JPS6342185B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原動機を駆動源として、圧縮機を駆動
する熱ポンプシステムに関する。圧縮機、室外熱
交換器、絞り機構、室内熱交換器及び四方切換弁
などの基本機能要素をもつて構成する熱ポンプ式
空気調和機は入力の２〜３倍の冷房又は暖房能力
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、
送電効率及び電動圧縮機のモータ効率を総合する
と、現状の熱ポンプ式空気調和機の冷房又は暖房
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、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。

上記欠点を解消するものとして化石燃料で始動
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、原動機の排熱を熱
交換器により回収して、貯湯タンクなどに蓄熱す
る給湯機能をもつ冷暖房給湯機が提案されてい
る。この方式によれば原動機排熱の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。しかしながらかかる方式
は、まだ研究開発途上であり多くの欠点が指摘さ
れる。

本発明は上記原動機駆動熱ポンプの、特に暖房
性能の改善に関するものである。

一般に、冷房と暖房の負荷は気象条件にもよる
が、我国においては、平均的に、暖房負荷の方が
大きい。したがつて熱ポンプの暖房能力を、冷房
能力より数十パーセント大きくするのが一般的で
ある。この、暖房能力を大きくする方法として、
室内ユニツト内に電気ヒータを内設するものがあ
るが、しかし、熱ポンプの成績係数は３〜４であ
るが、電気ヒータの成績係数は1.0であり、エネ
ルギーの使用効率が劣る。さらに原動機駆動熱ポ
ンプでは、従来の電動機駆動熱ポンプに比し、エ
ネルギー使用効率が大きいことに優位性を見い出
すものであるから、冷房に比し暖房の能力が不足
するという熱ポンプの欠点の解消のため、室内ユ
ニツト内に電気ヒータを内設することは、一次エ
ネルギー換算でのエネルギー消費効率を向上させ
ることにはならず、原動機駆動熱ポンプにおいて
も、電動機駆動熱ポンプの場合と同様に、暖房能
力が不足するという欠点を有していた。

一方空調機の運転形態としては、定格能力で連
続運転することは短時間であり、高負荷は空調の
立上り時のみで、その後は部分負荷運転となる。

このような運転形態に対し、通常の電動機駆動
熱ポンプに比し、原動機駆動熱ポンプでは、原動
機の回転数を比較的容易に可変できるため能力可
変し、発停の回数を少くできる特徴を有してい
る。しかしながら、原動機の回転数制御による能
力可変範囲は定格運転時の50％程度であり、やは
り発停を繰返す運転形態とならざるを得ない。

また、原動機の場合、電動機に比し大きな始動
トルクが必要であるため、省エネルギー及び機器
の寿命等の見地から、なるべく発停回数を少くし
たいという要求がある。

本発明は上記欠点を解消するためになされたも
ので、詳細を図によつて説明する。

第１図は本発明の空気調和給湯機の一実施例で
あり、冷凍サイクルは、圧縮機２、四方弁３、室
外側熱交換器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、圧縮機を駆動
する内燃機関である原動機１は、冷却水ポンプ８
によつて循環される冷却水によりシリンダーが冷
却される。循環水は原動機１を冷却し、高温水と
なり、給湯タンク９内に入り、給湯コイル１０で
タンク内に放熱し、蓄熱し、再び原動機１に戻
る。したがつて原動機運転中は常に原動機シリン
ダーの熱が回収されるため給湯タンク内の温度が
上昇し、所定の蓄熱量を維持する。１２は給水
管、１３は出湯管、１１は原動機排ガス管であ
る。

さらに１３は室内熱交換器と直列に、室内ユニ
ツト内に配設した暖房補助コイルであり、暖房
時、冷凍サイクルによる熱ポンプ運転と同時に、
循環水を室内に導き、暖房能力を増大させるもの
で、電磁開閉弁１４，１５の開閉によつて流路を
切換えて行う。すなわち、原動機より出た高温水
を、電磁弁１４を閉、電磁弁１５を開とし、室内
に導く、冷房時は弁１５が閉、弁１４が開であ
る。このようにして、通常の冷凍サイクルによる
暖房の他、原動機排熱を暖房に利用することによ
り、暖房能力を増大させる。

上述のようにして、暖房運転を継続すると暖房
負荷が減少してくる。同時に原動機回転数可変手
段によつて、該原動機の回転数を低下させる。し
かし、定常時の暖房負荷より原動機の最小回転数
における暖房能力が大きい場合は、ルームサーモ
等の作動により、原動機を停止する条件となる。

ここで、原動機の発停をひんぱんに繰返すと、
前述のような欠点が生じるが、本発明の特徴とす
るところは、原動機停止時、循環ポンプ８の運転
を続け、給湯タンク内の熱を給湯コイル１０で回
収し、室内の暖房補助コイルへの循環を続けるこ
とにある。

すなわち、冷凍サイクルによる暖房能力と、温
水による補助暖房能力を比較すると、後者の能力
は、冷凍サイクルによる能力の数分の一である。
したがつて、原動機停止時、補助暖房のみでは、
暖房負荷を満足することはできない。このため時
間経過と共に室内温度が徐々に低下するため、再
びルームサーモ等の作動により、原動機を始動す
ることになるが、補助暖房を継続することによ
り、原動機を停止している時間が長くなり、すな
わち発停回数が減少する。

さらに一般的に長時間に亘り暖房負荷が発生し
ている場合は、貯湯を続けると給湯タンク内の温
度が限界に達し、原動機からの回収熱量が余剰す
る。また本発明においても、補助暖房による放熱
量よりも原動機からの回収熱量の方が大であるた
め、給湯タンク内の蓄熱量が限界に達して、回収
熱量がやがて余剰する。このような場合に備え
て、別途余剰熱の処理機構を備える必要があるが
（図示せず）、しかし本発明では、原動機停止中に
おいて、給湯タンク内の熱を暖房に利用するた
め、この間、該タンク内の温度がわずかに低下す
る。したがつて、熱の余剰の発生ひん度が少なく
なる。すなわち、原動機の回収熱を有効に利用す
ることになり、エネルギーの使用効率が向上す
る。

第２図は、原動機の発．停による室温の変化を
示したもので、従来(A)に対して、本発明(B)の場
合、発停回数が減少することが明らかである。

さらに第３図は、本発明給湯タンクの断面機構
を示すもので、１６，１７は原動機冷却水供給湯
タンク入口、出口管を示している。本発明では給
湯コイル１０をタンク内下部に配設しているた
め、原動機運転による補助暖房中も、前述の補助
暖房能力よりも、原動機による回収熱量が多いこ
とにより貯湯を行い、原動機停止時の補助暖房に
おいては給湯タンク内の下部１８の熱量を暖房に
利用するものであるから、この間タンク内上部１
９と下部１８で温水の対流は発生しないため、該
タンク上部は常に高温を維持することになる。し
たがつて、入浴等の突発的かつ尖頭的給湯負荷に
対しても対応できる。

以上のように本発明は、冷房時の能力は従来と
同一にして、暖房時の能力を増大するものである
から、暖房能力の不足という熱ポンプの欠点を解
消すると同時に給湯タンク内の熱を有効に利用で
きるため、一次エネルギー換算での成績件数が大
きくなり、かつ、原動機の発停回数を減少するた
め、システムの寿命及びメンテナンス等において
も顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原動機駆動熱ポンプの一運転
実施例を説明するための概略構成図、第２図は原
動機の発停による室温の変化の特性図、第３図は
本発明の給湯タンクの断面図である。 図中、１は原動機、８は冷却水ポンプ、９は給
湯タンクである。

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
   機構及び四方弁などを冷凍サイクル要素として構
   成し、内燃機関である原動機によつて圧縮機を駆
   動し、四方弁によつて冷媒回路を切換え冷暖房運
   転を行い、熱回収手段で該原動機の排熱を回収
   し、該熱を給湯タンク等の蓄熱手段に蓄えるよう
   に構成し、室内暖房時に、室内ユニツト内に原動
   機冷却水が循環可能な暖房用補助コイルを内設
   し、暖房時、冷凍サイクルによる熱ポンプ運転を
   行う原動機駆動熱ポンプにおいて、室内ルームサ
   ーモの作動により、原動機を停止し冷凍サイクル
   による暖房を停止した状態であつて、循環ポンプ
   の運転を継続することによつて補助暖房を行うこ
   とを特徴とする原動機駆動熱ポンプ。