JP3817240B2 - エンジンヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は、複数の室外熱交換器を使用可能なエンジンヒートポンプに関するものである。

従来から、エンジンヒートポンプに関する技術は公知とされているのである。例えば、特開昭６２−８４２３６号公報に記載の技術の如くである。

特開昭６２−８４２３６号公報

本発明は、エンジンルームには熱交換器室の下で、しかも、メンテナンスを要する部材を、防水処理を施して配設しているので、耐水性により長寿命化を図り、電気的性能の劣化もなく、また熱交換器の支柱も無い為に、メンテナンスの容易化を図ったものである。

本発明が解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
エンジンヒートポンプの室外機を構成する箱体の内部に、ドレンパン（３）を横架し、該ドレンパン（３）により箱体を上下に仕切って、上部を室外熱交換器（１０・１６）とラジエータ（４１）と室外ファン（２６・２８）を配置した熱交換室（Ｈ）とし、下部をエンジン（Ｅ）を配置したエンジンルーム（Ａ）とした構成において、該ドレンパン（３）により、熱交換室（Ｈ）の内部で発生する結露や水漏れの水分を受けて、該水分が下方のエンジンルーム（Ａ）には至らないように構成し、該ドレンパン（３）の下方のエンジンルーム（Ａ）は防音防水構造とし、該エンジンルーム（Ａ）内に、マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）を、平面視で並列にエンジン（Ｅ）と対面配置し、該マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）の左右の位置に、エンジン（Ｅ）よりフレーム（Ｆ）を突出し、該フレーム（Ｆ・Ｆ）の上部間にブラケット（Ｋ）を横架し、該ブラケット（Ｋ）の下面に、前記マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）を吊下げ固定した上で、エンジン（Ｅ）のクランクシャフトと、前記マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）との間に、Ｖベルト（２３）を巻回したものである。

本発明は以上の如く構成したので、下記の如き顕著な効果を発揮するものである。
冷房や暖房時において、結露する可能性や水漏れの発生する室外ファン２６・２８やラジエータ４１は、エンジンルームＡの内部に配置せず、上方の熱交換室部分に配置することにより、エンジンルームＡの内部へはこの水漏れや結露した水が浸入しないように構成している。
また、エンジンルームＡは熱交換器の下で、ドレンパン３により隔離された部分で、しかも、メンテナンスを要する部材を、防水処理を施して配設しているので、耐水性により長寿命化が図れ、電気的性能の劣化もなく、また熱交換器の支柱も無い為に、メンテナンスが容易化されるのである。

また、該エンジンルームＡ内に、マルチコンプレッサＣ１・Ｃ２を、平面視で並列にエンジンＥと対面配置し、該マルチコンプレッサＣ１・Ｃ２の左右の位置に、エンジンＥよりフレームＦを突出し、該フレームＦ・Ｆの上部間にブラケットＫを横架し、該ブラケットＫの下面に前記マルチコンプレッサＣ１・Ｃ２を吊下げ固定した上で、エンジンＥのクランクシャフトとマルチコンプレッサＣ１とＣ２との間にＶベルト２３を巻回したので、Ｖベルト２３の張力調整が容易となり、低重心となる為に、安定した防振支持が得られる。
また、オイルパン１９と接続したフレームＦは荷重による変形が少ない。
またコンプレッサＣとエンジンＥとの芯ズレが発生し難い。
また、従来はエンジンＥに鋳物のケースを取り付けて、これにコンプレッサＣを固定していたのであるが、この構成ではメンテナンスが困難であり、また構造が複雑となっていた。コストの面も高かったのである。この点を改造することが出来た。
また、コンプレッサＣをＶベルト２３により駆動する場合に、Ｖベルト２３の横引き荷重に耐えるには、この構造が適しているのである。

次に実施例を説明する。
図１はエンジンヒートポンプの正面断面図、図２は同じく裏面図、図３は同じく左側面断面図、図４は同じく左側面の他の位置の断面図、図５は同じく右側面断面図、図６は同じく平面断面図、図７は同じく平面の他の位置の断面図、図８はエンジンＥとコンプレッサの連結部分を示す側面図、同じく図９はエンジンＥとコンプレッサの連結部の平面図、図１０は同じくエンジンＥとコンプレッサの連結部の右側面図、図１１はエンジンＥとコンプレッサの連結部の平面図、図１２はミストレシーバの正面図と正面断面図、図１３は冷房時の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図１４は暖房時の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図１５はデフロスト時の冷媒の流れを示す冷媒回路図、図１６は冷却水の回路図、図１７はマフラー９の先端に取り付けたミストレシーバー９ｂの図面である。

図１において、室外機の全体的な構成と配置から説明する。
室外機の全体の上部は、室外ファン２６・２８により排風口としている。そして室外機を構成する箱体の側面部分に、室外熱交換器１０・１６とラジエータ４１の放熱フィン部分を立設し、熱交換室に構成している。更に、箱状の室外機の下部左側をエンジンルームＡとし、下部右側には四方弁２９やサイドグラス３０やアワメータ３１を配置している。 また、電磁弁ＳＶ３，ＳＶ８，ＳＶ６や、室外電子膨張弁３５も配置されている。また幅が小さくて高さの高いリキッドレシーバー１５が室外ファン２８の下方まで立設されている。

エンジンルームＡの内部には、エンジンＥと排気マフラー９と、エアクリーナ２２と、吸気サイレンサ１７と、換気ダクト５と、マルチコンプレッサＣ１とＣ２と、フレキシブルパイプ５０・５１とオイルセパレータ３３等を配置している。その他の機器は室外機の上部の空間や、右側の空間に配置している。
また、エンジンルームＡを構成する為の支柱や、換気ダクト５やエアクリーナ２２の取付の為の柱を設けずに、室外機の機枠フレームをそのままこれらの支持フレームとして使用している。
これにより、エンジンルームＡを出来るだけ小さくすることが可能である。またエンジンルームＡ内は防音防水構造とし、騒音の発生する機器を、このエンジンルームＡ内に収納し、更に吸・排気系統の各通路ゴムホース部分には、耐酸性金属材からなる可撓管を被覆することにより、騒音対策を不要としている。

また、室外機の内部にドレンパン３を横架し、該ドレンパン３により仕切って、上部を熱交換室Ｈとし、下部の左側をエンジンルームＡとしている。そして該ドレンパン３は、熱交換室Ｈの内部で発生する結露や水漏れの水分を全て受けて、下方のエンジンルームＡには至らないように構成している。
冷房や暖房時において、結露する可能性や水漏れの発生する室外ファン２６・２８やラジエータ４１は、エンジンルームＡの内部に配置せず、上方の熱交換室部分に配置することにより、エンジンルームＡの内部へはこの水漏れや結露した水が浸入しないように構成している。

また、エンジンルームＡの正面側には、ターミナル板７やオイルフィルタ１８が配置されており、これらのメンテナンス時に操作する可能性の大きい部分は、蓋の側に近い位置で、かつ防水処理をしたエンジンルームＡの内部に配置している。その他のエンジンルームＡの裏側には、換気ファン８と換気ファン８の駆動モータが配置されており、該換気ファン８に連通する換気ダクト５がエンジンルームＡの後面に配置されている。
また、エンジンルームＡの後面近くにはオイルセパレータ３３が配置されている。またエンジンルームＡの中央近くの裏側に排気マフラー９が立設されており、上方に熱交換室Ｈを抜けて排気ダクト９ａが突出され、該排気ダクト９ａの先端に図１７に示すミストレシーバー９ｂが配置されている。

図１７に示すミストレシーバー９ｂは、エンジンＥの始動時において、排気ダクト９ａの先端から飛散する排気ミストを受けることが出来るように、椀状に構成したものである。該ミストレシーバー９ｂの椀や縁部の封鎖は、ケースバイケースで設定され、側面には雨水抜きの孔を設けている。
従来は、ミストセパレータと称するものが排気マフラー９の先端に配置されて、ミストを分離し飛散を阻止していたのであるが、本実施例においては、このミストセパレータに変えて、簡単の椀状で、上方へ延出する壁部を設けたミストレシーバー９ｂにより代用したのである。

これにより、エンジンＥの排気温度を上昇させた場合には、飛散ミストは減少するのであるが、エンジンＥの始動時に排気温度が低い場合にミストの発生が増加する。本実施例においては、エンジンＥの排気温度を上昇させてミストを減少させると共に、始動時の排気温度の低い場合のミストは、このミストレシーバー９ｂにより捕捉すべく構成したものである。これにより、従来のような高価なミストセパレータを設置する必要が無くなったのである。

また、図１において、正面右側に縦に細いリキッドレシーバー１５を立設している。該リキッドレシーバー１５の構成は図１２により正面図と断面図を示している。リキッドレシーバー１５の胴径に対して、全高を極端に高くしている。リキッドレシーバー１５の場合には、内面の圧力により、胴径が大きくなると、それ相応に胴体の強度を大にする必要があるので、胴径を小にして、胴体の強度アップの必要性を減少させて、その分だけ、強度に影響しない高さに高くしたものである。

特に、内径が１６センチを超える容器は、法規上圧力容器とみなされ、届出が必要となり、構造上でも制限を受けることとなり、コストが高くなるのである。しかし、１６センチ以下は、配管パイプと同じ扱いとなり、規制が厳しくなくなるので、全高を高くし、胴径を小にすることによりコスト低減を図ることが出来るのである。
この全高を高さの圧力水頭により、室外熱交換器１０・１６の凝縮圧力を高めることにより、冷房運転時の高圧側に相当する圧力余裕が必要となるが、本構成では、室外熱交換器１０・１６が熱交換室Ｈの部分で室外機の上部に配置されているので、リキッドレシーバー１５との間に高さの相違が少なくなり、ドレンパン３の高さの部分だけ、即ち、ドレンパン３からリキッドレシーバー１５が突出した部分までの高さだけ圧力水頭を助けることとなり、この分が余裕となるので、本構造が可能となったのである。

図２において示す如く、エンジンルームＡの後面には電磁弁ＳＶ１が配置され、またエンジンルームＡの右側の室内の裏側には、コントローラＧとして、トランスや、インバータやノイズフィルタや閉鎖弁やガス電磁弁等の電子部品がすべて配置されており、ドレンパン３により、上方からの水漏れが防水されている部分に、安全に配置されている。
また、ドレンパン３の上方の位置には、リザーブタンク４５やラジエータ４１やリキッドレシーバー１５や排気ダクト９ａや室外ファン２６・２８が配置されている。

図３においては、エンジンルームＡの側の左側面断面図が開示されている。
該部分には、換気ファン８とオイルセパレータ３３が配置されており、オイルセパレータ３３とマルチコンプレッサＣ１とＣ２との間を連結し、冷媒を搬送するフレキシブルパイプ５０・５１が配置されている。
該フレキシブルパイプ５０・５１は、エンジンＥとの間をＶベルト２３により連結されて駆動され、常時振動しているマルチコンプレッサＣ１とＣ２と、室外機に固定されているオイルセパレータ３３との間において、マルチコンプレッサＣ１とＣ２の振動を吸収する必要があるので介装されているのである。

本実施例においては、図３において図示する如く、該フレキシブルパイプ５０・５１の前後の中心位置を、エンジンＥの重心位置５３と合致させるべく構成しており、この重心位置５３の位置で、フレキシブルパイプ５０・５１がＵターン状に構成されて曲折されている。
これにより、エンジンＥの振動に対して、フレキシブルパイプ５０・５１の振動を小にすることが出来るのである。即ち、エンジンＥのクランク軸と直交する方向に配置している。また従来はデッドスペースとなっており、使用されていなかったマルチコンプレッサＣ１とＣ２の上部の部分を使用することが出来るようになったのである。

室外機の大型化に伴って、適正な冷媒流速を選ぶとすると、フレキシブルパイプ５０・５１の管径が大きくなる、このことによりフレキシブルパイプ５０・５１の配置が問題となるのである。この点を考慮して、エンジンＥのクランク軸と直交させて、かつエンジンＥの重心位置５３に対して前後に振り分けしてＵターンすべくフレキシブルパイプ５０・５１を配置したのである。
これにより、フレキシブルパイプ５０・５１をマルチコンプレッサＣ１とＣ２の上方に配置し、換気ファン８をコンプレッサＣに近づけた位置とし、全体としてエンジンルームＡを小さくし、更に室外機全体を小型に構成することが出来たのである。

また、図１において図示する如く、冷却水循環回路において、廃熱回収器３４への冷却水の供給・非供給を決定する６０°Ｃのサーモスタット２４と、ラジエータ４１への冷却水の供給・非供給を決定する８２°Ｃのサーモスタット２５を、どちらも、熱交換室Ｈの部分に配置している。
これにより、同じ熱交換室Ｈ内にあるラジエータ４１や廃熱回収器３４との接続の為にパイプ配管が容易にでき、冷却水ホースの圧力損失が少なくなるのである。またドレンパン３を貫通する冷却パイプが２本だけとなり、ドレンパン３のシール性を向上することが出来る。

図８と図９と図１０においては、エンジンルームＡとマルチコンプレッサＣ１とＣ２との結合支持部を示している。
エンジンＥは、図１に示す如く、防振ゴム２０・２１により防振支持されている。またエンジンＥのオイルパン１９の部分より、マルチコンプレッサＣ１とＣ２の側にフレームＦを突出し、該フレームＦが突出した部分の上部に取付ブラケットＫを横架し、該取付ブラケットＫの下面に複数配置したマルチコンプレッサＣ１とＣ２をボルトにより吊り下げ固定している。該エンジンＥのクランクシャフトとマルチコンプレッサＣ１とＣ２との間には、Ｖベルト２３が巻回されて回転を伝達している。

このようにマルチコンプレッサＣ１とＣ２の支持を、フレームＦと取付ブラケットＫとにより構成したので、Ｖベルト２３の張力調整が容易となり、低重心となる為に、安定した防振支持が得られる。またオイルパン１９と接続したフレームＦは荷重による変形が少ない。またコンプレッサＣとエンジンＥとの芯ズレが発生し難い。
また、従来はエンジンＥに鋳物のケースを取り付けて、これにコンプレッサＣを固定していたのであるが、この構成ではメンテナンスが困難であり、また構造が複雑となっていた。コストの面も高かったのである。この点を改造することが出来た。またコンプレッサＣをＶベルト２３により駆動する場合に、Ｖベルト２３の横引き荷重に耐えるにはこの構造が適しているのである。

図１１においては、マルチコンプレッサＣ１とＣ２により構成した、マルチコンプレッサの、常用側コンプレッサＣ１と容量制御側コンプレッサＣ２の２台を、それぞれ交互に可変使用可能とした構成を開示している。
２台のコンプレッサＣ１，Ｃ２の中で、後から起動する容量制御側コンプレッサＣ２は、先に起動する常用側コンプレッサＣ１の作る高低圧力差により起動時、トーションダンパやベアリングに大きな荷重を与えることとなる。
本実施例の如く、常用側コンプレッサＣ１と容量制御側コンプレッサＣ２を交互に使用することにより、これらの負荷耐久性を向上させることが出来るのである。
従来は、一方が必ず常用側コンプレッサＣ１であり、他方が必ず容量制御側コンプレッサＣ２であったが、本実施例においては、常用側コンプレッサＣ１と容量制御側コンプレッサＣ２を特定せず、電磁クラッチＤ１とＤ２の切換により、簡単に交互に切換出来るように構成している。

初めての起動時に、一方を常用側コンプレッサＣ１とし、他方を容量制御側コンプレッサＣ２とする。しかし、次にスイッチを一旦ＯＦＦした場合やサーモスイッチがＯＦＦとなった場合には、他方を常用側コンプレッサＣ１とし、一方を容量制御側コンプレッサＣ２と入れ替えて、電磁クラッチＤ１とＤ２をＯＮ−ＯＦＦするのである。
この構成を可能としたので、吸入ポートが別々で、吐出室及び吐出ポートが同一である為に、これが可能である。しかし、片側のコンプレッサＣを使用時に、他側に冷却逆流が発生する可能性があるので、逆止弁をそれぞれのポートに設ける必要があり、それぞれのコンプレッサＣ１とＣ２に、チェックバルブ５８・５９を設けている。
また、吸入パイプのレイアウトは、どちらを使用しても、同様に冷媒が流れる必要があるので、本実施例ではヘッダー部分で分岐すべく構成している。

図１３において、冷房時の冷媒の流れを説明する。
コンプレッサＣはマルチコンプレッサＣ１とＣ２により構成されており、エンジンＥからＶベルト２３を巻回されて駆動されている。マルチコンプレッサＣ１とＣ２により圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ３３を介して四方弁２９に入り、該四方弁２９を経て、次に廃熱回収器３４から室外熱交換器１０・１６に至り、該室外熱交換器１０・１６を通過する間に凝縮され、凝縮熱は大気中に放熱される。ここで冷媒は気体から液体に変化する。

該液体冷媒を室内電子膨張弁３８で減圧することにより、室内熱交換器３７に配置した蒸発器３６により蒸発し易い状態とする。次に蒸発器３６と室内熱交換器３７により室内の空気から蒸発熱を奪い、冷媒は液体から気体に変化する。この蒸発熱により、室内の空気を冷却する。気化した冷媒は、再度室外機に入り、四方弁２９を通過してアキュムレータ３９からマルチコンプレッサＣ１とＣ２に戻る。

次に、暖房時の冷媒の流れを図１４において説明する。
マルチコンプレッサＣ１とＣ２により圧縮された高温・高圧の冷媒ガスは、オイルセパレータ３３から四方弁２９をへて室内熱交換器３７に入る。該室内熱交換器３７において、凝縮され、放熱により室内の空気を暖める。ここで冷媒は気体から液体となる。次に室外機に戻った液体冷媒は、リキッドレシーバー１５を経て室外電子膨張弁３８で減圧膨張されることにより、蒸発器で蒸発しやすい状態となる。
そして、冷媒は次に室外熱交換器１０・１６が兼用する蒸発器により、大気中から蒸発熱を奪い、冷媒の一部が液体から気体に変化する。更に室外熱交換器１０・１６を通過した冷媒は、廃熱回収器３４でガスエンジンＥの冷却水から熱を奪って、完全に液体から気体に蒸発する。廃熱回収器３４を通った冷媒は、四方弁２９を経てアキュムレータ３９からマルチコンプレッサＣ１とＣ２に戻り、上記ヒートポンプサイクルを完成する。

次に、デフロストの場合の冷媒の流れを図１５において説明する。
マルチコンプレッサＣ１とＣ２により圧縮された高温・高圧のガス状の冷媒は、オイルセパレータ３３から四方弁２９を通過して室内熱交換器３７において凝縮される。この時に、室外電子膨張弁３８によって低温・低圧となった冷媒は、電磁弁ＳＶ６がＯＮされることにより、マルチコンプレッサＣ１とＣ２からの高温・高圧のガス冷媒により昇温・昇圧され、室外熱交換器１０・１６についた霜を溶かす。

室外熱交換器１０・１６を出た湿り冷媒は、廃熱回収器３４でエンジンＥの冷却水から熱を受けて、マルチコンプレッサＣ１とＣ２に戻る。エンジンＥの廃熱は除霜及び暖房の熱源として採用され、暖房を継続したまま除霜が可能である。

図１６においては、エンジン冷却水の回路図が図示されている。エンジンＥの冷却水は冷却水ポンプ４０により吐出されて、エンジンＥから６０°Ｃのサーモスタット２４と、８２°Ｃのサーモスタット２５を通過し、ラジエータ４１に至る。該ラジエータ４１は室外ファン２６・２８により冷却されている。
そして、再度冷却水ポンプ４０に戻り循環される。前記８２°Ｃのサーモスタット２５と６０°Ｃのサーモスタット２４の間より廃熱回収器３４へ冷却水回路が構成されている。また８２°Ｃのサーモスタット２５とラジエータ４１の間より、ラジエータフィラキャップ２７とリザーブタンク４５への冷却水回路が構成されている。該廃熱回収器３４により回収した熱を、除霜及び暖房の熱源として採用し、暖房を継続したまま除霜が可能である。

エンジンヒートポンプの正面断面図。 同じく裏面図。 同じく左側面断面図。 同じく左側面の他の位置の断面図。 同じく右側面断面図。 同じく平面断面図。 同じく平面の他の位置の断面図。 エンジンＥとコンプレッサの連結部分を示す側面図。 エンジンＥとコンプレッサの連結部の平面図。 同じくエンジンＥとコンプレッサの連結部の右側面図。 エンジンＥとコンプレッサの連結部の平面図。 ミストレシーバの正面図と正面断面図。 冷房時の冷媒の流れを示す冷媒回路図。 暖房時の冷媒の流れを示す冷媒回路図。 デフロスト時の冷媒の流れを示す冷媒回路図。 冷却水の回路図。 マフラー９の先端に取り付けたミストレシーバー９ｂの図面。

符号の説明

Ａ エンジンルーム
Ｄ１，Ｄ２ 電磁クラッチ
Ｃ１，Ｃ２ コンプレッサ
Ｈ 熱交換室
３ ドレンパン
５ 換気ダクト
７ ターミナル板
８ 換気ファン
９ マフラー

Claims (1)

1. エンジンヒートポンプの室外機を構成する箱体の内部に、ドレンパン（３）を横架し、該ドレンパン（３）により箱体を上下に仕切って、上部を室外熱交換器（１０・１６）とラジエータ（４１）と室外ファン（２６・２８）を配置した熱交換室（Ｈ）とし、下部をエンジン（Ｅ）を配置したエンジンルーム（Ａ）とした構成において、
   該ドレンパン（３）により、熱交換室（Ｈ）の内部で発生する結露や水漏れの水分を受けて、該水分が下方のエンジンルーム（Ａ）には至らないように構成し、
   該ドレンパン（３）の下方のエンジンルーム（Ａ）は防音防水構造とし、
   該エンジンルーム（Ａ）内にマルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）を、平面視で並列にエンジン（Ｅ）と対面配置し、該マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）の左右の位置に、エンジン（Ｅ）よりフレーム（Ｆ）を突出し、該フレーム（Ｆ・Ｆ）の上部間にブラケット（Ｋ）を横架し、該ブラケット（Ｋ）の下面に、前記マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）を吊下げ固定した上で、エンジン（Ｅ）のクランクシャフトと、前記マルチコンプレッサ（Ｃ１・Ｃ２）との間に、Ｖベルト（２３）を巻回したことを特徴とするエンジンヒートポンプ。