JPH0886521A - 熱駆動型ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱駆動型ヒートポンプ装置における熱輸送媒
体の凍結を不凍液の作用に頼らずに回避する。 【構成】 シリンダ９，２０とこの中を往復動するディ
スプレーサー１０，２１及び熱交換器１７，２６，２８
をそれぞれ備えた第１と第２のガス作動装置１，２を有
するヒートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本
体から冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系
とを備えた熱駆動型ヒートポンプ装置における暖房用の
流路系３３，３４についてヒートポンプ動作を行なう流
路系３４に、外気温度が低い時には外気からの採熱をし
ないような経路で熱輸送媒体を流し、暖房用の熱を放熱
させるための流路系３３を循環している高温の熱輸送媒
体を低温側の熱交換器２６に流入させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はヴィルミエサイクルを
用いた熱駆動型ヒートポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記この種の装置は熱駆動型ヒートポン
プ装置又はヴィルミエヒートポンプ装置（ＶＭＨＰ）と
称され、従来においても例えば特開昭６１ー４４２５４
号公報や特開平４ー２４０３５９号公報に示されている
ようなものがある。いずれも基本的には図５により示す
ように、第１と第２のガス作動装置２００，２０１を備
えている。第１のガス作動装置２００は、往復動される
ディスプレーサー２０２により作動ガスで満たされた内
部が高温室２０３と中温室２０４とに区画された高温シ
リンダ２０５と、この高温シリンダ２０５の高温室２０
３と中温室２０４とを、高温室２０３側から中温室２０
４側に順に連設した高温側熱交換器２０６と蓄熱器２０
７と中温側熱交換器２０８とによる作動ガス流路により
連通されている。高温側熱交換器２０６には加熱手段２
０９が併設されている。

【０００３】また、第２のガス作動装置２０１は、往復
動されるディスプレーサー２１０により作動ガスで満た
された内部が低温室２１１と中温室２１２とに区画され
た低温シリンダ２１３と、この低温シリンダ２１３の低
温室２１１と中温室２１２とを、低温室２１１側から中
温室２１２側に順に連設した低温側熱交換器２１４と蓄
冷器２１５と中温側熱交換器２１６とによる作動ガス流
路により連通させている。

【０００４】第１と第２のガス作動装置２００，２０１
の中温室２０４，２１２は、各ガス流路の末端に設けら
れた連通部により相互に連通している。高温シリンダ２
０５と低温シリンダ２１３とは概ね直角を成して基部に
おいて結合され、その結合部分にはクランク機構部２１
７が組み込まれ、これにより高温側と低温側の各ディス
プレーサー２０２，２１０がある位相差をもって往復動
するように構成されている。

【０００５】上記した従来の熱駆動型ヒートポンプ装置
は、いずれも外燃機関に属するスターリングエンジンと
同様にブルマイアサイクルを利用した基本構造を持ち、
高温側熱交換器２０６で強制的に作動ガスを加熱する外
部加熱方式により、低温側熱交換器２１４から低温の熱
輸送媒体を、中温側熱交換器２０８，２１６から中温の
熱輸送媒体をそれぞれ取り出して、低温の熱輸送媒体を
冷房に、中温の熱輸送媒体を暖房に利用するようにした
ものである。

【０００６】こうした熱駆動型ヒートポンプ装置は一般
に冷暖房能力の調整がし難いものであるが、この点を克
服する工夫が特開平４ー２４０３５９号公報に示されて
いるものではなされている。即ち、図５に示すようにヒ
ートポンプ装置本体の高温シリンダ２０５側の中温側熱
交換器２０８と低温シリンダ２１３側の低温側熱交換器
２１４とを、室内側熱交換器２１８と室外側熱交換器２
１９とに交互に切換え接続するように、複数の切換弁２
２０，２２１が設けられた熱輸送媒体の流路系が構成さ
れている。室外側熱交換器２１９にはその送風機２２２
を制御する送風制御装置２２３が設けられている。

【０００７】上記構成によれば、冷房運転時には切換弁
２２０，２２１で低温側熱交換器２１４と室内側熱交換
器２１８とを結ぶ閉サイクルと、中温側熱交換器２０８
と室外側熱交換器２１９とを結ぶ閉サイクルとが形成さ
れ、室内側熱交換器２１８で低温の熱輸送媒体の熱を室
内へ放出して冷房するとともに、室外側熱交換器２１９
で中温の熱輸送媒体の熱を室外へ排出させることができ
る。また暖房運転時には、切換弁２２０，２２１を切り
換えて、室内側熱交換器２１８で中温の熱輸送媒体の熱
を室内へ放出して暖房するとともに、室外側熱交換器２
１９で低温の熱輸送媒体の熱を室外へ排出させることが
できる。冷暖房能力の制御は、送風制御装置２２３によ
り室外側熱交換器２１９の送風機２２２のモータへの供
給電圧のレベルや周波数を調整することにより行なわれ
る。即ち、送風機２２２による送風量を調節することに
より、熱輸送媒体を加熱又は冷却する風量が変化し、冷
暖房能力がこれにより調節できることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に熱駆動型ヒート
ポンプ装置では、暖房運転時には室外側熱交換器２１９
により外気から熱を汲み上げるヒートポンプ動作を行な
うため、外気温度より低い温度の熱輸送媒体を室外側熱
交換器２１９に循環させるが、上述したような従来の熱
駆動型ヒートポンプ装置にあっては、外気温度が低い場
合には室外側熱交換器２１９を循環する流路系の熱輸送
媒体が凍結し、流路系自体や当該流路系の低温側熱交換
器２１４などが破損する恐れがあり、熱輸送媒体として
の水に不凍液を混入して凍結を防いでいる。しかしなが
ら、寒冷地では不凍液の濃度をかなり高くしないと凍結
を回避することはできない。

【０００９】一方、不凍液の濃度を高くすると熱輸送媒
体としての熱輸送機能が低下する傾向があるうえ、熱輸
送媒体の粘性も上がるため流路系のポンプの能力を大き
くしなくてはならないなど多くの厄介な問題が生じる。

【００１０】本発明は上記した従来の問題点を解決する
ためになされたもので、その課題とするところは不凍液
の作用に頼らずに熱輸送媒体の凍結を回避することであ
り、熱駆動型ヒートポンプ装置の低温環境下での暖房運
転機能を安定なものにすることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に請求項１から請求項３までのいずれの発明も、シリン
ダとこの中を往復動するディスプレーサー及び熱交換器
をそれぞれ備えた第１と第２のガス作動装置を有するヒ
ートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本体から
冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系とを備
えた熱駆動型ヒートポンプ装置における流路系の構成に
より熱輸送媒体の凍結を防ぐようにしたものである。即
ち、暖房用の流路系についてヒートポンプ動作を行なう
流路系に、外気温度が低い時には外気からの採熱をしな
いような経路で熱輸送媒体を流すとともに、暖房用の熱
を放熱させるための流路系を循環している高温の熱輸送
媒体を低温側熱交換器に流入させる手段を採用する。

【００１２】

【作用】請求項１から請求項３までにかかる前記手段に
おいては、通常の暖房運転では暖房用の熱を放熱させる
ための流路系には、ヒートポンプ装置本体から高温の熱
輸送媒体が循環し、ヒートポンプ動作を行なう流路系に
は、ヒートポンプ装置本体から低温の熱輸送媒体が循環
し、外気から熱を汲み上げることができ、外気温度が低
い時には、ヒートポンプ動作を行なう流路系に対して、
外気からの採熱をしないような経路で熱輸送媒体を流し
てヒートポンプ動作を停止させるとともに、暖房用の熱
を放熱させるための流路系を循環している高温の熱輸送
媒体を利用して凍結温度以上の温度の熱輸送媒体を低温
側熱交換器に循環させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。 実施例１．図１はこの発明の一実施例としての熱駆動型
ヒートポンプ装置のヒートポンプ本体の構成を示した断
面図である。始めにこの図１に基づいてその構成につい
て説明する。図１に示すこの熱駆動型ヒートポンプ装置
のヒートポンプ本体は、第１と第２のガス作動装置１，
２と、これらを動作させるクランク機構部３，４及びス
タータモータ５とを主体として構成され、フレーム６に
コイルスプリングを備えた懸架装置７により弾性的に懸
架されたベース８上に取付けられている。第１のガス作
動装置１と第２のガス作動装置２とは、ベース８上に近
接状態に並立された各クランク機構部３，４の上部にそ
れぞれ設けられ、各クランク機構部３，４間の中央部に
各クランク機構部３，４の初期動作のための単一のスタ
ータモータ５が配置されている。

【００１４】第１のガス作動装置１は高温側シリンダ９
と、この高温側シリンダ９内を往復動する高温側ディス
プレーサー１０を備えている。高温側シリンダ９にはヘ
リウムガス等の作動ガスが充填され、高温側ディスプレ
ーサー１０はこの高温側シリンダ９内をシリンダヘッド
側の高温空間１１と、クランク機構部３側の高温側中温
空間１２とに区画している。高温側シリンダ９の下端は
クランク機構部３の外殻を構成しているクランクケース
１３の上端に連結され、クランクケース１３内のクラン
ク室上部に嵌装されたロッドシール部１４により高温側
シリンダ９の高温側中温空間１２とクランク室との気密
が保持される。

【００１５】高温側シリンダ９の高温空間１１と高温側
中温空間１２とは、高温空間１１側から高温側中温空間
１２側に順に連設したヒータ管１５と蓄熱再生器１６と
高温側中温部熱交換器１７とによるガス流路により連通
されている。ヒータ管１５は、高温側シリンダ９のシリ
ンダヘッドに複数本角状に並列配管され、高温側シリン
ダ９の上部側にキャップ状に被冠装着された燃焼装置１
８の燃焼室１９にそれぞれ配設されている。これらのヒ
ータ管１５の一端は高温空間１１にそれぞれ臨み、他端
は蓄熱再生器１６に連絡している。

【００１６】蓄熱再生器１６と高温側中温部熱交換器１
７とは高温側シリンダ９の内壁面に形成された凹部に蓄
熱再生器１６を上側に、高温側中温部熱交換器１７を下
側にしてそれぞれ高温側シリンダ９に同軸状に組付けら
れ、それらの内周側は、高温側シリンダ９における高温
側ディスプレーサー１０との摺動面を形成するライナに
より被覆されている。

【００１７】第２のガス作動装置２も低温側シリンダ２
０と、この低温側シリンダ２０内を往復動する低温側デ
ィスプレーサー２１を備えている。低温側シリンダ２０
にもヘリウムガス等の作動ガスが充填され、低温側ディ
スプレーサー２１はこの低温側シリンダ２０内をシリン
ダヘッド側の低温空間２２と、クランク機構部４側の低
温側中温空間２３とに区画している。低温側シリンダ２
０の下端はクランク機構部４の外殻を構成するクランク
ケース２４の上端に連結され、クランクケース２４内の
クランク室上部に嵌装されたロッドシール部２５により
低温側シリンダ２０の低温側中温空間２３とクランク室
との気密が保持される。

【００１８】低温側シリンダ２０の低温空間２２と低温
側中温空間２３とは、低温空間２２側から低温側中温空
間２３側に順に連設した低温側熱交換器２６と再生器２
７と低温側中温部熱交換器２８とによるガス流路により
連通されている。低温側熱交換器２６と再生器２７と低
温側中温部熱交換器２８とは低温側シリンダ２０の内壁
面に形成された凹部に低温側熱交換器２６を上側に、再
生器２７を中間に、低温側中温部熱交換器２８を下側に
して、それぞれ低温側シリンダ２０に同軸状に組付けら
れ、それらの内周側は、低温側シリンダ２０における低
温側ディスプレーサー２１との摺動面を形成するライナ
により被覆されている。

【００１９】第１のガス作動装置１の高温側中温空間１
２と、第２のガス作動装置２の低温側中温空間２３と
は、それぞれの底部を形成しているロッドシール部１
４，２５に形成した連通孔を経て各クランクケース１
３，２４に設けられた接続口に通じ、この接続口同士を
繋いだ外部連通管２９により相互に連通している。

【００２０】第１のガス作動装置１と第２のガス作動装
置２の高温側ディスプレーサー１０と低温側ディスプレ
ーサー２１とは、それぞれそれらの下部に設けられたク
ランク機構部３，４により所定の位相差（この実施例で
は９０°である）をもって高温側シリンダ９内と低温側
シリンダ２０内をそれぞれ往復動する。各クランク機構
部３，４は図１に示すようにほぼ相同の構成で、それら
の間に組付けられた両軸型のスタータモータ５の回転軸
の各端にクランクシャフトが連結されている。

【００２１】各クランクシャフトにはクランクケース１
３，２４内においてクランクシャフトの回転運動を往復
直線運動に変換するコンロッド３０の大径端が枢着され
ている。各コンロッド３０の小径端は、クランクケース
１３，２４の上部側に形成された筒部に摺動可能に組込
まれたクロスヘッドにピンにより連結され、クランクシ
ャフトの一回転により、クロスヘッドが筒部内を上下に
一往復動する。各クロスヘッドの上部と高温側ディスプ
レーサー１０及び低温側ディスプレーサー２１の下端と
はロッドシール部１４，２５を貫いて設けた連結ロッド
３１，３２によりそれぞれ連結され、高温側ディスプレ
ーサー１０と低温側ディスプレーサー２１はそれらに連
結されたクロスヘッドと同期してそれぞれ高温側シリン
ダ９内と低温側シリンダ２０内の上死点と下死点の間を
往復直線動する。各ロッドシール部１４，２５を貫く連
結ロッド３１，３２は、ロッドシール部１４，２５の摺
動面を気密状態で上下動する。

【００２２】続いて上記した基本構成の熱駆動型ヒート
ポンプ装置の動作について説明する。燃焼装置１８の運
転により燃焼装置１８が燃焼を開始すると、燃焼室１９
にある各ヒータ管１５は通常４００℃〜８００℃に加熱
され、高温側中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換
器２８とはそれぞれ３５℃〜８０℃になり、スタータモ
ータ５の駆動により起動する。スタータモータ５の駆動
とともに各クランク機構部３，４により、高温側ディス
プレーサー１０は高温側シリンダ９内を、低温側ディス
プレーサー２１は低温側シリンダ２０内をそれぞれ９０
°の位相差をもって往復動を始める。

【００２３】作動ガスは、第１のガス作動装置１では高
温側ディスプレーサー１０の動きにより高温空間１１か
らヒータ管１５、蓄熱再生器１６、高温側中温部熱交換
器１７を経て高温側中温空間１２に至る順の移動と、こ
の逆順での移動を交互に繰り返し、第２のガス作動装置
２では低温側ディスプレーサー２１の動きにより低温空
間２２から低温側熱交換器２６、再生器２７、低温側中
温部熱交換器２８を経て低温側中温空間２３に至る順の
移動と、この逆順での移動を交互に繰り返す。この間、
作動ガスの作動空間の体積は一定であり、作動ガスの温
度と圧力とが変化する。作動ガスの圧力の変化は、第１
のガス作動装置１と第２のガス作動装置２とは外部連通
管２９で連通しているため瞬時に伝わり、圧力は全作動
空間において一様になる。

【００２４】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が上死点にある時、蓄熱再生器１６は高温の
作動ガスの通過により加熱され蓄熱されている。高温空
間１１は容積がない状態であり、高温側中温空間１２に
移動した作動ガスは低温側シリンダ２０の作用を受けて
圧力が上がり発熱し、高温側中温部熱交換器１７により
放熱される。この状態は熱的プロセスとしては等温圧縮
である。この時、第２のガス作動装置２の低温側ディス
プレーサー２１は、シリンダヘッド側への移動途中にあ
り、作動ガスは低温空間２２から低温側中温空間２３へ
移動している。再生器２７は低温空間２２からの低温ガ
スに熱を奪われその蓄熱量が減少していく。再生器２７
からの受熱により加熱されて低温側中温空間２３へ移動
する作動ガスにより、低温側シリンダ２０内の作動ガス
の平均温度が上昇し、圧力が上昇する。この状態は熱的
プロセスとしては等容加熱（体積一定の状態変化）であ
る。

【００２５】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が上死点から下降途中になると、作動ガスは
高温側中温空間１２から高温空間１１へ移動する。蓄熱
再生器１６は高温側中温空間１２からの作動ガスに熱を
奪われその蓄熱量が減少していく。蓄熱再生器１６から
の受熱により加熱されて高温空間１１へ移動する作動ガ
スにより、高温側シリンダ９内の作動ガスの平均温度が
上昇し、圧力が上昇する。この状態は熱的プロセスとし
ては等容加熱である。この時、第２のガス作動装置２の
低温側ディスプレーサー２１は上死点になり、再生器２
７は低温の作動ガスの通過により冷却され蓄冷されてい
る。低温空間２２は容積がない状態であり、低温側中温
空間２３に移動した作動ガスは高温側シリンダ９の作用
を受けて圧力が上がり発熱し、低温側中温部熱交換器２
８により放熱される。この状態は熱的プロセスとしては
等温圧縮である。

【００２６】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が下死点になると、作動ガスは高温側中温空
間１２から高温空間１１へ移動する。蓄熱再生器１６は
高温側中温空間１２からの作動ガスに熱を奪われその蓄
熱量はほぼ無くなっている。高温空間１１の容積は最大
の状態にあり、蓄熱再生器１６からの受熱により加熱さ
れ高温空間１１に移動した作動ガスは低温側シリンダ２
０の作用を受けて圧力が下がり膨張して放熱するが、ヒ
ータ管１５を通じて燃焼装置１８から吸熱するので、熱
的プロセスとしては等温膨張となる。この時、第２のガ
ス作動装置２の低温側ディスプレーサー２１は上死点か
ら下降途中になっていて、作動ガスは低温側中温空間２
３から低温空間２２へ再生器２７により冷却されて移動
していく。再生器２７により冷却されて低温空間２２へ
移動する作動ガスにより、低温側シリンダ２０内の作動
ガスの平均温度が上昇し、圧力が上昇する。この状態は
熱的プロセスとしては等容冷却である。

【００２７】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が下死点からシリンダヘッド側への移動途中
になると、作動ガスは高温空間１１から高温側中温空間
１２へ移動している。蓄熱再生器１６は高温空間１１か
らの高温の作動ガスによりその蓄熱量を増加させてい
く。蓄熱再生器１６により冷却されて高温側中温空間１
２へ移動する作動ガスにより、高温側シリンダ９内の作
動ガスの平均温度が下降し、圧力が減少する。この状態
は熱的プロセスとしては等容冷却である。この時、第２
のガス作動装置２の低温側ディスプレーサー２１は下降
していき下死点になる。低温側ディスプレーサー２１が
下死点になると、作動ガスは低温側中温空間２３から低
温空間２２へ再生器２７に冷却されて移動している。低
温空間２２の容積は最大の状態にあり、再生器２７によ
り冷却され低温空間２２に移動した作動ガスは高温側シ
リンダ９の作用を受けて圧力が下がり膨張して放熱する
が、低温側熱交換器２６により吸熱されるので熱的プロ
セスとしては等温膨張となる。

【００２８】上記したサイクルが繰り返されて、高温側
中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換器２８とから
暖房出力が、低温側熱交換器２６から冷房出力がそれぞ
れ得られる。上記サイクルは、初期運転をスタータモー
タ５により起こせば、その後はスタータモータ５の動力
を必要とすることなく自立的な運転が可能である。

【００２９】この実施例の熱駆動型ヒートポンプ装置の
特徴は、冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路
系の構成にある。その回路構成を示した図２により以下
においてその説明をする。暖房用には第１と第２の流路
系３３，３４があり、そのうちの第１の流路系３３は、
高温側中温部熱交換器１７、ポンプ３５、第１の三方切
換弁３６、室内に設置される室内側熱交換器３７、第２
の三方切換弁３８、低温側中温部熱交換器２８を経て高
温側中温部熱交換器１７に戻る一連の回路として構成さ
れ、ポンプ３５により熱輸送媒体（不凍液を混入した
水）が循環される。第２の流路系３４は、低温側熱交換
器２６、ポンプ３９、第３の三方切換弁４０、室外に設
置される室外側熱交換器４１、第４の三方切換弁４２を
経て低温側熱交換器２６に戻る一連の回路として構成さ
れ、ポンプ３９により熱輸送媒体（不凍液を混入した
水）が循環される。通常の暖房運転では第１の流路系３
３と第２の流路系３４は相互に独立していてそれらの熱
輸送媒体が混ざり合うことはない。

【００３０】冷房用には、第３と第４の流路系４３，４
４があり、そのうちの第３の流路系４３は、高温側中温
部熱交換器１７、第１の三方切換弁３６、室外側熱交換
器４１、第２の三方切換弁３８、低温側中温部熱交換器
２８を経て高温側中温部熱交換器１７に戻る一連の回路
として構成され、第１の流路系３３のポンプ３５により
熱輸送媒体（不凍液を混入した水）が循環される。第４
の流路系４４は、低温側熱交換器２６、第３の三方切換
弁４０、室内側熱交換器３７、第４の三方切換弁４２を
経て低温側熱交換器２６に戻る一連の回路として構成さ
れ、第２の流路系３４のポンプ３９により熱輸送媒体
（不凍液を混入した水）が循環される。冷房運転におい
て第３の流路系４３と第４の流路系４４は相互に独立し
ていてそれらの熱輸送媒体が混ざり合うことはない。

【００３１】第３の流路系４３は第１の流路系３３から
第１の三方切換弁３６を経て、第２の流路系３４の室外
側熱交換器４１の上流部に連絡し、室外側熱交換器４１
の下流部で分岐して第２の三方切換弁３８に連絡してい
る。また、第４の流路系４４は第３の三方切換弁４０を
経て第１の流路系３３の室内側熱交換器３７の上流側に
おいて合流部４５として連絡し、室内側熱交換器３７の
下流側において第１の流路系３３と分流部４６として分
岐している。

【００３２】この実施例のものは、第１、第２、第３、
第４の各三方切換弁３６，３８，４０，４２を切り換
え、第１の流路系３３と第２の流路系３４に図２に実線
の矢印で示す熱輸送媒体の流れを形成することにより、
高温側中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換器２８
からの熱による暖房が室内側熱交換器３７により行なわ
れる。この時、第２の流路系３４は室外側熱交換器４１
により外気の熱を汲み上げるヒートポンプ動作を行なっ
ている。従って、外気温度より低い温度の熱輸送媒体を
室外側熱交換器４１に循環させている。

【００３３】冷房は、第１、第２、第３、第４の各三方
切換弁３６，３８，４０，４２を切り換え、第３の流路
系４３と第４の流路系４４に図２に破線の矢印で示す熱
輸送媒体の流れを形成することにより行なわれる。冷暖
房能力は、燃焼装置１８の燃焼量の制御等により調整さ
れる。

【００３４】暖房運転時において、外気温度がかなり低
い場合には室外側熱交換器４１を循環する第２の流路系
３４の熱輸送媒体は、外気温度以下になって吸熱するた
め、第２のガス作動装置２の低温側熱交換器２６を循環
する熱輸送媒体が凍結温度以下になり凍結し、運転不能
や装置の破損を招く恐れがある。このような場合には、
第２の流路系３４の第３の三方切換弁４０と第４の三方
切換弁４２が、制御装置（図示しない）によりともに冷
房側へ切換えられる。これにより、第１の流路系３３と
第４の流路系４４を熱輸送媒体が循環することになる。
即ち、室外側熱交換器４１を経ずに合流部４５に低温側
熱交換器２６からの熱輸送媒体が第１の流路系３３に流
れ込み、第１の流路系３３を循環している高温の熱輸送
媒体に混入する。この後は分流部４６で分流して一方は
第１の流路系３３に、もう一方は第４の流路系４４に流
れていく。従って、ヒートポンプ動作は停止し、第１の
ガス作動装置１の燃焼装置１８による熱効率により暖房
運転が行なわれることになる。そして、高温の熱輸送媒
体と混合した凍結温度以上の温度の熱輸送媒体が低温側
熱交換器２６に流れるため、低温側熱交換器２６の凍結
が不凍液の作用に頼ることなく回避される。つまり、三
方切換弁４０，４２の切換え操作だけで熱駆動型ヒート
ポンプ装置の低温環境下での暖房運転機能を安定させる
ことができる。

【００３５】実施例２．この実施例２は上述した実施例
１の流路系に二つの連絡流路を設け、実施例１のものと
同様の凍結防止効果を得ようとするものであり、連絡流
路にかかる構成以外の構成及び機能は実施例１で示した
ものと同じである。従って、実施例１のものと同じ部分
は実施例１のものと同じ符号を用い、その説明は省略す
る。

【００３６】この実施例２の熱駆動型ヒートポンプ装置
は、図３に示すように実施例１により示した第１の流路
系３３の室内側熱交換器３７に対して往き側となるポン
プ３５と第１の三方切換弁３６との中間部分と、第２の
流路系３４の室外側熱交換器４１に対して戻り側となる
低温側熱交換器２６の前段部分とを二方弁４７による開
閉手段を含む第１の連絡流路４８で連絡させ、さらに第
１の流路系３３の室内側熱交換器３７に対して戻り側と
なる第２の三方切換弁３８と低温側中温部熱交換器２８
との中間部分と、第２の流路系３４の室外側熱交換器４
１に対して往き側となるポンプ３９の直前部分とを二方
弁４９による開閉手段を含む第２の連絡流路５０で連絡
させたものである。第２の流路系３４の第１の連絡流路
４８との連絡部分の上流部には二方弁５１による開閉手
段が設けられ、第２の流路系３４の第２の連絡流路５０
との連絡部分の下流部にも二方弁５２による開閉手段が
設けられている。これ以外の構成は実施例１のものと同
じであり、その説明は省略する。

【００３７】この実施例２では、暖房運転時において外
気温度が低い時には第１と第２の連絡流路４８，５０の
各二方弁４７，４９が開弁され、第２の流路系３４に設
けられた各二方弁５１，５２が閉弁され、第２の流路系
３４のポンプ３９も停止される。これにより、低温側熱
交器２６には第１の連絡流路４８から第１の流路系３３
の熱輸送媒体が流れ込み、第２の連絡流路５０により第
１の流路系３３へ戻されることになる。従って、実施例
１のものと同様に第２の流路系３４によるヒートポンプ
動作は停止するが、凍結温度以上の温度の熱輸送媒体が
低温側熱交換器２６に流れるため、低温側熱交換器２６
の凍結は不凍液の作用に頼ることなく回避される。つま
り、二方弁４７，４９，５１，５２の切換え操作だけで
熱駆動型ヒートポンプ装置の低温環境下での暖房運転機
能を安定させることができる。

【００３８】実施例３．この実施例３は上述した実施例
１の流路系に一つの連絡流路を設け、実施例１のものと
同様の凍結防止効果を得ようとするものであり、その連
絡流路にかかる構成以外の構成及び機能は実施例１で示
したものと同じである。従って、実施例１のものと同じ
部分は実施例１のものと同じ符号を用い、その説明は省
略する。

【００３９】この実施例３の熱駆動型ヒートポンプ装置
は、図４に示すように実施例１により示した第１の流路
系３３の室内側熱交換器３７に対して戻り側となる第２
の三方切換弁３８と低温側中温部熱交換素器２８との中
間部分と、第２の流路系３４の室外側熱交換器４１に対
して往き側となる低温側熱交換器２６とポンプ３９との
中間部分とを二方弁５３による開閉手段を含む連絡流路
５４で連絡させたものである。第１の流路系３３の連絡
流路５４との連絡部分の上流部には二方弁５５による開
閉手段が設けられ、第２の流路系３４の連絡流路５４と
の連絡部分の下流部にも二方弁５６による開閉手段が設
けられている。これ以外の構成は実施例１のものと同じ
でありその説明は省略する。

【００４０】この実施例３では、暖房運転時において外
気温度が低い時には連絡流路５４の二方弁５３が開弁さ
れ、第１と第２の流路系３３，３４に設けられた各二方
弁５５，５６が閉弁され、第４の三方切換弁４２が冷房
側へ切換えられ、当該流路系４４のポンプ３９も停止さ
れる。これにより、低温側熱交器２６には、第１の流路
系３３からの熱輸送媒体が分流部４６を経て第４の三方
切換弁４２から流れ込みむことになる。この熱輸送媒体
は低温側熱交換器２６を出て連絡流路５４を経て第１の
流路系３３へ戻り、高温側中温部熱交換器１７へ至る。
従って、実施例１のものと同様に第２の流路系３４によ
るヒートポンプ動作は停止するが、凍結温度以上の温度
の熱輸送媒体が低温側熱交換器２６に流れるため、低温
側熱交換器２６の凍結は不凍液の作用に頼ることなく回
避される。つまり、二方弁５３，５５，５６の切換えと
三方切換弁４２の切換え操作だけで熱駆動型ヒートポン
プ装置の低温環境下での暖房運転機能を安定させること
ができ、実施例２のものより簡素な構成で同等の機能が
得られる。

【００４１】

【発明の効果】以上実施例による説明からも明らかなよ
うに請求項１から請求項３までの発明によれば、通常の
暖房運転では暖房用の熱を放熱させるための流路系に
は、ヒートポンプ装置本体から高温の熱輸送媒体が循環
し、ヒートポンプ動作を行なう流路系には、ヒートポン
プ装置本体から低温の熱輸送媒体が循環し、外気から熱
を汲み上げることができ、外気温度が低い時には、ヒー
トポンプ動作を行なう流路系に対して、外気からの採熱
をしないような経路で熱輸送媒体を流してヒートポンプ
動作を停止するとともに、暖房用の熱を放熱させるため
の流路系を循環している高温の熱輸送媒体を利用して凍
結温度以上の温度の熱輸送媒体を循環させることがで
き、不凍液の作用に頼ることなく低温側熱交換器の凍結
を回避することができる。従って、熱駆動型ヒートポン
プ装置の低温環境下での暖房運転機能を安定したものと
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す熱駆動型ヒートポンプ
装置の断面図である。

【図２】この発明の実施例１の熱駆動型ヒートポンプ装
置の流路系の回路構成を示す構成図である。

【図３】この発明の実施例２の熱駆動型ヒートポンプ装
置の流路系の回路構成を示す構成図である。

【図４】この発明の実施例３の熱駆動型ヒートポンプ装
置の流路系の回路構成を示す構成図である。

【図５】従来の熱駆動型ヒートポンプ装置における流路
系の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 第１のガス作動装置 ２ 第２のガス作動装置 ３ クランク機構部 ４ クランク機構部 ５ スタータモータ ９ 高温側シリンダ １０ 高温側ディスプレーサー １１ 高温空間 １２ 高温側中温空間 １３ クランクケース １５ ヒータ管 １６ 蓄熱再生器 １７ 高温側中温部熱交換器 ２０ 低温側シリンダ ２１ 低温側ディスプレーサー ２２ 低温空間 ２３ 低温側中温空間 ２４ クランクケース ２６ 低温側熱交換器 ２７ 再生器 ２８ 低温側中温部熱交換器 ２９ 外部連通管 ３３ 第１の流路系 ３４ 第２の流路系 ３５ ポンプ ３６ 第１の三方切換弁 ３７ 室内側熱交換器 ３８ 第２の三方切換弁 ３９ ポンプ ４０ 第３の三方切換弁 ４１ 室外側熱交換器 ４２ 第４の三方切換弁 ４３ 第３の流路系 ４４ 第４の流路系 ４５ 合流部 ４６ 分流部 ４７ 二方弁 ４８ 第１の連絡流路 ４９ 二方弁 ５０ 第２の連絡流路 ５１ 二方弁 ５２ 二方弁 ５３ 二方弁 ５４ 連絡流路 ５５ 二方弁 ５６ 二方弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥羽 正裕 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内 (72)発明者 野沢 栄治 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内 (72)発明者 菅波 拓也 岐阜県中津川市駒場町１番３号 三菱電機 株式会社中津川製作所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復動するディスプレーサーにより作動
   ガスで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画さ
   れたシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温
   空間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と蓄熱再
   生器と熱交換器とによるガス流路により連通させた第１
   のガス作動装置と、往復動するディスプレーサーにより
   作動ガスで満たされた内部が低温空間と中温空間とに区
   画されたシリンダの上記低温空間と中温空間とを、上記
   低温空間側から中温空間側に順に連設した低温側熱交換
   器と再生器と熱交換器とによるガス流路により連通させ
   た第２のガス作動装置と、上記第１と第２のガス作動装
   置の各ガス流路を、それらの中温空間側において相互に
   連通させる連通部と、上記各ディスプレーサーをある位
   相差をもって往復動させるクランク機構部とを備えたヒ
   ートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本体から
   冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系とを備
   え、上記流路系は、上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器、室内に設置される室内側熱交換器、上記第２のガ
   ス作動装置の上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動
   装置の上記熱交換器に戻るポンプを含む第１の流路系
   と、上記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器、室
   外に設置される室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス
   作動装置の上記低温側熱交換器に戻るポンプを含む第２
   の流路系と、上記第１のガス作動装置の上記熱交換器、
   上記室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス作動装置の
   上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動装置の上記熱
   交換器に戻る、上記第１の流路系に対して切換弁により
   切換えられる第３の流路系と、上記第２のガス作動装置
   の上記低温側熱交換器、上記室内側熱交換器を巡り、上
   記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器に戻る、上
   記第２の流路系に対して切換弁により切換えられる第４
   の流路系とからなり、上記第１の流路系と上記第４の流
   路系とを上記室内側熱交換器の上流側に合流部を持ち、
   下流側に分流部を持つように接続し、外気温度が低い時
   には上記第２の流路系の切換弁の切換えにより、上記第
   ２の流路系の熱輸送媒体が、上記低温側熱交換器から上
   記第１の流路系に上記合流部において合流し、上記分流
   部で分流して上記室外側熱交換器を経ずに上記低温側熱
   交換器に戻る経路で流れるように構成したことを特徴と
   する熱駆動型ヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 往復動するディスプレーサーにより作動
   ガスで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画さ
   れたシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温
   空間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と蓄熱再
   生器と熱交換器とによるガス流路により連通させた第１
   のガス作動装置と、往復動するディスプレーサーにより
   作動ガスで満たされた内部が低温空間と中温空間とに区
   画されたシリンダの上記低温空間と中温空間とを、上記
   低温空間側から中温空間側に順に連設した低温側熱交換
   器と再生器と熱交換器とによるガス流路により連通させ
   た第２のガス作動装置と、上記第１と第２のガス作動装
   置の各ガス流路を、それらの中温空間側において相互に
   連通させる連通部と、上記各ディスプレーサーをある位
   相差をもって往復動させるクランク機構部とを備えたヒ
   ートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本体から
   冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系とを備
   え、上記流路系は、上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器、室内に設置される室内側熱交換器、上記第２のガ
   ス作動装置の上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動
   装置の上記熱交換器に戻るポンプを含む第１の流路系
   と、上記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器、室
   外に設置される室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス
   作動装置の上記低温側熱交換器に戻るポンプを含む第２
   の流路系と、上記第１のガス作動装置の上記熱交換器、
   上記室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス作動装置の
   上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動装置の上記熱
   交換器に戻る、上記第１の流路系に対して切換弁により
   切換えられる第３の流路系と、上記第２のガス作動装置
   の上記低温側熱交換器、上記室内側熱交換器を巡り、上
   記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器に戻る、上
   記第２の流路系に対して切換弁により切換えられる第４
   の流路系とからなり、上記第１の流路系の上記室内側熱
   交換器に対して往き側となる部分と上記第２の流路系の
   室外側熱交換器に対して戻り側となる部分とを開閉手段
   を含む第１の連絡流路で連絡させ、上記第１の流路系の
   上記室内側熱交換器に対して戻り側となる部分と上記第
   ２の流路系の室外側熱交換器に対して往き側となる部分
   とを開閉手段を含む第２の連絡流路で連絡させ、上記第
   ２の流路系の上記第１の連絡流路との連絡部分の上流部
   には開閉手段を設け、上記第２の流路系の上記第２の連
   絡流路との連絡部分の下流部にも開閉手段を設け、外気
   温度が低い時には上記第１と第２の連絡流路により上記
   第１の流路系の熱輸送媒体の一部が、上記室外側熱交換
   器を経ずに上記低温側熱交換器に流れるように構成した
   ことを特徴とする熱駆動型ヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】 往復動するディスプレーサーにより作動
   ガスで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画さ
   れたシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温
   空間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と蓄熱再
   生器と熱交換器とによるガス流路により連通させた第１
   のガス作動装置と、往復動するディスプレーサーにより
   作動ガスで満たされた内部が低温空間と中温空間とに区
   画されたシリンダの上記低温空間と中温空間とを、上記
   低温空間側から中温空間側に順に連設した低温側熱交換
   器と再生器と熱交換器とによるガス流路により連通させ
   た第２のガス作動装置と、上記第１と第２のガス作動装
   置の各ガス流路を、それらの中温空間側において相互に
   連通させる連通部と、上記各ディスプレーサーをある位
   相差をもって往復動させるクランク機構部とを備えたヒ
   ートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本体から
   冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系とを備
   え、上記流路系は、上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器、室内に設置される室内側熱交換器、上記第２のガ
   ス作動装置の上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動
   装置の上記熱交換器に戻るポンプを含む第１の流路系
   と、上記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器、室
   外に設置される室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス
   作動装置の上記低温側熱交換器に戻るポンプを含む第２
   の流路系と、上記第１のガス作動装置の上記熱交換器、
   上記室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス作動装置の
   上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動装置の上記熱
   交換器に戻る、上記第１の流路系に対して切換弁により
   切換えられる第３の流路系と、上記第２のガス作動装置
   の上記低温側熱交換器、上記室内側熱交換器を巡り、上
   記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器に戻る、上
   記第２の流路系に対して切換弁により切換えられる第４
   の流路系とからなり、上記第１の流路系の上記室内側熱
   交換器に対して戻り側となる部分と上記第２の流路系の
   室外側熱交換器に対して往き側となる部分とを開閉手段
   を含む連絡流路で連絡させ、上記第１の流路系の上記連
   絡流路との連絡部分の上流部には開閉手段を設け、上記
   第２の流路系の上記連絡流路との連絡部分の下流部にも
   開閉手段を設け、外気温度が低い時には上記第１の流路
   系の熱輸送媒体を、上記室外側熱交換器を経ずに上記低
   温側熱交換器に流し、上記連絡流路により第１の流路系
   側へ戻すように構成したことを特徴とする熱駆動型ヒー
   トポンプ装置。