JPS6337856B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃式エンジンによりコンプレツサ
を駆動して冷暖房を行うヒートポンプシステムに
関するものである。

［従来技術］ ヒートポンプシステムは、冷房サイクルと暖房
サイクルを四方弁を利用して切り替えることによ
り冷暖房を行なうもので、第１図はその基本構造
を示す。

０１は電気モータ、０２はコンプレツサ、０３
は四方弁、０４は室外機、０５は膨張弁、０６は
室内機（フアンコイルユニツト）にして、室外機
０４と室内機０６は蒸発器と凝縮器を兼ねてお
り、冷房サイクルは図のようにコンプレツサ０２
から出た作動液は四方弁０３から室外機０４に至
り、ここで凝縮し、膨張弁０５を経由して室内機
０６に至り、ここで蒸発し、室内空気中から気化
熱を奪つて室内を冷房し、四方弁０３からコンプ
レツサ０２に戻る。一方暖房サイクルは四方弁０
３を切り替えることによりコンプレツサ０２から
出た作動液は室内機０６において凝縮し、室内空
気に凝縮熱を与えて暖房を行ない、室外機０４に
至り、ここで蒸発して外気から気化熱を奪い、四
方弁０３からコンプレツサ０２に房るものであ
る。

［従来技術の問題点］ このように、従来のヒートポンプシステムで
は、室外機０４と室内機０６は蒸発器と凝縮器を
兼ねていることから、双方の機能を損わないよう
に設計されており、この結果として最適設計には
なつておらず、効率が悪いという問題がある。

又、冷暖房サイクルは四方弁０３を利用して切
り替えているため、この四方弁０３及び逆止弁な
どが作動液の流れ抵抗を増し、この点も効率低下
の原因となつている。

一方、このように四方弁０３を使用しない方式
として、実開昭55−105863号公報に記載の空冷式
ヒートポンプシステムが公知である。

このシステムは、水加熱器６と水冷却器１０を
別々に構成し、高温ガスの凝縮を水加熱器６内に
おいて行わせ、蒸発を水冷却器１０内において行
わせることにより、温水と冷水を作るものである
が、この方式においては、コンプレツサ駆動源の
排熱利用が考慮されていないと共に貯湯して熱を
有効利用したり、大量に利用する構成とはなつて
いない。

本発明は内燃式エンジン駆動ヒートポンプシス
テムにおいて、効率の向上と排熱の利用及び暖房
時の立上りの改善を図ることが目的である。

［本発明の構成］ 本発明は、上記目的を達成するために次の如き
構成を採用するものである。

ａ 内燃式エンジンにより駆動されるコンプレツ
サと、 ｂ 給湯水加熱用の貯湯槽と、 ｃ 前記貯湯槽内下部に組み込まれた外管と内管
から成る二重管構造の凝縮器及び上部に組み込
まれた外管と内管から成る排熱交換器と、 ｄ 室内フアンコイルユニツトを出た熱媒が前記
凝縮器の内管及び排熱交換器の内管内を経由し
て再び室内フアンコイルユニツトに戻ることが
でき、かつ室内フアンコイルユニツトを出た熱
媒が凝縮器をバイパスして膨張弁付の水冷蒸発
器を通つて再び室内フアンコイルユニツトに戻
る構成の冷暖房回路と、 ｅ 前記コンプレツサから出た作動液が前記貯湯
槽内の凝縮器の外管内を経由して前記膨張弁か
ら水冷蒸発器内を通り、ここで冷暖房回路内を
循環する熱媒に蒸発潜熱を与えて冷却し、コン
プレツサに戻る構成の冷房回路と、 ｆ 前記コンプレツサから出た作動液が前記凝縮
器の外管内を通り、膨張弁付の室外蒸発器を経
由して再びコンプレツサに戻る構成の暖房回路
と、 ｇ 前記貯湯槽内上部に組み込まれた前記排熱交
換器の外管内を内燃式エンジンから出た冷却水
が通り、更に前記室外蒸発器に併設した除霜用
熱交換器を経由して内燃式エンジンの冷却水戻
り口に至る構成の排熱利用回路と、 ｈ から成るエンジン駆動ヒートポンプシステ
ム。

［作用］ 上記本発明システムは次の如き作用を行なう。

●冷暖房 コンプレツサから出た作動液は貯湯槽内の凝縮
器の外管内に入り、ここで凝縮熱を貯湯槽内の水
に与えて加熱し、次に膨張弁から水冷蒸発器に至
り、ここで蒸発して室内フアンコイルユニツトを
循環する熱媒から熱を奪つてこの熱媒を冷却す
る。この結果、室内フアンコイルユニツトからは
冷風が送出される。

●暖房時 コンプレツサから出た作動液は冷房時と同じよ
うに貯湯槽内の凝縮器の外管内に至り、ここで貯
湯槽内の水及び室内フアンコイルユニツトを循環
する熱媒に凝縮熱を与える。同時に、熱媒は排熱
交換器で加熱される。この結果、室内フアンコイ
ルユニツトからは温風が送出される。凝縮器を出
た作動液は膨張弁付の室外蒸発器を経由してコン
プレツサに房る。

［実施例とその作用］ 第２図は上記本発明の実施例を示すもので、１
はコンプレツサ、２はコンプレツサ１を駆動する
ガスエンジン、３はコンプレツサ１から出る作動
液の吐出口、４は暖房回路にして、この暖房回路
４は給水口１７と出湯口１６を有する貯湯槽５内
の下部に組み込んだ凝縮器６を経由して膨張弁８
から室外蒸発器９に至り、エンジンルーム内に設
置した熱交換器１０を経由してコンプレツサ１に
戻る構成である。

２２は冷暖房回路にして、室内フアンコイルユ
ニツト２３及び前記貯湯槽５内の凝縮器６及び後
記する排熱交換器１４を経由して熱媒がポンプ１
８により強制循環される。

２８は前記冷暖房回路２２に取り付けられた水
冷蒸発器にして、冷暖房回路２２に取り付けられ
ており、熱媒は切替弁３０からこの水冷蒸発器２
８を経由して室内フアンコイルユニツト２３に戻
ることができる。又、前記凝縮器６を出た作動液
は切替弁７を閉じ、２９を開くことにより膨張弁
２７を経由して水冷蒸発器２８に至り、前記熱交
換器１０を通つてコンプレツサ１に戻ることがで
きる。これを冷房回路３１と称す。

２５は室外蒸発器９に接近して設けた除霜用熱
交換器にして、この除霜用熱交換器２５内をガス
エンジン２から出た冷却水が冷却水回路１２によ
つて循環する。２６は除霜用熱交換器２５で加熱
した空気を室外蒸発器９に吹き付けて除霜するた
めのフアンである。

３２は前記冷却水回路１２内の冷却水が貯湯槽
５内上部に組み込んだ排熱熱交換器１４を経由す
るための排熱利用回路である。

なお、前記凝縮器６と排熱熱交換器１４は第
３，４図に示すように二重管構造となつており、
第３図において外管２０内を作動液が通り、内管
２０′内を冷暖房回路２２の熱媒が通り、第４図
において外管２１内を冷却水が通り、内管２１′
内を熱媒が通る構造となつている。

次に、上記実施例についてその作用を説明す
る。

ａ 給湯負荷がある場合 システムは運転状態となり、コンプレツサ１
の吐出口３を出た高温高圧の作動液は回路４を
通り、貯湯槽５の内部下方に組み込まれた凝縮
器６の外管２０内に至り、ここで液化し、凝縮
器を放出し、貯湯槽５内の水を温めると同時に
熱媒を加熱する。液状となつた作動液は切替弁
７を通り、膨張弁８に至り、急激に流れを絞ら
れ、直後の室外蒸発器９で気化し、気化熱を吸
収する。この蒸発した作動液はエンジンルーム
内の熱交換器１０で顕熱（場合により室外蒸発
器９で気化しきれなかつた作動液の潜熱）交換
し、エンジンルームを冷却した後コンプレツサ
１の吸入口１１に戻る。

一方、エンジン２はシリンダー、マフラーを
水冷とし、エンジン排熱は冷却水によつて回収
れる。この熱回収により高温となつた冷却水は
冷却水回路１２を流れ、切替弁１３を通り、貯
湯槽５内上層の排熱熱交換器１４の外管２１内
に至り、ここで放熱して貯湯槽５内の水を温め
ると同時に熱媒を加熱する。その後冷却水は循
環ポンプ１５を通り、エンジン２に戻る。

上記運転により、貯湯槽５内下方に作動液凝
縮器による中程度の温水が、上部にエンジン排
熱による高温水が貯えられる。給湯は貯湯槽５
の上部に設けられた出湯口１６からなされ、減
水すると給水口１７から自動給水される。

ｂ 暖房負荷のある場合 システムは暖房運転となり、作動液及び冷却
水の流れ及び作用は貯湯運転と同一である。冷
暖房回路２２において、ポンプ１８を出た熱媒
は切替弁１９を通り、貯湯槽５内に設けられた
凝縮器６の内管２０′に至り、ここで凝縮熱に
より加熱され、次に排熱熱交換器１４内の内管
２１′内に至り、ここで排熱により加熱されて
高温水となり、室内フアンコイルユニツト２３
に行き、ここで暖房に供せられ、循環ポンプ１
８に戻る。

なお、実施例は凝縮器６と排熱熱交換器１４
を二重構造としているので、運転開始直後で貯
湯槽５内の水が冷たい時でも熱媒はこれに影響
されることなく内管２０′，２１′内を通るとき
に加熱され、立上りが早くなり、使用者に不快
感を与えない。

次に暖房運転中で暖房負荷が小さい時は貯湯
槽５内の水は同時に加熱されるので、給湯が可
能である。この場合、大きな給湯負荷がある
と、給水口１７から冷たい補給水が流入して来
て暖房用熱媒の温度が下げられることが考えら
れるが、二重管構造のため、熱媒の温度低下は
僅かで、暖房能力が低下することはほとんどな
いという利点がある。

ｃ 貯湯運転及び暖房運転時 外気条件により室外蒸発器９に着霜すること
がある。このような場合、従来の電気モータを
使用したヒートポンプ方式では除霜のために逆
サイクル即ち冷房運転に切り替え、室外蒸発器
９を凝縮器として作用させていた。しかし、こ
の逆サイクル方式を採用すると各種の配慮は行
つていても使用者に不快感を与え、効率の低下
を避け得ない。

これに対して本発明は除霜のために切替弁２
４を開に、１３を閉に切り替え、高温のエンジ
ン冷却水を除霜用熱交換器２５に流し、フアン
２６にて効率よく除霜を行い、この間も貯湯及
び暖房運転を継続している。

ｄ 冷房負荷がある場合 システムは冷房運転となり、貯湯槽５内の凝
縮器６で凝縮し、この凝縮熱を貯湯槽５内の水
に与えた作動液は膨張弁２７から水冷蒸発器２
８に至り、この水冷蒸発器２８に於いて冷暖房
回路２２内の熱媒から気化熱を奪う。この場合
に切替弁７は閉、２９は開に切り替つている。

冷却された冷暖房回路２２内の熱媒は室内フ
アンコイルユニツト２３に至り、冷房に供せら
れる。この際に切替弁１９は閉、３０は開に切
り替つている。水冷蒸発器２８を出た作動液は
冷房回路３１を介してエンジンルーム内の熱交
換器１０からコンプレツサ１に戻る。

上記冷房運転時においても貯湯槽５内には凝
縮熱と排熱が貯えられ、給湯に供することがで
きる。なお、給湯負荷がなく、貯湯槽５内での
蓄熱は一杯となり、温水温度が高くなつて凝縮
熱の放出ができなくなつたときは、切替弁１３
を閉じ、２４を開けて冷却水を除霜用熱交換器
２５に導き放熱する。この場合には室外蒸発器
９には作動液が流れていないので、冷房サイク
ルに悪影響を与えることはない。

なお、第５図は冷暖房回路２２から水冷蒸発
器２８を無くし、別に室内蒸発器３３を設け、
冷房回路３１をこの室内蒸発器３３を介する回
路に構成した実施例図である。

また第６図は冷房運転時に作動液の凝縮器が
貯湯槽５内の凝縮器６と室外の空冷凝縮器９と
から構成されるようにした別の実施例図であ
る。この場合第２図の実施例図に示した構成部
品に加えて、フアン２６の下流側に室外側空冷
凝縮器９と隣接して置かれたエンジン冷却水放
熱用熱交換器４１と作動液用の切替弁３４及び
冷却水用切替弁３５を新たに付加した構成とな
つている。

さらに第７図は、第６図の冷暖房回路２２か
ら水冷蒸発器２８を無くし、別に室内蒸発器３
３を設けて冷房回路３１をこの室内蒸発器３３
を介するようにした実施例図である。

［本発明の効果］ 以上述べたように本システムは冷房、暖房、貯
湯及び除霜、放熱の作用を有し、かつ冷房と貯
湯、暖房と貯湯、暖房又は貯湯と除霜、冷房と放
熱等の同時作用をも有し、年間を通じて効率良く
運転することが可能である。

しかも、このような多機能を有しながら、配管
は簡単で、切替弁（電磁弁）、逆止弁等の機器類
の数も少なく、極めて容易な構造で済む。

本システムの大きな特徴として、作動液の流れ
が冷房、暖房、貯湯の各運転モードで同じである
ことが掲げられる。従来の電動ヒートポンプの場
合、冷房と暖房とでは、蒸発器と凝縮器が入れか
わり、作動液の流れ方向を切り替える四方弁、及
びそれに付随しての逆止弁が必要であつた。又、
作動液の蒸発熱と凝縮熱とでは熱量に差があるの
で、一台で蒸発器と凝縮器を兼ねると最適設計で
きない問題があつた。また四方弁の高圧側より低
圧側への作動液のもれ、また四方弁や逆止弁の抵
抗による圧力損失の問題もあり、ヒートポンプの
効率低下が見られた。

しかし、本システムでは作動液の凝縮器、蒸発
器はそれぞれ専用となるので、最適の設計が可能
であり、また四方弁、逆止弁がないので圧力損失
がなく、ヒートポンプの効率向上が可能である。

またエンジンやコンプレツサ、ポンプなどの表
面からの放熱でエンジンルームの温度が上昇し、
電装部品に悪影響を及ぼすことが考えられるが、
作動液の流れが同一になつたことにより、エンジ
ンルーム内の加熱器を作動液蒸発器の後（ないし
前）におき、各運転モードにおいてエンジンルー
ムを冷却することが可能である。

次に、本発明によると、暖房時に凝縮器で加熱
された熱媒は更に高温の排熱交換器で二重に加熱
されるため、立上りが早く、然も高温になるため
暖房効率が向上する。

次に、貯湯槽内には凝縮器を下部に、排熱交換
器を上部に組み込み、槽内の温度分布を給湯に便
利なように構成したので、熱の有効利用を図りな
がら使い勝手のよい給湯が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動ヒートポンプシステムの説
明図、第２図は本発明を実施したシステムのフロ
ーシート、第３図は凝縮器の断面図、第４図は排
熱熱交換器の断面図、第５図は室内蒸発器を設け
た他の実施例図、第６，７図は他の実施例図であ
る。 １……コンプレツサ、２……エンジン、４……
暖房回路、５……貯湯槽、６……凝縮器、９……
室外蒸発器、１４……排熱熱交換器、２２……冷
暖房回路、２３……室内フアンコイルユニツト、
２５……除霜用熱交換器、３１……冷房回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ 内燃式エンジンにより駆動されるコンプ
   レツサ１と、 ｂ 給湯水加熱用の貯湯槽５と、 ｃ 前記貯湯槽５内下部に組み込まれた外管２０
   と内管２０′から成る二重管構造の凝縮器６及
   び上部に組み込まれた外管２１と内管２１′か
   ら成る排熱交換器１４と、 ｄ 室内フアンコイルユニツト２３を出た熱媒が
   前記凝縮器６の内管２０′及び排熱交換器１４
   の内管２１′内を経由して再び室内フアンコイ
   ルユニツト２３に戻ることができ、かつ室内フ
   アンコイルユニツト２３を出た熱媒が凝縮器６
   をバイパスして膨張弁２７付の水冷蒸発器２８
   を通つて再び室内フアンコイルユニツト２３に
   戻る構成の冷暖房回路２２と、 ｅ 前記コンプレツサ１から出た作動液が前記貯
   湯槽５内の凝縮器６の外管２０内を経由して前
   記膨張弁２７から水冷蒸発器２８内を通り、こ
   こで冷暖房回路２２内を循環する熱媒に蒸発潜
   熱を与えて冷却し、コンプレツサ１に戻る構成
   の冷房回路３１と、 ｆ 前記コンプレツサ１から出た作動液が前記凝
   縮器６の外管２０内を通り、膨張弁８付の室外
   蒸発器９を経由して再びコンプレツサ１に戻る
   構成の暖房回路４と、 ｇ 前記貯湯槽５内上部に組み込まれた前記排熱
   交換器１４の外管２１内を内燃式エンジン２か
   ら出た冷却水を通り、更に前記室外蒸発器９に
   併設した除霜用熱交換器２５を経由して内燃式
   エンジン２の冷却水戻り口に至る構成の排熱利
   用回路３２と、 ｈ から成るエンジン駆動ヒートポンプシステ
   ム。