JPH0749243B2

JPH0749243B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JPH0749243B2
Application number: JP7382986A
Authority: JP
Inventors: 悦次宮田; 新一名倉
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPS62231811A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、エンジンにより冷媒圧縮機を駆動し、熱交換
器およびラジエータを収納する筐体を備えた空気調和装
置に関し、とくには冷媒エバポレータなどが外部から強
制循環される冷却水により冷却される事情に在り、とり
わけ海上を交通路とする船舶用空気調和装置に関する。

［従来の技術］冷凍サイクルを備えた空気調和装置、とりわけ船舶用の
冷暖房装置にあっては、下記の部材を備えたものが考え
られている（本出願人が出願した特願昭60−241146号
（特開昭62−102086号公報参照））。即ち、その部材と
はつぎのようなものである。それは、一般に冷暖房装置
の駆動用内燃機関と、冷媒圧縮機と、受液器と、冷房用
凝縮器と、水冷式の冷媒過冷却器と、冷媒中の混入水分
除去用ドライヤと、冷媒の減圧用膨張弁と、冷房用蒸発
器、暖房用温水式熱交換器および送風機等が組込まれて
いる空気調和用ケーシングなどを１ユニットとして、船
内の１個所に集中配置し、さらにラジエータ、冷房用凝
縮器および冷媒過冷却器を収納した水冷式熱交換器を組
込んだ冷暖房装置である。

［発明が解決しようとする問題点］しかるに上述した冷暖房装置は、室内暖房に走行用エン
ジンの排水を利用するため、走行用エンジンから暖房用
温水式熱交換器までの配管、ウォータポンプ、バルブ、
ストレーナ等が必要となる。したがって前記冷暖房装置
が大型化すると共に、これを構造する部品の設置工数が
増大し、コストが高くなると思われる。これをなくすた
め最近では、冷暖房装置をヒートポンプ式冷暖房装置と
して部品点数の削減と共に全体の小型化を図っている。
この場合、内燃機関には冷却水を循環させるようになっ
ているが、内燃機関から冷却水が得た熱は放熱により空
気中に散逸されてしまうことが一般的である。したがっ
て、冷却水の得た熱を巧みに有効利用して運転時に熱効
率の向上する冷暖房装置の登場が要請されている。

本発明は、上記の事柄を巧みに考慮し、工夫を凝らして
なされたもので、その目的は全体の小型化を図り得るこ
とはもちろん、運転時に熱交換率が良好となり、暖房性
能を向上させることが可能な空気調和装置の提供にあ
る。

［問題点を解決するための手段］本発明の空気調和装置は、エンジンにより駆動される冷
媒圧縮機、この冷媒圧縮機より流入した冷媒を室内へ送
風される空気と熱交換させる第１の熱交換器、この第１
の熱交換器より流入した冷媒を減圧する減圧手段、この
減圧手段より流入した冷媒を海水または淡水と熱交換さ
せる第２の熱交換器を環状に接続してなる冷凍サイクル
と、前記第２の熱交換器の近傍に配設され、内部を循環する
エンジン冷却水を冷却する水冷式のラジエータと、内部に前記第２の熱交換器を収納し、且つ前記第２の熱
交換器より上流側に前記ラジエータを収納すると共に、
内部を前記ラジエータから前記第２の熱交換器へ向けて
海水または淡水を流通させる筐体とを備えた技術手段を採用した。

なお、前記冷凍サイクルに、前記冷媒圧縮機より吐出し
た冷媒を、前記第１の熱交換器、前記減圧手段、前記第
２の熱交換器の順に流す暖房運転と、前記冷媒圧縮機よ
り吐出した冷媒を、前記第２の熱交換器、前記減圧手
段、前記第１の熱交換器の順に流す冷房運転とに切替え
る切替手段を設けても良い。

また、前記ラジエータに、前記筐体内で前記第２の熱交
換器の海水または淡水の流れ方向の上流側に設けられ、
暖房運転時にエンジン冷却水が循環する第１循環部と、
前記筐体内で前記第２の熱交換器の海水または淡水の流
れ方向の下流側に設けられ、暖房運転時にエンジン冷却
水が循環する第２循環部とを設けても良い。

そして、前記ラジエータに、前記第１循環部にエンジン
冷却水を循環させる暖房運転と前記第２循環部にエンジ
ン冷却水を循環させる冷房運転とを切換える流路切換手
段を設けても良い。

［作用］上記のごとく構成した本発明の空気調和装置によれば、
暖房運転時には、エンジンにより冷媒圧縮機が駆動され
ると、冷媒圧縮機より吐出された冷媒が第１の熱交換器
内に流入する。第１の熱交換器内に流入した冷媒は、室
内へ送風される空気と熱交換して凝縮する。一方、冷媒
と熱交換した空気は、冷媒の凝縮熱により加熱されて室
内へ送風され、室内を暖房する。

凝縮した冷媒は、減圧手段内に流入して減圧された後に
第２の熱交換器内に流入する。第２の熱交換器内に流入
した冷媒は、筐体内を流通する海水または淡水と熱交換
して蒸発した後に、再度冷媒圧縮機に吸入される。

一方、ラジエータ内には高温のエンジン冷却水が循環し
ており、ラジエータ内に流入したエンジン冷却水は筐体
内を流通する海水または淡水と熱交換して冷却される。
また、エンジン冷却水と熱交換した海水または淡水は、
エンジン冷却水の保有熱を奪って昇温した後に、第２の
熱交換器内を流れる冷媒と熱交換することにより、保有
熱を冷媒に吸熱される。したがって、第２の熱交換器に
おいて、ラジエータ内を循環するエンジン冷却水により
昇温した海水または淡水と冷媒とを熱交換することによ
り、すなわち、温度差が大きくなった海水または淡水と
冷媒とを熱交換することにより、熱交換率が良好とな
る。

［実施例］本発明の空気調和装置を図に示す一実施例に基づき説明
する。

第１図および第２図は船舶用ヒートポンプ式冷暖房装置
を示す。

１は船舶用ヒートポンプ式冷暖房装置（以下冷暖房装置
と略する）を示し、冷凍サイクルの熱交換機構Ａを採用
している。

２は冷暖房装置１の駆動用サブエンジンを示し、３は該
駆動用サブエンジン２に駆動される冷媒圧縮機を示し、
４は空気調和用ケーシングを示し、５は筐体を示し、内
部に外部から強制循環される冷却水（本実施例では海
水）が流入する。６はこれら冷暖房装置１の駆動用サブ
エンジン２、冷媒圧縮機３、空気調和用ケーシング４お
よび筐体５を一ユニットに架装するための架台を示す。

７は第２の熱交換器を示し、冷房時、冷媒圧縮機３から
吐出された高温高圧の気相冷媒を冷却して凝縮させるコ
ンデンサとして用いられ、暖房用逆止弁機構付温度作動
式膨脹弁12からの低温低圧の霧状冷媒を装置冷却用水
（本実施例では海水）の保有熱を吸熱することにより蒸
発させるエバポレータとして用いられる。

８は気相冷媒と液相冷媒とを分離する受液器を示し、９
は該受液器８から出た液相冷媒を過冷却する水冷式の過
冷却器を示し、10は冷媒中の混入水分除去用ドライヤを
示し、11は冷媒の気泡観察用サイトグラスを示し、12は
冷媒の減圧手段をなす暖房用逆止弁機構付温度作動式膨
脹弁を示し、13は冷媒の減圧手段をなす冷房用逆止弁機
構付温度作動式膨脹弁を示し、14、15は逆止弁を示す。

16はサブエンジン２の冷却水（本実施例では海水）を冷
却するラジエータを示す。ラジエータ16は第２の熱交換
器７および過冷却器９を挟み込むように配され、暖房時
冷却水が循環する第１循環部17および冷房時冷却水が循
環する第２循環部18を有し、それぞれ冷却水配管19を介
してサブエンジン２のウォータジャケットと連通してい
る。第１循環部17には、流路切換手段である電磁弁20が
設けられ、第２循環部18には、流路切換手段である電磁
弁21が設けられている。電磁弁20は、暖房時開弁し、冷
房時閉弁する。電磁弁21は、暖房時閉弁し、冷房時開弁
する。

海水は、筐体５の第１のポート22から流入させてラジエ
ータ16の第１循環部17を通過した後に、第２の熱交換器
７および過冷却器９と熱交換させてづついてラジエータ
16の第２循環部18を通過した後に第２のポート23から流
出させる流路をとる。

24は空気調和用ケーシング４内に収納された第１の熱交
換器を示し、冷房時、冷房用逆止弁機構付温度作動式膨
脹弁13からの低温低圧の霧状冷媒を周囲の空気を吸熱す
ることにより蒸発させるエバポレータとして用いられ、
暖房時、冷媒圧縮機３から吐出された高温高圧の気相冷
媒を冷却して凝縮させるコンデンサとして用いられる。

25は空気調和用ケーシング４の送風機ケーシング部26に
収納された送風機を示し、27および28はそれぞれケーシ
ング４に設けられた空気調和用空気の吸入口および吹出
口を示し、吸入口27は船室内の空気を取り入れるように
船室に連通している。29は冷媒のサイクル（冷凍サイク
ル）を暖房サイクル（暖房運転）と冷房サイクル（冷房
運転）とに切替える切替手段としての四方弁を示す。

30は送風機25を必要に応じて電力により駆動させるため
の電気モータを示し、31は送風機25をサブエンジン２に
より駆動させるための回転力伝導軸を示し、32は送風機
25へのサブエンジン２の回転力伝導断続用クラッチを示
し、33〜35はサブエンジン２の回転力伝導用ベルトを示
す。

36は装置冷却用海水の吸上げ管を示し、37はこれに介在
させた海水用ストレーナを示し、38は冷却水（本実施例
では海水）用のポンプを示し、ベルト34等を介してサブ
エンジン２により駆動され、冷却水配管19および装置冷
却用海水の吸上げ管36内の海水を強制循環する。39は装
置冷却用海水の排水管を示す。

第３図は本実施例の冷暖房装置を搭載した中型遊覧船を
示す。

40は船体を示し、41は運転室を示し、42は走行用の船舶
メインエンジンを示し、43はケーシング４の吹出口22に
連通し、冷暖房装置１が発生した冷風または温風を各船
室44、45に送風するための送風用ダクトを示し、該ダク
ト43は図示しない切換えダンパを介して天井部の冷房用
ダクト46と、足元部の暖房用ダクト47とに分岐される。
この両ダクト46、47は、それぞれ船室44、45内に向けて
複数個の冷房用吹出グリル48と暖房用吹出グリル49とが
設けられている。船舶メインエンジン42は、船室44、45
の床下に形成される船倉に設置されており、そして冷暖
房装置１は船倉内において船舶メインエンジン42の後方
部に設置されている。

次に本実施例の作動について説明する。

I.暖房運転時サブエンジン２を作動することにより冷媒圧縮機３、送
風機25、ポンプ38等の機器を駆動し、四方弁29を暖房サ
イクル側に切換える。電磁弁20は開弁され、電磁弁21は
閉弁される。

ア）暖房時の冷媒のサイクル冷媒圧縮機３で圧縮され、吐出された高温高圧の気相冷
媒は暖房サイクル側に切換っている四方弁29を通過して
直接第１の熱交換器24に流入し、低温高圧の液相冷媒に
凝縮される。このとき、凝縮熱により周囲の空気は加熱
される。この加熱された空気は、送風機25によりケーシ
ング４の吹出口28より吹出され、送風用ダクト43に送り
込まれる。そして加熱された空気は、暖房側に切換えら
れた切換えダンパを介して暖房用ダクト47に送り込ま
れ、船室44、45内に向けて暖房用吹出グリル49より吐出
される。したがって船室44、45は暖房される。

凝縮された液相冷媒は、冷房用逆止弁機構付温度作動式
膨脹弁13により阻止され、逆止弁15を通過し、逆止弁14
に阻止されて、受液器８に流入する。受液器８で気相冷
媒と液相冷媒に分離され、液相冷媒のみが過冷却器９に
流入する。冷媒は過冷却器９を通過する間に後記するご
とく、ポンプ38により供給された高温の海水の保有熱を
吸熱することにより暖房用熱エネルギーを蓄えた液相冷
媒となる。つぎにドライヤ10により混入水分を除去され
る。そして暖房用逆止弁機構付温度作動式膨脹弁12に流
入し、断熱膨脹され、低温低圧の霧状冷媒となる。この
霧状冷媒は、第２の熱交換器７に流入し、再度海水と熱
交換して高温の気相冷媒となる。この気相冷媒は、四方
弁29を通過して冷媒圧縮機３へ吸い込まれる。上記サイ
クルを繰り返すことにより船室内が暖房される。

イ）暖房時の海水サイクルポンプ38が駆動されるため、船体40の船底に設けられた
取入口（図示せず）より低温の海水が吸い上げられる。
そして海水用ストレーナ37により海水中の異物が除去さ
れ、吸上げ管36を通って海水は、第１のポート22から筐
体５に流入する。またサブエンジン２の冷却水は、電磁
弁20が開き、電磁弁21が閉じることによりラジエータ16
の第１循環部17に冷却水配管19を介して循環供給される
ようになっており、第１のポート22から流入した低温の
海水は、筐体５内に流入し、まず第１循環部17に接触
し、昇温される。つづいて、この昇温された海水は、第
２の熱交換器７（および過冷却器９）に接触し、海水と
第２の熱交換器７（および過冷却器９）との間で熱交換
が行われる。

このような熱交換を行う際には、海水がラジエータ16の
保有熱を得て昇温されているため、海水と第２の熱交換
器７（および過冷却器９）との間の温度差が大きくな
り、したがって、第２の熱交換器７（および過冷却器
９）内の冷媒が海水からより多くの熱を受けるようにな
り、気相成分の量が増加する。これにより第１の熱交換
器24内で冷媒が凝縮する量が増加し、凝縮熱を効果的に
生じ、ひいては暖房性能が向上する。

しかも、冷暖房運転時には筐体５内に海水が循環するこ
とに伴ないラジエータ16が常に海水に晒されるため、ラ
ジエータ16内の冷却水が適度に冷え、ラジエータ16自身
に加わる負荷を軽減できる。

また、暖房用温水式熱交換器、配管、ウォータポンプと
いった部材を設けるものと異なり、設置すべき部品点数
を削減できてコスト的に有利になると共に全体が小型化
してコンパクトになる。

熱交換後の海水は、筐体５の第２のポート23より吐出さ
れ、排水管39の排出口より排出される。

II.冷房運転時サブエンジン２を作動することにより冷媒圧縮機３、送
風機25、ポンプ38等の機器を駆動し、四方弁29を冷房サ
イクル側に切換える。電磁弁20は閉弁され、電磁弁21は
開弁される。

ア）冷房時の冷媒のサイクル冷媒圧縮機３で圧縮され、吐出された高温高圧の気相冷
媒は、第２図に示すごとく、冷房サイクル側に切換って
いる四方弁29を通過して直接第２の熱交換器７に流入す
る。この冷媒は、後記するごとく低温の海水と熱交換し
て冷却され、低温高圧の液相冷媒に凝縮される。このと
き、凝縮熱により海水は加熱される。

凝縮された液相冷媒は、暖房用逆止弁機構付温度作動式
膨脹弁12に阻止され、逆止弁14を通過し、逆止弁15に阻
止されて、受液器８に流入する。受液器８で気相冷媒と
液相冷媒に分離され、液相冷媒のみが過冷却器９に流入
する。冷媒は過冷却器９を通過する間に海水と再度熱交
換してさらに冷却され、つぎにドライヤ10により混入水
分を除去される。そして冷房用逆止弁機構付温度作動式
膨脹弁13に流入し、断熱膨脹され、低温低圧の霧状冷媒
となり、第１の熱交換器24で蒸発する。この時周囲の空
気を冷却し、船室内を冷房する。この冷却された空気
は、送風機25によりケーシング４の吹出口28より吹出さ
れ、送風用ダクト43に送り込まれる。そして冷却された
空気は、冷房側に切換えられた切換えダンパを介して冷
房用ダクト46に送り込まれ、船室44、45内に向けて冷房
用吹出グリル48より吐出される。したがって船室44、45
は冷房される。この気相冷媒は、冷媒四方弁29を通過し
て冷媒圧縮機３へ吸い込まれる。上記サイクルを繰り返
すことにより船室44、45内が冷房される。

イ）海水サイクルポンプ38が駆動されるため、船体40の船底に設けられた
取入口より低温の海水が吸い上げられる。そして海水用
ストレーナ37により海水中の異物が除去され、吸上げ管
36を通って海水は、第１のポート22から筐体５に流入す
る。またサブエンジン２の冷却水は、電磁弁20が閉じ、
電磁弁21が開くことによりラジエータ16の第２循環部18
に冷却水配管19を介して循環供給されるようになってお
り、低温の海水は、第２の熱交換器７（および過冷却器
９）の冷媒の保有熱を吸熱することにより昇温される。
昇温された海水は、ラジエータ16より保有熱を吸熱して
さらに加熱され、高温の海水となる。高温とされた海水
は、第２のポート23より吐出され、さらに排水管39の排
出口より排出される。

この冷房運転時にあっては、海水が第１のポート22から
第２のポート23への方向に循環する過程で昇温され、こ
の昇温された海水がラジエータ16に接触するようにな
る。このため、ラジエータ16内の冷却水が不必要に冷却
されることがなくなり、サブエンジン２の出力が不用意
に低下してしまうことがないといった実施例上の効果を
得ることができる。

［変形例］本実施例では、本発明を海上遊覧船の船舶用ヒートポン
プ式冷暖房装置に適用したが、海上または淡水上のあら
ゆる船、車両用、定置用のヒートポンプ式冷暖房装置、
ヒートポンプ式暖房装置に適用しても良い。また、ラジ
エータ内を循環するエンジン冷却水は、冷媒圧縮機を駆
動するエンジンの冷却水でも、冷媒圧縮機とは関係なく
設けられたエンジンの冷却水でも良い。

本実施例では、ヒートポンプ式冷暖房装置をサブエンジ
ンで駆動したが走行用のメインエンジンで駆動しても良
い。この場合は、停泊時にもメインエンジンを停止させ
ることができないので本実施例より騒音、振動が生じ、
さらに燃料費もかかる。

本実施例では、冷凍サイクルに過冷却器を設けた場合を
示したが過冷却器を設けない冷凍サイクルの熱交換機構
としても使用可能であることは言うまでもない。

本実施例では、駆動用サブエンジン、冷媒圧縮機、空気
調和用ケーシングおよび筐体を一ユニット型のヒートポ
ンプ式冷暖房装置としたが室外機器と室内機器とが分散
した分散式のヒートポンプ式冷暖房装置としても使用可
能であることは言うまでもない。

本実施例ではラジエータの第１循環部と第２循環部とを
切換える流路切換手段に電磁弁を２個使用したが、四方
弁等の流路切換手段を使用しても良いことは言うまでも
ない。

［発明の効果］本発明の空気調和装置は、設置すべき部品点数を削減で
きてコスト的に有利で全体的にコンパクトになる。ま
た、室内暖房にエンジン冷却水を有効に利用することに
より室内の暖房性能が高くなるといった秀れた効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の空気調和装置を適用した船舶用ヒート
ポンプ式冷暖房装置の暖房運転時の全体構成図、第２図
は空気調和装置を適用した船舶用ヒートポンプ式冷暖房
装置の冷房運転時の全体構成図、第３図は空気調和装置
を適用した船舶用ヒートポンプ式冷暖房装置を搭載した
遊覧船の透視図である。図中Ａ……冷凍サイクルの熱交換機構、１……船舶用
ヒートポンプ式冷暖房装置、２……駆動用サブエンジ
ン、３……冷媒圧縮機、５……筐体、７……第２の熱交
換器、16……ラジエータ、17……第１循環部、18……第
２循環部、20、21……電磁弁（流路切換弁）、24……第
１の熱交換器、40……船体、42……走行用の船舶メイン
エンジン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）エンジンにより駆動される冷媒圧縮
機、この冷媒圧縮機より流入した冷媒を室内へ送風され
る空気と熱交換させる第１の熱交換器、この第１の熱交
換器より流入した冷媒を減圧する減圧手段、この減圧手
段より流入した冷媒を海水または淡水と熱交換させる第
２の熱交換器を環状に接続してなる冷凍サイクルと、（ｂ）前記第２の熱交換器の近傍に配設され、内部を循
環するエンジン冷却水を冷却する水冷式のラジエータ
と、（ｃ）内部に前記第２の熱交換器を収納し、且つ前記第
２の熱交換器より上流側に前記ラジエータを収納すると
共に、内部を前記ラジエータから前記第２の熱交換器へ
向けて海水または淡水を流通させる筐体とを備えた空気調和装置。
【請求項２】前記冷凍サイクルは、前記冷媒圧縮機より
吐出した冷媒を、前記第１の熱交換器、前記減圧手段、
前記第２の熱交換器の順に流す暖房運転と、前記冷媒圧
縮機より吐出した冷媒を、前記第２の熱交換器、前記減
圧手段、前記第１の熱交換器の順に流す冷房運転とに切
替える切替手段を有することを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の空気調和装置。
【請求項３】前記ラジエータは、前記筐体内で前記第２
の熱交換器の海水または淡水の流れ方向の上流側に設け
られ、暖房運転時にエンジン冷却水が循環する第１循環
部と、前記筐体内で前記第２の熱交換器の海水または淡
水の流れ方向の下流側に設けられ、暖房運転時にエンジ
ン冷却水が循環する第２循環部とを具備したことを特徴
とする特許請求の範囲第２項に記載の空気調和装置。
【請求項４】前記ラジエータは、前記第１循環部にエン
ジン冷却水を循環させる暖房運転と前記第２循環部にエ
ンジン冷却水を循環させる冷房運転とを切換える流路切
換手段を有する特許請求の範囲第３項に記載の空気調和
装置。