JP2021021509A

JP2021021509A - 空気調和装置

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Publication number: JP2021021509A
Application number: JP2019136931A
Authority: JP
Inventors: 増田　哲也; Tetsuya Masuda; 哲也増田; 松井　大; Masaru Matsui; 大松井; 広田　正宣; Masanori Hirota; 正宣広田
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: EP3770531A1

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】第２圧縮機１０２の第２圧縮機吸入管１１４と冷媒配管１１０とを接続するバイパス管１１８を設け、バイパス管１１８に排熱回収減圧装置１１９および排熱回収熱交換器１２０を冷媒配管１１０から順に設ける。ガスエンジンと１０３と排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７とを環状に接続し、冷却水を循環させる冷却水回路４００および冷却水の温度を検知する温度検出手段１３１を備える。暖房運転の起動時において、第１圧縮機１０１を先に駆動し、温度検出手段１３１が所定の温度まで上昇した後、第２圧縮機１０２を駆動する。【選択図】図２

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６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、ガスエンジンＥＧにより駆動する圧縮機１２Ａと電動モータにより駆動する圧縮機１２Ｂを同時に起動し、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。

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、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同時に起動し、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。

しかしながら、暖房運転の起動時において、ガスエンジンおよび冷却水の温度が低く、電動モータにより駆動する圧縮機が吸入する冷媒を蒸発させるのに十分な排熱を得ることができない。従って、暖房運転時に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同時に駆動させた場合、排熱回収熱交換器に寝込んだ冷媒が未蒸発のまま電動モータにより駆動する圧縮機に吸入され、圧縮機の損傷をまねく、という課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、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、暖房運転起動時に電動モータにより駆動する圧縮機が吸入する冷媒を過熱ガスとする、すなわち未蒸発の液冷媒を吸入することを防止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、室内熱交換器を有する室内機と、室外熱交換器と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圧縮機とを有する室外機とを備え、第１圧縮機と第２圧縮機とを並列に接続し、室内熱交換器と室外熱交換器を結ぶ冷媒配管に冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、冷媒配管と第２圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管を設け、バイパス管に排熱回収減圧装置および排熱回収熱交換器を冷媒配管側から順に設けるとともに、ガスエンジンと排熱回収熱交換器とラジエータとを環状に接続し、冷却水を循環させる冷却水回路と、冷却水回路を循環する冷却水の温度を検知する温度検出手段とを備え、冷却水回路において、排熱回収熱交換器はラジエータの上流側に設けられるとともに、暖房運転の起動時において、第１圧縮機を先に駆動し、温度検出手段が所定の温度まで上昇した後、第２圧縮機を駆動するものである。

冷却水回路において、排熱回収熱交換器をラジエータの上流に配置したので、排熱回収熱交換器には、ガスエンジンの排熱を受けた高温の冷却水が流入する。さらに、起動時には、ガスエンジンにより駆動する第１圧縮機を先に駆動させ、冷却水温度が上昇した後、電動モータにより駆動する第２圧縮機を駆動したので、第２圧縮機は排熱回収熱交換器において温度が上昇した冷却水から吸熱した冷媒を吸入する。

本発明の空気調和装置は、暖房運転の起動時において、ガスエンジンにより駆動する第１圧縮機を先に駆動させ、排熱回収熱交換器に流入する冷却水の温度が所定の温度に上昇した後、電動モータにより駆動する第２圧縮機を起動したので、第２圧縮機が吸入する冷媒を過熱ガスとする、すなわち未蒸発の液冷媒を吸入することを防止することができる。

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冷却水回路構成図本発明の実施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形態における冷凍サイクル動作点を示すモリエル線図本発明の変形例の冷却水回路構成図特許文献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、室内熱交換器を有する室内機と、室外熱交換器と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圧縮機とを有する室外機とを備え、第
１圧縮機と第２圧縮機とを並列に接続し、室内熱交換器と室外熱交換器を結ぶ冷媒配管に冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、冷媒配管と第２圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管を設け、バイパス管に排熱回収減圧装置および排熱回収熱交換器を冷媒配管側から順に設けるとともに、ガスエンジンと排熱回収熱交換器とラジエータとを環状に接続し、冷却水を循環させる冷却水回路と、冷却水回路を循環する冷却水の温度を検知する温度検出手段とを備え、冷却水回路において、排熱回収熱交換器はラジエータの上流側に設けられるとともに、暖房運転の起動時において、第１圧縮機を先に駆動し、温度検出手段が所定の温度まで上昇した後、第２圧縮機を駆動するものである。

これによれば、冷却水回路において、排熱回収熱交換器をラジエータの上流に配置したので、排熱回収熱交換器には、ガスエンジンの排熱を受けた高温の冷却水が流入する。さらに、起動時には、ガスエンジンにより駆動する第１圧縮機を先に駆動させ、冷却水温度が上昇した後、電動モータにより駆動する第２圧縮機を駆動したので、第２圧縮機は排熱回収熱交換器において温度が上昇した冷却水から吸熱した冷媒を吸入する。従って、第２圧縮機が吸入する冷媒を過熱ガスとする、すなわち未蒸発の液冷媒を吸入することを防止することができる。

第２の発明は、第１の発明の空気調和装置の冷却水回路において、冷却水回路において、排熱回収熱交換器とラジエータの間の冷却水路と、ラジエータとガスエンジンの間の冷却水路とをバイパスする冷却水バイパス流路と、排熱回収熱交換器から流出した冷却水をラジエータ側または冷却水バイパス流路側に切替可能な流路切替手段とをさらに備え、暖房運転の起動時において、外気温度が所定の温度を下回った場合、流路切替手段は冷却水バイパス流路側に切替わるものである。

これによれば、暖房運転の起動時に外気温度が低い場合、冷却水は排熱回収熱交換器を流出した後、ラジエータには流入せず、冷却水バイパス流路を通過する。冷却水はラジエータを通過しなくなるので、ラジエータでの冷却水の温度低下がなくなり、冷却水温度の無駄な低下を防止する。従って、外気温度が低い場合においても、第２圧縮機は排熱回収熱交換器において温度が上昇した冷却水から吸熱し過熱ガスとする、すなわち未蒸発の液冷媒を吸入することを防止することができる。

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、図中破線で示すように冷媒が流れ、冷房運転時には、図中実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、冷媒配管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。冷媒配管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。換言すると、冷媒配管１１０は、室外減圧装置１０９と室内減圧装置２０３とを介して室外熱交換器１０６と室内熱交換器２０１とを結ぶ。これによって、第１圧縮機１０１や第２圧縮機１０２から吐出される冷媒が、冷媒配管１１０を介して室外熱交換器１０６と室内熱交換器２０１との間を循環可能となっている。以下、特に言及しない場合、冷媒は冷媒配管１１０を介して循環する。

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圧縮機吸入管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とを接続する冷媒配管１１０の途中には、第２圧縮機吸入管１１４に接続されるバイパス管１１８が接続されている。バイパス管１１８には、冷媒配管１１０から順に排熱回収減圧装置（減圧手段）１１９、排熱回収熱交換器１２０が設けられている。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、排熱回収熱交換器１２０の下流におけるバイパス管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、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、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、排熱回収熱交換器１２０、温度検出手段１３１、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、排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７との間に温度検出手段１３１が設けられている。また、ラジエータ１０７とガスエンジン１０３との間に排熱回収熱交換器１２０が配置されている。具体的には、排熱回収熱交換器１２０は、ガスエンジン１０３の下流、かつ、ラジエータ１０７の上流に配置されている。冷却水回路４００において、ガスエンジン１０３と排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７は環状に接続されており、冷却水が循環する。温度検出手段１３１はこの冷却水回路４００を循環する冷却水の温度を検出する。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。

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。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。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。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。そして、ガスエンジン１０３を冷却した冷却水は、排熱回収熱交換器１２０に流入する。排熱回収熱交換器１２０に流入した冷却水は、バイパス管１１８を通って排熱回収熱交換器１２０に流入した高圧の冷媒に放熱し、冷却される。換言すると冷媒が冷却水の熱を吸熱する。その後、冷却水は排熱回収熱交換器１２０からラジエータ１０７に流れる。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。排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７の間の流路には温度検出手段１３１が設けられ、流路を流れる冷却水の温度が検出される。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。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。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。そして、ガスエンジン１０３を冷却した冷却水は、排熱回収熱交換器１２０に流入する。排熱回収熱交換器１２０に流入した冷却水は、バイパス管１１８を通って排熱回収熱交換器１２０に流入した冷媒に放熱し、冷却される。換言すると、排熱回収熱交換器１２０を流れる冷媒は高温の冷却水から吸熱を行う。その後、冷却水は排熱回収熱交換器１２０からラジエータ１０７に流れる。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。排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７の間の流路には温度検出手段１３１が設けられ、流路を流れる冷却水の温度が検出される。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。

このように、冷却水回路において、排熱回収熱交換器１２０をガスエンジン１０３の下流に配置した。また、排熱回収熱交換器１２０をラジエータ１０７の上流に配置したので、排熱回収熱交換器１２０には、ガスエンジン１０３の排熱を受けた高温の冷却水が流入する。

（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。排熱回収減圧装置１１９は開かれる。四方弁１０５は破線に冷媒を流すように設定される。ここで、暖房運転の起動時において、第１圧縮機１０１を先に駆動し、温度検出手段１３１が所定の温度まで上昇した後、第２圧縮機１０２が駆動される。

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、一部がバイパス管１１８に流入する。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。

バイパス管１１８に流入した液冷媒は、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排熱回収熱交換器１２０に流入する。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、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。

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。そして、ガスエンジン１０３を冷却した冷却水は、排熱回収熱交換器１２０に流入する。排熱回収熱交換器１２０に流入した冷却水は、バイパス管１１８を通って排熱回収熱交換器１２０に流入した中温中圧の冷媒に放熱し、冷却される。換言すると、排熱回収熱交換器１２０を流れる冷媒は高温の冷却水から吸熱を行う。その後、冷却水は排熱回収熱交換器１２０からラジエータ１０７に流れる。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。排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７の間の流路には温度検出手段１３１が設けられ、流路を流れる冷却水の温度が検出される。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。

このように、冷却水回路において、排熱回収熱交換器１２０をガスエンジン１０３の下流に配置した。また、排熱回収熱交換器１２０をラジエータ１０７の上流に配置したので、排熱回収熱交換器１２０には、ガスエンジン１０３の排熱を受けた高温の冷却水が流入する。そして、暖房運転の起動時には、ガスエンジン１０３により駆動する第１圧縮機１０１を先に駆動させ、冷却水温度が上昇した後、電動モータにより駆動する第２圧縮機１０２を駆動したので、第２圧縮機１０２は排熱回収熱交換器１２０において温度が上昇した冷却水から吸熱した冷媒を吸入することができる。

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、室外熱交換器で蒸発したガス冷媒が、第２圧縮機には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、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、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、電動モータ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る。

また、本実施の形態では、暖房運転の起動時において、第１圧縮機を先に駆動し、温度検出手段が所定の温度まで上昇した後、第２圧縮機を駆動している。これによって、排熱回収熱交換器に流入する冷却水の温度が所定の温度に上昇した後、電動モータにより駆動する第２圧縮機を起動したので、第２圧縮機が吸入する冷媒を過熱ガスとする、すなわち未蒸発の液冷媒を吸入することを防止することができる。

（変形例）
図２に示される本発明の実施形態１の冷却水回路４００の変形例を図５に示す。図２との相違点として、図５では、排熱回収熱交換器１２０とラジエータ１０７との間に流路切替手段１２９が設けられている。また、ラジエータ１０７と冷却水ポンプ１２７との間の流路と流路切替手段１２９とを結ぶ冷却水バイパス流路１３２が設けられている。流路切替手段１２９は例えば三方弁であり、排熱回収熱交換器１２０から流れる冷却水をラジエータ１０７側と冷却水バイパス流路１３２側といずれに流すかを切替える。

流路切替手段１２９は、暖房運転の起動時において、外気温度が予め定められた所定温度を下回った場合、冷却水が冷却水バイパス流路１３２側に流れるように切替える。外気温度は図示しない外気温度検出手段によって検出される。外気温度検出手段は、例えば外気温センサであってもよいし、他のデータから外気温度を推定する推定手段であってもよい。

これによって、暖房運転の起動時に外気温度が低い場合、冷却水は排熱回収熱交換器１２０を流出した後、ラジエータ１０７には流入せず、冷却水バイパス流路１３２を通過する。冷却水はラジエータ１０７を通過しなくなるので、ラジエータ１０７での冷却水の温度低下がなくなり、冷却水温度の無駄な低下を防止する。従って、外気温度が低い場合においても、第２圧縮機１０２は排熱回収熱交換器１２０において温度が上昇した冷却水から吸熱し過熱ガスとする、すなわち未蒸発の液冷媒を吸入することを防止することができる。

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冷媒配管
１１１低圧ガス管
１１２アキュムレータ
１１４第２圧縮機吸入管
１１８バイパス管
１１９排熱回収減圧装置
１２０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
１２９流路切替手段
１３１温度検出手段
１３２冷却水バイパス流路
２００室内ユニット
３００空気調和装置

Claims

室内熱交換器を有する室内機と、室外熱交換器と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圧縮機とを有する室外機とを備え、前記第１圧縮機と前記第２圧縮機とを並列に接続し、前記室内熱交換器と前記室外熱交換器を結ぶ冷媒配管に冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、
前記冷媒配管と前記第２圧縮機の吸入管とを接続するバイパス管を設け、前記バイパス管に排熱回収減圧装置および排熱回収熱交換器を前記冷媒配管側から順に設けるとともに、
前記ガスエンジンと前記排熱回収熱交換器とラジエータとを環状に接続し、冷却水を循環させる冷却水回路と、前記冷却水回路を循環する冷却水の温度を検知する温度検出手段とを備え、
前記冷却水回路において、前記排熱回収熱交換器は前記ラジエータの上流側に設けられるとともに、
暖房運転の起動時において、前記第１圧縮機を先に駆動し、前記温度検出手段が所定の温度まで上昇した後、前記第２圧縮機を駆動することを特徴とした空気調和装置。
前記冷却水回路において、前記排熱回収熱交換器と前記ラジエータの間の冷却水路と、前記ラジエータと前記ガスエンジンの間の冷却水路とをバイパスする冷却水バイパス流路と、前記排熱回収熱交換器から流出した冷却水を前記ラジエータ側または前記冷却水バイパス流路側に切替可能な流路切替手段とをさらに備え、
暖房運転の起動時において、外気温度が所定の温度を下回った場合、前記流路切替手段は前記冷却水バイパス流路側に切替わることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。