(57)【要約】    【課題】  熱エネルギーにより冷媒を圧縮することで、夏場の冷房電力ピークあるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用でき、しかもコストが安く、熱効率の高い熱式圧縮機、および、その熱式圧縮機を使用し、構成が単純で、コストが安く、熱効率の高い冷暖房装置を提供すること。    【解決手段】  熱で冷媒を圧縮する熱式圧縮機１であって、駆動部３０により往復動するディスプレーサピストン７８とパルス管７１とで、ディスプレーサピストン７８の前面７８ａ側と背面７８ｂとにそれぞれ膨張室７５と圧縮室４１とを形成し、圧縮室４１と、蓄熱器５０と、吸熱器６０と、膨張室７５とを順次、連通すると共に、圧縮室４１に吐出弁４６と吸入弁４４を設け、吸熱器６０に予熱型燃焼器１０を配備する。【選択図】  図１
2010071481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、
前記ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、
低温端が前記パルス管と前記ディスプレーサピストンとで前記ディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室に連通し往復流動する前記冷媒と熱交換する蓄熱器と、
前記蓄熱器の高温端と前記膨張室との間に配備され往復流動する前記冷媒に吸熱させる吸熱器と、
前記圧縮室側に設けられ前記冷媒を吸入する吸入弁と、
前記圧縮室側に設けられ圧縮した前記冷媒を吐出する吐出弁と、
を備える、ことを特徴とする熱式圧縮機。
【請求項２】
前記圧縮室は、前記圧縮室に連通し前記冷媒の圧縮比を増大させる圧縮比増大手段を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の熱式圧縮機。
【請求項３】
前記駆動部は、前記圧縮室と隔絶したバッファ室を形成するハウジングと、前記ディスプレーサピストンの前記背面に連結し一部が前記バッファ室に延在し往復動するロッドと、前記バッファ室に設けられ前記ロッドにバネ力を加える弾性手段と、を備える、ことを特徴とする請求項１又は２の少なくともいずれかに記載の熱式圧縮機。
【請求項４】
室内を冷暖房する冷暖房回路と、圧縮した冷媒を前記冷暖房回路に供給する熱式圧縮機と、を備える冷暖房装置であって、
前記熱式圧縮機は、往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、
前記ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、
前記パルス管と前記ディスプレーサピストンとで前記ディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室側に設けられ前記冷媒を吸入する吸入弁と、
前記圧縮室側に設けられ圧縮した前記冷媒を吐出する吐出弁と、
低温端が前記圧縮室に連通し往復流動する前記冷媒と熱交換する蓄熱器と、
前記蓄熱器の高温端と前記膨張室との間に配備され往復流動する前記冷媒に吸熱させる吸熱器と、を備え、
前記冷暖房回路は、室内を冷暖房する室内用熱交換器と、
前記室内用熱交換器に接続され前記冷媒を膨張させる膨張手段と、
前記膨張手段に接続される室外用熱交換器と、
前記熱式圧縮機に設けられ前記冷媒が吐出される吐出口および前記冷媒が吸入される吸入口に接続され、暖房時に前記吐出口を前記室内用熱交換器に連通させると共に前記吸入口を前記室外用熱交換器に連通させ、冷房時に前記吐出口を前記室外用熱交換器に連通させると共に前記吸入口を前記室内用熱交換器に連通させる冷媒流路切替弁と、を備える、ことを特徴とする冷暖房装置。
【請求項５】
前記冷暖房回路は、前記熱式圧縮機の排気口から排出される排ガスにより前記熱式圧縮機から吐出される前記冷媒を加熱する排熱回収熱交換器を備え、
前記排熱回収熱交換器の前記冷媒側は、前記吐出口と前記冷媒流路切替弁との間に設けられ、
前記排熱回収熱交換器の前記排ガス側には、前記排気口に接続され前記排ガスの流れを制御する制御弁が設けられる、ことを特徴とする請求項４に記載の冷暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス管と蓄熱器を配備し熱エネルギーで冷媒を圧縮するパルス管型蓄熱サイクルを形成する熱式圧縮機およびその熱式圧縮機を使用した冷暖房装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の冷暖房装置に使用されるパルス管型蓄熱機関として、振動発生器と蓄熱器とコールドヘッドとパルス管とを順次直列に連結するとともに、これらに流入される作動流体の往復動と圧力変動とに位相差を持たせることにより低温あるいは動力を発生させるパルス管型蓄熱機関において、振動発生器と蓄熱器との連結部とパルス管の高温端との間に、これらを連結するディスプレーサ系統が存在されており、ディスプレーサ系統は、作動流体が流入・流出するディスプレーサ作動空間と、ディスプレーサ作動空間の少なくとも一部を構成するとともに、ディスプレーサ作動空間に対して往復動可能に配設されるディスプレーサ部と、ディスプレーサ作動空間のディスプレーサ部が往復動する方向にディスプレーサ作動空間とは隔絶されたバッファ空間と、ディスプレーサ部の往復動する方向に延在するとともに、一端がディスプレーサ部に取り付けられ、その少なくとも一部がバッファ空間に配設されるディスプレーサバーと、を有するパルス管型蓄熱機関が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、電動機で冷媒を圧縮する圧縮機（例えば、スクロール圧縮機など）を使用した冷暖房装置が公知である。また、エンジンで冷媒を圧縮する圧縮機（例えば、スクロール圧縮機など）を使用した冷暖房装置が公知である。
【特許文献１】特開２００６−２７５３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１によれば、パルス管型蓄熱機関で発生した室温近傍の冷熱あるいは温熱で室内の冷暖房を行う場合、冷熱あるいは温熱を室内に移送するため、パルス管型蓄熱機関とは別に冷熱あるいは温熱を冷暖房回路に移送する冷媒循環用の圧縮機と、冷暖房回路とが必要となる。このため、冷暖房装置が複雑になる問題がある。また、新たに圧縮機を設けるため、冷暖房装置のコストが高くなる問題がある。
【０００５】
また、電動機で駆動される公知の空調用圧縮機は、夏場の冷房電力ピーク時における電力不足の問題、電力が得難い離島等での電力使用の制約の問題がある。また、大型になるとエンジンで駆動される空調用圧縮機より効率が低下する問題もある。
【０００６】
また、エンジンで駆動される公知の空調用圧縮機は、夏場の冷房電力ピーク時における電力不足の問題は生じないが、エンジンを含む圧縮機のコストが高くなる問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、熱エネルギーにより冷媒を圧縮することで、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用でき、しかもコストが安く、熱効率の高い熱式圧縮機、および、その熱式圧縮機を使用し、構成が単純で、コストが安く、熱効率の高い冷暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、
低温端がパルス管とディスプレーサピストンとでディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室に連通し往復流動する冷媒と熱交換する蓄熱器と、蓄熱器の高温端と膨張室との間に配備され往復流動する冷媒に吸熱させる吸熱器と、圧縮室側に設けられ冷媒を吸入する吸入弁と、圧縮室側に設けられ圧縮した冷媒を吐出する吐出弁と、を備える。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、圧縮室は、圧縮室に連通し冷媒の圧縮比を増大させる圧縮比増大手段を備える。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、駆動部は、圧縮室と隔絶したバッファ室を形成するハウジングと、ディスプレーサピストンの背面に連結し一部がバッファ室に延在し往復動するロッドと、バッファ室に設けられロッドにバネ力を加える弾性手段と、を備える。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、室内を冷暖房する冷暖房回路と、圧縮した冷媒を冷暖房回路に供給する熱式圧縮機と、を備える冷暖房装置であって、熱式圧縮機は、往復動手段により往復動するディスプレーサピストンと、ディスプレーサピストンの前面側に膨張室を形成するパルス管と、パルス管とディスプレーサピストンとでディスプレーサピストンの背面に形成される圧縮室側に設けられ冷媒を吸入する吸入弁と、圧縮室側に設けられ圧縮した冷媒を吐出する吐出弁と、低温端が圧縮室に連通し往復流動する冷媒と熱交換する蓄熱器と、蓄熱器の高温端と膨張室との間に配備され往復流動する冷媒に吸熱させる吸熱器と、を備え、冷暖房回路は、室内を冷暖房する室内用熱交換器と、室内用熱交換器に接続され冷媒を膨張させる膨張手段と、膨張手段に接続される室外用熱交換器と、熱式圧縮機に設けられ冷媒が吐出される吐出口および冷媒が吸入される吸入口に接続され、暖房時に吐出口を室内用熱交換器に連通させると共に吸入口を室外用熱交換器に連通させ、冷房時に吐出口を室外用熱交換器に連通させると共に吸入口を室内用熱交換器に連通させる冷媒流路切替弁と、を備える。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、冷暖房回路は、熱式圧縮機の排気口から排出される排ガスにより熱式圧縮機から吐出される冷媒を加熱する排熱回収熱交換器を備え、排熱回収熱交換器の冷媒側は、吐出口と冷媒流路切替弁との間に設けられ、排熱回収熱交換器の排ガス側には、排気口に接続され排ガスの流れを制御する制御弁が設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明では、熱式圧縮機は、駆動手段により往復動するディスプレーサピストンの前面側と背面に、それぞれ膨張室と圧縮室が形成される。膨張行程、吸入行程、圧縮行程、吐出行程が順次行われ１サイクルが形成される。
【００１４】
即ち、膨張行程は、吸入弁と吐出弁とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストンが矢印Ａ方向（図１）、即ち膨張室方向へ移動する。この移動により、膨張室の高温(例えば、略５５０℃)の冷媒（例えば、炭酸ガス）は、順次、吸熱器、蓄熱器を通過して蓄熱材エレメントで冷却され、徐々に圧力が降下し、低い温度（例えば、略６０℃）になり圧縮室へ移動する。そして圧縮室の圧力は所定の低圧に達し、膨張行程を終了する。
【００１５】
吸入行程は、圧縮室の圧力が所定の低圧に達すると、吸入流路の圧力と圧縮室のとの差圧と、吸入弁のバネ荷重とが吸入弁に作用し、自動的に吸入弁が開かれ、冷暖房回路から低圧の冷媒が圧縮室に吸入され、圧縮室の冷媒の質量は増大する。そして、吸入弁が自動的に閉じられると吸入行程は、終了する。
【００１６】
圧縮行程は、吸入行程終了後になされ、吸入弁と吐出弁とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストンが矢印Ｂ方向（図１）、即ち圧縮室方向へ移動し、圧縮室の冷媒は順次、蓄熱器、吸熱器、膨張室へ移動する。この移動により、圧縮室の低温の冷媒は、順次、蓄熱器、吸熱器を通過して蓄熱材エレメントと、吸熱器に入熱される燃焼等の高温の熱により加熱され、徐々に圧力が上昇し、高い温度（例えば、略５５０℃）になり膨張室へ移動する。そして膨張室の圧力は所定の高圧に達し、圧縮行程を終了する。
【００１７】
吐出行程は、圧縮室が所定の高圧力に達し、圧縮室の圧力と吐出弁が配備される弁室の圧力の差圧と、吐出弁のバネ荷重とが吐出弁に作用し、吐出弁が自動的に開かれ、圧縮室の高圧の冷媒が吐出され冷暖房回路に供給される。そして吐出弁が自動的に閉じられ吐出行程が終了する。
【００１８】
以上により、燃焼等の高温の熱エネルギーにより冷媒が圧縮され冷暖房回路に供給されるので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な熱式圧縮機を提供できる。
【００１９】
また、従来技術のエンジンヒートポンプの圧縮機はエンジンを必要とするが、本発明の熱式圧縮機は、燃焼等の高温の熱エネルギーにより冷媒を圧縮するので、エンジンヒートポンプの圧縮機よりコストが安くなる。
【００２０】
また、熱式圧縮機はパルス管と蓄熱器を備える。パルス管内は、ディスプレーサピストンによりパルス管内で往復動するガスピストンが形成され、ガスピストンは断熱材として機能し、高温の膨張室からディスプレーサピストンに侵入する伝導熱損失を抑制する。また、パルス管および蓄熱器の容器はステンレス等の熱伝導率の低い材料で肉厚が薄く熱伝導方向に長いパイプ形状であるので、膨張室からパルス管および蓄熱器の容器を伝わって圧縮室側に侵入する伝導熱損失は抑制される。さらに、予熱器により導入される空気と燃料のうち少なくとも空気は、燃焼器で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃焼温度は上昇し、燃焼の熱エネルギーは吸熱器で効率よく吸熱される。以上により、熱効率の高い熱式圧縮機を提供できる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明では、圧縮室、又は、圧縮室と蓄冷器の低温端との間の少なくともいずれか一方に、圧縮比増大手段を設ける。これによりディスプレーサピストンが往復動すると、圧縮比増大手段の冷媒量は圧縮室の冷媒量と略同位相で変化する。このことは膨張室の掃気容積は変化せず、圧縮室の掃気容積が増大したことと等価であるので、圧縮室から膨張室へ移動する冷媒量は増大し、圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機は、吐出圧力と吐出流量が増大すると共に、熱効率が向上する。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明では、ロッドはハウジングに設けたフレキシブルベアリング等の弾性手段によりバネ力が加えられる。これにより弾性手段（例えば一対のフレキシブルベアリング）のバネと磁気バネ（リニアモータがある場合は磁気バネを考慮）と冷媒の圧力に基づくガスバネを合成した合成バネと、ディスプレーサピストンとロッドと可動子の合計質量とでバネ・質量の共振振動系を形成する。
【００２３】
ディスプレーサピストンには、ディスプレーサピストンの前面に作用する圧力に基づく力Ｆ１と背面に作用する圧力に基づく力Ｆ２との差の力Ｆ＝Ｆ１−Ｆ２と、バッファ室側のロッドの端面に作用する圧力に基づく力Ｆ３、駆動手段による駆動力Ｆ４（一対のフレキシブルベアリングの撓みによるバネ力、および、リニアモータが配備される場合はその駆動力）と、ディスプレーサピストンとロッドと可動子の合計質量に基づく慣性力Ｆ５とが作用する。そして上述のバネ（合成バネ）・質量（合計質量）の共振周波数あるいは共振周波数近傍でディスプレーサピストンは振幅が増大し往復動し、圧縮室と膨張室の掃気容積は増大する。これにより圧縮室と膨張室との間の冷媒移動量が増大するので圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機は、吐出圧力と吐出流量が増大すると共に、熱効率が向上する。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明では、冷暖房装置は、熱式圧縮機と冷暖房回路とを組合せ、熱式圧縮機で冷媒（例えば、炭酸ガス）を圧縮し、冷暖房回路に供給して室内の冷房あるいは暖房を行い、低圧になった冷媒は熱式圧縮機に戻る。
【００２５】
熱式圧縮機は、吸入弁と吐出弁が共に閉状態でディスプレーサピストンが圧縮室方向に移動し圧縮室の容積が減少すると、圧縮室の冷媒（例えば、炭酸ガス）は、蓄熱器、吸熱器を通過して膨張室へ移動する。この行程で、冷媒は、蓄熱器で加熱、昇温され、さらに吸熱器を介在し燃焼等の高温の熱を吸熱し昇温、昇圧され、所定の高圧に達する。そして、吐出弁は自動弁であるので自動的に開かれる。そして、圧縮室の冷媒が吐出され、吐出弁が自動的に閉じらまで冷暖房回路に供給される。次に、吸入弁と吐出弁が共に閉状態でディスプレーサピストンが膨張室方向に移動し膨張室の容積が減少すると、膨張室の冷媒は蓄熱器と、吸熱器を通過して圧縮室へ移動する。この行程で、冷媒は蓄熱器で冷却され、降温、徐々に降圧し、所定の低圧に達する。そして、吸入弁は自動弁であるので自動的に開かれ、冷暖房回路から圧縮室に低圧の冷媒は、吸入弁が自動的に閉じられるまで吸入される。
【００２６】
冷暖房回路は、冷媒流路切替手段と、室内熱交換器、ＪＴ弁、室外熱交換器を備え、冷媒流路切替手段により暖房時と冷房時とで、冷媒の流れる流路を切替えて、暖房と冷房を行う。即ち、暖房時、冷媒流路切替手段により暖房流路に設定し、熱式圧縮機で圧縮した冷媒を室内熱交換器に導入し、圧縮により発生した冷媒の圧縮熱で室内を暖房する。冷房時は、冷媒流路切替手段により冷房流路に設定し、圧縮した冷媒を室外熱交換器に導入し圧縮熱を放熱した後、ＪＴ弁等の膨張手段で冷媒の一部を液化させミストにする。このミストを室内熱交換器に流し、ミストの冷熱（冷媒の潜熱と顕熱）で室内を冷房する。結果、従来技術のエンジンヒートポンプ、あるいは、パルス管型蓄熱機関、圧縮機、冷暖房回路とを組合せた冷暖房装置に比べ、本発明の冷暖房装置は、熱式圧縮機と冷暖房回路を組合せて構成されるので、構成が簡単で、コストを安く出来る。
【００２７】
また、熱式圧縮機は熱エネルギーにより冷媒を圧縮するので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な冷暖房装置を提供できる。
【００２８】
また、熱式圧縮機はパルス管と蓄熱器を備える。パルス管内は、ディスプレーサピストンによりパルス管内で往復動するガスピストンが形成され、ガスピストンは断熱材として機能し、高温の膨張室からディスプレーサピストンに侵入する伝導熱損失を抑制する。
【００２９】
また、パルス管および蓄熱器の容器はステンレス等の熱伝導率の低い材料で肉厚が薄く熱伝導方向に長いパイプ形状であるので、膨張室からパルス管および蓄熱器の容器を伝わって圧縮室側に侵入する伝導熱損失は抑制される。さらに、予熱器により導入される空気と燃料のうち少なくとも空気は、燃焼器で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃焼温度は上昇し、燃焼の熱エネルギーは吸熱器で効率よく吸熱される。結果、熱式圧縮機の熱効率は向上する。
【００３０】
以上により、冷暖房装置は、熱効率の高い熱式圧縮機を使用して冷暖房を行うので熱効率が高なる。
【００３１】
また、請求項５に記載の発明では、冷暖房回路は排熱回収熱交換器が配備され、暖房時、熱式圧縮機の排ガスで熱式圧縮機から吐出される冷媒を加熱する。そして、室内熱交換器を介在し、冷媒が吸熱した排ガスの排気熱と、熱式圧縮機で発生した圧縮熱とを暖房用の熱に使用する。結果、熱式圧縮機の排ガスの熱エネルギーを無駄に排気することなく有効に使用するので、冷暖房装置の熱効率は高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係わる説明図である。図１に示すように、パルス管７１を使用した熱式圧縮機１は、予熱型燃焼器１０と、圧縮機本体２０とから構成され、冷媒として炭酸ガスが使用される。
【００３３】
予熱型燃焼器１０は、予熱器１４と、燃焼器１５とから構成される。予熱器１４は、燃焼器１５で燃焼した排ガスの排気熱で、予熱器１４に導入する空気と、燃料を予熱すために設けられ、燃料導入口１１と、空気導入口１２と、排ガスを排気する排気口１３を備える。燃焼器１５は予熱された空気と燃料とを混合し燃焼し、圧縮機本体２０の吸熱器６０を加熱する。これにより、吸熱器６０を往復流動する炭酸ガスは加熱される。尚、燃料は、予熱器１４で予熱せず燃焼器１５に導入し、予熱した空気と混合しても良い。
【００３４】
圧縮機本体２０は、圧縮部４０と、蓄熱器５０と、吸熱器６０、膨張部７０とから構成される。
【００３５】
膨張部７０は、パルス管７１と、ディスプレーサピストン７８と、ヘッド７７と、ディストリビュータ７４とから構成される。そしてパルス管７１と、ディスプレーサピストン７８とでディスプレーサピストン７８の前面７８ａ側に冷媒が膨張する膨張室７５が形成される。また、ディスプレーサピストン７８の前面７８ａと膨張室７５の間にはガスピストン７２が形成される。そして、ガスピストン７２の低温端７２ｂがディスプレーサピストン７８の前面７８ａに隣接し、ガスピストン７２の高温端７２ａが膨張室７５に隣接する。ディスプレーサピストン７８の背面７８ｂには、ロッド３６の一端が連結される。
【００３６】
ガスピストン７２は、パルス管７１の内周と同じ径の円柱形状の炭酸ガスで形成され、質量は一定で、炭酸ガスの圧力変動に伴い体積が変化する弾性ピストンの様態をなす。即ち、ガスピストン７２は、ディスプレーサピストン７８の往復動に伴い、体積を変化しつつ、パルス管７１内においてディスプレーサピストン７８の前面７８ａと膨張室７５との間で往復動する。ガスピストン７２の往復動により、膨張室７５の容積は変化する。
【００３７】
駆動部３０（往復動手段）は、リニア駆動式で、リニアモータ３３と、リニアモータ３３を設けたハウジング３１と、一対のフレキシブルベアリング３２（弾性手段）と、一部がバッファ室３７に延在し往復動するロッド３６とを備える。そしてハウジング３１の開放端は、弁箱４２の図中の下面に気密に固定され、ハウジング３１と弁箱４２の下面とでバッファ室３７が形成される。
【００３８】
リニアモータ３３は、ディスプレーサピストン７８の往復動を補助するために設けられ、ハウジング３１の外周面に配設され銅線を巻いたコイル３４ａを備えた固定子３４と、バッファ室３７で固定子３４に対応した位置に配備され永久磁石３５ａを備えた可動子３５とから構成される。
【００３９】
可動子３５の中心部は、ディスプレーサ７８の背面７８ｂに連結したロッド３６が貫通し固定される。スリッドを有しバネ鋼からなる薄板のフレキシブルベアリング３２の内周側は可動子３５の両端近傍のロッド３６に固定され、フレキシブルベアリング３２の外周側はハウジング３１の内周面側に固定される。これにより可動子３５は、ハウジング３１の内周面に接触することなく微小間隙を持って、往復動可能に支持される。同様に、ディスプレーサ７８もパルス管７１の内周面に接触することなく微小間隙を持って、往復動可能に支持される。また、フレキシブルベアリング３２は、ロッド３６が往復動することで、フレキシブルベアリング３２のバネによりバネ力をロッド３６に加える。
【００４０】
圧縮部４０は、ロッド３６を連結したディスプレーサピストン７８と、パルス管７１と、パルス管７１の低温端に固定した弁箱４２とを備え、ディスプレーサピストン７８の背面７８ｂに構成される。そして、圧縮部４０の圧縮室４１は、パルス管７１の低温側の内周面と、弁箱４２の上面と、ディスプレーサ７８の背面７８ｂと、ロッド３６とに囲まれ形成され、ディスプレーサピストン７８の往復動により容積が変化する。
【００４１】
弁箱４２は、吸入流路４３ａと流路４３ｃとの間に吸入弁４４が配設される弁室４３ｂと、流路４５ｃと吐出流路４５ａとの間に吐出弁４６が配設される弁室４５ｂと、が設けられる。弁室４３ｂは流路４３ｃを介し圧縮室４１に連通し、弁室４５ｂは、吐出弁４６が開状態において流路４５ｃを介し圧縮室４１に連通する。吸入弁４４が開状態において吸入流路４３ａは弁室４３ｂに連通する。吸入流路４３ａの吸入口４３ｄは、後述する冷暖房回路１０１の冷媒流出口１０７（図８）に接続され、吐出流路４５ａの吐出口４５ｄは冷暖房回路１０１の冷媒流入口１０２（図８）に接続される。
【００４２】
また、弁箱４２の中心部には貫通孔が設けられ、ロッド３６が微小間隙を持って往復動する。この微小間隙は、圧縮室４１とバッファ室３７との間の炭酸ガスをシールするクリアランスシールの機能を有し、これによりバッファ室３７は圧縮室４１と隔絶される。
【００４３】
吸入弁４４は薄いバネ鋼板からなるリード弁で、弁室４３ｂと同圧の圧縮室４１と吸入流路４３ａとの差圧が所定値になると吸入弁４４のバネ力に抗して吸入弁４４が開かれる自動弁である。吐出弁４６は薄いバネ鋼板からなるリード弁で、弁室４５ｂと流路４５ｃと同圧の圧縮室４１との差圧が所定値になると吐出弁４６のバネ力に抗して吐出弁４６が開かれる自動弁である。
【００４４】
また、パルス管７１の低温端には多数個の流路５３が設けられ、流路５３は蓄熱器５０の低温端５０ｂ側に配設した流路５２に連通する。これにより、圧縮室４１は、流路５３、流路５２を介し蓄熱器５０の低温端５０ｂに連通する。
【００４５】
蓄熱器５０は、ステンレス金網などの蓄熱材エレメント５１が多数枚充填され、蓄熱器５０を往復流動する炭酸ガスと蓄熱材エレメント５１とが熱交換する。
【００４６】
また、パルス管７１および蓄熱器５０の容器は、ステンレス等の熱伝導率の低い材料で、しかも肉厚が薄く、伝導方向に長いパイプ形状をなす。
【００４７】
吸熱器６０は、蓄熱器５０の高温端５０ａに接続され、多数本の流路（図示せず）を備え、燃焼室１５に設けられる。この流路の内部側は炭酸ガスが往復流動し、流路の外部側は燃焼ガスで加熱され、炭酸ガスは流路壁を介在して燃焼ガスで加熱される。そして吸熱器６０は、ヘッド７７によって形成される流路７６と、ディストリビュータ７４とを介在し膨張室７５に連通する。
【００４８】
また、蓄熱器５０の内周面と、吸熱器６０の内周面は、パルス管７１の外周面に外接する。蓄熱器５０の内周面と吸熱器６０の内周面とで、パルス管を形成しても良い。
【００４９】
尚、フレキシブルベアリング３２は、例えば円錐コイルバネ（弾性手段）などの弾性手段に取換え、円錐コイルバネのバネ力をロッド３６に加えても良い。この場合、ディスプレーサピストン７８は、外周面を樹脂の摺動材でコーティングし、外径をパルス管７１の内径より僅か小さくすることで、パルス管７１の内周面に往復動可能で、且つ炭酸ガスをシールできる。
【００５０】
また、熱式圧縮機１の冷媒は、炭酸ガスであるが、他のガス、例えば、イソブタン、ブタン等のＨＣ系の自然冷媒でも良い。
【００５１】
また、吸入弁４４と、吐出弁４６は、弁箱４２に設け、弁箱４２を圧縮室４１に取付けているが、吸入弁４４と、吐出弁４６を直接、圧縮室４１に設けても良く、あるいは、流路５３を介在し圧縮室４１に連通する流路５２に設けても良い。
【００５２】
図２は、１サイクルにおけるディスプレーサピストン７８の位相に対する膨張室７５の容積（図中の実線）と、圧縮室４１の圧力（図中の太実線）を示す。図１および図２に基づき、熱式圧縮機１の動作と効果について説明する。
【００５３】
燃料導入口１１と、空気導入口１２とからそれぞれ燃料と、空気とが予熱器１４に導入される。そして燃焼室１５から予熱器１４に流入する排ガスで、空気と燃料が予熱され、燃焼室１４で混合されて燃料が燃焼される。吸熱器６０を往復流動する炭酸ガスは、吸熱器６０を介在し、燃焼ガスで高温（例えば、略６００℃）に加熱され、以下に述べる熱式圧縮機１の１サイクルが形成される。
【００５４】
図２に示すように熱式圧縮機１は、膨張行程（ＮＫの区間）、吸入行程（ＫＬの区間）、圧縮行程（ＬＭの区間）、吐出行程（ＭＮの区間）の４行程が順次なされパルス管型蓄熱サイクルの１サイクルを形成する。
【００５５】
膨張行程は、ＮＫの区間なされ、吸入弁４４と吐出弁４６とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストン７８が矢印Ａ方向（図１）、即ち膨張室７５方向へ移動すると、ガスピスト７２も矢印Ａ方向へ移動する。この移動により膨張室７５の容積は減少し、膨張室７５の炭酸ガスは、順次、吸熱器６０、蓄熱器５０に流入し、蓄熱材エレメント５１により冷却され、周囲の空気温度より高く且つ膨張室７５より低い温度（例えば、略６０℃）になって圧縮室４１に流入する。膨張室７５の高温(例えば、略５５０℃)の炭酸ガスは、膨張室７５より低い温度になって容積増加中の圧縮室４１へ移動するので、炭酸ガスの圧力は膨張室７５の容積の減少に伴い徐々に低下し、圧縮室４１の圧力が所定の低圧に達する。
【００５６】
吸入行程は、ＫＬの区間なされ、圧縮室４１の圧力が所定の低圧に達し、吸入流路４３ａの圧力Ｐｉと圧縮室４１のＰｃとの差圧に基づき吸入弁４４に作用する力（（Ｐｉ−Ｐｃ）×Ａｉ、Ａｉは吸入弁４４の受圧面積）が吸入弁４４のバネ力より大きくなると、吸入弁４４が自動的に開かれる。そして、後述する冷暖房回路１０１（図８）から低圧の炭酸ガスが圧縮室４１に吸入される。即ち、吸入流路４３ａを通って炭酸ガスは容積増加中の圧縮室４１に流入し、圧縮室４１の圧力は一定値を保たれつつ、圧縮室４１の炭酸ガスの質量は増大する。そして、吸入流路４３ａの圧力Ｐｉと圧縮室４１のＰｃとの差圧に基づき吸入弁４４に作用する力（（Ｐｉ−Ｐｃ）×Ａｉ）が吸入弁４４のバネ力より小さくなると、吸入弁４４が自動的に閉じられ吸入行程が終了する。
【００５７】
圧縮行程は、吸入行程終了後、ＭＮの区間なされ、吸入弁４４と吐出弁４６とが閉状態を保ちつつディスプレーサピストン７８が矢印Ｂ方向（図１）、即ち圧縮室４１方向へ移動する。そして、容積が減少している圧縮室４１の炭酸ガスは順次、蓄熱器５０、吸熱器６０、膨張室７５へ移動する。この移動により圧縮室４１の炭酸ガスは、蓄熱材エレメント５１により加熱され、さらに吸熱器６０で燃焼ガスにより加熱されて高い温度（例えば略５５０℃）となって膨張室７５へ移動するので、炭酸ガスの圧力は圧縮室４１の容積減少に伴い徐々に増大し、所定の高圧力に達する。
【００５８】
吐出行程は、ＭＮの区間なされ、圧縮室４１の圧力が所定の高圧力に達し、圧縮室４１の圧力Ｐｃと弁室４５ｂの圧力Ｐｏの差圧に基づき吐出弁４６に作用力（（Ｐｃ−Ｐｏ）×Ａｏ、Ａｏは吐出弁４６の受圧面積）が吐出弁４６のバネ力より大きくなると、吐出弁４６が自動的に開かれ、圧縮室４１の炭酸ガスは圧縮室４１より流路４５ａを通って吐出される。そして、圧縮された炭酸ガスは冷暖房回路１０１（図８）に供給される。
【００５９】
圧縮室４１の圧力Ｐｃと弁室４５ｂの圧力Ｐｏの差圧に基づき吐出弁４６に作用力（（Ｐｃ−Ｐｏ）×Ａｏ）が吐出弁４６のバネ力より小さくなり、吐出弁４６が自動的に閉じられると、吐出行程が終了し、再び次のサイクルの膨張行程へ移行する。
【００６０】
以上により、熱式圧縮機１は熱エネルギーにより冷媒を圧縮し、後述する冷暖房回路１００に供給するので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な熱式圧縮機１を提供できる。
【００６１】
また、ガスピストン７２は、ガス質量一定で、圧力変動に伴い容積を変化しつつディスプレーサピストン７８の移動と略同じように移動する。炭酸ガスの熱伝導率は固体材に比べ大幅に低いので、ガスピストン７２は断熱材として機能し、膨張室７５からディスプレーサピストン７８に侵入する伝導損失熱を抑制する。
【００６２】
また、蓄冷材エレメント５１はステンレスなどの金網を多数枚積層して構成されるので、積層による蓄冷材エレメント５１間の接触熱低抗は固体材の熱抵抗に比べ大幅に大きく、蓄熱器５０の高温端５０ａから蓄熱器低温端５０ｂに侵入する伝導熱損失は抑制される。
【００６３】
パルス管７１および蓄熱器５０の容器は、ステンレス等の熱伝導率の低い材料で、肉厚が薄く、熱伝導方向に長いパイプ形状であるので、膨張室７５からパルス管７１および蓄熱器５０の容器を伝わって圧縮室４１側に侵入する伝導損失熱は抑制される。
【００６４】
さらに、予熱器１４により導入される空気と燃料は、燃焼器１５で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃料温度は高温になり、燃焼よる熱エネルギーは吸熱器６０を介在して炭酸ガスに効率よく吸熱される。
【００６５】
以上により、伝導損失熱が少なく、燃焼による熱エネルギーが効率よく使用され、熱効率の高い熱式圧縮機１を提供できる。
【００６６】
ディスプレーサピストン７８には、ディスプレーサピストン７８の前面７８ａに作用する圧力に基づく力Ｆ１と背面７８ｂに作用する圧力に基づく力Ｆ２との差の力Ｆ＝Ｆ１−Ｆ２と、バッファ室３７側のロッド３６の端面に作用する圧力に基づく力Ｆ３、駆動部３０（駆動手段）による駆動力Ｆ４（一対のフレキシブルベアリング３２の撓みによるバネ力およびリニアモータ３３の駆動力）と、ディスプレーサピストン７８とロッド３６と可動子３５との合計質量に基づく慣性力Ｆ５とが作用し、往復動する。そしてディスプレーサピストン７８は、一対のフレキシブルベアリング３２のバネとリニアモータ３３の磁気バネと炭酸ガスの圧力に基づくガスバネを合成した合成バネと、前述の合計質量とで共振周波数を持った振動系を形成する。この共振周波数又は近傍の周波数で熱式圧縮機１を運転することで、リニアモータ３３の駆動力が小さくてもディスプレーサピストン７８の往復動の振幅が増大する。従って、ディスプレーサピストン７８の往復動による圧縮室４１と膨張室７５との間の冷媒移動量は増大するので圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機１は、吐出圧力と吐出流量が増大すると共に、熱効率が向上する。
【００６７】
尚、リニアモータ３３は電力を使用するが、ロッド３６の径はディスプレーサピストン７８の径に比べ大幅に小さいので前述の力Ｆも微小であり、また共振周波数あるいは近傍の周波数で駆動されるので、リニアモータ３３の所要電力は僅かである。従って、夏場の冷房電力ピーク発生原因にはならい。また、後述するがフレキシブルベアリング３２を配備すれば、リニアモータ３３は配備しなくても良い。
【００６８】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係わる説明図である。図１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００６９】
図３に示すように、熱式圧縮機２は、圧縮室４１に圧縮比増大手段８０が配備される。他の構成は、図１と同じである。即ち、熱式圧縮機２は予熱型燃焼器１０と、圧縮機本体２０と、圧縮比増大手段８０とで構成される。
【００７０】
圧縮比増大手段８０は、シリンダ８１と、ピストン８２と、ピストン８２の背面８２ｂに連結したロッド８３と、ロッド８３を介在しピストン８２を支持する一対のフレキシブルベアリング８４と、配管８７とから構成される。
【００７１】
ピストン８２の前面８２ａ側の作動室８５は、配管８７、流路５２、流路５３を介在し圧縮室４１に連通する。また、一対のフレキシブルベアリング８４の外周側と内周側は、それぞれシリンダ８１の内周面側とロッド８３とに固定され、これによりピストン８２はシリンダ８１の内周面に対し微小間隙を持って往復動可能に支持される。この微小間隙は、作動室８５と、背面８２ｂ側のバッファ室８６との間の炭酸ガスのシールをするクリアランスシール機能を果す。
【００７２】
また、ピストン８２はピストン８２とロッド８３の合計質量と、一対のフレキシブルベアリング８４のバネと炭酸ガスの圧力に基づくガスバネとの合成バネとで、ディスプレーサ７８の共振周波数と略同じ共振周波数を持つ振動系を形成する。これにより、ピストン８２はディスプレーサ７８の共振周波数又は近傍の運転周波数で往復動し、作動室８５の容積変動は、圧縮室４１の容積変動と略同位相になる。このことは膨張室７５の掃気容積は変化せず、圧縮室４１の掃気容積が増大したことと等価である。即ち、圧縮室４１と圧縮比増大手段８０の作動室８５とから膨張室７５へ移動する冷媒量は、圧縮比増大手段８０を設けたことにより増大するので、圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機２は、図１の熱式圧縮機１の吸熱器６０に投入される同一量の熱エネルギーに対し圧縮比を熱式圧縮機１より増大できるので、熱式圧縮機１より吐出圧力と吐出量が大きく、熱効率の高い熱式圧縮機２を提供できる。
【００７３】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係わる説明図である。図１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００７４】
図４に示すように、熱式圧縮機３は、圧縮室４１に圧縮比増大手段９０が配備される。他の構成は、図１と同じである。即ち、熱式圧縮機３は予熱型燃焼器１０と、圧縮機本体２０と、圧縮比増大手段９０とで構成される。
【００７５】
圧縮比増大手段９０は、バッファタンク９１と、一端がバッファタンク９１に連通する細長いパイプのイナータンスチューブ９２とから構成される。そしてイナータンスチューブ９２の他端は、流路５２、流路５３を介在し圧縮室４１に連通する。
【００７６】
イナータンスチューブ９２の内径と長さ、および、バッファタンク９１の容積を調整することにより、イナータンスチューブ９２内の炭酸ガスの質量と、バッファタンク９１内の炭酸ガスのガスバネとで、圧縮比増大手段９０はディスプレーサ７８の共振周波数と略同じ共振周波数を持つ振動系を形成する。これにより、ディスプレーサピストン７８が共振周波数近傍の運転周波数で往復動すると、イナータンスチューブ９２内の炭酸ガスは同じ周波数で往復動し、イナータンスチューブ９２とバッファ９１と合計の炭酸ガス量は、圧縮室４１の炭酸ガス量と略同位相で変化する。このことは膨張室７５の掃気容積は変化せず、圧縮室４１の掃気容積が増大したことと等価である。即ち、圧縮室４１と圧縮比増大手段８０とから膨張室７５へ移動する炭酸ガス量は、圧縮比増大手段９０を設けたことにより増大し、圧縮比が増大する。結果、熱式圧縮機３は、図１の熱式圧縮機１の吸熱器６０に投入される同一量の熱エネルギーに対し圧縮比を熱式圧縮機１より増大できるので、熱式圧縮機１より吐出圧力と吐出量が大きく、熱効率の高い熱式圧縮機３を提供できる。
【００７７】
また、熱式圧縮機３の圧縮比増大手段９０は熱式圧縮機２の圧縮比増大手段８０より、圧縮比は低いが構成が単純で、熱式圧縮機３は低コストになる。
【００７８】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係わる説明図である。図１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００７９】
図５に示すように、熱式圧縮機４は予熱型燃焼器１０と、圧縮機本体２４とから構成される。そして、圧縮機本体２４の駆動部１３０(往復動手段)は、図１の熱式圧縮機１の駆動部３０に配設したリニアモータ３３を取除いて構成される。即ち、駆動部１３０は、バッファ室１３７を形成するハウジング１３１と、一対のフレキシブルベアリング３２と、ディスプレーサピストン７８の背面７８ｂに連結するロッド１３６とから構成される。
【００８０】
フレキシブルベアリング３２の外周側と内周側は、それぞれハウジング１３１の内周面側と、ロッド１３６の外周面に固定される。これにより、ロッド１３６と弁箱４２の貫通孔との間、および、ディスプレーサピストン７８の外周面とパルス管７１の内周面との間は、それぞれ微小間隙を持ってディスプレーサピストン７８が往復動できる。前述の微小間隙は、圧縮室４１の炭酸ガスの流出入を阻止するクリアランスシール機能を果す。そしてクリアランスシールにより圧縮室４１とバッファ室１３７とは動的に隔絶（圧縮室４１とバッファ室１３７の平均圧力は等しく、圧力変動は異なる）される。
【００８１】
図１の第１実施形態と同様に、図５のディスプレーサピストン７８は、ディスプレーサピストン７８とロッド１３６の合計質量と、一対のフレキシブルベアリング３２のバネと冷媒の圧力に基づくガスバネとを合成した合成バネとで、共振周波数を持った振動系を形成する。
【００８２】
図５の振動系が図１の振動系と異なると点は、図５の振動系の駆動力Ｆ４はリニアモータ３３の駆動力が含まれず、合成バネは一対のフレキシブルベアリング３２のバネ力とガスバネとであること、図５の振動系の合計質量に可動子３５の質量が含まれないこと、とである。
【００８３】
熱式圧縮機４の起動は、吸熱器６０を燃焼ガスで加熱し、熱式圧縮機４に一瞬、軽くショック（例えば、熱式圧縮機４を軽く叩く）を加えると、ディスプレーサピストン７８は、上述の共振周波数で往復動する。
【００８４】
以上により、熱式圧縮機４はリニアモータ３３を配備しなくとも、ディスプレーサピストン７８は共振周波数で往復動する。結果、駆動部１３０の構成が単純、小型、低コストになり、これに伴い構成が単純で、小型、低コストの熱式圧縮機４を提供できる。
【００８５】
また、駆動モータが不要であるので、熱式圧縮機４は熱エネルギーだけで運転できる。他の構成および効果は、熱式圧縮機１と同じである。
【００８６】
（第５実施形態）
図６は、本発明の第５実施形態に係わる説明図である。図１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００８７】
図６に示すように、熱式圧縮機５は予熱型燃焼器１０と、圧縮機本体２５とから構成される。そして圧縮機本体２５の駆動部１５０および弁箱１４２の形状が、図１の熱式圧縮機１の駆動部３０および弁箱４２の形状と異なる。即ち、駆動部１５０(往復動手段)のリニアモータ１５３がリニアモータ３３(図１)より小型になり、可動子１５５が圧縮室１４１内に配備される。そして圧縮室１４１は、パルス管７１とディスプレーサピストン７８の背面７８ｂと弁箱１４２の上面とロッド１５６とに囲まれ形成される圧縮室１４１ａと、ハウジング１５１と可動子１５５とロッド１５６とに囲まれて形成される圧縮室１４１ｂと、が一体となって形成される。
【００８８】
リニアモータ１５３は、ハウジング１５１の外周面に配備されコイル１５４ａを有する固定子１５４と、永久磁石１５５ａを有する可動子１５５から構成される。可動子１５５の中心に凸形状のロッド１５６が貫通固定され、ロッド１５６の一端はディスプレーサピストン７８の背面７８ｂに連結される。ロッド１５６の他端側はフレキシブルベアリング１５２（弾性手段）の内径側が固定され、フレキシブルベアリング１５２の外径側はハウジング１５１の内周面側に固定される。フレキシブルベアリング１５２により、ディスプレーサピストン７８はパルス管７１の内周面に対し微小間隙を持って往復動可能に支持され、この微小間隙はクリアランスシールの機能を果す。
【００８９】
ハウジング１５１の内周面と、ロッド１５６の外周面および可動子１５５の外周面は、炭酸ガスが圧縮室１４１ａと圧縮室１４１ｂとの間を圧力損失なく移動できる隙間が確保される。
【００９０】
また、可動子１５５が圧縮室１４１内に配備されることにより、弁箱１４２のロッド１５６貫通する貫通孔の径が増大する。このため、弁箱１４２の弁室１４３ｂ、弁室１４５ｂの形状が、熱式圧縮機１の弁室４３ｂ、弁室４５ｂ(図１)の形状と異なり、これに伴い弁箱１４２の形状が熱式圧縮機１の弁箱４２(図１)の形状と異なる。
【００９１】
以上により、駆動部１５０は図１の熱式圧縮機１の駆動部３０より小型、軽量になる。
【００９２】
また、図１のロッド３６の往復動により掃気される容積分、圧縮室１４１の掃気容積は、ロッド３６（図１）の往復動により掃気される容積分、図１の圧縮室４１より増大し、圧縮比も増大する。他の構成および他の効果は、図１の熱式圧縮機１と同じである。
【００９３】
尚、リニアモータ１５３の可動子１５５はロッド１５６を介在しディスプレーサピストン７８の背面７８ｂに連結されるが、ディスプレーサピストン７８の背面７８ｂに直接、固定しても良い。
【００９４】
（第６実施形態）
図７は、本発明の第６実施形態に係わる説明図である。図１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１と同じ符号を付す。
【００９５】
図７に示すように、熱式圧縮機６は、圧縮機本体２６と、ヒータ１６と、断熱材１７とから構成される。図１の熱式圧縮機１と異なる点は、熱式圧縮機１の予熱型燃焼器１０をヒータ１６に置換えたことである。即ち、吸熱器６０にヒータ１６が設置され、ヒータ１６の周りには断熱材１７が施工される。  他の構成は、図１と同じである。
【００９６】
ヒータ１６は、燃料電池１８から電力が供給され、吸熱器６０を往復流動する炭酸ガスはヒータ１６により加熱される。これにより熱式圧縮機６は、例えば燃料電池車、あるいは電力を確保し難い離島などの冷暖房装置に使用できる。
【００９７】
また、断熱材１７により周囲と良好に断熱されるので、ヒータ１６により発生する熱は周囲に無駄に棄てられることなく吸熱器６０の加熱に使用される。結果、効率の高い熱式圧縮機６を提供できる。
【００９８】
また、他の動作は熱式圧縮機１の動作と同じである。そして、他の効果は熱式圧縮機１の予熱器１４に起因する効果を除いて熱式圧縮機１の効果と同じである。
【００９９】
尚、熱式圧縮機の熱源は、燃焼熱あるいは燃料電池以外、例えば太陽熱、地熱、燃焼炉の排気熱等、熱エネルギーの形態は問わない。この場合、予熱型燃焼器１０あるいはヒータ１６は、熱エネルギーの形態に適合した機器に換る。
【０１００】
（第１適応実施形態）
図８は、本発明の第１適応実施形態に係わる説明図である。図８に示すように冷暖房装置１００は、図１の熱式圧縮機１に冷暖房回路１０１を接続して構成され、図中、熱式圧縮機１は図１の熱式圧縮機１を模式的に示す。即ち、熱式圧縮機１の吐出口４５ｄと、吸入口４３ｄと、排気口１３は、それぞれ冷暖房回路１０１の冷媒流入口１０２と、冷媒流出口１０７と、排ガス流入口１０９とに接続される。
【０１０１】
冷暖房回路１０１は、排熱回収熱交換器１０３と、排熱回収熱交換器１０３の冷媒流路１０３ａの流出側に接続される冷媒流路切替弁１２０と、排熱回収熱交換器１０３の排ガス流路１０３ｂに接続される排ガス流路切替弁１１１（制御弁）と、室内熱交換器１０４と、ＪＴ弁１０５（膨張手段）と、室外熱交換器１０６とから構成される。
【０１０２】
排熱回収熱交換器１０３は、炭酸ガスが流れる冷媒流路１０３ａと、排ガスが流れる排ガス流路１０３ｂとを備え、冷媒流路１０３ａを流れる炭酸ガスは排ガス流路１０３ｂを流れる排ガスにより加熱される。
【０１０３】
また冷媒流路切替弁１２０は、三方向弁１２１と三方向弁１２２とを備え、冷房と暖房に対応して炭酸ガスの流れる流路を切替える。そして冷媒流路切替弁１２０の切替に連動して排ガス流路切替弁１１１により排ガスが流れる排ガス流路が切替えられる。即ち、暖房時、吐出口４５ｄは、冷媒流入口１０２、冷媒流路１０３ａ、三方向弁１２１のポート１２１ａ、ポート１２１ｂ、室内熱交換器１０４、ＪＴ弁１０５、室外熱交換器１０６、三方向弁１２２のポート１２２ｂ、ポート１２２ａ、冷媒流出口１０７、吸入口４３ｄへと、順次、連通される。そして、この状態において、熱式圧縮機１の排気口１３は、順次、排ガス流入口１０９、排ガス流路切替弁１１１のポート１１１ａ、ポート１１１ｂ、流路１０３ｂへと、順次、連通される。
【０１０４】
冷房時、吐出口４５ｄは、冷媒流入口１０２、冷媒流路１０３ａ、三方向弁１２１のポート１２１ａ、ポート１２１ｃ、流路１２４、室外熱交換器１０６、ＪＴ弁１０５、室内熱交換器１０４、流路１２３、三方向弁１２２のポート１２２ｃ、ポート１２２ａ、冷媒流出口１０７、吸入口４３ｄへと、順次、連通される。そして、この状態において、排気口１３は、順次、排ガス流入口１０９、排ガス流路切替弁１１１のポート１１１ａ、ポート１１１ｃ、大気へと開放する。
【０１０５】
次に、冷暖房装置１００の暖房と冷房の動作および効果について説明する。即ち、暖房時、熱式圧縮機１の圧縮室４１（図１）から圧縮熱で温まった（例えば、略６０℃）高圧の炭酸ガスが吐出弁４６と流路４５ａ（図１）を通過して、吐出口４５ｄから吐出される。そして順次、排熱回収熱交換器１０３の流路１０３ａ、三方向弁１２１のポート１２１ａ、ポート１２１ｂ、室内熱交換器１０４、ＪＴ弁１０５、室外熱交換器１０６、三方向弁１２２のポート１２２ｂ、ポート１２１ａ、熱式圧縮機１の吸入口４３ｄ、吸入弁４４（図１）を通って、圧縮室４１に戻る。
【０１０６】
排熱回収熱交換器１０３の冷媒流路１０３ａを流動する炭酸ガスは、熱式圧縮機１からの比較的高い温度（例えば略１５０℃）の排ガスによって加熱され、更に高い温度（例えば８０℃）になって室内熱交換器１０４に流入する。
【０１０７】
室内熱交換器１０４では、熱式圧縮機１で圧縮した際に生じた炭酸ガスの圧縮熱と、排熱回収熱交換器１０３を介し排ガスから炭酸ガスが吸熱した熱とで室内を暖房する。
【０１０８】
ＪＴ弁では、室内熱交換器１０４から流出し室内の暖房を終えた高圧の炭酸ガスの流れを絞り、吸入圧に近い圧力に略等エンタルピー膨張させ、炭酸ガスの一部を液化させミストにする。
【０１０９】
室外熱交換器１０６では、ＪＴ弁１０５から流出したミスト（例えば略−１０℃）を加温し略大気温度に昇温し、昇温された炭酸ガスは吸入弁４４を通過して圧縮室４１に吸入される。
【０１１０】
冷房時、熱式圧縮機１の圧縮室４１から圧縮され圧縮熱で温まった炭酸ガスが吐出弁４６、吐出口４５ｄを通過して吐出される。そして、順次、排熱回収熱交換器１０３の流路１０３ａ、三方向弁１２１のポート１２１ａ、ポート１２１ｃ、室外熱交換器１０６、ＪＴ弁１０５、室内熱交換器１０４、三方向弁１２２のポート１２２ｃ、ポート１２２ａ、熱式圧縮機１の吸入流路４３ａ、吸入弁４４を通って、圧縮室４１に戻る。この場合、熱式圧縮機１の排気口１３から流出される排ガスは、排ガス流路切替弁１１１のポート１１１ａ、１１１ｃを通過し大気に放出される。これにより、排熱回収熱交換器１０３に於いて炭酸ガスは排ガスで加熱されない。
【０１１１】
室外熱交換器１０６は、炭酸ガスの圧縮熱を放熱し、炭酸ガスの温度を略大気温度に降温する。ＪＴ弁１０５では、外熱交換器１０６を通過し放熱を終えた炭酸ガスを絞り、吸入圧に近い圧力に略等エンタルピー膨張させ、炭酸ガスの一部を液化させミストにする。このミストは内熱交換器１０４に流入し、室内熱交換器１０４を介在してミストの冷熱、即ち、二酸化炭素の潜熱と顕熱とで室内を冷房する。
【０１１２】
以上により、従来技術のエンジンヒートポンプあるいはパルス管型蓄熱機関と圧縮機と冷暖房回路とを組合せた冷暖房装置に比べ、本発明の冷暖房装置１００は熱式圧縮機１と冷暖房回路１０１を組合せて構成されるので、構成が簡単で、コストの安い冷暖房装置１００を提供できる。
【０１１３】
また、熱式圧縮機１は熱エネルギーにより炭酸ガスを圧縮するので、夏場の冷房電力ピーク時あるいは離島等における電力使用の制約を受けず使用可能な冷暖房装置１００を提供できる。
【０１１４】
また、冷暖房回路１０１は排熱回収熱交換器１０３を配備し、暖房時には熱式圧縮機１の排ガスで熱式圧縮機１から吐出される炭酸ガスを加熱し、室内熱交換器１０４を介在して室内の暖房用の熱に有効活用する。また、暖房を終えた炭酸ガスはＪＴ弁で一部液化され、ミストとなって室外熱交換器１０６に流入し、そこで吸熱される。そして、ミストの冷熱を例えば製氷機などに利用できる。さらには、冷房時に、室外熱交換器１０６により放熱される圧縮熱を例えば給湯器などに利用できる。
【０１１５】
また、第１実施形態で説明したように、吸熱器６０あるいは膨張室７１からガスピストン７２、蓄冷材エレメント５１、パルス管７１の管壁、蓄熱器５０の容器とを伝わり圧縮室４１側に侵入する熱伝導損失は、第１実施形態と同じ作用で同じ理由により抑制される。さらに、予熱器１４により導入される空気と燃料のうち少なくとも空気は、燃焼器１５で燃焼した排ガスの排気熱で予熱されるので、燃焼温度は上昇し、燃焼の熱エネルギーは吸熱器６０で効率よく吸熱される。
【０１１６】
以上により、熱効率の高い冷暖房装置１００を提供できる。
【０１１７】
尚、第１適応実施形態では、冷暖房装置１００は熱式圧縮機１を使用したが、熱式圧縮機２、熱式圧縮機３、熱式圧縮機４、熱式圧縮機５、熱式圧縮機６のいずれを使用しても良い。
【０１１８】
また、本適応実施形態の排ガス流路切替弁１１１は三方向弁であるが、排気口１３から排出される排ガスが排熱回収熱交換器１０３と、排ガスが排熱回収熱交換器１０３以外の例えば給湯器などに使用される場合、排ガス流路切替弁１１１は流れを止める開閉弁（制御弁）でも良い。
【０１１９】
（第２適応実施形態）
図９は、本発明の第２適応実施形態に係わる説明図である。図８と同じ部品及び同じ部位の符号は、図８と同じ符号を付す。
【０１２０】
図９に示すように、冷暖房装置２００は、図８の冷暖房装置１００の１段圧縮の熱式圧縮機１が２段圧縮の熱式圧縮機７に置換えられる。即ち、熱式圧縮機７は１段目の熱式圧縮機７ａと、熱式圧縮機７ａより小さい掃気容積の２段目の熱式圧縮機７ｂとから構成される。熱式圧縮機７ａ、７ｂの構造は、図１の熱式圧縮機１と同じである。
【０１２１】
１段目の熱式圧縮機７ａの吐出口４５ｄは、２段目の熱式圧縮機７ｂの吸入口４３ｆに接続される。熱式圧縮機７ｂの吐出口４５ｆは冷暖房回路１０１の冷媒流入口１０２に接続され、冷暖房回路１０１の冷媒流出口１０７は１段目の熱式圧縮機７ａの吸入口４３ｄに接続する。
【０１２２】
１段目の熱式圧縮機７ａの排気口１３からの流路と、２段目の熱式圧縮機７ｂの排気口１３ｆからの流路は合流し、排ガス流入口１０９、排ガス流路切替弁１１１のポート１１１ａに順次接続される。排ガス流路切替弁１１１のポート１１１ｂは、排熱回収熱交換器１０３の流路１０３ｂの流入側に接続され、ポート１１１ｃは大気に開放される。
【０１２３】
１段目の熱式圧縮機７ａと２段目の熱式圧縮機７ｂの排ガスは、合流して排ガス流路切替弁１１１のポート１１１ａに流入し、暖房時にはポート１１１ｂを通って排熱回収熱交換器１０３の流路１０３ｂへ流入し、流路１０３ａを流れる炭酸ガスを加熱する。冷房時は、合流した排ガスはポート１１１ａからポート１１１ｃを通って大気へ放出される。
【０１２４】
１段目の熱式圧縮機７ａの吸入口４３ｄから吸入された炭酸ガスは所定の圧力に圧縮され、吐出口４５ｄから吐出される。吐出された炭酸ガスは、２段目の熱式圧縮機７ｂの吸入口４３ｆから吸入され、さらに高い所定の圧力に圧縮されて２段目の吐出弁（図示せず）を通って吐出口４５ｆから吐出される。これにより、熱式圧縮機７から吐出される炭酸ガスの圧縮比は、図１の熱式圧縮機１より増大するので、冷暖房システム２００の冷暖房の能力は増大する。
【０１２５】
他の構成、動作および効果は、図８の冷暖房装置１００と同じである。
【０１２６】
尚、熱式圧縮機７の熱式圧縮機７ａ、７ｂの構造は、圧縮機本体１の構造と同じであるが、熱式圧縮機２、熱式圧縮機３、熱式圧縮機４、熱式圧縮機５、熱式圧縮機６の構造のいずれと同じでも良い。
【０１２７】
（第３適応実施形態）
図１０は、本発明の第３適応実施形態に係わる説明図である。図８と同じ部品及び同じ部位の符号は、図８と同じ符号を付す。
【０１２８】
図１０に示すように、冷暖房装置３００の冷暖房回路３０１は、図８の冷暖房回路１０１のＪＴ弁１０５が膨張機１１０（膨張手段）に置換わる。即ち、膨張機１１０に流入した高圧の炭酸ガスは、吸入圧近傍の圧力に略等エントロピー膨張して外部に膨張仕事をなし、低い温度の炭酸ガス、あるいは、二酸化炭素のミストとなって流出する。
【０１２９】
冷房と暖房は、図８の冷暖房回路１０１と同じように冷媒流路切替弁１２０により流路を切替て行われる。冷暖房回路３０１の作動が冷暖房回路１０１の動作と異なる点は、炭酸ガスの膨張形態が異なることである。即ち、冷暖房回路３０１の膨張機１１０は略等エントロピー膨張して外部に膨張仕事をなすが、冷暖房回路１０１のＪＴ弁は略等エンタルピー膨張し外部に膨張仕事をしない。従って、冷暖房装置３００は、膨張機１１０の膨張仕事を動力、あるいは、電力として回収することで熱効率が向上する。
【０１３０】
尚、膨張機１１０がピストン往復動式の場合、膨張機１１０は暖房時と冷房時で炭酸ガスの流入流路と流出流路とが入替わる流路切替弁(図示せず)を内臓している。
【０１３１】
他の構成、動作および効果は、図８の冷暖房装置１００と同じである。
【０１３２】
尚、第１適応実施形態では、冷暖房装置３００は熱式圧縮機１を使用したが、熱式圧縮機２、熱式圧縮機３、熱式圧縮機４、熱式圧縮機５、熱式圧縮機６のいずれを使用しても良い。
【０１３３】
（第７実施形態）
図１１は、本発明の第７実施形態に係わる説明図である。図１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１と同じ符号を付す。図１１に示すように、熱式圧縮機８は図１の熱式圧縮機１の変形実施形態である。即ち、熱式圧縮機８は、駆動部３０と弁箱４２の構成が熱式圧縮機１と同じで、他の構成は熱式圧縮機１と異なる。
【０１３４】
低温側の膨張部１６０は、ロッド３６を連結したディスプレーサピストン１６２と、シリンダ１６３と、シリンダ１６３の下端面に固定した弁箱４２（吸入弁４４と吐出弁４６を含む）を備える。そして、膨張部１６０の低温側の膨張室１６１は、シリンダ１６３の内周面と、弁箱４２の上面と、ディスプレーサ１６２の背面１６２ｂと、ロッド３６とに囲まれ形成される。そして、ディスプレーサ１６２の前面１６２ａと、シリンダ１６３の内周面とに囲まれて圧縮室１６４が形成される。ディスプレーサピストン１６２の往復動により、低温側の膨張室１６１と圧縮室１６４との容積が逆位相で変化する。
【０１３５】
高温側の膨張部１７０は、パルス管１７１の高温側と、パルス管１７１内に形成されるガスピスト１７２の高温側とから構成される。高温側の膨張室１７３は、パルス管１７１と、ガスピスト１７２の高温端１７２ａと、吸熱器１６６とに囲まれて形成される。作動室１７８は、パルス管１７１と、ガスピスト１７２の低温端１７２ｂと、ディストリビュータ１７４とに囲まれて形成される。
【０１３６】
圧縮室１６４は、順次、流路１７５、蓄熱器１６５、流路１７６、吸熱器１６６を介してパルス管１７１の高温端１７１ａ側の膨張室１７３に連通する。そして、作動室１７８は流路１７７を介して低温側の膨張室１６１に連通する。蓄熱器１６５は、流路１７５側の端部が低温端１６５ｂで、流路１７６側の端部が高温端１６５ａになる。
【０１３７】
また、ヒータ１９１は吸熱器１６６に設けられる。そして蓄熱器１６５の高温側と、流路１７６と、吸熱器１６６と、パルス管１７１の高温側の周りは断熱材１９２が施工される。
【０１３８】
ディスプレーサピストン１６２が駆動部３０により上方向に移動すると、圧縮室１６４の炭酸ガスは蓄熱器１６５と、吸熱器１６６とで加熱され、昇温・昇圧し高温側の膨張室１７３に流入し、ガスピストン１７２を下方向に移動させる。ガスピストン１７２の下方向への移動により、作動室１７４の昇圧した炭酸ガスは低温側の膨張室１６１に流入し、吐出弁４６を通って吐出口４５ｄより吐出される。ディスプレーサピストン１６２が駆動部３０により下方向に移動すると、低温側の膨張室１６１の炭酸ガスは作動室１７８に流入し、ガスピストン１７２を上方向に移動させる。すると、高温側の膨張室１７３の炭酸ガスは、吸熱器１６６と、蓄熱器１６５を通り、蓄熱器１６５で降温・降圧され圧縮室１６４に流入する。また、吸入口４３ｄから吸入弁４４を通って炭酸ガスが低圧になった低温側の膨張室１６１へ流入する。このようにして、熱式圧縮機８による炭酸ガスの圧縮の１サイクルが形成される。
【０１３９】
以上により、熱式圧縮機８は、図１の熱式圧縮機１及び図７の熱式圧縮機６と同じ効果を奏する。
【０１４０】
（第８実施形態）
図１２は、本発明の第８実施形態に係わる説明図である。図１１と同じ形状の部品及び同じ形状の部位の符号は、図１１と同じ符号を付す。図１２に示すように、熱式圧縮機９は、図１１の熱式圧縮機８のリニアモータ３３が、ディスプレーサピストン１８２とシリンダ１８５とに亘り配備される。これに伴い弁箱４７は、図１１の弁箱４２と形状が異なり、ロッド３６（図１１）が貫通する孔がなくなる。
【０１４１】
低温側の膨張部１８０は、ディスプレーサピストン１８２と、シリンダ１８５と、シリンダ１８５の下端面に固定した弁箱４７（吸入弁４４と吐出弁４６を含む）とを備える。ディスプレーサピストン１８２は、ピストン本体１８２ａと、ピストン本体１８２ａの両端に設けた一対のロッド１８２ｂと、ロッド１８２ｂに固定される一対のフレキシブルベアリング１８２ｆと、ピストン本体１８２ａの外周側に設けた永久磁石１８２ｃとを備える。一対のフレキシブルベアリング１８２ｆはシリンダ１８５の内周面に固定される。これにより、シリンダ１８５に対しディスプレーサピストン１８２は、微小間隙を持って往復動可能になる。そして、永久磁石１８２ｃに対面してコイル１８３ａを備える固定子１８３は、シリンダ１８５の外周面に設けられる。そして、ディスプレーサピストン１８２は可動子を兼ね、固定子１８３とでリニアモータ１８４を構成する。また、駆動部１９０はシリンダ１８５と、ディスプレーサピストン１８２と、固定子１８３とから構成される。
【０１４２】
低温側の膨張室１８１は、シリンダ１８５と、ディスプレーサピストン１８２の背面１８２ｅとに囲まれ形成される。圧縮室１８６は、シリンダ１８５と、ディスプレーサピストン１８２の前面１８２ｄとに囲まれ形成される。また、フレキシブルベアリング１８２ｆはスリッドを備え、炭酸ガスはスリッドを通過できる。
【０１４３】
他の構成は、図１１の第７実施形態と同じであり、作動も第７実施形態と同じである。熱式圧縮機８は、リニアモータ１８４を圧縮部に配備したので、図１１の熱式圧縮機８に比べ小型になる。他の効果は、図１１の第７実施形態と同じである。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の第１実施形態に係わる説明図である。
【図２】図１の熱式圧縮機の膨張室の容積と圧縮室の圧力を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係わる説明図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係わる説明図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係わる説明図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係わる説明図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係わる説明図である。
【図８】本発明の第１適応実施形態に係わる説明図である。
【図９】本発明の第２適応実施形態に係わる説明図である。
【図１０】本発明の第３適応実施形態に係わる説明図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係わる説明図である。
【図１２】本発明の第８実施形態に係わる説明図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１、２、３、４、５、６、７、８、９  熱式圧縮機
１３、１３ｆ  排気
３０、１３０、１５０  駆動部（往復動手段）
３１、１３１  ハウジング
３２、１５２  フレキシブルベアリング（弾性手段）
３６、１３６  ロッド
３７、１３７  バッファ室
４１、１４１  圧縮室
４３ｄ  吸入口
４５ｄ、４５ｆ  吐出口
４４  吸入弁
４６  吐出弁
５０  蓄熱器
５０ａ  高温端
５０ｂ  低温端
６０  吸熱器
７１  パルス管
７５  膨張室
７８  ディスプレーサピストン
７８ａ  前面
７８ｂ  背面
８０、９０  圧縮比増大手段
１００、２００、３００  冷暖房装置
１０１、３０１  冷暖房回路
１０３  排熱回収熱交換器
１０４  室内熱交換器
１０５  ＪＴ弁（膨張手段）
１０６  室外熱交換器
１１０  膨張機（膨張手段）
１１１  排ガス流路切替弁（制御弁）
１２０  冷媒流路切替弁
【図１】
2010071481.tif 000003
【図２】
2010071481.tif 000004
【図３】
2010071481.tif 000005
【図４】
2010071481.tif 000006
【図５】
2010071481.tif 000007
【図６】
2010071481.tif 000008
【図７】
2010071481.tif 000009
【図８】
2010071481.tif 000010
【図９】
2010071481.tif 000011
【図１０】
2010071481.tif 000012
【図１１】
2010071481.tif 000013
【図１２】
2010071481.tif 000014