JPH0552661U - スターリング機関の加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビルマイヤヒートポンプ装置等のスターリン
グ機関における加熱装置（２５）の構造等を簡単にしつ
つ、ヒータ管（２０）内の作動ガスに対する伝熱性能を
向上させる。 【構成】 バーナ（２８）の燃焼炉（２７）の周囲に断
熱壁（３１）を介して円筒状の燃焼ガス流路（３３）を
形成し、この燃焼ガス流路（３３）にヒータ管（２０）
を螺旋状に配置する。又は、燃焼炉（２７）の周囲に断
熱壁（３１）を介して螺旋状の燃焼ガス流路（３３′）
を形成し、この燃焼ガス流路（３３′）を横切るように
ヒータ管（２０）を燃焼炉（２７）の中心軸線と平行な
方向の平面又は曲面に沿って多重に折り曲げて配置す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、スターリング機関において作動空間内の作動ガスを加熱する加熱 装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、この種のスターリング機関の一例として、例えば特開平１−１３７ １６４号公報等に開示されているようなビルマイヤヒートポンプ装置が知られて いる。このヒートポンプ装置は、例えば図７に示すように、鉛直方向の中心線を 有する高温シリンダ（２H ）と、この高温シリンダ（２H ）と例えば９０°の交 差角度を持つように配置されて、水平方向の中心線を有する低温シリンダ（２C ）とをそれぞれクランクケース（４）の隔壁（３H ），（３C ）で略密閉状に閉 塞して一体に接合してなるものであり、高温シリンダ（２H ）内には高温ディス プレーサ（５）が、また低温シリンダ（２C ）内には低温ディスプレーサ（６） がそれぞれ往復動可能に嵌挿されている。

【０００３】 上記両ディスプレーサ（５），（６）は連結機構（７）により連結されている 。この連結機構（７）は、上記クランクケース（４）に水平方向の回転中心をも って支持されたクランク軸（８）を備えている。このクランク軸（８）の一端は クランクケース（４）外に延びていて図外の起動用モータに駆動連結されている 。クランク軸（８）はクランク部（８ａ）を有し、このクランク部（８ａ）には ２つのリンク（９），（１１）の各一端が連結され、一方のリンク（９）の他端 は、上端が高温ディスプレーサ（５）の下端に固定された高温ロッド（１０）の 下端に連結されている。また、他方のリンク（１１）の他端は、先端が低温ディ スプレーサ（６）の基端に固定された低温ロッド（１２）の基端に連結されてお り、この連結により、両ディスプレーサ（５），（６）は両シリンダ（２H ）， （２C ）の交差角に応じた所定の位相差（例えば９０°）で往復動するようにな っている。

【０００４】 高温シリンダ（２H ）内は上記高温ディスプレーサ（５）により上側の高温空 間（１３）と下側の高温側中温空間（１４H ）とに区画され、低温シリンダ（２ C ）内は低温ディスプレーサ（６）により外側（クランク軸（８）と反対側）の 低温空間（１５）と内側の低温側中温空間（１４C ）とに区画されている。高温 シリンダ（２H ）内における中温空間（１４H ）と、低温シリンダ（２C ）の中 温空間（１４C ）とは中温部接続管（１６）により接続され、これら高温、低温 及び中温空間（１３），（１４H ），（１４C ），（１５）にはヘリウム等の作 動ガスが充填されている。

【０００５】 上記高温シリンダ（２H ）の中温空間（１４H ）は高温空間（１３）に対しシ リンダ（２H ）周囲に位置する円環状の高温連通路（１７）により、また低温シ リンダ（２C ）の中温空間（１４C ）は低温空間（１５）に対しシリンダ（２C ）周囲に位置する円環状の低温連通路（１８）によりそれぞれ連通されている。 高温連通路（１７）には、通過するガスと内部の蓄冷材（図示せず）との間で熱 を授受する蓄冷式熱交換器からなる高温再生器（１９）と、該再生器（１９）の 高温空間（１３）側に位置し、後述の加熱装置（１２５）により加熱されるヒー タ管（２０）と、上記再生器（１９）の中温空間（１４H ）側に位置し、伝熱管 （２１ａ）内を流れる冷却水を作動ガスとの間で熱交換させるシェルアンドチュ ーブ式の中温部高温側熱交換器（２１）とが配設されている。

【０００６】 一方、低温連通路（１８）には蓄冷式熱交換器からなる低温再生器（２２）と 、該再生器（２２）の低温空間（１５）側に位置し、伝熱管（２３a ）内を流れ る冷却水を作動ガスとの間で熱交換させるシェルアンドチューブ式のクーラ（２ ３）と、上記再生器（２２）の中温空間（１４C ）側に位置し、伝熱管（２４ａ ）内を流れる冷却水と作動ガスとの間で熱交換させるシェルアンドチューブ式の 中温部低温側熱交換器（２４）とが配設され、上記中温部高温側及び低温側熱交 換器（２１），（２４）の伝熱管（２１ａ），（２４ａ）は直列に接続されてい る。

【０００７】 さらに、上記ヒータ管（２０）内の作動ガスを加熱する加熱装置（１２５）が 設けられている。

【０００８】 このヒートポンプ装置では、高温側サイクルで、まず、ガスがヒータ管（２０ ）から吸熱して等温膨張し、次の行程で熱を高温再生器（１９）に与えて等積冷 却される。３番目の行程で、中温部高温側熱交換器（２１）を介して放熱して等 温圧縮し、最後の行程では、上記高温再生器（１９）に与えた熱により等積加熱 される。一方、低温側サイクルでは、ガスは最初の行程で熱を低温再生器（２２ ）に与えて等積冷却され、次の行程ではクーラ（２３）から吸熱して等温膨張し 、３番目の行程では、上記低温再生器（２２）に与えた熱により等積加熱され、 最後の行程で、中温部低温側熱交換器（２４）を介して放熱して等温圧縮する。 そして、上記中温部高温側熱交換器（２１）、中温部低温側熱交換器（２４）及 びクーラ（２３）の伝熱管に冷媒としての冷却水を流すことで、該冷却水を冷却 又は加熱して、例えば空気調和機としての熱エネルギーを得るようになっている 。

【０００９】 このヒートポンプ装置では、熱入力部に熱エネルギーを与える高温熱源たる加 熱装置（１２５）として連続燃焼バーナ（１２８）を用い、その燃焼ガスにより 燃焼炉（１２７）内でヒータ管（２０）を加熱している。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記ヒートポンプ装置における熱入力部を高温にするほど効率を上 昇させることができるが、上記のように単に燃焼炉（１２７）内にヒータ管（２ ０）を配置した形態では、燃焼ガスの流速を上げることに制約があり、目的を達 成することが難しい。

【００１１】 このため、通常は、伝熱面積を増大させて必要伝熱量を確保するために、多数 のヒータ管（２０），（２０），…を複雑に配置したり、フィンや輻射板を配置 したりすることが行われており、構造等が複雑になるという問題は避けられない 。

【００１２】 本考案は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的は、上記したヒートポ ンプ装置等のスターリング機関における加熱装置を改良して、その構造等を簡単 にしつつ、ヒータ管内の作動ガスに対する伝熱性能を向上させることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

この目的の達成のため、請求項１の考案では、バーナにおける燃焼ガスが生成 される燃焼炉を断熱壁で覆ってその周りに燃焼炉と同心円筒状の燃焼ガス流路を 形成し、この燃焼ガス流路にヒータ管を螺旋状に配置することとした。

【００１４】 具体的には、請求項１の考案では、図１及び図２に示すように、スターリング 機関における作動空間（１３）内の作動ガスを加熱する加熱装置として、燃料を 燃焼させる燃焼炉（２７）を有するバーナ（２８）と、上記燃焼炉（２７）の周 囲に断熱壁（３１）を介して同心状に配置され、上流端が燃焼炉（２７）に連通 する環状の燃焼ガス流路（３３）と、少なくとも一部が上記燃焼ガス流路（３３ ）に臨んで配置され、内部が上記作動空間（１３）に連通する少なくとも１本の ヒータ管（２０）とを設ける。また、上記燃焼ガス流路（３３）内のヒータ管（ ２０）を螺旋状に彎曲させる。

【００１５】 請求項２の考案では、上記請求項１の構成の加熱装置におけるヒータ管（２０ ）を複数本とし、燃焼ガス流路（３３）内のヒータ管（２０），（２０），…を 、複数種類の径に分けて燃焼炉（２７）と同心状に螺旋状に彎曲させ、かつ隣り 合うヒータ管（２０），（２０）同士の径が互いに異なるように規則的に配置す る。

【００１６】 請求項３の考案では、上記請求項１の構成とは異なり、燃焼ガス流路を燃焼炉 の周りに螺旋状に配置し、ヒータ管はそのガス流路を横切るように燃焼炉の中心 軸線と平行に配置する。

【００１７】 すなわち、この考案における加熱装置は、図５及び図６に示す如く、燃料を燃 焼させる燃焼炉（２７）を有するバーナ（２８）と、上記燃焼炉（２７）の周囲 に断熱壁（３１）を介して同心状に配置され、上流端が燃焼炉（２７）に連通す る螺旋状の燃焼ガス流路（３３′）と、少なくとも一部が上記燃焼ガス流路（３ ３′）に臨んで配置され、内部が上記作動空間（１３）に連通する少なくとも１ 本のヒータ管（２０）とを備え、このヒータ管（２０）は、燃焼炉（２７）の中 心軸線と平行な方向の平面ないし曲面に沿って折り曲げられていて、燃焼ガス流 路（３３′）を横切る少なくとも１つの往部（２０ａ）と少なくとも復部（２０ ｂ）とを有することを特徴としている。

【００１８】 請求項４の考案では、請求項３の加熱装置におけるヒータ管（２０）の往部（ ２０ａ）及び復部（２０ｂ）は、燃焼炉（２７）の中心軸線を中心とする互いに 異なる円周上でガス流路（３３′）と交差するように配置されていることを特徴 としている。

【００１９】 請求項５の考案では、図１及び図５に示すように、上記燃焼ガス流路（３３） の下流端を、バーナ（２８）での燃料燃焼用空気を加熱する予熱手段（３４）に 連通させる。

【００２０】

【作用】

上記の構成により、請求項１の考案では、バーナ（２８）の燃焼炉（２７）で 燃料が燃焼して燃焼ガスが生成し、この燃焼ガスは燃焼炉（２７）周囲の燃焼ガ ス流路（３３）を経て外部に排出される。上記燃焼ガス流路（３３）は燃焼炉（ ２７）の周りに同心状に配置された円筒状のものであるので、その通路断面積を 小さくでき、そこを通る燃焼ガスの流速が高められる。この燃焼ガス流路（３３ ）にヒータ管（２０）が配置されているので、ヒータ管（２０）外の熱伝達を促 進でき、ヒータ管（２０）の伝熱面積を低減することができる。また、ヒータ管 （２０）が燃焼ガス流路（３３）に螺旋状に配置されているので、ヒータ管（２ ０）を燃焼ガス流路（３３）内に良好に配置しながら、その管長を長くして、必 要伝熱面積に必要なヒータ管（２０）の数を少なくでき、その分、ヒータ管（２ ０）内の作動ガスの流速を高めて伝熱性能を向上させることができる。さらに、 燃焼炉（２７）が断熱壁（３１）で囲まれているので、その内部の燃焼ガス温度 を高温度に保つことができる。これらにより、作動ガスに対する加熱効率を向上 させることができる。

【００２１】 また、燃焼炉（２７）周りの燃焼ガス流路（３３）によりヒータ管（２０）外 の燃焼ガス流路（３３）の流速が増大するので、従来の複雑な形状のヒータ管や フィン、輻射板等は不要となり、構造等が簡単となる。

【００２２】 請求項２の考案では、ヒータ管（２０）が複数本とされ、燃焼ガス流路（３３ ）内のヒータ管（２０），（２０），…は、複数種類の径に分けて燃焼炉（２７ ）と同心に螺旋状に彎曲され、かつ隣り合うヒータ管（２０），（２０）同士の 径が互いに異なるように規則的に配置されているので、複数本のヒータ管（２０ ），（２０），…であっても互いの干渉を招くことなく燃焼ガス流路（３３）内 に収めることができる。

【００２３】 請求項３の考案では、燃焼炉（２７）で生成された燃焼ガスが通る燃焼ガス流 路（３３′）は燃焼炉（２７）の周りに同心状に配置された螺旋状のものである ので、その通路断面積を小さくして燃焼ガスの流速を高めることができる。この 燃焼ガス流路（３３′）にそれを横切るようにヒータ管（２０）が配置されてい るので、ヒータ管（２０）外の熱伝達を促進してヒータ管（２０）の伝熱面積を 低減することができる。また、ヒータ管（２０）が、その往部（２０ａ）及び復 部（２０ｂ）が燃焼ガス流路（３３′）を横切るように燃焼炉（２７）の中心軸 線と平行な方向の平面ないし曲面に沿って折り曲げられているので、ヒータ管（ ２０）の管長を長くして、必要伝熱面積に必要なヒータ管（２０）の数を少なく でき、ヒータ管（２０）内の作動ガスの流速を高めて伝熱性能を向上させること ができる。よって、請求項１の考案と同様の作用効果が得られる。

【００２４】 請求項４の考案では、ヒータ管（２０）の往部（２０ａ）及び復部（２０ｂ） が、燃焼炉（２７）の中心軸線を中心とする互いに異なる円周上でガス流路（３ ３′）と交差するように配置されているので、折り曲げられたヒータ管（２０） の往部（２０ａ）及び復部（２０ｂ）を互いに干渉することなく配置できる。

【００２５】 請求項５の考案では、燃焼ガス流路（３３）を通過した燃焼ガスは予熱手段（ ３４）に流れ、そこでバーナ（２８）での燃料燃焼用空気を加熱する。このため 、燃焼用空気を一部として生成される燃焼ガスの温度をさらに高温度にすること ができ、作動ガスに対する加熱効率のより一層の向上を図ることができる。

【００２６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

【００２７】 （実施例１） 実施例１は本考案を空気調和機に適用したものであり、図４にその空気調和機 を示す。同図において、（Ａ）は室外ユニット、（Ｂ）は室内ユニットである。 上記室外ユニット（Ａ）には本考案の実施例に係るスターリング機関としてのヒ ートポンプ装置（１）と、ファン（４１）によって熱交換される室外熱交換器（ ４２）と、冷媒としての冷却水を循環させる２つの冷却水ポンプ（４３），（４ ４）と、第１及び第２の２つの四方弁（４５），（４６）とが収容されている。 一方、室内ユニット（Ｂ）には、ファン（４７）によって熱交換される室内熱交 換器（４８）が収容されている。これら両ユニット（Ａ），（Ｂ）の機器は配管 （４９）によって接続されて閉じサイクルを形成しており、冷房時には、実線の 如く両四方弁（４５），（４６）を切り換えて冷却水を流し、暖房時には、破線 の如く両四方弁（４５），（４６）を切り換えて冷却水を流すようにしている。

【００２８】 上記ヒートポンプ装置（１）の基本的な構成については従来のものと同じであ り、図７と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。す なわち、図３に拡大詳示するように、ヒートポンプ装置（１）は互いに例えば９ ０°の交差角度で交差する高温及び低温シリンダ（２H ），（２C ）同士をそれ ぞれクランクケース（４）の隔壁（３H ），（３C ）で略密閉状に閉塞して一体 に接合してなる。高温シリンダ（２H ）内には高温ディスプレーサ（５）が、ま た低温シリンダ（２C ）内には低温ディスプレーサ（６）がそれぞれ往復動可能 に嵌挿されている。

【００２９】 上記両ディスプレーサ（５），（６）は例えば９０°の位相差で往復動するよ うに連結機構（７）により連結されている。連結機構（７）は、クランクケース （４）に水平方向の回転中心をもって支持されたクランク軸（８）を有し、この クランク軸（８）にはクランクケース（４）内に位置するクランク部（８ａ）が 設けられている。クランク軸（８）の一端は起動用モータ（図示せず）に駆動連 結されている。上記クランク部（８ａ）には、リンク（９）及び高温ロッド（１ ０）を介して高温ディスプレーサ（５）の下端と、リンク（１１）及び低温ロッ ド（１２）を介して低温ディスプレーサ（６）の基端とが連結されており、両デ ィスプレーサ（５），（６）はシリンダ（２H ），（２C ）の交差により所定の 位相差（例えば９０°）で往復動する。

【００３０】 高温シリンダ（２H ）内は上記高温ディスプレーサ（５）により上側の高温空 間（１３）と下側の中温空間（１４H ）とに区画されている。一方、低温シリン ダ（２C ）内は低温ディスプレーサ（６）により外側（クランク軸（８）と反対 側）の低温空間（１５）と内側の中温空間（１４C ）とに区画されている。高温 シリンダ（２H ）内における中温空間（１４H ）と、低温シリンダ（２C ）の中 温空間（１４C ）とは中温部接続管（１６）により接続され、これら高温、低温 及び中温空間（１３），（１４H ），（１４C ），（１５）にはヘリウム等の作 動ガスが充填されている。

【００３１】 上記高温シリンダ（２H ）の中温空間（１４H ）は高温空間（１３）に、シリ ンダ（２H ）周囲に位置する円環状の高温連通路（１７）により、また低温シリ ンダ（２C ）の中温空間（１４C ）は低温空間（１５）に、シリンダ（２C ）周 囲に円環状に配置した低温連通路（１８）によりそれぞれ連通されている。高温 連通路（１７）には、蓄冷式熱交換器からなる高温再生器（１９）と、該再生器 （１９）の高温空間（１３）側に位置する高温部熱交換器としてのヒータ（２０ ）と、上記再生器（１９）の中温空間（１４H ）側に位置し、伝熱管（２１ａ） を有するシェルアンドチューブ式の中温部高温側熱交換器（２１）とが配設され ている。

【００３２】 一方、低温連通路（１８）には蓄冷式熱交換器からなる低温再生器（２２）と 、該再生器（２２）の低温空間（１５）側に位置し、伝熱管（２３ａ）を有する 低温部熱交換器としてのシェルアンドチューブ式のクーラ（２３）と、上記再生 器（２２）の中温空間（１４C ）側に位置し、伝熱管（２４ａ）を有するシェル アンドチューブ式の中温部低温側熱交換器（２４）とが配設され、上記中温部高 温側及び低温側熱交換器（２１），（２４）の伝熱管（２１ａ），（２４ａ）同 士は直列に接続されている。

【００３３】 本考案の特徴は、上記ヒータ管（２０）内の作動ガスを加熱する加熱装置（２ ５）にある。この加熱装置（２５）は、図１及び図２に拡大詳示するように、高 温シリンダ（２H ）の上端部に被さるように配設された断熱材からなる円筒状ハ ウジング（２６）を備え、その内部の中心位置には円柱状空間からなる燃焼炉（ ２７）が形成されている。燃焼炉（２７）の上面には都市ガス等の燃料ガスを噴 出供給する燃料供給ノズル（２７ａ）が露出しているとともに、そのノズル（２ ７ａ）の先端近傍には、上流端がハウジング（２６）の側面に開口する空気取入 口（３０）に接続された空気導入通路（２９）の下流端が開口しており、ノズル （２７ａ）から噴出した燃料ガスを空気導入通路（２９）からの導入空気と混合 して燃焼させることで、燃焼炉（２７）内に高温の燃焼ガスを生成するようにし た連続燃焼バーナ（２８）が構成されている。

【００３４】 上記燃焼炉（２７）の側壁は断熱壁（３１）とされ、その断熱壁（３１）の外 側には環状の燃焼ガス流路（３３）が燃焼炉（２７）と同心状に形成されている 。この燃焼ガス流路（３３）の下端は上流端とされて上記燃焼炉（２７）の下端 に連通路（３２）を介して連通しており、燃焼炉（２７）内で生成された高温の 燃焼ガスを連通路（３２）を経て燃焼ガス流路（３３）に導くようにしている。

【００３５】 さらに、この燃焼ガス流路（３３）の外側の側壁は空気予熱器（３４）で構成 されている。この空気予熱器（３４）は燃焼炉（２７）と同心に配置された円筒 状のもので、図示しないがその上端面に上記燃焼ガス流路（３３）の下流端に臨 む燃焼ガス導入口が、また下端面に燃焼ガス導出口がそれぞれ形成され、導出口 はハウジング（２６）側面に開口する排気口（３５）に連通しており、燃焼ガス 流路（３３）内の燃焼ガスを予熱器（３４）を通して排気口（３５）から排出す るようにしている。また、予熱器（３４）は図示しないが内部に上記空気導入通 路（２９）の一部を構成する伝熱管を有しており、予熱器（３４）において、空 気導入通路（２９）つまり伝熱管を流れる燃料燃焼用空気を燃焼ガス流路（３３ ）から導入された燃焼ガスと熱交換して例えば６００°Ｃ程度に加熱するように なっている。

【００３６】 上記ヒータ管（２０）は複数本（図示の例では８本）とされ、各々の一端は上 記高温シリンダ（２H ）内の高温空間（１３）に、また他端はシリンダ（２H ） 周りの高温再生器（１９）にそれぞれ連通している。具体的には、ヒータ管（２ ０），（２０），…は高温空間（１３）の上端外周部において等角度間隔をあけ た部位から上方に真直ぐに延びてハウジング（２６）の底壁を貫通した後、燃焼 炉（２７）内の周縁部を通ってその上端部に達している。さらに、各ヒータ管（ ２０）は上記燃焼炉（２７）内上端で半径方向外側に折れ曲り、断熱壁（３１） を貫通した後、燃焼ガス流路（３３）の上端に至り、そこから燃焼炉（２７）と 同心（尚、必ずしも同心でなくてもよく、燃焼炉（２７）の形状に応じて偏心さ せてもよい）の螺旋状に彎曲して下方に延び、燃焼ガス流路（３３）の下端でハ ウジング（２６）の底壁を貫通して高温再生器（１９）に連通している。そして 、上記燃焼ガス流路（３３）内のヒータ管（２０），（２０），…は、大小２種 類の径に分けられて燃焼炉（２７）と同心に螺旋状に彎曲し、かつ隣り合うヒー タ管（２０），（２０）同士の径が大小に互いに異なるように交互に規則的に配 置されている。

【００３７】 次に、上記実施例の作用について説明する。ヒートポンプ装置（１）において は、加熱装置（２５）を作動させた状態でクランク軸（８）を起動用モータによ り起動回転させると、この回転により高温及び低温ディスプレーサ（５），（６ ）がそれぞれ高温及び低温シリンダ（２H ），（２C ）内で例えば９０°の位相 差をもって往復動する。すなわち、まず、低温側が等容冷却行程であるとき、低 温ディスプレーサ（６）がクランクケース（４）側に移動し、中温空間（１４H ），（１４C ）の作動ガスが低温空間（１５）に移り、作動ガスの温度が下がっ て圧力が低下する。一方、このとき、高温側は等温膨張行程であり、高温ディス プレーサ（５）はクランクケース（４）側の下降端位置にあり、圧力が低下する ので作動ガスが膨張するが、そのとき、所定温度を保つようにヒータ管（２０） から吸熱が生じる。

【００３８】 次いで、高温側は等容冷却行程に移り、高温ディスプレーサ（５）が上昇して 高温空間（１３）内の作動ガスが中温空間（１４H ），（１４C ）へ移り、作動 ガス温度が下がって圧力が低下する。一方、低温側は等温膨張行程となり、圧力 が低下するために作動ガスが膨張するが、所定温度を保つようにクーラ（２３） から吸熱が生じる。

【００３９】 この後、低温側は等容加熱行程に移行する。この行程では、低温ディスプレー サ（６）がクランクケース（４）と離れる方向に移動し、低温空間（１５）内の 作動ガスが中温空間（１４H ），（１４C ）に移って作動ガス温度が上昇する。 その結果、圧力が上昇する。また、高温側は等温圧縮行程になり、高温側中温空 間（１４H ）では圧力が上昇するために作動ガスが圧縮されるが、所定温度を保 つために中温部高温側熱交換器（２１）から放熱が生じる。

【００４０】 最後に、高温側は等容加熱行程となり、高温ディスプレーサ（５）が下降して 中温空間（１４H ），（１４C ）の作動ガスが高温空間（１３）に移動し、作動 ガス温度が上がって圧力が上昇する。一方、低温側は等温圧縮行程になり、低温 側中温空間（１４C ）では圧力が上昇するので作動ガスが圧縮されるが、所定温 度を保つために中温部低温側熱交換器（２４）から放熱が生じる。

【００４１】 このようなヒートポンプ装置（１）の作動に伴い、上記高温側の等温圧縮行程 及び低温側の等温圧縮行程での中温部熱交換器（２１），（２４）からの放熱に より伝熱管内（２１ａ），（２４ａ）の冷却水が昇温し、かつ低温側の等温膨張 行程でのクーラ（２３）からの吸熱により冷却水が冷却される。冷房時には、第 １及び第２四方弁（４５），（４６）が実線にて示すように切り換えられるので 、上記中温部熱交換器（２１），（２４）で昇温した冷却水は、室外熱交換器（ ４２）で放熱して冷却された後、再度熱交換器（２１），（２４）に戻るサイク ルを繰り返す一方、クーラ（２３）で冷却された冷却水は、室内熱交換器（４８ ）で吸熱して昇温した後、再びクーラ（２３）に戻るサイクルを繰り返す。

【００４２】 これに対し、暖房時には、両四方弁（４５），（４６）が破線にて示すように 切り換えられ、上記熱交換器（２１），（２４）で昇温した冷却水は、室内熱交 換器（４８）で放熱して冷却された後、再度熱交換器（２１），（２４）に戻る サイクルを繰り返す一方、クーラ（２３）で冷却された冷却水は、室外熱交換器 （４２）で吸熱して昇温した後、再びクーラ（２３）に戻るサイクルを繰り返す 。

【００４３】 上記加熱装置（２５）においては、バーナ（２８）の燃料供給ノズル（２７ａ ）からの燃料ガスが空気導入通路（２９）からの燃焼用空気と混合されて燃焼炉 （２７）で燃焼し、この燃焼により燃焼炉（２７）に高温の燃焼ガスが生成され る。この燃焼ガスは連通路（３２）を経て燃焼炉（２７）周囲の燃焼ガス流路（ ３３）に至り、そのガス流路（３３）を上昇した後、空気予熱器（３４）に流入 し、しかる後に排気口（３５）から排出される。そのとき、上記燃焼ガス流路（ ３３）は燃焼炉（２７）の周りに同心状に配置された円筒状のものであるので、 その通路断面積は小さく、そこを通る燃焼ガスの流速を高めることができる。従 って、この燃焼ガス流路（３３）に配置されているヒータ管（２０）外の熱伝達 を促進でき、ヒータ管（２０）の伝熱面積を低減することができる。

【００４４】 また、ヒータ管（２０）が燃焼ガス流路（３３）に螺旋状に配置されているの で、ヒータ管（２０）を燃焼ガス流路（３３）内に良好に配置しながら、その管 長を長くすることができ、その分、必要伝熱面積に必要なヒータ管（２０）の数 を少なくすることができる。その結果、ヒータ管（２０）内の作動ガスの流速を 高めて伝熱性能を向上させることができる。

【００４５】 さらに、燃焼炉（２７）が断熱壁（３１）で囲まれているので、その内部の燃 焼ガス温度を高温度に保つことができる。しかも、燃焼ガス流路（３３）の下流 側にバーナ（２８）での燃料燃焼用空気を加熱する空気予熱器（３４）が配置さ れており、また燃焼ガス流路（３３）を通過した燃焼ガスが高温度に保たれてい るので、燃料燃焼用空気を高温度に昇温させることができ、その結果、燃焼用空 気を一部として生成される燃焼ガスの温度をさらに高温度にすることができる。 以上の相乗的な作用により、作動ガスに対する加熱効率を向上させることができ る。

【００４６】 また、このように燃焼炉（２７）周りの燃焼ガス流路（３３）によりヒータ管 （２０）外の燃焼ガス流路（３３）の流速を増大できるので、従来の複雑な形状 のヒータ管やフィン、輻射板等は不要となり、構造等が簡単となる。

【００４７】 （実施例２） 図５及び図６は実施例２を示し（尚、図１及び図２と同じ部分については同じ 符号を付してその詳細な説明は省略する）、加熱装置（２５）の構造を変えたも のである。

【００４８】 この実施例では、加熱装置（２５′）における燃焼ガス流路（３３′）は燃焼 炉（２７）の周りにそれと同心の螺旋状に配置されており、燃焼炉（２７）の燃 焼ガスはその下端から連通路（３２）を経た後、断熱壁（３１）の周囲を燃焼ガ ス流路（３３′）に沿って旋回しながら上昇して空気予熱器（３４）に流入する ようになっている。

【００４９】 また、ヒータ管（２０）は、実施例１と同様に燃焼炉（２７）内上端で半径方 向外側に折れ曲がって断熱壁（３１）を貫通した後、燃焼ガス流路（３３′）の 下流端（上端）に至り、そこから燃焼ガス流路（３３′）の中間部を横切りなが ら燃焼炉（２７）の中心軸線と平行に下方に延び、さらに燃焼ガス流路（３３′ ）の上流端（下端）で再度折れ曲がって燃焼ガス流路（３３′）を横切りながら 上方に向かい、その燃焼ガス流路（３３′）の上端で再度折れ曲がって燃焼ガス 流路（３３′）を横切りながら下方に延び、しかる後、燃焼ガス流路（３３′） の下端でハウジング（２６）の底壁を貫通して高温再生器（１９）に連通してい る。すなわち、各ヒータ管（２０）は、燃焼ガス流路（３３′）を横切る２つの 往部（２０ａ），（２０ａ）（この実施例では上記した下方に向かう部分とする ）と１つの復部（２０ｂ）（同上方に向かう部分とする）とを持つように、燃焼 炉（２７）の中心軸線と平行な方向の２種類の鉛直平面（ヒータ管（２０）にお いて燃焼炉（２７）を出た後に最初に下方に向かう往部（２０ａ）と上方に向か う復部（２０ｂ）とを含む平面、及び該復部（２０ｂ）と再度下方に向かう往部 （２０ａ）とを含む平面）に沿って折り曲げられている。そして、図６に示すよ うに、各ヒータ管（２０）の２つの往部（２０ａ），（２０ａ）及び１つの復部 （２０ｂ）は、燃焼炉（２７）の中心軸線を中心とする互いに異なる２種類の円 （Ｃ1 ），（Ｃ2 ）の円周上でガス流路（３３′）と交差するように交互に配置 されている。また、隣り合うヒータ管（２０），（２０）の往部（２０ａ），（ ２０ａ）同士及び復部（２０ｂ），（２０ｂ）同士についても上記２種類の円周 上に交互に配置されている。

【００５０】 したがって、この実施例においては、バーナ（２８）での燃料ガスの燃焼によ り燃焼炉（２７）に生成された高温の燃焼ガスは燃焼炉（２７）から連通路（３ ２）を経て燃焼炉（２７）周囲の螺旋状の燃焼ガス流路（３３′）に至り、その ガス流路（３３′）に沿って旋回しながら上昇した後、空気予熱器（３４）に流 入する。そのとき、上記燃焼ガス流路（３３′）は燃焼炉（２７）の周りに同心 螺旋状に配置されたものであるので、その通路断面積を小さくして燃焼ガスの流 速を高めることができ、この燃焼ガス流路（３３′）を横切るように配置されて いるヒータ管（２０）外の熱伝達を促進して、ヒータ管（２０）の伝熱面積を低 減できる。

【００５１】 また、ヒータ管（２０）が燃焼ガス流路（３３′）を多数回横切るように３つ に折り曲げられているので、長尺のヒータ管（２０）を良好に配置でき、必要伝 熱面積に必要なヒータ管（２０）の数を少なくしてヒータ管（２０）内の作動ガ スの流速を高め、伝熱性能を向上できる。よって、実施例１と同様の作用効果が 得られる。

【００５２】 尚、この実施例では、隣り合うヒータ管（２０），（２０）の往部（２０ａ） ，（２０ａ）同士及び復部（２０ｂ），（２０ｂ）同士を異なる円周上位値に配 置しているが、同じ円周上に配置することもできる。また、上記実施例では、ヒ ータ管（２０）の２つの往部（２０ａ），（２０ａ）と１つの復部（２０ｂ）と の燃焼炉（２７）の中心軸線からの距離を異ならせているが、往復部（２０ａ） ，（２０ｂ）をいずれも燃焼炉（２７）の中心軸線と同心の１つの円（例えば円 （Ｃ1 ））の円周上位置で燃焼ガス流路（３３′）を横切らせるようにしてもよ い（この場合はヒータ管（２０）は燃焼炉（２７）の中心軸線と同心の円筒曲面 に沿って折り曲げられる）。また、各ヒータ管（２０）の折曲げ回数を増減させ て往部（２０ａ）及び復部（２０ｂ）の数を変えてもよい。

【００５３】 上記各実施例では、クランク機構による駆動機構を示したが、同様の高低温ロ ッド構造と他の駆動機構（例えばリンク機構等）とを組み合わせることも可能で ある。

【００５４】 また、上記各実施例は、本考案を空気調和機に適用した場合であるが、本考案 は他の冷凍装置に対しても適用できるのは勿論である。

【００５５】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１の考案によると、スターリング機関の作動ガス を加熱する加熱装置として、バーナの燃焼炉周囲に円筒状の燃焼ガス流路を形成 し、この燃焼ガス流路にヒータ管を螺旋状に配置した。また、請求項３の考案に よると、燃焼炉の周囲に螺旋状の燃焼ガス流路を形成し、この燃焼ガス流路を横 切るようにヒータ管を燃焼炉の中心軸線と平行な方向の平面又は曲面に沿って折 り曲げて配置した。従って、これらの考案によると、燃焼ガス流路を通る燃焼ガ スの流速を高めてヒータ管外の熱伝達を促進し、ヒータ管の伝熱面積を低減する ことができるとともに、ヒータ管の管長を長くして必要伝熱面積に必要なヒータ 管の数を少なくし、ヒータ管内の作動ガスの流速を高めて伝熱性能を向上させる ことができ、さらには断熱壁で囲まれている燃焼炉内部の燃焼ガス温度を高温度 に保つことができ、よって簡単な構造で作動ガスに対する加熱効率の向上を図る ことができる。

【００５６】 請求項２の考案では、請求項１の考案でのヒータ管を複数本とし、燃焼ガス流 路内のヒータ管を、複数種類の径に分けて燃焼炉と同心状に螺旋状に彎曲し、か つ隣り合うヒータ管同士の径が互いに異なるように規則的に配置した。請求項４ の考案では、請求項３の考案でのヒータ管の往部及び復部を、燃焼炉の中心軸線 を中心とする互いに異なる円周上でガス流路と交差させるように配置した。これ らの考案によれば、複数のヒータ管又は往復部を互いの干渉を招くことなく配置 できる。

【００５７】 請求項５の考案によると、燃焼ガス流路を通過した燃焼ガスは予熱手段に流し 、そこでバーナでの燃料燃焼用空気を加熱するようにしたので、燃焼ガスの温度 をさらに高温度にすることができ、作動ガスに対する加熱効率のより一層の向上 を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例１に係る加熱装置のを示す拡大
断面図である。

【図２】図１のII―II線断面図である。

【図３】ヒートポンプ装置の正面断面図である。

【図４】空気調和機の全体構成図である。

【図５】実施例２における図１相当図である。

【図６】図５のVI―VI線断面図である。

【図７】従来のヒートポンプ装置を示す図３相当図であ
る。

【符号の説明】

（１） ヒートポンプ装置（スターリング機関） （２H ），（２C ），（２） シリンダ （５） 高温ディスプレーサ （６） 低温ディスプレーサ （７） 連結機構（連結手段） （１３） 高温空間（作動空間） （１４H ），（１４C ），（１４） 中温空間 （１５） 低温空間 （１９） 高温再生器 （２０） ヒータ管 （２０ａ） 往部 （２０ｂ） 復部 （２１） 中温部高温側熱交換器 （２２） 低温再生器 （２３） クーラ （２４） 中温部低温側熱交換器 （２５），（２５′） 加熱装置 （２７） 燃焼炉 （２８） バーナ （３１） 断熱壁 （３３），（３３′） 燃焼ガス流路 （３４） 空気予熱器（予熱手段）

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 スターリング機関における作動空間（１
   ３）内の作動ガスを加熱する加熱装置であって、 燃料を燃焼させる燃焼炉（２７）を有するバーナ（２
   ８）と、 上記燃焼炉（２７）の周囲に断熱壁（３１）を介して同
   心状に配置され、上流端が燃焼炉（２７）に連通する環
   状の燃焼ガス流路（３３）と、 少なくとも一部が上記燃焼ガス流路（３３）に臨んで配
   置され、内部が上記作動空間（１３）に連通する少なく
   とも１本のヒータ管（２０）とを備え、 上記燃焼ガス流路（３３）内のヒータ管（２０）は螺旋
   状に彎曲していることを特徴とするスターリング機関の
   加熱装置。
2. 【請求項２】 ヒータ管（２０）が複数本とされ、 燃焼ガス流路（３３）内のヒータ管（２０），（２
   ０），…は、複数種類の径に分けられて燃焼炉（２７）
   と同心状に螺旋状に彎曲し、かつ隣り合うヒータ管（２
   ０），（２０）同士の径が互いに異なるように規則的に
   配置されていることを特徴とする請求項１記載のスター
   リング機関の加熱装置。
3. 【請求項３】 スターリング機関における作動空間（１
   ３）内の作動ガスを加熱する加熱装置であって、 燃料を燃焼させる燃焼炉（２７）を有するバーナ（２
   ８）と、 上記燃焼炉（２７）の周囲に断熱壁（３１）を介して同
   心状に配置され、上流端が燃焼炉（２７）に連通する螺
   旋状の燃焼ガス流路（３３′）と、 少なくとも一部が上記燃焼ガス流路（３３′）に臨んで
   配置され、内部が上記作動空間（１３）に連通する少な
   くとも１本のヒータ管（２０）とを備え、 上記ヒータ管（２０）は、燃焼炉（２７）の中心軸線と
   平行な方向の平面ないし曲面に沿って折り曲げられてい
   て、燃焼ガス流路（３３′）を横切る少なくとも１つの
   往部（２０ａ）と少なくとも１つの復部（２０ｂ）とを
   有することを特徴とするスターリング機関の加熱装置。
4. 【請求項４】 ヒータ管（２０）の往部（２０ａ）及び
   復部（２０ｂ）は、燃焼炉（２７）の中心軸線を中心と
   する互いに異なる円周上でガス流路（３３′）と交差す
   るように配置されていることを特徴とする請求項３記載
   のスターリング機関の加熱装置。
5. 【請求項５】 燃焼ガス流路（３３）の下流端は、バー
   ナ（２８）での燃料燃焼用空気を加熱する予熱手段（３
   ４）に連通されていることを特徴とする請求項１、２、
   ３又は４記載のスターリング機関の加熱装置。