JPH02192555A - ヒートポンプ - Google Patents

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】 Ｃ産業上の利用分野コ この発明は、例えば冷媒圧縮機がエンジンにより駆動さ
れるようにした冷暖房装置において、エンジンからの排
熱を回収して暖房運転に利用されるようにしたヒートポ
ンプに関する。

［従来の技術］ 圧縮機をエンジンによって駆動するようにしたヒートポ
ンプにあっては、暖房運転時にエンジンで発生された排
熱を回収し、暖房能力を向上させ、さらにその効率を向
上させるようにすることが考えられている。

このようにエンジンの排熱を暖房に利用するようにした
ヒートポンプとしては、例えば特開昭６２−８４２７３
号公報に示されるような装置が提案されているもので、
この装置の概略は第４図に示すように構成される。

このヒートポンプにあっては、暖房運転時において４方
弁１５が図に実線で示す状態に設定され、圧縮機１１１
および１１２で圧縮される冷媒が室内熱交換器１Ｂに供
給され、ファンで送られた空気を加熱して、室内の暖房
が行なわれる。そして、この室内熱交換器１６で熱交換
の行なわれた冷媒は、逆止弁装置１７を介してリキッド
レシーバ１８に供給され、減圧装置１９で減圧された後
に室外熱交換器２０で室外空気と熱交換され、第２の圧
縮機１１２に帰還されるようになる。

このような暖房運転状態で電磁弁２２が開放されると、
逆止弁装置１７に導かれた冷媒の一部が加熱装置２４に
導かれて、エンジン１２を排熱を回収するようになり、
このエンジン１２の排熱により加熱された冷媒が第１の
圧縮機１１１に供給され、圧縮されるようになる。した
がって、暖房運転能力が向上されるようになり、暖房効
率が向上される。

しかし、このように構成される装置にあっては、エンジ
ン排熱を回収した冷媒のために特別に冷媒圧縮機Ｉｌｌ
が設置されるようになり、２組の圧縮機１１１　、１１
２と共にこの圧縮機ｉｌｌ　、　１１２それぞれの吐出
側に２組のオイルセパレータ１３１．１Ｂ２および逆止
弁１４１　、１４２が必要となり。冷媒サイクルの系統
が複雑化する。

尚、この装置において冷房運転時には４方弁１５が図の
状態から切換えられ、図に破線矢印で示すように冷媒が
循環される。

また特開昭６１−６５５７号公報に示されるように、エ
ンジンの排熱により室内熱交換器の入口部の冷媒を加熱
して暖房能力を向上させるようにすることも考えられて
いる。しかし、このような手段では冷媒ガスの温度が異
常に高くなることがあり、冷媒が熱分解するおそれがあ
る。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、上記のような冷媒サイクルが複雑化するよ
うな問題、さらに冷媒が熱分解するような問題点を解決
し、充分に簡単に構成されるようにして、エンジンで発
生される熱等の外部で発生された熱を効果的に回収し、
特に暖房効率を向上させ、また除霜運転も効果的に実行
できるようにしたヒートポンプを提供しようとするもの
まである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るヒートポンプにあっては、例えば暖房運
転状態で冷媒圧縮機で圧縮された冷媒を室内熱交換器に
供給すると共に、この室内熱交換器からの出力冷媒を第
１の減圧手段を介して室外熱交換器に供給し、上記圧縮
機の吸入側に導くようにする。また上記室内熱交換器か
らの出力冷媒の一部は、繰返し開閉制御される弁手段の
動作に対応して、第２の減圧手段を介してエンジン等の
外部の排熱が供給される加熱装置に供給し、上記圧縮機
の吸入側に導かれるようにする。また、上記第１の減圧
弁にはバイパスするように電磁弁が設定される。

［作用〕 上記のように構成されるヒートポンプにあっては、暖房
運転状態において、室内熱交換器からの出力冷媒が間欠
的に加熱装置に供給され、エンジンの排熱等により加熱
されて、室外熱交換器を通過した冷媒と共に圧縮機の吸
入側に供給され、冷媒の循環サイクルが形成される。し
たがって、排熱が暖房のための効果的に利用され、暖房
能力およびその効率が向上される。この場合、圧縮機は
１台によって全ての冷媒の循環動作が実行されるもので
あり、その構成は充分に簡易化されている。

また冷媒は、圧縮機の帰還される直前に排熱により間欠
的に加熱されるものであるため、冷媒温度は適正に保た
れ、不必要に高温状態とされることがない。また第１の
減圧弁をバイパスする電磁弁を開けば、室内熱交換器か
ら出力した温度の高い状態の冷媒が室外熱交換器に供給
され、この室外熱交換器の除霜が行なわれるようになる
。

［発明の実施例〕 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は冷媒サイクルの構成を示すもので、１個の冷媒
圧縮機３１が設定され、この圧縮機３１はエンジン３２
により駆動されるようになっている。

この圧縮機３１からの吐出冷媒は、４方弁３３に供給さ
れるもので、この４方弁３３は吐出冷媒を室内熱交換器
３４あるいは室外熱交換器３５のいずれか一方に供給す
るもので、暖房モードの状態では、図に実線で示される
ように圧縮機３１からの吐出冷媒を室内熱交換器３４に
導く。そして、冷房モードの状態では、圧縮機３１から
の吐出冷媒を破線で示すように室外熱交換器３５に導く
。この室外熱交換器３５はさらに４方弁３３に接続され
ている。

室内熱交換器３４にはファン３４１が設定され、このフ
ァン３４１で発生された空気流が熱交換器３４を介して
冷暖房しようとする室内に導かれるようにする。また室
外熱交換器３５に対してもファン３５１が設けられ、こ
のファン３５１で発生された空気流が熱交換器３５を介
して室外に吹き出され、熱交換器３５に流れる冷媒との
熱交換が行なわれるようにしている。

室内熱交換器３４と室外熱交換器３５との間は冷媒通路
３６によって結合され、この冷媒通路３Ｇには第１の減
圧装置３７が介在設定され、この減圧装置３７には並列
にして第１の電磁弁３８が設けられ、この電磁弁３８が
開かれた状態で、冷媒が減圧装置３７をバイパスして通
過されるようにする。

室内熱交換器３４と減圧装置３７との間の冷媒通路３Ｂ
には、冷媒を分岐する補助回路３９が形成される。

そして、この補助回路３９には第２の減圧装置４０、加
熱装置４１、および第２の電磁弁４２の直列回路が形成
され、電磁弁４２からの出力冷媒は、アキュムレータ４
３を介して圧縮機３１の吸入側に導かれる。

アキュムレータ４３には、さらに４方弁３３の出力側が
、逆止弁４４を介して結合される。

エンジン３２には冷却水回路４５が形成されるもので、
このエンジン冷却水は室外熱交換器３５と並列的に設定
されるラジェータ４Ｂに循環されて外気によって冷却さ
れるようにすると共に、加熱装置４１に循環されるよう
にする。この場合加熱装置４１に対する冷却水回路には
第１の温水電磁弁４７が設定され、この電磁弁４７が開
かれた状態で加熱装置４１にエンジン３１によって加熱
された冷却水が供給されて、加熱装置４１を通過する冷
媒と熱交換を行なわせて、この冷媒を加熱する。またラ
ジェータ４６に対する冷却水回路には第２の温水電磁弁
４８を設定し、この電磁弁４８によってラジェータ４６
に循環される冷却水を制御させるようにする。

エンジン３２の加熱された高温の排気は、排気熱交換器
４９に供給するものであり、この熱交換器４９には冷却
水回路が通過され、高温排気と熱交換されるようにして
いる。

このように構成されるヒートポンプにおいて、暖房運転
モードでは４方弁３３は図のような状態に設定される実
線矢印のように冷媒が循環される。

すなわち、圧縮機３１で圧縮され高温状態とされ冷媒は
、４方弁３３を介して室内熱交換器３４に供給され、フ
ァン３４１で発生される空気流と熱交換されて放熱され
、その後低圧側に流れる。そして、この熱交換により暖
められた空気は室内に放出されて、この室内を暖房する
。

このような状態においては、第２の電磁弁４２は第２図
で示されるようにこの通常暖房運転状態で間欠的にオン
−オフ制御されるもので、この電磁弁４２が閉じている
状態では、室内熱交換器３４からの出力冷媒は室外熱交
換器３５の方向に流れる。この場合、この通常暖房運転
時には、第２図で示されるように第１の電磁弁３８は閉
じたままであり、したがって冷媒は第１の減圧装置３７
により減圧されて室外熱交換器３５に供給され、外気に
より吸熱される。

また第２の電磁弁４２が開いている状態では、室内熱交
換器３４からの出力冷媒は第２の減圧装置４゜で減圧さ
れた後加熱装置４１に供給される。この通常暖房運転に
あっては、第２図で示されるように第１の温水電磁弁４
７が開かれており、第２の温水電磁弁４８が閉じられて
いるもので、エンジン３２のよって加熱された冷却水が
加熱装置４１に循環されている。したがって、この加熱
装置４１において冷媒は吸熱動作をするようになり、こ
の加熱装置４１を通過した冷媒は加熱される。そして、
この加熱された冷媒がアキュムレータ４３を介して圧縮
機３１の吸入側に帰還され、再び圧縮される。

すなわち、このような暖房運転状態にあっては、室内熱
交換器３４を通過した冷媒が減圧された後加熱され、圧
縮機３１に帰還されるものであり、１台の圧縮機３１に
よって、外気とエンジンの排熱との両者から吸熱動作を
するようになる。このため、暖房能力が充分に高い状態
に設定されると共に、暖房効率も高い状態に設定される
。

また暖房負荷が小さい中間状態における能力制御運転状
態においては、間欠的に開放制御された第２の電磁弁４
２は閉じた状態に設定され（第２図参照）、冷媒の吸熱
は室外熱交換器３５において外気からのみ行なわれる。

したがって、冷媒圧力の異常上昇、動力の増大等の障害
の発生が効果的に防止できる。この能力制御運転状態で
は、エンジン３２の冷却水は開かれた状態に設定される
第３の温水電磁弁４８を介してラジェータ４６に流れ、
エンジン３２の排熱を放出する。この場合第１の温水電
磁弁４７は閉じられており、加熱装置４１には冷却水か
は循環されない。

尚、このような暖房運転時においては、室内ファン３４
１はオンの状態に設定され、また室外ファン３５１は通
常暖房運転時に強、中間暖房負荷の能力制御運転時に弱
の状態に設定される。

このような暖房運転時において、室外熱交換器３５にお
いて霜が付着した場合には、除霜運転に切換えられる。

この除霜運転に際しては、４方弁３３は暖房運転モード
の状態に設定されたまま、第２図で示されるように第２
の電磁弁４１を通常暖房制御のときと同様にオン−オフ
制御させると共に、第１の電磁弁３８も第２の電磁弁４
２と同期する状態でオン−オフ制御する。この場合、第
２の電磁弁４２がオン状態で第１の電磁弁３８がオフと
されるように、反対の状態に制御される。また、第１の
温水電磁弁４７は開き、第２の温水電磁弁４８を閉じて
、エンジン３２で加熱された冷却水が加熱装置４１に流
されるようにする。このとき、室内ファン３４１は微風
運転され、室外ファン３５１は停止されている。

このように設定されると、圧縮機３１からの吐出冷媒は
室内熱交換器３４で放熱した後、第１の電磁弁３８が開
かれた状態で室外熱交換器３５に供給される。すなわち
、第１の減圧装置３７をバイパスした高温状態の冷媒が
室外熱交換器３５に供給されるようになり、この室外熱
交換器３５の除霜運転が実行される。また第１の電磁弁
３８が閉じられる状態では第３の電磁弁４２が開かれ、
前述したと同様にエンジン３２の排熱を利用した暖房運
転が実行される。

すなわち、通常暖房運転を実行しながら、除霜が行なわ
れるようになる。

次に冷房運転を行なうときには、４方弁３５を図の状態
から切換え、破線矢印で示す冷媒の流れが設定されるよ
にする。すなわち、圧縮機３１で圧縮された高温冷媒は
室外熱交換器３５に供給されて外気と熱交換して冷却さ
れる。この場合第１および第２の電磁弁３８および４２
は、第３図で示すように通常冷房運転状態では閉じられ
ており、室外熱交換器３５からの出力冷媒は第１の減圧
装置３７で減圧して低温冷媒とされ、室内熱交換器３４
に供給される。この室内熱交換器３４ではファン３４１
で発生された空気流との熱交換が行なわれ、室内に冷気
を送るようになる。そして、この室内熱交換器３４を通
過した冷媒は、４方弁３３から逆止弁４４を介してアキ
五ムレータ４３に送られ、圧縮機３１の吸入側に帰還さ
れる。

この場合、室外ファン３５１はこの冷房運転状態でオン
状態に設定されるものであり、室内ファン３４１は通常
運転状態で強の状態に設定される。また、この冷房運転
モードにおいては、第１の温水電磁弁４７は閉じられ、
第２の温水電磁弁４８が開かれて、エンジン３２の冷却
水はラジェータ４Ｇに供給され、冷却されるようにして
いる。

このような冷房運転モードにおいて、冷房負荷の小さい
中間期においては、能力制御運転が実行される。この能
力運転制御状態にあっては、第２の電磁弁４２をオン状
態として、冷媒の一部が圧縮機３１の吸入側にバイパス
されるようにする。そして、室内熱交換器３４に流れる
冷媒の量を少なくして、冷房能力が低下されるようにす
る。

これまでの実施例においては、エンジン３２によって圧
縮機を駆動するエンジン式のヒートポンプについて示し
、エンジン３２の排熱を加熱装置４１に供給するように
して示した。しかし、特に圧縮機をエンジンによりて駆
動するような場合でなくとも、例えばこの冷暖房装置が
工場等に設置される場合１．加熱装置４１に対して工場
排熱を供給するようにしてもよい。すなわち、工場排熱
が暖房運転の効率化に大きく寄与されるようになる。

また除霜運転に際して、冷媒を圧縮機３１から室外熱交
換器３５に供給し、その後第１の電磁弁３８および第２
の減圧装置４０、さらに冷媒加熱装置４１を介して、ア
キュムレータ４３に循環させ、圧縮機３１に帰還させる
流れを設定させるようにしてもよい。

但し、このような冷媒の流れを設定させる場合は、室内
ファン３４１を停止させる。

また実施例において、第２の電磁弁４２を加熱装置４１
の下流側に設定したが、これは加熱装置４１の上流側に
設定してもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係るヒートポンプにあっては、
１台の冷媒圧縮機によって冷媒の流れを設定することに
より、この冷媒に対して外気および排熱の２つの熱源か
ら吸熱できるものであり、簡単な構成で暖房能力が確実
に向上され、暖房効率も向上される。また除霜運転に際
しても、暖房運転が停止されることがなく、連続暖房が
可能とされるものであるため、良好な暖房感が１りられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るヒートポンプを説明
するための構成図、第２図および第３図はそれぞれヒー
トポンプにおける暖房運転モードおよび冷房運転モード
における動作状態を説明するタイムチャート、第４図は
従来のヒートポンプを説明する構成図である。 ３Ｉ・・・冷媒圧縮機、３２・・・エンジン、３３・・
・４方弁、３４・・・室内熱交換器、３５・・・室外熱
交換器、３７．４０・・・第１および第２の減圧装置、
３８．４２・・・第１および第２の電磁弁、４１・・・
加熱装置、４５・・・冷却水回路、４Ｇ・・・ラジェー
タ、４７．４Ｂ・・・第１および第２の温水電磁弁。 通ｆ＃坤肩運転 宵Ｅ力叡１４呻を皐ム 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 ６舎と朱乙比容勧６Ｉ臣 ｏ　　　　　　　　　ｏｏ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷媒を圧縮して送出する冷媒圧縮機と、この圧縮
   機で圧縮された冷媒が供給され、循環される室内熱交換
   器および室外熱交換器、さらに上記室内および室外熱交
   換器の相互間に設定される第１の減圧手段からなる冷媒
   サイクルと、この冷媒サイクルの冷媒の循環方向を切換
   える冷媒切換え手段と、 上記室内熱交換器と第１の減圧手段との間から分岐され
   、第２の減圧手段および排熱を利用した冷媒加熱手段、
   さらに冷媒の流れを選択的に遮断する弁手段からなり、
   上記圧縮機の吸入側に冷媒を供給するようにした補助回
   路とを具備し、上記冷媒切換え手段により上記圧縮機か
   らの圧縮冷媒が室外熱交換器に供給されるように設定し
   た暖房運転状態で、上記補助回路の弁手段が繰返し開閉
   制御されるようにしたことを特徴とするヒートポンプ。