JPH06147687A - スターリングエンジン駆動のヒートポンプ - Google Patents

スターリングエンジン駆動のヒートポンプ

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JPH06147687A
JPH06147687A JP31428492A JP31428492A JPH06147687A JP H06147687 A JPH06147687 A JP H06147687A JP 31428492 A JP31428492 A JP 31428492A JP 31428492 A JP31428492 A JP 31428492A JP H06147687 A JPH06147687 A JP H06147687A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat pump
working
stirling engine
chamber
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP31428492A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeyoshi Kaminishizono
武良 上西園
Yutaka Momose
豊 百瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP31428492A priority Critical patent/JPH06147687A/ja
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 スターリングエンジンの高圧作動ガスを利用
して、ヒートポンプ回路の圧縮機を動作させる際、作動
ガスのシールとベローズの耐久性を向上させる手段を加
える。 【構成】 圧縮機23のハウジング27内を二分する隔
壁28に吸入弁34と吐出弁35を配し、隔壁28の両
側に作動ピストン29、30により区画される圧縮室3
2、33を作る。圧縮室32、33と向い合う中間圧室
38、39に圧縮室32、33からの吐出圧を作用させ
る。スターリングエンジン11からの圧縮ガスを受ける
パワーピストン31を両作動ピストン29、30に結合
し、該圧縮ガスをベローズシール40、41を介してヒ
ートポンプ回路中のガスと仕切る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スターリングエンジン
駆動のヒートポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】ヒートポンプは、低温の熱源から熱エネ
ルギーをとり出し、利用し易いそれより高温の熱エネル
ギーに変換可能な装置のことであるが、このヒートポン
プは、圧縮機、四方切換弁、放熱器(凝縮器)、絞り
弁、蒸発器、圧縮器という閉回路を有する空調(暖房)
装置に利用される。
【0003】一方、外燃機関であるスターリングエンジ
ンは、ほとんどどのような燃料も使え、排熱回収と低公
害レベルの達成が可能なことから、前述のヒートポンプ
の圧縮機のための駆動源として活用される。スターリン
グエンジンの活用の一例が、スターリングエンジンの出
力としての機械的エネルギーを圧縮機のピストンやベー
ンの往復動や回転動として用いるものであり、別の例が
スターリングエンジンから圧縮ガスを導入し、この圧縮
ガスによりベローズやピストンを作動させ、ヒートポン
プの閉回路に封入したフレオンガスを圧縮するものであ
る。これとは別に、フリーピストンスターリングエンジ
ンに慣性圧縮機を連結したものも提案されている。
【0004】スターリングエンジンの作動圧縮力を用
い、圧縮機にてヒートポンプの作動ガスとしてのフレオ
ンガスを圧縮する例が、特開平3-271551号公報に開示さ
れる。この例は、ダイアフラムで区画される一方の室に
スターリングエンジンの圧縮ガスを導入し、他方の室に
ヒートポンプ回路のヘリウムガスを導き、スターリング
エンジンの作動ピストンの動きに連動する形でダイアフ
ラムをスターリングエンジンからの圧縮ガスにより往復
動させ、圧縮ヘリウムガスを得るものである。即ち、ダ
イアフラムポンプの作動ガスとして、スターリングエン
ジンの作動圧縮ガスを利用する。
【0005】
【本発明が解決しようとする課題】前述したダイアフラ
ムポンプは、ヒートポンプ回路の作動ヘリウムガスのた
めの圧縮室にオリフィスを介して通じる中間圧室を欠か
せない。しかし、この中間圧室は、ヒートポンプ回路中
の圧縮機の死容積として作用し、圧縮機の効率を低下さ
せる。それ故に、本発明は、前述した従来技術の不具合
を解消させることを解決すべき課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するために、ハウジング内の作動ピストンにより
区画される一方の室を圧縮室とし、他方の室に該作動ピ
ストンに結合されたベローズシールを配し、ベローズシ
ールの内外の圧力差を可及的に小さくさせる手段を用い
る。
【0007】具体的には、本発明は、圧縮機、凝縮器、
膨脹弁、蒸発器を有するヒートポンプ回路の該圧縮機
を、スターリングエンジンの圧縮作動ガスにより動作さ
せるスターリングエンジン駆動のヒートポンプにおい
て、該圧縮機が、ハウジングと、ハウジング内を二分す
る隔壁と、隔壁の両側の室に位置し且つロッドで連結さ
れた第1と第2の作動ピストンと、第1と第2の作動ピ
ストンと隔壁との間の区画された第1と第2の圧縮室に
ヒートポンプ回路の作動ガスを導入する対の吸入弁と、
両圧縮室の圧縮作動ガスをヒートポンプ回路に供給する
対の吐出弁と、第1の作動ピストンにロッドで連結され
且つ該ロッドの結合された面とは反対の面がスターリン
グエンジンの作動ガスの圧を受けるパワーピストンと、
両作動ピストンを介し第1と第2の圧縮室とは反対側の
第1と第2の中間圧室と、パワーピストンのロッド側の
室と第1の中間圧室を仕切る第1のベローズシールと、
第2の中間圧室に配され第1の作動ピストンとハウジン
グに結合された第2のベローズシールと、第2のベロー
ズシール内の圧と中間圧室の圧とを釣合せる圧力調整器
を有するスターリングエンジン駆動のヒートポンプを提
供する。
【0008】好ましくは、両ベローズシールに通じる室
にスターリングエンジン作動ガスを封入し、両圧縮室に
通じる室にヒートポンプ回路作動ガスを封入する。
【0009】
【作用】ベローズシールの内外の圧力差を可及的に小さ
くさせ得るのでベローズシールの耐久性の向上が可能と
なる。又、スターリングエンジンの作動ガスを、ヒート
ポンプ回路の作動ガスに混入させることはない。
【0010】
【実施例】図1に示すスターリングエンジン駆動のヒー
トポンプ10において、スターリング機関11はシリン
ダ12内を摺動するピストン13を備え、シリンダ12
内のピストン13上方に膨張空間14が、ピストン13
下方に圧縮空間15がそれぞれ形成されている。シリン
ダ12の外周には冷却器16、蓄熱器17(再生器)お
よびヒータ18が配設され、膨張空間14を複数のヒー
タチューブ18、蓄熱器17および冷却器16を介して
圧縮空間15と連通させる。ヒータチューブ18はシリ
ンダ12上方に配置された加熱器19内に面し、加熱器
19内での燃焼熱によって加熱される。また、膨張空間
14と圧縮空間15を含む作動空間内にはヘリウムガス
等の作動ガスが封入される。シリンダ11下方にはクラ
ンクケース20が固設され、クランクケース20内に配
設されたスタータ21により、クラッチとロッド22を
介してピストン13を上下方向に往復駆動させ得る。
【0011】図1に示すスターリングエンジン駆動のヒ
ートポンプ10のヒートポンプ回路22は、圧縮機23
からのフレオンガス等の作動圧縮ガスを凝縮器24にて
一部放熱し、液化させる。凝縮器24を出たガスは、膨
脹弁25により等エンタルピーに膨脹し、低温低圧の液
体となり、室外蒸発器26に入り、外部からの熱により
蒸発する。ガス化した作動ガスは圧縮器23に戻る。凝
縮器24からの熱が暖房熱源として利用される。冷房時
はフレオンガス等の作動ガスを逆に流すことで、凝縮器
24を蒸発器として作用させ、室内の熱を奪い、液化ガ
スを気化させるようにする。
【0012】圧縮機23は、段付きハウジング27を有
し、大径ハウジング部に隔壁28を設ける。さらに、対
の第1と第2の作動ピストン29、30を大径ハウジン
グ部内に、又、パワーピストン31を小径ピストン部内
に往復動可能に配す。各ピストンにピストンリング等の
シール装置を装着する。隔壁28と第1の作動ピストン
29との間に第1の圧縮室32を、第2の作動ピストン
30との間に第2の圧縮室33を画定する。
【0013】隔壁28には、蒸発器26からのラインを
両圧縮室32、33に選択的に連通させる吸入弁34、
34を有し、両圧縮室32、33の高圧圧縮ガスを凝縮
器24に供給するラインを開閉させる吐出弁35、35
を有す。各ピストン29、30、31をロッド36、3
7にて結合し、同方向に動くようにする。
【0014】第1の作動ピストン29とハウジング27
の端部との間に第1の中間圧室38を、第2の作動ピス
トン30とハウジング27の端部との間に第2の中間圧
室39を作り、両室38、39内に、両ピストン29、
30に一端を結合され且つハウジングに他端を結合させ
たベローズシール40、41を配す。スターリングエン
ジン11からの圧縮ガスは、パワーピストン31に面す
る室42に導入され、パワーピストン31に圧を作用さ
せ、両ピストン29、30を左方へ移動可能とする。
【0015】圧力調整器43は、浮動ピストン44と、
ハウジングと浮動ピストン44に結合されたベローズ4
5とよりなり、ベローズ45、第1のベローズシール4
0内に通じる室46、第2のベローズシール41内とを
太線のライン47で連通させ、スターリングエンジン1
1の作動ガスと同ガスを封入する。一方、浮動ピストン
44とハウジングとの間の室48を、両中間圧室38、
39と、凝縮器24へのラインに連通させる。この結
果、両中間圧室38、39、圧力調整器43の室48は
ヒートポンプ回路の最高吐出圧が作用可能となる。
【0016】スターリングエンジン11の圧縮ガス(ヘ
リウム等のガス)が室42に入ると、パワーピストン3
1、両ピストン29、30を左方へ移動させ、第1の圧
縮室32内のヒートポンプ回路22のフレオンガス等の
作動ガスを圧縮し、吐出弁35を開とし、高圧フレオン
ガスを凝縮器24へ供給する。この圧は、両中間圧室3
8、39と、圧力調整器43の室48に入り、又、ベロ
ーズ45内の圧と同圧とさせ、太線ライン47を介して
両ベローズシール40、41内および室38内に伝達さ
れる。このため、ベローズシール40、41内外の圧力
差はほとんどない状態となる。
【0017】スターリングエンジン11からの作動ガス
の圧が下がっても、第2の中間圧室39と室46の圧は
高く、両作動ピストン29、30とパワーピストン31
とが右方へ移動し、第2の圧縮室33内のフレオンガス
を圧縮して、凝縮器24へ吐出させ且つ第1の圧縮室3
2内に蒸発器26よりフレオンガスを吸入する。該サイ
クルのくり返しにより、圧縮器23より高圧ガス(フレ
オンガス)を凝縮器24へ連続的に供給する。両作動ピ
ストン29、30の両側と圧力調整器43の室48に
は、ヒートポンプ回路22の作動ガスとしてのフレオン
ガスが満たされ、又、パワーピストン31の両側の室4
2、46、両ベローズシール40、41内、ベローズ4
5内をスターリングエンジン11の作動ガスとしてのヘ
リウムガスを満たし、両ガスをベローズシールで仕切る
のでシール効果が高い。
【0018】
【効果】ベローズをヘリウム等のスターリングエンジン
用作動ガスとフレオン等のヒートポンプ回路用作動ガス
とのシールに用いるので、両ガスの混合は全くない。加
えて、ベローズ内外の圧力差が限りなく小さいのでベロ
ーズの耐久性はきわめてよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例の構成を示す図である。
【符号の説明】
11 スターリングエンジン 22 ヒートポンプ回路 23 圧縮機 24 凝縮器 25 膨脹弁 26 蒸発器 27 ハウジング 28 隔壁 29、30 作動ピストン 31 パワーピストン 32、33 圧縮室 38、39 中間圧室 40、41 ベローズシール 43 圧力調整器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、膨脹弁、蒸発器を有す
    るヒートポンプ回路の該圧縮機を、スターリングエンジ
    ンの圧縮作動ガスにより動作させるスターリングエンジ
    ン駆動のヒートポンプにおいて、該圧縮機が、ハウジン
    グと、ハウジング内を二分する隔壁と、隔壁の両側の室
    に位置し且つロッドで連結された第1と第2の作動ピス
    トンと、第1と第2の作動ピストンと隔壁との間の区画
    された第1と第2の圧縮室にヒートポンプ回路の作動ガ
    スを導入する対の吸入弁と、両圧縮室の圧縮作動ガスを
    ヒートポンプ回路に供給する対の吐出弁と、第1の作動
    ピストンにロッドで連結され且つ該ロッドの結合された
    面とは反対の面がスターリングエンジンの作動ガスの圧
    を受けるパワーピストンと、両作動ピストンを介し第1
    と第2の圧縮室とは反対側の第1と第2の中間圧室と、
    パワーピストンのロッド側の室と第1の中間圧室を仕切
    る第1のベローズシールと、第2の中間圧室に配され第
    1の作動ピストンとハウジングに結合された第2のベロ
    ーズシールと、第2のベローズシール内の圧と中間圧室
    の圧とを釣合せる圧力調整器を有するスターリングエン
    ジン駆動のヒートポンプ。
  2. 【請求項2】 両ベローズシールに通じる室にスターリ
    ングエンジン作動ガスを封入し、両圧縮室に通じる室に
    ヒートポンプ回路作動ガスを封入する請求項1記載のス
    ターリングエンジン駆動のヒートポンプ。
JP31428492A 1992-10-30 1992-10-30 スターリングエンジン駆動のヒートポンプ Pending JPH06147687A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116146448A (zh) * 2022-08-03 2023-05-23 湖南大学 热驱动压缩机及其运行方法、制冷制热装置及其运行方法

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