JP2007225141A - ガスヒートポンプ式空気調和装置及びガスヒートポンプ式空気調和装置の起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷媒が圧縮機に吸引されることを防いで圧縮機を保護することができるガスヒートポンプ式空気調和装置およびその起動方法を提供すること。
【解決手段】ガスエンジン５３で駆動される圧縮機１７を室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒管路と四方弁を介して連結して冷媒回路７が構成され、該冷媒回路７から分岐するとともに前記圧縮機１７の上流側にて前記冷媒に合流するバイパス流路を備え、該バイパス流路に前記ガスエンジン５３より排出された排熱を回収して冷媒を加熱する水熱交換器３１が設けられたガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記圧縮機１７から吐出される前記冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が低い場合に前記水熱交換器３１を流れる冷媒の量を増加させる制御部３７を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスエンジンを駆動源として圧縮機を駆動するガスヒートポンプ式空気調和装置及びその起動方法に関する。

従来より、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構などの要素を備えた冷媒回路を用い、都市ガス等のガス燃料で運転されるガスエンジンが圧縮機を駆動して室内の冷房及び暖房などの空調運転を行うガスヒートポンプ式空気調和装置（以下、「ＧＨＰ」と呼ぶ）が知られている。このＧＨＰにおける室内の冷暖房は、冷媒が、室内熱交換器において室内の空気（以下「室内気」という。）と交換した熱を室外熱交換器に運び、室外熱交換器において外気と熱交換することにより行われている。

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。

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ることで、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。
特開２００４−３２４９６６号公報

ところで、上述したＧＨＰにおいては、停止中に低圧配管に液冷媒が溜まるいわゆる液寝込みが生じた場合、起動時に圧縮機に液冷媒が流れ込み、液圧縮や冷凍機油の希釈により圧縮機が損傷する可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、液冷媒が圧縮機に吸引されることを防いで圧縮機を保護することができるガスヒートポンプ式空気調和装置およびその起動方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ガスエンジンで駆動される圧縮機を室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒管路と四方弁を介して連結して冷媒回路が構成され、該冷媒回路から分岐するとともに前記圧縮機の上流側にて前記冷媒回路に合流するバイパス流路を備え、該バイパス流路に前記ガスエンジンより排出された排熱を回収して冷媒を加熱する水熱交換器が設けられたガスヒートポンプ式空気調和装置において、起動時に前記圧縮機から吐出される前記冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が基準値より低い場合に前記水熱交換器を流れる冷媒の量を増加させる制御部を備えたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、ガスエンジンで駆動される圧縮機を室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒管路と四方弁を介して連結して冷媒回路が構成され、該冷媒回路から分岐するとともに前記圧縮機の上流側にて前記冷媒回路に合流するバイパス流路を備え、該バイパス流路に前記ガスエンジンより排出された排熱を回収して冷媒を加熱する水熱交換器が設けられたガスヒートポンプ式空気調和装置の起動方法において、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が基準値より低い場合に前記水熱交換器を流れる冷媒の量を増加させることを特徴とする。

本発明によれば、圧縮機に吸引される冷媒に対して、水熱交換器により加熱された冷媒が合流するため、圧縮機により圧縮される冷媒の過熱度を十分に大きくとることができる。圧縮機の吐出側過熱度を監視し、水熱交換器から供給される冷媒の量を調整することにより、水熱交換器から供給される冷媒と、寝込み液冷媒とを適切な割合にて合流させ、吸引される寝込み液冷媒の量を制限するとともに、液冷媒を蒸発させる。

また、水熱交換器の上流側に設けられた膨張弁の開度を制御することにより前記水熱交換器から前記圧縮機上流側に合流する冷媒量を調整することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記制御部は、前記水熱交換器から流出する冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が基準以下の場合に前記水熱交換器を流れる冷媒の量を低減させることを特徴とする。

水熱交換器に供給されるエンジン排熱は有限であり、水熱交換器に流す冷媒量がエンジン排熱で蒸発可能な量を超えると、水熱交換器から圧縮機に対して過熱の付かない湿り冷媒が供給されてしまうこととなる。そこで、制御部が水熱交換器から流出する冷媒の過熱度を監視し、過熱度が基準以下の場合には水熱交換器から合流する冷媒量を低減し、水熱交換器からの液冷媒吸入を防止する。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記制御部は、前記圧縮機の吸入側冷媒圧力（低圧圧力）が周囲温度の飽和圧力以下であるか否かを判定し、前記冷媒圧力が周囲温度の飽和圧力以上である場合に、前記水熱交換器を流れる冷媒の量を低減させる。

低外気温のときは、低圧圧力が飽和圧力よりも低くならなければ寝込んだ液冷媒が蒸発しない。このため、水熱交換器から冷媒を圧縮機に供給すると、水熱交換器からのガス冷媒のみが圧縮機に流れてしまうこととなる。したがって、低圧圧力が基準値よりも高いときは、水熱交からのガスを減らして低圧圧力を下げるように制御する。

本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置及びその起動方法によれば、配管に寝込んでいる液冷媒を、流量を制限しつつ吸引し、水熱交換器により過熱度が与えられた冷媒により蒸発させることにより、液冷媒が圧縮機に吸引されることを防いで圧縮機を保護することができる。

以下、本発明に係る空気調和装置及びその起動方法の一実施形態として、マルチ組合せ室外機を備えたガスヒートポンプ式空気調和装置（ＧＨＰ）の構成例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るＧＨＰの全体構成を示す回路図である。本実施形態は、アキュムレータがコンプレッサの上流に設けられていない構成のガスヒートポンプ式空気調和装置である。
ＧＨＰ（空気調和装置）１は、空調対象の室内に配置される１または複数の室内機ユニット３と、室外に配置される１または複数の室外機ユニット５と、室内機ユニット３及び室外機ユニット５との間で冷媒を循環させる冷媒回路７から概略構成されている。図示のＧＨＰ１は、２台の室外機ユニット５，５を連結して使用するマルチ組合せ室外機を備えており、このマルチ組合せ室外機は、互いの冷媒出口配管及び冷媒戻り配管どうしを合流させた主冷媒配管７ａを介して各室内機ユニット３と連結されている。なお、主冷媒配管７ａは、冷媒が状態変化を繰り返して循環する冷媒回路７の一部を構成する配管である。

各室内機ユニット３には、室内熱交換器（吸熱器、放熱器）９と、冷房運転時に高圧の冷媒を減圧・膨張させる室内側電子膨張弁（絞り部）１１と、室内側電子膨張弁１１の前後に配置された異物を除去するストレーナ１３と、冷媒の温度を検出する温度センサ１５とが設けられている。
室内熱交換器９は、冷房運転時には室内の空気（室内気）から熱を奪い、低温低圧の液冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能し、暖房運転時には室内気に熱を放出し、高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能するものである。

室外機ユニット５は、たとえば図２に示すように、その内部において二つの大きな構成部分に分割される。
第１の構成部分は、後述する圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室内機ユニット３とともに冷媒回路を構成する部分であり、以後「冷媒回路部」と呼ぶ。また、第２の構成部分は圧縮機駆動用のガスエンジンを中心として、これに付随する機器を備えた部分であり、以後「ガスエンジン部」と呼ぶ。

冷媒回路部には、圧縮機１７、オイルセパレータ１９、四方弁（切替部）２１、室外熱交換器（吸熱器、放熱器）２３、室外ファン２４、室外側膨張弁（絞り部）２５、レシーバ２７、過冷却コイル（冷却用熱交換器）２９、水熱交換器３１、逆止弁３３、運転制御に伴い選択的に開閉動作がなされる電磁弁３５、室内側に通じる主冷媒配管７ａ等の現地接続配管と室外側とを連結する操作弁３６、ストレーナ１３などが備えられており、それぞれが冷媒回路７により接続されている。
また、室外機ユニット５には、温度センサや圧力センサなどの出力に基づき、少なくとも室内側電子膨張弁１１、室外側膨張弁２５を制御する制御部３７が配置されている。

圧縮機１７は、後述するガスエンジン５３により駆動され、室内熱交換器９または室外熱交換器２３、水熱交換器３１のいずれかから吸入される低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。
圧縮機１７の吐出側には、吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３９と圧力を検出する吐出圧力センサ４１とが配置され、吸入側には、吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ４３と圧力を検出する吸入圧力センサ４５とが配置されている。
なお、本実施形態においては、２台の圧縮機１７を用いる実施形態に適用して説明している。

オイルセパレータ１９は、圧縮機１７と四方弁２１との間に配置され、圧縮機１７から吐出された冷媒中に含まれる圧縮機１７の潤滑油を分離して、圧縮機１７に戻すために設けられている。具体的には、各圧縮機１７から吐出された冷媒が導入される２本の略円筒形状のオイル分離部と、その下方に配置されたオイル貯留部とから構成されている。オイル貯留部には、分離された潤滑油の温度を制御するヒータ４７が配置されている。また、オイルセパレータ１９のオイル貯留部と圧縮機１７との間には、分離された潤滑油を圧縮機１７に供給する供給回路が配置されている。

四方弁２１は、オイルセパレータ１９の下流側に配置されて冷媒の流れを切り替える流路切替弁であり、冷媒が流入・流出する４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けられている。ポートＤは圧縮機１７の吐出側と接続され、ポートＣは室外熱交換器２３と、ポートＳは圧縮機１７の吸入側と、ポートＥは室内熱交換器９と接続されている。

室外熱交換器２３は、冷房運転時に外気に熱を放出して高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能し、暖房運転時に外気から熱を奪い低温低圧の冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能する。この室外熱交換器２３は、外気を熱交換器部分に送風する室外ファン２４を備えている。また、室外熱交換器２３には、気相及び液相の冷媒温度を検出するため２箇所に温度センサ１５が配置されている。
なお、本実施形態においては、２台の室外熱交換器２３を用いる実施形態に適用して説明している。

レシーバ２７は、室外熱交換器２３または室内熱交換器９から流出した冷媒に含まれるガス冷媒をトラップし、液冷媒のみを室内熱交換器９または室外熱交換器２３に供給するものである。
室外熱交換器２３とレシーバ２７との間には室外側膨張弁２５と逆止弁３３とが並列に配置され、室外側膨張弁２５及び逆止弁３３の上流側、下流側にストレーナ１３が配置されている。逆止弁３３は、室外熱交換器２３からレシーバ２７に向けて冷媒を流すように配置されている。

過冷却コイル２９は、レシーバ２７と室内機ユニット３とを接続する冷媒回路に配置されている。過冷却コイル２９には、レシーバ２７と過冷却コイル２９との間を流れる冷媒の一部を分流させて過冷却コイル２９に導く冷媒配管が設けられ、この冷媒配管にはストレーナ１３及び冷媒の圧力を減圧・膨張させる過冷却用膨張弁（冷却用絞り部）４９が配置されている。過冷却コイル２９を通過した一部の冷媒は、四方弁２１と圧縮機１７とを接続する冷媒回路に導かれる。
過冷却コイル２９は、冷房運転時に、室内機ユニット３に必要な温度に冷却された冷媒を送るために設けられている。すなわち、過冷却用膨張弁４９により形成された低温の冷媒により室内機ユニット３に送られる冷媒をより冷却して（過冷却度を高めて）いる。そのため、室内機ユニット３の配置位置が室外機ユニット５から離れ主冷媒配管７ａでの配管圧損が大きい場合でも、室内機ユニット３の膨張弁入口の冷媒状態を液相で保持でき、適正な冷房能力を得ることができる。また、冷媒流動音の発生なども抑制することができる。

水熱交換器３１は、室外熱交換器２３とレシーバ２７とを接続する冷媒回路から分岐して四方弁２１と圧縮機１７とを接続する冷媒回路に合流する冷媒配管（バイパス流路）に配置され、冷媒の流入側にはストレーナ１３及び冷媒の圧力を減圧・膨張させる水熱交換器用膨張弁（加熱用絞り部）５１が配置されている。また、水熱交換器３１には、後述するガスエンジン５３のエンジン冷却水が循環するように配置されている。さらに水熱交換器３１から吐出される冷媒温度を検出する温度センサ１５Ａを備える。
水熱交換器３１は、後述するエンジン冷却水の熱を冷媒に回収させるために設けられている。すなわち、暖房運転時において、冷媒は室外熱交換器２３における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエンジン５３のエンジン冷却水からも排熱を回収することとなり、暖房運転の効率をより高めることができる。また、冷房運転時においても、低外気で室内機ユニット３の運転負荷が非常に小さい場合、水熱交換器３１をエバポレータとして活用することで適正な高低圧を維持することができる。

一方、ガスエンジン部には、ガスエンジン５３を中心として、冷却水系５５及び燃料吸入系５７のほか、燃焼ガスの排気系やエンジンオイル系（いずれも図示せず）が設けられている。
ガスエンジン５３は、冷媒回路内に設置されている圧縮機１７をシャフトまたはベルトなどを介して駆動している。

冷却水系５５は、水ポンプ５９、リザーバタンク６１、ラジエータ６３等を備え、これらを配管にて接続して構成される回路（図中の破線で表示）を循環するエンジン冷却水（冷却媒体）によって、ガスエンジン５３を冷却する系である。
水ポンプ５９は、ガスエンジン５３の冷却水を循環させるために配置され、リザーバタンク６１は、この回路を循環する冷却水の余剰分を一時貯蔵するため、あるいは、回路を循環する冷却水が不足する場合に冷却水を供給するために配置されている。ラジエータ６３は、エンジン冷却水がガスエンジン５３から奪った排熱を放出するため、室外熱交換器２３の近傍に配置されている。

また、冷却水系５５には、上述した構成のほかに、排気ガス熱交換器６５が設けられている。排気ガス熱交換器６５は、ガスエンジン５３から排出される排気ガスの熱を、エンジン冷却水に回収するためのものである。また、冷却水系５５には、前述した水熱交換器３１が配置され、冷媒回路部及び冷却水系５５の両系にまたがるように配置されている。
そのため、エンジン冷却水はガスエンジン５３から熱を奪うだけではなく、排気ガスからも熱を回収し、かつ、その回収した熱を、水熱交換器３１を介して冷媒に与える構成になっている。
なお、冷却水系５５におけるエンジン冷却水の流量制御は、２つの流量制御弁６７Ａ，６７Ｂによりおこなわれている。
また、冷却水系５５にはエンジン水温を検出する温度センサ１５Ｂが設けられている。

燃料吸入系５７は、ガスエンジン５３に液化天然ガス（ＬＮＧ）などの都市ガスをガス燃料として供給するための系であり、ガス燃料の供給量を調節する燃料ガス弁６９が備えられている。燃料吸入系５７からガスエンジン５３に供給された燃料ガスは、ガスエンジン５３の吸気孔（図示せず）から吸入された空気と混合された後、ガスエンジン５３の燃焼室に供給されている。

次に、上記構成からなるＧＨＰ１について、室内を冷暖房するそれぞれの運転時の作用について説明する。
最初に、図１及び図２に基づいて暖房運転時について説明する。なお、各弁類の開閉状態は黒塗りで図示した弁類が閉であり、冷媒及びエンジン冷却水の流れ方向が矢印で示されている。なお、図１においては、暖房運転時の冷媒流れ方向を実線矢印で示し、後述する冷房運転時の冷媒流れ方向を破線矢印で示す。

暖房運転が選択されると、冷媒回路部の四方弁２１が切り替えられて、ポートＤ／Ｅ間及びポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機１７の吐出側と室内熱交換器９とが接続される。また、室外側膨張弁２５、水熱交換器用膨張弁５１及び過冷却用膨張弁４９が制御部３７により制御される。室内側電子膨張弁１１は、室内機ユニット３に設置した図示省略の制御部により制御される。

まず、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１９に流入してガス冷媒中に含まれる潤滑油が分離される。潤滑油が分離されたガス冷媒は、四方弁２１のポートＤからポートＥへ流れて室内熱交換器９に流入する。このガス冷媒は、室内熱交換器９において室内気に熱を放出して凝縮・液化される。室内気はガス冷媒から熱を吸収して暖められる。液化した冷媒は、室内側電子膨張弁１１、過冷却コイル２９を通過してレシーバ２７に流入する。レシーバ２７において冷媒は気液分離され、液冷媒のみがレシーバ２７から流出する。
レシーバ２７から流出した液冷媒の一部は、室外側膨張弁２５を通って室外熱交換器２３に流入する。残りの冷媒は、水熱交換器用膨張弁５１を通って水熱交換器３１に流入する。

室外熱交換器２３に流入する冷媒は、室外側膨張弁２５を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。室外熱交換器２３において、低温低圧の液冷媒は外気などから熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。
水熱交換器３１に流入する冷媒は、水熱交換器用膨張弁５１を通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となる。水熱交換器３１では、低温低圧の液冷媒がエンジン冷却水から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

室外熱交換器２３において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＣからポートＳを経て圧縮機１７の吸入口に流入する。一方、水熱交換器３１において蒸発したガス冷媒も同様に、四方弁２１のポートＳと圧縮機１７の吸入口との間を接続する冷媒配管に流入する。
こうして圧縮機１７に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１７により圧縮され高温高圧のガス冷媒となり、再びオイルセパレータ１９に向けて吐出される。以降、同様の過程が繰り返される。

続いて、冷房運転時について説明する。
冷房運転が選択されると、四方弁２１のポートＤ／Ｃ間及びポートＥ／Ｓ間が連通するため、圧縮機１７の吐出側と室外熱交換器２３とが接続される。
また、過冷却用膨張弁４９、水熱交換器用膨張弁５１が制御部３７により制御され、室外側膨張弁２５が全開にされる。室内側電子膨張弁１１は、室内機ユニット３に設置した図示省略の制御部により制御される。

まず、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１９により潤滑油が分離され、四方弁２１を通過して室外熱交換器２３に流入する。室外熱交換器２３において、ガス冷媒は熱を放出して凝縮・液化して液冷媒となる。室外熱交換器２３から流出した液冷媒は、逆止弁３３を通過してレシーバ２７に流入し、気液分離されて液冷媒のみがレシーバ２７から流出する。
レシーバ２７から流出した液冷媒の一部は、過冷却コイル２９及び室内側電子膨張弁１１を通って室内熱交換器９に流入する。残りの冷媒は、過冷却用膨張弁４９を通って過冷却コイル２９に流入する。なお、冷房負荷が非常に小さい時は、室外熱交換器２３から流出した冷媒の一部が水熱交換器用膨張弁５１を経て水熱交換器３１を通過し、低温低圧の液冷媒がエンジン冷却水から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となることで吸熱量を確保し、適正な運転点を維持する。

室内熱交換器９に流入する冷媒は、過冷却コイル２９を通過する過程で、後述する過冷却用膨張弁４９を通過した低温低圧の液冷媒に熱を奪われる。その後、室内側電子膨張弁１１を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。室内熱交換器９において、低温低圧の液冷媒は、室内気から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。
過冷却コイル２９に流入する冷媒は、過冷却用膨張弁４９を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。この液冷媒は、過冷却コイル２９において上述した室内熱交換器９に流入する液冷媒から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

室内熱交換器９において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＥからポートＳを経て圧縮機１７の吸入口に流入する。一方、過冷却コイル２９において蒸発したガス冷媒も同様に、四方弁２１のポートＳと圧縮機１７の吸入口との間を接続する冷媒配管に流入する。
こうして圧縮機１７に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１７により圧縮された高温高圧のガス冷媒となり、再びオイルセパレータ１９に向けて吐出され、以降は同様の過程が繰り返される。

２台の室外機ユニット５，５を連結して使用するマルチ組合せ室外機を備えているＧＨＰ１においては、運転負荷の増加に伴って室外機ユニット５の運転台数が１台運転から２台運転に変更される。

このように構成されたガスヒートポンプ式空気調和装置においては、停止中に低圧配管に液冷媒が溜まるいわゆる液寝込みが生ずる場合がある。液冷媒が溜まる冷媒配管位置を図２に符号Ａ、Ｂで示した。符号Ａは冷房時に吸入され得る液冷媒、Ｂは暖房時に吸入され得る液冷媒の寝込み位置を示す。

液冷媒が圧縮機１７に吸引されることを防ぐため、本実施形態においては、制御部３７は起動時において図３のフローに従った以下の制御を行う。
まず、ステップＳ１においてエンジン水温が基準値以上であるか否かを判定する。冷却水系５５に設けられた温度センサ１５Ｂの出力から、エンジン水温を得る。エンジン水温が基準値に達していない場合にはステップＳ２に進み、基準値に達している場合にはステップＳ３に進む。

ステップＳ２では、圧縮機１７とガスエンジン５３とをつなぐクラッチをＯＦＦとした状態でガスエンジン５３を運転させる（暖機運転）。これによりエンジン水温を上昇させる。エンジン水温が所定温度となった場合にステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、クラッチをＯＮとし、圧縮機１７を駆動して冷媒回路中に冷媒を流動させる。

ステップＳ４では、吐出過熱度（圧縮機１７出口における冷媒の過熱度）を検出し、この吐出過熱度が基準以上であるか否かを判定する。
吐出過熱度は、吐出温度センサ３９による温度から吐出圧力センサ４１により検出された高圧冷媒の飽和温度を引いたものである。吐出過熱度により、低圧側に液冷媒が寝込んでいるか否かを判定する。また、圧縮機１７に吸引されてくる液冷媒量と、水熱交換器３１から供給される過熱冷媒とのバランスを判定する。これらの判定に基づき、圧縮機１７に吸入される液冷媒量が所定以下となる基準をみたすか否かを判定する。
吐出過熱度が基準以上であれば、圧縮機１７に液冷媒は流入していないと考えられることから、ステップＳ５に進む。基準以下であればステップＳ６に進む。
なお、２台の圧縮機１７が駆動している場合、過熱度の低い方を判定に採用する。

ステップＳ５では、水熱交換器用膨張弁５１を閉方向に動かし、水熱交換器３１から圧縮機１７に供給される過熱ガス量を低減させる。

水熱交換器３１に供給されるエンジン排熱は有限であり、水熱交換器３１に流す冷媒量がエンジン排熱で蒸発可能な量を超えると、水熱交換器３１から圧縮機１７に対して過熱の付かない湿り冷媒が供給されてしまうこととなる。そこで、ステップＳ６では水熱交換器３１における冷媒過熱度が基準以上か否かを判定し、基準以上の場合にステップＳ７に進む。水熱交換器３１の過熱度は温度センサ１５Ａにより検出する。

ステップＳ７では、水熱交換器用膨張弁５１を開方向に動かし、水熱交換器３１から過熱ガスを圧縮機１７に供給する。

ステップＳ８では、吸入圧力センサ４５により検出される低圧圧力を監視し、該低圧圧力が基準よりも低くなった場合に、冷房の場合は室内機の膨張弁１１を開け、暖房の場合は室外の空気熱交の膨張弁２５を開けることで、空調運転を開始する。
上記ステップＳ３のクラッチＯＮから約３分程度で処理が終了する。

上述のように構成されていることにより、本実施形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置及びその起動方法では、液冷媒が低圧配管中に寝込んでいる場合、水熱交換器３１により過熱度が与えられた冷媒により、上記液冷媒を蒸発させることができる。したがって液冷媒が圧縮機１７に吸入されることに起因する液圧縮や冷凍機油の希釈を回避することができる。
また、水熱交換器３１から供給される冷媒の過熱度を温度センサ１５Ａにより監視することにより、水熱交換器３１から過熱の付かない湿り冷媒が供給されることを防ぐことができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の概略構成は上記第１実施形態と同様であり、同様の構成については同一の符号を用い、その説明を省略する。以下においては、本実施形態において特徴的な制御部３７による起動制御について図４を用いて説明する。

制御部３７は、上述の第１実施形態と同様にステップＳ１?Ｓ５の処理を行う。ステップＳ６において水熱交換器３１における冷媒過熱度が基準以上か否かを判定し、基準以上の場合にステップＳ１０に進み、基準に満たない場合はステップＳ５に進む。水熱交換器３１の過熱度は温度センサ１５Ａにより検出する。

ステップＳ１０では、圧縮機１７の低圧圧力が周囲温度の飽和圧力以下であるか否かを判定する。吸入圧力センサ４５により低圧圧力を検出し、また、周囲の温度を不図示の温度センサにより測定する。これら検出結果に基づき、低圧圧力が周囲の飽和圧力以上の場合はステップＳ５に進み、周囲の飽和圧力以上の場合はステップＳ７に進む。

低外気温のときは、低圧圧力が飽和圧力よりも低くならなければ寝込んだ液冷媒が蒸発しない。このため、この場合に水熱交換器３１から冷媒を圧縮機１７に供給すると、水熱交換器３１からのガス冷媒のみが圧縮機１７に流れてしまうこととなる。したがって、ステップＳ１０で制御部３７が低圧圧力を評価し、低圧圧力が基準値（周囲温度の飽和圧力）よりも高いときは水熱交換器３１からのガス供給を制限する。これにより、冷媒回路における冷媒の循環を確保することができる。

このように、本実施形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置及びその起動方法においても、液冷媒が低圧配管中に寝込んでいる場合、水熱交換器３１により過熱度が与えられた冷媒によって液冷媒を蒸発させることができる。したがって液冷媒が圧縮機１７に吸入されることに起因する液圧縮や冷凍機油の希釈を回避することができる。

本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置（ＧＨＰ）の一例として全体構成及び冷暖房運転時の冷媒流れを示す図である。 同ガスヒートポンプ式空気調和装置における室外機ユニットの構成例及び暖房運転時の冷媒流れを示す図である。 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の起動時における制御部の起動動作フローである。 第２実施形態として示したガスヒートポンプ式空気調和装置の起動時における制御部の起動動作フローである。

符号の説明

７ 冷媒回路
１７ 圧縮機
３１ 水熱交換器
３７ 制御部
５１ 水熱交換器用膨張弁
５５ 冷却水系
５３ ガスエンジン

Claims (5)

1. ガスエンジンで駆動される圧縮機を室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒管路と四方弁を介して連結して冷媒回路が構成され、該冷媒回路から分岐するとともに前記圧縮機の上流側にて前記冷媒回路に合流するバイパス流路を備え、該バイパス流路に前記ガスエンジンより排出された排熱を回収して冷媒を加熱する水熱交換器が設けられたガスヒートポンプ式空気調和装置において、
   起動時に前記圧縮機から吐出される前記冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が基準値より低い場合に前記水熱交換器を流れる冷媒の量を増加させる制御部を備えたことを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
2. 前記制御部は、前記水熱交換器の上流側に設けられた膨張弁の開度を制御することにより前記水熱交換器から前記圧縮機上流側に合流する冷媒量を調整することを特徴とする請求項１に記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
3. 前記制御部は、前記水熱交換器から流出する冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が基準以下の場合に前記水熱交換器を流れる冷媒の量を低減させることを特徴とする請求項１または２に記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
4. 前記制御部は、前記圧縮機の吸入側冷媒圧力が周囲温度の飽和圧力以下であるか否かを判定し、前記冷媒圧力が周囲温度の飽和圧力以上である場合に、前記水熱交換器を流れる冷媒の量を低減させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
5. ガスエンジンで駆動される圧縮機を室内熱交換器及び室外熱交換器の冷媒管路と四方弁を介して連結して冷媒回路が構成され、該冷媒回路から分岐するとともに前記圧縮機の上流側にて前記冷媒回路に合流するバイパス流路を備え、該バイパス流路に前記ガスエンジンより排出された排熱を回収して冷媒を加熱する水熱交換器が設けられたガスヒートポンプ式空気調和装置の起動方法において、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の過熱度を監視し、該過熱度が基準値より低い場合に前記水熱交換器を流れる冷媒の量を増加させることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置の起動方法。

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