JP2001280742A - 給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】暖房運転時に暖房空調の快適性を維持しなが
ら、エンジン排熱を回収した冷却水で貯湯タンクの水を
加熱し、室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換
量を最大にしてシステム全体の効率を高める。 【構成】外気温度、圧縮機の負荷に基づいて、低圧冷媒
が冷却水により加熱されない状態での暖房運転時のエン
ジン又は圧縮機の予想回転数を算出し、この予想回転数
がエンジン又は圧縮機の所定最高回転数以下であれば、
冷却水の全量を主循環回路に分配して給湯装置の貯湯タ
ンクの温水を加熱するように前記温水制御弁を制御する
制御手段を設けたことを特徴とする給湯装置を備えたエ
ンジン駆動式熱ポンプ空調装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン駆動式熱
ポンプ空調装置において、エンジン排熱を回収した冷却
水によって貯湯タンク内の水を加熱する給湯装置を備え
たエンジン駆動式熱ポンプ空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン駆動式熱ポンプ装置を利用した
給湯装置として特開平１１−１８２９７２号公報に記載
されたものがある。この給湯装置は、エンジン駆動式熱
ポンプ装置の冷媒回路を循環する高温高圧の冷媒の熱を
熱媒体（水）に付与する冷媒熱交換器と、冷却水によっ
て回収されたエンジン排熱を熱媒体（水）に付与する温
水熱交換器と、熱媒体（水）の熱で貯湯タンク内の水を
加熱する熱交換器と、これらの各熱交換器に熱媒体
（水）を循環させるポンプを配置し、貯湯タンク内に貯
留される温水を各種用途に供するようにしたものであ
る。ところが、上記給湯装置は貯湯タンク内の水を間接
的に加熱するための熱交換器を必要とするため、装置の
大型化及びコストアップを招くという問題があった。

【０００３】そこで、本発明者は、上記給湯装置におい
て貯湯タンク内に設置される熱交換器を廃し、図６に示
すように、貯湯タンク１６３内の水を下部から取り出し
てこれを冷媒熱交換器１６１、温水熱交換器１６２の順
に通過させ、温水熱交換器１６２の出口における水の温
度を温度センサ１７３によって検出し、検出された水の
温度が設定値よりも低い場合には一方のバルブSV１を閉
じ、他方のバルブSV２を開いて水を経路１６９ｇを経て
貯湯タンク１６３の下部に帰還せしめ、検出された水の
温度が設定値よりも高い場合には一方のバルブSV１を開
いて他方のバルブSV２を閉じて水を経路１６９ｆを経て
貯湯タンク１６３の上部に帰還せしめることによって貯
湯タンク１６３の上部に高温の湯を貯留し、この高温の
湯を貯湯タンク１６３の上部から供給する方式（成層加
熱方式と称する）を検討している。

【０００４】そして、エンジン駆動方式熱ポンプ空調装
置の熱ポンプ装置を上記給湯装置に利用し、空調機能を
損なうことなく高効率に給湯装置を作動させる給湯装置
を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の開発を行っ
ている。即ち、エンジンによって駆動される圧縮機によ
って冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する
冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路に
は膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設けて成る
エンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水
回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設
け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷
却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を設け
ている。そして、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱
回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱
回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱
交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換
器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わ
せために前記冷媒回路との間に設けられた二重管熱交換
器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス
循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイ
パス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置している。
貯湯タンク内の水を沸き上げる給湯運転時は、冷却水を
主循環回路とバイパス循環回路に適宜分配するように分
配弁を制御するが、暖房運転時においては、暖房空調の
快適性を最優先し、冷却水を全量バイパス循環回路に送
って低圧冷媒を加熱するように温水制御弁を制御してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エンジン排熱を回収し
た冷却水で低圧冷媒を加熱することにより、エンジン排
熱を有効に利用することはできるが、冷却水全量で加熱
するので低圧冷媒の温度が上がり、室外熱交換器による
外気と低圧冷媒との熱交換量が減少し、空調装置及び給
湯装置を含むシステム全体の効率を上げることはできな
い。本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とする処は、暖房運転時においても、エンジン排熱
を回収した冷却水で貯湯タンクの水を加熱し、室外熱交
換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にしてシ
ステム全体の効率を高めることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、エンジン
によって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷
媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却
水回路を有し、前記冷媒回路には膨張弁と室内熱交換器
及び室外熱交換器を設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ
空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収
熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の
加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって
行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前
記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経
てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エン
ジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、
前記室外熱交換器から流出した低圧冷媒と冷却水との間
の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられ
た熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻る
バイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回
路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置
し、外気温度、室内機の負荷に基づいて、低圧冷媒が冷
却水により加熱されない状態での暖房運転時の前記エン
ジン又は圧縮機の予想回転数を算出し、この予想回転数
が前記エンジン又は圧縮機の所定最高回転数以下であれ
ば、冷却水の全量を主循環回路に分配するように前記温
水制御弁を制御する制御手段を設けたことである。

【０００７】請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請
求項１に記載されたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置に
おいて、前記制御手段が、外気温度、運転中の室内機の
容量、台数及び室内温度と設定温度との温度差に基づい
て前記予想回転数を算出することである。

【０００８】請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請
求項１又は請求項２に記載されたエンジン駆動式熱ポン
プ空調装置において、前記温水制御弁が、リニア電子制
御三方弁であることである。

【０００９】

【発明の作用・効果】上記のように構成した請求項１に
係る発明においては、外気温度、室内機の負荷に基づい
て、低圧冷媒が冷却水により加熱されない状態での暖房
運転時の前記エンジン又は圧縮機の予想回転数を算出
し、この予想回転数が前記エンジン又は圧縮機の所定最
高回転数以下であれば、冷却水の全量を主循環回路に分
配するように前記温水制御弁を制御するようにしたの
で、応答性が良くかつ安定した制御により暖房空調の良
好な快適性を維持した上で、室外熱交換器による外気と
低圧冷媒との熱交換量を多くしてシステム全体の効率を
高めることができる。

【００１０】上記のように構成した請求項２に係る発明
においては、前記予想回転数を外気温度、運転中の室内
機の容量、台数及び室内温度と設定温度との温度差に基
づいて算出するようにしたので、前記予想回転数を正確
に算出することができる。

【００１１】上記のように構成した請求項３に係る発明
においては、前記温水制御弁をリニア電子制御三方弁と
したので、主循環回路とバイパス循環回路への冷却水の
分配割合を容易に正確に制御することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。図１は給湯装置を備えたエン
ジン駆動式熱ポンプ空調装置の基本構成を示す回路図、
図２は給湯装置の基本構成を示す回路図、図３は給湯装
置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の制御系の
構成を示すブロック図である。図１で示すように、給湯
装置６０はエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１に付設さ
れるものであって、熱ポンプ空調装置１において回収さ
れるエンジン排熱の一部と暖房運転時には更にガスエン
ジン６によって冷媒に与えられるエネルギー（熱）の一
部によって水を加熱する装置であり、その構成の詳細は
図２に示されている。ここで、エンジン駆動式熱ポンプ
空調装置１の基本構成を図１に基づいて説明する。エン
ジン駆動式熱ポンプ空調装置１は冷房運転及び暖房運転
によって室内を冷房及び暖房する装置であって、これは
室外機２と室内機３によって構成されている。尚、複数
の不図示の部屋毎に配置される室内機３はそれぞれ１つ
以上の室内熱交換器４を含んで構成されており、各室内
熱交換器４は後述のように冷房運転時にはエバポレータ
として機能し、暖房運転時にはコンデンサとして機能す
る。又、図示しないが、各室内熱交換器４には不図示の
送風ファン５（図３参照）が設けられている。

【００１３】以下、室外機２の構成について説明する
と、図１において、６は駆動源である前記水冷式ガスエ
ンジン、７はガスエンジン６によって回転駆動される圧
縮機であって、ガスエンジン６の出力軸８はプーリ９、
ベルト１０及びプーリ１１を介して圧縮機７の入力軸１
２に連結されている。ところで、上記ガスエンジン６の
吸気系には吸気管１３が接続されており、該吸気管１３
の上流側にはエアクリーナ１４が配置され、その下流側
にはミキサー１５とスロットル弁１６が配置されてい
る。尚、スロットル弁１６はステッピングモータによっ
て構成されるスロットル弁開度制御アクチュエータ１７
によって開閉制御される。そして、前記ミキサー１５に
は燃料ガス供給源１８に接続された燃料供給管１９が接
続されており、該燃料供給管１９の途中には燃料ガス流
量制御弁２０と減圧調整弁２１及び２つの開閉弁２２が
接続されている。他方、ガスエンジン６の排気系からは
排気管２３が導出しており、該排気管２３の途中には排
ガス熱交換器２４が設けられている。尚、ガスエンジン
６には、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転
数センサ２５、始動用のスタータモータ２６、潤滑用オ
イルを貯留するためのオイルパン２７等が設けられてい
る。

【００１４】ところで、当該熱ポンプ空調装置１には、
前記圧縮機７を含んで閉ループを構成する冷媒回路２８
と前記ガスエンジン６を冷却する冷却水を循環させる冷
却水回路２９が設けられている。熱ポンプ装置を構成す
る上記冷媒回路２８は圧縮機７によってフロン等の冷媒
を循環させる回路であって、これには圧縮機７の他、オ
イルセパレータ３０、四方弁３１、前記室内熱交換器
４、電子膨張弁３２,３３、室外熱交換器３４、二重管
熱交換器３５、アキュームレータ３６等の各種機器が含
まれており、これらの機器は冷媒配管２８ａ〜２８kに
よってそれぞれ接続されて閉ループを構成している。即
ち、圧縮機７の吐出側から導出してオイルセパレータ３
０に至る冷媒配管２８ａの途中には高圧側圧力センサ３
７が設けられており、オイルセパレータ３０と四方弁３
１とは冷媒配管２８bによって接続されている。ここ
で、四方弁３１には４つのポートａ，ｂ，ｃ，ｄが設け
られており、ポートｂに連なる冷媒配管２８ｃの途中に
はバルブ３８が設けられ、該冷媒配管２８ｃは４つの冷
媒配管２８ｄ，２８ｅに分岐している。

【００１５】上記４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅのう
ち、１つの冷媒配管２８ｄは給湯装置６０に設けられた
冷媒熱交換器６１の入口側に接続され、冷媒熱交換器６
１の出口側から導出する冷媒配管２８ｆの途中には電子
膨張弁３３が設けられている。残り３つの各冷媒配管２
８ｅには前記室内機３を構成する各室内熱交換器４と電
子膨張弁３２がそれぞれ設けられている。そして、３つ
の冷媒配管２８ｅと冷媒配管２８ｆは合流して１つの冷
媒配管２８ｇを構成している。而して、前記冷媒配管２
８ｇは前記室外熱交換器３４の一端に接続されており、
その途中にはパックドバルブ３９、サイトグラス４０、
ドライヤ４１、電動開閉弁４２及び冷媒温度センサ４３
が設けられている。尚、室外熱交換器３４には室外ファ
ン４４が設けられている。又、上記室外熱交換器３４の
他端に接続された冷媒配管２８ｈには二重管熱交換器３
５が設けられ、室外熱交換器３４から流出して冷媒配管
２８ｈを流れる低圧冷媒が二重管熱交換器３５において
後述するバイパス循環回路を循環する冷却水により加熱
される。冷媒配管２８ｈには二重管熱交換器３５が設け
られているとともに、冷媒配管２８ｇのドライヤ４１と
電動開閉弁４２の間から分岐した冷媒配管（バイパス配
管）２８ｉが接続され、該冷媒配管２８ｉの途中には電
動バイパス弁４５と逆止弁４６が設けられている。そし
て、前記冷媒配管２８ｈは前記四方弁３１のポートｄに
接続されており、四方弁３１のポートｃに連なる冷媒配
管２８ｊは前記アキュームレータ３６に接続され、該ア
キュームレータ３６から導出する冷媒配管２８ｋは圧縮
機７の吸入側に接続され、その途中には低圧側圧力セン
サ４７が設けられている。又、前記オイルセパレータ３
０の下部から導出するオイル戻し配管４８は前記冷媒配
管２８ｋに接続されており、その途中にはキャピラリ４
９が設けられている。

【００１６】一方、前記冷却水回路２９は水ポンプ５０
によって冷却水を循環させる回路であって、これには水
ポンプ５０の他、前記排ガス熱交換器２４、サーモスタ
ット弁５１、温水制御弁５２、サーモスタット弁５３、
給湯装置６０に設けられた温水熱交換器６２、ラジエー
タ５４、前記二重管熱交換器３５等の各種機器が含まれ
ており、これらの機器は冷却水配管２９ａ〜２９ｋによ
ってそれぞれ接続されて閉ループを形成している。本実
施の形態では、温水制御弁５２はリニア電子制御三方弁
で構成されている。即ち、水ポンプ５０の吐出側からサ
ーモスタット弁５１に至る冷却水配管２９ａの途中には
前記排ガス熱交換器２４が設けられており、サーモスタ
ット弁５１から分岐する一方の冷却水配管２９ｂは前記
ガスエンジン６の冷却水ジャケット６ａの入口側に接続
され、冷却水ジャケット６ａの出口側から導出する冷却
水配管２９ｃはサーモスタット弁５１から分岐する他方
の冷却水配管２９ｄと合流して１つの冷却水配管２９ｅ
を形成している。尚、排ガス熱交換器２４と冷却水ジャ
ケット６ａはエンジン排熱回収熱交換器を構成してい
る。

【００１７】上記冷却水配管２９ｅは温水制御弁５２に
接続されており、その途中には温水制御弁５２の上流を
流れる冷却水の温度（エンジン排熱回収熱交換器の出口
側温度）を検出するための冷却水温度センサ５５が設け
られている。そして、温水制御弁５２から分岐する一方
の冷却水配管２９ｆは前記サーモスタット弁５３に接続
され、該サーモスタット弁５３から分岐する一方の冷却
水配管２９ｇは給湯装置６０に設けられた前記温水熱交
換器６２の入口側に接続されている。又、サーモスタッ
ト弁５３から分岐する他方の冷却水配管（バイパス配
管）２９ｈは前記ラジエータ５４の入口側に接続され、
ラジエータ５４の出口側から導出する冷却水配管２９ｉ
は前記水ポンプ５０の吸入側に接続されており、この冷
却水配管２９ｉには前記温水制御弁５２から分岐する冷
却水配管（バイパス配管）２９ｊが二重管熱交換器３５
を経由して接続されている。冷却水配管２９ｉの途中に
は注水口５６を介してリザーバタンク５７が接続されて
いる。更に、前記温水熱交換器６２の出口側から導出す
る冷却水配管２９ｋは前記冷却水配管２９ｉに接続され
ている。而して、以上の冷却水回路２９において形成さ
れる閉ループの冷却水循環路は、前記排ガス熱交換器２
４と冷却水ジャケット６ａによって構成されるエンジン
排熱回収熱交換器から給湯装置６０の前記温水熱交換器
６２を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る冷却水配管
２９ａ〜２９ｇ，２９ｋ，２９ｉから成る主循環路と、
エンジン排熱回収熱交換器から温水熱交換器６２を迂回
して二重管熱交換器３５を経てエンジン排熱回収熱交換
器に戻るバイパス循環回路２９ａ〜２９ｅ，２９ｊ，２
９ｉと、冷却水配管２９ａから２９ｆ，２９ｈ，２９ｉ
によって構成されるラジエータ循環路とで構成されてい
る。

【００１８】次に、給湯装置６０の構成を図２に基づい
て説明する。図２に示すように、給湯装置６０には前記
冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の他、貯湯タンク
６３、水ポンプ６４、リニア三方弁からなるサーモスタ
ット弁６５、追い焚き装置６６、温水熱交換器６７、６
８等の機器が配置されており、これらの機器は温水配管
６９ａ〜６９ｋによってそれぞれ互いに接続されてい
る。即ち、前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２を
接続する温水配管６９ａの途中には前記水ポンプ６４と
温度センサ７０が設けられるとともに、貯湯タンク６３
の上部から導出する温水配管６９ｂが接続されており、
温水配管６９ｂの途中には開閉弁７１が設けられてい
る。尚、貯湯タンク６３には４つの温度センサ７２ａ〜
７２ｄが高さ方向に適当な間隔で設けられており、貯湯
タンク６３の底部には市水（水道水）を補給するための
給水管６９ｃが接続されている。

【００１９】貯湯タンク６３の底部から導出する温水配
管６９ｄは冷媒熱交換器６１の入口側に接続されてお
り、温水熱交換器６２の出口側から導出する温水配管６
９ｅは前記サーモスタット弁６５に接続されている。そ
して、サーモスタット弁６５から分岐する一方の温水配
管６９ｆは貯湯タンク６３の上部に接続され、他方の温
水配管６９ｇは前記追い焚き装置６６の内部を通って温
水配管６９ｄに貯湯タンク６３の底部近傍で接続されて
おり、その追い焚き装置６６の上流側には温度センサ７
３が設けられ、追い焚き装置６６の下流側には前記温水
熱交換器６７、６８が設けられている。ここで、一方の
温水熱交換器６７と室内の床暖房装置（又は浴室乾燥
機）７４とは給湯配管７５によって接続され、他方の温
水熱交換器６８と風呂７６とは給湯配管７７によって接
続されており、給湯配管７５には水ポンプ７８と流量制
御弁７９が設けられ、給湯配管７７には水ポンプ８０が
設けられている。

【００２０】前記温水配管６９ｅから分岐する温水配管
（バイパス配管）６９ｈは前記サーモスタット弁６５を
迂回して温水配管６９ｇに接続されており、その途中に
は開閉弁８１が設けられている。更に、前記貯湯タンク
６３の上部からは温水配管６９ｉが導出しており、この
温水配管６９ｉから分岐する一方の温水配管６９ｊは図
示のように前記追い焚き装置６６の内部を通って蛇口８
２に接続されており、他方の温水配管６９ｋは不図示の
排水設備に接続され、その途中にはリリーフ弁８３が設
けられている。ここで、追い焚き装置６６にはバーナー
８４が設けられており、このバーナー８４には不図示の
燃料ガス供給源からガス配管８５を経て燃料ガスが供給
され、この燃料ガスはバーナー８４で燃焼して温水配管
６９ｇ、６９ｊを流れる温水を加熱する。尚、ガス配管
８５の途中にはガス流量制御弁８６が設けられている。
又、追い焚き装置６６の下部には空気取入口６６ａが開
口し、上部には排気口６６ｂが開口している。

【００２１】給湯装置６０を備えたエンジン駆動式熱ポ
ンプ空調装置１の制御系の構成を図３に示すブロック図
に基づいて説明する。室外機２、室内機３及び給湯装置
６０には制御手段としてのＣＰＵ８７，８８，８９がそ
れぞれ設けられており、室外機２のＣＰＵ８７と室内機
３のＣＰＵ８８及び給湯装置６０のＣＰＵ８９は互いに
情報の授受を行い、室外機２のＣＰＵ８７は各種データ
を記憶装置９０に記憶している。

【００２２】室外機２のＣＰＵ８７は、エンジン回転セ
ンサ２５、高圧側圧力センサ３７、低圧側圧力センサ４
７、冷媒温度センサ４３、冷却水温度センサ５５及びそ
の他のセンサ群（例えば、エンジン室内温度センサ、外
気温度センサ、高圧側温度センサ等）９１の検知データ
を取り込んでスロットル弁開度制御アクチュエータ１
７、温水制御弁駆動アクチュエータ９２、電子膨張弁３
２，３３の電子膨張弁駆動アクチュエータ９３、室外フ
ァン駆動アクチュエータ９４、水ポンプ駆動アクチュエ
ータ９５及びその他のアクチュエータ群（例えば、ガス
流量制御弁８６、四方弁３１、電動バイパス弁４５、電
動開閉弁４２等を駆動するためのアクチュエータなど）
９６の駆動を制御する。室内機３のＣＰＵ８８は、冷媒
温度センサ９７、室内機リモコン操作部９８、室内温度
センサ９９、床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００及び風
呂追い焚きスイッチ１０１の検知データを取り込んで送
風ファン５、室内ルーバーモータ１０２の駆動を制御す
る。給湯装置６０のＣＰＵ８９は、温度センサ群（温度
センサ７０，７２ａ〜７２ｄ，７３）の検知データを取
り込んで水ポンプ群（水ポンプ６４，７８，８０）、開
閉弁群（開閉弁７１，８１）、ガス流量制御弁（＆点火
装置）８６及び流量制御弁７９の駆動を制御する。

【００２３】次に、給湯装置６０を備えたエンジン駆動
式熱ポンプ空調装置１の作用を説明する。暖房運転にお
いて、給湯装置６０の冷媒熱交換器６１に接続された電
子膨張弁３３は所定の開度に設定され、スタータモータ
２６によってガスエンジン６が起動されると、該ガスエ
ンジン６によって圧縮機７が回転駆動されて気相冷媒が
圧縮され、高温高圧の気相冷媒は冷媒配管２８ａを通っ
てオイルセパレータ３０に至る。オイルセパレータ３０
においては冷媒に含まれるオイル分が除去され、オイル
分が除去された気相冷媒は冷媒配管２８ｂを通って四方
弁３１に至る。冷媒から分離されたオイルは前記キャピ
ラリ４９を通過してオイル戻し配管４８から前記冷媒配
管２８ｋに戻される。暖房運転時においては、図１に実
線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｂと
が連通されており、高温高圧の気相冷媒はバルブ３８を
通過して一部の気相冷媒は各冷媒配管２８ｅを通って室
内熱交換器４に至り、コンデンサとして機能する各室内
熱交換器４において凝縮熱を放出して液化し、このとき
放出される凝縮熱によって室内の暖房が行われる。残り
の気相冷媒は冷媒配管２８ｄを通って給湯装置６０の冷
媒熱交換器６１へと供給されて貯湯タンク６３内の温水
加熱に供される。

【００２４】各室内熱交換器４において凝縮熱を放出し
て液化した高圧の液相冷媒は各冷媒配管２８ｅを流れる
過程で電子膨張弁３２にを通過して減圧され、冷媒熱交
換器６１において給湯装置６０の貯湯タンク６３内の水
を凝縮熱によって加熱して液化した高圧の液相冷媒は冷
媒配管２８ｆを流れる過程で電子膨張弁３３を通過して
減圧される。そして、各電子膨張弁３２，３３を通過し
て減圧された液相冷媒は合流して冷媒配管２８ｇを流
れ、パックドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ
４１及び電動開閉弁４２を通過して室外熱交換器３４に
至り、エバポレータとして機能する室外熱交換器３４に
おいて外気から蒸発熱を奪って気化する。気化した冷媒
は四方弁３１に至るが、暖房運転時には図１に実線にて
示すように四方弁３１のポートｃとポートｄが連通して
いるため、冷媒は冷媒配管２８ｊを通ってアキュームレ
ータ３６へと流れ、該アキュームレータ３６にて気液が
分離され、気相冷媒のみが冷媒配管２８ｋを通って圧縮
機７に吸引される。そして、圧縮機７に吸引された冷媒
は再び圧縮され、冷媒は前述と同様の作用を繰返して各
室内の暖房に供される。

【００２５】次に、本発明の特徴である冷却水回路２９
内を循環する冷却水の循環制御について図４に示す暖房
運転プログラムに基づいて説明する。水ポンプ５０の駆
動によって冷却水回路２９内を循環する冷却水は、水ポ
ンプ５０から吐出されて冷却水配管２９ａを流れ、その
過程で排ガス熱交換器２４においてガスエンジン６から
排気管２３に排出される排気ガスの熱を回収して加熱さ
れ、サーモスタット弁５１により冷却水の温度に応じて
冷却水配管２９ｂ，２９ｄに分配して流される。冷却水
配管２９ｂ，２９ｄを流れる冷却水は合流して冷却配水
管２９ｅを流れて温水制御弁５２に至る。ステップ１２
５において、温水制御弁５２上流側の冷却水の温度が冷
却水温度センサ５５によって検知され、冷却水回路２９
を循環する冷却水の温度が設定値（６０℃）以上か否か
判定される。設定値以上であれば、ステップ１２６にお
いて、低圧冷媒が冷却水により加熱されない状態におけ
る圧縮機７延いてはガスエンジン６の予想回転数が、外
気温度センサで検出された外気温度、圧縮機７の容量、
室内機３の負荷等に基づいて試験結果から作成した計算
式で算出される。室内機３の負荷等は、運転中の室内機
３の容量、台数及び室内温度と設定温度との温度差、並
びに給湯装置６０が運転中のときは、冷媒熱交換器６１
の容量等から求められる。ステップ１２７で予想回転数
がガスエンジン６の所定最高回転数未満であるか否か判
定され、未満であれば、ステップ１２８で温水制御弁５
２は、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全開とし、冷却
水配管２９ｊへの内部通路を全閉とするように制御され
る。これにより、ガスエンジン６の排熱を回収した冷却
水は全量冷却水配管２９ｆに流される。冷却水温度が設
定値未満、或いは予想回転数がガスエンジン６の所定最
高回転数に達していれば、ステップ１２９で温水制御５
２は冷却水配管２９ｊへの内部通路を全開とし、冷却水
配管２９ｆへの内部通路を全閉とするように制御され、
冷却水は全量バイパス循環回路を循環し、二重管熱交換
器３５において低圧冷媒を加熱する。暖房運転時は、こ
の暖房運転プログラムが一定時間毎に繰返し実行されて
暖房運転が行われる。

【００２６】冷却水配管２９ｆを流下する設定値（６０
℃）以上の冷却水はサーモスタット弁５３に至る。この
サーモスタット弁５３はリニア三方弁で構成されて図５
に示す特性を有しており、該サーモスタット弁５３はこ
れに流入する冷却水の温度が第１の設定値t21（本実施
の形態では７８℃）以下である場合、冷却水配管２９ｈ
への内部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２９ｇへ
の内部弁を全開として一方の冷却水配管２９ｇのみに冷
却水を流し、冷却水の温度が第１の設定値t21（７８
℃）を超えると冷却水配管２９ｈへの内部弁を開き始め
ると同時に冷却水配管２９ｄへの内部弁を閉じ始めて両
冷却水配管２９ｇ，２９ｈに冷却水を流し、冷却水の温
度が第２の設定値t22（本実施の形態で９１℃）を超え
ると冷却水配管２９ｇへの内部弁を全閉とするととも
に、冷却水配管２９ｈへの内部弁を全開として一方の冷
却水配管２９ｈのみに冷却水を流す。これにより設定温
度範囲（６０℃〜９１℃）の冷却水を給湯装置６０の温
水熱交換器６２に循環させ、貯湯タンク６３内の温水を
冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の両方で加熱し、
貯湯タンク６３内に高い温度の温水を貯湯可能とする。

【００２７】ガスエンジン６の起動初期において冷却水
温度が設定値（６０℃）未満である場合、冷却水は温水
熱交換器６２を迂回するため、温度の低い冷却水が温水
熱交換器６２において貯湯タンク６３内の温水を冷却す
ることはない。ガスエンジン６の暖機が終了するとエン
ジン出力に応じてエンジン排熱量が増大し、通常７０℃
〜９０℃の温水が温水熱交換器６２に循環するようにな
り、該温水熱交換器６２によって貯湯タンク６３内に７
０℃以上の温水を形成することができる。貯湯タンク６
３内の温水の温度が高くなり過ぎる（例えば９０℃以
上）のを避けるため、サーモスタット弁５３に流入する
冷却水の温度が高くなって７８℃を超えると冷却水の一
部をラジエータ５４へ流し始め、９１℃以上で冷却水の
全量をラジエータ５４へ流すようにしている。

【００２８】給湯装置６０においては、貯湯タンク６３
内の温水の上下方向の温度分布は前記温度センサ７２ａ
〜７２ｄによってそれぞれ検出される。最上位の温度セ
ンサ７２ａによって検出される貯湯タンク６３内上部の
温水の温度が設定値（本実施の形態では７０℃）未満で
ある場合には水ポンプ６４が駆動され、貯湯タンク６３
内の温水は底部から温水配管６９ｄを通って冷媒熱交換
器６１に導入され、該冷媒熱交換器６１において冷媒か
ら放出される凝縮熱によって加熱された後、水ポンプ６
４及び温水熱交換器６２を通過してサーモスタット弁６
５に至る。サーモスタット弁６５はリニア三方弁で構成
されて図５に示す特性を有しており、これは温水の温度
が第１の設定値t31（本実施の形態では６０℃）以下で
ある場合には温水配管６９ｆを全閉とするとともに、温
水配管６９ｇを全開として一方の温水配管６９ｇのみに
温水を流し、温水の温度が第１の設定値t31（＝６０
℃）を超えると温水配管６９ｆを開き始めると同時に温
水配管６９ｇを閉じ始めて両温水配管６９ｆ，６９ｇに
温水を流し、温水の温度が第２の設定値t32（本実施の
形態では７３℃）を超えると温水配管６９ｆを全開と
し、温水配管６９ｇを全閉として一方の温水配管のみに
温水を流す。従って、サーモスタット弁６５において
は、温水の温度が第１の設定値t31（６０℃）未満であ
る場合には温水はその全量が温水配管６９ｇを流れる。
そして、温水の温度が第１の設定値t31（６０℃）を超
えるとサーモスタット弁６５は前述のように両温水配管
６９ｆ、６９ｇに温水を流すため、温水の一部は前述の
ように温水配管６９ｇを通って温水配管６９ｄに還流
し、残りの温水は温水配管６９ｆから貯湯タンク６３の
上部に戻される。この貯湯タンク６３の上部に戻る温水
の量と同量の温度の低い温水が貯湯タンク６３の下部か
ら温水配管６９ｄに供給され、温水配管６９ｇを通過し
てきた温水と合流して冷媒熱交換器６１へ流れる。温水
の温度が第２の設定値t32（７３℃）を超えるとサーモ
スタット弁６５は前述のように温水の全量を温水配管６
９ｆに流すため、温度の高い温水の全てが貯湯タンク６
３の上部に戻される。温度の高い温水が貯湯タンク６３
の上方から溜まり、温度センサ７２ｄが７０℃以上を検
知するようになると水ポンプ６４が停止せられる。

【００２９】以上のように、温度の低い温水は再加熱す
るように冷媒熱交換器６１に戻し、温度の高い温水は貯
湯タンク６３の上部に戻すようにしたため、貯湯タンク
６３内の温水の温度は上から下に向かって低くなり、蛇
口８２を開けば温度の高い温水が貯湯タンク６３の上部
から温水配管６９ｉ、６９ｊを経て供給されてユーザー
の使用に供される。そして、使用された温水の量に見合
う市水が給水配管６９ｃから貯湯タンク６３内の底部に
供給される。尚、ユーザーが給湯温度を高く設定する
と、ガス流量制御弁８６が開いて追い焚き装置６６にお
いてバーナー８４が点火され、供給される温水が加熱さ
れてその温度が設定値まで高められる。

【００３０】床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００と風呂
追い焚きスイッチ１０１（図３参照）の少なくとも一方
がＯＮされると、水ポンプ６４が停止中であればこれが
起動され、温度センサ７２ａが７０℃以上を検知してい
れば開閉弁７１が開とされる。そして、開閉弁８１が開
かれて温水配管６９ｅを流れる温水の一部又は全てがサ
ーモスタット弁６５を迂回して温水配管（バイパス配
管）６９ｈから温水配管６９ｇへと流れる。例えば、床
暖房（又は浴室乾燥）スイッチ１００と風呂追い焚きス
イッチ１０１の双方がＯＮされた場合には、温水配管６
９ｇを流れる温水は温水熱交換器６７，６８において給
湯配管７５，７７を循環する水を加熱し、給湯配管７５
を循環する温水は床暖房装置（又は浴室乾燥機）８４に
おいて床暖房（又は浴室乾燥）に供され、給湯配管７７
を循環する温水は風呂７６内の湯の加熱に供される。こ
のとき、温度センサ７３によって検出される温水の温度
が設定値未満である場合には、温水は追い焚き装置６６
においてバーナー８４によって加熱され、温水熱交換器
６７、６８を通過した後に温水配管６９ｄ或は貯湯タン
ク６３の底部に帰還する。

【００３１】熱ポンプ空調装置１の冷房運転時において
は、給湯装置６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子
膨張弁３３は全閉されており、スタータモータ２６によ
ってガスエンジン６が起動されると、該ガスエンジン６
によって圧縮機７が回転駆動されて気相冷媒が圧縮さ
れ、高温高圧の気相冷媒はオイルセパレータ３０にてオ
イル分を除去された後に四方弁３１に至る。ところで、
冷房運転時においては、図１に破線にて示すように、四
方弁３１のポートａとポートｄとが連通されており、高
温高圧の気相冷媒は冷媒配管２８ｈ側へ流れて二重管熱
交換器３５を通過した後に室外熱交換器３４に至り、コ
ンデンサとして機能する室外熱交換器３４において外気
に放熱して液化する。そして、室外熱交換器３４におい
て液化した高圧の冷媒は冷媒管路２８ｇを流れる間に電
動開閉弁４２、ドライヤ４１、サイトグラス４０及びパ
ックドバルブ３９を通過して各冷媒配管２８ｅに分流
し、各冷媒配管２８ｅを流れる液相冷媒は各電子膨張弁
３２を通過することに減圧されて各室内熱交換器４に至
る。

【００３２】各室内熱交換器４はエバポレータとして機
能し、低圧の液相冷媒が各室内の空気から蒸発潜熱を奪
って蒸発するため、室内の空気が冷やされて室内が冷房
される。気化した冷媒は、バルブ３８を通過して冷媒配
管２８ｃを通って四方弁３１に至り、冷房運転時には図
１に破線にて示すように四方弁３１のポートｂとポート
ｃが連通しているため、冷媒配管２８ｊを通ってアキュ
ームレータ３６へと流れ、該アキュームレータ３６にて
気液が分離され、気相冷媒のみが冷媒配管２８ｋを通っ
て圧縮機７に吸引される。圧縮機７に吸引された冷媒は
再び圧縮され、前述と同様の作用を繰り返して各室内の
冷房に供される。

【００３３】尚、冷房運転時において、圧縮機７に吸引
される気相冷媒の圧力である冷媒低圧値は低圧側圧力セ
ンサ４７によって測定され、冷媒低圧値の測定値が目標
値となるようにガスエンジン６の回転数が制御される。
冷媒低圧値の目標値は、運転中の個々の室内機３の負荷
の中で最大のものに基づいて算出される。個々の室内機
３の負荷は、室内機３の容量、室内温度と設定温度との
温度差に基づいて求められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調
装置の基本構成を示す回路図である。

【図２】給湯装置の基本構成を示す回路図である。

【図３】給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調
装置の制御系の構成を示すブロック図である。

【図４】暖房運転プログラムのフロー図である。

【図５】サーモスタット弁の特性図である。

【図６】従来の給湯装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１ エンジン駆動式熱ポンプ空調装置 ２ 室外機 ３ 室内機 ４ 室内熱交換器 ６ ガスエンジン（エンジン） ６ａ 冷却水ジャケット（エンジン排熱回収熱交換
器） ７ 圧縮機 ２４ 排ガス熱交換器（エンジン排熱回収熱交換
器） ２８ 冷媒回路 ２９ 冷却水回路 ３２，３３ 電子膨張弁（膨張弁） ３４ 室外熱交換器 ３５ 二重管熱交換器（冷却水配管２９ｊ等でバイ
パス循環回路を構成） ３７ 高圧側圧力センサ ４３ 冷媒温度センサ ５２ 温水制御弁 ６０ 給湯装置 ６１ 冷媒熱交換器 ６２ 温水熱交換器（冷却水配管２９ｆ等で主循環
回路を構成） ６３ 貯湯タンク ６５ サーモスタット弁 １２０ 暖房運転プログラム（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000196680 西部瓦斯株式会社 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番１号 (72)発明者 田之頭 健一 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 山口 和也 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 福知 徹 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 肆矢 直司 愛知県東海市新宝町507番地の２ 東邦瓦 斯株式会社内 (72)発明者 川原 道憲 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番１号 西部瓦斯株式会社内 (72)発明者 名倉 勝雪 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 (72)発明者 杉山 由浩 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 (72)発明者 三沢 誠 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンによって駆動される圧縮機によ
   って冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する
   冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路に
   は膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設けて成る
   エンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水
   回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設
   け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷
   却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備
   え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器
   から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器
   に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前
   記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換器から流出し
   た低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせるために前
   記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エン
   ジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成
   し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路と
   の分岐部に温水制御弁を配置し、外気温度、室内機の負
   荷に基づいて、低圧冷媒が冷却水により加熱されない状
   態での暖房運転時の前記エンジン又は圧縮機の予想回転
   数を算出し、この予想回転数が前記エンジン又は圧縮機
   の所定最高回転数以下であれば、冷却水の全量を主循環
   回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手
   段を設けたことを特徴とする給湯装置を備えたエンジン
   駆動式熱ポンプ空調装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、外気温度、運転中の室
   内機の容量、台数及び室内温度と設定温度との温度差に
   基づいて前記予想回転数を算出することを特徴とする請
   求項１に記載された給湯装置を備えたエンジン駆動式熱
   ポンプ空調装置。
3. 【請求項３】 前記温水制御弁は、リニア電子制御三方
   弁であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
   給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置。