JPH09329367A - 外燃式熱ガス機関の再生器 - Google Patents

外燃式熱ガス機関の再生器

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JPH09329367A
JPH09329367A JP17056096A JP17056096A JPH09329367A JP H09329367 A JPH09329367 A JP H09329367A JP 17056096 A JP17056096 A JP 17056096A JP 17056096 A JP17056096 A JP 17056096A JP H09329367 A JPH09329367 A JP H09329367A
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JP
Japan
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regenerator
gas engine
working gas
combustion type
heat
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Application number
JP17056096A
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English (en)
Inventor
Izumi Okamoto
泉 岡本
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱損失を抑制した外燃式熱ガス機関の再生器
を提供する。 【解決手段】 外燃式熱ガス機関の作動ガス回路に内装
され、往復流動する作動ガスに対して熱エネルギーの吸
収および放出を行う再生器4であって、この再生器4
は、熱ガス機関のピストン2の外周に嵌合される形状を
有し、このピストン2の外表面に対向する再生器4の内
周部には、熱伝導性の低い素材からなるスリーブ100
を配置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房装置や給湯
装置等の冷熱源として好適な、外燃式熱ガス機関の再生
器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、冷暖房や給湯を行う装置として、
外燃式熱ガス機関たるヴェルミエサイクルを利用したヒ
ートポンプ(以下、VMHP:Vuilleumier Cycle Heat
Pumpという)が開発されている。VMHP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・給湯を可能とするものである(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】VMHPの作動ガス回路には、高温室と中
温室との間や中温室と低温室との間に、再生器が設けら
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】再生器は作動ガスに圧
力変化を起こさせずに熱エネルギーを蓄える装置であ
り、例えば、作動ガスが高温室から中温室に流入する際
に熱エネルギーを吸収し、中温室から高温室に環流する
際に蓄えた熱エネルギーを放出する。VMHPでは、熱
ガス機関のピストンの外周にこの再生器が嵌め込まれ、
この再生器の内周とピストンの外周との間のいわゆる死
容積には作動ガスが不可避的に流入する。ここに作動ガ
スが流入すると、この作動ガスと再生器との間で直接熱
の授受が行われるので、熱損失が大きくなるという問題
がある。
【0005】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、熱損失を抑制した外燃式熱
ガス機関の再生器を提供することにある。
【0006】
【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の発明は、外燃式熱ガス機関の作動ガス回
路に内装され、往復流動する作動ガスに対して熱エネル
ギーの吸収および放出を行う再生器であって、この再生
器は、前記熱ガス機関のピストンの外周に嵌合される形
状を有し、このピストンの外表面に対向する前記再生器
の内周部には、熱伝導性の低い素材からなるスリーブを
配置したものである。
【0007】また、請求項2に記載の発明は、外燃式熱
ガス機関の作動ガス回路に内装され、往復流動する作動
ガスに対して熱エネルギーの吸収および放出を行う再生
器であって、この再生器は、前記熱ガス機関のピストン
の外周に嵌合される形状を有し、このピストンの外表面
に対向する前記再生器の内周部には、鉄系素材からなる
スリーブ本体を配置して、このスリーブ本体には熱伝導
性の低い素材をコーティングしたことを特徴とするもの
である。
【0008】請求項3に記載の発明は、外燃式熱ガス機
関の作動ガス回路に内装され、往復流動する作動ガスに
対して熱エネルギーの吸収および放出を行う再生器であ
って、この再生器は、前記熱ガス機関のピストンの外周
に嵌合される形状を有し、このピストンの外表面に対向
する前記再生器の内周部には、鉄系素材からなるスリー
ブ本体を配置し、且つ、前記再生器の内周には熱伝導性
の低い素材をコーティングしたことを特徴とするもので
ある。
【0009】VMHPでは、熱ガス機関のピストンの外
周に再生器が嵌め込まれる構成になっており、この再生
器の内周とピストンの外周との間のいわゆる死容積には
作動ガスが不可避的に流入するしくみになっている。
【0010】ここに作動ガスが流入すると、この作動ガ
スと再生器との間で直接熱の授受が行われるので、熱損
失が大きくなるが、これらの発明によれば、このピスト
ンの外表面に対向する再生器の内周部に、熱伝導性の低
い素材からなるスリーブが配置されるので、このスリー
ブの存在により熱の授受が抑制される。
【0011】製造コストの観点からすると、スリーブ本
体には安価な鉄系素材を使用し、このスリーブ本体に熱
伝導性の低い素材をコーティングするか、或いは再生器
の内周に熱伝導性の低い素材をコーティングすることが
望ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき詳細に説明する。
【0013】図1は空気調和機の冷温水供給回路を示し
ており、この回路には図2に断面斜視を示すヴィルミエ
サイクルの熱ガス機関1が採用されている。
【0014】熱ガス機関1は互いに直交配置された高温
側ピストン2と低温側ピストン3とを備えており、これ
らがヘリウム等の作動ガスを封入した容器に収納されて
いる。容器内部は、高温室12と、中温室13,14
と、低温室15とに区画されている。また、高温室12
の端部には加熱器16を有しており、加熱器16は、燃
焼器11により加熱される。
【0015】両ピストン2,3は、例えば高温側ピスト
ン2が上死点と下死点との中間位置へ到達するときに、
低温側ピストン3が上死点に位置するように、互いに9
0°位相をずらして動作するべく、モータ9で駆動され
るクランク10を介して連結されている。高温側ピスト
ン2と低温側ピストン3とが動作すると、封入された作
動ガスが、高温再生器4と低温再生器7を通って各室1
2と13,14と15間を移動する。そして、作動ガス
は、これら再生器4,7を通過する際に、加熱あるいは
冷却されることになり、密閉容器内が昇圧あるいは減圧
されることになる。例えば、高温室12の作動ガスが高
温再生器4を通って中温室13に移動する際には、作動
ガスの熱エネルギーが高温再生器4に蓄えられ、作動ガ
スの圧力は低下する。逆に、作動ガスが中温室13から
高温室12に環流する際には、高温再生器4に蓄えられ
た熱エネルギーが作動ガスに放出され、作動ガスの圧力
は上昇する。また、低温室15の作動ガスが低温再生器
7を通って中温室13に移動する際には、作動ガスに高
温再生器4の熱エネルギーが供給され、作動ガスの圧力
も上昇する。逆に、作動ガスが中温室13から低温室1
5に環流する際には、作動ガスの熱エネルギーが低温再
生器4に吸収され、作動ガスの圧力は低下する。また、
外部との熱エネルギーのやり取りは、中温室13,14
と接続する中温熱交換器5,6及び低温室と接続する低
温熱交換器8が行う。
【0016】例えば、加熱器16が高温室12の作動ガ
スに熱エネルギーを与えると、中温室13,14側の作
動ガスが中温熱交換器5,6を介して外部熱媒体に熱エ
ネルギーを放出すると共に、低温室15側の作動ガスが
低温熱交換器8を介して外部熱媒体から熱エネルギーを
吸収する。
【0017】すなわち、本実施形態の熱ガス機関1で
は、低温熱交換器8と低温室15とは吸熱部を構成する
一方で、中温熱交換器5,6と中温室13,14とが放
熱部を構成し、熱ガス機関1の低温熱交換器8、および
中温熱交換器5,6を利用してなる空気調和機100が
提供される。空気調和機100は、熱ガス機関1と室内
機200と室外機300とからなっている。
【0018】室内機200内には室内熱交換器201が
配設され、室外機300内には室外熱交換器300が配
設されている。203は室内ファン、303は室外ファ
ンである。低温熱交換器8と室内熱交換器201は、管
路21と四方弁36と管路22とによりつながれ、さら
に室内熱交換器201と低温熱交換器8は、管路23と
四方弁37と管路24とによりつながれている。
【0019】また、中温熱交換器5と室外熱交換器30
1は、管路31と四方弁36と管路32とによりつなが
れ、さらに室外熱交換器301と中温熱交換器6は、管
路33と四方弁37と管路34とによりつながれてい
る。また、中温熱交換器5と6は、管路35とによりつ
ながれている。管路を循環する外部熱媒体としては、水
(以下、液冷媒と記す)が用いられている。
【0020】冷房運転時には、燃焼器11の点火により
熱ガス機関1が作動し、中温熱交換器5,6を介して作
動ガスの熱エネルギーが液冷媒に放出される一方で、低
温熱交換器8を介して液冷媒の熱エネルギーが作動ガス
に吸収される。この際、四方弁36,37は図1で実線
で示すように切り替えられており、低温熱交換器8で熱
エネルギーを放出した液冷媒は、管路21、四方弁3
6、管路22を経由して室内熱交換器201に流れる。
室内機200内では、低温となった室内熱交換器201
に室内ファン203からの送風が行われ、室内に冷風が
送り出され(冷房が行われ)、室内気の熱エネルギーを
吸収した液冷媒は管路23、四方弁37、管路24を経
由して低温熱交換器8に環流する。
【0021】このとき、中温熱交換器5で熱エネルギー
を吸収した液冷媒は、管路31、四方弁36、管路32
を通じて室外熱交換器301に流れ、そこで室外ファン
303からの送風により冷却された後、管路33、四方
弁37、管路34を通じて中温熱交換器6に流れ、さら
に管路35を通じて中温熱交換器5に環流する。
【0022】また、暖房運転時にも、燃焼器11の点火
により熱ガス機関1が作動し、中温熱交換器5,6を介
して作動ガスの熱エネルギーが液冷媒に吸収される一方
で、低温熱交換器8を介して液冷媒の熱エネルギーが作
動ガスに放出されるが、この際には四方弁36,37が
図1で点線で示すように切り替えられる。
【0023】この場合、中温熱交換器5,6で熱エネル
ギーを吸収した液冷媒は、管路31、四方弁36、管路
22を経由して室内熱交換器201に流れる。
【0024】室内機200内では、比較的高温となった
室内熱交換器201に室内ファン203からの送風が行
われ、室内に温風が送り出される(暖房が行われる)一
方で、室内に熱エネルギーを放出した液冷媒は管路2
3、四方弁37、管路34を経由して中温熱交換器5,
6に環流する。
【0025】このとき、低温熱交換器8で熱エネルギー
を放出した液冷媒は、管路21、四方弁36、管路32
を通じて室外熱交換器301に流れ、そこで室外ファン
303からの送風により外気の熱エネルギーを吸収した
後、管路33、四方弁37、管路24を経由して低温熱
交換器8に環流する。
【0026】以下、高温再生器4および低温再生器7の
実施形態を説明するが、両再生器4,7が実質的に同一
品であるため、具体的説明は高温再生器(以下、単に再
生器と記す)4に対してのみ行う。
【0027】図3には本発明に係る再生器4の一実施形
態を斜視により示し、図4には図3のA−A断面を示し
てある。
【0028】これらの図に示したように、本実施形態の
再生器4は、熱ガス機関の高温側ピストン2が通過する
筒穴40を中央に有する円筒形状をなしている。この再
生器4は、全体的に蓄熱性に優れる素材、例えば、環状
の複数の金網を積層することにより製造されている。こ
の再生器4は蓄熱機能を有することから、本来であれ
ば、外部との間では熱的に遮断されることが望ましい。
【0029】しかしながら、このVMHPにあっては、
熱ガス機関のピストン2の外周にこの再生器4が嵌め込
まれ、この再生器4の内周とピストン2の外周との間の
いわゆる死容積DSには、作動ガスが不可避的に流入す
る。
【0030】ここに作動ガスが流入すると、この作動ガ
スと再生器4との間で直接熱の授受が行われるので、再
生器4の蓄熱機能が阻害される。
【0031】これを解消するために、この実施形態によ
れば、再生器4の内周部に熱伝導性の低い素材、例え
ば、ステンレス鋼、樹脂材等からなるスリーブ100が
設けられる。このスリーブ100は、図5に示すよう
に、鉄系素材でスリーブ本体110を形成し、このスリ
ーブ本体110に熱伝導性の低い素材、例えばセラミッ
クスコーティング101を施こしたものであってもよ
い。或いは、図6に示すように、スリーブ100は鉄系
素材で形成し、このスリーブ100はそのままで、再生
器4の内周に熱伝導性の低い素材、例えばセラミックス
コーティング103を施こしたものであってもよい。ス
リーブ100を鉄系素材で形成した場合には、安価であ
るので製造コストを削減することができる。
【0032】これらの実施形態によれば、スリーブ10
0の存在により、死容積DSにおける作動ガスと再生器
4との間の熱の授受が抑制されるので、再生器4の熱損
失が減少するので、熱ガス機関の効率を向上させること
ができる。
【0033】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明は上述した実施形態に限定されるものでないこと
は明らかである。例えば、上記実施形態では、熱交換器
5,6の内周部にスリーブを設けることも可能である。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の再生器によ
れば、内周部にスリーブを備えるのでこのスリーブによ
って、いわゆる死容積DSにおける作動ガスと再生器と
の間の熱の授受が抑制されるので、再生器の熱損失が減
少するので、従来のものに比べて、熱ガス機関の効率を
向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ヒートポンプ式空気調和機の構成を示す回路図
である。
【図2】熱ガス機関の構造を示す断面斜視図である。
【図3】再生器の一実施形態を示す斜視図である。
【図4】図3中のA−A断面図である。
【図5】別の実施形態を示す断面図である。
【図6】更に別の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
1 熱ガス機関 2 高温側ピストン 3 低温側ピストン 4 高温再生器 5,6 中温熱交換器 7 低温再生器 8 低温熱交換器 9 モータ 10 クランク 11 燃焼器 12 高温室 13,14 中温室 15 低温室 16 加熱器 100 スリーブ 101 セラミックスコーティング

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外燃式熱ガス機関の作動ガス回路に内装
    され、往復流動する作動ガスに対して熱エネルギーの吸
    収および放出を行う再生器であって、この再生器は、前
    記熱ガス機関のピストンの外周に嵌合される形状を有
    し、このピストンの外表面に対向する前記再生器の内周
    部には、熱伝導性の低い素材からなるスリーブを配置し
    たことを特徴とする外燃式熱ガス機関の再生器。
  2. 【請求項2】 外燃式熱ガス機関の作動ガス回路に内装
    され、往復流動する作動ガスに対して熱エネルギーの吸
    収および放出を行う再生器であって、この再生器は、前
    記熱ガス機関のピストンの外周に嵌合される形状を有
    し、このピストンの外表面に対向する前記再生器の内周
    部には、鉄系素材からなるスリーブ本体を配置し、この
    スリーブ本体には熱伝導性の低い素材をコーティングし
    たことを特徴とする外燃式熱ガス機関の再生器。
  3. 【請求項3】 外燃式熱ガス機関の作動ガス回路に内装
    され、往復流動する作動ガスに対して熱エネルギーの吸
    収および放出を行う再生器であって、この再生器は、前
    記熱ガス機関のピストンの外周に嵌合される形状を有
    し、このピストンの外表面に対向する前記再生器の内周
    部には、鉄系素材からなるスリーブ本体を配置し、且
    つ、前記再生器の内周には熱伝導性の低い素材をコーテ
    ィングしたことを特徴とする外燃式熱ガス機関の再生
    器。
JP17056096A 1996-06-10 1996-06-10 外燃式熱ガス機関の再生器 Pending JPH09329367A (ja)

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