JPH0712422A - エンジンヒートポンプ式空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オイルタンクの大型化を抑えたうえで、潤滑
油の昇温劣化を防止すると共に、潤滑油から回収した熱
を冷媒回路に利用可能としたエンジンヒートポンプ式空
調装置を提供する。 【構成】 潤滑油を貯留するオイルタンク１０がエンジ
ン１の外部に別置きで設けられ、オイルタンク１０内に
冷却水管２及び冷媒管２１を導通させて、潤滑油の熱を
吸熱可能に設けた構成となっている。オイルタンク１０
内に導通する冷却水管２及び冷媒管２１としては、冷却
水管２の場合、ラジエータ８の出口側から分岐して、冷
却水管２に管路の切り換えが可能にバイパス管（第２バ
イパス水管）２Ｄを設け、このバイパス管２Ｄをオイル
タンク１０内で潤滑油から吸熱できる形状に成形して導
通させる。冷媒管２１の場合、四方弁２３と室外熱交換
器２８とを連結する冷媒管２１から分岐して、管路の切
り換えが可能にバイパス冷媒管３０を設け、バイパス冷
媒管３０をオイルタンク１０内で潤滑油から吸熱できる
形状に成形して導通させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家庭用及び業務用の冷
暖房給湯システムとして使用される空調装置に関し、更
に詳しくは、エンジンの潤滑油の熱を冷媒回路に回収し
て、潤滑油の昇温による劣化防止と同時に回収熱を暖房
等の助成に利用できるよう改良されたエンジンヒートポ
ンプ式空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンを冷媒圧縮機の駆動源と
するヒートポンプ式の冷暖房給湯システムの普及をみて
おり、併せて、それまで排熱されていたエンジン冷却水
の熱、排気ガス熱などの発生熱を回収し、これを暖房等
に助成する技術も開発されてきている。また、この種シ
ステムに用いられるエンジン及び一般自動車用エンジン
に見られるように、オイルタンクもしくはオイルパンな
どと呼ばれる潤滑油の貯留部は、クランクケースに一体
型かあるいは内部収納型となっている。

【０００３】ところで、夏期のように外気が高温となる
シーズンでは、エンジン発生熱に外気温度が加わってか
なりの高温となり、そのため潤滑油が劣化するおそれが
あった。従来より、潤滑油の劣化防止の手段の一つとし
て、オイルタンクをエンジンの本体から切り離して設
け、つまり別置タイプとしたものが知られている。

【０００４】また一方、同じく潤滑油の冷却手段とし
て、従来よりエンジンにオイルクーラーを設置したもの
があり、これは広く知られるところである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者のエン
ジン別置タイプのオイルタンクの場合、貯留の潤滑油の
温度上昇を防止するため、オイルタンク自体から放熱さ
せる構造的な配慮がなされているものもある。しかし、
こうした放熱構造では、放熱がタンク表面のみで行われ
て十分な放熱効果を望めず、オイルの劣化防止もさほど
期待できるものではなかった。勢い、放熱効果を期待し
てオイルタンクの容量を大型化して対応してきたが、こ
れはエンジンの大型化を招き、強いてはシステム全体の
レイアウトに少なからず影響を与えてきた。

【０００６】したがって、本発明の目的は、オイルタン
クの大型化を抑えたうえで、潤滑油の昇温劣化を防止す
ると共に、潤滑油から回収した熱を冷媒回路に利用可能
としたエンジンヒートポンプ式空調装置を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるエンジンヒートポンプ式空調装置は、
請求項１では、潤滑油を貯留するオイルタンクがエンジ
ン外部に別置きで設けられ、冷却水管を含むエンジン冷
却水回路系及び冷媒管を含む冷媒回路系が備わってい
て、エンジンによって冷媒回路系を作動させて冷暖房等
の空調を行うヒートポンプ式空調装置において、オイル
タンク内に冷却水管及び冷媒管を、潤滑油の熱を吸熱可
能に導通させた構成となっている。

【０００８】請求項２、３においては、請求項１でいう
オイルタンク内に導通する冷却水管及び冷媒管として
は、次のように構成することができる。

【０００９】冷却水管の場合、ラジエータの出口側から
分岐して、冷却水管に管路の切り換えが可能にバイパス
管を設け、バイパス管をオイルタンク内で潤滑油から吸
熱できる形状に成形して導通させる。

【００１０】また、冷媒管の場合、冷媒回路系の四方弁
と室外熱交換器とを連結する冷媒管から分岐して、管路
の切り換えが可能にバイパス冷媒管を設け、バイパス冷
媒管をオイルタンク内で潤滑油から吸熱できる形状に成
形して導通させる。

【００１１】

【作用】請求項１にあっては、潤滑油を貯留したオイル
タンク内に冷却水管と冷媒管を、潤滑油との間で熱交換
が可能に導通させている構成で、冷却水及び冷媒によっ
て、潤滑油から熱を奪って回収する。従来構造のよう
に、オイルタンク自体の放熱で潤滑油を冷却するため
に、オイルタンクの容量は大型化する必要はない。

【００１２】請求項２、３の場合、冷却水管及び冷媒管
にそれぞれバイパス管を設け、これをオイルタンクに導
通させて、冬期暖房時の潤滑油の熱回収、夏期冷房時の
潤滑油の冷却を管路切り換えにより行う。

【００１３】

【実施例】以下、本発明によるエンジンヒートポンプ式
空調装置の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は、エンジン冷却水回路系及び潤滑油
回路系と、これに接続されたヒートポンプ式の冷媒回路
系による実施例の空調装置を示している。

【００１５】エンジン１によって冷媒回路の圧縮機の機
械的仕事が行われ、エンジン冷却水回路系及び潤滑油回
路系を含む室外ユニットと、冷気暖気を室内に吹き出す
冷暖房機器（及び給湯機器）等の室内ユニットとの間で
冷暖房回路を形成している。

【００１６】冷媒回路の冷媒圧縮機を作動させるエンジ
ン１の冷却水回路系及び潤滑油回路系の構成は、エンジ
ン１から導出された冷却水管２の復管２Ａに排気ガス熱
交換器３が接続され、ここでは冷却水と排気ガス（排気
マフラ等の排気系は示されていない）との間で熱交換を
行うようになっている。排気ガス熱交換器３を出た冷却
水管２の復管２Ａは電磁式の第１開閉弁４を経て二重管
熱交換器５の内部に、フィン形状やスパイラル形状のコ
イル部２ａに成形された形で導入されている。二重管熱
交換器５を出ると冷却水管２はエンジン１に向かう往管
２Ｂとなり、水循環ポンプ６を経てエンジン１に導入さ
れて冷却水の循環回路を形成する。

【００１７】ここで、先ほどの排気ガス熱交換器３を出
た冷却水管２の復管２Ａからは、第１開閉弁４の入口側
で第１バイパス水管２Ｃ（バイパス管）が分岐してお
り、この第１バイパス水管２Ｃには電磁式の第２開閉弁
７が設けてあって、ラジエータ８に接続されている。ラ
ジエータ８は周知のように、放熱器として冷却水の熱を
大気放出して冷却し、冷却水と空気との間で熱交換を行
う機器である。ラジエータ８を出た第１バイパス水管２
Ｃは電磁式の三方弁９を経て前述の往管２Ｂに合流し、
水循環ポンプ６を経て再びエンジン１に導入されてい
る。

【００１８】また、ラジエータ８を出た第１バイパス水
管２Ｃは、三方弁９を介して更に別の第２バイパス水管
（バイパス管）２Ｄに分岐し、この第２バイパス水管２
Ｄは図２の斜視図で示す本発明の要部であるオイルタン
ク１０内に導入されている。従来からの自動車用エンジ
ンのような一般例であれば、クランクケースにオイルタ
ンクが一体に設けられるのが通例であるが、本発明の場
合、オイルタンク１０がエンジン１外部に別置きで単体
設置された構成となっている。

【００１９】オイルタンク１０の内部では、冷却水管２
の第２バイパス水管２Ｄが、図示のようにフィン付きチ
ューブ２ｄに形成されて潤滑油に浸漬する形で導入さ
れ、転回して三方弁９の下流側で再び第１バイパス水管
２Ｃに合流している。オイルタンク１０への第２バイパ
ス水管２Ｄの導通部をフィン付きチューブ２ｄの形状に
成形することで、貯留された潤滑油との間で冷却水の熱
交換が効率的に行われ、エンジン１を循環して戻って昇
温した潤滑油から熱を奪って冷却水に吸熱させ、潤滑油
を冷却することができる。オイルタンク１０はオイル配
管の往復管１１、１２でもって潤滑油をエンジン１に供
給するようになっている。

【００２０】一方、ヒートポンプ式の冷媒回路は、エン
ジン１によって作動する冷媒圧縮機２０を有し、ここで
加圧した冷媒を冷媒管２１を通して次の各機器に循環さ
せるようになっている。即ち、冷媒圧縮機２０からアキ
ュムレータ２２、四方弁２３、室内熱交換器２４、ろ過
器２５、乾燥器２６、膨張弁２７、そして室外熱交換器
２８等が接続されている。これら各機器を通る冷媒は夏
期冷房時かまたは冬期暖房時かで流れる機器の順番が、
電磁弁による四方弁２３の切り換け動作で正逆になる。
周知のように室内熱交換器２４は、冬期暖房時は凝縮器
として作動して室内に温風を吹出し、夏期冷房時は蒸発
器として作動して室内に冷風を吹き出す室内設置機器で
ある。

【００２１】こうした基本的な冷媒回路において、四方
弁２３と室外熱交換器２８との間の冷媒管２１には、電
磁式の第３開閉弁２９が設けられ、第３開閉弁２９から
出た冷媒管２１はフィンまたはコイル部２１ａとして形
成されて前述の二重管熱交換器９に導入され、冷却水管
２のコイル部２ｂと背合わせで熱交換が可能である。二
重管熱交換器９を出た冷媒管２１のコイル部２１ａは室
外熱交換器２８に接続されている。

【００２２】また同じく冷媒管２１において、第３開閉
弁２９と二重管熱交換器９との間からは、冷媒管２１が
分岐してバイパス冷媒管３０が設けられ、このバイパス
冷媒管３０には電磁式の第４開閉弁３１が設けてある。
図２に示すように、バイパス冷媒管３０はフィン付きチ
ューブ３０ａに形成されてオイルタンク１０内の潤滑油
に浸漬し、前述の第２バイパス水管２Ｄのフィン付きチ
ューブ２ａと隣り合わせで導入されている。即ち、冷媒
管２１から分岐してオイルタンク１０に導通させた部分
においても、フィン付きチューブ３０ａの形状に成形す
ることで、貯留された潤滑油との間で冷却水の熱交換が
効率的に行われ、エンジン１を循環して戻って昇温した
潤滑油から熱を奪って冷媒に吸熱させ、潤滑油を冷却す
ることができる。オイルタンク１０を出たバイパス冷媒
管３０には逆止弁３２が設けられ、前述の第３開閉弁２
９の入口側で再び冷媒管２１に合流している。

【００２３】また更に、冷媒回路の四方弁２３からは、
室内熱交換器２４に続いてろ過器２５、乾燥器２６、そ
して膨張弁２７が設けられ、前述の室外熱交換器２８へ
と続いて接続されている。

【００２４】次に、以上の構成による実施例装置の作用
を説明する。

【００２５】装置の起動によって、オイルタンク１０内
の潤滑油はオイル往復管１１、１２でエンジン１を循環
する。また、エンジン１で冷却仕事を終えた冷却水は、
冷却水管２の復管２Ａから排気ガス熱交換器３に導入さ
れ、ここでエンジン１から排出された排気ガスとの間で
熱交換が行われる。

【００２６】夏期シーズン中の冷房時、排気ガス熱交換
器３を出た冷却水は、第１開閉弁４が閉じ、第２開閉弁
７が開いて第１バイパス水管２Ｃを開放するよう制御す
ることで、第１バイパス水管２Ｃからラジエータ８に導
入される。また、これに同期して三方弁９が切換動作し
て、ラジエータ８を通過中に放熱作用で冷却された冷却
水は第２バイパス水管２Ｄを介してオイルタンク１０に
導入される。オイルタンク１０内では、エンジン１を循
環し昇温してオイル復管１１により戻った潤滑油は、第
２バイパス水管２Ｄのフィン付きチューブ２ｄを介して
冷却水との間で熱交換が行われて冷却される。つまり、
冷却水は潤滑油の熱を奪って吸熱する。

【００２７】この間、冷媒回路では、冷媒圧縮機２０で
加圧圧縮により高温、高圧となった冷媒は四方弁２３の
切換制御で室外熱交換器２８に向かう。即ち、四方弁２
３を通過した冷媒は開弁になっている第３開閉弁２９を
通り、二重管熱交換器５内を作用なしに通過して室外熱
交換器２８に達する。この室外熱交換器２８は「凝縮
器」として作動することにより、外気との接触で冷却さ
れ液化する。液化した冷媒液は膨張弁２７によって減圧
される。低圧の液体となった冷媒液は次いで室内熱交換
器２４に導入され、室内熱交換器２４は「蒸発器」とし
て作動して、室内空気から熱を奪って蒸発する。このと
きの蒸発熱により冷房効果を生じる。蒸発した冷媒ガス
は再び冷媒圧縮機２０に戻り、同様な冷凍サイクルを繰
り返す。

【００２８】一方、冬期シーズン中の暖房時にあって
は、排気ガス熱交換器３を出た冷却水は、第１開閉弁４
が開き、第２開閉弁７を閉じて第１バイパス水管２Ｃを
閉塞することで、復管２Ａから二重管熱交換器５に導入
される。これに同期して、冷媒回路では、第３開閉弁２
９は閉じ、第４開閉弁３１は開いてバイパス冷媒管３０
を開放している。

【００２９】即ち、冷媒回路では、冷媒圧縮機２０から
の高温、高圧の冷媒は四方弁２３の切換動作で今度は室
内熱交換器２４に導入される。室内熱交換器２４は凝縮
器として作動し、冷媒と室内空気との間で熱交換が行わ
れて、凝縮熱による暖気を放出して室内を暖房する。冷
媒は乾燥器２６やろ過器２５で作用を受けて膨張弁２２
で減圧される。この減圧された冷媒液は室外熱交換器２
８でこれを蒸発器として外気の熱を奪って蒸発する。蒸
発した冷媒ガスは二重管熱交換器５に導入される。ここ
では、冷却水管２から分岐したコイル部２ａを流れる冷
却水との間で熱交換が行われ、冷媒ガスは冷却水の熱を
奪って回収する。

【００３０】第３開閉弁２９は閉じ、第４開閉弁３１は
開いてバイパス冷媒管３０を開放しているから、二重管
熱交換器５を出た冷媒ガスはバイパス冷媒管３０に入っ
てオイルタンク１０内に導入される。ここでは、バイパ
ス冷媒管３０を通る冷媒ガスと、オイルタンク１０内の
潤滑油との間で熱交換が行われ、冷媒ガスが潤滑油の熱
をも奪って回収する。熱を回収した冷媒ガスは再び冷媒
管２１に戻り、冷媒圧縮機２０に戻されて以下同様な暖
房サイクルを繰り返す。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるエン
ジンヒートポンプ式空調装置は、請求項１にあっては、
エンジン外部に別置きにされたオイルタンクにおいて、
潤滑油を貯留したオイルタンク内に冷却水管と冷媒管
を、潤滑油との間で熱交換が可能に導通させ、冷却水及
び冷媒によって潤滑油から熱を奪い回収して冷却するた
め、潤滑油の昇温による劣化を防止し、従来構造のよう
に、オイルタンク自体の放熱で潤滑油を冷却すること
で、オイルタンクの容量が大型化しないという効果があ
る。

【００３２】請求項２、３の場合、冷却水管及び冷媒管
にそれぞれバイパス管を設け、これをオイルタンクに導
通させて冬期暖房時の潤滑油の熱回収、夏期冷房時の潤
滑の熱回収を管路切り換えが効率的に行なわれ、特に、
暖房時は、潤滑油からの吸熱を回収して有効利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例のエンジンヒートポンプ式
空調装置の回路構成図

【図２】本発明の要部であるオイルタンクの透視斜視図

【符号の説明】

１…エンジン、２…冷却水管、２Ｃ…第１バイパス水
管、２Ｄ…第２バイパス水管、２ｄ…第２バイパス水管
のフィン付きチューブ、４、７、２９、３１…第１〜第
４開閉弁、８…ラジエータ、９…三方弁、１０…オイル
タンク、１１、１２…オイル往復管、２０…冷媒圧縮
機、２１…冷媒管、２３…四方弁、２４…室内熱交換
器、２７…膨張弁、２８…室外熱交換器、３０…バイパ
ス冷媒管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潤滑油を貯留するオイルタンクがエンジ
   ン外部に別置きで設けられ、冷却水管を含むエンジン冷
   却水回路系及び冷媒管を含む冷媒回路系が備わってい
   て、エンジンによって冷媒回路系を作動させて冷暖房等
   の空調を行うヒートポンプ式空調装置において、 オイルタンク内に冷却水管及び冷媒管を、潤滑油の熱を
   吸熱可能に導通させたことを特徴とするエンジンヒート
   ポンプ式空調装置。
2. 【請求項２】 冷却水管に設けられたラジエータの出口
   側から分岐して、冷却水管に管路の切り換えが可能にバ
   イパス管を設け、バイパス管をオイルタンク内で潤滑油
   から吸熱できる形状に成形して導通させた請求項１記載
   のエンジンヒートポンプ式空調装置。
3. 【請求項３】 冷媒回路系の四方弁と室外熱交換器とを
   連結する冷媒管から分岐して、管路の切り換えが可能に
   バイパス冷媒管を設け、バイパス冷媒管をオイルタンク
   内で潤滑油から吸熱できる形状に成形して導通させた請
   求項１記載のエンジンヒートポンプ式空調装置。