JP2700561B2 - エンジン駆動式熱ポンプ装置の室外ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、エンジンによって駆動される冷媒循環回
路を備えたエンジン駆動式熱ポンプ装置の室外ユニット
に関する。

（従来の技術） エンジン駆動式熱ポンプ装置では、従来、エンジンの
冷却用ラジエータや、冷媒循環回路の有する冷媒の冷却
用室外熱交換器は、これらを強制冷却させるためのファ
ンと共に互いに組み合わされて室外ユニットとされてい
る。

上記構成において、例えば特開昭60−101443号公報で
示されるようにラジエータをエンジンと共に防音壁内に
設け、この防音壁の上面に室外熱交換器とファンとを水
平方向に並設したものがある。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記従来構成では、ラジエータと室外熱交
換器との間の防音壁で仕切られているために、ファンに
よる熱交換がラジエータにおいては十分に促進されない
おそれがある。

また、室外熱交換器とファンとが水平方向に並設され
ているために、この室外ユニットの上面側が有効には利
用されておらず、また、上記室外熱交換器とファンとの
間には比較的大きい余剰空間が生じている。このような
ことから、従来の室外ユニットは大形なものとなってお
り、よって、これを小形化する点で、改善の余地が残さ
れている。

（発明の目的） この発明は、上記のような事情に注目してなされたも
ので、ラジエータや室外熱交換器による熱交換がファン
によって十分に促進されるようにし、かつ、これらの組
み合わせによる室外ユニットをできるだけ小形化するこ
とを目的とする。

また、冷媒循環回路を複数系統設けた場合において、
各系統の室外熱交換器による外気との熱交換が互いに偏
りなくできるようにすることを目的とする。

更に、ファンによりラジエータを強制冷却した際の熱
風が各冷媒循環回路に熱影響を与えないようにすること
を目的とする。

また、エンジン用の冷却水の温度を冷媒循環回路の冷
媒に伝える廃熱熱交換器を設けた場合に、この廃熱熱交
換器によって冷媒循環回路を構成するタンク類をラジエ
ータや室外熱交換器による熱影響から合理的に保護する
ことを目的とする。

（発明の構成） 上記目的を達成するためのこの発明の特徴とするとこ
ろは、エンジンの冷却用ラジエータと冷媒循環回路の有
する冷媒用室外熱交換器とを上下に積層し、この積層体
を平面視でコの字状に形成し、この積層体が囲繞する空
間内の空気を排出させるファンをこの積層体の上部に設
けると共に、上記積層体が囲繞する空間内に上記冷媒循
環回路の構成部品を収納した点にある。

なお、上記構成において、冷媒循環回路を複数系統設
け、各冷媒循環回路の有する室外熱交換器をそれぞれ上
下複数に分割し、これら分割体を各系統同士で上下互い
違いに配置してもよい。

また、上記各構成において、ラジエータを最上部に配
置する一方、冷媒循環回路の有する冷媒の配管ユニット
を積層体が囲繞する空間内の下部に配置することが好ま
しい。

更に、上記構成において、エンジン用の冷却水の温度
を冷媒循環回路の冷媒に伝える廃熱熱交換器を設け、こ
の廃熱熱交換器を平面視で環状に形成すると共に積層体
が囲繞する空間内の下部に配置し、上記廃熱熱交換器が
囲繞する空間内に冷媒循環回路を構成する液分離器等の
タンク類を収納してもよい。

（作 用） 上記構成による作用は次の如くである。

ラジエータ42と室外熱交換器10,110とを上下に積層し
てこの積層体61を平面視でコの字状に形成し、その上部
にファン15を設け、このファン15の作動により積層体61
が囲繞する空間内の空気を排出させるようにして室外ユ
ニット51を構成したため、上記ファン15の作動時に積層
体61が囲繞する空間内の空気が排出されるのに伴ってそ
の外気がラジエータ42や室外熱交換器10,110を十分に通
過し、よって、これらにおいて外気との熱交換がそれぞ
れ十分に行われこととなる。

また、上記したように積層体61の上部にファン15を設
け、かつ、積層体61が囲繞する空間内に冷媒循環回路3,
103の構成部品を収納したことから、この室外ユニット5
1の各外面や内部空間が有効利用されている。

なお、上記構成において、冷媒循環回路3,103を複数
系統設け、各冷媒循環回路3,103の有する室外熱交換器1
0,110をそれぞれ上下複数に分割し、これら分割体を各
系統同士で上下互い違いに配置した場合には、仮に、フ
ァン15に近い部分の通過風速が速く、遠い部分の通過風
速が遅い場合でも、各冷媒循環回路3,103の室外熱交換
器10,110による熱交換が互いに偏りなく行われる。

また、上記構成において、ラジエータ42を最上部に配
置する一方、冷媒循環回路3,103の有する冷媒の配管ユ
ニット65を積層体61が囲繞する空間内の下部に配置する
と、ファン15によりラジエータ42を強制冷却した際の熱
風が各冷媒循環回路3,103に熱影響を与えることが防止
される。

更に、上記構成において、エンジン１用の冷却水の温
度を冷媒循環回路3,103の冷媒に伝える廃熱熱交換器45,
145を設けた場合において、この廃熱熱交換器45,145を
平面視で環状に形成すると共に積層体61が囲繞する空間
内の下部に配置し、上記廃熱熱交換器45,145が囲繞する
空間内に冷媒循環回路3,103を構成する液分離器18,118
等のタンク類を収納すれば、廃熱熱交換器45,145もこの
積層体61が囲繞する空間内に収納されて室外ユニット51
の小形化が図れるのであり、また、この際、上記廃熱熱
交換器45,145は室外熱交換器10,110を通過した空気がタ
ンク類に当たろうとすることを防止する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面により説明する。

第２図は、エンジン駆動式熱ポンプ装置の一例として
の空調装置を線図で示したものである。

図において、１はエンジンで、このエンジン１は都市
ガスやプロパンガスなどのガス燃料により駆動される。
２はこのエンジン１の始動モーターである。

また、上記装置は互いに独立した二系統の第１、第２
冷媒循環回路3,103を有し、この両者は上記エンジン１
によって同時に運転されるようになっている。

上記両量冷媒系3,103は互いにほぼ同じ構成であるた
め、主に第１冷媒循環回路３について説明し、第２冷媒
循環回路103については第１冷媒循環回路３に対応する
符号（例えば、５に対応して105の符号）を図面に付し
てその説明を省略する。

上記第１冷媒循環回路３は上記エンジン１により駆動
される圧縮機５を有している。この圧縮機５はフロンな
どの冷媒を圧縮して高温高圧のガスにするものである。
この圧縮機５の吐出側は吐出管６を備え、また、吸入側
は吸入管７を備えている。また、これら吐出管６と吸入
管７との間には四方切換弁８が介在している。

室外には室外熱交換器10が設けられ、室内には一対の
室内熱交換器11,11が並列に設けられている。そして、
上記四方切換弁８と室外熱交換器10とが第１配管12で接
続され、上記室外熱交換器10と室内熱交換器11,11同士
が第２配管13で接続され、更に、上記四方切換弁８と室
内熱交換器11,11とが第３配管14で接続されている。上
記の場合、第１冷媒循環回路３の室外熱交換器10と第２
冷媒循環回路103の室外熱交換器110に対し共通のファン
15,15が設けられており、外気との間で強制的な熱交換
が行われるようになっている。

前記吐出管６の中途部には油分離器16が介在してお
り、この油分離器16は吐出管６内の油を分離してこの油
を油戻し管17により前記吸入管７に戻す。また、上記吸
入管７の中途部には液分離器18が介在しており、この液
分離器18は吸入管７を通る冷媒中から液体を分離し、気
体のみを圧縮機５に吸引させるようにする。更に、上記
第２配管13の中途部には膨張弁20や、逆止弁21,22,23、
更には受液器24が介設されている。

上記の第１冷媒循環回路３において、四方切換弁８を
操作して図中実線の状態にし、エンジン１により圧縮機
５を駆動させると、この第１冷媒循環回路３は、同図中
実線矢印で示すように冷房回路となる。

即ち、冷媒は上記圧縮機５で圧縮されて高温高圧の気
体となり、吐出管６、四方切換弁８、および第１配管12
を通って室外熱交換器10に送り込まれる。そして、この
冷媒はここで放熱されて高圧の液体に凝縮され、これは
逆止弁22を通って一旦受液器24に蓄えられた後、各室内
熱交換器11,11に送り込まれる。そして、この冷媒はこ
こで減圧されて低温低圧の霧化状態に蒸発し、この際こ
の室内熱交換器11,11によって室内が冷房される。更
に、この冷媒は第３配管14、四方切換弁８、吸入管７、
および液分離器18を通って圧縮機５に戻りサイクルが完
成する。

一方、上記四方切換弁８を図中仮想線の状態に切り換
えると、この第１冷媒循環回路３は、上記とは逆に同図
中仮想線矢印で示すように暖房回路となる。

即ち、冷媒が圧縮機５で圧縮されて高温高圧の気体と
なった後、吐出管６、四方切換弁８、および第３配管14
を通って各室内熱交換器11,11に送り込まれる。そし
て、この各室内熱交換器11,11によって室内が暖房さ
れ、この際、冷媒は高圧の液体に凝縮する。更に、この
冷媒は逆止弁23、受液器24、膨張弁20、および第２配管
13を通って室外熱交換器10に送り込まれて、ここで熱を
与えられることによって気体となり、その後、これは第
１配管12、四方切換弁８、吸入管７、および液分離器18
を通って圧縮機５に戻りサイクルが完成する。

一方、第２冷媒循環回路103には上記室内熱交換器11
と同じ能力の室内熱交換器111が一つだけ設けられてい
る。

上記構成において、吐出管６と吸入管７とを連結する
バイパス回路28が設けられ、このバイパス回路28はその
中途部にバイパス弁29を有している。また、上記吐出管
６における冷媒の圧力を検出する圧力センサ30が設けら
れる。そして、上記圧縮機５の吐出能力が増大して、こ
の圧縮機５が所定の吐出能力を越えると、即ち、吐出管
６における冷媒の圧力が所定値を越えると、圧力センサ
30の検出信号によりバイパス弁29が開かれるようになっ
ている。なお、この検出信号は電気、電子的なものであ
ってもよく、圧力を配管により直接伝えるような物理的
なものであってもよい。これは後述の各検出信号につい
ても同じである。

そうして、例えば、上記第２冷媒循環回路103の圧縮
機105の吐出能力が適正で、一方、第１冷媒循環回路３
の圧縮機５が所定の吐出能力を越えたとすると、この他
方の圧縮機５に対応するバイパス弁29が開き、この圧縮
機５から吐出される冷媒は上記バイパス回路28とバイパ
ス弁29を通って圧縮機５の吐出管６から吸入管７に短絡
して循環することとなる。すると、上記吐出管６におけ
る冷媒の圧力が低下し、よって、上記他方の圧縮機５の
能力が過大となることが防止される。

ところで、上記のように圧縮機５から吐出される冷媒
がバイパス回路28やバイパス弁29を通って圧縮機５の吐
出管６から吸入管７に短絡して循環し、これが長く続け
られると、この冷媒の温度が上昇してこれが過度に高く
なるおそれがある。そして、これは圧縮機５の負荷を徒
らに大きくさせるものであって好ましくない。

そこで、上記の不都合を防止するため、次のように構
成されている。即ち、上記構成に加えて吸入管７と第２
配管13とを連結する加熱防止回路32が設けられ、また、
この加熱防止回路32の中途部に加熱防止弁33と電磁式の
開閉弁34とが直列に介在している。

上記の場合、開閉弁34の動作はバイパス弁29の開、閉
弁動作と一致するようにされている。また、吸収管７に
対する過熱防止回路32の連結部は同上吸入管７に対する
前記油戻し管17の連結部よりも圧縮機５側であり、ま
た、これら各連結部よりも更に圧縮機５側における冷媒
の温度を検出する感温筒35が設けられている。そして、
この冷媒の温度があまりに高くなって所定温度を越えた
ときには、上記感温筒35による検出信号で過熱防止弁33
が開くようになっている。

そうして、上記したように吸入管７における冷媒の温
度が高くなって感温筒35により過熱防止弁33が開かれた
ときには、室外熱交換器10と室内熱交換器11との間にあ
って比較的温度の低い冷媒が上記第２配管13、過熱防止
回路32、過熱防止弁33、および開閉弁34を通って吐出管
６に流入し、この部分の冷媒の温度を下げて、この温度
が過度に高くなることを防止する。

一方、前記エンジン１にはこれを冷却するためのエン
ジン冷却回路37が設けられている。

即ち、上記エンジン１には冷却水通路38が形成されて
おり、この冷却水通路38に冷却水を送り込むポンプ39が
設けられている。また、上記冷却水通路38から延びる出
口管40とポンプ39の吸入側に連結された入口管41との間
にはラジエータ42が設けられ、このラジエータ42も室外
に設置されて前記ファン15,15により強制的に冷却され
るようになっている。

そして、上記ポンプ39により冷却水通路38に冷却水を
送り込めば、エンジン１が冷却され、ここで高温となっ
た冷却水はラジエータ42で冷却されてポンプ39に戻る。

また、上記構成において、第１、第２冷媒循環回路3,
103を暖房回路としたとき、これをより効果的にするた
め、次のように構成されている。

即ち、上記第１、第２冷媒循環回路3,103を図中仮想
線の矢印で示すように暖房回路としたとき、上記エンジ
ン冷却回路37の冷却水の温度を上記各第１、第２冷媒循
環回路3,103に伝える二重管式の廃熱熱交換器45が設け
られる。一方、上記出口管40の中途部にサーモスタット
46が介設され、このサーモスタット46から延びて入口管
41に接続される廃熱管47が設けられる。そして、上記廃
熱熱交換器45はこの廃熱管47における冷却水の温度を前
記第１配管12の冷媒に伝えるようになっている。

従って、上記第１配管12で冷却水から冷媒に与えられ
た熱量分だけ、エンジン１による圧縮機5,105の駆動を
抑制して暖房を効果的に行うことができる。

また、上記の場合、廃熱管47には電磁式の冷却水弁48
が設けられている。この冷却水弁48は前記バイパス弁29
や開閉弁34とは逆の動作をするようになっており、圧縮
機５が所定の吐出能力を越えると、つまり、吐出管６に
おける冷媒の圧力が所定値を越えると、圧力センサ30の
検出信号により冷却水弁48が閉じるようになっている。

従って、例えば、第２冷媒循環回路103の室内熱交換
器111による暖房が過度となって圧縮機105の吐出能力が
所定以上となったときには、冷却水弁48が閉じられて、
この第２冷媒循環回路103の冷媒に対し冷却水から熱が
伝えられなくなる。よって、その分だけ、第１冷媒循環
回路３の冷媒にその熱が与えられて、これによる暖房が
効果的に行われることとなる。

第１図と第３図において、51は室外ユニットで、この
室外ユニット51は基台52を有している。この基台52の一
側には板金製のケース53が設けられ、このケース53内に
エンジン１が収納されている。このエンジン１からは吸
気管54が延びており、この吸気管54の延出端にエアクリ
ーナ55が取り付けられている。そして、このエアクリー
ナ55はケース53の上面に載置され、また、このエアクリ
ーナ55を覆う板金製のカバー体56が設けられている。ま
た、57は排気管、58はマフラーである。そして、前記各
圧縮機5,105は上記エンジン１によりＶベルト伝動手段5
9を介して同時に駆動される。

上記の場合、エンジン１からの熱影響を少なくするた
め、エアクリーナ55はケース53の外部に設けられてい
る。このため、エンジン１の熱気によりエアクリーナ55
が加熱されてその部品が早期に劣化することは防止され
る。また、エンジン１の吸気が加熱されることも防止さ
れるため、このエンジン１の性能は良好に保たれる。

前記ラジエータ42と、室外熱交換器10,110とは上記基
台52上で上下に積層されており、この積層体61は平面視
でコの字状に形成されている。上記積層体61はケース53
に隣接しており、この積層体61の平面視における開口部
62は上記ケース53とカバー体56とにより閉じられてい
る。

上記カバー体56の上面と、積層体61の上面とはほぼ同
一高さとなっており、これら上面部位に設けられたフレ
ーム63上に前記ファン15,15が支持されている。このフ
ァン15,15が作動すれば、図中矢印で示すように積層体6
1が囲繞する空間内の空気がカバー体56や積層体61の各
上端を通って排出され、この際、外気がラジエータ42や
室外熱交換器10,110を通過することによって、この外気
との間で十分の熱交換が行われる。

前記廃熱熱交換器45は平面視で環状に形成され、これ
は上記積層体61が囲繞する空間内を有効利用すべくその
下部に配置されている。そして、上記廃熱熱交換器45が
囲繞する空間内に、冷媒循環回路3,103の構成部品であ
る液分離器18,118や受液器24,124等のタンク類が収納さ
れている。また、前記第１配管12,112等で構成される配
管ユニット65が上記積層体61が囲繞する空間内の下部に
配置されている。即ち、これらタンク類や配管ユニット
65を積層体61が囲繞する空間内に配置することによって
も積層体61が囲繞する空間内が有効に利用されている。
また、この場合、上記廃熱熱交換器45は室外熱交換器1
0,110を通過した空気が上記タンク類に直接的に当たろ
うとすることを防止し、これらタンク類が熱影響を受け
ないようにこれらを保護している。

また、上記の場合、各室外熱交換器10,110はそれぞれ
上下三つに分割されている。つまり、室外熱交換器10は
上段分割体10a、中段分割体10b、および下段分割体10c
で構成され、室外熱交換器110も上段分割体110a、中段
分割体110b、および下段分割体110cで構成されている。
そして、これらは両冷媒循環回路3,103同士で上下互い
違いに配置されている。

従って、仮に、ファン15,15に近い部分の通過風速が
速く、遠い部分の通過風速が遅い場合でも、各冷媒循環
回路3,103の室外熱交換器10,110による熱交換は互いに
偏りなく行われることとなる。

また、上記の場合、ラジエータ42は積層体61の最上部
に位置している。このため、このラジエータ42を通過し
て高温となった熱風が各第１、第２冷媒循環回路3,103
に熱影響を与えることは防止される。

その他、66は電装部品収納箱で、これはケース53の上
面に設けられており、つまり、エンジン１により加熱さ
れないように設けられており、これにより電装部品の保
護が図られている。

なお、以上は図示の例によるが、両室外熱交換器10,1
10の分割体の配置は、要するに両室外熱交換器10,110に
対する冷却風の分配ができるだけ均等に行われるように
すればよいのであり、前記した以外に、これら分割体を
上から順次、上段分割体10a、上段分割体110a、中段分
割体110b、中段分割体10b、下段分割体10c、下段分割体
110cとなるように両冷媒循環回路3,103同士で上下互い
違いに配置してもよい。また、上記分割は三つに限定さ
れるものではなく、二つでも四つ以上であってもよい。

また、冷媒循環回路は三系統以上であってもよい。ま
た、この場合に、例えば冷媒循環回路を三系統とし、か
つ、各系統の室外熱交換器10,110をそれぞれ上下二つに
分割してこれらを第一から第三系統の上、下段分割体と
した場合には、その配置を上から順次、第一から第三系
統の上段分割体、同上第一から第三の下段分割体となる
ようにしてもよく、また、上から順次第一から第三系統
の上段分割体、第三から第一系統の下段分割体となるよ
うにしてもよい。

（発明の効果） この発明によれば、ラジエータと室外熱交換器とを上
下に積層してこの積層体を平面視でコの字状に形成し、
この上部にファンを設け、このファンの作動により積層
体が囲繞する空間内の空気を排出するようにして室外ユ
ニットを構成したため、上記ファンの作動時に積層体が
囲繞する空間内の空気が排出されるのに伴ってその外気
がラジエータや室外熱交換器を十分に通過し、よって、
これらにおいて外気との熱交換がそれぞれ十分に行われ
ることとなる。

また、上記したように積層体の上部にファンを設け、
かつ、積層体が囲繞する空間内に冷媒循環回路の構成部
品を収納したことから、この室外ユニットの各外面や内
部空間が有効利用されている。よって、その分、この室
外ユニットを小形化することができる。

なお、上記構成において、冷媒循環回路を複製系統設
け、各冷媒循環回路の有する室外熱交換器をそれぞれ上
下複数に分割し、これら分割体を各系統同士で上下互い
違いに配置した場合には、仮に、ファンに近い部分の通
過風速が速く、遠い部分の風速が遅い場合でも、各冷媒
循環回路の室外熱交換器による熱交換が互いに偏りなく
行われる。

また、上記構成において、ラジエータを最上部に配置
する一方、冷媒循環回路の有する冷媒の配管ユニットを
積層体が囲繞する空間内の下部に配置すると、ファンに
よりラジエータを強制冷却した際の熱風が各冷媒循環回
路に熱影響を与えることが防止される。

更に、上記構成において、エンジン用の冷却水の温度
を冷媒循環回路の冷媒に伝える廃熱熱交換器を設けた場
合において、上記廃熱熱交換器を平面視で環状に形成す
ると共に積層体が囲繞する空間内の下部に配置し、上記
廃熱熱交換器が囲繞する空間内に冷媒循環回路を構成す
る液分離器等のタンク類を収納すれば、これら廃熱熱交
換器とタンク類とが共に積層体が囲繞する空間内に収納
されて室外ユニットの小形化が図れるのであり、また、
この際、上記廃熱熱交換器は室外熱交換器を通過した空
気がタンク類に当たろうとすることを防止するため、こ
れらタンク類は上記室外熱交換器を通過した空気の熱影
響から合理的に保護される。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の実施例を示し、第１図は全体側面一部断
面図、第２図は全体線図、第３図は平面断面図である。 １……エンジン、３……第１冷媒循環回路、10,110……
室外熱交換器、15……ファン、18,118……液分離器（タ
ンク類）、24,124……受液器（タンク類）、42……ラジ
エータ、45,145……廃熱熱交換器、51……室外ユニッ
ト、61……積層体、65……配管ユニット、103……第２
冷媒循環回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−73040（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−177056（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−116161（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンによって駆動される冷媒循環回路
   を設けたエンジン駆動式熱ポンプ装置において、上記エ
   ンジンの冷却用ラジエータと、冷媒循環回路の有する冷
   媒用室外熱交換器とを上下に積層し、この積層体を平面
   視でコの字状に形成し、この積層体が囲繞する空間内の
   空気を排出させるファンをこの積層体の上部に設けると
   共に、上記積層体が囲繞する空間内に上記冷媒循環回路
   の構成部品を収納したエンジン駆動式熱ポンプ装置の室
   外ユニット
2. 【請求項２】冷媒循環回路を複数系統設け、各冷媒循環
   回路の有する室外熱交換器をそれぞれ上下複数に分割
   し、これら分割体を各系統同士で上下に互い違いに配置
   した請求項１に記載のエンジン駆動式熱ポンプ装置の室
   外ユニット。
3. 【請求項３】ラジエータを最上部に配置する一方、冷媒
   循環回路の有する冷媒の配管ユニットを積層体が囲繞す
   る空間内の下部に配置した請求項１もしくは２に記載の
   エンジン駆動式熱ポンプ装置の室外ユニット。
4. 【請求項４】エンジン用の冷却水の温度を冷媒循環回路
   の冷媒に伝える廃熱熱交換器を設け、この廃熱熱交換器
   を平面視で環状に形成すると共に積層体が囲繞する空間
   内の下部に配置し、上記廃熱熱交換器が囲繞する空間内
   に冷媒循環回路を構成する液分離器等のタンク類を収納
   した請求項１から３のうちいずれか１つに記載のエンジ
   ン駆動式熱ポンプ装置の室外ユニット。