JP3600906B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、熱源装置を備える空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及びエンジン廃熱を利用する熱源装置を順次経て冷媒を循環させるようにした空気調和装置を先に提案した（特開平５−１８０５２９号公報参照）。
而して、上記提案に係る空気調和装置によれば、暖房運転時に外気温度が低下したために冷媒の外気からの吸熱量が減少し、そのために室外熱交換器の蒸発器としての機能が低下しても、熱源装置において冷媒にエンジン廃熱を与えることによって冷媒の蒸発を促進させることができ、これによって暖房能力の低下を防ぐことができる。
【０００３】
尚、エンジン廃熱以外の熱源（外気以外のものであれば、例えば地下水、電気ヒータ等）であっても、その温度が熱源装置を流れる冷媒の温度よりも高ければ、同様に低温時の暖房能力の低下を防ぐことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外気温度が更に低くなり、暖房運転時に室外熱交換器を流れる冷媒の温度よりも外気温度の方が低い場合には、逆に冷媒から外気に放熱がなされて暖房能力が低下するという問題が発生する。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、暖房運転時に室外熱交換器において冷媒の吸熱ができない程の低温時においても冷媒の放熱に伴う暖房能力の低下を防ぐことができる空気調和装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分と迂回冷媒回路の少なくとも一方に流量制御弁を設け、前記主冷媒回路の前記膨張弁から迂回冷媒回路合流部に至る第３の部分に冷媒温度センサーを配置し、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記流量制御弁を制御して迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を室外熱交換器を流れる冷媒の流量よりも大きくすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記主冷媒回路と迂回冷媒回路に第１流量制御弁、第２流量制御弁をそれぞれ設け、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第２流量制御弁の開度を第１流量制御弁のそれよりも大きく設定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１流量制御弁及び第２流量制御弁としてそれぞれ第１開閉弁と第２開閉弁を設けるとともに、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第１開閉弁を全閉、第２開閉弁を全開とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記迂回冷媒回路の分岐部に、該分岐部の上流部と前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分との連通部の第１連通断面積と分岐部の上流部と迂回冷媒回路との連通部の第２連通断面積の一方を他方に対して大きくするように選択可能な三方弁を設けるとともに、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第２連通断面積を第１連通断面積よりも大きくすることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記主冷媒回路の室外熱交換器から迂回冷媒回路合流部に至る第２の部分に冷媒の逆流防止手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路と迂回冷媒回路に第１開閉弁、第２開閉弁をそれぞれ設け、前記主冷媒回路の室外熱交換器から迂回冷媒回路合流部に至る第２の部分に冷媒の逆流防止手段を設け、前記外気温センサーによって検出された外気温度が所定値以下の場合に前記第１開閉弁を全閉、第２開閉弁を全開とするとともに、前記第２開閉弁が開閉する外気温度を前記第１開閉弁が開閉する外気温度よりも高く設定したことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１又は２記載の発明によれば、膨張弁の開度を変化させる等、冷媒が膨張弁で断熱膨張した後の冷媒温度が変化する場合であっても、外気温度が冷媒温度以下の暖房運転時において迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を増加させて室外熱交換器を流れる冷媒の流量を絞ることによって、室外熱交換器における冷媒の放熱を抑制して暖房能力の低下を防ぐことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、外気温度が冷媒温度以下の暖房運転時において室外熱交換器への冷媒の流れを完全に遮断して室外熱交換器での冷媒の放熱を確実に防ぐことができ、暖房能力低下をより確実に防ぐことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、制御のためのアクチュエータを１つにすることができ、構成及び制御の簡略化を図ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、逆流防止手段によって室外熱交換器への液相冷媒の逆流が防がれ、室外熱交換器に液相冷媒が滞留するために冷媒循環量が減って暖房能力が低下する事態の発生を防ぐことができる。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、第１開閉弁と第２開閉弁が開いている間、室外熱交換器を液相冷媒の貯留部として利用することができる。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜第１実施例＞
図１は本発明の第１実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図、図２は同空気調和装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１において、２は不図示の駆動源によって駆動された圧縮機であって、本実施例に係る空気調和装置は圧縮機２を含んで閉ループを構成する主冷媒回路３が設けられている。
【００２２】
上記主冷媒回路３は圧縮機２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２の他、凝縮器として機能する室内熱交換器９、膨張弁８、第１流量制御弁１４、蒸発器として機能する室外熱交換器６、逆止弁１６及び熱源装置１７が設けられている。尚、逆止弁１６は室外熱交換器６から熱源装置１７への冷媒の流れを許容するものであり、熱源装置１７は例えば圧縮機２をエンジンによって駆動する場合にはエンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせる二重管熱交換器で構成され、圧縮機２を電動モータで駆動する場合には電気ヒータで構成される。
【００２３】
而して、本実施例においては、室外熱交換器６を迂回する迂回冷媒回路１８が設けられている。この迂回冷媒回路１８は主冷媒回路３の前記膨張弁８と第１流量制御弁１４の間から分岐し、室外熱交換器６を迂回して主冷媒回路３の前記逆止弁１６と熱源装置１７の間に合流しており、その途中には第２流量制御弁１５が設けられている。尚、迂回冷媒回路１８の分岐点、合流点を図１においてそれぞれａ，ｂにて示す。
【００２４】
その他、本実施例に係る空気調和装置には、外気温度を検出するための外気温センサー６０が設置されており、又、主冷媒回路３の膨張弁８から迂回冷媒回路１８の分岐部ａに至る部分には、そこを流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサー６１が設置されている。そして、これらの外気温センサー６０と冷媒温度センサー６１は図２に示す制御装置７０に接続されている。尚、図２に示すように、制御装置７０には、前記第１流量制御弁１４を駆動する第１制御弁開閉アクチュエータ６２と第２流量制御弁１５を駆動する第２制御弁開閉アクチュエータ６３が接続されている。
【００２５】
次に、本実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の作用を説明する。
【００２６】
前記外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが所定値（本実施例では、冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度ｔ０ ）よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）場合には、前記制御装置７０によって第１流量制御弁１４は全開され、第２流量制御弁１５は全閉される。
【００２７】
而して、不図示の駆動源によって圧縮機２が駆動されると、該圧縮機２から吐出される高温高圧の気相冷媒は主冷媒回路３を室内熱交換器９に向かって流れ、室内熱交換器９において室内の空気に凝縮熱を放出して液化し、このとき冷媒から放出される凝縮熱によって室内の暖房が行われる。
【００２８】
そして、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）場合には、前述のように第１流量制御弁１４が全開、第２流量制御弁１５が全閉となっているため、室内熱交換器９において液化した高圧の液相冷媒は膨張弁８によって減圧された後、その全てが第１流量制御弁１４を通って室外熱交換器６に導かれる。尚、図３に室外熱交換器６の冷媒流量Ｑ１ と迂回冷媒回路１８の冷媒流量Ｑ２ の外気温度ｔとの関係を示すが、ｔ＞ｔ０ の場合には、迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量Ｑ２ ＝０となり、従って、室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ は全冷媒流量Ｑ０ （＝Ｑ１ ＋Ｑ２ ）に等しく（Ｑ１ ＝Ｑ０ ）なる。つまり、冷媒の全てが室外熱交換器６に導かれる。
【００２９】
而して、蒸発器として機能する室外熱交換器６に導かれた低圧の液相冷媒は、外気から蒸発熱を奪って気化した後、逆止弁１６を通って熱源装置１７に至り、この熱源装置１７から与えられる熱によってスーパーヒートされて圧縮機２に吸引され、圧縮機２によって再度圧縮されて前述と同様の作用を繰り返す。
【００３０】
ところで、外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低く（ｔ＜ｔ０ ）なると、第１流量制御弁１４が徐々に絞られると同時に第２流量制御弁１５が徐々に開かれ、従って、図３に示すように室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ が外気温度ｔの低下と共に徐々に減少する反面、迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量Ｑ２ が徐々に増加する。そして、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも更に低い所定温度ｔ１ よりも低い（ｔ＜ｔ１ ）場合には、第１流量制御弁１４が更に絞られてその開度は一定に保たれ、図３に示すように室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ は小さく抑えられる。これに対して第２流量制御弁１５の開度は大きな値に設定され、従って、迂回冷媒回路１８に大部分の冷媒が流れ、図３に示すように、その流量Ｑ２ は室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ よりも大きく（Ｑ１ ＞Ｑ２ ）なる。
【００３１】
以上のように外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い（ｔ＜ｔ０ ）場合には、室外熱交換器６へ流れる冷媒の量が制限され、大部分の冷媒は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れるため、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱量が小さく抑えられ、この結果、低温時の暖房能力の低下が防がれる。
【００３２】
ところで、室外熱交換器６及び逆止弁１６を通過した流量Ｑ１ の冷媒及び迂回冷媒回路１８を流れる流量Ｑ２ の冷媒は合流して熱源装置１７に導入され、熱源装置１７から与えられる熱によって蒸発して気化した後、圧縮機２に吸引されて再度圧縮され、以後は前述と同様の作用を繰り返して暖房に供される。
【００３３】
而して、本実施例においては、主冷媒回路３の膨張弁８の下流側を流れる冷媒の温度を冷媒温度センサー６１によって検出し、この検出された冷媒温度を第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度に設定したため、膨張弁８の開度を変化させる等によって冷媒が膨張弁８で断熱膨張するために冷媒温度ｔ０ が変化する場合であっても、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ 以下に下がった場合に確実に対応可能となる。
【００３４】
又、本実施例では、迂回冷媒回路１８を流れる液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流が逆止弁１６によって防がれるため、室外熱交換器６に液相冷媒が滞留して冷媒循環量が減るために暖房能力が低下する事態の発生が防がれる。
【００３５】
ところで、第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度を図３に鎖線にて示すように冷媒温度ｔ０ に対して変化させても良く、或は第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度として運転中の冷媒温度の平均値を図２に示すように所定温度データ６４として制御装置７０のメモリに保管しておき、この所定温度データ６４に基づいて所定温度を設定しても良い。尚、図３において、Ｑ１ ’，Ｑ２ ’は第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度を図３に鎖線にて示すように変化させた場合に室外熱交換器６、迂回冷媒回路１８をそれぞれ流れる冷媒の流量である。
【００３６】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例を図４に基づいて説明する。尚、図４は本実施例に係るエンジン駆動式空気調和装置の具体構成を示す回路図であり、本図においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００３７】
図４に示すエンジン駆動式空気調和装置は、室外空調ユニット２０と室内空調ユニット３０とで構成されており、室内空調ユニット３０は室内熱交換器９と膨張弁８を含んで構成されている。
【００３８】
又、前記室外空調ユニット２０は、エンジン１、圧縮機２等が配設された機関室２１と、メインアキュームレータ１０、サブアキュームレータ２２、電装ボックス２３及び各機器同士を接続する管路が配設された配管室２４と、室外熱交換器６、温水熱交換器としてのラジエータ２５等が配設された室外熱交換器室２６とを備えている。
【００３９】
ところで、前記エンジン１は水冷式ガスエンジンであって、その吸気ポートには吸気管２７を介してガスミキサ２８及びエアクリーナ２９が接続されており、吸気管２７は機関室２１の天壁及び室外熱交換器室２６の天壁を貫通して外部に開口している。
【００４０】
上記ガスミキサ２８は燃料管３１を介して不図示のガス燃料源に接続され、燃料管３１にはガスミキサ２８に一体化された流量制御弁３２、ゼロガバナ（減圧弁）３３及び２個の電磁弁３４が設けられている。又、エンジン１の排気ポートには、排気管３５を介して排気ガス熱交換器１３、排気サイレンサ３６及びミストセパレータ３７が接続されており、排気管３５は前記室外熱交換器室２６の上方に開口している。
【００４１】
又、エンジン１には潤滑油タンク３８が備えられ、潤滑油量が減少すると電磁弁３９が開き、潤滑油が重力によってエンジン１に補給されるようになっている。
【００４２】
更に、エンジン１の出力軸には、クラッチ４０を介して前記圧縮機２が接続されており、圧縮機２の吐出口は冷媒ライン３ａ、四方弁５及び冷媒ライン３ｃを介して前記室内熱交換器９に接続されている。そして、室内熱交換器９は膨張弁８、冷媒ライン３ｄ、前記メインアキュームレータ１０内の熱交換部、第１流量制御弁１４及び冷媒ライン３ｅを介して前記室外熱交換器６に接続されており、該室外熱交換器６から冷媒ライン３ｂ、四方弁５、冷媒ライン３ｈ、メインアキュームレータ１０及びサブアキュームレータ２２を介して圧縮機２の吸入口に接続されている。
【００４３】
尚、図４において、４１は冷媒ライン３ｅの途中に設けられるドライヤ、４２はドライヤ４１を迂回するフィルタである。又、４３は毛細管であり、４４は各々温度検知器と毛細管を組み合わせたものであり、これらは冷媒温度を検知することによりメインアキュームレータ１０内のレベルを検知するためのものである。更に、４５は開閉弁、４６はオイル排出路、４７は潤滑油戻し用の絞りであり、メインアキュームレータ１０の下部に溜る潤滑油量が多くなると手動又は自動で開閉弁４５を開け、潤滑油をメインアキュームレータ１０からサブアキュームレータ２２の方へ流すようにしている。
【００４４】
又、前記冷媒ライン３ａの途中には、冷媒に含まれる潤滑油を分離するオイルセパレータ４８が設けられ、このオイルセパレータ４８で分離された潤滑油は毛細管４３を通って常時冷媒ライン３ｈ側に戻されるとともに、潤滑油の量が所定値以上になると、潤滑油はオイルストレーナ４９及び電磁弁５０を経てメインアキュームレータ１０、サブアキュームレータ２２に戻される。尚、冷媒ライン３ａはオイルストレーナ４９及び冷媒ライン３ａの冷媒圧力が所定値以上のとき開く電磁弁５０を介してメインアキュームレータ１０に接続されており、これによって冷媒回路内の異常圧力上昇を防いでいる。
【００４５】
他方、室外空調ユニット２０には冷却水循環システムＳが備えられている。この冷却水循環システムＳは、冷却水温度が所定値以下のエンジン冷機状態時に、エンジン１の冷却水ジャケット１ａ、サーモスタット５１、第１の冷却水ポンプ５２を循環する第１循環路と、エンジン冷機時、排気ガス熱交換器１３、リニア三方弁５３、一方はラジエータ２５、他方はメインアキュームレータ１０内の熱交換部、第２の冷却水ポンプ５４を循環する第２循環路から成るとともに、冷却水温度が所定値を超えた場合のエンジン暖機完了時に、排気ガス熱交換器１３、第１の冷却水ポンプ５２、冷却水ジャケット１ａ、サーモスタット５１、リニア三方弁５３、一方はラジエータ２５、他方はメインアキュームレータ１０内の熱交換部、第２の冷却水ポンプ５４の順で循環する第３循環路を有している。
【００４６】
又、ラジエータ２５には、冷却水用リザーバタンク５５が注入口５６を介して接続されており、注入口５６にはサーモスタット５１の１つのポートも接続されている。サーモスタット５１のポートはエンジン１の冷却水ジャケット１ａに常時連通しており、エンジン冷機時の第１循環路内のエアー抜きが可能となる。
【００４７】
又、エンジン冷却水はリニア三方弁５３が切り換えられると、冷却水ライン４ｄによってメインアキュームレータ１０内の熱交換部に供給され、これにより冷媒に熱が与えられる。
【００４８】
而して、本実施例に係る空気調和装置においても、室外熱交換器６を迂回する迂回冷媒回路１８が設けられており、該迂回冷媒回路１８には第２流量制御弁１５が設けられている。尚、本実施例においては、メインアキュームレータ１０が熱源装置を構成している。
【００４９】
従って、この空気調和装置においても、外気温センサー６０によって検出された外気温度が冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度よりも低い場合には、第１及び第２制御弁１４，１５の開閉が前記第１実施例と同様に制御されて室外熱交換器６側へ流れる冷媒の量が制限され、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱量が小さく抑えられ、低温時の冷房能力の低下が防がれる。
【００５０】
＜第３実施例＞
本実施例は、図１に示す空気調和装置における第１及び第２流量制御弁１４，１５をそれぞれ第１開閉弁、第２開閉弁に置き換えたものであって、他の構成は実施例１のそれと同様である。
【００５１】
而して、本実施例においては、図５に示すように暖房運転時に外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも大きな所定値ｔ２ よりも高い（ｔ＞ｔ２ ）場合には、第１開閉弁１４が開、第２開閉弁１５が閉とされ、膨張弁８を通過して減圧された全ての液相冷媒は室外熱交換器６に導入されて外気との熱交換によって蒸発せしめられる。
【００５２】
そして、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも小さな所定値ｔ 2 よりも下がると（ｔ＜ｔ 2 ）、図５に示すように第２開閉弁１５が開けられるため、膨張弁８を通過して減圧された液相冷媒の一部は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れる。従って、室外熱交換器６を流れる流量Ｑ１
が減り、外気温度ｔに低下に伴う室外熱交換器６での冷媒の蒸発能力の低下或は冷媒から大気中への放熱が抑制され、低温時の暖房能力の低下が防がれる。
【００５３】
又、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い所定値ｔ１ よりも更に低い場合には、図５に示すように第１開閉弁１４は閉、第２開閉弁１５は開とされ、膨張弁８を通過して全て（流量Ｑ２ ＝Ｑ０ ）の冷媒は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れるため、室外熱交換器６における冷媒の放熱が完全に阻止され、この結果、低温時の暖房能力の低下が防がれる。尚、迂回冷媒回路１８を流れる液相冷媒は熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化し、圧縮機２に吸引されて再度圧縮され、引き続いて暖房に供される。このとき、迂回冷媒回路１８を流れる液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流が逆止弁１６によって防がれるため、室外熱交換器６に液相冷媒が滞留して冷媒循環量が減るために暖房能力が低下する事態の発生が防がれる。
【００５４】
尚、本実施例では、逆止弁１６を設け、第２開閉弁１５が開閉する外気温度ｔ２ を第１開閉弁１４が開閉する外気温度ｔ１ よりも高く（ｔ２ ＞ｔ１ ）設定したため、第１開閉弁１４と第２開閉弁１５が共に開いている間、室外熱交換器６を液相冷媒の貯留部として利用することができる。
【００５５】
＜第４実施例＞
次に、本発明の第４実施例を図６及び図７に基づいて説明する。尚、図６は本実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図、図７は外気温度に対する冷媒流量の制御特性図であり、図６においては図１に示したと同一要素には同一符号を付している。
【００５６】
本実施例においては、主冷媒回路３の迂回冷媒回路１８の分岐部ａから室外熱交換器６に至る部分にのみ流量制御弁１４を設け、迂回冷媒回路１８には絞り６５を設けている。
【００５７】
而して、本実施例に係る空気調和装置の暖房運転において外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが所定値（本実施例では、冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度ｔ０ ）よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）場合には、流量制御弁１４が全開され、膨張弁８を通過した液相冷媒の大部分、つまり、図７に示す流量Ｑ１ の液相冷媒は室外熱交換器６を流れ、室外熱交換器６において外気から吸熱して蒸発する。又、残りの少量（図７に示す流量Ｑ２ （＜Ｑ１ ））の液相冷媒は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れ、絞り６５を通過して熱源装置１７に導かれ、熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化する。
【００５８】
ところで、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低く（ｔ＜ｔ０ ）なると、室外熱交換器６において冷媒から外気に放熱される可能性があるため、流量制御弁１４が外気温度ｔの低下と共に絞られて室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ が図７に示すように減少し、これに伴って迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量Ｑ２ が徐々に増加する。
【００５９】
そして、外気温度ｔが所定値ｔ１ よりも低い（ｔ＜ｔ１ ）場合には、流量制御弁１４が全閉され、従って、図７に示すように室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ ＝０となり、膨張弁８を通過した流量Ｑ０ の液相冷媒の全て（図７に示す流量Ｑ２ （＝Ｑ０ ））は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を通って熱源装置１７に導入され、熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化した後、圧縮機２に吸引される。尚、このとき、液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流は逆止弁１６によって防がれる。
【００６０】
従って、本実施例においても、暖房運転時に外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い（ｔ＜ｔ０ ）場合には室外熱交換器６への冷媒の流れが制限或は阻止されるため、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱が抑制或は阻止され、外気温度ｔの低下に伴う暖房能力の低下が防がれる。
【００６１】
尚、流量制御弁１４を開閉制御する所定温度を図７に鎖線にて示すように冷媒温度ｔ０ に対して変化させても良く、或は流量制御弁１４を開閉制御する所定温度として運転中の冷媒温度の平均値を図２に示すように所定温度データ６４として制御装置７０のメモリに保管しておき、この所定温度データ６４に基づいて所定温度を設定しても良い。尚、図７において、Ｑ１ ’，Ｑ２ ’は流量制御弁１４を開閉制御する所定温度を図７に鎖線にて示すように変化させた場合に室外熱交換器６、迂回冷媒回路１８をそれぞれ流れる冷媒の流量である。
【００６２】
又、本実施例では、流量制御弁１４を主冷媒回路３の迂回冷媒回路１８の分岐部ａから室外熱交換器６に至る部分に設け、絞り６５を迂回冷媒回路１８に設けたが、逆に流量制御弁１４を迂回冷媒回路１８に設け、絞り６５を主冷媒回路３の迂回冷媒回路１８の分岐部ａから室外熱交換器６に至る部分に設けても良い。この場合、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）ときには流量制御弁１４を全閉して液相冷媒の全てを室外熱交換器６側に流し、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い（ｔ＜ｔ０ ）ときには流量制御弁１４を開けて室外熱交換器６側へ流れる冷媒の量を制限する必要がある。
【００６３】
＜第５実施例＞
次に、本発明の第５実施例を図８乃至図１０に基づいて説明する。尚、図８は本実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図、図９は三方弁の切替状態を示す同回路図の室外熱交換器部の図、図１０は外気温度に対する三方弁（連通断面積）の制御特性図であり、図８及び図９においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００６４】
本実施例においては、図８に示すように、主冷媒回路３における迂回冷媒回路１８の分岐部に三方弁６６が設けられている。この三方弁６６は図２に示す制御装置７０によって駆動制御される三方弁駆動アクチュエータ６７によって駆動され、これの上流部である冷媒ライン３ｄと三方弁６６から室外熱交換器６に至る冷媒ライン３ｅとの連通部の第１連通断面積Ｓ１ と冷媒ライン３ｄと迂回冷媒回路１８との連通部の第２連通断面積Ｓ２ の一方を他方に対して大きくなるように選択可能である。
【００６５】
而して、暖房運転時において外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度ｔ０ よりも高い所定温度ｔ２ （図１０参照）よりも高い（ｔ＞ｔ２ ）ときには、三方弁６６は図８に示す状態にあり、このとき、図１０に示すように第２連通断面積Ｓ２ ＝０に設定され、従って、膨張弁８を通過して減圧された液相冷媒の全ては室外熱交換器６に導かれ、室外熱交換器６において外気からの吸熱によって蒸発して気化する。
【００６６】
そして、外気温度ｔが前記所定温度ｔ２ よりも低い（ｔ＜ｔ２ ）場合には、図１０に示すように外気温度ｔの低下と共に三方弁６６が徐々に切り替えられ、第１連通断面積Ｓ１ はリニアに減少する反面、第２連通断面積Ｓ２ はリニアに増加し、室外熱交換器６側へ流れる冷媒の流量が絞られると同時に、迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量が増加せしめられ、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱が抑制される。
【００６７】
而して、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い図１０に示す所定温度ｔ１ よりも低い（ｔ＜ｔ１ ）場合には、三方弁６６は図９に示すように切り替えられ、図１０に示すように第１連通断面積Ｓ１ ＝０に設定され、膨張弁８を通過した液相冷媒の全ては室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８へ流れて熱源装置１７に至り、熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化した後、圧縮機２に吸引される。尚、このとき、液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流は逆止弁１６によって防がれる。
【００６８】
従って、本実施例においても、暖房運転時に外気温度ｔが低い場合には室外熱交換器６への冷媒の流れが制限或は阻止されるため、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱が抑制或は阻止され、外気温度ｔの低下に伴う暖房能力の低下が防がれる。
【００６９】
又、本実施例によれば、三方弁６６及びこれを駆動する三方弁アクチュエータ６７が各々１つで済むため、空気調和装置の構成及び制御の簡略化を図ることができる。
【００７０】
尚、三方弁６６を切り替えるべき所定温度ｔ１ ，ｔ２ は冷媒温度ｔ０ に対して任意に設定することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分と迂回冷媒回路の少なくとも一方に流量制御弁を設け、前記主冷媒回路の前記膨張弁から迂回冷媒回路合流部に至る第３の部分に冷媒温度センサーを配置し、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記流量制御弁を制御して迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を室外熱交換器を流れる冷媒の流量よりも大きくするようにしたため、暖房運転時に室外熱交換器において冷媒の放熱ができない程の低温時においても冷媒の放熱に伴う暖房能力の低下を防ぐことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る空気調和装置における外気温度に対する冷媒流量の制御特性図である。
【図４】本発明の第２実施例に係るエンジン駆動式空気調和装置の具体構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る空気調和装置における第１及び第２開閉弁の外気温度に対する開閉制御特性図である。
【図６】本発明の第４実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る空気調和装置における外気温度に対する冷媒流量の制御特性図である。
【図８】本発明の第５実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第５実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図の部分図である。
【図１０】本実施例に係る空気調和装置における外気温度に対する三方弁（連通断面積）の制御特性図である。
【符号の説明】
２ 圧縮機
３ 主冷媒回路
６ 室外熱交換器
８ 膨張弁
９ 室内熱交換器
１４ 第１流量制御弁（第１開閉弁）
１５ 第２流量制御弁（第２開閉弁）
１６ 逆止弁（逆流防止手段）
１７ 熱源装置
１８ 迂回冷媒回路
６０ 外気温センサー
６１ 冷媒温度センサー
６６ 三方弁
Ｑ１ 室外熱交換器を流れる冷媒の流量
Ｑ２ 迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量
Ｓ１ 第１連通断面積
Ｓ２ 第２連通断面積
ａ 迂回冷媒回路の分岐部
ｂ 迂回冷媒回路の合流部
【産業上の利用分野】
本発明は、熱源装置を備える空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及びエンジン廃熱を利用する熱源装置を順次経て冷媒を循環させるようにした空気調和装置を先に提案した（特開平５−１８０５２９号公報参照）。
而して、上記提案に係る空気調和装置によれば、暖房運転時に外気温度が低下したために冷媒の外気からの吸熱量が減少し、そのために室外熱交換器の蒸発器としての機能が低下しても、熱源装置において冷媒にエンジン廃熱を与えることによって冷媒の蒸発を促進させることができ、これによって暖房能力の低下を防ぐことができる。
【０００３】
尚、エンジン廃熱以外の熱源（外気以外のものであれば、例えば地下水、電気ヒータ等）であっても、その温度が熱源装置を流れる冷媒の温度よりも高ければ、同様に低温時の暖房能力の低下を防ぐことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外気温度が更に低くなり、暖房運転時に室外熱交換器を流れる冷媒の温度よりも外気温度の方が低い場合には、逆に冷媒から外気に放熱がなされて暖房能力が低下するという問題が発生する。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、暖房運転時に室外熱交換器において冷媒の吸熱ができない程の低温時においても冷媒の放熱に伴う暖房能力の低下を防ぐことができる空気調和装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分と迂回冷媒回路の少なくとも一方に流量制御弁を設け、前記主冷媒回路の前記膨張弁から迂回冷媒回路合流部に至る第３の部分に冷媒温度センサーを配置し、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記流量制御弁を制御して迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を室外熱交換器を流れる冷媒の流量よりも大きくすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記主冷媒回路と迂回冷媒回路に第１流量制御弁、第２流量制御弁をそれぞれ設け、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第２流量制御弁の開度を第１流量制御弁のそれよりも大きく設定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第１流量制御弁及び第２流量制御弁としてそれぞれ第１開閉弁と第２開閉弁を設けるとともに、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第１開閉弁を全閉、第２開閉弁を全開とすることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記迂回冷媒回路の分岐部に、該分岐部の上流部と前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分との連通部の第１連通断面積と分岐部の上流部と迂回冷媒回路との連通部の第２連通断面積の一方を他方に対して大きくするように選択可能な三方弁を設けるとともに、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第２連通断面積を第１連通断面積よりも大きくすることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記主冷媒回路の室外熱交換器から迂回冷媒回路合流部に至る第２の部分に冷媒の逆流防止手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路と迂回冷媒回路に第１開閉弁、第２開閉弁をそれぞれ設け、前記主冷媒回路の室外熱交換器から迂回冷媒回路合流部に至る第２の部分に冷媒の逆流防止手段を設け、前記外気温センサーによって検出された外気温度が所定値以下の場合に前記第１開閉弁を全閉、第２開閉弁を全開とするとともに、前記第２開閉弁が開閉する外気温度を前記第１開閉弁が開閉する外気温度よりも高く設定したことを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１又は２記載の発明によれば、膨張弁の開度を変化させる等、冷媒が膨張弁で断熱膨張した後の冷媒温度が変化する場合であっても、外気温度が冷媒温度以下の暖房運転時において迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を増加させて室外熱交換器を流れる冷媒の流量を絞ることによって、室外熱交換器における冷媒の放熱を抑制して暖房能力の低下を防ぐことができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、外気温度が冷媒温度以下の暖房運転時において室外熱交換器への冷媒の流れを完全に遮断して室外熱交換器での冷媒の放熱を確実に防ぐことができ、暖房能力低下をより確実に防ぐことができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、制御のためのアクチュエータを１つにすることができ、構成及び制御の簡略化を図ることができる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、逆流防止手段によって室外熱交換器への液相冷媒の逆流が防がれ、室外熱交換器に液相冷媒が滞留するために冷媒循環量が減って暖房能力が低下する事態の発生を防ぐことができる。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、第１開閉弁と第２開閉弁が開いている間、室外熱交換器を液相冷媒の貯留部として利用することができる。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
＜第１実施例＞
図１は本発明の第１実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図、図２は同空気調和装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１において、２は不図示の駆動源によって駆動された圧縮機であって、本実施例に係る空気調和装置は圧縮機２を含んで閉ループを構成する主冷媒回路３が設けられている。
【００２２】
上記主冷媒回路３は圧縮機２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２の他、凝縮器として機能する室内熱交換器９、膨張弁８、第１流量制御弁１４、蒸発器として機能する室外熱交換器６、逆止弁１６及び熱源装置１７が設けられている。尚、逆止弁１６は室外熱交換器６から熱源装置１７への冷媒の流れを許容するものであり、熱源装置１７は例えば圧縮機２をエンジンによって駆動する場合にはエンジン冷却水と冷媒との間で熱交換を行わせる二重管熱交換器で構成され、圧縮機２を電動モータで駆動する場合には電気ヒータで構成される。
【００２３】
而して、本実施例においては、室外熱交換器６を迂回する迂回冷媒回路１８が設けられている。この迂回冷媒回路１８は主冷媒回路３の前記膨張弁８と第１流量制御弁１４の間から分岐し、室外熱交換器６を迂回して主冷媒回路３の前記逆止弁１６と熱源装置１７の間に合流しており、その途中には第２流量制御弁１５が設けられている。尚、迂回冷媒回路１８の分岐点、合流点を図１においてそれぞれａ，ｂにて示す。
【００２４】
その他、本実施例に係る空気調和装置には、外気温度を検出するための外気温センサー６０が設置されており、又、主冷媒回路３の膨張弁８から迂回冷媒回路１８の分岐部ａに至る部分には、そこを流れる冷媒の温度を検出する冷媒温度センサー６１が設置されている。そして、これらの外気温センサー６０と冷媒温度センサー６１は図２に示す制御装置７０に接続されている。尚、図２に示すように、制御装置７０には、前記第１流量制御弁１４を駆動する第１制御弁開閉アクチュエータ６２と第２流量制御弁１５を駆動する第２制御弁開閉アクチュエータ６３が接続されている。
【００２５】
次に、本実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の作用を説明する。
【００２６】
前記外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが所定値（本実施例では、冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度ｔ０ ）よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）場合には、前記制御装置７０によって第１流量制御弁１４は全開され、第２流量制御弁１５は全閉される。
【００２７】
而して、不図示の駆動源によって圧縮機２が駆動されると、該圧縮機２から吐出される高温高圧の気相冷媒は主冷媒回路３を室内熱交換器９に向かって流れ、室内熱交換器９において室内の空気に凝縮熱を放出して液化し、このとき冷媒から放出される凝縮熱によって室内の暖房が行われる。
【００２８】
そして、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）場合には、前述のように第１流量制御弁１４が全開、第２流量制御弁１５が全閉となっているため、室内熱交換器９において液化した高圧の液相冷媒は膨張弁８によって減圧された後、その全てが第１流量制御弁１４を通って室外熱交換器６に導かれる。尚、図３に室外熱交換器６の冷媒流量Ｑ１ と迂回冷媒回路１８の冷媒流量Ｑ２ の外気温度ｔとの関係を示すが、ｔ＞ｔ０ の場合には、迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量Ｑ２ ＝０となり、従って、室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ は全冷媒流量Ｑ０ （＝Ｑ１ ＋Ｑ２ ）に等しく（Ｑ１ ＝Ｑ０ ）なる。つまり、冷媒の全てが室外熱交換器６に導かれる。
【００２９】
而して、蒸発器として機能する室外熱交換器６に導かれた低圧の液相冷媒は、外気から蒸発熱を奪って気化した後、逆止弁１６を通って熱源装置１７に至り、この熱源装置１７から与えられる熱によってスーパーヒートされて圧縮機２に吸引され、圧縮機２によって再度圧縮されて前述と同様の作用を繰り返す。
【００３０】
ところで、外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低く（ｔ＜ｔ０ ）なると、第１流量制御弁１４が徐々に絞られると同時に第２流量制御弁１５が徐々に開かれ、従って、図３に示すように室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ が外気温度ｔの低下と共に徐々に減少する反面、迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量Ｑ２ が徐々に増加する。そして、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも更に低い所定温度ｔ１ よりも低い（ｔ＜ｔ１ ）場合には、第１流量制御弁１４が更に絞られてその開度は一定に保たれ、図３に示すように室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ は小さく抑えられる。これに対して第２流量制御弁１５の開度は大きな値に設定され、従って、迂回冷媒回路１８に大部分の冷媒が流れ、図３に示すように、その流量Ｑ２ は室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ よりも大きく（Ｑ１ ＞Ｑ２ ）なる。
【００３１】
以上のように外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い（ｔ＜ｔ０ ）場合には、室外熱交換器６へ流れる冷媒の量が制限され、大部分の冷媒は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れるため、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱量が小さく抑えられ、この結果、低温時の暖房能力の低下が防がれる。
【００３２】
ところで、室外熱交換器６及び逆止弁１６を通過した流量Ｑ１ の冷媒及び迂回冷媒回路１８を流れる流量Ｑ２ の冷媒は合流して熱源装置１７に導入され、熱源装置１７から与えられる熱によって蒸発して気化した後、圧縮機２に吸引されて再度圧縮され、以後は前述と同様の作用を繰り返して暖房に供される。
【００３３】
而して、本実施例においては、主冷媒回路３の膨張弁８の下流側を流れる冷媒の温度を冷媒温度センサー６１によって検出し、この検出された冷媒温度を第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度に設定したため、膨張弁８の開度を変化させる等によって冷媒が膨張弁８で断熱膨張するために冷媒温度ｔ０ が変化する場合であっても、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ 以下に下がった場合に確実に対応可能となる。
【００３４】
又、本実施例では、迂回冷媒回路１８を流れる液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流が逆止弁１６によって防がれるため、室外熱交換器６に液相冷媒が滞留して冷媒循環量が減るために暖房能力が低下する事態の発生が防がれる。
【００３５】
ところで、第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度を図３に鎖線にて示すように冷媒温度ｔ０ に対して変化させても良く、或は第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度として運転中の冷媒温度の平均値を図２に示すように所定温度データ６４として制御装置７０のメモリに保管しておき、この所定温度データ６４に基づいて所定温度を設定しても良い。尚、図３において、Ｑ１ ’，Ｑ２ ’は第１及び第２流量制御弁１４，１５を開閉制御する所定温度を図３に鎖線にて示すように変化させた場合に室外熱交換器６、迂回冷媒回路１８をそれぞれ流れる冷媒の流量である。
【００３６】
＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例を図４に基づいて説明する。尚、図４は本実施例に係るエンジン駆動式空気調和装置の具体構成を示す回路図であり、本図においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００３７】
図４に示すエンジン駆動式空気調和装置は、室外空調ユニット２０と室内空調ユニット３０とで構成されており、室内空調ユニット３０は室内熱交換器９と膨張弁８を含んで構成されている。
【００３８】
又、前記室外空調ユニット２０は、エンジン１、圧縮機２等が配設された機関室２１と、メインアキュームレータ１０、サブアキュームレータ２２、電装ボックス２３及び各機器同士を接続する管路が配設された配管室２４と、室外熱交換器６、温水熱交換器としてのラジエータ２５等が配設された室外熱交換器室２６とを備えている。
【００３９】
ところで、前記エンジン１は水冷式ガスエンジンであって、その吸気ポートには吸気管２７を介してガスミキサ２８及びエアクリーナ２９が接続されており、吸気管２７は機関室２１の天壁及び室外熱交換器室２６の天壁を貫通して外部に開口している。
【００４０】
上記ガスミキサ２８は燃料管３１を介して不図示のガス燃料源に接続され、燃料管３１にはガスミキサ２８に一体化された流量制御弁３２、ゼロガバナ（減圧弁）３３及び２個の電磁弁３４が設けられている。又、エンジン１の排気ポートには、排気管３５を介して排気ガス熱交換器１３、排気サイレンサ３６及びミストセパレータ３７が接続されており、排気管３５は前記室外熱交換器室２６の上方に開口している。
【００４１】
又、エンジン１には潤滑油タンク３８が備えられ、潤滑油量が減少すると電磁弁３９が開き、潤滑油が重力によってエンジン１に補給されるようになっている。
【００４２】
更に、エンジン１の出力軸には、クラッチ４０を介して前記圧縮機２が接続されており、圧縮機２の吐出口は冷媒ライン３ａ、四方弁５及び冷媒ライン３ｃを介して前記室内熱交換器９に接続されている。そして、室内熱交換器９は膨張弁８、冷媒ライン３ｄ、前記メインアキュームレータ１０内の熱交換部、第１流量制御弁１４及び冷媒ライン３ｅを介して前記室外熱交換器６に接続されており、該室外熱交換器６から冷媒ライン３ｂ、四方弁５、冷媒ライン３ｈ、メインアキュームレータ１０及びサブアキュームレータ２２を介して圧縮機２の吸入口に接続されている。
【００４３】
尚、図４において、４１は冷媒ライン３ｅの途中に設けられるドライヤ、４２はドライヤ４１を迂回するフィルタである。又、４３は毛細管であり、４４は各々温度検知器と毛細管を組み合わせたものであり、これらは冷媒温度を検知することによりメインアキュームレータ１０内のレベルを検知するためのものである。更に、４５は開閉弁、４６はオイル排出路、４７は潤滑油戻し用の絞りであり、メインアキュームレータ１０の下部に溜る潤滑油量が多くなると手動又は自動で開閉弁４５を開け、潤滑油をメインアキュームレータ１０からサブアキュームレータ２２の方へ流すようにしている。
【００４４】
又、前記冷媒ライン３ａの途中には、冷媒に含まれる潤滑油を分離するオイルセパレータ４８が設けられ、このオイルセパレータ４８で分離された潤滑油は毛細管４３を通って常時冷媒ライン３ｈ側に戻されるとともに、潤滑油の量が所定値以上になると、潤滑油はオイルストレーナ４９及び電磁弁５０を経てメインアキュームレータ１０、サブアキュームレータ２２に戻される。尚、冷媒ライン３ａはオイルストレーナ４９及び冷媒ライン３ａの冷媒圧力が所定値以上のとき開く電磁弁５０を介してメインアキュームレータ１０に接続されており、これによって冷媒回路内の異常圧力上昇を防いでいる。
【００４５】
他方、室外空調ユニット２０には冷却水循環システムＳが備えられている。この冷却水循環システムＳは、冷却水温度が所定値以下のエンジン冷機状態時に、エンジン１の冷却水ジャケット１ａ、サーモスタット５１、第１の冷却水ポンプ５２を循環する第１循環路と、エンジン冷機時、排気ガス熱交換器１３、リニア三方弁５３、一方はラジエータ２５、他方はメインアキュームレータ１０内の熱交換部、第２の冷却水ポンプ５４を循環する第２循環路から成るとともに、冷却水温度が所定値を超えた場合のエンジン暖機完了時に、排気ガス熱交換器１３、第１の冷却水ポンプ５２、冷却水ジャケット１ａ、サーモスタット５１、リニア三方弁５３、一方はラジエータ２５、他方はメインアキュームレータ１０内の熱交換部、第２の冷却水ポンプ５４の順で循環する第３循環路を有している。
【００４６】
又、ラジエータ２５には、冷却水用リザーバタンク５５が注入口５６を介して接続されており、注入口５６にはサーモスタット５１の１つのポートも接続されている。サーモスタット５１のポートはエンジン１の冷却水ジャケット１ａに常時連通しており、エンジン冷機時の第１循環路内のエアー抜きが可能となる。
【００４７】
又、エンジン冷却水はリニア三方弁５３が切り換えられると、冷却水ライン４ｄによってメインアキュームレータ１０内の熱交換部に供給され、これにより冷媒に熱が与えられる。
【００４８】
而して、本実施例に係る空気調和装置においても、室外熱交換器６を迂回する迂回冷媒回路１８が設けられており、該迂回冷媒回路１８には第２流量制御弁１５が設けられている。尚、本実施例においては、メインアキュームレータ１０が熱源装置を構成している。
【００４９】
従って、この空気調和装置においても、外気温センサー６０によって検出された外気温度が冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度よりも低い場合には、第１及び第２制御弁１４，１５の開閉が前記第１実施例と同様に制御されて室外熱交換器６側へ流れる冷媒の量が制限され、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱量が小さく抑えられ、低温時の冷房能力の低下が防がれる。
【００５０】
＜第３実施例＞
本実施例は、図１に示す空気調和装置における第１及び第２流量制御弁１４，１５をそれぞれ第１開閉弁、第２開閉弁に置き換えたものであって、他の構成は実施例１のそれと同様である。
【００５１】
而して、本実施例においては、図５に示すように暖房運転時に外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも大きな所定値ｔ２ よりも高い（ｔ＞ｔ２ ）場合には、第１開閉弁１４が開、第２開閉弁１５が閉とされ、膨張弁８を通過して減圧された全ての液相冷媒は室外熱交換器６に導入されて外気との熱交換によって蒸発せしめられる。
【００５２】
そして、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも小さな所定値ｔ 2 よりも下がると（ｔ＜ｔ 2 ）、図５に示すように第２開閉弁１５が開けられるため、膨張弁８を通過して減圧された液相冷媒の一部は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れる。従って、室外熱交換器６を流れる流量Ｑ１
が減り、外気温度ｔに低下に伴う室外熱交換器６での冷媒の蒸発能力の低下或は冷媒から大気中への放熱が抑制され、低温時の暖房能力の低下が防がれる。
【００５３】
又、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い所定値ｔ１ よりも更に低い場合には、図５に示すように第１開閉弁１４は閉、第２開閉弁１５は開とされ、膨張弁８を通過して全て（流量Ｑ２ ＝Ｑ０ ）の冷媒は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れるため、室外熱交換器６における冷媒の放熱が完全に阻止され、この結果、低温時の暖房能力の低下が防がれる。尚、迂回冷媒回路１８を流れる液相冷媒は熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化し、圧縮機２に吸引されて再度圧縮され、引き続いて暖房に供される。このとき、迂回冷媒回路１８を流れる液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流が逆止弁１６によって防がれるため、室外熱交換器６に液相冷媒が滞留して冷媒循環量が減るために暖房能力が低下する事態の発生が防がれる。
【００５４】
尚、本実施例では、逆止弁１６を設け、第２開閉弁１５が開閉する外気温度ｔ２ を第１開閉弁１４が開閉する外気温度ｔ１ よりも高く（ｔ２ ＞ｔ１ ）設定したため、第１開閉弁１４と第２開閉弁１５が共に開いている間、室外熱交換器６を液相冷媒の貯留部として利用することができる。
【００５５】
＜第４実施例＞
次に、本発明の第４実施例を図６及び図７に基づいて説明する。尚、図６は本実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図、図７は外気温度に対する冷媒流量の制御特性図であり、図６においては図１に示したと同一要素には同一符号を付している。
【００５６】
本実施例においては、主冷媒回路３の迂回冷媒回路１８の分岐部ａから室外熱交換器６に至る部分にのみ流量制御弁１４を設け、迂回冷媒回路１８には絞り６５を設けている。
【００５７】
而して、本実施例に係る空気調和装置の暖房運転において外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが所定値（本実施例では、冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度ｔ０ ）よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）場合には、流量制御弁１４が全開され、膨張弁８を通過した液相冷媒の大部分、つまり、図７に示す流量Ｑ１ の液相冷媒は室外熱交換器６を流れ、室外熱交換器６において外気から吸熱して蒸発する。又、残りの少量（図７に示す流量Ｑ２ （＜Ｑ１ ））の液相冷媒は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を流れ、絞り６５を通過して熱源装置１７に導かれ、熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化する。
【００５８】
ところで、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低く（ｔ＜ｔ０ ）なると、室外熱交換器６において冷媒から外気に放熱される可能性があるため、流量制御弁１４が外気温度ｔの低下と共に絞られて室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ が図７に示すように減少し、これに伴って迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量Ｑ２ が徐々に増加する。
【００５９】
そして、外気温度ｔが所定値ｔ１ よりも低い（ｔ＜ｔ１ ）場合には、流量制御弁１４が全閉され、従って、図７に示すように室外熱交換器６を流れる冷媒の流量Ｑ１ ＝０となり、膨張弁８を通過した流量Ｑ０ の液相冷媒の全て（図７に示す流量Ｑ２ （＝Ｑ０ ））は室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８を通って熱源装置１７に導入され、熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化した後、圧縮機２に吸引される。尚、このとき、液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流は逆止弁１６によって防がれる。
【００６０】
従って、本実施例においても、暖房運転時に外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い（ｔ＜ｔ０ ）場合には室外熱交換器６への冷媒の流れが制限或は阻止されるため、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱が抑制或は阻止され、外気温度ｔの低下に伴う暖房能力の低下が防がれる。
【００６１】
尚、流量制御弁１４を開閉制御する所定温度を図７に鎖線にて示すように冷媒温度ｔ０ に対して変化させても良く、或は流量制御弁１４を開閉制御する所定温度として運転中の冷媒温度の平均値を図２に示すように所定温度データ６４として制御装置７０のメモリに保管しておき、この所定温度データ６４に基づいて所定温度を設定しても良い。尚、図７において、Ｑ１ ’，Ｑ２ ’は流量制御弁１４を開閉制御する所定温度を図７に鎖線にて示すように変化させた場合に室外熱交換器６、迂回冷媒回路１８をそれぞれ流れる冷媒の流量である。
【００６２】
又、本実施例では、流量制御弁１４を主冷媒回路３の迂回冷媒回路１８の分岐部ａから室外熱交換器６に至る部分に設け、絞り６５を迂回冷媒回路１８に設けたが、逆に流量制御弁１４を迂回冷媒回路１８に設け、絞り６５を主冷媒回路３の迂回冷媒回路１８の分岐部ａから室外熱交換器６に至る部分に設けても良い。この場合、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも高い（ｔ＞ｔ０ ）ときには流量制御弁１４を全閉して液相冷媒の全てを室外熱交換器６側に流し、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い（ｔ＜ｔ０ ）ときには流量制御弁１４を開けて室外熱交換器６側へ流れる冷媒の量を制限する必要がある。
【００６３】
＜第５実施例＞
次に、本発明の第５実施例を図８乃至図１０に基づいて説明する。尚、図８は本実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図、図９は三方弁の切替状態を示す同回路図の室外熱交換器部の図、図１０は外気温度に対する三方弁（連通断面積）の制御特性図であり、図８及び図９においては図１に示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００６４】
本実施例においては、図８に示すように、主冷媒回路３における迂回冷媒回路１８の分岐部に三方弁６６が設けられている。この三方弁６６は図２に示す制御装置７０によって駆動制御される三方弁駆動アクチュエータ６７によって駆動され、これの上流部である冷媒ライン３ｄと三方弁６６から室外熱交換器６に至る冷媒ライン３ｅとの連通部の第１連通断面積Ｓ１ と冷媒ライン３ｄと迂回冷媒回路１８との連通部の第２連通断面積Ｓ２ の一方を他方に対して大きくなるように選択可能である。
【００６５】
而して、暖房運転時において外気温センサー６０によって検出される外気温度ｔが冷媒温度センサー６１によって検出される冷媒温度ｔ０ よりも高い所定温度ｔ２ （図１０参照）よりも高い（ｔ＞ｔ２ ）ときには、三方弁６６は図８に示す状態にあり、このとき、図１０に示すように第２連通断面積Ｓ２ ＝０に設定され、従って、膨張弁８を通過して減圧された液相冷媒の全ては室外熱交換器６に導かれ、室外熱交換器６において外気からの吸熱によって蒸発して気化する。
【００６６】
そして、外気温度ｔが前記所定温度ｔ２ よりも低い（ｔ＜ｔ２ ）場合には、図１０に示すように外気温度ｔの低下と共に三方弁６６が徐々に切り替えられ、第１連通断面積Ｓ１ はリニアに減少する反面、第２連通断面積Ｓ２ はリニアに増加し、室外熱交換器６側へ流れる冷媒の流量が絞られると同時に、迂回冷媒回路１８を流れる冷媒の流量が増加せしめられ、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱が抑制される。
【００６７】
而して、外気温度ｔが冷媒温度ｔ０ よりも低い図１０に示す所定温度ｔ１ よりも低い（ｔ＜ｔ１ ）場合には、三方弁６６は図９に示すように切り替えられ、図１０に示すように第１連通断面積Ｓ１ ＝０に設定され、膨張弁８を通過した液相冷媒の全ては室外熱交換器６を迂回して迂回冷媒回路１８へ流れて熱源装置１７に至り、熱源装置１７において与えられる熱によって蒸発して気化した後、圧縮機２に吸引される。尚、このとき、液相冷媒の室外熱交換器６側への逆流は逆止弁１６によって防がれる。
【００６８】
従って、本実施例においても、暖房運転時に外気温度ｔが低い場合には室外熱交換器６への冷媒の流れが制限或は阻止されるため、室外熱交換器６における冷媒の外気への放熱が抑制或は阻止され、外気温度ｔの低下に伴う暖房能力の低下が防がれる。
【００６９】
又、本実施例によれば、三方弁６６及びこれを駆動する三方弁アクチュエータ６７が各々１つで済むため、空気調和装置の構成及び制御の簡略化を図ることができる。
【００７０】
尚、三方弁６６を切り替えるべき所定温度ｔ１ ，ｔ２ は冷媒温度ｔ０ に対して任意に設定することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分と迂回冷媒回路の少なくとも一方に流量制御弁を設け、前記主冷媒回路の前記膨張弁から迂回冷媒回路合流部に至る第３の部分に冷媒温度センサーを配置し、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記流量制御弁を制御して迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を室外熱交換器を流れる冷媒の流量よりも大きくするようにしたため、暖房運転時に室外熱交換器において冷媒の放熱ができない程の低温時においても冷媒の放熱に伴う暖房能力の低下を防ぐことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る空気調和装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施例に係る空気調和装置における外気温度に対する冷媒流量の制御特性図である。
【図４】本発明の第２実施例に係るエンジン駆動式空気調和装置の具体構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る空気調和装置における第１及び第２開閉弁の外気温度に対する開閉制御特性図である。
【図６】本発明の第４実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る空気調和装置における外気温度に対する冷媒流量の制御特性図である。
【図８】本発明の第５実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図である。
【図９】本発明の第５実施例に係る空気調和装置の暖房運転時の基本構成を示す回路図の部分図である。
【図１０】本実施例に係る空気調和装置における外気温度に対する三方弁（連通断面積）の制御特性図である。
【符号の説明】
２ 圧縮機
３ 主冷媒回路
６ 室外熱交換器
８ 膨張弁
９ 室内熱交換器
１４ 第１流量制御弁（第１開閉弁）
１５ 第２流量制御弁（第２開閉弁）
１６ 逆止弁（逆流防止手段）
１７ 熱源装置
１８ 迂回冷媒回路
６０ 外気温センサー
６１ 冷媒温度センサー
６６ 三方弁
Ｑ１ 室外熱交換器を流れる冷媒の流量
Ｑ２ 迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量
Ｓ１ 第１連通断面積
Ｓ２ 第２連通断面積
ａ 迂回冷媒回路の分岐部
ｂ 迂回冷媒回路の合流部
Claims (6)
- 暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、
外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分と迂回冷媒回路の少なくとも一方に流量制御弁を設け、前記主冷媒回路の前記膨張弁から迂回冷媒回路合流部に至る第３の部分に冷媒温度センサーを配置し、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記流量制御弁を制御して迂回冷媒回路を流れる冷媒の流量を室外熱交換器を流れる冷媒の流量よりも大きくすることを特徴とする空気調和装置。 - 前記主冷媒回路と迂回冷媒回路に第１流量制御弁、第２流量制御弁をそれぞれ設け、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第２流量制御弁の開度を第１流量制御弁のそれよりも大きく設定することを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
- 前記第１流量制御弁及び第２流量制御弁としてそれぞれ第１開閉弁と第２開閉弁を設けるとともに、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第１開閉弁を全閉、第２開閉弁を全開とすることを特徴とする請求項２記載の空気調和装置。
- 前記迂回冷媒回路の分岐部に、該分岐部の上流部と前記主冷媒回路の迂回冷媒回路分岐部から室外熱交換器に至る第１の部分との連通部の第１連通断面積と分岐部の上流部と迂回冷媒回路との連通部の第２連通断面積の一方を他方に対して大きくするように選択可能な三方弁を設けるとともに、前記外気温センサーによって検出された外気温度が前記冷媒温度センサーによって検出された冷媒温度以下の場合に前記第２連通断面積を第１連通断面積よりも大きくすることを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
- 前記主冷媒回路の室外熱交換器から迂回冷媒回路合流部に至る第２の部分に冷媒の逆流防止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の空気調和装置。
- 暖房運転時に圧縮機、凝縮器として機能する室内熱交換器、膨張弁、蒸発器として機能する室外熱交換器及び熱源装置を順次経て冷媒を循環させる主冷媒回路を備える空気調和装置において、
外気温度を検出する外気温センサーと、前記主冷媒回路の前記膨張弁と室外熱交換器の間から分岐して室外熱交換器を迂回し同主冷媒回路の室外熱交換器と前記熱源の間に合流する迂回冷媒回路を設けるとともに、前記主冷媒回路と迂回冷媒回路に第１開閉弁、第２開閉弁をそれぞれ設け、前記主冷媒回路の室外熱交換器から迂回冷媒回路合流部に至る第２の部分に冷媒の逆流防止手段を設け、前記外気温センサーによって検出された外気温度が所定値以下の場合に前記第１開閉弁を全閉、第２開閉弁を全開とするとともに、前記第２開閉弁が開閉する外気温度を前記第１開閉弁が開閉する外気温度よりも高く設定したことを特徴とする空気調和装置。
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