JPH08100960A

JPH08100960A - エンジン駆動式熱ポンプ装置

Info

Publication number: JPH08100960A
Application number: JP6280173A
Authority: JP
Inventors: Motoyasu Kato; 元保加藤; Shozo Aoshima; 正三青島
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1996-04-16
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP3672109B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】室内熱交換器の運転台数に見合った冷媒とエ
ンジン冷却水との熱交換を実現し冷媒回路内を適切な熱
授受バランスに保ち得るエンジン駆動熱ポンプ装置。【構成】冷媒回路２２と、エンジン冷却水回路２３を
有し、冷媒回路２２と冷却水回路２３の間に二重管熱交
換器４４を設けてなるエンジン駆動式熱ポンプ装置にお
いて、熱交換器４４へ流れる冷却水の一部をバイパスさ
せるバイパス回路を設けると共に、該バイパス回路４５
に水バイパス弁４６を設け、暖房運転時に室内熱交換器
３２−１，…，３２−ｎの運転台数が少ないために冷媒
流量が小であるときに、このバイパス弁４６を開き、冷
却水の一部が二重管熱交換器４４をバイパスして回路４
５へ流れるよう構成が可能のため、二重管熱交換器４４
においては、運転中の室内熱交換器３２−１，…に要求
される放熱量に見合った熱量が冷却水から冷媒に与えら
れ、この結果前記目的が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの廃熱を回収
するための二重管熱交換器を備えるエンジン駆動式熱ポ
ンプ装置に関する。

【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、エンジンの廃熱を回収してこれを有効利用す
るために排気ガス熱交換器及び二重管熱交換器が設けら
れている。

【０００３】上記二重管交換器は、特に暖房運転時の室
内熱交換器での放熱量（冷媒から放出される熱量）を効
率良く増加させるために設けられるものであって、該二
重管熱交換器においては、前記排気ガス熱交換器で排気
ガスから冷却水に回収された廃熱が冷媒に与えられ、結
果的にエンジンから回収された廃熱が室内熱交換器の放
熱量に上乗せされることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、室内熱交換
器を複数台有する所謂マルチ運転が可能な熱ポンプ装置
においては、暖房運転時に全室内熱交換器を運転してい
るときの必要性能に見合った熱授受バランスが保たれて
いるため、例えば室内熱交換器を１台のみ運転している
ときには、その室内熱交換器の要求性能（放熱量）以上
に二重管熱交換器での熱交換量（冷却水から冷媒に与え
られる熱量）が過大となって、冷媒回路内での熱量バラ
ンスが崩れ、冷媒圧力が異常に上昇するという問題があ
った。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とする処は、室内熱交換器の運転台数（冷
媒流量）に見合った冷媒と冷却水との熱交換を実現して
冷媒回路内を適切な熱授受バランスに保つことができる
エンジン駆動式熱ポンプ装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動され
る圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジ
ンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前
記冷媒回路には膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器
を設け、前記冷却水回路には排気ガス熱交換器を設ける
とともに、冷媒と冷却水の間で熱交換を行わせる二重管
熱交換器を冷媒回路と冷却水回路の間に設けて成るエン
ジン駆動式熱ポンプ装置において、前記二重管熱交換器
へ流れる冷却水の一部をバイパスさせるバイパス回路を
設けるとともに、該バイパス回路に水バイパス弁を設け
たことを特徴とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記冷却水回路には冷却水を冷却するため
のラジエータを設け、前記バイパス回路を冷却水回路の
前記二重管熱交換器の上流側から分岐させ、前記ラジエ
ータの上流側に接続したことを特徴とする。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記室内熱交換器を複数台設け、前
記水バイパス弁を室内熱交換器の運転台数に応じて制御
することを特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、前記バイパス回路による冷却水
のバイパスは、暖房運転時であって、且つ、冷却水温度
が所定値以下のときに行うことを特徴とする。

【００１０】請求項５記載の発明は、エンジンによって
駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路
と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路
を有し、前記冷媒回路には膨張弁と室内熱交換器及び室
外熱交換器を設け、前記冷却水回路には排気ガス熱交換
器を設けるとともに、冷媒と冷却水の間で熱交換を行わ
せる二重管熱交換器を冷媒回路と冷却水回路の間に設け
て成るエンジン駆動式熱ポンプ装置において、前記二重
管熱交換器へ流れる冷却水の流量を制御する流量制御弁
と、少なくとも暖房運転時の冷却水温度、冷媒圧力及び
前記室内熱交換器の運転台数に応じて前記流量制御弁の
開度を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１発明（請求項１〜４記載の発明）によれ
ば、特に暖房運転時であって、凝縮器として作用する室
内熱交換器の運転台数が少ないために冷媒流量が小さい
ときには、水バイパス弁が開かれて冷却水の一部は二重
熱交換器をバイパスしてバイパス回路へ流れるよう構成
することができるため、二重管熱交換器においては、運
転中の室内熱交換器に要求される放熱量に見合った熱量
が冷却水から冷媒に与えられ、この結果、冷媒回路内の
適切な熱授受バランスが実現し、冷媒の過熱に伴う種々
の不具合が解消される。

【００１２】又、第２発明（請求項５記載の発明）によ
れば、例えば暖房運転時に冷却水温度が所定値以下の状
態で室内熱交換器の運転台数が減ったために冷媒流量が
減少し、冷媒の単位流量当たりの受熱量（二重管熱交換
器において冷却水から受け取る熱量）が増えてその圧力
が上昇した場合であっても、制御手段は少なくとも冷却
水温度、冷媒圧力及び室内熱交換器の運転台数に応じて
流量制御弁の開度を制御し、二重管熱交換器への冷却水
流量を制限するため、二重管熱交換器においては、運転
中の室内熱交換器に要求される放熱量に見合った熱量が
冷却水から冷媒に与えられ、この結果、冷媒回路内の適
切な熱授受バランスが実現し、冷媒の過熱に伴う種々の
不具合が解消される。

【００１３】

【実施例】

［第１発明］以下に第１発明の実施例を添付図面に基づ
いて説明する。

【００１４】図１は第１発明に係るエンジン駆動式熱ポ
ンプ装置の基本構成を示す回路図、図２は冷却水温度に
よる各冷却水ラインへ流れる冷却水量の変化（切換弁の
特性）を示す図である。

【００１５】図１において、１は水冷式ガスエンジン、
２はガスエンジン１によって回転駆動される圧縮機であ
って、ガスエンジン１の出力軸３はプーリ４、ベルト５
及びプーリ６を介して圧縮機２の入力軸７に連結されて
いる。

【００１６】ところで、上記ガスエンジン１の吸気系に
は吸気管８が接続されており、該吸気管８の途中にはエ
アクリーナ９及びミキサー１０が接続されている。そし
て、ミキサー１０には、不図示の燃料ガス供給源に接続
された燃料供給管１１が接続されており、該燃料供給管
１１の途中には２つの燃料ガス電磁弁１２とゼロガバナ
１３が接続されている。

【００１７】又、ガスエンジン１のクランク室にはオイ
ル供給管１４を介してオイルタンク１５が接続されてい
る。更に、ガスエンジン１から導出するブリーザ管１６
にはオイルセパレータ１７が接続されており、ガスエン
ジン１から排出されるブリーザガスはオイルセパレータ
１７によってオイル分を除去された後、ガスライン１８
を通って前記燃料供給管１１のミキサー１０の上流側に
戻され、オイル分はオイルライン１９を通ってガスエン
ジン１のクランク室に戻される。

【００１８】他方、ガスエンジン１の排気系からは排気
管２０が導出しており、該排気管２０の途中には排気ガ
ス熱交換器２１が設けられている。

【００１９】ところで、本熱ポンプ装置には、前記圧縮
機２を含んで閉ループを構成する冷媒回路２２と前記ガ
スエンジン１を冷却する冷却水を循環させる冷却水回路
２３が設けられている。

【００２０】上記冷媒回路２２は圧縮機２によってフロ
ン等の冷媒を循環させる回路であって、これは、圧縮機
２の吐出側から導出してオイルセパレータ２４に至る冷
媒ライン２２ａと、オイルセパレータ２４から導出して
四方弁２５に至る冷媒ライン２２ｂと、四方弁２５から
後述の二重管熱交換器４４を経て第１の室外熱交換器
（以下、室外機と略称す）２６−１に至る冷媒ライン２
２ｃと、冷媒ライン２２ｃの途中から分岐して第２の室
外機２６−２に至る冷媒ライン２２ｄと、第１の室外機
２６−１から液ガス熱交換器２７、ドライヤ２８、サイ
トグラス２９及びストレーナ３０を経て膨張弁３１に至
る冷媒ライン２２ｅと、前記第２の室外機２６−２と冷
媒ライン２２ｅとを接続する冷媒ライン２２ｆと、前記
膨張弁３１から複数台（ｎ台）の室内熱交換器（以下、
室内機と略称す）３２−１，…，３２−ｎに至る冷媒ラ
イン２２ｇと、各室外機３２−１，…３２−ｎからスト
レーナ３３を経て前記四方弁２５に至る冷媒ライン２２
ｈと、四方弁２５から前記液ガス熱交換器２７及びサイ
レンサ３４を経てアキュームレータ３５に至る冷媒ライ
ン２２ｉと、アキュームレータ３５から導出して圧縮機
２の吸入側に接続される冷媒ライン２２ｊとで構成され
ている。

【００２１】尚、前記オイルセパレータ２４から導出す
るオイル戻りライン３６は前記冷媒ライン２２ｊに接続
されている。又、前記冷媒ライン２２ｂからはバイパス
ライン２２ｋが分岐しており、該バイパスライン２２ｋ
とこれから更に分岐するバイパスライン２２ｍは前記サ
イレンサ３４に接続されており、各バイパスライン２２
ｋ，２２ｍにはバイパス弁３７，３８がそれぞれ接続さ
れている。

【００２２】一方、前記冷却水ライン２３は、水ポンプ
３９の吐出側から前記排気ガス熱交換器２１を通ってガ
スエンジン１の冷却水入口に至る冷却水ライン２３ａ
と、ガスエンジン１の冷却水出口から導出してサーモス
タットを有する切換弁４０に至る冷却水ライン２３ｂ
と、切換弁４０から導出してラジエータ４２の入口側に
接続される冷却水ライン２３ｃと、ラジエータ４２の出
口側から導出する冷却水ライン２３ｄと、該冷却水ライ
ン２３ｄから前記水ポンプ３９の吸入側に至る冷却水ラ
イン２３ｅと、冷却水ライン２３ｄから水タンク４３に
至る冷却水補給ライン２３ｆと、前記切換弁４０から導
出して二重管熱交換器４４を通って前記冷却水ライン２
３ｅに接続される冷却水ライン２３ｇ等を含んで構成さ
れている。尚、図１において、２３ｈは空気抜き通路、
２３ｉは絞りである。

【００２３】ところで、本実施例においては、冷媒回路
２２と冷却水回路２３の間に前記二重管熱交換器４４が
設けられており、この二重管熱交換器４４においては冷
媒ライン２２ｃを流れる冷媒と冷却水ライン２３ｇを流
れる冷却水との間で熱交換が行われる。

【００２４】而して、本実施例では、冷却水ライン２３
ｇを流れる冷却水の一部を二重管熱交換器４４をバイパ
スさせて流すためのバイパス回路４５が設けられてい
る。即ち、バイパス回路４５は冷却水ライン２３ｇの二
重管熱交換器４４の上流側から分岐して前記冷却水ライ
ン２３ｃの前記ラジエータ４２の上流側に接続されてお
り、該バイパス回路４５の途中には水バイパス弁４６が
設けられている。

【００２５】尚、前記切換弁４０は、これに設けられた
サーモスタットの作用によって図２に示すように、冷却
水温度が例えば７８℃以下であるときには冷却水ライン
２３ｃを全閉とするとともに、冷却水ライン２３ｇを全
開として一方の冷却水ライン２３ｇのみに冷却水を流
し、冷却水温度が例えば７８℃を超えると冷却水ライン
２３ｃを開き始める一方、冷却水ライン２３ｇを閉じ始
めて両冷却水ライン２３ｃ，２３ｇに冷却水を流し、冷
却水温度が８６℃を超えると冷却水ライン２３ｃを全
開、冷却水ライン２３ｇを全閉として一方の冷却水ライ
ン２３ｃのみに冷却水を流す。又、前記水バイパス弁４
６は、暖房運転時であって、且つ、室内機３２−１，
…，３２ｎの運転台数に応じてその開度が制御される。

【００２６】次に、本実施例に係る熱ポンプ装置の作用
を説明する。

【００２７】先ず、暖房運転時の作用を説明すると、ガ
スエンジン１が駆動され、該ガスエンジン１によって圧
縮機２が回転駆動されると、該圧縮機２によってガス状
の冷媒が圧縮され、高温高圧のガス状冷媒は冷媒ライン
２２ａを経てオイルセパレータ２４に至る。オイルセパ
レータ２４においては、冷媒に含まれるオイル分が除去
され、オイル分が除去された冷媒は冷媒ライン２２ｂを
通って四方弁２５に至り、冷媒から分離されたオイルは
前記オイル戻りライン３６を通って前記冷媒ライン２２
ｊに戻される。

【００２８】ところで、暖房運転時においては、図１に
実線にて示すように、四方弁２５のポートａとポートｃ
とが連通されており、高温高圧のガス状冷媒は四方弁２
５を通って冷媒ライン２２ｈ側へ流れ、ストレーナ３３
を経て室内機３２−１，…，３２−ｎに至り、ここで凝
縮熱を放出して液化し、このとき放出される凝縮熱によ
って室内の暖房が行われる。

【００２９】そして、上述のように室内機３２−１，
…，３２−ｎにおいて凝縮熱を放出して液化した高圧の
冷媒は、各膨張弁３１に至り、該膨張弁３１によって減
圧された後、冷媒ライン２２ｇに入り、ストレーナ３０
及びドライヤ２８を通って冷媒ライン２２ｅを流れ、前
記液ガス熱交換器２７を通過した後、第１及び第２の室
外機２６−１，２６−２に至り、ここで外気から蒸発熱
を奪って気化する。尚、液ガス熱交換器２７は、主に冷
房時に室外機２６−１，２６−２で凝縮熱を放出して液
化した冷媒の残熱を、室内機３２−１，…，３２−ｎに
おいて蒸発熱を吸収して気化した冷媒に吸収させること
によって冷房効率を高めるためのものであって、暖房時
には熱交換機能は低い。

【００３０】一方、水ポンプ３９の駆動によって冷却回
路２３内を循環する冷却水は、水ポンプ３９から吐出さ
れて冷却水ライン２３ａを流れ、その途中で、排気ガス
熱交換器２１においてガスエンジン１から排気管２０に
排出される排気ガスの熱を回収して加熱された後、ガス
エンジン１の不図示のウォータージャケットを流れて該
ガスエンジン１を冷却する。そして、ガスエンジン１の
冷却に供された冷却水は、冷却水ライン２３ｂを流れて
切換弁４０に至る。

【００３１】ここで、切換弁４０は、前述のように冷却
水温度が７８℃以下のときは一方の冷却水ラインを２３
ｃ全閉して他方の冷却水ライン２３ｇを全開するため、
冷却水は冷却水ライン２３ｇを流れる。

【００３２】ところで、バイパス回路４５に設けられた
水バイパス弁４６は前述のように室内機３２−１，…，
３２−ｎの運転台数（熱負荷）によってその開度が制御
され、前述のように全ての室内機３２−１，…，３２−
ｎが運転されているときには閉じられており、冷却水の
全ては前記二重管熱交換器４４を流れ、暖房運転時に室
外機２６−１，２６−２において蒸発したガス状の冷媒
を加熱する。この結果、エンジン１の廃熱（排気ガスが
有する熱の一部）が冷媒によって回収され、この廃熱を
回収したガス状冷媒は冷媒ライン２２ｃを流れて四方弁
２５に至る。尚、二重管熱交換器４４を通過した冷却水
は、冷却水ライン２３ｅを通って水ポンプ３９に吸引さ
れ、以後同様の作用を繰り返す。

【００３３】暖房運転時においては、四方弁２５は、図
１に実線にて示すようにそのポートｂとポートｄとが連
通されているため、冷媒は冷媒ライン２２ｉを流れ、液
ガス熱交換器２７及びサイレンサ３４を通ってアキュー
ムレータ３５に至る。

【００３４】上記アキュームレータ３５においては冷媒
の気液が分離され、ガス状の冷媒のみが冷媒ライン２２
ｊから圧縮機２の吸入口に吸引され、吸引された冷媒は
圧縮機２によって再度圧縮されて前述と同様の作用を繰
り返す。

【００３５】而して、本実施例においては、冷却水温度
が７８℃以下で、且つ、全室内機３２−１，…，３２−
ｎを運転しているときには、冷却水によって回収された
ガスエンジン１の廃熱の全てが冷媒に与えられて各室内
機３２−１，…，３２−ｎの放熱量に上乗せされるた
め、暖房効果が高められる。

【００３６】他方、冷却水温度が７８℃以下で、例えば
１台の室内機３２−１のみが運転されているために冷媒
流量が小さいときには、バイパス回路４５の水バイパス
弁４６が開かれる。このため、冷却水ライン２３ｇを流
れる冷却水の一部は二重管熱交換器４４をバイパスして
バイパス回路４５を流れ、冷媒ライン２２ｃを流れる冷
媒の加熱に供されず、冷却水ライン２３ｃからラジエー
タ４２に送られて冷却される。

【００３７】上述のように要求される熱負荷（１台の室
内機３２−１の放熱量）が小さい場合には、冷却水の一
部が二重管熱交換器４４をバイパスするため、二重管熱
交換器４４においては、要求される熱負荷に見合った熱
量が冷却水から冷媒に与えられ、この結果、冷媒回路２
２内での適切な熱授受バランスが実現され、冷媒の過熱
に伴う種々の不具合が解消される。

【００３８】尚、本実施例においては、バイパス回路４
５はラジエータ４２の入口側の冷却水ライン２３ｃに接
続したため、バイパス回路４５を流れる冷却水はラジエ
ータ４２において冷却され、結果的に二重管熱交換器４
４での伝熱量が減少して目的を達成することができる。
又、切換弁４０から冷却水ライン２２ｇに流れる冷却水
の一部を冷却水ライン２３ｃに流すようにしており、ラ
ジエータ４２に回る冷却水流量が増加するため、冷却水
をより冷却することができる。尚、バイパス回路４５を
ラジエータ４２の出口側の冷却水ライン２３ｄに接続し
ても良い。

【００３９】他方、冷却水温度が７８℃を超えると、前
述のように（図２参照）切換弁４０は一方の冷却水ライ
ン２３ｃを開き始める一方、他方の冷却水ライン２２ｇ
を閉じ始めるため、両冷却水ライン２３ｃ，２３ｇを冷
却水が流れ、このときにおいても二重管熱交換器４４に
おいてガスエンジン１の廃熱の一部が冷却水から冷媒に
与えられる。

【００４０】そして、冷却水温度が８６℃を超えると、
前述のように（図２参照）、切換弁４０は一方の冷却ラ
イン２３ｃを全開として他方の冷却ライン２３ｇを全閉
とするため、二重管熱交換器４４における冷却水と冷媒
間での熱交換は行われず、冷却水の全ては冷却ライン２
３ｃを通ってラジエータ４２に送られて冷却される。

【００４１】次に、冷房運転時の作用を概説するが、冷
房運転時においては冷却水温度は８６℃以上となるた
め、切換弁４０の作用によって冷却水は二重管熱交換器
４４を流れず、従って、ガスエンジン１の廃熱は冷媒に
回収されず、冷却水の全ては冷却水ライン２３ｃからラ
ジエータ４２に流れ、冷却水は十分冷却される。

【００４２】而して、圧縮機２によって圧縮された高温
高圧のガス状冷媒は、冷媒ライン２２ａ、オイルセパレ
ータ２４及び冷媒ライン２２ｂを通って四方弁２５に至
る。

【００４３】ところで、冷房運転時においては、図１に
破線にて示すように四方弁２５のポートａとポートｂ，
ポートｃとポートｄがそれぞれ連通されているため、前
記高温高圧のガス状冷媒は冷媒ライン２２ｃを通って室
外機２６−１，２６−２に至り、ここで外気によって冷
却されて凝縮し、高圧の液状冷媒は冷却ライン２２ｅ，
２２ｆに沿って流れて液ガス熱交換器２７、ドライヤ２
８及びストレーナ３０を通過した後、膨張弁３１に至
り、該膨張弁３１よって減圧される。

【００４４】そして、減圧された冷媒は室内機３２−
１，…，３２−ｎにおいて室内の空気から蒸発潜熱を奪
って蒸発するため、室内の空気が冷やされて室内が冷房
される。蒸発によって気化した冷媒は冷媒ライン２２
ｃ，２２ｄ、四方弁２５を通って冷媒ライン２２ｉを流
れ、液ガス熱交換器２７及びサイレンサ３４を通過して
アキュームレータ３５に至り、ここで気液が分離され、
ガス状の冷媒が冷媒ライン２２ｊから圧縮機２に吸引さ
れ、圧縮機２に吸引された冷媒は再び圧縮さて前述の作
用を繰り返す。［第２発明］次に、第２発明の実施例を図３乃至図９に
基づいて説明する。尚、図３は第２発明に係るエンジン
駆動式熱ポンプ装置の基本構成を示す回路図、図４はリ
ニア三方弁の制御系の構成を示すブロック図、図５はリ
ニア三方弁の構成を示す断面図、図６はリニア三方弁の
開度特性図、図７は冷却水温度ｔに対する開度係数αの
制御特性図、図８は運転室内機容量Ｑに対する開度係数
βの制御特性図、図９は冷媒の吐出側圧力Ｐに対する開
度係数γの制御特性図である。

【００４５】本発明に係る熱ポンプ装置は、図３に示す
ように、前記第１発明の実施例におけるバイパス回路４
５と水バイパス弁４６を廃し、切換弁４０（図１参照）
に代えてリニア三方弁１１０を用い、該リニア三方弁１
１０の上流側に、そこを流れる冷却水の温度ｔを検出す
るための冷却水温センサ１１１を設けるとともに、冷媒
ライン２２ａの途中に、リニア三方弁１１０を制御する
ために冷媒の吐出側圧力Ｐを検出する圧力センサ１１２
を設けたものであって、他の構成は第１発明の実施例と
同様であるため、図３においては図１に示したと同一要
素には同一符号を付しており、以下、それらについての
説明は省略する。

【００４６】ところで、上記リニア三方弁１１０、冷却
水温センサ１１１及び圧力センサ１１２は図４に示す制
御装置（以下、ＣＰＵと称す）１２０に接続されてお
り、ＣＰＵ１２０は、冷却水温センサ１１１によって検
出された冷却水温度ｔ、室内機３２−１，３２−２，
…，３２−ｎの運転台数（運転室内機容量Ｑ、つまり、
室内機３２−１，３２−２，…，３２−ｎのうち運転さ
れている室内機が設置されている各部屋毎の室内温度と
設定温度との差の総和に比例する熱量）、圧力センサ１
１２によって検出された冷媒の吐出側圧力Ｐ及び冷暖運
転情報（冷房運転であるか暖房運転であるかの情報）に
基づいてリニア三方弁１１０の開度を制御する。

【００４７】ここで、リニア三方弁１１０の構成と開度
特性を図５及び図６に基づいて説明する。

【００４８】リニア三方弁１１０は、図５に示すよう
に、ハウジング１１３内にロータリ式の弁体１１４を回
動自在に組み込んで構成され、ハウジング１１３には冷
却水ライン２３ｇに連なる流路１１３ｇと冷却水ライン
２３ｃに連なる流路１１３ｃが相対向して形成されてい
る。

【００４９】又、上記弁体１１４の中央部には、冷却水
ライン２３ｂに連なる円孔状の冷却水入口１１４ｂが形
成されており、該冷却水入口１１４ｂの両側には前記流
路１１３ｇ，１１３ｃにそれぞれ開口する流路１１４
ｇ，１１４ｃが形成されている。

【００５０】而して、弁体１１４の上記流路１１４ｇ，
１１４ｃの流路１１３ｇ，１１３ｃへの開口面積をそれ
ぞれＡ₁ ，Ａ₂ とするとき、図６に示すように、開口面
積Ａ₁ は弁開度θ（弁体１１４の回動角（０°〜９０
°））の増加と共にリニアに減少し、逆に開口面積Ａ₂
は弁開度θの増加と共にリニアに増加し、両者の和（Ａ
₁ ＋Ａ₂ ）は弁開度θに拘らず常に一定値Ａ₀ （＝Ａ₁
＋Ａ₂ ）に保たれている。

【００５１】ところで、リニア三方弁１１０の開口面積
Ａ₁ ，Ａ₂ を次式；

【００５２】

【数１】Ａ₁ ＝（ａ₁ ／１００）×Ａ₀ … （１）Ａ₂ ＝（ａ₂ ／１００）×Ａ₀ … （２）によって求めるとき、上記係数（以下、開度と称す）ａ
₁ ，ａ₂ はＣＰＵ１２０においてそれぞれ次式によって
算出される。

【００５３】

【数２】ａ₁ ＝α・β・γ・ε×１００ … （３）ａ₂ ＝１００−ａ₁ … （４）上記（３）式におけるα，β，γ，εは開度係数であっ
て、α（０≦α≦１）は冷却水温センサ１１１によって
検出される冷却水温度ｔによって図７に示すように変化
し、冷却水温度ｔがｔ_L （例えば、６０℃）以下（ｔ≦
ｔ_L ）の領域ではα＝１に保たれ、冷却水温度ｔがｔ_L
を超えてｔ_H （例えば、８０℃）未満の領域（ｔ_L ＜ｔ
＜ｔ_H ）では冷却水温度ｔの増加と共にリニアに減少
し、冷却水温度ｔがｔ_H 以上となる領域（ｔ≧ｔ_H ）で
はα＝０に保たれる。

【００５４】又、開度係数β（０≦α≦１）は運転室内
機容量Ｑに対して図８に示すように変化し、運転室内機
容量Ｑの増加に比例して増大する。

【００５５】更に、開度係数γ（０≦α≦１）は圧力セ
ンサ１１２によって検出される冷媒の吐出側圧力Ｐに対
して図９に示すように変化し、圧力Ｐの増加と共にリニ
アに減少する。

【００５６】又、開度係数εは冷房運転時にはε＝０、
暖房運転時にはε＝１にそれぞれ設定される。

【００５７】而して、（３），（４）式にて開度ａ₁ ，
ａ₂ がそれぞれ算出され、この開度ａ₁ ，ａ₂ に基づい
て前記（１），（２）式にてリニア三方弁１１０の開口
面積Ａ₁ ，Ａ₂ が求められると、冷却水ライン２３ｂを
流れる流量Ｉ₀ の冷却水はリニア三方弁１１０によって
冷却水ライン２３ｇ，２３ｃに流量Ｉ₁ ，Ｉ₂ の割合で
流されるが、流量Ｉ₁ ，Ｉ₂ はそれぞれ次式によって求
められる。

【００５８】

【数３】Ｉ₁ ＝Ｉ₀ ×Ａ₁ ／（Ａ₁ ＋Ａ₂ ） … （５）Ｉ₂ ＝Ｉ₀ ×Ａ₂ ／（Ａ₁ ＋Ａ₂ ）＝Ｉ₀ −Ｉ₁ … （６）以上において、冷房運転時には、二重管熱交換器４４に
おける冷媒と冷却水との熱交換を必要としないため、開
度係数ε＝０に設定され、この結果、（３），（４）式
よりａ₁ ＝０、ａ₂ ＝１００となり、（１），（２）式
よりＡ₁ ＝０、Ａ₂ ＝Ａ₀ となる。従って、（５），
（６）式より冷却水ライン２３ｇ，２３ｃに流れる冷却
水の流量Ｉ₁ ，Ｉ₂ はそれぞれＩ₁ ＝０、Ｉ₂ ＝Ｉ₀ と
なり、冷却水の全ては冷却水ライン２３ｃを流れ、冷却
水は二重管熱交換器４４における冷媒の加熱に供されな
い。

【００５９】一方、暖房運転時においては、冷却水温度
ｔが所定値ｔ_L 以下（ｔ≦ｔ_L ）である通常運転時（全
室内機３２−１，３２−２，…，３２−ｎが運転されて
いるとき）には、開度係数α，β，γ，εは全て１に設
定されている（α＝β＝γ＝ε＝１）ため、（３），
（４）式よりａ₁ ＝１００、ａ₂ ＝０となり、（１），
（２）式よりＡ₁ ＝Ａ₀ 、Ａ₂ ＝０となる。従って、
（５），（６）式より冷却水ライン２３ｇ，２３ｃに流
れる冷却水の流量Ｉ₁ ，Ｉ₂ はそれぞれＩ₁ ＝Ｉ₀、Ｉ₂
＝０となり、冷却水の全ては冷却水ライン２３ｇを流
れ、冷却水によって回収されたガスエンジン１の廃熱の
全てが二重管熱交換器４４において冷媒に与えられて各
室内機３２−１，３２−２，…，３２−ｎの放熱量に上
乗せされるため、暖房効果が高められる。

【００６０】他方、暖房運転時に室内機３２−１，３２
−２，…，３２−ｎの運転台数が減ったために運転室内
機容量Ｑが減少し、これに伴って冷媒回路２２を循環す
る冷媒の流量が減少し、冷媒の単位流量当たりの受熱量
（二重管熱交換器４４において冷却水から受け取る熱
量）が増えてその吐出側圧力Ｐが上昇した場合には、図
８に示すように開度係数β，γが共に小さく設定される
ため、（３）式にて求められる開度ａ₁ と（１）式にて
求められる開口面積Ａ₁ が小さくなり、（４）式にて求
められる開度ａ₂ と（２）式にて求められる開口面積が
Ａ₂ が逆に大きくなる。従って、（５）式より求められ
る冷却水ライン２３ｇを流れる冷却水の流量Ｉ₁ が減少
し、二重熱交換器４４への冷却水流量が制限されるめ、
二重管熱交換器４４においては、室内機３２−１，３２
−２，…，３２−ｎの運転台数に要求される放熱量に見
合った熱量が冷却水から冷媒に与えられ、この結果、第
１発明と同様に冷媒回路２２内の適切な熱授受バランス
が実現し、冷媒の過熱に伴う種々の不具合が解消され
る。この場合、冷却水ライン２３ｃを流れる流量Ｉ₂ の
冷却水は冷媒の加熱に供されず、ラジエータ４２に送ら
れて冷却されるため、冷却水温センサ１１１にて検出さ
れる冷却水温度ｔが下がり、冷媒回路２２内の適切な熱
授受バランスが実現される。

【００６１】尚、冷却水温度ｔがｔ_L ＜ｔ＜ｔ_H である
領域においても、初期状態において冷却水ライン２３
ｇ，２３ｃの双方に冷却水が流れるという点が異なるの
みであって、その他の作動原理はｔ≦ｔ_L の場合（α＝
１）における上述の作動原理と同様である。

【００６２】以上のように、本発明においても前記第１
発明と同様な効果が得られるが、特に本発明において
は、リニア三方弁１１０を用いることによって第１発明
の実施例におけるバイパス回路４５と水バイパス弁４６
（図１参照）を省略することができるため、冷却水回路
２３を簡略化することができるという特有の効果が得ら
れる。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、暖房運転
時であって、凝縮器として作用する室内熱交換器の運転
台数が少ないために冷媒流量が小さいときには、第１発
明によれば、水バイパス弁が開かれて冷却水の一部は二
重熱交換器をバイパスしてバイパス回路へ流れるよう構
成することができ、又、第２発明によれば、制御手段は
少なくとも冷却水温度、冷媒圧力及び室内熱交換器の運
転台数に応じて流量制御弁の開度を制御し、二重熱交換
器への冷却水流量を制限するため、二重管熱交換器にお
いては、運転中の室内熱交換器に要求される放熱量に見
合った熱量が冷却水から冷媒に与えられ、この結果、冷
媒回路内での適切な熱授受バランスが実現し、冷媒の過
熱に伴う種々の不具合が解消されるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の
基本構成を示す回路図である。

【図２】冷却水温度による各冷却水ラインへ流れる冷却
水量の変化（切換弁の特性）を示す図である。

【図３】第２発明に係るエンジン駆動式熱ポンプ装置の
基本構成を示す回路図である。

【図４】リニア三方弁の制御系の構成を示すブロック図
である。

【図５】リニア三方弁の構成を示す断面図である。

【図６】リニア三方弁の開度特性図である。

【図７】冷却水温度ｔに対する開度係数αの制御特性図
である。

【図８】運転室内機容量Ｑに対する開度係数βの制御特
性図である。

【図９】冷媒の吐出側圧力Ｐに対する開度係数γの制御
特性図である。

【符号の説明】

１ガスエンジン（エンジン）２圧縮機２１排気ガス熱交換器２２冷媒回路２３冷却水回路２６−１，２６−２室外機（室外熱交換器）３１膨張弁３２−１，３２−ｎ室内機（室内熱交換器）４２ラジエータ４４二重管熱交換器４５バイパス回路４６水バイパス弁１１０リニア三方弁（流量制御弁）１１１冷却水温センサ１１２圧力センサ１２０ＣＰＵ（制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンによって駆動される圧縮機によ
って冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する
冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路に
は膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設け、前記
冷却水回路には排気ガス熱交換器を設けるとともに、冷
媒と冷却水の間で熱交換を行わせる二重管熱交換器を冷
媒回路と冷却水回路の間に設けて成るエンジン駆動式熱
ポンプ装置において、前記二重管熱交換器へ流れる冷却
水の一部をバイパスさせるバイパス回路を設けるととも
に、該バイパス回路に水バイパス弁を設けたことを特徴
とするエンジン駆動式熱ポンプ装置。
【請求項２】前記冷却水回路には冷却水を冷却するた
めのラジエータが設けられ、前記バイパス回路は冷却水
回路の前記二重管熱交換器の上流側から分岐し、前記ラ
ジエータの上流側に接続されることを特徴とする請求項
１記載のエンジン駆動式熱ポンプ装置。
【請求項３】前記室内熱交換器は複数台設けられ、前
記水バイパス弁は室内熱交換器の運転台数に応じて制御
されることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジン
駆動式熱ポンプ装置。
【請求項４】前記バイパス回路による冷却水のバイパ
スは、暖房運転時であって、且つ、冷却水温度が所定値
以下のときに行うことを特徴とする請求項１，２又は３
記載のエンジン駆動式熱ポンプ装置。
【請求項５】エンジンによって駆動される圧縮機によ
って冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する
冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路に
は膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設け、前記
冷却水回路には排気ガス熱交換器を設けるとともに、冷
媒と冷却水の間で熱交換を行わせる二重管熱交換器を冷
媒回路と冷却水回路の間に設けて成るエンジン駆動式熱
ポンプ装置において、前記二重管熱交換器へ流れる冷却
水の流量を制御する流量制御弁と、少なくとも暖房運転
時の冷却水温度、冷媒圧力及び前記室内熱交換器の運転
台数に応じて前記流量制御弁の開度を制御する制御手段
を設けたことを特徴とするエンジン駆動式熱ポンプ装
置。