JP3171442B2 - ヴィルマイヤヒートポンプ - Google Patents
ヴィルマイヤヒートポンプInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot 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
- F02G1/044—Hot 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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
- F02G1/0445—Engine plants with combined cycles, e.g. Vuilleumier
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2250/00—Special cycles or special engines
- F02G2250/18—Vuilleumier cycles
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はヴィルマイヤヒートポンプに関し、特にそ
の冷暖房能力の制御能力の向上に関するものである。
の冷暖房能力の制御能力の向上に関するものである。
［従来の技術］ 第６図は、例えば文献（H.Carlsen and N.E.Andersen
著，“Simulation Model for the Design of Vuilleumi
er Machines",ASME Winter Annual Meeting,Advances i
n Heat Pumps,第39頁〜第46頁,1989年）に記載された従
来のヴィルマイヤヒートポンプを示す断面構成図であ
る。図において、（１）は高温側シリンダ、（２）は高
温側シリンダ（１）の内部を往復する高温側ディスプレ
ーサ、（３）はこの高温側ディスプレーサ（２）に連結
された高温側ディスプレーサロッド、（４）は高温側デ
ィスプレーサロッド（３）に連結された高温側ディスプ
レーサコンロッド、（５）は高温側ディスプレーサコン
ロッド（４）に連結されたクランクアーム、（６）はク
ランク軸、（７）は高温側シリンダ（１）と約90゜の角
度をなす低温側シリンダ、（８）は低温側シリンダ
（７）の内部を往復する低温側ディスプレーサ、（９）
は低温側ディスプレーサ（８）に連結された低温側ディ
スプレーサロッド、（10）は低温側ディスプレーサロッ
ド（９）とクランクアーム（５）に連結された低温側デ
ィスプレーサコンロッドである。また、（11）は高温側
シリンダ（１）と高温側ディスプレーサ（２）の上部で
囲まれた高温空間、（12）は高温側シリンダ（１）と高
温側ディスプレーサ（２）の下部で囲まれた高温側中温
空間、（13）は高温空間（11）に連結されたヒータ、
（14）はヒータ（13）に連結された高温側再生器、（1
5）は高温側再生器（14）と高温側中温空間（12）を連
結する高温側中温部熱交換器、（16）は低温側シリンダ
（７）と低温側ディスプレーサ（８）の上部で囲まれた
低温空間、（17）は低温側シリンダ（７）と低温側ディ
スプレーサ（８）の下部で囲まれた低温側中温空間、
（18）は低温空間（16）に連結された低温部熱交換器、
（19）は低温部熱交換器（18）に連結された低温側再生
器、（20）は低温側再生器（19）と低温側中温空間（1
7）を連結する低温側中温部熱交換器、（21）は高温側
中温空間（12）と低温側中温空間（17）を連結する連結
管、（22）はヒータ（13）を加熱するバーナ、（23）は
高温側中温部熱交換器（15）と低温側中温部熱交換器
（20）で熱交換された熱を外部へ放熱する熱交換器、
（24）は低温部熱交換器（18）で吸収される熱を外部か
ら吸収する熱交換器である。ディスプレーサロッド
（３），（９）、ディスプレーサコンロッド（４），
（10）、クランクアーム（５）、クランク軸（６）でク
ランク機構部を構成している。
著，“Simulation Model for the Design of Vuilleumi
er Machines",ASME Winter Annual Meeting,Advances i
n Heat Pumps,第39頁〜第46頁,1989年）に記載された従
来のヴィルマイヤヒートポンプを示す断面構成図であ
る。図において、（１）は高温側シリンダ、（２）は高
温側シリンダ（１）の内部を往復する高温側ディスプレ
ーサ、（３）はこの高温側ディスプレーサ（２）に連結
された高温側ディスプレーサロッド、（４）は高温側デ
ィスプレーサロッド（３）に連結された高温側ディスプ
レーサコンロッド、（５）は高温側ディスプレーサコン
ロッド（４）に連結されたクランクアーム、（６）はク
ランク軸、（７）は高温側シリンダ（１）と約90゜の角
度をなす低温側シリンダ、（８）は低温側シリンダ
（７）の内部を往復する低温側ディスプレーサ、（９）
は低温側ディスプレーサ（８）に連結された低温側ディ
スプレーサロッド、（10）は低温側ディスプレーサロッ
ド（９）とクランクアーム（５）に連結された低温側デ
ィスプレーサコンロッドである。また、（11）は高温側
シリンダ（１）と高温側ディスプレーサ（２）の上部で
囲まれた高温空間、（12）は高温側シリンダ（１）と高
温側ディスプレーサ（２）の下部で囲まれた高温側中温
空間、（13）は高温空間（11）に連結されたヒータ、
（14）はヒータ（13）に連結された高温側再生器、（1
5）は高温側再生器（14）と高温側中温空間（12）を連
結する高温側中温部熱交換器、（16）は低温側シリンダ
（７）と低温側ディスプレーサ（８）の上部で囲まれた
低温空間、（17）は低温側シリンダ（７）と低温側ディ
スプレーサ（８）の下部で囲まれた低温側中温空間、
（18）は低温空間（16）に連結された低温部熱交換器、
（19）は低温部熱交換器（18）に連結された低温側再生
器、（20）は低温側再生器（19）と低温側中温空間（1
7）を連結する低温側中温部熱交換器、（21）は高温側
中温空間（12）と低温側中温空間（17）を連結する連結
管、（22）はヒータ（13）を加熱するバーナ、（23）は
高温側中温部熱交換器（15）と低温側中温部熱交換器
（20）で熱交換された熱を外部へ放熱する熱交換器、
（24）は低温部熱交換器（18）で吸収される熱を外部か
ら吸収する熱交換器である。ディスプレーサロッド
（３），（９）、ディスプレーサコンロッド（４），
（10）、クランクアーム（５）、クランク軸（６）でク
ランク機構部を構成している。
次に動作について説明する。ヒータ（13）はバーナ
（22）によって、通常400℃〜800℃に加熱され、高温側
中温部熱交換器（15）は室温付近まで冷却される。クラ
ンク軸（６）が時計方向、即ち矢印Ａ方向に回転する
時、高温側ディスプレーサ（２）は高温側シリンダ
（１）の内部で往復運動する。作動ガス（例えば、ヘリ
ウムガス）は高温空間（11）と高温部中温空間（12）の
間をヒータ（13）、高温側再生器（14）、高温側中温部
熱交換器（15）を通って交番する。この時、高温の作動
ガスと低温の作動ガスの割合が変化することによって、
動作空間内にガスの圧力変動が発生する。第７図（ａ）
は高温側ディスプレーサ（２）の下死点を基準とした時
の１サイクルの圧力変動を示したものであり、横軸にク
ランク角度，縦軸に圧力を示している。この圧力変動は
連結管（21）を通して、低温側シリンダ（７）内の作動
ガスに伝えられる。低温側シリンダ（７）は高温側シリ
ンダ（１）に対し約90℃の角度をなしているので、低温
側ディスプレーサ（８）は高温側ディスプレーサ（２）
に対し約90゜遅れて低温側シリンダ（７）内を往復運動
する。この時高温空間（11），高温側中温空間（12），
低温側中温空間（17），低温空間（16）の各空間で描か
れるＰ−Ｖ線図を第７図（ｂ）〜（ｅ）に示す。低温空
間（16）では吸熱仕事、低温側中温空間（17）と高温側
中温空間（12）では発熱仕事が発生する。低温空間（1
6）で発生した吸熱仕事は冷熱として低温部熱交換器（1
8）で熱交換され、熱交換器（24）から冷熱として取り
出されて冷房に利用される。低温部中温空間（17）と高
温部中温空間（12）で発生した発熱仕事は温熱として低
温側中温部熱交換器（20）と高温側中温部熱交換器（1
5）で熱交換され、熱交換器（23）から温熱として取り
出されて暖房に利用される。高温側ディスプレーサロッ
ド（３）と低温側ディスプレーサロッド（９）は高温側
ディスプレーサ（２）と低温側ディスプレーサ（８）と
同様に約90゜の位相差で運動するために動作空間の容積
が変化して、内部で発生している圧力変動によって外部
に仕事を発生する。従って、この仕事が各軸受摺動部や
ディスプレーサ摺動部の摩擦と釣り合う運転周波数でヴ
ィルマイヤヒートポンプは自立運転する。
（22）によって、通常400℃〜800℃に加熱され、高温側
中温部熱交換器（15）は室温付近まで冷却される。クラ
ンク軸（６）が時計方向、即ち矢印Ａ方向に回転する
時、高温側ディスプレーサ（２）は高温側シリンダ
（１）の内部で往復運動する。作動ガス（例えば、ヘリ
ウムガス）は高温空間（11）と高温部中温空間（12）の
間をヒータ（13）、高温側再生器（14）、高温側中温部
熱交換器（15）を通って交番する。この時、高温の作動
ガスと低温の作動ガスの割合が変化することによって、
動作空間内にガスの圧力変動が発生する。第７図（ａ）
は高温側ディスプレーサ（２）の下死点を基準とした時
の１サイクルの圧力変動を示したものであり、横軸にク
ランク角度，縦軸に圧力を示している。この圧力変動は
連結管（21）を通して、低温側シリンダ（７）内の作動
ガスに伝えられる。低温側シリンダ（７）は高温側シリ
ンダ（１）に対し約90℃の角度をなしているので、低温
側ディスプレーサ（８）は高温側ディスプレーサ（２）
に対し約90゜遅れて低温側シリンダ（７）内を往復運動
する。この時高温空間（11），高温側中温空間（12），
低温側中温空間（17），低温空間（16）の各空間で描か
れるＰ−Ｖ線図を第７図（ｂ）〜（ｅ）に示す。低温空
間（16）では吸熱仕事、低温側中温空間（17）と高温側
中温空間（12）では発熱仕事が発生する。低温空間（1
6）で発生した吸熱仕事は冷熱として低温部熱交換器（1
8）で熱交換され、熱交換器（24）から冷熱として取り
出されて冷房に利用される。低温部中温空間（17）と高
温部中温空間（12）で発生した発熱仕事は温熱として低
温側中温部熱交換器（20）と高温側中温部熱交換器（1
5）で熱交換され、熱交換器（23）から温熱として取り
出されて暖房に利用される。高温側ディスプレーサロッ
ド（３）と低温側ディスプレーサロッド（９）は高温側
ディスプレーサ（２）と低温側ディスプレーサ（８）と
同様に約90゜の位相差で運動するために動作空間の容積
が変化して、内部で発生している圧力変動によって外部
に仕事を発生する。従って、この仕事が各軸受摺動部や
ディスプレーサ摺動部の摩擦と釣り合う運転周波数でヴ
ィルマイヤヒートポンプは自立運転する。
［発明が解決しようとする課題］ 従来のヴィルマイヤヒートポンプは以上のように構成
されているので、冷暖房能力を変える時、ヒータの加熱
温度を変えることによって発生する外部仕事を調整し、
冷暖房能力を制御していた。第８図に冷房時の冷房能力
と冷房COPのヒータ温度依存を示す。図において、横軸
はヒータ温度（℃）、縦軸は下部に冷房能力（kW）、中
部に自立運転周波数（rpm）、上部に冷房COP（Coeffici
ent of performance）を示している。ヒータ温度が650
℃の時、冷房能力は7kW、冷房COPは0.95であり、ヒータ
温度を350℃に低下させることによって、冷房能力は3kW
になる。このようにして冷房能力を低下させると、冷房
COPは0.70まで大幅に低下する。また、暖房時にも全く
同様に、暖房出力の小さい時、ヒータの温度を低くする
ため、暖房COPは大幅に低下する。このように、従来の
ヴィルマイヤヒートポンプでは冷暖房出力の小さい時、
ヒータの温度を低くするため、冷房COPや暖房COPが大幅
に低下するという問題点があった。
されているので、冷暖房能力を変える時、ヒータの加熱
温度を変えることによって発生する外部仕事を調整し、
冷暖房能力を制御していた。第８図に冷房時の冷房能力
と冷房COPのヒータ温度依存を示す。図において、横軸
はヒータ温度（℃）、縦軸は下部に冷房能力（kW）、中
部に自立運転周波数（rpm）、上部に冷房COP（Coeffici
ent of performance）を示している。ヒータ温度が650
℃の時、冷房能力は7kW、冷房COPは0.95であり、ヒータ
温度を350℃に低下させることによって、冷房能力は3kW
になる。このようにして冷房能力を低下させると、冷房
COPは0.70まで大幅に低下する。また、暖房時にも全く
同様に、暖房出力の小さい時、ヒータの温度を低くする
ため、暖房COPは大幅に低下する。このように、従来の
ヴィルマイヤヒートポンプでは冷暖房出力の小さい時、
ヒータの温度を低くするため、冷房COPや暖房COPが大幅
に低下するという問題点があった。
この発明は上記のような従来の問題点を解消するため
になされたもので、ヒータ加熱温度をほぼ一定に保った
まま運転周波数を変えることを可能とし、これによって
大幅な効率の低下を招くことなく、冷暖房能力を制御す
ることのできるヴィルマイヤヒートポンプを得ることを
目的とするものである。
になされたもので、ヒータ加熱温度をほぼ一定に保った
まま運転周波数を変えることを可能とし、これによって
大幅な効率の低下を招くことなく、冷暖房能力を制御す
ることのできるヴィルマイヤヒートポンプを得ることを
目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係るヴィルマイヤヒートポンプは、高温側
シリンダ、高温側ディスプレーサ、高温側ディスプレー
サロッド、高温側ディスプレーサコンロッド、高温側デ
ィスプレーサコンロッドに連結するクランクアーム、ク
ランク軸、低温側シリンダ、低温側ディスプレーサ、低
温側ディスプレーサロッド、低温側ディスプレーサコン
ロッド、高温側シリンダと高温側ディスプレーサの上部
で囲まれた高温空間、高温側シリンダと高温側ディスプ
レーサの下部で囲まれた高温側中温空間、高温空間に連
結されたヒータ、高温側再生器、高温側再生器と高温側
中温空間を連結する高温側中温部熱交換器、低温側シリ
ンダと低温側ディスプレーサの上部で囲まれた低温空
間、低温側シリンダと低温側ディスプレーサの下部で囲
まれた低温側中温空間、低温空間に連結する低温部熱交
換器、低温部熱交換器に連結する低温側再生器、低温側
再生器と低温側中温空間を連結する低温側中温部熱交換
器、高温側中温空間と低温側中温空間とを連通する連結
管、一定の高温下に上記ヒータ温度を保持するバーナ、
高温側中温部熱交換器と低温側中温部熱交換器で熱交換
された熱を外部へ放熱する熱交換器、低温部熱交換器で
吸収される熱を外部から吸収する熱交換器、及びディス
プレーサロッドと、ディスプレーサコンロッドと、クラ
ンクアームと、クランク軸とで構成されるクランク機構
部を可変制御することにより運転周波数を変える制動装
置を備えたものである。
シリンダ、高温側ディスプレーサ、高温側ディスプレー
サロッド、高温側ディスプレーサコンロッド、高温側デ
ィスプレーサコンロッドに連結するクランクアーム、ク
ランク軸、低温側シリンダ、低温側ディスプレーサ、低
温側ディスプレーサロッド、低温側ディスプレーサコン
ロッド、高温側シリンダと高温側ディスプレーサの上部
で囲まれた高温空間、高温側シリンダと高温側ディスプ
レーサの下部で囲まれた高温側中温空間、高温空間に連
結されたヒータ、高温側再生器、高温側再生器と高温側
中温空間を連結する高温側中温部熱交換器、低温側シリ
ンダと低温側ディスプレーサの上部で囲まれた低温空
間、低温側シリンダと低温側ディスプレーサの下部で囲
まれた低温側中温空間、低温空間に連結する低温部熱交
換器、低温部熱交換器に連結する低温側再生器、低温側
再生器と低温側中温空間を連結する低温側中温部熱交換
器、高温側中温空間と低温側中温空間とを連通する連結
管、一定の高温下に上記ヒータ温度を保持するバーナ、
高温側中温部熱交換器と低温側中温部熱交換器で熱交換
された熱を外部へ放熱する熱交換器、低温部熱交換器で
吸収される熱を外部から吸収する熱交換器、及びディス
プレーサロッドと、ディスプレーサコンロッドと、クラ
ンクアームと、クランク軸とで構成されるクランク機構
部を可変制御することにより運転周波数を変える制動装
置を備えたものである。
［作用］ この発明における制動装置は、ヴィルマイヤヒートポ
ンプでは、ヒータの温度は高い温度（第８図では650
℃）に保ったまま、高温側ディスプレーサロッドと低温
側ディスプレーサロッドに発生するクランク機構駆動力
に対する制動力を可変制御し得るので、クランク機構部
とディスプレーサ部における摺動摩擦全損失と釣り合う
任意の運転周波数で運転可能になる。このため、大幅な
効率の低下のない冷暖房能力制御が可能となる。
ンプでは、ヒータの温度は高い温度（第８図では650
℃）に保ったまま、高温側ディスプレーサロッドと低温
側ディスプレーサロッドに発生するクランク機構駆動力
に対する制動力を可変制御し得るので、クランク機構部
とディスプレーサ部における摺動摩擦全損失と釣り合う
任意の運転周波数で運転可能になる。このため、大幅な
効率の低下のない冷暖房能力制御が可能となる。
［実施例］ 以下、この発明の一実施例によるヴィルマイヤヒート
ポンプを図について説明する。第１図において、第６図
の各部と同一符号は読一、又は相当部分である。さら
に、（25）は制動装置で例えばブレーキ、（25a）はク
ランク軸（６）に固定されクランク軸と共に回転するブ
レーキドラム、（25b）はブレーキシュー、（25c）はブ
レーキシュー（25b）をブレーキドラム（25a）に押しつ
けるためのアクチュエータである。
ポンプを図について説明する。第１図において、第６図
の各部と同一符号は読一、又は相当部分である。さら
に、（25）は制動装置で例えばブレーキ、（25a）はク
ランク軸（６）に固定されクランク軸と共に回転するブ
レーキドラム、（25b）はブレーキシュー、（25c）はブ
レーキシュー（25b）をブレーキドラム（25a）に押しつ
けるためのアクチュエータである。
以下、この実施例の作用及び動作について説明する。
ヴィルマイヤヒートポンプとしての動作は従来技術と同
様であるので、冷暖房能力の制御方法について説明す
る。また、冷房時も暖房時も基本的には動作は同じなの
で、ここでは冷房時について説明する。第２図はこの一
実施例に係るヴィルマイヤヒートポンプの冷暖房能力制
御時において、運転周波数（rpm）に対する冷房能力（k
W），駆動動力（Ｗ），冷房COPの特性を説明する特性図
である。図において、ヒータ温度650℃で一定とし、ブ
レーキを作動しない時、ヴィルマイヤヒートポンプは駆
動動力と自立運転に必要とされる動力が釣り合う運転周
波数700rpmで自立運転し、冷房能力kW、冷房COPは0.95
を発生する。ここで、クランク軸（６）に固定されたブ
レーキドラム（25a）にブレーキシュー（25b）を押しつ
け、摩擦によってヴィルマイヤヒートポンプの自立運転
のため発生した動力を吸収し、吸収する動力を可変とす
る。このようにしてブレーキ（25）を作動し、動力を約
350W吸収し、運転周波数を約300rpmに落とすことで冷房
能力を3kWにすることができる。この時、冷房COPは0.85
となり、従来のヴィルマイヤヒートポンプの場合の0.70
と比べ、効率（冷房COP）の低下は少ない。即ち、ヒー
タの温度は高い温度（650℃）に保ったまま、高温側デ
ィスプレーサロッド（３）と低温側ディスプレーサロッ
ド（９）に発生するクランク機構駆動力に対する制動力
を可変制御し得るので、クランク機構部とディスプレー
サ部における摺動摩擦全損失と釣り合う任意の運転周波
数で運転可能になる。このため、大幅な効率の低下のな
い冷暖房能力制御が可能となる。
ヴィルマイヤヒートポンプとしての動作は従来技術と同
様であるので、冷暖房能力の制御方法について説明す
る。また、冷房時も暖房時も基本的には動作は同じなの
で、ここでは冷房時について説明する。第２図はこの一
実施例に係るヴィルマイヤヒートポンプの冷暖房能力制
御時において、運転周波数（rpm）に対する冷房能力（k
W），駆動動力（Ｗ），冷房COPの特性を説明する特性図
である。図において、ヒータ温度650℃で一定とし、ブ
レーキを作動しない時、ヴィルマイヤヒートポンプは駆
動動力と自立運転に必要とされる動力が釣り合う運転周
波数700rpmで自立運転し、冷房能力kW、冷房COPは0.95
を発生する。ここで、クランク軸（６）に固定されたブ
レーキドラム（25a）にブレーキシュー（25b）を押しつ
け、摩擦によってヴィルマイヤヒートポンプの自立運転
のため発生した動力を吸収し、吸収する動力を可変とす
る。このようにしてブレーキ（25）を作動し、動力を約
350W吸収し、運転周波数を約300rpmに落とすことで冷房
能力を3kWにすることができる。この時、冷房COPは0.85
となり、従来のヴィルマイヤヒートポンプの場合の0.70
と比べ、効率（冷房COP）の低下は少ない。即ち、ヒー
タの温度は高い温度（650℃）に保ったまま、高温側デ
ィスプレーサロッド（３）と低温側ディスプレーサロッ
ド（９）に発生するクランク機構駆動力に対する制動力
を可変制御し得るので、クランク機構部とディスプレー
サ部における摺動摩擦全損失と釣り合う任意の運転周波
数で運転可能になる。このため、大幅な効率の低下のな
い冷暖房能力制御が可能となる。
なお、他の実施例として往復運動するディスプレーサ
ロッド（３），（９）にブレーキシュー（25b）を押し
つけてもよく、同様の効果を奏する。第３図にその実施
例によるヴィルマイヤヒートポンプの断面構成図を示
す。図において、アクチュエータ（25c）はブレーキシ
ュー（25b）を低温側ディスプレーサロッド（９）に押
しつける働きをする。このように構成することにより、
ブレーキ（25）によって、発生した動力を吸収し、吸収
する動力を可変とし、運転周波数を変えることで、冷房
COPや暖房COPの大幅な低下を招くことなく冷暖房能力を
制御できる。
ロッド（３），（９）にブレーキシュー（25b）を押し
つけてもよく、同様の効果を奏する。第３図にその実施
例によるヴィルマイヤヒートポンプの断面構成図を示
す。図において、アクチュエータ（25c）はブレーキシ
ュー（25b）を低温側ディスプレーサロッド（９）に押
しつける働きをする。このように構成することにより、
ブレーキ（25）によって、発生した動力を吸収し、吸収
する動力を可変とし、運転周波数を変えることで、冷房
COPや暖房COPの大幅な低下を招くことなく冷暖房能力を
制御できる。
また、上記実施例では、低温側ディスプレーサロッド
（９）を利用したものを示したが、高温側ディスプレー
サロッド（３）を利用してもよく、同様の効果を奏す
る。
（９）を利用したものを示したが、高温側ディスプレー
サロッド（３）を利用してもよく、同様の効果を奏す
る。
また、上記実施例では、制動装置として、機械的な摩
擦力によって動力を吸収するものを示したが、発電機な
どにより電気的に動力を吸収してもよく、同様の効果を
奏する。第４図にその実施例によるヴィルマイヤヒート
ポンプを示す。図において、（26）は制動装置であり、
例えば発電機ブレーキ、（26a）は発電機コイル、（26
b）はクランク軸（６）に固定された発電機マグネッ
ト、（26c）は発電機負荷である。このように構成する
ことにより、発電機ブレーキ（26）によって、発生した
動力を吸収し、吸収する動力を可変とし、運転周波数を
変えることで、冷房COPや暖房COPの大幅な低下を招くこ
となく、冷暖房能力を制御できる。
擦力によって動力を吸収するものを示したが、発電機な
どにより電気的に動力を吸収してもよく、同様の効果を
奏する。第４図にその実施例によるヴィルマイヤヒート
ポンプを示す。図において、（26）は制動装置であり、
例えば発電機ブレーキ、（26a）は発電機コイル、（26
b）はクランク軸（６）に固定された発電機マグネッ
ト、（26c）は発電機負荷である。このように構成する
ことにより、発電機ブレーキ（26）によって、発生した
動力を吸収し、吸収する動力を可変とし、運転周波数を
変えることで、冷房COPや暖房COPの大幅な低下を招くこ
となく、冷暖房能力を制御できる。
また、第４図に示した実施例では、クランク軸を利用
した回転式の発電機により電気的に動力を吸収したもの
を示したが、第５図に示す様に往復運動するディスプレ
ーサロッドを利用して、リニア発電機などにより電気的
に動力を吸収してもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。図において、（26）は制動装置例えば発電機ブレ
ーキ、（26a）は発電機コイル、（26b）は低温側ディス
プレーサロッド（９）に固定された発電機マグネット、
（26c）は発電機負荷である。このように構成すること
により、発電機ブレーキ（26）によって、発生した動力
を吸収し、吸収する動力を可変とし、運転周波数を変え
ることで、冷房COPや暖房COPの大幅な低下を招くことな
く、冷暖房能力を制御できる。
した回転式の発電機により電気的に動力を吸収したもの
を示したが、第５図に示す様に往復運動するディスプレ
ーサロッドを利用して、リニア発電機などにより電気的
に動力を吸収してもよく、上記実施例と同様の効果を奏
する。図において、（26）は制動装置例えば発電機ブレ
ーキ、（26a）は発電機コイル、（26b）は低温側ディス
プレーサロッド（９）に固定された発電機マグネット、
（26c）は発電機負荷である。このように構成すること
により、発電機ブレーキ（26）によって、発生した動力
を吸収し、吸収する動力を可変とし、運転周波数を変え
ることで、冷房COPや暖房COPの大幅な低下を招くことな
く、冷暖房能力を制御できる。
また、第５図に示す実施例では、低温側ディスプレー
サロッド（９）を利用したものを示したが、高温側ディ
スプレーサロッド（３）を利用してもよく、上記実施例
と同様の効果を奏する。
サロッド（９）を利用したものを示したが、高温側ディ
スプレーサロッド（３）を利用してもよく、上記実施例
と同様の効果を奏する。
［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、高温側シリンダ、
高温側ディスプレーサ、高温側ディスプレーサロッド、
高温側ディスプレーサコンロッド、この高温側ディスプ
レーサコンロッドに連結するクランクアーム、クランク
軸、低温側シリンダ、低温側ディスプレーサ、低温側デ
ィスプレーサロッド、低温側ディスプレーサコンロッ
ド、高温側シリンダと高温側ディスプレーサの上部で囲
まれた高温空間、高温側シリンダと高温側ディスプレー
サの下部で囲まれた高温側中温空間、高温空間に連結さ
れたヒータ、高温側再生器、高温側再生器と高温側中温
空間とを連結する高温側中温部熱交換器、低温側シリン
ダと低温側ディスプレーサの上部で囲まれた低温空間、
低温側シリンダと低温側ディスプレーサの下部とで囲ま
れた低温側中温空間、低温空間に連結する低温部熱交換
器、低温部熱交換器に連結する低温側再生器、低温側再
生器と低温側中温空間を連結する低温側中温部熱交換
器、高温側中温空間と低温側中温空間を連通する連結
管、一定の高温下に上記ヒータ温度を保持するバーナ、
高温側中温部熱交換器と低温側中温部熱交換器で熱交換
された熱を外部へ放熱する熱交換器、低温部熱交換器で
吸収される熱を外部から吸収する熱交換器、及びディス
プレーサロッドと、ディスプレーサコンロッドと、クラ
ンクアームと、クランク軸とで構成されるクランク機構
部を可変制御することにより運転周波数を変える制動装
置を備えたことにより、ヒータ温度をほぼ一定に保った
まま運転周波数を変えることを可能とし、大幅な効率の
低下を招くことなく冷暖房能力を制御できるヴィルマイ
ヤヒートポンプが得られる効果がある。
高温側ディスプレーサ、高温側ディスプレーサロッド、
高温側ディスプレーサコンロッド、この高温側ディスプ
レーサコンロッドに連結するクランクアーム、クランク
軸、低温側シリンダ、低温側ディスプレーサ、低温側デ
ィスプレーサロッド、低温側ディスプレーサコンロッ
ド、高温側シリンダと高温側ディスプレーサの上部で囲
まれた高温空間、高温側シリンダと高温側ディスプレー
サの下部で囲まれた高温側中温空間、高温空間に連結さ
れたヒータ、高温側再生器、高温側再生器と高温側中温
空間とを連結する高温側中温部熱交換器、低温側シリン
ダと低温側ディスプレーサの上部で囲まれた低温空間、
低温側シリンダと低温側ディスプレーサの下部とで囲ま
れた低温側中温空間、低温空間に連結する低温部熱交換
器、低温部熱交換器に連結する低温側再生器、低温側再
生器と低温側中温空間を連結する低温側中温部熱交換
器、高温側中温空間と低温側中温空間を連通する連結
管、一定の高温下に上記ヒータ温度を保持するバーナ、
高温側中温部熱交換器と低温側中温部熱交換器で熱交換
された熱を外部へ放熱する熱交換器、低温部熱交換器で
吸収される熱を外部から吸収する熱交換器、及びディス
プレーサロッドと、ディスプレーサコンロッドと、クラ
ンクアームと、クランク軸とで構成されるクランク機構
部を可変制御することにより運転周波数を変える制動装
置を備えたことにより、ヒータ温度をほぼ一定に保った
まま運転周波数を変えることを可能とし、大幅な効率の
低下を招くことなく冷暖房能力を制御できるヴィルマイ
ヤヒートポンプが得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例によるヴィルマイヤヒート
ポンプを示す断面構成図、第２図は一実施例に係るヴィ
ルマイヤヒートポンプの冷暖房能力制御時において、運
転周波数（rpm）に対する冷房能力（kW），駆動動力
（Ｗ），冷房COPの特性を説明する特性図、第３図はこ
の発明の他の実施例によるヴィルマイヤヒートポンプを
示し、低温側ディスプレーサロッドを利用した機械式ブ
レーキを備えたものの断面構成図、第４図はこの発明の
さらに他の実施例に係り、クランク軸を利用した電気式
ブレーキを備えたヴィルマイヤヒートポンプを示す断面
構成図、第５図はこの発明のさらに他の実施例に係り、
低温側ディスプレーサロッドを利用した電気式ブレーキ
を備えたヴィルマイヤヒートポンプを示す断面構成図、
第６図は従来のヴィルマイヤヒートポンプを示す断面構
成図、第７図（ａ）はヴィルマイヤヒートポンプの作動
ガスの圧力変動を横軸にクランク角度，縦軸に圧力とし
て示すグラフ、第７図（ｂ）〜（ｅ）は高温空間（1
1），高温側中温空間（12），低温側中温空間（17），
低温空間（16）の各空間で描かれるＰ−Ｖ線図、第８図
は従来のヴィルマイヤヒートポンプの冷暖房能力制御時
において、ヒータ温度（℃）に対する冷房能力（kW），
自立運転周波数（rpm），冷房COPの特性を説明する特性
図である。 （１）……高温側シリンダ、（２）……高温側ディスプ
レーサ、（３）……高温側ディスプレーサロッド、
（４）……高温側ディスプレーサコンロッド、（５）…
…クランクアーム、（６）……クランク軸、（７）……
低温側シリンダ、（８）……低温側ディスプレーサ、
（９）……低温側ディスプレーサロッド、（10）……低
温側ディスプレーサコンロッド、（11）……高温空間、
（12）……高温側中温空間、（13）……ヒータ、（14）
……高温側再生器、（15）……高温側中温部熱交換器、
（16）……低温空間、（17）……低温側中温空間、（1
8）……低温部熱交換器、（19）……低温側再生器、（2
0）……低温側中温部熱交換器、（21）……連結管、（2
2）……バーナ、（23）……熱交換器、（24）……熱交
換器、（25）……ブレーキ、（25a）……ブレーキドラ
ム、（25b）……ブレーキシュー、（25c）……アクチュ
エータ、（26）……発電機ブレーキ、（26a）……発電
機コイル、（26b）……発電機マグネット、（26c）……
発電機負荷。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
ポンプを示す断面構成図、第２図は一実施例に係るヴィ
ルマイヤヒートポンプの冷暖房能力制御時において、運
転周波数（rpm）に対する冷房能力（kW），駆動動力
（Ｗ），冷房COPの特性を説明する特性図、第３図はこ
の発明の他の実施例によるヴィルマイヤヒートポンプを
示し、低温側ディスプレーサロッドを利用した機械式ブ
レーキを備えたものの断面構成図、第４図はこの発明の
さらに他の実施例に係り、クランク軸を利用した電気式
ブレーキを備えたヴィルマイヤヒートポンプを示す断面
構成図、第５図はこの発明のさらに他の実施例に係り、
低温側ディスプレーサロッドを利用した電気式ブレーキ
を備えたヴィルマイヤヒートポンプを示す断面構成図、
第６図は従来のヴィルマイヤヒートポンプを示す断面構
成図、第７図（ａ）はヴィルマイヤヒートポンプの作動
ガスの圧力変動を横軸にクランク角度，縦軸に圧力とし
て示すグラフ、第７図（ｂ）〜（ｅ）は高温空間（1
1），高温側中温空間（12），低温側中温空間（17），
低温空間（16）の各空間で描かれるＰ−Ｖ線図、第８図
は従来のヴィルマイヤヒートポンプの冷暖房能力制御時
において、ヒータ温度（℃）に対する冷房能力（kW），
自立運転周波数（rpm），冷房COPの特性を説明する特性
図である。 （１）……高温側シリンダ、（２）……高温側ディスプ
レーサ、（３）……高温側ディスプレーサロッド、
（４）……高温側ディスプレーサコンロッド、（５）…
…クランクアーム、（６）……クランク軸、（７）……
低温側シリンダ、（８）……低温側ディスプレーサ、
（９）……低温側ディスプレーサロッド、（10）……低
温側ディスプレーサコンロッド、（11）……高温空間、
（12）……高温側中温空間、（13）……ヒータ、（14）
……高温側再生器、（15）……高温側中温部熱交換器、
（16）……低温空間、（17）……低温側中温空間、（1
8）……低温部熱交換器、（19）……低温側再生器、（2
0）……低温側中温部熱交換器、（21）……連結管、（2
2）……バーナ、（23）……熱交換器、（24）……熱交
換器、（25）……ブレーキ、（25a）……ブレーキドラ
ム、（25b）……ブレーキシュー、（25c）……アクチュ
エータ、（26）……発電機ブレーキ、（26a）……発電
機コイル、（26b）……発電機マグネット、（26c）……
発電機負荷。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 藤原 通雄 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者 土野 和典 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平２−4174（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−137164（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 8/14 510
Claims (1)
- 【請求項１】高温側シリンダ、高温側ディスプレーサ、
高温側ディスプレーサロッド、高温側ディスプレーサコ
ンロッド、この高温側ディスプレーサコンロッドに連結
されたクランクアーム、クランク軸、低温側シリンダ、
低温側ディスプレーサ、低温側ディスプレーサロッド、
低温側ディスプレーサコンロッド、上記高温側シリンダ
と上記高温側ディスプレーサの上部で囲まれた高温空
間、上記高温側シリンダと上記高温側ディスプレーサの
下部で囲まれた高温側中温空間、上記高温空間に連結さ
れたヒータ、高温側再生器、この高温側再生器と上記高
温側中温空間を連結する高温側中温部熱交換器、上記低
温側シリンダと上記低温側ディスプレーサの上部で囲ま
れた低温空間、上記低温側シリンダと低温側ディスプレ
ーサの下部で囲まれた低温側中温空間、上記低温空間に
連結された低温部熱交換器、この低温部熱交換器に連結
された低温側再生器、この低温側再生器と上記低温側中
温空間を連結する低温側中温部熱交換器、上記高温側中
温空間と上記低温側中温空間とを連通する連結管、一定
の高温下に上記ヒータ温度を保持するバーナ、上記高温
側中温部熱交換器と上記低温側中温部熱交換器で熱交換
された熱を外部へ放熱する熱交換器、上記低温部熱交換
器で吸収される熱を外部から吸収する熱交換器、及び上
記ディスプレーサロッドと、上記ディスプレーサコンロ
ッドと、上記クランクアームと、上記クランク軸とで構
成されるクランク機構部を可変制御することにより運転
周波数を変える制動装置を備えたことを特徴とするヴィ
ルマイヤヒートポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33541790A JP3171442B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | ヴィルマイヤヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33541790A JP3171442B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | ヴィルマイヤヒートポンプ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04198671A JPH04198671A (ja) | 1992-07-20 |
| JP3171442B2 true JP3171442B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=18288321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33541790A Expired - Fee Related JP3171442B2 (ja) | 1990-11-28 | 1990-11-28 | ヴィルマイヤヒートポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3171442B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06201207A (ja) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | Daikin Ind Ltd | ヴィルミエヒートポンプ装置 |
| US7141988B2 (en) * | 2003-07-01 | 2006-11-28 | Tiax Llc | Capacitive position sensor and sensing methodology |
| CN115388580B (zh) * | 2022-07-18 | 2023-07-28 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种适用于空间应用的vm循环热泵 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH024147A (ja) * | 1988-06-21 | 1990-01-09 | Mitsubishi Electric Corp | 空気調和機の制御装置 |
-
1990
- 1990-11-28 JP JP33541790A patent/JP3171442B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04198671A (ja) | 1992-07-20 |
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| JPH05231735A (ja) | ヴィルミエヒートポンプ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |