JP4898025B2

JP4898025B2 - Multi-type gas heat pump type air conditioner

Info

Publication number: JP4898025B2
Application number: JP2001193187A
Authority: JP
Inventors: 司笠木; 忠広加藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003004332A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の圧縮機をガスエンジンによって駆動するとともに、暖房運転時には、当該ガスエンジンの排気ガスを液冷媒の加熱源として利用するガスヒートポンプ式空気調和装置に係り、特に、複数の室内ユニットを備えて全数冷房運転、全数暖房運転及び冷暖房同時運転から選択切換可能なマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプを利用して冷暖房等の空調運転を行う空気調和装置は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構等の要素を含む冷媒回路を備えている。室内の冷暖房は、冷媒がこの回路を巡る途中で、室内熱交換器及び室外熱交換器において室内の空気（以下「室内気」と呼ぶ）及び外気とそれぞれ熱の交換を行うことによって実現される。また、この冷媒回路には、室外熱交換器による冷媒の熱の受取り（暖房運転時）のみに頼るのではなく、冷媒そのものを直接的に加熱するための冷媒加熱器が設置されることもある。
【０００３】
ところで、近年、上述した冷媒回路中に設けられる圧縮機の動力源として、通常使用されている電動機に代わり、ガスエンジンを利用するものが開発されている。このガスエンジンを利用した空気調和装置は、一般にガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨＰ」と略す）と呼ばれている。このＧＨＰによれば、比較的安価である都市ガス等を燃料として利用できるため、電動機を利用した圧縮機を備えている空気調和装置（以下「ＥＨＰ」と略す）のように、ランニングコストがかさむということがなく、消費者にとってコストダウンが可能となる。
【０００４】
また、ＧＨＰにおいては、たとえば暖房運転時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスやエンジン冷却水の熱（いわゆる廃熱）を冷媒の加熱源として利用すれば、優れた暖房効果を得ることが可能になるとともに、ＥＨＰに比してエネルギの利用効率を高めることができる。ちなみに、この場合において、ＧＨＰのエネルギ利用効率は、ＥＨＰと比較して１．２〜１．５倍ほど高くなる。また、このような仕組みを導入すれば、冷媒回路中において、上述したような冷媒加熱器等の機器を特別に設置する必要がなくなる。
【０００５】
その他、ＧＨＰでは、暖房運転時に必要な室外熱交換器の霜除去動作、いわゆるデフロスト動作についてもガスエンジンの廃熱を利用して実施することができる。一般に、ＥＨＰにおけるデフロスト動作は、暖房運転を停止して一時的に冷房運転を行って室外熱交換器の霜除去を行うようになされている。この場合、室内に対しては冷風が吹き出すことになるから、室内環境の快適性を損なうこととなる。ＧＨＰでは、上記したような事情から連続暖房運転が可能となり、ＥＨＰで懸念されるような問題の発生がない。
【０００６】
一方、ＥＨＰの室内ユニット側においては、複数の空調対象区画毎に独立した室内ユニットを設置し、全区画（室内ユニットの全数）または一部区画の冷房運転、全区画（室内ユニットの全数）または一部区画の暖房運転及び空調対象区画または室内ユニット毎に冷房／暖房／休止の同時運転を行うことができるマルチ型と呼ばれるシステムが開発されており、たとえば特開平１−２４７９６７号公報、特開平７−４３０４２号公報、特開平９−６０９９４号公報などに開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように多くの利点を有するＧＨＰの室内ユニットについても、ＥＨＰと同様にマルチ型システムの適用が望まれる。
このようにＧＨＰにマルチ型システムを適用する場合にも、圧縮機の安定した効率を確保するためには、吸入するガス冷媒に対して適度な過熱度（概ね５℃〜１０℃）を与える必要がある。しかしながら、低外気温時においてはエバポレータとして機能する室外熱交換器で外気から十分な熱を吸収するのが困難なため、冷媒に必要な過熱度を与えることができず、結果として気液二相のまま圧縮器に供給されて性能低下を招くという問題がある。
このような低外気温時の暖房運転では、十分な暖房能力を得られないことに加えて、成績係数（ＣＯＰ）も低下するため、対策が望まれている。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低外気温時の暖房運転においても、圧縮機に吸入されるガス冷媒に対して所望の過熱度を与えることができるマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置は、それぞれに室内熱交換器を備え室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う複数の室内機ユニットと、ガスエンジンで駆動する圧縮機及び外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器を備えている室外機ユニットと、前記室内機ユニットのそれぞれについて冷媒の流れ方向を制御し冷暖房運転の選択切換を行う分流コントロールユニットとを具備し、前記室外熱交換器を複数に分割して並列に接続すると共に、同室外熱交換器の各分割部分毎に冷媒の流れを制御する冷媒供給切換手段が設けられているマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記冷媒供給切換手段は、前記室外熱交換器の各分割部分毎にそれぞれ設けられ、対応する該分割部分に接続される第１ポート、前記圧縮機の吐出側に接続される第２ポート、及び前記分流コントロールユニットに接続される第３ポートを有して冷媒の流れを制御する四方弁を備え、前記室外機ユニットに、前記ガスエンジン冷却用のエンジン冷却水から廃熱を得て冷媒を加熱する水熱交換器を前記室外熱交換器と並列に配置し、前記水熱交換器に導入するエンジン冷却水の循環量を制御して、圧縮機吸入側の冷媒過熱度を、圧縮機吸入側の圧力を検出する低圧検出手段と前記水熱交換器の冷媒出口温度を検出する温度検出手段との検出値から算出する所定の範囲内に維持することを特徴とするものである。
【００１０】
このようなマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置によれば、水熱交換器に導入するエンジン冷却水の循環量を制御して冷媒の加熱量を調整できるので、外気温が低い場合でも水熱交換器で蒸発気化する冷媒に所望の過熱度を与えることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１に示すマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＭＧＨＰ」と略す）１は、大きくは複数の室内機ユニット１０と、各室内機ユニット１０毎に冷媒の流れ方向を制御して冷暖房運転の選択切換を行う分流コントロールユニット２０と、後述するガスエンジン駆動の圧縮機や室外熱交換器を備えた室外機ユニット３０とを具備して構成されている。このＭＧＨＰ１では、各室内ユニット１０、分流コントロールユニット２０及び室外機ユニット３０の間が冷媒配管２をもって接続されている。
【００１２】
室内機ユニット１０には、図２に示すように、冷房運転時に低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて室内の空気（室内気）から熱を奪うエバポレータとして機能し、暖房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて室内気を暖めるコンデンサとして機能する、室内熱交換器１１が具備されている。なお、図中の符号１２は冷房運転用の絞り機構として設けた電子膨張弁、１３は暖房運転用の絞り機構として機能するキャピラリチューブ、１４は逆止弁である。
図示の例では、上述した室内機ユニット１０が４台（１０Ａ〜１０Ｄ）並列に設けられており、それぞれが独立した空調対象区画に設置されて、後述する分流コントロールユニット２０の切換操作により、全数冷房運転、全数暖房運転、または各室内機ユニット毎に冷房運転／暖房運転／休止（以下「冷暖房同時運転」と呼ぶ）を選択できるようになっている。
【００１３】
分流コントロールユニット２０は、室内機ユニット１０と室外機ユニット３０との間を接続する冷媒の管路と、冷媒が流れる管路及びその流れ方向を選択切り換えする電磁弁等の開閉弁とにより構成されている。
図示の例では、各室内機ユニット１０毎に４個の電磁弁２１，２２，２３，２４が設けられ、それぞれの室内機ユニット１０の運転に応じて各電磁弁２１〜２４を開閉することで、すなわち冷房運転、暖房運転及び休止のいずれかが選択される運転状況に応じて各電磁弁２１〜２４の開閉状態を切り換えることで、後述する室外機ユニット３０と接続されて冷媒が流れる管路や冷媒の流れ方向を選択切換できるようになっている。
なお、分流コントロールユニット２０は、一つの室内機ユニット１０毎にそれぞれ設けられた２本の室内機ユニット接続用の冷媒配管２と、後述する室外機ユニット３０と接続するために設けた３本の室外機接続用の冷媒配管２とを備えている。
【００１４】
室外機ユニット３０は、その内部において、二つの大きな構成部分に分割される。第１の構成部分は、圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室内機ユニット１０と共に冷媒回路を形成する部分であり、以後冷媒回路部と呼ぶことにする。第２の構成部分は、圧縮機駆動用のガスエンジンを中心として、これに付随する機器を備えた部分であり、以後ガスエンジン部と呼ぶことにする。
【００１５】
冷媒回路部内には、圧縮機３１、室外熱交換器３２、水熱交換器３３、アキュムレータ３４、レシーバ３５、オイルセパレータ３６、絞り機構３７、四方弁３８、電磁弁３９及び逆止弁４０などが具備されている。また、冷媒回路部は、分流コントロールユニット２０に設けられた３本の冷媒配管２と接続するため、それぞれに第１操作弁４１，第２操作弁４２，第３操作弁４３を設けた分流コントロールユニット接続用の３本の冷媒配管２を備えている。
圧縮機３１は、後述するガスエンジンＧＥを駆動源として運転され、室内熱交換器１１または室外熱交換器３２のいずれかより吸入される低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。これにより冷房運転時には、外気温が高い場合でも、冷媒は室外熱交換器３２を通して外気に放熱することが可能となる。また、暖房運転時には、室内熱交換器１１を通して室内気に熱を与えることが可能となる。
【００１６】
室外熱交換器３２は、冷房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデンサとして機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして機能する。つまり、冷暖房それぞれの運転時において、室外熱交換器３２は、先の室内熱交換器１１とは逆の働きを行うことになる。
【００１７】
この実施形態における室外熱交換器３２は、熱交換部分を複数に分割して並列に接続した構成としてある。図示の例では、室外熱交換器３２が４分割されており、それぞれに符号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを付す。
また、室外熱交換器３２は、後述するガスエンジＧＥのラジエータ５３と隣接して設置されている。ラジエータ５３は、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水を外気と熱交換して冷却する熱交換器である。従って、たとえば低外気温時に暖房運転を行うような場合には、室外機ファン４４の回転方向を選択切換することにより、エバポレータとして機能する室外熱交換器３２がラジエータ５３を通過して温度上昇した外気と熱交換できるようになるため、その蒸発能力を高めることができる。
【００１８】
水熱交換器３３は、後述するガスエンジンＧＥのエンジン冷却水から冷媒が熱を回収するため、室外熱交換器３２と並列に設けられている。すなわち、暖房運転時において、冷媒は室外熱交換器３２における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水からも廃熱を回収することができるようになるため、暖房運転の効果をより高めることが可能となる。また、この水熱交換器３３は、室外熱交換器３２と並列に設けられていることから、冷媒を蒸発気化させる熱交換器（エバポレータ）として単独使用することも可能である。
なお、符号の４６は温度センサであり、水熱交換器３３の冷媒出口温度を検出する温度検出手段として設けられたものである。
【００１９】
アキュムレータ３４は、圧縮機３１に流入するガス冷媒に含まれる液状成分を貯留するために設けられている。なお、アキュムレータ３４には、圧縮機３１の吸入側圧力（冷媒飽和圧力）を検出する低圧検出手段として、圧力センサ４５が設けられている。
レシーバ３５は、コンデンサとして機能する熱交換器で液化した冷媒を気液分離し、冷凍サイクル中の余剰冷媒を液として蓄えるために設けられている。
オイルセパレータ３６は、冷媒中に含まれる油分を分離して圧縮機３１に戻すために設けられたものである。
【００２０】
絞り機構３７は、凝縮された高温高圧の液冷媒を減圧、膨張させて低温低圧の液冷媒とするためのものである。図示の例では、絞り機構３７として、電子膨張弁、膨張弁及びキャピラリーチューブが目的に応じて使い分けられている。
【００２１】
四方弁３８は、冷媒配管２に設けられて冷媒の流路や流れ方向を選択切り換えするものであり、電磁弁３９や逆止弁４０と共に、複数に分割した室外熱交換器３２への冷媒供給切換手段を構成している。
この四方弁３８には４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けられており、ポートＤは圧縮機３１の吐出側と、ポートＣは室外熱交換器３２と、ポートＳは圧縮機３１の吸入側とそれぞれ冷媒配管２で接続され、さらにポートＥは、ポートＣと室外熱交換器３２とを接続する冷媒配管２の途中に接続されている。図示の構成例では、４分割した室外熱交換器３２に対応して３個の四方弁３８が３個設けられており、それぞれに符号３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを付す。
【００２２】
第１の四方弁３８Ａは、符号３２Ａを付した室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この室外熱交換器３２Ａは単独使用が可能であり、しかも、この冷媒配管には絞り機構３７として電子膨張弁を備えているため、熱交換能力の可変制御が可能である。
第２の四方弁３８Ｂは、符号３２Ｂ，３２Ｃを付した二つの室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この場合、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃは、常に両方が同時使用され、しかもその用途は同じになる。
第３の四方弁３８Ｃは、符号３２Ｄを付した室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この室外熱交換器３２Ｄは、単独での使用が可能である。
【００２３】
従って、室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを均等に分割すれば、その熱交換能力は、室外熱交換器３２Ａを単独で使用する２５％能力、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃを同時使用する５０％能力、室外熱交換器３２Ｂ〜Ｄの３分割を使用する７５％能力、そして、室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを全て使用する１００％能力から、使用状況に応じて適宜選択することができる。
また、四方弁３８Ａ〜Ｄや電磁弁３９を開閉切換操作することにより、冷媒の流れ方向についても切り換えることができるので、室外熱交換器３２Ａ及び３２Ｄをそれぞれ単独で、そして、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃを一体的に、エバポレータまたはコンデンサとして使い分けることができる。
【００２４】
一方、ガスエンジン部には、ガスエンジンＧＥを中心として、冷却水系５０や燃料吸入系６０の他、図示省略の排気ガス系及びエンジンオイル系が具備されている。
ガスエンジンＧＥは、冷媒回路部内に設置されている圧縮機３１とシャフトまたはベルト等により接続されており、ガスエンジンＧＥから圧縮機３１に駆動力が伝達されるようになっている。
【００２５】
冷却水系５０は、水ポンプ５１、リザーバタンク５２、ラジエータ５３などを備え、これらを配管により接続して構成される回路（破線で表示）を巡るエンジン冷却水によって、ガスエンジンＧＥを冷却するための系である。水ポンプ５１は、ガスエンジンＧＥの冷却水を回路に循環させるために設けられている。リザーバタンク５２は、この回路を流れる冷却水において、その余剰分を一時貯蔵しておく、あるいは冷却水が回路に不足した場合にそれを供給するためのものである。ラジエータ５３は、室外熱交換器３２と一体的に構成されたものであって、エンジン冷却水がガスエンジンＧＥから奪った熱を外気に放出するために設けられている。
図示の例では、室外熱交換器３２と同様に、ラジエータ５３も４分割されて並列に接続されており、それぞれに符号５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄを付してある。また、電磁弁３９を設けて、ラジエータ５３Ａ，５３Ｄの単独使用、ラジエータ５３Ｂ，５３Ｃの同時使用を選択できるようにしてある。
【００２６】
冷却水系５０には、上記した構成の他に排気ガス熱交換器５４が設けられている。これは、ガスエンジンＧＥより排出される排気ガスの熱を、エンジン冷却水に回収するために設けられているものである。また、冷却水系５０には先に説明した水熱交換器３３が備えられ、冷媒回路部及び冷却水系５０の両系に跨るように配置されている。これらのことから、暖房運転時には、エンジン冷却水はガスエンジンＧＥから熱を奪うだけでなく排気ガスからも熱を回収し、かつその回収された熱が、エンジン冷却水より水熱交換器３３を通して冷媒に与えられる仕組みになっている。
なお、冷却水系５０におけるエンジン冷却水の流量制御は、２箇所に設けられた流量制御弁５５Ａ，Ｂにより行われる。
【００２７】
燃料吸入系６０は、ガスレギュレータ６１、ガス電磁弁６２、ガス接続口６３などを備え、ガスエンジンＧＥに液化天然ガス（ＬＮＧ）等の都市ガスをガス燃料として供給するための系である。ガスレギュレータ６１は、ガス電磁弁６２及びガス接続口６３を介して外部から供給されるガス燃料の送出圧力を調整するために設けられている。このガスレギュレータ６１で圧力調整されたガス燃料は、図示省略の吸気口から吸入された空気と混合された後、ガスエンジンＧＥの燃焼室に供給される。
【００２８】
以下では、上記の構成となるＭＧＨＰ１について、室内を暖房する暖房運転時の作用を説明する。
最初に、室外熱交換器を用いて通常通りに、室内ユニット１０Ａ〜Ｄの全数を暖房運転する場合について、図１ないし３を参照して説明する。なお、各弁類の開閉状態は黒塗りで図示したものが閉であり、冷媒の流れ方向は矢印で示されている。
この場合、冷媒回路部の四方弁３８Ａ〜Ｃは、いずれもポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機３１の吐出側と室内熱交換器１１とが接続されている。この状態では、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２操作弁４２を通って分流コントロールユニット２０に送られる。分流コントロールユニット２０内に導かれた冷媒は、電磁弁２２を通って各室内ユニット１０Ａ〜Ｄのコンデンサとして機能する室内熱交換器１１に送られる。
【００２９】
高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１１で室内気と熱交換して凝縮液化される。この過程において、ガス冷媒は放熱して室内気を暖めたのち、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、キャピラリーチューブ１３を通ることで減圧されて低温低圧の液冷媒となり、逆止弁１４を経て分流コントロールユニット２０へ戻される。
分流コントロールユニット２０に流れ込んだ低温低圧の液冷媒は、電磁弁２４及び第３操作弁４３を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。
【００３０】
冷媒回路部３０に送られた液冷媒は、レシーバ３５を経て気液分離がなされ、液冷媒のみがエバポレータとして機能する室外熱交換器３２へ送られる。この液冷媒は、室外熱交換器３２へ入る前に、絞り機構３７として設けられているキャピラリーチューブを通過して再度減圧される。なお、室外熱交換器３２と並列に配置された水熱交換器３３については、冷媒配管２に設けた電磁弁３９が閉じられているため、低温低圧の液冷媒が流入することはない。
室外熱交換器３２においては、低温低圧の液冷媒は外気から熱を奪い、蒸発気化して低温低圧のガス冷媒となる。この時、ラジエータ５３に高温のエンジン冷却水を流すと、エンジン廃熱を利用して液冷媒を効率よく蒸発気化させることができる。
【００３１】
こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、四方弁３８のポートＣからポートＳを経てアキュムレータ３４へ導かれ、液状成分が分離されたのち圧縮機３１に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機３１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって再び室内熱交換器１１に送られるので、冷媒が状態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができる。
【００３２】
続いて、低外気温時に室内ユニット１０Ａ〜Ｄの全数を暖房運転する場合について、図４を参照して説明する。
この場合も、上述した通常の暖房運転時と同様に、圧縮機３１の吐出側と室内熱交換器１１とが接続されている。この状態では、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２操作弁４２を通って分流コントロールユニット２０に送られる。分流コントロールユニット２０内に導かれた冷媒は、図２に示すように、電磁弁２２を通って各室内ユニット１０Ａ〜Ｄのコンデンサとして機能する室内熱交換器１１に送られる。
【００３３】
高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１１で室内気と熱交換して凝縮液化される。この過程において、ガス冷媒は放熱して室内気を暖めたのち、高温高圧の液冷媒となる。この液冷媒は、キャピラリーチューブ１３を通ることで減圧されて低温低圧の液冷媒となり、逆止弁１４を経て分流コントロールユニット２０へ戻される。
分流コントロールユニット２０に流れ込んだ低温低圧の液冷媒は、電磁弁２４及び第３操作弁４３を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。
【００３４】
冷媒回路部３０に送られた液冷媒は、レシーバ３５を経て気液分離がなされ、液冷媒のみが水熱交換器３３へ送られる。この時、室外熱交換器３２の入口側に設けられた電磁弁３９は閉となっている。
この液冷媒は、水熱交換器３３へ入る前に、絞り機構３７として設けられている膨張弁を通過して再度減圧される。水熱交換器３３においては、低温低圧の液冷媒は高温のエンジン冷却水により加熱され、蒸発気化して低温低圧のガス冷媒となる。従って、外気温が低く十分な蒸発能力が得られない、あるいは、逆に外気へ放熱してしまうことからＣＯＰ低下の原因となる室外熱交換器３２を使用しなくても、水熱交換器３３により液冷媒を蒸発気化させることができる。
【００３５】
こうして低温低圧のガスとなった冷媒はアキュムレータ３４へ導かれ、液状成分が分離されたのち圧縮機３１に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機３１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって再び室内熱交換器１１に送られるので、冷媒が状態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができる。
【００３６】
さて、上述した水熱交換器３３を利用した暖房運転を行う場合、圧縮機３１を効率よく運転するためには、吸入圧縮するガス冷媒に適度な過熱度を与える必要がある。この過熱度ＳＨは、上述した水熱交換器３３の出口に設けた温度センサ４６により検出した冷媒出口温度Ｔｈと、アキュムレータ３４に設けた圧力センサ４５により検出した吸入側圧力Ｐｉから一義的に求められる冷媒飽和温度Ｔｓとにより、ＳＨ＝Ｔｈ−Ｔｓという数式により算出される。
【００３７】
ここで、吸入側圧力Ｐｉはアキュムレータ３４内の冷媒飽和圧力を検出しているため、同冷媒飽和圧力に対応する冷媒飽和温度Ｔｓが分かる。吸入圧力Ｐｉはシステムの絞り機構３７等により決められる値であり、以下の説明では、冷媒飽和温度Ｔｓを３．７℃として説明する。
従って、たとえば過熱度ＳＨを５℃に設定する場合、Ｔｈ＝ＳＨ＋Ｔｓより、冷媒出口温度Ｔｈが８．７℃となるように、水熱交換器３３のエンジン冷却水の循環量を調整すればよい。なお、Ｔｈの実際の目標値については、適当な過熱度ＳＨが５℃〜１０℃程度と幅があるため、たとえば９℃に設定するなど上記算出値そのままとする必要はない。
【００３８】
こうして水熱交換器３３の冷媒出口温度Ｔｈに目標値が定まると、二つの検出値Ｔｓ，Ｔｈを図示省略の制御部に入力して、たとえばファジイ演算等により冷媒出口温度Ｔｈが目標値となるよう主として流量制御弁５５Ｂの開度を調整し、エンジン冷却水を水熱交換器３３及びラジエータ５３に分配する。この時、エンジン冷却水の分配は、水熱交換器３３の冷媒出口温度Ｔｈを目標値に保つのに必要な流量確保が優先され、余剰分がラジエータ５３に送られる。なお、流量調整弁５５Ａは、主としてガスエンジンＧＥの暖機運転時において、エンジン冷却水がラジエータ５３や水熱交換器３３に流れ込まないようにして、短時間で昇温させる目的で使用される。
【００３９】
このようにすれば、圧縮機３１の吸入側ではガス冷媒に適切な過熱度を安定して与えることができる。従って、圧縮機３１に気液二相の冷媒が供給されるようなことはなく、圧縮性能の低下による暖房能力の低下やＣＯＰ低下を改善することができる。
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００４０】
【発明の効果】
上述した本発明のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置によれば、ガスエンジン冷却用のエンジン冷却水から廃熱を得て冷媒を加熱する水熱交換器を室外熱交換器と並列に配置し、水熱交換器に導入するエンジン冷却水の循環量を制御して、冷媒の過熱度を所定の範囲内に維持するようにしたので、低外気温時の暖房運転において、室外熱交換器に代えて水熱交換器にエンジン冷却水を導入することで冷媒を蒸発気化させ、適度な過熱度を安定して与えることができる。
このため、気液二相の冷媒が圧縮機に吸入されて圧縮効率が低下するのを防止し、水熱交換器から供給されるガス冷媒が冷凍サイクルを循環して良好な暖房能力を得ることができ、さらに、空気調和装置としてのＣＯＰを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態を示す図で、一例として室外熱交換器を使用した通常の全数暖房運転状態を示す全体構成図である。
【図２】図１における分流コントロールユニット及び室内機ユニットの内部構成を示す図である。
【図３】図１における室外熱交換器周辺の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態を示す図で、低外気温時の全数暖房運転状態を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置（ＭＧＨＰ）
１０室内機ユニット
１１室内熱交換器
２０分流コントロールユニット
３０室外機ユニット
３１圧縮機
３２室外熱交換器
３７絞り機構
３８四方弁
３９電磁弁
４０逆止弁
４１第１操作弁
４２第２操作弁
４３第３操作弁
４５圧力センサ（低圧検出手段）
４６温度センサ（温度検出手段）
ＧＥガスエンジン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas heat pump type air conditioner that drives a refrigerant compressor by a gas engine and uses the exhaust gas of the gas engine as a heating source for liquid refrigerant during heating operation, and more particularly, a plurality of indoor units. It is related with the multi-type gas heat pump type air conditioner which can be selectively switched from all-cooling operation, all-number heating operation, and simultaneous cooling and heating operation.
[0002]
[Prior art]
An air conditioner that performs an air conditioning operation such as air conditioning using a heat pump includes a refrigerant circuit including elements such as an indoor heat exchanger, a compressor, an outdoor heat exchanger, and a throttle mechanism. Air conditioning in the room is realized by exchanging heat with indoor air (hereinafter referred to as “indoor air”) and outdoor air in the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger while the refrigerant goes around the circuit. . In addition, the refrigerant circuit may be provided with a refrigerant heater for directly heating the refrigerant itself, rather than relying solely on receiving the heat of the refrigerant by the outdoor heat exchanger (during heating operation). .
[0003]
Incidentally, in recent years, a power source for a compressor provided in the above-described refrigerant circuit has been developed that uses a gas engine instead of a normally used electric motor. An air conditioner using this gas engine is generally called a gas heat pump type air conditioner (hereinafter abbreviated as “GHP”). According to this GHP, since relatively inexpensive city gas or the like can be used as fuel, running cost is increased like an air conditioner (hereinafter abbreviated as “EHP”) equipped with a compressor using an electric motor. There is no such thing, and the cost can be reduced for consumers.
[0004]
In addition, in GHP, for example, when heating operation is performed, if high-temperature exhaust gas discharged from a gas engine or heat of engine cooling water (so-called waste heat) is used as a refrigerant heating source, an excellent heating effect can be obtained. It becomes possible, and energy use efficiency can be increased as compared with EHP. Incidentally, in this case, the energy utilization efficiency of GHP is about 1.2 to 1.5 times higher than that of EHP. Moreover, if such a mechanism is introduced, it is not necessary to specially install a device such as the above-described refrigerant heater in the refrigerant circuit.
[0005]
In addition, in GHP, the defrosting operation of the outdoor heat exchanger necessary for heating operation, so-called defrosting operation, can also be performed using waste heat of the gas engine. Generally, the defrosting operation in EHP is such that the heating operation is stopped and the cooling operation is temporarily performed to defrost the outdoor heat exchanger. In this case, since cold air blows out into the room, the comfort of the indoor environment is impaired. In GHP, continuous heating operation is possible due to the above-described circumstances, and there is no problem that is of concern in EHP.
[0006]
On the other hand, on the indoor unit side of EHP, an independent indoor unit is installed for each of a plurality of air conditioning target sections, and cooling operation of all sections (total number of indoor units) or partial sections, all sections (total number of indoor units) or A multi-type system has been developed that can perform heating operation in some sections and simultaneous cooling / heating / pause operation for each air conditioning target section or indoor unit. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-2247967 and 7-43042, JP-A-9-60994, and the like.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, a multi-type system is desired to be applied to an indoor unit of GHP having many advantages as well as EHP.
As described above, even when the multi-type system is applied to the GHP, in order to ensure the stable efficiency of the compressor, it is necessary to give an appropriate degree of superheat (generally 5 ° C. to 10 ° C.) to the sucked gas refrigerant. There is. However, since it is difficult to absorb sufficient heat from the outside air with an outdoor heat exchanger that functions as an evaporator at low outside air temperatures, the refrigerant cannot provide the necessary degree of superheat, resulting in a gas-liquid two-phase There is a problem in that it is supplied to the compressor as it is, causing performance degradation.
In such a heating operation at a low outside air temperature, in addition to not being able to obtain a sufficient heating capacity, a coefficient of performance (COP) is also lowered, and thus a countermeasure is desired.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to give a desired degree of superheat to the gas refrigerant sucked into the compressor even in a heating operation at a low outside air temperature. The object is to provide a multi-type gas heat pump type air conditioner.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The multi-type gas heat pump type air conditioner according to claim 1 includes a plurality of indoor unit units each having an indoor heat exchanger for exchanging heat between indoor air and a refrigerant, and compression driven by a gas engine. An outdoor unit having an outdoor heat exchanger for exchanging heat between the unit and the outside air and the refrigerant, and a diversion control unit for controlling the flow direction of the refrigerant for each of the indoor unit and switching the cooling / heating operation. And a multi-type in which the outdoor heat exchanger is divided into a plurality of parts and connected in parallel, and refrigerant supply switching means for controlling the flow of the refrigerant is provided for each divided part of the outdoor heat exchanger. in the gas heat pump type air conditioner, the refrigerant supply switching means are respectively provided for each divided portion of the outdoor heat exchanger, the corresponding first port connected to the divided parts The second port connected to the discharge side of the compressor, and includes a four-way valve for controlling the flow of the refrigerant and a third port connected to the diverter control unit, the outdoor unit, the gas A water heat exchanger that obtains waste heat from engine cooling water for engine cooling and heats the refrigerant is arranged in parallel with the outdoor heat exchanger, and the circulation amount of the engine cooling water introduced into the water heat exchanger is controlled. And a predetermined range in which the refrigerant superheating degree on the compressor suction side is calculated from detection values of the low pressure detection means for detecting the pressure on the compressor suction side and the temperature detection means for detecting the refrigerant outlet temperature of the water heat exchanger. It is characterized by maintaining the inside.
[0010]
According to such a multi-type gas heat pump type air conditioner, the amount of refrigerant heating can be adjusted by controlling the circulation amount of engine cooling water introduced into the water heat exchanger, so that water heat exchange can be performed even when the outside air temperature is low. It is possible to give a desired degree of superheat to the refrigerant that evaporates in the vessel .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, one Embodiment of the multi-type gas heat pump type air conditioning apparatus which concerns on this invention is described with reference to FIGS. 1-3.
A multi-type gas heat pump type air conditioner (hereinafter abbreviated as “MGHP”) 1 shown in FIG. 1 is mainly a plurality of indoor unit units 10 and controls the flow direction of refrigerant for each indoor unit 10 to perform cooling and heating operation. The diversion control unit 20 that performs the selection switching and the outdoor unit 30 that includes a gas engine driven compressor and an outdoor heat exchanger, which will be described later, are provided. In the MGHP 1, the indoor units 10, the shunt control unit 20, and the outdoor unit 30 are connected by a refrigerant pipe 2.
[0012]
As shown in FIG. 2, the indoor unit 10 functions as an evaporator that evaporates low-temperature and low-pressure liquid refrigerant during cooling operation and takes heat from indoor air (room air). An indoor heat exchanger 11 is provided that functions as a condenser that condenses and liquefies the refrigerant to warm the room air. In the figure, reference numeral 12 denotes an electronic expansion valve provided as a throttle mechanism for cooling operation, 13 denotes a capillary tube functioning as a throttle mechanism for heating operation, and 14 denotes a check valve.
In the example shown in the figure, the above-described indoor unit 10 is provided in parallel (10A to 10D) in parallel, and each unit is installed in an independent air-conditioning target section. A cooling operation, a total heating operation, or a cooling operation / heating operation / pause (hereinafter referred to as “cooling / heating simultaneous operation”) can be selected for each indoor unit.
[0013]
The shunt control unit 20 includes a refrigerant pipe connecting the indoor unit 10 and the outdoor unit 30, and an open / close valve such as an electromagnetic valve for selectively switching the pipe through which the refrigerant flows and the flow direction thereof. ing.
In the illustrated example, four electromagnetic valves 21, 22, 23, and 24 are provided for each indoor unit 10, and each electromagnetic valve 21 to 24 is opened and closed according to the operation of each indoor unit 10. That is, a conduit through which the refrigerant flows by being connected to the outdoor unit 30 described later by switching the open / close state of each of the solenoid valves 21 to 24 according to the operation state in which any one of the cooling operation, the heating operation, and the suspension is selected In addition, the flow direction of the refrigerant can be selectively switched.
The diversion control unit 20 includes three refrigerant pipes 2 for connecting two indoor unit units, which are provided for each indoor unit 10, and three outdoor unit units 30 that are connected to an outdoor unit 30 described later. And a refrigerant pipe 2 for connecting an outdoor unit.
[0014]
The outdoor unit 30 is divided into two large components inside. The first component part is a part that forms a refrigerant circuit together with the indoor unit 10 centering on devices such as a compressor and an outdoor heat exchanger, and is hereinafter referred to as a refrigerant circuit part. The second component part is a part including a gas engine for driving the compressor and a device associated therewith, and is hereinafter referred to as a gas engine part.
[0015]
In the refrigerant circuit section, there are a compressor 31, an outdoor heat exchanger 32, a water heat exchanger 33, an accumulator 34, a receiver 35, an oil separator 36, a throttle mechanism 37, a four-way valve 38, an electromagnetic valve 39, a check valve 40, and the like. It is equipped. Further, since the refrigerant circuit unit is connected to the three refrigerant pipes 2 provided in the diversion control unit 20, the diversion control is provided with the first operation valve 41, the second operation valve 42, and the third operation valve 43, respectively. Three refrigerant pipes 2 for connecting the units are provided.
The compressor 31 is operated using a gas engine GE, which will be described later, as a drive source, compresses a low-temperature and low-pressure gas refrigerant sucked from either the indoor heat exchanger 11 or the outdoor heat exchanger 32, and serves as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant. Discharge. Thus, during the cooling operation, even when the outside air temperature is high, the refrigerant can dissipate heat to the outside air through the outdoor heat exchanger 32. Moreover, it becomes possible to give heat to indoor air through the indoor heat exchanger 11 at the time of heating operation.
[0016]
The outdoor heat exchanger 32 functions as a condenser that condenses and liquefies high-temperature and high-pressure gas refrigerant during cooling operation and dissipates heat to the outside air. Function as. That is, the outdoor heat exchanger 32 performs the reverse operation of the previous indoor heat exchanger 11 during the cooling and heating operations.
[0017]
The outdoor heat exchanger 32 in this embodiment has a configuration in which the heat exchange part is divided into a plurality of parts and connected in parallel. In the example shown in the figure, the outdoor heat exchanger 32 is divided into four parts, which are denoted by reference numerals 32A, 32B, 32C, and 32D, respectively.
The outdoor heat exchanger 32 is installed adjacent to a radiator 53 of a gas engine GE described later. The radiator 53 is a heat exchanger that cools the engine coolant of the gas engine GE by exchanging heat with the outside air. Therefore, for example, when heating operation is performed at a low outdoor temperature, the outdoor heat exchanger 32 functioning as an evaporator passes through the radiator 53 and the temperature rises by selectively switching the rotation direction of the outdoor unit fan 44. Since it becomes possible to exchange heat with the outside air, its evaporation capability can be increased.
[0018]
The water heat exchanger 33 is provided in parallel with the outdoor heat exchanger 32 so that the refrigerant recovers heat from engine coolant of the gas engine GE, which will be described later. That is, during the heating operation, the refrigerant can recover the waste heat from the engine coolant of the gas engine GE instead of relying only on the heat exchange in the outdoor heat exchanger 32. Can be further increased. Further, since the water heat exchanger 33 is provided in parallel with the outdoor heat exchanger 32, it can be used alone as a heat exchanger (evaporator) for evaporating and evaporating the refrigerant.
Reference numeral 46 denotes a temperature sensor, which is provided as a temperature detecting means for detecting the refrigerant outlet temperature of the water heat exchanger 33.
[0019]
The accumulator 34 is provided to store a liquid component contained in the gas refrigerant flowing into the compressor 31. Note that the accumulator 34 is provided with a pressure sensor 45 as a low pressure detecting means for detecting the suction side pressure (refrigerant saturation pressure) of the compressor 31.
The receiver 35 is provided for gas-liquid separation of the refrigerant liquefied by the heat exchanger functioning as a condenser, and storing excess refrigerant in the refrigeration cycle as liquid.
The oil separator 36 is provided for separating the oil contained in the refrigerant and returning it to the compressor 31.
[0020]
The throttle mechanism 37 is for decompressing and expanding the condensed high-temperature and high-pressure liquid refrigerant to obtain a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant. In the illustrated example, as the throttle mechanism 37, an electronic expansion valve, an expansion valve, and a capillary tube are properly used according to the purpose.
[0021]
The four-way valve 38 is provided in the refrigerant pipe 2 and selectively switches the refrigerant flow path and flow direction, and supplies the refrigerant to the outdoor heat exchanger 32 divided into a plurality of parts together with the electromagnetic valve 39 and the check valve 40. It constitutes switching means.
The four-way valve 38 is provided with four ports D, C, S, and E. The port D is the discharge side of the compressor 31, the port C is the outdoor heat exchanger 32, and the port S is the compressor 31. The suction side is connected to the refrigerant pipe 2, and the port E is connected to the refrigerant pipe 2 that connects the port C and the outdoor heat exchanger 32. In the configuration example shown in the figure, three four-way valves 38 are provided corresponding to the outdoor heat exchanger 32 divided into four parts, and reference numerals 38A, 38B, and 38C are assigned respectively.
[0022]
The first four-way valve 38A is connected to an outdoor heat exchanger (heat exchanging unit) denoted by reference numeral 32A. This outdoor heat exchanger 32A can be used alone, and furthermore, since this refrigerant pipe is provided with an electronic expansion valve as the throttle mechanism 37, the heat exchange capacity can be variably controlled.
The second four-way valve 38B is connected to two outdoor heat exchangers (heat exchanging units) denoted by reference numerals 32B and 32C. In this case, both outdoor heat exchangers 32B and 32C are always used at the same time, and the application is the same.
The third four-way valve 38C is connected to an outdoor heat exchanger (heat exchanging unit) denoted by reference numeral 32D. This outdoor heat exchanger 32D can be used alone.
[0023]
Therefore, if the outdoor heat exchangers 32A to 32D are equally divided, the heat exchange capacity is 25% for using the outdoor heat exchanger 32A alone, and 50% for using the outdoor heat exchangers 32B and 32C simultaneously. From the 75% capacity using the three divisions of the outdoor heat exchangers 32B to 32D and the 100% capacity using all the outdoor heat exchangers 32A to 32D, it can be appropriately selected according to the use situation.
Further, since the refrigerant flow direction can also be switched by opening / closing switching the four-way valves 38A to 38D and the electromagnetic valve 39, the outdoor heat exchangers 32A and 32D are each independently and the outdoor heat exchanger 32B. , 32C can be used separately as an evaporator or a capacitor.
[0024]
On the other hand, the gas engine unit is provided with an exhaust gas system and an engine oil system (not shown) in addition to the cooling water system 50 and the fuel intake system 60 with the gas engine GE as the center.
The gas engine GE is connected to the compressor 31 installed in the refrigerant circuit portion by a shaft or a belt, and the driving force is transmitted from the gas engine GE to the compressor 31.
[0025]
The cooling water system 50 includes a water pump 51, a reservoir tank 52, a radiator 53, and the like, and is used for cooling the gas engine GE with engine cooling water that circulates a circuit (indicated by a broken line) configured by connecting these with piping. It is a system. The water pump 51 is provided for circulating the cooling water of the gas engine GE to the circuit. The reservoir tank 52 is for temporarily storing the surplus in the cooling water flowing through this circuit, or for supplying it when the cooling water is insufficient in the circuit. The radiator 53 is configured integrally with the outdoor heat exchanger 32, and is provided to release heat taken from the gas engine GE by the engine coolant to the outside air.
In the illustrated example, similarly to the outdoor heat exchanger 32, the radiator 53 is also divided into four parts and connected in parallel, which are denoted by reference numerals 53A, 53B, 53C, and 53D, respectively. Further, an electromagnetic valve 39 is provided so that the single use of the radiators 53A and 53D and the simultaneous use of the radiators 53B and 53C can be selected.
[0026]
The cooling water system 50 is provided with an exhaust gas heat exchanger 54 in addition to the above-described configuration. This is provided to recover the heat of the exhaust gas discharged from the gas engine GE into the engine cooling water. The cooling water system 50 is provided with the water heat exchanger 33 described above, and is disposed so as to straddle both the refrigerant circuit portion and the cooling water system 50. Therefore, during heating operation, the engine cooling water not only takes heat from the gas engine GE but also recovers heat from the exhaust gas, and the recovered heat passes from the engine cooling water through the water heat exchanger 33. It is a mechanism that is given to the refrigerant.
The flow rate control of the engine coolant in the coolant system 50 is performed by flow rate control valves 55A and 55B provided at two locations.
[0027]
The fuel intake system 60 includes a gas regulator 61, a gas electromagnetic valve 62, a gas connection port 63, and the like, and is a system for supplying city gas such as liquefied natural gas (LNG) as gas fuel to the gas engine GE. The gas regulator 61 is provided to adjust the delivery pressure of the gas fuel supplied from the outside via the gas electromagnetic valve 62 and the gas connection port 63. The gas fuel whose pressure has been adjusted by the gas regulator 61 is mixed with air sucked from an intake port (not shown) and then supplied to the combustion chamber of the gas engine GE.
[0028]
Below, about MGHP1 which becomes said structure, the effect | action at the time of the heating operation which heats a room | chamber interior is demonstrated.
First, the case where all the indoor units 10A to 10D are heated as usual using the outdoor heat exchanger will be described with reference to FIGS. The open / closed states of the valves are shown in black and closed, and the flow direction of the refrigerant is indicated by arrows.
In this case, the four-way valves 38 </ b> A to 38 </ b> C of the refrigerant circuit portion are all connected between the ports C / S, and the discharge side of the compressor 31 and the indoor heat exchanger 11 are connected. In this state, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 31 is sent to the diversion control unit 20 through the second operation valve 42. The refrigerant introduced into the diversion control unit 20 is sent to the indoor heat exchanger 11 that functions as a capacitor of each indoor unit 10A-D through the electromagnetic valve 22.
[0029]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed and liquefied by exchanging heat with indoor air in the indoor heat exchanger 11. In this process, the gas refrigerant dissipates heat and warms the room air, and then becomes a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. The liquid refrigerant is reduced in pressure by passing through the capillary tube 13 to become a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant, and is returned to the branch flow control unit 20 through the check valve 14.
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant flowing into the diversion control unit 20 is sent to the refrigerant circuit portion of the outdoor unit 30 through the electromagnetic valve 24 and the third operation valve 43.
[0030]
The liquid refrigerant sent to the refrigerant circuit unit 30 undergoes gas-liquid separation via the receiver 35, and only the liquid refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger 32 that functions as an evaporator. Before entering the outdoor heat exchanger 32, the liquid refrigerant passes through the capillary tube provided as the throttle mechanism 37 and is decompressed again. In addition, about the water heat exchanger 33 arrange | positioned in parallel with the outdoor heat exchanger 32, since the solenoid valve 39 provided in the refrigerant | coolant piping 2 is closed, a low-temperature / low pressure liquid refrigerant does not flow in.
In the outdoor heat exchanger 32, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant takes heat from the outside air and evaporates to become a low-temperature and low-pressure gas refrigerant. At this time, if high-temperature engine cooling water is passed through the radiator 53, the liquid refrigerant can be efficiently evaporated by using the engine waste heat.
[0031]
The refrigerant thus converted into a low-temperature and low-pressure gas is led from the port C of the four-way valve 38 through the port S to the accumulator 34, where the liquid component is separated and sucked into the compressor 31. The gas refrigerant sucked into the compressor 31 is compressed by the operation of the compressor 31 and becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the indoor heat exchanger 11 again, thereby forming a refrigeration cycle in which the refrigerant repeatedly changes its state. be able to.
[0032]
Next, the case where all the indoor units 10A to 10D are heated during a low outside air temperature will be described with reference to FIG.
Also in this case, the discharge side of the compressor 31 and the indoor heat exchanger 11 are connected as in the above-described normal heating operation. In this state, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 31 is sent to the diversion control unit 20 through the second operation valve 42. As shown in FIG. 2, the refrigerant introduced into the diversion control unit 20 is sent to the indoor heat exchanger 11 that functions as a condenser of each indoor unit 10 </ b> A to 10 </ b> D through the electromagnetic valve 22.
[0033]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed and liquefied by exchanging heat with indoor air in the indoor heat exchanger 11. In this process, the gas refrigerant dissipates heat and warms the room air, and then becomes a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. The liquid refrigerant is reduced in pressure by passing through the capillary tube 13 to become a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant, and is returned to the branch flow control unit 20 through the check valve 14.
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant flowing into the diversion control unit 20 is sent to the refrigerant circuit portion of the outdoor unit 30 through the electromagnetic valve 24 and the third operation valve 43.
[0034]
The liquid refrigerant sent to the refrigerant circuit unit 30 undergoes gas-liquid separation via the receiver 35, and only the liquid refrigerant is sent to the water heat exchanger 33. At this time, the electromagnetic valve 39 provided on the inlet side of the outdoor heat exchanger 32 is closed.
Before entering the water heat exchanger 33, the liquid refrigerant passes through an expansion valve provided as the throttle mechanism 37 and is decompressed again. In the water heat exchanger 33, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant is heated by the high-temperature engine cooling water and evaporated to become a low-temperature and low-pressure gas refrigerant. Accordingly, the water heat exchanger 33 can be obtained without using the outdoor heat exchanger 32 that causes the COP to decrease because the outside air temperature is low and sufficient evaporation ability cannot be obtained or the heat is radiated to the outside air. Thus, the liquid refrigerant can be evaporated.
[0035]
The refrigerant thus converted into the low-temperature and low-pressure gas is guided to the accumulator 34, where the liquid component is separated and then sucked into the compressor 31. The gas refrigerant sucked into the compressor 31 is compressed by the operation of the compressor 31 and becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the indoor heat exchanger 11 again, thereby forming a refrigeration cycle in which the refrigerant repeatedly changes its state. be able to.
[0036]
Now, when performing the heating operation using the above-described water heat exchanger 33, in order to operate the compressor 31 efficiently, it is necessary to give an appropriate degree of superheat to the gas refrigerant to be sucked and compressed. The degree of superheat SH is uniquely determined from the refrigerant outlet temperature Th detected by the temperature sensor 46 provided at the outlet of the water heat exchanger 33 and the suction side pressure Pi detected by the pressure sensor 45 provided in the accumulator 34. The refrigerant saturation temperature Ts is calculated by the following equation: SH = Th−Ts.
[0037]
Here, since the suction side pressure Pi detects the refrigerant saturation pressure in the accumulator 34, the refrigerant saturation temperature Ts corresponding to the refrigerant saturation pressure is known. The suction pressure Pi is a value determined by the throttle mechanism 37 of the system, and in the following description, the refrigerant saturation temperature Ts is described as 3.7 ° C.
Therefore, for example, when the superheat degree SH is set to 5 ° C., the circulation amount of the engine cooling water in the water heat exchanger 33 may be adjusted so that the refrigerant outlet temperature Th becomes 8.7 ° C. from Th = SH + Ts. . Note that the actual target value of Th has an appropriate superheat degree SH ranging from about 5 ° C. to about 10 ° C., so it is not necessary to leave the calculated value as it is, for example, by setting it to 9 ° C.
[0038]
When the target value is determined for the refrigerant outlet temperature Th of the water heat exchanger 33 in this way, the two detected values Ts and Th are input to a control unit (not shown), and the refrigerant outlet temperature Th becomes the target value by, for example, fuzzy calculation. The opening degree of the flow control valve 55B is mainly adjusted so that the engine coolant is distributed to the water heat exchanger 33 and the radiator 53. At this time, in the distribution of the engine cooling water, priority is given to securing a flow rate necessary to keep the refrigerant outlet temperature Th of the water heat exchanger 33 at the target value, and the surplus is sent to the radiator 53. The flow rate adjustment valve 55A is used mainly for the purpose of raising the temperature in a short time so that the engine coolant does not flow into the radiator 53 or the water heat exchanger 33 during the warm-up operation of the gas engine GE.
[0039]
In this way, an appropriate degree of superheat can be stably given to the gas refrigerant on the suction side of the compressor 31. Therefore, the gas-liquid two-phase refrigerant is not supplied to the compressor 31, and the heating capacity and the COP can be reduced due to the reduction in the compression performance.
In addition, the structure of this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
[0040]
【Effect of the invention】
According to the multi-type gas heat pump type air conditioner of the present invention described above, a water heat exchanger that obtains waste heat from engine cooling water for gas engine cooling and heats the refrigerant is arranged in parallel with the outdoor heat exchanger, The circulation amount of engine cooling water introduced into the water heat exchanger is controlled so that the degree of superheat of the refrigerant is maintained within a predetermined range. Therefore, in the heating operation at a low outdoor temperature, the outdoor heat exchanger is replaced. By introducing engine cooling water into the water heat exchanger, the refrigerant can be evaporated and the appropriate degree of superheat can be given stably.
For this reason, the gas-liquid two-phase refrigerant is prevented from being sucked into the compressor to reduce the compression efficiency, and the gas refrigerant supplied from the water heat exchanger circulates in the refrigeration cycle to obtain a good heating capacity. Furthermore, COP as an air conditioner can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a multi-type gas heat pump air conditioner according to the present invention, and is an overall configuration diagram showing a normal all-heating operation state using an outdoor heat exchanger as an example.
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a shunt control unit and an indoor unit in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example around an outdoor heat exchanger in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a multi-type gas heat pump type air conditioner according to the present invention, and is an overall configuration diagram showing a whole number heating operation state at a low outside air temperature.
[Explanation of symbols]
1 Multi-type gas heat pump type air conditioner (MGHP)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Indoor unit 11 Indoor heat exchanger 20 Split flow control unit 30 Outdoor unit 31 Compressor 32 Outdoor heat exchanger 37 Throttle mechanism 38 Four-way valve 39 Solenoid valve 40 Check valve 41 First operation valve 42 Second operation valve 43 First 3 Operation valve 45 Pressure sensor (Low pressure detection means)
46 Temperature sensor (temperature detection means)
GE gas engine

Claims

A plurality of indoor unit units each having an indoor heat exchanger for exchanging heat between the indoor air and the refrigerant, and an outdoor heat exchange for exchanging heat between the compressor driven by the gas engine and the outside air and the refrigerant An outdoor unit provided with a heater, and a diversion control unit for controlling the flow direction of the refrigerant for each of the indoor unit and switching the cooling / heating operation, and dividing the outdoor heat exchanger into a plurality of In the multi-type gas heat pump type air conditioner connected in parallel and provided with refrigerant supply switching means for controlling the flow of refrigerant for each divided part of the outdoor heat exchanger,
The refrigerant supply switching means is provided for each divided portion of the outdoor heat exchanger, and a first port connected to the corresponding divided portion, a second port connected to the discharge side of the compressor, and A four-way valve for controlling the flow of refrigerant having a third port connected to the diversion control unit ;
An engine in which a water heat exchanger for obtaining waste heat from the engine cooling water for gas engine cooling and heating the refrigerant is disposed in parallel with the outdoor heat exchanger in the outdoor unit and introduced into the water heat exchanger By controlling the circulating amount of the cooling water, the refrigerant superheating degree on the compressor suction side is detected by a low pressure detection means for detecting the pressure on the compressor suction side and a temperature detection means for detecting the refrigerant outlet temperature of the water heat exchanger. A multi-type gas heat pump type air conditioner that is maintained within a predetermined range calculated from a detected value.