JPH1062024A - ヴィルミエヒートポンプ - Google Patents
ヴィルミエヒートポンプInfo
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- JPH1062024A JPH1062024A JP22132096A JP22132096A JPH1062024A JP H1062024 A JPH1062024 A JP H1062024A JP 22132096 A JP22132096 A JP 22132096A JP 22132096 A JP22132096 A JP 22132096A JP H1062024 A JPH1062024 A JP H1062024A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature side
- low
- displacer
- heat pump
- temperature
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2253/00—Seals
- F02G2253/03—Stem seals
Landscapes
- Compressor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のヴィルミエヒートポンプは、ディスプ
レーサロッドシールをディスプレーサロッドに密着させ
て設置しているので、シールとロッドとの大きな摺動抵
抗により、性能が低下するなどの問題点があった。 【解決手段】 高温側ディスプレーサロッド１７及び低
温側ディスプレーサロッド２０とシール部材２４との間
に隙間を形成したものである。
レーサロッドシールをディスプレーサロッドに密着させ
て設置しているので、シールとロッドとの大きな摺動抵
抗により、性能が低下するなどの問題点があった。 【解決手段】 高温側ディスプレーサロッド１７及び低
温側ディスプレーサロッド２０とシール部材２４との間
に隙間を形成したものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍あるいは冷暖
房の空気調和などに用いられるヴィルミエヒートポンプ
に関するものである。
房の空気調和などに用いられるヴィルミエヒートポンプ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は、例えば特開平７−２６０２７６
号公報に示される従来の一般的なヴィルミエヒートポン
プの断面構成図である。図において、１ａは高温側シリ
ンダ、１ｂは低温側シリンダであり、それぞれに作動ガ
ス（例えばヘリウムガス）が封入され動作空間を形成す
る。２は高温側シリンダ１ａと低温側シリンダ１ｂを固
定するケース、３は高温側シリンダ１ａの内部を往復運
動する高温側ディスプレーサ、４は低温側シリンダ１ｂ
の内部を往復運動する低温側ディスプレーサ、５は高温
側シリンダ１ａと高温側ディスプレーサ３の上面で形成
される高温空間、６は高温側シリンダ１ａと高温側ディ
スプレーサ３の下面で形成される高温側中温空間、７は
低温側シリンダ１ｂと低温側ディスプレーサ４の上面で
形成される低温空間、８は低温側シリンダ１ｂと低温側
ディスプレーサ４の下面で形成される低温側中温空間、
９は高温空間５に連結され都市ガスなどの燃焼熱で加熱
されるヒータ、１０はヒータ９に連結された高温側再生
器、１１は高温側再生器１０と高温側中温空間６を連通
する高温側中温熱交換器、１２は高温側中温空間６と低
温側中温空間８を連通する連結管、１３は低温空間７に
連結された低温熱交換器、１４は低温熱交換器１３に連
結された低温側再生器、１５は低温側中温空間８と低温
側再生器１４を連結する低温側中温熱交換器である。１
６はケース２内に形成され、上記動作空間と連通しない
バッファ室、１７はバッファ室１６からケース２を貫通
して高温側ディスプレーサ３に連結される高温側ディス
プレーサロッド、１８はバッファ室１６で高温側ディス
プレーサロッド１７に連結されるコンロッドであり、ク
ランク軸１９に連結される。２０はバッファ室１６から
ケース２を貫通して低温側ディスプレーサ４に連結され
る低温側ディスプレーサロッド、２１はバッファ室１６
で低温側ディスプレーサロッド２０に連結されるコンロ
ッドであり、クランク軸１９に連結される。
号公報に示される従来の一般的なヴィルミエヒートポン
プの断面構成図である。図において、１ａは高温側シリ
ンダ、１ｂは低温側シリンダであり、それぞれに作動ガ
ス（例えばヘリウムガス）が封入され動作空間を形成す
る。２は高温側シリンダ１ａと低温側シリンダ１ｂを固
定するケース、３は高温側シリンダ１ａの内部を往復運
動する高温側ディスプレーサ、４は低温側シリンダ１ｂ
の内部を往復運動する低温側ディスプレーサ、５は高温
側シリンダ１ａと高温側ディスプレーサ３の上面で形成
される高温空間、６は高温側シリンダ１ａと高温側ディ
スプレーサ３の下面で形成される高温側中温空間、７は
低温側シリンダ１ｂと低温側ディスプレーサ４の上面で
形成される低温空間、８は低温側シリンダ１ｂと低温側
ディスプレーサ４の下面で形成される低温側中温空間、
９は高温空間５に連結され都市ガスなどの燃焼熱で加熱
されるヒータ、１０はヒータ９に連結された高温側再生
器、１１は高温側再生器１０と高温側中温空間６を連通
する高温側中温熱交換器、１２は高温側中温空間６と低
温側中温空間８を連通する連結管、１３は低温空間７に
連結された低温熱交換器、１４は低温熱交換器１３に連
結された低温側再生器、１５は低温側中温空間８と低温
側再生器１４を連結する低温側中温熱交換器である。１
６はケース２内に形成され、上記動作空間と連通しない
バッファ室、１７はバッファ室１６からケース２を貫通
して高温側ディスプレーサ３に連結される高温側ディス
プレーサロッド、１８はバッファ室１６で高温側ディス
プレーサロッド１７に連結されるコンロッドであり、ク
ランク軸１９に連結される。２０はバッファ室１６から
ケース２を貫通して低温側ディスプレーサ４に連結され
る低温側ディスプレーサロッド、２１はバッファ室１６
で低温側ディスプレーサロッド２０に連結されるコンロ
ッドであり、クランク軸１９に連結される。
【０００３】次に動作について説明する。ヒータ９が加
熱され、高温側ディスプレーサ３と低温側ディスプレー
サ４が往復運動して冷暖房空調に利用できる冷温熱を生
成する。高温側ディスプレーサ３が高温側シリンダ１ａ
内を往復運動すると、作動ガスは、ヒータ９、高温側再
生器１０、高温側中温熱交換器１１を通って、高温空間
５と高温側中温空間６との間を交播する。この時、高温
空間５と高温側中温空間６の容積割合が変化するため、
作動ガスに圧力変動が生じる、上記高温側ディスプレー
サ３と約９０度の位相差を持って低温側ディスプレーサ
４を低温側シリンダ１ｂ内で往復運動させると、低温空
間７では吸熱仕事、低温側中温空間８では発熱仕事が生
じる。上記低温空間における吸熱仕事は、低温熱交換器
１３から冷房用の冷熱として取り出され、低温側中温空
間８における発熱仕事は、低温側熱交換器１５から暖房
用の温熱として取り出され、高温側中温熱交換器１１か
らの温熱と合わせて暖房用の温熱として利用できる。
熱され、高温側ディスプレーサ３と低温側ディスプレー
サ４が往復運動して冷暖房空調に利用できる冷温熱を生
成する。高温側ディスプレーサ３が高温側シリンダ１ａ
内を往復運動すると、作動ガスは、ヒータ９、高温側再
生器１０、高温側中温熱交換器１１を通って、高温空間
５と高温側中温空間６との間を交播する。この時、高温
空間５と高温側中温空間６の容積割合が変化するため、
作動ガスに圧力変動が生じる、上記高温側ディスプレー
サ３と約９０度の位相差を持って低温側ディスプレーサ
４を低温側シリンダ１ｂ内で往復運動させると、低温空
間７では吸熱仕事、低温側中温空間８では発熱仕事が生
じる。上記低温空間における吸熱仕事は、低温熱交換器
１３から冷房用の冷熱として取り出され、低温側中温空
間８における発熱仕事は、低温側熱交換器１５から暖房
用の温熱として取り出され、高温側中温熱交換器１１か
らの温熱と合わせて暖房用の温熱として利用できる。
【０００４】また、図８は特開平５−２３１７３５号公
報に示されるディスプレーサの駆動機構に振動を利用し
たフリーピストン機構を採用したフリーピストン型ヴィ
ルミエヒートポンプの断面構成図である。図において、
２７は高温側ディスプレーサロッド１７に結合された高
温側ばね、２８は高温側中温空間６に隣接した高温側バ
ッファ室、２９は高温側バッファケース、３０は高温側
ディスプレーサロッド１７に連結されたコイル、３１は
高温側バッファケース２９に固定されたヨーク、３２は
ヨーク３１に固定された磁石であり、ヨーク３１と磁石
３２は磁気回路を構成し、コイル３０とともに高温側デ
ィスプレーサロッド１７を介して高温側ディスプレーサ
３を駆動するリニアモータを構成する。３３は低温側デ
ィスプレーサロッド２０に結合された低温側ばね、３４
は低温側中温空間８に隣接した低温側バッファ室、３５
は低温側バッファケースである。
報に示されるディスプレーサの駆動機構に振動を利用し
たフリーピストン機構を採用したフリーピストン型ヴィ
ルミエヒートポンプの断面構成図である。図において、
２７は高温側ディスプレーサロッド１７に結合された高
温側ばね、２８は高温側中温空間６に隣接した高温側バ
ッファ室、２９は高温側バッファケース、３０は高温側
ディスプレーサロッド１７に連結されたコイル、３１は
高温側バッファケース２９に固定されたヨーク、３２は
ヨーク３１に固定された磁石であり、ヨーク３１と磁石
３２は磁気回路を構成し、コイル３０とともに高温側デ
ィスプレーサロッド１７を介して高温側ディスプレーサ
３を駆動するリニアモータを構成する。３３は低温側デ
ィスプレーサロッド２０に結合された低温側ばね、３４
は低温側中温空間８に隣接した低温側バッファ室、３５
は低温側バッファケースである。
【０００５】次に動作について説明する。ヴィルミエヒ
ートポンプとして、冷温熱を生成する動作は図７に示す
上記従来技術と同じである。リニアモータにより高温側
ディスプレーサ３を往復駆動すると、従来のヴィルミエ
ヒートポンプと同様に作動ガスに圧力変動が生じる。低
温側バッファ室３４には、動作空間の平均ガス圧力にほ
ぼ等しい圧力のガスが封入されている。低温側ディスプ
レーサは、動作空間の圧力変動と低温側バッファ室３４
のガス圧力の差圧が低温側ディスプレーサロッド２０に
作用し、低温側ディスプレーサ４は加振駆動される。低
温側ディスプレーサ４は低温側ばね３３により振動系を
構成して運転される。低温側ディスプレーサ４の振動系
の固有振動数を調整することで、低温側ディスプレーサ
４は、従来のヴィルミエヒートポンプと同様に高温側デ
ィスプレーサ３に対して位相が約９０度遅れて往復動す
る。なお、リニアモータによる駆動は、無くてもよく、
自励による運転が可能である。
ートポンプとして、冷温熱を生成する動作は図７に示す
上記従来技術と同じである。リニアモータにより高温側
ディスプレーサ３を往復駆動すると、従来のヴィルミエ
ヒートポンプと同様に作動ガスに圧力変動が生じる。低
温側バッファ室３４には、動作空間の平均ガス圧力にほ
ぼ等しい圧力のガスが封入されている。低温側ディスプ
レーサは、動作空間の圧力変動と低温側バッファ室３４
のガス圧力の差圧が低温側ディスプレーサロッド２０に
作用し、低温側ディスプレーサ４は加振駆動される。低
温側ディスプレーサ４は低温側ばね３３により振動系を
構成して運転される。低温側ディスプレーサ４の振動系
の固有振動数を調整することで、低温側ディスプレーサ
４は、従来のヴィルミエヒートポンプと同様に高温側デ
ィスプレーサ３に対して位相が約９０度遅れて往復動す
る。なお、リニアモータによる駆動は、無くてもよく、
自励による運転が可能である。
【０００６】図９は、特開平５−２４８７１９号公報に
示される従来のヴィルミエヒートポンプのディスプレー
サとディスプレーサロッドのシール部を示す断面構成図
である。図において、２３は高温側ディスプレーサ３に
取り付けられシリンダ１の内周側を往復摺動するディス
プレーサシール、２４はケース２に取り付けられ高温側
ディスプレーサロッド３がその内周側を往復摺動するデ
ィスプレーサロッドシールである。図に示すように、デ
ィスプレーサロッドシール２４はディスプレーサロッド
１７に密着させて設置されており、シリンダ１内の作動
ガスがバッファ室１６に漏れないように作用する。
示される従来のヴィルミエヒートポンプのディスプレー
サとディスプレーサロッドのシール部を示す断面構成図
である。図において、２３は高温側ディスプレーサ３に
取り付けられシリンダ１の内周側を往復摺動するディス
プレーサシール、２４はケース２に取り付けられ高温側
ディスプレーサロッド３がその内周側を往復摺動するデ
ィスプレーサロッドシールである。図に示すように、デ
ィスプレーサロッドシール２４はディスプレーサロッド
１７に密着させて設置されており、シリンダ１内の作動
ガスがバッファ室１６に漏れないように作用する。
【０００７】図１０は、実公昭６３−１４０４３号公報
に示される、ヴィルミエヒートポンプと同様な構造を持
つ従来のスターリングサイクル機関で利用されるディス
プレーサロッドシール機構の一例を示す図である。図に
おいて、９０はケース９１の内部を往復運動するピスト
ン９２に連結されるロッド、９３は動作空間、９４はバ
ッファ室、９５は前段軸シール、９６は背圧室、９７は
逆止弁であり、背圧室９６は逆止弁９７を介して動作空
間９３につながれる。９８は後段軸シール、９９はケー
ス９１に固定したシールホルダである。
に示される、ヴィルミエヒートポンプと同様な構造を持
つ従来のスターリングサイクル機関で利用されるディス
プレーサロッドシール機構の一例を示す図である。図に
おいて、９０はケース９１の内部を往復運動するピスト
ン９２に連結されるロッド、９３は動作空間、９４はバ
ッファ室、９５は前段軸シール、９６は背圧室、９７は
逆止弁であり、背圧室９６は逆止弁９７を介して動作空
間９３につながれる。９８は後段軸シール、９９はケー
ス９１に固定したシールホルダである。
【０００８】次に動作について説明する。この場合、動
作空間９３のガス圧力は、常にバッファ室９４のガス圧
力より高く保持されている。前段軸シール９５と逆止弁
９７により背圧室９６のガス圧力は、動作空間９３の変
動ガス圧力のほぼ最低圧力に保持される。上記背圧室９
６のガス圧力はバッファ室９４のガス圧力より高い。後
段軸シール９８は、背圧室９６とバッファ室９４のガス
圧力の差圧によりシールホルダ９９に押し付けられると
ともに、テーパ状になっているため、ロッド９０を締め
付けるようにして密着させられる。このため、背圧室９
６のガスはバッファ室９４へは漏れない。
作空間９３のガス圧力は、常にバッファ室９４のガス圧
力より高く保持されている。前段軸シール９５と逆止弁
９７により背圧室９６のガス圧力は、動作空間９３の変
動ガス圧力のほぼ最低圧力に保持される。上記背圧室９
６のガス圧力はバッファ室９４のガス圧力より高い。後
段軸シール９８は、背圧室９６とバッファ室９４のガス
圧力の差圧によりシールホルダ９９に押し付けられると
ともに、テーパ状になっているため、ロッド９０を締め
付けるようにして密着させられる。このため、背圧室９
６のガスはバッファ室９４へは漏れない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のヴ
ィルミエヒートポンプは、ディスプレーサロッドシール
をディスプレーサロッドに密着させて設置することで、
シール部からガスが漏れないように構成されているた
め、密着したシールとロッドとの大きな摺動抵抗によ
り、駆動機構にクランク機構などを用いたヴィルミエヒ
ートポンプでは運転周波数が低下し、フリーピストン型
ヴィルミエヒートポンプではディスプレーサのストロー
クが低下することにより、冷暖房能力や効率が低下し
て、さらには運転が停止するなどの問題点があった。ま
た、シールの磨耗による大きなガス漏れが発生するた
め、ヴィルミエヒートポンプの性能が低下し、寿命が短
くなるという問題点もあった。特に、フリーピストン型
ヴィルミエヒートポンプでは、動作空間とバッファ室の
平均ガス圧力が不安定で、ガス漏れによって差圧が生じ
ると、ディスプレーサ運動の中立点がずれてディスプレ
ーサがシリンダ壁などに衝突して運転不能となる場合が
あった。さらにまた、シール部にオイルを用いたため、
動作空間へオイルが進入し、ヴィルミエヒートポンプの
性能を著しく低下させ、寿命が短くなるという問題点も
あった。
ィルミエヒートポンプは、ディスプレーサロッドシール
をディスプレーサロッドに密着させて設置することで、
シール部からガスが漏れないように構成されているた
め、密着したシールとロッドとの大きな摺動抵抗によ
り、駆動機構にクランク機構などを用いたヴィルミエヒ
ートポンプでは運転周波数が低下し、フリーピストン型
ヴィルミエヒートポンプではディスプレーサのストロー
クが低下することにより、冷暖房能力や効率が低下し
て、さらには運転が停止するなどの問題点があった。ま
た、シールの磨耗による大きなガス漏れが発生するた
め、ヴィルミエヒートポンプの性能が低下し、寿命が短
くなるという問題点もあった。特に、フリーピストン型
ヴィルミエヒートポンプでは、動作空間とバッファ室の
平均ガス圧力が不安定で、ガス漏れによって差圧が生じ
ると、ディスプレーサ運動の中立点がずれてディスプレ
ーサがシリンダ壁などに衝突して運転不能となる場合が
あった。さらにまた、シール部にオイルを用いたため、
動作空間へオイルが進入し、ヴィルミエヒートポンプの
性能を著しく低下させ、寿命が短くなるという問題点も
あった。
【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ディスプレーサロッドとディス
プレーサロッドシールとの摺動抵抗を減らし、シールの
磨耗を防いで、冷暖房能力や効率が低下することのな
い、高性能を長期間維持できるヴィルミエヒートポンプ
を得ることを目的とする。
ためになされたもので、ディスプレーサロッドとディス
プレーサロッドシールとの摺動抵抗を減らし、シールの
磨耗を防いで、冷暖房能力や効率が低下することのな
い、高性能を長期間維持できるヴィルミエヒートポンプ
を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係るヴィルミ
エヒートポンプは、作動ガスが充填された高温側シリン
ダ及び低温側シリンダ、前記高温側及び低温側シリンダ
内に内装されピストン運動する高温側ディスプレーサ及
び低温側ディスプレーサ、前記高温側及び低温側シリン
ダを連結するケース、前記ケース内に形成され前記高温
側及び低温側シリンダと連通しないバッファ室、前記バ
ッファ室から前記ケースを貫通して前記高温側及び低温
側ディスプレーサに連結される高温側ディスプレーサロ
ッド及び低温側ディスプレーサロッド、前記高温側及び
低温側ディスプレーサロッドと前記ケースとの間に設け
られたシール部材を備えたヴィルミエヒートポンプにお
いて、前記高温側及び低温側ディスプレーサロッドと前
記シール部材との間に隙間を形成したものである。
エヒートポンプは、作動ガスが充填された高温側シリン
ダ及び低温側シリンダ、前記高温側及び低温側シリンダ
内に内装されピストン運動する高温側ディスプレーサ及
び低温側ディスプレーサ、前記高温側及び低温側シリン
ダを連結するケース、前記ケース内に形成され前記高温
側及び低温側シリンダと連通しないバッファ室、前記バ
ッファ室から前記ケースを貫通して前記高温側及び低温
側ディスプレーサに連結される高温側ディスプレーサロ
ッド及び低温側ディスプレーサロッド、前記高温側及び
低温側ディスプレーサロッドと前記ケースとの間に設け
られたシール部材を備えたヴィルミエヒートポンプにお
いて、前記高温側及び低温側ディスプレーサロッドと前
記シール部材との間に隙間を形成したものである。
【００１２】また、高温側及び低温側ディスプレーサロ
ッドとシール部材との隙間からバッファ室へ漏れる作動
ガスのヒートポンプ１サイクル当たりの漏れ量は、作動
ガス全質量の１％以下となるように前記隙間を形成した
ものである。
ッドとシール部材との隙間からバッファ室へ漏れる作動
ガスのヒートポンプ１サイクル当たりの漏れ量は、作動
ガス全質量の１％以下となるように前記隙間を形成した
ものである。
【００１３】また、バッファ室の平均容積に対するバッ
ファ室の容積変化の割合が１０％以下となるように前記
バッファ室を構成したものである。
ファ室の容積変化の割合が１０％以下となるように前記
バッファ室を構成したものである。
【００１４】
実施の形態１．以下、この発明の実施の一形態を図につ
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるヴ
ィルミエヒートポンプのディスプレーサロッドのシール
部を示す構成図であり、図１（ａ）は高温側、（ｂ）は
低温側をそれぞれ示している。なお、従来例と同一符号
を付したものは同一または相当部分であり、その詳細な
説明を省略する。図において、１ａは高温側シリンダ、
１ｂは低温側シリンダであり、両者で動作空間を形成す
る。２はケース、３は高温側ディスプレーサ、４は低温
側ディスプレーサ、５は高温空間、６は高温側中温空
間、７は低温空間、８は低温側中温空間、１６はケース
２内に形成され動作空間と連通しないバッファ室、１７
は高温側ディスプレーサロッド、２０は低温側ディスプ
レーサロッドである。
いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１によるヴ
ィルミエヒートポンプのディスプレーサロッドのシール
部を示す構成図であり、図１（ａ）は高温側、（ｂ）は
低温側をそれぞれ示している。なお、従来例と同一符号
を付したものは同一または相当部分であり、その詳細な
説明を省略する。図において、１ａは高温側シリンダ、
１ｂは低温側シリンダであり、両者で動作空間を形成す
る。２はケース、３は高温側ディスプレーサ、４は低温
側ディスプレーサ、５は高温空間、６は高温側中温空
間、７は低温空間、８は低温側中温空間、１６はケース
２内に形成され動作空間と連通しないバッファ室、１７
は高温側ディスプレーサロッド、２０は低温側ディスプ
レーサロッドである。
【００１５】２４は高温側ディスプレーサロッドシール
であり、高温側ディスプレーサロッド１７との間には隙
間が形成されている。また、２６は低温側ディスプレー
サロッドシールであり、高温側と同様に、低温側ディス
プレーサロッド２０との間には隙間が形成されている。
３６は高温側ディスプレーサ３に装着され高温側シリン
ダ１ａに高温側ディスプレーサ３が接触しないようにす
るガイドリング、３７はケース２に固定され高温側ディ
スプレーサロッド１７に接触したガイドリング、３８、
３９は低温側ディスプレーサ４に装着され低温側シリン
ダ１ｂに低温側ディスプレーサが接触しないようにする
ガイドリングである。
であり、高温側ディスプレーサロッド１７との間には隙
間が形成されている。また、２６は低温側ディスプレー
サロッドシールであり、高温側と同様に、低温側ディス
プレーサロッド２０との間には隙間が形成されている。
３６は高温側ディスプレーサ３に装着され高温側シリン
ダ１ａに高温側ディスプレーサ３が接触しないようにす
るガイドリング、３７はケース２に固定され高温側ディ
スプレーサロッド１７に接触したガイドリング、３８、
３９は低温側ディスプレーサ４に装着され低温側シリン
ダ１ｂに低温側ディスプレーサが接触しないようにする
ガイドリングである。
【００１６】ヒートポンプの基本的な動作は従来例と同
一である。従来例と本実施の形態との相違点は、従来例
では、ディスプレーサロッドとディスプレーサロッドシ
ールとが密着しているのに対して、本実施の形態では、
ディスプレーサロッドとディスプレーサロッドシールと
の間に隙間を形成した点である。
一である。従来例と本実施の形態との相違点は、従来例
では、ディスプレーサロッドとディスプレーサロッドシ
ールとが密着しているのに対して、本実施の形態では、
ディスプレーサロッドとディスプレーサロッドシールと
の間に隙間を形成した点である。
【００１７】次に、高温側及び低温側ディスプレーサロ
ッドシールにおけるガス漏れが、ヒートポンプの性能に
及ぼす影響について説明する。図２は、高温側及び低温
側のディスプレーサロッドシールにおけるガス漏れ量が
低温空間ガス仕事に及ぼす影響を示す図である。図にお
いて、△ｍLEAKは、ディスプレーサロッドシールにおけ
るヒートポンプ１サイクル当たりのガス漏れ量、ｍTは
動作空間の全ガス質量、ＷCは低温空間ガス仕事、ＷC0
はガス漏れが無い場合の低温空間ガス仕事である。図に
示すように、ガス漏れ量△ｍLEAKが全ガス質量ｍTの１
％を越えると、低温空間ガス仕事Ｗｃが９０％以下に低
下することが分かる。
ッドシールにおけるガス漏れが、ヒートポンプの性能に
及ぼす影響について説明する。図２は、高温側及び低温
側のディスプレーサロッドシールにおけるガス漏れ量が
低温空間ガス仕事に及ぼす影響を示す図である。図にお
いて、△ｍLEAKは、ディスプレーサロッドシールにおけ
るヒートポンプ１サイクル当たりのガス漏れ量、ｍTは
動作空間の全ガス質量、ＷCは低温空間ガス仕事、ＷC0
はガス漏れが無い場合の低温空間ガス仕事である。図に
示すように、ガス漏れ量△ｍLEAKが全ガス質量ｍTの１
％を越えると、低温空間ガス仕事Ｗｃが９０％以下に低
下することが分かる。
【００１８】また図３は、ヴィルミエヒートポンプ性能
の高温側ディスプレーサロッドシール等価漏れ面積ＡOH
依存性を示す図、図４はヴィルミエヒートポンプ性能の
低温側ディスプレーサロッドシール等価漏れ面積ＡOC依
存性を示す図であり、△ｍLE AK／ｍTが１％を越える
と、図２に示したガス仕事の他に、冷暖房能力、冷暖房
成績係数、駆動仕事といったヒートポンプの性能値も下
がることを示すデータである。なお、図３においては、
低温側ディスプレーサロッドシールの等価漏れ面積ＡOC
は０ｍ2であり、図４においては、高温側ディスプレー
サロッドシールの等価漏れ面積ＡOHは０ｍ2である。
の高温側ディスプレーサロッドシール等価漏れ面積ＡOH
依存性を示す図、図４はヴィルミエヒートポンプ性能の
低温側ディスプレーサロッドシール等価漏れ面積ＡOC依
存性を示す図であり、△ｍLE AK／ｍTが１％を越える
と、図２に示したガス仕事の他に、冷暖房能力、冷暖房
成績係数、駆動仕事といったヒートポンプの性能値も下
がることを示すデータである。なお、図３においては、
低温側ディスプレーサロッドシールの等価漏れ面積ＡOC
は０ｍ2であり、図４においては、高温側ディスプレー
サロッドシールの等価漏れ面積ＡOHは０ｍ2である。
【００１９】ここで、シール隙間の等価漏れ面積は、デ
ィスプレーサロッドシール部におけるガス漏れの流れを
断熱流れと仮定し、そのガス漏れ量ｍLEAKから次式で表
される。（参考文献：小茂鳥著「非接触シール論」コロ
ナ社、１９７３年、Ｐ５０）
ィスプレーサロッドシール部におけるガス漏れの流れを
断熱流れと仮定し、そのガス漏れ量ｍLEAKから次式で表
される。（参考文献：小茂鳥著「非接触シール論」コロ
ナ社、１９７３年、Ｐ５０）
【００２０】
【数１】
【００２１】ここで、ＰHは高圧側のガス圧力、Ｒはガ
ス定数、ＴPHは高圧側のガス温度、φは膨張関数であ
り、φは次式で与えられる。
ス定数、ＴPHは高圧側のガス温度、φは膨張関数であ
り、φは次式で与えられる。
【００２２】
【数２】
【００２３】ここで、ＰLは低圧側のガス圧力、κはガ
スの比熱比であり、λCは臨界圧力比と呼ばれる。
スの比熱比であり、λCは臨界圧力比と呼ばれる。
【００２４】図３及び図４において、ＱCは冷房能力、
ＱHは暖房能力、ＣＯＰｉCはヒータ９からの熱入力Ｑin
に対する冷房能力ＱCの比で表される冷房成績係数、Ｃ
ＯＰｉHはＱinに対する暖房能力ＱHの比で表される暖房
成績係数、ＷTは作動ガスが高温側ディスプレーサ３と
低温側ディスプレーサ４を駆動する駆動仕事、△ｍLE
AK(H)はヒートポンプ１サイクル当たりの高温側ディス
プレーサロッドシール部からのガス漏れ量、△ｍ
LEAK(C)は同じく低温側ディスプレーサロッドシール部
からのガス漏れ量である。ここで、ＱC、ＱH、ＣＯＰｉ
C、ＣＯＰｉH、ＷTは、ＡOHあるいはＡOCが０ｍ2の時の
値を基準に無次元化して表している。△ｍLEAK (H)／ｍT
及び△ｍLEAK(C)／ｍTが１％以上となると（即ちＡOH及
びＡOCが約２×１０-6ｍ2以上）、ヒートポンプの性能
を表す、冷房能力ＱC、暖房能力ＱH、冷房成績係数ＣＯ
ＰｉC、暖房成績係数ＣＯＰｉH、駆動仕事ＷTはそれぞ
れ低下、つまり、ヴィルミエヒートポンプの性能は低下
することが分かる。
ＱHは暖房能力、ＣＯＰｉCはヒータ９からの熱入力Ｑin
に対する冷房能力ＱCの比で表される冷房成績係数、Ｃ
ＯＰｉHはＱinに対する暖房能力ＱHの比で表される暖房
成績係数、ＷTは作動ガスが高温側ディスプレーサ３と
低温側ディスプレーサ４を駆動する駆動仕事、△ｍLE
AK(H)はヒートポンプ１サイクル当たりの高温側ディス
プレーサロッドシール部からのガス漏れ量、△ｍ
LEAK(C)は同じく低温側ディスプレーサロッドシール部
からのガス漏れ量である。ここで、ＱC、ＱH、ＣＯＰｉ
C、ＣＯＰｉH、ＷTは、ＡOHあるいはＡOCが０ｍ2の時の
値を基準に無次元化して表している。△ｍLEAK (H)／ｍT
及び△ｍLEAK(C)／ｍTが１％以上となると（即ちＡOH及
びＡOCが約２×１０-6ｍ2以上）、ヒートポンプの性能
を表す、冷房能力ＱC、暖房能力ＱH、冷房成績係数ＣＯ
ＰｉC、暖房成績係数ＣＯＰｉH、駆動仕事ＷTはそれぞ
れ低下、つまり、ヴィルミエヒートポンプの性能は低下
することが分かる。
【００２５】従って、本実施の形態のように、ディスプ
レーサロッドとディスプレーサロッドシールとの間に隙
間を形成し、且つ隙間からのヒートポンプ１サイクル当
たりのガス漏れ量を、動作空間全ガス質量の１％以下と
なるように隙間を形成すれば、シールとディスプレーサ
ロッドとの摺動抵抗を減らしてシールの磨耗を防ぐこと
ができると共に、ヴィルミエヒートポンプの性能低下を
防ぐこともできる。
レーサロッドとディスプレーサロッドシールとの間に隙
間を形成し、且つ隙間からのヒートポンプ１サイクル当
たりのガス漏れ量を、動作空間全ガス質量の１％以下と
なるように隙間を形成すれば、シールとディスプレーサ
ロッドとの摺動抵抗を減らしてシールの磨耗を防ぐこと
ができると共に、ヴィルミエヒートポンプの性能低下を
防ぐこともできる。
【００２６】実施の形態２．図５は、実施の形態２によ
るヴィルミエヒートポンプを示す断面構成図である。図
において、上記従来例及び実施の形態１と対応する部分
には同一符号を付して説明を省略する。ヒートポンプの
基本的な動作は、上記従来例に示す図８のフリーピスト
ン型と同一である。従来例と本実施の形態との相違点
は、本実施の形態では、高温側バッファ室２８の容積
を、高温側ディスプレーサ３の往復運動により生じる高
温側バッファ室２８の空間容積変化（△ＶBH）の高温側
バッファ室２８の平均容積（ＶBH）に対する割合（△Ｖ
BH／ＶBH）が１０％以下となるように形成すると共に、
低温側バッファ室３４の容積を、低温側ディスプレーサ
４の往復運動により生じる低温側バッファ室３４の空間
容積変化（△ＶBC）の低温側バッファ室３４の平均容積
（ＶBC）に対する割合（△ＶBC／ＶBC）が１０％以下と
なるように形成する点である。
るヴィルミエヒートポンプを示す断面構成図である。図
において、上記従来例及び実施の形態１と対応する部分
には同一符号を付して説明を省略する。ヒートポンプの
基本的な動作は、上記従来例に示す図８のフリーピスト
ン型と同一である。従来例と本実施の形態との相違点
は、本実施の形態では、高温側バッファ室２８の容積
を、高温側ディスプレーサ３の往復運動により生じる高
温側バッファ室２８の空間容積変化（△ＶBH）の高温側
バッファ室２８の平均容積（ＶBH）に対する割合（△Ｖ
BH／ＶBH）が１０％以下となるように形成すると共に、
低温側バッファ室３４の容積を、低温側ディスプレーサ
４の往復運動により生じる低温側バッファ室３４の空間
容積変化（△ＶBC）の低温側バッファ室３４の平均容積
（ＶBC）に対する割合（△ＶBC／ＶBC）が１０％以下と
なるように形成する点である。
【００２７】図６は、バッファ室における損失仕事の△
ＶBC／ＶBCへの依存性を示す図である。△ＶBC／ＶBCが
１０％より小さい場合には、バッファ室における損失仕
事ＷBCの変化率は小さいが、△ＶBC／ＶBCが１０％より
大きくなると、ＷBCの変化率は大きく増加する。なおこ
こでは、ＡOHは０ｍ2で、ＡOCは１×１０-6ｍ2の場合の
例を示したが、ＡOCを変えた場合にも、△ＶBC／ＶBCが
１０％より大きくなるとＷBCの変化率が大きく増加する
という同様の傾向が認められた。このＷBCは、低温側デ
ィスプレーサ４の運動の抵抗となる。ＷBCが大きくなる
と、高温側ディスプレーサ３と低温側ディスプレーサ４
が例えばクランク機構などによって駆動されるヴィルミ
エヒートポンプでは、運転周波数が低下し、停止したり
する。また、２つのディスプレーサが振動を利用して駆
動されるフリーピストン型ヴィルミエヒートポンプで
は、ディスプレーサの運動振幅が小さくなり、停止した
りする。
ＶBC／ＶBCへの依存性を示す図である。△ＶBC／ＶBCが
１０％より小さい場合には、バッファ室における損失仕
事ＷBCの変化率は小さいが、△ＶBC／ＶBCが１０％より
大きくなると、ＷBCの変化率は大きく増加する。なおこ
こでは、ＡOHは０ｍ2で、ＡOCは１×１０-6ｍ2の場合の
例を示したが、ＡOCを変えた場合にも、△ＶBC／ＶBCが
１０％より大きくなるとＷBCの変化率が大きく増加する
という同様の傾向が認められた。このＷBCは、低温側デ
ィスプレーサ４の運動の抵抗となる。ＷBCが大きくなる
と、高温側ディスプレーサ３と低温側ディスプレーサ４
が例えばクランク機構などによって駆動されるヴィルミ
エヒートポンプでは、運転周波数が低下し、停止したり
する。また、２つのディスプレーサが振動を利用して駆
動されるフリーピストン型ヴィルミエヒートポンプで
は、ディスプレーサの運動振幅が小さくなり、停止した
りする。
【００２８】従って、本実施の形態のように、△ＶBC／
ＶBCを１０％以下にすることにより、高温側バッファ室
と低温側バッファ室の損失仕事は小さくなり、高性能の
ヴィルミエヒートポンプが得られる。
ＶBCを１０％以下にすることにより、高温側バッファ室
と低温側バッファ室の損失仕事は小さくなり、高性能の
ヴィルミエヒートポンプが得られる。
【００２９】なお、上記実施の形態２では、フリーピス
トン型の場合について説明したが、上記従来例の図７に
示すクランク型に適用しても同様の効果が得られること
は言うまでもない。
トン型の場合について説明したが、上記従来例の図７に
示すクランク型に適用しても同様の効果が得られること
は言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、高温側及び低温側ディスプレーサロッドとシール
部材との間に隙間を形成したので、大きな摺動抵抗が生
じることがなく、冷暖房能力や効率が低下しない、高性
能を長期間維持できるヴィルミエヒートポンプを得る効
果がある。
れば、高温側及び低温側ディスプレーサロッドとシール
部材との間に隙間を形成したので、大きな摺動抵抗が生
じることがなく、冷暖房能力や効率が低下しない、高性
能を長期間維持できるヴィルミエヒートポンプを得る効
果がある。
【００３１】また、請求項２記載の発明によれば、高温
側及び低温側ディスプレーサロッドとシール部材との隙
間からバッファ室へ漏れる作動ガスのヒートポンプ１サ
イクル当たりの漏れ量は、作動ガス全質量の１％以下と
なるように隙間を形成したので、冷暖房能力や効率が低
下しない、高性能を長期間維持できるヴィルミエヒート
ポンプを得る効果がある。
側及び低温側ディスプレーサロッドとシール部材との隙
間からバッファ室へ漏れる作動ガスのヒートポンプ１サ
イクル当たりの漏れ量は、作動ガス全質量の１％以下と
なるように隙間を形成したので、冷暖房能力や効率が低
下しない、高性能を長期間維持できるヴィルミエヒート
ポンプを得る効果がある。
【００３２】また、請求項３記載の発明によれば、バッ
ファ室の平均容積に対するバッファ室の容積変化の割合
が１０％以下となるようにバッファ室を構成したので、
冷暖房能力や効率が低下しない、高性能を長期間維持で
きるヴィルミエヒートポンプを得る効果がある。
ファ室の平均容積に対するバッファ室の容積変化の割合
が１０％以下となるようにバッファ室を構成したので、
冷暖房能力や効率が低下しない、高性能を長期間維持で
きるヴィルミエヒートポンプを得る効果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシール部を示す構成
図である。
ートポンプのディスプレーサロッドシール部を示す構成
図である。
【図２】 この発明の実施の形態１によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシールを説明する図
である。
ートポンプのディスプレーサロッドシールを説明する図
である。
【図３】 この発明の実施の形態１によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシールを説明する図
である。
ートポンプのディスプレーサロッドシールを説明する図
である。
【図４】 この発明の実施の形態１によるヴィルミエヒ
ートポンプのディスプレーサロッドシールを説明する図
である。
ートポンプのディスプレーサロッドシールを説明する図
である。
【図５】 この発明の実施の形態２によるヴィルミエヒ
ートポンプを示す構成図である。
ートポンプを示す構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態２によるヴィルミエヒ
ートポンプを説明する図である。
ートポンプを説明する図である。
【図７】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面構
成図である。
成図である。
【図８】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面構
成図である。
成図である。
【図９】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面構
成図である。
成図である。
【図１０】 従来のヴィルミエヒートポンプを示す断面
構成図である。
構成図である。
【符号の説明】 １ａ 高温側シリンダ、１ｂ 低温側シリンダ、２ ケ
ース、３ 高温側ディスプレーサ、４ 低温側ディスプ
レーサ、１６ バッファ室、１７ 高温側ディスプレー
サロッド、２０ 低温側ディスプレーサロッド、２４
ディスプレーサロッドシール、３６、３７、３８、３９
ガイドリング
ース、３ 高温側ディスプレーサ、４ 低温側ディスプ
レーサ、１６ バッファ室、１７ 高温側ディスプレー
サロッド、２０ 低温側ディスプレーサロッド、２４
ディスプレーサロッドシール、３６、３７、３８、３９
ガイドリング
Claims (3)
- 【請求項１】 作動ガスが充填された高温側シリンダ及
び低温側シリンダ、前記高温側及び低温側シリンダ内に
内装されピストン運動する高温側ディスプレーサ及び低
温側ディスプレーサ、前記高温側及び低温側シリンダを
連結するケース、前記ケース内に形成され前記高温側及
び低温側シリンダと連通しないバッファ室、前記バッフ
ァ室から前記ケースを貫通して前記高温側及び低温側デ
ィスプレーサに連結される高温側ディスプレーサロッド
及び低温側ディスプレーサロッド、前記高温側及び低温
側ディスプレーサロッドと前記ケースとの間に設けられ
たシール部材を備えたヴィルミエヒートポンプにおい
て、前記高温側及び低温側ディスプレーサロッドと前記
シール部材との間に隙間を形成したことを特徴とするヴ
ィルミエヒートポンプ。 - 【請求項２】 高温側及び低温側ディスプレーサロッド
とシール部材との隙間からバッファ室へ漏れる作動ガス
のヒートポンプ１サイクル当たりの漏れ量は、作動ガス
全質量の１％以下となるように前記隙間を形成したこと
を特徴とする請求項１記載のヴィルミエヒートポンプ。 - 【請求項３】 バッファ室の平均容積に対するバッファ
室の容積変化の割合が１０％以下となるように前記バッ
ファ室を構成したことを特徴とする請求項１または２記
載のヴィルミエヒートポンプ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22132096A JPH1062024A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | ヴィルミエヒートポンプ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22132096A JPH1062024A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | ヴィルミエヒートポンプ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1062024A true JPH1062024A (ja) | 1998-03-06 |
Family
ID=16764961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22132096A Pending JPH1062024A (ja) | 1996-08-22 | 1996-08-22 | ヴィルミエヒートポンプ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1062024A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205608A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷器式冷凍機 |
| CN105492751A (zh) * | 2013-06-18 | 2016-04-13 | 布斯特赫特公司 | 气态流体的热压缩装置 |
-
1996
- 1996-08-22 JP JP22132096A patent/JPH1062024A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007205608A (ja) * | 2006-01-31 | 2007-08-16 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷器式冷凍機 |
| CN105492751A (zh) * | 2013-06-18 | 2016-04-13 | 布斯特赫特公司 | 气态流体的热压缩装置 |
| JP2016528418A (ja) * | 2013-06-18 | 2016-09-15 | ブーストヒート | ガス状流体の熱圧縮のためのデバイス |
| US10054078B2 (en) | 2013-06-18 | 2018-08-21 | Boostheat | Device for thermal compression of a gaseous fluid |
| JP2018141623A (ja) * | 2013-06-18 | 2018-09-13 | ブーストヒート | ガス状流体の熱圧縮のためのデバイス |
| US10704493B2 (en) | 2013-06-18 | 2020-07-07 | Boostheat | Device for thermal compression of a gaseous fluid |
| EP3011161B1 (fr) * | 2013-06-18 | 2020-07-22 | Boostheat | Dispositif de compression thermique de fluide gazeux |
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