JPH03294755A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば冷媒圧縮機がエンジンによって駆動さ
れる冷暖房装置において、エンジンからの排熱を回収し
て暖房に利用するようにしたヒートポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの排熱を暖房に利用するようにしたヒー
トポンプとして、例えば第４図に示す特開昭６２−８４
２７３号公報のような装置が提案されているが、この装
置では２組の冷媒圧縮機３１Ａと３１Ｂが設置され、夫
々の圧縮機の３１Ａと３１Ｂの吐出側に２組のオイルセ
パレータ１０１　Ａと１０１　Ｂ及び逆止弁１０２Ａと
１０２Ｂが必要となるため、装置が複雑化する問題があ
る。

また、例えば特開昭６１−６５５７号公報のような装置
も提案されているが、この装置ではガス冷媒の温度が異
常に高くなって冷媒の熱分解が生じる場合があり、その
場合は暖房効率が低下する問題がある。

そこで、上記の問題を解決するために、本出願人は特願
平１−１０１９８で第３図に示すようなエンジンの排熱
を効果的に回収することにより、装置の複雑化を防止す
ると共に、冷媒の熱分解の生じない暖房効率の高いヒー
トポンプを提案している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、特願平１−１０１９８の構成では、冷媒
加熱器４１内に溜っている冷媒を温水で加熱して暖房効
果を得るものであるため、暖房運転において冷媒加熱器
４１内の冷媒が十分に加熱されると、高温高圧のガス冷
媒となって内圧が上昇し、それによってガス冷媒の一部
が冷媒加熱器４１の上流側の冷媒通路３６へ逆流するの
で、冷媒加熱器４１内での冷媒の蓄熱が十分に行われず
、且つ冷媒の逆流により暖房サイクル内の冷媒循環量が
低減して暖房能力が低下することが判明した。

さらに、補助回路３９とアキュムレータ４３を介して圧
縮機３１の吸入側に接続される低圧側回路において、第
２の電磁弁４２が開いても、アキュムレータ４３での圧
力損失により、短時間で多量のガス冷媒が冷媒加熱器４
１から圧縮機３１の吸入側へ帰還されないため、暖房効
果が十分に発揮されないことも判明した。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、排熱回収回路の改良と排熱の有効利
用により、暖房運転における暖房能力の低下の防止と暖
房効果の十分な発揮を行うことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の目的を達成するために、冷媒を圧縮し
吐出する圧縮機と、 冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器と、 冷媒と室外空気との間で熱交換を行う室外熱交換器と、 前記室内熱交換器と室外熱交換器との間に配設され、冷
媒の減圧を行う第１の減圧手段と、前記圧縮機より吐出
された冷媒の循環方向を前記室内熱交換器側と前記室外
熱交換器側に切換える冷媒切換え手段と、 前記圧縮機の吸入側に配設され、該圧縮機側へガス冷媒
を導出するアキュムレータを有する冷媒回路と、 前記アキュムレータの下流側に配設され、該アキュムレ
ータへの冷媒の逆流を阻止する第２の逆止弁と、 前記室内熱交換器と前記第１の減圧手段との間から分岐
して前記圧縮機の吸入側とを結び、冷媒の逆流を阻止す
る第１の逆止弁、冷媒の減圧を行う第２の減圧手段、冷
媒の加熱を行う冷媒加熱手段、冷媒の流れを選択的に遮
断する弁手段を有する補助回路とを備え、 前記冷媒切換え手段により前記圧縮機からの圧縮冷媒が
前記室内熱交換器に供給されるように設定された暖房運
転状態において、前記補助回路の弁手段が繰返し開閉制
御されるようにした構成とする技術的手段を用いるもの
である。

〔作用〕

上記手段によれば、冷媒加熱手段（冷媒加熱器）の上流
に第１の逆止弁が配設されていないため、暖房運転にお
いて冷媒加熱器で冷媒が十分に加熱されて高温高圧のガ
ス冷媒となっても、このガス冷媒は第１の逆止弁で阻止
されて冷媒加熱器の上流にある冷媒通路へ逆流すること
はないので、冷媒加熱器で冷媒が効率よく蓄熱され、且
つ暖房サイクルにおける冷媒循環量の低減は生じない。

また、冷媒加熱器よりアキュムレータを介さずに弁手段
（第２の電磁弁）を介して圧縮機の吸入側に接続されて
いるため、暖房運転において冷媒加熱器で加熱されたガ
ス冷媒は第２の電磁弁を通って圧縮機の吸入側に直接に
流入するので、アキュムレータでの圧力損失がなく、そ
のため圧縮機の吸入側へ短時間に多量のガス冷媒が帰還
する。

なお、圧縮機の吸入側に接続されるアキュムレータに対
し、上記の帰還するガス冷媒は第２の逆止弁で阻止され
て流入しないため、アキュムレータ内は常ムこ低圧が保
たれることにより、アキュムレータを介しての圧縮機の
吸入側に対するガス冷媒の円滑な帰還が行われる。

〔実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図は冷媒サイクルの構成を示すもので、１個の冷媒
圧縮機３１が設定され、この圧縮機３１はエンジン３２
により駆動されるようになっている。

この圧縮機３１からの吐出冷媒は、４方弁３３に供給さ
れるもので、この４方弁３３は吐出冷媒を室内熱交換器
３４あるいは室外熱交換器３５のいずれが一方に供給す
るもので、暖房モードの状態では、図に実線で示される
ように圧縮機３１がらの吐出冷媒を室内熱交換器３４に
導く。そして、冷房モードの状態では、圧縮機３１から
の吐出冷媒を破線で示すように室外熱交換器３５に導く
。この室外熱交換器３５はさらに４方弁３３に接続され
ている。

室内熱交換器３４にはファン３４１が設定され、このフ
ァン３４１で発生された空気流が室内熱交換器３４を介
して冷暖房しようとする室内に導がれるようにする。ま
た室外熱交換器３５に対してもファン３５１が設けられ
、このファン３５１で発生された空気流が室外交換器３
５を介して室外に吹き出され、室外熱交換器３５に流れ
る冷媒との熱交換が行なわれるようにしている。

室内熱交換器３４と室内熱交換器３５との間は冷媒通路
３６によって結合され、この冷媒通路３６には第１の減
圧袋Ｎ３７が介在設定され、第１の減圧装置３７には並
列にして第１の電磁弁３８が設けられ、第１の電磁弁３
８が開かれた状態で、冷媒が第１の減圧装置３７をバイ
パスして通過されるようにする。

室内熱交換器３４と第１の減圧装置３７との間の冷媒通
路３６には、冷媒を分岐する補助回路３９が形成される
。そして、この補助回路３９には第１の逆止弁５０、第
２の減圧装置４０、冷媒加熱器４１、および第２の電磁
弁４２の直列回路が形成され、第２の電磁弁４２からの
出力冷媒は、圧縮機３１の吸入側に直接に導かれる。さ
らに、４方弁３３の出力側が、アキュムレータ４３と第
２の逆止弁５１を介して圧縮機３１の吸入側に結合され
る。

エンジン３２には冷却水回路４５が形成されるもので、
このエンジン冷却水は室外熱交換器３５と並列的に設定
されるラジェータ４６に循環されて外気によって冷却さ
れるようにすると共に、冷媒加熱器４１に循環されるよ
うにする。この場合冷媒加熱器４する対する冷却水回路
には第１の温水電磁弁４７が設定され、第１の温水電磁
弁４７が開かれた状態で冷媒加熱器４１にエンジン３２
によって加熱された冷却水が供給されて、この冷媒を加
熱する。また、ラジェータ４６に対する冷却水回路には
第２の温水電磁弁４８を設定し、第２の温水電磁弁４８
によってラジェータ４６に循環される冷却水を制御させ
るようにする。

エンジン３２の加熱された高温の排気は、排気熱交換器
４９に供給するものであり、排気交換器４９には冷却水
回路が通過され、高温排気と熱交換されるようにしてい
る。

このように構成されるピー１−ポンプにおいて、暖房運
転モードでは４方弁３３は図のような状態に設定される
実線矢印のように冷媒が循環される。

すなわち、圧縮機３１で圧縮され高温状態とされ、冷媒
は、４方弁３３を介して室内熱交換器３４に供給０ され、ファン３４１で発生される空気流と熱交換されて
放熱され、その後低圧側に流れる。そして、この熱交換
により暖められた空気は室内に放出されて、この室内を
暖房する。

このような状態においては、第２の電磁弁４２は第２図
で示されるようにこの通常暖房運転状態で間欠的にオン
−オフ制御されるもので、第２の電磁弁４２が閉じてい
る状態では、室内熱交換器３４がらの出力冷媒は室外熱
交換器３５の方向に流れる。

この場合、この通常暖房運転時には、第２図で示される
ように第１の電磁弁３８は閉じたままであり、したがっ
て冷媒は第１の減圧装置３７により減圧されて室外熱交
換器３５に供給され、外気により吸熱される。

また第２の電磁弁４２が開いている状態では、室内熱交
換器３４からの出力冷媒は、第１の逆止弁５゜を通り第
２の減圧装置４０で減圧された後、冷媒加熱器４１に供
給される。この通常暖房運転にあたっては、第２図で示
されるように第１の温水電磁弁４７が開かれており、第
２の温水電磁弁４８が閉じられているもので、エンジン
３２のよって加熱された冷却水が冷媒加熱器４１に循環
されている。したがって、冷媒加熱器４１において冷媒
は吸熱動作をするようになり、冷媒加熱器４１を通過し
た冷媒は加熱される。そして、この加熱された冷媒が第
２の電磁弁４２を介して圧縮機３１の吸入側に帰還され
、再び圧縮される。

すなわち、このような暖房運転状態にあっては、室内熱
交換器３４を通過した冷媒が減圧された後加熱され、圧
縮機３１に帰還されるものであり、１台の圧縮機３１に
よって、外気とエンジンの排熱との両者から吸熱動作を
するようになる。このため、暖房能力が充分に高い状態
に設定されると共に、暖房効率も高い状態に設定される
。

また暖房負荷が小さい中間状態における能力制御運転状
態においては、間欠的に開放制御された第２の電磁弁４
２は閉じた状態に設定され（第２図参照）、冷媒の吸熱
は室外熱交換器３５において外気からのみ行なわれる。

したがって、冷媒圧力の異常上界、動力の増大等の障害
の発生が効果的に防止できる。この能力制御運転状態で
は、エンジン３２の冷却水は開かれた状態に設定される
第２の温水電磁弁４８を介してラジェータ４６に流れ、
エンジン３２の排熱を放出する。この場合箱１の温水電
磁弁４７は閉じられており、冷媒加熱器４１には冷却水
が循環されない。

尚、このような暖房運転時においては、室内ファン３４
１はオンの状態に設定され、また室外ファン３５１は通
常暖房運転時に強、中間暖房負荷の能力制御運転時に弱
の状態に設定される。

このような暖房運転時において、室外熱交換器３５にお
いて霜が付着した場合には、除霜運転に切換えられる。

この除霜運転に際しては、４方弁３３は暖房運転モード
の状態に設定されたまま、第２図で示されるように第２
の電磁弁４２を通常暖房制御のときと同様にオン−オフ
制御させると共に、第１の電磁弁３８も第２の電磁弁４
２と同期する状態でオン−オフ制御する。この場合、第
２の電磁弁４２がオン状態で第１の電磁弁３８がオフと
されるように、反対の状態に制御される。また、第１の
温水電磁弁４７は開き、第２の温水電磁弁４８を閉じて
、エンジン３２で加熱された冷却水が冷媒加熱器４１に
流されるようにする。このとき、室内ファン３４１は微
風運転され、室外ファン３５１は停止されている。

このように設定されると、圧縮機３１からの吐出冷媒は
室内熱交換器３４で放熱した後、第１の電磁弁３８が開
かれた状態で室外熱交換器３５に供給される。すなわち
、第１の減圧装置３７をバイパスした高温状態の冷媒が
室外熱交換器３５に供給されるようになり、この室外熱
交換器３５の除霜運転が実行される。また第１の電磁弁
３８が閉じられる状態では第２の電磁弁４２が開かれ、
前述したと同様にエンジン３２の排熱を利用した暖房運
転が実行される。

すなわち、通常暖房運転を実行しながら、除霜が行なわ
れるようになる。

次に冷房運転を行なうときには、４方弁３３を図の状態
から切換え、破線矢印で示す冷媒の流れが設定されるよ
うにする。すなわち、圧縮機３１で圧縮された高温冷媒
は室外熱交換器３５に供給されて３ ４ 外気と熱交換して冷却される。この場合箱１および第２
の電磁弁３８および４２は、通常冷房運転状態では閉じ
られており、室外熱交換器３５からの出力冷媒は第１の
減圧装置３７で減圧して低温冷媒とされ、室内熱交換器
３４に供給される。この室内熱交換器３４ではファン３
４１で発生させた空気流との熱交換が行なわれ、室内に
冷気を送るようになる。

そして、この室内熱交換器３４を通過した冷媒は、４方
弁３３からアキュムレータ４３に送られ、第２の逆止弁
５１を通り圧縮機３１の吸入側に帰還される。

この場合、室外ファン３５１はこの冷房運転状態でオン
状態に設定されるものであり、室内ファン３４１は通常
運転状態で強の状態に設定される。また、この冷房運転
モードにおいては、第１の温水電磁弁４７は閉じられ、
第２の温水電磁弁４８が開かれて、エンジン３２の冷却
水はラジェータ４６に供給され、冷却されるようにして
いる。

このような冷房運転モードにおいて、冷房負荷の小さい
中間期においては、能力制御運転が実行される。この能
力運転制御状態にあっては、第２の電磁弁４２をオン状
態として、冷媒の一部が圧縮機３１の吸入側にバイパス
されるようにする。そして、室内熱交換器３４に流れる
冷媒の量を少なくして、冷房能力が低下されるようにす
る。

これまでの実施例においては、エンジン３２によって圧
縮機を駆動するエンジン式のヒートポンプについて示し
、エンジン３２の排熱を冷媒加熱器４１に供給するよう
にして示した。しかし、特に圧縮機をエンジンによって
駆動するような場合でなくとも、例えばこの冷暖房装置
が工場等に設置される場合、冷媒加熱器４１に対して工
場排熱を供給するようにしてもよい。すてわち、工場排
熱が暖房運転の効率化に大きく寄与されるようになる。

また、実施例において、第２の電磁弁４２を冷媒加熱器
４１の下流側に設定したが、これは冷媒加熱器４１の上
流側に設定しても良い。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているため、冷
媒の逆流による冷媒加熱器での冷媒の蓄熱効率の低下及
び暖房サイクルの冷媒循環量の低減は生じないので、暖
房能力の低下が防止される。

また、冷媒加熱器から短時間に多量の加熱されたガス冷
媒が圧縮機の吸入側に帰還するので、暖房効果が充分に
発揮される。

さらに、アキュムレータを介して圧縮機の吸入側にガス
冷媒の円滑な帰還が行われるので、暖房能力の低下が防
止される。

弁）、４３・・・アキュムレータ、５０・・・第１の逆
止弁。

５１・・・第２の逆止弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　冷媒を圧縮し吐出する圧縮機と、冷媒と室内空気との
   間で熱交換を行う室内熱交換器と、冷媒と室外空気との
   間で熱交換を行う室外熱交換器と、前記室内熱交換器と
   室外熱交換器との間に配設され、冷媒の減圧を行う第１
   の減圧手段と、前記圧縮機より吐出された冷媒の循環方
   向を前記室内熱交換器側と前記室外熱交換器側に切換え
   る冷媒切換え手段と、前記圧縮機の吸入側に配設され、
   該圧縮機側へガス冷媒を導出するアキュムレータを有す
   る冷媒回路と、前記アキュムレータの下流側に配設され
   、該アキュムレータへの冷媒の逆流を阻止する第２の逆
   止弁と、前記室内熱交換器と前記第１の減圧手段との間
   から分岐して前記圧縮機の吸入側とを結び、冷媒の逆流
   を阻止する第１の逆止弁、冷媒の減圧を行う第２の減圧
   手段、冷媒の加熱を行う冷媒加熱手段、冷媒の流れを選
   択的に遮断する弁手段を有する補助回路とを備え、前記
   冷媒切換え手段により前記圧縮機からの圧縮冷媒が前記
   室内熱交換器に供給されるように設定された暖房運転状
   態において、前記補助回路の弁手段が繰返し開閉制御さ
   れるようにしたことを特徴とするヒートポンプ。