JP7065552B2

JP7065552B2 - ガスエンジン駆動式空気調和装置

Info

Publication number: JP7065552B2
Application number: JP2018046684A
Authority: JP
Inventors: 知秀西川; 順一横山; 喜記山野井; 靖史堀
Original assignee: Daikin Industries Ltd; Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Daikin Industries Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: JP2019158248A

Description

本発明は、ガスエンジン駆動式空気調和装置に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、１台の室外機及び複数台の室内機に冷媒を循環させて室内空気の温度を調整するガスエンジン駆動式空気調和装置は知られている。各室内機は、室内空気と冷媒との間で熱伝達を生じさせるための室内熱交換器を備える。室外機は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、室外空気と冷媒との間で熱伝達を生じさせるための室外熱交換器、冷媒の流れを制御するための各種弁を備える。

ここで、一般に、空気調和装置（室内機）を冷房装置として運転する場合、圧縮機の吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度が比較的低いことが好ましい。一方、空気調和装置（室内機）を暖房装置として運転する場合、圧縮機の吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度が比較的高いことが好ましい。そこで、冷房運転時には、圧縮機の吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度の目標値が比較的低く設定される。そして、圧縮機の吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度の現在値が目標値に近づくように、圧縮機の回転数、各種弁の開度などが制御される。一方、暖房運転時には、圧縮機の吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度の目標値が比較的高く設定される。そして、圧縮機の吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度の現在値が目標値に近づくように、圧縮機の回転数、各種弁の開度などが制御される。

特許文献１のガスエンジン駆動式空気調和装置は、前記複数の室内機のうちのいくつかの室内機を冷房装置として運転するとともに、他のいくつかの室内機を暖房装置として運転可能に構成されている。この場合、冷房室内及び暖房室内の快適性を保つため、圧縮機の吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度の目標値が比較的低く設定されるとともに、圧縮機の吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度の目標値が比較的高く設定される。すなわち、この場合、圧縮機の吸入口側の圧力と吐出口側の圧力との差を比較的大きく保つ必要がある。よって、圧縮機の負荷が比較的高い。

また、特許文献１のガスエンジン駆動式空気調和装置は、圧縮機の吸入口側を流れる冷媒に、ガスエンジンの廃熱を伝達するためのサブ熱交換器を備える。これにより、冷媒の圧力又は飽和温度を高めることができる。

特開２００７‐１２７３６９号公報

ここで、上記のような冷房運転及び暖房運転を同時に実施している状態にて、圧縮機の吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度の現在値が目標値より低い場合、暖房室内の快適性が損なわれる虞がある。この場合、サブ熱交換器を用いて、吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度を高めることにより、圧縮機の負荷をそれほど高めることなく、吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度の現在値を目標値に近づけることができる。これにより、暖房室内の快適性を向上させることができる。また、圧縮機の吐出口側における冷媒の圧力又は飽和温度の現在値が目標値と同等である場合に、サブ熱交換器を用いて吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度を高めれば、吸入口側における冷媒の圧力と吐出口側における冷媒の圧力との差が小さくなり、圧縮機の負荷を軽減することができる。しかし、これらの場合、圧縮機の吸入口側における冷媒の圧力又は飽和温度も上昇するため、冷房室内の快適性が損なわれる虞がある。

本発明は、１台又は複数台の室外機と複数台の室内機とを備え、冷房室内及び暖房室内を快適に保ちつつ、冷媒を圧縮する圧縮機の負荷を軽減できるガス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。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、１台又は複数台の室外機（１０）及び複数台の室内機（２０Ａ,２０Ｂ,・・・）に冷媒を循環させて室内空気の温度を調整するガスエンジン駆動式空気調和装置（１）であって、前記冷媒を吸入するとともに圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、前記圧縮機を駆動するガスエンジン（１２）と、前記冷媒と室外空気との間に熱伝達を生じさせる室外熱交換器（１５）と、前記ガスエンジンの廃熱を、前記圧縮機の吸入口側を流れる冷媒に伝達させる廃熱回収熱交換器（１ａ）と、前記冷媒と前記室内空気との間に熱伝達を生じさせる複数の室内熱交換器（２１）と、前記冷媒の流れをそれぞれ制御する複数の弁（１６,２２,２３ａ,２３ｂ,１ｂ）と、前記圧縮機の吸入口側における前記冷媒に関する物理量を表す低圧側物理量の現在値（ＴＰ_ＬＰ）が所定の低圧側物理量の目標値（ＴＴ_ＬＰ）に一致し、且つ前記圧縮機の吐出口側における前記冷媒に関する物理量を表す高圧側物理量の現在値（ＴＰ_ＨＰ）が所定の高圧側物理量の目標値（ＴＴ_ＨＰ）にそれぞれ一致するように前記複数の弁の開度及び前記ガスエンジンの回転数を制御する制御装置（ＣＴ）と、を備え、前記制御装置は、前記複数の室内機のうち冷房装置として運転する室内機の数が暖房装置として運転する室内機の数よりも多い冷房メイン運転を実行する場合に、前記低圧側物理量としての低圧相当温度の目標値を、すべての前記室内機を冷房装置として運転する場合の前記低圧相当温度の目標値よりも高く設定し、前記複数の室内機のうち暖房装置として運転する室内機の数が冷房装置として運転する室内機の数よりも多い暖房メイン運転を実行する場合に、前記低圧相当温度の目標値を、前記冷房メイン運転を実行する場合の前記低圧相当温度の目標値よりも高く設定し、前記低圧相当温度の現在値及び前記低圧相当温度の目標値に基づいて、前記廃熱回収熱交換器による前記冷媒への単位時間当たりの熱の伝達量を制御する、ガスエンジン駆動式空気調和装置としたことにある。

この場合、前記制御装置は、前記冷房メイン運転又は前記暖房メイン運転を実行する際、前記低圧相当温度の現在値と前記低圧相当温度の目標値との差に基づいて、前記廃熱回収熱交換器による前記冷媒への単位時間当たりの熱の伝達量を制御するとよい。

また、この場合、前記ガスエンジンは冷却液を用いて冷却され、前記廃熱回収熱交換器は、前記ガスエンジンの冷却液が流通する第１流路（Ｗ）と前記冷媒が流通する第２流路（Ｒ）を備え、前記第１流路を流通する前記冷却液の熱を、前記第２流路を流通する冷媒に伝達し、前記制御装置は、前記低圧相当温度の現在値及び前記低圧相当温度の目標値に基づいて、前記第２流路への前記冷媒の流量を制御するとよい。

上記のように、本発明に係るガスエンジン駆動式空気調和装置は、冷房運転と暖房運転を同時に実施する際、低圧側物理量の目標値を補正できる。例えば、冷房室側の快適性が損なわれない程度に低圧側物理量（圧縮機の吸入口側における冷媒の圧力、飽和温度など）が補正される。これにより、廃熱回収熱交換器による冷却液から冷媒への熱伝達が許容される。つまり、圧縮機の吸入口側の冷媒の圧力を少し（冷房室内の快適性が損なわれない程度に）上昇させることが許容される。そして、高圧側物理量の現在値及び低圧側物理量の現在値が、高圧側物理量の目標値及び前記補正された低圧側物理量の目標値に一致するように、ガスエンジン及び各種弁が制御されるとともに、前記冷媒の物理量に関する各値に基づいて廃熱回収熱交換器による冷却液から冷媒への熱の伝達量が制御される。これにより、冷房室内及び暖房室内を快適に保ちつつ、ガスエンジンの回転数を少し減少させて圧縮機の負荷を軽減できる。

本発明の一実施形態に係るガスエンジン駆動式空気調和装置の概略構成を示す回路図であり、全冷房運転における冷媒の流れを示す回路図である。全暖房運転における冷媒の流れを示す回路図である。冷房メイン運転における冷媒の流れを示す回路図である。冷房メイン運転におけるサブ熱交換器弁の開閉処理を示すフローチャートである。高圧相当温度差と弁開度の補正値との関係を規定したデータベースである。低圧相当温度差と弁開度の補正値との関係を規定したデータベースである。暖房メイン運転における冷媒の流れを示す回路図である。暖房メイン運転におけるサブ熱交換器弁の開閉処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係るガスエンジン駆動式空気調和装置１について説明する。ガスエンジン駆動式空気調和装置１は、図１に示すように、１台の室外機１０と複数台の室内機（室内機２０Ａ，２０Ｂ，・・・）とを備える。また、ガスエンジン駆動式空気調和装置１は、室外機１０、室内機２０Ａ，２０Ｂ，・・・を循環する冷媒の流路としての冷媒管３０を備える。つまり、室外機１０、室内機２０Ａ、室内機２０Ｂ,・・・の各構成部品が、冷媒管３０を構成する複数の管で接続されている。また、ガスエンジン駆動式空気調和装置１は、室外機１０、室内機２０Ａ、室内機２０Ｂ,・・・を制御する制御装置ＣＴを備える。ガスエンジン駆動式空気調和装置１は、いくつかの室内機（例えば室内機２０Ａ）を暖房装置として運転と同時に、他のいくつかの室内機（例えば、室内機２０Ｂ）を冷房装置として運転することができるように構成されている。室外機１０、室内機２０Ａ，２０Ｂ，・・・を構成する各装置は周知の空気調和装置を構成する各装置と同様である。以下、室外機１０、室内機２０Ａ，２０Ｂ，・・・の構成について簡単に説明しておく。

室外機１０は、圧縮機１１、ガスエンジン１２、オイルセパレーター１３、四方切替弁１４、室外熱交換器１５、膨張弁１６、レシーバー１７、ブリッジバルブ１８、過冷却コイル１９、サブ熱交換器１ａ、サブ熱交換器弁１ｂ、アキュムレーター１ｃ及び逆止弁１ｄを備える。本実施形態では、圧縮機１１として、スクロール式圧縮機を採用している。圧縮機１１は吸入口及び吐出口を有する。圧縮機１１は、吸入口から低圧ガス状の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する。圧縮機１１とガスエンジン１２の回転駆動軸が図示しないクラッチ装置、駆動ベルトなどを介して接続されている。ガスエンジン１２の回転駆動力が圧縮機１１に伝達されて、圧縮機１１が駆動される。ガスエンジン１２の本体部には、冷却水の循環経路（パイプ又は孔）が設けられている。この冷却水の循環経路が、後述するサブ熱交換器１ａへ延びており、冷却水がサブ熱交換器１ａへ導かれる。オイルセパレーター１３は、圧縮機１１から吐出された冷媒に含まれる圧縮機用潤滑油を分離して貯留し、冷媒のみを吐出する。

四方切替弁１４は４個のポートＰ１～Ｐ４を有する。四方切替弁１４は、ポートＰ１とポートＰ４とが連通し、且つポートＰ２とポートＰ３とが連通した第１の状態（図１参照）と、ポートＰ１とポートＰ２とが連通し、且つポートＰ３とポートＰ４とが連通した第２の状態（図２参照）とを切り替え可能である。

室外熱交換器１５は、フィンを備えた複数のパイプから構成される。室外熱交換器１５は、ポート１５ａ及びポート１５ｂを備える。一方のポート１５ａ（１５ｂ）に導入された冷媒が前記複数のパイプを通って他方のポート１５ｂ（１５ａ）から吐出される。

膨張弁１６は、冷媒を減圧させる。レシーバー１７は、液化した冷媒を一時的に貯留する。

ブリッジバルブ１８は、逆止弁１８１,１８２,１８３、１８４から構成されている。逆止弁１８１の出力ポートと逆止弁１８２の出力ポートとが連通している。逆止弁１８３の入力ポートと逆止弁１８４の入力ポートとが連通している。逆止弁１８１の入力ポートと逆止弁１８３の出力ポートとが連通している。また、逆止弁１８２の入力ポートと逆止弁１８４の出力ポートとが連通している。

過冷却コイル１９は、本体部１９１と過冷却調整弁１９２を備える。本体部１９１は、冷媒が流通する２つの流路１９１ａ,１９１ｂを備える。流路１９１ａの一端と流路１９１ｂの一端との間に過冷却調整弁１９２が設けられている。流路１９１ａを流通した冷媒の一部が過冷却調整弁１９２を通過して他方の流路１９１ｂを流通する。これにより、流路１９１ａを流通する冷媒の過冷却度が高められる。

サブ熱交換器１ａは、ガスエンジン１２の廃熱を回収し、圧縮機１１の吸入口側を流れる冷媒に、前記回収した熱を伝達させる。本実施形態では、サブ熱交換器１ａとして、プレート式熱交換器を採用している。すなわち、サブ熱交換器１ａは、ガスエンジン１２を冷却する冷却水の流路Ｗと、冷媒の流路Ｒとを備える。サブ熱交換器１ａは、流路Ｗを流れる冷却水の熱を、流路Ｒを流れる冷媒に伝達させる。なお、サブ熱交換器１ａは、本発明の廃熱回収熱交換器に相当する。

サブ熱交換器弁１ｂは、サブ熱交換器１ａの流路Ｒへの冷媒の流量を調整する。本実施形態では、サブ熱交換器弁１ｂとして、電子制御型弁を採用している。つまり。サブ熱交換器弁１ｂは、入力ポート及び出力ポートを備えたハウジング部と、前記ハウジング部内に配置された弁体と、前記弁体を駆動するステッピングモーターを備える。なお、弁体とステッピングモーターの主軸とが減速機を介して接続されている。

ステッピングモーターが後述する制御装置ＣＴによって制御されて、サブ熱交換器弁１ｂの弁開度（０％～１００％）が任意の値に設定される。すなわち、ステッピングモーターに駆動パルスが供給され、その駆動パルスの数に応じて弁開度が変化する。例えば、１個の駆動パルスの対応する弁開度の変化量は１％である。つまり、サブ熱交換器弁１ｂが完全に閉じた状態（弁開度＝「０％」）から正転方向への回動を表す１００個の駆動パルスがステッピングモーターへ供給されると、サブ熱交換器弁１ｂが完全に開く（弁開度＝「１００％」）。サブ熱交換器弁１ｂが完全に開いた状態（弁開度＝「１００％」）から逆転方向への回動を表す１００個の駆動パルスがステッピングモーターへ供給されると、サブ熱交換器弁１ｂが完全に閉じる（弁開度＝「０％」）。

以下の説明において、サブ熱交換器弁１ｂの所定の基準状態からステッピングモーターに供給された駆動パルス数の積算値を弁開値ＶＰ（図４参照）と呼ぶ。本実施形態では、弁開度が「０％」である状態の弁開値ＶＰを「０」とする。また、ステッピングモーターを正転させる駆動パルスの数（補正値ΔＶＰ（図５及び図６参照））を正値で表し、ステッピングモーターを逆転させる駆動パルスの数（補正値ΔＶＰ）を負値で表す。言い換えれば、ステッピングモーターを正転させる駆動パルスの数を現在の弁開値ＶＰに加算し、ステッピングモーターを逆転させる駆動パルスの数を現在の弁開値ＶＰから減算（負値を加算）する。上記のように設定された弁開値ＶＰは、弁開度に対応（比例）している。

例えば、「現在の弁開値ＶＰが「５０」である」とは、サブ熱交換器弁１ｂの弁開度が「５０％」であることを意味する。つまり、このとき、サブ熱交換器弁１ｂが半開状態である。この状態から、弁開値を「１０」だけ増加させる（補正値ΔＶＰ＝「＋１０」）と、ステッピングモーターの主軸が正転方向へ回動し、サブ熱交換器弁１ｂの弁開度が現在より１０％だけ大きくなる。また、弁開値を「１０」だけ減少させる（補正値ΔＶＰ＝「－１０」）と、ステッピングモーターの主軸が逆転方向へ回動し、サブ熱交換器弁１ｂの弁開度が現在より１０％だけ小さくなる。サブ熱交換器弁１ｂの弁開度が大きいほど、サブ熱交換器１ａの流路Ｒへの冷媒の流入量が多い。そのため、サブ熱交換器弁１ｂの弁開度が大きいほど、冷却水から冷媒への単位時間当たりの熱の伝達量が大きい。

アキュムレーター１ｃは、液状の冷媒とガス状の冷媒とを分離する。逆止弁１ｄは、冷媒の所定の方向への流れを許容し、反対方向への流れを禁止する。

つぎに、室内機２０の構成について説明する。室内機２０Ａ，２０Ｂ,・・・の構成は同一である。室内機２０Ａ，２０Ｂ,・・・は、室内熱交換器２１、膨張弁２２及び分流装置２３をそれぞれ備える。室内熱交換器２１は、フィンを備えた複数のパイプから構成される。室内熱交換器２１は、ポート２１ａ及びポート２１ｂを備える。一方のポート２１ａ（２１ｂ）に導入された冷媒が前記複数のパイプを通って他方のポート２１ｂ（２１ａ）から吐出される。膨張弁２２は、冷媒を減圧させる。分流装置２３は、２つの開閉弁２３ａ，２３ｂを備える。

つぎに、ガスエンジン駆動式空気調和装置１の各構成部品の接続関係について説明する。圧縮機１１の吐出口と四方切替弁１４のポートＰ１とがオイルセパレーター１３を介して接続されている（図１参照）。四方切替弁１４のポートＰ４と室外熱交換器１５のポート１５ａとが接続されている。四方切替弁１４のポートＰ３と逆止弁１ｄの入力ポートとが接続されている。逆止弁１ｄの出力ポートとアキュムレーター１ｃの入力ポートとが接続されている。アキュムレーター１ｃの出力ポートと圧縮機１１の吸入口とが接続されている。なお、四方切替弁１４のポートＰ２は閉鎖されている。

また、室外熱交換器１５のポート１５ｂ（四方切替弁１４とは反対側）と逆止弁１８１の入力ポート（逆止弁１８３の出力ポート）とが、膨張弁１６を介して接続されている。逆止弁１８１の出力ポート（逆止弁１８２の出力ポート）とレシーバー１７の入力ポートとが接続されている。レシーバー１７の出力ポートと過冷却コイル１９の流路１９１ａとが接続されている。流路１９１ａと流路１９１ｂとが過冷却調整弁１９２を介して接続されている。流路１９１ｂとアキュムレーター１ｃの入力ポートとが接続されている。流路１９１ａと逆止弁１８３（逆止弁１８４）の入力ポートとが接続されるとともに、流路１９１ａとサブ熱交換器１ａの流路Ｒとがサブ熱交換器弁１ｂを介して接続されている。流路Ｒとアキュムレーター１ｃの入力ポートとが接続されている。また、逆止弁１８４の出力ポート（逆止弁１８３の入力ポート）と各室内熱交換器２１のポート２１ａとが、膨張弁２２を介して接続されている。

また、各室内熱交換器２１のポート２１ｂが、開閉弁２３ａを介して、四方切替弁１４とオイルセパレーター１３との中間点（分岐点３０ａ）に接続されている。また、各室内熱交換器２１のポート２１ｂが開閉弁２３ｂを介して、逆止弁１ｄとアキュムレーター１ｃとの中間点（分岐点３０ｂ）に接続されている。

ここで、冷媒管３０のうち、液状の冷媒が流通する部分を液管３１と呼ぶ。また、冷媒管３０のうち、高圧ガス状の冷媒が流通する部分を高圧ガス管３２と呼び、低圧ガス状の冷媒が流通する部分を低圧ガス管３３と呼ぶ。

液管３１、高圧ガス管３２及び低圧ガス管３３の中間部のうちの室外機１０側の部分と、室内機２０Ａ，２０Ｂ，・・・側の部分とが、ボールバルブ４１，４２,４３を介して接続されている。具体的には、ボールバルブ４１は、ブリッジバルブ１８と膨張弁２２との間に設けられている。また、ボールバルブ４２は、分岐点３０ａと開閉弁２３ａとの間に設けられている。また、ボールバルブ４３は、分岐点３０ｂと開閉弁２３ｂとの間に設けられている。

また、ガスエンジン駆動式空気調和装置１は、各部の温度、圧力などをそれぞれ検出する複数のセンサを備える。例えば、ガスエンジン駆動式空気調和装置１は、圧縮機１１の吸入口における冷媒の圧力を検出する低圧センサ５１及び圧縮機１１の吐出口における冷媒の圧力を検出する高圧センサ５２を備える。

制御装置ＣＴは、演算装置、メモリ、タイマーなどからなるマイクロコンピュータを備える。制御装置ＣＴは、ユーザーが、各室内機の空調モード（冷房モード又は暖房モード）、目標の室温、風量などを設定する際に用いるスイッチ、表示装置などを備えた操作パネルを含む。これらの設定情報は、制御装置ＣＴのマイクロコンピュータに入力される。制御装置ＣＴは、上記の設定情報、各種センサから取得した圧力情報及び温度情報に基づいて、室外機１０及び室内機２０Ａ，２０Ｂ，・・・を制御する。

つぎに、冷媒の流れについて説明する。なお、図１乃至図３及び図７における弁のうち、黒く塗りつぶした弁が閉じられている。

まず、すべての室内機（室内機２０Ａ,２０Ｂ,・・・）を冷房装置として運転する運転状態（全冷房運転）における冷媒の流れについて図１を用いて説明する。この場合、同図に矢印で示すように、圧縮機１１から吐出された冷媒は、オイルセパレーター１３、四方切替弁１４を経由して室外熱交換器１５に導入される。室外熱交換器１５に導入された高圧ガス状の冷媒は室外熱交換器１５内を流通する間に外気に熱を放出して凝縮する。

外気に熱を放出して凝縮した冷媒が室外熱交換器１５から排出される。そして、膨張弁１６で膨張することにより低圧化され、ブリッジバルブ１８、レシーバー１７．過冷却コイル１９及び液管３１をこの順に経由して、各室内機の室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気の熱を奪って蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされる。

室内空気の熱を奪って蒸発した冷媒は室内熱交換器２１から排出され、低圧ガス管３３を経由して、アキュムレーター１ｃに導入される。そして、低圧ガス状の冷媒が圧縮機１１の吸入口に帰還する。なお、全冷房運転では、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを完全に閉じる。

上記の全冷房運転において、制御装置ＣＴは、低圧センサ５１を用いて、圧縮機１１の吸入口側における冷媒の圧力を検出し、前記検出した圧力に相当する冷媒の飽和温度を表す低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰを計算する。そして、制御装置ＣＴは、前記計算した低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰが所定の目標値ＴＴ_ＬＰ（例えば５℃）に一致するように、ガスエンジン１２の回転数及び各種弁の開度を制御する。なお、全冷房運転では、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰを高く保持する必要はない。また、低圧相当温度は本発明の低圧側物理量に相当し、高圧相当温度は、本発明の高圧側物理量に相当する。

つぎに、すべての室内機（室内機２０Ａ,２０Ｂ,・・・）を暖房装置として運転する運転状態（全暖房運転）における冷媒の流れについて図２を用いて説明する。圧縮機１１から吐出された高圧ガス状の冷媒は、オイルセパレーター１３に導入される。オイルセパレーター１３から吐出された冷媒が、高圧ガス管３２に導入される。高圧ガス管３２に導入された冷媒は、各室内機の室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された高圧ガス状の冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気に熱を放出して凝縮する。このとき冷媒から放出された熱によって室内空気が暖められる。室内空気に熱を放出して凝縮した冷媒は室内熱交換器２１から排出され、液管３１、ブリッジバルブ１８、レシーバー１７、過冷却コイル１９、室外熱交換器１５、逆止弁１ｄをこの順に経由して、アキュムレーター１ｃに導入される。そして、低圧ガス状の冷媒が圧縮機１１の吸入口に帰還する。

上記の全暖房運転において、制御装置ＣＴは、高圧センサ５２を用いて、圧縮機１１の吐出口側における冷媒の圧力を検出し、前記検出した圧力に相当する冷媒の飽和温度を表す高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰを計算する。そして、制御装置ＣＴは、前記計算した高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰが所定の目標値ＴＴ_ＨＰ（例えば５０℃）に一致するように、ガスエンジン１２の回転数及び各種弁の開度を制御する。なお、全暖房運転では、低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰを低く保持する必要はない。そこで、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを開き、過冷却コイル１９から排出された冷媒がサブ熱交換器１ａへ導入されるように設定する。例えば、サブ熱交換器弁１ｂの弁開値ＶＰを「１００」に設定する。つまり、サブ熱交換器弁１ｂを全開する。これにより、サブ熱交換器１ａにて、ガスエンジン１２の廃熱が冷媒に伝達され、低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰが上昇する。つまり、高圧相当温度の目標値ＴＴ_ＨＰと低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰとの差が小さくなる。したがって、ガスエンジン１２の回転数を少し減少させて、圧縮機１１の負荷を軽減できる。

つぎに、室内機２０Ａ，２０Ｂ．・・・のうち、暖房装置として運転する室内機に比べて、冷房装置として運転する室内機の方が多い運転状態（冷房メイン運転）における冷媒の流れについて図３を用いて説明する。図３は、室内機２０Ａを暖房装置として運転するとともに、室内機２０Ｂを冷房装置として運転する例を示している。その他の室内機のうち、いくつかの室内機を冷房装置として運転し、いくつかの室内機を暖房装置として運転している。この場合、四方切替弁１４が第１の状態に設定される。また、室外熱交換器１５は、凝縮器として機能する。また、暖房装置として運転する室内機２０Ａの開閉弁２３ａが開放され、且つ開閉弁２３ｂが閉鎖される。暖房装置として運転する他の室内機の開閉弁２３ａ,２３ｂも、室内機２０Ａと同様に設定される。一方、冷房装置として運転する室内機２０Ｂの開閉弁２３ａが閉鎖され、且つ開閉弁２３ｂが開放される。冷房装置として運転する他の室内機の開閉弁２３ａ,２３ｂも、室内機２０Ｂと同様に設定される。

圧縮機１１から吐出された高圧ガス状の冷媒は、オイルセパレーター１３に導入される。オイルセパレーター１３から吐出された冷媒が、高圧ガス管３２及び四方切替弁１４に導入される。高圧ガス管３２に導入された冷媒は、暖房装置としての室内機（例えば室内機２０Ａ）の室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された高圧ガス状の冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気に熱を放出して凝縮する。このとき冷媒から放出された熱によって室内空気が暖められる。室内空気に熱を放出して凝縮した冷媒は室内熱交換器２１から排出され、冷房装置としての室内機（例えば室内機２０Ｂ）の室内熱交換器２１に導入される。

一方、オイルセパレーター１３から吐出されて四方切替弁１４に導入された冷媒が室外熱交換器１５に導入される。室外熱交換器１５に導入された高圧ガス状の冷媒は室外熱交換器１５内を流通する間に外気に熱を放出して凝縮する。

外気に熱を放出して凝縮した冷媒が室外熱交換器１５から排出される。そして、膨張弁１６で膨張することにより低圧化され、ブリッジバルブ１８、レシーバー１７．過冷却コイル１９及び液管３１をこの順に経由して、冷房装置としての室内機（例えば室内機２０Ｂ）の室内熱交換器２１に導入される。なお、上述した暖房装置としての室内機（例えば室内機２０Ａ）から排出された冷媒も、冷房装置としての室内機（例えば室内機２０Ｂ）の室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気の熱を奪って蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされる。

室内空気の熱を奪って蒸発した冷媒は室内熱交換器２１から排出され、低圧ガス管３３を経由して、アキュムレーター１ｃに導入される。そして、低圧ガス状の冷媒が圧縮機１１の吸入口に帰還する。

上記の冷房メイン運転において、制御装置ＣＴは、低圧センサ５１を用いて、圧縮機１１の吸入口側における冷媒の圧力を検出するとともに高圧センサ５２を用いて、圧縮機１１の吐出口側における冷媒の圧力を検出する。制御装置ＣＴは、前記検出した圧力に基づいて低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰ及び高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰを計算する。冷房メイン運転では、冷房室内の快適性を保持するとともに暖房室内の快適性を保持しつつ、圧縮機１１の負荷をできるだけ軽減することが好ましい。

そこで、制御装置ＣＴは、詳しくは後述するように、低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰを少し高く補正するとともに、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰ及び低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰが所定の目標値ＴＴ_ＨＰ及び前記補正された目標値ＴＴ_ＬＰにそれぞれ一致するように、ガスエンジン１２の回転数及び各種弁の開度を制御する。前記弁の開度の制御の１つとして、制御装置ＣＴは、図４に示すサブ熱交換器弁開閉処理を実行する。つまり、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂの弁開値ＶＰの制御を、冷房メイン運転用のサブ熱交換器弁開閉プログラムに従って実行すると同時に、ガスエンジン１２の回転数の制御及びサブ熱交換器弁１ｂ以外の各種弁の制御を、図示しない各種プログラムに従って実行する。

制御装置ＣＴは、冷房メイン運転用のサブ熱交換器弁制御プログラムをメモリから読み出して、ステップＳ１０にてサブ熱交換器弁開閉処理を開始する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１１にて、サブ熱交換器弁１ｂの弁開値ＶＰを初期化する。例えば、弁開値ＶＰを「０」に設定する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１２にて、低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰを補正する。具体的には、制御装置ＣＴは、所定の低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰ（例えば５℃）に補正値Ａ（例えば３℃）を加算する。なお、高圧相当温度の目標値ＴＴ_ＨＰは、全暖房運転と同一であり、例えば５０℃である。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１３にて、高圧センサ５２を用いて、圧縮機１１の吐出口側における冷媒の圧力を検出し、その検出結果に基づいて、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰを計算する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１４にて、低圧センサ５１を用いて、圧縮機１１の吸入口側における冷媒の圧力を検出し、その検出結果に基づいて、低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰを計算する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１５にて、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰと目標値ＴＴ_ＨＰとの差を表す高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰ（＝ＴＰ_ＨＰ－ＴＴ_ＨＰ）を計算する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１６にて、低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰと前記補正された目標値ＴＴ_ＬＰとの差を表す低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰ（＝ＴＰ_ＬＰ－ＴＴ_ＬＰ）を計算する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１７にて、図５及び図６に示すデータベースに従って、弁開値ＶＰの補正値ΔＶＰを設定する。具体的には、高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰが「-１℃」以上であるときには、補正値ΔＶＰを「－１０」に設定する。すなわち、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを少し閉じるように設定する。また、高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰが「-３℃」以上且つ「－１℃」より小さいときには、補正値ΔＶＰを「０」に設定する。すなわち、この場合、弁開値ＶＰを補正しない。また、高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰが「-３℃」より小さいときには、図６に示すデータベースに従って補正値ΔＶＰを設定する。すなわち、低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰが「５℃」以上であるときには、補正値ΔＶＰを「－２５」に設定する。すなわち、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを比較的大幅に閉じるように設定する。また、低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰが「１℃」以上且つ「５℃」より小さいときには、補正値ΔＶＰを「－１０」に設定する。すなわち、この場合も、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを少し閉じるように設定する。また、低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰが「－１℃」以上且つ「１℃」より小さいときには、補正値ΔＶＰを「０」に設定する。また、低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰが「－５℃」以上且つ「－１℃」より小さいときには、補正値ΔＶＰを「＋１０」に設定する。すなわち、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを少し開くように設定する。また、低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰが「－５℃」より小さいときには、補正値ΔＶＰを「＋２５」に設定する。すなわち、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂを比較的大幅に開くように設定する。

つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１７にて、前記設定した補正値ΔＶＰに基づいてサブ熱交換器弁１ｂのステッピングモーターを駆動する。すなわち、制御装置ＣＴは、補正値ΔＶＰと同数の駆動パルスをステッピングモーターへ供給する。

なお、上記のように、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂの制御と同時にガスエンジン１２の回転数の制御も実行している。高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰが目標値ＴＴ_ＨＰよりも少し低い場合（高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰが「－１℃」以上且つ「０℃」以下）には、制御装置ＣＴは、ガスエンジン１２の回転数を少し増大させ、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰを上昇させる。この制御により高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰが目標値ＴＴ_ＨＰを大きく超過してしまわないように、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰが目標値ＴＴ_ＨＰよりも少し低い場合であっても、補正値ΔＶＰを負値に設定して、サブ熱交換器弁１ｂが少し閉じられるように設定している。

つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ１２に処理を進め、以降、ステップＳ１２～Ｓ１８からなる一連の処理を繰り返す。

つぎに、室内機２０Ａ，２０Ｂ・・・のうち、冷房装置として運転する室内機に比べて、暖房装置として運転する室内機の方が多い運転状態（暖房メイン運転）における冷媒の流れについて図５を用いて説明する。図７は、室内機２０Ａを暖房装置として運転するとともに、室内機２０Ｂを冷房装置として運転する例を示している。その他の室内機のうち、いくつかの室内機を冷房装置として運転し、いくつかの室内機を暖房装置として運転している。この場合、四方切替弁１４が第２の状態に設定される。また、室外熱交換器１５は、蒸発器として機能する。また、暖房装置として運転する室内機２０Ａの開閉弁２３ａが開放され、且つ開閉弁２３ｂが閉鎖される。暖房装置として運転する他の室内機の開閉弁２３ａ,２３ｂも、室内機２０Ａと同様に設定される。一方、冷房装置として運転する室内機２０Ｂの開閉弁２３ａが閉鎖され、且つ開閉弁２３ｂが開放される。冷房装置として運転する他の室内機の開閉弁２３ａ,２３ｂも、室内機２０Ｂと同様に設定される。

圧縮機１１から吐出された高圧ガス状の冷媒は、オイルセパレーター１３に導入される。四方切替弁１４のポートＰ２は閉鎖されているので、オイルセパレーター１３から吐出された冷媒は高圧ガス管３２に導入される。高圧ガス管３２に導入された冷媒は、暖房装置としての室内機（例えば室内機２０Ａ）の室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された高圧ガス状の冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気に熱を放出して凝縮する。このとき冷媒から放出された熱によって室内空気が暖められる。室内空気に熱を放出して凝縮した冷媒は室内熱交換器２１から排出され、冷房装置としての室内機（例えば室内機２０Ｂ）の室内熱交換器２１に導入されるとともに、液管３１を経由して室外機１０のブリッジバルブ１８に導入される。

室内熱交換器２１に導入された冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気の熱を奪って蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされる。

一方、暖房装置としての室内機（例えば室内機２０Ａ）の室内熱交換器２１からブリッジバルブ１８に導入された冷媒は、レシーバー１７、過冷却コイル１９、室外熱交換器１５、逆止弁１ｄをこの順に経由して、アキュムレーター１ｃに導入される。そして、低圧ガス状の冷媒が圧縮機１１の吸入口に帰還する。

上記の暖房メイン運転においても、冷房メイン運転と同様に、冷房室内の快適性を保持するとともに暖房室内の快適性を保持しつつ、圧縮機１１の負荷をできるだけ軽減することが好ましい。

そこで、制御装置ＣＴは、冷房メイン運転と同様に、低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰを少し高く補正するとともに、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰ及び低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰが目標値ＴＴ_ＨＰ及び前記補正された目標値ＴＴ_ＬＰにそれぞれ一致するように、ガスエンジン１２の回転数及び各種弁の開度を制御する。なお、高圧相当温度の目標値ＴＴ_ＨＰは補正されない。前記各種弁の開度の制御の１つとして、制御装置ＣＴは、図８に示すサブ熱交換器弁開閉処理を実行する。つまり、制御装置ＣＴは、サブ熱交換器弁１ｂの弁開値ＶＰの制御を、暖房メイン運転用のサブ熱交換器弁開閉プログラムに従って実行すると同時に、ガスエンジン１２の回転数の制御及びサブ熱交換器弁１ｂ以外の各種弁の制御を、図示しない各種プログラムに従って実行する。

制御装置ＣＴは、暖房メイン運転用のサブ熱交換器弁開閉プログラムをメモリから読み出して、ステップＳ２０にてサブ熱交換器弁開閉処理を開始する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２１にて、サブ熱交換器弁１ｂの弁開値ＶＰを初期化する。例えば、弁開値ＶＰを「０」に設定する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２２にて、低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰを補正する。具体的には、制御装置ＣＴは、所定の低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰ（例えば５℃）に補正値Ａ（例えば５℃）を加算する。なお、高圧相当温度の目標値ＴＴ_ＨＰは、全暖房運転と同一であり、例えば５０℃である。また、暖房メイン運転における補正値Ａは、冷房メイン運転における補正値Ａよりも少し大きく設定される。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２３にて、低圧センサ５１を用いて、圧縮機１１の吸入口側における冷媒の圧力を検出し、その検出結果に基づいて、低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰを計算する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２４にて、低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰと前記補正された目標値ＴＴ_ＬＰとの差を表す低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰ（＝ＴＰ_ＬＰ－ＴＴ_ＬＰ）を計算する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２５にて、図６に示すデータベースに従って、サブ熱交換器弁１ｂの弁開値ＶＰの補正値ΔＶＰを設定する。つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２６にて、前記設定した補正値ΔＶＰに基づいてサブ熱交換器弁１ｂのステッピングモーターを駆動する。すなわち、制御装置ＣＴは、補正値ΔＶＰと同数のパルスをステッピングモーターへ供給する。

つぎに、制御装置ＣＴは、ステップＳ２２に処理を進め、以降、ステップＳ２２～Ｓ２６からなる一連の処理を繰り返す。

上記のように、冷房メイン運転及び暖房メイン運転において、低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰが補正される。低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰが補正されることにより、サブ熱交換器１ａによる冷却水から冷媒への熱伝達が許容される。つまり、圧縮機１１の吸入口側の冷媒の圧力を少し（冷房室内の快適性が損なわれない程度に）上昇させることが許容される。そして、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰ及び低圧相当温度の現在値ＴＰ_ＬＰが、高圧相当温度の目標値ＴＴ_ＨＰ及び前記補正された低圧相当温度の目標値ＴＴ_ＬＰに一致するように、ガスエンジン１２及びサブ熱交換器弁１ｂを含む各種弁が制御される。これにより、冷房室内及び暖房室内を快適に保ちつつ、ガスエンジン１２の回転数を少し減少させて圧縮機１１の負荷を少し軽減できる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰに基づいて補正値ΔＶＰを決定している（図４におけるステップＳ１７）が、これに代えて、高圧相当温度の現在値ＴＰ_ＨＰ、高圧センサ５２を用いて検出した圧力値、又は低圧センサ５１を用いて検出した圧力値に基づいて補正値ΔＶＰを決定してもよい。また、図５及び図６に示したデータベースは一例であり、高圧相当温度差ΔＴ_ＨＰ及び低圧相当温度差ΔＴ_ＬＰと補正値ΔＶＰとの関係を任意に変更可能である。また、例えば２つの低圧相当温度ΔＨＰに関してそれぞれ補正値ΔＶＰを規定しておき、前記２つの低圧相当温度差ΔＨＰの中間に相当する低圧相当温度差ΔＨＰに対する補正値ΔＶＰを補間演算してもよい。また、上記のガスエンジン駆動式空気調和装置１は、１台の室外機１０を備えているが、ガスエンジン駆動式空気調和装置１が複数台の室外機１０を備えていてもよい。

１・・・ガスエンジン駆動式空気調和装置、１ａ・・・サブ熱交換器、１ｂ・・・サブ熱交換器弁、１ｃ・・・アキュムレーター、１ｄ・・・逆止弁、１０・・・室外機、１１・・・圧縮機、１２・・・ガスエンジン、１３・・・オイルセパレーター、１４・・・四方切替弁、１５・・・室外熱交換器、１６・・・膨張弁、１７・・・レシーバー、１８・・・ブリッジバルブ、１９・・・過冷却コイル、２０Ａ，２０Ｂ・・・室内機、２１・・・室内熱交換器、２２・・・膨張弁、２３・・・分流装置、２３ａ，２３ｂ・・・開閉弁、３０・・・冷媒管、５１・・・低圧センサ、５２・・・高圧センサ、Ａ・・・補正値、ＣＴ・・・制御装置、Ｒ・・・流路、ＴＰ_ＨＰ・・・高圧相当温度の現在値、ＴＰ_ＬＰ・・・低圧相当音温度の現在値、ＴＴ_ＨＰ・・・高圧相当温度の目標値、Ｔ_ＬＰ・・・低圧相当温度の目標値、ＶＰ・・・弁開値、Ｗ・・・流路、ΔＴ_ＨＰ・・・高圧相当温度差、ΔＴ_ＬＰ・・・低圧相当温度差、ΔＶＰ・・・補正値

Claims

１台又は複数台の室外機及び複数台の室内機に冷媒を循環させて室内空気の温度を調整するガスエンジン駆動式空気調和装置であって、
前記冷媒を吸入するとともに圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するガスエンジンと、
前記冷媒と室外空気との間に熱伝達を生じさせる室外熱交換器と、
前記ガスエンジンの廃熱を、前記圧縮機の吸入口側を流れる冷媒に伝達させる廃熱回収熱交換器と、
前記冷媒と前記室内空気との間に熱伝達を生じさせる複数の室内熱交換器と、
前記冷媒の流れをそれぞれ制御する複数の弁と、
前記圧縮機の吸入口側における前記冷媒に関する物理量を表す低圧側物理量の現在値が所定の低圧側物理量の目標値に一致し、且つ前記圧縮機の吐出口側における前記冷媒に関する物理量を表す高圧側物理量の現在値が所定の高圧側物理量の目標値にそれぞれ一致するように前記複数の弁の開度及び前記ガスエンジンの回転数を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記複数の室内機のうち冷房装置として運転する室内機の数が暖房装置として運転する室内機の数よりも多い冷房メイン運転を実行する場合に、前記低圧側物理量としての低圧相当温度の目標値を、すべての前記室内機を冷房装置として運転する場合の前記低圧相当温度の目標値よりも高く設定し、
前記複数の室内機のうち暖房装置として運転する室内機の数が冷房装置として運転する室内機の数よりも多い暖房メイン運転を実行する場合に、前記低圧相当温度の目標値を、前記冷房メイン運転を実行する場合の前記低圧相当温度の目標値よりも高く設定し、
前記低圧相当温度の現在値及び前記低圧相当温度の目標値に基づいて、前記廃熱回収熱交換器による前記冷媒への単位時間当たりの熱の伝達量を制御する、ガスエンジン駆動式空気調和装置。
請求項１に記載のガスエンジン駆動式空気調和装置において、
前記制御装置は、前記冷房メイン運転又は前記暖房メイン運転を実行する際、前記低圧相当温度の現在値と前記低圧相当温度の目標値との差に基づいて、前記廃熱回収熱交換器による前記冷媒への単位時間当たりの熱の伝達量を制御する、ガスエンジン駆動式空気調和装置。
請求項１又は請求項２に記載のガスエンジン駆動式空気調和装置において、
前記ガスエンジンは冷却液を用いて冷却され、
前記廃熱回収熱交換器は、前記ガスエンジンの冷却液が流通する第１流路と前記冷媒が流通する第２流路を備え、前記第１流路を流通する前記冷却液の熱を、前記第２流路を流通する冷媒に伝達し、
前記制御装置は、前記低圧相当温度の現在値及び前記低圧相当温度の目標値に基づいて、前記第２流路への前記冷媒の流量を制御する、ガスエンジン駆動式空気調和装置。