JPH0212546Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、デイーゼルエンジン、ガスエンジン
等内燃機関を駆動源としてフロンコンプレツサ等
冷媒コンプレツサを運転して、冷温水を得るとこ
ろのエンジン駆動ヒートポンプ装置に関するもの
である。

ガスエンジン等内燃機関を駆動源とするヒート
ポンプは、電気式ヒートポンプに比較して、ガス
エンジンの排熱を容易に回収して給湯、暖房に用
いることができるために暖房給湯効率が高い、
暖房の立上りが早い、ガスエンジンの回転数
制御の採用によつて部分負荷効率にすぐれ、期間
成績係数が高い等の長所を有している。このた
め、西独をはじめとする欧米各国でエンジンを駆
動源とするヒートポンプ装置が、この２，３年間
に急速に普及し、わが国においてもその開発が各
方面で積極的に行われるようになつてきた。

通常、エンジン駆動ヒートポンプ装置のエンジ
ン及びコンプレツサ部分は機械室内もしくはパツ
ケージ内に納められる。従来のエンジン駆動ヒー
トポンプ装置では、自然放熱型の空冷マニホール
ドを使用していたため、しばしば機械室やパツケ
ージ内の温度が上昇し電気ガバナや点火プラグ７
に悪影響を及ぼし、故障に至らせるケースが生じ
ている。特に夏期の室外温度の高い酷暑日にあつ
てはパツケージ内の温度が局所的にエンジン電装
品の耐熱温度を上回る場合もあつた。これは空冷
マニホールドクーラがエンジンの排熱によつて赤
熱し、この輻射熱によつてエンジン電装品が過熱
されることによる。従つて従来は、パツケージ内
や機械室にフアンを設けて強制換気を行う方策や
パツケージ内にヒートパイプを設け、空冷マニホ
ールドで発生した熱をパツケージ外に放散する手
段がとられていた。しかしこれらの方策はコスト
が高い上、外気温が極端に高い時などは必ずしも
満足な結果を得ることができなかつた。本考案は
このような点を一挙に解消せんとするものであ
る。すなわち従来の空冷マニホールドにかえて水
冷排気マニホールドを採用し、機械室もしくはパ
ツケージ内の温度上昇を極力防いだものである。
又、この水冷排気マニホールドの冷却により回収
した排熱は、これを有効に利用するため、冷却水
熱及び排気熱を回収するエンジン冷却水回路に於
いて吸収するようにした。なお、水冷排気マニホ
ールドを冷却する場合、高負荷運転時には問題な
いが、冷房又は暖房負荷が小さい場合に、逆に水
冷排気マニホールドを過度に冷却してしまい、こ
の結果水冷排気マニホールド内に凝縮水が発生
し、この凝縮水がバルブやシリンダー内に逆流し
てしまうという問題がある。

本考案は以上の如き点に鑑みて提案されるもの
で、水冷排気マニホールドをエンジン冷却水回路
内を流れる水により冷却するようにしたこと、前
記水冷排気マニホールドをバイパスするバイパス
回路を設け、負荷が小さいときにはこのバイパス
回路を開き、反対に負荷が大きいときにはバイパ
ス回路を閉じて水冷排気マニホールドの冷却を行
うと共にこの水冷排気マニホールドからの排熱を
回収するようにしたことが特長である。

以下実施例図に基づいて本考案を詳記すると、
１はガスエンジン、２はガスエンジン１により駆
動されるコンプレツサ、３は燃料供給路、４は空
気供給路５に取り付けられたエアークリーナ、６
は冷媒回路にして、Ｒ−１２，Ｒ−２２等のフロ
ンガスが通過する。７は冷媒回路６に取り付けた
四方電磁弁にして、冷、暖房の切り替え用であ
る。８は冷媒−空気熱交換器、９は膨張弁、１０
は冷媒−水熱交換器にして、冷媒の蒸発潜熱又は
凝縮潜熱を利用して冷水又は温水を作るものであ
る。１１はエンジン冷却水熱交換器、１２は第
２，３図に示すように周囲に通水路１２′を形成
したエンジン１の水冷排気マニホールド、１３は
エンジン１の排気ガス熱交換器にして、前記エン
ジン冷却水熱交換器１１、水冷排気マニホールド
１２内の通水路１２′及び排気ガス熱交換器１３
はエンジン冷却水回路１６に対してシリーズに配
置（接続）されている。

１４は放熱器、１５は冷却水ポンプ、１７は消
音器、１８は排気ガス出口、１９はエアハンドリ
ングユニツト、２０，２１はヘツダーである。

２２はエンジン冷却水回路１６に於いて、水冷
排気マニホールド１２をバイパスするようにして
設けたバイパス回路、２３はこのバイパス回路２
２に取り付けた電気信号により切り替る電磁弁、
２４は水冷排気マニホールド１２とバイパス回路
２２の分岐部間に挿入したバルブ、２５は水冷排
気マニホールド１２とバイパス回路２２の合流部
間に挿入したバルブである。図中符号２６〜３１
はバルブ、３２は冷温水回路である。

３３はエンジン１の排気温度をセンサー３４に
より検出し、この排気温度が設定された温度以上
のときに電磁弁２３に対して閉の信号を送り、設
定温度以下のときに開の信号を送る制御器であ
る。なお、この制御器３３は手動式により電磁弁
２３の切り替えを行うようにしてもよい。

次に本考案システムについてその作用を説明す
ると、暖房運転の場合には、コンプレツサ２で圧
縮され、高温、高圧となつたフロンガスは四方電
磁弁７を経て冷媒−水熱交換器１０に至り、冷媒
は凝縮し、その潜熱を利用することによつて温水
が作られる。冷媒−水熱交換器１０を出た温水は
ヘツダー２１に於て、冷却水ポンプ１５、冷却水
熱交換器１１、水冷排気マニホールド１２、排気
ガス熱交換器１３、エンジン冷却水回路１６を順
次通過した温水と合流してエアハンドリングユニ
ツト１９に至り、暖房効果を生ずる。エアハンド
リングユニツト１９からの戻りの温水はヘツダー
２０において、一方は冷媒−水熱交換器に他方は
冷却水ポンプ１５に導かれる。暖房負荷が大きい
時は、冷却水ポンプ１５を出た戻りの温水は水冷
排気マニホールド１２のバイパス回路２２を通過
することなく、冷却水熱交換器１１、水冷排気マ
ニホールド１２、排気ガス熱交換器１３を順次通
過する。水冷排気マニホールド１２は、各シリン
ダより排出される排気ガスを１カ所に合流させ
て、排気ガスを排気ガス熱交換器１３、消音器１
７に誘導させるものである。

以上のように本考案によると、暖房負荷が大き
いときには、エンジン冷却水回路１６内の水を水
冷排気マニホールド１２内の通水路１２′内に通
し、水冷排気マニホールド１２を冷却し、大気放
熱を防止する。この結果、パケージ内の過熱を防
止して電子ガバナ、点火コイル等の電装部品に悪
影響を与えることなく運転が可能となつた。又、
排熱の有効回収も可能となつた。

一方負荷の軽い暖房運転時に、冷却水ポンプ１
５を出た戻りの温水を冷却水熱交換器１１、水冷
排気マニホールド１２、排気ガス熱交換器１３を
順次通過させた場合、エンジンの排気ガスは100
℃以下まで冷却され、水冷排気マニホールド１２
内に凝縮水が生成し、それがエンジン１のシリン
ダーに逆流し、プラグを湿らせ起動不良を招来す
るといつたトラブルを招く。またシリンダに逆流
した凝縮水がピストンリングを伝わり、エンジン
１のクランクケース内に至り、潤滑油に混入し白
濁化現象を生ずることもある。このような状態で
運転を続けた場合には潤滑不良を起こし、最悪の
場合は、焼付けに至ることも考えられる。従つて
軽負荷時には、水冷排気マニホールド１２を過冷
しないことがエンジン１の保護のために是非とも
必要である。そこで軽負荷暖房時には、電磁弁２
３を開け、水冷排気マニホールドバイパス回路２
２に温水を導くようにした。この場合、温水全量
を水冷排気マニホールドバイパス回路２２に導く
と、該マニホールドが過熱され、エンジン等が格
納されているパツケージ内部の温度上昇を招くお
それもあることから、バルブ２４，２５を操作し
て、水冷排気マニホールド１２にも同時に温水を
流すようにする。エンジン駆動ヒートポンプシス
テムの負荷制御はまずエンジン１の回転数制御を
行い、ある負荷以下においてコンプレツサ２の気
筒制御等容量制御を行うのが一般的である。本実
施例では負荷率が100〜46％までは、スロツトル
開度が全開に近い状態で1750rpm〜800rpmまで
回転数制御を行い、負荷率46％以下ではエンジン
１の回転数は800rpmの一定としてコンプレツサ
２の気筒制御を行つている。電磁弁２３の開閉
（切り替え）は本実施例ではセンサーによつて検
出された排気温度に応じて行なわれるようにし
た。すなわち、排気温度が設定温度150℃以上の
時には、電磁弁２３は閉となり、逆に150℃以下
の場合には開となるようにした。この開閉は勿
論、エンジン１の回転数又はコンプレツサ２の気
筒数に応じて行えるようにしても支障ない。以上
説明した如くに運転した結果、負荷の大小に応じ
て温水が水冷排気マニホールド１２に流れたり、
バイパス回路２２を流れたりし、いかなる不具合
もないスムーズな運転を行うことができるように
なつた。

次に冷房運転について説明する。コンプレツサ
２を出て高温、高圧となつたフロンガスは、四方
電磁弁７を経て冷媒−空気熱交換器８に至り、冷
媒は凝縮する。凝縮した冷媒は膨張弁９を経て、
冷媒−水熱交換器１０に至り、冷媒は、蒸発し、
冷温水回路３２を流れる水を冷却する。冷房運転
時、バルブ２６及び２７は閉めた状態とする。エ
ンジン１からの冷却水損失熱及び排気ガス損失熱
は、エンジン１の冷却水熱交換器１１、水冷排気
マニホールド１２、排気ガス熱交換器１３におい
て温水として回収し、バルブ２９，３０，３１を
開けて放熱器１４に於て放熱させる。電磁弁２３
の開閉は暖房運転の場合と全く同じ考え方で、エ
ンジン１の排気ガス温度に応じて行う。

本考案は以上のように従来に於いては自然放熱
を前提としたエンジンの排気マニホールドに於い
て、この排気マニホールドを負荷が大きく、排熱
が高い場合には水冷し、負荷が小さく、排熱が低
い場合には水冷を止めるようにしたので、排気マ
ニホールドからの放熱によつてヒートポンプシス
テムを内蔵したパツケージ内に高温に晒されるこ
とはないと共に排気マニホールドの冷却過多によ
り排気マニホールド内に凝縮水が発生し、これが
エンジンのシリンダー内に逆流したりしてトラブ
ルの原因となることがない効果がある。

次に、本考案は水冷排気マニホールド１２をバ
イパスするバイパス回路２２を設け、このバイパ
ス回路２２内に電磁弁２３を取り付け、エンジン
１の排気ガス温度に応じて制御器３３が電磁弁２
３に開又は閉信号を送るので、水冷排気マニホー
ルド１２の水冷又は水冷解除は確実に行なわれる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を実施したヒートポンプ装置の
フロー図、第２図は水冷排気マニホールドの正面
図、第３図はＡ−A′線断面図である。 １……エンジン、２……コンプレツサ、３……
供給路、４……エアクリーナ、５……空気供給
路、６……冷媒回路、７……四方電磁弁、８……
冷媒−空気熱交換器、９……膨張弁、１０……冷
媒−水熱交換器、１１……エンジン冷却水熱交換
器、１２……水冷排気マニホールド、１３……排
気ガス熱交換器、１４……放熱器、１５……冷却
水ポンプ、１６……エンジン冷却水回路、１７…
…消音器、１８……排気ガス出口、１９……エア
ハンドリングユニツト、２０……ヘツダー、２１
……ヘツダー、２２……水冷排気マニホールドバ
イパス回路、２３……電磁弁、２４……バルブ、
２５……バルブ、２６……バルブ、２７……バル
ブ、２８……バルブ、２９……バルブ、３０……
バルブ、３１……バルブ、３２……冷温水回路、
３３……制御器、３４……センサー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) エンジンによりコンプレツサを駆動すると共
   にエンジンの冷却水熱及び排気熱を回収するよ
   うに構成したヒートポンプ装置に於いて、エン
   ジンの水冷排気マニホールドの周囲に通水路を
   形成し、この通水路を前記冷却水熱及び排気熱
   を回収するエンジン冷却水回路に接続すると共
   に前記水路（水冷排気マニホールド）をバイパ
   スするバイパス回路をエンジン冷却水回路に設
   け、このバイパス回路内に電気信号により制御
   される電磁弁を取り付けると共にある定められ
   た排気温度に応じて前記電磁弁に対して切替信
   号を送る制御器を設けて成るエンジン駆動ヒー
   トポンプ装置。 (2) 制御器が手動切り替え方式から成る実用新案
   登録請求の範囲第１項記載のエンジン駆動ヒー
   トポンプ装置。