JPH06201207A - ヴィルミエヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】図示ＣＯＰを向上させると共に、速度変動を低
減し、且つ、一定の効率運転を行えるようにする。 【構成】高温側シリンダ内に高温側ディスプレーサが収
納されてなる高温側ヒートポンプと、低温側シリンダ(3
1)内に低温側ディスプレーサ(32)が収納されてなる低温
側ヒートポンプ(3) とを備えている。更に、上記各ディ
スプレーサ(32)に連結されたロッド(33)は連結機構によ
って連結されている。そして、上記低温側ロッド(33)に
おける中温空間(35)内のロッド容積を変化させるロッド
容積調節手段(8)が設けられている。加えて、上記連結
機構のクランク軸の回転数を検出し、該回転数に対応し
た中温空間(35)のロッド容積を算出し、該中温空間(35)
のロッド容積が算出ロッド容積になるように上記ロッド
容積調節手段(8) を制御するロッド容積制御手段(9) が
設けられている。これにより図示ＣＯＰの向上等を図
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヴィルミエヒートポン
プ装置に関し、特に、駆動力制御対策に係るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷暖房装置などに用いられるヴ
ィルミエヒートポンプ装置は、特開平１−１３７１６４
号公報に開示されているように、高温側ヒートポンプと
低温側ヒートポンプと備えている。該各ヒートポンプ
は、シリンダ内にディスプレーサが嵌挿されてなり、該
両ディスプレーサは、所定の位相差（例えば、90°）を
もって往復動するように連結される一方、高温側シリン
ダ内の高温空間と中温空間とは高温側連通路により、低
温側シリンダ内の低温空間と中温空間とは低温側連通路
により連通されている。そして、上記両ディスプレーサ
の往復動により各空間の容積が変化し、作動ガスの圧力
を変化させて熱サイクルを形成し、各連通路のヒータ及
びクーラでは吸熱を、また中温部熱交換器では放熱をそ
れぞれ行っている。また、上記高温側ヒートポンプで
は、作動ガスが高温空間から中温空間に移動する際に高
温側連通路の再生器に蓄熱し、作動ガスが中温空間から
高温空間に移動する際には再生器に蓄えた熱を再生する
一方、低温側ヒートポンプでは、作動ガスが中温空間か
ら低温空間に移動する際に低温側連通路の再生器に蓄熱
し、作動ガスが低温空間から中温空間に移動する際には
再生器に蓄えた熱を再生することになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したヴィルミエヒ
ートポンプ装置において、両ディスプレーサのロッドは
連結機構を介して連結されており、該連結機構のクラン
ク軸には、補助動力として補助駆動モータが連結され、
該補助駆動モータは、ディスプレーサの往復動、つま
り、クランク軸の回転数が自立点より上昇すると補助動
力を与え、逆に、クランク軸の回転数が自立点より低下
すると逆負荷を与えているている。即ち、図４に示すよ
うに、クランク軸の軸出力（軸仕事）Wtは、クランク軸
の回転数Ｎが上昇するに従って直線的に上昇する。これ
に対し、機械損失及び流動損失の動力損失Ｌは、クラン
ク軸の回転数Ｎの上昇に従って曲線的に上昇し、上記軸
出力Wtと所定の回転数Ｎで交差し、この交差点が自立点
Ｓである。そして、この自立点Ｓより回転数Ｎが上昇す
ると、軸出力Wtより動力損失Ｌが上回り、補助動力が必
要となり（図４A1参照）、上記補助駆動モータを駆動す
ることになる。また、上記自立点Ｓより回転数Ｎが低下
すると、軸出力Wtより動力損失Ｌが下回り、逆負荷が必
要となり（図４A1参照）、上記補助駆動モータを減速す
ることになる。

【０００４】しかしながら、従来、上記自立点Ｓが固定
されていたゝめに、上記回転数Ｎが変化し、つまり、デ
ィスプレーサの往復駆動速度が変化し、回転数Ｎが自立
点Ｓより上昇すると、補助駆動モータを作動しなければ
ならず、効率が悪いという問題があった。逆に、上記回
転数Ｎが自立点Ｓより低下すると、余分な動力が発生
し、汲み上げ熱量が低下し、図示ＣＯＰが低く、また、
逆負荷を作用させるので、速度変動が大きいという問題
があった。そこで、上記軸出力Wtを調節するために、高
温空間の温度を変化させることが考えられているが、こ
れでは一定の効率運転を行うことができないという問題
がある。

【０００５】いう問題があった。

【０００６】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
で、図示ＣＯＰを向上させると共に、速度変動を低減
し、更に、一定の効率運転を行えるようにすることを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明が講じた手段は、ディスプレーサのロッド
容積を変化させるようにしたものである。

【０００８】具体的に、図１に示すように、請求項１に
係る発明が講じた手段は、先ず、高温側シリンダ(21)の
内部が高温側ディスプレーサ(22)によって高温空間(24)
と中温空間(25)とに区画され、該高温空間(24)と中温空
間(25)とが高温側連通路(5)によって互いに連通されて
成る高温側ヒートポンプ(2) と、低温側シリンダ(31)の
内部が低温側ディスプレーサ(32)によって低温空間(34)
と中温空間(35)とに区画され、該中温空間(35)が上記高
温側ヒートポンプ(2) の中温空間(25)に連通されると共
に、該中温空間(35)と低温空間(34)とが低温側連通路
(6) によって互いに連通されて成る低温側ヒートポンプ
(3) とを備えている。更に、上記各ディスプレーサ(22,
32)に連結され、上記各中温空間(25, 35)を貫通して各
シリンダ(21, 31)の外部に延びるロッド(23, 33)と、該
両ロッド(23, 33)が連結され、上記各ディスプレーサ(2
2, 32)を所定の位相差をもって往復動させる連結手段
(4) とを備えているヴィルミエヒートポンプ装置を前提
としている。そして、上記両ロッド(23, 33)の少なくと
も一方のロッド(33)における中温空間(35)内のロッド容
積を変化させるロッド容積調節手段(8) が設けられてい
る。加えて、上記ディスプレーサ(22, 32)の駆動速度を
検出し、該駆動速度に対応した中温空間(35)のロッド容
積を算出し、該中温空間(35)のロッド容積が算出ロッド
容積になるように上記ロッド容積調節手段(8) を制御す
るロッド容積制御手段(9) を備えた構成としている。

【０００９】また、請求項２に係る発明が講じた手段
は、上記請求項１の発明において、ロッド容積調節手段
(8) は、ロッド容積制御手段(9) によって回転速度が制
御される速度可変の調節用モータ(82)と、ロッド(33)よ
り大径に形成され且つ該ロッド(33)に対する回転により
中温空間(35)に出没するようにネジ機構(85)を介してロ
ッド(33)に外嵌されてロッド容積を変化させるロッドカ
バー(81)と、上記調節用モータ(82)に連結されると共
に、ロッドカバー(81)に係合して該調節用モータ(82)の
駆動によりロッドカバー(81)を回転させる回転機構(83)
とを備えた構成としている。

【００１０】

【作用】上記の構成により、本発明では、高温空間(24)
の作動ガスは、高温側連通路(5) の途中で吸熱して等温
膨張した後、熱を高温側再生器(7) に与えて等積冷却さ
れる。更に、作動ガスは、上記高温側連通路(5) の途中
で放熱して等温圧縮し、その後、上記高温側再生器(7)
に与えた熱により等積加熱される。一方、中温空間(35)
の作動ガスは、低温側連通路(6) の途中で熱を低温側再
生器(7) に与えて等積冷却された後、吸熱して等温膨張
し、次いで、低温側再生器(7) に与えた熱により等積加
熱され、その後、上記低温側連通路(6) の途中で放熱し
て等温圧縮する。そこで、請求項１に係る発明では、ロ
ッド容積制御手段(9) が、上記ディスプレーサ(22, 32)
の駆動速度を検出し、該駆動速度に対応したロッド容積
を算出する。そして、該ロッド容積制御手段(9) は、中
温空間(35)のロッド容積が算出ロッド容積になるように
ロッド容積調節手段(8) を制御することになる。このロ
ッド容積調節手段(8) は、ロッド容積制御手段(9) の制
御によって一方のロッド(33)、例えば、低温側ディスプ
レーサに連結されたロッド(33)における中温空間(35)の
ロッド容積を変化させることになる。

【００１１】具体的に、請求項２に係る発明では、上記
ロッド容積制御手段(9) によって調節用モータ(82)が回
転制御され、該調節用モータ(82)の回転により回転機構
(83)を介してロッドカバー(81)がロッド(33)に対して回
転し、該ロッドカバー(81)の中温空間(35)に対する出没
量が変化して中温空間(35)におけるロッド容積が変化す
ることになる。つまり、例えば、上記ディスプレーサの
駆動速度が増加すると、中温空間(35)に対するロッドカ
バー(81)の突出量を増大し、ディスプレーサ(22, 32)の
駆動速度に対して自立点Ｓを上昇させる一方、ディスプ
レーサ(22, 32)の駆動速度が低下すると、中温空間(35)
に対するロッドカバー(81)の突出量を減少し、ディスプ
レーサ(22, 32)の駆動速度に対して自立点Ｓを低下させ
ることになる。

【００１２】

【発明の効果】従って、請求項１に係る発明によれば、
少なくとも一方のディスプレーサ(32)のロッド容積を変
化させるようにしたゝめに、自立点Ｓを駆動速度に従っ
て変化させることができるので、高速駆動運転状態で補
助動力を作用させる必要がなく、効率の高い運転を行う
ことができる。また、上記自立点Ｓを駆動速度の低下に
したがって変化させることができるので、低速駆動運転
状態において、余分な動力、つまり、逆負荷を作用させ
る必要がないことから、汲み上げ熱量を向上させること
ができ、図示ＣＯＰを向上させることができる。その
上、駆動に必要な軸出力しか発生しないので、速度変動
を低下させることができる。また、上記駆動速度を調節
するために、高温空間の温度を変化させる必要がないの
で、一定の効率運転を行うことができる。また、請求項
２に係る発明によれば、ロッドカバー(81)を中温空間(3
5)に出没させてロッド容積を変化させるようにしている
ので、簡単な構成でもって正確にロッド容積を調節する
ことができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１に示すように、 (1)は、ヴィルミエヒ
ートポンプ装置であって、高温側ヒートポンプ(2) と低
温側ヒートポンプ(3) とを備え、該両ヒートポンプ(2,
3)は、例えば９０°の交差角度で互いに交差する方向に
配置されている。そして、該両ヒートポンプ(2, 3)は、
それぞれシリンダ(21, 31)内にディスプレーサ(22, 32)
が往復動可能に嵌挿されて構成され、該両シリンダ(21,
31)は、連結手段である連結機構(4) のクランクケース
(41)に一体に接合されて略密閉状態に閉塞されている。
上記両ディスプレーサ(22, 32)は、クランクケース(41)
内に延びるロッド(23,33)が連結され、例えば９０°の
位相差で往復動するようにロッド(23, 33)を介して上記
連結機構(4) に連結されている。該連結機構(4) は、水
平方向の回転中心をもってクランクケース(41)に支持さ
れたクランク軸(42)を有し、該クランク軸(42)には、ク
ランクケース(41)内に位置するクランクピン(43)が設け
られると共に、外端に補助駆動モータ(4a)が連結されて
いる。また、上記クランクピン(43)には、第１ベルクラ
ンク(44)が連結され、該第１ベルクランク(44)の一端
は、第１リンク(45)を介して高温側ロッド(23)の基端部
が連結され、該高温側ロッド(23)は、上記クランクケー
ス(41)を貫通し、その先端が高温側ディスプレーサ(22)
に結合されている。一方、上記第１ベルクランク(44)の
他端は、第２ベルクランク(46)及び第２リンク(47)を介
して低温側ロッド(33)の基端部が連結され、該低温側ロ
ッド(33)は、上記クランクケース(41)を貫通し、その先
端が低温側ディスプレーサ(32)に結合されている。

【００１４】上記高温側シリンダ(21)内は、高温側ディ
スプレーサ(22)によってヘッド側空間が高温空間(24)
に、ロッド側空間が中温空間(25)に区画されている。一
方、上記低温側シリンダ(31)内は、低温側ディスプレー
サ(32)によってヘッド側空間が低温空間(34)に、ロッド
側空間が中温空間(35)に区画されている。そして、上記
高温側ヒートポンプ(2) の中温空間(25)と低温側ヒート
ポンプ(3) の中温空間(35)とは中温部接続管(11)により
接続され、これら高温空間(24)、低温空間(34)及び各中
温空間(25, 35)にはヘリウム等の作動ガスが充填されて
いる。上記高温側シリンダ(21)の高温空間(24)と中温空
間(25)とは高温側連通路(5)により、また、低温側シリ
ンダ(31)の低温空間(34)と中温空間(35)とは低温側連通
路(6) によりそれぞれ連通されている。そして、該高温
側連通路(5) は、高温側シリンダ(21)の周壁に形成され
て中温空間(25)に連通する円筒状の環状空間(51)と、該
環状空間(51)及び高温空間(24)に連通する高温部熱交換
器としてのヒータ(52)のヒータ管(52a) とより形成さ
れ、上記低温側連通路(6) は、低温側シリンダ(31)の周
壁に形成されて低温空間(34)及び中温空間(35)に連通す
る円筒状の環状空間(61)より形成されている。また、上
記高温側連通路(5) の環状空間(51)には、蓄熱式熱交換
器からなる高温再生器(7) と、該再生器(7) の中温空間
(25)側に位置するシェルアンドチューブ式の中温部高温
側熱交換器(53)とが配設されている。また、上記高温側
シリンダ(21)の上方には、ヒータ管(52a) 内の作動ガス
を加熱するヒータ(52)のバーナ(52b) が配設されてい
る。一方、上記低温側連通路(6) には、蓄熱式熱交換器
からなる低温側再生器(7) と、該再生器(7) の低温空間
(34)側に位置する低温部熱交換器としてのシェルアンド
チューブ式のクーラ(62)と、上記再生器(7) の中温空間
(35)側に位置するシェルアンドチューブ式の中温部低温
側熱交換器(63)とが配設されている。

【００１５】このヴィルミエヒートポンプ装置(1) にお
けるヒートポンプサイクルは、図２に示すようになる。
すなわち、作動ガス温度（Ｔ）とエントロピー（Ｓ）と
の関係を示す図４のＴ−Ｓ線図において、高温側サイク
ルの作動ガスは、行程A1→B1でバーナ(52b) によって加
熱されるヒータ管(52a) から吸熱して等温膨張し、次の
行程B1→C1で熱を高温側再生器(7) に与えて等積冷却さ
れる。更に、作動ガスは、行程C1→D1で中温部高温側熱
交換器(53)を介して放熱して等温圧縮し、行程D1→A1で
は上記高温側再生器(7) に与えた熱により等積加熱され
る。一方、低温側サイクルの作動ガスは、行程A2→B2で
熱を低温側再生器(7) に与えて等積冷却され、行程B2→
C2でクーラ(62)から吸熱して等温膨張し、次の行程C2→
D2で上記低温側再生器(7) に与えた熱により等積加熱さ
れ、行程D2→A2で中温部低温側熱交換器(63)を介して放
熱して等温圧縮する。

【００１６】一方、本発明の特徴として、上記低温側ヒ
ートポンプ(3) におけるディスプレーサのロッド(33)に
は、図３に示すように、ロッド容積調節手段(8) が設け
られると共に、該ロッド容積調節手段(8) には、ロッド
容積制御手段(9) が連繋されている。該ロッド容積調節
手段(8) は、中温空間(35)におけるロッド容積を変化さ
せるものであって、ロッドカバー(81)と調節用モータ(8
2)と回転歯車(83)とを備えて構成されている。該ロッド
カバー(81)は、ロッド(33)より大径に形成された円筒体
であって、ネジ機構(85)を介してロッド(33)に外嵌され
ており、内周面にネジ機構(85)の雌ネジが形成される一
方、該ロッド(33)の外周面には上記ネジ機構(85)の雄ネ
ジが形成されている。また、上記ロッドカバー(81)は、
クランクケース(41)に嵌合され、一端が中温空間(35)
に、他端がクランクケース(41)内に位置し、該中温空間
(35)に出没自在に設けられており、クランクケース(41)
側の外周面に外歯(85)が形成されている。尚、8a, 8b
は、クランクケース(41)及びロッドカバー(81)に設けら
れたシールである。

【００１７】上記調節用モータ(82)は、クランクケース
(41)内に取付けられており、後述するロッド容積制御手
段(9) によって回転速度が制御されるように速度可変に
構成されている。そして、該調節用モータ(82)のモータ
軸(86)には、上記回転歯車(83)が連結されている。該回
転歯車(83)は、平歯車であって、上記ロッドカバー(81)
の外歯(85)に噛合され、上記調節用モータ(82)の回転駆
動によりロッドカバー(81)を回転させる回転機構を構成
している。そして、該ロッドカバー(81)は、回転歯車(8
3)による回転によりロッド(33)に対して軸方向に往復移
動し、中温空間(35)におけるロッド容積を変化させるよ
うに構成されている。

【００１８】上記ロッド容積制御手段(9) は、回転数検
出器(91)とコントローラ(92)とよりなり、該回転数検出
器(91)は、上記クランク軸(42)の回転数Ｎを検出するよ
うに構成されている。また、上記コントローラ(92)は、
ディスプレーサ(22, 32)の駆動速度であるクランク軸(4
2)の回転数Ｎに対応した中温空間(35)のロッド容積を算
出してロッド(33)に対するロッドカバー(81)の位置を導
出し、該ロッドカバー(81)が導出位置になるように調節
用モータ(82)を制御するように構成されている。つま
り、上記ロッドカバー(81)は、回転数Ｎが上昇すると、
図３において、上昇して中温空間(35)の突出量を増大す
る一方、回転数Ｎが低下すると、降下して中温空間(35)
に対する突出量を減少させるように構成されている。

【００１９】そこで、上記クランク軸(42)の回転数Ｎに
よってロッド容積を変化させるようにした基本的原理に
ついて説明する。先ず、上述した図４に示すように、ク
ランク軸(42)の軸出力Wtは、回転数Ｎに対して直線的に
上昇する一方、動力損失Ｌは、曲線的に上昇し、その交
点が自立点Ｓとなる。一方、上記軸出力Wtと高温空間(2
4)、両中温空間(25, 35)及び低温空間(34)における作動
ガス仕事の関係は、次式の通りとなる。 Wt＝We−Wmh −Wml ＋Wc …… We＝Wmh ＋Wl−Wp …… Wc＝Wml ＋Wl−Wp …… Ｐ＝Wt×Ｆ …… Wt：軸出力 We：高温空間(24)の作動ガス仕事 Wc：低温空間(34)の作動ガス仕事 Wmh ：高温側中温空間(25)の作動ガス仕事 Wml ：低温側中温空間(35)の作動ガス仕事 Wl：ロッド容積変化分仕事 Wp：圧力損失仕事 Ｐ：クランク軸(42)の動力（仕事率） Ｆ：周波数（Ｎ／ｓ） すなわち、図５に示すように、高温空間(24)及び低温空
間(34)の作動ガスの仕事We, Wcと、両中温空間(25, 35)
の作動ガスの仕事Wmh, Wmlとの差が、クランク軸(42)の
軸出力Wtとなる。

【００２０】また、上記軸出力Wtの発生メカニズムは、
次の通りとなる。先ず、高温側ロッド(23)の軸力FHは、 FH＝Pe・Ae−Pmh(Ae−AlH)−P0・AlH …… Pe：高温空間(24)の作動ガス圧力 Pmh ：高温側中温空間(25)の作動ガス圧力 P0：平均作動ガス圧力 Ae：高温側シリンダ(21)の断面積 AlH ：高温側ロッド(23)の断面積 となる。また、低温側ロッド(33)の軸力FLは、 FL＝Pc・Ac−Pml(Ac−AlL)−P0・AlL …… Pc：低温空間(34)の作動ガス圧力 Pml ：低温側中温空間(35)の作動ガス圧力 Ac：低温側シリンダ(31)の断面積 AlL ：低温側ロッド(33)の断面積 となる。上記両軸力FH, FLからクランク軸(42)の軸トル
クＴは、 Ｔ＝FH・ｒ・ sinθ＋FL・ｒ・sin(θ−ψ) …… ｒ：クランク軸(42)とロッド(23, 33)との間隔 θ：クランク軸(42)の回転角 ψ：位相角 となり、軸出力Wtは、

【００２１】

【数式１】 となる。

【００２２】上記〜式から、ロッド容積を変化させ
ると、軸出力Wtが変化することとなる。

【００２３】そこで、上記クランク軸(42)の回転数Ｎを
一定とし、低温側のロッド(33)の径を変化させると、図
６に示すように、高温空間(24)の作動ガス仕事Weと高温
側中温空間(25)の作動ガス仕事Wmh とは、ロッド(33)の
径が大きくなるに従って上昇し、また、低温空間(34)の
作動ガス仕事Wcは、ほゞ一定で、低温側中温空間(35)の
作動ガス仕事Wml は、ロッド(33)の径が大きくなるに従
って低下し、結果的に、軸出力Wtは、ロッド(33)の径が
大きくなるに従って上昇することになる。このことか
ら、本実施例においては、低温側のロッド容積をクラン
ク軸(42)の回転数Ｎに対応させて変化させ、図４に示す
ように、軸出力Wtを変化させて自立点Ｓを動力損失Ｌの
曲線に沿って変えるようにしている。

【００２４】次に、上述した低温側ロッド(33)における
ロッド容積の変化動作について、図７に示す制御フロー
に基づき説明する。先ず、スタートして、ステップST１
において、必要負荷を検出した後、ステップST２に移
り、該必要負荷に基づき補助駆動モータ(4a)の始動回転
数を設定する。続いて、ステップST３に移り、バーナ(5
2b) の燃焼量を調節した後、ステップST４に移り、ヒー
タ(52)の壁温度が設定値になったか否かを判定し、設定
値になるまで、上記ステップST３に戻り、バーナ(52b)
の燃焼量を調節する。その後、上記ステップST４におい
て、ヒータ(52)の壁温度が設定値になると、判定がＹＥ
Ｓとなり、ステップST５に移り、能力が必要負荷になっ
たか否かを判定し、必要負荷になるまで、上記ステップ
ST２に戻り、補助駆動モータ(4a)とヒータ(52)とを調節
する。

【００２５】一方、上記能力が必要負荷になると、上記
ステップST５からステップST６に移り、ロッド容積制御
手段(9) がロッドカバー(81)の位置を算出する。つま
り、回転数検出器(91)がクランク軸(42)の回転数Ｎを検
出しているので、この回転数Ｎに基づいてコントローラ
(92)がロッドカバー(81)の位置を算出して調節用モータ
(82)に制御信号を出力することになる。そして、上記ス
テップST７からステップST８に移り、上記コントローラ
(92)からの制御信号によりロッド容積調節手段(8) がロ
ッドカバー(81)の位置を調節する。つまり、上記制御信
号によって調節用モータ(82)が駆動し、この調節用モー
タ(82)の駆動により回転歯車(83)が回転する。この回転
歯車(83)の回転によりロッドカバー(81)は、回転すると
共に、ネジ機構(85)によりロッド(33)に対して軸方向に
移動し、図３において、上下方向に移動することにな
る。このロッドカバー(81)の移動によって、中温空間(3
5)での出没量が変化し、ロッド容積が変化してクランク
軸(42)の軸出力Wtを調節する。その後、ステップST８に
移り、上記補助駆動モータ(4a)を停止して制御を終わる
ことになる。具体的に、上記クランク軸(42)の回転数Ｎ
が増加した場合、図３において、ロッドカバー(81)の位
置を上昇させ、中温空間(35)への突出量を増大させ、ロ
ッド容積の変化量を増大させる。つまり、図４における
自立点Ｓを動力損失Ｌに沿って上昇させる。一方、上記
クランク軸(42)の回転数Ｎが低下した場合、図３におい
て、ロッドカバー(81)の位置を降下させ、中温空間(35)
への突出量を減少させ、ロッド容積の変化量を低下させ
る。つまり、図４における自立点Ｓを動力損失Ｌに沿っ
て降下させる。

【００２６】従って、本実施例によれば、上記低温側デ
ィスプレーサ(32)のロッド容積を変化させるようにした
ゝめに、自立点Ｓをクランク軸(42)の回転数Ｎに従って
変化させることができるので、高速駆動運転状態で補助
動力を作用させる必要がなく、効率の高い運転を行うこ
とができる。また、上記自立点Ｓを回転数Ｎの低下にし
たがって変化させることができるので、低回転数状態に
おいて、余分な動力、つまり、逆負荷を作用させる必要
がないことから、汲み上げ熱量を向上させることがで
き、図示ＣＯＰを向上させることができる。その上、駆
動に必要な軸出力しか発生しないので、速度変動を低下
させることができる。また、上記クランク軸(42)の回転
数Ｎを調節するために、高温空間(24)の温度を変化させ
る必要がないので、一定の効率運転を行うことができ
る。また、上記ロッドカバー(81)中温空間(35)に出没さ
せてロッド容積を変化させるようにしているので、簡単
な構成でもって正確にロッド容積を調節することができ
る。

【００２７】図８は、他の実施例を示し、クランク軸(4
2)の回転数Ｎのフィードバック制御によりロッドカバー
(81)の位置を調節するようにしたものである。つまり、
ロッド容積制御手段(9) は、回転数Ｎが設定回転数にな
るようにロッドカバー(81)の位置を算出している。つま
り、スタートして、ステップST11からステップST15ま
で、前実施例のステップST１からステップST５と同様に
動作し、必要負荷を検出した後、補助駆動モータ(4a)の
始動回転数を設定して、ヒータ(52)の壁温度に基づきバ
ーナ(52b) の燃焼量を調節すると共に、能力が必要負荷
になように上記補助駆動モータ(4a)を調節する。

【００２８】その後、上記能力が必要負荷になると、上
記ステップST15からステップST16に移り、補助駆動モー
タ(4a)を停止した後、ステップST17に移り、回転数検出
器(91)がクランク軸(42)の実際回転数Ｎを検出する。そ
して、ステップST18に移り、この実際回転数Ｎが設定回
転数になったか否かを判定し、設定回転数になれば制御
を終了する一方、設定回転数になっていない場合、ステ
ップST19又はステップST20に移ることになる。つまり、
上記実際回転数Ｎが設定回転数より大きい場合、ステッ
プST19からステップST20に移り、コントローラ(92)から
の制御信号により調節用モータ(82)が駆動してロッドカ
バー(81)を図３の状態より降下させ、上記ステップST17
に戻ることになる。具体的に、実際回転数Ｎが大きい場
合、中温空間(35)に対するロッドカバー(81)の突出量を
少なくし、ロッド容積の変化量を少なくし、軸出力Wtを
低下させて自立点Ｓを下げる。この結果、現在、補助駆
動モータ(4a)が停止して補助動力がないので、回転数Ｎ
が低下する。一方、上記実際回転数Ｎが設定回転数より
小さい場合、ステップST20からステップST21に移り、コ
ントローラ(92)からの制御信号により調節用モータ(82)
が駆動してロッドカバー(81)を図３の状態より上昇さ
せ、上記ステップST17に戻ることになる。具体的に、実
際回転数Ｎが小さい場合、中温空間(35)に対するロッド
カバー(81)の突出量を多くし、ロッド容積の変化量を多
くし、軸出力Wtを上昇させて自立点Ｓを上げる。この結
果、現在、補助駆動モータ(4a)が停止して逆負荷が作用
しないので、回転数Ｎが上昇する。このロッドカバー(8
1)の移動により実際回転数Ｎを設定回転数に一致させて
いる。

【００２９】尚、上記実施例において、低温側ヒートポ
ンプ(3) のロッド(33)に対してロッド容積を変化させる
ようにしたが、本発明は、高温側ヒートポンプ(2) のロ
ッド(33)に対してロッド容積を変更するようにしてもよ
い。また、請求項１に係る発明において、ロッド容積調
節手段(8) は、ロッドカバー(81)等に限られるものでは
なく、ロッド径の変更等にってロッド容積を変更できる
ものであればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヴィルミエヒートポンプ装置の縱断面図であ
る。

【図２】ヴィルミエヒートポンプサイクルのＴ−Ｓ線図
である。

【図３】低温側ヒートポンプの要部を示す横断面図であ
る。

【図４】回転数変化に対する出力の特性図である。

【図５】軸出力と作動ガス仕事との関係を示す状態図で
ある。

【図６】ロッド径変化に対する軸出力の特性図である。

【図７】ロッド容積の制御フロー図である。

【図８】他の実施例を示すロッド容積の制御フロー図で
ある。

【符号の説明】

1 ヴィルミエヒートポンプ装置 2 高温側ヒートポンプ 3 低温側ヒートポンプ 21,31 シリンダ 22,32 ディスプレーサ 23,33 ロッド 24 高温空間 25,35 中温空間 34 低温空間 5 高温側連通路 6 低温側連通路 8 ロッド容積調節手段 9 ロッド容積制御手段 81 ロッドカバー 82 調節用モータ 83 回転歯車（回転機構） 84 ネジ機構 91 回転数検出器 92 コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温側シリンダ(21)の内部が、高温側デ
   ィスプレーサ(22)によって高温空間(24)と中温空間(25)
   とに区画され、該高温空間(24)と中温空間(25)とが高温
   側連通路(5) によって互いに連通されて成る高温側ヒー
   トポンプ(2)と、 低温側シリンダ(31)の内部が、低温側ディスプレーサ(3
   2)によって低温空間(34)と中温空間(35)とに区画され、
   該中温空間(35)が上記高温側ヒートポンプ(2)の中温空
   間(25)に連通されると共に、該中温空間(35)と低温空間
   (34)とが低温側連通路(6) によって互いに連通されて成
   る低温側ヒートポンプ(3) とを備える一方、 上記各ディスプレーサ(22, 32)に連結され、上記各中温
   空間(25, 35)を貫通して各シリンダ(21, 31)の外部に延
   びるロッド(23, 33)と、 該両ロッド(23, 33)が連結され、上記各ディスプレーサ
   (22, 32)を所定の位相差をもって往復動させる連結手段
   (4) とを備えているヴィルミエヒートポンプ装置におい
   て、 上記両ロッド(23, 33)の少なくとも一方のロッド(33)に
   おける中温空間(35)内のロッド容積を変化させるロッド
   容積調節手段(8) と、 上記ディスプレーサ(22, 32)の駆動速度を検出し、該駆
   動速度に対応した中温空間(35)のロッド容積を算出し、
   該中温空間(35)のロッド容積が算出ロッド容積になるよ
   うに上記ロッド容積調節手段(8) を制御するロッド容積
   制御手段(9) とを備えていることを特徴とするヴィルミ
   エヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のヴィルミエヒートポンプ
   装置において、ロッド容積調節手段(8) は、 ロッド容積制御手段(9) によって回転速度が制御される
   速度可変の調節用モータ(82)と、 ロッド(33)より大径に形成され且つ該ロッド(33)に対す
   る回転により中温空間(35)に出没するようにネジ機構(8
   5)を介してロッド(33)に外嵌されてロッド容積を変化さ
   せるロッドカバー(81)と、 上記調節用モータ(82)に連結されると共に、ロッドカバ
   ー(81)に係合して該調節用モータ(82)の駆動によりロッ
   ドカバー(81)を回転させる回転機構(83)とを備えている
   ことを特徴とするヴィルミエヒートポンプ装置。