JPS6032532Y2 - エンジン駆動ヒ−トポンプ式温水発生装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はヒートポンプをエンジンによって駆動し、かつ
エンジンの排気熱を回収することによって商用電源の得
られない場所においても使用可能であると共に燃料消費
量のの少ないコンパクトな温水発生装置を提供すること
を目的とするものである。

従来、施設園芸用温水あるいは室内暖房等に用いられる
温水発生装置としてはボイラ一式温水器が一般的である
が、この種ボイラ一式温水発生装置は燃料消費率が高い
ばかりでなく、液体燃料たとえば重油等の燃焼を促進す
る燃料霧化装置に内蔵される送風機を駆動するための電
力や、温水を循環させて放熱器に通じ、該放熱器に空気
を流通させて温風を発生させる場合の、ポンプあるいは
ファン等の駆動用電力を必要とするものであるから、ボ
イラーで消費する燃料油の外に電力量を加算した分の燃
料費を必要とし、しかも商用電源が得られない山間地や
小形船舶等の温水発生装置として利用出来ない難点があ
った。

勿論、ボイラ一式蒸気発生装置に蒸気タービン等を付設
し、これによって送風機やポンプ用の電力を得るための
発電機を駆動することも可能であるが、この様にボイラ
一式温水発生装置に発電用蒸気タービン等を付設する場
合は装置コストを高騰させるだけでなく、燃料消費率が
なお一層高くなる結果を招来する。

なお、かかる従来の温水発生装置が有していた移動の不
便さ並びに燃費高騰の問題を克服すべくエンジンに冷凍
機の圧縮機を連結し、該冷凍機によって回収した熱およ
び前記エンジンの排気ガスの熱を、該エンジンの水ジヤ
ケツト内を通過する温水循環回路の温水と熱交換器を介
して熱交換し、該温水循環回路に設けた放熱器から被空
調対象域に放出するようにした装置が特公昭４１−５８
５９号公報において提案されているが、かかる温水発生
装置はエンジンを動力源とするため移動が可能で、かつ
、燃費を低減し得る利点がある反面、冷凍機の凝縮器で
加熱された温水が冷却水回路を通じてエンジンの水ジャ
ケットに供給されるため、温水温度を上げることが出来
ず、装置の効率が低下すると共に、反対に温水温度を高
く設定して長時間連続運転した場合は、エンジンの過熱
を招く懸念があり、この点について改善すべき余地を残
していた。

本考案は更にかかる従来の温水発生装置が有していたエ
ンジン過熱の問題点に着目し、燃料消費率が低く、商用
電源が得られない場所においても使用可能で、かつ、長
時間連続運転を行ってもエンジンの過熱を生じない効率
の良いエンジン駆動ヒートポンプ式温水発生装置を提供
すべく考案されたもので温水循環系内を流通する温水を
加熱するための凝縮器を備えたヒートポンプ回路の圧縮
機をエンジンと連結すると共に、前記温水循環系にエン
ジンの排気と熱交換する排気熱回収用熱交換器を設けて
なるエンジン駆動ヒートポンプ式温水発生装置において
、前記ヒートポンプ回路の圧縮機を前記温水循環系の温
水の温度が所定の値より低いときに嵌入し、それより高
いときに離脱するクラッチ機構を介してエンジンに連結
すると共に、前記ヒートポンプ回路に、該ヒートポンプ
回路の低圧熱媒と前記温水循環回路から独立したエンジ
ン冷却水回路の冷却水とを熱交換する熱交換器を設はエ
ンジンの冷却水から熱を奪ってこれを温水の加熱に有効
利用すると同時に、エンジンの過熱を防止するようにし
た点にある。

以下、本考案の具体的内容を添付図面に示す実施例を参
照しつつ説明すると、第１図は本考案のエンジン駆動ヒ
ートポンプ式温水発生装置の構成を示した装置回路図で
あって、図において１はディーゼルエンジン等の燃費が
低廉な内燃機関のエンジン本体を示しており、該エンジ
ン本体１の出力軸２に、電磁クラッチ等のクラッチ機構
３を介して、ヒートポンプ式温水発生装置４の一構成要
素である圧縮機５の入力回転軸６が接続されている。

ヒートポンプ式温水発生装置４は、前記圧縮機５により
圧縮した高圧熱媒を通過させる凝縮器７と、高圧熱媒に
絞り作用を与えて圧力を低下させる膨張弁８と、低圧熱
媒を通過させ、その周囲たとえば大気、河川、地下水等
から蒸発熱をうばう蒸発器９と、前記エンジン１のシリ
ンダ等の要冷却部に設けられた水底部に冷却水ポンプ１
０により給送される循環冷却水から熱をうばう冷却水冷
却用熱交換器１１と、前記エンジン１の排気管１２の排
気通路１３に連結され、エンジン１の排気熱によって低
圧熱媒を昇温させる熱媒加熱用熱交換器１４とを有して
おり、これら各圧縮機５．＠縮器７、膨張弁８、蒸発器
９、冷却水冷却用熱交換器１１および熱媒加熱用熱交換
器１４の間を夫々熱媒配管１５． １６． １７． １
Ｂ、 １９． ２０で接続することにより、一連のヒ
ートポンプ回路Ａが形成されている。

但し、配管１９．２０は熱媒加熱用交換器１４を廃して
直接接続することもできる。

また、ヒートポンプ式温水発生装置４は、上記ヒートポ
ンプ回路Ａと共に、該ヒートポンプ回路の凝縮器７によ
って加熱される温水が循環する温水循環系２１を備えて
おり、また該温水循環系２１は温水を強制的に循環させ
る温水ポンプ２２と、前記エンジン１の排気通路１３に
設けられエンジン１から排出される排気燃焼ガスの熱を
回収する排気熱回収用熱交換器２３と、前記凝縮器７お
よび熱交換器２３により加熱された温水を通過させ、該
温水の熱を被空調対象域に送る空気に与えるための放熱
器２４とを備えている。

放熱器２４は大地に埋設させて地中に放熱する場合もあ
る。

図中２５は大気温度が極めて低い場合において温水加熱
温度を上昇させるため、前記エンジン１の排気通路１３
に付設したバーナー等の追焚装置である。

第２図は第１図において示したエンジン駆動式ヒートポ
ンプ式温水発生装置の外観図であって、エンジン１を収
設した枠体２６上に圧縮機５、冷却水冷却用熱交換器１
１、凝縮器７および膨張弁８が載置され、また工：ノジ
ン１の排気管１２に連結された排気マフラー２７部分に
はエンジン１の排気熱を回収する２つの熱交換器１４．
２３が設けられていると共に、エンジン１の出力軸２に
クラッチ３を介して連結された駆動プーリ２８と、前記
圧縮機５の入力軸６に取着されたプーリ２９および温水
循環ポンプ２２の入力軸に取着されたプーリ３１との間
には夫々動力電動ベルト３０゜３２が掛張され、エンジ
ン１の駆動に伴って圧縮機５およびポンプ２２が駆動す
る構成となっており、更に、前記膨張弁８および熱交換
器１１が延出した熱媒配管１７．１８が蒸発器９と接続
されている。

第３図は前記エンジン１の排気通路１３に設けられる排
気熱回収用熱交換器２３の一例を示したもので、該熱交
換器２３は、その本体３３の下部にエンジン１の排気管
１２を接続する排気人口３３ａを有し、かつ上部に排気
出口３３ｂを有していると共に、該本体３３内において
排気が上昇する方向と略直交して、前記温水循環系２１
の温水を動方向にジクザク状に流下させるチューブ３４
を備えていて、該チューブ３４内を流通する温水を排気
熱によって加熱するようになっている。

なお、前記エンジン１の出力軸２と、圧縮機５の入力軸
６との間に介装されるクラッチ機構３としては、例えば
、実開昭５０−３８５５３号公報において開示された如
き、温度検出スイッチおよび温度制御回路の作用により
、離れた位置から嵌脱制御が可能な電磁クラッチ等のク
ラッチが用いられ、前記記温水循環系２１を流れる温水
の温度変化を検知して得られる信号により自動的に係合
離反が制御される。

また、エンジン１には、前記クラッチ機構３が離反し、
ヒートポンプが停止した場合における冷却水温度の上昇
を防止すべく、冷却水冷却用熱交換器１１の外に、適宜
の冷却水冷却器たとえばラジェター等が併設されること
はいうまでもない。

更に、上記第１図乃至第３図に示した実施例には明示し
ていないが、本考案の温水発生装置に用いられる、ファ
ンモータ、ポンプ、送風機等の動力源はすべてエンジン
１の出力によって賄うのが商用電源が得られない場所に
おいて使用可能となす上に好適であるが、商用電源が容
易に手に入る場合は、勿論外部の電源から電力を得てこ
れらを駆動させることも可能である。

また更に、本考案は温水発生装置として構成されたもの
であるが、前記温水循環系２１の放熱器２４の代わりに
吸収式冷凍機を取付ければ、省エネルギー型の冷水発生
装置として利用することも出来る。

本考案のエンジン駆動ヒートポンプ式温水発生装置は叙
上の如き構成を有するものであって、暖房運転を行うに
際しては、エンジン１を駆動させクラッチ機構３を係合
状態にして圧縮機５を作動させると、ヒートポンプＡ回
路における熱媒が該圧縮機５によって圧縮され高圧熱媒
となって凝縮器７を通る際、温水循環系２１の温水に熱
を与え、その後膨張弁８で急激に圧力を減じて蒸発器９
で周囲から熱をうばい、更に冷却水冷却用熱交換器１１
でエンジン１の冷却水から熱をうばってエンジン１の排
気通路１３に設けた熱媒加熱用熱交換器１４で加熱され
て再び圧縮機５に戻る。

したがって蒸発機９．熱交換器１１．１４で熱媒に与え
られた熱は凝縮器７において温水循環系２１の温水に与
えられることになり、また温水はエンジンの排気通路１
３に設けられた排気熱回収用熱交換器２３を通過する際
において暖房用空気を加熱し、加熱された空気が空調対
象域に送られる。

なお、外気温度が極めて低く、ヒートポンプ式温水発生
装置の能力が不足する場合には、エンジン１の排気通路
１３に設けた追焚装置２５を運転して温水の温度を上昇
させる。

また、温水の温度が所定以上に達した場合は、温水の温
度を検知して制御装置が作動し、クラッチ機構３を離反
状態となしてヒートポンプを停止させ温水の温度上昇を
抑制する。

かくして、温水の温度に即応してクラッチ機構７が嵌脱
され、これによってヒートポンプが発停して温水循環系
２１の放熱器２４を通過する温水が所定温度に維持され
、空調対象域に送られる空気温度が一定に保たれる。

以上述べた如く、本考案の温水発生装置は、温水循環系
内を流通する温水を加熱するための凝縮器を備えたヒー
トポンプ回路の圧縮機をエンジンと連結すると共に、前
記温水循環系にエンジンの排気と熱交換する排気熱回収
用熱交換器を設けてなるエンジン駆動ヒートポンプ式温
水発生装置において、前記ヒートポンプ回路の圧縮機を
前記温水循環系の温水の温度が所定の値より低いときに
嵌入し、それより高いとき離脱するクラッチ機構を介し
てエンジンに連結すると共に、前記ヒートポンプ回路に
、該ヒートポンプ回路の低圧熱媒と前記温水循環回路か
ら独立したエンジン冷却回路の冷却水とを熱交換する熱
交換器を設け、エンジンの機械的エネルギー、排気ガス
およびエンジン冷却水に放出される熱エネルギーを回収
し、温水の加熱に有効利用し得る構成となしたものであ
るから、従来のボイラ一式温水発生装置と比較して、装
置の移動が容易で、商用電源が得られない場所での使用
が可能であり、気温Ｏ℃の条件下において約３０〜４０
％の燃料費節約を可能とし、経済性の面において特にす
ぐれており、また、エンジン冷却水から熱を奪ってその
温度上昇を抑制し、かつ、温水循環回路の温水加熱を行
うため、長時間の連続運転によるエンジンの過熱を防止
し得ると共に、温水循環回路の温水温度を従来のエンジ
ン駆動温水発生装置より高く維持することが可能であり
、装置の効率を大巾に向上し得るなどのすぐれた効果を
発揮する。

しかも、本考案によれば、エンジンとヒートポンプ回路
の圧縮機とを温水循環回路の温水温度が所定値より低い
ときに嵌入し、それより高いとき離脱するクラッチ機構
を介して連結しているため、温水循環回路の温水を所定
温度に維持し得ると共に、エンジンに加わる余分な負荷
を軽減腰燃費を更に向上し得るという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のエンジン駆動し−トポンプ式温水発生
装置の構成を示す装置回路図、第２図は同装置の外観図
、第３図は同装置に用いられる排気熱回収用熱交換器の
構造の一例を示す概要図である。 １・・・エンジン、３・・・クラッチ機構、４−・・ヒ
ートポンプ式温水発生装置、５・・・圧縮機、７・・・
凝縮器、１１・・・熱交換器、２１・・・温水循環系、
２３・・・排気熱回収用熱交換器、Ａ・・・ヒートポン
プ回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 温水循環系内を流通する温水を加熱するための凝縮器を
   備えたヒートポンプ回路の圧縮機をエンジンと連結する
   と共に、前記温水循環系にエンジンの排気と熱交換する
   排気熱回収用熱交換器を設けてなるエンジン駆動ヒート
   ポンプ式温水発生装置において、前記ヒートポンプ回路
   の圧縮機を前記温水循環系の温水の温度が所定の値より
   低いときに嵌入し、それより高いとき離脱するクラッチ
   機構を介してエンジンに連結すると共に、前記ヒートポ
   ンプ回路に、該ヒートポンプ回路の低圧熱媒と前記温水
   循環回路から独立したエンジン冷却水回路の冷却水とを
   熱交換する熱交換器を設けたことを特徴とするエンジン
   駆動ヒートポンプ式温水発生装置。