JPH0719662A - エンジン駆動ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジンの小型化が可能なエンジン駆動ヒート
ポンプを提供することにある。 【構成】冷凍サイクル２を構成する圧縮機４の駆動源と
してエンジン９を用いたエンジン駆動ヒートポンプ１に
おいて、エンジン９と圧縮機４との間にエンジン９によ
って駆動される発電機１０を介在させ、発電機１０の発
生電力を圧縮機４に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、圧縮機の駆動
源としてエンジンを備えた家庭用のエンジン駆動ヒート
ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ヒートポンプ式冷凍サイクルの
圧縮機をエンジンを利用して駆動するエンジン駆動ヒー
トポンプが知られている。この種のヒートポンプは、圧
縮機の回転軸が圧縮機容器の外部に導出されており、エ
ンジンの出力軸と圧縮機の回転軸とがベルト・プーリ等
の動力伝達機構を介して連結されている。さらに、エン
ジンの冷却系には一般に水冷却系が採用されている。

【０００３】この種のヒートポンプを示した文献とし
て、例えば特開平５ー３４０３５〜３４０３７や同じく
特開平５ー３３９６７号公報等が在る。また、本出願人
による特願昭６１ー１７９１１６号明細書には、エンジ
ンと圧縮機との間にオイルモータを介在させたタイプの
エンジン駆動ヒートポンプが示されている。

【０００４】

【課題を解決するための手段および作用】ところで、上
述のような従来のエンジン駆動ヒートポンプには以下の
各項のような不具合がある。

【０００５】(1) エンジンが圧縮機を直接駆動するた
め、シャフトシール（メカニカルシール）が必要であ
る。そして、シールが不十分な場合には冷媒リーク及び
シール損失が生じ得る。

【０００６】(2) ベルト式の動力伝達機構が用いられて
いるため、動力の損失が生じ易く、動力の正確な伝達が
困難である。

【０００７】(3) 圧縮機トルクがエンジンに直接にかか
るため、エンジンに高い剛性が必要である。そして、十
分な剛性を確保するために大型な部品を使用しなければ
ならないため、エンジンの小型化が難しい。

【０００８】(4) エンジンが大型化し易いため、エンジ
ンの防音が難しい。

【０００９】(5) エンジンが大型であるので、冷却系に
水を利用しなければならない。このため、冷却システム
が複雑で、冷却効率を向上しにくい。

【００１０】(6) 圧縮機の動力源としてエンジンが用い
られているため、ヒートポンプの能力制御が難しい。

【００１１】(7) 万一、エンジンが故障した場合にはヒ
ートポンプの全機能が停止してしまうため、信頼性の確
保が難しい。

【００１２】本発明は上述のような不具合を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、エンジ
ンの小型化が可能なエンジン駆動ヒートポンプを提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、冷凍サイクルを構成する圧縮機
の駆動源としてエンジンを用いたエンジン駆動ヒートポ
ンプにおいて、エンジンと圧縮機との間にエンジンによ
って駆動される発電機を介在させ、発電機の発生電力を
圧縮機に供給することにある。

【００１４】こうすることによって本発明は、圧縮機の
負荷トルクをエンジンに作用させず、エンジンを小型化
できるようにしたことにある。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
いて説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施例を示すもので、図
中の符号１はエンジン駆動ヒートポンプ（以下、ヒート
ポンプと称する）である。このヒートポンプ１は、ヒー
トポンプ式冷凍サイクル２と圧縮機駆動部３とを有して
いる。これらのうちヒートポンプ式冷凍サイクル２にお
いては、圧縮機４、室内コイル５、膨張弁６、室外コイ
ル７、及び、四方弁８が配管を介して順次接続されてい
る。

【００１７】また、圧縮機駆動部３には、エンジン９と
発電機１０とが備えられており、エンジン９の出力軸１
１は発電機１０に接続されている。エンジン９及び発電
機１０には強制式の冷却部１２、１３が形成されてい
る。また、エンジン９及び発電機１０は二点鎖線で示す
囲い１４によって覆われている。

【００１８】なお、エンジン９として、一般にヒートポ
ンプに用いられている種々のものを採用することが可能
である。また、発電機１０としても一般的な種々のもの
を採用できる。さらに、囲い１４として、エンジン９と
発電機１０の全体を覆い隠すものや、周囲のみを隠すも
のなどのように、種々の構造のものを採用できる。

【００１９】冷凍サイクル２の室内コイル５と膨張弁６
の間には第１の電磁弁１５が接続されており、室外コイ
ル７と膨張弁６との間には第２の電磁弁１６が接続され
ている。両電磁弁１５、１６は並列の関係を有している
とともに、共に冷媒ポンプ１７に接続されている。冷媒
ポンプ１７はエンジン９の冷却部１２に接続されてお
り、この冷却部１２は発電機１０の冷却部１３に直列に
接続されている。

【００２０】発電機１０の冷却部１３は、第１の配管１
８を介して、圧縮機４と四方弁８との間に接続されてい
る。また、膨張弁６と室外コイル７との間の部位と第１
の配管１８の途中の部位とは、第２の配管１９によって
接続されている。第２の配管１９の途中の部位には、第
３の電磁弁２０が設けられている。さらに、第１の配管
１８には圧力センサ２１が接続されており、この圧力セ
ンサ２１は、第１及び第２の配管１８、１９の接続点と
発電機１０の冷却部１３との間に位置している。

【００２１】圧力セン２１の出力信号は図示しない制御
部へ送られ、圧力センサ２１の出力を基にして、検出箇
所２２のスーパーヒート（過熱）が求められる。そし
て、求められたしてスーパーヒートに従って、冷媒ポン
プ１７が制御される。

【００２２】圧縮機４はインバータ２３を介して商用の
交流電源２４に電気的に接続されている。インバータ２
３はスイッチング回路２５と第１の整流回路２６を有し
ている。スイッチング回路２５と第１の整流回路２６と
の間に発電機１０が接続されており、発電機１０とイン
バータ２３との間に第２の整流回路２７が介在してい
る。

【００２３】つぎに、上述のヒートポンプ１の作用を説
明する。

【００２４】まず、エンジン９が発電機１０を駆動し、
発電機１０が交流電力を発生させる。発生した電力は、
第２の整流回路２７によって直流に変換され、インバー
タ２３のスイッチング回路２５を経て所望の周波数の交
流電力に変換されて、圧縮機４に供給される。

【００２５】ヒートポンプ１の冷房運転時には、第１及
び第３の電磁弁１５、２０が閉じられ、第２の電磁弁１
６が開かれる。圧縮機４から吐出された高温高圧な冷媒
は、四方弁８を経て室外コイル７に流入し、外気により
熱を奪われて、低温高圧な冷媒になる。室外コイル７を
出た冷媒の一部は、膨張弁６に流入し、膨張作用を受け
る。そして、この冷媒は、低圧な冷媒となって室内コイ
ル５に流入する。室内コイル５においては、冷媒が室内
の熱を奪って蒸発し、室内が冷房される。そして、冷媒
は四方弁８を経て圧縮機４に吸い込まれる。

【００２６】一方、室外コイル７を出た冷媒のうちの残
りの冷媒は、第２の電磁弁を経て冷媒ポンプ１７に吸込
まれる。この冷媒は昇圧された後、エンジン９の冷却部
１２と発電機１０の冷却部１３を順に流通する。そし
て、冷媒はエンジン９と発電機１０から熱を奪って高温
高圧になり、圧縮機４の吐出側に合流する。

【００２７】暖房運転時においては、第１の電磁弁１５
が開かれ、第２及び第３の電磁弁１６、２０が閉じられ
る。圧縮機４から吐出された高温高圧な冷媒は、四方弁
８を経て室内コイル５に流入し、室内を暖房して低温高
圧な冷媒になる。室内コイル５を出た冷媒の一部は膨張
弁６に流入し、膨張作用を受けて低温低圧になり、室外
コイル７に流入する。この冷媒は、室外コイル７におい
て室外の熱を奪って蒸発したのち、四方弁８を経て圧縮
機４に吸込まれる。

【００２８】一方、室内コイル５を出た残りの冷媒は、
第１の電磁弁１５を通って冷媒ポンプ１７に吸込まれて
昇圧された後、エンジン９の冷却部１２と発電機１０の
冷却部１３を順に流通する。そして、冷媒はエンジン９
と発電機１０から熱を奪って高温高圧になり、圧縮機４
の吐出側に合流する。

【００２９】さらに、除霜運転時においては、第１及び
第３の電磁弁１５、２０が開いており、第２の電磁弁１
６が閉じている。圧縮機４から吐出された高温高圧な冷
媒は、四方弁８を経て室内コイル５に流入し、室内を暖
房して低温高圧になる。室内コイル５を出た冷媒の一部
は、膨張弁６に流入して膨張作用を受け、低圧な冷媒と
なる。

【００３０】また、室内コイル５を出た残りの冷媒は、
第１の電磁弁１５を経て冷媒ポンプ１７に吸込まれて昇
圧される。この後、冷媒は、エンジン９の冷却部１２と
発電機１０の冷却部１３を順に流通し、エンジン９と発
電機１０から熱を奪って高温高圧になる。さらに、冷媒
は、圧縮機４から吐出された高温高圧な冷媒と合流し、
開かれている第３の電磁弁２０に流入する。

【００３１】第３の電磁弁２０を通過した高温高圧な冷
媒は、膨脹弁６からの低温低圧な冷媒と合流し、高温高
圧のまま室外コイル７に流入する。そして、この冷媒は
室外コイル７の着霜を溶かし、四方弁８を経て圧縮機４
に吸込まれる。

【００３２】以下の表１は、ヒートポンプ１の運転状態
と第１〜第３の電磁弁１５、１６、２０の開閉との関係
を示している。

【００３３】

【表１】

【００３４】圧縮機４の能力はインバータ２３のスイッ
チング回路２５によって調節される。さらに、膨張弁６
やファンモータ２７、２８は、冷凍サイクル２の運転状
態に応じて制御される。そして、これら圧縮機４、膨張
弁６、ファンモータ２７、２８、及び、この他の電気機
器の制御は図示しない制御部によって行われる。この制
御部として、一般的な種々の制御手段を採用することが
可能である。

【００３５】冷媒ポンプ１７は、圧力センサ２１が取付
けられた検出箇所２２のスーパーヒートが一定になるよ
うに制御される。なお、冷媒ポンプ１７の制御方法の簡
単な一例として、厳密な制御を行わずに、検出箇所２３
の温度が60〜70℃に保たれるように冷媒ポンプ１７を制
御することが考えられる。

【００３６】上述のようなヒートポンプ１においては、
エンジン９と圧縮機４との間に発電機１０が介在してお
り、圧縮機４の負荷トルクがエンジン９に直接にはかか
らないので、エンジン９の設計が圧縮機４の負荷トルク
によって制限されない。したがって、エンジン９に要求
される剛性が低下し、エンジン９の小型化が可能にな
る。

【００３７】また、圧縮機４は発電機１０の電力を利用
して回転駆動されるので、圧縮機４の回転数を任意に制
御することができる。

【００３８】さらに、シャフトシールや動力伝達ベルト
を用いる必要がなくなる。そして、これらを原因とする
冷媒リーク及びシール損失や、動力損失を解消できる。
この結果、全体のシステムの効率及び信頼性を向上でき
る。

【００３９】エンジン９と発電機１０が冷媒により直接
冷却されるとともに、冷媒はスーパーヒート制御されて
いるので、エンジン９と発電機１０とを確実に冷却でき
るとともに、高い冷却信頼性が得られる。

【００４０】また、エンジン９の小型化が可能であると
ともに、エンジン９及び発電機１０が冷媒により直接冷
却されるので、本実施例のようにエンジン９及び発電機
１０を囲い１４によって密閉化することが可能になる。
この結果、騒音の低減が可能になる。さらに、冷暖房時
の放熱が少なくなり、熱回収率が高まる。この結果、シ
ステム効率の向上を図ることができる。

【００４１】圧縮機４の能力制御方法及び能力制御のた
めの機器として、一般的な種々の手段を利用することが
できるので、圧縮機４の能力制御のための構成が複雑化
しない。

【００４２】また、圧縮機４はインバータ２３に接続さ
れているので、万一エンジン９や発電機１０が故障して
も、動力源を商用電源に切換えて圧縮機４の運転を継続
することができる。なお、一般によく知られたエンジン
９や発電機１０の故障を検知する手段や、動力源を自動
切換えする手段を追加することも可能である。

【００４３】本実施例では、発電機１０の出力電圧Ｖ₂
がインバータ２３の第１の整流回路２６の出力電圧Ｖ₁
に比べて大きい場合に、自動的に発電機１０の電力が圧
縮機４へ供給される。しかし、これに限らず、通常は商
用交流電源２４を使用せず、エンジン９や発電機１０が
故障した場合にのみ商用交流電源２４を使用するように
してもよい。

【００４４】さらに、除霜の際にエンジン９や発電機１
０の熱を利用できるので、除霜時間を短縮でき、システ
ム効率の向上を図ることが可能になる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、冷凍サイ
クルを構成する圧縮機の駆動源としてエンジンを用いた
エンジン駆動ヒートポンプにおいて、エンジンと圧縮機
との間にエンジンによって駆動される発電機を介在さ
せ、発電機の発生電力を圧縮機に供給するものである。

【００４６】したがって本発明は、エンジンを小型化で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のヒートポンプの構成と冷房
時の作用とを示す構成図。

【図２】暖房時の作用を示す説明図。

【図３】除霜時の作用を示す説明図。

【符号の説明】

１…エンジン駆動ヒートポンプ、２…冷凍サイクル、３
…圧縮機駆動部、４…圧縮機、９…エンジン、１０…発
電機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動源
   としてエンジンを用いたエンジン駆動ヒートポンプにお
   いて、上記エンジンと上記圧縮機との間に上記エンジン
   によって駆動される発電機を介在させ、上記発電機の発
   生電力を上記圧縮機に供給することを特徴とするエンジ
   ン駆動ヒートポンプ。