JPH0814683A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高効率で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冷凍装置を
提供する。 【構成】 いわゆるビルマイヤーヒートポンプ型の冷凍
装置において、その高温側シリンダのシリンダ空間内
に、作動ガスを加熱するための加熱部を設けており、こ
の加熱部は、電熱ヒータと、この電熱ヒータに外装され
た円筒形状のフィン付きチューブとを備える構成であ
る。この加熱部では、通電により電熱ヒータが加熱され
るが、電熱ヒータにはフィン付きチューブが外装されて
いるので、伝熱面積が広く熱交換効率が良いから、作動
ガスを高効率で加熱できる。また、高温側シリンダに、
フィン付きチューブを外装した電熱ヒータを組み付ける
だけの構成であるから、装置の組み付けが簡単である。
更に、ガス細管である外部管路内に電熱ヒータが存在す
るものでないから、作動ガスの流動損失や、外部管路に
孔を形成するものでないので、ガス漏れや耐久性の低下
等がない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍装置に関し、特に
ガスサイクルを利用した熱機関の作動ガスを効率よく加
熱する構造に関する。

【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熱機関では、内部の作動ガスを
加熱する必要のあることは知られている。

【０００３】この種のものでは、従来、多数の細管内に
作動ガスを導き、細管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か、高温室の壁に埋め込んだ電
熱線に通電して加熱することにより、作動ガスを加熱し
ている。しかし、これらの方法では、外部の加熱手段か
ら高温室のハウジングを加熱するものであるから、熱損
失が大きく、加熱ムラが生じるという欠点があった。

【０００４】この問題を解決するために、特開平３−２
４４９６８号公報には、細管の内部に電熱線を挿入し、
この電熱線に通電して発熱させることにより、作動ガス
を直接加熱する技術が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の方法では、細管内に電熱線が存在するため、細管内
における作動ガスの流動損失が増大するので、冷凍サイ
クルの効率が低下するという問題がある。

【０００６】また、多数の細管内に電熱線を配置する構
造では、各細管壁に孔をあけなければならず、この孔が
原因となって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
することができる冷凍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
換器を介在し、こ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中温熱
交換器を介在し、こ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
加熱部を設けた冷凍装置において、前記加熱部は、電熱
ヒータと、この電熱ヒータに外装された円筒形状のフィ
ン付きチューブとを備えている。

【０００９】

【作用】本発明によれば、高温側シリンダの作動ガス
は、高温側シリンダの加熱部を通過して高温室から中温
室へ移動する。加熱部では通電により電熱ヒータが加熱
されるが、電熱ヒータにはフィン付きチューブが外装さ
れているので、伝熱面積が広く熱交換効率が良い。従っ
て、作動ガスを高効率で加熱できる。

【００１０】また、本発明においては高温側シリンダ
に、フィン付きチューブを外装した電熱ヒータを組み付
けるだけであるから、ガス細管内に電熱ヒータが存在す
る従来技術のように作動ガスの流動損失を生じることが
なく、またガス細管に孔を穿ける必要もないので、この
孔が原因となって生じるガス漏れや耐久性の低下等がな
い。即ち、本発明によれば、高効率で作動ガスを加熱す
ることができ、しかも作動ガスのガス漏れを確実に防止
することができる。

【００１１】

【実施例】以下に、添付図面を参照して、本発明の実施
例による冷凍装置を詳細に説明する。

【００１２】図１において、冷凍装置１は、作動ガスが
封入された高温側シリンダ１１を有し、この高温側シリ
ンダ１１内には高温側ディスプレーサ１２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。

【００１３】高温側ディスプレーサ１２の後端部には、
ピストンロッド４２ａが連結され、このピストンロッド
４２ａは機械室４１の内部に延出している。

【００１４】この機械室４１において、ピストンロッド
４２ａは回転軸４４の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のピストンロ
ッド４２ｂが連結されている。

【００１５】ピストンロッド４２ｂは、低温側ディスプ
レーサ２２の後端部に連結されている。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。

【００１６】また、高温側シリンダ１１において、その
先端部のシリンダ空間には、加熱部３１が設けられてい
る。この加熱部３１には、フィン付きチューブ３８が外
装された多数の電熱ヒータ３３を備えている。例えば、
本実施例ではシリンダ先端部の周囲に４乃至１２個配置
されている。

【００１７】高温側シリンダ１１の周囲において、高温
室１３と中温室１４の間には外部管路３２が配置され、
この外部管路３２の一端は高温側シリンダ１１の高温室
１３に夫々連通し、他端は高温再生器５１、中温熱交換
器５２を介して中温室１４に夫々連通している。一方、
低温側シリンダ２１の低温室２３は、低温熱交換器５
５、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。

【００１８】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。

【００１９】上述の電熱ヒータ３３は、図２に示すよう
に、高温シリンダ１１における高温室１３のヘッド３４
に螺合により固定されており、その頭部３３ａには、ヘ
ッド３４との間にはメタルシール３５により気密に保持
されている。

【００２０】そして、電熱ヒータ３３のリード線はヘッ
ド３４の外側に延出されており、ヒータ部３１は、高温
シリンダ１１内において高温室１３から外部管路３２へ
至る間に延出されている。

【００２１】高温シリンダ１１内において、電熱ヒータ
３３には、フィン付きチューブ３８が外装されている。
このフィン付きチューブ３８は、図５に示すように、チ
ューブ３８ａの周囲に多数のフィン３８ｂを備えてお
り、これらのフィン３８ｂの間を作動ガスが通過して加
熱されるようになっている。フィン３８ｂの形状及び寸
法等については、特に制限されるものではなく、要求さ
れる伝熱量や加熱量等により適当な寸法や形状のものを
用いることができる。

【００２２】電熱ヒータ３３としては、図４に示すよう
な密封構造のシースヒータを用いることが好ましい。こ
こで、本明細書において、シースヒータとは、セラミッ
クス等で被覆した電熱線ヒータのことをいうものとす
る。

【００２３】この図４に示す電熱ヒータ３３としてのシ
ースヒータでは、インコネル又はインコロイ製のシース
材（被覆外筒）３６と、このシース材３６内に封入され
た電熱線３７とから構成されており、シース材３６内に
は酸化マグネシウム粉末が封入されていて、電熱線３７
とシース材３６との間が絶縁されている。尚、電熱ヒー
タ３３の基端部には、ねじ部３３ｂが形成されており、
螺合により、高温シリンダのヘッドに容易に組み付けで
きるようになっている。

【００２４】次に、本実施例による冷凍装置の動作を説
明する。

【００２５】図１においてクランク機構４３が回転する
と、ピストンロッド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。

【００２６】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
ているので、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。

【００２７】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。

【００２８】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、高温側シリンダ１１の作動ガスは、電熱ヒータ３
３に外装されたチューブのフィン３８ｂとフィン３８ｂ
との間を通過して高温側シリンダのシリンダ空間（高温
室１３）から外部管路３２へ移動する。

【００２９】作動ガスは、フィン３８ｂにより電熱面積
が広く形成されているから、高効率で加熱される。

【００３０】また、従来のようにガス細管内に電熱ヒー
タが存在しないためガス細管内における作動ガスの流動
損失を生じることがなく、更に、フィン３８ｂによりガ
スの流れが整流され、ガスの移動が案内されるので流動
損失を低減することができる。

【００３１】また、ガス管路３２に孔を穿ける必要もな
いので、この孔が原因となってガス漏れや耐久性の低下
等がない。即ち、高効率で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。更に、本実施例ではシリンダヘッド３４に電熱ヒー
タ３３を螺合し、フィンチューブ３８を外装するだけの
構成であるから、簡単に組付けることができるので、組
み付けが簡単である。

【００３２】本実施例は電熱ヒータ３３としてシースヒ
ータを用いているので、ヒータの断線時等にはヒーター
の交換が容易にでき、メンテナンスが簡単になる。

【００３３】尚、フィン３８ｂの数、長さ、面積等を変
えることによって、伝熱量を調整することができる。

【００３４】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。

【００３５】例えば、図６に示すように、フィン３８ｂ
は、作動ガスの通路を確保するため、ガス通路に対応す
る箇所に切り欠き４１を形成するものであってもよい。
この場合、更にガスの流動抵抗が少なく、効率のよい運
転を行うことができる。

【００３６】また、図７に示すように、同様にガス通路
を確保するため、フィンの周囲に対応させて、シリンダ
ヘッドにガス通路用の溝４２を形成するものであっても
同様な効果を得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】第１の本発明によれば、高温側シリンダ
の作動ガスは、高温側シリンダの加熱部を通過して高温
室から中温室へ移動する。加熱部では、通電により電熱
ヒータが加熱されるが、電熱ヒータにはフィン付きチュ
ーブが外装されているので、伝熱面積が広く熱交換効率
が良い。従って、作動ガスを高効率で加熱できる。

【００３８】また、本発明においては高温側シリンダ
に、フィン付きチューブを外装した電熱ヒータを組み付
けるだけであるから、組み付けが簡単である。

【００３９】更に、ガス細管内に電熱ヒータが存在する
従来技術のようにガス細管内における作動ガスの流動損
失を生じることがなく、またガス細管に孔を穿ける必要
もないので、この孔が原因となって生じるガス漏れや耐
久性の低下等がない。即ち、本発明によれば、高効率で
作動ガスを加熱することができ、しかも作動ガスのガス
漏れを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷凍装置の一実施例を示す構成図
である。

【図２】図１に示す冷凍装置における高温シリンダの加
熱部を示す縦断面図である。

【図３】図２に示す高温シリンダのシリンダ空間とガス
細管との配列を示す横断面図である。

【図４】本発明の実施例に用いられるシースヒータの一
部を切り欠いて示す斜視図である。

【図５】本発明の実施例に用いられるフィン付きチュー
ブの斜視図である。

【図６】他の実施例による高温シリンダの加熱部を示す
縦断面図である。

【図７】他の実施例による高温シリンダの加熱部を示す
縦断面図である。

【符号の説明】

１ 冷凍装置 １１ 高温側シリンダ １３ 高温室 ２１ 低温側シリンダ ２３ 低温室 ２４ 中温室 ３１ 加熱部 ３３ 電熱ヒータ ３４ シリンダヘッド ３８ フィン付きチューブ

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
   換器を介在し、こ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中温熱
   交換器を介在し、こ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
   加熱部を設けた冷凍装置において、 前記加熱部は、電熱ヒータと、この電熱ヒータに外装さ
   れた円筒形状のフィン付きチューブとを備えることを特
   徴とする冷凍装置。