(57)【要約】【課題】熱効率を十分に高くする。【解決手段】エンジン３０によって駆動される圧縮機２１、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂ、減圧装置３２および室内熱交換器１４を有する空気調和装置１０において、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂの風上側に配置された第１冷却水放熱器２５Ａ，２５Ｂと、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂの風下側に配置された第２冷却水放熱器２４Ａ，２４Ｂと、を有し、暖房運転時には、エンジン３０の冷却水を第１冷却水放熱器２５Ａ，２５Ｂに導き、冷房運転時には、エンジン３０の冷却水を第２冷却水放熱器２４Ａ，２４Ｂに導く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有する空気調和装置において、
前記エンジンの冷却水を循環する冷却水放熱器を第１冷却水放熱器と、第２冷却水放熱器とで構成し、第１冷却水放熱器を前記室外熱交換器の風上側に配置すると共に、前記第２冷却水放熱器を風下側に配置し、
暖房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第１冷却水放熱器に導き、冷房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第２冷却水放熱器に導く、
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記第１冷却水放熱器および第２冷却水放熱器は、前記室外熱交換器よりも小さい面積を有し、それぞれが前記室外熱交換器を挟んで相互に重複しない位置に設けられていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の空気調和装置において、
前記第１冷却水放熱器を通過する空気が有する熱によって、前記室外熱交換器の除霜を行うことを特徴とする空気調和装置。
【請求項４】
エンジンによって駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有する空気調和装置の制御方法において、
前記室外熱交換器の風上側に配置された第１冷却水放熱器と、前記室外熱交換器の風下側に配置された第２冷却水放熱器と、を有し、
暖房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第１冷却水放熱器に導き、冷房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第２冷却水放熱器に導く、
ことを特徴とする空気調和装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置および空気調和装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンによって駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有した空気調和装置に関する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−４０２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、熱効率を十分高くすることができないという問題点がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、熱効率を十分に高くすることが可能な空気調和装置および空気調和装置の制御方法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】
【０００４】
本発明は、エンジンによって駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有する空気調和装置において、前記エンジンの冷却水を循環する冷却水放熱器を第１冷却水放熱器と、第２冷却水放熱器とで構成し、第１冷却水放熱器を前記室外熱交換器の風上側に配置すると共に、前記第２冷却水放熱器を風下側に配置し、暖房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第１冷却水放熱器に導き、冷房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第２冷却水放熱器に導くことを特徴とする。
このため、空気調和装置の熱効率を十分に高くすることができる。
【０００５】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１冷却水放熱器および第２冷却水放熱器は、前記室外熱交換器よりも小さい面積を有し、それぞれが前記室外熱交換器を挟んで相互に重複しない位置に設けられていることを特徴とする。
このため、室外熱交換器、第１冷却水放熱器および第２冷却水放熱器を通過する空気の抵抗を小さくすることができるので、室外ファンの駆動力を小さくすることができる。
【０００６】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記第１冷却水放熱器を通過する空気が有する熱によって、前記室外熱交換器の除霜を行うことを特徴とする。
この結果、除霜運転の頻度を少なくすることができるので、装置の効率を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明は、エンジンによって駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有する空気調和装置の制御方法において、前記室外熱交換器の風上側に配置された第１冷却水放熱器と、前記室外熱交換器の風下側に配置された第２冷却水放熱器と、を有し、暖房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第１冷却水放熱器に導き、冷房運転時には、前記エンジンの冷却水を前記第２冷却水放熱器に導くことを特徴とする。
このため、空気調和装置の熱効率を十分に高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本実施形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置（以下、空気調和装置）１０の構成を示す図である。
この空気調和装置１０は、室内ユニット１１と室外ユニット１２とを有し、室内ユニット１１の室内冷媒配管１３と、室外ユニット１２の室外冷媒配管２０とが、閉鎖弁３３，３４を介して連結されて構成されている。室内ユニット１１は、被調和室に設置され、室内冷媒配管１３には、室内熱交換器１４が設けられ、また、室内ユニット１１内には、室内熱交換器１４に向けて被調和室内の空気を送風する室内ファン（不図示）が配置されている。
【０００９】
室外ユニット１２は、室外に設置され、室外冷媒配管２０には、圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂ、室外膨張弁３２が設けられ、室外膨張弁３２をバイパスする配管には逆止弁３１が設けられている。また、圧縮機２１の吸込側には、アキュムレータ２７が、吐出側にはオイルセパレータ２９を介して四方弁２２が接続されている。オイルセパレータ２９の出口とアキュムレータ２７の入口とは、安全弁２８によって接続されている。また、室外ユニット１２内には、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂに向けて外気を送風する室外ファン４７（図２の室外ファン４７Ａ，４７Ｂに対応）が配置されている。上記圧縮機２１は、ガスエンジン３０に連結され、このガスエンジン３０により圧縮機２１が回転駆動される。上記冷媒配管１３，２０内には、冷媒が満たされ、この冷媒は、ガスエンジン３０が駆動すると圧縮機２１により冷媒配管１３，２０内を循環する。すなわち、これら冷媒配管１３，２０および冷媒配管１３，２０に配設された各部品によって冷媒回路が構成されている。
【００１０】
また、室外ユニット１２には、ガスエンジン３０に冷却水を循環させてガスエンジン３０を冷却するとともに、熱を回収するための冷却水回路が配設されている。この冷却水回路は、三方弁４１，４５、冷却水ポンプ４３、冷媒加熱用熱交換器４６、三方弁２６Ａ，２６Ｂ、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを有している。ガスエンジン３０の冷却水入口には、冷却水ポンプ４３が接続され、冷却水出口には三方弁４１の入口が接続されている。三方弁４１の２つの出口の一方には、冷却水ポンプ４３が配管接続され、他方の出口には三方弁４５の入口が接続されている。なお、ガスエンジン３０の冷却水入口から供給された冷却水は、ガスエンジン３０のシリンダ内を循環してシリンダの熱を奪うとともに、排気ガスとの間で熱交換を行った後、冷却水出口から排出される。三方弁４５の一方の出口は、冷媒加熱用熱交換器４６に接続され、他方は三方弁２６Ａ，２６Ｂの入口にそれぞれ接続されている。冷媒加熱用熱交換器４６の出口は、冷却水ポンプ４３の入口に接続されている。三方弁２６Ａの一方の出口はラジエータ２４Ａに接続され、他方の出口はラジエータ２５Ａに接続されている。三方弁２６Ｂの一方の出口はラジエータ２４Ｂに接続され、他方の出口はラジエータ２５Ｂに接続されている。ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂの出口は合流されて冷却水ポンプ４３の入口に接続されている。
【００１１】
なお、三方弁４１および冷却水ポンプ４３を接続する配管経路によってガスエンジン３０を通過した冷却水をガスエンジン３０に戻す第１経路（図中符号αで示す経路）が形成されている。また、ガスエンジン３０を通過した冷却水を、三方弁４１、三方弁４５および冷媒加熱用熱交換器４６を通過させて第１経路に戻す第２経路（図中符号βで示す経路）と、三方弁４１、三方弁４５、および、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを通過させて第１経路に戻す第３経路（図中符号γで示す経路）とを形成可能に構成されている。
【００１２】
ここで、冷媒加熱用熱交換器４６は、冷媒回路内の冷媒と冷却水との間で熱交換させる熱交換器であり、例えば、プレート式熱交換器または二重管が適用される。また、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂは、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを挟むように配置されており、後述するように三方弁２６Ａ，２６Ｂによって、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂの内側（２４Ａ，２４Ｂ）または外側（２５Ａ，２５Ｂ）のいずれか一方に冷却水が供給される。なお、このラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂに一体的に組み込んでもよい。
【００１３】
また、この室外ユニット１２には、空気調和装置１０を制御する制御部５０が配置される。この制御部５０は、各種温度センサを有するとともに、室内ユニット１１の室内制御装置（図示せず）と通信可能に接続されている。
【００１４】
そして、この制御部５０は、室内制御装置を介して室内リモコン（図示せず）に入力されたユーザ指示を取得し、冷房運転を行う場合には、図１に示すように、四方弁２２を実線の位置（冷房運転の位置）に切り換え、ガスエンジン３０の駆動により圧縮機２１から吐出された冷媒を図に実線矢印で示す方向に流して、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを凝縮器として機能させ、室内熱交換器１４を蒸発器として機能させる一方、暖房運転を行う場合には、四方弁２２を破線の位置（暖房運転の位置）に切り換え、圧縮機２１から吐出された冷媒を図に破線矢印で示す方向に流して、室内熱交換器１４を凝縮器として機能させ、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを蒸発器として機能させる。
【００１５】
また、制御部５０は、三方弁４１，４５，２６Ａ，２６Ｂを制御し、冷却水の流れを制御することにより、ガスエンジン３０から発生する熱を有効利用することにより、熱効率を高めることができる。
【００１６】
図２は、上記説明した室外ユニット１２の外観を示す図である。図２（Ａ）は正面図、図２（Ｂ）は側面図である。室外ユニット１２は、図２に示すように、床置き式であって略箱形形状を呈している。筐体６０の内部はドレンパン（仕切板）により上下二段に仕切られ、上段は熱交換室６１、下段は機械室６２となっている。
【００１７】
図示は省略するが、機械室６２は、圧縮機２１の他、圧縮機２１を駆動するガスエンジン３０、アキュムレータ２７等の機械要素が配置される。また、機械室６２には、上記室外ユニット１２の各構成要素を制御する制御基板等を収容した電装ボックス等が配置される。
【００１８】
一方、熱交換室６１の正面（側面）および背面（側面）には空気の吸込口（図示略）が形成されている。この吸込口には、図２（Ｂ）に示すように、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ配置され、また、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを挟むようにラジエータ２４Ａ，２５Ａ，２４Ｂ，２５Ｂがそれぞれ配置されている。熱交換室６１の天面（上面）には二つの吹出口６３，６４が形成されており、この吹出口６３，６４に吹出側が面するように室外ファン４７Ａ，４７Ｂが固定されている。このように、本実施の形態の室外ユニット１２は、図３に矢印で空気の流れを示すように、筐体６０の正面および背面にそれぞれ形成された吸込口から吸い込んだ空気を天面から吹き出す、いわゆる横吸い込み上吹き出しタイプのものとなっている。なお、図２（Ａ）は、室外ユニット１２において正面側に配設された吸込グリル、室外熱交換器２３Ｂおよびラジエータ２４Ｂ，２５Ｂを取り外した状態を模式的に示す正面図であり、図２（Ｂ）は、室外ユニット１２において、室外ユニット１２の側方に設けられた外装パネルを取り外した状態を模式的に示す側面図である。また、図３は、熱交換室６１内部の空気の流れを模式的に示す図である。
【００１９】
つぎに、図４のフローチャートを参照して、以上の実施の形態の動作について説明する。図４に示すフローチャートの処理が開始されると、以下のステップが実行される。すなわち、ステップＳ１０では、制御部５０は、空気調和装置１０の運転を開始する。より詳細には、制御部５０は、ガスエンジン３０を始動し、圧縮機２１の駆動を開始する。
【００２０】
ステップＳ１１では、制御部５０は、ユーザが図示せぬ室内リモコンを操作して、冷房運転を指示している場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、ステップＳ１２に進み、暖房運転を指示している場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）にはステップＳ１５に進む。
【００２１】
冷房運転が指示されている場合には、ステップＳ１２に進み、制御部５０は、三方弁２６Ａ，２６Ｂを制御し、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂを選択する。この結果、三方弁４１，４５が制御されて第３経路（図中符号γで示す経路）が選択された場合には、冷却水は、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂに供給される。その結果、ガスエンジン３０から出力された冷却水は、三方弁４１，４５，２６Ａ，２６Ｂを介してラジエータ２４Ａ，２４Ｂを通過し、冷却水ポンプ４３を経由して、ガスエンジン３０に戻る。
【００２２】
ステップＳ１３では、制御部５０は、冷房運転を開始する。すなわち、図１に示すように、四方弁２２を実線の位置（冷房運転の位置）に切り換え、ガスエンジン３０の駆動により圧縮機２１から吐出された冷媒を図に実線矢印で示す方向に流して、室外熱交換器２３を凝縮器として機能させ、室内熱交換器１４を蒸発器として機能させる。
【００２３】
そして、ステップＳ１４では、制御部５０は、運転を終了するか否かを判定し、運転を終了しない場合（ステップＳ１４；Ｎｏ）にはステップＳ１３に戻って、前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）には処理を終了する。
【００２４】
以上に説明したように、ステップＳ１２〜Ｓ１３の処理によれば、三方弁２６Ａ，２６Ｂによってラジエータ２４Ａ，２４Ｂが選択されて冷房運転が実行される。このとき、三方弁４１，４５によって第３経路が選択された場合には、図５にハッチングで示すように、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂの風下側に配置されているラジエータ２４Ａ，２４Ｂに対してガスエンジン３０からの冷却水が流れる。室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを流れる冷媒の温度は、４５℃程度であり、一方、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂを流れる冷却水の温度は８０℃程度である。このため、空気吸込口から流入した空気は、温度が低い冷媒を凝集させた後に、温度が高い冷却水を冷却し、室外ファン４７Ａ，４７Ｂによって、吹出口６３，６４から上方に吹き出される。このように、冷房時には、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂを使用することにより、空気吸込口から流入した空気は、温度が低い冷媒を凝集した後に、温度が高い冷媒を順次冷却することから、それぞれの冷却を有効に実行することができる。また、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂは、動作しない状態であるが、これらの内部を挿通されるパイプは１列程度であり、流路抵抗は高くないので、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂの存在が冷却効率を低くすることはない。
【００２５】
一方、暖房運転が指示されている場合には、ステップＳ１５に進み、制御部５０は、三方弁２６Ａ，２６Ｂを制御し、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂを選択する。この結果、三方弁４１，４５が制御されて第３経路（図中符号γで示す経路）が選択された場合には、冷却水は、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂに供給される。その結果、ガスエンジン３０から出力された冷却水は、三方弁４１，４５，２６Ａ，２６Ｂを介してラジエータ２５Ａ，２５Ｂを通過し、冷却水ポンプ４３を経由して、ガスエンジン３０に戻る。
【００２６】
ステップＳ１６では、制御部５０は、暖房運転を開始する。すなわち、図１に示すように、四方弁２２を破線の位置（暖房運転の位置）に切り換え、ガスエンジン３０の駆動により圧縮機２１から吐出された冷媒を図に破線矢印で示す方向に流して、室内熱交換器１４を凝縮器として機能させ、室外熱交換器２３を蒸発器として機能させる。
【００２７】
そして、ステップＳ１７では、制御部５０は、運転を終了するか否かを判定し、運転を終了しない場合（ステップＳ１７；Ｎｏ）にはステップＳ１６に戻って、前述の場合と同様の処理を繰り返し、それ以外の場合（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）には処理を終了する。
【００２８】
以上に説明したように、ステップＳ１５〜Ｓ１７の処理によれば、三方弁２６Ａ，２６Ｂによってラジエータ２５Ａ，２５Ｂが選択されて暖房運転が実行される。このとき、三方弁４１，４５によって第３経路が選択された場合には、図６にハッチングで示すように、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂの風上側に配置されているラジエータ２５Ａ，２５Ｂに対してガスエンジン３０からの冷却水が流れる。室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを流れる冷媒の温度は、前述したように４５℃程度であり、一方、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂを流れる冷却水の温度は前述したように８０℃程度である。このため、空気吸込口から流入した空気は、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂを流れる冷却水によって暖められて室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂに供給され、一方、冷却水は冷却されて冷却水ポンプ４３に供給される。室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂでは、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂによって暖められた空気によって、冷媒が蒸発され、室外ファン４７Ａ，４７Ｂによって、吹出口６３，６４から上方に吹き出される。このように、暖房時には、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂを使用することにより、空気吸込口から流入した空気は、温度が高い冷却水を冷却して自身は昇温された後に、温度が低い冷媒を蒸発させることから、ガスエンジン３０の排熱を冷媒に与えることにより、熱利用効率を高めることができる。また、外気温度が低い場合には、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂには着霜する場合があるが、本実施の形態では、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂによって暖められた空気が室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂに供給されることから、このような着霜を防止することができる。また、定期的に実行される除霜運転を省略することが可能になるので、運転効率を向上できる。
【００２９】
このように本実施の形態によれば、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを挟むようにして、ラジエータ２４Ａ，２５Ａおよびラジエータ２４Ｂ，２５Ｂを配置し、暖房運転時は、三方弁２６Ａ，２６Ｂによってラジエータ２５Ａ，２５Ｂを選択し、冷房運転時は、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂを選択して冷却水を流すようにした。このため、暖房運転時には、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂに供給される温度が高い冷却水によって暖められた空気が室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂを流れる冷媒を暖めるので、ガスエンジン３０の排熱を利用して効率を高めることができる。また、外気温度が低い場合には、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂに着霜する場合があるが、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂによって暖められた空気を利用することにより、着霜を防止できる。また、除霜運転が不要になることから、運転効率を高めることができる。
【００３０】
また、冷房運転の場合に選択される、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂは、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂよりも風下側に存在することから、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂによって暖められた空気によって装置の効率が低下することを防止できる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更実施が可能である。例えば、上記実施形態で示した構成部品および配管構成はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
また、上記実施形態では、室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂと、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂは同じ大きさとしたが、例えば、図７に示すように、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを室外熱交換器２３Ａ，２３Ｂの半分程度の大きさとし、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂを上側に配置し、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂを下側に配置するようにしてもよい。このような方法によれば、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂの面積は半分となるが、空気の通過抵抗を減らすことができる。なお、図７の例では、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを上下に配置するようにしたが、左右に配置するようにしてもよい。具体的には、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを左右方向に半分の面積とし、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂを右側に配置し、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂを左側に配置するようにしてもよい。また、ラジエータ２４Ａ，２４Ｂと、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂの面積が、冷房および暖房時の特性に応じて異なるようにしてもよい。
【００３２】
また、以上の実施の形態では、冷媒加熱用熱交換器４６を設けるようにしたが、ラジエータ２５Ａ，２５Ｂによってガスエンジン３０の排熱が十分に回収できる場合には、冷媒加熱用熱交換器４６を省略することができる。一般的に、冷媒加熱用熱交換器４６は、高価であるので、省略することができれば、装置の製造コストを低減することができる。
【００３３】
また、以上の実施の形態では、三方弁４１，４５，２６Ａ，２６Ｂは、開度が調整可能なタイプを用いるようにしたが、流れる方向を単に切り換える三方弁を用いるようにしてもよい。これにより装置の製造コストを低減することができる。
【００３４】
また、以上の実施の形態では、室内ユニット１１は、１台のみの場合を例に挙げて説明したが、室内ユニットが複数存在する場合であっても、本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る構成図である。
【図２】図１の室外ユニットの詳細構成を示す図である。
【図３】図２の室外熱交換器およびラジエータの詳細な構成例である。
【図４】本実施形態において実行される処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】本実施形態の冷房時の動作を説明するための図である。
【図６】本実施形態の暖房時の動作を説明するための図である。
【図７】他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…空気調和装置
１１…室内ユニット
１２…室外ユニット
１３…室内熱交換器
２１…圧縮機
２２…四方弁
２３Ａ，２３Ｂ…室外熱交換器
２４Ａ，２４Ｂ…ラジエータ
２５Ａ，２５Ｂ…ラジエータ
２６Ａ，２６Ｂ…三方弁
２７…アキュムレータ
２９…オイルセパレータ
３０…ガスエンジン
４１，４５…三方弁
４６…冷媒加熱用熱交換器
４７Ａ，４７Ｂ…室外ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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