JP6185346B2 - エンジン駆動ヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンで駆動される圧縮機により吸入・吐出されて冷媒回路に流れる冷媒を用いて熱交換を行うエンジン駆動ヒートポンプに関する。

エンジンで駆動される圧縮機により吸入・吐出されて冷媒回路に流れる冷媒を用いて熱交換を行うエンジン駆動ヒートポンプにおいて、発電機を搭載することは、従来から知られている（例えば特許文献１参照）。

そして、特許文献１は、発電機を搭載したエンジン駆動ヒートポンプを停電時の電源装置として使用することを開示している（００３８段落等）。

特許第４６８２５５８号公報

しかしながら、特許文献１は、発電機を搭載したエンジン駆動ヒートポンプを停電時の電源装置として使用することを開示しているものの、停電時のエンジンの起動に必要なエンジン起動用バッテリ等を含む自立運転用電源装置を構成する部材の具体的な搭載構成については何も開示していない。

そこで、本発明は、発電機を搭載して停電時の電源装置として使用するエンジン駆動ヒートポンプにおいて、エンジンの起動に必要なエンジン起動用バッテリ等を含む自立運転用電源装置を構成する部材の具体的な搭載構成を提示することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、エンジンと、前記エンジンで駆動される圧縮機と、前記圧縮機により吸入・吐出される冷媒を流す冷媒回路と、前記エンジンで駆動される発電機とが本体パッケージに収納されたエンジン駆動ヒートポンプであって、前記エンジンを起動するエンジン起動用バッテリと、前記エンジン起動用バッテリを充電するバッテリ充電回路と、前記発電機からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータとを前記本体パッケージとは別体とされた別体パッケージに収納し、前記別体パッケージの正面および背面を前記本体パッケージの側面に収まる面積で構成し、前記別体パッケージを前記本体パッケージの外側の側面の内、前記発電機に近い方の側面の上下方向における下半分の領域内に設けて前記本体パッケージで支持することを特徴とするエンジン駆動ヒートポンプを提供する。

本発明において、前記エンジンおよび前記発電機と前記冷媒回路とを左右に振分けて配置する態様を例示できる。

本発明によると、発電機を搭載して停電時の電源装置として使用するエンジン駆動ヒートポンプにおいて、エンジンの起動に必要なエンジン起動用バッテリ等を含む自立運転用電源装置を構成する部材の具体的な搭載構成を提示することができる。

本発明の実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプを備えた熱交換システムの一例を示す概略ブロック図である。 図１に示すエンジン駆動ヒートポンプにおいて別体パッケージの外装カバーを取り外した状態の概略構成図であって、（ａ）は、その平面図であり、（ｂ）は、その正面図であり、（ｃ）は、その右側面図である。 図１に示すエンジン駆動ヒートポンプにおいて本体パッケージの外装カバーおよび別体パッケージの外装カバーを取り外した状態の概略構成図であって、エンジン駆動ヒートポンプの正面側からみた斜視図である。 図１に示すエンジン駆動ヒートポンプにおいて本体パッケージの外装カバーおよび別体パッケージの外装カバーを取り外した状態の概略構成図であって、エンジン駆動ヒートポンプの背面側からみた斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ１００を備えた熱交換システム５００の一例を示す概略ブロック図である。

図１に示す熱交換システム５００は、エンジン駆動ヒートポンプ１００により、冷媒を減圧して低温になる状態と、冷媒を加圧して高温になる状態とを繰り返しながら冷媒循環路３００によって冷媒を循環させるようになっている。

詳しくは、冷媒循環路３００は、エンジン駆動ヒートポンプ１００（この例では空調装置を構成する室外機）に設けられる第１冷媒回路３１０（冷媒回路の一例）と、熱交換部２００（この例では空調装置を構成する室内機）に設けられる第２冷媒回路３２０と、第１冷媒回路３１０と第２冷媒回路３２０とを連通する第３冷媒回路３３０と、エンジン駆動ヒートポンプ１００に設けられて第１冷媒回路３１０に介装される第１熱交換器３４０と、熱交換部２００に設けられて第２冷媒回路３２０に介装される第２熱交換器３５０と、第１熱交換器３４０と第２熱交換器３５０との間に設けられる冷媒回路（この例では第１冷媒回路３１０）に介装される膨張弁３６０とを備えている。

エンジン駆動ヒートポンプ１００における第１冷媒回路３１０は、エンジン１１０で駆動されて冷媒を吸入・吐出する圧縮機１２０の吐出側に接続される吐出側第１冷媒管３１１と、第３冷媒回路３３０の一方側の第３冷媒管３３１に接続される一方側第１冷媒管３１２と、第３冷媒回路３３０の他方側の第３冷媒管３３２に接続される他方側第１冷媒管３１３と、圧縮機１２０の吸入側に接続される吸入側第１冷媒管３１４と、吐出側第１冷媒管３１１、一方側第１冷媒管３１２、他方側第１冷媒管３１３および吸入側第１冷媒管３１４に接続されて吐出側第１冷媒管３１１からの冷媒を一方側第１冷媒管３１２に導き、かつ、他方側第１冷媒管３１３からの冷媒を吸入側第１冷媒管３１４に導くか、或いは、吐出側第１冷媒管３１１からの冷媒を他方側第１冷媒管３１３に導き、かつ、一方側第１冷媒管３１２からの冷媒を吸入側第１冷媒管３１４に導くかを切り替え可能とされた四方弁３１５とを備えている。第１熱交換器３４０は、他方側第１冷媒管３１３に設けられており、膨張弁３６０は、他方側第１冷媒管３１３において第１熱交換器３４０と第３冷媒回路３３０の他方側の第３冷媒管３３２との間に設けられている。熱交換部２００における第２冷媒回路３２０は、第３冷媒回路３３０の一方側の第３冷媒管３３１および他方側の第３冷媒管３３２に接続される第２冷媒管３２１を備えている。第２熱交換器３５０は、第２冷媒管３２１に設けられている。

かかる構成を備えることにより、熱交換システム５００は、暖房や給湯（この例では暖房）に利用する場合は、吐出側第１冷媒管３１１からの冷媒を一方側第１冷媒管３１２に導き、かつ、他方側第１冷媒管３１３からの冷媒を吸入側第１冷媒管３１４に導くように四方弁３１５を切り替えて、低温の冷媒を外気や水などと第１熱交換器３４０を介して間接的に接触させて熱を取り込み、さらに冷媒を圧縮機１２０で圧縮して高温にしてから、第２熱交換器３５０を介して室内の空気や給湯用の水（この例では室内の空気）を温めるようになっている。一方、熱交換システム５００は、冷房や冷蔵（この例では冷房）に利用する場合は、吐出側第１冷媒管３１１からの冷媒を他方側第１冷媒管３１３に導き、かつ、一方側第１冷媒管３１２からの冷媒を吸入側第１冷媒管３１４に導くように四方弁３１５を切り替えて、高温の冷媒を外気などと第１熱交換器３４０を介して間接的に接触させて熱を放出し、さらに膨張弁３６０で減圧して低温にしてから、第２熱交換器３５０を介して室内や冷蔵庫内（この例では室内）の空気を冷却するようになっている。

また、熱交換システム５００は、エンジン１１０で駆動される発電機１３０を搭載したエンジン駆動ヒートポンプ１００を系統Ｅ（具体的には商用電源）の停電時に電源装置として使用するようになっており、自立運転切替装置４００をさらに備えている。

自立運転切替装置４００は、系統Ｅと宅内の差込プラグやコンセント等の配線用差込接続器ＰＬ〜ＰＬとを配線用遮断器（ブレーカ）ＢＫ〜ＢＫを介して接続するか、或いは、エンジン駆動ヒートポンプ１００の自立出力部１０１と宅内の配線用差込接続器ＰＬ〜ＰＬとを配線用遮断器ＢＫ〜ＢＫを介して接続するかを切り替える切替器４１０を備えている。

本実施の形態では、切替器４１０は、系統Ｅからの系統電力の供給時に系統Ｅと配線用差込接続器ＰＬ〜ＰＬとを接続する系統接続状態と、停電時にエンジン駆動ヒートポンプ１００の自立出力部１０１と配線用差込接続器ＰＬ〜ＰＬとを接続する停電接続状態とを自動的に切り替えるようになっている。なお、切替器４１０は、系統接続状態と停電接続状態とを手動で切り替えるようになっていてもよい。

また、自立運転切替装置４００は、変圧器４２０をさらに備えている。変圧器４２０は、２００Ｖ系の電圧を１００Ｖ系の電圧に変換するものである。変圧器４２０は、２００Ｖ系の配線用差込接続器ＰＬ（この例では熱交換部２００に接続される接続器）に対応する配線用遮断器ＢＫと、１００Ｖ系の配線用差込接続器ＰＬ（この例では通常使用する照明やテレビジョン等の一般負荷Ｌｏに接続される接続器）に対応する配線用遮断器ＢＫとの間の接続配線に設けられている。

本実施の形態では、エンジン駆動ヒートポンプ１００は、エンジン１１０（この例ではガスエンジン）と、エンジン１１０で駆動される圧縮機１２０と、圧縮機１２０により吸入・吐出される冷媒を流す第１冷媒回路３１０と、エンジン１１０で駆動される発電機１３０とが本体パッケージ１５０に収納されている。詳しくは、圧縮機１２０は、エンジン１１０からの駆動力が電磁クラッチ１２１を介して伝達されるようになっている。発電機１３０は、エンジン１１０からの駆動力が直接的に或いは図示しない駆動伝達手段を介して間接的に伝達されるようになっている。なお、エンジン１１０は、ここでは、ガスエンジンとされているが、それに限定されるものではなく、ガスエンジン以外のエンジンであってもよい。

エンジン駆動ヒートポンプ１００は、エンジン１１０を始動するエンジンスタータ１４０（具体的にはスタータモータ）に電力を供給してエンジン１１０を起動するエンジン起動用バッテリ１６１と、エンジン起動用バッテリ１６１を充電するバッテリ充電器１６２（バッテリ充電回路の一例）と、発電機１３０からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータ１６３（具体的には自立運転用インバータ）とを含む自立運転用電源装置１６０を備えている。本実施の形態では、自立運転用電源装置１６０は、スタータリレー１６４をさらに含んでいる。スタータリレー１６４は、エンジンスタータ１４０とエンジン起動用バッテリ１６１との間に接続されてエンジン起動用バッテリ１６１からのバッテリ電力をエンジンスタータ１４０に供給するようになっている。

次に、自立運転用電源装置１６０を構成する部材をエンジン駆動ヒートポンプ１００に搭載する搭載構成について図２から図４を参照しながら以下に説明する。

図２は、図１に示すエンジン駆動ヒートポンプ１００において別体パッケージ１７０の外装カバーを取り外した状態の概略構成図である。図２（ａ）は、その平面図を示しており、図２（ｂ）は、その正面図を示しており、図２（ｃ）は、その右側面図を示している。また、図３および図４は、図１に示すエンジン駆動ヒートポンプ１００において本体パッケージ１５０の外装カバーおよび別体パッケージ１７０の外装カバーを取り外した状態の概略構成図である。図３は、エンジン駆動ヒートポンプ１００の正面側からみた斜視図を示しており、図４は、エンジン駆動ヒートポンプ１００の背面側からみた斜視図を示している。

図２から図４に示すように、本体パッケージ１５０は、外形状が六面体形状とされている。この例では、本体パッケージ１５０は、すべての面が長方形で構成された直方体形状とされている。

詳しくは、本体パッケージ１５０は、設置したときに前側となる正面１５１の面積、および、設置したときに後側となる背面１５２の面積が正面１５１からみて右側の側面である右側面１５３の面積、正面１５１からみて左側の側面である左側面１５４の面積、設置したときに上側となる平面１５５の面積、および、設置したときに下側となる底面１５６の面積よりも大きくなっている。また、本体パッケージ１５０は、右側面１５３の面積、および、左側面１５４の面積が平面１５５の面積、および、底面１５６の面積よりも大きくなっている。また、本体パッケージ１５０の正面１５１、背面１５２、右側面１５３および左側面１５４は上下方向に延びており、本体パッケージ１５０の平面１５５および底面１５６は左右方向に延びている。なお、本体パッケージ１５０は、この例では、すべての面が長方形で構成された直方体形状とされているが、それに限定されるものではなく、少なくとも二つの面が正方形で構成された六面体形状とされていてもよい。

そして、エンジン駆動ヒートポンプ１００は、自立運転用電源装置１６０を構成する部材として、エンジン起動用バッテリ１６１、バッテリ充電器１６２およびインバータ１６３、さらにはスタータリレー１６４が本体パッケージ１５０とは別体とされた別体パッケージ１７０に収納されており、別体パッケージ１７０の正面１７１（本体パッケージ１５０を正面からみて一方側の側面）および背面１７２（本体パッケージ１５０を正面からみて他方側の側面）を本体パッケージ１５０の右側面１５３または左側面１５４（この例では右側面１５３）に収まる面積で構成されている。なお、自立運転用電源装置１６０および別体パッケージ１７０でバッテリユニット１８０を構成している。

また、エンジン駆動ヒートポンプ１００は、別体パッケージ１７０を本体パッケージ１５０の右側面１５３および左側面１５４の内、発電機１３０に近い方の側面（この例では右側面１５３）に設けて本体パッケージ１５０で支持する構成とされている。

本実施の形態では、別体パッケージ１７０は、外形状が六面体形状とされている。この例では、別体パッケージ１７０は、すべての面が長方形で構成された直方体形状とされている。

詳しくは、別体パッケージ１７０は、背面１７２が本体パッケージ１５０の右側面１５３に接しており、正面１７１、背面１７２、平面１７５および底面１７６の左右方向（本体パッケージ１５０の正面１５１からみて前後方向）の距離Ｌ１（図２（ａ）および図２（ｃ）参照）が本体パッケージ１５０の右側面１５３、左側面１５４、平面１５５および底面１５６の前後方向（別体パッケージ１７０の正面１７１からみて左右方向）の距離Ｌ２（図２（ａ）および図２（ｃ）参照）と同等か或いはそれより小さい（この例では２割程度小さい）寸法とされている。また、別体パッケージ１７０は、正面１７１、背面１７２、右側面１７３および左側面１７４の上下方向の距離Ｌ３（図２（ｂ）および図２（ｃ）参照）が本体パッケージ１５０の正面１５１、背面１５２、右側面１５３および左側面１５４の上下方向の距離Ｌ４（図２（ｂ）および図２（ｃ）参照）の半分と同等か或いはそれより小さい（この例では２割程度小さい）寸法とされている。別体パッケージ１７０は、正面１７１の面積、および、背面１７２の面積が右側面１７３の面積、左側面１７４の面積、平面１７５の面積、および、底面１７６の面積よりも大きくなっている。また、別体パッケージ１７０は、右側面１７３の面積、および、左側面１７４の面積が平面１７５の面積、および、底面１７６の面積よりも大きくなっている。また、別体パッケージ１７０の正面１７１、背面１７２、右側面１７３および左側面１７４は上下方向に延びており、別体パッケージ１７０の平面１７５および底面１７６は左右方向（本体パッケージ１５０の正面１５１からみて前後方向）に延びている。なお、別体パッケージ１７０は、この例では、すべての面が長方形で構成された直方体形状とされているが、それに限定されるものではなく、少なくとも二つの面が正方形で構成された六面体形状とされていてもよい。

具体的には、別体パッケージ１７０は、本体パッケージ１５０の正面１５１からみて前後方向（別体パッケージ１７０の正面１７１からみて左右方向）の中央部に配設されている。別体パッケージ１７０は、背面１７２が本体パッケージ１５０の右側面１５３に支持されている（図２（ｂ）および図２（ｃ）参照）。また、別体パッケージ１７０内には、上部の左右方向（本体パッケージ１５０の正面１５１からみて前後方向）の一方側（この例では左側：本体パッケージ１５０の正面１５１からみて前側）にスタータリレー１６４が、上部の左右方向の中央部（本体パッケージ１５０の正面１５１からみて前後方向の中央部）にバッテリ充電器１６２が、上部の左右方向の他方側（この例では右側：本体パッケージ１５０の正面１５１からみて後側）にインバータ１６３が設けられており、これらの部材の下方には、エンジン起動用バッテリ１６１が設けられている。

本実施の形態では、エンジン駆動ヒートポンプ１００は、図３および図４に示すように、エンジン１１０および発電機１３０と冷媒回路（この例では第１冷媒回路３１０）とを左右に振分けて配置している。

詳しくは、エンジン駆動ヒートポンプ１００において、エンジン１１０および発電機１３０は、正面１５１からみて左右方向の右側または左側（この例では右側）に配設されており、第１冷媒回路３１０は、正面１５１からみて左右方向の左側または右側（この例では左側）に配設されている。

具体的には、エンジン駆動ヒートポンプ１００は、下側かつ正面１５１側（図３参照）において、正面からみて左右方向の右側または左側（この例では右側）には、エンジン１１０およびエンジンスタータ１４０を配置した第１配置領域１５０ａが、左右方向の中央部には、圧縮機１２０および第１冷媒回路３１０を配置した第２配置領域１５０ｂが、正面からみて左右方向の右側または左側（この例では左側）には、制御部や電源回路等の電装部材１０を配置した第３配置領域１５０ｃが設けられている。また、エンジン駆動ヒートポンプ１００は、下側かつ背面１５２側（図４参照）において、正面からみて左右方向の右側または左側（この例では右側）には、発電機１３０を配置した第４配置領域１５０ｄが、正面からみて左右方向の右側または左側（この例では左側）には、第１冷媒回路３１０、レシーバ３７０や廃熱回収器３８０を配置した第５配置領域１５０ｅが設けられている。また、本体パッケージ１５０における上部には左右方向に複数（この例では２つ）の室外ファン２１１〜２１１（冷却ファン）が並設されており、室外ファン２１１〜２１１と上下方向の中央部との間には、第１熱交換器３４０が設けられている。

ところで、本体パッケージ１５０と別体パッケージ１７０とを個別に独立して設けることが考えられるが、そうすると、エンジン駆動ヒートポンプ１００を設置する際の設置工事並びに発電機１３０およびエンジン１１０を始動するエンジンスタータ１４０との配線工事が必要となり、設置作業の作業性が悪化する。また、別体パッケージ１７０を本体パッケージ１５０の右側面１５３および左側面１５４の内、発電機１３０に遠い方の側面に設けると、発電機１３０およびエンジンスタータ１４０と自立運転用電源装置１６０との配線距離が長くなりやすい。

この点、本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ１００によれば、エンジン１１０を起動するエンジン起動用バッテリ１６１、エンジン起動用バッテリ１６１を充電するバッテリ充電回路として作用するバッテリ充電器１６２、および、発電機１３０からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータ１６３（自立運転用電源装置１６０を構成する部材）を収納した別体パッケージ１７０を、本体パッケージ１５０で支持することで、別体パッケージ１７０を本体パッケージ１５０と一体化させることができ、これにより、エンジン駆動ヒートポンプ１００を設置する際の別体パッケージ１７０の設置工事並びに発電機１３０およびエンジンスタータ１４０との配線工事を省略することができ、それだけ設置作業の作業性を向上させることができる。また、別体パッケージ１７０を本体パッケージ１５０の右側面１５３および左側面１５４の内、発電機１３０に近い方の側面に設けることで、発電機１３０およびエンジンスタータ１４０と自立運転用電源装置１６０との配線距離を可及的に短くすることができる。

ところで、第１冷媒回路３１０の配置空間において別体パッケージ１７０と発電機１３０およびエンジンスタータ１４０との配線を通過させると、該配線に第１冷媒回路３１０の結露水が付く恐れがある。

この点、別体パッケージ１７０を本体パッケージ１５０の右側面１５３および左側面１５４の内、発電機１３０に近い方の側面に設ける構成において、エンジン１１０および発電機１３０と冷媒回路として作用する第１冷媒回路３１０とを左右に振分けて配置することで、第１冷媒回路３１０の配置空間を避けて別体パッケージ１７０と発電機１３０およびエンジンスタータ１４０とを配線することができ、これにより、該配線に第１冷媒回路３１０の結露水が付くことを回避できる。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１００ エンジン駆動ヒートポンプ
１０１ 自立出力部
１１０ エンジン
１２０ 圧縮機
１３０ 発電機
１４０ エンジンスタータ
１５０ 本体パッケージ
１５０ａ 第１配置領域
１５０ｂ 第２配置領域
１５０ｃ 第３配置領域
１５０ｄ 第４配置領域
１５０ｅ 第５配置領域
１５１ 正面
１５２ 背面
１５３ 右側面
１５４ 左側面
１５５ 平面
１５６ 底面
１６０ 自立運転用電源装置
１６１ エンジン起動用バッテリ
１６２ バッテリ充電器（バッテリ充電回路の一例）
１６３ インバータ
１６４ スタータリレー
１７０ 別体パッケージ
１７１ 正面
１７２ 背面
１７３ 右側面
１７４ 左側面
１７５ 平面
１７６ 底面
１８０ バッテリユニット
２００ 熱交換部
３００ 冷媒循環路
３１０ 第１冷媒回路（冷媒回路の一例）
３２０ 第２冷媒回路
３３０ 第３冷媒回路
３４０ 第１熱交換器
３５０ 第２熱交換器
３６０ 膨張弁
４００ 自立運転切替装置
４１０ 切替器
４２０ 変圧器
Ｌｏ 一般負荷

Claims (2)

1. エンジンと、前記エンジンで駆動される圧縮機と、前記圧縮機により吸入・吐出される冷媒を流す冷媒回路と、前記エンジンで駆動される発電機とが本体パッケージに収納されたエンジン駆動ヒートポンプであって、
   前記エンジンを起動するエンジン起動用バッテリと、前記エンジン起動用バッテリを充電するバッテリ充電回路と、前記発電機からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータとを前記本体パッケージとは別体とされた別体パッケージに収納し、前記別体パッケージの正面および背面を前記本体パッケージの側面に収まる面積で構成し、前記別体パッケージを前記本体パッケージの外側の側面の内、前記発電機に近い方の側面の上下方向における下半分の領域内に設けて前記本体パッケージで支持することを特徴とするエンジン駆動ヒートポンプ。
2. 請求項１に記載のエンジン駆動ヒートポンプであって、
   前記エンジンおよび前記発電機と前記冷媒回路とを左右に振分けて配置したことを特徴とするエンジン駆動ヒートポンプ。

Images