JPH0868359A - 熱駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料費の低減により熱駆動装置の製造コスト
を低減する。 【構成】 高温側シリンダ９と高温側ディスプレーサ１
０及び熱再生器１６並びに高温側中温部熱交換器１７を
備えた第１のガス作動装置１と、これにほぼ相同の構成
の第２のガス作動装置を有する熱駆動装置における高温
側シリンダ９を、高温となるシリンダヘッド側３７部分
については耐熱合金で形成し、比較的高温にならない側
は別の比較的安価な金属材料で形成した筒体の溶接によ
り構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スターリングエンジン
や熱駆動型ヒートポンプ装置など、ヴィルミエサイクル
を用いた熱駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヴィルミエサイクルを用いた熱駆動装置
として、例えば熱駆動型ヒートポンプ装置は基本的には
特開昭６１ー４４２５４号公報や特開平２ー４１７４号
公報に開示されているような構成を採っている。前者は
図１１に示すように、第１と第２のガス作動装置２０
０，２０１を備えている。第１のガス作動装置２００
は、往復動されるディスプレーサ２０２により作動ガス
で満たされた内部が高温室２０３と中温室２０４とに区
画された高温シリンダ２０５と、この高温シリンダ２０
５の高温室２０３と中温室２０４とを、高温室２０３側
から中温室２０４側に順に連設した高温側熱交換器２０
６と熱再生器２０７と中温側熱交換器２０８とによる作
動ガス流路により連通させた構成で、高温側熱交換器２
０６には加熱手段２０９が併設されている。

【０００３】また、第２のガス作動装置２０１は、往復
動されるディスプレーサ２１０により作動ガスで満たさ
れた内部が低温室２１１と中温室２１２とに区画された
低温シリンダ２１３と、この低温シリンダ２１３の低温
室２１１と中温室２１２とを、低温室２１１側から中温
室２１２側に順に連設した低温側熱交換器２１４と熱再
生器２１５と中温側熱交換器２１６とによる作動ガス流
路により連通させた構成である。

【０００４】第１と第２のガス作動装置２００，２０１
の中温室２０４，２１２は、各ガス流路の末端に設けら
れた連通部により相互に連通している。高温シリンダ２
０５と低温シリンダ２１３とは概ね直角をなして基部に
おいて結合され、その結合部分にはクランク機構部２１
７が組み込まれ、これにより高温側と低温側の各ディス
プレーサ２０２，２１０がある位相差をもって往復動す
るように構成されている。

【０００５】後者も基本的には前者と同様の構成で、概
ね直角をなして基部側において結合された高温シリンダ
と低温シリンダとの結合部分に、高温シリンダと低温シ
リンダとで形成される平面に直角にクランク機構のクラ
ンク軸が配設され、このクランク軸にクランク機構部を
動かすスターターモータの回転軸が連結されている。

【０００６】このような熱駆動型ヒートポンプ装置は、
いずれも外燃機関に属するスターリングエンジンと同様
にヴィルミエサイクルを利用した基本構造を持ち、高温
側熱交換器２０６で強制的に作動ガスを加熱する外部加
熱方式により、低温側熱交換器２１４から低温熱媒体
を、中温側熱交換器２０８，２１６から中温熱媒体をそ
れぞれ取り出して、低温熱媒体を冷房に、中温熱媒体を
暖房に利用するようにしたものである。

【０００７】第１のガス作動装置２００や第２のガス作
動装置２０１のシリンダ部分は具体的には、例えばスタ
ーリングエンジンに関する特開平１ー２６２３５４号公
報に示されているような構成が採用されている。即ち図
１２に示すように、高温シリンダ２０５のシリンダヘッ
ドに作動ガスが流れるヒータ管２１８がロウ付けにさ
れ、高温シリンダ２０５の内周面に形成された凹部には
熱再生器２０７と中温側熱交換器２０８が高温シリンダ
２０５と同心状に組込まれている。熱再生器２０７と中
温側熱交換器２０８の内周面側は、高温シリンダ２０５
内に嵌合されディスプレーサ２０２に対する摺動面を構
成する薄肉のインナーライナ２１９により被覆されてい
る。熱再生器２０７自体は複数枚のメッシュの積層によ
り構成されている。

【０００８】ヒータ管２１８と熱再生器２０７との間に
は、熱再生器２０７とヒータ管２１８との間のガス流路
を形成するスペーサ２２０が組込まれている。このスペ
ーサ２２０は、熱再生器２０７の上端がディスプレーサ
２０２の下死点から始まる位置に熱再生器２０７を位置
決めするもので、位置決めされた熱再生器２０７の下端
は中温側熱交換器２０８に当る位置まで下方に延びてい
る。また、ディスプレーサ２０２が上死点の時には、デ
ィスプレーサ２０２の下端部は熱再生器２０７の最下部
より低い位置になるように設定されている。

【０００９】ディスプレーサ２０２が上死点にある時の
高温室２０３の容積及びディスプレーサ２０２が下死点
にある時の中温室２０４の容積は、上死点隙間及び下死
点隙間と称され、いわゆる死容積と呼ばれ、性能を低下
させる原因となる空間である。従って、上死点隙間及び
下死点隙間はディスプレーサ２０２と高温シリンダ２０
５或いはクロスヘッドが接触しない程度に極力狭くする
必要があることから、上死点隙間や下死点隙間に関与す
る部品は非常に厳しい加工精度が維持されている。

【００１０】ディスプレーサ２０２が下降し、中温室２
０４の作動ガスが高温室２０３へ流込むとき、熱再生器
２０７は高温室２０３の高温から、中温側熱交換器２０
８の高温側の入口の温度までの温度分布を持つ。ディス
プレーサ２０２が下死点にきた時でも高温の高温室２０
３とこれより温度の低い熱再生器２０７の部分とはイン
ナーライナ２１９を挟んで接することがないようになっ
ているため、この部分での熱損失は軽減されている。デ
ィスプレーサ２０２が上死点にまで上昇した時も、ディ
スプレーサ２０２の下端部は熱再生器２０７の最下部よ
り低い位置にあり、中温室２０４より温度の高い熱再生
器２０７の部分とはインナーライナ２１９を挟んで接す
ることがないようになっているため、この部分での熱損
失も軽減されている。なお、低温シリンダ２１３側につ
いてもほぼ同様な構成で機能的にもほほ同じである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の熱駆動
装置においては、高温シリンダ２０５は温度強度を確保
する必要から、全体が高価な耐熱合金（ハステロイ等）
で構成されるため、製作費が高騰し非常にコストが高く
なるといった問題点がある。また、上死点隙間及び下死
点隙間を狭くする必要があるため、上死点隙間や下死点
隙間に関与する部品に非常に厳しい加工精度が要求され
ることもコストを押し上げる要因になっている。そのう
え、高温室２０３から熱再生器２０７上部への熱の侵
入、熱再生器２０７下部から中温室２０４への熱の侵入
が薄肉のインナーライナ２１９で防止されているだけな
ので依然として存在し、熱損失による性能の低下も問題
点として残っている。この問題は低温シリンダ２１３側
についても同様に存在している。

【００１２】本発明は上記した従来の問題点を解消する
ためになされたもので、その課題とするところは、材料
費の低減や加工精度の緩和により熱駆動装置の製造コス
トを低減することであり、シリンダまわりの熱移動を防
止して熱駆動装置の性能の向上を図ることであり、ま
た、熱駆動装置の性能を安定させることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に請求項１の発明は、シリンダとディスプレーサ及び熱
再生器並びに熱交換器を備えた第１と第２のガス作動装
置を有する熱駆動装置における高温側である第１のガス
作動装置のシリンダを、高温となる部分については耐熱
合金で形成し、比較的高温にならない部分は別の比較的
安価な金属材料で形成した筒体の溶接により構成する手
段を採用する。

【００１４】前記課題を達成するために請求項２の発明
は、シリンダとディスプレーサ及び熱再生器並びに熱交
換器を備えた第１と第２のガス作動装置を有する熱駆動
装置における第１のガス作動装置又は第２のガス作動装
置の少なくとも一方のディスプレーサにディスプレーサ
が上死点にある時のディスプレーサの上面とシリンダと
の隙間である上死点隙間を調整する隙間調整機構を設け
る手段を採用する。

【００１５】前記課題を達成するために請求項３の発明
は、請求項２にかかる手段とともに、ディスプレーサと
これを往復動させる機構との連結部に、ディスプレーサ
が下死点にある時のディスプレーサの下面とシリンダと
の隙間である下死点隙間を調整する隙間調整機構を設け
る手段を採用する。

【００１６】前記課題を達成するために請求項４の発明
は、シリンダとディスプレーサ及び熱再生器並びに熱交
換器を備えた第１と第２のガス作動装置を有する熱駆動
装置における第１のガス作動装置の熱再生器又は第２の
ガス作動装置の熱再生器の少なくとも一方を当該シリン
ダの内周部に同心状に組込み、その内周面又は外周面の
少なくとも一方に断熱材料よりなる断熱層を設ける手段
を採用する。

【００１７】前記課題を達成するために請求項５の発明
は、請求項４にかかる手段における断熱層をセラミック
により構成するとともに、その断熱層を金属容器に密閉
収納する手段を採用する。

【００１８】

【作用】請求項１にかかる前記手段においては、高温側
である第１のガス作動装置のシリンダを、高温となる部
分についてのみ高価な耐熱合金で形成し、比較的高温に
ならない部分はそれに応じて別の比較的安価な金属材料
で構成することができる。

【００１９】請求項２にかかる前記手段においては、第
１のガス作動装置又は第２のガス作動装置のディスプレ
ーサの隙間調整機構の操作によって当該ディスプレーサ
が上死点にある時のディスプレーサの上面とシリンダと
の隙間である上死点隙間を調整することができる。

【００２０】請求項３にかかる前記手段においては、第
１のガス作動装置又は第２のガス作動装置のディスプレ
ーサの隙間調整機構と、ディスプレーサとこれを往復動
させる機構との連結部に設けた隙間調整機構との操作に
より、ディスプレーサが上死点にある時のディスプレー
サの上面とシリンダとの隙間である上死点隙間と、ディ
スプレーサが下死点にある時のディスプレーサの下面と
シリンダとの隙間である下死点隙間とを共に調整するこ
とができる。

【００２１】請求項４にかかる前記手段においては、第
１と第２のガス作動装置における高温空間又は低温空間
から熱再生器上部への熱の侵入経路及び熱再生器から中
温空間への熱の侵入経路、又は熱再生器上部からシリン
ダ壁を通り熱再生器下部や中温空間への熱の侵入経路
が、断熱層により遮断される。

【００２２】請求項５にかかる前記手段においては、請
求項４にかかる作用とともに断熱層が金属容器に密閉収
納されているので、振動や熱により断熱層を形成してい
るセラミックが劣化したとしても、セラミックの塵が熱
再生器に侵入したり、シリンダ内に侵入したりすること
がなくなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。 実施例１．図１はこの発明の一実施例としての熱駆動装
置である熱駆動型ヒートポンプ装置の構成を示した断面
図である。始めにこの図１に基づいてその全体の構成に
ついて説明する。図１に示すこの熱駆動型ヒートポンプ
装置は、第１と第２のガス作動装置１，２と、これらを
動作させるクランク機構部３，４及びスタータモータ５
とを主体として構成され、フレーム６にコイルスプリン
グを備えた懸架装置７により弾性的に懸架されたベース
８上に取付けられている。第１のガス作動装置１と第２
のガス作動装置２とは、ベース８上に近接状態に並立さ
れた各クランク機構部３，４の上部にそれぞれ設けら
れ、各クランク機構部３，４間の中央部に各クランク機
構部３，４の初期動作のための単一のスタータモータ５
が配置されている。

【００２４】第１のガス作動装置１は高温側シリンダ９
と、この高温側シリンダ９内を往復動する高温側ディス
プレーサ１０を備えている。高温側シリンダ９にはヘリ
ウムガス等の作動ガスが充填され、高温側ディスプレー
サ１０はこの高温側シリンダ９内をシリンダヘッド側の
高温空間１１と、クランク機構部３側の高温側中温空間
１２とに区画している。高温側シリンダ９の下端はクラ
ンク機構部３の外殻を構成しているクランクケース１３
の上端に連結され、クランクケース１３内のクランク室
上部に嵌装されたロッドシール部１４により高温側シリ
ンダ９の高温側中温空間１２とクランク室との気密が保
持される。

【００２５】高温側シリンダ９の高温空間１１と高温側
中温空間１２とは、高温空間１１側から高温側中温空間
１２側に順に連設したヒータ管１５と熱再生器１６と高
温側中温部熱交換器１７とによるガス流路により連通さ
れている。ヒータ管１５は、高温側シリンダ９のシリン
ダヘッドに複数本角状に並列配管され、高温側シリンダ
９の上部側にキャップ状に被冠装着された燃焼装置１８
の燃焼室１９にそれぞれ配設されている。これらのヒー
タ管１５の一端は高温空間１１にそれぞれ臨み、他端は
熱再生器１６に連絡している。

【００２６】熱再生器１６と高温側中温部熱交換器１７
とは高温側シリンダ９の内壁面に形成された凹部２０に
熱再生器１６を上側に、高温側中温部熱交換器１７を下
側にしてそれぞれ高温側シリンダ９に同心状に組付けら
れ、それらの内周側は、高温側シリンダ９における高温
側ディスプレーサ１０との摺動面を形成するインナーラ
イナ２１により被覆されている。

【００２７】第２のガス作動装置２も低温側シリンダ２
２と、この低温側シリンダ２２内を往復動する低温側デ
ィスプレーサ２３を備えている。低温側シリンダ２２に
もヘリウムガス等の作動ガスが充填され、低温側ディス
プレーサ２３はこの低温側シリンダ２２内をシリンダヘ
ッド側の低温空間２４と、クランク機構部４側の低温側
中温空間２５とに区画している。低温側シリンダ２２の
下端はクランク機構部４の外殻を構成するクランクケー
ス２６の上端に連結され、クランクケース２６内のクラ
ンク室上部に嵌装されたロッドシール部２７により低温
側シリンダ２２の低温側中温空間２５とクランク室との
気密が保持される。

【００２８】低温側シリンダ２２の低温空間２４と低温
側中温空間２５とは、低温空間２４側から低温側中温空
間２５側に順に連設した低温側熱交換器２８と熱再生器
２９と低温側中温部熱交換器３０とによるガス流路によ
り連通されている。低温側熱交換器２８と熱再生器２９
と低温側中温部熱交換器３０とは低温側シリンダ２２の
内壁面に形成された凹部２０に低温側熱交換器２８を上
側に、熱再生器２９を中間に、低温側中温部熱交換器３
０を下側にして、それぞれ低温側シリンダ２２に同心状
に組付けられ、それらの内周側は、低温側シリンダ２２
における低温側ディスプレーサ２３との摺動面を形成す
るインナーライナ２１により被覆されている。

【００２９】第１のガス作動装置１の高温側中温空間１
２と、第２のガス作動装置２の低温側中温空間２５と
は、それぞれの底部を形成しているロッドシール部１
４，２７に形成した連通孔を経て各クランクケース１
３，２６に設けられた接続口に通じ、この接続口同士を
繋いだ外部連通管３１により相互に連通している。

【００３０】第１のガス作動装置１と第２のガス作動装
置２の高温側ディスプレーサ１０と低温側ディスプレー
サ２３とは、それぞれそれらの下部に設けられたクラン
ク機構部３，４により所定の位相差（この実施例では９
０°である）をもって高温側シリンダ９内と低温側シリ
ンダ２２内をそれぞれ往復動する。各クランク機構部
３，４は図１に示すようにほぼ相同の構成で、それらの
間に組付けられた両軸型のスタータモータ５の回転軸の
各端にクランクシャフトが連結されている。

【００３１】各クランクシャフトにはクランクケース１
３，２６内においてクランクシャフトの回転運動を往復
直線運動に変換するコンロッド３２の大径端が枢着され
ている。各コンロッド３２の小径端は、クランクケース
１３，２６の上部側に形成された筒部３３に摺動可能に
組込まれたクロスヘッド３４にピンにより連結され、ク
ランクシャフトの一回転により、クロスヘッド３４が筒
部３３内を上下に一往復動する。各クロスヘッド３４の
上部と高温側ディスプレーサ１０及び低温側ディスプレ
ーサ２３の下端とはロッドシール部１４，２７を貫いて
設けた連結ロッド３５，３６によりそれぞれ連結され、
高温側ディスプレーサ１０と低温側ディスプレーサ２３
はそれらに連結されたクロスヘッド３４と同期してそれ
ぞれ高温側シリンダ９内と低温側シリンダ２２内の上死
点と下死点の間を往復直線動する。各ロッドシール部１
４，２７を貫く連結ロッド３５，３６は、ロッドシール
部１４，２７の摺動面を気密状態で上下動する。

【００３２】続いて上記した基本構成の熱駆動型ヒート
ポンプ装置の動作について説明する。燃焼装置１８の運
転により燃焼装置１８が燃焼を開始すると、燃焼室１９
にある各ヒータ管１５は通常４００℃〜８００℃に加熱
され、高温側中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換
器３０とはそれぞれ３５℃〜８０℃になり、スタータモ
ータ５の駆動により起動する。スタータモータ５の駆動
とともに各クランク機構部３，４により、高温側ディス
プレーサ１０は高温側シリンダ９内を、低温側ディスプ
レーサ２３は低温側シリンダ２２内をそれぞれ９０°の
位相差をもって往復動を始める。

【００３３】作動ガスは、第１のガス作動装置１では高
温側ディスプレーサ１０の動きにより高温空間１１から
ヒータ管１５、熱再生器１６、高温側中温部熱交換器１
７を経て高温側中温空間１２に至る順の移動と、この逆
順での移動を交互に繰り返し、第２のガス作動装置２で
は低温側ディスプレーサ２３の動きにより低温空間２４
から低温側熱交換器２８、熱再生器２９、低温側中温部
熱交換器３０を経て低温側中温空間２５に至る順の移動
と、この逆順での移動を交互に繰り返す。この間、作動
ガスの作動空間の体積は一定であり、作動ガスの温度と
圧力とが変化する。作動ガスの圧力の変化は第１のガス
作動装置１と第２のガス作動装置２とは外部連通管３１
で連通しているため瞬時に伝わり、圧力は全作動空間に
おいて一様になる。

【００３４】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサ１０が上死点にある時、熱再生器１６は高温の作動
ガスの通過により加熱され蓄熱されている。高温空間１
１は容積がない状態であり、高温側中温空間１２に移動
した作動ガスは低温側シリンダ２２の作用を受けて圧力
が上がり発熱し、高温側中温部熱交換器１７により放熱
される。この状態は熱的プロセスとしては等温圧縮であ
る。この時、第２のガス作動装置２の低温側ディスプレ
ーサ２３は、シリンダヘッド側への移動途中にあり、作
動ガスは低温空間２４から低温側中温空間２５へ移動し
ている。熱再生器２９は低温空間２４からの低温ガスに
熱を奪われその蓄熱量が減少していく。熱再生器２９か
らの受熱により加熱されて低温側中温空間２５へ移動す
る作動ガスにより、低温側シリンダ２２内の作動ガスの
平均温度が上昇し、圧力が上昇する。この状態は熱的プ
ロセスとしては等容加熱（体積一定の状態変化）であ
る。

【００３５】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサ１０が上死点から下降途中になると、作動ガスは高
温側中温空間１２から高温空間１１へ移動する。熱再生
器１６は高温側中温空間１２からの作動ガスに熱を奪わ
れその蓄熱量が減少していく。熱再生器１６からの受熱
により加熱されて高温空間１１へ移動する作動ガスによ
り、高温側シリンダ９内の作動ガスの平均温度が上昇
し、圧力が上昇する。この状態は熱的プロセスとしては
等容加熱である。この時、第２のガス作動装置２の低温
側ディスプレーサ２３は上死点になり、熱再生器２９は
低温の作動ガスの通過により冷却され蓄冷されている。
低温空間２４は容積がない状態であり、低温側中温空間
２５に移動した作動ガスは高温側シリンダ９の作用を受
けて圧力が上がり発熱し、低温側中温部熱交換器３０に
より放熱される。この状態は熱的プロセスとしては等温
圧縮である。

【００３６】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサ１０が下死点になると、作動ガスは高温側中温空間
１２から高温空間へ１１へ移動する。熱再生器１６は高
温側中温空間１２からの作動ガスに熱を奪われその蓄熱
量はほぼ無くなっている。高温空間１１の容積は最大の
状態にあり、熱再生器１６からの受熱により加熱され、
高温空間１１に移動した作動ガスは低温側シリンダ２２
の作用を受けて圧力が下がり膨張して放熱するが、ヒー
タ管１５を通じて燃焼装置１８から吸熱するので、熱的
プロセスとしては等温膨張となる。この時、第２のガス
作動装置２の低温側ディスプレーサ２３は上死点から下
降途中になっていて、作動ガスは低温側中温空間２５か
ら低温空間２４へ熱再生器２９により冷却されて移動し
ていく。熱再生器２９により冷却されて低温空間２４へ
移動する作動ガスにより、低温側シリンダ２２内の作動
ガスの平均温度が上昇し、圧力が上昇する。この状態は
熱的プロセスとしては等容冷却である。

【００３７】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサ１０が下死点からシリンダヘッド側への移動途中に
なると、作動ガスは高温空間１１から高温側中温空間１
２へ移動している。熱再生器１６は高温空間１１からの
高温の作動ガスによりその蓄熱量を増加させていく。熱
再生器１６により冷却されて高温側中温空間１２へ移動
する作動ガスにより、高温側シリンダ９内の作動ガスの
平均温度が下降し、圧力が減少する。この状態は熱的プ
ロセスとしては等容冷却である。この時、第２のガス作
動装置２の低温側ディスプレーサ２３は下降していき下
死点になる。低温側ディスプレーサ２３が下死点になる
と、作動ガスは低温側中温空間２５から低温空間２４へ
熱再生器２９に冷却されて移動している。低温空間２４
の容積は最大の状態にあり、熱再生器２９により冷却さ
れ低温空間２４に移動した作動ガスは高温側シリンダ９
の作用を受けて圧力が下がり膨張して放熱するが、低温
側熱交換器２８により吸熱されるので熱的プロセスとし
ては等温膨張となる。

【００３８】上記したサイクルが繰り返されて、高温側
中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換器３０とから
暖房出力が、低温側熱交換器２８から冷房出力がそれぞ
れ得られる。上記サイクルは、初期運転をスタータモー
タ５により起こせば、その後はスタータモータ５の動力
を必要とすることなく自律的な運転が可能である。

【００３９】この実施例の熱駆動型ヒートポンプ装置の
特徴は、高温側シリンダ９及び高温側ディスプレーサ１
０や低温側ディスプレーサ２３並びに熱再生器１６，２
９の各構成にある。以降においてこれらについて詳述す
る。

【００４０】高温側シリンダ９は図２に示すように熱再
生器１６の中心線方向の中間部に対応する位置でシリン
ダヘッド側３７とクランクケース側３８とに分割構成さ
れている。シリンダヘッド側３７は運転時には高温（６
００℃程度）にさらされるため、温度強度の高い特殊耐
熱合金（ＭＸ合金）で形成され、クランクケース側３８
はシリンダヘッド側３７に比べ低い温度（７０℃〜８０
℃）にさらされるため、それに応じた温度強度の例えば
ステンレス合金や炭素鋼などの金属材料により筒状に形
成されている。シリンダヘッド側３７とクランクケース
側３８の合せ面３９は胴突きにされ溶接されている。

【００４１】高温側シリンダ９の合せ面３９の溶接箇所
は、溶接部に応力がかからないように図３に示すように
熱再生器１６の中心線方向の中間部に対応する位置に設
定されている。図４は高温側シリンダ９の高さとその温
度分布を示したもので、熱再生器１６の位置で温度分布
が大きく変化する。熱再生器１６の中間部に合せ面３９
を設定することにより、異種金属材の溶接によっても機
能的に問題のない高温側シリンダ９が構成できる。特殊
耐熱合金（ＭＸ合金）は高価で、全てを特殊耐熱合金で
形成すると材料費が高騰し、コストが非常に高くなる
が、必要最小限を特殊耐熱合金で構成し、他の部分は比
較的安価な金属材料で構成することにより材料費を抑え
ることができ、高温側シリンダ９の製造コストを大幅に
低減することができる。

【００４２】この実施例では高温側シリンダ９を２分割
に構成したものを示したが、クランクケース側３８につ
いてはその温度分布（図４参照）に基づいてさらに分割
して構成することもできる。この場合の分割箇所も温度
分布に応じて設定し、溶接により固着することになる。

【００４３】高温側ディスプレーサ１０や低温側ディス
プレーサ２３は図５に示すようにヘッド側４０と連結ロ
ッド３５，３６と連結する基部側４１とに分割されてい
る。ヘッド側４０と基部側４１とはねじ嵌めにより気密
状態に連結されている。ヘッド側４０は基部側４１に外
嵌合され、その端面４２は、基部側４１に形成された段
部４３に対向し、それらの間には図６に示すようなリン
グ状の隙間調整部材４４が挟み込まれている。ねじ嵌め
の構造と、向き合う端面４２と段部４３及び隙間調整部
材４４とで隙間調整機構が構成されている。挟み込む隙
間調整部材４４の厚さを変えると、高温側シリンダ９又
は低温側シリンダ２２との基部側４１の相対位置を変え
ないで、ヘッド側４０の高温側シリンダ９又は低温側シ
リンダ２２との相対位置を変えることができる。即ち、
高温側ディスプレーサ１０又は低温側ディスプレーサ２
３が上死点にある時の当該ディスプレーサ１０，２３の
上面と当該シリンダ９，２２との隙間である上死点隙間
を隙間調整部材４４の厚さを調整する簡単な操作で調整
することができる。

【００４４】また、高温側ディスプレーサ１０や低温側
ディスプレーサ２３の連結ロッド３５，３６との連結部
には、もう一つの隙間調整機構が設けられている。即
ち、連結ロッド３５，３６端にはねじが切られ、ねじ部
の元側には基部側４１に形成された連結孔に挿通させる
挿通部４５が他の部分より段差４６をもって小径に構成
されている。連結ロッド３５，３６のねじ部には基部側
４１の内側においてナット４７が締め込まれ、段差４６
とこれに向き合う基部側４１の連結孔の孔縁との間には
リング状の隙間調整部材４８が挟み込まれている。挟み
込む隙間調整部材４８の厚さを変えると高温側シリンダ
９又は低温側シリンダ２２とのヘッド側４０の相対位置
を変えないで基部側４１の高温側シリンダ９又は低温側
シリンダ２２との相対位置を変えることができる。即
ち、高温側ディスプレーサ１０又は低温側ディスプレー
サ２３が下死点にある時の当該ディスプレーサ１０，２
３の下面と当該シリンダ９，２２との隙間である下死点
隙間を隙間調整部材４８の厚さを調整する簡単な操作で
調整することができる。

【００４５】上記二つの隙間調整部材４４，４８の厚さ
を調整すれば上死点隙間も下死点隙間も共に調整するこ
とができ、一方の隙間を調整するときに他方の隙間は変
らないので個別に最適に調整していけばよく、調整操作
は容易である。上死点隙間及び下死点隙間はいわゆる死
容積と呼ばれ、性能を低下させる原因となる空間であ
り、極力狭くする必要があるが、上死点隙間や下死点隙
間に関与する部品の加工精度を緩くしても二つの隙間調
整機構によって調整できるので、加工費を低減すること
ができコストの低減が実現する。

【００４６】実施例２．この実施例は熱駆動装置におけ
る高温側シリンダ９や低温側シリンダ２２に組込まれる
熱再生器１６，２９に関するもので、その他の基本構成
は上記実施例１により示したものと同じであるので、そ
れらの説明は省略する。なお、実施例１と同一部分につ
いては実施例１と共通の符号を用いることとする。ま
た、熱再生器１６，２９の一方は蓄熱であり、他方は蓄
冷であるが機能は同じなので以降の説明は高温側シリン
ダ９に設けられる熱再生器１６で代表するものとしてこ
の熱再生器１６について説明することにする。

【００４７】図２に示すように熱再生器１６の高温側シ
リンダ９に対する高さ位置はスペーサ４９により位置決
めされている。スペーサ４９は高温側シリンダ９と同材
料、若しくはそれより線膨張率の低い材料により管体状
に形成された本体に中心線方向に多数のガス流路５０を
設けた構成で、高温側シリンダ９の内周壁に形成された
凹部２０の上端側に組込まれ、シリンダヘッド側３７に
形成された作動ガスのガス流路と熱再生器１６とを作動
ガスの流通を可能に連絡している。このスペーサ４９に
より、熱再生器１６の上端が高温側ディスプレーサ１０
の下死点から始まる位置に位置決めされ、下端は高温側
中温部熱交換器１７に当る位置に規定される。また、高
温側ディスプレーサ１０が上死点の時には、高温側ディ
スプレーサ１０の下端部は熱再生器１６の最下部より低
い位置になるように設定されている。

【００４８】熱再生器１６自体は複数枚のメッシュ部材
５１の積層により円筒体に構成され、その内周と外周は
図７、図８に示すようなセラミックやその他の断熱材料
よりなる断熱層５２で被覆されている。断熱層５２は熱
再生器１６の組付けにより、内周側はインナーライナ２
１に接触し、外周側は高温側シリンダ９の凹部２０の内
周面に接触することになる。この断熱層５２により第１
のガス作動装置１における高温空間１１から熱再生器１
６上部への熱の侵入経路及び熱再生器１６から高温側中
温空間１２への熱の侵入経路、又は熱再生器１６上部か
らシリンダ壁を通り熱再生器１６下部や高温側中温空間
１２への熱の侵入経路が遮断され、インナーライナ２１
のみによる熱の遮断より遥かに優れた熱の遮断が実現
し、熱損失の抑制により性能が向上する。また、断熱層
５２は高温空間１１から熱再生器１６上部への熱の侵入
を防止するので、同様の目的を果たすべく位置決め機能
を果たしているスペーサ４９を短く構成し、或いは全く
排除することも可能になる。スペーサ４９を短くした
り、排除できれば高温側シリンダ９の全長も短くでき、
構成の簡素化と小寸法化によるコストの低減に寄与する
効果は大きなものとなる。なお、断熱層５２を内周側又
は外周側の片方に設けてもそれ相当の熱侵入を防止する
効果は得られる。

【００４９】実施例３．この実施例は、実施例２と同様
に熱駆動装置における高温側シリンダ９や低温側シリン
ダ２２に組込まれる熱再生器１６，２９に関するもの
で、その他の基本構成は上記実施例１や実施例２により
示したものと同じであるので、それらの説明は省略す
る。なお、実施例１や実施例２のものと同一部分につい
てはそれらと共通の符号を用いることとする。また、熱
再生器１６，２９の一方は蓄熱であり、他方は蓄冷であ
るが機能は同じなので以降の説明は高温側シリンダ９に
設けられる熱再生器１６で代表するものとしてこの熱再
生器１６について説明することにする。

【００５０】熱再生器１６の高温側シリンダ９に対する
高さ位置はスペーサ４９により位置決めされている。ス
ペーサ４９により熱再生器１６の上端は高温側ディスプ
レーサ１０の下死点から始まる位置に位置決めされ、下
端は高温側中温部熱交換器１７に当る位置に規定され
る。また、高温側ディスプレーサ１０が上死点の時に
は、高温側ディスプレーサ１０の下端部は熱再生器１６
の最下部より低い位置になるように設定されている。

【００５１】熱再生器１６自体は複数枚のメッシュ部材
５１の積層により円筒体に構成され、その内周と外周は
図９、図１０に示すようなセラミックによる断熱層５２
で被覆されている。断熱層５２は金属容器５３に密閉さ
れ封入されている。これ以外の構成は実施例２のものと
同じであるので説明は省略する。

【００５２】この実施例３では断熱層５２が金属容器５
３に密閉収納されているので、運転による振動や熱によ
り断熱層５２を形成しているセラミックが劣化したとし
ても、セラミックの塵が熱再生器１６に侵入したり、高
温側シリンダ９内に侵入したりすることがなくなり、性
能を安定させることができる。これ以外の機能は実施例
２のものと同じであるのでその説明は省略する。なお、
この実施例についてもスペーサ４９を短く構成し、或い
は全く排除することも可能になる。また、断熱層５２を
内周側又は外周側の片方に設けてもそれ相当の熱侵入を
防止する効果は得られる。

【００５３】

【発明の効果】以上実施例による説明からも明らかなよ
うに請求項１の発明によれば、高温側である第１のガス
作動装置のシリンダを、高温となる部分についてのみ高
価な耐熱合金で形成し、比較的高温にならない部分はそ
れに応じて別の比較的安価な金属材料で構成することが
でき、材料費の低減により製造コストが低減する。

【００５４】請求項２の発明によれば、第１のガス作動
装置又は第２のガス作動装置のディスプレーサの隙間調
整機構の操作によって当該ディスプレーサが上死点にあ
る時のディスプレーサの上面とシリンダとの隙間である
上死点隙間を調整することができ、高い加工精度を維持
しないで済むので加工費が低減し製造コストが低減す
る。

【００５５】請求項３の発明によれば、二つの隙間調整
機構の操作により、ディスプレーサが上死点にある時の
ディスプレーサの上面とシリンダとの隙間である上死点
隙間と、ディスプレーサが下死点にある時のディスプレ
ーサの下面とシリンダとの隙間である下死点隙間とを共
に調整することができ、高い加工精度を維持しないで済
むので加工費が低減し製造コストが低減する。

【００５６】請求項４の発明によれば、第１と第２のガ
ス作動装置における高温空間又は低温空間から熱再生器
上部への熱の侵入経路及び熱再生器から中温空間への熱
の侵入経路、又は熱再生器上部からシリンダ壁を通り熱
再生器下部や中温空間への熱の侵入経路が、断熱層によ
り遮断されるので熱損失が低減し性能が向上する。

【００５７】請求項５の発明によれば、請求項４にかか
る効果とともに断熱層が金属容器に密閉収納されている
ので、振動や熱により断熱層を形成しているセラミック
が劣化したとしても、セラミックの塵が熱再生器に侵入
したり、シリンダ内に侵入したりすることがなくなり、
性能が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す熱駆動型ヒートポンプ
装置の断面図である。

【図２】この発明の実施例１の熱駆動型ヒートポンプ装
置における第１のガス作動装置の主要部の断面図であ
る。

【図３】この発明の実施例１の熱駆動型ヒートポンプ装
置における高温側シリンダの断面図である。

【図４】この発明の実施例１の高温側シリンダの温度分
布を示す説明図である。

【図５】この発明の実施例１の熱駆動型ヒートポンプ装
置におけるディスプレーサの断面図である。

【図６】この発明の実施例の熱駆動型ヒートポンプ装置
におけるスペーサの平面図である。

【図７】この発明の実施例２の熱駆動型ヒートポンプ装
置における断熱層の平面図である。

【図８】図７の断熱層の断面図である。

【図９】この発明の実施例３の断熱層と金属容器の平面
図である。

【図１０】図９の断熱層と金属容器の断面図である。

【図１１】従来の熱駆動型ヒートポンプ装置の構成を示
す構成図である。

【図１２】従来の他の熱駆動装置の高温シリンダまわり
の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 第１のガス作動装置 ２ 第２のガス作動装置 ３ クランク機構部 ４ クランク機構部 ９ 高温側シリンダ １０ 高温側ディスプレーサ １１ 高温空間 １２ 高温側中温空間 １５ ヒータ管 １６ 熱再生器 １７ 高温側中温部熱交換器 ２１ インナーライナ ２２ 低温側シリンダ ２３ 低温側ディスプレーサ ２４ 低温空間 ２５ 低温側中温空間 ２８ 低温側熱交換器 ２９ 熱再生器 ３０ 低温側中温部熱交換器 ３５ 連結ロッド ３６ 連結ロッド ３７ シリンダヘッド側 ３８ クランクケース側 ３９ 合せ面 ４０ ヘッド側 ４１ 基部側 ４４ 隙間調整部材 ４８ 隙間調整部材 ４９ スペーサ ５２ 断熱層 ５３ 金属容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 広高 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内 (72)発明者 羽場 政明 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内 (72)発明者 野沢 栄治 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内 (72)発明者 菅波 拓也 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復動するディスプレーサにより作動ガ
   スで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画され
   たシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温空
   間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と熱再生器
   と熱交換器とによるガス流路により連通させ、上記ヒー
   タ管には加熱手段が備えられた第１のガス作動装置と、
   往復動するディスプレーサにより作動ガスで満たされた
   内部が低温空間と中温空間とに区画されたシリンダの上
   記低温空間と中温空間とを、上記低温空間側から中温空
   間側に順に連設した低温側熱交換器と熱再生器と熱交換
   器とによるガス流路により連通させた第２のガス作動装
   置とを備えた熱駆動装置であって、上記第１のガス作動
   装置のシリンダを、そのシリンダヘッド側を耐熱合金で
   形成し、それより下の部分を上記シリンダヘッド側とは
   異るシリンダヘッド側より耐熱性の低い金属材料で形成
   した筒体の溶接により構成したことを特徴とする熱駆動
   装置。
2. 【請求項２】 往復動するディスプレーサにより作動ガ
   スで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画され
   たシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温空
   間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と熱再生器
   と熱交換器とによるガス流路により連通させ、上記ヒー
   タ管には加熱手段が備えられた第１のガス作動装置と、
   往復動するディスプレーサにより作動ガスで満たされた
   内部が低温空間と中温空間とに区画されたシリンダの上
   記低温空間と中温空間とを、上記低温空間側から中温空
   間側に順に連設した低温側熱交換器と熱再生器と熱交換
   器とによるガス流路により連通させた第２のガス作動装
   置とを備えた熱駆動装置であって、上記第１のガス作動
   装置又は第２のガス作動装置の少なくとも一方の上記デ
   ィスプレーサに、該ディスプレーサが上死点にある時の
   上記ディスプレーサの上面と上記シリンダとの隙間であ
   る上死点隙間を調整する隙間調整機構を設けたことを特
   徴とする熱駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の熱駆動装置であって、
   ディスプレーサとこれを往復動させる機構との連結部に
   該ディスプレーサが下死点にある時の上記ディスプレー
   サの下面と上記シリンダとの隙間である下死点隙間を調
   整する隙間調整機構を設けたことを特徴とする熱駆動装
   置。
4. 【請求項４】 往復動するディスプレーサにより作動ガ
   スで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画され
   たシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温空
   間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と熱再生器
   と熱交換器とによるガス流路により連通させ、上記ヒー
   タ管には加熱手段が備えられた第１のガス作動装置と、
   往復動するディスプレーサにより作動ガスで満たされた
   内部が低温空間と中温空間とに区画されたシリンダの上
   記低温空間と中温空間とを、上記低温空間側から中温空
   間側に順に連設した低温側熱交換器と熱再生器と熱交換
   器とによるガス流路により連通させた第２のガス作動装
   置とを備えた熱駆動装置であって、上記第１のガス作動
   装置の上記熱再生器又は上記第２のガス作動装置の熱再
   生器の少なくとも一方を当該上記シリンダの内周部に同
   心状に組込むとともに、その内周面又は外周面の少なく
   とも一方に断熱材料よりなる断熱層を設けたことを特徴
   とする熱駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の熱駆動装置であって、
   断熱層をセラミックにより構成するとともに、その断熱
   層を金属容器に密閉収納したことを特徴とする熱駆動装
   置。