JP2002130743A - 室外熱交換器ユニット構造、室外機ユニット及びガスヒートポンプ式空気調和機 - Google Patents

室外熱交換器ユニット構造、室外機ユニット及びガスヒートポンプ式空気調和機

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JP2002130743A
JP2002130743A JP2000331442A JP2000331442A JP2002130743A JP 2002130743 A JP2002130743 A JP 2002130743A JP 2000331442 A JP2000331442 A JP 2000331442A JP 2000331442 A JP2000331442 A JP 2000331442A JP 2002130743 A JP2002130743 A JP 2002130743A
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gas
radiator
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outdoor heat
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Mitsushi Yoshimura
充司 吉村
Hideaki Kasahara
秀晃 笠原
Takaaki Otsuka
高秋 大塚
Jiro Tanaka
治郎 田中
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷房運転時にエンジン廃熱の影響を受けるこ
となく、冷凍サイクルの効率を向上させることができる
室外熱交換器ユニット構造を提供する。 【解決手段】 ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機がガスエ
ンジンで駆動され、該ガスエンジンの廃熱を利用したヒ
ートポンプにより冷暖房運転を行うガスヒートポンプ式
空気調和機の室外熱交換器ユニット構造であって、前記
ガスエンジンの冷却水回路に設けられるラジエタ５３
と、冷媒が循環する室外熱交換器３１とを導入外気の流
れ方向に並べて配置し、ラジエタ５３と室外熱交換器３
１との間に隙間１０１を設けて分離すると共に、ラジエ
タ５３を冷房運転時における導入外気の流れ方向下流側
に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒を圧縮する圧
縮機をガスエンジンによって駆動するとともに、暖房運
転時には、当該ガスエンジンの廃熱を液冷媒の加熱源と
して利用するガスヒートポンプ式空気調和機に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ヒートポンプを利用して冷暖房を行う空
気調和機は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、膨
張弁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、それぞれ空気と熱の交換を行うこ
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け取り（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がある。
【０００３】ところで、近年、上記の冷媒回路中の圧縮
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機は、一般にガスヒ
ートポンプ式空気調和機（以下ＧＨＰと略す）と呼ばれ
ている。このＧＨＰによれば、比較的安価であるガスを
燃料として利用できるため、電動機を利用した圧縮機を
備えた空気調和機（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いため使用者にと
ってもコストダウンが可能となる。
【０００４】また、ＧＨＰにおいては、例えば暖房運転
時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスなど
の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、エネルギの利用効
率を高めることができる。ちなみに、低外気温時の暖房
能力は、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】その他にも、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、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ため、空調フィーリング上
好ましいことではない。ＧＨＰでは、上述したような事
情から排熱利用による連続暖房運転が可能となり、ＥＨ
Ｐ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】このように多くの利点
を有するＧＨＰであるが、従来からのＧＨＰに関しては
次のような問題点が指摘されている。図８は従来の室外
熱交換器の構成例を示すもので、図中の符号２３は室外
機ユニット上部の熱交換室、８１は導入外気を吸引する
室外機ファン、２は導入外気と冷媒との間で熱交換する
室外熱交換器ユニットである。ここで使用されている室
外熱交換器ユニット（以下室外熱交と略す）２は、導入
外気の流れ方向に３列の熱交換器が並べられている。中
央にはガスエンジンの冷却水回路に接続されたラジエタ
５３が配置され、前面及び後面に配置された室外熱交換
器３１，３１によってサンドイッチ状に挟まれている。
このような３層構造の室外熱交２は、特に低外気温時に
おける暖房運転能力を向上させる目的で採用されたもの
である。この室外熱交２は、暖房運転時にエバポレータ
として機能するので、外気温が低い場合であっても、ガ
スエンジンの廃熱を利用することで冷媒の気化に必要な
熱を得ることができる。なお、図８（ｂ）に示すよう
に、室外熱交２においてはラジエタ５３及び室外熱交換
器３１のフィン３が導入空気流れ方向に連続して共通で
ある。
【０００７】しかしながら、上述した従来の室外熱交２
では、冷房運転時にコンデンサとして機能するため、ラ
ジエタ５３から放熱されるガスエンジンの廃熱が冷凍サ
イクルの効率を悪化させる方向に影響を与えることにな
る。すなわち、コンデンサが廃熱の影響を受けると冷凍
サイクルにおける高圧を上昇させるので、圧縮機の駆動
に大きな動力が必要となって成績係数（ＣＯＰ）が悪化
する。なお、成績係数（ＣＯＰ）は冷凍能力Ｑｅを圧縮
機動力Ｌで割った値であり、ＣＯＰ＝Ｑｅ／Ｌ で表さ
れる。このため、冷房運転時において、エンジン廃熱の
影響を受けることがなく、冷凍サイクルの効率を向上さ
せることができる室外熱交換器ユニット構造が望まれ
る。そして、低外気温時におけるガスエンジン廃熱を利
用した暖房運転能力の向上と、冷房運転時における冷凍
サイクルの効率向上とを両立できるようにした室外熱交
換器ユニット構造、さらには、このような室外熱交換器
ユニット構造を採用した室外機ユニット及びガスヒート
ポンプ式空気調和機の開発が望まれる。
【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、冷房運転時においてはガ
スエンジンの廃熱による影響を受けにくくして冷凍サイ
クルの効率を向上させるとともに、ガスエンジンの廃熱
を有効利用して暖房運転時の能力向上を図ることができ
る室外熱交換器ユニット構造、そして、このような室外
熱交換器ユニット構造を採用した室外機ユニット及びガ
スヒートポンプ式空気調和機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載
の室外熱交換器ユニット構造は、ガス状の冷媒を圧縮す
る圧縮機がガスエンジンで駆動され、該ガスエンジンの
廃熱を利用したヒートポンプにより冷暖房運転を行うガ
スヒートポンプ式空気調和機の室外熱交換器ユニット構
造であって、前記ガスエンジンの冷却水回路に設けられ
るラジエタと、冷媒が循環する室外熱交換器とを導入外
気の流れ方向に並べて配置し、前記ラジエタと前記室外
熱交換器との間に隙間を設けて分離すると共に、前記ラ
ジエタを冷房運転時における導入外気の流れ方向下流側
に配置したことを特徴とするものである。
【００１０】このような室外熱交換器ユニット構造によ
れば、ラジエタと室外熱交換器との間に隙間があるため
両者間の熱伝達がなくなり、また、ラジエタを冷房運転
時の導入空気流れ方向下流側に配置したので、冷房運転
時にラジエタにより加熱された導入空気が室外熱交換器
を通過することもない。このため、冷房運転時に室外熱
交換器がエンジン廃熱の影響を受けるのを防止でき、Ｃ
ＯＰを向上させることが可能となる。
【００１１】請求項２に記載の室外機ユニットは、ガス
状の冷媒を圧縮する圧縮機がガスエンジンで駆動され、
該ガスエンジンの廃熱を利用したヒートポンプにより冷
暖房運転を行うガスヒートポンプ式空気調和機の室外機
ユニットであって、前記ガスエンジンと、ラジエタを備
えた冷却水回路と、燃料のガス及び空気を供給する燃料
吸入系と、前記ガスエンジンが排出する排気ガスを外部
へ導く排気ガス系とを具備してなるガスエンジン部と、
前記ガスエンジンにより駆動されガス状の冷媒を圧縮し
て吐出する圧縮機と、冷媒と導入外気との間で熱交換さ
せる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、
膨張させる膨張弁とを具備してなる冷媒回路部とを備
え、前記ラジエタと前記室外熱交換器とを導入外気の流
れ方向に並べて配置し、前記ラジエタと前記室外熱交換
器との間に隙間を設けて分離すると共に、前記ラジエタ
を冷房運転時における導入外気の流れ方向下流側に配置
してなる室外熱交換器ユニットを形成したことを特徴と
するものである。
【００１２】このような室外機ユニットによれば、ラジ
エタと室外熱交換器との間に隙間があるため両者間の熱
伝達がなく、また、ラジエタを冷房運転時の導入空気流
れ方向下流側に配置したことで、冷房運転時にラジエタ
により加熱された導入空気が室外熱交換器を通過するこ
ともない室外熱交換器ユニットを備えているので、冷房
運転時に室外熱交換器がエンジン廃熱の影響を受けるの
を防止して、ＣＯＰを向上させることが可能となる。
【００１３】請求項３に記載のガスヒートポンプ式空気
調和機によれば、ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機がガス
エンジンで駆動され、該ガスエンジンの廃熱を利用した
ヒートポンプにより冷暖房運転を行うガスヒートポンプ
式空気調和機であって、前記ガスエンジンと、ラジエタ
を備えた冷却水回路と、燃料のガス及び空気を供給する
燃料吸入系と、前記ガスエンジンが排出する排気ガスを
外部へ導く排気ガス系とを具備してなるガスエンジン部
と、前記ガスエンジンにより駆動されガス状の冷媒を圧
縮して吐出する圧縮機と、冷媒と導入外気との間で熱交
換させる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減
圧、膨張させる膨張弁とを具備してなる冷媒回路部とを
備え、前記ラジエタと前記室外熱交換器とを導入外気の
流れ方向に並べて配置し、前記ラジエタと前記室外熱交
換器との間に隙間を設けて分離すると共に、前記ラジエ
タを前記導入外気の流れ方向下流側に配置してなる室外
熱交換器ユニットが形成された室外機ユニットと、室内
の空気を吸い込んで吹出口から吹き出すファンと、前記
室外機ユニットから供給される冷媒と前記ファンで吸い
込んだ室内の空気との間で熱交換させる室内熱交換器と
を備えた室内機ユニットと、を備えて構成したことを特
徴とするものである。
【００１４】このようなガスヒートポンプ式空気調和機
によれば、室外機ユニットが、ラジエタと室外熱交換器
との間に隙間があるため両者間の熱伝達がなく、また、
ラジエタを冷房運転時の導入空気流れ方向下流側に配置
したことで、冷房運転時にラジエタにより加熱された導
入空気が室外熱交換器を通過することもない室外熱交換
器ユニットを備えているので、冷房運転時に室外熱交換
器がエンジン廃熱の影響を受けるのを防止して、ＣＯＰ
を向上させることが可能となる
【００１５】この場合、冷房運転時においては、前記導
入外気が正転するファンにより導入されて前記室外熱交
換器及び前記ラジエタの順に通過し、暖房運転時におい
ては前記ファンが逆転して、前記導入外気を前記ラジエ
タおよび前記室外熱交換器の順に通過させることが好ま
しく、これにより、冷房運転時にはエンジン廃熱の影響
を受けることはなく、暖房運転時にはエンジン廃熱を利
用して暖房能力を増すことができる。
【００１６】さらに、請求項３記載のガスヒートポンプ
式空気調和機においては、前記冷媒が前記冷却水回路か
らエンジン廃熱を回収して気化する水熱交換器を設け、
前記膨脹弁を定圧膨脹弁にした構成が好ましく、これに
より、冷凍サイクルにおける低圧が低下して室外熱交換
器がフロストするのを防止でき、従って、エンジン効率
の向上により廃熱が減少しても暖房能力が低下するのを
防止することができる。
【００１７】また、請求項３記載のガスヒートポンプ式
空気調和機において、前記室外熱交換器は、導入外気の
流れ方向に３列以上の熱交換器が並べて配置され、前面
及び後面を除く少なくとも１列の温水熱交換器を設けて
前記冷却水回路に接続し、前記温水熱交換器にエンジン
冷却水を選択的に導入する流路開閉手段を設けた構成と
するのが好ましく、これにより、冷房運転時には流路開
閉手段を閉じてエンジン廃熱の影響を受けないように
し、また、暖房運転時には流路開閉手段を開いてエンジ
ン廃熱を有効利用することができる。この場合の流路開
閉手段は、低外気温暖房運転時におけるフロスト条件を
検知して、前記温水熱交換器にエンジン冷却水を導入す
るよう開操作するのが好ましく、これにより、室外熱交
換器にフロストが生じないようにすることができるの
で、暖房能力の低下を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下では、本発明の第１の実施形
態について、図１から図６を参照して説明する。図２に
示すガスヒートポンプ式空気調和機（ＧＨＰ）１は、大
きく室内機ユニット１０及び室外機ユニット２０から構
成されている。室内機ユニット１０には、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から熱を
奪い、暖房運転時には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室内熱交換器１１が具備されて
いる。なお、冷暖房を行う室内の空気は、室内機ファン
１２の作動により吸引され、室内熱交換器１１を通過し
て冷媒と熱交換した後室内へ吹き出される。
【００１９】室外機ユニット２０は、その内部でさらに
冷媒回路を構成する冷媒回路部３０と、ガスエンジン４
１を中心として、これに付随する機器類を備えたガスエ
ンジン部４０の大きく二つの構成部分により構成されて
いる。
【００２０】冷媒回路部３０内には、室外熱交換器３
１、水熱交換器３２、圧縮機３３、アキュムレータ３
４、四方弁３５、オイルセパレータ３６、膨張弁３７、
及び三方弁３８が具備されている。室外熱交換器３１
は、冷房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて
屋外の空気（外気）に放熱し、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。つま
り、冷暖房それぞれの運転時において、室外熱交換器３
１は、先の室内熱交換器１１と逆の働きを行うことにな
る。
【００２１】水熱交換器３２は、後述するガスエンジン
４１の冷却水から冷媒が廃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は、冷媒が室外
熱交換器３１における熱交換のみに頼るのではなく、ガ
スエンジン４１の冷却水からも熱を与えられることにな
るから、暖房運転の効果をより高めることが可能とな
る。
【００２２】圧縮機３３は、室内熱交換器１１または室
外熱交換器３１のいずれかより吸入されるガス冷媒を圧
縮して高温高圧のガス冷媒として吐出する。これにより
冷房時には、外気温が高い場合でも、冷媒は室外熱交換
器３１を通して室外気に放熱することが可能となり、暖
房時には室内熱交換器１１を通して室内空気に熱を与え
ることが可能となる。
【００２３】アキュムレータ３４は、圧縮機３３に吸入
されるガス冷媒から液状成分を分離させるとともに、室
内機ユニット１０の運転状況などで変化する液状の余剰
冷媒を貯留するために設けられている。また、四方弁３
５は、圧縮機３３において圧縮された高温高圧のガス冷
媒を室内熱交換器１１または室外熱交換器３１のいずれ
かに選択的に送出するために設けられている。
【００２４】オイルセパレータ３６は、圧縮機３３の潤
滑油など冷媒中に含まれる油分を分離するために設けら
れたものである。また、膨張弁３７は、冷房運転時に室
外熱交換器３１から送出される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。さらに、三方弁３８は、暖房運転時には冷媒を水熱
交換器３２に導き、冷房運転時には冷媒を水熱交換器３
２のバイパス回路３０ａに導くために設けられている。
【００２５】一方、ガスエンジン部４０には、ガスエン
ジン４１を中心として、冷却水系５０、排気ガス系６
０、燃料吸入系７０、及び図示省略のエンジンオイル系
の四つの系が具備されている。ガスエンジン４１は、冷
媒系３０内に設置されている圧縮機３３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４１か
ら圧縮機３３に動力が伝達されるようになっている。
【００２６】冷却水系５０は、水ポンプ５１、リザーバ
タンク５２、ラジエタ５３を備え、これらにより構成さ
れる回路を巡る冷却水により、ガスエンジン４１を冷却
するための系である。水ポンプ５１は、ガスエンジン４
１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５２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。ラジエタ５３は、室外熱交換器３１と一体的に構成
されたものであって、冷却水がガスエンジン４１から奪
った熱を外気に放出するために設けられている。なお、
ラジエタ５３及びこれと一体的に構成される室外熱交換
器３１を以後室外熱交換器ユニット（室外熱交）１００
と呼び、その詳細な構造については後述する。
【００２７】冷却水系５０には、上述した構成の他に排
気ガス熱交換器５４が設けられている。これはガスエン
ジン４１より排出される排気ガスの廃熱を、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５０には先に説明した水熱交換器３２が備えられ、冷
媒系３０及び冷却水系５０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、冷却水は
ガスエンジン４１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廃熱が、冷却水より
水熱交換器３２を通して冷媒に与えられる仕組みになっ
ている。
【００２８】排気ガス系６０は、マフラ６１、排気トッ
プ６２及びドレンフィルタ６３を備えており、ガスエン
ジン４１から排出される排気ガスを外部へ導くための系
である。マフラ６１は、ガスエンジン４１が排気ガスを
排出するときに伴う騒音を吸収するために設けられてい
る。排気トップ６２は、排気ガスに含まれている水分を
分離し、これを外部環境に飛散させることのないように
設けられたものである。この働きの観点から、排気トッ
プ６２は、別名排気セパレータと呼ばれることもある。
ドレンフィルタ６３は、いま述べた排気トップ６２から
分離された水分を一時貯蔵しておくために設けられてい
る。また、ドレンフィルタ６３内部には中和剤が備えら
れている。これは、排気ガスに含まれている水分が一般
に強酸性となっていることに対応しており、この酸性水
分を中和して無害化する目的で備えられているものであ
る。
【００２９】燃料吸入系７０は、ガスレギュレータ７
１、電磁弁７２、吸気ボックス７３、エアクリーナ７４
を備え、ガスエンジン４１に燃料及び空気を供給するた
めの系である。ガスレギュレータ７１は、電磁弁７２を
介して室外ユニット２０の外部から供給されるガスの送
出圧力を調整するために設けられている。一方、吸気ボ
ックス７３は、室外機ユニット２０の外部から燃焼用の
空気を取り入れるために設けられている。また、吸気ボ
ックス７３は、この吸気時に発生する騒音を防止する働
きも担っている。エアクリーナ７４は、このように吸入
された空気から塵埃を取り除くために設けられている。
上述したように、外部より供給されたガス及び空気はそ
れぞれ、図１に示すように、ガスレギュレータ７１、エ
アクリーナ７４を通過した後、混合されてガスエンジン
４１に送り込まれ燃料として使用されることになる。
【００３０】以上述べた構成のうち、室外機ユニット２
０として説明した各部及び各系は、図３、図４に示すよ
うに、室外機筐体２１内に収められている。これらの図
に示されているように、室外機筐体２１内部は仕切板２
２により上下に二分割された形態となっている。いまこ
れら上下の空間をそれぞれ、熱交換室２３、機械室２４
と呼ぶことにする。なお、図３及び図４では、図２にて
説明したような配管類に関して、その図示を省略したも
のとなっている。
【００３１】熱交換室２３には、室外機筐体２１の前面
及び背面をすべて覆うようにして、室外熱交換機３１及
びラジエタ５３が一体化された室外熱交１００が設置さ
れている。また、熱交換室２３には、図２に示した要素
のうち、マフラ６１、排気トップ６２、吸気ボックス７
３等が設けられている。ちなみに、図３に示されている
マフラ６１及び排気トップ６２、及びこれを繋ぐ配管６
０ａは、図４においてはその図示が省略されている。
【００３２】熱交換室２３には、上記に示した構成要素
の他、室外機ファン８１、ファンモータ８２、ファン取
付具８３が備えられている。室外機ファン８１は、室外
機筐体２１の天井面から吊り下げられたファン取付具８
３に装着されたファンモータ８２の出力軸に取り付けら
れている。本実施形態においては、この室外機ファン８
１は２セット取り付けられている。また、これら室外機
ファン８１の取付位置に対応するように、室外機筐体２
１の天井面には開口部８４が設けられており、該開口部
８４には網状覆蓋８５が設けられている。この室外機フ
ァン８１は、冷房運転時と暖房運転時とで回転方向を逆
転させることができ、室外熱交１００を通過する導入外
気の流れ方向を変えて、室外熱交換器３１の働きを補助
するものである。
【００３３】また、熱交換室２３内には、仕切板２２上
に換気ボックス８６が２個備えられ、そのそれぞれの内
部には換気ファン８７が設けられている。これら換気ボ
ックス８６及び換気ファン８７は、機械室２４内部の熱
を熱交換室２３に導くために設けられている。従って、
ガスエンジン４１を運転する機械室２４内で熱せられた
空気は、換気ファン８６、熱交換室２３、室外機ファン
８１の経路を通って室外機筐体２１の外部へと排出され
ることになる。なお、吸気ボックス７３は、これら両換
気ボックス８６の上部に載置されている。吸気ボックス
７３から吸入された空気は、両換気ボックス８６間の空
間部を通じてガスエンジン４１に届くようにされてい
る。
【００３４】次に、機械室２４についての説明を行う。
機械室２４内には、図２にて説明した各部及び各系の構
成要素のほとんどが収められている。これら構成要素の
内、図３、図４においては、冷媒回路部３０における圧
縮機３３、アキュムレータ３４、四方弁３５、オイルセ
パレータ３６、及びガスエンジン部４０におけるガスエ
ンジン４１、ドレンフィルタ６３、エアクリーナ７４を
それぞれ示した。
【００３５】機械室２４内には、上記した構成要素の他
に、排水パイプ９１が設けられている。この排水パイプ
９１は、仕切板２２に設けられた開口部２２ａと室外機
筐体２１の床面開口部２５とを繋ぐパイプである。これ
は上述した天井面開口部８４を通して室外機筐体２１内
部に入り込んだ雨水を、該室外機筐体２１の外部に排出
するために設けられている。
【００３６】また、機械室２４内には、基礎板９２、防
振ゴム９３が設けられている。基礎板９２は略四角形状
の板であり、機械室２４内に収められている冷媒回路部
３０、ガスエンジン部４０内の各構成要素を載置するた
めの床面として使用されている。この基礎板９２下面の
四隅には、防振ゴム９３が配置されている。従って、基
礎板９２及び防振ゴム９３は、この上方に載置される冷
媒回路部３０、ガスエンジン部４０から発生する機械的
振動を抑制する働きを担っている。
【００３７】ここで、図１に基づいて、室外熱交換器ユ
ニット（以下室外熱交）１００の第１実施形態に係る構
成を説明する。この室外熱交１００は、上述したよう
に、冷媒が流れる室外熱交換器３１とガスエンジン４１
の冷却水が流れるラジエタ５３とを一体化したものであ
り、いずれも室外機ファン８１で吸い込んだ導入外気を
通過させて熱交換するようになっている。室外熱交換器
３１及びラジエタ５３は、導入空気の流れ方向に並べて
配置され、両者の対向面間には隙間１０１が設けられて
いる。この場合には、ラジエタ５３の位置が、冷房運転
時における導入空気の流れ方向下流側となるように配置
してある。なお、各種の条件にもよるが、好適な隙間１
０１としては２mm程度でよい。
【００３８】図示の構成では、それぞれフィン部を別体
にした室外熱交換器３１及びラジエタ５３が左右の端部
を側板１０２，１０３に固定することで一体化されてい
る。すなわち、室外熱交換器３１のフィン３１ａ及びラ
ジエタ５３のフィン５３ａは隙間１０１で互いに分離さ
れた別体のものであり、両者の間では熱伝導が生じない
ようになっている。また、図中の符号１０４は中間桁で
あり、必要に応じて側板１０２，１０３の間に適当なピ
ッチで設置されている。なお、図中の符号３１ｂは冷媒
流路となる銅パイプ、５３ｂは冷却水流路となる銅パイ
プである。
【００３９】室外熱交換器３１及びラジエタ５３を一体
化した室外熱交の構成例としては、図１に示した構成の
他にも、図６に示した変形例が可能である。この室内熱
交１００Ａでは、室外熱交換器３１及びラジエタ５３が
それぞれ左右一対の側板１１０，１１１及び１１２，１
１３を備えている。また、室外熱交換器３１の側板１１
０，１１１間には中間桁１１４が挿入して設けられてい
る。さらに、ラジエタ５３の側板１１２，１１３間にも
中間桁１１５が挿入して設けられ、同中間桁１１５の上
下端には、室外熱交換器３１側の中間桁１１４をネジ止
めする固定面１１５ａ，１１５ｂが設けられている。従
って、この変形例では、側板１１０，１１１及び中間桁
１１４を具備してなる室外熱交換器３１と、側板１１
２，１１３及び中間桁１１５を具備してなるラジエタ５
３とが、側板どうしの上下方向リブ面を合わせてネジ１
１６によりネジ止めすると共に、固定面１１５ａ，１１
５ｂと中間桁１１４とをネジ１１７でネジ止めして、対
向面間に隙間１０１を形成した状態で一体化されてい
る。
【００４０】以下では、上記の構成となるＧＨＰ１にお
いて、室内冷房及び暖房のそれぞれの運転時の作用につ
いて説明する。まず、冷房運転時において、冷媒回路部
３０の四方弁３５は、圧縮機３３と室外熱交換器３１及
び室内熱交換器１１とアキュムレータ３４をそれぞれ接
続した状態となっている。この状態における冷媒の流れ
は図２に実線矢印で示されており、圧縮機３３より吐出
された高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３１に送られ
る。なお、このとき、三方弁３８は、冷媒が水熱交換器
３２を通らないようにするため、バイパス回路３０ａに
対して開かれた状態とされている。
【００４１】高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３１で
凝縮液化され、屋外の空気に放熱して高温高圧の液冷媒
となる。さらにこの高温高圧の液冷媒は膨張弁３７を通
過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室内
器ユニット１０に送られる。
【００４２】室内機ユニット１０に送られた低温低圧の
液冷媒は室内熱交換器１１で蒸発気化され、室内の空気
から熱を奪って冷却したのち、低温低圧のガス冷媒とな
り、室外機ユニット２０内の冷媒回路部３０に送られ
る。
【００４３】冷媒回路部３０に送られた低温低圧のガス
冷媒は四方弁３５を経てアキュムレータ３４に流入し、
液状成分が分離されたのち圧縮機３３に吸入される。圧
縮機３３に吸入されたガス冷媒は圧縮機３３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３１に送られる。
【００４４】このような冷房運転時において、室外熱交
１００では室外熱交換器３１がコンデンサ（凝縮器）と
して機能するため、冷媒から導入外気へ熱を放出する。
従って、ラジエタ５３から放熱されるガスエンジン４１
の廃熱の影響を受けると、ＣＯＰが悪化するため冷凍サ
イクルの効率面では好ましくない。しかし、上述した室
外熱交１００では、図５（ａ）に示すように、ラジエタ
５３が導入空気の流れ方向下流側に位置している。この
時、室外機ファン８１は正転し、導入外気を側面から熱
交換室２３内に吸入して上部天井面の開口部８４から排
出するようになっている。このため、ラジエタ５３で加
熱された導入空気が室外熱交換器３１を通過して廃熱の
影響を与えるようなことはない。また、室外熱交換器３
１とラジエタ５３との間には隙間１０１が設けられてい
るため、フィン間の熱伝導もなくなって、室外熱交換器
３１がエンジン廃熱の影響を受けるのを防止できる。
【００４５】このような室外熱交１００としたため、コ
ンデンサとして機能する室外熱交換器３１においては、
冷凍サイクルの高圧が上昇するのを防止できるので、圧
縮機３３の高圧が低下した分だけ圧縮機動力Ｌも小さく
てすむので、ＣＯＰを向上させることができる。また、
ラジエタ３１から廃熱の影響を受けないため、室外熱交
換器３１を小型化することができ、コストの低減や装置
の小型化にも貢献できる。
【００４６】一方、暖房運転時における四方弁３５は、
圧縮機３３と室内熱交換器１１及び室外熱交換器３１と
アキュムレータ３４をそれぞれ接続した状態となってい
る。この状態での冷媒の流れは、図２に破線矢印で示さ
れるように、圧縮機３３より吐出された高温高圧のガス
冷媒は室内器ユニット１０の室内熱交換器１１に送られ
る。
【００４７】高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器１１で
凝縮液化され、室内の空気に放熱して暖めたのち、高温
高圧の液冷媒となって室外機ユニット２０内の冷媒回路
部３０に送られる。冷媒回路部３０に送られた高温高圧
の液冷媒は、室外熱交換器３１へと流入する。室外熱交
換器３１においては、高温高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。
【００４８】また、三方弁３８は、冷房時とは逆に冷媒
が水熱交換器３２を通る回路に開かれているため、上記
の低温低圧のガス冷媒は水熱交換器３２に流入し、エン
ジン冷却水との間で熱交換を行ってさらに加熱された高
温高圧のガス冷媒となる。この高温高圧のガス冷媒は、
アキュムレータ３４に流入し液状成分が分離されたのち
圧縮機３３に吸入される。圧縮機３３に吸入されたガス
冷媒は圧縮され、さらに高温高圧のガス冷媒となって再
び室内熱交換器１１に送られる。
【００４９】ところで、このような暖房運転時において
は、導入外気の温度が比較的高ければ室外熱交換器３１
で十分な気化熱を得られるため、特に問題はない。しか
し、寒冷地で使用する場合など導入外気の温度が低いと
十分な気化熱が得られなくなるため、暖房能力が低下す
ることがある。特に、上述した室外熱交１００では、導
入外気が室外熱交換器３１の後にラジエタ５３を通過す
ること、そして室外熱交換器３１とラジエタ５３とを分
離したことにより、ガスエンジン４１の廃熱が室外熱交
換器３１の暖房運転に影響を与えない構成となってい
る。すなわち、ガスエンジン４１の廃熱を利用できない
ものとなっている。
【００５０】そこで、特に外気温度の低い暖房運転時に
おいては、室外機ファン８１を逆転させることにより、
機械室２３の天井部に設けられた開口部８４から導入外
気を吸い込むようにする。この結果、図５（ｂ）に示す
ように、導入空気は冷房運転時と逆の経路をたどり、ラ
ジエタ５３及び室外熱交換器３１の順に通過して側面か
ら排出される。このため、導入外気はラジエタ５３を通
過してエンジン廃熱で加熱され、高温となったものが室
外熱交換器３１を通過して冷媒と熱交換することになる
ので、たとえ外気温度が低くても十分な気化熱を得られ
るようになる。すなわち、エンジン廃熱を利用して、暖
房能力を向上させることができる。なお、このような室
外機ファン８１の逆転運転は、暖房運転の条件に加え
て、導入外気の温度を考慮して選択切り換えするように
してもよい。
【００５１】また、上述した水熱交換器３２を備えたも
のにおいては、膨脹弁３７として定圧膨脹弁を採用する
とよく、これにより冷凍サイクルの低圧低下を防止する
ことができる。すなわち、低外気温の暖房運転時におい
て、ガスエンジン４１の効率が向上することで廃熱が減
少しても室外熱交換器にフロストが生じないようにする
ことができるので、暖房能力の低下を防止することがで
きる。
【００５２】続いて、本発明の第２の実施形態につい
て、図７を参照して説明する。図７は、図２に示したガ
スヒートポンプ式空気調和機（ＧＨＰ）１のうち、室外
熱交換器ユニットに関連する冷媒系及びガスエンジン冷
却水系の主要構成を示したものである。この実施形態で
は、室外熱交換器３１Ａとして、導入空気の流れ方向に
３列の熱交換器が並べられたものを採用している。この
室内熱交換器３１Ａは、中央の１列がエンジン冷却水系
に接続された温水熱交換器１２０であり、前面及び後面
の２列が冷媒系に接続された冷媒熱交換器１２１，１２
１となっている。中央に配置された温水熱交換器１２０
は、室外熱交換器３１Ａの導入空気流れ方向下流側に隙
間１０１を設けて配置されたラジエタ５３と並列に接続
され、一方の温水熱交換器１２０に開閉弁１２２を設け
てある。この開閉弁１２２は、温水熱交換器１２０にガ
スエンジン４１の冷却水を選択的に導入する流路開閉手
段として上流側（ガスエンジン４１側）に設けたもので
あり、一般的には電磁弁などを使用できる。
【００５３】このように構成された室外熱交１００Ａで
は、冷房運転時には開閉弁１２２を閉じておき、エンジ
ン冷却水がラジエタ５３のみを通過して流れるようにす
る。この結果、コンデンサとして機能する室外熱交換器
３１Ａは、冷媒が流れる冷媒熱交換器１２１のみが熱交
換器として機能するので、分離して並んでいるラジエタ
５３と共に実質的には第１の実施形態とほぼ同様に構成
された室外熱交１００Ａとなる。従って、この場合の室
外熱交１００Ａは、導入外気が先に室外熱交換器３１Ａ
を通過すること、そして室外熱交換器３１Ａとラジエタ
５３との間に隙間１０１が形成されて熱伝達がないこと
により、エンジン廃熱の影響を受けることはない。
【００５４】また、暖房運転時には開閉弁１２２を開
き、エンジン冷却水をラジエタ５３と共に温水熱交換器
１２０にも流す。この結果、室外熱交換器３１Ａは温水
熱交換器１２０を通過する高温のエンジン冷却水から加
熱を受けることになり、外気温が低い場合であっても冷
媒の気化に必要な熱量をガスエンジン４１の廃熱から得
ることが可能になる。このような開閉弁１２２の操作
は、暖房運転及び冷房運転の切り換えで実施してもよい
が、暖房運転を実施するという条件に加えて、たとえば
外気温度や室外熱交換器３１Ａの温度などから判断され
るフロスト条件を検出した場合に開閉弁１２２を開くよ
うにしてもよい。なお、上述した室外熱交換器３１Ａは
３列に並べた熱交換機により構成されているが、これに
限定されるものではない。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の室外熱交
換器ユニット構造、室外機ユニット及びガスヒートポン
プ式空気調和機によれば、冷房運転時にガスエンジン廃
熱から悪影響を受けることがないので、冷房運転時にお
けるＣＯＰを向上させることができる。また、ラジエタ
からガスエンジン廃熱の悪影響を受けないため、室外熱
交換器を小型化することが可能となり、従って、これを
構成要素とする室外機ユニットの小型化も可能となるの
で、コストの低減や設置スペースの節約など商品性の向
上に大きな効果を奏する。
【００５６】そして、第１の実施形態における室外機フ
ァンの正転・逆転切換運転、及び第２の実施形態におけ
る温水熱交換器とラジエタとの並列配置により、暖房運
転時にガスエンジン廃熱を有効利用できるようになるの
で、低外気温時においても快適な暖房運転を実施でき、
しかも、冷房運転時においてガスエンジン廃熱が悪影響
を及ぼすようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る室外熱交換器
ユニット構造の一実施形態を示す図で、（ａ）は全体構
成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態に係るガスヒートポ
ンプ式空気調和機の一実施形態を示す概略構成図（系統
図）である。
【図３】 本発明の第１の実施形態に係る室外機ユニッ
トの一実施形態を示す図で、内部の概略構造を示す正面
図である。
【図４】 図３の側面図である。
【図５】 室外機ファンの正転・逆転切換運転を示す説
明図で、（ａ）は冷房運転時における正転、（ｂ）は暖
房運転時における逆転を示している。
【図６】 図１に示した室外熱交換器ユニット構造の変
形例を示しており、（ａ）は全体構成を示す斜視図、
（ｂ）は（ａ）の中間桁構造を示す斜視図である。
【図７】 本発明の第２の実施形態に係るガスヒートポ
ンプ式空気調和機の一実施形態を示す要部構成図（系統
図）である。
【図８】 室外機ユニット内に設置された従来の室外熱
交換器ユニット構造を示す図で、（ａ）は要部断面図、
（ｂ）はフィン部の拡大図である。
【符号の説明】
１ ガスヒートポンプ式空気調和機（ＧＨ
Ｐ） １０ 室内機ユニット ２０ 室外機ユニット ３０ 冷媒回路部 ３１，３１Ａ 室外熱交換器 ３１ａ フィン ３２ 水熱交換器 ３３ 圧縮機 ３５ 四方弁 ３７ 膨張弁 ４０ ガスエンジン部 ４１ ガスエンジン ５０ 冷却水系 ５３ ラジエタ ５３ａ フィン ５４ 排気ガス熱交換器 ６０ 排気ガス系 ７０ 燃料吸入系 ８１ 室外機ファン １００，１００Ａ 室外熱交換器ユニット（室外熱
交） １０１ 隙間 １２０ 温水熱交換器 １２１ 冷媒熱交換器 １２２ 開閉弁（流路開閉手段）
フロントページの続き (72)発明者 大塚 高秋 愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１ 番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 (72)発明者 田中 治郎 愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１ 番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 Ｆターム(参考） 3L060 AA05 CC03 DD08 EE35 EE45

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機がガス
    エンジンで駆動され、該ガスエンジンの廃熱を利用した
    ヒートポンプにより冷暖房運転を行うガスヒートポンプ
    式空気調和機の室外熱交換器ユニット構造であって、 前記ガスエンジンの冷却水回路に設けられるラジエタ
    と、冷媒が循環する室外熱交換器とを導入外気の流れ方
    向に並べて配置し、前記ラジエタと前記室外熱交換器と
    の間に隙間を設けて分離すると共に、前記ラジエタを冷
    房運転時における導入外気の流れ方向下流側に配置した
    ことを特徴とする室外熱交換器ユニット構造。
  2. 【請求項２】 ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機がガス
    エンジンで駆動され、該ガスエンジンの廃熱を利用した
    ヒートポンプにより冷暖房運転を行うガスヒートポンプ
    式空気調和機の室外機ユニットであって、 前記ガスエンジンと、ラジエタを備えた冷却水回路と、
    燃料のガス及び空気を供給する燃料吸入系と、前記ガス
    エンジンが排出する排気ガスを外部へ導く排気ガス系と
    を具備してなるガスエンジン部と、 前記ガスエンジンにより駆動されガス状の冷媒を圧縮し
    て吐出する圧縮機と、冷媒と導入外気との間で熱交換さ
    せる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、
    膨張させる膨張弁とを具備してなる冷媒回路部とを備
    え、 前記ラジエタと前記室外熱交換器とを導入外気の流れ方
    向に並べて配置し、前記ラジエタと前記室外熱交換器と
    の間に隙間を設けて分離すると共に、前記ラジエタを冷
    房運転時における導入外気の流れ方向下流側に配置して
    なる室外熱交換器ユニットを形成したことを特徴とする
    室外機ユニット。
  3. 【請求項３】 ガス状の冷媒を圧縮する圧縮機がガス
    エンジンで駆動され、該ガスエンジンの廃熱を利用した
    ヒートポンプにより冷暖房運転を行うガスヒートポンプ
    式空気調和機であって、 前記ガスエンジンと、ラジエタを備えた冷却水回路と、
    燃料のガス及び空気を供給する燃料吸入系と、前記ガス
    エンジンが排出する排気ガスを外部へ導く排気ガス系と
    を具備してなるガスエンジン部と、 前記ガスエンジンにより駆動されガス状の冷媒を圧縮し
    て吐出する圧縮機と、冷媒と導入外気との間で熱交換さ
    せる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、
    膨張させる膨張弁とを具備してなる冷媒回路部とを備
    え、 前記ラジエタと前記室外熱交換器とを導入外気の流れ方
    向に並べて配置し、前記ラジエタと前記室外熱交換器と
    の間に隙間を設けて分離すると共に、前記ラジエタを冷
    房運転時における導入外気の流れ方向下流側に配置して
    なる室外熱交換器ユニットが形成された室外機ユニット
    と、 室内の空気を吸い込んで吹出口から吹き出すファンと、
    前記室外機ユニットから供給される冷媒と前記ファンで
    吸い込んだ室内の空気との間で熱交換させる室内熱交換
    器とを備えた室内機ユニットと、 を備えて構成したことを特徴とするガスヒートポンプ式
    空気調和機。
  4. 【請求項４】 冷房運転時においては、前記導入外気
    が正転するファンにより導入されて前記室外熱交換器及
    び前記ラジエタの順に通過し、暖房運転時においては前
    記ファンが逆転して、前記導入外気を前記ラジエタおよ
    び前記室外熱交換器の順に通過させ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機。
  5. 【請求項５】 前記冷媒が前記冷却水回路からエンジ
    ン廃熱を回収して気化する水熱交換器を設け、前記膨脹
    弁を定圧膨脹弁にした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機。
  6. 【請求項６】 前記室外熱交換器は、導入外気の流れ
    方向に３列以上の熱交換器が並べて配置され、前面及び
    後面を除く少なくとも１列の温水熱交換器を設けて前記
    冷却水回路に接続し、前記温水熱交換器にエンジン冷却
    水を選択的に導入する流路開閉手段を設けたことを特徴
    とする請求項３記載のガスヒートポンプ式空気調和機。
  7. 【請求項７】 前記流路開閉手段は、低外気温暖房運
    転時におけるフロスト条件を検知して前記温水熱交換器
    にエンジン冷却水を導入するよう開操作されることを特
    徴とする請求項６記載のガスヒートポンプ式空気調和
    機。
JP2000331442A 2000-10-30 2000-10-30 室外熱交換器ユニット構造、室外機ユニット及びガスヒートポンプ式空気調和機 Withdrawn JP2002130743A (ja)

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DE60122087T DE60122087D1 (de) 2000-10-30 2001-10-12 Aussenwärmeaustauscheinheit, Ausseneinheit und Klimagerät der Art einer Gaswärmepumpe
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AU85506/01A AU757764B2 (en) 2000-10-30 2001-10-29 Outdoor heat exchanger unit, outdoor unit, and gas heat pump type air conditioner
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