JP4647226B2

JP4647226B2 - 空調機

Info

Publication number: JP4647226B2
Application number: JP2004103410A
Authority: JP
Inventors: 山武横; 健一田之頭
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005291540A

Description

本発明は空調機に関し、特に、内燃機関（例えばガスエンジン）と組み合わせて使用される空調機（例えば、ガスヒートポンプをベースとする各種機器等）に関する。

ガスヒートポンプによる空調機（空調設備）は主に業務用向け（ビル、店舗、学校ｅｔｃ.）であり、一箇所への設置台数が多い（例えば、ビルの屋上に５０台程度並べて設置することもある）。
そして、ビル、店舗、学校等のいわゆる「業務用」の空調装置では、年間を通しての冷房需要が多い。理由としては、一般家庭に比較して、例えばオフィス等では内部発熱が多いため、冷房運転時間が圧倒的に長くなるからである。

空冷式の空調機（電気ヒートポンプ等）では、設置時に、ショートサーキット（設置スペースが小さい場合、凝縮機で放熱し暖まった空気を再度、空調機が吸込んでしまい、凝縮機を冷却することが出来なくなる現象）防止のため、スペースを取る必要がある。
一方、ガスヒートポンプは、ラジエータからの放熱が加わるため、電気式の空調機よりもさらにスペースが必要となる傾向がある。

ここで、電気式の水冷空調機やガスエンジン水冷空調機の様な水冷式の機器であれば、「ショートサーキットの問題が生じない（冷却塔で放熱出来る）」、「空気より水の方が温度が低いため、水冷の方が効率が高い」というメリットがある。

ただし、電気式の水冷空調機では暖房が出来ないため、冷房専用となってしまう。電気式の水冷空調機において、どうしても暖房をしたい場合には、ボイラー等を設ける必要がある、という問題を有している。

一方、ガスエンジン水冷空調機は、ショートサーキットの心配が少ないので、スペース効率が向上する。
ガスエンジンで駆動されるため、水冷ガス空調機は、それ自体ボイラーを持っているのと同様であり、暖房運転が可能であって、通常のガスヒートポンプに対して冷房の効率が高い、という長所がある。

しかし、ガスヒートポンプは、フロンの凝縮熱に加えて、ガスエンジン用のラジエータの熱が吹き出てくる。吹き出て来た風が速やかに拡散すれば問題は無いが、複数台の室外機が設置されている場合や、熱風の噴出し口に障害物が存在すると、吹き出た熱い風が室外機に舞い戻って吸込まれる。即ち、前述のショートサーキット問題が再燃する。そして、ショートサーキットになると、冷凍機の効率が低下してしまう。

ここで、流路決定用の部材を切り換えることにより、暖房、冷房の双方が出来る技術が既に提案されている（特許文献１）。この技術では、暖房側に切り換えれば、エンジンの排熱が冷却塔に行かないで室内側へ供給される。
しかし、この技術では、エンジンの冷却を純水（或いは上水）で行うと、鉄製のエンジンが錆びてしまう恐れがあり、エンジン冷却水に防錆剤を入れなければならない。
ところが、エンジン冷却水に防錆剤を入れると（或いは、クーラントを利用すれば）、冷却塔（水の蒸発熱で冷却ので水は補充しなければならない）で水が蒸発して、防錆剤濃度或いはクーラント中のエチレングリコール濃度が高くなり過ぎてしまう、という問題が存在する。
特開平０５−２４０５２８号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、複数台を同一箇所に設置してもショートサーキットの問題を生じることが無く、暖房負荷に対処することが出来て、内燃機関の防錆が可能であると共に、冷却塔を循環する冷却水における防錆剤やクーラントの濃度上昇の問題が生じない様な空調機の提供を目的としている。

本発明によれば、室外機（１）と室内機（２）と冷却塔（３）とを備える空調機において、その室外機（１）は内燃機関（４）と、その内燃機関（４）にクラッチ（５）を介して接続された圧縮機（６）と、内燃機関（４）の冷却水が循環する排熱循環系（Ｌｈ）と、圧縮機（６）の冷媒が循環する冷媒循環系（Ｌ）と、冷却塔（３）からの冷却水が循環する冷却水循環系（Ｌｗ）とを有し、室内機（２）は前記冷媒循環系（Ｌ）に介装された室内熱交換器（２１）と膨張弁（８）とを有し、そして室外機（１）はさらに前記排熱循環系（Ｌｈ）と前記冷媒循環系（Ｌ）とで熱交換を行うための第１の熱交換器（Ｈ１）と、前記冷媒循環系（Ｌ）と前記冷却水循環系（Ｌｗ）とで熱交換を行うための第２の熱交換器（Ｈ２）と、前記排熱循環系（Ｌｈ）と前記冷却水循環系（Ｌｗ）とで熱交換を行うための第３の熱交換器（Ｈ３）とを備え、前記第１の熱交換器（Ｈ１）を介装した排熱循環系（Ｌｈ）には第１の弁（Ｖｈ２）を介して第１の熱交換器（Ｈ１）をバイパスする第１のバイパスライン（Ｌｈ５）が設けられ、前記第１の熱交換器（Ｈ１）を介装した冷媒循環系（Ｌ）には第２の弁（Ｖ１）を介して第１の熱交換器（Ｈ１）をバイパスする第２のバイパスライン（Ｌ３）が設けられ、前記第２の熱交換器（Ｈ２）を介装した冷媒循環系（Ｌ）には第３の弁（Ｖ２）を介して第２の熱交換器（Ｈ２）をバイパスする第３のバイパスライン（Ｌ６）が設けられ、前記第２の熱交換器（Ｈ２）を介装した冷却水循環系（Ｌｗ）には第４の弁（Ｖｗ２）を介して第２の熱交換器（Ｈ２）をバイパスする第４のバイパスライン（Ｌｗ５）が設けられ、前記第３の熱交換器（Ｈ３）を介装した排熱循環系（Ｌｈ）には第５の弁（Ｖｈ１）を介して第３の熱交換器（Ｈ３）をバイパスする第５のバイパスライン（Ｌｈ２）が設けられ、前記第３の熱交換器（Ｈ３）を介装した冷却水循環系（Ｌｗ）には第６の弁（Ｖｗ１）を介して第３の熱交換器（Ｈ３）をバイパスする第６のバイパスライン（Ｌｗ２）が設けられている。

また本発明によれば、前記圧縮機（６）の仕事に対して冷房負荷が減少した場合に、排熱循環系（Ｌｈ）と冷媒循環系（Ｌ）との間で熱交換を行うための第４の熱交換器（Ｈａ）を設け、その第４の熱交換器（Ｈａ）を介装した排熱循環系（Ｌｈ）には第７の弁（Ｖｈ３）を介して第４の熱交換器（Ｈａ）をバイパスする第７のバイパスライン（Ｌｈ８）が設けられ、第４の熱交換器（Ｈａ）を介装した冷媒循環系（Ｌ）には第８の弁（Ｖ３）を介して第４の熱交換器（Ｈａ）をバイパスする第８のバイパスライン（Ｌ１０）が設けられている。

そして本発明によれば、通常の冷房運転、圧縮機（６）の仕事に対して冷房負荷が減少した場合の一時的な調整運転、暖房時で圧縮機（６）の仕事と内燃機関（４）の排熱が暖房負荷と釣り合っている場合の運転、暖房時で内燃機関（４）の排熱が暖房負荷よりも大きい場合の運転および冷却水循環系（Ｌｗ）の凍結防止運転の各運転状態を検出する検出手段を設け、その検出手段により前記運転状態を制御する制御手段（５０）を設け、前記制御手段（５０）は前記運転状態にしたがって第１ないし第８の各弁を制御して第１ないし第８のバイパス通路を選択する機能を有している。

圧縮機（６）が内燃機関（ガスエンジン４）で駆動され、内燃機関（ガスエンジン４）の冷却水が循環する排熱循環系（Ｌｈ）を有しているので、ガスエンジン水冷空調機として作動が可能であり、ショートサーキットを生じること無く、密集したところでも使用できる。

排熱循環系（Ｌｈ）と冷媒循環系（Ｌ）とで熱交換が可能なので、内燃機関（ガスエンジン４）の排熱を冷媒に投入して暖房が出来る。

冷却塔（３）の循環系統（冷却水循環系Ｌｗ）と、ガスエンジン（４）の循環系統（排熱循環系Ｌｈ）とは、第３の熱交換器（Ｈ３）を介して熱的には連通しているが、循環する液体（冷却塔３を循環する冷却水と内燃機関冷却水）同士は混合しないので、冷却塔（３）を流れる循環系（冷却水循環系Ｌｗ）ではクーラントや防錆剤を包含しない上水（或いは純水）を流せるが、エンジン冷却水系（排熱循環系Ｌｈ）では、クーラント或いは防錆剤を混合した冷却水を循環させて、内燃機関が錆びてしまうことを防止できる。
すなわち、冷却塔（３）では水、エンジン冷却水はクーラントと完全に分離しているため、ガスエンジンが錆びる恐れが無く、防錆剤或いはクーラントの濃度が高くなり過ぎることがない。

また、熱交換器として、第１〜第３の熱交換器（Ｈ１〜Ｈ３）と予備（Ｈａ）の合計４種類が用いられ、エンジン排熱と冷媒温度と冷暖房負荷とのマッチングが容易になるので、種々の運転状態に対応出来る。
多くの熱交換器を使い分けるのは、例えば、エンジン（４）で発生した熱と、室内で要求された熱量とがマッチしないと、余った熱は冷却塔で除去することとなる。
そのための熱交換器が必要となる。或いは、冷房時に冷え過ぎた場合に、エンジン（４）からの熱を少し加えて、冷え過ぎを解消するためにも熱交換器は必要となる。
エンジン（４）の冷却系、即ち排熱循環系（Ｌｈ）に熱交換器（第２と第３の熱交換器Ｈ２、Ｈ３）を設けることにより、上述したようなエンジン排熱の多岐に亘る利用に対処出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

先ず、図１を参照して、本発明の実施形態の構成を説明する。
図１において、当該空調機は、大きなユニット単位として、室外機１と室内機２と冷却塔３とによって構成されている。なお、図１では室内機２は１台のみ示されているが、複数台設けることが可能である。

室外機1は、内燃機関であるガスエンジン４と、該ガスエンジン４とクラッチ５を介して接続された圧縮機６と、第１の熱交換器Ｈ１と第２の熱交換器Ｈ２と第３の熱交換器Ｈ３及び補助熱交換器Ｈａとを有している。

さらに室外機１は、ガスエンジン４の冷却水が循環する排熱循環系Ｌｈと、前記圧縮機６と熱的負荷である室内機２の室内熱交換器２１とを閉回路で結び回路内に冷媒を循環させる冷媒循環系Ｌと、前記冷却塔３と室外機１内とを閉回路で結び回路内に冷却水を循環させる冷却水循環系Ｌｗとを有している。

前記排熱循環系Ｌｈは、ガスエンジン４から排出された排熱を有する冷却水（以降、排熱を有する冷却水を排熱と言う）が循環するように構成されている。
先ず、ガスエンジン４に接続された排熱配管Ｌｈ１が、第１の三方弁Ｖｈ１において排熱配管Ｌｈ２とＬｈ３とに分岐している。
排熱配管Ｌｈ３は途中に前記冷却水循環系Ｌｗと熱交換を行うための第３の熱交換器Ｈ３を介装しており、前記排熱配管Ｌｈ２と第１の合流点Ｇｈ１で合流し、排熱配管Ｌｈ４に接続される。

排熱配管Ｌｈ４は、第２の三方弁Ｖｈ２において排熱配管Ｌｈ５とＬｈ６とに分岐している。
排熱配管Ｌｈ６は途中に前記冷媒循環系Ｌと熱交換を行うための第１の熱交換器Ｈ１を介装しており、前記排熱配管Ｌｈ５と第２の合流点Ｇｈ２で合流し、排熱配管Ｌｈ７に接続される。

排熱配管Ｌｈ７は、第３の三方弁Ｖｈ３において排熱配管Ｌｈ８とＬｈ９とに分岐している。
排熱配管Ｌｈ９は途中に前記冷媒循環系Ｌと熱交換を行うための予備の熱交換器Ｈａを介装しており、前記排熱配管Ｌｈ８と第３の合流点Ｇｈ３で合流し、排熱循環ポンプ７を介装した排熱配管Ｌｈ１０に接続され、その排熱配管Ｌｈ１０はガスエンジン４にエンジン冷却水を戻すように接続されている。

前記冷媒循環系Ｌは、熱的負荷（例えば、室内空気）と熱交換を行う室内機２の室内熱交換器２１と前記圧縮機６とを冷媒が循環する閉回路である。
先ず、圧縮機６の吐出側に接続された冷媒配管Ｌｈ１が、方向切換弁（四方弁）Ｖ４の図示のポートＰ１に接続されている。図１において、方向切換弁（４方弁）の各ポートの配置は、冷房時の配置を示している。
その方向切換弁（四方弁）Ｖ４の前記ポートＰ１と連通する図示のポートＰ２に冷媒配管Ｌ２が接続され、その冷媒配管Ｌ２は第１の三方弁Ｖｈ１において冷媒配管Ｌ３とＬ４とに分岐している。冷媒配管Ｌ４は途中で前記第１の熱交換器Ｈ１中を通り、前記冷媒配管Ｌ３と第１の合流点Ｇ１で合流し、冷媒配管Ｌ５に接続される。

冷媒配管Ｌ５は、第２の三方弁Ｖ２において冷媒配管Ｌ６とＬ７とに分岐している。配管Ｌ７は途中で前記第２の熱交換器Ｈ２中を通り、前記冷媒配管Ｌ６と第２の合流点Ｇ２で合流し、室内機２側の膨張弁８を介装した冷媒配管Ｌ８に接続され、その冷媒配管Ｌ８は室内熱交換器２１の一端に接続されている。

室内熱交換器２１の他端には冷媒配管Ｌ９が接続され、その冷媒ラインＬ９は、第３の三方弁Ｖ３において冷媒配管Ｌ１０とＬ１１とに分岐している。
前記冷媒配管Ｌ１１は途中で前記予備の熱交換器Ｈａ中を通っており、前記冷媒配管Ｌｈ１０と第３の合流点Ｇ３で合流し、冷媒配管Ｌ１２に接続されている。

冷媒配管Ｌ１２は、前記方向切換弁（四方弁）Ｖ４の図示のポートＰ３に接続されている。方向切換弁（四方弁）Ｖ４の前記ポートＰ３と連通する図示のポートＰ４に冷媒配管Ｌ１３が接続され、その冷媒配管Ｌ１３の他端は前記圧縮機６の吸入側に接続されている。

他方、冷却水循環系Ｌｗは、冷却塔３の出口側に接続され、循環ポンプ９を介装した冷却水配管Ｌｗ１が第１の三方弁Ｖｗ１において、冷却水配管Ｌｗ２とＬｗ３とに分岐している。

冷却水配管Ｌｗ２は第２の三方弁Ｖｗ２にて、冷却水配管Ｌｗ５と、第２の熱交換器Ｈ３を通る冷却水配管Ｌｗ６とに分岐する。
冷却水配管Ｌｗ３は前記第３の熱交換器Ｈ３に連通し、第３の熱交換器Ｈ３はさらに冷却水配管Ｌｗ４と連通する。この冷却水配管Ｌｗ４は、第１の合流点Ｇｗ１で、前記冷却水配管Ｌｗ５と合流する。
そして、冷却水配管Ｌｗ５と冷却水配管Ｌｗ６とは第２の合流点Ｇｗ２で合流し、冷却水配管Ｌｗ７に接続され、その冷却水配管Ｌｗ７は冷却塔３の吸入側に接続されている。

ここで、図１において、膨張弁８は室内機２側に示されているが、実際の機器において、膨張弁８は、室内機２と室外機１の双方に設けられており、冷房時と暖房時とで、室内機に設けた弁と室外機に設けた弁とを使い分けている。或いは、膨張弁８を室外機１にのみ設けている。

次に、図２を参照して冷房時（冷房負荷と圧縮機の仕事とが釣り合っている状態）の作動について説明する。
尚、以降の作動の説明において、図中、実線は流体の流れる配管を、破線は流体の流れない配管を示す。

図２では、ガスエンジン４から排熱配管Ｌｈ１に排出された冷却水（排熱）は、第１の三方弁Ｖｈ１、排熱配管Ｌｈ３を経由し、第３の熱交換器Ｈ３において冷却水循環系Ｌｗの冷却水に排熱を与え、以下、流過順に排熱配管Ｌｈ４、第２の三方弁Ｖｈ２、排熱配管Ｌｈ５、第２の合流点Ｇｈ２、排熱配管Ｌｈ７、第３の三方弁Ｖｈ３、排熱配管Ｌｈ８、第３の合流点Ｇｈ３、排熱配管Ｌｈ１０を経由してガスエンジン４に戻る。

冷却水循環系Ｌｗでは、配管Ｌｗ１を流れる冷却水は、第１の三方弁Ｖｗ１で分岐して、配管Ｌｗ２、Ｌｗ３の双方を流れる。
冷却水配管Ｌｗ３を流れる冷却水は第３の熱交換器Ｈ３で排熱により加熱され、冷却水配管Ｌｗ４、第１の合流点Ｇｗ１を経由して、冷却水配管Ｌｗ５を流れる。
一方、冷却水配管Ｌｗ２を流れる冷却水は、第２の三方弁Ｖｗ２を経由して冷却水配管Ｌ６を流れる。その際に、冷却水ラインＬ６が介装されている第２の熱交換器Ｈ２で冷媒により加熱される。第２の熱交換器Ｈ２で加熱された冷却水は、冷却水配管Ｌ６を流れ、第２の合流点Ｇｗ２で冷却水配管Ｌｗ５と合流する。
第２の合流点Ｇｗ２で合流した冷却水配管Ｌｗ５と冷却水配管Ｌ６は、冷却水配管Ｌｗ７と接続する。そして、熱交換器Ｈ３、Ｈ２で加熱された冷却水は冷却水配管Ｌｗ７を流れて、冷却塔３に戻される。冷却塔３では、冷却水を蒸発させる際の気化熱によって冷却水が冷やされ、再び冷却水配管Ｌｗ１、Ｌｗ３から第３の熱交換器Ｈ３に冷却水が循環する。

冷媒循環系Ｌでは、圧縮機６によって圧縮された高圧気相冷媒が、冷媒配管Ｌ１から４方弁のポートＰ１、Ｐ２を経由して、さらに冷媒配管Ｌ２、第１の三方弁Ｖ１、冷媒配管Ｌ３、Ｌ５、第２の三方弁Ｖ２を経由して、前述したように、冷媒配管Ｌ７に介装された第２の熱交換器Ｈ２において、冷却水循環系Ｌｗに熱が奪われ、凝縮して、高温液相冷媒に変化する。

高温気相冷媒は、第２の熱交換器Ｈ２（配管Ｌ７）から室内機２側の配管Ｌ８に流入し、膨張弁８によって膨張・減圧されて、室内熱交換器２１において蒸発（気化）し、その際の気化熱によって室内の空気から熱を奪うことにより室内温度を下げる（冷房仕事を行う）。

冷房仕事を終えた低圧の気相冷媒は、配管Ｌ９、第３の三方弁Ｖ３、冷媒配管Ｌ１０、Ｌ１２、前記四方弁Ｖ４のポートＰ３、ポートＰ４、冷媒配管Ｌ１３を経由して前記圧縮機６に戻され、再び同様のサイクルを繰り返す。

次に、図３を参照して、圧縮機６の仕事に対して、冷房負荷が減少した場合の一時的な調整運転における作動を説明する。
すなわち、冷房時で、圧縮機６が例えば１００の仕事をするのに対して、室内ユニットが突発的に要求する仕事が急激に６０まで減った場合に、前記予備熱交換器Ｈａに冷媒とガスエンジン４の冷却水（排熱）とを供給して、予備熱交換器Ｈａで４０（＝１００−６０）の仕事をダミーで行わせる運転の際の作動である。
図３では、冷却水循環系Ｌｗにおいて冷却水は循環させていない。しかし、図３で示す様な調整運転に際して、冷却水循環系Ｌｗにおいて冷却水を循環させることは可能である。

排熱循環系Ｌｈにおいて、ガスエンジン４から排熱配管Ｌｈ１に排出されたエンジン冷却水（排熱）は、第１の三方弁Ｖｈ１、排熱配管Ｌｈ３を経由し、第３の熱交換器Ｈ３において冷却水循環系Ｌｗの冷却水に排熱を与え、以下、流過順に排熱配管Ｌｈ４、第２の三方弁Ｖｈ２、排熱配管Ｌｈ５、第２の合流点Ｇｈ２、排熱配管Ｌｈ７に至る。

第３の三方弁Ｖｈ３では図２の場合に対して、経路が変更され、エンジン冷却水（排熱）は、排熱ラインＬｈ９を通り、排熱ラインＬｈ９に介装した予備熱交換器Ｈａで冷媒循環系Ｌの配管Ｌ１１を流れる冷媒に熱を与える。
換言すれば、冷媒は、熱交換器Ｈａにおいて排熱を奪うことで、冷房仕事をこなしている。その後、エンジン冷却水は、第３の合流点Ｇｈ３、排熱配管Ｌｈ１０を経由してガスエンジン４に戻る。

冷媒循環系Ｌの冷媒の流れ及び相変化は、図２の冷房時での冷房負荷と圧縮機の仕事とが釣り合っている状態と同様である。

次に、図４を参照して、暖房時で圧縮機の仕事及びガスエンジンの排熱が、暖房負荷と釣り合っている場合の作動について説明する。

この場合は、エンジン排熱は冷媒の過熱にのみ使用され、冷却塔３を循環する冷却水ラインには投入されない。
ここで、図４の場合、冷却水循環系Ｌｗでは図示の通り冷却水は循環していないか、或いは、図示はされていないが、第３の熱交換器Ｈ３及び第２の熱交換器Ｈ２をバイパスして流れている。

排熱循環系Ｌｈにおいて、ガスエンジン４から排熱配管Ｌｈ１に排出されたエンジン冷却水（排熱）は、第１の三方弁Ｖｈ１、排熱配管Ｌｈ２、Ｌｈ４、第２の３方弁Ｖｈ２を経由し、排熱ラインＬｈ６に介装された第１の熱交換器Ｈ１において排熱を冷媒循環系Ｌの冷媒配管Ｌ４に暖房のための熱を与える。その後、エンジン冷却水は、第２の合流点Ｇｈ２、排熱配管Ｌｈ７、第３の三方弁Ｖｈ３、排熱配管Ｌｈ８、第３の合流点Ｇｈ３、Ｌｈ１０を経由してガスエンジン４に戻される。

冷媒循環系Ｌでは、既に第１の熱交換器Ｈ１で加熱され、圧縮機６で圧縮された高圧の気相冷媒は、冷媒配管Ｌ１から４方弁Ｖ４のポートＰ４、Ｐ３、冷媒配管Ｌ１２を経由して、さらに第３の合流点Ｇ３、冷媒配管Ｌ１０、第３の三方弁Ｖ３、冷媒配管Ｌ９、を経由して、室内熱交換器２１において熱を室内空気に与えて凝縮し、高圧の液相冷媒となる。

高圧の液相冷媒は、冷媒配管Ｌ８に介装された膨張弁８で膨張・減圧されて低圧の液相冷媒となる。その後、低圧の気相冷媒は、第２の合流点Ｇ２、冷媒配管Ｌ６、第２の三方弁Ｖ２、冷媒配管Ｌ５、Ｌ４を経由して冷媒配管Ｌ４に介装された第１の熱交換器Ｈ１において、排熱循環系Ｌｈの前記エンジン冷却水の廃熱によって加熱されて気化する。

第１の熱交換器Ｈ１を出た気相冷媒は、冷媒配管Ｌ４、第１の三方弁Ｖ１、冷媒配管Ｌ２を経由した後、前記４方弁Ｖ４のポートＰ１、Ｐ２を経て、冷媒配管Ｌ１３によって前記圧縮機６に戻され、再び同様のサイクルを繰り返す。

次に、図５を参照して、暖房時でエンジン排熱が暖房負荷よりも大きい場合の作動について説明する。
暖房時、エンジン排熱が大き過ぎる場合は、エンジン排熱は第３の熱交換器Ｈ３および第１の熱交換器を循環する（第３の熱交換器Ｈ３で排熱を一部冷却水循環系Ｌｗに捨ててエンジン冷却水であるエンジン排熱の温度を所定温度まで降温しなければ、ガスエンジンに戻るエンジン冷却水が高くなり過ぎて、ガスエンジンはオーバーヒートするから）。

図５では、ガスエンジン４から排熱配管Ｌｈ１に排出された冷却水（排熱）は、第１の三方弁Ｖｈ１、排熱配管Ｌｈ３を経由し、第３の熱交換器Ｈ３において冷却水循環系Ｌｗの冷却水に排熱を与える。
その後、流過順に排熱配管Ｌｈ４、第２の三方弁Ｖｈ２を経由して、排熱配管Ｌｈ６に介装した第１の熱交換器Ｈ１でさらに冷媒循環系Ｌに排熱を与えた後、第２の合流点Ｇｈ２、排熱配管Ｌｈ７、第３の三方弁Ｖｈ３、排熱配管Ｌｈ８、第３の合流点Ｇｈ３、排熱配管Ｌｈ１０を経由してガスエンジン４に戻る。

冷却塔３で冷却された冷却水は、第１の三方弁Ｖｗ１、冷却水配管Ｌｗ３を経由して、第３の熱交換器Ｈ３で排熱により加熱される。加熱された冷却水は、冷却水配管Ｌｗ４、第１の合流点Ｇｗ１、冷却水配管Ｌｗ５、第１の合流点Ｇｗ２、冷却水配管Ｌｗ７を経由して冷却塔３に戻される。
冷却塔３では、冷却水を蒸発させる際の気化熱によって冷却水が冷やされ、再び冷却水配管Ｌｗ１を経由して冷却水が循環する。

冷媒循環系Ｌでは、前述の図４の場合（暖房時で圧縮機の仕事及びガスエンジンの排熱が、冷房負荷と釣り合っている場合）と同様の循環を行い、第１の熱交換器Ｈ１において排熱循環系Ｌｈからエンジン冷却水の排熱をもらう。

次に、図６を参照して、冷却水回路（冷却塔を循環する回路）内の凍結防止運転について説明する。
冬季（暖房運転時）には、冷却塔側の回路（冷却水循環系）Ｌｗ内は水が循環するので、第３の熱交換器Ｈ３及び第２の熱交換器Ｈ２では、凍結の可能性がある。
そこで、冷却水配管Ｌｗ１に介装した温度センサＳｔ１、冷却水配管Ｌｗ７に介装した温度センサＳｔ２で計測された冷却水温度が凍結温度になったら、ポンプ９を作動させて冷却水循環系Ｌｗに冷却水を通水し、以って、冷却水循環系Ｌｗの凍結を防止する。

図６において、ガスエンジン４から排熱配管Ｌｈ１に排出された冷却水（排熱）は、第１の三方弁Ｖｈ１、排熱配管Ｌｈ２、Ｌｈ４、第２の三方弁Ｖｈ２を経由し、排熱配管Ｌｈ６に介装された第１の熱交換器Ｈ１において冷媒循環系Ｌに排熱を与える。
その後、流過順に、第２の合流点Ｇｈ２、排熱配管Ｌｈ７、第３の三方弁Ｖｈ３、排熱配管Ｌｈ８、第３の合流点Ｇｈ３、排熱配管Ｌｈ１０を経由してガスエンジン４に戻る。

冷媒循環系Ｌでは、既に第１の熱交換器Ｈ１で加熱され、圧縮機６で圧縮された高圧の気相冷媒は、冷媒配管Ｌ１から４方弁Ｖ４のポートＰ４、Ｐ３を経由して、さらに冷媒配管Ｌ１２、第３の合流点Ｇ３、冷媒配管Ｌ１０、第３の三方弁Ｖ３、冷媒配管Ｌ９、を経由して、室内熱交換器２１において熱を室内空気に与えて凝縮し、高圧の液相冷媒となる。

高圧の液相冷媒は、冷媒配管Ｌ８に介装された膨張弁８で膨張・減圧されて低圧の液相冷媒となる。その後、低圧の気相冷媒は、第２の合流点Ｇ２、冷媒配管Ｌ７を経由して、第２の熱交換器Ｈ２で、温熱を冷却水循環系Ｌｗに与え、冷却水循環系Ｌｗの凍結を防止する。
その後、第２の三方弁Ｖ２、冷媒配管Ｌ５、Ｌ４を経由して冷媒配管Ｌ４に介装された第１の熱交換器Ｈ１において、排熱循環系Ｌｈの前記エンジン冷却水の廃熱によって加熱されて気化する。

尚、上述した以外に、冷却水循環系Ｌｗの凍結防止策として、例えば、エンジン排熱及び（冷却塔を循環する）冷却水を第３の熱交換器Ｈ３に投入して、図５で示す様な流れにしたり、エンジン排熱及び（冷却塔を循環する）冷却水を、共に、第３の熱交換器Ｈ３および第２の熱交換器Ｈ２を流過させても良い。

また、排熱と負荷と冷却水の熱エネルギーの大小如何によっては、冷却水循環系Ｌｗにおける冷却水の流れの向きを逆としてもよい。

上述した図２〜図６以外にも、運転モード、外気温、冷暖房負荷、冷媒温度、排熱温度、（冷却塔を循環する）冷却水温度に対応して、経由する熱交換器を適宜切り換えることが可能である。係る切換は、オペレータがマニュアルで切り換えても良いが、図７の制御系の構成図及び図８のフローチャートで示す自動制御とすることが可能である。

運転モードを自動制御するに当たり、図７に示すように、排熱循環系Ｌｈの排熱配管Ｌｈ１０に排熱温度センサＳｔｈが、冷却水循環系ＬＷの冷却水配管Ｌｗ7に冷却水温度センサＳｔｗが、冷媒循環系Ｌの冷媒配管Ｌ１３に冷媒温度センサＳｔが夫々介装され、室内機２の室内熱交換器２１には冷暖房負荷センサＳＬが取付けられている。
各センサは、信号ラインＳｉによって制御手段であるコントロールユニット５０に接続されている。また、コントロールユニット５０と循環系に介装された各切換弁とは、図示しない制御信号ラインによって接続されている。
尚、図７において、各種センサの位置は、ケース・バイ・ケースで変更可能である。

次に、図８を参照して、運転モードの自動制御方法について説明する。

先ず、ステップＳ１において、冷却水温度を前記冷却水温度センサＳｔｗで、冷媒温度を冷媒温度センサＳｔで、排熱温度を排熱温度センサＳｔｈで、冷房負荷を冷房負荷センサＳＬで検出する。

次のステップＳ２では、コントロールユニット５０は、検出したデータに基づいて、各切換弁の開閉状態を検出し、冷却水、冷媒、排熱の経路を選択する（ステップＳ３）。

次のステップＳ４において、コントロールユニット５０は、各切換弁の開閉状態が選択された経路と一致しているか否かを判断しており、一致していれば（ステップＳ４のＹＥＳ）、ステップＳ５に進む。一方、一致していなければ（ステップＳ４のＮＯ）、当該切換弁の開閉を所望の状態に切り換えて（ステップＳ６）、ステップ４に戻り、再びステップＳ４以降を繰り返す。

ステップＳ５では、コントロールユニット５０は制御を終了するか否かを判断しており、終了であれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方、終了しないのであれば（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。

上述した構成及び制御方法の本実施形態によれば、圧縮機６が内燃機関（ガスエンジン）４で駆動され、内燃機関（ガスエンジン）４の冷却水が循環する排熱循環系Ｌｈを有しているので、ガスエンジン水冷空調機として作動が可能であり、ショートサーキットを生じること無く、密集したところでも使用できる。

排熱循環系Ｌｈと冷媒循環系Ｌとで熱交換が可能なので、内燃機関（ガスエンジン）４の排熱を冷媒に投入して暖房が出来る。

冷却塔３の循環系統冷却水循環系Ｌｗと、ガスエンジン４の排熱循環系統Ｌｈとは、第３の熱交換器Ｈ３を介して熱的には連通しているが、循環する液体（冷却塔を循環する冷却水と内燃機関冷却水）同士は混合しないので、冷却塔３を流れる循環系（冷却水循環系）Ｌｗではクーラントや防錆剤を包含しない純水を流せるが、エンジン冷却水系（排熱循環系）Ｌｈでは、クーラント或いは防錆剤を混合した冷却水を循環させて、内燃機関が錆びてしまうことを防止できる。
すなわち、冷却塔では水、エンジン冷却水はクーラントと完全に分離しているため、ガスエンジンが錆びる恐れが無く、防錆剤或いはクーラントの濃度が高くなり過ぎることがない。

また、熱交換器として第１〜第３の熱交換器Ｈ１〜Ｈ３と予備熱交換器Ｈａの合計４種類が用いられ、エンジン排熱と冷媒温度と冷暖房負荷とのマッチングが容易になるので、種々の運転状態に対応出来る。
例えば、エンジン４で発生した熱と、室内（室内機２側）で要求された熱量とがマッチしないと、余った熱は冷却塔３で除去することとなる。また、冷房時に冷え過ぎた場合に、エンジンからの熱を少し加えて、冷え過ぎを解消するためにも熱交換器は必要となる。図示の実施形態では、第１〜第３の熱交換器Ｈ１〜Ｈ３と予備熱交換器Ｈａを備えることにより、各種の熱的なバランスに対処することが出来ると共に、エンジン排熱の多岐に亘る利用に対処出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
例えば、冷媒、エンジン排熱（エンジン冷却水）、冷却水（冷却塔を循環するラインを流れる冷却水）がどの熱交換器を経由するかという経路は、図２〜図６で示す以外にも、存在する。
また、図示の実施形態において、排熱循環系、冷媒循環系、冷却水循環系の各々において、分岐点には三方弁が介装されているが、開閉弁を複数設置したり、或いは、その他の切換手段（四方切換弁等）により代用することが可能である。

実施形態の全体構成を示すブロック図。通常冷房時の作動を説明する作動状態図。圧縮機の仕事に対して冷房負荷が減少した場合の一時的な調整運転を説明する作動状態図。暖房時で、圧縮機の仕事及びガスエンジンの排熱が暖房負荷と釣り合っている場合の作動状態図。暖房時で、エンジンの排熱が暖房負荷よりも大きい場合の作動状態図。冷却水循環系の凍結防止運転の場合の作動状態図。実施形態の構成に制御系を付加して示したブロック図。実施形態の空調機の制御方法を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・室外機
２・・・室内機
３・・・冷却塔
４・・・内燃機関／ガスエンジン
６・・・圧縮機
７・・・冷却水ポンプ
８・・・膨張弁
９・・・冷却水ポンプ
２１・・・室内熱交換器
５０・・・コントロールユニット
Ｈ１・・・第１の熱交換器
Ｈ２・・・第２の熱交換器
Ｈ３・・・第３の熱交換器
Ｈａ・・・予備熱交換器
Ｌ・・・冷媒循環系
Ｌｈ・・・排熱循環系
Ｌｗ・・・冷却水循環系
Ｓｉ・・・入力信号ライン
Ｖ１〜Ｖ３・・・三方弁
Ｖ４・・・四方弁
Ｖｈ１〜Ｖｈ３・・・三方弁
Ｖｗ１、Ｖｗ２・・・三方弁
Ｓｔ・・・冷媒温度センサ
Ｓｔｈ・・・排熱温度センサ
Ｓｔｗ・・・冷却水温度センサ

Claims

室外機（１）と室内機（２）と冷却塔（３）とを備える空調機において、その室外機（１）は内燃機関（４）と、その内燃機関（４）にクラッチ（５）を介して接続された圧縮機（６）と、内燃機関（４）の冷却水が循環する排熱循環系（Ｌｈ）と、圧縮機（６）の冷媒が循環する冷媒循環系（Ｌ）と、冷却塔（３）からの冷却水が循環する冷却水循環系（Ｌｗ）とを有し、室内機（２）は前記冷媒循環系（Ｌ）に介装された室内熱交換器（２１）と膨張弁（８）とを有し、そして室外機（１）はさらに前記排熱循環系（Ｌｈ）と前記冷媒循環系（Ｌ）とで熱交換を行うための第１の熱交換器（Ｈ１）と、前記冷媒循環系（Ｌ）と前記冷却水循環系（Ｌｗ）とで熱交換を行うための第２の熱交換器（Ｈ２）と、前記排熱循環系（Ｌｈ）と前記冷却水循環系（Ｌｗ）とで熱交換を行うための第３の熱交換器（Ｈ３）とを備え、前記第１の熱交換器（Ｈ１）を介装した排熱循環系（Ｌｈ）には第１の弁（Ｖｈ２）を介して第１の熱交換器（Ｈ１）をバイパスする第１のバイパスライン（Ｌｈ５）が設けられ、前記第１の熱交換器（Ｈ１）を介装した冷媒循環系（Ｌ）には第２の弁（Ｖ１）を介して第１の熱交換器（Ｈ１）をバイパスする第２のバイパスライン（Ｌ３）が設けられ、前記第２の熱交換器（Ｈ２）を介装した冷媒循環系（Ｌ）には第３の弁（Ｖ２）を介して第２の熱交換器（Ｈ２）をバイパスする第３のバイパスライン（Ｌ６）が設けられ、前記第２の熱交換器（Ｈ２）を介装した冷却水循環系（Ｌｗ）には第４の弁（Ｖｗ２）を介して第２の熱交換器（Ｈ２）をバイパスする第４のバイパスライン（Ｌｗ５）が設けられ、前記第３の熱交換器（Ｈ３）を介装した排熱循環系（Ｌｈ）には第５の弁（Ｖｈ１）を介して第３の熱交換器（Ｈ３）をバイパスする第５のバイパスライン（Ｌｈ２）が設けられ、前記第３の熱交換器（Ｈ３）を介装した冷却水循環系（Ｌｗ）には第６の弁（Ｖｗ１）を介して第３の熱交換器（Ｈ３）をバイパスする第６のバイパスライン（Ｌｗ２）が設けられていることを特徴とする空調機。
前記圧縮機（６）の仕事に対して冷房負荷が減少した場合に、排熱循環系（Ｌｈ）と冷媒循環系（Ｌ）との間で熱交換を行うための第４の熱交換器（Ｈａ）を設け、その第４の熱交換器（Ｈａ）を介装した排熱循環系（Ｌｈ）には第７の弁（Ｖｈ３）を介して第４の熱交換器（Ｈａ）をバイパスする第７のバイパスライン（Ｌｈ８）が設けられ、第４の熱交換器（Ｈａ）を介装した冷媒循環系（Ｌ）には第８の弁（Ｖ３）を介して第４の熱交換器（Ｈａ）をバイパスする第８のバイパスライン（Ｌ１０）が設けられている請求項１記載の空調機。
通常の冷房運転、圧縮機（６）の仕事に対して冷房負荷が減少した場合の一時的な調整運転、暖房時で圧縮機（６）の仕事と内燃機関（４）の排熱が暖房負荷と釣り合っている場合の運転、暖房時で内燃機関（４）の排熱が暖房負荷よりも大きい場合の運転および冷却水循環系（Ｌｗ）の凍結防止運転の各運転状態を検出する検出手段を設け、その検出手段により前記運転状態を制御する制御手段（５０）を設け、前記制御手段（５０）は前記運転状態にしたがって第１ないし第８の各弁を制御して第１ないし第８のバイパス通路を選択する機能を有する請求項２記載の空調機。