JPS6013961A - 内燃機関駆動蓄熱システム - 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】 本発明は、エンジンの駆動排熱を水等の熱媒への蓄熱に
利用する内燃機関駆動蓄熱システムに関する。

従来、エンジンによって被駆動機器、例えばヒートポン
プのコンプレッサを駆動させる、いわゆるエンジンヒー
トポンプが知られているが、このものは、エンジンを利
用していることから騒音対策が必要である。

ソコで、エンジンの騒音対策とともに、エンジンの駆動
排熱や排気熱等を有効利用する目的から、内部に水等の
熱媒を満たした密閉蓄熱槽内にエンジンを浸漬し、これ
によりエンジンの騒音を解決するとともに、エンジンか
らの排熱等を熱媒に蓄熱して暖房や給湯等に利用する蓄
熱システムが考えられた。

通常、このような蓄熱システムでは、蓄熱槽内にエンジ
ンを支持し、エンジンの吸排気管を蓄熱槽の蓋体を通し
て外部へ引き出す構造が採られている。しかし、このよ
うな構造では、吸排気管を保持するために蓋体を比較的
剛性の高い材料で構成しなければならないので重くかつ
高価となる一ヒ、蓋体を簡単に開けられないので内部機
器のメンテナンス作業が非常にやっかいであった。

本発明の目的は、軽量かつ安価で、メンテナンス作業が
容易な内燃機関駆動蓄熱システムを提供することにある
。

そのため、本発明では、内部に水等の熱媒を満たした蓄
熱槽の内部に内燃機関を設置し、この内燃機関の駆動排
熱を前記熱媒への蓄熱に利用するシステムにおいて、前
記蓄熱槽を缶体と蓋体とに分割構成し、この缶体と蓋体
との間に前記内燃機関を支持する支持リングを設け、こ
の支持リングを通じて前記内燃機関の吸排気処理を行う
ことにより、上記目的を達成しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本実施例のエンジン駆動蓄熱システムを示して
いる。同図において、蓄熱槽ｌは、内部に水等の熱媒を
満たしかつ壁面に断熱材（図示せず）を有する円筒形状
の缶体２と、この缶体２の上端開口に着脱自在に被嵌さ
れる蓋体３とから構成されている。

前記缶体２の上部周壁は、外方へ向って水平面４状に折
曲された後、更に上方へ向って垂直面５状に折曲されて
いる。水平面４の全周には、中空リング状の吸振材６を
介して環状の支持リング７が載置されている。前記吸振
材６は、弾性ゴム製の中空管をリング状とした形態、例
えば自転車のチューブ状の形態で、内部に注入されたエ
アーによって支持リング７に作用する振動を吸収してい
る。また、支持リング７は、第２図に示す如く、前記吸
振材６上に沿って載置される中空角筒状の環体８の内周
部の９０度角度位置に４個のＬ字状連結プレート９が取
付けられている。前記環体８の対向位置には、その内周
壁および外周−壁を貫通する貫通孔８Ａ、８Ｂが形成さ
れている。また、前記連結プレート９には、支持プレー
トとしてのマウンティングプレートｌＯにポル）１６を
介して放射状に突設された４木の支持アームｌｌの外端
部がポルト１２を介して連結されている。マウンティン
グプレートｌＯ−は、全体が前記熱媒の液面−Ｅに浮上
する浮船状に形成され、かつ底面に全体が熱媒中に浸漬
された内燃機関としてのエンジン１３を、−Ｅ面にその
エンジン１３によって駆動されるヒートポンプ３０のコ
ンプレッサ１４およびオイルフィルタ１５等を備えてい
る。従って、エンジン１３やコンプレッサ１４等の荷重
によって支持アーム１１および支持−リング７に働く負
荷は、マウンティングプレー）１０に生じる浮力によっ
て軽減されている。

前記エンジン１３には、その吸気側に一端が前記マウン
ティングプレート１０を通って蓋体３と熱媒の液面との
間の空間へ突出した吸気管２２の他端が接続されている
とともに、排気側に一端が前記支持リング７の貫通孔８
Ｂを通って蓄熱槽ｌの外部へ突出しかつ途中が熱媒中に
浸漬された排気管２４の他端が接続されている。前記吸
気管２２の一端は、前記支持リング７の貫通孔８Ａに挿
通された吸入管２８を介して蓄熱槽１の外部へ導出され
ている。また、排気管２４の途中には、エンジン１３か
らの排気熱を蓄熱槽ｌ内の熱媒中へ放出させる排気ガス
熱交換器２５およびドレンパイプ２６を缶体２の外部へ
導出したドレンポット２７がそれぞれ設けられている。

これにより、エンジン１３が駆動すると、エンジン１３
がら発生する排熱は直接熱媒に吸収され、かつ同時に発
生する高温度の排ガスは熱媒中の排気ガス熱交換器２５
、ドレンボット２７．排気管２４を通る間に熱媒に吸熱
され低温となって外部へ排出される。

また、前記コンプレッサ１４にょるヒートポンプ３０は
、コンプレッサ１４によって圧縮された冷奴が、蓄熱槽
ｌの下層つまりエンジン１３より下方に設置された熱交
換器３１において液化された後、膨張弁３２を経て外部
蒸発器３３へ入りそこで気化膨張された後、コンプレッ
サ１４へ戻るサイクルにて構成されている。外部蒸発器
３３の外部熱源は、空気でも井戸水でもよいが、更に住
宅の負荷側で冷房の必要があれば、適当なファンコイル
ユニット（図示せず）に水を循環させ、戻り管３４に接
続すればよい。なお、蓄熱槽ｌ内の冷媒管と蓄熱槽ｌ外
の冷媒管とは、支持リング７を通じて接続されている。

一方、前記蓋体３の下部周壁は、前記支持リング７」二
に載るように外方へ向って水平面４１状に折曲された後
、更に下方へ向って垂直面４２状に折曲されている。水
平面４１と支持リング７の上面との間には、クッション
材４５が全周に沿って介在されている。

次に、本実施例の作用を説明する。いま、エンジン１３
の駆動によりヒートポンプ３０を作動させると、エンジ
ン１３から発生した排熱は直接熱媒に吸収され、かつ同
時に発生した高温の排ガスは排気ガス熱交換器２５．ド
レンポット２７．排気管２４を通って外部へ排出される
間に熱媒に吸熱される結果、蓄熱槽ｌの熱媒が昇温され
る。

一方、コンプレッサ１４によって圧縮され、高圧化され
た冷媒は、エンジン１３の下部に浸漬されている熱交換
器３１で液化される際、その周囲の熱媒に凝縮熱を与え
て昇温させた後、膨張弁３２を経て外部蒸発器３３にお
いて外部から熱を奪って気化膨張し、再びコンプレッサ
エ４へ戻る。これにより、空気や井戸水等を外部熱源と
するヒートポンプ３０によって蓄熱槽１の熱媒が昇温さ
れる。

この場合、缶体２内の水域を高温層、低温層というよう
に分けなくても、図のような配置っまり熱媒中の上部に
エンジン１３を、下部にヒートポンプ３０の熱交換器３
１を配置すれば、自然対泣による温度成層が得られる。

ちなみに、本実施例の構成であれば、エンジン１３から
上方の層では約５０℃以上の温水が、下方の層では上限
５０℃程度の温水が形成される。

そこで、これを暖房に利用する場合には、図示例のよう
に循環ポンプ５１を用いて、缶体２内の温水をファンコ
イルユニット（図示せず）を通して戻り管５２から缶体
２内へ循環させればよいが、この際缶体２の上部壁に高
温域吐出管５３を、中央部壁に低温域吐出管５４をそれ
ぞれ設け、これらを切換バルブ５５によって切換えるよ
うにすれば、効率的な暖房を行うことができる。

即ち、暖房の立上りで高熱量が必要な時には高温域吐出
管５３から高温水を送って急速暖房を行い、定常状態に
達した時点で切換バルブ５５を切換えて低温域吐出管５
４から低温水を送れば、経済的な暖房運転が実施できる
。従って、省エネルギーにもつながる。

また、給湯を実施したい場合には、缶体２内の温水を直
接給湯してもよいが、例えば図示例のように給湯コイル
５６．５７を利用すれば、清浄な給湯水が得られる。こ
の際、出湯温度レベルの設定は、給湯コイル５６．５７
の伝熱面積の調整によって決めればよい。

従って、本実施例によれば、缶体２内に満たされた水等
の熱媒中の上部にヒートポンプ３０を駆動させるための
エンジン１３を、下部にヒートポンプ３０の熱交換器３
１をそれぞれ浸漬させたので、エンジン１３の駆動によ
ってヒートポンプ３０を作動させれば、例えば熱交換用
循環ポンプ等を使用しなくても、エンジン１３が位置す
る熱媒中の上方が高温層、熱交換器３１が位置する下方
が低温層となる温度成層が形成されるので、小型でかつ
ヒートポンプ３０のｃｏｐ（成績係数）を高く維持した
まま温水を効率的に製造することができる。このことは
また、エンジン１３が高温度の温水中に浸漬されている
ため、コールドスタートやそれに伴う種々のトラブルの
発生がない利点がある。

この場合、エンジン１３の本体からの発熱は直接熱媒に
吸収され、かつ同時に発生する高温度の排ガスは排気ガ
ス熱交換器２５を通って外部へ排出される間にＳ媒に吸
熱される結果、エンジン１３からの全ての排熱を有効利
用して高温度の温水を得ることができ、従って燃料経費
を節減できる。ちなみに１本実施例の構成を採れば、エ
ンジン１３より上方では約５０℃以上の温水を、下方で
は上限５０°Ｃ程度の温水を得ることができる。しかも
、これらの高温層および低温層は自然対流によって形成
されるので、例えば仕切板等によって高温層と低温層と
を区画する必要がない。むしろ、運転条件、例えば外気
温度条件等によってエンジン１３と熱交換器３１との放
熱量が定まり、その比率に応じて高温層と低温層とが形
成されるので、細かな制御を行なわないでよい上、タン
クを二層としなくてもよいのでコストダウンできる利点
がある。

これにより、蓄熱槽ｌ内に形成された温度差の異なる温
水を利用すれば、暖房や給湯のほか、他の多くの目的に
使用することができる。この際、暖房を実施する場合に
は、熱媒の温度成層に応じて高温域吐出管５３と低温域
吐出管５４とを設け、これらを、切換バルブ５５で切換
えれば、効率的な暖房運転を行える。

また、エンジン１３およびコンプレッサ１４を備えたマ
ウンテ、イングプレートｌｏを浮船形状としたので、マ
ウンティングプレートｌｏに生じる浮力によって、エン
ジン１３やコンプレッサ１４の荷重によって支持アーム
１１および支持リング７に働く負荷を軽減させることが
できる。

また、支持アーム１１の先端を環状の支持リング７に連
結し、これを中空リング状の吸振材６を介して缶体２の
全周で支持するようにしたので、鉛直方向に働く荷重は
缶体２の全周において等分布荷重となり集中することが
ないから吸振１６のばね定数を小さくでき、その結果熱
媒やエンジンおよびコンプレッサ等の騒音の漏洩を防ぐ
シール効果だけでなく、缶体２への二次振動をも確実に
防止することができる。

また、このことは、熱媒を有する缶体２の静１に系と、
エンジン１３やコンプレッサ１４等を有する振動系とが
、吸振材６を介して缶体２の全周で隔離されるため、振
動系の違いによる配管等の損傷がない。例えば、コンプ
レッサ１４への冷媒配管等もエンジン１３の振動体と同
一系にあるため、冷媒リーク等の事故もなくなる。

また、エンジン１３の吸気管２２および排気管２４を支
持リング７を通じて蓄熱槽ｌの外部へ導出させたので、
蓋体３を簡単に開放することができる。そのため、内部
機器のメンテナンス作業、特にオイルフィルタ１５の点
検や交換作業をも簡単に行える。しかも、蓋体−３は、
吸気管２２および排気管２４を保持する必要がないので
、比較的剛性のない軽量な材料、例えばフィルム状の材
料でも製造でき、従って安価である。もっとも、剛性の
ある材料とすれば、蓋体３の上面に他の機器例えば外部
蒸発機器３３を載置することができる利点がある。

更に、エンジン１３を缶体２の熱媒中へ浸漬させ、エン
ジン１３からの騒音のうち缶体２の（Ｉｌ方および下方
への騒音を遮断する一方、上方へもれるエンジン騒音お
よびコンプレッサ１４のメカニカルノイズを蓋体３によ
って遮断したので、これらの騒音を完全に遮断できる。

なお、実施に当って、エンジン１３は缶体２の熱媒中に
浸漬させなくてもよい。例えば、エンジン１３の一部ま
たは排気管２４のみが熱媒中に浸漬すれている場合等、
要するにエンジン１３の排熱を熱媒への蓄熱に利用する
ものであれば、浸漬の態様を問題にするものではない。

また、支持リング７の内部に、第３図に示す消音手段６
１．６２を構成すれば、エンジン１３（７）吸排気音を
消音することができる。これらの消音手段６１．６２は
、支持リング７の内部に仕切板６３によって複数の消音
室６４，６５．６６を構成するとともに、これらの消音
室６４　、６５　、６６を絞り管６７．６８により順次
連通させ、吸気および排気をこれらの消音室６４，６５
．６６を通る間に絞りおよび拡散の繰返しにより消音す
るようにしたものである。従って、消音手段６１゜６２
が支持リング内に形成されているため、全体として小型
にすることができる。

また、吸振材６は、上記実施例で述べた弾性ゴム製の中
空管のほか、例えばエアサスペンションによる低ばね定
数と同等のばね定数が得られるものであれば、発泡スポ
ンジ体等であってもよい。

更に、蓋体３の内面に吸音材や遮音材等を貼着すれば、
エンジン騒音およびコンプレッサのメカニカルノイズを
より低減させることが可能である。

以上の通り、本発明によれば、軽量かつ安価で、メンテ
ナンス作業が容易な内燃機関駆動蓄熱システムを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は支持
リングを示す斜視図、第３図は支持リングの変形例を示
す斜視図である。 ｌ・・・蓄熱槽、７・・・支持リング、１０・・・支持
プレートとしてのマウンティングプレート、ｔｉ・・・
支持アーム、１３・・・内燃機関としてのエンジン、２
２・・・吸気管、２４・・・排気管、６１．６２・・・
消音手段。 代理人　弁理士　木下実三　（ほか１名）第１図 第２図− 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）内部に水等の熱媒を満たした蓄熱槽の内部に内燃
   機関を設置し、この内燃機関の駆動排熱を前記熱媒への
   蓄熱に利用するシステムにおいて、前記蓄熱槽を缶体と
   蓋体とに分割構成し、この缶体と蓋体との間に前記内燃
   機関を支持する支持リングを設け、この支持リングを通
   じて前記内燃機関の給排気処理を行ったことを特徴とす
   る内燃機関駆動蓄熱システム。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記支持リング
   の内部に、前記内燃機関の吸気および排気の少なくとも
   一方の音を消音する消音手段を構成したことを特徴とす
   る内燃機関駆動蓄熱システム。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、前
   記支持リングに複数本の支持アームを突設し、これら支
   持アームの内端部に支持プレートを介して前記内燃機関
   を支持したことを特徴とする内燃機関駆動蓄熱システム
   。 （４）Ｉ＃詐請求の範［第３項において、前記支持プレ
   ートを、前記熱媒の液面上に浮上可能な浮船状としたこ
   とを特徴とする内燃機関駆動蓄熱システム。