JPS63105375A - エンジン駆動熱ポンプ装置の排気熱回収装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンジン駆動熱ポンプ装置の排気熱回収装
置に関する。

〔従来の技術〕

エンジン駆動熱ポンプ装置においては、エンジンの排気
ガスの持つ熱を回収して使用することができるから高い
熱効率を得ることができる特徴を持つ、このため、エン
ジン駆動熱ポンプ装置においては、エンジンの排気系に
はその熱を回収するために排気ガス熱交換器を設置して
おり、この排気ガス熱交換器にはエンジンの排気の全量
が流通するようになっている。

これは、このようにして回収された熱は媒体の循環回路
を経て、例えば暖房あるいは給湯等の加熱に使用される
ものであり、このような需要を満たすのに供されるから
、大きな需要にも対応できるようにできるだけ多くの熱
量を回収せんとするためである。

ところで、このように必要となる熱量は、環境条件など
により時々刻々変化するものであり、排気ガス熱交換器
による排気熱の回収能力より熱量需要が小さくなる場合
もある。

このような場合、従来のエンジン駆動熱ポンプ装置にお
いては、排気ガス熱交換器により通常と同様に排気熱の
回収を行い、これを別に設置した室外熱交換器により大
量に放熱して熱収支の均衡をとることとしていたのであ
る（例えば、特願昭６０−１９２７３７号参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これでは必要以上に循環系を加熱条件下におく
こととなり循環系の熱的負担が大きく、この循環系には
配管の接続部に使用されるシール材あるいは循環ポンプ
等が設置されていて熱により劣化する性質を有するもの
であるため、この循環系の耐久性の点で不利である。

この発明はかかる事情によりなされたもので、排気ガス
から回収した熱の媒体のＮ環系の熱的負担を軽減するこ
とにより、この循環系の耐久性を高めんとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明はこの種のエンジン駆動熱ポンプ装
置において、排気通路を分岐させて複数の通路を構成し
、これらの通路のうちの少なくとも１つには排気ガス熱
交換器を設置するとともに、これらの通路のうちの少な
くとも１つには排気ガス熱交換器を設置しないものとし
、これらの通路を流通する排気ガスの分流比率を変える
調整弁を設置したものである。

〔作用〕

したがって、排気ガス熱交換器の設置された通路を流通
する排気ガス量を調整することにより、排気ガス熱交換
器で回収される熱量の調整が行なえるから、排気ガス熱
交換器から媒体が受ける熱量を低減することができ、も
ってこの媒体の循環系の熱的負担を軽減してその耐久性
を高めることが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す第１実施例により説明する。

図面において、１は都市ガス、プロパンガスなどのガス
燃料によって駆動されるエンジンで水冷式になっている
。２はエンジン１によって駆動される圧縮機であり、フ
ロン等の冷媒を圧縮して高温高圧のガスにするようにな
っている。

圧縮機２の吐出管１１と吸入管１２との間には四方弁１
３が接続され、この四方弁１３から延長する配管１４．
１５の一方の配管１４側にはファン１６を付設した冷媒
系室外熱交換器１７が接続され、他方の配管１５側には
ファン１８を付設した冷媒系室内熱交換器１９が接続さ
れている。

また、冷媒系室外熱交換器１７から延長する配管２１と
、冷媒系室内熱交換器１９から延長する配管２２との間
には、暖房用膨張弁２３、冷房用膨張弁２４、逆止弁２
５．２６、レシーバ２７などが設けられて熱ポンプ装置
が構成されている。

上記冷媒系循環回路において、四方弁１３を切り換えて
冷媒が実線矢印（以下、暖房方向という）のように循環
させると、冷媒系室外熱交換器１７が蒸発器として作用
する一方、冷媒系室内熱交換器１９が凝縮器として作用
して暖房回路を構成する。

また、冷媒が破線矢印方向（以下、冷房方向という）に
循環するように切り換えると、上記とは逆に冷媒系室外
熱交換器１７が凝縮器として作用する一方、冷媒系室内
熱交換器１９が蒸発器として作用して冷房回路となる。

そして、このエンジン１の排気装置３は次のように構成
され、これには消音器をも兼ねる排気ガス熱交換器３２
が設置されて排気ガスからの熱回収が行われるようにな
っている。

すなわち、この排気装置３は、エンジン１の排気口から
導出された排気通路３０がその後２本に分岐され、その
一方の排気通路３１には排気ガス熱交換器３２が設置さ
れ、他方の排気通路３３にはバタフライ弁３４が設置さ
れ、その後２本に分岐したこれらの排気通路３１．３３
は集合された後、消音器３５に接続され、ここからエン
ジン１の排気を大気に放出するようになっている。

そのため、このバタフライ弁３４の開度を調整すること
により、前記排気ガス熱交換器３２の設置された排気通
路３１に流れる排気の流量が変化し、同時に排気通路３
３に流れる排気の流量も変化するので、このバタフライ
弁３４は両者に流れる排気ガスの分流割合の調整弁とし
て機能し、この排気ガス熱交換器３２で回収する排気の
熱量が可変となっている。

このバタフライ弁３４にはステッピングモータなどのア
クチュエータ３９を設置して、これにより開閉操作を行
うようになっており、適当な中間開度での停止も可能に
構成されている。

ところで、上記エンジンｌにはシリンダ等を冷却するジ
ャケット３７が形成されており、このジャケット３７で
エンジン１の熱を回収し、さらにこのエンジン冷却水は
その後排気ガス熱交換器３２においてエンジンの排気ガ
スからの熱の回収を行うようになっている。

この排気ガス熱交換器３２は排気通路３１内に媒体の循
環通路を配置して吸熱部３６としたものであり、ここか
らの熱回収の効率を向上するために媒体の循環通路を構
成する配管に集熱フィンを設置したものである。

この実施例においては、熱源たる前記ジャケット３７お
よび吸熱部３６を経る次のようなエンジン冷却水（媒体
）の循環回路が構成され、ポンプ３８によって強制循環
するようになっている。

すなわち、排気ガス熱交換器３２の吸熱部３６から延長
する配管４１は、途中で配管４２と４３に分岐され、一
方の配管４２には室外熱交換器４４が接続され、また他
方の配管４３には室内熱交換器４５が接続されている。

そして、この配管４３はさらに分岐されて室内熱交換器
４５と並列に給湯タンク４６を配置し、この給湯タンク
４６内にもエンジン冷却水を循環することによりこのタ
ンク内の湯水を加熱できるようになっている。

なお、これらの熱交換器４４．４５は前記した冷媒系に
設けた熱交換器１７．１９と並列に配置されて、ファン
１６．１８を兼用するようになっている。

前記室内熱交換器４５は室内を暖房する場合にこの循環
系の熱を放出するものであり、前記給湯タンク４６とと
もに、この循環系に回収された熱をこの循環系から必要
に応じて取り出して利用するものであり、これらの装置
が必要とする熱量は室温、水温などの外部要因により変
動するものである。

一方、室外熱交換器４４はこの循環系に回収された熱量
が過剰の場合に、その過剰の熱量を外気に放出して熱的
収支の均衡をとるためのものであり、同時に水冷エンジ
ン１の冷却水温を適温に維持するための、いわゆるラジ
ェータとしても機能するものである。

なお、図中４７はこの循環系の熱的媒体たるエンジン冷
却水のリザーブタンクであり、５１，５２．５３はエン
ジンの冷却水系の各循環回路を開閉する電磁弁、５４．
５５はこれらの電磁弁などの制御を行うコントローラ、
運転モード切り換えスイッチである。

次に、この第１実施例の作動を説明するが、このシステ
ムにおいては、その運転モードとして■暖房　■暖房給
湯　■冷房　■冷房給湯の４つの運転状態があり、それ
ぞれに対応して四方弁１３、電磁弁５１，５２，５３、
およびバタフライ弁３９の切り換えあるいは調整操作が
行われる。

すなわち、運転モードの切り換えスイッチ５５を操作し
て運転モードを選択すると、このスイッチからの指令は
コントローラ５４に入力されて、このコントローラ５４
からの出力により、以下のような弁の切り換え等がなさ
れる。

■暖房モード モード切り換えスイッチ５５で暖房モードを選択すると
、電磁弁５１．５３は閉止、電磁弁５２は開放となり、
かつ四方弁１３は冷媒の循環方向を暖房方向に切りかわ
る。そして同時に、バタフライ弁３４は排気通路３３を
閉止する。そのため、エンジンｌの排気ガスの流れは排
気ガス熱交換器３２の配置された排気通路３１に集中的
にながれ、この排気の有する熱から多くの熱量を回収す
ることができる。

■暖房給湯モード モード切り換えスイッチ５５で暖房給湯モードを選択す
ると、電磁弁５２が閉止されｔ磁弁５３が開放状態とな
る点が■と異なり、その他は■と同様に弁等が操作され
、排気ガスの有する多くの熱量の回収が集中的に給湯タ
ンク４６に供給され迅速にタンク内の湯水の加熱がなさ
れる。

なお、室内の暖房を優先し、湯水の加熱に迅速を要しな
い場合には、電磁弁５３を開放状態としておいてもよい
。

■冷房モード モード切り換えスイッチ５５で冷房モードを選択すると
、電磁弁５１は開放、電磁弁５２．５３は閉止となり、
かつ四方弁１３は冷媒の循環方向を冷房方向に切りかわ
る。これと同時に、バタフライ弁３４は排気通路３３を
開放し、エンジン１の排気の熱をこのバタフライ弁３４
の配置された排気通路３３をも通じて排出し、排気ガス
熱交換器３２により回収される熱量を低減してこの媒体
の循環系の熱的負担が軽減され、その保護がなされる。

■冷房給湯モード モード切り換えスイッチ５５で冷房給湯を選択すると、
ｔＭ１弁５１．５２および四方弁１３は■と同様である
が、電磁弁５３は開放となり、またバタフライ弁３４は
以下のようにコントローラ５４により調整操作がなされ
る。

すなわち、このモードには給湯タンク４６の加熱を必要
とする場合と給湯タンク４６の加熱を要しない場合との
２つの状態がある。

給湯タンク４６の加熱を必要とする場合には、このバタ
フライ弁３４は基本的には閉止した状態となり、エンジ
ン１の排気ガスからの排気熱の回収が前記排気ガス熱交
換器３２によりなされる。

また、給湯タンク４６の加熱を必要としない場合には、
このバタフライ弁３４を開放して回収熱量の低減を図る
。

なお、たとえば給湯タンク４６内の湯水が所定の温度に
達していても、とくに外気が低温の場合などには自然放
熱により湯水が低温となるので、これに対して前記のバ
タフライ弁３４を少し閉じて排気ガス熱交換器３２の回
収熱量を少し増加させるようにすることもでき、このよ
うな場合にはバタフライ弁３４は開放と閉止のほか中間
開度でも使用することができる。

なお、この実施例でのこのモードにおいては、電磁弁５
１を閉止したものとして説明したが、このような制御が
面倒である場合には、電磁弁５１を開放した状態として
、ラフな制御を行い循環系の少量の熱の収支を室外熱交
換器４４により行うこととしても循環系の熱的負担は軽
減されるので本発明の目的を達成するものとすることが
できる。

次に第２実施例の排気装置部分を説明するが、以下にお
いては先に説明した第１実施例との相違点についてのみ
説明し、第１実施例との共通点については図面に同一の
参照番号を付与してその詳細な説明は省略することとし
、図示しないが第２実施例のエンジン冷却水系配管や、
冷媒系の配管は第１図に示す循環回路が同様に接続され
ている。

この実施例の第１実施例との相違点は次の３点である。

■第１実施例では、排気通路は２本に分岐していたが、
この第２実施例においては３本の排気通路３１ａ、’　
　３１ｂ、３３に分岐し、そのうちの２本の排気通路３
１ａ、３１ｂには排気ガス熱交換器３２ａ、３２ｂがそ
れぞれ設置されていること。

■第１実施例では、２本に分岐された排気通路の一方に
のみバタフライ弁を設置して排気の分流比率を調整する
ものとしたが、この第２実施例では３本に分岐された排
気通路のすべてにそれぞれバタフライ弁３４　ａ、　　
３４　ｂ、　　３４　ｃを設置しであること。

■第１実施例では排気装置３の排気通路が２つの排気通
路３１．３３に分岐された後に集合させて、消音器３５
に排気を導く方式としているが、この第２実施例では排
気通路３１ａ、３１ｂ、３３がそれぞれ独立して排気を
大気に放出する構造としていること。

まず■について説明すると、 この第２実施例で排気通路を３本の排気通路３１ａ、３
１ｂ、３３に分岐し、そのうちの２本の排気通路３１ａ
、３１ｂには排気ガス熱交換器３２ａ、３２ｂがそれぞ
れ設置されているのは、これらの２つの排気ガス熱交換
器３２ａ、３２ｂになるべく均等に排気ガスのもつ熱を
回収させることにより、排気ガス熱交換器の高温化を抑
制して排気ガス熱交換器の劣化を抑制し、同時に排気ガ
スと排気ガス熱交換器との温度差を確保することにより
、排気ガスのもつ熱を多量に回収する場合の回収ロスを
低減させ回収効率を高く維持せんとするためである。

次に、■の点について説明する。

この第２実施例で３本に分岐された排気通路３１ａ、３
１ｂ、３３のすべてにそれぞれバタフライ弁３４ａ、３
４ｂ、３４ｃを設置しであるのは、これらの各排気通路
にバタフライ弁を設置して排気の分流比率の制御を精度
よく行わんとするものであり、また、システムの運転モ
ードに応じての排気ガスの流動区域を明確に区画して排
気ガスからの熱伝達の軽減を図らんとするためである。

また、これらのバタフライ弁３４ａ、３４ｂ、３４Ｃが
エンジンの排気通路に存在することにより、燃焼室での
ガス交換の効率を制御することができ、適量の既燃ガス
を燃焼室内に残留させることによって、燃焼温度を抑制
してチッ素酸化物量の低減を図ることができる。

次に■の点について説明する。

この第２実施例で排気通路３１ａ、３１ｂ、’３３がそ
れぞれ独立して排気を大気に放出する構造としているの
は、この排気ガス熱交換器３２ａ。

３２ｂは排気通路３１ａ、３１ｂ内に媒体の循環通路を
形成したものであり、ここからの熱回収の効率を向上す
るために媒体の循環通路を構成する配管に集熱フィンを
設置したもので、この集熱フィンにより排気の消音効果
かえられるようになっているからであり、そのため、こ
れらの排気通路３１ａ、３１ｂには独立の排気消音器を
設置することを省略したものである。

また、他方の排気通路３３にはバタフライ弁３４ｃが設
置され、その下流側にはこの排気通路３３専用の排気消
音器３５が設置されて、消音がなされる。

この方式では、排気通路３０と各排気通路３１ａ、３１
ｂ、３３のバタフライ弁３４ａ、３４ｂ。

３４ｃの上流側の部分に比較的大きな空間を排気通路内
に形成することとなるので、この空間Ｓがエンジン１か
ら排出された排気の第１膨張室として機能し、消音効果
を期待できるので、比較的消音機能の小さいコンパクト
な排気消音器を採用することが可能となる。

また、この実施例では、各排気通路ごとに排気消音器相
当部分が設置されているので、静粛性が求められる深夜
などには、熱効率をある程度犠牲としてバタフライ弁３
４　ａ、　　３４　ｂ、　　３４　ｃを開放状態とし、
排気消音器の容量を拡大すればエンジンの排気音の低減
を図ることができる。

以上説明した第１および第２実施例において、このよう
に排気装置を構成してバタフライ弁を設置したことによ
り、エンジン冷却水系の循環回路の熱的負担の軽減がな
され、その保護がなされるほか、室外熱交換器４４によ
り大気に放出すべき熱量を抑制できるから、この室外熱
交換器４４を能力の比較的小さい小型のものとすること
が可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、この種のエンジン駆
動熱ポンプ装置において、排気通路を分岐させて複数の
通路を構成し、これらの通路のうちの少な（とも１つに
は排気ガス熱交換器を設置するとともに、これらの通路
のうちの少なくとも１つには排気ガス熱交換器を設置し
ないものとし、これらの通路を流通する排気ガスの分流
比率を変える調整弁を設置したものである。

したがって、排気ガスの分流比率の調整弁を調えるから
、排気ガス熱交換器から媒体が受ける熱量を低減するこ
とができ、もってこの媒体の循環系の熱的負担を軽減し
てその耐久性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例に関し、第１図は第１実施例の
システム説明図、第２図は第２実施例の排気装置部分の
説明図である。 １：エンジン、２：圧縮機。 ３１．３１ａ、３１ｂ、３３：排気通路。 ３２．３２ａ、３２ｂ：排気ガス熱交換器。 ３４．３４ａ、３４ｂ、３４ｃ：調整弁。 特許出願人　ヤマハ発動機株式会社 手続補正書（方式） 昭和６を年２　月１ｒ７日 １、事件の表示 昭和６１年特許願第２５２４９８号 ２、発明の名称 エンジン駆動熱ポンプ装置の排気熱回収装置３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 ４、補正命令の日付 昭和６２年１月７日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンと、このエンジンに駆動される圧縮機を有す
   る熱ポンプ装置であって、このエンジンの排気通路に排
   気ガス熱交換器を設置して排気熱を回収するものにおい
   て、 前記排気通路を分岐させて複数の通路を構成し、これら
   の通路のうちの少なくとも１つには排気ガス熱交換器を
   設置するとともに、これらの通路のうちの他の少なくと
   も１つには排気ガス熱交換器を設置しないものとし、こ
   れらの通路を流通する排気ガスの分流比率を変える調整
   弁を設置してなるエンジン駆動熱ポンプ装置の排気熱回
   収装置。