JP4303864B2 - 給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、エンジン排熱を回収した冷却水によって貯湯タンク内の水を加熱する給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン駆動式熱ポンプ装置を利用した給湯装置として特開平１１−１８２９７２号公報に記載されたものがある。この給湯装置は、エンジン駆動式熱ポンプ装置の冷媒回路を循環する高温高圧の冷媒の熱を熱媒体（水）に付与する冷媒熱交換器と、冷却水によって回収されたエンジン排熱を熱媒体（水）に付与する温水熱交換器と、熱媒体（水）の熱で貯湯タンク内の水を加熱する熱交換器と、これらの各熱交換器に熱媒体（水）を循環させるポンプを配置し、貯湯タンク内に貯留される温水を各種用途に供するようにしたものである。ところが、上記給湯装置は貯湯タンク内の水を間接的に加熱するための熱交換器を必要とするため、装置の大型化及びコストアップを招くという問題があった。
【０００３】
そこで、本発明者は、上記給湯装置において貯湯タンク内に設置される熱交換器を廃し、図６に示すように、貯湯タンク１６３内の水を下部から取り出してこれを冷媒熱交換器１６１、温水熱交換器１６２の順に通過させ、温水熱交換器１６２の出口における水の温度を温度センサ１７３によって検出し、検出された水の温度が設定値よりも低い場合には一方のバルブSV１を閉じ、他方のバルブSV２を開いて水を経路１６９ｇを経て貯湯タンク１６３の下部に帰還せしめ、検出された水の温度が設定値よりも高い場合には一方のバルブSV１を開いて他方のバルブSV２を閉じて水を経路１６９ｆを経て貯湯タンク１６３の上部に帰還せしめることによって貯湯タンク１６３の上部に高温の湯を貯留し、この高温の湯を貯湯タンク１６３の上部から供給する方式（成層加熱方式と称する）を検討している。
【０００４】
そして、エンジン駆動方式熱ポンプ空調装置の熱ポンプ装置を上記給湯装置に利用し、空調機能を損なうことなく高効率に給湯装置を作動させる給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の開発を行っている。即ち、エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路には膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を設けている。そして、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた二重管熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置している。貯湯タンク内の水を沸き上げる給湯運転時は、冷却水を主循環回路とバイパス循環回路に適宜分配するように温水制御弁を制御するが、暖房運転時においては、暖房空調の快適性を最優先し、冷却水を全量バイパス循環回路に送って低圧冷媒を加熱するように温水制御弁を制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン排熱を回収した冷却水で低圧冷媒を加熱することにより、エンジン排熱を有効に利用することはできるが、冷却水全量による加熱で低圧冷媒の温度が上がり、室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量が減少し、空調装置及び給湯装置を含むシステム全体の効率を上げることはできない。また、低圧冷媒の温度が零度以下になると室外熱交換器に霜が付いて熱交換の効率を低下させる。本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、冷却水による低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑え、室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にすることによりシステム全体の効率を高めることである。さらに、低圧冷媒の温度が０℃以下になり、室外熱交換器に霜が付くことを防止することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張弁と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、圧縮機の吐出側の冷媒高圧値を測定する高圧側圧力センサとを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置し、暖房運転時において、前記エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは前記冷却水を全量前記主循環回路に分配し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる前記冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手段を設けたことことである。
【０００７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載されたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷媒回路に前記膨張弁を通って前記室外熱交換器に流入する低圧冷媒の温度を測定する冷媒温度センサを設けるとともに、前記制御装置が、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、前記低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御することである。
【０００８】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張弁と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、前記膨張弁を通って前記室外熱交換器に流入する低圧冷媒の温度を測定する冷媒温度センサとを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置し、暖房運転時において、前記エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは前記冷却水を全量前記主循環回路に分配し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、前記低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手段を設けたことである。
【０００９】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３に記載されたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記温水制御弁が、リニア電子制御三方弁であることである。
【００１０】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の暖房運転時において、エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは、エンジン排熱を回収した冷却水の全量を主循環回路に分配して貯湯タンク内の水を加熱し、エンジン回転数が所定最大回転数に達しても高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するようにしたので、暖房空調の良好な快適性を維持した上で、冷却水による低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑え、冷却水を有効に使用して貯湯タンクの水を加熱し、且つ室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にすることで、システム全体の効率を高めることができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の暖房運転時において、エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは、エンジン排熱を回収した冷却水の全量を主循環回路に分配して貯湯タンク内の水を加熱し、エンジン回転数が所定最大回転数に達しても高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するとともに、冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するようにしたので、暖房空調の良好な快適性を維持した上で、冷却水による低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑え、冷却水を有効に使用して貯湯タンクの水を加熱し、且つ室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にし、さらに室外熱交換器に霜が付着することを防止して、システム全体の効率を高めることができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の暖房運転時において、エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは、エンジン排熱を回収した冷却水を全量主循環回路に分配して貯湯タンク内の水を加熱し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒温の度が０度以下のとき、低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するようにしたので、室外熱交換器に霜が付くことによる熱交換の効率低下を防止することができる。
【００１３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、前記温水制御弁をリニア電子制御三方弁としたので、主循環回路とバイパス循環回路への冷却水の分配割合を容易に正確に制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の基本構成を示す回路図、図２は給湯装置の基本構成を示す回路図、図３は給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１で示すように、給湯装置６０はエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１に付設されたものであって、熱ポンプ空調装置１において回収されるエンジン排熱の一部と暖房運転時には更にガスエンジン６によって冷媒に与えられるエネルギー（熱）の一部によって水を加熱する装置であり、その構成の詳細は図２に示されている。
【００１５】
ここで、エンジン駆動式熱ポンプ空調装置１の基本構成を図１に基づいて説明する。エンジン駆動式熱ポンプ空調装置１は冷房運転及び暖房運転によって室内を冷房及び暖房する装置であって、これは室外機２と室内機３によって構成されている。尚、複数の不図示の部屋毎に配置される室内機３はそれぞれ１つ以上の室内熱交換器４を含んで構成されており、各室内熱交換器４は後述のように冷房運転時にはエバポレータとして機能し、暖房運転時にはコンデンサとして機能する。又、図示しないが、各室内熱交換器４には不図示の送風ファン５（図３参照）が設けられている。
【００１６】
以下、室外機２の構成について説明すると、図１において、６は駆動源である前記水冷式ガスエンジン、７はガスエンジン６によって回転駆動される圧縮機であって、ガスエンジン６の出力軸８はプーリ９、ベルト１０及びプーリ１１を介して圧縮機７の入力軸１２に連結されている。ところで、上記ガスエンジン６の吸気系には吸気管１３が接続されており、該吸気管１３の上流側にはエアクリーナ１４が配置され、その下流側にはミキサー１５とスロットル弁１６が配置されている。尚、スロットル弁１６はステッピングモータによって構成されるスロットル弁開度制御アクチュエータ１７によって開閉制御される。そして、前記ミキサー１５には燃料ガス供給源１８に接続された燃料供給管１９が接続されており、該燃料供給管１９の途中には燃料ガス流量制御弁２０と減圧調整弁２１及び２つの開閉弁２２が接続されている。他方、ガスエンジン６の排気系からは排気管２３が導出しており、該排気管２３の途中には排ガス熱交換器２４が設けられている。尚、ガスエンジン６には、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ２５、始動用のスタータモータ２６、潤滑用オイルを貯留するためのオイルパン２７等が設けられている。
【００１７】
ところで、当該熱ポンプ空調装置部分には、前記圧縮機７を含んで閉ループを構成する冷媒回路２８と前記ガスエンジン６を冷却する冷却水を循環させる冷却水回路２９が設けられている。熱ポンプ装置を構成する上記冷媒回路２８は圧縮機７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７の他、オイルセパレータ３０、四方弁３１、前記室内熱交換器４、電子膨張弁３２,３３、室外熱交換器３４、二重管熱交換器３５、アキュームレータ３６等の各種機器が含まれており、これらの機器は冷媒配管２８ａ〜２８kによってそれぞれ接続されて閉ループを構成している。即ち、圧縮機７の吐出側から導出してオイルセパレータ３０に至る冷媒配管２８ａの途中には高圧側圧力センサ３７が設けられており、オイルセパレータ３０と四方弁３１とは冷媒配管２８bによって接続されている。ここで、四方弁３１には４つのポートａ，ｂ，ｃ，ｄが設けられており、ポートｂに連なる冷媒配管２８ｃの途中にはバルブ３８が設けられ、該冷媒配管２８ｃは４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅに分岐している。
【００１８】
上記４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅのうち、１つの冷媒配管２８ｄは給湯装置６０に設けられた冷媒熱交換器６１の入口側に接続され、冷媒熱交換器６１の出口側から導出する冷媒配管２８ｆの途中には電子膨張弁３３が設けられている。残り３つの各冷媒配管２８ｅには前記室内機３を構成する各室内熱交換器４と電子膨張弁３２がそれぞれ設けられている。そして、３つの冷媒配管２８ｅと冷媒配管２８ｆは合流して１つの冷媒配管２８ｇを構成している。而して、前記冷媒配管２８ｇは前記室外熱交換器３４の一端に接続されており、その途中にはパックドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ４１、電動開閉弁４２及び冷媒温度センサ４３が設けられている。尚、室外熱交換器３４には室外ファン４４が設けられている。又、上記室外熱交換器３４の他端に接続された冷媒配管２８ｈには二重管熱交換器３５が設けられ、室外熱交換器３４から流出して冷媒配管２８ｈを流れる低圧冷媒が二重管熱交換器３５において後述するバイパス循環回路を循環する冷却水により加熱される。冷媒配管２８ｈには二重管熱交換器３５が設けられているとともに、冷媒配管２８ｇのドライヤ４１と電動開閉弁４２の間から分岐した冷媒配管（バイパス配管）２８ｉが接続され、該冷媒配管２８ｉの途中には電動バイパス弁４５と逆止弁４６が設けられている。そして、前記冷媒配管２８ｈは前記四方弁３１のポートｄに接続されており、四方弁３１のポートｃに連なる冷媒配管２８ｊは前記アキュームレータ３６に接続され、該アキュームレータ３６から導出する冷媒配管２８ｋは圧縮機７の吸入側に接続され、その途中には低圧側圧力センサ４７が設けられている。又、前記オイルセパレータ３０の下部から導出するオイル戻し配管４８は前記冷媒配管２８ｋに接続されており、その途中にはキャピラリ４９が設けられている。
【００１９】
一方、前記冷却水回路２９は水ポンプ５０によって冷却水を循環させる回路であって、これには水ポンプ５０の他、前記排ガス熱交換器２４、サーモスタット弁５１、温水制御弁５２、サーモスタット弁５３、給湯装置６０に設けられた温水熱交換器６２、ラジエータ５４、前記二重管熱交換器３５等の各種機器が含まれており、これらの機器は冷却水配管２９ａ〜２９ｋによってそれぞれ接続されて閉ループを形成している。本実施の形態では、温水制御弁５２はリニア電子制御三方弁で構成されている。即ち、水ポンプ５０の吐出側からサーモスタット弁５１に至る冷却水配管２９ａの途中には前記排ガス熱交換器２４が設けられており、サーモスタット弁５１から分岐する一方の冷却水配管２９ｂは前記ガスエンジン６の冷却水ジャケット６ａの入口側に接続され、冷却水ジャケット６ａの出口側から導出する冷却水配管２９ｃはサーモスタット弁５１から分岐する他方の冷却水配管２９ｄと合流して１つの冷却水配管２９ｅを形成している。尚、排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケット６ａはエンジン排熱回収熱交換器を構成している。
【００２０】
上記冷却水配管２９ｅは温水制御弁５２に接続されており、その途中には温水制御弁５２の上流を流れる冷却水の温度（エンジン排熱回収熱交換器の出口側温度）を検出するための冷却水温度センサ５５が設けられている。そして、温水制御弁５２から分岐する一方の冷却水配管２９ｆは前記サーモスタット弁５３に接続され、該サーモスタット弁５３から分岐する一方の冷却水配管２９ｇは給湯装置６０に設けられた前記温水熱交換器６２の入口側に接続されている。又、サーモスタット弁５３から分岐する他方の冷却水配管（バイパス配管）２９ｈは前記ラジエータ５４の入口側に接続され、ラジエータ５４の出口側から導出する冷却水配管２９ｉは前記水ポンプ５０の吸入側に接続されており、この冷却水配管２９ｉには前記温水制御弁５２から分岐する冷却水配管（バイパス配管）２９ｊが二重管熱交換器３５を経由して接続されている。冷却水配管２９ｉの途中には注水口５６を介してリザーバタンク５７が接続されている。更に、前記温水熱交換器６２の出口側から導出する冷却水配管２９ｋは前記冷却水配管２９ｉに接続されている。而して、以上の冷却水回路２９において形成される閉ループの冷却水循環路は、前記排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケット６ａによって構成されるエンジン排熱回収熱交換器から給湯装置６０の前記温水熱交換器６２を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る冷却水配管２９ａ〜２９ｇ，２９ｋ，２９ｉから成る主循環路と、エンジン排熱回収熱交換器から温水熱交換器６２を迂回して二重管熱交換器３５を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路２９ａ〜２９ｅ，２９ｊ，２９ｉと、冷却水配管２９ａから２９ｆ，２９ｈ，２９ｉによって構成されるラジエータ循環路とで構成されている。
【００２１】
次に、給湯装置６０の構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、給湯装置６０には前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の他、貯湯タンク６３、水ポンプ６４、リニア三方弁からなるサーモスタット弁６５、追い焚き装置６６、温水熱交換器６７、６８等の機器が配置されており、これらの機器は温水配管６９ａ〜６９ｋによってそれぞれ互いに接続されている。即ち、前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２を接続する温水配管６９ａの途中には前記水ポンプ６４と温度センサ７０が設けられるとともに、貯湯タンク６３の上部から導出する温水配管６９ｂが接続されており、温水配管６９ｂの途中には開閉弁７１が設けられている。尚、貯湯タンク６３には４つの温度センサ７２ａ〜７２ｄが高さ方向に適当な間隔で設けられており、貯湯タンク６３の底部には市水（水道水）を補給するための給水管６９ｃが接続されている。
【００２２】
貯湯タンク６３の底部から導出する温水配管６９ｄは冷媒熱交換器６１の入口側に接続されており、温水熱交換器６２の出口側から導出する温水配管６９ｅは前記サーモスタット弁６５に接続されている。そして、サーモスタット弁６５から分岐する一方の温水配管６９ｆは貯湯タンク６３の上部に接続され、他方の温水配管６９ｇは前記追い焚き装置６６の内部を通って温水配管６９ｄに貯湯タンク６３の底部近傍で接続されており、その追い焚き装置６６の上流側には温度センサ７３が設けられ、追い焚き装置６６の下流側には前記温水熱交換器６７、６８が設けられている。ここで、一方の温水熱交換器６７と室内の床暖房装置（又は浴室乾燥機）７４とは給湯配管７５によって接続され、他方の温水熱交換器６８と風呂７６とは給湯配管７７によって接続されており、給湯配管７５には水ポンプ７８と流量制御弁７９が設けられ、給湯配管７７には水ポンプ８０が設けられている。
【００２３】
前記温水配管６９ｅから分岐する温水配管（バイパス配管）６９ｈは前記サーモスタット弁６５を迂回して温水配管６９ｇに接続されており、その途中には開閉弁８１が設けられている。更に、前記貯湯タンク６３の上部からは温水配管６９ｉが導出しており、この温水配管６９ｉから分岐する一方の温水配管６９ｊは図示のように前記追い焚き装置６６の内部を通って蛇口８２に接続されており、他方の温水配管６９ｋは不図示の排水設備に接続され、その途中にはリリーフ弁８３が設けられている。ここで、追い焚き装置６６にはバーナー８４が設けられており、このバーナー８４には不図示の燃料ガス供給源からガス配管８５を経て燃料ガスが供給され、この燃料ガスはバーナー８４で燃焼して温水配管６９ｇ、６９ｊを流れる温水を加熱する。尚、ガス配管８５の途中にはガス流量制御弁８６が設けられている。又、追い焚き装置６６の下部には空気取入口６６ａが開口し、上部には排気口６６ｂが開口している。
【００２４】
給湯装置６０を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１の制御系の構成を図３に示すブロック図に基づいて説明する。室外機２、室内機３及び給湯装置６０には制御手段としてのＣＰＵ８７，８８，８９がそれぞれ設けられており、室外機２のＣＰＵ８７と室内機３のＣＰＵ８８及び給湯装置６０のＣＰＵ８９は互いに情報の授受を行い、室外機２のＣＰＵ８７は各種データを記憶装置９０に記憶している。
【００２５】
室外機２のＣＰＵ８７は、エンジン回転センサ２５、高圧側圧力センサ３７、低圧側圧力センサ４７、冷媒温度センサ４３、冷却水温度センサ５５及びその他のセンサ群（例えば、エンジン室内温度センサ、外気温度センサ、高圧側温度センサ等）９１の検知データを取り込んでスロットル弁開度制御アクチュエータ１７、温水制御弁駆動アクチュエータ９２、電子膨張弁３２，３３の電子膨張弁駆動アクチュエータ９３、室外ファン駆動アクチュエータ９４、水ポンプ駆動アクチュエータ９５及びその他のアクチュエータ群（例えば、ガス流量制御弁８６、四方弁３１、電動バイパス弁４５、電動開閉弁４２等を駆動するためのアクチュエータなど）９６の駆動を制御する。室内機３のＣＰＵ８８は、冷媒温度センサ９７、室内機リモコン操作部９８、室内温度センサ９９、床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００及び風呂追い焚きスイッチ１０１の検知データを取り込んで送風ファン５及び室内ルーバーモータ１０２の駆動を制御する。給湯装置６０のＣＰＵ８９は、温度センサ群（温度センサ７０，７２ａ〜７２ｄ，７３）の検知データを取り込んで水ポンプ群（水ポンプ６４，７８，８０）、開閉弁群（開閉弁７１，８１）、ガス流量制御弁（＆点火装置）８６及び流量制御弁７９の駆動を制御する。
【００２６】
次に、給湯装置６０を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１の作用を説明する。暖房運転時において、給湯装置６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子膨張弁３３は所定の開度に設定され、スタータモータ２６によってガスエンジン６が起動されると、該ガスエンジン６によって圧縮機７が回転駆動されて気相冷媒が圧縮され、高温高圧の気相冷媒は冷媒配管２８ａを通ってオイルセパレータ３０に至る。オイルセパレータ３０においては冷媒に含まれるオイル分が除去され、オイル分が除去された気相冷媒は冷媒配管２８ｂを通って四方弁３１に至る。冷媒から分離されたオイルは前記キャピラリ４９を通過してオイル戻し配管４８から前記冷媒配管２８ｋに戻される。暖房運転時においては、図１に実線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｂとが連通されており、高温高圧の気相冷媒はバルブ３８を通過して一部の気相冷媒は各冷媒配管２８ｅを通って室内熱交換器４に至り、コンデンサとして機能する各室内熱交換器４において凝縮熱を放出して液化し、このとき放出される凝縮熱によって室内の暖房が行われる。残りの気相冷媒は冷媒配管２８ｄを通って給湯装置６０の冷媒熱交換器６１へと供給されて貯湯タンク６３内の温水加熱に供される。
【００２７】
各室内熱交換器４において凝縮熱を放出して液化した高圧の液相冷媒は各冷媒配管２８ｅを流れる過程で電子膨張弁３２にを通過して減圧され、冷媒熱交換器６１において給湯装置６０の貯湯タンク６３内の水を凝縮熱によって加熱して液化した高圧の液相冷媒は冷媒配管２８ｆを流れる過程で電子膨張弁３３を通過して減圧される。そして、各電子膨張弁３２，３３を通過して減圧された液相冷媒は合流して冷媒配管２８ｇを流れ、パックドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ４１及び電動開閉弁４２を通過して室外熱交換器３４に至り、エバポレータとして機能する室外熱交換器３４において外気から蒸発熱を奪って気化する。気化した冷媒は四方弁３１に至るが、暖房運転時には図１に実線にて示すように四方弁３１のポートｃとポートｄが連通しているため、冷媒は冷媒配管２８ｊを通ってアキュームレータ３６へと流れ、該アキュームレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみが冷媒配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。そして、圧縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、冷媒は前述と同様の作用を繰返して各室内の暖房に供される。
【００２８】
次に、本発明の特徴である冷却水回路２９内を循環する冷却水の循環制御について図４に示す暖房運転プログラムに基づいて説明する。水ポンプ５０の駆動によって冷却水回路２９内を循環する冷却水は、水ポンプ５０から吐出されて冷却水配管２９ａを流れ、その過程で排ガス熱交換器２４においてガスエンジン６から排気管２３に排出される排気ガスの熱を回収して加熱され、サーモスタット弁５１により冷却水の温度に応じて冷却水配管２９ｂ，２９ｄに分配して流される。冷却水配管２９ｂ，２９ｄを流れる冷却水は合流して冷却配水管２９ｅを流れて温水制御弁５２に至る。ステップ１２５において、温水制御弁５２上流側の冷却水の温度が冷却水温度センサ５５によって検出され、冷却水回路２９を循環する冷却水の温度が設定値（６０℃）以上か否か判定される。否であれば、ステップ１２６で温水制御弁５２は冷却水配管２９ｊへの内部通路を全開とし、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全閉とするように制御され、冷却水は全量バイパス循環回路を循環し、二重管熱交換器３５において低圧冷媒を加熱する。設定値以上であれば、ステップ１２７において、ガスエンジン６の回転数が所定最大回転数（例えば、３，６００ｒｐｍ）未満であるか否か判定される。未満であれば、ステップ１２８において、温水制御弁５２は、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全開とし、冷却水配管２９ｊへの内部通路を全閉とするように制御される。これにより、ガスエンジン６の排熱を回収した冷却水は全量冷却水配管２９ｆに流される。ステップ１２９において、高圧側圧力センサ３７により測定された圧縮機７から吐出される気相冷媒の圧力である冷媒高圧値の測定値が目標値より低いか否か判定される。冷媒高圧値の目標値は、運転中の個々の室内機３の負荷の中で最大のものに基づいて算出される。個々の室内機３の負荷は、室内機３の容量、室内温度と設定温度との温度差に基づいて求められる。冷媒高圧値の測定値が目標値に達している場合、プログラムエンドとなる。冷媒高圧値の測定値が目標値より低い場合、ステップ１３０において、ガスエンジン６の回転数の増大を指令してプログラムエンドとなる。即ち、冷媒高圧値の測定値と目標値の差が大きい程、目標エンジン回転数を高く設定して該目標エンジン回転数と回転センサ２５によって検出されるエンジン回転数の差の絶対値が所定値以内となるようにスロットル弁１６の開度がフィードバック制御される。冷媒高圧値の測定値が目標値に達している場合は、プログラムエンドとなる。ステップ１２７でガスエンジン６の回転数が所定最大回転数に達していると判定された場合、ステップ１３１で冷媒高圧値の測定値が目標値より低いか否か判定される。低い場合、ステップ１３２において、冷媒高圧値の目標値と測定値との差に応じて求めた量、即ちこの差に実験的に定めた係数k1を乗じて求めた量の冷却水を冷却水配管（バイパス配管）２９ｊへと流すように温水制御弁５２を制御する。これによりガスエンジン６を所定最大回転数に維持した運転状態において、低圧冷媒が、二重管熱交換器３５で熱ポンプ装置の負荷の不足分に応じてバイパス循環回路に分配された冷却水により加熱される。このように低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑えることができ、低圧冷媒の温度が必要以上に上昇して、室外熱交換器３４による外気と低圧冷媒との熱交換量が減少することが防止でき、空調装置及び給湯装置を含むシステム全体の効率を高めることができる。冷媒高圧値の測定値が目標値に達している場合、ステップ１３３において、低圧冷媒の温度の測定値が０℃を以下か否か判定され、０℃を超えていれば、プログラムエンドとなる。０℃以下の場合、ステップ１３４において、測定値の絶対値に実験的に定めた係数k2を乗算して求めた量の冷却水を冷却水配管（バイパス配管）２９ｊへと流すように温水制御弁５２が制御され、低圧冷媒が、二重管熱交換器３５においてバイパス循環回路に分配された冷却水により加熱されて０℃を僅かに超えた温度に維持される。これにより室外熱交換器３４に霜が付くことを防いで熱交換の効率低下を防止することができる。暖房運転時は、この暖房運転プログラムが一定時間毎に繰返し実行されて暖房運転が行われる。
【００２９】
冷却水配管２９ｆを流下する設定値（６０℃）以上の冷却水はサーモスタット弁５３に至る。このサーモスタット弁５３はリニア三方弁で構成されて図５に示す特性を有しており、該サーモスタット弁５３はこれに流入する冷却水の温度が第１の設定値t21（本実施の形態では７８℃）以下である場合、冷却水配管２９ｈへの内部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２９ｇへの内部弁を全開として一方の冷却水配管２９ｇのみに冷却水を流し、冷却水の温度が第１の設定値t21（７８℃）を超えると冷却水配管２９ｈへの内部弁を開き始めると同時に冷却水配管２９ｄへの内部弁を閉じ始めて両冷却水配管２９ｇ，２９ｈに冷却水を流し、冷却水の温度が第２の設定値t22（本実施の形態で９１℃）を超えると冷却水配管２９ｇへの内部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２９ｈへの内部弁を全開として一方の冷却水配管２９ｈのみに冷却水を流す。これにより設定温度範囲（６０℃〜９１℃）の冷却水を給湯装置６０の温水熱交換器６２に循環させ、貯湯タンク６３内の温水を冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の両方で加熱し、貯湯タンク６３内に高い温度の温水を貯湯可能とする。
【００３０】
ガスエンジン６の起動初期において冷却水温度が設定値（６０℃）未満である場合、冷却水は温水熱交換器６２を迂回するため、温度の低い冷却水が温水熱交換器６２において貯湯タンク６３内の温水を冷却することはない。ガスエンジン６の暖機が終了するとエンジン出力に応じてエンジン排熱量が増大し、通常７０℃〜９０℃の温水が温水熱交換器６２に循環するようになり、該温水熱交換器６２によって貯湯タンク６３内に７０℃以上の温水を形成することができる。貯湯タンク６３内の温水の温度が高くなり過ぎる（例えば９０℃以上）のを避けるため、サーモスタット弁５３に流入する冷却水の温度が高くなって７８℃を超えると冷却水の一部をラジエータ５４へ流し始め、９１℃以上で冷却水の全量をラジエータ５４へ流すようにしている。
【００３１】
給湯装置６０においては、貯湯タンク６３内の温水の上下方向の温度分布は前記温度センサ７２ａ〜７２ｄによってそれぞれ検出される。最上位の温度センサ７２ａによって検出される貯湯タンク６３内上部の温水の温度が設定値（本実施の形態では７０℃）未満である場合には水ポンプ６４が駆動され、貯湯タンク６３内の温水は底部から温水配管６９ｄを通って冷媒熱交換器６１に導入され、該冷媒熱交換器６１において冷媒から放出される凝縮熱によって加熱された後、水ポンプ６４及び温水熱交換器６２を通過してサーモスタット弁６５に至る。
【００３２】
サーモスタット弁６５はリニア三方弁で構成されて図５に示す特性を有しており、これは温水の温度が第１の設定値t31（本実施の形態では６０℃）以下である場合には温水配管６９ｆを全閉とするとともに、温水配管６９ｇを全開として一方の温水配管６９ｇのみに温水を流し、温水の温度が第１の設定値t31（＝６０℃）を超えると温水配管６９ｆを開き始めると同時に温水配管６９ｇを閉じ始めて両温水配管６９ｆ，６９ｇに温水を流し、温水の温度が第２の設定値t32（本実施の形態では７３℃）を超えると温水配管６９ｆを全開とし、温水配管６９ｇを全閉として一方の温水配管のみに温水を流す。従って、サーモスタット弁６５においては、温水の温度が第１の設定値t31（６０℃）未満である場合には温水はその全量が温水配管６９ｇを流れる。そして、温水の温度が第１の設定値t31（６０℃）を超えるとサーモスタット弁６５は前述のように両温水配管６９ｆ、６９ｇに温水を流すため、温水の一部は前述のように温水配管６９ｇを通って温水配管６９ｄに還流し、残りの温水は温水配管６９ｆから貯湯タンク６３の上部に戻される。この貯湯タンク６３の上部に戻る温水の量と同量の温度の低い温水が貯湯タンク６３の下部から温水配管６９ｄに供給され、温水配管６９ｇを通過してきた温水と合流して冷媒熱交換器６１へ流れる。温水の温度が第２の設定値t32（７３℃）を超えるとサーモスタット弁６５は前述のように温水の全量を温水配管６９ｆに流すため、温度の高い温水の全てが貯湯タンク６３の上部に戻される。温度の高い温水が貯湯タンク６３の上方から溜まり、温度センサ７２ｄが７０℃以上を検知するようになると水ポンプ６４が停止せられる。
【００３３】
以上のように、温度の低い温水は再加熱するように冷媒熱交換器６１に戻し、温度の高い温水は貯湯タンク６３の上部に戻すようにしたため、貯湯タンク６３内の温水の温度は上から下に向かって低くなり、蛇口８２を開けば温度の高い温水が貯湯タンク６３の上部から温水配管６９ｉ、６９ｊを経て供給されてユーザーの使用に供される。そして、使用された温水の量に見合う市水が給水配管６９ｃから貯湯タンク６３内の底部に供給される。尚、ユーザーが給湯温度を高く設定すると、ガス流量制御弁８６が開いて追い焚き装置６６においてバーナー８４が点火され、供給される温水が加熱されてその温度が設定値まで高められる。
【００３４】
床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００と風呂追い焚きスイッチ１０１（図３参照）の少なくとも一方がＯＮされると、水ポンプ６４が停止中であればこれが起動され、温度センサ７２ａが７０℃以上を検知していれば開閉弁７１が開とされる。そして、開閉弁８１が開かれて温水配管６９ｅを流れる温水の一部又は全てがサーモスタット弁６５を迂回して温水配管（バイパス配管）６９ｈから温水配管６９ｇへと流れる。例えば、床暖房（又は浴室乾燥）スイッチ１００と風呂追い焚きスイッチ１０１の双方がＯＮされた場合には、温水配管６９ｇを流れる温水は温水熱交換器６７，６８において給湯配管７５，７７を循環する水を加熱し、給湯配管７５を循環する温水は床暖房装置（又は浴室乾燥機）７４において床暖房（又は浴室乾燥）に供され、給湯配管７７を循環する温水は風呂７６内の湯の加熱に供される。このとき、温度センサ７３によって検出される温水の温度が設定値未満である場合には、温水は追い焚き装置６６においてバーナー８４によって加熱され、温水熱交換器６７、６８を通過した後に温水配管６９ｄ或は貯湯タンク６３の底部に帰還する。
【００３５】
熱ポンプ空調装置１の冷房運転時においては、給湯装置６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子膨張弁３３は全閉されており、スタータモータ２６によってガスエンジン６が起動されると、該ガスエンジン６によって圧縮機７が回転駆動されて気相冷媒が圧縮され、高温高圧の気相冷媒はオイルセパレータ３０にてオイル分を除去された後に四方弁３１に至る。ところで、冷房運転時においては、図１に破線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｄとが連通されており、高温高圧の気相冷媒は冷媒配管２８ｈ側へ流れて二重管熱交換器３５を通過した後に室外熱交換器３４に至り、コンデンサとして機能する室外熱交換器３４において外気に放熱して液化する。そして、室外熱交換器３４において液化した高圧の冷媒は冷媒管路２８ｇを流れる間に電動開閉弁４２、ドライヤ４１、サイトグラス４０及びパックドバルブ３９を通過して各冷媒配管２８ｅに分流し、各冷媒配管２８ｅを流れる液相冷媒は各電子膨張弁３２を通過することに減圧されて各室内熱交換器４に至る。
【００３６】
各室内熱交換器４はエバポレータとして機能し、低圧の液相冷媒が各室内の空気から蒸発潜熱を奪って蒸発するため、室内の空気が冷やされて室内が冷房される。気化した冷媒は、バルブ３８を通過して冷媒配管２８ｃを通って四方弁３１に至り、冷房運転時には図１に破線にて示すように四方弁３１のポートｂとポートｃが連通しているため、冷媒配管２８ｊを通ってアキュームレータ３６へと流れ、該アキュームレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみが冷媒配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。圧縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、前述と同様の作用を繰り返して各室内の冷房に供される。
【００３７】
尚、冷房運転時において、圧縮機７に吸引される気相冷媒の圧力である冷媒低圧値は低圧側圧力センサ４７によって測定され、冷媒低圧値の測定値が目標値となるようにガスエンジン６の回転数が制御される。冷媒低圧値の目標値は、運転中の個々の室内機３の負荷の中で最大のものに基づいて算出される。個々の室内機３の負荷は、室内機３の容量、室内温度と設定温度との温度差に基づいて求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】給湯装置の基本構成を示す回路図である。
【図３】給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】暖房運転プログラムのフロー図である。
【図５】サーモスタット弁の特性図である。
【図６】従来の給湯装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ エンジン駆動式熱ポンプ空調装置
２ 室外機
３ 室内機
４ 室内熱交換器
６ ガスエンジン（エンジン）
６ａ 冷却水ジャケット（エンジン排熱回収熱交換器）
７ 圧縮機
２４ 排ガス熱交換器（エンジン排熱回収熱交換器）
２８ 冷媒回路
２９ 冷却水回路
３２，３３ 電子膨張弁（膨張弁）
３４ 室外熱交換器
３５ 二重管熱交換器（冷却水配管２９ｊ等でバイパス循環回路を構成）
３７ 高圧側圧力センサ
４３ 冷媒温度センサ
５２ 温水制御弁
６０ 給湯装置
６１ 冷媒熱交換器
６２ 温水熱交換器（冷却水配管２９ｆ等で主循環回路を構成）
６３ 貯湯タンク
６５ サーモスタット弁
１２０ 暖房運転プログラム（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、エンジン排熱を回収した冷却水によって貯湯タンク内の水を加熱する給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン駆動式熱ポンプ装置を利用した給湯装置として特開平１１−１８２９７２号公報に記載されたものがある。この給湯装置は、エンジン駆動式熱ポンプ装置の冷媒回路を循環する高温高圧の冷媒の熱を熱媒体（水）に付与する冷媒熱交換器と、冷却水によって回収されたエンジン排熱を熱媒体（水）に付与する温水熱交換器と、熱媒体（水）の熱で貯湯タンク内の水を加熱する熱交換器と、これらの各熱交換器に熱媒体（水）を循環させるポンプを配置し、貯湯タンク内に貯留される温水を各種用途に供するようにしたものである。ところが、上記給湯装置は貯湯タンク内の水を間接的に加熱するための熱交換器を必要とするため、装置の大型化及びコストアップを招くという問題があった。
【０００３】
そこで、本発明者は、上記給湯装置において貯湯タンク内に設置される熱交換器を廃し、図６に示すように、貯湯タンク１６３内の水を下部から取り出してこれを冷媒熱交換器１６１、温水熱交換器１６２の順に通過させ、温水熱交換器１６２の出口における水の温度を温度センサ１７３によって検出し、検出された水の温度が設定値よりも低い場合には一方のバルブSV１を閉じ、他方のバルブSV２を開いて水を経路１６９ｇを経て貯湯タンク１６３の下部に帰還せしめ、検出された水の温度が設定値よりも高い場合には一方のバルブSV１を開いて他方のバルブSV２を閉じて水を経路１６９ｆを経て貯湯タンク１６３の上部に帰還せしめることによって貯湯タンク１６３の上部に高温の湯を貯留し、この高温の湯を貯湯タンク１６３の上部から供給する方式（成層加熱方式と称する）を検討している。
【０００４】
そして、エンジン駆動方式熱ポンプ空調装置の熱ポンプ装置を上記給湯装置に利用し、空調機能を損なうことなく高効率に給湯装置を作動させる給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の開発を行っている。即ち、エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路を有し、前記冷媒回路には膨張弁と室内熱交換器及び室外熱交換器を設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を設けている。そして、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた二重管熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置している。貯湯タンク内の水を沸き上げる給湯運転時は、冷却水を主循環回路とバイパス循環回路に適宜分配するように温水制御弁を制御するが、暖房運転時においては、暖房空調の快適性を最優先し、冷却水を全量バイパス循環回路に送って低圧冷媒を加熱するように温水制御弁を制御していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン排熱を回収した冷却水で低圧冷媒を加熱することにより、エンジン排熱を有効に利用することはできるが、冷却水全量による加熱で低圧冷媒の温度が上がり、室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量が減少し、空調装置及び給湯装置を含むシステム全体の効率を上げることはできない。また、低圧冷媒の温度が零度以下になると室外熱交換器に霜が付いて熱交換の効率を低下させる。本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、冷却水による低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑え、室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にすることによりシステム全体の効率を高めることである。さらに、低圧冷媒の温度が０℃以下になり、室外熱交換器に霜が付くことを防止することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張弁と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、圧縮機の吐出側の冷媒高圧値を測定する高圧側圧力センサとを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置し、暖房運転時において、前記エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは前記冷却水を全量前記主循環回路に分配し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる前記冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手段を設けたことことである。
【０００７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載されたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷媒回路に前記膨張弁を通って前記室外熱交換器に流入する低圧冷媒の温度を測定する冷媒温度センサを設けるとともに、前記制御装置が、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、前記低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御することである。
【０００８】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張弁と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、前記膨張弁を通って前記室外熱交換器に流入する低圧冷媒の温度を測定する冷媒温度センサとを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置し、暖房運転時において、前記エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは前記冷却水を全量前記主循環回路に分配し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、前記低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手段を設けたことである。
【０００９】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３に記載されたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記温水制御弁が、リニア電子制御三方弁であることである。
【００１０】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の暖房運転時において、エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは、エンジン排熱を回収した冷却水の全量を主循環回路に分配して貯湯タンク内の水を加熱し、エンジン回転数が所定最大回転数に達しても高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するようにしたので、暖房空調の良好な快適性を維持した上で、冷却水による低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑え、冷却水を有効に使用して貯湯タンクの水を加熱し、且つ室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にすることで、システム全体の効率を高めることができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の暖房運転時において、エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは、エンジン排熱を回収した冷却水の全量を主循環回路に分配して貯湯タンク内の水を加熱し、エンジン回転数が所定最大回転数に達しても高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するとともに、冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するようにしたので、暖房空調の良好な快適性を維持した上で、冷却水による低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑え、冷却水を有効に使用して貯湯タンクの水を加熱し、且つ室外熱交換器による外気と低圧冷媒との熱交換量を最大にし、さらに室外熱交換器に霜が付着することを防止して、システム全体の効率を高めることができる。
【００１２】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の暖房運転時において、エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは、エンジン排熱を回収した冷却水を全量主循環回路に分配して貯湯タンク内の水を加熱し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒温の度が０度以下のとき、低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて冷却水をバイパス循環回路に分配して低圧冷媒を冷却水で加熱するようにしたので、室外熱交換器に霜が付くことによる熱交換の効率低下を防止することができる。
【００１３】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、前記温水制御弁をリニア電子制御三方弁としたので、主循環回路とバイパス循環回路への冷却水の分配割合を容易に正確に制御することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の基本構成を示す回路図、図２は給湯装置の基本構成を示す回路図、図３は給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の制御系の構成を示すブロック図である。図１で示すように、給湯装置６０はエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１に付設されたものであって、熱ポンプ空調装置１において回収されるエンジン排熱の一部と暖房運転時には更にガスエンジン６によって冷媒に与えられるエネルギー（熱）の一部によって水を加熱する装置であり、その構成の詳細は図２に示されている。
【００１５】
ここで、エンジン駆動式熱ポンプ空調装置１の基本構成を図１に基づいて説明する。エンジン駆動式熱ポンプ空調装置１は冷房運転及び暖房運転によって室内を冷房及び暖房する装置であって、これは室外機２と室内機３によって構成されている。尚、複数の不図示の部屋毎に配置される室内機３はそれぞれ１つ以上の室内熱交換器４を含んで構成されており、各室内熱交換器４は後述のように冷房運転時にはエバポレータとして機能し、暖房運転時にはコンデンサとして機能する。又、図示しないが、各室内熱交換器４には不図示の送風ファン５（図３参照）が設けられている。
【００１６】
以下、室外機２の構成について説明すると、図１において、６は駆動源である前記水冷式ガスエンジン、７はガスエンジン６によって回転駆動される圧縮機であって、ガスエンジン６の出力軸８はプーリ９、ベルト１０及びプーリ１１を介して圧縮機７の入力軸１２に連結されている。ところで、上記ガスエンジン６の吸気系には吸気管１３が接続されており、該吸気管１３の上流側にはエアクリーナ１４が配置され、その下流側にはミキサー１５とスロットル弁１６が配置されている。尚、スロットル弁１６はステッピングモータによって構成されるスロットル弁開度制御アクチュエータ１７によって開閉制御される。そして、前記ミキサー１５には燃料ガス供給源１８に接続された燃料供給管１９が接続されており、該燃料供給管１９の途中には燃料ガス流量制御弁２０と減圧調整弁２１及び２つの開閉弁２２が接続されている。他方、ガスエンジン６の排気系からは排気管２３が導出しており、該排気管２３の途中には排ガス熱交換器２４が設けられている。尚、ガスエンジン６には、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサ２５、始動用のスタータモータ２６、潤滑用オイルを貯留するためのオイルパン２７等が設けられている。
【００１７】
ところで、当該熱ポンプ空調装置部分には、前記圧縮機７を含んで閉ループを構成する冷媒回路２８と前記ガスエンジン６を冷却する冷却水を循環させる冷却水回路２９が設けられている。熱ポンプ装置を構成する上記冷媒回路２８は圧縮機７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７の他、オイルセパレータ３０、四方弁３１、前記室内熱交換器４、電子膨張弁３２,３３、室外熱交換器３４、二重管熱交換器３５、アキュームレータ３６等の各種機器が含まれており、これらの機器は冷媒配管２８ａ〜２８kによってそれぞれ接続されて閉ループを構成している。即ち、圧縮機７の吐出側から導出してオイルセパレータ３０に至る冷媒配管２８ａの途中には高圧側圧力センサ３７が設けられており、オイルセパレータ３０と四方弁３１とは冷媒配管２８bによって接続されている。ここで、四方弁３１には４つのポートａ，ｂ，ｃ，ｄが設けられており、ポートｂに連なる冷媒配管２８ｃの途中にはバルブ３８が設けられ、該冷媒配管２８ｃは４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅに分岐している。
【００１８】
上記４つの冷媒配管２８ｄ，２８ｅのうち、１つの冷媒配管２８ｄは給湯装置６０に設けられた冷媒熱交換器６１の入口側に接続され、冷媒熱交換器６１の出口側から導出する冷媒配管２８ｆの途中には電子膨張弁３３が設けられている。残り３つの各冷媒配管２８ｅには前記室内機３を構成する各室内熱交換器４と電子膨張弁３２がそれぞれ設けられている。そして、３つの冷媒配管２８ｅと冷媒配管２８ｆは合流して１つの冷媒配管２８ｇを構成している。而して、前記冷媒配管２８ｇは前記室外熱交換器３４の一端に接続されており、その途中にはパックドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ４１、電動開閉弁４２及び冷媒温度センサ４３が設けられている。尚、室外熱交換器３４には室外ファン４４が設けられている。又、上記室外熱交換器３４の他端に接続された冷媒配管２８ｈには二重管熱交換器３５が設けられ、室外熱交換器３４から流出して冷媒配管２８ｈを流れる低圧冷媒が二重管熱交換器３５において後述するバイパス循環回路を循環する冷却水により加熱される。冷媒配管２８ｈには二重管熱交換器３５が設けられているとともに、冷媒配管２８ｇのドライヤ４１と電動開閉弁４２の間から分岐した冷媒配管（バイパス配管）２８ｉが接続され、該冷媒配管２８ｉの途中には電動バイパス弁４５と逆止弁４６が設けられている。そして、前記冷媒配管２８ｈは前記四方弁３１のポートｄに接続されており、四方弁３１のポートｃに連なる冷媒配管２８ｊは前記アキュームレータ３６に接続され、該アキュームレータ３６から導出する冷媒配管２８ｋは圧縮機７の吸入側に接続され、その途中には低圧側圧力センサ４７が設けられている。又、前記オイルセパレータ３０の下部から導出するオイル戻し配管４８は前記冷媒配管２８ｋに接続されており、その途中にはキャピラリ４９が設けられている。
【００１９】
一方、前記冷却水回路２９は水ポンプ５０によって冷却水を循環させる回路であって、これには水ポンプ５０の他、前記排ガス熱交換器２４、サーモスタット弁５１、温水制御弁５２、サーモスタット弁５３、給湯装置６０に設けられた温水熱交換器６２、ラジエータ５４、前記二重管熱交換器３５等の各種機器が含まれており、これらの機器は冷却水配管２９ａ〜２９ｋによってそれぞれ接続されて閉ループを形成している。本実施の形態では、温水制御弁５２はリニア電子制御三方弁で構成されている。即ち、水ポンプ５０の吐出側からサーモスタット弁５１に至る冷却水配管２９ａの途中には前記排ガス熱交換器２４が設けられており、サーモスタット弁５１から分岐する一方の冷却水配管２９ｂは前記ガスエンジン６の冷却水ジャケット６ａの入口側に接続され、冷却水ジャケット６ａの出口側から導出する冷却水配管２９ｃはサーモスタット弁５１から分岐する他方の冷却水配管２９ｄと合流して１つの冷却水配管２９ｅを形成している。尚、排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケット６ａはエンジン排熱回収熱交換器を構成している。
【００２０】
上記冷却水配管２９ｅは温水制御弁５２に接続されており、その途中には温水制御弁５２の上流を流れる冷却水の温度（エンジン排熱回収熱交換器の出口側温度）を検出するための冷却水温度センサ５５が設けられている。そして、温水制御弁５２から分岐する一方の冷却水配管２９ｆは前記サーモスタット弁５３に接続され、該サーモスタット弁５３から分岐する一方の冷却水配管２９ｇは給湯装置６０に設けられた前記温水熱交換器６２の入口側に接続されている。又、サーモスタット弁５３から分岐する他方の冷却水配管（バイパス配管）２９ｈは前記ラジエータ５４の入口側に接続され、ラジエータ５４の出口側から導出する冷却水配管２９ｉは前記水ポンプ５０の吸入側に接続されており、この冷却水配管２９ｉには前記温水制御弁５２から分岐する冷却水配管（バイパス配管）２９ｊが二重管熱交換器３５を経由して接続されている。冷却水配管２９ｉの途中には注水口５６を介してリザーバタンク５７が接続されている。更に、前記温水熱交換器６２の出口側から導出する冷却水配管２９ｋは前記冷却水配管２９ｉに接続されている。而して、以上の冷却水回路２９において形成される閉ループの冷却水循環路は、前記排ガス熱交換器２４と冷却水ジャケット６ａによって構成されるエンジン排熱回収熱交換器から給湯装置６０の前記温水熱交換器６２を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る冷却水配管２９ａ〜２９ｇ，２９ｋ，２９ｉから成る主循環路と、エンジン排熱回収熱交換器から温水熱交換器６２を迂回して二重管熱交換器３５を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路２９ａ〜２９ｅ，２９ｊ，２９ｉと、冷却水配管２９ａから２９ｆ，２９ｈ，２９ｉによって構成されるラジエータ循環路とで構成されている。
【００２１】
次に、給湯装置６０の構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、給湯装置６０には前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の他、貯湯タンク６３、水ポンプ６４、リニア三方弁からなるサーモスタット弁６５、追い焚き装置６６、温水熱交換器６７、６８等の機器が配置されており、これらの機器は温水配管６９ａ〜６９ｋによってそれぞれ互いに接続されている。即ち、前記冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２を接続する温水配管６９ａの途中には前記水ポンプ６４と温度センサ７０が設けられるとともに、貯湯タンク６３の上部から導出する温水配管６９ｂが接続されており、温水配管６９ｂの途中には開閉弁７１が設けられている。尚、貯湯タンク６３には４つの温度センサ７２ａ〜７２ｄが高さ方向に適当な間隔で設けられており、貯湯タンク６３の底部には市水（水道水）を補給するための給水管６９ｃが接続されている。
【００２２】
貯湯タンク６３の底部から導出する温水配管６９ｄは冷媒熱交換器６１の入口側に接続されており、温水熱交換器６２の出口側から導出する温水配管６９ｅは前記サーモスタット弁６５に接続されている。そして、サーモスタット弁６５から分岐する一方の温水配管６９ｆは貯湯タンク６３の上部に接続され、他方の温水配管６９ｇは前記追い焚き装置６６の内部を通って温水配管６９ｄに貯湯タンク６３の底部近傍で接続されており、その追い焚き装置６６の上流側には温度センサ７３が設けられ、追い焚き装置６６の下流側には前記温水熱交換器６７、６８が設けられている。ここで、一方の温水熱交換器６７と室内の床暖房装置（又は浴室乾燥機）７４とは給湯配管７５によって接続され、他方の温水熱交換器６８と風呂７６とは給湯配管７７によって接続されており、給湯配管７５には水ポンプ７８と流量制御弁７９が設けられ、給湯配管７７には水ポンプ８０が設けられている。
【００２３】
前記温水配管６９ｅから分岐する温水配管（バイパス配管）６９ｈは前記サーモスタット弁６５を迂回して温水配管６９ｇに接続されており、その途中には開閉弁８１が設けられている。更に、前記貯湯タンク６３の上部からは温水配管６９ｉが導出しており、この温水配管６９ｉから分岐する一方の温水配管６９ｊは図示のように前記追い焚き装置６６の内部を通って蛇口８２に接続されており、他方の温水配管６９ｋは不図示の排水設備に接続され、その途中にはリリーフ弁８３が設けられている。ここで、追い焚き装置６６にはバーナー８４が設けられており、このバーナー８４には不図示の燃料ガス供給源からガス配管８５を経て燃料ガスが供給され、この燃料ガスはバーナー８４で燃焼して温水配管６９ｇ、６９ｊを流れる温水を加熱する。尚、ガス配管８５の途中にはガス流量制御弁８６が設けられている。又、追い焚き装置６６の下部には空気取入口６６ａが開口し、上部には排気口６６ｂが開口している。
【００２４】
給湯装置６０を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１の制御系の構成を図３に示すブロック図に基づいて説明する。室外機２、室内機３及び給湯装置６０には制御手段としてのＣＰＵ８７，８８，８９がそれぞれ設けられており、室外機２のＣＰＵ８７と室内機３のＣＰＵ８８及び給湯装置６０のＣＰＵ８９は互いに情報の授受を行い、室外機２のＣＰＵ８７は各種データを記憶装置９０に記憶している。
【００２５】
室外機２のＣＰＵ８７は、エンジン回転センサ２５、高圧側圧力センサ３７、低圧側圧力センサ４７、冷媒温度センサ４３、冷却水温度センサ５５及びその他のセンサ群（例えば、エンジン室内温度センサ、外気温度センサ、高圧側温度センサ等）９１の検知データを取り込んでスロットル弁開度制御アクチュエータ１７、温水制御弁駆動アクチュエータ９２、電子膨張弁３２，３３の電子膨張弁駆動アクチュエータ９３、室外ファン駆動アクチュエータ９４、水ポンプ駆動アクチュエータ９５及びその他のアクチュエータ群（例えば、ガス流量制御弁８６、四方弁３１、電動バイパス弁４５、電動開閉弁４２等を駆動するためのアクチュエータなど）９６の駆動を制御する。室内機３のＣＰＵ８８は、冷媒温度センサ９７、室内機リモコン操作部９８、室内温度センサ９９、床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００及び風呂追い焚きスイッチ１０１の検知データを取り込んで送風ファン５及び室内ルーバーモータ１０２の駆動を制御する。給湯装置６０のＣＰＵ８９は、温度センサ群（温度センサ７０，７２ａ〜７２ｄ，７３）の検知データを取り込んで水ポンプ群（水ポンプ６４，７８，８０）、開閉弁群（開閉弁７１，８１）、ガス流量制御弁（＆点火装置）８６及び流量制御弁７９の駆動を制御する。
【００２６】
次に、給湯装置６０を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置１の作用を説明する。暖房運転時において、給湯装置６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子膨張弁３３は所定の開度に設定され、スタータモータ２６によってガスエンジン６が起動されると、該ガスエンジン６によって圧縮機７が回転駆動されて気相冷媒が圧縮され、高温高圧の気相冷媒は冷媒配管２８ａを通ってオイルセパレータ３０に至る。オイルセパレータ３０においては冷媒に含まれるオイル分が除去され、オイル分が除去された気相冷媒は冷媒配管２８ｂを通って四方弁３１に至る。冷媒から分離されたオイルは前記キャピラリ４９を通過してオイル戻し配管４８から前記冷媒配管２８ｋに戻される。暖房運転時においては、図１に実線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｂとが連通されており、高温高圧の気相冷媒はバルブ３８を通過して一部の気相冷媒は各冷媒配管２８ｅを通って室内熱交換器４に至り、コンデンサとして機能する各室内熱交換器４において凝縮熱を放出して液化し、このとき放出される凝縮熱によって室内の暖房が行われる。残りの気相冷媒は冷媒配管２８ｄを通って給湯装置６０の冷媒熱交換器６１へと供給されて貯湯タンク６３内の温水加熱に供される。
【００２７】
各室内熱交換器４において凝縮熱を放出して液化した高圧の液相冷媒は各冷媒配管２８ｅを流れる過程で電子膨張弁３２にを通過して減圧され、冷媒熱交換器６１において給湯装置６０の貯湯タンク６３内の水を凝縮熱によって加熱して液化した高圧の液相冷媒は冷媒配管２８ｆを流れる過程で電子膨張弁３３を通過して減圧される。そして、各電子膨張弁３２，３３を通過して減圧された液相冷媒は合流して冷媒配管２８ｇを流れ、パックドバルブ３９、サイトグラス４０、ドライヤ４１及び電動開閉弁４２を通過して室外熱交換器３４に至り、エバポレータとして機能する室外熱交換器３４において外気から蒸発熱を奪って気化する。気化した冷媒は四方弁３１に至るが、暖房運転時には図１に実線にて示すように四方弁３１のポートｃとポートｄが連通しているため、冷媒は冷媒配管２８ｊを通ってアキュームレータ３６へと流れ、該アキュームレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみが冷媒配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。そして、圧縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、冷媒は前述と同様の作用を繰返して各室内の暖房に供される。
【００２８】
次に、本発明の特徴である冷却水回路２９内を循環する冷却水の循環制御について図４に示す暖房運転プログラムに基づいて説明する。水ポンプ５０の駆動によって冷却水回路２９内を循環する冷却水は、水ポンプ５０から吐出されて冷却水配管２９ａを流れ、その過程で排ガス熱交換器２４においてガスエンジン６から排気管２３に排出される排気ガスの熱を回収して加熱され、サーモスタット弁５１により冷却水の温度に応じて冷却水配管２９ｂ，２９ｄに分配して流される。冷却水配管２９ｂ，２９ｄを流れる冷却水は合流して冷却配水管２９ｅを流れて温水制御弁５２に至る。ステップ１２５において、温水制御弁５２上流側の冷却水の温度が冷却水温度センサ５５によって検出され、冷却水回路２９を循環する冷却水の温度が設定値（６０℃）以上か否か判定される。否であれば、ステップ１２６で温水制御弁５２は冷却水配管２９ｊへの内部通路を全開とし、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全閉とするように制御され、冷却水は全量バイパス循環回路を循環し、二重管熱交換器３５において低圧冷媒を加熱する。設定値以上であれば、ステップ１２７において、ガスエンジン６の回転数が所定最大回転数（例えば、３，６００ｒｐｍ）未満であるか否か判定される。未満であれば、ステップ１２８において、温水制御弁５２は、冷却水配管２９ｆへの内部通路を全開とし、冷却水配管２９ｊへの内部通路を全閉とするように制御される。これにより、ガスエンジン６の排熱を回収した冷却水は全量冷却水配管２９ｆに流される。ステップ１２９において、高圧側圧力センサ３７により測定された圧縮機７から吐出される気相冷媒の圧力である冷媒高圧値の測定値が目標値より低いか否か判定される。冷媒高圧値の目標値は、運転中の個々の室内機３の負荷の中で最大のものに基づいて算出される。個々の室内機３の負荷は、室内機３の容量、室内温度と設定温度との温度差に基づいて求められる。冷媒高圧値の測定値が目標値に達している場合、プログラムエンドとなる。冷媒高圧値の測定値が目標値より低い場合、ステップ１３０において、ガスエンジン６の回転数の増大を指令してプログラムエンドとなる。即ち、冷媒高圧値の測定値と目標値の差が大きい程、目標エンジン回転数を高く設定して該目標エンジン回転数と回転センサ２５によって検出されるエンジン回転数の差の絶対値が所定値以内となるようにスロットル弁１６の開度がフィードバック制御される。冷媒高圧値の測定値が目標値に達している場合は、プログラムエンドとなる。ステップ１２７でガスエンジン６の回転数が所定最大回転数に達していると判定された場合、ステップ１３１で冷媒高圧値の測定値が目標値より低いか否か判定される。低い場合、ステップ１３２において、冷媒高圧値の目標値と測定値との差に応じて求めた量、即ちこの差に実験的に定めた係数k1を乗じて求めた量の冷却水を冷却水配管（バイパス配管）２９ｊへと流すように温水制御弁５２を制御する。これによりガスエンジン６を所定最大回転数に維持した運転状態において、低圧冷媒が、二重管熱交換器３５で熱ポンプ装置の負荷の不足分に応じてバイパス循環回路に分配された冷却水により加熱される。このように低圧冷媒の加熱を必要最小限に抑えることができ、低圧冷媒の温度が必要以上に上昇して、室外熱交換器３４による外気と低圧冷媒との熱交換量が減少することが防止でき、空調装置及び給湯装置を含むシステム全体の効率を高めることができる。冷媒高圧値の測定値が目標値に達している場合、ステップ１３３において、低圧冷媒の温度の測定値が０℃を以下か否か判定され、０℃を超えていれば、プログラムエンドとなる。０℃以下の場合、ステップ１３４において、測定値の絶対値に実験的に定めた係数k2を乗算して求めた量の冷却水を冷却水配管（バイパス配管）２９ｊへと流すように温水制御弁５２が制御され、低圧冷媒が、二重管熱交換器３５においてバイパス循環回路に分配された冷却水により加熱されて０℃を僅かに超えた温度に維持される。これにより室外熱交換器３４に霜が付くことを防いで熱交換の効率低下を防止することができる。暖房運転時は、この暖房運転プログラムが一定時間毎に繰返し実行されて暖房運転が行われる。
【００２９】
冷却水配管２９ｆを流下する設定値（６０℃）以上の冷却水はサーモスタット弁５３に至る。このサーモスタット弁５３はリニア三方弁で構成されて図５に示す特性を有しており、該サーモスタット弁５３はこれに流入する冷却水の温度が第１の設定値t21（本実施の形態では７８℃）以下である場合、冷却水配管２９ｈへの内部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２９ｇへの内部弁を全開として一方の冷却水配管２９ｇのみに冷却水を流し、冷却水の温度が第１の設定値t21（７８℃）を超えると冷却水配管２９ｈへの内部弁を開き始めると同時に冷却水配管２９ｄへの内部弁を閉じ始めて両冷却水配管２９ｇ，２９ｈに冷却水を流し、冷却水の温度が第２の設定値t22（本実施の形態で９１℃）を超えると冷却水配管２９ｇへの内部弁を全閉とするとともに、冷却水配管２９ｈへの内部弁を全開として一方の冷却水配管２９ｈのみに冷却水を流す。これにより設定温度範囲（６０℃〜９１℃）の冷却水を給湯装置６０の温水熱交換器６２に循環させ、貯湯タンク６３内の温水を冷媒熱交換器６１と温水熱交換器６２の両方で加熱し、貯湯タンク６３内に高い温度の温水を貯湯可能とする。
【００３０】
ガスエンジン６の起動初期において冷却水温度が設定値（６０℃）未満である場合、冷却水は温水熱交換器６２を迂回するため、温度の低い冷却水が温水熱交換器６２において貯湯タンク６３内の温水を冷却することはない。ガスエンジン６の暖機が終了するとエンジン出力に応じてエンジン排熱量が増大し、通常７０℃〜９０℃の温水が温水熱交換器６２に循環するようになり、該温水熱交換器６２によって貯湯タンク６３内に７０℃以上の温水を形成することができる。貯湯タンク６３内の温水の温度が高くなり過ぎる（例えば９０℃以上）のを避けるため、サーモスタット弁５３に流入する冷却水の温度が高くなって７８℃を超えると冷却水の一部をラジエータ５４へ流し始め、９１℃以上で冷却水の全量をラジエータ５４へ流すようにしている。
【００３１】
給湯装置６０においては、貯湯タンク６３内の温水の上下方向の温度分布は前記温度センサ７２ａ〜７２ｄによってそれぞれ検出される。最上位の温度センサ７２ａによって検出される貯湯タンク６３内上部の温水の温度が設定値（本実施の形態では７０℃）未満である場合には水ポンプ６４が駆動され、貯湯タンク６３内の温水は底部から温水配管６９ｄを通って冷媒熱交換器６１に導入され、該冷媒熱交換器６１において冷媒から放出される凝縮熱によって加熱された後、水ポンプ６４及び温水熱交換器６２を通過してサーモスタット弁６５に至る。
【００３２】
サーモスタット弁６５はリニア三方弁で構成されて図５に示す特性を有しており、これは温水の温度が第１の設定値t31（本実施の形態では６０℃）以下である場合には温水配管６９ｆを全閉とするとともに、温水配管６９ｇを全開として一方の温水配管６９ｇのみに温水を流し、温水の温度が第１の設定値t31（＝６０℃）を超えると温水配管６９ｆを開き始めると同時に温水配管６９ｇを閉じ始めて両温水配管６９ｆ，６９ｇに温水を流し、温水の温度が第２の設定値t32（本実施の形態では７３℃）を超えると温水配管６９ｆを全開とし、温水配管６９ｇを全閉として一方の温水配管のみに温水を流す。従って、サーモスタット弁６５においては、温水の温度が第１の設定値t31（６０℃）未満である場合には温水はその全量が温水配管６９ｇを流れる。そして、温水の温度が第１の設定値t31（６０℃）を超えるとサーモスタット弁６５は前述のように両温水配管６９ｆ、６９ｇに温水を流すため、温水の一部は前述のように温水配管６９ｇを通って温水配管６９ｄに還流し、残りの温水は温水配管６９ｆから貯湯タンク６３の上部に戻される。この貯湯タンク６３の上部に戻る温水の量と同量の温度の低い温水が貯湯タンク６３の下部から温水配管６９ｄに供給され、温水配管６９ｇを通過してきた温水と合流して冷媒熱交換器６１へ流れる。温水の温度が第２の設定値t32（７３℃）を超えるとサーモスタット弁６５は前述のように温水の全量を温水配管６９ｆに流すため、温度の高い温水の全てが貯湯タンク６３の上部に戻される。温度の高い温水が貯湯タンク６３の上方から溜まり、温度センサ７２ｄが７０℃以上を検知するようになると水ポンプ６４が停止せられる。
【００３３】
以上のように、温度の低い温水は再加熱するように冷媒熱交換器６１に戻し、温度の高い温水は貯湯タンク６３の上部に戻すようにしたため、貯湯タンク６３内の温水の温度は上から下に向かって低くなり、蛇口８２を開けば温度の高い温水が貯湯タンク６３の上部から温水配管６９ｉ、６９ｊを経て供給されてユーザーの使用に供される。そして、使用された温水の量に見合う市水が給水配管６９ｃから貯湯タンク６３内の底部に供給される。尚、ユーザーが給湯温度を高く設定すると、ガス流量制御弁８６が開いて追い焚き装置６６においてバーナー８４が点火され、供給される温水が加熱されてその温度が設定値まで高められる。
【００３４】
床暖房（浴室乾燥）スイッチ１００と風呂追い焚きスイッチ１０１（図３参照）の少なくとも一方がＯＮされると、水ポンプ６４が停止中であればこれが起動され、温度センサ７２ａが７０℃以上を検知していれば開閉弁７１が開とされる。そして、開閉弁８１が開かれて温水配管６９ｅを流れる温水の一部又は全てがサーモスタット弁６５を迂回して温水配管（バイパス配管）６９ｈから温水配管６９ｇへと流れる。例えば、床暖房（又は浴室乾燥）スイッチ１００と風呂追い焚きスイッチ１０１の双方がＯＮされた場合には、温水配管６９ｇを流れる温水は温水熱交換器６７，６８において給湯配管７５，７７を循環する水を加熱し、給湯配管７５を循環する温水は床暖房装置（又は浴室乾燥機）７４において床暖房（又は浴室乾燥）に供され、給湯配管７７を循環する温水は風呂７６内の湯の加熱に供される。このとき、温度センサ７３によって検出される温水の温度が設定値未満である場合には、温水は追い焚き装置６６においてバーナー８４によって加熱され、温水熱交換器６７、６８を通過した後に温水配管６９ｄ或は貯湯タンク６３の底部に帰還する。
【００３５】
熱ポンプ空調装置１の冷房運転時においては、給湯装置６０の冷媒熱交換器６１に接続された電子膨張弁３３は全閉されており、スタータモータ２６によってガスエンジン６が起動されると、該ガスエンジン６によって圧縮機７が回転駆動されて気相冷媒が圧縮され、高温高圧の気相冷媒はオイルセパレータ３０にてオイル分を除去された後に四方弁３１に至る。ところで、冷房運転時においては、図１に破線にて示すように、四方弁３１のポートａとポートｄとが連通されており、高温高圧の気相冷媒は冷媒配管２８ｈ側へ流れて二重管熱交換器３５を通過した後に室外熱交換器３４に至り、コンデンサとして機能する室外熱交換器３４において外気に放熱して液化する。そして、室外熱交換器３４において液化した高圧の冷媒は冷媒管路２８ｇを流れる間に電動開閉弁４２、ドライヤ４１、サイトグラス４０及びパックドバルブ３９を通過して各冷媒配管２８ｅに分流し、各冷媒配管２８ｅを流れる液相冷媒は各電子膨張弁３２を通過することに減圧されて各室内熱交換器４に至る。
【００３６】
各室内熱交換器４はエバポレータとして機能し、低圧の液相冷媒が各室内の空気から蒸発潜熱を奪って蒸発するため、室内の空気が冷やされて室内が冷房される。気化した冷媒は、バルブ３８を通過して冷媒配管２８ｃを通って四方弁３１に至り、冷房運転時には図１に破線にて示すように四方弁３１のポートｂとポートｃが連通しているため、冷媒配管２８ｊを通ってアキュームレータ３６へと流れ、該アキュームレータ３６にて気液が分離され、気相冷媒のみが冷媒配管２８ｋを通って圧縮機７に吸引される。圧縮機７に吸引された冷媒は再び圧縮され、前述と同様の作用を繰り返して各室内の冷房に供される。
【００３７】
尚、冷房運転時において、圧縮機７に吸引される気相冷媒の圧力である冷媒低圧値は低圧側圧力センサ４７によって測定され、冷媒低圧値の測定値が目標値となるようにガスエンジン６の回転数が制御される。冷媒低圧値の目標値は、運転中の個々の室内機３の負荷の中で最大のものに基づいて算出される。個々の室内機３の負荷は、室内機３の容量、室内温度と設定温度との温度差に基づいて求められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の基本構成を示す回路図である。
【図２】給湯装置の基本構成を示す回路図である。
【図３】給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】暖房運転プログラムのフロー図である。
【図５】サーモスタット弁の特性図である。
【図６】従来の給湯装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ エンジン駆動式熱ポンプ空調装置
２ 室外機
３ 室内機
４ 室内熱交換器
６ ガスエンジン（エンジン）
６ａ 冷却水ジャケット（エンジン排熱回収熱交換器）
７ 圧縮機
２４ 排ガス熱交換器（エンジン排熱回収熱交換器）
２８ 冷媒回路
２９ 冷却水回路
３２，３３ 電子膨張弁（膨張弁）
３４ 室外熱交換器
３５ 二重管熱交換器（冷却水配管２９ｊ等でバイパス循環回路を構成）
３７ 高圧側圧力センサ
４３ 冷媒温度センサ
５２ 温水制御弁
６０ 給湯装置
６１ 冷媒熱交換器
６２ 温水熱交換器（冷却水配管２９ｆ等で主循環回路を構成）
６３ 貯湯タンク
６５ サーモスタット弁
１２０ 暖房運転プログラム（制御手段）
Claims (4)
- エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張弁と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、圧縮機の吐出側の冷媒高圧値を測定する高圧側圧力センサとを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置し、暖房運転時において、前記エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは前記冷却水を全量前記主循環回路に分配し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記高圧側圧力センサにより測定された冷媒高圧値の測定値が熱ポンプ装置の負荷に基づいて定められる前記冷媒高圧値の目標値に達しないとき、前記冷媒高圧値の目標値と測定値の差に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置。
- 前記冷媒回路に前記膨張弁を通って前記室外熱交換器に流入する低圧冷媒の温度を測定する冷媒温度センサを設けるとともに、前記制御装置が、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、前記低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御することを特徴とする請求項１記載の給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置。
- エンジンによって駆動される圧縮機によって冷媒を循環させる冷媒回路と、エンジンを冷却する冷却水を循環させる冷却水回路とを有し、前記冷媒回路には膨張弁と、室内熱交換器と、室外熱交換器と、前記膨張弁を通って前記室外熱交換器に流入する低圧冷媒の温度を測定する冷媒温度センサとを設けて成るエンジン駆動式熱ポンプ空調装置において、前記冷却水回路にエンジン排熱回収熱交換器及び温水熱交換器を設け、貯湯タンク内の水の加熱を前記温水熱交換器での冷却水との熱交換によって行うようにした給湯装置を備え、前記冷却水回路を、前記エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を経てエンジン排熱回収熱交換器に戻る主循環回路と、エンジン排熱回収熱交換器から前記温水熱交換器を迂回し、前記室外熱交換器から流出した低圧冷媒と冷却水との間の熱交換を行わせために前記冷媒回路との間に設けられた熱交換器を経て前記エンジン排熱回収熱交換器に戻るバイパス循環回路で構成し、前記冷却水回路の主循環回路とバイパス循環回路との分岐部に温水制御弁を配置し、暖房運転時において、前記エンジン回転数が所定最大回転数未満のときは前記冷却水を全量前記主循環回路に分配し、前記エンジン回転数が所定最大回転数に達しても前記冷媒温度センサにより測定された低圧冷媒の温度が０度以下のとき、前記低圧冷媒の温度の測定値の絶対値に応じて前記冷却水を前記バイパス循環回路に分配するように前記温水制御弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置。
- 前記温水制御弁は、リニア電子制御三方弁であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の給湯装置を備えたエンジン駆動式熱ポンプ空調装置。
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