JPS63290365A

JPS63290365A - エンジン駆動式空気調和装置

Info

Publication number: JPS63290365A
Application number: JP62123395A
Authority: JP
Inventors: 前田　直敏
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-05-20
Filing date: 1987-05-20
Publication date: 1988-11-28

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、エンジンの排熱を利用して暖房サイクルの能
力を高めるようにしたエンジン駆動式空気調和装置に関
する。

（従来の技術）空気調和装置には、ガスエンジンを動力源として圧縮機
を駆動するようにしたものがある。従来、このガスエン
ジン駆動式空気調和装置のものは、第４図に示されるよ
うにガスエンジン１で駆動される圧縮機２に四方弁３、
室外側熱交換機４、逆止弁５と膨張弁６を並列に接続し
てなる減圧装置７、逆止弁８と冷房用キャピラリチュー
ブ９を並列に接続くしてなる減圧装置１０、室内側熱交
換機１１の各冷凍サイクル機器を冷媒管１２で順次接続
したヒートポンプ式冷凍サイクルが用いられている。そ
して、圧縮機２の駆動および四方弁３の切り換えにより
、冷房サイクルを構成したり、暖房サイクルを構成した
りするようになっている。

ところで、このヒートポンプ式のものでは暖房能力の点
に難点をもつ。そこで、こうしたエンジン駆動のヒート
ポンプ式冷凍サイクルにおいては、ガスエンジン１から
捨てられていた排熱を利用して暖房能力を高めるように
した構造のものが提供されている。これは、第４図に示
されるように室内側熱交換器１１と減圧装置１０との間
と、圧縮機２のシリンダ（図示しない）との間に分岐路
１３を設け、この分岐路１３にガスインジェクション用
電磁弁１４（暖房運転時に冷媒を分岐させるもの）およ
び分岐路１３を流れる冷媒を加熱するための冷媒加熱器
（熱交換器）１５を設けて、インジェクション回路１６
を構成する。そして、暖房サイクル時においては、ガス
エンジン１の排熱で加熱された温水を冷媒加熱器１５へ
導き、室内側熱交換器１１からの冷媒を熱交換で高温の
ガスにして圧縮機２へ戻すことが行われている。より具
体的には、第４図に示される温水回路１７にはガスエン
ジン１の本体部分ならびに排気系にそれぞれ排熱回収用
熱交換器１８．１８を設ける他、室外側熱交換器４と対
向してラジェータ１９を配する（これは−基のファン２
０で送風できることによる）。そして、循環ポンプ２２
を介装した温水配管２１で、排熱回収用熱交換器１８．
１８およびラジェータ１９を接続して温水閉回路２３を
構成する。さらに、ラジェータ１つの流入出側に温水配
管２４を使って上記冷媒加熱器１５を並列に接続して温
水供給回路２５を構成する。さらに、ラジェータ１つの
流入側および冷媒加熱器１５の流入側にはそれぞれ電磁
弁２６ａ、２６ｂを設け、必要に応じ電磁弁２６ａ、２
６ｂの開閉により温水を冷媒加熱器１５へ導いていた。

つまり、暖房サイクル時、設定温度に上昇するまでは温
水が排熱回収熱交換器１８．１８、電磁弁２６ａ１冷媒
加熱器１５、循環ポンプ２２を循環し、設定温度を越え
る温水温度になると、電磁弁２６が開き、循環する温水
中にラジェータ１９側の冷水を混合させて温度をコント
ロールするようにしている。なお、冷房サイクル時は電
磁弁２６ａを閉じてラジェータ１９に対し、温水が循環
するようにしている。

（発明が解決しようとしている問題点）しかしながら、
上記第４図で示す従来方式のものには次のような欠点が
ある。すなわち、暖房サイクルにおいて過負荷条件にな
ると、エンジンの回転数に比例して吐出圧が上昇するが
、このまま放置すると、ガスインジェクションの影響を
受けて高圧カット現象が発生しやすく、あるいはエンジ
ンブレークダウンを起こし易い。

一方、吐出圧力の上昇途中で仮にガスインジェクション
を単に遮断しても、残りの冷媒や余熱でオーバーシュー
トしてやはり高圧カット現象が発生することが多い。

なお、最初からガスインジェクションを遮断しておくと
しても暖房能力が大幅にダウンし、本来の能力向上の目
的を達し得なくなる。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、その目
的とするところはヒートポンプの暖房運転時に過負荷条
件であっても高圧カットまたはエンジンブレークダウン
することなく安定した運転が継続されるエンジン駆動式
空気調和装置を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段と作用）上記問題点を解
決するために本発明はエンジンにより冷凍サイクルの圧
縮機を駆動してヒートポンプを行わせるエンジン駆動式
空気調和装置において、エンジンの排熱を受ける温水回
路とインジェクション回路との熱交換を行う冷媒加熱器
を設け、上記温水回路に介挿した電磁弁とガスインジェ
クション回路に介挿した電磁弁を上記圧縮機の吐出圧を
検出し低圧カット域で上記各電磁弁を閉じる２ステップ
式の圧力スイッチを設け、さらに、上記インジェクショ
ン用電磁弁にはバイパス用の減圧装置を並列に接続した
ものである。

（実施例）以下、本発明を第１図および第３図に示す−実施例にも
とづいて説明する。但し、第１図において、先の「従来
の技術」の項で述べた部品と同じものには同一符号を附
してその説明を省略し、この項では異なる部位に述べる
ことにする。

すなわち、本実施例はまず温水供給回路２５の流出側と
ラジェータ１９の流出側との接続点に三方混合弁３０を
介装しである。

この三方混合弁３０は具体的には熱伸縮するワックスを
使用したものが用いられている。すなわち、第２図に示
されるように三方混合弁３０には、弁本体３２の下段側
に形成された直列に連なる出入口（高温水入口）３３お
よび水入口（低温水入口）３４を、上下方向で互い違い
となる湯水通路３５および水通路３６で連通させる。さ
らに、弁本体３２の上段に上記入口３３．３４が並ぶ方
向とは直角な方向に開口する混合水出口３７を設け、ま
た、弁本体３２の内部中央に通路部３８を形成して、混
合水出口３７と各湯水通路３５．水連路３６とを連通さ
せる。そして、通路部３８内にワックス（図示しない）
が充填された軸状のフックス充填部３９を上下方向沿い
に据付けて、通路３５．３６間に設けた弁４０．４１を
上下に移動させる構造が用いられている。つまり、三方
混合弁３０は、ワックス充填部３９の外周を流れて外部
に流出する混合水の温度に応じて、湯水通路３５および
水通路３６の二つの弁開度が反比例的に自動調整される
構造となっている。

そして、出入口３３を温水供給回路２５の流出側に、水
入口３４をラジェータ１９の流出側に、混合水出口３７
をポンプ２２側にそれぞれ接続して、接続点に三方混合
弁３０全体が設けられ、出口側の温度に感応して、混合
水温を一定になるよう自動的に混合比を変化させている
。なお、当初は湯水通路３５と混合水出口３７とが連通
ずるものである。なお、４２は弁本体３２の上部に設け
られた温水温度を所望すると温度に調節するための調整
ダイアルである。

一方、ラジェータ１９には、熱交換面の一部にさらに独
立した熱交換部分１９ａをもつ構造が用いられている。

そして、本体部となる大いなる面積の熱交換部１９ｂに
第４図と同様に温水閉回路２３の温水配管２１が接続さ
れている。また、分割された熱交換部１９ｂの入口部に
は温水配管２１から分岐された分岐管２１ａが接続され
ている他、同じく出口側には温水供給回路２５の流出側
（出入口３３側）に連なる温水配管４３（通路に相当）
が接続されていて、温水温度の安定上、常に（冷暖房運
転共）、ラジェータ１９から流出する一部の温水を循環
させる構造にしている。さらに、第１図で示すように上
記インジェクション回路１６に介挿したガスインジェク
ション用電磁弁１４には液レリースを行わせるためのバ
イパス用減圧装置としてたとえばキャピラリチューブ５
０が並列に接続されている。また、圧縮機２と冷媒加熱
器５との間に位置するインジェクション回路１６の途中
には液冷媒を除去するためのアキュームレータ５１が介
挿されていて、このアキュームレータ５１により液冷媒
を貯留して圧縮機２に液冷媒が直接に流入することを防
止するようになっている。

また、上記圧縮機２の吐出側には導圧管５３ａが接続さ
れ、この導圧管５３ａには圧縮機２の吐出圧を検出する
２ステップ式の圧力スイッチ５３が接続されている。こ
の圧力スイッチ５３は第３図で示すようにエンジン停止
に至る過負荷、つまり、高圧カット域の吐出圧ＰＨと、
この吐出圧ＰＨになる以前における過負荷の吐出圧であ
る低カット域の吐出圧ＰＬとをそれぞれ検出する。そし
て、この各検出信号は制御部５４に送られるようになっ
ている。

さらに、上記ガスインジェクション用電磁弁１４と温水
供給回路用電磁弁２６ａとは上記制御部５４に接続され
、そして、圧力スイッチ５３が低カット域の吐出圧ＰＬ
を検出したときにその制御部５４からの信号で閉じるよ
うになっている。

次に、この実施例の構成の作用を説明する。まず、この
空気調和装置が冷房を行うときには、四方弁３を冷房側
に切換えるとともに温水配管２４上の電磁弁（流路切換
弁）２６ａを「閉」に切換えて、ガスエンジン１の動力
を圧縮機２へ伝達さ一せる。

これにより、二点鎖線で囲まれる冷媒回路４４では、冷
媒が圧縮機２．四方弁３．室外側熱交換器４．冷房用キ
ャピラリチューブ９．室内側熱交換器１１．四方弁６お
よび圧縮機１の吸込側へと順に流れて循環する冷房サイ
クル動作を行う。

一方、温水回路１７では、こうした運−転に連動して循
環ポンプ２２が作動を始めている。なお、電磁弁２ａに
閉じている。そして、この循環ポンプ２２の送液により
、温水回路１７内の温水が流れ、熱回収用熱交換機１８
．１８を通過する段階でガスエンジン１の排熱が回収さ
れていく。そして、この温水が、分岐管２１ａ、熱交換
部１９ａ。

温水配管４３．三方混合弁３０の湯入ロ３３．同じく混
合水出口３７を順に流れ、循環ポンプ２２の吸込側に戻
っていく。こうした温水の循環により（エンジン冷却に
より）、管内の温水の温度が次第の上昇していく。そし
て、この温水の温度が設定値を越える温度になると、三
方混合弁３０のワックスが伸縮変位を起こして弁４０．
４１を上昇させ、その温水中に熱交換部１９ｂの低温の
温水（放熱により冷却されたもの）を混合させる。

すなわち、ワックスの変位により、湯入口３３および水
入口３４は、反比例的な開度制御がなされていく。これ
により、混合比が温度の変化に対応して変化していき、
温水温度が一定に維持されていく。つまり、三方混合弁
３０の自動温度調整機能により、温水が適温（設定値）
に保たれるのである。ここで負荷変動が発生しても、そ
れに三方混合弁３０の自動温度調整機能が追従していく
から、安定した温度を維持していくことがわかる。

一方、暖房を行うときには、四方弁３を暖房側へ切り換
え、ガスインジェクション用電磁弁１４を「開」にする
。さらに、電磁弁（流路切換弁）２６ａも「開」に切り
換え、ガスエンジン１の動力を圧縮機２へ伝達させる。

これにより、冷媒回路４４では、冷媒が圧縮機２、四方
弁３．室内側熱交換器１１．膨張弁６゜室外側熱交換器
４．四方弁３および圧縮機１の吸込側へ順に流れて循環
する暖房サイクルの動作を行う。また、それと同時に、
室内側熱交換器１１からガスインジェクション用電磁弁
１４に向は分流された冷媒がこのガスインジェクション
用電磁弁１４とキャピラリチューブ５０を通じて冷媒加
熱器１５に流れ込み、ここで加熱される（後述するエン
ジン排熱による）。さらに、この加熱された冷媒ガスは
圧縮機２のシリンダ内へインジェクションされていく。

これによりエンジン排熱を利用して暖房の能力が高めら
れていく。なお、インジェクションされる冷媒中の液成
分はその途中のアキュームレータ５１で除去される。し
たがって、圧縮機１の液圧縮を未然に防止できる。

また、この暖房動作時において温水回路１７では、先の
冷房動作時と同様、管内を流れる温水で、熱回収用熱交
換器１８．１８を通じてガスエンジン１の排熱を回収し
ている。そして、この回収した後の温水が、電磁弁２６
ａ、冷媒加熱器１５゜三方混合弁３０の湯入ロ３３．同
じく混合水出口３７を順に流れ、循環ポンプ２２の吸込
側へ戻っていく。また、このとき分岐管２１Ｈに流れた
一部の温水は、熱交換部１９ａ、温水配管４３を流れ、
温水配管２４を流れる温水と合流した後、同様に三方混
合弁３０の湯入ロ３３．混合水出口３７を順に流れて循
環ポンプ２２へ戻っていく。

これにより、上記冷媒加熱器１５に、冷媒をガス化させ
るに必要なガスエンジン１の排熱を供給することになる
。

そして、この温水の循環により、管内の温水の温度が上
昇していき、設定値を越える温度になると、先の冷房時
と同じく、三方混合弁３０のワックスが伸縮変位を起こ
して弁４０．４１を上昇させて、その温水中に熱交換部
１９ｂの低温の温水を混合させることになる。これによ
り、混合比が温度の変化に対応して変化していき、温水
温度が一定に維持されていく。つまり、温水が適温（設
定値）に保たれていく。

ここで、負荷変動が発生しても、冷房時のときと同様、
三方混合弁３０の自動温度調整機能が負荷変動に追従し
ていくから、安定した温度を維持していくことなる。

ところで、この暖房動作時において通常運転状態では圧
縮機１の吐出圧が第３図で示す低カット域の吐出圧ＰＬ
以下の圧力領域にあり、上記ガスインジェクション用電
磁弁１４および温水供給回路用の電磁弁２６ａは「開」
となっている。ところが、暖房の過負荷条件になると、
ガスエンジン１の回転数が増し、これに比例して圧縮機
１の吐出圧Ｐｄが上昇する。

このまま仮に放置すると高圧カットあるいはエンジンブ
レークダウンを起こす。しかしながら、第３図で示すよ
うにエンジン回転数が低回転域（例えば１０００〜１５
００ｒｐｍ）を越えると、圧力スイッチ５３が低カット
域の吐出圧ＰＬ（例えば２３　ｋｇ　／　ｃｉ　Ｇ　）
を検出し、この検出信号を制御部５４に送る。制御部５
４はこの信号を受けると、上記ガスインジェクション用
電磁弁１４と温水供給回路用の電磁弁２６ａとに閉成の
信号を送り、これを共に閉成させる。しかして、ガスイ
ンジェクション作用および温水循環作用が共に停止し、
吐出圧Ｐｄの上昇を抑制することができる。

ちなみに、上記吐出圧上昇時においてガスインジェクシ
ョン用電磁弁１４のみを閉じた場合では温水循環作用が
続き、この加温作用でサイクルの過熱と吐出圧力Ｐｄの
上昇により高圧カット圧ＰＨに達する危険がある。また
、温水供給回路用の電磁弁２６ａのみを閉じた場合では
いわゆる液バツク現象が起き易くなる。そこで、上記電
磁弁１４．２６ａを同時に閉じることが必要なのである
。

一方、この両電磁弁１４，２６ａを同時に閉じた場合で
もインジェクション回路１６に残った冷媒、および温水
供給回路２４に残った温水には余熱がある。そして、こ
の余熱により圧力がオーバーシュートし高圧カット域の
吐出圧ＰＨに達する場合がある。しかし、ここでは上記
インジェクション用電磁弁１４にはバイパス用キャピラ
リチューブ５０が並列に接続されているため、その電磁
弁１４が閉じてもこのキャピラリチューブ５０を通じて
冷媒の液レリースがなされる。したがって、液レリース
によりサイクルの過熱防止、高圧カット防止がなされ、
運転の継続を確保できる。第３図は圧縮機１の吐出圧Ｐ
ｄが低カット域を越えることなく、ガスエンジン１の回
転数が低回転域を越えても（例えば１５００ｒｐｍ以上
）安全な吐出圧の範囲で作動する状況を示している。

なお、本発明は上記実施例のものに限定されるものでは
ない。たとえば、圧力スイッチとしても機械的電気的い
ずれの方式のものでもよい。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、ヒートポンプ暖房
の運転時に過負荷条件であっても、容易に高圧カットす
ることなく安定した圧力制御が得られる。

また、負荷変動が大きくてエンジンブレークダウンする
ことなく、安定した運転が継続される。

さらに、サイクルの安定のため、過負荷時にバイパスキ
ャビを介して液レリースするので過熱防止および圧力減
少がなされる。そして、吐出圧を一定範囲に抑制できる
にで、メカニカルシールを使用した圧縮機でも安全に使
用できる。つまり、使用範囲の拡大化につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すエンジン駆動式空気調
和装置を示す構成図、第２図（ａ）。（ｂ）は同じくその実施例の三方混合弁の構造を示す側
断面図、正半断面図、第３図は同じくその実施例の圧縮
機の特性図、第４図は従来のエンジン排熱を利用したエ
ンジン駆動式空気調和装置を示す構成図である。１・・・ガスエンジン、２・・・圧縮機、３・・・四方
弁、４・・・室外側熱交換器、６・・・膨張弁、冷房用
キャピラリチューブ、室内側熱交換器（冷凍サイクル機
器）、１４・・・ガスインジェクション用電磁弁、１５
・・・冷媒加熱器、１８・・・排熱回収用熱交換器、１
９・・・ラジェータ、２３・・・温水閉回路、２５・・
・温水供給回路、２６ａ・・・電磁弁、５０・・・キャ
ピラリチューブ、５３・・・圧力スイッチ、５４・・・
制御部。出願人代理人　弁理士　坪井　淳（ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

　排熱回収熱交換器が設けられたエンジンと、このエン
ジンで駆動される圧縮機に冷凍サイクル機器を順次接続
してなるヒートポンプ式冷凍サイクルと、前記排熱回収
用熱交換器と循環ポンプと冷媒加熱機とを接続して閉回
路を構成してなる温水供給回路と、この温水供給回路の
途中に介挿された温水用電磁弁と、上記ヒートポンプ式
冷凍サイクルの室内側熱交換器の吐出口側と上記冷媒加
熱器を介して上記圧縮機の流入口側とを接続するインジ
ェクション回路と、このインジェクション回路の途中に
介挿されたガスインジェクション用電磁弁と、このガス
インジェクション用電磁弁に並列に接続された減圧装置
と、上記圧縮機の吐出圧力の高圧カットの吐出圧とこれ
に至る前の低圧カットの吐出圧を検出する２ステップ圧
力スイッチと、この圧力スイッチが低圧カット域の吐出
圧を検出したとき上記温水用電磁弁とガスインジェショ
ン用電磁弁に閉成信号を送る制御部とを具したことを特
徴とする駆動式空気調和装置。