JP6103181B2 - エンジン駆動式空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン駆動式の空気調和装置に関する。

エンジン駆動式の空気調和装置は、エンジンの動力により駆動されるコンプレッサで冷媒を圧縮するとともに、圧縮された冷媒の相変化を利用して室内を空調する。そのためこの種の空気調和装置は冷媒を凝縮させる凝縮機と蒸発させる蒸発器とを備える。室内暖房時には室内に設置される室内熱交換器が凝縮機として機能し、室外に設置される室外熱交換器が蒸発器として機能する。一方、室内冷房時には室内熱交換器が蒸発器として機能し、室外熱交換器が凝縮器として機能する。

また、エンジン排熱回収器を備えたエンジン駆動式空気調和装置も知られている。エンジン排熱回収器には、室外熱交換器から吐出される冷媒の一部が供給される。エンジン排熱回収器に供給された冷媒はエンジンの排熱（例えばエンジンを冷却した後のエンジン冷却水）と熱交換される。エンジン排熱回収器により冷媒が過熱される。

上記したように暖房時に室外熱交換器は蒸発器として機能するが、外気温が極端に低い場合（例えば外気温が冷媒の蒸発温度未満の場合）は、室外熱交換器で外気の熱を冷媒に取り込ませることが困難になる。このような場合、室外熱交換器の上流側に取付けられている電子膨張弁の開度を調整して室外熱交換器に供給される冷媒の流量を調整する。これにより冷媒圧力を低下させ、外気温が低い場合でも室外熱交換機で冷媒を蒸発させることができるようにしている。

しかし、冷媒を過熱するためのエンジン排熱回収器が設けられている場合には、エンジン排熱回収器内の冷媒圧力が室外熱交換器内の冷媒圧力に影響を及ぼすため、外気温度が極端に低いときに室外熱交換器内の冷媒が蒸発し易いように電子膨張弁で冷媒流量を調整して室外熱交換器内の冷媒圧力を低下させようとしても、エンジン排熱回収器内の冷媒圧力に引っ張られて室外熱交換器内の冷媒圧力を所望の圧力まで低下させることができない。すなわち冷媒の蒸発に必要な低圧を得ることができない。このため室外熱交換器内で冷媒をうまく蒸発させることができない。そればかりか、エンジン排熱回収器での蒸発能力が室外熱交換器での蒸発能力を上回り、その結果、室外熱交換器内で冷媒が凝縮することもある。このような状況である場合、室外熱交換器内に液冷媒がトラップされて、室外熱交換器内に液冷媒が溜まる現象、すなわち寝込みが発生する。寝込みの発生は、冷媒回路内を循環する冷媒量の減少を引き起こし、ひいては空調運転の停止に至る。

特許文献１および２は、寝込みの発生を効果的に防止することができるエンジン駆動式空気調和装置を開示する。特許文献１および２に開示されたエンジン駆動式空気調和装置によれば、室外熱交換器の上流側および下流側に開閉弁が設けられる。そして、外気温が設定温度よりも低いとき、つまり寝込みが起きると予測されるときに、室外熱交換器の上流側及び下流側に設けられている開閉弁が共に閉弁されるとともに、室内熱交換器を出た冷媒が室外熱交換器を通らずにエンジン排熱回収器を通るように構成される。これによれば、室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると考えられる外気温が低いときに室外熱交換器の入口と出口を封鎖してしまうので、室外熱交換器内での寝込みの発生が効果的に抑えられる。

特開２００５−１６８０５号公報 特開２００５−２８３０２５号公報

（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、特許文献１および２に記載のエンジン駆動式空気調和装置によれば、寝込みを防止するために室外熱交換器の使用を禁止しているので、室外熱交換器の持つ蒸発能力を全く活用することができない。そのため空調能力が低下する。また、室外熱交換器に液冷媒が溜まった状態で室外熱交換器の入口と出口を封鎖した場合は寝込みと同様な現象が起こり、冷媒不足運転となって運転を継続することができない。また、室外熱交換器内で寝込みが発生すると考えられるときには、まず冷媒を室外熱交換器から冷媒回路中に放出する運転（すなわち室外熱交換器から冷媒を排出する運転）が実行された後に、室外熱交換器の入口と出口が封鎖される。しかし、この場合には、室外熱交換器の入口と出口を封鎖した状態での運転開始までに時間がかかり、空調の快適性に支障を来す。

本発明は、外気温が低い場合であっても室外熱交換器を使用して冷媒を蒸発させることができるとともに、室外熱交換器内での液冷媒の寝込みが効果的に抑えられたエンジン駆動式空気調和装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、エンジンにより駆動されることにより冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して吐出する第１コンプレッサおよび第２コンプレッサと、室内に設けられ、暖房時に前記第１コンプレッサおよび前記第２コンプレッサで圧縮された冷媒が供給され、供給された冷媒と室内の空気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる室内熱交換器と、暖房時に前記室内熱交換器から吐出された冷媒を膨張させる膨張弁と、室外に設けられ、暖房時に前記膨張弁で膨張した冷媒が供給され、供給された冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器と、暖房時に前記室内熱交換器から吐出された冷媒が供給され、供給された冷媒と前記エンジンの排熱とを熱交換させるエンジン排熱回収器と、前記室外熱交換器から吐出された冷媒が前記第１コンプレッサに吸入されるように前記室外熱交換器と前記第１コンプレッサとを接続する室外熱交換器側吸入配管と、前記エンジン排熱回収器から吐出された冷媒が前記第２コンプレッサに吸入されるように前記エンジン排熱回収器と前記第２コンプレッサとを接続する排熱回収器側吸入配管と、前記室外熱交換器側吸入配管と前記排熱回収器側吸入配管とを接続する連結配管と、前記第１コンプレッサに吸入される冷媒及び前記第２コンプレッサに吸入される冷媒の温度のいずれか一方又は双方を検出する温度検出器と、前記連結配管の途中に介装され、前記温度検出器により検出された温度に基づいて少なくとも前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると予測される時に、前記排熱回収器側吸入配管から前記室外熱交換器側吸入配管に向かう前記連結配管内での冷媒の流れを遮断する弁部材と、を備えるエンジン駆動式空気調和装置を提供する。

本発明によれば、寝込みが発生されると予測されるときには、排熱回収器側吸入配管から室外熱交換器側吸入配管に向かう連結配管内での冷媒の流れが遮断される。排熱回収器側吸入配管はエンジン排熱回収器に接続されており、室外熱交換器側吸入配管は室外熱交換器に接続されているので、寝込みの発生が予測されるときには、弁部材によって、エンジン排熱回収器内の冷媒が室外熱交換器側に向かうことが妨げられる。このためエンジン排熱回収器内の冷媒圧力が室外熱交換器内の冷媒圧力に影響を及ぼすことが妨げられる。よって、膨張弁で室外熱交換器に供給される冷媒の流量を調整することにより、エンジン排熱回収器内の冷媒圧力を気にすることなく、室外熱交換器内で冷媒が蒸発しやすくなるように室外熱交換器内の冷媒圧力を低下させることができる。その結果、寝込みが発生すると予測される外気温度が極端に低い場合であっても、室外熱交換器を蒸発器として機能させ、室外熱交換器内で冷媒を蒸発させることができる。また、室外熱交換器で冷媒が蒸発されるので、液冷媒が室外熱交換器内に寝込むことも防止できる。

上記発明において、エンジン排熱回収器は、エンジンの排熱を利用して冷媒を蒸発させることができるものであれば、どのようなものでも良い。例えば、エンジンを冷却した後の加熱された冷却水を冷媒と熱接触させて冷媒を蒸発させるようにエンジン排熱回収器を構成しても良いし、あるいは、エンジンの排気を冷媒と熱接触させて冷媒を蒸発させるようにエンジン排熱回収器を構成しても良い。

また、弁部材は、排熱回収器側吸入配管から室外熱交換器側吸入配管に向かう冷媒の流れが遮断されるように構成されていれば、どのようなものでもよい。特に、前記弁部材が、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると予測されるときに閉弁し、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生しないと予測されるときに開弁する開閉弁であるのがよい。この場合、エンジン駆動式空気調和装置は、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生するか否かを判断し、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると判断したときに前記開閉弁が閉弁し、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生しないと判断したときに前記開閉弁が開弁するように、前記開閉弁を制御する制御部をさらに備えるとよい。これによれば、制御部により開閉弁の開閉動作を制御することにより、確実に、室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると予測される時に、排熱回収器側吸入配管から室外熱交換器側吸入配管に向かう連結配管内での冷媒の流れが遮断される。

また、前記弁部材が、前記室外熱交換器側吸入配管から前記排熱回収器側吸入配管に向かう冷媒の流れを許容し、前記排熱回収器側吸入配管から前記室外熱交換器側吸入配管に向かう冷媒の流れを遮断する逆止弁であってもよい。これによれば、逆止弁によって排熱回収器側吸入配管から室外熱交換器側吸入配管に向かう連結配管内での冷媒の流れが確実に遮断される。また、逆止弁は制御が不要であることから、エンジン駆動式空気調和装置を安価に構成できる。

第１実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置の全体構成を示す概略図である。 開閉弁制御装置が開閉弁の開閉動作を制御するために実行する開閉弁制御ルーチンを示すフローチャートである。 第２実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置の全体構成を示す概略図である。 第３実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置の全体構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置１は、ガスエンジン１１と、第１コンプレッサ１２と、第２コンプレッサ１３と、四方切り換え弁１４と、室内熱交換器１５と、室外熱交換器１６と、電子膨張弁１７ａ，１７ｂと、エンジン排熱回収器１８と、開閉弁２１と、開閉弁２１の開閉動作を制御するための開閉弁制御装置２２とを主要構成として備える。

ガスエンジン１１は、燃料ガス（例えばＬＰＧ）を燃焼させることにより駆動する。ガスエンジン１１の駆動力が第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３に伝達されることにより、第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３が駆動される。これらのコンプレッサはそれぞれ独立して駆動できるように構成されているとよい。

第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３は、それぞれ吸入ポート１２ａ，１３ａと吐出ポート１２ｂ，１３ｂとを有し、吸入ポート１２ａ，１３ａからガス冷媒を吸入し、内部でガス冷媒を圧縮し、圧縮した高温高圧のガス冷媒を吐出ポート１２ｂ，１３ｂから吐出する。

第１コンプレッサ１２の吐出ポート１２ｂには第１配管Ｌ１の一方端が、第２コンプレッサ１３の吐出ポート１３ｂには第２配管Ｌ２の一方端が、それぞれ接続される。第１配管Ｌ１の他方端および第２配管Ｌ２の他方端は図の点Ａで一本の第３配管Ｌ３に合流する。第３配管Ｌ３の途中にオイルセパレータ２０が介装される。

第３配管Ｌ３は四方切り換え弁１４に接続される。四方切り換え弁１４は、第１ポート１４ａ、第２ポート１４ｂ、第３ポート１４ｃおよび第４ポート１４ｄを有し、第１ポート１４ａと第２ポート１４ｂが連通し且つ第３ポート１４ｃと第４ポート１４ｄが連通する暖房時切り換え位置と、第１ポート１４ａと第４ポート１４ｄが連通し且つ第２ポート１４ｂと第３ポート１４ｃが連通する冷房時切り換え位置とに切り換え可能に構成される。第３配管Ｌ３は、四方切り換え弁１４の第１ポート１４ａに接続される。

四方切り換え弁１４の第２ポート１４ｂには第４配管Ｌ４の一方端が接続される。第４配管Ｌ４の他方端は室内熱交換器１５の吸入ポート１５ａに接続される。室内熱交換器１５は吸入ポート１５ａから冷媒を供給するとともに供給した冷媒を室内の空気と熱交換する。そして、熱交換した冷媒を吐出ポート１５ｂから吐出する。

室内熱交換器１５の吐出ポート１５ｂに第５配管Ｌ５が接続される。第５配管Ｌ５は図の点Ｂにて第６配管Ｌ６と第７配管Ｌ７とに分岐する。第６配管Ｌ６は室外熱交換器１６の吸入ポート１６ａに接続され、第７配管Ｌ７はエンジン排熱回収器１８に接続される。第６配管Ｌ６の途中に電子膨張弁１７ａが、第７配管Ｌ７の途中に電子膨張弁１７ｂがそれぞれ介装される。電子膨張弁１７ａ、１７ｂはその開度を調整することができるように構成されている。冷媒が電子膨張弁１７ａ，１７ｂを通過する際に膨張する。

室外熱交換器１６は吸入ポート１６ａ及び吐出ポート１６ｂを有し、吸入ポート１６ａから冷媒を供給するとともに供給した冷媒を外気と熱交換する。そして、熱交換した冷媒を吐出ポート１６ｂから吐出する。

エンジン排熱回収器１８は冷媒流通管１８１と冷却水流通管１８２とを備える。冷媒流通管１８１には冷媒吸入ポート１８１ａと冷媒吐出ポート１８１ｂが形成される。冷媒吸入ポート１８１ａに第７配管Ｌ７が接続される。したがって、第７配管Ｌ７側から冷媒が冷媒吸入ポート１８１ａを経て冷媒流通管１８１内に供給される。供給された冷媒は冷媒流通管１８１内を流れ、冷媒吐出ポート１８１ｂから吐出される。また、冷却水流通管１８２には冷却水吸入ポート１８２ａと冷却水吐出ポート１８２ｂとが形成される。冷却水吸入ポート１８２ａからガスエンジンを冷却した冷却水が冷却水流通管１８２に供給される。供給された冷却水は冷却水流通管１８２内を流れる。このとき冷媒流通管１８１を流れる冷媒と熱交換する。冷却水流通管１８２を流れた冷却水は冷却水吐出ポート１８２ｂから吐出され、ガスエンジン１１側に帰還する。

室外熱交換器１６の吐出ポート１６ｂには第８配管Ｌ８の一方端が接続される。第８配管Ｌ８の他方端は四方切り換え弁１４の第４ポート１４ｄに接続される。また、四方切り換え弁１４の第３ポート１４ｃは第９配管Ｌ９の一方端に接続される。第９配管Ｌ９の他方端はアキュムレータ１９に接続される。アキュムレータ１９は液冷媒とガス冷媒とを分離させる装置である。このアキュムレータ１９には冷媒吸入ポート１９ａと冷媒吐出ポート１９ｂとが形成されており、第４配管Ｌ９の他方端は冷媒吸入ポート１９ａに接続される。一方、冷媒吐出ポート１９ｂは第１０配管Ｌ１０の一方端に接続される。第１０配管Ｌ１０の他方端は第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａに接続される。図１からわかるように、第８配管Ｌ８、第９配管Ｌ９および第１０配管Ｌ１０により、室外熱交換器１６から吐出された冷媒が第１コンプレッサ１２に吸入されるように室外熱交換器１６と第１コンプレッサ１２とが接続される。第８配管Ｌ８、第９配管Ｌ９および第１０配管Ｌ１０が本発明の室外熱交換器側吸入配管に相当する。

エンジン排熱回収器１８の冷媒流通管１８１に形成された冷媒吐出ポート１８１ｂには、第１１配管Ｌ１１の一方端が接続される。第１１配管Ｌ１１の他方端は、第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに接続される。図１からわかるように、第１１配管Ｌ１１により、エンジン排熱回収器１８から吐出された冷媒が第２コンプレッサ１３に吸入されるように、エンジン排熱回収器１８と第２コンプレッサ１３とが接続される。第１１配管Ｌ１１が本発明の排熱回収器側吸入配管に相当する。

また、第１０配管Ｌ１０（室外熱交換器側吸入配管）と第１１配管Ｌ１１（排熱回収器側吸入配管）が、第１２配管Ｌ１２（連結配管）で連結される。この第１２配管Ｌ１２の途中に開閉弁２１（弁部材）が介装される。開閉弁２１は開閉弁制御装置２２に電気的に接続されており、開閉弁制御装置２２からの開閉指令信号に基づいて、その開閉動作が制御される。

また、第１０配管Ｌ１０のうち第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａの近接位置に第１温度センサ２３ａが取付けられ、第１１配管Ｌ１１のうち第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａの近接位置に第２温度センサ２３ｂが取付けられる。第１温度センサ２３ａは第１コンプレッサ１２に吸入されるガス冷媒の温度（冷媒吸入温度）Ｔ１を検出し、第２温度センサ２３ａは第２コンプレッサ１３に吸入されるガス冷媒の温度（冷媒吸入温度Ｔ２）を検出する。これらのセンサで検出された温度を表す信号が開閉弁制御装置２２に出力される。さらに、室外熱交換器１６の近傍に第３温度センサ２３ｃが設置されている。この第３温度センサ２３ｃは室外熱交換器１６近辺の外気温度Ｔ３を検出する。第３温度センサ２３ｃにより検出された温度を表す信号が開閉弁制御装置２２に出力される。

上記構成のエンジン駆動式空気調和装置１において、以下、暖房時の作動について説明する。

ガスエンジン１１が駆動することによって第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３が駆動する。第１コンプレッサ１２が駆動すると、第１コンプレッサ１２は吸入ポート１２ａからガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出ポート１２ｂから吐出する。吐出された高温高圧のガス冷媒は第１配管Ｌ１を流れる。また、第２コンプレッサ１３が駆動すると、第２コンプレッサ１３は吸入ポート１３ａからガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出ポート１３ｂから吐出する。吐出された高温高圧のガス冷媒は第２配管Ｌ２を流れる。

第１配管Ｌ１を流れる高温高圧のガス冷媒と第２配管Ｌ２を流れる高温高圧のガス冷媒は点Ａで合流し、さらに第３配管Ｌ３を通ってオイルセパレータ２０に供給される。オイルセパレータ２０ではガス冷媒中に混入したオイルが分離される。分離されたオイルはアキュムレータ１９に戻され、第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３の潤滑に供される。オイルセパレータ２０でオイルが分離された高温高圧のガス冷媒はさらに四方切り替え弁１４の第１ポート１４ａから四方切り換え弁１４に導入される。暖房時には四方切り換え弁１４の第１ポート１４ａと第２ポート１４ｂが連通しているので、第１ポート１４ａから四方切り換え弁１４に導入された冷媒ガスは第２ポート１４ｂから排出される。

四方切り換え弁１４の第２ポート１４ｂから排出された高温高圧の冷媒ガスは、第４配管Ｌ４を通り、室内熱交換器１５の吸入ポート１５ａから室内熱交換器１５に供給される。室内熱交換器１５に供給された高温高圧のガス冷媒は室内の空気と熱交換することにより凝縮する。凝縮されたガス冷媒は低温高圧の気液二相冷媒に相変化する。このとき室内熱交換器１５内で冷媒が凝縮する過程で室内に熱を吐き出すことにより室内を暖房する。室内熱交換器１５を流れた冷媒は室内熱交換器１５の吐出ポート１５ｂから吐出される。吐出された冷媒は第５配管Ｌ５を流れる。

第５配管Ｌ５内の冷媒は点Ｂで第６配管Ｌ６を流れる冷媒と第７配管Ｌ７を流れる冷媒に分かれる。第６配管Ｌ６を流れる冷媒は電子膨張弁１７ａを通過する。通過時に冷媒は膨張して低温低圧状態にされ、その後、室外熱交換器１６の吸入ポート１６ａから室外熱交換器１６に供給される。室外熱交換器１６では低温低圧の気液二相冷媒は外気と熱交換することにより蒸発する。このとき室外熱交換器１６内で冷媒が蒸発する過程で外気から熱を奪う。その後、室外熱交換器１６内の冷媒は吐出ポート１６ｂから吐出される。吐出された冷媒は第８配管Ｌ８を流れる。

第８配管Ｌ８を流れる気液二相冷媒は、四方切り換え弁１４の第４ポート１４ｄから四方切り換え弁１４に導入される。暖房時には第３ポート１４ｃと第４ポート１４ｄが連通しているので、第４ポート１４ｄから四方切り換え弁１４に導入された気液二相冷媒は第３ポート１４ｃから排出される。排出された気液二相冷媒は第９配管Ｌ９を通り、冷媒吸入ポート１９ａからアキュムレータ１９に吸入される。アキュムレータ１９に吸入された冷媒はガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒のみが第１０配管Ｌ１０に吸引されて第１０配管Ｌ１０を流れる。

一方、室内熱交換器１５を出た後に第５配管Ｌ５を経て第７配管Ｌ７を流れる低温高圧の気液二相冷媒は、電子膨張弁１７ｂを通ることにより膨張されて低温低圧の気液二相冷媒とされ、さらにエンジン排熱回収器１８の冷媒流通管１８１の冷媒吸入ポート１８１ａから冷媒流通管１８１に供給される。そして、冷媒流通管１８１内を流れる。冷媒流通管１８１内の気液二相冷媒は冷却水流通管１８２を流れる冷却水に加熱されて低温低圧のガス冷媒にされる。そして、冷媒吐出ポート１８１ｂから吐出される。なお、エンジン排熱回収器１８内で気液二相冷媒が全てガス冷媒に相変化するように、電子膨張弁１７ｂの開度が調整される。エンジン排熱回収器１８から吐出されたガス冷媒は第１１配管Ｌ１１を流れる。

上記したように第１０配管Ｌ１０と第１１配管Ｌ１１は第１２配管Ｌ１２により連通されている。したがって、第１２配管Ｌ１２に介装されている開閉弁２１が開弁している場合には、第１０配管Ｌ１０を流れるガス冷媒はそのまま第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａに吸入されるか、あるいは第１２配管Ｌ１２を通って第１１配管Ｌ１１に導入されて、第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに吸入される。同様に、第１１配管Ｌ１１を流れる冷媒はそのまま第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに供給されるか、あるいは第１２配管Ｌ１２を通って第１０配管Ｌ１０に導入され、第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａに吸入される。一方、開閉弁２１が閉弁している場合には、第１０配管Ｌ１０を流れるガス冷媒は全て第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａに吸入され、第１１配管Ｌ１１を流れるガス冷媒は全て第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに吸入される。

以上が、暖房時におけるエンジン駆動式空気調和装置１の基本的な動作である。なお、冷房時には、四方切り換え弁１４の切り換え位置が冷房時切り換え位置に切り換わる。このため第１、第２コンプレッサ１２，１３からの冷媒はまず室外熱交換器１６に供給されて凝縮し、その後、室内熱交換器１５に供給されて蒸発する。冷媒蒸発時に室内から熱を奪うことにより室内が冷却される。なお、室外熱交換器１６から吐出された冷媒は、圧力損失を低減させるために電子膨張弁１７ａを通らずに迂回配管Ｌ１３を通って室内熱交換器１５に供給される。

エンジン駆動式空気調和装置１の運転中、開閉弁制御装置２２は第１温度センサ２３ａ、第２温度センサ２３ｂおよび第３温度センサ２３ｃが検出する温度情報を取得し、取得した温度情報に基づいて開閉弁２１の開閉動作を制御する。図２は、開閉弁制御装置２２が開閉弁２１の開閉動作を制御するために実行する開閉弁制御ルーチンを示すフローチャートである。開閉弁制御装置２２は、エンジン駆動式空気調和装置１の運転中、開閉弁制御ルーチンを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。

この開閉弁制御ルーチンが起動すると、まず、開閉弁制御装置２２は、図２のステップ（以下、ステップ番号をＳと略記する）１０１にて、現在のエンジン駆動式空気調和装置１が暖房運転をしているか否かを判断する。暖房運転ではない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、すなわち例えば冷房運転である場合、開閉弁制御装置２２はＳ１０７に処理を進めて、開弁信号を開閉弁２１に出力する。これにより開閉弁２１が開く。なお、既に開閉弁２１が開いているときは、その状態を維持する。その後、開閉弁制御装置２２はこのルーチンを一旦終了する。したがって、暖房運転ではないとき（例えば冷房運転時）には、常に開閉弁２１が開いている。

また、Ｓ１０１で暖房運転であると判断した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、開閉弁制御装置２２はＳ１０２にて第１温度センサ２３ａが検出した冷媒吸入温度Ｔ１を取得し、次いで、Ｓ１０３にて第２温度センサ２３ｂが検出した冷媒吸入温度Ｔ２を取得し、さらにＳ１０４にて第３温度センサ２３ｃが検出した外気温度Ｔ３を取得する。続いて開閉弁制御装置２２は、取得した各温度に基づいて、室外熱交換器１６内で液冷媒の寝込みが起きるか否かを判断する（Ｓ１０５）。この場合、開閉弁制御装置２２は、例えば外気温度が低いほど室外熱交換器１６内で液冷媒の寝込みが起きやすいことに基づいて寝込みの有無を判断してもよい。例えば、外気温度Ｔ３が所定の温度以下（例えばマイナス２０度以下）であるときに寝込みが起きると判断し、所定の温度よりも高いときに寝込みが起きないと判断しても良い。あるいは、開閉弁制御装置２２は、冷媒吸入温度が高いときに室外熱交換器１６内で寝込みが起きている可能性が高いことに基づいて寝込みの有無を判断してもよい。例えば、冷媒吸入温度Ｔ１と冷媒吸入温度Ｔ２の平均温度Ｔが閾値温度以上であるときに寝込みが起きると判断し、閾値温度未満であるときに寝込みが起きないと判断してもよい。ちなみに、寝込みが起きると冷媒回路内を循環する冷媒の密度が低下する。冷媒の密度が低下すると、例えば冷媒配管中に混入しているオイル（冷凍機油）で冷媒が加熱されたときの温度上昇が大きい。このため寝込みが起きている場合、コンプレッサに吸入される冷媒の温度やコンプレッサから吐出される冷媒の温度が高くなる傾向にある。

開閉弁制御装置２２は、Ｓ１０５にて室外熱交換器１６内で液冷媒の寝込みが起きないと判断した場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、Ｓ１０７に処理を進め、開弁信号を開閉弁２１に出力する。これにより開閉弁２１が開く。なお、既に開閉弁２１が開いているときは、その状態を維持する。その後、開閉弁制御装置２２はこのルーチンを一旦終了する。一方、寝込みが起きると判断した場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、開閉弁制御装置２２はＳ１０６に処理を進め、閉弁信号を開閉弁２１に出力する。これにより開閉弁２１が閉じる。なお、既に開閉弁２１が閉じているときは、その状態を維持する。その後、開閉弁制御装置２２はこのルーチンを一旦終了する。

開閉弁制御装置２２が上記した開閉弁制御ルーチンを実行することにより、寝込みが起きると予測されるときに開閉弁２１が閉じ、寝込みが起きると予測されないときに開閉弁２１が開く。

ところで、エンジン駆動式空気調和装置１が暖房運転している冬場等の寒い時期は外気温度が低い。室外熱交換器１６は温度が低い外気から熱を汲み上げて内部の冷媒と熱交換させることにより冷媒を蒸発させる。一般に冷媒の蒸発温度はかなり低い（例えばマイナス２０度）ので、よほど外気温度が低くても（例えばマイナス１５度程度であっても）、外気から熱を汲み上げて冷媒を蒸発させることができる。また、極めて外気温度が低くても（例えばマイナス２５度程度であっても）、電子膨張弁１７ａにより室外熱交換器１６内を流れる冷媒の流量を調整して室外熱交換器１６内の冷媒圧力を低下させれば、外気から熱を汲み上げて冷媒を蒸発させることができる。

しかし、室外熱交換器以外にも冷媒を蒸発させるための装置、具体的にはエンジン排熱回収器が設けられていて、室外熱交換器とエンジン排熱回収器が冷媒回路内で繋がっている場合、エンジン排熱回収器内の冷媒の比較的高い圧力が室外熱交換器内の冷媒圧力に影響を及ぼす。このため、外気温度が極端に低いときに電子膨張弁で室外熱交換器を流れる冷媒の流量を調整しても、室外熱交換器内の冷媒圧力がエンジン排熱回収器内の冷媒圧力の影響を受けてしまい、室外熱交換器内の冷媒圧力を蒸発し易い圧力まで低下させることができない。そのため室外熱交換器で冷媒を蒸発させることができない。そればかりか、エンジン排熱回収器の冷媒蒸発能力が室外熱交換器の冷媒蒸発能力を上回り、室外熱交換器内の冷媒の熱が外気に奪われて室外熱交換器が蒸発器としてよりもむしろ凝縮器として機能してしまうことがある。すると、室外熱交換器内で液冷媒が溜まる現象、すなわち寝込みが発生する。寝込みが発生した場合、冷媒回路内を循環する冷媒量が減少し、冷媒不足運転となって暖房運転ができない状況を引き起こす。このような寝込みが発生する状況は、上述したように、外気温度Ｔ３が極めて低い場合に起こり得る。また、寝込みが起きた場合、冷媒吸入温度Ｔ１，Ｔ２が上昇する傾向にある。

本実施形態においては、寝込みが起きると予測される場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、開閉弁２１を閉弁する。開閉弁２１が閉弁した場合、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０に向かう第１２配管内での冷媒の流れが遮断されるとともに、第１０配管Ｌ１０から第１１配管Ｌ１１に向かう第１２配管内での冷媒の流れが遮断される。このため、室外熱交換器１６を流れた冷媒は、第８配管Ｌ８−四方切り換え弁１４−第９配管Ｌ９−アキュムレータ１９−第１０配管を経由して第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａに吸入される。一方、エンジン排熱回収器１８の冷媒流通管１８１を流れた冷媒は、第１１配管Ｌ１１を経由して第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに吸入される。つまり、室外熱交換器１６を流れる冷媒とエンジン排熱回収器１８を流れる冷媒は、それぞれ別のコンプレッサに吸入される。

このような冷媒回路構成とすることで、室外熱交換器１６を流れる冷媒が第１コンプレッサ１２に吸入されるまでの流通経路と、エンジン排熱回収器１８を流れる冷媒が第２コンプレッサ１３に吸入されるまでの流通経路が分離される。両者の流通経路が分離された結果、エンジン排熱回収器１８側の冷媒が室外熱交換器１６側に向かうことが妨げられる。このため、エンジン排熱回収器１８内の冷媒圧力が、室外熱交換器１６内の冷媒圧力に影響を及ぼすことが妨げられる。よって、電子膨張弁１７ａにより室外熱交換器１６を流れる冷媒流量を調整することによって、エンジン排熱回収器１８内の冷媒圧力を気にすることなく、室外熱交換器１６で冷媒が蒸発しやすくなるように室外熱交換器１６内の冷媒圧力を低下させることができる。その結果、外気温が極めて低い場合であっても室外熱交換器１６が蒸発器として正常に機能し、室外熱交換器１６内で冷媒が蒸発する。室外熱交換器１６内で冷媒が蒸発するので、室外熱交換器１６内に液冷媒が溜まることもない。すなわち寝込みが起きない。このように、本実施形態においては、外気温度が極端に低い場合においても、室外熱交換器１６を蒸発器として正常に作動させて室外熱交換器１６で冷媒を蒸発させることができるとともに、室外熱交換器１６内での液冷媒の寝込みを防止することができる。

図３は、第２実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置２の全体構成を示す概略図である。このエンジン駆動式空気調和装置２が上記第１実施形態で説明したエンジン駆動式空気調和装置１と異なるところは、第１２配管Ｌ１２に開閉弁ではなく逆止弁２４が介装されている点、及び、第１実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置１が備えている開閉弁制御装置２２が備えられていない点である。その他の構成は第１実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置１と同一であるので、同一構成について同一の符号で示してその具体的説明は省略する。

上述のように、このエンジン駆動式空気調和装置２の第１２配管Ｌ１２には逆止弁２４が介装されている。この逆止弁２４は、第１０配管Ｌ１０から第１１配管Ｌ１１側に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れを許容し、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０側に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れを遮断する。

第１０配管Ｌ１０から第１１配管Ｌ１１側に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れは許容されているので、室外熱交換器１６から吐出されて第８配管Ｌ８−四方切り換え弁１４−第９配管Ｌ９−アキュムレータ１９を経由して第１０配管Ｌ１０に流れた冷媒は、そのまま第１コンプレッサ１２の吸入ポート１２ａに吸入される冷媒と、第１２配管Ｌ１２を通って第１１配管Ｌ１１に至り、そこから第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに吸入される冷媒とに分かれる。これに対し、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０側に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れは逆止弁２４で遮断されているので、エンジン排熱回収器１８の冷媒流通管１８１を流れた冷媒は、第１１配管Ｌ１１を経由して第２コンプレッサ１３の吸入ポート１３ａに吸入される。つまり、エンジン排熱回収器１８を流れた冷媒は第２コンプレッサ１３にのみ吸入され、第１コンプレッサ１２に吸入されない。

外気温が極端に低い場合には、電子膨張弁１７ａを絞って室外熱交換器１６に流れる冷媒流量を低下させて、室外熱交換器１６内の冷媒圧力を低下させる。しかし、エンジン排熱回収器１８内の比較的高い冷媒圧力が室外熱交換器１６内の冷媒圧力に作用するような冷媒回路構成である場合、室外熱交換器１６内の冷媒圧力を、蒸発しやすい圧力まで低下させることが困難である。これに対し、本実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置２においては、第１２配管Ｌ１２に介装された逆止弁２４によって、第１１配管Ｌ１１側、すなわちエンジン排熱回収器１８側の冷媒が、第１０配管Ｌ１０側、すなわち室外熱交換器１６側に流通することが妨げられている。このためエンジン排熱回収器１８側の冷媒圧力が室外熱交換器１６内の冷媒圧力に作用することはない。

よって、電子膨張弁１７ａにより室外熱交換器１６を流れる冷媒流量を調整することによって、エンジン排熱回収器１８内の冷媒圧力を気にすることなく、室外熱交換器１６で冷媒が蒸発しやすくなるように室外熱交換器１６内の冷媒圧力を低下させることができる。その結果、外気温が極めて低い場合であっても室外熱交換器１６が蒸発器として正常に機能し、室外熱交換器１６内で冷媒が蒸発する。室外熱交換器１６内で冷媒が蒸発するので、室外熱交換器１６内に液冷媒が溜まることもない。すなわち寝込みが起きない。このように、本実施形態においては、外気温度が極端に低い場合においても、室外熱交換器１６を蒸発器として正常に作動させて室外熱交換器１６で冷媒を蒸発させることができるとともに、室外熱交換器１６内での液冷媒の寝込みを防止することができる。

また、逆止弁は制御が不要であることから、上記第１実施形態で示した開閉弁制御装置２２のようなものを必要としない。このためエンジン駆動式空気調和装置を安価に構成できる。

図４は、第３実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置３の全体構成を示す概略図である。このエンジン駆動式空気調和装置３が上記第２実施形態で説明したエンジン駆動式空気調和装置２と異なるところは、第９配管Ｌ９と第１１配管Ｌ１１が第１４配管Ｌ１４で接続されている点、及び、第１４配管Ｌ１４に電子膨張弁２５が介装されている点である。その他の構成は第２実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置１と同一であるので、同一構成について同一の符号で示してその具体的説明は省略する。

第３実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置３によれば、例えば外気温度が極端に低くて室外熱交換器１６内で寝込みが発生すると予測されるときには、第１４配管Ｌ１４に介装された電子膨張弁２５が閉じる。電子膨張弁２５が閉じた場合、図４に示す冷媒回路が図３に示す冷媒回路と同一になるので、第２実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置２と同様な作用効果を奏する。また、寝込みが発生すると予測されないときに電子膨張弁２５を開くことによって、エンジン排熱回収器１８側の冷媒を第２コンプレッサ１３のみならず第１コンプレッサ１２にも吸入させることができる。

以上のように、本実施形態のエンジン駆動式空気調和装置１，２，３は、ガスエンジン１１により駆動されることにより冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して吐出する第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３と、室内に設けられ、暖房時に第１コンプレッサ１２および第２コンプレッサ１３で圧縮された冷媒が供給され、供給された冷媒と室内の空気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる室内熱交換器１５と、暖房時に室内熱交換器１５から吐出された冷媒を膨張させる電子膨張弁１７ａと、室外に設けられ、暖房時に電子膨張弁１７ａで膨張した冷媒が供給され、供給された冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器１６と、暖房時に室内熱交換器１５から吐出された冷媒が供給され、供給された冷媒とエンジン冷却水とを熱交換させるエンジン排熱回収器１８と、室外熱交換器１６から吐出された冷媒が第１コンプレッサ１２に吸入されるように室外熱交換器１６と第１コンプレッサ１２とを接続する室外熱交換器側吸入配管（第８配管Ｌ８、第９配管Ｌ９、第１０配管Ｌ１０）と、エンジン排熱回収器１８から吐出された冷媒が第２コンプレッサ１３に吸入されるようにエンジン排熱回収器１８と第２コンプレッサ１３とを接続する排熱回収器側吸入配管（第１１配管Ｌ１１）と、室外熱交換器側吸入配管と排熱回収器側吸入配管とを接続する連結配管（第１２配管Ｌ１２）と、連結配管の途中に介装され、少なくとも室外熱交換器１６内での冷媒の寝込みが発生すると予測される時に排熱回収器側吸入配管から室外熱交換器側吸入配管に向かう連結配管内での冷媒の流れを遮断する弁部材（開閉弁２１、逆止弁２４）と、を備える。

本実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置１，２，３によれば、少なくとも寝込みが発生されると予測されるときには、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れが遮断される。第１1配管Ｌ１１はエンジン排熱回収器１８に接続されており、第１０配管Ｌ１０は室外熱交換器１６に接続されているので、寝込みの発生が予測されるときには、弁部材によって、エンジン排熱回収器１８内の冷媒が室外熱交換器１６側に向かうことが妨げられる。このためエンジン排熱回収器１８内の冷媒圧力が室外熱交換器１６内の冷媒圧力に影響を及ぼすことが妨げられる。よって、電子膨張弁１７ａで室外熱交換器１６に供給される冷媒の流量を調整することにより、エンジン排熱回収器１８内の冷媒圧力を気にすることなく、室外熱交換器１６内で冷媒が蒸発しやすくなるように室外熱交換器１６内の冷媒圧力を低下させることができる。その結果、寝込みが発生すると予測される外気温度が極端に低い場合であっても、室外熱交換器１６を蒸発器として正常に機能させ、室外熱交換器１６内で冷媒を蒸発させることができる。また、室外熱交換器１６で冷媒が蒸発されるので、液冷媒が室外熱交換器１６内に寝込むことも防止できる。

また、上記第１実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置１によれば、第１２配管Ｌ１２に開閉弁２１が介装されており、この開閉弁２１が開閉弁制御装置２２により開閉制御される。開閉弁制御装置２２は、冷媒吸入温度Ｔ１やＴ２、あるいは外気温度Ｔ３に基づいて、室外熱交換器１６内での冷媒の寝込みが発生するか否かを判断し、室外熱交換器１６内での冷媒の寝込みが発生すると判断したときに開閉弁２１が閉弁し、室外熱交換器１６内での冷媒の寝込みが発生しないと判断したときに開閉弁２１が開弁するように、開閉弁２１を制御する。このため室外熱交換器１６内での冷媒の寝込みが発生すると予測される時に、確実に、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れを遮断することができる。

また、上記第２、第３実施形態に係るエンジン駆動式空気調和装置２，３によれば、第１２配管Ｌ１２に逆止弁２４が介装されており、この逆止弁２４により、第１０配管Ｌ１０から第１１配管Ｌ１１に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れが許容され、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れが遮断される。つまり、この逆止弁２４によって、常に、第１１配管Ｌ１１から第１０配管Ｌ１０に向かう第１２配管Ｌ１２内での冷媒の流れが遮断されている。したがって、外気温度が極端に低いときにも上記冷媒の流れが確実に遮断される。また、逆止弁は制御が不要であることから、エンジン駆動式空気調和装置を安価に構成できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態においてはエンジン排熱回収器としてエンジン冷却水の熱を回収する例を示したが、エンジンの排気熱を回収してもよい。また、上記実施形態では、冷媒吸入温度Ｔ１，Ｔ２、あるいは外気温度Ｔ３に基づいて、室外熱交換器１６内で寝込みが発生するか否かを判断した例を示したが、その他、寝込みの発生に起因して生じる変化に基づいて、寝込みが発生するか否かを判断してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１，２，３…エンジン駆動式空気調和装置、１１…ガスエンジン、１２…第１コンプレッサ、１２ａ…吸入ポート、１２ｂ…吐出ポート、１３…第２コンプレッサ、１３ａ…吸入ポート、１３ｂ…吐出ポート、１４…四方切り換え弁、１５…室内熱交換器、１５ａ…吸入ポート、１５ｂ…吐出ポート、１６…室外熱交換器、１６ａ…吸入ポート、１６ｂ…吐出ポート、１７ａ…電子膨張弁、１８…エンジン排熱回収器、１８１…冷媒流通管、１８１ａ…冷媒吸入ポート、１８１ｂ…冷媒吐出ポート、１９…アキュムレータ、２１…開閉弁（弁部材）、２２…開閉弁制御装置、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ…温度センサ、２４…逆止弁（弁部材）、Ｌ８…第８配管（室外熱交換器側吸入配管）、Ｌ９…第９配管（室外熱交換器側吸入配管）、Ｌ１０…第１０配管（室外熱交換器側吸入配管）、Ｌ１１…第１１配管（排熱回収器側吸入配管）、Ｌ１２…第１２配管（連結配管）、Ｔ１，Ｔ２…冷媒吸入温度、Ｔ３…外気温度

Claims (4)

1. エンジンにより駆動されることにより冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して吐出する第１コンプレッサおよび第２コンプレッサと、
   室内に設けられ、暖房時に前記第１コンプレッサおよび前記第２コンプレッサで圧縮された冷媒が供給され、供給された冷媒と室内の空気とを熱交換させて冷媒を凝縮させる室内熱交換器と、
   暖房時に前記室内熱交換器から吐出された冷媒を膨張させる膨張弁と、
   室外に設けられ、暖房時に前記膨張弁で膨張した冷媒が供給され、供給された冷媒と外気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる室外熱交換器と、
   暖房時に前記室内熱交換器から吐出された冷媒が供給され、供給された冷媒と前記エンジンの排熱とを熱交換させるエンジン排熱回収器と、
   前記室外熱交換器から吐出された冷媒が前記第１コンプレッサに吸入されるように前記室外熱交換器と前記第１コンプレッサとを接続する室外熱交換器側吸入配管と、
   前記エンジン排熱回収器から吐出された冷媒が前記第２コンプレッサに吸入されるように前記エンジン排熱回収器と前記第２コンプレッサとを接続する排熱回収器側吸入配管と、
   前記室外熱交換器側吸入配管と前記排熱回収器側吸入配管とを接続する連結配管と、
   前記第１コンプレッサに吸入される冷媒及び前記第２コンプレッサに吸入される冷媒の温度のいずれか一方又は双方を検出する温度検出器と、
   前記連結配管の途中に介装され、前記温度検出器により検出された温度に基づいて少なくとも前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると予測される時に、前記排熱回収器側吸入配管から前記室外熱交換器側吸入配管に向かう前記連結配管内での冷媒の流れを遮断する弁部材と、
   を備えるエンジン駆動式空気調和装置。
2. 請求項１に記載のエンジン駆動式空気調和装置において、
   前記弁部材が、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると予測されるときに閉弁し、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生しないと予測されるときに開弁する開閉弁である、エンジン駆動式空気調和装置。
3. 請求項２に記載のエンジン駆動式空気調和装置において、
   前記温度検出器により検出された温度に基づいて前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生するか否かを判断し、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると判断したときに前記開閉弁が閉弁し、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生しないと判断したときに前記開閉弁が開弁するように、前記開閉弁を制御する制御部をさらに備える、エンジン駆動式空気調和装置。
4. 請求項３に記載のエンジン駆動式空気調和装置において、
   前記制御装置は、前記温度検出器により検出された温度が閾値温度以上であるときに、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生すると判断し、前記温度検出器により検出された温度が前記閾値温度未満であるときに、前記室外熱交換器内での冷媒の寝込みが発生しないと判断する、エンジン駆動式空気調和装置。
   

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