(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにより駆動する冷媒圧縮機を備え、該冷媒圧縮機の吐出部及び吸込み部と、冷媒の凝縮と蒸発をそれぞれ行う２種の熱交換器とを、四方弁により切替自在に接続して冷媒回路を構成するエンジンヒートポンプにおいて、冷媒圧縮機の吸込み部に接続する冷媒管路に冷媒補助蒸発器を設け、エンジン冷却水回路のラジエータの上流側の冷却水管路に、上記ラジエータ側と上記冷媒補助蒸発器側とに冷却水を振り分ける分岐部を設け、該分岐部の上流側にサーモスタットを設け、該サーモスタットの上流側で、該サーモスタットとエンジンの冷却水出口との間にフィルタを配置していることを特徴とするエンジンヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、エンジンにより駆動する冷媒圧縮機を備え、該冷媒圧縮機の吐出部及び吸込み部と、冷媒の凝縮と蒸発をそれぞれ行う２種の熱交換器とを、四方弁により切替自在に接続して冷媒回路を構成するエンジンヒートポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来のエンジンヒートポンプを示しており、簡単に構造を説明すると、冷媒回路１の冷媒圧縮機４はベルト伝動装置によりエンジン５に連動連結し、エンジン５により駆動するようになっている。
【０００３】
冷媒回路１は、上記冷媒圧縮機４と、室外熱交換器８及び複数の室内熱交換器９とを備え、両熱交換器８，９は、冷媒圧縮機４の吐出部１１に接続する吐出側管路１６と、吸込み部１２に接続する吸込み側管路１７とに、四方弁１４により切替自在に接続するようになっている。すなわち、四方弁１４を切り替えることにより、図１０に示すように室外熱交換器８を吐出側管路１６に、室内熱交換器９を吸込み側管路１７に接続する冷房運転仕様と、室内熱交換器９を吐出側管路１６に、室外熱交換器８を吸込み側管路１７に接続する暖房運転仕様に切り替えることができるようになっている。
【０００４】
両熱交換器８，９間には冷媒液タンク２０及び膨張弁２１が設けられており、冷房運転時には、実線で示すように室外熱交換器８から冷媒液タンク２０、膨張弁２１及び冷房用管路１８を順に経て室内熱交換器９に至る冷媒経路を冷媒が通り、一方、暖房運転時には、破線で示すように室内熱交換器９から暖房用管路１９、冷媒液タンク２０、膨張弁２１及び暖房用管路１９ａを順に経て室外熱交換器８に至る冷媒経路を冷媒が通るようになっている。なお、膨張弁２１に関しては、冷房運転用として、実際には各室内熱交換器９毎にそれぞれ単独に設けられているのであるが、図１０では簡易的に１つの膨張弁２１で代表させて図示している。
【０００５】
吐出側管路１６の途中には、冷媒圧縮機４の潤滑油を冷媒ガスから分離除去するオイルセパレータ２２が設けられ、吸込み側管路１７にはアキュームレータ２５が設けられている。
【０００６】
そして、室外熱交換器８と四方弁１４の間に、冷媒補助蒸発器１２４が設けられ、該冷媒補助蒸発器１２４は、暖房運転時において室外熱交換器８による冷媒の蒸発不足を補い、冷媒圧縮機４への液バック現象を阻止する。
【０００７】
エンジン冷却水回路２には、冷却水ポンプ２６の吐出部２６ａから下流側へと順に、排気ガス熱交換器３０、エンジン５内の冷却水通路、サーモスタット３１、主開閉弁１２５及びラジエータ３２が接続している。また、サーモスタット３１の逃がし管路３９は冷却水ポンプ２６の吸込み部２６ｂに直接連通している。
【０００８】
サーモスタット３１と主開閉弁１２５の間からは補助蒸発器用の冷却水管路３７が分岐し、冷媒補助蒸発器１２４の冷却水入口に接続している。冷媒補助蒸発器１２４の冷却水出口は戻り管路３８を介して冷却水ポンプ２６の吸込み部２６ｂに接続している。補助蒸発器用の冷却水管路３７には、上記主開閉弁１２５とは別の補助開閉弁１２６が設けられている。
【０００９】
エンジン５はガスエンジンであり、排気部４３は前記排気ガス熱交換器３０を介して排気マフラ４６に接続し、吸気部４４はミキサー４７に接続し、該ミキサー４７には吸気消音器４８を介して外気取入部が接続すると共に、燃料ガス供給管４９を介して燃料タンクが接続している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
（１）補助蒸発器１２４を四方弁１４と室外熱交換器８との間に配置しているので、暖房運転時には、室外熱交換器８による蒸発不足を補助蒸発器１２４により補うことができるが、冷房時には図１０に示すように吐出側管路１６に補助蒸発器１２４が接続することになり、室内熱交換器９で蒸発不足が発生しても、それを補うことができない。たとえ冷媒圧縮機４へ戻る途中でアキュームレータ２５によって液相を排除しても、液相が残り、冷媒圧縮機４への液バック現象が生じることがある。また、冷房運転時の液バック現象を解消するため、四方弁１４と室内熱交換器９との間にも別の補助蒸発器を配置することも考えられるが、そうすると、新たに補助蒸発器用の冷却水管路及び開閉弁を増設しなければならず、部品点数が大幅に増加し、製造コストも高くなる。
【００１１】
（２）ラジエータ３２側と冷媒補助蒸発器１２４側に冷却水を切り替えるため、ラジエータ側３２の主開閉弁１２５と、補助蒸発器１２４側の補助開閉弁１２６とをそれぞれ単独に配置しているので、弁機構用の部品コストがかかると共に、配置スペースも広くとらなければならない。また、相反する状態となるように両開閉弁１２５，１２６を制御しなければならず、制御が複雑になる。さらに前記のように四方弁１４と室内熱交換器９との間にも新たに補助蒸発器を配置するとなると、部品点数の増加及びコストの増加が一層助長される。
【００１２】
（３）２つの開閉弁を備える代わりに、１つの三方弁を設けるようにすると、弁機構の部品点数を減らすことができるが、冷却水に混入するエンジンの鋳砂等のごみが三方弁に付着して、三方弁が作動不良になった場合、ラジエータ３２と冷媒補助蒸発器１２４のいずれにも冷却水が供給できなくなる事態が生じ、冷却機能を阻害する恐れがある。
【００１３】
【発明の目的】
（１）１つの冷媒補助蒸発器により、冷房と暖房のいずれの運転時においても、冷媒の蒸発不足を防ぎ、冷媒圧縮機への液バック現象を防止できるようにする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項１記載の発明は、エンジンにより駆動する冷媒圧縮機を備え、該冷媒圧縮機の吐出部及び吸込み部と、冷媒の凝縮と蒸発をそれぞれ行う２種の熱交換器とを、四方弁により切替自在に接続して冷媒回路を構成するエンジンヒートポンプにおいて、冷媒圧縮機の吸込み部に接続する冷媒管路に冷媒補助蒸発器を設け、エンジン冷却水回路のラジエータの上流側の冷却水管路に、上記ラジエータ側と上記冷媒補助蒸発器側とに冷却水を振り分ける分岐部を設け、該分岐部の上流側にサーモスタットを設け、該サーモスタットの上流側で、該サーモスタットとエンジンの冷却水出口との間にフィルタを配置している。これにより、冷房時及び暖房時のいずれの運転時でも、１つの補助蒸発器により蒸発不足を解消できる。また、ラジエータ又は冷却補助蒸発器のいずれに冷却水を送る場合でも、一つのフィルタにより、ゴミ等を除去した冷却水を供給することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本願発明を適用したエンジンヒートポンプの配管図であり、図１は冷房運転時、図２は暖房運転時の状態をそれぞれ示している。本願発明の要部である冷媒補助蒸発器２４、三方弁５１及びフィルタ５２以外の構造は前記図１０の従来例と同様であるので、同じ部品には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。勿論、膨張弁２１についても、代表的に共通のものを１つだけ記載してあるが、従来例同様に、冷房運転時に実際に利用する膨張弁として、各室内熱交換器９毎にもそれぞれ膨張弁を備えていることを念のため明記しておく。
【００２４】
図１において、エンジン冷却水回路２には、サーモスタット３１とラジエータ３２の間に三方弁５１が設けられ、該三方弁５１の冷却水入口５１ａとエンジン５の冷却水出口５ｂの間の管路４０にフィルタ５２が設けられている。三方弁５１は、上記冷却水入口５１ａと、第１の冷却水出口５１ｂと、第２の冷却水出口５１ｃの三つのポートを有しており、第１の冷却水出口５１ｂはラジエータ３２に連通し、第２の冷却水出口５１ｃは冷却水管路３７を介して冷媒補助蒸発器２４の冷却水入口２４ａに連通している。
【００２５】
冷媒補助蒸発器２４は、四方弁１４とアキュームレータ２５の間の圧縮機吸込み側管路１７に配置されており、冷房運転時と暖房運転時のいずれの場合でも、室内熱交換器９又は室外熱交換器８から排出された蒸発後の冷媒が通過するようになっている。
【００２６】
図３は三方弁５１及びサーモスタット３１の縦断面拡大図であり、サーモスタット３１は、サーモスタットケース３３内にサーモスタット本体３４を内蔵している。サーモスタットケース３３は、三方弁５１の弁ケース３２に一体的に固着されており、フィルタ５２側（エンジン側）に連通する入口３１ａと、三方弁５１の冷却水入口５１ａに直結する第１の出口３１ｂと、冷却水ポンプ２６側の逃がし管路３９に連通する第２の出口３１ｃを有しており、冷却水入口３１ａから流入した冷却水が６０°未満のときには第２の出口３１ｃが開き、冷却水を逃がし管路３９へと導き、一方、冷却水が６０°以上のときには第２の出口３１ｃを閉塞し、冷却水を第１の出口３１ｂから三方弁５１の入口５１ａへと導くようになっている。
【００２７】
弁ケース３２には、前述のようにラジエータ３２に連通する第１の冷却水出口５１ｂと、冷媒補助蒸発器２４に連通する第２の冷却水出口５１ｃが形成されると共に、モータ５４が取り付けられている。弁ケース３２内に形成された球受座５５には、駆動軸５６を介してモータ５４に連結された球弁体５７が回転自在に嵌合している。該球弁体５７内にはＬ字形の冷却水通路５８が形成され、モータ５４により球弁体５７を回転することにより、冷却水入口５１ａを第１の冷却水出口５１ｂに連通する状態と、第２の冷却水出口５１ｃに連通する状態とに切り替えるようになっている。
【００２８】
フィルタ５２の縦断面拡大図を示す図４において、フィルタ５２は、一定長さの保持管６１と、該保持管６１内に固定された金網製のエレメント６２から構成されている。エレメント６２は冷却水下流側にゆくに従い小径となる円錐台状に形成されると共に、小径側から順に、網目の細かい第１のエレメント部６４と、網目の粗い第２のエレメント部６５との２段の領域に分かれている。さらに大径側の端部に金属製の固定用リング６６を一体に有し、該固定用リング６６が保持管内周面に固定されている。両エレメント部６４，６５の内部同士は全面が連通しており、また、テーパー周面同士は滑らかに繋がっている。目の細かい第１のエレメント部６４は、テーパー状の周面と共に小径側端面も網状となっており、メッシュ数は１００メッシュ程度のものが使用されている。一方、目の粗い第２のエレメント部６５は、大径側が全面開口し、周面のメッシュ数が１０メッシュ程度となっている。固定用リング６６の固定構造の一例を説明すると、固定用リング６６を保持管６１の内周面に圧入し、所定位置において、保持管６１の周面を径方向の内方にかしめて内向き突起６７を形成し、該内向き突起６７によりリング６６を係止している。保持管６１の長さ方向の両端部は、継手管などを介して冷却水管路４０等に着脱自在（取替自在）に連結されている。
【００２９】
【作用】
図１において、冷媒回路１の室外熱交換器８と室内熱交換器９は、四方弁１４を切り替えることにより、冷房運転時には図１のように室外熱交換器８は凝縮器として、室内熱交換器９は蒸発器として利用され、一方、暖房運転時には、図２のように室外熱交換器８は蒸発器として、室内熱交換器９は凝縮器として利用される。
【００３０】
冷媒補助蒸発器２４は、冷房運転時及び暖房運転時のいずれの場合でも、蒸発後に冷媒圧縮機４へ戻る過程で冷媒ガスが通過し、蒸発が不充分な時に、冷媒ガス中に混在している液相を蒸発させる。
【００３１】
各運転時の冷媒等の流れを詳しく説明する。冷房運転時の状態を示す図１において、冷媒回路１中の四方弁１４は、吐出側管路１６を室外熱交換器８に、吸込み側管路１７を室内熱交換器９に接続しており、三方弁５１は、ラジエータ８側の第１の冷却水出口５１ｂが開き、第２の冷却水出口５１ｃは閉じ、原則的には冷媒補助蒸発器２４へは冷却水を供給しない状態となっている。
【００３２】
冷媒圧縮機４から吐出される高圧の冷媒ガスは、まずオイルセパレータ２２により圧縮機の潤滑油成分が分離され、該油成分は管路７０を通ってアキュームレータ２５へと戻される。油成分が除去された冷媒ガスは、四方弁１４を通って室外熱交換器８へと供給される。該室外熱交換器８内では、冷媒ガスから熱を奪って凝縮させ、冷媒液とする。冷媒液は液タンク２０に一旦貯留され、膨張弁２１（各室内熱交換器９毎に設けられた膨張弁）から放出されることにより、急激に圧力が低下すると共に噴霧状となり、各室内熱交換器９へと供給される。
【００３３】
室内熱交換器９内において、冷媒液が蒸発することにより冷媒ガスへと変化（気化）し、この蒸発作用により、室内を冷房する。室内熱交換器９から排出された冷媒ガスは、冷媒補助蒸発器２４を通ってアキュームレータ２５に入り、液相部分を除去した後、冷媒圧縮機４の吸込み部１２に吸込まれる。
【００３４】
室内熱交換器９での蒸発作用が十分な場合には、前記のように三方弁５１から冷媒補助蒸発器２４には冷却水は供給されていないので、冷媒ガスは補助蒸発器２４を単に通過するだけとなる。しかし、室内熱交換器９内での蒸発が不充分な場合、たとえば複数の室内熱交換器９の総てを運転している状態から一部停止した場合には、室内熱交換器９の容量が減り、蒸発不足が生じ、液相が多く混在した冷媒ガスが室内熱交換器９から排出されることになる。この場合、検知機構により室内熱交換器９の出口において液相の混在を検知し、三方弁５１の第２の冷却水出口５１ｃを開くことにより、冷却水を冷媒補助蒸発器２４へと供給し、補助蒸発器２４内で冷媒ガス中の液相を蒸発させる。
【００３５】
エンジン冷却水回路２では、冷却水ポンプ２６から吐出される冷却水は、排気ガス熱交換器３０を通ることにより排気ガスを冷却した後、エンジン５に供給され、エンジン５内の冷却水通路を通過する間にシリンダ等各所を冷却することにより温度が上昇し、冷却水出口５ｂから排出される。エンジン５から排出された冷却水は、フィルタ５２を通過することによりごみが除去され、サーモスタット３１から三方弁５１に至る。上記フィルタ５２を通過する場合、図４において、フィルタ５２に付着するごみの量が少ない時には、冷却水の殆どは目の細かい第１のエレメント部６４を通過し、除塵される。第１のエレメント部６４に目詰まりが生じた場合には、網目の粗い第２のエレメント部６５を通して冷却水を流し、冷却水量の減少を防ぐ。
【００３６】
サーモスタット３１では、冷却水温度が６０°未満の時には逃がし管路３９から冷却水ポンプ２６へと冷却水を直接逃がし、冷却水温度が６０°以上のときには、三方弁５１を介してラジエータ３２へと冷却水を供給して、ラジエータ３２にて冷却水温度を下げ、冷却水ポンプ２６へと戻す。
【００３７】
三方弁５１には、上記のようにフィルタ５２で除塵された冷却水（６０°以上）が供給されるので、三方弁５１にごみが付着することはなく、したがって、ごみ等により三方弁５１に作動不良が生じることはない。
【００３８】
次に暖房運転時の状態を示す図２において、四方弁１４は、吐出側管路１６を室内熱交換器９に、吸込み側管路１７を室外熱交換器８に接続し、三方弁５１は、ラジエータ８側の第１の冷却水出口５１ｂが閉じ、第２の冷却水出口５１ｃが開き、冷媒補助蒸発器２４へ冷却水を供給し、蒸発機能を発揮できる状態となっている。
【００３９】
暖房運転時、冷媒圧縮機４から吐出される冷媒ガスは、オイルセパレータ２２により前記冷房時と同様に油分が分離され、四方弁５１を通って室内熱交換器９へと導かれる。該室内熱交換器９内では、冷媒ガスは凝縮して液体となり、室内を暖房する。凝縮後の冷媒液は暖房用の管路１９を通って冷媒液タンク２０に一旦貯留され、膨張弁２１から噴霧されることにより急激に圧力を下げると共に噴霧状となり、暖房用の管路１９ａを通って室外熱交換器８へと供給される。
【００４０】
室外熱交換器８内では、霧状の冷媒液は蒸発し、冷媒ガスに変化（気化）し、室外熱交換器８から排出される。排出された冷媒ガスは、通常、蒸発不足により気液混合状態で排出されており、したがって補助蒸発器２４を通ることにより、残りの液相が蒸発され、アキュームレータ２５に入り、圧縮機４に吸込み部１２から吸込まれる。
【００４１】
しかし、室外熱交換器８での蒸発だけで十分な場合には、たとえば室外熱交換器８の出口でそれを検知し、三方弁５１をラジエータ３２側へと切り替え、冷媒補助蒸発器２４への冷却水の供給を停止し、蒸発作用を停止する。
【００４２】
【その他の実施の形態】
（１）図５は図４に示す２段型フィルタ用エレメント６２の組立例を示しており、網目の粗い第２のエレメント部６５をエレメント全長Ｌに亘る円錐台形状とし、これとは別体に、網目の細かい第１のエレメント部６４を有底円錐台形状に製作し、該第１のエレメント部６４を第２のエレメント部６５の底側（図の右側）に被せ、かしめあるいは接着等の固定手段で固定する。なお、第１のエレメント部６４を第２のエレメント部６５の大径側の開口から挿入し、固定することもできる。
【００４３】
（２）図６は、開閉型リリーフ機構付きのフィルタ５２であり、エレメント６２は１００メッシュ程度の網目の細かい金網部材を用い、円錐台形状に形成されており、大径側の開口部に固定用のリング６６を備え、該リング６６には外向きのばね受けフランジ７０が固着されている。保持管６１の内周面には、ガイド管７１が嵌着されると共に該ガイド管７１より下流側にばね受けリング７２が嵌着されており、前記ガイド管７１の内周面７１ａは下流側に行くに従い大径となるテーパーになっている。
【００４４】
エレメント６２はガイド管７１内に配置され、フランジ７０とばね受けリング７２との間にコイルばね７３を縮設することにより、フランジ７０をテーパー内周面７１ａに下流側から圧接している。したがって、通常の運転時には冷却水は総てエレメント６２を通過し、エレメント６２によって冷却水中の鋳砂等のごみを除去する。エレメント６２に付着するごみ量が増加することにより、エレメント６２による抵抗が増加し、エレメント６２を通過する冷却水量が減ると、ばね７３に抗してエレメント６２がテーパー内周面７１ａから離れ、リング６６とテーパー内周面７１ａとの間にリリーフ用隙間（開口）が生じ、該隙間を介して冷却水が流れる。したがって、エレメント詰りによる冷却水量の低下を防ぐことができる。
【００４５】
（３）図７は、ダスト溜り７５を有するフィルタ５２を示しており、立直姿勢の保持管６１を備え、該保持管６１内に、下向きに開口する円錐台形状の金網状エレメント６２を固定し、保持管６１の下端部に、上流側の横置き型冷却水管路４０よりも下方に突出するダスト溜り７５を設けている。運転中、冷却水管路４０から保持管６１内を上方へと流れる冷却水は、エレメント６２を通過して三方弁側へと流れ、エレメント６２にはごみが引っ掛かりあるいは付着するが、運転停止時には、重力によりエレメント６２に引っ掛かっていたごみが落下し、ダスト溜り７５に溜まる。したがって、エレメント６２が詰まりにくくなる。
【００４６】
（４）図８は、バイパス管路７７を有するフィルタ５２を示しており、保持管６１に、エレメント６２の上流側と下流側とを連通するコの字形のバイパス管路７７を設けた例である。バイパス管路７７は保持管６１よりも小径（１／２程度）となっており、かつ、バイパス管路入口とバイパス管路出口とがそれぞれ保持管６１に対して概ね直角に接続している。該構造によると、冷却水は、通常は、径が大きくかつストレート状の保持管６１内を流れ、エレメント６２によりごみ等が除去される。エレメント６２に付着するごみの量が増加してエレメント６２による抵抗が大きくなると、バイパス管路７７にも冷却水が流れ、冷却水量が確保される。エレメント６２が目詰まりすると、冷却水は全量バイパス管路７７を流れる。
【００４７】
（５）図９は図８のバイパス管路付きのフィルタ５２の変形例を示しており、バイパス管路７７内に、目の粗いサブエレメント７８を嵌着している。該構造によると、保持管６１内のエレメント６２が目詰まりして、バイパス管路７８に冷却水が流れた場合でも、サブエレメント７８により大きなごみを除去することができる。
【００４８】
（６）エンジンとしては、ガスエンジンのほかに、通常のガソリンエンジンを用いることもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明によると、１つの冷媒補助蒸発器により、冷房と暖房のいずれの運転時においても、冷媒の蒸発不足を防ぎ、冷媒圧縮機への液バック現象を防止できる。また、冷却水回路２において、分岐部の上流側にフィルタ５２を配置し、エンジン内のごみを分岐部の上流側で除去するようにしているので、ラジエータ又は冷却補助蒸発器のいずれに冷却水を送る場合でも、一つのフィルタにより、ゴミ等を除去した冷却水を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本願発明を適用したエンジンヒートポンプの冷房運転時の配管図である。
【図２】  図１と同じエンジンヒートポンプの暖房運転時の配管図である。
【図３】  三方弁の縦断面図である。
【図４】  図１のフィルタの縦断面拡大図である。
【図５】  ２段型フィルタの組立工程の一例を示す分解正面図である。
【図６】  開閉式のフィルタの縦断面図である。
【図７】  ダスト溜りを有するフィルタの縦断面拡大図である。
【図８】  バイパス管路を有するフィルタの縦断面拡大図である。
【図９】  バイパス管路及びサブエレメントを有するフィルタの縦断面拡大図である。
【図１０】  従来例の配管図である。
【符号の説明】
１  冷媒回路
２  冷却水回路
４  冷媒圧縮機
５  エンジン
８  室外熱交換器
９  室内熱交換器
１１  吐出部
１２  吸込み部
１６  吐出側管路
１７  吸込み側管路
２４  冷媒補助蒸発器
２６  冷却水ポンプ
５１  三方弁
５２  フィルタ
６１  保持管
６２  エレメント
６４  網目の細かい第１のエレメント部
６５  網目の粗い第２のエレメント部
６６  固定用リング
７３  ばね
７５  ダスト溜り
７７  バイパス管路
７８  サブエレメント
【図１】
0004022011.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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