Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3899079B2 - Heat source equipment - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3899079B2 - Heat source equipment - Google Patents

Heat source equipment Download PDF

Info

Publication number
JP3899079B2
JP3899079B2 JP2004046045A JP2004046045A JP3899079B2 JP 3899079 B2 JP3899079 B2 JP 3899079B2 JP 2004046045 A JP2004046045 A JP 2004046045A JP 2004046045 A JP2004046045 A JP 2004046045A JP 3899079 B2 JP3899079 B2 JP 3899079B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
working fluid
stirling engine
separator
reciprocating compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2004046045A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005233569A (en
Inventor
エム ベルコウイッツ デヴィッド
Original Assignee
グローバル クーリング ビー ヴイ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by グローバル クーリング ビー ヴイ filed Critical グローバル クーリング ビー ヴイ
Priority to JP2004046045A priority Critical patent/JP3899079B2/en
Publication of JP2005233569A publication Critical patent/JP2005233569A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3899079B2 publication Critical patent/JP3899079B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

本発明は、ディスプレッサ型のスターリングエンジンで駆動するランキンサイクルからなる熱源装置に関する。   The present invention relates to a heat source device including a Rankine cycle driven by a displacer type Stirling engine.

今日の大多数の家庭用の熱源装置は、発電所から送電される電気で駆動している。ところで図5に示すように、発電所における発電効率は通常40〜45%程度であり、更に送電による損失10%程度を引くと、各家庭で熱源装置に使用できる電気エネルギは、発電所で供給された石油等のエネルギのうち30〜35%に過ぎず、残りの65〜70%は無駄となっている。   Most household heat source devices today are powered by electricity transmitted from power plants. By the way, as shown in FIG. 5, the power generation efficiency in the power plant is usually about 40 to 45%, and when the loss of power transmission is about 10%, the electrical energy that can be used for the heat source device in each home is supplied by the power plant. It is only 30 to 35% of the energy such as oil, and the remaining 65 to 70% is wasted.

例えば、各家庭等において暖房を行う際には、この電気エネルギを直接電気ヒータとして利用する場合には、30〜35%の暖房熱しか利用できない。一方、この電気エネルギによってモーターを回し、このモータによって熱ポンプを駆動する場合には、この熱ポンプの動作効率(COP)を3とすると、外気からくみ上げた60〜70%の熱を加えて、90〜105%の暖房熱を利用できるが、この場合にも、各家庭に送電されるまでに、発電所で供給された石油等のエネルギのうち、65〜70%が無駄になっている事実に変わりはない。   For example, when heating is performed in each home, etc., when this electric energy is directly used as an electric heater, only 30 to 35% of heating heat can be used. On the other hand, when the motor is rotated by this electric energy and the heat pump is driven by this motor, if the operating efficiency (COP) of this heat pump is 3, 60 to 70% of the heat pumped up from the outside air is added, Although 90-105% of the heating heat can be used, in this case as well, 65-70% of the energy such as oil supplied at the power plant is wasted before being transmitted to each household. There is no change.

このため、各家庭で石油等のエネルギ源を直接利用する手段が考えられる。たとえば石油等を燃焼させれば、ほぼ100%の熱エネルギを暖房として利用することができる。しかし、石油等の有するエネルギ以上の、熱エネルギを利用することはできない。したがって、従来より石油等の燃焼熱により吸収サイクルを作動させる手段や、石油等でエンジンを駆動して、このエンジンでランキンサイクルを作動させる手段が採用されている。   For this reason, means for directly using an energy source such as oil in each household can be considered. For example, if oil or the like is burned, almost 100% of heat energy can be used for heating. However, it is not possible to use thermal energy that exceeds the energy of oil or the like. Therefore, conventionally, means for operating an absorption cycle with combustion heat of petroleum or the like, and means for driving an engine with oil or the like and operating a Rankine cycle with this engine have been adopted.

例えば図5の下部に示すように、石油を直接燃料として内燃機関を作動させ、この内燃機関によって熱ポンプを駆動する場合には、内燃機関の熱効率ηを0.25、熱ポンプの動作係数(COP)を3とすると、暖房熱は、内燃機関の排熱75%と、内燃機関の発生動力25%と、外気からくみ上げた熱50%を加えた、150%の暖房熱を発生させることができる。また冬場等の外気温が低い場合には、より暖かい地下水から吸熱することによって、熱ポンプの動作係数(COP)を、例えば6程度に容易に向上させることができる。この場合には、図5の下部の括弧内数字に示すように、225%の暖房熱を発生させることもできる。また、同一エネルギ量に対して、石油燃料料金は、電気料金の1/5程度であり、このエネルギコストの差を考慮すると、さらに大幅な費用の削減が可能になる。   For example, as shown in the lower part of FIG. 5, when an internal combustion engine is operated using petroleum as a direct fuel and the heat pump is driven by this internal combustion engine, the thermal efficiency η of the internal combustion engine is 0.25, the operating coefficient of the heat pump ( If COP) is 3, the heating heat can generate 150% heating heat, which is 75% exhaust heat of the internal combustion engine, 25% of the generated power of the internal combustion engine, and 50% of the heat generated from the outside air. it can. Further, when the outside air temperature is low, such as in winter, the coefficient of operation (COP) of the heat pump can be easily improved to about 6, for example, by absorbing heat from warmer groundwater. In this case, as indicated by the numbers in parentheses at the bottom of FIG. 5, 225% of the heating heat can be generated. In addition, for the same amount of energy, the price of petroleum fuel is about 1/5 of the price of electricity, and considering the difference in energy cost, further significant cost reduction is possible.

しかし吸収サイクルは、ランキンサイクルに比べて動作係数が低い。したがって熱エネルギにコストが掛からない、例えば、排熱等を利用する場合に利用されるものであって、家庭用には適さない。また動作流体には、リチウム・臭素やアンモニアが使用されるために、環境保護の点で問題になるおそれがある。一方、上述したように内燃機関でランキンサイクルを駆動する手段には、次の問題があった。   However, the absorption cycle has a lower operating coefficient than the Rankine cycle. Therefore, the heat energy does not cost, for example, it is used when using exhaust heat or the like, and is not suitable for home use. Further, since lithium, bromine and ammonia are used as the working fluid, there is a possibility that it may become a problem in terms of environmental protection. On the other hand, as described above, the means for driving the Rankine cycle in the internal combustion engine has the following problems.

すなわち従来のエンジンは、往復式の内燃機関が使用されているために、一般的に騒音が大きく、寿命が短い。そして、家庭用の熱源装置は小さな駆動力で足りるため、小型のエンジンを使用することになるが、この小型の内燃機関は、特に騒音が高く、熱効率が低く、耐久性が劣り、何よりも始動性や安定性に劣るといった欠点があり、実用上問題が多い。第2には、ランキンサイクルに使用する往復圧縮機のシールが困難であるという点である。すなわち、往復圧縮機のピストンとシリンダとの間隙からの冷媒の漏洩を遮断するためには、この間隙をできるだけ小さくする必要があるが、一方間隙をあまり小さくすると、両者の摩擦力が大きくなって、損失が増加する。したがって、冷媒の漏洩を完全に遮断することは困難であり、漏洩した代替フロンやアンモニア等の冷媒は環境に悪影響を与え得る。   That is, the conventional engine uses a reciprocating internal combustion engine, and therefore generally has a large noise and a short life. And since the heat source device for home needs a small driving force, a small engine is used, but this small internal combustion engine is particularly noisy, has low thermal efficiency, is inferior in durability, and starts more than anything else There are drawbacks such as poor performance and stability, and there are many practical problems. Second, it is difficult to seal a reciprocating compressor used in the Rankine cycle. In other words, in order to block refrigerant leakage from the gap between the piston and cylinder of the reciprocating compressor, it is necessary to make this gap as small as possible. On the other hand, if the gap is made too small, the frictional force between the two increases. , Loss increases. Therefore, it is difficult to completely block the leakage of the refrigerant, and the leaked refrigerant such as chlorofluorocarbon and ammonia can adversely affect the environment.

したがって、石油を燃料とする往復式の内燃機関を利用したランキンサイクルは、原理的には、家庭用の熱源装置として、極めて効率が良い手段であることは明らかであるが、上述した問題の存在により、魅力的で実用的な手段は提案されていなかった。   Therefore, it is clear that the Rankine cycle using a reciprocating internal combustion engine that uses oil as fuel is, in principle, an extremely efficient means as a heat source device for home use. Therefore, no attractive and practical means have been proposed.

そこで本発明の目的は、低コスト低騒音で、耐環境性に優れ、更に高効率で、高い耐久性と信頼性とを備える熱源装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a heat source device that has low cost, low noise, excellent environmental resistance, high efficiency, high durability, and reliability.

上記課題を解決すべく、本発明による熱源装置の第1の特徴は、ディスプレッサ型のスターリングエンジンと、ランキンサイクルの熱ポンプとを備え、このスターリングエンジンのパワーピストンは、この熱ポンプの往復圧縮機を駆動するものであることにある。上記往復圧縮機のシリンダは、上記パワーピストンのシリンダの一端部にこのシリンダと一体的に形成され、一方この往復圧縮機のピストンは、上記パワーピストンの一端部にこのパワーピストンと一体的に形成されている。   In order to solve the above-mentioned problems, a first feature of the heat source device according to the present invention includes a Displacer-type Stirling engine and a Rankine cycle heat pump, and the power piston of the Stirling engine is a reciprocating compression of the heat pump. It is to drive the machine. The cylinder of the reciprocating compressor is formed integrally with the cylinder at one end of the cylinder of the power piston, while the piston of the reciprocating compressor is formed integrally with the power piston at one end of the power piston. Has been.

上記熱ポンプは、凝縮器と膨張弁との間に分離器を備え、上記スターリングエンジンの動作流体はヘリウムガスであり、この熱ポンプの動作流体は、この凝縮器の出口において、その全てが液体状態まで冷却される。そして上記分離器は、上記ヘリウムガスを上記熱ポンプの動作流体から分離し、この分離したヘリウムガスは、上記スターリングエンジンに還流され、一方この分離した熱ポンプの動作流体は、上記膨張弁に供給される。   The heat pump includes a separator between a condenser and an expansion valve, the working fluid of the Stirling engine is helium gas, and the working fluid of the heat pump is all liquid at the outlet of the condenser. It is cooled to the state. The separator separates the helium gas from the working fluid of the heat pump, and the separated helium gas is recirculated to the Stirling engine, while the separated working fluid of the heat pump is supplied to the expansion valve. Is done.

本発明による熱源装置の第2の特徴は、前記特徴1に記載した膨張弁は、直列に連結した2個の膨張弁からなり、前記分離器は、これら2個の膨張弁の間に設けてあることにある。そして前記往復圧縮機は、切替弁によって動作流体の吸込経路と吐出経路とを切り替え可能になっており、この切替弁の切り替えに連動して、これら2個の膨張弁のうち上流側に位置する膨張弁の絞り機能が解除される。   A second feature of the heat source device according to the present invention is that the expansion valve described in the feature 1 includes two expansion valves connected in series, and the separator is provided between the two expansion valves. There is to be. The reciprocating compressor can be switched between a suction path and a discharge path of the working fluid by a switching valve, and is located upstream of the two expansion valves in conjunction with the switching of the switching valve. The throttle function of the expansion valve is released.

ここでディスプレッサ型のスターリングエンジンとは、公知の技術であって、シリンダ内に同心状に配列したパワーピストンとディスプレッサとが、相互に対向して往復運動を行い、外部から供給される熱エネルギによって、パワーピストンに機械的エネルギを発生させるものである。また、ランキンサイクルとは、公知の技術であって、動作流体を往復圧縮機で高温高圧のガスに圧縮し、凝縮器で放熱させ、膨張弁で等エンタルピ膨張させ、気化器で蒸発させて吸熱するものである。そして凝縮器の放熱を利用すれば、熱ポンプとなり、一方の気化器の吸熱を利用すれば、冷凍機あるいは冷房装置となる。なお熱源装置とは、冷房装置または暖房装置のいずれにも利用できるものを意味する。   Here, the Displacer-type Stirling engine is a known technique, in which a power piston and a displacer arranged concentrically in a cylinder reciprocate each other and heat supplied from the outside. Energy is used to generate mechanical energy in the power piston. Rankine cycle is a well-known technique in which working fluid is compressed into high-temperature and high-pressure gas by a reciprocating compressor, dissipated by a condenser, expanded by an enthalpy with an expansion valve, and evaporated by a vaporizer to absorb heat. To do. If the heat dissipation of the condenser is used, a heat pump is obtained, and if the heat absorption of one vaporizer is used, a refrigerator or a cooling device is obtained. The heat source device means a device that can be used for either a cooling device or a heating device.

往復圧縮機のシリンダは、パワーピストンのシリンダの一端部に、このシリンダと一体的に形成されとは、両シリンダのつなぎ目からシリンダ内の動作流体が外部に漏洩しないようにという意味であって、両シリンダが一個の部品で製作されている場合に限らず、複数の部品の結合で構成されている場合も含む。また往復圧縮機のピストンは、パワーピストンの一端部に、このパワーピストンと一体的に形成されているとは、両ピストンが機械的に連結されているという意味であって、両シリンダが一個の部品で製作されている場合に限らず、例えば両者を連結棒で結合する場合のような複数の部品で構成されている場合も含む。   The cylinder of the reciprocating compressor is formed integrally with the cylinder at one end of the cylinder of the power piston, which means that the working fluid in the cylinder does not leak to the outside from the joint between both cylinders. This includes not only the case where both cylinders are made of a single part but also the case where the cylinders are composed of a plurality of parts. In addition, the piston of the reciprocating compressor is integrally formed with the power piston at one end portion of the power piston, which means that both pistons are mechanically connected. This includes not only the case of being made of parts, but also the case of being composed of a plurality of parts, for example, where both are connected by a connecting rod.

熱ポンプの動作流体は、凝縮機の出口においてその全てが液体状態に冷却されるとは、この熱ポンプの動作流体が、凝縮機の出口であって膨張弁に流入する前において、この凝縮機の放熱によって、飽和液線または飽和液線より低エンタルピ側の液相にまで冷却されるということを意味しており、このような状態で使用できる動作流体としては、標準的なランキンサイクルに使用されている、例えばアンモニア、R-134、R−407C、R600AおよびR−717が該当する。   The operating fluid of the heat pump is all cooled to the liquid state at the outlet of the condenser. When the operating fluid of the heat pump is at the outlet of the condenser and enters the expansion valve, the condenser is cooled. This means that the liquid is cooled to the saturated liquid line or the liquid phase on the lower enthalpy side than the saturated liquid line, and the working fluid that can be used in this state is used for the standard Rankine cycle. For example, ammonia, R-134, R-407C, R600A and R-717 are applicable.

分離器は、ヘリウムガスを熱ポンプの動作流体から分離してとは、往復圧縮機のピストンとシリンダとの間から、熱ポンプの動作流体に混入したスターリングエンジンの動作流体であるヘリウムガスを、この熱ポンプの動作流体から回収するということを意味している。   The separator separates the helium gas from the working fluid of the heat pump, and between the piston and cylinder of the reciprocating compressor, the helium gas that is the working fluid of the Stirling engine mixed in the working fluid of the heat pump, It means to recover from the working fluid of this heat pump.

分離器が2個の膨張弁の間に設けてあるとは、直列に連結した2個の膨張弁の一方の流出側と他方の流入側の間に設けてあることを意味している。また切替弁の切り替えに連動して、これら2個の膨張弁のうち上流側に位置する膨張弁の絞り機能が解除されるとは、この切替弁によって往復圧縮機の動作流体の吸込経路と吐出経路との切り替操作がなされた場合には、その切り替え操作と連動して、2個の膨張弁のうち、動作流体の流れ方向からみて上流側の膨張弁の絞りが開放され、下流側の膨張弁だけが絞り機能を果すことを意味する。したがって凝縮器の放熱を利用する場合には、分離器の圧力は、この凝縮器の出口圧力となり、一方動作流体の流れ方向を切替弁で逆に切り替えて、気化器を凝縮器として利用する場合には、分離器の圧力は、この気化器の出口圧力となる。すなわち分離器の圧力は、いずれの場合にも、動作流体が凝縮した後の圧力になる。   The fact that the separator is provided between the two expansion valves means that the separator is provided between one outflow side and the other inflow side of the two expansion valves connected in series. When the switching function of the expansion valve located upstream of these two expansion valves is released in conjunction with the switching of the switching valve, the switching valve releases the working fluid suction path and the discharge path of the reciprocating compressor. When the switching operation with the path is performed, in conjunction with the switching operation, the throttle of the expansion valve on the upstream side of the two expansion valves as viewed from the flow direction of the working fluid is opened, and the expansion on the downstream side is performed. It means that only the valve performs the throttling function. Therefore, when using the heat radiation of the condenser, the pressure of the separator becomes the outlet pressure of this condenser. On the other hand, the flow direction of the working fluid is reversed using the switching valve, and the vaporizer is used as a condenser. In this case, the pressure of the separator becomes the outlet pressure of the vaporizer. That is, the pressure of the separator is the pressure after the working fluid is condensed in any case.

また、上流側の膨張弁の絞り機能を解除するとは、この膨張弁の絞りを完全に開放して、圧力低下を生じさせない場合にかぎらず、上流側の膨張弁の出口において、動作流体が液相の状態に維持できる程度の圧力低下を生じる場合も含む。   In addition, releasing the throttle function of the upstream expansion valve is not limited to the case where the throttle of the expansion valve is completely opened and no pressure drop is caused, but the working fluid is liquid at the outlet of the upstream expansion valve. This includes the case where a pressure drop that can be maintained in the phase state occurs.

このように発明を構成することにより、次の作用効果が得られる。第1に、スターリングエンジンを使用することにより、往復圧縮機の駆動エンジンを、小型軽量、高効率、かつ低騒音にすることができ、さらに耐久性、始動性及び安定性も向上させることができる。第2に、スターリングエンジンと往復圧縮機とのシリンダを一定的に形成することによって、動作流体の外部への漏洩を容易に防止することができるので、優れた環境性を実現することができる。   By configuring the invention in this way, the following effects can be obtained. First, by using a Stirling engine, the drive engine of the reciprocating compressor can be made compact, lightweight, highly efficient and low noise, and durability, startability and stability can also be improved. . Secondly, by forming the cylinders of the Stirling engine and the reciprocating compressor constantly, leakage of the working fluid to the outside can be easily prevented, so that excellent environmental performance can be realized.

スターリングエンジンと往復圧縮機とのピストンを一体的に形成することによって、
両者の結合構造を、極めて小型簡易、低コストかつ信頼性の高いものにすることができる。またスターリングエンジンの動作流体として、一番比熱の小さいへリウムガスを使用することによって、高いスターリングエンジンの熱効率を達成でき、かつへリウムガスは不活性ガスであるため、優れた耐火性および環境性を実現することができる。
By integrally forming the piston of the Stirling engine and the reciprocating compressor,
The coupling structure of both can be made extremely small, simple, low cost and highly reliable. In addition, by using helium gas with the lowest specific heat as the working fluid of the Stirling engine, high Stirling engine thermal efficiency can be achieved, and since helium gas is an inert gas, it has excellent fire resistance and environmental performance can do.

分離器によって、熱ポンプの動作流体内に混入したヘリウムガスを分離回収して、スターリングエンジンに還流させることにより、スターリングエンジンは、理想的な動作ガスであるヘリウムガスで継続的に運転可能となるため、スターリングエンジンの高い熱効率を維持できる。一方熱ポンプの気化器には、ヘリウムガスを分離した残りの動作流体が供給されるため、ヘリウムガスの混入によって気化器における吸熱効率が低下することを回避できる。   By separating and recovering the helium gas mixed in the working fluid of the heat pump by the separator and returning it to the Stirling engine, the Stirling engine can be continuously operated with the ideal helium gas. Therefore, the high thermal efficiency of the Stirling engine can be maintained. On the other hand, since the remaining working fluid from which the helium gas is separated is supplied to the vaporizer of the heat pump, it is possible to avoid a decrease in heat absorption efficiency in the vaporizer due to the mixing of the helium gas.

分離器を凝縮器の出口に設けることによって、次の効果が得られる。まず本発明においては、熱ポンプの動作流体は、凝縮器の出口で液相にまで冷却される。よって分離器では、混入したヘリウムガスは気体として、液化状態にある熱ポンプの動作流体から、その比重差によって容易に分離することが可能となる。また分離器では、熱ポンプの動作流体は、液体と蒸気の混合相ではなく、液相の状態にまで冷却されているため、分離されたヘリウムガスには、この動作流体の蒸気は混入せず、専らヘリウムガスだけがスターリングエンジンに還流される。   By providing the separator at the outlet of the condenser, the following effects can be obtained. First, in the present invention, the working fluid of the heat pump is cooled to the liquid phase at the outlet of the condenser. Therefore, in the separator, the mixed helium gas can be easily separated as a gas from the working fluid of the heat pump in a liquefied state due to the difference in specific gravity. In the separator, the working fluid of the heat pump is cooled not to the mixed phase of liquid and vapor but to the liquid phase, so the vapor of this working fluid is not mixed into the separated helium gas. Only helium gas is returned to the Stirling engine.

次に、分離器を凝縮器の出口に設け、分離したヘリウムガスをスターリングエンジンに還流させることによって、凝縮器の出口圧力と、スターリングエンジンの動作圧力とを、ほぼ同一レベルにすることができる。したがって、標準的なランキンサイクルの動作流体として使用される多様な媒体を選択可能となり、一方スターリングエンジンの動作圧力として、高圧過ぎず、かつ良好な熱効率が得られる圧力に設定することができる。すなわちスターリングエンジンの動作圧力を高圧に設定すると、エンジンのサイズを小さくすることができるものの、製造コストが上昇し、かつ安全性上も問題となる。   Next, by providing a separator at the outlet of the condenser and refluxing the separated helium gas to the Stirling engine, the outlet pressure of the condenser and the operating pressure of the Stirling engine can be made substantially the same level. Accordingly, it is possible to select various media used as the working fluid of the standard Rankine cycle, while the operating pressure of the Stirling engine can be set to a pressure that is not too high and that provides good thermal efficiency. That is, when the operating pressure of the Stirling engine is set to a high pressure, the size of the engine can be reduced, but the manufacturing cost increases and there is a problem in safety.

また分離器を膨張弁の後流に設けると、標準的なランキンサイクルに使用される動作流体では、分離器の圧力が膨張弁で低下した後の低い圧力になってしまうため、スターリングエンジンの動作圧力が低すぎて、良好な熱効率が得られない。さらに膨張弁の後流では、動作流体は等エンタルピ変化して、蒸気と液体との混合相にまで冷却されるため、分離器でヘリウムガスだけを分離できず、動作流体の蒸気が多量にヘリウムガスに混入してしまう。   If the separator is installed downstream of the expansion valve, the working fluid used in the standard Rankine cycle will have a low pressure after the separator has been reduced by the expansion valve. The pressure is too low to obtain good thermal efficiency. Furthermore, since the working fluid changes to an enthalpy change downstream of the expansion valve and is cooled to a mixed phase of vapor and liquid, it is not possible to separate only helium gas by the separator, and a large amount of working fluid vapor is helium. It will be mixed into the gas.

分離器を直列に連結した2個の膨張弁の間に設け、往復圧縮機を切替弁によって動作流体の入出方向を切り替え可能とし、この切替弁の切り替え操作に連動して、2個の膨張弁のうち上流側に位置する膨張弁の絞り機能を解除することによって、切替弁を切り替えるだけで、上述した作用効果を奏しつつ、熱源装置を冷房装置または暖房装置として利用することができる。   A separator is provided between two expansion valves connected in series, and the reciprocating compressor can be switched in and out of the working fluid by a switching valve. In conjunction with the switching operation of the switching valve, the two expansion valves By releasing the throttling function of the expansion valve located on the upstream side, the heat source device can be used as a cooling device or a heating device while exhibiting the above-described effects only by switching the switching valve.

すなわち往復圧縮機からの動作流体の流出方向を逆に切り替えれば、気化器で動作流体を凝縮させた後に、絞りを開放した上流側の膨張弁を素通りさせ、次いで分離器でヘリウムガスを分離した後に、後流側の膨張弁で膨張冷却させ、凝縮器で気化させて外部から吸熱させることができる。したがって、気化器又は凝縮器の一方を室内に設置し、他方を屋外に設置しておけば、切替弁を切り替えるだけで、極めて容易に冷暖房を切り替えることができる。   In other words, if the flow direction of the working fluid from the reciprocating compressor is reversed, the working fluid is condensed by the vaporizer and then passed through the upstream expansion valve with the throttle opened, and then the helium gas is separated by the separator. Later, it can be expanded and cooled by an expansion valve on the downstream side, and vaporized by a condenser to absorb heat from the outside. Therefore, if one of the vaporizer or the condenser is installed indoors and the other is installed outdoors, the cooling / heating can be switched very easily only by switching the switching valve.

図1に示す熱源装置は、外部から熱Q2をくみ上げ、熱量Q1を供給する暖房機として使用する場合を示している。すなわち熱源装置は、ディスプレッサ型のスターリングエンジン1のパワーピストン11により、ランキンサイクル2の往復圧縮機21を駆動するものであって、この往復圧縮機のシリンダ21aは、このパワーピストンのシリンダ13の右側端部に、このシリンダの同一部品として一体的に形成してある。往復圧縮機21のピストン21bは、パワーピストン11の右側端部の中央に、このパワーピストンの同一部品として一体的に形成してある。   The heat source device shown in FIG. 1 shows a case where it is used as a heater that draws heat Q2 from the outside and supplies heat Q1. That is, the heat source device drives the reciprocating compressor 21 of the Rankine cycle 2 by the power piston 11 of the displacer type Stirling engine 1, and the cylinder 21a of the reciprocating compressor is connected to the cylinder 13 of the power piston. It is integrally formed at the right end as the same part of this cylinder. The piston 21b of the reciprocating compressor 21 is integrally formed at the center of the right end portion of the power piston 11 as the same component of the power piston.

ここで図1を参照しつつ、ディスプレッサ型のスターリングエンジン1の構成を説明する。ディスプレッサ型のスターリングエンジン1は、円筒形状をしたシリンダ13と、このシリンダの内周面に摺動し、相互に対向して往復運動する同心状に配列したパワーピストン11とディスプレッサ14とを備えている。パワーピストン11の左側端面中央には、円柱状の突起部が形成してあり、この突起部は、ディスプレッサ14の対向する面に形成した円柱孔に密接挿入されて、ガスバネ14aを形成している。   Here, the configuration of the displacer type Stirling engine 1 will be described with reference to FIG. The displacer-type Stirling engine 1 includes a cylindrical cylinder 13, a power piston 11 and a displacer 14 that are concentrically arranged so as to slide on the inner peripheral surface of the cylinder and reciprocate opposite to each other. I have. A cylindrical projection is formed at the center of the left end surface of the power piston 11, and this projection is closely inserted into a cylindrical hole formed on the opposing surface of the displacer 14 to form a gas spring 14a. Yes.

シリンダ13は、容器15内に収納してあり、この容器内には、動作流体として使用するヘリウムガスが密封してある。シリンダ13の左側は開口端となっており、ディスプレッサ14の左側端面と、容器15の左端部とで左側密閉空間16を形成しており、その外部には燃焼室31が設けてある。シリンダ13の右側は閉塞端となっており、上述した往復圧縮機21が形成してある。シリンダ13の外周上には、ディスプレッサ14の左端面に相当する位置に受熱熱交換器17が、右端面に相当する位置に放熱熱交換器19が、そしてそれらの中間に蓄熱器18が、それぞれ巻装してあり、またパワーピストン11に相当する位置に、交流発電機32が巻装してある。   The cylinder 13 is accommodated in a container 15, and helium gas used as a working fluid is sealed in the container. The left side of the cylinder 13 is an open end, the left end surface of the displacer 14 and the left end portion of the container 15 form a left sealed space 16, and a combustion chamber 31 is provided outside thereof. The right side of the cylinder 13 is a closed end, and the above-described reciprocating compressor 21 is formed. On the outer periphery of the cylinder 13, a heat receiving heat exchanger 17 is located at a position corresponding to the left end face of the displacer 14, a heat radiation heat exchanger 19 is located at a position corresponding to the right end face, and a heat accumulator 18 is located between them. The AC generator 32 is wound around a position corresponding to the power piston 11.

パワーピストン11の左側端面と、ディスプレッサ14の右側端面との間には中央空間14bが形成され、この中央空間は、放熱熱交換器19、蓄熱器18、及び受熱熱交換器17を経由して、左側密閉空間16と連通している。なお中央空間14bは、パワーピストン11とシリンダ13とに形成した貫通孔13aを経由して、このパワーピストンの中立位置で、右側密閉空間12と連通している。   A central space 14 b is formed between the left end surface of the power piston 11 and the right end surface of the displacer 14, and this central space passes through the heat radiating heat exchanger 19, the heat accumulator 18, and the heat receiving heat exchanger 17. And communicated with the left sealed space 16. The central space 14 b communicates with the right sealed space 12 at a neutral position of the power piston via a through hole 13 a formed in the power piston 11 and the cylinder 13.

次にディスプレッサ型のスターリングエンジン1の動作を説明する。燃料調整装置33を経由して供給された燃料が、燃焼室31で燃焼すると、この燃焼熱は、受熱熱交換器17を経由して左側密閉空間16内のヘリウムガスに供給される。左側密閉空間16内と、これに連通する中央空間14b内とのヘリウムガスは膨張して、パワーピストン11を右側に押しやる。また、ガスバネ14aは、その内部圧力と左側密閉空間16内の圧力差分だけ圧縮されつつ右側に移動する。パワーピストン11の右側方向への移動が完了すると、圧縮されたガスバネ14aの反発力によって、ディスプレッサ14は左側に押し戻され、左側密閉空間16内のヘリウムガスを、中央空間14b内に移動させる。この移動の際に、ヘリウムガスの熱量の一部が蓄熱器18に蓄熱される。   Next, the operation of the displacer type Stirling engine 1 will be described. When the fuel supplied via the fuel adjustment device 33 burns in the combustion chamber 31, this combustion heat is supplied to the helium gas in the left sealed space 16 via the heat receiving heat exchanger 17. The helium gas in the left sealed space 16 and the central space 14b communicating therewith expands to push the power piston 11 to the right. Further, the gas spring 14 a moves to the right side while being compressed by the difference between the internal pressure and the pressure in the left sealed space 16. When the movement of the power piston 11 in the right direction is completed, the displacer 14 is pushed back to the left by the repulsive force of the compressed gas spring 14a, and the helium gas in the left sealed space 16 is moved into the central space 14b. During this movement, a part of the heat quantity of the helium gas is stored in the heat accumulator 18.

次に中央空間14b内のヘリウムガスは、放熱熱交換器19により外部に放熱して、収縮し、パワーピストン11を左側方向に移動させる。またガスバネ14aは、その内部圧力と左側密閉空間16内の圧力差分だけ膨張しつつ左側に移動する。パワーピストン11の左側方向への移動が完了すると、膨張したガスバネ14aの復元力によって、ディスプレッサ14は右側に引き戻され、中央空間14b内のヘリウムガスを、左側密閉空間16内に移動させる。この移動の際に、蓄熱器18に蓄熱された熱量の一部がヘリウムガスに回収され、この熱回収によって熱効率を大幅に向上させる。   Next, the helium gas in the central space 14b is radiated to the outside by the heat radiating heat exchanger 19 and contracts to move the power piston 11 in the left direction. Further, the gas spring 14a moves to the left side while expanding by the difference between the internal pressure and the pressure in the left sealed space 16. When the movement of the power piston 11 in the left direction is completed, the displacer 14 is pulled back to the right side by the restoring force of the expanded gas spring 14a, and the helium gas in the central space 14b is moved into the left sealed space 16. During this movement, a part of the amount of heat stored in the heat accumulator 18 is recovered in helium gas, and this heat recovery greatly improves the thermal efficiency.

以上により、ディスプレッサ型のスターリングエンジン1は、外部から熱エネルギを受けると共に、この熱エネルギの一部を放出して、残りの熱エネルギをパワーピストン11の往復運動エネルギに変換する。なお上述したパワーピストン11と、ディスプレッサ14との往復運動は、それぞれの運動を分解して記述したものであって、実際的にはガスバネ14aの共振を利用して、このパワーピストンと、ディスプレッサとを、相互に対向して往復運動させるものである。   As described above, the Displacer type Stirling engine 1 receives heat energy from the outside, releases part of this heat energy, and converts the remaining heat energy into reciprocating kinetic energy of the power piston 11. The reciprocating motion between the power piston 11 and the displacer 14 described above is described by disassembling each motion. In practice, the resonance of the gas spring 14a is used to reciprocate the power piston and the displacer 14. The presser is reciprocated opposite to each other.

また、交流発電機32は、始動時からこの往復運動が安定するまでの期間、リニアモータとして、往復運動をサポートし、安定後は、交流発電機として、必要な電気の供給やバッテリーへの充電を行う。そしてパワーピストン11とシリンダ13とに形成した貫通孔13aは、パワーピストン11の外周摺動面からの漏洩によって、中央空間14bと、このパワーピストンの右側端面空間との圧力差が過大又は過小になると、ガスバネ14aのバネ定数等が変化して、円滑な作動を維持できなくなるため、このパワーピストンの中立位置において、この中央空間と、後述するように往復圧縮機21の吸入圧力と同じにしてある右側密閉空間12とを連通させ、上記圧力差が過大又は過小になるのを防止する。   Further, the AC generator 32 supports the reciprocating motion as a linear motor during the period from the start to the stabilization of the reciprocating motion, and after the stabilization, the AC generator 32 supplies necessary electricity and charges the battery. I do. The through hole 13a formed in the power piston 11 and the cylinder 13 causes the pressure difference between the central space 14b and the right end surface space of the power piston to be excessively large or small due to leakage from the outer peripheral sliding surface of the power piston 11. As a result, the spring constant of the gas spring 14a changes and the smooth operation cannot be maintained. Therefore, at the neutral position of the power piston, the central space and the suction pressure of the reciprocating compressor 21 as described later are made the same. The right-side sealed space 12 is communicated to prevent the pressure difference from becoming too large or too small.

さて次に、ランキンサイクル2の構成を説明する。ランキンサイクル2は、上述したスターリングエンジン1の右端部に一体成形した往復圧縮機21と、この往復圧縮機に連通する動作流体の吐出経路22及び吸入経路23と、この吐出経路及び吸入経路を切り替える切替弁24とを備えている。切替弁24の吐出経路22は、凝縮器25、第1の膨張弁26、及び分離器27と、この順序にそれぞれ経路で連通してある。分離器27は、簡単な密閉容器から形成してあり、容器の底部に溜まった液体化した動作流体と、容器の上部に溜まった気体状態のヘリウムガスを、それぞれの経路で外部に流出させる経路を有している。   Next, the configuration of the Rankine cycle 2 will be described. The Rankine cycle 2 switches the reciprocating compressor 21 integrally formed at the right end portion of the Stirling engine 1 described above, the discharge path 22 and the suction path 23 of the working fluid communicating with the reciprocating compressor, and the discharge path and the suction path. And a switching valve 24. The discharge path 22 of the switching valve 24 is in communication with the condenser 25, the first expansion valve 26, and the separator 27 in this order. The separator 27 is formed of a simple sealed container, and is a path through which the liquefied working fluid accumulated at the bottom of the container and the gaseous helium gas accumulated at the top of the container flow out to the outside through the respective paths. have.

分離器27の容器の底部に溜まった液体化した動作流体は、第2の膨張弁28と、気化器29とを経由して、往復圧縮機21の吸入経路23に還流する。なお上流側に位置する第1の膨張弁26は、切替弁24の切り替え操作に連動して、絞り機能が解除してある。一方分離器27の容器の上部に溜まった気化したヘリウムガスは、スターリングエンジン1の右側密閉空間12に導入される。なお、ランキンサイクル2の動作流体は、標準的なランキンサイクルに使用される冷媒の一例として、R−407Cを使用している。   The liquefied working fluid accumulated at the bottom of the container of the separator 27 returns to the suction path 23 of the reciprocating compressor 21 via the second expansion valve 28 and the vaporizer 29. The first expansion valve 26 located on the upstream side is released from the throttling function in conjunction with the switching operation of the switching valve 24. On the other hand, the vaporized helium gas accumulated in the upper part of the container of the separator 27 is introduced into the right-side sealed space 12 of the Stirling engine 1. In addition, the working fluid of Rankine cycle 2 uses R-407C as an example of the refrigerant | coolant used for a standard Rankine cycle.

次にランキンサイクル2の動作を説明する。ディスプレッサ型のスターリングエンジン1のパワーピストン11が、右方向に移動し、これと一体形成した往復圧縮機21によって動作流体であるR−407Cは圧縮され、高温高圧の蒸気となって、吐出経路22と切替弁24とを経由して凝縮器25に流入する。次にR−407Cの蒸気は、凝縮器25において熱量Q1を外気に放熱して凝縮し、全てのR−407Cが液体になる液相まで等圧冷却する。   Next, the operation of Rankine cycle 2 will be described. The power piston 11 of the Displacer type Stirling engine 1 moves rightward, and the reciprocating compressor 21 integrally formed with the power piston 11 compresses the working fluid R-407C to form high-temperature and high-pressure steam, thereby discharging the discharge path. It flows into the condenser 25 via 22 and the switching valve 24. Next, the vapor of R-407C is condensed by releasing heat quantity Q1 to the outside air in the condenser 25, and is cooled to a liquid phase where all R-407C becomes liquid.

次に液化したR−407Cは、分離器27に導入され、この分離器を構成する容器の底部に溜まる。ところで、本発明の往復圧縮機21のシリンダ21aの内周面と、ピストン21bの外周面との間隙は、完全なシールが困難であるために、スターリングエンジンの動作流体であるヘリウムガスが、ある程度内部漏洩することを許容する構造になっている。したがってランキンサイクル2の動作流体であるR−407Cには、この間隙を通じて漏洩したヘリウムガスが混入する。そしてこの混入したヘリウムガスは、凝縮器25及び第1の膨張弁26において液化することはなく、液化したR−407Cに混入した状態で、分離器27に導入される。   Next, the liquefied R-407C is introduced into the separator 27 and collected at the bottom of the container constituting the separator. By the way, the gap between the inner peripheral surface of the cylinder 21a and the outer peripheral surface of the piston 21b of the reciprocating compressor 21 of the present invention is difficult to completely seal. It has a structure that allows internal leakage. Therefore, helium gas leaked through this gap is mixed into R-407C, which is the working fluid of Rankine cycle 2. The mixed helium gas is not liquefied in the condenser 25 and the first expansion valve 26 and is introduced into the separator 27 in a state of being mixed in the liquefied R-407C.

したがって、分離器27を構成する容器には、その比重の相違によって、液化したR−407Cが底部に溜り、その上部にヘリウムガスが分離される。これにより液化したR−407Cと、これに混入したヘリウムガスとが、分離器27でほぼ完全に分離される。   Therefore, in the container constituting the separator 27, liquefied R-407C accumulates at the bottom due to the difference in specific gravity, and helium gas is separated at the top. As a result, the liquefied R-407C and the helium gas mixed therein are separated almost completely by the separator 27.

次に分離器27の底部に溜まった液化したR−407Cは、その分離器の低部から、絞り機能が解除されていない第2の膨張弁28に流入し、ここで等エンタルピ膨張して、気化器29に導入される。そして、気化器29において、外部から熱量Q2を吸熱して蒸発し、この蒸発したR−407Cは、切替弁24と吸入経路23とを経由して、往復圧縮機21に吸引される。一方分離器27の上部に分離されたヘリウムガスは、この分離器の上部から、ディスプレッサ型のスターリングエンジン1の右側密閉空間12に還流される。   Next, the liquefied R-407C accumulated at the bottom of the separator 27 flows from the lower part of the separator into the second expansion valve 28 where the throttling function is not released, where it is isenthalpy-expanded, It is introduced into the vaporizer 29. The vaporizer 29 absorbs heat Q2 from the outside and evaporates. The evaporated R-407C is sucked into the reciprocating compressor 21 via the switching valve 24 and the suction path 23. On the other hand, the helium gas separated in the upper part of the separator 27 is refluxed from the upper part of the separator 27 to the right sealed space 12 of the displacer type Stirling engine 1.

以上により、ランキンサイクル2は、気化器29における液化したR−407Cの蒸発によって、効率的に外部から熱量Q2を汲み上げ、この熱量と往復圧縮機21の動力とを加えた熱量Q1を、暖房熱として凝縮機25から供給する。一方、往復圧縮機21で漏洩混入したヘリウムガスは、分離器27で液化したR−407Cから分離回収されるので、ディスプレッサ型のスターリングエンジン1は、R−407Cが混入していないヘリウムガスによって、継続運転可能となる。   As described above, Rankine cycle 2 efficiently pumps up heat quantity Q2 from the outside by evaporation of liquefied R-407C in vaporizer 29, and uses heat quantity Q1 obtained by adding this heat quantity and power of reciprocating compressor 21 as heating heat. From the condenser 25. On the other hand, since the helium gas leaked and mixed in the reciprocating compressor 21 is separated and recovered from R-407C liquefied by the separator 27, the displacer-type Stirling engine 1 is driven by the helium gas not mixed with R-407C. Continuous operation is possible.

さて図2は、熱源装置を冷房装置として利用する場合を示している。すなわち図2に示す熱源装置は、図1に示すランキンサイクル2を、切替弁24によって動作流体の流れを逆にし、この切替弁の切り替え操作と連動して、第2の膨張弁28の絞り機能を解除し、一方第1の膨張弁26の絞り機能を復帰させたものである。この場合には、凝縮器25と気化器29、及び第1の膨張弁26と第2の膨張弁28とを、相互に逆の機能を発揮させることになり、凝縮器25で動作流体を気化させて、外部から熱量Q2を吸熱して冷房する。そしてこの吸熱した熱量Q2に、往復圧縮機21の圧縮仕事を加えた熱量Q1を、気化器29から放熱する。したがって、凝縮器25と気化器29とのいずれかの一方を屋内に設置し、他方を屋外等に設置しておけば、切替弁24を切り替えるだけで、暖房装置と冷房装置とを切り替えて使用することができる。   Now, FIG. 2 has shown the case where a heat-source apparatus is utilized as a cooling device. That is, the heat source device shown in FIG. 2 reverses the Rankine cycle 2 shown in FIG. 1 with the switching valve 24 to reverse the flow of the working fluid, and in conjunction with this switching valve switching operation, the throttle function of the second expansion valve 28 Is released, while the throttle function of the first expansion valve 26 is restored. In this case, the condenser 25 and the vaporizer 29, and the first expansion valve 26 and the second expansion valve 28 exhibit functions opposite to each other, and the working fluid is vaporized by the condenser 25. The heat quantity Q2 is absorbed from the outside and cooled. Then, the heat quantity Q1 obtained by adding the compression work of the reciprocating compressor 21 to the absorbed heat quantity Q2 is radiated from the vaporizer 29. Therefore, if one of the condenser 25 and the vaporizer 29 is installed indoors and the other is installed outdoors, the heating device and the cooling device can be switched and used only by switching the switching valve 24. can do.

図3に、ランキンサイクル2のサイクル工程の1例を示す。図3中の点1h〜点4hは、図1に示す暖房装置として使用する1例であり、凝縮器25の出口圧力(点3h)を、1.2〜1.6MPaに設定してある。すなわち動作流体であるR−407Cは、往復圧縮機21で過熱蒸気に圧縮され(点2h)、次いで凝縮器25で外部に熱量Q1を放熱して、液相まで等圧冷却し(点3h)、絞り機能が解除された第1の膨張弁26を素通りして、第2の膨張弁28によって等エンタルピ膨張し(点4h)、気化器29で外部から熱量Q2を吸収する(点1h)。なお、第1の膨張弁26の出口側の点3hにおいて、分離器27によって、混入しているヘリウムガスを分離する。   In FIG. 3, an example of the cycle process of Rankine cycle 2 is shown. Points 1h to 4h in FIG. 3 are an example used as the heating device shown in FIG. 1, and the outlet pressure (point 3h) of the condenser 25 is set to 1.2 to 1.6 MPa. That is, R-407C, which is a working fluid, is compressed into superheated steam by the reciprocating compressor 21 (point 2h), and then the heat quantity Q1 is dissipated to the outside by the condenser 25, and is cooled to the liquid phase at the same pressure (point 3h). Then, the first expansion valve 26 released from the throttling function passes through, and isenthalpy-expanded by the second expansion valve 28 (point 4h), and the heat quantity Q2 is absorbed from the outside by the vaporizer 29 (point 1h). In addition, at the point 3h on the outlet side of the first expansion valve 26, the mixed helium gas is separated by the separator 27.

ところで上述したように、ディスプレッサ型の、スターリングエンジン1の動作流体であるヘリウムガスの密閉圧力は、ランキンサイクル2の凝縮器25の出口圧力とほぼ同じになる。したがって上述した例においては、このヘリウムガスの密閉圧力は、ほぼ1.2〜1.6MPaとなり、ディスプレッサ型のスターリングエンジン1の製造コストを低減させ、安全にかつ効率よく作動させ得る圧力になっている。   By the way, as described above, the sealing pressure of helium gas, which is the working fluid of the Stirling engine 1 of the displacer type, is substantially the same as the outlet pressure of the condenser 25 of the Rankine cycle 2. Therefore, in the above-described example, the sealing pressure of the helium gas is approximately 1.2 to 1.6 MPa, and the manufacturing cost of the displacer type Stirling engine 1 is reduced, and the pressure can be operated safely and efficiently. ing.

最後に図4中の上図に、図1に示したように熱源装置を暖房装置として使用する場合の、熱勘定の1例を示す。ここで、燃焼器31の燃焼効率ηを0.8、スターリングエンジン1の熱効率ηを0.3とする。また気化器29における吸熱Q2は、−5℃の外気から汲み上げ、凝縮器25から35℃で放熱Q1を行うものとする。このような条件では、ランキンサイクル2の動作係数(COP)は、4.7を達成することができる。このような条件の下で、熱ポンプが標準的なランキンサイクル、すなわち図3に示す動作工程1h、2h、3h、4hおよび1hとして動作すると、暖房として供給できる熱量は、燃焼器31からの排熱0.2と、スターリングエンジン1からの排熱、0.8 X (1.0−0.3)=0.56と、ランキンサイクル2からの放熱、0.24 X 4.7=1.13とを加えた、1.89となる。なお、外気から汲み上げる熱量Q2は、1.13−0.24=0.89となる。したがって、消費する燃料エネルギー1.0に対して、189%すなわち約2倍の暖房熱を得ることができる。   Finally, the upper diagram in FIG. 4 shows an example of a heat bill when the heat source device is used as a heating device as shown in FIG. Here, the combustion efficiency η of the combustor 31 is 0.8, and the thermal efficiency η of the Stirling engine 1 is 0.3. Further, the heat absorption Q2 in the vaporizer 29 is pumped from the outside air of -5 [deg.] C., and the heat dissipation Q1 is performed at 35 [deg.] C. from the condenser 25. Under such conditions, the operating coefficient (COP) of Rankine cycle 2 can achieve 4.7. Under such conditions, when the heat pump operates as a standard Rankine cycle, that is, as the operation steps 1h, 2h, 3h, 4h, and 1h shown in FIG. 3, the amount of heat that can be supplied as heating is discharged from the combustor 31. Heat 0.2, exhaust heat from Stirling engine 1, 0.8 X (1.0-0.3) = 0.56, heat dissipation from Rankine cycle 2, 0.24 X 4.7 = 1. 13 is added to obtain 1.89. The amount of heat Q2 pumped up from the outside air is 1.13−0.24 = 0.89. Accordingly, it is possible to obtain 189%, that is, about twice the heating heat with respect to 1.0 of the consumed fuel energy.

図4中の下図に、図2に示したように熱源装置を冷房装置として使用する場合の、熱勘定の1例を示す。この場合、35℃の外気に放熱し、15℃の冷風を供給するものとすると、標準的なランキンサイクル2では、5.0のCOPを達成することができる。したがって、気化器として作動する凝縮器25で吸収できる熱量Q2は、0.24 X 5.0=1.20となる。なお外気への放熱量Q1は、1.20 + 0.24=1.44となる。なお、燃焼器31とスターリングエンジン1とからの排熱、0.2+0.56=0.76は、温水器の熱源として利用することもできる。   The lower diagram in FIG. 4 shows an example of the heat bill when the heat source device is used as a cooling device as shown in FIG. In this case, assuming that heat is radiated to the outside air of 35 ° C. and cold air of 15 ° C. is supplied, the standard Rankine cycle 2 can achieve a COP of 5.0. Therefore, the amount of heat Q2 that can be absorbed by the condenser 25 operating as a vaporizer is 0.24 X 5.0 = 1.20. Note that the heat release amount Q1 to the outside air is 1.20 + 0.24 = 1.44. The exhaust heat from the combustor 31 and the Stirling engine 1, 0.2 + 0.56 = 0.76, can also be used as a heat source for the water heater.

したがって、本発明による熱源装置は、冬場には暖房機として、夏場には冷房機として、季節を問わず使用することができ、燃料代を大きく削減することが可能となる。   Therefore, the heat source device according to the present invention can be used as a heater in winter and as a cooler in summer regardless of the season, and the fuel cost can be greatly reduced.

なお凝縮器25の出口と、往復圧縮機21の入口との間で、動作流体の熱を交換させて、ランキンサイクル2の効率を向上することも効果的である。また、図1、図2の破線で示すように、ランキンサイクル2の要求負荷に合わせて、供給燃料の流量と、第1の膨張弁26と、第2の膨張弁28との絞り度、すなわち流量とを制御して、気化器29又は凝縮器25の出口で、流入した液化動作流体が過不足なく100%気化するようにして、熱源装置全体の作動効率を最適化することも効果的である。   It is also effective to improve the efficiency of the Rankine cycle 2 by exchanging the heat of the working fluid between the outlet of the condenser 25 and the inlet of the reciprocating compressor 21. Also, as shown by the broken lines in FIGS. 1 and 2, the flow rate of the supplied fuel and the degree of throttling between the first expansion valve 26 and the second expansion valve 28 according to the required load of the Rankine cycle 2, It is also effective to optimize the operating efficiency of the entire heat source device by controlling the flow rate so that the liquefied working fluid that has flowed in is vaporized 100% at the outlet of the vaporizer 29 or the condenser 25 without excess or deficiency. is there.

本発明による熱源装置は、小型軽量かつ低騒音で高効率にすることができ、また耐久性、始動性、安定性および対環境性も向上させることができ、さらに冬場には暖房機として、夏場には冷房機として、季節を問わず利用することができるため、一般家庭およびその他のオフィス等に、広く使用することが可能となる。   The heat source device according to the present invention is small, light and low in noise and high in efficiency, and can improve durability, startability, stability and environmental resistance. Since it can be used as a cooling machine regardless of the season, it can be widely used in ordinary homes and other offices.

熱源装置を暖房装置として使用する場合の、全体構成図である。It is a whole block diagram in the case of using a heat source device as a heating device. 熱源装置を冷房装置として使用する場合の、全体構成図である。It is a whole block diagram in the case of using a heat source device as a cooling device. ランキンサイクルの圧力とエンタルピの関係を例示した線図である。It is the diagram which illustrated the relation between the Rankine cycle pressure and enthalpy. 熱源装置の熱勘定を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the heat bill of the heat source device. 従来例による暖房装置の熱勘定を例示した説明図である。It is explanatory drawing which illustrated the heat bill of the heating apparatus by a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 スターリングエンジン
11 パワーピストン
12 右側密閉空間
13 シリンダ
14 ディスプレッサ
15 容器
16 左側密閉空間
2 ランキンサイクル
21 往復圧縮機
21a シリンダ
21b ピストン
24 切替弁
25 凝縮器
26 第1の膨張弁
27 分離器
28 第2の膨張弁
29 気化器
31 燃焼室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stirling engine 11 Power piston 12 Right side sealed space 13 Cylinder 14 Displacer 15 Container 16 Left side sealed space 2 Rankine cycle 21 Reciprocating compressor 21a Cylinder 21b Piston 24 Switching valve 25 Condenser 26 1st expansion valve 27 Separator 28 2nd Expansion valve 29 carburetor 31 combustion chamber

Claims (2)

ディスプレッサ型のスターリングエンジンと、ランキンサイクルの熱ポンプとを備え、
上記スターリングエンジンのパワーピストンは、上記熱ポンプの往復圧縮機を駆動するものであって、
上記往復圧縮機のシリンダは、上記パワーピストンのシリンダの一端部にこのシリンダと一体的に形成され、
上記往復圧縮機のピストンは、上記パワーピストンの一端部にこのパワーピストンと一体的に形成され、
上記熱ポンプは、凝縮器と膨張弁との間に分離器を備え、
上記スターリングエンジンの動作流体はヘリウムガスであり、
上記熱ポンプの動作流体は、上記凝縮器の出口において、その全てが液体状態まで冷却され、
上記分離器は、上記ヘリウムガスを上記熱ポンプの動作流体から分離し、
上記分離したヘリウムガスは、上記スターリングエンジンに還流され、
上記分離した熱ポンプの動作流体は、上記膨張弁に供給される
ことを特徴とする熱源装置。
It has a Displacer type Stirling engine and a Rankine cycle heat pump,
The power piston of the Stirling engine drives the reciprocating compressor of the heat pump,
The cylinder of the reciprocating compressor is formed integrally with the cylinder at one end of the cylinder of the power piston,
The piston of the reciprocating compressor is formed integrally with the power piston at one end of the power piston,
The heat pump includes a separator between the condenser and the expansion valve,
The working fluid of the Stirling engine is helium gas,
The working fluid of the heat pump is all cooled to a liquid state at the outlet of the condenser,
The separator separates the helium gas from the working fluid of the heat pump;
The separated helium gas is refluxed to the Stirling engine,
The separated heat pump operating fluid is supplied to the expansion valve.
請求項1において、前記膨張弁は、直列に連結した2個の膨張弁からなり、
前記分離器は、上記2個の膨張弁の間に設けてあり、
前記往復圧縮機は、切替弁によって動作流体の吸込経路と吐出経路とを切り替え可能になっており、
上記切替弁の切り替えに連動して上記2個の膨張弁のうち上流側に位置する膨張弁の絞り機能が解除される
ことを特徴とする熱源装置。
In Claim 1, the said expansion valve consists of two expansion valves connected in series,
The separator is provided between the two expansion valves,
The reciprocating compressor is capable of switching between a suction path and a discharge path of the working fluid by a switching valve,
The heat source device, wherein the throttling function of the expansion valve located upstream of the two expansion valves is released in conjunction with the switching of the switching valve.
JP2004046045A 2004-02-23 2004-02-23 Heat source equipment Expired - Lifetime JP3899079B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004046045A JP3899079B2 (en) 2004-02-23 2004-02-23 Heat source equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004046045A JP3899079B2 (en) 2004-02-23 2004-02-23 Heat source equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005233569A JP2005233569A (en) 2005-09-02
JP3899079B2 true JP3899079B2 (en) 2007-03-28

Family

ID=35016713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004046045A Expired - Lifetime JP3899079B2 (en) 2004-02-23 2004-02-23 Heat source equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3899079B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005233569A (en) 2005-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100376779C (en) Stirling engine driven heat pump with fluid interconnecting channels
US7658072B2 (en) Highly efficient heat cycle device
CN112368464B (en) System for recovering waste heat and method thereof
CN102563987A (en) Vapor-compression refrigerating plant driven by organic Rankine cycle and method
US9828942B2 (en) Thermal energy recovery system
CN113932472A (en) An operation method based on a gas engine heat pump and an organic Rankine cycle coupling system
US9746215B2 (en) Heat powered reciprocating piston engine
JP2009144598A (en) External combustion engine
CN222962932U (en) Low-temperature phase-change Rankine cycle energy storage power generation system
CN202501677U (en) Steam compression refrigeration device driven by organic Rankine cycle
TW200825280A (en) Power generating system driven by a heat pump
JP3899079B2 (en) Heat source equipment
JP3947441B2 (en) Heat source equipment
JP2012202665A (en) Heat-driven heat pump cycle device and refrigerant circulating pump used for the same
JP2018017131A (en) Rankine cycle system
JP2026512805A (en) Heat pump system and method
CN215983321U (en) Heating and refrigerating system based on forward and reverse cycle coupling
CN101201007A (en) Power generation system driven by heat pump
KR100461995B1 (en) Gas heat pump driven by refrigerant steam turbine
JP2009115065A (en) Energy conversion system
CN119103738B (en) Multipurpose heat pump system for cold, heat and electricity
JP2009115435A (en) Air conditioning system
CN110671285B (en) A working medium circulation system
JP2000193341A (en) Ice making system
RU2795864C2 (en) Waste heat recovery system and method

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061222

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3899079

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110105

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120105

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130105

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130105

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term