JPH06257887A - エンジン駆動式熱ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン駆動式熱ポンプ装置において、温水
回路の温水と冷媒回路の冷媒との間での交換熱量の調整
を簡単な構造により比較的正確に行なう。 【構成】 エンジン駆動式熱ポンプ装置１は、エンジン
３で圧縮機２を駆動して冷媒回路４中に冷媒を循環させ
ており、エンジン３の冷却により生じた温水を循環させ
る温水回路５を有するとともに、温水回路５を形成する
内管４１の外側を覆うように冷媒回路４を形成する外管
４２を備えた二重管熱交換器１２を有し、二重管熱交換
器１２の外管４２にはその両端部に形成された第１及び
第２ポート４２ａ，４２ｂとこれらの間に位置する第３
ポート４２ｃを形成した構成になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水冷式エンジンで駆
動する圧縮機により、冷媒回路中の冷媒を循環させる熱
ポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジン駆動式熱ポンプ装置に
おいては熱ポンプを駆動するエンジンの排熱を熱源とし
て利用することができ、従来からエンジンの排気ガス中
の排熱は排気ガス熱交換器により、またエンジンを水冷
式エンジンとする場合には二重管式熱交換器を用いて液
相の冷媒中にエンジンにより加熱された冷却水を流通さ
せてエンジンからの排熱を冷媒に回収するようにしてい
る。

【０００３】そして、この二重管式熱交換器において
は、内外管からなる二重管構造とされ、その内管内に温
水を循環させ、その内管と外管との間に冷媒を循環させ
るものとなっており、この二重管式熱交換器への冷媒出
入口は概ね外管の両端部のみに形成されている。そのた
め、このような二重管式熱交換器においては、冷媒は常
に一定の距離を流れる間に渡って前記内管を通じて温水
との熱交換が行なわれるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジン駆
動式熱ポンプ装置においては、エンジンの排熱や冷媒の
排熱を複数の用途に分配したり、熱収支を合理的に調整
する必要がある。

【０００５】このような事情を考慮した場合、従来の二
重管熱交換器では、その断続のみにより交換熱量の調整
を行なうので調整がおおまかとなる。そのため、交換熱
量をより正確に調整する場合には、例えばエンジンの回
転速度等のその他の要素をも調整することが必要となり
きわめて煩雑となる。

【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、エンジン駆動式熱ポンプ装置において、温
水回路の温水と冷媒回路の冷媒との間での交換熱量の調
整を簡単な構造により比較的正確に行なうことを目的と
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】課題を解決するために、
請求項１記載の発明は、水冷式エンジンで圧縮機を駆動
して冷媒回路中に冷媒を循環させ、前記エンジンの冷却
により生じた温水を循環させる温水回路を有するととも
に、前記温水回路を形成する温水管路の外側を覆うよう
に前記冷媒回路を形成する管路を形成した熱交換器を有
するエンジン駆動式熱ポンプ装置において、前記熱交換
器における冷媒回路を形成する管路に、その両端部に形
成された冷媒出入口と、これらの冷媒出入口の間に第３
の冷媒出入口とを形成したことを特徴としている。

【０００８】

【作用】この発明では、二重管熱交換器において、冷媒
回路を形成する管路には、その両端部に形成された冷媒
出入口と、これらの冷媒出入口の間に第３の冷媒出入口
とを形成してあるので、必要に応じて第３の冷媒出入口
と、いずれか一端部の冷媒出入口とを選択的に用いるこ
とによって、二重管熱交換器としての冷媒管路の距離が
実質上短縮される。

【０００９】そのため、温水と冷媒との間での交換熱量
を小さく制限することができ、簡単な構造でありなが
ら、従来に比べて交換熱量の調整を比較的正確にするこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明のエンジン駆動式熱ポンプ装
置の実施例を図面に基づいて説明する。図１はエンジン
駆動式熱ポンプ装置の概略構成図である。

【００１１】図において、１はエンジン駆動式熱ポンプ
装置を示し、２は圧縮機、３は圧縮機２を駆動する水冷
式のエンジンである。このエンジン駆動式熱ポンプ装置
１は、圧縮機２によりフロン等の冷媒を圧縮して循環さ
せる冷媒回路４と、エンジン３の冷却水を循環させる温
水回路５とを有する。

【００１２】冷媒回路４は、冷媒を圧縮して循環させ、
気化、液化することにより熱ポンプ機能を果たすもので
あって、圧縮機２から四方弁６までの回路を形成する基
部回路７と、四方弁６に接続された循環回路８とを有す
る。すなわち、四方弁６の第１のポート６ａには圧縮機
２の吐出口から延びる管路が接続され、第２のポート６
ｂには圧縮機２の吸込口に延びる管路が接続されてい
る。また、四方弁６の第３のポート６ｃと第４のポート
６ｄの間には循環回路８の両端部が接続されている。

【００１３】循環回路８には、第３のポート６ｃから順
に第１の電磁弁１１、二重管熱交換器１２、第２の電磁
弁１３、室外熱交換器１４、暖房用電子膨張弁１５、レ
シーバタンク１６、冷房用電子膨張弁１７、室内熱交換
器１８が設置され、この第４のポート６ｄに接続されて
いる。

【００１４】この実施例の二重管熱交換器１２は、後述
するように、第１熱交換部１２ａと第２熱交換部１２ｂ
とを有するものであり、循環回路８においては第１熱交
換部１２ａが接続されている。

【００１５】そして、この循環回路８には、第１の電磁
弁１１から第２の電磁弁１３までの間を迂回する第１の
バイパス路２１と、第２の電磁弁１３から暖房用電子膨
張弁１５までの間を迂回する第２のバイパス路２２と、
四方弁６と第１の電磁弁１１を迂回する第３のバイパス
路２３とが並設されている。 第２のバイパス路２２に
は、第２熱交換部１２ｂと第５の電磁弁２４とが設置さ
れ、第３のバイパス路２３には第６の電磁弁２５が設置
されている。

【００１６】このような冷媒回路４を有するエンジン駆
動式熱ポンプ装置１の温水回路５は、次のように構成さ
れている。すなわち、温水回路５はエンジン３のウォー
タジャケットに連通する循環回路として形成されてお
り、温水の流れ方向に沿って順に排気ガス熱交換器３
１、第１の温水用電磁弁３２、ラジエタ３３、水ポンプ
３４及び二重管熱交換器１２が設置されている。

【００１７】この温水回路５には、第１の温水用電磁弁
３２とラジエタ３３とを迂回して、第２の温水用電磁弁
３５を有する温水用バイパス路３６が設けられるととも
に、第１の温水用電磁弁３２の上流側の位置、ラジエタ
３３と水ポンプ３４との間の位置とのそれぞれで管路が
分岐されて、貯湯タンク３７に温水を循環させて供給す
る温水循環路３８が形成されている。

【００１８】そのため、温水回路５の温水は、温水循環
路３８を経て貯湯タンク３７に導かれ、この貯湯タンク
３７で例えば水道からの給水を熱交換部３８ａで加熱
し、給湯として使用できるようになっている。なお、こ
の熱ポンプ装置１において、電磁弁１１，１３，１５，
１７，２４，２５及び温水用電磁弁３２，３５は、いず
れも電気的に管路の断続を行なうものであり、その他の
構成装置は次に述べる二重管熱交換器１２を除き公知の
ものである。

【００１９】エンジン駆動式熱ポンプ装置１に用いられ
る二重管熱交換器１２の構造は、例えば図２および図３
に示すとおりである。これらの図において、４１は内
管、４２は外管であり、二重管熱交換器１２は図３に示
すように同心状の二重管として形成されている。

【００２０】そして、外管４２の両端部近傍には、内管
４１との間に形成された空間４３に連通する第１ポート
４２ａと第２ポート４２ｂとが形成されており、さらに
この外管４２の第１及び第２ポート４２ａ，４２ｂの間
となる部位には空間４３に連通する第３ポート４２ｃが
形成されている。

【００２１】かかる二重管熱交換器１２において、内管
４１内には前記水ポンプ３４により温水が流通されて温
水回路５の一部を構成している。また、第１ポート４２
ａには第１の電磁弁１１から延びる管路が接続されると
ともに、第３ポート４２ｃには第２の電磁弁１３に至る
管路が接続されることにより、第１ポート４２ａから第
３ポート４２ｃまでに該当する空間４３は第１熱交換部
１２ａとして循環回路８の一部を構成している。なお、
第２ポート４２ｂには第５の電磁弁２４を有する第２の
バイパス路２２が接続されており、第３ポート４２ｃか
ら第２ポート４２ｂまでの間となる空間４３は第２熱交
換部１２ｂを構成するものである。

【００２２】このようなエンジン駆動式熱ポンプ装置１
は、室内熱交換器１８により冷房あるいは暖房をするこ
とができ、また貯湯タンク３７への給湯運転が可能であ
る。

【００２３】以下に、図４から図７により、このエンジ
ン駆動式熱ポンプ装置１の各運転状態を説明する。ま
ず、図４により冷房と同時に温水供給を行なう場合の運
転状態を説明する。

【００２４】この運転状態の場合、温水回路５において
第１及び第２の温水用電磁弁３２，３５を閉止する。こ
れによって、温水回路５を循環する温水は温水循環路３
８を介して貯湯タンク３７に循環され、この貯湯タンク
３７で例えば水道からの給水を熱交換部で加熱し、給湯
として使用することができる。

【００２５】そして、冷媒回路４の循環回路８において
は、第２の電磁弁１３、暖房用電子膨張弁１５及び第６
の電磁弁２５を閉止し、その他の電磁弁を開放するとと
もに、四方弁６の第１のポート６ａと第３のポート６ｃ
との間及び第２のポート６ｂと第４のポート６ｄとの間
をそれぞれ連通させる。

【００２６】これによって、圧縮機２で圧縮された冷媒
は、第３のポート６ｃから、循環回路８の第１の電磁弁
１１及び第１熱交換部１２ａを経た後、第２熱交換部１
２ｂ及び第５の電磁弁２４を経由する第２のバイパス路
２２を通じてレシーバタンク１６に達し、冷房用電子膨
張弁１７を経た後、室内熱交換器１８に達することとな
り、四方弁６を経て圧縮機２に戻る回路を循環する。

【００２７】したがって、室内熱交換器１８で回収され
た熱は、専ら二重管熱交換器１２で排出されることとな
り、この熱は温水回路５を経て貯湯タンク３７に貯溜さ
れる例えば水道からの給水を熱交換部で加熱する。特
に、この実施例の場合、冷媒が二重管熱交換器１２にお
いて第１熱交換部１２ａと第２熱交換部１２ｂの双方を
流通するので、冷媒から温水への伝達熱量を多量に確保
できる利点がある。

【００２８】次に、図５により、温水の供給を行なわ
ず、室内暖房のみを行なう場合の運転状態を説明する。

【００２９】この運転状態の場合、温水回路５において
第１の温水用電磁弁３２を閉止するとともに、第２の温
水用電磁弁３５を開放する。これによって、温水回路５
を循環する温水は温水用バイパス路３６を経て循環さ
れ、温水はラジエタ３３や貯湯タンク３７には供給され
ない。

【００３０】そして、冷媒回路４の循環回路８において
は、第５の電磁弁２４、第６の電磁弁２５を閉止し、そ
の他の電磁弁を開放するとともに、四方弁６の第１のポ
ート６ａと第４のポート６ｄとの間及び，第２のポート
６ｂと第３のポート６ｃとの間をそれぞれ連通させる。

【００３１】これによって、圧縮機２で圧縮された冷媒
は、第４のポート６ｄから、まず室内熱交換器１８に供
給され、この後冷房用電子膨張弁１７を経てレシーバタ
ンク１６、暖房用電子膨張弁１５を通じて室外熱交換器
１４に至り、大気中から熱吸収を行う。

【００３２】室外熱交換器１４から出た冷媒の一部は、
第２の電磁弁１３を経て第１熱交換部１２ａに供給さ
れ、温水回路５を循環する温水から熱供給を受ける。室
外熱交換器１４から出た冷媒の残部は、第１のバイパス
路２１を経て直接四方弁６の第３のポート６ｃ側に供給
される。なお、二重管熱交換器１２の第１熱交換部１２
ａを経由した冷媒は第１の電磁弁１１を経て残部の冷媒
と合流して第３のポート６ｃに供給される。これらの冷
媒は、この後圧縮機２で圧縮され、前記の経路の循環を
繰り返す。

【００３３】この運転状態においては、冷媒は外気の熱
と温水の熱とをともに取り込むことができるので、多量
の熱を室内暖房に使用することができ、暖房効率が高ま
る利点がある。

【００３４】次に、図６により、室内の冷暖房を行なわ
ず，温水の供給のみを行なう場合の運転状態を説明す
る。

【００３５】この運転状態の場合、温水回路５において
第１及び第２の温水用電磁弁３２，３５をともに閉止す
る。これによって、温水回路５を循環する温水は温水循
環路３８を介して貯湯タンク３７に循環され、この貯湯
タンク３７で例えば水道からの給水を熱交換部で加熱
し、給湯として使用できるようになっている。

【００３６】そして、冷媒回路４の循環回路８において
は、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１３及び冷房用電
子膨張弁１７を閉止し、その他の電磁弁を開放するとと
もに、四方弁６の第１のポート６ａと第４のポート６ｄ
との間及び第２のポート６ｂと第３のポート６ｃとの間
をそれぞれ連通させる。

【００３７】これによって、圧縮機２で圧縮された冷媒
は、第４のポート６ｄから吐出されるが、冷房用電子膨
張弁１７が閉止され、第６の電磁弁２５が開放されてい
るので、第３のバイパス路２３を経て、二重管熱交換器
１２に供給される。

【００３８】この二重管熱交換器１２の第１熱交換部１
２ａ、第２熱交換部１２ｂにおいて、冷媒はその有する
熱を温水回路５を流れる温水に伝達してその加熱を行な
う。

【００３９】二重管熱交換器１２を出た冷媒は、第２の
バイパス路２２を経てレシーバタンク１６に達した後、
暖房用電子膨張弁１５を経由して室外熱交換器１４に至
り、大気から熱回収を行ない、第１のバイパス路２１を
経て四方弁６の第２のポート６ｂから圧縮機２に還流さ
れる。

【００４０】この運転状態においては、冷媒は室外熱交
換器１４で外気から熱回収を行い、その回収した熱を用
いて二重管熱交換器１２で温水を加熱するので、多量の
熱を温水に供給して加熱することができ、その場合に二
重管熱交換器１２において第１熱交換部１２ａと第２熱
交換部１２ｂとを同時に使用することにより冷媒の有す
る熱を十分に温水に伝達できるので効率的である。

【００４１】次に、図７により暖房と同時に温水供給を
行なう場合の運転状態を説明する。

【００４２】この運転状態の場合、温水回路５において
第１及び第２の温水用電磁弁３２，３５を閉止する。こ
れによって、温水回路５を循環する温水は温水循環路３
８を介して貯湯タンク３７に循環され、この貯湯タンク
３７で例えば水道からの給水を熱交換部で加熱し、給湯
として使用することができる。

【００４３】そして、冷媒回路４の循環回路８において
は、第１の電磁弁１１、第２の電磁弁１３、第５の電磁
弁２４及び第６の電磁弁２５を閉止し、その他の電磁弁
を開放するとともに、四方弁６の第１のポート６ａと第
４のポート６ｄとの間及び第２のポート６ｂと第３のポ
ート６ｃとの間をそれぞれ連通させる。

【００４４】これによって、圧縮機２で圧縮された冷媒
は、第４のポート６ｄから、まず室内熱交換器１８に供
給され、この後、冷房用電子膨張弁１７、レシーバタン
ク１６及び暖房用電子膨張弁１５を経て室外熱交換器１
４に供給される。

【００４５】室外熱交換器１４において冷媒は大気中か
ら熱回収を行い、室外熱交換器１４を出た冷媒は第１の
バイパス路２１を経由して四方弁６に達し、圧縮機２に
還流される。

【００４６】この運転状態においては、二重管熱交換器
１２において温水と冷媒との間での熱交換は全く行なわ
れず、温水にはエンジン３の排熱のみが熱源として供給
され、室内暖房は室外熱交換器１４により大気から回収
された熱のみを熱源として用いられる。

【００４７】以上の各運転状態からあきらかなように、
この実施例の二重管熱交換器１２においては、冷媒から
温水に熱供給を行なう場合には、第１熱交換部１２ａと
第２熱交換部１２ｂとをともに使用して伝達熱量の増大
を図り、逆に温水から冷媒に熱供給を行なう場合には第
１の熱交換部１２ａのみを用いて伝達熱量が過大となら
ない適量に制限するものである。

【００４８】したがって、前記のような比較的簡単な構
造の二重管熱交換器１２を用いることにより、交換熱量
の調整を正確にすることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、エンジン駆動式熱ポンプ装置の二重管熱交換器にお
いて、冷媒回路を形成する管路にはその両端部に形成さ
れた冷媒出入口とこれらの冷媒出入口の間に第３の冷媒
出入口を形成してあるので、必要に応じて第３の冷媒出
入口といずれか一端部の冷媒出入口とを選択的に用いる
ことによって、二重管熱交換器としての冷媒管路の距離
が実質上短縮される。そのため、温水と冷媒との間での
交換熱量を小さく制限することができ、簡単な構造であ
りながら従来に比べて交換熱量の調整を比較的正確にす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジン駆動式熱ポンプ装置の概略構成図であ
る。

【図２】二重管熱交換器の縦断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図４】冷房かつ温水供給運転状態でのエンジン駆動式
熱ポンプ装置の説明図である。

【図５】暖房のみの運転状態でのエンジン駆動式熱ポン
プ装置の説明図である。

【図６】温水供給のみの運転状態でのエンジン駆動式熱
ポンプ装置の説明図である。

【図７】暖房かつ温水供給運転状態でのエンジン駆動式
熱ポンプ装置の説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン駆動式熱ポンプ装置 ２ 圧縮機 ３ エンジン ４ 冷媒回路 ５ 温水回路 １２ 二重管熱交換器 ４１ 内管 ４２ 外管 ４２ａ 第１ポート ４２ｂ 第２ポート ４２ｃ 第３ポート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷式エンジンで圧縮機を駆動して冷媒
   回路中に冷媒を循環させ、前記エンジンの冷却により生
   じた温水を循環させる温水回路を有するとともに、前記
   温水回路を形成する温水管路の外側を覆うように前記冷
   媒回路を形成する管路を形成した熱交換器を有するエン
   ジン駆動式熱ポンプ装置において、前記熱交換器におけ
   る冷媒回路を形成する管路に、その両端部に形成された
   冷媒出入口と、これらの冷媒出入口の間に第３の冷媒出
   入口とを形成したことを特徴とするエンジン駆動式熱ポ
   ンプ装置。