JPS6152914B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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
暖房を行なう暖房装置に関するものである。

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
り冷暖房を行な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なうものであり、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。

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、たとえエンジンのみをアイドリング状態で運
転したとしてもエンジン負荷がないので、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、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
平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
ものもあるが、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どまり、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
上げを平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、かつ着霜を防いで負荷流
体を加熱すると共に排熱によつても作動流体を加
熱し、暖房容量の低下を防ぎ、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。

本発明は、熱機関により駆動される圧縮機と、
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
ポンプサイクルと、前記熱機関からの排熱を回収
する熱回収装置を有する暖房装置において、暖房
時、前記負荷側熱交換器と熱回収装置により負荷
流体が加熱され、蒸発器として、前記外側熱交換
器と並列に前記負荷流体により加熱できるように
なつている補助蒸発器が配備され、外気温度を直
接または間接的に検出する検出器及び前記熱機関
の回転数を制御する回転数制御機構を備え、外気
温度が極端に下降した異常時には熱機関回転数が
定常時の最大回転数より高速となるように設定値
が変化せしめられ、且つ前記補助蒸発器を作動せ
しめるように構成されていることを特徴とする暖
房装置である。

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、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。即ち夏季冷房時
においては、冷媒は圧縮機１から→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）→チエッキ弁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２５側サイクルは次のようになつ
ている。冷房時、エンジンウオータージヤケツト
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
よりこの冷却媒体の温度が検出され、三方弁１３
により排熱回収装置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流体である温水
の一部はポンプ１２により吸い込まれ、三方切替
弁１５、連絡配管１６を通り補助蒸発器２３で加
熱され、その後三方切替弁１７を介して、排熱回
収装置１４の熱交換器に送られ、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、連絡配管１
９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２０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
度になるよう調節される。

また外気温が異常に低下した異常時には外気温
サーモスタツトが作動しエンジン２５の回転数は
暖房時設定回転数よりも高速になるように切替え
られる。そして、同時にバイパス弁２１が開けら
れ、液冷媒は膨張弁２２で減圧され、外気温が異
常に低下したときに作動せしめる蒸発器として設
けられた補助蒸発器２３内でエンジン２５の冷却
水即ち負荷温水の一部により加熱され蒸発する。
逆に温水は冷却され補助蒸発器２３を出る温水温
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、かつエンジンは暖
房時設定回転数よりも高速運転され、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、外気が異常低温となつても暖房容量の低下
を防ぐことができる。

なお、エジン２５の回転数を負荷に対応して調
節するために回転数制御機構が設けられている。
例えば負荷温度を検出し、その温度信号を電圧信
号に変換し、この電圧信号をガバナーに送り、ガ
バナモータによりエンジン２５のスロツトルバル
ブを操作することにより負荷温度が一定になるよ
うに制御するようになつている。

外気温を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の吸込圧力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。

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に負荷流体
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) 負荷流体の一部がエンジンの排熱により直
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、エンジンをアイドリ
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) その上熱機関の回転数を、定常時の最大回
転数よりも高速となるよう設定して排気量を
増大せしめ負荷流体の加熱量を増大する。

(f) 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。

(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、エンジン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】

図面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……排熱回収装置、１５……切替弁、１
６……連絡配管、１７……切替弁、１８……切替
弁、１９……連絡配管、２０……電磁弁、２１…
…バイパス弁、２２……膨張弁、２３……補助蒸
発器、２４……温度検出器、２５……エンジン。

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と、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サ
   イクルと、前記熱機関からの排熱を回収する熱回
   収装置を有する暖房装置において、 暖房時、前記負荷側熱交換器と熱回収装置によ
   り負荷流体が加熱され、蒸発器として、前記外気
   側熱交換器と並列に前記負荷流体により加熱でき
   るようになつている補助蒸発器が配備され、外気
   温度を直接または間接的に検出する検出器及び前
   記熱機関の回転数を制御する回転数制御機構を備
   え、 外気温度が極端に下降した異常時には熱機関回
   転数が定常時の最大回転数より高速となるように
   設定値が変化せしめられ、且つ前記補助蒸発器を
   作動せしめるように構成されていることを特徴と
   する暖房装置。