(57)【要約】【課題】エンジン駆動圧縮機と、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換させて冷媒を加熱する冷媒加熱器とを備える冷凍サイクル装置において、冷媒加熱器の耐久性を向上させる。【解決手段】熱交換対象流体を加熱する暖房運転モードにおいて室外熱交換器２６下流側冷媒とエンジン１３を冷却する冷却水とを熱交換させて、室外熱交換器２６下流側冷媒を加熱する冷媒加熱器２０と、冷媒加熱器２０へ流入させる冷却水流量を調整する電気式三方弁１９と、電気式三方弁１９上流側の冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサ４１と、電気式三方弁１９の作動を制御する空調制御装置４０とを備え、冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準温度Ｔｓ以上になっているとき、冷媒加熱器２０へ流入させる冷却水流量を低下させる。【選択図】図１
2008145072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１３）により駆動されて冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１２）と、
冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる利用側熱交換器（３０ａ、３０ｂ）と、
冷媒を減圧膨張させる減圧手段（２５）と、
冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（２６）とを備え、
前記熱交換対象流体を加熱する加熱モードでは、前記利用側熱交換器（３０ａ、３０ｂ）は前記圧縮機（１２）吐出冷媒を放熱させる放熱器として作用し、前記室外熱交換器（２６）は前記減圧手段（２５）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器として作用する冷凍サイクル装置であって、
前記加熱モードにおいて前記室外熱交換器（２６）下流側冷媒と前記エンジン（１３）を冷却する冷却水とを熱交換させて、前記室外熱交換器（２６）下流側冷媒を加熱する冷媒加熱器（２０）と、
前記冷媒加熱器（２０）へ流入させる冷却水流量を調整する冷却水流量調整手段（１９）と、
前記冷却水流量調整手段（１９）上流側の冷却水温度（Ｔｗ）を検出する温度検出手段（４１）と、
前記冷却水流量調整手段（１９）の作動を制御する制御手段（４０）とを備え、
前記制御手段（４０）は、前記冷却水温度（Ｔｗ）が予め定めた基準温度（Ｔｓ）以上になっているとき、前記冷媒加熱器（２０）へ流入させる冷却水流量を低下させるようになっていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記冷却水と室外空気とを熱交換させて、前記冷却水を放熱させる冷却水放熱器（１６）と、
前記冷却水放熱器（１６）へ室外空気を送風する送風手段（２７）とを備え、
前記冷却水流量調整手段（１９）は、前記冷却水放熱器（１６）へ流入させる冷却水流量を調整する機能を兼ね備え、
前記制御手段（４０）は、前記送風手段（２７）の作動を制御する機能を兼ね備え、
前記制御手段（４０）は、前記冷却水温度（Ｔｗ）が前記基準温度（Ｔｓ）以上になっているとき、前記送風手段（２７）の送風量を増加させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記基準温度（Ｔｓ）は、前記冷却水を前記冷却水放熱器（１６）側のみへ流入させた際に前記冷媒加熱器（２０）の表面温度が取りうる最高温度に１５℃未満の値を加えた値に決定されていることを特徴とする請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記基準温度（Ｔｓ）は、６５℃以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記冷媒加熱器（２０）は、プレート積層式熱交換器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記加熱モードの冷媒流路と、前記熱交換対象流体を冷却する冷却モードの冷媒流路とを切り替える冷媒流路切替手段（２２）を備え、
前記冷却モードでは、前記室外熱交換器（２６）は前記圧縮機（１２）吐出冷媒を放熱させる放熱器として作用し、前記利用側熱交換器（３０ａ、３０ｂ）は前記圧縮機（１２）へ吸入される冷媒を蒸発させる蒸発器として作用するようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン駆動圧縮機、およびエンジン冷却水と冷媒とを熱交換させて冷媒を加熱する冷媒加熱器とを備える冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにより駆動されるエンジン駆動圧縮機を備える冷凍サイクル装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の冷凍サイクル装置は、外気吸熱後の低圧冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させて冷媒を加熱する冷媒加熱器（廃熱回収器）を備えており、エンジンの廃熱を回収して有効利用している。
【特許文献１】特開２０００−３５２５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１の冷凍サイクル装置では、冷却水を冷媒加熱器へ流入させる冷却水流路と、冷却水をラジエータへ流入させる冷却水流路とを切り替える冷却水流量調整手段である方向制御弁が設けられている。この方向制御弁により、暖房運転モードでは冷却水を冷媒加熱器へ流入させ、冷房運転モードでは冷却水をラジエータへ流入させるようにしている。
【０００４】
また、暖房運転モードであっても、例えば高外気温時など、冷凍サイクルに要求される冷凍能力が少ないときは、冷却水をラジエータへ流入させている。そして、例えば外気温が低下した場合等、サイクルに要求される冷凍能力が増加した場合は、方向制御弁が冷却水流路をラジエータ側から冷媒加熱器側に切り替え、ラジエータで放熱させていた廃熱を冷媒加熱器で回収するようにしている。
【０００５】
このとき、低圧冷媒の温度に冷却されていた冷媒加熱器に高温の冷却水が流入することになるため、冷媒加熱器の内部で大きな温度差が生じ、過大な熱歪みが発生する。そして、この熱歪みが繰り返し発生すると、冷媒加熱器内部に亀裂が生じ、漏れが発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、エンジン駆動圧縮機と、エンジン冷却水と冷媒とを熱交換させて冷媒を加熱する冷媒加熱器とを備える冷凍サイクル装置において、冷媒加熱器の耐久性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明では、エンジン（１３）により駆動されて冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１２）と、冷媒と熱交換対象流体とを熱交換させる利用側熱交換器（３０ａ、３０ｂ）と、冷媒を減圧膨張させる減圧手段（２５）と、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器（２６）とを備え、熱交換対象流体を加熱する加熱モードでは、利用側熱交換器（３０ａ、３０ｂ）は圧縮機（１２）吐出冷媒を放熱させる放熱器として作用し、室外熱交換器（２６）は減圧手段（２５）にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器として作用する冷凍サイクル装置であって、加熱モードにおいて室外熱交換器（２６）下流側冷媒とエンジン（１３）を冷却する冷却水とを熱交換させて、室外熱交換器（２６）下流側冷媒を加熱する冷媒加熱器（２０）と、冷媒加熱器（２０）へ流入させる冷却水流量を調整する冷却水流量調整手段（１９）と、冷却水流量調整手段（１９）上流側の冷却水温度（Ｔｗ）を検出する温度検出手段（４１）と、冷却水流量調整手段（１９）の作動を制御する制御手段（４０）とを備え、制御手段（４０）は、冷却水温度（Ｔｗ）が予め定めた基準温度（Ｔｓ）以上になっているとき、冷媒加熱器（２０）へ流入させる冷却水流量を低下させるようになっていることを特徴としている。
【０００８】
これによれば、加熱モードにおいて冷媒加熱器（２０）で冷媒に冷却水の熱量を吸熱させて、エンジン廃熱を有効に回収できるだけでなく、冷却水温度（Ｔｗ）が予め定めた基準温度（Ｔｓ）以上になっているときは、冷媒加熱器（２０）へ流入させる冷却水流量を低下させるようになっているので、冷媒加熱器（２０）へ流入する冷却水温度（Ｔｗ）の急上昇を回避できる。
【０００９】
その結果、冷媒加熱器（２０）の熱歪み量を抑制できるので、冷媒加熱器（２０）の耐久性を向上させることが可能となる。また、冷媒加熱器（２０）に対して、熱歪み対策等の補強を行う必要もないので、冷媒加熱器（２０）の低コスト化が図れる。
【００１０】
なお、本発明における「冷却水の流量を低下させる」には、単に冷却水の流量を低下させることのみを意味するのではなく、冷媒加熱器（２０）に冷却水を流入させないことも含む意味である。
【００１１】
また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、冷却水と室外空気とを熱交換させて、冷却水を放熱させる冷却水放熱器（１６）と、冷却水放熱器（１６）へ室外空気を送風する送風手段（２７）とを備え、冷却水流量調整手段（１９）は、冷却水放熱器（１６）へ流入させる冷却水流量を調整する機能を兼ね備え、制御手段（４０）は、送風手段（２７）の作動を制御する機能を兼ね備え、制御手段（４０）は、冷却水温度（Ｔｗ）が基準温度（Ｔｓ）以上になっているとき、送風手段（２７）の送風量を増加させるようになっていてもよい。
【００１２】
これによれば、冷却水温度（Ｔｗ）が予め定めた基準温度（Ｔｓ）より高いときに、制御手段（４０）が送風手段（２７）の送風量を増加させるので、冷却水温度（Ｔｗ）を基準温度（Ｔｓ）未満に冷却するまでの時間を短縮できる。したがって、加熱モードにおいて、冷媒加熱器（２０）の耐久性を悪化させることなく、エンジン廃熱の回収を開始するまでの時間を短縮できる。
【００１３】
また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、基準温度（Ｔｓ）は、冷却水を冷却水放熱器（１６）側のみへ流入させた際に冷媒加熱器（２０）の表面温度が取りうる最高温度に１５℃未満の値を加えた値に決定されていてもよい。
【００１４】
本発明者の検討によれば、冷却水温度（Ｔｗ）と冷媒加熱器（２０）の表面温度との差が１５℃未満であれば、冷媒加熱器（２０）に熱歪みが繰り返し発生したとしても、充分な製品寿命を確保できる程度に熱歪み量を抑制できることが判明している。具体的に、基準温度（Ｔｓ）は、６５℃以下とすればよい。
【００１５】
また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、冷媒加熱器（２０）は、プレート積層式熱交換器であってもよい。これによれば、冷却水と圧縮機（１２）吸引側冷媒とを伝熱プレートを介して熱交換させることができるので、空気等の熱媒体を介して熱交換する場合に対して効率よく熱交換させることができる。
【００１６】
ところで、プレート積層式熱交換器は、２重管式熱交換器やシェルアンドチューブ式熱交換器と比較して接合面が多いため、熱歪みの影響を受けやすい。したがって、冷媒加熱器（２０）として、熱交換効率の良いプレート積層式熱交換器を用いた場合に、熱歪み量を抑制して耐久性を向上させることは特に効果的である。
【００１７】
また、上記特徴の冷凍サイクル装置において、加熱モードの冷媒流路と、熱交換対象流体を冷却する冷却モードの冷媒流路とを切り替える冷媒流路切替手段（２２）を備え、冷却モードでは、室外熱交換器（２６）は圧縮機（１２）吐出冷媒を放熱させる放熱器として作用し、利用側熱交換器（３０ａ、３０ｂ）は圧縮機（１２）へ吸入される冷媒を蒸発させる蒸発器として作用するようになっていてもよい。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
図１〜４により、本発明の冷凍サイクル装置を、エンジン駆動式のヒートポンプ空調装置に適用した例を説明する。このヒートポンプ空調装置は、室内へ送風される室内送風空気を加熱して室内を暖房する暖房運転モード（加熱モード）と、室内送風空気を冷却して室内を冷房する冷房運転モード（冷却モード）とを切替可能に構成されている。従って、本実施形態では、室内送風空気が熱交換対象流体であり、室内が温調対象空間となる。
【００２０】
図１は、本実施形態のヒートポンプ空調装置の全体構成図である。このヒートポンプ空調装置は、室外機１０と室内機１１とに大別される。室外機１０は、圧縮機１２および圧縮機１２を駆動する水冷式のエンジン１３等を有して構成される。
【００２１】
圧縮機１２は、冷媒を吸入し、圧縮して吐出するもので、プーリおよびベルトＶを介してエンジン１３から駆動力が伝達される。さらに、本実施形態では圧縮機１２として、外部からの制御信号によって吐出容量を連続的に可変制御できる周知の斜板式可変容量型圧縮機を採用している。
【００２２】
斜板式可変容量型圧縮機は、吐出容量を変更することにより冷媒吐出能力を変更可能に構成されている。具体的には、後述する空調制御装置４０の制御信号によって制御される電磁式容量制御弁１２ａによって内部に形成された斜板室（図示せず）へ導入させる吸入冷媒と吐出冷媒との割合を調整し、これにより斜板の傾斜角度を変化させてピストンストロークを変更する。なお、吐出容量とは冷媒の吸入圧縮を行う作動空間の幾何学的な容積であり、より具体的には、ピストンストロークの上死点と下死点との間のシリンダ容積である。
【００２３】
さらに、斜板式可変容量型圧縮機では、吐出容量を略０％〜１００％の範囲で連続的に変化させることができるので、吐出容量を略０％付近に減少することによって、圧縮機１２を実質的に作動停止状態にすることができる。そこで、本実施形態では、圧縮機１２をプーリおよびベルトＶを介してエンジン１３に常時連結するクラッチレスの構成としている。
【００２４】
もちろん、可変容量型圧縮機であっても電磁クラッチを介してエンジン１３から動力を伝達できるようにしてもよい。また、圧縮機１２として固定容量型圧縮機を採用する場合は、電磁クラッチにより圧縮機を断続的に作動させて、オンオフ作動の比率を制御する稼働率制御によって吐出能力を制御してもよい。
【００２５】
エンジン１３は、灯油を燃料とするディーゼルエンジンであり、図示しない始動用スタータ、燃料噴射弁および燃料噴射弁駆動装置を有し、燃料噴射弁駆動装置によって燃料噴射弁の弁開度を変化させて燃料噴射量を制御することで回転数制御される。なお、燃料噴射弁駆動装置は後述する空調制御装置４０の制御信号によって制御される。
【００２６】
また、エンジン１３は水冷式のエンジンであり、室外機１０はエンジン１３の冷却水を循環させる冷却水回路１４を備えている。冷却水は電動水ポンプ１５によって冷却水回路１４を循環するようになっており、後述する暖房運転モードおよび冷房運転モードではラジエータ１６にて冷却される。
【００２７】
ラジエータ１６は冷却水と後述する室外ファン２７によって送風された室外空気とを熱交換させるもので、本実施形態では、並列に接続された２台のフィンアンドチューブ型の熱交換器を採用している。なお、ラジエータ１６が本発明の冷却水放熱器に相当し、室外ファン２７が本発明の送風手段に相当している。
【００２８】
さらに、冷却水回路１４はサーモ弁１８を有しており、サーモ弁１８によってラジエータ１６に冷却水を導入させる回路とラジエータ１６をバイパスさせる回路とが切り替えられる。このサーモ弁１８はワックスの体積変化を利用して弁体を変位させる周知の温度応答弁であり、冷却水温度が所定の温度以上になるとラジエータ１６導入回路に切り替え、所定の温度より低くなるとバイパス回路に切り替える。本実施形態では、サーモ弁１８が冷却水流路を切り替える所定の温度は、６０℃に設定されている。
【００２９】
また、冷却水回路１４には、冷却水流量調整手段である電気式三方弁１９が設けられている。本実施形態の電気式三方弁１９は、暖房運転モードではエンジン１３から流出した冷却水の全流量を冷媒加熱器２０側へ流入させ、冷房運転モードでは冷却水の全流量をラジエータ１６側へ流入させる流路切替弁として機能する。この電気式三方弁１９も後述する空調制御装置４０の出力信号によって制御される。
【００３０】
冷媒加熱器２０は、暖房運転モード時に室外熱交換器２６下流側の液相冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させて、室外熱交換器２６下流側冷媒を加熱するものである。
【００３１】
ここで、冷媒加熱器２０の詳細を図２により説明する。図２は冷媒加熱器２０の分解斜視図である。本実施形態では、図２に図示するように、冷媒加熱器２０としてプレート積層式熱交換器（いわゆる積層型熱交換器）を採用している。
【００３２】
冷媒加熱器２０では、複数枚の第１伝熱プレート２０１および第２伝熱プレート２０２を順次積層することで、暖房運転モード時における室外熱交換器２６下流側の液相冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させる熱交換コア部２００を構成している。第１、２伝熱プレート２０１、２０２は、熱伝導性に優れる金属（例えば、アルミニウムや銅）製で、略長方形状の板材をプレス加工によって成形したものである。
【００３３】
第１伝熱プレート２０１には、平坦な基板部から積層方向に打ち出した多数の細長形状のリブ２０１ａが形成されている。このリブ２０１ａは、第１伝熱プレート２０１の長辺方向に対して所定の角度で傾斜して配置され、隣接するリブ２０１ａ間に冷媒が流れる冷媒通路２０１ｂが構成される。
【００３４】
また、第１伝熱プレート２０１の長辺方向の両端側には、それぞれ２個ずつ合計４つのタンク形成部２０１ｃ〜２０１ｆが、リブ２０１ａと同一方向に打ち出し成形されている。タンク形成部２０１ｃ〜２０１ｆは、その中央部に貫通穴を有しており、第１、２伝熱プレート２０１、２０２が積層された際に冷媒を分配・集合させる４つのタンク部を形成する。
【００３５】
そして、これらのタンク部のうち所定の２つのタンク部は、冷媒通路２０２ｂと連通する。一方、第２伝熱プレート２０２にも、第１伝熱プレート２０１と同様のリブ２０２ａ、タンク形成部２０２ｃ〜２０２ｆが形成され、隣接するリブ２０２ａ間に冷却水が流れる冷却水通路２０２ｂが構成される。
【００３６】
さらに、前述のタンク部のうち冷媒通路２０１ｂと連通しない残りの２つのタンク部は、冷却水通路２０２ｂと連通する。従って、冷媒通路を通過する冷媒と冷却水通路を通過する冷却水が混ざり合うことはない。
【００３７】
熱交換コア部２００の積層方向最外部には、第１エンドプレート２０３および第２エンドプレート２０４が配置される。第１、２エンドプレート２０３、２０４は、それぞれ第１、２伝熱プレート２０１、２０２と同材質かつ略同一形状の板材によって形成される。
【００３８】
第１エンドプレート２０３は、冷媒を流入・流出させる第１流入ポート２０３ａ、第１流出ポート２０３ｂ、および冷却水を流入・流出させる第２流入ポート２０３ｄ、第２流出ポート２０３ｃを有している。さらに、第２エンドプレート２０４は、第１、２伝熱プレート２０１、２０２が積層された際に形成されるタンク部の一方の端部を閉塞する。
【００３９】
冷媒加熱器２０は、上記各構成部品２０１、２０２、２０３、２０４を積層して、ろう付け接合することによって形成される。従って、第１流入ポート２０３ａから流入した冷媒は図２の実線矢印方向に流れて第１流出ポート２０３ｂから流出する。また、第２流入ポート２０３ｄから流入した冷却水は図２の破線矢印方向に流れて第２流出ポート２０３ｃから流出する。
【００４０】
この際、冷媒の流れ方向（実線矢印）および冷却水の流れ方向（破線矢印）は対向流になっており、さらに、第１、２伝熱プレート２０１、２０２を介して熱交換できるので、空気などの熱媒体を介して熱交換する場合に対して効率よく熱交換できる。
【００４１】
次に、図１に示すように、圧縮機１２の吐出口側は、冷媒中の圧縮機１２潤滑用のオイルを分離するオイルセパレータ２１が接続されている。オイルセパレータ２１は、冷媒中のオイルを分離して減圧機構２１ａを介して圧縮機１２の吸入口側へオイルを戻すものである。この減圧機構２１ａとしては、キャピラリチューブ、オリフィス等の固定絞りを採用できる。
【００４２】
オイルセパレータ２１の出口側には、電気式四方弁２２が接続されている。電気式四方弁２２は、圧縮機１２吐出口側と室内機１１との間および後述する室外熱交換器２６と圧縮機１２吸入口側との間を同時に接続する冷媒回路（図１の実線矢印で示す流路）と、圧縮機１２吐出口側と室外熱交換器２６との間および圧縮機１２吸入口側と室内機１１との間を同時に接続する冷媒回路（図１の破線矢印で示す流路）とを切り替えるものである。
【００４３】
そして、電気式四方弁２２が、上記の如く、流路を切り替えることによって、暖房運転モードの冷媒回路および冷房運転モードの冷媒回路が切り替えられる。従って、電気式四方弁２２は、本実施形態における冷媒流路切替手段である。この電気式四方弁２２も後述する空調制御装置４０の出力信号によって制御される。
【００４４】
次に、図１の実線矢印で示す回路のように、暖房運転モードにおける電気式四方弁２２の下流側は、室外機１０を通過した冷媒を室内機１１に流入させるための第１接続ポート２３ａに接続されている。そして、室内機１１を通過した冷媒を室外機１０に流入させるための第２接続ポート２３ｂが室外機１０のレシーバ２４側に接続されている。この室内機１１の内部構成の詳細については後述する。
【００４５】
レシーバ２４は、気相冷媒と液相冷媒を分離して液相冷媒を貯めておく高圧冷媒用の気液分離器である。さらに、レシーバ２４の液相冷媒出口側は、後述する空調制御装置４０から出力される制御信号によって冷媒通路断面積を変化させて冷媒を減圧する室外側可変絞り弁（減圧手段）２５に接続されている。なお、室外側可変絞り弁２５は全開時（冷媒通路断面積最大時）には減圧作用を発揮することなく、単に冷媒通路として機能できるようになっている。
【００４６】
さらに、暖房運転モードにおける室外側可変絞り弁２５の下流側は、室外熱交換器２６に接続されている。室外熱交換器２６は、内部を通過する冷媒と室外ファン２７により送風された室外空気とを熱交換させるもので、本実施形態では、並列に接続された２台のフィンアンドチューブ型の熱交換器を採用している。室外ファン２７は、モータ２７ａによって駆動される電動ファンである。この室外ファン２７は、ラジエータ１６にも室外空気を送風するようになっている。なお、室外ファン２７も後述する空調制御装置４０の出力信号によって回転数制御される。
【００４７】
また、暖房運転モードにおける室外熱交換器２６の下流側は、電気式四方弁２２を介して、アキュムレータ２８に接続されている。アキュムレータ２８は、冷媒の気液を分離して余剰冷媒を貯える気液分離器であり、アキュムレータ２８の気相冷媒出口は、圧縮機１２の吸入口側に接続されている。
【００４８】
次に、室内機１１について説明する。本実施形態では、室内機１１は２台の室内機ユニット１１ａ、１１ｂを備えている。また、室内機ユニット１１ａは室内熱交換器３０ａ、室内側可変絞り弁３１ａ、室内ファン３２ａおよびモータ３３ａを有している。
【００４９】
室内熱交換器３０ａは室内ファン３２ａによって送風された室内空気と冷媒を熱交換させる熱交換器であり、本実施形態における利用側熱交換器である。室内ファン３２ａはモータ３３ａによって駆動される電動ファンである。なお、室内ファン３２ａも後述する空調制御装置４０の出力信号によって回転数制御される。
【００５０】
室内側可変絞り弁３１ａは、後述する空調制御装置４０から出力される制御信号によって冷媒通路断面積を変化させて冷媒を減圧するものである。また、この室内側可変絞り弁３１ａは、全開時（冷媒通路断面積最大時）には減圧作用を発揮することなく、単に冷媒通路として機能できるようになっている。
【００５１】
また、室内機ユニット１１ｂは、室内熱交換器３０ｂ、室内側可変絞り弁３１ｂ、室内ファン３２ｂおよびモータ３３ｂを有し、室内機ユニット１１ａと全く同様の構成になっており、室内機ユニット１１ａに対して並列に接続されている。よって、室内熱交換器３０ｂも本実施形態における利用側熱交換器である。
【００５２】
なお、本実施形態では、室内機ユニット１１ａ、１１ｂの２台を接続しているが、３台以上の複数の室内機ユニットを並列接続してもよい。より具体的に述べると、室内機ユニットは２０台程度まで増設可能になっている。
【００５３】
次に、空調制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成され、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行って空調機器群の作動を制御する。
【００５４】
まず、空調制御装置４０の入力側にはセンサ群およびリモコン操作器４３が接続され、センサ群の検出信号およびリモコン操作器４３の操作信号が入力される。
【００５５】
センサ群としては、エンジン１３から流出した電気式三方弁１９上流側の冷却水温度Ｔｗを検出する温度検出手段である冷却水温度センサ４１等を備えている。この冷却水温度センサ４１は、配管表面温度を検出するサーミスタであり、エンジン１３の下流側かつサーモ弁１８の上流側に配置されている。なお、冷却水温度センサ４１は、空調機器群の制御の他に、エンジン１３起動時の冷却水温度Ｔｗの監視等にも用いられる。
【００５６】
リモコン操作器４３には、室内機１１の温調対象となる室内空調温度を設定する温度設定スイッチ４３ａ、室内ファン３２ａ、３２ｂの風量を切り替える風量切替スイッチ４３ｂ、室内吹出空気の吹出方向を切り替える風向切替スイッチ４３ｃ、冷凍サイクルの冷房暖房モードを切り替える冷房暖房切替スイッチ４３ｄ等の複数の操作スイッチ、および作動表示部４３ｅが設けられている。
【００５７】
一方、空調制御装置４０の出力側には、空調機器群が接続されている。空調機器群としては、上述の電磁式容量制御弁１２ａ、電動水ポンプ１５、電気式三方弁１９、電気式四方弁２２、室外側可変絞り弁２５、室外ファン用のモータ２７ａ、室内側可変絞り弁３１ａ、３１ｂ、室内ファン用のモータ３３ａ、３３ｂ等が接続されている。
【００５８】
さらに、空調制御装置４０は、上記の入力信号に基づく所定の演算処理を行って、これらの空調機器群の制御状態を決定する。例えば、電気式三方弁１９の制御状態は、暖房運転モードでは冷却水が冷媒加熱器２０へ流入するように、さらに、冷房運転モードでは冷却水がラジエータ１６へ流入するように決定される。
【００５９】
なお、暖房運転モードであっても、冷凍サイクルに要求される冷凍能力が少ないときは、冷却水がラジエータ１６へ流入するように決定される。ここで、冷凍サイクルに要求される冷凍能力が少ないときとは、外気温が所定の値以上のとき、温調対象空間の実際の温度と温度設定スイッチ４３ａにより設定された設定温度との差が所定値以内のとき、作動させる室内機１１が所定台数以下のとき等である。
【００６０】
また、本実施形態では、上記のように決定された制御状態に対して、冷却水温度Ｔｗに基づいて電気式三方弁１９および室外ファン２７の制御状態を強制的に変更する変更制御を行っている。なお、変更制御の詳細については、後述する。
【００６１】
そして、空調制御装置４０は、決定された制御状態となるように、出力側に接続された空調機器群に対して制御信号を出力する。従って、空調制御装置４０は、電気式三方弁１９および室外ファン２７の作動を制御する制御手段として機能する。
【００６２】
次に、上述の構成において本実施形態の作動について説明する。まず、暖房運転モードの作動について説明する。暖房運転モードはリモコン操作器４３の冷房暖房切替スイッチ４３ｄが暖房側に切り替えられると開始される。
【００６３】
暖房運転モードでは、電気式三方弁１９が冷却水流路を冷媒加熱器２０側に切り替え、電気式四方弁２２が冷媒流路を図１の実線矢印で示す回路側に切り替え、室外側可変絞り弁２５が冷媒を減圧膨張させる絞り状態となり、室内側可変絞り弁３１ａ、３１ｂが全開状態となる。なお、前述の如く、暖房運転モードであっても、冷凍サイクルに要求される冷凍能力が少ないときは、電気式三方弁１９が冷却水流路をラジエータ１６側に切り替える。
【００６４】
具体的には、電気式四方弁２２は、図１の実線で示すように、圧縮機１２吐出口側と室内機１１との間および室外熱交換器２６と圧縮機１２吸入口側との間を同時に接続するように切り替える。従って、圧縮機１２から吐出された高温高圧の気相冷媒は電気式四方弁２２を通過して室内機１１へ流入する。
【００６５】
室内機１１側に流入した冷媒は室内熱交換器３０ａ、３０ｂにおいて室内ファン３２ａ、３２ｂより送風された室内空気と熱交換して凝縮する。従って、室内熱交換器３０ａ、３０ｂは冷媒を放熱させて凝縮させる放熱器（凝縮器）として作用する。そして、室内ファン３２ａ、３２ｂより送風された空気は、室内熱交換器３０ａ、３０ｂにおいて加熱されて室内へ吹き出し、室内の暖房が行われる。
【００６６】
また、暖房運転モードでは室内側可変絞り弁３１ａ、３１ｂは全開状態となっており、単なる冷媒通路として機能するので、冷媒は減圧されることなく室内機１１から流出する。室内機１１から流出して室外機１０へ流入した冷媒は、レシーバ２４へ流入する。レシーバ２４から流出した液相冷媒は、室外側可変絞り弁２５において減圧される。
【００６７】
室外側可変絞り弁２５において減圧された冷媒は、室外熱交換器２６に流入して、室外ファン２７により送風された室外空気と熱交換して蒸発する。室外熱交換器２６から流出した冷媒は、再び圧縮機１２に吸入される。
【００６８】
従って、室外熱交換器２６は冷媒に吸熱させて蒸発させる蒸発器として作用する。このように、暖房運転モードでは、図１の実線矢印方向に冷媒が流れるサイクルを構成し、室外熱交換器２６を蒸発器として作用させ、室内熱交換器３０ａ、３０ｂを放熱器として作用させて、室内空気の暖房を行っている。
【００６９】
次に、冷房運転モードの作動について説明する。冷房運転モードはリモコン操作器４３の冷房暖房切替スイッチ４３ｄが冷房側に切り替えられると開始される。
【００７０】
冷房運転モードでは、電気式三方弁１９が冷却水流路をラジエータ１６側に切り替え、電気式四方弁２２が冷媒流路を図１の破線矢印で示す回路側に切り替え、室外側可変絞り弁２５が全開状態となり、室内側可変絞り弁３１ａ、３１ｂが冷媒を減圧膨張させる絞り状態となる。
【００７１】
具体的には、電気式四方弁２２は、図１の破線で示すように、圧縮機１２吐出口側と室外熱交換器２６との間および室内機１１と圧縮機１２吸入口側との間を同時に接続するように切り替える。従って、圧縮機１２から吐出された高温高圧の気相冷媒は電気式四方弁２２を通過して室外熱交換器２６へ流入する。
【００７２】
室外熱交換器２６に流入した冷媒は、室外ファン２７より送風された室外空気と熱交換して凝縮する。従って、室外熱交換器２６は冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器として作用する。
【００７３】
また、冷房運転モードでは室外側可変絞り弁２５が全開状態となっているので、室外側可変絞り弁２５は単なる冷媒通路として機能する。そのため、室外熱交換器２６から流出した冷媒は減圧されることなくレシーバ２４へ流入する。
【００７４】
レシーバ２４から流出した液相冷媒は、室内機１１へ流出する。室内機１１へ流入した液相冷媒は、室内側可変絞り弁３１ａ、３１ｂにおいて減圧される。室内側可変絞り弁３１ａ、３１ｂにおいて減圧された冷媒は、室内熱交換器３０ａ、３０ｂに流入し室内ファン３３ａ、３３ｂにより送風された室内空気と熱交換して蒸発する。従って、室内熱交換器３０ａ、３０ｂは冷媒に吸熱させて蒸発させる蒸発器として作用する。そして、室内ファン３３ａ、３３ｂより送風された空気が室内熱交換器３０ａ、３０ｂにおいて冷却されて室内へ吹き出し、室内の冷房が行われる。
【００７５】
そして、室内熱交換器３０ａ、３０ｂから流出した冷媒は、室外機１０へ流入し、電気式四方弁２２を介して、アキュムレータ２８へ流入し、再び圧縮機１２に吸入される。このように、冷房運転モードでは、図１の破線矢印方向に冷媒が流れるサイクルを構成し、室外熱交換器２６を凝縮器として作用させ、室内熱交換器３０ａ、３０ｂを蒸発器として作用させて、室内空気の冷房を行っている。
【００７６】
さらに、本実施形態では、空量制御装置４０が冷却水温度Ｔｗに基づいて電気式三方弁１９および室外ファン２７の制御状態を強制的に変更する。この変更制御の詳細については、図３のフローチャートにより説明する。図３に示す制御ルーチンは、メイン制御ルーチンにおける空調機器群の制御状態の決定ステップの後に実行される。
【００７７】
まず、ステップＳ１で暖房運転モードになっているか否かを判定する。ステップＳ１で暖房運転モードになっていない場合は、電気式三方弁１９の制御状態がラジエータ１６側になっており、冷却水が冷媒加熱器２０へ流入することはないと判定して、メイン制御ルーチンへ戻る。
【００７８】
一方、ステップＳ１で暖房運転モードになっている場合は、ステップＳ２へ進み、温度センサ４１により検出された電気式三方弁１９上流側の冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準温度Ｔｓ未満になっているか否かを判定する。
【００７９】
ここで、基準温度Ｔｓについて図４により説明する。図４は、冷却水温度Ｔｗおよび冷媒加熱器２０の伝熱プレート２０１、２０２表面と冷却水温度Ｔｗとの温度差の関係を示す特性図である。
【００８０】
本発明者の検討によれば、電気式三方弁１９上流側の冷却水温度Ｔｗと冷媒加熱器２０の表面温度との差が１５℃未満であれば、冷媒加熱器２０に熱歪みが繰り返し発生したとしても、充分な製品寿命を確保できる程度に熱歪み量を抑制できることが判明している。したがって、図４より、基準温度Ｔｓを６８℃未満に設定すればよいことがわかる。
【００８１】
そこで、本実施形態では、冷却水温度センサ４１の測定誤差等を考慮して、基準温度Ｔｓを６５℃としている。
【００８２】
図３に戻り、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ未満になっている場合は、電気式三方弁１９の制御状態を冷媒加熱器２０側から変更させる必要がないと判定し、メイン制御ルーチンへ戻る。
【００８３】
一方、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ未満になっていない場合は、ステップＳ３へ進み、室外ファン２７の送風量が最大となっているか否かを判定する。
【００８４】
ステップＳ３で室外ファン２７の送風量が最大となっている場合は、ステップＳ４へ進み、電気式三方弁１９の制御状態をラジエータ１６側へ変更し、メイン制御ルーチンへ戻る。一方、ステップＳ３で室外ファン２７の送風量が最大となっていない場合は、ステップＳ５へ進み、室外ファン２７の送風量を増加させ、その後ステップＳ４へ進む。
【００８５】
上述の如く、本実施形態では、暖房運転モードにおいて冷媒加熱器２０で冷媒に冷却水の熱量を吸熱させて、エンジン１３の廃熱を有効に回収できるだけではなく、冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準温度Ｔｓ以上になっているときは、冷媒加熱器２０へ流入させる冷却水流量を低下させるようになっているので、冷媒加熱器２０へ流入する冷却水温度Ｔｗの急上昇を回避できる。
【００８６】
その結果、冷媒加熱器２０の熱歪み量を抑制できるので、冷媒加熱器２０の耐久性を向上させることが可能となる。また、冷媒加熱器２０に対して、熱歪み対策等の補強を行う必要もないので、冷媒加熱器２０の低コスト化が図れる。
【００８７】
また、本実施形態では、冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ以上となっているときは、空調制御装置４０が室外ファン２７の送風量を増加させるので、冷却水温度Ｔｗを基準温度Ｔｓ未満に冷却するまでの時間を短縮できる。したがって、暖房運転モードにおいて、冷媒加熱器２０の耐久性を悪化させることなく、エンジン１３の廃熱の回収を開始するまでの時間も短縮できる。
【００８８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第１実施形態に対して、電気式三方弁１９として、冷媒加熱器２０側へ流入させる冷却水流量とラジエータ１６側へ流入させる冷却水流量とを段階的に調整する流量調整弁を採用している。
【００８９】
本実施形態の電気式三方弁１９は、冷却水を流入させる１つの流入通路と、冷却水を流出させる２つの流出通路と、これらの流入・流出通路の接続部に配置されて各流出通路へ流出させる冷却水流量を調整するロータリーバルブとを有して構成される。
【００９０】
さらに、このロータリーバルブは、ステッピングモータに接続されており、ステッピングモータの回転変位によって段階的にバルブ開度が段階的に調整される。もちろん、ロータリーバルブにリニアソレノイドを接続して、バルブ開度を連続的に変化させる構成としてもよい。
【００９１】
なお、本実施形態では、ヒートポンプ空調装置起動時等の初期状態では、空調制御装置４０が、電気式三方弁１９のロータリーバルブを、冷媒加熱器２０側へ流入させる冷却水流量とラジエータ１６側へ流入させる冷却水流量とが同等となる開度に初期化する。その他の全体構成は、第１実施形態と同様である。
【００９２】
また、空調制御装置４０が実行する制御も第１実施形態と同様であるが、本実施形態では、電気式三方弁１９の制御状態を以下のように決定する。まず、暖房運転モードでは、センサ群の検出信号等に基づいてサイクルに要求される冷凍能力を算出して、この算出値に基づいて予め記憶された制御マップを参照してロータリーバルブの開度を決定する。
【００９３】
一方、冷房運転モードでは、エンジン１３の回転数基づいて予め記憶された制御マップを参照してロータリーバルブの開度を決定する。そして、決定されたロータリーバルブの開度に応じて、ステッピングモータに出力するステップ数を決定する。これにより、暖房運転モードおよび冷房モードのいずれの運転モードにおいても、冷却水温度Ｔｗが所定範囲内になるように調整している。
【００９４】
さらに、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、冷却水温度Ｔｗに基づいて電気式三方弁１９および室外ファン２７の制御状態を強制的に変更する変更制御を行っている。ここで、この変更制御の詳細について、図５のフローチャートにより説明する、図５に示す制御ルーチンは、メイン制御ルーチンにおける空調機器群の制御状態の決定ステップの後に実行される。
【００９５】
まず、ステップＳ１１で、電気式三方弁１９の制御状態が冷媒加熱器２０側の冷却水流量増加になっているかを判定する。具体的には、ロータリーバルブの開度を変更するステッピングモータに出力されるステップ数が冷媒加熱器２０側の冷却水流量を増加させる値になっているか否かを判定する。ステップＳ１１で電気式三方弁１９の制御状態が冷媒加熱器２０側の冷却水流量増加になっていない場合は、メイン制御ルーチンへ戻る。
【００９６】
一方、ステップＳ１１で電気式三方弁１９の制御状態が冷媒加熱器２０側の冷却水流量増加になっている場合は、ステップＳ１２へ進み、温度センサ４１により検出された電気式三方弁１９上流側の冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準温度Ｔｓ（本実施形態では６５℃）未満になっているか否かを判定する。
【００９７】
ステップＳ１２で冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ未満になっている場合は、電気式三方弁１９の制御状態を冷媒加熱器２０側から変更させる必要がないと判定し、メイン制御ルーチンへ戻る。一方、ステップＳ１２で冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ未満になっていない場合は、ステップＳ１３へ進み、室外ファン２７の送風量が最大となっているか否かを判定する。
【００９８】
ステップＳ１３で室外ファン２７の送風量が最大となっている場合は、ステップＳ１４へ進み、電気式三方弁１９の制御状態をラジエータ１６側の冷却水流量増加させるように変更し、メイン制御ルーチンへ戻る。具体的には、ステッピングモータに出力されるステップ数をラジエータ１６側の冷却水流量を所定量増加させる値に変更する。
【００９９】
一方、ステップＳ１３で室外ファン２７の送風量が最大となっていない場合は、ステップＳ１５へ進み、室外ファン２７の送風量を増加させ、その後ステップＳ１４へ進む。
【０１００】
本実施形態の変更制御においても、冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ以上になっているときに、冷媒加熱器２０へ流入させる冷却水流量を低下させることができるので、第１実施形態と全く同様の効果を得ることができる。
【０１０１】
ところで、本実施形態では、変更制御を実行しなくとも、冷却水温度Ｔｗが所定範囲内になるように調整しているので、通常運転時には冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔｓ以上となることを回避できる。ところが、一般的に、サイクルに要求される冷凍能力が増加する場合は、エンジン回転数を増加させる必要があり、エンジン冷却水の温度も上昇しやすい。
【０１０２】
このため、サイクルに要求される冷凍能力が増加する場合、変更制御を実行しないと、冷媒加熱器２０へ流入する冷却水が一時的に基準温度Ｔｓ以上となってしまうことがある。従って、本実施形態の変更制御を実行することによって、確実に、冷媒加熱器２０へ流入させる冷却水流量を低下させることができる。
【０１０３】
さらに、本実施形態では、暖房運転モードにおいてサイクルに要求される冷凍能力が増加したときのみに、変更制御を実行してもよい。具体的には、温調対象空間の実際の温度と温度設定スイッチ４３ａにより設定された設定温度との差が単位時間当たりに所定値以上拡大したとき、および、作動させる室内機１１が所定の台数が所定数増加したとき等を、サイクルに要求される冷凍能力が増加したときとして判定すればよい。
【０１０４】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
【０１０５】
（１）上述の実施形態では、灯油を燃料とするディーゼルエンジンを採用しているが、ガソリン、天然ガスやプロパンガス、軽油、水素等を燃料とする他の形式のエンジンを採用してもよい。
【０１０６】
（２）上述の実施形態では、エンジン１３の廃熱を回収するに際して冷媒加熱器２０を用いてエンジン冷却水から回収するようにした例について説明したが、これに代えて、エンジンオイルを冷却するオイルクーラを用いたものであるならば、オイルクーラによりエンジンオイルからエンジン廃熱を回収するようにしてもよいし、排気熱交換器を用いたものであるならば、排気熱を回収するようにしもよい。
【０１０７】
（３）上述の実施形態では、冷媒加熱器２０として積層型プレート熱交換器を採用した例を説明したが、２重管式熱交換器、あるいはシェルアンドチューブ式熱交換器を採用してもよい。
【０１０８】
（４）上述の実施形態では、冷媒のうち潤滑オイルを分離して潤滑オイルを圧縮機１２の冷媒入口側に戻すために、オイルセパレータ２１およびキャピラリチューブ２１ａを設けた例について説明したが、これに限らず、オイルセパレータ２１およびキャピラリチューブ２１ａを設けなくてもよい。
【０１０９】
（５）上述の実施形態では、本発明の冷凍サイクル装置を熱交換対象流体が室内送風空気であるヒートポンプ空調装置に適用したが、熱交換対象流体が水である給湯装置等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】第１実施形態に係るヒートポンプ空調装置の全体構成図である。
【図２】第１実施形態における冷媒加熱器２０を示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態の空調制御装置４０の制御の要部を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態における冷媒加熱器２０の伝熱プレート２０１、２０２表面と冷却水との温度差と、電気式三方弁１９上流側冷却水温度Ｔｗとの関係を示す特性図である。
【図５】第２実施形態の空調制御装置４０の制御の要部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１１】
１２…圧縮機、１３…エンジン、１６…ラジエータ（冷却水放熱器）、１９…電気式三方弁（冷却水流量調整手段）、２０…冷媒加熱器、２２…電気式四方弁（冷媒流路切替手段）、２５…室外側可変絞り弁（減圧手段）、２６…室外熱交換器、２７…室外ファン（送風手段）、３０ａ、３０ｂ…室内熱交換器（利用側熱交換器）、４０…空調制御装置（制御手段）、４１…冷却水温度センサ（温度検出手段）。
【図１】
2008145072.tif 000003
【図２】
2008145072.tif 000004
【図３】
2008145072.tif 000005
【図４】
2008145072.tif 000006
【図５】
2008145072.tif 000007