JPH01193565A - ヒートポンプ式冷暖房装置 - Google Patents
ヒートポンプ式冷暖房装置Info
- Publication number
- JPH01193565A JPH01193565A JP1891888A JP1891888A JPH01193565A JP H01193565 A JPH01193565 A JP H01193565A JP 1891888 A JP1891888 A JP 1891888A JP 1891888 A JP1891888 A JP 1891888A JP H01193565 A JPH01193565 A JP H01193565A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speed
- stirling engine
- engine
- rotational speed
- unloading valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、スターリングエンジンを動力源としたヒート
ポンプ式冷暖房装置に係り、特にヒートポンプの圧縮機
にアンロード弁を付加して起動時の運転制御を行なう装
置に関する。
ポンプ式冷暖房装置に係り、特にヒートポンプの圧縮機
にアンロード弁を付加して起動時の運転制御を行なう装
置に関する。
（従来の技術）
スターリングエンジンは外燃機関であるため、加熱部の
熱容量に起因する起動時の出力上昇遅れがある。そこで
、スターリングエンジンを動力源としてヒートポンプの
圧縮機を駆動する方式の冷暖房装置では、スターリング
エンジンの加熱開始後、出力が十分に上昇した時点でエ
ンジンのスタータを起動し、次いでエンジンの回転数が
許容値を越える前にエンジンの出力軸と圧縮機との間に
設けられたクラッチをオンにするという制御を行なう。
熱容量に起因する起動時の出力上昇遅れがある。そこで
、スターリングエンジンを動力源としてヒートポンプの
圧縮機を駆動する方式の冷暖房装置では、スターリング
エンジンの加熱開始後、出力が十分に上昇した時点でエ
ンジンのスタータを起動し、次いでエンジンの回転数が
許容値を越える前にエンジンの出力軸と圧縮機との間に
設けられたクラッチをオンにするという制御を行なう。
しかしながら、この運転制御方式ではクラッチをオンに
した時点でのエンジン出力が圧縮機のフルロード時の必
要出力以上でないと、エンジンはブレークダウンしてし
まう。これを避けるためには、定常運転時には必要とし
ないような高出力の大型のエンジンを使用しなければな
らない。
した時点でのエンジン出力が圧縮機のフルロード時の必
要出力以上でないと、エンジンはブレークダウンしてし
まう。これを避けるためには、定常運転時には必要とし
ないような高出力の大型のエンジンを使用しなければな
らない。
このような問題を解決する方式として、「昭和６１年度
汎用スターリングエンジンの研究開発・研究成果」 （
新エネルギ開発機構）に記載された運転制御方式がある
。
汎用スターリングエンジンの研究開発・研究成果」 （
新エネルギ開発機構）に記載された運転制御方式がある
。
この方式はヒートポンプの圧縮機と並列に、つまり吸込
み側と吐出側との間に、流量の異なる３個のアンロード
弁（流量比４：２：１）を並列に設け、起動時エンジン
出力の上昇に従い、これらのアンロード弁をアンロード
割合が順次７／７，６／７゜５／７．４／７．３／７．
２／７．１／７．０／７と８段階に変化するように開閉
制御するものである。
み側と吐出側との間に、流量の異なる３個のアンロード
弁（流量比４：２：１）を並列に設け、起動時エンジン
出力の上昇に従い、これらのアンロード弁をアンロード
割合が順次７／７，６／７゜５／７．４／７．３／７．
２／７．１／７．０／７と８段階に変化するように開閉
制御するものである。
しかしながら、この方式では３個のアンロード弁を使用
するため、冷凍サイクルが複雑化し、信頼性が低下する
ばかりでなく、コストが高くなり、また装置が大型化し
重量が増えるという問題がある。
するため、冷凍サイクルが複雑化し、信頼性が低下する
ばかりでなく、コストが高くなり、また装置が大型化し
重量が増えるという問題がある。
（発明が解決しようとする課題）
このように従来のスターリングエンジンを動力源とした
ヒートポンプ式冷暖房装置では、複数個のアンロード弁
を用いて起動時の運転制御を行なうため、冷凍サイクル
が複雑化して信頼性が低下し、コストが高くなり、さら
に装置が大型化し重量が増えるという問題があった。
ヒートポンプ式冷暖房装置では、複数個のアンロード弁
を用いて起動時の運転制御を行なうため、冷凍サイクル
が複雑化して信頼性が低下し、コストが高くなり、さら
に装置が大型化し重量が増えるという問題があった。
本発明は、スターリングエンジンを動力源とするヒート
ポンプにおける圧縮機に単一のアンロード弁を付加し、
このアンロード弁の開閉制御によって、スターリングエ
ンジンの出力が十分に上昇するまでの運転制御を行なう
ことができるヒートポンプ式冷暖房装置を提供すること
を目的とする。
ポンプにおける圧縮機に単一のアンロード弁を付加し、
このアンロード弁の開閉制御によって、スターリングエ
ンジンの出力が十分に上昇するまでの運転制御を行なう
ことができるヒートポンプ式冷暖房装置を提供すること
を目的とする。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、スターリングエンジンの回転数がエンジンの
安定運転可能な回転数ＮＯより所定値αだけ高い回転数
ＮＯに達したとき、ヒートポンプにおける圧縮機に並列
に付加されたアンロード弁を閉じ、ＮＯより所定値βだ
け低い回転数ＮＤまで低下したときアンロード弁を開く
制御手段を備えたことを特徴とする。
安定運転可能な回転数ＮＯより所定値αだけ高い回転数
ＮＯに達したとき、ヒートポンプにおける圧縮機に並列
に付加されたアンロード弁を閉じ、ＮＯより所定値βだ
け低い回転数ＮＤまで低下したときアンロード弁を開く
制御手段を備えたことを特徴とする。
また、α、βの関係はα≧βに選ばれる。
（作 用）
スターリングエンジンが起動された後、アンロード弁が
開の状態で例えばエンジンの出力軸と圧縮機との間に設
けられたクラッチをオンにすると、エンジンの回転数は
圧縮機の負荷によって一旦低下し、再び上昇する。この
回転数がＮＯ−ＮＯ＋αに達したときアンロード弁を閉
じると、エンジンの回転数は再び低下する。そこで、回
転数がＮＤ−ＮＯ−βまで低下したときアンロード弁を
開くと、エンジンの回転数は再び上昇する。このような
動作を繰返すうちにエンジンの出力は圧縮機がフルロー
ド状態のときに必要な出力まで上昇し、安定運転可能な
状態となる。
開の状態で例えばエンジンの出力軸と圧縮機との間に設
けられたクラッチをオンにすると、エンジンの回転数は
圧縮機の負荷によって一旦低下し、再び上昇する。この
回転数がＮＯ−ＮＯ＋αに達したときアンロード弁を閉
じると、エンジンの回転数は再び低下する。そこで、回
転数がＮＤ−ＮＯ−βまで低下したときアンロード弁を
開くと、エンジンの回転数は再び上昇する。このような
動作を繰返すうちにエンジンの出力は圧縮機がフルロー
ド状態のときに必要な出力まで上昇し、安定運転可能な
状態となる。
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
において、スターリングエンジン１はバーナ２と、この
バーナ２の燃焼熱によって作動ガスを加熱する加熱器３
と、作動ガスを冷却する冷却器４と、作動ガスの移動に
伴うエネルギーを回転運動に変換する回転運動変換部５
とにより構成されている。回転運動変換部５に設けられ
たスターリングエンジン１の出力軸６にはギア７が連結
され、このギア７には起動指令が与えられたときだけス
タータ８が連結されるようになっている。このスタータ
８は回転運動変換部５の起動に必要な回転力を与えるた
めのものである。
において、スターリングエンジン１はバーナ２と、この
バーナ２の燃焼熱によって作動ガスを加熱する加熱器３
と、作動ガスを冷却する冷却器４と、作動ガスの移動に
伴うエネルギーを回転運動に変換する回転運動変換部５
とにより構成されている。回転運動変換部５に設けられ
たスターリングエンジン１の出力軸６にはギア７が連結
され、このギア７には起動指令が与えられたときだけス
タータ８が連結されるようになっている。このスタータ
８は回転運動変換部５の起動に必要な回転力を与えるた
めのものである。
スターリングエンジン１の出力軸６には、さらに回転数
検出器９とクラッチ１０の入力側が連結されている。ク
ラッチ１０の出力側は、ヒートポンプ１１における圧縮
機１２の回転軸に連結されている。
検出器９とクラッチ１０の入力側が連結されている。ク
ラッチ１０の出力側は、ヒートポンプ１１における圧縮
機１２の回転軸に連結されている。
ヒートポンプ１１は圧縮機１２、四方弁１４、室外熱交
換器１５、膨張弁１６、接続バルブ１７、室内熱交換器
１８および接続バルブ１９によって構成された周知の冷
凍サイクルであり、圧縮機１２の駆動源としてスターリ
ングエンジン１を用いている点が、一般的なヒートポン
プとは異なっている。
換器１５、膨張弁１６、接続バルブ１７、室内熱交換器
１８および接続バルブ１９によって構成された周知の冷
凍サイクルであり、圧縮機１２の駆動源としてスターリ
ングエンジン１を用いている点が、一般的なヒートポン
プとは異なっている。
そして、圧縮機１２と並列に、すなわち圧縮機１２の吸
込み側と吐出側との間に、−個のアンロード弁１３が設
けられている。このアンロード弁１３は制御装置２０に
よって、回転数検出器９の検出結果に基づいて制御され
る。
込み側と吐出側との間に、−個のアンロード弁１３が設
けられている。このアンロード弁１３は制御装置２０に
よって、回転数検出器９の検出結果に基づいて制御され
る。
次に、このように構成された冷暖房装置の起動時の運転
制御について、第２図に示すタイムチャートを参照して
説明する。なお、冷房運転を行なうか暖房運転を行なう
かは四方弁１４によって選択され、四方弁１４が図示の
接続状態にあるときは冷房運転、これと９０度ずれた接
続状態にあるときは暖房運転がそれぞれ行なわれる。
制御について、第２図に示すタイムチャートを参照して
説明する。なお、冷房運転を行なうか暖房運転を行なう
かは四方弁１４によって選択され、四方弁１４が図示の
接続状態にあるときは冷房運転、これと９０度ずれた接
続状態にあるときは暖房運転がそれぞれ行なわれる。
まず、時刻ｔ−ｔｌにおいて制御装置２０に起動指令を
与えると、制御装置２０はバーナ２を点火させるととも
に、冷却器４への冷却水供給用バルブ（図示せず）を開
に制御する。バーナ２が燃焼動作を開始すると、加熱器
３の温度が上昇し、作動ガスが加熱される。
与えると、制御装置２０はバーナ２を点火させるととも
に、冷却器４への冷却水供給用バルブ（図示せず）を開
に制御する。バーナ２が燃焼動作を開始すると、加熱器
３の温度が上昇し、作動ガスが加熱される。
そして、加熱器３の壁温がエンジン１が自立運転可能な
動力を発生し得る温度まで上昇すると、制御装置２０は
スタータ８を作動させるとともに、スタータ８をギア７
を介してスターリングエンジン１の出力軸６に連結させ
る（ｔ−ｔ２）。これによりスターリングエンジン１は
起動される。なお、この時点ではクラッチ１０はオフ、
アンロード弁１３は開の状態にある。
動力を発生し得る温度まで上昇すると、制御装置２０は
スタータ８を作動させるとともに、スタータ８をギア７
を介してスターリングエンジン１の出力軸６に連結させ
る（ｔ−ｔ２）。これによりスターリングエンジン１は
起動される。なお、この時点ではクラッチ１０はオフ、
アンロード弁１３は開の状態にある。
次に、制御装置２０は回転数検出器９により検出された
回転数が許容上限値以下の所定値まで達したとき、すな
わちスターリングエンジン１の出力が一定値に達した時
点で、クラッチ１０をオン状態にする（ｔ−ｔ３）。ク
ラッチ１０がオンになると、スターリングエンジン１の
出力軸６に圧縮機１２が負荷として接続されるため、回
転数が減少するが、アンロード弁１３が開であるため負
荷は小さく、スターリングエンジン１が停止するような
ことはない。従って、スターリングエンジン１の回転数
は、出力上昇に伴い再び増加し始める。
回転数が許容上限値以下の所定値まで達したとき、すな
わちスターリングエンジン１の出力が一定値に達した時
点で、クラッチ１０をオン状態にする（ｔ−ｔ３）。ク
ラッチ１０がオンになると、スターリングエンジン１の
出力軸６に圧縮機１２が負荷として接続されるため、回
転数が減少するが、アンロード弁１３が開であるため負
荷は小さく、スターリングエンジン１が停止するような
ことはない。従って、スターリングエンジン１の回転数
は、出力上昇に伴い再び増加し始める。
そして、スターリングエンジン１の回転数が安定運転可
能な回転数ＮＯを越え、さらにＮＯより所定値αだけ高
い回転数ＮＵに達すると、制御装置２０はアンロード弁
１３を閉じる（ｔ −ｔ４ ）。
能な回転数ＮＯを越え、さらにＮＯより所定値αだけ高
い回転数ＮＵに達すると、制御装置２０はアンロード弁
１３を閉じる（ｔ −ｔ４ ）。
アンロード弁１３が閉じられると、圧縮機１２がフルロ
ード状態となるが、この時点ではスターリングエンジン
１の出力は十分でないため、その回転数は低下し始める
。
ード状態となるが、この時点ではスターリングエンジン
１の出力は十分でないため、その回転数は低下し始める
。
そこで、スターリングエンジン１の回転数がＮＯより所
定値βだけ低い回転数ＮＤまで低下すると、制御装置２
０はアンロード弁１３を再び開（（ｔ−ｔ５）。これに
よりスターリングエンジン１は負荷が減少するため、そ
の回転数は再び上昇し始める。そして、回転数がＮＵに
達すると、フルロード弁１３は閉となる。
定値βだけ低い回転数ＮＤまで低下すると、制御装置２
０はアンロード弁１３を再び開（（ｔ−ｔ５）。これに
よりスターリングエンジン１は負荷が減少するため、そ
の回転数は再び上昇し始める。そして、回転数がＮＵに
達すると、フルロード弁１３は閉となる。
このような運転制御が繰返されることによって、スター
リングエンジン１の出力は徐々に上昇してやがて十分な
値に達し、その回転数はＮＯ一定となる（ｔ−ｔ６）。
リングエンジン１の出力は徐々に上昇してやがて十分な
値に達し、その回転数はＮＯ一定となる（ｔ−ｔ６）。
以後アンロード弁１３は閉の状態を維持し、圧縮機１２
はスターリングエンジン１を動力源として作動すること
により、冷房または暖房運転が行なわれる。
はスターリングエンジン１を動力源として作動すること
により、冷房または暖房運転が行なわれる。
なお、上記実施例においてβ〉αにすると、アンロード
弁１３を閉から開に切替えるときのスターリングエンジ
ン１の回転数ＮＤをブレークダウン回転数以下に設定せ
ざるを得ない場合がある。
弁１３を閉から開に切替えるときのスターリングエンジ
ン１の回転数ＮＤをブレークダウン回転数以下に設定せ
ざるを得ない場合がある。
このような場合、起動時の運転制御においてスターリン
グエンジン１がブレークダウンしてしまう。
グエンジン１がブレークダウンしてしまう。
α≧βに設定すれば、ＮＤをスターリングエンジン１の
ブレークダウン回転数より高い値に設定できるから、途
中でブレークダウンを起こすことなく、安定な起動運転
制御が可能となる。
ブレークダウン回転数より高い値に設定できるから、途
中でブレークダウンを起こすことなく、安定な起動運転
制御が可能となる。
［発明の効果コ
本発明によれば、圧縮機に並列に設けた単一のアンロー
ド弁を開閉制御することによって、スターリングエンジ
ンを動力源とするヒートポンプ式冷暖房装置を安定に起
動させることができる。従って、アンロード弁が単一で
済むことにより、複数個のアンロード弁を用いる従来方
式と比較して、冷凍サイクルの構成が簡単となり信頼性
が向上するとともに、コストを低減でき、しかも装置が
小型・軽量化されるという利点がある。
ド弁を開閉制御することによって、スターリングエンジ
ンを動力源とするヒートポンプ式冷暖房装置を安定に起
動させることができる。従って、アンロード弁が単一で
済むことにより、複数個のアンロード弁を用いる従来方
式と比較して、冷凍サイクルの構成が簡単となり信頼性
が向上するとともに、コストを低減でき、しかも装置が
小型・軽量化されるという利点がある。
第１図は本発明の一実施例に係るヒートポンプ式冷暖房
装置の構成図、第２図は同実施例の起動時の動作を説明
するためのタイムチャートである。 １・・・スターリングエンジン、６・・・出力軸、８・
・・スタータ、９・・・回転数検出器、１０・・・クラ
ッチ、１１・・・ヒートポンプ、１２・・・圧縮機、１
３・・・アンロード弁、２０・・・制御装置。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
装置の構成図、第２図は同実施例の起動時の動作を説明
するためのタイムチャートである。 １・・・スターリングエンジン、６・・・出力軸、８・
・・スタータ、９・・・回転数検出器、１０・・・クラ
ッチ、１１・・・ヒートポンプ、１２・・・圧縮機、１
３・・・アンロード弁、２０・・・制御装置。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
Claims (2)
- （１）スターンリングエンジンを動力源としてヒートポ
ンプにおける圧縮機を駆動することにより冷暖房運転を
行なう装置において、 前記圧縮機と並列に設けられたアンロード弁と、前記ス
ターリングエンジンの回転数を検出する検出手段と、 この手段により検出された前記スターリングエンジンの
回転数がエンジンの安定運転可能な回転数ＮＯより所定
値αだけ高い回転数ＮＵに達したとき前記アンロード弁
を閉じ、ＮＯより所定値βだけ低い回転数ＮＤまで低下
したとき前記アンロード弁を開く制御手段とを備えたこ
とを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 - （２）α≧βとすることを特徴とする請求項１に記載の
ヒートポンプ式冷暖房装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1891888A JPH01193565A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | ヒートポンプ式冷暖房装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1891888A JPH01193565A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | ヒートポンプ式冷暖房装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01193565A true JPH01193565A (ja) | 1989-08-03 |
Family
ID=11984995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1891888A Pending JPH01193565A (ja) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | ヒートポンプ式冷暖房装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01193565A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102305078A (zh) * | 2011-03-16 | 2012-01-04 | 江苏凯宫隧道机械有限公司 | 双层壳体结构盾构机盾体装置 |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP1891888A patent/JPH01193565A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102305078A (zh) * | 2011-03-16 | 2012-01-04 | 江苏凯宫隧道机械有限公司 | 双层壳体结构盾构机盾体装置 |
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