JP2021021508A

JP2021021508A - 空気調和装置

Info

Publication number: JP2021021508A
Application number: JP2019136929A
Authority: JP
Inventors: 増田　哲也; Tetsuya Masuda; 哲也増田; 誠之飯高; Masayuki Iidaka; 松井　大; Masaru Matsui; 大松井; 昭宏近藤; Akihiro Kondo
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2021-02-18
Also published as: EP3770532A1

Abstract

【課題】ガスエンジンにより駆動する圧縮機と、電動モータにより駆動する圧縮機を並列に接続した空気調和装置において、低外気温時においても、高効率な暖房運転を可能にする。【解決手段】アキュムレータ１１２上流の低圧ガス管１１１と冷媒液管１１０とを接続する第１バイパス管１１５を設け、第１バイパス管１１５に第１排熱回収減圧装置１１６および第１排熱回収熱交換器１１７を冷媒液管１１０から順に設け、第２圧縮機１０２の第２圧縮機吸入管１１４と冷媒液管１１０とを接続する第２バイパス管１１８を設け、第２バイパス管１１８に第２排熱回収減圧装置１１９および第２排熱回収熱交換器１２０を冷媒液管１１０から順に設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスエンジンにより駆動する圧縮機を搭載した空気調和装置に関するものである。

室外ユニットに容量の異なる複数の圧縮機を搭載し、それぞれの圧縮機に対応して設けられた複数の駆動手段と、求められる負荷の大きさに応じて前記複数の圧縮機を個々に駆動させたり、組み合わせて駆動させたりする制御手段を備えた空気調和装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

図５は、特許文献１の装置構成図であり、冷凍サイクルにおいて、圧縮機１２Ａと圧縮機１２Ｂが並列に接続されている。特許文献１に記載のものは、容量の大きな圧縮機１２ＡをガスエンジンＥＧにより駆動し、容量の小さな圧縮機１２Ｂを電動モータＭにより駆動するものである。

そして、圧縮機に求められる負荷が小さければ容量の小さな圧縮機１２Ｂを電動モータＭにより駆動し、求められる負荷が中程度であれば容量の大きな圧縮機１２ＡをガスエンジンＥＧにより駆動し、求められる負荷が大きければ大小二つの圧縮機をそれぞれの駆動手段により同時に駆動するようにしている。

一基の圧縮機を一基のガスエンジンにより駆動する空気調和装置は、求められる頻度の高い中程度の負荷に対応して高効率運転が行えるようにエンジンが選定、調整されるため、小さな負荷が求められる場合や大きな負荷が求められる場合には、エンジンの回転数を高効率運転が行える回転数域から外して運転させなければならない。

特許文献１に開示された技術では、暖房運転時に求められる負荷が中／高負荷の場合、室外熱交換器１１で外気から吸熱した冷媒を、ガスエンジンＥＧにより駆動する圧縮機１２ＡでアキュムレータＡＣ１を介して吸入し、排熱回収熱交換器４２によりガスエンジン排熱から吸熱した中温中圧の冷媒を電動モータ駆動圧縮機１２ＢでアキュムレータＡＣ２を介して吸入するようにしている。

この構成においては、容量の大きい圧縮機の駆動手段として採用した内燃機関の排熱を、容量の小さい圧縮機の吸入する冷媒の加熱に利用することにより、さらなる高効率運転が可能となる。

同じく特許文献１に開示された技術では、暖房運転で外気温度が低い場合、負荷の大きさにかかわらず、圧縮機１２ＡのみをガスエンジンＥＧにより駆動させ、開閉弁Ｖ５、Ｖ９を閉じ、開閉弁Ｖ８を開け、中温中圧の液冷媒を膨張弁３４で低温低圧の液冷媒とし、排熱回収熱交換器４２によりガスエンジン排熱により加熱し、低温低圧のガス冷媒とした後、圧縮機１２ＡでアキュムレータＡＣ１を介して吸入するようにしている。この構成においては、外気温度が低く、頻繁にデフロスト（霜取り）運転に移行しそうな状況でも、室外熱交換器１１を使わず、排熱回収熱交換器４２を使用して冷媒の加熱が可能なので、デフロスト運転に伴う一時的な運転の中断がなく、安定した空調運転が可能となる。

特開２００３−５６９４４号公報

上記従来の空気調和装置では、暖房運転時に求められる負荷が中／高負荷の場合、室外熱交換器で外気から吸熱した冷媒を、ガスエンジンにより駆動する圧縮機で吸入し、排熱回収熱交換器でガスエンジン排熱から吸熱した冷媒を電動モータにより駆動する圧縮機で吸入する。このため、暖房運転で求められる負荷が高くガスエンジンにより駆動する圧縮機と電動モータにより駆動する圧縮機を併用する場合、ガスエンジンにより駆動する圧縮機が吸入する冷媒の吸熱源として、ガスエンジンの排熱を利用することができない、という課題を有していた。

ガスエンジンにより駆動する圧縮機は、電動モータにより駆動する圧縮機よりも容量が大きく、かつ外気よりもガスエンジン排熱は高温であるため、ガスエンジンで駆動する容量の大きな圧縮機が吸入する冷媒の吸熱源として、ガスエンジンの排熱が利用できない上記従来の空気調和装置では、装置全体として、高効率な暖房運転が可能とはいえない。

さらに、上記従来の空気調和装置では、外気温度が低い場合、負荷の大きさにかかわらずガスエンジンで駆動する圧縮機のみを駆動させ、電動モータにより駆動する圧縮機を駆動しない。二つの圧縮機を併用しないため、例えば暖房運転で外気温度が低く、求められる負荷が高い場合、二つの圧縮機を併用した場合に比べ、冷媒循環量が低下する。すなわち、暖房、低外気温、高負荷時に暖房能力の低下を招く、という課題も有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、暖房運転で負荷が高く、ガスエンジンにより駆動する圧縮機と電動モータにより駆動する圧縮機を併用する場合においても、ガスエンジンにより駆動する圧縮機、および電動モータにより駆動する圧縮の双方が吸入する冷媒の吸熱源としてガスエンジンの排熱を利用できる、すなわち、高能力、高効率な暖房運転を可能とする空気調和装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するため、本発明の空気調和装置は、ガスエンジンを駆動源とする第１圧縮機と電動モータを駆動源とする第２圧縮機を並列に接続して構成し、アキュムレータ上流の低圧ガス管と冷媒液管とを接続する第１バイパス管を設け、第１バイパス管に第１排熱回収減圧装置および第１排熱回収熱交換器を冷媒液管から順に設け、第２圧縮機の吸入管と冷媒液管とを接続する第２バイパス管を設け、第２バイパス管に第２排熱回収減圧装置および第２排熱回収熱交換器を冷媒液管から順に設け、第１圧縮機および第２圧縮機の吐出配管の合流部より下流にオイルセパレータを設けるとともに、オイルセパレータの底部に油戻し配管を設け、油戻し配管は、第１油戻し調整弁を介してアキュムレータの下流の低圧ガス管に接続される第１油戻し管と、第２油戻し調整弁を介して第２排熱回収熱交換器の下流の第２バイパス管に接続される第２油戻し管とに接続したものである。

これにより、暖房運転時、ガスエンジンを駆動源とする第１圧縮機と電動モータを駆動源とする第２圧縮機をともに駆動させ、第１圧縮機には、第１排熱回収熱交換器、または第１排熱回収熱交換器と室外熱交換器の両方で蒸発したガス冷媒が、第２圧縮機には第２排熱回収熱交換器で蒸発したガス冷媒が吸入される。すなわち、第１排熱回収熱交換器、または第１排熱回収熱交換器と室外熱交換器の両方において蒸発する冷媒と、第２排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。

本発明の空気調和装置は、暖房運転で求められる負荷が大きく、ガスエンジンにより駆
動する圧縮機と、電動モータにより駆動する圧縮機を併用する場合において、ガスエンジンにより駆動する圧縮機、および電動モータにより駆動する圧縮機の双方が吸入する冷媒の吸熱源として、ガスエンジンの排熱を利用することができる。

すなわち暖房運転で負荷が高い場合においても、高能力、高効率な暖房運転を可能とする空気調和装置を提供することができる。

本発明の実施形態の構成を示す冷凍サイクル図本発明の実施形態の構成を示す冷却水回路図本発明の実施の形態における空気調和装置のガスエンジン駆動圧縮機と電動モータ駆動圧縮機の負荷の大きさによる最適運転比率を示すグラフ本発明の実施の形態１における冷凍サイクル動作点を示すモリエル線図特許文献１における従来の空気調和装置を示す冷凍サイクル図

第１の発明は、ガスエンジンを駆動源とする第１圧縮機と電動モータを駆動源とする第２圧縮機を並列に接続して構成し、アキュムレータ上流の低圧ガス管と冷媒液管とを接続する第１バイパス管を設け、第１バイパス管に第１排熱回収減圧装置および第１排熱回収熱交換器を冷媒液管から順に設け、第２圧縮機の吸入管と冷媒液管とを接続する第２バイパス管を設け、第２バイパス管に第２排熱回収減圧装置および第２排熱回収熱交換器を冷媒液管から順に設け、第１圧縮機および第２圧縮機の吐出配管の合流部より下流にオイルセパレータを設けるとともに、オイルセパレータの底部に油戻し配管を設け、油戻し配管は、第１油戻し調整弁を介してアキュムレータの下流の低圧ガス管に接続される第１油戻し管と、第２油戻し調整弁を介して第２排熱回収熱交換器の下流の第２バイパス管に接続される第２油戻し管とに接続したものである。

これによれば、暖房運転時、ガスエンジンを駆動源とする第１圧縮機と電動モータを駆動源とする第２圧縮機をともに駆動させ、第１圧縮機には、第１排熱回収熱交換器、または第１排熱回収熱交換器と室外熱交換器の両方で蒸発したガス冷媒が、第２圧縮機には第２排熱回収熱交換器で蒸発したガス冷媒が吸入される。従って、第１排熱回収熱交換器、または第１排熱回収熱交換器と室外熱交換器の両方において蒸発する冷媒と、第２排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。

すなわち、暖房運転で求められる負荷が大きく、ガスエンジンにより駆動する圧縮機と、電動モータにより駆動する圧縮機を併用する場合において、ガスエンジンにより駆動する圧縮機、および電動モータにより駆動する圧縮機の双方が吸入する冷媒の吸熱源として、ガスエンジンの排熱を利用することができる。

第２の発明は、第１の発明の空気調和装置において、第１圧縮機の容量を第２圧縮機の容量よりも大きくするとともに、ガスエンジンを冷却する冷却水回路を備え、冷却水回路は、冷却水の流れに対し第１排熱回収熱交換器と第２排熱回収熱交換器とが直列に接続され、第１排熱回収熱交換器の上流側に第２排熱回収熱交換器を設けたものである。

これによれば、ガスエンジンからの熱エネルギーを受け、高温となった冷却水は、まず第２排熱回収熱交換器に流入し、第２圧縮機に吸入される冷媒と熱交換する。その後、冷却水は、第１排熱回収熱交換器に流入し、第１圧縮機に吸入される冷媒と熱交換する。冷媒と熱交換を行なうことにより、冷却水の温度は低下するため、冷却水の温度は第１排熱回収熱交換器流入時のほうが第２排熱回収熱交換器流入時よりも低くなる。

一方、第１圧縮機の容量を、第２圧縮機の容量よりも大きくしたので、第１圧縮機が吸入する冷媒の圧力は、第２圧縮機が吸入する冷媒の圧力よりも低くなる。すなわち、第１排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の温度は、第２排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の温度に比べ低くなる。

外気温度が特に低く、室外熱交換器で冷媒が外気から吸熱することが困難となり、第１排熱回収熱交換器での冷媒の吸熱量が増加した場合、第１排熱回収熱交における冷却水の温度低下は大きくなるが、冷却水の流れに対し第１排熱回収熱交換器の上流側に第２排熱回収熱交換器を設けたので、第２排熱回収熱交換器に流入する冷却水の温度は高温となり、第１排熱回収熱交換器での冷媒の吸熱量の影響を受けない。

従って、外気温度が特に低く、室外熱交換器で冷媒が外気から吸熱することが困難となった場合でも、ガスエンジンにより駆動する圧縮機、および電動モータにより駆動する圧縮機の双方が吸入する冷媒の吸熱源として、ガスエンジンの排熱を第１圧縮機および第２圧縮機の容量に応じて有効に利用することができる。

また、第２排熱回収熱交換器に流入する冷却水の温度は高温であるため、第２圧縮機が吸入する冷媒の圧力を高く設定すれば、第２圧縮機が冷媒の圧縮に必要な動力を低減することも可能となる。

すなわち、暖房運転で外気温度が特に低く、暖房の空調負荷が高い場合においても、高能力、高効率な空気調和装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における空気調和装置３００の構成を示すものである。

本実施形態に係る空気調和装置３００は、室外ユニット１００と、室内ユニット２００と、を備えている。なお、図１において、室内ユニット２００は、１台のみ設置されているが、室外ユニット１００に対し、複数台並列に設置されてもよい。

室外ユニット１００は、ガスを駆動源とするガスエンジン１０３と、ガスエンジン１０３により駆動力を得て冷媒を圧縮する第１圧縮機１０１と、電動モータ（図示せず）を駆動源とする第２圧縮機１０２と、を備えている。本実施形態においては、第１圧縮機１０１は、第２圧縮機１０２よりも能力が高いものが用いられている。

第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の冷媒吐出側は合流してオイルセパレータ１０４が設けられている。このオイルセパレータ１０４は、第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の吐出冷媒ガスに含まれるオイルを分離する。

オイルセパレータ１０４下流には、四方弁１０５を介して室外熱交換器１０６が接続されている。四方弁１０５は、冷房と暖房で冷凍サイクルを切替えるためのものである。なお、図１において、暖房運転時には、図中実線で示すように冷媒が流れ、冷房運転時には、図中破線で示すように冷媒が流れる。

室外熱交換器１０６の風下側には、ガスエンジン１０３の冷却水の冷却を行うためのラジエータ１０７が配置されている。さらに、ラジエータ１０７の近傍には、室外熱交換器１０６およびラジエータ１０７に外気を通風させるための室外送風ファン１０８が配置さ
れている。

室外熱交換器１０６の一側には、室外減圧装置１０９が設けられており、室外減圧装置１０９は、冷媒液管１１０を介して室内ユニット２００に接続されている。

室内ユニット２００は、室内熱交換器２０１と、室内送風ファン２０２と、室内減圧装置２０３と、を備えている。冷媒液管１１０は、室内減圧装置２０３を介して室内熱交換器２０１の一端に接続されている。

室内熱交換器２０１の他端は、四方弁１０５を介して低圧ガス管１１１に接続されており、低圧ガス管１１１は、アキュムレータ１１２を介して第１圧縮機１０１の第１吸入管１１３および第２圧縮機１０２の第２圧縮機吸入管１１４に接続されている。

室外熱交換器１０６と室内熱交換器２０１とを接続する冷媒液管１１０の途中には、低圧ガス管１１１に接続される第１バイパス管１１５が接続されている。第１バイパス管１１５には、冷媒液管１１０から順に第１排熱回収減圧装置（減圧手段）１１６、第１排熱回収熱交換器１１７が設けられている。同じく、室外熱交換器１０６と室内熱交換器２０１とを接続する冷媒液管１１０の途中には、第２圧縮機吸入管１１４に接続される第２バイパス管１１８が接続されている。第２バイパス管１１８には、冷媒液管１１０から順に第２排熱回収減圧装置（減圧手段）１１９、第２排熱回収熱交換器１２０が設けられている。第１排熱回収熱交換器１１７、第２排熱回収熱交換器１２０を流れる冷媒は、暖房時において、エンジン冷却水から吸熱できる構成となっている。

また、オイルセパレータ１０４の下方には、油戻し管１２１の一端が接続されており、油戻し管１２１の他端は、分岐されている。

油戻し管１２１から分岐した一方の第１油戻し管１２２は、アキュムレータ１１２の下流の低圧ガス管１１１に第１油戻し調整弁１２３を介して接続されている。

また、油戻し管１２１から分岐した他方の第２油戻し管１２４は、第２排熱回収熱交換器１２０の下流における第２バイパス管１１８に第２油戻し調整弁１２５を介して接続されている。

さらに、第２圧縮機吸入管１１４には、第２バイパス管１１８と第２圧縮機吸入管１１４との接続部分より上流側に、逆止弁１２６が設けられている。

なお、逆止弁１２６は、必ずしも逆止弁に限定されない。例えば、開閉弁など、第２バイパス管１１８を介して第２圧縮機吸入管１１４に流入する中圧冷媒が、低圧冷媒の流れる第１吸入管１１３に流入することを防止することができるものであればよい。

次に、本発明の実施の形態における空気調和装置３００に備えられた冷却水回路４００の構成について、図２を参照しながら説明する。

冷却水回路４００は、冷却水ポンプ１２７、排気ガス熱交換器１２８、ガスエンジン１０３、三方弁１２９、第１排熱回収熱交換器１１７、第２排熱回収熱交換器１２０、ラジエータ１０７、リザーバタンク１３０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１０３を冷却するための流路である。なお、本発明の空気調和装置３００に備えられた冷却水回路４００では、第１排熱回収熱交換器１１７と第２排熱回収熱交換器１２０は直列に接続され、第１排熱回収熱交換器１１７の上流側に第２排熱回収熱交換器１２０が配置されている。冷却水ポンプ１２７は、ガスエンジン１０３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１３０は、冷却水の余剰分を一時貯留したり、冷却水が不足した場合に補充したりするためのものである。ラジエータ１０７は、室外熱交換器１０６の風下側に配置され、室外ファン１０８により冷却水の放熱を行なう。三方弁１２９は、冷却水の流路をラジエータ１０７側に流したり、直列に接続された第１排熱回収熱交換器１１７、第２排熱回収熱交換器１２０側へ流したり、ラジエータ１０７および直列に接続された第１排熱回収熱交換器１１７、第２排熱回収熱交換器１２０側の双方へ流すことができるように構成されている。

次に、本実施形態の空気調和装置３００の動作について説明する。

図３は空調負荷に対する第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２の利用比率の関係を示す図である。

図３に示すように、本実施形態の空気調和装置３００においては、空調負荷が小さければ電動モータにより駆動される第２圧縮機１０２のみを駆動し、空調負荷が中程度であればガスエンジン１０３により駆動される第１圧縮機１０１のみを駆動し、空調負荷が高い場合はガスエンジン１０３により駆動される第１圧縮機１０１を最大出力で駆動し、不足分を電動モータにより駆動される第２圧縮機１０２で補うことで最も高いエネルギー効率が得られることが発明者らの試算結果および実機評価結果から判明している。

本実施形態の空気調和装置３００においては、暖房運転で空調負荷が高い場合、ガスエンジン１０３で駆動する第１圧縮機１０１で空気（外気）から吸熱した低温低圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮し、電動モータで駆動する第２圧縮機１０２でガスエンジン１０３排熱から吸熱した中温中圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮する構成としている。

図４は、本実施形態の冷凍サイクル動作点を示すモリエル線図である。

図４に示すように、本実施形態においては、電動モータで駆動する第２圧縮機１０２の吸入圧力は、ガスエンジン１０３により駆動する第１圧縮機１０１の吸入圧力よりも高くなり、電動モータにより駆動する第２圧縮機１０２の圧縮比（高圧／低圧）が低くなるので、電動モータにより駆動する第２圧縮機１０２が消費するエネルギーを小さくすることができることがわかる。

次に、本実施形態の空気調和装置３００および冷却水回路４００の動作を、冷房運転、暖房運転およびそれぞれの運転状態において、求められる負荷の大きさに分けて、図１および図２を参照して詳細に説明する。

（冷房運転低負荷時）
冷房運転の低負荷時においては、電動モータを駆動源とする第２圧縮機１０２のみが駆動される。第１排熱回収減圧装置１１６、第２排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は破線に冷媒を流すように設定される。

第２圧縮機１０２で圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０９を通り、室内ユニット２００に供給される。

室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内機減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交
換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。

室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１１２を通って、第２圧縮機１０２に戻り、前記過程を繰り返す。

また、油戻し管１２１において、第１油戻し調整弁１２３は開かれ、第２油戻し調整弁１２５は閉じられる。オイルセパレータ１０４で分離された潤滑油は、油戻し管１２１、第１油戻し管１２２を通って低圧ガス管１１１に戻され、第２圧縮機吸入管１１４を通って、第２圧縮機１０２に戻り、前記過程を繰り返す。

冷房運転低負荷時は、ガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１が駆動しないため、冷却水ポンプ１２７は停止し、冷却水回路４００は動作しない。

（冷房運転中負荷時）
冷房運転の中負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１が駆動される。第１排熱回収減圧装置１１６、第２排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は破線に冷媒を流すように設定される。

第１圧縮機１０１で圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０９を通り、室内ユニット２００に供給される。

室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内機減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。

室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１１２を通って、第１圧縮機１０１に戻り、前記過程を繰り返す。

また、油戻し管１２１において、第１油戻し調整弁１２３は開かれ、第２油戻し調整弁１２５は閉じられる。オイルセパレータ１０４で分離された潤滑油は、油戻し管１２１、第１油戻し管１２２を通って低圧ガス管１１１に戻され、第１圧縮機吸入配管１１３を通って、第１圧縮機１０１に戻り、前述の過程を繰り返す。

ガスエンジン１０３で生じた排熱は、後述するエンジン冷却水とポンプにより、ラジエータ１０７へ運ばれ、外気と熱交換して放熱し、再びガスエンジン１０３に戻る。

（冷房高負荷時）
冷房運転の高負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第２圧縮機１０２の両方が駆動される。第１排熱回収減圧装置１１６、第２排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は破線に冷媒を流すように設定される。

第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２で圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパ
レータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４に流入した冷媒は、オイルが分離された純度の高いガス冷媒となり、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０９を通り、室内ユニット２００に供給される。

室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１１２を通った後分岐され、第１圧縮機の吸入管１１３を通って第１圧縮機１０１に戻るとともに、第２圧縮機吸入管１１４を通って第２圧縮機１０２に戻り、前述の過程を繰り返す。

また、油戻し管１２１において、第１油戻し調整弁１２３は開かれ、第２油戻し調整弁１２５は閉じられる。オイルセパレータ１０４で分離された潤滑油は、油戻し管１２１、第１油戻し管１２２を通って低圧ガス管１１１に戻され、第１圧縮機吸入配管１１３を通って、第１圧縮機１０１に、第２圧縮機吸入管１１４を通って、第２圧縮機１０２に戻り、前述の過程を繰り返す。

冷房高負荷時においても、ガスエンジン１０３で生じた排熱は、後述するエンジン冷却水とポンプにより、ラジエータ１０７へ運ばれ、外気と熱交換して放熱し、再びガスエンジン１０３に戻る。

冷房運転でガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１が駆動する、すなわち中負荷時および高負荷時においては、ガスエンジン１０３を冷却するため、冷却水を循環させるための冷却水ポンプ１２７が駆動する。冷却水ポンプ１２７で押し出された冷却水は、まず排気ガス熱交換器１２８に流入し、ガスエンジン１０３の排気ガスを冷却する。排気ガス熱交換器１２８で冷却された排気ガスは図示しない排気ガスマフラから外気へ放出される。次に、排気ガス熱交換器１２８を通過した冷却水は、ガスエンジン１０３に流入し、ガスエンジン１０３を冷却する。その後、ガスエンジン１０３を冷却した冷却水は、三方弁１２９に流入する。三方弁１２９は、冷房時、ガスエンジン１０３からの冷却水を全量ラジエータ１０７側に流す方向に制御される。ラジエータ１０７に流入した冷却水は、室外ユニット１００にて、導入された外気によって冷却され、再び冷却水ポンプ１２７に戻り、前述の過程を繰り返す。なお、図示しない室外ユニット制御部により、ガスエンジン１０３の冷却水出口温度は監視され、略一定温度となるように冷却水ポンプ１２７の回転数が制御される。

（暖房低負荷時）
暖房運転の低負荷時においては、電動モータを駆動源とする第２圧縮機１０２のみが駆動される。第１排熱回収減圧装置１１６、第２排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。

第２圧縮機１０２で圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。

室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱した後に凝縮し、液冷媒となって室内機
減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。

室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、室外減圧装置１０９にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１０６で外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となり、四方弁１０５、アキュムレータ１１２を通って、第２圧縮機１０２に戻り、前述の過程を繰り返す。

また、油戻し管１２１において、第１油戻し調整弁１２３は開かれ、第２油戻し調整弁１２５は閉じられる。オイルセパレータ１０４で分離された潤滑油は、油戻し管１２１、第１油戻し管１２２を通って低圧ガス管１１１に戻され、第２圧縮機吸入管１１４を通って、第２圧縮機１０２に戻り、前述の過程を繰り返す。

暖房運転低負荷時は、ガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１が駆動しないため、冷却水ポンプ１２７は停止し、冷却水回路４００は動作しない。

（暖房中負荷時）
暖房運転の中負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１が駆動される。第１排熱回収減圧装置１１６、第２排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。

第１圧縮機１０１で圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。

室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内機減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。

室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、室外減圧装置１０９にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となる。その後、四方弁１０５、アキュムレータ１１２を通って、第１圧縮機１０１に戻り、前述の過程を繰り返す。

暖房運転でガスエンジン１０３が駆動する中負荷時においては、ガスエンジン１０３を冷却するための冷却水ポンプ１２７が駆動する。冷却水ポンプ１２７で押し出された冷却水は、まず排気ガス熱交換器１２８に流入し、ガスエンジン１０３の排気ガスを冷却する。排気ガス熱交換器１２８で冷却された排気ガスは図示しない排気ガスマフラから外気へ放出される。次に、排気ガス熱交換器１２８を通過した冷却水は、ガスエンジン１０３に流入し、ガスエンジン１０３を冷却する。その後、ガスエンジン１０３を冷却した冷却水は、三方弁１２９に流入する。三方弁１２９は、ガスエンジン１０３から流出した冷却水
を全量ラジエータ１０７側に流す方向に制御される。ラジエータ１０７に流入した冷却水は、室外ユニット１００にて、導入された外気によって冷却され、再び冷却水ポンプ１１１に戻り、前述の過程を繰り返す。なお、図示しない室外ユニット制御部により、ガスエンジン１０３の冷却水出口温度は監視され、略一定温度となるように冷却水ポンプ１２７の回転数が制御される。

（暖房高負荷・低外気温時）
暖房運転の高負荷、低外気温時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第１圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第２圧縮機１０２が駆動される。第１排熱回収減圧装置１１６、第２排熱回収減圧装置１１９はともに開かれる。四方弁１０５は実線に冷媒を流すように設定される。

第１圧縮機１０１および第２圧縮機１０２で圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４に流入した冷媒は、オイルが分離された純度の高いガス冷媒となり、四方弁１０５を通り、室内ユニット２００に供給される。

室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度、室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、一部が第１バイパス管１１５および第２バイパス管１１８に流入する。第１バイパス管１１５および第２バイパス管１１８に流入しなかった残りの液冷媒は、室外減圧装置１０９にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。

第１バイパス管１１５に流入した液冷媒は、第１排熱回収減圧装置１１６にて減圧され、気液二相状態となって第１排熱回収熱交換器１１７に流入する。第１排熱回収熱交換器１１７に流入した気液二相状態の冷媒は、後述するエンジン冷却水から吸熱したのち蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。また、室外熱交換器１０６に流入した気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。その後四方弁１０５、低圧ガス管１１１を通る過程で、第１排熱回収熱交換器１１７で蒸発した低温低圧のガス冷媒と合流し、アキュムレータ１１２、第１圧縮機１０１の吸入管１１３を通って、第１圧縮機１０１に戻る。

第２バイパス管１１８に流入した液冷媒は、第２排熱回収減圧装置１１９にて減圧され、気液二相状態となって第２排熱回収熱交換器１２０に流入する。第２排熱回収熱交換器１２０に流入した気液二相状態の冷媒は、後述するエンジン冷却水から吸熱したのち蒸発し、中温中圧のガス冷媒となる。

中温中圧のガス冷媒は、第２バイパス管１１８を通り、第２圧縮機１０２に戻る。ここで、第２圧縮機１０２の第２圧縮機吸入管１１４には逆止弁１２６が設けられていることから、中温中圧のガス冷媒が第１圧縮機１０１に吸入されることはない。

したがって、第１圧縮機１０１には室外熱交換器１０６、および第１排熱回収熱交換器１１７で蒸発した低温低圧のガス冷媒が戻り、高温高圧のガス冷媒に圧縮され、第２圧縮機１０２には第２排熱回収熱交換器１２０で蒸発した中温中圧のガス冷媒が戻り、高温高圧のガス冷媒に圧縮され、前記過程を繰り返す。なお、第１圧縮機１０１には室外熱交換器１０６、および第１排熱回収熱交換器１１７で蒸発した低温低圧のガス冷媒が戻るが、外気温度が特に低く、室外熱交換器１０６において冷媒が外気から吸熱することが困難あ
るいは室外熱交換器１０６が着霜すると判断されるような場合（例えば外気温度が２℃以下など）、第１排熱回収減圧装置１１６を閉とし、第１圧縮機１０１には第１排熱回収熱交換器１１７で蒸発した低温低圧のガス冷媒のみが戻るようにしても良い。

また、油戻し管１２１において、第１油戻し調整弁１２３、第２油戻し調整弁１２５はともに開かれる。オイルセパレータ１０４で分離された潤滑油は、油戻し管１２１を通り、一部の潤滑油は第１油戻し調整弁１２３、第１油戻し管１２２を通って低圧ガス管１１１に戻され、第１圧縮機１０１に吸引される。残りの潤滑油は第２油戻し調整弁１２５、第２油戻し管１２４を通って第２バイパス管１１８に戻され、第２圧縮機吸入管１１４を通って、第２圧縮機１０２に吸引され、前記過程を繰り返す。

暖房運転でガスエンジン１０３が駆動する高負荷低外気温時では、ガスエンジン１０３を冷却するため冷却水ポンプ１２７が駆動する。冷却水ポンプ１２７で押し出された冷却水は、まず排気ガス熱交換器１２８に流入し、ガスエンジン１０３の排気ガスを冷却する。排気ガス熱交換器１２８で冷却された排気ガスは図示しない排気ガスマフラから外気へ放出される。次に、排気ガス熱交換器１２８を通過した冷却水は、ガスエンジン１０３に流入し、ガスエンジン１０３を冷却する。その後、ガスエンジン１０３を冷却した冷却水は、三方弁１２９に流入する。三方弁１２９は、暖房運転高負荷低外気温時、ガスエンジン１０３からの冷却水をラジエータ１０７および第２排熱回収熱交換器１２０の双方に流す方向に制御される。ラジエータ１０７に流入した冷却水は、室外ユニット１００にて、導入された外気によって冷却される。第２排熱回収熱交換器１２０に流入した冷却水は、第２バイパス管１１８を通って第２排熱回収熱交換器に流入した中温中圧の冷媒に放熱し、冷却される。さらに冷却水は第１排熱回収熱交換器１１７に流入し、第１バイパス管１１５を通って第１排熱回収熱交換器１１７に流入した低温低圧の冷媒に放熱し、冷却される。その後、ラジエータ１０７を流出した冷却水と合流、再び冷却水ポンプ１２７に戻り、前述の過程を繰り返す。なお、図示しない室外ユニット制御部により、ガスエンジン１０３の冷却水出口温度は監視され、略一定温度となるように冷却水ポンプ１２７の回転数および三方弁の分流割合が制御される。

前述の空気調和装置３００においては、図３に示すように、空調負荷が小さければ電動モータにより駆動される第２圧縮機１０２のみを駆動し、空調負荷が中程度であればガスエンジンにより駆動される第１圧縮機１０１のみを駆動し、空調負荷が高い場合はガスエンジンにより駆動される第１圧縮機１０１を最大出力で駆動し、不足分を電動モータにより駆動される第２圧縮機１０２で補うことで最も高いエネルギー効率が得られることが発明者らの試算結果、および実機評価結果から判明している。

以上のように、本実施の形態においては、暖房運転時、第１圧縮機には、第１排熱回収熱交換器、または第１排熱回収熱交換器と室外熱交換器の両方で蒸発したガス冷媒が、第２圧縮機には第２排熱回収熱交換器で蒸発したガス冷媒が吸入されることにより、第１排熱回収熱交換器、または第１排熱回収熱交換器と室外熱交換器の両方において蒸発する冷媒と、第２排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。

また、本実施の形態では、第１圧縮機の容量を第２圧縮機の容量よりも大きくし、冷却水の流れに対し第１排熱回収熱交換器と第２排熱回収熱交換器とを直列に接続し、第１排
熱回収熱交換器の上流側に第２排熱回収熱交換器を設けたので、外気温度が特に低く、第１排熱回収熱交換器での冷媒の吸熱量が増加した場合でも、第２排熱回収熱交換器に流入する冷却水の温度は高温となり、第１排熱回収熱交換器での冷媒の吸熱量の影響を受けない。

すなわち、ガスエンジンにより駆動する圧縮機、および電動モータにより駆動する圧縮機の双方が吸入する冷媒の吸熱源として、ガスエンジンの排熱を第１圧縮機および第２圧縮機の容量に応じて有効に利用することができる。

以上の効果により、本発明によれば、暖房運転で求められる空調負荷が高い場合においても、高能力、高効率な空気調和装置を提供することができる。

本発明にかかる空気調和装置は、空調負荷に応じて、圧縮機の駆動源を選択することで、空調負荷によらず、高効率運転をすることが可能な空気調和機として好適に利用することができる。

１００室外ユニット
１０１第１圧縮機
１０２第２圧縮機
１０３ガスエンジン
１０４オイルセパレータ
１１０冷媒液管
１１１低圧ガス管
１１２アキュムレータ
１１４第２圧縮機吸入管
１１５第１バイパス管
１１６第１排熱回収減圧装置
１１７第１排熱回収熱交換器
１１８第２バイパス管
１１９第２排熱回収減圧装置
１２０第２排熱回収熱交換器
１２１油戻し管
１２２第１油戻し管
１２３第１油戻し調整弁
１２４第２油戻し管
１２５第２油戻し調整弁
２００室内ユニット
３００空気調和装置

Claims

ガスエンジンを駆動源とする第１圧縮機と電動モータを駆動源とする第２圧縮機を並列に接続し、冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、
アキュムレータ上流の低圧ガス管と冷媒液管とを接続する第１バイパス管を設け、前記第１バイパス管に第１排熱回収減圧装置および第１排熱回収熱交換器を前記冷媒液管から順に設け、
前記第２圧縮機の吸入管と前記冷媒液管とを接続する第２バイパス管を設け、前記第２バイパス管に第２排熱回収減圧装置および第２排熱回収熱交換器を前記冷媒液管から順に設け、
前記第１圧縮機および前記第２圧縮機の吐出配管の合流部より上流にオイルセパレータを設けるとともに、前記オイルセパレータの底部に油戻し管を設け、
前記油戻し配管は、第１油戻し調整弁を介してアキュムレータの下流の低圧ガス管に接続される第１油戻し管と、第２油戻し調整弁を介して前記第２排熱回収熱交換器の下流の前記第２バイパス管に接続される第２油戻し管とに接続したことを特徴とする空気調和装置。
前記第１圧縮機の容量は前記第２圧縮機の容量よりも大きくするとともに、前記ガスエンジンを冷却する冷却水回路を備え、前記第１排熱回収熱交換器と前記第２排熱回収熱交換器とが冷却水の流れに対し直列に接続され、前記第１排熱回収交換器の上流側に前記第２排熱回収熱交換器が設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。