JPS6256428B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、都市ガスや灯油等の燃焼エネルギー
を原動力とする熱機関を用いて圧縮機を駆動して
暖房を行う暖房装置に関するものである。

〔従来技術〕

近年、省エネルギー的観点等より、都市ガスや
灯油等の燃焼エネルギーによるヒートポンプによ
り冷暖房を行う冷暖房装置の開発が盛んである。
このヒートポンプは燃焼エネルギーによりエンジ
ン等を運転し、これによりヒートポンプ用圧縮機
を駆動して冷暖房を行うものであり、暖房時エン
ジンの排熱を暖房に利用することができるので、
電動式ヒートポンプより、省エネルギーである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来のエンジン駆動の排熱回収式
ヒートポンプにおいては次の如き問題点があつ
た。

即ち、従来のヒートポンプにおいては、外気温
度が非常に低い時や、降雪時には、外気側熱交換
器における蒸発温度低下し、冷媒ガスの比体積が
著しく増大して冷媒循環量が激減して暖房能力が
異常に低下し、また着霜を生じて使用不可能にな
ることがある。このような場合にヒートポンプに
よる負荷温水の加熱ができなるなるばかりでな
く、ヒートポンプ負荷が小なることによりエンジ
ンを定格回転数で回転せしめることができず、圧
縮機を止めた場合は、その排熱を利用することが
できず、また、エンジンのみ回転せしめるとして
も負荷がないのでアイドリング運転となるため、
排熱量も減少し、結局、暖房容量は、汲み上げる
べき外気の熱が減少した分だけの熱にとどまら
ず、ヒートポンプ運転できないことによるヒート
ポンプ加熱分の減少とエンジンの排熱量の減少と
が相まつて暖房容量の低下が甚だしい、という問
題点があつた。

また、このような外気温異常低下時の対策とし
て、実公昭51―35632号公報に示された技術も知
られているが、この場合には、外気温が異常に低
下したときのエンジンの排熱の利用は、外気を介
して、蒸発器を加熱するにとどまり、放熱損が大
きく、また負荷流体である車内空気を排熱で加熱
せず、しかもさらに、外気からの熱の汲み上げを
並行して行うこともできず、それだけ負荷流体の
加熱量が少なく、また、外気温が通常であるとき
にはエンジンの排熱を利用するものではなく、排
熱回収が良好に行われていない、という問題点が
あつた。

また、実公昭52―22735号公報に示された如き
ものがあるが、外気温が通常の場合において外気
からの熱の汲み上げが行われておらず、熱の回収
量が少なく、また、外気温が異常に低下した場合
においては、エンジンの排熱の利用はヒートポン
プの蒸発器を熱するにとぼまり、負荷流体である
室内空気を加熱せず、しかも外気からの熱の汲み
上げを並行して行うことができず、それだけ室内
空気の加熱量が少ない、という問題点があつた。

本発明は、従来のものの上記の問題点を解決し
て外気温が異常に低下したときにもヒートポンプ
サイクルを作動せしめ、かつ着霜を防ぎ、負荷流
体を加熱すると共に排熱によつても作動流体を加
熱し、暖房容量の低下を最小限に抑制し、かつ、
外気温が通常の温度である場合においてもヒート
ポンプと共にエンジン排熱により負荷流体を加熱
し、熱利用効率を向上せしめる暖房装置を提供す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、熱機関により駆動される圧縮機、外
気側熱交換器、負荷側熱交換器、膨張装置及びこ
れらの機器を接続する冷媒経路よりなるヒートポ
ンプと、前記熱機関からの排熱を回収する排熱回
収装置とを備えた暖房装置において、前記冷媒経
路に前記外気側熱交換器に並列に配備された補助
蒸発器と、前記排熱回収装置及び前記負荷側熱交
換器に負荷流体を導く負荷流体経路と、前記補助
蒸発器に負荷流体又は排熱媒体を導く補助熱源経
路と、外気温を直接的又は間接的に検出する外気
温検出装置と、得られた検出値を設定値と比較
し、かつ、外気温が所定の異常低温度以下である
ときに、該検出値に基づいて、前記補助蒸発器へ
の冷媒流の分岐供給を行う冷媒流分岐装置とを備
えたことを特徴とする暖房装置である。

〔実施例〕

本発明を実施例につき図面を用いて説明する。
図面に示された冷房兼用の暖房装置において、１
は圧縮機、３は外気側熱交換器、７は負荷側熱交
換器、９は膨張装置としての膨張弁で、各機器を
冷媒経路で接続してヒートポンプが形成されてい
る。なお、冷媒経路には四方弁２、膨張弁６、チ
エツキ弁４，８が配備されて冷房運転に切換可能
に形成されている。５はレシーバーである。

ヒートポンプには、さらに外気側熱交換器３と
並列に補助蒸発器２３が配備されている。本実施
例ではレシーバー５と膨張弁９との間の冷媒経路
から外気側熱交換器３と四方弁２との間に冷媒経
路を接続する冷媒経路が外気側熱交換器３をバイ
パスするバイパス経路２６として分岐配備され、
該バイパス経路２６にバイパス弁２１と膨張弁２
２と補助蒸発器２３が配備されている。

２５は圧縮機１を駆動する熱機関として用いら
れているエンジン２５からの排熱を回収する排熱
回収装置として例えばジヤケツト１１や排ガス熱
交換器１４を備えている。

負荷流体を負荷側熱交換器７に導く負荷流体経
路には負荷側熱交換器７をバイパスする負荷流体
経路がバイパス経路１９として分岐配備されてい
る。バイパス経路１９はエンジン２５のジヤケツ
ト１１、冷却媒体冷却器１０、排ガス熱交換器１
４を通過するように設けられているが、冷却媒体
冷却器１０をバイパスし補助蒸発器２３を通過す
る補助熱源経路１６が分岐配備されている。１２
はポンプ、１３は三方弁、１５，１７，１８は三
方切換弁、２０は電磁弁である。

上述の如く形成された暖房装置はさらに外気温
を直接的又は間接的に検出する外気温検出装置
と、得られた検出値を設定値と比較し、かつ、外
気温が所定の異常低温度以下であるときに、該検
出値に基づいて、補助蒸発器２３への冷媒流の分
岐供給を行う冷媒流分岐装置が備えられている。
外気温検出装置としては、外気温度、蒸発圧力又
は蒸発温度などの如き外気温度関連物理量の検出
装置、即ち外気温を直接的又は間接的に検出する
検出装置が用いられる。冷媒流分岐装置は制御機
構とバイパス弁２１とからなり、制御機構は、外
気温検出装置により得られた検出値を設定値と比
較し、外気温が所定の異常低温度以下であるとき
に、検出値に基づいて、補助蒸発器２３への冷媒
流の分岐供給を行うものである。即ち検出装置か
らの信号を、予め定められた設定値と比較し、フ
イードバツクを行うか或いは予め定められたプロ
グラムに従つて、入力信号に対応する信号を出力
し、この出力信号により、バイパス弁２１を作動
させるものである。

なお、本実施例では外気温検出装置と制御機構
を兼ねるものとして外気温サーモスタツト２７を
用いている。

しかして、ヒートポンプサイクルの通常時は一
般の電動式空気熱源ヒートポンプと同様である。
即ち夏期冷房時においては、冷媒は圧縮機１→四
方弁２→外気側熱交換器３（凝縮器として作動）
→チエツキ弁４→レシーバー５→膨張弁６→負荷
側熱交換器７（蒸発器として作動）→四方弁２→
圧縮機１の順序で循環し、負荷側熱交換器７にお
いて冷水を冷却する。

暖房時においては四方弁２を切り換えて冷媒の
経路を変え、圧縮機１→四方弁２→負荷側熱交換
器７（凝縮器として作用）→チエツキ弁８→レシ
ーバー５→膨張弁９→外気側熱交換器３（蒸発器
として作用）→四方弁２→圧縮器１の順序で循環
し、負荷側熱交換器７において温水を加熱するよ
うになつている。

一方エンジン２５側サイクルは次のようになつ
ている。冷房時、ジヤケツト１１よりの排熱は冷
却媒体冷却器１０により外気により冷却される。
即ち、ジヤケツト１１を冷却して加熱された冷却
媒体はポンプ１２により吸込まれ、冷却媒体冷却
器１０に送られ、ここで冷却される。そして三方
弁１３を経由して、再びジヤケツト１１に供給さ
れる。なお、温度検出器２４によりこの冷却媒体
の温度が検出され、三方弁１３により排ガス熱交
換器１４のバイパス量が制御され、適温の冷却水
がジヤケツト１１に供給される。

暖房時は三方切替弁１５，１７，１８が切替え
られ、また電磁弁２０が開となりエンジン２５よ
りの排熱は温水加熱に供せられる。即ちジヤケツ
ト１１を冷却して加熱された冷却水（負荷温水の
一部）はポンプ１２によりバイパス経路１９に吸
い込まれ、三方切替弁１５、補助熱源経路１６を
通り補助蒸発器２３を通過し、その後、三方切替
弁１７を介して、排ガス熱交換器１４に送られ、
排ガスにより更に加熱される。

加熱された温水は三方切替弁１８を介して、負
荷側熱交換器７よりの温水と合流して、負荷加熱
に供せられる。温度の下つた負荷温水は電磁弁２
０を通り、再びジヤケツト１１の冷却に供せられ
る。なお負荷が少ないとき、ジヤケツト１１に供
給される温水温度が高過ぎる場合があるので、こ
の供給温度は温度検出器２４により検出され、三
方調節弁１３により、大略一定温度になるように
調節される。

また外気温が異常に低下した異常時、即ち外気
温が所定の異常低温以下になると外気温サーモス
タツト２７が作動しバイパス弁２１が開けられ、
液冷媒は膨張弁２２で減圧され、外気温低下時作
動蒸発器として設けられた補助蒸発器２３内でエ
ンジン２５の冷却水により加熱され蒸発する。逆
にエンジン２５の冷却水は冷却され、バイパス経
路１９の出口側の温水温度は低下する。しかしな
がら補助蒸発器２３にて冷媒を加熱することによ
りヒートポンプサイクルを成立せしめ、かつ着霜
を防ぎ、負荷側熱交換器７における負荷温水の加
熱を可能となし、かつエンジン２５を定格負荷運
転せしめて多量の排熱を発生せしめて負荷温水を
加熱することができ、これにより結局負荷温水を
有効に加熱することができる。

また、ヒートポンプは通常容量制御装置を有し
ている。即ち圧縮機が遠心式の場合はサクシヨン
ベーンコントロール装置、スクリユー圧縮機の場
合はスライドベーンコントロール装置を持つてい
るし、また、この実施例のように熱機関がエンジ
ンの場合は回転数制御を行うのが一般的なことで
ある。従つて容量制御装置が回転数制御装置の場
合は温水温度の低下に対処して回転数を増大させ
れば、低下した容量を回転増大になる増大エネル
ギーにより補うことができて、通常外気温時にお
ける暖房容量からの容量低下を防ぐことができ
る。外気温を直接検出する外気温サーモスタツト
２７のかわりに圧縮機１の吸込圧スイツチや蒸発
温度を検出するサーモスタツトを用い、間接的に
検出してもよい。また補助蒸発器２３の加熱源と
しては直接排ガスや凝縮器として作用する負荷側
熱交換器７の入口または出口の温水により加熱し
てもよい。

以上の実施例は上述の如き構成となつているの
で、外気温異常低下時、吸込圧力が異常低下する
ことなく、エンジン入力を増大することができる
のでエンジン駆動ヒートポンプが温水ボイラの如
き機能を持たせることができ、補助ボイラを別個
に設置する必要がなくなる。

〔発明の効果〕

本発明により、次の如き特別顕著な効果を有す
る暖房装置を提供することができる。

(1) 外気温が異常に低下した場合に、 (a) 通常の外気温の場合に用いる外気側熱交換
器と並列に挿入された補助蒸発器の負荷流体
と冷媒とを同時に導いた状態となし、冷媒を
負荷流体により加熱して蒸発せしめ比体積の
小なる冷媒ガスを発生せしめると共に着霜を
防止してヒートポンプサイクルの作動を可能
となし、このヒートポンプサイクルにより負
荷側熱交換器において負荷流体を加熱し、補
助蒸発器で奪われた熱以上の多量の熱を負荷
流体に与え、負荷流体を有効に加熱する。

(b) 負荷流体の一部が熱機関の排熱により直接
加熱されるようになつているので、負荷流体
の加熱量は一層大となり、また回収熱の放散
も少ない。

(c) (a)の如く、ヒートポンプサイクルの作動を
可能とすることにより、熱機関をアイドリン
グ状態ではなく定格負荷或いはそれに近い状
態で運転せしめるので、排熱量は多量とな
り、(a)と合わせて負荷流体の加熱量は大とな
る。

(d) 補助蒸発器で負荷流体から加熱されると同
時に、外気側熱交換器においても外気からの
熱の汲み上げが可能であり、ヒートポンプに
おける負荷流体の加熱量を増大せしめ得る。

(e) このように負荷流体の加熱をできるだけ行
つて、暖房容量の低下を防止する。

(f) しかも着霜が防止できて安定した運転を行
なう。

(2) 外気温が通常の温度である場合 (a) 外気から熱を汲み上げてヒートポンプサイ
クルを作動せしめて負荷流体を加熱すると同
時に、熱機関の排熱により負荷流体の一部を
加熱して熱利用率の向上をはかることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフロー図である。 １…圧縮機、２…四方弁、３…外気側熱交換
器、４…チエツキ弁、５…レシーバー。６…膨張
弁、７…負荷側熱交換器、８…チエツキ弁、９…
膨張弁、１０…冷却器、１１…ジヤケツト、１２
…ポンプ、１３…三方弁、１４…排ガス熱交換
器、１５…三方切替弁、１６…補助熱源経路、１
７…三方切替弁、１８…三方切替弁、１９…バイ
パス経路、２０…電磁弁、２１…バイパス弁、２
２…膨張弁、２３…補助蒸発器、２４…温度検出
器、２５…エンジン、２６…バイパス経路、２７
…外気温サーモスタツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 熱機関により駆動される圧縮機、外気側熱交
   換器、負荷側熱交換器、膨張装置及びこれらの機
   器を接続する冷媒経路よりなるヒートポンプと、
   前記熱機関からの排熱を回収する排熱回収装置と
   を備えた暖房装置において、前記冷媒経路に前記
   外気側熱交換器に並列に配備された補助蒸発器
   と、前記排熱回収装置及び前記負荷側熱交換器に
   負荷流体を導く負荷流体経路と、前記補助蒸発器
   に負荷流体又は排熱媒体を導く補助熱源経路と、
   外気温を直接的又は間接的に検出する外気温検出
   装置と、得られた検出値を設定値と比較し、か
   つ、外気温が所定の異常低温度以下であるとき
   に、該検出値に基づいて、前記補助蒸発器への冷
   媒流の分岐供給を行う冷媒流分岐装置とを備えた
   ことを特徴とする暖房装置。