(57)【要約】【課題】車両用スターリング冷凍機が開示される。【解決手段】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機は、車両のエンジンから駆動力を受けて回転する回転シャフトを含んで構成される駆動部と、前記駆動部に連結され、前記回転シャフトの回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する圧縮部と、前記圧縮部の一側に配置され、前記回転シャフトの回転を通じ、前記圧縮部で圧縮された作動流体を等温膨張させて吸熱する膨張部と、前記膨張部の一側に配置され、前記圧縮部で等温圧縮された作動流体を前記膨張部に供給するように、前記圧縮部と前記膨張部とを流体的に連通させる再生部とを含む。【選択図】図２
2014084095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を受けて回転する回転シャフトを含んで構成される駆動部と、
前記駆動部に連結され、前記回転シャフトの回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する圧縮部と、
前記圧縮部の一側に配置され、前記回転シャフトの回転を通じ、前記圧縮部で圧縮された作動流体を等温膨張させて吸熱する膨張部と、
前記膨張部の一側に配置され、前記圧縮部で等温圧縮された作動流体を前記膨張部に供給するように、前記圧縮部と前記膨張部とを流体的に連通させる再生部とを含むことを特徴とする車両用スターリング冷凍機。
【請求項２】
前記回転シャフトは、
プーリが一端に装着され、他端部が前記圧縮部と前記膨張部とを貫通して設けられることを特徴とする請求項１記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項３】
前記圧縮部は、
前記回転シャフトが貫通した状態で回転可能に設けられ、内部に複数の圧縮室が備えられる第１ハウジングと、
前記第１ハウジングの内部で前記回転シャフトに所定角度に傾斜した状態で装着され、前記回転シャフトと共に回転する第１傾斜板と、
前記第１傾斜板に装着される複数の第１シューと、
前記第１傾斜板の回転に伴い、前記各圧縮室に選択的に挿入されながら、作動流体を圧縮するように、前記第１シューを介して前記第１傾斜板に装着される複数の第１ピストンとを含むことを特徴とする請求項１記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項４】
前記各圧縮室は、
前記回転シャフトを中心として前記第１ハウジングの内部で円周方向に離隔して形成されることを特徴とする請求項３記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項５】
前記各第１シューと前記各第１ピストンは、
前記各圧縮室に対応して、前記第１傾斜板の外周面の周りに沿って前記回転シャフトを中心として設定角度に離隔して装着されることを特徴とする請求項３記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項６】
前記膨張部は、
前記圧縮部の一側に配置され、前記回転シャフトが貫通した状態で回転可能に設けられ、内部に前記各圧縮室に対応して複数の膨脹室が備えられる第２ハウジングと、
前記第２ハウジングの内部で前記回転シャフトに所定角度に傾斜した状態で装着され、前記回転シャフトと共に回転する第２傾斜板と、
前記第２傾斜板に装着される複数の第２シューと、
前記第２傾斜板の回転に伴い、前記各膨脹室に選択的に挿入されながら、作動流体を膨張させるように、前記第２シューを介して前記第２傾斜板に装着される複数の第２ピストンとを含むことを特徴とする請求項３記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項７】
前記各膨脹室は、
前記回転シャフトを中心として前記第２ハウジングの内部で円周方向に離隔して形成されることを特徴とする請求項６記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項８】
前記各第２シューと前記各第２ピストンは、
前記各膨脹室に対応して、前記第２傾斜板の外周面の周りに沿って前記回転シャフトを中心として設定角度に離隔して装着されることを特徴とする請求項６記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項９】
前記第１傾斜板と第２傾斜板は、
それぞれ設定角度の位相を有し、前記回転シャフト上で前記圧縮部と前記膨張部の内部にそれぞれ反対方向に傾斜して装着されることを特徴とする請求項６記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項１０】
前記各圧縮室と前記各膨脹室は、
同一線上にそれぞれ位置することを特徴とする請求項６記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項１１】
前記再生部は、
前記圧縮部から供給される等温圧縮された高温状態の前記作動流体を受けて熱吸収を通じて貯蔵し、前記作動流体の温度を低下させた状態で前記膨張部に供給し、
前記膨張部から排出される等温膨張した低温状態の前記作動流体に貯蔵された熱を供給し、前記作動流体の温度を上昇させた状態で前記圧縮部に供給することを特徴とする請求項１記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項１２】
前記圧縮部と前記膨張部と前記再生部は順次に配置され、
前記圧縮部と前記再生部は、前記各圧縮室に対応して前記圧縮部の外部に装着される複数の連結管を介して相互連結され、作動流体が流動することを特徴とする請求項６記載の車両用スターリング冷凍機。
【請求項１３】
車両のエンジンから駆動力を受けて回転する回転シャフトを含んで構成される駆動部と、
前記駆動部に連結され、前記回転シャフトの一端部に構成され、前記回転シャフトの回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する圧縮部と、
前記回転シャフトの他端部に構成され、前記圧縮部から等温圧縮された作動流体を等温膨張させて吸熱する膨張部と、
前記圧縮部と前記膨張部との間に構成され、前記圧縮部で等温圧縮された作動流体を前記膨張部に供給するように、前記圧縮部と前記膨張部とを流体的に連通させる再生部とを含むことを特徴とする車両用スターリング冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエアコンシステムにおいて、作動流体を用いて車両の冷房を行う車両用スターリング冷凍機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、エアコンシステムは、冷媒を圧縮する圧縮器と、前記圧縮器で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器で凝縮して液化した冷媒を急速に膨張させる膨張バルブと、前記膨張バルブで膨張した冷媒を蒸発させながら、冷媒の蒸発潜熱を利用して前記エアコンシステムが設けられた室内に送風される空気を冷却する蒸発器などとを含む。
【０００３】
しかし、このような従来のエアコンシステムは、循環する作動流体の冷媒としてＣＦＣ／ＨＣＦＣ系化合物を使用しており、これらは次第にオゾン層を破壊させる。
【０００４】
また、このようなＣＦＣ／ＨＣＦＣ系化合物の冷媒を代替冷媒に変更する場合、コストが上昇する問題もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ＣＦＣ／ＨＣＦＣ系冷媒の循環方式を代替し、ヘリウムまたは窒素を作動流体として冷媒による環境汚染を防止すると同時に、構成要素を減少させてレイアウトを簡素化し、製作コストを節減する車両用スターリング冷凍機を提供しようとする。
【０００６】
また、内部で流動する作動流体を用いることにより、別の複雑な連結配管を除去して作動流体の漏気を防止し、メンテナンス性を向上させ、各種環境規制への対応が可能な車両用スターリング冷凍機を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機は、車両のエンジンから駆動力を受けて回転する回転シャフトを含んで構成される駆動部と、前記駆動部に連結され、前記回転シャフトの回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する圧縮部と、前記圧縮部の一側に配置され、前記回転シャフトの回転を通じ、前記圧縮部で圧縮された作動流体を等温膨張させて吸熱する膨張部と、前記膨張部の一側に配置され、前記圧縮部で等温圧縮された作動流体を前記膨張部に供給するように、前記圧縮部と前記膨張部とを流体的に連通させる再生部とを含む。
【０００８】
前記回転シャフトは、前記エンジンとベルトを介して連結されるプーリが一端に装着され、他端部が前記圧縮部と前記膨張部とを貫通して設置できる。
【０００９】
前記圧縮部は、前記回転シャフトが貫通した状態で回転可能に設けられ、内部に複数の圧縮室が備えられる第１ハウジングと、前記第１ハウジングの内部で前記回転シャフトに所定角度に傾斜した状態で装着され、前記回転シャフトと共に回転する第１傾斜板と、前記第１傾斜板に装着される複数の第１シューと、前記第１傾斜板の回転に伴い、前記各圧縮室に選択的に挿入されながら、作動流体を圧縮するように、前記第１シューを介して前記第１傾斜板に装着される複数の第１ピストンとを含むことができる。
【００１０】
前記各圧縮室は、前記回転シャフトを中心として前記第１ハウジングの内部で円周方向に離隔して形成できる。
【００１１】
前記各圧縮室は、前記第１ハウジングの内部に６個が離隔して形成できる。
【００１２】
前記各第１シューと前記各第１ピストンは、前記各圧縮室に対応して、前記第１傾斜板の外周面の周りに沿って前記回転シャフトを中心として設定角度に離隔して装着できる。
【００１３】
前記膨張部は、前記圧縮部の一側に配置され、前記回転シャフトが貫通した状態で回転可能に設けられ、内部に前記各圧縮室に対応して複数の膨脹室が備えられる第２ハウジングと、前記第２ハウジングの内部で前記回転シャフトに所定角度に傾斜した状態で装着され、前記回転シャフトと共に回転する第２傾斜板と、前記第２傾斜板に装着される複数の第２シューと、前記第２傾斜板の回転に伴い、前記各膨脹室に選択的に挿入されながら、作動流体を膨張させるように、前記第２シューを介して前記第２傾斜板に装着される複数の第２ピストンとを含むことができる。
【００１４】
前記各膨脹室は、前記回転シャフトを中心として前記第２ハウジングの内部で円周方向に離隔して形成できる。
【００１５】
前記各膨脹室は、前記第２ハウジングの内部に６個が離隔して形成できる。
【００１６】
前記各第２シューと前記各第２ピストンは、前記各膨脹室に対応して、前記第２傾斜板の外周面の周りに沿って前記回転シャフトを中心として設定角度に離隔して装着できる。
【００１７】
前記第１傾斜板と第２傾斜板は、それぞれ設定角度の位相を有し、前記回転シャフト上で前記圧縮部と前記膨張部の内部にそれぞれ反対方向に傾斜して装着できる。
【００１８】
前記各圧縮室と前記各膨脹室は、同一線上にそれぞれ位置できる。
【００１９】
前記再生部は、前記圧縮部から供給される等温圧縮された高温状態の前記作動流体を受けて熱吸収を通じて貯蔵し、前記作動流体の温度を低下させた状態で前記膨張部に供給し、前記膨張部から排出される等温膨張した低温状態の前記作動流体に貯蔵された熱を供給し、前記作動流体の温度を上昇させた状態で前記圧縮部に供給することができる。
【００２０】
前記圧縮部と前記膨張部と前記再生部は順次に配置され、前記圧縮部と前記再生部は、前記各圧縮室に対応して前記圧縮部の外部に装着される複数の連結管を介して相互連結され、作動流体が流動できる。
【００２１】
本発明の他の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機は、車両のエンジンから駆動力を受けて回転する回転シャフトを含んで構成される駆動部と、前記駆動部に連結され、前記回転シャフトの一端部に構成され、前記回転シャフトの回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する圧縮部と、前記回転シャフトの他端部に構成され、前記圧縮部から等温圧縮された作動流体を等温膨張させて吸熱する膨張部と、前記圧縮部と前記膨張部との間に構成され、前記圧縮部で等温圧縮された作動流体を前記膨張部に供給するように、前記圧縮部と前記膨張部とを流体的に連通させる再生部とを含む。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機によれば、ＣＦＣ／ＨＣＦＣ系冷媒の代わりに、ヘリウムまたは窒素を用いて等温圧縮、等積過程、等温膨張、および等積過程を行い、等温膨張時、発生する吸熱反応を利用して車両の冷房を行うことにより、冷媒による環境汚染を防止する。
【００２３】
また、構成要素を減少させてレイアウトを簡素化し、狭いエンジンルーム内部での空間活用性を増大させ、冷媒の代替によって製作コストを節減する効果もある。
【００２４】
さらに、等温圧縮と等温膨張、および等積過程が内部で流動する作動流体を通して行われることにより、別の複雑な連結配管を除去して作動流体の漏気を防止し、メンテナンス性を向上させる。
【００２５】
なお、環境汚染を防止することができ、各種環境規制への対応が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の投影斜視図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の投影側面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の分解斜視図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の断面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の作動状態図である。
【図７】本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の作動状態図である。
【図８】本発明の他の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
これに先立ち、本明細書に記載された実施形態と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないため、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００２９】
図１と図２は、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の斜視図および投影斜視図であり、図３は、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の投影側面図であり、図４は、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の分解斜視図であり、図５は、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の断面図である。
【００３０】
図面を参照すれば、本発明の例示的な実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機１００は、ＣＦＣ／ＨＣＦＣ系冷媒の代わりに、ヘリウムまたは窒素を用いて等温圧縮、等積過程、等温膨張、および等積過程を行い、等温膨張時、発生する吸熱反応を利用して車両の冷房を行うことにより、冷媒による環境汚染を防止すると同時に、構成要素を減少させてレイアウトを簡素化し、製作コストを節減することができる。
【００３１】
また、内部で流動する作動流体を用いることにより、別の複雑な連結配管を除去して作動流体の漏気を防止し、メンテナンス性を向上させる。
【００３２】
同時に、環境汚染の防止を通じ、各種環境規制への対応が可能で、全体的な商品性を向上させる。
【００３３】
このために、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機１００は、図１ないし図５に示すように、駆動部１１０と、圧縮部１２０と、膨張部１３０と、再生部１４０とを含んで構成され、以下、これを各構成別により詳細に説明する。
【００３４】
まず、前記駆動部１１０は、車両のエンジンから駆動力を受けて回転する回転シャフト１１２を含んで構成される。
【００３５】
ここで、前記回転シャフト１１２は、前記エンジン（図示せず）とベルト（図示せず）を介して連結されるプーリ１１４が一端に装着され、他端部が前記圧縮部１２０と前記膨張部１３０とを貫通して設置できる。
【００３６】
つまり、このように構成される駆動部１１０は、エンジンの駆動力がベルトを介して前記プーリ１１４に伝達され、前記回転シャフト１１２を回転させるようになる。
【００３７】
本実施形態において、前記圧縮部１２０は、前記駆動部１１０に連結され、前記回転シャフト１１２の回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する。
【００３８】
このような圧縮部１２０は、第１ハウジング１２２と、第１傾斜板１２４と、第１シュー１２６と、第１ピストン１２８とを含んで構成され、以下、これを各構成別により詳細に説明する。
【００３９】
まず、前記第１ハウジング１２２は、前記回転シャフト１１２が貫通した状態で回転可能に設けられ、内部に複数の圧縮室１２１が備えられる。
【００４０】
ここで、前記各圧縮室１２１は、前記回転シャフト１１２を中心として前記第１ハウジング１２２の内部で円周方向に離隔して形成可能であり、本実施形態では、第１ハウジング１２２の内部に６個が所定角度に離隔して等間隔で形成可能である。
【００４１】
本実施形態において、前記第１傾斜板１２４は、前記第１ハウジング１２２の内部で前記回転シャフト１１２に所定角度に傾斜した状態で装着され、前記回転シャフト１１２と共に回転する。
【００４２】
前記第１シュー１２６は、複数個が構成され、前記第１傾斜板１２４の外周面側でその周りに沿って装着される。
【００４３】
そして、前記第１ピストン１２８は、前記第１傾斜板１２４の回転に伴い、前記各圧縮室１２１に選択的に挿入されながら、作動流体を圧縮するように、前記第１シュー１２６を介して前記第１傾斜板１２４に装着される。
【００４４】
ここで、前記各第１シュー１２６と前記各第１ピストン１２８は、前記各圧縮室１２１に対応して、前記第１傾斜板１２４の外周面の周りに沿って前記回転シャフト１１２を中心として設定角度に離隔して装着できる。
【００４５】
このような各第１シュー１２６と第１ピストン１２８は、６個の圧縮室１２１に対応して、前記第１傾斜板１２４の外周面の周りに沿って６０°の角度に離隔した位置に装着される。
【００４６】
これにより、前記各第１ピストン１２８は、前記回転シャフト１１２の回転と共に回転する第１傾斜板１２４により、前記各圧縮室１２１に挿入および引き出しを繰り返しながら、前記圧縮室１２１の内部で作動流体を等温圧縮させることにより、作動流体から発熱が発生する。
【００４７】
このような作動流体の発熱現象は、前記圧縮部１２０を高温状態に維持するようになる。
【００４８】
ここで、前記作動流体は、ヘリウムまたは窒素ガスからなり得る。
【００４９】
本実施形態において、前記膨張部１３０は、前記圧縮部１２０の一側に配置され、前記回転シャフト１１２の回転を通じ、前記圧縮部１２０で圧縮された作動流体を受けて等温膨張させて吸熱する。
【００５０】
前記膨張部１３０は、第２ハウジング１３２と、第２傾斜板１３４と、第２シュー１３６と、第２ピストン１３８とを含んで構成され、以下、これを各構成別により詳細に説明する。
【００５１】
まず、前記第２ハウジング１３２は、前記圧縮部１２０の一側に配置され、前記回転シャフト１１２が貫通した状態で回転可能に設けられ、内部に前記各圧縮室１２１に対応して複数の膨脹室１３１が備えられる。
【００５２】
ここで、前記各膨脹室１３１は、前記回転シャフト１１２を中心として前記第２ハウジング１３２の内部で円周方向に離隔して形成可能であり、本実施形態では、第２ハウジング１３２の内部に６個が所定角度に離隔して等間隔で形成可能である。
【００５３】
本実施形態において、前記第２傾斜板１３４は、前記第２ハウジング１３２の内部で前記回転シャフト１１２に所定角度に傾斜した状態で装着され、前記回転シャフト１１２と共に回転する。
【００５４】
前記第２シュー１３６は、複数個が構成され、前記第２傾斜板１３４の外周面側でその周りに沿って装着される。
【００５５】
そして、前記第２ピストン１３８は、前記第２傾斜板１３４の回転に伴い、前記各膨脹室１３１に選択的に挿入されながら、作動流体を膨張させるように、前記第２シュー１３６を介して前記第２傾斜板１３４に装着される。
【００５６】
ここで、前記各第２シュー１３６と前記各第２ピストン１３８は、前記各膨脹室１３１に対応して、前記第２傾斜板１３４の外周面の周りに沿って前記回転シャフト１１２を中心として設定角度に離隔して装着できる。
【００５７】
このような各第２シュー１３６と第２ピストン１３８は、前記第２ハウジング１３２に６０°の角度にそれぞれ離隔して６個が形成される各膨脹室１３１に対応して、前記第２傾斜板１３４の外周面の周りに沿って６０°の角度に離隔して６個が具備できる。
【００５８】
これにより、前記各第２ピストン１３８は、前記回転シャフト１１２の回転と共に回転する第２傾斜板１３４により、前記各膨脹室１３１に挿入および引き出しを繰り返しながら、前記各膨脹室１３１の内部で作動流体を等温膨張させることにより、作動流体から吸熱が発生する。
【００５９】
このような作動流体の吸熱現象は、前記膨張部１３０を極低温状態に維持するようになる。
【００６０】
一方、本実施形態において、前記第１傾斜板１２４と第２傾斜板１３４は、それぞれ設定角度の位相を有し、前記回転シャフト１１２上で前記圧縮部１２０と前記膨張部１３０の内部にそれぞれ反対方向に傾斜して装着される。
【００６１】
また、前記各圧縮室１２１と前記各膨脹室１３１は、同一線上にそれぞれ位置できる。
【００６２】
そして、前記再生部１４０は、前記膨張部１３０の一側に配置され、前記圧縮部１２０で等温圧縮された作動流体を前記膨張部１３０に供給するように、前記圧縮部１２０と前記膨張部１３０とを流体的に連通させる。
【００６３】
このような前記再生部１４０は、前記圧縮部１２０から供給される等温圧縮された高温状態の前記作動流体を受けて熱吸収を通じて貯蔵し、前記作動流体の温度を低下させた状態で前記膨張部１３０に供給する。
【００６４】
その後、前記再生部１４０は、前記膨張部１３０から排出される等温膨張した低温状態の前記作動流体に貯蔵された熱を供給し、前記作動流体の温度を上昇させた状態で前記圧縮部１２０に供給する。
【００６５】
ここで、前記再生部１４０は、前記各圧縮室１２１と各膨脹室１３１に対応して６個の再生フィルタ１４２が具備できる。前記各再生フィルタ１４２は、内部を通る作動流体から熱を吸収したり、吸収された熱を作動流体に供給できるように、細い鉄網が固まった状態で形成できる。
【００６６】
このように構成される前記圧縮部１２０と前記膨張部１３０と前記再生部１４０は順次に配置できる。
【００６７】
また、前記圧縮部１２０と再生部１４０は、前記各圧縮室１２１に対応して前記圧縮部１２０の外部に装着される複数の連結管１５０を介して連結され、前記膨張部１３０の各膨脹室１３１に相互連結され、作動流体が流動できる。
【００６８】
このように構成される前記圧縮部１２０の前記第１傾斜板１２４と、前記膨張部１３０の第２傾斜板１３４は、前記回転シャフト１１２の回転と共に、互いに反対方向に傾斜して装着されることにより、互いに反対位相で回転する。
【００６９】
これにより、前記圧縮部１２０は、前記第１傾斜板１２４に装着された各第１ピストン１２８が順次に各圧縮室１２１に挿入され、作動流体を圧縮させる。
【００７０】
すると、前記各圧縮室１２０で圧縮された作動流体は、前記連結管１５０を介して再生部１４０に流入し、再生フィルタ１４２を通過しながら、一定量の熱が吸収された状態で前記膨張部１３０の膨脹室１３１に流入し、第１傾斜板１２４と反対位相で回転する第２傾斜板１３４により、前記各膨脹室１３１に順次に挿入および引き出しが繰り返される各第２ピストン１３８によって等温膨張が行われる。
【００７１】
つまり、同軸線上にそれぞれ形成される各圧縮室１２１と膨脹室１３１は、前記圧縮室１２１で作動流体が等温圧縮される場合、同軸線上に位置する膨脹室１３１では、作動流体の等温膨張が行われるようになる。
【００７２】
このような等温圧縮と等温膨張は、前記各傾斜板１２４、１３４の回転により、前記各第１ピストン１２８と各第２ピストン１３８を介して各圧縮室１２１と膨脹室１３１で順次に行われ、エンジンから伝達される駆動力によって連続して発生する。
【００７３】
ここで、前記圧縮部１２０は、外部を囲む図示しないウォータジャケットを介して、冷却装置１６０から供給される冷却水と熱交換を通じて熱が発散しながら、冷却できる。
【００７４】
そして、前記膨張部１３０は、外部を囲む図示しないウォータジャケットを介して、冷却水を循環させる空調装置１７０から供給される冷却水と熱交換を通じて冷却水を常温以下に冷却し、空調装置１７０に供給することにより、空調装置１７０に流入する外気を常温以下の冷却水と熱交換させ、車両の室内を冷房するようになる。
【００７５】
以下、前記のような構成を有する本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機１００の作動および作用を説明する。
【００７６】
図６と図７は、本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の作動状態図である。
【００７７】
図面を参照すれば、本発明の実施形態にかかるスターリング冷凍機１００は、図示しないエンジンからベルトを介して前記駆動部１１０のプーリ１１４にエンジンの駆動力が伝達されると、前記プーリ１１４が回転しながら、前記回転シャフト１１２を回転させる。
【００７８】
すると、前記回転シャフト１１２にそれぞれ装着された圧縮部１２０の第１傾斜板１２４と膨張部１３０の第２傾斜板１３４が互いに反対位相で回転しながら、前記各第１ピストン１２８は、各圧縮室１２１に順次に挿入および引き出しが繰り返され、前記各第２ピストン１３８は、前記第１ピストン１２８とは反対に前記各膨脹室１３１に引き出しおよび挿入が繰り返される。
【００７９】
まず、前記第１ピストン１２８が圧縮室１２１に挿入されると、作動流体は、圧縮室１２１の内部で圧縮されることにより、等温圧縮が行われて発熱し、作動流体の発熱により、前記圧縮部１２０は高温状態となる。
【００８０】
ここで、冷却装置１６０は、前記圧縮部１２０を囲む図示しないウォータジャケットに冷却水を供給して前記圧縮部１２０を冷却させ、圧縮部１２０との熱交換を通じて水温が上昇した冷却水は冷却装置１６０で外部放熱を通じて冷却される。
【００８１】
前記圧縮部１２０で圧縮された作動流体は、前記各連結管１５０に排出されて前記再生部１４０に流入し、前記各圧縮室１２１と膨脹室１３１に対応して備えられた各再生フィルタ１４２を通過しながら、熱が一定量吸収された後、前記膨張部１３０に流入する。
【００８２】
すると、前記膨張部１３０に流入した作動流体は、前記第１ピストン１２８が挿入され、圧縮が発生した圧縮室１２１に対応する膨脹室１３１で前記第２ピストン１３８が引き出された状態で膨張が行われながら、吸熱が発生する。
【００８３】
このような等温膨張による作動流体の吸熱は、前記膨張部１３０を冷却させて極低温状態を維持させる。
【００８４】
ここで、前記空調装置１７０は、前記膨張部１３０を囲む図示しないウォータジャケットに冷却水を供給し、前記膨張部１３０との熱交換を通じて冷却水を常温以下に冷却して循環させることにより、常温以下の冷却水と熱交換された外気を車両の室内に流入させ、車両の室内を冷房するようになる。
【００８５】
このように、前記各第１ピストン１２８は、前記回転シャフト１１２に傾斜して装着された第１傾斜板１２４により、各圧縮室１２１に挿入および引き出しが順次に繰り返されながら、各圧縮室１２１内部の作動流体を圧縮し、圧縮された各圧縮室１２１内部の作動流体は、各連結管１５０に沿って前記再生部１４０を通過した後、前記膨張部１３０の各膨脹室１３１に流入する。
【００８６】
この時、前記膨張部１３０は、前記再生部１４０を通過した作動流体が各膨脹室１３１に順次に流入することにより、前記各第２ピストン１３８が前記回転シャフト１１２によって回転し、第１傾斜板１２４と反対位相で傾斜して装着された第２傾斜板１３８により、前記各第１ピストン１２８とは反対に前記各膨脹室１３１に挿入および引き出しが順次に繰り返される。
【００８７】
したがって、作動流体は、前記回転シャフト１１２に互いに反対位相で装着された第１、第２傾斜板１２４、１３４が回転しながら、前記各圧縮室１２１と各膨脹室１３１で互いに反対に挿入と引き出しが繰り返される前記各第１、第２ピストン１２８、１３８により、前記各圧縮室１２１と各膨脹室１３１との間を移動するようになる。
【００８８】
つまり、前記作動流体は、前記圧縮部１２０から前記各連結管１５０を介して再生部１４０を通過した後、前記膨張部１３０に流入してから、再び、前記膨張部１３０から再生部１４０を通過した後、各連結管１５０を介して圧縮部１２０に移動し、このような作動流体の移動は、前記回転シャフト１１２の回転作動によって繰り返し行われる。
【００８９】
つまり、作動流体は、圧縮部１２０で等温圧縮が行われて発熱し、再生部１４０を通過しながら、等積過程を経た後、前記膨張部１３０で等温膨張が行われて吸熱してから、再び、再生部１４０を通過しながら、等積過程を経た後、前記圧縮部１２０で等温圧縮されて発熱するものであり、作動流体の等温圧縮、等積過程、等温膨張、等積過程の過程は引き続き繰り返される。
【００９０】
図８は、本発明の他の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機の構成図である。
【００９１】
スターリング冷凍機２００は、図８に示すように、駆動部２１０と、圧縮部２２０と、膨張部２３０と、再生部２４０とを含んで構成される。
【００９２】
まず、前記駆動部２１０は、車両のエンジン（図示せず）から駆動力を受けて回転する回転シャフト２１２を含んで構成される。
【００９３】
本発明の他の実施形態において、前記圧縮部２２０は、前記駆動部２１０に連結され、前記回転シャフト２１２の一端部に構成され、前記回転シャフト２１２の回転により、内部に充填された作動流体を等温圧縮させて発熱する。
【００９４】
前記膨張部２３０は、前記回転シャフト２１２の他端部に構成され、前記圧縮部２２０から等温圧縮された作動流体を等温膨張させて吸熱する。
【００９５】
そして、前記再生部２４０は、前記圧縮部２２０と前記膨張部２３０との間に構成され、前記圧縮部２２０で等温圧縮された作動流体を前記膨張部２３０に供給するように、前記圧縮部２２０と前記膨張部２３０とを流体的に連通させる。
【００９６】
つまり、前記のように構成される本発明の他の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機２００は、前述した一実施形態とは異なり、前記再生部２４０が圧縮部２２０と膨張部２３０との間に配置され、これを除いた内部構成は、前述した一実施形態と同一であるので、以下、その構成および作動に関する詳細な説明は省略する。
【００９７】
したがって、前記のように構成される本発明の実施形態にかかる車両用スターリング冷凍機１００、２００を適用すると、ＣＦＣ／ＨＣＦＣ系冷媒の循環方式を代替し、ヘリウムまたは窒素を作動流体として等温圧縮、等積過程、等温膨張、および等積過程を繰り返し行い、等温膨張時、発生する吸熱反応を利用して車両の冷房を行うことにより、冷媒による環境汚染を防止することができる。
【００９８】
また、構成要素を減少させてレイアウトを簡素化し、狭いエンジンルーム内部での空間活用性を増大させ、冷媒の代替によって製作コストを節減することができる。
【００９９】
さらに、等温圧縮と等温膨張、および等積過程が内部で流動する作動流体を通して行われることにより、別の複雑な連結配管を除去して作動流体の漏気を防止し、メンテナンス性を向上させることができる。
【０１００】
なお、冷媒の未使用によって環境汚染を防止することができ、各種環境規制への対応が可能で、全体的な商品性を向上させることができる。
【０１０１】
以上、本発明は限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明は、これによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１０２】
１００、２００：スターリング冷凍機
１１０、２１０：駆動部
１１２、２１２：回転シャフト
１１４：プーリ
１２０、２２０：圧縮部
１２１：圧縮室
１２２：第１ハウジング
１２４：第１傾斜板
１２６：第１シュー
１２８：第１ピストン
１３０、２３０：膨張部
１３１：膨脹室
１３２：第２ハウジング
１３４：第２傾斜板
１３６：第２シュー
１３８：第２ピストン
１４０、２４０：再生部
１４２：再生フィルタ
１５０：連結管
１６０：冷却装置
１７０：空調装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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