JP2686978B2 - エンジン駆動式熱ポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、一台のエンジンにより、互いに独立した
複数の冷媒循環回路における各圧縮機を同時に駆動させ
るようにしたエンジン駆動式熱ポンプ装置に関する。

（従来の技術） 上記熱ポンプ装置には、従来、次のように構成された
ものがある。

即ち、上記各冷媒循環回路がそれぞれ冷媒を圧縮する
圧縮機を有し、直列に連結された室外熱交換器と室内熱
交換器とにより、上記各圧縮機毎で、その吐出側と吸入
側とが連結されている。そして、上記各冷媒循環回路の
圧縮機が同時に一台のエンジンによって駆動可能とさ
れ、これによる冷媒の圧縮で、室内熱交換器を介して室
内が冷房もしくは暖房されるようになっている。

そして、上記した熱ポンプ装置によれば、仮に、いず
れか一つの冷媒循環回路が故障しても、この冷媒循環回
路から独立している他の冷媒循環回路の駆動は可能であ
り、つまり、熱ポンプ装置の一部の故障で、全体が停止
してしまうということが防止されるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、互いに独立した複数の冷媒循環回路を設け
た場合、各冷媒循環回路にそれぞれ要求される冷房もし
くは暖房の能力は、互いに相違するのが一般的である。

このため、上記従来構成において、一台のエンジンで
同時に複数の圧縮機を駆動させたとき、この駆動によ
り、仮に、いずれか一つの圧縮機の吐出能力が適正であ
るとしても、他の圧縮機の吐出能力がその負荷からみて
不必要に過大な状態で運転されるおそれがある。

（発明の目的） この発明は、上記のような事情に注目してなされたも
ので、互いに独立した複数の冷媒循環回路の各圧縮機を
一台のエンジンで同時に駆動させるようにした場合で
も、上記各圧縮機が、それぞれの負荷に見合った適正な
吐出能力で運転されるようにし、かつ、エンジンの廃熱
が室内暖房のために各冷媒循環回路で有効に利用される
ようにすることを目的とする。

（発明の構成） 上記目的を達成するための本発明のエンジン駆動式熱
ポンプ装置は、次の如くである。

なお、この「発明の構成」の項において、下記した
（ ）内の用語は、特許請求の範囲の用語に対応するも
のである。

請求項１の発明は、一台のエンジン１に対し、互いに
独立した複数の冷媒循環回路3,103を設け、これら各冷
媒循環回路3,103が、それぞれ上記エンジン１により同
時に駆動可能とされる冷媒圧縮用の圧縮機5,105と、こ
れら各圧縮機5,105の吐出管（吐出側）6,106と吸入管
（吸入側）7,107とをそれぞれ連結させる直列に連結さ
れた室外熱交換器10,110および室内熱交換器11,111とを
備えた場合において、 上記各圧縮機5,105の吐出管（吐出側）6,106と吸入管
（吸入側）7,107とをそれぞれ連結させるバイパス回路2
8,128を設けると共に、これら各バイパス回路28,128を
開閉可能とさせるバイパス弁29,129を設け、上記エンジ
ン１を冷却するエンジン冷却回路37を設け、このエンジ
ン冷却回路37の冷却水に与えられたエンジン１の廃熱を
各上記冷媒循環回路3,103の冷媒に伝える廃熱熱交換器4
5,145を上記各冷媒循環回路3103毎にそれぞれ設け、こ
れら各廃熱熱交換器45,145に連なる上記エンジン冷却回
路の各管路にそれぞれ冷却水弁48,148を設け、上記圧縮
機5,105が所定の吐出能力を越えたとき、この圧縮機5,1
05に対応する上記バイパス弁29,129を開く一方、上記圧
縮機5,105に対応する上記冷却水弁48,148を閉じるよう
にしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明に加えて、上記各
冷媒循環回路3,103において、上記室外熱交換器10,110
と室内熱交換器11,111との間と、上記圧縮機5,105の吸
入側とを連結させる過熱防止回路32,132を設けると共
に、これら各過熱防止回路32,132を開閉可能とさせる過
熱防止弁33,133を設け、上記圧縮機5,105の吸入管（吸
入側）7,107の冷媒温度が所定値以上になったとき、こ
の圧縮機5,105に対応する上記過熱防止弁33,133を開く
ようにしたものである。

（作 用） 上記構成による作用は次の如くである。

なお、この「作用」の項において、下記した（ ）内
の用語は、特許請求の範囲の用語に対応するものであ
る。

一台のエンジン１で同時に複数の圧縮機5,105を駆動
させたとき、この駆動により、仮に、いずれか一つの圧
縮機105の吐出能力がその負荷からみて適正で、他の圧
縮機５が所定の吐出能力を越えたとすると、上記他の圧
縮機５に対応するバイパス弁29が開き、この圧縮機５か
ら吐出される冷媒は上記バイパス回路28とバイパス弁29
を通って圧縮機５の吐出管（吐出側）６から吸入管（吸
入側）７に短絡して循環し、上記吐出管（吐出側）６に
おける圧力が低下することとなる。よって、上記他の圧
縮機５の吐出能力が過大となることが防止される。

また、仮に、いずれか一つの冷媒循環回路103の室内
熱交換器111による暖房が適正である一方、他の冷媒循
環回路３の室内熱交換器11による暖房が過度となって、
前記したように他の圧縮機５が所定の吐出能力を越えた
ときには、前記したように、バイパス弁29が開いて、圧
縮機５の吐出能力が不必要に過大になることが防止され
ると共に、前記したように、冷却水弁48が閉じられる。

このため、上記冷媒循環回路３の冷媒が冷却水の有す
るエンジン１の廃熱でそれ以上に過度に加熱されるとい
うことが防止される。

そして、上記したように、他の冷媒循環回路３の冷媒
が上記冷却水によって加熱されなくなるため、その分、
この冷却水によるエンジン１の廃熱は、上記した一つの
冷媒循環回路103の冷媒に利用可能となる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

図は、エンジン駆動式熱ポンプ装置の一例としての空
調装置を線図で示したものである。

図において、１はエンジンで、このエンジン１は都市
ガスやプロパンガスなどのガス燃料により駆動される。
２はこのエンジン１の始動モータである。

また、上記装置は互いに独立した二系統の第１、第２
冷媒循環回路3,103を有し、この両者は上記エンジン１
によって同時に運転可能とされる。

上記両冷媒系3,103は互いにほぼ同じ構成であるた
め、主に第１冷媒循環回路３について説明し、第２冷媒
循環回路103については第１冷媒循環回路３に対応する
符号（例えば、５に対応して105の符号）を図面に付し
てその説明を省略する。

上記各冷媒循環回路3,103は、それぞれ上記エンジン
１により同時に駆動可能とされる圧縮機5,105を有して
いる。この圧縮機５はフロンなどの冷媒を圧縮して高温
高圧のガスにするものである。この圧縮機５の吐出側は
吐出管６を備え、また、吸入側は吸入管７を備えてい
る。また、これら吐出管６と吸入管７との間には四方切
換弁８が介在している。

室外には室外熱交換器10が設けられ、室内には一対の
室内熱交換器11,11が並列に設けられている。上記四方
切換弁８と室外熱交換器10とが第１配管12で接続され、
上記室外熱交換器10と並列の二つの室内熱交換器11,11
とが第２配管13で直列に接続され、更に、上記四方切換
弁８と室内熱交換器11,11とが第３配管14で接続されて
いる。即ち、上記圧縮機５の吐出管６と吸入管７とは、
上記四方切換弁８を介し直列に連結された上記室外熱交
換器10と室内熱交換器11とで連結されている。

上記の場合、第１冷媒循環回路３の室外熱交換器10と
第２冷媒循環回路103の室外熱交換器110に対し共通のフ
ァン15,15が設けられており、外気との間で強制的な熱
交換が行われるようになっている。

前記吐出管６の中途部には油分離器16が介在してお
り、この油分離器16は吐出管６内の油を分離してこの油
を油戻し管17により前記吸入管７に戻す。また、上記吸
入管７の中途部には液分離器18が介在しており、この液
分離器18は吸入管７を通る冷媒中から液体を分離し、気
体のみを圧縮機５に吸引させるようにする。更に、上記
第２配管13の中途部には膨張弁20や、逆止弁21,22,23、
更には受液器24が介設されている。

上記の第１冷媒循環回路３において、四方切換弁８を
操作して図中実線の状態にし、エンジン１により圧縮機
５を駆動させると、この第１冷媒循環回路３は、同図中
実線矢印で示すように冷房回路となる。

即ち、冷媒は上記圧縮機５で圧縮されて高温高圧の気
体となり、吐出管６、四方切換弁８、および第１配管12
を通って室外熱交換器10に送り込まれる。そして、この
冷媒はここで放熱されて高圧の液体に凝縮され、これは
逆止弁22を通って一旦受液器24に蓄えられた後、各室内
熱交換器11,11に送ら込まれる。そして、この冷媒はこ
こで減圧されて低温低圧の霧化状態に蒸発し、この際こ
の室内熱交換器11,11によって室内が冷房される。更
に、この冷媒は第３配管14、四方切換弁８、吸入管７、
および液分離器18を通って圧縮機５に戻りサイクルが完
成する。

一方、上記四方切換弁８を図中仮想線の状態に切り換
えると、この第１冷媒循環回路３は、上記とは逆に同図
中仮想線矢印で示すように暖房回路となる。

即ち、冷媒が圧縮機５で圧縮されて高温高圧の気体と
なった後、吐出管６、四方切換弁８、および第３配管14
を通って各室内熱交換器11,11に送り込まれる。そし
て、この各室内熱交換器11,11によって室内が暖房さ
れ、この際、冷媒は高圧の液体に凝縮する。更に、この
冷媒は逆止弁23、受液器24、膨張弁20、および第２配管
13を通って室外熱交換器10に送り込まれて、ここで熱を
与えられることによって気体となり、その後、これは第
１配管12、四方切換弁８、吸入管７、および液分離器18
を通って圧縮機５に戻りサイクルが完成する。

一方、第２冷媒循環回路103には上記室内熱交換器11
と同じ能力の室内熱交換器111が一つだけ設けられてい
る。

上記構成において、吐出管６と吸入管７とを連結する
バイパス回路28が設けられ、このバイパス回路28はその
中途部にバイパス弁29を有し、このバイパス弁29によっ
て、上記バイパス回路28が開閉可能とされている。ま
た、上記吐出管６における冷媒の圧力を検出する圧力セ
ンサ30が設けられている。そして、上記圧縮機５の駆動
により、この圧縮機５が所定の吐出能力を越えると、即
ち、吐出管６における冷媒の圧力が所定値を越えると、
圧力センサ30の検出信号によりバイパス弁29が開かれる
ようになっている。

なお、この検出信号は電気、電子的なものであっても
よく、圧力を配管により直接伝えるような物理的なもの
であってもよい。これは後述の各検出信号についても同
じである。

そして、例えば、上記第２冷媒循環回路103の圧縮機1
05の吐出能力がその負荷からみて適正で、一方、第１冷
媒循環回路３の圧縮機５が所定の吐出能力を越えたとす
ると、この圧縮機５に対応するバイパス弁29が開き、こ
の圧縮機５から吐出される冷媒は上記バイパス回路28と
バイパス弁29を通って圧縮機５の吐出管６から吸入管７
に短絡して循環し、上記吐出管６における冷媒の圧力が
低下することとなる。よって、上記圧縮機５の吐出能力
が過大となることが防止される。

ところで、上記のように、圧縮機５から吐出される冷
媒がバイパス回路28やバイパス弁29を通って圧縮機５の
吐出管６から吸入管７に短絡して循環した場合に、これ
が長く続けられると、この冷媒の温度が上昇して過度に
高くなるおそれがある。そして、これは、特に冷房時の
圧縮機５の負荷を無用に大きくさせるものであって好ま
しくない。

そこで、上記の不都合を防止するため、次のように構
成されている。即ち、上記吸入管７と第２配管13とを連
結する過熱防止回路32が設けられる。また、この過熱防
止回路32の中途部に過熱防止弁33と電磁式の開閉弁34と
が直列に介在し、これら過熱防止弁33と開閉弁34とによ
って、過熱防止回路32が開閉可能とされている。

上記の場合、開閉弁34の動作はバイパス弁29の開、閉
弁動作と一致するようにされている。また、吸入管７に
対する過熱防止回路32の連結部は同上吸入管７に対する
前記油戻し管17の連結部よりも圧縮機５側であり、ま
た、これら各連結部よりも更に圧縮機５側における冷媒
の温度を検出する感温筒35が設けられている。そして、
この冷媒の温度があまりに高くなって所定温度を越えた
ときには、上記感温筒35による検出信号で過熱防止弁33
が開くようになっている。

そして、上記したように吸入管７における冷媒の温度
が高くなって感温筒35により過熱防止弁33が開かれたと
きには、室外熱交換器10と室内熱交換器11との間にあっ
て比較的温度の低い冷媒が上記第２配管13、過熱防止回
路32、過熱防止弁33、および開閉弁34を通って吸入管７
に流入し、上記冷媒の温度を下げて、この温度が過度に
高くなることを防止する。

一方、前記エンジン１にはこれを冷却するためのエン
ジン冷却回路37が設けられている。

即ち、上記エンジン１には冷却水通路38が形成されて
おり、この冷却水通路38に冷却水を送り込むポンプ39が
設けられている。また、上記冷却水通路38から延びる出
口管40とポンプ39の吸入側に連結された入口管41との間
にはラジエータ42が設けられ、このラジエータ42も室外
に設置されて前記ファン15,15により強制的に冷却され
るようになっている。

そして、上記ポンプ39により冷却水通路38に冷却水を
送り込めば、エンジン１が冷却され、ここで高温となっ
た冷却水はラジエータ42で冷却されてポンプ39に戻る。

また、上記構成において、第１、第２冷媒循環回路3,
103を暖房回路としたとき、これをより効果的にするた
め、次のように構成されている。

即ち、上記第１、第２冷媒循環回路3,103を図中仮想
線の矢印で示すように暖房回路としたとき、上記エンジ
ン冷却回路37の冷却水に与えられたエンジンの廃熱を上
記各第１、第２冷媒循環回路3,103の冷媒に伝える二重
管式の廃熱熱交換器45が設けられる。一方、上記出口管
40の中途部にサーモスタット46が介設され、このサーモ
スタット46から延びて入口管41に接続される廃熱管47が
設けられる。そして、上記廃熱熱交換器45はこの廃熱管
47における冷却水のエンジンの廃熱を前記第１配管12の
冷媒に与えるようになっている。

従って、上記第１配管12で冷却水から冷媒に与えられ
た熱量分だけ、エンジン１による圧縮機5,105の駆動を
抑制して暖房を効果的に行うことができる。

また、上記の場合、廃熱管47には電磁式の冷却水弁48
が設けられている。この冷却水弁48は前記バイパス弁29
や開閉弁34とは逆の動作をするようになっており、圧縮
機５が所定の吐出能力を越えると、つまり、吐出管６に
おける冷媒の圧力が所定値を越えると、圧力センサ30の
検出信号により冷却水弁48が閉じるようになっている。

従って、仮に、第２冷媒循環回路103の室内熱交換器1
11による暖房が適正である一方、第１冷却循環回路３の
室内熱交換器11による暖房が過度となって、前記したよ
うに圧縮機５が所定の吐出能力を越えたときには、前記
したように、バイパス弁29が開いて、圧縮機５の吐出能
力が過大になることが防止されると共に、前記したよう
に、冷却水弁48が閉じられる。

このため、上記冷媒循環回路３の冷媒が上記冷却水の
有するエンジン１の廃熱でそれ以上に過度に加熱される
ということが防止される。

そして、上記したように、冷媒循環回路３の冷媒が上
記冷却水によって加熱されなくなるため、その分、この
冷却水によるエンジン１の廃熱は、第２冷媒循環回路10
3の冷媒に利用可能とされて、これによる暖房が効果的
に行われることとなる。

なお、以上の図示の例によるが、冷媒循環回路は三系
統以上であってもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、次の効果がある。

請求項１の発明は、一台のエンジンに対し、互いに独
立した複数の冷媒循環回路を設け、これら各冷媒循環回
路が、それぞれ上記エンジンにより同時に駆動可能とさ
れる冷媒圧縮用の圧縮機と、これら各圧縮機の吐出側と
吸入側とをそれぞれ連結させる直列に連結された室外熱
交換器および室内熱交換器とを備えたエンジン駆動式熱
ポンプ装置において、 上記各圧縮機の吐出側と吸入側とをそれぞれ連結させ
るバイパス回路を設けると共に、これら各バイパス回路
を開閉可能とさせるバイパス弁を設け、上記エンジンを
冷却するエンジン冷却回路を設け、このエンジン冷却回
路の冷却水に与えられたエンジンの廃熱を各上記冷媒循
環回路の冷媒に伝える廃熱熱交換器を上記各冷媒循環回
路毎にそれぞれ設け、これら各廃熱熱交換器に連なる上
記エンジン冷却回路の各管路にそれぞれ冷却水弁を設
け、上記圧縮機が所定の吐出能力を越えたとき、この圧
縮機に対応する上記バイパス弁を開く一方、上記圧縮機
に対応する上記冷却水弁を閉じるようにしてある。

このため、一台のエンジンで同時に複数の圧縮機を駆
動させたとき、この駆動により、いずれか一つの圧縮機
の吐出能力がその負荷からみて適正で、他の圧縮機が所
定の吐出能力を越えたとすると、上記他の圧縮機に対応
するバイパス弁が開き、この圧縮機から吐出される冷媒
は上記バイパス回路とバイパス弁を通って圧縮機の吐出
側から吸入側に短絡して循環し、上記吐出側における圧
力が低下することとなる。

よって、上記他の圧縮機の吐出能力が過大となること
が防止され、このため、各冷媒循環回路の圧縮機が一台
のエンジンで同時に駆動可能とされたものでありなが
ら、上記各圧縮機がそれぞれ適正な吐出能力に保たれる
こととなる。

また、仮に、いずれか一つの冷媒循環回路の室内熱交
換器による暖房が適正である一方、他の冷媒循環回路の
室内熱交換器による暖房が過度となって、前記したよう
に他の圧縮機が所定の吐出能を越えたときには、前記し
たように、バイパス弁が開いて、上記他の圧縮機の吐出
能力を不必要に過大になることが防止される。また、こ
れと共に、前記したように、冷却水弁が閉じられ、上記
他の冷媒循環回路の冷媒が上記冷却水の有するエンジン
の廃熱でそれ以上に過度に加熱されるということが防止
される。

そして、上記したように、他の冷媒循環回路の冷媒が
上記冷却水によっては加熱されなくなるため、その分、
この冷却水によるエンジンの廃熱は、上記した一つの冷
媒循環回路の冷媒に利用可能となり、即ち、エンジンの
廃熱が室内暖房のために各冷媒循環回路に合理的に配分
されて有効に利用されることとなる。

請求項２の発明は、上記各冷媒循環回路において、上
記室外熱交換器と室内熱交換器との間と、上記圧縮機の
吸入側とを連結させる過熱防止回路を設けると共に、こ
れら各過熱防止回路を開閉可能とさせる過熱防止弁を設
け、上記圧縮機の吸入側の冷媒温度が所定値以上になっ
たとき、この圧縮機に対応する上記過熱防止弁を開くよ
うにしてあり、次の効果がある。

即ち、上記のように、圧縮機から吐出される冷媒がバ
イパス回路やバイパス弁を通って圧縮機の吐出側から吸
入側に短絡して循環した場合に、これが長く続けられる
と、この冷媒の温度が上昇して過度に高くなるおそれが
ある。そして、これは、特に、冷房時に、圧縮機への負
荷を不必要に大きくさせるものであって好ましくない。

そこで、上記構成としたのであり、このため、上記し
たように冷媒の温度が高くなったときには、過熱防止弁
が開いて室外熱交換器と室内熱交換器との間にあって比
較的温度の低い冷媒が上記過熱防止弁を通り吸入側に流
入し、上記冷媒の温度が下げられて、この温度が過度に
高くなることが防止される。

よって、各冷媒循環回路の圧縮機が一台のエンジンで
同時に駆動可能とされたものでありながら、上記各圧縮
機の吐出能力が不必要に大きくなることが防止されて、
これら圧縮機がその負荷に見合った適正な吐出能力で運
転されることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例で全体線図である。 １……エンジン、3,103……冷媒循環回路、5,105……圧
縮機、6,106……吐出管（吐出側）7,107……吸入管（吸
入側）、10,110……室外熱交換器、11,111……室内熱交
換器、28,128……バイパス回路、29,129……バイパス
弁、32,132……過熱防止回路、33,133……過熱防止弁、
37……エンジン冷却回路、45,145……廃熱熱交換器、4
8,148……冷却水弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−162863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−248970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−33459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−83559（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−192178（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一台のエンジンに対し、互いに独立した複
   数の冷媒循環回路を設け、これら各冷媒循環回路が、そ
   れぞれ上記エンジンにより同時に駆動可能とされる冷媒
   圧縮用の圧縮機と、これら各圧縮機の吐出側と吸入側と
   をそれぞれ連結させる直列に連結された室外熱交換器お
   よび室内熱交換器とを備えたエンジン駆動式熱ポンプ装
   置において、 上記各圧縮機の吐出側と吸入側とをそれぞれ連結させる
   バイパス回路を設けると共に、これら各バイパス回路を
   開閉可能とさせるバイパス弁を設け、上記エンジンを冷
   却するエンジン冷却回路を設け、このエンジン冷却回路
   の冷却水に与えられたエンジンの廃熱を各上記冷媒循環
   回路の冷媒に伝える廃熱熱交換器を上記各冷媒循環回路
   毎にそれぞれ設け、これら各廃熱熱交換器に連なる上記
   エンジン冷却回路の各管路にそれぞれ冷却水弁を設け、
   上記圧縮機が所定の吐出能力を越えたとき、この圧縮機
   に対応する上記バイパス弁を開く一方、上記圧縮機に対
   応する上記冷却水弁を閉じるようにしたエンジン駆動式
   熱ポンプ装置。
2. 【請求項２】上記各冷媒循環回路において、上記室外熱
   交換器と室内熱交換器との間と、上記圧縮機の吸入側と
   を連結させる過熱防止回路を設けると共に、これら各過
   熱防止回路を開閉可能とさせる過熱防止弁を設け、上記
   圧縮機の吸入側の冷媒温度が所定値以上になったとき、
   この圧縮機に対応する上記過熱防止弁を開くようにした
   請求項１に記載のエンジン駆動式熱ポンプ装置。