JPH11257155A - 外燃式熱ガス機関の起動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動トルク低減のために特別な構造を施すこ
となく、起動モータを小型化、軽量化できるようにする
こと。 【解決手段】 クランクシャフト１０に連結されたスタ
ータモータ９を駆動させて運転を起動させる外燃式熱ガ
ス機関１の起動方法において、低温側ディスプレーサピ
ストン３を、低温側シリンダ４４に対するピストンスト
ロークの略中央位置Ｃに位置付けるべくクランクシャフ
トを回転させ、次に、低温側ディスプレーサピストンを
ピストンストロークの上記略中央位置に所定時間位置付
けて、低温側シリンダ及び低温側ディスプレーサピスト
ンにより画成される低温室１５とクランク室４７との内
部圧力の圧力差ΔＰを零とし、その後、スタータモータ
を駆動させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房装置や給湯
装置などの冷温熱源として好適な外燃式熱ガス機関をス
タータモータを用いて起動させる外燃式熱ガス機関の起
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、冷暖房や給湯を行う装置として、
外燃式熱ガス機関たるヴィルミエサイクルを利用したヒ
ートポンプ（Vuilleumier Cycle Heat Pump ）が開発さ
れている。この外燃式熱ガス機関は、封入媒体（作動ガ
ス）としてのＨｅ（ヘリウム）ガスの温度分布変化のみ
により圧力変化を引起し、ダイレクトに冷暖房・給湯を
可能とするものである（例えば、特公平５−６５７７７
号公報または特開平４−１１３１７０号公報等参照）。

【０００３】この外燃式熱ガス機関は、高温側ディスプ
レーサピストンが高温側圧力容器の高温側シリンダ内
に、低温側ディスプレーサピストンが低温側圧力容器の
低温側シリンダ内に、それぞれ往復移動可能に収容さ
れ、両ディスプレーサピストンがそれぞれピストンロッ
ド及びコンロッドを介してクランクシャフトに連結さ
れ、両圧力容器内に作動ガスが充填封入されたものであ
る。

【０００４】この種の外燃式熱ガス機関は、運転起動時
には、スタータモータによりクランクシャフトが強制回
転され、これにより高温側ディスプレーサピストン及び
低温側ディスプレーサピストンが往復移動されるが、同
時に、燃焼器が点火され、高温側圧力容器内の高温室に
連通する加熱器が加熱されて、外燃式熱ガス機関は自立
運転する。

【０００５】上述の外燃式熱ガス機関によると、理論的
には、高温側及び低温側のピストンロッドの直径が小さ
くても自立回転するが、実際の機関では、各熱交換器
（加熱器、中温熱交換器、低温熱交換器、高温再生器、
低温再生器）で圧力損失があるため、高温側及び低温側
のピストンロッドの直径が小さくては自立回転しない。
そこで、実際の機関では、通常、低温側のピストンロッ
ドの直径を大きくして、各熱交換器（加熱器、中温熱交
換器、低温熱交換器、高温再生器、低温再生器）の圧力
損失が大きくても自立回転できるように製作する。

【０００６】ところが、高温側及び低温側のピストンロ
ッドの直径が大きくなると、高温側及び低温側のピスト
ンロッドの動作分の圧縮、膨張により、作動室（高温
室、中温室及び低温室）と上記クランクシャフトを収納
するクランク室とに圧力差が生じる。このため、高温側
及び低温側のピストンロッドの直径が大きいほど、大き
な起動トルクが必要となる。

【０００７】従来、上述の外燃式熱ガス機関を起動させ
るために、この熱ガス機関の起動時に必要とされる起動
トルクを発生する大容量のスタータモータを設置したり
（第１従来技術）、上記中温室等とクランク室等を連通
可能とするバイパス通路を設け、このバイパス通路に、
外燃式熱ガス機関の起動時にのみ開弁する開閉弁を設置
して起動トルクを低減するもの（第２従来技術）が提案
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１従
来技術の如く大容量のスタータモータを採用した場合に
は、スタータモータが大型化し重量が増大して、外燃式
熱ガス機関の全体の重量も増大してしまう。

【０００９】また、第２従来技術の如く、中温室とクラ
ンク室との間に、開閉弁を備えたバイパス通路を設けた
場合には、起動トルク低減のために特別な構造を施すこ
とになり、コストの上昇が避けられない。

【００１０】本発明の課題は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、起動トルク低減のために特別な構造
を施すことなく、起動モータを小型化、軽量化できる外
燃式熱ガス機関の起動方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
高温側ディスプレーサピストンが高温側シリンダ内に、
低温側ディスプレーサピストンが低温側シリンダ内にそ
れぞれ往復移動可能に収容され、これらの両ディスプレ
ーサピストンがピストンロッドを介して、クランク室内
に配設されたクランクシャフトに連結され、上記低温側
ディスプレーサピストン側の上記ピストンロッドが、上
記高温側ディスプレーサピストン側の上記ピストンロッ
ドよりも大径に形成され、上記クランクシャフトに連結
されたスタータモータを駆動させて運転を起動させる外
燃式熱ガス機関の起動方法において、上記低温側ディス
プレーサピストンを、上記低温側シリンダに対するピス
トンストロークの略中央位置に位置づけるべく上記クラ
ンクシャフトを回転させ、次に、上記低温側ディスプレ
ーサピストンを上記ピストンストロークの上記略中央位
置に所定時間位置づけて、上記低温側シリンダ及び上記
低温側ディスプレーサピストンにより画成される作動室
と前記クランク室との内部圧力の差を零とし、その後、
上記スタータモータを駆動させるものである。

【００１２】請求項１に記載の発明には、次の作用があ
る。

【００１３】低温側ディスプレーサピストンを、低温側
シリンダに対するピストンストロークの略中央位置に位
置付けるべく上記クランクシャフトを所定角度回転さ
せ、次に、上記低温側ディスプレーサピストンを上記ピ
ストンストロークの略中央位置に所定時間位置付けて、
低温側シリンダ内の作動室とクランク室との内部圧力の
差を零とし、その後、上記スタータモータを駆動させる
ことから、低温側ディスプレーサピストンを上記ピスト
ンストロークの略中央位置から上死点側又は下死点側へ
移動させるときの低温側シリンダ内における作動室のピ
ストンロッドの出入による容積変化は、低温側ディスプ
レーサピストンを他の位置から上死点側又は下死点側へ
移動させる場合に比べて小さい。このため、低温側シリ
ンダ内の作動室とクランク室との内部圧力の差も、低温
側ディスプレーサピストンを上記ピストンストロークの
略中央位置から上死点又は下死点側へ移動させるときの
方が、低温側ディスプレーサピストンを他の位置から上
死点側又は下死点側へ移動させる場合よりも小さい。こ
の結果、上記内部圧力の差に基づき決定される、起動時
のクランクシャフト回転のために必要とされる起動トル
クも、低温側ディスプレーサピストンを上記ピストンス
トロークの略中央位置から上死点側又は下死点側へ移動
させるときの方が、低温側ディスプレーサピストンを他
の位置から上死点側又は下死点側へ移動させる場合によ
りも小さい。ゆえに、起動時にクランクシャフトを回転
させる起動モータを小型化でき、軽量化できる。

【００１４】また、運転起動時に、低温側ディスプレー
サピストンの位置を低温側シリンダに対するピストンス
トロークの略中央位置に位置付け、この位置に所定時間
待機させるだけで、運転起動時に必要とされる起動トル
クを低減できるので、起動トルク低減のために特別な構
造を施す必要がなく、コストの上昇を招くことがない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明に係る外燃式熱ガス機関の
起動方法の一実施の形態を実施する外燃式熱ガス機関が
装備されたヒートポンプ式空気調和装置の冷温水回路を
示す回路図である。

【００１７】外燃式熱ガス機関１は互いに直交配置され
た高温側ディスプレーサピストン２と低温側ディスプレ
ーサピストン３とを備えており、これらがヘリウム等の
作動ガスを封入した後述の容器に収納されている。容器
内部は、高温室１２と、中温室１３，１４と、低温室１
５とに区画されている。また、高温室１２の端部には加
熱器１６を有しており、加熱器１６は、燃焼器１１によ
り加熱される。

【００１８】両ディスプレーサピストン２，３は、互い
に９０°位相をずらして動作するべく、それぞれピスト
ンロッド２ａ、３ａ等を介しクランクシャフト１０に連
結されている。高温側ディスプレーサピストン２と低温
側ディスプレーサピストン３とが動作すると、封入され
た作動ガスが、高温再生器４と低温再生器７を通って高
温室１２と中温室１３，中温室１４と低温室１５間を移
動する。そして、作動ガスは、これら再生器４，７を通
過する際に、加熱あるいは冷却されることになり、密閉
容器内が昇圧あるいは減圧されることになる。

【００１９】例えば、高温室１２の作動ガスが高温再生
器４を通って中温室１３に移動する際には、作動ガスの
熱エネルギーが高温再生器４に蓄えられ、作動ガスの圧
力は低下する。逆に、作動ガスが中温室１３から高温室
１２に環流する際には、高温再生器４に蓄えられた熱エ
ネルギーが作動ガスに放出され、作動ガスの圧力は上昇
する。また、低温室１５の作動ガスが低温再生器７を通
って中温室１３に移動する際には、作動ガスに低温再生
器７の熱エネルギーが供給され、作動ガスの圧力も上昇
する。逆に、作動ガスが中温室１４から低温室１５に環
流する際には、作動ガスの熱エネルギーが低温再生器７
にて吸収され、作動ガスの圧力は低下する。

【００２０】また、外部との熱エネルギーのやり取り
は、加熱器１６と、中温室１３，１４にそれぞれ連通さ
れる中温熱交換器５，６と、低温室１５に連通される低
温熱交換器８とが行う。

【００２１】例えば、加熱器１６が高温室１２の作動ガ
スに熱エネルギーを与えると、中温室１３，１４内の作
動ガスが中温熱交換器５，６を介して外部熱媒体に熱エ
ネルギーを放出すると共に、低温室１５内の作動ガスが
低温熱交換器８を介して外部熱媒体から熱エネルギーを
吸収する。

【００２２】すなわち、本実施形態の外燃式熱ガス機関
１では、低温熱交換器８と低温室１５とは吸熱部を構成
する一方で、中温熱交換器５，６と中温室１３，１４と
が放熱部を構成し、この外燃式熱ガス機関１の低温熱交
換器８および中温熱交換器５，６を利用して空気調和装
置１００が構成される。空気調和装置１００は、外燃式
熱ガス機関１と室内機２００と室外機３００とからなっ
ている。

【００２３】室内機２００内には室内熱交換器２０１が
配設され、室外機３００内には室外熱交換器３０１が配
設されている。２０３は室内ファン、３０３は室外ファ
ンである。低温熱交換器８と室内熱交換器２０１は、管
路２１と四方弁３６と管路２２とによりつながれ、さら
に室内熱交換器２０１と低温熱交換器８は、管路２３と
四方弁３７と管路２４とによりつながれている。

【００２４】また、中温熱交換器５と室外熱交換器３０
１は、管路３１と四方弁３６と管路３２とによりつなが
れ、さらに室外熱交換器３０１と中温熱交換器６は、管
路３３と四方弁３７と管路３４とによりつながれてい
る。また、中温熱交換器５と６は、管路３５とによりつ
ながれている。管路を循環する外部熱媒体としては、水
（以下、液冷媒と記す）が用いられている。

【００２５】ここで、符号９はスタータモータであり、
外燃式熱ガス機関１の起動時にクランクシャフト１０を
強制回転させて、高温側ディスプレーサピストン２及び
低温側ディスプレーサピストン３を強制的に往復移動さ
せる。このスタータモータ９による外燃式熱ガス機関１
の起動中に燃焼器１１を点火させて外燃式熱ガス機関１
を自立運転させ、その後、スタータモータ９を停止させ
る。

【００２６】冷房運転時には、燃焼器１１の点火により
熱ガス機関１が作動し、中温熱交換器５，６を介して作
動ガスの熱エネルギーが液冷媒に放出される一方で、低
温熱交換器８を介して液冷媒の熱エネルギーが作動ガス
に吸収される。この際、四方弁３６，３７は図１で実線
で示すように切り替えられており、低温熱交換器８で熱
エネルギーを放出した液冷媒は、管路２１、四方弁３
６、管路２２を経由して室内熱交換器２０１に流れる。
室内機２００内では、低温となった室内熱交換器２０１
に室内ファン２０３からの送風が行われ、室内に冷風が
送り出され（冷房が行われ）、室内機２００の熱エネル
ギーを吸収した液冷媒は管路２３、四方弁３７、管路２
４を経由して低温熱交換器８に環流する。

【００２７】このとき、中温熱交換器５で熱エネルギー
を吸収した液冷媒は、管路３１、四方弁３６、管路３２
を通じて室外熱交換器３０１に流れ、そこで室外ファン
３０３からの送風により冷却された後、管路３３、四方
弁３７、管路３４を通じて中温熱交換器６に流れ、さら
に管路３５を通じて中温熱交換器５に環流する。

【００２８】また、暖房運転時にも、燃焼器１１の点火
により熱ガス機関１が作動し、中温熱交換器５，６を介
して作動ガスの熱エネルギーが液冷媒に吸収される一方
で、低温熱交換器８を介して液冷媒の熱エネルギーが作
動ガスに放出されるが、この際には四方弁３６，３７が
図１で点線で示すように切り替えられている。

【００２９】この場合、中温熱交換器５，６で熱エネル
ギーを吸収した液冷媒は、管路３１、四方弁３６、管路
２２を経由して室内熱交換器２０１に流れる。

【００３０】室内機２００内では、比較的高温となった
室内熱交換器２０１に室内ファン２０３からの送風が行
われ、室内に温風が送り出される（暖房が行われる）一
方で、室内に熱エネルギーを放出した液冷媒は管路２
３、四方弁３７、管路３４を経由して中温熱交換器５，
６に環流する。

【００３１】このとき、低温熱交換器８で熱エネルギー
を放出した液冷媒は、管路２１、四方弁３６、管路３２
を通じて室外熱交換器３０１に流れ、そこで室外ファン
３０３からの送風により外気の熱エネルギーを吸収した
後、管路３３、四方弁３７、管路２４を経由して低温熱
交換器８に環流する。

【００３２】ここで、前記外燃式熱ガス機関１の構造
を、図１及び図２を用いて更に詳説する。

【００３３】高温側ディスプレーサピストン２は高温側
圧力容器４０内に、また、低温側ディスプレーサピスト
ン３は低温側圧力容器４１内に、前述の如く、それぞれ
往復移動可能に収容される。また、クランクシャフト１
０は、前述の如く、ピストンロッド２ａ、３ａおよびコ
ンロッド２ｂ、３ｂを介して高温側ディスプレーサピス
トン２、低温側ディスプレーサピストン３にそれぞれ連
結され、クランクケース４２のクランク室４７内に回転
可能に収容される。このクランクケース４２に、上記高
温側圧力容器４０及び低温側圧力容器４１が直交状態で
ボルト固定される。

【００３４】高温側圧力容器４０は、高温側ディスプレ
ーサピストン２を摺接して往復移動させる高温側シリン
ダ４３を備え、この高温側シリンダ４３の外側に高温再
生器４及び中温熱交換器５が配設される。また、高温側
シリンダ４３および高温側圧力容器４０内は、高温側デ
ィスプレーサピストン２によって高温室１２と中温室１
３とに区画される。

【００３５】低温側圧力容器４１は、低温側ディスプレ
ーサピストン３を摺接して往復移動させる低温側シリン
ダ４４を備え、この低温側シリンダ４４の外側に低温再
生器７が配設され、低温側シリンダ４４の外側の低温再
生器７の両側に中温熱交換器６、低温熱交換器８がそれ
ぞれ配設される。また、低温側シリンダ４４および低温
側圧力容器４１内は、低温側ディスプレーサピストン３
によって中温室１４と低温室１５とに区画される。

【００３６】上記高温室１２、中温室１３、中温室１
４、低温室１５、高温再生器４、中温熱交換器５、中温
熱交換器６、低温再生器７及び低温熱交換器８内に作動
ガスが充填封入される。高温側圧力容器４０の中温室１
３側と低温側圧力容器４１の中温室１４側とを連結する
連結ダクト４５により、中温室１３及び中温熱交換器５
内の作動ガスと、中温室１４及び中温熱交換器６内の作
動ガスとの移動が可能とされる。

【００３７】また、上記クランクケース４２には、クラ
ンク室４７と高温側圧力容器４０側の中温室１３とを仕
切る隔壁４８が、更に、クランク室４７と低温側圧力容
器４１側の中温室１４とを仕切る隔壁４９がそれぞれボ
ルト固定されている。そして、これらの隔壁４８、４９
には、それぞれ高温側ディスプレーサピストン２側のピ
ストンロッド２ａ、低温側ディスプレーサピストン３側
のピストンロッド３ａの外周面に摺接するシール材５０
が装着されている。このシール材５０は、外燃式熱ガス
機関１の運転時に、中温室１３、１４内の作動ガスがク
ランク室４７内へ漏洩することを防止して、中温室１
３、１４、クランク室４７内の圧力が適正化される。但
し、外燃式熱ガス機関１の運転停止時には、中温室１
３、１４及びクランク室４７内の作動ガスがシール材５
０を介して流出入して、これら中温室１３、１４及びク
ランク室４７内の圧力が均一化される。

【００３８】上記低温側ディスプレーサピストン３側の
ピストンロッド３ａの外径は、高温側ディスプレーサピ
ストン２側のピストンロッド２ａの外径よりも大径に設
けられて、ピストンロッド３ａの出入による中温室１４
の容積変化を増大させ、これにより、外燃式熱ガス機関
１の自立回転を可能ならしめている。

【００３９】さて、クランクシャフト１０に連結された
スタータモータ９を駆動させて、外燃式熱ガス機関１を
起動させる起動方法を以下に述べる。

【００４０】この起動方法の説明の前に、低温室１５内
の圧力Ｐ１とクランク室４７内の圧力Ｐ２との圧力差Δ
Ｐ（ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２）を図３を用いて、又、この圧力
差ΔＰに基づき決定される、クランクシャフト１０の回
転のために必要とされる外燃式熱ガス機関１の起動トル
クＴを図４を用いてそれぞれ説明する。

【００４１】図３に示すように、クランク室４７内の圧
力Ｐ２は、外燃式熱ガス機関１の運転時及び運転停止時
において一定である。また、低温室１５内の圧力Ｐ１
は、外燃式熱ガス機関１の運転停止時には、隔壁４９の
シール材５０からの作動ガスの漏洩によってクランク室
４７内の圧力Ｐ２と等しくなり、従って、外燃式熱ガス
機関１の起動前の圧力差ΔＰは零となる。外燃式熱ガス
機関１の運転時（スタータモータ９による起動時も含
む）には、低温側ディスプレーサピストン３の往復移動
によりピストンロッド３ａが中温室１４へ出入し、これ
により中温室１４の容積が変化するので、この中温室１
４に連通する低温室１５内の圧力Ｐ１は変動し、従っ
て、圧力差ΔＰも変動する。

【００４２】この圧力差ΔＰは、図５に示すように、外
燃式熱ガス機関１の起動時における低温側ディスプレー
サピストン３のピストンストローク位置、つまりクラン
クシャフト１０の回転停止位置により異なる。つまり、
外燃式熱ガス機関１の起動時に低温側ディスプレーサピ
ストン３が上死点位置Ａにある場合（クランクシャフト
１０がクランク角０度位置ａにある場合）には、低温側
ディスプレーサピストン３が下死点位置Ｂ（クランクシ
ャフト１０がクランク角１８０度位置ｂにある場合）へ
移動するまでの、中温室１４のピストンロッド３ａの出
入による容積変化が大きいので、圧力差ΔＰは、図５の
細実線α１に示すように、起動時には零であるが、低温
側ディスプレーサピストン３が上死点位置Ａと下死点位
置Ｂとの略中央位置Ｃ（クランクシャフト１０がクラン
ク角９０度位置ｃ位置にある場合）へ移動したときに約
−２（無次元量）となり、下死点位置Ｂへ移動したとき
に約−４（無次元量）となる。

【００４３】これに対し、外燃式熱ガス機関１の起動時
に低温側ディスプレーサピストン３が上死点位置Ａと下
死点位置Ｂとの略中央位置Ｃ（クランクシャフト１０が
クランク角９０度位置ｃにある場合(図２の低温側ディ
スプレーサピストン３位置)）には、低温側ディスプレ
ーサピストン３が上死点位置Ａまたは下死点位置Ｂへ移
動するまでの、中温室１４のピストンロッド３ａの出入
による容積変化が最も小さいので、圧力差ΔＰは、図５
の太実線β１に示すように、起動時には零であるが、低
温側ディスプレーサピストン３が下死点位置Ｂ（クラン
クシャフト１０がクランク角１８０度位置ｂにある場
合）へ移動したときに、約−２（無次元量）となる。

【００４４】外燃式熱ガス機関１の起動時に、低温側デ
ィスプレーサピストン３が上死点位置Ａと上記略中央位
置Ｃとの間にある場合（例えばクランクシャフト１０が
クランク角３０度位置、またはクランク角６０度位置に
ある場合）には、低温側ディスプレーサピストン３が下
死点位置Ｂへ移動するまでの、中温室１４のピストンロ
ッド３ａの出入による容積変化は、起動時に低温側ディ
スプレーサピストン３が上記略中央位置Ｃにある場合よ
りも大きいので、圧力差ΔＰは、それぞれ図５の破線γ
１、一点鎖線δ１の如く、太実線β１の場合よりも大と
なる。

【００４５】次に、図４を用いて外燃式熱ガス機関１の
起動トルクＴを説明する。低温側ディスプレーサピスト
ン３に作用する力Ｆは、低温室１５内の圧力Ｐ１とクラ
ンク室４７内の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰに、ピストンロ
ッド３ａの横断面積Ｓを乗じた値として次式（１）によ
り算出される。

【００４６】

【数１】

【００４７】従って、外燃式熱ガス機関１の起動時に、
上記力Ｆに抗してクランクシャフト１０を回転させるた
めに必要な起動トルクＴは、次式（２）により算出され
る。

【００４８】

【数２】

【００４９】ここで図４から幾何学的に、

【００５０】

【数３】

【００５１】となる。ここで、ｌはコネクティングロッ
ド３ｂの長さ、ｒはクランクシャフト１０の回転半径、
θはクランクシャフト１０のクランク角をそれぞれ示
す。

【００５２】従って、式（２）に式（１）及び式（３）
を代入すると、起動トルクＴは、図６に示すように、外
燃式熱ガス機関１の起動時における低温側ディスプレー
サピストン３のピストンストローク位置（クランクシャ
フト１０の回転停止位置）によって異なる値となる。つ
まり、外燃式熱ガス機関１の起動時にクランクシャフト
１０がクランク角０度位置ａ（低温側ディスプレーサピ
ストン３が上死点位置Ａの場合）、クランクシャフト１
０がクランク角３０度位置、クランクシャフト１０がク
ランク角６０度位置、クランクシャフト１０がクランク
角９０度位置ｃ（低温側ディスプレーサピストン３が上
死点位置Ａと下死点位置Ｂとの略中央位置Ｃの場合）に
あるときに、起動トルクＴは、図６のそれぞれ細実線α
２、破線γ２、一点鎖線δ２、太実線β２の如く変化
し、外燃式熱ガス機関１の起動時に、クランクシャフト
１０がクランク角９０度位置ｃ（低温側ディスプレーサ
ピストン３が上死点位置Ａと下死点位置Ｂとの略中央位
置Ｃの場合）にあるときに最も小さい値となる（図６で
はＴ＝０．７（無次元量））。

【００５３】従って、スタータモータ９を駆動させて外
燃式熱ガス機関１を起動させる起動方法としては、ま
ず、スタータモータ９を徐々に駆動させてクランクシャ
フト１０を微少角度づつ回転させ、低温側ディスプレー
サピストン３を上死点位置Ａと下死点位置Ｂとの略中央
位置Ｃに位置させるべく、クランクシャフト１０を所定
角度回転させてクランク角９０度位置ｃに位置付ける。
このクランクシャフト１０の位置付けは、例えば、クラ
ンクシャフト１０にマグネット５１（図２）を設置し、
クランクケース４２に磁気センサ５２を設置し、磁気セ
ンサ５２がマグネット５１の磁気を検出したときに、ク
ランクシャフト１０の上記位置付けが完了するように構
成すればよい。

【００５４】次に、低温側ディスプレーサピストン３を
上述の上死点位置Ａと下死点位置Ｂとの略中央位置Ｃ
に、つまりクランクシャフト１０をクランク角９０度位置ｃ
に所定時間（２，３秒）位置付けて、隔壁４９のシール
材５０の漏洩により、中温室１４及び１５内の圧力Ｐ１
とクランク室４７内の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰが零とな
るまで待機する。

【００５５】その後、スタータモータ９を連続的に回転
駆動させて、クランクシャフト１０を連続回転させ、外
燃式熱ガス機関１を起動させる。

【００５６】従って、上記実施の形態によれば、次の効
果及びを奏する。

【００５７】低温側ディスプレーサピストン３を、低
温側シリンダ４４に対するピストンストロークの略中央
位置Ｃに位置付けるべくクランクシャフト１０を所定角
度回転させ、次に、低温側ディスプレーサピストン３を
ピストンストロークの略中央位置Ｃに所定時間位置付け
て、低温室１５及び中温室１４の圧力Ｐ１とクランク室
４７内の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰを零とし、その後、ス
タータモータ９を連続回転駆動させることから、低温側
ディスプレーサピストン３をピストンストロークの略中
央位置Ｃから上死点位置Ａ側又は下死点位置Ｂ側へ移動
させるときの、中温室１４のピストンロッド３ａの出入
による容積変化は、低温側ディスプレーサピストン３を
他の位置（例えば上死点位置Ａ）から上死点位置Ａ側又
は下死点位置Ｂ側へ移動させる場合に比べて小さい。こ
のため、中温室１４及び１５の圧力Ｐ１とクランク室４
７の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰも、低温側ディスプレーサ
ピストン３をピストンストロークの略中央位置Ｃから上
死点位置Ａ側又は下死点位置Ｂ側へ移動させるときのほ
うが、低温側ディスプレーサピストン３を他の位置（例
えば上死点位置Ａ）から上死点位置Ａ側又は下死点位置
Ｂ側へ移動させる場合よりも小さい。この結果、上記圧
力差ΔＰに基づき決定される、起動時のクランクシャフ
ト１０の回転のために必要とされる起動トルクＴも、低
温側ディスプレーサピストン３をピストンストロークの
略中央位置Ｃから上死点位置Ａ側又は下死点位置Ｂ側へ
移動させるときのほうが、低温側ディスプレーサピスト
ン３を他の位置（例えば上死点位置Ａ）から上死点位置
Ａ側又は下死点位置Ｂ側へ移動させる場合よりも小さ
い。ゆえに、外燃式熱ガス機関１の起動時にクランクシ
ャフト１０を回転させるスタータモータ９を小型かで
き、軽量化できる。

【００５８】外燃式熱ガス機関１の運転起動時に、低
温側ディスプレーサピストン３の位置を低温側シリンダ
４４に対するピストンストロークの略中央位置Ｃに位置
付け、この位置に所定時間待機させるだけで、外燃式熱
ガス機関１の運転起動時に必要とされる起動トルクＴを
低減できるので、起動トルクＴ低減のために特別な構造
（例えば第２従来技術の開閉弁を備えたバイパス通路）
を施す必要がなく、コストの上昇を招く事がない。

【００５９】以上、一実施の形態に基づいて本発明を説
明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例
えば、上記実施の形態では、外燃式熱ガス機関１の起動
時にクランクシャフト１０をクランク角０度位置ａに位
置付けて所定時間待機させるものを述べたが、外燃式熱
ガス機関１の起動時にクランクシャフト１０をクランク
角２７０度位置ｄ（図３）に位置付けて所定時間待機さ
せるものでよい。

【００６０】また、上記実施の形態では、クランクシャ
フト１０をクランク角９０度位置ｃに位置付けるときに
スタータモータ９を駆動させる場合を述べたが、例えば
手動でクランクシャフト１０を回転させてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る外燃式熱ガ
ス機関の起動方法によれば、低温側ディスプレーサピス
トンを、低温側シリンダに対するピストンストロークの
略中央位置に位置付けるべくクランクシャフトを回転さ
せ、次に、低温側ディスプレーサピストンをピストンス
トロークの略中央位置に所定時間位置付けて、低温側シ
リンダ及び低温側ディスプレーサピストンにより画成さ
れる作動室とクランク室との内部圧力の差を零とし、そ
の後スタータモータを駆動させることから、外燃式熱ガ
ス機関の起動時において、低温側シリンダ及び低温側デ
ィスプレーサピストンにより画成される作動室の容積変
化を最も小さく設定でき、この結果、外燃式熱ガス機関
の起動トルクを最小化できるので、起動トルク低減のた
めに特別な構造を施すことなく起動モータを小型化、軽
量化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る外燃式熱ガス機関の起動方法の一
実施の形態を実施する外燃式熱ガス機関が装備されたヒ
ートポンプ式空気調和装置の冷温水回路を示す回路図で
ある。

【図２】図１及び図２の外燃式熱ガス機関を示す側断面
図である。

【図３】図１及び図２の外燃式熱ガス機関の低温側ディ
スプレーサピストンとクランクシャフト等を概念的に示
す模式図である。

【図４】図１及び図２のクランクシャフトを回転させる
ために必要な起動トルクを求めるための模式図である。

【図５】図１及び図２の低温室とクランク室との圧力差
を示すグラフである。

【図６】図１及び図２のクランクシャフトを回転させる
ために必要な起動トルクを示すグラフである。

【符号の説明】

１ 外燃式熱ガス機関 ２ 高温側ディスプレーサピストン ３ 低温側ディスプレーサピストン ２ａ、３ａ ピストンロッド ９ スタータモータ １０ クランクシャフト １４ 中温室 １５ 低温室 ４３ 高温側シリンダ ４４ 低温側シリンダ ４７ クランク室 Ｐ１、Ｐ２ 圧力 ΔＰ 圧力差 Ａ 上死点位置 Ｂ 下死点位置 Ｃ 上死点位置と下死点位置との略中央位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温側ディスプレーサピストンが高温側
   シリンダ内に、低温側ディスプレーサピストンが低温側
   シリンダ内にそれぞれ往復移動可能に収容され、 これらの両ディスプレーサピストンがピストンロッドを
   介して、クランク室内に配設されたクランクシャフトに
   連結され、上記低温側ディスプレーサピストン側の上記
   ピストンロッドが、上記高温側ディスプレーサピストン
   側の上記ピストンロッドよりも大径に形成され、 上記クランクシャフトに連結されたスタータモータを駆
   動させて運転を起動させる外燃式熱ガス機関の起動方法
   において、 上記低温側ディスプレーサピストンを、上記低温側シリ
   ンダに対するピストンストロークの略中央位置に位置づ
   けるべく上記クランクシャフトを回転させ、 次に、上記低温側ディスプレーサピストンを上記ピスト
   ンストロークの上記略中央位置に所定時間位置づけて、
   上記低温側シリンダ及び上記低温側ディスプレーサピス
   トンにより画成される作動室と前記クランク室との内部
   圧力の差を零とし、 その後、上記スタータモータを駆動させることを特徴と
   する外燃式熱ガス機関の起動方法。