JPS63105376A - 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、エンジンの発生
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。

そして、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
して、熱の回収効率の高い水冷式エンジンをその駆動用
エンジンとしている。

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
などによる熱の回収能力よりこのような用途への必要な
熱量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、水冷式エンジンのラジエタを兼ねる室外熱
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、これでは前記のラジエタに該当する室外熱交換
器が不可欠となるうえ、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、室外熱交
換器を省略できるとともに、循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、前記エンジンを空冷式とするとともに、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、システムが
必要とする熱量に制限して熱回収をすることができ、過
剰の熱量を回収せずにすみ、エンジンが空冷式であるか
らその冷却装置としてのラジエタの設置が不要である。

そのため、従来必要とされていた室外熱交換器の設置を
省略することができる。

さらに、排気ガス熱交換器から媒体が受ける熱量を低減
することができるから、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できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す実施例を説明する。

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空冷式になっている
。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）のように循環き
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の排気袋Ｗ３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はその後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
て、それぞれの開口端からエンジン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するので、この排気ガ
ス熱交換器３２で回収する排気の熱量が変化し、両者に
流れる排気ガスの分流割合の調整弁として機能する。

なお、これら２本に分岐した排気通路３１．３３はその
後集合させて消音器３５に接続するようにしてもよく、
排気通路３０を３本以上に分岐させてもよい。

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。

なお、この排気ガス熱交換器３２は、エンジン１の排気
通路３１内にエンジン冷却水の循環通路を設置したもの
であり、ここからの熱回収の効率を向上するために、こ
の排気通路３１内で循環通路を構成する配管に集熱フィ
ンを設置して吸熱部３６を形成したものである。

そのため、この吸熱部３６においては、集熱フィンによ
り、排気の消音効果が同時にえられるようになっている
。

そしてこの実施例においては、この吸熱部３６を経る次
のような媒体（水）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には室内熱交換器４５が接続され、また他
方の配管４３には給湯タンク４６が前記室内熱交換器４
５と並列に接続されている。

この室内熱交換器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。

そして、この熱交換器４５は前記した冷媒系に設けた熱
交換器１９と並列に配置されて、ファン１８を兼用する
ようにダクト６１内に設置されている。

このダクト６１は、室内に連通ずるダクト６２に連なり
、このダクト６２は、ファン６４の風を空冷エンジン１
のシリンダ外周部にあててエンジンの冷却と温風を得る
、ダクト６３と接続されて熱効率の向上が図られている
。

そして、ダクト６３の下流端にはダンパ６５と分岐ダク
ト６６が設置されている。

この分岐ダクト６６は、前述のエンジンの冷却により得
られた温風が、室内の温度条件から不要となる場合（例
えば、室内が冷房中である場合など）にその温風を外気
に放出するものであり、ダンパ６５によりその温風の流
路の切り換えが行われる。

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、５２．５３は水系の各循
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５２，５３、およびバタ
フライ弁３４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、エンジンの排気ガスの流れは排気ガス熱
交換器の配置された排気通路に集中的にながれ、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。

なお、この場合に水系循環回路を経て回収される熱量が
多すぎる場合には前記調整弁３４を適宜開放することに
より、この排気ガス熱交換器３２で回収する熱量を調整
すればよい。

■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が閉止し、電磁弁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。

なお、この運転モードにおいては、排気ガス熱交換器３
２の上流側にもバタフライ弁を設置して冷房運転をする
場合に閉止するものとすれば、この配管４１へ伝達され
る熱量の軽減が図れるので冷房効率が良好となり好まし
い。

■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、
電磁弁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。

この実施例は、かかる構成をとっているために、次のよ
うな特徴がある。

すなわち、この実施例のエンジン１は空冷式のものであ
り、そのためエンジンの冷却を目的とするラジエタの設
置が不要であり、前記のバタフライ弁３４によって回収
熱量を調整できるので、従来設置していた過剰に回収し
た熱の放出用の室外熱交換器の設置を省略することがで
きる。

さらに詳細に説明すれば、室内熱交換器１９あるいは給
湯タンク４６が必要とする熱量をセンサなどを設置して
把握するようにして、これに見合うようにバタフライ弁
３４の開度を自動調整することは公知の技術により容易
に行うことができる。

また、この実施例の排気装置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が、これは排気ガス熱交換器
３２が排気の消音効果をも有する構造であるためである
。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように、この種のエンジン駆
動熱ポンプ装置において、前記エンジンを空冷式とする
とともに、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たものである。

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、システムが
必要とする熱量に制限して熱回収をすることができ、過
剰の熱量を回収せずにすみ、エンジンが空冷式であるか
らその冷却装置としてのラジエタの設置が不要である。

そのため、従来必要とされていた室外熱交換器の設置を
省略することができる。

さらに、排気ガス熱交換器から媒体が受ける熱量を低減
することができるから、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できる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例の全体説明図である。 １−エンジン、２・・−圧縮機。 ３０、　３１．　３３−排気通路。 ３２・・・排気ガス熱交換器、３４・−・・−調整弁１
、事件の表示 昭和６１年特許願第２５２４９９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 住所　静岡県磐田市新貝２５００番地 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、 前記エンジンを空冷式とするとともに、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。