JPH06101922A - ビルマイヤヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 機関回転数（Ｎ）の増加により冷房能力（Ｑ
ｋ）をアップさせる際に、低温空間（９Ｌ）の作動ガス
温度（Ｔｃ）が下がり、中温空間（１０Ｈ），（１０
Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）が上がって、クーラ部（１
７Ｌ）での冷房効率（ＣＯＰ_L ）が低下するのを回避す
る。 【構成】 各作動ガス温度（Ｔｃ），（Ｔｍ）を検出す
るセンサ（２６），（２９）と、吸熱回路（２２）の吸
熱用熱交換器（２３）での吸熱量及び放熱回路（２４）
の放熱用熱交換器（２５）での放熱量をそれぞれ増減す
る調整手段（２７），（３０）と、ガス温度（Ｔｃ），
（Ｔｍ）の上昇、低下に応じて上記吸熱量及び放熱量が
増加するように上記調整手段（２７），（３０）を制御
する制御手段（２８），（３１）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビルマイヤヒートポ
ンプ装置に関し、特に能力制御に伴う冷房効率の低下対
策に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビルマイヤヒートポンプ装置は、例えば
特開平１−１３７１６４号公報等で知られている。一般
には、図１に例示するように高温シリンダ（１Ｈ）内に
往復動可能に嵌挿された高温ディスプレーサ（３Ｈ）
と、低温シリンダ（１Ｌ）内に往復動可能に嵌装された
低温ディスプレーサ（３Ｌ）とがクランク軸（５）を介
して連結されており、各ディスプレーサ（３Ｈ），（３
Ｌ）を所定の位相差（例えば９０°）で往復動させ、上
記高温ディスプレーサ（３Ｈ）により高温シリンダ（１
Ｈ）内に区画形成された高温空間（９Ｈ）及び中温空間
（１０Ｈ）、並びに上記低温ディスプレーサ（３Ｌ）に
より低温シリンダ（１Ｌ）内に区画形成された低温空間
（９Ｌ）及び中温空間（１０Ｌ）の各容積をそれぞれに
変化させることにより、作動ガスの圧力を変化させて熱
サイクルを形成し、高温シリンダ（１Ｈ）側にてバーナ
（１７Ｈ）の発熱を受けるヒータ部（１４Ｈ）及び低温
シリンダ（１Ｌ）側のクーラ部（１７Ｌ）では吸熱を、
また中温部熱交換器（１６Ｈ），（１６Ｌ）では放熱を
それぞれ行うように構成されている。

【０００３】そして、このビルマイヤヒートポンプ装置
において、クーラ部（１７Ｌ）の能力制御は、回転制御
モータ（２１）にて上記クランク軸（５）を回転駆動す
ることにより回機関回転数（Ｎ）（この場合にはクラン
ク軸（５）の回転数）を増減し、又はバーナ（１７Ｈ）
の燃焼量を調節することによりなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、図７に示すように機関回転数（Ｎ）の増加に
応じて冷房能力（Ｑｋ）はアップするものの、図８に実
線で示すように低温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔ
ｃ）が下がり、また、図９に実線で示すように中温空間
（１０Ｈ），（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）が上が
る。このため、図１０に実線で示すように、冷房効率
（ＣＯＰ_L ）が徐々に低下するという問題がある。

【０００５】この発明は斯かる点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、能力制御に伴う冷房効率の低下を回避
できるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、冷房能力のアップ時に、クーラ部
では低温空間の作動ガスが昇温するのに応じて吸熱量
を、また中温部熱交換器では中温空間の作動ガスが降温
するのに応じて放熱量をそれぞれ増加するようにした。

【０００７】具体的には、この発明では、図１に示すよ
うに、高温シリンダ（１Ｈ）内を作動ガスが充填された
高温空間（９Ｈ）及び高温側中温空間（１０Ｈ）に区画
する高温ディスプレーサ（３Ｈ）と、低温シリンダ（１
Ｌ）内を作動ガスが充填された低温空間（９Ｌ）及び低
温側中温空間（１０Ｌ）に区画する低温ディスプレーサ
（３Ｌ）と、上記高温及び低温ディスプレーサ（３
Ｈ），（３Ｌ）を所定の位相差で往復動するように連結
する連結手段（４）と、該連結手段（４）を介して各デ
ィスプレーサ（３Ｈ），（３Ｌ）に駆動連結された機関
速度調整手段（２１）と、上記高温シリンダ（１Ｈ）内
の高温空間（９Ｈ）及び中温空間（１０Ｈ）を互いに連
通しかつヒータ部（１４Ｈ）と作動ガスとの熱交換によ
り放熱媒体に放熱する高温側中温部熱交換器（１６Ｈ）
とが配設された高温連通路（１２Ｈ）と、上記ヒータ部
（１４Ｈ）を加熱する加熱手段（１７Ｈ）と、上記低温
シリンダ（１Ｌ）内の低温空間（９Ｌ）及び中温空間
（１０Ｌ）を互いに連通しかつ作動ガスとの熱交換によ
り吸熱媒体から吸熱するクーラ部（１７Ｌ）と作動ガス
との熱交換により加熱媒体に放熱する低温側中温部熱交
換器（１６Ｌ）とが配設された低温連通路（１２Ｌ）
と、上記クーラ部（１７Ｌ）に上記吸熱媒体を循環流動
させる吸熱回路（２２）を介して接続され、加熱媒体に
外部媒体から吸熱させる吸熱用熱交換器（２３）と、上
記中温部熱交換器（１６Ｈ），（１６Ｌ）に上記放熱媒
体を循環流動させる放熱回路（２４）を介して接続さ
れ、放熱媒体から外部媒体に放熱させる放熱用熱交換器
（２５）とを備えたビルマイヤヒートポンプ装置が前提
である。

【０００８】そして、請求項１の発明では、上記低温空
間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）を検出する低温空間
温度検出手段（２６）と、上記吸熱用熱交換器（２３）
での吸熱量を増減する吸熱量調整手段（２７）と、上記
低温空間温度検出手段（２６）の出力信号を受け、上記
作動ガス温度（Ｔｃ）の低下に応じて吸熱量が増加する
ように上記吸熱量調整手段（２７）を制御する吸熱量制
御手段（２８）とを備える。また、上記中温空間（１０
Ｈ），（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）を検出する中
温空間温度検出手段（２９）と、上記放熱用熱交換器
（２５）での放熱量を増減する放熱量調整手段（３０）
と、上記中温空間温度検出手段（２９）の出力信号を受
け、上記作動ガス温度（Ｔｍ）の上昇に応じて放熱量が
増加するように上記放熱量調整手段（３０）を制御する
放熱量制御手段（３１）とを備える。

【０００９】また、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明において、吸熱量調整手段（２７）を、吸熱回路
（２２）に沿って吸熱媒体を循環流動させるポンプ（２
７ａ）とし、該ポンプ（２７ａ）により上記吸熱媒体の
流量を増加することで吸熱用熱交換器（２３）での吸熱
量を増加するように構成する。

【００１０】また、請求項３の発明では、上記請求項１
又は２の発明において、吸熱量調整手段（２７）を、吸
熱用熱交換器（２３）にて外部媒体を流動させるファン
（２７ｂ）とし、該ファン（２７ｂ）により上記外部媒
体の流量を増加することで吸熱用熱交換器（２３）での
吸熱量を増加するように構成する。

【００１１】また、請求項４の発明では、上記請求項１
〜３の発明において、放熱量調整手段（３０）を、放熱
回路（２４）に沿って放熱媒体を循環流動させるポンプ
（３０ａ）とし、該ポンプ（３０ａ）により上記放熱媒
体の流量を増加することで放熱用熱交換器（２５）での
放熱量を増加するように構成する。

【００１２】さらに、請求項５の発明では、上記請求項
１〜４の発明において、放熱量調整手段（３０）を、放
熱用熱交換器（２５）にて外部媒体を流動させるファン
（３０ｂ）とし、該ファン（３０ｂ）により上記外部媒
体の流量を増加することで放熱用熱交換器（２５）での
放熱量を増加するように構成する。

【００１３】

【作用】請求項１の発明では、機関回転数（Ｎ）の増加
に応じて、低温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）が
下がると、この作動ガス温度（Ｔｃ）を検出する低温空
間温度検出手段（２６）の出力信号を受けた吸熱量制御
手段（２８）にて吸熱量調整手段（２７）が制御され、
吸熱回路（２２）の吸熱用熱交換器（２３）において、
該吸熱回路（２２）に沿って循環流動する吸熱媒体によ
る外部媒体からの吸熱量が増加し、吸熱量が増加した分
だけ吸熱媒体が昇温する。このように、吸熱媒体が昇温
することにより、クーラ部（１７Ｌ）では作動ガスによ
る上記吸熱媒体からの吸熱量が増加して作動ガスは昇温
した後、低温連通路（１２Ｌ）を経て低温シリンダ（１
Ｌ）内の低温空間（９Ｌ）に流入する。これにより、低
温空間（９Ｌ）における作動ガス温度（Ｔｃ）の低下は
抑えられる。

【００１４】一方、機関回転数（Ｎ）の増加に応じて、
中温空間（９Ｈ），（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）が
上がると、この作動ガス温度（Ｔｍ）を検出する中温空
間温度検出手段（２９）の出力信号を受けた放熱量制御
手段（３１）にて放熱量調整手段（３０）が制御され、
放熱回路（２４）の放熱用熱交換器（２５）において、
該放熱回路（２４）に沿って循環流動する放熱媒体によ
る外部媒体への放熱量が増加し、放熱量が増加した分だ
け放熱媒体は降温する。このように、放熱媒体が降温す
ることにより、中温部熱交換器（１６Ｈ），（１６Ｌ）
では作動ガスによる上記放熱媒体への放熱量が増加して
作動ガスは降温した後、高温連通路（１２Ｈ）及び低温
連通路（１２Ｌ）を経て高温シリンダ（１Ｈ）及び低温
シリンダ（１Ｌ）の各中温空間（９Ｈ），（９Ｌ）にそ
れぞれ流入する。これにより、中温空間（９Ｈ），（９
Ｌ）における作動ガス温度（Ｔｍ）の上昇は抑えられ
る。

【００１５】請求項２の発明では、低温空間（９Ｌ）の
作動ガス温度（Ｔｃ）が下がったときに、吸熱量調整手
段（２７）のポンプ（２７ａ）により、吸熱回路（２
２）を循環流動する吸熱媒体の流量が増加するので、吸
熱用熱交換器（２３）において、吸熱媒体による外部媒
体からの吸熱量が増加する。

【００１６】請求項３の発明では、低温空間（９Ｌ）の
作動ガス温度（Ｔｃ）が下がったときに、吸熱量調整手
段（２７）のファン（２７ｂ）により、吸熱用熱交換器
（２３）での外部媒体の流量が増加するので、吸熱用熱
交換器（２３）において、吸熱媒体による外部媒体から
の吸熱量が増加する。

【００１７】請求項４の発明では、中温空間（１０
Ｈ），（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）が上がったと
きに、放熱量調整手段（３０）のポンプ（３０ａ）によ
り、放熱回路（２４）を循環流動する放熱媒体の流量が
増加するので、放熱用熱交換器（２５）において、放熱
媒体による外部媒体への放熱量が増加する。

【００１８】請求項５の発明では、中温空間（１０
Ｈ），（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）が上がったと
きに、放熱量調整手段（３０）のファン（３０ｂ）によ
り、放熱用熱交換器（２５）での外部媒体の流量が増加
するので、放熱用熱交換器（２５）において、放熱媒体
による外部媒体への放熱量が増加する。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図２以下の図面に
基づいて説明する。

【００２０】（実施例１）図１はこの実施例１に係るビ
ルマイヤヒートポンプ装置を示し、この装置は、互いに
例えば９０°の交差角度で交差する高温及び低温シリン
ダ（１Ｈ），（１Ｌ）同士がそれぞれクランクケース
（２）の隔壁（２Ｈ），（２Ｌ）で一体に接合されてな
り、各シリンダ（１Ｈ），（１Ｌ）は略密閉状態に閉塞
されている。そして、高温シリンダ（１Ｈ）内には高温
ディスプレーサ（３Ｈ）が、また低温シリンダ（１Ｌ）
内には低温ディスプレーサ（３Ｌ）がそれぞれ往復動可
能に嵌挿されている。

【００２１】上記両ディスプレーサ（３Ｈ），（３Ｌ）
は例えば９０°の位相差で往復動するように連結手段と
しての連結機構（４）により連結されている。連結機構
（４）は、クランクケース（２）に水平方向の回転中心
をもって支持されたクランク軸（５）を有し、このクラ
ンク軸（５）にはクランクケース（２）内に位置するク
ランクピン（５ａ）が設けられている。クランク軸
（５）の一端は機関速度調整手段としての回転制御モー
タ（２１）に連結されている。上記クランクピン（５
ａ）には、リンク（５ｂ）を介して高温ロッド（７Ｈ）
の基端が連結され、このロッド（７Ｈ）は上記隔壁（２
Ｈ）のロッド挿通孔を貫通し、その先端は高温ディスプ
レーサ（３Ｈ）の基端に結合されている。また、クラン
クピン（５ａ）には、リンク（５ｂ），（６Ｌａ），
（６Ｌｂ）を介して低温ロッド（７Ｌ）の基端が連結さ
れ、このロッド（７Ｌ）は上記隔壁（２Ｌ）のロッド挿
通孔を貫通し、その先端は低温ディスプレーサ（３Ｌ）
の基端に結合されており、両ディスプレーサ（３Ｈ），
（３Ｌ）はシリンダ（１Ｈ），（１Ｌ）の交差により所
定の位相差（９０°）で往復動するようになっている。

【００２２】高温シリンダ（１Ｈ）内は、上記高温ディ
スプレーサ（３Ｈ）により先端側の高温空間（９Ｈ）と
基端側の高温側中温空間（１０Ｈ）とに区画されてい
る。上記中温空間（１０Ｈ）は高温空間（９Ｈ）に対
し、シリンダ（１Ｈ）周囲に形成した円筒状の周壁内空
間を一部とする高温連通路（１２Ｈ）により連通されて
いる。一方、低温シリンダ（１Ｌ）内は、上記低温ディ
スプレーサ（３Ｌ）により先端側の低温空間（９Ｌ）と
基端側の低温側中温空間（１０Ｌ）とに区画されてい
る。上記中温空間（１０Ｌ）は低温空間（９Ｌ）に対
し、シリンダ（１Ｌ）周囲に形成した円筒状の低温連通
路（１２Ｌ）により連通されている。そして、高温シリ
ンダ（１Ｈ）側の中温空間（１０Ｈ）と低温シリンダ
（１Ｌ）側の中温空間（１０Ｌ）とは中温部接続管（１
１）により接続され、これら高温、低温及び中温空間
（９Ｈ），（９Ｌ），（１０Ｈ），（１０Ｌ）にはヘリ
ウム等の作動ガスが充填されている。

【００２３】上記高温連通路（１２Ｈ）には、蓄熱式熱
交換器からなる高温再生器（１３Ｈ）と、該再生器（１
３Ｈ）の高温空間（９Ｈ）側に位置する高温部熱交換器
としてのヒータ管（１４Ｈ）と、上記再生器（１３Ｈ）
の中温空間（１０Ｈ）側に位置するシェルアンドチュー
ブ式の高温側中温部熱交換器（１６Ｈ）とが配設されて
いる。また、シリンダ（１Ｈ）の上部には略密閉状態の
燃焼空間（３９ａ）を有する燃焼ケース（３９）が一体
的に取付けられ、該燃焼ケース（３９）内の燃焼空間
（３９ａ）において上記ヒータ管（１４Ｈ）に対面する
部位には、燃料供給管（１７Ｈａ）からの燃料を燃焼さ
せて該ヒータ管（１４Ｈ）内の作動ガスを加熱する加熱
手段としてのバーナ（１７Ｈ）が配設されている。ま
た、上記燃料供給管（１７Ｈａ）には、該バーナ（１７
Ｈ）の発熱量を調整するために燃料供給量を制御する電
動ポンプ（１７Ｈｂ）が配設されている。

【００２４】一方、上記低温連通路（１２Ｌ）には、蓄
熱式熱交換器からなる低温再生器（１３Ｌ）と、該再生
器（１３Ｌ）の低温空間（９Ｌ）側に位置する低温部熱
交換器としてのシェルアンドチューブ式のクーラ（１７
Ｌ）と、上記再生器（１３Ｌ）の中温空間（１０Ｌ）側
に位置するシェルアンドチューブ式の低温側中温部熱交
換器（１６Ｌ）とが配設され、この熱交換器（１６Ｌ）
の伝熱管（１６Ｌａ）は上記高温側中温部熱交換器（１
６Ｈ）の伝熱管（１６Ｈａ）に直列に接続されている。

【００２５】以上のように構成されたビルマイヤヒート
ポンプサイクルでは、作動ガスの温度（Ｔ）とエントロ
ピー（ｓ）との関係を示すＴ−ｓ線図は図３に示すよう
になる。すなわち、高温側サイクルでは、作動ガスは行
程１→２でバーナ（１７Ｈ）によって加熱されるヒータ
管（１４Ｈ）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（１３Ｈ）に与えて等積冷却され
る。さらに、行程３→４で、高温側中温部熱交換器（１
６Ｈ）を介して放熱して等温圧縮し、行程４→１では、
上記再生器（１３Ｈ）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、作動ガスは行程１′→
２′で熱を低温再生器（１３Ｌ）に与えて等積冷却さ
れ、行程２′→３′ではクーラ（１７Ｌ）から吸熱して
等温膨張し、次の行程３′→４′では、上記再生器（１
３Ｌ）に与えた熱により等積加熱され、行程４′→１′
で、低温側中温部熱交換器（１６Ｌ）を介して放熱して
等温圧縮する。

【００２６】上記低温シリンダ（１Ｌ）におけるクーラ
（１７Ｌ）の伝熱管（１７Ｌａ）には該クーラ（１７
Ｌ）にて作動ガスとの熱交換を行う吸熱媒体としての水
を循環流動させるための吸熱回路（２２）が、一方、各
シリンダ（１Ｈ），（１Ｌ）における中温部熱交換器
（１６Ｈ），（１６Ｌ）の伝熱管（１６Ｈａ），（１６
Ｌａ）には該中温部熱交換器（１６Ｈ），（１６Ｌ）に
て作動ガスとの熱交換を行う放熱媒体としての水を循環
流動させるための放熱回路（２４）がそれぞれ接続され
ている。

【００２７】上記吸熱回路（２２）は、該吸熱回路（２
２）内の水に外部媒体としての室内空気から吸熱させる
吸熱用熱交換器としての室内側熱交換器（２３）に接続
され、また吸熱回路（２２）には該室内側熱交換器（２
３）とクーラ（１７Ｌ）との間で水を循環流動させるポ
ンプ（２７ａ）が配設されている。一方、上記放熱回路
（２４）は、該放熱回路（２３）内の水に外部媒体とし
ての室外空気に向けて放熱させる放熱用熱交換器として
の室外側熱交換器（２５）に接続され、また放熱回路
（２３）には該室外側熱交換器（２５）と中温部熱交換
器（１６Ｈ），（１６Ｌ）との間で水を循環流動させる
ポンプ（３０ａ）が配設されている。尚、（２７ｂ）は
室内側熱交換器（２３）に室内空気を送風する室内ファ
ン、（３０ｂ）は室外側熱交換器（２５）に室外空気を
送風する室外ファンである。

【００２８】上記ヒータ管（１４Ｈ）の壁温（Ｔｈ）を
検出するヒータ壁温センサ（３２）と、低温シリンダ
（１Ｌ）内の低温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）
を検出する低温空間温度検出手段としての低温空間温度
センサ（２６）と、低温シリンダ（１Ｌ）内の中温空間
（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）を検出する中温空間
温度検出手段としての中温空間温度センサ（２９）とが
それぞれ設けられている。そして、これらセンサ（３
２），（２６），（２９）は、バーナ（１７Ｈ）のポン
プ（１７Ｈｂ）モータと、回転制御モータ（２１）と、
吸熱回路（２２）のポンプ（２７ａ）モータと、放熱回
路（２４）のポンプ（３０ａ）モータとにそれぞれ制御
信号を出力する制御部（３３）に接続されている。

【００２９】次に、上記制御部（３３）による能力制御
の処理動作を図４のフローチャートに基づいて説明す
る。処理開始後のステップＳ１で、装置の負荷に基づき
必要冷房能力（Ｑｋ）を計算し、ステップＳ２で機関回
転数（Ｎ）の制御を行った後、ステップＳ３，Ｓ４に進
む。

【００３０】上記ステップＳ３，Ｓ４の処理は、この発
明の特徴である低温空間（９Ｌ）及び中温空間（１０
Ｌ）の各作動ガス温度（Ｔｃ），（Ｔｍ）を一定化する
各々のサブルーチンである。ステップＳ３の処理は、低
温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）を一定化するも
ので、図４に示すように、処理開始後のステップＳｃ１
で作動ガス温度（Ｔｃ）を検出した後、ステップＳｃ２
に移行して、上記作動ガス温度（Ｔｃ）が設定値に等し
いか否かを判定する。判定がＹＥＳのときにはこのサブ
ルーチンを終了する（ステップＳ４に進む）一方、判定
がＮＯのときにはステップＳｃ３に移行して、吸熱回路
（２２）の循環水量（Ｑｗ）を調整する。つまり、作動
ガス温度（Ｔｃ）が設定値未満の場合には循環水量（Ｑ
ｗ）を増加する一方、設定値よりも大の場合には減少さ
せる。その後、ステップＳｃ１に戻って再び作動ガス温
度（Ｔｃ）を検出する。以上の処理において、上記ステ
ップＳｃ２，Ｓｃ３により、上記低温空間温度センサ
（２６）の出力信号を受け、低温空間（９Ｌ）における
作動ガス温度（Ｔｃ）の低下に応じて吸熱量が増加する
ように吸熱回路（２２）のポンプ（２７ａ）モータを制
御する吸熱量制御手段（２８）が構成される。

【００３１】一方、ステップＳ４の処理は、中温空間
（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）を一定化するサブル
ーチンで、図６に示すように、処理開始後のステップＳ
ｍ１で作動ガス温度（Ｔｍ）を検出した後、ステップＳ
ｍ２に移行し、上記作動ガス温度（Ｔｍ）が設定値に等
しいか否かを判定する。判定がＹＥＳのときにはこのサ
ブルーチンを終了する（ステップＳ５に進む）一方、判
定がＮＯのときにはステップＳｍ３に移行し、放熱回路
（２４）の循環水量（Ｑｗ）を調整する。つまり、作動
ガス温度（Ｔｍ）が設定値よりも大である場合には循環
水量（Ｑｗ）を増加する一方、設定値未満の場合には減
少させる。その後、ステップＳｍ１に戻って再び作動ガ
ス温度（Ｔｍ）を検出する。以上の処理において、上記
ステップＳｍ２，Ｓｍ３により、上記中温空間温度セン
サ（２９）の出力信号を受け、中温空間（１０Ｌ）にお
ける作動ガス温度（Ｔｍ）の上昇に応じて放熱量が増加
するように放熱回路（２４）のポンプ（３０ａ）モータ
を制御する放熱量制御手段（３１）が構成される。

【００３２】このようなステップＳ３，Ｓ４の処理を行
った後、図４に示すステップＳ５に移行する。ステップ
Ｓ５では、バーナ（１７Ｈ）の燃焼量を調整し、次のス
テップＳ６ではヒータ壁温（Ｔｈ）を検出して、ステッ
プＳ７に移行する。ステップＳ７では、上記ヒータ壁温
（Ｔｈ）が設定値に等しいか否かを判定する。判定がＮ
ＯのときにはステップＳ５に戻って燃焼量の調整を再び
行う一方、判定がＹＥＳのときには、ステップＳ８に移
行して、冷房能力（Ｑｋ）が設定値に等しいか否かを判
定する。判定がＹＥＳのときには処理を終了する一方、
判定がＮＯのときにはステップＳ２に戻る。

【００３３】以上のように構成されたビルマイヤヒート
ポンプ装置の作用説明を行う。クーラ（１７Ｌ）での冷
房能力（Ｑｗ）を高めるときには、機関回転数（Ｎ）が
制御され、バーナ（１７Ｈ）の燃焼量が調節される。こ
れにより、図７に示すように機関回転数（Ｎ）が増加す
るのに応じて冷房能力（Ｑｋ）はアップする。このと
き、従来では図８及び図９にそれぞれ実線で示すよう
に、低温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）が低下
し、また中温空間（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）が
上昇する結果、図１０に実線で示すように冷房効率（Ｃ
ＯＰ_L ）が低下してしまう。

【００３４】これに対して、この実施例によれば、先
ず、低温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）が低温空
間温度センサ（２６）により検出され、このセンサ（２
６）の出力信号を受けた制御部（３３）により吸熱回路
（２２）のポンプ（２７ａ）モータが制御されて、該吸
熱回路（２２）の循環水量（Ｑｗ）が増加する。このた
め、室内側熱交換器（２３）において、吸熱回路（２
２）の水による室内空気からの吸熱量が増加し、吸熱量
が増加した分だけ吸熱回路（２２）の水が昇温する。こ
うして水が昇温することにより、クーラ（１７Ｌ）では
作動ガスの上記水からの吸熱量が増加して作動ガスは昇
温し、低温連通路（１２Ｌ）を経て低温シリンダ（１
Ｌ）内の低温空間（９Ｌ）に流入する。これにより、図
１１に示すように上記作動ガス温度（Ｔｃ）の低下は循
環水量（Ｑｗ）の増加により抑えられ、図８に仮想線で
示すように上記作動ガス温度（Ｔｃ）は機関回転数
（Ｎ）の増加にも拘らず、略一定化される。

【００３５】一方、中温空間（１０Ｌ）の作動ガス温度
（Ｔｍ）が上昇することに対しては、この作動ガス温度
（Ｔｍ）が中温空間温度センサ（２９）により検出さ
れ、このセンサ（２９）の出力信号を受けた制御部（３
３）により放熱回路（２４）のポンプ（３０ａ）モータ
が制御されて、放熱回路（２４）の循環水量（Ｑｗ）が
増加する。このため、室外側熱交換器（２５）におい
て、放熱回路（２４）の水による室外空気への放熱量が
増加し、放熱量が増加した分だけ放熱回路（２４）の水
が降温する。こうして水が降温することにより、中温部
熱交換器（１６Ｈ），（１６Ｌ）では作動ガスの上記水
への放熱量が増加して作動ガスは降温し、高温連通路及
（１２Ｈ）び低温連通路（１２Ｌ）を経て高温シリンダ
（１Ｈ）及び低温シリンダ（１Ｌ）の各中温空間（９
Ｈ），（９Ｌ）にそれぞれ流入する。これにより、図１
２に示すように上記作動ガス温度（Ｔｍ）の上昇は循環
水量（Ｑｗ）の増加により抑えられ、図９に仮想線で示
すように上記作動ガス温度（Ｔｍ）は機関回転数（Ｎ）
の増加にも拘らず、略一定化される。

【００３６】循環水量（Ｑｗ）と作動ガス温度（Ｔ
ｃ），（Ｔｍ）との間の関係を具体的に説明すると、例
えば高温空間（９Ｈ）の作動ガス温度（Ｔｈ）がＴｈ＝
６５０℃、機関回転数（Ｎ）がＮ＝６００ｒｐｍとなる
ように制御した状態において、各循環水量（Ｑｗ）がＱ
ｗ＝１２．６ｌ／ｍｉｎのときに、低温空間（９Ｌ）の
作動ガス温度（Ｔｃ）がＴｃ＝−３．３℃であり、また
中温空間（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）がＴｍ＝６
８．５℃であるとする。尚、この場合の冷房効率（ＣＯ
Ｐ_L ）は、 ＣＯＰ_L ＝（Ｔｃ／Ｔｈ）〔（Ｔｈ−Ｔｍ）／（Ｔｍ−
Ｔｃ）〕）＝２．３６ （但し、単位は絶対温度） となる。これに対して、各循環水量（Ｑｗ）をＱｗ＝３
７．８ｌ／ｍｉｎに増加することにより、低温空間（９
Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）はＴｃ＝−０．５℃に上昇
し、また中温空間（１０Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｍ）は
Ｔｍ＝６３．０℃に低下する。そして、この場合には、
冷房効率（ＣＯＰ_L ）は２．７７にアップする。

【００３７】以上のようにして、両作動ガス温度（Ｔ
ｃ），（Ｔｍ）が一定化することにより、図９に仮想線
で示すように冷房効率（ＣＯＰ_L ）も低下の度合が徐々
に小さくなり、略一定化させることができる。

【００３８】（実施例２）図１３はこの発明に係る実施
例２を示し、図２と同じ部分には同じ符号を付して説明
は省略する。この実施例に係るビルマイヤヒートポンプ
装置では、吸熱回路（２２）の室内側熱交換器（２３）
に送風する室内ファン（２７ｂ）が、該室内側熱交換器
（２３）にて外部媒体としての室内空気を流動させる吸
熱量調整手段を、また放熱回路（２４）の室外側熱交換
器（２５）に送風する室外ファン（３０ｂ）が、該室外
側熱交換器（２５）にて外部媒体としての室外空気を流
動させる放熱量調整手段をそれぞれ構成している。そし
て、低温空間温度センサ（２６）及び中温空間温度セン
サ（２９）の出力信号が入力される制御部（３３）は、
上記室内ファン（２７ｂ）及び室外ファン（３０ｂ）の
各モータに制御信号を出力するように接続されている。

【００３９】上記制御部（３３）による能力制御時に低
温空間（９Ｌ）及び中温空間（１０Ｌ）の作動ガス温度
（Ｔｃ），（Ｔｍ）を一定化する処理動作については、
図１４及び図１５のフローチャートに沿って行われる。
すなわち、この処理では、図１４のステップＳｃ′１，
Ｓｃ′２は図５のステップＳｃ１，Ｓｃ２と、また図１
５のステップＳｍ′１，Ｓｍ′２は図６のステップＳｍ
１，Ｓｍ２とそれぞれ同じであり、それ以外のステップ
Ｓｃ′３及びステップＳｍ′３のみが異なる。すなわ
ち、各ステップＳｃ′３，Ｓｍ′３では、作動ガス温度
（Ｔｃ），（Ｔｍ）が各設定温度と同じでないときに、
ファン風量の調節を行う。以上の処理において、上記ス
テップＳｃ′２，Ｓｃ′３により、上記低温空間温度セ
ンサ（２６）の出力信号を受け、低温空間（９Ｌ）にお
ける作動ガス温度（Ｔｃ）の低下に応じて吸熱量が増加
するように吸熱回路（２２）のファン（２７ｂ）モータ
を制御する吸熱量制御手段（２８）が構成される。ま
た、上記ステップＳｍ′２，Ｓｍ′３により、上記中温
空間温度センサ（２９）の出力信号を受け、中温空間
（１０Ｌ）における作動ガス温度（Ｔｍ）の上昇に応じ
て放熱量が増加するように放熱回路（２４）のファン
（３０ｂ）モータを制御する放熱量制御手段（３１）が
構成される。

【００４０】従って、この実施例では、ファン（２７
ｂ），（３０ｂ）の風量を増加させることにより、図１
６及び図１７に示すように、低温空間（９Ｌ）の作動ガ
ス温度（Ｔｃ）の上昇を、また中温空間（１０Ｌ）の作
動ガス温度（Ｔｍ）の低下をそれぞれ抑えることができ
る。よって、この実施例でも実施例１と同様の作用効果
を奏する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明で
は、クーラ部に接続された吸熱回路の吸熱用熱交換器で
の吸熱量を増加して該クーラ部での吸熱量を増加させる
一方、中温部熱交換器に接続された放熱回路の放熱用熱
交換器での放熱量を増加して該中温部熱交換器での放熱
量を増加させるようにしたことにより、能力アップ時に
低温及び中温空間の各作動ガス温度を略一定に保つこと
ができるので、冷房効率を低下させることなく冷房能力
をアップすることができる。

【００４２】また、請求項２の発明では、吸熱用熱交換
器での吸熱量の増加を、吸熱回路の吸熱媒体の流量制御
により容易に行うことができる。

【００４３】また、請求項３の発明では、吸熱用熱交換
器での吸熱量の増加を、上記吸熱用熱交換器における外
部媒体の流量制御により容易に行うことができる。

【００４４】また、請求項４の発明では、放熱用熱交換
器での放熱量の増加を、放熱回路の放熱媒体の流量制御
により容易に行うことができる。

【００４５】さらに、請求項５の発明では、放熱用熱交
換器での放熱量の増加を、上記放熱用熱交換器における
外部媒体の流量制御により容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の構成を示す図である。

【図２】この発明の実施例１に係るビルマイヤヒートポ
ンプ装置の全体構成図である。

【図３】ビルマイヤヒートポンプサイクルのＴ−ｓ線図
である。

【図４】能力制御を行うときの処理動作を示すフローチ
ャート図である。

【図５】能力制御時における低温空間温度の一定化処理
動作を示すフローチャート図である。

【図６】能力制御時における中温空間温度の一定化処理
動作を示すフローチャート図である。

【図７】冷房能力と機関回転数との関係を示す特性図で
ある。

【図８】低温空間温度と機関回転数との関係を示す特性
図である。

【図９】中温空間温度と機関回転数との関係を示す特性
図である。

【図１０】冷房効率と機関回転数との関係を示す特性図
である。

【図１１】吸熱回路循環水量と低温空間温度との関係を
示す特性図である。

【図１２】放熱回路循環水量と中温空間温度との関係を
示す特性図である。

【図１３】この発明の実施例２に係るビルマイヤヒート
ポンプ装置の全体構成図である。

【図１４】能力制御時における低温空間の作動ガス温度
一定化の処理動作を示すフローチャート図である。

【図１５】能力制御時における中温空間の作動ガス温度
一定化の処理動作を示すフローチャート図である。

【図１６】ファン風量と低温空間温度との関係を示す特
性図である。

【図１７】ファン風量と中温空間温度との関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

（１Ｈ） 高温シリンダ （１Ｌ） 低温シリンダ （３Ｈ） 高温ディスプレーサ （３Ｌ） 低温ディスプレーサ （９Ｈ） 高温空間 （９Ｌ） 低温空間 （１０Ｈ） 高温側中温空間 （１０Ｌ） 低温側中温空間 （１２Ｈ） 高温連通路 （１２Ｌ） 低温連通路 （１４Ｈ） ヒータ管（ヒータ部） （１６Ｈ） 高温側中温部熱交換器 （１６Ｌ） 低温側中温部熱交換器 （１７Ｈ） バーナ（加熱手段） （１７Ｌ） クーラ（クーラ部） （２１） 回転制御モータ（機関速度調整手段） （２２） 吸熱回路 （２３） 室内側熱交換器（吸熱用熱交換器） （２４） 放熱回路 （２５） 室外側熱交換器（放熱用熱交換器） （２６） 低温空間温度センサ（低温空間温度検出手
段） （２７ａ） ポンプ（吸熱量調整手段） （２７ｂ） ファン（吸熱量調整手段） （２８） 吸熱量制御手段 （２９） 中温空間温度センサ（中温空間温度検出手
段） （３０ａ） ポンプ（放熱量調整手段） （３０ｂ） ファン（放熱量調整手段） （３１） 放熱量制御手段 （Ｔｃ） 低温空間の作動ガス温度 （Ｔｍ） 中温空間の作動ガス温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平塚 善勝 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)発明者 北元 正宏 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温シリンダ（１Ｈ）内を作動ガスが充
   填された高温空間（９Ｈ）及び高温側中温空間（１０
   Ｈ）に区画する高温ディスプレーサ（３Ｈ）と、 低温シリンダ（１Ｌ）内を作動ガスが充填された低温空
   間（９Ｌ）及び低温側中温空間（１０Ｌ）に区画する低
   温ディスプレーサ（３Ｌ）と、 上記高温及び低温ディスプレーサ（３Ｈ），（３Ｌ）を
   所定の位相差で往復動するように連結する連結手段
   （４）と、 上記連結手段（４）を介して各ディスプレーサ（３
   Ｈ），（３Ｌ）に駆動連結された機関速度調整手段（２
   １）と、 上記高温シリンダ（１Ｈ）内の高温空間（９Ｈ）及び中
   温空間（１０Ｈ）を互いに連通しかつヒータ部（１４
   Ｈ）と作動ガスとの熱交換により放熱媒体に放熱する高
   温側中温部熱交換器（１６Ｈ）とが配設された高温連通
   路（１２Ｈ）と、 上記ヒータ部（１４Ｈ）を加熱する加熱手段（１７Ｈ）
   と、 上記低温シリンダ（１Ｌ）内の低温空間（９Ｌ）及び中
   温空間（１０Ｌ）を互いに連通しかつ作動ガスとの熱交
   換により吸熱媒体から吸熱するクーラ部（１７Ｌ）と作
   動ガスとの熱交換により放熱媒体に放熱する低温側中温
   部熱交換器（１６Ｌ）とが配設された低温連通路（１２
   Ｌ）と、 上記クーラ部（１７Ｌ）に上記吸熱媒体を循環流動させ
   る吸熱回路（２２）を介して接続され、吸熱媒体との熱
   交換により外部媒体から吸熱する吸熱用熱交換器（２
   ３）と、 上記中温部熱交換器（１６Ｈ），（１６Ｌ）に上記放熱
   媒体を循環流動させる放熱回路（２４）を介して接続さ
   れ、放熱媒体との熱交換により外部媒体に放熱する放熱
   用熱交換器（２５）とを備えたビルマイヤヒートポンプ
   装置において、 上記低温空間（９Ｌ）の作動ガス温度（Ｔｃ）を検出す
   る低温空間温度検出手段（２６）と、 上記吸熱用熱交換器（２３）での吸熱量を増減する吸熱
   量調整手段（２７）と、 上記低温空間温度検出手段（２６）の出力信号を受け、
   上記作動ガス温度（Ｔｃ）の低下に応じて吸熱量が増加
   するように上記吸熱量調整手段（２７）を制御する吸熱
   量制御手段（２８）と、 上記中温空間（１０Ｈ），（１０Ｌ）の作動ガス温度
   （Ｔｍ）を検出する中温空間温度検出手段（２９）と、 上記放熱用熱交換器（２５）での放熱量を増減する放熱
   量調整手段（３０）と、 上記中温空間温度検出手段（２９）の出力信号を受け、
   上記作動ガス温度（Ｔｍ）の上昇に応じて放熱量が増加
   するように上記放熱量調整手段（３０）を制御する放熱
   量制御手段（３１）とを備えたことを特徴とするビルマ
   イヤヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 吸熱量調整手段（２７）は、吸熱回路
   （２２）に沿って吸熱媒体を循環流動させるポンプ（２
   ７ａ）であり、該ポンプ（２７ａ）により上記吸熱媒体
   の流量を増加することで吸熱用熱交換器（２３）での吸
   熱量を増加するように構成されていることを特徴とする
   請求項１記載のビルマイヤヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】 吸熱量調整手段（２７）は、吸熱用熱交
   換器（２３）にて外部媒体を流動させるファン（２７
   ｂ）であり、該ファン（２７ｂ）により上記外部媒体の
   流量を増加することで吸熱用熱交換器（２３）での吸熱
   量を増加するように構成されていることを特徴とする請
   求項１又は２記載のビルマイヤヒートポンプ装置。
4. 【請求項４】 放熱量調整手段（３０）は、放熱回路
   （２４）に沿って放熱媒体を循環流動させるポンプ（３
   ０ａ）であり、該ポンプ（３０ａ）により上記放熱媒体
   の流量を増加することで放熱用熱交換器（２５）での放
   熱量を増加するように構成されていることを特徴とする
   請求項１，２又は３記載のビルマイヤヒートポンプ装
   置。
5. 【請求項５】 放熱量調整手段（３０）は、放熱用熱交
   換器（２５）にて外部媒体を流動させるファン（３０
   ｂ）であり、該ファン（３０ｂ）により上記外部媒体の
   流量を増加することで放熱用熱交換器（２５）での放熱
   量を増加するように構成されていることを特徴とする請
   求項１，２，３又は４記載のビルマイヤヒートポンプ装
   置。