)の容積変化
は、同時的であり、常に同容積である。

【００２０】上記ディスプレーサ(11)(21)は、夫々隔壁
(53)(54)を気密に貫通したピストンロッド(15)(25)の先
端を連結し、該ピストンロッド(14)(24)の他端はクラン
クロッド(14)(24)を介してクランク軸(51)に係合してい
る。又、２つのパワーピストン(31)(41)は、クランクロ
ッド(32)(42)により、クランク軸(51)に係合している。

【００２１】又、高温室(10)、低温室(20)及び中温室(3
0)(40)は、夫々ガス流路(61)(62)(63)(64)を具えてい
る。高温部(１)のガス流路(61)と中温部(３)(４)のガス
流路(63)(64)、低温部(２)のガス流路(62)と中温部(３)
(４)のガス流路(63)(64)は、夫々順にガス流路(71)(72)
(73)(74)により接続されている。更に、ガス流路(61)(6
2)には、夫々再生器(12)(22)を配備している。

【００２２】

【作用及び効果】動作原理は、従来のＣＹ機関と同様で
あるが、中温部(３)(４)をクランク軸(51)に対して対称
的に配置し、中温部(３)(４)に具えたパワーピストン(3
1)(41)を、クランク軸(51)に対し対称的に同一速度、同
一変位量で中温室(30)(40)を往復移動させることによ
り、圧力変動支配の低速域から慣性力支配の高速域まで
のクランク軸(51)に作用する荷重が相殺される。この結
果、任意の位相角及び回転数に対しても、機関に発生す
る振動を抑制することが出来るため、機関の静粛な稼働
及び寿命向上が可能となる。

【００２３】又、上記構造の４シリンダ２ディスプレー
サ型のガス冷凍機のディスプレーサ(11)(21)に代えて、
図５に示す如く、パワーピストン(81)(82)を用い、ガス
流出入口(19)(29)、中温室(13)(23)を排除した４シリン
ダ４ピストン型のガス冷凍機においても、クランク軸(5
1)に対し中温部(３)(４)を対称的に配置することにより
同様の効果を奏する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。先ず、４シリンダ２ディスプレーサ型のガ
ス冷凍機(Cooke-Yarboroghサイクル機関、ＣＹ機関)に
ついての実施例の説明を行なう。図１に示す如く、４シ
リンダ２ディスプレーサ型のＣＹ機関は、ヘリウム、水
素、窒素等の作動ガスが２〜５MPaの圧力で封入され、
クランク軸(51)を具えたケーシング(５)は、高温部
(１)、低温部(２)、中温部Ａ(３)及び中温部Ｂ(４)を具
え、高温部(１)と中温部(３)(４)間、低温部(２)と中温
部(３)(４)間には、夫々ガス流路(71)(72)(73)(74)が形
成されている。又、高温部(１)と低温部(２)、中温部Ａ
(３)と中温部Ｂ(４)は、夫々クランク軸(51)に対して対
称的に配置されている。

【００２５】高温部(１)は、高温部ガス流路(61)を具え
た高温部ディスプレーサ室(17)に、高温部ディスプレー
サ(11)が往復移動可能に嵌合し、高温部ディスプレーサ
室(17)を高温室(10)と高温部中温室(13)に区画してい
る。高温室(10)と高温部中温室(13)には、夫々ガスの流
出入口(18)(19)が開設されており、該高温部ガス流路(6
1)に夫々接続されている。高温部ガス流路(61)には、ガ
ス流出入口(18)(19)間において高温部再生器(12)を具え
ている。

【００２６】高温部ディスプレーサ(11)は、隔壁(53)を
気密に貫通したピストンロッド(15)の先端を連結し、該
ピストンロッド(15)の他端はクランクロッド(14)を介し
てクランク軸(51)に係合している。高温部(１)外部に
は、ガス燃焼装置等の加熱手段をもつ加熱装置(16)を配
設しており、該加熱装置(16)は、機関作動中、常に高温
室(10)に熱を供給し、高温室(10)内部の気体の温度を30
0〜500℃に加熱している。

【００２７】低温部(２)は、クランク軸(51)に対して高
温部(１)の対称的に配置されている。低温部ガス流路(6
2)を具え、高温部ディスプレーサ室(17)と同容積をもつ
低温部ディスプレーサ室(27)に低温部ディスプレーサ(2
1)が往復移動可能に嵌合し、低温部ディスプレーサ室(2
7)を低温室(20)と低温部中温室(23)に区画している。低
温室(20)と低温部中温室(23)には、夫々ガスの流出入口
(28)(29)が開設されており、該低温部ガス流路(62)に夫
々接続されている。低温部ガス流路(62)には、ガス流出
入口(28)(29)間において低温部再生器(22)を具えてい
る。

【００２８】低温部ディスプレーサ(21)は、隔壁(54)を
気密に貫通したピストンロッド(25)の先端を連結し、該
ピストンロッド(25)の他端はクランクロッド(24)を介し
てクランク軸(51)に係合している。高温部ディスプレー
サ(11)と低温部ディスプレーサ(21)は、同一の外径、ス
トローク、重量分布及び重量をもち、両ディスプレーサ
(11)(32)は、クランク軸(51)に対し対称的に同一速度、
同一変位量でディスプレーサ室(17)(27)中を移動する。
高温室(10)と低温室(20)及び、２つの中温室(13)(23)の
容積の変化は、同時的であり、常に同容積である。低温
部(２)外部には、多管式や、フィン式の熱交換器等の低
温部熱吸収器(26)を具えている。

【００２９】中温部Ａ(３)は、中温部ガス流路Ａ(63)を
具え、該ガス流路Ａ(63)にガス流出入口Ａ(35)により連
通する中温部シリンダ室Ａ(34)と、該シリンダ室Ａ(34)
に往復移動可能に嵌合した中温部パワーピストンＡ(31)
と、該パワーピストンＡ（３１）をクランク軸（５１）
に係合するピストンロッドＡ(32)から構成される。該ピ
ストンロッドＡ(32)のクランク軸側係合端は、図１１に
示す如く高温部ディスプレーサ(11)のクランクロッド(1
4)のクランク軸側係合端と同一の角度で設けられた共通
のクランクピン(55)に係合する。又、パワーピストンＡ
(31)により圧縮膨張を受けるシリンダ室Ａ(34)のピスト
ン上面の部分を中温室Ａ(30)とする。中温部Ａ(３)外部
には、ラジエータ等の放熱器Ａ(33)を具えている。

【００３０】中温部Ａ(３)のクランク軸(51)に対して対
称位置に中温部Ｂ(４)が配置されている。中温部Ｂ(４)
は、中温部Ａ(３)と同一の構造、大きさをしている。
又、それらを夫々、中温部ガス流路Ｂ(64)、ガス流出入
口Ｂ(45)、中温部シリンダ室Ｂ(44)、中温部パワーピス
トンＢ(41)、ピストンロッドＢ(42)、中温室Ｂ(40)とす
る。中温部Ｂ(４)外部には、中温部Ａ(３)と同様の放熱
器Ｂ(43)を具えている。

【００３１】ピストンロッドＢ(42)のクランク軸係合端
は、図１１に示す如く低温部ディスプレーサ(21)のクラ
ンクロッド(24)のクランク軸係合端と同一の角度で設け
られた共通のクランクピン(56)に係合し、パワーピスト
ンＡ(31)とパワーピストンＢ(41)は、同一の外径、スト
ローク、重量分布及び重量をもち、両パワーピストン(3
1)(41)は、クランク軸(51)に対し対称的に同一速度、同
一変位量でシリンダ室(17)(27)中を移動する。夫々の中
温室(20)(30)の容積の変化は、同時的であり、常に同容
積である。

【００３２】ガス流路(61)とガス流路(63)(64)、ガス流
路(62)とガス流路(63)(64)は夫々順にガス流路(71)(72)
(73)(74)により接続されている。

【００３３】又、上記ピストンロッド(15)(25)及びクラ
ンクロッド(14)(24)はクランク軸(51)に対して、図１１
に示す如く対称的に配置され、クランクロッド(32)はク
ランクロッド(14)(24)に対し90°位相をずらして配置さ
れている。又、クランク軸(51)に対してクランクロッド
(42)をクランクロッド(32)の対称位置に配置する。

【００３４】上記構成のＣＹ機関の基本動作について説
明を行なう。図１に示す如く、高温部(１)においてディ
スプレーサ(11)が最も前進し、高温室(10)の容積が最小
のときに、高温室(10)に加熱装置(16)により熱Ｑ_hを供
給すると、高温室(10)にある作動ガスは図１０の(ａ)の
中間位置から膨張し、該作動ガスは高温部ディスプレー
サ(11)を押し下げる(矢印Ａ)。これにより、該ディスプ
レーサ(11)に係合されたピストンロッド(15)とクランク
ロッド(14)が、クランク軸(51)を回転駆動させる(第１
段階、図１０の(ａ))。

【００３５】ディスプレーサ(11)の下降移動に伴ない、
高温部中温室(13)に充満していた作動ガスは、流出口(1
9)より高温部ガス流路(61)へ押し出される。又、後述す
る通り中温部(３)(４)にてパワーピストン(31)(41)は、
上昇移動途中にあり、中温室(30)(40)から押し出された
作動ガスもガス流路(71)(72)を経て高温部ガス流路(61)
へ流入する。

【００３６】上記第１段階の高温室(10)及び低温室(20)
で動作する作動ガスの温度は、以下の様に変化する。後
述する第３段階に高温部再生器(12)を作動ガスが通過す
ることにより、中温室(13)(30)(40)で45〜50℃であった
作動ガスが、高温部再生器(12)に蓄熱された熱を吸収す
ることにより、約300〜500℃の設定温度まで加熱され
て、高温室(10)に流入(矢印ａ)する。同様に低温部再生
器(22)を作動ガスが通過することにより、中温室(23)(3
0)(40)で45〜50℃であった作動ガスが低温部再生器(22)
に蓄冷されていた冷却力により、約−30〜０℃の設定温
度まで低下して低温室(20)に流入(矢印ｂ)する。

【００３７】図２に示す如く、クランク軸(51)の回転駆
動により、低温部ディスプレーサ(21)及び中温部パワー
ピストン(31)(41)が、クランク軸(51)へ近づく方向に移
行する(矢印Ｂ、Ｃ、Ｄ)。低温部ディスプレーサ(21)の
移行にともない、低温室(20)が拡大する。低温室(20)の
拡大により、低温室(20)内部の作動ガスは等温膨張し、
該膨張によってなされた仕事に相当する熱量Ｑ_lが低温
部熱交換器(26)から吸収され、低温室(20)の作動ガスの
温度が−30℃に保たれる(第２段階、図１０の(ｂ))。

【００３８】図３に示す如く、ディスプレーサ(11)(21)
が下死点付近まで移行すると、ディスプレーサ(11)(21)
は、クランク軸(51)の角変位に対して、高温室(10)及び
低温室(20)の容積を殆ど変化させないが、パワーピスト
ン(31)(41)は夫々90°位相ずれにより、更にクランク軸
(51)に近づく方向に移行(矢印Ｃ、Ｄ)し、中温部中温室
(30)(40)の容積を拡大させ圧力を低下させる。この為、
圧力差によって高温室(10)と低温室(20)から中温室(13)
(23)(30)(40)に作動ガスが移動(矢印ａ、ｂ)する。この
とき、高温室(10)で加熱された作動ガスは、高温部再生
器(12)により50℃前後まで低下し、低温室(20)で冷凍を
行なった作動ガスは、低温部再生器(22)により50℃前後
まで上昇する(第３段階、図１０の(ｃ)(ｃ’)))。更に
クランク回転によってディスプレーサ(11)(21)が上昇を
開始する。

【００３９】図４に示す如く、ディスプレーサ(11)(21)
が、上死点付近まで移行すると、クランク軸(51)が回転
しても、高温室(10)及び低温室(20)の容積を殆ど変化さ
せないが、パワーピストン(31)(41)は更にクランク軸(5
1)から遠ざかる方向に移行(矢印Ｃ、Ｄ)し、中温部中温
室(30)(40)の容積を減少させる。中温部中温室(30)(40)
の容積の減少により、中温部中温室(30)(40)内に配置さ
れた作動ガスは圧縮を受け、該圧縮により作動ガスの温
度が上昇し、中温部放熱器(33)(43)を介して外部に熱Ｑ
_mを放出する。外気温が30℃の場合、中温部中温室(30)
(40)の作動ガスの温度は、約50℃から熱交換器(33)(43)
による熱の放出により約45℃まで低下する。パワーピス
トン(31)(41)の上昇移行により、高温室(10)及び低温室
(20)の圧力が上昇する。又、クランク回転によりディス
プレーサ(11)(21)がクランク軸に近づく方向に移行をを
始める(第４段階、図１０の(ｄ)(ｄ’))。

【００４０】第４段階経過後、第１段階に戻る。上記の
動作原理により、外気温が30℃の場合、加熱装置(16)か
ら機関に与えた熱Ｑ_hにより、高温部(１)の気体を300〜
500℃に保つことにより、低温部熱交換器(26)で−30〜
−50℃前後の冷凍を発生させることができる。又、低温
部熱交換器により吸収された熱Ｑ_lは、中温部熱交換器
(33)(43)で放出(Ｑ_m)される。尚、クランク軸(51)の駆
動を補助するために、図１１に示す如く、補助モータ(9
1)を取り付けてもよい。

【００４１】上記実施例では、高温部(１)及び低温部
(２)に中温室(13)(23)を配備しているが、図５に示す如
く、該中温室(13)(23)を配備しない構成とし、ディスプ
レーサ(11)(21)をピストン(81)(82)とした４シリンダ４
ピストン型ガス冷凍機にも、同様の効果を奏する。

【００４２】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【００４３】例えば、高温部と低温部がクランク軸に対
して対称的に配置されたＣＹ機関であれば、上記実施例
以外のＣＹ機関に於ても、２個の中温部を対称的に配置
させることにより、振動の低減及び機関の寿命向上が可
能となる。

【００４４】更に、スターリング(Stirling)冷凍機や、
ヴァルマイヤ(Vuilleumier)サイクル機関に於ても、膨
張室と圧縮室を分割し、クランク軸に対して対称的に配
置させることにより同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】４シリンダ２ディスプレーサ型ガス冷凍機(第
１段階)の断面図である。

【図２】図１の第２段階の断面図である。

【図３】図１の第３段階の断面図である。

【図４】図１の第４段階の断面図である。

【図５】４シリンダ型ガス冷凍機の断面図である。

【図６】従来例の第１段階の断面図である。

【図７】図６の第２段階の断面図である。

【図８】図６の第３段階の断面図である。

【図９】図６の第４段階の断面図である。

【図１０】ＣＹ機関のＴＳ線図である。

【図１１】図１のＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に視た断面
図である。

【図１２】図６のＺ−Ｚ線に沿って矢印方向に視た断面
図である。

【符号の説明】

(１)高温部 (11)高温部ディスプレーサ (13)高温部中温室 (16)加熱装置 (２)低温部 (21)低温部ディスプレーサ (23)低温部中温室 (３)中温部Ａ (30)中温部中温室Ａ (31)中温部パワーピストンＡ (４)中温部Ｂ (40)中温部中温室Ｂ (41)中温部パワーピストンＢ (５)ケーシング (51)クランク軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング(５)に高温部(１)、中温部
   (３)及び低温部(２)を具えて各部に作動ガスが封入さ
   れ、高温部(１)にディスプレーサ(11)を摺動可能に嵌合
   し、該高温部(１)外部に加熱装置(16)を具え、低温部
   (２)にディスプレーサ(21)を摺動可能に嵌合し、中温部
   (３)にパワーピストン(31)を摺動可能に嵌合し、各ディ
   スプレーサ(11)(21)及びパワーピストン(31)をクランク
   機構等の運動変換機構を介して回転主軸(51)に連結した
   ガス冷凍機に於て、高温部(１)と低温部(２)を主軸(51)
   に対して対称的に配置し、２つのディスプレーサ(11)(2
   1)を同時に対称的に移動させ、又、中温部を同容積の中
   温室(３)と中温室(４)に分けて主軸(51)に対して対称的
   に配置し、夫々同一の外径をもつパワーピストン(31)(4
   1)により同時に往復移動させることを特徴とする４シリ
   ンダ型ガス冷凍機。
2. 【請求項２】 ケーシング(５)に高温部(１)、中温部
   (３)及び低温部(２)を具えて各部に作動ガスが封入さ
   れ、高温部(１)にパワーピストン(81)を摺動可能に嵌合
   して、該高温部(１)外部に加熱装置(16)を具え、低温部
   (２)にパワーピストン(82)を摺動可能に嵌合して、中温
   部(３)にパワーピストン(31)を摺動可能に嵌合し、各パ
   ワーピストン(81)(82)(31)をクランク機構等の運動変換
   機構を介して回転主軸(51)に連結したガス冷凍機に於
   て、高温部(１)と低温部(２)を主軸(51)に対して対称的
   に配置し、２つのパワーピストン(11)(21)を同時に対称
   的に移動させ、又、中温部を同容積の中温室(３)と中温
   室(４)に分けて主軸(51)に対して対称的に配置し、夫々
   同一の外径をもつパワーピストン(31)(41)により同時に
   往復移動させることを特徴とする４シリンダ型ガス冷凍
   機。