JPH03213966A - 排熱回収式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、排熱回収式ヒートポンプに関するものであり
、例えばガスエンジン駆動式ヒートポンプ装置により構
成されるニアコンディショナに用いられる。

（従来の技術） 従来よりガスエンジン駆動式ヒートポンプ装置により構
成されるニアコンディショナ（以下ＧＨＰと略記する）
では、冬季の暖房能力を向上させルｆ、−メにガスエン
ジンの排熱を利用することが公知となっている。

例えば、１９８９年７月発行の「アイシン精機■１０馬
力ガスヒートポンプエアコンサービス説明書」に記載さ
れたものでは、ＧＨＰの室外機内に設置されているガス
エンジンの冷却水回路をＧＨＰの室内機側にまで延在さ
せ、高温冷却水の熱をヒートポンプ回路とは別の室内熱
交換器にて放熱させて、室内の暖房補助熱源としている
。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上述の方式を用いたＧＨＰでは、室外機と室内
機との間の配管が、ヒートポンプ回路の往復用２管路と
冷却水回路の往復用２管路で合計４管路が必要となって
しまい、ＧＨＰの設置工事に手間がかかったり設置工事
費が高くなってしまうという不具合を有している。

そこで、本発明では冷却水回路をＧＨＰの室内機側にま
で延在させることなく冬季の暖房能力を向上させること
を、その技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 前述した本発明の技術的課題を解決するために講じた本
発明の技術的手段は、燃焼機関と、燃焼機関により駆動
されるコンプレッサと、コンプレッサに接続される第１
熱交換器と、第１熱交換器に接続される膨張弁と、膨張
弁に接続される第２熱交換器と、第２熱交換器に接続さ
れるコンプレッサとにより構成される冷媒回路と、燃焼
機関内を循環して燃焼機関と並列に接続される第３熱交
換器及び第４熱交換器から構成される冷却回路とを有し
、第３熱交換器は、第１作動室と第２作動室から構成さ
れ、第１作動室には冷媒回路内を循環する第１作動流体
が導入され、第２作動室には冷却回路内を循環する第２
作動流体が導入され、第１作動室の吸入側は第１熱交換
器と膨張弁との間に第１逆止弁を介して接続され、第１
作動室の吐出側にはコンプレッサの吐出側に第２逆止弁
を介して接続されると共にコンプレッサの吸入側に制御
手段により開閉制御される制御弁を介して接続される様
にしたことである。

（作用） 上述した本発明の技術的手段によれば、冷却回路とヒー
トポンプ回路との間で高効率に熱交換を行うことができ
、冷却水回路をＧＨＰの室内機側にまで延在させること
な（冬季の暖房能力を向上させることが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の技術的手段を具体化した実施例について
添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明実施例の排熱回収式ヒートポンプ１０を
示す。第２図は温水−冷媒熱交換器１４の説明図を示す
。

ガスエンジン１１の図示しないシリンダブロック内には
通路空洞が形成されてガスエンジン１１の燃焼に伴う発
熱を冷却水へと放熱している。このガスエンジン１１の
冷却回路１２はラジエタ１３及び温水−冷媒熱交換器上
４を並列に接続している。また、冷却回路１２の途中に
はポンプ１５と切換弁１６とが配設されている。

コンプレッサ１７はガスエンジン１１により駆動され、
その吐出側１７ａは四方向弁１８を介して室内熱交換器
１９の一端と接続されている。また、室内熱交換器１９
の他端は４つの逆止弁２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ
により構成されるマニホールドバルブ２０を介してレシ
ーバ２１と接続されている。次に、レシーバ２１０ｍ出
側２ｘａは、フィルタドライヤ２２、膨張弁２３及びマ
ニホールドバルブ２０を介して室外熱交換器２４と接続
されている。更に、室外熱交換器２４の一端は、四方向
弁１日を介してアキュムレータ２５の流入側２５ｂに接
続され、アキュムレータ２５の流出側２５ａはコンプレ
ッサ１７の吸入側１７ｂに接続されて、内部を冷媒が循
環するヒートポンプ２６を構成している。

温水−冷媒熱交換器１４は冷媒作動室１４ａ及び温水作
動室１４ｂにより構成されている。ここで、温水作動室
１４ｂには冷却回路１２内を循環するガスエンジン１１
の冷却水が循環している。

一方、冷媒作動室１４ａの入口２７には逆止弁２８を介
してレシーバ２１の流出側２１ａと接続されている。ま
た、冷媒作動室１４ａの出口２９はその先が２分割され
ており、一方は逆止弁３０を介してコンプレッサ１７の
吐出側１７ａに接続され、他方は制御手段３２により開
閉制御される制御弁３１を介してアキュムレータ２５の
流入側２５ｂに接続されている。

また、制御手段３２には３つの温度センサ３５３６．３
７の出力する出力信号が入力されている。即ち、冷媒作
動室１４ａの出口２９の先の分岐点３８に配設された温
度センサ３５と、出口２９と制御弁３１とを結ぶ管路３
３の途中に形成された絞り部３４の一端に配設された温
度センサ３６と、室内熱交換器１９の液状冷媒排出側（
暖房時）に配設された温度センサ３７である。

以上の構成を有する排熱回収式ヒートポンプ１０につい
て、その作動を以下に説明する。

この排熱回収式ヒートポンプ１０は前述のとおりニアコ
ンディショナに用いられ、作動についてもニアコンディ
ショナに基づいて説明する。

第１図はニアコンディショナの暖房状態を示しており、
コンプレッサ１７の吐出側１７ａから吐出された高温・
高圧のガス状冷媒は四方向弁１８を介して室内熱交換器
１９に流入し、ここで冷媒中の熱を室内へと放熱して暖
房を行う。

この後、冷媒は放熱することにより高温高圧の液状冷媒
となりマニホールドバルブ２０内の逆止弁２０ｃを通過
してレシーバ２１へと流入スル。

レシーバ２１から流出する高温高圧の液状冷媒は２方向
へ分流する。

一方の冷媒はフィルタドライヤ２２を介して膨張弁２３
を通過するが、この膨張弁２３で低温・低圧の気液状冷
媒となる。この冷媒はマニホールドバルブ２０内の逆止
弁２０ａ・２０ｂ・２０ｄの何れにも流れることができ
るはずであるが、逆止弁２０ａ・２０ｄの出口側は高温
高圧状態なので低温低圧状態の冷媒が流れ出ることはで
きない。

従って、膨張弁２３を通過した冷媒は室外熱交換器２４
へと流出する。

この室外熱交換器２４内において、低温・低圧の気液状
冷媒は外気の熱を吸熱して低温・低圧のガス状冷媒とな
る。この後、冷媒は逆止弁１８を介してアキュムレータ
２５に流入した後、コンプレッサ１７へと循環する。

さて、レシーバ２′１から分流した他方の冷媒は逆止弁
２８を介して温水−冷媒熱交換器１４の冷媒作動室１４
ａへと導かれる。ここで、制御弁３１は制御手段３２に
より開閉制御されるもので、制御手段３２は冷媒作動室
１４ａの冷媒が過熱状態（蒸発により全て気相となった
状態）になると制御弁３１を開く。従って、液状冷媒は
冷媒作動室１４ａに急速に貯溜されていき、冷媒作動室
１４ａが液状冷媒で満たされたら、制御手段３２はこれ
を感知して制御弁３１を閉じる。　　この時、温水−冷
媒熱交換器１４の温水作動室１４ｂには冷却回路１２内
の温水が循環しているので、この温水と液状冷媒との間
で熱交換が進み、液状冷媒は徐々にガス化していく。こ
のガス化の過程で冷媒作動室１４ａの内側は逆止弁３０
の出口側よりも高圧となり、ガス状冷媒は逆止弁３０か
らコンプレッサ１７の吐出側１７ａへと吐き出され、室
内熱交換器１９にて室内へと放熱する。

従って、室内熱交換器１９では、冷媒が室外熱交換器２
４で得た熱のみならず、温水−冷媒熱交換器１４で得た
熱をも放熱するので暖房能力を向上することができる。

この後、冷媒作動室１４ａ内の冷媒が全てガス化して過
熱状態になると、制御手段３２により制御弁３１が開か
れて略全体のガス状冷媒がアキュムレータ２５の流入側
２５ｂへと吐き出される。

当然ながらこの冷媒も室内熱交換器１９にて放熱するの
で、暖房能力の向上に役立っている。

この時、冷媒作動室１４ａ内の冷媒が制御弁３１から抜
けていくと同時に、冷媒作動室１４ａ内の圧力が低くな
るので、レシーバ２１から逆止弁２日を通って冷媒作動
室１４ａ内に液状冷媒が急速に貯溜されていき、冷媒作
動室１４ａが液状冷媒で満たされたら、制御手段３２は
これを感知して制御弁３１を閉じるというように、上述
の熱交換サイクルを繰り返す。

また、切換弁１６は図示しない制御手段により切換制御
されてるもので、普段はガスエンジン１１内と温水−冷
媒熱交換器１４とを接続するように冷却回路１２を形成
し、温水−冷媒熱交換器１４の熱交換能力には塵界があ
るので、冷却回路１２中の冷却水が温水−冷媒熱交換器
１４で十分に冷やされなくなりガスエンジン１１の冷却
に支障がでるようになると、ガスエンジン１１内とラジ
エタ１３とを接続するように冷却回路１２を形成する。

ここで、制御手段３２がどのようにして、冷媒作動室１
４ａの冷媒が過熱状態であるか、また、冷媒作動室１４
ａが液状冷媒で満たされているかを判断する方法を説明
する。

まず、前者の検出方法は、冷媒作動室１４ａの冷媒が液
状で満たされた後過熱状態となるまでは制御弁３１が閉
じられており、温水−冷媒熱交換器１４で熱交換が進ん
でいく。この時、制御手段３２は温度センサ３５と３７
の出力信号を監視しており、温度センサ３５の検出する
温度が温度センサ３７の出力する温度よりも過冷却温度
を考慮しても高くなれば、当然ながら冷媒作動室１４ａ
内の冷媒は過熱状態にあると判断できる。従って、この
時に制御手段３２は制御弁３１を開くようにする。

次に、後者の検出方法は、冷媒作動室１４ａ内の過熱状
態の冷媒が開かれた制御弁３１がら抜けてい（と同時に
、その負圧により冷媒作動室１４ａに液状冷媒が溜まっ
ていき完全に満たされた後には、管路３３へと溢れた冷
媒が流れ出す。このとき、絞り部３４の作用により絞り
部３４において液状冷媒はガス化しようとして外部の熱
を奪うので、温度センサ３５の検出する温度よりも温度
センサ３６の検出する温度の方が低くなる。従って、こ
れを制御手段３２が検知して、制御弁３１を閉じるよう
にする。

一方、ニアコンディショナの冷房状態は図示しないが、
排熱回収式ヒートポンプ１ｏの構成は次のようになる。

即ち、四方向弁１８の接続状態が切り換えられ、コンプ
レッサ１７の吐出側１７ａと室外熱交換器２４とが接続
されると共に、室内熱交換器１９とアキュムレータ２５
の流入側２５ｂとが接続される。

冷房状態では、制御弁３１は常時閉じられており、温水
−冷媒熱交′換器１４の冷媒作動室１４ａ内の冷媒が全
てガス化して過熱状態になっても制御弁３１が開かない
ので、冷媒作動室１４ａにはレシーバ２１から液状冷媒
が新たに流入することがない。従）て、温水〜冷媒熱交
換器１４は冷房状態では作用しない。

第３図には冷却回路の他の構成を示しており、第１図の
切換弁１６に代えてサーモスタット弁５０が冷却回路１
２中に配設され、冷却水温度の上昇につれてラジエタ１
３へ流す冷却水の量を多くするようになっている。

更に、第４図には冷却回路の他の構成を示しており、冷
却水回路６０のエンジン１１出口部にはサーモスタット
弁６２が配設され、途中に絞り弁６４を有するバイパス
通路６３が、ウォーターポンプ６５の上流側まで延在し
ている。

また、エンジン１１の排気管路中に排気ガス熱交換器６
１が配設されており、エンジン１１に接続される冷却水
回路６０の途中にエンジン１１と並列に接続されている
。

冷却水回路６０中に配設された温水−冷媒熱交換器１４
には、ラジエタ１３とバイパス通路６６とが並列に接続
されたものがサーモスタット弁６７を介して直列に接続
されている。

〔発明の効果〕

以上に示した様に本発明では、冷却回路とヒートポンプ
回路との間で高効率に熱交換を行うことができ、冷却水
回路をＧＨＰの室内機側にまで延在させることなく冬季
の暖房能力を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の排熱回収式ヒートポンプ１０を
示す。第２図は温水−冷媒熱交換器１４の説明図を示す
。第３図は冷却回路の他の構成の説明図を示す。第４図
は冷却回路の他の構成の説明図を示す。 １０・・・排熱回収式ヒートポンプ、 １１・・・ガスエンジン（燃焼機関）、１２・・・冷却
回路、 １３・・・ラジエタ（第４熱交換器）、１４・・・温水
−藷媒熱交換器（第３熱交換器）、１４ａ・・・第１作
動室、 １４ｂ・・・第２作動室、 １７・・・コンプレッサ、１８・・・四方向弁、１９・
・・室内側熱交換器（第１熱交換器）、２１・・・レシ
ーバ、 ２４・・・室外側熱交換器（第２熱交換器）、２５・・
・アキュムレータ、 ２８・・・第１逆止弁、３０・・・第２逆止弁、３１・
・・制御弁、３２・・・制御手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼機関と、該燃焼機関により駆動されるコンプ
   レッサと、 該コンプレッサに接続される第１熱交換器と、該第１熱
   交換器に接続される膨張弁と、該膨張弁に接続される第
   ２熱交換器と、該第２熱交換器に接続される前記コンプ
   レッサとにより構成される冷媒回路と、 前記燃焼機関内を循環して前記燃焼機関と並列に接続さ
   れる第３熱交換器及び第４熱交換器から構成される冷却
   回路とを有し、 前記第３熱交換器は、第１作動室と第２作動室から構成
   され、該第１作動室には冷媒回路内を循環する第１作動
   流体が導入され、前記第２作動室には前記冷却回路内を
   循環する第２作動流体が導入され、 前記第１作動室の吸入側は前記第１熱交換器と前記膨張
   弁との間に第１逆止弁を介して接続され、前記第１作動
   室の吐出側には前記コンプレッサの吐出側に第２逆止弁
   を介して接続されると共に前記コンプレッサの吸入側に
   制御手段により開閉制御される制御弁を介して接続され
   る排熱回収式ヒートポンプ。
2. （２）前記制御手段は、前記第１作動室内の第１作動流
   体が全て蒸発した場合には前記制御弁を開くようにし、
   前記第１作動室内が液体の第１作動流体により満たされ
   た場合には前記制御弁を閉じるようにしたことを特徴と
   する請求項（１）記載の排熱回収式ヒートポンプ。