(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンにより駆動され，低温低圧ガス状態の熱媒体を圧縮して高温高圧ガスを生成するための圧縮機と，
熱媒体の循環経路を暖房経路又は冷房経路に切り替えるための第１冷暖切替弁及び第２冷暖切替弁と，
暖房時には室内側空気を暖め，一方，冷房時には室内側空気を冷やすように熱媒体と室内側空気との熱交換を行う室内側熱交換器と，
上記圧縮機の吸入側と上記第１冷暖切替弁との間に介設され，熱媒体中のガスと液体とを分離するためのアキュームレータとを有し，
かつ，上記暖房経路には，上記ガスエンジンの排ガスと熱媒体との熱交換を行う第１暖房用熱交換器と，上記ガスエンジンのエンジン冷却水と熱媒体との熱交換を行う第２暖房用熱交換器とを設けてあり，
また，上記冷房経路には，水又は空気と熱媒体との熱交換を行う冷房用熱交換器を設けてあり，
上記第２冷暖切替弁は，冷房運転時には，熱媒体が上記第１暖房用熱交換器を通過せずに上記冷房用熱交換器を通過し，また，暖房運転時には，熱媒体が上記冷房用熱交換器を通過せずに上記第１暖房用熱交換器を通過するように作用するよう構成されていることを特徴とする空調装置。
【請求項２】
請求項１において，上記冷房経路における上記冷房用熱交換器は，クーリングタワーと連結されており，該クーリングタワーにより冷却された冷却水と熱媒体との熱交換を行うように構成されていることを特徴とする空調装置。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記圧縮機，上記第１冷暖切替弁，上記第２冷暖切替弁，上記室内側熱交換器，上記アキュームレータ，上記暖房経路及び上記冷房経路は，一つのハウジング内に設けられ，室外に一体的に配設されるよう構成されていることを特徴とする空調装置。
【請求項４】
請求項１において，運転始動時には上記エンジン冷却水と上記第２暖房用熱交換器との熱交換機能を停止させ，定常時には上記エンジン冷却水と上記第２暖房用熱交換器との熱交換機能を機能させるように構成されていることを特徴とする空調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，室内の冷暖房を行うための空調装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に，空調システムは，室内側の空気と熱媒体との熱交換を行う室内側熱交換器と，室外側の空気と熱媒体との熱交換を行う室外側熱交換器とを有するのが通常である。
そして，冷房時には，室内側熱交換器が熱媒体の蒸発器として機能して室内側の空気を冷却し，また室外側熱交換器が熱媒体の凝縮器として機能して熱媒体の冷却を行うよう構成されている。
【０００３】
一方，暖房時には，室内側熱交換器が熱媒体の凝縮器として機能して室内側の空気を暖め，また室外側熱交換器が熱媒体の蒸発器として機能して熱媒体の加熱を行うよう構成されている。
即ち，従来の空調装置においては，一つの室内側熱交換器を冷房時と暖房時に兼用していると共に，室外側熱交換器も一つだけ設けられこれを冷房時と暖房時とにおいて兼用している。
また，上記室外側熱交換器は，上記のごとく，室外の空気と熱媒体との熱交換を行うものであり，ファンの回転により強制的に流動させた空気によって，熱媒体を加熱又は冷却して蒸発又は凝縮させるよう構成されている。
【０００４】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来の空調装置においては，次の問題がある。
即ち，上記のごとく，従来の空調装置は，冷暖房兼用の室外側熱交換器を有しており，ファンを駆動することにより，空気と熱媒体との熱交換を行っている。そのため，室外側熱交換器における熱交換の効率は，室外空気の温度及び湿度に大きく依存している。
【０００５】
具体的には，冷房時において室外空気の温度が高い場合，及び暖房時において室外空気の温度が低い場合には，室外空気と熱媒体との温度差が小さくなり熱交換の効率が大きく低下する。この現象は，特に，非常に寒い日の暖房運転の場合に著しい。また，室外側熱交換器に霜が付着した場合においては，熱伝達率が低下し，熱交換の効率が低下する。
【０００６】
また，上記室外側熱交換器は，電気により駆動するファンを有している。このファンは空調装置を運転している間は常に駆動されており，その駆動モータが消費する電力量は非常に大きい。そのため，従来より，室外側熱交換器の消費電力の低減が望まれていた。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，室外空気の温度に関わらず高効率で，かつ，省電力型の空調装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，ガスエンジンにより駆動され，低温低圧ガス状態の熱媒体を圧縮して高温高圧ガスを生成するための圧縮機と，
熱媒体の循環経路を暖房経路又は冷房経路に切り替えるための第１冷暖切替弁及び第２冷暖切替弁と，
暖房時には室内側空気を暖め，一方，冷房時には室内側空気を冷やすように熱媒体と室内側空気との熱交換を行う室内側熱交換器と，
上記圧縮機の吸入側と上記第１冷暖切替弁との間に介設され，熱媒体中のガスと液体とを分離するためのアキュームレータとを有し，
かつ，上記暖房経路には，上記ガスエンジンの排ガスと熱媒体との熱交換を行う第１暖房用熱交換器と，上記ガスエンジンのエンジン冷却水と熱媒体との熱交換を行う第２暖房用熱交換器とを設けてあり，
また，上記冷房経路には，水又は空気と熱媒体との熱交換を行う冷房用熱交換器を設けてあり，
上記第２冷暖切替弁は，冷房運転時には，熱媒体が上記第１暖房用熱交換器を通過せずに上記冷房用熱交換器を通過し，また，暖房運転時には，熱媒体が上記冷房用熱交換器を通過せずに上記第１暖房用熱交換器を通過するように作用するよう構成されていることを特徴とする空調装置にある。
【０００９】
本発明において最も注目すべきことは，上記圧縮機はガスエンジンにより駆動され，また，従来の室外側熱交換器に相当する熱交換器（第１暖房用熱交換器及び第２暖房用熱交換器，冷房用熱交換器）が，暖房経路と冷房経路とにおいて別々に設けられていることである。そして，なおかつ，暖房経路における，上記第１暖房用熱交換器は上記ガスエンジンの排ガスを，第２暖房用熱交換器は，エンジン冷却水をそれぞれ熱交換の媒体として利用していることである。
【００１０】
上記圧縮機を駆動するガスエンジンとしては，例えば都市ガス，ＬＰガス等を燃料とするエンジンがある。ガスエンジンにより圧縮機を駆動するシステム（ＧＨＰ）は，電気モータにより圧縮機を駆動するシステム（ＥＨＰ）よりも，ランニングコストを低減させることができるという特徴を有する。
また，上記圧縮機としては，例えばスクロール型，ロータリ型，レシプロ型等，種々のタイプのコンプレッサを用いることができる。
【００１１】
また，上記室内側熱交換器は，ファンにより室内側空気を強制的に流動させると共に室内に熱交換後の空気を供給するよう構成されている。
また，上記第１暖房用熱交換器，第２暖房用熱交換器，冷房用熱交換器としては，例えば２重管熱交換器，プレート熱交換器，その他の種々の熱交換器を適用することができる。
【００１２】
次に，本発明における作用につき説明する。
本発明の空調装置は，上記ガスエンジンにより圧縮機を駆動するシステム（ＧＨＰ）である。そのため，上記のごとく，電気モータにより圧縮機を駆動するシステム（ＥＨＰ）の場合よりも圧縮機駆動エネルギーの省エネルギー化を図ることができる。
【００１３】
また，上記第１冷暖切替弁及び第２冷暖切替弁によって切り換えられる暖房経路と冷房経路とには，従来の室外側熱交換器に相当する熱交換器をそれぞれ別個に設けてある。即ち，暖房経路には第１暖房用熱交換器及び第２暖房用熱交換器を，冷房経路には冷房用熱交換器をそれぞれ別個に設けてある。そのため，各経路における上記各熱交換器は，それぞれ熱媒体の加熱又は冷却のいずれか一方の機能のみを果たせばよい。
【００１４】
即ち，暖房経路における第１暖房用熱交換器及び第２暖房用熱交換器は，熱媒体の加熱のみを行い冷却を行う必要がないため，上記ガスエンジンの廃熱を利用することができる。具体的には，第１暖房用熱交換器はガスエンジンの排ガスと熱媒体との熱交換を行い，第２暖房用熱交換器はガスエンジンの廃熱を吸熱したエンジン冷却水と熱媒体との熱交換を行うよう構成してある。
【００１５】
これらエンジン冷却水及び排ガスは，ガスエンジンの廃熱を吸熱しているため，従来の室外空気に比べて格段に温度が高い。そのため，非常に効率よく熱媒体の加熱，蒸発を行うことができる。また，従来のように外気温度に大きく影響されることがない。
また，ガスエンジンの廃熱を利用するため，空気の場合のようにファンを必要とせず，その駆動のための電力の投入を必要としない。そのため，大幅に電力使用量を低減することができる。
【００１６】
また，冷房経路における冷房用熱交換器は，水又は空気と熱交換を行う。水と熱交換を行うよう構成した場合には，従来よりも非常に効率のよい熱交換を行うことができ，外気温度の影響を大幅に少なくすることができる。また，空気との熱交換を行うよう構成する場合には，その構成自体は従来と同様にすることができるが，冷房専用であるため，暖房時には運転を停止することができる。それ故，電力消費量の低減を図ることができる。
【００１７】
このように，本発明の空調装置は，ＧＨＰを採用すると共に，従来の室外側熱交換器に相当する上記各熱交換器を暖房経路と冷房経路とにそれぞれ別個に専用に設けてある。そのため，各経路における上記各熱交換器は，上記のごとく，暖房又は冷房のいずれか一方の機能だけを発揮すればよく，ガスエンジンの廃熱を利用した最適な構成をとることができる。
それ故，本発明の空調装置は高効率かつ省電力化を実現することができる。
【００１８】
次に，請求項２の発明のように，上記冷房経路における上記冷房用熱交換器は，クーリングタワーと連結されており，該クーリングタワーにより冷却された冷却水と熱媒体との熱交換を行うように構成されていることが好ましい。この場合には，冷房時における熱交換器の冷却，凝縮を非常に効率良く行うことができる。更に，水を利用するため，空気の場合のようにファンを設ける必要がなく，装置の小型化及び騒音の大幅な低減を図ることができる。
【００１９】
また，請求項３の発明のように，上記圧縮機，上記第１冷暖切替弁，上記第２冷暖切替弁，上記室内側熱交換器，上記アキュームレータ，上記暖房経路及び上記冷房経路は，一つのハウジング内に設けられ，室外に一体的に配設されるよう構成することが好ましい。この場合には，上記空調装置の構成物を一体的に施工することができ，施工を簡単にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる空調装置につき，図１を用いて説明する。
本例の空調装置１は，図１に示すごとく，ガスエンジン７により駆動され，低温低圧ガス状態の熱媒体を圧縮して高温高圧ガスを生成するための圧縮機１１と，熱媒体の循環経路１０を暖房経路Ｈ（矢印）又は冷房経路Ｃ（矢印）に切り替えるための第１冷暖切替弁１２及び第２冷暖切替弁１５とを有する。また，熱媒体と室内側空気との熱交換を行う室内側熱交換器１３と，圧縮機１１の吸入側と第１冷暖切替弁１２との間に介設され，熱媒体中のガスと液体とを分離するためのアキュームレータ１４とを有する。
【００２１】
上記暖房経路Ｈには，圧縮機１１を駆動する上記ガスエンジン７の排ガスと熱媒体との熱交換を行う第１暖房用熱交換器４１と，ガスエンジン７のエンジン冷却水と熱媒体との熱交換を行う第２暖房用熱交換器４２とを設けてある。
また，上記冷房経路Ｃには，水と熱媒体との熱交換を行う冷房用熱交換器３１を設けてある。そして，冷房用熱交換器３１はクーリングタワー３２と連結されており，該クーリングタワー３２により冷却された冷却水と熱媒体との熱交換を行うように構成されている。
【００２２】
以下，これを詳説する。
圧縮機１１は，ガスエンジン７により駆動されるコンプレッサであり，その吸入側の低温低圧ガス状態の熱媒体を圧縮して高温高圧ガスを上記第１冷暖切替弁１２側に圧送するよう構成されている。
【００２３】
第１冷暖切替弁１２は四方弁であり，図１に示すごとく，圧縮機１１から送られた高温高圧ガスの循環経路を暖房運転時には暖房経路Ｈへ，冷房運転時には冷房経路Ｃへそれぞれ切り換えると共に，帰還した低温低圧ガス状態の熱媒体をアキュームレータ１４に導くよう構成されている。
また，図１における第２冷暖切替弁１５は例えば三方弁であり，上記第１冷暖切替弁１２と同時に切り替え動作を行い，第１冷暖切替弁１２と相俟って暖房経路Ｈと冷房経路Ｃとの切り替えを行うよう構成されている。
【００２４】
室内側熱交換器１３は，ファン１３５により強制的に流動された室内側空気と熱媒体との熱交換を行うよう構成されている。即ち，暖房時には熱媒体の凝縮器として機能して室内側空気を暖め，冷房時には熱媒体の蒸発器として機能して室内側空気を冷却するよう構成されている。
アキュームレータ１４は，上記の第１冷暖切替弁１２から送られた低温低圧ガス状態の熱媒体に含有されている低温低圧液を分離し，低温低圧ガスだけを圧縮機１１に供給するよう構成されている。
【００２５】
また，暖房経路Ｈにおける第１暖房用熱交換器４１は，図１に示すごとく，ガスエンジンの排ガス経路７０のマフラー７１の下流側に接続されており，排ガスと熱媒体との熱交換を行うよう構成されている。
また，第２暖房用熱交換器４２は，例えば二重管熱交換器であり，図１に示すごとく，ガスエンジン７のエンジン冷却水回路７５に接続されている。
【００２６】
エンジン冷却水回路７５は，図１に示すごとく，ガスエンジン７の内部，第２暖房用熱交換器４２，ラヂエター４４，第３熱交換器４３，及び循環ポンプ４５が，３つの三方弁５１，５２を介して連結されてなる。上記の第３熱交換器４３は，ガスエンジン７の排ガスとエンジン冷却水との熱交換を行うための熱交換器である。そして，エンジン冷却水の実際の循環経路は，後述するごとく，上記３つの三方弁５１，５２の切り替えによって，暖房時と冷房時，さらには暖房運転時における始動時と定常時において切り替えられるよう構成されている。
【００２７】
また，冷房経路Ｃにおける冷房用熱交換器３１は，図１に示すごとく，クーリングタワー３２に送り管３３１と戻り管３３２を介して連結されている。また，戻り管３３２には循環ポンプ３３が設けられている。そして，冷媒用熱交換器３１は，クーリングタワー３２により冷却された冷却水と熱媒体との熱交換を行うよう構成されている。
【００２８】
また，室内側熱交換器１３と第２冷暖切替弁１５との間には，暖房経路Ｈの場合の絞り機構６４及び逆止弁６２と，冷房経路Ｃの場合の膨張弁６３と逆止弁６１とが配設されている。
そして，上記のごとき構成の空調装置１は，図１に示すごとく，ハウジング８０内に収められており，室外に一体的に配設されている。そしてハウジング８０は，室内側空気の吸込ダクト８１と吹出ダクト８２とを介して室内８５に接続されている。
【００２９】
次に，本例の空調装置１における暖房運転，及び冷房運転時における作動状態をそれぞれ説明する。
まず，暖房運転時においては，圧縮機１１から圧送された高温高圧ガス状態の熱媒体が第１冷暖切替弁１２を介して室内側熱交換器１３に送られる（矢印Ｈ）。このときの室内側熱交換器１３は凝縮器として機能し，ファン１３５により導かれた室内側空気を暖めると共に，熱媒体を高温高圧ガスから高温高圧液に変換する。
【００３０】
次いで，高温高圧液状態の熱媒体は，逆止弁６１，６２の存在によって，絞り機構６４を通過する。絞り機構６４を通過した熱媒体は，低温低圧液となって第２冷暖切替弁１５に向かう。次いで，熱媒体は，第２冷暖切替弁１５の作用によって第１暖房用熱交換器４１方向に向かう。第１暖房用熱交換器４１は蒸発器として機能し，上記低温低圧液状態の熱媒体を低温低圧ガスに変換する。
さらに，熱媒体は，同じく蒸発器として機能する第２暖房熱交換器４２に送られ，熱媒体中に含有されている液体分がさらに十分にガス化される。
【００３１】
次いで，低温低圧ガス状態の熱媒体は，第１冷暖切替弁１２を介してアキュームレータ１４に送られて気液分離され，低温低圧ガスが圧縮機１１に供給される。
このような一連の熱媒体の循環が，上記の暖房経路Ｈにおいて繰り返されることにより，室内８５の暖房が行われる。
【００３２】
ここで上記第２暖房用熱交換器４２に接続されたエンジン冷却水回路は，暖房運転始動時には第２暖房用熱交換器４２を通らずにその熱交換機能を停止させ，定常時においてのみ第２暖房用熱交換器４２を機能させるよう運転される。これは，始動時におけるガスエンジンの暖機運転のためである。
【００３３】
具体的には，暖房運転始動時においては，ガスエンジン７内を通過したエンジン冷却水は，三方弁５１，５２，第１バイパス経路７１，第２バイパス経路７２，循環ポンプ４５，第３熱交換器４３を順次通過して，再びガスエンジン７に送られる。
【００３４】
一方，暖房運転定常時においてエンジン冷却水の温度が所定温度以上になった場合には，三方弁５２が切り替わって第１バイパス経路７１を閉止し，第２暖房用熱交換器４２を通る経路をとる。即ち，このときのエンジン冷却水の循環経路は，上記三方弁５２から第２暖房用熱交換器４２を通って第２バイパス経路７２に抜ける経路となる。なお第２バイパス経路７２以降は上記の始動時と同様である。
なお，ラヂエター４４は冷房運転時にのみ機能し，暖房運転時においては三方弁５１の作用において常にバイパスされ，エンジン冷却水が通過しないよう構成されている。
【００３５】
次に，冷房運転時における熱媒体の循環を説明する。
まず圧縮機１１から圧送された高温高圧ガス状態の熱媒体が第１冷暖切替弁１２を介して第２暖房用熱交換器４２に送られる。このとき，冷房運転時におけるエンジン冷却水回路７５の有効経路は，ガスエンジン７から，三方弁５１，ラヂエター４４，第２バイパス経路７２，循環ポンプ４５，第３熱交換器４３，ガスエンジン７を順次結んだ経路となり，第２暖房用熱交換器４２をバイパスしている。そのため，冷房運転時における第２暖房用熱交換器４２は，何ら熱交換器として機能しない。
【００３６】
そして，第２暖房用熱交換器４２を通過した熱媒体は，冷房用熱交換器３１に送られ，凝縮されて高温高圧液となる。このときの熱交換には，上記のごとくクーリングタワー３２によって冷却された冷却水が用いられる。
次いで，高温高圧液状態の熱媒体は，第２冷暖切替弁１５を通過した後，膨張弁３６を通過する。膨張弁３６を通過した熱媒体は，高温高圧液から低温低圧液に変換され，逆止弁６１を介して室内側熱交換器１３に送られる。
【００３７】
このときの室内側熱交換器１３は熱媒体の蒸発器として機能し，室内空気を冷却すると共に熱媒体を低温低圧ガスとする。冷却された空気はファン１３５によって室内に送られる。
次いで，室内側熱交換器１３によって低温低圧ガス状態となった熱媒体は，第１冷暖切替弁１２を介してアキュームレータ１４に戻され，再び圧縮機１１に供給される。
このような一連の熱媒体の循環が上記冷房経路Ｃにおいて繰り返し行われることにより，室内８５の冷房が行われる。
【００３８】
このように，本例の空調装置１は，暖房経路Ｈと冷房経路Ｃとにおいて，それぞれ専用の熱交換器４１，４２，３１を有している。そのため，各熱交換器４１，４２，３１は，それぞれ暖房又は冷房のための専用の機能のみを果たせばよく，次のように非常に高効率かつ省電力となる。
【００３９】
即ち，暖房経路Ｈにおいては，第１暖房用熱交換器４１と第２暖房用熱交換器４２とが，いずれもガスエンジンの廃熱を有効に利用している。そのため，蒸発器としてのみ機能する上記２つの熱交換器４１，４２は，熱媒体への熱の供給量が従来の室外空気を利用する場合に比べ多くなって高効率となり，また外気温度の影響も非常に小さくなる。さらには，空気の場合のようなファンを必要とせず，その駆動電力が不必要となるとともに騒音が小さくなる。
【００４０】
また，冷房経路Ｃにおいては，冷水用熱交換器３１がクーリングタワー３２に接続されており，その冷却水を利用している。そのため，凝縮器としてのみ機能する冷水用熱交換器３１は，熱媒体からの吸熱能力が従来の室外空気を利用する場合よりも高く，また，外気温度の影響も非常に小さくなる。さらには，上記と同様に従来のようなファンも不必要となる。
【００４１】
それ故，本例の空調装置１は，ＧＨＰの採用による省エネルギー化に加え，さらに全体的に高効率かつ省電力を実現することができる。
また，本例の空調装置１は，上記のごとく，一体的にハウジングに収められており，室外に纏めて設置できるよう構成されている。そのため，施工が簡単であり，施工費用の低減をも実現することができる。
【００４２】
【発明の効果】
上記のごとく，本発明によれば，室外空気の温度に関わらず高効率で，かつ，省電力型の空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の空調装置の構成を示す説明図。
１．．．空調装置，
１１．．．圧縮機，
１２．．．第１冷暖切替弁，
１３．．．室内側熱交換器，
１４．．．アキュームレータ，
１５．．．第２冷暖切替弁，
３１．．．冷水用熱交換器，
４１．．．第１暖房用熱交換器，
４２．．．第２暖房用熱交換器，
４３．．．第３熱交換器，
５１，５２．．．三方弁，
６１，６２．．．逆止弁，
６３．．．膨張弁，
６４．．．絞り機構，
７．．．ガスエンジン，
８０．．．ハウジング，
【図１】
0003740757.tif 000002