JP2010071481A - Thermal compressor and air conditioning device - Google Patents
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Abstract
【課題】 熱エネルギーにより冷媒を圧縮することで、夏場の冷房電力ピークあるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用でき、しかもコストが安く、熱効率の高い熱式圧縮機、および、その熱式圧縮機を使用し、構成が単純で、コストが安く、熱効率の高い冷暖房装置を提供すること。
【解決手段】 熱で冷媒を圧縮する熱式圧縮機1であって、駆動部30により往復動するディスプレーサピストン78とパルス管71とで、ディスプレーサピストン78の前面78a側と背面78bとにそれぞれ膨張室75と圧縮室41とを形成し、圧縮室41と、蓄熱器50と、吸熱器60と、膨張室75とを順次、連通すると共に、圧縮室41に吐出弁46と吸入弁44を設け、吸熱器60に予熱型燃焼器10を配備する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To compress a refrigerant by thermal energy and to use it without being restricted by electric power use in a cooling power peak in summer or a remote island, and at a low cost and having high thermal efficiency, and its thermal type To provide a cooling / heating device that uses a compressor, has a simple structure, is inexpensive, and has high thermal efficiency.
A thermal compressor 1 compresses a refrigerant with heat, and a displacer piston 78 and a pulse tube 71 reciprocated by a drive unit 30 expand to a front surface 78a side and a back surface 78b of the displacer piston 78, respectively. The chamber 75 and the compression chamber 41 are formed, and the compression chamber 41, the heat accumulator 50, the heat absorber 60, and the expansion chamber 75 are sequentially communicated, and the discharge valve 46 and the suction valve 44 are provided in the compression chamber 41. The preheat combustor 10 is disposed in the heat absorber 60.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、パルス管と蓄熱器を配備し熱エネルギーで冷媒を圧縮するパルス管型蓄熱サイクルを形成する熱式圧縮機およびその熱式圧縮機を使用した冷暖房装置に関する。 The present invention relates to a thermal compressor that forms a pulse tube type heat storage cycle in which a pulse tube and a heat accumulator are arranged and compresses a refrigerant with heat energy, and to a cooling and heating apparatus using the thermal compressor.
従来技術の冷暖房装置に使用されるパルス管型蓄熱機関として、振動発生器と蓄熱器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、振動発生器と蓄熱器との連結部とパルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサ系統が存在されており、ディスプレーサ系統は、作動流体が流入・流出するディスプレーサ作動空間と、ディスプレーサ作動空間の少なくとも一部を構成するとともに、ディスプレーサ作動空間に対して往復動可能に配設されるディスプレーサ部と、ディスプレーサ作動空間のディスプレーサ部が往復動する方向にディスプレーサ作動空間とは隔絶されたバッファ空間と、ディスプレーサ部の往復動する方向に延在するとともに、一端がディスプレーサ部に取り付けられ、その少なくとも一部がバッファ空間に配設されるディスプレーサバーと、を有するパルス管型蓄熱機関が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 As a pulse tube type heat storage engine used in a conventional air conditioner, a vibration generator, a heat accumulator, a cold head, and a pulse tube are connected in series sequentially, and the reciprocating motion and pressure fluctuation of the working fluid flowing into these are connected. In a pulse tube type heat storage engine that generates a low temperature or power by giving a phase difference between the two, a displacer system that connects them between the connection portion between the vibration generator and the heat storage device and the high temperature end of the pulse tube is provided. The displacer system includes a displacer working space into which working fluid flows in and out, a displacer section that constitutes at least a part of the displacer working space and is reciprocally movable with respect to the displacer working space; The displacer working space is isolated from the displacer working space in the reciprocating direction of the displacer working space. Disclosed is a pulse tube type heat storage engine having a buffer space, and a displacer that extends in the reciprocating direction of the displacer part, and that has one end attached to the displacer part and at least a part of which is disposed in the buffer space. (For example, refer to Patent Document 1).
また、電動機で冷媒を圧縮する圧縮機(例えば、スクロール圧縮機など)を使用した冷暖房装置が公知である。また、エンジンで冷媒を圧縮する圧縮機(例えば、スクロール圧縮機など)を使用した冷暖房装置が公知である。
しかしながら、特許文献1によれば、パルス管型蓄熱機関で発生した室温近傍の冷熱あるいは温熱で室内の冷暖房を行う場合、冷熱あるいは温熱を室内に移送するため、パルス管型蓄熱機関とは別に冷熱あるいは温熱を冷暖房回路に移送する冷媒循環用の圧縮機と、冷暖房回路とが必要となる。このため、冷暖房装置が複雑になる問題がある。また、新たに圧縮機を設けるため、冷暖房装置のコストが高くなる問題がある。 However, according to Patent Document 1, when cooling or heating a room with room temperature or heat generated in a pulse tube type heat storage engine, the heat or heat is transferred to the room. Alternatively, a compressor for circulating the refrigerant that transfers the heat to the air conditioning circuit and an air conditioning circuit are required. For this reason, there exists a problem which an air conditioning apparatus becomes complicated. Moreover, since a compressor is newly provided, there exists a problem that the cost of an air conditioning apparatus becomes high.
また、電動機で駆動される公知の空調用圧縮機は、夏場の冷房電力ピーク時における電力不足の問題、電力が得難い離島等での電力使用の制約の問題がある。また、大型になるとエンジンで駆動される空調用圧縮機より効率が低下する問題もある。 In addition, the known air-conditioning compressor driven by an electric motor has a problem of power shortage at the peak of cooling power in summer and a problem of restriction of power use on a remote island where power is difficult to obtain. Further, when the size is increased, there is a problem that the efficiency is lower than that of an air-conditioning compressor driven by an engine.
また、エンジンで駆動される公知の空調用圧縮機は、夏場の冷房電力ピーク時における電力不足の問題は生じないが、エンジンを含む圧縮機のコストが高くなる問題がある。 In addition, the known air-conditioning compressor driven by the engine does not cause a problem of power shortage at the cooling power peak in summer, but has a problem of increasing the cost of the compressor including the engine.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱エネルギーにより冷媒を圧縮することで、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用でき、しかもコストが安く、熱効率の高い熱式圧縮機、および、その熱式圧縮機を使用し、構成が単純で、コストが安く、熱効率の高い冷暖房装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and by compressing the refrigerant with thermal energy, it can be used without restrictions on the use of electric power at the peak of cooling power in the summer or on remote islands, and the cost is low. It is an object of the present invention to provide a thermal compressor with high thermal efficiency, and an air conditioning apparatus that uses the thermal compressor, has a simple configuration, is inexpensive, and has high thermal efficiency.
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、
低温端がパルス管とディスプレーサピストンとでディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室に連通し往復流動する冷媒と熱交換する蓄熱器と、蓄熱器の高温端と膨張室との間に配備され往復流動する冷媒に吸熱させる吸熱器と、圧縮室側に設けられ冷媒を吸入する吸入弁と、圧縮室側に設けられ圧縮した冷媒を吐出する吐出弁と、を備える。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a displacer piston that reciprocates by reciprocating means, a pulse tube that forms an expansion chamber on the front side of the displacer piston,
A regenerator is installed between the high temperature end of the regenerator and the expansion chamber, and the reciprocating flow is between the high temperature end of the regenerator and the expansion chamber. A heat absorber that absorbs heat by the flowing refrigerant, a suction valve that is provided on the compression chamber side and sucks the refrigerant, and a discharge valve that is provided on the compression chamber side and discharges the compressed refrigerant.
また、請求項2に記載の発明は、圧縮室は、圧縮室に連通し冷媒の圧縮比を増大させる圧縮比増大手段を備える。 According to a second aspect of the present invention, the compression chamber includes compression ratio increasing means that communicates with the compression chamber and increases the compression ratio of the refrigerant.
また、請求項3に記載の発明は、駆動部は、圧縮室と隔絶したバッファ室を形成するハウジングと、ディスプレーサピストンの背面に連結し一部がバッファ室に延在し往復動するロッドと、バッファ室に設けられロッドにバネ力を加える弾性手段と、を備える。 The drive unit may include a housing that forms a buffer chamber isolated from the compression chamber, a rod that is connected to the back surface of the displacer piston, partially extends to the buffer chamber, and reciprocates. Elastic means for applying a spring force to the rod provided in the buffer chamber.
また、請求項4に記載の発明は、室内を冷暖房する冷暖房回路と、圧縮した冷媒を冷暖房回路に供給する熱式圧縮機と、を備える冷暖房装置であって、熱式圧縮機は、往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、パルス管とディスプレーサピストンとでディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室側に設けられ冷媒を吸入する吸入弁と、圧縮室側に設けられ圧縮した冷媒を吐出する吐出弁と、低温端が圧縮室に連通し往復流動する冷媒と熱交換する蓄熱器と、蓄熱器の高温端と膨張室との間に配備され往復流動する冷媒に吸熱させる吸熱器と、を備え、冷暖房回路は、室内を冷暖房する室内用熱交換器と、室内用熱交換器に接続され冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段に接続される室外用熱交換器と、熱式圧縮機に設けられ冷媒が吐出される吐出口および冷媒が吸入される吸入口に接続され、暖房時に吐出口を室内用熱交換器に連通させると共に吸入口を室外用熱交換器に連通させ、冷房時に吐出口を室外用熱交換器に連通させると共に吸入口を室内用熱交換器に連通させる冷媒流路切替弁と、を備える。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an air conditioning apparatus comprising: an air conditioning circuit that cools and heats a room; and a thermal compressor that supplies compressed refrigerant to the air conditioning circuit. A displacer piston that reciprocates by means, a pulse tube that forms an expansion chamber on the front surface side of the displacer piston, and a suction tube that is provided on the compression chamber side formed on the back surface of the displacer piston by the pulse tube and the displacer piston. A valve, a discharge valve provided on the compression chamber side for discharging the compressed refrigerant, a regenerator that exchanges heat with a refrigerant whose low temperature end communicates with the compression chamber and reciprocates, and a high temperature end of the regenerator and an expansion chamber And a heat absorber that absorbs heat from the reciprocating refrigerant, and the air conditioning circuit is connected to the indoor heat exchanger and expands the refrigerant by being connected to the indoor heat exchanger. And an outdoor heat exchanger connected to the expansion means, a discharge port through which the refrigerant is discharged and a suction port through which the refrigerant is sucked, which is provided in the thermal compressor, and the discharge port is used as an indoor heat source during heating. A refrigerant flow path switching valve that communicates with the exchanger and communicates the suction port with the outdoor heat exchanger, communicates the discharge port with the outdoor heat exchanger during cooling, and communicates the suction port with the indoor heat exchanger; Is provided.
また、請求項5に記載の発明は、冷暖房回路は、熱式圧縮機の排気口から排出される排ガスにより熱式圧縮機から吐出される冷媒を加熱する排熱回収熱交換器を備え、排熱回収熱交換器の冷媒側は、吐出口と冷媒流路切替弁との間に設けられ、排熱回収熱交換器の排ガス側には、排気口に接続され排ガスの流れを制御する制御弁が設けられる。 In the invention according to claim 5, the air conditioning circuit includes an exhaust heat recovery heat exchanger that heats the refrigerant discharged from the thermal compressor by the exhaust gas discharged from the exhaust port of the thermal compressor. The refrigerant side of the heat recovery heat exchanger is provided between the discharge port and the refrigerant flow switching valve, and the exhaust gas side of the exhaust heat recovery heat exchanger is connected to the exhaust port to control the flow of exhaust gas Is provided.
請求項1に記載の発明では、熱式圧縮機は、駆動手段により往復動するディスプレーサピストンの前面側と背面に、それぞれ膨張室と圧縮室が形成される。膨張行程、吸入行程、圧縮行程、吐出行程が順次行われ1サイクルが形成される。 In the invention according to claim 1, in the thermal compressor, the expansion chamber and the compression chamber are respectively formed on the front side and the back side of the displacer piston that reciprocates by the driving means. The expansion stroke, the suction stroke, the compression stroke, and the discharge stroke are sequentially performed to form one cycle.
即ち、膨張行程は、吸入弁と吐出弁とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストンが矢印A方向(図1)、即ち膨張室方向へ移動する。この移動により、膨張室の高温(例えば、略550℃)の冷媒(例えば、炭酸ガス)は、順次、吸熱器、蓄熱器を通過して蓄熱材エレメントで冷却され、徐々に圧力が降下し、低い温度(例えば、略60℃)になり圧縮室へ移動する。そして圧縮室の圧力は所定の低圧に達し、膨張行程を終了する。 That is, in the expansion stroke, the displacer piston moves in the direction of arrow A (FIG. 1), that is, in the direction of the expansion chamber while the suction valve and the discharge valve are kept closed. By this movement, the refrigerant (for example, carbon dioxide) having a high temperature (for example, approximately 550 ° C.) in the expansion chamber sequentially passes through the heat absorber and the heat accumulator and is cooled by the heat storage material element, and the pressure gradually decreases. It becomes a low temperature (for example, approximately 60 ° C.) and moves to the compression chamber. Then, the pressure in the compression chamber reaches a predetermined low pressure, and the expansion stroke ends.
吸入行程は、圧縮室の圧力が所定の低圧に達すると、吸入流路の圧力と圧縮室のとの差圧と、吸入弁のバネ荷重とが吸入弁に作用し、自動的に吸入弁が開かれ、冷暖房回路から低圧の冷媒が圧縮室に吸入され、圧縮室の冷媒の質量は増大する。そして、吸入弁が自動的に閉じられると吸入行程は、終了する。 In the suction stroke, when the pressure in the compression chamber reaches a predetermined low pressure, the pressure difference between the pressure in the suction passage and the compression chamber and the spring load of the suction valve act on the suction valve, and the suction valve is automatically activated. Opened, low-pressure refrigerant is sucked into the compression chamber from the cooling / heating circuit, and the mass of the refrigerant in the compression chamber increases. Then, when the suction valve is automatically closed, the suction stroke ends.
圧縮行程は、吸入行程終了後になされ、吸入弁と吐出弁とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストンが矢印B方向(図1)、即ち圧縮室方向へ移動し、圧縮室の冷媒は順次、蓄熱器、吸熱器、膨張室へ移動する。この移動により、圧縮室の低温の冷媒は、順次、蓄熱器、吸熱器を通過して蓄熱材エレメントと、吸熱器に入熱される燃焼等の高温の熱により加熱され、徐々に圧力が上昇し、高い温度(例えば、略550℃)になり膨張室へ移動する。そして膨張室の圧力は所定の高圧に達し、圧縮行程を終了する。 The compression stroke is performed after the suction stroke is completed, and the displacer piston moves in the direction of arrow B (FIG. 1), that is, toward the compression chamber while the suction valve and the discharge valve are kept closed, and the refrigerant in the compression chamber is sequentially stored in the heat accumulator. Move to heat absorber, expansion chamber. By this movement, the low-temperature refrigerant in the compression chamber is sequentially heated by high-temperature heat such as combustion passing through the heat accumulator and the heat absorber, and the heat input to the heat absorber, and the pressure gradually increases. The temperature becomes high (for example, approximately 550 ° C.) and moves to the expansion chamber. Then, the pressure in the expansion chamber reaches a predetermined high pressure, and the compression stroke ends.
吐出行程は、圧縮室が所定の高圧力に達し、圧縮室の圧力と吐出弁が配備される弁室の圧力の差圧と、吐出弁のバネ荷重とが吐出弁に作用し、吐出弁が自動的に開かれ、圧縮室の高圧の冷媒が吐出され冷暖房回路に供給される。そして吐出弁が自動的に閉じられ吐出行程が終了する。 In the discharge stroke, the compression chamber reaches a predetermined high pressure, the differential pressure between the pressure in the compression chamber and the pressure in the valve chamber in which the discharge valve is installed, and the spring load of the discharge valve act on the discharge valve. It is automatically opened and the high-pressure refrigerant in the compression chamber is discharged and supplied to the cooling / heating circuit. Then, the discharge valve is automatically closed and the discharge stroke is completed.
以上により、燃焼等の高温の熱エネルギーにより冷媒が圧縮され冷暖房回路に供給されるので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な熱式圧縮機を提供できる。 As described above, since the refrigerant is compressed by high-temperature heat energy such as combustion and supplied to the cooling and heating circuit, it is possible to provide a thermal compressor that can be used without being restricted by the use of electric power at the peak of cooling power in summer or on remote islands. .
また、従来技術のエンジンヒートポンプの圧縮機はエンジンを必要とするが、本発明の熱式圧縮機は、燃焼等の高温の熱エネルギーにより冷媒を圧縮するので、エンジンヒートポンプの圧縮機よりコストが安くなる。 In addition, although the engine heat pump compressor of the prior art requires an engine, the thermal compressor of the present invention compresses the refrigerant with high-temperature thermal energy such as combustion, so the cost is lower than that of the engine heat pump compressor. Become.
また、熱式圧縮機はパルス管と蓄熱器を備える。パルス管内は、ディスプレーサピストンによりパルス管内で往復動するガスピストンが形成され、ガスピストンは断熱材として機能し、高温の膨張室からディスプレーサピストンに侵入する伝導熱損失を抑制する。また、パルス管および蓄熱器の容器はステンレス等の熱伝導率の低い材料で肉厚が薄く熱伝導方向に長いパイプ形状であるので、膨張室からパルス管および蓄熱器の容器を伝わって圧縮室側に侵入する伝導熱損失は抑制される。さらに、予熱器により導入される空気と燃料のうち少なくとも空気は、燃焼器で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃焼温度は上昇し、燃焼の熱エネルギーは吸熱器で効率よく吸熱される。以上により、熱効率の高い熱式圧縮機を提供できる。 The thermal compressor includes a pulse tube and a heat accumulator. In the pulse tube, a gas piston that reciprocates in the pulse tube is formed by the displacer piston. The gas piston functions as a heat insulating material, and suppresses conduction heat loss that enters the displacer piston from the high-temperature expansion chamber. In addition, the pulse tube and the regenerator container are made of a material with low thermal conductivity such as stainless steel and have a thin wall and a long pipe shape in the heat conduction direction. Therefore, the compression tube is transferred from the expansion chamber to the pulse tube and the regenerator container. Conductive heat loss entering the side is suppressed. Furthermore, since at least air of the air and fuel introduced by the preheater is preheated by the exhaust heat of the exhaust gas combusted in the combustor, the combustion temperature rises and the heat energy of combustion is efficiently absorbed by the heat absorber. The As described above, a thermal compressor having high thermal efficiency can be provided.
また、請求項2に記載の発明では、圧縮室、又は、圧縮室と蓄冷器の低温端との間の少なくともいずれか一方に、圧縮比増大手段を設ける。これによりディスプレーサピストンが往復動すると、圧縮比増大手段の冷媒量は圧縮室の冷媒量と略同位相で変化する。このことは膨張室の掃気容積は変化せず、圧縮室の掃気容積が増大したことと等価であるので、圧縮室から膨張室へ移動する冷媒量は増大し、圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機は、吐出圧力と吐出流量が増大すると共に、熱効率が向上する。 In the invention according to claim 2, the compression ratio increasing means is provided in at least one of the compression chamber or between the compression chamber and the low temperature end of the regenerator. As a result, when the displacer piston reciprocates, the refrigerant amount of the compression ratio increasing means changes in substantially the same phase as the refrigerant amount in the compression chamber. This does not change the scavenging volume of the expansion chamber, and is equivalent to an increase in the scavenging volume of the compression chamber. Therefore, the amount of refrigerant moving from the compression chamber to the expansion chamber increases, and the compression ratio increases. As a result, in the thermal compressor, the discharge pressure and the discharge flow rate are increased, and the thermal efficiency is improved.
また、請求項3に記載の発明では、ロッドはハウジングに設けたフレキシブルベアリング等の弾性手段によりバネ力が加えられる。これにより弾性手段(例えば一対のフレキシブルベアリング)のバネと磁気バネ(リニアモータがある場合は磁気バネを考慮)と冷媒の圧力に基づくガスバネを合成した合成バネと、ディスプレーサピストンとロッドと可動子の合計質量とでバネ・質量の共振振動系を形成する。 In the invention according to claim 3, spring force is applied to the rod by elastic means such as a flexible bearing provided in the housing. As a result, the spring of the elastic means (for example, a pair of flexible bearings) and the magnetic spring (considering the magnetic spring if there is a linear motor) and a gas spring based on the pressure of the refrigerant, the combined spring, the displacer piston, the rod, and the mover The total mass forms a spring / mass resonance vibration system.
ディスプレーサピストンには、ディスプレーサピストンの前面に作用する圧力に基づく力F1と背面に作用する圧力に基づく力F2との差の力F=F1−F2と、バッファ室側のロッドの端面に作用する圧力に基づく力F3、駆動手段による駆動力F4(一対のフレキシブルベアリングの撓みによるバネ力、および、リニアモータが配備される場合はその駆動力)と、ディスプレーサピストンとロッドと可動子の合計質量に基づく慣性力F5とが作用する。そして上述のバネ(合成バネ)・質量(合計質量)の共振周波数あるいは共振周波数近傍でディスプレーサピストンは振幅が増大し往復動し、圧縮室と膨張室の掃気容積は増大する。これにより圧縮室と膨張室との間の冷媒移動量が増大するので圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機は、吐出圧力と吐出流量が増大すると共に、熱効率が向上する。 The displacer piston has a force F = F1-F2 which is a difference between a force F1 based on the pressure acting on the front surface of the displacer piston and a force F2 based on the pressure acting on the back surface, and a pressure acting on the end surface of the rod on the buffer chamber side. Based on the force F3, the driving force F4 by the driving means (the spring force due to the bending of the pair of flexible bearings, and the driving force if a linear motor is provided), and the total mass of the displacer piston, rod and mover Inertial force F5 acts. The displacer piston increases in amplitude and reciprocates at the resonance frequency of the spring (synthetic spring) / mass (total mass) or near the resonance frequency, and the scavenging volume of the compression chamber and the expansion chamber increases. As a result, the amount of refrigerant moving between the compression chamber and the expansion chamber increases, and the compression ratio increases. As a result, in the thermal compressor, the discharge pressure and the discharge flow rate are increased, and the thermal efficiency is improved.
また、請求項4に記載の発明では、冷暖房装置は、熱式圧縮機と冷暖房回路とを組合せ、熱式圧縮機で冷媒(例えば、炭酸ガス)を圧縮し、冷暖房回路に供給して室内の冷房あるいは暖房を行い、低圧になった冷媒は熱式圧縮機に戻る。
In the invention according to
熱式圧縮機は、吸入弁と吐出弁が共に閉状態でディスプレーサピストンが圧縮室方向に移動し圧縮室の容積が減少すると、圧縮室の冷媒(例えば、炭酸ガス)は、蓄熱器、吸熱器を通過して膨張室へ移動する。この行程で、冷媒は、蓄熱器で加熱、昇温され、さらに吸熱器を介在し燃焼等の高温の熱を吸熱し昇温、昇圧され、所定の高圧に達する。そして、吐出弁は自動弁であるので自動的に開かれる。そして、圧縮室の冷媒が吐出され、吐出弁が自動的に閉じらまで冷暖房回路に供給される。次に、吸入弁と吐出弁が共に閉状態でディスプレーサピストンが膨張室方向に移動し膨張室の容積が減少すると、膨張室の冷媒は蓄熱器と、吸熱器を通過して圧縮室へ移動する。この行程で、冷媒は蓄熱器で冷却され、降温、徐々に降圧し、所定の低圧に達する。そして、吸入弁は自動弁であるので自動的に開かれ、冷暖房回路から圧縮室に低圧の冷媒は、吸入弁が自動的に閉じられるまで吸入される。 In a thermal compressor, when both the suction valve and the discharge valve are closed and the displacer piston moves in the direction of the compression chamber and the volume of the compression chamber decreases, the refrigerant (for example, carbon dioxide) in the compression chamber becomes a heat accumulator and heat absorber. To move to the expansion chamber. In this process, the refrigerant is heated and heated by the heat accumulator, further absorbs high-temperature heat such as combustion through a heat absorber, and is heated and pressurized to reach a predetermined high pressure. Since the discharge valve is an automatic valve, it is automatically opened. Then, the refrigerant in the compression chamber is discharged and supplied to the air conditioning circuit until the discharge valve is automatically closed. Next, when the displacer piston moves toward the expansion chamber with the suction valve and the discharge valve closed, the expansion chamber refrigerant moves to the compression chamber through the heat accumulator and the heat absorber. . In this process, the refrigerant is cooled by the heat accumulator, the temperature is lowered, the pressure is gradually reduced, and a predetermined low pressure is reached. Since the suction valve is an automatic valve, it is automatically opened, and low-pressure refrigerant is sucked into the compression chamber from the cooling / heating circuit until the suction valve is automatically closed.
冷暖房回路は、冷媒流路切替手段と、室内熱交換器、JT弁、室外熱交換器を備え、冷媒流路切替手段により暖房時と冷房時とで、冷媒の流れる流路を切替えて、暖房と冷房を行う。即ち、暖房時、冷媒流路切替手段により暖房流路に設定し、熱式圧縮機で圧縮した冷媒を室内熱交換器に導入し、圧縮により発生した冷媒の圧縮熱で室内を暖房する。冷房時は、冷媒流路切替手段により冷房流路に設定し、圧縮した冷媒を室外熱交換器に導入し圧縮熱を放熱した後、JT弁等の膨張手段で冷媒の一部を液化させミストにする。このミストを室内熱交換器に流し、ミストの冷熱(冷媒の潜熱と顕熱)で室内を冷房する。結果、従来技術のエンジンヒートポンプ、あるいは、パルス管型蓄熱機関、圧縮機、冷暖房回路とを組合せた冷暖房装置に比べ、本発明の冷暖房装置は、熱式圧縮機と冷暖房回路を組合せて構成されるので、構成が簡単で、コストを安く出来る。 The cooling / heating circuit includes a refrigerant flow switching means, an indoor heat exchanger, a JT valve, and an outdoor heat exchanger. The refrigerant flow switching means switches the flow path of the refrigerant between the heating time and the cooling time. And cool. That is, during heating, the refrigerant channel switching means sets the heating channel, the refrigerant compressed by the thermal compressor is introduced into the indoor heat exchanger, and the room is heated by the compression heat of the refrigerant generated by the compression. During cooling, the refrigerant flow switching means sets the cooling flow path, introduces the compressed refrigerant into the outdoor heat exchanger, dissipates the heat of compression, and then liquefies part of the refrigerant with an expansion means such as a JT valve. To. This mist is passed through the indoor heat exchanger, and the room is cooled by the cold heat of the mist (the latent heat and sensible heat of the refrigerant). As a result, the cooling / heating device of the present invention is configured by combining a thermal compressor and a cooling / heating circuit as compared with a conventional engine heat pump or a cooling / heating device combining a pulse tube type heat storage engine, a compressor, and a cooling / heating circuit. Therefore, the configuration is simple and the cost can be reduced.
また、熱式圧縮機は熱エネルギーにより冷媒を圧縮するので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な冷暖房装置を提供できる。 In addition, since the thermal compressor compresses the refrigerant with thermal energy, it can provide a cooling / heating device that can be used without any restrictions on the use of electric power at the peak of cooling power in summer or on remote islands.
また、熱式圧縮機はパルス管と蓄熱器を備える。パルス管内は、ディスプレーサピストンによりパルス管内で往復動するガスピストンが形成され、ガスピストンは断熱材として機能し、高温の膨張室からディスプレーサピストンに侵入する伝導熱損失を抑制する。 The thermal compressor includes a pulse tube and a heat accumulator. In the pulse tube, a gas piston that reciprocates in the pulse tube is formed by the displacer piston. The gas piston functions as a heat insulating material, and suppresses conduction heat loss that enters the displacer piston from the high-temperature expansion chamber.
また、パルス管および蓄熱器の容器はステンレス等の熱伝導率の低い材料で肉厚が薄く熱伝導方向に長いパイプ形状であるので、膨張室からパルス管および蓄熱器の容器を伝わって圧縮室側に侵入する伝導熱損失は抑制される。さらに、予熱器により導入される空気と燃料のうち少なくとも空気は、燃焼器で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃焼温度は上昇し、燃焼の熱エネルギーは吸熱器で効率よく吸熱される。結果、熱式圧縮機の熱効率は向上する。 In addition, the pulse tube and the regenerator container are made of a material with low thermal conductivity such as stainless steel and have a thin wall and a long pipe shape in the heat conduction direction. Therefore, the compression tube is transferred from the expansion chamber to the pulse tube and the regenerator container. Conductive heat loss entering the side is suppressed. Furthermore, since at least air of the air and fuel introduced by the preheater is preheated by the exhaust heat of the exhaust gas combusted in the combustor, the combustion temperature rises and the heat energy of combustion is efficiently absorbed by the heat absorber. The As a result, the thermal efficiency of the thermal compressor is improved.
以上により、冷暖房装置は、熱効率の高い熱式圧縮機を使用して冷暖房を行うので熱効率が高なる。 As described above, the air-conditioning apparatus performs air-conditioning using a thermal compressor having high thermal efficiency, so that the thermal efficiency is increased.
また、請求項5に記載の発明では、冷暖房回路は排熱回収熱交換器が配備され、暖房時、熱式圧縮機の排ガスで熱式圧縮機から吐出される冷媒を加熱する。そして、室内熱交換器を介在し、冷媒が吸熱した排ガスの排気熱と、熱式圧縮機で発生した圧縮熱とを暖房用の熱に使用する。結果、熱式圧縮機の排ガスの熱エネルギーを無駄に排気することなく有効に使用するので、冷暖房装置の熱効率は高くなる。 In the invention according to claim 5, the cooling and heating circuit is provided with an exhaust heat recovery heat exchanger, and heats the refrigerant discharged from the thermal compressor with the exhaust gas of the thermal compressor during heating. The exhaust heat of the exhaust gas absorbed by the refrigerant and the compression heat generated by the thermal compressor are used as heating heat through an indoor heat exchanger. As a result, since the thermal energy of the exhaust gas of the thermal compressor is effectively used without exhausting wastefully, the thermal efficiency of the air conditioner increases.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係わる説明図である。図1に示すように、パルス管71を使用した熱式圧縮機1は、予熱型燃焼器10と、圧縮機本体20とから構成され、冷媒として炭酸ガスが使用される。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a thermal compressor 1 using a
予熱型燃焼器10は、予熱器14と、燃焼器15とから構成される。予熱器14は、燃焼器15で燃焼した排ガスの排気熱で、予熱器14に導入する空気と、燃料を予熱すために設けられ、燃料導入口11と、空気導入口12と、排ガスを排気する排気口13を備える。燃焼器15は予熱された空気と燃料とを混合し燃焼し、圧縮機本体20の吸熱器60を加熱する。これにより、吸熱器60を往復流動する炭酸ガスは加熱される。尚、燃料は、予熱器14で予熱せず燃焼器15に導入し、予熱した空気と混合しても良い。
The preheating
圧縮機本体20は、圧縮部40と、蓄熱器50と、吸熱器60、膨張部70とから構成される。
The
膨張部70は、パルス管71と、ディスプレーサピストン78と、ヘッド77と、ディストリビュータ74とから構成される。そしてパルス管71と、ディスプレーサピストン78とでディスプレーサピストン78の前面78a側に冷媒が膨張する膨張室75が形成される。また、ディスプレーサピストン78の前面78aと膨張室75の間にはガスピストン72が形成される。そして、ガスピストン72の低温端72bがディスプレーサピストン78の前面78aに隣接し、ガスピストン72の高温端72aが膨張室75に隣接する。ディスプレーサピストン78の背面78bには、ロッド36の一端が連結される。
The inflating
ガスピストン72は、パルス管71の内周と同じ径の円柱形状の炭酸ガスで形成され、質量は一定で、炭酸ガスの圧力変動に伴い体積が変化する弾性ピストンの様態をなす。即ち、ガスピストン72は、ディスプレーサピストン78の往復動に伴い、体積を変化しつつ、パルス管71内においてディスプレーサピストン78の前面78aと膨張室75との間で往復動する。ガスピストン72の往復動により、膨張室75の容積は変化する。
The
駆動部30(往復動手段)は、リニア駆動式で、リニアモータ33と、リニアモータ33を設けたハウジング31と、一対のフレキシブルベアリング32(弾性手段)と、一部がバッファ室37に延在し往復動するロッド36とを備える。そしてハウジング31の開放端は、弁箱42の図中の下面に気密に固定され、ハウジング31と弁箱42の下面とでバッファ室37が形成される。
The drive unit 30 (reciprocating means) is a linear drive type, and includes a
リニアモータ33は、ディスプレーサピストン78の往復動を補助するために設けられ、ハウジング31の外周面に配設され銅線を巻いたコイル34aを備えた固定子34と、バッファ室37で固定子34に対応した位置に配備され永久磁石35aを備えた可動子35とから構成される。
The
可動子35の中心部は、ディスプレーサ78の背面78bに連結したロッド36が貫通し固定される。スリッドを有しバネ鋼からなる薄板のフレキシブルベアリング32の内周側は可動子35の両端近傍のロッド36に固定され、フレキシブルベアリング32の外周側はハウジング31の内周面側に固定される。これにより可動子35は、ハウジング31の内周面に接触することなく微小間隙を持って、往復動可能に支持される。同様に、ディスプレーサ78もパルス管71の内周面に接触することなく微小間隙を持って、往復動可能に支持される。また、フレキシブルベアリング32は、ロッド36が往復動することで、フレキシブルベアリング32のバネによりバネ力をロッド36に加える。
The
圧縮部40は、ロッド36を連結したディスプレーサピストン78と、パルス管71と、パルス管71の低温端に固定した弁箱42とを備え、ディスプレーサピストン78の背面78bに構成される。そして、圧縮部40の圧縮室41は、パルス管71の低温側の内周面と、弁箱42の上面と、ディスプレーサ78の背面78bと、ロッド36とに囲まれ形成され、ディスプレーサピストン78の往復動により容積が変化する。
The
弁箱42は、吸入流路43aと流路43cとの間に吸入弁44が配設される弁室43bと、流路45cと吐出流路45aとの間に吐出弁46が配設される弁室45bと、が設けられる。弁室43bは流路43cを介し圧縮室41に連通し、弁室45bは、吐出弁46が開状態において流路45cを介し圧縮室41に連通する。吸入弁44が開状態において吸入流路43aは弁室43bに連通する。吸入流路43aの吸入口43dは、後述する冷暖房回路101の冷媒流出口107(図8)に接続され、吐出流路45aの吐出口45dは冷暖房回路101の冷媒流入口102(図8)に接続される。
In the
また、弁箱42の中心部には貫通孔が設けられ、ロッド36が微小間隙を持って往復動する。この微小間隙は、圧縮室41とバッファ室37との間の炭酸ガスをシールするクリアランスシールの機能を有し、これによりバッファ室37は圧縮室41と隔絶される。
A through hole is provided in the center of the
吸入弁44は薄いバネ鋼板からなるリード弁で、弁室43bと同圧の圧縮室41と吸入流路43aとの差圧が所定値になると吸入弁44のバネ力に抗して吸入弁44が開かれる自動弁である。吐出弁46は薄いバネ鋼板からなるリード弁で、弁室45bと流路45cと同圧の圧縮室41との差圧が所定値になると吐出弁46のバネ力に抗して吐出弁46が開かれる自動弁である。
The
また、パルス管71の低温端には多数個の流路53が設けられ、流路53は蓄熱器50の低温端50b側に配設した流路52に連通する。これにより、圧縮室41は、流路53、流路52を介し蓄熱器50の低温端50bに連通する。
A large number of
蓄熱器50は、ステンレス金網などの蓄熱材エレメント51が多数枚充填され、蓄熱器50を往復流動する炭酸ガスと蓄熱材エレメント51とが熱交換する。
The
また、パルス管71および蓄熱器50の容器は、ステンレス等の熱伝導率の低い材料で、しかも肉厚が薄く、伝導方向に長いパイプ形状をなす。
The container of the
吸熱器60は、蓄熱器50の高温端50aに接続され、多数本の流路(図示せず)を備え、燃焼室15に設けられる。この流路の内部側は炭酸ガスが往復流動し、流路の外部側は燃焼ガスで加熱され、炭酸ガスは流路壁を介在して燃焼ガスで加熱される。そして吸熱器60は、ヘッド77によって形成される流路76と、ディストリビュータ74とを介在し膨張室75に連通する。
The
また、蓄熱器50の内周面と、吸熱器60の内周面は、パルス管71の外周面に外接する。蓄熱器50の内周面と吸熱器60の内周面とで、パルス管を形成しても良い。
Further, the inner peripheral surface of the
尚、フレキシブルベアリング32は、例えば円錐コイルバネ(弾性手段)などの弾性手段に取換え、円錐コイルバネのバネ力をロッド36に加えても良い。この場合、ディスプレーサピストン78は、外周面を樹脂の摺動材でコーティングし、外径をパルス管71の内径より僅か小さくすることで、パルス管71の内周面に往復動可能で、且つ炭酸ガスをシールできる。
The
また、熱式圧縮機1の冷媒は、炭酸ガスであるが、他のガス、例えば、イソブタン、ブタン等のHC系の自然冷媒でも良い。 The refrigerant of the thermal compressor 1 is carbon dioxide, but other gases, for example, HC natural refrigerants such as isobutane and butane may be used.
また、吸入弁44と、吐出弁46は、弁箱42に設け、弁箱42を圧縮室41に取付けているが、吸入弁44と、吐出弁46を直接、圧縮室41に設けても良く、あるいは、流路53を介在し圧縮室41に連通する流路52に設けても良い。
The
図2は、1サイクルにおけるディスプレーサピストン78の位相に対する膨張室75の容積(図中の実線)と、圧縮室41の圧力(図中の太実線)を示す。図1および図2に基づき、熱式圧縮機1の動作と効果について説明する。
FIG. 2 shows the volume of the expansion chamber 75 (solid line in the figure) and the pressure of the compression chamber 41 (thick solid line in the figure) with respect to the phase of the
燃料導入口11と、空気導入口12とからそれぞれ燃料と、空気とが予熱器14に導入される。そして燃焼室15から予熱器14に流入する排ガスで、空気と燃料が予熱され、燃焼室14で混合されて燃料が燃焼される。吸熱器60を往復流動する炭酸ガスは、吸熱器60を介在し、燃焼ガスで高温(例えば、略600℃)に加熱され、以下に述べる熱式圧縮機1の1サイクルが形成される。
Fuel and air are introduced into the
図2に示すように熱式圧縮機1は、膨張行程(NKの区間)、吸入行程(KLの区間)、圧縮行程(LMの区間)、吐出行程(MNの区間)の4行程が順次なされパルス管型蓄熱サイクルの1サイクルを形成する。 As shown in FIG. 2, the thermal compressor 1 is sequentially subjected to four strokes: an expansion stroke (NK interval), a suction stroke (KL interval), a compression stroke (LM interval), and a discharge stroke (MN interval). One cycle of the pulse tube type heat storage cycle is formed.
膨張行程は、NKの区間なされ、吸入弁44と吐出弁46とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストン78が矢印A方向(図1)、即ち膨張室75方向へ移動すると、ガスピスト72も矢印A方向へ移動する。この移動により膨張室75の容積は減少し、膨張室75の炭酸ガスは、順次、吸熱器60、蓄熱器50に流入し、蓄熱材エレメント51により冷却され、周囲の空気温度より高く且つ膨張室75より低い温度(例えば、略60℃)になって圧縮室41に流入する。膨張室75の高温(例えば、略550℃)の炭酸ガスは、膨張室75より低い温度になって容積増加中の圧縮室41へ移動するので、炭酸ガスの圧力は膨張室75の容積の減少に伴い徐々に低下し、圧縮室41の圧力が所定の低圧に達する。
The expansion stroke is performed in the interval NK. When the
吸入行程は、KLの区間なされ、圧縮室41の圧力が所定の低圧に達し、吸入流路43aの圧力Piと圧縮室41のPcとの差圧に基づき吸入弁44に作用する力((Pi−Pc)×Ai、Aiは吸入弁44の受圧面積)が吸入弁44のバネ力より大きくなると、吸入弁44が自動的に開かれる。そして、後述する冷暖房回路101(図8)から低圧の炭酸ガスが圧縮室41に吸入される。即ち、吸入流路43aを通って炭酸ガスは容積増加中の圧縮室41に流入し、圧縮室41の圧力は一定値を保たれつつ、圧縮室41の炭酸ガスの質量は増大する。そして、吸入流路43aの圧力Piと圧縮室41のPcとの差圧に基づき吸入弁44に作用する力((Pi−Pc)×Ai)が吸入弁44のバネ力より小さくなると、吸入弁44が自動的に閉じられ吸入行程が終了する。
The suction stroke is performed in a section of KL, the pressure of the
圧縮行程は、吸入行程終了後、MNの区間なされ、吸入弁44と吐出弁46とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストン78が矢印B方向(図1)、即ち圧縮室41方向へ移動する。そして、容積が減少している圧縮室41の炭酸ガスは順次、蓄熱器50、吸熱器60、膨張室75へ移動する。この移動により圧縮室41の炭酸ガスは、蓄熱材エレメント51により加熱され、さらに吸熱器60で燃焼ガスにより加熱されて高い温度(例えば略550℃)となって膨張室75へ移動するので、炭酸ガスの圧力は圧縮室41の容積減少に伴い徐々に増大し、所定の高圧力に達する。
The compression stroke is performed in the section MN after the suction stroke is completed, and the
吐出行程は、MNの区間なされ、圧縮室41の圧力が所定の高圧力に達し、圧縮室41の圧力Pcと弁室45bの圧力Poの差圧に基づき吐出弁46に作用力((Pc−Po)×Ao、Aoは吐出弁46の受圧面積)が吐出弁46のバネ力より大きくなると、吐出弁46が自動的に開かれ、圧縮室41の炭酸ガスは圧縮室41より流路45aを通って吐出される。そして、圧縮された炭酸ガスは冷暖房回路101(図8)に供給される。
The discharge stroke is made in the section MN, the pressure in the
圧縮室41の圧力Pcと弁室45bの圧力Poの差圧に基づき吐出弁46に作用力((Pc−Po)×Ao)が吐出弁46のバネ力より小さくなり、吐出弁46が自動的に閉じられると、吐出行程が終了し、再び次のサイクルの膨張行程へ移行する。
Based on the pressure difference between the pressure Pc in the
以上により、熱式圧縮機1は熱エネルギーにより冷媒を圧縮し、後述する冷暖房回路100に供給するので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な熱式圧縮機1を提供できる。
As described above, the thermal compressor 1 compresses the refrigerant with heat energy and supplies the compressed refrigerant to the cooling /
また、ガスピストン72は、ガス質量一定で、圧力変動に伴い容積を変化しつつディスプレーサピストン78の移動と略同じように移動する。炭酸ガスの熱伝導率は固体材に比べ大幅に低いので、ガスピストン72は断熱材として機能し、膨張室75からディスプレーサピストン78に侵入する伝導損失熱を抑制する。
Further, the
また、蓄冷材エレメント51はステンレスなどの金網を多数枚積層して構成されるので、積層による蓄冷材エレメント51間の接触熱低抗は固体材の熱抵抗に比べ大幅に大きく、蓄熱器50の高温端50aから蓄熱器低温端50bに侵入する伝導熱損失は抑制される。
In addition, since the
パルス管71および蓄熱器50の容器は、ステンレス等の熱伝導率の低い材料で、肉厚が薄く、熱伝導方向に長いパイプ形状であるので、膨張室75からパルス管71および蓄熱器50の容器を伝わって圧縮室41側に侵入する伝導損失熱は抑制される。
The container of the
さらに、予熱器14により導入される空気と燃料は、燃焼器15で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃料温度は高温になり、燃焼よる熱エネルギーは吸熱器60を介在して炭酸ガスに効率よく吸熱される。
Furthermore, since the air and fuel introduced by the
以上により、伝導損失熱が少なく、燃焼による熱エネルギーが効率よく使用され、熱効率の高い熱式圧縮機1を提供できる。 As described above, it is possible to provide the thermal compressor 1 that has low conduction loss heat, efficiently uses thermal energy by combustion, and has high thermal efficiency.
ディスプレーサピストン78には、ディスプレーサピストン78の前面78aに作用する圧力に基づく力F1と背面78bに作用する圧力に基づく力F2との差の力F=F1−F2と、バッファ室37側のロッド36の端面に作用する圧力に基づく力F3、駆動部30(駆動手段)による駆動力F4(一対のフレキシブルベアリング32の撓みによるバネ力およびリニアモータ33の駆動力)と、ディスプレーサピストン78とロッド36と可動子35との合計質量に基づく慣性力F5とが作用し、往復動する。そしてディスプレーサピストン78は、一対のフレキシブルベアリング32のバネとリニアモータ33の磁気バネと炭酸ガスの圧力に基づくガスバネを合成した合成バネと、前述の合計質量とで共振周波数を持った振動系を形成する。この共振周波数又は近傍の周波数で熱式圧縮機1を運転することで、リニアモータ33の駆動力が小さくてもディスプレーサピストン78の往復動の振幅が増大する。従って、ディスプレーサピストン78の往復動による圧縮室41と膨張室75との間の冷媒移動量は増大するので圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機1は、吐出圧力と吐出流量が増大すると共に、熱効率が向上する。
The
尚、リニアモータ33は電力を使用するが、ロッド36の径はディスプレーサピストン78の径に比べ大幅に小さいので前述の力Fも微小であり、また共振周波数あるいは近傍の周波数で駆動されるので、リニアモータ33の所要電力は僅かである。従って、夏場の冷房電力ピーク発生原因にはならい。また、後述するがフレキシブルベアリング32を配備すれば、リニアモータ33は配備しなくても良い。
Although the
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態に係わる説明図である。図1と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is an explanatory diagram according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the parts having the same shapes as those in FIG.
図3に示すように、熱式圧縮機2は、圧縮室41に圧縮比増大手段80が配備される。他の構成は、図1と同じである。即ち、熱式圧縮機2は予熱型燃焼器10と、圧縮機本体20と、圧縮比増大手段80とで構成される。
As shown in FIG. 3, the thermal compressor 2 is provided with a compression ratio increasing means 80 in the
圧縮比増大手段80は、シリンダ81と、ピストン82と、ピストン82の背面82bに連結したロッド83と、ロッド83を介在しピストン82を支持する一対のフレキシブルベアリング84と、配管87とから構成される。
The compression
ピストン82の前面82a側の作動室85は、配管87、流路52、流路53を介在し圧縮室41に連通する。また、一対のフレキシブルベアリング84の外周側と内周側は、それぞれシリンダ81の内周面側とロッド83とに固定され、これによりピストン82はシリンダ81の内周面に対し微小間隙を持って往復動可能に支持される。この微小間隙は、作動室85と、背面82b側のバッファ室86との間の炭酸ガスのシールをするクリアランスシール機能を果す。
The working
また、ピストン82はピストン82とロッド83の合計質量と、一対のフレキシブルベアリング84のバネと炭酸ガスの圧力に基づくガスバネとの合成バネとで、ディスプレーサ78の共振周波数と略同じ共振周波数を持つ振動系を形成する。これにより、ピストン82はディスプレーサ78の共振周波数又は近傍の運転周波数で往復動し、作動室85の容積変動は、圧縮室41の容積変動と略同位相になる。このことは膨張室75の掃気容積は変化せず、圧縮室41の掃気容積が増大したことと等価である。即ち、圧縮室41と圧縮比増大手段80の作動室85とから膨張室75へ移動する冷媒量は、圧縮比増大手段80を設けたことにより増大するので、圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機2は、図1の熱式圧縮機1の吸熱器60に投入される同一量の熱エネルギーに対し圧縮比を熱式圧縮機1より増大できるので、熱式圧縮機1より吐出圧力と吐出量が大きく、熱効率の高い熱式圧縮機2を提供できる。
The piston 82 is a combined spring of the total mass of the piston 82 and the rod 83 and a spring of a pair of flexible bearings 84 and a gas spring based on the pressure of carbon dioxide gas, and has a resonance frequency substantially the same as the resonance frequency of the
(第3実施形態)
図4は、本発明の第3実施形態に係わる説明図である。図1と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Third embodiment)
FIG. 4 is an explanatory diagram according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the parts having the same shapes as those in FIG.
図4に示すように、熱式圧縮機3は、圧縮室41に圧縮比増大手段90が配備される。他の構成は、図1と同じである。即ち、熱式圧縮機3は予熱型燃焼器10と、圧縮機本体20と、圧縮比増大手段90とで構成される。
As shown in FIG. 4, the thermal compressor 3 is provided with a compression ratio increasing means 90 in the
圧縮比増大手段90は、バッファタンク91と、一端がバッファタンク91に連通する細長いパイプのイナータンスチューブ92とから構成される。そしてイナータンスチューブ92の他端は、流路52、流路53を介在し圧縮室41に連通する。
The compression
イナータンスチューブ92の内径と長さ、および、バッファタンク91の容積を調整することにより、イナータンスチューブ92内の炭酸ガスの質量と、バッファタンク91内の炭酸ガスのガスバネとで、圧縮比増大手段90はディスプレーサ78の共振周波数と略同じ共振周波数を持つ振動系を形成する。これにより、ディスプレーサピストン78が共振周波数近傍の運転周波数で往復動すると、イナータンスチューブ92内の炭酸ガスは同じ周波数で往復動し、イナータンスチューブ92とバッファ91と合計の炭酸ガス量は、圧縮室41の炭酸ガス量と略同位相で変化する。このことは膨張室75の掃気容積は変化せず、圧縮室41の掃気容積が増大したことと等価である。即ち、圧縮室41と圧縮比増大手段80とから膨張室75へ移動する炭酸ガス量は、圧縮比増大手段90を設けたことにより増大し、圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機3は、図1の熱式圧縮機1の吸熱器60に投入される同一量の熱エネルギーに対し圧縮比を熱式圧縮機1より増大できるので、熱式圧縮機1より吐出圧力と吐出量が大きく、熱効率の高い熱式圧縮機3を提供できる。
By adjusting the inner diameter and length of the
また、熱式圧縮機3の圧縮比増大手段90は熱式圧縮機2の圧縮比増大手段80より、圧縮比は低いが構成が単純で、熱式圧縮機3は低コストになる。 In addition, the compression ratio increasing means 90 of the thermal compressor 3 is simpler in configuration than the compression ratio increasing means 80 of the thermal compressor 2, although the compression ratio is lower, and the thermal compressor 3 is lower in cost.
(第4実施形態)
図5は、本発明の第4実施形態に係わる説明図である。図1と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is an explanatory diagram according to the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the parts having the same shapes as those in FIG.
図5に示すように、熱式圧縮機4は予熱型燃焼器10と、圧縮機本体24とから構成される。そして、圧縮機本体24の駆動部130(往復動手段)は、図1の熱式圧縮機1の駆動部30に配設したリニアモータ33を取除いて構成される。即ち、駆動部130は、バッファ室137を形成するハウジング131と、一対のフレキシブルベアリング32と、ディスプレーサピストン78の背面78bに連結するロッド136とから構成される。
As shown in FIG. 5, the
フレキシブルベアリング32の外周側と内周側は、それぞれハウジング131の内周面側と、ロッド136の外周面に固定される。これにより、ロッド136と弁箱42の貫通孔との間、および、ディスプレーサピストン78の外周面とパルス管71の内周面との間は、それぞれ微小間隙を持ってディスプレーサピストン78が往復動できる。前述の微小間隙は、圧縮室41の炭酸ガスの流出入を阻止するクリアランスシール機能を果す。そしてクリアランスシールにより圧縮室41とバッファ室137とは動的に隔絶(圧縮室41とバッファ室137の平均圧力は等しく、圧力変動は異なる)される。
The outer peripheral side and the inner peripheral side of the
図1の第1実施形態と同様に、図5のディスプレーサピストン78は、ディスプレーサピストン78とロッド136の合計質量と、一対のフレキシブルベアリング32のバネと冷媒の圧力に基づくガスバネとを合成した合成バネとで、共振周波数を持った振動系を形成する。
Similar to the first embodiment of FIG. 1, the
図5の振動系が図1の振動系と異なると点は、図5の振動系の駆動力F4はリニアモータ33の駆動力が含まれず、合成バネは一対のフレキシブルベアリング32のバネ力とガスバネとであること、図5の振動系の合計質量に可動子35の質量が含まれないこと、とである。
The vibration system of FIG. 5 is different from the vibration system of FIG. 1 in that the driving force F4 of the vibration system of FIG. 5 does not include the driving force of the
熱式圧縮機4の起動は、吸熱器60を燃焼ガスで加熱し、熱式圧縮機4に一瞬、軽くショック(例えば、熱式圧縮機4を軽く叩く)を加えると、ディスプレーサピストン78は、上述の共振周波数で往復動する。
The
以上により、熱式圧縮機4はリニアモータ33を配備しなくとも、ディスプレーサピストン78は共振周波数で往復動する。結果、駆動部130の構成が単純、小型、低コストになり、これに伴い構成が単純で、小型、低コストの熱式圧縮機4を提供できる。
As described above, the
また、駆動モータが不要であるので、熱式圧縮機4は熱エネルギーだけで運転できる。他の構成および効果は、熱式圧縮機1と同じである。
Moreover, since a drive motor is unnecessary, the
(第5実施形態)
図6は、本発明の第5実施形態に係わる説明図である。図1と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Fifth embodiment)
FIG. 6 is an explanatory diagram according to the fifth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the parts having the same shapes as those in FIG.
図6に示すように、熱式圧縮機5は予熱型燃焼器10と、圧縮機本体25とから構成される。そして圧縮機本体25の駆動部150および弁箱142の形状が、図1の熱式圧縮機1の駆動部30および弁箱42の形状と異なる。即ち、駆動部150(往復動手段)のリニアモータ153がリニアモータ33(図1)より小型になり、可動子155が圧縮室141内に配備される。そして圧縮室141は、パルス管71とディスプレーサピストン78の背面78bと弁箱142の上面とロッド156とに囲まれ形成される圧縮室141aと、ハウジング151と可動子155とロッド156とに囲まれて形成される圧縮室141bと、が一体となって形成される。
As shown in FIG. 6, the thermal compressor 5 includes a preheating
リニアモータ153は、ハウジング151の外周面に配備されコイル154aを有する固定子154と、永久磁石155aを有する可動子155から構成される。可動子155の中心に凸形状のロッド156が貫通固定され、ロッド156の一端はディスプレーサピストン78の背面78bに連結される。ロッド156の他端側はフレキシブルベアリング152(弾性手段)の内径側が固定され、フレキシブルベアリング152の外径側はハウジング151の内周面側に固定される。フレキシブルベアリング152により、ディスプレーサピストン78はパルス管71の内周面に対し微小間隙を持って往復動可能に支持され、この微小間隙はクリアランスシールの機能を果す。
The
ハウジング151の内周面と、ロッド156の外周面および可動子155の外周面は、炭酸ガスが圧縮室141aと圧縮室141bとの間を圧力損失なく移動できる隙間が確保される。
A gap is secured between the inner peripheral surface of the
また、可動子155が圧縮室141内に配備されることにより、弁箱142のロッド156貫通する貫通孔の径が増大する。このため、弁箱142の弁室143b、弁室145bの形状が、熱式圧縮機1の弁室43b、弁室45b(図1)の形状と異なり、これに伴い弁箱142の形状が熱式圧縮機1の弁箱42(図1)の形状と異なる。
Further, when the
以上により、駆動部150は図1の熱式圧縮機1の駆動部30より小型、軽量になる。
Thus, the
また、図1のロッド36の往復動により掃気される容積分、圧縮室141の掃気容積は、ロッド36(図1)の往復動により掃気される容積分、図1の圧縮室41より増大し、圧縮比も増大する。他の構成および他の効果は、図1の熱式圧縮機1と同じである。
Further, the volume scavenged by the reciprocation of the
尚、リニアモータ153の可動子155はロッド156を介在しディスプレーサピストン78の背面78bに連結されるが、ディスプレーサピストン78の背面78bに直接、固定しても良い。
The
(第6実施形態)
図7は、本発明の第6実施形態に係わる説明図である。図1と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図1と同じ符号を付す。
(Sixth embodiment)
FIG. 7 is an explanatory diagram according to the sixth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the parts having the same shapes as those in FIG.
図7に示すように、熱式圧縮機6は、圧縮機本体26と、ヒータ16と、断熱材17とから構成される。図1の熱式圧縮機1と異なる点は、熱式圧縮機1の予熱型燃焼器10をヒータ16に置換えたことである。即ち、吸熱器60にヒータ16が設置され、ヒータ16の周りには断熱材17が施工される。 他の構成は、図1と同じである。
As shown in FIG. 7, the thermal compressor 6 includes a
ヒータ16は、燃料電池18から電力が供給され、吸熱器60を往復流動する炭酸ガスはヒータ16により加熱される。これにより熱式圧縮機6は、例えば燃料電池車、あるいは電力を確保し難い離島などの冷暖房装置に使用できる。
The
また、断熱材17により周囲と良好に断熱されるので、ヒータ16により発生する熱は周囲に無駄に棄てられることなく吸熱器60の加熱に使用される。結果、効率の高い熱式圧縮機6を提供できる。
Moreover, since it heat-insulates with the
また、他の動作は熱式圧縮機1の動作と同じである。そして、他の効果は熱式圧縮機1の予熱器14に起因する効果を除いて熱式圧縮機1の効果と同じである。
Other operations are the same as those of the thermal compressor 1. The other effects are the same as those of the thermal compressor 1 except for the effects caused by the
尚、熱式圧縮機の熱源は、燃焼熱あるいは燃料電池以外、例えば太陽熱、地熱、燃焼炉の排気熱等、熱エネルギーの形態は問わない。この場合、予熱型燃焼器10あるいはヒータ16は、熱エネルギーの形態に適合した機器に換る。
The heat source of the thermal compressor may be in any form other than combustion heat or fuel cell, such as solar heat, geothermal heat, exhaust heat from the combustion furnace, and the like. In this case, the preheating
(第1適応実施形態)
図8は、本発明の第1適応実施形態に係わる説明図である。図8に示すように冷暖房装置100は、図1の熱式圧縮機1に冷暖房回路101を接続して構成され、図中、熱式圧縮機1は図1の熱式圧縮機1を模式的に示す。即ち、熱式圧縮機1の吐出口45dと、吸入口43dと、排気口13は、それぞれ冷暖房回路101の冷媒流入口102と、冷媒流出口107と、排ガス流入口109とに接続される。
(First adaptive embodiment)
FIG. 8 is an explanatory diagram according to the first adaptive embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the
冷暖房回路101は、排熱回収熱交換器103と、排熱回収熱交換器103の冷媒流路103aの流出側に接続される冷媒流路切替弁120と、排熱回収熱交換器103の排ガス流路103bに接続される排ガス流路切替弁111(制御弁)と、室内熱交換器104と、JT弁105(膨張手段)と、室外熱交換器106とから構成される。
The
排熱回収熱交換器103は、炭酸ガスが流れる冷媒流路103aと、排ガスが流れる排ガス流路103bとを備え、冷媒流路103aを流れる炭酸ガスは排ガス流路103bを流れる排ガスにより加熱される。
The exhaust heat
また冷媒流路切替弁120は、三方向弁121と三方向弁122とを備え、冷房と暖房に対応して炭酸ガスの流れる流路を切替える。そして冷媒流路切替弁120の切替に連動して排ガス流路切替弁111により排ガスが流れる排ガス流路が切替えられる。即ち、暖房時、吐出口45dは、冷媒流入口102、冷媒流路103a、三方向弁121のポート121a、ポート121b、室内熱交換器104、JT弁105、室外熱交換器106、三方向弁122のポート122b、ポート122a、冷媒流出口107、吸入口43dへと、順次、連通される。そして、この状態において、熱式圧縮機1の排気口13は、順次、排ガス流入口109、排ガス流路切替弁111のポート111a、ポート111b、流路103bへと、順次、連通される。
The refrigerant flow
冷房時、吐出口45dは、冷媒流入口102、冷媒流路103a、三方向弁121のポート121a、ポート121c、流路124、室外熱交換器106、JT弁105、室内熱交換器104、流路123、三方向弁122のポート122c、ポート122a、冷媒流出口107、吸入口43dへと、順次、連通される。そして、この状態において、排気口13は、順次、排ガス流入口109、排ガス流路切替弁111のポート111a、ポート111c、大気へと開放する。
During cooling, the
次に、冷暖房装置100の暖房と冷房の動作および効果について説明する。即ち、暖房時、熱式圧縮機1の圧縮室41(図1)から圧縮熱で温まった(例えば、略60℃)高圧の炭酸ガスが吐出弁46と流路45a(図1)を通過して、吐出口45dから吐出される。そして順次、排熱回収熱交換器103の流路103a、三方向弁121のポート121a、ポート121b、室内熱交換器104、JT弁105、室外熱交換器106、三方向弁122のポート122b、ポート121a、熱式圧縮機1の吸入口43d、吸入弁44(図1)を通って、圧縮室41に戻る。
Next, operations and effects of heating and cooling of the
排熱回収熱交換器103の冷媒流路103aを流動する炭酸ガスは、熱式圧縮機1からの比較的高い温度(例えば略150℃)の排ガスによって加熱され、更に高い温度(例えば80℃)になって室内熱交換器104に流入する。
The carbon dioxide gas flowing through the
室内熱交換器104では、熱式圧縮機1で圧縮した際に生じた炭酸ガスの圧縮熱と、排熱回収熱交換器103を介し排ガスから炭酸ガスが吸熱した熱とで室内を暖房する。
In the
JT弁では、室内熱交換器104から流出し室内の暖房を終えた高圧の炭酸ガスの流れを絞り、吸入圧に近い圧力に略等エンタルピー膨張させ、炭酸ガスの一部を液化させミストにする。
In the JT valve, the flow of the high-pressure carbon dioxide gas that has flowed out of the
室外熱交換器106では、JT弁105から流出したミスト(例えば略−10℃)を加温し略大気温度に昇温し、昇温された炭酸ガスは吸入弁44を通過して圧縮室41に吸入される。
In the
冷房時、熱式圧縮機1の圧縮室41から圧縮され圧縮熱で温まった炭酸ガスが吐出弁46、吐出口45dを通過して吐出される。そして、順次、排熱回収熱交換器103の流路103a、三方向弁121のポート121a、ポート121c、室外熱交換器106、JT弁105、室内熱交換器104、三方向弁122のポート122c、ポート122a、熱式圧縮機1の吸入流路43a、吸入弁44を通って、圧縮室41に戻る。この場合、熱式圧縮機1の排気口13から流出される排ガスは、排ガス流路切替弁111のポート111a、111cを通過し大気に放出される。これにより、排熱回収熱交換器103に於いて炭酸ガスは排ガスで加熱されない。
During cooling, carbon dioxide gas compressed from the
室外熱交換器106は、炭酸ガスの圧縮熱を放熱し、炭酸ガスの温度を略大気温度に降温する。JT弁105では、外熱交換器106を通過し放熱を終えた炭酸ガスを絞り、吸入圧に近い圧力に略等エンタルピー膨張させ、炭酸ガスの一部を液化させミストにする。このミストは内熱交換器104に流入し、室内熱交換器104を介在してミストの冷熱、即ち、二酸化炭素の潜熱と顕熱とで室内を冷房する。
The
以上により、従来技術のエンジンヒートポンプあるいはパルス管型蓄熱機関と圧縮機と冷暖房回路とを組合せた冷暖房装置に比べ、本発明の冷暖房装置100は熱式圧縮機1と冷暖房回路101を組合せて構成されるので、構成が簡単で、コストの安い冷暖房装置100を提供できる。
As described above, the cooling /
また、熱式圧縮機1は熱エネルギーにより炭酸ガスを圧縮するので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な冷暖房装置100を提供できる。
In addition, since the thermal compressor 1 compresses carbon dioxide gas by heat energy, it is possible to provide a cooling /
また、冷暖房回路101は排熱回収熱交換器103を配備し、暖房時には熱式圧縮機1の排ガスで熱式圧縮機1から吐出される炭酸ガスを加熱し、室内熱交換器104を介在して室内の暖房用の熱に有効活用する。また、暖房を終えた炭酸ガスはJT弁で一部液化され、ミストとなって室外熱交換器106に流入し、そこで吸熱される。そして、ミストの冷熱を例えば製氷機などに利用できる。さらには、冷房時に、室外熱交換器106により放熱される圧縮熱を例えば給湯器などに利用できる。
In addition, the cooling /
また、第1実施形態で説明したように、吸熱器60あるいは膨張室71からガスピストン72、蓄冷材エレメント51、パルス管71の管壁、蓄熱器50の容器とを伝わり圧縮室41側に侵入する熱伝導損失は、第1実施形態と同じ作用で同じ理由により抑制される。さらに、予熱器14により導入される空気と燃料のうち少なくとも空気は、燃焼器15で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃焼温度は上昇し、燃焼の熱エネルギーは吸熱器60で効率よく吸熱される。
Further, as described in the first embodiment, the
以上により、熱効率の高い冷暖房装置100を提供できる。
As described above, the air-
尚、第1適応実施形態では、冷暖房装置100は熱式圧縮機1を使用したが、熱式圧縮機2、熱式圧縮機3、熱式圧縮機4、熱式圧縮機5、熱式圧縮機6のいずれを使用しても良い。
In the first adaptive embodiment, the
また、本適応実施形態の排ガス流路切替弁111は三方向弁であるが、排気口13から排出される排ガスが排熱回収熱交換器103と、排ガスが排熱回収熱交換器103以外の例えば給湯器などに使用される場合、排ガス流路切替弁111は流れを止める開閉弁(制御弁)でも良い。
Moreover, although the exhaust gas flow path switching valve 111 of this adaptive embodiment is a three-way valve, the exhaust gas discharged from the
(第2適応実施形態)
図9は、本発明の第2適応実施形態に係わる説明図である。図8と同じ部品及び同じ部位の符号は、図8と同じ符号を付す。
(Second adaptive embodiment)
FIG. 9 is an explanatory diagram according to the second adaptive embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same parts and the same parts as those in FIG.
図9に示すように、冷暖房装置200は、図8の冷暖房装置100の1段圧縮の熱式圧縮機1が2段圧縮の熱式圧縮機7に置換えられる。即ち、熱式圧縮機7は1段目の熱式圧縮機7aと、熱式圧縮機7aより小さい掃気容積の2段目の熱式圧縮機7bとから構成される。熱式圧縮機7a、7bの構造は、図1の熱式圧縮機1と同じである。
As shown in FIG. 9, in the
1段目の熱式圧縮機7aの吐出口45dは、2段目の熱式圧縮機7bの吸入口43fに接続される。熱式圧縮機7bの吐出口45fは冷暖房回路101の冷媒流入口102に接続され、冷暖房回路101の冷媒流出口107は1段目の熱式圧縮機7aの吸入口43dに接続する。
The
1段目の熱式圧縮機7aの排気口13からの流路と、2段目の熱式圧縮機7bの排気口13fからの流路は合流し、排ガス流入口109、排ガス流路切替弁111のポート111aに順次接続される。排ガス流路切替弁111のポート111bは、排熱回収熱交換器103の流路103bの流入側に接続され、ポート111cは大気に開放される。
The flow path from the
1段目の熱式圧縮機7aと2段目の熱式圧縮機7bの排ガスは、合流して排ガス流路切替弁111のポート111aに流入し、暖房時にはポート111bを通って排熱回収熱交換器103の流路103bへ流入し、流路103aを流れる炭酸ガスを加熱する。冷房時は、合流した排ガスはポート111aからポート111cを通って大気へ放出される。
The exhaust gases from the first-stage
1段目の熱式圧縮機7aの吸入口43dから吸入された炭酸ガスは所定の圧力に圧縮され、吐出口45dから吐出される。吐出された炭酸ガスは、2段目の熱式圧縮機7bの吸入口43fから吸入され、さらに高い所定の圧力に圧縮されて2段目の吐出弁(図示せず)を通って吐出口45fから吐出される。これにより、熱式圧縮機7から吐出される炭酸ガスの圧縮比は、図1の熱式圧縮機1より増大するので、冷暖房システム200の冷暖房の能力は増大する。
Carbon dioxide gas sucked from the
他の構成、動作および効果は、図8の冷暖房装置100と同じである。
Other configurations, operations, and effects are the same as those of the
尚、熱式圧縮機7の熱式圧縮機7a、7bの構造は、圧縮機本体1の構造と同じであるが、熱式圧縮機2、熱式圧縮機3、熱式圧縮機4、熱式圧縮機5、熱式圧縮機6の構造のいずれと同じでも良い。
The structure of the
(第3適応実施形態)
図10は、本発明の第3適応実施形態に係わる説明図である。図8と同じ部品及び同じ部位の符号は、図8と同じ符号を付す。
(Third adaptive embodiment)
FIG. 10 is an explanatory diagram according to the third adaptive embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 8 denote the same parts and the same parts as those in FIG.
図10に示すように、冷暖房装置300の冷暖房回路301は、図8の冷暖房回路101のJT弁105が膨張機110(膨張手段)に置換わる。即ち、膨張機110に流入した高圧の炭酸ガスは、吸入圧近傍の圧力に略等エントロピー膨張して外部に膨張仕事をなし、低い温度の炭酸ガス、あるいは、二酸化炭素のミストとなって流出する。
As shown in FIG. 10, in the
冷房と暖房は、図8の冷暖房回路101と同じように冷媒流路切替弁120により流路を切替て行われる。冷暖房回路301の作動が冷暖房回路101の動作と異なる点は、炭酸ガスの膨張形態が異なることである。即ち、冷暖房回路301の膨張機110は略等エントロピー膨張して外部に膨張仕事をなすが、冷暖房回路101のJT弁は略等エンタルピー膨張し外部に膨張仕事をしない。従って、冷暖房装置300は、膨張機110の膨張仕事を動力、あるいは、電力として回収することで熱効率が向上する。
Cooling and heating are performed by switching the flow path by the refrigerant flow
尚、膨張機110がピストン往復動式の場合、膨張機110は暖房時と冷房時で炭酸ガスの流入流路と流出流路とが入替わる流路切替弁(図示せず)を内臓している。
In the case where the
他の構成、動作および効果は、図8の冷暖房装置100と同じである。
Other configurations, operations, and effects are the same as those of the
尚、第1適応実施形態では、冷暖房装置300は熱式圧縮機1を使用したが、熱式圧縮機2、熱式圧縮機3、熱式圧縮機4、熱式圧縮機5、熱式圧縮機6のいずれを使用しても良い。
In the first adaptive embodiment, the air-
(第7実施形態)
図11は、本発明の第7実施形態に係わる説明図である。図1と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図1と同じ符号を付す。図11に示すように、熱式圧縮機8は図1の熱式圧縮機1の変形実施形態である。即ち、熱式圧縮機8は、駆動部30と弁箱42の構成が熱式圧縮機1と同じで、他の構成は熱式圧縮機1と異なる。
(Seventh embodiment)
FIG. 11 is an explanatory diagram according to the seventh embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts and the parts having the same shapes as those in FIG. As shown in FIG. 11, the
低温側の膨張部160は、ロッド36を連結したディスプレーサピストン162と、シリンダ163と、シリンダ163の下端面に固定した弁箱42(吸入弁44と吐出弁46を含む)を備える。そして、膨張部160の低温側の膨張室161は、シリンダ163の内周面と、弁箱42の上面と、ディスプレーサ162の背面162bと、ロッド36とに囲まれ形成される。そして、ディスプレーサ162の前面162aと、シリンダ163の内周面とに囲まれて圧縮室164が形成される。ディスプレーサピストン162の往復動により、低温側の膨張室161と圧縮室164との容積が逆位相で変化する。
The low temperature
高温側の膨張部170は、パルス管171の高温側と、パルス管171内に形成されるガスピスト172の高温側とから構成される。高温側の膨張室173は、パルス管171と、ガスピスト172の高温端172aと、吸熱器166とに囲まれて形成される。作動室178は、パルス管171と、ガスピスト172の低温端172bと、ディストリビュータ174とに囲まれて形成される。
The high temperature
圧縮室164は、順次、流路175、蓄熱器165、流路176、吸熱器166を介してパルス管171の高温端171a側の膨張室173に連通する。そして、作動室178は流路177を介して低温側の膨張室161に連通する。蓄熱器165は、流路175側の端部が低温端165bで、流路176側の端部が高温端165aになる。
The
また、ヒータ191は吸熱器166に設けられる。そして蓄熱器165の高温側と、流路176と、吸熱器166と、パルス管171の高温側の周りは断熱材192が施工される。
The
ディスプレーサピストン162が駆動部30により上方向に移動すると、圧縮室164の炭酸ガスは蓄熱器165と、吸熱器166とで加熱され、昇温・昇圧し高温側の膨張室173に流入し、ガスピストン172を下方向に移動させる。ガスピストン172の下方向への移動により、作動室174の昇圧した炭酸ガスは低温側の膨張室161に流入し、吐出弁46を通って吐出口45dより吐出される。ディスプレーサピストン162が駆動部30により下方向に移動すると、低温側の膨張室161の炭酸ガスは作動室178に流入し、ガスピストン172を上方向に移動させる。すると、高温側の膨張室173の炭酸ガスは、吸熱器166と、蓄熱器165を通り、蓄熱器165で降温・降圧され圧縮室164に流入する。また、吸入口43dから吸入弁44を通って炭酸ガスが低圧になった低温側の膨張室161へ流入する。このようにして、熱式圧縮機8による炭酸ガスの圧縮の1サイクルが形成される。
When the
以上により、熱式圧縮機8は、図1の熱式圧縮機1及び図7の熱式圧縮機6と同じ効果を奏する。
As described above, the
(第8実施形態)
図12は、本発明の第8実施形態に係わる説明図である。図11と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図11と同じ符号を付す。図12に示すように、熱式圧縮機9は、図11の熱式圧縮機8のリニアモータ33が、ディスプレーサピストン182とシリンダ185とに亘り配備される。これに伴い弁箱47は、図11の弁箱42と形状が異なり、ロッド36(図11)が貫通する孔がなくなる。
(Eighth embodiment)
FIG. 12 is an explanatory diagram according to the eighth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 11 denote parts having the same shape as those in FIG. As shown in FIG. 12, in the thermal compressor 9, the
低温側の膨張部180は、ディスプレーサピストン182と、シリンダ185と、シリンダ185の下端面に固定した弁箱47(吸入弁44と吐出弁46を含む)とを備える。ディスプレーサピストン182は、ピストン本体182aと、ピストン本体182aの両端に設けた一対のロッド182bと、ロッド182bに固定される一対のフレキシブルベアリング182fと、ピストン本体182aの外周側に設けた永久磁石182cとを備える。一対のフレキシブルベアリング182fはシリンダ185の内周面に固定される。これにより、シリンダ185に対しディスプレーサピストン182は、微小間隙を持って往復動可能になる。そして、永久磁石182cに対面してコイル183aを備える固定子183は、シリンダ185の外周面に設けられる。そして、ディスプレーサピストン182は可動子を兼ね、固定子183とでリニアモータ184を構成する。また、駆動部190はシリンダ185と、ディスプレーサピストン182と、固定子183とから構成される。
The low temperature
低温側の膨張室181は、シリンダ185と、ディスプレーサピストン182の背面182eとに囲まれ形成される。圧縮室186は、シリンダ185と、ディスプレーサピストン182の前面182dとに囲まれ形成される。また、フレキシブルベアリング182fはスリッドを備え、炭酸ガスはスリッドを通過できる。
The
他の構成は、図11の第7実施形態と同じであり、作動も第7実施形態と同じである。熱式圧縮機8は、リニアモータ184を圧縮部に配備したので、図11の熱式圧縮機8に比べ小型になる。他の効果は、図11の第7実施形態と同じである。
The other configuration is the same as that of the seventh embodiment in FIG. 11, and the operation is also the same as that of the seventh embodiment. The
1、2、3、4、5、6、7、8、9 熱式圧縮機
13、13f 排気
30、130、150 駆動部(往復動手段)
31、131 ハウジング
32、152 フレキシブルベアリング(弾性手段)
36、136 ロッド
37、137 バッファ室
41、141 圧縮室
43d 吸入口
45d、45f 吐出口
44 吸入弁
46 吐出弁
50 蓄熱器
50a 高温端
50b 低温端
60 吸熱器
71 パルス管
75 膨張室
78 ディスプレーサピストン
78a 前面
78b 背面
80、90 圧縮比増大手段
100、200、300 冷暖房装置
101、301 冷暖房回路
103 排熱回収熱交換器
104 室内熱交換器
105 JT弁(膨張手段)
106 室外熱交換器
110 膨張機(膨張手段)
111 排ガス流路切替弁(制御弁)
120 冷媒流路切替弁
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
31, 131
36, 136
106
111 Exhaust gas flow path switching valve (control valve)
120 Refrigerant flow path switching valve
Claims (5)
前記ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、
低温端が前記パルス管と前記ディスプレーサピストンとで前記ディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室に連通し往復流動する前記冷媒と熱交換する蓄熱器と、
前記蓄熱器の高温端と前記膨張室との間に配備され往復流動する前記冷媒に吸熱させる吸熱器と、
前記圧縮室側に設けられ前記冷媒を吸入する吸入弁と、
前記圧縮室側に設けられ圧縮した前記冷媒を吐出する吐出弁と、
を備える、ことを特徴とする熱式圧縮機。 A displacer piston that reciprocates by reciprocating means;
A pulse tube that forms an expansion chamber on the front side of the displacer piston;
A regenerator that exchanges heat with the refrigerant that reciprocally flows in a compression chamber formed at a back surface of the displacer piston at a low-temperature end by the pulse tube and the displacer piston;
A heat absorber that absorbs heat from the refrigerant that is reciprocated between the high temperature end of the heat accumulator and the expansion chamber;
A suction valve provided on the compression chamber side for sucking the refrigerant;
A discharge valve provided on the compression chamber side for discharging the compressed refrigerant;
A thermal compressor characterized by comprising:
前記熱式圧縮機は、往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、
前記ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、
前記パルス管と前記ディスプレーサピストンとで前記ディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室側に設けられ前記冷媒を吸入する吸入弁と、
前記圧縮室側に設けられ圧縮した前記冷媒を吐出する吐出弁と、
低温端が前記圧縮室に連通し往復流動する前記冷媒と熱交換する蓄熱器と、
前記蓄熱器の高温端と前記膨張室との間に配備され往復流動する前記冷媒に吸熱させる吸熱器と、を備え、
前記冷暖房回路は、室内を冷暖房する室内用熱交換器と、
前記室内用熱交換器に接続され前記冷媒を膨張させる膨張手段と、
前記膨張手段に接続される室外用熱交換器と、
前記熱式圧縮機に設けられ前記冷媒が吐出される吐出口および前記冷媒が吸入される吸入口に接続され、暖房時に前記吐出口を前記室内用熱交換器に連通させると共に前記吸入口を前記室外用熱交換器に連通させ、冷房時に前記吐出口を前記室外用熱交換器に連通させると共に前記吸入口を前記室内用熱交換器に連通させる冷媒流路切替弁と、を備える、ことを特徴とする冷暖房装置。 An air conditioning apparatus comprising: an air conditioning circuit that heats and cools the room; and a thermal compressor that supplies compressed refrigerant to the air conditioning circuit,
The thermal compressor includes a displacer piston that reciprocates by reciprocating means;
A pulse tube that forms an expansion chamber on the front side of the displacer piston;
A suction valve for sucking the refrigerant, provided on the compression chamber side formed on the back surface of the displacer piston by the pulse tube and the displacer piston;
A discharge valve provided on the compression chamber side for discharging the compressed refrigerant;
A heat accumulator that exchanges heat with the refrigerant whose low temperature end communicates with the compression chamber and reciprocates;
A heat absorber that absorbs heat from the refrigerant that is disposed between the high temperature end of the heat accumulator and the expansion chamber and reciprocally flows;
The air conditioning circuit includes an indoor heat exchanger that heats and cools the room;
Expansion means connected to the indoor heat exchanger for expanding the refrigerant;
An outdoor heat exchanger connected to the expansion means;
Connected to a discharge port through which the refrigerant is discharged and a suction port through which the refrigerant is sucked, which is provided in the thermal compressor, communicates the discharge port with the indoor heat exchanger during heating and connects the suction port with the suction port. A refrigerant flow path switching valve that communicates with an outdoor heat exchanger, communicates the discharge port with the outdoor heat exchanger during cooling, and communicates the suction port with the indoor heat exchanger. A featured air conditioning unit.
前記排熱回収熱交換器の前記冷媒側は、前記吐出口と前記冷媒流路切替弁との間に設けられ、
前記排熱回収熱交換器の前記排ガス側には、前記排気口に接続され前記排ガスの流れを制御する制御弁が設けられる、ことを特徴とする請求項4に記載の冷暖房装置。 The air conditioning circuit includes an exhaust heat recovery heat exchanger that heats the refrigerant discharged from the thermal compressor by exhaust gas discharged from an exhaust port of the thermal compressor,
The refrigerant side of the exhaust heat recovery heat exchanger is provided between the discharge port and the refrigerant flow switching valve,
The air conditioning apparatus according to claim 4, wherein a control valve connected to the exhaust port and controlling the flow of the exhaust gas is provided on the exhaust gas side of the exhaust heat recovery heat exchanger.
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| JP2008236291A JP2010071481A (en) | 2008-09-16 | 2008-09-16 | Thermal compressor and air conditioning device |
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|---|---|---|---|---|
| WO2011118370A1 (en) | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 日本電気株式会社 | Time-interleaved method a/d conversion device |
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-
2008
- 2008-09-16 JP JP2008236291A patent/JP2010071481A/en active Pending
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