JP2023041252A - 空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本開示は、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、冷凍機油が熱交換器内に滞留することを防止することができるガスヒートポンプ式空調装置を提供する。【解決手段】本開示における空気調和装置は、圧縮機１０１、室外熱交換器１０６、流量調整弁１１２、室内熱交換器２０１を順次、環状に冷媒配管で接続し、冷媒配管内に冷媒を流通させ、室内熱交換器２０１にて所定空間の空気と熱交換し、所定空間の温度制御を行う空気調和装置において、室外熱交換器１０６は、冷媒が互いに平行に流通する第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂとを備え、第１領域１０６ａの流量調整弁１１２側の冷媒流入部に設けられた開閉弁１１３を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、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ガスヒートポンプ式空調装置に関する。
特許文献１は、凝縮器としても、蒸発器としても適当な冷媒分配が得られ、十分な交換熱量が得られるパラレルフロー熱交換器を開示する。この熱交換器は、上ヘッダパイプの管内断面積が下ヘッダパイプの管内断面積の１．４倍以上となるよう構成されている。
特開２００４―２８６２４６号公報
本開示は、熱交換器を蒸発器として使用する場合に、冷凍機油が熱交換器内に滞留することを防止することができるガスヒートポンプ式空調装置（以下、ＧＨＰ）を提供する。
本開示における空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、流量調整弁、室内熱交換器を順次、環状に冷媒配管で接続し、前記冷媒配管内に冷媒を流通させ、前記室内熱交換器にて所定空間の空気と熱交換し、前記所定空間の温度制御を行う空気調和装置において、前記室外熱交換器は、冷媒が互いに平行に流通する第１領域と第２領域とを備え、前記第１領域の前記流量調整弁側の冷媒流入部に設けられた開閉弁を備えたことを特徴とする。
本開示における空気調和装置では、室外熱交換器を蒸発器として使用する場合、開閉弁を閉鎖することで、冷媒流路が第２領域のみに切り替わるため、冷媒の流路断面積が小さくなり、冷媒流速が大きくなる。つまり、冷媒と冷凍機油の速度差が大きくなることで、冷凍機油に対して鉛直上方向に加わる剪断力が大きくなる。そのため、冷凍機油が伝熱管を上昇できるようになるため、熱交換器内に冷凍機油が滞留することを防止できる。
本開示の実施の形態１における空気調和装置の冷媒流路、及び、冷却水流路を示す図 本開示の実施の形態１における室外熱交換器の構成を示す図 （ａ）本開示の実施の形態１における室外ユニットの側面図、（ｂ）本開示の実施の形態１における室外ユニットの正面図、（ｃ）本開示の実施の形態１における室外ユニットの上面図 本開示の実施の形態２における空気調和装置の冷媒流路、及び、冷却水流路を示す図 本開示の他の実施の形態の例１における空気調和装置の冷媒流路、及び、冷却水流路を示す図 本開示の他の実施の形態の例２における空気調和装置の冷媒流路、及び、冷却水流路を示す図 （ａ）本開示の他の実施の形態の例３における室外ユニットの側面図、（ｂ）本開示の他の実施の形態の例３における室外ユニットの正面図、（ｃ）本開示の他の実施の形態の例３における室外ユニットの上面図
（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、水平に対峙する一対のヘッダパイプとそれらを両端に接続する伝熱管で構成されるパラレルフロー熱交換器において、上ヘッダパイプの管内断面積を下ヘッダパイプの１．４倍以上とする熱交換器が提案されていた。これによれば、凝縮器として使用する場合、冷媒蒸気入口となる上ヘッダパイプ内の圧力損失と液冷媒出口となる下ヘッダパイプ内の圧力損失が同程度となり、一方、蒸発器として使用する場合、冷媒蒸気出口となる上ヘッダパイプ内の圧力損失と液冷媒入口となる下ヘッダパイプ内の圧力損失が同程度となり、上下ヘッダの静圧差はどの伝熱管に置いても、ほぼ一定となる。したがって、冷媒分配が均一となり十分な交換熱量を得ることが可能となる。
しかしながら、前記構成では、蒸発器として使用する場合、冷凍機油は冷媒に溶け込んだ状態で伝熱管内を鉛直方向に上昇するため、空気と熱交換して蒸発した冷媒から分離した冷凍機油は、気相冷媒との速度差に起因する剪断力で伝熱管を上昇するが、低負運転荷時など気相冷媒の速度が遅い場合、伝熱管を上昇できず、熱交換器内に滞留してしまう。そうした状況下において、発明者らは、冷媒流速を増加させることで、冷媒と冷凍機油の速度差に起因する剪断力を増加させ、冷凍機油が伝熱管を上昇できるようにするという着想を得た。そして、発明者らは、その着想を実現するには、空調負荷が変動しても、熱交換器における冷媒の流路断面積が一定であるという課題があることを発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。
そこで本開示は、室外熱交換器に冷媒が互いに平行に流通する第１領域と第２領域を設け、蒸発器として使用する場合、冷媒を第２領域にのみ流通させるよう開閉弁を切り替えることで、冷媒流速を増加させ、冷凍機油が伝熱管を上昇することが可能なＧＨＰを提供する。
以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。
（実施の形態１）
以下、図１～図３を用いて、実施の形態１について説明する。
［１－１．構成］
［１－１－１．冷媒流路］
図１において、空気調和装置１は、室外ユニット１００と、室内ユニット２００とで構成され、室内ユニット２００は室外ユニット１００から延びるユニット配管２に接続されている。室内ユニット２００及び室外ユニット１００の各装置は、冷媒配管によってそれぞれ接続され、冷媒回路を形成している。
室外ユニット１００において、圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２とベルトなどの動力伝達手段により連結されている。オイルセパレータ１０３は、圧縮機１０１の吐出配管に設置されており、圧縮機１０１の吐出冷媒ガスに含まれる冷凍機油を分離する。オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しない油戻し管により圧縮機１０１の吸入配管へ戻される。四方弁１０４は、冷房と暖房で冷凍サイクルを切り替えるためのものであり、図１では、暖房時の流れを示している。冷媒液管１０５は、室外熱交換器１０６と室内熱交換器２０１とを接続する。
室外熱交換器１０６は、図２のように、水平に対峙する一対の上側ヘッダパイプ１０７と下側ヘッダパイプ１０８に両端を接続された伝熱管１０９で構成される。上側ヘッダパイプ１０７と下側ヘッダパイプ１０８はそれぞれ冷媒流入部を備える。伝熱管１０９は、鉛直方向に平行して並べられ、間には伝熱フィン１１０が設けられている。
また、室外熱交換器１０６は、図３（ａ）のように、冷媒が互いに平行に流通する第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂを備え、室外ファン１１１により冷房運転時は冷媒の熱を外部へ放熱し、暖房運転時は外気の熱を吸熱する。
図１のように、室外流量調整弁（流量調整弁）１１２は、冷媒液管１０５に設けられ、冷媒の圧力、及び、流量を調整する。第１開閉弁（開閉弁）１１３は、第１領域１０６ａの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部に設けられ、冷媒流路を開閉する。アキュムレータ１１５は、圧縮機１０１の吸入配管に接続され、圧縮機１０１にガス冷媒を供給する。排熱回収バイパス管１１６は、一端を低圧ガス管１１７のアキュムレータ１１５上流側に接続され、他端を冷媒液管１０５に接続し、冷媒流れ方向上流側から順に、排熱回収流量調整弁１１８、及び、排熱回収熱交換器１１９を設けられ、暖房運転時、冷媒は後述する冷却水からも吸熱できる構成となっている。
室内ユニット２００において、室内熱交換器２０１は、室内ファン２０２により冷房運転時は室内の熱を吸収し、暖房運転時は室内に冷媒の熱を放熱する。室内流量調整弁２０３は、冷媒の圧力、及び、流量を調整する。図１において、室内ユニット２００は、一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良い。
［１－１－２．冷却水流路］
図１に破線で示される冷却水流路は、冷却水ポンプ１２０と、リザーバタンク１２１と、ラジエータ１２２と、三方弁１２３と、排熱回収熱交換器１１９と、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１０２を冷却するための流路である。
冷却水ポンプ１２０は、ガスエンジン１０２の冷却水を回路に循環させる。リザーバタンク１２１は、冷却水が不足した場合に補填するために、冷却水の余剰分を一時的に貯留する。ラジエータ１２２は、室外ファン１１１により冷却水の放熱を行う。ラジエータ１２２の配置については後述する。三方弁１２３は、冷却水の流路を、ラジエータ１２２側、排熱回収熱交換器１１９側、もしくは、ラジエータ１２２、及び、排熱回収熱交換器１１９の双方へ切り替えることができ、冷房運転時は、ラジエータ１２２側へ、暖房運転時は、一部の冷却水をラジエータ１２２へ、残りの冷却水を排熱回収熱交換器１１９へ流し、ガスエンジン１０２へ戻る冷却水の温度を略一定に維持するように制御する。排熱回収熱交換器１１９は、前述したように、冷媒、及び、冷却水を流通させることで、冷媒が冷却水の熱を吸熱する。
［１－１－３．室外ユニットの構成］
図３（ａ）、図３（ｂ）、及び、図３（ｃ）において、室外ユニット１００は、圧縮機１０１、ガスエンジン１０２、アキュムレータ１１５、及び、図示しないオイルセパレータ、四方弁、流量調整弁、排熱回収熱交換器、等を配置した機械室１２４が、室外ユニット１００の下側に設けられ、室外熱交換器１０６、室外ファン１１１、リザーバタンク１２１、等を配置した熱交換器室１２５が室外ユニット１００の上側に設けられ、構成される。第１領域１０６ａは、室外ユニット１００の筐体正面側に配置される。第２領域１０６ｂは、室外ユニット１００の筐体背面側に配置される。各要素の機能は上述した通りである。
また、本実施の形態において、室外ユニット１００は、図示しない制御部を有する。制御部は、例えば、ＣＰＵやＭＰＵなどのプログラムを実行するプロセッサおよびＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリを備え、プロセッサが、メモリに記憶された制御プログラムを読み出して処理を実行するように、ハードウェア及びソフトウェアの協働により各種処理を実行する。一例としては、本実施の形態において、制御部は、第１開閉弁１１３の開放と閉鎖との切替えを制御している。
［１－２．動作］
以上のように構成された空気調和装置１について、その動作を以下説明する。
［１－２－１．冷媒側の動作］
［１－２－１－１．冷房運転時の動作］
空気調和装置１の冷房運転時、第１開閉弁１１３は、開放される。
冷媒を圧縮する圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２によって駆動される。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１０３に流入する。オイルセパレータ１０３にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０４を通り、並列に接続された室外熱交換器１０６の第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂへ流入し、外気と熱交換して放熱した後に凝縮する。そして、第１領域１０６ａを通過した液冷媒は第１開閉弁１１３を通過し、第２領域１０６ｂを通過した冷媒と合流して室外流量調整弁１１２を通過した後に、室内ユニット２００へ供給される。
室内ユニット２００へ流入した高圧の液冷媒は、室内流量調整弁２０３にて、減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１へ流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となる空間の空気と熱交換して吸熱した後に蒸発し、低圧の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から流出した低圧のガス冷媒は、再度室外ユニット１００へ流入する。室外ユニット１００へ流入したガス冷媒は、四方弁１０４、アキュムレータ１１５を通って、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
また、オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しないオイル戻し管を通って圧縮機の吸入配管へ流入し、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
［１－２－１－２．暖房高負荷運転時の動作］
空気調和装置１の暖房高負荷運転時、第１開閉弁１１３と、排熱回収流量調整弁１１８は、開放される。
冷媒を圧縮する圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２によって駆動される。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１０３に流入する。オイルセパレータ１０３にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０４を通過し、室内ユニット２００へ供給される。
室内ユニット２００へ流入した高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１へ流入し、空調対象となる空間の空気と熱交換して放熱した後に凝縮する。そして、高圧の液冷媒となって室内流量調整弁２０３を通過し、室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した高圧の液冷媒は、再度室外ユニット１００へ流入する。室外ユニット１００へ流入した液冷媒は、一部が排熱回収バイパス管１１６へ流入し、残りの液冷媒は、室外流量調整弁１１２にて減圧され、気液二相状態となって、室外熱交換器１０６の第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂへ流入する。
排熱回収バイパス管１１６へ流入した液冷媒は、排熱回収流量調整弁１１８にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１１９へ流入する。排熱回収熱交換器１１９へ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後に蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
また、室外熱交換器１０６の第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂへ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後に蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は合流し、四方弁１０４を通過した後に低圧ガス管１１７を通過する過程で、排熱回収熱交換器１１９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１１５を通過して、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
また、オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しないオイル戻し管を通って圧縮機の吸入配管へ流入し、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
［１－２－１－３．暖房低負荷運転時の動作］
空気調和装置１の暖房低負荷運転時、第１開閉弁１１３は、閉鎖され、排熱回収流量調整弁１１８は、開放される。
冷媒を圧縮する圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２によって駆動される。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１０３に流入する。オイルセパレータ１０３にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０４を通過し、室内ユニット２００へ供給される。
室内ユニット２００へ流入した高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１へ流入し、空調対象となる空間の空気と熱交換して放熱した後に凝縮する。そして、高圧の液冷媒となって室内流量調整弁２０３を通過し、室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した高圧の液冷媒は、再度室外ユニット１００へ流入する。室外ユニット１００へ流入した液冷媒は、一部が排熱回収バイパス管１１６へ流入し、残りの液冷媒は、室外流量調整弁１１２にて減圧され、気液二相状態となって、室外熱交換器１０６の第２領域１０６ｂへ流入する。
排熱回収バイパス管１１６へ流入した液冷媒は、排熱回収流量調整弁１１８にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１１９へ流入する。排熱回収熱交換器１１９へ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後に蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。
また、室外熱交換器１０６の第２領域１０６ｂへ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後に蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四方弁１０４を通過した後に低圧ガス管１１７を通過する過程で、排熱回収熱交換器１１９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１１５を通過して、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
また、オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しないオイル戻し管を通って圧縮機の吸入配管へ流入し、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
［１－２－２．冷却水側の動作］
冷却水ポンプ１２０で押し出された冷却水は、排気ガス熱交換器１２６に流入し、ガスエンジン１０２の排気ガスを冷却する。排気ガス熱交換器１２６で冷却された排気ガスは排気ガスマフラ１２７から外気へ放出される。排気ガス熱交換器１２６を通過した冷却水は、ガスエンジン１０２へ流入し、ガスエンジン１０２を冷却する。
ガスエンジン１０２を冷却した冷却水は、三方弁１２３へ流入する。三方弁１２３は、ガスエンジン１０２からの冷却水をラジエータ１２２へ流す方向に制御される。なお、暖房運転時には、三方弁１２３は、ラジエータ１２２、及び、排熱回収熱交換器１１９の双方へ冷却水を流す役割を担う。ラジエータ１２２へ流入した冷却水は、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１２０に戻り、上記過程を繰り返す。排熱回収熱交換器１１９へ流入した冷却水は、室内流量調整弁２０３にて減圧された気液二相状態の冷媒によって冷却され、再び冷却水ポンプ１２０に戻り、上記過程を繰り返す。
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１０２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１２０の回転数が制御されている。
［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、空気調和装置１は、圧縮機１０１、室内熱交換器２０１、室内流量調整弁２０３、室外流量調整弁１１２、室外熱交換器１０６を順に、環状に配管接続し、配管内に冷媒を流通させ、室内熱交換器２０１にて所定空間の空気と熱交換し、所定空間の温度制御を行う空気調和装置であって、室外熱交換器１０６は、冷媒が互いに平行に流通する第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂを備え、第１領域１０６ａの前記室内流量調整弁２０３側の冷媒流入部に設けられた第１開閉弁１１３と、を備える。
これにより、暖房低負荷運転時、第１開閉弁１１３を閉鎖することで、冷媒流路が第２領域１０６ｂのみに切り替わるため、冷媒の流路断面積が小さくなり、冷媒流速が大きくなる。つまり、冷媒と冷凍機油の速度差が大きくなることで、冷凍機油に対して鉛直上方向に加わる剪断力が大きくなる。そのため、冷凍機油が伝熱管１０９を上昇できるようになるため、熱交換器内に冷凍機油が滞留することを防止できる。
本実施の形態では、暖房低負荷運転時、第２領域１０６ｂにのみ冷媒を流通させるため、伝熱面積、及び、冷媒流通部の通過風量が減少する。一般的に、熱交換器における交換熱量Ｑは、熱交換器の熱通過率をＫ、伝熱面積をＡ、熱交換を行う流体同士の温度差をΔＴとした場合、式１で与えられる。
Ｑ ＝ Ｋ・Ａ・ΔＴ ・・・・・・・ （式１）
本実施の形態では、暖房低負荷運転時、伝熱面積Ａ、及び、通過風量減少により熱通過率Ｋが減少するため、交換熱量Ｑが減少してしまう。しかしながら、排熱回収熱交換器１１９を設けたため、前述したように、暖房運転時、冷媒の一部は、排熱回収熱交換器１１９にて冷却水と熱交換して吸熱するため、不足する熱交換量を補うことができる。つまり、暖房運転低負荷運転時においても、必要熱量を熱交換可能である。
（実施の形態２）
以下、図４を用いて、実施の形態２を説明する。
［２－１．構成］
［２－１－１．冷媒流路］
実施の形態２にかかる空気調和装置１は、図４に示すように、室外熱交換器１０６の第３領域１０６ｃ、合流部１２８、第１逆止弁１２９、第２逆止弁１３０、第１バイパス管１３１、第２バイパス管１３２、及び、第２開閉弁１１４を設けている点で、実施の形態１にかかる空気調和装置１と異なる。
実施の形態２において、室外熱交換器１０６は、水平に対峙する一対の上側ヘッダパイプ１０７と下側ヘッダパイプ１０８に両端を接続された伝熱管１０９で構成され、冷媒が互いに平行に流通する第１領域１０６ａ、第２領域１０６ｂ、及び、第３領域１０６ｃを備え、室外ファン１１１により冷房運転時は冷媒の熱を外部へ放熱し、暖房運転時は外気の熱を吸熱する。ここで、本実施の形態における室外熱交換器１０６の前面面積は、実施の形態１における室外熱交換器１０６の前面面積と同等とする。
合流部１２８は、第１領域１０６ａの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部、第２領域１０６ｂの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部、及び、第３領域１０６ｃの四方弁１０４側の冷媒流入部を接続する。第１逆止弁１２９は、第１領域１０６ａの室外流量調整弁１１２側の冷媒流出部に設けられる。第２逆止弁１３０は、第３領域１０６ｃの室外流量調整弁１１２側の冷媒流出部に設けられる。
第１バイパス管１３１は、一端を第３領域１０６ｃの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部における第２逆止弁１３０と室外流量調整弁１１２の間に接続し、他端を第１領域１０６ａの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部における第１逆止弁１２９と第１領域１０６ａの間に接続する。
第２バイパス管１３２は、一端を第１バイパス管１３１に接続し、他端を第２領域１０６ｂの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部に接続する。第１開閉弁１１３は、第１バイパス管１３１における第２バイパス管１３２との接続部と第１領域１０６ａの室外流量調整弁１１２側の冷媒流入部との接続部の間に設けられ、冷媒の圧力、及び、流量を調整する。第２開閉弁１１４は、第２バイパス管１３２に設けられ、冷媒の圧力、及び、流量を調整する。
なお、本実施の形態において、室外ユニット１００は、図示しない制御部を有する。制御部は、例えば、ＣＰＵやＭＰＵなどのプログラムを実行するプロセッサおよびＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリを備え、プロセッサが、メモリに記憶された制御プログラムを読み出して処理を実行するように、ハードウェア及びソフトウェアの協働により各種処理を実行する。一例としては、本実施の形態において、制御部は、第１開閉弁１１３及び第２開閉弁１１４に対し、開放と閉鎖との切替えを制御している。
［２－２．動作］
以上のように構成された空気調和装置１について、その動作を以下説明する。
［２－２－１．冷媒側の動作］
［２－２－１－１．冷房運転時の動作］
実施の形態２に係る空気調和装置１の冷房運転時、第１開閉弁１１３と第２開閉弁１１４は、閉鎖される。
冷媒を圧縮する圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２によって駆動される。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１０３に流入する。オイルセパレータ１０３にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０４を通り、並列に接続された室外熱交換器１０６の第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂへ流入し、外気と熱交換して放熱した後に凝縮する。凝縮した高圧の液冷媒は、合流部１２８を通過して、第３領域１０６ｃへ流入し、外気と熱交換してさらに放熱する。そして、第２逆止弁１３０と室外流量調整弁１１２を通過し、室内ユニット２００へ供給される。
室内ユニット２００へ流入した高圧の液冷媒は、室内流量調整弁２０３にて、減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１へ流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となる空間の空気と熱交換して吸熱した後に蒸発し、低圧の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から流出した低圧のガス冷媒は、再度室外ユニット１００へ流入する。室外ユニット１００へ流入したガス冷媒は、四方弁１０４、アキュムレータ１１５を通って、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
また、オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しないオイル戻し管を通って圧縮機の吸入配管へ流入し、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
［２－２－１－２．暖房高負荷運転時の動作］
実施の形態２に係る空気調和装置１の暖房高負荷運転時、第１開閉弁１１３と、第２開閉弁１１４と、排熱回収流量調整弁１１８とは、それぞれ開放される。
冷媒を圧縮する圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２によって駆動される。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１０３に流入する。オイルセパレータ１０３にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０４を通過し、室内ユニット２００へ供給される。
室内ユニット２００へ流入した高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１へ流入し、空調対象となる空間の空気と熱交換して放熱した後に凝縮する。そして、高圧の液冷媒となって室内流量調整弁２０３を通過し、室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した高圧の液冷媒は、再度室外ユニット１００へ流入する。室外ユニット１００へ流入した液冷媒は、一部が排熱回収バイパス管１１６へ流入し、残りの液冷媒は、室外流量調整弁１１２にて減圧され、気液二相状態となって、第１バイパス管１３１へ流入する。第１バイパス管１３１へ流入した気液二相状態の冷媒は、一部が第１開閉弁１１３を通過して第１領域１０６ａへ流入し、残りの気液二相状態の冷媒は、第２開閉弁１１４を通過して第２領域１０６ｂへ流入する。
排熱回収バイパス管１１６へ流入した液冷媒は、排熱回収流量調整弁１１８にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１１９へ流入する。排熱回収熱交換器１１９へ流入した気液二相状態の冷媒は、エンジン冷却水から吸熱した後に蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。また、室外熱交換器１０６の、第１領域１０６ａ、及び、第２領域１０６ｂへ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後に蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は合流し、四方弁１０４を通過した後に低圧ガス管１１７を通過する過程で、排熱回収熱交換器１１９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１１５を通過して、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
また、オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しないオイル戻し管を通って圧縮機の吸入配管へ流入し、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
［２－２－１－３．暖房低負荷運転時の動作］
実施の形態２に係る空気調和装置１の暖房低負荷運転時、第１開閉弁１１３は、閉鎖され、第２開閉弁１１４及び排熱回収流量調整弁１１８は、開放される。
冷媒を圧縮する圧縮機１０１は、ガスエンジン１０２によって駆動される。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１０３に流入する。オイルセパレータ１０３にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０４を通過し、室内ユニット２００へ供給される。
室内ユニット２００へ流入した高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１へ流入し、空調対象となる空間の空気と熱交換して放熱した後に凝縮する。そして、高圧の液冷媒となって室内流量調整弁２０３を通過し、室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した高圧の液冷媒は、再度室外ユニット１００へ流入する。室外ユニット１００へ流入した液冷媒は、一部が排熱回収バイパス管１１６へ流入し、残りの液冷媒は、室外流量調整弁１１２にて減圧され、気液二相状態となって、第１バイパス管１３１と第２開閉弁１１４を通過し、室外熱交換器１０６の第２領域１０６ｂへ流入する。
排熱回収バイパス管１１６へ流入した液冷媒は、排熱回収流量調整弁１１８にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１１９へ流入する。排熱回収熱交換器１１９へ流入した気液二相状態の冷媒は、エンジン冷却水から吸熱した後に蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。また、室外熱交換器１０６の第２領域１０６ｂへ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後に蒸発し、低圧のガス冷媒となる。低圧のガス冷媒は、四方弁１０４を通過した後に低圧ガス管１１７を通過する過程で、排熱回収熱交換器１１９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１１５を通過して、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
また、オイルセパレータ１０３で分離されたオイルは、図示しないオイル戻し管を通って圧縮機の吸入配管へ流入し、圧縮機１０１へ戻り、上記過程を繰り返す。
［２－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、空気調和装置１は、室外熱交換器１０６の第３領域１０６ｃ、合流部１２８、第１逆止弁１２９、第２逆止弁１３０、第１バイパス管１３１、第２バイパス管１３２、及び、第２開閉弁１１４を設けている点で、実施の形態１にかかる空気調和装置１と異なる。
これにより、暖房低負荷運転時、第１開閉弁１１３を閉鎖することで、冷媒は第２領域１０６ｂにのみ流通する。本実施の形態における室外熱交換器１０６は、実施の形態１における室外熱交換器１０６と前面面積が同等であるため、本実施の形態における第２領域１０６ｂは、実施の形態１における第２領域１０６ｂより前面面積が小さくなる。つまり、本実施の形態における第２領域１０６ｂは、実施の形態１における第２領域１０６ｂより冷媒流路断面積が小さくなるため、冷媒流速がさらに大きくなる。
一般に、熱交換器において、伝熱管を高密度実装する（段ピッチを詰める）場合、冷媒流路断面積が増加するため、冷媒流速が遅くなる。したがって、暖房低負荷運転時、冷凍機油が伝熱管をより上昇しにくくなる。
本実施の形態では、室外熱交換器１０６は、実施の形態１と前面面積同等とし、三領域に分割にしたことで、第２領域の冷媒流路断面積を小さくし、冷媒流速を増加させられるため、伝熱管を高密度実装する場合においても、冷凍機油が伝熱管を上昇できるようになる、つまり伝熱管を高密度実装する場合においても、熱交換器内に冷凍機油が滞留することを防止できる。
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１、及び、２を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１、及び、２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
実施の形態１、及び、２では、空気調和装置の一例として、ＧＨＰを説明した。空気調和装置は、暖房運転時、排熱回収熱交換器にてエンジン排熱により加熱された冷却水と冷媒が熱交換できる構成であればよい。したがって、空気調和装置に搭載される圧縮機の駆動源は、ガスエンジンのみに限定されない。
例えば、図５のように、ガスエンジン１０２を駆動源とする圧縮機１０１と電動モータを駆動源とする第２圧縮機１０１ｂが並列に接続されていてもよい。
ＧＨＰでは、一般的に、暖房運転時、冷媒は、排熱回収熱交換器にて、ガスエンジンの冷却水と熱交換して吸熱するため、室外熱交換器へ冷媒を流通させ、冷媒と空気を熱交換させなくても、必要熱量を熱交換できる場合もある。
一方、本実施の形態では、ガスエンジン１０２の定格出力が小さくなるため、排熱量が減少する。つまり、暖房運転時、冷媒が排熱回収熱交換器１１９にて、ガスエンジン１０２の冷却水から吸熱できる熱量が減少する。また、低負荷運転時、電動モータを駆動源とする第２圧縮機１０１ｂのみで空調を行う場合、ガスエンジン１０２からの排熱は得られない。したがって、暖房運転時、空調負荷に関わらず、室外熱交換器１０６に冷媒を流通させ、冷媒と空気を熱交換させる必要がある。このような場合、本開示にかかる空気調和装置は、熱交換器を蒸発器として使用する場合の冷凍機油滞留防止に、より有効である。
実施の形態２では、空気調和装置１の暖房運転時における冷媒の減圧手段の一例として、室外流量調整弁１１２を冷媒液管１０５に配置して説明した。空気調和装置１は、冷房運転時、第１バイパス管１３１における冷媒の流れを閉鎖することができ、且つ、暖房運転時、室外流量調整弁１１２にて減圧された冷媒が第１領域１０６ａ、及び、第２領域１０６ｂへ流入するよう動作できればよい。したがって、室外流量調整弁１１２は、冷媒液管１０５に設けられなくてもよい。
例えば、図６のように、室外流量調整弁１１２は、第１バイパス管１３１における冷媒液管１０５との接続部と第２バイパス管１３２との接続部の間に設けられてもよい。この場合、第２開閉弁１１４の動作を室外流量調整弁１１２が兼ねることができるため、第２開閉弁１１４は不要となる。したがって、冷媒が第２開閉弁１１４を通過する時の圧力損失が生じなくなる。そのため、圧縮機１０１前後の冷媒圧力差が小さくなり、圧縮機動力を低減することができる。
実施の形態２では、室外熱交換器１０６の一例として、前面面積を実施の形態１と同等とし、冷媒が互いに平行に流通する第１領域１０６ａ、第２領域１０６ｂ、及び、第３領域１０６ｃを備えた室外熱交換器１０６を説明した。室外熱交換器１０６は、冷媒が互いに平行に流通する第１領域１０６ａ、第２領域１０６ｂ、及び、第３領域１０６ｃを備えていればよい。したがって、室外熱交換器１０６は、実施の形態１と前面面積が異なっていてもよい。
例えば、図７のように、室外熱交換器１０６は、前面面積を拡大し、第３領域１０６ｃを、室外ユニット１００の筐体側面側に配置してもよい。この場合、室外熱交換器１０６の前面面積が増加したことにより、伝熱面積と通過風量が増加する。一般的に、熱交換器における交換熱量Ｑは、熱交換器の熱通過率をＫ、伝熱面積をＡ、熱交換を行う流体同士の温度差をΔＴとした場合、式１で与えられる。
Ｑ ＝ Ｋ・Ａ・ΔＴ ・・・・・・・ （式１）
本実施の形態では、伝熱面積Ａ、及び、通過風量増加により熱通過率Ｋが増加するため、交換熱量Ｑを増加させることができる。
なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
本開示は、暖房運転時、室外熱交換器内に冷凍機油が滞留してしまう空気調和装置に適用可能である。具体的には、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動源としてガスエンジンを利用したガスヒートポンプ式空気調和装置に本開示は適用可能である。
１ 空気調和装置
２ ユニット配管
１００ 室外ユニット
１０１ 圧縮機
１０１ｂ 第２圧縮機
１０２ ガスエンジン
１０３ オイルセパレータ
１０４ 四方弁
１０５ 冷媒液管
１０６ 室外熱交換器
１０６ａ 第１領域
１０６ｂ 第２領域
１０６ｃ 第３領域
１０７ 上側ヘッダパイプ
１０８ 下側ヘッダパイプ
１０９ 伝熱管
１１０ 伝熱フィン
１１１ 室外ファン
１１２ 室外流量調整弁（流量調整弁）
１１３ 第１開閉弁（開閉弁）
１１４ 第２開閉弁
１１５ アキュムレータ
１１６ 排熱回収バイパス管
１１７ 低圧ガス管
１１８ 排熱回収流量調整弁
１１９ 排熱回収熱交換器
１２０ 冷却水ポンプ
１２１ リザーバタンク
１２２ ラジエータ
１２３ 三方弁
１２４ 機械室
１２５ 熱交換器室
１２６ 排気ガス熱交換器
１２７ 排気ガスマフラ
１２８ 合流部
１２９ 第１逆止弁
１３０ 第２逆止弁
１３１ 第１バイパス管
１３２ 第２バイパス管
２００ 室内ユニット
２０１ 室内熱交換器
２０２ 室内ファン
２０３ 室内流量調整弁

Claims (4)

  1. 圧縮機、室外熱交換器、流量調整弁、室内熱交換器を順次、環状に冷媒配管で接続し、前記冷媒配管内に冷媒を流通させ、前記室内熱交換器にて所定空間の空気と熱交換し、前記所定空間の温度制御を行う空気調和装置において、
    前記室外熱交換器は、冷媒が互いに平行に流通する第１領域と第２領域とを備え、
    前記第１領域の前記流量調整弁側の冷媒流入部に設けられた開閉弁を備えた
    ことを特徴とする空気調和装置。
  2. 前記圧縮機、前記流量調整弁、前記開閉弁を制御する制御部を備え、
    前記制御部は、暖房高負荷運転時に、前記開閉弁を開動作させ、暖房低負荷運転時に、前記開閉弁を閉動作させる
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
  3. 前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の冷媒配管から分岐して前記圧縮機の吸込側に接続される排熱回収バイパス管と、前記排熱回収バイパス管の中途部に設けられる排熱回収流量調整弁と、を設け、
    前記制御部は、暖房運転時に、前記排熱回収流量調整弁を開動作させる
    ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
  4. 前記室外熱交換器は、第３領域を備え、
    前記第１領域と前記第３領域との間の冷媒配管には、前記第１領域から前記第３領域の一方向のみに冷媒を流す第１逆止弁を備え、
    前記第３領域の前記流量調整弁側の冷媒流入部には、前記第３領域から前記流量調整弁側の一方向のみに冷媒を流す第２逆止弁を備え、
    前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間の冷媒配管から分岐して前記第３領域と前記第１領域との間の冷媒配管に接続される第１バイパス管と、前記第１バイパス管から分岐して前記第３領域と前記第２領域との間の冷媒配管に接続される第２バイパス管と、を備え、
    前記第１バイパス管の中途部には、前記開閉弁が設けられ、前記第２バイパス管の中途部には、第２開閉弁が設けられ、
    前記制御部は、暖房高負荷運転時に、前記開閉弁および第２開閉弁を開動作させ、暖房低負荷運転時に、前記開閉弁を閉動作させ、前記第２開閉弁を開動作させる
    ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の空気調和装置。
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