JPH11294894A - 室外機ユニットおよび空気調和機 - Google Patents

室外機ユニットおよび空気調和機

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JPH11294894A
JPH11294894A JP10106630A JP10663098A JPH11294894A JP H11294894 A JPH11294894 A JP H11294894A JP 10106630 A JP10106630 A JP 10106630A JP 10663098 A JP10663098 A JP 10663098A JP H11294894 A JPH11294894 A JP H11294894A
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JP
Japan
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heat exchanger
exhaust gas
cooling water
gas
heat
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Application number
JP10106630A
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English (en)
Inventor
Tadahiro Kato
忠広 加藤
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスの熱をガスエンジンの冷却水に回収
するため、排気ガスが冷却されて排気ガスに含まれる水
分が排気トップに至る以前に凝縮してしまう恐れがあっ
た。 【解決手段】 室外熱交換器３１と、室外熱交換器３１
または室内熱交換器１１にガス冷媒を送出する圧縮機３
３と、圧縮機３３を駆動するガスエンジン４１と、排気
ガスの熱をガスエンジン４１の冷却水に回収して冷媒の
加熱に利用する排気ガス熱交換器５４と、冷却水に回収
された熱を冷媒に回収する水熱交換器３２と、ラジエタ
５３とを備える室外機ユニット２０について、水熱交換
器３２またはラジエタ５３の少なくともいずれか一方を
バイパスするバイパス配管５５と、排気ガス熱交換器５
４から排出される排気ガスの温度に基づいて制御され、
バイパス配管５５の流量とバイパスされた水熱交換器３
２、ラジエタ５３のいずれかの流量とを分配的に変化さ
せる三方流量制御弁５６とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機をガスエン
ジンによって駆動するとともに、暖房運転時には、当該
ガスエンジンの排気ガスを液冷媒の加熱源として利用す
るガスヒートポンプ式空気調和機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ヒートポンプを利用して冷暖房を行う空
気調和機は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、膨
張弁等の要素を含む冷媒回路を備えている。室内の冷暖
房は、冷媒がこの回路を巡る途中で室内熱交換器および
室外熱交換器において、それぞれ熱の交換を行うことに
よって実現される。また、この冷媒回路には、室外熱交
換器による冷媒の熱の受け取り（暖房運転時）のみに頼
るのではなく、冷媒そのものを直接的に加熱するための
冷媒加熱器が設置されることがある。
【０００３】ところで、近年、上記の冷媒回路中の圧縮
機の動力源として、通常使用されている電動機に代わ
り、ガスエンジンを利用するものが開発されている。こ
のガスエンジンを利用した空気調和機は、一般にガスヒ
ートポンプ式空気調和機（以下ＧＨＰと略す）と呼ばれ
ている。このＧＨＰによれば、比較的安価であるガスを
燃料として利用できるため、電動機を利用した圧縮機を
備えた空気調和機（以下ＥＨＰと略す）のように、ラン
ニングコストがかさむということがなく消費者にとって
コストダウンが可能となる。
【０００４】また、ＧＨＰにおいては、例えば暖房運転
時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスの熱
を冷媒の加熱源として利用すれば、優れた暖房効果を得
ることが可能になるとともに、エネルギの利用効率を高
めることができる。ちなみに、低外気温時の暖房能力
は、ＥＨＰと比較して1.2〜1.5倍ほど高くなる。また、
このような仕組みを導入すれば、冷媒回路中において、
上述したような冷媒加熱器等の機器を特別に設置する必
要がなくなる。
【０００５】その他、ＧＨＰでは、暖房運転時に必要な
室外熱交換器の霜除去動作いわゆるデフロスト動作も、
エンジンの排熱を利用して実施することができる。一般
に、ＥＨＰにおけるデフロスト動作は、暖房運転を停止
して一時的に冷房運転を行って室外熱交換器の霜除去を
行うようになっている。この場合、室内に対しては冷風
が吹き出すことになるから、室内環境の快適性を損なう
こととなる。ＧＨＰでは、上記したような事情から連続
暖房運転が可能となり、ＥＨＰで懸念されるような問題
の発生がない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように多くの利点
を有するＧＨＰであるが、従来からのＧＨＰに関して
は、次のような問題点が指摘されている。
【０００７】ガスエンジンの燃料となるガスには、Ｌ.
Ｎ.Ｇ.（液化天然ガス）やＬ.Ｐ.Ｇ.（液化石油ガス）
等が使用されている。これらのガスには水分が多く含ま
れており、ガスが燃焼するとのその多くが排気ガスとと
もに排出されるが、この水分にはＮＯx（窒素酸化物）
が多く含まれており強酸性を示す。そこで、ガスエンジ
ンから排出される排気ガスを外部へ導く排気ガス系に
は、排気トップにおいて凝縮される水分をドレンフィル
タによって回収し中和する対策が施されている。
【０００８】しかしながら、ＧＨＰでは、排気ガス熱交
換器において排気ガスの熱をガスエンジンの冷却水に回
収するようになっており、冷却水に熱を奪われることで
排気ガスが冷却され、排気トップに至る以前に排気ガス
に含まれる水分が凝縮してしまう恐れがある。このた
め、ＮＯxを多く含む強酸性の水分が排気ガス熱交換器
やガスエンジンの内部に留まり、排気ガス熱交換器の性
能を低下させたりガスエンジン内の潤滑油の劣化を早め
たりするといった問題があった。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、排気ガス中のＮＯxを含
んだ水分の排気ガス熱交換器における凝縮を起こり難く
することで、排気ガス熱交換器の性能低下やガスエンジ
ン内の潤滑油の劣化を抑制することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するための手段として以下の構成を備えている。す
なわち、請求項１記載の室外機ユニットは、屋外の空気
と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、該室外熱
交換器または屋内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室
内熱交換器に高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮機と、
該圧縮機を駆動するガスエンジンと、該ガスエンジンか
ら排出される排気ガスの熱をガスエンジンの冷却水に回
収する排気ガス熱交換器と、該排気ガス熱交換器におい
て冷却水に回収された熱を冷媒に回収する水熱交換器
と、同じく排気ガス熱交換器において冷却水に回収され
た熱を外気に放出するラジエタとを備える室外機ユニッ
トであって、前記水熱交換器または前記ラジエタの少な
くともいずれか一方をバイパスするバイパス配管と、前
記排気ガス熱交換器から排出される排気ガスの温度を検
知するガス温度検知手段と、該ガス温度検知手段により
検知された排気ガスの温度に基づいて制御され、前記バ
イパス配管に流入する冷却水の流量とバイパスされた前
記水熱交換器、前記ラジエタのいずれかに流入する冷却
水の流量とを分配的に変化させる第１の流量制御弁とを
備えることを特徴としている。
【００１１】請求項１記載の室外機ユニットにおいて
は、エンジン始動時等、冷却水が冷えた状態にあって排
気ガスの熱が冷却水に回収され、排気ガスの温度が低く
なって排気ガスに含まれる水分が凝縮する場合に、第１
の流量制御弁の開度を調節して冷却水をバイパス配管に
流通させ、水熱交換器またはラジエタの少なくともいず
れか一方をバイパスさせると、冷媒に熱を回収させたり
外部に放出したりすることなく冷却水が循環され、排気
ガス熱交換器における排気ガスからの熱回収のみが行わ
れて冷却水が急速に加熱される。冷却水の加熱が急速に
行われて加熱時間が短縮されると、排気ガス熱交換器に
おいて排気ガスが過度に冷却される時間も短くなり、凝
縮が起こり難くなる。
【００１２】請求項２記載の空気調和機は、屋外の空気
と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、該室外熱
交換器または屋内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室
内熱交換器に高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮機と、
該圧縮機を駆動するガスエンジンと、該ガスエンジンか
ら排出される排気ガスの熱をガスエンジンの冷却水に回
収する排気ガス熱交換器と、該排気ガス熱交換器におい
て冷却水に回収された熱を冷媒に回収する水熱交換器
と、同じく排気ガス熱交換器において冷却水に回収され
た熱を外気に放出するラジエタとを備える室外機ユニッ
トと、前記室内熱交換器と、屋内の空気を循環させるフ
ァンとを備える室内機ユニットとからなる空気調和機で
あって、前記水熱交換器または前記ラジエタの少なくと
もいずれか一方をバイパスするバイパス配管と、前記排
気ガス熱交換器から排出される排気ガスの温度を検知す
るガス温度検知手段と、該ガス温度検知手段により検知
された排気ガスの温度に基づいて制御され、前記バイパ
ス配管に流入する冷却水の流量とバイパスされた前記水
熱交換器、前記ラジエタのいずれかに流入する冷却水の
流量とを分配的に変化させる第１の流量制御弁とを備え
ることを特徴としている。
【００１３】請求項２記載の空気調和機おいては、エン
ジン始動時等、排気ガスの温度が低くなって排気ガスに
含まれる水分が凝縮する場合に、第１の流量制御弁の開
度を調節して冷却水をバイパス配管に流通させ、水熱交
換器またはラジエタの少なくともいずれか一方をバイパ
スさせると、冷媒に熱を回収させたり外部に放出したり
することなく冷却水が循環され、排気ガス熱交換器にお
ける排気ガスからの熱回収のみが行われて冷却水が急速
に加熱される。冷却水の加熱が急速に行われて加熱時間
が短縮されると、排気ガス熱交換器において排気ガスが
過度に冷却される時間も短くなり、凝縮が起こり難くな
る。
【００１４】請求項３記載の室外機ユニットは、屋外の
空気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、該室
外熱交換器または屋内の空気と冷媒との間で熱交換を行
う室内熱交換器に高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮機
と、該圧縮機を駆動するガスエンジンと、該ガスエンジ
ンから排出される排気ガスの熱をガスエンジンの冷却水
に回収する排気ガス熱交換器と、該排気ガス熱交換器に
おいて冷却水に回収された熱を冷媒に回収する水熱交換
器と、同じく排気ガス熱交換器において冷却水に回収さ
れた熱を外気に放出するラジエタとを備える室外機ユニ
ットであって、前記排気ガス熱交換器から排出される排
気ガスの温度を検知するガス温度検知手段と、該ガス温
度検知手段により検知された排気ガスの温度に基づいて
制御され、前記水熱交換器に流入する冷却水の流量と前
記ラジエタに流入する冷却水の流量とを分配的に変化さ
せる第２の流量制御弁とを備えることを特徴としてい
る。
【００１５】請求項３記載の室外機ユニットにおいて
は、ガスエンジンが定常的に駆動されて冷却水が暖まっ
た状態から、高い暖房能力が必要となって水熱交換器に
おける熱の回収量が増加したり、外気温の変化によって
ラジエタにおける放熱量が増加したりして冷却水の温度
が低下し、これが原因となって排気ガスに含まれる水分
が凝縮する場合に、第２の流量制御弁の開度を調節して
ラジエタへの流量と水熱交換器への流量との割合を変化
させ、冷却水から回収される熱が比較的少ないいずれか
一方への流量を増加させるとともに冷却水から回収され
る熱が比較的多い他方への流量を減少させたうえで冷却
水を循環させるようにする。これにより、冷却水から回
収される熱量が減少し、排気ガス熱交換器に流入する冷
却水の温度が高まって排気ガスの過冷却が抑制され、排
気ガスの凝縮が防止される。
【００１６】請求項４記載の空気調和機は、屋外の空気
と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器と、該室外熱
交換器または屋内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室
内交換器に高温高圧のガス冷媒を送出する圧縮機と、該
圧縮機を駆動するガスエンジンと、該ガスエンジンから
排出される排気ガスの熱をガスエンジンの冷却水に回収
する排気ガス熱交換器と、該排気ガス熱交換器において
冷却水に回収された熱を冷媒に回収する水熱交換器と、
同じく排気ガス熱交換器において冷却水に回収された熱
を外気に放出するラジエタとを備える室外機ユニット
と、前記室内熱交換器と、屋内の空気を循環させるファ
ンとを備える室内機ユニットとからなる空気調和機であ
って、前記排気ガス熱交換器から排出される排気ガスの
温度を検知するガス温度検知手段と、該ガス温度検知手
段により検知された排気ガスの温度に基づいて制御さ
れ、前記水熱交換器に流入する冷却水の流量と前記ラジ
エタに流入する冷却水の流量とを分配的に変化させる第
２の流量制御弁とを備えることを特徴としている。
【００１７】請求項４記載の空気調和機においては、ガ
スエンジンが定常的に駆動されて冷却水が暖まった状態
から、排気ガスの温度が低くなって排気ガスに含まれる
水分が凝縮する場合に、第２の流量制御弁の開度を調節
してラジエタへの流量と水熱交換器への流量との割合を
変化させ、冷却水から回収される熱が比較的少ないいず
れか一方への流量を増加させるとともに冷却水から回収
される熱が比較的多い他方への流量を減少させたうえで
冷却水を循環させるようにする。これにより、冷却水か
ら回収される熱量が減少し、排気ガス熱交換器に流入す
る冷却水の温度が高まって排気ガスの過冷却が抑制さ
れ、排気ガスの凝縮が防止される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下では、本発明の実施の形態に
ついて、図１から図６を参照して説明する。図４に示す
ＧＨＰ（ガスヒートポンプ式空気調和機）１は、大きく
室内機ユニット１０および室外機ユニット２０から構成
されている。室内機ユニット１０には、冷房運転時に低
温低圧の液冷媒を蒸発気化させて室内の空気から熱を奪
い、暖房運転時には高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させ
て室内の空気を暖める室内熱交換器１１と、室内の空気
を循環させるファン１２とが具備されている。
【００１９】室外機ユニット２０は、その内部でさらに
冷媒回路を構成する冷媒回路部３０と、ガスエンジン４
１を中心として、これに付随する機器を備えたガスエン
ジン部４０の大きく二つの構成部分により構成されてい
る。
【００２０】冷媒回路部３０内には、室外熱交換器３
１、水熱交換器３２、圧縮機３３、アキュムレータ３
４、四方弁３５、オイルセパレータ３６、膨張弁３７、
およびファン３９が具備されている。室外熱交換器３１
は、冷房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて
屋外の空気に放熱し、逆に暖房運転時には低温低圧の液
冷媒を蒸発気化させて屋外の空気から熱を奪う。つま
り、冷暖房それぞれの運転時において、室外熱交換器３
１は、先の室内熱交換器１１と逆の働きを行うことにな
る。
【００２１】水熱交換器３２は、後述するガスエンジン
４１の冷却水から冷媒が熱を回収するために設けられて
いる。すなわち、暖房運転時において、冷媒は室外熱交
換器３１における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエ
ンジン４１の冷却水からも熱を与えられることになるか
ら、暖房運転の効果をより高めることが可能となる。
【００２２】圧縮機３３は、室内熱交換器１１または室
外熱交換器３１のいずれかより吸入されるガス冷媒を圧
縮して高温高圧のガス冷媒として吐出する。これにより
冷房時には、外気温が高い場合でも、冷媒は室外熱交換
器３１を通して屋外の空気に放熱する事が可能となり、
暖房時には室内熱交換器１１を通して室内の空気に熱を
与えることが可能となる。
【００２３】アキュムレータ３４は、圧縮機３３に流入
するガス冷媒に含まれる液状成分を貯留するために設け
られている。また、四方弁３５は、圧縮機３３において
圧縮された高温高圧のガス冷媒を室内熱交換器１１また
は室外熱交換器３１のいずれかに選択的に送出するため
に設けられている。オイルセパレータ３６は、冷媒中に
含まれる油分を分離するものである。
【００２４】膨張弁３７は、冷房運転時に室外熱交換器
３１から送出される高温高圧の液冷媒を減圧、膨張させ
て低温低圧の液冷媒とするためのものである。また、フ
ァン３９は、屋外の空気を室外機ユニット２０内部に導
入し、室外熱交換器３１および後述するラジエタ５３に
流通させるために設けられている。
【００２５】一方、ガスエンジン部４０にはガスエンジ
ン４１を中心として、冷却水系５０、排気ガス系６０、
燃料吸入系７０、およびエンジンオイル系８０の四つの
系が具備されている。ガスエンジン４１は、冷媒系３０
内に設置されている圧縮機３３とシャフトまたはベルト
等により接続されており、ガスエンジン４１から圧縮機
３３に動力が伝達されるようになっている。
【００２６】冷却水系５０は、水ポンプ５１、リザーバ
タンク５２、ラジエタ５３を備え、これらにより構成さ
れる回路を巡る冷却水により、ガスエンジン４１を冷却
するための系である。水ポンプ５１は、ガスエンジン４
１の冷却水を回路に循環させるために設けられている。
リザーバタンク５２は、この回路を流れる冷却水におい
て、その余剰分を一時貯蔵しておく、あるいは冷却水が
回路に不足した場合にそれを供給するためのものであ
る。ラジエタ５３は、室外熱交換器３１と一体的に構成
されたものであって、冷却水がガスエンジン４１から奪
った熱を外気に放出するために設けられている。
【００２７】冷却水系５０には、上記した構成の他に排
気ガス熱交換器５４が設けられている。これは排気ガス
の熱を冷却水に回収するために設けられているものであ
る。また、冷却水系５０には先に説明した水熱交換器３
２が備えられ、冷媒系３０および冷却水系５０の両系に
跨るように配置されている。これらのことから、暖房運
転時には、冷却水はガスエンジン４１から熱を奪うだけ
でなく排気ガスからも熱を回収し、かつその回収された
熱が、冷却水より水熱交換器３２を通して冷媒に与えら
れる仕組みになっている。
【００２８】排気ガス系６０は、マフラ６１、排気トッ
プ６２、ドレンフィルタ６３を備え、ガスエンジン４１
から排出される排気ガスを外部へ導くための系である。
マフラ６１は、ガスエンジン４１が排気ガスを排出する
ときに伴う騒音を吸収するために設けられている。排気
トップ６２は、排気ガスに含まれている水分を分離し、
これを外部環境に飛散させることのないように設けられ
ている。この働きの観点から、排気トップ６２は、別名
排気セパレータと呼ばれることもある。ドレンフィルタ
６３は、いま述べた排気トップ６２から分離された水分
を一時貯蔵しておくために設けられている。また、ドレ
ンフィルタ６３内部には中和剤が備えられている。これ
は、排気ガスに含まれている水分が一般に強酸性となっ
ていることに対応しており、この酸性水分を中和して無
害化する目的で備えられているものである。
【００２９】燃料吸入系７０は、ガスレギュレータ７
１、電磁弁７２、吸気ボックス７３、エアクリーナ７４
を備え、ガスエンジン４１に燃料および空気を供給する
ための系である。ガスレギュレータ７１は、電磁弁７２
を介して室外ユニット２０の外部から供給されるガスの
送出圧力を調整するために設けられている。一方、吸気
ボックス７３は、室外ユニット２０外部から空気を取り
入れるために設けられている。また、吸気ボックス７３
は、吸気の際の騒音の発生を抑制する働きも担ってい
る。エアクリーナ７４は、このように吸入された空気か
ら塵埃を取り除くために設けられている。上記したよう
に外部より供給されたガスおよび空気はそれぞれ、図４
に示すように、ガスレギュレータ７１、エアクリーナ７
４を通過した後、混合されてガスエンジン４１に送り込
まれ燃料として使用されることになる。
【００３０】エンジンオイル系８０はオイルサブタンク
８１を備え、ガスエンジン４１に潤滑油を供給するため
に設けられている。ガスエンジン４１下部には、このオ
イルサブタンク８１内のオイルを受け入れるためにオイ
ルパン４１ａが設けられている。
【００３１】以上述べた構成のうち室外機ユニット２０
として説明した各部および各系は、図５、図６に示すよ
うに、室外機筐体２１内に収められている。これらの図
に示されているように、室外機筐体２１内部は仕切板２
２により上下に二分割された形態となっている。いまこ
れら上下の空間をそれぞれ、熱交換室２３、機械室２４
と呼ぶことにする。なお、図５および図６では、図４に
て説明したような配管類に関して、その図示を省略した
ものとなっている。
【００３２】熱交換室２３には、室外機筐体２１の前面
および背面をすべて覆うように室外熱交換器３１、ラジ
エタ５３が備えられている。これら室外熱交換器３１お
よびラジエタ５３は、前述したように一体的な構造とさ
れている。また、熱交換室２３には、図４に示した要素
のうち、マフラ６１、排気トップ６２、吸気ボックス７
３等が備えられている。ちなみに、図５に示されている
マフラ６１および排気トップ６２、およびこれを繋ぐ配
管６０ａは、図６においてはその図示を省略した。
【００３３】熱交換室２３には、上記に示した構成要素
の他、ファン９１、ファンモータ９２、ファン取付具９
３が備えられている。ファン９１は、室外機筐体２１の
天井面から吊り下げられたファン取付具９３に装着され
たファンモータ９２の出力軸に取り付けられている。本
実施形態においては、このファン９１は２セット取り付
けられている。また、これらファン９１の取付位置に対
応するように、室外機筐体２１の天井面には開口部９４
が設けられており、該開口部９４には網状覆蓋９５が設
けられている。このファン９１は、室外熱交換器３１の
働きを補助するものである。
【００３４】また、熱交換室２３内には、仕切板２２上
に換気ボックス９６が２個備えられ、そのそれぞれの内
部には換気ファン９７が設けられている。これら換気ボ
ックス９６および換気ファン９７は、機械室２４内部の
熱を熱交換室２３に導くために設けられている。したが
って、機械室２４内で熱せられた空気は、換気ファン９
６、熱交換室２３、ファン９１の経路を通って室外機筐
体２１の外部へと排出されることになる。なお、吸気ボ
ックス７３は、これら両換気ボックス９６の上部に載置
されている。吸気ボックス７３から吸入された空気は、
両換気ボックス９６間の空間部を通じてガスエンジン４
１に届くようにされている。
【００３５】次に、機械室２４についての説明を行う。
機械室２４内には、図４にて説明した各部および各系の
構成要素のほとんどが収められている。これら構成要素
のうち、図５、図６においては、冷媒回路部３０におけ
る圧縮機３３、アキュムレータ３４、四方弁３５、オイ
ルセパレータ３６、およびガスエンジン部４０における
ガスエンジン４１、ドレンフィルタ６３、エアクリーナ
７４をそれぞれ示した。
【００３６】機械室２４内には、上記した構成要素の
他、排水パイプ１０１が設けられている。この排水パイ
プ１０１は、仕切板２２に設けられた開口部２２ａと室
外機筐体２１の床面開口部２５とを繋ぐパイプである。
これは先述した天井面開口部９４を通して室外機筐体２
１内部に入り込んだ雨水を、該室外機筐体２１外部に排
出するために設けられている。
【００３７】また、機械室２４内には、基礎板１０２、
防振ゴム１０３が設けられている。基礎板１０２は略四
角形状の板であり、機械室２４内に収められている冷媒
回路部３０、ガスエンジン部４０内の各構成要素を載置
するための床面として使用されている。この基礎板１０
２下面の四隅には、防振ゴム１０３が配されている。し
たがって、基礎板１０２および防振ゴム１０３は、この
上方に載置される冷媒回路部３０、ガスエンジン部４０
から発生する機械的振動を抑制する働きを担っている。
【００３８】機械室２４内に配置される冷却水系５０に
おいて、水熱交換器３２には、図１に示すようにその前
後を繋いで水熱交換器３２に流入する冷却水をバイパス
させるバイパス配管５５が設けられている。また、水熱
交換器３２に冷却水を流通させる経路とバイパス配管５
５との分岐には、三方流量制御弁（第１の流量制御弁）
５６が設けられている。三方流量制御弁５６は、水熱交
換器３２に流入する冷却水の流量ならびにバイパス配管
５５に流入する冷却水の流量を分配的に制御するために
設けられている。また、三方流量制御弁５６には、弁の
開度を調節するためのサーボモータ５６ａが設けられて
いる。
【００３９】水熱交換器３２とラジエタ５３とは、冷却
水を循環させる配管５０ａ中に並列に配置されている。
さらに、水熱交換器３２に冷却水を流通させる経路とラ
ジエタ５３に冷却水を流通させる経路との分岐には、三
方流量制御弁（第２の流量制御弁）５７が設けられてい
る。三方流量制御弁５７は、水熱交換器３２に流入する
冷却水の流量ならびにラジエタ５３に流入する冷却水の
流量を分配的に制御するために設けられている。三方流
量制御弁５７にも、弁の開度を調節するためのサーボモ
ータ５７ａが設けられている。三方流量制御弁５７、５
６は、後述する温度センサ＆の検出結果に基づいて制御
手段（図示略）によって制御され、排気ガス熱交換器５
４から排出されるガスの温度を所定の温度（排気ガスが
凝縮を起こさないと見なされる温度）以上に保つように
水熱交換器３２、ラジエタ５３、ならびにバイパス配管
５５を流通する冷却水の流量を変化させる。
【００４０】機械室２４内に配置される排気ガス系６０
において、排気ガス熱交換器５４のガス排出側には、排
出されるガスの温度を検出する温度センサ（ガス温度検
知手段）６４が設けられている。
【００４１】以下では、上記の構成となるＧＨＰ１にお
いて、室内冷房および暖房のそれぞれの運転時の作用に
ついて説明する。まず、冷房運転時において、冷媒回路
部３０の四方弁３５は、圧縮機３３と室外熱交換器３
１、室内熱交換器１１とアキュムレータ３４、がそれぞ
れ接続された状態となっている。この状態では、圧縮機
３３より吐出された高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器
３１に送られる。
【００４２】高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３１で
凝縮液化され、屋外の空気に放熱して高温高圧の液冷媒
となる。さらにこの高温高圧の液冷媒は膨張弁３７を通
過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室内
器ユニット１０に送られる。
【００４３】室内機ユニット１０に送られた低温低圧の
液冷媒は室内熱交換器１１で蒸発気化され、室内の空気
から熱を奪って冷却したのち、低温低圧のガス冷媒とな
り、室外機ユニット２０内の冷媒回路部３０に送られ
る。
【００４４】冷媒回路部３０に送られた低温低圧のガス
冷媒は四方弁３５を経てアキュムレータ３４に流入し、
液状成分が分離されたのち圧縮機３３に吸入される。圧
縮機３３に吸入されたガス冷媒は圧縮機３３の作動によ
り圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって再び室外熱交
換器３１に送られる。
【００４５】一方、暖房運転時においては、四方弁３５
は圧縮機３３と室内熱交換器１１、室外熱交換器３１と
アキュムレータ３４、がそれぞれ接続された状態となっ
ている。この状態では、圧縮機３３より吐出された高温
高圧のガス冷媒は室内器ユニット１０の室内熱交換器１
１に送られる。
【００４６】高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器１１で
凝縮液化され、室内の空気に放熱して暖めたのち、高温
高圧の液冷媒となって室外機ユニット２０内の冷媒回路
部３０に送られる。冷媒回路部３０に送られた高温高圧
の液冷媒は、室外熱交換器３１へと流入する。室外熱交
換器３１においては、高温高圧の液冷媒は外気から熱を
奪い蒸発気化して低温低圧のガス冷媒となる。
【００４７】この低温低圧のガス冷媒は水熱交換器３２
に流入し、エンジン冷却水との間で熱交換を行ってさら
に加熱され、高温高圧のガス冷媒となる。この高温高圧
のガス冷媒は、アキュムレータ３４に流入し液状成分が
分離されたのち圧縮機３３に吸入される。圧縮機３３に
吸入されたガス冷媒は圧縮され、さらに高温高圧のガス
冷媒となって再び室内熱交換器１１に送られる。
【００４８】ガスエンジン４１は、冷房運転時、暖房運
転時に関わらず圧縮機３３に動力を伝達するために駆動
状態にあり、冷却水系５０では、排気ガス熱交換器５４
における排熱回収ならびにガスエンジンにおけるエンジ
ン冷却が常時行われている。そして、排熱を回収した後
ガスエンジンを通過して加熱された冷却水は、冷却水系
５０を構成する配管５０ａを通じてラジエタ５３、水熱
交換器３２に流通される。
【００４９】ところで、例えばエンジン始動時のよう
に、冷却水が冷えた状態にあって排気ガスの熱が冷却水
に回収され、温度センサ６４に検出される排気ガスの温
度が所定の値より低くなる場合には、排気ガスが冷却水
によって過度に冷却されて排気ガス中に含まれる水分の
凝縮が起こることが予想される。
【００５０】そこで、エンジン始動時（排気ガスが排出
されておらず、温度センサ６４により検出される温度が
所定の値より低い場合）等には、三方流量制御弁５７の
開度を調節してラジエタ５３の流量Ｗ3を０とするとと
もに、三方流量制御弁５６の開度を調節して水熱交換器
３２への流量Ｗ4を０とし、冷却水をバイパス配管５５
を通じて循環させるようにする。冷却水がバイパス配管
５５のみを流通するようになると、冷却水がラジエタ５
３において放熱されることも水熱交換器３２において冷
媒に熱を回収されることもなく、排気ガス熱交換器５４
において排気ガスからの熱回収のみが行われて冷却水が
急速に加熱される。冷却水の加熱が急速に行われて加熱
時間が短縮されると、排気ガス熱交換器５４において排
気ガスが過度に冷却される時間が短くなるので、排気ガ
スの凝縮が起こり難くなる。排気ガスの温度が所定の値
に達したら、三方流量制御弁５６の開度を調節してバイ
パス配管５５への流量Ｗ5を０とするとともに、三方流
量制御弁５７の開度を適宜調節して水熱交換器３２、ラ
ジエタ５３双方への冷却水の供給を開始してＧＨＰ１を
本格的に作動させる。
【００５１】また、ガスエンジン４１が定常的に駆動さ
れて冷却水が暖まった状態にあっても、高い暖房能力が
必要となって水熱交換器３２における熱の回収量が増加
したり、外気温の変化によってラジエタ５３における放
熱量が増加したりして冷却水の温度が低下し、これが原
因となって温度センサ６４に検出される排気ガスの温度
が所定の値より低くなる場合には、三方流量制御弁５７
の開度を調節してラジエタ５３への流量Ｗ3と水熱交換
器３２への流量Ｗ4との割合を変化させ、冷却水から回
収される熱が比較的少ないいずれか一方への流量を増加
させて冷却水を循環させるようにする。冷却水から回収
される熱量が減少すると、排気ガス熱交換器５４に流入
する冷却水の温度が高まって排気ガスの過冷却が抑制さ
れるので、排気ガスの凝縮が抑制される。
【００５２】ここで、排気ガス熱交換器５４における熱
量計算式を示す。交換熱量をＱ、熱交換器伝達面積をＡ
o、熱交換率をＫ、排気ガス入口温度をＴgi、排気ガス
出口温度をＴgo、冷却水入口温度をＴwi、冷却水出口温
度をＴwoとすると、
【００５３】熱交換率Ｋは、排気ガス側の熱伝達率をα
g、冷却水を流通させる伝熱管の冷却水と排気ガスとを
隔てる管壁の厚さをｌ、伝熱管の熱伝達率をλ、冷却水
側の熱伝達率をαwとすると、 なお、冷却水側の熱伝達率は、排気ガス側の熱伝達率に
比べて一般的に大幅に大きいので、伝熱管のガス側表面
温度Ｔ1、伝熱管の冷却水側表面温度Ｔ2は冷却水の温度
Ｔwに支配される。
【００５４】排気ガスに含まれる水分が凝縮するのは、
排気ガスの温度Ｔgが露点温度より低い状態のとき、す
なわち伝熱管のガス側表面温度Ｔ1が露点より低い状態
にあるときであるので、前述のように冷却水の温度Ｔw
を制御し、伝熱管のガス側表面温度Ｔ1を露点温度より
高く保てば水分の凝縮は起こらないと考えられる。
【００５５】冷却水系５０における冷却水のヒートバラ
ンスを図２に示す。排気ガス熱交換器５４において冷却
水に与えられる熱量をＱ1、ガスエンジン４１において
冷却水に与えられる熱量をＱ2、ラジエタ５３において
冷却水から放出される熱量をＱ3、水熱交換器３２にお
いて冷却水から回収される熱量をＱ4とし（ポンプ５１
において冷却水に与えられる熱量は非常に小さいのでこ
こでは無視する）、ポンプ５１によって冷却水系５０に
循環される冷却水の単位時間当たりの流量をＷ、ラジエ
タ５３を流通する冷却水の単位時間当たりの流量をＷ
3、水熱交換器３２流通する冷却水の単位時間当たりの
流量をＷ4、バイパス配管５５を流通する冷却水の単位
時間当たりの流量をＷ5とすると、 Ｑ1＋Ｑ2＝Ｑ3＋Ｑ4 … (３) Ｗ＝Ｗ3＋Ｗ4＋Ｗ5 … (４)
【００５６】さらに、ガスエンジン４１における冷却水
出口温度をＴeo、ラジエタ５３における冷却水出口温度
をＴw3、水熱交換器３２における冷却水出口温度をＴw4
とし、冷却水の比熱をｃとすると、 Ｗ・ｃ・Ｔeo＝Ｑ3＋Ｑ4＋Ｗ・ｃ・Ｔwi … (５) Ｑ3＝Ｗ3・ｃ・(Ｔeo−Ｔw3) … (６) Ｑ4＝Ｗ4・ｃ・(Ｔeo−Ｔw4) … (７) (５)式、(６)式、(７)式より、 Ｗ・Ｔeo＝Ｗ3・(Ｔeo−Ｔw3)＋Ｗ4・(Ｔeo−Ｔw4)＋Ｗ・Ｔwi … (８) （８）式を冷却水入口温度Ｔwiについて整理すると、
【００５７】Ｑ1＝Ｗ・ｃ・(Ｔwo−Ｔwi) … (１０) Ｑ2＝Ｗ・ｃ・(Ｔeo−Ｔwo) … (１１) (６)式、(７)式、(１０)式、(１１)式を(３)式に代入す
ると、 Ｗ・(Ｔwo−Ｔwi)＋Ｗ・(Ｔeo−Ｔwo) ＝Ｗ3・(Ｔeo−Ｔw3)＋Ｗ4・(Ｔeo−Ｔw4) … (１２) (１２)式を冷却水入口温度Ｔwiについて整理すると、 すなわち、 となって(９)式と同一となる。したがって、冷却水入口
温度Ｔwiの制御は、ラジエタ５３の流量Ｗ3と水熱交換
器３２の流量Ｗ4との割合を変化させることにより行え
ることが解る。
【００５８】排気ガス熱交換器５４における排気ガス出
口温度Ｔgoを所定の値以上に保つための制御を図３に示
すブロック図を用いて説明する。予め設定された排気ガ
ス出口温度目標値Ｔと温度センサ６４により検出された
実際の排気ガス出口温度Ｔgoとを減算器Ｓ1において比
較し、得られた誤差信号εをＰ.Ｉ.Ｄ.制御装置Ｓ2にお
いて調整し、この誤差信号εから操作部Ｓ3においてサ
ーボモータ５７ａの操作量を決定し、弁開度調節部Ｓ4
において三方流量制御弁５７の開度を調節し、ラジエタ
５３への流量Ｗ3と水熱交換器３２への流量Ｗ4との割合
を変化させる。以上の制御を行うことで排気ガス出口温
度Ｔgoが所定の値以上に保たれる。
【００５９】なお、上記の制御回路にはＰ.Ｉ.Ｄ.制御
装置Ｓ2を採用したが、これに代えてファジー制御装置
を採用しても構わない。
【００６０】上記のように構成されたＧＨＰによれば、
エンジン始動時等、排気ガスの温度が所定の値より低く
なる場合に、三方流量制御弁５７の開度を調節してラジ
エタ５３の流量Ｗ3を０とするとともに、三方流量制御
弁５６の開度を調節して水熱交換器３２への流量Ｗ4を
０とし、冷却水をすべてバイパス配管５５を通じて循環
させることで、冷却水の加熱が急速に行われて加熱時間
が短縮され、排気ガス熱交換器５４において排気ガスが
過度に冷却される時間が短くなるので、排気ガスの凝縮
が起こり難くなる。これにより、強酸性の水分が排気ガ
ス熱交換器５４やガスエンジン４１の内部に留まり難く
なるので、排気ガス熱交換器５４の性能低下やガスエン
ジン４１内の潤滑油の劣化を抑制することができる。
【００６１】また、ガスエンジン４１が定常的に駆動さ
れて冷却水が暖まった状態にあっても、排気ガスの温度
が所定の値より低くなる場合には、三方流量制御弁５７
の開度を調節してラジエタ５３への流量Ｗ3と水熱交換
器３２への流量Ｗ4との割合を変化させることで、冷却
水から回収される熱量が減少し、排気ガス熱交換器５４
に流入する冷却水の温度が高まって排気ガスの過冷却が
抑制されるので、排気ガスの凝縮が起こり難くなる。こ
れにより、強酸性の水分が排気ガス熱交換器やガスエン
ジンの内部に留まり難くなるので、排気ガス熱交換器５
４の性能低下やガスエンジン４１内の潤滑油の劣化を抑
制することができる。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の室
外機ユニットによれば、エンジン始動時等、排気ガスの
温度が所定の値より低くなる場合に、第１の流量制御弁
の開度を調節して水熱交換器、ラジエタをバイパスさせ
て冷却水を循環させることで、冷却水の加熱が急速に行
われて加熱時間が短縮され、排気ガス熱交換器において
排気ガスが過度に冷却される時間が短くなるので、排気
ガスの凝縮が起こり難くなる。これにより、強酸性の水
分が排気ガス熱交換器やガスエンジンの内部に留まり難
くなるので、排気ガス熱交換器の性能低下やガスエンジ
ン内の潤滑油の劣化を抑制することができる。
【００６３】請求項２記載の空気調和機によれば、エン
ジン始動時等、排気ガスの温度が所定の値より低くなる
場合に、第１の流量制御弁の開度を調節して水熱交換
器、ラジエタをバイパスさせて冷却水を循環させること
で、冷却水の加熱が急速に行われて加熱時間が短縮さ
れ、排気ガス熱交換器において排気ガスが過度に冷却さ
れる時間が短くなるので、排気ガスの凝縮が起こり難く
なる。これにより、強酸性の水分が排気ガス熱交換器や
ガスエンジンの内部に留まり難くなるので、排気ガス熱
交換器の性能低下やガスエンジン内の潤滑油の劣化を抑
制することができ、空気調和機の信頼性の向上を図ると
ともに安定した運転を実現することができる。
【００６４】請求項３記載の室外機ユニットによれば、
冷却水の温度が低下し、これが原因となって排気ガスの
温度が所定の値より低くなる場合に、第２の流量制御弁
の開度を調節してラジエタへの流量と水熱交換器への流
量との割合を変化させ、冷却水から回収される熱が比較
的少ないいずれか一方への流量を増加させるとともに冷
却水から回収される熱が比較的多い他方への流量を減少
させることで、冷却水から回収される熱量が減少し、排
気ガス熱交換器に流入する冷却水の温度が高まって排気
ガスの過冷却が抑制されるので、排気ガスの凝縮が起こ
り難くなる。これにより、強酸性の水分が排気ガス熱交
換器やガスエンジンの内部に留まり難くなるので、排気
ガス熱交換器の性能低下やガスエンジン内の潤滑油の劣
化を抑制することができる。
【００６５】請求項４記載の空気調和機によれば、冷却
水の温度が低下し、これが原因となって排気ガスの温度
が所定の値より低くなる場合に、第２の流量制御弁の開
度を調節してラジエタへの流量と水熱交換器への流量と
の割合を変化させ、冷却水から回収される熱が比較的少
ないいずれか一方への流量を増加させるとともに冷却水
から回収される熱が比較的多い他方への流量を減少させ
ることで、冷却水から回収される熱量が減少し、排気ガ
ス熱交換器に流入する冷却水の温度が高まって排気ガス
の過冷却が抑制されるので、排気ガスの凝縮が起こり難
くなる。これにより、強酸性の水分が排気ガス熱交換器
やガスエンジンの内部に留まり難くなるので、排気ガス
熱交換器の性能低下やガスエンジン内の潤滑油の劣化を
抑制することができ、空気調和機の信頼性の向上を図る
とともに安定した運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る空気調和機の一実施形態を示す
図であって、室外機ユニットに具備されるガスエンジ
ン、冷却水系ならびに排気ガス系を示す概略構成図であ
る。
【図２】 冷却水系における冷却水のヒートバランスを
示す説明図である。
【図３】 排気ガス熱交換器における排気ガス出口温度
を所定の値以上に保つための制御回路を示すブロック図
である。
【図４】 空気調和機の構成を示す概略構成図である。
【図５】 室外機ユニットの構成を示す側断面図であ
る。
【図６】 同じく、室外機ユニットの内部構成を示す側
断面図である。
【符号の説明】
１ ＧＨＰ １０ 室内機ユニット １１ 室内熱交換器 ２０ 室外機ユニット ３１ 室外熱交換器 ３２ 水熱交換器 ３３ 圧縮機 ４１ ガスエンジン ５３ ラジエタ ５４ 排気ガス熱交換器 ５５ バイパス配管 ５６ 三方流量制御弁（第１の流量制御弁） ５７ 三方流量制御弁（第２の流量制御弁） ６４ 温度センサ（ガス温度検知手段）

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う
    室外熱交換器と、該室外熱交換器または屋内の空気と冷
    媒との間で熱交換を行う室内熱交換器に高温高圧のガス
    冷媒を送出する圧縮機と、該圧縮機を駆動するガスエン
    ジンと、該ガスエンジンから排出される排気ガスの熱を
    ガスエンジンの冷却水に回収する排気ガス熱交換器と、
    該排気ガス熱交換器において冷却水に回収された熱を冷
    媒に回収する水熱交換器と、同じく排気ガス熱交換器に
    おいて冷却水に回収された熱を外気に放出するラジエタ
    とを備える室外機ユニットであって、 前記水熱交換器または前記ラジエタの少なくともいずれ
    か一方をバイパスするバイパス配管と、 前記排気ガス熱交換器から排出される排気ガスの温度を
    検知するガス温度検知手段と、 該ガス温度検知手段により検知された排気ガスの温度に
    基づいて制御され、前記バイパス配管に流入する冷却水
    の流量とバイパスされた前記水熱交換器、前記ラジエタ
    のいずれかに流入する冷却水の流量とを分配的に変化さ
    せる第１の流量制御弁とを備えることを特徴とする室外
    機ユニット。
  2. 【請求項２】 屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う
    室外熱交換器と、該室外熱交換器または屋内の空気と冷
    媒との間で熱交換を行う室内熱交換器に高温高圧のガス
    冷媒を送出する圧縮機と、該圧縮機を駆動するガスエン
    ジンと、該ガスエンジンから排出される排気ガスの熱を
    ガスエンジンの冷却水に回収する排気ガス熱交換器と、
    該排気ガス熱交換器において冷却水に回収された熱を冷
    媒に回収する水熱交換器と、同じく排気ガス熱交換器に
    おいて冷却水に回収された熱を外気に放出するラジエタ
    とを備える室外機ユニットと、 前記室内熱交換器と、屋内の空気を循環させるファンと
    を備える室内機ユニットとからなる空気調和機であっ
    て、 前記水熱交換器または前記ラジエタの少なくともいずれ
    か一方をバイパスするバイパス配管と、 前記排気ガス熱交換器から排出される排気ガスの温度を
    検知するガス温度検知手段と、 該ガス温度検知手段により検知された排気ガスの温度に
    基づいて制御され、前記バイパス配管に流入する冷却水
    の流量とバイパスされた前記水熱交換器、前記ラジエタ
    のいずれかに流入する冷却水の流量とを分配的に変化さ
    せる第１の流量制御弁とを備えることを特徴とする空気
    調和機。
  3. 【請求項３】 屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う
    室外熱交換器と、該室外熱交換器または屋内の空気と冷
    媒との間で熱交換を行う室内熱交換器に高温高圧のガス
    冷媒を送出する圧縮機と、該圧縮機を駆動するガスエン
    ジンと、該ガスエンジンから排出される排気ガスの熱を
    ガスエンジンの冷却水に回収する排気ガス熱交換器と、
    該排気ガス熱交換器において冷却水に回収された熱を冷
    媒に回収する水熱交換器と、同じく排気ガス熱交換器に
    おいて冷却水に回収された熱を外気に放出するラジエタ
    とを備える室外機ユニットであって、 前記排気ガス熱交換器から排出される排気ガスの温度を
    検知するガス温度検知手段と、 該ガス温度検知手段により検知された排気ガスの温度に
    基づいて制御され、前記水熱交換器に流入する冷却水の
    流量と前記ラジエタに流入する冷却水の流量とを分配的
    に変化させる第２の流量制御弁とを備えることを特徴と
    する室外機ユニット。
  4. 【請求項４】 屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う
    室外熱交換器と、該室外熱交換器または屋内の空気と冷
    媒との間で熱交換を行う室内熱交換器に高温高圧のガス
    冷媒を送出する圧縮機と、該圧縮機を駆動するガスエン
    ジンと、該ガスエンジンから排出される排気ガスの熱を
    ガスエンジンの冷却水に回収する排気ガス熱交換器と、
    該排気ガス熱交換器において冷却水に回収された熱を冷
    媒に回収する水熱交換器と、同じく排気ガス熱交換器に
    おいて冷却水に回収された熱を外気に放出するラジエタ
    とを備える室外機ユニットと、 前記室内熱交換器と、屋内の空気を循環させるファンと
    を備える室内機ユニットとからなる空気調和機であっ
    て、 前記排気ガス熱交換器から排出される排気ガスの温度を
    検知するガス温度検知手段と、 該ガス温度検知手段により検知された排気ガスの温度に
    基づいて制御され、前記水熱交換器に流入する冷却水の
    流量と前記ラジエタに流入する冷却水の流量とを分配的
    に変化させる第２の流量制御弁とを備えることを特徴と
    する空気調和機。
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