JP2009198084A - Pulse pipe type heat storage engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄冷器又は蓄熱器(両方を総称して再生熱交換器)と、パルス管とを備えたパルス管型蓄熱機関に関する。 The present invention relates to a pulse tube type heat storage engine including a regenerator or a heat accumulator (generally both are regenerative heat exchangers) and a pulse tube.
従来技術のパルス管型蓄熱機関として、振動発生器と蓄冷器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、振動発生器と蓄冷器との連結部とパルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサ系統が存在されており、ディスプレーサ系統は、作動流体が流入・流出するディスプレーサ作動空間と、ディスプレーサ作動空間の少なくとも一部を構成するとともに、ディスプレーサ作動空間に対して往復動可能に配設されるディスプレーサ部と、ディスプレーサ作動空間のディスプレーサ部が往復動する方向にディスプレーサ作動空間とは隔絶されたバッファ空間と、ディスプレーサ部の往復動する方向に延在するとともに、一端がディスプレーサ部に取り付けられ、その少なくとも一部がバッファ空間に配設されるディスプレーサバーと、を有するパルス管型蓄熱機関が開示されている。 As a pulse tube type heat storage engine of the prior art, a vibration generator, a regenerator, a cold head, and a pulse tube are sequentially connected in series, and there is a phase difference between the reciprocation and pressure fluctuation of the working fluid flowing into them. In a pulse tube type heat storage engine that generates low temperature or power by generating a displacer system, there is a displacer system that connects the connection between the vibration generator and the regenerator and the high temperature end of the pulse tube. The system constitutes a displacer working space into which the working fluid flows in and out, a displacer working space that constitutes at least a part of the displacer working space, and is disposed so as to be capable of reciprocating with respect to the displacer working space. A buffer space isolated from the displacer working space in the direction in which the part reciprocates, and a displacer As well as extending in a direction reciprocation of placer unit, one end attached to the displacer part, the displacer bar at least partially disposed in the buffer space, the pulse tube heat storage engine having disclosed.
上記の振動発生器は、圧縮空間を区画するシリンダと、シリンダ内に配設されたピストンと、ピストンを往復動させるためのリニアモータを備える駆動源と、ピストンを往復動可能に支持する支持バネと、を有している。支持バネは、ピストン外周面とシリンダ内周面間で作動流体をシールするクリアランスシールの微小間隙を保持する。ディスプレーサ系統についても同じ支持手段、同じシール手段を採っている。 The vibration generator includes a cylinder that defines a compression space, a piston disposed in the cylinder, a drive source that includes a linear motor for reciprocating the piston, and a support spring that supports the piston so as to reciprocate. And have. The support spring holds a minute gap of a clearance seal that seals the working fluid between the piston outer peripheral surface and the cylinder inner peripheral surface. The same support means and the same sealing means are adopted for the displacer system.
また圧縮空間と、ディスプレーサの背面側のディスプレーサ作動空間は、順次、配管、放熱器、蓄冷器の高温端に連通され、放熱器で圧縮熱が放熱される。(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1によれば、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として作動させ、例えば、放熱器で常温の水を湯水にし、吸熱器で常温の水を冷水にする湯水・冷水装置に利用する。この場合、常温(略20℃)の水を例えば略65℃の湯水にするには、放熱器の温度は略120℃になる。圧縮空間と、ディスプレーサの背面側のディスプレーサ作動空間は、放熱器の温度以上(例えば140℃)になる。また、振動発生器(コンプレッサー部)及びディスプレーサ系統(ディスプレーサ部)の各部、例えば、ピストンとシリンダ、ディスプレーサとディスプレーサシリンダ及びディスプレーサ背面のロッドと隔壁の各クリアランスシール部、ピストン及びディスプレーサを支持する支持バネ、ピストンを駆動するリニアモータの永久磁石の各温度は、圧縮された流体の温度(例えば略140℃)に近い高い温度、あるいはそれ以上の温度になる。その結果、各クリアランスシールの適正間隙の確保が困難になり、支持バネの強度低下、リニアモータの永久磁石の保持力低下が起こり、パルス管型蓄熱機関の信頼性が低下する問題がある。
However, according to
また、リニアモータの永久磁石の保持力低下、コイルの温度上昇に伴う電気抵抗の増大により、リニアモータの効率が低下し、パルス管型蓄熱機関の効率が低下する問題がある。 In addition, there is a problem that the efficiency of the linear motor decreases and the efficiency of the pulse tube type heat storage engine decreases due to a decrease in the holding power of the permanent magnet of the linear motor and an increase in electrical resistance accompanying the temperature increase of the coil.
また、パルス管型蓄熱機関をエンジンとして作動させ、例えばコ・ジェネレーションとして使う。この場合、蓄冷器とパルス管との間に配設したコールドヘッド(吸熱器)を燃焼ガスで略500℃に加熱し、駆動源のリニアモータを発電機として作動させ電気エネルギー得ると共に、給湯装置に利用する。給湯装置は、放熱器で作動ガスの圧縮熱を放熱することにより常温の水を例えば略65℃の湯水にし、更に吸熱器の燃焼ガスの排熱で高い温度(例えば略90℃)の湯水にする。発電機では、発電して電気エネルギーを得る。上述と同じように、放熱器は高い温度(例えば略120℃)になり、圧縮室は更に高い温度(例えば略140℃)になるため、パルス管型蓄熱機関の信頼性が低下する問題がある。 In addition, a pulse tube type heat storage engine is operated as an engine and used as, for example, cogeneration. In this case, a cold head (heat absorber) disposed between the regenerator and the pulse tube is heated to about 500 ° C. with combustion gas, and a linear motor as a driving source is operated as a generator to obtain electric energy, and a hot water supply device To use. The hot water supply device dissipates the compression heat of the working gas with a radiator to convert normal temperature water into, for example, approximately 65 ° C. hot water, and further to exhaust water from the combustion gas of the heat absorber to a high temperature (for example, approximately 90 ° C.). To do. A generator generates electrical energy by generating electricity. As described above, the radiator has a high temperature (for example, about 120 ° C.), and the compression chamber has a higher temperature (for example, about 140 ° C.), so that there is a problem that the reliability of the pulse tube type heat storage engine is lowered. .
また、パルス管型蓄熱機関の放熱器は熱を放熱するだけで吸熱はできず、吸熱器は熱を吸熱するだけで放熱は出来ないので、利便性が悪い問題が生じる。 In addition, the heat radiator of the pulse tube type heat storage engine cannot radiate heat only by radiating heat, and the heat absorber cannot radiate heat only by absorbing heat.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、コンプレッサー部及びディスプレーサ部に侵入する作動ガスの熱を抑制することにより、信頼性及び効率が高く、また放熱器を吸熱器に、吸熱器を放熱器に切換可能な利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by suppressing the heat of the working gas entering the compressor section and the displacer section, the reliability and efficiency are high, and the radiator is used as the heat absorber. An object of the present invention is to provide a highly convenient pulse tube type heat storage engine that can be switched to a radiator.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、作動ガスの往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより冷凍あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関であって、
ディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンの前面とで膨張室を形成しロッドが連結されたディスプレーサピストンの背面とで膨張側圧縮室を形成するディスプレーサシリンダと、ディスプレーサピストンを往復動可能にする膨張側駆動手段と、を設けたディスプレーサ部と、パワーピストンと、該パワーピストンとで圧縮側圧縮室を形成するパワーシリンダと、パワーピストンを往復動可能にする圧縮側駆動手段と、を設けたコンプレッサー部と、第1パルス管の一端と、作動ガスが吸熱又は放熱する第1熱交換器と、作動ガスと吸熱、排熱を交互に繰返す再生熱交換器と、作動ガスが放熱又は吸熱する第2熱交換器と、第2パルス管の一端と、を順次連通した熱交換作動部と、を備え、膨張室は、第1パルス管の他端側又は第2パルス管の他端側のいずれかに連通され、圧縮側圧縮室及び膨張側圧縮室は、膨張室が第1パルス管の他端側に連通される場合は、第2パルス管の他端側に連通され、膨張室が第2パルス管の他端側に連通される場合は、第1パルス管の他端側に連通される。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
A displacer piston, a displacer cylinder that forms an expansion side compression chamber with a rear surface of the displacer piston that forms an expansion chamber with the front surface of the displacer piston and is connected to a rod, and expansion side drive means that enables the displacer piston to reciprocate A compressor part provided with a displacer part provided with, a power piston, a power cylinder that forms a compression side compression chamber with the power piston, and a compression side driving means that enables the power piston to reciprocate, One end of the first pulse tube, a first heat exchanger that absorbs or dissipates the working gas, a regenerative heat exchanger that alternately repeats the working gas, heat absorption, and exhaust heat, and a second heat exchange that dissipates or absorbs heat. And a heat exchange operation part that sequentially communicates one end of the second pulse tube, and the expansion chamber is connected to the other end side of the first pulse tube or the second pulse tube. When the expansion chamber is communicated with the other end side of the first pulse tube, the compression side compression chamber and the expansion side compression chamber communicate with either one of the other end sides of the pulse tube. When the expansion chamber communicates with the other end side of the second pulse tube, it communicates with the other end side of the first pulse tube.
また、請求項2に記載の発明は、再生熱交換器は、再生熱交換器の高温側の端部と、該端部より温度の低い低温側の端部との間に熱交換器を備える。
In the invention according to
また、請求項3に記載の発明は、圧縮室及び膨張室に流路を開閉する流路切換手段が配備され、流路切換手段は、圧縮室が第2パルス管の他端側に連通される場合は、膨張室が第1パルス管の他端側に連通され、圧縮室が第1パルス管の他端側に連通される場合は、膨張室が第2パルス管の他端側に連通される。
In the invention according to
請求項1に記載の発明では、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として作動させ、例えば常温(略20℃)の水を湯水、冷水にする湯水・冷水装置として使用する場合、圧縮側駆動手段によってパワーピストンが往復動される。パワーピストンが往復動すると、膨張側駆動手段によりディスプレーサピストンが往復動する。圧縮室が第2パルス管の端部側に連通する場合、第2熱交換器は放熱器として作用し、第1熱交換器は吸熱器として作用する。圧縮室と第2熱交換器(以下、放熱器)の間には、第2パルス管が配備されているのでパワーピストンの動きは、第2パルス管内に形成される第2ガスピストンに伝達される。そして第2パルス管と、第2ガスピストンと、第2熱交換器(以下、放熱器)とでガスピストン側圧縮室が形成される。ガスピストン側圧縮室の作動ガスは、第2ガスピストンの往復動により圧縮され、圧縮熱を発生して室温(略20℃)より高い温度(例えば略140℃以上)に昇温され、放熱器に流入し、そこで圧縮熱が放熱される。この放熱を利用して常温の水を例えば略65℃の湯水にする。 In the first aspect of the present invention, when the pulse tube type heat storage engine is operated as a refrigerator, for example, as a hot / cold water device for converting normal temperature water (approximately 20 ° C.) into hot water or cold water, the compression side drive means The power piston is reciprocated. When the power piston reciprocates, the displacer piston reciprocates by the expansion side driving means. When the compression chamber communicates with the end side of the second pulse tube, the second heat exchanger acts as a radiator and the first heat exchanger acts as a heat absorber. Since the second pulse tube is arranged between the compression chamber and the second heat exchanger (hereinafter referred to as a radiator), the movement of the power piston is transmitted to the second gas piston formed in the second pulse tube. The And a gas piston side compression chamber is formed by the 2nd pulse tube, the 2nd gas piston, and the 2nd heat exchanger (henceforth heat radiator). The working gas in the gas piston side compression chamber is compressed by the reciprocating motion of the second gas piston, generates heat of compression, and is heated to a temperature higher than room temperature (approximately 20 ° C.) (for example, approximately 140 ° C. or more). The compression heat is radiated there. Using this heat radiation, room temperature water is converted to, for example, approximately 65 ° C. hot water.
第2ガスピストンは、第2パルス管の両方の端部の間で往復動するので、第2ガスピストンを形成する作動ガスは圧縮室に流入しない。従って、圧縮室には、ガスピストン側圧縮室からの伝導熱、即ち、第2パルス管の管壁を伝わる伝導熱と、第2ガスピストンを伝わる伝導熱とが侵入する。第2パルス管の厚さを薄く、軸方向長さを長く、熱伝導の小さい材質(例えばステンレス)にすることで、熱伝導は抑制され、管壁からの伝導熱は小くなる。また、第2ガスピストンは、第2パルス管内周と同じ円柱形状の作動ガスで形成される。作動ガスの熱伝導率(ステンレスの熱伝導率の略1/100)は、極めて小さくいので、第2ガスピストンを伝わる伝導熱は、更に小さい。即ち、第2パルス管の管壁と、第2ガスピストンは、熱伝導に関して断熱材として作用する。 Since the second gas piston reciprocates between both ends of the second pulse tube, the working gas forming the second gas piston does not flow into the compression chamber. Therefore, conduction heat from the gas piston side compression chamber, that is, conduction heat transmitted through the tube wall of the second pulse tube, and conduction heat transmitted through the second gas piston enter the compression chamber. By making the second pulse tube thin, long in the axial direction, and made of a material with low heat conduction (for example, stainless steel), heat conduction is suppressed and conduction heat from the tube wall becomes small. The second gas piston is formed of the same columnar working gas as the inner periphery of the second pulse tube. Since the thermal conductivity of the working gas (substantially 1/100 of the thermal conductivity of stainless steel) is very small, the conduction heat transmitted through the second gas piston is even smaller. That is, the tube wall of the second pulse tube and the second gas piston act as a heat insulating material with respect to heat conduction.
以上により、ガスピストン側圧縮室から圧縮室に侵入する伝導熱は少なく、ガスピストン側圧縮室及び膨張側圧縮室の温度(例えば略140℃以上)が室温より高いにも拘らず、圧縮室、即ち圧縮側圧縮室及び膨張側圧縮室の温度は略室温に近く、圧縮側駆動手段及び膨張側駆動手段の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。例えば各駆動部がリニア駆動であれば、パワーピストンとパワーシリンダ及びディスプレーサピストンとディスプレーサシリンダの間の各クリアランスシール部、パワーピストンを及びディスプレーサピストンを支持する支持バネ、リニアモータの永久磁石の各温度は、各々、略室温に近い適正な温度になり、各部は適正に機能する。 As described above, the conduction heat entering the compression chamber from the gas piston side compression chamber is small, and the temperature of the gas piston side compression chamber and the expansion side compression chamber (for example, approximately 140 ° C. or higher) is higher than the room temperature. That is, the temperatures of the compression-side compression chamber and the expansion-side compression chamber are close to substantially room temperature, and the temperatures of the compression-side drive means and the expansion-side drive means are also predetermined appropriate temperatures close to substantially room temperature. For example, if each drive unit is a linear drive, the temperature of each clearance seal between the power piston and the power cylinder, the displacer piston and the displacer cylinder, the support spring that supports the power piston and the displacer piston, and the temperature of the permanent magnet of the linear motor Each has a proper temperature close to about room temperature, and each part functions properly.
膨張室と第1熱交換器(以後、吸熱器)の間には第1パルス管が配設され、第1パルス管内に第1ガスピストンが形成される。第1パルス管と、第1ガスピストンと、第1熱交換器(以下、吸熱器)とでガスピストン側膨張室が形成される。そして再生熱交換器(蓄冷器)で冷却され、吸熱器を流出入する作動ガスは、ガスピストン側膨張室で膨張仕事をし、第2ガスピストンを往復動させ、室温より低い温度(例えば略−10℃)の冷凍を発生する。第2ガスピストンの往復動は、ディスプレーサピストンに伝達され、ガスピストン側膨張室の膨張仕事は膨張室に伝わる。ガスピストン側膨張室で発生した冷凍は、吸熱器で常温の水を例えば5℃の冷水に冷却する。 A first pulse tube is disposed between the expansion chamber and the first heat exchanger (hereinafter referred to as a heat absorber), and a first gas piston is formed in the first pulse tube. A gas piston side expansion chamber is formed by the first pulse tube, the first gas piston, and the first heat exchanger (hereinafter referred to as a heat absorber). Then, the working gas cooled by the regenerative heat exchanger (cold accumulator) and flowing in and out of the heat absorber performs expansion work in the gas piston-side expansion chamber, reciprocates the second gas piston, and is at a temperature lower than room temperature (for example, approximately -10 ° C) freezing. The reciprocating motion of the second gas piston is transmitted to the displacer piston, and the expansion work of the gas piston side expansion chamber is transmitted to the expansion chamber. The refrigeration generated in the expansion chamber on the gas piston side cools normal temperature water to, for example, 5 ° C. cold water with a heat absorber.
第1ガスピストンは、第1パルス管の両方の端部の間で往復動するので、第1ガスピストンを形成する作動ガスは膨張室に流入しない。従って、低い温度になったガスピストン側膨張室には、膨張室から第1パルス管の管壁を伝わる伝導熱と、第1ガスピストンを伝わる伝導熱とが侵入する。上述したように第2パルス管の場合と同じように、第1パルス管が断熱材となり、膨張室及び膨張側駆動手段の温度は、ガスピストン側膨張室の低い温度になることはなく、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、ディスプレーサ部は、良好に機能する。 Since the first gas piston reciprocates between both ends of the first pulse tube, the working gas forming the first gas piston does not flow into the expansion chamber. Therefore, the conduction heat transmitted from the expansion chamber through the tube wall of the first pulse tube and the conduction heat transmitted through the first gas piston enter the gas piston side expansion chamber that has reached a low temperature. As described above, as in the case of the second pulse tube, the first pulse tube serves as a heat insulating material, and the temperature of the expansion chamber and the expansion side drive means does not become the low temperature of the gas piston side expansion chamber, and is substantially the same. It becomes a predetermined appropriate temperature close to room temperature. As a result, the displacer part functions well.
以上により、コンプレッサー部及びディスプレーサ部の温度は、略室温に近い所定の適正な温度に維持できるので、コンプレッサー部及びディスプレーサ部は適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。 As described above, since the temperatures of the compressor unit and the displacer unit can be maintained at a predetermined appropriate temperature close to substantially room temperature, the compressor unit and the displacer unit function properly and a highly reliable pulse tube type heat storage engine can be provided.
また、パルス管型蓄熱機関をエンジンとして作動させ、例えばコ・ジェネレーションとして使い、給湯装置に利用する。この場合、吸熱器を燃焼ガスで加熱し、コンプレッサー部のリニアモータ(冷凍機と作動させた場合)を発電機として作動させ、パワーピストンを介して電気エネルギーを得る。放熱器では、放熱される圧縮熱で常温の水を例えば略65℃の湯水にし、更に略65℃の湯水を吸熱器の燃焼排気ガスの排熱で略90℃の湯水にする。 In addition, a pulse tube type heat storage engine is operated as an engine, for example, used as a co-generation, and used for a hot water supply device. In this case, the heat absorber is heated with combustion gas, and the linear motor of the compressor unit (when operated with the refrigerator) is operated as a generator to obtain electrical energy via the power piston. In the radiator, normal temperature water is converted to, for example, approximately 65 ° C. hot water with compressed heat radiated, and further, approximately 65 ° C. hot water is converted to approximately 90 ° C. hot water with exhaust heat of the combustion exhaust gas of the heat absorber.
放熱器では常温の水を略65℃の湯水にすると、放熱器の温度は、室温より高い(例えば略120℃)になり、ガスピストン側圧縮室は、放熱器よりさらに高い温度(例えば略140℃)になる。 In the radiator, when normal temperature water is changed to hot water of approximately 65 ° C., the temperature of the radiator becomes higher than room temperature (for example, approximately 120 ° C.), and the gas piston side compression chamber has a higher temperature (for example, approximately 140 ° C.). ° C).
ガスピストン側圧縮室と圧縮室の間には、第2パルス管が配備されているので、冷凍機として作動するの場合と同じように第2パルス管が断熱材となり、ガスピストン側圧縮室から圧縮室への熱伝導は抑制される。結果、ガスピストン側圧縮室の温度が高いにも拘らず、圧縮室に侵入する伝導熱は小さく、圧縮室の温度は略室温に近い温度で、圧縮側駆動手段の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になり、コンプレッサー部は適正に機能する。 Since the second pulse tube is arranged between the gas piston side compression chamber and the compression chamber, the second pulse tube becomes a heat insulating material as in the case of operating as a refrigerator, and from the gas piston side compression chamber, Heat conduction to the compression chamber is suppressed. As a result, although the temperature of the compression chamber on the gas piston side is high, the conduction heat entering the compression chamber is small, the temperature of the compression chamber is close to about room temperature, and the temperature of the compression side drive means is also close to about room temperature. The compressor will function properly at the proper temperature.
また、吸熱器の温度は、燃料の燃焼により高い温度(例えば略500℃)となるが、吸熱器と膨張室の間には第1パルス管を配備しているので、第1パルス管が断熱材となる。これによりガスピストン側膨張室から膨張室への熱伝導は抑制され、吸熱器の温度が高いにも拘らず、膨張室に侵入する伝導熱は小さい。結果、膨張室の温度は略室温に近く、膨張側駆動手段の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になり、ディスプレーサ部は適正に機能する。 Further, the temperature of the heat absorber becomes a high temperature (for example, approximately 500 ° C.) due to fuel combustion, but since the first pulse tube is disposed between the heat absorber and the expansion chamber, the first pulse tube is insulated. Become a material. Thereby, the heat conduction from the gas piston side expansion chamber to the expansion chamber is suppressed, and the conduction heat entering the expansion chamber is small despite the high temperature of the heat absorber. As a result, the temperature of the expansion chamber is close to about room temperature, the temperature of the expansion side drive means is also a predetermined appropriate temperature close to about room temperature, and the displacer section functions properly.
以上によりエンジンとして使用する場合も、コンプレッサー部及びディスプレーサ部の温度は、略室温に近い所定の適正になり、コンプレッサー部及びディスプレーサ部は適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。 As a result, even when used as an engine, the temperature of the compressor section and the displacer section becomes a predetermined appropriate value that is close to about room temperature, and the compressor section and the displacer section function properly, providing a highly reliable pulse tube heat storage engine. it can.
尚、上述の説明は、圧縮室が第2パルス管の端部側に連通しているが、圧縮室が第1パルス管の端部側に連通する場合は、上述の説明の第2パルス管を第1パルス管、第2熱交換器を第1熱交換器に入換えれば良く、動作と効果は上述と同じである。 In the above description, the compression chamber communicates with the end of the second pulse tube. However, when the compression chamber communicates with the end of the first pulse tube, the second pulse tube described above is used. Is replaced with the first pulse tube and the second heat exchanger is replaced with the first heat exchanger, and the operation and effect are the same as described above.
さらに、圧縮側駆動手段の温度が略室温に近い所定の適正な温度になるので、モータ(リニアモータ、回転電動機)のコイルの電気抵抗、永久磁石の保持力が適正に維持され、効率の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。 Further, since the temperature of the compression side driving means becomes a predetermined appropriate temperature close to substantially room temperature, the electric resistance of the coil of the motor (linear motor, rotary electric motor) and the holding force of the permanent magnet are properly maintained, and the efficiency is high. A pulse tube type heat storage engine can be provided.
また、圧縮室と第1パルス管及び第2パルス管の間と、膨張室と第1パルス管及び第2パルス管の間とに流路切換手段を設けることにより、圧縮室が第2パルス管に連通すると、第2熱交換器は放熱器になる。この時、膨張室は第1パルス管に連通されるので、第1熱交換器は吸熱器となる。流路切換手段を切換えて、圧縮室が第1パルス管に連通すると、第1熱交換器は放熱器になる。この時、膨張室は第2パルス管に連通されるので、第2熱交換器は吸熱器となる。従って、流路切換手段で流路を切換えることにより、第1熱交換器は吸熱器から放熱器に切換えられ、第2熱交換器は放熱器から吸熱器に切換えられので、利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。 Further, by providing flow path switching means between the compression chamber and the first pulse tube and the second pulse tube, and between the expansion chamber and the first pulse tube and the second pulse tube, the compression chamber becomes the second pulse tube. The second heat exchanger becomes a heat radiator. At this time, since the expansion chamber communicates with the first pulse tube, the first heat exchanger becomes a heat absorber. When the flow path switching means is switched and the compression chamber communicates with the first pulse tube, the first heat exchanger becomes a radiator. At this time, since the expansion chamber communicates with the second pulse tube, the second heat exchanger becomes a heat absorber. Therefore, by switching the flow path by the flow path switching means, the first heat exchanger is switched from the heat absorber to the radiator, and the second heat exchanger is switched from the radiator to the heat absorber. A tubular heat storage engine can be provided.
また、請求項2に記載の発明では、再生熱交換器(蓄冷器又は蓄熱器)は、再生熱交換器の高温側の端部とそれより温度の低い低温側の端部との間に熱交換器が設けられる。従って、パルス管型蓄熱機関を冷凍機として使用する場合、熱交換器を流れる作動ガスの温度が周囲の空気の温度より高い位置に熱交換器は配備される。熱交換器に空気を送風し、熱交換器を放熱器として作用させ、熱交換器を流動する作動ガスを冷却することにより、作動ガスガが冷却された略熱量分、ガスピストン側膨張室で発生する冷凍量が増大する。
In the invention according to
パルス管型蓄熱機関をエンジンとして使用する場合、熱交換器を流れる作動ガスの温度が吸熱器の燃焼排気ガスの温度より低い位置に熱交換器を配備する。そして熱交換器に燃焼排気ガスを送風し、熱交換器を吸熱器として作用させ、ガスピストン側圧縮室からガスピストン側膨張室方向に流れる作動ガスを加熱することにより、作動ガスガが加熱された略熱量分、パワーピストンから取出せる動力が増大する。以上により、冷凍機あるいはエンジンいずれの場合でも、パルス管型蓄熱機関の効率が向上する。 When a pulse tube type heat storage engine is used as an engine, the heat exchanger is provided at a position where the temperature of the working gas flowing through the heat exchanger is lower than the temperature of the combustion exhaust gas of the heat absorber. Then, the exhaust gas was blown into the heat exchanger, the heat exchanger acted as a heat absorber, and the working gas flowing from the gas piston side compression chamber toward the gas piston side expansion chamber was heated, whereby the working gas gas was heated. The power that can be extracted from the power piston increases by approximately the amount of heat. As described above, the efficiency of the pulse tube type heat storage engine is improved in both the refrigerator and the engine.
また、請求項3に記載の発明では、圧縮室及び膨張室には、流路切換手段が接続され、流路切換手段は、圧縮室が第2パルス管の端部側に連通する時は、膨張室が第1パルス管の端部側に連通する。この場合、第2熱交換器は放熱器として機能し、第1熱交換器は吸熱器として機能する。次に流路切換手段で流路を切換え、圧縮室が第1パルス管の端部側に連通する時は、膨張室が第2のパルス管の端部側に連通する。この場合、第1熱交換は放熱器として機能し、第2熱交換器は吸熱器として機能する。従って、流路切換手段を切換ることにより、第1熱交換器又は第2熱交換器のいずれか一方を、放熱器と、吸熱器に切換えることが可能になる。例えば、第1熱交換器又は第2熱交換器のいずれか一方で常温の水を湯水と冷水にでき、利便性の高いパルス管型蓄熱機関を提供できる。
In the invention according to
以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。パルス管型蓄熱機関は、冷凍機として用いることも、エンジンとして用いることも出来る。再生熱交換器は、冷凍機の場合は蓄冷器と称し、エンジンでは蓄熱器と称する。以下において、蓄冷器、蓄熱器を総称して再生熱交換器と称する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The pulse tube heat storage engine can be used as a refrigerator or an engine. The regenerative heat exchanger is referred to as a regenerator in the case of a refrigerator, and is referred to as a regenerator in an engine. Hereinafter, the regenerator and the regenerator are collectively referred to as a regenerative heat exchanger.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係わる説明図である。図1に示すように、パルス管型蓄熱機関1は、ヘリウム(作動ガス)を圧縮するコンプレッサー部30と、ヘリウムが膨張するディスプレーサ部50と、ヘリウムと熱交換し冷凍(冷凍機の場合)あるいは仕事(エンジンの場合)を発生させる熱交換作動部10とから構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the pulse tube
コンプレッサー部30は、パワーシリンダ33と、ロッド35を備えたパワーピストン34と、ロッド35を介在しパワーピストン34を往復動させる圧縮側駆動手段40とを備え、室温(略20℃)雰囲気の場所に配置される。ヘリウムを圧縮する圧縮側圧縮室32は、パワーシリンダ33と、パワーピストン34とで囲まれて形成される。圧縮室31は、圧縮側圧縮室32と、後述する膨張側圧縮室55と、配管6、7と、流路8とで形成される。
The
パワーピストン34は、ロッド35を介在し、外周がハウジング41に固定された一対の支持バネ42により支持され、パワーシリンダ33の内周面に対し微小間隙が保持される。この微小間隙はヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。
The
圧縮側駆動手段40は、ハウジング41と、一対の支持バネ42と、ハウジング41内に設けたリニアモータ43を備える。リニアモータ43は、ハウジング41の内周面に固定され、銅線が巻かれたコイルを有する固定子44と、永久磁石46を備え、固定子44に対し往復動する可動子45から構成される。永久磁石46はロッド35に固定される。可動子45が往復動するとロッド35を介してパワーピストン34が往復動する。パワーピストン34は、パワーピストン34と、ロッド35と、可動子45との合計質量と、一対の支持バネ42のバネ定数とから定まる固有振動数を有する振動系を形成する。
The compression side drive means 40 includes a
尚、パルス管型蓄熱機関1がエンジンとして使用される場合、リニアモータ43は、リニア発電機として作動する。
When the pulse tube
ディスプレーサ部50は、隔壁56を備えたディスプレーサシリンダ52と、ロッド54を備えたディスプレーサピストン53(ピストン)と、ロッド54を介在しディスプレーサピストン53を往復動可能にする膨張側駆動手段60とを備え、室温雰囲気の場所に配置される。ヘリウムが膨張する膨張室51は、ディスプレーサシリンダ52と、ディスプレーサピストン53の前面53aとで囲まれて形成され、ディスプレーサピストン53の前面53a側はヘリウムを膨張させるピストンとして機能する。
The
膨張側圧縮室55は、ディスプレーサシリンダ52と、ロッド54を備えたディスプレーサ53の背面53bと、ロッド54とで囲まれて形成され、ディスプレーサピストン53の背面53b側は、ヘリウムを圧縮するピストンとして機能する。
The expansion
ディスプレーサピストン53は、ロッド54を介在し、外周がハウジング57の内周面に固定された一対の支持バネ61によりディスプレーサシリンダ52の内周面に対して微小間隙を持って往復動可能に支持される。この微小間隙はヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。また、ロッド54と隔壁56の貫通孔の間に設けられる微小間隙もヘリウムをシールするクリアランスシールの機能を有する。
The
膨張側駆動手段60は、ハウジング57と、一対の支持バネ61とを備える。ディスプレーサピストン53は、ディスプレーサピストン53と、ロッド54の合計質量と、一対の支持バネ61のバネ定数とから定まる固有振動数を有する振動系を形成する。ディスプレーサピストン53の固有振動数とパワーピストン34の固有振動数とを合せ、この固有振動数近傍でパルス管型蓄熱機関1は運転される。
The expansion side driving means 60 includes a
熱交換作動部10は、順次、コレクタ11と、ディストリビュータ12と、第2パルス管13と、放熱器14(第2熱交換器)と、再生熱交換器15と、吸熱器16(第1熱交換器)と、第1パルス管17と、ディストリビュータ18と、コレクタ19とを連通して構成される。第1パルス管17及び第2パルス管13は、熱伝導率の低い、薄肉で、軸方向に長いステンレス管などから成る。
The heat
第2パルス管13内には、往復動する第2ガスピストン20(図示の一点鎖線)が形成される。第2パルス管13と、第2ガスピストン20と、放熱器14とで囲まれてガスピストン側圧縮室21が形成される。
In the
同じように、第1パルス管17内には、往復動する第1ガスピストン22(図示の一点鎖線)が形成される。第1パルス管17と、第1ガスピストン22と、吸熱器16とで囲まれてガスピストン側膨張室23が形成される。
Similarly, in the
第1ガスピストン22、第2ガスピストン20は、それぞれ第1パルス管17の内周、第2パルス管13の内周と同じ円柱形状のヘリウムで形成され、それぞれ質量は一定で、ヘリウムの圧力変動に伴いそれぞれ体積は変化する。即ち、第1ガスピストン22、第2ガスピストン20は、ヘリウムの圧力変動に伴い体積が変化する弾性ピストンの様態をなす。そして第1ガスピストン22、第2ガスピストン20は、それぞれ体積を変化しつつ、第1パルス管17の端部17aと端部17bの間、第2パルス管13の端部13aと端部13bの間で往復動する。
The
また、再生熱交換器15は、熱伝導率の低い、薄肉のステンレスの容器に蓄熱容量の大きいステンレスなどの材料から成る金網のエレメントを多数枚積層して構成され、冷凍機の場合は、端部15aが高温端で、端部15bが低温端になり、端部15aから端部15bに沿ってエレメントの温度が徐々に低くなる。エンジンの場合には、端部15aが低温端で、端部15bが高温端になり、15aから15bに沿ってエレメントの温度が徐々に高くなる。
The
放熱器14には、ヘリウムの圧縮熱で湯水にする常温(略20℃)の水が流入する流入口14aと流出する流出口14bを備える。同様に、吸熱器16は、ガスピストン側膨張室23で発生した冷凍で冷水にする常温の水が流入する流入口16aと流出する流出口16bを備える。
The
圧縮側圧縮室32は配管6を介してコレクタ11に連通し、膨張側圧縮室55は流路8、配管7を介し配管6の途中に連通される。膨張室51は、配管9を介しコレクタ19に連通する。
The compression
尚、圧縮側駆動手段40、膨張側駆動手段60は、それぞれパワーピストン34、ディスプレーサピストン53を往復動可能にするリニア駆動機構を備えているが、クランク機構でも良い。また、パワーピストン34、ディスプレーサピストン53及びロッド54のガスシールは、クリアランスシールであるが充填材入り四フッ化樹脂等の無潤滑ピストンリング及び無潤滑ロッドシールを使っても良い。
The compression side driving means 40 and the expansion side driving means 60 are each provided with a linear drive mechanism that enables the
また、コンプレッサー部30と、ディスプレーサ部50は別体であるが、ディスプレーサ部30と、ディスプレーサ部50とを一体構造にし、パワーピストン34とディスプレーサピストン53とを同軸上に配置しても良い。この場合、パワーピストン34の前面34aとディスプレーサピストン53の背面53bは互いに対向し、ディスプレーサピストン53の背面53bに設けたロッド54は、パワーピストン34とロッド35を貫通し、ハウジングに固定される支持バネで支持される。この場合には、圧縮室は、パワーピストン34の前面34bとディスプレーサピストン53の背面53bの間に形成される。従って、図1に示される隔壁56は不要になる。
Further, although the
また、圧縮室31は、パワーピストン34とパワーシリンダ33とで形成される圧縮側圧縮室32と、ディスプレーサピストン53の背面53b側とディスプレーサシリンダ52とで形成される膨張側圧縮室55とを有するが、圧縮室31は、パワーピストン34とパワーシリンダ33とで形成される圧縮側圧縮室32だけでも良い。この場合、ディスプレーサピストンは、エキスパンダーピストンの様態をなし、エキスパンダーピストン背面側は圧縮室を設けない。
The
次に、図1の本発明の第1実施形態の動作と効果について説明する。パルス管型蓄熱機関1を冷凍機として動作させ、常温の水を温水と冷水にする湯水・冷水装置に使用する場合について説明する。リニアモータ43にパワーピストン34の固有振動数に対応する振周波数の正弦波形の電流を通電すると、リニアモータ43が発生する磁力によりパワーピストン34は往復動する。パワーピストン34が往復動すると、ディスプレーサピストン53の前面53aと背面53bとに圧力が作用し、ディスプレーサピストン53が往復動する。圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55の容積変動を足し合せた圧縮室31の容積変動の位相は、膨張室51の容積変動の位相より略90°遅れる。
Next, the operation and effect of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described. A case will be described in which the pulse tube
圧縮室31の容積が減少している時、圧縮室31のヘリウム、即ち圧縮側圧縮室32と膨張側圧縮室55のヘリウムは、配管6で合流し、順次、コレクタ11、ディストリビュータ12を通って第2パルス管13に流入する。
When the volume of the
第2パルス管13に流入したヘリウムは、第2ガスピストン20の背面20bを押して、第2ガスピストン20を図1における上方へ移動させ、ガスピストン側圧縮室21のヘリウムを圧縮する。ガスピストン側圧縮室21では、ヘリウムが圧縮熱を発生し、室温より高い温度、例えば140℃となって放熱器14に流入する。
The helium flowing into the
放熱換器14に流入したヘリウムは、そこで圧縮熱を外部に放熱して、温度が低くなり、例えば略120℃となって再生熱交換器15に流入する。この放熱される圧縮熱で、放熱器14の入口14aに流入した常温の水は、加温され、例えば略65℃の湯水となって流出口14bから流出しタンク(図示せず)に貯えられ、湯水として利用される。
The helium that has flowed into the
再生熱交換器15では、流入したヘリウムが、蓄冷材エレメントにより流れに沿って徐々に冷却され、さらに低い温度、例えば略0℃となって、吸熱器16を通り、ガスピストン側膨張室23に流入する。
In the
ガスピストン側膨張室23では、吸熱器16を流出するヘリウムが膨張仕事をして、第1ガスピストン22を往復動させ、更に低い温度、例えば略−10℃の冷凍を発生する。
In the gas piston-
ガスピストン側膨張室23で発生した膨張仕事は、第1ガスピストン22を介在してディスプレーサピストン53を往復動させる。ガスピストン側膨張室51で発生した膨張仕事は、膨張室23に伝達される。膨張室23に伝達された膨張仕事は、ディスプレーサピストン53の往復動により膨張側圧縮室55のヘリウムを流出入させ、第2ガスピストン20を介在してガスピストン側圧縮室21での圧縮仕事に費やされる。
The expansion work generated in the gas piston
ガスピストン側膨張室23で発せれた冷凍は、吸熱器16で被冷却体の冷却に利用される。即ち、例えば被冷却体である常温の水は、吸熱器16の流入口16aから流入し、吸熱器16を往復流動する例えば略0℃〜略−10℃のヘリウムで冷却され、略5℃の冷水となって流出口16bから流出し、タンク(図示せず)に貯えられ、冷水として利用される。常温の水から吸熱を受けたヘリウムは略0℃となって再生熱交換器15に流入する。
The refrigeration generated in the gas piston-
再生熱交換器15では、流入したヘリウムが、蓄冷材エレメントにより流れに沿って加温され、徐々に高い温度になって、放熱器14を通り、パワーピストン34及びディスプレーサピストン53の図1における下方向の移動により圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55に流入する。このようにしてパルス管型蓄熱機関の1サイクルが形成される。
In the
第2ガスピストン20は、第2パルス管13の端部13aと13bの間で往復動するので、第2ガスピストン20を形成する作動ガスは、圧縮室31を形成する圧縮側圧縮室32と膨張側圧縮室55には流動しない。従って、圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55には、ガスピストン側圧縮室21からの伝導熱、即ち、第2パルス管13の管壁を伝わる伝導熱と、第2ガスピストン20を伝わる伝導熱とが侵入する。第2パルス管13の厚さを薄く、軸方向長さを長く、熱伝導の小さい材質(例えばステンレス)にすることで、熱伝導は抑制され、管壁からの伝導熱は小くなる。
Since the
また、作動ガスの熱伝導率(ステンレスの熱伝導率の略1/100)は、極めて小さくいので、第2ガスピストン20からの伝導熱は、更に小くなる。即ち、第2パルス管13の管壁と、第2ガスピストン20は、熱伝導の断熱材として作用する。従って、ガスピストン側圧縮室21から圧縮室31、即ち圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55に侵入する伝導熱は少ない。結果、ガスピストン側圧縮室21の温度が高いにも拘らず、圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55の温度は略室温に近く、圧縮側駆動手段40及び膨張側駆動手段60の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パワーピストン34とパワーシリンダ33の間のクリアランスシール部と、圧縮側駆動手段40の支持バネ42と、リニアモータ43の永久磁石46の各温度は、各々、略室温に近い所定の適正な温度になり、クリアランスシールの間隙、永久磁石46の保持力、支持バネ42の強度は適正値を維持し、各々、適正に機能する。同様に、ディスプレーサピストン53とディスプレーサシリンダ52及びロッド54と隔壁56の間のクリアランスシール部と、膨張側駆動手段60の支持バネ61の各温度は、各々、略室温に近い所定の適正な温度になり、各々、適正に機能する。
Further, since the thermal conductivity of the working gas (approximately 1/100 of the thermal conductivity of stainless steel) is extremely small, the conduction heat from the
また、膨張室51と吸熱器16の間には第1パルス管17が配備されているので、第1パルス管17が断熱材となり、膨張室51からガスピストン側膨張室23に侵入する伝導熱は、前述と同じ理由で小さい。結果、ガスピストン側膨張室23の温度(例えば略−10℃)が低いにも拘らず、膨張室51及び膨張駆動側手段60の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
Further, since the
以上により、永久磁石46、支持バネ42、61、各々のクリアランスシールは適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関1を提供できる。
As described above, the
次に、パルス管型蓄熱機関1がエンジンとして動作させる場合について説明する。吸熱器16を燃焼ガスで高温(例えば、略500℃)に加熱し、放熱器14でヘリウムの熱を放熱(排熱)すると、吸熱器16を往復流動するヘリウムは、燃焼ガスで加熱され、例えば略500℃に昇温される。昇温したヘリウムガスは、ピストン側膨張室23の容積変動がガスピストン側圧縮室21の容積変動に対し位相が略90°進むように第1ガスピストン22と第2ガスピスト20を往復動させる。第2ガスピストン20の往復動は、圧縮室31、即ち圧縮側圧縮室32と膨張側圧縮室55にヘリウムを流出入させる。圧縮側圧縮室32に流出入するヘリウムは、パワーピストン34を往復動させ、リニアモータ43が発電機となって発電し、電気エネルギーを得る。
Next, the case where the pulse tube
放熱器14でのヘリウムの圧縮熱の放熱と、吸熱器16の燃焼ガスの排熱を利用し、例えば略90℃の湯水を得るコ・ジェネレーションの給湯装置に適応する。この場合、放熱器14で常温の水は例えば略65℃に昇温され、略65℃に昇温した温水は、更に吸熱器16の燃焼排気ガスで略90℃に昇温される。放熱器14は例えば略120℃になり、ガスピストン側圧縮室21は、放熱器14より更に高い温度、例えば略140℃になる。
For example, the present invention is adapted to a co-generation hot water supply device that obtains hot water of about 90 ° C. by using heat radiation of helium compression heat in the
圧縮側圧縮室32及び膨張側圧縮室55と、ガスピストン側圧縮室21との間には、第2パルス管13が配備されているので、冷凍機として作動するの場合と同じように第2パルス管13が断熱材として作用する。これによりガスピストン側圧縮室21からの熱伝導は抑制され、ガスピストン側圧縮室21の温度が高いにも拘らず、圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55に侵入する伝導熱は小さい。結果、圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55の温度は、略室温に近く、圧縮側駆動手段40及び膨張側駆動手段60の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。
Since the
吸熱器14の温度は、燃料の燃焼により高い温度(例えば略500℃)となるが、吸熱器16と膨張室51の間には第1パルス管17を配備しているので、第1パルス管17が断熱材となる。これにより吸熱器16から膨張室51への熱伝導は抑制され、吸熱器16の温度が高いにも拘らず、膨張室51に侵入する伝導熱は小さく、膨張室51の温度及び膨張側駆動手段60の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
The temperature of the
以上により、パルス管型蓄熱機関1をエンジンとして動作させても、永久磁石46、支持バネ42、61、各々のクリアランスシールは適正に機能し、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関1を提供できる。
As described above, even when the pulse tube
また、圧縮側駆動手段40の温度が略室温に近い所定の適正な温度になるので、固定子44のコイルの電気抵抗、可動子45の永久磁石46の保持力が適正に維持され、リニアモータ43の効率が向上し、効率の高いパルス管型蓄熱機関1を提供できる。
Further, since the temperature of the compression side drive means 40 becomes a predetermined appropriate temperature close to substantially room temperature, the electric resistance of the coil of the
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態に係わる説明図である。図1と同じ部品及び同じ部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is an explanatory diagram according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the same parts as those in FIG.
図2に示すように、図1に示される再生熱交換器15の端部15aと端部15bとの間に熱交換器が備えられる。即ち、熱交換作動部70の再生熱交換器71と再生熱交換器72の間に熱交換器73を備える。パルス管型蓄熱機関2を冷凍機として使用する場合、熱交換器73を往復流動するヘリウムの温度が周囲の空気の温度より高い位置に熱交換器73を配備し、熱交換器73を放熱器として作用させる。ファン74で空気を熱交換器73に送風し、放熱器73を流れるヘリウムを冷却する。これによりガスピストン側膨張室23で発生される冷凍量は、ヘリウムを冷却した略熱量分、増大する。
As shown in FIG. 2, a heat exchanger is provided between the
パルス管型蓄熱機関2をエンジンとして使用する場合、熱交換器73を往復流動するヘリウムの温度が燃焼排気ガスの温度より低い位置に熱交換器73を配備し、熱交換器73を吸熱器として作用させる。熱交換器73に燃焼排気ガスを送風し、熱交換器73を往復流動するヘリウムを加熱する。これによりパワーピストン34から取出される動力は、ヘリウムを加熱した略熱量分、増大する。
When the pulse tube
以上により、図1の再生熱交換器15の途中の適正な位置に熱交換器73を配備することにより、冷凍機あるいはエンジンいずれの場合でも、パルス管型蓄熱機関2の効率が向上する。
As described above, by arranging the
(第3実施形態)
図3は、本発明の第3実施形態に係わる説明図である。図1と同じ部品及び同じ部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Third embodiment)
FIG. 3 is an explanatory diagram according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the same parts as those in FIG.
図3に示すように、圧縮室31(圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55)及び膨張室51と、コレクタ11及びコレクタ19と、との間に流路を切換える流路切換弁80(流路切換手段)が配備される。即ち、流路切換弁80の第1流路口81は、配管91経由の圧縮側圧縮室32と、配管92経由の膨張側圧縮室55とへ連通する。即ち、第1流路口81は、圧縮室31へ連通する。第2流路口82は、配管94介してコレクタ11に連通する。第3流路口83は、配管を95介して膨張室51に連通し、第4流路口84は、配管96を介してコレクタ19に連通する。
As shown in FIG. 3, a flow
図4は、図3の流路切換弁80の説明図である。図4の(a)及び(b)に示すように、流路切換弁80は、両端に大径の円柱を有するスプール87と、孔86を備える弁箱85から構成され、スプール87は孔86に対し微小間隙を持って摺動可能に挿入される。弁箱85は、流路81a、82a、83a、84aが設けられ、流路81a、82a、83a、84aには、それぞれヘリウムが流出入する第1流路口81、第2流路口82、第3流路口83、第4流路口84を備える。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the flow
図4の(a)は、第1流路口81と第2流路口82、及び、第3流路口83と第4流路口84とがそれぞれ連通する。従って、圧縮室31は、配管93と、流路切換弁80と、配管94と、コレクタ11に連通する。膨張室51は、配管95と、流路切換弁80と、配管96とを経由してコレクタ19に連通する。コレクタ11、19は、それぞれディストリビュータ12、18を介し、それぞれ第2パルス管13の端部13b、第1パルス管17の端部17bに連通する。
In FIG. 4A, the
流路切換弁80が図4の(a)の状態では、パルス管型蓄熱機関3は、図1で示されるパルス管型蓄熱機関1と同じである。従って、流路切換弁80が図4の(a)の状態の場合、放熱器14はガスピストン側圧縮室21で発生した圧縮熱を放熱し、放熱器として作用する。また、吸熱器16は、ガスピストン側膨張室23で発生した冷凍で被冷却体を冷却し、吸熱器として作用する。
When the flow
図4の(b)は、第1流路口81と第4流路口84、及び、第2流路口82と第3流路口83とがそれぞれ連通する。従って、圧縮室31が配管93と、流路切換弁80と、配管96とを経由してコレクタ19に連通する。膨張室51は、配管95と、流路切換弁80と、配管94とを経由してコレクタ11に連通する。
In FIG. 4B, the first
流路切換弁80が図4の(b)の状態では、パルス管型蓄熱機関3は、図1で示されるパルス管型蓄熱機関1と異なる。即ち、ガスピストン側圧縮室21は、冷凍を発生するガスピストン側膨張室として作動し、放熱器14はガスピストン側圧縮室21で発生した冷凍で被冷却体を冷却する吸熱器として機能する。一方、ガスピストン側膨張室23はヘリウムを圧縮するガスピストン側圧縮室として作動し、吸熱器16はガスピストン側膨張室23で発生した圧縮熱を放熱する放熱器として機能する。
When the flow
流路切換弁80を図4の(a)の状態から図4の(b)の状態に切換えることにより、放熱器14は放熱器から吸熱器に切換られ、吸熱器16は吸熱器から放熱器に切換えられる。従って、流路切換弁80を切換えることにより、放熱器14及び吸熱器16のいずれか一方で放熱と、吸熱を切換行えることが可能になり、一つの熱交換器(放熱器14又は、吸熱器16のいずれか一方)で常温の水を湯水と、冷水に出来る。結果、利便性の高いパルス管型蓄熱機関3を提供できる。
By switching the flow
(第4実施形態)
図5は、本発明の第4実施形態に係わる説明図である。図1と同じ部品及び同じ部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is an explanatory diagram according to the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the same parts as those in FIG.
図5に示すように、パルス管型蓄熱機関100は、図1のパルス管型蓄熱機関1の第2パルス管13を取外し、代わりにコンプレッサー部110のパワーシリンダ113及びパワーピストン114を軸方向に長くする。熱交換作動部10Aは、図1の熱交換作動部10の第2パルス管13が取外され形成される。
As shown in FIG. 5, the pulse tube type
また圧縮側圧縮室112と、膨張側圧縮室55の間にパルス管部120が設けられ、パルス管部120は、配管117、配管116、流路8を介在して圧縮側圧縮室112と、膨張側圧縮室55とへ連通する。パルス管部120は、パルス管123の両端に順次、ディストリビュータ122、124と、コレクタ121、125とを連結して構成される。
Further, a
パワーシリンダ113及びパワーピストン114は、軸方向に長くし、熱伝導率の低い材質で形成する。これにより高い温度(例えば略140℃)の圧縮側圧縮室112から圧縮側駆動手段40に伝わる伝導熱が抑制でき、圧縮側駆動手段40の温度と、パワーピストン114のロッド115を備えた背面114b側近傍のクリアランスシール部の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
The
また、膨張側圧縮室55は、パルス管123による断熱作用により略室温に近い温度になるので、膨張側駆動手段60の温度も、略室温に近い所定の適正な温度になる。
Further, the expansion
以上により、図1のパルス管型蓄熱機関1と同じ理由で、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関100を提供できる。
As described above, the pulse tube
また、図1の第2パルス管13が取外され、パルス管123の容積は第2パルス管13の容積より小さくなるので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関1の圧力振幅は、図1のパルス管型蓄熱機関1より大きくなり、パルス管型蓄熱機関100の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関1より増大する。
Further, since the
(第5実施形態)
図6は、本発明の第5実施形態に係わる説明図で、図5の第4実施形態を変形したものである。図5と同じ部品及び同じ部位の符号は、図5と同じ符号を付す。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is an explanatory diagram according to the fifth embodiment of the present invention, which is a modification of the fourth embodiment of FIG. The same reference numerals as in FIG. 5 denote the same parts and parts as in FIG.
図6に示すように、パルス管型蓄熱機関101は、図5のパルス管部120を配管137に換え、熱交換作動部10Aと、コンプレッサー部110と、ディスプレーサ部130とで構成する。
As shown in FIG. 6, the pulse tube type
図5のパルス管部120を取外した代わりに、ディスプレーサシリンダ132及びディスプレーサピストン133と、ロッド134及びロッド134が貫通する隔壁136を軸方向に長くし、熱伝導率の低い材質で構成し、熱伝導を抑制する。これにより、温度(例えば略140℃)の高い膨張側圧縮室135から膨張側駆動手段60及び膨張室131への熱伝導は抑制され、膨張側駆動手段60及び膨張室131は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、図1のパルス管型蓄熱機関1と同じ理由で、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関101を提供できる。
Instead of removing the
また、図5のパルス管部120が取り除かれているので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関101の圧力振幅は、パルス管型蓄熱機関100より大きくなり、パルス管型蓄熱機関101の冷凍量あるいは発電量は、パルス管型蓄熱機関100より増大する。
5 is removed, the pressure amplitude of the pulse tube type
(第6実施形態)
図7は、本発明の第6実施形態に係わる説明図で、図1の第1実施形態及び図6の第5実施形態を変形したものである。図1及び図6と同じ部品及び同じ部位の符号は、図1及び図6と同じ符号を付す。
(Sixth embodiment)
FIG. 7 is an explanatory diagram according to the sixth embodiment of the present invention, which is a modification of the first embodiment of FIG. 1 and the fifth embodiment of FIG. The same reference numerals as in FIGS. 1 and 6 denote the same parts and the same parts as those in FIGS. 1 and 6.
図7に示すように、パルス管型蓄熱機関102は、図1の第1パルス管17が取外された熱交換作動部10Bと、図1のコンプレッサー部30と、ディスプレーサ部140とから構成される。
As shown in FIG. 7, the pulse tube type
ディスプレーサ部140は、ディスプレーサシリンダ132と、ディスプレーサピストン133が図6と同じように長く、ロッド54と、隔壁56が図1と同じように短い。
In the
圧縮側圧縮室32及び膨張側圧縮室135と、放熱器14との間にはパルス管13が配備され、またディスプレーサシリンダ132と、ディスプレーサピストン133は軸方向に長い構造である。従って、図1及び図6のパルス管型蓄熱機関1及び101の場合と同じ理由により、圧縮側圧縮室32及び膨張側圧縮室135は、略室温に近い温度になる。結果、圧縮側駆動手段40の温度、膨張側駆動手段60の温度は、それぞれ略室温に近い所定の適正な温度になり、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関102を提供できる。
The
図1の第1パルス管17が取外されており、パルス管部120は配備していないので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関102の圧力振幅は、図5のパルス管型蓄熱機関100より大きくなり、パルス管型蓄熱機関102の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関100より増大する。
Since the
また、冷凍機として使用する場合、低温側の容積が少なくいので、パルス管型蓄熱機関102の効率はパルス管型蓄熱機関1より高くなる。
Further, when used as a refrigerator, the volume on the low temperature side is small, so the efficiency of the pulse tube type
(第7実施形態)
図8は、本発明の第7実施形態に係わる説明図で、図5の第4実施形態及び図7の第6実施形態を変形したものである。図5及び図7と同じ部品及び同じ部位の符号は図5及び図7と同じ符号を付す。
(Seventh embodiment)
FIG. 8 is an explanatory diagram according to the seventh embodiment of the present invention, which is a modification of the fourth embodiment of FIG. 5 and the sixth embodiment of FIG. 5 and FIG. 7 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 5 and FIG.
図8に示すように、パルス管型蓄熱機関103は、図7の熱交換作動部10Bと、図5のコンプレッサー部110と、図5のパルス管部120と、図7のディスプレーサ部140とから構成される。
As shown in FIG. 8, the pulse tube type
パワーシリンダ113及びパワーピストン114は、軸方向に長い断熱構造であるので、温度(例えば略140℃)の高い圧縮側圧縮室112から圧縮側駆動手段40への熱伝導は抑制され、圧縮側駆動手段40の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。
Since the
温度の高い圧縮側圧縮室112と膨張側圧縮室135との間には、パルス管部120が配備され、またディスプレーサシリンダ132と、ディスプレーサピストン133は軸方向に長い構造であるので、膨張側圧縮室135及び膨張側駆動手段60は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関103を提供できる。
A
また、第1パルス管13と第2パルス管17が取外され、パルス管123は第1パルス管13及び第2パルス管17より容積が小さいので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関103の圧力振幅は、図6及び図7のパルス管型蓄熱機関101及び102より大きくなり、パルス管型蓄熱機関103の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関101及び102より増大する。
Further, since the
(第8実施形態)
図9は、本発明の第8実施形態に係わる説明図で、図6の第5実施形態を変形したものである。図6と同じ部品及び同じ部位の符号は、図6と同じ符号を付す。
(Eighth embodiment)
FIG. 9 is an explanatory diagram according to the eighth embodiment of the present invention, which is a modification of the fifth embodiment of FIG. The same reference numerals as those in FIG. 6 denote the same parts and the same parts as those in FIG.
図9に示すように、パルス管型蓄熱機関104は、図1のパルス管型蓄熱機関1の第1パルス管17と、第2パルス管13が取外され、代わりにパワーシリンダ113とパワーピストン114、ディスプレーサシリンダ132とディスプレーサピストン133及びロッド134と隔壁136が軸方向に長い断熱構造である。従って、圧縮側圧縮室112、膨張側圧縮部135の温度が高くても、また膨張室131の温度が高くあるいは低くても、圧縮側駆動手段40と、膨張側駆動手段60の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関104を提供できる。
As shown in FIG. 9, the pulse tube type
また、第1パルス管17、第2パルス管13が取外されており、パルス管部120は配備していないので、同じ封入圧力では、パルス管型蓄熱機関104の圧力振幅は、図8のパルス管型蓄熱機関103より大きくなり、パルス管型蓄熱機関104の冷凍量及び発電量は、パルス管型蓄熱機関103より増大する。
Further, since the
(第9実施形態)
図15は、本発明の第9実施形態に係わる説明図である。図15に示すように、パルス管型蓄熱機関4は、熱交換作動部10と、コンプレッサー部30と、ディスプレーサ部50とから構成される。
(Ninth embodiment)
FIG. 15 is an explanatory diagram according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, the pulse tube type
コンプレッサー部30の圧縮側圧縮室32は、順次、配管97、コレクタ19、ディストリビュータ18を介在し、第1パルス管17に接続される。ディスプレーサ部50の膨張室51も、配管98、配管97、、コレクタ19、ディストリビュータ18を介して第1パルス管17に接続される。膨張側圧縮室55は、順次、配管99、コレクタ11、ディストリビュータ12を介在して第2パルス管13に接続される。
The compression
吸熱器16を燃焼ガスで高温(例えば、500℃)に加熱し、放熱器14を冷却水で室温に近い温度に冷却して、パルス管型蓄熱機関4をエンジンとして作動させる。この場合、コンプレッサー部30の圧縮側圧縮室32は、膨張室として作動する。一方、ディスプレーサ部50の膨張室51は膨張室として作動し、ディスプレーサピストン53の背面53b側の膨張側圧縮室55は圧縮室として作動する。圧縮側圧縮室32と、膨張室51と、配管97と、配管98とで一つの膨張室58が形成される。
The
吸熱器16で吸熱した熱によりガスピストン側膨張室23で発生した仕事は、第1ガスピストン22を介在して、パワーピストン34とディスプレーサピストン53に伝達され、る。ワーピストン34に伝達された仕事は、ロッド35を介してリニア発電機43a(リニアモータ43がリニア発電機43aとして機能する)により交流電力を発生し、交流の電気エネルギーとして利用される。一方、ディスプレーサピストン53に伝達された仕事は、膨張側圧縮室55のヘリウムの圧縮仕事に費やされる。
The work generated in the gas piston
吸熱器16は、例えば略500℃の高い温度となるが、第1ガスピストン17を介在しているので、圧縮側圧縮室32及び膨張室51の温度は略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、信頼性の高いパルス管型蓄熱機関4を提供できる。
The
また、パルス管型蓄熱機関4をエンジンとして作動させる場合、高温側のガスピストン側膨張室23の掃気容積は、ガスピストン側膨張室23より温度の低いガスピストン側圧縮室21の掃気容積より大きいことが好ましい。高温側のガスピストン側膨張室23に対応する常温側の掃気容積は、圧縮側圧縮室32と膨張室51とを加えた容積であるので、パルス管型蓄熱機関4は、エンジンとして作動させるのが好適である。尚、図1の第1実施形態において、吸熱器16を燃焼ガスで高温に加熱し、エンジンとして作動させると、ガスピストン側膨張室23より温度の低いガスピストン側圧縮室21に対応する常温側の掃気容積は、圧縮側圧縮室32と膨張側圧縮室55を加えた容積であるので、エンジンではなく、冷凍機として作動させる方が好ましい。エンジンとして作動させる場合は、パルス管型蓄熱機関4の方が、図1のパルス管型蓄熱機関1より効率が高い。しかし、冷凍機として作動させる場合、パルス管型蓄熱機関1の方が、パルス管型蓄熱機関4より効率が高くなる。
When the pulse tube type
また、パルス管型蓄熱機関4を冷凍機として機能させることも出来る。この場合、膨張室51は、圧縮室として機能し、膨張側圧縮室55は膨張室として機能する。
Moreover, the pulse tube type
(第1適応形態)
図10は、本発明の第1適応実施形態に係わる説明図で、図1のパルス管型蓄熱機関1を給湯装置に適用した適応形態である。図1に示されるパルス管型蓄熱機関1と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
(First adaptive form)
FIG. 10 is an explanatory diagram according to the first adaptive embodiment of the present invention, and shows an adaptive form in which the pulse tube type
給湯装置200は、パルス管型蓄熱機関1と給湯部210とから構成される。給湯部210は、配管221から供給される常温の水を制御する弁215が、配管222を介しタンク211の底部に接続される。タンク211の上部には、タンク211に貯えられた湯水(例えば略65℃)の外部への供給を制御する弁216が配管223を介して接続される。
The hot
配管222の途中から分岐した配管224は、ポンプ212の吸入口に接続され、吐出口は配管225を介しパルス管型蓄熱機関1の放熱器14の流入口14aに接続され、放熱器14の流出口14bは、順次、配管226、弁217、配管227を介在して配管223の途中に接続される。
The
配管226の途中と配管224途中には、配管228、229を介して弁218が配備される。配管224の途中は、熱交換器213の一端が接続され他端は弁219を介在し配管226の途中に接続される。また熱交換器213は、ファン214が備えられ、送風空気で冷却される。配管226の弁217の上流側近傍に温度センサ220が配備される。
A
次に、給湯装置200の動作について説明する。
Next, the operation of the hot
弁216、弁217、弁219、弁215がともに閉、弁218が開、パルス管型蓄熱機関1とポンプ212が稼動中、ファン214が停止状態で、ポンプ212により放熱器14内の水と、配管224内の一部と、配管225、226、228、229内の残水は、弁218と、ポンプ212と放熱器14とを経由する循環流を形成し、放熱器14でヘリウムの圧縮熱により加温され所定の温度(例えば略65℃)なるまで循環する。湯水の温度は、温度センサ220で検知する。次に、循環流の温水が所定の温度になると、弁217を開き、弁218を閉じ、所定の温度になった湯水をタンク211の上側に送り込む。ポンプ212は、タンク211の底側の常温の水を吸入し放熱器14に送る。放熱器14では、供給された水をヘリウムの圧縮熱で加温し、所定の温度(略65℃)の湯水にし、タンク211の上側に送り込む。湯水が所定の温度(例えば略55℃)よりも低い場合は、弁218を開き、弁217を閉じ、再び弁218を経由する循環流を形成し、放熱器14で所定の温度になるまで循環して加温する。
タンク211内の湯水が、所定の温度の湯水で満たされると、弁219を開き、弁217と、弁218を閉じる。放熱器14で加温された湯水は、順次、弁219、熱交換器213、ポンプ212を通り、放熱器14に戻る循環流を形成し、放熱器14から放熱されるヘリウムの圧縮熱を熱交換器213に移送し、そこで排熱する。
When the hot water in the
尚、放熱器14の湯水を受入れる容積が大きければ、弁218と、配管228、229は設けなくても良い。この場合、加温時はポンプ212を停止し、放熱器14で湯水を加温し、湯水が所定の温度になった時点で、ポンプ212を作動させ、湯水をタンク211に送り込む。
Note that the
前述したようにパルス管型蓄熱機関1は、放熱器14の温度が高くても、第2パルス管17、第1パルス管13が配設されているので、コンプレッサー部30及びディスプレーサ部50の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パルス管型蓄熱機関1の信頼性が向上し、信頼性の高い給湯装置200を提供できる。
As described above, since the
(第2適応形態)
図11は、本発明の第2適応実施形態に係わる説明図で、図10の給湯装置200のポンプ212を、ヒートパイプに置換えた適応形態である。図1に示されるパルス管型蓄熱機関1と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
(Second adaptive form)
FIG. 11 is an explanatory view according to the second adaptive embodiment of the present invention, and shows an adaptive form in which the
給湯装置201は、パルス管型蓄熱機関1と給湯部240から構成される。給湯部240は、タンク242と、ヒートパイプ241と、ファン243と、弁245、246と、
配管246、247、248、249とから構成される。
The hot
It consists of
タンク242には、配管246、弁244、配管247を介在して常温の水が、適時、供給される。湯水は、配管248、弁245、配管249を介在して外部に供給される。
Water at room temperature is supplied to the
ヒートパイプ241は、吸熱部241aが放熱器14内に装着され、加温部241bはタンク242の内部に設けられ、排熱部241cはファン243により送風される空気で冷却される。ヒートパイプ241の冷媒は、水などが用いられる。
The
ファン243を停止した状態で、ヒートパイプ241の冷媒は、吸熱部241aと加温部241bの間を循環し、吸熱部241aで放熱器14を流れる作動ガスの圧縮熱を吸熱し、加温部241bで圧縮熱を放熱してタンク242内の常温の水を所定の温度に加温する。タンク242内の湯水が所定の温度に達すると、ファン243を回転させ、排熱部241に空気を送風して排熱部241cからヘリウムの圧縮熱を排熱する。
With the
パルス管型蓄熱機関1は放熱器14の温度が高くても、第1パルス管17、第2パルス管13が配設されているので、第1適応形態と同じように、パルス管型蓄熱機関1の信頼性が向上する。結果、信頼性の高い給湯装置201を提供できる。また、給湯装置201は、給湯装置200に比べ、ポンプが不要で、弁の使用個数も減り、構成が単純になり、コストも安くなる。
Since the
(第3適応形態)
図12は、本発明の第3適応実施形態に係わる説明図で、図1のパルス管型蓄熱機関1を湯水・冷水装置に適用した適応形態である。図1に示されるパルス管型蓄熱機関1と同じ部品と、同じ部位は、同じ符号を付す。
(Third adaptive form)
FIG. 12 is an explanatory diagram according to the third adaptive embodiment of the present invention, and shows an adaptive form in which the pulse tube type
湯水・冷水装置300は、図1の熱交換作動部10と同じ熱交換作動部10Cと、熱交換作動部10Dとを備えたパルス管型蓄熱機関301とタンク302、タンク303と、ファン304、ファン305とから構成される。
The hot water /
熱交換作動部10Cのコレクタ19と、熱交換作動部10Dのコレクタ19をそれぞれ弁306、弁307を介してディスプレーサ部50の膨張室51に連通する。熱交換作動部10Cのコレクタ11と、熱交換作動部10Dのコレクタ11をそれぞれ弁308、弁309を介してコンピレッサー部30の圧縮側圧縮室32と、膨張側圧縮室55に連通する。
The
熱交換作動部10Cの吸熱器16は、適時、常温の水が供給されるタンク302が熱接触しており、放熱器14にはファン304が配備される。
The
熱交換作動部10Dの放熱器14は、適時、常温の水が供給されるタンク303が熱接触しており、吸熱器16にはファン305が配備される。
In the heat exchanger 14D of the heat exchange operation unit 10D, a
常温の水から冷水(例えば略5℃)の得る場合は、弁306と、弁308を開き、弁307と、弁309を閉じ、熱交換作動部10Cを作動させ、タンク302内の常温の水をガスピストン側膨張室23で発生した冷凍により、吸熱器16で冷却し、冷水(略5℃)にする。この時、ファン304で空気を放熱器14に送風してヘリウムの圧縮熱を放熱する。尚、熱交換作動部10D側のファン305は停止している。
When cold water (for example, approximately 5 ° C.) is obtained from room temperature water, the
常温の水から湯水(例えば略65℃)を得る場合は、弁307と、弁309を開き、弁306と、弁308を閉じ、熱交換作動部10Dを作動させ、タンク303内の常温の水を放熱器14でヘリウムの圧縮熱により加温し、常温の水を略65℃の湯水にする。この時、放熱器の温度は高い温度(略120℃)、ガスピストン側圧縮室の温度は更に高い温度(略140℃)になる。またファン305で空気を吸熱器16に送風し吸熱器16に熱負荷を加える。尚、熱交換作動部10C側のファン304は停止している。
When hot water (for example, approximately 65 ° C.) is obtained from room temperature water, the
パルス管型蓄熱機関301は、10Dの放熱器14の温度が高くても、第1パルス管17、第2パルス管13が配設されているので、コンピレッサー部30及びディスプレーサ部50の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パルス管型蓄熱機関301の信頼性が向上し、信頼性の高い湯水・冷水装置300を提供できる。
Since the
また、2つの熱交換作動部10C、10Dを使い、熱交換作動部10Cは冷水用に、熱交換作動部10Dは湯水用に作動させることで、パルス管型蓄熱機関301の効率が向上する。
Moreover, the efficiency of the pulse tube type
(第4適応形態)
図13は、本発明の第4適応実施形態に係わる説明図で、図1のパルス管型蓄熱機関1を湯水・冷水装置に適用した適応形態である。図1に示されるパルス管型蓄熱機関1と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
(4th adaptive form)
FIG. 13 is an explanatory diagram according to the fourth adaptive embodiment of the present invention, and shows an adaptive form in which the pulse tube type
湯水・冷水装置310は、熱パルス管型蓄熱機関1とタンク311、タンク312と、ファン313、ファン314とから構成される。
The hot water /
タンク311と、タンク312は、それぞれ吸熱器16と、放熱器14に熱接触させ、適時、常温の水がそれぞれに供給される。また吸熱器16と、放熱器14は、それぞれファン313、ファン314を配備する。
The
常温の水から冷水(例えば略5℃)を得る場合は、ファン313を停止、ファン314は稼動させ、タンク311内の常温の水を吸熱器16で冷却し略5℃の冷水にする。
When cold water (for example, approximately 5 ° C.) is obtained from room temperature water, the
常温の水から湯水(例えば略90℃)を得る場合は、ファン313と、ファン314を稼動し、タンク312内の常温の水を放熱器14で加温し略90℃の湯水にする。
When hot water (for example, approximately 90 ° C.) is obtained from room temperature water, the
また、ファン313、ファン314をともに停止し、同時にタンク311の常温の水を吸熱器16で冷水に、タンク312の常温の水を放熱器14で湯水にすることも出来る。
Further, both the
湯水・冷水装置310は、湯水・冷水装置300より効率は低いが、構成が単純で、小型軽量になり、コストも安くなる。
The hot water /
前述したようにパルス管型蓄熱機関1は、放熱器14の温度が高くなっても、第1パルス管17、第1パルス管13が配設されているので、パルス管型蓄熱機関1の信頼性が向上し、信頼性の高い湯水・冷水装置310を提供できる。
As described above, the pulse tube type
(第5適応形態)
図14は、本発明の第5適応実施形態に係わる説明図で、図1のパルス管型蓄熱機関1をエンジンとして作動させ、コ・ジェネレーションシステムに適用した適応形態である。図1に示されるパルス管型蓄熱機関1、及び図10で示される給湯部210と同じ部品及び同じ部位は、同じ符号を付す。
(5th adaptive form)
FIG. 14 is an explanatory diagram according to a fifth adaptive embodiment of the present invention, which is an adaptive mode in which the pulse tube type
図14に示すようにコ・ジェネレーションシステム400は、パルス管型蓄熱機関1と給湯部410から構成される。パルス管型蓄熱機関1の駆動部40に設けられた図1のリニアモータ43は、リニア発電機43aとして作動する。吸熱器16は、燃料と空気が流入する燃料流入口16c、空気流入口16dを備える。また、吸熱器16には、燃焼した排気ガスを利用して湯水する熱交換器411が設けられ、熱交換器411は排気ガスの排気ガス流出口411aを備える。放熱器14には、湯水の温度を検知する温度センサ412が配備される。
As shown in FIG. 14, the
給湯部410のタンク211回りの構成は図10と同じである。異なるところは、タンク211の底部に接続された配管222の途中から分岐して、配管224が、順次、ポンプ212、配管225を介在して放熱器14の流入口14aに接続される。放熱器14の流出口14bは、順次、配管226、熱交換器411、配管227、223を介在してタンク211の上部に接続される。熱交換器411は、吸熱器16で燃焼した排気ガスの排熱で加温される。
The configuration of the hot
吸熱器14では、流入口16cと流入口16dから流入した燃料と空気が混合して燃焼し、ヘリウムが加熱され、パルス管型蓄熱機関1がエンジンとして作動し、パワーピストン34が往復動する。パワーピストン34が往復動することで、リニア発電機43aから交流電力が取出され、外部に供給される。
In the
パワーピストン34と、ディスプレーサピストン53の往復動によって発生した圧縮熱は、放熱器14でポンプ212から圧送される常温の水の加温に利用される。放熱器14で加温され昇温した温水(例えば略65℃)は、熱交換器411に流入し、吸熱器16からの燃焼排気ガスの排熱で加温され、さらに高い所定の温度(例えば略90℃)の湯水になる。所定温度になった湯水は、タンク211の上部に流入し、タンク211内の水が所定の温度になるまで、ポンプ212が作動する。タンク内の所定温度の湯水は、適時、弁216を介して外部に供給される。
The compression heat generated by the reciprocating motion of the
放熱器14から流出する湯水の温度が、例えば略65℃であると、放熱器14は高い温度、略120℃になり、ガスピストン側圧縮室21は、更に高い温度(略140℃)になる。前述したようにパルス管型蓄熱機関1は、放熱器14及び吸熱器16の各温度が高くなっても、第2パルス管17、第1パルス管13が配設されているので、コンプレッサー部30及びディスプレーサ部50の温度は、略室温に近い所定の適正な温度になる。結果、パルス管型蓄熱機関1の信頼性が向上し、信頼性の高いコ・ジェネレーションシステム400を提供できる。
If the temperature of the hot water flowing out of the
また、ヘリウムの圧縮熱と、燃焼ガスの排気ガスを有効活用するので、省エネルギー効果の高いコ・ジェネレーションシステム400を提供できる。
Moreover, since the compression heat of helium and the exhaust gas of the combustion gas are effectively used, it is possible to provide the
1、2、3、、4、301 パルス管型蓄熱機関
10、10C、10D、70 熱交換作動部
13 第2パルス管
13a、17a 一端
13b、17b 他端
15、71、72 再生熱交換器
14 放熱器(第2熱交換器)
15a、15b 端部
16 吸熱器(第1熱交換器)
17 第1パルス管
30 コンプレッサー部
31 圧縮室
32 圧縮側圧縮室
33 パワーシリンダ
34 パワーピストン
40 圧縮側駆動手段
50 ディスプレーサ部
51、58 膨張室
52 ディスプレーサシリンダ
53 ディスプレーサピストン
53a 前面
53b 背面
54 ロッド
55 膨張側圧縮室
60 膨張側駆動手段
73 熱交換器
80 流路切換弁(流路切換手段)
1, 2, 3, 4, 301 Pulse tube type
15a,
17
Claims (3)
ディスプレーサピストンと、該ディスプレーサピストンの前面とで膨張室を形成しロッドが連結された前記ディスプレーサピストンの背面とで膨張側圧縮室を形成するディスプレーサシリンダと、前記ディスプレーサピストンを往復動可能にする膨張側駆動手段と、を設けたディスプレーサ部と、
パワーピストンと、該パワーピストンとで圧縮側圧縮室を形成するパワーシリンダと、前記パワーピストンを往復動可能にする圧縮側駆動手段と、を設けたコンプレッサー部と、
第1パルス管の一端と、前記作動ガスが吸熱又は放熱する第1熱交換器と、前記作動ガスと吸熱、排熱を交互に繰返す再生熱交換器と、前記作動ガスが放熱又は吸熱する第2熱交換器と、第2パルス管の一端と、を順次連通した熱交換作動部と、を備え、
前記膨張室は、前記第1パルス管の他端側又は前記第2パルス管の他端側のいずれかに連通され、
前記圧縮側圧縮室及び前記膨張側圧縮室は、前記膨張室が前記第1パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記第2パルス管の前記他端側に連通され、前記膨張室が前記第2パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記第1パルス管の前記他端側に連通される、ことを特徴とするパルス管型蓄熱機関。 A pulse tube type heat storage engine that generates refrigeration or power by giving a phase difference between reciprocation of working gas and pressure fluctuation,
A displacer piston, a displacer cylinder that forms an expansion side compression chamber with a rear surface of the displacer piston that forms an expansion chamber with the front surface of the displacer piston and is connected to a rod; and an expansion side that allows the displacer piston to reciprocate A displacer unit provided with a driving means;
A compressor provided with a power piston, a power cylinder that forms a compression-side compression chamber with the power piston, and compression-side drive means that enables the power piston to reciprocate;
One end of a first pulse tube, a first heat exchanger that absorbs or dissipates the working gas, a regenerative heat exchanger that alternately repeats the working gas, heat absorption, and exhaust heat, and a first heat exchanger that dissipates or absorbs heat. Two heat exchangers, and one end of the second pulse tube, and a heat exchange operation unit that sequentially communicates,
The expansion chamber communicates with either the other end side of the first pulse tube or the other end side of the second pulse tube,
The compression side compression chamber and the expansion side compression chamber communicate with the other end side of the second pulse tube when the expansion chamber communicates with the other end side of the first pulse tube, and When the chamber communicates with the other end side of the second pulse tube, the chamber communicates with the other end side of the first pulse tube.
前記流路切換手段は、前記圧縮室が前記第2パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記膨張室が前記第1パルス管の前記他端側に連通され、
前記圧縮室が前記第1パルス管の前記他端側に連通される場合は、前記膨張室が前記第2パルス管の前記他端側に連通される、ことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のパルス管型蓄熱機関。 A flow path switching means for opening and closing a flow path is provided in the compression chamber and the expansion chamber,
When the compression chamber is communicated with the other end side of the second pulse tube, the expansion chamber is communicated with the other end side of the first pulse tube.
The expansion chamber is communicated with the other end side of the second pulse tube when the compression chamber communicates with the other end side of the first pulse tube. Item 3. A pulse tube heat storage engine according to any one of Items 2 to 3.
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JP2008040056A JP2009198084A (en) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Pulse pipe type heat storage engine |
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CN107036320A (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-11 | 同济大学 | Cold compression formula vascular refrigerator and pre-cooling type refrigerator system |
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-
2008
- 2008-02-21 JP JP2008040056A patent/JP2009198084A/en active Pending
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