JPS6325268B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンなどの内燃機関及びランキ
ンサイクル機関、スターリング機関などの外燃機
関、即ち熱機関により駆動される圧縮機により、
空気熱源シートポンプを駆動する温流体製造装置
に関するものである。

本明細書における若干の用語を次の如く定義す
る。

温流体製造装置 温水などの温流体のみを製造する温流体専用製
造装置のみならず、冷水などの冷流体の製造を、
併用して同時に、又は切換えて交互に行うことが
できる冷温流体兼用製造装置も含む。

ヒートポンプ 低温部から熱を組み上げて高温部に供給するヒ
ートポンプのみならず、冷凍サイクルも兼用する
ヒートポンプのことも指す。

〔従来技術〕

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
り冷温水製造を行う冷温水製造装置の開発が盛ん
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温水製造を行うものであ
り、温水製造時エンジンの排熱を温水製造に利用
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。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら従来のエンジン駆動の排熱回収式
ヒートポンプにおいては次の如き問題点があつ
た。

即ち、従来のヒートポンプにおいては、外気温
度が非常に低い時や、降雪時には、外気側熱交換
器における蒸発温度が低下し、着霜を生じて使用
不可能になることがある。この場合はデイフロス
ト手段を講じなければならないが、デイフロスト
時には、その外気側熱交換器を用いたヒートポン
プによる負荷温水の加熱ができなくなるばかりで
なく、ヒートポンプ負荷が小なることによりエン
ジンを定格回転数で回転せしめることができず、
圧縮機を止めた場合は、その排熱を利用すること
ができず、また、エンジンのみ回転せしめるとし
ても負荷がないのでアイドリング運転となるた
め、排熱量を減少し、結局、温流体製造容量は、
汲み上げるべき外気の熱が減少した分だけの熱に
とどまらず、ヒートポンプが運転できないことに
よるヒートポンプ加熱分の減少とエンジンの排熱
量の減少とが相まつて温流体製造容量の低下が甚
だしい、という問題点があつた。

本発明は、従来のものの上記の問題点を解決し
てデイフロスト時にもヒートポンプサイクルを作
動せしめ、負荷流体を加熱すると共に排熱によつ
ても作動流体を加熱し、温流体製造容量の低下を
最小限に抑制し、かつ、外気温が通常の温度であ
る場合においてもヒートポンプと共にエンジン排
熱により負荷流体を加熱し、熱利用効率を向上せ
しめる温流体製造装置を提供することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、回転数制御装置を備えた熱機関によ
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、前記熱機関から
の排熱を回収する排熱回収装置とを備え、デイフ
ロスト指令信号によりデイフロスト手段を講じ、
デイフロスト解除信号により、デイフロスト手段
を解除する温流体製造装置において、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、前記排熱回収装置、前記負荷側熱交換
器及び前記補助蒸発器に温流体を導く温流体経路
と、通常の温流体製造運転時には、冷媒を前記外
気側熱交換器のみに供給して温流体製造運転を行
い、デイフロスト時には冷媒を前記補助蒸発器に
供給して該補助蒸発器により温流体製造運転を行
つたまま前記外気側熱交換器のデイフロストを行
うようにした冷媒流路切換機構を備えたことを特
徴とする温流体製造装置である。

〔実施例〕

本発明を冷温流体製造装置に適用した実施例に
つき図面を用いて説明する。

図面において、１は圧縮機、３，３′は外気側
熱交換器、７は負荷側熱交換器、９は膨張装置と
しての膨調弁で、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。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
されて冷流体製造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。

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２８が配備されている。本実施
例ではレシーバー５から外気側熱交換器３，３′
と四方弁２との間の冷媒経路に冷媒を導く冷媒経
路が外気側熱交換器３，３′をバイパスするバイ
パス経路３１として分岐配備され、該バイパス経
路３１に電磁弁２６と膨張弁２７と補助蒸発器２
８が配備されている。

そして冷媒を外気側熱交換器３，３′又は補助
蒸発器２８に選択的に導くように、レシーバー５
と膨張弁９との間の冷媒経路に電磁弁３０が、レ
シーバー５と膨張弁２７との間のバイパス経路３
１に電磁弁２６が、冷媒流路切換機構として設け
られている。

圧縮器１の形式としてはピストン式、ロータリ
ー式、遠心式などが用いられる。

１０は圧縮機１を駆動する熱機関として用いら
れている、回転数制御装置３５を備えたエンジン
で、ジヤケツト部１１から排熱を回収するために
ジヤケツト部１１と排熱回収装置である冷却器１
７との間を冷却水経路３２で接続するとともに、
排ガスから排熱を回収するために、排熱回収装置
である排ガス熱交換器１９と排ガスダクト２４と
を設けている。排ガスダクト２４は煙道２５に切
替えダンパー２３を介して切換可能に接続されて
いる。

冷却水経路３２には冷流体を製造するときのた
めに冷却器１７をバイパスするバイパス経路３４
が電磁弁１５，１６を介して切換可能に接続さ
れ、バイパス経路３４には冷却器１４が設けられ
ている。１２はポンプ、１３はジヤケツト部１１
に送られる冷却水の温度を一定に調節するための
三方弁、２２はサイレンサである。

負荷流体経路は負荷側熱交換器７出口側の温流
体を補助蒸発器２８の加熱流体として補助蒸発器
２８に導くように補助蒸発器２８が接続されると
ともに、温流体を冷却器１７の冷却流体として冷
却器１７に導きエンジン１０の冷却水により温流
体が加熱されるように冷却器１７が接続される。
また負荷側熱交換器７入口側の温流体を排ガス熱
交換器１９に導き排ガスにより温流体が加熱され
るように排ガス熱交換器１９が接続されている
が、冷流体を製造するときのために排ガス熱交換
器１９をバイパスするバイパス経路３３が電磁弁
２０，２１を介して切換可能に接続されている。
即ち、温流体経路は、温流体を、温流体負荷から
排熱回収装置である排ガス熱交換器１９、負荷側
熱交換器７、補助蒸発器２８、排熱回収装置であ
る冷却器１７へと導いて、温流体負荷に戻すよう
に設けられている。１８はポンプである。

３６は制御部で、外気側熱交換器３，３′の熱
交換器表面（例えばフイン）の温度、蒸発圧力、
外気温度等の検出値によりデイフロスト指令信号
及びデイフロスト解除信号をデイフロスト手段に
与えることができるものである。本実施例では冷
媒流路切換、エンジン１０の回転数増大をデイフ
ロスト手段として含んでいるので、電磁弁３０，
２６や回転数制御装置３５を制御できるようにな
つている。なお、デイフロスト解除信号はタイマ
により行うこともできる。

しかして、ヒートポンプサイクルは通常の電動
式空気熱源ヒートポンプと同様である。即ち、冬
期温流体製造時においては、冷媒は圧縮機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３，３′（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
において温流体、例えば温水を加熱する。また夏
期冷流体製造時においては、四方弁２を切り換え
て冷媒の経路を変える。冷媒は圧縮機１→四方弁
２→外気側熱交換器３，３′（凝縮器として作用）
→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
いて冷流体、例えば冷水を冷却する。

一方、圧縮機１を駆動するエンジン１０の冷却
は次の如く行われる。

温水製造運転時エンジン１０のジヤケツト部１
１にはポンプ１２により冷却水が送られ、エンジ
ン１０は冷却される。エンジン１０を冷却した冷
却水（水以外の冷却用液体でもよい）は冷却器１
７に送られ温水により冷却される。また冷水製造
運転時は電磁弁１５，１６が切り換えられ、冷却
器１４により空冷される。

冷温水はポンプ１８によりこの冷温水製造装置
に送られる。温水製造時は温水を温水経路に供給
する。即ち、温水は先ず排ガス熱交換器１９に送
られ排ガスにより加熱され、その後負荷側熱交換
器７→冷却器１７に送られエンジン１０の冷却水
により更に加熱され温水負荷に供せられる。

冷水製造時は電磁弁２０，２１，１５，１６が
切替えられるので、冷水は負荷側熱交換器７で冷
却されるのみである。

エンジン１０の排ガスは温水製造時は排ガス熱
交換器１９により冷却された後サイレンサ２２を
通り、外気側熱交換器３，３′間の排ガスダクト
２４を通り排出される。冷水製造時は切替えダン
パー２３が切替えられるので煙道２５より直接外
気に放出される。

次に温水製造時にデイフロストを行いながら温
水を製造するときについて説明する。

制御部３６からデイフロスト指令信号が出る
と、電磁弁３０は閉、電磁弁２６は開となつて、
冷媒はレシーバー５からバイパス経路３１に流入
する。それ故液冷媒は膨張弁２７により減圧さ
れ、補助蒸発器２８内のコイル２９内で、ヒート
ポンプにより製造された温水により加熱され蒸発
する。同時にエンジン１０の回転数は回転数制御
装置３５により冷水製造運転時と同じ回転数また
はそれ以上の回転数に切替えられる。即ち、温水
負荷は冷水負荷よりも通常小であるので温水製造
時には冷水製造時よりもエンジン１０の回転数を
落とすことが好ましく、この場合には上記の如
く、デイフロスト時にエンジン１０の回転数を冷
水製造運転時と同じ回転数又はそれ以上の回転数
に切り換える、ということは、温水製造時におい
て、デイフロスト時には、エンジン１０の回転数
を、それ以前の通常の状態よりも増速することに
なる。これ故エンジン１０に加えられる燃料のエ
ネルギーが増加するので、大気より熱を汲み上げ
ることはできないにもかかわらず、通常の温水製
造時と同等の温水製造容量を得ることができる。

このデイフロスト時には、電磁弁３０は閉じら
れるので外気側熱交換器３，３′は排ガスダクト
２４を通る高温の排ガスにより加熱され、徐々に
デイフロストされる。即ち、外気側熱交換器３，
３′は冷媒を遮断して使用しないようにするので、
蒸発潜熱による温度低下がなく、さらにエンジン
１０の燃焼排ガスもかかるので、その排熱を利用
してデイフロストを行うことができる。

なお、冷水製造にも使用されるエンジン駆動ヒ
ートポンプの場合は通常外気側熱交換器３，３′
の伝熱面積が温水製造時には過大となり、多少殺
して使用しても性能の低下が少ない。従つて通常
の温水製造運転時には外気側熱交換器３のみを使
用するようにしてもよい。

上記の実施例の冷温水製造装置は、上述の如き
構成となつているので、後述する発明の効果のほ
かに下記の如き優れた効果がある。

(1) デイフロスト時に、エンジン１０の最大回転
数を通常運転時よりも増大せしめる（例えば冷
温水製造装置にあつては、温水製造時に、冷水
製造時のものよりも低下せしめてあつた最大回
転数を、デイフロスト時には冷水製造時なみに
上昇せしめる）ことにより、温水製造容量の低
下の防止を一層はかることができる。

即ち、デイフロスト時に、補助蒸発器２８の
作用でヒートポンプサイクルが形成されるの
で、エンジン１０の回転数を上昇せしめること
ができ、そのときは、 (i) 圧縮機１による機械的仕事から変換されて
温水に与えられる熱 (ii) 排ガス、ラジエーター冷却水などのエンジ
ン排熱により温水に与えられる熱 は何れも上昇するので、温水加熱能力は通常の
回転数の場合よりも上昇し、デイフロスト時の
温水製造容量の低下を通常回転時よりも一層有
効に防ぐことができる。

(2) 温水は排ガス熱交換器１９と冷却器１７にお
いてエンジン１０の排熱により加熱されるので
省エネルギーを図れる。

〔発明の効果〕

本発明の温流体製造装置は、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、
前記排熱回収装置、前記負荷側熱交換器及び前記
補助蒸発器に温流体を導く温流体経路と、通常の
温流体製造運転時には、冷媒を前記外気側熱交換
器のみに供給して温流体製造運転を行い、デイフ
ロスト時には冷媒を前記補助蒸発器に供給して該
補助蒸発器により温流体製造運転を行つたまま前
記外気側熱交換器のデイフロストを行うようにし
た冷媒流路切換機構を備えているので、次の如き
効果を発揮することができる。

(1) デイフロスト時に、 (a) 補助蒸発器に温流体と冷媒とを導いた状態
となし、冷媒を温流体により加熱して蒸発せ
しめ比体積の小なる冷媒ガスを発生せしめて
ヒートポンプサイクルの作動を可能となし、
このヒートポンプサイクルにより圧縮機の機
械的仕事が熱に変換されて加わり、負荷側熱
交換器において温流体を加熱し、補助蒸発器
で奪われた熱以上の熱を温流体に与え、温流
体を有効に加熱する。

(b) 温流体の一部が熱機関の排熱により加熱さ
れるようになつているので、温流体の加熱量
は一層大となり、また回収熱の放散も少な
い。

(c) (a)の如く、ヒートポンプサイクルの作動を
可能とすることにより、熱機関をアイドリン
グ状態ではなく定格負荷或いはそれに近い状
態で運転せしめることができるので、圧縮機
の仕事から変換される熱量及び排熱量は回転
数上昇に応じて多量となり、(a)と合わせて温
流体の加熱量は大となる。

(d) 補助蒸発器で温流体から加熱されると同時
に、外気側熱交換器においても外気からの熱
の汲み上げが可能であり、ヒートポンプにお
ける温流体の加熱量を増大せしめ得る。

(e) このように温流体の加熱をできるだけ行つ
て、温流体製造容量の低下を防止することが
できる。

(2) 外気温が通常の温度である場合 (a) 外気から熱を汲み上げてヒートポンプサイ
クルを作動せしめて温流体を加熱すると同時
に、熱機関の排熱により温流体の一部を加熱
して熱利用率の向上をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

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、３，３′……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……エンジ
ン、１１……ジヤケツト部、１２……ポンプ、１
３……三方弁、１４……冷却器、１５，１６……
電磁弁、１７……冷却器、１８……ポンプ、１９
……排ガス熱交換器、２０，２１……電磁弁、２
２……サイレンサ、２３……切替えダンパー、２
４……排ガスダクト、２５……煙道、２６……電
磁弁、２７……膨張弁、２８……補助蒸発器、２
９……コイル、３０……電磁弁、３１……バイパ
ス経路、３２……冷却水経路、３３，３４……バ
イパス経路、３５……回転数制御装置、３６……
制御部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転数制御装置を備えた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、前記熱機関からの排熱を
   回収する排熱回収装置とを備え、デイフロスト指
   令信号によりデイフロスト手段を講じ、デイフロ
   スト解除信号により、デイフロスト手段を解除す
   る温流体製造装置において、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、前記排熱回収装置、前記負荷側熱交換器及び
   前記補助蒸発器に温流体を導く温流体経路と、通
   常の温流体製造運転時には、冷媒を前記外気側熱
   交換器のみに供給して温流体製造運転を行い、デ
   イフロスト時には冷媒を前記補助蒸発器に供給し
   て該補助蒸発器により温流体製造運転を行つたま
   ま前記外気側熱交換器のデイフロストを行うよう
   にした冷媒流路切換機構を備えたことを特徴とす
   る温流体製造装置。 ２ 前記回転数制御装置が、デイフロスト時には
   通常の回転数より熱機関の回転数を増速せしめる
   装置である特許請求の範囲第１項記載の温流体製
   造装置。