JP2581250Y2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、ガスサイクルを利用し
た熱機関に用いられる作動ガスを効率よく加熱する構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、スターリング機関（ＳＴＥ、Ｓ
ＴＨ）やビルマイヤヒートポンプ（ＶＭＨＰ）等のよう
にガスサイクルを用いた熱機関では、内部の作動ガスを
加熱する必要のあることは知られている。

【０００３】この種のものでは、従来、多数の細管内に
作動ガスを導き、細管をガスバーナで加熱することによ
り、作動ガスを加熱するか、細管の外側に巻いた電熱線
に通電して細管を加熱することにより、作動ガスを加熱
するか等している。しかし、この方法では、外部の加熱
手段から供給される熱が管壁を介して作動ガスに伝わる
ので、熱損失が大きく、加熱ムラが生じるという欠点が
ある。

【０００４】この問題を解決するために、細管の内部に
電熱線を挿入し、この電熱線に通電して発熱させること
により、作動ガスを直接加熱する装置が提案されている
（特開平３−２４４９６８号公報）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、細管内に電熱線が存在するため、細管内にお
ける作動ガスの流動損失が増大するので、冷凍サイクル
の効率が低下するという問題がある。

【０００６】また、多数の細管内に電熱線を配置するた
め、各細管壁に孔をあけなければならず、この孔が原因
となってガス漏れや応力集中による耐久性の低下などが
生じるという問題がある。

【０００７】そこで、本考案の目的は、高効率で作動ガ
スを加熱することができ、しかもガス漏れを確実に防止
することができる冷凍装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の考案は、
低温側シリンダと高温側シリンダとを備え、低温側シリ
ンダの低温室と中温室との間に低温熱交換器を介在し、
この低温熱交換器に低温負荷をつなぐと共に、高温側シ
リンダの高温室と中温室との間に中温熱交換器を介在
し、この中温熱交換器に高温負荷をつなぎ、且つ、前記
高温室側には作動ガスを加熱するための加熱器を設けた
冷凍装置において、前記高温側シリンダのシリンダ空間
内に、当該シリンダ空間を横断するように、前記高温室
に向かう作動ガスをほぼ均等に通過させる複数の孔を有
するハニカム形状の電熱ヒータを配置したことを特徴と
するものである。請求項２記載の考案は、請求項１記載
のものにおいて前記ハニカム形状の電熱ヒータは自己制
御型のＰＴＣヒータであることを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】本考案によれば、電熱ヒータに通電することに
より、高温側シリンダのシリンダ空間内の作動ガスが加
熱され、シリンダ空間内の作動ガスには熱が直接供給さ
れるので、作動ガスは効率よく加熱される。しかも、電
熱ヒータは、シリンダ空間に配置するものであるから、
その設置が容易であり、かつシリンダ内に組み付ける構
造であるからシール箇所が少なく、確実に且つ容易に作
動ガスの漏れを容易に防止することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本考案による冷凍装置の一実施例を図
面を参照して説明する。

【００１１】図１において、冷凍装置１は、作動ガスが
封入された高温側シリンダ１１を有し、この高温側シリ
ンダ１１内には高温側ディスプレーサ１２が往復動可能
に装着されている。高温側ディスプレーサ１２の先端側
には、高温室１３が形成され、後端側には中温室１４が
形成されている。

【００１２】高温側ディスプレーサ１２の後端部には、
ピストンロッド４２ａが固定され、このピストンロッド
４２ａは機械室４１の内部に延出している。

【００１３】この機械室４１において、ピストンロッド
４２ａは回転軸４４回りを回転するクランク機構４３に
連結されており、このクランク機構４３には、同じく作
動ガスの封入された低温側シリンダ２１のピストンロッ
ド４２ｂが連結されている。

【００１４】ピストンロッド４２ｂは、低温側ディスプ
レーサ２２の後端部に固定されている。この低温側ディ
スプレーサ２２は往復動可能に装着され、その先端側に
は低温室２３が形成され、後端側には中温室２４が形成
されている。

【００１５】また、高温側シリンダ１１の先端部のシリ
ンダ空間には、加熱部３１が設けられているが、この加
熱部３１には、シリンダ空間としての高温室１３の作動
ガスを加熱するための電熱ヒータ３３が収納されてい
る。高温側シリンダ１１の周囲において、高温室１３と
中温室１４の間には多数の外部管路３２が配置され、こ
の外部管路３２の一端は高温側シリンダ１１の高温室１
３に夫々連通し、他端は高温再生器５１、中温熱交換器
５２を介して中温室１４に夫々連通している。一方、低
温側シリンダ２１の低温室２３は、低温熱交換器５５、
低温再生器５６及び中温熱交換器５７を介して中温室２
４に連通し、この中温室２４は連通管５３を介して高温
側シリンダ１１の中温室１４に連通している。

【００１６】また、夫々の中温熱交換器５２、５７に
は、温水配管６２が配管され、この温水配管６２は循環
ポンプ６３を介して高温負荷としての室外熱交換器６１
につながれている。更に、低温熱交換器５５には冷水配
管７２が配管され、この冷水配管７２は、循環ポンプ７
３を介して低温負荷としての室内熱交換器７１につなが
れている。

【００１７】電熱ヒータ３３は、図２及び図３に示すよ
うに、ハニカム形状のヒータを高温側シリンダのシリン
ダ空間にシリンダ空間を横断するように配置されてい
る。電熱ヒータ３３をハニカム形状とすることによっ
て、ハニカムの各孔に作動ガスを均等に通過させて効率
よく加熱することができるとともに、通路抵抗を極力小
さくし、ガスの圧力を略一定に保持することができる。

【００１８】ハニカム型の電熱ヒータ３３として、電導
性セラミックスである自己制御型のヒータ、ＰＴＣ（Ｐ
ｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐａｒｅｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆ
ｉｃｉｅｎｔ）ヒータが用いられており、一定温度に保
持されるようになっている。

【００１９】この電熱ヒータ３３の取り付け状態を図４
乃至図６に詳細に示すが、電熱ヒータ３３は、高圧シリ
ンダ１１の内壁に配置されたストッパリング３５によっ
て保持されている。従って、電熱ヒータ３３は組み付け
時には、特別のシールを設けることなく、ストッパリン
グ３５を嵌挿するだけで容易に行うことができる。

【００２０】電熱ヒータ３３の配線は、内側にヤラミッ
クチューブ３７を配置したアルミニウムパイプ３６内に
一対の導線３８を挿入し、高圧シリンダ１１から最も離
れた端部において樹脂３９を充填している。このよう
に、樹脂を高圧シリンダ１１から離れた位置に充填する
ことによって、樹脂が電熱ヒータ３３から受ける熱の影
響を少なくすることができる。

【００２１】ここで、交流電源５からコンセント４０を
介して導線３８に通電すると、ハニカム形状の電熱ヒー
タ３３は、全体に電流が流れてその全体が発熱する。そ
して、作動ガスはこの発熱体を直接通過するのでハニカ
ムの細孔を流れる作動ガスは効率よく加熱される。

【００２２】次に、冷凍装置の動作を説明する。

【００２３】クランク機構４３が回転すると、ピストン
ロッド４２ａ，４２ｂを介して高温側ディスプレーサ１
２と低温側ディスプレーサ２２とが位相をずらして往復
運動する。この往復運動の過程においては、封入された
作動ガスに圧力変動が起こり、この変動に応じて、中温
熱交換器５２、５７とに熱が与えられると共に、低温熱
交換器５５からは熱が奪われる。

【００２４】そして、低温側シリンダ２１の低温熱交換
器５５には、室内熱交換器７１がつながれると共に、中
温熱交換器５２、５７には室外熱交換器６１がつながれ
るので、結局、低温作動ガスは低温熱交換器５５におい
て吸熱し、冷房運転が行われる。

【００２５】尚、中温熱交換器５２、５７につながれた
室外熱交換器６１を利用すれば、このシステムを暖房運
転に適用することは可能である。

【００２６】しかして、この実施例によれば、加熱部３
１における作動ガスの加熱手段に特徴を有するものであ
って、電源５により電熱ヒータ３３に通電して発熱し、
作動ガスは、高温側シリンダのシリンダ空間から各外部
管路３２に移動する際に、ハニカム状の電熱ヒータを直
接通過するので、効率よく且つ均一に加熱される。

【００２７】また、通電のために形成される孔は、本実
施例ではシリンダに一箇所形成されれば十分であり、従
来のように多数の外部管路３２の各管壁に孔を設ける必
要がないため、ガス漏れを確実に防止できる。

【００２８】尚、図４中符号６は、シールのためのろう
付けを示している。

【００２９】本考案は、上述した実施例に限定されず、
本考案の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

【００３０】例えば、図７及び図８に示すように、高温
シリンダのシリンダ空間内に配置される電熱ヒータ３３
は、ハニカム形状に限らず、コイル状であっても同様な
効果を得ることができる。更に、図示していないが、渦
巻き状等であってもよい。

【００３１】また、図８及び図９に示すように、一対の
導線３８は一本づつ隔離して絶縁し、コンセント４０か
ら電源をとるようなものであってもよい。この場合、ア
ルミニウムパイプも２本の導線を配置する偏平な円柱形
状となる。

【００３２】更にまた、従来のガスバーナ加熱を併用し
てもよく、この場合には単位長さ当りの作動ガスへの熱
供給量を更に増大させることが可能となる。

【００３３】

【考案の効果】以上詳述したように、本考案によれば、
電熱ヒータは、シリンダ空間に配置するものであるか
ら、シリンダ空間内の作動ガスには熱が直接供給される
ので、作動ガスは効率よく加熱され、しかも、その設置
が容易であり、かつシリンダ内に組み付ける構造である
からシール箇所が少なく、確実に作動ガスの漏れを容易
に防止することができる。また、電熱ヒータはハニカム
形状のヒータであり、高温側シリンダのシリンダ空間に
シリンダ空間を横断するように配置されるので、ハニカ
ムの各孔を作動ガスが均等に通渦し、効率よく加熱する
ことができるとともに、通路抵抗が極力小さくなり、ガ
スの圧力を略一定に保持することができる。更に、ハニ
カム型の電熱ヒータを自己制御型のＰＴＣヒータとした
場合、制御が容易になり、制御温度を一定温度に保持す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による冷凍装置の一実施例を示す構成図
である。

【図２】図１に示す冷凍装置において電熱ヒータの配置
状態を抜き出して示す構成図である。

【図３】図１に示す電熱ヒータの斜視図である。

【図４】図１に示す冷凍装置において電熱ヒータの配電
状態を示す高圧側シリンダの断面図である。

【図５】導線用のアルミニウムパイプを切断して示す斜
視図である。

【図６】図４に示す高圧側シリンダ部分の外観を示す斜
視図である。

【図７】本考案の他の実施例による電熱ヒータの配置状
態を抜き出して示す構成図である。

【図８】図７に示す電熱ヒータの斜視図である。

【図９】他の実施例における高圧側シリンダ部分の外観
を示す斜視図である。

【図１０】他の実施例による導線用のアルミニウムパイ
プを切断して示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 冷凍装置 １１ 高温側シリンダ １３ 高温室 ２１ 低温側シリンダ ２３ 低温室 ２４ 中温室 ３１ 加熱部 ３３ 電熱ヒータ ５１ 高温再生器 ５２ 中温熱交換器 ５５ 低温熱交換器 ５６ 低温再生器 ５７ 中温熱交換器

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 低温側シリンダと高温側シリンダとを備
   え、低温側シリンダの低温室と中温室との間に低温熱交
   換器を介在し、この低温熱交換器に低温負荷をつなぐと
   共に、高温側シリンダの高温室と中温室との間に中温熱
   交換器を介在し、この中温熱交換器に高温負荷をつな
   ぎ、且つ、前記高温室側には作動ガスを加熱するための
   加熱器を設けた冷凍装置において、 前記高温側シリンダのシリンダ空間内に、当該シリンダ
   空間を横断するように、前記高温室に向かう作動ガスを
   ほぼ均等に通過させる複数の孔を有するハニカム形状の
   電熱ヒータを配置したことを特徴とする冷凍装置。であ
   ることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
2. 【請求項２】 前記ハニカム形状の電熱ヒータは自己制
   御型のＰＣＴヒータであることを特徴とする請求項１記
   載の冷凍装置。