(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸点の異なる２種以上の組成成分からなる混合冷媒を用いたエンジンヒートポンプの冷媒回路において、室内熱交換器へ供給される冷媒を一部分流させる冷媒分配部を備え、この冷媒分配部は、低沸点側の成分を気化させて組成分離するものであって、冷媒分配部で分配された冷媒との熱交換によって蓄冷を行う蓄冷部を備えて成り、冷媒分配部に流入した混合冷媒を組成分離するレシーバを設け、そのレシーバより出た液冷媒の一部を分流させる分流ラインを設け、分流ラインの冷媒を減圧すると共に、同じレシーバ内を通過させることにより分流ライン内の低沸点冷媒を気化させるか又は気化を促進させ、この分流ラインの冷媒で、冷媒分配部から蓄冷部へのラインの冷媒を液化させることを特徴とするエンジンヒートポンプ装置。
【請求項２】
分流ラインの冷媒を、レシーバから蓄冷部へ流れる蓄冷ラインへ合流させるようにしてなる請求項１記載のエンジンヒートポンプ装置。
【請求項３】
冷媒分配部の上流部に冷媒減圧部を設けてなる請求項１記載のエンジンヒートポンプ装置。
【請求項４】
冷媒分配部から室内熱交換器側に流れる冷媒流量を制限できる制御部を、その冷媒分配部よりも下流側に設けてある請求項１から３の何れかに記載のエンジンヒートポンプ装置。
【請求項５】
冷媒を室内熱交換器側と蓄冷部とに分流させる分岐部の下流であって室内熱交換器側の回路中に、室内熱交換器側に流れる冷媒流量を制限することによって蓄冷部側の回路にも冷媒を流すようにした制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載のエンジンヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンヒートポンプ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒循環用の圧縮機をエンジンで駆動するエンジンヒートポンプにおいては、空調負荷に応じてエンジンの回転数を制御することが行われている。即ち、空調負荷の高いときはエンジン回転数を増大させることで圧縮機による冷媒の循環量を増加させ、低いときは回転数を下げることで冷媒循環量を少なくするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のエンジンヒートポンプでは、空調負荷の変動に対してエンジン回転数を増減させるものであるから、エンジンは、空調負荷が最大の時の高回転域から空調負荷がきわめて僅かなときの低回転域まで、広い範囲に亘って回転数が変化することになる。
【０００４】
しかしながら、エンジンの燃料消費効率は、低回転から高回転まで一定ではなく、最も効率の良い回転域というものがあり、それよりも高くてもまた低くても効率は低下することになる。このため、広い範囲に亘ってエンジン回転数を変化させる従来の装置では、総合的に見てエンジンの燃料消費量が多くなる欠点があった。
【０００５】
この発明は、このような従来の欠点を解消して、空調負荷に対してエンジン回転数が高いときはその余った能力で蓄冷し、逆に空調負荷の方が大きいときは蓄冷熱を放出することができ、従って、エンジンは常にその最も効率の良い定格回転域のみを使用でき、このことによって総体的なエンジンの燃料消費量を低減できるようにすることを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は、沸点の異なる２種以上の組成成分からなる混合冷媒を用いたエンジンヒートポンプの冷媒回路において、室内熱交換器へ供給される冷媒を一部分流させる冷媒分配部を備え、この冷媒分配部は、低沸点側の成分を気化させて組成分離するものであって、冷媒分配部で分配された冷媒との熱交換によって蓄冷を行う蓄冷部を備えて成り、冷媒分配部に流入した混合冷媒を組成分離するレシーバを設け、そのレシーバより出た液冷媒の一部を分流させる分流ラインを設け、分流ラインの冷媒を減圧すると共に、同じレシーバ内を通過させることにより分流ライン内の低沸点冷媒を気化させるか又は気化を促進させ、この分流ラインの冷媒で、冷媒分配部から蓄冷部へのラインの冷媒を液化させることを特徴とするものである。
【０００７】
その際、請求項２の発明では、分流ラインの冷媒を、レシーバから蓄冷部へ流れる蓄冷ラインへ合流させるようにしてなるものが提供される。
【０００８】
この場合、請求項３の発明では、その低沸点成分の気化による組成分離を行う冷媒分配部の上流部に冷媒減圧部を設けてなることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明では、上記において、冷媒分配部から室内熱交換器側に流れる冷媒流量を制限できる制御部を、その冷媒分配部よりも下流側に設けてあることを特徴とする。
【００１２】
更に、この出願の請求項５の発明では、冷媒を室内熱交換器側と蓄冷熱部とに分流させる分岐部の下流であって室内熱交換器側の回路中に、室内熱交換器側に流れる冷媒流量を制限することによって蓄冷熱部側の回路にも冷媒を流すようにした制御部を設けたことを特徴とするものが提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施形態を概念的に示す冷媒回路図である。図において、(１)はエンジン、(２)は、そのエンジンで駆動される圧縮機であって、圧縮機(２)で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、吐出ライン(３)から四方弁(４)へ流れる。
【００１４】
冷房サイクルにおいては、この四方弁(４)は室外熱交換器(５)側に冷媒ガスを流すように切換えられており、その室外熱交換器(５)で凝縮された冷媒は、基本的に、冷媒ライン(６)を通って室内熱交換器(９)側へ流れ、その室内熱交換器(９)手前に設けられた膨張弁(７)で圧力を解放された後、室内熱交換器(６)での気化潜熱により熱を奪って冷房を行う。更に、気化した冷媒は、ライン(13)を通り、四方弁(４)からアキュムレータ(８)へ一旦蓄えられた後、再び圧縮機(２)へ吸引される。
【００１５】
他方、暖房サイクルにおいては、四方弁(４)からライン(13)を逆に流れて室内熱交換器(９)側へ先に流れ、この室内熱交換器(９)で凝縮熱を放出して暖房を行った後、室外熱交換器(５)からアキュムレータ(８)へ戻る。
【００１６】
上記のような基本的な冷媒回路において、冷房サイクルにおける室外熱交換器(５)から室内熱交換器(９)へのライン(６)には、そのライン(６)を流れる冷媒を、室内熱交換器(９)と蓄冷槽(11)とへ分配して流す冷媒分配回路(10)を設けている。蓄冷ライン(12)によってこの冷媒分配回路(10)から冷媒を供給された蓄冷槽(11)では、その冷媒との熱交換によって蓄冷を行うことになる。具体的には、この蓄冷槽(11)では、その冷媒の気化潜熱を利用して製氷を行い、これを氷蓄冷槽として蓄冷しておくものである。蓄冷槽(11)を出た冷媒は、アキュムレータ(８)へのライン(22)へ合流してそのアキュムレータ(８)へ戻る。
【００１７】
即ち、冷媒分配回路(10)が働いて、このように蓄冷槽(11)側にも冷媒が流れている状態では、一方で室内熱交換器(９)で室内の冷房を行いながら、他方で、蓄冷槽(11)で蓄冷を行っていることになる。なお、蓄冷槽(11)へのライン(12)には、冷媒の圧力を解放して気化し易くさせるための膨張弁(14)が設けられている。
【００１８】
他方、冷媒分配回路(10)と室内熱交換器(９)との間のライン(６)の途中には、そのライン(６)を一部迂回して前記の蓄冷槽(11)を通り、再び同じライン(６)へ戻る放冷ライン(15)が接続されている。この放冷ライン(15)の蓄冷槽(11)手前部分に第１の開閉弁(16)が、同じくその放冷ライン(15)によって迂回されるライン(６)部分には、第２の開閉弁(17)が設けられている。更に、室内熱交換器(９)と四方弁(４)を結ぶライン(13)と、ライン(15)中の前記第１の開閉弁(16)と蓄冷槽(11)との間を結ぶようにして、放冷戻りライン(18)が設けられ、このライン(18)の途中に第３の開閉弁(19)が設けられている。
【００１９】
(20)は、冷媒ライン(６)中の冷媒分配回路(10)と放冷ライン(15)の接続部とを迂回するようにして、この冷媒ライン(６)に設けた暖房用バイパスラインであって、このライン(20)中に第４の開閉弁(21)が設けられている。
【００２０】
図２は、エンジン(１)の回転数の変化と冷房能力需要の変化、及びそれに伴う蓄冷放冷サイクルの使用方法を示すグラフである。このグラフを参照しながら、前記図１の回路の動作を説明する。
【００２１】
イ．冷房需要が適量の時
図２のＡの範囲がエンジンの定格回転域によって得られる冷房能力の範囲であり、冷房能力需要が、冷房能力の範囲に見合っている図のＡの範囲では、蓄冷も放冷も行われない。この場合には、冷媒分配回路(10)から蓄冷槽(11)側への冷媒の分配は行われず、その分配回路(10)から第２開閉弁(17)を通って、通常の冷房サイクルと同様に室内熱交換器(９)へ全ての冷媒が流れる。第１、第３及び第４開閉弁(16)(19)(21)、及び、膨張弁(14)は閉じられている。
【００２２】
ロ．冷房能力が需要を上回っているとき
図２のＢの範囲は、エンジンの定格回転で得られる冷房能力が需要を上回っている場合であり、このときは、前述したように、冷媒分配回路(10)から蓄冷槽(11)側にも冷媒が分配され、需要を上回る余剰冷媒で蓄冷しながら、室内熱交換器(９)で冷房を行っている。第２開閉弁(17)及び膨張弁(14)が開かれ、第１、第３及び第４開閉弁(16)(19)(21)は閉じられている。
【００２３】
ハ．冷房能力が需要を下回っているとき
図２のＣの範囲がこれに該当し、このときは蓄冷を行わず即ち冷媒分配回路(10)から蓄冷槽(11)へは冷媒が分配されず、全ての冷媒が分配回路(10)から室内熱交換器(９)側に流れるが、途中で放冷ライン(15)を通って氷蓄冷槽(11)で熱を奪われた後、室内熱交換器(９)に供給される。このときは、第１開閉弁(16)が開き、膨張弁(14)と第２〜第４開閉弁(17)(19)(21)は閉じている。
【００２４】
二．冷房能力需要が極めて小さいとき
図２のＤの範囲であって、このときは、氷蓄冷槽(11)からの放冷のみによって冷房を行う。即ちエンジン(１)は停止しており、従って圧縮機(２)による冷媒の送出はなく、氷蓄冷槽(11)と室内熱交換器(９)との間でのみ、冷媒が循環する。第３開閉弁(19)のみが開いており、第１、第２及び第４開閉弁(16)(17)(21)は閉じている。氷蓄冷槽(11)で冷却された冷媒は、ライン(６)から室内熱交換器(９)へ流れ、ライン(13)から戻りライン(18)を通って氷蓄冷槽へ戻る。
【００２５】
一般に、エンジンヒートポンプでは室外ユニットをビルの屋上などの高いところに設置することが多く、氷蓄冷槽(11)をともに屋上などの室内熱交換器(９)よりも高いところに置けば、氷蓄冷槽(11)によって冷却され質量の重くなった冷媒は自然に下方へ流れるから、何ら動力を用いることなく自然循環によって冷媒を循環させることが出来る。
【００２６】
ホ．暖房時
暖房時には、冷媒分配回路(10)を迂回して暖房用バイパスライン(20)通って、室内熱交換器(９)から室外熱交換器側(５)に冷媒が流れる。第４開閉弁(21)が開き、その他の開閉弁(16)(17)(21)は閉じている。なお、冷媒分配回路(10)で冷媒を分配する必要のない前記イの場合にも、この暖房用バイパスライン(20)を用いるようことが可能である。
【００２７】
図３は、互いに沸点の異なる２種以上の冷媒を組成成分とする混合冷媒を用いる場合の冷媒分配回路(10)の具体例を示す実施形態である。
【００２８】
(25)は、この冷媒分配回路(10)を構成するタンク状のレシーバであって、前記室外熱交換器(５)からのライン(６)中に設けられている。即ち、沸点の異なる組成成分からなる非共沸混合冷媒は一旦このレシーバ(25)内に入ることになる。室外熱交換器(５)で凝縮された高温高圧の液冷媒は、このレシーバ(25)内において減圧されて、沸点の低い冷媒のみが気化し、沸点の高い冷媒は液のまま下方に流れることで、組成分離されることになる。気化した低沸点冷媒は、レシーバ(25)上部に接続された蓄冷ライン(12)から蓄冷槽(11)へ供給される。
【００２９】
他方、このレシーバ(25)の出口側のライン(６)中には、そのライン中の液冷媒を一部分流させる分流ライン(26)が分岐して設けられており、この分流ライン(26)は、前記レシーバ(25)内を通過して、最終的に前記アキュムレータ(８)へ戻るライン(13)へ合流するようになっている。また、その分流ライン(26)のレシーバ(25)よりも手前部分に、膨張弁(27)が設けられている。
【００３０】
従って、分流ライン(26)へ分流して流れる冷媒は、膨張弁(27)で減圧されて気化しやすくなっており、レシーバ(25)内を貫通する際の気化潜熱によって、レシーバ(25)内の冷媒を冷却する（逆にいうと、分流ライン(26)の冷媒はレシーバ(25)内の冷媒によって加熱される）ことで、分流ライン(26)の低沸点冷媒の気化を促進する。レシーバ(25)よりも下流側の分流ライン(26)の途中には、蓄熱槽(11)へのライン(12)中の冷媒との熱交換を行って、そのライン(12)の冷媒を液化させるための第１の液化熱交換器(27)が設けられている。逆に言えば、分流ライン(26)内の冷媒は、この熱交換器(27)で気化を促進された状態でアキュムレータ(８)へ戻ることになる。
【００３１】
他方、蓄冷槽(11)を出た蓄冷ライン(12)の冷媒は、同じライン(12)の前記第１の液化熱交換器(27)より手前に設けられた第２の液化熱交換器(28)との熱交換によって、蓄冷槽(11)手前の冷媒の液化を促進しながら分流ライン(26)へ合流してアキュムレータ(８)へ還流する。
【００３２】
また、室外熱交換器(５)からレシーバ(25)に流れるラインの途中には、減圧弁(29)が設けられて、レシーバ(25)に入る低沸点冷媒をレシーバ(25)内で気化し易くしている。なお、減圧弁(29)、膨張弁(14)(27)は、破線で結ばれた文字Ｔの部分で温度を検出して、フィードバックしている。
【００３３】
このように沸点の異なる非共沸混合冷媒を用いるとともに、低沸点側の冷媒成分を蓄冷側に利用することで、室内熱交換器(９)に対して相対的に低温の冷媒で製氷を行うので、蓄冷効率に秀でたものが得られる。
【００３４】
図４は、蓄冷槽(11)での蓄冷効率を上げるための別の実施形態を示すものであって、前記レシーバ(25)から第１の液化熱交換器熱交換器(27)を通過した分流ライン(26)の冷媒を、膨張弁(14)と蓄冷槽(11)との間における蓄冷ライン(12)へ合流させることで、蓄冷槽(11)へ供給される冷媒量を多くし、蓄冷効率を上げるようにしている。
【００３５】
また、室内熱交換器(９)から四方弁(４)へのライン中には、比例制御弁(30)が設けられ、この比例制御弁(30)の制御圧力を適切に設定することで、室内熱交換器(９)での冷媒の蒸発圧力を高くし、その結果として、蓄冷槽(11)側へ流れる冷媒流量を多くして蓄冷効率を上げるようにしている。
【００３６】
図５は、上記のような組成分離を行わないで、冷媒を一部蓄冷槽(11)側に分流させるようにしたものであって、この実施形態においても室外熱交換器(５)の下流側にレシーバ(25)が設けられるが、蓄冷ライン(12)はそのレシーバ(25)の出口側において室外熱交換器(９)より分岐されている。他方、室内熱交換器(９)から四方弁へのライン(13)には、比例制御弁(31)が設けられて、前記図４と同じく、この室内熱交換器(９)の出口側に一種の背圧を与えて、その室内熱交換器(９)での蒸発圧力を高くし、結果として蓄冷槽(11)側にも冷媒を流すようにしている。
【００３７】
上記比例制御弁(30)(31)は、それぞれ破線で結ばれた文字Ｐの部分で圧力を検出してフィードバックしている。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、室内熱交換器に流れる冷媒を一部分流させて、その分流させた冷媒で蓄冷出来るよう構成されているから、冷房需要能力に比較してエンジン側の冷房能力が大きい場合には、その余剰能力で蓄冷させ、他方、冷房需要能力の高いときは放冷させることで、エンジンを常に定格回転で運転することで可能となり、年間を通した総エネルギー効率を向上できる効果がある。また、２種以上の組成成分からなる非共沸混合冷媒を用いるものにおいて、低沸点側の冷媒を気化させることにより組成分離するものであり、効率の良い分配を行うことが出来るのみならず、温度の低い低沸点側を蓄冷に利用するため、蓄冷効率も向上する。さらに、沸点の相違を利用した組成分離において、レシーバから出た液冷媒の一部を再びレシーバを通過させて低沸点冷媒の気化又は気化の促進を行うため、より効率良く組成分離できる。その際、請求項２の発明では、その分流ラインの冷媒を蓄冷ラインへ合流させるので、蓄冷用の冷媒量を増加させることができる。
【００４０】
この出願の請求項３の発明では、同じく組成分離を行うものにおいて、各冷媒の沸点の相違を利用するものであり、気化しやすい低沸点冷媒のみを気化させることで同様に効率の良い冷媒の分配を行うことが出来る。
【００４１】
しかも、組成分離部の上流部に減圧部を設けて低沸点冷媒の気化を促進するようにしており、より効率の良い冷媒の分配を行うことが出来る。
【００４３】
この出願の請求項４の発明では、混合冷媒の組成分離を行うものにおいて、室内熱交換器側に流れる冷媒流量を絞ることで、その室内熱交換器側に流れる一部の冷媒を蓄冷部側の冷媒に合流させることが出来るので、蓄冷部での蓄冷効率を上げることが出来る。
【００４４】
更に、請求項５の発明では、室内熱交換器の出口側に制御部を設けて、蓄冷部側にも冷媒を分流させるようにしたものであり、簡単な構成で蓄冷と冷房を使い分けることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を概念的に示す冷媒回路図である。
【図２】エンジンの冷房能力と冷房需要能力との関係を示すグラフである。
【図３】蓄冷回路の具体例を示すこの発明の実施形態の冷媒回路図である。
【図４】蓄冷回路の具体例を示すこの発明の別の実施形態の冷媒回路図である。
【図５】蓄冷回路の具体例を示すこの発明の更に別の実施形態の冷媒回路図である。
【符号の説明】
(１)  エンジン
(５)  室外熱交換器
(９)  室内熱交換器
(10)  冷媒分配回路
(11)  蓄冷槽
(12)  蓄冷ライン
(25)  レシーバ
(29)  比例制御弁
(31)  比例制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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