JPH01193565A - Heat pump type cooling/heating device - Google Patents
Heat pump type cooling/heating deviceInfo
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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
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、スターリングエンジンを動力源としたヒート
ポンプ式冷暖房装置に係り、特にヒートポンプの圧縮機
にアンロード弁を付加して起動時の運転制御を行なう装
置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a heat pump type air-conditioning device using a Stirling engine as a power source, and in particular, to a heat pump type air-conditioning device using a Stirling engine as a power source. The present invention relates to a device that performs operation control during startup.
(従来の技術)
スターリングエンジンは外燃機関であるため、加熱部の
熱容量に起因する起動時の出力上昇遅れがある。そこで
、スターリングエンジンを動力源としてヒートポンプの
圧縮機を駆動する方式の冷暖房装置では、スターリング
エンジンの加熱開始後、出力が十分に上昇した時点でエ
ンジンのスタータを起動し、次いでエンジンの回転数が
許容値を越える前にエンジンの出力軸と圧縮機との間に
設けられたクラッチをオンにするという制御を行なう。(Prior Art) Since the Stirling engine is an external combustion engine, there is a delay in output rise at startup due to the heat capacity of the heating section. Therefore, in an air-conditioning system that uses a Stirling engine as a power source to drive a heat pump compressor, after the Stirling engine starts heating, the engine starter is started when the output has increased sufficiently, and then the engine speed reaches an acceptable level. Control is performed by turning on the clutch provided between the engine's output shaft and the compressor before the value is exceeded.
しかしながら、この運転制御方式ではクラッチをオンに
した時点でのエンジン出力が圧縮機のフルロード時の必
要出力以上でないと、エンジンはブレークダウンしてし
まう。これを避けるためには、定常運転時には必要とし
ないような高出力の大型のエンジンを使用しなければな
らない。However, with this operation control method, if the engine output at the time the clutch is turned on is not greater than the required output when the compressor is fully loaded, the engine will break down. To avoid this, it is necessary to use a large, high-output engine that is not needed during steady operation.
このような問題を解決する方式として、「昭和61年度
汎用スターリングエンジンの研究開発・研究成果」 (
新エネルギ開発機構)に記載された運転制御方式がある
。As a method to solve such problems, "Research and development and research results of general-purpose Stirling engines in 1985" (
There is an operation control method described in the New Energy Development Organization).
この方式はヒートポンプの圧縮機と並列に、つまり吸込
み側と吐出側との間に、流量の異なる3個のアンロード
弁(流量比4:2:1)を並列に設け、起動時エンジン
出力の上昇に従い、これらのアンロード弁をアンロード
割合が順次7/7,6/7゜5/7.4/7.3/7.
2/7.1/7.0/7と8段階に変化するように開閉
制御するものである。In this method, three unload valves with different flow rates (flow rate ratio 4:2:1) are installed in parallel with the heat pump compressor, that is, between the suction side and the discharge side, and the engine output at startup is As it rises, the unloading ratio of these unloading valves is sequentially 7/7, 6/7°5/7.4/7.3/7.
The opening/closing is controlled to change in 8 steps: 2/7.1/7.0/7.
しかしながら、この方式では3個のアンロード弁を使用
するため、冷凍サイクルが複雑化し、信頼性が低下する
ばかりでなく、コストが高くなり、また装置が大型化し
重量が増えるという問題がある。However, this system uses three unload valves, which not only complicates the refrigeration cycle and lowers reliability, but also increases cost and increases the size and weight of the device.
(発明が解決しようとする課題)
このように従来のスターリングエンジンを動力源とした
ヒートポンプ式冷暖房装置では、複数個のアンロード弁
を用いて起動時の運転制御を行なうため、冷凍サイクル
が複雑化して信頼性が低下し、コストが高くなり、さら
に装置が大型化し重量が増えるという問題があった。(Problems to be Solved by the Invention) In this way, in the conventional heat pump air-conditioning system using a Stirling engine as a power source, the refrigeration cycle becomes complicated because multiple unload valves are used to control the operation at startup. There were problems in that the reliability decreased, the cost increased, and the device became larger and heavier.
本発明は、スターリングエンジンを動力源とするヒート
ポンプにおける圧縮機に単一のアンロード弁を付加し、
このアンロード弁の開閉制御によって、スターリングエ
ンジンの出力が十分に上昇するまでの運転制御を行なう
ことができるヒートポンプ式冷暖房装置を提供すること
を目的とする。The present invention adds a single unload valve to the compressor in a heat pump powered by a Stirling engine,
It is an object of the present invention to provide a heat pump type air-conditioning device that can control the operation until the output of the Stirling engine is sufficiently increased by controlling the opening and closing of the unload valve.
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
本発明は、スターリングエンジンの回転数がエンジンの
安定運転可能な回転数NOより所定値αだけ高い回転数
NOに達したとき、ヒートポンプにおける圧縮機に並列
に付加されたアンロード弁を閉じ、NOより所定値βだ
け低い回転数NDまで低下したときアンロード弁を開く
制御手段を備えたことを特徴とする。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a method for reducing compression in a heat pump when the rotational speed of a Stirling engine reaches a rotational speed NO higher by a predetermined value α than a rotational speed NO at which stable operation of the engine is possible. The present invention is characterized by comprising a control means for closing an unloading valve added in parallel to the machine and opening the unloading valve when the rotational speed ND has decreased to a predetermined value β lower than NO.
また、α、βの関係はα≧βに選ばれる。Further, the relationship between α and β is selected to be α≧β.
(作 用)
スターリングエンジンが起動された後、アンロード弁が
開の状態で例えばエンジンの出力軸と圧縮機との間に設
けられたクラッチをオンにすると、エンジンの回転数は
圧縮機の負荷によって一旦低下し、再び上昇する。この
回転数がNO−NO+αに達したときアンロード弁を閉
じると、エンジンの回転数は再び低下する。そこで、回
転数がND−NO−βまで低下したときアンロード弁を
開くと、エンジンの回転数は再び上昇する。このような
動作を繰返すうちにエンジンの出力は圧縮機がフルロー
ド状態のときに必要な出力まで上昇し、安定運転可能な
状態となる。(Function) After the Stirling engine has been started, for example, if a clutch installed between the output shaft of the engine and the compressor is turned on while the unload valve is open, the engine speed will be equal to the load on the compressor. It decreases once and then increases again. When the unload valve is closed when this rotational speed reaches NO-NO+α, the engine rotational speed decreases again. Therefore, when the unload valve is opened when the engine speed has decreased to ND-NO-β, the engine speed will rise again. As these operations are repeated, the engine output increases to the level required when the compressor is fully loaded, and stable operation becomes possible.
(実施例)
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第1図
において、スターリングエンジン1はバーナ2と、この
バーナ2の燃焼熱によって作動ガスを加熱する加熱器3
と、作動ガスを冷却する冷却器4と、作動ガスの移動に
伴うエネルギーを回転運動に変換する回転運動変換部5
とにより構成されている。回転運動変換部5に設けられ
たスターリングエンジン1の出力軸6にはギア7が連結
され、このギア7には起動指令が与えられたときだけス
タータ8が連結されるようになっている。このスタータ
8は回転運動変換部5の起動に必要な回転力を与えるた
めのものである。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, a Stirling engine 1 includes a burner 2 and a heater 3 that heats working gas using the combustion heat of the burner 2.
, a cooler 4 that cools the working gas, and a rotational motion converter 5 that converts energy accompanying movement of the working gas into rotational motion.
It is composed of. A gear 7 is connected to the output shaft 6 of the Stirling engine 1 provided in the rotational motion converter 5, and a starter 8 is connected to the gear 7 only when a starting command is given. This starter 8 is for providing the rotational force necessary for starting the rotational motion converting section 5.
スターリングエンジン1の出力軸6には、さらに回転数
検出器9とクラッチ10の入力側が連結されている。ク
ラッチ10の出力側は、ヒートポンプ11における圧縮
機12の回転軸に連結されている。The output shaft 6 of the Stirling engine 1 is further connected to a rotation speed detector 9 and an input side of a clutch 10. The output side of the clutch 10 is connected to a rotating shaft of a compressor 12 in a heat pump 11 .
ヒートポンプ11は圧縮機12、四方弁14、室外熱交
換器15、膨張弁16、接続バルブ17、室内熱交換器
18および接続バルブ19によって構成された周知の冷
凍サイクルであり、圧縮機12の駆動源としてスターリ
ングエンジン1を用いている点が、一般的なヒートポン
プとは異なっている。The heat pump 11 is a well-known refrigeration cycle composed of a compressor 12, a four-way valve 14, an outdoor heat exchanger 15, an expansion valve 16, a connection valve 17, an indoor heat exchanger 18, and a connection valve 19. It differs from a general heat pump in that it uses a Stirling engine 1 as a source.
そして、圧縮機12と並列に、すなわち圧縮機12の吸
込み側と吐出側との間に、−個のアンロード弁13が設
けられている。このアンロード弁13は制御装置20に
よって、回転数検出器9の検出結果に基づいて制御され
る。- unload valves 13 are provided in parallel with the compressor 12, that is, between the suction side and the discharge side of the compressor 12. This unload valve 13 is controlled by a control device 20 based on the detection result of the rotation speed detector 9.
次に、このように構成された冷暖房装置の起動時の運転
制御について、第2図に示すタイムチャートを参照して
説明する。なお、冷房運転を行なうか暖房運転を行なう
かは四方弁14によって選択され、四方弁14が図示の
接続状態にあるときは冷房運転、これと90度ずれた接
続状態にあるときは暖房運転がそれぞれ行なわれる。Next, the operation control at the time of startup of the air conditioning system configured as described above will be explained with reference to the time chart shown in FIG. 2. Note that whether to perform the cooling operation or the heating operation is selected by the four-way valve 14. When the four-way valve 14 is in the connection state shown in the figure, the cooling operation is performed, and when the connection state is shifted by 90 degrees, the heating operation is performed. Each will be done.
まず、時刻t−tlにおいて制御装置20に起動指令を
与えると、制御装置20はバーナ2を点火させるととも
に、冷却器4への冷却水供給用バルブ(図示せず)を開
に制御する。バーナ2が燃焼動作を開始すると、加熱器
3の温度が上昇し、作動ガスが加熱される。First, when a start command is given to the control device 20 at time t-tl, the control device 20 ignites the burner 2 and controls the cooling water supply valve (not shown) to the cooler 4 to open. When the burner 2 starts a combustion operation, the temperature of the heater 3 increases and the working gas is heated.
そして、加熱器3の壁温がエンジン1が自立運転可能な
動力を発生し得る温度まで上昇すると、制御装置20は
スタータ8を作動させるとともに、スタータ8をギア7
を介してスターリングエンジン1の出力軸6に連結させ
る(t−t2)。これによりスターリングエンジン1は
起動される。なお、この時点ではクラッチ10はオフ、
アンロード弁13は開の状態にある。Then, when the wall temperature of the heater 3 rises to a temperature at which the engine 1 can generate power for self-sustaining operation, the control device 20 operates the starter 8 and moves the starter 8 to the gear 7.
It is connected to the output shaft 6 of the Stirling engine 1 via (t-t2). As a result, the Stirling engine 1 is started. Note that at this point, the clutch 10 is off,
The unload valve 13 is in an open state.
次に、制御装置20は回転数検出器9により検出された
回転数が許容上限値以下の所定値まで達したとき、すな
わちスターリングエンジン1の出力が一定値に達した時
点で、クラッチ10をオン状態にする(t−t3)。ク
ラッチ10がオンになると、スターリングエンジン1の
出力軸6に圧縮機12が負荷として接続されるため、回
転数が減少するが、アンロード弁13が開であるため負
荷は小さく、スターリングエンジン1が停止するような
ことはない。従って、スターリングエンジン1の回転数
は、出力上昇に伴い再び増加し始める。Next, the control device 20 turns on the clutch 10 when the rotation speed detected by the rotation speed detector 9 reaches a predetermined value below the allowable upper limit, that is, when the output of the Stirling engine 1 reaches a certain value. state (t-t3). When the clutch 10 is turned on, the compressor 12 is connected to the output shaft 6 of the Stirling engine 1 as a load, so the rotation speed decreases, but since the unload valve 13 is open, the load is small and the Stirling engine 1 There's no stopping it. Therefore, the rotational speed of the Stirling engine 1 starts to increase again as the output increases.
そして、スターリングエンジン1の回転数が安定運転可
能な回転数NOを越え、さらにNOより所定値αだけ高
い回転数NUに達すると、制御装置20はアンロード弁
13を閉じる(t −t4 )。Then, when the rotational speed of the Stirling engine 1 exceeds the rotational speed NO that allows stable operation and reaches the rotational speed NU higher than NO by a predetermined value α, the control device 20 closes the unload valve 13 (t-t4).
アンロード弁13が閉じられると、圧縮機12がフルロ
ード状態となるが、この時点ではスターリングエンジン
1の出力は十分でないため、その回転数は低下し始める
。When the unload valve 13 is closed, the compressor 12 becomes fully loaded, but since the output of the Stirling engine 1 is not sufficient at this point, its rotational speed begins to decrease.
そこで、スターリングエンジン1の回転数がNOより所
定値βだけ低い回転数NDまで低下すると、制御装置2
0はアンロード弁13を再び開((t−t5)。これに
よりスターリングエンジン1は負荷が減少するため、そ
の回転数は再び上昇し始める。そして、回転数がNUに
達すると、フルロード弁13は閉となる。Therefore, when the rotation speed of the Stirling engine 1 decreases to the rotation speed ND which is lower than NO by a predetermined value β, the control device 2
0 opens the unload valve 13 again ((t-t5). This reduces the load on the Stirling engine 1, so its rotation speed starts to rise again. Then, when the rotation speed reaches NU, the full load valve 13 is opened again (t-t5). 13 is closed.
このような運転制御が繰返されることによって、スター
リングエンジン1の出力は徐々に上昇してやがて十分な
値に達し、その回転数はNO一定となる(t−t6)。By repeating such operation control, the output of the Stirling engine 1 gradually increases and eventually reaches a sufficient value, and its rotational speed becomes constant at NO (t-t6).
以後アンロード弁13は閉の状態を維持し、圧縮機12
はスターリングエンジン1を動力源として作動すること
により、冷房または暖房運転が行なわれる。Thereafter, the unload valve 13 remains closed, and the compressor 12
Cooling or heating operation is performed by operating the Stirling engine 1 as a power source.
なお、上記実施例においてβ〉αにすると、アンロード
弁13を閉から開に切替えるときのスターリングエンジ
ン1の回転数NDをブレークダウン回転数以下に設定せ
ざるを得ない場合がある。Note that if β>α in the above embodiment, the rotational speed ND of the Stirling engine 1 when switching the unload valve 13 from closed to open may have to be set below the breakdown rotational speed.
このような場合、起動時の運転制御においてスターリン
グエンジン1がブレークダウンしてしまう。In such a case, the Stirling engine 1 will break down during the operation control at startup.
α≧βに設定すれば、NDをスターリングエンジン1の
ブレークダウン回転数より高い値に設定できるから、途
中でブレークダウンを起こすことなく、安定な起動運転
制御が可能となる。By setting α≧β, ND can be set to a value higher than the breakdown rotation speed of the Stirling engine 1, so stable startup operation control is possible without causing breakdown midway.
[発明の効果コ
本発明によれば、圧縮機に並列に設けた単一のアンロー
ド弁を開閉制御することによって、スターリングエンジ
ンを動力源とするヒートポンプ式冷暖房装置を安定に起
動させることができる。従って、アンロード弁が単一で
済むことにより、複数個のアンロード弁を用いる従来方
式と比較して、冷凍サイクルの構成が簡単となり信頼性
が向上するとともに、コストを低減でき、しかも装置が
小型・軽量化されるという利点がある。[Effects of the Invention] According to the present invention, by controlling the opening and closing of a single unload valve provided in parallel with the compressor, it is possible to stably start a heat pump type air-conditioning system powered by a Stirling engine. . Therefore, by using only a single unloading valve, the configuration of the refrigeration cycle becomes simpler and reliability is improved, and costs can be reduced, as compared to conventional systems that use multiple unloading valves. It has the advantage of being smaller and lighter.
第1図は本発明の一実施例に係るヒートポンプ式冷暖房
装置の構成図、第2図は同実施例の起動時の動作を説明
するためのタイムチャートである。
1・・・スターリングエンジン、6・・・出力軸、8・
・・スタータ、9・・・回転数検出器、10・・・クラ
ッチ、11・・・ヒートポンプ、12・・・圧縮機、1
3・・・アンロード弁、20・・・制御装置。
出願人代理人 弁理士 鈴江武彦FIG. 1 is a block diagram of a heat pump air-conditioning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a time chart for explaining the operation of the embodiment at startup. 1... Stirling engine, 6... Output shaft, 8...
... Starter, 9 ... Rotation speed detector, 10 ... Clutch, 11 ... Heat pump, 12 ... Compressor, 1
3... Unload valve, 20... Control device. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue
Claims (2)
ンプにおける圧縮機を駆動することにより冷暖房運転を
行なう装置において、 前記圧縮機と並列に設けられたアンロード弁と、前記ス
ターリングエンジンの回転数を検出する検出手段と、 この手段により検出された前記スターリングエンジンの
回転数がエンジンの安定運転可能な回転数NOより所定
値αだけ高い回転数NUに達したとき前記アンロード弁
を閉じ、NOより所定値βだけ低い回転数NDまで低下
したとき前記アンロード弁を開く制御手段とを備えたこ
とを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。(1) In a device that performs heating and cooling operation by driving a compressor in a heat pump using a Stirling engine as a power source, an unload valve provided in parallel with the compressor and a detection unit that detects the rotational speed of the Stirling engine. means, when the rotational speed of the Stirling engine detected by this means reaches a rotational speed NU higher by a predetermined value α than the rotational speed NO at which stable operation of the engine is possible, the unloading valve is closed; and a control means for opening the unloading valve when the rotational speed has decreased to a low rotational speed ND.
ヒートポンプ式冷暖房装置。(2) The heat pump type air-conditioning device according to claim 1, characterized in that α≧β.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1891888A JPH01193565A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Heat pump type cooling/heating device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1891888A JPH01193565A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Heat pump type cooling/heating device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01193565A true JPH01193565A (en) | 1989-08-03 |
Family
ID=11984995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1891888A Pending JPH01193565A (en) | 1988-01-29 | 1988-01-29 | Heat pump type cooling/heating device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01193565A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102305078A (en) * | 2011-03-16 | 2012-01-04 | 江苏凯宫隧道机械有限公司 | Shield body device for shield machine with double-layer shell structure |
-
1988
- 1988-01-29 JP JP1891888A patent/JPH01193565A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102305078A (en) * | 2011-03-16 | 2012-01-04 | 江苏凯宫隧道机械有限公司 | Shield body device for shield machine with double-layer shell structure |
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