JPS6326833B2 - - 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
少なくとも暖房を行うヒートポンプ装置に関する
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
り暖房を行うヒートポンプ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、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
温度が低下し、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
水の加熱ができなくなるばかりでなく、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、たとえ、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
した分だけの熱減少にとどまらず、ヒートポンプ
が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、外気温が異常に低下した場合の対策とし
て、エンジン回転数をただ上昇せしめても、圧縮
機の吸込能力の増大により吸込圧力が極端に低下
し、ヒートポンプの吸込圧低下の安全装置が作動
して運転停止となる不具合があつた。

即ち、従来のヒートポンプは外気温度が非常に
低いときや、降雪時は能力が異常に低下し、ほと
んど使用不能となることもあり、このときは予備
の温水ボイラを運転する必要があつた。

本発明はこのような従来のものの欠点を除き、
異常低温時においても、温水ボイラなどを用いる
必要なく、通常時と同様な暖房容量を保持するヒ
ートポンプ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〕

第１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ヒートポンプ装置において、
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、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、外気温が所
定の異常低温度以下であることが検出されたとき
に、冷媒ガス、高圧冷媒ガス経路から、外気側熱
交換器をバイパスさせて、該外気側熱交換器より
も下流側の低圧冷媒経路へ導く冷媒ガスバイパス
装置と、外気温が所定の異常低温度以下であるこ
とが検出されたときに、前記熱機関の最大設定回
転数を通常時の最大設定回転数よりも上昇せしめ
る回転数制御装置とを備えたことを特徴とするヒ
ートポンプ装置であり、第２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ヒートポ
ンプ装置において、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、
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、外気温が所定の異常低温度以下であるこ
とが検出されたときに、冷媒ガスを、高圧冷媒ガ
ス経路から、外気側熱交換器をバイパスさせて、
該外気側熱交換器よりも下流側の低圧冷媒経路へ
導く冷媒ガスバイパス装置と、外気温が所定の異
常低温度以下であることが検出されたときに、冷
媒液を、高圧冷媒液経路から、外気側熱交換器を
バイパスさせて、該外気側熱交換器よりも下流側
の低圧冷媒経路へ導く冷媒液バイパス装置と、外
気温が所定の異常低温度以下であることが検出さ
れたときに、前記熱機関の最大設定回転数を通常
時の最大設定回転数よりも上昇せしめる回転数制
御装置とを備えたことを特徴とするヒートポンプ
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。
図面に示されたヒートポンプ装置において、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。

冷媒経路には冷媒ガスを高圧冷媒ガス経路から
外気側熱交換器３をバイパスさせて外気側熱交換
器３よりも下流側の低圧冷媒経路へ導く冷媒ガス
バイパス経路３１と、冷媒液を高圧冷媒液経路か
ら外気側熱交換器３をバイパスさせて外気側熱交
換器３よりも下流側の低圧冷媒経路へ導く冷媒液
バイパス経路３２とが設けられ、各経路３１，３
２には外気温が所定の異常低温度以下であること
が検出されたときに各経路３１，３２を開くバイ
パス弁２７，２８が設けられており、冷媒ガスバ
イパス経路３１とバイパス弁２７とで冷媒ガスバ
イパス装置が構成され、冷媒液バイパス経路３２
とバイパス弁２８とで冷媒液バイパス装置が構成
されている。本実施例では外気側熱交換器３より
も下流側の低圧冷媒経路に上部ヘツダー２９が備
えられており、高圧冷媒ガス経路としての圧縮機
１と負荷側熱交換器７との間の冷媒経路と、上部
ヘツダー２９との間をバイパス弁２７を有する冷
媒ガスバイパス経路３１で接続し、高圧冷媒液経
路としてのレシーバー５と、上部ヘツダー２９と
の間をバイパス弁２８を有する冷媒液バイパス経
路３２で接続している。また、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。

１０は圧縮機１を駆動する熱機関として用いら
れているエンジンで、エンジン１０からの排熱を
回収する排熱回収装置として例えばエンジン冷却
水（水以外の冷却用流体でもよい）経路に設けた
水冷冷却水冷却器１６や排ガス経路に設けた排ガ
ス熱回収装置１９を備えている。

エンジン冷却水経路はジヤケツト部１１を出た
冷却水を暖房時には水冷冷却水冷却器１６に導
き、冷房時には空冷冷却水冷却器１４に導く経路
で、三方弁１３，１５で切替えることができるよ
うにしてある。１２は冷却水ポンプ、１７はジヤ
ケツト部１１に送られる冷却水の温度を調節する
ための三方弁である。排ガス経路は排ガスを暖房
時には排ガス熱回収装置１９、排ガスダクト３
０，２２，２２′２２″に導き冷房時には熱回収を
行わずにそのまま外気に放出する経路で、切替用
のダンパー２０が備えられている。２１はマフラ
ー、２３は放出孔である。

２４は、圧縮機１、エンジン１０、排ガス熱回
収装置１９、水冷冷却水冷却器１６を収容する防
音ボツクスで、サイレンサー付きの給気口２５、
フアン２６が備えられている。

負荷流体経路は負荷流体を負荷側熱交換器７か
ら排ガス熱回収装置１９、水冷冷却水冷却器１６
を経由させて負荷に戻すように設けられている。
１８はポンプである。

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
経路を変える。すると、冷媒は圧縮機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
機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１０側サイクルは次のようになつ
ている。冷房時、ジヤケツト部１１よりの排熱は
空冷冷却水冷却器１４により冷却される。即ち、
ジヤケツト部１１を冷却して加熱された冷却水は
ポンプ１２により吸込まれ、空冷冷却水冷却器１
４に送られ、ここで冷却される。そして三方弁１
３，１５を経由して、再びジヤケツト部１１に供
給される。

他方、エンジン１０の排ガスはマフラー２１を
通過した後、ダンパー２０によりそのまま外気に
放出される。

従つて、負荷側熱交換器７で冷却された冷水は
排ガス熱回収装置１９及び水冷冷却水冷却器１６
を単に通過するだけで、熱の授受は行われない。

なお、冷房時はフアン２６を運転するので防音
ボツクス２４内の高温空気は換気され、防音ボツ
クス２４内の温度が異常上昇することはない。

暖房時は三方弁１３，１５が切替えられ、エン
ジン１０よりの排熱は温水加熱に供せられる。即
ちジヤケツト部１１を冷却して加熱された冷却水
はポンプ１２により水冷冷却水冷却器１６に吸い
込まれ、そこで負荷流体である温水を加熱した
後、再びジヤケツト部１１に吐出される。他方、
エンジン１０の排ガスは、ダンパー２０が切替え
られて、排ガス熱回収装置１９、排ガスダクト３
０，２０，２０′，２０″を経て放出孔２３より外
気に放出される。

従つて、負荷側熱交換器７で加熱された温水は
排ガス熱回収装置１９及び水冷冷却水冷却器１６
でさらに加熱されて温水負荷に供される。

なお、暖房時は外気温度が低いので防音ボツク
ス２４内の温度はあまり上昇しない。

また、エンジン１０の回転数は暖房時に外気温
が所定の異常低温度以下であることが検出された
ときに回転数制御装置により暖房時の通常のとき
の最大設定回転数よりも上昇させることができる
ようになつている。即ち、回転数制御装置はエン
ジン最大設定回転数の変更を行うものであり、例
えば最大回転数の設定を変更するためにスロツト
ルバルブの開度を規制するストツパの位置を操作
したり、ガバナコントローラへの入力電圧の最高
限度の値を変更操作したりして、エンジン１０の
最大設定回転数を変更することができる。この回
転数制御装置により、最大回転数の設定値が異常
時は通常時より高い値になるように切替える。

しかして、暖房時に外気温が異常に低下した異
常低温時には外気温検出装置としての外気温サー
モスタツトが作動し、その信号により回転数制御
装置を作動せしめてエンジン１０の最大設定回転
数を通常時最大設定回転数より大となるよう変更
して、エンジン１０の回転数を通常時最大設定回
転数よりも高速とする。そして、同時に外気温サ
ーモスタツトからの信号によりバイパス弁２７，
２８が開けられる。即ち、バイパス弁２７が開け
られ、高圧の冷媒ガスは冷媒ガスバイパス経路３
１を経て圧縮機１の吸込側にバイパスされ、吸込
圧の低下を防ぎ、ヒートポンプの運転を可能とな
す。

従つて、エンジン１０の回転数を通常時より上
昇せしめて、その時増大する圧縮機１の機械的仕
事を負荷側熱交換器７を通して温水に与え、同時
に増大するエンジン１０の排熱を温水に与えるよ
うにして暖房容量の低下を防ぐことができる。

さらに、冷媒液バイパス装置を併用する場合に
は、このガスは冷媒液バイパス経路３２より上部
ヘツダー２９にフラツシユされる冷媒液により、
冷却され、冷媒温度が下がり、劣化を防ぐことが
できる。

外気温検出装置としては直接検出する外気温サ
ーモスタツトのかわりに圧縮機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。

以上の実施例は上述の如き構成となつているの
で、外気温度異常低下時、圧縮機１の吸込圧が異
常低下することなく、エンジン１０の入力を増大
することができるので、エンジン１０の回転数を
増大せしめて、圧縮機１の仕事量とエンジン１０
の排熱とを増大せしめ、これらを温水に与えて温
水を加熱し、エンジン駆動ヒートポンプに温水ボ
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。

第２図はこの外気温異常低下時の熱流れ線図で
ある。即ち負荷側熱交換器７における温水加熱量
は減少するが、ホツトガスバイパス弁としてのバ
イパス弁２７と液インジエクシヨンバルブとして
のバイパス弁２８により、エンジン１０の負荷が
確保されるので、回転数制御装置の作用でエンジ
ン１０の回転数を通常時の最大設定回転数よりも
増大させることにより圧縮機１の仕事量を増大し
て、これを熱として負荷側熱交換器７を通して温
水に与え、またこのエンジン１０の負荷に大略比
例してジヤケツト排熱および排ガス熱量も増加す
るので、暖房容量はほとんど低下しないことにな
る。

〔発明の効果〕

第１の発明は、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ヒートポンプ装置におい
て、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、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、外気温
が所定の異常低温度以下であることが検出された
ときに、冷媒ガスを、高圧冷媒ガス経路から、外
気側熱交換器をバイパスさせて、該外気側熱交換
器よりも下流側の低圧冷媒経路へ導く冷媒ガスバ
イパス装置と、外気温が所定の異常低温度以下で
あることが検出されたときに、前記熱機関の最大
設定回転数を通常時の最大設定回転数よりも上昇
せしめる回転数制御装置とを備えたことを特徴と
するヒートポンプ装置であるので、外気温度が異
常に低くなつたときにおいてもヒートポンプを成
立せしめ、エンジンの回転数によつて増大する圧
縮機仕事相当の熱及びエンジン排熱を温水に与
え、暖房容量が殆ど低下せず、温水ボイラを用い
る必要がない。また、第２の発明はさらに冷媒液
をバイパスさせたことにより、冷媒の温度が下が
り、劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のフロー図、第２図は
この実施例の外気温異常低下時の熱流れ線図であ
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……エンジン、１
１……ジヤケツト部、１２……ポンプ、１３……
三方弁、１４……空冷冷却水冷却器、１５……三
方弁、１６……水冷冷却水冷冷却器、１７……三
方弁、１８……ポンプ、１９……排ガス熱回収装
置、２０……ダンパー、２１……マフラー、２
２，２２′，２２″……排ガスダクト、２３……放
出孔、２４……防音ボツクス、２５……給気口、
２６……フアン、２７，２８……バイパス弁、２
９……上部ヘツダー、３０……排ガスダクト、３
１……冷媒ガスバイパス経路、３２……冷媒液バ
イパス経路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   を備えたヒートポンプ装置において、 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、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、 外気温が所定の異常低温度以下であることが検
   出されたときに、冷媒ガスを、高圧冷媒ガス経路
   から、外気側熱交換器をバイパスさせて、該外気
   側熱交換器よりも下流側の低圧冷媒経路へ導く冷
   媒ガスバイパス装置と、 外気温が所定の異常低温度以下であることが検
   出されたときに、前記熱機関の最大設定回転数を
   通常時の最大設定回転数よりも上昇せしめる回転
   数制御装置。 とを備えたことを特徴とするヒートポンプ装
   置。 ２ 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
   を備えたヒートポンプ装置において、 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、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、 外気温が所定の異常低温度以下であることが検
   出されたときに、冷媒ガスを、高圧冷媒ガス経路
   から、外気側熱交換器をバイパスさせて、該外気
   側熱交換器よりも下流側の低圧冷媒経路へ導く冷
   媒ガスバイパス装置と、 外気温が所定の異常低温度以下であることが検
   出されたときに、冷媒液を、高圧冷媒液経路か
   ら、外気側熱交換器をバイパスさせて、該外気側
   熱交換器よりも下流側の低圧冷媒経路へ導く冷媒
   液バイパス装置と、 外気温が所定の異常低温度以下であることが検
   出されたときに、前記熱機関の最大設定回転数を
   通常時の最大設定回転数よりも上昇せしめる回転
   数制御装置。 とを備えたことを特徴とするヒートポンプ装
   置。