JPS63113268A - 廃熱・温度差併用駆動形加熱装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、低温′熱エネルギおよび冷熱エネルギを利用
して高温の熱エネルギを発生せしめる加熱装置に関し、
具体的ＶＣは装置稼動用動力源の廃熱、その他太陽熱エ
ネルギを回収しこれを熱源の一部として利用し、効率的
に高温の熱エネルギを取り出し得るように構成した廃熱
・温度差併用駆動形加熱／冷却装置に関する。

（従来技術） ヒートポンプは、熱媒の気化罠際して取り込まれる気化
熱および熱媒の液化の際に放出される凝縮熱を利用して
熱エネルギの移動および伝達を行うものであるが、例え
ば室外の大気温度が低下するほど益々暖かくなる暖房機
即ち逆ストーブはこのヒートポンプを利用したものであ
る。従来、ヒートポンプを他の熱機関で駆動するように
した逆ストーブが知られている。これは、低い外気と定
温度熱源との間で熱機関を動かし、その熱機関の出力軸
に自動遠心クラッチを介して電動機を接続し、前記熱機
関の動力が充分大きいときは制御器で自動的に前記クラ
ッチをつないで直接熱機関の動力（出力）でヒートポン
プを駆動し、該ポンプで定温度熱源から熱を汲み上げて
放熱部へ導き、また前記熱機関の動力が充分でないとき
は、同様に前記制御器により前記クラッチを切って前記
電動機でヒートポンプを駆動するようにしたものである
。

（発明が解決しようとする問題点） 上述し究自動クラッチおよび制御器を用いた逆ストーブ
あるいは暖房装置では、熱機関の動力が充分でないとき
に熱機関側の動力を切って電動機の動力によりヒートポ
ンプを駆動するので、電動機に大電力が必要であり、ま
た熱機関側の動力の変化に制御器および自動クラッチが
適確罠追従せず、結局電動機が働かないまま熱機関側の
低下した動力でヒートポンプを駆動することとなり、ヒ
ートポンプしたがって逆ストーブが有効に働かないとい
った欠点がめる。また電動機はヒートポンプの圧縮器に
連結されるが、暖房機としては通常電動機と圧縮器とが
一体に組み込ｔｎた密閉形のものが一般的であり、この
ようなものにさらに熱機関の回転出力軸を連結すること
は構造的な無理が生じ、連結部からヒートポンプ系内の
熱媒体が漏れ出るといった不具合が起る。圧縮器と電動
機が分離した非密閉形のもっけ、圧縮器、電動機ともに
大型であって、この種の暖房機には適さない。

また上記形式のものはいずれも外部の引き込み電源のな
い場所では全く使用できず、さらにエネルギ全系統から
みれば、水力あるいは燃料等の一次エネルギから電気エ
ネルギだ変換してこれを駆動源とするものであるから、
その間て廃熱として失われる部分があり、エネルギ源全
搬の利用効率の点で末だ充分とはいい難い。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る廃熱・温度差併用駆動形加熱装置は、ヒー
トポンプ即ち加熱サイクル部と、熱機関即ち熱動力サイ
クル部と、廃熱回収蓄熱部と、ターボエンジンとを有し
、前記加熱サイクル部は。

吸熱器と凝縮器とを結ぶ熱媒体循環路に、内燃機関で駆
動可能な圧縮器および前記ターボエンジンの出力部を介
在せしめ、前記熱動力サイクル部は、放熱器と蒸発器と
を結ぶ熱動力媒体循環路に前記ターボエンジンの入力部
を介在せしめ、前記廃熱回収蓄熱部は、少くとも前記内
燃機関の生成熱を回収するとともに前記蒸発器および加
熱対象部の熱源となるように構成したものである。前記
内燃機関としては１例えばディーゼルエンジン、ガスエ
ンジン、ガソリンエンジン等が有効に採用され得る。

（実施例） 次に１本発明を１図面を参照しながら、実施例について
説明する。

第１図は本発明の実施例に係る加熱装置の概略図である
。本実施例の加熱装置は全体として符号Ａで示す加熱サ
イクル部と、符号Ｂで示す熱動力サイクル部と、符号Ｃ
の廃熱回収蓄熱部と、フロンターボエンジンＤと、内燃
機関、例えばディーゼルエンジン５と、加熱対象部Ｅへ
向けて放熱するための熱取出部を含む放熱機器Ｆとによ
りその概要が構成される。まず加熱サイクル部Ａは、系
内の媒体を気液変化させるのに適した吸熱器（蒸発器）
１と、後述する廃熱回収蓄熱部Ｃの蓄熱槽１７に配管（
回収熱媒体循環用配管）７を介して接続された加熱、サ
イクル側凝縮器２と、前記ディーゼルエンジンＩＩＣよ
り駆動されるヒートポンプ式圧縮器３とを有し、これら
の吸熱器１．凝縮器２、および圧縮器３を配管６（太線
で示す）で閉回路状に結び、この系内に例えば気液変化
し易い７０ン等の熱媒体を封入することにより構成され
る。なお必要に応じて系内にはフロンを補充するための
リキッドタンク５０およびフロンから油類を分離するた
めのオイルセパレータ５１が設ケラれる。前記吸熱器１
はこの加熱サイクル系で蒸発器として作用する。前記凝
縮器２には廃熱回収蓄熱部Ｃの蓄熱槽１７に：つながる
前記配管７および前記放熱機ａＦの冷温水供給管４２が
導入されるようになっている。また図示の実施例ではさ
らに、系内のフロンの循環方向を切り替えるための４万
弁１８および圧縮器３を使用せずに運転する場合ノバイ
パス経路８が設けであるが、これについては後述する。

バイパス経路８は通常圧縮５３に内蔵されており、外部
がら切り換え操作できるようになっている。

熱動力サイクル部Ｂは１例えば屋外の冷気にさらされる
放熱器（ｌｌｌ縮器）１１と、蓄熱槽１７内に収容され
該蓄熱槽内の定温度熱源との間で熱交換を行う蒸発器１
３と、熱媒体循環ポンプ１６と。

これらを閉回路状に結んで熱動力媒体循環路を形成する
配管１４（太線で示す）とから構成されている。配管１
４内には例えばフロン等のような気液変化する熱媒体が
封入され、この熱動力サイクル部側の熱媒体をここでは
熱動力媒体と称することとする。

フロンターボエンジンＤは、それぞれ羽根車を内蔵した
入力室３１．出力室３２を備えかつ画室の羽根車が中心
軸３０Ｖｃよって連結された形式のものが用いられる。

熱動力サイクル部Ｂの配管１４１ｉターボエンジンＤの
入力室３１を経由し。

加熱サイクル部Ａの配管６はターボエンジンＤの出力室
３２を経由するように構成される。

本実施例に設けられるディーゼルエンジン５は両＠に出
力軸を有する形式のものであり、その−方の出力軸は変
速機３３を介して加熱サイクル邦人の圧縮器３に連結さ
れ、他方の出力軸には発電機１０が連結される。３４は
ディーゼルエンジン５の燃料タンクである。

次に廃熱回収蓄熱部Ｃについて説明する。まずディーゼ
ルエンジン５の運転による排ガスは、排ガス−水熱交換
器１９および消音器２０を経て排出される。またディー
ゼルエンジン５のエンジン冷却水はエンジン稼動（より
加熱されるが、この加熱された冷却水も配管２３により
水−水熱交換器２１を通って循環する。蓄熱槽１７には
給水管３５を介し不冷水が供給されるが、この冷水はそ
の一部が排熱回収ポンプ３６および配管２２Ｖｃよって
該蓄熱槽１７と前記水−水熱交換ｉｉ！Ｓ２１および排
ガス−水熱交換器１９との間を循環する。さらに屋外設
置の太陽熱集熱器１８と蓄熱槽１７との間も配管２４　
、２４’を介して連結され、ポンプ２５によりこの間を
水が循環するように構成されている。これらの排ガス−
水熱交換器１９．水−水熱交換器２工および太陽熱集熱
画工８てより加熱された蓄熱槽１７内の水は、一部は給
湯ポンプ２Ｇによって取り出され、給湯として利用され
てもよいが、その大部分は前記配管７即ち回収熱媒体循
環路およびポンプ２９を介して加熱サイクル側凝縮器２
との間を、前記熱動力サイクル部Ｂの配管１４とは別系
統で、循環するようになっている。

このような構成において、まず最初にディーゼルエンジ
ン５を駆動し、該エンジン５に連結した発電機１０Ｖｃ
よって発電を行い、その電力を用いて熱動力サイクル部
Ｂの熱媒循環ポンプ１６を駆動し、配管１４内のフロン
を矢印方向へ循環させる。配Ｗ１４内のフロンはターボ
エンジンＤの入力室３１で羽根車を回転させ、中実軸３
０を介して出力室３２側の羽根車を回転せしめる。この
ターボエンジンＤの作動および前記ディーゼルエンジン
５の運転てよるヒートポンプ式圧縮器３の作動により、
加熱サイクル部Ａの配管６内のフロンは系内金気液変化
しながら循環する。即ち、配管６内のフロンは圧縮器３
で圧Ｉｍされ、実線矢印の如く凝縮器２に入って凝縮、
液化し、吸熱器１で膨張、気化し、この状態でさらに実
線矢印の如くフロンターボエンジンＤを経て再び圧縮器
３で圧縮し、循環する。凝縮器２では、フロンの凝縮に
より、吸熱器１でとり込んだ熱を冷温水供給管４２内の
水に与え、一方、ディーゼルエンジン５の運転を続ける
ことによる該エンジン５の排気熱およびエンジン冷却水
の熱は、前述の如く熱交換ｒＦ１９．２１を介して、太
陽熱集熱器１８からの熱とともに蓄熱槽１７に蓄積され
、配管７を経て凝縮器２で冷温水供給管４２内の水に与
えられ。

放熱機ｉＷＦから加熱対象部Ｅへ放熱される。

熱動力サイクル部Ｂの放熱器１１を外冷気に対面させる
ことにより、との熱動力サイクル部Ｂの系の配管１４内
のフロンは、Ｂ個数熱器１１とＢ側蒸発器１３との間で
気液変化しながら循環する。

即ち蒸発６１３で気化したフロンはターボエンジンＤの
入力室３１の羽根車を気体噴射で回転せしめ、Ｂ個数熱
器１１で外冷気に放熱して凝縮し。

このサイクルを繰り返す。外冷気の温度が下がる程、放
熱器１１と蒸発器１３との温度差は大きくなり、ターボ
エンジンの出力は強くなり、Ａ側系内のフロンの循環も
高まる。同様にディーゼルエンジン５の回転数を上げる
と圧ｍ５３によってＡ側系内のフロンの循環も高まるが
、同時にディーゼルエンジン５の排熱およびエンジン冷
却水の温度、したがって蓄熱槽１７の温度が上昇し、Ｂ
側の放熱器１１と蒸発器１３間の温度差が大きくなり、
Ａ側系内のフロンの循環もさらに高まる。このフロンの
循環および蓄熱槽１７の温度上昇により冷温水供給管４
２および放熱機器Ｆを経て加熱対象部Ｅへ強い放熱がな
される。なお、ディーゼルエンジン５′ｖｃ連結した発
電機１０ｖｃよる電力は熱媒循環ポンプ１６その他この
装置内だ設けた各種のポンプの駆動源として供給される
。

このようにＡ側系内のフロンの循環はターボエンジンＤ
および圧縮器３の双方で行われるので。

それだけ圧縮器３の動力即ちディーゼルエンジン５の駆
動力も小さくてよく１％に蓄熱槽１７の温度が高く、蓄
熱が充分であるときは、ディーゼルエンジン５の駆動を
停止してもよく、あるいは圧縮器３の部分でバイパス経
路８ｔ−通してＡ側系内のフロンを、該圧縮器３を介さ
すて、循環させてもよい。

第１図の実施例はＡ側の吸熱器１およびＢ側の放熱器１
１をそれぞれ別の場所に分離して設置した例であるが、
第２図の実施例に示すように、これらの吸熱器、放熱器
１１を互いに隣接して配置し、外気にさらすように野外
に設置し、野外の空気流４１がＢ個数熱器１１から吸熱
器ｌを貫通して流れるように適当な７アン３７を設ける
こともできる。これによってＢ個数熱器１１からの温熱
がＡ側の吸熱器ＩＶｃとり込まれ、該吸熱器ＩＶｃよる
系内のフロンの気化が促進される。さらに、放熱器１１
．吸熱器１１Ｃそれぞれ個別にファン３８゜３９を設け
、しかもこれらのファン３７，３８゜３９を開成、閉成
できるようにし、季節に応じて、あるいは周囲環境温度
の変化に対応して放熱器１１および吸熱器１の通り抜は
用のファン３７ｆ。

閉塞して各個のファン３８．３９のみを使用したり、そ
の逆に前記ファン３７のみを使用してファン３８．３９
を閉塞したりすることができるようにする。この第２図
の形態の場合は、吸熱器１を外気による冷気あるいは暖
気にさらして該吸熱器１内のフロンを気液変化させよう
とするものであり、これは特に、後述のように本装置を
加熱、冷却兼用の冷暖房装置として構成した場合に有効
である。具体的には、冬期１ｃｌｉ７アン３８．３９を
ダンパ５３で遮断しＢ個数熱器１１の貫通空気流４１で
吸熱器１を加熱し、夏期Ｖｃｆ′ｉ７アン３７を遮断し
てファン３８．３９により図示のような個別に流れる空
気流４０を生じさせて吸熱器１．放熱器１１を外気で冷
やし、冷温水供給管４２から冷水を冷却機ＷＦへ与える
ようにする。この場合は後述の冷房モードの場合である
。

冷房モードのときは４万弁１８を切り換えて加熱サイク
ル部Ａにおける配管６内のフロンが第１図の破線矢印の
如く流れるようにする。この場合。

前記吸熱器は放熱器として作用し、前記凝縮器２は蒸発
器として作用する。また冷房モード時には冷温水供給管
４２に蓄熱槽１７の熱を与えるための配管７は遮断され
る。Ａ側系内の配管６を循環するフロンは、前記吸熱器
ｌで凝縮し、前記凝縮器２で気化し、冷温水供給管４２
ｔ−介して対象部Ｅを冷却させる。なお５２は冷温水供
給管４２に設けられた循環用ポンプ、５４は加熱又は冷
却用機器のファンである。なお％４方弁１８を図示の如
く配置することにより熱動力サイクル部Ｂの熱動力媒体
の流れ方向、したがってターボエンジンＤの回転方向は
変らない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、蒸発器と放熱器と
を結ぶ加熱サイクル系を温度差利用の熱動力サイクル系
および内燃機関で駆動しかつ該内燃機関の廃熱を回収し
て前記加熱サイクル系および熱動力サイクル系の熱源に
利用したので、小さい動力で効率的に高い熱エネルギを
取り出すことができ、また系内の循環ポンプの電力も前
記内燃機関を利用して自給することができ、全体として
きわめて高効率のエネルギの無駄のない加熱／塗工【 脚装置が実トできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る加熱／冷却装置の概略図
、第２図は本発明の他の実施例における放熱器部分を示
した概略図である。 １・・・吸熱器、　　　２・・・凝縮器。 ３・・・圧縮器、　　　５・・・ディーゼルエンジン、
６．７，１４，２２．２３，２７．２４．２４’・・・
配管。 １３・・・蒸発器、　　　１０・・・発電機。 １７・・・蓄熱槽、　　　１１・・・放熱器、１８・・
・太陽熱集熱器。 １９・・・排ガス−水熱交換器、 ２１・・・水−水熱交換器。 ２７・・・回収熱媒体循環路、 ４２・・・冷温水供給管、　　　４０．４１・・・空気
流、Ａ・・・加熱サイクル部、　Ｂ・・・熱動力サイク
ル部。 Ｃ・・・廃熱回収蓄熱部、　Ｄ・・・ターボエンジン、
Ｅ・・・加熱（冷却）対象部、　Ｆ・・・放熱機器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）、吸熱器と凝縮器と内燃機関で駆動される圧縮器
   とを熱媒体循環路で閉回路状に連結した加熱サイクル部
   、放熱器と蒸発器とを熱動力媒体循環路で閉回路状に連
   結した熱動力サイクル部、前記内燃機関の運転による生
   成熱その他外部熱源装置の集熱を蓄熱する廃熱回収蓄熱
   部、および入力室側を前記熱動力サイクル部の熱動力媒
   体循環路にまた出力室側を前記加熱サイクル部の熱媒体
   循環路に連結したターボエンジンを有し、加熱対象部へ
   の供給管を前記加熱サイクル部の凝縮器内に介在せしめ
   、前記廃熱回収蓄熱部の集熱を前記熱動力サイクル部の
   蒸発器の熱源とするとともに加熱対象部の熱源としたこ
   とを特徴とする廃熱・温度差併用駆動形加熱装置。
2. （２）、前記吸熱器および前記放熱器は、互いに隣接し
   て配置されかつ該吸熱器および放熱器を貫通する空気流
   を生じさせる手段および該吸熱器および放熱器をそれぞ
   れ個別に流れる空気流を生じさせる手段を備えることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した廃熱・温度
   差併用駆動形加熱装置。
3. （３）、前記空気流を生じさせる手段は、開閉可能な送
   風ファンを含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載した廃熱・温度差併用駆動形加熱装置。
4. （４）、前記加熱サイクル部の系路内に４方弁を設け、
   該４方弁によつて冷却用に切り換え得るようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項に記載
   した廃熱・温度差併用駆動形加熱装置。