JPH024174A - Heat pump - Google Patents
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- JPH024174A JPH024174A JP63318772A JP31877288A JPH024174A JP H024174 A JPH024174 A JP H024174A JP 63318772 A JP63318772 A JP 63318772A JP 31877288 A JP31877288 A JP 31877288A JP H024174 A JPH024174 A JP H024174A
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- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、外燃式エンジンと、このエンジンの放熱用熱
交換器によって温められた放熱用媒体が流れる放熱器と
、エンジンの吸熱用熱交換器によって冷却きれた吸熱用
媒体が流れる冷却器とからヒートポンプ回路を構成した
ヒートポンプ装置に関する。Detailed Description of the Invention (a) Industrial Application Field The present invention relates to an external combustion engine, a radiator through which a heat radiating medium heated by a heat radiating heat exchanger of the engine flows, and a radiator for heat absorption of the engine. The present invention relates to a heat pump device in which a heat pump circuit is constituted by a cooler through which an endothermic medium that has been completely cooled by a heat exchanger flows.
（ロ）従来の技術
上述した構成のヒートポンプ装置の従来の技術として、
例えば第９図に示すようなもの〔特開昭６１−２５９０
１号公報、和書「スフ−リングエンジンの開発」１４６
頁１６行目〜１４７頁１７行目（発行所株式会社工業調
査会、１９８２年７月２５日初版発行）参照〕がある。(b) Conventional technology As the conventional technology of the heat pump device having the above-mentioned configuration,
For example, the one shown in Fig. 9 [JP-A-61-2590]
Publication No. 1, Japanese book “Development of Sfurling Engine” 146
See page 16, line 147, page 147, line 17 (Publisher: Kogyo Chosenkai Co., Ltd., first edition published on July 25, 1982)].
第９図において、（１）は外燃式エンジンであり、高温
側シリンダ（２）内を上下動するデイスプレーサービス
トン（３）のヘッド側のシリンダ内部空間には高温度レ
ベルの作動ガス〔例えば７００に〜１００ＯＫ程度のヘ
リウムガス〕が出入すると共に他方の側のシリンダ内部
空間には中温度レベル〔例えば３００に〜４００Ｋ）の
作動ガスが出入する。（４）はデイスプレーサービスト
ン（５）を有する低温側シリンダで、このシリンダ内を
左右に動くデイスプレーサービストン（５）のヘッド側
のシリンダ内部空間には低温度レベル〔例えば２００〜
３００Ｋ）の作動ガスが出入すると共に他方の側のシリ
ンダ内部空間には中温度レベルの作動ガスが出入する。In Fig. 9, (1) is an external combustion engine, and a high-temperature working gas [ For example, helium gas at a temperature of about 700 to 100K flows in and out, and working gas at a medium temperature level (for example, 300 to 400K) flows in and out of the cylinder interior space on the other side. (4) is a low-temperature side cylinder having a display service ton (5), and the inner space of the cylinder on the head side of the display service ton (5) that moves left and right inside this cylinder has a low temperature level [for example, 200 to
Working gas at a temperature of 300 K) flows in and out, and working gas at a medium temperature level flows into and out of the cylinder interior space on the other side.
（６）は高温度レベルの作動ガスを加熱するヒーターチ
ューブで、これの外側にはフィン（７）が設けである。(6) is a heater tube that heats the working gas at a high temperature level, and fins (7) are provided on the outside of this heater tube.
なお、図示していないが、ヒーターチューブ（６）はバ
ーナーの燃焼ガスで加熱されるようになっている。（８
）は再生器で、その上部開口を高温度レベルの作動ガス
〔以下、高温ガスという〕が出入すると共に下部開口を
中温度レベルの作動ガスが出入する。（９） 、 （１
０）はそれぞれ中温度レベルの作動ガス〔以下、中温ガ
スという〕が放熱する放熱用熱交換器である。Although not shown, the heater tube (6) is heated by combustion gas from a burner. (8
) is a regenerator, in which high-temperature working gas (hereinafter referred to as high-temperature gas) enters and exits through its upper opening, and medium-temperature working gas enters and exits through its lower opening. (9), (1
0) is a heat exchanger for dissipating heat from a medium-temperature working gas (hereinafter referred to as medium-temperature gas).
（１１）は再生器で、その左側開口を中温ガスが出入す
ると共に右側開口を低温度レベルの作動ガス〔以下、低
温ガスという〕が出入する。また、（１２）は吸熱用熱
交換器である。（１３）は低温ガスの流れるチューブで
あり、（１４）は中温ガスの流れるチューブである。(11) is a regenerator, through which middle-temperature gas enters and exits through its left-hand opening, and low-temperature working gas (hereinafter referred to as low-temperature gas) enters and exits through its right-hand opening. Further, (12) is an endothermic heat exchanger. (13) is a tube through which low-temperature gas flows, and (14) is a tube through which medium-temperature gas flows.
（１５）は暖房負荷側の放熱器で、これと放熱用熱交換
器（９） 、 （１０）とが温水管路（１６）で結ばれ
ている。また、（１７）は冷房負荷側の冷却器で、これ
と吸熱用熱交換器（１２）とが冷水管路（１８）で結ば
れている。(15) is a radiator on the heating load side, and this and the heat radiating heat exchangers (9) and (10) are connected by a hot water pipe (16). Further, (17) is a cooler on the cooling load side, and this and the endothermic heat exchanger (12) are connected by a cold water pipe (18).
（１９） 、 （２０）はそれぞれデイスプレーサービ
ストン（３） 、 （５）のピストンロッド（２１）（
２２）に連結したフネクティングロッドで、これらロッ
ドは互いに一定の位相角をもって回動するようにクラン
ク（２３）と連結されている。また、クランク（２３）
の回転軸（２４）にはスターターとしての電動機〔図示
せず〕が連結されている。そして、回転軸（２４）が図
示の矢印線のように右回りに回転すると共に、デイスプ
レーサービストン（３） 、 （５）が一定の位相差を
もって動くようになっている。なお、デイスプレーサー
ビストン（５）のピストンロッド（２２）の直径はデイ
スプレーサービストン（３）のピストンロッド（２１）
のそれよりも大きく構成されている。(19) and (20) are the piston rods (21) (of display service tons (3) and (5), respectively).
22), and these rods are connected to the crank (23) so as to rotate at a constant phase angle with respect to each other. Also, the crank (23)
An electric motor (not shown) as a starter is connected to the rotating shaft (24). The rotating shaft (24) rotates clockwise as shown by the arrow line, and the display service tons (3) and (5) move with a constant phase difference. The diameter of the piston rod (22) of the display service ton (5) is the same as that of the piston rod (21) of the display service ton (3).
It is constructed larger than that of .
また、（２５）はクランクケースで、このケースとシリ
ンダ（２） 、 （４）とはそれぞれ仕切壁（２６）（
２７）で区画されている。In addition, (25) is a crankcase, and this case and cylinders (2) and (4) are connected to partition walls (26) (
27).
上記のように構成されたヒートポンプ装置においては、
デイスプレーサービストン（３） 、 （５）が所定の
位相差をもって動くのに伴ない低温側シリンダ（２）の
ヘッド側の内部空間で低温ガスの膨張による温度降下を
生じ、降温した低温ガスが吸熱用熱交換器（１２）を通
る際に冷水の熱を汲み上げる作用をする。これにより降
温した冷水が冷房負荷側の冷却器（１７）へ供給される
。つまり、冷水出力が得られる。一方、中温ガスが放熱
用熱交換器（９）。In the heat pump device configured as above,
As the display service tons (3) and (5) move with a predetermined phase difference, the temperature drops due to the expansion of the low-temperature gas in the internal space on the head side of the low-temperature side cylinder (2), and the cooled low-temperature gas It acts to pump up the heat of the cold water when it passes through the endothermic heat exchanger (12). As a result, the cooled water is supplied to the cooler (17) on the cooling load side. In other words, cold water output is obtained. On the other hand, medium-temperature gas is used as a heat exchanger for heat radiation (9).
（１０）を通る際に温水を加熱する作用をする。これに
より昇温した温水が暖房負荷側の放熱器（１５）への圧
力変化、膨張・収縮、作動ガスのエンジン（１）外から
の熱の吸収およびエンジン（１）外への熱の放出のサイ
クルを生じさせるものである。(10) acts to heat the hot water as it passes through. As a result, the heated water changes pressure to the radiator (15) on the heating load side, expands and contracts, absorbs heat from the outside of the engine (1) of the working gas, and releases heat to the outside of the engine (1). It causes a cycle.
また、外燃式エンジン（１）は、上記のサイクルにおい
て、デイスプレーサービストン（３）のピストンロッド
（２１）の断面積とデイスプレーサービストン（５）の
ピストンロッド（２２）とを適当に設定することにより
、シリンダ内圧とクランクケース（２５）内圧との差で
ピストンの稼働すなわち自力運転も可能となる。Further, in the above cycle, the external combustion engine (1) appropriately adjusts the cross-sectional area of the piston rod (21) of the display service ton (3) and the piston rod (22) of the display service ton (5). By setting, the piston can be operated by the difference between the cylinder internal pressure and the crankcase (25) internal pressure, that is, self-operation is also possible.
（ハ）発明が解決しようとする課題
上述した従来のヒートポンプ装置において、回転軸（２
４）に連結した電動機は外燃式エンジン（１）の起動用
のスターターとして用いられ、エンジン（１）の起動後
、回転軸（２４）への電動機による動力供給は止められ
てエンジン（１）の自力運転によって回転軸（２４）が
ほぼ一定の回転速度で駆動され、デイスプレーサービス
トン（３）、（５）がほぼ一定の周期で動くので、冷温
水出力もほぼ一定となる。(c) Problems to be Solved by the Invention In the conventional heat pump device described above, the rotating shaft (2
The electric motor connected to 4) is used as a starter for starting the external combustion engine (1), and after starting the engine (1), the power supply by the electric motor to the rotating shaft (24) is stopped and the engine (1) The rotating shaft (24) is driven at a substantially constant rotational speed by the self-operation, and the display service tons (3) and (5) move at a substantially constant cycle, so the cold/hot water output is also substantially constant.
つまり、従来のＥ−トボンブ装置では、冷温水出力を調
整し難いという不具合さかある。In other words, the conventional E-bomb device has a problem in that it is difficult to adjust the output of cold and hot water.
なお、従来の装置において、ヒーターチューブ（６）の
加熱量を調節して外燃式エンジン（１）内での作動ガス
の圧力変化、膨張・収縮の度合を変化させる手段により
冷温水出力をある程度は増減させることが可能であるも
のの、加熱量を増やし過ぎると外燃式エンジン（１）の
オーバーヒートを招きやすく、逆に減らし過ぎると外燃
式エンジン（１）の自力運転を維持できなくなるため、
冷温水出力を広い範囲で調整し難いという不具合さがあ
る。In addition, in the conventional device, the cold and hot water output can be controlled to a certain extent by adjusting the heating amount of the heater tube (6) and changing the pressure change and degree of expansion and contraction of the working gas in the external combustion engine (1). Although it is possible to increase or decrease the heating amount, increasing the heating amount too much will easily cause the external combustion engine (1) to overheat, and conversely, if reducing it too much, the external combustion engine (1) will not be able to maintain its own operation.
The problem is that it is difficult to adjust the cold and hot water output over a wide range.
本発明は、この課題に鑑み、冷温水出力を広い範囲で調
整できると共に運転効率の向上を図ったヒートポンプ装
置を提供することを目的としたものである。In view of this problem, it is an object of the present invention to provide a heat pump device that can adjust cold and hot water output over a wide range and improves operating efficiency.
（ニ）課題を解決するための手、股
木発明は、外燃式エンジンと、この外燃式エンジンの回
転軸と連結された電動機と、前記回転軸の回転にブレー
キをかける制動機と、前記外燃式エンジンの放熱用熱交
換器によって温められた放熱用媒体が流れる放熱器と、
前記外燃式エンジンの吸熱用熱交換器によって冷却され
た吸熱用媒体が流れる冷却器とからヒートポンプ回路を
構成する一方、前記放熱用媒体及び／又は吸熱用媒体の
温度もしくは前記放熱器及び／又は冷却器と熱交換され
た媒体の温度を検出する検出器と、この検出器で検出し
た温度と設定温度との温度差に応じて前記回転軸の回転
数を制御する制御器とを付設し、前記外燃式エンジンの
運転によって回転される回転軸の自力運転の回転数を、
前記温度差に基づいて前記回転軸へ要求きれる要求回転
数の最大値よりも小さく設定する一方、前記制御器には
前記要求回転数が前記自力運転の回転数を上回わると前
記電動機を運転させて前記回転軸の回転数を上げ、前記
要求回転数が前記自力運転の回転数を下回わると前記制
動機を運転させて前記回転軸の回転数を下げる手段を設
けるようにしたものである。(d) The invention for solving the problem includes an external combustion engine, an electric motor connected to a rotating shaft of the external combustion engine, and a brake that brakes the rotation of the rotating shaft. a radiator through which a heat radiation medium heated by the heat radiation heat exchanger of the external combustion engine flows;
A heat pump circuit is constituted by a cooler through which an endothermic medium cooled by the endothermic heat exchanger of the external combustion engine flows; A detector for detecting the temperature of the medium heat exchanged with the cooler, and a controller for controlling the rotation speed of the rotating shaft according to the temperature difference between the temperature detected by the detector and a set temperature, The rotational speed of the rotating shaft rotated by the operation of the external combustion engine under its own power,
Based on the temperature difference, the required rotation speed that can be requested to the rotating shaft is set to be smaller than the maximum value, and the controller is configured to operate the electric motor when the required rotation speed exceeds the rotation speed of the self-powered operation. the rotational speed of the rotating shaft is increased, and when the required rotational speed becomes lower than the rotational speed of the self-powered operation, the brake is operated to lower the rotational speed of the rotating shaft. be.
（＊）作用
本発明のヒートポンプ装置においては、冷暖房負荷側か
ら要求される要求回転数が自力運転の回転数を上回わる
と制御器からの指令により電動機が運転されて回転軸の
回転数が上がり、逆に要求回転数が自力運転の回転数を
下回わると制御器からの指令により制動機が運転されて
回転軸の回転数が下がることにより、デイスプレーサー
ビストンの動作速度が増減されて、低温側シリンダ内で
の低温ガスの単位時間当りの膨張回数と放熱用熱交換器
での中温ガスの単位時間当りの往復回数とが広い範囲に
わたって増減される。この作用により、低温ガスの冷水
からの熱の汲み上げ量および中温ガスの温水への放熱量
換言すれば冷温水出力の広範囲な調整が可能となる。(*) Effect In the heat pump device of the present invention, when the required rotation speed requested from the cooling/heating load side exceeds the rotation speed of self-operation, the electric motor is operated according to a command from the controller to reduce the rotation speed of the rotating shaft. Conversely, when the required rotational speed falls below the rotational speed for self-operation, the brake is operated by a command from the controller and the rotational speed of the rotating shaft decreases, thereby increasing or decreasing the operating speed of the display service ton. Therefore, the number of expansions per unit time of the low temperature gas in the low temperature side cylinder and the number of reciprocations per unit time of the medium temperature gas in the heat exchanger for heat radiation are increased or decreased over a wide range. Due to this effect, the amount of heat pumped up from the cold water by the low-temperature gas and the amount of heat radiated from the medium-temperature gas to the hot water, in other words, the output of cold and hot water can be adjusted over a wide range.
（へ）実施例
第１図は本発明の実施例を示すヒートポンプ装置の配管
系統図であり、第９図の従来装置と同様な機器には同一
の符号を付している。(F) Embodiment FIG. 1 is a piping system diagram of a heat pump device showing an embodiment of the present invention, and the same symbols are attached to devices similar to those of the conventional device shown in FIG. 9.
第１図において、（２８）は回転軸（２４）と連結きれ
た回転数可変の電動機、（２９）は回転軸（２４）の回
転にブレーキをかける制動機、（３０）は冷水管路（１
８）を流れる冷水等の吸熱用媒体の温度を検出する冷房
用検出器、（３１）は温水管路（１６）を流れる温水等
の放熱用媒体の温度を検出する暖房用検出器、（３２）
は検出器（３０）（３１）で検出した温度と冷暖房設定
温度との温度差に応じて回転軸（２４）の回転数を制御
する制御器である。そして第２図に示すように、外燃式
エンジン（１）の運転によって回転される回転軸（２４
）の自力運転の回転数ｎ、を、前記温度差に基づいて回
転軸（２４）へ要求される要求回転数の最大値ｎ１．８
よりも小さく設定されており、制御器（３２）には要求
回転数と自力運転の回転数ｎ９とを比較する比較手段（
３３）と、要求回転数が自力運転の回転数ｎｃを上回わ
る指令が比較手段（３３）から発せられると回転軸（２
４）の回転数が要求回転数まで上がるように電動機（２
８）を運転させるバックアップ手段（３４）と、逆に要
求回転数が自力運転の回転数ｎ。を下回わる指令が比較
手段（３３）から発せられると回転軸（２４）の回転数
が要求回転数まで下がるように制動機（２９）を運転さ
せるブレーキ手段（３５）とが設けられている。In Fig. 1, (28) is a variable rotation speed electric motor connected to the rotating shaft (24), (29) is a brake that brakes the rotation of the rotating shaft (24), and (30) is a cold water pipe ( 1
(8) is a cooling detector that detects the temperature of a heat absorption medium such as cold water flowing through the hot water pipe (16); (31) is a heating detector that detects the temperature of a heat dissipation medium such as hot water flowing through the hot water pipe (16); )
is a controller that controls the rotational speed of the rotating shaft (24) according to the temperature difference between the temperature detected by the detectors (30) and (31) and the air conditioning set temperature. As shown in Fig. 2, a rotating shaft (24) rotated by the operation of the external combustion engine (1)
) is the maximum number of rotations required for the rotating shaft (24) based on the temperature difference n1.8.
The controller (32) has a comparison means (
33), when a command is issued from the comparison means (33) that the required rotation speed exceeds the rotation speed nc for self-powered operation, the rotation shaft (2
4) so that the rotation speed of motor (2) increases to the required rotation speed.
8) and, conversely, the required rotation speed is the rotation speed n for self-operation. Braking means (35) is provided for operating a brake (29) so that the rotational speed of the rotating shaft (24) decreases to the required rotational speed when a command to lower the rotational speed of the rotating shaft (24) is issued from the comparison means (33). .
（３６）はヒーターチューブ（６）や高温側シリンダ（
２）のヘッド外表面などを加熱するバーナー、（３７）
は温水管路（１８）に設けた循環ポンプ、（３ｇ）は冷
水管路（１６〉に設けた循環ポンプ、（３９）（４０）
は屋外に設けられた排熱用熱交換器、（４１）は居住室
内に設けられ放熱器（１５〉と冷却器（１７）とを有し
た室内ユニット、（４２）（４３）は温水等の放熱用媒
体を暖房運転時に放熱器（１５）へ導き、冷房運転時に
排熱用熱交換器（３９）へ導く暖房用三方弁、（４４）
（４５）は冷水等の吸熱用媒体を冷房運転時に冷却器（
１７）へ導き、暖房運転時に排熱用熱交換器（４０）へ
導く冷房用三方弁である。(36) is the heater tube (6) or the high temperature side cylinder (
2) A burner that heats the outer surface of the head, etc. (37)
(3g) is the circulation pump installed in the hot water pipe (18), (3g) is the circulation pump installed in the cold water pipe (16), (39) (40)
(41) is an indoor unit that is installed inside the living room and has a radiator (15) and a cooler (17); (42) and (43) are heat exchangers for hot water, etc. A heating three-way valve (44) that guides the heat radiation medium to the radiator (15) during heating operation and to the waste heat heat exchanger (39) during cooling operation.
(45) uses a cooler (
17) and to the exhaust heat heat exchanger (40) during heating operation.
なお、第１図においては、ピストンロッド（２２）の直
径がピストンロッド（２Ｉ）のそれの約４倍になってお
り、また、コネクティングロッド（Ｉ’ｌｌ。In addition, in FIG. 1, the diameter of the piston rod (22) is approximately four times that of the piston rod (2I), and the diameter of the connecting rod (I'll) is approximately four times that of the piston rod (2I).
（２０）間の位相角が約９０°となっている。(20) is approximately 90°.
上述した第２図は回転軸（２４）の回転数と外燃式エン
ジン（１）の発生動力〔図の１点鎖線〕および外燃式子
ンジン（１）の稼働に対する摩擦抵抗や作動ガスの流動
抵抗等の力（以下、負荷動力という）〔図の曲線〕との
関係の一例を示した線図で、横軸に回転数〔ｒ−ｐ−ｍ
〕、縦軸に力〔ワット〕を表わしている。なお、第２図
のａワットは外燃式エンジン（１）の起動時の負荷動力
である。また、１点鎖線と曲線との交点Ｎ１は外燃式エ
ンジン（１）の発生動力と負荷動力とのバランス点を表
わしたもので、ｎ、は外燃式エンジン（１）の自力運転
における回転軸（２４）の回転数を表わし、ｂワットは
外燃式エンジン（１〉の自力運転における動力を表わし
ている。なおまたミ １点鎖線の傾きは外燃式エンジン
（１）の設計条件を変えることによって変化する。The above-mentioned Figure 2 shows the relationship between the rotational speed of the rotating shaft (24), the power generated by the external combustion engine (1) [dotted chain line in the figure], the frictional resistance to the operation of the external combustion engine (1), and the amount of working gas. This is a diagram showing an example of the relationship between forces such as flow resistance (hereinafter referred to as load power) [curve in the diagram], and the horizontal axis shows the rotational speed [rpm
], the vertical axis represents power (watts). Note that a watt in FIG. 2 is the load power at the time of starting the external combustion engine (1). In addition, the intersection point N1 between the dashed line and the curve represents the balance point between the generated power of the external combustion engine (1) and the load power, and n is the rotation of the external combustion engine (1) during self-powered operation. b represents the rotational speed of the shaft (24), and b watts represents the power of the external combustion engine (1) when it is running under its own power.The slope of the dashed line represents the design conditions of the external combustion engine (1). Change by changing.
次に、運転動作を第３図のフローチャートに基づいて説
明する。起動に際し、電動機（２８）がスターターとし
て稼働されることにより、回転軸（２４）が回転し始め
ると共に、バーナー（３６）の燃焼が開始されて作動ガ
スが加熱される。回転軸（２４）が回転し始めることに
よりデイスプレーサービストン（３）、（５）が一定の
位相差をもってシリンダ（２）。Next, the driving operation will be explained based on the flowchart shown in FIG. At startup, the electric motor (28) is operated as a starter, so that the rotating shaft (24) begins to rotate and the burner (36) starts to burn, thereby heating the working gas. As the rotating shaft (24) begins to rotate, the display service tons (3) and (5) move toward the cylinder (2) with a constant phase difference.
（４）を摺動し始め、これらシリンダのヘッド側とその
反対側の空間の容積が第４図〜第７図に示すように変化
し、これら空間を作動ガスが往復しつつヒーターチュー
ブ（６）において加熱される一方で放熱用熱交換器（９
） 、 （１０）において放熱する等の熱の授受を行う
ことにより、第８ｖＩＡに示すように、容積の変化する
空間における作動ガスの周期的な膨張・収縮と外燃式エ
ンジン（１）内の作動ガスの周期的な圧力変化とが繰返
され、冷温水出力が発生する。つまり、放熱用熱交換器
（９） 、 （１０）での作動ガスの放熱により温水出
力が発生し、低温側シリンダ（４）のヘッド側の可変空
間での作動ガスの周期的な膨張に伴なう吸熱用熱交換器
（１２）を介しての熱の汲み上げ作用により冷水出力が
発生する。(4) begins to slide, the volumes of the spaces on the head side and the opposite side of these cylinders change as shown in Figures 4 to 7, and as the working gas reciprocates in these spaces, the heater tube ( ), while the heat exchanger for heat dissipation (9
), by exchanging heat such as dissipating heat in (10), the periodic expansion and contraction of the working gas in the space whose volume changes and the internal combustion engine (1) are achieved, as shown in 8th vIA. The periodic pressure changes of the working gas are repeated to generate hot and cold water output. In other words, hot water output is generated by the heat dissipation of the working gas in the heat dissipation heat exchangers (9) and (10), and the periodic expansion of the working gas in the variable space on the head side of the low-temperature side cylinder (4) generates hot water output. Chilled water output is generated by pumping up heat through the endothermic heat exchanger (12).
なお、第４図ないし第７図は回転軸（２４）の１回転（
９０’）毎のデイスプレーサービストン（３）。In addition, FIGS. 4 to 7 show one rotation (
90') per day spray service tons (3).
（５）の位置関係を示した外燃式エンジン（１）の動作
説明図で、図中の矢印はデイスプレーサービストン（３
） 、 （５）の摺動方向および回転軸（２４）の回転
方向を表わしている。また、第８図は回転軸（２４）の
１回転における作動ガスの周期的な圧力変化およびシリ
ンダのヘッド側とその反対側の空間の容積変化を示した
線図で、図中の実線はシリンダ（２）ヘッド側の容積変
化（ｖｎ）、破線はシリンダ（４）ヘッド側の容積変化
［Ｖ、〕、１点鎖線はこれらシリンダヘッドの反対側の
容積変化〔ｖＭ〕、を表わし、２点鎖線は作動ガスの圧
力変化〔ｐ、〕を表わしている。This is an explanatory diagram of the operation of the external combustion engine (1) showing the positional relationship between (5) and the arrow in the diagram indicates the display service ton (3
), (5) and the rotating direction of the rotating shaft (24) are shown. In addition, Fig. 8 is a diagram showing the periodic pressure changes of the working gas and the volume changes of the space on the head side of the cylinder and the opposite side in one rotation of the rotating shaft (24), and the solid line in the figure shows the cylinder head side and the volume change on the opposite side. (2) Volume change on the head side (vn), the broken line represents the volume change on the cylinder (4) head side [V,], and the dashed line represents the volume change on the opposite side of these cylinder heads [vM], 2 points The chain line represents the pressure change [p,] of the working gas.
そして、外燃式エンジン（１）の起動後、上述の動作が
繰返されつつ次第に定常状態へ移行し、シリンダ（２）
ヘッド側の空間内の作動ガスは所望の高温度レベルの高
温ガスとなる一方、シリンダ（４）ヘッド側の空間内の
作動ガスは所望の低温度レベルの低温ガスとなり、これ
らシリンダヘッドと反対側の空間内の作動ガスは所望の
中湿度レベルの中温ガスとなる。これに伴ない外燃式エ
ンジン（１）の発生動力も次第に増え、これと負荷動力
とが定常状態においてバランスするようになって回転軸
（２４）の回転数がｎ。となり〔第２図参照〕、定格の
冷温水出力が外燃式エンジン（１）から得られるように
なる。After the external combustion engine (1) is started, the above-mentioned operation is repeated and gradually shifts to a steady state, and the cylinder (2)
The working gas in the space on the head side becomes a high-temperature gas at a desired high temperature level, while the working gas in the space on the head side of the cylinder (4) becomes a low-temperature gas at a desired low temperature level. The working gas in the space is a mesotemperature gas with a desired mesohumidity level. Along with this, the power generated by the external combustion engine (1) gradually increases, and this and the load power come to be balanced in a steady state, and the rotational speed of the rotating shaft (24) increases to n. [See Figure 2], and the rated cold/hot water output can be obtained from the external combustion engine (1).
今、ここで外燃式エンジン（１）の自力運転によって得
られる定格の冷水出力が例えば冷房負荷に対して過大で
ある場合、吸熱用熱交換器（１２）の冷水出口温度が設
定温度以下に低下する。この低下は冷房用検出器（３０
）で検出した冷水温度と設定温度との温度差により判別
され、この温度差に基づいて算出される要求回転数と自
力運転の回転数ｎｅとを、比較手段（３３）で比較し、
要求回転数が自力運転の回転数ｎ。を下回わる指令が発
せられることにより、ブレーキ手段（３５）が働き、制
御器（３２）の信号により制動機（２９）を稼働きせ回
転軸（２４）の回転数を要求回転数まで下げる。これに
より、低温側シリンダ（４）での低温ガスの単位時間当
りの膨張回数が減ってその熱の汲み上げ量が減少するの
で、冷房負荷に見合う冷水出力を取出すことが可能とな
る。逆に、冷水出力４が冷房負荷に対して不足する場合
、比較手段（３３）から要求回転数が自力運転の回転数
ｎｃを上回わる指令が発せられてバックアップ手段（３
４）が働き、制御器（３２）の信号により電動機（２８
）を稼働させ回転軸（２４）の回転数を要求回転数まで
上げる。これにより、シリンダ（４）での低温ガスの単
位時間当りの膨張回数が増えてその熱の汲み上げ量が増
大するので、冷房運転時、負荷に応じた冷水出力を取出
すことが可能となる。このことは温水出力を取出して暖
房する場合においても同様であり、暖房用検出器（３１
）で検出した温水温度と設定温度との温度差に基づいて
算出される要求回転数と自力運転の回転数ｎｃとを比較
手段（３３）で比較し、要求回転数が自力運転の回転数
ｎ、を下回わるとブレーキ手段（３５）により制動機（
２９）が稼働して回転軸（２４）の回転数を要求回転数
まで下げ、逆に要求回転数が自力運転の回転数ｎ、を上
回わるとバックアップ手段（３４）により電動機（２８
）が稼働して回転軸（２４）の回転数を要求回転数まで
上げる。Now, if the rated chilled water output obtained by self-operation of the external combustion engine (1) is excessive for the cooling load, the chilled water outlet temperature of the endothermic heat exchanger (12) will drop below the set temperature. descend. This decrease is detected by the cooling detector (30
) is determined based on the temperature difference between the chilled water temperature detected by the set temperature and the set temperature, and a comparison means (33) compares the required rotation speed calculated based on this temperature difference and the rotation speed ne for self-powered operation;
The required rotation speed is the rotation speed n for self-driving operation. The brake means (35) is activated by issuing a command to lower the rotational speed of the rotary shaft (24) to the required rotational speed. As a result, the number of times the low temperature gas expands per unit time in the low temperature side cylinder (4) is reduced, and the amount of heat pumped up is reduced, making it possible to extract a cold water output commensurate with the cooling load. Conversely, when the chilled water output 4 is insufficient for the cooling load, a command is issued from the comparison means (33) that the required rotation speed exceeds the rotation speed nc for self-powered operation, and the backup means (33)
4) is activated, and the electric motor (28) is activated by the signal from the controller (32).
) to increase the rotational speed of the rotating shaft (24) to the required rotational speed. This increases the number of times the low temperature gas expands per unit time in the cylinder (4) and increases the amount of heat pumped up, making it possible to extract cold water output according to the load during cooling operation. This is the same when hot water output is taken out for heating, and the heating detector (31
), the required rotation speed calculated based on the temperature difference between the hot water temperature and the set temperature and the rotation speed nc for self-powered operation are compared by the comparison means (33), and the required rotation speed is determined to be the rotation speed n for self-powered operation. , the brake means (35) activates the brake (
29) operates to lower the rotational speed of the rotating shaft (24) to the required rotational speed, and conversely, when the required rotational speed exceeds the self-operation rotational speed n, the backup means (34) lowers the rotational speed of the rotating shaft (24) to the required rotational speed.
) operates to increase the rotational speed of the rotating shaft (24) to the required rotational speed.
このように、制動機（２９）と電動機（２８）とで回転
軸（２４）の回転数を第２図に示すようにｎｌ、８から
零近くまで広い範囲で増減制御することが可能であり、
しかも、外燃式エンジン（１）の自力運転による発生動
力ｂワットを過不足なく設定して冷温水出力を調整する
ことが可能である。そして、回転軸（２４）の回転数を
増減させる目的でバーナー（３６）の燃焼量を過度に加
減する必要がないため、外燃式エンジン（１）の過熱を
招くことも殆んどなく、また、外燃式エンジン（１）の
加熱不足に伴なう発生動力の不足による運転の中断を招
くことも殆んどない。つまり、運転効率低下の原因とな
る運転中断を招かずに冷温水出力の広範囲な調整を行う
ことができる。なお、外燃式エンジン（１）の自力運転
による発生動力ｂワットを過不足なく設定する好適な設
計条件として、外燃式エンジン（１）の自力運転による
回転数ｎ、を要求回転数の最大値ｎ、、８の５０％〜９
０％とすることが望ましく、５０％以下では大能力の電
動機（２８）が必要となり、９０％以上では制動力が大
きくなり効率低下の原因となる。この設計条件は外燃式
エンジン（１）の駆動部分の摩擦抵抗、作動ガスの流動
抵抗、外燃式エンジン（１）の熱抵抗およびピストンロ
ッド（２１）（２２）の断面積ならびに作動ガスの圧力
、温度などの設計値に基づいて選定きれる。In this way, the brake (29) and the electric motor (28) can increase or decrease the rotation speed of the rotating shaft (24) over a wide range from nl, 8 to nearly zero, as shown in Figure 2. ,
Moreover, it is possible to adjust the output of cold and hot water by setting just the right amount of power b watts generated by the self-operation of the external combustion engine (1). Moreover, since there is no need to excessively adjust the combustion amount of the burner (36) for the purpose of increasing or decreasing the rotation speed of the rotating shaft (24), overheating of the external combustion engine (1) is hardly caused. Moreover, there is almost no interruption of operation due to insufficient power generated due to insufficient heating of the external combustion engine (1). In other words, it is possible to adjust the chilled/hot water output over a wide range without incurring interruptions in operation that would cause a reduction in operating efficiency. In addition, as a suitable design condition for setting the generated power b watts when the external combustion engine (1) runs under its own power to just the right amount, the rotation speed n when the external combustion engine (1) runs under its own power is the maximum required rotation speed. 50% of the value n, 8 to 9
It is desirable to set it to 0%; if it is less than 50%, a large-capacity electric motor (28) will be required, and if it is more than 90%, the braking force will become large, causing a decrease in efficiency. These design conditions include the frictional resistance of the driving part of the external combustion engine (1), the flow resistance of the working gas, the thermal resistance of the external combustion engine (1), the cross-sectional area of the piston rods (21) and (22), and the flow resistance of the working gas. Can be selected based on design values such as pressure and temperature.
また、外燃式エンジン（１）の発生動力はシリンダ（２
）（４）内圧とクランクケース（２５）内圧との差の大
小によって増減し、かつ、回転軸（２４）の回転力は主
に低温側シリンダ（４）のピストンロッド（２２）の断
面積の大小によって増減するため、この断面積の大きさ
を変えることにより外燃式エンジン（１）の発生動力を
変えることもできる。換言すれば、第２図の１点鎖線の
傾きを変えることができる。In addition, the power generated by the external combustion engine (1) is generated by the cylinder (2).
)(4) It increases or decreases depending on the difference between the internal pressure and the internal pressure of the crankcase (25), and the rotational force of the rotating shaft (24) mainly depends on the cross-sectional area of the piston rod (22) of the low-temperature side cylinder (4). Since it increases or decreases depending on the size, the power generated by the external combustion engine (1) can be changed by changing the size of this cross-sectional area. In other words, the slope of the dashed line in FIG. 2 can be changed.
尚、上記実施例において、制動機（２９）は回転軸（２
４）に電動機（２８）を介して間接的に連結しても、回
転軸（２４〉に直接、連結しても良く、又、制動機（２
９）と電動機（２８〉の両方の機能を備えた電動機を使
用すれば、両者を一体にすることもできる。In the above embodiment, the brake (29) is connected to the rotating shaft (2).
4) via the electric motor (28), or directly to the rotating shaft (24).
If an electric motor having the functions of both 9) and the electric motor (28>) is used, the two can be integrated.
又、回転軸（２４）から制動機（２９）に加わるトルク
を発電機へ伝える手段を外燃式エンジン（１）に備える
ことにより、制動＆！（２９）を稼働移せた際の外燃式
エンジン（１）の動力を発電に活用することも可能であ
る。Furthermore, by providing the external combustion engine (1) with means for transmitting the torque applied from the rotating shaft (24) to the brake machine (29) to the generator, the brake &! It is also possible to utilize the power of the external combustion engine (1) when the external combustion engine (29) is put into operation for power generation.
又、上記実施例では暖房運転時には放熱用媒体である温
水の温度を、冷房運転時には吸熱用媒体である冷水の温
度を検出したが、放熱器（１５月こ温水を、冷却器（１
７）に冷水を同時に流すことにより、冷却器（１７）で
冷却されて除湿された室内空気を放熱器（１５）で加熱
する除湿運転時には温水及び冷水の温度を検出する必要
がある。又、温水及び冷水の温度を検出する代わりに放
熱器（１５）及び冷却器（１７）と熱交換された室内空
気等の媒体の温度を検出しても良い。又、放熱器（１５
）は暖房用以外に給湯用として用いても良く、冷却器（
１７）は冷房用以外に冷蔵用、冷凍用として用いても良
い。Furthermore, in the above embodiment, the temperature of hot water, which is a heat radiating medium, is detected during heating operation, and the temperature of cold water, which is a heat absorbing medium, is detected during cooling operation.
7), it is necessary to detect the temperature of hot water and cold water during dehumidification operation in which the indoor air that has been cooled and dehumidified by the cooler (17) is heated by the radiator (15) by simultaneously flowing cold water. Moreover, instead of detecting the temperature of hot water and cold water, the temperature of a medium such as indoor air that has undergone heat exchange with the radiator (15) and cooler (17) may be detected. Also, a heat sink (15
) may be used for hot water supply in addition to heating, and the cooler (
17) may be used for refrigeration and freezing in addition to cooling.
（ト）発明の効果
本発明は外燃式エンジンの運転によって回転される回転
軸の自力運転の回転数を、負荷に基づいて回転軸へ要求
きれる要求回転数の最大値よりも小さく設定して、要求
回転数が自力運転の回転数を上回わると電動機を、逆に
下回わると制動機を夫々運転きせることにより、回転軸
の回転数を要求回転数に合致させることができ、負荷に
見合った適正な冷温水出力を得ることができる。(G) Effects of the Invention The present invention sets the rotational speed of the rotating shaft rotated by the operation of the external combustion engine under its own power to be smaller than the maximum value of the required rotational speed that can be requested to the rotating shaft based on the load. By operating the electric motor when the required rotational speed exceeds the rotational speed for self-powered operation, and by operating the brake when the rotational speed is lower than the rotational speed, the rotational speed of the rotating shaft can be made to match the required rotational speed, and the load Appropriate cold and hot water output can be obtained.
併せて、回転軸の自力運転による回転数を要求回転数の
最大値の５０〜９０％に設定することにより、制動機と
電動機は小能力のもので事足り、効率の良い運転を行な
うことができる。In addition, by setting the rotation speed of the rotating shaft during self-operation to 50 to 90% of the maximum required rotation speed, the brake and electric motor can be of small capacity, allowing efficient operation. .
第１図乃至第８図は本発明の実施例を示したもので、第
１図はヒートポンプ装置の配管系統図、第２図は外燃式
エンジンの動力と回転数との関係の一例を示した説明図
、第３図はフローチャート、第４図乃至第７図は回転軸
の１回転毎における２つののデイスプレーサービストン
の位置関係を示した外燃式エンジンの動作説明図、第８
図は外燃式エンジンの回転軸の１回転における作動ガス
の周期的な圧力変化およびシリンダのヘッド側とその反
対側の空間の容積変化を示した説明図、第９図は従来装
置の配管系統図である。
（１）・・・外燃式エンジン、 （９）（１０）・・・
放熱用熱交換器、 （１２）・・・吸熱用熱交換器、
（１５）・・・放熱器、 （１７）・・・冷却器、 （
２４）・・・回転軸、 （２８）・・・電動機、 （２
９）・・・制動機、 （３０バ３１）・・・検出器、（
３２）・・・制御器、 （３３）・・・比較手段、 （
３４）・・・バックアップ手段、 （３５）・・・ブレ
ーキ手段。
第２図Figures 1 to 8 show examples of the present invention. Figure 1 shows a piping system diagram of a heat pump device, and Figure 2 shows an example of the relationship between power and rotational speed of an external combustion engine. 3 is a flowchart, FIGS. 4 to 7 are explanatory diagrams of the operation of an external combustion engine showing the positional relationship of two display service tons per rotation of the rotating shaft, and FIG.
The figure is an explanatory diagram showing the periodic pressure changes of the working gas and the volume changes of the space on the head side of the cylinder and the opposite side during one rotation of the rotating shaft of an external combustion engine. Figure 9 is the piping system of the conventional device. It is a diagram. (1)...External combustion engine, (9)(10)...
Heat exchanger for heat radiation, (12) Heat exchanger for heat absorption,
(15)...Radiator, (17)...Cooler, (
24)...Rotating shaft, (28)...Electric motor, (2
9)...Brake, (30 bar 31)...Detector, (
32)...controller, (33)...comparison means, (
34)... Backup means, (35)... Brake means. Figure 2
Claims (1)
連結された電動機と、前記回転軸の回転にブレーキをか
ける制動機と、前記外燃式エンジンの放熱用熱交換器に
よって温められた放熱用媒体が流れる放熱器と、前記外
燃式エンジンの吸熱用熱交換器によって冷却された吸熱
用媒体が流れる冷却器とからヒートポンプ回路を構成す
る一方、前記放熱用媒体及び／又は吸熱用媒体の温度も
しくは前記放熱器及び／又は冷却器と熱交換された媒体
の温度を検出する検出器と、この検出器で検出した温度
と設定温度との温度差に応じて前記回転軸の回転数を制
御する制御器とを付設し、前記外燃式エンジンの運転に
よって回転される回転軸の自力運転の回転数を、前記温
度差に基づいて前記回転軸へ要求される要求回転数の最
大値よりも小さく設定する一方、前記制御器には前記要
求回転数が前記自力運転の回転数を上回わると前記電動
機を運転させて前記回転軸の回転数を上げ、前記要求回
転数が前記自力運転の回転数を下回わると前記制動機を
運転させて前記回転軸の回転数を下げる手段を設けたこ
とを特徴とするヒートポンプ装置。 ２、回転軸の自力運転による回転数を要求回転数の最大
値の５０〜９０％に設定した請求項１記載のヒートポン
プ装置。[Claims] 1. An external combustion engine, an electric motor connected to a rotating shaft of the external combustion engine, a brake that brakes rotation of the rotating shaft, and a heat dissipation device for the external combustion engine. A heat pump circuit is constituted by a radiator through which a heat-radiating medium heated by the heat exchanger flows, and a cooler through which a heat-absorbing medium cooled by the heat-absorbing heat exchanger of the external combustion engine flows; A detector that detects the temperature of the medium and/or the heat-absorbing medium or the temperature of the medium heat-exchanged with the radiator and/or cooler, and a temperature difference between the temperature detected by this detector and the set temperature. a controller for controlling the rotation speed of the rotary shaft, and the rotation speed of the rotary shaft rotated by the operation of the external combustion engine for self-operation is requested to the rotary shaft based on the temperature difference. While setting the required rotation speed to be smaller than the maximum value, the controller operates the electric motor to increase the rotation speed of the rotating shaft when the required rotation speed exceeds the rotation speed of the self-powered operation. A heat pump device comprising means for operating the brake to lower the rotation speed of the rotating shaft when the required rotation speed becomes lower than the self-operation rotation speed. 2. The heat pump device according to claim 1, wherein the rotational speed of the rotating shaft during self-operation is set to 50 to 90% of the maximum required rotational speed.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31877288A JP2664448B2 (en) | 1987-12-17 | 1988-12-16 | Heat pump equipment |
| CN89104212A CN1040147C (en) | 1988-12-16 | 1989-06-16 | Heat pump system |
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| DE68916625T DE68916625T2 (en) | 1988-12-16 | 1989-11-30 | Heat pump device. |
| US07/444,056 US4969333A (en) | 1988-12-16 | 1989-11-30 | Heat pump apparatus |
| EP89312453A EP0373792B1 (en) | 1988-12-16 | 1989-11-30 | Heat pump apparatus |
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|---|---|---|---|
| JP62-320206 | 1987-12-17 | ||
| JP32020687 | 1987-12-17 | ||
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2664448B2 (en) |
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- 1988-12-16 JP JP31877288A patent/JP2664448B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2664448B2 (en) | 1997-10-15 |
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