JP2932312B2 - エンジン駆動熱ポンプの空調装置 - Google Patents

エンジン駆動熱ポンプの空調装置

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  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、寒冷時の冷房運転を圧縮機に焼きつきなど
を発生せず円滑に行なえるようにするエンジン駆動熱ポ
ンプの空調装置に関する。
〔従来技術〕
熱ポンプ式の冷暖房用空調装置として、冷媒の圧縮機
をエンジン(内燃機関)によって駆動するようにしたも
のがある。この熱ポンプは冷媒循環回路に室内熱交換器
と室外熱交換器を接続すると共に、その冷媒の循環方向
を冷房運転時には室内熱交換器が蒸発器で、室外熱交換
器が凝縮器になるようにし、また暖房運転時には室内熱
交換器が凝縮器で、室外熱交換器が蒸発器になるように
している。
このような熱ポンプ式空調装置を運転する場合、例え
ば年末の混雑したデパートなどでは、寒冷時でも冷房運
転をしなければならない場合がある。ところが、寒冷時
の外気は低温であるため、室外熱交換器(凝縮器)から
放熱される量が大きくなり、冷媒の凝縮温度が著しく低
下する。その結果として、冷媒の凝縮圧力が低下し、室
内熱交換器(蒸発器)側の冷媒圧力との圧力差が非常に
小さくなってしまうようになる。
すなわち、第6図のモリエル線図に示すように、夏期
に行う通常の冷房運転では実線で示すようなサイクルに
なるが、寒冷時の冷房運転では上記理由によって鎖線で
示すようなサイクルになるのである。このため、通常の
冷房運転では、室外熱交換器(凝縮器)における冷媒の
凝縮圧力はP1であるのに対し、寒冷時の冷房運転では著
しく低い圧力P1′になる。また、このような凝縮器側の
冷媒温度及び圧力の低下に伴って、室内熱交換器(蒸発
器)側の圧力もP2からP2′に低下するが、その低下は凝
縮側ほどではないため、寒冷時の冷房運転で発生する凝
縮側と蒸発側との圧力差(P1′−P2′)は、夏期時の冷
房運転で発生する圧力差(P1−P2)に比べて著しく小さ
いものになってしまうのである。
ところが、圧縮機の潤滑は、冷媒に混合させた潤滑油
を冷媒吐出路と冷媒吸入路との間の圧力差を利用して分
離循環させながら行っている。そのため、上述のように
寒冷時の冷房運転のように圧力差が小さくなってしまう
と、潤滑不足を生じて圧縮機の焼きつきや摩耗を招き、
円滑な運転が阻害されるようになるのである。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、寒冷時の冷房運転を圧縮機の潤滑不
足を招くことなく実施できるようにしたエンジン駆動熱
ポンプの空調装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため本発明は、エンジン駆動圧縮
機の冷媒吐出路と冷媒吸入路とを、室外熱交換器と室内
熱交換器を連結した冷媒循環回路に四方弁を介して連結
した熱ポンプにおいて、前記室外熱交換器と前記エンジ
ンの冷却水熱交換器とを、両熱交換器に共用するように
設けたファンの送風方向に対して直列に配置し、かつ冷
房運転時における前記室外熱交換器での冷媒の凝縮圧力
と前記室内熱交換器での冷媒の蒸発圧力との圧力差が所
定値以下であるか又は外気温度が所定値以下のとき、前
記ファンの送風方向を前記冷却水熱交換器から室外熱交
換器側へ切り替わる構成にしたことを特徴とするもので
ある。
このように寒冷時の冷房運転時に、エンジン冷却水熱
交換器の放熱を室外熱交換器に対して与えるようにする
ことによって、室外熱交換器での凝縮温度の極端な低下
を防止し、凝縮圧力の低下を防止することができる。
また、他の本発明は、エンジン駆動圧縮機の冷媒吐出
路と冷媒吸入路とを、室外熱交換器と室内熱交換器を連
結した冷媒循環回路に四方弁を介して連結した熱ポンプ
において、前記室内熱交換器と前記四方弁との間にエン
ジン冷却水と熱交換を行う熱交換器を経由して前記冷媒
吸入路に至るバイパス路を設け、かつ冷房運転時におけ
る前記室外熱交換器での冷媒の凝縮圧力と前記室内熱交
換器での冷媒の蒸発圧力との圧力差が所定値以下である
か又は外気温度が所定値以下のとき、前記室内熱交換器
を出た冷媒を前記バイパス路に流すように切り替える構
成にしたことを特徴とするものである。
この場合も、寒冷時の冷房運転時において、エンジン
冷却水の熱を室内熱交換器で蒸発後の冷媒に与えて温度
上昇させるため、圧縮機で圧縮後の室外熱交換器での凝
縮温度を上昇させ、凝縮圧力の低下を防止することがで
きる。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例からなる空調装置の回路図を
例示する。
第1図において、Iは室外ユニット、IIは室内ユニッ
トである。室外ユニットIには、エンジン1と、このエ
ンジン1によって駆動される圧縮機2が設けられてい
る。エンジン1は都市ガス,プロパンガスなどを燃料と
して運転される水冷のガスエンジンである。圧縮機2の
吐出側には冷媒吐出路3が設けられ、吸入側には冷媒吸
入路4が設けられている。冷媒吐出路3にはオイル分離
器5が設けられ、そのオイル分離器5は両路3,4間の冷
媒の圧力差を利用して冷媒中に混合した潤滑油を分離
し、冷媒吸入路4側へ還流させるようにしている。ま
た、冷媒吸入路4にはアキュムレータ6が設けられてい
る。
冷媒吐出路3と冷媒吸入路4とは四方弁7を介して冷
媒循環回路8に連結されている。この冷媒循環回路8は
室外ユニットIと室内ユニットIIとを循環するようにな
っている。室外ユニットIには室外熱交換器10のほか、
エンジン冷却水と熱交換を行う二重管熱交換器14が設け
られ、また室内ユニットIIには室内熱交換器11が設けら
れている。室外熱交換器10と室内熱交換器11には、それ
ぞれ送風用のファン12,13が付設されている。また室外
熱交換器10と室外熱交換器11との間の冷媒通路には膨張
弁15,16や、レシーバ17、ドライヤ18などが設けられて
いる。
この冷媒循環回路8は、四方弁7を切り替えることに
よって、冷媒を矢印のように太線に沿って循環させると
き、室外熱交換器10が凝縮器となり、室内熱交換器11が
蒸発器となって冷房運転になる。また、冷媒を矢印と反
対方向に循環させると、室内熱交換器11が凝縮器とな
り、室外熱交換器10が蒸発器となって暖房運転になる。
エンジン1のエンジン冷却水循環回路20には、冷却水
ポンプ21が設けられ、さらに冷却水熱交換器22と前述し
た二重管熱交換器14とが接続されている。二つの熱交換
器14,22は、サーモスタットで作動する切替弁23を介し
て並列に接続され、冷却水が低温時にはルートR1を介し
て二重管熱交換器14を循環し、高温時にはルートR2を介
して冷却水熱交換器22に循環するようになっている。
冷却水熱交換器22と室外熱交換器10とは送風用のファ
ン12を共用し、そのファン12の送風方向に対して両熱交
換器10,22を直列にするように配列している。このファ
ン12は、通常の運転では、その送風方向を矢印Aのよう
に室外熱交換器10から冷却水熱交換器22側へ流れるよう
に回転する。しかし、寒冷時の冷房運転時には、外気温
度が所定値以下になったとき、或いは冷媒の凝縮圧力と
蒸発圧力との差が所定値以下になったときは、矢印Bの
ようにエンジン冷却水熱交換器22から室外熱交換器10側
に流れるように逆転するようになっている。
上記二つの熱交換器10,22の配列としては、第1図に
示すように二つの熱交換器10,22の間にファン12を挟む
ように配置してもよいが、第2図に示すように室外熱交
換器10とエンジン冷却水熱交換器22とを並設し、そのエ
ンジン冷却水熱交換器22側にファン12を配置するような
配列でもよい。また、前者の配置の場合には、室外熱交
換器10の熱交換面積を大きくするため、第3図に示すよ
うに、この室外熱交換器10を斜設するようにしてもよ
い。
上述した空調装置によると、寒冷時に冷房運転すると
き、外気温度又は冷媒の圧力差が所定値以下であると、
ファン12が逆転して冷却水熱交換器22の放熱が室外熱交
換器10に積極的に与えられる。そのため室外熱交換器10
における冷媒の凝縮温度が極端に低下することがなく、
凝縮圧力を高く維持することができる。したがって、室
内熱交換器側の蒸発圧力との圧力差を大きく維持するこ
とができ、そのため圧縮機2の潤滑を良好にすることが
できる。
第4図は、上述した空調装置において、寒冷時に冷房
運転するときの制御方法の一例を示したフロー図であ
る。この制御は、エンジン冷却水温度及び室外熱交換器
と室内熱交換器との間の冷媒圧力差(又は外気温)を検
知すると共に、さらにこのときのファンの回転状況を検
知することによって図に示すように実施される。
すなわち、エンジン冷却水について、その温度が:
高,:適,:低のいずれであるかを検知すると共
に、冷媒圧力差(又は外気温)についてa:所定値以上,
b:所定値以下のいずれであるかを検知し、このエンジン
冷却水温度3水準と冷媒圧力差2水準からなる6通りの
組合せ−a,−b,−a,−b,−a,−bにおい
て、それぞれファンの回転状態が、イ:正転,ロ:停
止,ハ:逆転のいずれであるかを検知することによっ
て、そのイ,ロ,ハの状況に応じてファンの回転を第4
図のフロー図のように制御するのである。このようなフ
ロー図のような制御によって、室外熱交換器(凝縮器)
における冷媒圧力と室内熱交換器(蒸発器)における冷
媒圧力との圧力差が常に所定値以上に維持されるように
なり、それによって圧縮機の十分な潤滑が保証されるた
め、焼きつきや摩耗などを発生することがない。
第5図は、他の実施例からなる空調装置の回路図を示
す。
この装置では、四方弁7と室内熱交換器11との間の冷
媒管路に三方弁33が設けられると共に、圧縮機2の冷媒
吸入路4にも三方弁34が設けられ、これら三方弁33,34
を介することにより二重管熱交換器14に連通するバイパ
ス路30,31が設けられている。さらに、四方弁7から延
びる冷媒管路に二重管熱交換器14をバイハスして室外熱
交換器10に連通する別のバイパス路32が三方弁35,36を
介して設けられている。また、この装置では、室外熱交
換器10と冷却水熱交換器22とが並行に配置され、かつこ
れらに共通にファン12が設けられている。
このような空調装置を、寒冷時に冷房運転するとき、
外気温度が所定値以下であるが、又は室外熱交換器にお
ける冷媒圧力と室内熱交換器における冷媒圧力との圧力
差が所定値以下であると、三方弁33,34,35,36の切り替
えによって、圧縮機2から吐出された冷媒は、四方弁7
からバイパス32を経て室外熱交換器10に送られ、ここで
凝縮しながら放熱する。このときの室外熱交換器10から
の放熱は、通常はファン12を停止して行うようにし、冷
媒圧力が高圧になりすぎたときだけ回転させるようにす
る。次いで、室外熱交換器10を出た冷媒はレシーバ17,
ドライヤ18を経たのち、室内ユニットIIに送られる。室
内ユニットIIでは、膨張弁15で膨張を行うと共に、室内
熱交換器11で蒸発しながら吸熱を行う。この室内熱交換
器11を出た冷媒は、バイパス路30を経て二重熱交換器14
に至り、ここでエンジン冷却水から吸熱したのち、バイ
パス路31を経て冷媒吸入路4に入り、圧縮機2に吸入さ
れる。そして、再び圧縮機2から吐出されて、上記循環
を繰り返す。
このように室内熱交換器11で蒸発した冷媒が二重管熱
交換器14に送られると、そこでエンジン冷却水から吸熱
するため冷媒圧力は上昇する。この昇圧した冷媒はバイ
パス路31及び冷媒吸入路4を介して直ちに圧縮機2に送
られ、さらに昇圧して圧縮機2から吐出される。即ち、
圧縮機2の上流側の冷媒圧力を上昇させることにより、
圧縮機2の昇圧能力を高めるのと同じ効果が得られるの
で、圧縮機2の下流側の冷媒圧力をより一層上昇させ、
それにより室外熱交換器10の凝縮圧力を上昇させること
ができる。したがって、室外熱交換器の凝縮圧力と室内
熱交換器の蒸発圧力との差は大きく維持され、圧縮機の
潤滑が十分に維持されるようになる。また、室外熱交換
器10のファン12を停止しておくことにより、さらにこの
効果を確実にすることができる。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明によるエンジン駆動熱ポンプ
の空調装置では、寒冷時の冷房運転において室外熱交換
器に冷却水熱交換器の放熱を与えるようにするため、室
外熱交換器の冷媒の凝縮温度を低下させず、圧力を高く
維持することができる。また、もう一つの発明では、寒
冷時の冷房運転において、冷媒が室内熱交換器で蒸発し
たのち、さらにエンジン冷却水から吸熱をするようにし
たから冷媒圧力を高くすることができ、さらに圧縮機で
圧縮されることにより一層高圧になるようにすることが
できる。したがって、本発明によれば、いずれの場合に
も、凝縮圧力と蒸発圧力との差を所定値以上に維持する
ことによって、圧縮機の潤滑不足を招くことなく円滑な
運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例からなるエンジン駆動熱ポンプ
による空調装置の回路図、第2図及び第3図は、それぞ
れ第1図の装置における室外熱交換器とエンジン冷却水
熱交換器との配置関係を例示する説明図、第4図は上記
空調装置を寒冷時に冷房運転するときのフロー図、第5
図は本発明の他の実施例からなる装置の回路図、第6図
は冷房運転時の冷媒のエンタルピと絶対圧力の関係を示
すモリエル線図である。 I……室外ユニット、II……室内ユニット、1……エン
ジン、2……圧縮機、3……冷媒吐出路、4……冷媒吸
入路、5……オイル分離器、7……四方弁、8……冷媒
循環回路、10……室外熱交換器、11……室内熱交換器、
12,13……ファン、14……二重管熱交換器、15,16……膨
張弁、30,31,32……バイパス路、33,34,35,36……三方
弁。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジン駆動圧縮機の冷媒吐出路と冷媒吸
    入路とを、室外熱交換器と室内熱交換器を連結した冷媒
    循環回路に四方弁を介して連結した熱ポンプにおいて、
    前記室外熱交換器と前記エンジンの冷却水熱交換器と
    を、両熱交換器に共用するように設けたファンの送風方
    向に対して直列に配置し、かつ冷房運転時における前記
    室外熱交換器での冷媒の凝縮圧力と前記室内熱交換器で
    の冷媒の蒸発圧力との圧力差が所定値以下であるか又は
    外気温度が所定値以下のとき、前記ファンの送風方向を
    前記冷却水熱交換器から室外熱交換器側へ切り替わる構
    成にしたエンジン駆動熱ポンプの空調装置。
  2. 【請求項2】エンジン駆動圧縮機の冷媒吐出路と冷媒吸
    入路とを、室外熱交換器と室内熱交換器を連結した冷媒
    循環回路に四方弁を介して連結した熱ポンプにおいて、
    前記室内熱交換器と前記四方弁との間にエンジン冷却水
    と熱交換を行う熱交換器を経由して前記冷媒吸入路に至
    るバイパス路を設け、かつ冷房運転時における前記室外
    熱交換器での冷媒の凝縮圧力と前記室内熱交換器での冷
    媒の蒸発圧力との圧力差が所定値以下であるか又は外気
    温度が所定値以下のとき、前記室内熱交換器を出た冷媒
    を前記バイパス路に流すように切り替える構成にしたエ
    ンジン駆動熱ポンプの空調装置。
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