JP4119662B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンを備えた空気調和装置において、該エンジン排熱を有効に回収することができる空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスヒートポンプ式の空気調和装置について、従来の構成を図８に示した。ガスヒートポンプ式の空気調和装置は、室外機ユニット１１と、該室外機ユニット１１を共用するように設けられた複数の室内機ユニット１２と、これらを連結させる際に用いられるヘッダ１３と、これらを連結させる冷媒管路１４とを有している。
【０００３】
まず、室内機ユニット１２について説明する。
各室内機ユニット１２は、その内部に配設された冷媒管路１４が第１入出点１６および第２入出点１７から機外に延出されるようになっており、室内機ユニット１２内におけるこれら第１入出点１６および第２入出点１７間の冷媒管路１４上には、第２入出点１７側に室内側熱交換器１８が、第１入出点１６側に、互いに並列接続される膨張弁１９および一方向弁２０が設けられている。冷媒管路１４は、室内機ユニット１２の第１入出点１６および第２入出点１７から出てヘッダ１３に連結されている。ここで、一方向弁２０は、室内機ユニット１２内における第２入出点１７側から第１入出点１６側への冷媒の移動を許容する一方、該室内機ユニット１２内における第１入出点１６側から第２入出点１７側への冷媒の移動を禁止する。
【０００４】
また、各室内機ユニット１２には、空気を室内側熱交換器１８を通過させて室内に吹き出させるためのファン２１が付設されている。
【０００５】
次に、ヘッダ１３について説明する。
ヘッダ１３は、すべての室内機ユニット１２の第１入出点１６側の冷媒管路１４をその内部において一つにして第１中間点２３から室外機ユニット１１の第１入出点２４に連結させる一方、第２中間点２５に室外機ユニット１１の第２入出点２６から導入される冷媒管路１４をその内部において分岐させてすべての室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８の第２入出点１７に連結させる。
【０００６】
次に、室外機ユニット１１について説明する。
室外機ユニット１１内の冷媒管路１４には、第１入出点２４側から順に、レシーバ２８と、互いに並列接続される膨張弁２９および一方向弁３０と、一対の互いに並列接続される室外側熱交換器３１と、四方弁３２とが配置されている。この四方弁３２は、さらに第２入出点２６に連結されており、他方で、エンジン３３で駆動されるコンプレッサ３４にも連結されている。
【０００７】
四方弁３２は、暖房運転時においては、コンプレッサ３４の吐出口３６を第２入出点２６に連通させるとともにコンプレッサ３４の吸引口３７を室外側熱交換器３１に連通させるように、他方、冷房運転時においては、コンプレッサ３４の吐出口３６を室外側熱交換器３１に連通させるとともに、コンプレッサ３４の吸引口３７を第２入出点２６に連通させるように切り替えられる。なお、コンプレッサ３４の吸引口３７と四方弁３２との間にはアキュムレータ３８が設けられている。
【０００８】
ここで、室外機ユニット１１における冷媒管路１４のうち、第１入出点２４と、膨張弁２９および一方向弁３０とを連通させる部分は、暖房運転時において高温・高圧の液冷媒が通る高圧液管４０とされており、この高圧液管４０の第１接続点４１から分岐するように室外機ユニット１１内において分岐流路４２を第１接続点４１に連通させ、この分岐流路４２を冷媒管路１４の四方弁３２と第２入出点２６との間の第２接続点４３に連通させている。ここで、室外機ユニット１１における冷媒管路１４のうち、四方弁３２を介してコンプレッサ３４の吐出口３６と第２入出点２６とを連通させる部分は、暖房運転時において高温・高圧のガス冷媒が通る高圧ガス管３９とされており、この高圧ガス管３９上に第２接続点４３が設けられる。そして、分岐流路４２上に、第１接続点４１側から順に、冷媒ポンプ４４と、分岐流路開閉弁４５と、エンジン３３の排熱回収用の水熱交換器（エンジン排熱回収用熱交換器）４６とが設けられている。
【０００９】
なお、水熱交換器４６は、エンジン３３の冷却用に設けられたラジエータ４７とともに、エンジン３３の冷却水管路４８に接続させられており、該冷却水管路４８には、さらに、エンジン３３の排気ガス排出系統からの排熱を回収する排ガス熱交換器４９と、冷却水を循環させるためのポンプ５０とが設けられている。
【００１０】
ここで、ラジエータ４７は、室外側熱交換器３１の内側に付設されており、ラジエータ４７の内側には、室外側熱交換器３１およびラジエータ４７に空気を流通させるためのファン５１が設けられている。
【００１１】
次に、上記空気調和装置の作動について説明する。
暖房運転時において、図８に実線矢印で示すように、室外機ユニット１１内のコンプレッサ３４で圧縮されて高温・高圧とされたガス冷媒は、四方弁３２を介して第２入出点２６から室外機ユニット１１外のヘッダ１３の第２中間点２５に向け送り出され、該ヘッダ１３で分岐されて、室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８に第２入出点１７を介して導入され該室内側熱交換器１８により液化される。これにより、室内側熱交換器１８からは熱が放出され室内が暖房されることになる。
【００１２】
そして、室内側熱交換器１８で液化された高温・高圧の液冷媒が、室内機ユニット１１の一方向弁２０を介して室内機ユニット１２の第１入出点１６から外のヘッダ１３に向け送り出され、該ヘッダ１３内で他の室内機ユニット１２から同様に送り出される液冷媒と合流し、ヘッダ１３の第１中間点２３から、室外機ユニット１１の第１入出点２４に導入され、レシーバ２８を通り、その一部が第１接続点４１から膨張弁２９に送られ（他の一部については後述する）、該膨張弁２９で低温・低圧の液冷媒とされた後、一対の室外側熱交換器３１でガス化される。このとき、室外側熱交換器３１は吸熱を行う。
【００１３】
そして、室外側熱交換器３１でガス化された低温・低圧のガス冷媒が、四方弁３２を介してコンプレッサ３４の吸引口３７に導入され、該コンプレッサ３７で圧縮されて、高温・高圧のガス冷媒とされて、再び、四方弁３２を介して第２入出点２６から室外機ユニット１１外のヘッダ１３に送り出され、該ヘッダ１３を介して室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８に送り込まれる。
【００１４】
また、分岐流路開閉弁４５は開いておくとともに、冷媒ポンプ４４を駆動させておく。すると、図８に矢印Ａ１で示すように、第１接続点４１から、高温・高圧の液冷媒の他の一部を分岐流路４２に冷媒ポンプ４４で吸引する。さらにこの液冷媒は冷媒ポンプ４４で吐出されて開状態の分岐流路開閉弁４５を介して水熱交換器４６を通過する。このとき、この水熱交換器４６は高温・高圧の液冷媒を加熱してガス化させる。
【００１５】
そして、このようにして高温・高圧となったガス冷媒を第２接続点４３においてコンプレッサ３４から吐出された高温・高圧のガス冷媒と合流させて、再び、室外機ユニット１１外のヘッダ１３を介して室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８に送り込む。このようにしてエンジン３３の排熱を有効に回収し暖房能力をあげることができる。
【００１６】
冷房運転時には、図８に破線矢印で示すように、室外機ユニット１１内のコンプレッサ３４で圧縮されて高温・高圧とされたガス冷媒は、四方弁３２で室外機ユニット１１内の一対の室外側熱交換器３１に送られ該一対の室外側熱交換器３１で液化される。これにより、室外側熱交換器３１からは熱が放出されることになる。
【００１７】
そして、室外側熱交換器３１で液化された高温・高圧の液冷媒が、室外機ユニット１１内において一方向弁３０を介して第１接続点４１に送られ、分岐流路開閉弁４５およびバイパス管路開閉弁６２が閉じられていることからすべてレシーバ２８および第１入出点２４を介して室外機ユニット１１外のヘッダ１３の第１中間点２３に向け送り出され、該ヘッダ１３内で分流されて、各室内機ユニット１２に導入される。
【００１８】
そして、室内機ユニット１２に導入された高温・高圧の液冷媒は、膨張弁１９で低温・低圧の液冷媒とされた後、室内側熱交換器１８でガス化される。このとき、室内側熱交換器１８は吸熱を行うことになり、その結果、ファン２１が室内に冷風を吹き出す。
【００１９】
このように室内側熱交換器１８でガス化された低温・低圧のガス冷媒が、室内機ユニット１２外のヘッダ１３に導入され、該ヘッダ１３内で他の室内機ユニット１２から同様に送り出されるガス冷媒と合流し、ヘッダ１３の第２中間点２５から、室外機ユニット１１の第２入出点２６に導入され、該室外機ユニット１１内で、四方弁３２を介してコンプレッサ３４の吸引口３７に導入され、該コンプレッサ３４で圧縮されて、高温・高圧のガス冷媒とされて、再び、四方弁３２を介して室外側熱交換器３１に送り込まれる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のガスヒートポンプ式の空気調和装置においては、冷媒ポンプ４４によって冷媒を室内機ユニット１２から室外機ユニット１１に送っているため、室外機ユニット１１が室内機ユニット１２よりも高い位置にある場合、配管中の冷媒液ヘッド差（高低差）によって液ポンプの揚程能力を上回る揚程が必要となってしまう場合がある。しかし、高い揚程能力を有する液ポンプの揚程能力を有する液ポンプを用いては消費電力が増加してしまうという問題がある。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、高揚程液ポンプを設けずともエンジン排熱回収用熱交換器に液冷媒を送り出すことができる空気調和装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エンジンで駆動されるコンプレッサ、室内側熱交換器、室外側熱交換器、および四方弁を冷媒管路を介して連結し、該冷媒管路の暖房運転時における高圧液管に一端側を連通させ且つ前記冷媒管路の暖房運転時における高圧ガス管に他端側を連通させた分岐流路が設けられ、該分岐流路に、液冷媒が溜められるタンクと、該タンクよりも前記分岐流路の他端側に設けられたエンジン排熱回収用熱交換器と、該エンジン排熱回収用熱交換器から前記タンクへ冷媒が逆流することを防止する下流側逆流防止手段と、前記タンク内の冷媒が前記分岐流路一端側に逆流することを防止する上流側逆流防止手段とを備え、前記タンク内を加圧する手段として一端が前記コンプレッサの吐出側の冷媒管路に連通し他端が前記タンクに連通された加圧ラインと、前記タンク内を減圧する手段として一端が前記コンプレッサの吸引側の冷媒管路に連通し他端が前記タンクに連通された減圧ラインとを備え、さらに、該タンクに溜まった液冷媒を流す手段として、該タンクが前記エンジン排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されており、さらに、前記タンクに対する前記加圧ラインと減圧ラインの連通を切り替える切替手段が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
この発明においては、タンクと減圧ラインとを連通することで、タンク内に高圧液管内の液冷媒を吸引し、次いでタンクと加圧ラインとを連通することと、該タンクが排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されていることで、溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に通して加熱させて高圧ガス管に戻すことができる。
タンクと減圧ラインおよび加圧ラインとの連通は、切替手段により切り替えることができる。
また、下流側逆流防止手段により、タンクと減圧ラインとが連通したときに、高圧ガス管側から冷媒がタンクに逆流してしまうことが防止される。同様に、上流側逆流防止手段により、タンクと加圧ラインとが連通したときに、タンク内の液冷媒が高圧液管に逆流してしまうことが防止される。
下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段は、例えば逆止弁、または開閉弁を採用することができる。また、切替手段は、加圧ラインおよび減圧ライン各々に設けられた開閉弁や、四方弁などを採用することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空気調和装置において、前記タンクが二つ設けられ、さらに、前記下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段と前記切替手段とが、前記各タンクに対応して各々設けられていることを特徴とする。
【００２５】
この発明においては、タンクが二つ設けられているため、一方のタンク内に溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に吐出している間、他方のタンク内に液冷媒を溜めることができる。各タンクに対応して設けられている切替手段により、加圧ラインを一方のタンク、減圧ラインを他方のタンクに連通させればよい。
また、下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段とが各タンクに対応して設けられているため、タンク間での液冷媒の逆流、例えば、一方のタンクを加圧している場合、液冷媒がエンジン排熱回収用熱交換器に流れずに他方のタンクに流れてしまうことが防止される。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空気調和装置において、前記切替手段として、前記加圧ラインおよび減圧ラインと前記二つのタンクそれぞれの連通を開閉する電磁弁が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
この発明においては、開閉可能な電磁弁を制御し、一方のタンクを加圧ラインによって加圧し、他方のラインを減圧ラインによって減圧する。次いで、一方のタンクを減圧ラインによって減圧し、他方のラインを加圧ラインによって加圧する。これを交互に繰り返すことにより、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の空気調和装置において、前記切替手段として、前記二つのタンクに対して前記加圧ラインと減圧ラインのそれぞれ一方を交互に切替可能に連通させる四方弁が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
この発明においては、四方弁を制御し、一方のタンクを加圧ラインによって加圧し、他方のラインを減圧ラインによって減圧する。次いで、四方弁を切り替え、一方のタンクを減圧ラインによって減圧し、他方のラインを加圧ラインによって加圧する。このように四方弁を交互に切り替えることにより、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項２から４いずれかに記載の空気調和装置において、前記各タンク内の前記冷媒を連通状態とするバイパス流路が設けられ、該流路に流量調整弁が設けられていることを特徴とする。
【００３１】
この発明においては、流量調整弁によって、一方のタンクから吐出される液冷媒の一部を他方のタンクにバイパスすることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、請求項２から５いずれかに記載の空気調和装置において、前記各タンク内の液冷媒の量を検出する液冷媒量検出手段が設けられ、さらに、前記切替手段を制御する制御手段が設けられ、該制御手段は、前記液冷媒量検出手段の検出出力に基づいて前記タンク内の液冷媒量が所定量以下となった場合に前記切替手段を切り替えることによって、一方の前記タンクと前記加圧ラインとを連通させ且つ他方の前記タンクと前記減圧ラインとを連通させた状態と、一方の前記タンクと前記減圧ラインとを連通させ且つ他方の前記タンクと前記加圧ラインとを連通させた状態とに交互に切り替えることを特徴とする。
【００３３】
この発明においては、一方のタンク内に溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に吐出している間、他方のタンク内に液冷媒を溜める。そして、制御手段が、前記タンクの液冷媒量が少なくなって所定量以下となった場合に、加圧ラインと減圧ラインとを入れ替え、前記一方のタンクに液冷媒を溜め、前記他方のタンクから液冷媒を吐出する。
なお、加圧ラインと減圧ラインとを入れ替えるのは、タンク内の液冷媒量がまだ残っている状態で入れ替えてもよいし、完全に空になってから入れ替えてもよいが、残っている状態で入れ替える場合には、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
また、制御手段は、例えば上流側逆流防止手段または下流側逆流防止手段として開閉弁を採用する場合、切替手段とともにこれら上流側逆流防止手段または下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段を制御するようにしてもよい。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の空気調和装置において、前記切替手段が所定時間以上同一状態である場合に警報を発する警報手段が設けられていることを特徴とする。
【００３５】
この発明においては、切替手段が動作不良となり、所定時間同一状態、すなわち加圧ラインまたは減圧ラインとタンクとの連通の切替が変わらない場合に、その動作不良をユーザに知覚させることが可能となる。
【００３６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の空気調和装置において、前記液冷媒量検出手段により検出された前記タンク内の液冷媒量が所定時間以内に前記所定量以下に減少しない場合に警報を発することを特徴とする。
【００３７】
この発明においては、タンク内の液冷媒の吐出不良をユーザに知覚させることができる。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の空気調和装置において、前記エンジン排熱回収用熱交換器は縦型であって、前記タンクから液冷媒が供給される供給側よりも、前記分岐流路の他側へ冷媒を吐出する吐出側が鉛直方向上方に位置していることを特徴とする。
【００３９】
エンジンの負荷が減少すると、エンジンの排熱も減少する。したがって、エンジン排熱回収用熱交換器においては、冷媒加熱量が減少する。このため、エンジン排熱回収用熱交換器内のガス冷媒量が減少し、液冷媒量が増加する。本発明においてはエンジン排熱回収用熱交換器は縦型で、液冷媒は下方から供給されているため、エンジン排熱回収用熱交換器内の液冷媒量が増加すると、液冷媒の液面が上昇し、冷媒を送り出すためにはより大きな加圧力が必要となる。このため、同じ加圧力であれば液冷媒の流量が減少する。すなわち、エンジン負荷が小さいときには自動的にエンジン排熱回収用熱交換器を通過する冷媒量が減少する。
【００４０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９いずれかに記載の空気調和装置において、前記分岐流路に、液ポンプが介装されていることを特徴とする。
【００４１】
この発明においては、液ポンプを設けることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
なお、本発明においては従来技術のように液ポンプのみによって液冷媒を送るのではないため、従来のような高揚程の液ポンプである必要はなく、低揚程の液ポンプで足りる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、上記従来と同一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。
図１に示したものは、本実施形態に係る冷媒回路図である。
冷媒管路１４の暖房運転時における高圧液管に一端側を連通させ且つ前記冷媒管路１４の暖房運転時における高圧ガス管に他端側を連通させた分岐流路４２には、液冷媒が溜められる二つのタンク６０、６１が設けられている。これらタンク６０，６１は分岐流路４２から更に二つに分岐するタンク流路４２ａ、４２ｂにそれぞれ設けられており、水熱交換器（エンジン排熱回収用熱交換器）４６よりも上方に配置されている。これらタンク流路４２ａ、４２ｂは第２接続点４３側で再び合流して水熱交換器４６を通っている。なお、図においてはエンジン３３の冷却水管路４８は省略してある。また、以下において分岐流路４２の第２接続点４３側を下流側と呼ぶこととする。
【００４３】
タンク流路４２ａ、４２ｂには、タンク６０，６１より下流側に位置して、水熱交換器４６からタンク６０，６１へ冷媒が逆流することを防止する逆止弁（下流側逆流防止手段）６４，６５が設けられている。さらに、タンク流路４２ａ、４２ｂには、タンク６０，６１より上流側に、タンク６０，６１内の冷媒が上流側へ逆流することを防止する逆止弁（上流側逆流防止手段）６６，６７が設けられている。
【００４４】
さて、タンク６０，６１には、タンク６０，６１を加圧、減圧するラインがつながっている。詳細には、タンク６０，６１内を加圧する手段として、一端がコンプレッサ３４の吐出側の冷媒管路１４における接続点７０から分岐し、他端が前記タンク６０，６１に連通された加圧ライン７１と、タンク６０，６１内を減圧する手段として一端がコンプレッサ３４の吸引側の冷媒管路１４における接続点７２から分岐し、他端が前記タンク６０，６１に連通された減圧ライン７３が設けられている。
加圧ライン７１は、タンク６０，６１側が分岐し、分岐側にてそれぞれ電磁弁（切替手段）７５，７６で開閉可能となっている。同様に、減圧ライン７３もタンク６０，６１側が分岐しており、分岐側にてそれぞれ電磁弁（切替手段）７７，７８で開閉可能となっている。また、減圧ライン７３には、分岐側にそれぞれ減圧用キャピラリ７９ａ、７９ｂが設けられている。
【００４５】
タンク６０，６１には、タンク６０，６１内の液冷媒量を検出する液冷媒量検出手段８０，８１が設けられている。液冷媒量検出手段８０、８１としては、レベルセンサの他、タンク６０，６１の上下温度を検出する温度センサ、コンプレッサ３４の吐出温度または加圧ライン７１の温度とタンク６０，６１下部温度とを検出する温度センサなどを採用してもよい。これら各所の温度差から、タンク６０，６１内の液冷媒量を算出することができる。
【００４６】
さらに、水熱交換器４６を流れる冷媒を制御する制御手段８５が設けられている。
制御手段８５は、液冷媒量検出手段８０、８１の検出出力が入力されると共に、電磁弁７５，７６，７７，７８を制御するようになっている。ここで、電磁弁７５と電磁弁７８、電磁弁７７と電磁弁７６とはそれぞれ同じ状態（開・閉）となるよう制御される。（図ではそれぞれ白と黒で分けて表した）。そして、電磁弁７５と電磁弁７８が開の状態では、電磁弁７７と電磁弁７６は閉となるよう制御され、電磁弁７５と電磁弁７８が閉の状態では、電磁弁７７と電磁弁７６は開となるよう制御される。
このように制御手段８５は電磁弁７５，７６，７７，７８を制御することによって、タンク６０と加圧ライン７１とを連通させ且つタンク６１と減圧ライン７３とを連通させた状態と、タンク６０と減圧ライン７３とを連通させ且つタンク６１と加圧ライン７１とを連通させた状態とに交互に切り替えることができるようになっている。
【００４７】
さて、このように構成された本実施形態のガスヒートポンプ式空気調和装置は、以下のように動作する。なお、以下においては本実施形態において特徴的な動作のみ説明し、従来と同一の動作については説明を省略する。
暖房時において、タンク６０とタンク６１のいずれか一方は、減圧ライン７３によってコンプレッサ３４の吸引側と連通した状態とされる。ここではタンク６１が減圧ライン７３と連通していることとする。タンク６１には、コンプレッサの吸引力によって室内側熱交換器１８を吐出した液冷媒がタンク流路４２ｂを経てタンク６１内に溜められる。このとき、逆止弁６５の作用により、分岐流路４２の下流側からタンク６１に冷媒が逆流してしまうことが防止される。
一方、タンク６０は加圧ライン７１と連通しており、加圧ライン７１の圧力とタンク６０が水熱交換器４６よりも上方に配置されていることで、タンク６０内に溜められていた液冷媒が、タンク流路４２ａを通って水熱交換器４６に送られる。水熱交換器４６ではエンジンの排熱により液冷媒が加熱されてガス冷媒となり、第２接続点４３で再び冷媒管路１４に合流する。このとき、逆止弁６６の作用により、分岐流路４２の上流側に冷媒が逆流してしまうことが防止される。
【００４８】
制御手段８５は、液冷媒量検出手段８０、８１の検出出力に基づき、タンク６０内の液冷媒量が所定量以下になった場合、またはタンク６１内の液冷媒量が所定以上になった場合に、電磁弁７５，７６，７７，７８を切り替えて、加圧ライン７１と減圧ライン７３とを入れ替える。
これにより、タンク６０とタンク６１とが逆に機能し、タンク６１に溜められていた液冷は吐出され、タンク６０には液冷媒が溜められることとなる。その後上記のように再び加圧ライン７１と減圧ライン７３とが入れ替えられることとなり、水熱交換器４６には絶えず液冷媒が供給される。
【００４９】
以上のように、本ガスヒートポンプ式空気調和装置においては、高揚程の液ポンプを用いずとも、水熱交換器４６に液冷媒を供給することができる。
また、冷媒を溜める二つのタンク６０，６１によって、液冷媒を連続的に水熱交換器４６に供給することができる。
【００５０】
なお、本発明は、以下の変形例を採用することができる。
図２に示すように、分岐流路４２に低揚程の液ポンプ８９を設けてもよい。液ポンプ８９を設けることで、水熱交換器４６に流れる液冷媒量を調節することができる。
なお、本発明においては従来技術のように液ポンプのみによって液冷媒を送るのではないため、従来のような高揚程の液ポンプである必要はなく、低揚程の液ポンプで足り、ポンプ自体安価であるものでよいとともに消費電力も抑えることができる。
【００５１】
図３に示すように、タンクを一つだけ（図ではタンク６０のみ）設けてもよい。この場合、電磁弁７５，７７を交互に開とすることにより、タンク６０内に液冷媒を溜める状態と水熱交換器４６へ溜めた液冷媒を送る状態とに交互に切り替える。
【００５２】
図４に示すように、各々のタンク６０，６１内から吐出した冷媒を連通状態とするバイパス流路９０を設ける。バイパス流路９０には、流量調整弁９１を設ける。
このように構成することにより、流量調整弁９１によって、タンク６０，６１のうち一方のタンクから吐出された液冷媒の一部を他方のタンクにバイパスすることで、水熱交換器４６に供給に供給される液冷媒量を調節することができる。したがってエンジン負荷が少ない場合に流量を調節することができる。
【００５３】
図５に示すように、電磁弁７５，７６，７７，７８が所定時間以上開状態または閉状態である場合に警報を発する警報手段９５を設けてもよい。これにより、切替手段が動作不良となったことをユーザに知覚させることが可能となる。
また、警報手段９５としては、液冷媒量検出手段８０，８１により検出された前記タンク６０，６１内の液冷媒量が、切り替えてから所定時間以内に所定量以下に減少しない場合に警報を発するものでもよい。これによりタンク内の液冷媒の吐出不良をユーザに知覚させることができる。
【００５４】
図６に示すように、四方弁９８を設け、この四方弁９８に加圧ライン７１、減圧ライン７３，タンク６０，タンク６１を接続し、加圧ライン７１とタンク６０、減圧ライン７３とタンク６１をそれぞれ連通させた状態と、減圧ライン７３とタンク６０，加圧ライン７１とタンク６１をそれぞれ連通させた状態に切り替え可能としてもよい。
【００５５】
また、図７に示すように、水熱交換器４６を縦型（例えば鉛直縦方向に１ｍ程度の長さを有する）とし、タンク６０，６１から液冷媒が供給される供給側４６ａよりも、分岐流路４２の下流側へ冷媒を吐出する吐出側４６ｂが鉛直方向上方に位置させてもよい。
図７(a)では、エンジン３３が定格状態の場合であり、水熱交換器４６ではエンジン３３の十分な排熱により、水熱交換器４６内の液冷媒量は少ない。一方、図７(b)では、エンジン３３の負荷が少なく、エンジン３３の排熱量も少ない。したがって、水熱交換器４６内の液冷媒量が多くなる。
本構成においては水熱交換器４６は縦型で、液冷媒は下方から供給されているため、水熱交換器４６内の液冷媒量が増加すると、液冷媒の液面が上昇し、冷媒を送り出すためにはより大きな加圧力が必要となる。このため、同じ加圧力であれば液冷媒の流量が減少する。すなわち、エンジン負荷が小さいときには自動的にエンジン排熱回収用熱交換器を通過する冷媒量が減少し、液のまま冷媒が水熱交換器４６を吐出してしまうことを防止することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、タンクと減圧ラインとを連通することで、タンク内に高圧液管内の液冷媒を吸引することができ、またタンクと加圧ラインとを連通することと、該タンクが排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されていることで、溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に通して加熱させて高圧ガス管に戻すことができる。したがって、液ポンプを設けずとも液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
また、下流側逆流防止手段により、タンクと減圧ラインとが連通したときに、高圧ガス管側から冷媒がタンクに逆流してしまうことを防止することができる。同様に、上流側逆流防止手段により、タンクと加圧ラインとが連通したときに、タンク内の液冷媒が高圧液管に逆流してしまうことを防止することができる。
【００５７】
請求項２に記載の発明によれば、タンクが二つ設けられているため、一方のタンク内に溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に吐出している間、他方のタンク内に液冷媒を溜めることができる。
また、下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段とが各タンクに対応して設けられているため、タンク間での液冷媒の逆流、例えば、一方のタンクを加圧している場合、液冷媒がエンジン排熱回収用熱交換器に流れずに他方のタンクに流れてしまうことが防止される。
【００５８】
請求項３に記載の発明によれば、電磁弁を制御することで、二つのタンク内に交互に液冷媒を溜めて連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００５９】
請求項４に記載の発明によれば、四方弁を交互に切り替えることにより、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００６０】
請求項５に記載の発明によれば、流量調整弁によって、一方のタンクから吐出された液冷媒の一部を他方のタンクにバイパスすることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
【００６１】
請求項６に記載の発明によれば、タンク内の液冷媒の量を検出する液冷媒量検出手段が設けられていることにより、タンク内の液冷媒量が所定量以下となった場合に加圧と減圧タンクを入れ替えることができ、連続的にエンジン排熱回収用熱交換器に冷媒を供給することができる。
【００６２】
請求項７に記載の発明によれば、切替手段が動作不良となったことをユーザに知覚させることが可能となる。
【００６３】
請求項８に記載の発明によれば、タンク内の液冷媒の吐出不良をユーザに知覚させることができる。
【００６４】
請求項９に記載の発明によれば、エンジン負荷が小さいときには自動的にエンジン排熱回収用熱交換器を通過する冷媒量を減少させることができる。
【００６５】
請求項１０に記載の発明によれば、液ポンプを設けることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一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を示した冷媒回路図である。
【図２】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図３】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図４】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図５】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図６】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図７】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例として示した水熱交換器であり、(a)はエンジンの排熱が十分にある場合、(b)はエンジンの排熱が減少した場合である。
【図８】 従来のガスヒートポンプ式空気調和装置を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１４ 冷媒管路
１８ 室内側熱交換器
３１ 室外側熱交換器
３３ エンジン
３４ コンプレッサ
４２ 分岐流路
４６ 水熱交換器（エンジン排熱回収用熱交換器）
６０、６１ タンク
６４，６５ 逆止弁（下流側逆流防止手段）
６６、６７ 逆止弁（上流側逆流防止手段）
７１ 加圧ライン
７３ 減圧ライン
７５，７６ 電磁弁（切替手段）
７７，７８ 電磁弁（切替手段）
８０，８１ 液冷媒量検出手段
８５ 制御手段
８９ 液ポンプ
９０ バイパス流路
９１ 流量調整弁
９５ 警報手段
９８ 四方弁（切替手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンを備えた空気調和装置において、該エンジン排熱を有効に回収することができる空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスヒートポンプ式の空気調和装置について、従来の構成を図８に示した。ガスヒートポンプ式の空気調和装置は、室外機ユニット１１と、該室外機ユニット１１を共用するように設けられた複数の室内機ユニット１２と、これらを連結させる際に用いられるヘッダ１３と、これらを連結させる冷媒管路１４とを有している。
【０００３】
まず、室内機ユニット１２について説明する。
各室内機ユニット１２は、その内部に配設された冷媒管路１４が第１入出点１６および第２入出点１７から機外に延出されるようになっており、室内機ユニット１２内におけるこれら第１入出点１６および第２入出点１７間の冷媒管路１４上には、第２入出点１７側に室内側熱交換器１８が、第１入出点１６側に、互いに並列接続される膨張弁１９および一方向弁２０が設けられている。冷媒管路１４は、室内機ユニット１２の第１入出点１６および第２入出点１７から出てヘッダ１３に連結されている。ここで、一方向弁２０は、室内機ユニット１２内における第２入出点１７側から第１入出点１６側への冷媒の移動を許容する一方、該室内機ユニット１２内における第１入出点１６側から第２入出点１７側への冷媒の移動を禁止する。
【０００４】
また、各室内機ユニット１２には、空気を室内側熱交換器１８を通過させて室内に吹き出させるためのファン２１が付設されている。
【０００５】
次に、ヘッダ１３について説明する。
ヘッダ１３は、すべての室内機ユニット１２の第１入出点１６側の冷媒管路１４をその内部において一つにして第１中間点２３から室外機ユニット１１の第１入出点２４に連結させる一方、第２中間点２５に室外機ユニット１１の第２入出点２６から導入される冷媒管路１４をその内部において分岐させてすべての室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８の第２入出点１７に連結させる。
【０００６】
次に、室外機ユニット１１について説明する。
室外機ユニット１１内の冷媒管路１４には、第１入出点２４側から順に、レシーバ２８と、互いに並列接続される膨張弁２９および一方向弁３０と、一対の互いに並列接続される室外側熱交換器３１と、四方弁３２とが配置されている。この四方弁３２は、さらに第２入出点２６に連結されており、他方で、エンジン３３で駆動されるコンプレッサ３４にも連結されている。
【０００７】
四方弁３２は、暖房運転時においては、コンプレッサ３４の吐出口３６を第２入出点２６に連通させるとともにコンプレッサ３４の吸引口３７を室外側熱交換器３１に連通させるように、他方、冷房運転時においては、コンプレッサ３４の吐出口３６を室外側熱交換器３１に連通させるとともに、コンプレッサ３４の吸引口３７を第２入出点２６に連通させるように切り替えられる。なお、コンプレッサ３４の吸引口３７と四方弁３２との間にはアキュムレータ３８が設けられている。
【０００８】
ここで、室外機ユニット１１における冷媒管路１４のうち、第１入出点２４と、膨張弁２９および一方向弁３０とを連通させる部分は、暖房運転時において高温・高圧の液冷媒が通る高圧液管４０とされており、この高圧液管４０の第１接続点４１から分岐するように室外機ユニット１１内において分岐流路４２を第１接続点４１に連通させ、この分岐流路４２を冷媒管路１４の四方弁３２と第２入出点２６との間の第２接続点４３に連通させている。ここで、室外機ユニット１１における冷媒管路１４のうち、四方弁３２を介してコンプレッサ３４の吐出口３６と第２入出点２６とを連通させる部分は、暖房運転時において高温・高圧のガス冷媒が通る高圧ガス管３９とされており、この高圧ガス管３９上に第２接続点４３が設けられる。そして、分岐流路４２上に、第１接続点４１側から順に、冷媒ポンプ４４と、分岐流路開閉弁４５と、エンジン３３の排熱回収用の水熱交換器（エンジン排熱回収用熱交換器）４６とが設けられている。
【０００９】
なお、水熱交換器４６は、エンジン３３の冷却用に設けられたラジエータ４７とともに、エンジン３３の冷却水管路４８に接続させられており、該冷却水管路４８には、さらに、エンジン３３の排気ガス排出系統からの排熱を回収する排ガス熱交換器４９と、冷却水を循環させるためのポンプ５０とが設けられている。
【００１０】
ここで、ラジエータ４７は、室外側熱交換器３１の内側に付設されており、ラジエータ４７の内側には、室外側熱交換器３１およびラジエータ４７に空気を流通させるためのファン５１が設けられている。
【００１１】
次に、上記空気調和装置の作動について説明する。
暖房運転時において、図８に実線矢印で示すように、室外機ユニット１１内のコンプレッサ３４で圧縮されて高温・高圧とされたガス冷媒は、四方弁３２を介して第２入出点２６から室外機ユニット１１外のヘッダ１３の第２中間点２５に向け送り出され、該ヘッダ１３で分岐されて、室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８に第２入出点１７を介して導入され該室内側熱交換器１８により液化される。これにより、室内側熱交換器１８からは熱が放出され室内が暖房されることになる。
【００１２】
そして、室内側熱交換器１８で液化された高温・高圧の液冷媒が、室内機ユニット１１の一方向弁２０を介して室内機ユニット１２の第１入出点１６から外のヘッダ１３に向け送り出され、該ヘッダ１３内で他の室内機ユニット１２から同様に送り出される液冷媒と合流し、ヘッダ１３の第１中間点２３から、室外機ユニット１１の第１入出点２４に導入され、レシーバ２８を通り、その一部が第１接続点４１から膨張弁２９に送られ（他の一部については後述する）、該膨張弁２９で低温・低圧の液冷媒とされた後、一対の室外側熱交換器３１でガス化される。このとき、室外側熱交換器３１は吸熱を行う。
【００１３】
そして、室外側熱交換器３１でガス化された低温・低圧のガス冷媒が、四方弁３２を介してコンプレッサ３４の吸引口３７に導入され、該コンプレッサ３７で圧縮されて、高温・高圧のガス冷媒とされて、再び、四方弁３２を介して第２入出点２６から室外機ユニット１１外のヘッダ１３に送り出され、該ヘッダ１３を介して室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８に送り込まれる。
【００１４】
また、分岐流路開閉弁４５は開いておくとともに、冷媒ポンプ４４を駆動させておく。すると、図８に矢印Ａ１で示すように、第１接続点４１から、高温・高圧の液冷媒の他の一部を分岐流路４２に冷媒ポンプ４４で吸引する。さらにこの液冷媒は冷媒ポンプ４４で吐出されて開状態の分岐流路開閉弁４５を介して水熱交換器４６を通過する。このとき、この水熱交換器４６は高温・高圧の液冷媒を加熱してガス化させる。
【００１５】
そして、このようにして高温・高圧となったガス冷媒を第２接続点４３においてコンプレッサ３４から吐出された高温・高圧のガス冷媒と合流させて、再び、室外機ユニット１１外のヘッダ１３を介して室内機ユニット１２の室内側熱交換器１８に送り込む。このようにしてエンジン３３の排熱を有効に回収し暖房能力をあげることができる。
【００１６】
冷房運転時には、図８に破線矢印で示すように、室外機ユニット１１内のコンプレッサ３４で圧縮されて高温・高圧とされたガス冷媒は、四方弁３２で室外機ユニット１１内の一対の室外側熱交換器３１に送られ該一対の室外側熱交換器３１で液化される。これにより、室外側熱交換器３１からは熱が放出されることになる。
【００１７】
そして、室外側熱交換器３１で液化された高温・高圧の液冷媒が、室外機ユニット１１内において一方向弁３０を介して第１接続点４１に送られ、分岐流路開閉弁４５およびバイパス管路開閉弁６２が閉じられていることからすべてレシーバ２８および第１入出点２４を介して室外機ユニット１１外のヘッダ１３の第１中間点２３に向け送り出され、該ヘッダ１３内で分流されて、各室内機ユニット１２に導入される。
【００１８】
そして、室内機ユニット１２に導入された高温・高圧の液冷媒は、膨張弁１９で低温・低圧の液冷媒とされた後、室内側熱交換器１８でガス化される。このとき、室内側熱交換器１８は吸熱を行うことになり、その結果、ファン２１が室内に冷風を吹き出す。
【００１９】
このように室内側熱交換器１８でガス化された低温・低圧のガス冷媒が、室内機ユニット１２外のヘッダ１３に導入され、該ヘッダ１３内で他の室内機ユニット１２から同様に送り出されるガス冷媒と合流し、ヘッダ１３の第２中間点２５から、室外機ユニット１１の第２入出点２６に導入され、該室外機ユニット１１内で、四方弁３２を介してコンプレッサ３４の吸引口３７に導入され、該コンプレッサ３４で圧縮されて、高温・高圧のガス冷媒とされて、再び、四方弁３２を介して室外側熱交換器３１に送り込まれる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のガスヒートポンプ式の空気調和装置においては、冷媒ポンプ４４によって冷媒を室内機ユニット１２から室外機ユニット１１に送っているため、室外機ユニット１１が室内機ユニット１２よりも高い位置にある場合、配管中の冷媒液ヘッド差（高低差）によって液ポンプの揚程能力を上回る揚程が必要となってしまう場合がある。しかし、高い揚程能力を有する液ポンプの揚程能力を有する液ポンプを用いては消費電力が増加してしまうという問題がある。
【００２１】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、高揚程液ポンプを設けずともエンジン排熱回収用熱交換器に液冷媒を送り出すことができる空気調和装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エンジンで駆動されるコンプレッサ、室内側熱交換器、室外側熱交換器、および四方弁を冷媒管路を介して連結し、該冷媒管路の暖房運転時における高圧液管に一端側を連通させ且つ前記冷媒管路の暖房運転時における高圧ガス管に他端側を連通させた分岐流路が設けられ、該分岐流路に、液冷媒が溜められるタンクと、該タンクよりも前記分岐流路の他端側に設けられたエンジン排熱回収用熱交換器と、該エンジン排熱回収用熱交換器から前記タンクへ冷媒が逆流することを防止する下流側逆流防止手段と、前記タンク内の冷媒が前記分岐流路一端側に逆流することを防止する上流側逆流防止手段とを備え、前記タンク内を加圧する手段として一端が前記コンプレッサの吐出側の冷媒管路に連通し他端が前記タンクに連通された加圧ラインと、前記タンク内を減圧する手段として一端が前記コンプレッサの吸引側の冷媒管路に連通し他端が前記タンクに連通された減圧ラインとを備え、さらに、該タンクに溜まった液冷媒を流す手段として、該タンクが前記エンジン排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されており、さらに、前記タンクに対する前記加圧ラインと減圧ラインの連通を切り替える切替手段が設けられていることを特徴とする。
【００２３】
この発明においては、タンクと減圧ラインとを連通することで、タンク内に高圧液管内の液冷媒を吸引し、次いでタンクと加圧ラインとを連通することと、該タンクが排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されていることで、溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に通して加熱させて高圧ガス管に戻すことができる。
タンクと減圧ラインおよび加圧ラインとの連通は、切替手段により切り替えることができる。
また、下流側逆流防止手段により、タンクと減圧ラインとが連通したときに、高圧ガス管側から冷媒がタンクに逆流してしまうことが防止される。同様に、上流側逆流防止手段により、タンクと加圧ラインとが連通したときに、タンク内の液冷媒が高圧液管に逆流してしまうことが防止される。
下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段は、例えば逆止弁、または開閉弁を採用することができる。また、切替手段は、加圧ラインおよび減圧ライン各々に設けられた開閉弁や、四方弁などを採用することができる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の空気調和装置において、前記タンクが二つ設けられ、さらに、前記下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段と前記切替手段とが、前記各タンクに対応して各々設けられていることを特徴とする。
【００２５】
この発明においては、タンクが二つ設けられているため、一方のタンク内に溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に吐出している間、他方のタンク内に液冷媒を溜めることができる。各タンクに対応して設けられている切替手段により、加圧ラインを一方のタンク、減圧ラインを他方のタンクに連通させればよい。
また、下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段とが各タンクに対応して設けられているため、タンク間での液冷媒の逆流、例えば、一方のタンクを加圧している場合、液冷媒がエンジン排熱回収用熱交換器に流れずに他方のタンクに流れてしまうことが防止される。
【００２６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空気調和装置において、前記切替手段として、前記加圧ラインおよび減圧ラインと前記二つのタンクそれぞれの連通を開閉する電磁弁が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
この発明においては、開閉可能な電磁弁を制御し、一方のタンクを加圧ラインによって加圧し、他方のラインを減圧ラインによって減圧する。次いで、一方のタンクを減圧ラインによって減圧し、他方のラインを加圧ラインによって加圧する。これを交互に繰り返すことにより、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の空気調和装置において、前記切替手段として、前記二つのタンクに対して前記加圧ラインと減圧ラインのそれぞれ一方を交互に切替可能に連通させる四方弁が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
この発明においては、四方弁を制御し、一方のタンクを加圧ラインによって加圧し、他方のラインを減圧ラインによって減圧する。次いで、四方弁を切り替え、一方のタンクを減圧ラインによって減圧し、他方のラインを加圧ラインによって加圧する。このように四方弁を交互に切り替えることにより、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００３０】
請求項５に記載の発明は、請求項２から４いずれかに記載の空気調和装置において、前記各タンク内の前記冷媒を連通状態とするバイパス流路が設けられ、該流路に流量調整弁が設けられていることを特徴とする。
【００３１】
この発明においては、流量調整弁によって、一方のタンクから吐出される液冷媒の一部を他方のタンクにバイパスすることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
【００３２】
請求項６に記載の発明は、請求項２から５いずれかに記載の空気調和装置において、前記各タンク内の液冷媒の量を検出する液冷媒量検出手段が設けられ、さらに、前記切替手段を制御する制御手段が設けられ、該制御手段は、前記液冷媒量検出手段の検出出力に基づいて前記タンク内の液冷媒量が所定量以下となった場合に前記切替手段を切り替えることによって、一方の前記タンクと前記加圧ラインとを連通させ且つ他方の前記タンクと前記減圧ラインとを連通させた状態と、一方の前記タンクと前記減圧ラインとを連通させ且つ他方の前記タンクと前記加圧ラインとを連通させた状態とに交互に切り替えることを特徴とする。
【００３３】
この発明においては、一方のタンク内に溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に吐出している間、他方のタンク内に液冷媒を溜める。そして、制御手段が、前記タンクの液冷媒量が少なくなって所定量以下となった場合に、加圧ラインと減圧ラインとを入れ替え、前記一方のタンクに液冷媒を溜め、前記他方のタンクから液冷媒を吐出する。
なお、加圧ラインと減圧ラインとを入れ替えるのは、タンク内の液冷媒量がまだ残っている状態で入れ替えてもよいし、完全に空になってから入れ替えてもよいが、残っている状態で入れ替える場合には、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
また、制御手段は、例えば上流側逆流防止手段または下流側逆流防止手段として開閉弁を採用する場合、切替手段とともにこれら上流側逆流防止手段または下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段を制御するようにしてもよい。
【００３４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の空気調和装置において、前記切替手段が所定時間以上同一状態である場合に警報を発する警報手段が設けられていることを特徴とする。
【００３５】
この発明においては、切替手段が動作不良となり、所定時間同一状態、すなわち加圧ラインまたは減圧ラインとタンクとの連通の切替が変わらない場合に、その動作不良をユーザに知覚させることが可能となる。
【００３６】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の空気調和装置において、前記液冷媒量検出手段により検出された前記タンク内の液冷媒量が所定時間以内に前記所定量以下に減少しない場合に警報を発することを特徴とする。
【００３７】
この発明においては、タンク内の液冷媒の吐出不良をユーザに知覚させることができる。
【００３８】
請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載の空気調和装置において、前記エンジン排熱回収用熱交換器は縦型であって、前記タンクから液冷媒が供給される供給側よりも、前記分岐流路の他側へ冷媒を吐出する吐出側が鉛直方向上方に位置していることを特徴とする。
【００３９】
エンジンの負荷が減少すると、エンジンの排熱も減少する。したがって、エンジン排熱回収用熱交換器においては、冷媒加熱量が減少する。このため、エンジン排熱回収用熱交換器内のガス冷媒量が減少し、液冷媒量が増加する。本発明においてはエンジン排熱回収用熱交換器は縦型で、液冷媒は下方から供給されているため、エンジン排熱回収用熱交換器内の液冷媒量が増加すると、液冷媒の液面が上昇し、冷媒を送り出すためにはより大きな加圧力が必要となる。このため、同じ加圧力であれば液冷媒の流量が減少する。すなわち、エンジン負荷が小さいときには自動的にエンジン排熱回収用熱交換器を通過する冷媒量が減少する。
【００４０】
請求項１０に記載の発明は、請求項１から９いずれかに記載の空気調和装置において、前記分岐流路に、液ポンプが介装されていることを特徴とする。
【００４１】
この発明においては、液ポンプを設けることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
なお、本発明においては従来技術のように液ポンプのみによって液冷媒を送るのではないため、従来のような高揚程の液ポンプである必要はなく、低揚程の液ポンプで足りる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、上記従来と同一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。
図１に示したものは、本実施形態に係る冷媒回路図である。
冷媒管路１４の暖房運転時における高圧液管に一端側を連通させ且つ前記冷媒管路１４の暖房運転時における高圧ガス管に他端側を連通させた分岐流路４２には、液冷媒が溜められる二つのタンク６０、６１が設けられている。これらタンク６０，６１は分岐流路４２から更に二つに分岐するタンク流路４２ａ、４２ｂにそれぞれ設けられており、水熱交換器（エンジン排熱回収用熱交換器）４６よりも上方に配置されている。これらタンク流路４２ａ、４２ｂは第２接続点４３側で再び合流して水熱交換器４６を通っている。なお、図においてはエンジン３３の冷却水管路４８は省略してある。また、以下において分岐流路４２の第２接続点４３側を下流側と呼ぶこととする。
【００４３】
タンク流路４２ａ、４２ｂには、タンク６０，６１より下流側に位置して、水熱交換器４６からタンク６０，６１へ冷媒が逆流することを防止する逆止弁（下流側逆流防止手段）６４，６５が設けられている。さらに、タンク流路４２ａ、４２ｂには、タンク６０，６１より上流側に、タンク６０，６１内の冷媒が上流側へ逆流することを防止する逆止弁（上流側逆流防止手段）６６，６７が設けられている。
【００４４】
さて、タンク６０，６１には、タンク６０，６１を加圧、減圧するラインがつながっている。詳細には、タンク６０，６１内を加圧する手段として、一端がコンプレッサ３４の吐出側の冷媒管路１４における接続点７０から分岐し、他端が前記タンク６０，６１に連通された加圧ライン７１と、タンク６０，６１内を減圧する手段として一端がコンプレッサ３４の吸引側の冷媒管路１４における接続点７２から分岐し、他端が前記タンク６０，６１に連通された減圧ライン７３が設けられている。
加圧ライン７１は、タンク６０，６１側が分岐し、分岐側にてそれぞれ電磁弁（切替手段）７５，７６で開閉可能となっている。同様に、減圧ライン７３もタンク６０，６１側が分岐しており、分岐側にてそれぞれ電磁弁（切替手段）７７，７８で開閉可能となっている。また、減圧ライン７３には、分岐側にそれぞれ減圧用キャピラリ７９ａ、７９ｂが設けられている。
【００４５】
タンク６０，６１には、タンク６０，６１内の液冷媒量を検出する液冷媒量検出手段８０，８１が設けられている。液冷媒量検出手段８０、８１としては、レベルセンサの他、タンク６０，６１の上下温度を検出する温度センサ、コンプレッサ３４の吐出温度または加圧ライン７１の温度とタンク６０，６１下部温度とを検出する温度センサなどを採用してもよい。これら各所の温度差から、タンク６０，６１内の液冷媒量を算出することができる。
【００４６】
さらに、水熱交換器４６を流れる冷媒を制御する制御手段８５が設けられている。
制御手段８５は、液冷媒量検出手段８０、８１の検出出力が入力されると共に、電磁弁７５，７６，７７，７８を制御するようになっている。ここで、電磁弁７５と電磁弁７８、電磁弁７７と電磁弁７６とはそれぞれ同じ状態（開・閉）となるよう制御される。（図ではそれぞれ白と黒で分けて表した）。そして、電磁弁７５と電磁弁７８が開の状態では、電磁弁７７と電磁弁７６は閉となるよう制御され、電磁弁７５と電磁弁７８が閉の状態では、電磁弁７７と電磁弁７６は開となるよう制御される。
このように制御手段８５は電磁弁７５，７６，７７，７８を制御することによって、タンク６０と加圧ライン７１とを連通させ且つタンク６１と減圧ライン７３とを連通させた状態と、タンク６０と減圧ライン７３とを連通させ且つタンク６１と加圧ライン７１とを連通させた状態とに交互に切り替えることができるようになっている。
【００４７】
さて、このように構成された本実施形態のガスヒートポンプ式空気調和装置は、以下のように動作する。なお、以下においては本実施形態において特徴的な動作のみ説明し、従来と同一の動作については説明を省略する。
暖房時において、タンク６０とタンク６１のいずれか一方は、減圧ライン７３によってコンプレッサ３４の吸引側と連通した状態とされる。ここではタンク６１が減圧ライン７３と連通していることとする。タンク６１には、コンプレッサの吸引力によって室内側熱交換器１８を吐出した液冷媒がタンク流路４２ｂを経てタンク６１内に溜められる。このとき、逆止弁６５の作用により、分岐流路４２の下流側からタンク６１に冷媒が逆流してしまうことが防止される。
一方、タンク６０は加圧ライン７１と連通しており、加圧ライン７１の圧力とタンク６０が水熱交換器４６よりも上方に配置されていることで、タンク６０内に溜められていた液冷媒が、タンク流路４２ａを通って水熱交換器４６に送られる。水熱交換器４６ではエンジンの排熱により液冷媒が加熱されてガス冷媒となり、第２接続点４３で再び冷媒管路１４に合流する。このとき、逆止弁６６の作用により、分岐流路４２の上流側に冷媒が逆流してしまうことが防止される。
【００４８】
制御手段８５は、液冷媒量検出手段８０、８１の検出出力に基づき、タンク６０内の液冷媒量が所定量以下になった場合、またはタンク６１内の液冷媒量が所定以上になった場合に、電磁弁７５，７６，７７，７８を切り替えて、加圧ライン７１と減圧ライン７３とを入れ替える。
これにより、タンク６０とタンク６１とが逆に機能し、タンク６１に溜められていた液冷は吐出され、タンク６０には液冷媒が溜められることとなる。その後上記のように再び加圧ライン７１と減圧ライン７３とが入れ替えられることとなり、水熱交換器４６には絶えず液冷媒が供給される。
【００４９】
以上のように、本ガスヒートポンプ式空気調和装置においては、高揚程の液ポンプを用いずとも、水熱交換器４６に液冷媒を供給することができる。
また、冷媒を溜める二つのタンク６０，６１によって、液冷媒を連続的に水熱交換器４６に供給することができる。
【００５０】
なお、本発明は、以下の変形例を採用することができる。
図２に示すように、分岐流路４２に低揚程の液ポンプ８９を設けてもよい。液ポンプ８９を設けることで、水熱交換器４６に流れる液冷媒量を調節することができる。
なお、本発明においては従来技術のように液ポンプのみによって液冷媒を送るのではないため、従来のような高揚程の液ポンプである必要はなく、低揚程の液ポンプで足り、ポンプ自体安価であるものでよいとともに消費電力も抑えることができる。
【００５１】
図３に示すように、タンクを一つだけ（図ではタンク６０のみ）設けてもよい。この場合、電磁弁７５，７７を交互に開とすることにより、タンク６０内に液冷媒を溜める状態と水熱交換器４６へ溜めた液冷媒を送る状態とに交互に切り替える。
【００５２】
図４に示すように、各々のタンク６０，６１内から吐出した冷媒を連通状態とするバイパス流路９０を設ける。バイパス流路９０には、流量調整弁９１を設ける。
このように構成することにより、流量調整弁９１によって、タンク６０，６１のうち一方のタンクから吐出された液冷媒の一部を他方のタンクにバイパスすることで、水熱交換器４６に供給に供給される液冷媒量を調節することができる。したがってエンジン負荷が少ない場合に流量を調節することができる。
【００５３】
図５に示すように、電磁弁７５，７６，７７，７８が所定時間以上開状態または閉状態である場合に警報を発する警報手段９５を設けてもよい。これにより、切替手段が動作不良となったことをユーザに知覚させることが可能となる。
また、警報手段９５としては、液冷媒量検出手段８０，８１により検出された前記タンク６０，６１内の液冷媒量が、切り替えてから所定時間以内に所定量以下に減少しない場合に警報を発するものでもよい。これによりタンク内の液冷媒の吐出不良をユーザに知覚させることができる。
【００５４】
図６に示すように、四方弁９８を設け、この四方弁９８に加圧ライン７１、減圧ライン７３，タンク６０，タンク６１を接続し、加圧ライン７１とタンク６０、減圧ライン７３とタンク６１をそれぞれ連通させた状態と、減圧ライン７３とタンク６０，加圧ライン７１とタンク６１をそれぞれ連通させた状態に切り替え可能としてもよい。
【００５５】
また、図７に示すように、水熱交換器４６を縦型（例えば鉛直縦方向に１ｍ程度の長さを有する）とし、タンク６０，６１から液冷媒が供給される供給側４６ａよりも、分岐流路４２の下流側へ冷媒を吐出する吐出側４６ｂが鉛直方向上方に位置させてもよい。
図７(a)では、エンジン３３が定格状態の場合であり、水熱交換器４６ではエンジン３３の十分な排熱により、水熱交換器４６内の液冷媒量は少ない。一方、図７(b)では、エンジン３３の負荷が少なく、エンジン３３の排熱量も少ない。したがって、水熱交換器４６内の液冷媒量が多くなる。
本構成においては水熱交換器４６は縦型で、液冷媒は下方から供給されているため、水熱交換器４６内の液冷媒量が増加すると、液冷媒の液面が上昇し、冷媒を送り出すためにはより大きな加圧力が必要となる。このため、同じ加圧力であれば液冷媒の流量が減少する。すなわち、エンジン負荷が小さいときには自動的にエンジン排熱回収用熱交換器を通過する冷媒量が減少し、液のまま冷媒が水熱交換器４６を吐出してしまうことを防止することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、タンクと減圧ラインとを連通することで、タンク内に高圧液管内の液冷媒を吸引することができ、またタンクと加圧ラインとを連通することと、該タンクが排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されていることで、溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に通して加熱させて高圧ガス管に戻すことができる。したがって、液ポンプを設けずとも液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
また、下流側逆流防止手段により、タンクと減圧ラインとが連通したときに、高圧ガス管側から冷媒がタンクに逆流してしまうことを防止することができる。同様に、上流側逆流防止手段により、タンクと加圧ラインとが連通したときに、タンク内の液冷媒が高圧液管に逆流してしまうことを防止することができる。
【００５７】
請求項２に記載の発明によれば、タンクが二つ設けられているため、一方のタンク内に溜められた液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に吐出している間、他方のタンク内に液冷媒を溜めることができる。
また、下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段とが各タンクに対応して設けられているため、タンク間での液冷媒の逆流、例えば、一方のタンクを加圧している場合、液冷媒がエンジン排熱回収用熱交換器に流れずに他方のタンクに流れてしまうことが防止される。
【００５８】
請求項３に記載の発明によれば、電磁弁を制御することで、二つのタンク内に交互に液冷媒を溜めて連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００５９】
請求項４に記載の発明によれば、四方弁を交互に切り替えることにより、連続的に液冷媒をエンジン排熱回収用熱交換器に供給することができる。
【００６０】
請求項５に記載の発明によれば、流量調整弁によって、一方のタンクから吐出された液冷媒の一部を他方のタンクにバイパスすることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
【００６１】
請求項６に記載の発明によれば、タンク内の液冷媒の量を検出する液冷媒量検出手段が設けられていることにより、タンク内の液冷媒量が所定量以下となった場合に加圧と減圧タンクを入れ替えることができ、連続的にエンジン排熱回収用熱交換器に冷媒を供給することができる。
【００６２】
請求項７に記載の発明によれば、切替手段が動作不良となったことをユーザに知覚させることが可能となる。
【００６３】
請求項８に記載の発明によれば、タンク内の液冷媒の吐出不良をユーザに知覚させることができる。
【００６４】
請求項９に記載の発明によれば、エンジン負荷が小さいときには自動的にエンジン排熱回収用熱交換器を通過する冷媒量を減少させることができる。
【００６５】
請求項１０に記載の発明によれば、液ポンプを設けることで、エンジン排熱回収用熱交換器に流れる液冷媒量を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一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を示した冷媒回路図である。
【図２】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図３】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図４】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図５】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図６】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例を示した冷媒回路図である。
【図７】 同ガスヒートポンプ式空気調和装置の変形例として示した水熱交換器であり、(a)はエンジンの排熱が十分にある場合、(b)はエンジンの排熱が減少した場合である。
【図８】 従来のガスヒートポンプ式空気調和装置を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１４ 冷媒管路
１８ 室内側熱交換器
３１ 室外側熱交換器
３３ エンジン
３４ コンプレッサ
４２ 分岐流路
４６ 水熱交換器（エンジン排熱回収用熱交換器）
６０、６１ タンク
６４，６５ 逆止弁（下流側逆流防止手段）
６６、６７ 逆止弁（上流側逆流防止手段）
７１ 加圧ライン
７３ 減圧ライン
７５，７６ 電磁弁（切替手段）
７７，７８ 電磁弁（切替手段）
８０，８１ 液冷媒量検出手段
８５ 制御手段
８９ 液ポンプ
９０ バイパス流路
９１ 流量調整弁
９５ 警報手段
９８ 四方弁（切替手段）
Claims (10)
- エンジンで駆動されるコンプレッサ、室内側熱交換器、室外側熱交換器、および四方弁を冷媒管路を介して連結し、該冷媒管路の暖房運転時における高圧液管に一端側を連通させ且つ前記冷媒管路の暖房運転時における高圧ガス管に他端側を連通させた分岐流路が設けられ、
該分岐流路に、液冷媒が溜められるタンクと、該タンクよりも前記分岐流路の他端側に設けられたエンジン排熱回収用熱交換器と、該エンジン排熱回収用熱交換器から前記タンクへ冷媒が逆流することを防止する下流側逆流防止手段と、前記タンク内の冷媒が前記分岐流路一端側に逆流することを防止する上流側逆流防止手段とを備え、
前記タンク内を加圧する手段として一端が前記コンプレッサの吐出側の冷媒管路に連通し他端が前記タンクに連通された加圧ラインと、前記タンク内を減圧する手段として一端が前記コンプレッサの吸引側の冷媒管路に連通し他端が前記タンクに連通された減圧ラインとを備え、
さらに、該タンクに溜まった液冷媒を流す手段として、該タンクが前記エンジン排熱回収用熱交換器よりも上方に配置されており、
さらに、前記タンクに対する前記加圧ラインと減圧ラインの連通を切り替える切替手段が設けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項１に記載の空気調和装置において、
前記タンクが二つ設けられ、さらに、前記下流側逆流防止手段と上流側逆流防止手段と前記切替手段とが、前記各タンクに対応して各々設けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項２に記載の空気調和装置において、
前記切替手段として、前記加圧ラインおよび減圧ラインと前記二つのタンクそれぞれの連通を開閉する電磁弁が設けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項２に記載の空気調和装置において、
前記切替手段として、前記二つのタンクに対して前記加圧ラインと減圧ラインのそれぞれ一方を交互に切替可能に連通させる四方弁が設けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項２から４いずれかに記載の空気調和装置において、
前記各タンク内の前記冷媒を連通状態とするバイパス流路が設けられ、該流路に流量調整弁が設けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項２から５いずれかに記載の空気調和装置において、
前記各タンク内の液冷媒の量を検出する液冷媒量検出手段が設けられ、
さらに、前記切替手段を制御する制御手段が設けられ、該制御手段は、前記液冷媒量検出手段の検出出力に基づいて前記タンク内の液冷媒量が所定量以下となった場合に前記切替手段を切り替えることによって、一方の前記タンクと前記加圧ラインとを連通させ且つ他方の前記タンクと前記減圧ラインとを連通させた状態と、一方の前記タンクと前記減圧ラインとを連通させ且つ他方の前記タンクと前記加圧ラインとを連通させた状態とに交互に切り替えることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項６に記載の空気調和装置において、
前記切替手段が所定時間以上同一状態である場合に警報を発する警報手段が設けられていることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項６に記載の式空気調和装置において、
前記液冷媒量検出手段により検出された前記タンク内の液冷媒量が所定時間以内に前記所定量以下に減少しない場合に警報を発することを特徴とする空気調和装置。 - 請求項１から８のいずれかに記載の空気調和装置において、
前記エンジン排熱回収用熱交換器は縦型であって、前記タンクから液冷媒が供給される供給側よりも、前記分岐流路の他側へ冷媒を吐出する吐出側が鉛直方向上方に位置していることを特徴とする空気調和装置。 - 請求項１から９いずれかに記載の空気調和装置において、
前記分岐流路に、液ポンプが介装されていることを特徴とする空気調和装置。
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