JPS6176859A - 内燃機関駆動ヒ−トポンプ冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野Ｊ ）Ｋ発明は、内燃機関で駆動されるヒートポンプによっ
て冷暖房を行う内燃機関駆動ヒートポンプ冷暖房装置に
関する。

「背景技術どその問題点］ 一般に、内燃機関を動力装置として使用する場合、その
軸出力は投入燃料の作か２５％ないし３０％であり、残
りは未利用のまま捨てるか、排熱を回収するにしても高
価な熱交換器や循環ポンプ等を必安どする」−１周囲へ
の放熱ロスおよび熱交換ロスが避けられないことから、
効率が極めて悪かった６その上、配管接続系統のための
装置が複雑かつ高価であった。

このため、動力装置として用いる内燃機関を。

水等の熱媒体が収納されたタンク内に直接浸漬して内燃
機関からの排熱を利用するシステムとして、内燃機関駆
動ヒートポンプが考えられた。

従来、内燃機関駆動ヒートポンプによって冷暖房を実施
する場合、水等の熱媒体中に浸漬された内燃機関によっ
てヒートポンプのコンプレッサを駆動させるとともに、
ヒートポンプの冷奴コンデンサを熱媒体中に浸漬させ、
この冷媒コンデンサのＳｍ熱および内燃機関からの排熱
等により熱媒体を昇温させ、この昇温された熱媒体を暖
房や給湯の熱源として利用する一方、冷媒コンデンサに
よって冷却、液化された冷媒を膨張弁を介して冷媒熱交
換器へ送り、そこで空気と熱交換させて冷房する。方式
がある。

ところが、このような方式では、暖房回路と冷房回路と
が別であるから、それぞれに室内熱交換器を必要とする
欠点がある。

［発明の目的］ ここに、未発明の「１的は、このような点に鑑み、冷暖
房回路を１系統として回路の簡素化を図った内燃機関駆
動ヒートポンプ冷暖房装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］そのため、
本発明では、内燃機関の排熱等を熱クリ体へ蓄熱させ、
その熱媒体をブラインとして循環させるとともに途中に
室内熱交換器を有する回路を設け、暖房時は熱媒体をブ
ライン循環回路へ循環させる一方、冷房昨はヒートポン
プによってブライン循環回路のブラインを冷却し、これ
により上記目的を達成しようとするものである。

共体的には、内部に熱媒体を収納したタンクと、このタ
ンクの熱媒体中に少なくとも一部が浸７／【された内燃
機関と、この内燃機関によって駆動されるヒートポンプ
とを備えた冷暖房装置において、前記タンク内の熱媒体
を循−させるとともに居中に室内熱交換器を有するブラ
イン循環回路を設け、暖房時は１１１１記タンク内の８
媒体をブライン循環回路へ循環させる一方、冷房時はブ
ライン循環回路のブラインをヒートポンプの冷媒によっ
て冷却する。ことを特徴としている。

［実施例］ 第１図はブライン循環式の内燃機関駆動ヒートポンプ冷
暖房給湯システムを示している。同図において、外表面
が断熱材等によって覆われた有底円筒形状のタンクｌの
内部には、密閉構造の貯湯タンク２と上面を開放した有
底円筒形状の蓄熱タンク３とがそれぞれ区画形成されて
いる。前記貯湯タンク２の内部には、市水管４からフロ
ート弁５および垂直ｖ６を通じて供給された市水がフロ
ート弁５によって設定された水位まで満たされている。

また、前記蓄熱タンク３には、その内部に熱媒体として
の水が所定量満たされているとともに。

上端開口部に例えば自転車タイヤのゴムチューブのよう
な中空リング状のゴムチューブからなるシール兼防振部
材１１を介して船型形状の支持リング１２が載置されて
いる。支持リング１２には、その下面側中央つまり蓄熱
タンク３内の水に浸されたマウンティングブロック部分
に内燃機関１３が取付けられているとともに、上面側に
前記内燃機関１３によって駆動されるヒートポンプ３０
のコンプレーｌす１４およびオイルフィルタ１５等がそ
れぞれ設けられている。そして、これらコンプレッサ１
４およびオイルフィルタ１５等を覆うように断熱および
吸音効果を有するキャップ１６が被嵌されている。また
、前記内燃機関１３には、その吸気口側に一端が前記支
持リング１２を通ってキャップ１６によって閉塞された
室内に突出された吸気管１７の他端が接続されていると
ともに、ＩＪ１′気口側に途中が前記蓄熱タンク３内の
水に浸漬されかつ一端が前記支持リング１２を経て外部
に突出された排気管１８の他端が接続されている。排気
管１８の途中には、ドレンパイプ１９を前記蓄熱タンク
３の外部へ導出したドレンボッ）２０が設けられている
。これにより、内燃機関１３が駆動されると、その内燃
機関１３からの排気が排気管１８を通って外部へ排出さ
れる際、蓄熱タンク３内の水と熱交換されるため、蓄熱
タンり３内の水が昇温される。

前記ヒートポンプ３０は、第２図にも示す如く、前記コ
ンプレッサ１４の吐出側に配管３１を介して切換弁３２
が接続されている。切換弁３２には、前記配管３１のほ
かに、配管３３を介して前記蓄熱タンク３内の底部に配
置された冷媒コンデンサ３４の一端側が接続されている
とともに、配管３５を介して切換弁３６が接続されてい
る。

前記冷媒コンデンサ３４の他端側には、配管３７を介し
て切換弁３８が接続されている６切換弁３８には膨張弁
３９を介して切換弁４０が接続され、この切換弁４０に
は冷媒−ブライン熱交換器４１の一端が接続されている
。冷媒−ブライン熱交換器４１の他端には、配管４２を
介してコンプレッサ１４の吸込側が接続されている。ま
た、前記切換弁３６には、配管４３を介してコンプレッ
サ１４の吸込側が接続されているとともに、配管４４を
介して空気熱源熱交換器４５の一端側が接続されている
。空気熱源熱交換器４５の他端側には、配管４６を介し
て前記切換弁３８が接続されているとともに、逆止弁４
７を介して前記切換弁４０が接続されている。

また、前記蓄熱タンク３には、その蓄熱タンク３内の水
をブラインどして循環さぜるブーライン循環回路５０が
設けられているとともに、内部上方列周部に熱交換コイ
ル７１が配置されている。前記ブライン循環回路５０は
、前記蓄熱タンク３の上部へ開口した配管５１に三方弁
５２が接続されている。三方弁５２には、配管５１のほ
か、配管５３を介して循環ポンプ５４の吸込側が接続さ
れているとともに、配管５５を介して放熱器５６の−ｉ
側が接続されている。循環ポンプ５４の吐出側には室内
熱交換！Ａ５７の一端が接続され、この室内熱交換器５
７の他端側に三方弁５８を介して前記蓄熱タンク３の下
部へ開口した配管５９が接続されている。三方弁５８と
配管５３との１ｉＪｆには４１環するブラインが前記冷
媒−ブライン熱交換器４１によって冷却される循環路６
０が接続されている。また、前記放熱器５６の他端側は
、循環ポンプ６１を介して前記配管５９に接続されてい
る。

前記熱交換コイル７１には、その下端側に一端が前記貯
湯タンク２の上部に開口されかつ途中に出湯ポンプ７２
を有する連通管７３の他端が接続されているとともに、
上端側に三方弁７４が接続されている。三方弁７４には
、一端が前記貯湯タンク２の下部に開口されたバイパス
管７５の他端が接続されているとともに、出湯管７６が
接続されている。

次に、本実施例の作用を説明する。内燃機関１３が駆動
されると、内燃機関１３の排熱は蓄熱タンク３内の水に
直接吸収されるとともに、内燃機ｌＡ１３からの排熱は
排気管１８を通って外部へ排気されるｌ’！ｌ−蓄熱タ
ンク３内の木に吸収される。

これにより、蓄熱タンク３内には高温の温水が形成され
る。

本実施例では、ヒートポンプ３０の各種弁およびブライ
ン循環回路５０の三方弁５２．５８の切換えにより、冷
房運転、暖房運転、貯湯運転をそれぞれ行うことができ
る。

冷房運転の場合、ヒートポンプ３０では、コンプレッサ
１４によって圧縮されかつ高圧化された冷奴は、配管３
１→切換弁３２→配管３５→切換（？　３６→配管４４
＋空気熱ｍ熱交換器４５→配管４６→！／Ｊ検弁３８→
膨張弁３９→切換弁４０→冷媒−ブライン熱交換器４１
→配管４２の経路を経て、コンプレッサ１４の吸込み側
へ戻される。このとき、空気熱源熱交換器４５へ入った
冷媒は外気によって冷却されかつ液化された後、冷媒−
ブライン熱交換器４１でブライン循環回路５０を循環す
るブラインより熱を奪って気化、膨張する。

一方、ブライン循環回路５０では、冷媒−ブライン熱交
換器４１により冷却されたブラインは、循環ポンプ５４
の駆動により室内熱交換器５７を通って室内を冷房した
後、三方弁５８および配管６０を通っ−〔再び冷媒−ブ
ライン熱交換器４１で冷却され、以下実線の矢印に沿っ
て循環される。

これにより、冷房される。

こノドき、コンプレッサ１４によって圧縮されかつ高圧
化された冷媒を、配管３１→切換弁３２→配管３３→冷
奴コンデンサ３４→配管３７−！、＋７換弁３８→（以
下同様）の経路で循環させれば、冷媒コンデンサ３４で
冷媒が液化する際、貯湯タンク２内の水に凝縮熱を与え
、その貯湯タンク２内の水を昇温させることができる。

暖房運転の場合、ブライン循環回路５０では、循環ポン
プ５４が駆動すると、蓄熱タンク３内の上層の水は、配
管５１、三方弁５２および配管５３を介して室内熱交換
器５７へ入り室内を暖房した後、三方弁５８および配管
５９を通って蓄熱タンク３の下層へ循環される。これに
より、室内熱交換器５７での送風は、温風に変換される
。従って、外気温が低下しても、ブライン循環回路５０
によって蓄熱タンク３内の高温水を回せるので、吹出し
温度を高く維持させることができる。

なお、ヒートポンプ３０では、コンプレッサ１４によっ
て圧縮されかつ高圧化された冷媒は、配管３１→切換弁
３ｚ→配管３３→冷媒コンデンサ３４→配管３７→切換
弁３８→膨張弁３９→切換弁４０→逆止弁４７→配管４
６→空気熱源熱交換器４５→配’ｉｉ’　４４−＋切換
弁３６→配管４３．４２の経路を経て、コンプレッサ１
４の吸込み側へ戻される。このとき、冷媒コンデンサ３
４へ入った冷媒は、蓄熱タンク３内の水に凝縮熱を与え
て蓄熱タンク３内の水を昇温させた後、空気熱源熱交換
器４５で外気から熱を奪って気化、膨張する。

従って、これにより、貯湯運転を行なうことができる。

〜方、給湯需要が生じた場合、出湯ポンプ７２を駆動さ
せると、貯湯タンク２内の水は蓄熱タンクｚ内の熱交換
コイル７１を経由し、三方弁７４を通って出湯管７６か
ら出湯される。従って常に晶−の温水を多岐に供給でき
る。この際、暖房負荷が低いときに、出湯ポンプ７２の
運転により。

！貯湯タンク７２内の水を熱交換コイル７１を通した際
、三方Ｊ「７４およびバイパス管７５を介して貯湯タン
ク７２へ循環させ、貯湯タンク７２内を昇温させておけ
ば、緊急な給湯要求に応じられる。

なお、蓄熱タンク３内の温水が高温度になりすぎた場合
は、循環ポンプ６１を駆動させ、蓄熱タンク３内の上層
の温水を配管５１．三方弁５２および配管５５を介して
放熱器５６へ送り、そこで冷却した後、配管５９を介し
て蓄熱タンク３内の下部へ戻すようにすればよい。

従って、本実施例によれば、冷房運転、暖房運転、貯ｉ
運転が可能である。しかも、冷房回路および暖房回路が
１系統でよいので、回路の簡素化を図ることができる。

特に、暖房運転の場合、蓄熱タンク３内で高温になった
温水を廻せるので、例えば外気温度が低下しても、吹出
し温度を高く維持することもできる。

また、内燃機関１３の発熱および排気熱等を蓄熱する蓄
熱タンク３と、市水を収納した貯湯タンク２とをそれぞ
れ設け、給湯時において、貯湯タンク２の湯を出湯ポン
プ７２によって汲上げ、蓄熱タンク３内の熱交換コイル
７１を経由して出湯するようにしたので、従来の貯湯型
（蓄熱タンクとは別に貯湯タンクを設けた型）と蓄熱リ
アルタイム型（Ｊ　Ｑタンク内゛に熱交換コイルを設け
、市水を熱交換コイルを通して出湯させる型）との欠点
を補完した給湯が可砲で、かつ全体容量をコンパクトに
することができる。また、従来は給湯時に暖房を切って
いるのが多かったが、本実施例では内燃機関排熱と冷媒
コンデンサ３４による加熱とで熱容♀を十分に確保でき
るので、給湯と同時に暖房も実施することができる利点
がある。

なお、Ｌ記実施例では、貯湯タンク２と蓄熱タンク３と
を−［−下方向へ積層した構造としたが、横方向に並べ
てもｌ１１１様の効果が得られることは言うまでもない
０例えば、高さ方向に制限がある場合は、横方向へ並へ
る方が好都合である。

［発ＩＩＩの効果コ 以上の通り、本発明によれば、冷暖房回路を簡、も化で
きる内燃機関駆動ヒートポンプ冷暖房？を置を１是供す
ることができる。゛

【図面の簡単な説明】

第１図は未発■９１の一実施例を示す図、第２図はヒー
トポンプの回路図である。 １・・・タンク、２・・・貯湯タンク、３・・・蓄熱タ
ンク、１３・・・内燃機関、３０・・・ヒートポンプ、
３４・・・冷媒コンデンサ、５０・・・ブライン循環回
路、５７・・・室内熱交換器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に熱媒体を収納したタンクと、このタンクの
   熱媒体中に少なくとも一部が浸漬された内燃機関と、こ
   の内燃機関によって駆動されるヒートポンプとを備えた
   冷暖房装置において、前記タンク内の熱媒体を循環させ
   るとともに途中に室内熱交換器を有するブライン循環回
   路を設け、暖房時は前記タンク内の熱媒体をブライン循
   環回路へ循環させる一方、冷房時はブライン循環回路の
   ブラインをヒートポンプの冷媒によって冷却することを
   特徴とする内燃機関駆動ヒートポンプ冷暖房装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記タンクを前
   記内燃機関が浸漬された蓄熱タンクと貯湯タンクとから
   構成し、蓄熱タンクの底部に前記ヒートポンプの冷媒コ
   ンデンサを配置するとともに、前記蓄熱タンク内の熱媒
   体をブラインとして前記ブライン循環回路へ循環させる
   ように構成したことを特徴とする内燃機関駆動ヒートポ
   ンプ冷暖房装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記貯湯タンク
   内の湯を蓄熱タンク内の熱媒体中を経由して出湯させる
   ことを特徴とする内燃機関駆動ヒートポンプ冷暖房装置