(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスヒートポンプ式空気調和装置のエンジン冷却水系に設置され、ガスエンジンを冷却して流出したエンジン冷却水を加熱するためのエンジン冷却水加熱装置であって、
換気ファンを備えた筐体と、該筐体内に設置されて前記エンジン冷却水を流す管群と、前記筐体内に設置された燃焼器と、該燃焼器に燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給系とを具備し、
所定値以下の低外気温を検出した暖房運転時に、前記燃焼器が燃料及び空気の供給を受けて前記管群の内部を流れるエンジン冷却水を加熱すると共に、
冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるように構成したことを特徴とするエンジン冷却水加熱装置。
【請求項２】
前記燃料がガスエンジンと同一のガス燃料であることを特徴とする請求項１記載のエンジン冷却水加熱装置。
【請求項３】
ガスエンジンを駆動源とする圧縮機で冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、前記ガスエンジンより排出された廃熱をエンジン冷却水に回収すると共に、該エンジン冷却水によって冷媒を加熱して暖房能力を増すように構成されたガスヒートポンプ式空気調和装置において、
前記ガスエンジン下流側のエンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路を形成し、該バイパス流路にガス燃料の燃焼により得られる熱でエンジン冷却水を加熱する請求項１または２記載のエンジン冷却水加熱装置を設けて、暖房運転時に前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水が前記エンジン冷却水加熱装置により加熱されると共に、
前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項４】
前記エンジン冷却水加熱装置が、前記ガスエンジンと同一のガス燃料を燃焼させて加熱する加熱装置であることを特徴とする請求項３記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項５】
前記エンジン冷却水加熱装置は、外気温検出手段が所定値以下の低温を検出した時、または前記ガスエンジンの暖気運転時に作動させることを特徴とする請求項３または４記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項６】
ガスエンジンを駆動源とする圧縮機で冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、前記ガスエンジンより排出された廃熱をエンジン冷却水に回収すると共に、該エンンジン冷却水によって冷媒を加熱して暖房能力を増すように構成され、かつ、前記ガスエンジン下流側のエンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路が形成され、該バイパス流路に請求項１または２記載のエンジン冷却水加熱装置が設けられているガスヒートポンプ式空気調和装置の運転方法であって、
外気温度が所定値以下の低温になった暖房運転時または前記ガスエンジンの暖気運転時に前記加熱手段を作動させ、ガス燃料の燃焼により得られる熱で前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水を加熱すると共に、
前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンを駆動源として冷媒循環用の圧縮機を駆動するガスヒートポンプ式空気調和装置に係り、特に、低外気温時における暖房能力を向上させることができるガスヒートポンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプを利用して冷暖房等の空調運転を行う空気調和装置は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構等の要素を含む冷媒回路を備えている。室内の冷暖房は、冷媒がこの回路を巡る途中で、室内熱交換器及び室外熱交換器において室内の空気（以下「室内気」と呼ぶ）及び外気とそれぞれ熱の交換を行うことによって実現される。また、この冷媒回路には、室外熱交換器による冷媒の熱の受取り（暖房運転時）のみに頼るのではなく、冷媒そのものを直接的に加熱するための冷媒加熱器が設置されることもある。
【０００３】
ところで、近年、上述した冷媒回路中に設けられる圧縮機の動力源として、通常使用されている電動機に代わり、ガスエンジンを利用するものが開発されている。このガスエンジンを利用した空気調和装置は、一般にガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨＰ」と略す）と呼ばれている。このＧＨＰによれば、比較的安価である都市ガス等を燃料として利用できるため、電動機を利用した圧縮機を備えている空気調和装置（以下「ＥＨＰ」と略す）のように、ランニングコストがかさむということがなく、消費者にとってコストダウンが可能となる。
【０００４】
また、ＧＨＰにおいては、たとえば暖房運転時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスやエンジン冷却水の熱（いわゆる廃熱）を冷媒の加熱源として利用すれば、優れた暖房効果を得ることが可能になるとともに、ＥＨＰに比してエネルギの利用効率を高めることができる。ちなみに、この場合において、ＧＨＰのエネルギ利用効率は、ＥＨＰと比較して１．２〜１．５倍ほど高くなる。また、このような仕組みを導入すれば、冷媒回路中において、上述したような冷媒加熱器等の機器を特別に設置する必要がなくなる。
【０００５】
その他、ＧＨＰでは、暖房運転時に必要な室外熱交換器の霜除去動作、いわゆるデフロスト動作についてもガスエンジンの廃熱を利用して実施することができる。一般に、ＥＨＰにおけるデフロスト動作は、暖房運転を停止して一時的に冷房運転を行って室外熱交換器の霜除去を行うようになされている。この場合、室内に対しては冷風が吹き出すことになるから、室内環境の快適性を損なうこととなる。ＧＨＰでは、上記したような事情から連続暖房運転が可能となり、ＥＨＰで懸念されるような問題の発生がない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＧＨＰにおいては、暖房運転時にガスエンジンから排出される高温の排気ガスやエンジン冷却水の廃熱を熱交換器（排気ガス熱交換器や水熱交換器など）に導入し、これを冷媒の加熱源として利用することによって廃熱回収が可能なため、ＥＨＰにはない優れた暖房能力を得られるようになっている。従来のＧＨＰでは、ガスエンジンを出た排気ガスが排気ガス熱交換器を通過する過程で廃熱によってエンジン冷却水を加熱し、さらに、このエンジン冷却水がガスエンジンのウォータージャケット内を流れて冷却する過程においても吸熱して温度上昇する。
このようにしてガスエンジンの廃熱を回収して高温となったエンジン冷却水を水熱交換器に送れば、エンジン冷却水が保有する熱によって冷媒を加熱することができるようになるので、外気温が低い暖房運転時においても、水熱交換器及び室外熱交換器が協働して冷媒を十分に気化させることができる。
【０００７】
しかしながら、上述した廃熱回収によって得られる暖房能力の向上にも限度があるため、換言すれば、回収可能な廃熱量にも限度があるため、低外気温時の暖房能力向上には限界があった。特に、上述したＧＨＰを外気温度の低下が著しい寒冷地で使用するような場合、室外熱交換器における外気からの吸熱量が極端に低下するので、冷媒を十分に気化させるのに必要となる熱量を得ることは困難になる。
従って、寒冷地における暖房運転でも十分な暖房能力を発揮して快適な室内環境を提供できるガスヒートポンプ式空気調和装置とするためには、低外気温時においても冷媒を十分に気化させるだけの熱量を確保して、暖房能力をより一層向上させることが大きな課題となる。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、低外気温時における暖房能力をより一層向上させることができる、ガスヒートポンプ式空気調和装置の提供を目的とするものである。また、本発明は、低外気温時においてもガスヒートポンプ式空気調和装置に十分な暖房能力を発揮させることができる、排気ガス加熱用燃焼装置の提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のエンジン冷却水加熱装置は、ガスヒートポンプ式空気調和装置のエンジン冷却水系に設置され、ガスエンジンを冷却して流出したエンジン冷却水を加熱するためのエンジン冷却水加熱装置であって、換気ファンを備えた筐体と、該筐体内に設置されて前記エンジン冷却水を流す管群と、前記筐体内に設置された燃焼器と、該燃焼器に燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給系とを具備し、所定値以下の低外気温を検出した暖房運転時に、前記燃焼器が燃料及び空気の供給を受けて前記管群の内部を流れるエンジン冷却水を加熱すると共に、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
このようなエンジン冷却水加熱装置によれば、換気ファンを備えた筐体と、該筐体内に設置されて前記エンジン冷却水を流す管群と、前記筐体内に設置された燃焼器と、該燃焼器に燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給系とを具備し、所定値以下の低外気温を検出した暖房運転時に、前記燃焼器が燃料及び空気の供給を受けて前記管群の内部を流れるエンジン冷却水を加熱するように構成したので、管群内を流れるエンジン冷却水を燃焼器により効率よく加熱して温度上昇させることができる。また、エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に燃焼器への燃料供給を停止した状態で換気ファンを運転し、管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるので、外気温度が高い運転条件ではラジエータの能力を向上させて、ガスエンジンのオーバーヒートを防止することができる。
この場合、前記燃料がガスエンジンと同一のガス燃料であることが好ましく、これにより、ガスエンジンと同様の燃料供給系を利用して安価なガス燃料による加熱が可能となる。
なお、最も好ましいエンジン冷却水加熱装置は、いわゆるガス湯沸器であり、市販の製品をそのまま使用することができる。
【００１１】
請求項３に記載のガスヒートポンプ式空気調和装置は、ガスエンジンを駆動源とする圧縮機で冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、前記ガスエンジンより排出された廃熱をエンジン冷却水に回収すると共に、該エンジン冷却水によって冷媒を加熱して暖房能力を増すように構成されたガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジン下流側のエンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路を形成し、該バイパス流路にガス燃料の燃焼により得られる熱でエンジン冷却水を加熱する請求項１または２記載のエンジン冷却水加熱装置を設けて、暖房運転時に前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水が前記エンジン冷却水加熱装置により加熱されると共に、前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されることを特徴とするものである。
【００１２】
このようなガスヒートポンプ式空気調和装置によれば、前記ガスエンジン下流側のエンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路を形成し、該バイパス流路にガス燃料の燃焼により得られる熱でエンジン冷却水を加熱する請求項１または２記載のエンジン冷却水加熱装置を設けて、暖房運転時に前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水が前記エンジン冷却水加熱装により加熱されると共に、前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるようにしたので、必要に応じてエンジン冷却水を加熱してその温度を上昇させ、高温となったエンジン冷却水によって冷媒を加熱して気化を促進し、低外気温時における暖房能力を増すことができる。また、エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に燃焼器への燃料供給を停止した状態で換気ファンを運転し、管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるので、外気温度が高い運転条件ではラジエータの能力を向上させて、ガスエンジンのオーバーヒートを防止することができる。
この場合、前記エンジン冷却水加熱装置が、前記ガスエンジンと同一のガス燃料を燃焼させて加熱する加熱装置であることが好ましく、これにより、ガスエンジンと同様の燃料供給系を利用して安価なガス燃料による加熱が可能となる。
また、上述したガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記エンジン冷却水加熱装置は、外気温検出手段が所定値以下の低温を検出した時、または前記ガスエンジンの暖気運転時に作動させることが好ましい。
【００１５】
請求項６に記載のガスヒートポンプ式空気調和装置の運転方法は、ガスエンジンを駆動源とする圧縮機で冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、前記ガスエンジンより排出された廃熱をエンジン冷却水に回収すると共に、該エンンジン冷却水によって冷媒を加熱して暖房能力を増すように構成され、かつ、前記ガスエンジン下流側のエンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路が形成され、該バイパス流路に請求項１または２記載のエンジン冷却水加熱装置が設けられているガスヒートポンプ式空気調和装置の運転方法であって、外気温度が所定値以下の低温になった暖房運転時または前記ガスエンジンの暖気運転時に前記加熱手段を作動させ、ガス燃料の燃焼により得られる熱で前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水を加熱すると共に、前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されることを特徴とするものである。
【００１６】
このようなガスヒートポンプ式空気調和機の運転方法によれば、外気温度が所定値以下の低温になった暖房運転時または前記ガスエンジンの暖気運転時に前記加熱手段を作動させ、ガス燃料の燃焼により得られる熱で前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水を加熱するようにしたので、エンジン冷却水が高温となるため低外気温時の暖房能力が向上し、また、エンジン冷却水の温度上昇が促進されるため暖機運転時間を短縮することができる。さらに、前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるので、外気温度が高い運転条件ではラジエータの能力を向上させて、ガスエンジンのオーバーヒートを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨＰ」）の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施形態として、ＧＨＰの全体構成例（暖房運転時）を示す系統図であり、大きくは室内機ユニット１と、ガスエンジン駆動の圧縮機等を備えた室外機ユニット１０とを具備して構成されている。なお、１台または複数台設置される室内機ユニット１と室外機ユニット１０との間は、冷媒配管２によって冷媒の循環が可能に接続されている。
【００１８】
室内機ユニット１は、冷房運転時に低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて室内の空気（室内気）から熱を奪うエバポレータとして機能し、暖房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて室内の空気を暖めるコンデンサとして機能する室内熱交換器１ａを備えている。なお、図示の例では、各室内熱交換器１ａ毎に絞り機構１ｂが設けられている。
【００１９】
室外機ユニット１０は、その内部において、二つの大きな構成部分に分割される。
第１の構成部分は、圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室内機ユニット１と共に冷媒回路を形成する部分であり、以後「冷媒回路部」と呼ぶことにする。
第２の構成部分は、圧縮機駆動用のガスエンジンを中心として、これに付随する機器を備えた部分であり、以後「ガスエンジン部」と呼ぶことにする。
【００２０】
冷媒回路部内には、圧縮機１１、室外熱交換器１２、水熱交換器１３、アキュムレータ１４、レシーバ１５、オイルセパレータ１６、絞り機構１７、四方弁１８、電磁弁１９、逆止弁２０、操作弁２１などが具備されている。
圧縮機１１は、後述するガスエンジンＧＥを駆動源として運転され、室内熱交換器１ａまたは室外熱交換器１２のいずれかより吸入される低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。これにより冷房運転時には、外気温が高い場合でも、冷媒は室外熱交換器１２を通して外気に放熱することが可能となる。また、暖房運転時には、室内熱交換器１ａを通して室内気に熱を与えることが可能となる。
【００２１】
室外熱交換器１２は、冷房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデンサとして機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして機能する。つまり、冷暖房それぞれの運転時において、室外熱交換器１２は、先の室内熱交換器１ａとは逆の働きを行うことになる。
また、室外熱交換器１２は、後述するガスエンジＧＥのラジエータ３３と隣接して設置されている。ラジエータ３３は、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水を外気と熱交換して冷却する熱交換器である。従って、たとえば低外気温時に暖房運転を行うような場合には、室外機ファン２２の回転方向を選択切換することにより、エバポレータとして機能する室外熱交換器１２がラジエータ３３を通過して温度上昇した外気と熱交換できるようになるため、その蒸発能力を高めることができる。
【００２２】
水熱交換器１３は、後述するガスエンジンＧＥのエンジン冷却水から冷媒が熱を回収するために設けられている。すなわち、暖房運転時において、冷媒は室外熱交換器１２における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水からも廃熱を回収することができるようになるため、暖房運転の効果をより高めることが可能となる。
【００２３】
アキュムレータ１４は、圧縮機１１に流入するガス冷媒に含まれる液状成分を貯留するために設けられている。
レシーバ１５は、コンデンサとして機能する熱交換器で液化した冷媒を気液分離し、冷凍サイクル中の余剰冷媒を液として蓄えるために設けられている。
オイルセパレータ１６は、冷媒中に含まれる油分を分離して圧縮機１１に戻すために設けられたものである。
【００２４】
絞り機構１７は、凝縮された高温高圧の液冷媒を減圧、膨張させて低温低圧の液冷媒とするためのものである。図示の例では、絞り機構１７として、定圧式膨張弁、温度式膨張弁及びキャピラリーチューブが目的に応じて使い分けられている。
【００２５】
四方弁１８は、冷媒配管２に設けられて冷媒の流路や流れ方向を選択切り換えするものである。この四方弁１８には４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けられており、ポートＤは圧縮機１１の吐出側と、ポートＣは室外熱交換器１２と、ポートＳは圧縮機１１の吸入側と、そしてポートＥは室内熱交換器１ａと、それぞれ冷媒配管２で接続されている。
【００２６】
一方、ガスエンジン部には、ガスエンジンＧＥを中心として、冷却水系３０、燃料吸入系６０及び排気ガス系の他、図示省略のエンジンオイル系が具備されている。
ガスエンジンＧＥは、冷媒回路部内に設置されている圧縮機１１とシャフトまたはベルト等により接続されており、ガスエンジンＧＥから圧縮機１１に駆動力が伝達されるようになっている。
【００２７】
冷却水系３０は、水ポンプ３１、リザーバタンク３２、ラジエータ３３などを備え、これらを配管により接続して構成される回路（破線で表示）を巡るエンジン冷却水によって、ガスエンジンＧＥを冷却するための系である。水ポンプ３１は、ガスエンジンＧＥの冷却水を回路に循環させるために設けられている。リザーバタンク３２は、この回路を流れる冷却水において、その余剰分を一時貯蔵しておく、あるいは冷却水が回路に不足した場合にそれを供給するためのものである。ラジエータ３３は、室外熱交換器１２と一体的に構成されたものであって、エンジン冷却水がガスエンジンＧＥから奪った熱を外気に放出するために設けられている。
【００２８】
冷却水系３０には、上記した構成の他に排気ガス熱交換器（排ガス熱交）３４が設けられている。これは、ガスエンジンＧＥより排出される排気ガスの熱を、エンジン冷却水に回収するために設けられているものである。また、冷却水系３０には先に説明した水熱交換器１３が備えられ、冷媒回路部及び冷却水系３０の両系に跨るように配置されている。これらのことから、暖房運転時には、エンジン冷却水はガスエンジンＧＥから熱を奪うだけでなく排気ガスからも熱を回収し、かつその回収された熱が、エンジン冷却水より水熱交換器１３を通して冷媒に与えられる仕組みになっている。
なお、冷却水系３０におけるエンジン冷却水の流量制御は、２箇所に設けられた流量制御弁３５Ａ，３５Ｂにより行われる。
【００２９】
燃料吸入系６０は、ガスレギュレータ６１、ガス電磁弁６２、ガス接続口６３などを備え、ガスエンジンＧＥに液化天然ガス（ＬＮＧ）等の都市ガスをガス燃料として供給するための系である。ガスレギュレータ６１は、ガス電磁弁６２及びガス接続口６３を介して外部から供給されるガス燃料の送出圧力を調整するために設けられている。このガスレギュレータ６１で圧力調整されたガス燃料は、図示省略の吸気口から吸入された空気と混合された後、ガスエンジンＧＥの燃焼室に供給される。
【００３０】
さて、本発明では、上述した構成のＧＨＰに対して、エンジン冷却水系統（冷却水系）の適所に、エンジン冷却水を加熱する加熱手段として加熱装置４０を設けてある。この加熱装置４０は、ガスエンジンＧＥを冷却した後のエンジン冷却水系統を分岐させて形成したバイパス流路３６に設けられ、同バイパス流路３６の分岐部分には、流路切換手段として流量制御弁３７を設けてある。図示の例では、バイパス流路３６がガスエンジンＧＥの下流で分岐した後、流量制御弁３５Ａの上流側に合流している。この流量制御弁３７は開度制御が可能であり、必要に応じていずれか一方に全量を流したり、あるいは、適当に分配して流すこともできる。
なお、流路切換手段としては、上述した流量制御弁３７に限定されることはなく、たとえば流量（開度）制御ができない３方弁を使用したり２個の開閉弁を組み合わせて使用することも可能である。
【００３１】
図３は、上述した加熱装置４０の周辺を拡大して示したものである。ここで、ＧＨＰのエンジン冷却水系に設置され、ガスエンジンＧＥを冷却して流出したエンジン冷却水を加熱するためのエンジン冷却水加熱装置となる加熱装置４０は、換気ファン４１を備えた筐体４２と、該筐体４２内に設置されてエンジン冷却水を流す管群３６ａと、筐体４２内に設置された燃焼器４３と、該燃焼器４３に燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給系４４とを具備し、管群３６ａの内部を流れるエンジン冷却水を燃焼器４３で加熱するように構成されている。
【００３２】
換気ファン４１は、管群３６ａ及び燃焼器４３を収納する筐体４２の内部を換気する目的で設けられている。燃焼器４３は、燃料供給系４４から燃料及び空気を適切な割合に混合した混合気の供給を受けて燃焼させ、高温の燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスは、管群３６ａ内を流れるエンジン冷却水を加熱した後、換気ファン４１の作用によって筐体４２の外部へ排出される。なお、燃焼器４３を筐体４２内に設置したことで、混合気が燃焼することによって発生した炎の輻射熱による加熱も期待できる。
【００３３】
燃料供給系４４には制御弁４４ａが設けられ、この制御弁４４ａを介して、燃料と空気とが適切な割合に混合された混合気を燃焼器４３へ供給する。
制御弁４４ａは、加熱装置４０を作動させる時、すなわち外気温検出手段４５が所定値以下の低外気温を検出した暖房運転時に制御部４６から制御信号を受けて開となる。この制御信号はまた、上述した流量制御弁３７の流路切換操作も行い、通常はバイパス流路３６及び加熱装置４０を通過することなく流れているエンジン冷却水は、制御信号を受けた流量制御弁３７の流路切換によって、バイパス流路３６側へ導かれるようになる。
外気温度検出手段４５としては、たとえば室外機の適所に設置された温度センサなどがある。また、他の外気温度検出手段としては、冷媒を循環させる経路に適宜設置されている各種センサを利用することも可能であり、同センサによって検出した冷媒の状況（温度や圧力）から低外気温状態を判断してもよい。
【００３４】
このように構成された加熱装置４０は、低外気温の検出信号が制御部４６に入力されると、制御部４６が流量制御弁３７の切換操作と同時に制御弁４４ａを開いて燃焼器４３へ燃料及び空気を供給し、さらに、燃焼器４３において混合気に点火する。こうして混合気が燃焼されると、高温の燃焼ガスが発生して管群３６ａ内を流れるエンジン冷却水を加熱し、エンジン冷却水が保有する熱エネルギ量を増加させる。このため、より高温のエンジン冷却水が水熱交換器１３へ供給されることとなり、従って、水熱交換器１３における冷媒加熱量が増し、低外気温時であっても、低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて冷凍サイクルに供給することができる。
上述した加熱装置４０で使用する燃料は、ガスエンジンＧＥと同じ都市ガス等のガス燃料が好ましい。これは、ガスエンジンＧＥと燃料系統を共用できることに加えて、燃料コストが安価なためである。なお、このような加熱装置４０としては、市販されているガス湯沸器を使用することができる。
【００３５】
以下では、上記の構成となるＧＨＰについて、室内を冷暖房するそれぞれの代表的な運転方法について、冷媒やエンジン冷却水等の流れとともにその作用を説明する。
最初に、図１に基づいて暖房運転時の運転方法について説明する。なお、各弁類の開閉状態は黒塗りで図示した弁類が閉であり、冷媒及びエンジン冷却水の流れ方向が矢印で示されている。
この場合、冷媒回路部の四方弁１８は、ポートＤ／Ｅ間及びＣ／Ｓ間が連通する状態とされ、圧縮機１１の吐出側と室内熱交換器１ａとが接続されている。この状態では、圧縮機１１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１８及び操作弁２１を通って室内熱交換器１ａに送られる。
【００３６】
高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１ａで室内気と熱交換して凝縮液化される。この過程において、ガス冷媒は放熱して室内気を暖めたのち、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、絞り機構１ｂ，操作弁２１及びレシーバ１５を通過して流れ、レシーバ１５において気液分離がなされる。
レシーバ１５を出た液冷媒は冷媒配管２に導かれて分岐し、一方が定圧式膨張弁の絞り機構１７ａを経て水熱交換器１３へ送られる。また、他方の液冷媒は、開状態とした電磁弁１８及び温度式膨張弁の絞り機構１７ｂを通って室外熱交換器１２へ送られる。
【００３７】
水熱交換器１３へ送られる液冷媒は、絞り機構１７ａを通ることで減圧され、低温低圧の液冷媒となる。水熱交換器１３では、低温低圧の液冷媒がエンジン冷却水から吸熱して蒸発気化し、低温低圧のガス冷媒となる。
また、絞り機構１７ｂで減圧された低温低圧の液冷媒は、エバポレータとして機能する室外熱交換器１２へ送られる。室外熱交換器１２においては、低温低圧の液冷媒は外気から熱を奪い、蒸発気化して低温低圧のガス冷媒となるが、この時、ラジエータ３３に高温のエンジン冷却水を流すと、エンジン廃熱を利用して液冷媒を効率よく蒸発気化させることができる。
なお、液冷媒を蒸発気化させる水熱交換器１３及び室外熱交換器１２は、外気温度等の運転条件に応じていずれか一方を適宜選択することが可能であり、また、装置構成によっては両方を併用することも可能である。
【００３８】
こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、四方弁１８のポートＣからポートＳを経てアキュムレータ１４へ導かれ、液状成分が分離されたのち圧縮機１１に吸入される。圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって再び室内熱交換器１ａに送られるので、冷媒が状態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができる。
【００３９】
このような暖房運転時において、特に外気温度が低く外気から十分な吸熱ができない場合には、制御部４５からの制御信号を受けて加熱装置４０を作動させ、ガスエンジンＧＥから流出したエンジン冷却水を加熱してその保有熱エネルギ量を増加させる。この場合、上記制御信号を受けて流量制御弁３７を同様に操作し、エンジン冷却水がバイパス流路３６及び加熱装置４０を通過するように流路を切り換える。
この結果、エンジン冷却水が加熱されて高温となり、換言すればより大きな熱エネルギ量を保有したエンジン冷却水となって水熱交換器１３へ供給される。
【００４０】
このようにすれば、低温低圧の液冷媒は、水熱交換器１３においてエンジン冷却水からより大きな熱エネルギを得て蒸発気化することができるので、たとえば外気温度が−１５℃以下の低温になるような寒冷地であっても、外気からの吸熱に頼ることなく十分な熱量を確保することができる。すなわち、外気からの吸熱ができなくても、冷凍サイクルを機能させるのに十分な加熱量を確保して、十分な暖房能力を発揮させることができる。
なお、外気温度がそれほど低くない通常の暖房運転では、加熱装置４０を停止してもよい。
【００４１】
続いて、図２に基づいて冷房運転時における冷媒及びエンジン冷却水の流れを簡単に説明する。
この場合、四方弁１８はポートＤ／Ｃ間及びＥ／Ｓ間が連通する状態とされ、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１２とが接続されている。この状態では、圧縮機１１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１８を通ってコンデンサとして機能する室外熱交換器１２に送られる。
【００４２】
高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器１２で凝縮液化され、外気に放熱して高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、逆止弁２０を通過してレシーバ１５に導かれる。レシーバ１５で気液分離された液冷媒は、操作弁２１を通って絞り機構１ｂに導かれ、同絞り機構１ｂを通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、エバポレータとして機能する室内熱交換器１ａに送られる。
【００４３】
室内熱交換器１ａに送られた低温低圧の液冷媒は、室内気から熱を奪って蒸発気化する。この過程で室内気を冷却して低温低圧のガス冷媒となり、操作弁２１及び冷媒配管２を通って四方弁１８へ導かれる。
四方弁１８に導かれた低温低圧のガス冷媒は、ポートＥからポートＳを経てアキュムレータ１４に流入し、ここで液状成分が分離されたのち、圧縮機１１に吸入される。圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって再び室外熱交換器１２に送られるので、冷媒が状態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができる。
なお、冷房運転時においては、上述した加熱手段４０は停止した状態になっている。
【００４４】
ところで、上述した加熱装置４０は、低外気温時の暖房能力を増すという運転方法の他にも、ガスエンジンＧＥの暖機運転時に使用するという運転方法も可能であり、以下図４に基づいて説明する。
この運転方法では、流量制御弁３７でバイパス流路３６及び加熱装置４０を通る流路を選択し、さらに、流量制御弁３５Ａで暖機運転流路３８を通る流路を選択する。また、加熱装置４０を作動させ、通過するエンジン冷却水を加熱する。
【００４５】
この結果、エンジン冷却水は、水ポンプ３１、排気ガス熱交換器３４、ガスエンジンＧＥ、流量制御弁３７、バイパス流路３６、加熱装置４０、流量制御弁３５Ａ及び暖機運転流路３８の順に短い閉回路の管路を循環し、しかも途中で加熱装置４０の加熱を受けるので、特に、外気温度が低い場合にこの運転方法を採用すれば、ガスエンジンＧＥの暖機運転を短時間で完了させることができる。なお、暖機運転の時間が短縮されると、ガスエンジンＧＥに負荷がかかる冷暖房運転を短時間で開始できるようになる。
【００４６】
また、上述した加熱装置４０は、冷房運転時においてエンジン冷却水の放熱器（ラジエータ）として使用する運転方法も可能である。
すなわち、流量制御弁３７をバイパス流路３６及び加熱装置４０側に切り換え、エンジン冷却水が流れる加熱装置４０においては、燃焼器４３に燃料を供給せず換気ファン４１のみを運転する。このようにすれば、ガスエンジンＧＥを冷却して昇温した後管群３６ａ内を流れるエンジン冷却水は、換気ファン４１の作動により筐体４２内に導入された外気と熱交換して冷却される。
従って、特に外気温度が高い冷房運転の状況においてこの運転方法を採用すれば、ラジエータ３３の能力を補うことができるので、エンジン冷却水の冷却能力を増し、ガスエンジンＧＥにおけるオーバーヒートの発生を防止することができる。
【００４７】
以上説明したように、暖房運転を実施する際、必要に応じてエンジン冷却水を加熱する加熱装置４０を設けたので、従来より大きな熱エネルギ量を保有しているエンジン冷却水を水熱交換器１３に供給することができる。このため、外気温度がかなり低くなる寒冷地においても、水熱交換器１３において大きな熱量で冷媒を蒸発気化させることができる。従って、室外熱交換器１２において冷媒を十分に蒸発気化させるだけの熱量を外気から得られない低外気温時であっても、エンジン廃熱及び加熱装置４０から供給される熱を利用して冷凍サイクルを維持することができるようになり、十分な暖房能力を得て低外気温時の暖房能力を向上させることができる。
【００４８】
また、本発明の加熱装置４０を暖機運転時に使用すれば、暖機運転の時間を短縮できる。
さらに、本発明の加熱装置４０は、冷房運転時等において補助のラジエータとして使用し、エンジン冷却水の放熱能力を向上させることもできる。
【００４９】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば冷凍サイクルを構成する各機器類の数や種類など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のガスヒートポンプ式空気調和装置、エンジン冷却水加熱装置及びガスヒートポンプ式空気調和装置の運転方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、換気ファンを備えた筐体と、該筐体内に設置されて前記エンジン冷却水を流す管群と、前記筐体内に設置された燃焼器と、該燃焼器に燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給系とを具備し、所定値以下の低外気温を検出した暖房運転時に、前記燃焼器が燃料及び空気の供給を受けて前記管群の内部を流れるエンジン冷却水を加熱すると共に、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるように構成したので、管群内を流れるエンジン冷却水を燃焼器により効率よく加熱して温度上昇させることができる。このため、外気温度が低い場合に暖房運転を行っても、水熱交換器における冷媒か熱量が増すので、冷凍サイクルを維持して快適な室内環境を提供する暖房運転を行うことができる。また、外気温度が高い運転条件では、ラジエータの能力を向上させてガスエンジンのオーバーヒートを防止することができる。
【００５１】
（２）請求項３記載の発明によれば、前記ガスエンジン下流側のエンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路を形成し、該バイパス流路にガス燃料の燃焼により得られる熱でエンジン冷却水を加熱する請求項１または２記載のエンジン冷却水加熱装置を設けて、暖房運転時に前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水が前記エンジン冷却水加熱装により加熱されるようにしたので、必要に応じてエンジン冷却水を加熱してその温度を上昇させ、高温となったエンジン冷却水によって冷媒を加熱して気化を促進し、低外気温時における暖房能力を増すことができる。このため、外気温度が低い場合に暖房運転を行っても、水熱交換器における冷媒加熱量が増加しているので、冷凍サイクルを維持して快適な室内環境を提供する暖房運転を行うことができる。
また、前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるので、外気温度が高い運転条件ではラジエータの能力を向上させて、ガスエンジンのオーバーヒートを防止することができる。
【００５３】
（３）請求項６記載の発明によれば、外気温度が所定値以下の低温になった暖房運転時または前記ガスエンジンの暖気運転時に前記加熱手段を作動させ、ガス燃料の燃焼により得られる熱で前記流路切換手段を操作して導かれたエンジン冷却水を加熱するようにしたので、エンジン冷却水が高温となるため低外気温時の暖房能力が向上し、また、エンジン冷却水の温度上昇が促進されるため暖機運転時間を短縮することができる。
そして、前記エンジン冷却水加熱装置が、冷房運転時に前記燃焼器への燃料供給を停止した状態で前記換気ファンを運転し、前記管群内を流れるエンジン冷却水の放熱器として使用されるので、外気温度が高い運転条件ではラジエータの能力を向上させて、ガスエンジンのオーバーヒートを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の第１の実施形態を示す構成図で、暖房運転時の状態を示している。
【図２】  本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の第１の実施形態を示す構成図で、冷房運転時の状態を示している。
【図３】  図１における加熱装置周辺の構成を拡大して示した図である。
【図４】  暖気運転時の状態を示す要部拡大図である。
【符号の説明】
１    室内機ユニット
１ａ  室内熱交換器
１０    室外機ユニット
１１    圧縮機
１２    室外熱交換器
１３    水熱交換器
１７，１７ａ，１７ｂ    絞り機構
１８    四方弁
３０    冷却水系
３４    排気ガス熱交換器
３６    バイパス流路
３６ａ  管群
３７    流量制御弁（流路切換手段）
３８    暖気運転流路
４０    加熱装置（加熱手段）
４１    換気ファン
４２    筐体
４３    燃焼器
４４    燃料供給系
４４ａ  制御弁
４５    外気温検出手段
４６    制御部
【図１】
0005030344.tif 000002
【図２】
0005030344.tif 000003
【図３】
0005030344.tif 000004
【図４】
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