JPH074778A - エンジンヒートポンプ用熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却水や排気ガスによるエンジン熱を回収し
て暖房を助成するするシステム構造を簡素化する共に、
製造コスト等の諸経費の低減を可能にしたエンジンヒー
トポンプ式冷暖房装置を提供する。 【構成】 エンジン１０の駆動で冷媒圧縮機３０の機械
的仕事を行い、室外ユニット１と室内ユニット２の間に
冷媒回路を形成して、ヒートポンプ方式で冷暖房を行う
装置であり、冷媒回路とエンジン冷却水系回路との間に
複合熱交換器２０が設けられ、この複合熱交換器２０
が、エンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行う冷却水
熱交換部２１と、エンジン冷却水と空気との間で熱交換
を行う放熱部２２と、冷媒と空気との間で熱交換を行う
冷媒用室外熱交換部２４と、によって一体的に構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家庭用及び業務用の冷
暖房給湯システムとして好適なエンジンヒートポンプ用
熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンを駆動源として冷媒回路
の圧縮機に機械的仕事を行わせるエンジンヒートポンプ
式冷暖房給湯システムの普及をみている。エンジンには
発生熱を冷却するための冷却水系回路が備わっていて、
エンジンの冷却仕事を終えて昇温した冷却水は、ラジエ
ータでもって放熱冷却して再びエンジンに供給し、これ
を繰り返して循環させるようになっている。

【０００３】以前は昇温したエンジン冷却水の熱と共
に、排気ガスの熱も排熱されてなんら利用されることは
なかったが、最近ではこうした排熱を再利用することが
見直されてきている。つまり熱を回収して冷暖房や給湯
システムに有効利用することである。例えば、この種エ
ンジン熱回収利用システムとしては、本出願人によって
先に提案された特願平４−３０５３７４号のヒートポン
プ空調システムがある。

【０００４】この公報に開示されたシステム、及び一般
的なエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、エンジン熱
を回収して暖房を助成するための構造は、昇温した冷却
水の熱を冷媒（熱媒）回路に供給するための冷却水熱交
換器、及び排気ガスの熱を冷媒回路に供給するための排
気ガス熱交換器が必要であり、これら両熱交換器を冷媒
回路に組み込んでいる。これによって冬季暖房時は、冷
却水や排気ガスの熱を熱源として回収し、この回収熱を
冷媒回路における暖房の強化に利用する。夏季シーズン
は冷却水及び排気ガスの熱は共に排熱される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な従来からのエンジンヒートポンプによる冷暖房システ
ムにあって、エンジン熱を回収する構造は、室内ユニッ
トと室外ユニットを接続する既存の冷媒回路に、前述の
ような冷却水熱交換器及び排気ガス熱交換器の２つの熱
交換器を組み込むことから、これら２つの熱交換器にさ
らに室外ユニットの室外熱交換器（冷媒用）やエンジン
冷却水系のラジエータ（放熱器）が加わって、システム
全体が非常に複雑となり、製造コストや組立工数等が高
騰してコスト高の原因となる他、維持経費などにも問題
点を残している。

【０００６】したがって、本発明の目的は、冷却水や排
気ガスによるエンジン熱を回収して暖房を助成するする
システム構造を簡素化する共に、製造コスト等の諸経費
の低減を可能にしたエンジンヒートポンプ用熱交換器を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるエンジンヒートポンプ用熱交換器は、
エンジン駆動で冷媒圧縮機の機械的仕事を行い、室外ユ
ニットと室内ユニットの間に冷媒回路を形成して、ヒー
トポンプ方式で冷暖房を行うエンジンヒートポンプ方式
冷暖房装置において、冷媒回路とエンジン冷却水系回路
との間に複合熱交換器が設けられ、この複合熱交換器
が、エンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行う冷却水
熱交換部と、エンジン冷却水と空気との間で熱交換を行
う放熱部と、冷媒と空気との間で熱交換を行う冷媒用室
外熱交換部と、によって一体的に構成されている。

【０００８】

【作用】エンジン冷却水系回路と冷媒回路に、冷却水熱
交換部と、放熱部と、そして冷媒用室外熱交換部の各機
能を有する複合熱交換器を設けたので、システム装置全
体が簡略化され、エンジンを通ってきた冷却水の熱を回
収することで、冷却水熱交換部を通る冷媒が加温され、
暖房が助成される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明によるエンジンヒートポンプ用
熱交換器の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１０】図１は、エンジン冷却水系に、エンジン駆
動によるヒートポンプ式冷暖房（及び給湯）システムを
接続した回路構成を示す。

【００１１】このエンジンヒートポンプ式冷暖房システ
ムの場合、冷媒回路の圧縮機の機械的仕事をエンジン１
０で行い、エンジン１０及びエンジン冷却水系を含む室
外ユニット１と、冷気暖気を室内に吹き出す室内ユニッ
ト２との間で冷暖房回路を形成している。

【００１２】屋外設置の室外ユニット１は、エンジン１
０、エンジン冷却水系回路、冷媒回路を構成する冷媒圧
縮機３０等の機器、それにエンジン冷却水系回路と冷媒
回路との間に設けられた本発明装置の要部である複合熱
交換器２０などからなっている。

【００１３】図２及び図３に示すように、複合熱交換器
２０は、エンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行う冷
却水熱交換部２１を有し、この冷却水熱交換部２１に放
熱部（ラジエータ）２２、排気ガス熱交換部２３、そし
て冷媒用室外熱交換部２４の４つの熱交換部が一体に結
合された構造である。排気ガス熱交換部２３は、本発明
でいう必須の構成要件には含まれていないが、複合熱交
換器２０の機能を高めるうえで組み込まれている。

【００１４】詳しくは、冷却水熱交換部２１の内部構造
は、図３に示すように、プレートフィン形に成形された
もので、エンジン冷却水が通る冷却水通路２５と冷媒が
通る冷媒通路２６とを上下交互に、両通路を直角に交差
させて一体に成形したものである。冷却水通路２５に
は、図１の回路で明らかなように、冷却水系回路のエン
ジン１０から出た冷却水管の戻し管１１からエンジン冷
却水が導入される。また、冷媒通路２６には、冷媒を導
出入する冷媒回路の冷媒導入管１４と冷媒導出管１５が
設けられている。

【００１５】また、冷却水通路２５に連通して、冷却水
熱交換部２１には放熱部２２及び排気ガス熱交換部２３
が連結されている。排気ガス熱交換部２３にはエンジン
１０からの排気ガスが排気管１３ａから導入されるよう
になっており、通過した排気ガスはマフラー管１３ｂか
ら大気放出されるようになっている。本実施例では、エ
ンジンの排熱により加温された冷却水は、冷却水熱交換
部２１により冷媒との間で熱交換を終了した後に放熱部
２２に供給される。この放熱部２２では、冷却水の熱が
大気中に放熱されるが、エンジンの円滑な駆動に必要な
余熱を排気ガス熱交換部２３によって排気ガスの熱を冷
却水に吸熱させることもできる。即ち、排気ガス熱交換
部２３を冷却水熱交換部２１の入口側に設けることによ
り、この排気ガスの熱を冷媒回路に利用することが可能
である。

【００１６】また、冷却水熱交換部２１に隣接して、室
外ユニット１の冷媒回路の冷媒用室外熱交換部２４が設
けられている。この冷媒用室外熱交換部２４には冷媒回
路の出入口管１６が設けられ、冬季暖房時は冷媒用室外
熱交換部２４が「蒸発器」として働くので入口管１６と
して作用し、夏季冷房時は冷媒用室外熱交換部２４が
「凝縮器」として働くので出口管１６として作用するよ
うになっている。

【００１７】一方、冷媒回路においては、エンジン１０
からの回転出力で作動する冷媒圧縮機３０、室内熱交換
器３１を主として構成されている。冷媒としてはフロン
等が用いられ、ブライン、水等の熱媒用として作用させ
ることが可能である。

【００１８】室内ユニット２の主体である室内熱交換器
３１は、冷媒圧縮機３０で圧縮された冷媒の供給を受
け、四方弁３２の切換動作で回路の冷媒の流れ方向を変
えて、膨張弁３３の作用で夏季冷房時は「蒸発器」とし
て働き、冬季暖房時は「凝縮器」として働くようになっ
ている。即ち、室内ユニット２側では室内熱交換器３１
から室内に冷気または暖気を放出して冷暖房する。

【００１９】ここで、図１で明らかなように、前述の冷
却水熱交換部２１に設けられた冷媒の導入管１４と導出
管１５の分岐部には三方弁３４が設けてあって、この三
方弁３４を介して冷媒回路の圧縮機３０から四方弁３
２、室内熱交換器３１、膨張弁３３、そして本発明要部
の複合熱交換器２０に設けられた冷媒用室外熱交換部２
４に至る回路（冷媒管）１７、１８、１６に接続されて
いる。

【００２０】このように、複合熱交換器２０の冷却水熱
交換部２１は、冷媒回路の各機器に接続され、室外ユニ
ット１側の冷媒用室外熱交換部２４と室内ユニット２側
の室内熱交換部３１との間でヒートポンプ方式による冷
暖房システムが形成されるのである。

【００２１】次に、以上の構成による実施例の動作を説
明する。

【００２２】図１において、システムの運転により、エ
ンジン１０の作動で冷媒圧縮機３０により冷媒が加圧さ
れ、冷媒回路を冬季暖房時は図中の実線太矢印で流れ、
夏季冷房時は図中の破線太矢印で流れる。

【００２３】夏季シーズン中の冷房時の場合、四方弁３
２及び三方弁３４の切り換えでもって、圧縮機３０から
の冷媒は複合熱交換器２０の冷媒用室外熱交換部２４を
通り、この冷媒用室外熱交換部２４は凝縮器として働く
ために、エンジン冷却水の熱並びに排気ガスの熱の供給
を受ける必要はなく、冷媒用室外熱交換部２４を出た冷
媒は膨張弁３３を通って減圧され、室内ユニット２の室
内熱交換部３１に送られる。この室内熱交換部３１は蒸
発器として働き、冷媒と室内空気との熱交換により室内
から熱を奪って冷房する。即ち、このときの蒸発熱によ
り冷房効果を生じる。蒸発した冷媒ガスは再び冷媒圧縮
機３０に戻り、同様な冷凍サイクルが繰り返される。

【００２４】エンジン１０からの排気ガス（図中破線矢
印）は、排気管１３ａから複合熱交換器２０の排気ガス
熱交換部２３に導入され、ここで冷却水との間で熱交換
を行い、それからマフラー管１３ｂから大気放出され
る。つまり、夏季シーズンの冷房中は、排気ガスの熱で
冷却水を加温してはいるが、このこと自体、冷媒回路に
利用するという意味ではなく、また利用する必要がない
ということである。その意味では冷却水の熱の場合も同
様である。

【００２５】一方、冬季シーズン中の暖房時は、冷却水
系回路の往き管１２からエンジン１に導入された冷却水
はここで冷却仕事を終え、冷却水はエンジン発生熱によ
り温度上昇して加温された状態で、戻し管１１から複合
熱交換器２０の冷却水熱交換部２１に戻されて熱交換が
行われる。

【００２６】この冬季暖房中、冷媒回路では四方弁３２
と三方弁３４の切換動作によって、圧縮機３０からの冷
媒（図中太実線矢印）は、複合熱交換器２０の冷媒用室
外熱交換部２４に入口管１６から導入されている。この
冷媒用室外熱交換部２４に通過中の冷媒は、冷却水熱交
換部２１を通過する先ほどの加温冷却水に接触すること
になる。即ち、加温冷却水と冷媒との間で熱交換が行わ
れ、冷媒は複合熱交換器２０を通過中に加温される。

【００２７】加温された冷媒は、冷媒導出管１５から三
方弁３４及び四方弁３２を通り、圧縮機３０の加圧作用
を受けて室内熱交換器３１に入り、この室内熱交換器３
１は凝縮器として働いて室内に暖気を放出して暖房す
る。冷媒は、複合熱交換器２０にて加温されているた
め、冷媒回路における暖気をより高めるのに有効であ
る。ちなみに、暖房運転時、冷媒圧縮機３０の運転によ
り冷媒が圧縮される。圧縮により高温、高圧となった冷
媒は室内ユニット２側の室内熱交換器３１に導入され、
室内熱交換器３１が「凝縮器」として作動し、冷媒は室
内空気によって冷却されて液化する。このとき室内空気
は凝縮熱によって暖められ、暖房効果を生じる。液化し
た冷媒は膨張弁３３で減圧される。この減圧された冷媒
液は室外ユニット１側で複合熱交換器２０の冷媒用室外
熱交換部２４及び冷却水熱交換部２１で、ここを「蒸発
器」として外気の熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒ガ
スは再び冷媒圧縮機３０に戻り、同様な暖房サイクルを
繰り返す。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるエン
ジンヒートポンプ用熱交換器は、エンジン冷却水系回路
と冷媒回路との間に複合熱交換器を設け、この複合熱交
換器に従来からの冷却水熱交換器、冷媒用室外熱交換
器、それにエンジン冷却水放熱器（ラジエータ）の各熱
交換器の機能をもたせているので、システム全体の構造
が非常に簡素になり、従来のようにエンジン冷却水の熱
と排気ガスの熱を回収して暖房を助成する際、前記各熱
交換器を単独で冷媒回路に組み込むことでシステム全体
が非常に複雑になり、製造コストや組立工数等の高騰や
維持経費などの問題点を解決できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例のエンジンヒートポンプ式
冷暖房装置の回路図

【図２】本発明の要部である複合熱交換器全体の実施例
の斜視図

【図３】複合熱交換器の要部の斜視図

【符号の説明】

１０…エンジン、１１、１２…冷却水管の往復管、１３
ａ、１３ｂ…排気ガスの排気管とマフラー管、１４…冷
媒導入管、１５…冷媒導出管、２０…複合熱交換器、２
１…冷却水熱交換部、２２…放熱器、２３…排気ガス熱
交換部、２４…冷媒用室外熱交換部、３０…冷媒圧縮
機、３１…室外熱交換器、３２…四方弁、３３…膨張
弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン駆動で冷媒圧縮機の機械的仕事
   を行い、室外ユニットと室内ユニットの間に冷媒回路を
   形成して、ヒートポンプ方式で冷暖房を行うエンジンヒ
   ートポンプ方式冷暖房装置において、 冷媒回路とエンジン冷却水系回路との間に設けられた複
   合熱交換器が、 エンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行う冷却水熱交
   換部と、 エンジン冷却水と空気との間で熱交換を行う放熱部と、 冷媒と空気との間で熱交換を行う冷媒用室外熱交換部
   と、によって一体的に構成されたことを特徴とするエン
   ジンヒートポンプ用熱交換器。