JPS62225412A - 冷凍サイクルの熱交換機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［近業上の利用分野］ 本発明は、エンジンにより冷媒圧ｆｌｉｉｌｌｔを駆動
し、熱交換器およびラジエータを収納する筐体を備えた
１９凍サイクルの熱交換機構に関し、とくには冷媒エバ
ポレータなどが外部から強制循環される冷１１１１水に
より冷１」される事情に在り、とりわけ海上を交通路と
する船舶用冷暖房装置に好適な冷凍サイクルの熱交換機
構に関する。

［従来の技術］ 冷凍サイクルを備えた空気調和装置、とりわけ船舶用の
冷暖房装置にあっては、１・記の部材を備えたものが考
えられている（本出願人が出願した特願昭６０−２４１
１４６号）。即ら、その部材とはつぎのようなものであ
る。それは、・一般に冷暖ｒＡ装ソの駆動用内燃礪関と
、冷媒汗縮汰と、受液器と、冷房用コンデンサと、水冷
式の冷媒適冷ｆＪｌ器と、冷媒中の混入水分除去用ドラ
イヤと、冷媒の減圧用膨賑弁と、冷房用エバポレータ、
暖房用温水式熱交換器および送風源等が組込まれている
空気調和用ケーシングなどを１ユニツ］・とじて、船内
の１飼所に集中配置し、ざらにラジエータ、冷房用コン
チン４ノおよび冷媒過冷却器を収納した水冷式熱交換器
を組込んだ冷暖房５Ａ置である。

［発明が解決しようどする問題点］ しかるに上述した冷暖ＷＡ装置は、＠男用走行用エンジ
ンの排水を利用するため、走行用エンジンから暖房用温
水式熱交換器までの配管、つＡ−タボンブ、バルブ、ス
トレーナ等が必要となる。したがって前記冷暖房装置が
大型化すると共に、これを構成する部品の設置°［数が
増大し、コストが高くなると思われる。これをなくすた
め最近では、冷暖房装置をヒートポンプ式冷暖房装置ど
して部品点数の削減と共に全体の小型化を図っている。

この場合、内燃機関には冷却水を循環させるようになっ
ているが、内燃機関から冷却水が１ｑた熱は／１５［熱
により空気中に散逸されてしまうことが一般的である。

したがって、冷ｆＪｌ水の１また熱を巧みに（ｉ効用用
して運転時に熱効率の向上する冷暖房装置の０揚が要請
されている。

本発明は、上記の事柄を巧みに考慮し、工夫を凝らして
なされたしので、その目的は全体の小型化を図り１９る
ことはもちろん、運転時とくには暖房運転を行う際に、
熱交換率が良好となり、冷暖房装置に適用した場合は、
暖房性能が向上する冷凍４」イクルの熱交換Ｒ横の提供
にある。

［問題点を解決するための手段〕 本発明の冷凍り″イクルの熱交換機構は、エンジンによ
り駆動される冷媒圧縮機からの冷媒を循環させ、第１の
熱交換器で蒸発および凝縮させて、冷暖気を発生する冷
凍サイクルにおいて、前記エンジン冷！Ｊ水を冷１Ｊす
るクジ１−夕と、前記冷媒圧縮機からの冷媒を蒸発また
は凝縮させる第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器お
よびクジ１−夕をともに収納すると共に内部に外部から
強制循環される冷１（Ｉ水が流入する筺体と、前記第１
の熱交換器で暖気が発生するに伴ない前記筐体内に前記
強制循環された冷ｌＪｌ水が、１）４記ラジ１−りを流
通後に、前記第２の熱交換器に接触し、熱交換が行われ
るように前記冷却水の流通方向を切換える切換手段とを
備えたという技術手段を採用する。

［作用］ 上記のごとく構成した本発明の冷凍リーイクルの熱交換
機構は、暖房運転時には、冷却水がラジェータを通過し
て第２の熱交換器側に流通づ゛るようになるので、ラジ
ェータ側により４温された冷却水により、第２の熱交換
器内の冷媒が熱交換されることになり、熱交換率が良好
になるものである。

［実施例］ 本発明の冷凍サイクルの熱交換機構を第１図ないし第３
図に足す一実施例に基づき説明する。

第１図および第２図は本発明の冷凍１サイクルの熱交換
機構を適用した船舶用ヒートポンプ式冷暖房装置を示す
。

１は船舶用ヒートポンプ式冷暖房装置（以下冷暖房装置
と略する）を示し、本発明の冷凍υイクルの熱交換Ｊａ
横八へ採用している。

２は冷暖房装置１の駆動用ザブエンジンを示し、３は該
駆動用ザブエンジン２に駆動される冷媒圧縮機を示し、
４は空気調和用ケーシングを示し、５は筐体を示し、内
部に外部から強制循環される冷却水（本実施例では海水
）が流入する。６はこれら冷暖房菰ｉ＋！１の駆動用ザ
ブエンジン２、冷媒圧縮は３、空気調相用ケーシング４
および筐体５を−ユニツ１〜に架装するための架台を示
ず。

７はリブエンジン２の冷却水（本実施例では海水）を冷
却するラジェータを示し、冷却水配管８を介してリブエ
ンジン２のウォータジャフットと連通している。

９は第２の熱交換器を示し、冷房時、冷媒圧縮ＩＲ３か
ら吐出された高温高圧の気相冷媒を冷部して凝縮させる
コンデンサとして用いられ、１区房時、逆止弁機構付Ｉ
ＩＪ！房用温度作動式膨張弁１４からの低温低圧の霧状
冷媒を装置冷却用水（本実施例では海水）の保有熱を吸
熱することにより蒸発させるエバポレータとして用いら
れる。

１０は気相冷媒と液相冷媒とを分離する受Ｍ器を示し、
１１は該受液器１０から出た液相冷媒を過冷却づる水冷
式の過冷却器を示し、１２は冷媒中の混入水分除去用ド
ライヤを示し、１３は冷媒の気泡観察用サイトグラスを
示し、１４は冷媒の減圧手段をなす逆止弁磯構付暖房用
温度作動式＠３服弁を示し、１５は冷媒の減圧手段をな
す逆止弁様横付冷房用作動式膨張弁を示し、１６．１７
は逆止弁を示す。

１８は空気調和用ケーシング４内に収納された第１の熱
交換器を示し、冷房時、逆止弁様横付冷房用温度作動式
膨張弁１５からの低温低圧の霧状冷媒を周囲の空気を吸
熱することにより蒸発させるエバポレータとして用いら
れ、暖房時、冷媒圧縮機３から吐出された高温高圧の気
相冷媒を冷却して凝縮させるコンデンサとして用いられ
る。

１９は空気調和用ケーシング４の送ＦＥＡＮケーシング
部２０に収納された送風機を示し、２１および２２はそ
れぞれケーシング４に設けられた空気調和用空気の吸入
口および吹出口を示し、吸入口２１は船室内の空気を取
り入れるように船室に連通している。

２３は冷媒のサイクルを暖房サイクルと冷房サイクルと
に切換える冷媒用四り弁を丞ず。

２４は進相１９を必要に応じて電力により駆動さけるた
めの電気モータを示し、２５は送風９１９をサブエンジ
ン２により駆動させるための回転力伝導軸を示し、２Ｇ
は送Ｊ！ＩＩ　ＦＭ　ｌ　９へのリブエンジン２の回転
力伝導断続用クラッチを示し、２７〜２９はサブエンジ
ン２の回転力伝導用ベルトを示す。

３０は装置冷却用海水の吸上げ管を示し、３１はこれに
介在さけた海水用ストレーナを示し、３２は冷却水（本
実施例では海水）用のポンプを示し、ベル１−２８等を
介して勺ブエンジン２により駆動され、冷却水配管８お
よび装誼冷却用海水の吸上げｇ３０内の海水を強制循環
する。

３３は冷房時の海水１ノイクルと、暖房時の海水４ノイ
クルとを切換える切換手段であるＺ角氷用四方弁を示す
。暖ＦＡｒｆＩの海水サイクルは、海水を筐体５のラジ
ェータ側ボート３４から流入さＵてラジェータ７を通過
した後に、第２の熱交換器９および過冷却器１１と熱交
換させて熱交換器側ボート３５から流出させる流路方向
をとる。冷房時の海水サイクルは、熱交換器側ボート３
５から流入させて第２の熱交換器９および過冷却器１１
と熱交換した俊に、ラジェータ７を通過させてラジェー
タ側ボート３４から流出ざＵる流路方向をとる。

海水用四１ノ弁３３は、ポンプ３２の吐出側と水配管３
６を介して連通し、ラジェータ側ボート３４と水配管３
１を介して連通し、熱交換器側ボート３５と水配管見を
介して連通し、さらに排出用の水配管３９に連通してい
る。

筺体５の内部には、ラジェータ１、第２の熱交換器９お
よび過冷却器１１の三者が一体的に収納されている。筐
体５内において、第２の熱交換器９および適冷ＩＪ１器
１１は、（暖房時の海水サイクルの場合）エンジン冷却
水の保有熱を吸熱後の高温の海水と接触し得るように熱
交１！ｉｆ！！器側ボート３５がゎの部位に設けられて
いる。筐体５内において、一方うシェーク７は、（暖房
時の海水サイクルの場合）エンジン冷却水の保有熱を吸
熱前の低温の海水と接触し得るようにラジェータ側ボー
ト・３４がゎの部位に設番ノられている。

第３図は本実施例の冷］！ガ房装置を搭載した中型遊覧
船を示す。

４０は船体を示し、４１は運転室を示し、４２は走行用
の船舶メインエンジンを示し、４３はり゛−シング４の
吹出［１２２に連通し、冷暖房装置１が発生した冷Ｉ’
ｌｌまたは温風を各船室４４．４５に送風するための送
風用グク１〜を示し、該ダクト４３は図示しない切換え
ダンパを介して天月部の冷房用ダクト４６と、足元部の
暖房用ダクト４７とに分岐される。この両ダク１〜４６
．４１は、それぞれ船室４４．４５内に向けて複数個の
冷房用吹出グリル４８と暖房用吹出グリル４９とが設け
られている。船舶メインエンジン４２は、船室４４．４
５の床下に形成される船倉に設置されており、そして冷
暖店賃δ１は船倉内において船舶メインエンジン４２の
後方部に設置されている。

次に本実施例の作動につい′Ｃ説明する。

■、暖房運転時 サブエンジン２を作動することにより冷媒圧縮ｌｌＡ３
、送風機１９、ポンプ３２智の機器を駆動し、冷媒四方
弁２３　（ｌｊよび海水用四方弁３３を暖房サイクル側
に切換える。

ア）暖房時の冷媒の（ノイクル 冷媒圧縮機３で圧縮され、吐出された高温高圧の気相冷
媒は暖房サイクル側に切換っている冷媒用四方弁２３を
通過して直接第１の熱交換器１８に流入し、低温高圧の
液相冷媒に凝縮される。このとき、凝縮熱により周囲の
空気は加熱される。この加熱された空気は、送Ｉ！１機
１９によりケーシング４の吹出口２２より吹出され、送
風用ダクト４３に送り込まれる。そして加熱された空気
は、暖房側に切換えられた切換えダンパを介して暖房用
ダクト４７に送り込まれ、船室４５．４６内に向けて暖
房用吹出グリル４９より吐出される。したがって船室４
５．４６は＋Ｉｌ！ｒＡされる。

凝縮された液相冷媒は、逆止弁１！１横イ」冷房用温度
作動式膨張弁１５に阻止され、逆止弁１７を通過し、逆
止弁１６に阻ｌヒされて、受液器１０に流入する。受液
器１０で気相冷媒と液相冷媒に分離され、液相冷媒のみ
が過冷却器１１に流入する。冷媒は過冷却器１１を通過
する間に後記するごとく、ポンプ３２により供給された
高温の海水の保有熱を吸熱することにより暖房用熱エネ
ルギーを蓄えた気相冷媒となる。つぎにドライヤ１２に
より混入水分を除去される。そして逆止弁ｉ横÷ＪＩＴ
７１虜用温度作動式膨１最弁１４に流入し、断熱膨張さ
れ、低温低圧の鞘状冷媒となる。この霧状冷媒は、第２
の熱交換器９に流入し、再度海水と熱交換して高温の気
相冷媒となる。この気相冷媒け、冷媒四方弁２３を通過
して冷媒圧縮機３へ吸い込まれる。上記づイクルを繰り
返すことにより船室内が暖房される１、イ）暖房時の海
水サイクル ポンプ３２が駆動されるため、船体４０の船底に設けら
れた取入口（図示せず）より低温の海水が吸い」−げら
れる。そして海水用ストレーナ３１により海水中の異物
が除去され、吸上げ管３０および水配管３６を通って四
方弁３３に流入する。海水用四方弁３３は、ＩＩＪＩｍ
リイクル側に切換っているので、１毎水は、水配管３７
を通ってラジェータ側ボート３４から筐（本５に流入す
る。またづブエンジン２のラジェータ７にもポンプ３２
から冷却水配管８を介してエンジン冷部海水が供給され
るようになっており、ラジェータ側ボート３４から流入
した低湿の海水は、筐体５内に流入し、まずラジェータ
７に接触し、ｔＦＨｆ１２される。つづいて、この”ｉ
？ＹＨされた海水は、第２の熱交換器９（および過冷却
器１１）に接触し、海水と第２の熱交換器９（および過
冷却器１１）との間で熱交換が行われる。

このような熱交換を行う際には、海水がラジェータ７の
保有熱を１９で昇温されているため、海水と第２の熱交
換器９（および適冷７Ｊ］器１１）との間の温度差が大
きくなり、したがって、第２の熱交換器９（および過冷
却器１１）内の冷媒が海水からより多くの熱を受けるよ
うになり、気相成分の伍が増加する。これにより第１の
熱交換器１８内で冷媒が凝縮する３が増加し、凝縮熱を
効果的に生じ、ひいては暖房性能が向上する。

しかも、冷暖房運転時にｔユ筐体５内に海水が循環する
ことに伴ないラジェータ７が常に海水に晒されるため、
ウジ１−タフ内の冷却水が適度に冷え、ラジェータ７自
身に加わる負荷を軽減できる。

また、暖房用温水式熱交換器、配管、つＡ−クポンブと
いった部材を設けるものと異なり、設置すべき部品点数
を削減できてコスト的に有利になると共に全体が小型化
してコンパクトになる。

熱交換後の海水は、熱交換器側ボート３５より水配管３
８に吐出される。そして海水は、海水用四方弁３３を通
過し、１１出用の水配管３９の排出口より排出される。

■、冷房運転峙 サブエンジン２を作動することにより冷媒圧縮）幾３、
送風機１９、ポンプ３２等の機器を駆動し、冷媒四方弁
２３および海水用四方弁３３を冷房サイクル側に切換え
る。

ア）冷房時の冷媒のサイクル 冷媒圧縮機３でロ：縮され、吐出された高温高圧の気相
冷媒は冷房サイクル側に切換っている冷媒用四方弁２３
を通過して直接第２の熱交換器９に流入する。この冷媒
は、上記したごとく低温の海水と熱交換して冷却され、
低温高圧の液相冷媒に凝縮される。このとき、凝縮熱に
より海水は加熱される。

凝縮された液相冷媒は、逆止弁１ｊｌ横付暖房用温度竹
動式膨張弁１４に阻ｌ−され、逆止弁１Ｇを通過し、逆
止弁１７に阻止されて、受液器１０に流入する。受液器
１０で気相冷媒と液相冷媒に分離され、液相冷媒のみが
過冷却器１１に流入する。冷媒は適冷７Ｊ］器１１を通
過する間に低温の海水と再度熱交換してさらに冷７ＪＩ
され、つぎにドライヤ１２により混入水分を除去される
。そして逆止弁機構付冷房用温度作動式Ｗ、脹弁１５に
流入し、断熱膨張され、低温低圧の霧状冷媒となり、第
１の熱交換器１８で蒸発する。

この時周囲の空気を冷却し、船室内を冷房する。

この冷却された空気は、送８ａ機１９によりケーシング
４の吹出口２２より吹出され、送風用ダクト４３に送り
込まれる。そして冷ＩＪ］された空気は、冷房側に切換
えられた切換えダンパを介して冷房用ダクト４６に送り
込まれ、船室４４．４５内に向けて冷房用吹出グリル４
８より吐出される。したがって船室４４．４５は冷房さ
れる。この気相冷媒は、冷媒四方弁２３を通過して冷媒
圧縮機３へ吸い込まれる。上記サイクルを繰り返すこと
により船室４４．４５内が冷房される。

イ）冷房時の海水サイクル ポンプ３２が駆動されるため、船体４０の船底に設ＬＪ
られた取入口より低温の海水が吸い上げられる。

そして海水用ストレーナ３１により海水中の異物が除去
され、吸上げ管３０および水配管３６を通って海水用四
方弁３３に流入する。海水用四方弁３３は、冷房サイク
ル側に切換っているので、海水は、水配管３８を通って
熱交換器側ボート３５から筐体５に流入する。まず低温
の海水は、第２の熱交換器９８３よび適冷Ｗ器１１に接
触し、海水と第２の熱交換器９との間で熱交換が行われ
る。第２の熱交換器９および過冷却器１１の冷媒の保有
熱を吸熱することにより加熱され、ウヤ高温の海水とな
る。つづいて、この熱交換後の海水は、ラン１−夕７に
接触し、昇温される。昇温された海水は、ラジェータ側
ボート３４より水配管３７に吐出される。そして海水は
、海水用四方弁３３を通過し、排出用の水配管３９の排
出口より抽出される。

この冷房運転時にあっては、海水が熱交換器側ボート３
５からラジェータ側ボート３４への方向に循環する過稈
で昇温され、この警部されたｉｆ４水がラジェータ７に
接触するようになる。このため、ラジェータ７内の冷部
水が不必要に冷却されることがなく／、Ｚす、」ノブエ
ンジン２の出力が不用意に低下してしまうことがないと
いった実施例十、の効果が得られる。

本実施例では、本発明を海上用Ｍ覧船の船舶用と−トボ
ンブ式冷暖房装置の冷凍りイクルの熱交換機構としたが
海または淡水上のあらゆる船、車両用、定置用のヒート
ポンプ式冷暖房装置の冷凍サイクルの熱交ｙＡ曙構とし
て使用可能であることは言うまでもない。

本実施例では、ヒートポンプ式冷暖ＴＡＶｔＥｉをリブ
エンジンで駆動したが走行用のメインエンジンで駆動し
ても良い。この場合は、停泊時に６メインエンジンを停
止さけることができないので本実施例より騒音、振動が
−［じ、さらに燃料＠しかかる。

本実施例では、冷凍サイクルに適冷）」器を設（プた場
合を示したが過冷却器を設けない冷凍サイクルの熱交１
！ｉ！！機構としてし使用可能であることは言うまでも
ない。

本実施例では、駆動用→ノブエンジン、冷媒圧縮機、空
気調和用ケーシングおよび筐体を−ユニット型のヒート
ポンプ式冷暖房装置としたが室外機器と全肉機器とが分
散した分散式のヒートポンプ式冷暖ｒｙ′Ｊ装置として
も使用可能であることは言うまで乙ない。

木実１Ｍ例では切換手段に海水用四方弁を使用したが、
複数個の電磁弁、装置冷却用海水の吸い上げ管内の海水
を正逆両方向に強制循環するポンプ、また筐体内でラジ
ェータと第２の熱交換器の位置を冷暖房時で入れ替える
切換手段等としても使用可能であることは言うまで乙な
い。

［発明の効果］ 本発明の冷凍サイクルの熱交換機構は、設Ｂザベき部品
数を削減できてコスト・的に有利で全体的にコンパクト
になることはもちろｌν、エンジンの冷却水を有効利用
することにより、外部から強制的に循環させた冷却水に
適用した場合には暖房性能が高くなるといつ１＝秀れた
効果を秦するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷凍サイクルの熱交換は構を適用した
船舶用ヒートポンプ式冷暖房装置の暖房時の全体構成図
、第２図は本発明の冷凍サイクルの熱交換機構を適用し
た船舶用ヒートポンプ式冷暖店賃首の冷房時の全体構成
図、第３図は本発明の冷凍サイクルの熱交換機構を適用
した船舶用ピー１〜ポ２フ式冷暖房装置を搭載したｙＩ
ｉ覧船の透視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エンジンにより駆動される冷媒圧縮機からの冷媒を
   循環させ、第１の熱交換器で蒸発および凝縮させて、冷
   暖気を発生する冷凍サイクルにおいて、 前記エンジン冷却水を冷却するラジエータと、前記冷媒
   圧縮機からの冷媒を蒸発または凝縮させる第２の熱交換
   器と、 前記第２の熱交換器およびラジエータをともに収納する
   と共に内部に外部から強制循環される冷却水が流入する
   筐体と、 前記第１の熱交換器で暖気が発生するに伴ない前記筐体
   内に前記強制循環された冷却水が、前記ラジエータを流
   通後に、前記第２の熱交換器に接触し、熱交換が行われ
   るように前記冷却水の流通方向を切換える切換手段を備
   えたことを特徴とする冷凍サイクルの熱交換機構。