(57)【要約】    【課題】  コンプレッサー部及び膨張ディスプレーサ部に侵入する作動ガスの熱を抑制することにより、信頼性及び効率が高く、また放熱器を吸熱器に、吸熱器を放熱器に切換可能な利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供することを目的とすること。    【解決手段】  作動ガスの往復動と圧力変動とに位相差を持たせて冷凍あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関１であって、第１パルス管１７の一端１７ａ、吸熱器１６、再生熱交換器１５、放熱器１４、第２パルス管１３の一端１３ａを、順次、連通する。膨張室５１は、第１パルス管１７の他端１７ｂ側又は第２パルス管１３の他端１３ｂ側のいずれかに連通され、圧縮室３１は、膨張室５１が第１パルス管１７の他端１７ｂ側に連通されると、第２パルス管１３の他端１３ｂ側に連通され、膨張室５１が第２パルス管１３の他端１３ｂ側に連通されると、第１パルス管１７の他端１７ｂ側に連通される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスの往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより冷凍あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関であって、
ディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンの前面とで膨張室を形成しロッドが連結された前記ディスプレーサピストンの背面とで膨張側圧縮室を形成するディスプレーサシリンダと、前記ディスプレーサピストンを往復動可能にする膨張側駆動手段と、を設けたディスプレーサ部と、
パワーピストンと、該パワーピストンとで圧縮側圧縮室を形成するパワーシリンダと、前記パワーピストンを往復動可能にする圧縮側駆動手段と、を設けたコンプレッサー部と、
第１パルス管の一端と、前記作動ガスが吸熱又は放熱する第１熱交換器と、前記作動ガスと吸熱、排熱を交互に繰返す再生熱交換器と、前記作動ガスが放熱又は吸熱する第２熱交換器と、第２パルス管の一端と、を順次連通した熱交換作動部と、を備え、
前記膨張室は、前記第１パルス管の他端側又は前記第２パルス管の他端側のいずれかに連通され、
前記圧縮側圧縮室及び前記膨張側圧縮室は、前記膨張室が前記第１パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記第２パルス管の前記他端側に連通され、前記膨張室が前記第２パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記第１パルス管の前記他端側に連通される、ことを特徴とするパルス管型蓄熱機関。
【請求項２】
前記再生熱交換器は、前記再生熱交換器の高温側の端部と、該端部より温度の低い低温側の端部との間に熱交換器を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス管型蓄熱機関。
【請求項３】
前記圧縮室及び前記膨張室に流路を開閉する流路切換手段が配備され、
前記流路切換手段は、前記圧縮室が前記第２パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記膨張室が前記第１パルス管の前記他端側に連通され、
前記圧縮室が前記第１パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記膨張室が前記第２パルス管の前記他端側に連通される、ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のパルス管型蓄熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄冷器又は蓄熱器(両方を総称して再生熱交換器)と、パルス管とを備えたパルス管型蓄熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術のパルス管型蓄熱機関として、振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、振動発生器と蓄冷器との連結部とパルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサ系統が存在されており、ディスプレーサ系統は、作動流体が流入・流出するディスプレーサ作動空間と、ディスプレーサ作動空間の少なくとも一部を構成するとともに、ディスプレーサ作動空間に対して往復動可能に配設されるディスプレーサ部と、ディスプレーサ作動空間のディスプレーサ部が往復動する方向にディスプレーサ作動空間とは隔絶されたバッファ空間と、ディスプレーサ部の往復動する方向に延在するとともに、一端がディスプレーサ部に取り付けられ、その少なくとも一部がバッファ空間に配設されるディスプレーサバーと、を有するパルス管型蓄熱機関が開示されている。
【０００３】
上記の振動発生器は、圧縮空間を区画するシリンダと、シリンダ内に配設されたピストンと、ピストンを往復動させるためのリニアモータを備える駆動源と、ピストンを往復動可能に支持する支持バネと、を有している。支持バネは、ピストン外周面とシリンダ内周面間で作動流体をシールするクリアランスシールの微小間隙を保持する。ディスプレーサ系統についても同じ支持手段、同じシール手段を採っている。
【０００４】
また圧縮空間と、ディスプレーサの背面側のディスプレーサ作動空間は、順次、配管、放熱器、蓄冷器の高温端に連通され、放熱器で圧縮熱が放熱される。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２８０６−２７５３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１によれば、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として作動させ、例えば、放熱器で常温の水を湯水にし、吸熱器で常温の水を冷水にする湯水・冷水装置に利用する。この場合、常温（略２０℃）の水を例えば略６５℃の湯水にするには、放熱器の温度は略１２０℃になる。圧縮空間と、ディスプレーサの背面側のディスプレーサ作動空間は、放熱器の温度以上（例えば１４０℃）になる。また、振動発生器（コンプレッサー部）及びディスプレーサ系統（ディスプレーサ部）の各部、例えば、ピストンとシリンダ、ディスプレーサとディスプレーサシリンダ及びディスプレーサ背面のロッドと隔壁の各クリアランスシール部、ピストン及びディスプレーサを支持する支持バネ、ピストンを駆動するリニアモータの永久磁石の各温度は、圧縮された流体の温度(例えば略１４０℃)に近い高い温度、あるいはそれ以上の温度になる。その結果、各クリアランスシールの適正間隙の確保が困難になり、支持バネの強度低下、リニアモータの永久磁石の保持力低下が起こり、パルス管型蓄熱機関の信頼性が低下する問題がある。
【０００６】
また、リニアモータの永久磁石の保持力低下、コイルの温度上昇に伴う電気抵抗の増大により、リニアモータの効率が低下し、パルス管型蓄熱機関の効率が低下する問題がある。
【０００７】
また、パルス管型蓄熱機関をエンジンとして作動させ、例えばコ・ジェネレーションとして使う。この場合、蓄冷器とパルス管との間に配設したコールドヘッド（吸熱器）を燃焼ガスで略５００℃に加熱し、駆動源のリニアモータを発電機として作動させ電気エネルギー得ると共に、給湯装置に利用する。給湯装置は、放熱器で作動ガスの圧縮熱を放熱することにより常温の水を例えば略６５℃の湯水にし、更に吸熱器の燃焼ガスの排熱で高い温度（例えば略９０℃）の湯水にする。発電機では、発電して電気エネルギーを得る。上述と同じように、放熱器は高い温度（例えば略１２０℃）になり、圧縮室は更に高い温度（例えば略１４０℃）になるため、パルス管型蓄熱機関の信頼性が低下する問題がある。
【０００８】
また、パルス管型蓄熱機関の放熱器は熱を放熱するだけで吸熱はできず、吸熱器は熱を吸熱するだけで放熱は出来ないので、利便性が悪い問題が生じる。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、コンプレッサー部及びディスプレーサ部に侵入する作動ガスの熱を抑制することにより、信頼性及び効率が高く、また放熱器を吸熱器に、吸熱器を放熱器に切換可能な利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、作動ガスの往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより冷凍あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関であって、
ディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンの前面とで膨張室を形成しロッドが連結されたディスプレーサピストンの背面とで膨張側圧縮室を形成するディスプレーサシリンダと、ディスプレーサピストンを往復動可能にする膨張側駆動手段と、を設けたディスプレーサ部と、パワーピストンと、該パワーピストンとで圧縮側圧縮室を形成するパワーシリンダと、パワーピストンを往復動可能にする圧縮側駆動手段と、を設けたコンプレッサー部と、第１パルス管の一端と、作動ガスが吸熱又は放熱する第１熱交換器と、作動ガスと吸熱、排熱を交互に繰返す再生熱交換器と、作動ガスが放熱又は吸熱する第２熱交換器と、第２パルス管の一端と、を順次連通した熱交換作動部と、を備え、膨張室は、第１パルス管の他端側又は第２パルス管の他端側のいずれかに連通され、圧縮側圧縮室及び膨張側圧縮室は、膨張室が第１パルス管の他端側に連通される場合は、第２パルス管の他端側に連通され、膨張室が第２パルス管の他端側に連通される場合は、第１パルス管の他端側に連通される。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、再生熱交換器は、再生熱交換器の高温側の端部と、該端部より温度の低い低温側の端部との間に熱交換器を備える。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、圧縮室及び膨張室に流路を開閉する流路切換手段が配備され、流路切換手段は、圧縮室が第２パルス管の他端側に連通される場合は、膨張室が第１パルス管の他端側に連通され、圧縮室が第１パルス管の他端側に連通される場合は、膨張室が第２パルス管の他端側に連通される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明では、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として作動させ、例えば常温（略２０℃）の水を湯水、冷水にする湯水・冷水装置として使用する場合、圧縮側駆動手段によってパワーピストンが往復動される。パワーピストンが往復動すると、膨張側駆動手段によりディスプレーサピストンが往復動する。圧縮室が第２パルス管の端部側に連通する場合、第２熱交換器は放熱器として作用し、第１熱交換器は吸熱器として作用する。圧縮室と第２熱交換器（以下、放熱器）の間には、第２パルス管が配備されているのでパワーピストンの動きは、第２パルス管内に形成される第２ガスピストンに伝達される。そして第２パルス管と、第２ガスピストンと、第２熱交換器（以下、放熱器）とでガスピストン側圧縮室が形成される。ガスピストン側圧縮室の作動ガスは、第２ガスピストンの往復動により圧縮され、圧縮熱を発生して室温（略２０℃）より高い温度（例えば略１４０℃以上）に昇温され、放熱器に流入し、そこで圧縮熱が放熱される。この放熱を利用して常温の水を例えば略６５℃の湯水にする。
【００１４】
第２ガスピストンは、第２パルス管の両方の端部の間で往復動するので、第２ガスピストンを形成する作動ガスは圧縮室に流入しない。従って、圧縮室には、ガスピストン側圧縮室からの伝導熱、即ち、第２パルス管の管壁を伝わる伝導熱と、第２ガスピストンを伝わる伝導熱とが侵入する。第２パルス管の厚さを薄く、軸方向長さを長く、熱伝導の小さい材質（例えばステンレス）にすることで、熱伝導は抑制され、管壁からの伝導熱は小くなる。また、第２ガスピストンは、第２パルス管内周と同じ円柱形状の作動ガスで形成される。作動ガスの熱伝導率（ステンレスの熱伝導率の略１／１００）は、極めて小さくいので、第２ガスピストンを伝わる伝導熱は、更に小さい。即ち、第２パルス管の管壁と、第２ガスピストンは、熱伝導に関して断熱材として作用する。
【００１５】
以上により、ガスピストン側圧縮室から圧縮室に侵入する伝導熱は少なく、ガスピストン側圧縮室及び膨張側圧縮室の温度（例えば略１４０℃以上）が室温より高いにも拘らず、圧縮室、即ち圧縮側圧縮室及び膨張側圧縮室の温度は略室温に近く、圧縮側駆動手段及び膨張側駆動手段の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。例えば各駆動部がリニア駆動であれば、パワーピストンとパワーシリンダ及びディスプレーサピストンとディスプレーサシリンダの間の各クリアランスシール部、パワーピストンを及びディスプレーサピストンを支持する支持バネ、リニアモータの永久磁石の各温度は、各々、略室温に近い適正な温度になり、各部は適正に機能する。
【００１６】
膨張室と第１熱交換器（以後、吸熱器）の間には第１パルス管が配設され、第１パルス管内に第１ガスピストンが形成される。第１パルス管と、第１ガスピストンと、第１熱交換器（以下、吸熱器）とでガスピストン側膨張室が形成される。そして再生熱交換器（蓄冷器）で冷却され、吸熱器を流出入する作動ガスは、ガスピストン側膨張室で膨張仕事をし、第２ガスピストンを往復動させ、室温より低い温度（例えば略−１０℃）の冷凍を発生する。第２ガスピストンの往復動は、ディスプレーサピストンに伝達され、ガスピストン側膨張室の膨張仕事は膨張室に伝わる。ガスピストン側膨張室で発生した冷凍は、吸熱器で常温の水を例えば５℃の冷水に冷却する。
【００１７】
第１ガスピストンは、第１パルス管の両方の端部の間で往復動するので、第１ガスピストンを形成する作動ガスは膨張室に流入しない。従って、低い温度になったガスピストン側膨張室には、膨張室から第１パルス管の管壁を伝わる伝導熱と、第１ガスピストンを伝わる伝導熱とが侵入する。上述したように第２パルス管の場合と同じように、第１パルス管が断熱材となり、膨張室及び膨張側駆動手段の温度は、ガスピストン側膨張室の低い温度になることはなく、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、ディスプレーサ部は、良好に機能する。
【００１８】
以上により、コンプレッサー部及びディスプレーサ部の温度は、略室温に近い所定の適正な温度に維持できるので、コンプレッサー部及びディスプレーサ部は適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００１９】
また、パルス管型蓄熱機関をエンジンとして作動させ、例えばコ・ジェネレーションとして使い、給湯装置に利用する。この場合、吸熱器を燃焼ガスで加熱し、コンプレッサー部のリニアモータ（冷凍機と作動させた場合）を発電機として作動させ、パワーピストンを介して電気エネルギーを得る。放熱器では、放熱される圧縮熱で常温の水を例えば略６５℃の湯水にし、更に略６５℃の湯水を吸熱器の燃焼排気ガスの排熱で略９０℃の湯水にする。
【００２０】
放熱器では常温の水を略６５℃の湯水にすると、放熱器の温度は、室温より高い（例えば略１２０℃）になり、ガスピストン側圧縮室は、放熱器よりさらに高い温度（例えば略１４０℃）になる。
【００２１】
ガスピストン側圧縮室と圧縮室の間には、第２パルス管が配備されているので、冷凍機として作動するの場合と同じように第２パルス管が断熱材となり、ガスピストン側圧縮室から圧縮室への熱伝導は抑制される。結果、ガスピストン側圧縮室の温度が高いにも拘らず、圧縮室に侵入する伝導熱は小さく、圧縮室の温度は略室温に近い温度で、圧縮側駆動手段の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になり、コンプレッサー部は適正に機能する。
【００２２】
また、吸熱器の温度は、燃料の燃焼により高い温度（例えば略５００℃）となるが、吸熱器と膨張室の間には第１パルス管を配備しているので、第１パルス管が断熱材となる。これによりガスピストン側膨張室から膨張室への熱伝導は抑制され、吸熱器の温度が高いにも拘らず、膨張室に侵入する伝導熱は小さい。結果、膨張室の温度は略室温に近く、膨張側駆動手段の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になり、ディスプレーサ部は適正に機能する。
【００２３】
以上によりエンジンとして使用する場合も、コンプレッサー部及びディスプレーサ部の温度は、略室温に近い所定の適正になり、コンプレッサー部及びディスプレーサ部は適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００２４】
尚、上述の説明は、圧縮室が第２パルス管の端部側に連通しているが、圧縮室が第１パルス管の端部側に連通する場合は、上述の説明の第２パルス管を第１パルス管、第２熱交換器を第１熱交換器に入換えれば良く、動作と効果は上述と同じである。
【００２５】
さらに、圧縮側駆動手段の温度が略室温に近い所定の適正な温度になるので、モータ（リニアモータ、回転電動機）のコイルの電気抵抗、永久磁石の保持力が適正に維持され、効率の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００２６】
また、圧縮室と第１パルス管及び第２パルス管の間と、膨張室と第１パルス管及び第２パルス管の間とに流路切換手段を設けることにより、圧縮室が第２パルス管に連通すると、第２熱交換器は放熱器になる。この時、膨張室は第１パルス管に連通されるので、第１熱交換器は吸熱器となる。流路切換手段を切換えて、圧縮室が第１パルス管に連通すると、第１熱交換器は放熱器になる。この時、膨張室は第２パルス管に連通されるので、第２熱交換器は吸熱器となる。従って、流路切換手段で流路を切換えることにより、第１熱交換器は吸熱器から放熱器に切換えられ、第２熱交換器は放熱器から吸熱器に切換えられので、利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【００２７】
また、請求項２に記載の発明では、再生熱交換器(蓄冷器又は蓄熱器)は、再生熱交換器の高温側の端部とそれより温度の低い低温側の端部との間に熱交換器が設けられる。従って、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として使用する場合、熱交換器を流れる作動ガスの温度が周囲の空気の温度より高い位置に熱交換器は配備される。熱交換器に空気を送風し、熱交換器を放熱器として作用させ、熱交換器を流動する作動ガスを冷却することにより、作動ガスガが冷却された略熱量分、ガスピストン側膨張室で発生する冷凍量が増大する。
【００２８】
パルス管型蓄熱機関をエンジンとして使用する場合、熱交換器を流れる作動ガスの温度が吸熱器の燃焼排気ガスの温度より低い位置に熱交換器を配備する。そして熱交換器に燃焼排気ガスを送風し、熱交換器を吸熱器として作用させ、ガスピストン側圧縮室からガスピストン側膨張室方向に流れる作動ガスを加熱することにより、作動ガスガが加熱された略熱量分、パワーピストンから取出せる動力が増大する。以上により、冷凍機あるいはエンジンいずれの場合でも、パルス管型蓄熱機関の効率が向上する。
【００２９】
また、請求項３に記載の発明では、圧縮室及び膨張室には、流路切換手段が接続され、流路切換手段は、圧縮室が第２パルス管の端部側に連通する時は、膨張室が第１パルス管の端部側に連通する。この場合、第２熱交換器は放熱器として機能し、第１熱交換器は吸熱器として機能する。次に流路切換手段で流路を切換え、圧縮室が第１パルス管の端部側に連通する時は、膨張室が第２のパルス管の端部側に連通する。この場合、第１熱交換は放熱器として機能し、第２熱交換器は吸熱器として機能する。従って、流路切換手段を切換ることにより、第１熱交換器又は第２熱交換器のいずれか一方を、放熱器と、吸熱器に切換えることが可能になる。例えば、第１熱交換器又は第２熱交換器のいずれか一方で常温の水を湯水と冷水にでき、利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。パルス管型蓄熱機関は、冷凍機として用いることも、エンジンとして用いることも出来る。再生熱交換器は、冷凍機の場合は蓄冷器と称し、エンジンでは蓄熱器と称する。以下において、蓄冷器、蓄熱器を総称して再生熱交換器と称する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係わる説明図である。図１に示すように、パルス管型蓄熱機関１は、ヘリウム（作動ガス）を圧縮するコンプレッサー部３０と、ヘリウムが膨張するディスプレーサ部５０と、ヘリウムと熱交換し冷凍（冷凍機の場合）あるいは仕事（エンジンの場合）を発生させる熱交換作動部１０とから構成される。
【００３２】
コンプレッサー部３０は、パワーシリンダ３３と、ロッド３５を備えたパワーピストン３４と、ロッド３５を介在しパワーピストン３４を往復動させる圧縮側駆動手段４０とを備え、室温（略２０℃）雰囲気の場所に配置される。ヘリウムを圧縮する圧縮側圧縮室３２は、パワーシリンダ３３と、パワーピストン３４とで囲まれて形成される。圧縮室３１は、圧縮側圧縮室３２と、後述する膨張側圧縮室５５と、配管６、７と、流路８とで形成される。
【００３３】
パワーピストン３４は、ロッド３５を介在し、外周がハウジング４１に固定された一対の支持バネ４２により支持され、パワーシリンダ３３の内周面に対し微小間隙が保持される。この微小間隙はヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。
【００３４】
圧縮側駆動手段４０は、ハウジング４１と、一対の支持バネ４２と、ハウジング４１内に設けたリニアモータ４３を備える。リニアモータ４３は、ハウジング４１の内周面に固定され、銅線が巻かれたコイルを有する固定子４４と、永久磁石４６を備え、固定子４４に対し往復動する可動子４５から構成される。永久磁石４６はロッド３５に固定される。可動子４５が往復動するとロッド３５を介してパワーピストン３４が往復動する。パワーピストン３４は、パワーピストン３４と、ロッド３５と、可動子４５との合計質量と、一対の支持バネ４２のバネ定数とから定まる固有振動数を有する振動系を形成する。
【００３５】
尚、パルス管型蓄熱機関１がエンジンとして使用される場合、リニアモータ４３は、リニア発電機として作動する。
【００３６】
ディスプレーサ部５０は、隔壁５６を備えたディスプレーサシリンダ５２と、ロッド５４を備えたディスプレーサピストン５３（ピストン）と、ロッド５４を介在しディスプレーサピストン５３を往復動可能にする膨張側駆動手段６０とを備え、室温雰囲気の場所に配置される。ヘリウムが膨張する膨張室５１は、ディスプレーサシリンダ５２と、ディスプレーサピストン５３の前面５３ａとで囲まれて形成され、ディスプレーサピストン５３の前面５３ａ側はヘリウムを膨張させるピストンとして機能する。
【００３７】
膨張側圧縮室５５は、ディスプレーサシリンダ５２と、ロッド５４を備えたディスプレーサ５３の背面５３ｂと、ロッド５４とで囲まれて形成され、ディスプレーサピストン５３の背面５３ｂ側は、ヘリウムを圧縮するピストンとして機能する。
【００３８】
ディスプレーサピストン５３は、ロッド５４を介在し、外周がハウジング５７の内周面に固定された一対の支持バネ６１によりディスプレーサシリンダ５２の内周面に対して微小間隙を持って往復動可能に支持される。この微小間隙はヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。また、ロッド５４と隔壁５６の貫通孔の間に設けられる微小間隙もヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。
【００３９】
膨張側駆動手段６０は、ハウジング５７と、一対の支持バネ６１とを備える。ディスプレーサピストン５３は、ディスプレーサピストン５３と、ロッド５４の合計質量と、一対の支持バネ６１のバネ定数とから定まる固有振動数を有する振動系を形成する。ディスプレーサピストン５３の固有振動数とパワーピストン３４の固有振動数とを合せ、この固有振動数近傍でパルス管型蓄熱機関１は運転される。
【００４０】
熱交換作動部１０は、順次、コレクタ１１と、ディストリビュータ１２と、第２パルス管１３と、放熱器１４（第２熱交換器）と、再生熱交換器１５と、吸熱器１６（第１熱交換器）と、第１パルス管１７と、ディストリビュータ１８と、コレクタ１９とを連通して構成される。第１パルス管１７及び第２パルス管１３は、熱伝導率の低い、薄肉で、軸方向に長いステンレス管などから成る。
【００４１】
第２パルス管１３内には、往復動する第２ガスピストン２０（図示の一点鎖線）が形成される。第２パルス管１３と、第２ガスピストン２０と、放熱器１４とで囲まれてガスピストン側圧縮室２１が形成される。
【００４２】
同じように、第１パルス管１７内には、往復動する第１ガスピストン２２（図示の一点鎖線）が形成される。第１パルス管１７と、第１ガスピストン２２と、吸熱器１６とで囲まれてガスピストン側膨張室２３が形成される。
【００４３】
第１ガスピストン２２、第２ガスピストン２０は、それぞれ第１パルス管１７の内周、第２パルス管１３の内周と同じ円柱形状のヘリウムで形成され、それぞれ質量は一定で、ヘリウムの圧力変動に伴いそれぞれ体積は変化する。即ち、第１ガスピストン２２、第２ガスピストン２０は、ヘリウムの圧力変動に伴い体積が変化する弾性ピストンの様態をなす。そして第１ガスピストン２２、第２ガスピストン２０は、それぞれ体積を変化しつつ、第１パルス管１７の端部１７ａと端部１７ｂの間、第２パルス管１３の端部１３ａと端部１３ｂの間で往復動する。
【００４４】
また、再生熱交換器１５は、熱伝導率の低い、薄肉のステンレスの容器に蓄熱容量の大きいステンレスなどの材料から成る金網のエレメントを多数枚積層して構成され、冷凍機の場合は、端部１５ａが高温端で、端部１５ｂが低温端になり、端部１５ａから端部１５ｂに沿ってエレメントの温度が徐々に低くなる。エンジンの場合には、端部１５ａが低温端で、端部１５ｂが高温端になり、１５ａから１５ｂに沿ってエレメントの温度が徐々に高くなる。
【００４５】
放熱器１４には、ヘリウムの圧縮熱で湯水にする常温（略２０℃）の水が流入する流入口１４ａと流出する流出口１４ｂを備える。同様に、吸熱器１６は、ガスピストン側膨張室２３で発生した冷凍で冷水にする常温の水が流入する流入口１６ａと流出する流出口１６ｂを備える。
【００４６】
圧縮側圧縮室３２は配管６を介してコレクタ１１に連通し、膨張側圧縮室５５は流路８、配管７を介し配管６の途中に連通される。膨張室５１は、配管９を介しコレクタ１９に連通する。
【００４７】
尚、圧縮側駆動手段４０、膨張側駆動手段６０は、それぞれパワーピストン３４、ディスプレーサピストン５３を往復動可能にするリニア駆動機構を備えているが、クランク機構でも良い。また、パワーピストン３４、ディスプレーサピストン５３及びロッド５４のガスシールは、クリアランスシールであるが充填材入り四フッ化樹脂等の無潤滑ピストンリング及び無潤滑ロッドシールを使っても良い。
【００４８】
また、コンプレッサー部３０と、ディスプレーサ部５０は別体であるが、ディスプレーサ部３０と、ディスプレーサ部５０とを一体構造にし、パワーピストン３４とディスプレーサピストン５３とを同軸上に配置しても良い。この場合、パワーピストン３４の前面３４ａとディスプレーサピストン５３の背面５３ｂは互いに対向し、ディスプレーサピストン５３の背面５３ｂに設けたロッド５４は、パワーピストン３４とロッド３５を貫通し、ハウジングに固定される支持バネで支持される。この場合には、圧縮室は、パワーピストン３４の前面３４ｂとディスプレーサピストン５３の背面５３ｂの間に形成される。従って、図１に示される隔壁５６は不要になる。
【００４９】
また、圧縮室３１は、パワーピストン３４とパワーシリンダ３３とで形成される圧縮側圧縮室３２と、ディスプレーサピストン５３の背面５３ｂ側とディスプレーサシリンダ５２とで形成される膨張側圧縮室５５とを有するが、圧縮室３１は、パワーピストン３４とパワーシリンダ３３とで形成される圧縮側圧縮室３２だけでも良い。この場合、ディスプレーサピストンは、エキスパンダーピストンの様態をなし、エキスパンダーピストン背面側は圧縮室を設けない。
【００５０】
次に、図１の本発明の第１実施形態の動作と効果について説明する。パルス管型蓄熱機関１を冷凍機として動作させ、常温の水を温水と冷水にする湯水・冷水装置に使用する場合について説明する。リニアモータ４３にパワーピストン３４の固有振動数に対応する振周波数の正弦波形の電流を通電すると、リニアモータ４３が発生する磁力によりパワーピストン３４は往復動する。パワーピストン３４が往復動すると、ディスプレーサピストン５３の前面５３ａと背面５３ｂとに圧力が作用し、ディスプレーサピストン５３が往復動する。圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５の容積変動を足し合せた圧縮室３１の容積変動の位相は、膨張室５１の容積変動の位相より略９０°遅れる。
【００５１】
圧縮室３１の容積が減少している時、圧縮室３１のヘリウム、即ち圧縮側圧縮室３２と膨張側圧縮室５５のヘリウムは、配管６で合流し、順次、コレクタ１１、ディストリビュータ１２を通って第２パルス管１３に流入する。
【００５２】
第２パルス管１３に流入したヘリウムは、第２ガスピストン２０の背面２０ｂを押して、第２ガスピストン２０を図１における上方へ移動させ、ガスピストン側圧縮室２１のヘリウムを圧縮する。ガスピストン側圧縮室２１では、ヘリウムが圧縮熱を発生し、室温より高い温度、例えば１４０℃となって放熱器１４に流入する。
【００５３】
放熱換器１４に流入したヘリウムは、そこで圧縮熱を外部に放熱して、温度が低くなり、例えば略１２０℃となって再生熱交換器１５に流入する。この放熱される圧縮熱で、放熱器１４の入口１４ａに流入した常温の水は、加温され、例えば略６５℃の湯水となって流出口１４ｂから流出しタンク（図示せず）に貯えられ、湯水として利用される。
【００５４】
再生熱交換器１５では、流入したヘリウムが、蓄冷材エレメントにより流れに沿って徐々に冷却され、さらに低い温度、例えば略０℃となって、吸熱器１６を通り、ガスピストン側膨張室２３に流入する。
【００５５】
ガスピストン側膨張室２３では、吸熱器１６を流出するヘリウムが膨張仕事をして、第１ガスピストン２２を往復動させ、更に低い温度、例えば略−１０℃の冷凍を発生する。
【００５６】
ガスピストン側膨張室２３で発生した膨張仕事は、第１ガスピストン２２を介在してディスプレーサピストン５３を往復動させる。ガスピストン側膨張室５１で発生した膨張仕事は、膨張室２３に伝達される。膨張室２３に伝達された膨張仕事は、ディスプレーサピストン５３の往復動により膨張側圧縮室５５のヘリウムを流出入させ、第２ガスピストン２０を介在してガスピストン側圧縮室２１での圧縮仕事に費やされる。
【００５７】
ガスピストン側膨張室２３で発せれた冷凍は、吸熱器１６で被冷却体の冷却に利用される。即ち、例えば被冷却体である常温の水は、吸熱器１６の流入口１６ａから流入し、吸熱器１６を往復流動する例えば略０℃〜略−１０℃のヘリウムで冷却され、略５℃の冷水となって流出口１６ｂから流出し、タンク（図示せず）に貯えられ、冷水として利用される。常温の水から吸熱を受けたヘリウムは略０℃となって再生熱交換器１５に流入する。
【００５８】
再生熱交換器１５では、流入したヘリウムが、蓄冷材エレメントにより流れに沿って加温され、徐々に高い温度になって、放熱器１４を通り、パワーピストン３４及びディスプレーサピストン５３の図１における下方向の移動により圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５に流入する。このようにしてパルス管型蓄熱機関の１サイクルが形成される。
【００５９】
第２ガスピストン２０は、第２パルス管１３の端部１３ａと１３ｂの間で往復動するので、第２ガスピストン２０を形成する作動ガスは、圧縮室３１を形成する圧縮側圧縮室３２と膨張側圧縮室５５には流動しない。従って、圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５には、ガスピストン側圧縮室２１からの伝導熱、即ち、第２パルス管１３の管壁を伝わる伝導熱と、第２ガスピストン２０を伝わる伝導熱とが侵入する。第２パルス管１３の厚さを薄く、軸方向長さを長く、熱伝導の小さい材質（例えばステンレス）にすることで、熱伝導は抑制され、管壁からの伝導熱は小くなる。
【００６０】
また、作動ガスの熱伝導率（ステンレスの熱伝導率の略１／１００）は、極めて小さくいので、第２ガスピストン２０からの伝導熱は、更に小くなる。即ち、第２パルス管１３の管壁と、第２ガスピストン２０は、熱伝導の断熱材として作用する。従って、ガスピストン側圧縮室２１から圧縮室３１、即ち圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５に侵入する伝導熱は少ない。結果、ガスピストン側圧縮室２１の温度が高いにも拘らず、圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５の温度は略室温に近く、圧縮側駆動手段４０及び膨張側駆動手段６０の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パワーピストン３４とパワーシリンダ３３の間のクリアランスシール部と、圧縮側駆動手段４０の支持バネ４２と、リニアモータ４３の永久磁石４６の各温度は、各々、略室温に近い所定の適正な温度になり、クリアランスシールの間隙、永久磁石４６の保持力、支持バネ４２の強度は適正値を維持し、各々、適正に機能する。同様に、ディスプレーサピストン５３とディスプレーサシリンダ５２及びロッド５４と隔壁５６の間のクリアランスシール部と、膨張側駆動手段６０の支持バネ６１の各温度は、各々、略室温に近い所定の適正な温度になり、各々、適正に機能する。
【００６１】
また、膨張室５１と吸熱器１６の間には第１パルス管１７が配備されているので、第１パルス管１７が断熱材となり、膨張室５１からガスピストン側膨張室２３に侵入する伝導熱は、前述と同じ理由で小さい。結果、ガスピストン側膨張室２３の温度（例えば略−１０℃）が低いにも拘らず、膨張室５１及び膨張駆動側手段６０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
【００６２】
以上により、永久磁石４６、支持バネ４２、６１、各々のクリアランスシールは適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００６３】
次に、パルス管型蓄熱機関１がエンジンとして動作させる場合について説明する。吸熱器１６を燃焼ガスで高温（例えば、略５００℃）に加熱し、放熱器１４でヘリウムの熱を放熱（排熱）すると、吸熱器１６を往復流動するヘリウムは、燃焼ガスで加熱され、例えば略５００℃に昇温される。昇温したヘリウムガスは、ピストン側膨張室２３の容積変動がガスピストン側圧縮室２１の容積変動に対し位相が略９０°進むように第１ガスピストン２２と第２ガスピスト２０を往復動させる。第２ガスピストン２０の往復動は、圧縮室３１、即ち圧縮側圧縮室３２と膨張側圧縮室５５にヘリウムを流出入させる。圧縮側圧縮室３２に流出入するヘリウムは、パワーピストン３４を往復動させ、リニアモータ４３が発電機となって発電し、電気エネルギーを得る。
【００６４】
放熱器１４でのヘリウムの圧縮熱の放熱と、吸熱器１６の燃焼ガスの排熱を利用し、例えば略９０℃の湯水を得るコ・ジェネレーションの給湯装置に適応する。この場合、放熱器１４で常温の水は例えば略６５℃に昇温され、略６５℃に昇温した温水は、更に吸熱器１６の燃焼排気ガスで略９０℃に昇温される。放熱器１４は例えば略１２０℃になり、ガスピストン側圧縮室２１は、放熱器１４より更に高い温度、例えば略１４０℃になる。
【００６５】
圧縮側圧縮室３２及び膨張側圧縮室５５と、ガスピストン側圧縮室２１との間には、第２パルス管１３が配備されているので、冷凍機として作動するの場合と同じように第２パルス管１３が断熱材として作用する。これによりガスピストン側圧縮室２１からの熱伝導は抑制され、ガスピストン側圧縮室２１の温度が高いにも拘らず、圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５に侵入する伝導熱は小さい。結果、圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５の温度は、略室温に近く、圧縮側駆動手段４０及び膨張側駆動手段６０の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。
【００６６】
吸熱器１４の温度は、燃料の燃焼により高い温度（例えば略５００℃）となるが、吸熱器１６と膨張室５１の間には第１パルス管１７を配備しているので、第１パルス管１７が断熱材となる。これにより吸熱器１６から膨張室５１への熱伝導は抑制され、吸熱器１６の温度が高いにも拘らず、膨張室５１に侵入する伝導熱は小さく、膨張室５１の温度及び膨張側駆動手段６０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
【００６７】
以上により、パルス管型蓄熱機関１をエンジンとして動作させても、永久磁石４６、支持バネ４２、６１、各々のクリアランスシールは適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００６８】
また、圧縮側駆動手段４０の温度が略室温に近い所定の適正な温度になるので、固定子４４のコイルの電気抵抗、可動子４５の永久磁石４６の保持力が適正に維持され、リニアモータ４３の効率が向上し、効率の高いパルス管型蓄熱機関１を提供できる。
【００６９】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係わる説明図である。図１と同じ部品及び同じ部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００７０】
図２に示すように、図１に示される再生熱交換器１５の端部１５ａと端部１５ｂとの間に熱交換器が備えられる。即ち、熱交換作動部７０の再生熱交換器７１と再生熱交換器７２の間に熱交換器７３を備える。パルス管型蓄熱機関２を冷凍機として使用する場合、熱交換器７３を往復流動するヘリウムの温度が周囲の空気の温度より高い位置に熱交換器７３を配備し、熱交換器７３を放熱器として作用させる。ファン７４で空気を熱交換器７３に送風し、放熱器７３を流れるヘリウムを冷却する。これによりガスピストン側膨張室２３で発生される冷凍量は、ヘリウムを冷却した略熱量分、増大する。
【００７１】
パルス管型蓄熱機関２をエンジンとして使用する場合、熱交換器７３を往復流動するヘリウムの温度が燃焼排気ガスの温度より低い位置に熱交換器７３を配備し、熱交換器７３を吸熱器として作用させる。熱交換器７３に燃焼排気ガスを送風し、熱交換器７３を往復流動するヘリウムを加熱する。これによりパワーピストン３４から取出される動力は、ヘリウムを加熱した略熱量分、増大する。
【００７２】
以上により、図１の再生熱交換器１５の途中の適正な位置に熱交換器７３を配備することにより、冷凍機あるいはエンジンいずれの場合でも、パルス管型蓄熱機関２の効率が向上する。
【００７３】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係わる説明図である。図１と同じ部品及び同じ部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００７４】
図３に示すように、圧縮室３１（圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５）及び膨張室５１と、コレクタ１１及びコレクタ１９と、との間に流路を切換える流路切換弁８０（流路切換手段）が配備される。即ち、流路切換弁８０の第１流路口８１は、配管９１経由の圧縮側圧縮室３２と、配管９２経由の膨張側圧縮室５５とへ連通する。即ち、第１流路口８１は、圧縮室３１へ連通する。第２流路口８２は、配管９４介してコレクタ１１に連通する。第３流路口８３は、配管を９５介して膨張室５１に連通し、第４流路口８４は、配管９６を介してコレクタ１９に連通する。
【００７５】
図４は、図３の流路切換弁８０の説明図である。図４の（ａ）及び（ｂ）に示すように、流路切換弁８０は、両端に大径の円柱を有するスプール８７と、孔８６を備える弁箱８５から構成され、スプール８７は孔８６に対し微小間隙を持って摺動可能に挿入される。弁箱８５は、流路８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ａが設けられ、流路８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ａには、それぞれヘリウムが流出入する第１流路口８１、第２流路口８２、第３流路口８３、第４流路口８４を備える。
【００７６】
図４の（ａ）は、第１流路口８１と第２流路口８２、及び、第３流路口８３と第４流路口８４とがそれぞれ連通する。従って、圧縮室３１は、配管９３と、流路切換弁８０と、配管９４と、コレクタ１１に連通する。膨張室５１は、配管９５と、流路切換弁８０と、配管９６とを経由してコレクタ１９に連通する。コレクタ１１、１９は、それぞれディストリビュータ１２、１８を介し、それぞれ第２パルス管１３の端部１３ｂ、第１パルス管１７の端部１７ｂに連通する。
【００７７】
流路切換弁８０が図４の（ａ）の状態では、パルス管型蓄熱機関３は、図１で示されるパルス管型蓄熱機関１と同じである。従って、流路切換弁８０が図４の（ａ）の状態の場合、放熱器１４はガスピストン側圧縮室２１で発生した圧縮熱を放熱し、放熱器として作用する。また、吸熱器１６は、ガスピストン側膨張室２３で発生した冷凍で被冷却体を冷却し、吸熱器として作用する。
【００７８】
図４の（ｂ）は、第１流路口８１と第４流路口８４、及び、第２流路口８２と第３流路口８３とがそれぞれ連通する。従って、圧縮室３１が配管９３と、流路切換弁８０と、配管９６とを経由してコレクタ１９に連通する。膨張室５１は、配管９５と、流路切換弁８０と、配管９４とを経由してコレクタ１１に連通する。
【００７９】
流路切換弁８０が図４の（ｂ）の状態では、パルス管型蓄熱機関３は、図１で示されるパルス管型蓄熱機関１と異なる。即ち、ガスピストン側圧縮室２１は、冷凍を発生するガスピストン側膨張室として作動し、放熱器１４はガスピストン側圧縮室２１で発生した冷凍で被冷却体を冷却する吸熱器として機能する。一方、ガスピストン側膨張室２３はヘリウムを圧縮するガスピストン側圧縮室として作動し、吸熱器１６はガスピストン側膨張室２３で発生した圧縮熱を放熱する放熱器として機能する。
【００８０】
流路切換弁８０を図４の（ａ）の状態から図４の（ｂ）の状態に切換えることにより、放熱器１４は放熱器から吸熱器に切換られ、吸熱器１６は吸熱器から放熱器に切換えられる。従って、流路切換弁８０を切換えることにより、放熱器１４及び吸熱器１６のいずれか一方で放熱と、吸熱を切換行えることが可能になり、一つの熱交換器（放熱器１４又は、吸熱器１６のいずれか一方）で常温の水を湯水と、冷水に出来る。結果、利便性の高いパルス管型蓄熱機関３を提供できる。
【００８１】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係わる説明図である。図１と同じ部品及び同じ部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００８２】
図５に示すように、パルス管型蓄熱機関１００は、図１のパルス管型蓄熱機関１の第２パルス管１３を取外し、代わりにコンプレッサー部１１０のパワーシリンダ１１３及びパワーピストン１１４を軸方向に長くする。熱交換作動部１０Ａは、図１の熱交換作動部１０の第２パルス管１３が取外され形成される。
【００８３】
また圧縮側圧縮室１１２と、膨張側圧縮室５５の間にパルス管部１２０が設けられ、パルス管部１２０は、配管１１７、配管１１６、流路８を介在して圧縮側圧縮室１１２と、膨張側圧縮室５５とへ連通する。パルス管部１２０は、パルス管１２３の両端に順次、ディストリビュータ１２２、１２４と、コレクタ１２１、１２５とを連結して構成される。
【００８４】
パワーシリンダ１１３及びパワーピストン１１４は、軸方向に長くし、熱伝導率の低い材質で形成する。これにより高い温度(例えば略１４０℃)の圧縮側圧縮室１１２から圧縮側駆動手段４０に伝わる伝導熱が抑制でき、圧縮側駆動手段４０の温度と、パワーピストン１１４のロッド１１５を備えた背面１１４ｂ側近傍のクリアランスシール部の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
【００８５】
また、膨張側圧縮室５５は、パルス管１２３による断熱作用により略室温に近い温度になるので、膨張側駆動手段６０の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。
【００８６】
以上により、図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ理由で、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１００を提供できる。
【００８７】
また、図１の第２パルス管１３が取外され、パルス管１２３の容積は第２パルス管１３の容積より小さくなるので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関１の圧力振幅は、図１のパルス管型蓄熱機関１より大きくなり、パルス管型蓄熱機関１００の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関１より増大する。
【００８８】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係わる説明図で、図５の第４実施形態を変形したものである。図５と同じ部品及び同じ部位の符号は、図５と同じ符号を付す。
【００８９】
図６に示すように、パルス管型蓄熱機関１０１は、図５のパルス管部１２０を配管１３７に換え、熱交換作動部１０Ａと、コンプレッサー部１１０と、ディスプレーサ部１３０とで構成する。
【００９０】
図５のパルス管部１２０を取外した代わりに、ディスプレーサシリンダ１３２及びディスプレーサピストン１３３と、ロッド１３４及びロッド１３４が貫通する隔壁１３６を軸方向に長くし、熱伝導率の低い材質で構成し、熱伝導を抑制する。これにより、温度(例えば略１４０℃)の高い膨張側圧縮室１３５から膨張側駆動手段６０及び膨張室１３１への熱伝導は抑制され、膨張側駆動手段６０及び膨張室１３１は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、図１のパルス管型蓄熱機関１と同じ理由で、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１０１を提供できる。
【００９１】
また、図５のパルス管部１２０が取り除かれているので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関１０１の圧力振幅は、パルス管型蓄熱機関１００より大きくなり、パルス管型蓄熱機関１０１の冷凍量あるいは発電量は、パルス管型蓄熱機関１００より増大する。
【００９２】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係わる説明図で、図１の第１実施形態及び図６の第５実施形態を変形したものである。図１及び図６と同じ部品及び同じ部位の符号は、図１及び図６と同じ符号を付す。
【００９３】
図７に示すように、パルス管型蓄熱機関１０２は、図１の第１パルス管１７が取外された熱交換作動部１０Ｂと、図１のコンプレッサー部３０と、ディスプレーサ部１４０とから構成される。
【００９４】
ディスプレーサ部１４０は、ディスプレーサシリンダ１３２と、ディスプレーサピストン１３３が図６と同じように長く、ロッド５４と、隔壁５６が図１と同じように短い。
【００９５】
圧縮側圧縮室３２及び膨張側圧縮室１３５と、放熱器１４との間にはパルス管１３が配備され、またディスプレーサシリンダ１３２と、ディスプレーサピストン１３３は軸方向に長い構造である。従って、図１及び図６のパルス管型蓄熱機関１及び１０１の場合と同じ理由により、圧縮側圧縮室３２及び膨張側圧縮室１３５は、略室温に近い温度になる。結果、圧縮側駆動手段４０の温度、膨張側駆動手段６０の温度は、それぞれ略室温に近い所定の適正な温度になり、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１０２を提供できる。
【００９６】
図１の第１パルス管１７が取外されており、パルス管部１２０は配備していないので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関１０２の圧力振幅は、図５のパルス管型蓄熱機関１００より大きくなり、パルス管型蓄熱機関１０２の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関１００より増大する。
【００９７】
また、冷凍機として使用する場合、低温側の容積が少なくいので、パルス管型蓄熱機関１０２の効率はパルス管型蓄熱機関１より高くなる。
【００９８】
（第７実施形態）
図８は、本発明の第７実施形態に係わる説明図で、図５の第４実施形態及び図７の第６実施形態を変形したものである。図５及び図７と同じ部品及び同じ部位の符号は図５及び図７と同じ符号を付す。
【００９９】
図８に示すように、パルス管型蓄熱機関１０３は、図７の熱交換作動部１０Ｂと、図５のコンプレッサー部１１０と、図５のパルス管部１２０と、図７のディスプレーサ部１４０とから構成される。
【０１００】
パワーシリンダ１１３及びパワーピストン１１４は、軸方向に長い断熱構造であるので、温度(例えば略１４０℃)の高い圧縮側圧縮室１１２から圧縮側駆動手段４０への熱伝導は抑制され、圧縮側駆動手段４０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
【０１０１】
温度の高い圧縮側圧縮室１１２と膨張側圧縮室１３５との間には、パルス管部１２０が配備され、またディスプレーサシリンダ１３２と、ディスプレーサピストン１３３は軸方向に長い構造であるので、膨張側圧縮室１３５及び膨張側駆動手段６０は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１０３を提供できる。
【０１０２】
また、第１パルス管１３と第２パルス管１７が取外され、パルス管１２３は第１パルス管１３及び第２パルス管１７より容積が小さいので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関１０３の圧力振幅は、図６及び図７のパルス管型蓄熱機関１０１及び１０２より大きくなり、パルス管型蓄熱機関１０３の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関１０１及び１０２より増大する。
【０１０３】
（第８実施形態）
図９は、本発明の第８実施形態に係わる説明図で、図６の第５実施形態を変形したものである。図６と同じ部品及び同じ部位の符号は、図６と同じ符号を付す。
【０１０４】
図９に示すように、パルス管型蓄熱機関１０４は、図１のパルス管型蓄熱機関１の第１パルス管１７と、第２パルス管１３が取外され、代わりにパワーシリンダ１１３とパワーピストン１１４、ディスプレーサシリンダ１３２とディスプレーサピストン１３３及びロッド１３４と隔壁１３６が軸方向に長い断熱構造である。従って、圧縮側圧縮室１１２、膨張側圧縮部１３５の温度が高くても、また膨張室１３１の温度が高くあるいは低くても、圧縮側駆動手段４０と、膨張側駆動手段６０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関１０４を提供できる。
【０１０５】
また、第１パルス管１７、第２パルス管１３が取外されており、パルス管部１２０は配備していないので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関１０４の圧力振幅は、図８のパルス管型蓄熱機関１０３より大きくなり、パルス管型蓄熱機関１０４の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関１０３より増大する。
【０１０６】
（第９実施形態）
図１５は、本発明の第９実施形態に係わる説明図である。図１５に示すように、パルス管型蓄熱機関４は、熱交換作動部１０と、コンプレッサー部３０と、ディスプレーサ部５０とから構成される。
【０１０７】
コンプレッサー部３０の圧縮側圧縮室３２は、順次、配管９７、コレクタ１９、ディストリビュータ１８を介在し、第１パルス管１７に接続される。ディスプレーサ部５０の膨張室５１も、配管９８、配管９７、、コレクタ１９、ディストリビュータ１８を介して第１パルス管１７に接続される。膨張側圧縮室５５は、順次、配管９９、コレクタ１１、ディストリビュータ１２を介在して第２パルス管１３に接続される。
【０１０８】
吸熱器１６を燃焼ガスで高温（例えば、５００℃）に加熱し、放熱器１４を冷却水で室温に近い温度に冷却して、パルス管型蓄熱機関４をエンジンとして作動させる。この場合、コンプレッサー部３０の圧縮側圧縮室３２は、膨張室として作動する。一方、ディスプレーサ部５０の膨張室５１は膨張室として作動し、ディスプレーサピストン５３の背面５３b側の膨張側圧縮室５５は圧縮室として作動する。圧縮側圧縮室３２と、膨張室５１と、配管９７と、配管９８とで一つの膨張室５８が形成される。
【０１０９】
吸熱器１６で吸熱した熱によりガスピストン側膨張室２３で発生した仕事は、第１ガスピストン２２を介在して、パワーピストン３４とディスプレーサピストン５３に伝達され、る。ワーピストン３４に伝達された仕事は、ロッド３５を介してリニア発電機４３ａ（リニアモータ４３がリニア発電機４３ａとして機能する）により交流電力を発生し、交流の電気エネルギーとして利用される。一方、ディスプレーサピストン５３に伝達された仕事は、膨張側圧縮室５５のヘリウムの圧縮仕事に費やされる。
【０１１０】
吸熱器１６は、例えば略５００℃の高い温度となるが、第１ガスピストン１７を介在しているので、圧縮側圧縮室３２及び膨張室５１の温度は略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関４を提供できる。
【０１１１】
また、パルス管型蓄熱機関４をエンジンとして作動させる場合、高温側のガスピストン側膨張室２３の掃気容積は、ガスピストン側膨張室２３より温度の低いガスピストン側圧縮室２１の掃気容積より大きいことが好ましい。高温側のガスピストン側膨張室２３に対応する常温側の掃気容積は、圧縮側圧縮室３２と膨張室５１とを加えた容積であるので、パルス管型蓄熱機関４は、エンジンとして作動させるのが好適である。尚、図１の第１実施形態において、吸熱器１６を燃焼ガスで高温に加熱し、エンジンとして作動させると、ガスピストン側膨張室２３より温度の低いガスピストン側圧縮室２１に対応する常温側の掃気容積は、圧縮側圧縮室３２と膨張側圧縮室５５を加えた容積であるので、エンジンではなく、冷凍機として作動させる方が好ましい。エンジンとして作動させる場合は、パルス管型蓄熱機関４の方が、図１のパルス管型蓄熱機関１より効率が高い。しかし、冷凍機として作動させる場合、パルス管型蓄熱機関１の方が、パルス管型蓄熱機関４より効率が高くなる。
【０１１２】
また、パルス管型蓄熱機関４を冷凍機として機能させることも出来る。この場合、膨張室５１は、圧縮室として機能し、膨張側圧縮室５５は膨張室として機能する。
【０１１３】
（第１適応形態）
図１０は、本発明の第１適応実施形態に係わる説明図で、図１のパルス管型蓄熱機関１を給湯装置に適用した適応形態である。図１に示されるパルス管型蓄熱機関１と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
【０１１４】
給湯装置２００は、パルス管型蓄熱機関１と給湯部２１０とから構成される。給湯部２１０は、配管２２１から供給される常温の水を制御する弁２１５が、配管２２２を介しタンク２１１の底部に接続される。タンク２１１の上部には、タンク２１１に貯えられた湯水（例えば略６５℃）の外部への供給を制御する弁２１６が配管２２３を介して接続される。
【０１１５】
配管２２２の途中から分岐した配管２２４は、ポンプ２１２の吸入口に接続され、吐出口は配管２２５を介しパルス管型蓄熱機関１の放熱器１４の流入口１４ａに接続され、放熱器１４の流出口１４ｂは、順次、配管２２６、弁２１７、配管２２７を介在して配管２２３の途中に接続される。
【０１１６】
配管２２６の途中と配管２２４途中には、配管２２８、２２９を介して弁２１８が配備される。配管２２４の途中は、熱交換器２１３の一端が接続され他端は弁２１９を介在し配管２２６の途中に接続される。また熱交換器２１３は、ファン２１４が備えられ、送風空気で冷却される。配管２２６の弁２１７の上流側近傍に温度センサ２２０が配備される。
【０１１７】
次に、給湯装置２００の動作について説明する。
【０１１８】
弁２１６、弁２１７、弁２１９、弁２１５がともに閉、弁２１８が開、パルス管型蓄熱機関１とポンプ２１２が稼動中、ファン２１４が停止状態で、ポンプ２１２により放熱器１４内の水と、配管２２４内の一部と、配管２２５、２２６、２２８、２２９内の残水は、弁２１８と、ポンプ２１２と放熱器１４とを経由する循環流を形成し、放熱器１４でヘリウムの圧縮熱により加温され所定の温度（例えば略６５℃）なるまで循環する。湯水の温度は、温度センサ２２０で検知する。次に、循環流の温水が所定の温度になると、弁２１７を開き、弁２１８を閉じ、所定の温度になった湯水をタンク２１１の上側に送り込む。ポンプ２１２は、タンク２１１の底側の常温の水を吸入し放熱器１４に送る。放熱器１４では、供給された水をヘリウムの圧縮熱で加温し、所定の温度（略６５℃）の湯水にし、タンク２１１の上側に送り込む。湯水が所定の温度（例えば略５５℃）よりも低い場合は、弁２１８を開き、弁２１７を閉じ、再び弁２１８を経由する循環流を形成し、放熱器１４で所定の温度になるまで循環して加温する。
【０１１９】
タンク２１１内の湯水が、所定の温度の湯水で満たされると、弁２１９を開き、弁２１７と、弁２１８を閉じる。放熱器１４で加温された湯水は、順次、弁２１９、熱交換器２１３、ポンプ２１２を通り、放熱器１４に戻る循環流を形成し、放熱器１４から放熱されるヘリウムの圧縮熱を熱交換器２１３に移送し、そこで排熱する。
【０１２０】
尚、放熱器１４の湯水を受入れる容積が大きければ、弁２１８と、配管２２８、２２９は設けなくても良い。この場合、加温時はポンプ２１２を停止し、放熱器１４で湯水を加温し、湯水が所定の温度になった時点で、ポンプ２１２を作動させ、湯水をタンク２１１に送り込む。
【０１２１】
前述したようにパルス管型蓄熱機関１は、放熱器１４の温度が高くても、第２パルス管１７、第１パルス管１３が配設されているので、コンプレッサー部３０及びディスプレーサ部５０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パルス管型蓄熱機関１の信頼性が向上し、信頼性の高い給湯装置２００を提供できる。
【０１２２】
（第２適応形態）
図１１は、本発明の第２適応実施形態に係わる説明図で、図１０の給湯装置２００のポンプ２１２を、ヒートパイプに置換えた適応形態である。図１に示されるパルス管型蓄熱機関１と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
【０１２３】
給湯装置２０１は、パルス管型蓄熱機関１と給湯部２４０から構成される。給湯部２４０は、タンク２４２と、ヒートパイプ２４１と、ファン２４３と、弁２４５、２４６と、
配管２４６、２４７、２４８、２４９とから構成される。
【０１２４】
タンク２４２には、配管２４６、弁２４４、配管２４７を介在して常温の水が、適時、供給される。湯水は、配管２４８、弁２４５、配管２４９を介在して外部に供給される。
【０１２５】
ヒートパイプ２４１は、吸熱部２４１ａが放熱器１４内に装着され、加温部２４１ｂはタンク２４２の内部に設けられ、排熱部２４１ｃはファン２４３により送風される空気で冷却される。ヒートパイプ２４１の冷媒は、水などが用いられる。
【０１２６】
ファン２４３を停止した状態で、ヒートパイプ２４１の冷媒は、吸熱部２４１ａと加温部２４１ｂの間を循環し、吸熱部２４１ａで放熱器１４を流れる作動ガスの圧縮熱を吸熱し、加温部２４１ｂで圧縮熱を放熱してタンク２４２内の常温の水を所定の温度に加温する。タンク２４２内の湯水が所定の温度に達すると、ファン２４３を回転させ、排熱部２４１に空気を送風して排熱部２４１ｃからヘリウムの圧縮熱を排熱する。
【０１２７】
パルス管型蓄熱機関１は放熱器１４の温度が高くても、第１パルス管１７、第２パルス管１３が配設されているので、第１適応形態と同じように、パルス管型蓄熱機関１の信頼性が向上する。結果、信頼性の高い給湯装置２０１を提供できる。また、給湯装置２０１は、給湯装置２００に比べ、ポンプが不要で、弁の使用個数も減り、構成が単純になり、コストも安くなる。
【０１２８】
（第３適応形態）
図１２は、本発明の第３適応実施形態に係わる説明図で、図１のパルス管型蓄熱機関１を湯水・冷水装置に適用した適応形態である。図１に示されるパルス管型蓄熱機関１と同じ部品と、同じ部位は、同じ符号を付す。
【０１２９】
湯水・冷水装置３００は、図１の熱交換作動部１０と同じ熱交換作動部１０Ｃと、熱交換作動部１０Ｄとを備えたパルス管型蓄熱機関３０１とタンク３０２、タンク３０３と、ファン３０４、ファン３０５とから構成される。
【０１３０】
熱交換作動部１０Ｃのコレクタ１９と、熱交換作動部１０Ｄのコレクタ１９をそれぞれ弁３０６、弁３０７を介してディスプレーサ部５０の膨張室５１に連通する。熱交換作動部１０Ｃのコレクタ１１と、熱交換作動部１０Ｄのコレクタ１１をそれぞれ弁３０８、弁３０９を介してコンピレッサー部３０の圧縮側圧縮室３２と、膨張側圧縮室５５に連通する。
【０１３１】
熱交換作動部１０Ｃの吸熱器１６は、適時、常温の水が供給されるタンク３０２が熱接触しており、放熱器１４にはファン３０４が配備される。
【０１３２】
熱交換作動部１０Ｄの放熱器１４は、適時、常温の水が供給されるタンク３０３が熱接触しており、吸熱器１６にはファン３０５が配備される。
【０１３３】
常温の水から冷水（例えば略５℃）の得る場合は、弁３０６と、弁３０８を開き、弁３０７と、弁３０９を閉じ、熱交換作動部１０Ｃを作動させ、タンク３０２内の常温の水をガスピストン側膨張室２３で発生した冷凍により、吸熱器１６で冷却し、冷水（略５℃）にする。この時、ファン３０４で空気を放熱器１４に送風してヘリウムの圧縮熱を放熱する。尚、熱交換作動部１０Ｄ側のファン３０５は停止している。
【０１３４】
常温の水から湯水（例えば略６５℃）を得る場合は、弁３０７と、弁３０９を開き、弁３０６と、弁３０８を閉じ、熱交換作動部１０Ｄを作動させ、タンク３０３内の常温の水を放熱器１４でヘリウムの圧縮熱により加温し、常温の水を略６５℃の湯水にする。この時、放熱器の温度は高い温度(略１２０℃)、ガスピストン側圧縮室の温度は更に高い温度(略１４０℃)になる。またファン３０５で空気を吸熱器１６に送風し吸熱器１６に熱負荷を加える。尚、熱交換作動部１０Ｃ側のファン３０４は停止している。
【０１３５】
パルス管型蓄熱機関３０１は、１０Ｄの放熱器１４の温度が高くても、第１パルス管１７、第２パルス管１３が配設されているので、コンピレッサー部３０及びディスプレーサ部５０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パルス管型蓄熱機関３０１の信頼性が向上し、信頼性の高い湯水・冷水装置３００を提供できる。
【０１３６】
また、２つの熱交換作動部１０Ｃ、１０Ｄを使い、熱交換作動部１０Ｃは冷水用に、熱交換作動部１０Ｄは湯水用に作動させることで、パルス管型蓄熱機関３０１の効率が向上する。
【０１３７】
（第４適応形態）
図１３は、本発明の第４適応実施形態に係わる説明図で、図１のパルス管型蓄熱機関１を湯水・冷水装置に適用した適応形態である。図１に示されるパルス管型蓄熱機関１と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
【０１３８】
湯水・冷水装置３１０は、熱パルス管型蓄熱機関１とタンク３１１、タンク３１２と、ファン３１３、ファン３１４とから構成される。
【０１３９】
タンク３１１と、タンク３１２は、それぞれ吸熱器１６と、放熱器１４に熱接触させ、適時、常温の水がそれぞれに供給される。また吸熱器１６と、放熱器１４は、それぞれファン３１３、ファン３１４を配備する。
【０１４０】
常温の水から冷水（例えば略５℃）を得る場合は、ファン３１３を停止、ファン３１４は稼動させ、タンク３１１内の常温の水を吸熱器１６で冷却し略５℃の冷水にする。
【０１４１】
常温の水から湯水（例えば略９０℃）を得る場合は、ファン３１３と、ファン３１４を稼動し、タンク３１２内の常温の水を放熱器１４で加温し略９０℃の湯水にする。
【０１４２】
また、ファン３１３、ファン３１４をともに停止し、同時にタンク３１１の常温の水を吸熱器１６で冷水に、タンク３１２の常温の水を放熱器１４で湯水にすることも出来る。
【０１４３】
湯水・冷水装置３１０は、湯水・冷水装置３００より効率は低いが、構成が単純で、小型軽量になり、コストも安くなる。
【０１４４】
前述したようにパルス管型蓄熱機関１は、放熱器１４の温度が高くなっても、第１パルス管１７、第１パルス管１３が配設されているので、パルス管型蓄熱機関１の信頼性が向上し、信頼性の高い湯水・冷水装置３１０を提供できる。
【０１４５】
（第５適応形態）
図１４は、本発明の第５適応実施形態に係わる説明図で、図１のパルス管型蓄熱機関１をエンジンとして作動させ、コ・ジェネレーションシステムに適用した適応形態である。図１に示されるパルス管型蓄熱機関１、及び図１０で示される給湯部２１０と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
【０１４６】
図１４に示すようにコ・ジェネレーションシステム４００は、パルス管型蓄熱機関１と給湯部４１０から構成される。パルス管型蓄熱機関１の駆動部４０に設けられた図１のリニアモータ４３は、リニア発電機４３ａとして作動する。吸熱器１６は、燃料と空気が流入する燃料流入口１６ｃ、空気流入口１６ｄを備える。また、吸熱器１６には、燃焼した排気ガスを利用して湯水する熱交換器４１１が設けられ、熱交換器４１１は排気ガスの排気ガス流出口４１１ａを備える。放熱器１４には、湯水の温度を検知する温度センサ４１２が配備される。
【０１４７】
給湯部４１０のタンク２１１回りの構成は図１０と同じである。異なるところは、タンク２１１の底部に接続された配管２２２の途中から分岐して、配管２２４が、順次、ポンプ２１２、配管２２５を介在して放熱器１４の流入口１４ａに接続される。放熱器１４の流出口１４ｂは、順次、配管２２６、熱交換器４１１、配管２２７、２２３を介在してタンク２１１の上部に接続される。熱交換器４１１は、吸熱器１６で燃焼した排気ガスの排熱で加温される。
【０１４８】
吸熱器１４では、流入口１６ｃと流入口１６ｄから流入した燃料と空気が混合して燃焼し、ヘリウムが加熱され、パルス管型蓄熱機関１がエンジンとして作動し、パワーピストン３４が往復動する。パワーピストン３４が往復動することで、リニア発電機４３ａから交流電力が取出され、外部に供給される。
【０１４９】
パワーピストン３４と、ディスプレーサピストン５３の往復動によって発生した圧縮熱は、放熱器１４でポンプ２１２から圧送される常温の水の加温に利用される。放熱器１４で加温され昇温した温水（例えば略６５℃）は、熱交換器４１１に流入し、吸熱器１６からの燃焼排気ガスの排熱で加温され、さらに高い所定の温度（例えば略９０℃）の湯水になる。所定温度になった湯水は、タンク２１１の上部に流入し、タンク２１１内の水が所定の温度になるまで、ポンプ２１２が作動する。タンク内の所定温度の湯水は、適時、弁２１６を介して外部に供給される。
【０１５０】
放熱器１４から流出する湯水の温度が、例えば略６５℃であると、放熱器１４は高い温度、略１２０℃になり、ガスピストン側圧縮室２１は、更に高い温度（略１４０℃）になる。前述したようにパルス管型蓄熱機関１は、放熱器１４及び吸熱器１６の各温度が高くなっても、第２パルス管１７、第１パルス管１３が配設されているので、コンプレッサー部３０及びディスプレーサ部５０の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パルス管型蓄熱機関１の信頼性が向上し、信頼性の高いコ・ジェネレーションシステム４００を提供できる。
【０１５１】
また、ヘリウムの圧縮熱と、燃焼ガスの排気ガスを有効活用するので、省エネルギー効果の高いコ・ジェネレーションシステム４００を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係わる説明図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係わる説明図である。
【図４】図３の流路切換弁の説明図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係わる説明図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係わる説明図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係わる説明図である。
【図８】本発明の第７実施形態に係わる説明図である。
【図９】本発明の第８実施形態に係わる説明図である。
【図１０】本発明の第１適応実施形態に係わる説明図である。
【図１１】本発明の第２適応実施形態に係わる説明図である。
【図１２】本発明の第３適応実施形態に係わる説明図である。
【図１３】本発明の第４適応実施形態に係わる説明図である。
【図１４】本発明の第５適応実施形態に係わる説明図である。
【図１５】本発明の第９実施形態に係わる説明図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１、２、３、、４、３０１  パルス管型蓄熱機関
１０、１０Ｃ、１０Ｄ、７０  熱交換作動部
１３  第２パルス管
１３ａ、１７ａ  一端
１３ｂ、１７ｂ  他端
１５、７１、７２  再生熱交換器
１４  放熱器（第２熱交換器）
１５ａ、１５ｂ  端部
１６  吸熱器（第１熱交換器）
１７  第１パルス管
３０  コンプレッサー部
３１  圧縮室
３２  圧縮側圧縮室
３３  パワーシリンダ
３４  パワーピストン
４０  圧縮側駆動手段
５０  ディスプレーサ部
５１、５８  膨張室
５２  ディスプレーサシリンダ
５３  ディスプレーサピストン
５３ａ  前面
５３ｂ  背面
５４  ロッド
５５  膨張側圧縮室
６０  膨張側駆動手段
７３  熱交換器
８０  流路切換弁（流路切換手段）
【図１】
2009198084.tif 000003
【図２】
2009198084.tif 000004
【図３】
2009198084.tif 000005
【図４】
2009198084.tif 000006
【図５】
2009198084.tif 000007
【図６】
2009198084.tif 000008
【図７】
2009198084.tif 000009
【図８】
2009198084.tif 000010
【図９】
2009198084.tif 000011
【図１０】
2009198084.tif 000012
【図１１】
2009198084.tif 000013
【図１２】
2009198084.tif 000014
【図１３】
2009198084.tif 000015
【図１４】
2009198084.tif 000016
【図１５】
2009198084.tif 000017