JP2001355940A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖房時にエンジン排熱の回収効率低下を防止
できるともに、室外熱交換器からの放熱による暖房能力
の低下を防止できるヒートポンプ装置を提供すること。 【解決手段】 冷媒が室外機電動弁７および室外熱交換
器８をバイパスする冷媒配管５０を設けるとともに、こ
の冷媒配管５０にバイパス通路電動弁５１を設け、暖房
時に、室外熱交換器８に流入する冷媒の温度が外気温よ
り高いときには、冷媒を冷媒配管５０より冷媒加熱器９
に送るように、室外電動弁７を閉じ、バイパス通路電動
弁５１を開く冷媒流路切替制御を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水冷エンジンによ
り圧縮機を駆動するとともに、エンジン冷却水を暖房用
熱源として利用するヒートポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に、エンジンで駆動するヒート
ポンプ装置は、エンジンと、このエンジンによって駆動
され冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と室内空気とを熱交
換する室内熱交換器と、冷媒と室外空気とを熱交換する
室外熱交換器と、上記両熱交換器の間に設けられ冷媒を
減圧する減圧手段（膨張弁等）とを備えている。

【０００３】そして、冷房は、圧縮機からの高温冷媒を
室外熱交換器で凝縮し、減圧手段で減圧した後、室内熱
交換器で蒸発させて内気を冷却することで行なわれる。
一方、暖房は、圧縮機からの高温冷媒を室内熱交換器で
凝縮し、減圧手段で減圧した後、室外熱交換器で蒸発さ
せて内気を暖房することで行なわれるようになってい
る。

【０００４】また、圧縮機を駆動させるエンジンが水冷
式エンジンの場合には、圧縮機の吸入側にエンジンの冷
却水と冷媒とを熱交換する冷媒加熱器を設け、暖房時に
はエンジンの排熱を暖房熱源として利用するものが知ら
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術では、暖房時に外気が極めて低温となった場合、室
外熱交換器で外気より吸熱し冷媒を蒸発させるために
は、減圧手段による減圧量を極めて大きくし冷媒温度を
外気温以下にする必要がある。しかしながら、減圧手段
による減圧量を極めて大きくすると冷媒流量が減少し、
冷媒加熱器におけるエンジン冷却水からの排熱回収効率
が低下するという問題がある。

【０００６】また、冷媒加熱器による排熱回収効率を確
保するため、冷媒流量を増加しようと減圧手段による減
圧量を小さくすると、冷媒温度が十分に低下せず室外熱
交換器より外気に放熱が発生し、暖房能力が低下すると
いう問題がある。

【０００７】本発明は、上記点に鑑みてなされたもの
で、暖房時にエンジン排熱の回収効率低下を防止できる
ともに、室外熱交換器からの放熱による暖房能力の低下
を防止できるヒートポンプ装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１および２に記載の発明では、水冷式エンジ
ン（１）によって駆動され冷媒を圧縮する圧縮機（２）
と、冷媒と空気とを熱交換して冷媒を冷却する第１熱交
換器（４、８）と、冷媒を減圧する減圧手段（５、７）
と、冷媒と空気とを熱交換して冷媒を加熱する第２熱交
換器（４、８）と、冷媒と水冷式エンジン（１）の冷却
水とを熱交換させ冷媒を加熱する冷媒加熱部（９）とを
順に環状に冷媒配管で接続したヒートポンプ装置におい
て、冷媒が暖房時の第２熱交換器（８）をバイパスする
熱交換器バイパス通路（５０）と、冷媒の流路を暖房時
の第２熱交換器（８）または熱交換器バイパス通路（５
０）に切り替える流路切替手段（７、５１）とを有し、
暖房時に、暖房時の第２熱交換器（８）に流入する冷媒
の温度が外気温より高いときには、冷媒を熱交換器バイ
パス通路（５０）より冷媒加熱部（９）に送るように、
流路切替手段（７、５１）を切替制御する制御手段（３
００）を備えることを特徴としている。

【０００９】これによると、暖房時に、暖房時の第２熱
交換器すなわち室外熱交換器に流入する冷媒の温度が外
気温より高く、室外熱交換器より放熱が発生する場合に
は、流路切替手段を切り替えることで、エンジン排熱回
収に十分な量の冷媒を室外熱交換器を通過させずに冷媒
加熱部に送ることができる。従って、暖房時にエンジン
排熱の回収効率低下を防止できるともに、室外熱交換器
からの放熱による暖房能力の低下を防止できる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、熱交換
器バイパス通路（５０）は、暖房時の減圧手段（７）に
より減圧される前の冷媒を冷媒加熱部（９）に送る通路
であり、流路切替手段（７、５１）は、暖房時の減圧手
段（７）と、熱交換器バイパス通路（５０）に設けられ
たバイパス通路減圧手段（５１）とにより構成されてい
ることを特徴としている。これによると、流路切替用の
専用切替弁を設ける必要がない。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、水冷式
エンジン（１）によって駆動され冷媒を圧縮する圧縮機
（２）と、冷媒と空気とを熱交換して冷媒を冷却する第
１熱交換器（４、８）と、冷媒を減圧する第１減圧手段
（５、７）と、冷媒と空気とを熱交換して冷媒を加熱す
る第２熱交換器（４、８）と、冷媒と水冷式エンジン
（１）の冷却水とを熱交換させ冷媒を加熱する冷媒加熱
部（９）を順に環状に冷媒配管で接続したヒートポンプ
装置において、冷媒が暖房時の第１減圧手段（７）およ
び暖房時の第２熱交換器（８）をバイパスする減圧手段
熱交換器バイパス通路（５０）と、減圧手段熱交換器バ
イパス通路（５０）を流れる冷媒を減圧する第２減圧手
段（５１）とを有し、暖房時に、暖房時の第２熱交換器
（８）に流入する冷媒の温度が外気温より高いときに
は、暖房時の第２熱交換器（８）に流入する冷媒の温度
が外気温以下となるように暖房時の第１減圧手段（７）
を開度制御するとともに、暖房時の第１減圧手段（７）
を通過できない冷媒を減圧手段熱交換器バイパス通路
（５０）より冷媒加熱部（９）に送るように、第２減圧
手段（５１）を開度制御する制御手段（３００）を備え
ることを特徴としている。

【００１２】これによると、暖房時に、暖房時の第２熱
交換器すなわち室外熱交換器に流入する冷媒の温度が外
気温より高く、室外熱交換器より放熱が発生する場合に
は、第１減圧手段の開度制御を行ない室外熱交換器より
放熱が起こらない条件まで冷媒の温度を低下することが
できる。また、これに伴い低下した流量の冷媒、すなわ
ちエンジン排熱回収のために不足する量の冷媒は、第２
減圧手段の開度制御により室外熱交換器を通過させずに
冷媒加熱部に送ることができる。

【００１３】従って、暖房時にエンジン排熱の回収効率
低下を防止できるともに、室外熱交換器からの放熱によ
る暖房能力の低下を防止できる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明では、制御手
段（３００）は、暖房時に冷媒加熱部（９）に流入する
冷媒の量を、エンジン（１）の冷却水温および冷媒加熱
部（９）から流出する冷媒の過熱度に基づいて制御する
ことを特徴としている。これによると、暖房時にエンジ
ン排熱を確実に回収できる量の冷媒を冷媒加熱部に導入
することができる。

【００１５】なお、上記各手段に付した括弧内の符号
は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を
示す。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。

【００１７】（第１の実施形態）図１は、本発明を適用
した第１の実施の形態を示すものであり、ヒートポンプ
装置１００の構成を概略的に示す模式構成図である。本
実施形態は、水冷式のエンジン（例えばディーゼルエン
ジン）１によって駆動されるもので、このヒートポンプ
装置１００は定置型あるいは車両搭載型の空調装置とし
て用いられ、屋内や車室内を冷暖房することができる
が、本実施形態では定置型に適用したものとして述べ
る。

【００１８】ヒートポンプサイクル２００（図１中２点
鎖線で囲んだ部分）は、各機能部材間を冷媒配管で接続
して構成され、屋内暖房時には、主に、圧縮機２→四方
弁３→室内熱交換器４→室内機電動弁５→レシーバ６→
室外機電動弁７→室外熱交換器８→四方弁３→冷媒加熱
器９→アキュームレータ１０→圧縮機２の順に冷媒を流
通（実線矢印）させて暖房している。

【００１９】また、屋内冷房時には、圧縮機２→四方弁
３→室外熱交換器８→室外機電動弁７→レシーバ６→室
内機電動弁５→室内熱交換器４→四方弁３→冷媒加熱器
９→アキュームレータ１０→圧縮機２の順に冷媒を流通
（破線矢印）させて冷房している。

【００２０】室内熱交換器４は、暖房時には凝縮器であ
る第１熱交換器として機能し、冷房時には蒸発器である
第２熱交換器として機能する。また、室外熱交換器８
は、暖房時には蒸発器である第２熱交換器として機能
し、冷房時には凝縮器である第１熱交換器として機能す
る。そして、暖房時には、室外機電動弁７が冷媒を減圧
する減圧手段である膨張弁として機能し、冷房時には、
室内機電動弁５が減圧手段である膨張弁として機能す
る。

【００２１】室外機電動弁７と室外熱交換器８とを接続
する冷媒配管４２には、暖房時に室外熱交換器８に流入
する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ４１が設けら
れている。また、５０は、レシーバ６と室外機電動弁７
とを接続する冷媒配管５３と、四方弁３と冷媒加熱器９
とを接続する冷媒配管５４とを室外熱交換器８をバイパ
スして接続する熱交換器バイパス通路である冷媒配管で
ある。

【００２２】そしてこの冷媒配管５０には、冷媒配管５
０を流れる冷媒を減圧するバイパス通路減圧手段である
バイパス通路電動弁５１が設けられている。冷媒配管５
０のバイパス通路電動弁５１が設けられた位置より冷媒
配管５４側には、バイパス通路電動弁５１にて減圧され
た冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ５２が設けられ
ている。そして、両冷媒温度センサ４１、５２は冷媒の
温度情報を後述の制御装置３００に出力するようになっ
ている。

【００２３】ここで、室外機電動弁７とバイパス通路電
動弁５１とで、本実施形態の流路切替手段を構成してい
る。また、室外熱交換器８の近傍には、室外熱交換器８
の熱影響を受けない位置に外気温を検出する外気温セン
サ４０が設けられている。そして、外気温センサ４０は
外気の温度情報を後述の制御装置３００に出力するよう
になっている。

【００２４】エンジン１は、クランクプーリ１ａに巻き
付けられたＶベルト１ｂにより圧縮機２に設けられたプ
ーリ２ａに駆動力を伝達するようになっている。そし
て、プーリ２ａと圧縮機２との間には、プーリ２ａに伝
達された駆動力を圧縮機２に伝達または遮断する駆動力
切替手段である電磁クラッチ２ｂが設けられている。

【００２５】圧縮機２の吸入側（アキュームレータ１０
側）に接続された冷媒配管２０には、冷媒配管２０内の
冷媒圧力（本例では、大気圧を基準としたゲージ圧）を
検出する低圧センサ２１と冷媒温度を検出する冷媒温度
センサ２６が設けられており、圧縮機２の吐出側（四方
弁３側）に接続された冷媒配管２２には、冷媒配管２２
内の冷媒圧力（本例では、大気圧を基準としたゲージ
圧）を検出する高圧センサ２３が設けられている。

【００２６】そして、低圧センサ２１，高圧センサ２３
は冷媒の圧力情報を、冷媒温度センサ２６は冷媒の温度
情報を後述する制御装置３００に出力するようになって
いる。

【００２７】また、冷媒配管２２の高圧センサ２３が設
けられた位置より四方弁３側には、圧縮機２が吐出した
冷媒からオイルを分離する周知のオイルセパレータ２４
が設けられており、オイルセパレータ２４で分離された
オイルはオイルリターンチューブ２５を介して、冷媒配
管２０の経路中に圧縮機２前後の差圧により戻されるよ
うになっている。

【００２８】１１は冷却水回路であり、エンジン１の本
体内に形成されエンジン１を冷却するための図示しない
冷却水通路と、この冷却水通路出口から冷媒加熱部であ
る冷媒加熱器９、冷却水切替弁１１３、冷却水ポンプ１
１４を順次流れ、上記冷却水通路入口に戻る第１冷却水
回路１１１と、上記冷却水通路出口からラジエータ１１
５、冷却水切替弁１１３、冷却水ポンプ１１４を順次流
れ、上記冷却水通路入口に戻る第２冷却水回路１１２と
から構成されている。

【００２９】ここで、冷却水ポンプ１１４は電動ポンプ
であり、冷却水切替弁１１３は第１冷却水回路１１１と
第２冷却水回路１１２とを切り替える電磁切替弁であ
る。また、ラジエータ１１５は冷却水と外気とを熱交換
する周知の熱交換器であり、冷媒加熱器９は、例えば金
属等からなる２重管式の熱交換器であり冷却水と冷媒と
が熱交換可能になっている。また、上記冷却水通路の出
入口と各部材９、１１３〜１１５は例えばゴムホース等
によって連結されている。

【００３０】エンジン１には上記冷却水通路中の冷却水
の温度を検出する水温センサ１２が設けられており、冷
却水の温度情報を後述する制御装置３００に出力するよ
うになっている。

【００３１】上記構成を有するヒートポンプ装置１００
において、各構成要素のうち室内熱交換器４および室内
機電動弁５は、室内機を構成して室内の適所に設置さ
れ、その他のものは、室外機を構成して室外の適所に設
置されている。そして、ヒートポンプ装置１００は、電
子回路等からなる制御手段である制御装置３００を有
し、この制御装置３００は、図示しない室内に設けられ
たコントローラ、外気温センサ４０、各冷媒温度センサ
２６、４１、５２、水温センサ１２、低圧センサ２１、
高圧センサ２３等からの情報を入力し、室内機および室
外機を作動制御するようになっている。

【００３２】次に、本実施形態の作動を上記構成に基づ
いて説明する。

【００３３】まず、冷房運転時について簡単に説明す
る。例えば外気温が高い時、図示しないコントローラの
冷房スイッチがオンされ、オン信号が制御装置３００に
入力されると、制御装置３００は四方弁３を冷房側（破
線）に切り替えるとともに、エンジン１を起動し圧縮機
２を駆動する。また、室外機電動弁７を全開にするとと
もに、室内機電動弁５を膨張弁として機能する開度に調
節する。このときバイパス通路電動弁５１は全閉されて
いる。

【００３４】圧縮機２を出た高温のガス冷媒は、まずオ
イルセパレータ２４にてオイルが分離される。なお分離
されたオイルは冷媒配管２２と冷媒配管２０との差圧に
より、オイルリターンチューブ２５を介して冷媒配管２
０に送られる。オイルセパレータ２４を出た冷媒は、四
方弁３を通り、室外熱交換器８で凝縮し、レシーバ６で
気液分離、室内機電動弁５で減圧され、室外熱交換器８
で蒸発し、冷房を行なった後、四方弁３を再び通り、続
いて冷媒加熱器９からアキュームレータ１０に送られ、
アキュームレータ１０にて気液分離され、圧縮機２に戻
る。

【００３５】エンジン１の起動に合わせて、冷却水ポン
プ１１４も起動され、冷却水切替弁１１３は冷却水が第
２冷却水回路１１２に流れる方向に切り替えられる。冷
却水ポンプ１１４によって圧送された冷却水は、エンジ
ン１内の冷却水通路を流れ、エンジン排熱を吸熱した
後、ラジエータ１１５に入る。その後、冷却水切替弁１
１３から冷却水ポンプ１１４に戻り、再びエンジン１内
の冷却水通路に送られる。このように冷却水が循環する
ため、エンジン１の排熱は冷却水に回収され、ラジエー
タ１１５にて外気と熱交換して放熱される。

【００３６】次に、暖房運転時について図１および図２
に基づいて説明する。ここで図２は、図示しないコント
ローラの暖房スイッチがオンされた時の制御装置３００
の制御の概略の流れを示すフローチャートである。

【００３７】例えば外気温が低い時、図示しないコント
ローラの暖房スイッチがオンされ、オン信号が制御装置
３００に入力されると、制御装置３００は、まず四方弁
３を暖房側（実線）に切り替えるとともに、エンジン１
を始動し圧縮機２を駆動する。また、室内機電動弁５お
よび室外機電動弁７を全開にするとともに、バイパス通
路電動弁５１を全閉にする（ステップＳ１０１）。

【００３８】すると、圧縮機２を出た高温のガス冷媒
は、まずオイルセパレータ２４にてオイルが分離され
る。なお分離されたオイルは冷媒配管２２と冷媒配管２
０との差圧により、オイルリターンチューブ２５を介し
て冷媒配管２０に送られる。オイルセパレータ２４を出
た冷媒は、四方弁３を通り、室内熱交換器４で凝縮し、
暖房を行なった後、レシーバ６で気液分離、室外機電動
弁７で減圧され、室外熱交換器８で蒸発し、四方弁３を
再び通り、続いて冷媒加熱器９で、エンジン排熱を回収
した冷却水との熱交換により加熱された後、アキューム
レータ１０から圧縮機２に戻る。

【００３９】エンジン１の始動に合わせて、冷却水ポン
プ１１４も起動され、冷却水切替弁１１３は冷却水が第
１冷却水回路１１１に流れる方向に切り替えられる。な
お、この冷却水ポンプ１１４および冷却水切替弁１１３
の制御は図２中ステップＳ１０１には図示していない。
冷却水ポンプ１１４によって圧送された冷却水は、エン
ジン１内の冷却水通路を流れ、エンジン排熱を吸熱した
後、冷媒加熱器９に入り、ここで、室外熱交換器８で蒸
発した冷媒と熱交換して冷媒を加熱する。その後、冷却
水切替弁１１３から冷却水ポンプ１１４に戻り、再びエ
ンジン１内の冷却水通路に送られる。

【００４０】このように冷却水が循環するため、エンジ
ン１の排熱は冷却水に回収され、冷媒加熱器９にて冷媒
の加熱に利用されて、ヒートポンプサイクル２００の暖
房熱源の一部となる。

【００４１】上述のように、ステップＳ１０１が実行さ
れ暖房運転が開始されると、次に、制御装置３００は水
温センサ１２からの温度情報によりエンジン１の冷却水
温が８５℃以下であるかどうか判断する（ステップＳ１
０２）。冷却水温が８５℃以下の場合には、冷媒温度セ
ンサ２６からの温度情報（冷媒温度）と低圧センサ２１
からの圧力情報より算出される冷媒の飽和温度との差、
すなわち圧縮機２に吸入される冷媒の過熱度が１０℃以
下であるかどうか判断する（ステップＳ１０３）。

【００４２】ステップＳ１０２で冷却水温が８５℃以
下、ステップＳ１０３で過熱度が１０℃以下の場合に
は、次に、室外機電動弁７を１ステップ絞る（ステップ
Ｓ１０４）。そして、ステップＳ１０４を実行した後１
０秒経過したかどうか判断し（ステップＳ１０５）、１
０秒経過すればステップＳ１０２にリターンする。ステ
ップＳ１０２〜ステップＳ１０５を繰り返すことで、室
外機電動弁７は室外熱交換器８に流入する冷媒の減圧量
を大きくし、冷媒温度を低下させるとともに冷媒流量を
減少させる。

【００４３】室外熱交換器８に流入する冷媒流量が低
下、すなわち室外熱交換器８から冷媒加熱器９に送られ
る冷媒流量が低下してくると、冷媒加熱器９にて冷却水
から冷媒に吸収される熱量が減少するために冷却水温が
上昇し、少量の（比重の低下した）冷媒は加熱されやす
くなり、冷媒加熱器９内で冷媒はすべてガスとなり過熱
度を持つようになる。言い換えれば、冷媒加熱器９を通
過する冷媒が不足し、冷却水からの排熱回収効率が低下
する。

【００４４】そして、ステップＳ１０２で冷却水温が８
５℃より大きいと判断された場合、もしくはステップＳ
１０３で過熱度が１０℃より大きいと判断された場合に
は、室外機電動弁７は絞り過ぎの状態にあるということ
なので、室外機電動弁７を１ステップ開く（ステップＳ
１０６）。

【００４５】そして次に、外気温センサ４０および冷媒
温度センサ４１からの温度情報により、外気温が室外熱
交換器８に流入する冷媒温度以下であるかどうか判断す
る（ステップＳ１０７）。外気温が冷媒温度より高い場
合には、室外熱交換器８にて外気より吸熱し冷媒を蒸発
することができるので、ステップＳ１０２にリターンす
る。

【００４６】ステップＳ１０７にて外気温が冷媒温度以
下と判断した場合には、室外熱交換器８からの放熱を防
止するため、バイパス通路電動弁５１の開度をステップ
Ｓ１０６で設定された室外機電動弁７の開度と同一に設
定し、室外機電動弁７を全閉する（ステップＳ１０
８）。すなわち、冷媒流量を変えることなく冷媒の流路
を切り替え、冷媒を室外熱交換器８を通過させることな
く冷媒配管５０を介して冷媒加熱器９に送る。

【００４７】ステップＳ１０８にて冷媒の流路を切り替
えたら、ステップＳ１０９〜ステップＳ１１３で冷媒加
熱器９に送る冷媒流量の最適化を行なう。まず、水温セ
ンサ１２からの温度情報によりエンジン１の冷却水温が
８５℃以上であるかどうか判断する（ステップＳ１０
９）。冷却水温が８５℃以下の場合には、冷媒温度セン
サ２６からの温度情報（冷媒温度）と低圧センサ２１か
らの圧力情報より圧縮機２に吸入される冷媒の過熱度が
１０℃以下であるかどうか判断する（ステップＳ１１
０）。

【００４８】ステップＳ１０９で冷却水温が８５℃以
下、ステップＳ１１０で過熱度が１０℃以下の場合に
は、次に、バイパス通路電動弁５１を１ステップ絞る
（ステップＳ１１１）。そして、ステップＳ１１１を実
行した後１０秒経過したかどうか判断し（ステップＳ１
１２）、１０秒経過すればステップＳ１０９にリターン
する。

【００４９】そして、ステップＳ１０９で冷却水温が８
５℃より大きいと判断された場合、もしくはステップＳ
１１０で過熱度が１０℃より大きいと判断された場合に
は、バイパス通路電動弁５１は絞り過ぎの状態にあると
いうことなので、バイパス通路電動弁５１を１ステップ
開く（ステップＳ１１３）。

【００５０】そして次に、外気温センサ４０および冷媒
温度センサ５２からの温度情報により、外気温が冷媒配
管５０を流れる冷媒温度以下であるかどうか判断する
（ステップＳ１１４）。外気温が冷媒温度以下の場合に
は、室外熱交換器８に冷媒の流路を切り替えても外気よ
り吸熱することができないので、ステップＳ１０２にリ
ターンする。

【００５１】ステップＳ１１４にて外気温が冷媒温度よ
り高いと判断した場合には、室外機電動弁７の開度をス
テップＳ１１３で設定されたバイパス通路電動弁５１の
開度と同一に設定し、バイパス通路電動弁５１を全閉す
る（ステップＳ１１５）。すなわち、冷媒流量を変える
ことなく冷媒の流路を切り替え、冷媒を室外熱交換器８
を通過させ冷媒加熱器９に送るようにする。そして、ス
テップＳ１０２にリターンする。

【００５２】なお、ステップＳ１０５およびステップＳ
１１２において１０秒の待機時間を設定したのは、室外
機電動弁７およびバイパス通路電動弁５１のハンチング
動作を防止するためである。

【００５３】上記のフローによると、制御装置３００
は、暖房時に、エンジン１の冷却水温および圧縮機２に
吸入される冷媒の過熱度を監視し、エンジン排熱を確実
に回収できる量の冷媒を冷媒加熱器９に導入することが
できる。また、室外熱交換器８に流入する冷媒の温度が
外気温より高く、室外熱交換器８より放熱が発生する場
合には、冷媒の流路を切り替えることで、エンジン排熱
回収に十分な量の冷媒を室外熱交換器８を通過させずに
冷媒加熱器９に送ることができる。

【００５４】従って、暖房時にエンジン排熱の回収効率
低下を防止できるともに、室外熱交換器８からの放熱に
よる暖房能力の低下を防止できる。また、室外機電動弁
７とバイパス通路電動弁５１とで冷媒の流路を切り替え
ているので、流路切替用の専用切替弁を設ける必要がな
い。

【００５５】なお、本実施形態における１０℃、８５
℃、１０秒等の実数値は例示であって、エンジンおよび
ヒートポンプサイクルの特性等に応じて適宜設定し得
る。また、本実施形態における室外機電動弁７およびバ
イパス通路電動弁５１の開閉動作の１ステップの量は適
宜設定し得る。

【００５６】（第２の実施形態）次に、本発明の第２実
施形態について図１および図３に基づいて説明する。

【００５７】上記の第１の実施形態では、室外熱交換器
８に流入する冷媒の温度が外気温より高く、室外熱交換
器８より放熱が発生する場合には、冷媒の流路を切り替
えることで、エンジン排熱回収に十分な量の冷媒を全量
室外熱交換器８を通過させずに冷媒加熱器９に送るもの
であったが、本第２の実施形態では、室外熱交換器８を
通過する冷媒と室外熱交換器８をバイパスする冷媒とに
分配するものである。

【００５８】なお、第１の実施形態と同様の部分につい
ては、同一の符号をつけ、その説明を省略する。本実施
形態におけるヒートポンプ装置１００の概略構成は、図
１に示す第１の実施形態の概略構成と同一である。ま
た、冷房運転時の作動も第１の実施形態と同様である。

【００５９】暖房運転時の作動について図１および図３
に基づいて説明する。ここで図３は、図示しないコント
ローラの暖房スイッチがオンされた時の制御装置３００
の制御の概略の流れを示すフローチャートである。

【００６０】例えば外気温が低い時、図示しないコント
ローラの暖房スイッチがオンされ、オン信号が制御装置
３００に入力されると、制御装置３００は、まず四方弁
３を暖房側（実線）に切り替えるとともに、エンジン１
を始動し圧縮機２を駆動する。また、室内機電動弁５お
よび第１減圧手段である室外機電動弁７を全開にすると
ともに、第２減圧手段であるバイパス通路電動弁５１を
全閉にする（ステップＳ２０１）。

【００６１】すると、圧縮機２を出た高温のガス冷媒
は、まずオイルセパレータ２４にてオイルが分離され
る。なお分離されたオイルは冷媒配管２２と冷媒配管２
０との差圧により、オイルリターンチューブ２５を介し
て冷媒配管２０に送られる。オイルセパレータ２４を出
た冷媒は、四方弁３を通り、室内熱交換器４で凝縮し、
暖房を行なった後、レシーバ６で気液分離、室外機電動
弁７で減圧され、室外熱交換器８で蒸発し、四方弁３を
再び通り、続いて冷媒加熱器９で、エンジン排熱を回収
した冷却水との熱交換により加熱された後、アキューム
レータ１０から圧縮機２に戻る。

【００６２】エンジン１の始動に合わせて、冷却水ポン
プ１１４も起動され、冷却水切替弁１１３は冷却水が第
１冷却水回路１１１に流れる方向に切り替えられる。な
お、この冷却水ポンプ１１４および冷却水切替弁１１３
の制御は図３中ステップＳ２０１には図示していない。
冷却水ポンプ１１４によって圧送された冷却水は、エン
ジン１内の冷却水通路を流れ、エンジン排熱を吸熱した
後、冷媒加熱器９に入り、ここで、室外熱交換器８で蒸
発した冷媒と熱交換して冷媒を加熱する。その後、冷却
水切替弁１１３から冷却水ポンプ１１４に戻り、再びエ
ンジン１内の冷却水通路に送られる。

【００６３】このように冷却水が循環するため、エンジ
ン１の排熱は冷却水に回収され、冷媒加熱器９にて冷媒
の加熱に利用されて、ヒートポンプサイクル２００の暖
房熱源の一部となる。

【００６４】上述のように、ステップＳ２０１が実行さ
れ暖房運転が開始されると、次に、制御装置３００は水
温センサ１２からの温度情報によりエンジン１の冷却水
温が８５℃以下であるかどうか判断する（ステップＳ２
０２）。冷却水温が８５℃以下の場合には、冷媒温度セ
ンサ２６からの温度情報（冷媒温度）と低圧センサ２１
からの圧力情報より算出される冷媒の飽和温度との差、
すなわち圧縮機２に吸入される冷媒の過熱度が１０℃以
下であるかどうか判断する（ステップＳ２０３）。

【００６５】ステップＳ２０２で冷却水温が８５℃以
下、ステップＳ２０３で過熱度が１０℃以下の場合に
は、次に、バイパス通路電動弁５１を１ステップ絞る
（ステップＳ２０４）。ただし、この時バイパス通路電
動弁５１が全閉であれば絞り動作は行なわない。そし
て、その後室外機電動弁７を１ステップ絞る（ステップ
Ｓ２０５）。そして、ステップＳ２０５を実行した後１
０秒経過したかどうか判断し（ステップＳ２０６）、１
０秒経過すればステップＳ２０２にリターンする。ステ
ップＳ２０２〜ステップＳ２０６を繰り返すことで、室
外機電動弁７は室外熱交換器８に流入する冷媒の減圧量
を大きくし、冷媒温度を低下させるとともに冷媒流量を
減少させる。

【００６６】室外熱交換器８に流入する冷媒流量が低
下、すなわち室外熱交換器８から冷媒加熱器９に送られ
る冷媒流量が低下してくると、冷媒加熱器９にて冷却水
から冷媒に吸収される熱量が減少するために冷却水温が
上昇し、少量の（比重の低下した）冷媒は加熱されやす
くなり、冷媒加熱器９内で冷媒はすべてガスとなり過熱
度を持つようになる。言い換えれば、冷媒加熱器９を通
過する冷媒が不足し、冷却水からの排熱回収効率が低下
する。

【００６７】そして、ステップＳ２０２で冷却水温が８
５℃より大きいと判断された場合、もしくはステップＳ
２０３で過熱度が１０℃より大きいと判断された場合に
は、室外機電動弁７は絞り過ぎの状態にあるということ
なので、バイパス通路電動弁５１を１ステップ開き、減
圧手段熱交換器バイパス通路である冷媒配管５０にも冷
媒を流す（ステップＳ２０７）。

【００６８】そして次に、外気温センサ４０および冷媒
温度センサ４１からの温度情報により、外気温が室外熱
交換器８に流入する冷媒温度以下であるかどうか判断す
る（ステップＳ２０８）。外気温が冷媒温度より高い場
合には、室外熱交換器８にて外気より吸熱し冷媒を蒸発
することができるので、室外機電動弁７を１ステップ開
き（ステップＳ２０９）、その後ステップＳ２０２にリ
ターンする。

【００６９】ステップＳ２０８にて外気温が冷媒温度以
下と判断した場合には、室外熱交換器８からの放熱を防
止するため、室外熱交換器８に流入する冷媒の温度を低
下するように室外機電動弁７を１ステップ絞る（ステッ
プＳ２０５）。その後ステップＳ２０６にて１０秒経過
後ステップＳ２０２にリターンする。

【００７０】なお、ステップＳ２０６において１０秒の
待機時間を設定したのは、室外機電動弁７およびバイパ
ス通路電動弁５１のハンチング動作を防止するためであ
る。

【００７１】上記のフローによると、制御装置３００
は、暖房時に、エンジン１の冷却水温および圧縮機２に
吸入される冷媒の過熱度を監視し、エンジン排熱を確実
に回収できる量の冷媒を冷媒加熱器９に導入することが
できる。また、室外熱交換器８に流入する冷媒の温度が
外気温より高く、室外熱交換器８より放熱が発生する場
合には、室外機電動弁７の開度制御を行ない室外熱交換
器８より放熱が起こらない条件まで冷媒の温度を低下す
ることができる。

【００７２】また、これに伴い低下した流量の冷媒、す
なわちエンジン排熱回収のために不足する量の冷媒は、
バイパス通路電動弁５１の開度制御により室外熱交換器
８を通過させずに冷媒配管５０を介して冷媒加熱器９に
送ることができる。従って、暖房時にエンジン排熱の回
収効率低下を防止できるともに、室外熱交換器８からの
放熱による暖房能力の低下を防止できる。

【００７３】なお、本実施形態における１０℃、８５
℃、１０秒等の実数値は例示であって、エンジンおよび
ヒートポンプサイクルの特性等に応じて適宜設定し得
る。また、本実施形態における室外機電動弁７およびバ
イパス通路電動弁５１の開閉動作の１ステップの量は適
宜設定し得る。

【００７４】（他の実施形態）上記各実施形態におい
て、冷媒配管５０は、冷媒配管５３と冷媒配管５４とを
接続していたが、レシーバ６と冷媒配管５４とを接続す
るものであってもよい。

【００７５】また、上記第１の実施形態において、冷媒
配管５０は、冷媒配管５３と冷媒配管５４とを接続して
おり、冷媒配管５０にはバイパス通路電動弁５１と冷媒
温度センサ５２が設けられていたが、冷媒配管５０は、
冷媒配管４２の冷媒温度センサ４１が設けられた位置と
室外熱交換器８との間と、冷媒配管５４とを接続するも
のであり、冷媒配管４２と冷媒配管５０との接続点に切
替弁を設け、バイパス通路電動弁５１と冷媒温度センサ
５２を廃止した構成とし、切替弁により冷媒流路を切り
替えるものであってもよい。

【００７６】また、上記第１の実施形態において、ステ
ップＳ１０５で一定の待機時間（本例では１０秒）を設
定したが、制御フロースタート後、ステップＳ１０６を
実行する前後でステップＳ１０５での待機時間を変更し
てもよい。例えば、暖房運転スタート後ステップＳ１０
６を実行する前は０．５秒の待機時間を設定し、一度ス
テップＳ１０６を実行した後は１０秒の待機時間を設定
してもよい。これによると、冷却水温および冷媒過熱度
に基づく室外機電動弁７の開制御が行なわれるまでは、
室外機電動弁７を速やかに絞り制御し、開制御開始後は
確実にハンチング動作を防止することができる。

【００７７】また、同様に、上記第２の実施形態におい
て、ステップＳ２０６で一定の待機時間（本例では１０
秒）を設定したが、制御フロースタート後、ステップＳ
２０７を実行する前後でステップＳ２０６での待機時間
を変更してもよい。

【００７８】また、上記各実施形態において、冷媒加熱
器９は２重管式の熱交換器であったが、冷却水と冷媒と
の熱交換が可能であれば他のタイプの熱交換器であって
もよい。

【００７９】また、上記各実施形態において、エンジン
１はディーゼルエンジンであったが、これに限らず、ガ
ソリンエンジン、ガスエンジン等であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態および第２の実施形態
におけるヒートポンプ装置１００の構成を概略的に示す
模式構成図である。

【図２】第１の実施形態における暖房運転時の制御装置
３００の概略の制御動作を示すフローチャートである。

【図３】第２の実施形態における暖房運転時の制御装置
３００の概略の制御動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 圧縮機 ７ 室外機電動弁（流路切替手段の一部、暖房時の減圧
手段、暖房時の第１減圧手段） ８ 室外熱交換器（冷房時の第１熱交換器、暖房時の第
２熱交換器） ９ 冷媒加熱器（冷媒加熱部） １２ 水温センサ ２１ 低圧センサ ２６、４１、５２ 冷媒温度センサ ４０ 外気温センサ ５０ 冷媒配管（熱交換器バイパス通路、減圧手段熱交
換器バイパス通路） ５１ バイパス通路電動弁（流路切替手段の一部、バイ
パス通路減圧手段、第２減圧手段） １００ ヒートポンプ装置 ２００ ヒートポンプサイクル ３００ 制御装置（制御手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷式のエンジン（１）と、 このエンジン（１）によって駆動され冷媒を圧縮する圧
   縮機（２）と、 前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を冷却する第１
   熱交換器（４、８）と、 前記冷媒を減圧する減圧手段（５、７）と、 前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を加熱する第２
   熱交換器（４、８）と、 前記冷媒と前記エンジン（１）の冷却水とを熱交換させ
   前記冷媒を加熱する冷媒加熱部（９）を有し、 前記圧縮機（２）、前記第１熱交換器（４、８）、前記
   減圧手段（５、７）、前記第２熱交換器（４、８）およ
   び前記冷媒加熱部（９）を順に環状に冷媒配管で接続し
   たヒートポンプ装置において、 前記冷媒が暖房時の前記第２熱交換器（８）をバイパス
   する熱交換器バイパス通路（５０）と、前記冷媒の流路
   を前記暖房時の第２熱交換器（８）または前記熱交換器
   バイパス通路（５０）に切り替える流路切替手段（７、
   ５１）とを有し、 暖房時に、前記暖房時の第２熱交換器（８）に流入する
   前記冷媒の温度が外気温より高いときには、前記冷媒を
   前記熱交換器バイパス通路（５０）より前記冷媒加熱部
   （９）に送るように、前記流路切替手段（７、５１）を
   切替制御する制御手段（３００）を備えることを特徴と
   するヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記熱交換器バイパス通路（５０）は、
   暖房時の前記減圧手段（７）により減圧される前の前記
   冷媒を前記冷媒加熱部（９）に送る通路であり、 前記流路切替手段（７、５１）は、前記暖房時の減圧手
   段（７）と、前記熱交換器バイパス通路（５０）に設け
   られたバイパス通路減圧手段（５１）とにより構成され
   ていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ
   装置。
3. 【請求項３】 水冷式のエンジン（１）と、 このエンジン（１）によって駆動され冷媒を圧縮する圧
   縮機（２）と、 前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を冷却する第１
   熱交換器（４、８）と、 前記冷媒を減圧する第１減圧手段（５、７）と、 前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を加熱する第２
   熱交換器（４、８）と、 前記冷媒と前記エンジン（１）の冷却水とを熱交換させ
   前記冷媒を加熱する冷媒加熱部（９）を有し、 前記圧縮機（２）、前記第１熱交換器（４、８）、前記
   第１減圧手段（５、７）、前記第２熱交換器（４、８）
   および前記冷媒加熱部（９）を順に環状に冷媒配管で接
   続したヒートポンプ装置において、 前記冷媒が暖房時の前記第１減圧手段（７）および暖房
   時の前記第２熱交換器（８）をバイパスする減圧手段熱
   交換器バイパス通路（５０）と、前記減圧手段熱交換器
   バイパス通路（５０）を流れる前記冷媒を減圧する第２
   減圧手段（５１）とを有し、 暖房時に、前記暖房時の第２熱交換器（８）に流入する
   前記冷媒の温度が外気温より高いときには、前記暖房時
   の第２熱交換器（８）に流入する前記冷媒の温度が外気
   温以下となるように前記暖房時の第１減圧手段（７）を
   開度制御するとともに、前記暖房時の第１減圧手段
   （７）を通過できない前記冷媒を前記減圧手段熱交換器
   バイパス通路（５０）より前記冷媒加熱部（９）に送る
   ように、前記第２減圧手段（５１）を開度制御する制御
   手段（３００）を備えることを特徴とするヒートポンプ
   装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段（３００）は、暖房時に前
   記冷媒加熱部（９）に流入する前記冷媒の量を、前記エ
   ンジン（１）の冷却水温および前記冷媒加熱部（９）か
   ら流出する前記冷媒の過熱度に基づいて制御することを
   特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記
   載のヒートポンプ装置。