JPH0418219B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関で駆動されるヒートポンプ
によつて冷暖房および給湯を行う内燃機関駆動ヒ
ートポンプ冷暖房装置に関する。

［背景技術とその問題点］ 一般に、内燃機関を動力装置として使用する場
合、その軸出力は投入燃料の僅か25％ないし30％
であり、残りは未利用のまま捨てるか、排熱を回
収するにしても高価な熱交換器や循環ポンプ等を
必要とする上、周囲への放熱ロスおよび熱交換ロ
スが避けられないことから、効率が極めて悪かつ
た。その上、配管接続系統のための装置が複雑か
つ高価であつた。

このため、動力装置として用いる内燃機関を、
水等の熱媒体が収納されたタンク内に直接浸漬し
て内燃機関からの排熱を利用するシステムとし
て、内燃機関駆動ヒートポンプが考えられた。

従来、内燃機関駆動ヒートポンプによつて冷暖
房を実施する場合、水等の熱媒体中に浸漬された
内燃機関によつてヒートポンプのコンプレツサを
駆動させるとともに、ヒートポンプの冷媒コンデ
ンサを熱媒体中に浸漬させ、この冷媒コンデンサ
の凝縮熱および内燃機関からの排熱等により熱媒
体を昇温させ、この昇温された熱媒体を暖房や給
湯の熱源として利用する一方、冷媒コンデンサに
よつて冷却、液化された冷媒を膨張弁を介して冷
媒熱交換器へ送り、そこで空気と熱交換させて冷
房する、方式がある。

ところが、このような方式では、暖房回路と冷
房回路とが別であるから、それぞれに室内熱交換
器を必要とする欠点がある。

一方、前述のような熱媒式の冷暖房装置では、
併せて給湯をも行えるようにしたものが一般に多
用されている。

このような給湯においては、予め水を加熱し、
湯として貯留しておき、必要な時にそのまま供給
する貯湯型が用いられる他、エンジン等で加熱さ
れた熱媒体中に熱交換器を設置し、給湯時にはこ
の熱交換器に水を通して湯を送り出す蓄熱リアル
タイム型も用いられている。

しかし、貯湯型では、湯を貯留する間に冷める
ことがあり、常に高温の湯を給湯することができ
ないという問題があり、蓄熱リアルタイム型では
給湯時に加熱するため多量の湯を供給する際など
には低温になるなどの問題があり、給湯性能に一
長一短がある。

［発明の目的］ ここに、本発明の目的は、このような点に鑑
み、冷暖房回路を１系統として回路の簡素化を図
ることができ、かつ簡単な構造で十分な給湯が行
える内燃機関駆動ヒートポンプ冷暖房装置を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］ そのため、本発明では、内燃機関の排熱等を熱
媒体へ蓄熱させ、その熱媒体をブラインとして循
環させるとともに途中に室内熱交換器を有する回
路を設け、暖房時は熱媒体をブライン循環回路へ
循環させる一方、冷房時はヒートポンプによつて
ブライン循環回路のブラインを冷却し、併せて冷
房時等の蓄熱タンク内の熱媒体の過加熱を防止す
るために適宜放熱を可能とし、冷暖房回路の統合
化を行うとともに、蓄熱した熱媒体から伝熱加熱
される湯を貯留しておき、この湯を給湯する際に
さらに前記熱媒体に経由させて給湯性能を向上
し、かつ管路や弁、ポンプ等の配置によつて給湯
用配管系の構造簡素化を図り、これにより上記目
的を達成しようとするものである。

具体的には、内部に熱媒体を収納した蓄熱タン
クと、この蓄熱タンクの熱媒体中に少なくとも一
部が浸漬された内燃機関と、この内燃機関によつ
て駆動されるヒートポンプとを備えた冷暖房装置
において、途中に室内熱交換器を有するブライン
循環回路を設け、暖房時は前記蓄熱タンク内の熱
媒体をブライン循環回路へ循環させて室内熱交換
器を加熱するとともに、冷媒時はブライン循環回
路への前記タンク内の熱媒体の循環を停止しかつ
ブライン循環回路のブラインをヒートポンプの冷
媒で冷却して室内熱交換器へ循環させ、前記ブラ
イン循環回路には室内熱交換器と並列に前記蓄熱
タンク内の熱媒体を冷却可能な放熱器を設け、前
記蓄熱タンクに隣接して給湯用の湯を収容しかつ
蓄熱タンクからの伝熱で加熱される貯湯タンクを
設け、前記貯湯タンク内の湯を外部に給湯する管
路を設け、この管路の途中を蓄熱タンク内の熱媒
体中に経由させ、前記管路の蓄熱タンクから外部
に到る部分に三方弁を設け、この三方弁から貯湯
タンクに戻る管路を設けて蓄熱タンクで加熱され
た湯を循環させて貯湯タンク内を昇温させるとと
もに、前記管路の貯湯タンクから蓄熱タンクに到
る部分に出湯ポンプを設け、この出湯ポンプで前
記外部への給湯および湯の循環を行わせるように
構成したことを特徴としている。

［実施例］ 第１図はブライン循環式の内燃機関駆動ヒート
ポンプ冷暖房給湯システムを示している。同図に
おいて、外表面が断熱材等によつて覆われた有底
円筒形状のタンク１の内部には、密閉構造の貯湯
タンク２と上面を開放した有底円筒形状の蓄熱タ
ンク３とがそれぞれ区画形成されている。前記貯
湯タンク２の内部には、市水管４からフロート弁
５および垂直管６を通じて供給された市水がフロ
ート弁５によつて設定された水位まで満たされて
いる。

また、前記蓄熱タンク３には、その内部に熱媒
体としての水が所定量満たされているとともに、
上端開口部に例えば自転車タイヤのゴムチユーブ
のような中空リング状のゴムチユーブからなるシ
ール兼防振部材１１を介して船型形状の支持リン
グ１２が載置されている。支持リング１２には、
その下面側中央つまり蓄熱タンク３内の水に浸さ
れたマウンテイングブロツク部分に内燃機関１３
が取付けられているとともに、上面側に前記内燃
機関１３によつて駆動されるヒートポンプ３０の
コンプレツサ１４およびオイルフイルタ１５等が
それぞれ設けられている。そして、これらコンプ
レツサ１４およびオイルフイルタ１５等を覆うよ
うに断熱および吸音効果を有するキヤツプ１６が
被嵌されている。また、前記内燃機関１３には、
その吸気口側に一端が前記支持リング１２を通つ
てキヤツプ１６によつて閉塞された室内に突出さ
れた吸気管１７の他端が接続されているととも
に、排気口側に途中が前記蓄熱タンク３内の水に
浸漬されかつ一端が前記支持リング１２を経て外
部に突出された排気管１８の他端が接続されてい
る。排気管１８の途中には、ドレンパイプ１９を
前記蓄熱タンク３の外部へ導出したドレンポツト
２０が設けられている。これにより、内燃機関１
３が駆動されると、その内燃機関１３からの排気
が排気管１８を通つて外部へ排出される際、蓄熱
タンク３内の水と熱交換されるため、蓄熱タンク
３内の水が昇温される。

前記ヒートポンプ３０は、第２図にも示す如
く、前記コンプレツサ１４の吐出側に配管３１を
介して切換弁３２が接続されている。切換弁３２
には、前記配管３１のほかに、配管３３を介して
前記蓄熱タンク３内の底部に配置された冷媒コン
デンサ３４の一端側が接続されているとともに、
配管３５を介して切換弁３６が接続されている。
前記冷媒コンデンサ３４の他端側には、配管３７
を介して切換弁３８が接続されている。切換弁３
８には膨張弁３９を介して切換弁４０が接続さ
れ、この切換弁４０には冷媒−ブライン熱交換器
４１の一端が接続されている。冷媒−ブライン熱
交換器４１の他端には、配管４２を介してコンプ
レツサ１４の吸込側が接続されている。また、前
記切換弁３６には、配管４３を介してコンプレツ
サ１４の吸込側が接続されているとともに、配管
４４を介して空気熱源交換器４５の一端側が接続
されている。空気熱源熱交換器４５の他端側に
は、配管４６を介して前記切換弁３８が接続され
ているとともに、逆止弁４７を介して前記切換弁
４０が接続されている。

また、前記蓄熱タンク３には、その蓄熱タンク
３内の水をブラインとして循環させるブライン循
環回路５０が設けられているとともに、内部上方
外周部に熱交換コイル７１が配置されている。前
記ブライン循環回路５０は、前記蓄熱タンク３の
上部へ開口した配管５１に三方弁５２が接続され
ている。三方弁５２には、配管５１のほか、配管
５３を介して循環ポンプ５４の吸込側が接続され
ているとともに、配管５５を介して放熱器５６の
一端側が接続されている。循環ポンプ５４の吐出
側には室内熱交換器５７の一端が接続され、この
室内熱交換器５７の他端側に三方弁５８を介して
前記蓄熱タンク３の下部へ開口した配管５９が接
続されている。三方弁５８と配管５３との間に
は、循環するブラインが前記冷媒−ブライン熱交
換器４１によつて冷却される循環路６０が接続さ
れている。また、前記放熱器５６の他端側は、循
環ポンプ６１を介して前記配管５９に接続されて
いる。

前記熱交換コイル７１には、その下端側に一端
が前記貯湯タンク２の上部に開口されかつ途中に
出湯ポンプ７２を有する連通管７３の他端が接続
されているとともに、上端側に三方弁７４が接続
されている。三方弁７４には、一端が前記貯湯タ
ンク２の下部に開口されたバイパス管７５の他端
が接続されているとともに、出湯管７６が接続さ
れている。

次に、本実施例の作用を説明する。内燃機関１
３が駆動されると、内燃機関１３の排熱は蓄熱タ
ンク３内の水に直接吸収されるとともに、内燃機
関１３からの排熱は排気管１８を通つて外部へ排
気される間に蓄熱タンク３内の水に吸収される。
これにより、蓄熱タンク３内には高温の温水が形
成される。

本実施例では、ヒートポンプ３０の各種弁およ
びブライン循環回路５０の三方弁５２，５８の切
換えにより、冷房運転、暖房運転、貯湯運転をそ
れぞれ行うことができる。

冷房運転の場合、ヒートポンプ３０では、コン
プレツサ１４によつて圧縮されかつ高圧化された
冷媒は、配管３１→切換弁３２→配管３５→切換
弁３６→配管４４→空気熱源熱交換器４５→配管
４６→切換弁３８→膨張弁３９→切換弁４０→冷
媒→ブライン熱交換器４１→配管４２の経路を経
て、コンプレツサ１４の吸込み側へ戻される。こ
のとき、空気熱源熱交換器４５へ入つた冷媒は外
気によつて冷却されかつ液化された後、冷媒−ブ
ライン熱交換器４１でブライン循環回路５０を循
環するブラインより熱を奪つて気化、膨張する。
一方、ブライン循環回路５０では、冷媒−ブライ
ン熱交換器４１により冷却されたブラインは、循
環ポンプ５４の駆動により室内熱交換器５７を通
つて室内を冷房した後、三方弁５８および配管６
０を通つて再び冷媒−ブライン熱交換器４１で冷
却され、以下実線の矢印に沿つて循環される。こ
れにより、冷房される。

このとき、コンプレツサ１４によつて圧縮され
かつ高圧化された冷媒を、配管３１→切換弁３２
→配管３３→冷媒コンデンサ３４→配管３７→切
換弁３８→（以下同様）の経路で循環させれば、
冷媒コンデンサ３４で冷媒が液化する際、貯湯タ
ンク２内の水に凝縮熱を与え、その貯湯タンク２
内の水を昇温させることができる。

暖房運転の場合、ブライン循環回路５０では、
循環ポンプ５４が駆動すると、蓄熱タンク３内の
上層の水は、配管５１、三方弁５２および配管５
３を介して室内熱交換器５７へ入り室内を暖房し
た後、三方弁５８および配管５９を通つて蓄熱タ
ンク３の下層へ循環される。これにより、室内熱
交換器５７での送風は、温風に変換される。従つ
て、外気温が低下しても、ブライン循環回路５０
によつて蓄熱タンク３内の高温水を回せるので、
吹出し温度を高く維持させることができる。

なお、ヒートポンプ３０では、コンプレツサ１
４によつて圧縮されかつ高圧化された冷媒は、配
管３１→切換弁３２→配管３３→冷媒コンデンサ
３４→配管３７→切換弁３８→膨張弁３９→切換
弁４０→逆止弁４７→配管４６→空気熱源熱交換
器４５→配管４４→切換弁３６→配管４３，４２
の経路を経て、コンプレツサ１４の吸込み側へ戻
される。このとき、冷媒コンデンサ３４へ入つた
冷媒は、蓄熱タンク３内の水に凝縮熱を与えて蓄
熱タンク３内の水を昇温させた後、空気熱源熱交
換器４５で外気から熱を奪つて気化、膨張する。
従つて、これにより、貯湯運転を行なうことがで
きる。

一方、給湯需要が生じた場合、出湯ポンプ７２
を駆動させると、貯湯タンク２内の水は蓄熱タン
ク２内の熱交換コイル７１を経由し、三方弁７４
を通つて出湯管７６から出湯される。従つて常に
高温の温水を多量に供給できる。この際、暖房負
荷が低いときに、出湯ポンプ７２の運転により、
貯湯タンク７２内の水を熱交換コイル７１を通
し、三方弁７４およびバイパス管７５を介して貯
湯タンク２へ戻るように循環させ、蓄熱タンク３
の熱により貯湯タンク２内を昇温させておくこと
により、常時高温の給湯を確保しておくことで、
緊急な給湯要求に応じられる。

なお、蓄熱タンク３内の温水が高温度になりす
ぎた場合は、循環ポンプ６１を駆動させ、蓄熱タ
ンク３内の上層の温水を配管５１、三方弁５２お
よび配管５５を介して放熱器５６へ送り、そこで
冷却した後、配管５９を介して蓄熱タンク３内の
下部へ戻すようにすればよい。

従つて、本実施例によれば、冷房運転、暖房運
転、貯湯運転が可能である。しかも、冷房回路お
よび暖房回路が１系統でよいので、回路の簡素化
を図ることができる。

特に、暖房運転の場合、蓄熱タンク３内で高温
になつた温水を廻せるので、例えば外気温度が低
下しても、吹出し温度を高く維持することもでき
る。

また、放熱器５６に蓄熱タンク３内の熱媒体を
循環させることで蓄熱タンク３内の温度を下げる
ことができ、熱利用が少ない場合でも蓄熱タンク
３内の温度が過度に上昇することを防止すること
ができる。

さらに、内燃機関１３の発熱および排気熱等を
蓄熱する蓄熱タンク３と、市水を収納した貯湯タ
ンク２とをそれぞれ設け、給湯時において、貯湯
タンク２の湯を出湯ポンプ７２によつて汲上げ、
蓄熱タンク３内の熱交換コイル７１を経由して出
湯するようにしたので、十分な温度および十分な
量の給湯を行うことができる。

特に、貯湯タンク２内の湯に対しては、冷媒コ
ンデンサ４７によるヒートポンプ３０からの熱で
加熱が行われるとともに、三方弁７４および配管
７５により貯湯タンク２内の湯を蓄熱タンク３内
の熱交換コイル７１に循環させることでも加熱を
行うことができ、十分な加熱が行えるため、貯湯
タンク２内に高温の湯を多量の湯を生成すること
ができる。

このため、従来の貯湯型（蓄熱タンクとは別に
貯湯タンクに設けた型）と蓄熱リアルタイム型
（蓄熱タンク内に熱交換コイルを設け、市水を熱
交換コイルを通して出湯させる型）との欠点を補
完した給湯が可能で、かつ全体容量をコンパクト
にすることができる。また、従来は給湯時に暖房
を切つているのが多かつたが、本実施例では内燃
機関排熱と冷媒コンデンサ３４による加熱とで熱
容量を十分に確保できるので、給湯と同時に暖房
も実施することができる利点がある。

そして、三方弁７４を熱交換コイル７１の出口
側に設置して外部給湯用の管路７６と戻り用の管
路７５とを切り換えることにより熱交換コイル７
１を給湯時および循環加熱時に共用できる。ま
た、出湯ポンプ７２を貯湯タンク２と熱交換コイ
ル７１との間に設置することで給湯時および循環
加熱時の何れにも共用することができる。従つ
て、給湯用および循環用の管路を共用化すること
ができるようになり、給湯用の配管系の構造を簡
素化することができる。

なお、上記実施例では、貯湯タンク２と蓄熱タ
ンク３とを上下方向へ積層した構造としたが、横
方向に並べても同様の効果が得られることは言う
までもない。例えば、高さ方向に制限がある場合
は、横方向へ並べる方が好都合である。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、冷暖房回路を簡
素化できる内燃機関駆動ヒートポンプ冷暖房装置
を提供することができるとともに、簡単な構造で
十分な量および十分な高温の給湯を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は
ヒートポンプの回路図である。 １……タンク、２……貯湯タンク、３……蓄熱
タンク、１３……内燃機関、３０……ヒートポン
プ、３４……冷媒コンデンサ、５０……ブライン
循環回路、５２……三方弁、５６……放熱器、５
７……室内熱交換器、７１……熱交換コイル、７
２……出湯ポンプ、７３，７６……給湯用の管
路、７４……三方弁、７５……戻り用の管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に熱媒体を収納した蓄熱タンクと、この
   蓄熱タンクの熱媒体中に少なくとも一部が浸漬さ
   れた内燃機関と、この内燃機関によつて駆動され
   るヒートポンプとを備えた冷暖房装置において、 途中に室内熱交換器を有するブライン循環回路
   を設け、暖房時は前記蓄熱タンク内の熱媒体をブ
   ライン循環回路へ循環させて室内熱交換器を加熱
   するとともに、冷房時はブライン循環回路への前
   記タンク内の熱媒体の循環を停止しかつブライン
   循環回路のブラインをヒートポンプの冷媒で冷却
   して室内熱交換器へ循環させ、 前記ブライン循環回路には室内熱交換器と並列
   に前記蓄熱タンク内の熱媒体を冷却可能な放熱器
   を設け、 前記蓄熱タンクに隣接して給湯用の湯を収容し
   かつ蓄熱タンクからの伝熱で加熱される貯湯タン
   クを設け、 前記貯湯タンク内の湯を外部に給湯する管路を
   設け、この管路の途中を蓄熱タンク内の熱媒体中
   に経由させ、 前記管路の蓄熱タンクから外部に到る部分に三
   方弁を設け、この三方弁から貯湯タンクに戻る管
   路を設けて蓄熱タンクで加熱された湯を循環させ
   て貯湯タンク内を昇温させるとともに、 前記管路の貯湯タンクから蓄熱タンクに到る部
   分に出湯ポンプを設け、この出湯ポンプで前記外
   部への給湯および湯の循環を行わせるように構成
   したことを特徴とする内燃機関駆動ヒートポンプ
   冷暖房装置。