JPH0571823A - 低温発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】新たな方式によって低温を効率よく発生させる
ことができる低温発生装置を提供することを目的とす
る。 【構成】作動媒体が流通するループ状の作動配管１に互
いに離間する配置で高温熱交換器２および中温熱交換器
３とを設ける。作動配管に軸方向各端部を連通する作動
容器５を設ける。作動容器は密閉形のシリンダ６および
その内部空間を軸方向に２分するとともに同方向に移動
可能な隔壁７を有し、高温熱交換器側に連通する空間を
高温空間Ａ、中温熱交換器側に連通する空間を中温空間
Ｂとする。作動容器５の中温空間に連通し作動配管とは
別のループを形成する熱交換用の冷凍サイクル配管１１
を設ける。冷凍サイクル配管には凝縮容器１２、減圧機
構１３、蒸発容器１４、逆止弁１５，１６、低温抽出用
配管１７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば燃焼熱や太陽熱等
を利用して低温を発生させる低温発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼熱や太陽熱等を利用して低温
を発生させるこの種の低温発生装置として、例えばガス
エンジン方式やスターリングエンジン方式等による種々
の方式のものが知られている。

【０００３】これらの方式の低温発生装置においては、
熱エネルギを運動エネルギに変換してヒートポンプを構
成するもの、あるいは吸収式のもの等が実用化されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな燃焼熱や太陽熱等利用の低温発生装置については、
さらに新たな方式のものが種々開発されており、発明者
においても効率よい低温発生装置の研究を進めてきた。

【０００５】本発明はこのような事情のもとになされた
もので、新たな方式によって低温を効率よく発生させる
ことができる低温発生装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る低温発生装
置は、凝縮性ガスからなる作動媒体が流通するループ状
の作動配管と、この作動配管に互いに離間する配置で設
けられ前記作動媒体を加熱する高温熱交換器および前記
作動媒体を冷却する中温熱交換器と、前記作動配管に軸
方向各端部を連通して配設された密閉形のシリンダおよ
びこのシリンダの内部空間を軸方向に２分するとともに
同方向に移動可能な隔壁を有し前記高温熱交換器側に連
通する空間を高温空間、前記中温熱交換器側に連通する
空間を中温空間とした作動容器と、この作動容器の中温
空間に連通し前記作動配管とは別のループを形成する熱
交換用の冷凍サイクル配管と、この冷凍サイクル配管に
順次に設けられた凝縮容器、減圧機構および蒸発容器
と、前記作動容器の中温空間から前記凝縮容器への作動
媒体の流入のみを許容する第１の逆止弁と、前記蒸発容
器から前記作動容器の中温空間への作動媒体の流出のみ
を許容する第２の逆止弁と、前記蒸発容器にて前記作動
媒体と熱交換される低温抽出用配管とを備えたことを特
徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明では上記の構成により、以下の作動が行
われる。

【０００８】まず、作動容器の隔壁が中温空間側に移動
して高温空間が拡大する。これにより高温熱交換器で加
熱された高温作動媒体が、多量に作動容器の高温空間に
流入し、これにより作動配管内で作動媒体の熱量が全体
として増大し、作動媒体の体積が膨脹して高圧となる。
このため、冷凍サイクル配管の第１の逆止弁が開とな
り、作動容器の中温空間側から凝縮容器側に作動媒体が
流動する。そして凝縮容器内で作動媒体が凝縮し、液媒
体となる。

【０００９】次に作動容器の隔壁が高温空間側に移動し
て、中温空間が拡大し始める。これにより、作動配管側
では中温熱交換器を通って冷却される作動媒体の量が増
大し、高温作動媒体の量が減少して熱量が低減し、中温
空間内の圧力が低下し始め、冷凍サイクル配管の第１の
逆止弁が閉となる。

【００１０】そして、作動容器の隔壁がさらに高温空間
側に移動すると、中温空間が拡大してその内部が低圧と
なる。一方、冷凍サイクル配管側では作動媒体が膨脹弁
に流動して減圧された後、蒸発容器で蒸発してガス化さ
れ、開となった第２の逆止弁を介し、作動容器の中温空
間に流入する。この作用中に蒸発容器での作動媒体蒸発
により、低温抽出用配管を介して利用側熱源で熱が奪わ
れ、低温供給が行われる。

【００１１】その後、再び作動容器の隔壁が中温空間側
に移動して、高温空間が拡大し、作動容器内の圧力が高
くなって、第２の逆止弁が閉となる。以後、上記の作用
が繰り返され、低温供給が続行される。

【００１２】したがって、本発明によれば、作動容器の
隔壁を往復移動することにより、作動媒体を流動させて
熱移動を行わせ、これにより効率よい低温供給が継続的
に行える。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る低温発生装置の一実施例
を図１〜図３を参照して説明する。

【００１４】図１は本実施例の全体構成を示している。

【００１５】同図に示すように、本実施例の低温発生装
置では、凝縮性ガスからなる作動媒体が流通するループ
状の作動配管１が設けられている。この作動配管１に
は、互いに離間する配置で、作動媒体を高温加熱する高
温熱交換器２と、作動媒体を冷却する中温熱交換器３と
が設けられている。

【００１６】高温熱交換器２では、熱源として燃焼熱あ
るいは太陽熱等が用いられ、中温熱交換器３では、熱源
として空気、天然水等の多様な熱源が用いられる。

【００１７】また作動配管１には、高温熱交換器２と中
温熱交換器３との間に位置して、再生器４が設けられて
いる。この再生器４は容器内に蓄熱材を収容したもの
で、作動配管１内で作動媒体が高温熱交換器２側から中
温熱交換器３側（矢印ａ方向）に流動する際に蓄熱が行
われ、逆に作動媒体が中温熱交換器３側から高温熱交換
器２側（矢印ｂ方向）に流動する際には放熱が行われ
る。

【００１８】さらに作動配管１には、再生器４と対向す
る配置で、高温熱交換器２と中温熱交換器３との間に作
動媒体の流動を行なわせる作動容器５が設けられてい
る。この作動容器５は、軸方向各端部を作動配管１に連
通する密閉形のシリンダ６と、このシリンダ６の内部空
間を軸方向に２分するとともに同方向に移動可能な隔壁
７とを有し、隔壁７は例えばモータ８によって回転駆動
されるねじロッド９を有するねじ送り機構１０により、
シリンダ６の軸方向に往復移動されるようになってい
る。

【００１９】そして、作動容器５の高温熱交換器側に連
通する空間が高温空間Ａ、また中温熱交換器２側に連通
する空間が中温空間Ｂとされ、これらの各空間Ａ，Ｂは
隔壁７の移動によって拡縮し、その際に作動配管１内で
は作動媒体が矢印ａ，ｂ方向に流動する。

【００２０】また、作動容器５の中温空間Ｂに連通し
て、作動配管１とは別のループを形成する熱交換用の冷
凍サイクル配管１１が設けられている。

【００２１】この冷凍サイクル配管１１には順次に、凝
縮容器１２、減圧機構としての膨脹弁１３および蒸発容
器１４が設けられている。また、作動容器５の中温空間
Ｂから凝縮容器１２への作動媒体の流入のみを許容する
第１の逆止弁１５と、蒸発容器１４から作動容器５の中
温空間Ｂへの作動媒体の流出のみを許容する第２の逆止
弁１６とが設けられている。さらに、蒸発容器１４に
は、作動媒体と熱交換熱される低温抽出用配管１７が設
けられている。なお、凝縮容器１２では、中温熱源とし
て空気、天然水等が用いられる。

【００２２】次に作用を図２および図３によって説明す
る。図２（Ａ）〜（Ｂ）は前記構成による低温発生用の
動作を順次に示し、図３はその動作をモリエル線図とし
て示している。

【００２３】図２（Ａ）に示すように、作動容器５の隔
壁７が中温空間Ｂ側に移動して高温空間Ａが拡大する
と、高温熱交換器２で高温熱源によって加熱された高温
作動媒体が、多量に作動容器５の高温空間Ａに流入する
状態となる。これにより作動配管１内では作動媒体の熱
量が全体として増大し、作動媒体の体積が膨脹して高圧
となるため、冷凍サイクル配管１１の第１の逆止弁１５
が開となり、同図に矢印ｃで示すように、作動容器５の
中温空間Ｂ側から凝縮容器１２側に作動媒体が流動する
（図３の加熱過程参照）。そして凝縮容器１２内で作動
媒体が凝縮し、液媒体１８となる。

【００２４】次に図２（Ｂ）に示すように、作動容器５
の隔壁７が高温空間Ａ側に移動して中温空間Ｂが拡大し
始めると、作動配管１側では作動流体が矢印ｂ方向に流
動して中温熱交換器２によって冷却される作動流体が増
大し、高温作動媒体の量が減少することにより熱量が低
減し、中温空間Ｂ内の圧力が低下し始め（図３の放熱，
減圧過程参照）、冷凍サイクル配管１１の第１の逆止弁
１５が閉となる。

【００２５】そして図２（Ｃ）に示すように、作動容器
５の隔壁７がさらに高温空間Ａ側に移動すると、中温空
間Ｂが拡大してその内部が低圧となる。一方、冷凍サイ
クル配管１１側では作動媒体が矢印ｄで示すように膨脹
弁１３に流動して減圧された後、蒸発容器１４で蒸発し
てガス化され、開となった第２の逆止弁１６を介し、矢
印ｅで示すように作動容器５の中温空間Ｂに流入する。
この作用中に蒸発容器１４での作動媒体蒸発により、低
温抽出用配管１７を介して図示しない利用側熱源で熱が
奪われ、低温供給が行われる（図３の冷却過程参照）。
なお、第２の逆止弁１６の動作については、蒸発容器１
４内の圧力を一定以下に保持し、または液面を一定に保
持する等の方法により制御することができる。

【００２６】その後、図２（Ｄ）に示すように、再び作
動容器５の隔壁７が中温空間Ｂ側に移動して、高温空間
Ａが拡大し、作動容器５内の圧力が高くなって、第２の
逆止弁１６が閉となる。以後、上記の作用が繰り返さ
れ、低温供給が続行される。

【００２７】以上で説明した本実施例によれば、作動容
器５の隔壁７を往復移動することにより、作動媒体を流
動させて熱移動を行わせ、これにより効率よい低温供給
が継続的に行えるようになる。この場合、本実施例で
は、再生器４において作動容器５内の高温ガス作動媒体
が有する熱量が蓄熱されるので、作動配管１内での作動
媒体の熱移動が円滑に行われ、この点でも熱効率の向上
が図られる。

【００２８】なお、前記実施例では単一の作動配管系統
に対して単一の冷凍サイクル系統を接続した構成とした
が、本発明は必ずしもこのような構成に限られず、複数
の系統を種々の組合わせとした多重接続構成としても実
施できるものである。

【００２９】例えば図４は、２系統の作動配管系統と１
系統の冷凍サイクル系統とを組合わせた構成を示してい
る。この構成例では、各作動容器５の中温空間Ｂ同士を
逆止弁２０付きの連絡管２１で連通接続し、その各作動
容器５の中温空間Ｂに冷凍サイクル配管１１の各端部を
別々に接続している。これにより蒸発容器１４内の圧力
を下げ、低温利用熱の温度を低下させるようになってい
る。このように、本発明では複数の系統を組合わせた多
重接続構成数として、要望に沿う適宜の低温供給が行え
るものである。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、作動配
管系統と低温発生用の冷凍サイクル配管系統とを組合わ
せるとともに、作動配管中の作動容器で隔壁を往復移動
させて高温空間と中温空間との容積を変化させることに
よって作動媒体を流動させ、これにより各系統で熱移動
を行わせるという新たな方式で、効率よい低温供給が行
えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る低温供給装置の一実施例を示す系
統構成図。

【図２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は前記実施例
の動作を順次に示す作用説明図。

【図３】前記実施例における動作を示すモリエル線図。

【図４】本発明の他の実施例を示す系統構成図。

【符号の説明】

１ 作動配管 ２ 高温熱交換器 ３ 中温熱交換器 ５ 作動容器 ６ シリンダ ７ 隔壁 １１ 冷凍サイクル配管 １２ 凝縮容器 １３ 膨脹弁（減圧機構） １４ 蒸発容器 １５ 第１の逆止弁 １６ 第２の逆止弁 １７ 低温抽出用配管 Ａ 高温空間 Ｂ 中温空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凝縮性ガスからなる作動媒体が流通する
   ループ状の作動配管と、この作動配管に互いに離間する
   配置で設けられ前記作動媒体を加熱する高温熱交換器お
   よび前記作動媒体を冷却する中温熱交換器と、前記作動
   配管に軸方向各端部を連通して配設された密閉形のシリ
   ンダおよびこのシリンダの内部空間を軸方向に２分する
   とともに同方向に移動可能な隔壁を有し前記高温熱交換
   器側に連通する空間を高温空間、前記中温熱交換器側に
   連通する空間を中温空間とした作動容器と、この作動容
   器の中温空間に連通し前記作動配管とは別のループを形
   成する熱交換用の冷凍サイクル配管と、この冷凍サイク
   ル配管に順次に設けられた凝縮容器、減圧機構および蒸
   発容器と、前記作動容器の中温空間から前記凝縮容器へ
   の作動媒体の流入のみを許容する第１の逆止弁と、前記
   蒸発容器から前記作動容器の中温空間への作動媒体の流
   出のみを許容する第２の逆止弁と、前記蒸発容器にて前
   記作動媒体と熱交換される低温抽出用配管とを備えたこ
   とを特徴とする低温発生装置。