JPH075020B2 - ヒ−トポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は機器の作動用油圧ポンプと、冷媒用冷凍装置と
を併せ備えている、例えば土木建設作業用クレーン車の
運転室などに装架するのに適したヒートポンプ式空気調
和装置に関する。

［従来の技術］ 炎天下あるいは厳寒の戸外に曝されて活動する土木建設
機械などの運転者にとって運転室内が冷暖房されている
ことは極めて望ましい。運転室が360゜回転するような
クレーン車の場合、普通自動車と違ってエンジン冷却温
水を暖房用熱源とすることができないので、冷房装置の
他に燃焼式暖房装置を併設することが行われてきた。外
気温が０℃〜−20℃以下にも達する寒冷地では、冷房装
置にいわゆる外気温吸収型のヒートポンプ機能を与えて
も到底満足すべき暖房を行うことはできない。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如くエンジンの冷却温水を暖房用熱源として利用
することのできない土木建設機械等であっても、例えば
運転室を回動させたり油圧シリンダを作動させるために
油圧ポンプを備えているのが一般である。そこで圧縮エ
ネルギーを常に受けることによって寒冷地でも少なくと
も０℃以上に緩められているこれら油圧機器の作動油を
エンジン冷却温水の代換え熱源として活用して、いわば
油圧作動機器の油温吸収型のヒートポンプ式冷暖房装置
を提供しようというのが本発明の目的である。

［問題点を解決するための手段］ 本発明のヒートポンプ式空気調和装置は、気相冷媒を圧
縮するコンプレッサと、冷房サイクル時にコンデンサと
して働く室外熱交換器と、液化冷媒の減圧装置と、冷房
サイクル時にエバポレータとして働くとともに暖房サイ
クル時にコンデンサとして働く第１熱交換器と、前記コ
ンプレッサの駆動用油圧モータと、該油圧モータへの加
圧油供給手段と、該加圧油の保有熱を低圧側液冷媒に伝
える第２熱交換器と、これら機器を連ねる冷媒配管系に
介在された冷暖房サイクル切換用四方弁および逆止弁と
を組み合わせてなり、 冷房サイクル時に、前記四方弁は前記コンプレッサの吐
出口と前記室外熱交換器とを連絡するよう作動して、冷
媒を、前記室外熱交換器、前記減圧装置、前記第１熱交
換器、前記コンプレッサの吸入口の順に循環させるよう
に冷媒流路を構成し、 暖房サイクル時に、前記四方弁は前記コンプレッサの吐
出口と前記第１熱交換器とを連絡するよう作動して、冷
媒を、前記第１熱交換器、前記減圧装置、前記第２熱交
換器、前記コンプレッサの吸入口の順に循環させるよう
に冷媒流路を構成する。

上記の如き構成からなるヒートポンプ式空気調和装置
は、四方弁は冷房サイクル側にセットすることによって
普通の冷房装置として作動する。次に四方弁を暖房サイ
クル側に切換えることによって、いわゆるヒートポンプ
式暖房装置としての冷媒流路が形成されるが、その際の
補助的な熱エネルギー吸収手段として、従来装置のよう
に外気温を吸収するために冷媒を室外熱交換器に通入さ
せる代りにコンプレッサ駆動用油圧モータに供給するた
めの、寒冷時においても少なくとも０℃以上の温かい状
態にある加圧油を給熱源とする第２熱交換器に通入させ
ることによって、外気温吸収型のヒートポンプ式空調装
置よりはるかに多量の熱エネルギーが吸収される。

［実施例］ 以下に図面に示す実施例に基づいて本発明の具体的構成
を説明する。

第１図は本発明装置のシステム図であって、１はこの空
気調和装置を搭載した土木建設機械などに配置されてい
る油圧作動機器への加圧油供給手段としての油圧ポンプ
からの与圧油によって駆動される油圧モータ、２は動力
伝導用ベルト19を介して油圧モータ１によって回転する
コンプレッサ、３は冷媒流路に介在させた冷・暖房サイ
クル切換用四方弁、４は圧縮気相冷媒のコンデンサ、５
は液化冷媒のレシーバ、６は液化冷媒の減圧装置、７は
冷房サイクル時にエバポレータとしてまた暖房サイクル
時にはコンデンサとしては働く第１熱交換器、８は加圧
油の保有熱を低圧側液冷媒に伝えるための第２熱交換
器、10、11、12および13はそれぞれ冷媒流路に介在させ
た逆止弁、15と16は油圧モータ１への加圧油供給路に介
在された、それぞれリリーフ弁と油流量調整弁、17は第
１熱交換器用ファン、18はコンデンサ用ファン、20と21
はプーリである。図中２点鎖線で囲まれたＡ部分とＢ部
分とはそれぞれこの装置の室外ユニットと室内ユニット
であることを示している。

第２図は第２熱交換器８の模式的側断面図であって22は
加圧油の流路をなすケーシング、23はケーシング22内に
加圧油の通過用迷路を形成させるためのじゃま板群、24
と25は加圧油の入口と出口部、26は低圧側液冷媒を通入
させるための熱交換用蛇行管である。

第３図は、本発明装置を装架させるための非自走型クレ
ーン車の外観図であって、50はシヤシ、51は車輪、52は
クレーン操作時に使われる車体の固定用脚柱、53はウイ
ンチ54と55や油圧作動アーム57を動かすための油圧ポン
プあるいはダイナモなどを駆動させるためのエンジン、
58はワイヤ巻込み滑車、Ｄはクレーンの操作用運転室で
ある。

第４図は第３図に描かれた運転室Ｄの透視略図であっ
て、27と28は室外ユニットＡと室内ユニットＢとを結ぶ
冷媒の循環用配管、Ｅは運転席であり、その他の符号は
既述のそれと共通している。

次に本発明装置の作動について冷房サイクル時と暖房サ
イクル時とに分けて説明する。

［１］冷媒サイクル時の作動 装置の始動スイッチを投入すると加圧油供給源としての
油圧ポンプと油圧モータ１とを結ぶ送油管に介在させた
電磁弁が開弁して加圧油はリリーフ弁15と油流量調整弁
16の働きによって定圧・定流量のもとに油圧モータ１に
送り込まれて回転が始められる。油圧モータ１の回転力
はベルト19および２個のプーリ20および21を経て冷媒コ
ンプレッサ２を駆動させる。圧縮された高圧高温気相冷
媒は、冷房サイクル位置にセットされている四方弁３を
通過することによって図中に実線矢印で示された冷媒流
路をたどることになる。すなわち冷媒管路ａに流入した
冷媒は逆止弁13に阻まれて管路ｂに入り、冷媒凝縮用コ
ンデンサ４を通過する間に外気と熱交換して冷却液化
し、逆止弁10を通過した後逆止弁12に阻まれて管路ｃに
入りレシーバ５に一端蓄えられる。レシーバ５から管路
ｄに吐出された冷媒は減圧装置冷えば自動温度式膨張弁
６を経て逆止弁11を通過し、管路ｅとｆをたどってエバ
ポレータとしての第１熱交換器７に流入し高温下にある
運転室内空気から気化の潜熱を奪うことによって冷房仕
事を行うと共に再び元の気相にもどり四方弁３、管路ｇ
を経て再循環のためにコンプレッサ２に吸入される。以
上の冷媒サイクルは通常の冷房装置と異なる所はない。

［２］暖房サイクル時の作動 装置の始動スイッチが投入され空調モードスイッチが暖
房サイクル側に切換えられると、冷房サイクル時と同様
にしてコンプレッサ２から吐出された高圧高温冷媒は四
方弁３を経て図中の鎖線で示された流路をたどることに
なる。即ち管路ｈに流入した比較的高い温度と圧力を保
有する気相冷媒は、ヒータとしての第１熱交換器７を通
過する間に運転室内の冷たい空気と熱交換してこれを暖
め暖房仕事を行うと共に自身は冷却して液化される。つ
まりこの場合第１熱交換器７はコンデンサとして機能す
ることになる。液化冷媒は管路ｆをたどり逆止弁11に阻
まれて逆止弁12を通過した後、逆止弁10に阻まれて管路
ｃからレシーバ５に流入する。レシーバ５から吐出され
た冷媒は減圧装置６を経て低圧になり、高圧側管路ｅを
避けて管路ｉをたどり第２熱交換器８に通入させられ
る。第２熱交換器８は、油圧ポンプで圧縮エネルギーを
受け取り、また油圧モータ１内で摩擦エネルギーを生じ
ることによって暖められている加圧油の帰路配管ｊの途
中に介在されているので、低圧側液冷媒はこの熱交換器
内で加圧油から気化の潜熱を奪いとって再び気体にもど
り逆止弁13を通過して管路ａ、四方弁３、管路ｇを経て
コンプレッサ２に帰着する。

参考のために、従来の外気温吸収型のヒートポンプ式冷
暖房装置の暖房サイクルを第１図を借りて説明すると、
冷媒がレシーバ５を経て減圧装置６に流入する経路まで
は本発明装置と共通しているが、減圧装置６から吐出さ
れた冷媒は管路ｉから破線で示した管路ＫとＩを経て外
気との熱交換器としてのコンデンサ４を通過する間に外
気から気化の潜熱を吸収したうえ、コンプレッサ２に吸
入されるサイクルを繰り返すように構成されている。

そこで、上記の従来の外気温吸収型のヒートポンプ式冷
暖房装置と、本発明の油圧作動機器の油温吸収型のヒー
トポンプ式冷暖房装置とを比較してみると、前者は外気
温が０゜〜−20℃以下に達する寒冷時には、暖房性能が
著しく低下する上に、暖房開始後定常運転温度に到達す
るまでにかなり時間がかかって、いわゆる即効暖房能力
がほとんど失われ、更には外気に触れているコンデンサ
４に着霜するので、暖房運転中にも例えば50分経過する
毎に10分間といった間隔をもって霜取りのための冷房サ
イクル運転を行い圧縮冷媒の凝縮熱を利用して霜を溶か
す必要がある。その際に冷風を室内に噴出させないため
にファン17は停止させるので、この間に熱容量の小さな
狭い運転室内はかなり急速に冷却されてしまうことにな
り、極めて不満足な暖房しか行うことができなくなる。

一方後者の本発明装置は、厳寒時にも最低０℃以上は充
分に確保され油圧ポンプの定常運転状態のもとでは冬期
でも10〜30℃に温まっている加圧油を外気温に代る暖房
用熱源として使用するので、よほどの厳寒時でない限り
暖房能力の不足を嘆くことは起こらず、また即効暖房も
油圧ポンプの暖機運転を行うことによって可能であり、
もちろんコンデンサの霜取りのための暖房機能の低下や
自動霜取り機能のために余分の制御装置をつける必要が
なく、暖房が中断されるという不都合をまぬがれること
ができる。

本発明装置の核心部分をなす熱交換器８を加圧油の配管
系中のいずれの個所に設けるかについては、油圧モータ
１の下流側が最も適している。油圧モータ１内で油圧が
低下するのに伴って油温が上昇する効果に加えて、第２
熱交換器８はより低い耐圧構造で足りるからである。

また油圧モータ１への給油路にはリリーフ弁15と油流量
制御弁16とが設けられているので、リリーフ弁15の逃が
し圧を調節する方法と、油流量を増減させる方法とのい
ずれかの単洋または併用によって自由自在に油圧モータ
１の回転後、従ってコンプレッサ２の冷媒圧縮および循
環能力を制御することができる。このことは本発明装置
の暖房能力が充分に満足すべき高い水準から、必要最小
限度の低い水準に至るまで自在に調節させられることを
意味し、各個人毎に異なる空調状態への要求に対して俊
敏に応答させることができる。

なお第１図のシステム図はあくまでも本発明装置の基本
構成の説明のために例示したものであって、細部の構成
は例えば減圧装置としてキャピラリチューブを使用し、
逆止弁に代えて電磁弁を採用し、あるいはレシーバを省
略したり、または第２熱交換器を加圧油の供給配管に対
して油圧モータと並列に配置するなど、装置の個々の設
置状況や製作コストなどの兼ね合いにおいて臨機応変に
変更しても一向さしつかえない。またコンプレッサの運
転断続は通常の車両用冷暖房装置に組み込まれているマ
グネットクラッチを使用して行うこともできる。

上記実施例では本発明装置をクレーン車に装架させてい
るが、要は油圧ポンプなどの加圧油供給源はあるもの
の、暖房用エネルギー源としての動力あるいは燃料の供
給の点において難があり、且つ非常な寒冷下にあるとい
う条件が当てはまり使用個所においてこの装置の長所を
有効に引き出すことができる。

［発明の効果］ 本発明のヒートポンプ式空調装置は下記の如き効果の奏
する。

イ）運転室が360゜回転するクレーン車などに搭載して
使用する場合、従来の外気温熱源型のヒートポンプ式空
調装置では、気温が０〜−20℃以下に及ぶ寒冷時には暖
房能力を期待できない。しかも一般車両と違ってエンジ
ン冷却水温を利用できないので、燃焼式暖房装置を別個
に使用しなければならず、設置スペース、保守、経費な
どの点で大きな不利益をともなったのに対して、本発明
装置は冷媒コンプレッサの駆動用油圧モータから供給さ
れる寒冷時でも０℃を下がることがなく冬期でも10〜30
℃になる加圧油の保有熱を吸収するように構成されてい
るので、ヒートポンプ式空調装置唯一台だけで厳寒時に
も満足すべき暖房を行うことができる。

ロ）加圧油供給源としての油圧ポンプの暖機運転を行う
ことによって、充分な即効暖房能力を与えることができ
る。

ハ）リリーフ弁や油流量制御弁の操作を通じて油圧モー
タの回転数、従ってコンプレッサの能力を巾広い範囲に
亘って自在に且つ緻密にコントロールできるので、暖房
状態の調節も自在且つ的確に行うことができる。

ニ）ヒートポンプの補助吸熱源として、油圧作動機器の
駆動用加圧油に、圧縮エネルギーや摩擦エネルギーある
いは源圧エネルギーの受容という形で自然発生的に蓄え
られたいわば廃熱を利用するものであり、時に応じて加
圧油の加熱防止効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置のシステム図、第２図は第２熱交換
器の模式的側断面図、第３図は装置を装架した非自走式
のクレーン車の斜視図、そして第４図はクレーン車の運
転室の透視図である。 図中、１……油圧モータ、２……コンプレッサ、３……
四方弁、４……コンデンサ、７……第１熱交換器、８…
…第２熱交換器、16……油流量調節弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気相冷媒を圧縮するコンプレッサと、冷房
   サイクル時にコンデンサとして働く室外熱交換器と、液
   化冷媒の減圧装置と、冷房サイクル時にエバポレータと
   して働くとともに暖房サイクル時にコンデンサとして働
   く第１熱交換器と、前記コンプレッサの駆動用油圧モー
   タと、該油圧モータへの加圧油供給手段と、該加圧油の
   保有熱を低圧側液冷媒に伝える第２熱交換器と、これら
   機器を連ねる冷媒配管系に介在された冷暖房サイクル切
   換用四方弁および逆止弁とを組み合わせてなり、 冷房サイクル時に、前記四方弁は前記コンプレッサの吐
   出口と前記室外熱交換器とを連絡するよう作動して、冷
   媒を、前記室外熱交換器、前記減圧装置、前記第１熱交
   換器、前記コンプレッサの吸入口の順に循環させるよう
   に冷媒流路を構成し、 暖房サイクル時に、前記四方弁は前記コンプレッサの吐
   出口と前記第１熱交換器とを連絡するよう作動して、冷
   媒を、前記第１熱交換器、前記減圧装置、前記第２熱交
   換器、前記コンプレッサの吸入口の順に循環させるよう
   に冷媒流路を構成するヒートポンプ式空気調和装置。
2. 【請求項２】前記第２熱交換器への前記加圧油の供給口
   が、前記油圧モータへの加圧油供給路の帰路に設けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒ
   ートポンプ式空気調和装置。