JPH04136473U - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒートポンプ装置（１）におけるガス流路で
の作動ガスの流動損失を低減して、効率を向上させると
ともに、設置面積を小さくする。 【構成】 ヒートポンプ装置（１）の高温及び低温シリ
ンダ（２），（３）側にそれぞれ配置される従来の中温
部高温側及び中温部低温側の熱交換器を一体化して中温
部熱交換器（４６）を構成し、この熱交換器（４６）を
高温シリンダ（２）側に配置する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ヒートポンプ装置に関し、特に熱駆動式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、この種のヒートポンプ装置は例えば特開平１−１３７１６４号公報 等に開示されているように知られている。この装置は、図３に示すように、端部 が互いに交差するようにケース（１０４）にて一体に接合された高温シリンダ（ １０２）及び低温シリンダ（１０３）を有し、高温シリンダ（１０２）内には高 温ディスプレーサ（１０７）が、また低温シリンダ（１０３）内には低温ディス プレーサ（１０８）がそれぞれ往復動可能に嵌装されている。ケース（１０４） には図外の起動用モータに駆動連結されたクランク軸（１２８）が支持され、こ のクランク軸（１２８）の高温クランク部（１２８ａ）と高温ディスプレーサ（ １０７）とはロッド（１１８）及びリンク（１２１）により、またクランク軸（ １２８）の低温クランク部（図示せず）と低温ディスプレーサ（１０８）とはロ ッド（１２３）及びリンク（１２６）によりそれぞれ連結されており、この連結 により、両ディスプレーサ（１０７），（１０８）は所定の位相差（例えば９０ °）をもって往復動するようになっている。

【０００３】 高温シリンダ（１０２）内は高温ディスプレーサ（１０７）により上側の高温 空間（１１１）と下側の高温側中温空間（１１２）とに区画され、低温シリンダ （１０３）内は低温ディスプレーサ（１０８）により外側（クランク軸（１２８ ）と反対側）の低温空間（１１３）と内側の低温側中温空間（１１４）とに区画 されている。高温シリンダ（１０２）の中温空間（１１２）と低温シリンダ（１ ０３）の中温空間（１１４）とは中温部接続管（１４１）により接続され、これ ら高温、低温及び中温空間（１１１），（１１３），（１１２），（１１４）に はヘリウム等の作動ガスが充填されている。

【０００４】 上記中温空間（１１２）は高温空間（１１１）に高温連通路（１４２）により 、また中温空間（１１４）は低温空間（１１３）に低温連通路（１４３）により それぞれ連通されている。上記高温連通路（１４２）には高温部熱交換器（１４ ５）（ヒータ）、高温再生器（１４４）及び中温部高温側熱交換器（１４６）が 配設され、一方、低温連通路（１４３）には低温部熱交換器（１４８）（クーラ ）、低温再生器（１４７）及び中温部低温側熱交換器（１４９）が配設されてい る。

【０００５】 さらに、上記高温空間（１１１）内ないし高温部熱交換器（１４５）内の作動 ガスを加熱するバーナ（１５０）が設けられている。

【０００６】 そして、このヒートポンプサイクルでは、ガスの温度（Ｔ）とエントロピー（ Ｓ）との関係を示すＴ−Ｓ線図は図４に示すようになる。すなわち、高温側サイ クルでは、ガスは行程１→２で高温部熱交換器（１４５）から吸熱して等温膨張 し、次の行程２→３では熱を高温再生器（１４４）に与えて等積冷却される。さ らに、行程３→４で、中温部高温側熱交換器（１４６）を介して放熱して等温圧 縮し、行程４→１では、上記高温再生器（１４４）に与えた熱により等積加熱さ れる。一方、低温側サイクルでは、ガスは行程１′→２′で熱を低温再生器（１ ４７）に与えて等積冷却され、行程２′→３′では低温部熱交換器（１４８）か ら吸熱して等温膨張し、次の行程３′→４′では、上記低温再生器（１４７）に 与えた熱により等積加熱され、行程４′→１′で、中温部低温側熱交換器（１４ ９）を介して放熱して等温圧縮する。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、この従来のヒートポンプ装置では、高温空間（１１１）と低温空間（ １１３）との間の作動ガスの流路に、高温及び低温の２つの再生器（１４４）， （１４７）と、高温部熱交換器（１４５）、中温部高温側熱交換器（１４６）、 中温部低温側熱交換器（１４９）及び低温部熱交換器（１４８）の４つの熱交換 器とが設けられているので、これら再生器（１４４），（１４７）ないし熱交換 器（１４５），（１４６），（１４９）での作動ガスの流動損失が重なることで 、効率の低下を招いている。

【０００８】 また、高温及び低温シリンダ（１０２），（１０３）が例えば９０°の開度を もって接合されており、しかも両シリンダ（１０２），（１０３）の接合部には 起動用モータが取り付けられているので、このモータ及び低温シリンダ（１０３ ）の大きさ分だけ設置面積が大きくなり、収容スペースに制約がある。

【０００９】 本考案は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、上記したヒートポン プ装置において、作動ガス流路における熱交換器の構成を改良することで、その 流動損失を低減して、ヒートポンプ装置の効率を向上させるとともに、その設置 寸法を小さくすることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、請求項１の考案では、従来の中温部高温側及び中 温部低温側の熱交換器はいずれも同じ役割を果たしていることに着目し、両熱交 換器を一体にして高温側に配置するようにした。

【００１１】 すなわち、この考案では、図１に示すように、端部で互いに交差するように接 合された高温及び低温シリンダ（２），（３）と、該シリンダ（２），（３）内 にそれぞれ往復動可能に嵌装された高温及び低温ディスプレーサ（７），（８） とを備え、この両ディスプレーサ（７），（８）は所定の位相差でもって往復動 するように連結手段（１５）により連結されている。上記高温シリンダ（２）内 には高温ディスプレーサ（７）により高温空間（１１）と高温側中温空間（１２ ）とが区画形成されている一方、低温シリンダ（３）内には低温側中温空間（１ ４）と低温空間（１３）とが区画形成され、上記高温、低温及び両中温空間（１ １），（１３），（１２），（１４）には作動ガスが充填されている。

【００１２】 上記高温側中温空間（１２）は高温空間（１１）に対し高温連通路（４２）に より連通され、低温側中温空間（１４）は低温空間（１３）に対し低温連通路（ ４３）により連通され、両中温空間（１２），（１４）同士は接続管（４１）に より連通され、上記高温連通路（４２）には高温再生器（４４）と、該再生器（ ４４）の高温空間（１１）側に位置する高温部熱交換器（４５）と、上記再生器 （４４）の中温空間（１２）側に位置する中温部熱交換器（４６）とが配設され 、低温連通路（４３）には低温再生器（４７）と、該再生器（４７）の低温空間 （１３）側に位置する低温部熱交換器（４８）とが配設され、上記高温空間（１ １）内ないし高温部熱交換器（４５）内の作動ガスを加熱する加熱手段（５０） を備えている。

【００１３】

【作用】

上記の構成により、従来における中温部高温側熱交換器及び中温部低温側熱交 換器が１つにまとめられて中温部熱交換器（４６）が構成されているので、その 熱交換器の数が減った分だけ、ガス流路における作動ガスの流動損失も低減され 、よってヒートポンプ装置の効率を向上させることができる。しかも、上記熱交 換器（４６）は高温連通路（４２）に配置されているので、低温連通路（４３） には熱交換器が不要となり、その分、低温シリンダ（３）の全長を短縮して、ヒ ートポンプ装置の設置面積を減少できるとともに、低温ディスプレーサ（８）の 長さを短くして機械損失を低減でき、ヒートポンプ装置の効率をより一層向上で きる。

【００１４】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図２は本考案の実施例に係 る空気調和機を示す。同図において、（Ａ）は室外ユニット、（Ｂ）は室内ユニ ットである。上記室外ユニット（Ａ）にはヒートポンプ装置（１）と、ファン（ ６１）によって熱交換される室外熱交換器（６２）と、２つの冷却水ポンプ（６ ３），（６４）と、第１及び第２の２つの四方弁（６５），（６６）とが収容さ れている一方、室内ユニット（Ｂ）には、ファン（６７）によって熱交換される 室内熱交換器（６８）が収容されている。これら両ユニット（Ａ），（Ｂ）の機 器は配管（６９）によって接続されて閉じサイクルを形成しており、冷房時には 、実線の如く両四方弁（６５），（６６）を切り換えて冷却水を流し、暖房時に は、破線の如く両四方弁（６５），（６６）を切り換えて冷却水を流すようにし ている。

【００１５】 図１にも拡大して詳示するように、上記ヒートポンプ装置（１）は、鉛直方向 の中心線を有する略密閉状の高温シリンダ（２）と、水平方向の中心線を有する 略密閉状の低温シリンダ（３）とを備えている。高温シリンダ（２）の下部と低 温シリンダ（３）の高温シリンダ（２）側端部とはケース（４）により一体に連 設され、各シリンダ（２），（３）とケース（４）とはそれぞれ隔壁（５），（ ６）により仕切られている。上記高温シリンダ（２）内には高温ディスプレーサ （７）が、また低温シリンダ（３）内には低温ディスプレーサ（８）がそれぞれ シール機構（９），（１０）を介して往復動可能に嵌装されている。高温シリン ダ（２）内の隔壁（５）で囲まれる空間は高温ディスプレーサ（７）の上方に位 置する高温空間（１１）と、下方に位置する高温側中温空間（１２）（図２に示 す）とに区画されている。また、低温シリンダ（３）内の隔壁（６）で囲まれる 空間は低温ディスプレーサ（８）の高温シリンダ（２）と反対側に位置する低温 空間（１３）と、高温シリンダ（２）側に位置する低温側中温空間（１４）とに 区画されており、これらの高温空間（１１）、低温空間（１３）及び両中温空間 （１２），（１４）には例えばヘリウムガス等からなる作動ガスが充填されてい る。

【００１６】 上記両ディスプレーサ（７），（８）はケース（４）内に位置する連結手段と してのリンク機構（１５）により所定の位相差でもって往復動するように連結さ れている。このリンク機構（１５）は第１及び第２リンク（１６），（１７）か らなり、これらはいずれも略Ｌ字状に折り曲げられたＬ形リンク部材からなって いて、鉛直面内で各々の折曲げ角部が互いに逆向きになるように配置されている 。第１リンク（１６）の一端は高温ロッド（１８）の下端にピン（１９），（２ ０）及びリンク（２１）を介して連結されている。高温ロッド（１８）は上記隔 壁（５）にシール機構（２２）を介して摺動可能に貫通支持され、その上端は高 温ディスプレーサ（７）の下端に固定されている。一方、第２リンク（１７）の 一端は低温ロッド（２３）の図で左端にピン（２４），（２５）及びリンク（２ ６）を介して連結され、この低温ロッド（２３）は上記隔壁（６）にシール機構 （２７）を介して摺動可能に貫通支持され、その図１で右端は低温ディスプレー サ（８）の図で左端に固定されている。

【００１７】 上記ケース（４）には両シリンダ（２），（３）の中心線を通る平面と直交す る水平方向の回転中心を有する回転軸（２８）が支持され、この回転軸（２８） の一端はケース（４）外の起動用モータ（図示せず）に駆動連結されている。回 転軸（２８）の他端はケース（４）内に位置し、該他端には円板からなる回転板 （２９）が同心一体に取り付けられ、この回転板（２９）の外周には上記第１リ ンク（１６）の折曲げ角部が回転軸（２８）と平行な回転ピン（３０）を介して 支承されている。また、第２リンク（１７）の折曲げ角部は固定体としてのケー ス（４）に回転軸（２８）と平行な固定ピン（３１）を介して支承されている。 上記両リンク（１６），（１７）の他端同士はピン（３２）により連結されてい る。そして、第１及び第２リンク（１６），（１７）において、その一端のピン （１９），（２４）との連結点から折曲げ角部のピン（３０），（３１）との連 結点までの距離、該折曲げ角部のピン連結点から他端のピン（３２）との連結点 までの距離及びリンク（１６），（１７）の折曲げ角度をそれぞれ所定値に設定 することで、低温及び高温ディスプレーサ（７），（８）の位相差を所定角度に 設定する。

【００１８】 上記高温側中温空間（１２）と低温側中温空間（１４）とは接続管（４１）に よりガスの往来可能に連通されている。また、高温空間（１１）と高温側中温空 間（１２）とは高温連通路（４２）により、また低温空間（１３）と低温側中温 空間（１４）とは低温連通路（４３）によりそれぞれガスの往来可能に連通され ている。上記高温連通路（４２）には高温再生器（４４）と、該再生器（４４） の高温空間（１１）側に位置し、外部を燃焼ガスが流れるヒータ（４５）と、上 記再生器（４４）の中温空間（１２）側に位置し、冷却水が流れる伝熱管（４６ ａ）を有する中温部熱交換器（４６）とが配設されている。一方、低温連通路（ ４３）には低温再生器（４７）と、該再生器（４７）の低温空間（１３）側に位 置し、冷却水が流れる伝熱管（４８ａ）を有するクーラ（４８）とが配設されて いる。図２に示すように、中温部熱交換器（４６）上端の伝熱管（４６ａ）の冷 却水出口は上記第１四方弁（６５）に、また下端の伝熱管（４６ａ）の冷却水入 口は第２四方弁（６６）にそれぞれ接続されている。上記クーラ（４８）の伝熱 管（４８ａ）の冷却水入口は上記第１四方弁（６５）に、また冷却水出口は第２ 四方弁（６６）にそれぞれ接続されている。

【００１９】 さらに、上記高温空間（１１）内ないしヒータ（４５）内の作動ガスを加熱す る加熱手段としてのバーナ（５０）が設けられている。

【００２０】 次に、上記実施例の作用について説明する。

【００２１】 ヒートポンプ装置（１）においては、回転軸（２８）は起動用モータで起動さ れて回転し、この回転により高温及び低温ディスプレーサ（７），（８）がそれ ぞれシリンダ（２），（３）内で所定の位相差をもって往復動する。

【００２２】 すなわち、まず、低温側は図４に示す行程１′→２′の等容冷却行程であり、 低温ディスプレーサ（８）がクランクケース（４）側に移動し、中温空間（１２ ），（１４）の作動ガスが低温空間（１３）に移り、作動ガスの温度が（ＴM ） から（ＴC ）に下がる。その結果、圧力が低下する。一方、高温側は行程１→２ の等温膨張行程であり、高温ディスプレーサ（７）はクランクケース（４）側の 下降端位置にあり、圧力が低下するので作動ガスが膨張するが、そのとき、温度 （ＴM ）を保つようにヒータ（４５）から吸熱が生じる。

【００２３】 次いで、高温側は行程２→３の等容冷却行程に移り、高温ディスプレーサ（７ ）が上昇して高温空間（１１）内の作動ガスが中温空間（１２），（１４）へ移 り、作動ガス温度が（ＴH ）から（ＴM ）に下がり、その結果、圧力が低下する 。一方、低温側は行程２′→３′の等温膨張行程となり、圧力が低下するために 作動ガスが膨張するが、温度（ＴC ）を保つようにクーラ（４８）から吸熱が生 じる。

【００２４】 この後、低温側は行程３′→４′の等容加熱行程に移行する。この行程では、 低温ディスプレーサ（８）がクランクケース（４）と離れる方向に移動し、低温 空間（１３）内の作動ガスが中温空間（１２），（１４）に移り、作動ガス温度 が（ＴC ）から（ＴM ）に上昇する。その結果、圧力が上昇する。また、高温側 は行程３→４の等温圧縮行程になり、高温側中温空間（１２）では圧力が上昇す るために作動ガスが圧縮されるが、温度（ＴM ）を保つために中温部熱交換器（ ４６）から放熱が生じる。

【００２５】 最後に、高温側は行程４→１の等容加熱行程となり、高温ディスプレーサ（７ ）が下降して中温空間（１２），（１４）の作動ガスが高温空間（１１）に移動 し、作動ガス温度が（ＴM ）から（ＴH ）に上がって圧力が上昇する。一方、低 温側は行程４′→１′の等温圧縮行程になり、低温側中温空間（１４）では、圧 力が上昇するので作動ガスが圧縮されるが、温度（ＴM ）を保つために中温部熱 交換器（４６）から放熱が生じる。

【００２６】 このようなヒートポンプ装置（１）の作動に伴い、上記高温側の等温圧縮行程 （図４の行程３→４）及び低温側の等温圧縮行程（同行程４′→１′）での中温 部熱交換器（４６）からの放熱により伝熱管内（４６ａ）の冷却水が昇温し、か つ低温側の等温膨張行程（同行程２′→３′）でのクーラ（４８）からの吸熱に より冷却水が冷却される。冷房時には、第１及び第２四方弁（６５），（６６） が実線にて示すように切り換えられるので、上記中温部熱交換器（４６）で昇温 した冷却水は、室外熱交換器（６２）で放熱して冷却された後、再度熱交換器（ ４６）に戻るサイクルを繰り返す一方、クーラ（４８）で冷却された冷却水は、 室内熱交換器（６８）で吸熱して昇温した後、再びクーラ（４８）に戻るサイク ルを繰り返す。

【００２７】 これに対し、暖房時には、両四方弁（６５），（６６）は図で破線にて示すよ うに切り換えられ、上記熱交換器（４６）で昇温した冷却水は、室内熱交換器（ ６８）で放熱して冷却された後、再度熱交換器（４６）に戻るサイクルを繰り返 す一方、クーラ（４８）で冷却された冷却水は、室外熱交換器（６２）で吸熱し て昇温した後、再びクーラ（４８）に戻るサイクルを繰り返す。

【００２８】 この実施例の場合、高温連通路（４２）に中温部熱交換器（４６）が配置され 、低温連通路（４３）には同様の熱交換器がないので、従来例（図３参照）に比 べて熱交換器の数が減ることとなり、その分、作動ガスの流動損失が低減され、 ヒートポンプ装置（１）の効率を向上させることができる。

【００２９】 また、上記中温部熱交換器（４６）を高温連通路（４２）に配置することで、 低温連通路（４３）には熱交換器が不要となるので、低温シリンダ（３）の全長 を短縮して、ヒートポンプ装置（１）の設置面積を減少できる。しかも、同様の 理由から、低温ディスプレーサ（８）の長さを短くして機械損失を低減でき、ヒ ートポンプ装置（１）の効率をさらに向上させることができる。

【００３０】 尚、上記実施例は、空気調和機に適用した場合であるが、本考案は他の冷凍装 置に対しても適用できるのは勿論である。

【００３１】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１の考案によると、ヒートポンプ装置の高温及び 低温シリンダ側にそれぞれ配置される従来の中温部高温側及び中温部低温側の熱 交換器を一体化して、高温シリンダ側に配置したことにより、ガス流路における 熱交換器の数を減少させて作動ガスの流動損失を低減でき、よってヒートポンプ 装置の効率を向上させることができるとともに、低温シリンダ側での熱交換器を 不要として低温シリンダの全長を短縮でき、ヒートポンプ装置の設置面積を減少 することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係るヒートポンプ装置の正面
断面図である。

【図２】空気調和機の全体構成図である。

【図３】従来のヒートポンプ装置の正面断面図である。

【図４】ヒートポンプサイクルのＴ−Ｓ線図である。

【符号の説明】

（１）…ヒートポンプ装置 （２）…高温シリンダ （３）…低温シリンダ （７）…高温ディスプレーサ （８）…低温ディスプレーサ （１１）…高温空間 （１２）…高温側中温空間 （１３）…低温空間 （１４）…低温側中温空間 （１５）…リンク機構 （４１）…接続管 （４２）…高温連通路 （４３）…低温連通路 （４４）…高温再生器 （４５）…ヒータ（高温部熱交換器） （４６）…中温部熱交換器 （４７）…低温再生器 （４８）…クーラ（低温部熱交換器） （５０）…バーナ（加熱手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 笠原 伸一 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)考案者 藤本 悟 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部で互いに交差するように接合された
   高温及び低温シリンダ（２），（３）と、該シリンダ
   （２），（３）内にそれぞれ往復動可能に嵌装された高
   温及び低温ディスプレーサ（７），（８）とを備え、上
   記両ディスプレーサ（７），（８）は所定の位相差をも
   って往復動するように連結手段（１５）により連結さ
   れ、上記高温シリンダ（２）内には高温ディスプレーサ
   （７）により高温空間（１１）と高温側中温空間（１
   ２）とが区画形成されている一方、低温シリンダ（３）
   内には低温側中温空間（１４）と低温空間（１３）とが
   区画形成され、上記高温、低温及び両中温空間（１
   ０），（１３），（１２），（１４）には作動ガスが充
   填され、上記高温側中温空間（１２）は高温空間（１
   １）に対し高温連通路（４２）により連通され、低温側
   中温空間（１４）は低温空間（１３）に対し低温連通路
   （４３）により連通され、両中温空間（１２），（１
   ４）同士は接続管（４１）により連通され、上記高温連
   通路（４２）には高温再生器（４４）と、該再生器（４
   ４）の高温空間（１１）側に位置する高温部熱交換器
   （４５）と、上記再生器（４４）の中温空間（１２）側
   に位置する中温部熱交換器（４６）とが配設され、上記
   低温連通路（４３）には低温再生器（４７）と、該再生
   器（４７）の低温空間（１３）側に位置する低温部熱交
   換器（４８）とが配設され、上記高温空間（１１）内な
   いし高温部熱交換器（４５）内の作動ガスを加熱する加
   熱手段（５０）を備えてなることを特徴とするヒートポ
   ンプ装置。