JP4288577B2 - 廃熱回収式空気調和装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン等で駆動されるヒートポンプを用いた廃熱回収式空気調和装置に関し、より詳しくは、効率よく霜取りができる廃熱回収式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプを用いた空気調和装置では外気温が低いときに室外機側の熱交換器に着霜する問題点がある。従来の空調装置は高圧冷媒回路と低圧冷媒回路とを電子膨張弁と並列に連結するバイパス通路を設け、このバイパス通路の途中に、減圧弁としての機能を有する開度調節可能な制御弁を設ける。さらに、この制御弁の上流部と下流部との間で熱交換を行わせる熱交換器を設けることで、バイパス通路に流入する高圧冷媒の放熱、凝縮を行わせるとともに、その熱を低圧側に与えるようにする技術が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
また、ガスヒートポンプにおいてエンジン廃熱を室外機側熱交換器に内蔵されたラジエータによって間接的にプレートフィンの伝熱を通して冷媒の蒸発温度を上げる技術が開示されている（特許文献２及び３）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１２２９号公報
【特許文献２】
実開昭６０−１１６１６１号公報
【特許文献３】
特許第２８１５９２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の第１の技術では低圧側の冷媒の温度を上昇する方法であるので除霜能力に限界がある。また、第２の技術では室外機側熱交換器の温度がエンジンの廃熱によって上昇するので、冷媒凝縮能力が低下し、ヒートポンプの空調効率（ＣＯＰ）が低下する問題がある。また、暖房運転時、エンジンの廃熱のために室外機側熱交換器の温度が上昇し、冷媒の低圧が上昇しすぎてしまい、結果として、必要以上に冷媒の高圧が上昇し、システムを連続運転できない、又はエンジンの冷却水温が上昇しすぎる問題点がある。更に暖房標準運転（外気温が５〜１０℃程度の場合）時、エンジンの廃熱により室外機側熱交換器の温度が上昇し、外気との熱交換能力が低下するため、ヒートポンプのＣＯＰが低下得る問題点がある。
【０００６】
本発明は、これらの問題点を解決することを目的としてなされたものであり、高い除霜能力を発揮できるとともにエンジンからの廃熱を有効利用して高いＣＯＰを実現できる廃熱回収式空気調和装置を提供することを解決すべき問題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明が適用される廃熱回収式空気調和装置は、エンジンと、冷媒回路と、冷却回路と、廃熱回収用熱交換器とを有する。
【０００８】
冷媒回路は、該エンジンで駆動され冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続された第１熱交換器と、該第１熱交換器に接続された膨張弁と、該膨張弁に接続され該冷媒を該圧縮機に還流させる第２熱交換器と、を備える。冷却回路は、該エンジンからの廃熱を冷却流体に伝達する冷却手段と、該冷却手段に接続され該冷却流体に伝達された廃熱を雰囲気中に放出するラジエータと、該冷却手段と該第１冷却流体作動室と該ラジエータとの間で該冷却流体を循環させる冷却流体ポンプと、を備える。該廃熱回収用熱交換器は、該冷却回路に該第２熱交換器と並列に接続された第１冷媒作動室と、該冷却回路に該ラジエータと並列又は直列に接続された第１冷却流体作動室と、該第１冷媒作動室と該第１冷却流体作動室とを区画する伝熱壁とをもち、該エンジンからの廃熱の一部を該冷媒に伝達する（請求項１）。
【０００９】
冷媒回路の廃熱回収用熱交換器の第１冷媒作動室は、前記第２熱交換器に並列な位置に代えて、該第２熱交換器及び該圧縮機の間又は前記膨張弁及び該第２熱交換器の間に直列に接続することもできる（請求項２）。
【００１０】
その上で、該冷却回路に該ラジエータ及び／又は該廃熱回収用熱交換器に対して並列に接続された第２冷却流体作動室と、該冷媒回路の該膨張弁及び該第２熱交換器の間に接続された第２冷媒作動室と、該第２冷却流体作動室及び第２冷媒作動室を区画する伝熱壁とをもち、該第２熱交換器に流入する該冷媒に該エンジンからの廃熱を伝達する冷媒予備加熱用熱交換器を有することを特徴とする（請求項１及び２）。
【００１１】
つまり、室外機側熱交換器に相当する第２熱交換器に流入する冷媒を冷媒予備加熱用熱交換器によってエンジンからの廃熱で加熱することで除霜効果を発揮できる。ここで、エンジンからの廃熱は冷媒予備加熱用熱交換器に流入するほか、ラジエータ及び廃熱回収用熱交換器にも流入しているので、暖房過負荷条件での冷媒の高圧やエンジン冷却水の上昇のしすぎ、暖房標準運転条件での第２熱交換器の温度が必要以上に上昇せず、外気との熱交換が可能となってＣＯＰの低下を最小限に抑えることができる。
【００１２】
ここで、第１冷却流体作動室はラジエータに並列に接続されることが好ましい。また、第２冷却流体作動室はラジエータ及び廃熱回収用熱交換器のそれぞれに対して並列に接続することが好ましい。第１及び第２冷却流体作動室に循環させる冷却流体の量をラジエータに対して独立して制御することが可能となり、運転状況（外気温、暖房運転か冷房運転かの相違、必要とされる暖房能力、着霜の有無等）に応じて適正に制御できるからである。
【００１３】
なお、膨張弁及び第２熱交換器の間に第１冷媒作動室を設けた場合には廃熱回収用熱交換器が冷媒予備加熱用熱交換器を兼ねることも可能となり部品点数を少なくできる。つまり、廃熱回収用熱交換器が、第２熱交換器に導入される冷媒を予熱する冷媒予備加熱用熱交換器としての作用を発揮する。また、第１冷媒作動室を第２熱交換器と直列に接続する場合（請求項２）に、第２熱交換器及び圧縮機の間に接続する方が、第２熱交換器の熱交換性能を高くすることができるので好ましい。第２熱交換器の熱交換性能が高くなると、本廃熱回収式空気調和装置全体としてＣＯＰを高くできる。
【００１６】
そして、熱回収用熱交換器の第１冷媒作動室が、第２熱交換器と並列に接続される場合には、前記冷媒回路は前記膨張弁から前記第２熱交換器に至る間に該第２熱交換器に流入する前記冷媒の量を調節する第２調節弁を備えることが好ましい（請求項３）。熱回収用熱交換器の第１冷媒作動室が、第２熱交換器と並列に接続される場合は、直列に接続する場合に比べて冷媒の圧力損失が小さい。第２調節弁を設けることで外気温が高くなるにつれて廃熱回収用熱交換器に流す冷媒の量を相対的に減少させることでＣＯＰを向上できる。また、外気温が低い場合には第２熱交換器への冷媒の流入を止めることで能力低下を防止できる。第２熱交換器を廃熱回収用熱交換器よりも高い能力にすることで第２調節弁のみで種々の運転状態に対応できる。
【００１７】
第２調節弁を完全に閉じて第２熱交換器への冷媒の流入を完全に止めると、第２熱交換器の出口側（気体側）から冷媒が逆流して第２熱交換器の内部で液化してたまり込むおそれがあるが、第１調節弁又は第２調節弁で最小限の量を第２熱交換器に流すことによって冷媒のたまり込みを防止できる。第２熱交換器に循環させる冷媒は廃熱回収用熱交換器（第１調節弁を開けた場合）又は冷媒予備加熱用熱交換器（第２調節弁を開けた場合）で加熱されているので第２熱交換器の表面に対する着霜を防止できる。
【００１８】
冷媒のたまり込みが発生すると、冷媒回路中の冷媒量が過小になるばかりか冷媒とともに潤滑用の冷凍機油もたまり込んでシステムにダメージを与えるおそれがある。なお、冷媒予備加熱用熱交換器を用いずに第２調節弁を僅かに開けて第２熱交換器に冷媒を流入させてもたまり込みは防止できるが第２熱交換器に着霜するおそれがある。
【００１９】
そして、前記第２熱交換器の表面温度が該第２熱交換器の存する雰囲気における霜点以下である場合又は該第２熱交換器の表面に着霜している場合には前記第２調節弁を閉方向に調節し、それ以外の場合には該第２調節弁を開位置に調節する制御手段を有することが好ましい（請求項５）
また、独立した冷媒予備加熱用熱交換器を設ける場合には、前記冷媒予備加熱用熱交換器に流入する冷却流体の量を調節する第３調節弁を有することが好ましい（請求項４）。第３調節弁により、外気温に応じた加熱が実現できる。また、本廃熱回収式空気調和装置を冷房運転にも用い場合には第３調節弁によって冷媒予備加熱用熱交換器への冷媒の流入を止めることで冷房能力及び効率の低下を防止できる。例えば、前記第２熱交換器の表面温度が該第２熱交換器の存する雰囲気における霜点以下である場合又は該第２熱交換器の表面に着霜している場合には前記第１調節弁又は前記第３調節弁を開方向に調節し、それ以外の場合には該第１調節弁又は該第３調節弁を閉位置に調節する制御手段を有することができる（請求項６）。
【００２０】
そして、前記冷媒回路の前記圧縮機、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器をそれぞれ接続する管路の一部は暖房部及び冷房部をもち、該冷媒回路は該暖房部と該冷房部とを排他的に切り替える冷暖房切替弁をもち、前記冷媒予備加熱用熱交換器は該暖房部に存することが好ましい（請求項７）。冷媒予備加熱用熱交換器は冷媒の循環にとって抵抗となるので着霜の心配のない冷房運転時には暖房時と異なる管路を用いることで高い冷房能力を発揮できる。
【００２１】
更に、前記第１冷却流体作動室が前記第２冷却流体作動室を兼ねることができる（請求項８）。第１冷却流体作動室と第２冷却流体作動室とを一体化することで部品点数を削減でき、低コスト化並びに小型化が達成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の廃熱回収式空気調和装置について図面に基づき詳細に説明する。本装置におけるエンジンとしてガスエンジンを例示して説明するが、特に限定するものではない。また、説明に用いた図面は概略図であり、発明の本質に関係の少ない細部の部材は省略してある。そして、図面における符号はほぼ共通の機能を持つ部材には、説明の都合上、同一の符号を付けたものもある。
【００２３】
〔第１実施形態〕
（構成）
本実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略を図１に示す。本装置はガスエンジン９０（エンジン）を駆動源とする冷媒回路１０とガスエンジン９０からの廃熱を冷却水（冷却流体）にて回収し且つガスエンジン９０を冷却する冷却回路２０とを有する。冷媒回路１０は、圧縮機１１と室内側熱交換器１２（第１熱交換器）と膨張弁１６と開度調節可能な電子調節弁ｖ２（第２調節弁）と室外側熱交換器１３（第２熱交換器）とアキュムレータ１５とこれらを接続する冷媒管路１９とをもつ。室内側熱交換器１２及び室外側熱交換器１３にはそれぞれ回転数を調節可能なファン（図略）が近接して配置されている。
【００２４】
更に冷媒回路１０は暖房運転と冷房運転とを切り替える四方切替弁１８（冷暖房切替弁）をもつ。四方切替弁１８は第１ポート１８ａが第２ポート１８ｂと第３ポート１８ｃとの一方に対して接続され、第４ポート１８ｄが第２ポート１８ｂと第３ポート１８ｃとの他方に接続される。図１では暖房運転時の接続状態を実線で示し、冷房運転時の接続状態を破線で示す。
【００２５】
冷却回路２０は、排気熱交換器２３（冷却手段）とガスエンジン９０のシリンダブロックに形成された冷却ジャケット（図略：冷却手段）とラジエータ２１と冷却水ポンプ２４（冷却流体ポンプ）とをもち、冷却水管路２９によってこの順に接続される。
【００２６】
冷媒回路１０及び冷却回路２０は廃熱回収用熱交換器３０と冷媒予備加熱用熱交換器３１とにより、熱エネルギーの移動がなされている。排熱回収用熱交換器３０は冷媒回路１０に接続される第１冷媒作動室３０ａと冷却回路２０に接続される第１冷却水作動室３０ｂ（第１冷却流体作動室）と第１冷媒作動室３０ａと第１冷却水作動室３０ｂとを区画する伝熱壁３０ｃをもつ。冷媒予備加熱用熱交換器３１は冷媒回路１０に接続される第２冷媒作動室３１ａと冷却回路２０に接続される第２冷却水作動室３１ｂ（第２冷却流体作動室）と第２冷媒作動室３１ａと第２冷却水作動室３１ｂとを区画する伝熱壁３１ｃをもつ。
【００２７】
冷媒管路１９は、四方切替弁１８の第１ポート１８ａと圧縮機１１の吐出口１１ａと、圧縮機１１の吸入口１１ｂとアキュムレータ１５の吐出口１５ａと、アキュムレータ１５の吸入口１５ｂと四方切替弁１８の第４ポート１８ｄとをそれぞれ接続する。そして冷媒管路１９は、四方切替弁１８の第２ポート１８ｂと室内側熱交換器１２と膨張弁１６と冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷媒作動室３１ａと室外機側熱交換器１３と四方切替弁１８の第３ポート１８ｃとを直列に接続する。更に四方切替弁１８の第３ポート１８ｃを廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａを介して、膨張弁１６及び冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷媒作動室３１ａの間に接続する。
【００２８】
暖房運転時には圧縮機１１と室内側熱交換器１２と膨張弁１６と電子調節弁ｖ２と室外側熱交換器１３とアキュムレータ１５と圧縮機１１との順に冷媒が循環するように接続され、室内側熱交換器１２で放熱し室外側熱交換器１３で吸熱する。室外側熱交換器１３に並列に設けられた廃熱回収用熱交換器３０によってガスエンジン９０からの廃熱を冷媒が吸熱する。廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａには逆止弁ｖ６が直列に接続され実線で示す暖房運転時にのみ冷媒が廃熱回収用熱交換器３０に流れる。そして、室外側熱交換器１３に直列に設けられた冷媒予備加熱用熱交換器３１によって室外側熱交換器１３に流入する冷媒が加熱できる。
【００２９】
冷房運転時には圧縮機１１と室外側熱交換器１３と電子調節弁ｖ２と膨張弁１６と室内側熱交換器１２とアキュムレータ１５との順に接続され、室外側熱交換器１３で放熱し室内側熱交換器１２で吸熱する。
【００３０】
冷却水管路２９は、冷却水ポンプ２４と排気熱交換器２３とラジエータ２１とをこの順に冷却水が循環するように直列に接続する。途中、廃熱回収用熱交換器３０の第１冷却水作動室３０ｂ及び冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷却水作動室３１ｂをそれぞれラジエータ２１に並列に接続する。第１冷却水作動室３０ｂ、第２冷却水作動室３１ｂ及びラジエータ２１は互いに並列に接続される。冷却水回路２０はラジエータ２１、第２冷却水作動室３１ｂ及び第１冷却水作動室３０ｂに対してそれぞれ独立して冷却水の流量を調節できる電子調節弁ｖ４、電子調節弁ｖ３（第３調節弁）及び電子調節弁ｖ５をもつ。電子調節弁ｖ４、ｖ３、ｖ５及びｖ２は絞り開度が調節できる電子弁が用いられており、制御装置（図略）で制御される。
【００３１】
（作用効果）
〈冷却回路〉
冷却回路２０はガスエンジン９０から廃熱を除去する作用をもつ。ガスエンジン９０の作動に伴い、冷却ポンプ２４が作動し冷却回路２０に冷却水が循環する。ガスエンジン９０の温度が低い状態ではラジエータ２１への冷却水管路２９にある電子調節弁ｖ４を閉じてラジエータ２１に冷却水が循環しないようにする。ガスエンジン９０の温度が上昇し冷却水が所定温度以上に上がると電子調節弁ｖ４を開きラジエータ２１に冷却水を循環させる。冷却回路２０を循環する冷却水は冷却ジャケット及び排気熱交換器２３でガスエンジン９０からの廃熱を吸収する。その後、冷却水はラジエータ２１に流れる。冷却水はラジエータ２１で外気中に放熱される。
【００３２】
暖房運転時には廃熱回収用熱交換器３０に循環される冷却水が冷媒の一部を加熱する。更に冷媒予備加熱用熱交換器３１にも必要に応じて冷却水が循環され室外機側熱交換器１３に循環する冷媒を加熱している。冷媒予備加熱用熱交換器３１に循環させる冷却水の量は室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にならないように制御される。従って、外気温が高く冷媒の温度が霜点以下にならない場合には、暖房効率向上のために冷媒予備加熱用熱交換器３１には冷却水を循環させない。
【００３３】
また、冷媒予備加熱用熱交換器３１に循環させる冷却水の量を制御する他の方法は、室外機側熱交換器１３の表面における着霜を検出し、その霜を除去するまで冷媒予備加熱用熱交換器３１に冷却水を循環させる方法である。つまり、第２熱交換器に循環させる冷媒の加熱によって室外機側熱交換器１３に対する着霜が抑制乃至は許容できる最小限の量になるように、冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷媒作動室３１ａに冷却水を循環させることが好ましい。
【００３４】
〈冷媒回路：暖房運転時〉
冷媒回路１０について説明する。まず、四方切替弁１８が実線状態となっている暖房運転時について説明する。圧縮機１１はガスエンジン９０で駆動され、アキュムレータ１５から吸入されたガス状の冷媒を圧縮し高温高圧として四方切替弁１８を介して室内側熱交換器１２に送り込む。室内側熱交換器１２において冷媒は室内の空気に熱を放出し暖房作用を発揮する。冷媒は放熱によって一部ないし全部が凝縮液化する。冷媒は膨張弁１６によって更に減圧され、一部が室外機側熱交換器１３に、残部が廃熱回収用熱交換器３０に流入して気化する。気化した冷媒はアキュムレータ１５に流入し液状の冷媒が分離されて再度圧縮機１１に還流することで暖房運転を行う。
【００３５】
廃熱回収用熱交換器３０において、ガスエンジン９０の廃熱を利用して気化することで暖房能力が向上する。外気温が高い場合には電子調節弁ｖ２を開き、室外機側熱交換器１３に最大限の冷媒を循環させることでＣＯＰを向上できる。更に、ガスエンジン９０の出力を絞ることも可能である。
【００３６】
反対に、外気温が低い場合には電子調節弁ｖ２を絞り、室外機側熱交換器１３に循環させる冷媒の量を少なくすることで暖房能力の低下を抑制する。室外機側熱交換器１３に対して僅かに流れる冷媒は冷媒予備加熱用熱交換器３１で加熱することで、室外機側熱交換器１３の温度が霜点以下に冷却されることはなくなり着霜しない。
【００３７】
ここで、暖房能力向上のために、外気温が低い場合には電子調節弁ｖ２を完全に閉じて室外機側熱交換器１３に冷媒を完全に循環させない形態も考えられる。しかしながら、本実施形態のように室外機側熱交換器１３への冷媒の循環を完全に止めず僅かに循環させることで、室外機側熱交換器１３に四方切替弁１８側から冷媒が逆流して内部で液化貯留することによる冷媒量不足等の発生が防止できる。
【００３８】
〈冷媒回路：冷房運転時〉
次に四方切替弁１８が破線状態となっている冷房運転時について説明する。圧縮機１１は、アキュムレータ１５から吸入されたガス状の冷媒を圧縮し高温高圧として四方切替弁１８を介して室外機側熱交換器１３に送り込む。冷媒は外気により、冷却され一部ないし全部が凝縮液化する。冷媒は膨張弁１６によって更に減圧され、室内側熱交換器１２に流入して気化することで潜熱を室内の空気から奪い冷房作用を発揮する。気化した冷媒はアキュムレータ１５に流入し液状の冷媒が分離されて再度圧縮機１１に還流する。
【００３９】
冷房運転時には逆止弁ｖ６によって廃熱回収用熱交換器３０には冷媒が循環させないとともに、電子調節弁ｖ３及び電子調節弁ｖ５を閉じることで冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷却水作動室３１ｂ及び廃熱回収用熱交換器３０の第１冷却水作動室３０ｂに冷却水を循環させない。従って、冷却水がもつ廃熱が冷媒中に供給されず冷房能力が向上する。
【００４０】
（制御手段）
制御手段が行う電子調節弁ｖ４〜ｖ２及びガスエンジン９０の制御方法をまとめると以下の通りである。
【００４１】
電子調節弁ｖ４はガスエンジン９０の始動直後のように冷却水の温度が低くガスエンジン９０の冷却を望まない場合に閉方向に制御する。更に電子調節弁ｖ４は暖房時において廃熱回収用熱交換器３０に最大限冷却水を循環させるために閉方向に制御する。但し、外気温が高く、廃熱回収用熱交換器３０だけでは充分に冷却水の温度を低下できない場合にはその限度で開方向に制御する。この場合にガスエンジン９０の出力を低下させることもできる。冷房時には開位置に制御し主にラジエータ２１によって廃熱を外気中に放出する。
【００４２】
電子調節弁ｖ３は通常、閉位置に制御することで室外機側熱交換器１３の効率を最大限にできるともに、ガスエンジン９０の冷却能力も向上する。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時において外気温が低く冷媒をそのまま室外機側熱交換器１３に循環させると室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にまで下がり着霜する場合に、初めて電子調節弁ｖ３を開方向に制御する。その場合に、室外機側熱交換器１３の表面に着霜しない最低限の温度以上に加熱するように電子調節弁ｖ３の開度を制御する。好ましい制御方法としては着霜しない最低限の温度になるように電子調節弁ｖ３の開度を制御する。
【００４３】
他の好ましい制御方法としては、付着した霜を所定時間間隔で除去できるよう、室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下となった場合に、所定時間間隔で電子調節弁ｖ３を開けることで室外機側熱交換器１３を加熱して霜を除去する方法がある。
【００４４】
電子調節弁ｖ５は、暖房時には冷媒中に廃熱が最大限回収できるように開位置に制御し、冷房時には冷房能力を最大限発揮できるように閉位置に制御する。冷房時のように廃熱回収用熱交換器３０を使用する必要がないときに閉位置に制御することで、ほぼすべての冷却水をラジエータ２１に循環させることができるのでラジエータ２１での放熱を増加できる。
【００４５】
電子調節弁ｖ２は通常、開位置に制御する。特に冷房運転時には開位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には開位置に制御する。外気温が低くなり、室外機側熱交換器１３に循環する冷媒を充分に加熱できなくなるにつれて閉方向に制御する。外気温が室外機側熱交換器１３に循環する冷媒の温度以下となった場合には電子調節弁ｖ２は最も絞った状態とする。但し、室外機側熱交換器１３内への冷媒等の貯留を防止するために、完全な閉位置にはしない。電子調節弁ｖ２を僅かに開け、冷媒予備加熱用熱交換器３１によって加熱した冷媒を室外機側熱交換器１３に循環させることで、室外機側熱交換器１３内への冷媒等の貯留並びに室外機側熱交換器１３への着霜を防止できる。
【００４６】
以上説明したように、冷媒回路１０は室外機側熱交換器１３によって外気から熱を得るばかりでなく、ガスエンジン９０からの廃熱を有効に回収できる。更に、ガスエンジン９０からの廃熱を利用して外気温が低い場合に室外機側熱交換器１３に発生する着霜を防止乃至は除去できる。冷媒予備加熱用熱交換器３１による冷媒の加熱は直接的であり、室外機側熱交換器１３の表面温度の調節は速やかに行うことができる。その結果、霜の除去乃至着霜の予防を速やかに行うことができる。また、霜の除去は通常の暖房運転から僅かに運転状態を変えるのみで実現できるので暖房品質の低下を最小限にできる。
【００４７】
〔第１実施形態の第１変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図２に示す。すなわち、膨張弁１６と室外機側熱交換器１３との間に、暖房運転時に冷媒が循環する部分（冷媒予備加熱用熱交換器３１、逆止弁ｖ６及び電子調節弁ｖ２：暖房部）と、暖房部に並列に設けられた冷房運転時に冷媒が循環する管路４０（冷房部）をもつこと以外、第１実施形態の装置とほぼ同様の構成を有する。管路４０は単純に冷媒予備加熱用熱交換器３１と膨張弁１６との間を接続するもので、暖房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。暖房部も冷房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。
【００４８】
従って、本実施形態の装置は第１実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷房運転には基本的に必要ない冷媒予備加熱用熱交換器３１に冷媒を循環させないので流路抵抗を小さくすることができ冷房能力が向上できる。
【００４９】
〔第１実施形態の第２変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図７に示す。すなわち、廃熱回収用熱交換器３０と冷媒予備加熱用熱交換器３１とを一体化して冷媒加熱用熱交換器３２を構成し、第１冷却水作動室３０ｂが第２冷却水作動室３１ｂを兼ねる形態となっている。
【００５０】
冷媒加熱用熱交換器３２は一般的なプレート型熱交換器が採用できる。特に複数層のプレートを重ね、重ねたプレートについて、冷却水及び冷媒を交互に流すように構成したプレート型熱交換器が好適に採用される。冷却水を流すプレートはすべて接続して同一流路を構成する。冷媒を流すプレートは２つに分けてそれぞれを接続し、第１冷媒作動室３０ａ及び第２冷媒作動室３１ａを構成する。第１冷媒作動室３０ａに属するプレートの数を第２冷媒作動室３１ａに属するプレートの数より多くすることで、廃熱回収用熱交換器３０を冷媒予備加熱用熱交換器３１より熱交換能力を高くできる。
【００５１】
室内側熱交換器１２から膨張弁１６を経て冷媒回路１０は３つ（電子調節弁ｖ７、ｖ８及び逆止弁ｖ６）に分岐する。逆止弁ｖ６以降の構成は第１実施形態とほぼ同じである。つまり、逆止弁ｖ６は第１冷媒作動室３０ａに接続され、第１冷媒作動室３０ａから四方切替弁１８及びアキュムレータ１５の間に接続される。
【００５２】
電子調節弁ｖ７はそのまま室外側熱交換器１３に接続される。電子調節弁ｖ８は冷媒加熱用熱交換器３２の第２冷媒作動室３１ａを介して室外側熱交換器１３に接続される。
【００５３】
暖房運転時は冷媒が実線矢印方向に流れ、膨張弁１６から３つに流れが分岐する。電子調節弁ｖ７及びｖ８の開度に応じて、それぞれの流路に冷媒が流れる量が決定される。
【００５４】
電子調節弁ｖ５は、暖房時には冷媒中に廃熱が最大限回収できるように開位置に制御し、冷房時には冷房能力を最大限発揮できるように閉位置に制御する。冷房時のように廃熱回収用熱交換器３０を使用する必要がないときに閉位置に制御することで、ほぼすべての冷却水をラジエータ２１に循環させることができるのでラジエータ２１での放熱を増加できる。
【００５５】
電子調節弁ｖ７は通常、開位置に制御する。特に冷房運転時には開位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には開位置に制御する。外気温が低くなり、室外機側熱交換器１３が循環する冷媒を充分に加熱できなくなるにつれて閉方向に制御する。電子調節弁ｖ７が絞られるにつれて逆止弁ｖ６に流れる冷媒の量が相対的に多くなる。外気温が室外機側熱交換器１３に循環する冷媒の温度以下となった場合には電子調節弁ｖ７は閉じる。
【００５６】
電子調節弁ｖ８は通常、閉位置に制御する。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には閉位置に制御する。外気温が低くなり、室外側熱交換器１３の表面温度が霜点以下になったときに電子調節弁ｖ８を最大に開く。
【００５７】
ここで、第２冷媒作動室３１ａに流れる冷媒の量は室外側熱交換器１３の着霜を防止できる程度で充分である。従って、電子調節弁ｖ８を最大に開いた状態でも、電子調節弁ｖ７を最大に開いた状態よりも冷媒を流す流量は少なくしている。つまり、電子調節弁ｖ８は電子調節弁ｖ７よりも容量（径）が小さいものを使用するか、電子調節弁ｖ８が存する管路上（例えば、電子調節弁ｖ８及び第２冷媒作動室３１ａの間）にオリフィス（図略）を設けたりすることなどにより相対的な冷媒の流量を調節できる。また、電子調節弁ｖ８に代えて、単純なオリフィスを採用することもできる。
【００５８】
従って、室外側熱交換器１３に対して暖房時に流れる冷媒の量は、外気温が低くなるにつれて少なくなり、相対的に逆止弁ｖ６を経て冷媒加熱用熱交換器３２（廃熱回収用熱交換器）の第１冷媒作動室３０ａに流れる冷媒の量が増加する。その結果、外気温が低くても冷媒を充分に加熱することができ、暖房運転を継続できる外気温を低くすることができる。
【００５９】
すなわち、本実施形態の装置は第１実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷媒を加熱する熱交換器や冷却水の流路を簡便な構造にすることができる。従って、第１実施形態の装置よりも低コスト化並びに小型化を達成できる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
（構成）
本実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略図を図３に示す。本実施形態の装置は冷却回路２０が第１実施形態の装置とほぼ同様であり、冷媒回路１０が室外機側熱交換器１３と廃熱回収用熱交換器３０とを直列に接続した以外はほぼ第１実施形態の装置と同じ構成を有する。詳しくは、冷却回路２０は、新たに廃熱回収用熱交換器３０の第１冷却水作動室３０ｂに循環する冷却水を制御する電子調節弁ｖ５をもつ。冷媒回路１０は電子調節弁ｖ２及び逆止弁ｖ６を用いず、四方切替弁１８の第３ポート１８ｃと室外機側熱交換器１３との間に廃熱回収用熱交換器３０を直列に接続している。なお、廃熱回収用熱交換器３０は図３に示す位置に限定されない。廃熱回収用熱交換器３０は室外機側熱交換器１４からアキュムレーター１５までの間に設けることができる。
【００６１】
（作用効果）
各回路１０及び２０の作用は基本的に第１実施形態の装置と同じである。電子調節弁ｖ４、ｖ３及びｖ５の開度制御は第１実施形態の装置と同じである。
【００６２】
第１実施形態の装置では室外機側熱交換器１３及び廃熱回収用熱交換器３０を並列に接続し電子調節弁ｖ４〜ｖ２の開度制御を適正に行うことでガスエンジン９０からの廃熱の回収と外気からの熱エネルギーの吸収とを双方とも効率的に行うことができるが、本実施形態の装置は両者を直列に接続することで、複雑な制御及び冷媒回路１０を採用しなくても廃熱を回収して高い暖房能力を発揮できる。
【００６３】
〔第２実施形態の第１変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図４に示す。すなわち、膨張弁１６と室外機側熱交換器１３との間に、暖房運転時に冷媒が循環する部分（冷媒予備加熱用熱交換器３１、逆止弁ｖ６及び電子調節弁ｖ２：暖房部）と、暖房部に並列に設けられた冷房運転時に冷媒が循環する管路４０（冷房部）をもつこと以外、第２実施形態の装置とほぼ同様の構成を有する。管路４０は単純に冷媒予備加熱用熱交換器３１と膨張弁１６との間を接続するもので、暖房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。暖房部も冷房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。
【００６４】
従って、本実施形態の装置は第２実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷房運転には基本的に必要ない冷媒予備加熱用熱交換器３１に冷媒を循環させないので流路抵抗を小さくすることができ冷房能力が向上できる。
【００６５】
〔第２実施形態の第２変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図８に示す。すなわち、廃熱回収用熱交換器３０と冷媒予備加熱用熱交換器３１とを一体化して冷媒加熱用熱交換器３２を構成し、第１冷却水作動室３０ｂが第２冷却水作動室３１ｂを兼ねる形態となっている。
【００６６】
冷媒加熱用熱交換器３２は一般的なプレート型熱交換器が採用できる。具体的には第１実施形態の第２変形態様で採用された冷媒加熱用熱交換器３２と同様の構成が採用できる。
【００６７】
室内側熱交換器１２から膨張弁１６を経て冷媒回路１０は２つ（電子調節弁ｖ７及びｖ８）に分岐する。電子調節弁ｖ７はそのまま室外側熱交換器１３に接続される。電子調節弁ｖ８は冷媒加熱用熱交換器３２の第２冷媒作動室３１ａを介して室外側熱交換器１３に接続される。
【００６８】
暖房運転時は冷媒が実線矢印方向に流れ、膨張弁１６から２つに流れが分岐する。電子調節弁ｖ７及びｖ８の開度に応じて、それぞれの流路に冷媒が流れる量が決定される。
【００６９】
電子調節弁ｖ５は、暖房時には冷媒中に廃熱が最大限回収できるように開位置に制御し、冷房時には冷房能力を最大限発揮できるように閉位置に制御する。冷房時のように廃熱回収用熱交換器３０を使用する必要がないときに閉位置に制御することで、ほぼすべての冷却水をラジエータ２１に循環させることができるのでラジエータ２１での放熱を増加できる。
【００７０】
電子調節弁ｖ７は通常、開位置に制御する。特に冷房運転時には開位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には開位置に制御する。外気温が低くなり、室外機側熱交換器１３が循環する冷媒を充分に加熱できなくなるにつれて閉方向に制御する。外気温が室外機側熱交換器１３に循環する冷媒の温度以下となった場合には電子調節弁ｖ７は閉じる方向に制御する。室外側熱交換器１３の表面温度が霜点以下になったときに電子調節弁ｖ７を最も絞った位置に制御する。
【００７１】
電子調節弁ｖ８は通常、閉位置に制御する。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には閉位置に制御する。外気温が低くなり、室外側熱交換器１３の表面温度が霜点以下になったときに電子調節弁ｖ８を最大に開く。その結果、冷媒は室外側熱交換器１３に流入する前に冷媒予備加熱用熱交換器３１にて加熱されるので室外側熱交換器１３の表面温度が上昇して着霜を防止できる。
【００７２】
暖房時に室外側熱交換器１３から流出する冷媒は第１冷媒作動室３０ａに流入し加熱される。その結果、外気温が低くても冷媒を充分に加熱することができ、暖房運転を継続できる外気温を低くすることができる。
【００７３】
なお、室外側熱交換器１３に流入する冷媒の加熱は着霜を防止できる程度で充分である。あまりに高温にまで冷媒を加熱すると、廃熱が室外側熱交換器１３にて失われるおそれがある。従って、電子調節弁ｖ７及びｖ８の開度は室外側熱交換器１３の表面温度と外気温との関係から室外側熱交換器１３の着霜が防止できる限度で冷媒が加熱されるように制御される。
【００７４】
すなわち、本実施形態の装置は第２実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷媒を加熱する熱交換器や冷却水の流路を簡便な構造にすることができる。従って、第１実施形態の装置よりも低コスト化並びに小型化を達成できる。
【００７５】
〔第２実施形態の第３変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置は、室外側熱交換器１３及び四方切替弁１８の間から、膨張弁１６及び室外側熱交換器１３の間に、廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの配設位置を移動した以外は第２実施形態及び第２実施形態の第１変形態様のそれぞれの廃熱回収式空気調和装置と同じ構成をもつ２つの態様がある。特に第２実施形態の廃熱回収式空気調和装置に基づいた本閉経態様の装置については、廃熱回収用熱交換器３０の位置を移動させる代わりに冷媒予備加熱用熱交換器３１に廃熱回収作用を発揮させることで、廃熱回収用熱交換器３０を除くこともできる。
【００７６】
〔第１参考技術例〕
（構成）
本参考技術例の廃熱回収式空気調和装置を図５に示す。本装置は、冷媒予備加熱用熱交換器３１及び電子調節弁ｖ３を用いないこと、電子調節弁ｖ１（第１調節弁）をもつバイパス通路５０及び２つの絞り１７を新たに有すること以外は、図１に示す第１実施形態における装置をほぼ同様の構成を有する。１つの絞り１７は、第１冷媒作動室３０ａの出口からバイパス通路５０が分岐した部分から、室外機側熱交換器１３より循環する冷媒と合流する部分までの間に設ける。他の絞り１７は、膨張弁１６から循環する冷媒が室外機側熱交換器１３に分岐する部分から、バイパス通路５０と合流する部分までの間に設ける。バイパス通路５０は廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの出口３０１ａと室外機側熱交換器１３及び電子調節弁ｖ２の間とを電子調節弁ｖ１を介して接続する。絞り１７はキャピラリー等の通常の手段が採用できる。
【００７７】
（作用効果）
各回路１０及び２０の作用は基本的に第１実施形態の装置と同じである。電子調節弁ｖ４、ｖ２、ｖ５及びｖ１の開度制御は第１実施形態の装置のｖ４、ｖ２、ｖ５及びｖ３とほぼ同じである。つまり、電子調節弁ｖ１の制御は通常、閉位置に制御することで室外機側熱交換器１３の効率を最大限にできる。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時において外気温が低く冷媒をそのまま室外機側熱交換器１３に循環させると室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にまで下がり着霜する場合に、初めて電子調節弁ｖ１を開方向に制御する。
【００７８】
その場合に、室外機側熱交換器１３の表面は着霜しない最低限にまで加熱できるように電子調節弁ｖ１の開度を制御する。なお、本参考技術例では、外気温が低く、室外機側熱交換器１３の能力を充分に発揮できない場合には、電子調節弁ｖ２を完全に閉じることができる。電子調節弁ｖ２を完全に閉じてもバイパス通路５０から冷媒が室外機側熱交換器１３に循環するので、室外機側熱交換器１３内への冷媒等の貯留や室外機側熱交換器１３への着霜を効果的に防止できる。なお、絞り１７は、第１冷媒作動室３０ａの出口から室外機側熱交換器１３の入り口に冷媒が循環できるように、冷媒の圧力バランスを調節する作用をもつ。
【００７９】
本装置は冷媒予備加熱用熱交換器３１に代えて、より簡便な手段であるバイパス通路５０を用いることで第１実施形態の装置の効果をもつことができる。つまり、第１実施形態の装置よりも低コスト化が実現できる。更に、室外機側熱交換器１３に循環する冷媒のうちの一部についてのみ廃熱回収用熱交換器３０にて加熱しているだけなので、流入するすべての冷媒を冷媒予備加熱用熱交換器３１にて加熱する第１実施形態の装置に比べて流路抵抗を小さくすることができる。
【００８０】
〔第１参考技術例の変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図６に示す。すなわち、バイパス通路５０を廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの途中に設けた出口３０２ａから室外機側熱交換器１３の入り口に冷媒を循環させるようにしたこと、及び廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの出口から先に設けた絞り１７を用いないこと以外は第１参考技術例の装置とほぼ同様の構成を有する。出口３０２ａからバイパス通路５０を設けることで、第１冷媒作動室３０ａの一部が絞りとしての効果を発揮することができる。
【００８１】
従って、本変形態様の装置は第１参考技術例の装置がもつ作用効果を絞りを１つ減らして実現できる。
【００８２】
〔第２参考技術例〕
（構成）
本参考技術例の廃熱回収式空気調和装置を図９に示す。本装置は、冷媒予備加熱用熱交換器３１及び電子調節弁ｖ３を廃し、圧縮機５１をもつバイパス通路５０を新たに有すること以外は、図３に示す第２実施形態における装置をほぼ同様の構成を有する。バイパス通路５０は廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの出口３０１ａと室外機側熱交換器１３及び膨張弁１６の間とを圧縮機５１を介して接続する。
【００８３】
（作用効果）
各回路１０及び２０の作用は基本的に第２実施形態の装置と同じである。電子調節弁ｖ４及びｖ５の開度制御は第２実施形態の装置のｖ４及びｖ５と同じである。また、圧縮機５１は第２実施形態の装置の電子調節弁ｖ３の開度制御と同様に運転するように制御する。圧縮機５１によって、冷媒回路１０を流れる冷媒を第１冷媒作動室３０ａの出口３０１ａから室外機側熱交換器１３及び膨張弁１６の間に冷媒の圧力差に逆らって流している。つまり、第２実施形態の装置の電子調節弁ｖ３の開度に合わせて冷媒をバイパス回路５０に流している。圧縮機５１は通常、停止することで室外機側熱交換器１３の効率を最大限にできる。特に冷房運転時には停止させる。暖房運転時において外気温が低く冷媒をそのまま室外機側熱交換器１３に循環させると室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にまで下がり着霜する場合に、初めて圧縮機５１を運転する。その場合に、室外機側熱交換器１３の表面は着霜しない最低限にまで加熱できるように圧縮機５１を運転制御する。
【００８４】
本装置は冷媒予備加熱用熱交換器３１に代えて、バイパス通路５０を用いることで、第２実施形態の装置の効果をもつことができる。つまり、第２実施形態の装置において流路抵抗になっていた冷媒予備加熱用熱交換器３１を省くことができるので、より高いＣＯＰを実現できる。
【００８５】
〔その他の態様〕
前述の第１、第２実施形態及び第１参考技術例の装置において、電子調節弁ｖ４に代えて、ラジエータ２１の下流と第１冷却水作動室３０ｂの下流とが連通する部分に設けたサーモスタット弁、並びに第１冷却水作動室３０ｂの下流とサーモスタット弁の下流とを連通するバイパスオリフィスを採用できる。
【００８６】
サーモスタット弁は、冷却水の温度が低い場合にはラジエータ側を閉じて第１冷却水作動室３０ｂ側を開け、冷却水の温度が所定温度以上になるとラジエータ側を開けて第１冷却水作動室３０ｂ側を閉じる。バイパスオリフィスはサーモスタット弁が第１冷却水作動室３０ｂ側を閉位置にしてもある程度の冷却水を第１冷却水作動室３０ｂに循環させることができる。つまり、高価な電子調節弁を用いなくても同様の制御を実現することが可能である。
【００８７】
また、冷却水の流路が分岐した部分に設けられた電子調節弁ｖ３〜ｖ５に代えて、三方弁や四方弁を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【図２】第１実施形態の第１変形態様を示した概略図である。
【図３】第２実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【図４】第２実施形態の第１変形態様を示した概略図である。
【図５】第１参考技術例の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【図６】第１参考技術例の変形態様を示した概略図である。
【図７】第１実施形態の第２変形態様を示した概略図である。
【図８】第２実施形態の第２変形態様を示した概略図である。
【図９】第２参考技術例の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【符号の説明】
１０…冷媒回路
１１…圧縮機 １５…アキュムレータ １２…室内側熱交換器 １３…室外機側熱交換器 １６…膨張弁 １７…絞り １８…四方切替弁 １９…冷媒管路
２０…冷却回路
２１…ラジエータ ２３…排気熱交換器 ２４…冷却ポンプ ２９…冷却水管路
３０…廃熱回収用熱交換器
３０ａ…第１冷媒作動室 ３０ｂ…第１冷却水作動室
３１…冷媒予備加熱用熱交換器
３１ａ…第２冷媒作動室 ３１ｂ…第２冷却水作動室
３２…冷媒加熱用熱交換器（廃熱回収用熱交換器、冷媒予備加熱用熱交換器）
４０…暖房部
５０…バイパス通路 ５１…圧縮機
ｖ１〜ｖ５…電子調節弁 ｖ６…逆止弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン等で駆動されるヒートポンプを用いた廃熱回収式空気調和装置に関し、より詳しくは、効率よく霜取りができる廃熱回収式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプを用いた空気調和装置では外気温が低いときに室外機側の熱交換器に着霜する問題点がある。従来の空調装置は高圧冷媒回路と低圧冷媒回路とを電子膨張弁と並列に連結するバイパス通路を設け、このバイパス通路の途中に、減圧弁としての機能を有する開度調節可能な制御弁を設ける。さらに、この制御弁の上流部と下流部との間で熱交換を行わせる熱交換器を設けることで、バイパス通路に流入する高圧冷媒の放熱、凝縮を行わせるとともに、その熱を低圧側に与えるようにする技術が開示されている（特許文献１）。
【０００３】
また、ガスヒートポンプにおいてエンジン廃熱を室外機側熱交換器に内蔵されたラジエータによって間接的にプレートフィンの伝熱を通して冷媒の蒸発温度を上げる技術が開示されている（特許文献２及び３）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１２２９号公報
【特許文献２】
実開昭６０−１１６１６１号公報
【特許文献３】
特許第２８１５９２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の第１の技術では低圧側の冷媒の温度を上昇する方法であるので除霜能力に限界がある。また、第２の技術では室外機側熱交換器の温度がエンジンの廃熱によって上昇するので、冷媒凝縮能力が低下し、ヒートポンプの空調効率（ＣＯＰ）が低下する問題がある。また、暖房運転時、エンジンの廃熱のために室外機側熱交換器の温度が上昇し、冷媒の低圧が上昇しすぎてしまい、結果として、必要以上に冷媒の高圧が上昇し、システムを連続運転できない、又はエンジンの冷却水温が上昇しすぎる問題点がある。更に暖房標準運転（外気温が５〜１０℃程度の場合）時、エンジンの廃熱により室外機側熱交換器の温度が上昇し、外気との熱交換能力が低下するため、ヒートポンプのＣＯＰが低下得る問題点がある。
【０００６】
本発明は、これらの問題点を解決することを目的としてなされたものであり、高い除霜能力を発揮できるとともにエンジンからの廃熱を有効利用して高いＣＯＰを実現できる廃熱回収式空気調和装置を提供することを解決すべき問題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明が適用される廃熱回収式空気調和装置は、エンジンと、冷媒回路と、冷却回路と、廃熱回収用熱交換器とを有する。
【０００８】
冷媒回路は、該エンジンで駆動され冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続された第１熱交換器と、該第１熱交換器に接続された膨張弁と、該膨張弁に接続され該冷媒を該圧縮機に還流させる第２熱交換器と、を備える。冷却回路は、該エンジンからの廃熱を冷却流体に伝達する冷却手段と、該冷却手段に接続され該冷却流体に伝達された廃熱を雰囲気中に放出するラジエータと、該冷却手段と該第１冷却流体作動室と該ラジエータとの間で該冷却流体を循環させる冷却流体ポンプと、を備える。該廃熱回収用熱交換器は、該冷却回路に該第２熱交換器と並列に接続された第１冷媒作動室と、該冷却回路に該ラジエータと並列又は直列に接続された第１冷却流体作動室と、該第１冷媒作動室と該第１冷却流体作動室とを区画する伝熱壁とをもち、該エンジンからの廃熱の一部を該冷媒に伝達する（請求項１）。
【０００９】
冷媒回路の廃熱回収用熱交換器の第１冷媒作動室は、前記第２熱交換器に並列な位置に代えて、該第２熱交換器及び該圧縮機の間又は前記膨張弁及び該第２熱交換器の間に直列に接続することもできる（請求項２）。
【００１０】
その上で、該冷却回路に該ラジエータ及び／又は該廃熱回収用熱交換器に対して並列に接続された第２冷却流体作動室と、該冷媒回路の該膨張弁及び該第２熱交換器の間に接続された第２冷媒作動室と、該第２冷却流体作動室及び第２冷媒作動室を区画する伝熱壁とをもち、該第２熱交換器に流入する該冷媒に該エンジンからの廃熱を伝達する冷媒予備加熱用熱交換器を有することを特徴とする（請求項１及び２）。
【００１１】
つまり、室外機側熱交換器に相当する第２熱交換器に流入する冷媒を冷媒予備加熱用熱交換器によってエンジンからの廃熱で加熱することで除霜効果を発揮できる。ここで、エンジンからの廃熱は冷媒予備加熱用熱交換器に流入するほか、ラジエータ及び廃熱回収用熱交換器にも流入しているので、暖房過負荷条件での冷媒の高圧やエンジン冷却水の上昇のしすぎ、暖房標準運転条件での第２熱交換器の温度が必要以上に上昇せず、外気との熱交換が可能となってＣＯＰの低下を最小限に抑えることができる。
【００１２】
ここで、第１冷却流体作動室はラジエータに並列に接続されることが好ましい。また、第２冷却流体作動室はラジエータ及び廃熱回収用熱交換器のそれぞれに対して並列に接続することが好ましい。第１及び第２冷却流体作動室に循環させる冷却流体の量をラジエータに対して独立して制御することが可能となり、運転状況（外気温、暖房運転か冷房運転かの相違、必要とされる暖房能力、着霜の有無等）に応じて適正に制御できるからである。
【００１３】
なお、膨張弁及び第２熱交換器の間に第１冷媒作動室を設けた場合には廃熱回収用熱交換器が冷媒予備加熱用熱交換器を兼ねることも可能となり部品点数を少なくできる。つまり、廃熱回収用熱交換器が、第２熱交換器に導入される冷媒を予熱する冷媒予備加熱用熱交換器としての作用を発揮する。また、第１冷媒作動室を第２熱交換器と直列に接続する場合（請求項２）に、第２熱交換器及び圧縮機の間に接続する方が、第２熱交換器の熱交換性能を高くすることができるので好ましい。第２熱交換器の熱交換性能が高くなると、本廃熱回収式空気調和装置全体としてＣＯＰを高くできる。
【００１６】
そして、熱回収用熱交換器の第１冷媒作動室が、第２熱交換器と並列に接続される場合には、前記冷媒回路は前記膨張弁から前記第２熱交換器に至る間に該第２熱交換器に流入する前記冷媒の量を調節する第２調節弁を備えることが好ましい（請求項３）。熱回収用熱交換器の第１冷媒作動室が、第２熱交換器と並列に接続される場合は、直列に接続する場合に比べて冷媒の圧力損失が小さい。第２調節弁を設けることで外気温が高くなるにつれて廃熱回収用熱交換器に流す冷媒の量を相対的に減少させることでＣＯＰを向上できる。また、外気温が低い場合には第２熱交換器への冷媒の流入を止めることで能力低下を防止できる。第２熱交換器を廃熱回収用熱交換器よりも高い能力にすることで第２調節弁のみで種々の運転状態に対応できる。
【００１７】
第２調節弁を完全に閉じて第２熱交換器への冷媒の流入を完全に止めると、第２熱交換器の出口側（気体側）から冷媒が逆流して第２熱交換器の内部で液化してたまり込むおそれがあるが、第１調節弁又は第２調節弁で最小限の量を第２熱交換器に流すことによって冷媒のたまり込みを防止できる。第２熱交換器に循環させる冷媒は廃熱回収用熱交換器（第１調節弁を開けた場合）又は冷媒予備加熱用熱交換器（第２調節弁を開けた場合）で加熱されているので第２熱交換器の表面に対する着霜を防止できる。
【００１８】
冷媒のたまり込みが発生すると、冷媒回路中の冷媒量が過小になるばかりか冷媒とともに潤滑用の冷凍機油もたまり込んでシステムにダメージを与えるおそれがある。なお、冷媒予備加熱用熱交換器を用いずに第２調節弁を僅かに開けて第２熱交換器に冷媒を流入させてもたまり込みは防止できるが第２熱交換器に着霜するおそれがある。
【００１９】
そして、前記第２熱交換器の表面温度が該第２熱交換器の存する雰囲気における霜点以下である場合又は該第２熱交換器の表面に着霜している場合には前記第２調節弁を閉方向に調節し、それ以外の場合には該第２調節弁を開位置に調節する制御手段を有することが好ましい（請求項５）
また、独立した冷媒予備加熱用熱交換器を設ける場合には、前記冷媒予備加熱用熱交換器に流入する冷却流体の量を調節する第３調節弁を有することが好ましい（請求項４）。第３調節弁により、外気温に応じた加熱が実現できる。また、本廃熱回収式空気調和装置を冷房運転にも用い場合には第３調節弁によって冷媒予備加熱用熱交換器への冷媒の流入を止めることで冷房能力及び効率の低下を防止できる。例えば、前記第２熱交換器の表面温度が該第２熱交換器の存する雰囲気における霜点以下である場合又は該第２熱交換器の表面に着霜している場合には前記第１調節弁又は前記第３調節弁を開方向に調節し、それ以外の場合には該第１調節弁又は該第３調節弁を閉位置に調節する制御手段を有することができる（請求項６）。
【００２０】
そして、前記冷媒回路の前記圧縮機、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器をそれぞれ接続する管路の一部は暖房部及び冷房部をもち、該冷媒回路は該暖房部と該冷房部とを排他的に切り替える冷暖房切替弁をもち、前記冷媒予備加熱用熱交換器は該暖房部に存することが好ましい（請求項７）。冷媒予備加熱用熱交換器は冷媒の循環にとって抵抗となるので着霜の心配のない冷房運転時には暖房時と異なる管路を用いることで高い冷房能力を発揮できる。
【００２１】
更に、前記第１冷却流体作動室が前記第２冷却流体作動室を兼ねることができる（請求項８）。第１冷却流体作動室と第２冷却流体作動室とを一体化することで部品点数を削減でき、低コスト化並びに小型化が達成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の廃熱回収式空気調和装置について図面に基づき詳細に説明する。本装置におけるエンジンとしてガスエンジンを例示して説明するが、特に限定するものではない。また、説明に用いた図面は概略図であり、発明の本質に関係の少ない細部の部材は省略してある。そして、図面における符号はほぼ共通の機能を持つ部材には、説明の都合上、同一の符号を付けたものもある。
【００２３】
〔第１実施形態〕
（構成）
本実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略を図１に示す。本装置はガスエンジン９０（エンジン）を駆動源とする冷媒回路１０とガスエンジン９０からの廃熱を冷却水（冷却流体）にて回収し且つガスエンジン９０を冷却する冷却回路２０とを有する。冷媒回路１０は、圧縮機１１と室内側熱交換器１２（第１熱交換器）と膨張弁１６と開度調節可能な電子調節弁ｖ２（第２調節弁）と室外側熱交換器１３（第２熱交換器）とアキュムレータ１５とこれらを接続する冷媒管路１９とをもつ。室内側熱交換器１２及び室外側熱交換器１３にはそれぞれ回転数を調節可能なファン（図略）が近接して配置されている。
【００２４】
更に冷媒回路１０は暖房運転と冷房運転とを切り替える四方切替弁１８（冷暖房切替弁）をもつ。四方切替弁１８は第１ポート１８ａが第２ポート１８ｂと第３ポート１８ｃとの一方に対して接続され、第４ポート１８ｄが第２ポート１８ｂと第３ポート１８ｃとの他方に接続される。図１では暖房運転時の接続状態を実線で示し、冷房運転時の接続状態を破線で示す。
【００２５】
冷却回路２０は、排気熱交換器２３（冷却手段）とガスエンジン９０のシリンダブロックに形成された冷却ジャケット（図略：冷却手段）とラジエータ２１と冷却水ポンプ２４（冷却流体ポンプ）とをもち、冷却水管路２９によってこの順に接続される。
【００２６】
冷媒回路１０及び冷却回路２０は廃熱回収用熱交換器３０と冷媒予備加熱用熱交換器３１とにより、熱エネルギーの移動がなされている。排熱回収用熱交換器３０は冷媒回路１０に接続される第１冷媒作動室３０ａと冷却回路２０に接続される第１冷却水作動室３０ｂ（第１冷却流体作動室）と第１冷媒作動室３０ａと第１冷却水作動室３０ｂとを区画する伝熱壁３０ｃをもつ。冷媒予備加熱用熱交換器３１は冷媒回路１０に接続される第２冷媒作動室３１ａと冷却回路２０に接続される第２冷却水作動室３１ｂ（第２冷却流体作動室）と第２冷媒作動室３１ａと第２冷却水作動室３１ｂとを区画する伝熱壁３１ｃをもつ。
【００２７】
冷媒管路１９は、四方切替弁１８の第１ポート１８ａと圧縮機１１の吐出口１１ａと、圧縮機１１の吸入口１１ｂとアキュムレータ１５の吐出口１５ａと、アキュムレータ１５の吸入口１５ｂと四方切替弁１８の第４ポート１８ｄとをそれぞれ接続する。そして冷媒管路１９は、四方切替弁１８の第２ポート１８ｂと室内側熱交換器１２と膨張弁１６と冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷媒作動室３１ａと室外機側熱交換器１３と四方切替弁１８の第３ポート１８ｃとを直列に接続する。更に四方切替弁１８の第３ポート１８ｃを廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａを介して、膨張弁１６及び冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷媒作動室３１ａの間に接続する。
【００２８】
暖房運転時には圧縮機１１と室内側熱交換器１２と膨張弁１６と電子調節弁ｖ２と室外側熱交換器１３とアキュムレータ１５と圧縮機１１との順に冷媒が循環するように接続され、室内側熱交換器１２で放熱し室外側熱交換器１３で吸熱する。室外側熱交換器１３に並列に設けられた廃熱回収用熱交換器３０によってガスエンジン９０からの廃熱を冷媒が吸熱する。廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａには逆止弁ｖ６が直列に接続され実線で示す暖房運転時にのみ冷媒が廃熱回収用熱交換器３０に流れる。そして、室外側熱交換器１３に直列に設けられた冷媒予備加熱用熱交換器３１によって室外側熱交換器１３に流入する冷媒が加熱できる。
【００２９】
冷房運転時には圧縮機１１と室外側熱交換器１３と電子調節弁ｖ２と膨張弁１６と室内側熱交換器１２とアキュムレータ１５との順に接続され、室外側熱交換器１３で放熱し室内側熱交換器１２で吸熱する。
【００３０】
冷却水管路２９は、冷却水ポンプ２４と排気熱交換器２３とラジエータ２１とをこの順に冷却水が循環するように直列に接続する。途中、廃熱回収用熱交換器３０の第１冷却水作動室３０ｂ及び冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷却水作動室３１ｂをそれぞれラジエータ２１に並列に接続する。第１冷却水作動室３０ｂ、第２冷却水作動室３１ｂ及びラジエータ２１は互いに並列に接続される。冷却水回路２０はラジエータ２１、第２冷却水作動室３１ｂ及び第１冷却水作動室３０ｂに対してそれぞれ独立して冷却水の流量を調節できる電子調節弁ｖ４、電子調節弁ｖ３（第３調節弁）及び電子調節弁ｖ５をもつ。電子調節弁ｖ４、ｖ３、ｖ５及びｖ２は絞り開度が調節できる電子弁が用いられており、制御装置（図略）で制御される。
【００３１】
（作用効果）
〈冷却回路〉
冷却回路２０はガスエンジン９０から廃熱を除去する作用をもつ。ガスエンジン９０の作動に伴い、冷却ポンプ２４が作動し冷却回路２０に冷却水が循環する。ガスエンジン９０の温度が低い状態ではラジエータ２１への冷却水管路２９にある電子調節弁ｖ４を閉じてラジエータ２１に冷却水が循環しないようにする。ガスエンジン９０の温度が上昇し冷却水が所定温度以上に上がると電子調節弁ｖ４を開きラジエータ２１に冷却水を循環させる。冷却回路２０を循環する冷却水は冷却ジャケット及び排気熱交換器２３でガスエンジン９０からの廃熱を吸収する。その後、冷却水はラジエータ２１に流れる。冷却水はラジエータ２１で外気中に放熱される。
【００３２】
暖房運転時には廃熱回収用熱交換器３０に循環される冷却水が冷媒の一部を加熱する。更に冷媒予備加熱用熱交換器３１にも必要に応じて冷却水が循環され室外機側熱交換器１３に循環する冷媒を加熱している。冷媒予備加熱用熱交換器３１に循環させる冷却水の量は室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にならないように制御される。従って、外気温が高く冷媒の温度が霜点以下にならない場合には、暖房効率向上のために冷媒予備加熱用熱交換器３１には冷却水を循環させない。
【００３３】
また、冷媒予備加熱用熱交換器３１に循環させる冷却水の量を制御する他の方法は、室外機側熱交換器１３の表面における着霜を検出し、その霜を除去するまで冷媒予備加熱用熱交換器３１に冷却水を循環させる方法である。つまり、第２熱交換器に循環させる冷媒の加熱によって室外機側熱交換器１３に対する着霜が抑制乃至は許容できる最小限の量になるように、冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷媒作動室３１ａに冷却水を循環させることが好ましい。
【００３４】
〈冷媒回路：暖房運転時〉
冷媒回路１０について説明する。まず、四方切替弁１８が実線状態となっている暖房運転時について説明する。圧縮機１１はガスエンジン９０で駆動され、アキュムレータ１５から吸入されたガス状の冷媒を圧縮し高温高圧として四方切替弁１８を介して室内側熱交換器１２に送り込む。室内側熱交換器１２において冷媒は室内の空気に熱を放出し暖房作用を発揮する。冷媒は放熱によって一部ないし全部が凝縮液化する。冷媒は膨張弁１６によって更に減圧され、一部が室外機側熱交換器１３に、残部が廃熱回収用熱交換器３０に流入して気化する。気化した冷媒はアキュムレータ１５に流入し液状の冷媒が分離されて再度圧縮機１１に還流することで暖房運転を行う。
【００３５】
廃熱回収用熱交換器３０において、ガスエンジン９０の廃熱を利用して気化することで暖房能力が向上する。外気温が高い場合には電子調節弁ｖ２を開き、室外機側熱交換器１３に最大限の冷媒を循環させることでＣＯＰを向上できる。更に、ガスエンジン９０の出力を絞ることも可能である。
【００３６】
反対に、外気温が低い場合には電子調節弁ｖ２を絞り、室外機側熱交換器１３に循環させる冷媒の量を少なくすることで暖房能力の低下を抑制する。室外機側熱交換器１３に対して僅かに流れる冷媒は冷媒予備加熱用熱交換器３１で加熱することで、室外機側熱交換器１３の温度が霜点以下に冷却されることはなくなり着霜しない。
【００３７】
ここで、暖房能力向上のために、外気温が低い場合には電子調節弁ｖ２を完全に閉じて室外機側熱交換器１３に冷媒を完全に循環させない形態も考えられる。しかしながら、本実施形態のように室外機側熱交換器１３への冷媒の循環を完全に止めず僅かに循環させることで、室外機側熱交換器１３に四方切替弁１８側から冷媒が逆流して内部で液化貯留することによる冷媒量不足等の発生が防止できる。
【００３８】
〈冷媒回路：冷房運転時〉
次に四方切替弁１８が破線状態となっている冷房運転時について説明する。圧縮機１１は、アキュムレータ１５から吸入されたガス状の冷媒を圧縮し高温高圧として四方切替弁１８を介して室外機側熱交換器１３に送り込む。冷媒は外気により、冷却され一部ないし全部が凝縮液化する。冷媒は膨張弁１６によって更に減圧され、室内側熱交換器１２に流入して気化することで潜熱を室内の空気から奪い冷房作用を発揮する。気化した冷媒はアキュムレータ１５に流入し液状の冷媒が分離されて再度圧縮機１１に還流する。
【００３９】
冷房運転時には逆止弁ｖ６によって廃熱回収用熱交換器３０には冷媒が循環させないとともに、電子調節弁ｖ３及び電子調節弁ｖ５を閉じることで冷媒予備加熱用熱交換器３１の第２冷却水作動室３１ｂ及び廃熱回収用熱交換器３０の第１冷却水作動室３０ｂに冷却水を循環させない。従って、冷却水がもつ廃熱が冷媒中に供給されず冷房能力が向上する。
【００４０】
（制御手段）
制御手段が行う電子調節弁ｖ４〜ｖ２及びガスエンジン９０の制御方法をまとめると以下の通りである。
【００４１】
電子調節弁ｖ４はガスエンジン９０の始動直後のように冷却水の温度が低くガスエンジン９０の冷却を望まない場合に閉方向に制御する。更に電子調節弁ｖ４は暖房時において廃熱回収用熱交換器３０に最大限冷却水を循環させるために閉方向に制御する。但し、外気温が高く、廃熱回収用熱交換器３０だけでは充分に冷却水の温度を低下できない場合にはその限度で開方向に制御する。この場合にガスエンジン９０の出力を低下させることもできる。冷房時には開位置に制御し主にラジエータ２１によって廃熱を外気中に放出する。
【００４２】
電子調節弁ｖ３は通常、閉位置に制御することで室外機側熱交換器１３の効率を最大限にできるともに、ガスエンジン９０の冷却能力も向上する。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時において外気温が低く冷媒をそのまま室外機側熱交換器１３に循環させると室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にまで下がり着霜する場合に、初めて電子調節弁ｖ３を開方向に制御する。その場合に、室外機側熱交換器１３の表面に着霜しない最低限の温度以上に加熱するように電子調節弁ｖ３の開度を制御する。好ましい制御方法としては着霜しない最低限の温度になるように電子調節弁ｖ３の開度を制御する。
【００４３】
他の好ましい制御方法としては、付着した霜を所定時間間隔で除去できるよう、室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下となった場合に、所定時間間隔で電子調節弁ｖ３を開けることで室外機側熱交換器１３を加熱して霜を除去する方法がある。
【００４４】
電子調節弁ｖ５は、暖房時には冷媒中に廃熱が最大限回収できるように開位置に制御し、冷房時には冷房能力を最大限発揮できるように閉位置に制御する。冷房時のように廃熱回収用熱交換器３０を使用する必要がないときに閉位置に制御することで、ほぼすべての冷却水をラジエータ２１に循環させることができるのでラジエータ２１での放熱を増加できる。
【００４５】
電子調節弁ｖ２は通常、開位置に制御する。特に冷房運転時には開位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には開位置に制御する。外気温が低くなり、室外機側熱交換器１３に循環する冷媒を充分に加熱できなくなるにつれて閉方向に制御する。外気温が室外機側熱交換器１３に循環する冷媒の温度以下となった場合には電子調節弁ｖ２は最も絞った状態とする。但し、室外機側熱交換器１３内への冷媒等の貯留を防止するために、完全な閉位置にはしない。電子調節弁ｖ２を僅かに開け、冷媒予備加熱用熱交換器３１によって加熱した冷媒を室外機側熱交換器１３に循環させることで、室外機側熱交換器１３内への冷媒等の貯留並びに室外機側熱交換器１３への着霜を防止できる。
【００４６】
以上説明したように、冷媒回路１０は室外機側熱交換器１３によって外気から熱を得るばかりでなく、ガスエンジン９０からの廃熱を有効に回収できる。更に、ガスエンジン９０からの廃熱を利用して外気温が低い場合に室外機側熱交換器１３に発生する着霜を防止乃至は除去できる。冷媒予備加熱用熱交換器３１による冷媒の加熱は直接的であり、室外機側熱交換器１３の表面温度の調節は速やかに行うことができる。その結果、霜の除去乃至着霜の予防を速やかに行うことができる。また、霜の除去は通常の暖房運転から僅かに運転状態を変えるのみで実現できるので暖房品質の低下を最小限にできる。
【００４７】
〔第１実施形態の第１変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図２に示す。すなわち、膨張弁１６と室外機側熱交換器１３との間に、暖房運転時に冷媒が循環する部分（冷媒予備加熱用熱交換器３１、逆止弁ｖ６及び電子調節弁ｖ２：暖房部）と、暖房部に並列に設けられた冷房運転時に冷媒が循環する管路４０（冷房部）をもつこと以外、第１実施形態の装置とほぼ同様の構成を有する。管路４０は単純に冷媒予備加熱用熱交換器３１と膨張弁１６との間を接続するもので、暖房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。暖房部も冷房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。
【００４８】
従って、本実施形態の装置は第１実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷房運転には基本的に必要ない冷媒予備加熱用熱交換器３１に冷媒を循環させないので流路抵抗を小さくすることができ冷房能力が向上できる。
【００４９】
〔第１実施形態の第２変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図７に示す。すなわち、廃熱回収用熱交換器３０と冷媒予備加熱用熱交換器３１とを一体化して冷媒加熱用熱交換器３２を構成し、第１冷却水作動室３０ｂが第２冷却水作動室３１ｂを兼ねる形態となっている。
【００５０】
冷媒加熱用熱交換器３２は一般的なプレート型熱交換器が採用できる。特に複数層のプレートを重ね、重ねたプレートについて、冷却水及び冷媒を交互に流すように構成したプレート型熱交換器が好適に採用される。冷却水を流すプレートはすべて接続して同一流路を構成する。冷媒を流すプレートは２つに分けてそれぞれを接続し、第１冷媒作動室３０ａ及び第２冷媒作動室３１ａを構成する。第１冷媒作動室３０ａに属するプレートの数を第２冷媒作動室３１ａに属するプレートの数より多くすることで、廃熱回収用熱交換器３０を冷媒予備加熱用熱交換器３１より熱交換能力を高くできる。
【００５１】
室内側熱交換器１２から膨張弁１６を経て冷媒回路１０は３つ（電子調節弁ｖ７、ｖ８及び逆止弁ｖ６）に分岐する。逆止弁ｖ６以降の構成は第１実施形態とほぼ同じである。つまり、逆止弁ｖ６は第１冷媒作動室３０ａに接続され、第１冷媒作動室３０ａから四方切替弁１８及びアキュムレータ１５の間に接続される。
【００５２】
電子調節弁ｖ７はそのまま室外側熱交換器１３に接続される。電子調節弁ｖ８は冷媒加熱用熱交換器３２の第２冷媒作動室３１ａを介して室外側熱交換器１３に接続される。
【００５３】
暖房運転時は冷媒が実線矢印方向に流れ、膨張弁１６から３つに流れが分岐する。電子調節弁ｖ７及びｖ８の開度に応じて、それぞれの流路に冷媒が流れる量が決定される。
【００５４】
電子調節弁ｖ５は、暖房時には冷媒中に廃熱が最大限回収できるように開位置に制御し、冷房時には冷房能力を最大限発揮できるように閉位置に制御する。冷房時のように廃熱回収用熱交換器３０を使用する必要がないときに閉位置に制御することで、ほぼすべての冷却水をラジエータ２１に循環させることができるのでラジエータ２１での放熱を増加できる。
【００５５】
電子調節弁ｖ７は通常、開位置に制御する。特に冷房運転時には開位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には開位置に制御する。外気温が低くなり、室外機側熱交換器１３が循環する冷媒を充分に加熱できなくなるにつれて閉方向に制御する。電子調節弁ｖ７が絞られるにつれて逆止弁ｖ６に流れる冷媒の量が相対的に多くなる。外気温が室外機側熱交換器１３に循環する冷媒の温度以下となった場合には電子調節弁ｖ７は閉じる。
【００５６】
電子調節弁ｖ８は通常、閉位置に制御する。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には閉位置に制御する。外気温が低くなり、室外側熱交換器１３の表面温度が霜点以下になったときに電子調節弁ｖ８を最大に開く。
【００５７】
ここで、第２冷媒作動室３１ａに流れる冷媒の量は室外側熱交換器１３の着霜を防止できる程度で充分である。従って、電子調節弁ｖ８を最大に開いた状態でも、電子調節弁ｖ７を最大に開いた状態よりも冷媒を流す流量は少なくしている。つまり、電子調節弁ｖ８は電子調節弁ｖ７よりも容量（径）が小さいものを使用するか、電子調節弁ｖ８が存する管路上（例えば、電子調節弁ｖ８及び第２冷媒作動室３１ａの間）にオリフィス（図略）を設けたりすることなどにより相対的な冷媒の流量を調節できる。また、電子調節弁ｖ８に代えて、単純なオリフィスを採用することもできる。
【００５８】
従って、室外側熱交換器１３に対して暖房時に流れる冷媒の量は、外気温が低くなるにつれて少なくなり、相対的に逆止弁ｖ６を経て冷媒加熱用熱交換器３２（廃熱回収用熱交換器）の第１冷媒作動室３０ａに流れる冷媒の量が増加する。その結果、外気温が低くても冷媒を充分に加熱することができ、暖房運転を継続できる外気温を低くすることができる。
【００５９】
すなわち、本実施形態の装置は第１実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷媒を加熱する熱交換器や冷却水の流路を簡便な構造にすることができる。従って、第１実施形態の装置よりも低コスト化並びに小型化を達成できる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
（構成）
本実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略図を図３に示す。本実施形態の装置は冷却回路２０が第１実施形態の装置とほぼ同様であり、冷媒回路１０が室外機側熱交換器１３と廃熱回収用熱交換器３０とを直列に接続した以外はほぼ第１実施形態の装置と同じ構成を有する。詳しくは、冷却回路２０は、新たに廃熱回収用熱交換器３０の第１冷却水作動室３０ｂに循環する冷却水を制御する電子調節弁ｖ５をもつ。冷媒回路１０は電子調節弁ｖ２及び逆止弁ｖ６を用いず、四方切替弁１８の第３ポート１８ｃと室外機側熱交換器１３との間に廃熱回収用熱交換器３０を直列に接続している。なお、廃熱回収用熱交換器３０は図３に示す位置に限定されない。廃熱回収用熱交換器３０は室外機側熱交換器１４からアキュムレーター１５までの間に設けることができる。
【００６１】
（作用効果）
各回路１０及び２０の作用は基本的に第１実施形態の装置と同じである。電子調節弁ｖ４、ｖ３及びｖ５の開度制御は第１実施形態の装置と同じである。
【００６２】
第１実施形態の装置では室外機側熱交換器１３及び廃熱回収用熱交換器３０を並列に接続し電子調節弁ｖ４〜ｖ２の開度制御を適正に行うことでガスエンジン９０からの廃熱の回収と外気からの熱エネルギーの吸収とを双方とも効率的に行うことができるが、本実施形態の装置は両者を直列に接続することで、複雑な制御及び冷媒回路１０を採用しなくても廃熱を回収して高い暖房能力を発揮できる。
【００６３】
〔第２実施形態の第１変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図４に示す。すなわち、膨張弁１６と室外機側熱交換器１３との間に、暖房運転時に冷媒が循環する部分（冷媒予備加熱用熱交換器３１、逆止弁ｖ６及び電子調節弁ｖ２：暖房部）と、暖房部に並列に設けられた冷房運転時に冷媒が循環する管路４０（冷房部）をもつこと以外、第２実施形態の装置とほぼ同様の構成を有する。管路４０は単純に冷媒予備加熱用熱交換器３１と膨張弁１６との間を接続するもので、暖房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。暖房部も冷房運転時に冷媒が循環しないように逆止弁ｖ６をもつ。
【００６４】
従って、本実施形態の装置は第２実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷房運転には基本的に必要ない冷媒予備加熱用熱交換器３１に冷媒を循環させないので流路抵抗を小さくすることができ冷房能力が向上できる。
【００６５】
〔第２実施形態の第２変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図８に示す。すなわち、廃熱回収用熱交換器３０と冷媒予備加熱用熱交換器３１とを一体化して冷媒加熱用熱交換器３２を構成し、第１冷却水作動室３０ｂが第２冷却水作動室３１ｂを兼ねる形態となっている。
【００６６】
冷媒加熱用熱交換器３２は一般的なプレート型熱交換器が採用できる。具体的には第１実施形態の第２変形態様で採用された冷媒加熱用熱交換器３２と同様の構成が採用できる。
【００６７】
室内側熱交換器１２から膨張弁１６を経て冷媒回路１０は２つ（電子調節弁ｖ７及びｖ８）に分岐する。電子調節弁ｖ７はそのまま室外側熱交換器１３に接続される。電子調節弁ｖ８は冷媒加熱用熱交換器３２の第２冷媒作動室３１ａを介して室外側熱交換器１３に接続される。
【００６８】
暖房運転時は冷媒が実線矢印方向に流れ、膨張弁１６から２つに流れが分岐する。電子調節弁ｖ７及びｖ８の開度に応じて、それぞれの流路に冷媒が流れる量が決定される。
【００６９】
電子調節弁ｖ５は、暖房時には冷媒中に廃熱が最大限回収できるように開位置に制御し、冷房時には冷房能力を最大限発揮できるように閉位置に制御する。冷房時のように廃熱回収用熱交換器３０を使用する必要がないときに閉位置に制御することで、ほぼすべての冷却水をラジエータ２１に循環させることができるのでラジエータ２１での放熱を増加できる。
【００７０】
電子調節弁ｖ７は通常、開位置に制御する。特に冷房運転時には開位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には開位置に制御する。外気温が低くなり、室外機側熱交換器１３が循環する冷媒を充分に加熱できなくなるにつれて閉方向に制御する。外気温が室外機側熱交換器１３に循環する冷媒の温度以下となった場合には電子調節弁ｖ７は閉じる方向に制御する。室外側熱交換器１３の表面温度が霜点以下になったときに電子調節弁ｖ７を最も絞った位置に制御する。
【００７１】
電子調節弁ｖ８は通常、閉位置に制御する。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時においても外気温が高い場合には閉位置に制御する。外気温が低くなり、室外側熱交換器１３の表面温度が霜点以下になったときに電子調節弁ｖ８を最大に開く。その結果、冷媒は室外側熱交換器１３に流入する前に冷媒予備加熱用熱交換器３１にて加熱されるので室外側熱交換器１３の表面温度が上昇して着霜を防止できる。
【００７２】
暖房時に室外側熱交換器１３から流出する冷媒は第１冷媒作動室３０ａに流入し加熱される。その結果、外気温が低くても冷媒を充分に加熱することができ、暖房運転を継続できる外気温を低くすることができる。
【００７３】
なお、室外側熱交換器１３に流入する冷媒の加熱は着霜を防止できる程度で充分である。あまりに高温にまで冷媒を加熱すると、廃熱が室外側熱交換器１３にて失われるおそれがある。従って、電子調節弁ｖ７及びｖ８の開度は室外側熱交換器１３の表面温度と外気温との関係から室外側熱交換器１３の着霜が防止できる限度で冷媒が加熱されるように制御される。
【００７４】
すなわち、本実施形態の装置は第２実施形態の装置がもつ作用効果に加えて、冷媒を加熱する熱交換器や冷却水の流路を簡便な構造にすることができる。従って、第１実施形態の装置よりも低コスト化並びに小型化を達成できる。
【００７５】
〔第２実施形態の第３変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置は、室外側熱交換器１３及び四方切替弁１８の間から、膨張弁１６及び室外側熱交換器１３の間に、廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの配設位置を移動した以外は第２実施形態及び第２実施形態の第１変形態様のそれぞれの廃熱回収式空気調和装置と同じ構成をもつ２つの態様がある。特に第２実施形態の廃熱回収式空気調和装置に基づいた本閉経態様の装置については、廃熱回収用熱交換器３０の位置を移動させる代わりに冷媒予備加熱用熱交換器３１に廃熱回収作用を発揮させることで、廃熱回収用熱交換器３０を除くこともできる。
【００７６】
〔第１参考技術例〕
（構成）
本参考技術例の廃熱回収式空気調和装置を図５に示す。本装置は、冷媒予備加熱用熱交換器３１及び電子調節弁ｖ３を用いないこと、電子調節弁ｖ１（第１調節弁）をもつバイパス通路５０及び２つの絞り１７を新たに有すること以外は、図１に示す第１実施形態における装置をほぼ同様の構成を有する。１つの絞り１７は、第１冷媒作動室３０ａの出口からバイパス通路５０が分岐した部分から、室外機側熱交換器１３より循環する冷媒と合流する部分までの間に設ける。他の絞り１７は、膨張弁１６から循環する冷媒が室外機側熱交換器１３に分岐する部分から、バイパス通路５０と合流する部分までの間に設ける。バイパス通路５０は廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの出口３０１ａと室外機側熱交換器１３及び電子調節弁ｖ２の間とを電子調節弁ｖ１を介して接続する。絞り１７はキャピラリー等の通常の手段が採用できる。
【００７７】
（作用効果）
各回路１０及び２０の作用は基本的に第１実施形態の装置と同じである。電子調節弁ｖ４、ｖ２、ｖ５及びｖ１の開度制御は第１実施形態の装置のｖ４、ｖ２、ｖ５及びｖ３とほぼ同じである。つまり、電子調節弁ｖ１の制御は通常、閉位置に制御することで室外機側熱交換器１３の効率を最大限にできる。特に冷房運転時には閉位置に制御する。暖房運転時において外気温が低く冷媒をそのまま室外機側熱交換器１３に循環させると室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にまで下がり着霜する場合に、初めて電子調節弁ｖ１を開方向に制御する。
【００７８】
その場合に、室外機側熱交換器１３の表面は着霜しない最低限にまで加熱できるように電子調節弁ｖ１の開度を制御する。なお、本参考技術例では、外気温が低く、室外機側熱交換器１３の能力を充分に発揮できない場合には、電子調節弁ｖ２を完全に閉じることができる。電子調節弁ｖ２を完全に閉じてもバイパス通路５０から冷媒が室外機側熱交換器１３に循環するので、室外機側熱交換器１３内への冷媒等の貯留や室外機側熱交換器１３への着霜を効果的に防止できる。なお、絞り１７は、第１冷媒作動室３０ａの出口から室外機側熱交換器１３の入り口に冷媒が循環できるように、冷媒の圧力バランスを調節する作用をもつ。
【００７９】
本装置は冷媒予備加熱用熱交換器３１に代えて、より簡便な手段であるバイパス通路５０を用いることで第１実施形態の装置の効果をもつことができる。つまり、第１実施形態の装置よりも低コスト化が実現できる。更に、室外機側熱交換器１３に循環する冷媒のうちの一部についてのみ廃熱回収用熱交換器３０にて加熱しているだけなので、流入するすべての冷媒を冷媒予備加熱用熱交換器３１にて加熱する第１実施形態の装置に比べて流路抵抗を小さくすることができる。
【００８０】
〔第１参考技術例の変形態様〕
本変形態様の廃熱回収式空気調和装置の概略を図６に示す。すなわち、バイパス通路５０を廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの途中に設けた出口３０２ａから室外機側熱交換器１３の入り口に冷媒を循環させるようにしたこと、及び廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの出口から先に設けた絞り１７を用いないこと以外は第１参考技術例の装置とほぼ同様の構成を有する。出口３０２ａからバイパス通路５０を設けることで、第１冷媒作動室３０ａの一部が絞りとしての効果を発揮することができる。
【００８１】
従って、本変形態様の装置は第１参考技術例の装置がもつ作用効果を絞りを１つ減らして実現できる。
【００８２】
〔第２参考技術例〕
（構成）
本参考技術例の廃熱回収式空気調和装置を図９に示す。本装置は、冷媒予備加熱用熱交換器３１及び電子調節弁ｖ３を廃し、圧縮機５１をもつバイパス通路５０を新たに有すること以外は、図３に示す第２実施形態における装置をほぼ同様の構成を有する。バイパス通路５０は廃熱回収用熱交換器３０の第１冷媒作動室３０ａの出口３０１ａと室外機側熱交換器１３及び膨張弁１６の間とを圧縮機５１を介して接続する。
【００８３】
（作用効果）
各回路１０及び２０の作用は基本的に第２実施形態の装置と同じである。電子調節弁ｖ４及びｖ５の開度制御は第２実施形態の装置のｖ４及びｖ５と同じである。また、圧縮機５１は第２実施形態の装置の電子調節弁ｖ３の開度制御と同様に運転するように制御する。圧縮機５１によって、冷媒回路１０を流れる冷媒を第１冷媒作動室３０ａの出口３０１ａから室外機側熱交換器１３及び膨張弁１６の間に冷媒の圧力差に逆らって流している。つまり、第２実施形態の装置の電子調節弁ｖ３の開度に合わせて冷媒をバイパス回路５０に流している。圧縮機５１は通常、停止することで室外機側熱交換器１３の効率を最大限にできる。特に冷房運転時には停止させる。暖房運転時において外気温が低く冷媒をそのまま室外機側熱交換器１３に循環させると室外機側熱交換器１３の表面温度が外気の霜点以下にまで下がり着霜する場合に、初めて圧縮機５１を運転する。その場合に、室外機側熱交換器１３の表面は着霜しない最低限にまで加熱できるように圧縮機５１を運転制御する。
【００８４】
本装置は冷媒予備加熱用熱交換器３１に代えて、バイパス通路５０を用いることで、第２実施形態の装置の効果をもつことができる。つまり、第２実施形態の装置において流路抵抗になっていた冷媒予備加熱用熱交換器３１を省くことができるので、より高いＣＯＰを実現できる。
【００８５】
〔その他の態様〕
前述の第１、第２実施形態及び第１参考技術例の装置において、電子調節弁ｖ４に代えて、ラジエータ２１の下流と第１冷却水作動室３０ｂの下流とが連通する部分に設けたサーモスタット弁、並びに第１冷却水作動室３０ｂの下流とサーモスタット弁の下流とを連通するバイパスオリフィスを採用できる。
【００８６】
サーモスタット弁は、冷却水の温度が低い場合にはラジエータ側を閉じて第１冷却水作動室３０ｂ側を開け、冷却水の温度が所定温度以上になるとラジエータ側を開けて第１冷却水作動室３０ｂ側を閉じる。バイパスオリフィスはサーモスタット弁が第１冷却水作動室３０ｂ側を閉位置にしてもある程度の冷却水を第１冷却水作動室３０ｂに循環させることができる。つまり、高価な電子調節弁を用いなくても同様の制御を実現することが可能である。
【００８７】
また、冷却水の流路が分岐した部分に設けられた電子調節弁ｖ３〜ｖ５に代えて、三方弁や四方弁を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【図２】第１実施形態の第１変形態様を示した概略図である。
【図３】第２実施形態の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【図４】第２実施形態の第１変形態様を示した概略図である。
【図５】第１参考技術例の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【図６】第１参考技術例の変形態様を示した概略図である。
【図７】第１実施形態の第２変形態様を示した概略図である。
【図８】第２実施形態の第２変形態様を示した概略図である。
【図９】第２参考技術例の廃熱回収式空気調和装置の概略図である。
【符号の説明】
１０…冷媒回路
１１…圧縮機 １５…アキュムレータ １２…室内側熱交換器 １３…室外機側熱交換器 １６…膨張弁 １７…絞り １８…四方切替弁 １９…冷媒管路
２０…冷却回路
２１…ラジエータ ２３…排気熱交換器 ２４…冷却ポンプ ２９…冷却水管路
３０…廃熱回収用熱交換器
３０ａ…第１冷媒作動室 ３０ｂ…第１冷却水作動室
３１…冷媒予備加熱用熱交換器
３１ａ…第２冷媒作動室 ３１ｂ…第２冷却水作動室
３２…冷媒加熱用熱交換器（廃熱回収用熱交換器、冷媒予備加熱用熱交換器）
４０…暖房部
５０…バイパス通路 ５１…圧縮機
ｖ１〜ｖ５…電子調節弁 ｖ６…逆止弁
Claims (8)
- エンジンと、
該エンジンで駆動され冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続された第１熱交換器と、該第１熱交換器に接続された膨張弁と、該膨張弁に接続され該冷媒を該圧縮機に還流させる第２熱交換器と、を備える冷媒回路と、
該エンジンからの廃熱を冷却流体に伝達する冷却手段と、該冷却手段に接続され該冷却流体に伝達された廃熱を雰囲気中に放出するラジエータと、該冷却手段と該ラジエータとの間で該冷却流体を循環させる冷却流体ポンプと、を備える冷却回路と、
該冷却回路に該第２熱交換器に並列に接続された第１冷媒作動室と、該冷却回路に該ラジエータに並列又は直列に接続された第１冷却流体作動室と、該第１冷媒作動室と該第１冷却流体作動室とを区画する伝熱壁とをもち、該エンジンからの廃熱の一部を該冷媒に伝達する廃熱回収用熱交換器と、を有する廃熱回収式空気調和装置において、
該冷却回路に該ラジエータ及び／又は該廃熱回収用熱交換器と並列に接続された第２冷却流体作動室と、該冷媒回路の該膨張弁及び該第２熱交換器の間に接続された第２冷媒作動室と、該第２冷却流体作動室及び第２冷媒作動室を区画する伝熱壁とをもち、該第２熱交換器に流入する該冷媒に該エンジンからの廃熱を伝達する冷媒予備加熱用熱交換器を有することを特徴とする廃熱回収式空気調和装置。 - 前記第１冷媒作動室は、前記第２熱交換器に並列な位置に代えて、該第２熱交換器及び該圧縮機の間又は前記膨張弁及び該第２熱交換器の間に直列に接続される請求項１に記載の廃熱回収式空気調和装置。
- 前記冷媒回路は前記膨張弁から前記第２熱交換器に至る間に該第２熱交換器に流入する前記冷媒の量を調節する第２調節弁を備える請求項１に記載の廃熱回収式空気調和装置。
- 前記冷媒予備加熱用熱交換器に流入する冷却流体の量を調節する第３調節弁を有する請求項１、２及び３のいずれか一項に記載の廃熱回収式空気調和装置。
- 前記第２熱交換器の表面温度が該第２熱交換器の存する雰囲気における霜点以下である場合又は該第２熱交換器の表面に着霜している場合には前記第２調節弁を閉方向に調節し、
それ以外の場合には該第２調節弁を開位置に調節する制御手段を有する請求項３又は４に記載の廃熱回収式空気調和装置。 - 前記第２熱交換器の表面温度が該第２熱交換器の存する雰囲気における霜点以下である場合又は該第２熱交換器の表面に着霜している場合には前記第１調節弁又は前記第３調節弁を開方向に調節し、
それ以外の場合には該第１調節弁又は該第３調節弁を閉位置に調節する制御手段を有する請求項３〜５のいずれか一項に記載の廃熱回収式空気調和装置。 - 前記冷媒回路の前記圧縮機、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器をそれぞれ接続する管路の一部は暖房部及び冷房部をもち、
該冷媒回路は該暖房部と該冷房部とを排他的に切り替える冷暖房切替弁をもち、
前記冷媒予備加熱用熱交換器は該暖房部に存する請求項１、２、３〜６のいずれか一項に記載の廃熱回収式空気調和装置。 - 前記第１冷却流体作動室が前記第２冷却流体作動室を兼ねる請求項１、２及び３〜７のいずれか一項に記載の廃熱回収式空気調和装置。
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