JP4045914B2

JP4045914B2 - 廃熱回収式ヒートポンプ

Info

Publication number: JP4045914B2
Application number: JP2002286722A
Authority: JP
Inventors: 秀行末廣; 道彦山本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: KR20040029256A; KR100517266B1; JP2004125205A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガスエンジンにより駆動されるヒートポンプ装置を用いたエアコンディショナなどに使用される廃熱回収式ヒートポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の廃熱回収式ヒートポンプには、ガスエンジンにより駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、内部が冷媒作動室と冷却水作動室に区画された冷却水−冷媒熱交換器と、コンプレッサと室内熱交換器と膨張弁と室外熱交換器を直列接続するとともに冷却水−冷媒熱交換器の冷媒作動室を室外熱交換器に対し並列に接続して冷媒を循環させる冷媒管路と、ガスエンジンの冷却ジャケットとラジエータと冷却水ポンプを直列接続するとともにラジエータに対し冷却水−冷媒熱交換器の冷却水作動室を並列に接続して冷却水を循環させる冷却水管路を備えてなり、冷却水管路には制御装置により作動される切換弁を設けて低温時には冷却水を冷却水−冷媒熱交換器の冷却水作動室に通し、温度が上昇すればラジエータに通すように切り換え、また冷却水−冷媒熱交換器の冷媒作動室より下流側でコンプレッサの吸入口との間に設けた制御弁を開閉することにより冷媒作動室への冷媒の流入を制御するとともに気化された冷媒ガスはコンプレッサの吐出通路に戻すようにしたものがある（例えば特許第２８３６１５４号公報の第１図参照）。
【０００３】
また従来の廃熱回収式ヒートポンプには、温度に応じて冷却水を冷却水作動室とラジエータに切り換えるのに、制御装置により作動される切換弁の代わりにサーモスタット弁を使用したものもある（特許第２８３６１５４号公報の第３図および第４図参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２８３６１５４号公報（明細書の発明の詳細な説明、第１図、第３図、第４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した第１の従来技術では、温度に応じて冷却水を冷却水作動室とラジエータに切り換えるのに制御装置により作動される切換弁を使用しているので、構造が複雑で高価な電動制御弁を必要とし、制御も複雑化するという問題がある。また、冷媒作動室への冷媒の流入の制御を冷媒作動室より下流側に設けた制御弁の開閉により制御しているので、冷媒作動室を流れる冷媒の量を冷却水作動室を流れる冷却水の温度に応じて任意に制御することができず、また気化された冷媒ガスを圧力が高いコンプレッサの吐出通路に戻しているので冷媒液の気化温度が高くなり、熱交換の効率が悪いという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決する手段として、前述した第２の従来技術に示されたように、温度に応じて冷却水を冷却水作動室とラジエータに切り換えるのに、制御装置により作動される切換弁の代わりにサーモスタット弁を使用し、また冷却されて凝縮された冷媒液を電子膨張弁で膨張させて熱交換器に送り込んで気化させる周知技術のように、冷媒作動室を通る冷媒の流量の制御を冷媒作動室の上流側に設けた電子膨張弁により行うことが考えられる。
【０００７】
しかしながらそのような手段のみでは、冷却水が高温でラジエータ側のみに冷却水が流れ、冷却水−冷媒熱交換器の冷却水作動室側には冷却水が流れていない状態では、冷却水−冷媒熱交換器の冷媒作動室に電子膨張弁を介して冷媒を流しても冷却水が冷媒により冷却されることはないので、冷却水中のエンジン廃熱を冷媒を介して回収することができないという問題がある。またサーモスタット弁の作動にはある程度のタイムラグを伴うので、冷却水作動室側に冷却水が流れるようになっても冷却水中のエンジン廃熱を冷媒を介して回収することができるようになるまでに多少の時間がかかるという問題もある。本発明はこのような各問題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明による廃熱回収式ヒートポンプは、燃焼機関により駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、内部が伝熱壁により冷媒作動室と冷却水作動室に区画された冷却水−冷媒熱交換器と、コンプレッサと第１熱交換器と第１膨張弁と第２熱交換器を直列接続するとともに冷却水−冷媒熱交換器の冷媒作動室を第２熱交換器に対し並列に接続して冷媒を循環させる冷媒管路と、冷却水ポンプと燃焼機関の冷却ジャケットとラジエータを直列接続するとともに冷却水−冷媒熱交換器の冷却水作動室をラジエータに対し並列に接続して冷却水を循環させる冷却水管路を備えてなる廃熱回収式ヒートポンプにおいて、冷媒作動室は一端部を絞り開度が調節可能な第２膨張弁を介して第２熱交換器と第１膨張弁の間に接続するとともに他端部はコンプレッサの吸入口に接続し、冷却水管路には通過する冷却水の温度が上昇すれば冷却水ポンプに連通される通路を冷却水作動室に連通される通路からラジエータに連通される通路に切り換えるサーモスタット弁を設け、冷却水管路にはサーモスタット弁が冷却水ポンプに連通される通路をラジエータに連通される通路のみに切り換え連通している状態においても冷却水作動室に冷却水の一部を流通させるバイパス管路抵抗部材をさらに設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
前項に記載の廃熱回収式ヒートポンプのサーモスタット弁は冷却水作動室とラジエータと冷却水ポンプがそれぞれ設けられる３本の管路の接続部に設け、バイパス管路抵抗部材はサーモスタット弁から冷却水作動室に延びる管路とサーモスタット弁から冷却水ポンプに向かって延びる管路の間に設けることが好ましい。
【００１０】
前々項に記載の廃熱回収式ヒートポンプのサーモスタット弁は冷却水作動室とラジエータと冷却水ポンプがそれぞれ設けられる３本の管路の接続部のうち下流側となる方に設け、接続部のうち上流側となる方とラジエータの間には管路抵抗部材を設け、バイパス管路抵抗部材はラジエータと管路抵抗部材の中間部と冷却水作動室とサーモスタット弁の中間部とを連通するように設けることが好ましい。
【００１１】
前各項に記載の廃熱回収式ヒートポンプの冷却水管路には、燃焼機関の排気からの廃熱を回収する排気熱交換器を設けることが好ましい。
【００１２】
前各項に記載の廃熱回収式ヒートポンプの冷媒管路には、コンプレッサの吐出口を第１熱交換器と第２熱交換器に選択的に接続するとともにコンプレッサの吸入口を第２熱交換器と第１熱交換器に選択的に接続する四方切換弁を設けることが好ましい。
【００１３】
【発明の作用および効果】
上述のように、本発明によれば、冷媒作動室は一端部を絞り開度が調節可能な第２膨張弁を介して第２熱交換器と第１膨張弁の間に接続するとともに他端部はコンプレッサの吸入口に接続し、冷却水管路には通過する冷却水の温度が上昇すれば冷却水ポンプに連通される通路を冷却水作動室に連通される通路からラジエータに連通される通路に切り換えるサーモスタット弁を設け、冷却水管路にはサーモスタット弁が冷却水ポンプに連通される通路をラジエータに連通される通路のみに切り換え連通している状態においても冷却水作動室に冷却水の一部を流通させるバイパス管路抵抗部材をさらに設けており、これによれば、絞り開度が調節可能な第２膨張弁を介して冷却水−冷媒熱交換器の冷媒作動室に供給される凝縮された冷媒の量を任意に制御できるとともに冷媒作動室内の冷媒液の気化温度を低下させて熱交換の効率を高め、温度に応じて冷却水を冷却水作動室とラジエータに切り換えるのに構造が簡単で安価なサーモスタット弁を使用したので製造コストを低下させることができるとともに制御も簡略化されるのに加え、サーモスタット弁が冷却水ポンプをラジエータ側にのみ連通している状態でも、冷却水作動室にはバイパス管路抵抗部材を介して冷却水の一部が流通されるのでこの冷却水中の熱量は冷媒作動室を通る冷媒により回収され、これにより冷却水中のエンジン廃熱の回収を常に行うことができる。
【００１４】
サーモスタット弁は冷却水作動室とラジエータと冷却水ポンプがそれぞれ設けられる３本の管路の接続部に設け、バイパス管路抵抗部材はサーモスタット弁から冷却水作動室に延びる管路とサーモスタット弁から冷却水ポンプに向かって延びる管路の間に設けた廃熱回収式ヒートポンプによれば、バイパス管路抵抗部材の設置がきわめて容易になる。
【００１５】
サーモスタット弁は冷却水作動室とラジエータと冷却水ポンプがそれぞれ設けられる３本の管路の接続部のうち下流側となる方に設け、接続部のうち上流側となる方とラジエータの間には管路抵抗部材を設け、バイパス管路抵抗部材はラジエータと管路抵抗部材の中間部と冷却水作動室とサーモスタット弁の中間部とを連通するように設けた廃熱回収式ヒートポンプによれば、冷却水ポンプがサーモスタット弁により冷却水作動室側に接続された状態においてもラジエータには冷却水の全量が通過するので、ラジエータの能力を完全に発揮させることができる。
【００１６】
冷却水管路に燃焼機関の排気からの廃熱を回収する排気熱交換器を設けた廃熱回収式ヒートポンプによれば、エンジン廃熱の回収効率を一層向上させることができる。
【００１７】
冷媒管路にコンプレッサの吐出口を第１熱交換器と第２熱交換器に選択的に接続するとともにコンプレッサの吸入口を第２熱交換器と第１熱交換器に選択的に接続する四方切換弁を設けた廃熱回収式ヒートポンプによれば、四方切換弁により第１熱交換器と第２熱交換器の吸熱および放熱作用を切り換えることができるので、この廃熱回収式ヒートポンプを冷暖房を行うエアコンディショナなどに使用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
先ず本発明による廃熱回収式ヒートポンプの第１の実施の形態を、図１により説明する。この第１の実施の形態による廃熱回収式ヒートポンプは、本発明をエアコンディショナに適用したもので、ガスエンジン（燃焼機関）Ａを動力源とする冷媒回路１０と、ガスエンジンＡを冷却する冷却回路２０により構成されている。冷却水−冷媒熱交換器１４はこの両回路１０，２０の一部を構成しており、その内部は伝熱壁１４ｃにより冷媒作動室１４ａと冷却水作動室１４ｂに区画されている。伝熱壁１４ｃは薄い板材、管材またはこれらの組合せにより構成されている。
【００１９】
冷媒回路１０は、図１に示すように、都市ガスやプロパンガスを燃料とするガスエンジンＡにより駆動されるコンプレッサ１１、室内熱交換器（第１熱交換器）１２、室外熱交換器（第２熱交換器）１３、冷却水−冷媒熱交換器１４の冷媒作動室１４ａ、アキュムレータ１５、第１電子膨張弁（第１膨張弁）１６、第２電子膨張弁（第２膨張弁）１７、四方切換弁１８、およびこれらを互いに接続する冷媒管路１９により構成されている。
【００２０】
四方切換弁１８は、図１に示すように、第１ポート１８ａが第２ポート１８ｂと第３ポート１８ｃに選択的に接続され、第４ポート１８ｄが第３ポート１８ｃと第２ポート１８ｂに選択的に接続されるもので、その一方の接続状態は実線で示され、他方の接続状態は破線で示されている。実線で示す状態は室内熱交換器１２で放熱して室外熱交換器１３で吸熱する暖房状態を示し、破線で示す状態は室外熱交換器１３で放熱して室内熱交換器１２で吸熱する冷房状態を示す。
【００２１】
冷媒管路１９は、図１に示すように、四方切換弁１８の第１ポート１８ａと第４ポート１８ｄをそれぞれコンプレッサ１１の吐出口１１ａとアキュムレータ１５の流入口１５ｂに接続し、コンプレッサ１１の吸入口１１ｂとアキュムレータ１５の流出口１５ａを接続している。また冷媒管路１９は、室内熱交換器１２と第１電子膨張弁１６と室外熱交換器１３をこの順に直列接続して、この直列接続したものの両端を四方切換弁１８の第２ポート１８ｂと第３ポート１８ｃに接続している。さらに冷媒管路１９は、冷媒作動室１４ａの一端部を絞り開度が調節可能な第２電子膨張弁１７を介して室外熱交換器１３と第１電子膨張弁１６の中間部に接続し、冷却水−冷媒熱交換器１４の冷媒作動室１４ａの他端部を四方切換弁１８の第４ポート１８ｄとアキュムレータ１５の流入口１５ｂの中間部に接続している。
【００２２】
これにより、コンプレッサ１１と室内熱交換器１２と第１電子膨張弁１６と室外熱交換器１３とアキュムレータ１５は四方切換弁１８を介して直列接続されて冷媒が循環され、また直列接続された冷媒作動室１４ａと第２電子膨張弁１７は室外熱交換器１３に対し並列に接続されて冷媒が循環される。
【００２３】
冷却回路２０は、図１に示すように、ガスエンジンＡのシリンダ部外周を囲むように形成した冷却ジャケット、ラジエータ２１、サーモスタット弁２２、冷却水−冷媒熱交換器１４の冷却水作動室１４ｂ、冷却水ポンプ２４、バイパスオリフィス（バイパス管路抵抗部材）２５およびこれらを互いに接続する冷却水管路２７により構成されている。
【００２４】
冷却水管路２７は、冷却水ポンプ２４と排気熱交換器２３とガスエンジンＡの冷却ジャケットとラジエータ２１を直列接続するとともに冷却水−冷媒熱交換器１４の冷却水作動室１４ｂをラジエータ２１に対し並列に接続して冷却水を循環させるものであり、また冷却水作動室１４ｂから下流に延びる管路とラジエータ２１から下流に延びる管路と冷却水ポンプ２４に連通される管路が互いに接続される部分には、サーモスタット弁２２が設けられている。サーモスタット弁２２は内部にワックスなどを用いた熱応動部材を備えており、熱応動部材の温度が第１の温度に達するまでは冷却水作動室１４ｂに連通される通路を全開にしラジエータ２１に連通される通路を閉じ、熱応動部材の温度が第１の温度よりも高い第２の温度を超えれば冷却水作動室１４ｂに連通される通路を閉じラジエータ２１に連通される通路を全開にするものである。従ってサーモスタット弁２２は、通過する冷却水の温度が上昇すれば冷却水ポンプ２４に連通される通路を、冷却水作動室１４ｂに連通される通路からラジエータ２１に連通される通路に切り換えるように作動するものである。サーモスタット弁２２から冷却水作動室１４ｂに向かって延びる管路と冷却水ポンプ２４に向かって延びる管路の間には、サーモスタット弁２２と並列にバイパスオリフィス２５が設けられている。
【００２５】
次に上述した第１の実施の形態の作動の説明をする。まず冷却回路２０の作動の説明をする。ガスエンジンＡが作動されれば、冷却水ポンプ２４が作動されて冷却水は冷却水管路２７を循環する。作動開始時またはガスエンジンＡの負荷が少なくて循環する冷却水の温度が低い状態では、サーモスタット弁２２は冷却水作動室１４ｂに連通される通路を全開にしラジエータ２１に連通される通路を閉じているので、ガスエンジンＡの冷却ジャケットからの冷却水は全て冷却水作動室１４ｂを通って流れ、ラジエータ２１には流れない。
【００２６】
冷却水管路２７を循環する冷却水は、ガスエンジンＡの廃熱を冷却ジャケットにおいてガスエンジンＡのシリンダから、また排気熱交換器２３において排気通路から吸収して温度が上昇し、その温度が第１の温度を越えれば、サーモスタット弁２２は冷却水作動室１４ｂに連通される通路を絞るとともにラジエータ２１に連通される通路を開くので冷却ジャケットからの冷却水量の一部は冷却水−冷媒熱交換器１４よりも冷却能力が大きいラジエータ２１を通るようになり、冷却水作動室１４ｂを通る冷却水量は減少する。循環する冷却水の温度が第１の温度より高い第２の温度を越えれば、サーモスタット弁２２は冷却水作動室１４ｂに連通される通路を閉じラジエータ２１に連通される通路を全開にするので、ラジエータ２１を通る流量は最大になるが、冷却水作動室１４ｂを通る流量はサーモスタット弁２２と並列に設けたバイパスオリフィス２５によりある値以下になることはない。
【００２７】
次に冷媒回路１０の作動の説明をする。先ず、四方切換弁１８が実線で示す状態になっている暖房状態の説明をする。ガスエンジンＡにより駆動されるコンプレッサ１１にアキュムレータ１５から吸入された冷媒ガスは圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、四方切換弁１８を通って室内熱交換器１２に送り込まれ、ここで冷媒ガスは室内の空気に熱を与えることにより暖房作用を行い、自分は冷却され凝縮されて冷媒液となる。この冷媒液は第１電子膨張弁１６により減圧され室外熱交換器１３に導かれて気化され、外気から気化の潜熱を奪って冷媒液が一部混在された冷媒ガスとなり、四方切換弁１８を通ってアキュムレータ１５に戻される。アキュムレータ１５で冷媒ガスは冷媒液と分離されて再びコンプレッサ１１に吸入され、このサイクルを繰り返すことにより暖房がなされる。
【００２８】
また第１電子膨張弁１６により減圧された冷媒液の一部は第２電子膨張弁１７を通って冷却水−冷媒熱交換器１４の冷媒作動室１４ａ内に入り、ここで気化されて、ガスエンジンＡにより加熱され温度が上昇されて冷却水作動室１４ｂを通る冷却水から気化の潜熱を奪ってこれを冷却し、自分は冷媒液が一部混在された冷媒ガスとなってアキュムレータ１５に戻される。冷媒作動室１４ａを通過する冷媒の流量は、冷却水作動室１４ｂを通る冷却水の温度が所定の値となるように制御装置により絞り開度が調節される第２電子膨張弁１７により制御される。
【００２９】
このように冷媒は室外熱交換器１３において外気から熱量を得るだけでなく、冷却水−冷媒熱交換器１４においてもガスエンジンＡにより加熱された冷却水からエンジン廃熱を回収し、これらにより得た熱量も室内熱交換器１２において放出するので、このエアコンディショナは暖房能力が向上される。
【００３０】
冷媒作動室１４ａを通過する冷媒の流量は、冷却水作動室１４ｂを通る冷却水の温度が所定の値となるように絞り開度が調節可能な第２電子膨張弁１７により任意に制御され、また冷媒作動室１４ａ内は低圧のアキュムレータ１５内に連通されて冷媒作動室１４ａ内の冷媒液の気化温度が低下されるので、熱交換の効率を高めることができる。
【００３１】
また、冷却回路２０を循環する冷却水の温度が第２の温度以上になってサーモスタット弁２２が冷却水作動室１４ｂに連通される通路を全閉にしラジエータ２１に連通される通路を全開にした状態でも、冷却水作動室１４ｂを通る冷却水の流量はサーモスタット弁２２と並列に設けたバイパスオリフィス２５によりある値以下になることはないので、冷媒作動室１４ａを通る冷媒はこの冷却水中のエンジン廃熱を回収して、暖房能力を向上させることができる。
【００３２】
さらに、温度に応じて冷却水の流路を冷却水作動室１４ｂとラジエータ２１に切り換えるのに構造が簡単で安価なサーモスタット弁２２を使用したので製造コストを低下させることができるとともに制御も簡略化される。サーモスタット弁の作動にはタイムラグが伴うが、冷却水作動室１４ｂには常に冷却水が流れているので、このようなタイムラグにより冷却水中のエンジン廃熱を冷媒を介して回収することができるようになるまでに多少の時間がかかるというようなこともなくなる。
【００３３】
次に、四方切換弁１８が破線で示す状態になっている冷房状態では、アキュムレータ１５からコンプレッサ１１に吸入され圧縮されて高温高圧になった冷媒ガスは、四方切換弁１８を通って室外熱交換器１３に送り込まれ、ここで外気により冷却され凝縮されて冷媒液となる。この冷媒液は第１電子膨張弁１６により減圧されて室内熱交換器１２に導かれて気化され、この気化に必要な潜熱を室内の空気から奪って冷房作用を行う。そして冷媒液が一部混在された冷媒ガスは四方切換弁１８を通ってアキュムレータ１５に戻される。この冷房の場合も、冷却水作動室１４ｂを通る冷却水の温度が高いときは、室外熱交換器１３と第１電子膨張弁１６の中間部にある冷媒液は、前述と同様に絞り開度が調節される第２電子膨張弁１７を通って冷却水−冷媒熱交換器１４の冷媒作動室１４ａ内に導入され、ここで気化されて冷却水作動室１４ｂを通る冷却水から気化の潜熱を奪ってこれを冷却し、自分は冷媒液が一部混在された冷媒ガスとなってアキュムレータ１５に戻される。
【００３４】
この第１の実施の形態では、バイパスオリフィス２５は、サーモスタット弁２２から冷却水作動室１４ｂに延びる管路と冷却水ポンプ２４に向かって延びる管路の間に、サーモスタット弁２２と並列になるようにバイパスオリフィス２５が設けられているので、バイパス管路抵抗部材２５の設置はきわめて容易である。
【００３５】
なおバイパスオリフィス（バイパス管路抵抗部材）２５は、上述した第１の実施の形態のようにサーモスタット弁２２の外部に設けてもよいし、サーモスタット弁２２のケーシングの一部に形成してもよい。サーモスタット弁２２の外部に設ける場合は、オリフィスの代わりにキャピラリとしてもよい。またサーモスタット弁２２およびバイパスオリフィス２５は、上述した第１の実施の形態のように、冷却水作動室１４ｂが設けられる管路とラジエータ２１が設けられる管路の接続部のうち下流側となる方に設ける代わりに、上流側となる方に設けてもよい。
【００３６】
次に図２に示す第２の実施の形態の説明をする。この第２の実施の形態による廃熱回収式ヒートポンプも、ガスエンジンＡを動力源とする冷媒回路１０と、ガスエンジンＡを冷却する冷却回路２０Ａにより構成されている。この第２の実施の形態は、冷却回路２０Ａの一部が第１の実施の形態と異なるだけであり、その他の構成は同一であるので、主としてこの相違点につき説明し、その他の構成は説明を省略する。
【００３７】
冷却回路２０Ａは、図２に示すように、ガスエンジンＡのシリンダ部外周を囲むように形成した冷却ジャケット、ラジエータ２１、サーモスタット弁２２、冷却水−冷媒熱交換器１４の冷却水作動室１４ｂ、冷却水ポンプ２４、バイパスオリフィス（バイパス管路抵抗部材）２５Ａ、オリフィス（管路抵抗部材）２６およびこれらを接続する冷却水管路２７により構成されている。この冷却回路２０Ａは、オリフィス２６が追加され、バイパスオリフィス２５Ａの位置がバイパスオリフィス２５と異なる点を除き、第１の実施の形態の冷却回路２０と同じである。
【００３８】
この第２の実施の形態のオリフィス２６は、冷却水作動室１４ｂから上流に延びる管路とラジエータ２１から上流に延びる管路とガスエンジンＡの冷却ジャケットに連通される管路の接続部とラジエータ２１との間に設けられている。また第１の実施の形態のバイパスオリフィス２５の代わりに設けられるバイパスオリフィス２５Ａは、ラジエータ２１とオリフィス２６の中間部と冷却水作動室１４ｂとサーモスタット弁２２（第１の実施の形態と同じ位置）の中間部との間に設けられている。これ以外の構成は第１の実施の形態と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００３９】
次に上述した第２の実施の形態の作動の説明をする。まず冷却回路２０の作動の説明をする。ガスエンジンＡが作動されれば、冷却水ポンプ２４が作動されて冷却水は冷却水管路２７を循環する。第１の実施の形態と同様、冷却水の温度が低い状態では、ガスエンジンＡの冷却ジャケットからの冷却水は全て冷却水作動室１４ｂを通って流れ、ラジエータ２１には流れない。冷却水の温度が上昇して第１の温度（前述）を越えれば、第１の実施の形態と同様、冷却ジャケットからの冷却水量の一部は冷却水−冷媒熱交換器１４よりも冷却能力が大きいラジエータ２１を通るようになり、冷却水作動室１４ｂを通る冷却水量は減少する。循環する冷却水の温度が第２の温度を越えれば、サーモスタット弁２２は冷却水作動室１４ｂに連通される通路を閉じラジエータ２１に連通される通路を全開にするので、ラジエータ２１を通る流量は最大となるが、ラジエータ２１に流入する流量はオリフィス２６とバイパスオリフィス２５Ａの流通抵抗の比率により分割されて、冷却水作動室１４ｂにはバイパスオリフィス２５Ａを通る冷却水が通るので、ある値以下になることはない。この状態では冷却水作動室１４ｂを通る冷却水もバイパスオリフィス２５Ａからラジエータ２１に流入するので、ラジエータ２１には冷却水の全量が通過する。
【００４０】
次に冷媒回路１０の作動の説明をする。四方切換弁１８が実線で示す状態になっている暖房状態では、第１の実施の形態の場合と同様、コンプレッサ１１に吸入された冷媒ガスは圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、四方切換弁１８を通って室内熱交換器１２に送り込まれ、ここで冷媒ガスは室内の空気に熱を与えることにより暖房作用を行い、自分は冷却され凝縮されて冷媒液となる。この冷媒液は第１電子膨張弁１６により減圧され室外熱交換器１３に導かれて気化され、外気から気化の潜熱を奪って冷媒液が一部混在された冷媒ガスとなり、四方切換弁１８を通ってアキュムレータ１５に戻される。
【００４１】
また、第１電子膨張弁１６により減圧された冷媒液の一部は、第１の実施の形態の場合と同様に制御される第２電子膨張弁１７を通って冷却水−冷媒熱交換器１４の冷媒作動室１４ａ内に入り、ここで気化されて冷却水作動室１４ｂを通る冷却水から気化の潜熱を奪って冷媒液が一部混在された冷媒ガスとなり、アキュムレータ１５に戻される。なお、四方切換弁１８が破線で示す状態になっている冷房状態における作用も、第１の実施の形態の場合と同様である。
【００４２】
従って第１の実施の形態の場合と同様、エンジン廃熱の回収により暖房能力が向上される、熱交換の効率を高めることができる、サーモスタット弁２２を使用したので製造コストを低下させることができるとともに制御も簡略化される、サーモスタット弁２２が冷却水作動室１４ｂに連通される通路を閉じた状態でもエンジン廃熱の回収ができるなどの各効果が得られる。また第１の実施の形態では、冷却水の温度が上昇してサーモスタット弁２２が冷却水作動室１４ｂに連通される通路を閉じた場合には、ラジエータ２１を通る冷却水量はバイパス管路抵抗部材２５を通る冷却水量の分だけ全冷却水量より減少するのでラジエータ２１の能力を完全に発揮することができないが、第２の実施の形態によれば、サーモスタット弁２２が冷却水作動室１４ｂに連通される通路を閉じた状態でもラジエータ２１には冷却水の全量が通過するので、ラジエータ２１の能力を完全に発揮させることができるという効果が得られる。
【００４３】
上述した各実施の形態では、通過する冷却水の温度が上昇すれば冷却水ポンプ２４に連通される通路を冷却水作動室１４ｂに連通される通路からラジエータ２１に連通される通路に切り換えるサーモスタット弁２２は、一体のものとして冷却水作動室１４ｂとラジエータ２１と冷却水ポンプ２４がそれぞれ設けられる３本の管路の接続部に設けたが、本発明はサーモスタット弁２２を、この３本の管路の接続部よりも冷却水作動室１４ｂおよびラジエータ２１側となる各管路に設けられて温度上昇に対する開閉特性が逆向きの１対のサーモスタット弁により構成するようにして実施してもよい。
【００４４】
なお上述した各実施の形態では、コンプレッサ１１の吐出口１１ａを第１熱交換器１２と第２熱交換器１３に選択的に接続するとともにコンプレッサ１１の吸入口１１ｂを第２熱交換器１３と第１熱交換器１２に選択的に接続する四方切換弁１８を冷媒管路１９に設けており、このようにすれば室内熱交換器１２と室外熱交換器１３の吸熱および放熱作用を切り換えることができるので、冷暖房を行うエアコンディショナに適用することができる。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、各熱交換器の吸熱および放熱作用が定められている廃熱回収式ヒートポンプに適用することも可能である。
【００４５】
また上述した各実施の形態では、コンプレッサ１１を駆動するエンジンとしてガスエンジン１１を使用したが、本発明はこれに限られるものではなく、ガソリンエンジン、ジーゼルエンジンなどの任意の燃焼機関を用いて実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による廃熱回収式ヒートポンプの第１実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図２】本発明による廃熱回収式ヒートポンプの第２実施形態の全体構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１…コンプレッサ、１１ａ…吐出口、１１ｂ…吸入口、１２…第１熱交換器（室内熱交換器）、１３…室外熱交換器（室外熱交換器）、１４…冷却水−冷媒熱交換器、１４ａ…冷媒作動室、１４ｂ…冷却水作動室、１４ｃ…伝熱壁、１６…第１膨張弁（第１電子膨張弁）、１７…第２膨張弁（第２電子膨張弁）、１８…四方切換弁、１９…冷媒管路、２１…ラジエータ、２２…サーモスタット弁、２３…排気熱交換器、２４…冷却水ポンプ、２５，２５Ａ…バイパス管路抵抗部材（バイパスオリフィス）、２６…管路抵抗部材（オリフィス）、２７，２７Ａ…冷却水管路、Ａ…燃焼機関（ガスエンジン）。

Claims

燃焼機関により駆動されて冷媒を圧縮するコンプレッサと、内部が伝熱壁により冷媒作動室と冷却水作動室に区画された冷却水−冷媒熱交換器と、前記コンプレッサと第１熱交換器と第１膨張弁と第２熱交換器を直列接続するとともに前記冷却水−冷媒熱交換器の冷媒作動室を前記第２熱交換器に対し並列に接続して冷媒を循環させる冷媒管路と、冷却水ポンプと前記燃焼機関の冷却ジャケットとラジエータを直列接続するとともに前記冷却水−冷媒熱交換器の冷却水作動室を前記ラジエータに対し並列に接続して冷却水を循環させる冷却水管路を備えてなる廃熱回収式ヒートポンプにおいて、前記冷媒作動室は一端部を絞り開度が調節可能な第２膨張弁を介して前記第２熱交換器と第１膨張弁の間に接続するとともに他端部は前記コンプレッサの吸入口に接続し、前記冷却水管路には通過する冷却水の温度が上昇すれば前記冷却水ポンプに連通される通路を前記冷却水作動室に連通される通路から前記ラジエータに連通される通路に切り換えるサーモスタット弁を設け、前記冷却水管路には前記サーモスタット弁が前記冷却水ポンプに連通される通路を前記ラジエータに連通される通路のみに切り換え連通している状態においても前記冷却水作動室に冷却水の一部を流通させるバイパス管路抵抗部材をさらに設けたことを特徴とする廃熱回収式ヒートポンプ。
請求項１に記載の廃熱回収式ヒートポンプにおいて、前記サーモスタット弁は前記冷却水作動室と前記ラジエータと前記冷却水ポンプがそれぞれ設けられる３本の管路の接続部に設け、前記バイパス管路抵抗部材は前記サーモスタット弁から前記冷却水作動室に延びる管路と前記サーモスタット弁から前記冷却水ポンプに向かって延びる管路の間に設けたことを特徴とする廃熱回収式ヒートポンプ。
請求項１に記載の廃熱回収式ヒートポンプにおいて、前記サーモスタット弁は前記冷却水作動室と前記ラジエータと前記冷却水ポンプがそれぞれ設けられる３本の管路の接続部のうち下流側となる方に設け、前記接続部のうち上流側となる方と前記ラジエータの間には管路抵抗部材を設け、前記バイパス管路抵抗部材は前記ラジエータと管路抵抗部材の中間部と前記冷却水作動室とサーモスタット弁の中間部とを連通するように設けたことを特徴とする廃熱回収式ヒートポンプ。
請求項１〜請求項３に記載の廃熱回収式ヒートポンプにおいて、前記冷却水管路には、前記燃焼機関の排気からの廃熱を回収する排気熱交換器を設けたことを特徴とする廃熱回収式ヒートポンプ。
請求項１〜請求項４に記載の廃熱回収式ヒートポンプにおいて、前記冷媒管路には前記コンプレッサの吐出口を前記第１熱交換器と第２熱交換器に選択的に接続するとともに前記コンプレッサの吸入口を前記第２熱交換器と第１熱交換器に選択的に接続する四方切換弁を設けたことを特徴とする廃熱回収式ヒートポンプ。