JP6846685B2

JP6846685B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP6846685B2
Application number: JP2017131910A
Authority: JP
Inventors: 増田　哲也; 哲也増田; 長谷川　寛; 寛長谷川; 雄章水藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-07-05
Also published as: EP3425309A1; EP3425309B1; JP2019015434A

Description

本発明は、ガスエンジンにより駆動する圧縮機を搭載した空気調和装置に関するものである。

室外ユニットに容量の異なる複数の圧縮機を搭載し、それぞれの圧縮機に対応して設けられた複数の駆動手段と、求められる負荷の大きさに応じて前記複数の圧縮機を個々に駆動させたり、組み合わせて駆動させたりする制御手段を備えた空気調和装置が提案されている。（例えば、特許文献１）

図６は、特許文献１の装置構成図であり、冷凍サイクルにおいて、圧縮機１２Ａと圧縮機１２Ｂが並列に接続されている。特許文献１では、容量の大きな圧縮機１２ＡをガスエンジンＥＧにより駆動し、容量の小さな圧縮機１２Ｂを電動モータＭにより駆動するものとし、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により駆動し、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により駆動し、求められる負荷が大きければ大小二つの圧縮機をそれぞれの駆動手段により同時に駆動するとしている。一基の圧縮機を一基のガスエンジンにより駆動する空気調和装置は、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選定、調整されるため、小さな負荷が求められる場合や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運転させなければならない。特許文献１に開示された技術では、暖房運転時に求められる負荷が高負荷の場合、室外熱交換器１１で外気から吸熱した冷媒を、ガスエンジンＥＧにより駆動する圧縮機１２ＡでアキュムレータＡＣ１を介して吸入し、排熱回収熱交換器４０によりガスエンジン排熱から吸熱した中温中圧の冷媒を電動モータ駆動圧縮機１２ＢでアキュムレータＡＣ２を介して吸入するとしている。この構成においては、容量の大きい圧縮機の駆動手段として採用した内燃機関の排熱を、容量の小さい圧縮機の吸入する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、としている。

特開２００３−５６９３２号公報

上記従来の空気調和装置では、並列に接続された二つの圧縮機の吸入配管のそれぞれにガスエンジン排熱から吸熱した冷媒を流入させるバイパス管と排熱利用熱交換器を設置した構成としている。
一般的に、圧縮機が未蒸発の液冷媒を吸引すると、圧縮機内部が異常高圧となり、圧縮機の故障につながるなど信頼性が大きく損なわれるため、上記従来の空気調和装置では、並列に接続した圧縮機の吸入配管それぞれにアキュムレータを設置し、アキュムレータの上流にバイパス管の一端を接続することにより、室外熱交換器を通過した冷媒、および排熱利用熱交換器を通過した冷媒の双方が未蒸発の状態であっても、アキュムレータが一時的に液冷媒を貯留し、圧縮機が液冷媒を吸入しにくい構成とし、信頼性を確保している。

しかしながら、ガスエンジンを駆動源とする圧縮機を利用した上記従来の空気調和装置は、能力が大きく、事務所ビルや大型店舗において利用されることが多い。こうした事務所ビルや大型店舗では、室内ユニットが複数台用いられ、さらに室内ユニットと室外ユニットが冷媒配管により連結されるため、配管長が長くなる。したがって、こうした大型空気調和装置では、使用する冷媒量が増え、数十ｋｇとなることが少なくない。液冷媒を一時的に貯留し、圧縮機の信頼性を向上させるためのアキュムレータは、使用される冷媒量を想定し設計されるため、大型化し、内容積は数十Ｌとなる。
上記従来の空気調和装置では、容量の大きい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、すなわち容量の大きい圧縮機の吸入する冷媒の圧力と、容量の小さい圧縮機の吸入する冷媒の圧力が異なることにより、アキュムレータを二つ必要とすることから装置が大型化する、という課題を有していた。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機の信頼性を確保するためのアキュムレータを一つとする、すなわち装置の小型化をはかった空気調和装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するため、本発明の空気調和装置は、ガスエンジンを駆動源とする第一圧縮機と電動モータを駆動源とする第二圧縮機を並列に接続し、冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、前記第一圧縮機の吸入側に設けられる第一吸入管と、前記第二圧縮機の吸入側に設けられる第二吸入管と、に低圧管を分岐する低圧管分岐部より上流にアキュムレータを備え、一端が液管に接続され、他端が前記第二吸入管に接続される第一バイパス管と、前記第一バイパス管に前記液管側から順に設けられる減圧手段および排熱回収熱交換器と、前記第二吸入管に設けられ、前記第一バイパス管との接続部より上流に備えられる流入防止手段と、一端が前記排熱回収熱交換器より下流部分の前記第一バイパス管に接続され、他端が前記アキュムレータより上流部分の前記低圧管に接続される第二バイパス管と、前記第二バイパス管に備えられる弁と、をさらに備えることを特徴とする。

本発明の空気調和装置では、圧縮機の信頼性を確保するためのアキュムレータを一つとすることができるため、装置の小型化をはかった空気調和装置を提供できる。

本発明の実施の形態１の構成を示す図本発明の実施の形態２の構成を示す図本発明の実施の形態３の構成を示す図本発明の実施の形態１および２における空気調和装置のガスエンジン駆動圧縮機と電動モータ駆動圧縮機の負荷の大きさによる最適運転比率本発明の実施の形態１および２における冷凍サイクル動作点を示すモリエル線図特許文献１における空気調和装置の構成図

第一の発明は、ガスエンジンを駆動源とする第一圧縮機と電動モータを駆動源とする第二圧縮機を並列に接続し、冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、前記第一圧縮機の吸入側に設けられる第一吸入管と、前記第二圧縮機の吸入側に設けられる第二吸入管と、に低圧管を分岐する低圧管分岐部より上流にアキュムレータを備え、一端が液管に接続され、他端が前記第二吸入管に接続される第一バイパス管と、前記第一バイパス管に前記液管側から順に設けられる減圧手段および排熱回収熱交換器と、前記第二吸入管に設けられ、前記第一バイパス管との接続部より上流に備えられる流入防止手段と、一端が前記排熱回収熱交換器より下流部分の前記第一バイパス管に接続され、他端が前記アキュムレータより上流部分の前記低圧管に接続される第二バイパス管と、前記第二バイパス管に備えられる弁と、をさらに備えることを特徴とする空気調和装置である。
この発明によれば、圧縮機の信頼性を確保するためのアキュムレータを一つとすること
ができるため、装置の小型化をはかった空気調和装置を提供できる。
上記の構成により、暖房運転時、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。空気熱交換器と排熱回収熱交換器の吸熱源はそれぞれ空気（外気）とエンジン排熱冷却水であり、外気温度に対し、エンジン冷却水の温度は高温であるため、空気熱交換器における冷媒の蒸発圧力に対し、排熱回収熱交換器における冷媒の蒸発圧力は高くなる。
さらに、第一吸入管と、第二吸入管と、に低圧管を分岐する低圧管分岐部より上流に位置する低圧管にアキュムレータを設置し、第二バイパス管には弁を備えるため、排熱回収熱交換器の出口冷媒が未蒸発（過熱度なし）の場合に、この弁により、液冷媒は蒸発圧力が高い排熱回収熱交換器から、蒸発圧力の低い空気熱交換器側、つまり低圧管に流れ、この低圧管に設けられたアキュムレータに貯留されるとともに、圧力降下により、蒸発が促進される。
そのため、本発明の空気調和装置では、室外熱交換器において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となり、排熱回収熱交換器において蒸発する冷媒の圧力を、空気熱交換器において蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させることができる。さらに、排熱回収熱交換器を通過した冷媒が未蒸発の液冷媒であっても、液冷媒を低圧管にバイパスさせるので、排熱回収熱交換器を通過した冷媒を圧縮する圧縮機が液冷媒を吸入することを抑制できる。
第一圧縮機の駆動手段として採用したガスエンジンの排熱を、電動モータを駆動源とする第二圧縮機の圧縮機の吸入する冷媒の加熱に利用したので、暖房時の高効率化をはかりつつ、アキュムレータを一つとすることが可能となる。すなわち、高効率な暖房運転を実現しながら、装置の小型化をはかった空気調和装置を提供することができる。

第二の発明は、第二の発明に加え、前記排熱回収熱交換器の出口に、冷媒の過熱度を検知する検知手段をさらに備え、前記検知手段により検知した冷媒の過熱度情報をもとに、前記弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする空気調和装置である。
この発明によれば、排熱回収熱交換器の出口冷媒過熱度を検知する検知手段と、この検知手段により検知した過熱度情報によって、弁の開閉を制御する制御手段を設けたので、排熱回収熱交換器の出口冷媒が未蒸発（過熱度なし）であっても、制御手段が弁を開にすることにより、液冷媒は低圧管に設けられたアキュムレータに貯留されるとともに、圧力降下により、蒸発が促進される。第二圧縮機が液冷媒を吸入することがなくなるため、暖房時の高効率化をはかりつつ、アキュムレータを一つとすることが可能となる。すなわち、高効率な暖房運転を実現しながら、装置の小型化をはかった空気調和装置を提供することができる。

第三の発明は、第三の発明に加え、前記第一バイパス管は、前記第一バイパス管と前記第二バイパス管との接続部から前記第一バイパス管と前記第二吸入管との接続部の間に、第二の弁を備え、前記制御手段は、前記検知手段により検知した冷媒の過熱度情報と、前記第一圧縮機および前記第二圧縮機の運転情報とをもとに、前記第二の弁の開閉を制御することを特徴とする空気調和装置である。
この発明によれば、第三の発明において、特に、第一圧縮機が賄う空調能力に対し、第二圧縮機が賄う空調能力が大きい場合、つまり、第一圧縮機における冷媒循環量に対し、第二圧縮機における冷媒循環量が多い場合、弁を開とすると、第三の発明における作用と同様に、液冷媒は蒸発圧力が高い排熱回収熱交換器から、蒸発圧力の低い空気熱交換器側、つまり低圧管に流れるが、圧力が均衡した後、第二圧縮機の循環量が第一圧縮機に対して多い場合には、第二圧縮機の吸入側圧力が第一圧縮機の吸入圧力に対して低くなり、第二圧縮機が液冷媒を吸入する恐れがある。制御手段は、排熱回収熱交換器出口冷媒の過熱度情報と、第一圧縮機、第二圧縮機の運転情報をもとに、第二の弁を制御するので、上記の場合、制御手段は第二の弁を閉とすることにより、第二圧縮機が液冷媒を吸入することがなくなる、すなわち、すなわち、アキュムレータを一つとすることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第一の実施の形態における空気調和装置３００の構成を示すものである。
本実施形態に係る空気調和装置３００は、室外ユニット１００と、室内ユニット２００と、を備えている。なお、図１において、室内ユニット２００は、一台のみ設置されているが、室外ユニット１００に対し、複数台並列に設置されてもよい。
室外ユニット１００は、ガスを駆動源とするガスエンジン１０３と、ガスエンジン１０３により駆動力を得て冷媒を圧縮する第一圧縮機１０１と、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２と、を備える。第一圧縮機１０１は、第二圧縮機１０２よりも容量が大きいものが選定されている。

第一圧縮機１０１の吐出配管と第二圧縮機１０２の吐出配管とが合流した合流吐出配管１４３には、オイルセパレータ１０４が備えられている。このオイルセパレータ１０４は、第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２の吐出冷媒ガスに含まれるオイルを分離する。
オイルセパレータ１０４において分離されたオイルは、第一圧縮機の吸入側に設けられる第一吸入管１１０および第二圧縮機の吸入側に設けられる第二吸入管１１１に、図示しないオイル戻し配管を通って戻される。
オイルセパレータ１０４下流には、四方弁１０５が備えられている。四方弁１０５は、冷房と暖房で冷凍サイクルを切替えるためのものである。なお、図１において、実線に沿って冷媒を流す場合は暖房運転、点線に沿って冷媒を流す場合は冷房運転となる。

合流吐出配管１４３は、室内ユニット２００内において、室内熱交換器２０１の一端に接続されている。室内ユニット２００は、室内熱交換器２０１と、室内送風ファン２０２と、室内機減圧装置２０３と、を備える。
室内熱交換器２０１の他端に接続された冷媒配管１３０は、室内機減圧装置２０３および室外減圧装置１０８を介して、室外ユニット１００内において室外熱交換器１０６の一端に接続されている。
冷媒配管１３０のうち、室内機減圧装置２０３と室外減圧装置１０８との間の配管を、液管１１６と定義する。
室外熱交換器１０６の風下側には、ラジエータ１１３が備えられており、室外ファン１０７によりエンジン冷却水の放熱が行われる。

室外熱交換器１０６の他端には、冷媒配管１３３が接続されている。冷媒配管１３３は、四方弁１０５を介して低圧管１１２に接続される。低圧管１１２には、アキュムレータ１０９が備えられている。低圧管１１２は、アキュムレータ１０９の下流である低圧管分岐部１５０において、第一吸入管１１０と第二吸入管１１１とに分岐する。
ここで、四方弁１０５から低圧管分岐部１５０までが、低圧管１１２となる。

空気調和装置３００は、一端が液管１１６に接続され、他端が第二吸入管１１１に接続される第一バイパス管１１８を備える。
この第一バイパス管１１８には、液管１１６側から順に排熱回収減圧装置（減圧手段）１１９、排熱回収熱交換器１２０が備えられる。この排熱回収熱交換器１２０は、ガスエンジン１０３の排熱を冷媒に移動させる。排熱回収減圧装置１１９および排熱回収熱交換器１２０を設けているため、空気調和装置３００を流れる冷媒は、暖房時、エンジン冷却水からも吸熱できる。

第二吸入管１１１には、第二吸入管１１１と第一バイパス管１１８との接続部１５１より上流に、逆止弁（流入防止手段）１２１が備えられる。
この流入防止手段としての逆止弁１２１は、必ずしも逆止弁に限られない。例えば、開閉弁など、第二吸入管１１１に流入する中圧冷媒が、低圧冷媒の流れる第一吸入管１１０に流入することを防止することができるものであればよい。

第一バイパス管１１８には、第二バイパス管１２２が接続されている。この第二バイパス管１２２は、一端が排熱回収熱交換器１２０より下流部分の第一バイパス管１１８に接続され、他端がアキュムレータ１０９より上流部分の低圧管１１２に接続される。
第二バイパス管１２２には、開閉弁（弁）１２３が備えられる。
弁としての開閉弁１２３は、排熱回収熱交換器１２０の出口冷媒が未蒸発（過熱度なし）の場合に、この弁により、液冷媒を蒸発圧力が高い排熱回収熱交換器１２０から、蒸発圧力の低い空気熱交換器側、つまり低圧管１１２に流すことができるものであればよい。例えば、膨張弁でもよい。

液管１１６には、暖房時の冷媒の流れを基準として、液管１１６と第一バイパス管１１８との接続部１５２より上流に、第三バイパス管１１７が接続されている。この第三バイパス管１１７は、一端が液管１１６に接続され、他端が低圧管１１２に接続されている。
第三バイパス管１１７と低圧管１１２との接続箇所は、アキュムレータ１０９より上流であればよい。
第三バイパス管１１７には、液管１１６側から順に第二排熱回収減圧装置１１５、第二排熱回収熱交換器１１４が備えられている。

排熱回収熱交換器１２０の出口には、冷媒の過熱度を検知する検知手段１２４が設けられる。
また、空気調和装置３００は、制御手段１２７を備える。
制御手段１２７は、１つまたは複数のマイコンを用いて実現可能である。その場合、マイコンは例えばＣＰＵ、ＲＯＭやフラッシュメモリ、ＲＡＭを含む構成であれば良く、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたコンピュータプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使いながら実行し、空気調和装置３００の各部を総括的に制御する。
制御手段１２７は、検知手段１２４により検知した冷媒の過熱度情報をもとに、開閉弁１２３の開閉（あるいは、膨張弁を利用する場合はその開度）を制御する。制御手段１２７は、排熱回収熱交換器１２０の出口冷媒が未蒸発（過熱度なし）の場合、開閉弁１２３を開に制御する。
なお、検知手段１２４は、図示しない温度センサ、圧力センサからなり、排熱回収熱交換器１２０の出口における第一バイパス管１１８内の冷媒の温度、圧力を検知することにより、制御手段１２７内に設けられた図示しない演算手段により冷媒の過熱度を検知している。

次に、室外ユニット１００、室内ユニット２００の動作について図１を用い、冷房運転、暖房運転およびそれぞれの運転状態において、求められる負荷の大きさに分けて説明する。

（冷房運転低負荷時）
冷房運転の低負荷時においては、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２のみが駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５、排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は点線に沿って冷媒を流すように設定される。

第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０８を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内機減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。

（冷房運転中負荷時）
冷房運転の中負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１が駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５、排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は点線に沿って冷媒を流すように設定される。

第一圧縮機１０１により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０８を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内機減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻り、上記過程を繰り返す。
なお、ガスエンジン１０３により生じた排熱は、図示しないエンジン冷却水とポンプにより、ラジエータ１１３へ運ばれ、外気と熱交換し、再びガスエンジン１０３に戻る。

（冷房運転高負荷時）
冷房運転の高負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２の両方が駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５、排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。四方弁１０５は点線に沿って冷媒を流すように設定される。

第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４に流入した冷媒は、オイルが分離された純度の高いガス冷媒となり、四方弁１０５を通り、室外熱交換器１０６に入る。ガス冷媒は、室外熱交換器１０６にて外気と熱交換して放熱したのち凝縮し、高圧の液冷媒となって室外減圧装置１０８を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高圧の液冷媒は、室内機減圧装置２０３にて減圧され、気液二相状態となって、室内熱交換器２０１に流入する。気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器２０１にて、空調対象となっている空間の空気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となって室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出したガス冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入したガス冷媒は四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通った後分岐され、第一吸入管１１０を通って第一圧縮機１０１に、第二吸入管１１１を通って第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。
なお、ガスエンジン１０３により生じた排熱は、図示しないエンジン冷却水とポンプにより、ラジエータ１１３へ運ばれ、外気と熱交換し、再びガスエンジン１０３に戻る。

（暖房運転低負荷時）
暖房運転の低負荷時においては、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２のみが駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５、排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。室外減圧装置１０８は開かれる。四方弁１０５は実線に沿って冷媒を流すように設定される。

第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内機減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、室外減圧装置１０８にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器１０６において外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となり、四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。

（暖房運転中負荷時）
暖房運転の中負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１が駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５、排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。室外減圧装置１０８は開かれる。四方弁１０５は実線に沿って冷媒を流すように設定される。

第一圧縮機１０１により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内機減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、室外減圧装置１０８にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、ガス冷媒となる。その後、四方弁１０５、アキュムレータ１０９を通って、第一圧縮機１０１に戻り、上記過程を繰り返す。

（暖房運転極低温時）
暖房運転の極低温時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２が駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５は開けられ、排熱回収減圧装置１１９は閉じられる。室外減圧装置１０８は閉じられる。四方弁１０５は実線に沿って冷媒を流すように設定される。

第一圧縮機１０１、および第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒はオイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４にて、オイルが分離された純度の高いガス冷媒は、四方弁１０５を通り室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内機減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、第二排熱回収減圧装置１１５にて減圧され、気液二相状態となって第二排熱回収熱交換器１１４に流入する。気液二相状態の冷媒は、エンジン冷却水と熱交換して吸熱したのち蒸発し、中温中圧のガス冷媒となる。その後、アキュムレータ１０９を通り分岐され、第一吸入管１１０を通って第一圧縮機１０１に、第二吸入管１１１を通って第二圧縮機１０２に戻り、上記過程を繰り返す。
この際、室外減圧装置１０８は閉じられるため、室外熱交換器１０６に冷媒は流れない。これは、外気温度が低いため、室外熱交換器１０６に霜が付くのを防止するためである。

（暖房運転高負荷）
暖房運転の高負荷時においては、ガスエンジン１０３を駆動源とする第一圧縮機１０１、および電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２が駆動される。第二排熱回収減圧装置１１５は閉じられ、排熱回収減圧装置１１９は開かれる。室外減圧装置１０８は開かれる。四方弁１０５は実線に沿って冷媒を流すように設定される。

第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２により圧縮された高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１０４に流入する。オイルセパレータ１０４に流入した冷媒は、オイルが分離された純度の高いガス冷媒となり、四方弁１０５を通り、室内ユニット２００に供給される。
室内ユニット２００に入った高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２０１に流入し、空調対象となっている空間の空気と熱交換して放熱したのち凝縮し、液冷媒となって室内機減圧装置２０３を通って室内ユニット２００から流出する。
室内ユニット２００から流出した液冷媒は、再度室外ユニット１００に戻る。室外ユニット１００に流入した液冷媒は、一部が第一バイパス管１１８に流入する。第一バイパス管１１８に流入しなかった残りの液冷媒は、室外減圧装置１０８にて減圧され、気液二相状態となって室外熱交換器１０６に流入する。気液二相状態の冷媒は、外気と熱交換して吸熱したのち蒸発し、低温低圧のガス冷媒となる。その後四方弁１０５、アキュムレータ１０９、第一吸入管１１０を通って、第一圧縮機１０１に戻る。

第一バイパス管１１８に流入した液冷媒は、排熱回収減圧装置１１９にて減圧され、気液二相状態となって排熱回収熱交換器１２０に流入する。排熱回収熱交換器１２０に流入した気液二相状態の冷媒は、図示しないエンジン冷却水から吸熱したのち蒸発し、中温中圧のガス冷媒となる。中温中圧のガス冷媒は、第一バイパス管１１８を通り、第二圧縮機１０２に戻る。ここで、第二吸入管１１１には逆止弁１２１が設けられていることから、中温中圧のガス冷媒が第一圧縮機１０１に吸入されることはない。
したがって、第一圧縮機１０１には室外熱交換器１０６において蒸発した低温低圧のガス冷媒が戻り、高温高圧のガス冷媒に圧縮され、第二圧縮機１０２には排熱回収熱交換器１２０において蒸発した中温中圧のガス冷媒が戻り、高温高圧のガス冷媒に圧縮され、上記過程を繰り返す。

この際、排熱回収熱交換器１２０出口冷媒の過熱度は、検知手段１２４および制御手段１２７によって、常に監視されている。これは、排熱回収熱交換器１２０を通過した冷媒は、第一バイパス管１１８を通って、直接第二圧縮機１０２に吸引されるため、第二圧縮機１０２が液冷媒を吸い込み、故障することを避けるためである。
検知手段１２４が排熱回収熱交換器１２０出口冷媒の過熱度がゼロ、つまり未蒸発の液冷媒が存在することを検知するのは、空気調和装置の起動時や、求められる空調負荷の変動によって、圧縮機の駆動手段が上述のように変化した場合に発生する可能性がある。

検知手段１２４が排熱回収熱交換器１２０出口冷媒の過熱度がゼロ、つまり未蒸発の液冷媒が存在すると検知した場合の動作は次のようにする。
検知手段１２４から送られた冷媒の温度、圧力情報から、制御手段１２７が排熱回収熱交換器１２０出口冷媒の過熱度がゼロ、つまり未蒸発の液冷媒が存在すると判断した場合、制御手段１２７は、第二バイパス管１２２に設けられた開閉弁１２３を開とする。開閉弁１２３が開となると、第二バイパス管１２２の一端が接続されている第一バイパス管１１８内の冷媒は中圧、もう一端が接続されている低圧管１１２内の冷媒は低圧であるため、第一バイパス管１１８内の冷媒は第二圧縮機１０２には吸入されず、第二バイパス管１２２を通って低圧管１１２へと流れるとともに、圧力降下により蒸発が促進される。蒸発が促進されても、蒸発しきれない冷媒は、低圧管に設けられたアキュムレータ１０９に一時的に貯留され、第一圧縮機１０１が液冷媒を吸入することはない。制御手段１２７が開閉弁１２３を開とし、検知手段１２４により検知される冷媒の過熱度がゼロ以上、つまり未蒸発の液冷媒がない、と検知された場合には、制御手段１２７は再び開閉弁１２３を閉とし、暖房高負荷時の運転を継続する。

暖房極低温時と暖房高負荷時の運転は、外気温度によって切り分ける。例えば、外気温度が０℃を下回る場合においては、室外熱交換器１０６が着霜する可能性が高くなることから、暖房極低温時の運転パターンを選択し、室外熱交換器１０６での吸熱を行わずに第二排熱回収熱交換器１１４からのみ吸熱を行うことにより着霜を回避する。外気温度が０℃以上の場合は、暖房高負荷時の運転パターンを選択し、室外熱交換器１０６での吸熱と、排熱回収熱交換器１２０での吸熱を併用するようにする。

上記の空気調和装置においては、図４に示すように、空調負荷が小さければ電動モータにより駆動される第二圧縮機１０２のみを駆動し、空調負荷が中程度であればガスエンジンにより駆動される第一圧縮機１０１のみを駆動し、空調負荷が高い場合はガスエンジンにより駆動される第一圧縮機１０１を最大出力で駆動し、不足分を電動モータにより駆動される第二圧縮機１０２により補うことで最も高いエネルギー効率が得られることが発明者らの試算結果、および実機評価結果から判明している。
本発明の空気調和装置においては、暖房運転で空調負荷が高い場合、ガスエンジンで駆動する第一圧縮機１０１で空気（外気）から吸熱した低温低圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮し、電動モータで駆動する第二圧縮機１０２によりガスエンジン排熱から吸熱した中温中圧のガス冷媒を高温高圧まで圧縮する構成としている。このため、図５の本実施例のモリエル線図に示すように、電動モータで駆動する第二圧縮機１０２の吸込み圧力は、ガスエンジン１０３により駆動する第一圧縮機１０１の吸込み圧力よりも高くなり、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２の圧縮比（高圧/低圧）が低くなるので、電動モータにより駆動する第二圧縮機１０２が消費するエネルギーを小さくすることができる。

以上説明したように、本実施の形態おける空気調和装置３００は、第一吸入管１１０と、第二吸入管１１１と、に低圧管１１２を分岐する低圧管分岐部１５０より上流にアキュムレータ１０９を備える。

これによれば、圧縮機の信頼性を確保するためのアキュムレータ１０９を一つとすることができるため、室外ユニット１００の小型化をはかった空気調和装置３００を提供できる。

また、本実施の形態によれば、一端が液管１１６に接続され、他端が第二吸入管１１１に接続される第一バイパス管１１８と、第一バイパス管１１８に液管１１６側から順に設けられる排熱回収減圧装置（減圧手段）１１９および排熱回収熱交換器１２０と、第二吸入管１１１に設けられ、第一バイパス管１１８との接続部１５１より上流に備えられる逆止弁（流入防止手段）１２１と、一端が排熱回収熱交換器１２０より下流部分の第一バイパス管１１８に接続され、他端がアキュムレータ１０９より上流部分の低圧管１１２に接続される第二バイパス管１２２と、第二バイパス管１２２に備えられる開閉弁（弁）１２３と、備える。

これによれば、暖房運転時、室外熱交換器１０６において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器１２０において蒸発する冷媒は、合流せずに、別々の圧縮機に吸入される。室外熱交換器１０６と排熱回収熱交換器１２０の吸熱源はそれぞれ空気（外気）とエンジン排熱冷却水であり、外気温度に対し、エンジン冷却水の温度は高温であるため、室外熱交換器１０６における冷媒の蒸発圧力に対し、排熱回収熱交換器１２０における冷媒の蒸発圧力は高くなる。
さらに、排熱回収熱交換器１２０の出口冷媒が未蒸発（過熱度なし）の場合に、第二バイパス管１２２により、液冷媒は蒸発圧力が高い排熱回収熱交換器１２０から、蒸発圧力の低い室外熱交換器１０６側、つまり低圧管１１２に流れ、この低圧管１１２に設けられたアキュムレータ１０９に貯留されるとともに、圧力降下により、蒸発が促進される。
そのため、室外熱交換器１０６において蒸発する冷媒と、排熱回収熱交換器１２０において蒸発する冷媒の圧力を、それぞれの吸熱源の温度に応じて適切に設定することが可能となり、排熱回収熱交換器１２０において蒸発する冷媒の圧力を、室外熱交換器１０６において蒸発する冷媒の圧力よりも高く設定できるので、排熱回収熱交換器１２０において蒸発した冷媒を吸入する圧縮機の動力を低減させることができる。さらに、排熱回収熱交換器１２０を通過した冷媒が未蒸発の液冷媒であっても、液冷媒を低圧管１１２にバイパスさせるので、排熱回収熱交換器１２０を通過した冷媒を圧縮する圧縮機が液冷媒を吸入することを抑制できる。
第一圧縮機１０１の駆動手段として採用したガスエンジン１０３の排熱を、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２の吸入する冷媒の加熱に利用したので、暖房時の高効率化をはかりつつ、アキュムレータ１０９を一つとすることが可能となる。すなわち、高効率な暖房運転を実現しながら、室外ユニット１００の小型化をはかった空気調和装置３００を提供することができる。

また、本実施の形態によれば、排熱回収熱交換器１２０の出口に、冷媒の過熱度を検知する検知手段１２４をさらに備え、検知手段１２４により検知した冷媒の過熱度情報をもとに、開閉弁１２３を制御する制御手段１２７を備える。

これによれば、排熱回収熱交換器１２０の出口冷媒が未蒸発（過熱度なし）であっても、制御手段１２７が開閉弁１２３を開にすることにより、液冷媒は低圧管１１２に設けられたアキュムレータ１０９に貯留されるとともに、圧力降下により、蒸発が促進される。第二圧縮機１０２が液冷媒を吸入することがなくなるため、暖房時の高効率化をはかりつつ、アキュムレータ１０９を一つとすることが可能となる。すなわち、高効率な暖房運転を実現しながら、室外ユニット１００の小型化をはかった空気調和装置３００を提供することができる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第二の実施の形態における空気調和装置４００の構成を示すものである。本実施例の形態では、第一バイパス管１１８は、第一バイパス管１１８と第二バイパス管１２２との接続部１５３から第一バイパス管１１８と第二吸入管１１１との接続部１５１の間に、第二開閉弁（第二の弁）１２５を備える。なお、第二の実施の形態において、第一の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略している。

実施の形態１の暖房高負荷時の運転において、制御手段１２７が開閉弁１２３を開としも、第一圧縮機１０１および第二圧縮機１０２の運転情報に応じて、検知手段１２４により検知される冷媒の過熱度がゼロ以上、つまり未蒸発の液冷媒がない、と検知されない場合、制御手段１２７は第二開閉弁１２５を閉とする。

第一圧縮機１０１が賄う空調能力に対し、第二圧縮機１０２が賄う空調能力が大きい場合、つまり、第一圧縮機１０１における冷媒循環量に対し、第二圧縮機１０２における冷媒循環量が多い場合、開閉弁１２３を開とすると、液冷媒は蒸発圧力が高い排熱回収熱交換器１２０から、蒸発圧力の低い低圧管１１２に流れるが、圧力が均衡した後、第二圧縮機１０２の循環量が第一圧縮機１０１に対して多い場合には、第二圧縮機１０２の吸入圧力が第一圧縮機１０１の吸入圧力に対して低くなり、第二圧縮機１０２が液冷媒を吸入する恐れがある。制御手段１２７は、検知手段１２４による排熱回収熱交換器１２０出口冷媒の過熱度情報と、第一圧縮機１０１、第二圧縮機１０２の運転情報をもとに、第二開閉弁１２５の開閉を制御する。そのため、上記の場合、制御手段１２７は第二開閉弁１２５を閉とすることにより、第二圧縮機１０２が液冷媒を吸入することがなくなる、すなわち、アキュムレータを一つとすることが可能となる。
以上の説明において、第一圧縮機１０１、第二圧縮機１０２の運転情報とは、それぞれの圧縮機の回転数の情報（データ）であって、各圧縮機が何馬力で動いているか、あるいは各圧縮機が何パーセントで動いているか、など各圧縮機の運転状況を表す情報である。

（実施の形態３）
図３は、本発明の第三の実施の形態における空気調和装置５００の構成を示すものである。なお、第三の実施の形態において、第一の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略している。
本実施の形態のように、第一の実施の形態と異なり、第三バイパス管１１７、第二排熱回収減圧装置１１５、および第二排熱回収熱交換器１１４を備えていなくともよい。
本実施の形態では、第二バイパス管１２２に備えられる弁は、第二バイパス管１２２を流れる冷媒の圧力を調整可能な膨張弁１７０とされている。

弁として膨張弁１７０を備えることにより、排熱回収熱交換器１２０を通過した中圧の冷媒を、膨張弁１７０において絞ることにより低圧とし、低圧冷媒が流れる低圧管１１６に合流させることができる。

以上、本発明の各実施の形態に係るにおける空気調和装置３００，４００，５００は、第一圧縮機１０１の駆動手段として採用したガスエンジン１０３の排熱を、電動モータを駆動源とする第二圧縮機１０２の圧縮機の吸入する冷媒の加熱に利用したので、暖房時の高効率化をはかりつつ、アキュムレータ１０９を一つとすることが可能となる。すなわち、高効率な暖房運転を実現しながら、装置の小型化をはかった空気調和装置を提供することができる。

以上、各実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。あくまでも本発明の実施の態様を例示するものであるから、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更、及び応用が可能である。

例えば、本実施例においては、暖房高負荷時に、低温低圧のガス冷媒をガスエンジン１０３により駆動する第一圧縮機１０１に、中温中圧のガス冷媒を電動モータで駆動する第二圧縮機１０２にそれぞれ吸入させたが、低温低圧のガス冷媒を電動モータで駆動する第二圧縮機１０２に、中温中圧のガス冷媒をガスエンジンで駆動とする第一圧縮機１０１に吸入させても良い。また、第一圧縮機１０１、第二圧縮機１０２ともにガスエンジンで駆動させても良い。

本発明にかかる空気調和装置は、空調負荷に応じて、圧縮機の駆動源を選択することで、空調負荷によらず、高効率運転をすることが可能な空気調和機として好適に利用することができる。

１０１第一圧縮機
１０２第二圧縮機
１０３ガスエンジン
１０６室外熱交換器
１０９アキュムレータ
１１０第一吸入管
１１１第二吸入管
１１２低圧管
１１６液管
１１７第三バイパス管
１１８第一バイパス管
１１９排熱回収減圧装置（減圧手段）
１２０排熱回収熱交換器
１２１逆止弁（流入防止手段）
１２２第二バイパス管
１２３開閉弁（弁）
１２４検知手段
１２５第二開閉弁（第二の弁）
１２７制御手段
１５０低圧管分岐部
１５１第二吸入管と第一バイパス管との接続部
１５２液管第一バイパス管との接続部
１５３第一バイパス管と第二バイパス管との接続部
３００、４００、５００空気調和装置

Claims

ガスエンジンを駆動源とする第一圧縮機と電動モータを駆動源とする第二圧縮機を並列に接続し、冷媒を循環させて空調を行う空気調和装置において、
前記第一圧縮機の吸入側に設けられる第一吸入管と、前記第二圧縮機の吸入側に設けられる第二吸入管と、に低圧管を分岐する低圧管分岐部より上流にアキュムレータを備え、
一端が液管に接続され、他端が前記第二吸入管に接続される第一バイパス管と、
前記第一バイパス管に前記液管側から順に設けられる減圧手段および排熱回収熱交換器と、
前記第二吸入管に設けられ、前記第一バイパス管との接続部より上流に備えられる流入防止手段と、
一端が前記排熱回収熱交換器より下流部分の前記第一バイパス管に接続され、他端が前記アキュムレータより上流部分の前記低圧管に接続される第二バイパス管と、
前記第二バイパス管に備えられる弁と、
をさらに備えることを特徴とする空気調和装置。
前記排熱回収熱交換器の出口に、冷媒の過熱度を検知する検知手段をさらに備え、
前記検知手段により検知した冷媒の過熱度情報をもとに、前記弁を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記第一バイパス管は、前記第一バイパス管と前記第二バイパス管との接続部から前記第一バイパス管と前記第二吸入管との接続部の間に、第二の弁を備え、
前記制御手段は、前記検知手段により検知した冷媒の過熱度情報と、前記第一圧縮機の運転情報および前記第二圧縮機の運転情報とに基づいて、前記第二の弁の開閉を制御することを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。