(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを燃料とするエンジンで駆動される圧縮手段と、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、冷媒を減圧又は絞る減圧手段と、冷媒の循環路を切替える冷媒循環路切替手段とを有して冷暖房を行うガスヒートポンプエアコンにおいて、冷媒が前記エンジンを冷却する冷却水と熱交換する冷却水熱交換器を有し、かつ、前記圧縮手段が第１圧縮機と第２圧縮機とから形成され且つ前記エンジンとは直列につながれて、前記減圧手段が第１減圧器と第２減圧器とから形成されて、冷房運転時は前記第１圧縮機と第２圧縮機とが並列運転を行い、暖房運転時は前記第１圧縮機と第２圧縮機とが直列並列運転を行い前記第２圧縮機が第１圧縮機の後段側になるように前記冷媒循環路切替手段が冷媒の循環路を切替えると共に、この暖房運転時は前記減圧手段に流入した冷媒が前記第１減圧器と第２減圧器とに分流して、前記第１減圧器に流入した冷媒は前記室外熱交換器で熱交換した後前記圧縮手段に戻り、前記第２減圧器に流入した冷媒は前記冷却水熱交換器で冷却水と熱交換した後前記第２圧縮機に供給されるようにしたことを特徴とするガスヒートポンプエアコン。
【請求項２】
前記循環路切替手段が、前記第１圧縮機及び第２圧縮機に対応して設けられていることを特徴とする請求項１記載のガスヒートポンプエアコン。
【請求項３】
前記エンジンから流出する冷却水の温度が、所定温度より低くなるのを防止すべく、分流して前記第２減圧器を流動する冷媒量を調節する冷媒量調節手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のガスヒートポンプエアコン。
【請求項４】
前記冷却水熱交換器から流出した冷却水を冷却する冷却水放熱器を備えると共に、前記エンジンから流出する冷却水の温度が、所定温度より低くなるのを防止すべく、前記冷却水熱交換器に流入した冷却水を前記エンジンの供給側に直接バイパスさせる冷却水分流器を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のガスヒートポンプエアコン。
【請求項５】
暖房運転時にあって暖房負荷が小さいときには、前記冷却水熱交換器で冷媒と冷却水との熱交換を行わないようにしたことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載のガスヒートポンプエアコン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、暖房効率を高めたガスヒートポンプエアコン（ＧＨＰエアコン）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、暖房効率等を向上させるために種々の構成が提案され、ＧＨＰエアコンもその一つである。
【０００３】
しかし、今日の地球温暖化防止、省エネルギー推進の要望に対応して、かかるＧＨＰエアコンにおいてもさらなる暖房効率等の向上が模索されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧＨＰエアコンは内熱機関を利用しており、この内熱機関だけで大幅な暖房効率を改善することが困難な状況である。
【０００５】
即ち、暖房運転時に外気とエンジンの廃熱（冷却水）とを熱源としてこれらから熱回収を行うＧＨＰエアコンでは、空気用の蒸発器と冷却水用の蒸発器とを直列接続して暖房効率の改善を図っているが、廃熱の回収量を多くすると蒸発温度が外気温度より高くなり、外気から熱回収ができなくなる等の理由から熱効率の改善には限界があった。
【０００６】
そこで、本発明は、暖房効率をより改善したガスヒートポンプエアコンを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、ガスを燃料とするエンジンで駆動される圧縮手段と、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、冷媒を減圧又は絞る減圧手段と、冷媒の循環路を切替える冷媒循環路切替手段とを有して冷暖房を行うガスヒートポンプエアコンにおいて、冷媒が前記エンジンを冷却する冷却水と熱交換する冷却水熱交換器を有し、かつ、前記圧縮手段が第１圧縮機と第２圧縮機とから形成され且つ前記エンジンとは直列につながれて、前記減圧手段が第１減圧器と第２減圧器とから形成されて、冷房運転時は前記第１圧縮機と第２圧縮機とが並列運転を行い、暖房運転時は前記第１圧縮機と第２圧縮機とが直列並列運転を行い前記第２圧縮機が第１圧縮機の後段側になるように前記冷媒循環路切替手段が冷媒の循環路を切替えると共に、この暖房運転時は前記減圧手段に流入した冷媒が前記第１減圧器と第２減圧器とに分流して、前記第１減圧器に流入した冷媒は前記室外熱交換器で熱交換した後前記圧縮手段に戻り、前記第２減圧器に流入した冷媒は前記冷却水熱交換器で冷却水と熱交換した後前記第２圧縮機に供給されるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２にかかる発明は、循環路切替手段が、第１圧縮機及び第２圧縮機に対応して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３にかかる発明は、エンジンから流出する冷却水の温度が所定温度より低くなるのを防止すべく、分流して第２減圧器を流動する冷媒量を調節する冷媒量調節手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４にかかる発明は、冷却水熱交換器から流出した冷却水を冷却する冷却水放熱器を備えると共に、エンジンから流出する冷却水の温度が所定温度より低くなるのを防止すべく、冷却水熱交換器から流出した冷却水をエンジンの供給側に直接バイパスさせる冷却水分流器を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５にかかる発明は、暖房運転時にあって暖房負荷が小さいときには、冷却水熱交換器で冷媒と冷却水との熱交換を行わないようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明にかかるＧＨＰエアコンの回路図である。
【００１３】
当該ＧＨＰエアコンは、冷媒を圧縮する第１及び第２圧縮機１１（１１ａ，１１ｂ）、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器１２、冷媒を減圧又は絞る第１及び第２減圧器１３（１３ａ，１３ｂ）、冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器１４、気液混合冷媒を貯留して液冷媒を回路に戻す受液器１５、気液混合冷媒を貯留してガス冷媒を回路に戻す気液分離器１６、第１及び第２圧縮機１１に対応して設けられて冷凍サイクル又はヒートポンプサイクルを形成するように冷媒の循環路を切換える第１及び第２四方弁１７（１７ａ，１７ｂ）等を有している。
【００１４】
そして、第１及び第２圧縮機が圧縮手段を構成し、第１及び第２減圧器が減圧手段を構成し、第１及び第２四方弁が冷媒循環路切替手段を構成している。
【００１５】
さらに、当該ＧＨＰエアコンは、ガスを燃料として第１及び第２圧縮機１１を駆動するエンジン３１、このエンジン３１の排気ガスと冷却水とを熱交換させる排ガス熱交換器３２、冷却水と冷媒とを熱交換させる冷却水熱交換器３３、冷却水を循環させるポンプ３４、冷却水と外気とを熱交換させる冷却水放熱器３５、冷却水の温度調整を行う第１三方弁３６等を有している。
【００１６】
このような構成で、冷房運転を行うときは、冷媒が実線矢印の方向に循環するように第１四方弁１７及び第２四方弁１７を切換えて冷凍サイクルを形成する。このとき、第２減圧器１３は完全に絞られた状態（冷媒が流動しない状態）となる。
【００１７】
これにより、第１圧縮機１１ａ及び第２圧縮機１１ｂは並列運転するようになり、これらの圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、配管合流点Ｐ１で合流して室外熱交換器１２に供給されて外気と熱交換する。
【００１８】
この室外熱交換器１２で冷媒は凝縮し、第１減圧器１３ａで減圧又は絞られて受液器１５に貯留され、そのうち液冷媒のみが室内熱交換器１４に供給されて蒸発する。室内熱交換器１４で冷媒が蒸発する際の蒸発熱は室内空気から与えられ、これにより室内空気が冷却されて室内が冷房される。
【００１９】
その後、冷媒は第１四方弁１７ｂを介して気液分離器１６に供給され、ここでガス冷媒が抽出されて第１及び第２圧縮機１１に戻り冷凍サイクルを一巡する。
【００２０】
一方、暖房運転時には、第２減圧器１３も作用させると共に、エンジン３１が駆動されて冷却水が循環するようになる。そして、冷媒が点線方向に循環するように四方弁１７が切換えられてヒートポンプサイクルが形成され、またポンプ３４が動作して一点鎖線の方向に流動する。
【００２１】
これにより第１圧縮機１１ａと第２圧縮機１１ｂとは直列接続状態となり、第１圧縮機１１ａで圧縮された冷媒は第１四方弁１７ａを介して第２圧縮機１１ｂに供給され、当該第２圧縮機１１ｂで圧縮されて第２四方弁１７ｂを介して室内熱交換器１４に供給される。
【００２２】
室内熱交換器１４に供給された冷媒は、室内空気と熱交換して凝縮し、受液器１５に貯留された後、液冷媒が回路に戻される。
【００２３】
その後、冷媒は分岐点Ｐ３で分流し、一部の冷媒は第１減圧器１３ａで減圧又は絞られて室外熱交換器１２に供給され、当該室外熱交換器１２で外気と熱交換して蒸発し、第１及び第２四方弁１７を介して配管合流点Ｐ２で合流して気液分離器１６に供給されて、ここでガス冷媒のみが抽出されて圧縮機１１に戻る。
【００２４】
一方、分岐点Ｐ３で分岐した他方の冷媒は第２減圧器１３ｂに供給され、ここで減圧又は絞られて冷却水熱交換器３３に供給されて、冷却水と熱交換して圧縮機１１に戻る。
【００２５】
このとき、冷却水はポンプ３４で圧送されて排ガス熱交換器３２に供給されて、ここでエンジン３１の排ガスと熱交換し、その後エンジン３１に供給されて当該エンジン３１を冷却する。
【００２６】
そして、冷却水は、冷却水熱交換器３３で冷媒と熱交換して第１三方弁３６を介してポンプ３４に戻る。
【００２７】
なお、冷却水は冷却水熱交換器３３で冷媒と熱交換することにより熱を失い温度が下がるが、十分に温度が下がらない場合には、冷却水を冷却水放熱器３５に供給して当該冷却水放熱器３５で外気と熱交換させて冷却するようになっている。
【００２８】
従って、冷媒には室外熱交換器１２を介して外気から熱回収が行われると共に、冷却水熱交換器３３を介して冷却水からも熱回収が行われるので暖房効率を向上させることが可能になる。
【００２９】
また、暖房運転時には第１及び第２圧縮機１１が二段圧縮機を構成するので、各圧縮機１１の圧縮比を小さくすることができて圧縮効率を向上させることが可能になる。
【００３０】
ところで、エンジン３１から流出する冷却水の温度が過冷却にならないように所定温度（例えば７０度）に設定することが好ましい。このため、エンジン３１から流出する冷却水の温度を検出し、これに基づき第２減圧器１３ｂに分流する冷媒量を調節する冷媒量調節手段を設けることが好ましい。
【００３１】
しかし、このように分岐する冷媒量を調整すると冷媒が冷却水から回収する熱量も変動し、それに伴い暖房効率も変化してしまう。
【００３２】
そこで、図２に示すように、ポンプ３４の供給側とエンジン３１の出口側との間に第２三方弁（冷却水温度調節手段）３７を設けて、冷却水が排ガス等から十分に熱回収できるようにする事が可能である。
【００３３】
無論、暖房負荷が小さいときには、冷却水熱交換器３３で冷媒と冷却水との熱交換を行わないようにしてもよい。
【００３４】
次に、上記構成による暖房効率の向上について説明する。図３は、上記構成におけるモリエル線図を示した図であり、図４は従来構成の場合におけるモリエル線図を示した図である。
【００３５】
図４における暖房能力δは、δ＝（ｈ１２−ｈ１３）×循環冷媒量で表せる。従って、図３においてｈ４−ｈ５＝ｈ１２−ｈ１３が成立し、かつ、循環冷媒量が等しければ従来と同じ暖房能力を有することになる。
【００３６】
なお、循環冷媒量を同じにするためには、例えば第１圧縮機と第２圧縮機との排除容積を同じにし（従来構成の１／２）、第２圧縮機におけるサクションの冷媒比容積を従来の１／２に等しくなるように中間圧を制御すればよい。
【００３７】
また、ｈ１２−ｈ１３＝（ｈ２−ｈ１）＋（ｈ４−ｈ３）とすると、循環冷媒量は低圧側が１／２となり、圧縮機の駆動力を２５％節約することができるようになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１にかかる発明によれば、ガスを燃料とするエンジンで駆動される圧縮手段と、冷媒と室外空気とを熱交換させる室外熱交換器と、冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、冷媒を減圧又は絞る減圧手段と、冷媒の循環路を切替える冷媒循環路切替手段とを有して冷暖房を行うガスヒートポンプエアコンにおいて、冷媒が前記エンジンを冷却する冷却水と熱交換する冷却水熱交換器を有し、かつ、前記圧縮手段が第１圧縮機と第２圧縮機とから形成され且つ前記エンジンとは直列につながれて、前記減圧手段が第１減圧器と第２減圧器とから形成されて、冷房運転時は前記第１圧縮機と第２圧縮機とが並列運転を行い、暖房運転時は前記第１圧縮機と第２圧縮機とが直列並列運転を行い前記第２圧縮機が第１圧縮機の後段側になるように前記冷媒循環路切替手段が冷媒の循環路を切替えると共に、この暖房運転時は前記減圧手段に流入した冷媒が前記第１減圧器と第２減圧器とに分流して、前記第１減圧器に流入した冷媒は前記室外熱交換器で熱交換した後前記圧縮手段に戻り、前記第２減圧器に流入した冷媒は前記冷却水熱交換器で冷却水と熱交換した後前記第２圧縮機に供給されるようにしたので、暖房効率をより改善することが可能になる。
【００３９】
請求項２にかかる発明によれば、循環路切替手段が、第１圧縮機及び第２圧縮機に対応して設けられたので、少なくとも暖房運転時にはこれらを直列接続して、その中間圧部に冷却水から熱回収した冷媒を供給することができるようになり暖房効率をより改善することが可能になる。
【００４０】
請求項３にかかる発明によれば、第２減圧器を流動する冷媒量を調節する冷媒量調節手段を設けたので、エンジンから流出する冷却水の温度が所定温度より低くなるのを防止することができるようになって、暖房効率をより改善することが可能になる。
【００４１】
請求項４にかかる発明によれば、冷却水熱交換器から流出した冷却水をエンジンの供給側に直接バイパスさせる冷却水分流器を設けたので、エンジンから流出する冷却水の温度が所定温度より低くなるのを防止することができるようになって、暖房効率をより改善することが可能になる。
【００４２】
請求項５にかかる発明によれば、暖房運転時にあって暖房負荷が小さいときには、冷却水熱交換器で冷媒と冷却水との熱交換を行わないようにしたので、圧縮機の容量を従来の半分で運転することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の説明に適用されるガスヒートポンプエアコンの回路図である。
【図２】他の実施の形態の説明に適用される回路図である。
【図３】本発明にかかるガスヒートポンプエアコンのモリエル線図である。
【図４】従来の構成におけるガスヒートポンプエアコンのモリエル線図である。
【符号の説明】
１１ａ（１１）  第１圧縮機
１１ｂ（１１）  第２圧縮機
１２  室外熱交換器
１３ａ（１３）  第１減圧器
１３ｂ（１３）  第２減圧器
１４  室内熱交換器
１７ａ（１７）  第１四方弁
１７ｂ（１７）  第２四方弁
３１  エンジン
３２  排ガス熱交換器
３３  冷却水熱交換器
３４  ポンプ
３５  冷却水放熱器
３５  冷却水熱交換器
３６  第１三方弁
３７  第２三方弁
【図１】
0004380834.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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