JP2548790B2 - ヒートポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば冷媒圧縮機がエンジンにより駆動
されるようにした冷暖房装置において、エンジンからの
排熱を回収して暖房運転に利用されるようにしたヒート
ポンプに関する。

［従来の技術］ 圧縮機をエンジンによって駆動するようにしたヒート
ポンプにあっては、暖房運転時にエンジンで発生された
排熱を回収し、暖房能力を向上させ、さらにその効率を
向上させるようにすることが考えられている。

このようにエンジンの排熱を暖房に利用するようにし
たヒートポンプとしては、例えば特開昭62−84273号公
報に示されるような装置が提案されているもので、この
装置の概略は第４図に示すように構成される。

このヒートポンプにあっては、暖房運転時において４
方弁15が図に実線で示す状態に設定され、圧縮機111お
よび112で圧縮される冷媒が室内熱交換器16に供給さ
れ、ファンで送られた空気を加熱して、室内の暖房が行
なわれる。そして、この室内熱交換器16で熱交換の行な
われた冷媒は、逆止弁装置17を介してリキッドレシーバ
18に供給され、減圧装置19で減圧された後に室外熱交換
器20で室外空気と熱交換され、第２の圧縮機112に帰還
されるようになる。

このような暖房運転状態で電磁弁22が開放されると、
逆止弁装置17に導かれた冷媒の一部が加熱装置24に導か
れて、エンジン12の排熱を回収するようになり、このエ
ンジン12の排熱により加熱された冷媒が第１の圧縮機11
1に供給され、圧縮されるようになる。したがって、暖
房運転能力が向上されるようになり、暖房効率が向上さ
れる。

しかし、このように構成される装置にあっては、エン
ジン排熱を回収した冷媒のために特別に冷媒圧縮機111
が設置されるようになり、２組の圧縮機111、112と共に
この圧縮機111、112それぞれの吐出側に２組のオイルセ
パレータ131、132および逆止弁141、142が必要となり。
冷凍サイクルの系統が複雑化する。

尚、この装置において冷房運転時には４方弁15が図の
状態から切換えられ、図に破線矢印で示すように冷媒が
循環される。

また特開昭61−6557号公報に示されるように、エンジ
ンの排熱により室内熱交換器の入口部の冷媒を加熱して
暖房能力を向上させるようにすることも考えられてい
る。しかし、このような手段では冷媒ガスの温度が異常
に高くなることがあり、冷媒が熱分解するおそれがあ
る。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、上記のような冷凍サイクルが複雑化する
ような問題、さらに冷媒が熱分解するような問題点を解
決し、充分に簡単に構成されるようにして、エンジンで
発生される熱等の外部で発生された熱を効果的に回収
し、特に暖房効率を向上させ、また除霜運転も効果的に
実行できるようにしたヒートポンプを提供しようとする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の目的を達成するため、冷媒を圧縮し
て送出する圧縮機と、 この圧縮機で圧縮された冷媒が供給され、循環される
室内熱交換器および室外熱交換器、さらに上記室内およ
び室外熱交換器の相互間に設定される第１の減圧手段か
らなる冷凍サイクルと、 この冷凍サイクルの冷媒の循環方向を切換える冷媒切
換え手段と、 上記室内熱交換器と第１の減圧手段との間から分岐し
て設定される第２の減圧手段および排熱を利用した冷媒
加熱手段と、 この冷媒加熱手段への冷媒の流れを選択的に遮断する
弁手段と、 この弁手段を介して上記圧縮機の吸入側に冷媒を供給
するようにした補助回路と具備し、 上記冷媒切換え手段により上記圧縮機からの圧縮冷媒
が室内熱交換器に供給されるように設定した暖房運転状
態で、上記補助回路の弁手段が所定の間隔で間欠的に繰
返し開閉制御されるようにした構成とするものである。

［作用］ 上記のように構成されるヒートポンプにあっては、暖
房運転状態において、室内熱交換器からの出力冷媒が所
定の間隔で間欠的に繰返し加熱装置に供給され、エンジ
ンの排熱等により加熱されて、室外熱交換器を通過した
冷媒と共に圧縮機の吸入側に供給され、冷媒の循環サイ
クルが形成される。したがって、排熱が暖房のために効
果的に利用され、暖房能力およびその効率が向上され
る。この場合、圧縮機は１台によって全ての冷媒の循環
動作が実行されるものであり、その構成は充分に簡易化
されている。また冷媒は、圧縮機の帰還される直前に排
熱により所定の間隔で間欠的に繰返し加熱されるものて
あるため、冷媒温度は適正に保たれ、不必要に高温状態
とされることがない。そのため、室外熱交換器は外気よ
り吸熱して暖房能力の向上に寄与する。また第１の減圧
弁をバイパスする電磁弁を開けば、室内熱交換器から出
力した温度の高い状態の冷媒が室外熱交換器に供給さ
れ、この室外熱交換器の除霜が行なわれるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明す
る。第１図は冷凍サイクルの構成を示すもので、１個の
冷媒圧縮機31が設定され、この圧縮機31はエンジン32に
より駆動されるようになっている。

この圧縮機31からの吐出冷媒は、４方弁33に供給され
るもので、この４方弁33は吐出冷媒を室内熱交換器34あ
るいは室外熱交換器35のいずれか一方に供給するもの
で、暖房モードの状態では、図に実線で示されるように
圧縮機31からの吐出冷媒を室内熱交換器34に導く。そし
て、冷房モードの状態では、圧縮機31からの吐出冷媒を
破線で示すように室外熱交換器35に導く。この室外熱交
換器35はさらに４方弁33に接続されている。

室内熱交換器34にはファン341が設定され、このファ
ン341で発生された空気流が熱交換器34を介して冷暖房
しようとする室内に導かれるようにする。また室外熱交
換器35に対してもファン351が設けられ、このファン351
で発生された空気流が熱交換器35を介して室外に吹き出
され、熱交換器35に流れる冷媒との熱交換が行なわれる
ようにしている。

室内熱交換器34と室外熱交換器35との間は冷媒通路36
によって結合され、この冷媒通路36には第１の減圧装置
37が介在設定され、この減圧装置37には並列にして第１
の電磁弁38が設けられ、この電磁弁38が開かれた状態
で、冷媒が減圧装置37をバイパスして通過されるように
する。

室内熱交換器34と減圧装置37との間の冷媒通路36に
は、冷媒を分岐する補助回路39が形成される。そして、
この補助回路39には第２の減圧装置40、加熱装置41、お
よび第２の電磁弁42の直列回路が形成され、電磁弁42か
らの出力冷媒は、アキュムレータ43を介して圧縮機31の
吸入側に導かれる。アキュムレータ43には、さらに４方
弁33の出力側が、逆止弁44を介して結合される。

エンジン32には冷却水回路45が形成されるもので、こ
のエンジン冷却水は室外熱交換器35と並列的に設定され
るラジエータ46に循環されて外気によって冷却されるよ
うにする共に、加熱装置41に循環されるようにする。こ
の場合加熱装置41に対する冷却水回路には第１の温水電
磁弁47が設定され、この電磁弁47が開かれた状態で加熱
装置41にエンジン32によって加熱された冷却水が供給さ
れて、加熱装置41を通過する冷媒と熱交換を行なわせ
て、この冷媒を加熱する。またラジエータ46に対する冷
却水回路には第２の温水電磁弁48を設定し、この電磁弁
48によってラジエータ46に循環される冷却水を制御させ
るようにする。

エンジン32の加熱された高温の排気は、排気熱交換器
49に供給するものであり、この熱交換器49には冷却水回
路が通過され、高温排気と熱交換されるようにしてい
る。

このように構成されるヒートポンプにおいて、暖房運
転モードでは４方弁33は図のような状態に設定される実
線矢印のように冷媒が循環される。すなわち、圧縮機31
で圧縮され高温状態とされ冷媒は、４方弁33を介して室
内熱交換器34に供給され、ファン341で発生される空気
流と熱交換されて放熱され、その後低圧側に流れる。そ
して、この熱交換により暖められた空気は室内に放出さ
れて、この室内を暖房する。

このような状態においては、第２の電磁弁42は第２図
で示されるようにこの通常暖房運転状態で間欠的にオン
−オフ制御されるもので、この電磁弁42が閉じている状
態では、室内熱交換器34からの出力冷媒は室外熱交換器
35の方向に流れる。この場合、この通常暖房運転時に
は、第２図で示されるように第１の電磁弁38は閉じたま
まであり、したがって冷媒は第１の減圧装置37により減
圧されて室外熱交換器35に供給され、外気により吸熱さ
れる。

また第２の電磁弁42が開いている状態では、室内熱交
換器34からの出力冷媒は第２の減圧装置40で減圧された
後加熱装置41に供給される。この通常暖房運転にあって
は、第２図で示されるように第１の温水電磁弁47が開か
れており、第２の温水電磁弁48が閉じられているもの
で、エンジン32によって加熱された冷却水が加熱装置41
に循環されている。したがって、この加熱装置41におい
て冷媒は吸熱動作をするようになり、この加熱装置41を
通過した冷媒は加熱される。そして、この加熱された冷
媒がアキュムレータ43を介して圧縮機31の吸入側に帰還
され、再び圧縮される。

すなわち、このような暖房運転状態にあっては、室内
熱交換器34を通過した冷媒が減圧された後加熱され、圧
縮機31に帰還されるものであり、１台の圧縮機31によっ
て、外気とエンジンの排熱との両者から吸熱動作をする
ようになる。このため、暖房能力が充分に高い状態に設
定されると共に、暖房効率も高い状態に設定される。

また暖房負荷が小さい中間状態における能力制御運転
状態においては、間欠的に開放制御された第２の電磁弁
42は閉じた状態に設定され（第２図参照）、冷媒の吸熱
は室外熱交換器35において外気からのみ行なわれる。し
たがって、冷媒圧力の異常上昇、動力の増大等の障害の
発生が効果的に防止できる。この能力制御運転状態で
は、エンジン32の冷却水は開かれた状態に設定される第
２の温水電磁弁48を介してラジエータ46に流れ、エンジ
ン32の排熱を放出する。この場合第１の温水電磁弁47は
閉じられており、加熱装置41には冷却水が循環されな
い。

尚、このような暖房運転時においては、室内ファン34
1はオンの状態に設定され、また室外ファン351は通常暖
房運転時に強、中間暖房負荷の能力制御運転時に弱の状
態に設定される。

このような暖房運転時において、室外熱交換器35にお
いて霜が付着した場合には、除霜運転に切換えられる。
この除霜運転に際しては、４方弁33は暖房運転モードの
状態に設定されたまま、第２図で示されるように第２の
電磁弁42を通常暖房制御のときと同様にオン−オフ制御
させると共に、第１の電磁弁38も第２の電磁弁42と同期
する状態でオン−オフ制御する。この場合、第２の電磁
弁42がオン状態で第１の電磁弁38がオフとされるよう
に、反対の状態に制御される。また、第１の温水電磁弁
47は開き、第２の温水電磁弁48を閉じて、エンジン32で
加熱された冷却水が加熱装置41に流されるようにする。
このとき、室内ファン341は微風運転され、室外ファン3
51は停止されている。

このように設定されると、圧縮機31からの吐出冷媒は
室内熱交換器34で放熱した後、第１の電磁弁38が開かれ
た状態で室外熱交換器35に供給される。すなわち、第１
の減圧装置37をバイパスした高温状態の冷媒が室外熱交
換器35に供給されるようになり、この室外熱交換器35の
除霜運転が実行される。また第１の電磁弁38が閉じられ
る状態では第２の電磁弁42が開かれ、前述したと同様に
エンジン32の排熱を利用した暖房運転が実行される。す
なわち、通常暖房運転を実行しながら、除霜が行なわれ
るようになる。

次に冷房運転を行なうときには、４方弁33を図の状態
から切換え、破線矢印で示す冷媒の流れが設定されるよ
にする。すなわち、圧縮機31で圧縮された高温冷媒は室
外熱交換器35に供給されて外気と熱交換して冷却され
る。この場合第１および第２の電磁弁38および42は、第
３図で示すように通常冷房運転状態では閉じられてお
り、室外熱交換器35からの出力冷媒は第１の減圧装置37
で減圧して低温冷媒とされ、室内熱交換器34に供給され
る。この室内熱交換器34ではファン341で発生された空
気流との熱交換が行なわれ、室内に冷気を送るようにな
る。そして、この室内熱交換器34を通過した冷媒は、４
方弁33から逆止弁44を介してアキュムレータ43に送ら
れ、圧縮機31の吸入側に帰還される。

この場合、室外ファン351はこの冷房運転状態でオン
状態に設定されるものであり、室内ファン341は通常運
転状態で強の状態に設定される。また、この冷房運転モ
ードにおいては、第１の温水電磁弁47は閉じられ、第２
の温水電磁弁48が開かれて、エンジン32の冷却水はラジ
エータ46に供給され、冷却されるようにしている。

このような冷房運転モードにおいて、冷房負荷の小さ
い中間期においては、能力制御運転が実行される。この
能力運転制御状態にあっては、第２の電磁弁42をオン状
態として、冷媒の一部が圧縮機31の吸入側にバイパスさ
れるようにする。そして、室内熱交換器34に流れる冷媒
の量を少なくして、冷房能力が低下されるようにする。

これまでの実施例においては、エンジン32によって圧
縮機を駆動するエンジン式のヒートポンプについて示
し、エンジン32の排熱を加熱装置41に供給するようにし
て示した。しかし、特に圧縮機をエンジンによって駆動
するような場合でなくとも、例えばこの冷暖房装置が工
場等に設置される場合、加熱装置41に対して工場排熱を
供給するようにしてもよい。すなわち、工場排熱が暖房
運転の効率化に大きく寄与されるようになる。

また除霜運転に際して、冷媒を圧縮機31から室外熱交
換器35に供給し、その後第１の電磁弁38および第２の減
圧装置40、さらに冷媒加熱装置41を介して、アキュムレ
ータ43に循環させ、圧縮機31に帰還させる流れを設定さ
せるようにしてもよい。但し、このような冷媒の流れを
設定させる場合は、室内ファン341を停止させる。

また実施例において、第２の電磁弁42を加熱装置１の
下流側に設定したが、これは加熱装置41の上流側に設定
してもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るヒートポンプにあって
は、１台の冷媒圧縮機によって冷媒の流れを設定するこ
とにより、この冷媒に対して外気および排熱の２つの熱
源から吸熱できるものであり、簡単な構成で暖房能力が
確実に向上され、暖房効率も向上される。また除霜運転
に際しても、暖房運転が停止されることがなく、連続暖
房が可能とされるものであるため、良好な暖房感が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るヒートポンプを説明
するための構成図、第２図および第３図はそれぞれヒー
トポンプにおける暖房運転モードおよび冷房運転モード
における動作状態を説明するタイムチャート、第４図は
従来のヒートポンプを説明する構成図である。 31……冷媒圧縮機、32……エンジン、33……４方弁、34
……室内熱交換器、35……室外熱交換器、37、40……第
１および第２の減圧装置、38、42……第１および第２の
電磁弁、41……加熱装置、45……冷却水回路、46……ラ
ジエータ、47、48……第１および第２の温水電磁弁。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を圧縮して送出する圧縮機と、 この圧縮機で圧縮された冷媒が供給され、循環される室
   内熱交換器および室外熱交換器、さらに上記室内および
   室外熱交換器の相互間に設定される第１の減圧手段から
   なる冷凍サイクルと、 この冷凍サイクルの冷媒の循環方向を切換える冷媒切換
   え手段と、 上記室内熱交換器と第１の減圧手段との間から分岐して
   設定される第２の減圧手段および排熱を利用した冷媒加
   熱手段と、 この冷媒加熱手段への冷媒の流れを選択的に遮断する弁
   手段と、 この弁手段を介して上記圧縮機の吸入側に冷媒を供給す
   るようにした補助回路と具備し、 上記冷媒切換え手段により上記圧縮機からの圧縮冷媒が
   室内熱交換器に供給されるように設定した暖房運転状態
   で、上記補助回路の弁手段が所定の間隔で間欠的に繰返
   し開閉制御されるようにしたことを特徴とするヒートポ
   ンプ。