JPH07158996A - エンジン駆動ヒートポンプ及び駆動用エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】縦軸形エンジンをヒートポンプの駆動源として
用い全体をコンパクトに構成すると共に、エンジンのラ
ジエータの効率化を図るためにエンジン冷却を沸騰冷却
とし、また冷媒−空気熱交換器を冷却水の流れ方向に沿
い傾斜状態に配置し暖房性能の向上を図る。 【構成】縦軸形エンジンＥの上面を覆う蓋体に、エンジ
ンからの排気口と、冷却水の出口集合部、及び排気口と
接続され、かつ冷却水出口用集合部に配置された消音室
兼排ガス熱交換室Ｈを一体的に構成した。また蓋体の上
方に、冷媒−空気熱交換器を冷却水流れ方向に沿って上
向き傾斜して配置した。また吸引形のファンの吸引側に
冷媒−空気熱交換器とラジエータ３を配し、冷媒−空気
熱交換器を中間に配し、前後の両側に冷房時ラジエータ
と暖房時ラジエータ３を配し、ファン風下側の冷房時ラ
ジエータ３は冷媒−空気熱交換器に対して可及的上部
に、風上側の暖房時ラジエータ３は可及的下部に配し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクランク軸を縦方向に配
置した縦軸形エンジンを、ヒートポンプの駆動に用いる
場合のエンジン駆動ヒートポンプとヒートポンプ用エン
ジンの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジン駆動ヒートポンプに
関する技術は公知とされているのである。例えば、特開
平１−９２５５８号公報や、特公平５−３５２５４号公
報に記載の技術の如くである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、縦軸形エン
ジンをエンジン駆動ヒートポンプの駆動源として用いる
ことにより、ヒートポンプをコンパクトに構成するもの
である。また縦軸形エンジンのラジエータの効率化を図
る為に、エンジンの冷却方式を沸騰冷却方式としたもの
である。また、冷媒−空気熱交換器を冷却水の流れ方向
に添って傾斜状態に配置することにより、暖房性能の向
上を図るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。請求項１においては、クランク軸を
縦方向に配置した縦軸形エンジンにおいて、エンジン本
体の上面を覆う蓋体に、エンジンからの排気口と、冷却
水の出口用集合部、及び前記排気口と接続され、かつ冷
却水出口用集合部に配置された消音室兼排ガス熱交換室
を一体的に構成したものである。

【０００５】請求項２においては、ヒートポンプ用エン
ジンにおいて、蓋体の上方に、冷媒−空気熱交換器を冷
却水流れ方向に沿って上向き傾斜して配置したものであ
る。

【０００６】請求項３においては、エンジン駆動ヒート
ポンプにおいて、吸引形のファンＦの吸引側に、冷媒−
空気熱交換器とラジエータとを配置し、冷媒−空気熱交
換器を中間に配置し、前後の両側に、冷房時ラジエータ
と暖房時ラジエータを配置し、冷却ファンの風下側の冷
房時ラジエータは、冷媒−空気熱交換器に対して可及的
に上部に配置し、風上側の暖房時ラジエータは冷媒−空
気熱交換器に対し可及的に下部に配置したものである。

【０００７】

【作用】次に作用を説明する。請求項１によれば、沸騰
冷却方式における冷却水の上昇が加速され、冷却水の循
環効率が向上する。また蓋体にエンジンからの排気口等
を一体的に形成しているので、シリンダブロックのダイ
キャスト製造が可能となり、機械加工部分を少なくし、
コストを安くすることが出来るのである。また、沸騰冷
却方式であるので、水と空気の温度差が大きくなり、ラ
ジエータを小型・コンパクトに構成出来るのである。沸
騰冷却方式では、排ガス熱交換器の出口の冷却水温度が
高くなる為に、暖房能力が向上するのである。また蒸気
の滞留防止が可能となる。

【０００８】請求項２によれば、沸騰冷却方式の場合に
は、排ガス熱交換器Ｈからの出口部分の冷却水温度が最
も高く成りやすいのであるが、本発明においては、該部
分にサブエバポレータと称される、傾斜配置した冷媒−
水熱交換器２を設けることにより、最も効率的に高温冷
却水と冷媒との間の熱交換が行われるのである。また、
該冷媒−水熱交換器２の傾斜配置により、エンジン室ａ
と熱交換器室ｂの間のデッドスペースに冷媒−水熱交換
器２を配置することとなり、エンジン駆動ヒートポンプ
の全体をコンパクトに構成することが出来るのである。

【０００９】請求項３によれば、冷房時には、冷媒−空
気熱交換器は、まずラジエータにより温まっていない温
度の低い外気により冷却されるので、ラジエータの高温
により冷媒−空気熱交換器の放熱効果が損なわれること
がなく、冷房効果を上げることが出来るのである。逆に
暖房時には、ラジエータの高温によりまず吸引空気を暖
めて、次に冷媒−空気熱交換器に該空気を当てて熱を吸
収させるので、暖房効果を向上することが出来るのであ
る。また冷房時ラジエータ２３と暖房時ラジエータ２４
を上下に互い違いに配置したことにより、両者がファン
Ｆによる外気吸引の邪魔となることが無いのである。

【００１０】

【実施例】次に実施例を説明する。図１は本発明のエン
ジン駆動ヒートポンプの沸騰冷却システムの回路図、図
２は本発明のエンジン駆動ヒートポンプの正面図、図３
は同じく本発明のエンジン駆動ヒートポンプの平面図、
図４は本発明のエンジン駆動ヒートポンプの左側面図、
図５は本発明のエンジン駆動ヒートポンプの右側面図、
図６は冷媒−空気熱交換器の他の配置実施例を示すエン
ジン駆動ヒートポンプの正面図、図７は図６のエンジン
駆動ヒートポンプの平面図、図８は図６のエンジン駆動
ヒートポンプの右側面図、図９は図６のエンジン駆動ヒ
ートポンプの左側面図、図１０は冷房時ラジエータ２３
と暖房時ラジエータ２４と冷媒−空気熱交換器２５・２
６・２７の配置を示す図面、図１１はエンジンＥの冷却
水の循環回路を示す図面、図１２は本発明のエンジン駆
動ヒートポンプに使用する縦軸形エンジンの正面図、図
１３は同じく縦軸形エンジンの平面図、図１４は縦軸形
エンジンの内部を示す正面図、図１５は図１４における
カム軸とカムとタペットを示す図面、図１６はカム軸と
カムとタペットの他の構成を示す図面、図１７は図１６
におけるカム軸とカムとタペットの状態を示す図面、図
１８はカム軸とオイルフィルタの配置構成を示す図面、
図１９はカム軸とオイルフィルタの他の配置構成を示す
拡大図である。

【００１１】図１において、全体的なエンジン駆動ヒー
トポンプの沸騰冷却システムの流れを説明する。縦軸形
エンジンＥは都市ガスやプロパンガス等の工業用又は家
庭用ガスを燃料とする縦軸のエンジンである。該エンジ
ンＥの側方にコンプレッサＣが配置されており、縦軸形
エンジンＥのクランク軸との間でベルト２０を介して駆
動される。該コンプレッサＣは冷媒を圧縮し、これをヒ
ートポンプフレームＦｒ内に配置した冷媒−水熱交換器
２と、ヒートポンプフレームＦｒの外に配置している冷
媒−空気熱交換器とに強制循環させ、冷媒の循環方向を
切換弁により切換えることにより、暖房と冷房との両作
用を可能としている。

【００１２】暖房時には、コンプレッサＣにより圧縮さ
れた冷媒は、冷媒−水熱交換器２に送られて、縦軸形エ
ンジンＥの冷却水の熱がサブエバポレータとして作用す
る冷媒−水熱交換器２により冷媒ガスに与えられ、これ
により縦軸形エンジンＥの冷却熱を有効に熱回収して、
これを室内の空気熱交換器に供給し、室内空気に熱を与
えて、エンジン駆動ヒートポンプの暖房能力を高めるの
である。本発明は縦軸形エンジンＥの発生する熱を冷媒
−水熱交換器２において、冷媒に効率的に供給する為の
構成に関する。

【００１３】図１において、縦軸形エンジンＥの上部の
を構成する蓋体１に排ガス熱交換器Ｈが構成されてい
る。そして、該排ガス熱交換器Ｈにおいて、排ガスによ
り更に高温化されたエンジン冷却水が冷却水高温パイプ
１２から沸騰吐出されて、冷媒−水熱交換器２の内部を
通過する。本発明においては、排ガス熱交換器Ｈを、エ
ンジン本体の上面を覆う蓋体１に、エンジンからの排気
口と、冷却水の出口用集合部、及び前記排気口と接続し
て、かつ冷却水出口用集合部に配置された消音室兼排ガ
ス熱交換室を一体的とすることにより構成している。該
冷媒−水熱交換器２の内部には、冷媒の通過する空間が
構成されており、該部分で冷却水と冷媒との間で熱交換
が行われるサブエバポレータを構成している。該冷媒−
水熱交換器２において高温冷却水は低温化されるが、更
に次に縦軸形エンジンＥのラジエータ３の放熱器の部分
を通過して、ファンＦにより更に冷却される。

【００１４】図１１において冷却水の循環経路を説明す
る。通常時は冷却水が、エンジンＥから排ガス熱交換器
Ｈと、冷媒−水熱交換器２と、ラジエータ３を通過し、
エア抜きバルブ６が閉となっているので、そのままエン
ジンＥに戻る回路を通過しているのである。エア抜きバ
ルブ６は冷却水の温度を検知して、低温時は開に、高温
時は閉となっている。リザーブタンク４内には、通常一
定の容量の冷却水が貯留されている。そして通常はエア
抜きバルブ６が閉となっており、上記の回路を冷却水が
循環している。

【００１５】冷却水の内部には数パーセントの空気が混
入しており、初期に供給された冷却水が充分に置換され
ずに残っていた空気がラジエータ３の上部に溜まる。図
１１に示すラジエータ３は、高温側の方が低温側よりも
ラジエータ３の配管が上位にあるので、この部分空気が
溜まるのでエア抜きバルブ６が構成されている。そし
て、冷却水の温度がある設定温度以上になると、エア抜
きバルブ６を開にすることにより、冷却系の体積膨張分
の空気は冷却水をリザーブタンク４へ導くことにより、
冷却水系の空気を外部に排除する。

【００１６】また、初期冷却水の投入時加圧弁をラジエ
ータキャップを兼用し、投入しているが、エア抜きバル
ブ６が開いていることにより、空気がエア抜きバルブ６
から抜けやすく、冷却水と冷却水通路内の空気との置換
がスムーズに行われるのである。

【００１７】冷却水高温側の温度が設定温度以上になっ
た場合には、エア抜きバルブ６は閉となり、加圧弁１０
の設定圧力まで加圧されるクローズド回路となることに
より、エンジンＥ内で沸騰した、蒸気が高温部を上がっ
て来ても、リザーブタンク４へは抜けず、全量ラジエー
タ３へ回ることにより、確実に凝縮し、加圧弁１０を通
しては、温度の低い状態でリザーブタンク４に行くこと
となり、リザーブタンク４内の温度を上げず、冷却水の
消費を強制循環並みに押さえることが出来る。該リザー
ブタンク４の上部には補水口２１とエア抜き２２が構成
されている。該リザーブタンク４の下部の吐水口と冷却
水低温パイプ１１との間には、加圧弁１０と吸戻弁５に
より構成された冷却水切換弁が介装されている。本発明
においては、上記した冷媒−水熱交換器２を、縦軸形エ
ンジンＥの蓋体１の上方に、冷却水流れ方向に沿って上
向き傾斜して配置している。

【００１８】次に図２・図３・図４・図５において、エ
ンジン駆動ヒートポンプの全体構成において説明する。
ヒートポンプフレームＦｒの下部をエンジン室ａとして
おり、該エンジン室ａの上部をラジエータ３や冷媒−水
熱交換器２やファンＦ等を配置した熱交換器室ｂとして
いる。エンジン室ａの内部に縦軸形エンジンＥとコンプ
レッサＣと排ガス熱交換器Ｈの部分が配置されている。
また熱交換器室ｂの部分には、ラジエータ３とリザーブ
タンク４と冷媒−水熱交換器２とファンＦ等が配置され
ている。リザーブタンク４の底部には水量センサー８が
配置されており、リザーブタンク４の内部の冷却水の量
を検出して、冷却水が減少した場合に供給を指示すべく
構成している。

【００１９】エンジン駆動ヒートポンプの正面上部にフ
ァンＦが水平軸に支持されて電動モータＭｏにより駆動
回転されており、該ファンＦの後面に、ラジエータ３が
配置されている。またファンＦとラジエータ３との間の
下部に冷媒−水熱交換器２が冷却水流れ方向に沿って上
向き傾斜して配置されている。またラジエータ３の上部
の位置にリザーブタンク４が配置されている。

【００２０】次に、図６・図７・図８・図９・図１０に
おいて、暖房時と冷房時において、冷媒−空気熱交換器
とラジエータの配置を冷暖房切換弁２８により切り換え
る構成について説明する。該実施例においては、ファン
Ｆの吸引風により、パイプ−フィン状に構成された、ラ
ジエータと冷媒−空気熱交換器とに冷却風を当てるよう
構成している。そして図１０に示す如く、冷房時ラジエ
ータ２３と暖房時ラジエータ２４の間にサンドイッチ状
に挟んだように、室外機である冷媒−空気熱交換器２５
・２６・２７が配置された三枚のパイプ−フィン形状に
構成している。また冷房時ラジエータ２３はファンＦに
対して上方の半分のみであり、下方の半分は冷媒−空気
熱交換器２５に構成されている。同様に、暖房時ラジエ
ータ２４は下半分のみであり、上の半分は冷媒−空気熱
交換器２７に構成されている。

【００２１】上記の構成であり、冷房時には、エンジン
Ｅから排ガス熱交換器Ｈを経た冷却水が、冷暖房切換弁
２８により切換られて、冷房時ラジエータ２３の上部に
至る。該冷房時ラジエータ２３を通過し下方から集合部
を経て再度エンジンＥに戻る回路を通過する。また暖房
時には、エンジンＥから排ガス熱交換器Ｈを経て、冷暖
房切換弁２８に至り、該冷暖房切換弁２８で切換られ
て、暖房時ラジエータ２４の上部に至る。該暖房時ラジ
エータ２４を通過して下部から集合部を経て再度エンジ
ンＥに戻るという冷却水の回路を構成する。

【００２２】即ち、吸引形のファンＦの吸引側に、冷媒
−空気熱交換器とラジエータとを配置し、冷媒−空気熱
交換器を中間に配置し、前後の両側に、冷房時ラジエー
タと暖房時ラジエータを配置し、冷却ファンの風下側の
冷房時ラジエータは、冷媒−空気熱交換器に対して可及
的に上部に配置し、風上側の暖房時ラジエータは冷媒−
空気熱交換器に対し可及的に下部に配置しているのであ
る。

【００２３】次に図１２・図１３において、蓋体１の部
分に構成した排ガス熱交換器Ｈの構成を説明する。即
ち、本発明において、縦軸形エンジンＥの本体上面を覆
う蓋体１に、エンジンからの排気口３０と、冷却水の出
口用集合部３１、及び前記排気口と接続され、かつ冷却
水出口用集合部に配置された消音室兼排ガス熱交換室９
と冷却水の入口部３２を一体的に構成しているのであ
る。

【００２４】特に蓋体１には沸騰冷却水が通過するジャ
ケット３３を設け、該ジャケット３３により消音室兼排
ガス熱交換室９を嵌入する凹部１８を構成している。該
凹部１８の内部に消音室兼排ガス熱交換室９を吊るす状
態で固定している。該消音室兼排ガス熱交換室９に対し
て排気口３０から排気を供給している。１５は縦軸形エ
ンジンＥのフライホイールである。

【００２５】次に図１４・図１５・図１６・図１７にお
いて、カム軸とカムとタペットの構成を説明する。従来
は図１６と図１７において図示する如く、クランク軸３
７の端部に設けた軸４４にギア３８を固定し、該ギア３
８とカム軸４０の上のカム軸ギア３９を噛合し、該カム
軸４０の上に、カム４１と４６の２枚のカムを固定して
いた。該カム４１と４６にタペット４３と４７が接当
し、カム連接棒４２と４８により、連動していた。

【００２６】これに対して、図１４と図１５の構成で
は、軸４４の上のギア３８と噛合するギアを３９と５０
の２枚設け、カム軸も４０と４５の２本を併置したもの
である。該カム軸４０にカム４１を設け、カム軸４５に
カム４６を設け、それぞれタペット４３と４７を接当
し、カム連接棒４２と４８を連動している。３５は吸引
オイルフィルタであり、前記軸４４に連接した潤滑ポン
プ軸５１により、潤滑ポンプ５２を駆動し、該吸引オイ
ルフィルタ３５から潤滑油を吸引し、ラインフィルタ３
６を強制通過させた潤滑油をカム軸内の油路を介して、
カムやクランク軸３７等に供給している。

【００２７】図１８においては、図１４と図１６のライ
ンフィルタ３６を、カム軸の軸受ケースと潤滑油ポンプ
ケースを兼用するケース５３の内部に配置しており、該
ケース５３の内部に吸引オイルフィルタ３５の吸引パイ
プ５４を嵌入支持している。そして吸引パイプ５４の上
端の位置を確保油面Ｌとして潤滑ポンプ５２の上面まで
至るように構成している。これにより、潤滑ポンプ５２
への空気の噛み込みを防止している。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。請求項１の如く、クラン
ク軸を縦方向に配置した縦軸形エンジンにおいて、エン
ジン本体の上面を覆う蓋体に、エンジンからの排気口
と、冷却水の出口用集合部、及び前記排気口と接続さ
れ、かつ冷却水出口用集合部に配置された消音室兼排ガ
ス熱交換室を一体的に構成したので、沸騰冷却方式にお
ける冷却水の上昇が加速され、冷却水の循環効率が向上
する。また蓋体にエンジンからの排気口等を一体的に形
成しているので、シリンダブロックのダイキャスト製造
が可能となり、機械加工部分を少なくし、コストを安く
することが出来るのである。また、沸騰冷却方式である
ので、水と空気の温度差が大きくなり、ラジエータを小
型・コンパクトに構成出来るのである。沸騰冷却方式で
は、排ガス熱交換器の出口の冷却水温度が高くなる為
に、暖房能力が向上するのである。また蒸気の滞留防止
が可能となる。

【００２９】請求項２の如く、エンジン駆動ヒートポン
プにおいて、蓋体の上方に冷媒−空気熱交換器を冷却水
流れ方向に沿って上向き傾斜して配置したので、沸騰冷
却方式の場合には、排ガス熱交換器Ｈからの出口部分の
冷却水温度が最も高く成りやすいのであるが、本発明に
おいては、該部分に傾斜配置した冷媒−水熱交換器２を
設けることにより、最も効率的に高温冷却水と冷媒との
間の熱交換が行われるのである。また、該冷媒−水熱交
換器２の傾斜配置により、エンジン室ａと熱交換器室ｂ
の間のデッドスペースに冷媒−水熱交換器２を配置する
こととなり、エンジン駆動ヒートポンプの全体をコンパ
クトに構成することが出来るのである。

【００３０】請求項３の如く、エンジン駆動ヒートポン
プにおいて、吸引形のファンＦの吸引側に、冷媒−空気
熱交換器とラジエータとを配置し、冷媒−空気熱交換器
を中間に配置し、前後の両側に、冷房時ラジエータと暖
房時ラジエータを配置し、冷却ファンの風下側の冷房時
ラジエータは、冷媒−空気熱交換器に対して可及的に上
部に配置し、風上側の暖房時ラジエータは冷媒−空気熱
交換器に対し可及的に下部に配置したので、冷房時に
は、冷媒−空気熱交換器は、まずラジエータにより温ま
っていない温度の低い外気により冷却されるので、ラジ
エータの高温により冷媒−空気熱交換器の放熱効果が損
なわれ無いので、冷房効果を上げることが出来るのであ
る。逆に暖房時には、ラジエータの高温によりまず吸引
空気を暖めて、次に冷媒−空気熱交換器に該空気を当て
て熱を吸収させるので、暖房効果を向上することが出来
るのである。また冷房時ラジエータ２３と暖房時ラジエ
ータ２４を上下に互い違いに配置したことにより、両者
がファンＦによる外気吸引の邪魔となることが無いので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジン駆動ヒートポンプの沸騰冷却
システムの回路図。

【図２】本発明のエンジン駆動ヒートポンプの正面図。

【図３】同じく本発明のエンジン駆動ヒートポンプの平
面図。

【図４】本発明のエンジン駆動ヒートポンプの左側面
図。

【図５】本発明のエンジン駆動ヒートポンプの右側面
図。

【図６】冷媒−空気熱交換器の他の配置実施例を示すエ
ンジン駆動ヒートポンプの正面図。

【図７】図６のエンジン駆動ヒートポンプの平面図。

【図８】図６のエンジン駆動ヒートポンプの右側面図。

【図９】図６のエンジン駆動ヒートポンプの左側面図。

【図１０】冷房時ラジエータ２３と暖房時ラジエータ２
４と冷媒−空気熱交換器２５・２６・２７の配置を示す
図面。

【図１１】エンジンＥの冷却水の循環回路を示す図面。

【図１２】縦軸形エンジンＥの正面図。

【図１３】同じく縦軸形エンジンの平面図。

【図１４】縦軸形エンジンの内部を示す正面図。

【図１５】図１４におけるカム軸とカムとタペットを示
す図面。

【図１６】カム軸とカムとタペットの他の構成を示す図
面。

【図１７】図１６におけるカム軸とカムとタペットの状
態を示す図面。

【図１８】カム軸とオイルフィルタの配置構成を示す図
面。

【図１９】カム軸とオイルフィルタの他の配置構成を示
す拡大図。

【符号の説明】

Ｈ 排ガス熱交換器 Ｅ 縦軸形エンジン ＦＲ ヒートポンプフレーム １ 蓋体 ２ 冷媒−水熱交換器 ３ ラジエータ ４ リザーブタンク ６ エア抜きバルブ ９ 消音室兼排ガス熱交換室 ２３ 冷房時ラジエータ ２４ 暖房時ラジエータ ２５，２６，２７ 冷媒−空気熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 均 大阪府大阪市北区茶屋町１番32号 ヤンマ ーディーゼル株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸を縦方向に配置した縦軸形エ
   ンジンにおいて、エンジン本体の上面を覆う蓋体に、エ
   ンジンからの排気口と、冷却水の出口用集合部、及び前
   記排気口と接続され、かつ冷却水出口用集合部に配置さ
   れた消音室兼排ガス熱交換室を一体的に構成したことを
   特徴とするエンジン駆動ヒートポンプの駆動用エンジ
   ン。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジン駆動ヒートポン
   プにおいて、蓋体の上方に、冷媒−空気熱交換器を冷却
   水流れ方向に沿って上向き傾斜して配置したことを特徴
   とするエンジン駆動ヒートポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のエンジン駆動ヒートポン
   プにおいて、吸引形のファンＦの吸引側に、冷媒−空気
   熱交換器とラジエータとを配置し、冷媒−空気熱交換器
   を中間に配置し、前後の両側に、冷房時ラジエータと暖
   房時ラジエータを配置し、冷却ファンの風下側の冷房時
   ラジエータは、冷媒−空気熱交換器に対して可及的に上
   部に配置し、風上側の暖房時ラジエータは冷媒−空気熱
   交換器に対し可及的に下部に配置したことを特徴とする
   エンジン駆動ヒートポンプ。