JP2009222242A - 廃熱利用型ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯＰをより一層向上することができる廃熱利用型ヒートポンプシステムを提供する。
【解決手段】廃熱利用型ヒートポンプシステムは、燃料の燃焼によって熱源(7)と燃焼排気とを発生し、燃焼排気を外部に排出する排気筒体(22)を有する熱源装置(8)と、冷媒の循環路(10)に、膨張弁(18)、熱交換器(16)、圧縮機(14)、冷媒伝熱管(12)が介挿された冷媒回路(20)を有し、冷媒伝熱管が排気筒体内にて燃焼排気により加熱されるヒートポンプ装置(4)とを備え、熱源装置は、燃焼排気の発生の有無に拘わらず、排気筒体へ外気を導入させる外気導入手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃熱利用型ヒートポンプシステムに係り、詳しくは、家庭用に導入されて好適な廃熱利用型ヒートポンプシステムに関する。

この種の廃熱利用型ヒートポンプシステムとしては、スターリングエンジンをバーナで加熱した後の燃焼排気をヒートポンプの熱源としたり、或いは、この燃焼排気をスターリングエンジンの加熱に供する燃焼用空気の予熱に利用したりする冷暖房装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ストーブの燃焼排気に混合される外気量を調整することで屋根の融雪を好適に行うことができる融雪装置が公知である（例えば、特許文献２参照）。

更に、このような燃焼排気の通路に絞りを設けることにより、そのベンチュリ効果によって外気を燃焼排気に効率良く混合可能な給湯装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特公昭５８−５４３３０号公報 実公平１−１６２５６２号公報 特開２００７−８５６３８号公報

ところで、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰ（成績係数）を向上させるためには、外気温度やヒートポンプの熱源を発生するボイラの作動状況といった種々の条件によって、ボイラを停止して外気のみを積極的に取り込んでヒートポンプの熱源を外気に切り換えた方が良い場合がある。
しかしながら、上記各従来技術は、燃焼排気に外気を常に混合させてヒートポンプの熱源として利用するものであり、このようなヒートポンプ及びボイラの協調制御については格別な配慮がなされておらず、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰ向上には依然として課題が残されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、そのＣＯＰをより一層向上することができる廃熱利用型ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の廃熱利用型ヒートポンプシステムは、燃料の燃焼によって熱源と燃焼排気とを発生し、燃焼排気を外部に排出する排気筒体を有する熱源装置と、冷媒の循環路に、膨張弁、熱交換器、圧縮機、冷媒伝熱管が介挿された冷媒回路を有し、冷媒伝熱管が排気筒体内にて燃焼排気により加熱されるヒートポンプ装置とを備え、熱源装置は、燃焼排気の発生の有無に拘わらず、排気筒体へ外気を導入させる外気導入手段を有することを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、液媒の循環路に、液媒が貯留されるタンク、ポンプ、液媒伝熱管が介挿された液媒回路を有し、液媒伝熱管が熱源により加熱される液媒装置を更に備えることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項１または２において、外気導入手段は、少なくとも燃焼排気、外気の何れか一方を排気筒体内に吸い込んで冷媒伝熱管を流れる冷媒と熱交換させた後に排気筒体外に排出させる排気ファンと、排気筒体の液媒伝熱管と冷媒伝熱管との間に接続された外気導入管と、排気筒体の外気導入管の接続箇所よりも液媒伝熱管側にて絞られた絞り部とからなることを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、絞り部は、外気導入管よりも所定の比率で通路断面積が小さいことを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項３または４において、前記熱源装置は、前記排気筒体への前記外気導入管の接続箇所より前記冷媒伝熱管側にて前記排気筒体に開口される開口部と、該開口部と該開口部近傍における前記排気筒体の通路とをそれぞれ開閉するダンパとを有することを特徴としている。

更に、請求項６記載の発明では、請求項５において、前記ダンパは、前記排気筒体を流通する燃焼排気または外気導入風量が所定の設定風量となるときに該ダンパを自動的に開閉させる駆動機構を有することを特徴としている。
更にまた、請求項７記載の発明では、請求項６において、前記駆動機構は、熱源装置の単独運転時には前記外気導入管を閉じる方向へ前記ダンパを駆動させ、前記熱源装置及び前記ヒートポンプ装置の並行運転時には前記外気導入管を開く方向へ前記ダンパを駆動させることを特徴としている。

また、請求項８記載の発明では、請求項１乃至７の何れかにおいて、ヒートポンプ装置は、前記冷媒伝熱管をバイパスさせる手段を有し、該バイパス手段は、前記冷媒回路を循環する冷媒と外気とを熱交換させる第２熱交換器を有し、該第２熱交換器または前記冷媒伝熱管に切り換えて冷媒を流通させることを特徴としている。
更に、請求項９記載の発明では、請求項２乃至８の何れかにおいて、ヒートポンプ装置は、前記冷媒伝熱管をバイパスさせる手段を有し、該バイパス手段は、前記冷媒回路を循環する冷媒と前記液媒回路を循環する液媒とを熱交換させる第３熱交換器を有し、該第３熱交換器または前記冷媒伝熱管に切り換えて冷媒を流通させることを特徴としている。

更にまた、請求項１０記載の発明では、請求項１乃至９の何れかにおいて、ヒートポンプ装置は空調装置であって、前記熱交換器は屋内に設置される該空調装置の室内機であり、前記空調装置は、前記熱交換器を蒸発器として使用して前記屋内を冷房する冷房経路、または、前記熱交換器を凝縮器として使用して前記屋内を暖房する暖房経路に切り換える冷暖房切換手段を有することを特徴としている。

また、請求項１１記載の発明では、請求項２乃至１０の何れかにおいて、液媒は水であって、前記液媒装置は給湯装置であることを特徴としている。

請求項１記載の本発明の廃熱利用型ヒートポンプシステムによれば、排気筒体への外気導入手段を有することにより、冷媒伝熱管を流通する冷媒を燃焼排気により昇温昇圧させることができる。特に、この外気導入手段は、燃焼排気の発生の有無に拘わらず外気を導入できることから、外気温度や熱源装置の作動状況に応じて、冷媒伝熱管における熱源を外気のみにするか、或いは外気と燃焼排気との混合気にするかを選択することができる。従って、冷媒伝熱管において流通する冷媒を確実に蒸発させ、且つ昇温昇圧させてから圧縮機に吸入させることができるため、圧縮機に必要な所用動力が低減され、冷媒回路を効率良く作動させることが可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを大幅に向上することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、液媒の循環路に、液媒が貯留されるタンク、ポンプ、液媒伝熱管が介挿された液媒回路を有し、液媒伝熱管が熱源により加熱される液媒装置を更に備えることにより、熱源装置の熱源により液媒伝熱管を流通する液媒を昇温させることができるため、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

更に、請求項３記載の発明によれば、外気導入手段は、少なくとも燃焼排気、外気の何れか一方を排気筒体内に吸い込んで冷媒伝熱管を流れる冷媒と熱交換させた後に排気筒体外に排出させる排気ファンと、排気筒体の液媒伝熱管と冷媒伝熱管との間に接続された外気導入管と、排気筒体の外気導入管の接続箇所よりも液媒伝熱管側にて絞られた絞り部とからなる。これにより、絞り部に排気筒体の液媒伝熱管側、すなわち熱源側に燃料の燃焼室を形成することができるため、冷媒回路や液媒回路を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

更にまた、請求項４記載の発明によれば、絞り部は、外気導入管よりも所定の比率で通路断面積が小さいことにより、絞り部によって形成される燃料の燃焼室への外気の浸入を抑制することができる。これにより、排気筒体内における燃料の燃焼と、燃焼排気と外気との混合とを隔絶して行うことができるため、冷媒回路や液媒回路を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

また、請求項５記載の発明によれば、熱源装置は、排気筒体への外気導入管の接続箇所より冷媒伝熱管側にて排気筒体に開口される開口部と、該開口部と該開口部近傍における排気筒体の通路とをそれぞれ開閉するダンパとを有する。これにより、燃焼排気の熱が不要となるときにはダンパを閉として燃焼排気を外気導入管から外部へ排出することができ、一方、ダンパを開とすれば、外気導入管に加え、開口部からも排気筒体に外気を導入することができる。従って、冷媒伝熱管での熱交換に際して、燃焼排気及び外気の利用範囲が拡大され、冷媒回路を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

更に、請求項６記載の発明によれば、ダンパは、排気筒体を流通する燃焼排気または外気導入風量が所定の設定風量となるときに該ダンパを自動的に開閉させる駆動機構を有することにより、燃焼排気や導入される外気の風量に応じて燃焼排気と外気との混合気の冷媒伝熱管との熱交換量を自動調整することができ、冷媒回路を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

更にまた、請求項７記載の発明によれば、駆動機構は、熱源装置の単独運転時には外気導入管を閉じる方向へダンパを駆動させ、熱源装置及びヒートポンプ装置の並行運転時には外気導入管を開く方向へダンパを駆動させる。これにより、熱源装置の単独運転時には燃焼排気を開口部から自然排気し、熱源装置及びヒートポンプ装置の並行運転時には燃焼排気を冷媒伝熱管の熱源として利用することができるため、冷媒回路を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

また、請求項８記載の発明によれば、ヒートポンプ装置は、冷媒伝熱管をバイパスさせる手段を有し、該バイパス手段は、冷媒回路を循環する冷媒と外気とを熱交換させる第２熱交換器を有し、該第２熱交換器または冷媒伝熱管に切り換えて冷媒を流通させる。これにより、外気温度が高い夏季には冷媒伝熱管をバイパスさせて第２熱交換器のみに冷媒を流通させ、外気により冷媒を加熱し、熱源装置を停止することができるため、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

更に、請求項９記載の発明によれば、ヒートポンプ装置は、冷媒伝熱管をバイパスさせる手段を有し、該バイパス手段は、冷媒回路を循環する冷媒と液媒回路を循環する液媒とを熱交換させる第３熱交換器を有し、該第３熱交換器または冷媒伝熱管に切り換えて冷媒を流通させる。これにより、ヒートポンプ装置を液媒装置のヒートポンプとして利用することができるため、夜間における液媒装置の稼働が可能となり、給湯装置の稼働率が向上し、ひいては廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

更にまた、請求項１０記載の発明によれば、ヒートポンプ装置は空調装置であって、熱交換器は屋内に設置される該空調装置の室内機であり、空調装置は、熱交換器を蒸発器として使用して屋内を冷房する冷房経路、または、熱交換器を凝縮器として使用して屋内を暖房する暖房経路に切り換える冷暖房切換手段を有する。これにより、熱源装置の燃焼排気の熱を屋内の空調に利用することができるため、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

また、請求項１１記載の発明によれば、液媒は水であって、液媒装置は給湯装置であることにより、熱源装置の熱源を風呂などの給湯に利用することができるため、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

以下、図面により本発明の実施形態について、先ず第１実施形態から説明する。
図１は本実施形態の廃熱利用型ヒートポンプシステムの一例としての暖房システムの構成を概略的に示した模式図であり、この暖房システムは、例えば家庭用に導入され、屋内２の空調を行う空調装置（ヒートポンプ装置）４と、屋内２に設けられた図示しない浴槽などへの給湯を行う給湯装置（液媒装置）６と、空調装置４及び給湯装置６の熱源７を備えたボイラ（熱源装置）８とから構成されている。

空調装置４は、代替フロンであるＲ４１０Ａや自然冷媒であるＣＯ_２などの冷媒の循環路１０に、冷媒の流れ方向から順に冷媒伝熱管１２、圧縮機１４、室内機（熱交換器）１６、膨張弁１８が順に介挿されて冷媒回路２０を形成し、屋内２を暖房可能に構成されている。
冷媒伝熱管１２は、ボイラ８の排気筒体２２が外部に開口する排気口２４近傍に設置され、ボイラ８内で燃焼される燃料の燃焼排気の熱によって冷媒伝熱管１２を流れる冷媒が過熱状態まで加熱される。

圧縮機１４は、電動モータ１５に連結されて駆動され、冷媒伝熱管１２を経由した冷媒を圧縮することにより加圧して高圧ガス冷媒を形成している。
室内機１６は、屋内２に設置され、その屋内温度により冷媒を凝縮放熱させる凝縮器であって、これより屋内２が暖房される。
膨張弁１８は、室内機１６を経由して凝縮放熱された後の高圧液冷媒を膨張させて低圧液冷媒にし、この低圧液冷媒は再び冷媒伝熱管１２に供給される。

一方、給湯装置６は、水の循環路３０に、水の流れ方向から順に貯湯タンク（タンク）３２、ポンプ３４、水伝熱管（液媒伝熱管）３６が順に介挿されて給湯回路３８を構成している。
貯湯タンク３２は、所定の断熱処理が施され、図示しない給湯管が屋内２まで延設されている。

ポンプ３４は、貯湯タンク３２に貯留される水を水伝熱管３６に向けて送出し、水を給湯回路３８において好適に循環させている。
水伝熱管３６は、ボイラ８内の熱源７近傍に設置され、水伝熱管３６を流れる水は熱源７による燃焼熱によって加熱されて湯が生成される。
一方、ボイラ８は、バーナ９に供給される化石燃料の燃焼によって発生する燃焼熱を熱源７として水伝熱管３６を加熱する一方、所定の熱量を帯びた燃焼排気の熱によって冷媒伝熱管１２を加熱している。

燃焼排気が流れる排気筒体２２は、樹脂管などから形成され、垂直方向に延びてその上端側がＬ字状に屈曲されて水平方向に排気口２４が開口される一方、その下端側底部には熱源７が位置づけられている。
また、排気筒体２２には、熱源７と冷媒伝熱管１２との間に外気導入管２６が接続され、更に、外気導入管２６の接続箇所より熱源７側に所定の絞り部２８が形成され、この絞り部２８は外気導入管２６よりも通路面積が小さく形成されており、具体的には、絞り部２８の絞り径は外気導入管２６からの外気が絞りを通過して熱源７側に流入しない程度の大きさに設定されている。

更に、排気口２４近傍には、排気ファン２９が設置され、この排気ファン２９を所定の回転数で駆動することにより、例えば絞り部２８を約１．０ｍ^３／ｍｉｎの燃焼排気が通過するのに対し、外気導入管２６には約１０ｍ^３／ｍｉｎの外気を通過させることができ、これより、燃焼排気と外気との混合比が１対１０程度となる混合気が形成される。そして、この混合気が冷媒伝熱管１２を加熱することにより、冷媒回路２０内で過熱状態の高温高圧の冷媒ガスが生成される。

なお、ボイラ８においてバーナ９に点火がなされていない状態では燃焼排気は発生しないため、排気ファン２４を駆動することにより外気のみを排気筒体２２内に取り入れることもでき、この場合には、外気と冷媒伝熱管１２の冷媒とのいわゆる大気熱交換が行われる。
このように、本実施形態では、排気ファン２９、外気導入管２６、絞り部２８からなる排気筒体２２への外気導入手段を有することにより、冷媒伝熱管１２を流通する低圧側の冷媒を燃焼排気により昇温昇圧させることができ、屋内２を効果的に暖房することができる。特に、この外気導入手段は、燃焼排気の発生の有無に拘わらず外気を導入できることから、外気温度やボイラ８の作動状況に応じて、冷媒伝熱管１２における熱源を外気のみにするか、或いは外気と燃焼排気との混合気にするかを選択できる。従って、冷媒伝熱管１２において流通する冷媒を確実に蒸発させ、且つ昇温昇圧させてから圧縮機１４に吸入させることができるため、圧縮機１４に必要な所用動力が低減され、冷媒回路２０を効率良く運転することができ、ひいては、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを大幅に向上することができる。

また、絞り部２８によって排気筒体２２の水伝熱管３６側、すなわち熱源７側に燃料の燃焼室を形成することができ、更には、絞り部２８は外気導入管２６よりも所定の比率で通路断面積が小さいことにより、絞り部２８によって形成された燃焼室への外気の浸入を抑制することができるため、排気筒体２２内における燃料の燃焼と、燃焼排気と外気との混合とを隔絶して行うことができる。従って、これらにより、冷媒回路２０を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

次に、図２に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第２実施形態について説明する。
当該第２実施形態は、空調装置４が冷媒伝熱管１２をバイパスさせる手段を有する冷暖房システムであって、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしている。
本実施形態では、空調装置４に冷媒伝熱管１２をバイパスするバイパス路４０と、バイパス路４０に介挿されて冷媒回路２０を循環する冷媒と外気とを熱交換させる大気熱交換器（第２熱交換器）４２と、大気熱交換器４２または冷媒伝熱管１２に切り換えて冷媒を流通させる３方弁４４とが備えられている。

大気熱交換器４２は、冷媒回路２０をエアコンサイクルとしたときの室外機であり、３方弁４４を切り換えることによりエアコンサイクルにおける冷媒を室外機にて凝縮させるか、冷媒伝熱管１２にて凝縮させるかを選択可能になっている。
このように、当該第２実施形態の場合には、大気熱交換器４２または冷媒伝熱管１２に切り換えて冷媒を流通させることにより、外気温度が高い夏季には冷媒伝熱管１２をバイパスさせて大気熱交換器４２にバイパス路４０における矢印の向きに冷媒を流通させ、一方、外気温度が低い冬季には大気熱交換器４２に冷媒を流通させる場合とは逆向きに冷媒伝熱管１２に冷媒を流通させることにより、空調装置４の冷暖房能力を確保しつつ室内機１６の小型化を図ることができ、特に冬季における暖房ＣＯＰを大幅に向上することができる。

次に、図３に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第３実施形態について説明する。
当該第３実施形態は、上記第１実施形態のボイラ８とは異なるボイラ（熱源装置）５０を使用してダンパ開度制御を行う暖房システムであり、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしている。

ボイラ５０は、排気筒体２２が水平方向に延設されるとともに、外気導入管２６が排気筒体２２から上方に向けて煙突状に延設され、排気筒体２２には排気筒体２２の通路を開閉するダンパ５２が装着されている。
排気筒体２２には、排気筒体２２への外気導入管２６の接続箇所より冷媒伝熱管１２側に開口部５４が開口され、ダンパ５２は、この開口部５４と開口部５４近傍における排気筒体２２の通路とを一括して開閉可能に構成されている。

また、ダンパ５２は、排気筒体２２を流通する燃焼排気または外気の風量が所定の設定風量となるときにその風圧により可動部５２ａが自動的に開閉される、いわゆるフラッパー機構（駆動機構）をなしており、加えて、可動部５２ａの開閉駆動を可能とする駆動部５２ｂをも備えている。駆動部５２ｂは、ダンパ５２の駆動部５２ｂの他、電動モータ１５、ポンプ３４、膨張弁１８の図示しない駆動部や、室内機１６、冷媒伝熱管１２、バーナ９に備えられたファンの図示しない駆動部などどともに、空調装置４、給湯装置６、ボイラ５０の協調制御を行うための廃熱利用型ヒートポンプシステムの制御装置５６に電気的に接続されている。

制御装置５６は、ボイラ５０の単独運転時には、図３に示す如く、フラッパー機構によらないで外気導入管２６を閉じる方向へダンパ５２を強制的に閉駆動することにより、燃焼排気を外気導入管２６を介して上方に自然排出し、一方、ボイラ５０及び空調装置４の並行運転時にはダンパ４２を外気導入管２６を開く方向へ強制的に開駆動することにより、図４に示す如く、燃焼排気と外気導入管２６及び開口部５４から導入される外気との混合気を冷媒伝熱管１２に送出する、いわばダンパ開度制御を行っている。

このように、当該第３実施形態の場合には、ダンパ５２を有することにより、燃焼排気の熱が不要となるときにはダンパ５２を閉駆動して燃焼排気を外気導入管２６から外部へ排出することができ、一方、ダンパ５２を開駆動すれば、外気導入管２６に加え、開口部５４からも排気筒体２２に外気を導入することができ、冷媒伝熱管１２での熱交換に際して、第２実施形態における大気熱交換器４２を設けなくとも、燃焼排気及び外気の利用範囲を拡大することができる。

また、ダンパ５２がフラッパー機構をなすことにより、排気ファン２９が作動し、開口部５４から外気が吸い込まれることで開口部５４を覆う可動部５２ａが図３中の反時計回りに押圧され、これより、絞り部２８から排気口２４に連なる通路を塞ぐダンパ５２が風圧により開駆動される。従って、燃焼排気や導入される外気の風量に応じて燃焼排気と外気との混合気の冷媒伝熱管１２との熱交換量を自動調整することができる。

更に、制御装置５６が上記ダンパ開度制御を行うことにより、ボイラ５０の単独運転時には燃焼排気を開口部５４から自然排出し、ボイラ５０及び空調装置４の並行運転時には燃焼排気を冷媒伝熱管１２の熱源として利用することができる。従って、これらにより、冷媒回路２０を更に効率良く運転可能となり、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

次に、図５に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第４実施形態について説明する。
当該第４実施形態は、空調装置４に４方弁（冷暖房切換手段）６０を設けて４方弁切換制御を行う冷暖房システムであり、他は上記第３実施形態と同一の構成をなしている。
４方弁６０は、第１〜第４連通路６０ａ〜６０ｄを有する切換弁であって、図示は省略するが、その駆動部は制御装置５６に電気的に接続され、制御装置５６からの指令信号に応じて互いに対称位置に配される第１及び第２連通路６０ａ，６０ｂ、または第３及び第４連通路６０ｃ，６０ｄのいずれか一方が連通するように弁体が切り換えられる。これより冷媒回路２０において冷媒の流れが逆転可能となり、第１及び第２連通路６０ａ，６０ｂに切り換えられた場合には暖房経路（４方弁６０における点線経路）が選択され、第３及び第４連通路６０ｃ，６０ｄに切り換えられた場合には暖房経路とは逆に循環路１０に冷媒を流すための冷房経路（４方弁６０における実線経路）が選択される。

４方弁切換制御において冷房経路が選択されたとき、室内機１６は屋内温度により冷媒を蒸発吸熱させる蒸発器として使用され、これより屋内２が冷房されるが、この際に制御装置５６では、併せてボイラ５０を停止する協調制御を行っている。
ここで、空調装置４は、冷媒伝熱管１２近傍に屋内２の冷房運転時において冷媒伝熱管１２を流通する冷媒の凝縮温度を検出する冷媒温度センサ６２を備えている。

冷媒温度センサ６２は、点線で示すように、ダンパ５２の駆動部５２ｂに電気的、或いは機械的に連結され、駆動部５２ｂは冷媒温度センサ６２にて検出された冷媒温度に応じて作動する図示しないソレノイドストッパーや、冷媒温度に応じて変形する形状記憶合金からなる図示しないストッパーを有している。そして、冷媒温度が所定の設定温度以上となる夏季にはこれらストッパーにより駆動部５２ｂの駆動が規制され、ダンパ５２が自動的に閉駆動される（駆動機構）。

このように、当該第４実施形態の場合には、冷房経路が選択されたときにボイラ５０が停止されることにより、夏季において燃焼排気と外気とによって冷媒伝熱管１２が極度に高温に加熱され、ひいては冷媒回路２０の効率が低下することを防止できる。
また、冷媒伝熱管１２に流通される冷媒の温度が所定の設定温度以上となるときにダンパ５２が自動的に閉駆動されることにより、夏季における冷媒伝熱管１２の燃焼排気による加熱を確実に防止できるため、冷媒回路２０の効率低下を更に確実に防止でき、これらにより廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを確実に向上することができる。

次に、図６に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第５実施形態について説明する。
当該第５実施形態は、空調装置４が冷媒伝熱管１２をバイパスさせる手段を有する暖房システムであって、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしている。
本実施形態では、、空調装置４に冷媒伝熱管１２をバイパスするバイパス路６４と、バイパス路６４に介挿されて冷媒回路２０を循環する冷媒と給湯回路３８を循環する水とを直接に熱交換させる熱交換器（第３熱交換器）６６と、熱交換器６６または冷媒伝熱管１２に切り換えて冷媒を流通させる３方弁６８とが備えられている。

３方弁６８を切り換えることにより空調装置４を循環する冷媒を熱交換器６６にて凝縮させるか、冷媒伝熱管１２にて凝縮させるかを選択可能になっており、熱交換器６６にて冷媒を凝縮させた場合には、空調装置４は給湯装置６にていわゆるヒートポンプとして利用される。
このように、当該第５実施形態の場合には、空調装置４を給湯装置６のヒートポンプとして利用できるため、夜間における貯湯タンク３２への貯湯が可能となり、給湯装置の稼働率が向上し、ひいては廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

次に、図７に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第６実施形態について説明する。
当該第６実施形態は、空調装置４を給湯装置６のヒートポンプとしてのみ利用するために空調装置４の代わりにヒートポンプ装置７０を設けた給湯システムであり、他は上記第５実施形態と同一の構成をなしている。

本実施形態では、熱交換器６６をヒートポンプ装置７０のガスクーラとして使用する一方、給湯装置６において給湯回路３８を循環する水は熱交換器６６にて加熱された後に、更にボイラ８にて加熱される。
このように、当該第６実施形態の場合には、熱交換器６６の冷媒出口温度を低下させることができるため、冷媒回路２０の高圧側の圧力を低下することが可能となり、ひいては廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

次に、図８に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第７実施形態について説明する。
当該第７実施形態は、貯湯タンク３２の代わりに融雪パネル７２を設けた融雪システムであり、他は上記第６実施形態と同一の構成をなしている。
本実施形態では、給湯装置６の代わりに融雪パネル７２を有する融雪装置７４が形成され、融雪装置７４は循環路３０に水に代わって液媒が循環する液媒回路７６を構成している。なお、融雪パネル７２を床暖房用のパネルとして利用しても良い。

このように、当該第７実施形態の場合には、廃熱利用型ヒートポンプシステムを給湯システムのみならず、融雪・床暖房システムとしても利用することができ、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。
次に、図９に示される廃熱利用型ヒートポンプシステムの模式図を参照して第８実施形態について説明する。

当該第８実施形態は、給湯装置６が水伝熱管３６をバイパスさせる手段を有する給湯システムであって、他は上記第６実施形態と同一の構成をなしている。
本実施形態では、給湯装置６に水伝熱管３６をバイパスするバイパス路８０と、水伝熱管３６をバイパスさせるか否かを切り換えて冷媒を流通させる３方弁８２とが備えられており、この場合にも、上記第６実施形態と同様に、熱交換器６６の冷媒出口温度を低下させることができるため、冷媒回路２０の高圧側の圧力を低下することが可能となり、ひいては廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図１０に示される給湯システムのように、上記第８実施形態において、ボイラ８の代わりに上記第３実施形態におけるボイラ５０を使用しても良い。この場合には、３方弁８２を切り換えて水伝熱管３６をバイパスすることにより、夏季の高ＣＯＰ時にボイラ５０を停止することも可能であり、また、時間帯により有利なエネルギー選択も可能となるため、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上できて好ましい。

また、図１１に示される冷暖房システムのように、ボイラ５０におけるバーナ９の代わりにストーブや床暖房装置などといった家庭用暖房器具８４から熱源７を得るようにしても良く、この場合には、熱源７を水伝熱管３６や冷媒伝熱管１２の加熱の他、屋内２の暖房にも使用することができる。
また、冷媒回路２０に３方弁８６を設けて３方弁８６を切り換えることにより、冷媒回路２０を空調装置４として使用するか、或いはヒートポンプ装置７０として使用するかを選択可能に構成しても良く、これらにより廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することも可能である。

更に、図１２に示される冷暖房システムのように、圧縮機１４に発電機８８を連結し、発電機８８にクラッチ９０を介してスターリングエンジンなどの外燃機関９２を連結し、圧縮機１４を発電機８８、或いは外燃機関９２によって駆動可能に構成しても良く、この場合には、給湯回路６を循環する湯の熱を外燃機関９２の加熱に利用して圧縮機１５を駆動力を賄うことができるため、廃熱利用型ヒートポンプシステムのＣＯＰを更に向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る暖房システムを示した模式図である。 本発明の第２実施形態に係る冷暖房システムを示した模式図である。 本発明の第３実施形態に係る暖房システムを示した模式図である。 図３のボイラにおいてダンパが開駆動されたときの状態を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る冷暖房システムを示した模式図である。 本発明の第５実施形態に係る暖房システムを示した模式図である。 本発明の第６実施形態に係る給湯システムを示した模式図である。 本発明の第７実施形態に係る融雪システムを示した模式図である。 本発明の第８実施形態に係る給湯システムを示した模式図である。 本発明の変形例に係る給湯システムを示した模式図である。 本発明の別の変形例に係る冷暖房システムを示した模式図である。 本発明の別の変形例に係る冷暖房システムを示した模式図である。

符号の説明

２ 屋内
４ 空調装置（ヒートポンプ装置）
６ 給湯装置（液媒装置）
７ 熱源
８ ボイラ（熱源装置）
１０ 循環路
１２ 冷媒伝熱管
１４ 圧縮機
１６ 室内機（熱交換器）
１８ 膨張弁
２０ 冷媒回路
２２ 排気筒体
２６ 外気導入管
２８ 絞り部
２９ 排気ファン
３０ 循環路
３２ 貯湯タンク（タンク）
３４ ポンプ
３６ 水伝熱管（液媒伝熱管）
３８ 給湯回路（液媒回路）
４２ 大気熱交換器（第２熱交換器）
５０ ボイラ（熱源装置）
５２ ダンパ
５４ 開口部
５６ 制御装置
６０ ４方弁（冷暖房切換手段）
６６ 熱交換器（第３熱交換器）

Claims (11)

1. 燃料の燃焼によって熱源と燃焼排気とを発生し、燃焼排気を外部に排出する排気筒体を有する熱源装置と、
   冷媒の循環路に、膨張弁、熱交換器、圧縮機、冷媒伝熱管が介挿された冷媒回路を有し、前記冷媒伝熱管が前記排気筒体内にて燃焼排気により加熱されるヒートポンプ装置とを備え、
   前記熱源装置は、前記燃焼排気の発生の有無に拘わらず、前記排気筒体へ外気を導入させる外気導入手段を有することを特徴とする廃熱利用型ヒートポンプシステム。
2. 液媒の循環路に、液媒が貯留されるタンク、ポンプ、液媒伝熱管が介挿された液媒回路を有し、前記液媒伝熱管が前記熱源により加熱される液媒装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
3. 前記外気導入手段は、少なくとも燃焼排気、外気の何れか一方を前記排気筒体内に吸い込んで前記冷媒伝熱管を流れる冷媒と熱交換させた後に前記排気筒体外に排出させる排気ファンと、前記排気筒体の前記液媒伝熱管と前記冷媒伝熱管との間に接続された外気導入管と、前記排気筒体の前記外気導入管の接続箇所よりも前記液媒伝熱管側にて絞られた絞り部とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
4. 前記絞り部は、前記外気導入管よりも所定の比率で通路断面積が小さいことを特徴とする請求項３に記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
5. 前記熱源装置は、前記排気筒体への前記外気導入管の接続箇所より前記冷媒伝熱管側にて前記排気筒体に開口される開口部と、該開口部と該開口部近傍における前記排気筒体の通路とをそれぞれ開閉するダンパとを有することを特徴とする請求項３または４に記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
6. 前記ダンパは、前記排気筒体を流通する燃焼排気または外気導入風量が所定の設定風量となるときに該ダンパを自動的に開閉させる駆動機構を有することを特徴とする請求項５に記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
7. 前記駆動機構は、熱源装置の単独運転時には前記外気導入管を閉じる方向へ前記ダンパを駆動させ、前記熱源装置及び前記ヒートポンプ装置の並行運転時には前記外気導入管を開く方向へ前記ダンパを駆動させることを特徴とする請求項６に記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
8. 前記ヒートポンプ装置は、前記冷媒伝熱管をバイパスさせる手段を有し、該バイパス手段は、前記冷媒回路を循環する冷媒と外気とを熱交換させる第２熱交換器を有し、該第２熱交換器または前記冷媒伝熱管に切り換えて冷媒を流通させることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
9. 前記ヒートポンプ装置は、前記冷媒伝熱管をバイパスさせる手段を有し、該バイパス手段は、前記冷媒回路を循環する冷媒と前記液媒回路を循環する液媒とを熱交換させる第３熱交換器を有し、該第３熱交換器または前記冷媒伝熱管に切り換えて冷媒を流通させることを特徴とする請求項２乃至８の何れかに記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
10. 前記ヒートポンプ装置は空調装置であって、前記熱交換器は屋内に設置される該空調装置の室内機であり、前記空調装置は、前記熱交換器を蒸発器として使用して前記屋内を冷房する冷房経路、または、前記熱交換器を凝縮器として使用して前記屋内を暖房する暖房経路に切り換える冷暖房切換手段を有することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。
11. 前記液媒は水であって、前記液媒装置は給湯装置であることを特徴とする請求項２乃至１０の何れかに記載の廃熱利用型ヒートポンプシステム。

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