JP2004044817A - 給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置及びその運転制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒熱とエンジン排熱を給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できること。
【解決手段】ガスエンジン６により駆動される圧縮機７によって冷媒が循環される冷媒回路２８に、室外熱交換器３４、室内熱交換器４及び冷媒熱交換器６１を備え、ガスエンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路２９に、排ガス熱交換器２４及び温水熱交換器６２を備え、給湯暖房ユニット６０における貯湯タンク６３を含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器によって加熱する給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１において、上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、圧縮機における吸込側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、ガスエンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御する制御手段を有するものである。
【選択図】 図１
【解決手段】ガスエンジン６により駆動される圧縮機７によって冷媒が循環される冷媒回路２８に、室外熱交換器３４、室内熱交換器４及び冷媒熱交換器６１を備え、ガスエンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路２９に、排ガス熱交換器２４及び温水熱交換器６２を備え、給湯暖房ユニット６０における貯湯タンク６３を含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器によって加熱する給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１において、上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、圧縮機における吸込側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、ガスエンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御する制御手段を有するものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とによって貯湯タンクを含む温水配管内の水を加熱する給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置及びその運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置には、エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を、上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱するよう構成されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷媒熱交換器からの冷媒熱と温水熱交換器からのエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が、低外気温且つ低水温下で単独に実施される場合、上記冷媒熱交換器内で冷媒が過剰に冷却されて、この冷媒熱交換器内に冷媒（液冷媒）が滞留してしまう場合がある。
【０００４】
このように冷媒熱交換器内に液冷媒が滞留すると、この冷媒熱交換器内を冷媒が流れにくくなるので、圧縮機から吐出される冷媒の圧力および温度が異常に上昇する恐れがある。このような冷媒圧力および温度の異常上昇を回避するために、エンジンは、回転数が低下するよう制御される。
【０００５】
しかしながら、このエンジン回転数の低下制御は、エンジン排熱温度の低下を招くことになるため、冷却水回路の冷却水を介して給湯暖房ユニットへ安定したエンジン排熱を供給できない恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できる給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置及びその運転制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱可能とするよう構成された給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置において、上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、上記圧縮機における吸込み側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、上記エンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御する制御手段を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記所定圧力は、ＨＰ運転が低外気温且つ低温水下で単独に実施されている場合に、冷媒熱交換器内に冷媒が滞留していると判定される圧力であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱可能とするよう構成された給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法において、上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、上記圧縮機における吸込み側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、上記エンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記所定圧力は、ＨＰ運転が低外気温且つ低温水下で単独に実施されている場合に、冷媒熱交換器内に冷媒が滞留していると判定される圧力であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の基本構成を示す回路図、図２は、図１の給湯暖房ユニットの基本構成を示す回路図である。図１に示すように、給湯暖房ユニット６０はエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１に付設されるものであって、このエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置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圧縮機７により冷媒に与えられるエネルギー（熱）の一部と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。
【００１３】
ここで、エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の基本構成を図１に基づいて説明する。エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１は冷房運転、暖房運転によって室内をそれぞれ冷房、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。また、各室内熱交換器４には送風ファン５が設けられている。
【００１４】
以下、室外機２の構成について説明する。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る。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１２に連結されている。
【００１５】
また、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。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つの遮断弁２２が接続されている。
【００１６】
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等が設けられている。
【００１７】
ところで、当該エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置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とが設けられている。
【００１８】
エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１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いる。これらの機器は、冷媒配管２８ａ〜２８ｋによって相互に接続されて閉ループを構成している。
【００１９】
即ち、圧縮機７の吐出側から導出してオイルセパレータ３０に至る冷媒配管２８ａの途中には高圧側圧力センサ３７が設けられており、オイルセパレータ３０と四方弁３１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。
【００２０】
上記４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅのうち、１つの冷媒配管２８ｄは給湯暖房ユニット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６１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２８ｅ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がそれぞれ直接、または分岐ユニット２６、２７を介して分岐して設けられている。
【００２１】
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。この冷媒配管２８ｇ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及びドライヤ４１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。
【００２２】
また、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３５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。そして、前記冷媒配管２８ｈは前記四方弁３１のポートｄに接続される。
【００２３】
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。また、前記オイルセパレータ３０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４９が設けられている。
【００２４】
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、給湯暖房ユニット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いる。これらの機器は、冷却水配管２９ａ〜２９ｌによって相互に接続されて閉ループを形成している。
【００２５】
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（不図示）の入口側に接続され、冷却水ジャケット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に接続される。尚、排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケットはエンジン排熱回収熱交換器を構成している。
【００２６】
上記冷却水配管２９ｅは温水制御弁５２に接続されており、この温水制御弁５２はリニア電子制御三方弁で構成されている。この温水制御弁５２から分岐する一方の冷却水配管２９ｆは、給湯暖房ユニット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、この温水熱交換器６２の出口側から導出する冷却水配管２９ｇはサーモスタット弁５３に接続される。このサーモスタット弁５３から分岐する一方の冷却水配管２９ｋは、冷却水配管２９ｊ（後述）に接続されている。
【００２７】
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た冷却水配管２９ｊに接続されている。この冷却水配管２９ｊ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）２９ｌ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２９ｊにはリザーバタンク５７が接続されている。
【００２８】
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２４と冷却水ジャケットによって構成されるエンジン排熱回収熱交換器から、給湯暖房ユニット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，２９ｊ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冷却水配管２９ａ〜ｅ、２９ｌ、２９ｊから成るバイパス循環回路と、冷却水配管２９ｈ及び２９ｉから成るラジエータ循環路とで構成されている。
【００２９】
次に、給湯暖房ユニット６０の構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、給湯暖房ユニット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、補助熱源機６６、暖房熱交換器６７、風呂熱交換器６８等の機器が配置されている。これらの機器は温水配管６９ａ〜６９ｈによって互いに接続されている。
【００３０】
つまり、貯湯タンク６３の底部から吐出する温水配管６９ａは、冷媒熱交換器６１の入口側に接続されており、この温水配管６９ａに水ポンプ６４及び開閉弁７０が配設されている。冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２とは温水配管６９ｂにて接続される。開閉弁７０及び冷媒熱交換器６１は、開閉弁７１を備えたバイパス配管７２によって迂回されている。
【００３１】
温水熱交換器６２の出口側から導出する温水配管６９ｃは、開閉弁７３に接続され、この開閉弁７３の上流側に、補助熱源機６６が配設されたバイパス管７４を備える。この補助熱源機６６が、冷媒熱交換器６１、温水熱交換器６２にて加熱された温水配管６９ｃ内を流れる温水を必要に応じて加熱する。
【００３２】
開閉弁７３から分岐する一方の温水配管６９ｄは貯湯タンク６３の上部に接続され、他方の温水配管６９ｅは、温水配管６９ａに貯湯タンク６３の底部近傍で接続されている。この温水配管６９ｅに暖房熱交換器６７が配設されると共に、この暖房熱交換器６７を迂回して風呂熱交換器６８を備えた温水配管（バイパス配管）６９ｆが接続されている。
【００３３】
貯湯タンク６３の底部には、水道水を補給するための給水管７５が接続されている。また、貯湯タンク６３の上部からは温水配管６９ｇが導出しており、この温水配管６９ｇの端部に図示しない給湯栓が設置される。この温水配管６９ｇには、後述の給湯配管８１に接続された温水配管６９ｈが分岐されている。
【００３４】
上記暖房熱交換器６７と浴室乾燥機７６、床暖房装置７７とは給湯配管７８にて接続され、この床暖房装置７７に水ポンプ７９が配設されている。また、風呂熱交換器６８と風呂８０とは給湯配管８１によって接続されており、この給湯配管８１に水ポンプ８２が配設されている。
【００３５】
図１に示す室外機２、室内機３、給湯暖房ユニット６０のそれぞれには、制御手段としてのＣＰＵ（不図示）が配置されており、これらのＣＰＵは互いに情報の授受を実施している。図２の通信線８３は、室外機２のＣＰＵと給湯暖房ユニット６０のＣＰＵに接続されており、これらのＣＰＵ間で情報が交換される。
【００３６】
室外機２のＣＰＵは高圧側圧力センサ３７、低圧側圧力センサ４７、図示しない冷媒温度センサなどの検出データを取り込んで、スロットル弁１６、電子膨張弁３２、３３、室外ファン４４、四方弁３１及び水ポンプ５０等を制御する。また、室内機３のＣＰＵは、図示しない冷媒温度センサ及び室内温度センサ等の検出データを取り込んで、送風ファン５などを制御する。更に、給湯暖房ユニット６０のＣＰＵは、温水配管６９ａ〜ｈや貯湯タンク６３内の温水温度を検出データとして取り込んで、水ポンプ６４、７９、８２や開閉弁７０、７１、７３等を制御する。
【００３７】
次に、給湯暖房ユニット６０を備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の作用を説明する。
【００３８】
暖房運転においてガスエンジン６が起動されると、このガスエンジン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。
【００３９】
暖房運転時においては、図１の破線に示すように、四方弁３１のポートａとポートｂとが連通されている。高温高圧の気相冷媒はバルブ３８を通過し、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を通って給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１へ供給され、貯湯タンク６３及び温水配管６９ａ〜ｈ内の温水加熱に供される。
【００４０】
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を通過して減圧される。また、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１において貯湯タンク６３及び温水配管６９ａ〜ｈ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、及びドライヤ４１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当該室外熱交換器３４において外気から蒸発熱を奪って気化する。
【００４１】
気化した冷媒は四方弁３１に至るが、暖房運転時には、図１の破線に示すように四方弁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。この圧縮機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。
【００４２】
この暖房運転時に冷却水回路２９内を循環する冷却水の循環制御を、次に説明する。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２９ｃ、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。
【００４３】
温水制御弁５２は、暖房運転時において室内機３の暖房能力に見合う熱を室外熱交換器３４のみで回収可能な場合には、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全開とし、冷却水配管２９ｌへの内部通路を全閉とするよう制御される。これにより、ガスエンジン６の排熱を回収した冷却水は、その全量が冷却水配管２９ｆを経て給湯暖房ユニット６０の温水熱交換器６２へ流され、貯湯タンク６３及び温水配管６９ａ〜ｈ内の温水を加熱可能とする。
【００４４】
温水熱交換器６２にて熱交換された冷却水は、冷却水配管２９ｇを経てサーモスタット弁５３に至る。この冷却水は、温水熱交換器６２により熱交換されても尚所定温度以上のときに、サーモスタット弁５３により、冷却水配管２９ｈを経てラジエータ５４へ流されて冷却され、冷却水配管２９ｉを経て冷却水配管２９ｊに戻される。サーモスタット弁５３に至った冷却水が上記所定温度以下のときには、この冷却水は、冷却水配管２９ｋを経て冷却水配管２９ｊに流され、水ポンプ５０に戻る。
【００４５】
また、暖房運転時において室内機３の暖房能力に見合う熱を室外熱交換器３４のみで回収できない場合には、温水制御弁５２は、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全閉とし、冷却水配管２９ｌへの内部通路を全開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、その全量が二重管熱交換器３５内を流れ、室外熱交換器３４にて蒸発された低圧冷媒を加熱して、エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の室内熱交換器４による暖房が、給湯暖房ユニット６０による給湯及び暖房よりも優先される。二重管熱交換機３５にて熱交換された冷却水は冷却水配管２９ｊに流され、水ポンプ５２戻される。
【００４６】
図２に示す給湯暖房ユニット６０においては、貯湯タンク６３内の上部の温水温度が設定値（例えば７０℃）未満である場合に水ポンプ６４が起動される。貯湯タンク６３内の温水は、その底部から温水配管６９ａを通り冷媒熱交換器６１に導入されて冷媒熱により加熱され、温水配管６９ｂを通り温水熱交換器６２に導入されてエンジン排熱により加熱される。この温水は、必要に応じて補助熱源機６６により加熱された後、一部が温水配管６９ｄを経て貯湯タンク６３の上部に流入し、残りが温水配管６９ｅを経て水ポンプ６４に至り、冷媒熱交換器６１、温水熱交換器６２により再加熱される。
【００４７】
このようにして、温水温度の高い温水が貯湯タンク６３の上部に流入し、この貯湯タンク６３内の温水温度は上から下に向かって低くなる。貯湯タンク６３内の下部の温水温度が上記設定値（例えば７０℃）に到達した時に水ポンプ６４が停止される。尚、水ポンプ６４から吐出される温水は、冷媒熱交換器６１からの冷媒熱及び温水熱交換器６２からのエンジン排熱の両者により加熱される場合（ＨＰ運転）と、開閉弁７０の全閉及び開閉弁７１の全開により冷媒熱交換器６１を迂回して温水熱交換器６２のみにより加熱される場合とが選択される。
【００４８】
また、図示しない給湯栓が開操作されることによって、貯湯タンク６３内の上部の温水が温水配管６９ｇを経て給湯されてユーザーに供される。このユーザーにより使用された温水の量に見合う水道水が、給水管７９から貯湯タンク６３内の底部に供給される。
【００４９】
浴室乾燥機７６用スイッチ、床暖房装置用スイッチ、風呂８０の追い焚きスイッチ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る。例えば浴室乾燥機７６用スイッチ、床暖房装置７７用スイッチ及び風呂８０の追い焚きスイッチが全てＯＮされた場合、水ポンプ６４により循環される温水は冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の少なくとも一方にて加熱され、必要に応じて補助熱源機６６により加熱された後、暖房熱交換器６７、風呂熱交換器６８においてそれぞれ給湯配管７８、８１を流れる温水と熱交換し、これらを加熱する。給湯配管７８を流れる温水は浴室乾燥機７６、床暖房装置７７に供され、給湯配管８１を流れる温水は風呂８０の追い焚きに供される。温水配管６９ｅを流れて暖房熱交換器６７、風呂熱交換器６８を通過した温水は、温水配管６９ａまたは貯湯タンク６３の底部に戻される。
【００５０】
また、風呂８０の湯張りを実施する場合には、貯湯タンク６３内の上部から温水配管６９ｇ、６９ｈ及び給湯配管８１を経て風呂８０内へ給湯される。この風呂８０の給湯に見合う量だけの水道水が、給水管７５を経て貯湯タンク６３の底部に供給される。
【００５１】
次に、図１に示すエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の冷房運転の作用を説明する。
【００５２】
この冷房運転時においては、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子膨張弁３３は全閉されている。ガスエンジン６が起動されると、このガスエンジン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、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。
【００５３】
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を流れる間にドライヤ４１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、これらの冷媒配管２８ｅを流れる液相冷媒は各電子膨張弁３２を通過することにより減圧されて各室内熱交換器４に至る。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。
【００５４】
気化した冷媒は、バルブ３８を通過し冷媒配管２８ｃを通って四方弁３１に至る。冷房運転時には四方弁３１のポートｂとポートｃが連通しているため、この四方弁３１に至った冷媒は、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。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。
【００５５】
ところで、前述の給湯暖房ユニット６０を備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の暖房運転には、室内熱交換器４及び給湯暖房ユニット６０をともに機能させる複合暖房運転と、給湯暖房ユニット６０を停止させて室内熱交換器４のみを機能させる空調単独暖房運転と、室内熱交換器４を停止させて給湯暖房ユニット６０のみを機能させる給湯暖房ユニット単独運転とがある。また、給湯暖房ユニット６０では、冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２を共に機能させる前述のＨＰ運転と、温水熱交換器６２のみを機能させる運転とがある。
【００５６】
室外機２の前述のＣＰＵは、給湯暖房ユニット単独運転であって、この給湯暖房ユニット６０をＨＰ運転している場合に、外気温が低く、且つ給湯暖房ユニット６０の温水配管６９ａを流れる温水温度が低い条件下で、圧縮機７における吸込側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、ガスエンジン６の回転数の上昇を禁止するようにスロット弁開度制御アクチュエータ１７を制御してスロット弁１６の開度を調整する。
【００５７】
ここで、上記外気温は、図２に示すように、室外機２の外側に設置された外気温センサ８４によって検出される。また、上記温水配管６９ａを流れる温水温度は、この温水配管６９ａに配設された冷媒熱交換器入口水温センサ８５によって検出される。更に、圧縮機７における吸込側の冷媒圧力は、低圧側圧力センサ４７（図１）にて検出される。
【００５８】
上記所定圧力は、給湯暖房ユニット６０のＨＰ運転が低外気温で、且つ温水配管６９ａを流れる温水が低温状態のときに単独に実施される場合（室内熱交換器４の停止状態）、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１内に液冷媒が滞留していると判定される圧力である。この所定圧力は、例えば０．３ＭＰａである。
【００５９】
上述のような室外機２のＣＰＵの制御を、図３を用いて説明する。当該ＣＰＵは、エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の暖房運転が給湯暖房ユニット単独運転で、しかもＨＰ運転であるか否かを判断し（Ｓ１）、そうでない場合には、前述の複合暖房運転又は空調単独暖房運転（通常の暖房運転）を実行する。
【００６０】
ステップＳ１において、給湯暖房ユニット単独運転で、しかもＨＰ運転の場合には、室外機２のＣＰＵは、低圧側圧力センサ４７により検出された冷媒圧力が上記所定圧力以下であるか否かを判断する（Ｓ２）。所定圧力以下の場合には、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１内に液冷媒が滞留していると判断されるので、室外機２のＣＰＵは、ガスエンジン６の回転数の上昇を禁止する（Ｓ３）。
【００６１】
以上のように、冷媒熱交換器６１内に液冷媒が滞留しているときにガスエンジン６の回転数の上昇を禁止することによって、この回転数上昇禁止中に、冷媒熱交換器６１内の液冷媒の滞留による詰まりが解消される。このため、冷媒熱交換器６１内の詰まりに起因して圧縮機７の吐出側冷媒圧力が上昇し、これを回避するためにガスエンジン６の回転数が低下して、このガスエンジン６の排熱が低下することを未然に防止できる。この結果、冷却水回路２９及び温水熱交換器６２を用いて給湯暖房ユニット６０へ安定したエンジン排熱を供給することができる。
【００６２】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置によれば、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できる。
【００６４】
請求項３及び４に記載の発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法によれば、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】図１の給湯暖房ユニットの基本構成を示す回路図である。
【図３】給湯暖房ユニット６０によるＨＰ単独運転時の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置
４ 室内熱交換器
６ ガスエンジン
７ 圧縮機
１６ スロットル弁
２４ 排ガス熱交換器
２８ 冷媒回路
２９ 冷却水回路
３４ 室外熱交換器
４７ 低圧側圧力センサ
６０ 給湯暖房ユニット
６１ 冷媒熱交換器
６２ 温水熱交換器
６３ 貯湯タンク
８４ 外気温センサ
８５ 冷媒熱交換器入口水温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とによって貯湯タンクを含む温水配管内の水を加熱する給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置及びその運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置には、エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を、上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱するよう構成されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷媒熱交換器からの冷媒熱と温水熱交換器からのエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が、低外気温且つ低水温下で単独に実施される場合、上記冷媒熱交換器内で冷媒が過剰に冷却されて、この冷媒熱交換器内に冷媒（液冷媒）が滞留してしまう場合がある。
【０００４】
このように冷媒熱交換器内に液冷媒が滞留すると、この冷媒熱交換器内を冷媒が流れにくくなるので、圧縮機から吐出される冷媒の圧力および温度が異常に上昇する恐れがある。このような冷媒圧力および温度の異常上昇を回避するために、エンジンは、回転数が低下するよう制御される。
【０００５】
しかしながら、このエンジン回転数の低下制御は、エンジン排熱温度の低下を招くことになるため、冷却水回路の冷却水を介して給湯暖房ユニットへ安定したエンジン排熱を供給できない恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できる給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置及びその運転制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱可能とするよう構成された給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置において、上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、上記圧縮機における吸込み側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、上記エンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御する制御手段を有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記所定圧力は、ＨＰ運転が低外気温且つ低温水下で単独に実施されている場合に、冷媒熱交換器内に冷媒が滞留していると判定される圧力であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱可能とするよう構成された給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法において、上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、上記圧縮機における吸込み側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、上記エンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上記所定圧力は、ＨＰ運転が低外気温且つ低温水下で単独に実施されている場合に、冷媒熱交換器内に冷媒が滞留していると判定される圧力であることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の基本構成を示す回路図、図２は、図１の給湯暖房ユニットの基本構成を示す回路図である。図１に示すように、給湯暖房ユニット６０はエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１に付設されるものであって、このエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置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圧縮機７により冷媒に与えられるエネルギー（熱）の一部と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。
【００１３】
ここで、エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の基本構成を図１に基づいて説明する。エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１は冷房運転、暖房運転によって室内をそれぞれ冷房、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。また、各室内熱交換器４には送風ファン５が設けられている。
【００１４】
以下、室外機２の構成について説明する。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る。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１２に連結されている。
【００１５】
また、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。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つの遮断弁２２が接続されている。
【００１６】
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等が設けられている。
【００１７】
ところで、当該エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置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とが設けられている。
【００１８】
エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１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いる。これらの機器は、冷媒配管２８ａ〜２８ｋによって相互に接続されて閉ループを構成している。
【００１９】
即ち、圧縮機７の吐出側から導出してオイルセパレータ３０に至る冷媒配管２８ａの途中には高圧側圧力センサ３７が設けられており、オイルセパレータ３０と四方弁３１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。
【００２０】
上記４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅのうち、１つの冷媒配管２８ｄは給湯暖房ユニット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６１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２８ｅ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がそれぞれ直接、または分岐ユニット２６、２７を介して分岐して設けられている。
【００２１】
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。この冷媒配管２８ｇ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及びドライヤ４１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。
【００２２】
また、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３５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。そして、前記冷媒配管２８ｈは前記四方弁３１のポートｄに接続される。
【００２３】
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。また、前記オイルセパレータ３０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４９が設けられている。
【００２４】
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、給湯暖房ユニット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いる。これらの機器は、冷却水配管２９ａ〜２９ｌによって相互に接続されて閉ループを形成している。
【００２５】
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（不図示）の入口側に接続され、冷却水ジャケット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に接続される。尚、排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケットはエンジン排熱回収熱交換器を構成している。
【００２６】
上記冷却水配管２９ｅは温水制御弁５２に接続されており、この温水制御弁５２はリニア電子制御三方弁で構成されている。この温水制御弁５２から分岐する一方の冷却水配管２９ｆは、給湯暖房ユニット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、この温水熱交換器６２の出口側から導出する冷却水配管２９ｇはサーモスタット弁５３に接続される。このサーモスタット弁５３から分岐する一方の冷却水配管２９ｋは、冷却水配管２９ｊ（後述）に接続されている。
【００２７】
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た冷却水配管２９ｊに接続されている。この冷却水配管２９ｊ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）２９ｌ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２９ｊにはリザーバタンク５７が接続されている。
【００２８】
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２４と冷却水ジャケットによって構成されるエンジン排熱回収熱交換器から、給湯暖房ユニット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，２９ｊ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冷却水配管２９ａ〜ｅ、２９ｌ、２９ｊから成るバイパス循環回路と、冷却水配管２９ｈ及び２９ｉから成るラジエータ循環路とで構成されている。
【００２９】
次に、給湯暖房ユニット６０の構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、給湯暖房ユニット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、補助熱源機６６、暖房熱交換器６７、風呂熱交換器６８等の機器が配置されている。これらの機器は温水配管６９ａ〜６９ｈによって互いに接続されている。
【００３０】
つまり、貯湯タンク６３の底部から吐出する温水配管６９ａは、冷媒熱交換器６１の入口側に接続されており、この温水配管６９ａに水ポンプ６４及び開閉弁７０が配設されている。冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２とは温水配管６９ｂにて接続される。開閉弁７０及び冷媒熱交換器６１は、開閉弁７１を備えたバイパス配管７２によって迂回されている。
【００３１】
温水熱交換器６２の出口側から導出する温水配管６９ｃは、開閉弁７３に接続され、この開閉弁７３の上流側に、補助熱源機６６が配設されたバイパス管７４を備える。この補助熱源機６６が、冷媒熱交換器６１、温水熱交換器６２にて加熱された温水配管６９ｃ内を流れる温水を必要に応じて加熱する。
【００３２】
開閉弁７３から分岐する一方の温水配管６９ｄは貯湯タンク６３の上部に接続され、他方の温水配管６９ｅは、温水配管６９ａに貯湯タンク６３の底部近傍で接続されている。この温水配管６９ｅに暖房熱交換器６７が配設されると共に、この暖房熱交換器６７を迂回して風呂熱交換器６８を備えた温水配管（バイパス配管）６９ｆが接続されている。
【００３３】
貯湯タンク６３の底部には、水道水を補給するための給水管７５が接続されている。また、貯湯タンク６３の上部からは温水配管６９ｇが導出しており、この温水配管６９ｇの端部に図示しない給湯栓が設置される。この温水配管６９ｇには、後述の給湯配管８１に接続された温水配管６９ｈが分岐されている。
【００３４】
上記暖房熱交換器６７と浴室乾燥機７６、床暖房装置７７とは給湯配管７８にて接続され、この床暖房装置７７に水ポンプ７９が配設されている。また、風呂熱交換器６８と風呂８０とは給湯配管８１によって接続されており、この給湯配管８１に水ポンプ８２が配設されている。
【００３５】
図１に示す室外機２、室内機３、給湯暖房ユニット６０のそれぞれには、制御手段としてのＣＰＵ（不図示）が配置されており、これらのＣＰＵは互いに情報の授受を実施している。図２の通信線８３は、室外機２のＣＰＵと給湯暖房ユニット６０のＣＰＵに接続されており、これらのＣＰＵ間で情報が交換される。
【００３６】
室外機２のＣＰＵは高圧側圧力センサ３７、低圧側圧力センサ４７、図示しない冷媒温度センサなどの検出データを取り込んで、スロットル弁１６、電子膨張弁３２、３３、室外ファン４４、四方弁３１及び水ポンプ５０等を制御する。また、室内機３のＣＰＵは、図示しない冷媒温度センサ及び室内温度センサ等の検出データを取り込んで、送風ファン５などを制御する。更に、給湯暖房ユニット６０のＣＰＵは、温水配管６９ａ〜ｈや貯湯タンク６３内の温水温度を検出データとして取り込んで、水ポンプ６４、７９、８２や開閉弁７０、７１、７３等を制御する。
【００３７】
次に、給湯暖房ユニット６０を備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の作用を説明する。
【００３８】
暖房運転においてガスエンジン６が起動されると、このガスエンジン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。
【００３９】
暖房運転時においては、図１の破線に示すように、四方弁３１のポートａとポートｂとが連通されている。高温高圧の気相冷媒はバルブ３８を通過し、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を通って給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１へ供給され、貯湯タンク６３及び温水配管６９ａ〜ｈ内の温水加熱に供される。
【００４０】
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を通過して減圧される。また、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１において貯湯タンク６３及び温水配管６９ａ〜ｈ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、及びドライヤ４１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当該室外熱交換器３４において外気から蒸発熱を奪って気化する。
【００４１】
気化した冷媒は四方弁３１に至るが、暖房運転時には、図１の破線に示すように四方弁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。この圧縮機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。
【００４２】
この暖房運転時に冷却水回路２９内を循環する冷却水の循環制御を、次に説明する。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２９ｃ、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。
【００４３】
温水制御弁５２は、暖房運転時において室内機３の暖房能力に見合う熱を室外熱交換器３４のみで回収可能な場合には、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全開とし、冷却水配管２９ｌへの内部通路を全閉とするよう制御される。これにより、ガスエンジン６の排熱を回収した冷却水は、その全量が冷却水配管２９ｆを経て給湯暖房ユニット６０の温水熱交換器６２へ流され、貯湯タンク６３及び温水配管６９ａ〜ｈ内の温水を加熱可能とする。
【００４４】
温水熱交換器６２にて熱交換された冷却水は、冷却水配管２９ｇを経てサーモスタット弁５３に至る。この冷却水は、温水熱交換器６２により熱交換されても尚所定温度以上のときに、サーモスタット弁５３により、冷却水配管２９ｈを経てラジエータ５４へ流されて冷却され、冷却水配管２９ｉを経て冷却水配管２９ｊに戻される。サーモスタット弁５３に至った冷却水が上記所定温度以下のときには、この冷却水は、冷却水配管２９ｋを経て冷却水配管２９ｊに流され、水ポンプ５０に戻る。
【００４５】
また、暖房運転時において室内機３の暖房能力に見合う熱を室外熱交換器３４のみで回収できない場合には、温水制御弁５２は、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全閉とし、冷却水配管２９ｌへの内部通路を全開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、その全量が二重管熱交換器３５内を流れ、室外熱交換器３４にて蒸発された低圧冷媒を加熱して、エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の室内熱交換器４による暖房が、給湯暖房ユニット６０による給湯及び暖房よりも優先される。二重管熱交換機３５にて熱交換された冷却水は冷却水配管２９ｊに流され、水ポンプ５２戻される。
【００４６】
図２に示す給湯暖房ユニット６０においては、貯湯タンク６３内の上部の温水温度が設定値（例えば７０℃）未満である場合に水ポンプ６４が起動される。貯湯タンク６３内の温水は、その底部から温水配管６９ａを通り冷媒熱交換器６１に導入されて冷媒熱により加熱され、温水配管６９ｂを通り温水熱交換器６２に導入されてエンジン排熱により加熱される。この温水は、必要に応じて補助熱源機６６により加熱された後、一部が温水配管６９ｄを経て貯湯タンク６３の上部に流入し、残りが温水配管６９ｅを経て水ポンプ６４に至り、冷媒熱交換器６１、温水熱交換器６２により再加熱される。
【００４７】
このようにして、温水温度の高い温水が貯湯タンク６３の上部に流入し、この貯湯タンク６３内の温水温度は上から下に向かって低くなる。貯湯タンク６３内の下部の温水温度が上記設定値（例えば７０℃）に到達した時に水ポンプ６４が停止される。尚、水ポンプ６４から吐出される温水は、冷媒熱交換器６１からの冷媒熱及び温水熱交換器６２からのエンジン排熱の両者により加熱される場合（ＨＰ運転）と、開閉弁７０の全閉及び開閉弁７１の全開により冷媒熱交換器６１を迂回して温水熱交換器６２のみにより加熱される場合とが選択される。
【００４８】
また、図示しない給湯栓が開操作されることによって、貯湯タンク６３内の上部の温水が温水配管６９ｇを経て給湯されてユーザーに供される。このユーザーにより使用された温水の量に見合う水道水が、給水管７９から貯湯タンク６３内の底部に供給される。
【００４９】
浴室乾燥機７６用スイッチ、床暖房装置用スイッチ、風呂８０の追い焚きスイッチ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る。例えば浴室乾燥機７６用スイッチ、床暖房装置７７用スイッチ及び風呂８０の追い焚きスイッチが全てＯＮされた場合、水ポンプ６４により循環される温水は冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の少なくとも一方にて加熱され、必要に応じて補助熱源機６６により加熱された後、暖房熱交換器６７、風呂熱交換器６８においてそれぞれ給湯配管７８、８１を流れる温水と熱交換し、これらを加熱する。給湯配管７８を流れる温水は浴室乾燥機７６、床暖房装置７７に供され、給湯配管８１を流れる温水は風呂８０の追い焚きに供される。温水配管６９ｅを流れて暖房熱交換器６７、風呂熱交換器６８を通過した温水は、温水配管６９ａまたは貯湯タンク６３の底部に戻される。
【００５０】
また、風呂８０の湯張りを実施する場合には、貯湯タンク６３内の上部から温水配管６９ｇ、６９ｈ及び給湯配管８１を経て風呂８０内へ給湯される。この風呂８０の給湯に見合う量だけの水道水が、給水管７５を経て貯湯タンク６３の底部に供給される。
【００５１】
次に、図１に示すエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の冷房運転の作用を説明する。
【００５２】
この冷房運転時においては、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子膨張弁３３は全閉されている。ガスエンジン６が起動されると、このガスエンジン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、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。
【００５３】
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を流れる間にドライヤ４１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、これらの冷媒配管２８ｅを流れる液相冷媒は各電子膨張弁３２を通過することにより減圧されて各室内熱交換器４に至る。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。
【００５４】
気化した冷媒は、バルブ３８を通過し冷媒配管２８ｃを通って四方弁３１に至る。冷房運転時には四方弁３１のポートｂとポートｃが連通しているため、この四方弁３１に至った冷媒は、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。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。
【００５５】
ところで、前述の給湯暖房ユニット６０を備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の暖房運転には、室内熱交換器４及び給湯暖房ユニット６０をともに機能させる複合暖房運転と、給湯暖房ユニット６０を停止させて室内熱交換器４のみを機能させる空調単独暖房運転と、室内熱交換器４を停止させて給湯暖房ユニット６０のみを機能させる給湯暖房ユニット単独運転とがある。また、給湯暖房ユニット６０では、冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２を共に機能させる前述のＨＰ運転と、温水熱交換器６２のみを機能させる運転とがある。
【００５６】
室外機２の前述のＣＰＵは、給湯暖房ユニット単独運転であって、この給湯暖房ユニット６０をＨＰ運転している場合に、外気温が低く、且つ給湯暖房ユニット６０の温水配管６９ａを流れる温水温度が低い条件下で、圧縮機７における吸込側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、ガスエンジン６の回転数の上昇を禁止するようにスロット弁開度制御アクチュエータ１７を制御してスロット弁１６の開度を調整する。
【００５７】
ここで、上記外気温は、図２に示すように、室外機２の外側に設置された外気温センサ８４によって検出される。また、上記温水配管６９ａを流れる温水温度は、この温水配管６９ａに配設された冷媒熱交換器入口水温センサ８５によって検出される。更に、圧縮機７における吸込側の冷媒圧力は、低圧側圧力センサ４７（図１）にて検出される。
【００５８】
上記所定圧力は、給湯暖房ユニット６０のＨＰ運転が低外気温で、且つ温水配管６９ａを流れる温水が低温状態のときに単独に実施される場合（室内熱交換器４の停止状態）、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１内に液冷媒が滞留していると判定される圧力である。この所定圧力は、例えば０．３ＭＰａである。
【００５９】
上述のような室外機２のＣＰＵの制御を、図３を用いて説明する。当該ＣＰＵは、エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置１の暖房運転が給湯暖房ユニット単独運転で、しかもＨＰ運転であるか否かを判断し（Ｓ１）、そうでない場合には、前述の複合暖房運転又は空調単独暖房運転（通常の暖房運転）を実行する。
【００６０】
ステップＳ１において、給湯暖房ユニット単独運転で、しかもＨＰ運転の場合には、室外機２のＣＰＵは、低圧側圧力センサ４７により検出された冷媒圧力が上記所定圧力以下であるか否かを判断する（Ｓ２）。所定圧力以下の場合には、給湯暖房ユニット６０の冷媒熱交換器６１内に液冷媒が滞留していると判断されるので、室外機２のＣＰＵは、ガスエンジン６の回転数の上昇を禁止する（Ｓ３）。
【００６１】
以上のように、冷媒熱交換器６１内に液冷媒が滞留しているときにガスエンジン６の回転数の上昇を禁止することによって、この回転数上昇禁止中に、冷媒熱交換器６１内の液冷媒の滞留による詰まりが解消される。このため、冷媒熱交換器６１内の詰まりに起因して圧縮機７の吐出側冷媒圧力が上昇し、これを回避するためにガスエンジン６の回転数が低下して、このガスエンジン６の排熱が低下することを未然に防止できる。この結果、冷却水回路２９及び温水熱交換器６２を用いて給湯暖房ユニット６０へ安定したエンジン排熱を供給することができる。
【００６２】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６３】
【発明の効果】
請求項１及び２に記載の発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置によれば、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できる。
【００６４】
請求項３及び４に記載の発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法によれば、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒熱と冷却水回路を流れる冷却水に回収されたエンジン排熱とを給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独で実施されているときに、給湯暖房ユニットへエンジン排熱を安定して供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】図１の給湯暖房ユニットの基本構成を示す回路図である。
【図３】給湯暖房ユニット６０によるＨＰ単独運転時の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置
４ 室内熱交換器
６ ガスエンジン
７ 圧縮機
１６ スロットル弁
２４ 排ガス熱交換器
２８ 冷媒回路
２９ 冷却水回路
３４ 室外熱交換器
４７ 低圧側圧力センサ
６０ 給湯暖房ユニット
６１ 冷媒熱交換器
６２ 温水熱交換器
６３ 貯湯タンク
８４ 外気温センサ
８５ 冷媒熱交換器入口水温センサ
Claims (4)
- エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、
上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、
給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱可能とするよう構成された給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置において、
上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、上記圧縮機における吸込み側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、上記エンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御する制御手段を有することを特徴とする給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置。 - 上記所定圧力は、ＨＰ運転が低外気温且つ低温水下で単独に実施されている場合に、冷媒熱交換器内に冷媒が滞留していると判定される圧力であることを特徴とする請求項１に記載の給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置。
- エンジンにより駆動される圧縮機によって冷媒が循環される冷媒回路に、室外熱交換器、室内熱交換器及び冷媒熱交換器を備え、
上記エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路に、エンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を備え、
給湯暖房ユニットにおける貯湯タンクを含む温水配管内の水を上記冷媒熱交換器と上記温水熱交換器による熱交換によって加熱可能とするよう構成された給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法において、
上記冷媒熱交換器からの冷媒熱と上記温水熱交換器からのエンジン排熱とを上記給湯暖房ユニットが同時に取り込むＨＰ運転が単独に実施されている場合、上記圧縮機における吸込み側の冷媒圧力が所定圧力以下となったときに、上記エンジンの回転数の上昇を禁止するよう制御することを特徴とする給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法。 - 上記所定圧力は、ＨＰ運転が低外気温且つ低温水下で単独に実施されている場合に、冷媒熱交換器内に冷媒が滞留していると判定される圧力であることを特徴とする請求項３に記載の給湯暖房ユニットを備えたエンジン駆動ヒートポンプ式空気調和装置の運転制御方法。
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