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JPH0648117B2 - エンジン駆動熱ポンプ装置の補助集熱装置 - Google Patents

エンジン駆動熱ポンプ装置の補助集熱装置

Info

Publication number
JPH0648117B2
JPH0648117B2 JP579884A JP579884A JPH0648117B2 JP H0648117 B2 JPH0648117 B2 JP H0648117B2 JP 579884 A JP579884 A JP 579884A JP 579884 A JP579884 A JP 579884A JP H0648117 B2 JPH0648117 B2 JP H0648117B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
engine
silencer
heat
muffler
internal space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP579884A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60101443A (ja
Inventor
寛 沢口
久義 島
一成 平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
Priority to JP579884A priority Critical patent/JPH0648117B2/ja
Publication of JPS60101443A publication Critical patent/JPS60101443A/ja
Publication of JPH0648117B2 publication Critical patent/JPH0648117B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F28D21/0005Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases for domestic or space-heating systems
    • F28D21/0007Water heaters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、エンジン駆動熱ポンプ装置においてエンジン
排熱の効率的な利用と共に、ドレンの効率的な排出を可
能にする補助集熱装置に関する。
〔従来技術〕
熱ポンプ装置は圧縮機で圧縮した冷媒を熱交換器を有す
る回路に強制循環させ、その熱交換器において熱交換を
行うようにしたもので、空調装置や給湯装置などに利用
されている。
このような熱ポンプ装置において、その圧縮機の駆動源
として、電機モータに代えて内燃機関のエンジンを使用
するようにしたものがある。このエンジン駆動熱ポンプ
装置において暖房運転する場合の空調装置や給湯装置で
は、熱ポンプによる本来の熱交換のほかに、エンジンの
排熱を集熱補助として活用できる利点がある。
このようにエンジン排熱を利用する装置として、例えば
実開昭58-161119号公報に記載のように消音器を利用す
る提案がある。しかし、この従来の提案では、単に消音
器に冷却水管を貫通させるようにしたものであるので、
必ずしも熱回収効率は良好ではなく、その結果として装
置を大型化せざるを得ないという欠点があった。
さらに、このように消音器に冷却水管を貫通させると、
排気ガス内の水分が凝縮してドレンを発生し、そのドレ
ンが酸性であるため消音器などを早期に腐食させ、機器
寿命を短縮させるという問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、エンジン排熱の熱回収効率を向上する
と共に、それによって熱交換器のコンパクト化を図り、
かつドレンの効率的な排出により機器の早期腐食問題も
解決可能にしたエンジン駆動熱ポンプ装置における補助
集熱装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する本発明は、エンジンにより圧縮機を
駆動し、該圧縮機により圧縮した冷媒を強制循環するよ
うにし、前記エンジン及び該エンジンの排気管に接続し
た消音器を前記圧縮機と共にケース内に収納した熱ポン
プ装置において、前記消音器に水ジャケットを付設し、
その全体を横置きに傾斜配置して、その傾斜上方端部に
消音器に連通する前記排気管と、前記水ジャケットに連
設する冷却水出口とを設ける一方、傾斜下方端部に前記
消音器の排気口と、前記水ジャケットの冷却水入口とを
設け、該消音器の内部空間を上下方向に延びる多数の仕
切板により多層状の小間隙に仕切ると共に、前記多層状
の小間隙をジグザグ状に連通させ、かつ前記内部空間の
底部に前記多数の仕切板を貫通するドレン通路を設け、
前記消音器の傾斜下方端部側の内部空間底部の最低位置
に外部に通ずるドレン管を前記内部空間の排気口とは独
立に設けたことを特徴とするものである。
このように消音器内部の空間を多数の仕切板により多層
状の小間隙に仕切って、排気ガスをジグザグ状に流すよ
うにしたので、排気ガスからの熱回収効率を向上させ、
かつその結果として熱交換器をコンパクトにすることが
できる。さらに、消音器内部空間の底部に上記多数の仕
切板を貫通するようにドレン通路を設け、かつ該内部空
間底部の最低位置に外部に通ずるドレン管を設けるよう
にしたので、内部空間に発生したドレンを速やかに消音
器外に排出することによって腐食を防止し、消音器の寿
命を延長することができる。また、水ジャケットを付設
した消音器を傾斜配置し、その傾斜上方端部に排気管と
水ジャケットの冷却水出口を設ける一方、傾斜下方端部
に排気口と水ジャケットに対する冷却水入口を設けたの
で、冷却水の流れの方向と排気ガスの流れの方向を対向
させることにより、熱交換を消音器の横設方向に均等化
させ、全体としての熱効率を上昇させる。また、各仕切
板でのガス中の蒸気成分のドレン化が均一化するため、
一部の仕切板のみ腐食が早期に進行して消音器耐久性を
低下させることがない。
また、ガス温度が低下し、かつ熱交換前の冷却水が供給
される傾斜下方端部側に腐食性のドレンが集まるドレン
出口を設けたので、高温によるドレンの腐食反応性増大
を抑制し、ドレン出口部分を腐食しにくくする。また、
ガス温度が高い傾斜上方端部では、腐食性のドレンは速
やかに流下して滞留することがないため、消音器の耐久
性を向上することができる。
さらに、ドレン管を内部空間の排気口とは独立に設けた
ため、ドレンが排気ガス圧力により排気口周辺に飛び散
って、周辺の機器を腐食させるということもない。
〔実施例〕
以下、本発明を図に示す実施例により説明する。
第1図はエンジン駆動熱ポンプ装置を給湯装置に利用し
た場合のシステムを示すものである。この第1図のシス
テム図において、15は貯湯槽であり、給水管17から
新しい水を補給し、また出湯管18から出湯を行うよう
にしている。この貯湯槽15内の水は、温水回路IIIに
おいて温水ポンプ16により、メインの集熱装置となる
温水熱交換器3を通って集熱した後、さらに補助集熱装
置となる熱交換器12および熱交換器10を経て集熱を
重ね、再び貯湯槽15に還流するようになっている。こ
の温水回路IIIは、第2図のように貯湯槽15の温水
を、エンジン1の冷却ジャケット1aに直接循環させる
ようにして、第1図における冷却水回路IIを兼用させる
ようにしてもよい。
1は4サイクルエンジンで、都市ガス,プロパンガス等
の家庭ガスを燃料として、空気過剰率1.1〜1.6程
度でリーン燃焼をさせるようにしたものである。2は上
記エンジン1により駆動される圧縮機である。圧縮機2
は冷媒を圧縮し、その冷媒を上記メイン集熱装置たる温
水熱交換器3、膨脹弁4、さらにファン6を付設した空
気熱交換器5の順に循環させるようにした冷媒回路Iを
形成している。この冷媒回路Iにおいて、冷媒は圧縮機
2により圧縮されて高圧ガスとなり、上記温水熱交換器
3において凝縮液化して凝縮熱を放熱し、温水の加熱を
行う。放熱により液化した冷媒は、膨脹弁4において膨
脹を行い、一部がガス化した低圧低温の冷媒となり、次
いで空気熱交換器5においてファン6により強制送風さ
れる外気から熱を吸収し、ほんとんどがガス化した状態
になる。このガス化した冷媒は再び圧縮機2に戻り、再
び上記サイクルを繰り返す。
エンジン1では、吸気管7から燃料ガスが給気され、排
気管8から消音器9を経て排気ガスが大気中に排気され
る。この排気管8及び消音器9は、後述するような水ジ
ャケットで囲まれ、本発明の補助集熱装置たる熱交換器
10を構成している。また、エンジン1を冷却するため
の冷却ジャケット1aには、冷却水ポンプ11により冷
却水が循環され、その冷却水はエンジン1から熱を奪
い、その熱を冷却水回路II中の熱交換器12から、上記
温水中に放熱するようになっている。この熱交換器12
は、別の補助集熱装置になっている。13はシスターン
タンク、14は起動モータである。
第3,4図に示すように、エンジン1はシリンダ部1b
を横置きにした所謂横置エンジンであり、下部の四隅部
分をそれぞれ防振ゴム19により、支持板20上に支持
されている。エンジン1の上部には圧縮機2が支持固定
され、かつ平面視において上記四隅に配置した4個の防
振ゴム19に囲まれる領域内に納められている。このよ
うに設置された圧縮機2は、エンジン1のクランク軸か
ら歯付ゴムベルト21を介して駆動される。
エンジン1の上部には、圧縮機2のほかに、さらに排気
管8に連結した消音器9、起動モータ14、空気清浄器
22等が支持されている。これらの機器のさらに上方に
は、上述した冷却水回路IIの熱交換器12及び温水回路
IIIの温水熱交換器3が内外二重に配置され、その内側
に冷却水ポンプ11が配置されている。これらの機器
は、下部が防音材の支持板20に囲まれると共に、周囲
及び上部を防音壁23,24により囲まれている。さら
に、上部防音壁23の外側上方には空気熱交換器5、フ
ァン6、シスターンタンク13等が設けられている。
第5,6図に詳細を示すように、エンジン1の上部に配
置した消音器9は円筒形をしており、全体を斜めに傾斜
させて取付けられている。この消音器9の周囲は、上述
した本発明の補助集熱装置を構成するため、水ジャケッ
トの熱交換器10により囲まれている。熱交換器10に
は、上述した貯湯槽15の温水が傾斜下方端部の入口2
6から導入され、傾斜上方端部の出口27から排出され
るようになっている。
消音器9の内部空間は、排気管8の接続された傾斜上方
端部側が膨脹室31となり、この膨脹室31に続いて多
数の仕切板25に仕切られた多層状の小間隙32が形成
されている。仕切板25は、その外周を内壁に密着する
ように固定され、かつ上部に絞り孔25aを有するもの
と、下部に絞り孔25aを有するものとが交互に配列さ
れている。すなわち、絞り孔25aは、小間隙32を挾
んで隣接する仕切板25同士で、その開口位置が異な
り、一方が下側にあるときは他方は上側に配置され、多
層状に並ぶ小間隙32がジグザグ状の流路を形成するよ
うになっている。また、仕切板25の上下端にはそれぞ
れドレン通路28,28が設けられ、さらに傾斜最下端
の位置にドレン管29が内外に貫するように設けてあ
る。このドレン管29から凝縮したドレンが外部へ排出
されるようになっている。
消音器9の傾斜上端側の下部とエンジン1の排気孔との
間を連結する排気管8は、ステンレス管等からなる二重
管構造であり、外周側の空間は水ジャケットの熱交換器
8aになっている。
排気管8から消音器9に流入した排気ガスは、膨脹室3
1で膨脹した後、さらに多数の仕切板25の絞り孔25
aと多層状の小間隙32をジグザグ状に通過する間に、
膨脹収縮を繰り返して消音され、傾斜下端側の排気口3
0から排気される。また、排気ガスがこのようにジグザ
グ状に流れる間に、高温の熱が多数の仕切板25の表面
に受熱され、この仕切板25から外周を密着した内壁に
伝達され、さらに熱交換器10内を流通する温水に伝達
される。多数の仕切板25の積算表面積は極めて広いも
のになるため、ジグザグ状に流れる排気ガスの熱は極め
て効率的に集熱される。
このように、消音器9の膨脹室31とジグザグ状小間隙
32が、熱交換器10の一部を構成して一体化している
ため、従来の独立に熱交換器を設けていた場合に比べて
装置をコンパクトにし、しかも一層効率的な集熱を行う
ことができる。また、エンジン1の排熱が温水加熱のた
めに有効に活用されるため、圧縮機2並びにエンジン1
の容量を小型化することができる。
また、上記実施例のように消音器9をエンジン1の上部
に配置すれば、床面上の設置幅を小さくし、かつ排気管
8を短縮化することができる。この排気管8の短縮化
は、消音器9に至るまでの室内放熱量を少なくし、室温
上昇の抑制や、またゴム製の歯付ベルト21の熱劣化を
抑制する。
また、一般に上記実施例のように、消音器9の外周を水
ジャケットの熱交換器10で囲むことは、NOx等を処
理するために消音器中に触媒を設置するようにしたエン
ジンでは、排気ガスの温度低下によって触媒によるNO
x処理機能が低下するため、排気ガスのNOx処理上か
らは不利となる。しかし、上記実施例のようにエンジン
1がリーン燃焼させるようにしたものの場合には、NO
x等の有害成分を発生することが少ないため、触媒の設
置が不要となり、上記補助集熱装置を設ける効果を一層
顕著なものにすることができる。特に、エンジン温度の
低い始動初期において顕著である。
上記実施例は家庭ガスを燃料とする場合であるが、ガソ
リンエンジンの場合でも、空気過剰率を大きくした希薄
混合気によるリーン燃焼のエンジンであれば、同様の効
果が得られる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明は、エンジン駆動熱ポンプ装置に
おいてエンジンの排気管に接続した消音器に水ジャケッ
トを付設する一方、該消音器の内部空間を上下方向に延
びる多数の仕切板により多層状の小間隙に仕切ると共
に、前記多層の状の小間隙をジグザグ状に連通させたの
で、これに排気ガスをジグザグ状に流すことによって排
気ガスからの熱回収効率を向上し、その結果として熱交
換器をコンパクト化することができる。
また、消音器内部空間の底部に上記多数の仕切板を貫通
するドレン通路を設けると共に、該内部空間底部の最低
位置に外部に通ずるドレン管を設けるようにしたので、
内部空間に発生したドレンを速やかに消音器外に排出さ
せ、消音器等の腐食による寿命短縮を防止することがで
きる。
また、水ジャケットを付設した消音器を傾斜配置し、そ
の傾斜上方端部に排気管と水ジャケットの冷却水出口を
設ける一方、傾斜下方端部に排気口と水ジャケットに対
する冷却水入口を設けたので、冷却水の流れの方向と排
気ガスの流れの方向を対向させることにより、熱交換を
消音器の横設方向に均等化させ、全体としての熱効率を
上昇させる。また、各仕切板でのガス中の蒸気成分のド
レン化が均一化するため、一部の仕切板のみ腐食が早期
に進行して消音器耐久性を低下させることがない。
また、ガス温度が低下し、かつ熱交換前の冷却水が供給
される傾斜下方端部側に腐食性のドレンが集まるドレン
出口を設けたので、高温によるドレンの腐食反応性増大
を抑制し、ドレン出口部分を腐食しにくくする。また、
ガス温度が高い傾斜上方端部では、腐食性のドレンが速
やかに流下して滞留することがないようになっているの
で、消音器の耐久性を向上することができる。
さらに、ドレン管を内部空間の排気口とは独立に設けた
ため、ドレンが排気ガス圧力により排気口周辺に飛び散
って、周辺の機器を腐食させることもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の補助集熱装置を設けたエンジン駆動熱
ポンプ装置のシステム図、第2図は他の実施例によるシ
ステム図、第3図は上記エンジン駆動熱ポンプ装置を一
部破断して示す正面図、第4図は同じく一部破断して示
す側面図、第5図は同装置において、本発明による補助
集熱装置を設けた消音器部分を特に断面にして示す要部
拡大正面図、第6図は第5図のVI−VI矢視図である。 1……エンジン、2……圧縮機、3……温水熱交換器、
8……排気管、9……消音器、10……熱交換器(水ジ
ャケット)、15……貯湯槽、25……仕切板、25a
……絞り孔、28……ドレン通路、29……ドレン管、
31……膨脹室、32……小間隙。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−178853(JP,A) 実開 昭50−27455(JP,U) 実開 昭57−49515(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジンにより圧縮機を駆動し、該圧縮機
    により圧縮した冷媒を強制循環するようにし、前記エン
    ジン及び該エンジンの排気管に接続した消音器を前記圧
    縮機と共にケース内に収納した熱ポンプ装置において、
    前記消音器に水ジャケットを付設し、その全体を横置き
    に傾斜配置して、その傾斜上方端部に消音器に連通する
    前記排気管と、前記水ジャケットに連通する冷却水出口
    とを設ける一方、傾斜下方端部に前記消音器の排気口
    と、前記水ジャッケトの冷却水入口とを設け、該消音器
    の内部空間を上下方向に延びる多数の仕切板により多層
    状の小間隙に仕切ると共に、前記多層状の小間隙をジグ
    ザグ状に連通させ、かつ前記内部空間の底部に前記多数
    の仕切板を貫通するドレン通路を設け、前記消音器の傾
    斜下方端部側の内部空間底部の最低位置に外部に通ずる
    ドレン管を前記内部空間の排気口とは独立に設けたこと
    を特徴とするエンジン駆動熱ポンプ装置の補助集熱装
    置。
JP579884A 1984-01-18 1984-01-18 エンジン駆動熱ポンプ装置の補助集熱装置 Expired - Lifetime JPH0648117B2 (ja)

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