JPH01314829A

JPH01314829A - 暖房装置

Info

Publication number: JPH01314829A
Application number: JP63147715A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yokoyama; 横山　誠志
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1989-12-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、外気を給熱源として動作する熱ポンプ式の暖
房装置に関し、更に詳述すれば、冷媒を圧縮する圧縮機
が、熱機関により直接的又は間接的に駆動される暖房装
置に関する。

〔従来の技術〕

熱ポンプ式の暖房装置は、冷媒ガスが高圧下に。

て凝縮する際の吸収熱を、凝縮後の冷媒が低圧下にて蒸
発する際に放出させ、この放熱を利用して暖房を行うも
のであり、通常、前記凝縮の際の吸熱を利用して冷房を
も行い得る冷暖房装置として構成される。このような冷
暖房装置においては、冷房時に吸収した熱の排出のため
の排熱源、又は暖房時に放熱により失われた熱の補給の
ための給熱源として、常時安定的に多量に得られる外気
が利用されることが多い。

第３図は、排熱源又は給熱源として外気を利用する従来
の熱ポンプ式冷暖房装置の系統図である。

図において１は、モータ２にて駆動され、冷媒を圧縮し
て送出する圧縮機であり、また３、４は、その内部に冷
媒を通流させるための冷媒管３０．４０を夫々配してな
る熱交換器である。一方の熱交換器３においては、これ
に付設された送風機３１の動作により導入される外気が
、冷媒管３０の外側を通気せしめられ、この外気と、冷
媒管３０内を通流する冷媒との間にて熱交換が行われる
ようになっており、また、他方の熱交換器４においては
、循環ポンプ４１によりこれに導入される循環水が、冷
媒管４０の外側を通流せしめられ、この循環水と、冷媒
管４０内を通流する冷媒との間にて熱交換が行われるよ
うになっている。従来の冷暖房装置は、圧ｗｉ機１と熱
交換器３，４とを、減圧弁５及びこれと直列接続された
蓄熱器６と共に、図中に実線及び破線にて示す２つの切
換え位置を有する４方弁を夫々用いてなり、運転状態の
切換えを行う切換弁７．８により図示の如く接続して構
成されており、切換弁７．８が共に実線にて示す切換え
位置とされた場合、暖房運転が行われ、逆に破線にて示
す切換え位置とされた場合、冷房運転が行われるように
なっている。

即ち、暖房運転時には、図中に実線の矢符にて示す如く
、圧縮機１にて圧縮されて高温、高圧となった冷媒ガス
は、実線にて示す切換え位置とされた一方の切換弁７を
通過して、熱交換器４の冷媒管４０に導入され、該冷媒
管４０の内部を通流する間に、これの外側を通流する循
環水との間にて高圧下での熱交換を行い、該循環水に放
熱して凝縮液化する。この熱交換により加熱された前記
循環水は、熱交換器４の外部に導出されて各所に送給さ
れ、暖房のための熱源として利用される。一方、前記熱
交換の後、冷媒管４０から送出される冷媒液は、実線に
て示す切換え位置とされた他方の切換弁８を通過して、
減圧弁５と蓄熱器６との直列回路に導入され、減圧弁５
により減圧されると共に、残熱の一部を蓄熱器６内に残
留させて低温、低圧となり、切換弁８を再度通過して熱
交換器３の冷媒管３０に導入され、該冷媒管３０内部を
通流する間に、これの外側を通流する外気との間にて低
圧下での熱交換を行い、外気の熱を吸収して蒸発気化す
る。冷媒管３０から送出される冷媒ガスは、切換弁７を
再度通過して、蓄熱器６に導入されて若干加熱された後
、圧縮ａ１に吸込まれ、再度圧縮されて高温、高圧の冷
媒ガスとなる。以後は前述の各過程が繰返され、熱交換
器３において冷媒が外気から吸収する熱により、熱交換
器４に導入される循環水が逐次加熱され、暖房の熱源と
なる温水が連続的に生成される。

また、冷房運転時には、図中に破線の矢符にて示す如く
、圧縮機ｌにて圧縮されて高温、高圧となった冷媒ガス
は、破線にて示す切換え位置とされた切換弁７を通過し
て、まず熱交換器３の冷媒管３０に導入され、該冷媒管
３０内部を通流する間に、これの外側を通流する外気と
の間にて高圧下での熱交換を行い、外気に放熱して凝縮
液化し、次いで同じ（破線にて示す切換え位置とされた
切換弁８を通過して、減圧弁５と蓄熱器６との直列回路
に導入され、減圧弁５により減圧されると共に、残熱の
一部を蓄熱器６内に残留させて低温、低圧となり、切換
弁８を再度通過して熱交換器４の冷媒管４０に導入され
る。冷媒管４０内を通流する冷媒は、この通流の間に、
これの外側を通流する循環水との間にて低圧下での熱交
換を行い、該ｖＩｉ環水の熱を吸収して蒸発気化する。

この熱交換により冷却された循環水は、熱交換器４の外
部に導出されて各所に送給され、冷房のための冷熱源と
して利用される。冷媒管４０から送出される冷媒ガスは
、切換弁７を再度通過し、蓄熱器６に導入されて若干加
熱された後、圧縮機１に吸込まれ、再度圧縮されて高温
、高圧の冷媒ガスとなる。以後は前述の各過程が繰返さ
れ、熱交換器４において循環水が冷却され、冷房のため
の冷熱源となる低温水が連続的に生成され、この冷却の
際の吸収熱が、熱交換器３において外気に排出される。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが外気を排熱源又は給熱源として利用するこのよ
うな熱ポンプ式の冷暖房装置においては、特に暖房の必
要性が高い厳寒期に、給熱源となるべき外気の温度が低
いために、熱交換器３における伝熱効率が低く、暖房能
力が低下するという難点がある上、外気中の湿分が熱交
換器３の冷媒管３０の外側に霜として付着することがあ
り、この着霜により熱交換器３における伝熱効率が更に
低下し、暖房能力の更なる低下を招来するという難点が
ある。そこで、前述の構成の従来の冷暖房装置において
は、暖房運転中に熱交換器３に着霜が生じた場合、切換
弁７，８の切換え位置を一旦変更して冷房運転を行わせ
、冷媒管３０中に高温の冷媒を通流させて着霜を取除い
た後、切換弁７．８の切換え位置を復帰させて暖房運転
をＩ！続している。

ところが、着霜が取除かれるまでの間、熱交換器４にお
ける温水の生成が中断されることになり、暖房効率が著
しく低下するという難点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、運転
状態の切換えを行うことなく着霜を取除くことができる
と共に、外気温度が低い場合の暖房能力の向上が図れる
暖房装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機が熱機
関により直接的又は間接的に駆動されている場合に、こ
の熱機関の排熱を利用して温水を生成する温水生成部を
設ける一方、外気との間にて熱交換を行わせる熱交換器
に、外気の通流方向に対し冷媒管の前方に位置する温水
管を設け、この温水管中に、温水生成部にて生成された
温水を通流させるようにしたものである。

〔作用〕

本発明においては、熱交換器に導入される外気は、まず
通流方向前方に配された温水管との接触により昇温し、
次いで冷媒管と接触して、内部を通流する冷媒との間に
て熱交換を行い、この冷媒を加熱して蒸発気化させると
共に、冷媒管外側に着霜が生じている場合、これを溶融
させて取除く。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は冷房装置をも兼ねる冷暖房装置として構成さ
れた本発明に係る暖房装置の全体構成を示す系統図であ
る。

本発明に係る暖房装置の冷媒回路は従来のものと同様で
あり、図中１は、モータ２にて駆動され、冷媒を圧縮し
て送出する圧縮機であり、また３゜４は、その内部に冷
媒を通流させる冷媒管３０□４０を夫々配してなる熱交
換器である。熱交換器３は、送風機３１の動作によりこ
れに導入される外気と、冷媒管３０内を通流する冷媒と
の間にて熱交換を行わせるものであり、また、他方の熱
交換器４は、循環ポンプ４１によりこれに導入される循
環水と、冷媒管４０内を通流する冷媒との間にて熱交換
を行わせるものである。前記圧縮機１と熱交換器３゜４
とは、減圧弁５及びこれと直列接続された蓄熱器６と共
に、図中に実線及び破線にて示す２つの切換え位置を夫
々有する切換弁７，８により図示の如く接続されている
。切換弁７，８は、暖房運転時には、共に実線にて示す
切換え位置とされ、逆に冷房運転時には、破線にて示す
切換え位置とされる。暖房運転時及び冷房運転時におい
て、圧縮機ｌから送出される冷媒は、図中に夫々実線及
び破線の矢符にて示す如く、従来の冷暖房装置と全く同
様に流れ、また、この冷媒の流れに伴い、熱交換器３，
４にて生じる熱交換、及びこれの伴う冷媒の状態変化の
態様も、従来の冷暖房装置と全く同様である。

図中１０は、自家発電用の発電機であり、また１１は、
発電機１０を駆動するディーゼルエンジン等の熱機関で
ある。この発電機１０は、直列接続された電源切換スイ
ッチ１２．１３を介して、前記圧縮機１を駆動するモー
タ２に接続されている。電源切換スイッチ１２は、発電
機１０による発生電力の供給先を、前記モータ２と所内
の他の負荷とに切換えるスイッチであり、また、他方の
電源切換スイッチ１３は、モータ２への供給電力源を、
前記発電機１０と商用電源１４との間にて切換えるスイ
ッチである。

切換スイッチ１２．１３は、通常時には図示の切換え位
置とされ、発電機１０の発生電力はモータ２に供給され
、所内の他の負荷には、商用電源１４から電力の供給が
なされている。切換スイッチ１２の他の切換え位置への
切換え操作は、停電等により商用電源１４からの給電が
停止された場合になされ、これにより、発電６１０の発
生電力が冷暖房装置の運転に優先する他の重要な負荷に
供給されるようになっており、また、切換スイッチ１３
の切換え操作は、例えばメインテナンス等のために熱機
関１１を停止させる場合になされ、これにより、モータ
２は商用電源１４からの給電によって駆動され、冷暖房
装置の運転をｗ！続して行い得るようになっている。

さて、熱機関１１には、これの排熱を利用して温水を生
成する温水生成部２０が設けである。温水生成部２０は
、これへの導入水と熱機関１１の冷却用水との間にて熱
交換を行わせる冷却水熱交換器２１、熱機関１１の排気
筒１１ａの中途に配され、前記導入水と排気との間にて
熱交換を行わせる排気熱交換器２２、並びに、図中に実
線及び鎖線にて示す２つの切換え位置を有する３方弁を
用いてなり、前記導入水の流れ方向を切換える切換弁２
３等から構成されている。切換弁２３が実線にて示す切
換え位置にある場合、冷却水熱交換器２１と排気熱交換
器２２とは直列に接続され、温水生成部２０への導入水
は、冷却水熱交換器２１における熱交換により昇温され
た後、排気熱交換器２２における熱交換により更に昇温
され、高温水となって送出される一方、切換弁２３が破
線にて示す切換え位置にある場合、前記導入水は、冷却
水熱交換器２１における熱交換により昇温された後、排
気熱交換器２２を通過することなく、比較的低温のまま
送出される。

温水生成部２０からの送出管路１５は、その中途におい
て２方向に分岐されており、一方は、貯湯槽２４内に配
設された温水管１６に、流量調整弁Ｉ７を介して接続さ
れている。また他方は、その中途において更に２方向に
分岐されており、これの一方は、前記熱交換器３内に後
述する如く配設された温水管３２に、流量調整弁１８を
介して接続され、他方は、熱交換器３に並設しである熱
負荷調整用の他の熱交換器９内に配設された温水管９０
に接続されている。温水管１６．３２．９０の下流端は
、温水生成部２０への導入管路１９に合流させである。

従って、温水生成部２０から送出される温水は、流星調
整弁１７．１８の開度に応じて前記温水管１６，３２．
９０に分配されて、これらの内部を通流し、この通流の
間に、後述する如く生じる熱交換により降温し、４入管
１９を経て再度温水生成部２０に導入される。

貯湯槽２４には、常時一定量の上水が貯蔵されており、
この上水は、温水管１６内を通流する温水との間にて熱
交換を行い、昇温して湯となる。この湯は、例えば、所
内における生活用の湯として利用される。温水管１６内
における温水流量は、流量調整弁１７により調整可能で
あり、例えば貯湯槽２４内の湯温の測定結果に基づいて
流量調整弁１７の開度を制御することにより、常時一定
温度の湯が得られるようにしである。

また、熱交換器９には、熱交換器３における送風機３１
と同様の送風機９１が設けてあり、該熱交換器９内には
、送風機９１の動作により外気が導入されている。熱交
換器３内部の温水管３２、及び熱交換器９内部の温水管
９０内を流れる温水は、熱交換器３．９−１人される外
気との間にて熱交換を行い、自身の保有熱を放熱して外
気を昇温させる。

第２図は、熱交換器３内部における前記冷媒管３０及び
温水管３２の配設態様の一例を示す斜視図である。本図
に示す如く、冷媒管３０及び温水管３２は、中途部を複
数回屈曲された態様をなしており、前記送風機３１によ
り熱交換器３内に導入される外気の通流方向に略直交す
る相異なる面内に夫々配設してあり、また、温水管３２
の配設位置は、外気の通流方向に対し、冷媒管３０より
も前方としである。

従って、温水管３２中に温水が通流されている場合、図
中に白抜矢符にて示す如く通流する外気は、まず温水管
３２に接触し、これの内部を通流する温水との間にて熱
交換を行い、該温水の保有熱を吸収して昇温した後、冷
媒管３２に接触し、これの内部を通流する冷媒との間に
て、前述した如き熱交換を行う。

以上の如く構成された冷暖房装置を、発電機１０からの
供給電力により冷房運転する場合、温水生成部２０にお
ける切換弁２３は、通常、破線にて示す切換え位置とさ
れ、また送出管路１５における流星調整弁１８は、常時
、全閉状態とされる。切換弁２３が破線にて示す切換え
位置にある場合、温水生成部２０内においては、冷却水
熱交換器２１における熱交換が行われるのみであり、温
水生成部２０からの送出温水は、比較的低温状態にある
ことは前述した如くである。そして、この送出温水は、
前述した如く開度制御される流量調整弁１７の開度に応
じて、その一部が温水管１６に送給され、残部は、流量
調整弁１８が全閉であることにより、その全量が熱交換
器９内の温水管９０に送給され、該温水管９゜中を通流
する。

即ちこの場合、温水生成部２０から送出される温水は、
熱機関１１中を循環した冷却用水の保有熱により加熱さ
れたものであり、この熱の一部が、貯湯槽２４における
湯の生成のために使用される以外は、熱交換器９におい
て外気に放熱されることになり、熱機関１１が、熱交換
器９により間接的に空冷されているにすぎない。従って
、冷房運転時においては、熱交換器３における冷媒と外
気との間の熱交換、及びこれに伴う冷媒の凝縮液化は、
従来の冷暖房装置と全く同様に生じ、熱交換器４におい
て低熱源となる冷水が生成される。このような冷房運転
中に、生活用に利用する湯が多量に必要となった場合、
前記切換弁２３を実線にて示す切換え位置とし、温水生
成部２０において高温水を生成する一方、流量調整弁１
７を全開し、温水生成部２０からの送出温水の略全量を
貯湯槽２４中の温水管１６に送給すればよく、逆に、貯
湯槽２４内の湯温が所定温度に達し、更なる加熱が不要
である場合、流量調整弁１７は全閉され、温水管１６へ
の温水の送給は停止される。

一方、この冷暖房装置を、発電機１ｏからの供給電力に
より暖房運転する場合、温水生成部２０において可及的
に高温の温水が生成されるように、切換弁２３は、通常
実線にて示す切換え位置とされ、また、送出管路１５に
おける流量調整弁１８は、熱交換器３における着霜状態
及び外気の温度等に基づいて開度を変更される。而して
、温水生成部２ｏがら送出される温水は、流量調整弁１
７の開度に応じてその一部が、温水管１６に供給されて
貯湯槽２４内の湯を昇温させるために用いられ、残部が
、熱交換器３，９の温水管３２．９０に、流量調整弁１
８の開度に応じて分配されて送給され、これらの温水管
３２．９０内を通流する。温水管９０内を通流する温水
は、熱交換器９に導入される外気との間にて熱交換を行
い、この外気に保有熱を放熱してｇｉ−温した後、導入
管１９を経て温水生成部２０に還流する。温水管３２内
を通流する温水も、熱交換器３に導入される外気との間
において同様の熱交換を行い、この外気に保有熱を放熱
して降温し、温水管９ｏ及び温水管１６からの放出水と
合流せしめられ、これらと共に導入管１９を経て温水生
成部２ｏに還流する。

さて、熱交換器３の冷媒管３ｏは、外気の通流方向に対
し、前記温水管３２の後方に配設しである。

而して、熱交換器３に導入された外気は、温水管３２内
を通流する温水との熱交換により昇温した後、冷媒管３
２に接触し、該冷媒管３２内を通流する冷媒との間にて
熱交換を行う。従って、外気の温度が低い厳寒期におい
ても、前記冷媒と、冷媒管３２を介してこれに接触する
外気との間に十分な温度差を生じさせることができ、高
い暖房能力を維持できる。熱交換器３における冷媒の吸
収熱量は、温水管３２内における温水通流量の増大に伴
って増大する。一方、熱交換器３における吸収熱を放出
して暖房の熱源となる温水を生成する熱交換器４におい
ては、暖房温度を適正に維持すべく、常時−定温度の温
水が生成されるのが望ましい。従って、温水管３２内に
おける温水通流量は、例えば、熱交換器４における生成
温水の測温結果、又は外気温度の測温結果等に基づいて
流量調整弁１８の開度を変更することにより、常時適正
な温度の熱源温水が得られるように制御される。外気の
温度が高い場合、流量調整弁１８は全閉され、温水管３
２への送給温水が遮断されることは勿論であり、この場
合、温水生成部２０の生成温水の保有熱は、貯湯槽２４
における生活用の場の生成に用いられるもの以外は、熱
交換器９において外気に放出される。

このような暖房運転中に冷媒管３ｏに着霜が生じた場合
、前記測温結果の如何に拘わらず流量調整弁１８は全開
される。これにより、熱交換器３の府大空気は十分に温
められた状態で冷媒管３ｏに接触することになり、前記
着霜は、該空気により加熱されて除去される。なお本発
明に係る暖房装置においては、流量調整弁１８が全閉さ
れている場合以外は、熱交換器３への導入空気は、温水
管３２との接触により昇温した状態で冷媒管３０に接触
するがら、着霜が生じる虞自体が、従来のものに比較し
て大幅に少ない。

なお、本実施例においては、冷房装置を兼ねる冷暖房装
置について説明したが、暖房のみを行う暖房装置に本発
明が適用可能であることは言うまでもない。

また、本実施例においては、圧縮機１が、熱機関１１に
て駆動される発電機１０からの供給電力により動作する
モータ２にて駆動される構成、即ち、熱機関１１により
間接的に駆動される構成としであるが、圧縮機１を熱機
関１１に機械的に連結し、圧縮機ｌが熱機関１１にて直
接的に駆動される構成とすることも可能であり、この場
合においても、同様の効果が得られることは言うまでも
ない。

更に、熱交換器３内における冷媒管３０と温水管３２と
の配設態様は、第２図に示すものに限らず、外気の通流
方向に対して、温水管３２が冷媒管３０よりも前方に位
置している限り、いかなる配置としてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明に係る暖房装置においては、
圧縮機を駆動する熱機関の排熱を利用して温水を得て、
この温水を温水管内に通流させているから、給熱源とな
る外気が冷媒との接触前に温められ、外気温度が低い厳
寒期にあっても高い暖房能力を維持することができる上
、前記冷媒が内部に通流される冷媒管の外表面に着霜が
生じる虞が少なく、また、着霜が生じた場合にも、前記
外気の保有熱により、これが速やかに除去される等、本
発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷暖房装置として構成された本発明に係る暖房
装置の全体構成を示す系統図、第２図は熱交換器におけ
る冷媒管と温水管との配設態様を示す斜視図、第３図は
従来の冷暖房装置の系統図である。１・・・圧縮機　　３・・・熱交換器　　１１・・・熱
機関２０・・・温水生成部　　３０・・・冷媒管　　３
２・・・温水管なお、図中、同一符号は同一、又は相当
部分を示す。代理人　　　大　　　岩　　　増　　　圧第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】１、熱機関により直接的又は間接的に駆動され、冷媒を
圧縮する圧縮機と、冷媒及び外気を内外に夫々通流させ
る冷媒管を有する熱交換器とを備え、外気を給熱源とし
て動作する熱ポンプ式の暖房装置において、外気の通流方向に対し、前記冷媒管の前方に配され、内
部に温水が通流される温水管と、前記熱機関の排熱を利
用して温水を生成する温水生成部と、該温水生成部による生成温水の一部又は全部を、前記温
水管に導入する手段とを具備することを特徴とする暖房装置。