JPH07103590A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率でムラなく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ヒ
ートポンプ装置を提供する。 【構成】 低温側シリンダ２１と高温側シリンダ１１と
を備えたヒートポンプ装置１において、高温側シリンダ
１１の高温室１３と中温室１４とは、多数の外部管路３
２により接続されており、各外部管路３２の間のそれぞ
れには、加熱部３１として電気ヒータ３７により加熱す
るヒータブロック３３を配置している。そして、電気ヒ
ータ３７に通電することにより、ヒータブロック３３間
に挟まれた外部管路３２を加熱する。これにより作動ガ
スはムラなく且つ効率よく加熱される。しかも、ヒータ
ブロック３３は、高温側シリンダ１１の外側に組み付け
る構造であるから電気ヒータ３７のためのシール箇所が
なく、作動ガスの漏れを確実に防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスサイクルを利用し
たヒートポンプ装置に用いられる作動ガスを、効率よく
加熱するヒートポンプ装置の構造に関する。

【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外燃機関では、内部の作動ガス
を加熱する必要のあることが知られている。

【０００３】この種の従来技術における作動ガスの加熱
方法として、特開平４ー３５３３６３号公報には、多数
の外部管路（細管）内に作動ガスを導き、外部管路をガ
スバーナで加熱することにより、作動ガスを加熱する構
成が開示されている。

【０００４】また、特開平３ー２４４９６８号公報に
は、各外部管路の中に電熱線を挿入して、各外部管路内
のガスを加熱する方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の前者の
ガスバーナによる方法では、熱損失が大きく、また、各
外部管路を均等に加熱できないために加熱ムラが生じる
という欠点がある。

【０００６】また、上述の後者の方法では、作動ガスを
直接加熱するので熱損失は少なくすることができ、また
加熱ムラを防止できるが、外部管路内に電熱線が存在す
るため、作動ガスの流動損失が大きく、また、各外部管
路の壁に孔をあけなければならず、この孔が原因となっ
て作動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、本発明の目的は、高効率でムラな
く作動ガスを加熱することができ、しかも作動ガス漏れ
を確実に防止することができるヒートポンプ装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、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、低温再生器、中温熱交換器を介在し、この内の低
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高温再生器、中温熱交換器を
介在し、この低温側、高温側双方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
するための加熱部を設けたヒートポンプ装置において、
前記高温側シリンダの高温室と中温室とは、多数の外部
管路により接続されており、各外部管路の間のそれぞれ
には、前記加熱部として電気ヒータにより加熱するヒー
タブロックを配置したことを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、各外部管路の間にヒータブロ
ックを設置し、電気ヒータに通電することにより、ヒー
タブロック間に挟まれた外部管路を加熱でき、これによ
り作動ガスはムラなく且つ効率よく加熱される。しか
も、ヒータブロックは、シリンダの外側に組み付ける構
造であるから電気ヒータのためのシール箇所がなく、作
動ガスの漏れを確実に防止できる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明によるヒ
ートポンプ装置の一実施例を詳細に説明する。

【００１１】図１に示すように、ヒートポンプ装置１
は、作動ガスが封入された高温側シリンダ１１を備え、
この高温側シリンダ１１内には高温側ディスプレーサ１
２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、
ディスプレーサロッド４２ａが固定され、このディスプ
レーサロッド４２ａはクランク室４１の内部に延出して
いる。

【００１３】このクランク室４１において、ディスプレ
ーサロッド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内
にあるディスプレーサロッド４２ｂが連結されている。

【００１４】ディスプレーサロッド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】一方、高温側シリンダ１１の先端部には、
作動ガスを加熱する加熱部３１が設けられている。この
加熱部３１は、外部管路３２とこの外部管路３２内の作
動ガスを加熱する電気ヒータ３３とから構成されてい
る。

【００１６】外部管路３２は、本実施例では逆Ｕ字形状
に形成されており、図２及び図３に示すように、各外部
管路３２は高温側シリンダ１１の天板３４から凸状に立
設され、全体として略円形に、複数本が等間隔に配列さ
れている。尚、図２は、ヒータブロックを装着する前の
状態を示している。また、図３において、符号３６はセ
ラミック等の耐熱材から作られたヒータケースである。

【００１７】ヒータブロック３３は、図４及び図５に示
すように、絶縁材として略三角柱状に形成されたセラミ
ック体３５を有し、そのセラミック体３５の周面のうち
外部管路３２に対面する２つの半径面３３ａ、３３ｂ
に、電熱線３７が配線されている。

【００１８】天板３４には、ヒータブロック３３の底面
形状に則して、三角形の凹部３８が形成されており、こ
の凹部３８にヒータブロック３３が嵌着される。この凹
部３８の周面には、板バネ３９が配置されており、凹部
３８に挿入されたヒータブロック３３に嵌合して確実な
脱着をするようになっている。このため、ヒータブロッ
ク３３の下部には、その半径面３３ａ、３３ｂに、板バ
ネ３９が嵌合する溝３５ａが形成されている。

【００１９】更に、天板３４には、電極４０が設けられ
ており、ここに電熱線３７のリード線３７ａを接続して
電力を供給するようになっている。また、各ヒータブロ
ック３３は互いに電気的に接続されており、電極４０の
通電によりすべてのヒータブロック３３に通電される。

【００２０】再び、図１を参照して説明するが、高温側
シリンダ１１の周囲において、外部管路３２の他端は高
温再生器５１、中温熱交換器５２を介して中温室１４に
夫々連通されており、高温シリンダ１１の加熱部３１で
加熱された作動ガスを高温再生器５１に供給するように
なっている。

【００２１】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２４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。

【００２２】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。

【００２３】次に、ヒートポンプ装置１の動作を説明す
る。

【００２４】クランク機構４３が回転すると、ディスプ
レーサロッド４２ａ、４２ｂを介して高温側ディスプレ
ーサ１２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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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、ヒータブロック３３の発熱により、各ヒータブロ
ック３３の加熱面３３ａ、３３ｂに隣接する多数の外部
管路３２が均一に且つ効率良く加熱される。

【００２８】また、本実施例では、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。

【００２９】本発明は、上述した実施例に限定されず、
本発明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、ヒータブロック３３は、外部管路
３２を加熱するものであればよく、三角柱形状に限るこ
となく、板状であってもよく、また、ブロックの加熱面
に外部管路に対応した溝を形成し、この溝に外部管路３
２を嵌め込んで外部管路全体をヒータブロック３３で覆
うものであってもよい。

【００３１】また、電気ヒータは電熱線３８に限らず、
電導性セラミックス等であってもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ヒートポンプ装置の加
熱部は、各外部管路の間にヒータブロックを配置するだ
けで容易に設置でき、ヒータブロックの設置後はそのヒ
ータブロックに通電することにより、ブロック間に挟ま
れた外部管路を加熱し、これにより作動ガスはムラなく
効率よく加熱される。しかも、ヒータブロックは、シリ
ンダの外側に組み付ける構造であるから外部管路等に孔
をあける必要がないので、作動ガスの漏れを確実に防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヒートポンプ装置の一実施例を示
す構成図である。

【図２】図１に示すヒートポンプ装置において外部管路
の配置状態を抜き出して示す断面図である。

【図３】図１に示す加熱部の平面図である。

【図４】図１に示すヒータブロックの平面図である。

【図５】図１に示すヒータブロックの脱着動作を説明す
る図である。

【符号の説明】

１ ヒートポンプ装置 １１ 高温側シリンダ １３ 高温室 １４ 中温室 ２１ 低温側シリンダ ２３ 低温室 ２４ 中温室 ３１ 加熱部 ３２ 外部管路 ３３ ヒータブロック ３７ 電熱線（電気ヒータ） ５２ 中温熱交換器 ５５ 低温熱交換器 ５７ 中温熱交換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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、低温再生器、中温熱交換器を介在し、この内の低
   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高温再生器、中温熱交換器を
   介在し、この低温側、高温側双方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
   するための加熱部を設けたヒートポンプ装置において、 前記高温側シリンダの高温室と中温室とは、多数の外部
   管路により接続されており、各外部管路の間のそれぞれ
   には、前記加熱部として電気ヒータにより加熱するヒー
   タブロックを配置したことを特徴とするヒートポンプ装
   置。