JPH0875287A - 熱駆動型ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外気温が低いときの流路系の熱輸送媒体の凍
結を防止する。 【構成】 熱駆動型のヒートポンプ装置本体から暖房出
力を取り出すための熱輸送媒体の流路系について、室外
側熱交換器を循環する第２の流路系３４の一部に補助加
熱装置４３を組込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】上記この種の装置は熱駆動型ヒートポン
プ装置又はヴィルミエヒートポンプ装置（ＶＭＨＰ）と
称され、従来においても例えば特開昭６１ー４４２５４
号公報や特開平４ー２４０３５９号公報に示されている
ようなものがある。いずれも基本的には図６により示す
ように、第１と第２のガス作動装置２００，２０１を備
えている。第１のガス作動装置２００は、往復動される
ディスプレーサー２０２により作動ガスで満たされた内
部が高温室２０３と中温室２０４とに区画された高温シ
リンダ２０５と、この高温シリンダ２０５の高温室２０
３と中温室２０４とを、高温室２０３側から中温室２０
４側に順に連設した高温側熱交換器２０６と蓄熱器２０
７と中温側熱交換器２０８とによる作動ガス流路により
連通されている。高温側熱交換器２０６には加熱手段２
０９が併設されている。

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

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

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

【０００６】こうした熱駆動型ヒートポンプ装置は一般
に冷暖房能力の調整がし難いものであるが、この点を克
服する工夫が特開平４ー２４０３５９号公報に示されて
いるものではなされている。即ち、図６に示すようにヒ
ートポンプ装置本体の高温シリンダ２０５側の中温側熱
交換器２０８と低温シリンダ２１３側の低温側熱交換器
２１４とを、室内側熱交換器２１８と室外側熱交換器２
１９とに交互に切換え接続するように、複数の切換弁２
２０，２２１が設けられた熱輸送媒体の流路系が構成さ
れている。室外側熱交換器２１９にはその送風機２２２
を制御する送風制御装置２２３が設けられている。

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

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般に熱駆動型ヒート
ポンプ装置では、暖房運転時には室外側熱交換器により
熱を汲み上げるヒートポンプ動作を行なうため、外気温
度より低い温度の熱輸送媒体を室外側熱交換器に循環さ
せるが、上述したような従来の熱駆動型ヒートポンプ装
置にあっては、外気温度が低い場合には室外側熱交換器
を循環する流路系の熱輸送媒体が凍結し、流路系自体や
当該流路系にある熱交換器などが破損する恐れがあり、
機能の安定性に欠けるといった問題点を含んでいる。

【０００９】本発明は上記した従来の問題点を解決する
ためになされたもので、その課題とするところは外気温
が低くても熱輸送媒体が凍結することがなく、安定した
機能を果たす熱駆動型ヒートポンプ装置を得ることであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を達成するため
に請求項１の発明は、シリンダとこの中を往復動するデ
ィスプレーサー及び熱交換器をそれぞれ備えた第１と第
２のガス作動装置を有するヒートポンプ装置本体と、こ
のヒートポンプ装置本体から冷暖房出力を取り出すため
の熱輸送媒体の流路系とを備えた熱駆動型ヒートポンプ
装置における流路系を、第１のガス作動装置の熱交換
器、室内側熱交換器、第２のガス作動装置の熱交換器を
巡り、第１のガス作動装置の熱交換器に戻るポンプを含
む第１の流路系と、第２のガス作動装置の低温側の熱交
換器、室外側熱交換器を巡り、第２のガス作動装置の低
温側の熱交換器に戻るポンプを含む第２の流路系と、第
１のガス作動装置の熱交換器、室外側熱交換器を巡り、
第２のガス作動装置の熱交換器を経て第１のガス作動装
置の熱交換器に戻る、第１の流路系に対して切換弁によ
り切り換えられる第３の流路系と、第２のガス作動装置
の低温側の熱交換器、室内側熱交換器を巡り、第２のガ
ス作動装置の低温側の熱交換器に戻る、第２の流路系に
対して切換弁により切り換えられる第４の流路系とから
構成し、その第２の流路系の一部に補助加熱装置を組込
む手段を採用する。

【００１１】前記課題を達成するために請求項２の発明
は、請求項１にかかる手段における補助加熱装置につい
て、その補助加熱装置へ通す熱輸送媒体の経路とこれを
迂回する経路とを切換え可能に構成する手段を採用す
る。

【００１２】前記課題を達成するために請求項３の発明
は、シリンダとこの中を往復動するディスプレーサー及
び熱交換器をそれぞれ備えた第１と第２のガス作動装置
を有するヒートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装
置本体から冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流
路系とを備えた熱駆動型ヒートポンプ装置における流路
系を、第１のガス作動装置の熱交換器、室内側熱交換
器、第２のガス作動装置の熱交換器を巡り、第１のガス
作動装置の熱交換器に戻るポンプを含む第１の流路系
と、第２のガス作動装置の低温側の熱交換器、室外側熱
交換器を巡り、第２のガス作動装置の低温側の熱交換器
に戻るポンプを含む第２の流路系と、第１のガス作動装
置の熱交換器、室外側熱交換器を巡り、第２のガス作動
装置の熱交換器を経て第１のガス作動装置の熱交換器に
戻る、第１の流路系に対して切換弁により切り換えられ
る第３の流路系と、第２のガス作動装置の低温側の熱交
換器、室内側熱交換器を巡り、第２のガス作動装置の低
温側の熱交換器に戻る、第２の流路系に対して切換弁に
より切り換えられる第４の流路系とから構成し、第１の
流路系の一部には、該流路系とは並列に切換弁により接
続された加熱流路を流れる熱輸送媒体の熱を蓄熱媒体に
蓄える蓄熱器を設け、第２の流路系の一部には、該流路
系とは並列に切換弁により接続され、蓄熱器の蓄熱媒体
の熱を採熱する採熱流路を設け、外気温度に応じて加熱
流路や採熱流路への熱輸送媒体の流通を制御するように
する手段を採用する。

【００１３】前記課題を達成するために請求項４の発明
は、請求項３にかかる手段における蓄熱器にその蓄熱媒
体を加熱する補助加熱手段を設ける手段を採用する。

【００１４】

【作用】請求項１にかかる前記手段においては、暖房運
転時に室外側熱交換器により熱を汲み上げるヒートポン
プ動作を行なう第２の流路系に、補助加熱装置が設けら
れているので外気温度が低い場合には当該流路系の熱輸
送媒体を加熱しその凍結を防止することができる。

【００１５】請求項２にかかる前記手段においては請求
項１に関する作用とともに、外気温度が低い場合には補
助加熱装置を経由する流路に熱輸送媒体を通すことがで
き、外気温度が低くない場合には補助加熱装置を迂回す
る流路に切り換え、補助加熱装置を介さずに熱輸送媒体
を循環させることが可能になる。

【００１６】請求項３にかかる前記手段においては、外
気温度が比較的高いときには、第１の流路系の加熱流路
に熱輸送媒体を通して蓄熱器の蓄熱媒体に蓄熱しておく
ことができ、外気温度が低くなったときには、第２の流
路系の採熱流路に熱輸送媒体を流通させて蓄熱器に蓄熱
された熱により第２の流路系の熱輸送媒体を加熱しその
凍結を防止することができる。

【００１７】請求項４にかかる前記手段においては、外
気温度が比較的高いときには、第１の流路系の加熱流路
に熱輸送媒体を通して蓄熱器の蓄熱媒体に蓄熱しておく
ことができ、蓄熱量が少ない場合には補助加熱手段によ
り蓄熱媒体を加熱し蓄熱量を確保しておくことができ、
外気温度が低くなったときには、第２の流路系の採熱流
路に熱輸送媒体を流通させて蓄熱器に蓄熱されている熱
により第２の流路系の熱輸送媒体を加熱しその凍結を防
止することができる。

【００１８】

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

【００１９】第１のガス作動装置１は高温側シリンダ９
と、この高温側シリンダ９内を往復動する高温側ディス
プレーサー１０を備えている。高温側シリンダ９にはヘ
リウムガス等の作動ガスが充填され、高温側ディスプレ
ーサー１０はこの高温側シリンダ９内をシリンダヘッド
側の高温空間１１と、クランク機構部３側の高温側中温
空間１２とに区画している。高温側シリンダ９の下端は
クランク機構部３の外殻を構成しているクランクケース
１３の上端に連結され、クランクケース１３内のクラン
ク室上部に嵌装されたロッドシール部１４により高温側
シリンダ９の高温側中温空間１２とクランク室との気密
が保持される。

【００２０】高温側シリンダ９の高温空間１１と高温側
中温空間１２とは、高温空間１１側から高温側中温空間
１２側に順に連設したヒータ管１５と蓄熱再生器１６と
高温側中温部熱交換器１７とによるガス流路により連通
されている。ヒータ管１５は、高温側シリンダ９のシリ
ンダヘッドに複数本角状に並列配管され、高温側シリン
ダ９の上部側にキャップ状に被冠装着された燃焼装置１
８の燃焼室１９にそれぞれ配設されている。これらのヒ
ータ管１５の一端は高温空間１１にそれぞれ臨み、他端
は蓄熱再生器１６に連絡している。

【００２１】蓄熱再生器１６と高温側中温部熱交換器１
７とは高温側シリンダ９の内壁面に形成された凹部に蓄
熱再生器１６を上側に、高温側中温部熱交換器１７を下
側にしてそれぞれ高温側シリンダ９に同軸状に組付けら
れ、それらの内周側は、高温側シリンダ９における高温
側ディスプレーサー１０との摺動面を形成するライナに
より被覆されている。

【００２２】第２のガス作動装置２も低温側シリンダ２
０と、この低温側シリンダ２０内を往復動する低温側デ
ィスプレーサー２１を備えている。低温側シリンダ２０
にもヘリウムガス等の作動ガスが充填され、低温側ディ
スプレーサー２１はこの低温側シリンダ２０内をシリン
ダヘッド側の低温空間２２と、クランク機構部４側の低
温側中温空間２３とに区画している。低温側シリンダ２
０の下端はクランク機構部４の外殻を構成するクランク
ケース２４の上端に連結され、クランクケース２４内の
クランク室上部に嵌装されたロッドシール部２５により
低温側シリンダ２０の低温側中温空間２３とクランク室
との気密が保持される。

【００２３】低温側シリンダ２０の低温空間２２と低温
側中温空間２３とは、低温空間２２側から低温側中温空
間２３側に順に連設した低温側熱交換器２６と再生器２
７と低温側中温部熱交換器２８とによるガス流路により
連通されている。低温側熱交換器２６と再生器２７と低
温側中温部熱交換器２８とは低温側シリンダ２０の内壁
面に形成された凹部に低温側熱交換器２６を上側に、再
生器２７を中間に、低温側中温部熱交換器２８を下側に
して、それぞれ低温側シリンダ２０に同軸状に組付けら
れ、それらの内周側は、低温側シリンダ２０における低
温側ディスプレーサー２１との摺動面を形成するライナ
により被覆されている。

【００２４】第１のガス作動装置１の高温側中温空間１
２と、第２のガス作動装置２の低温側中温空間２３と
は、それぞれの底部を形成しているロッドシール部１
４，２５に形成した連通孔を経て各クランクケース１
３，２４に設けられた接続口に通じ、この接続口同士を
繋いだ外部連通管２９により相互に連通している。

【００２５】第１のガス作動装置１と第２のガス作動装
置２の高温側ディスプレーサー１０と低温側ディスプレ
ーサー２１とは、それぞれそれらの下部に設けられたク
ランク機構部３，４により所定の位相差（この実施例で
は９０°である）をもって高温側シリンダ９内と低温側
シリンダ２０内をそれぞれ往復動する。各クランク機構
部３，４は図１に示すようにほぼ相同の構成で、それら
の間に組付けられた両軸型のスタータモータ５の回転軸
の各端にクランクシャフトが連結されている。

【００２６】各クランクシャフトにはクランクケース１
３，２４内においてクランクシャフトの回転運動を往復
直線運動に変換するコンロッド３０の大径端が枢着され
ている。各コンロッド３０の小径端は、クランクケース
１３，２４の上部側に形成された筒部に摺動可能に組込
まれたクロスヘッドにピンにより連結され、クランクシ
ャフトの一回転により、クロスヘッドが筒部内を上下に
一往復動する。各クロスヘッドの上部と高温側ディスプ
レーサー１０及び低温側ディスプレーサー２１の下端と
はロッドシール部１４，２５を貫いて設けた連結ロッド
３１，３２によりそれぞれ連結され、高温側ディスプレ
ーサー１０と低温側ディスプレーサー２１はそれらに連
結されたクロスヘッドと同期してそれぞれ高温側シリン
ダ９内と低温側シリンダ２０内の上死点と下死点の間を
往復直線動する。各ロッドシール部１４，２５を貫く連
結ロッド３１，３２は、ロッドシール部１４，２５の摺
動面を気密状態で上下動する。

【００２７】続いて上記した基本構成の熱駆動型ヒート
ポンプ装置の動作について説明する。燃焼装置１８の運
転により燃焼装置１８が燃焼を開始すると、燃焼室１９
にある各ヒータ管１５は通常４００℃〜８００℃に加熱
され、高温側中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換
器２８とはそれぞれ３５℃〜８０℃になり、スタータモ
ータ５の駆動により起動する。スタータモータ５の駆動
とともに各クランク機構部３，４により、高温側ディス
プレーサー１０は高温側シリンダ９内を、低温側ディス
プレーサー２１は低温側シリンダ２０内をそれぞれ９０
°の位相差をもって往復動を始める。

【００２８】作動ガスは、第１のガス作動装置１では高
温側ディスプレーサー１０の動きにより高温空間１１か
らヒータ管１５、蓄熱再生器１６、高温側中温部熱交換
器１７を経て高温側中温空間１２に至る順の移動と、こ
の逆順での移動を交互に繰り返し、第２のガス作動装置
２では低温側ディスプレーサー２１の動きにより低温空
間２２から低温側熱交換器２６、再生器２７、低温側中
温部熱交換器２８を経て低温側中温空間２３に至る順の
移動と、この逆順での移動を交互に繰り返す。この間、
作動ガスの作動空間の体積は一定であり、作動ガスの温
度と圧力とが変化する。作動ガスの圧力の変化は、第１
のガス作動装置１と第２のガス作動装置２とは外部連通
管２９で連通しているため瞬時に伝わり、圧力は全作動
空間において一様になる。

【００２９】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が上死点にある時、蓄熱再生器１６は高温の
作動ガスの通過により加熱され蓄熱されている。高温空
間１１は容積がない状態であり、高温側中温空間１２に
移動した作動ガスは低温側シリンダ２０の作用を受けて
圧力が上がり発熱し、高温側中温部熱交換器１７により
放熱される。この状態は熱的プロセスとしては等温圧縮
である。この時、第２のガス作動装置２の低温側ディス
プレーサー２１は、シリンダヘッド側への移動途中にあ
り、作動ガスは低温空間２２から低温側中温空間２３へ
移動している。再生器２７は低温空間２２からの低温ガ
スに熱を奪われその蓄熱量が減少していく。再生器２７
からの受熱により加熱されて低温側中温空間２３へ移動
する作動ガスにより、低温側シリンダ２０内の作動ガス
の平均温度が上昇し、圧力が上昇する。この状態は熱的
プロセスとしては等容加熱（体積一定の状態変化）であ
る。

【００３０】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が上死点から下降途中になると、作動ガスは
高温側中温空間１２から高温空間１１へ移動する。蓄熱
再生器１６は高温側中温空間１２からの作動ガスに熱を
奪われその蓄熱量が減少していく。蓄熱再生器１６から
の受熱により加熱されて高温空間１１へ移動する作動ガ
スにより、高温側シリンダ９内の作動ガスの平均温度が
上昇し、圧力が上昇する。この状態は熱的プロセスとし
ては等容加熱である。この時、第２のガス作動装置２の
低温側ディスプレーサー２１は上死点になり、再生器２
７は低温の作動ガスの通過により冷却され蓄冷されてい
る。低温空間２２は容積がない状態であり、低温側中温
空間２３に移動した作動ガスは高温側シリンダ９の作用
を受けて圧力が上がり発熱し、低温側中温部熱交換器２
８により放熱される。この状態は熱的プロセスとしては
等温圧縮である。

【００３１】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が下死点になると、作動ガスは高温側中温空
間１２から高温空間１１へ移動する。蓄熱再生器１６は
高温側中温空間１２からの作動ガスに熱を奪われその蓄
熱量はほぼ無くなっている。高温空間１１の容積は最大
の状態にあり、蓄熱再生器１６からの受熱により加熱さ
れ高温空間１１に移動した作動ガスは低温側シリンダ２
０の作用を受けて圧力が下がり膨張して放熱するが、ヒ
ータ管１５を通じて燃焼装置１８から吸熱するので、熱
的プロセスとしては等温膨張となる。この時、第２のガ
ス作動装置２の低温側ディスプレーサー２１は上死点か
ら下降途中になっていて、作動ガスは低温側中温空間２
３から低温空間２２へ再生器２７により冷却されて移動
していく。再生器２７により冷却されて低温空間２２へ
移動する作動ガスにより、低温側シリンダ２０内の作動
ガスの平均温度が上昇し、圧力が上昇する。この状態は
熱的プロセスとしては等容冷却である。

【００３２】第１のガス作動装置１の高温側ディスプレ
ーサー１０が下死点からシリンダヘッド側への移動途中
になると、作動ガスは高温空間１１から高温側中温空間
１２へ移動している。蓄熱再生器１６は高温空間１１か
らの高温の作動ガスによりその蓄熱量を増加させてい
く。蓄熱再生器１６により冷却されて高温側中温空間１
２へ移動する作動ガスにより、高温側シリンダ９内の作
動ガスの平均温度が下降し、圧力が減少する。この状態
は熱的プロセスとしては等容冷却である。この時、第２
のガス作動装置２の低温側ディスプレーサー２１は下降
していき下死点になる。低温側ディスプレーサー２１が
下死点になると、作動ガスは低温側中温空間２３から低
温空間２２へ再生器２７に冷却されて移動している。低
温空間２２の容積は最大の状態にあり、再生器２７によ
り冷却され低温空間２２に移動した作動ガスは高温側シ
リンダ９の作用を受けて圧力が下がり膨張して放熱する
が、低温側熱交換器２６により吸熱されるので熱的プロ
セスとしては等温膨張となる。

【００３３】上記したサイクルが繰り返されて、高温側
中温部熱交換器１７と低温側中温部熱交換器２８とから
暖房出力が、低温側熱交換器２６から冷房出力がそれぞ
れ得られる。上記サイクルは、初期運転をスタータモー
タ５により起こせば、その後はスタータモータ５の動力
を必要とすることなく自律的な運転が可能である。

【００３４】この実施例の熱駆動型ヒートポンプ装置の
特徴は、冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路
系の構成にある。その回路構成を示した図２により以下
においてその説明をする。暖房用には第１と第２の流路
系３３，３４があり、そのうちの第１の流路系３３は、
高温側中温部熱交換器１７、第１の四方切換弁３５、室
内に設置される室内側熱交換器３６、第２の四方切換弁
３７、低温側中温部熱交換器２８を経て高温側中温部熱
交換器１７に戻る一連の回路として構成され、低温側中
温部熱交換器２８の前段に水（不凍液）等の熱輸送媒体
を循環させるポンプ３８が設けられている。第２の流路
系３４は、低温側熱交換器２６、第１の四方切換弁３
５、室外に設置される室外側熱交換器３９、第２の四方
切換弁３７を経て低温側熱交換器２６に戻る一連の回路
として構成され、低温側熱交換器２６の後段に水等の熱
輸送媒体を循環させるポンプ４０が設けられている。

【００３５】冷房用には、第３と第４の流路系４１，４
２があり、そのうちの第３の流路系４１は、高温側中温
部熱交換器１７、第１の四方切換弁３５、室外側熱交換
器３９、第２の四方切換弁３７、低温側中温部熱交換器
２８を経て高温側中温部熱交換器１７に戻る一連の回路
として構成されている。第４の流路系４２は、低温側熱
交換器２６、第１の四方切換弁３５、室内側熱交換器３
６、第２の四方切換弁３７を経て低温側熱交換器２６に
戻る一連の回路として構成されている。第３の流路系４
１は第１の流路系３３のポンプ３８により、また第４の
流路系４２は第２の流路系３４のポンプ４０によりそれ
ぞれ熱輸送媒体が循環する構成である。

【００３６】第２の流路系３４の一部には、補助加熱装
置４３が組込まれている。補助加熱装置４３は、加熱用
コイル４４と電気やガスなどを熱源とする加熱手段４５
とこの加熱手段４５及び室外側熱交換器３９の送風機４
６を制御する制御手段４７とから構成されている。制御
手段４７は、暖房時で外気温度が設定値以下になった時
に加熱手段４５を動作させ、室外側熱交換器３９の送風
機４６を停止させる。なお、この実施例では、補助加熱
装置４３の加熱用コイル４４は第１の流路系３３の室外
側熱交換器３９の下流側の一部を構成していて、補助加
熱装置４３が停止していても熱輸送媒体が加熱用コイル
４４を流通する構成となっている。なお、補助加熱装置
４３は既成の給湯器で構成することも可能である。

【００３７】この実施例のものは、第１の四方切換弁３
５と第２の四方切換弁３７とを切り換え、第１の流路系
３３と第２の流路系３４に図２に実線の矢印で示す熱輸
送媒体の流れを形成することにより、高温側中温部熱交
換器１７と低温側中温部熱交換器２８からの熱による暖
房が室内側熱交換器３６により行なわれる。この時、第
２の流路系３４は室外側熱交換器３９により外気の熱を
汲み上げるヒートポンプ動作を行なっている。従って、
外気温度より低い温度の熱輸送媒体を室外側熱交換器３
９に循環させているが、外気温度がかなり低い場合には
室外側熱交換器３９を循環する第２の流路系３４の熱輸
送媒体が凍結する恐れがある。このような場合には、補
助加熱装置４３が動作し、加熱用コイル４４が加熱され
第２の流路系３４の熱輸送媒体が凍結温度以上に昇温さ
れ、室外側熱交換器３９の放熱を抑えるべくその送風機
４６が停止される。これにより第２の流路系３４自体や
当該流路系３４にある室外側熱交換器３９などの凍結に
よる破損が防止され、熱駆動型ヒートポンプ装置の機能
が安定化する。

【００３８】冷房は、第３の流路系４１と第４の流路系
４２に図２に破線の矢印で示す熱輸送媒体の流れを形成
することにより行なわれる。冷暖房能力は、燃焼装置１
８の燃焼量の制御等により調整される。なお、図２にお
ける符号４８は室内側熱交換器３６の送風機である。

【００３９】実施例２．この実施例２は上述した実施例
１の補助加熱装置４３における熱輸送媒体の流路に関す
るものであり、それ以外の構成及び機能は実施例１で示
したものと同じである。従って、実施例１のものと同じ
部分は実施例１のものと同じ符号を用い、その説明は省
略する。

【００４０】この実施例２の熱駆動型ヒートポンプ装置
は、図３に示すように実施例１により示した補助加熱装
置４３について、その補助加熱装置４３の加熱用コイル
４４に並列に加熱用コイル４４よりも圧力損失の少ない
熱輸送媒体の流路４９を設けたものである。この流路４
９と加熱用コイル４４との分岐点には切換弁５０，５１
が設けられ、熱輸送媒体はいずれか一方の経路を経て室
外側熱交換器３９から流れるようになっている。これ以
外の構成は実施例１のものと同じでありその説明は省略
する。

【００４１】この実施例２のものも、暖房時において外
気温度が設定温度以下になると、補助加熱装置４３によ
り室外側熱交換器３９に送る熱輸送媒体を加熱用コイル
４４に通して加熱手段４５により加熱し、凍結防止運転
を行なうが、実施例１のものとは異り補助加熱装置４３
の停止とともに熱輸送媒体の流れる経路が加熱用コイル
４４を迂回する流路４９に切換えられる。これにより通
常の運転に移行すれば流路４９を経て室外側熱交換器３
９を循環する熱輸送媒体の流れとなり、ポンプ４０の動
力を低減することが可能になる。これ以外の機能は実施
例１のものと同じであるのでその説明は省略する。

【００４２】実施例３．この実施例３は、図４に示すよ
うに上述した実施例１で示した第１の流路系３３と第２
の流路系３４に蓄熱器５２を設けたもので、蓄熱器５２
が実施例１，２の補助加熱装置４３に相当する機能を果
たすものであり、それ以外の構成及び機能は実施例１や
実施例２で示したものと同じである。従って、実施例１
や実施例２のものと同じ部分は同じ符号を用い、その説
明は省略する。

【００４３】この実施例３の熱駆動型ヒートポンプ装置
は、図４に示すように実施例２により示したものの、第
１の流路系３３と第２の流路系３４とを一部において、
蓄熱器５２において熱的に連結した構成である。即ち、
第１の流路系３３の一部には、該流路系３３とは並列に
切換弁５３，５４により接続された加熱流路５５を流れ
る熱輸送媒体の熱を断熱蓄熱槽５６内の蓄熱媒体に蓄え
る蓄熱器５２が設けられている。また、第２の流路系３
４の一部には、該流路系３４とは並列に切換弁５０，５
１により接続され、蓄熱器５２の蓄熱媒体の熱を採熱す
る採熱流路５７が設けられている。加熱流路５５と採熱
流路５７の切換えと、室外側熱交換器３９の送風機４６
の制御は、制御手段５８により外気温度に応じて行なわ
れる。

【００４４】即ち、暖房運転において昼間などの外気温
度が比較的高い時には第１の流路系３３の熱輸送媒体を
蓄熱器５２の加熱流路５５へ流し、その蓄熱媒体に熱を
蓄えておく。一方、第２の流路系３４は凍結の恐れがな
いので、採熱流路５７を迂回する経路で熱輸送媒体を循
環させる。外気温度が下がる夜間には、加熱流路５５へ
の熱輸送媒体の流れを止めるとともに、採熱流路５７へ
熱輸送媒体を通して採熱流路５７において蓄熱媒体の熱
を熱輸送媒体に採熱させ、第２の流路系３４の熱輸送媒
体の凍結を防止する。これ以外の機能は実施例１，２の
ものと同じであり、その説明は省略する。

【００４５】実施例４．この実施例４は図５に示すよう
に、上述した実施例３で示した第１の流路系３３と第２
の流路系３４を熱的に連結する蓄熱器５２に、その熱媒
体を加熱する補助加熱手段５９を設けたものであり、そ
れ以外の構成及び機能は実施例３で示したものと同じで
ある。従って、実施例３や実施例１のものと同じ部分は
同じ符号を用い、その説明は省略する。

【００４６】この実施例４の熱駆動型ヒートポンプ装置
では、実施例３のものでは外気温度が低い状態が長く続
くような場合には、蓄熱器５２での蓄熱量が不足するこ
とになるが、蓄熱量の不足を補助加熱手段５９により補
うことができ、安定した凍結防止運転が可能になる。こ
れ以外の機能は実施例１や実施例３のものと同じであ
り、その説明は省略する。

【００４７】

【発明の効果】以上実施例による説明からも明らかなよ
うに請求項１の発明によれば、暖房運転時に室外側熱交
換器により熱を汲み上げるヒートポンプ動作を行なう第
２の流路系に、補助加熱装置が設けられているので外気
温度が低い場合には当該流路系の熱輸送媒体を加熱しそ
の凍結を防止することができ、熱駆動型ヒートポンプ装
置の機能の安定性が向上する。

【００４８】請求項２の発明によれば請求項１に関する
効果とともに、外気温度が低い場合には補助加熱装置を
経由する流路に熱輸送媒体を通すことができ、外気温度
が低くない場合には補助加熱装置を迂回する流路に切り
換え、補助加熱装置を介さずに熱輸送媒体を循環させる
ことが可能になり、圧力損失の低減によりポンプの動力
が低減する。

【００４９】請求項３の発明によれば、外気温度が比較
的高いときには、第１の流路系の加熱流路に熱輸送媒体
を通して蓄熱器の蓄熱媒体に蓄熱しておくことができ、
外気温度が低くなったときには、第２の流路系の採熱流
路に熱輸送媒体を流通させて蓄熱器に蓄熱された熱によ
り第２の流路系の熱輸送媒体を加熱しその凍結を防止す
ることができ、熱駆動型ヒートポンプ装置の機能の安定
性が向上する。

【００５０】請求項４の発明によれば、外気温度が比較
的高いときには、第１の流路系の加熱流路に熱輸送媒体
を通して蓄熱器の蓄熱媒体に蓄熱しておくことができ、
蓄熱量が不足する場合には補助加熱手段により蓄熱媒体
を加熱し蓄熱量を確保しておくことができ、外気温度が
低くなったときには、第２の流路系の採熱流路に熱輸送
媒体を流通させて蓄熱器に蓄熱されている熱により第２
の流路系の熱輸送媒体を加熱しその凍結を防止すること
ができ、熱駆動型ヒートポンプ装置の機能の安定性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す熱駆動型ヒートポンプ
装置の断面図である。

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

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

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

【図５】この発明の実施例４の熱駆動型ヒートポンプ装
置の流路系の回路構成を示す構成図である。

【図６】従来の熱駆動型ヒートポンプ装置における流路
系の構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 第１のガス作動装置 ２ 第２のガス作動装置 ３ クランク機構部 ４ クランク機構部 ５ スタータモータ ８ ベース ９ 高温側シリンダ １０ 高温側ディスプレーサー １１ 高温空間 １２ 高温側中温空間 １３ クランクケース １５ ヒータ管 １６ 蓄熱再生器 １７ 高温側中温部熱交換器 ２０ 低温側シリンダ ２１ 低温側ディスプレーサー ２２ 低温空間 ２３ 低温側中温空間 ２４ クランクケース ２６ 低温側熱交換器 ２７ 再生器 ２８ 低温側中温部熱交換器 ２９ 外部連通管 ３３ 第１の流路系 ３４ 第２の流路系 ３５ 第１の四方切換弁 ３６ 室内側熱交換器 ３７ 第２の四方切換弁 ３８ ポンプ ３９ 室外側熱交換器 ４０ ポンプ ４１ 第３の流路系 ４２ 第４の流路系 ４３ 補助加熱装置 ４４ 加熱用コイル ４５ 加熱手段 ４７ 制御手段 ４９ 流路 ５０ 切換弁 ５１ 切換弁 ５２ 蓄熱器 ５３ 切換弁 ５４ 切換弁 ５５ 加熱流路 ５７ 採熱流路 ５８ 制御手段 ５９ 補助加熱手段

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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復動するディスプレーサーにより作動
   ガスで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画さ
   れたシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温
   空間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と蓄熱再
   生器と熱交換器とによるガス流路により連通させた第１
   のガス作動装置と、往復動するディスプレーサーにより
   作動ガスで満たされた内部が低温空間と中温空間とに区
   画されたシリンダの上記低温空間と中温空間とを、上記
   低温空間側から中温空間側に順に連設した低温側熱交換
   器と再生器と熱交換器とによるガス流路により連通させ
   た第２のガス作動装置と、上記第１と第２のガス作動装
   置の各ガス流路を、それらの中温空間側において相互に
   連通させる連通部と、上記各ディスプレーサーをある位
   相差をもって往復動させるクランク機構部とを備えたヒ
   ートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本体から
   冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系とを備
   え、上記流路系は、上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器、室内に設置される室内側熱交換器、上記第２のガ
   ス作動装置の上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動
   装置の上記熱交換器に戻るポンプを含む第１の流路系
   と、上記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器、室
   外に設置される室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス
   作動装置の上記低温側熱交換器に戻るポンプを含む第２
   の流路系と、上記第１のガス作動装置の上記熱交換器、
   上記室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス作動装置の
   上記熱交換器を経て上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器に戻る、上記第１の流路系に対して切換弁により切
   り換えられる第３の流路系と、上記第２のガス作動装置
   の上記低温側熱交換器、上記室内側熱交換器を巡り、上
   記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器に戻る、上
   記第２の流路系に対して切換弁により切り換えられる第
   ４の流路系とからなり、上記第２の流路系の一部に、当
   該部を流れる熱輸送媒体を加熱する加熱手段と、この加
   熱手段を外気温に応じて制御する制御手段とによる補助
   加熱装置を組込んだことを特徴とする熱駆動型ヒートポ
   ンプ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の熱駆動型ヒートポンプ
   装置であって、補助加熱装置への熱輸送媒体の経路とこ
   れを迂回する経路とを切換え可能に構成したことを特徴
   とする熱駆動型ヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】 往復動するディスプレーサーにより作動
   ガスで満たされた内部が高温空間と中温空間とに区画さ
   れたシリンダの上記高温空間と中温空間とを、上記高温
   空間側から中温空間側に順に連設したヒータ管と蓄熱再
   生器と熱交換器とによるガス流路により連通させた第１
   のガス作動装置と、往復動するディスプレーサーにより
   作動ガスで満たされた内部が低温空間と中温空間とに区
   画されたシリンダの上記低温空間と中温空間とを、上記
   低温空間側から中温空間側に順に連設した低温側熱交換
   器と再生器と熱交換器とによるガス流路により連通させ
   た第２のガス作動装置と、上記第１と第２のガス作動装
   置の各ガス流路を、それらの中温空間側において相互に
   連通させる連通部と、上記各ディスプレーサーをある位
   相差をもって往復動させるクランク機構部とを備えたヒ
   ートポンプ装置本体と、このヒートポンプ装置本体から
   冷暖房出力を取り出すための熱輸送媒体の流路系とを備
   え、上記流路系は、上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器、室内に設置される室内側熱交換器、上記第２のガ
   ス作動装置の上記熱交換器を巡り、上記第１のガス作動
   装置の上記熱交換器に戻るポンプを含む第１の流路系
   と、上記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器、室
   外に設置される室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス
   作動装置の上記低温側熱交換器に戻るポンプを含む第２
   の流路系と、上記第１のガス作動装置の上記熱交換器、
   上記室外側熱交換器を巡り、上記第２のガス作動装置の
   上記熱交換器を経て上記第１のガス作動装置の上記熱交
   換器に戻る、上記第１の流路系に対して切換弁により切
   り換えられる第３の流路系と、上記第２のガス作動装置
   の上記低温側熱交換器、上記室内側熱交換器を巡り、上
   記第２のガス作動装置の上記低温側熱交換器に戻る、上
   記第２の流路系に対して切換弁により切り換えられる第
   ４の流路系とからなり、上記第１の流路系の一部には、
   該流路系とは並列に切換弁により接続された加熱流路を
   流れる熱輸送媒体の熱を蓄熱媒体に蓄える蓄熱器を設
   け、上記第２の流路系の一部には、該流路系とは並列に
   切換弁により接続され、上記蓄熱器の蓄熱媒体の熱を採
   熱する採熱流路を設け、外気温に応じて上記加熱流路や
   採熱流路への熱輸送媒体の流通を制御するようにしたこ
   とを特徴とする熱駆動型ヒートポンプ装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の熱駆動型ヒートポンプ
   装置であって、蓄熱器に蓄熱媒体を加熱する補助加熱手
   段を備えたことを特徴とする熱駆動型ヒートポンプ装
   置。