JPS6256430B2 - - Google Patents

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JPS6256430B2
JPS6256430B2 JP55160362A JP16036280A JPS6256430B2 JP S6256430 B2 JPS6256430 B2 JP S6256430B2 JP 55160362 A JP55160362 A JP 55160362A JP 16036280 A JP16036280 A JP 16036280A JP S6256430 B2 JPS6256430 B2 JP S6256430B2
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JP
Japan
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load
heat exchanger
outside air
temperature
side heat
Prior art date
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JP55160362A
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Japanese (ja)
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JPS5784964A (en
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Shinji Yosomya
Yasuo Ogawa
Seiji Sanada
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Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Publication of JPS5784964A publication Critical patent/JPS5784964A/en
Publication of JPS6256430B2 publication Critical patent/JPS6256430B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ガスや灯油等の燃焼エネルギー
を原動力とする熱機関を用いて圧縮機を駆動して
少くとも暖房を行うヒートポンプ装置に関するも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a heat pump device that performs at least heating by driving a compressor using a heat engine powered by combustion energy such as city gas or kerosene. It is.

〔従来技術〕[Prior art]

近年、省エネルギー的観点等より、都市ガスや
灯油等の燃焼エネルギーによるヒートポンプによ
り冷暖房を行う冷房装置の開発が盛んである。こ
のヒートポンプは燃焼エネルギーによりエンジン
等を運転し、これによりヒートポンプ用圧縮機を
駆動して冷暖房を行うものであり、暖房時エンジ
ンの排熱を暖房に利用することができるので、電
動式ヒートポンプより、省エネルギーである。従
つて寒冷地では暖房専用機ととして使用すること
もできる。
BACKGROUND ART In recent years, from the viewpoint of energy conservation, there has been active development of cooling devices that perform heating and cooling using heat pumps that use combustion energy such as city gas or kerosene. This heat pump uses combustion energy to operate the engine, etc., which drives the heat pump compressor to perform heating and cooling.The exhaust heat of the engine during heating can be used for heating, so it is more efficient than electric heat pumps. It is energy saving. Therefore, it can also be used as a heating-only machine in cold regions.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、このヒートポンプは以下に述べ
る如き、大きな欠点がある。
However, this heat pump has major drawbacks as described below.

通常容量制御としては、圧縮機の容量制御(タ
ーボ圧縮機のベーンコントロール、スクリユー圧
縮機のスライドバルブコントロール、レシプロ圧
縮機の台数制御など)、熱機関の回転数制御、又
はその組み合わせによりヒートポンプの容量制御
が行われているが、制御可能の容量範囲には下限
(20〜50%)があり、これ以下の負荷に対応する
容量制御ができなかつた。
Normal capacity control includes compressor capacity control (turbo compressor vane control, screw compressor slide valve control, reciprocating compressor number control, etc.), heat engine rotation speed control, or a combination of these. Control is being carried out, but there is a lower limit (20 to 50%) in the controllable capacity range, and capacity control that corresponds to loads below this limit has not been possible.

本発明は、このような従来のものの問題点を解
決し、通常の容量制御では対応できない小負荷に
対する容量制御を可能とするヒートポンプ装置を
提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a heat pump device that solves the problems of the conventional heat pump and enables capacity control for small loads that cannot be handled by normal capacity control.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、熱機関により駆動される圧縮機、外
気側熱交換器、負荷側熱交換器、膨張装置及びこ
られの機器を接続する冷媒経路よりなるヒートポ
ンプと、負荷を検出して容量を制御する容量制御
装置を有するヒートポンプ装置において、前記冷
媒経路に前記外気側熱交換器に並列に配備された
補助蒸発器と、前記負荷側熱交換器に負荷流体経
路を導く負荷流体経路と、前記補助蒸発器に負荷
流体を導く補助熱源経路と、負荷を検出する負荷
検出装置と、得られた検出値を設定値と比較し、
かつ、負荷が所定の制御可能範囲の下限よりも低
下したときに、該検出値に基づいて、前記外側熱
交換器と前記補助蒸発器とへの冷媒流量比を制御
する流量比制御装置とを備えたことを特徴とする
ヒートポンプ装置である。
The present invention provides a heat pump consisting of a compressor driven by a heat engine, an outside air side heat exchanger, a load side heat exchanger, an expansion device, and a refrigerant path connecting these devices, and a heat pump that detects the load and controls the capacity. In a heat pump device having a capacity control device, the refrigerant path includes an auxiliary evaporator arranged in parallel with the outside air side heat exchanger, a load fluid path leading a load fluid path to the load side heat exchanger, and the auxiliary evaporator. An auxiliary heat source path that guides the load fluid to the evaporator, a load detection device that detects the load, and compares the obtained detected value with the set value,
and a flow rate ratio control device that controls a refrigerant flow rate ratio to the outside heat exchanger and the auxiliary evaporator based on the detected value when the load falls below a lower limit of a predetermined controllable range. This heat pump device is characterized by:

〔実施例〕〔Example〕

本発明を実施例につき図面を用いて説明する。 The present invention will be explained with reference to the drawings based on examples.

図面に示された冷房兼用のヒートポンプ装置に
おいて、1は圧縮機、3は外気側熱交換器、7は
負荷側熱交換器、9は膨張装置としての膨張弁
で、各機器を冷媒経路で接続してヒートポンプが
形成されている。ヒートポンプには負荷を検出し
て容量を制御する容量制御装置が備えられてい
る。なお、冷媒経路には四方弁2、膨張弁6、チ
エツキ弁4,8が配備されて冷房運転に切換可能
に形成されている。5はレシーバーである。
In the heat pump device for cooling and cooling shown in the drawing, 1 is a compressor, 3 is an outside air side heat exchanger, 7 is a load side heat exchanger, 9 is an expansion valve as an expansion device, and each device is connected by a refrigerant path. A heat pump is formed. The heat pump is equipped with a capacity control device that detects the load and controls the capacity. Note that a four-way valve 2, an expansion valve 6, and check valves 4 and 8 are provided in the refrigerant path to enable switching to cooling operation. 5 is a receiver.

ヒートポンプには、さらに外気側熱交換器3と
並列に補助蒸発器23が配備されている。本実施
例ではレシーバー5と膨張弁9との間の冷媒経路
から外気側熱交換器3と四方弁2との間に冷媒経
路を接続する冷媒経路が外気側熱交換器3をバイ
パスするバイパ諏経路37として分岐配備され、
該バイパス経路37にバイパス弁21と膨張弁2
2と補助蒸発器23が配備されている。
The heat pump is further provided with an auxiliary evaporator 23 in parallel with the outside air side heat exchanger 3. In this embodiment, the refrigerant path connecting the refrigerant path between the receiver 5 and the expansion valve 9 and the outside air side heat exchanger 3 and the four-way valve 2 is a bypass bypass that bypasses the outside air side heat exchanger 3. Deployed as a branch route 37,
A bypass valve 21 and an expansion valve 2 are provided in the bypass path 37.
2 and an auxiliary evaporator 23 are provided.

25は圧縮機1を駆動する熱機関として用いら
れているエンジンで、エンジン25からの排熱を
回収する排熱回収装置として例えばジヤケツト1
1が排ガス熱交換器14を備えている。
Reference numeral 25 denotes an engine used as a heat engine for driving the compressor 1. For example, a jacket 1 is used as an exhaust heat recovery device for recovering exhaust heat from the engine 25.
1 is equipped with an exhaust gas heat exchanger 14.

負荷流体を負荷側熱交換器7に導く負荷流体経
路には負荷側熱交換器7をバイパスする負荷流体
経路がバイパス経路19として分岐配備されて
る。バイパス経路19はエンジン25のジヤケツ
ト11、冷却媒体冷却器10、排ガス熱交換器1
4を通過するように設けられているが、冷却媒体
冷却器10をバイパスし補助蒸発器23を通過す
る補助熱源経路16が分岐配備されている。12
はポンプ、13は三方弁、15,17,18は三
方切換弁、20は電磁弁である。
A load fluid path that bypasses the load side heat exchanger 7 is branched into a load fluid path that leads the load fluid to the load side heat exchanger 7 as a bypass path 19 . The bypass path 19 connects the jacket 11 of the engine 25, the coolant cooler 10, and the exhaust gas heat exchanger 1.
4, an auxiliary heat source path 16 that bypasses the coolant cooler 10 and passes through the auxiliary evaporator 23 is branched. 12
is a pump, 13 is a three-way valve, 15, 17, 18 are three-way switching valves, and 20 is a solenoid valve.

上述の如く形成されたヒートポンプ装置にはさ
らに負荷を検出する負荷検出装置と、得られた検
出値を設定値と比較し、かつ、負荷が所定の制御
可能範囲の下限よりも低下したときに、該検出値
に基づいて、外気側熱交換器3と補助蒸発器23
とへの冷媒流量比を制御する流量比制御装置が備
えられている。負荷検出装置としては負荷の検出
即ち負荷量の検出を行うのであればよく、負荷流
体(温水)の入口温度、出口温度(温度検出器3
2)又は出入口温度差などの検出装置が用いられ
る。流量比制御装置は制御機構35とバイパス弁
21とからなり、制御機構35は、負荷検出装置
により得られた検出値を設定値と比較し、負荷が
所定の制御可能範囲の下限よりも低下したとき
に、検出値に基づいて、流量比を制御するもので
ある。即ち検出装置からの信号を、予め定められ
た設定値と比較し、フイードバツクを行うか或い
は予め定められたプログラムに従つて、入力信号
に対応する信号を出力し、この出力信号により、
バイパス弁21を所定の流量比とする制御を行う
ものである。
The heat pump device formed as described above further includes a load detection device that detects the load, and compares the obtained detected value with a set value, and when the load falls below the lower limit of a predetermined controllable range, Based on the detected value, the outside air side heat exchanger 3 and the auxiliary evaporator 23
A flow rate ratio control device is provided to control the refrigerant flow rate ratio to and. The load detection device may be used as long as it detects the load, that is, the amount of load, and the inlet temperature and outlet temperature of the load fluid (hot water) (temperature detector 3
2) Alternatively, a detection device such as a temperature difference between entrance and exit is used. The flow rate ratio control device includes a control mechanism 35 and a bypass valve 21, and the control mechanism 35 compares the detected value obtained by the load detection device with a set value, and determines that the load has fallen below the lower limit of a predetermined controllable range. Sometimes, the flow rate ratio is controlled based on the detected value. That is, the signal from the detection device is compared with a predetermined setting value, and a signal corresponding to the input signal is output according to feedback or according to a predetermined program, and with this output signal,
The bypass valve 21 is controlled to have a predetermined flow rate ratio.

しかして、ヒートポンプサイクルの通常時は一
般の電動式空気熱源ヒートポンプと同様である。
即ち夏期冷房時においては、冷媒は圧縮機1→四
方弁2→外気側熱交換器3(凝縮器として作動)
→チエツキ弁4→レシーバー5→膨張弁6→負荷
側熱交換器7(蒸発器として作動)→四方弁2→
圧縮機1の順序で循環し、負荷側熱交換器7にお
いて冷水を冷却する。
Therefore, the normal heat pump cycle is similar to that of a general electric air source heat pump.
In other words, during summer cooling, the refrigerant flows through the compressor 1 → four-way valve 2 → outside air side heat exchanger 3 (operates as a condenser)
→ Check valve 4 → Receiver 5 → Expansion valve 6 → Load side heat exchanger 7 (operates as an evaporator) → Four-way valve 2 →
The cold water is circulated in the order of the compressor 1 and cooled in the load side heat exchanger 7.

暖房時においては四方弁2を切り換えて冷媒の
経路を変え、圧縮機1→四方弁2→負荷側熱交換
器7(凝縮器として作用)→チエツキ弁8→レシ
ーバー5→膨張弁9→外気側熱交換器3(蒸発器
として作用)→四方弁2→圧縮機1の順序で循環
し、負荷側熱交換器7において温水を加熱するよ
うになつている。
During heating, the four-way valve 2 is switched to change the path of the refrigerant, compressor 1 → four-way valve 2 → load side heat exchanger 7 (acts as a condenser) → check valve 8 → receiver 5 → expansion valve 9 → outside air side The hot water is circulated in the order of heat exchanger 3 (acting as an evaporator) → four-way valve 2 → compressor 1, and the hot water is heated in the load-side heat exchanger 7.

冷房時又は通常暖房時(中〜大容容量制御範囲
時)におけるヒートポンプの通常容量制御は、圧
縮機1に内蔵された容量制御装置、例えば、多気
筒往復動式圧縮機の場合には気筒数を変化させる
装置、ターボ圧縮機のときはベーンコントロール
装置、スクリユー圧縮機のときはスライドバルブ
コントロール装置などが用いられる。又、圧縮機
1に容量制御装置が組み込まれていない場合で
も、熱機関の回転数を変えることにより、能力を
調節することができる。このようにヒートポンプ
用圧縮機としては、容量制御装置の有無に拘ら
ず、どのような形式構造のものを使用しても差し
支えない。
The normal capacity control of the heat pump during cooling or normal heating (medium to large capacity control range) is performed by the capacity control device built into the compressor 1, for example, in the case of a multi-cylinder reciprocating compressor, the number of cylinders is controlled. A vane control device is used for a turbo compressor, a slide valve control device is used for a screw compressor, etc. Further, even if the compressor 1 does not include a capacity control device, the capacity can be adjusted by changing the rotation speed of the heat engine. As described above, any type of compressor with any type of structure may be used as a heat pump compressor, regardless of the presence or absence of a capacity control device.

一方エンジン25側サイクルは次のようになつ
ている。冷房時、ジヤケツト11よりの排熱は冷
却媒体冷却器10により外気により冷却される。
即ち、ジヤケツト11を冷却して加熱された冷却
媒体はポンプ12により吸い込まれ、冷却媒体冷
却器10に送られ、ここで冷却される。そして三
方弁13を経由して、再びジヤケツト11に供給
される。
On the other hand, the cycle on the engine 25 side is as follows. During cooling, the exhaust heat from the jacket 11 is cooled by the outside air by the cooling medium cooler 10.
That is, the coolant that has been heated by cooling the jacket 11 is sucked in by the pump 12, sent to the coolant cooler 10, and cooled there. The water is then supplied to the jacket 11 again via the three-way valve 13.

暖房時は三方切替弁15,17,18が切替え
られ、また電磁弁20が開となりエンジン25よ
りの排熱は温水加熱に供せられる。即ちジヤケツ
ト11を冷却して加熱された冷却水(即ち負荷流
体である温水の一部)はポンプ12により吸い込
まれ、三方切替弁15、補助熱源経路16を通
り、補助蒸発器23を通過し、その後三方切替弁
17を介して、排ガス熱交換器14に送られ、排
ガスにより更に加熱される。
During heating, the three-way switching valves 15, 17, and 18 are switched, and the solenoid valve 20 is opened so that the exhaust heat from the engine 25 is used to heat the hot water. That is, the cooling water heated by cooling the jacket 11 (that is, a portion of the hot water that is the load fluid) is sucked in by the pump 12, passes through the three-way switching valve 15, the auxiliary heat source path 16, and the auxiliary evaporator 23. Thereafter, it is sent to the exhaust gas heat exchanger 14 via the three-way switching valve 17 and further heated by the exhaust gas.

加熱された温水は三方切替弁18を介して、負
荷側熱交換器7よりの温水と合流して、負荷加熱
に供せられる。負荷温度の下つた温水は電磁弁2
0を通り、再びジヤケツト11の冷却に供せられ
る。なお負荷が少ないとき、ジヤケツト11に供
給される温水温度が高過ぎる場合があるので、こ
の供給温度は温度検出器24により検出され、三
方弁13により、大略一定温度になるよう調節さ
れる。
The heated hot water joins the hot water from the load-side heat exchanger 7 via the three-way switching valve 18, and is used for heating the load. Solenoid valve 2 handles hot water when the load temperature drops.
0, and the jacket 11 is cooled again. Note that when the load is light, the temperature of the hot water supplied to the jacket 11 may be too high, so the supplied temperature is detected by the temperature detector 24 and regulated by the three-way valve 13 so that the temperature is approximately constant.

通常、暖房負荷は冷房負荷より小さいので、暖
房時は冷房時に比べてエンジン25の回転数を低
く設定するようにしてもよい。
Since the heating load is usually smaller than the cooling load, the rotational speed of the engine 25 may be set lower during heating than during cooling.

上記の並列冷媒経路のうち、外気側熱交換器3
を含む経路を外気利用加熱経路と称し、補助蒸発
器23を含む経路を熱機関利用加熱経路と称す
る。図示の実施例では補助蒸発器23は、エンジ
ン25の排熱を間接的に利用して冷媒の加熱を行
つているが、このほか、熱機関の出力により昇温
されたところの温水を利用して加熱してもよく、
熱機関からの排熱を直接又は間接的に利用して冷
媒を加熱するので熱機関利用加熱経路と称するこ
ととする。
Among the above parallel refrigerant paths, outside air side heat exchanger 3
The path including the outside air heating path is referred to as the outside air heating path, and the path including the auxiliary evaporator 23 is referred to as the heat engine heating path. In the illustrated embodiment, the auxiliary evaporator 23 indirectly uses the exhaust heat of the engine 25 to heat the refrigerant, but it also uses hot water whose temperature has been raised by the output of the heat engine. You can also heat it by
Since the exhaust heat from the heat engine is used directly or indirectly to heat the refrigerant, it will be referred to as a heat engine-based heating path.

以上の如き構成のヒートポンプ装置において、
先ず参考のために外気温の変化に対応する容量制
御について説明する。
In the heat pump device configured as above,
First, for reference, capacity control in response to changes in outside temperature will be explained.

暖房時に、外気温が十分高い時には、バイパス
弁21を閉じ、冷媒の全量を外気利用加熱経路に
導き、ヒートポンプの熱源を外気のみより取る。
During heating, when the outside temperature is sufficiently high, the bypass valve 21 is closed, the entire amount of refrigerant is guided to the outside air heating path, and the heat source of the heat pump is taken only from the outside air.

外気温が或る程度低下すると暖房能力や低下す
るので、負荷流体の温度により負荷を検出し、そ
の検出値により、エンジン25の回転数を自動的
に制御して上昇せしめる。前述の如く、暖房時の
回転数を冷房時の回転数より低く設定するように
した装置においても、この場合はその設定回数を
上昇せしめて能力を増加させてもよい。
If the outside temperature drops to a certain extent, the heating capacity will drop, so the load is detected based on the temperature of the load fluid, and the rotation speed of the engine 25 is automatically controlled and increased based on the detected value. As described above, even in a device in which the rotational speed during heating is set lower than the rotational speed during cooling, the capacity may be increased by increasing the set number of rotations.

又、圧縮機1の容量制御機構と回転数制御とを
併用して能力を増加させてもよい。これらの方法
は、能力を減少させる必要のある場合には、反対
に作動せしめればよい。
Further, the capacity control mechanism and rotation speed control of the compressor 1 may be used together to increase the capacity. These methods can be operated in reverse if capacity needs to be reduced.

さらに外気温が低下すると、圧縮機1の冷媒ガ
ス吸込量をいかに増加させようとしても、圧縮機
1の入口圧力は低下し、冷媒ガスの比容積が大き
くなるため、十分な冷媒流量を確保することが出
来ず、又、温度低下によつて外気側熱交換器3に
着霜が現れるようになつて、ますます熱源熱量の
供給が妨げられ、暖房能力が低下するので、本例
では、これを防ぐために、外気温又はこれに関連
している物理量を検出即ち、外気温を直接又は間
接に検出し、その検出値に応じてバイパス弁21
の開度を適当に選定して開き、外気利用加熱経路
と熱機関利用加熱経路とに導く冷媒流量の流量比
をバイパス弁21の開度により制御する。即ち、
外気側熱交換器3から充分な熱量を得られなくな
つた分だけ補助蒸発器23から冷媒に熱量を導入
し、外気側熱交換器3及び補助蒸発器23の両方
で蒸発した冷媒が圧縮機1に吸い込まれるように
する。
If the outside temperature further decreases, no matter how much you try to increase the amount of refrigerant gas sucked into the compressor 1, the inlet pressure of the compressor 1 will decrease and the specific volume of the refrigerant gas will increase, so a sufficient refrigerant flow rate will be ensured. In addition, as the temperature decreases, frost appears on the outside air side heat exchanger 3, which further impedes the supply of heat from the heat source and reduces the heating capacity. In order to prevent
The opening degree of the bypass valve 21 is appropriately selected and opened, and the flow rate ratio of the refrigerant flow rate guided to the outside air heating path and the heat engine heating path is controlled by the opening degree of the bypass valve 21. That is,
Heat is introduced into the refrigerant from the auxiliary evaporator 23 in proportion to the amount of heat that cannot be obtained from the outside air side heat exchanger 3, and the refrigerant evaporated in both the outside air side heat exchanger 3 and the auxiliary evaporator 23 is transferred to the compressor. Let it be absorbed into 1.

かくして、外気側熱交換器3の負担能力を減ら
した分だけ蒸発圧力は上昇し、補助蒸発器23も
充分な能力を有するよに伝熱面積をきめておけ
ば、外気側熱交換器3及び補助蒸発器23からの
合流冷媒の圧力は上昇し、圧縮機1はその分だけ
圧力の低い状態よりも余計の冷媒流量を吸い込む
ことができ、負荷側熱交換器7での熱量を確保す
ることができる。補助蒸発器23では、エンジン
25の排熱を直接又は間接的に利用する。図面で
はジヤケツト11の温水の熱を直接利用するサイ
クルを示しているが、この代わりに排気ガスの熱
量や、又負荷側熱交換器7の温水を用することも
出来る。
In this way, the evaporation pressure increases by the amount that the burden capacity of the outside air side heat exchanger 3 is reduced, and if the heat transfer area is determined so that the auxiliary evaporator 23 also has sufficient capacity, the outside air side heat exchanger 3 and The pressure of the combined refrigerant from the auxiliary evaporator 23 increases, and the compressor 1 can suck in an extra flow rate of refrigerant than in a state where the pressure is low, thereby securing the amount of heat in the load-side heat exchanger 7. Can be done. The auxiliary evaporator 23 uses the exhaust heat of the engine 25 directly or indirectly. Although the drawing shows a cycle in which the heat of the hot water in the jacket 11 is directly used, the heat of the exhaust gas or the hot water in the load-side heat exchanger 7 may be used instead.

このようにして、外気温異常低下時でも暖房能
力を減らすことなく、外気側熱交換器3の取り入
れ熱量を減らすことができ、それだけ着霜を抑え
るか又は無くして運転することができ、不足分は
エンジンの能力を増加させてその燃焼エネルギー
をヒートポンプシステムに取り入れることによ
り、温水加熱に利用することができる。
In this way, even when the outside temperature is abnormally low, the amount of heat taken in by the outside air side heat exchanger 3 can be reduced without reducing the heating capacity, and the operation can be operated with frost formation suppressed or eliminated. can be used to heat water by increasing the engine's capacity and incorporating its combustion energy into a heat pump system.

外気温度が更に異常低下した場合には、バイパ
ス弁21は全開となり、殆どの負荷は補助蒸発器
23が負担することになる。外気利用加熱径路に
も開閉弁を設けてもよく、又、熱機関利用加熱経
路と外気利用加熱経路の分岐点に三方弁を設けて
分配調節してもよい。
If the outside air temperature falls further abnormally, the bypass valve 21 will be fully opened and most of the load will be borne by the auxiliary evaporator 23. An on-off valve may also be provided in the outside air heating path, or a three-way valve may be provided at the branch point of the heat engine heating path and the outside air heating path for distribution adjustment.

制御方式の例につき説明する。図面には各種の
制御方式が示されているが、これは全部同時に設
けられ、又は全部同時に作動するという意味では
なく、便宜上同一図面に記入したものであり、各
制御方式が単独又は適宜み合わせられて配備され
又は使用されるものである。
An example of the control method will be explained. Although various control methods are shown in the drawings, this does not mean that they are all provided at the same time or that they all operate at the same time.They are drawn on the same drawing for convenience, and each control method may be used alone or in combination as appropriate. It is the type of equipment that is deployed or used.

ヒートポンプの通常の容量制御の範囲内にある
負荷に応じて暖房能力を適合させる制御は、例え
ば、負荷検出器として戻り経路の温水温度の温度
検出器26を用い、その信号により圧縮機1の容
量制御装置や或いはエンジン25の回転数と圧縮
機1の容量制御装置の併用により戻り温水温度を
ほぼ一定に保つようにする。
Control that adapts the heating capacity according to the load, which is within the range of normal capacity control of the heat pump, uses, for example, a temperature detector 26 for the hot water temperature in the return path as a load detector, and uses its signal to adjust the capacity of the compressor 1. The return hot water temperature is kept approximately constant by using a control device or a combination of the rotation speed of the engine 25 and the capacity control device of the compressor 1.

外気利用加熱経路と、熱機関利用加熱経路との
負担負荷の負荷比制御、即ち、バイパス弁21の
流量比制御は、例えば次の如き方式で行われる。
Control of the load ratio between the outside air heating path and the heat engine heating path, that is, the flow rate ratio control of the bypass valve 21, is performed, for example, in the following manner.

検出端としては、外気温度(温度検出器2
7)、蒸発圧力(圧力検出器28)又は蒸発温度
(温度検出器30)などの如き外気温度関連物理
量の検出器が選ばれ、これらのうち何れかの信号
により、蒸発圧力又は蒸発温度がほぼ一定となる
ようにバイパス弁21の流量制御を行う。
As a detection end, the outside temperature (temperature detector 2
7) A detector for a physical quantity related to outside air temperature, such as evaporation pressure (pressure detector 28) or evaporation temperature (temperature detector 30), is selected, and a signal from one of them indicates that the evaporation pressure or evaporation temperature is approximately The flow rate of the bypass valve 21 is controlled so that the flow rate is constant.

或いは別の制御方式として、予め組まれたプロ
グラムにより制御を行つてもよい。例えば、外気
温度(温度検出器27)はバイパス弁21の開度
との間のプログラム、蒸発圧力(圧力検出器2
8)とバイパス弁21の開度との間のプログラ
ム、負荷(温度検出器32、エンジン回転数検出
器又は冷却水の温度検出器31による直接又は間
接的な検出)と外気温度(温度検出器27)との
信号の組み合わせとバイパス弁21の開度の間の
プログラム(制御機構33又は34を用いる)、
負荷(温度検出器32、エンジン回転数検出器又
は冷却水の温度検出器31)と蒸発圧力(圧力検
出器29)との信号の組み合わせとバイパス弁2
1の開度との間のプログラム(制御機構35を用
いる)などによる制御である。
Alternatively, as another control method, control may be performed using a preset program. For example, the outside air temperature (temperature detector 27) can be programmed with the opening degree of the bypass valve 21, the evaporation pressure (pressure detector 27)
8) and the opening degree of the bypass valve 21, the load (directly or indirectly detected by the temperature sensor 32, the engine speed sensor or the cooling water temperature sensor 31) and the outside air temperature (the temperature sensor 27) A program between the signal combination and the opening degree of the bypass valve 21 (using the control mechanism 33 or 34),
Combination of signals of load (temperature detector 32, engine speed detector or cooling water temperature detector 31) and evaporation pressure (pressure detector 29) and bypass valve 2
This is control by a program (using the control mechanism 35) between the opening degree of 1 and the opening degree.

或いは別の制御方式として、外気温度(温度検
出器27)と蒸発温度(温度検出器30)との温
度差を検出し制御機構36によりバイパス弁21
の開度を、プログラムにより、或いは、蒸発温度
又は蒸発圧力が一定になるように制御してもよ
い。この方式が他の方式より一層好ましい。
Alternatively, as another control method, the temperature difference between the outside air temperature (temperature detector 27) and the evaporation temperature (temperature detector 30) is detected, and the bypass valve 21 is activated by the control mechanism 36.
The opening degree may be controlled by a program or so that the evaporation temperature or evaporation pressure is constant. This method is more preferable than other methods.

以上に述べた種々の検出端(温度検出器27,
30、圧力検出器28,29)は外気温度に関連
する外気温度関連物理量を検出するものであり、
このほか、例えば圧縮機1の吸込み圧(蒸発圧力
とほぼ同じ)を検出してもよい。
The various detection ends described above (temperature detector 27,
30, pressure detectors 28, 29) detect physical quantities related to outside air temperature,
In addition, for example, the suction pressure of the compressor 1 (approximately the same as the evaporation pressure) may be detected.

補助蒸発器23の加熱源は、上述のほか、直接
排熱を利用してもよく、また、負荷側熱交換器7
(凝縮器)の入口又は出口の温水により加熱して
もよい。
In addition to the above-mentioned heating source, the auxiliary evaporator 23 may use direct exhaust heat, or may use the load-side heat exchanger 7.
It may be heated by hot water at the inlet or outlet of the condenser.

以上の例では、外気温低下に対する負荷制御と
して圧縮機1の容量制御装置を用いているが、こ
れを使用せずに並列の冷媒経路の負担負荷比の制
御を行つてもよい。又、圧縮機1に容量制御装置
が備わつていても、これとは別に熱機関の回転数
の換えることにより、ヒートポンプの容量制御を
行うことができるので、この方法と圧縮機1の容
量制御装置とを併用して制御することもできる。
又、圧縮機1には、どのような形式構造のものを
使用してもよい。
In the above example, the capacity control device of the compressor 1 is used as load control in response to a drop in outside temperature, but the load ratio of the parallel refrigerant paths may be controlled without using this. Furthermore, even if the compressor 1 is equipped with a capacity control device, the capacity of the heat pump can be controlled by separately changing the rotation speed of the heat engine. Control can also be performed in combination with a control device.
Further, the compressor 1 may have any type of structure.

以上の例では、外気温が異常に低下しても、外
気側熱交換器3に着霜を生じたりして能力低下を
来すようなことはなく、しかも特別にボイラなど
の加熱設備を必要としない利点がある。
In the above example, even if the outside temperature drops abnormally, frost will not form on the outside air side heat exchanger 3 and the capacity will not decrease, and additionally, special heating equipment such as a boiler is not required. There is an advantage to not doing so.

以上は、外気温度の変化、特に異常に低温とな
つた場合における外気側熱交換器と補助熱交換器
への冷媒流量の配分を、通常の容量制御の範囲内
にある負荷に応じて流量比制御により行つて容量
制御を行う例であるが、本発明はこの方式を準用
して、負荷が、通常の容量制御で対応できないよ
うな小負荷の場合でも、これに対応して容量制御
を行うことを可能にしたものである。
The above describes how to allocate the refrigerant flow rate to the outside air side heat exchanger and the auxiliary heat exchanger when the outside air temperature changes, especially when the temperature becomes abnormally low, by adjusting the flow rate ratio according to the load within the normal capacity control range. This is an example in which capacity control is performed through control, but the present invention applies this method mutatis mutandis to perform capacity control in response to this even when the load is a small load that cannot be handled by normal capacity control. This is what made it possible.

その実施例について説明する。各部構造、負荷
検出方式、温度検出方式、冷媒や負荷温水の流路
切換方式などは上述の場合と同様である。
An example thereof will be described. The structure of each part, load detection method, temperature detection method, refrigerant and load hot water flow path switching method, etc. are the same as in the above case.

暖房時に負荷を、温水出口温度検出器26,3
2などにより直接又は間接的に検出し、これに対
応して通常の容量制御が行われる。
When heating the load, the hot water outlet temperature detector 26, 3
2 or the like, and normal capacity control is performed in response to this detection.

負荷が減少して或る下限(20〜50%)以下にな
ると、通常のヒートポンプの容量制御では対応で
きなくなる。そこで、負荷検出装置として例えば
温度検出装置として例えば温度検出器32を用い
ているときは、温度検出器32により検出された
負荷がこの制御可能範囲の下限以下になると、制
御機構35からの信号でバイパス弁21を適宜の
開度に開き、負荷に対応するだけの量の冷媒を補
助蒸発器23に導く。
When the load decreases to below a certain lower limit (20 to 50%), normal heat pump capacity control will no longer be able to cope with the problem. Therefore, when the temperature detector 32 is used as the load detection device, for example, as the temperature detection device, when the load detected by the temperature detector 32 becomes below the lower limit of this controllable range, a signal from the control mechanism 35 is sent. The bypass valve 21 is opened to an appropriate opening degree, and an amount of refrigerant corresponding to the load is guided to the auxiliary evaporator 23.

バイパス弁21を開けると膨張弁22で減圧さ
れた冷媒が補助蒸発器23内に流れ込み配管16
を通り流入する温水により加熱され、蒸発する。
従つて圧縮機1の吸込圧力が上昇し、外気側熱交
換器3の出口側圧力も上昇し、この圧力に相当す
る外気側熱交換器3内の飽和温度も上昇するので
外気との温度差が少なくなり外気側熱交換器内の
液冷媒の蒸発が少なくなり、外気よりの流入熱が
少なくなる。
When the bypass valve 21 is opened, the refrigerant whose pressure is reduced by the expansion valve 22 flows into the auxiliary evaporator 23 and into the pipe 16.
It is heated by the hot water flowing through it and evaporates.
Therefore, the suction pressure of the compressor 1 increases, the outlet side pressure of the outside air side heat exchanger 3 also increases, and the saturation temperature in the outside air side heat exchanger 3 corresponding to this pressure also increases, so the temperature difference with the outside air increases. As a result, the amount of evaporation of the liquid refrigerant in the outside air side heat exchanger decreases, and the inflow heat from the outside air decreases.

しかし、一方補助蒸発器23において負荷温水
から冷媒に熱が流入するので、圧縮機1の仕事量
に相当する熱と加えて負荷側熱交換器7において
冷媒側から負荷流体に与える熱量はバイパス弁2
1による冷媒の流量比を変えても変わらない。
However, since heat flows into the refrigerant from the load hot water in the auxiliary evaporator 23, in addition to the heat equivalent to the work of the compressor 1, the amount of heat given to the load fluid from the refrigerant side in the load side heat exchanger 7 is transferred to the bypass valve. 2
There is no change even if the refrigerant flow rate ratio according to 1 is changed.

しかしながら、補助蒸発器23に配分された冷
媒の蒸発潜熱により負荷流体は冷却され、この冷
却された負荷流体が、負荷側熱交換器7にて加熱
された負荷流体に混入して、これを冷却して負荷
に戻す。
However, the load fluid is cooled by the latent heat of vaporization of the refrigerant distributed to the auxiliary evaporator 23, and this cooled load fluid mixes with the load fluid heated by the load side heat exchanger 7 to cool it. and return it to the load.

即ち、バイパス弁21により補助蒸発器23へ
配分する冷媒の流量を増すと負荷への流体送り温
度をさらに低くする。即ち、ヒートポンプの容量
を通常の容量制御における最低容量よりもさらに
小容量とすることができ、制御範囲が広くなると
いう効果が生じる。
That is, by increasing the flow rate of refrigerant distributed to the auxiliary evaporator 23 by the bypass valve 21, the temperature of the fluid sent to the load is further lowered. That is, the capacity of the heat pump can be made smaller than the minimum capacity in normal capacity control, resulting in the effect of widening the control range.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明により、負荷が、通常の容量制御では対
応できない小負荷であつても暖房容量を負荷に適
合させることができ、容量制御範囲の広いヒート
ポンプ装置を提供することができ、実用上極めて
大なる効果を奏する。
According to the present invention, even if the load is a small load that cannot be handled by normal capacity control, the heating capacity can be adapted to the load, and a heat pump device with a wide capacity control range can be provided, which is extremely large in practical use. be effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例のフロー図である。 1…圧縮機、2…四方弁、3…外気側熱交換
器、4…チエツキ弁、5…レシーバー、6…膨張
弁、7…負荷側熱交換器、8…チエツキ弁、9…
膨張弁、10…冷却媒体冷却器、11…ジヤケツ
ト、12…ポンプ、13…三方弁、14…排ガス
熱交換器、15…三方切替弁、16…補助熱源経
路、17…三方切替弁、18…三方切替弁、19
…バイパス経路、20…電磁弁、21…バイパス
弁、22…膨張弁、23…補助蒸発器、24…温
度検出器、25…エンジン、26,27…温度検
出器、28,29…圧力検出器、30,31,3
2…温度検出器、33,34,35,36…制御
機構、37…バイパス経路。
FIG. 1 is a flow diagram of an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Compressor, 2...Four-way valve, 3...Outside air side heat exchanger, 4...Check valve, 5...Receiver, 6...Expansion valve, 7...Load side heat exchanger, 8...Check valve, 9...
Expansion valve, 10... Cooling medium cooler, 11... Jacket, 12... Pump, 13... Three-way valve, 14... Exhaust gas heat exchanger, 15... Three-way switching valve, 16... Auxiliary heat source path, 17... Three-way switching valve, 18... Three-way switching valve, 19
...Bypass path, 20...Solenoid valve, 21...Bypass valve, 22...Expansion valve, 23...Auxiliary evaporator, 24...Temperature detector, 25...Engine, 26, 27...Temperature detector, 28, 29...Pressure detector , 30, 31, 3
2... Temperature detector, 33, 34, 35, 36... Control mechanism, 37... Bypass path.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 熱機関により駆動される圧縮機、外気側熱交
換器、負荷側熱交換器、膨張装置及びこれらの機
器を接続する冷媒経路よりなるヒートポンプと、
負荷を検出して容量を制御する容量制御装置を有
するヒートポンプ装置において、前記冷媒経路に
前記外気側熱交換器に並列に配備された補助蒸発
器と、前記負荷側熱交換器に負荷流体を導く負荷
流体経路と、前記補助蒸発器に負荷流体を導く補
助熱源経路と、負荷を検出する負荷検出装置と、
得られた検出値を設定値と比較し、かつ、負荷が
所定の制御可能範囲の下限よりも低下したとき
に、該検出値に基づいて、前記外気側熱交換器と
前記補助蒸発器とへの冷媒流量比を制御する流量
比制御装置とを備えたことを特徴とするヒートポ
ンプ装置。 2 前記負荷検出装置が、負荷流体の温度を検出
する温度検出器である特許請求の範囲第1項記載
の装置。
[Scope of Claims] 1. A heat pump consisting of a compressor driven by a heat engine, an outside air side heat exchanger, a load side heat exchanger, an expansion device, and a refrigerant path connecting these devices;
In a heat pump device having a capacity control device that detects a load and controls capacity, an auxiliary evaporator is provided in the refrigerant path in parallel with the outside air side heat exchanger, and a load fluid is guided to the load side heat exchanger. a load fluid path, an auxiliary heat source path that guides the load fluid to the auxiliary evaporator, and a load detection device that detects the load;
The obtained detected value is compared with the set value, and when the load has decreased below the lower limit of a predetermined controllable range, the control is performed on the outside air side heat exchanger and the auxiliary evaporator based on the detected value. A heat pump device comprising: a flow rate ratio control device for controlling a refrigerant flow rate ratio. 2. The device according to claim 1, wherein the load detection device is a temperature detector that detects the temperature of the load fluid.
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