JPS6342184B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、原動機を駆動源として圧縮機を駆
動する熱ポンプ空気調和給湯機に関するものであ
る。

圧縮機、４方切換弁、室外熱交換器、絞り機
構、および室内熱交換器などを基本機能要素とし
て冷凍サイクルを形成する熱ポンプ空気調和機
は、入力の２〜３倍の冷房または暖房能力が得ら
れる。しかし、化石燃料のもつエネルギーを一次
エネルギーとして発電所における発電効率、送電
効率および電動圧縮機の電動機効率を総合する
と、現状の熱ポンプ空気調和機の冷房または暖房
能力は一次エネルギー換算で50％〜70％が空調用
に使用されるにすぎず、これは、特に暖房の場
合、直接化石燃料を燃焼させる場合に比してエネ
ルギー効率が劣つている。また、熱ポンプの欠点
として、外気温度が低く暖房負荷が大きいほど暖
房能力が小さく、しかも、比較的温暖な地域で
も、高温度条件では室外熱交換器に着霜しやす
く、熱ポンプの成績係数が低下するという欠点が
ある。

このため、上記の欠点を解消するものとして、
化石燃料で作動する原動機で直接圧縮機を駆動す
る熱ポンプによつて冷暖房・除湿運転を行い、前
記原動機の排熱を熱回収手段によつて回収して貯
湯タンクなどを蓄熱する給湯機能を備えたいわゆ
る原動機駆動熱ポンプ空気調和給湯機が提案され
ている。

第１図は従来の原動機駆動熱ポンプ空気調和給
湯機の一例を示す概略構成図である。この図にお
いて、冷凍サイクルは、圧縮機２，４方切換弁
３、室外熱交換器４、絞り機構５、室内熱交換器
６を基本要素として構成される。一方、圧縮機２
を駆動する内燃機関を用いた原動機１は冷却ジヤ
ケツト７および温水等の熱媒搬送手段である循環
ポンプ８と排熱熱交換器９、さらに余剰熱処理用
熱交換器１０および貯湯タンク１１で給湯機能要
素を構成する。１２，１３は弁である。

このような構成において、循環ポンプ８により
搬送される温水は、通常の蓄熱時は弁１２を通
り、（この時弁１３は閉成している。）温水が貯湯
タンク１１に入り、原動機１に戻り、貯湯タンク
１１内の温度があらかじめ設定した限界温度に達
すると、弁１２を閉成し、弁１３を開成して、余
剰熱処理用熱交換器１０に温水を循環させた後、
原動機１を冷却する。

上記の方式によれば原動機１の排熱の50〜70％
を回収できるため、一次エネルギーに換算する
と、100〜140％の効率となる。しかしながら上記
の方式はまだ研究開発途上であり、多くの欠点が
指摘される。例えば、貯湯タンク１１に蓄熱を必
要としない時も、余分の熱を排熱熱交換器９で回
収し、余剰熱処理用熱交換器１０で再び放熱する
無駄があつた。しかも、このような場合、余剰熱
処理用熱交換器１０において、大きな放熱能力が
要求される。

さらに、冷房または暖房運転の時間が長時間続
くと、この間、常に原動機１の排熱が回収される
ため、運転立上り時、貯湯タンク１１内の水温が
常温であり、また、貯湯タンク１１の容量が大き
いものであつても、制御手段を備えなければ、必
然的に循環する温水の温度は沸騰点に達する。貯
湯タンク１１内の温度は、蓄熱量を多くする観点
からはより高温度の方がよいが、このような条件
では原動機１の温度が上昇し、オーバーヒートな
どの悪影響を引き起し、循環する温水が本来の原
動機１の冷却水としての機能を果せなくなる。

このため、従来は上記の場合、温水循環径路に
配設した余剰熱処理用熱交換器１０に流路を切り
換えて放熱し、冷暖房運転を続けていた。しか
し、原動機１の排熱量は、空調負荷に応動して変
り、長時間運転を続ける場合はほゞ一定であるに
もかゝわらず、循環する温水による原動機１の冷
却能力は時々刻々に変化するため、単に通路の循
環径路を切り換えるだけでは、原動機１のオーバ
ーヒートに対する保護はできても、流路切換え時
に循環する温水の温度が段階的に、しかも大幅に
変化するため、原動機１の急激な温度変化を引き
起し、異常燃焼および燃焼効率の低下の原因とな
つていた。さらに、貯湯温度が低い状態での立上
り時は、低温度の温水が循環するため、原動機１
の温度が低く、燃焼の安定性が損われ、かつ、燃
焼効率も低いという欠点があつた。

この発明は、上記従来の装置の欠点を除去する
ために、空調負荷に応動して原動機へ戻る循環す
る温水の水温を適正に制御するようにしたもので
ある。以下、この発明について説明する。

第２図はこの発明の一実施例を示す概略構成図
である。この図で、符号１〜１１は第１図と同じ
ものを示し、１４，１５，１６を３方弁、１７，
１８はバイパスの流路である。

冷凍サイクルは、第１図の従来例と同様にして
圧縮機２、４方切換弁３、室外熱交換器４、絞り
機構５、室内熱交換器６を基本機能要素として構
成する。圧縮機２、原動機１、さらに冷却水ジヤ
ケツト７、循環ポンプ８、排熱熱交換器９、余剰
熱処理用熱交換器１０、貯湯タンク１１で、原動
機冷却・給湯機能要素を構成する。さらに、流路
切換機構として、第２図の実施例では３方弁１
４，１５，１６と流路１７，１８とを備え、温水
循環流路を構成する。

上記の構成において、原動機１の始動時は、原
動機１が外気温度となつており、特に冬季におい
ては低温度となつているため、比較的長時間、原
動機１の暖機運転を必要とする。この場合、貯湯
タンク１１内の温水温度が低温度の時、循環ポン
プ８により貯湯タンク１１内の温水を直ちに循環
させると、原動機１がなかなか暖機しない。した
がつて、この発明では３方弁１４を制御して貯湯
タンク１１をバイパスする流路１７を開成し、原
動機１の暖機を早めている。この時、３方弁１６
を制御してバイパスの流路１８を閉成し、原動機
１、冷却水ジヤケツト７より出た温水が排熱熱交
換器９を通り、循環ポンプ８に至るようにするた
めに、排熱熱交換器９で循環する温水が暖めら
れ、この熱で原動機１自体を暖機するため、原動
機１の温度上昇が早く、暖機時間を短くすること
ができる。

このようにして一定時間、または原動機１の冷
却水ジヤケツト７内に備えた温度検知手段により
温度を検知して、これがあらかじめ設定した温度
に達すると、すなわち、暖機運転が終了すると、
３方弁１４を切り換えて流路１７を閉じて、貯湯
タンク１１の流路を開き、貯湯タンク１１内に温
水を循環させ、冷房または暖房運転とともに貯湯
タンク１１への蓄熱運転を行う。

しかし、この時、貯湯タンク１１内の温水温度
が85〜90℃程度のあらかじめ設定した限界温度に
維持されている場合には、暖機運転終了時も、貯
湯タンク１１の温水のバイパス回路として３方弁
１５から余剰熱処理用熱交換器１０に送水し、
こゝで放熱し、再び原動機１の冷却水ジヤケツト
７に戻す循環回路を形成させる。

上記の場合、もし貯湯タンク１１内の温水温度
が、貯湯立上り温度より一定温度以上高温で、か
つ、限界温度まで達していない時、すなわち、貯
湯タンク１１内温度がある程度高温度となつてい
る場合、原動機１の冷却能力が低下している。こ
の時は３方弁１４を切り換えて、まず貯湯タンク
１１に送り、こゝで貯湯した後、３方弁１５より
余剰熱処理用熱交換器１０に送り、こゝで放熱し
た後、冷却水ジヤケツト７に戻るように循環路を
形成する。このようにして蓄熱しながら、かつ、
余剰熱処理用熱交換器１０で放熱して原動機１へ
戻る温水温度を低下させ、原動機１の温度を所定
温度に維持することができる。この時、冷凍サイ
クルが暖房運転中であれば余剰熱処理用熱交換器
１０で暖められた空気を、室外熱交換器４に送風
することにより、室外熱交換器４での吸熱能力を
大とすることができるため、暖房能力の増大に寄
与することができる。

さらに、前述の貯湯タンク１１内の温水温度が
限界温度に達している時は、貯湯タンク１１をバ
イパス回路として余剰熱処理用熱交換器１０で原
動機１の排熱を放熱するわけであるが、冷凍サイ
クルが冷房運転モードの時は、３方弁１６により
排熱熱交換器９を循環する温水が流路１８を通つ
てバイパスするようにし熱回収せずに、原動機１
の排気ガスが保有する熱を大気に放出させる。こ
のため、余分の熱を循環ポンプ８により搬送する
ことがなくなるので、循環ポンプ８の出力を小さ
くでき、また、余剰熱処理用熱交換器１０での放
熱量が少なくなるため、余剰熱処理用熱交換器１
０の放熱面積を小さくでき、小形化がはかれると
ともに、送風機の送風量は小さくてよい。

なお、上記の実施例では、貯湯タンク１１内の
温度が賜湯の限界温度に維持されていた場合、貯
湯タンク１１を循環する温水のバイパス通路とし
ているが、この場合、貯湯タンク１１の周壁には
断熱材が配設されているとはいえ、徐々に貯湯タ
ンク１１内の水温が低下する。そのため、排熱熱
交換器９を出た温水を一度温水タンク１内を通過
させた後、余剰熱処理用熱交換器１０に送り、こ
こで放熱させるようにすれば、原動機１の冷却水
ジヤケツト７は常に適正温度の冷却水が入り、貯
湯タンク１１内の温水温度は常に限界温度に維持
される。

また、蓄熱手段としては上記貯湯タンク１１以
外のものでもよく、また３方弁１４〜１６にかえ
て他の構成の弁を用いることもできる。

以上詳細に説明したように、この発明は、従来
の原動機駆動熱ポンプ空気調和給湯機において、
排熱熱交換器の流路を弁を介してバイパスする流
路と、蓄熱手段の流路を弁を介してバイパスする
流路と、さらに、冷却水ジヤケツト内の温水温度
が所定の範囲内、範囲外、範囲以下に応じ前記弁
を制御し流路を切り換える手段を設けたので、原
動機の暖機運転を従来に比して短縮できるととも
に、空調負荷に応動して原動機へ戻る温水の水温
を適正に制御することが可能となり、さらに、蓄
熱手段内の水温を高温度に維持することができ
る。

かように、この発明によれば信頼性と熱効率を
著しく向上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原動機駆動熱ポンプ空気調和給
湯機の一例を示す概略構成図、第２図はこの発明
の一実施例を示す概略構成図である。 図中、１は原動機、２は圧縮機、３は４方切換
弁、４は室外熱交換器、５は絞り機構、６は室内
熱交換器、７は冷却水ジヤケツト、８は循環ポン
プ、９は排熱熱交換器、１０は余剰熱処理用熱交
換器、１１は貯湯タンク、１４，１５，１６は３
方弁、１７，１８はバイパスの流路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、絞り
   機構および４方切換弁により構成され、内燃機関
   を用いた原動機により前記圧縮機を駆動し、前記
   ４方弁によつて冷媒回路を切り換えて冷暖房運転
   を行い、前記原動機の冷却水ジヤケツトおよび排
   熱熱交換器で熱回収し、温水を循環ポンプにより
   循環して蓄熱手段に蓄熱させ、かつ、回収した余
   剰熱を放熱する余剰熱処理用熱交換器を備えた空
   気調和給湯機において、前記排熱熱交換器の流路
   を弁を介してバイパスする流路と、前記蓄熱手段
   の流路を弁を介してバイパスする流路とを設け、
   さらに、前記冷却水ジヤケツト内の温水温度が所
   定の範囲内、範囲以上、範囲以下に応じ前記各弁
   を制御し温水の流路を切り換える手段を具備せし
   めたことを特徴とする原動機駆動熱ポンプ空気調
   和給湯機。