(57)【要約】  複数の圧縮機を並列に接続した空気調和装置において、求められる負荷の大きさにかかわらず高効率運転が可能な空気調和装置を提供する。  ガスエンジン１０３により駆動する第一圧縮機１０１と、第一圧縮機１０１と並列に接続され、第一圧縮機１０１と能力の異なる第二圧縮機１０２と、室内熱交換器２０１と室外熱交換器１０６との間に設けられる冷媒液管１１５と、冷媒液管１１５と第一圧縮機の吸入管１３４と第二圧縮機の吸入管１３５とを接続するバイパス管１１４と、バイパス管１１４に設けられ、ガスエンジン１０３の排熱を冷媒に移動させる排熱回収熱交換器１１２と、排熱回収熱交換器１１２の下流に設けられ、第一圧縮機１０１または第二圧縮機１０２に選択的に冷媒を供給可能な第一開閉手段１１９および第二開閉手段１２０からなる切替手段と、第一圧縮機の吸入管１３４とバイパス管１１４との接続部１３６より上流に設けられる第一逆止弁１２１、および第二圧縮機１０２とバイパス管１１４との接続部１３７より上流に設けられる第二逆止弁１２２からなる流入防止手段と、を備えた。
2018097124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンにより駆動する第一圧縮機と、
前記第一圧縮機と並列に接続され、前記第一圧縮機と能力の異なる第二圧縮機と、
室内熱交換器と室外熱交換器との間に設けられる冷媒液管と、
前記冷媒液管と前記第一圧縮機の吸入管と前記第二圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管と、
前記バイパス管に設けられ、前記ガスエンジンの排熱を冷媒に移動させる排熱回収熱交換器と、
前記排熱回収熱交換器の下流に設けられ、前記第一圧縮機または前記第二圧縮機に選択的に冷媒を供給可能な切替手段と、
前記第一圧縮機の吸入管と前記バイパス管との接続部より上流、または前記第二圧縮機と前記バイパス管との接続部より上流のいずれか一方または双方に設けられ、前記バイパス管から流入する冷媒が通過することを防止する流入防止手段と、を備えることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記バイパス管は、前記排熱回収熱交換器の下流において第一分岐管および第二分岐管に分岐し、
前記第一分岐管は、前記第一圧縮機の吸入管に接続され、
前記第二分岐管は、前記第二圧縮機の吸入管に接続され、
前記切替手段は、前記第一分岐管に設けられる第一開閉手段と、前記第二分岐管に設けられる第二開閉手段と、からなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記流入防止手段は、逆止弁であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンにより駆動する圧縮機を搭載した空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、室外ユニットに容量の異なる複数の圧縮機を搭載し、それぞれの圧縮機に対応して設けられた複数の駆動手段と、求められる負荷の大きさに応じて前記複数の圧縮機を個々に駆動させたり、組み合わせて駆動させたりする制御手段を備えた空気調和装置が提案されている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５６９３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、暖房運転時、室外熱交換器において屋外の空気から熱を汲み上げながら、ガスエンジンの排熱を利用して冷媒の加熱を行うと、二つの圧縮機が吸入する冷媒の圧力は、吸熱源となる空気とガスエンジン冷却水のうち、温度がより低い室外熱交換器の圧力に揃うこととなり、排熱利用熱交換器では、吸熱源であるエンジン冷却水温度に対して温度差が大きくなる。
一般的に暖房時の屋外空気温度は０〜１０℃程度であることから、室外熱交換器において空気から熱を汲み上げるためには、冷媒の蒸発圧力を−５〜５℃程度の飽和蒸気圧力とする必要がある。一方、エンジン冷却水温度は６０〜７０℃程度であるので、排熱利用熱交換器において熱を汲み上げるためには、冷媒の蒸発圧力を室外熱交換器での圧力に対し、十分上げても可能であるが、室外熱交換器の冷媒出口と排熱利用熱交換器の出口が圧縮機の吸入配管で合流する構成においては、冷媒の蒸発圧力を室外熱交換器と排熱利用熱交換器とで個別に設定することはできない。このため、排熱利用熱交換器の冷媒の蒸発圧力も−５〜５℃程度の飽和蒸気圧力とする必要がある。排熱利用熱交換器では、吸熱源と冷媒の温度差が大きい、すなわち吸熱源の温度に適した冷媒の蒸発圧力とはならず、圧力を無駄に低下させて蒸発を行わせているため、圧縮機により昇圧させるための圧縮動力が余計に必要となり、効率的な運転ができない、という課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、暖房時の、特に求められる空調負荷が高い場合の消費エネルギーを低減させた空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この明細書には、２０１６年１１月２４日に出願された日本国特許出願・特願２０１６−２２８１４２の全ての内容が含まれる。
上記の課題を解決するため、本発明の空気調和装置は、ガスエンジンにより駆動する第一圧縮機と、前記第一圧縮機と並列に接続され、前記第一圧縮機と能力の異なる第二圧縮機と、室内熱交換器と室外熱交換器との間に設けられる冷媒液管と、前記冷媒液管と前記第一圧縮機の吸入管と前記第二圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられ、前記ガスエンジンの排熱を冷媒に移動させる排熱回収熱交換器と、前記排熱回収熱交換器の下流に設けられ、前記第一圧縮機または前記第二圧縮機に選択的に冷媒を供給可能な切替手段と、前記第一圧縮機の吸入管と前記バイパス管との接続部より上流、または前記第二圧縮機と前記バイパス管との接続部より上流のいずれか一方または双方に設けられ、前記バイパス管から流入する冷媒が通過することを防止する流入防止手段と、を備えることを特徴とする。
これにより、暖房運転時、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。空気熱交換器と排熱回収熱交換器の吸熱源はそれぞれ空気（外気）とエンジン排熱冷却水であり、外気温度に対し、エンジン冷却水の温度は高温であるため、空気熱交での冷媒の蒸発圧力に対し、排熱回収熱交での冷媒の蒸発圧力は高くなる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の空気調和装置では、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となる。
排熱回収熱交換器で蒸発する冷媒の圧力を、空気熱交換器において蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させる、すなわち暖房時に空気調和装置が消費するエネルギーを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の実施形態における空気調和装置の冷凍サイクル図
【図２】図２は、実施形態における空気調和装置のガスエンジン駆動圧縮機と電動モータ駆動圧縮機の負荷の大きさによる最適運転比率
【図３】図３は、従来の冷凍サイクル動作点と本実施形態における冷凍サイクル動作点の比較するモリエル線図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
第一の発明による空気調和装置は、ガスエンジンにより駆動する第一圧縮機と、前記第一圧縮機と並列に接続され、前記第一圧縮機と能力の異なる第二圧縮機と、室内熱交換器と室外熱交換器との間に設けられる冷媒液管と、前記冷媒液管と前記第一圧縮機の吸入管と前記第二圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管と、前記バイパス管に設けられ、前記ガスエンジンの排熱を冷媒に移動させる排熱回収熱交換器と、前記排熱回収熱交換器の下流に設けられ、前記第一圧縮機または前記第二圧縮機に選択的に冷媒を供給可能な切替手段と、前記第一圧縮機の吸入管と前記バイパス管との接続部より上流、または前記第二圧縮機と前記バイパス管との接続部より上流のいずれか一方または双方に設けられ、前記バイパス管から流入する冷媒が通過することを防止する流入防止手段と、を備えたものである。
これにより、暖房運転時、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。室外熱交換器と排熱回収熱交換器の吸熱源はそれぞれ空気（外気）とエンジン排熱冷却水であり、外気温度に対し、エンジン冷却水の温度は高温であるため、室外熱交換器での冷媒の蒸発圧力に対し、排熱回収熱交換器での冷媒の蒸発圧力は高くなる。
室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となる。
排熱回収熱交換器で蒸発する冷媒の圧力を、室外熱交換器で蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させる、すなわち暖房時に空気調和装置が消費するエネルギーを小さくすることができる。
【０００９】
第二の発明による空気調和装置は、前記バイパス管は、前記排熱回収熱交換器の下流において第一分岐管および第二分岐管に分岐し、前記第一分岐管は、前記第一圧縮機の吸入管に接続され、前記第二分岐管は、前記第二圧縮機の吸入管に接続され、前記切替手段は、前記第一分岐管に設けられる第一開閉手段と、前記第二分岐管に設けられる第二開閉手段と、からなるものである。
この発明においても、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となる。
排熱回収熱交換器で蒸発する冷媒の圧力を、室外熱交換器で蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させる、すなわち暖房時に空気調和装置が消費するエネルギーを小さくすることができる。
【００１０】
第三の発明による空気調和装置は、前記流入防止手段は、逆止弁とした。
この発明によれば、室外熱交換器において蒸発する冷媒と排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒とを、合流させずに別々の圧縮機に吸入させるにあたり、排熱回収熱交換器を通過した冷媒を第一圧縮機または第二圧縮機に供給するために切替手段を切替えるのみでよい。
この場合、室外熱交換器を通過した冷媒は排熱回収熱交換器を通過した冷媒よりも低圧となるため、流入防止手段として逆止弁を設けておくことにより、室外熱交換器を通過した冷媒は、排熱回収熱交換器を通過した冷媒が流入しない側の圧縮機に流れる。
また、開閉弁よりも安価な逆止弁により、コストを削減できる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施形態における空気調和装置３００の回路図を示すものである。
本発明の実施形態に係る空気調和装置３００は、室外ユニット１００と、室内ユニット２００と、を備えている。
室外ユニット１００は、ガスを駆動源とするガスエンジン１０３と、ガスエンジン１０３により駆動力を得て冷媒を圧縮する第一圧縮機１０１と、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２と、を備える。第一圧縮機１０１は、第二圧縮機１０２よりも容量が大きいものが選定されている。
なお、第二圧縮機１０２は、ガスエンジンにより駆動力を得て冷媒を圧縮する圧縮機としてもよい。
【００１３】
第一圧縮機１０１の吐出配管と第二圧縮機１０２の吐出配管とが合流した合流吐出配管１２３には、オイルセパレータ１０４が備えられている。このオイルセパレータ１０４は、第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２の吐出冷媒ガスに含まれるオイルを分離する。
オイルセパレータ１０４において分離されたオイルは、第一圧縮機の吸入管１３４および第二圧縮機の吸入管１３５に、図示しないオイル戻し配管を通って戻される。
オイルセパレータ１０４下流には、四方弁１０５が備えられている。四方弁１０５は、冷房と暖房で冷凍サイクルを切替えるためのものである。なお、図１において、実線に冷媒を流す場合は暖房運転、点線に冷媒を流す場合は冷房運転となる。
【００１４】
合流吐出配管１２３は、室内ユニット２００内において、室内熱交換器２０１の一端に接続されている。室内ユニット２００は、室内熱交換器２０１と、室内送風ファン２０２と、室内減圧装置２０３と、を備える。
室内熱交換器２０１の他端に接続された冷媒配管１３０は、室内減圧装置２０３および室外減圧装置１０８を介して、室外ユニット１００内において室外熱交換器１０６の一端に接続されている。
冷媒配管１３０のうち、室内減圧装置２０３と室外減圧装置１０８との間の配管を、冷媒液管１１５と定義する。
室外熱交換器１０６の風下側には、ラジエータ１１１が備えられており、室外ファン１０７によりエンジン冷却水の放熱が行われる。
【００１５】
室外熱交換器１０６の他端に接続される吸入配管１３３は、四方弁１０５を介して、第一圧縮機の吸入管１３４および第二圧縮機の吸入管１３５に分岐する。第一圧縮機の吸入管１３４は、アキュムレータ１０９を介して、第一圧縮機１０１の吸入口に接続されている。第二圧縮機の吸入管１３５は、アキュムレータ１１０を介して、第二圧縮機１０２の吸入口に接続されている。
【００１６】
空気調和装置３００は、冷媒液管１１５と第一圧縮機の吸入管１３４と第二圧縮機の吸入管１３５とを接続するバイパス管１１４を備える。
このバイパス管１１４には、減圧装置１１３が設けられている。減圧装置１１３の下流には、ガスエンジン１０３の排熱を冷媒に移動させる排熱回収熱交換器１１２が設けられている。減圧装置１１３および排熱回収熱交換器１１２を設けているため、空気調和装置３００は、暖房時、冷媒はエンジン冷却水からも吸熱できる。
【００１７】
バイパス管１１４は、排熱回収熱交換器１１２の下流に設けられるバイパス分岐部１１６において、第一分岐管１１７と第二分岐管１１８とに分岐している。第一分岐管１１７は、第一圧縮機の吸入管１３４に接続されている。第二分岐管１１８は、第二圧縮機の吸入管１３５に接続されている。第一分岐管１１７は、第一開閉手段１１９を備える。第二分岐管１１８は、第二開閉手段１２０を備える。
第一開閉手段１１９には、例えば、開閉弁を用いることができる。
第二開閉手段１２０には、例えば、開閉弁を用いることができる。
【００１８】
第一開閉手段１１９と第二開閉手段１２０とは、切替手段を構成している。
第一開閉手段１１９および第二開閉手段１２０の開閉を調整することにより、排熱回収熱交換器１１２を通過した冷媒を、第一圧縮機１０１または第二圧縮機１０２に選択的に供給することができる。
【００１９】
なお、切替手段として、例えば、バイパス分岐部１１６に三方弁などの切替弁を用いてもよい。
また、例えば、切替手段は、第一開閉手段１１９と第二開閉手段１２０のうち、どちらか一方のみとしてもよい。
【００２０】
第一圧縮機の吸入管１３４と第一分岐管１１７との接続部１３６よりも上流の位置には、第一逆止弁１２１が備えられている。第二圧縮機の吸入管１３５と第二分岐管１１８との接続部１３７よりも上流の位置には、第二逆止弁１２２が備えられている。
【００２１】
第一逆止弁１２１と第二逆止弁１２２とは、流入防止手段を構成している。
この第一逆止弁１２１および第二逆止弁１２２により、室外熱交換器１０６から供給される圧力の低い冷媒側に、室外熱交換器１０６から供給される冷媒よりも圧力が高い排熱回収熱交換器１１２から供給される冷媒が逆流することを防止できる。
【００２２】
流入防止手段は、第一分岐管１１７から第一圧縮機の吸入管１３４に流れる冷媒が、吸入配管１３３に逆流することを防止できるものであればよい。また、流入防止手段は、第二分岐管１１８から第二圧縮機の吸入管１３５に流れる冷媒が、吸入配管１３３に逆流することを防止できるものであればよい。
流入防止手段には、例えば、第一逆止弁１２１に替えて第一開閉弁を用い、第二逆止弁１２２に替えて第二開閉弁を用いることができる。
また、例えば、流入防止手段として、吸入配管１３３、第一圧縮機の吸入管１３４、および第二圧縮機の吸入管１３５の３つの配管が接続される箇所に、三方弁などの切替弁を用いてもよい。
【００２３】
次に、室外ユニット１００、室内ユニット２００の動作について図１を用い、冷房運転、暖房運転およびそれぞれの運転状態において、求められる負荷の大きさに分けて説明する。
【００２４】
（冷房運転低負荷時）
冷房運転の低負荷時においては、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２のみが駆動される。第一開閉手段１１９、第二開閉手段１２０は閉じられる。四方弁１０５は点線に冷媒を流すように設定される。
【００２５】
第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０８を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。
【００２６】
室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１１０を通って、第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。
【００２７】
（冷房運転中負荷時）
冷房運転の中負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１が駆動される。第一開閉手段１１９、第二開閉手段１２０は閉じられる。四方弁１０５は点線に冷媒を流すように設定される。
【００２８】
第一圧縮機１０１により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０８を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。
【００２９】
室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻り、上記過程を繰り返す。
なお、ガスエンジン１０３において生じた排熱は、図示しないエンジン冷却水とポンプにより、ラジエータ１１１へ運ばれ、外気と熱交換し、再びガスエンジン１０３に戻る。
【００３０】
（冷房運転高負荷時）
冷房運転の高負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２の両方が駆動される。第一開閉手段１１９、第二開閉手段１２０は閉じられる。四方弁１０５は点線に冷媒を流すように設定される。
【００３１】
第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４に流入した冷媒は、オイルが分離された純度の高いガス冷媒となり、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０８を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。
【００３２】
室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５を介して第一圧縮機の吸入管１３４または第二圧縮機の吸入管１３５に流れる。第一圧縮機の吸入管１３４に流れたガス冷媒は、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻り、上記過程を繰り返す。第二圧縮機の吸入管１３５に流れたガス冷媒は、アキュムレータ１１０を通って、第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。
なお、ガスエンジン１０３において生じた排熱は、図示しないエンジン冷却水とポンプにより、ラジエータ１１１へ運ばれ、外気と熱交換し、再びガスエンジン１０３に戻る。
【００３３】
（暖房運転低負荷時）
暖房運転の低負荷時においては、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２のみが駆動される。第一開閉手段１１９、第二開閉手段１２０は閉じられる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。
【００３４】
第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
【００３５】
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、室外減圧装置１０８にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１０６において外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となり、四方弁１０５、アキュムレータ１１０を通って、第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。
【００３６】
（暖房運転中負荷時）
暖房運転の中負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１が駆動される。第一開閉手段１１９、第二開閉手段１２０は閉じられる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。
【００３７】
第一圧縮機１０１により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
【００３８】
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、室外減圧装置１０８にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となる。その後、四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻り、上記過程を繰り返す。
【００３９】
（暖房運転極低温時）
暖房運転の極低温時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２が駆動される。第一開閉手段１１９、第二開閉手段１２０は開けられ、室外減圧装置１０８は閉じられる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。
【００４０】
第一圧縮機１０１、および第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
【００４１】
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、バイパス管１１４を流れ、減圧装置１１３にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１１２に流入する。気液二相状態の冷媒は、エンジン冷却水と熱交換して吸熱したのち蒸発し、中温中圧のガス冷媒となる。その後、中温中圧のガス冷媒は、バイパス分岐部１１６にて分岐され、一部の冷媒は第一分岐管１１７を流れ、第一開閉手段１１９、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻り、上記過程を繰り返す。残りの冷媒は、第二分岐管１１８を流れ、第二開閉手段１２０、アキュムレータ１１０を通って、第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。
この際、室外減圧装置１０８は閉じられるため、室外熱交換器１０６に冷媒は流れない。これは、外気温度が低いため、室外熱交換器１０６に霜が付くのを防止するためである。
【００４２】
（暖房運転高負荷時）
暖房運転の高負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２が駆動される。第一開閉手段１１９は閉じられ、第二開閉手段１２０は開かれる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。
【００４３】
第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４に流入した冷媒は、オイルが分離された純度の高いガス冷媒となり、四方弁１０５を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
【００４４】
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、一部がバイパス管１１４に流入する。バイパス管１１４に流入しなかった残りの液冷媒は、室外減圧装置１０８にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。その後四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻る。
【００４５】
バイパス管１１４に流入した液冷媒は、減圧装置１１３にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１１２に流入する。排熱回収熱交換器１１２に流入した気液二相状態の冷媒は、図示しないエンジン冷却水から吸熱したのち蒸発し、中温中圧のガス冷媒となる。中温中圧のガス冷媒は、バイパス分岐部１１６、第二分岐管１１８を通り、第二圧縮機１０２に戻る。ここで、第一開閉手段１１９は閉じられているため、中温中圧のガス冷媒は、第二分岐管１１８を介して第二圧縮機の吸入管１３５に流れることとなり、第二圧縮機の吸入管１３５には第二逆止弁１２２が設けられていることから、中温中圧のガス冷媒が第一圧縮機１０１に吸入されることはない。
【００４６】
したがって、第一圧縮機１０１には室外熱交換器１０６において蒸発した低温低圧のガス冷媒が戻り、高温高圧のガス冷媒に圧縮される。第二圧縮機１０２には排熱回収熱交換器１１２において蒸発した中温中圧のガス冷媒が戻り、高温高圧のガス冷媒に圧縮され、上記過程を繰り返す。
【００４７】
暖房極低温時と暖房高負荷時の運転は、外気温度によって切り分ける。例えば、外気温度が０℃を下回る場合においては、室外熱交換器１０６が着霜する可能性が高くなることから、暖房極低温時の運転パターンを選択し、室外熱交換器１０６において吸熱を行わずに排熱回収熱交換器１１２からのみ吸熱を行うことにより着霜を回避する。外気温度が０℃以上の場合は、暖房高負荷時の運転パターンを選択し、室外熱交換器１０６における吸熱と、排熱回収熱交換器１１２における吸熱を併用するようにする。
【００４８】
上記の空気調和装置３００においては、図２に示すように、空調負荷が小さければ電動モータにより駆動される第二圧縮機１０２のみを駆動し、空調負荷が中程度であればガスエンジンにより駆動される第一圧縮機１０１のみを駆動し、空調負荷が高い場合はガスエンジンにより駆動される第一圧縮機１０１を最大出力で駆動し、不足分を電動モータにより駆動される第二圧縮機１０２により補うことで最も高いエネルギー効率が得られることが発明者らの試算結果、および実機評価結果から判明している。
従来の空気調和装置においても、同様の説明がされているが、従来の空気調和装置においては、暖房運転において空調負荷が高い場合、室外熱交換器において屋外の空気から熱を汲み上げながら、ガスエンジンの排熱を利用して冷媒の加熱を行う。二つの圧縮機が吸入する冷媒の圧力は、吸熱源となる空気とガスエンジン冷却水のうち、吸熱源の温度がより低い室外熱交換器の圧力に揃うこととなり、排熱利用熱交換器では、吸熱源であるエンジン冷却水温度に対して冷媒との温度差が大きくなる。
【００４９】
一般的に暖房時の屋外空気温度は０〜１０℃程度であることから、室外熱交換器において空気から熱を汲み上げるためには、冷媒の蒸発圧力を−５〜５℃程度の飽和蒸気圧力とする必要がある。一方、エンジン冷却水温度は６０〜７０℃程度であるので、排熱利用熱交換器において熱を汲み上げるためには、冷媒の蒸発圧力を室外熱交換器での圧力に対し、十分上げても可能である。もっとも、室外熱交換器の冷媒出口と排熱利用熱交換器の出口とを圧縮機の吸入配管において合流する構成とした場合には、冷媒の蒸発圧力を室外熱交換器と排熱利用熱交換器で個別に設定することはできない。このため、室外熱交換器の冷媒出口と排熱利用熱交換器の出口とを圧縮機の吸入配管において合流する構成とした場合には、排熱利用熱交換器の冷媒の蒸発圧力も−５〜５℃程度の飽和蒸気圧力とする必要がある。排熱利用熱交換器では、吸熱源と冷媒の温度差が大きい、すなわち吸熱源の温度に適した冷媒の蒸発圧力とはならず、圧力を無駄に低下させて蒸発を行わせているため、圧縮機により再度昇圧させるための圧縮動力が余計に必要となり、効率的な運転ができない、という課題があった。
【００５０】
本実施の形態に係る空気調和装置３００においては、暖房運転時において空調負荷が高い場合、ガスエンジンにより駆動する第一圧縮機１０１により低温低圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮し、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２により中温中圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮する構成としている。このため、図３の本実施例のモリエル線図に示すように、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２の吸込み圧力は、従来例の場合の吸込み圧力よりも高くなり、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２の圧縮比（高圧/低圧）が低くなるので、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２が消費するエネルギーを従来例に比べ小さくすることができる。
【００５１】
なお、本実施例においては、暖房高負荷時に、低温低圧のガス冷媒をガスエンジンにより駆動する第一圧縮機１０１に吸入させ、中温中圧のガス冷媒を電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２に吸入させたが、低温低圧のガス冷媒を電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２に吸入させ、中温中圧のガス冷媒をガスエンジンにより駆動とする第一圧縮機１０１に吸入させても良い。さらに、第一、第二圧縮機ともにガスエンジンにより駆動させても良い。
【００５２】
本実施例に対し、冷媒液管１１５から二つのバイパス管を有して、排熱回収熱交換器を二つ並列に設け、一方をガスエンジンにより駆動する圧縮機の吸入管に、他方を電動モータにより駆動する圧縮機の吸入管に接続し、それぞれの圧縮機の吸入管におけるバイパス管の接続部より上流に開閉弁を設ける構成とすることで、本実施例と同様に、第一圧縮機における冷媒の吸入圧力と、第二圧縮機における冷媒の吸入圧力を個別に設定することが可能である。
ただし、上記例では、排熱回収熱交換器が並列に設けられるため、それぞれの吸熱源となるエンジン冷却水の回路を二系統設ける必要があり、冷却水回路が複雑になる。さらに、双方の排熱回収熱交換器を同時に利用する場合（本実施例では暖房極低温時の場合）、一方の排熱回収熱交換器において冷却水量の過不足が生じると、その影響を受け、他方の排熱回収熱交換器における冷却水量にも過不足が生じることとなる。
例えば、一方の排熱回収熱交換器に過剰な冷却水が供給されると、他方の排熱回収熱交換器の冷却水量が不足し、冷却水量が不足した排熱回収熱交換器では冷媒の蒸発が十分行えず、液バックが生じ、圧縮機の故障につながる恐れがある。また、冷却水量が過剰に供給された排熱回収熱交換器においては、冷媒が過度に加熱され、冷媒の吐出温度が高温となることで、圧縮機の潤滑をまかなうオイルが劣化したり、電動モータが駆動源である場合には、モータが損傷したりするなど、信頼性に問題がある。
したがって、第一圧縮機１０１における冷媒の吸入圧力と、第二圧縮機１０２における吸入圧力を個別に設定する場合には、本実施例のように、排熱回収熱交換器１１２を一つとし、排熱回収熱交換器１１２を通過した冷媒の流路を分岐し、第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２のそれぞれに接続することが望ましい。
【００５３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ガスエンジン１０３により駆動する第一圧縮機１０１と、第一圧縮機１０１と並列に接続され、第一圧縮機１０１と能力の異なる第二圧縮機１０２と、室内熱交換器２０１と室外熱交換器１０６との間に設けられる冷媒液管１１５と、冷媒液管１１５と第一圧縮機の吸入管１３４と第二圧縮機の吸入管１３５とを接続するバイパス管１１４と、バイパス管１１４に設けられ、ガスエンジン１０３の排熱を冷媒に移動させる排熱回収熱交換器１１２と、排熱回収熱交換器１１２の下流に設けられ、第一圧縮機１０１または第二圧縮機１０２に選択的に冷媒を供給可能な第一開閉手段１１９および第二開閉手段１２０からなる切替手段と、第一圧縮機の吸入管１３４とバイパス管１１４との接続部１３６より上流に設けられる第一逆止弁１２１、および第二圧縮機１０２とバイパス管１１４との接続部１３７より上流に設けられる第二逆止弁１２２からなる流入防止手段と、を備えている。
これにより、暖房運転時において空調負荷が高い場合、ガスエンジン１０３により駆動する第一圧縮機１０１により低温低圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮し、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２により中温中圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮するため、室外熱交換器１０６において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器１１２において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となる。
すなわち、排熱回収熱交換器１１２において蒸発する冷媒の圧力を、室外熱交換器において蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器１１２において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させる、すなわち暖房時に空気調和装置３００が消費するエネルギーを小さくすることができる。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、バイパス管１１４は、排熱回収熱交換器１１２の下流において第一分岐管１１７および第二分岐管１１８に分岐し、第一分岐管１１７は、第一圧縮機の吸入管１３４に接続され、第二分岐管１１８は、第二圧縮機の吸入管１３５に接続され、切替手段は、第一分岐管１１７に設けられる第一開閉手段１１９と、第二分岐管１１８に設けられる第二開閉手段１２０と、からなるものである。
この発明においても、室外熱交換器１０６において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器１１２において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となる。
排熱回収熱交換器１１２で蒸発する冷媒の圧力を、室外熱交換器１０６で蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器１１２において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させる、すなわち暖房時に空気調和装置３００が消費するエネルギーを小さくすることができる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、流入防止手段として、第一逆止弁１２１および第二逆止弁１２２を用いた。
そのため、室外熱交換器１０６において蒸発する冷媒と排熱回収熱交換器１１２において蒸発する冷媒とを、合流させずに別々の圧縮機に吸入させるにあたり、排熱回収熱交換器１１２を通過した冷媒を第一圧縮機１０１または第二圧縮機１０２に供給するために切替手段としての第一開閉手段１１９および第二開閉手段１２０を切替えるのみでよい。
この場合、室外熱交換器１０６を通過した冷媒は排熱回収熱交換器１１２を通過した冷媒よりも低圧となるため、第一逆止弁１２１および第二逆止弁１２２を設けておくことにより、室外熱交換器１０６を通過した冷媒は、排熱回収熱交換器１１２を通過した冷媒が流入しない側の圧縮機に流れる。
また、第一逆止弁１２１および第二逆止弁１２２を用いることにより、開閉弁を用いる場合よりもコストを削減できる。
【００５６】
以上、本実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。あくまでも本発明の実施の態様を例示するものであるから、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において任意に変更、及び応用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかる空気調和装置は、空調負荷に応じて、圧縮機の駆動源を選択することで、空調負荷によらず、高効率運転をすることが可能な空気調和機として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００  室外ユニット
１０１  第一圧縮機
１０２  第二圧縮機
１０３  ガスエンジン
１０８  室外減圧装置
１１２  排熱回収熱交換器
１１３  減圧装置
１１５  冷媒液管
１１６  バイパス分岐部
１１７  第一分岐管
１１８  第二分岐管
１１９  第一開閉弁（切替手段）
１２０  第二開閉弁（切替手段）
１２１  第一逆止弁（流入防止手段）
１２２  第二逆止弁（流入防止手段）
１３４  第一圧縮機の吸入管
１３５  第二圧縮機の吸入管
２００  室内ユニット
２０３  室内減圧装置
３００  空気調和装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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