JP2698735B2 - エンジンヒートポンプシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ヒートポンプに関し，
詳しくは，業務用空調機等に用いられるエンジン排熱を
利用したエンジン排熱利用ヒートポンプシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来，エンジンの排熱を利用したエンジ
ン排熱利用ヒートポンプシステムが知られている。この
種のシステムにおいて，エンジン排熱の取り出しは，一
般に，エンジンのシリンダから直接行うのではなく，熱
媒体を介して間接的に行おうとしている。即ち，エンジ
ン冷却水又は排気ガスから熱回収を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記し
た水熱源を主熱源とし，エンジン排熱を補助熱源とする
エンジンヒートポンプシステムでは，暖房時に冷媒加熱
用として使用する水熱交換器は排熱回収用熱交換器とし
て使用され，冷房時には使用しないので，この水熱交換
器は，排熱回収用として単機能の役割しか有していな
い。したがって，暖房時の能力増強のみに，排熱回収用
の水熱交換器及びポンプを付加しただけでは，付加価値
が低かった。

【０００４】一方，冷房時において，凝縮器として機能
させ，冷房能力をも増強したシステムが要求され，付加
価値を高める必要があった。

【０００５】そこで，本発明の技術的課題は，エンジン
排熱回収用の水熱交換器を備えエンジンヒートポンプシ
ステムにおいて，負荷熱交換器の吸熱時において吸熱能
力を増強し，発熱時は発熱能力を増大させたエンジンヒ
ートポンプシステムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，水冷エ
ンジン駆動のコンプレッサによって冷媒を循環させる冷
媒回路に，熱負荷と冷媒との熱交換を行う熱負荷熱交換
器と，外部から導入された水熱源と冷媒との熱交換を行
う主熱源熱交換器と，前記水冷エンジンを冷却するラジ
エータからのエンジン冷却水又は前記水熱源と冷媒との
熱交換を行う排熱回収熱交換器とを備え，前記ラジエー
タと前記排熱回収熱交換器と前記主熱源熱交換器とが個
別又は同時に夫々を作動できるように，水回路系で接続
されており，前記排熱回収熱交換器は，冷房の際に，流
入した液相の冷却媒体を更に冷却する過冷却用熱交換器
として機能を備えていることを特徴とするエンジンヒー
トポンプシステムが得られる。

【０００７】本発明によれば，前記エンジンヒートポン
プシステムにおいて，前記熱負荷熱交換器が蒸発器とし
て働く際に，前記エンジン冷却水の前記排熱回収熱交換
器への流入を遮断するエンジン冷却水遮断手段を備えた
ことを特徴とするエンジンヒートポンプシステムが得ら
れる。

【０００８】本発明によれば，前記エンジンヒートポン
プシステムにおいて，前記排熱回収熱交換器に前記外部
から導入された水熱源を導入する水熱源導入手段を備え
たことを特徴とするエンジンヒートポンプシステムが得
られる。

【０００９】本発明によれば，前記エンジンヒートポン
プシステムにおいて，前記冷媒回路は液冷媒を蓄えるレ
シーバタンクと，前記レシーバタンクから前記熱負荷熱
交換器に冷媒を強制的に供給する液冷媒ポンプとを備え
たことを特徴とするエンジンヒートポンプシステムが得
られる。

【００１０】

【作用】本発明のエンジンヒートポンプシステムにおい
て，冷媒回路にエンジン駆動のコンプレッサによって冷
媒を循環させる。熱負荷熱交換器は，熱負荷と冷媒との
熱交換を行う。主熱源熱交換器は，外部から導入された
水熱源と冷媒との熱交換を行う。排熱回収熱交換器は，
エンジン冷却水と冷媒との熱交換を行う。また，熱負荷
熱交換器の熱負荷冷却の際，即ち，熱負荷熱交換器が蒸
発器として働く際には，エンジン冷却水遮断手段によっ
て，エンジン冷却水の排熱回収熱交換器への流入を遮断
することも可能である。更にまた，熱負荷冷却の際に
は，水熱源導入手段によって，排熱回収熱交換器に外部
から導入された水熱源を導入することも可能である。即
ち，排熱回収熱交換器と主熱源熱交換器とに同じ水熱源
を流し主熱源熱交換器から流入した冷媒を更に冷却し，
過冷却を付けて膨脹弁直前における冷却媒体のエンタル
ピーを小さくする。

【００１１】例えば，空調装置において，冷房の際に
は，水熱源を冷却用として使用し，排熱回収熱交換器を
出た後は，外部へ排出する回路となり，暖房の際には，
主熱源熱交換器から水熱源は，排熱回収熱交換器には，
水は流入しない回路を形成し，エンジン排熱のエンジン
冷却水は排熱回収熱交換器へ流入して，冷媒を加熱す
る。

【００１２】更に，液冷媒ポンプによって，レシーバタ
ンクに蓄えられた液冷媒を，熱負荷熱交換器に強制的に
供給することも可能である。

【００１３】例えば，空調用に用いる場合において，冷
房の際には，この排熱回収熱交換器を有効に使用して，
システム性能を向上させることができる。また，水熱源
から吸熱する主熱源熱交換器と，エンジン排熱から排熱
回収し，冷媒加熱を行う排熱回収熱交換器への冷媒流量
は，液冷媒ポンプの容量にて決定されるので，例えば，
暖房の際には，排熱回収熱交換器での吸熱量を一定に保
たせる役割をし，外部から導入された水と，エンジン冷
却水とからの吸熱をバランス良くとれ，従って，循環量
も増え，暖房能力も増大する。

【００１４】

【実施例】以下，本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】図１は本発明の実施例に係るエンジンヒー
トポンプシステムを業務用空調機に適用した場合を示す
図である。図１で示すように，ヒートポンプシステム
は，システムを駆動するためのエンジン５０と，このエ
ンジン５０のエンジン冷却水と外部から導入される水熱
源を循環させる水熱源供給回路系と，エンジン５０にて
駆動されるコンプレッサ１で冷媒を循環させる冷媒回路
系とを備えている。

【００１６】水熱源供給回路系は，エンジン５０に付加
されているエンジン冷却ポンプ５１と，ラジエータ５２
と，水ポンプ５９と，主熱源水熱交換器３と排熱回収熱
交換器１６とこれらを結ぶ配管及び電磁弁等を備えてい
る。

【００１７】冷媒回路系は，コンプレッサ１と，アキュ
ムレータ１０と，四方弁２と，空気を熱負荷とする熱負
荷熱交換器１１と，満液型のレシーバタンク７と，液冷
媒ポンプ１４と，主熱源熱交換器３及び排熱回収熱交換
器１６と，冷媒の流量を調節する流量調整弁１３と，こ
れら各部を連絡する配管及び電磁弁等とを備えている。
尚，以下の図面及び各回路系の説明において，各部を連
絡する配管については述べられていないが，各部は所要
する長さ及び太さの配管によって接続されている。

【００１８】水熱源熱交換器３及び排熱回収熱交換器１
６は，次に説明する冷媒回路系及び水熱源供給回路系に
共有される。

【００１９】水熱源供給回路系において，エンジン冷却
ポンプ５１に三方弁５４が接続されている。この三方弁
の他端の一方５４ａは，ラジエータ５２の一端と，電磁
弁５６の一端との間に接続されている。ラジエータ５２
の他端はエンジンの冷却水出入口５０ｂに一端が接続さ
れている。電磁弁５６の他端は，排熱回収熱交換器１６
の一端に接続され，この一端は，排水用の電磁弁５８が
接続されている。排熱回収熱交換器１６の他端は，逆止
弁５５ｂの一端に接続され，この接続部から水用電磁弁
５７の他端に接続されている。逆止弁５５ｂは三方弁５
４の他端５４ｂに一端を発する。この水用電磁弁５７の
他端は，主熱源熱交換器３の一端に接続されている。主
熱源熱交換器３の一端と水用電磁弁５７との接続部に
は，水ポンプ５９が接続されている。

【００２０】冷媒回路系は，四方弁２の出入口２ａ，２
ｂを両端とする第１の冷媒回路と，四方弁２の出入口２
ｃ，２ｄを両端とする第２の冷媒回路とを備えている。

【００２１】第１の冷媒回路は，四方弁２の出入口２ｂ
を一端とし，アキュムレータ１０と続いてコンプレッサ
１を通じて，四方弁２の出入口２ａに接続されている。

【００２２】第２の冷媒回路は，四方弁２の出入口２ｃ
からファン１２を有する空気熱交換器である熱負荷熱交
換器１１の一端に接続され，熱負荷熱交換器１１の他端
側は，並列に設けられた膨脹弁９及び逆止弁５ｅを介し
て，電磁弁８又は電磁弁２０の一端に接続されている。
電磁弁８の他端は，レシーバタンク７の他端に接続され
るとともに，電磁弁１９の一端に接続されて交差点を形
成している。電磁弁６の他端と，電磁弁２０の他端と
は，互いに接続され，この交差点にレシーバタンク７の
一端７ｂが接続されている。レシーバタンク７の他端７
ｃは，液冷媒ポンプ１４を介して逆止弁５ｂの一端に接
続され，この逆止弁５ｂの他端は，流量調整弁１３の一
端に接続されるとともに，排熱回収熱交換器１６の一方
の冷媒出入口に接続されている。排熱回収熱交換器１６
の他方の冷媒出入口は，三方弁１７を介して分岐して，
他端の一方は，逆止弁を介して熱負荷熱交換器１１の一
端に，他端の他方は，逆止弁５を介して，逆止弁の他端
へ接続され，電磁弁６の一端に接続されている。ここ
で，電磁弁６の一端は，流量調整弁２０の他端に接続さ
れているとともに，この接続点から並列に逆止弁５及び
膨脹弁４が設けられ，主熱源熱交換器３の一端に接続さ
れている。主熱源熱交換器３の他端は，四方弁の出入口
２ｄに接続されている。

【００２３】図２は図１のエンジンヒートポンプシステ
ムで通常の冷房運転を行う場合を示している。図２で示
すように，冷媒回路系での冷媒の流れは実線の矢印で，
水回路系の冷却水の流れは，破線の矢印で夫々示されて
いる。ここにおいて，電磁弁６，８は開いており，電磁
弁１９，２０，５６，５７，５８は，閉じている。ま
ず，冷媒回路系の冷媒の流れについて説明する。コンプ
レッサ１から吐出した冷媒は，四方弁２ａ，２ｄを介し
て，主熱源熱交換器３の一方の冷媒出入口３ａに流入す
る。水熱交換器３では，水熱源（この場合には，冷却
水）が水ポンプ５９によって，水取入口３ｃから流入し
ており，主熱源熱交換器３を通過する冷媒はこの水に冷
却されて（熱交換して）液化して，主熱源熱交換器３の
他方の冷媒出入口３ｂから流出して，逆止弁５ａを介し
て，電磁弁６を通り，レシーバタンク７に蓄えられる。
ここで，レシーバタンクは満液型である。レシーバタン
ク７の一方の流出口から流出した液相の冷却媒体は，電
磁弁８を通り，膨脹弁９を介して膨脹して，熱負荷熱交
換器１１に一端１１ａの冷媒入口から流入する。

【００２４】熱負荷熱交換器１１内では，膨脹した冷媒
は蒸発して気相となり，送風機１２によって送られる空
気から吸熱して，熱負荷熱交換器１１の他端１１ｂから
流出して，四方弁の出入口２ｃ，２ｂを介して，アキュ
ムレータ１０に流入する。この時，熱負荷熱交換器１１
の周囲の吸熱された空気は，送風機１２によって，図示
しない室内へ送り出され，室内を冷房する。また，アキ
ュムレータ１０に蓄えられた冷媒は，気相の冷媒のみが
取り出され，コンプレッサ１に流入して圧縮され，コン
プレッサ１外に吐出されて，四方弁２ａに至る。以上の
動作が繰り返し行われる。

【００２５】次に，図２で示す通常の冷房運転の際の水
熱源供給回路系について説明する。

【００２６】まず，エンジン５０に設けられたエンジン
冷却ポンプ５１によって，エンジン冷却水が三方弁５４
に流出する。エンジン冷却水は，三方弁５４の他端の一
方５４ａから逆止弁５５を介して，ラジエータ５２に流
入する。ここで，電磁弁５６は閉じられているので，排
熱回収熱交換器１６の水出入口１６ａ，１６ｂには，エ
ンジン冷却水は流入しない。ラジエータ５２の送風機５
３の動作によって冷却されたエンジン冷却水は，再びエ
ンジン５０の水取入口５０ａに流入する。

【００２７】また，水ポンプ５９によって供給された水
熱源は，主熱源熱交換器３の水流入口３ｃから主熱源熱
交換器３内に入り，冷媒から吸熱して，水流出口３ｄか
ら排出される。ここで，エンジン冷却水と水熱源とは，
電磁弁５６，５７を夫々閉じることによって，それぞれ
独立に流れて，互いに交わることがないので，エンジン
冷却水の外部への流出を防ぐことができ，エンジンのオ
ーバヒートを防止することができる。

【００２８】図３は図１のエンジンヒートポンプシステ
ムを過冷却を用いて冷房運転を行う場合を示している。
図３で示すように，冷媒回路系での冷媒の流れは実線の
矢印で，水熱源供給回路系の水の流れは，破線の矢印で
夫々示されている。ここにおいて，電磁弁６，８，５
７，５８は開いており，電磁弁１９，２０，５６は閉じ
ている。まず，過冷却を用いて冷房運転を行う場合の冷
媒回路系の冷媒の流れについて説明する。コンプレッサ
１から吐出した冷媒は，四方弁の出入口２ａ，２ｄを介
して，主熱源熱交換器３の一方の冷媒流入口３ａに流入
する。

【００２９】主熱源熱交換器３の水流入口３ａには，外
部から冷却水が水ポンプ５９によって流入しており，冷
媒はこの水に冷却されて（熱交換して）液体して，主熱
源熱交換器３の他方の冷媒出入口３ｂから流出して，逆
止弁５ａを介して，ＸとＹの２つの流れに分岐し，分岐
した一方の流れＸは，逆止弁５ｄから流入した冷媒と合
流して電磁弁６を通り，レシーバタンク７に蓄えられ
る。分岐した他方の流れＹは，流量調整弁１３によって
調整され，排熱回収熱交換器１６の冷媒流入口１６ａに
流入する。

【００３０】排熱回収熱交換器１６では，流入した液相
の冷媒を，更に冷却する（過冷却）。排熱回収熱交換器
１６の冷媒流出口１６ｂから流出した過冷却された冷媒
は，三方弁１７を介して，一方の流れ１７ａは，逆止弁
５ｄを介して，再び，逆止弁５ａの出口側，流量調整弁
１３の入り口側，及び電磁弁６の入り口側の交差点に接
続される。また，レシーバタンク７の出口７ｂから流出
した液相の冷却媒体は，図２の例と同様に電磁弁８を通
り，膨脹弁９を介して膨脹して，熱負荷熱交換器１１に
流入する。

【００３１】熱負荷熱交換器１１では，膨脹した冷媒は
蒸発し，この熱負荷熱交換器１１の周囲の空気から吸熱
して，四方弁の出入口２ｃ，２ｂを介して，アキュムレ
ータ１０に流入する。この時，熱負荷熱交換器１１で吸
熱された空気は，送風機１２によって，室内へ送り出さ
れ，室内を冷房する。アキュムレータ１０から気相の冷
媒のみが選択され，コンプレッサ１の吸入口Ｓから吸入
されて圧縮され，コンプレッサ１の吐出口Ｄから吐出さ
れて，四方弁２ａに至り高圧側へと連絡する。以上の動
作が繰り返して行われる。

【００３２】次に，過冷却サイクル冷媒運転を行う場合
の水熱源供給回路系について，説明する。まず，エンジ
ン５０の冷却水の流出口に設けられたポンプ５１によっ
て，エンジン冷却水が三方弁５４に至る。三方弁５４の
他端の一方５４ａから流出したエンジン冷却水は，逆止
弁５５を介して，ラジエータ５２に流入する。ここで，
電磁弁５６は閉じられているので，排熱回収熱交換器１
６には，ここからはエンジン冷却水は流入しない。ラジ
エータ５２によって，冷却されたエンジン冷却水は，再
びエンジン５０の水流入口５０ａに流入する。また，水
ポンプ５９によって供給された冷却水は，分岐して主熱
源熱交換器３の水流入口３ｃから流入して，主熱源熱交
換器３内の冷媒を冷却して，主熱源熱交換器３の水流出
口３ｄから外部に流出する。

【００３３】一方，水ポンプ５９によって供給された冷
却水の分岐した他方は，水用電磁弁５７を介して排熱回
収熱交換器１６の一方の水出入り口１６ｃに流入して，
排熱回収熱交換器１６内の冷媒を更に冷却して（過冷
却），排熱回収熱交換器１６の水出入口１６ｄから流出
し，電磁弁５８を介して，排出される。ここにおいて，
エンジン冷却水と，水ポンプ５９によって供給される冷
却水とは，夫々独立に流れて，互いに交わることはな
い。

【００３４】このように，排熱回収熱交換器１６を冷媒
冷却に用いた過冷却サイクルを用いると，膨脹弁手前で
の冷媒のエンタルピーを小さくすることができ，ヒート
ポンプの冷房能力を図２の通常運転よりも高めることが
できる。また，流量調整弁１３によって，排熱回収熱交
換器１６の冷媒流入量を調整し，冷房能力を高める場合
には，流量を増加し，一方冷房能力を弱める場合には，
流量を減少させるというように，熱負荷熱交換器の負荷
状態，即ち，冷房する部屋の温度等に応じて調節するこ
とができる。

【００３５】図４は図１のエンジンヒートポンプシステ
ムを通常の暖房運転を行う場合を示している。図４で示
すように，冷媒回路系での冷媒の流れは実線の矢印で，
水回路系の冷却水の流れは，破線の矢印で夫々示されて
いる。ここにおいて，電磁弁１９及び２０が開いてお
り，電磁弁６，８，５６，５７，５８は閉じており，排
熱交換器１６は使用されない。まず，冷媒回路系の冷媒
の流れについて説明する。コンプレッサ１から吐出した
冷媒は，四方弁の出入口２ａ，２ｃを介して，熱負荷熱
交換器１１の一方の冷媒出入口１１ｂから流入する。こ
こでは，熱負荷熱交換器１１は凝縮器として働き，熱負
荷熱交換器１１内の冷媒が凝縮することによって，この
熱負荷熱交換器１１の周囲の空気を加熱する。加熱され
た空気は，送風機１２によって，室内に供給されて，室
内を暖める。ここで，熱負荷熱交換器１１により凝縮さ
れ，液相を生じた冷媒は，他方の冷媒出入口１１ａから
流出して逆止弁５ｅ，及び電磁弁２０を介して，レシー
バタンク７内に蓄えられる。レシーバタンク７の出口７
ｂから流出した液相の冷媒は，電磁弁１９，及び逆止弁
５ｆを介し，更に膨脹弁４を経て，膨脹した主熱源熱交
換器３の一方の冷媒出入口３ｂから内部に流入する。主
熱源熱交換器３内の冷媒は，外部から水ポンプ５９によ
って供給された水熱源から吸熱する。吸熱した冷媒は，
主熱源熱交換器３の冷媒出入口３ａから流出して四方弁
の出入口２ｄ，２ｂを介して，アキュムレータ１０に流
入して蓄えられる。アキュムレータ１０から気相の冷媒
がコンプレッサ１に流入して圧縮され，四方弁の出入口
２ａに至る。以上の動作が繰り返される。

【００３６】次に，図４で示す通常の暖房運転の場合の
水熱源供給回路系について説明する。

【００３７】まず，エンジン５０に設けられたポンプ５
１によって，エンジン冷却水が三方弁５４に至る。三方
弁５４の他端の一方５４ａから逆止弁５５を介して，ラ
ジエータ５２に流入する。ここで，電磁弁５６は閉じら
れているので，排熱回収熱交換器１６には，エンジン冷
却水は流入しない。また，ラジエータ５２には，空冷用
の送風機５３が設けられている。ラジエータ５２によっ
て冷却されたエンジン冷却水は，再びエンジン５０の水
流入口５１ａに流入する。

【００３８】また，水ポンプ５９によって供給された温
水等の水熱源は，主熱源熱交換器３の水流入口３ｃに流
入して，主熱源熱交換器３内の冷媒を加熱して，主熱源
熱交換器３の水流入口３ｄから外部に流出する。ここに
おいて，エンジン冷却水と，水ポンプ５９によって供給
される水熱源とは，夫々独立に流れるので，エンジン冷
却水を外部に流出させず，エンジンのオーバヒートを防
止することができる。

【００３９】図５は図１のエンジンヒートポンプシステ
ムを排熱回収冷媒加熱暖房運転を行う場合を示してい
る。図５で示すように，冷媒回路系での冷媒の流れは実
線の矢印で，水回路系の冷却水の流れは，破線の矢印で
夫々示されている。ここにおいて，電磁弁１６，１９，
２０は開かれ，電磁弁６，８，５７，５８及び流量調整
弁１３は閉じられている。排熱回収熱交換器１６には，
電磁弁５６を開くことで，エンジン冷却水が流入する冷
媒を加熱する構成となっている。

【００４０】まず，冷媒回路系の冷媒の流れについて説
明する。

【００４１】コンプレッサ１から吐出した冷媒は，四方
弁の出入口２ａ，２ｃを介して，熱負荷熱交換器１１の
冷媒出入口１１ｂに流入する。ここでは，熱負荷熱交換
器１１は凝縮器として働き，熱負荷熱交換器１１内の冷
媒が凝縮することによって，周囲の空気を加熱する。加
熱された空気は，送風機１２によって，室内に供給され
て，室内を暖める。

【００４２】熱負荷熱交換器１１により凝縮された冷媒
は，冷媒出入口から流出し，逆止弁５ｅ，電磁弁２０を
介して，レシーバタンク７に蓄えられる。レシーバタン
ク７の一方の流出口７ｂから流出した液相の冷媒は，電
磁弁１９及び逆止弁５ｆを介し，更に膨脹弁４を経て，
主熱源熱交換器３の出入口に流入する。主熱源熱交換器
３内で，冷媒は冷却水から吸熱する。吸熱した冷媒は，
主熱源熱交換器３の出入口から流出して，四方弁の出入
口２ｄ，２ｂを介して，アキュムレータ１０に流入す
る。アキュムレータ１０から気相の冷媒がコンプレッサ
１に流入して圧縮され，圧縮された冷媒は，吐出口から
吐出して四方弁の出入口２ａに至る。

【００４３】一方，レシーバタンク７の取出口７ｃから
流出した液状の冷媒は，液冷媒ポンプ１４によって，強
制的に排熱回収熱交換器１６の冷媒出入口１６ａに送ら
れる。排熱回収熱交換器１６内で，更にエンジン冷却水
から吸熱して，三方弁１７に至る。三方弁１７の一方１
７ｂから逆止弁５を介して，熱負荷熱交換器１１の上流
側に接続される。以上の動作が繰り返して行われる。こ
こで，排熱回収熱交換器１６はエンジン排熱回収熱交換
器として作用する。

【００４４】次に，排熱回収冷媒加熱暖房運転を行う場
合の水熱源供給回路系について説明する。まず，エンジ
ン５０に設けられたポンプ５１によってエンジン冷却水
が三方弁５４に送られる。三方弁５４の他端の他方５４
ｂから流出したエンジン冷却水は，逆止弁５５ｂを介し
て，排熱回収熱交換器１６の水出入口１６ｃから流入す
る。排熱回収熱交換器１６内で，エンジン冷却水は，冷
媒に熱を与えて，排熱回収熱交換器１６の水出入口１６
ｄから流出して，電磁弁５６を介して，ラジエータ５２
の上流側に流入する。ここで，三方弁５４の他端の一方
５４ａから逆止弁５５ａを介して，ラジエータ５２に流
入するように構成することもできる。また，水ポンプ５
９によって供給された外部からの熱源水は，主熱源熱交
換器３の水出入口に流入して，水熱交換器３内の冷媒を
加熱して，主熱源熱交換器３の水出入口から外部に流出
する。ここにおいて，エンジン冷却水と，ポンプによっ
て供給される冷却水とは，水用電磁弁５７を閉じること
によって，夫々独立しているので，エンジン冷却水の流
出によってエンジンがオーバヒートすることはない。図
５で示すエンジンヒートポンプシステムの場合は，図４
で示すエンジンヒートポンプシステムにより，エンジン
排熱回収を行うことが加算されるので，図４で示すシス
テムよりも冷媒の加熱効率及び暖房効率を高めることが
できる。

【００４５】図６は図１のエンジンヒートポンプシステ
ムを過冷却液ポンプサイクル冷房運転を行う場合を示し
ている。図６の過冷却液ポンプサイクル冷房運転が図３
で示す過冷却サイクル冷房運転と異なる点は，液冷媒ポ
ンプ１４によって送られる冷媒を三方弁２２によって，
熱負荷熱交換器１１にも強制的に流入できるようにした
点である。具体的には，図６で示すように，冷媒回路系
での冷媒の流れは実線の矢印で，水回路系の冷却水の流
れは破線の矢印で夫々示されている。ここにおいては，
電磁弁６は開かれ，電磁弁８，１９，２０，５６は閉じ
られている。また，流量調節弁１３により，冷媒の流量
が調節される。

【００４６】図６の運転方法と，図３との相違点は，冷
媒流路Ｏ，Ｙ，Ｚの間を回路変更したことにより，液冷
媒ポンプ１４を使って熱負荷熱交換器１１に液冷媒を強
制的に循環させ，流量調整弁を用いて過冷却度を変化さ
せることができることである。

【００４７】まず，図６で示す過冷却液ポンプサイクル
冷房運転を行う場合の冷媒回路系の冷媒の流れについて
説明する。コンプレッサ１から吐出した冷媒は，四方弁
２ａ，２ｄを介して，主熱源熱交換器３の冷媒出入口に
流入する。水熱交換器３の水流入口には，冷却水が水ポ
ンプ５９によって流入しており，冷媒はこの水に冷却さ
れて（熱交換して），水熱交換器３の冷媒出入口から流
出して，逆止弁５ａを介して，流量調整弁１３で負荷の
状態に応じてその流量が調整され，排熱回収熱交換器１
６の冷媒流入口に流入する。排熱回収熱交換器１６に流
入した冷媒は，更に，過冷却され，冷媒のエンタルピー
が小さくなる。通過した冷媒は，三方弁１７を介して一
端１７ａからの流れとして，電磁弁６を通り，レシーバ
タンク７内に蓄えられる。レシーバタンク７内に蓄えら
れた冷媒は，エンジン冷却ポンプ１４によって送出さ
れ，三方弁２２を介して，Ｙ，Ｚに分岐される。冷媒
は，電磁弁１３からの冷媒と合流して，冷媒流入口から
排熱回収熱交換器１６に流入する。Ｚの冷媒は，逆止弁
２６及び膨脹弁９を介して，蒸発器として作用する熱負
荷熱交換器１１に流入する。また，熱負荷熱交換器１１
では，流入した冷媒は蒸発し，周囲の空気から吸熱し
て，四方弁２ｃ，２ｂを介して，アキュムレータ１０に
流入する。この時，吸熱された空気は，送風機１２によ
って，室内へ送り出され，室内を冷房する。アキュムレ
ータ１０から気相の冷媒がコンプレッサ１に流入して圧
縮され，四方弁２ａに至る。以上の動作が繰り返し行わ
れる。

【００４８】冷房負荷が小さい場合，即ち，熱負荷熱交
換器１１への冷媒量が少なくてよい時には，排熱回収熱
交換器１６の三方弁１７において，２つに分岐させて，
分岐した一方の流れは，逆止弁５ｃを介して，熱負荷熱
交換器１１の下流側に流して，熱負荷熱交換器１１をバ
イパスさせる。

【００４９】次に，図６で示す過冷却液ポンプサイクル
冷房運転を行う場合の水熱源供給回路系について説明す
る。まず，エンジン５０に設けられたポンプ５１によっ
て，エンジン冷却水が三方弁５４に至る。エンジン冷却
水は，三方弁５４の他端の一方５４ａから逆止弁５５を
介して，ラジエータ５２に流入する。ここで，電磁弁５
６は閉じられているので，排熱回収熱交換器１６には，
ここからは冷却水は流入しない。ラジエータ５２によっ
て，冷却されたエンジン冷却水は，再びエンジン５０の
水流入口５０ａに流入する。

【００５０】一方，水ポンプ５９によって供給された熱
源水は，主熱源熱交換器３の水流入口３ｃに流入して，
水熱交換器３内の冷媒を冷却して，水熱交換器３の水出
入口３ｄから外部に流出する。また，水ポンプ５９によ
って供給された冷却水の分岐した他方は，水用電磁弁５
７を介して，排熱回収熱交換器１６の一方の水出入口１
６ｃに流入して，排熱回収熱交換器１６内の冷媒を更に
冷却して（過冷却），排熱回収熱交換器１６の水出入口
１６ｄから流れ，電磁弁５８を介して排出される。

【００５１】ここにおいて，エンジン冷却水と，ポンプ
によって供給される冷却水とは，夫々独立しているの
で，互いに交じりあわず，エンジン冷却水の外部への流
出により，エンジンがオーバーヒートすることを防止す
ることができる。

【００５２】図６で示すように，この過冷却冷房運転に
よって，液ポンプを使用して，強制的に冷媒を搬送させ
て，図３のものよりも更に能力を増加させることができ
る。

【００５３】以上述べた本発明の実施例では，業務用空
調機のみを示したが，本発明のエンジンヒートポンプシ
ステムは，クルーザ用のエンジンヒートポンプシステム
にも使用できる。

【００５４】

【発明の効果】以上，説明したように，本発明のヒート
ポンプシステムにおいては，エンジンの排熱による冷媒
加熱方式であるが，液冷媒ポンプの圧力を利用し，排熱
回収熱交換器で吸熱させ，ガス化させた冷媒をコンプレ
ッサの冷媒吐出側高圧回路に合流させる。これによっ
て，排熱回収熱を発熱能力へ熱移動させ，発熱能力を増
加させる。

【００５５】本発明のヒートポンプシステムにおいて
は，吸熱時に排熱回収熱交換器を凝縮器として機能させ
ることで，主熱源熱交換器を通過した冷媒を更に冷却し
て，過冷却状態にできるため，膨脹弁入口でのエンタル
ピーを小さくでき，冷房能力を増大させることができ
る。

【００５６】本発明のヒートポンプシステムにおいて
は，水熱源とエンジン排熱であるエンジン冷却水（温
水）とを配管上結合させることによって，吸熱時におい
て，排熱回収熱交換器側へ水を供給できるようにし，か
つ，排水はエンジン冷却水回路と交じり合わない独立回
路を形成し，両者独立に運転できるようにした。これに
より，エンジン側の水回路での水不足によるエンジンの
オーバヒートを防止できる。

【００５７】本発明のヒートポンプシステムにおいて
は，過冷却サイクル冷房運転時の能力制御方法の１とし
て，主熱源熱交換器出口と排熱回収熱交換器入口の間に
設置した流量調整弁において，流量をコントロールする
ことによって，排熱回収熱交換器側への流量を減少させ
ることができる。これにより過冷却度をコントロールし
て，冷房能力を負荷に合わせて制御させ，室内温度を快
適な温度に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るエンジン排熱ヒートポン
プシステムを示す概略図である。

【図２】図１のエンジン排熱ヒートポンプシステムの通
常の冷房運転を示す図である。

【図３】図１のエンジン排熱ヒートポンプシステムの過
冷却サイクル冷房運転を示す図である。

【図４】図１のエンジン排熱ヒートポンプシステムの通
常暖房運転を示す図である。

【図５】図１のエンジン排熱ヒートポンプシステムの排
熱回収冷媒加熱暖房運転を示す図である。

【図６】図１のエンジン排熱ヒートポンプシステムの過
冷却液ポンプサイクル冷房運転を示す図である。

【符号の説明】

１ コンプレッサ ２ 四方弁 ３ 主熱源熱交換器 ４ 膨脹弁 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ 逆止弁 ６，８，１９，２０，５６，５８ 電磁弁 ７ レシーバタンク ９ 膨脹弁 １０ アキュムレータ １１ 熱負荷熱交換器 １２ ファン １３ 流量調整弁 １４ 液冷媒ポンプ １６ 排熱回収熱交換器 １７ 三方弁 ５０ エンジン ５１ エンジン冷却ポンプ ５２ ラジエータ ５４ 三方弁 ５５ａ，５５ｂ 逆止弁 ５７ 水用電磁弁 ５９ 水ポンプ ６１ 配管

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷エンジン駆動のコンプレッサによっ
   て冷媒を循環させる冷媒回路に，熱負荷と冷媒との熱交
   換を行う熱負荷熱交換器と，外部から導入された水熱源
   と冷媒との熱交換を行う主熱源熱交換器と，前記水冷エ
   ンジンを冷却するラジエータからのエンジン冷却水又は
   前記水熱源と冷媒との熱交換を行う排熱回収熱交換器と
   を備え，前記ラジエータと前記排熱回収熱交換器と前記
   主熱源熱交換器とが個別又は同時に夫々を作動できるよ
   うに，水回路系で接続されており，前記排熱回収熱交換
   器は，冷房の際に，流入した液相の冷却媒体を更に冷却
   する過冷却用熱交換器として機能を備えていることを特
   徴とするエンジンヒートポンプシステム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジンヒートポンプシ
   ステムにおいて，前記熱負荷熱交換器が蒸発器として働
   く際に，前記エンジン冷却水の前記排熱回収熱交換器へ
   の流入を遮断するエンジン冷却水遮断手段を備えたこと
   を特徴とするエンジンヒートポンプシステム。
3. 【請求項３】 請求項２記載のエンジンヒートポンプシ
   ステムにおいて，前記排熱回収熱交換器に前記外部から
   導入された水熱源を導入する水熱源導入手段を備えたこ
   とを特徴とするエンジンヒートポンプシステム。
4. 【請求項４】 請求項３記載のエンジンヒートポンプシ
   ステムにおいて，前記冷媒回路は液冷媒を蓄えるレシー
   バタンクと，前記レシーバタンクから前記熱負荷熱交換
   器に冷媒を強制的に供給する液冷媒ポンプとを備えたこ
   とを特徴とするエンジンヒートポンプシステム。