(57)【要約】【課題】圧縮機を駆動するエンジンにおける燃料燃焼時のＮＯｘ生成量を低減し、エンジンの燃費を向上させることのできる空気調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機１５、室外熱交換器１９、室外膨張弁２０及び室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅを備え、圧縮機１５にガスエンジン４０を連結し、このガスエンジン４０に空気圧縮機６２を連結し、空気圧縮機６２により圧縮された空気の酸素濃度を濃縮する酸素濃縮器６０を備え、ガスエンジン４０が圧縮機１５と共に、空気圧縮機６２を駆動し、酸素濃縮器６０により酸素濃度が濃縮された濃縮酸素空気をガスエンジン４０の吸気側としての空気供給管４７に供給する。【選択図】図２
2012193938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、室外熱交換器、膨張手段及び室内熱交換器を備え、
前記圧縮機に圧縮機駆動用エンジンを連結し、
前記圧縮機駆動用エンジンに空気圧縮機を連結し、
前記空気圧縮機により圧縮された空気の酸素濃度を濃縮する酸素濃縮器を備え、
前記圧縮機駆動用エンジンが前記圧縮機を駆動すると共に、前記空気圧縮機を駆動し、前記酸素濃縮器により酸素濃度が濃縮された濃縮酸素空気を前記圧縮機駆動用エンジンの吸気側に供給すること、
を特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
圧縮機、室外熱交換器、膨張手段及び室内熱交換器を備え、
前記圧縮機に第１クラッチを介して圧縮機駆動用エンジンを連結し、
前記圧縮機駆動用エンジンに第２クラッチを介して空気圧縮機を連結し、
前記空気圧縮機により圧縮された空気の酸素濃度を濃縮する酸素濃縮器を備え、
前記圧縮機駆動用エンジンを起動し、第１の所定時間経過後、前記第１クラッチを連結して前記圧縮機を駆動し、この圧縮機の駆動から第２の所定時間経過後、前記第２クラッチを連結して前記空気圧縮機を駆動し、前記酸素濃縮器により酸素濃度が濃縮された濃縮酸素空気を前記圧縮機駆動用エンジンの吸気側に供給すること、
を特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項２記載の空気調和装置において、
前記圧縮機駆動用エンジンの駆動を停止させるときは、前記第２クラッチにより前記空気圧縮機と前記圧縮機駆動用エンジンとの連結を解除して、前記空気圧縮機の駆動を停止させた後に、当該圧縮機駆動用エンジンの駆動を停止させること、
を特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記圧縮機駆動用エンジンと前記空気圧縮機とはクラッチを介して連結され、
前記圧縮機駆動用エンジンの負荷に応じて、前記クラッチによる前記圧縮機駆動用エンジンと前記空気圧縮機とが連結され、または前記クラッチによる前記圧縮機駆動用エンジンと前記空気圧縮機との連結が解除されること、
を特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和装置において、
前記圧縮機駆動用エンジンの排気ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出センサーを備え、
前記酸素濃度検出センサーにより検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、前記吸気側に供給する濃縮酸素空気の量が調整されること、を特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧縮機をエンジンで駆動する空気調和装置に関し、特に圧縮機をガスエンジンで駆動する空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスエンジンで圧縮機を駆動する空気調和装置では、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）を主成分とする液化石油ガス（ＬＰＧ）や、メタン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン、ブタンを主成分とする都市ガス（１３Ａ）等の気体燃料を使用している。これらの燃料ガスは、構成元素に窒素（Ｎ）を含まないため、燃料ガス自体の燃焼反応では、二酸化炭素と水とが生成されるのみである。しかし、高温・高圧で燃料ガスを燃焼させる際に、大気中に含まれる窒素の酸化反応が同時に起こり、窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成される。大気汚染防止法ではＮＯｘの排出基準が定められており、ＮＯｘの排出量の低減が求められている。このため、従来、ガスエンジン駆動式の空気調和装置では、排ガスからＮＯｘ等を触媒を用いて除去したり（例えば、特許文献１参照）、水に溶解させて除去するための排気ガス浄化槽等を設ける（例えば、特許文献２参照）などの措置が行われていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７５０１９号公報
【特許文献２】特開平１１−２９４８９３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、上記従来の方法は、いずれも排ガス中に含まれるＮＯｘを排ガスから除去するための方法であり、ＮＯｘ自体の生成量を低減することは行われていなかった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機をエンジンで駆動する空気調和装置において、燃料燃焼時に生成されるＮＯｘ量を低減することのできる空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、圧縮機、室外熱交換器、膨張手段及び室内熱交換器を備え、前記圧縮機に圧縮機駆動用エンジンを連結し、前記圧縮機駆動用エンジンに空気圧縮機を連結し、前記空気圧縮機により圧縮された空気の酸素濃度を濃縮する酸素濃縮器を備え、前記圧縮機駆動用エンジンが前記圧縮機を駆動すると共に、前記空気圧縮機を駆動し、前記酸素濃縮器により酸素濃度が濃縮された濃縮酸素空気を前記圧縮機駆動用エンジンの吸気側に供給すること、を特徴とする空気調和装置を提供する。
上記構成によれば、圧縮機駆動用エンジンには、大気よりも酸素濃度の高い空気が供給されるため、燃料の燃焼を効率よく行うことができ燃費を向上させることができる。また、濃縮酸素空気から燃料の燃焼に必要な酸素量を得ることで、大気のみから燃焼に必要な酸素量を得る場合と比して、圧縮機駆動用エンジンにおける大気の吸気量を減らすことができる。これにより、燃料を燃焼させる際の窒素濃度を減少させることができ、燃料燃焼時における窒素酸化物の生成量自体を低減させることができ、エンジンの排ガス中のＮＯｘ量を削減することができる。
ここで、酸素濃縮器は、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式の酸素濃縮器や酸素富化膜方式の酸素濃縮器等の、圧縮機により圧縮された空気、換言すれば、加圧下において、圧縮空気（高圧空気）の供給を受けて大気よりも酸素濃度の高い濃縮酸素空気を生成するものが使用される。この際、上記構成では、空気圧縮機を圧縮機駆動用エンジンに接続して、この圧縮機駆動用エンジンにより空気圧縮機を駆動するので、空気圧縮機を駆動させるための動力源を空気調和装置に別途設ける必要がなく、構成を簡素にすることができる。
【０００６】
本発明の第２の態様は、圧縮縮機、室外熱交換器、膨張手段及び室内熱交換器を備えた空気調和装置において、前記圧縮機に第１クラッチを介して圧縮機駆動用エンジンを連結し、前記圧縮機駆動用エンジンに第２クラッチを介して空気圧縮機を連結し、前記空気圧縮機により圧縮された空気の酸素濃度を濃縮する酸素濃縮器を備え、前記圧縮機駆動用エンジンを起動し、第１の所定時間経過後、前記第１クラッチを連結して前記圧縮機を駆動し、この圧縮機の駆動から第２の所定時間経過後、前記第２クラッチを連結して前記空気圧縮機を駆動し、前記酸素濃縮器により酸素濃度が濃縮された濃縮酸素空気を前記圧縮機駆動用エンジンの吸気側に供給すること、を特徴とする空気調和装置を提供する。
上記構成によれば、酸素濃縮器により酸素濃度が濃縮された濃縮酸素空気は、圧縮機駆動用エンジンの吸気側に供給される。すなわち、圧縮機駆動用エンジンには、大気よりも酸素濃度の高い空気が供給されるため、燃料の燃焼を効率よく行うことができ燃費を向上させることができる。また、濃縮酸素空気から燃料の燃焼に必要な酸素量を得ることで、大気のみから燃焼に必要な酸素量を得る場合と比して、圧縮機駆動用エンジンにおける大気の吸気量を減らすことができる。これにより、燃料を燃焼させる際の窒素濃度を減少させることができ、燃料燃焼時における窒素酸化物の生成量自体を低減させることができ、エンジンの排ガス中のＮＯｘ量を削減することができる。
また、上記構成によれば、圧縮機駆動用エンジンを起動してから第１の所定時間経過後、第１クラッチを連結して圧縮機を駆動し、この圧縮機の駆動から第２の所定時間経過後、第２クラッチを接続して空気圧縮機を駆動するので、圧縮機駆動用エンジンの負荷が急激に高くなるのを防止することができる。これにより、エンジンストールや過回転異常等を防ぐことができ、圧縮機起動用エンジンをスムーズに起動させることができる。
ここで、酸素濃縮器は、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）方式の酸素濃縮器や酸素富化膜方式の酸素濃縮器等の、圧縮機により圧縮された空気、換言すれば、加圧下において作動し、圧縮空気を用いて大気よりも酸素濃度の高い濃縮酸素空気を生成するものが使用される。この際、上記構成では、第２クラッチを介して空気圧縮機を圧縮機駆動用エンジンに接続して、この圧縮機駆動用エンジンにより空気圧縮機を駆動するので、空気圧縮機を駆動させるための動力源を空気調和装置に別途設ける必要がなく、構成を簡素にすることができる。
【０００７】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記圧縮機駆動用エンジンの駆動を停止させるときは、前記第２クラッチにより前記空気圧縮機と前記圧縮機駆動用エンジンとの連結を解除して、前記空気圧縮機の駆動を停止させた後に、当該圧縮機駆動用エンジンの駆動を停止させること、を特徴とする。
上記構成によれば、圧縮機駆動用エンジンの駆動を停止させるときには、第２クラッチにより空気圧縮機と圧縮機駆動用エンジンとの連結を解除して、空気圧縮機の駆動を停止させた後に、当該圧縮機駆動用エンジンの駆動を停止させるので、エンジンの負荷が急激に変わるのを防止して、エンジンストールや過回転異常等を防ぐことができる。
【０００８】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記圧縮機駆動用エンジンと前記空気圧縮機とはクラッチを介して連結され、前記圧縮機駆動用エンジンの負荷に応じて、前記クラッチによる前記圧縮機駆動用エンジンと前記空気圧縮機とが連結され、または前記クラッチによる前記圧縮機駆動用エンジンと前記空気圧縮機との連結が解除されること、を特徴とする。
上記構成によれば、圧縮機駆動用エンジンと空気圧縮機とはクラッチを介して連結され、圧縮機駆動用エンジンの負荷に応じて、クラッチによる圧縮機駆動用エンジンと空気圧縮機とが連結され、またはクラッチによる圧縮機駆動用エンジンと空気圧縮機との連結が解除される。このため、空調負荷が高い場合等、エンジンの負荷が高くなる場合には、空気圧縮機に対する圧縮機駆動用エンジンの動力の伝達を遮断して、ガスエンジン４０が過負荷となるのを防止することができる。
【０００９】
本発明の第５の態様は、第１〜第４のいずれか一の態様において、前記圧縮機駆動用エンジンの排気ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度検出センサーを備え、前記酸素濃度検出センサーにより検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、前記吸気側に供給する濃縮酸素空気の量が調整されること、を特徴とする。
上記構成によれば、酸素濃度検出センサーによりエンジンの排気ガスに含まれる酸素濃度を検出することができる。この酸素濃度検出センサーにより検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、圧縮機駆動用エンジンの燃費が向上するように、吸気側に供給する濃縮酸素空気の量が調整されるので、圧縮機駆動用エンジンにおける燃料の燃焼状態に応じて、適切な量の濃縮酸素空気を供給することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧縮機をエンジンで駆動する空気調和装置において、燃料燃焼時に生成されるＮＯｘ量を低減し、エンジンの燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る空気調和装置の冷媒回路および冷却水回路の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のガスエンジンの吸気系の構成を示す模式図である。
【図３】ガスエンジン、圧縮機、空気圧縮機の運転状態を示す図である。
【図４】第２の実施の形態のガスエンジンの吸気系の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態のガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式の空気調和装置１００の構成を示す図である。まず、空気調和装置１００の冷媒回路１０の構成を説明する。但し、図１において冷媒回路１０は実線で示している。
図１に示す空気調和装置１００は、室外に設置される室外機１１と、室内に設置される複数台（例えば５台）の室内機１２Ａ〜１２Ｅとを有し、室外機１１の室外冷媒配管１３と室内機１２Ａ〜１２Ｅの各室内冷媒配管１４Ａ〜１４Ｅとが連結されている。
図１に示す様に、室外冷媒配管１３には圧縮機１５が配設されている。圧縮機１５は、第１クラッチ４０Ａを介してガスエンジン４０（圧縮機駆動用エンジン）に連結され、このガスエンジン４０により動力が伝達されて駆動される。室外冷媒配管１３の圧縮機１５の吸込側には、アキュムレータ１６が配設されており、吐出側にはオイルセパレーター１７を介して四方弁１８、室外熱交換器１９、室外膨張弁２０（膨張手段）、サブクーラ２１、ドライコア２２が順次配設されている。また、室外膨張弁２０はバイパス管２３によりバイパスされており、このバイパス管２３には逆止弁２４が配設されている。また、室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２５が隣接して配置されている。また、室外熱交換器１９に隣接して後述するラジエータ５４が配置されている。
【００１３】
また、室外冷媒配管１３の冷媒高圧側（圧縮機１５の吐出側）と冷媒低圧側（図示の例ではアキュムレータ１６の手前）との間には、オイル戻し管２６およびバイパス弁２７が接続されている。また、室外冷媒配管１３には、閉鎖弁２８Ａ、２８Ｂが設けられている。さらに、室外冷媒配管１３には、圧力スイッチＳ１、高圧側の圧力センサーＳ２、及び低圧側の圧力センサーＳ３が設けられている。
【００１４】
一方、各室内機１２Ａ〜１２Ｅは、各室内冷媒配管１４Ａ〜１４Ｅにそれぞれ室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅが配設される。また、各室内冷媒配管１４Ａ〜１４Ｅには、各室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅの近傍にそれぞれ室内膨張弁３０Ａ〜３０Ｅが配設される。各室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅには、それぞれ室内ファン３１Ａ〜３１Ｅが隣接して配置されており、各室内ファン３１Ａ〜３１Ｅはそれぞれ各室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅに送風する。
【００１５】
空気調和装置１００では、四方弁１８を切り替えることにより、冷房運転または暖房運転が切り替えられる。四方弁１８が冷房側に切り替えられたときには、図１に示す実線矢印に沿って冷媒が流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅが蒸発器になり、各室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅが室内を冷房する冷房運転状態となる。冷房運転時では、空調負荷に応じて、室内膨張弁３０Ａ〜３０Ｅのそれぞれの弁開度が調整される。
また、四方弁１８が暖房側に切り替えられたときには、図１に示す破線矢印に沿って冷媒が流れ、室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって各室内熱交換器２９Ａ〜２９Ｅが室内を暖房する暖房運転状態となる。暖房運転時では、空調負荷に応じて、室外膨張弁２０及び室内膨張弁３０Ａ〜３０Ｅのそれぞれの弁開度が調整される。
【００１６】
次に、ガスエンジン４０を冷却するための冷却水回路５０の構成を説明する。但し、図１において冷却水回路５０は、二重線で示している。
冷却水回路５０は、ガスエンジン４０の廃熱を回収するために、冷却水配管５１に排気ガス熱交換器５２と、プレート熱交換器５３と、ラジエータ５４とが設けられている。
ここで、排気ガス熱交換器５２は、ガスエンジン４０の排気ガスと冷却水との間で熱交換させる熱交換器である。プレート熱交換器５３は、冷媒回路１０内の冷媒と冷却水回路５０内の冷却水との間で熱交換を行う冷却水・冷媒熱交換器である。このプレート熱交換器５３は、室外冷媒配管１３の四方弁１８と圧縮機１５との間に配置され、暖房運転時に、プレート熱交換器５３をサブエバポレータとして機能させることにより、暖房能力の維持及び増強を図ることができる。ラジエータ５４は、ガスエンジン４０の排熱を回収した冷却水を冷却させるものである。
【００１７】
また、上記冷却水回路５０は、排気ガス熱交換器５２とガスエンジン４０との間で冷却水が循環する第１冷却水経路５０Ａと、プレート熱交換器５３とガスエンジン４０との間で冷却水が循環する第２冷却水経路５０Ｂと、ラジエータ５４とガスエンジン４０との間で冷却水が循環する第３冷却水経路５０Ｃとを有している。
これらの第１冷却水経路５０Ａ、第２冷却水経路５０Ｂおよび第３冷却水経路５０Ｃは、冷却水配管５１に設けられた第１三方弁５５と、第２三方弁５６により分岐されている。第１三方弁５５の入口５５Ａには、冷却水配管５１を介してガスエンジン４０の冷却水出口４０Ｂが接続され、第１三方弁５５の一方の出口５５Ｂには、冷却水を循環させるための電動式の循環ポンプ５７と排気ガス熱交換器５２とが順次接続されている。第１冷却水経路５０Ａは、図中矢印Ａで示す様に、第１三方弁５５、循環ポンプ５７、排気ガス熱交換器５２を繋ぐ配管経路によって形成される。
【００１８】
第２三方弁５６は流量調整式の三方弁であり、第１三方弁５５を介して流入した高温の冷却水をプレート熱交換器５３とラジエータ５４とのいずれか一方、若しくは、分流比を変更して両方に導く弁である。第２三方弁５６の入口５６Ａには、冷却水配管５１を介して第１三方弁５５の他方の出口５５Ｃが接続されている。また、第２三方弁５６の一方の出口５６Ｂには、冷却水配管５１を介してプレート熱交換器５３が接続されている。さらに、第２三方弁５６の他方の出口５６Ｃには、冷却水配管５１を介してラジエータ５４が接続される。第２冷却水経路５０Ｂは、図中矢印Ｂで示す様に、第１三方弁５５、第２三方弁５６の一方の出口５６Ｂ、プレート熱交換器５３を繋ぐ配管経路によって形成され、第１冷却水経路５０Ａに接続されている。第３冷却水経路５０Ｃは、図中矢印Ｃで示す様に、第１三方弁５５、第２三方弁５６の他方の出口５６Ｃ、ラジエータ５４を繋ぐ配管経路によって形成され、第１冷却水経路５０Ａに接続されている。
また、冷却水回路５０には、冷却水補充弁５８を介してリザーブタンク５９が接続されている。このリザーブタンク５９は、冷却水回路５０内の冷却水が水漏れ等により減少した場合に、冷却水回路５０の内圧が重力により自動的に冷却水が補充されるように調整されている。
【００１９】
次に、図１および図２を参照して、ガスエンジン４０に関連する構成を説明する。図２は、ガスエンジン４０の吸気系に関連する要部の構成を模式的に示した図である。
図１に示す様に、ガスエンジン４０には燃料を供給するための燃料供給装置４１が設けられている。この燃料供給装置４１は、燃料と空気とを混合した混合気をガスエンジン４０の燃焼室に供給する装置である。燃料供給装置４１は、燃料供給配管４２に、燃料遮断弁４３、ゼロガバナ４４、燃料調整弁４５及びステッピングモーター４６が順次配設され、この燃料供給配管４２のステッピングモーター４６の側端部がガスエンジン４０の上記燃焼室に接続される。
【００２０】
燃料遮断弁４３は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁４３が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一的に実施する。
ゼロガバナ４４は、燃料供給配管４２内における当該ゼロガバナ４４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と、２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）とのうち、一次圧ａが変動した場合でも二次圧ｂを予め設定された一定の所定圧になるように調整して、ガスエンジン４０の運転を安定化させるものである。
燃料調整弁４５は、ステッピングモーター４６の上流側から空気供給配管４７を介して空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。
ステッピングモーター４６は、ガスエンジン４０の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン４０の回転数を制御するものである。
【００２１】
次に、ガスエンジン４０の排気系および吸気系の構成を説明する。
まず、ガスエンジン４０の排気系の構成を説明する。ガスエンジン４０の排気側には、図１に示す様に、上述した排気ガス熱交換器５２が付設されており、排気ガス熱交換器５２には、排気ホース５２Ａを介して、排気マフラー５２Ｂが接続されている。この排気マフラー５２Ｂには排気トップ５２Ｃおよび中和装置５２Ｄが接続されている。
排気マフラー５２Ｂは、図示しない消音板を備えており、排気ガス熱交換器５２から排出された排気ガスは消音板に衝突して消音される。排気ガスが消音される際に、排気ガス中の水分が消音板に衝突することにより、ドレン水が生じる。排気マフラー５２Ｂを通過した排気ガスは排気トップ５２Ｃに流入する。排気トップ５２Ｃに流入した排気ガスは排気トップ５２Ｃ内で冷却されて、排気ガス中の水分が凝縮し、ドレン水が生じる。これらのドレン水は、中和装置５２Ｄに導かれる。ドレン水に含まれるＮＯｘ等の大気汚染物質は中和装置５２Ｄにより中和され、無害化される。
【００２２】
次に、ガスエンジン４０の吸気系の構成を説明する。
上述した様に、ステッピングモーター４６の上流側にはガスエンジン４０に空気を吸入する空気供給配管４７が接続されている。この空気供給配管４７の吸込口にはエアフィルター４８が配設されている。
また、空気供給配管４７には、図２に示す様に、濃縮酸素供給管６１を介して酸素濃縮器６０が接続されている。酸素濃縮器６０の空気吸入側６０Ａには、空気圧縮機６２が圧縮空気吐出管６２Ａを介して接続されている。空気圧縮機６２は、ガスエンジン４０の駆動軸４０Ｃに第２クラッチ４０Ｄを介して接続されており、ガスエンジン４０により圧縮機１５と共に駆動される。圧縮機１５の駆動が開始されると、圧縮機１５は空気吸入管７２Ｂから吸入した空気を圧縮して酸素濃縮器６０に圧縮空気を供給する。
【００２３】
酸素濃縮器６０は、空気圧縮機６２から供給される圧縮空気中の酸素濃度を濃縮した濃縮酸素空気を排気するものである。酸素濃縮器６０において濃縮された濃縮酸素空気は、濃縮酸素供給管６１を介して、空気供給配管４７に排気され、ガスエンジン４０には濃縮酸素空気と、エアフィルター４８を介してガスエンジン４０に吸入された外気とが混合されて供給される。この様に、本実施の形態の空気調和装置１００では、ガスエンジン４０に吸入される空気中の酸素濃度を、大気中の酸素濃度よりも高くすることにより、ガスエンジン４０において燃料ガスを効率よく燃焼させて燃費を向上するとともに、ガスエンジン４０に直接吸入される大気の量を削減して、大気中の窒素に由来するＮＯｘの生成量自体を低減することができる。但し、ガスエンジン４０には、この様に、酸素濃度が高められた空気と燃料ガスとが混合された混合気が供給される。
【００２４】
この様な酸素濃縮器６０として、圧縮機により圧縮された空気、換言すれば、加圧下において作動し、圧縮空気を用いて大気よりも酸素濃度の高い濃縮酸素空気を生成する酸素濃縮器を適用することができる。具体的には、窒素を吸着する機能のあるモレキュラーシーブ（molecular sieve；ゼオライトの一種）を用いたＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）式の酸素濃縮器や酸素と窒素とを分離する酸素富化膜を用いて酸素富化膜式の酸素濃縮器を適用することができる。
ＰＳＡ式の酸素濃縮器は、酸素濃度が８７％〜９５％程度の高濃度の濃縮酸素空気を生成することができ、酸素濃度が９７％程度の極めて高濃度の濃縮酸素空気を生成することができるものもある。
酸素富化膜式の酸素濃縮器は、酸素濃度が２８％〜４０％程度の濃縮酸素空気を生成することができる。酸素富化膜を多段使用することにより、より酸素濃縮性能を高めることができる。
ガスエンジン４０に直接吸気される大気の量を減少させて、ＮＯｘの生成量自体を削減するという観点から、酸素富化膜式のものよりもより高濃度の濃縮酸素空気を生成することのできるＰＳＡ式の酸素濃縮器をより好ましく用いることができる。
また、酸素濃縮器６０からガスエンジン４０に供給される濃縮酸素空気の供給流量は、濃縮酸素空気の酸素濃度と、燃料供給配管４２を介してガスエンジン４０に供給される燃料ガスの供給量とに応じて調整される。
【００２５】
以上説明した、ガスエンジン４０、圧縮機１５、空気圧縮機６２及び酸素濃縮器６０の運転は、空気調和装置１００に備えられた制御装置７０により制御される。制御装置７０は、図示しないＣＰＵ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＥＥＰＲＯＭ等に記憶された各種の制御プログラムに従って、空気調和装置１００の空調運転等の各種の制御を行う。
制御装置７０は、図２に示す様に、制御線を介してガスエンジン４０、圧縮機１５、空気圧縮機６２、酸素濃縮器６０と接続されており、これらの機器に各種の制御信号を送出して、これらの動作を制御する。また、ガスエンジン４０と圧縮機１５とを連結する第１クラッチ４０Ａおよびガスエンジン４０と空気圧縮機６２とを連結する第２クラッチ４０Ｄは例えば、電磁式のものを適用することができる。制御装置７０は、第１クラッチ４０Ａを制御して、ガスエンジン４０と圧縮機１５との間の連結又は連結の解除を行う。また、制御装置７０は、第２クラッチ４０Ｄを制御して、ガスエンジン４０と空気圧縮機６２との間の連結又は連結の解除を行う。
【００２６】
次に、図３を参照して、制御装置７０によるガスエンジン４０、圧縮機１５、空気圧縮機６２の運転制御について説明する。図３は、横軸は時間の経過を示し、縦軸は、ガスエンジン４０、圧縮機１５、空気圧縮機６２のそれぞれの運転のオン／オフ状態を示している。但し、（ａ）は、ガスエンジン４０の運転のオン／オフ状態を示し、（ｂ）は圧縮機１５の運転のオン／オフ状態を示し、（ｃ）は空気圧縮機６２の運転のオン／オフ状態を示している。
図３に示すＴ0の時点で、サーモオン信号を含む空調運転の起動信号が入力された場合、制御装置７０の制御の下、ガスエンジン４０がＴ1の時点で駆動を開始する。ガスエンジン４０の駆動開始から第１の所定時間Ｄ1が経過したＴ2の時点において、制御装置７０は、第１クラッチ４０Ａを制御して、ガスエンジン４０と圧縮機１５との間を動力伝達可能に連結し、圧縮機１５の駆動を開始させる。次いで、圧縮機１５の駆動が開始されてから第２の所定時間Ｄ2が経過した時点において、制御装置７０は、第２クラッチ４０Ｄを制御して、ガスエンジン４０と空気圧縮機６２との間を動力伝達可能に連結し、空気圧縮機６２の駆動を開始する。
一方、ガスエンジン４０の駆動を停止させるときは、制御装置７０は、まず、第２クラッチ４０Ｄを制御して、Ｔ4の時点においてガスエンジン４０と空気圧縮機６２との連結を解除し、ガスエンジン４０から空気圧縮機６２に対する動力の伝達を遮断する。そして、制御装置７０は、空気圧縮機６２の駆動を停止させてから、第３の所定時間Ｄ3が経過したＴ5の時点において、圧縮機１５およびガスエンジン４０の駆動を停止させるように制御する。
【００２７】
また、制御装置７０は、ガスエンジン４０の起動時および停止時だけではなく、ガスエンジン４０の負荷が高い場合には、ガスエンジン４０の運転中であっても、適宜、第２クラッチ４０Ｄによるガスエンジン４０と空気圧縮機６２との連結を解除することができる。また、ガスエンジン４０の負荷が軽くなった場合には、再度、ガスエンジン４０と空気圧縮機６２とを第２クラッチ４０Ｄにより連結し、空気圧縮機６２を駆動させてもよい。この様に、ガスエンジン４０の起動時、停止時だけではなく、ガスエンジン４０の運転時にもガスエンジン４０の負荷に応じて、ガスエンジン４０と空気圧縮機６２との連結を適宜解除することで、空調負荷が高い場合等、ガスエンジン４０の負荷が高くなる場合には、空気圧縮機６２に対するガスエンジン４０の動力の伝達を遮断して、過負荷となるのを防止することができる。
【００２８】
以上説明した第１の実施の形態によれば、吸気側としての空気供給配管４７に、濃縮酸素供給管６１を介して濃縮酸素空気を供給し、ガスエンジン４０に大気よりも酸素濃度の高い空気を供給する構成としている。このため、ガスエンジン４０において、燃料ガスを効率よく燃焼させることができ、燃費の向上を図ることができる。また、大気中の酸素濃度は約２１％であり、窒素濃度は約７９％である。酸素濃縮器６０から排気される濃縮酸素空気と、空気供給配管４７を介してガスエンジン４０に吸気される大気とにより、燃料ガスの燃焼に必要な酸素量を得ている。従って、従来の様に、大気のみから燃焼に必要な酸素量を得る場合と比して、ガスエンジン４０における大気の吸気量を減らすことができる。これにより、燃料ガスを燃焼させる際に周囲に存在する空気の窒素濃度を減少させることができ、燃料ガス燃焼時におけＮＯｘの生成量自体を低減させることができ、エンジンの排ガス中のＮＯｘ量を削減することができる。また、排ガスに含まれるＮＯｘ量を従来に比して低減することができるので、中和装置５２ＤにおけるＮＯｘ等の中和剤の消費を低減し、コスト削減を図ることができる。
【００２９】
例えば、空気調和装置１００の所定の運転条件において、ガスエンジン４０に吸気される大気吸入量が、従来、７２７リットル／分であったとする。大気中の酸素濃度は約２１％、窒素濃度は約７９％であるから、ガスエンジン４０に供給される酸素量は、約１５２．６リットル／分となる。このとき、ガスエンジン４０には、同時に、約５７４．３リットル／分の窒素量が供給される。
ここで、酸素濃縮器６０を用いて、仮に、酸素濃度が１００％の濃縮酸素空気を１５リットル／分で供給したとする。この場合、ガスエンジン４０に大気から供給すべき酸素量は、約１３７．６リットル／分となり、大気吸入量を約６６５リットル／分に低減することができる。この様に、酸素濃縮器６０を使用しない場合に比して、ガスエンジン４０に対する大気吸入量を約１０％低減することができるため、ガスエンジン４０に供給される窒素量についても約１０％低減することができる。これにより、ガスエンジン４０において燃料ガスが燃焼する際に、同時に生成されるＮＯｘの生成量を低減することができる。但し、酸素濃縮器６０の酸素濃縮能、すなわち、酸素濃縮器６０から排出される濃縮酸素空気の酸素濃度と、ガスエンジン４０に対する濃縮酸素空気の供給量に応じて、大気吸入量は変化する。
【００３０】
また、上記第１の実施の形態によれば、冷媒を圧縮する圧縮機１５を駆動するガスエンジン４０に、第２クラッチ４０Ｄを介して空気圧縮機６２を駆動する構成としているので、空気圧縮機６２を駆動させるための動力源を空気調和装置１００に別途設ける必要がなく、構成を簡素にすることができる。
【００３１】
さらに、上記第１の実施の形態では、ガスエンジン４０の駆動開始時に、第１の所定時間Ｄ1が経過した後、第１クラッチ４０Ａを接続して圧縮機１５の駆動を開始し、この圧縮機１５の駆動開始から第２の所定時間Ｄ2が経過した後、第２クラッチ４０Ｄを接続して空気圧縮機６２の駆動を開始するので、ガスエンジン４０の負荷が急激に高くなるのを防止することができる。これにより、エンジンストールや過回転異常等を防ぐことができ、ガスエンジン４０をスムーズに起動させることができる。
さらに、上記第１の実施の形態では、ガスエンジン４０の駆動を停止させるときに、まず、第２クラッチ４０Ｄによりガスエンジン４０と空気圧縮機６２との連結を解除して、空気圧縮機６２の駆動を停止させた後に、ガスエンジン４０の駆動を停止させるので、ガスエンジン４０の負荷が急激に変わるのを防止して、エンジンストールや過回転異常等を防ぐことができる。
【００３２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は、本第２の実施の形態のガスエンジン４０の吸気系に関する構成を示す図である。第２の実施の形態において、上記第１の実施の形態と同様に構成される部分には同じ符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態の空気調和装置２００（図１参照）では、ガスエンジン４０に空気を吸入する空気供給配管４７には、酸素濃縮器６０から供給される濃縮酸素空気の流量を調整するための濃縮酸素調整弁６３を介して濃縮酸素供給管６１が接続されている。また、空気供給配管４７は、第１の実施の形態と同様に、燃料調整弁４５を介して燃料供給配管４２が接続されている。また、ガスエンジン４０の排気ホース５２Ａには排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素濃度検出センサー６４が設けられており、酸素濃度検出センサー６４により検出された酸素濃度検出信号は制御装置７０に入力される。第２の実施の形態では、酸素濃縮器６０からガスエンジン４０に供給される濃縮酸素空気の供給流量を、濃縮酸素空気の酸素濃度と、燃料供給配管４２を介してガスエンジン４０に供給される燃料ガスの供給量とに応じて、濃縮酸素調整弁６３の弁開度を調整することにより、ガスエンジン４０の燃費が最適化するように調整される。
【００３３】
制御装置７０は、酸素濃度検出センサー６４により検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、ガスエンジン４０における燃料ガスの燃焼状況を把握し、ガスエンジン４０の燃費が向上するように、濃縮酸素調整弁６３の弁開度および燃料供給配管４２の弁開度が調整される。例えば、予め、排ガス中の酸素濃度と、ガスエンジン４０において燃料ガスの燃焼効率（燃費）との対応関係を実験等により測定しておく。そして、酸素濃度検出センサー６４により検出された酸素濃度があらかじめ設定された第一の基準値よりも高く、酸素が過剰に供給されていると判断される場合には、制御装置７０は、濃縮酸素調整弁６３の弁開度を調整して濃縮酸素空気の供給流量を減少させて、ガスエンジン４０に供給される空気中の酸素濃度を最適化して、ガスエンジン４０の燃費を最適化させる。このとき、同時に、燃料調整弁４５の弁開度を調整して、燃料ガスの供給量を調整することで、より最適な燃費となるように空燃比を最適化してもよい。
また、酸素濃度検出センサー６４により検出された酸素濃度が予め設定された第二の基準値よりも低く、酸素の供給量が足りないと判断される場合には、制御装置７０は、濃縮酸素調整弁６３の弁開度を調整して濃縮酸素空気の供給流量を増加させて、ガスエンジン４０に供給される空気中の酸素濃度を最適化する。ガスエンジン４０に供給される空気中の酸素濃度を最適化して、ガスエンジン４０の燃費を最適化させる。このとき、同時に、燃料調整弁４５の弁開度を調整して、燃料ガスの供給量を調整することで、より最適な燃費となるように空燃比を最適化してもよい。但し、制御装置７０は酸素濃縮器６０から供給される濃縮酸素空気の酸素濃度に関する情報を予め保有しており、弁開度の調整は、酸素濃度検出センサー６４により検出された酸素濃度と、酸素濃縮器６０から供給される濃縮酸素空気の酸素濃度に基づいて行われる。
【００３４】
以上説明した第２の実施の形態によれば、酸素濃度検出センサー６４によりガスエンジン４０の排気ガスに含まれる酸素濃度に基づいて、ガスエンジン４０の燃費が向上するように、ガスエンジン４０に空気を吸入するための空気供給配管４７に供給する濃縮酸素空気の量が調整されるので、ガスエンジン４０における燃料の燃焼状態と濃縮酸素空気の酸素濃度に応じて適切な量の濃縮酸素空気を供給することができる。
【００３５】
以上説明した上記第１の実施形態および第２の実施の形態においては、エンジンとしてガスエンジン４０を用いていたが、これに限られるものではなく、圧縮機１５をエンジンにより駆動する空気調和装置であれば、同様に本発明を適用することができる。
また、以上の説明においては、１台の室外ユニットに対して複数台の室内ユニットが接続された構成について説明したが、１台の室外ユニットに対して１台の室内ユニットを備える空気調和装置についても同様に適用が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  冷媒回路
１１  室外機
１２Ａ〜１２Ｅ  室内機
１５  圧縮機
１８  四方弁
１９  室外熱交換器
２０  室外膨張弁（膨張手段）
２９Ａ〜２９Ｅ  室内熱交換器
４０  ガスエンジン（圧縮機駆動用エンジン）
４０Ａ  第１クラッチ
４０Ｄ  第２クラッチ
４７  空気供給配管（吸気側）
６０  酸素濃縮器
６２  空気圧縮機
７０  制御装置
１００、２００  空気調和装置
Ｄ1  第１の所定時間
Ｄ2  第２の所定時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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