JP2635976B2 - Stirling heat engine driven heat pump - Google Patents
Stirling heat engine driven heat pumpInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スターリング熱機関駆動ヒートポンプ、
即ちスターリング熱機関を用いて冷暖房及び給湯運転を
可能とする空調システムの高効率化を図るものである。The present invention relates to a Stirling heat engine driven heat pump,
That is, the air-conditioning system that enables the heating and cooling operation and the hot water supply operation using the Stirling heat engine is intended to be highly efficient.
第２図は例えば特開昭61−83848号公報に示された従
来のスターリングエンジンヒートポンプチラーである。
図において、１はスターリングエンジンであり、これ
は、冷媒圧縮機２を駆動する。冷媒圧縮機２は四方弁
３、凝縮器106、膨脹弁５、蒸発器108、冷媒管路104等
により蒸気圧縮式冷凍サイクルを構成し、冷暖房運転を
行う。FIG. 2 shows a conventional Stirling engine heat pump chiller disclosed in, for example, JP-A-61-83848.
In the figure, reference numeral 1 denotes a Stirling engine, which drives a refrigerant compressor 2. The refrigerant compressor 2 forms a vapor compression refrigeration cycle by the four-way valve 3, the condenser 106, the expansion valve 5, the evaporator 108, the refrigerant pipe 104, and the like, and performs a cooling and heating operation.
次に動作について説明する。 Next, the operation will be described.
スターリングエンジン１で駆動される冷媒圧縮機２に
より、冷媒回路内に封入された冷媒が循環し、冷凍サイ
クルが成立する。暖房運転時には図中の矢印の方向に冷
媒が流れ、凝縮器106において温水を生成し、室内に熱
を送る。その際、エンジン冷却水の熱をジャケットクー
ラ115で冷却水路114に伝え、さらに蒸発器108から熱を
冷媒に伝え、暖房熱として利用する。一方冷房運転時に
は、四方弁３の切り換えにより、冷媒が逆方向に流れ、
蒸発器（暖房時には凝縮器106）で冷水を生成し、室内
へ送る。その際、凝縮器（暖房時には蒸発器108）で生
成される温水は、ジャケットクーラ115で冷却水路114に
伝えられるエンジン冷却熱とともにクーリングタワー11
8で放熱される。The refrigerant sealed in the refrigerant circuit is circulated by the refrigerant compressor 2 driven by the Stirling engine 1, and a refrigeration cycle is established. During the heating operation, the refrigerant flows in the direction of the arrow in the figure, generates hot water in the condenser 106, and sends heat into the room. At this time, the heat of the engine cooling water is transmitted to the cooling water passage 114 by the jacket cooler 115, and the heat from the evaporator 108 is transmitted to the refrigerant to be used as heating heat. On the other hand, during cooling operation, the refrigerant flows in the opposite direction by switching the four-way valve 3,
Cold water is generated in the evaporator (condenser 106 during heating) and sent to the room. At this time, the hot water generated in the condenser (evaporator 108 during heating) is cooled by cooling tower 11 together with engine cooling heat transmitted to cooling water passage 114 by jacket cooler 115.
Heat is dissipated in 8.
従来のスターリング熱機関駆動ヒートポンプは以上の
ように構成されており、空調負荷や外気条件によりスタ
ーリングエンジンの出力を変化させる必要があった。エ
ンジンの出力を変化させる方法としては、例えばエンジ
ンの燃焼量を調節し、高温作動ガス温度を変化させた
り、あるいはエンジンの作動ガス封入圧力を変化させた
りする方法がある。しかし、以上の方法では、必ずしも
常に最高のエンジン熱効率で運転する事ができず、さら
に応答性が若干劣るために出力が脈動するという問題点
があった。The conventional heat pump driven by a Stirling heat engine is configured as described above, and it is necessary to change the output of the Stirling engine according to the air-conditioning load and the outside air condition. As a method of changing the output of the engine, for example, there is a method of adjusting the combustion amount of the engine to change the high-temperature working gas temperature or changing the working gas charging pressure of the engine. However, in the above method, there is a problem that the operation cannot always be performed with the highest engine thermal efficiency and the output pulsates due to a slightly inferior responsiveness.
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、スターリングエンジンの出力を安定化する
ことのできるスターリング熱機関駆動ヒートポンプを得
ることを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a Stirling heat engine driven heat pump capable of stabilizing the output of a Stirling engine.
この発明に係るスターリング熱機関駆動ヒートポンプ
は、スターリング熱機関の出力側に、該熱機関の負荷が
常に一定となるよう該熱機関の回転を制御可能な電気負
荷を設けたものである。The Stirling heat engine driven heat pump according to the present invention is provided with an electric load on the output side of the Stirling heat engine that can control the rotation of the heat engine so that the load of the heat engine is always constant.
この発明においては、スターリング熱機関の軸回転は
電気負荷により常に一定となるよう制御されるため、ス
ターリング熱機関の出力の安定化を図ることができ、さ
らには最高の熱効率で運転させることもできる。また上
記電気負荷に蓄電池や給電設備等を設けることにより、
上記電気負荷で得られた電力を利用でき、ヒートポンプ
の大幅な効率の向上を図ることができる。In the present invention, the rotation of the shaft of the Stirling heat engine is controlled to be always constant by the electric load, so that the output of the Stirling heat engine can be stabilized, and furthermore, it can be operated with the highest thermal efficiency. . In addition, by providing a storage battery, power supply equipment, and the like to the electric load,
The electric power obtained from the electric load can be used, and the efficiency of the heat pump can be greatly improved.
以下、この発明の実施例を図について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図はこの発明の一実施例によるスターリング熱機
関駆動ヒートポンプを示す。先に第２図に示した従来例
では、冷凍サイクルとしてヒートポンプチラー方式を用
いた場合を示したが、本実施例では空気熱源パッケージ
タイプヒートポンプの場合について説明する。冷凍サイ
クルは両者で異なるが、本発明の主旨は基本的にこれに
よって影響されない。FIG. 1 shows a heat pump driven by a Stirling heat engine according to an embodiment of the present invention. In the prior art shown in FIG. 2, the case where the heat pump chiller method is used as the refrigeration cycle has been described, but in the present embodiment, the case of the air heat source package type heat pump will be described. Although the refrigeration cycle differs between the two, the gist of the present invention is basically not affected by this.
第１図において、１はスターリングエンジンで、これ
は冷媒圧縮機２をベルトを介して駆動する。冷媒圧縮機
２は四方弁６、室内熱交換器３、膨脹弁５、室外熱交換
器４、冷媒管路18、アキュムレータ７とともに冷凍サイ
クルを構成している。11は空調空間である。10は貯湯タ
ンクであり、給湯熱交換器８で熱交換されるエンジン冷
却熱を給湯用として貯湯する。９は放熱器で、給湯が不
要になった場合にエンジン冷却熱を大気に放熱する。14
は発電機であり、これは回転数検知12及び界磁調節器13
により界磁が調節されてスターリングエンジン１の回転
数を制御すると共に、電力を出力する。16は蓄電池であ
り、発電機14より出力された電力を電圧調節器15で調圧
後、貯える。17は出力調節器で、これは蓄電池16に貯え
た電力を負荷に供給できるように調節する。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a Stirling engine, which drives a refrigerant compressor 2 via a belt. The refrigerant compressor 2 constitutes a refrigeration cycle together with the four-way valve 6, the indoor heat exchanger 3, the expansion valve 5, the outdoor heat exchanger 4, the refrigerant line 18, and the accumulator 7. 11 is an air-conditioned space. Reference numeral 10 denotes a hot water storage tank which stores the engine cooling heat exchanged by the hot water supply heat exchanger 8 for hot water supply. A radiator 9 radiates engine cooling heat to the atmosphere when hot water supply becomes unnecessary. 14
Is a generator, which is a rotational speed detector 12 and a field regulator 13
The field is adjusted to control the rotation speed of the Stirling engine 1 and output electric power. Reference numeral 16 denotes a storage battery, which regulates the power output from the generator 14 by the voltage regulator 15 and stores it. Reference numeral 17 denotes an output regulator, which regulates the power stored in the storage battery 16 so that it can be supplied to the load.
このような構成になるスターリング熱機関駆動ヒート
ポンプでは、スターリングエンジン１を動力源としてヒ
ートポンプを駆動する場合，空調負荷や外気条件に変化
があると、エンジンの回転数が変化するが、この回転数
の変化はエンジンの出力軸に設けた回転数検知器12によ
り検知され、同じく出力軸に設けられた発電機14の界磁
が界磁調節器13により調節され、発電機14によりスター
リングエンジン１の回転数が制御されることとなる。こ
のようにして、ヒートポンプ負荷の増減分が電気負荷に
より補われるため、全体の負荷を常に一定に保つことが
でき、ヒートポンプシステムを安定なものとできる。さ
らにその際、発電機14による回転制御をエンジン１の熱
効率が最大となる回転数に設定しておくことにより、常
に高効率な運転を実現できる。また本システムにより生
じる電力は、蓄電池16に貯えられ，これをシステムの制
御電源やエンジンの起動電源等として利用できるので、
システム全体のエネルギー利用率を非常に高くできる。In the heat pump driven by a Stirling heat engine having such a configuration, when the heat pump is driven by using the Stirling engine 1 as a power source, the rotation speed of the engine changes when the air conditioning load or the outside air condition changes. The change is detected by a rotation speed detector 12 provided on the output shaft of the engine, the field of a generator 14 also provided on the output shaft is adjusted by a field adjuster 13, and the rotation of the Stirling engine 1 is The number will be controlled. In this way, the increase or decrease in the heat pump load is compensated for by the electric load, so that the entire load can always be kept constant, and the heat pump system can be stabilized. Further, at this time, by setting the rotation control by the generator 14 to the rotation speed at which the thermal efficiency of the engine 1 is maximized, a highly efficient operation can always be realized. Also, the electric power generated by the present system is stored in the storage battery 16 and can be used as a control power supply of the system or a starting power supply of the engine.
The energy utilization of the entire system can be very high.
なお、上記実施例では、電気負荷として発電機を設け
た場合について説明したが、これは発電電動機でもよく
同様の効果を得ることができる。特にこの場合には、生
じた電力をエンジンの起動源として利用することができ
る。In the above embodiment, the case where the generator is provided as the electric load has been described. However, the same effect can be obtained by using a generator motor. In particular, in this case, the generated power can be used as a starting source of the engine.
また、本実施例では、得られた電力を例えばシステム
の制御用電源やエンジンの起動用電源に用いると説明し
たが、さらに給湯設備の保温等にも利用でき、用途は特
に限定しなくてもシステム全体のエネルギー効率を同様
に高くできる。Further, in the present embodiment, the obtained electric power is described as being used, for example, as a power supply for controlling a system or a power supply for starting an engine. The energy efficiency of the whole system can likewise be increased.
以上のように、この発明のスターリング熱機関駆動ヒ
ートポンプによれば、スターリング熱機関の出力側に、
該熱機関の負荷が常に一定となるよう該熱機関の回転を
制御可能な電気負荷を設けたので、スターリング熱機関
の負荷を常に一定に保つことができ、該熱機関の出力を
安定化することができる効果がある。As described above, according to the Stirling heat engine driven heat pump of the present invention, on the output side of the Stirling heat engine,
Since an electric load capable of controlling the rotation of the heat engine is provided so that the load of the heat engine is always constant, the load of the Stirling heat engine can always be kept constant, and the output of the heat engine is stabilized. There is an effect that can be.
第１図はこの発明の一実施例によるスターリング熱機関
駆動ヒートポンプを示す概略構成図、第２図は従来のス
ターリングエンジンヒートポンプチラーを示す概略構成
図である。 １はスターリングエンジン、２は冷媒圧縮機、12は回転
数検知器、13は界磁調節器、14は発電機、15は電圧調節
器、16は蓄電池、17は出力調節器である。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat pump driven by a Stirling heat engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional Stirling engine heat pump chiller. 1 is a Stirling engine, 2 is a refrigerant compressor, 12 is a rotation speed detector, 13 is a field regulator, 14 is a generator, 15 is a voltage regulator, 16 is a storage battery, and 17 is an output regulator. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (6)
機関により駆動される蒸気圧縮式冷凍サイクルによるヒ
ートポンプシステムと、上記スターリング熱機関の排熱
及び冷媒熱を利用した給湯システムとを備えてなるスタ
ーリング熱機関駆動ヒートポンプにおいて、 上記スターリング熱機関の出力側に、該熱機関の負荷が
常に一定となるよう該熱機関の回転を制御可能な電気負
荷を設けたことを特徴とするスターリング熱機関駆動ヒ
ートポンプ。1. A Stirling heat engine comprising a Stirling heat engine, a heat pump system based on a vapor compression refrigeration cycle driven by the Stirling heat engine, and a hot water supply system utilizing exhaust heat and refrigerant heat of the Stirling heat engine. An engine driven heat pump, wherein an electric load capable of controlling the rotation of the heat engine is provided on the output side of the Stirling heat engine so that the load of the heat engine is always constant.
の熱効率が最大となるよう該熱機関の回転を制御するも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
スターリング熱機関駆動ヒートポンプ。2. The Stirling heat engine drive according to claim 1, wherein the electric load controls rotation of the Stirling heat engine so that the heat efficiency of the Stirling heat engine is maximized. heat pump.
の出力軸に設けられ、該熱機関の回転を制御する発電機
と、 上記熱機関の回転数を検知する回転数検知器と、 該回転数検知器の出力に基づいて上記発電機の界磁を調
節する界磁調節器とを備えたものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載のスターリング
熱機関駆動ヒートポンプ。3. The electric load is provided on an output shaft of the Stirling heat engine and controls a rotation of the heat engine. A generator detects a rotation number of the heat engine. 3. A Stirling heat engine drive according to claim 1, further comprising a field adjuster for adjusting a field of said generator based on an output of a number detector. heat pump.
と、 該安定化された電力を蓄積する蓄電池と、 該蓄電池の電力を他の電源用に出力する出力調節器とを
備えたものであることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載のスターリング熱機関駆動ヒートポンプ。4. The electric load comprises: a voltage regulator for stabilizing a voltage output from the generator; a storage battery for storing the stabilized power; and an output of the storage battery for another power source. Claim 3 characterized by comprising an output adjuster that performs
A heat pump driven by a Stirling heat engine according to any one of the preceding items.
の回転を制御するとともに該熱機関の起動時に起動トル
クを与える発電電動機と、 上記熱機関の回転数を検知する回転数検知器と、 該回転数検知器の出力に基づいて上記発電電動機の界磁
を調節する界磁調節器とを備えたものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のスターリ
ング熱機関駆動ヒートポンプ。5. A generator motor provided on an output shaft of the Stirling heat engine for controlling the rotation of the heat engine and providing a starting torque when the heat engine is started, a rotational speed of the heat engine. A rotational speed detector for detecting a rotational speed of the generator motor, and a field adjuster for adjusting a magnetic field of the generator motor based on an output of the rotational speed detector. Item 3. A heat pump driven by a Stirling heat engine according to item 2 or 2.
節器と、 該安定化された電力を蓄積する蓄電池と、 該蓄電池の電力を他の電源用に出力する出力調節器とを
備えたものであることを特徴とする特許請求の範囲第５
項記載のスターリング熱機関駆動ヒートポンプ。6. The electric load includes: a voltage regulator for stabilizing a voltage output from the generator motor; a storage battery for storing the stabilized power; and an output of the storage battery for another power source. Claim 5 characterized by comprising an output adjuster that performs
A heat pump driven by a Stirling heat engine according to any one of the preceding items.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62233529A JP2635976B2 (en) | 1987-09-16 | 1987-09-16 | Stirling heat engine driven heat pump |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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Family
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Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE102006005037B4 (en) * | 2006-02-03 | 2012-03-29 | Airbus Operations Gmbh | Air conditioning arrangement for an aircraft with several individually temperature-controllable climates |
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1987
- 1987-09-16 JP JP62233529A patent/JP2635976B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6475865A (en) | 1989-03-22 |
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