JPH0480313B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は冷媒圧縮機をエンジンで駆動して加熱
運転（暖房や温水取り出し運転）と冷却運転（冷
房や冷水取り出し運転）とを行なうヒートポンプ
式冷凍装置に関する。

(ロ) 従来技術 エンジンで冷媒圧縮機を駆動させて冷暖房や給
湯運転を行ない、しかもエンジンの排熱を暖房や
給湯の熱源として回収することは既に知られてい
る。しかしながら、エンジンの排熱を回収する従
来の方式はエンジン及びこのエンジンの排気ガス
と熱交換して昇温した冷却水を水配管により室内
側まで引き込んで暖房専用の熱交換器と連結する
ものであつた為、工事が面倒であり、且つコスト
も高くなる欠点を有していた。

又、冷房運転時、エンジン及び排気ガスと熱交
換して昇温した冷却水を外気と熱交換させる為に
放熱器を室外に設置しているが、外気温度が高い
為に所定の熱交換量を得るには放熱器の容量を大
きくとらなければならず、製造コストがあがると
共に装置が大型になる欠点を有していた。

さらに、特開昭57−192764号公報にはエンジン
排熱回収回路を備えた冷暖房給湯装置が開示され
ている。この冷暖房給湯装置のエンジン排熱回収
回路Ｄに放熱器４９を有した放熱回路Ｅと高圧側
冷媒加熱用の熱交換器４５とが並列に接続されて
いる。そして、熱交換器４５への熱媒の流れを電
磁弁４４で制御し、外気温の低下時及び暖房スタ
ート時に電磁弁４４が開き、熱交換器４５に熱媒
を流す。

上記冷暖房給湯装置において、冷房時に電磁弁
４４が閉じ、熱交換器４５に熱媒が流れないため
エンジンの排熱のうち余剰排熱を総て放熱器４９
にて放熱する必要があり、放熱器４９に容量が大
きいものを使用しなければならないという問題が
発生する。

又、熱交換器４５と放熱器４９とに熱媒を流し
た場合に、放熱器４９への熱媒の流量が多すぎて
熱交換器５での熱回収量が減少したり、放熱器４
９への熱媒の流量が少なすぎて余剰排熱の放熱が
不十分になる虞れがある。

(ハ) 発明の目的 本発明はエンジンの排熱を暖房用水配管なしで
暖房用熱源として活用でき、且つ冷房時のエンジ
ン冷却水用の放熱器を小容量にもしくは不要にで
きるヒートポンプ式冷凍装置を提供することにあ
る。

(ニ) 発明の構成 本発明はエンジンで駆動される圧縮機を利用側
熱交換器、減圧素子、熱源側熱交換器の冷媒管路
と四方切換弁を介して連結したヒートポンプ式冷
凍装置において、冷媒管路の高圧液管より分岐し
た分岐回路に冷媒ポンプとエンジンの排熱回収用
の熱交換器とを介在し、この排熱回収用の熱交換
器と放熱器とを三方弁を介してエンジンの冷却水
回路に並列に接続し、排熱回収用の熱交換器の冷
媒出口の圧力に基づいて三方弁を比例制御し、且
つ、排熱回収用の熱交換器の冷媒出口側に加熱運
転時に開く第１の弁と冷却運転時に開く第２の弁
とを並列に設けて、この第１の弁を四方切換弁と
利用側熱交換器との間に、第２の弁を四方切換弁
と熱源側熱交換器との間に夫々連結してヒートポ
ンプ式冷凍装置を構成したものである。斯かる構
成により、暖房や給湯を行なう加熱運転時には利
用側熱交換器で凝縮した高圧液冷媒の一部を冷媒
ポンプでエンジンの排熱回収用の熱交換器に送り
込んでこの熱交換器で加熱させてガス化させ、高
温高圧となつたこの冷媒を圧縮機からの吐出冷媒
と合流させて再び利用側熱交換器に送り込むこと
によつて暖房能力をあげるようにしたものであ
る。又、冷却水回路の排熱回収用の熱交換器と放
熱器とに流れる冷却水の流量を三方弁で調節し、
排熱回収用の熱交換器の排熱回収を良好に保ち、
一層暖房能力を向上するようにしたものである。
又、冷房（冷却）運転時には熱源側熱交換器で凝
縮した高圧液冷媒の一部を冷媒ポンプでエンジン
の排熱回収用の熱交換器に送り込んで高温のエン
ジン冷却水を冷却することによつてエンジン冷却
水用の放熱器を小容量もしくは不要としたもの
で、エンジン冷却水と熱交換されてガス化された
冷媒を圧縮機からの吐出冷媒と合流させて再び熱
源側熱交換器で凝縮させるようにしたものであ
る。

(ホ) 実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、
第１図において、１は下部に機械室２を、上部に
熱交換室３を備えた室外機、４ａ，４ｂ，４ｃは
室内機で、切換キツト５を介して配管接続されて
いる。

６はエンジン７で駆動される圧縮機、８は冷暖
流路切換用の四方切換弁、９ａ，９ｂ，９ｃは切
換キツト５により同時もしくは単独に冷媒が流れ
室内空気と室内フアン１０ａ，１０ｂ，１０ｃで
夫々強制的に熱交換される利用側熱交換器、１１
ａ，１１ｂ，１１ｃは冷房用減圧素子、１２ａ，
１２ｂ，１２ｃは暖房用逆止弁、１３は受液器、
１４は暖房用減圧素子、１５は冷房用逆止弁、１
６，１６は室外空気と室外フアン１７で強制的に
熱交換される熱源側熱交換器、１８はエンジン７
及び圧縮機６からの発熱で温度上昇して機械室２
内にこもる熱を冷却する蒸発器、１９は気液分離
器、２０はエンジン７の始動時に一時的に開くア
ンロード用のバイパス弁である。

２１は冷媒管路の高圧液管２２より分岐した分
岐管路で、冷媒ポンプ２３と流量調整弁２４とエ
ンジン７の排熱回収用の熱交換器２５とを備えて
いる。

而してこの熱交換器２５の冷媒出口側には暖房
運転時に開く第１の弁２６と冷房運転時に開く第
２の弁２７とを並列に設け、第１の弁２６は四方
切換弁８と利用側熱交換器９ａ，９ｂ，９ｃとの
間のＡ箇所に第１の補助減圧素子２８を介して、
又、第２の弁２７は四方切換弁８と熱源側熱交換
器１６との間のＢ箇所に第２の補助減圧素子２９
を介して夫々連結されている。

一方、エンジン７の冷却水管路は破線で示すよ
うに設けてあり、循環ポンプ３０からの冷却水は
エンジン７の冷却部３１とエンジン７の排気ガス
熱交換器３２とを並流して温度上昇した後、排熱
回収用の熱交換器２５と放熱器３３，３３とに分
配され三方弁３４で合流して循環ポンプ３０に戻
されるようになつている。尚、３５は自動空気抜
弁、３６は安全弁、３７は膨張タンク、３８は排
気ガスマフラーである。

次に回路動作を説明する。暖房運転時は四方切
換弁８を実線状態に設定し、且つ第１の弁２６を
開き第２の弁２７を閉じてエンジン７で圧縮機６
を駆動すると、実線矢印の如く圧縮機６から吐出
された冷媒は四方切換弁８より切換キツト５を経
て利用側熱交換器９ａ，９ｂ，９ｃを並流して凝
縮液化した後、夫々暖房用逆止弁１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを経て切換キツト５で合流する。然る
後、この高圧液冷媒は受液器１３と分岐管路２１
との二方向に分流され、受液器１３側に流入した
一方の液冷媒は暖房用減圧素子１４を経て熱源側
熱交換器１６，１６に流入してここで蒸発気化し
た後、四方切換弁８−蒸発器１８−気液分離器１
９を介して圧縮機６に吸入される。同時に分岐管
路２１側に流入した高圧液冷媒は冷媒ポンプ２３
で圧送され流量調整弁２４を介して排熱回収用の
熱交換器２５に送り込まれ、ここでエンジン７の
高温冷却水で加熱されて気化した後、第１の弁２
６と第１の補助減圧素子２８を経てＡ箇所に至
り、四方切換弁８からの圧縮機６の吐出冷媒と合
流して再び利用側熱交換器９ａ，９ｂ，９ｃに流
入する。

こうして形成される暖房サイクルを第２図に示
すモリエル線図で説明すると、ａ−ｂ間は圧縮機
６による冷媒圧縮行程、ｂ−ｃ間は利用側熱交換
器９ａ，９ｂ，９ｃによる冷媒の凝縮液化行程、
ｃ−ｄ間は暖房用減圧素子１４による冷媒減圧行
程、ｄ−ｅ間は熱源側熱交換器１６による冷媒の
蒸発気化行程、ｅ−ａ間は蒸発器１８による冷媒
の再蒸発気化行程で、これら行程により主閉サイ
クルを形成している。一方、ｃ−ｆ間は冷媒ポン
プ２３による冷媒圧送行程、ｆ−ｇ間は排熱回収
用の熱交換器２５による冷媒の蒸発気化行程、ｇ
−ｈ間は第１の補助減圧素子２８による冷媒減圧
行程、ｈ−ｃ間は利用側熱交換器９ａ，９ｂ，９
ｃによる冷媒の凝縮液化行程で、これら行程によ
り副閉サイクルを形成している。

このように主閉サイクルのｂ−ｃ間の冷媒凝縮
行程に副閉サイクルのｈ−ｃ間の冷媒凝縮行程が
加わることにより利用側熱交換器９ａ，９ｂ，９
ｃからの放熱量が増え、暖房能力をあげることが
できる。

この暖房運転時、各室内機４ａ，４ｂ，４ｃの
暖房負荷が減つたり、切換キツト５で冷媒の流れ
を切換えて室内機４ａ，４ｂ，４ｃの運転台数が
減り高圧液管２２中の冷媒圧力が高くなると、こ
の圧力を検出して流量調整弁２４が絞られ熱交換
器２５への冷媒流入量を減らして高圧圧力が異常
に上昇するのを防止している。併せてこの熱交換
器２５の冷媒出口箇所の冷媒圧力を検出して三方
弁３４を比例制御し、この圧力が低いとエンジン
７の高温冷却水を熱交換器２５側へ、逆に圧力が
高いと放熱器３３側へ多く流すように調節してい
る。

又、冷房運転時は四方切換弁８を破線状態に切
換え、且つ第１の弁２６を閉じて第２の弁２７を
開くと、圧縮機からの吐出冷媒は四方切換弁８−
熱源側熱交換器１６，１６−冷房用逆止弁１５−
受液器１３と流れた後、切換キツト５と分岐管路
２１との二方向に分流される。そして切換キツト
５側に流入した一方の高圧液冷媒は冷房用減圧素
子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ−利用側熱交換器９
ａ，９ｂ，９ｃ−切換キツト５−四方切換弁８−
蒸発器１８−気液分離器１９を介して圧縮機６に
吸入される。同時に分岐管路２１側に流入した高
圧液冷媒は冷媒ポンプ２３−流量調整弁２４−熱
交換器２５−第２の弁２７−第２の補助減圧素子
２９を経てＢ箇所に至り、四方切換弁８からの圧
縮機６の吐出冷媒と合流して再び熱源側熱交換器
１６，１６に流入する。

こうして形成される冷房サイクルを第３図に示
すモリエル線図で説明すると、a′−b′間は圧縮機
６による冷媒圧縮行程、b′−c′間は熱源側熱交換
器１６，１６による冷媒の凝縮液化行程、c′−
d′間は冷房用減圧素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃに
よる冷媒減圧行程、d′−e′間は利用側熱交換器９
ａ，９ｂ，９ｃによる冷媒の蒸発気化行程、e′−
a′間は蒸発器１８による冷媒の再蒸発気化行程
で、これら行程により主閉サイクルを形成してい
る。一方、c′−f′間は冷媒ポンプ２３による冷媒
圧送行程、f′−g′間は熱交換器２５による冷媒の
蒸発気化行程、g′−h′間は第２の補助減圧素子２
９による冷媒減圧行程、h′−c′間は熱源側熱交換
器１６，１６による冷媒の凝縮液化行程で、これ
ら行程により副閉サイクルを形成している。

このようにf′−g′間の行程で発生する蒸発潜熱
で高温のエンジン７冷却水が冷却される一方、こ
の行程で逆に加熱されて気化した冷媒はh′−c′間
の行程で凝縮液化されることにより、高温のエン
ジン７冷却水は熱源側熱交換器１６，１６を活用
して冷却されるので、放熱器３３はその分だけ容
量を小さくするかもしくは不要とすることができ
る。

尚、上記実施例では、第１及び第２の補助減圧
素子２８，２９として膨張弁や毛細管を用いるこ
とになるが、第１及び第２の弁２６，２７そのも
のに減圧機能をもたせれば補助減圧素子２８，２
９は不要となる。

又、利用側熱交換器９ａ，９ｂ，９ｃの何れか
を給湯用熱交換器として用いて暖房と給湯の同時
運転を行なうようにしても良い。

(ヘ) 発明の効果 本発明はエンジンで圧縮機を駆動するヒートポ
ンプ式冷凍装置に、高圧液冷媒の一部とエンジン
の高温冷却水とを熱交換させる排熱回収用の熱交
換器を組み込んで構成したので、エンジンの排熱
を暖房の熱源として回収する為の専用の水配管が
不要となり、利用側熱交換器で室内を強力に暖房
することができる。

また、三方弁で排熱回収用の熱交換器の冷媒出
口の圧力に基づいて排熱回収用の熱交換器と放熱
器とへの冷却水の流量を調節し、負荷が変化した
場合にも、排熱回収用の熱交換器での排熱回収を
良好に保ち、暖房能力を一層向上することができ
る。

しかも冷房時にはこの排熱回収用の熱交換器で
エンジンの高温冷却水を冷却して熱源側熱交換器
で大気に放熱するようにしているので、エンジン
冷却水を冷やす為の放熱器を小容量かもしくは不
要とすることができ、製造コストの低減と装置の
小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
冷媒回路図、第２図は暖房時のモリエル線図、第
３図は冷房時のモリエル線図である。 ６…圧縮機、７…エンジン、８…四方切換弁、
９ａ，９ｂ，９ｃ…利用側熱交換器、１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ、１４…減圧素子、１６…熱源側熱
交換器、２１…分岐管路、２２…高圧液管、２３
…冷媒ポンプ、２５…熱交換器（排熱回収用）、
２６…第１の弁、２７…第２の弁、３３…放熱
器、３４…三方弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンで駆動される圧縮機を利用側熱交換
   器、減圧素子、熱源側熱交換器の冷媒管路と四方
   切換弁を介して連結したヒートポンプ式冷凍装置
   において、冷媒管路の高圧液管より分岐した分岐
   回路に冷媒ポンプとエンジンの排熱回収用の熱交
   換器とを介在し、この排熱回収用の熱交換器と放
   熱器とを三方弁を介してエンジンの冷却水回路に
   並列に接続し、排熱回収用の熱交換器の冷媒出口
   の圧力に基づいて三方弁を比例制御し、且つ、排
   熱回収用の熱交換器の冷媒出口側に加熱運転時に
   開く第１の弁と冷却運転時に開く第２の弁とを並
   列に設けて、この第１の弁を四方切換弁と利用側
   熱交換器との間に、第２の弁を四方切換弁と熱源
   側熱交換器との間に夫々連結したことを特徴とす
   るヒートポンプ式冷凍装置。