JP4774171B2 - 空気調和装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和装置に関し、特に圧縮機を駆動する駆動手段の排熱を利用して冷媒の加熱を行う構造を有するヒートポンプ式の空気調和装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
圧縮機の駆動手段にガスエンジン等の内燃機関を採用し、さらにこの内燃機関の排熱を利用して冷媒の加熱を行う構造を有するヒートポンプ式の空気調和装置がある。この空気調和装置においては、圧縮機に求められる負荷が小さければ回転数を低くし、大きければ回転数を高くするといった具合に、負荷に応じてエンジンの回転数を変化させるようになっている。そのため、エンジンには広い回転数域を備えることが求められる。
【0003】
しかしながら、ガスエンジン等の内燃機関は高効率運転の可能な回転数域が限られている。そこで従来の空気調和装置においては、通常運転の際に頻繁に求められる負荷の範囲に対応する回転数域で高効率運転が可能なようにエンジンの調整がなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の空気調和装置では、上記のような調整を行うため、一般的な範囲を外れた大きさの負荷が求められた場合には、エンジンに効率の悪い運転を行わせることになる。そのため、燃費が悪化する等して運転コストが増加するといった問題点が指摘されている。
【0005】
特開平11-132594号公報には、容量の大きな圧縮機を電動モータまたはエンジンのいずれか一方で選択的に駆動させ、負荷が小さい場合は電動モータで圧縮機を駆動し、負荷が大きい場合はエンジンで圧縮機を駆動させてエンジンに効率の悪い運転をさせない技術について開示されている。
【0006】
しかしながら、上記公報に開示された技術では、例えば求められる負荷が小さい場合、容量の大きな圧縮機を低速で駆動させるので十分な圧縮効率が得られない。容量の大きな圧縮機を低速で駆動すると、中高速で駆動する場合と比較して被圧縮流体の漏洩が多くなるからである。
【0007】
また、上記公報に開示された技術では、本来非力な電動モータで内部摩擦の大きな圧縮機を駆動させることで電動モータに無理を強いることになり、結果的に見て装置全体としては高い運転効率が得られているとは言い難い。
【0008】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、求められる負荷の大きさに関わらず高効率運転が可能な空気調和装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の空気調和装置を採用する。
すなわち本発明に係る請求項1記載の空気調和装置は、室内熱交換器、室外熱交換器、膨張弁および四方弁を冷媒管路を介して接続するとともに該冷媒管路に容量の異なる2つの圧縮機を並列に接続し、該2つの圧縮機に個々に駆動手段を設け、前記2つの圧縮機のうち少なくとも容量の大きな圧縮機を駆動する駆動手段に内燃機関を採用した空気調和装置であって、
暖房運転時に中温中圧の液冷媒を導通することとなる中圧冷媒管路に一端を接続され、前記2つの圧縮機のうち容量の小さな圧縮機の上流側に位置する冷媒管路に他端を接続された第1のバイパス管路を設け、
該第1のバイパス管路には、暖房運転時に必要に応じて開閉して前記バイパス配管への冷媒の導入を制限する第1の開閉弁と、前記内燃機関の排熱を利用して低温低圧の液冷媒を加熱、気化させる第1の排熱利用熱交換器とを前記中圧冷媒管路側から順に並べて設け、
さらに前記第1のバイパス管路との接続箇所より上流側に位置する前記冷媒管路には、必要に応じて開閉して前記容量の小さな圧縮機への冷媒の導入を制限する第2の開閉弁を設けたことを特徴とする。
【0010】
請求項2記載の空気調和装置は、請求項1記載の空気調和装置において、前記2つの圧縮機のうち少なくとも容量の大きな圧縮機を駆動する駆動手段にガスエンジンを採用したことを特徴とする。
【0011】
請求項3記載の空気調和装置は、請求項1または2記載の空気調和装置において、前記2つの圧縮機のうち容量の小さなものを駆動する駆動手段に電動モータを採用したことを特徴とする。
【0012】
請求項4記載の空気調和装置は、請求項1記載の空気調和装置において、前記2つの圧縮機に個々に設けた駆動手段の少なくともいずれか一方を電動モータとし、該電動モータを駆動する発電装置を併設し、該発電装置の排熱を暖房運転時の冷媒加熱に利用することを特徴とする。
【0013】
請求項5記載の空気調和装置は、請求項1、2、3または4記載の空気調和装置において、前記暖房運転時に、前記第1の開閉弁を閉じ前記第2の開閉弁を開いて前記2つの圧縮機のうち容量の小さいもののみを駆動させるか、または前記第1の開閉弁を開き前記第2の開閉弁を閉じて前記2つの圧縮機を同時に駆動させるかいずれかの運転を、求められる負荷に応じて選択的に実行することを特徴とする。
【0015】
請求項6記載の空気調和装置は、室内熱交換器、室外熱交換器、膨張弁および四方弁を冷媒管路を介して接続するとともに該冷媒管路に容量の異なる2つの圧縮機を並列に接続し、該2つの圧縮機に個々に駆動手段を設け、前記2つの圧縮機のうち少なくとも容量の大きな圧縮機を駆動する駆動手段に内燃機関を採用した空気調和装置であって、暖房運転時に中温中圧の液冷媒を導通することとなる中圧冷媒管路に一端を接続され、前記2つの圧縮機のうち容量の小さな圧縮機の上流側に位置する冷媒管路に他端を接続された第2のバイパス管路を設け、該第2のバイパス管路には、中温中圧の液冷媒を低温低圧の液冷媒に減圧する減圧弁と、前記内燃機関の排熱を利用して低温低圧の液冷媒を加熱、気化させる第2の排熱利用熱交換器とを前記中圧冷媒管路側から順に並べて設け、前記第2のバイパス管路との接続箇所より上流側に位置する前記冷媒管路には、必要に応じて開閉して前記容量の小さな圧縮機への冷媒の導入を制限する第3の開閉弁を設け、前記第2の排熱利用熱交換器の下流側に一端を接続され、前記第2のバイパス管路との接続箇所より上流側に位置する前記冷媒管路に他端を接続された第3のバイパス管路を設け、該第3のバイパス管路には、必要に応じて開閉して前記2つの圧縮機への冷媒の導入を制限する第4の開閉弁を設けたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第1の実施形態を図1および図2に示して説明する。
図1には、容量の異なる2つの圧縮機をガスエンジンと電動モータとで個々に駆動する構造を有するヒートポンプ式の空気調和装置を示す。この空気調和装置は、室外ユニット10と室内ユニット20とから構成されており、これらは冷媒を導通する冷媒配管30や図示しない電気配線等によって接続されている。
【0017】
室外ユニット10には、屋外の空気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器11と、室外熱交換器11または後述する室内熱交換器21に冷媒を送出する2つの圧縮機12A,12Bと、冷媒配管30を流通する冷媒の流れ方向を切り替える四方弁13と、暖房運転時に使用される膨張弁14と、冷媒を気液分離するレシーバ15と、室外熱交換器11に屋外の空気を流通させる室外ファン16とが具備され、冷媒配管30を介して接続されて冷媒循環系の一部を構成している。
【0018】
2つの圧縮機12A,12Bは容量が異なり、室外ユニット10において上記各機器と冷媒配管30からなる冷媒循環系に並列に接続されている。圧縮機12A,12Bのうち、容量の大きな圧縮機12Aの駆動手段にはガスエンジン(内燃機関)EGが採用され、容量の小さな圧縮機12Bの駆動手段には電動モータMが採用されている。
【0019】
ガスエンジンEGは、中程度の負荷に対応して圧縮機12Aの能力を活かして(すなわち圧縮機12Aの容量に見合った回転数域で)駆動させたときに燃費の良い高効率運転が行えるように調整されている。電動モータMは、小さい負荷に対応して圧縮機12Bの能力を活かして(すなわち圧縮機12Bの容量に見合った回転数域で)駆動させたときに無理のない運転が行えるように適切な出力が得られるものが選択されている。
【0020】
圧縮機12A,12Bの上流側には個々にアキュムレータ17A,17Bがそれぞれ設けられ、下流側にはオイルセパレータ18A,18Bおよび各圧縮機への冷媒の逆流を阻止する逆止弁V1がそれぞれ設けられている。オイルセパレータ18A,18Bには、ガス冷媒から分離した油分を圧縮機12A,12Bの上流側に戻す油戻し管19がそれぞれ設けられている。
【0021】
膨張弁14の前後の冷媒配管30には、膨張弁14をバイパスするバイパス配管31が設けられ、バイパス管路31には暖房運転時にバイパス配管31への冷媒の流入を阻止する逆止弁V2が設けられている。
【0022】
室内ユニット20には、屋内の空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱交換器21と、冷房運転時に使用される電磁膨張弁22と、室内熱交換器21に室内の空気を流通させる室内ファン23とが具備され、冷媒配管30を介して接続されて室外ユニット10とともに冷媒循環系を構成している。
【0023】
電磁膨張弁22の前後の冷媒配管30には、電磁膨張弁22をバイパスするバイパス配管32が設けられ、バイパス配管32には冷房運転時にバイパス配管32への冷媒の流入を阻止する逆止弁V3が設けられている。
【0024】
また、上記室外ユニット10には、室外熱交換器11と室内熱交換器21とに連通し暖房運転時に中温中圧の液冷媒(すなわち凝縮器である室内熱交換器21を通過した後の液冷媒)を導通することとなる冷媒配管(中圧冷媒管路)30aに一端を接続され、容量の小さな圧縮機12Bの上流側に位置する冷媒配管(冷媒管路)30bに他端を接続されたバイパス配管(第1のバイパス管路)33が設けられている。
【0025】
バイパス配管33には、必要に応じて開閉してバイパス配管33への液冷媒の導入を制限する開閉弁(第1の開閉弁)V4と、ガスエンジンEGの排熱を利用して低温低圧の液冷媒を加熱、気化させる排熱利用熱交換器(第1の排熱利用熱交換器)40とが、冷媒配管30a側から順に並んで設けられている。
【0026】
また、冷媒配管30bには、必要に応じて開閉して圧縮機12Bへの冷媒の導入を制限する開閉弁(第2の開閉弁)V5が設けられている。
【0027】
ガスエンジンEGと排熱利用熱交換器40との間には、ガスエンジンEGの排熱を伝達し排熱利用熱交換器40において冷媒と熱交換させる排熱伝達手段41が設けられている。排熱伝達手段41は、例えばガスエンジンEGの排気を排熱利用熱交換器40に直接導くもの、ガスエンジンEGで加熱された冷却水を排熱利用熱交換器40に導いて間接的に熱を伝達するもの等である。
【0028】
さらに、上記空気調和装置には、2つの圧縮機12A,12Bに求められる負荷に応じて各圧縮機を個別に駆動させたり2つをともに駆動させたりする制御を行う制御部50が設けられている。制御部50では、圧縮機12A,12Bの駆動を制御するとともに、冷房運転/暖房運転の切り換え時や求められる負荷の大きさに応じて四方弁13や開閉弁V4,V5を切り換える制御を行うようになっている。
【0029】
上記のように構成された空気調和装置の作動の仕方を冷房運転と暖房運転とに分け、さらにそれぞれの運転状態において求められる負荷の大きさごとに分けて説明する。
[冷房運転;低負荷時]
このモードでは、容量の小さな圧縮機12Bのみが電動モータMによって駆動される。開閉弁V4は閉じられ、開閉弁V5は開かれる。
冷媒は圧縮機12Bで圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、オイルセパレータ18B、四方弁13を経て室外熱交換器11に流入する。室外熱交換器11では、高温高圧のガス冷媒が室外ファン16によって取り込まれた屋外の空気に熱を与えて排熱し、自らは凝縮、液化して中温中圧の液冷媒となる。
【0030】
この中温中圧の液冷媒は、膨張弁14をバイパスし、レシーバ15にて気液分離された後、冷媒配管30を通じて室内ユニット20に送出され、電磁膨張弁22を通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21では、低温低圧の液冷媒が室内ファン23によって取り込まれた室内の空気から熱を奪って冷却し、自らは蒸発、気化して低温低圧のガス冷媒となる。この低温低圧のガス冷媒は、冷媒配管30を通じて室外ユニット10に送出され、四方弁13、アキュムレータ17Bを経て圧縮機12Bに吸入、圧縮される。以降は上記過程を繰り返すこととなる。
【0031】
[冷房運転;中負荷時]
このモードでは、容量の大きな圧縮機12AのみがガスエンジンEGによって駆動される。開閉弁V4は閉じられ、さらに開閉弁V5も閉じられる。
このモードでは圧縮機が容量の小さな12Bから容量の大きな12Aに切り換えられるだけで、作動の仕方は低負荷時と同じである。なお、圧縮機の切り換えに伴い機能するオイルセパレータおよびアキュムレータもそれぞれに対応して設けられたものに切り換わる。
【0032】
[冷房運転;高負荷時]
このモードでは、圧縮機12A,12Bがそれぞれの駆動手段によって同時に駆動される。開閉弁V4は閉じられるが、開閉弁V5は開かれる。このモードは2つの圧縮機12A,12Bが同時に駆動するだけで、作動の仕方は低負荷時や中負荷時と同じである。
【0033】
[暖房運転;低負荷時]
このモードでは、容量の小さな圧縮機12Bのみが電動モータMによって駆動される。開閉弁V4は閉じられ、V5は開かれる。
冷媒は圧縮機12Bで圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、オイルセパレータ18B、四方弁13を経て室内ユニット20に送出され、室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21では、高温高圧のガス冷媒が室内ファン23によって取り込まれた室内の空気に熱を与えて加熱し、自らは凝縮、液化して中温中圧の液冷媒となる。
【0034】
この中温中圧の液冷媒は、電磁膨張弁22をバイパスし、冷媒配管30を通じて室外ユニット10に送出され、レシーバ15にて気液分離された後、膨張弁14を通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室外熱交換器11に流入する。室外熱交換器11では、低温低圧の液冷媒が室外ファン16によって取り込まれた屋外の空気から熱を奪い、自らは蒸発、気化して低温低圧のガス冷媒となる。この低温低圧のガス冷媒は、四方弁13、アキュムレータ17Bを経て圧縮機12Bに吸入、圧縮される。以降は上記過程を繰り返すこととなる。
【0035】
[暖房運転;中/高負荷時]
このモードでは、圧縮機12A,12Bがそれぞれの駆動手段によって同時に駆動される。開閉弁V4は開かれ、開閉弁V5は閉じられる。
冷媒は圧縮機12A,12Bから高温高圧のガス状態で吐出され、オイルセパレータ18A,18Bを経て合流し、四方弁13を経て室内ユニット20に送出され、室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21では、高温高圧のガス冷媒が室内ファン23によって取り込まれた室内の空気に熱を与えて加熱し、自らは凝縮、液化して中温中圧の液冷媒となる。
【0036】
この中温中圧の液冷媒は、電磁膨張弁22をバイパスし、冷媒配管30を通じて室外ユニット10に送出され、レシーバ15にて気液分離された後、一部がバイパス配管33に流入する。バイパス配管33に流入しなかった残りの液冷媒は、膨張弁14を通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室外熱交換器11に流入して屋外の空気から熱を奪い、自らは蒸発、気化して低温低圧のガス冷媒となる。
【0037】
バイパス配管33に流入した中温中圧の液冷媒は、排熱利用熱交換器40に流入し、ガスエンジンEGから排熱伝達手段41を介して伝達された排熱を利用して加熱され、蒸発、気化して中温中圧のガス冷媒となる。
【0038】
室外熱交換器11において蒸発、気化した低温低圧のガス冷媒は、四方弁13、アキュムレータ17Aを経て圧縮機12Aに吸入、圧縮される。排熱利用熱交換器40において蒸発、気化した中温中圧のガス冷媒は、アキュムレータ17Bを経て圧縮機12Bに吸入される。この場合の圧縮機12Bはガスポンプとして機能し、中温中圧のガス冷媒を高温高圧のガス冷媒として吐出する。以降は上記過程を繰り返すこととなる。
【0039】
上記のような作動をする空気調和装置においては、図2に示すように、圧縮機に求められる負荷が小さければ容量の小さな圧縮機12Bを電動モータMで駆動して効率を稼ぎ、求められる負荷が中程度であれば容量の大きな圧縮機12AをガスエンジンEGの好適な回転数域で駆動して高効率運転を実現し、求められる負荷が大きければ大小2つの圧縮機12A,12Bをそれぞれの駆動手段で同時に駆動してさらなる高効率運転を実現することができる。これにより、求められる負荷の大きさに関わらず高いCOP(成績係数)が得られる。
【0040】
1基の圧縮機をガスエンジン等の内燃機関1基で駆動する従来の空気調和装置と比較すると、従来の空気調和装置は、求められる頻度の高い中程度の負荷に対応して高効率運転が行えるようにエンジンが調整されるため、小さな負荷が求められる場合はエンジンの回転数を高効率運転が行える回転数域から外して(回転数を下げて)運転させなければならず、効率が著しく低下する。大きな負荷が求められる場合にはエンジンの回転数を高効率運転が行える回転数域から外して(回転数を上げて)運転させなければならず、この場合も同様に効率が著しく低下する。このため、本実施形態の空気調和装置のように負荷の大きさに関わらず高いCOPを維持することはできない。
【0041】
さらに、ガスエンジンEGと電動モータMとを、求められる負荷の大きさに応じてそれらを選択的に駆動したり同時に駆動したりするので、常時内燃機関を駆動させる従来の空気調和装置と比較してCO2やNOxの排出量を抑えることができ、環境への配慮もなされる。
【0042】
また、本実施形態の空気調和装置においては、中程度以上の負荷が求められる場合、室外熱交換器11で屋外の空気から熱を汲み上げながら、ガスエンジンEGの排熱を利用して冷媒の加熱を行うので、さらなる高効率運転が可能である。
【0043】
ところで、本実施形態においては容量の大きな圧縮機12Aの駆動手段としてガスエンジンEGを採用したが、当該駆動手段としての内燃機関には、ガスエンジン以外にマイクロガスタービンを採用することが可能である。また、その他の燃料を消費して回転力を取り出すことができる原動機を採用することも可能である。
【0044】
本実施形態においては容量の小さな圧縮機12Bの駆動手段として電動モータMを採用したが、圧縮機12Bの能力を活かせる回転数域で高効率運転が可能な内燃機関があればこれを圧縮機12Bの駆動手段として採用することも可能である。
【0045】
また、大小2つの圧縮機12A,12Bの駆動手段をいずれも電動モータとし、これらに電力を供給する発電装置を併設し、該発電装置の排熱を排熱利用熱交換器40に伝達して冷媒の加熱を行うようにすることも可能である。この場合の発電装置には、発電機に動力源としてガスエンジンやマイクロガスタービンを設置したものや、燃料電池等を採用することが好ましい。
【0046】
次に、本発明に係る第2の実施形態を図3に示して説明する。なお、上記第1の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図3に示す空気調和装置の室外ユニット10には、バイパス配管(本実施形態では第2のバイパス配管に相当)33に開閉弁V4や排熱利用熱交換器40は設けられず、それに替えて中温中圧の液冷媒を低温低圧の液冷媒に減圧する膨張弁(減圧弁)34と、膨張弁34をバイパスするバイパス配管(第3のバイパス管路)35と、ガスエンジンEGの排熱を利用して低温低圧の液冷媒を加熱、気化させる排熱利用熱交換器(第2の排熱利用熱交換器)42とが、冷媒配管30a側から順に並べて設けられている。バイパス配管35には、必要に応じて開閉して膨張弁34への冷媒の導入を制限する開閉弁(第3の開閉弁)V7が設けられている。また、開閉弁(本実施形態では第4の開閉弁に相当)V5は冷媒配管30cに残されている。
【0047】
また、室外ユニット10には、排熱利用熱交換器42の下流側に一端を接続され、バイパス配管33との接続箇所より上流側に位置する冷媒配管30bに他端を接続されたバイパス配管(第4のバイパス管路)36が設けられている。さらに、バイパス配管36には、必要に応じて開閉して圧縮機12A,12Bへの冷媒の導入を制限する開閉弁V8(第5の開閉弁)が設けられている。そして、冷媒配管30aにはバイパス配管33の分岐部より下流に、室外熱交換器11への冷媒の導入を制限する開閉弁V9が設けられている。
【0048】
上記のように構成された空気調和装置の作動の仕方を説明する。
まず、冷房運転時には、負荷の大きさに関わらず開閉弁V7が閉じられ、開閉弁V8,V9は開かれて、上記の各モードと同じ作動が行われる。
暖房運転時には、開閉弁V9は開いたままで、開閉弁V7を閉じることで排熱利用熱交換器42を低圧側で使用し、開閉弁V7を開くことで排熱利用熱交換器42を高圧側で使用することが可能になり、上記の各モードと同じ作動が行われる。また、低外気温の暖房運転モードが追加できる。
【0049】
[暖房運転;低外気温,全領域]
このモードでは、容量の大きな圧縮機12AのみがガスエンジンEGによって駆動される。開閉弁V5,V7,V9は閉じられ、開閉弁V8は開かれる。
冷媒は圧縮機12Aで圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、オイルセパレータ18A、四方弁13を経て室内ユニット20に送出され、室内熱交換器21に流入する。室内熱交換器21では、高温高圧のガス冷媒が室内ファン23によって取り込まれた室内の空気に熱を与えて加熱し、自らは凝縮、液化して中温中圧の液冷媒となる。
【0050】
この中温中圧の液冷媒は、電磁膨張弁22をバイパスし、冷媒配管30を通じて室外ユニット10に送出され、レシーバ15にて気液分離された後、バイパス配管33に流入する。バイパス配管33に流入した中温中圧の液冷媒は、膨張弁34を通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、排熱利用熱交換器42に流入する。排熱利用熱交換器42では、低温低圧の液冷媒がガスエンジンEGから排熱伝達手段43を介して伝達された排熱を利用して加熱され、蒸発、気化して低温低圧のガス冷媒となる。
排熱利用熱交換器42において蒸発、気化した低温低圧のガス冷媒はアキュムレータ17Aを経て圧縮機12Aに吸入、圧縮される。以降は上記過程を繰り返すこととなる。
【0051】
上記のような作動をする空気調和装置においては、図2に示すように、圧縮機に求められる負荷が小さければ容量の小さい圧縮機12Bを電動モータMで駆動して効率を稼ぎ、求められる負荷が中程度であれば容量の大きい圧縮機12AをガスエンジンEGの好適な回転数域で駆動して高効率運転を実現し、求められる負荷が大きければ大小2つの圧縮機12A,12Bをそれぞれの駆動手段で同時に駆動してさらなる高効率運転を実現することができる。これにより、求められる負荷の大きさに関わらず高いCOP(成績係数)が得られる。
【0052】
1基の圧縮機をガスエンジン等の内燃機関1基で駆動する従来の空気調和装置と比較すると、従来の空気調和装置は、求められる頻度の高い中程度の負荷に対応して高効率運転が行えるようにエンジンが調整されるため、小さな負荷が求められる場合はエンジンの回転数を高効率運転が行える回転数域から外して(回転数を下げて)運転させなければならず、効率が著しく低下する。大きな負荷が求められる場合にはエンジンの回転数を高効率運転が行える回転数域から外して(回転数を上げて)運転させなければならず、この場合も同様に効率が著しく低下する。このため、本実施形態の空気調和装置のように負荷の大きさに関わらず高いCOPを維持することはできない。
【0053】
さらに、ガスエンジンEGと電動モータMとを、求められる負荷の大きさに応じてそれらを選択的に駆動したり同時に駆動したりするので、常時内燃機関を駆動させる従来の空気調和装置と比較してCO2やNOxの排出量を抑えることができ、環境への配慮もなされる。
【0054】
しかも、外気温が低く、従来の空気調和装置では頻繁にデフロスト(霜取り)運転に移行しそうな状況でも、室外熱交換器11を使わず排熱利用熱交換器40を使用して冷媒の加熱が可能なので、デフロスト運転に伴う一時的な運転の中断がなく、安定した空調が得られる。
【0055】
上記の各実施形態においては大小2つの圧縮機12A,12Bを具備する空気調和装置について説明したが、本発明は容量の異なる3つもしくはそれ以上の数の圧縮機を備える空気調和装置としても実施可能である。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧縮機に求められる負荷が小さければ容量の小さな圧縮機をそれに見合った出力が得られる駆動手段で駆動して効率を稼ぎ、求められる負荷が中程度であれば容量の大きな圧縮機をそれに見合った出力が得られる駆動手段で駆動して高効率運転を実現し、求められる負荷が大きければ容量の異なる複数の圧縮機をそれぞれの駆動手段で同時に駆動してさらなる高効率運転を実現することができる。つまり、求められる負荷の大きさに応じて最も効率の良い運転が行える圧縮機を選択して駆動するので、負荷の大きさに関わらず高いCOPが得られる。
【0057】
さらに、容量の大きな圧縮機の駆動手段として内燃機関を採用するとともに、容量の小さな圧縮機の駆動手段として電動モータを採用し、求められる負荷の大きさに応じてそれらを選択的に駆動したり同時に駆動したりするので、常時内燃機関を駆動させる従来の空気調和装置と比較してCO2やNOxの排出量を抑えることができ、環境にも優しい。
【0058】
また、本発明によれば、圧縮機の駆動手段として採用した内燃機関の排熱を、暖房運転時に、容量の小さい圧縮機をガスポンプとして用いる構造を介して、冷媒の加熱に利用することにより、さらなる高効率運転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る第1の実施形態を示す図であって、空気調和装置の概略構成図である。
【図2】 本発明による空気調和装置と従来のガスエンジン駆動型空気調和装置とについて、負荷の大きさに対応する成績係数を比較した図である。
【図3】 本発明に係る第2の実施形態を示す図であって、空気調和装置の概略構成図である。
【符号の説明】
10 室外ユニット
11 室外熱交換器
12A,12B 圧縮機
14 膨張弁
20 室内ユニット
21 室内熱交換器
30a 冷媒配管(中圧冷媒管路)
30b 冷媒配管(冷媒管路)
33 バイパス配管(第1のバイパス管路)
41 排熱伝達手段
50 制御部
EG ガスエンジン(内燃機関)
M 電動モータ
V4 開閉弁(第1の開閉弁)
V5 開閉弁(第2の開閉弁)
Claims (6)
- 室内熱交換器、室外熱交換器、膨張弁および四方弁を冷媒管路を介して接続するとともに該冷媒管路に容量の異なる2つの圧縮機を並列に接続し、該2つの圧縮機に個々に駆動手段を設け、前記2つの圧縮機のうち少なくとも容量の大きな圧縮機を駆動する駆動手段に内燃機関を採用した空気調和装置であって、暖房運転時に中温中圧の液冷媒を導通することとなる中圧冷媒管路に一端を接続され、前記2つの圧縮機のうち容量の小さな圧縮機の上流側に位置する冷媒管路に他端を接続された第1のバイパス管路を設け、該第1のバイパス管路には、暖房運転時に必要に応じて開閉して前記第1のバイパス配管への冷媒の導入を制限する第1の開閉弁と、前記内燃機関の排熱を利用して低温低圧の液冷媒を加熱、気化させる第1の排熱利用熱交換器とを前記中圧冷媒管路側から順に並べて設け、前記第1のバイパス管路との接続箇所より上流側に位置する前記冷媒管路には、必要に応じて開閉して前記容量の小さな圧縮機への冷媒の導入を制限する第2の開閉弁を設けたことを特徴とする空気調和装置。
- 前記2つの圧縮機のうち少なくとも容量の大きな圧縮機を駆動する駆動手段にガスエンジンを採用したことを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 前記2つの圧縮機のうち容量の小さなものを駆動する駆動手段に電動モータを採用したことを特徴とする請求項1または2記載の空気調和装置。
- 前記2つの圧縮機に個々に設けた駆動手段の少なくともいずれか一方を電動モータとし、該電動モータを駆動する発電装置を併設し、該発電装置の排熱を暖房運転時の冷媒加熱に利用することを特徴とする請求項1記載の空気調和装置。
- 前記暖房運転時に、前記第1の開閉弁を閉じ前記第2の開閉弁を開いて前記2つの圧縮機のうち容量の小さいもののみを駆動させるか、または前記第1の開閉弁を開き前記第2の開閉弁を閉じて前記2つの圧縮機を同時に駆動させるかいずれかの運転を、求められる負荷に応じて選択的に実行することを特徴とする請求項1、2、3または4記載の空気調和装置。
- 室内熱交換器、室外熱交換器、膨張弁および四方弁を冷媒管路を介して接続するとともに該冷媒管路に容量の異なる2つの圧縮機を並列に接続し、該2つの圧縮機に個々に駆動手段を設け、前記2つの圧縮機のうち少なくとも容量の大きな圧縮機を駆動する駆動手段に内燃機関を採用した空気調和装置であって、暖房運転時に中温中圧の液冷媒を導通することとなる中圧冷媒管路に一端を接続され、前記2つの圧縮機のうち容量の小さな圧縮機の上流側に位置する冷媒管路に他端を接続された第2のバイパス管路を設け、該第2のバイパス管路には、中温中圧の液冷媒を低温低圧の液冷媒に減圧する減圧弁と、該減圧弁をバイパスする第3のバイパス管路と、前記内燃機関の排熱を利用して低温低圧の液冷媒を加熱、気化させる第2の排熱利用熱交換器とを前記中圧冷媒管路側から順に並べて設け、前記第3のバイパス管路には、必要に応じて開閉して前記減圧弁への冷媒の導入を制限する第3の開閉弁を設け、前記第2のバイパス管路との接続箇所より上流側に位置する前記冷媒管路には、必要に応じて開閉して前記容量の小さな圧縮機への冷媒の導入を制限する第4の開閉弁を設け、前記第2の排熱利用熱交換器の下流側に一端を接続され、前記第2のバイパス管路との接続箇所より上流側に位置する前記冷媒管路に他端を接続された第4のバイパス管路を設け、該第4のバイパス管路には、必要に応じて開閉して前記2つの圧縮機への冷媒の導入を制限する第5の開閉弁を設けたことを特徴とする空気調和装置。
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