(57)【要約】  【課題】  暖房運転時に外気温度が低いとき、室外熱交換器の冷媒から外気への放熱を抑え、暖房能力の低下を抑制する空気調和機を提供する。  【解決手段】  暖房運転時に外気の温度が設定温度よりも低い場合に、制御手段７５により開閉弁７１が閉鎖する閉弁操作を実行する。このため、上流側から室外熱交換器１４内に冷媒が流入するのを抑制できる。また、逆止弁７２により、バイパス通路１９の合流点１９ｈ側から室外熱交換器１４側へと冷媒が逆流することもない。したがって、低温暖房時に室外熱交換器１４に冷媒が流入して暖房効率を低下させることを抑制することができる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮するコンプレッサと、
室内に設けられ、暖房運転時に該コンプレッサから吐出された高温の冷媒が通り、室内の空気と熱交換させて室内を暖める室内熱交換器と、
室外に設けられ、暖房運転時に前記室内熱交換器を通った冷媒を外気と熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器と、
前記コンプレッサ、前記室内熱交換器、前記室外熱交換器を繋ぐ冷媒循環通路と、
前記冷媒循環通路内の冷媒が前記室外熱交換器を迂回するように前記冷媒循環通路に接続されたバイパス通路と、
前記バイパス通路又は前記冷媒循環通路に設けられ、前記バイパス通路又は前記冷媒循環通路を流れて前記コンプレッサに向かう冷媒を、加熱源から供給される媒体と熱交換させて蒸発させる蒸発用熱交換器とを具備する空気調和機において、
暖房運転時に前記室外熱交換器の上流側の前記冷媒循環通路に設けられた開閉弁と、
暖房運転時に前記室外熱交換器の下流側の前記冷媒循環通路であってかつ前記バイパス通路が合流する部分よりも上流側の部分に設けられ、前記室外熱交換器の下流側の前記冷媒循環通路から前記バイパス通路への冷媒の流通を許容し、前記バイパス通路から前記室外熱交換器の下流側の前記冷媒循環通路への冷媒の流通を阻止する逆止弁と、
暖房運転時に外気の温度が設定温度よりも低いとき、前記開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行可能な制御手段とを具備することを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
請求項１において、
前記バイパス通路には、冷媒を膨張させると共に開度が調節可能な膨張弁が設けられており、
前記制御手段は、前記開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行するとき、前記膨張弁の開度を増加させる開度増加操作を実行可能に設定されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項３】
請求項２において、
前記蒸発用熱交換器は前記膨張弁と共に前記バイパス通路に設けられており、
前記制御手段は、前記膨張弁の開度を増加させるとき、前記加熱源から前記蒸発用熱交換器に供給される単位時間当りの熱量を増加させる熱量増加操作を実行可能に設定されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、
前記加熱源は、エンジン、ボイラー、燃料電池、ガスタービンのうちのいずれかであり、前記加熱源から供給される媒体は、前記加熱源で加熱され主要成分が水である液媒体であることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも暖房運転を行う空気調和機に関する。本発明は、例えば、ガスエンジンなどのエンジンに代表される駆動部で冷媒圧縮用のコンプレッサを作動させるエンジン駆動式の空気調和機に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
エンジン駆動式の空気調和機を例にとって従来技術を説明する。エンジン駆動式の熱ポンプ装置とも呼ばれる空気調和機は、一般的には、冷媒を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサを駆動させるエンジンと、暖房運転時にコンプレッサから吐出された冷媒が通り室内の空気と熱交換させて室内を暖める室内熱交換器と、暖房運転時に室内熱交換器を通った冷媒を外気と熱交換させて蒸発させる蒸発器として機能する室外熱交換器と、コンプレッサ、室内熱交換器、室外熱交換器を繋ぐ冷媒循環通路と、冷媒循環通路を流れてコンプレッサに向かう冷媒をエンジン冷却水と熱交換させて蒸発させる蒸発用熱交換器とを具備する。ここで、エンジン冷却水はエンジンの廃熱で加熱されている。
【０００３】
ところで、室外熱交換器は、暖房運転時には、熱交換により外気の熱を得て冷媒を蒸発させる蒸発器として機能するため、外気の温度が室外熱交換器の冷媒の温度よりも高いことが前提とされる。そのため、室内の暖房運転時に外気の温度が低いときには、室外熱交換器は、外気からの熱を十分に得ることができず、蒸発器としての機能を目標どおり果たすことができないばかりか、逆に、室外熱交換器から、温度が低い外気に放熱してしまい、空気調和器の暖房能力が低下してしまうおそれがある。
【０００４】
また、外気の温度が低いときには、室内の温度も低いため、暖房能力を高める必要がある。暖房能力を高める技術として次の特許文献１〜３に係る技術が知られている。特許文献１には、冷媒を循環させるコンプレッサを駆動させるエンジンを持ち、室外温度、室内温度が低い低温暖房時には、冷媒の高圧側圧力に応じて、エンジンの点火時期、バルブタイミング、燃料制御弁を制御することにより、エンジンの廃熱量を増加させるように制御する制御手段が設けられているエンジン駆動式の空気調和器が開示されている。これにより、室外温度、室内温度が低い低温暖房時に室内暖房能力を高めることにしている。
【０００５】
特許文献２には、特許文献１に記載の発明のように冷媒の高圧側圧力に応じてエンジン廃熱量を増加制御するのではなく、エンジンを冷却する冷却水の温度に応じて、エンジンの点火時期、バルブタイミング、燃料制御弁を制御することによりエンジンの廃熱量を増加させるように制御して、低温暖房時の室内暖房能力を高める技術が記載されている。
【０００６】
特許文献３には、ボイラーで生成された温水等の流体を流し込んで冷媒を加熱して蒸発器として機能させる室外熱交換器をもつと共に、室外熱交換器に流れ込む温水等の流体の量を空調負荷に応じて調整する空気調和器が開示されている。このものによれば、室外熱交換器の上流側には、暖房運転時に全開となり、冷房運転時に全閉となる暖房用開閉弁が設けられている。
【特許文献１】特開平０８−０４９９４２号公報
【特許文献２】特開平１１−０２２５５１号公報
【特許文献３】特開平０９−２１７９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１、２に係る技術によれば、エンジンからの廃熱量を効率よく増加させて室内暖房能力を確保したとしても、蒸発器として機能する室外熱交換器は、外気の熱を十分に得ることができないままである。そればかりか、増大させたエンジンの廃熱量により室外熱交換器の冷媒の温度が外気の温度よりも高くなる場合には、室外熱交換器において、外気に熱を放出してしまうおそれがある。この場合、蒸発器として本来機能する室外熱交換器が凝縮器として機能することになる。このため無駄にエンジン廃熱量を増加させることになるおそれがある。
【０００８】
尚、外気の温度が低い場合には、蒸発器として機能する室外熱交換器にて、外気に熱を放出する際に、室外熱交換器へのファン風量を低下させたり停止させたりしても、室外熱交換器からの自然放熱を抑えることができない。
【０００９】
また、上記した特許文献３に係る技術によれば、室外熱交換器の上流側に設けられている暖房用開閉弁は室内の暖房運転時に全開となると記載されているものの、外気の温度が低いときに閉じるという操作については言及されていない。
【００１０】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、室内暖房運転時に外気温度が低いときにおいて、室外熱交換器の冷媒から外気への放熱を抑え、蒸発器として本来機能する室外熱交換器が凝縮器として機能することを抑制し、外気温度が低いときにおいても暖房能力の低下を抑制することができる空気調和機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明に係る空気調和機は、冷媒を圧縮するコンプレッサと、
室内に設けられ、暖房運転時に該コンプレッサから吐出された高温の冷媒が通り、室内の空気と熱交換させて室内を暖める室内熱交換器と、
室外に設けられ、暖房運転時に前記室内熱交換器を通った冷媒を外気と熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器と、
前記コンプレッサ、前記室内熱交換器、前記室外熱交換器を繋ぐ冷媒循環通路と、
前記冷媒循環通路内の冷媒が前記室外熱交換器を迂回するように前記冷媒循環通路に接続されたバイパス通路と、
前記バイパス通路又は前記冷媒循環通路に設けられ、
前記バイパス通路又は前記冷媒循環通路を流れて前記コンプレッサに向かう冷媒を、加熱源から供給される媒体と熱交換させて蒸発させる蒸発用熱交換器とを具備する空気調和機において、
暖房運転時に前記室外熱交換器の上流側の前記冷媒循環通路に設けられた開閉弁と、
暖房運転時に前記室外熱交換器の下流側の前記冷媒循環通路であってかつ前記バイパス通路が合流する部分よりも上流側の部分に設けられ、前記室外熱交換器の下流側の前記冷媒循環通路から前記バイパス通路への冷媒の流通を許容し、前記バイパス通路から前記室外熱交換器の下流側の前記冷媒循環通路への冷媒の流通を阻止する逆止弁と、
暖房運転時に外気の温度が設定温度よりも低いとき、前記開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行可能な制御手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、
前記バイパス通路には、冷媒を膨張させると共に開度が調節可能な膨張弁が設けられており、
前記制御手段は、前記開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行するとき、前記膨張弁の開度を増加させる開度増加操作を実行可能に設定されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、
前記蒸発用熱交換器は前記膨張弁と共に前記バイパス通路に設けられており、
前記制御手段は、前記膨張弁の開度を増加させるとき、前記加熱源から前記蒸発用熱交換器に供給される単位時間当りの熱量を増加させる熱量増加操作を実行可能に設定されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項の発明において、
前記加熱源は、エンジン、ボイラー、燃料電池、ガスタービンのうちのいずれかであり、前記加熱源から供給される媒体は、前記加熱源で加熱され主要成分が水である液媒体であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
暖房運転時に外気の温度が設定温度よりも低いときには、室外熱交換器は外気から熱を十分に得ることができないので、蒸発器としての機能が損なわれるばかりか、室外熱交換器の冷媒の熱が外気に奪われ、暖房能力が低下するおそれがある。そこで、請求項１の発明においては、外気の温度が設定温度よりも低いときには、制御手段は、室外熱交換器の上流側の冷媒循環通路に設けられた開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行する。このように開閉弁が閉鎖されるため、室外熱交換器の上流側の冷媒が室外熱交換器へ流入することが抑えられる。また、逆止弁が室外熱交換器の下流側でありかつバイパス通路との合流点よりも上流側に介装されているため、バイパス通路側から室外熱交換器へと冷媒が逆流することが抑えられる。このため室外熱交換器の冷媒の熱が外気に奪われることが抑えられ、ひいては暖房能力の低下が抑えられる。
【００１６】
請求項１の発明において、開閉弁は、室外熱交換器の上流側（暖房時上流側）の冷媒循環通路に設けられている。ただし、この場合には、バイパス通路が冷媒循環通路から分岐する分岐点よりも下流に位置する部分に設ける必要がある。上記分岐点よりも上流側に開閉弁を設けた場合、開閉弁の閉弁操作によって、室外熱交換器のみならず、バイパス通路への冷媒の流入も抑えられてしまうからである。
【００１７】
また、バイパス通路には、冷媒を膨張させると共に開度が調整可能な膨張弁が設けられている形態を例示できる。この場合、請求項２の発明のように、制御手段は、室内の暖房運転時に外気温度が低い場合、開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行すると共に、膨張弁の開度を増加させる開度増加操作を実行できるように設定されている形態を例示できる。この場合、上記したように暖房運転時に開閉弁を閉鎖する閉弁操作を実行すると、冷媒は室外熱交換器への流入を抑制され、その結果他方の流路であるバイパス通路に向かい、バイパス通路に流れる冷媒の流量が増加するようになる。このためバイパス通路に流れる冷媒の流量の増加に対処すべく、バイパス通路に設けられている膨張弁の開度を増加させることが好ましい。
【００１８】
また、蒸発用熱交換器は、膨張弁と共にバイパス通路に設けられている形態を例示できる。この場合、膨張弁の開度を増加させると、バイパス通路に設けられている蒸発用熱交換器を流れる冷媒の流量が増加するため、蒸発用熱交換器における熱交換量が増加し、蒸発用熱交換器の媒体（例えばエンジン冷却水）の温度が低くなるおそれがある。この結果、蒸発用熱交換器での蒸発力が不足し、蒸発用熱交換器における冷媒の蒸発流量が低下するおそれがあり、ひいては蒸発用熱交換器の蒸発器としての機能が低下するおそれがある。そこで、請求項３の発明のように、制御手段は、膨張弁の開度を増加させるとき、加熱源から蒸発用熱交換器に供給される単位時間当りの熱量を増加させる熱量増加操作を実行できるように設定されている形態を例示できる。上記した熱量増加操作を実行すれば、加熱源から蒸発用熱交換器に供給される単位時間当りの熱量を増加させることができ、蒸発用熱交換器における熱交換量が増加したとしても、蒸発用熱交換器での冷媒の蒸発流量を確保することができ、ひいては蒸発用熱交換器の蒸発器としての機能が確保される。
【００１９】
コンプレッサは駆動部で駆動されるが、駆動部としては、コンプレッサを駆動させ得るものであればどのようなものでも良く、エンジン、モータ等を例示できる。加熱源としては、エンジン、ボイラー、燃料電池、ガスタービンのうちいずれかを例示でき、更には、それ以外の他の熱源を採用することができる。要するに、加熱源としては蒸発用熱交換器に冷媒のガス化を促進させる熱量を与え得るものであれば、何でも良い。上記したエンジンとしては、燃料ガスの燃料で駆動するガスエンジン、液体燃料の燃焼で駆動するエンジンを含む。また、加熱源から供給される媒体は、加熱源で加熱された水等を主要成分とする液媒体である形態を例示できる。この液媒体としては、エンジン、ボイラー、燃料電池、ガスタービン等の廃熱で加熱されている形態を例示できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係わる実施の形態を図面にもとづいて説明する。
【００２１】
（第１実施形態例）
図１は、本発明の実施例の概念を示す。本実施例に係る空気調和機は、ガスエンジン駆動式の空気調和機である。まず、図１を参照してガスエンジン駆動式の空気調和機について説明する。本例のガスエンジン駆動式の空気調和機は、室内の冷房又は暖房を行うものであり、燃料ガスの燃焼により駆動される駆動部としてのガスエンジン（エンジン）１１と、ガス状の冷媒と液状の冷媒とを分離した状態で収容するアキュムレータ１２と、ガスエンジン１１で駆動され駆動に伴ないアキュムレータ１２からのガス状の冷媒を吸入して圧縮するコンプレッサ１３と、空調のために冷媒と室内の空気との熱交換を行って暖房運転時に高温高圧の冷媒の熱を室内に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能することができる室内熱交換器１７と、空調のために冷媒と外気との熱交換を行って暖房運転時に外気の熱を得て冷媒を蒸発させる蒸発器として機能することができる室外熱交換器１４とを基本要素として有する。冷媒循環通路１はアキュムレータ１２、コンプレッサ１３、室内熱交換器１７、室外熱交換器１４を繋ぐ。
【００２２】
図１に示すように、バイパス通路１９が冷媒循環通路１に並列接続されている。バイパス通路１９は、冷媒循環通路１と分岐する分岐部１９ｓ、冷媒循環通路１に合流する合流部１９ｈを介して、冷媒循環通路１に連通するものであり、室外熱交換器１４を迂回させて冷媒を流すものである。バイパス通路１９には、冷媒を膨張させてガス化させる機能をもつ膨張弁１８が設けられている。冷媒循環通路１には、蒸発用熱交換器６７がバイパス通路１９との合流部１９ｈとアキュムレータ１２との間の冷媒循環通路１の部分に設けられている。
【００２３】
蒸発用熱交換器６７は、加熱源としてのガスエンジン１１の廃熱で加熱された温水であるエンジン冷却水（媒体）が流れる水通路と、バイパス通路１９及び冷媒循環通路１を流れてアキュムレータ１２に向かう冷媒が流れる冷媒通路とをもち、冷媒通路の冷媒と水通路のエンジン冷却水（温水）とを熱交換して、アキュムレータ１２に向かう冷媒をエンジン冷却水の熱で蒸発させるものである。
【００２４】
蒸発用熱交換器６７はアキュムレータ１２の手前側に設けられている。その理由としては、コンプレッサ１３に供給される冷媒は、コンプレッサ１３により冷媒を圧縮することを考慮すると、冷媒は、液化しているよりもガス化していた方が好ましいため、アキュムレータ１２に帰還させる冷媒を蒸発用熱交換器６７でガス化させるためである。
【００２５】
本実施形態によれば、この蒸発用熱交換器６７は、冷媒循環通路１に繋がる冷媒通路と、エンジン冷却水が流れる水通路とが二重管構造とされた二重管熱交換器とされている。図１に示すように、蒸発用熱交換器６７及び室外熱交換器１４は、互いに直列的配置とされている。またバイパス通路１９は、室外熱交換器１４を迂回するように冷媒循環通路１に並列接続され、室外熱交換機１４を迂回するバイパス通路として機能する。冷媒循環通路１には、流路切替弁として機能する四方弁６２が設けられている。四方弁６２については、暖房運転時には図１に示すようにポート６２ｄ及び６２ｃが連通すると共に、ポート６２ａ及び６２ｂが連通する。また、冷房運転時には四方弁６２のポート６２ｄ及び６２ａが連通し、ポート６２ｃ及び６２ｂが連通する。
【００２６】
更に図１に示すように、冷媒循環通路１には、室外熱交換器１４の上流側（室内の暖房運転時における上流側）の部分に、開閉弁が介装されている。また、冷媒循環通路１において、室外熱交換器１４の下流側（室内暖房運転時における下流側）の部分であり、かつ、バイパス通路１９の合流点１９ｈよりも上流側の部分には、逆止弁７２が介装されている。この逆止弁７２は、室外熱交換器１４側から合流点１９ｈ側に流れる冷媒の流れを許容し、合流点１９ｈ側から室外熱交換器１４側に流れる冷媒の流れを遮断するものである。また、上記開閉弁７１を制御する制御手段７５が設けられている。
【００２７】
次に、室内を暖房するときの運転作動につき説明を加える。燃料ガスによりガスエンジン１１が駆動するとコンプレッサ１３が駆動する。そして、アキュムレータ１２からのガス状の冷媒がコンプレッサ１３に吸入され、コンプレッサ１３で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった冷媒は、コンプレッサ１３から矢印Ａ１方向に吐出され、四方弁６２のポート６２ｄ、６２ｃを通り、矢印Ａ２方向、矢印Ａ３方向に流れて室内熱交換器１７に至る。高温高圧の冷媒は室内熱交換器１７で室内の空気と熱交換されて室内に熱を放出し、室内を加熱する。
【００２８】
室内熱交換器１７で凝縮化つまり液化が進行した冷媒は、室内熱交換器１７を経て分岐部１９ｓにより矢印Ａ４方向と矢印Ａ５方向とに分かれる。矢印Ａ４方向に流れる冷媒は、開閉弁７１、ポート１４ｕを経て室外熱交換器１４に至り、室外熱交換器１４から外気の熱を得て冷媒のガス化が進行する。更に室外熱交換器１４で熱交換されてガス化が進行した冷媒は、ポート１４ｄを経て、更に四方弁６２のポート６２ａ、６２ｂを通り、逆止弁７２を経由して矢印Ａ６方向に向かい、合流部１９ｈを経て、蒸発用熱交換器６７に向かう。
【００２９】
また分岐部１９ｓで矢印Ａ５方向に分岐した冷媒は、膨張弁１８に至り、膨張弁１８で膨張されてガス化が進行する。更に膨張弁１８を経た冷媒は、合流部１９ｈで室外熱交換器１４を経た冷媒と合流する。合流した冷媒は矢印Ａ６方向に流れ、蒸発用熱交換器６７を流れる。
【００３０】
蒸発用熱交換器６７を流れる冷媒は、温水であるエンジン冷却水との熱交換により加熱されてガス化が更に進行する。ガス化が進行した冷媒は、矢印Ａ７方向に流れてアキュムレータ１２に帰還する。
【００３１】
ところで、室内の暖房運転時に外気の温度が室外熱交換器１４を流れる冷媒の温度よりも低いときには、室外熱交換器１４の冷媒は外気から熱を十分に得ることができない。この場合、室外熱交換器１４は蒸発器としての機能が損なわれるばかりか、室外熱交換器１４の冷媒の熱が低温の外気に奪われ、暖房能力が低下するおそれがある。そこで本実施形態によれば、室内の暖房運転時において外気の温度が設定温度（例えば、冷媒の温度よりも低いと予測される設定温度）よりも低いときには、制御手段７５は、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行する。このように開閉弁７１が閉鎖されるため、室外熱交換器１４の上流側の冷媒がポート１４ｕから室外熱交換器１４内へ流入することが抑えられる。
【００３２】
また、逆止弁７２によって、バイパス通路１９内の冷媒が合流点１９ｈ側から室外熱交換器１４の下流側へ逆流することが抑えられる。このため室外熱交換器１４に流れる冷媒の量を減少させることができ、これにより外気の温度が低いときにおいて室外熱交換器１４の冷媒の熱が低温の外気に奪われることが抑えられ、ひいては暖房能力の低下が確実に抑えられる。
【００３３】
図１に示すように、外気の温度を検知する外気温度センサ２００と、蒸発用熱交換器６７及びアキュムレータ１２の間の配管に設けられた当該配管中を流れる冷媒の温度を検知する温度センサ２０２とが設けられている。外気温度センサ２００の検知信号及び温度センサ２０２の検知信号は、制御手段７５に入力される。
【００３４】
開閉弁７１の閉弁操作は、外気温度センサ２００の検知信号及び温度センサ２０２の検知信号に基づいて、制御手段７５により決定される。この場合、暖房運転時において外気温度が低く、外気温度センサ２００で検知した外気温度Ｔ１が、温度センサ２０２で検知したガス状冷媒の温度Ｔ２よりも低いときには、室外熱交換器１４を流れている冷媒が外気で冷却されて凝縮してしまうと推定できるため、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行することが好ましい。また暖房運転時において温度センサ２０２で検知したガス状冷媒の温度Ｔ２よりも、外気温度センサ２００で検知した外気温度Ｔ１が高いときには、室外熱交換器１４は外気の熱を得て室外熱交換器１４の冷媒のガス化を進行させることができると推定されるため、開閉弁７１を開放して、室外熱交換器１４に冷媒を流す開弁操作を実行することが好ましい。
【００３５】
尚、場合によっては、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作の実行は、温度センサ２０２を設けることなく、外気の温度を検知する外気温度センサ２００を設け、外気温度センサ２００に基づいて制御手段７５により決定することにしても良い。
【００３６】
また、上記したように開閉弁７１が閉鎖されると、室外熱交換器１４の上流側（暖房時上流側）の冷媒が室外熱交換器１４へ流入することが抑えられるため、暖房に寄与する冷媒の流量が制約されるおそれがある。この点本実施形態によれば、図１に示すように、冷媒循環通路１に連通するバイパス通路１９が室外熱交換器１４を迂回するように並列に設けられている。このため室外熱交換器１４に流入できなくなった冷媒は、バイパス通路１９を矢印Ａ５方向に通過することができるため、冷媒循環通路１を流れる暖房に寄与できる冷媒の流量が確保される。この意味においても暖房能力の低下が抑えられる。
【００３７】
上記した閉弁操作を実行すると、冷媒が室外熱交換器１４に流れることが抑えられるため、他方の流路であるバイパス通路１９に流れる冷媒の流量が増加する。この点本実施形態によれば、バイパス通路１９に設けられている膨張弁１８は、開度が調整可能とされている。そして、制御手段７５は、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行するとき、膨張弁１８の開度を増加させる開度増加操作を実行することが好ましい。このように膨張弁１８の開度を増加させれば、膨張弁１８を流れる単位時間当りの冷媒の流量が確保され、ひいては冷媒循環通路１を流れる暖房に寄与する冷媒の流量が減少することを抑制でき、暖房能力の低下を抑制できる。
【００３８】
（第１適用例）
図２は第１実施形態を適用した第１適用例を示す。第１実施形態と共通する部位には共通の符号を付する。本適用例に係る空気調和機はガスエンジン駆動式の空気調和機である。本適用例のガスエンジン駆動式の空気調和機は室内の冷房または暖房を行うものであり、室外機１０と室内機１６とを有する。室外機１０は、燃料ガスの燃焼により駆動される駆動部としてのガスエンジン（エンジン）１１と、ガス状の冷媒と液状の冷媒とを分離した状態で冷媒を収容するアキュムレータ１２と、ガスエンジン１１で駆動され駆動に伴ないアキュムレータ１２のガス状の冷媒を吸入して圧縮するコンプレッサ１３と、空調のために冷媒の熱交換を行う熱交換器としての室外熱交換器１４と、空調のために冷媒の熱交換を行う熱交換器としての複数の室内熱交換器１７とを基.本要素として有する。冷媒循環通路１は、コンプレッサ１３、室外熱交換器１４、室内熱交換器１７、アキュムレータ１２とを繋ぐ。
【００３９】
コンプレッサ１３は、ガスエンジン１１によりタイミングベルト等の動力伝達部材を介して連動される。故に、ガスエンジン１１はコンプレッサ１３の駆動源として機能する。コンプレッサ１３は、アキュムレータ１２の冷媒を圧縮室に吸込む吸込ポート１５と、圧縮室で圧縮された高温高圧の冷媒を吐出させる吐出ポート２０とを有する。
【００４０】
次に、室内を暖房するときにおける冷媒循環通路１の基本的経路について説明する。燃料ガスによりガスエンジン１１が駆動すると、コンプレッサ１３が駆動し、アキュムレータ１２のガス状の冷媒がアキュムレータ１２の吸入ポート１２ａから通路１ｘを経て吸入され、コンプレッサ１３の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった冷媒は、コンプレッサ１３の吐出ポート２０から矢印Ａ１方向に吐出され、通路１ａ、オイルセパレータ６１に至る。オイルセパレータ６１において冷媒からオイルが分離される。そして、オイルが分離された冷媒は、四方弁６２のポート６２ｄ、６２ｃを通り、矢印Ａ２方向、矢印Ａ３方向（図２参照）に向かい、通路１ｆ、ボールバルブ６５Ｂ、通路１ｅを経て、室内熱交換器１７に至り、室内熱交換器１７で室内の空気と熱交換されて室内に熱を放出して室内を加熱する。
【００４１】
そして、室内熱交換器１７を経た冷媒は、膨張弁２１で膨張され、通路１ｄ、ボールバルブ６５Ａを経て分岐部１９ｓに至り、分岐部１９ｓで矢印Ａ４方向、矢印Ａ５方向に分岐する。矢印Ａ４方向に分岐した冷媒は、通路１ｃ、開閉弁（電磁弁）７１を経て、逆止弁８０、キャピラリ８１を経て、ポート１４ｕから室外熱交換器１４に至り、更に室外熱交換器１４のポート１４ｄから吐出され、四方弁６２のポート６２ａ、ポート６２ｂ、逆止弁７２を経て、二重管熱交換器である蒸発用熱交換器６７に向かう。
【００４２】
また分岐部１９ｓで矢印Ａ５方向に分岐した冷媒は、バイパス通路１９を流れて膨張弁１８に至り、膨張弁１８で膨張されてガス化が進行する。更に膨張弁１８を経た冷媒はバイパス通路１９を流れて合流部１９ｈで、室外熱交換器１４を経た冷媒と合流する。合流した冷媒は矢印Ａ６方向に流れ、蒸発用熱交換器６７を流れる。蒸発用熱交換器６７を流れる冷媒は、温水であるエンジン冷却水の熱を熱交換により得て、ガス化が更に進行する。ガス化が進行した冷媒は、矢印Ａ７方向に流れてアキュムレータ１２の帰還ポート１２ｃに帰還する。帰還した冷媒は、アキュムレータ１２で液状の冷媒とガス状の冷媒とに分離された状態で収容される。このようなサイクルにより、室内の暖房が行われる。
【００４３】
次に、室内を冷房するときにおける冷媒循環通路１の基本的経路について説明する。燃料ガスによりガスエンジン１１が駆動すると、コンプレッサ１３が駆動し、アキュムレータ１２のガス状の冷媒がアキュムレータ１２の吸入ポート１２ａから通路１ｘを経て吸入され、コンプレッサ１３の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となったガス状の冷媒は、コンプレッサ１３の吐出ポート２０から吐出され、通路１ａ、オイルセパレータ６１に至る。オイルセパレータ６１において冷媒からオイルが分離される。そして、オイルが分離された冷媒は、流路切替弁としての四方弁６２のポート６２ｄ、ポート６２ａを経て、通路１ｂを矢印Ｂ１方向に流れ、ポート１４ｄを経て室外熱交換器１４に至る。そして高温高圧の冷媒は、室外熱交換器１４で室外の空気と冷却されて熱交換され、凝縮つまり液化が進行する。即ち、冷房運転では室外熱交換器１４は凝縮器として機能する。液化が進行した冷媒は、通路１ｍを矢印Ｂ２方向に流れ、ボールバルブ６５Ａを経て、通路１ｄを矢印Ｂ３方向に流れ、膨張弁２１に至り、膨張弁２１において膨張されて低温となる。
【００４４】
低温となった冷媒は室内熱交換器１７に至り、室内熱交換器１７で室内の空気と熱交換されて室内を冷却し、更に、通路１ｅを矢印Ｂ４方向に流れ、ボールバルブ６５Ｂを経て、通路１ｆを矢印Ｂ５方向に流れ、四方弁６２のポート６２ｃ、ポート６２ｂ、逆止弁７２を経て合流部１９ｈに至る。更に、冷媒は矢印Ａ６方向に流れ、蒸発用熱交換器６７を経て、通路１ｈを矢印Ａ７方向に流れ、アキュムレータ１２の帰還ポート１２ｃに帰還する。アキュムレータ１２に帰還した冷媒は、アキュムレータ１２で液状の冷媒とガス状の冷媒とに分離された状態で収容される。
【００４５】
図２に示す適用例においても、第１実施形態例と同様の作用効果が得られる。即ち、暖房運転時に外気の温度が冷媒温度よりも低いときには、室外熱交換器１４は外気から熱を十分に得ることができないので、室外熱交換器１４は蒸発器としての機能が損なわれるばかりか、室外熱交換器１４の冷媒の熱が外気に奪われ、暖房能力が低下するおそれがある。そこで、室内の暖房運転時に外気の温度が設定温度又は室外熱交換器１４を通る冷媒の温度よりも低いときには、制御手段７５は、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行する。この閉弁操作により開閉弁７１が閉鎖されるため、室外熱交換器１４の上流側（暖房時上流側）の冷媒がポート１４ｕから室外熱交換器１４内に流入することが抑えられる。また、逆止弁７２によって、バイパス通路１９内の冷媒が合流点１９ｈ側から室外熱交換器１４の下流側へ逆流することが抑えられる。このため室外熱交換器１４に流れる冷媒の量を減少させることができ、これにより外気の温度が室外熱交換器１４を流れる冷媒の温度よりも低いときにおいて室外熱交換器１４の冷媒の熱が低温の外気に奪われて凝縮してしまうことが抑えられ、ひいては暖房能力の低下が確実に抑えられる。
【００４６】
また、開閉弁７１の閉鎖により冷媒が室外熱交換器１４へ流入することが抑えられると、冷媒循環通路１における暖房に寄与できる冷媒の流量が損なわれるおそれがある。この点については、冷媒循環通路１に連通するバイパス通路１９が室外熱交換器１４を迂回するようにして並列に設けられ、室外熱交換器１４に流入できなくなった冷媒は、他方の流路であるバイパス通路１９を通過するため、暖房に寄与できる冷媒の流量が確保される。この意味においても暖房能力の低下が抑えられる。
【００４７】
また、上記した閉弁操作を実行すると、冷媒が室外熱交換器１４に流れることが抑えられるため、他方の流路であるバイパス通路１９に流れる冷媒の流量が増加する。この点については、制御手段７５は、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行するとき、膨張弁１８の開度を増加させれば、開閉弁７１を閉鎖した場合においても、冷媒循環通路１を流れる暖房に寄与する冷媒の流量が減少することを抑制でき、暖房能力の低下を抑制できる。
【００４８】
図３は、冷媒循環通路１に設けられている蒸発用熱交換器６７を流れるエンジン冷却水１００の経路を示す。図３に示すように、エンジン冷却水が循環する冷却水回路１００は、第１通水路１０１と、蒸発用熱交換器６７を流れる第２通水路１０２と、ラジエータ１０７を流れる第３通水路１０３と、温調素子である第１サーモスタット１０４と、温調素子である第２サーモスタット１０５と、冷却水搬送部であるウォータポンプ１０６とをもつ。
【００４９】
ウォータポンプ１０６が駆動すると、エンジン冷却水はガスエンジン１１に送られ、ガスエンジン１１を冷却するため、エンジン冷却水は温水となる。ここで、エンジン冷却水の水温が低いときには、エンジン冷却水は第１通水路１０１に流れるものの、第１サーモスタット１０４及び第２サーモスタット１０５の作用により、第２通水路１０２及び第３通水路１０３には流れないようにされている。これによりエンジン冷却水の温度が維持される。
【００５０】
ガスエンジン１１の回転数が増加してエンジン冷却水の水温が上昇すると、第１サーモスタット１０４及び第２サーモスタット１０５の作用により、第２通水路１０２、蒸発用熱交換器６７にも流れるようになる。この場合、エンジン冷却水の熱は蒸発用熱交換器６７でも奪われるため、エンジン冷却水の過剰高温化が抑えられる。ガスエンジン１１の回転数が更に増加してエンジン冷却水の水温が更に上昇すると、第１サーモスタット１０４及び第２サーモスタット１０５の作用により、エンジン冷却水は第２通水路１０２及び第３通水路１０３にも流れ、蒸発用熱交換器６７及びラジエータ１０７にも流れるようになる。この場合、エンジン冷却水の熱は蒸発用熱交換器６７及びラジエータ１０７でも奪われるため、エンジン冷却水の過剰高温化が抑えられる。このように、第１サーモスタット１０４及び第２サーモスタット１０５の作用により、エンジン冷却水の温度は、ほぼ一定の温度領域内におさまるように設定されている。
【００５１】
このように蒸発用熱交換器６７の水通路には、加熱源としてのガスエンジン１１の廃熱で加熱された温水であるエンジン冷却水が流れる。このため蒸発用熱交換器６７の冷媒通路を流れる冷媒はエンジン冷却水の熱を熱交換により得て、エンジン冷却水の熱で蒸発用熱交換器６７の冷媒のガス化を進行させることができる。
【００５２】
（第２実施形態例）
図４は、本発明の第２実施形態例の概念を示す。第２実施形態例は、前記第１実施形態例と基本的には同様の構成を有する。以下、第１実施形態例と相違する部分を中心として説明する。
【００５３】
図４に示すように、室外熱交換器１４の上流側（暖房運転時における上流側）を開閉する開閉弁７１が設けられている。更に、図４に示すように、室外熱交換器１４に対して並列にバイパス通路１９が設けられている。バイパス通路１９は、冷媒循環通路１から分岐する分岐部１９ｓ、冷媒循環通路１に合流する合流部１９ｈを介して、冷媒循環通路１に連通しており、室外熱交換器１４を迂回させて冷媒を流すものである。
【００５４】
また、冷媒循環通路１において、室外熱交換器１４の下流側（室内暖房運転時における下流側）の部分であり、かつ、バイパス通路１９の合流点１９ｈよりも上流側の部分には、逆止弁７２が介装されている。この逆止弁７２は、室外熱交換器１４側から合流点１９ｈ側に流れる冷媒の流れを許容し、合流点１９ｈ側から室外熱交換器１４側に流れる冷媒の流れを遮断するものである。また、上記開閉弁７１を制御する制御手段７５が設けられている。
【００５５】
バイパス通路１９には、冷媒を膨張させてガス化させる機能をもつ膨張弁１８と、蒸発用熱交換器６７が直列に設けられている。蒸発用熱交換器６７はプレート状熱交換器であり、加熱源としてのガスエンジンの廃熱で加熱されたエンジン冷却水（媒体）が流れる水通路と、バイパス通路１９を流れてアキュムレータ１２に向かう冷媒が流れる冷媒通路とをもつ。そして、冷媒通路の冷媒と水通路のエンジン冷却水とを熱交換して、アキュムレータ１２に向かう冷媒をエンジン冷却水の熱で蒸発させるものである。図４に示すように、室外熱交換機１４及び蒸発用熱交換器６７は互いに並列的な位置関係とされている。
【００５６】
室内を暖房運転するときについて説明を加える。燃料ガスによりガスエンジン１１が駆動すると、コンプレッサ１３が駆動し、ガス状の冷媒がコンプレッサ１３で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった冷媒は、コンプレッサ１３から矢印Ａ１方向に吐出され、四方弁６２のポート６２ｄ、６２ｃを通り、矢印Ａ２方向、矢印Ａ３方向に流れて室内熱交換器１７に至り、室内熱交換器１７で室内の空気と熱交換されて室内に熱を放出し、室内を加熱する。室内熱交換器１７を経た冷媒は、凝縮化つまり液化が進行している。
【００５７】
室内熱交換器１７を経た冷媒は、分岐部１９ｓを経て矢印Ａ４方向と矢印Ａ５方向とに分岐する。矢印Ａ４方向に流れた冷媒は、開閉弁を経てポート１４ｕから室外熱交換器１４に至る。そして室外熱交換器１４の冷媒は外気の熱を得てガス化が進行する。更に冷媒は室外熱交換器１４のポート１４ｄから吐出され、四方弁６２のポート６２ａ、６２ｂ、逆止弁７２を通り、合流部１９ｈに向かう。
【００５８】
また、分岐部１９ｓから矢印Ａ５方向（図４参照）に流れた冷媒は、バイパス通路１９を流れ、膨張弁１８に至り、膨張弁１８で膨張されてガス化が進行する。更に膨張弁１８を経た冷媒は、蒸発用熱交換器６７を流れる。この蒸発用熱交換器６７はプレート熱交換器で形成されている。蒸発用熱交換器６７内の冷媒は、温水であるエンジン冷却水により熱交換されてガス化が進行する。更に蒸発用熱交換器６７を経た冷媒は、合流部１９ｈで室外熱交換器１４を経た冷媒と合流する。合流した冷媒は、矢印Ａ６、Ａ７方向に流れ、アキュムレータ１２に帰還する。
【００５９】
第２実施形態例は、基本的には第１実施形態例と同様の作用効果を有する。即ち、暖房運転時に外気の温度が設定温度よりも低いときには、室外熱交換器１４は外気から熱を十分に得ることができない。よって、室外熱交換器１４は蒸発器としての機能が損なわれるばかりか、室外熱交換器１４の冷媒の熱が外気に奪われ、暖房能力が低下するおそれがある。
【００６０】
そこで、本実施形態によれば、暖房運転時に外気の温度が設定温度よりも低いときには、制御手段７５は、前述同様に開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行する。このように開閉弁７１が閉鎖されるため、室外熱交換器１４の上流側の冷媒がポート１４ｕから室外熱交換器１４内へ流入することが抑えられる。また、逆止弁７２によって、バイパス通路１９の冷媒が合流点１９ｈ側から室外熱交換器１４の下流側へ逆流することが抑えられる。このため室外熱交換器１４に流れる冷媒の量を減少させることができ、これにより外気の温度が低いときにおいて室外熱交換器１４の冷媒の熱が低温の外気に奪われることが抑えられ、ひいては暖房能力の低下が確実に抑えられる。
【００６１】
また、開閉弁７１の閉鎖により室外熱交換器１４の上流側の冷媒が室外熱交換器１４内へ流入することが抑えられると、暖房に寄与できる冷媒の流量が低下するおそれがある。この点本実施形態によれば、冷媒循環通路１に連通するバイパス通路１９が室外熱交換器１４に対して並列に設けられている。そして室外熱交換器１４に流入できなくなった冷媒は、バイパス通路１９を矢印Ａ５方向に通過するため、暖房に寄与できる冷媒の流量が確保される。この意味においても暖房能力の低下が抑えられる。
【００６２】
上記した閉弁操作を実行すると、冷媒が室外熱交換器１４に流れることが抑えられるため、他方の流路であるバイパス通路１９に流れる冷媒の流量が増加する。この点本実施形態によれば、制御手段７５は、開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行するとき、膨張弁１８の開度を増加させる開度増加操作を実行することが好ましい。このように膨張弁１８の開度を増加させれば、暖房に寄与できる冷媒の流量が減少することを抑制でき、暖房能力の低下を抑制できる。
【００６３】
（第２適用例）
図５は、第２実施形態例を適用した第２適用例を示す。第２適用例は第１適用例と共通の構成を有する。第２適用例と共通する部位には共通の符号を付する。図５に示すように、室外熱交換器１４の上流側（暖房運転時における上流側）を開閉する開閉弁７１が設けられている。本適用例では、図５に示すように、室外熱交換器１４は、複数個並列に配置された室外熱交換器１４Ａ、１４Ｂで形成されている。このため、開閉弁７１は、複数個並列に配置された室外熱交換機１４Ａ、１４Ｂを共に開閉制御することができる。
【００６４】
更に図５に示すように、室外熱交換器１４に対して並列なバイパス通路１９が設けられている。バイパス通路１９は冷媒循環通路１と分岐する分岐部１９ｓ、冷媒循環通路１に合流する合流部１９ｈを介して、冷媒循環通路１に連通するものであり、室外熱交換器１４を迂回させて冷媒を流すものである。バイパス通路１９には、冷媒を膨張させてガス化させる機能をもつ膨張弁１８と、蒸発用熱交換器６７とが直列に設けられている。蒸発用熱交換器６７は、冷媒とエンジン冷却水とを熱交換し、アキュムレータ１２に向かう冷媒を蒸発させるものである。蒸発用熱交換器６７は二重管熱交換器ではなく、プレート状熱交換器とされている。図５に示すように、室外熱交換器１４及び蒸発用熱交換器６７は並列的な位置関係とされている。
【００６５】
本実施形態によれば、暖房運転及び冷房運転は基本的には前記した適用例１の場合と同様に実行される。室内を暖房運転するときについて説明を加える。燃料ガスによりガスエンジン１１が駆動すると、コンプレッサ１３が駆動し、ガス状の冷媒がコンプレッサ１３で圧縮され、高温高圧となった冷媒は、コンプレッサ１３から矢印Ａ１方向に吐出され、オイルセパレータ６１、四方弁６２のポート６２ｄ、６２ｃを通り、矢印Ａ２方向、矢印Ａ３方向に流れて室内熱交換器１７に至り、室内熱交換器１７で室内の空気と熱交換されて室内に熱を放出し、室内を加熱する。
【００６６】
室内熱交換器１７を経た冷媒は、膨張弁２１、ボールバルブ６５Ａに至り、分岐部１９ｓにより矢印Ａ４方向と矢印Ａ５方向（図５参照）とに分岐する。矢印Ａ４方向に流れた冷媒は、開閉弁７１、逆止弁８０、キャピラリ８１を経てポート１４ｕから室外熱交換器１４（１４Ａ，１４Ｂ）に至る。そして、室外熱交換器１４（１４Ａ、１４Ｂ）の冷媒は外気の熱を得てガス化が進行する。更に冷媒は室外熱交換器１４（１４Ａ、１４Ｂ）を経て、四方弁６２のポート６２ａ、６２ｂを通り、合流部１９ｈに向かう。
【００６７】
また分岐部１９ｓから矢印Ａ５方向に流れた冷媒は、バイパス通路１９を流れ、膨張弁１８に至り、膨張弁１８で膨張されてガス化が進行し、更に膨張弁１８を経た冷媒は、蒸発用熱交換器６７を流れる。蒸発用熱交換器６７内の冷媒は、温水であるエンジン冷却水により熱交換されてガス化が進行する。更に蒸発用熱交換器６７を経た冷媒は、合流部１９ｈで、室外熱交換器１４（１４Ａ、１４Ｂ）を経た冷媒と合流する。合流した冷媒は矢印Ａ６方向、矢印Ａ７方向に流れ、アキュムレータ１２の帰還ポート１２ｃに帰還する。
【００６８】
第２適用例においても、基本的には第１適用例と同様の作用効果が得られる。即ち、暖房運転時に外気の温度が冷媒温度よりも低いときには、室外熱交換器１４は外気から熱を十分に得ることができないので、室外熱交換器１４は蒸発器としての機能が損なわれるばかりか、室外熱交換器１４の冷媒の熱が外気に奪われ、暖房能力が低下するおそれがある。そこで本実施例によれば、暖房運転時における外気の温度が設定温度又は室外熱交換器１４を通る冷媒の温度よりも低いときには、制御手段７５は、前述同様に開閉弁７１を閉鎖する閉弁操作を実行する。このため室外熱交換器１４の冷媒が減少または無くなり、室外熱交換器１４の冷媒の熱が外気に奪われることが抑えられ、ひいては外気の温度が室外熱交換器１４を流れる冷媒温度よりも低いときにおいて暖房能力の低下が確実に抑えられる。
【００６９】
（その他）
上記した実施形態１、２、適用例１，２によれば、蒸発用熱交換器６７の冷媒を加熱する加熱源としては、燃料ガスで駆動するガスエンジン１１とされているが、これに限らず、ガソリンや軽油等の液体燃料で駆動するエンジンとしても良く、また、他の燃料で駆動するエンジンとしても良く、さらには、ボイラー燃料電池、ガスタービンを採用し、ボイラー、燃料電池、ガスタービンで生成される熱で過熱された温水により蒸発用熱交換器６７の冷媒を加熱することもできる。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更して実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態例における、ガスエンジン駆動式の空気調和機を模式的に示す概念図である。
【図２】第１実施形態例を具体化した第１適用例に係り、ガスエンジン駆動式の空気調和機の配管を模式的に示す概念図である。
【図３】エンジン冷却水の流れる配管を模式的に示す概念図である。
【図４】本発明の第２実施形態例における、ガスエンジン駆動式の空気調和機を模式的に示す概念図である。
【図５】第２実施形態例を具体化した第２適用例に係り、ガスエンジン駆動式の空気調和機の配管を模式的に示す概念図である。
【符号の説明】
【００７１】
図中、１は冷媒循環通路、１１がガスエンジン（エンジン、加熱源）、１３はコンプレッサ、１４は室外熱交換器、１７は室内熱交換器、６７は蒸発用熱交換器、７１は開閉弁、７２は逆止弁、７５は制御手段を示す。
【図１】
2005283025.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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