JP2001050610A - ヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室外熱交換器の夏回路と冬回路とを切り替え
る電磁開閉弁の数を削減でき、ヘッダ管を簡略化できる
ヒートポンプ式空気調和装置を提供する。 【解決手段】 ガスエンジンで駆動される圧縮機と、室
外熱交換器とを備え、この室外熱交換器には圧縮機から
の冷媒、およびガスエンジンのエンジンオイルを循環可
能に構成したヒートポンプ式空気調和装置において、室
外熱交換器１９は多数のフィンとこのフィンを貫通する
冷媒管５２及びオイル管５３を備え、このオイル管は冷
房運転時にオイルを流す夏管５５と暖房運転時にオイル
を流す冬管５４とからなり、暖房運転時に夏管を流れる
オイルの温度を冬管を流れるオイルの温度よりも低下さ
せるように形成し、冬管にオイルを導く冬回路６１と夏
管にオイルを導く夏回路６２とを設け、冬回路を除く夏
回路にのみ冷房運転時に閉じ暖房運転時に開く電磁開閉
弁６４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスエンジンのエ
ンジンオイルの熱を放熱させる室外熱交換器を備えたヒ
ートポンプ式空気調和装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスエンジンで駆動される圧縮
機と、室外熱交換器とを備え、この室外熱交換器には圧
縮機からの冷媒、およびガスエンジンを冷却した冷却水
を循環可能に構成したヒートポンプ式空気調和装置が知
られている。

【０００３】図３において、符号８１は従来のヒートポ
ンプ式空気調和装置における室外熱交換器を示す。この
室外熱交換器８１は、図中手前から奥に向けて並置され
た複数のフィン８２と、このフィン８２を貫通する冷媒
管８３及び水管８４を備え、この水管８４は冬管８５と
夏管８６とからなる。冬管８５は冷媒管８３と接近し、
夏管８６は冷媒管８３から離間している。また、冬管８
５に冷却水を導く冬回路８７と夏管８６に冷却水を導く
夏回路８８とが形成され、冬回路８７の入口部の冬回路
ヘッダ管８９には冬回路電磁開閉弁９０が設けられ、夏
回路８８の入口部の夏回路ヘッダ管９１には夏回路電磁
開閉弁９２が設けられる。

【０００４】冷房運転時には、夏回路電磁開閉弁９２の
みが開かれて冷却水が白抜き矢印方向に流れる。すなわ
ち、ガスエンジンから熱を回収した高温の冷却水は、夏
回路電磁開閉弁９２を通じて夏回路８８に導かれて二分
岐し、室外熱交換器８１の夏管８６に導かれて室外送風
機（図示せず）からの送風によって放熱した後、ガスエ
ンジンに戻る。このとき、冷媒は実線矢印方向に流れ、
ガス冷媒が二分岐して室外熱交換器８１の冷媒管８３内
で凝縮して液冷媒となった後、この液冷媒は室外熱交換
器８１の外部に導かれる。このように、冷房運転時に
は、冷却水と冷媒とは室外熱交換器８１において離間し
た位置で放熱を行う。

【０００５】暖房運転時には、冬回路電磁開閉弁９０の
みが開かれて冷却水が黒塗り矢印方向に流れる。すなわ
ち、ガスエンジンから熱を回収した冷却水は、冬回路電
磁開閉弁９０を通じて冬回路８７に導かれて二分岐し、
室外熱交換器８１の冬管８５に導かれて室外送風機から
の送風によって放熱する。この放熱された熱は、室外熱
交換器８１で接近する冷媒管８３を流れる液冷媒に供給
され、この液冷媒を蒸発させてガス冷媒に変化させる。
このように、暖房運転時には、冷却水と冷媒を同じ領域
に導いて、冷却水の熱を液冷媒の蒸発に利用し、ヒート
ポンプ式空気調和装置のＣＯＰ（成績係数）を向上させ
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のヒートポンプ式空気調和装置では、冬回路電磁
開閉弁９０及び夏回路電磁開閉弁９２の２個の電磁開閉
弁が設けられ、それに伴い冬回路ヘッダ管８９及び夏回
路ヘッダ管９１の２系統のヘッダ管が必要となるので、
室外熱交換器８１の製造コストが増大すると共に、設置
スペースが増大するという問題がある。

【０００７】本発明の目的は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、室外熱交換器の夏回路と冬回路とを
切り替える電磁開閉弁の数を削減でき、ヘッダ管を簡略
化できるヒートポンプ式空気調和装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ガスエンジンで駆動される圧縮機と、室外熱交換器とを
備え、この室外熱交換器には圧縮機からの冷媒、および
ガスエンジンのエンジンオイルを循環可能に構成したヒ
ートポンプ式空気調和装置において、室外熱交換器は多
数のフィンとこのフィンを貫通する冷媒管及びオイル管
を備え、このオイル管は冷房運転時にオイルを流す夏管
と暖房運転時にオイルを流す冬管とからなり、暖房運転
時に夏管を流れるオイルの温度を冬管を流れるオイルの
温度よりも低下させるように形成し、冬管にオイルを導
く冬回路と夏管にオイルを導く夏回路とを形成し、夏回
路を除く冬回路にのみ冷房運転時に閉じ暖房運転時に開
く電磁開閉弁を設けたことを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、夏管及び冬管の管径をほぼ等しくし、１パ
ス当たりの夏管の長さを冬管の長さよりも長く設定した
ことを特徴とするものである。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のものにおいて、夏管が冬管に比べて風上側に位置す
ることを特徴とするものである。

【００１１】これらの発明によれば、夏管を流れるオイ
ルの粘度が高くなり、多くのオイルが冬管に流れる。従
って、暖房運転時、夏回路と冬回路の切替を行うため
に、冬回路だけに電磁開閉弁を設ければよいため、製造
コストを低減できる。また、冬回路に１個の電磁開閉弁
を設けるだけでよいので、夏回路及び冬回路の入口部分
を１系統に簡略化することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１３】図１において、符号１はガスエンジンによ
って駆動されるヒートポンプ式空気調和装置を示す。ガ
スヒートポンプ式空気調和装置１は、室外に設置される
室外ユニット２と、室内に設置される複数の室内ユニッ
ト３とで構成される。

【００１４】室外ユニット２は、ガスを燃料として駆動
するガスエンジン１１と、このガスエンジン１１にフレ
キシブル管１２を介して接続される圧縮機１３と、オイ
ルセパレータ１４と、四方弁１５と、各室内ユニット３
に対応した分流用電動弁１６と、レシーバタンク１７
と、室外電動弁１８と、室外熱交換器１９と、この室外
熱交換器１９に送風する室外送風機２０と、アキューム
レータ２１とを備える。各室内ユニット３は、室内熱交
換器３１と、この室内熱交換器３１に送風する室内送風
機３２とを備える。これらの室外ユニット２及び室内ユ
ニット３の各構成要素（送風機２０、３２を除く）は、
冷媒管３３によって接続されている。

【００１５】暖房運転時には、四方弁１５が暖房運転時
の位置に合わせられて、冷媒が点線矢印方向に循環す
る。すなわち、室外ユニット２の圧縮機１３から吐出さ
れたを高温・高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１４
でオイルが除去され、四方弁１５を通り、各室内ユニッ
ト３に向けて分岐し、各室内熱交換器３１で凝縮すると
共に室内に温風を供給する。各室内熱交換器３１で凝縮
（液化）した液冷媒は、分流用電動弁１６を経由して合
流し、レシーバタンク１７を通り、室外電動弁１８を通
り、室外熱交換器１９で、後述するエンジンオイルや外
気から吸熱して蒸発する。蒸発（気化）したガス冷媒
は、四方弁１５、アキュームレータ２１を通り圧縮機１
３に戻る。

【００１６】冷房運転時には、四方弁１５が冷房運転時
の位置に合わせられて、冷媒が実線矢印方向に循環す
る。すなわち、圧縮機１３から吐出された高温・高圧の
ガス冷媒は、オイルセパレータ１４でオイルが除去さ
れ、四方弁１５を通り、室外熱交換器１９で室外送風機
２０からの送風により凝縮（液化）する。室外熱交換器
１９で凝縮した液冷媒は、室外電動弁１８、レシーバタ
ンク１７を経由した後、各室内ユニット３に向けて分岐
し、分流用電動弁１６を通り、室内熱交換器３１で蒸発
（気化）すると共に室内に冷風を供給する。蒸発したガ
ス冷媒は、合流した後、四方弁１５、アキュームレータ
２１を通り圧縮機１３に戻る。

【００１７】本実施形態では、室外ユニット２には、ガ
スエンジン１１及びその排気ガスを冷却するエンジン冷
却装置４０が設けられ、このエンジン冷却装置４０で
は、冷却液としてガスエンジン１１のエンジンオイルが
用いられる。このオイルの種類は、例えば「エンジンオ
イル５Ｗ−３０」である。

【００１８】エンジン冷却装置４０には、前記ガスエン
ジン１１と、このガスエンジン１１に配設された排気熱
交換器４１と、前記室外熱交換器１９と、油タンク４２
と、オイル循環ポンプ４３とが含まれる。これら排気熱
交換器４１、室外熱交換器１９、オイル循環ポンプ４３
は、オイル管４４によって接続されている。符号４５は
ガス供給管を示し、このガス供給管４５を通じて供給さ
れるガス燃料は、空気取入口４６を通じて取り入れられ
た空気と混合されて、ガスエンジン１１に供給される。

【００１９】ガスエンジン駆動時、ガスエンジン１１の
エンジンオイルが黒塗り矢印方向に循環してガスエンジ
ン１１が冷却される。すなわち、オイル循環ポンプ４３
から吐出されたエンジンオイルは、ガスエンジン１１に
流れ、このガスエンジン１１で生じた熱を回収した後、
排気熱交換器４１に導かれる。一方、ガスエンジン１１
で生じた排気ガスが排気熱交換器４１に送られ、排気熱
交換器４１に導かれたエンジンオイルは、この排気熱交
換器４１に導かれた排気ガスの熱を回収し、ガスエンジ
ン１１に流れ込み、ガスエンジン１１で生じた熱を再度
回収する。ガスエンジン１１及びその排気ガスから熱を
回収して温度上昇したエンジンオイルは、室外熱交換器
１９に送られて室外熱交換器１９で放熱する。そして、
エンジンオイルは、油タンク４２に送られて貯留された
後、オイル循環ポンプ４３に戻る。

【００２０】次に、前述した室外熱交換器１９について
詳述する。

【００２１】室外熱交換器１９は、図中手前から奥に向
けて並置された複数のフィン（例えばプレートフィン）
５１と、このフィン５１を貫通する冷媒管５２及びオイ
ル管５３を備え、このオイル管５３は冬管５４と夏管５
５とからなる。冬管５４は冷媒管５２と接近し、夏管５
５は冷媒管５２から離間している。また、冬管５４にエ
ンジンオイルを導く冬回路６１と夏管５５にエンジンオ
イルを導く夏回路６２とが形成され、冬回路６１は２経
路に分岐し、夏回路６２は１経路のみで構成される。冬
回路６１及び夏回路６２の入口部にはヘッダ管６３が配
設され、このヘッダ管６３は１本（１系統）で構成さ
れ、冬回路６１と夏回路６２とにエンジンオイルを流す
ことが可能である。冬回路６１と夏回路６２とを繋げて
いるヘッダ管６３ａには冬回路電磁開閉弁６４が設けら
れ、この冬回路電磁開閉弁６４は、冷房運転時に閉弁さ
れ、暖房運転時に開弁される。なお、夏回路６２へのエ
ンジンオイルの管路上には電磁開閉弁が設けられていな
い。

【００２２】本実施形態では、夏管５５を流れるエンジ
ンオイルの温度を冬管５４を流れるエンジンオイルの温
度よりも低下させるために、夏管５５及び冬管５４の管
径をほぼ等しく構成し、１パス（経路）当たりの夏管５
５の長さを１パスあたりの冬管５４の長さよりも長く設
定している。具体的には、１パスあたりの夏管５５の長
さと１パスあたりの冬管５４の長さとの比を例えば１
５：４に設定する。

【００２３】なお、従来、冷却水を用いたシステムで
は、全体の長さで比較した場合、夏管５５の長さと冬管
５４の長さとの比が、例えば３：２に設定されている。
この従来の比率設定では、夏管５５を流れるエンジンオ
イルの温度を冬管５４を流れるエンジンオイルの温度よ
りも低下させることができない。

【００２４】本実施形態では、夏回路６２には電磁開閉
弁が設けられておらず、冬回路６１だけに冬回路電磁開
閉弁６４が設けられているにもかかわらず、エンジンオ
イルの流れを夏回路６２と冬回路６１とに切り替えるこ
とができる。

【００２５】これを説明するために、室外熱交換器１９
におけるエンジンオイルの動作を詳述する。

【００２６】冷房運転時には、冬回路電磁開閉弁６４が
閉じられる。ガスエンジンの出口から導かれたエンジン
オイルは、白抜き矢印方向に流れ、ヘッダ管６３を通じ
て夏回路６２に導かれ、室外送風機２０から送風されて
いる室外熱交換器１９の夏管５５で放熱して、ガスエン
ジン１１に戻る。このとき冷媒は実線矢印方向に流れ、
ガス冷媒が二分岐して室外熱交換器１９の冷媒管５２に
導かれて放熱し、ここで凝縮して液冷媒となり、液冷媒
は合流して外部に導かれる。このように、冷房運転時に
は、エンジンオイルと冷媒とは室外熱交換器１９におい
て離間した位置で放熱を行う。

【００２７】暖房運転時には、冬回路電磁開閉弁６４が
開かれる。従って、ガスエンジンの出口から導かれたエ
ンジンオイルは、ヘッダ管６３を通じて夏回路６２と冬
回路６１の両方に流入が可能である。しかしながら、夏
管５５及び冬管５４の管径をほぼ等しく構成し、１パス
当たりの夏管５５の長さを１パスあたりの冬管５４の長
さよりも長く設定しているので、夏管５５内の管内抵抗
は冬管５４の管内抵抗よりも大きく、夏管５５内に滞留
する時間が長くなり、室外送風機２０から送風されてい
る室外熱交換器１９内でのエンジンオイルの放熱量が増
大して過冷却され、夏管５５内のエンジンオイルの温度
が冬管５４内を流れるエンジンオイルよりも温度が低く
なる。そして、夏管５５内のエンジンオイルの粘度が高
くなり、夏管５５内のエンジンオイルは流れにくくな
る。従って、エンジンオイルのほとんどは冬回路６１を
経由して黒塗り矢印方向に流れる。また、このとき冷媒
は波線矢印方向に流れ、外部から導かれた液冷媒は二分
岐して室外熱交換器１９の冷媒管５２内に流入して、冬
管５４内を流れるエンジンオイルから熱を回収して蒸発
し、ガス冷媒となって室外熱交換器１９の外部に導かれ
る。このように、暖房運転時には、冬回路電磁開閉弁６
４を開弁するだけで、冬回路６１にエンジンオイルを流
すことが可能であり、ガスエンジン１１からエンジンオ
イルによって回収された熱が液冷媒の蒸発に利用され、
ガスヒートポンプ式空気調和装置１のＣＯＰ（成績係
数）を向上させることができる。

【００２８】本実施形態によれば、ガスエンジン１１を
循環する冷却液としてエンジンオイルを用い、夏管５５
及び冬管５４の管径をほぼ等しく構成し、１パス当たり
の夏管５５の長さを１パスあたりの冬管５４の長さより
も長く設定して、夏管５５の管内抵抗が増大しているの
で、暖房運転時、夏管５５を流れるエンジンオイルが過
冷却されて温度が低下し、エンジンオイルの粘度が高く
なって夏管５５内を流れにくくなり、ほとんどのエンジ
ンオイルが冬管５４を流れる。従って、夏回路６２に電
磁開閉弁を設ける必要がなく、夏回路６２と冬回路６１
の切替を行うために冬回路電磁開閉弁６４をヘッダ管６
３だけに設ければよいため、製造コストを低減できる。

【００２９】また、本実施形態によれば、ヘッダ管６３
に冬回路電磁開閉弁６４を設けるだけでよいので、ヘッ
ダ管６３を１系統に簡略化することが可能になり、ヘッ
ダ管６３の設置スペースをコンパクト化することができ
る。

【００３０】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は、これに限定されるものでないことは
明らかである。本実施形態では、夏管５５及び冬管５４
の管径をほぼ等しく構成し、１パス当たりの夏管５５の
長さを１パスあたりの冬管５４の長さよりも長く設定し
ているが、例えば、夏管を冬管よりも熱交換器１９の風
上側に配設して、夏管の冷却効果を増大させることによ
り、暖房運転時、エンジンオイルが夏管を流れにくくし
てもよい。また、夏管の管径を冬管の管径よりも小さく
して、管内抵抗を増大させることにより、夏管の冷却効
果を増大させることは可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、暖房運転時、夏管に導
かれたオイルの粘度が高くなり、夏管にオイルが流れに
くくなり、多くのオイルが冬管に流れる。

【００３２】従って、暖房運転時、夏回路と冬回路の切
替を行うために、冬回路だけに電磁開閉弁を設ければよ
いため、製造コストを低減できる。また、冬回路に１個
の電磁開閉弁を設けるだけでよいので、夏回路及び冬回
路の入口部分を１系統に簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態によるヒートポンプ式空気調和装置
を示す構成図である。

【図２】図１の室外熱交換器を示す図である。

【図３】従来の室外熱交換器を示す図である。

【符号の説明】

１ ヒートポンプ式空気調和装置 ２ 室外ユニット ３ 室内ユニット １１ ガスエンジン １３ 圧縮機 １９ 室外熱交換器 ５２ 冷媒管 ５３ オイル管 ５４ 冬管 ５５ 夏管 ６１ 冬回路 ６２ 夏回路 ６３ ヘッダ管 ６４ 冬回路電磁開閉弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスエンジンで駆動される圧縮機と、室
   外熱交換器とを備え、この室外熱交換器には圧縮機から
   の冷媒、およびガスエンジンのエンジンオイルを循環可
   能に構成したヒートポンプ式空気調和装置において、 室外熱交換器は多数のフィンとこのフィンを貫通する冷
   媒管及びオイル管を備え、このオイル管は冷房運転時に
   オイルを流す夏管と暖房運転時にオイルを流す冬管とか
   らなり、暖房運転時に夏管を流れるオイルの温度を冬管
   を流れるオイルの温度よりも低下させるように形成し、
   冬管にオイルを導く冬回路と夏管にオイルを導く夏回路
   とを形成し、前記夏回路を除く冬回路にのみ冷房運転時
   に閉じ暖房運転時に開く電磁開閉弁を設けたことを特徴
   とするヒートポンプ式空気調和装置。
2. 【請求項２】 夏管及び冬管の管径をほぼ等しくし、１
   パス当たりの夏管の長さを冬管の長さよりも長く設定し
   たことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式空気
   調和装置。
3. 【請求項３】 夏管が冬管に比べて風上側に位置するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ式空
   気調和装置。