JPH09243143A - ヒートポンプ装置における冷暖房の切り替え方法 - Google Patents

ヒートポンプ装置における冷暖房の切り替え方法

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JPH09243143A
JPH09243143A JP8084557A JP8455796A JPH09243143A JP H09243143 A JPH09243143 A JP H09243143A JP 8084557 A JP8084557 A JP 8084557A JP 8455796 A JP8455796 A JP 8455796A JP H09243143 A JPH09243143 A JP H09243143A
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JP
Japan
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heating
cooling
hot water
temperature side
low temperature
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JP8084557A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Tanaka
俊弘 田中
Mamoru Kubo
守 久保
Shozo Kato
昇三 加藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09243143A publication Critical patent/JPH09243143A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヴィルミエサイクルを利用したヒートポンプ
における冷暖房の切り替え時間を短縮可能な冷暖房の切
り替え方法を提供する。 【解決手段】 ヴィルミエサイクルを利用したヒートポ
ンプにおいて、作動ガスを加熱装置56により加熱して
いる運転状態で、冷水及び温水の流れの切り替えを四方
弁80で行って、冷房運転と暖房運転を切り替える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機や冷暖房装
置などの熱源機に好適なヴィルミエサイクルを利用した
ヒートポンプ装置(以下、DDHP:Direct Drive
Heat Pumpという。)に係り、特に運転中に冷房運転と
暖房運転を切り替えるヒートポンプ装置における冷暖房
の切り替え方法に関する。
【0002】
【従来の技術】DDHPは、封入媒体(作動ガス)とし
てのHe(ヘリウム)ガスの温度分布変化のみにより圧
力変化を引起し、ダイレクトに冷暖房・給湯を可能とす
る装置として、一般に知られている(例えば、特公平5
−65777号公報または特開平4−113170号公
報等参照)。
【0003】DDHPを作動させるためには始動トルク
が必要であり、この始動トルクを与えるためにエンジン
内の高温側ディスプレーサ(ピストン)及び低温側ディ
スプレーサに連結されるクランク軸に始動モータの回転
軸が連結されている。
【0004】この種のDDHPでは、外燃式エンジン内
に封入された作動ガスを、燃料ガスを用いた燃焼バーナ
で加熱することにより駆動して、冷水及び温水を生成す
ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】冷房運転時には冷水が
水ポンプの作動で室内ユニットの室内熱交換器を通り、
四方弁を切り替えることにより、暖房運転時には温水が
水ポンプの作動で室内ユニットの室内熱交換器を通る。
【0006】しかしながら、このように冷暖房運転の切
り替えを行うためには、燃焼バーナによる作動ガスの加
熱を止め、かつ、冷水用の水ポンプと温水用の水ポンプ
の動作を停止することにより運転を全て停止した後に、
四方弁を切り替えることで冷水と温水の水回路を切り替
えている。
【0007】DDHPは熱容量が大きいので、上述のよ
うに運転を全て停止て冷水と温水の水回路を切り替えを
行った後に、燃焼バーナで作動ガスを加熱し、かつ、水
ポンプを作動して再度運転を開始しようとすると、冷暖
房運転の切り替えに要する時間が非常に長くなってしま
うという問題がある。
【0008】本発明の目的は、冷暖房の切り替え時間の
短縮が可能なヒートポンプ装置における冷暖房の切り替
え方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明は、外燃式エンジン内に高温
室、中温室および低温室が形成され、前記高温室内に高
温側ディスプレーサがピストン運動可能に設けられ、前
記低温室内に低温側ディスプレーサがピストン運動可能
に設けられ、前記高温側ディスプレーサ及び低温側ディ
スプレーサに始動モータにより始動トルクを与える共
に、前記外燃式エンジン内に封入された作動ガスを加熱
装置により加熱することにより駆動して、冷水及び温水
を生成するヴィルミエサイクルを利用したヒートポンプ
装置において、作動ガスを加熱装置により加熱している
運転状態で、室内熱交換器における冷水及び温水の流れ
の切り替えを行って、冷房運転から暖房運転を切り替え
るかあるいは暖房運転から冷房運転に切り替える構成で
ある。
【0010】この請求項1記載の発明によれば、加熱装
置による作動ガスの加熱を止めないで冷水及び温水の流
れの切り替えを行うので、冷暖房運転の切り替えを短時
間で行うことができる。
【0011】請求項2に記載の発明は、外燃式エンジン
内に高温室、中温室および低温室が形成され、前記高温
室内に高温側ディスプレーサがピストン運動可能に設け
られ、前記低温室内に低温側ディスプレーサがピストン
運動可能に設けられ、前記高温側ディスプレーサ及び低
温側ディスプレーサに始動モータにより始動トルクを与
えると共に、前記外燃式エンジン内に封入された作動ガ
スを加熱装置により加熱することにより駆動して、冷水
及び温水を生成するヴィルミエサイクルを利用したヒー
トポンプ装置において、作動ガスを加熱装置により加熱
している運転状態で、冷水及び温水のポンプを停止し
て、室内熱交換器における冷水及び温水の流れの切り替
えを行って、冷房運転と暖房運転を切り替えるかあるい
は暖房運転から冷房運転に切り替えた後に、ポンプを再
起動する構成である。
【0012】この請求項2記載の発明によれば、加熱装
置による作動ガスの加熱を止めないで冷水及び温水の流
れの切り替えを行うので、冷暖房運転の切り替えを短時
間で行うことができるともに、冷暖房運転の切り替え前
にポンプを停止することにより冷暖房運転の切り替え弁
の保護をする。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本実施例の好適な実施例を
図面に基づいて説明する。
【0014】(I) DDHPの概要 図1に、本発明が適用されるDDHPの構成の概要を示
す。図1において、密閉容器かなる外燃式エンジン1内
に作動ガスであるHeガスが2つの再生器すなわち高温
再生器8、低温再生器9により、3つの熱的空間すなわ
ち高温室2、中温室3、低温室4に区画された状態で封
入されている。但し、この熱的空間は、圧力空間として
は1つである。高温側ディスプレーサ5および低温側デ
ィスプレーサ6の動きにより、Heガスが高温再生器
8、低温再生器9を通過する際、加熱器(ヒートチュー
ブ)7において加熱バーナ(燃焼器)18により加熱さ
れたり、低温熱交換器11において冷却されたりする
と、Heガス全体が昇圧したり減圧したりする。昇圧時
には冷媒の温度が上昇して中温熱交換器10に放熱さ
れ、減圧時には冷媒の温度が下降して加熱器7および室
内ユニット12の室内熱交換器14から吸熱が行われ
る。
【0015】このように、DDHPは中温熱交換器10
への放熱を利用して室内ユニット12の室内熱交換器1
4より温風15を出して暖房を行い、室内熱交換器14
からの吸熱を利用して冷風16を出して冷房を行うこと
が可能である。
【0016】以上のDDHP20の始動時には、高温側
ディスプレーサ5、低温側ディスプレーサ6を駆動する
ための始動トルクが必要であり、この始動トルクは始動
モータ51によって与えられる。始動モータ51はクラ
ンク17の基端部を回動自在に固定する回転軸50に連
結されており、始動モータ51を回転させることにより
その回転トルクがクランク17を介して高温側ディスプ
レーサ5及び低温側ディスプレーサ6に伝達され、両デ
ィスプレーサ5、6はエンジン1内をピストン運動す
る。この始動モータ51は、後で説明するように、制御
装置53、始動モータ駆動装置54によって制御され
る。
【0017】(II)始動モータ51の制御装置 図1に、本発明に係る始動モータ51の制御装置の実施
の形態の例を示す。
【0018】図1に示すように、本発明に係る始動モー
タ51には回転検出器52が連結されている。なお、こ
の回転検出器52は、始動モータ51の回転軸50の回
転を直接的に検出する方式のものではなく、ストロボを
用いた光検出方式等の間接的な非接触検出器を用いたも
のであってもよい。回転検出器52からの回転検出信号
aは制御装置53に送られる。
【0019】制御装置53はマイクロプロセッサ等を用
いて構成され、本発明の制御に専用的に設置されてもよ
いが、通常はDDHP20全体を統括的に制御するコン
トローラが用いられる。制御装置53は、図示しない内
蔵するメモリ(ROM)内に格納された始動モータ制御
プログラム(図2参照)に従い、かつ、図示しない内蔵
メモリ(RAM)によってデータの授受を行ないながら
始動モータ51の制御のための演算を実行し、その演算
結果の回転制御信号bを始動モータ駆動装置54に出力
する。
【0020】始動モータ駆動装置54は、商用交流電源
55に接続され、例えばパワートランジスタを用いたイ
ンバータ装置で構成され、回転制御信号bを受けてモー
タ駆動信号d(起動信号、停止信号)を始動モータ51
に出力する。
【0021】始動モータ51の制御アルゴリズムは、制
御装置53の内蔵ROMに格納された始動モータ制御プ
ログラムに基づいて実行される。
【0022】(III) 水回路90とその切り替え手段であ
る四方弁80 水回路90は、室内ユニット12の室内熱交換器14
と、低温熱交換器11、中温熱交換器10の間を接続し
ており、四方弁80は低温熱交換器11の冷水と中温熱
交換器10の温水の室内熱交換器14への供給を切り替
えることができる。
【0023】四方弁80と中温熱交換器10の間には水
ポンプP1が配置されており、この水ポンプP1の作動
により四方弁80側に温水を送る。四方弁80と低温熱
交換器11の間には水ポンプP2が配置されており、こ
の水ポンプP2の作動により四方弁80側に冷水を送
る。四方弁80が点線で示す位置に切り替えると、温水
を室内熱交換器16に送ることができ、四方弁80が実
線で示す位置に切り替えると、冷水を室内熱交換器16
に送ることができる。制御装置53は、これらの四方弁
80、水ポンプP1,P2の作動の制御を行う。
【0024】(IV) 冷暖房切り替え動作 図2において、制御装置53からの加熱制御信号cによ
り加熱装置56が作動して加熱バーナ18が加熱器7を
通るHeガスを加熱しており、制御装置53の指令によ
り、例えば暖房運転時には図1の水ポンプP1が作動し
ている。
【0025】この暖房運転時に、図2のステップ140
のように冷暖房切り替え動作がスタートすると、制御装
置53は、四方弁80を破線の状態に位置し、ステップ
141において、加熱装置56が作動して加熱バーナ1
8が加熱器7を通るHeガスを加熱しているままで、水
ポンプP1だけを停止させる。
【0026】水ポンプP1が停止したら、ステップ14
2で図1の四方弁80が破線の状態から実線の状態に切
り替えて位置し、ステップ143で水ポンプP2を起動
して温水に代えて冷水を室内熱交換器16に通す。これ
により、加熱燃焼状態を保持したまま水ポンプP1の停
止、ポンプP2の起動を行うことで、短時間で暖房運転
から冷房運転に切り替えて、ステップ144で通常の冷
房運転のフローを実行することができる。
【0027】次に、図2において、制御装置53からの
加熱制御信号cにより加熱装置56が作動して加熱バー
ナ18が加熱器7を通るHeガスを加熱しており、制御
装置53の指令により、冷房運転時には図1の水ポンプ
P2が作動している。この冷房運転時に、図2のステッ
プ140のように冷暖房切り替え動作がスタートする
と、制御装置53は、四方弁80を実線の状態に位置
し、ステップ141において、加熱置56が作動して加
熱バーナ18が加熱器7を通るHeガスを加熱している
ままで、水ポンプP2だけを停止させる。
【0028】水ポンプP2が停止したら、ステップ14
2で図1の四方弁80が実線の状態から破線の状態に切
り替えて位置し、ステップ143で水ポンプP2を起動
して冷水に代えて温水を室内熱交換器16に通す。これ
により、加熱燃焼状態を保持したまま水ポンプP2の停
止、ポンプP1の起動を行うことで、短時間で冷房運転
から暖房運転に切り替えて、ステップ144で通常の暖
房運転のフローを実行することができる。なお、四方弁
80を切り替える前に、水ポンプP1あるいはP2を一
旦停止するのは、四方弁80の保護をするためである。
【0029】このようにして、燃焼状態を維持したまま
で短時間に冷暖房運転の切り替えを行うことができる。
短時間で冷暖房の切り替えを行いたい実例としては、実
験室内の雰囲気を冷房状態から暖房状態に急激に変化さ
せたり、暖房状態から冷房状態に急激に変化させたり、
使用者が暖房運転をしようとして誤って冷房運転のスイ
ッチを押した時に、冷房運転から暖房運転に訂正して切
り替えたり、あるいは使用者が冷房運転をしようとして
誤って暖房運転のスイッチを押した時に、暖房運転から
冷房運転に訂正して切り替えたい場合などである。
【0030】
【発明の効果】以上の通り、請求項1に記載の発明によ
れば、加熱装置による作動ガスの加熱を止めないで冷水
及び温水の流れの切り替えを行うことができるので、冷
暖房運転の切り替えを短時間で行うことができる。
【0031】請求項2に記載の発明によれば、加熱装置
による作動ガスの加熱を止めないで冷水及び温水の流れ
の切り替えを行うので、冷暖房運転の切り替えを短時間
で行うことができるとともに、冷暖房運転の切り替え前
にポンプを停止することにより冷暖房運転の切り替え弁
の保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るヒートポンプ装置を示すブロック
図である。
【図2】図1のヒートポンプ装置の動作を示すフロー図
である。
【符号の説明】
1 外燃式エンジン 5 高温側ディスプレーサ 6 低温側ディスプレーサ 7 加熱器(ヒートチューブ) 8 高温再生器 9 低温再生器 10 中温熱交換器 11 低温熱交換器 17 クランク 18 加熱バーナ 20 DDHP 30 室内ユニット 51 始動モータ 53 制御装置 56 加熱装置 80 四方弁 90 水回路 P1,P2 水ポンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外燃式エンジン内に高温室、中温室およ
    び低温室が形成され、前記高温室内に高温側ディスプレ
    ーサがピストン運動可能に設けられ、前記低温室内に低
    温側ディスプレーサがピストン運動可能に設けられ、前
    記高温側ディスプレーサ及び低温側ディスプレーサに始
    動モータにより始動トルクを与えると共に、前記外燃式
    エンジン内に封入された作動ガスを加熱装置により加熱
    することにより駆動して、冷水及び温水を生成するヴィ
    ルミエサイクルを利用したヒートポンプ装置において、 作動ガスを加熱装置により加熱している運転状態で、室
    内熱交換器における冷水及び温水の流れの切り替えを行
    って、冷房運転から暖房運転を切り替えるかあるいは暖
    房運転から冷房運転に切り替えることを特徴とするヒー
    トポンプ装置における冷暖房の切り替え方法。
  2. 【請求項2】 外燃式エンジン内に高温室、中温室およ
    び低温室が形成され、前記高温室内に高温側ディスプレ
    ーサがピストン運動可能に設けられ、前記低温室内に低
    温側ディスプレーサがピストン運動可能に設けられ、前
    記高温側ディスプレーサ及び低温側ディスプレーサに始
    動モータにより始動トルクを与えると共に、前記外燃式
    エンジン内に封入された作動ガスを加熱装置により加熱
    することにより駆動して、冷水及び温水を生成するヴィ
    ルミエサイクルを利用したヒートポンプ装置において、 作動ガスを加熱装置により加熱している運転状態で、冷
    水及び温水のポンプを停止して、室内熱交換器における
    冷水及び温水の流れの切り替えを行って、冷房運転と暖
    房運転を切り替えるかあるいは暖房運転から冷房運転に
    切り替えた後に、ポンプを再起動することを特徴とする
    ヒートポンプ装置における冷暖房の切り替え方法。
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