JP5517544B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
本発明は、空調装置に係り、詳しくは、内燃機関で圧縮機を駆動させるとともに内燃機関の廃熱を回収して利用する空調装置に関する。 The present invention relates to an air conditioner, and more particularly to an air conditioner that drives a compressor with an internal combustion engine and collects and uses waste heat of the internal combustion engine.
近年、内燃機関(ガソリンエンジン、ガスエンジン等)で圧縮機を駆動させ冷媒を冷凍回路内で相変化させながら循環させることで空調を行う空調装置が開発され、実用化されている。
このような空調装置では、内燃機関が熱を発することから、この熱を回収して利用するのが好ましく、作動流体の循環路に、内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を発生する膨張機、該膨張機にて発生した回転駆動力を伝達する被動力伝達装置、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路を備えることが考えられている。
In recent years, air conditioners that perform air conditioning by driving a compressor in an internal combustion engine (gasoline engine, gas engine, etc.) and circulating a refrigerant while changing phase in a refrigeration circuit have been developed and put into practical use.
In such an air conditioner, since the internal combustion engine generates heat, it is preferable to recover and use this heat. Evaporation that heats and evaporates the working fluid by the waste heat of the internal combustion engine in the working fluid circulation path. An expander that expands the working fluid that passes through the evaporator to generate a rotational driving force, a driven transmission device that transmits the rotational driving force generated by the expander, and a working fluid that passes through the expander It is considered that a condenser to be condensed and a Rankine circuit in which a pump for sending a working fluid passing through the condenser to the evaporator is sequentially provided.
例えば、冷凍回路に上記圧縮機を主圧縮機とし、この主圧縮機と直列に補助圧縮機をランキン回路の上記被動力伝達装置として介装することで内燃機関の廃熱を利用する構成の空調装置が開発されている(特許文献1)。
一方、内燃機関(ガソリンエンジン、ガスエンジン等)で圧縮機を駆動させながら同時に発電機を作動させて冷凍回路や内燃機関の補機類の駆動に必要な電力を賄う構成の空調装置も開発されている(特許文献2)。
For example, an air conditioner configured to use waste heat of an internal combustion engine by using the compressor as a main compressor in a refrigeration circuit and interposing an auxiliary compressor as the driven transmission device of the Rankine circuit in series with the main compressor. An apparatus has been developed (Patent Document 1).
On the other hand, an air conditioner has been developed that covers the power required to drive the refrigeration circuit and the auxiliary components of the internal combustion engine by simultaneously operating the generator while driving the compressor in the internal combustion engine (gasoline engine, gas engine, etc.). (Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1に記載の空調装置では、補助圧縮機を主圧縮機と直列に冷凍回路に配設するため、主圧縮機の冷媒流量と同量の冷媒を補助圧縮機にも流さざるを得ず、補助圧縮機が補助的なものでありながら大型化してしまうという問題がある。
また、上記特許文献2に記載の空調装置では、内燃機関で圧縮機を駆動させながら発電機をも作動させて発電を行うことから、発電を行う分だけ出力の大きな内燃機関を必要とし、内燃機関が大型化してしまうという問題がある。この場合、例えば発電機をランキン回路の被動力伝達装置とすることも考えられるが、通常は補機類の必要とする電力はそれほど大きくないため、発電機の発電電力が余剰となって無駄になったり、発電機の負荷が小さくなると膨張機が高回転になり過ぎて膨張機の破損に繋がったりするおそれがあり好ましいことではない。
However, in the air conditioner described in
Further, the air conditioner described in Patent Document 2 generates power by operating the generator while driving the compressor with the internal combustion engine, and therefore requires an internal combustion engine having a large output for the amount of power generation. There is a problem that the engine becomes larger. In this case, for example, the generator may be a driven transmission device of a Rankine circuit, but normally the power required by the auxiliary equipment is not so large, so the power generated by the generator is redundant and wasted. If the load on the generator becomes small, the expander becomes too high in rotation and may cause damage to the expander, which is not preferable.
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、内燃機関で圧縮機を駆動させる空調装置において、内燃機関を含む空調装置の構成要素を大型化することなく、内燃機関の廃熱をランキン回路により回収して空調装置に必要な電力を確保でき、回収した廃熱の全てを無駄なく効率よく利用可能な空調装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in an air conditioner that drives a compressor in an internal combustion engine, the waste heat of the internal combustion engine is Rankine-free without increasing the size of the components of the air conditioner including the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide an air conditioner that can be recovered by a circuit to secure electric power necessary for the air conditioner and that can efficiently use all of the recovered waste heat without waste.
上記の目的を達成するべく、請求項1の空調装置は、内燃機関で主圧縮機を駆動させることで第1の冷媒を第1の冷凍回路内で第1熱源側熱交換器及び利用側熱交換器を介し相変化させながら循環させて冷房または暖房を行う空調装置において、作動流体の循環路に、前記内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を発電機に伝達する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路と、前記膨張機に前記発電機とともに連結された補助圧縮機を該膨張機の回転駆動力で駆動させることで第2の冷媒を相変化させながら循環させる第2の冷凍回路とを備え、前記第1の冷凍回路と前記第2の冷凍回路との間には前記第1の冷凍回路内の第1の冷媒と前記第2の冷凍回路内の第2の冷媒との熱交換を行う補助熱交換器が、第1の冷媒の流れ方向で視て前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器の下流側に該第1熱源側熱交換器と直列に配設されてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an air conditioner according to
請求項2の空調装置では、請求項1において、前記発電機の発電を制御する発電制御手段を有し、該発電制御手段は、空調装置に必要十分な所定の電力を賄うよう前記発電機の発電を制御することを特徴とする。
請求項3の空調装置では、請求項2において、前記第2の冷凍回路には前記補助圧縮機の負荷を可変させる補助圧縮機負荷可変手段を有し、該補助圧縮機負荷可変手段は、前記発電機の発電電力が前記所定の電力未満のときには前記補助圧縮機の負荷を軽減させることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the air conditioner includes a power generation control unit that controls power generation of the power generator according to the first aspect, and the power generation control unit is configured to supply the predetermined power necessary and sufficient for the air conditioner. The power generation is controlled.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an air conditioner according to the second aspect, wherein the second refrigeration circuit includes auxiliary compressor load variable means for varying the load of the auxiliary compressor, and the auxiliary compressor load variable means includes: When the power generated by the generator is less than the predetermined power, the load on the auxiliary compressor is reduced.
請求項4の空調装置では、請求項3において、前記補助圧縮機負荷可変手段は、前記発電機の発電電力が前記所定の電力に達すると前記補助圧縮機負荷可変手段により前記補助圧縮機の負荷を増加させて前記膨張機の回転駆動力で該補助圧縮機を駆動させることを特徴とする。
請求項5の空調装置では、請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器は、冷房時には凝縮器として機能する一方、暖房時には蒸発器として機能するものであって、前記第1の冷凍回路には、前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器に冷房時及び暖房時のいずれにも同一方向に第1の冷媒が流れるよう第1の冷媒の流れを切り替える冷媒方向切替手段が設けられてなることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the air conditioner according to the third aspect, wherein the auxiliary compressor load varying means is configured such that when the generated power of the generator reaches the predetermined power, the auxiliary compressor load varying means causes the load of the auxiliary compressor to be changed. And the auxiliary compressor is driven by the rotational driving force of the expander.
In the air conditioner of claim 5, in any one of
請求項6の空調装置では、請求項1乃至5のいずれかにおいて、前記ランキン回路と前記第1の冷凍回路とは一部分が共用化され、前記ランキン回路の作動流体と前記第1の冷凍回路の第1の冷媒とは同一であり、前記ランキン回路の前記凝縮器は、冷房時には前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器と兼用され、暖房時には前記第1の冷凍回路の利用側熱交換器と兼用されてなることを特徴とする。
In the air conditioner of claim 6, in any one of
請求項7の空調装置では、請求項1乃至6のいずれかにおいて、前記内燃機関はガスエンジンであることを特徴とする。 In an air conditioner according to a seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, the internal combustion engine is a gas engine.
請求項1の空調装置によれば、ランキン回路は回収した内燃機関の廃熱を利用して膨張機を回転駆動させ、その回転駆動力で発電機とともに第2の冷凍回路の補助圧縮機を駆動させることになるが、この際、発電機によって発電が行われて内燃機関の廃熱が電力として利用されるとともに、補助圧縮機によって第2の冷凍回路内を第2の冷媒が相変化しながら循環することにより、冷房または暖房を行う第1の冷凍回路の第1の冷媒の放吸熱が当該第1の冷媒と第2の冷凍回路の第2の冷媒との間で補助熱交換器により熱交換されて補助される。即ち、冷房時には第1の冷媒が第2の冷凍回路内の冷却された第2の冷媒によって過冷却され、暖房時には第1の冷媒が第2の冷凍回路内の第2の冷媒の放熱によってさらに吸熱される。
According to the air conditioner of
これにより、内燃機関の廃熱を回収して電力として有効に利用できるとともに、回収した廃熱の全てを無駄なく効率よく冷房と暖房とに利用することができ、内燃機関を含めた空調装置の構成要素を大型化することなく、高効率な空調装置を実現することができる。
特に、補助熱交換器は第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器の下流側に該第1熱源側熱交換器と直列に配設されているので、回収した廃熱により第1の冷凍回路の第1の冷媒の放吸熱を確実に補助するようにできる。即ち、冷房時には第1熱源側熱交換器で凝縮させた後の第1の冷媒を過冷却して冷房効率の向上を図ることができ、暖房時には第1の冷媒が低温の外気から吸熱した後、第2の冷凍回路において外気よりも高温になった第2の冷媒の熱を吸熱して暖房効率の向上を図ることができる。
As a result, the waste heat of the internal combustion engine can be recovered and used effectively as electric power, and all of the recovered waste heat can be efficiently used for cooling and heating without waste. A highly efficient air conditioner can be realized without increasing the size of the components.
In particular, since the auxiliary heat exchanger is arranged in series with the first heat source side heat exchanger on the downstream side of the first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit, the first heat source recovers the first heat exchanger. It is possible to reliably assist the heat release and absorption of the first refrigerant in the refrigeration circuit. That is, during cooling, the first refrigerant after being condensed in the first heat source side heat exchanger can be supercooled to improve the cooling efficiency, and during heating, after the first refrigerant absorbs heat from the low temperature outside air In the second refrigeration circuit, the efficiency of heating can be improved by absorbing the heat of the second refrigerant that is higher than the outside air.
請求項3の空調装置によれば、発電機の発電電力が所定の電力未満のときには補助圧縮機の負荷が軽減されるので、補助圧縮機の負荷を減らし或いは無くすことで発電機の作動を優先でき、空調装置に必要な所定の電力を発電機で確実に発電して賄うようにできる。
請求項4の空調装置によれば、発電機の発電電力が所定の電力に達すると補助圧縮機の負荷が増加されるので、発電機の作動を優先しつつ、余剰の電力を無駄に生起させることなく発電機の負荷の低下により膨張機を無駄に高回転させて破損させることもなく、回収した廃熱の全てを極めて効率よく冷房と暖房とに利用することができる。
According to the air conditioner of claim 3, since the load on the auxiliary compressor is reduced when the power generated by the generator is less than the predetermined power, the operation of the generator is prioritized by reducing or eliminating the load on the auxiliary compressor. The predetermined power required for the air conditioner can be reliably generated by the generator and covered.
According to the air conditioner of the fourth aspect, since the load of the auxiliary compressor is increased when the generated power of the generator reaches a predetermined power, surplus power is generated wastefully while giving priority to the operation of the generator. In addition, the recovered waste heat can be used for cooling and heating extremely efficiently without causing the expander to rotate unnecessarily at high speed due to a decrease in the load on the generator.
請求項5の空調装置によれば、第1の冷凍回路には第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器に冷房時及び暖房時のいずれにも同一方向に第1の冷媒が流れるよう第1の冷媒の流れを切り替える冷媒方向切替手段が設けられ、補助熱交換器は第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器の下流側に該第1熱源側熱交換器と直列に配設されているので、冷媒方向切替手段を切り替えることにより、一つの補助熱交換器で、冷房時には第1熱源側熱交換器で凝縮させた後の第1の冷媒を過冷却して冷房効率の向上を図ることができ、暖房時には第1の冷媒が低温の外気から吸熱した後、第2の冷凍回路において外気よりも高温になった第2の冷媒の熱を吸熱して暖房効率の向上を図ることができる。 According to the air conditioner of the fifth aspect, the first refrigerant flows through the first refrigeration circuit in the same direction in the first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit both during cooling and during heating. A refrigerant direction switching means for switching the flow of the first refrigerant is provided, and the auxiliary heat exchanger is arranged in series with the first heat source side heat exchanger downstream of the first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit. Therefore, by switching the refrigerant direction switching means, the cooling efficiency is improved by supercooling the first refrigerant after being condensed by the first heat source side heat exchanger in one auxiliary heat exchanger during cooling. The first refrigerant absorbs heat from the low-temperature outside air during heating, and then the second refrigeration circuit absorbs the heat of the second refrigerant that is higher than the outside air to improve the heating efficiency. Can be planned.
請求項6の空調装置によれば、ランキン回路と第1の冷凍回路とは一部分が共用化されてランキン回路の作動流体と第1の冷凍回路の第1の冷媒とは同一であり、ランキン回路の凝縮器は第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器及び利用側熱交換器と兼用されているので、空調装置をコンパクトに構成できるとともに、特に暖房時において、回収した廃熱を直接的にしてより一層効率よく暖房に利用することができる。 According to the air conditioner of claim 6, the Rankine circuit and the first refrigeration circuit are partially shared, and the working fluid of the Rankine circuit and the first refrigerant of the first refrigeration circuit are the same, and the Rankine circuit The condenser is used also as the first heat source side heat exchanger and the use side heat exchanger of the first refrigeration circuit, so that the air conditioner can be made compact, and the recovered waste heat can be directly used especially during heating. Therefore, it can be used for heating more efficiently.
請求項7の空調装置によれば、内燃機関は燃費がよくメンテナンスが容易なガスエンジンであるので、ガスエンジンを用いた高効率な空調装置を実現することができる。 According to the air conditioner of the seventh aspect, since the internal combustion engine is a gas engine with good fuel efficiency and easy maintenance, a highly efficient air conditioner using the gas engine can be realized.
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
本発明に係る空調装置は、図1、2の模式図に示されるように、主圧縮機12、第1熱源側熱交換器(室外機)14、膨張弁15及び利用側熱交換器(室内機)16からなり冷媒(第1の冷媒)を相変化させながら管路11内で循環させて冷房及び暖房を行う主冷凍回路(第1の冷凍回路)10と、主冷凍回路10の圧縮機12を駆動するエンジン(内燃機関)1と、エンジン1の冷却水通路2を流れる冷却水の熱(廃熱)を蒸発器22を介して管路21内を流れる冷媒(作動流体)に回収し膨張機24を回転駆動させて回転駆動力を発電機26に伝達するランキン回路20と、発電機26とともに膨張機24に連結された補助圧縮機32、第2熱源側熱交換器(室外機)34、膨張弁35及び補助熱交換器36からなり冷媒(第2の冷媒)を相変化させながら管路31内で循環させる補助冷凍回路(第2の冷凍回路)30とから構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2, the air conditioner according to the present invention includes a
エンジン1としては、ここでは燃費がよくメンテナンスが容易なガスエンジンが採用される。
詳しくは、主冷凍回路10には、冷媒の流れ方向で視て主圧縮機12の下流に位置して、冷媒の流れ方向を主圧縮機12から第1熱源側熱交換器14或いは利用側熱交換器16のいずれか一方に切り替える四方弁17が設けられている。四方弁17は即ち空調装置を冷房状態と暖房状態とに切り替えるものであり、冷媒の流れ方向が主圧縮機12から第1熱源側熱交換器14となるように四方弁17を切り替えることで空調装置が冷房状態とされ(図1の状態)、冷媒の流れ方向が主圧縮機12から利用側熱交換器16となるように四方弁17を切り替えることで空調装置が暖房状態とされる(図2の状態)。これより、空調装置が冷房状態であるときには、第1熱源側熱交換器14が凝縮器として機能し利用側熱交換器16が蒸発器として機能する一方、空調装置が暖房状態であるときには、逆に利用側熱交換器16が凝縮器として機能し第1熱源側熱交換器14が蒸発器として機能することとなる。
As the
Specifically, the
図1及び図2に示すように、主冷凍回路10とランキン回路20とは、管路11の一部分と管路21の一部分とが共用されており、ここでは主冷凍回路10の冷媒(第1の冷媒)とランキン回路20の冷媒(作動流体)とは同一とされている。具体的には、四方弁17を含む主圧縮機12の下流から第1熱源側熱交換器14までの間と主圧縮機12の下流から利用側熱交換器16までの間において管路11と管路21とが共用化されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
つまり、主冷凍回路10の第1熱源側熱交換器14と利用側熱交換器16とは、同時にランキン回路20の凝縮器としての第1熱源側熱交換器14、利用側熱交換器16でもあり、冷房時には、開閉弁28を開弁し開閉弁29を閉弁することで第1熱源側熱交換器14がランキン回路20における凝縮器としても機能し、暖房時には、逆に開閉弁29を開弁し開閉弁28を閉弁することで利用側熱交換器16がランキン回路20における凝縮器としても機能する。
ランキン回路20には、上記の他、冷媒の流れ方向で視て蒸発器22の上流側に位置して、ポンプ27が介装されており、このポンプ27によって冷媒が管路21内を循環する。
That is, the first heat source
In the
補助冷凍回路30には、冷媒の流れ方向で視て補助圧縮機32の下流に位置して冷媒の流れ方向を補助圧縮機32から第2熱源側熱交換器34或いは補助熱交換器36のいずれか一方に切り替える四方弁37が設けられている。四方弁37は上記四方弁17と同様の機能を有し、空調装置が冷房状態にあるときには、冷媒の流れ方向が補助圧縮機32から第2熱源側熱交換器34となるように四方弁37を切り替えることで補助熱交換器36を蒸発器として機能させることが可能であり(図1の状態)、空調装置が暖房状態にあるときには、冷媒の流れ方向が補助圧縮機32から補助熱交換器36となるように四方弁37を切り替えることで補助熱交換器36を凝縮器として機能させることが可能である(図2の状態)。
The
図1及び図2に示すように、補助冷凍回路30の補助熱交換器36は、補助冷凍回路30の管路31と主冷凍回路10の管路11とに跨って設けられており、主冷凍回路10の冷媒(第1の冷媒)と補助冷凍回路30の冷媒(第2の冷媒)との間で熱交換するように構成されている。詳しくは、主冷凍回路10の管路11にはブリッジ回路部19が設けられ、冷房時及び暖房時において第1熱源側熱交換器14を流れる冷媒の方向が常に一方向となるように構成されており、補助熱交換器36は、主冷凍回路10において冷媒の流れ方向で視て常に第1熱源側熱交換器14の下流側となる位置に設けられている。ここに、上記四方弁17とブリッジ回路部19とが冷媒方向切替手段を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、補助冷凍回路30の補助圧縮機32は、例えば斜板の角度を変えることで容量を可変可能な可変容量圧縮機である(補助圧縮機負荷可変手段)。
また、発電機26には、発電機26が十分に発電駆動していないときに空調装置の各種補機類、例えば第1熱源側熱交換器14、利用側熱交換器16、第2熱源側熱交換器34の各ファンモータ、ポンプ27等に電力を供給するバッテリ(二次電池)25が接続されており、発電機26により発電した電力をバッテリ25に充電可能である。
The
Further, the
電子制御ユニット(ECU)40は、本発明に係る空調装置の種々の制御を行う制御装置であり、冷房と暖房の切り替え、即ち四方弁17や四方弁37の切り替え、エンジン1の出力制御、発電機26の発電制御や開閉弁28や開閉弁29の開閉の他、補助圧縮機32の斜板の角度制御が可能に構成されている(発電制御手段、補助圧縮機負荷可変手段)。
以下、このように構成された本発明に係る空調装置の作用について説明する。
The electronic control unit (ECU) 40 is a control device that performs various controls of the air conditioner according to the present invention. Switching between cooling and heating, that is, switching of the four-
Hereinafter, an operation of the air conditioner according to the present invention configured as described above will be described.
「冷房時」
ECU40により、エンジン1が作動され、図1に示すように四方弁17及び四方弁37が切り替えられて空調装置が冷房状態に切り替えられると、主冷凍回路10の管路11を冷媒が矢印の方向に流れ、上述したように第1熱源側熱交換器14が凝縮器として機能するとともに利用側熱交換器16が蒸発器として機能して冷房が行われる。
"When cooling"
When the
このとき、ランキン回路20では冷媒がポンプ27の作動によって管路21を矢印の方向に流れ、エンジン1が暖機して冷却水通路2を流れる冷却水が昇温すると、冷却水の熱(廃熱)が蒸発器22を介して管路21内の冷媒に回収され、冷媒が昇温し蒸発する。
このように管路21内の冷媒が昇温し蒸発すると冷媒は高圧ガスとなり、この高圧の冷媒が膨張機24で膨張仕事をして膨張機24が回転駆動され、発電機26が発電駆動させられる。
At this time, in the
Thus, when the refrigerant in the
発電機26による発電はECU40によって制御され、発電機26により上記第1熱源側熱交換器14、利用側熱交換器16、第2熱源側熱交換器34の各ファンモータやポンプ27等に必要十分な電力の発電が行われる。なお、バッテリ25の充電電力量が規定値(例えば、満充電値)より低下している場合には、バッテリ25への充電に必要な電力の発電も行われる。いずれにしても、発電機26は空調装置に必要十分な所定の電力を賄うべく発電が行われる。
The power generation by the
膨張機24の回転駆動力は補助圧縮機32にも伝達され、補助冷凍回路30の補助圧縮機32も膨張機24によって駆動される。補助圧縮機32が駆動されると、補助冷凍回路30の管路31内を冷媒が矢印の方向に循環し、冷房時には冷媒の流れ方向が補助圧縮機32から第2熱源側熱交換器34となるよう四方弁37は切り替えられているので、補助熱交換器36が蒸発器として機能する。
The rotational driving force of the
補助熱交換器36が蒸発器として機能すると、主冷凍回路10の凝縮器としての第1熱源側熱交換器14を経た後の冷媒が補助冷凍回路30の管路31内の冷媒によって過冷却(サブクール)されることになる。即ち、冷房時には、主冷凍回路10にて凝縮された冷媒が補助冷凍回路30にて蒸発した冷媒によってさらに冷却される。つまり、主冷凍回路10の冷媒の冷却が補助冷凍回路30の冷媒との熱交換によって補助される。
When the
このように、本発明に係る空調装置では、エンジン1の廃熱がランキン回路20を介して回収され、発電機26によって空調装置に必要十分な所定の電力の発電が行われるが、冷房時には、回収して発電に利用されなかった残りの廃熱についても補助冷凍回路30を介して効率よく冷房に利用され、空調装置の冷房効率の向上が図られる。
ところで、エンジン1が未だ暖機しておらずエンジン1の廃熱が十分でなく発電機26の発電能力が低い場合や、空調装置に必要十分な所定の電力が大き過ぎて発電機26の発電能力が追いつかないような場合のように、発電機26の発電電力が所定の電力未満のときには、ECU40によって発電機26の発電駆動が優先的に最大限実施され、バッテリ25の充放電をも考慮して空調装置に必要十分な所定の電力が確保される。
As described above, in the air conditioner according to the present invention, the waste heat of the
By the way, when the
このように発電機26の発電駆動が優先的に実施される場合、補助圧縮機32が駆動されると却って負荷となり発電機26による発電の妨げとなる。そこで、ここでは、発電機26の発電駆動を優先的に実施する際、補助圧縮機32の斜板の角度を小さく制御する。これにより、補助圧縮機32の負荷が軽減されて発電機26による発電が促進され、空調装置に必要十分な所定の電力が確保される。
Thus, when the power generation drive of the
「暖房時」
ECU40により、エンジン1が作動され、図2に示すように四方弁17及び四方弁37が切り替えられて空調装置が暖房状態に切り替えられると、主冷凍回路10の管路11を冷媒が矢印の方向に流れ、上述したように利用側熱交換器16が凝縮器として機能するとともに第1熱源側熱交換器14が蒸発器として機能して暖房が行われる。
"When heating"
When the
このとき、ランキン回路20では冷媒がポンプ27の作動によって管路21を矢印の方向に流れ、エンジン1が暖機して冷却水通路2を流れる冷却水が昇温すると、冷却水の熱(廃熱)が蒸発器22を介して管路21内の冷媒に回収され、冷媒が昇温し蒸発する。これにより、上記同様、膨張機24が回転駆動され、発電機26が発電駆動させられるとともに補助圧縮機32が駆動される。なお、発電機26の作動は上記冷房時と同様であり、説明を省略する。
At this time, in the
膨張機24によって補助圧縮機32が駆動されると、補助冷凍回路30の管路31内を冷媒が矢印の方向に循環し、暖房時には冷媒の流れ方向が補助圧縮機32から補助熱交換器36となるよう四方弁37は切り替えられているので、補助熱交換器36が凝縮器(放熱器)として機能する。
補助熱交換器36が凝縮器として機能すると、主冷凍回路10の蒸発器としての第1熱源側熱交換器14で外気より吸熱された冷媒が補助冷凍回路30の管路31内の冷媒によってさらに吸熱されることになる。即ち、暖房時には、主冷凍回路10にて吸熱された冷媒が補助冷凍回路30にて凝縮された冷媒によってさらに吸熱される。つまり、主冷凍回路10の冷媒の吸熱が補助冷凍回路30の冷媒との熱交換によって補助される。
When the
When the
このように、上記冷房時と同様、エンジン1の廃熱がランキン回路20を介して回収され、発電機26によって空調装置に必要十分な所定の電力の発電が行われるが、暖房時には、回収して発電に利用されなかった残りの廃熱についても補助冷凍回路30を介して効率よく暖房に利用され、空調装置の暖房効率の向上が図られる。
また、上記冷房時と同様、発電機26の発電電力が所定の電力未満であり発電機26の発電駆動を優先的に実施する際には、補助圧縮機32の斜板の角度を小さく制御すればよく、これにより空調装置に必要十分な所定の電力が確保される。
As described above, the waste heat of the
As in the case of cooling, when the power generated by the
以上のように、本発明に係る空調装置によれば、エンジン1により主冷凍回路10の主圧縮機12を駆動させて冷房または暖房を行うものにおいて、ランキン回路20を用いてエンジン1の廃熱を回収し、膨張機24を回転駆動させて発電機26を発電駆動させて空調装置に必要十分な所定の電力を確保するとともに、膨張機24の回転駆動力で補助冷凍回路30の補助圧縮機32をも駆動させて主冷凍回路10の冷媒の放吸熱を補助するようにしている。
As described above, according to the air conditioner according to the present invention, the
これにより、エンジン1の廃熱をランキン回路20で回収して電力として有効に利用できるとともに、発電機26で余剰の電力を生起させることもなく、発電機26の負荷の低下により膨張機24を無駄に高回転させて破損させることもなく、回収して発電に利用されなかった残りの廃熱の全てを補助冷凍回路30を介して無駄なく効率よく冷房と暖房とに利用することができる。
As a result, the waste heat of the
このようにエンジン1の廃熱を効率よく冷房と暖房とに利用することができることになると、エンジン1や主圧縮機12等の空調装置の構成要素にそれほど高い能力を要求する必要がなくなり、これらエンジン1を含めた空調装置の構成要素を大型化することなく高効率な空調装置を実現することができる。
また、発電機26の発電電力が所定の電力未満であるときには、発電機26の発電駆動を優先的に実施し、この際、補助圧縮機32の斜板の角度を小さく制御するので、補助圧縮機32の負荷を軽減して発電機26による発電を促進でき、空調装置に必要十分な所定の電力を確保するようにできる。この場合、発電機26の発電電力が所定の電力に達したときには、補助圧縮機32の斜板の角度を大きく制御して補助圧縮機32の負荷を増加させるので、発電機26の発電駆動を優先的に実施しつつ、回収された廃熱の全てを極めて効率よく冷房と暖房とに利用することができる。
If the waste heat of the
Further, when the power generated by the
また、主冷凍回路10の管路11とランキン回路20の管路21とは一部分が共用化され、主冷凍回路10の第1熱源側熱交換器14、利用側熱交換器16は同時にランキン回路20の凝縮器と兼用されているので、空調装置をコンパクトに構成できる。そして、このように共用化することで、特に暖房時において、廃熱を回収した冷媒が凝縮器としての利用側熱交換器16に直接流入することになり、回収した廃熱を直接的にしてより一層効率よく暖房に利用することができる。
Further, the
また、ここでは、主冷凍回路10の管路11にブリッジ回路部19を設け、主冷凍回路10において補助熱交換器36を冷媒の流れ方向で視て常に第1熱源側熱交換器(室外機)14の下流側に位置させるようにしているので、冷房時及び暖房時共に補助熱交換器36を利用側熱交換器(室内機)16の直上流側に位置させるようにでき、ランキン回路20で回収した廃熱により主冷凍回路10の冷媒の放吸熱を確実に補助するようにできる。
In addition, here, the
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、補助圧縮機32の斜板の角度を変えることで補助圧縮機負荷可変手段を構成するようにしたが、補助圧縮機32を例えば多気筒式として気筒数を可変する等して補助圧縮機負荷可変手段を構成することもでき、このようにしても上記同様の効果を得ることができる。
This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the auxiliary compressor load variable means is configured by changing the angle of the swash plate of the
また、上記実施形態では、エンジン1としてガスエンジンを採用したが、廃熱を利用可能であればエンジン1はガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等であってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1の冷却水通路2から廃熱を回収しているが、これとは別に或いはこれと共に、エンジン1の排気通路から廃熱を回収するように構成してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the gas engine was employ | adopted as the
Moreover, in the said embodiment, although waste heat is collect | recovered from the cooling water path 2 of the
また、上記実施形態では、主冷凍回路10の管路11とランキン回路20の管路21とを部分的に共用化するようにしているが、必ずしも共用化しなくてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
1 エンジン
2 冷却水通路
10 主冷凍回路(第1の冷凍回路)
14 第1熱源側熱交換器
16 利用側熱交換器
20 ランキン回路
22 蒸発器
24 膨張機
26 発電機
30 補助冷凍回路(第2の冷凍回路)
32 補助圧縮機
34 第2熱源側熱交換器
36 補助熱交換器
40 電子制御ユニット(ECU)(発電制御手段、補助圧縮機負荷可変手段)
1 Engine 2
14 first heat source
32
Claims (7)
作動流体の循環路に、前記内燃機関の廃熱により作動流体を加熱して蒸発させる蒸発器、該蒸発器を経由した作動流体を膨張させて回転駆動力を発電機に伝達する膨張機、該膨張機を経由した作動流体を凝縮させる凝縮器、該凝縮器を経由した作動流体を前記蒸発器に送出するポンプが順次介装されたランキン回路と、
前記膨張機に前記発電機とともに連結された補助圧縮機を該膨張機の回転駆動力で駆動させることで第2の冷媒を相変化させながら循環させる第2の冷凍回路とを備え、
前記第1の冷凍回路と前記第2の冷凍回路との間には、前記第1の冷凍回路内の第1の冷媒と前記第2の冷凍回路内の第2の冷媒との熱交換を行う補助熱交換器が、第1の冷媒の流れ方向で視て前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器の下流側に該第1熱源側熱交換器と直列に配設されてなることを特徴とする空調装置。 By driving the main compressor in the internal combustion engine, the first refrigerant is circulated while changing the phase in the first refrigeration circuit via the first heat source side heat exchanger and the use side heat exchanger, thereby performing cooling or heating. In the air conditioner,
An evaporator that heats and evaporates the working fluid by waste heat of the internal combustion engine in the working fluid circulation path; an expander that expands the working fluid that passes through the evaporator and transmits a rotational driving force to the generator; A Rankine circuit in which a condenser that condenses the working fluid that has passed through the expander, and a pump that sequentially sends the working fluid that has passed through the condenser to the evaporator;
A second refrigeration circuit that circulates while changing the phase of the second refrigerant by driving an auxiliary compressor connected to the expander together with the generator by the rotational driving force of the expander;
Wherein between the first refrigeration circuit and the second refrigeration circuit, performs heat exchange with the second refrigerant of the first of the first within the second refrigeration circuit the refrigerant in the refrigerant circuit An auxiliary heat exchanger is arranged in series with the first heat source side heat exchanger on the downstream side of the first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit as viewed in the flow direction of the first refrigerant. An air conditioner characterized by that.
該発電制御手段は、空調装置に必要十分な所定の電力を賄うよう前記発電機の発電を制御することを特徴とする、請求項1記載の空調装置。 Power generation control means for controlling the power generation of the generator,
2. The air conditioner according to claim 1, wherein the power generation control means controls the power generation of the generator so as to cover the predetermined power necessary and sufficient for the air conditioner.
該補助圧縮機負荷可変手段は、前記発電機の発電電力が前記所定の電力未満のときには前記補助圧縮機の負荷を軽減させることを特徴とする、請求項2記載の空調装置。 The second refrigeration circuit has auxiliary compressor load varying means for varying the load of the auxiliary compressor,
The air conditioner according to claim 2, wherein the auxiliary compressor load variable means reduces the load of the auxiliary compressor when the power generated by the generator is less than the predetermined power.
前記第1の冷凍回路には、前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器に冷房時及び暖房時のいずれにも同一方向に第1の冷媒が流れるよう第1の冷媒の流れを切り替える冷媒方向切替手段が設けられてなることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか記載の空調装置。 The first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit functions as a condenser during cooling, and functions as an evaporator during heating,
The first refrigerant flows in the first refrigeration circuit so that the first refrigerant flows in the same direction in the first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit during both cooling and heating. wherein the refrigerant direction switching means comprises been found provided to switch, the air conditioner according to any one of claims 1 to 4.
前記ランキン回路の前記凝縮器は、冷房時には前記第1の冷凍回路の第1熱源側熱交換器と兼用され、暖房時には前記第1の冷凍回路の利用側熱交換器と兼用されてなることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか記載の空調装置。 The Rankine circuit and the first refrigeration circuit are partially shared, and the working fluid of the Rankine circuit and the first refrigerant of the first refrigeration circuit are the same,
The condenser of the Rankine circuit is used also as a first heat source side heat exchanger of the first refrigeration circuit during cooling, and also used as a use side heat exchanger of the first refrigeration circuit during heating. The air conditioner according to any one of claims 1 to 5, wherein the air conditioner is characterized.
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