JPH11248287A

JPH11248287A - ガスエンジン装置、室外機ユニット及び空気調和機

Info

Publication number: JPH11248287A
Application number: JP10052481A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sato; 保廣佐藤; Tsukasa Kasagi; 司笠木; Tateji Morishima; 立二森島; Akira Nakajima; 彰中島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】低外気暖房運転時において、ガスエンジン４
１が圧縮機３３の負荷の減少に対応してエンジン出力を
下げ、その結果として暖房能力を低下させるような悪循
環に陥るのを防止する。【解決手段】ガス状の冷媒を圧縮して吐出する圧縮機
３３を駆動するガスエンジン４１と、ガスエンジン４１
の運転を制御するガスエンジン制御部４２と、ガスエン
ジン４１から排出される排気ガスとガスエンジン４１の
冷却水との間で熱交換させる排気ガス熱交換器５４とを
具備してなるガスエンジン装置であって、ガスエンジン
制御部４２に、外気温が低い場合の暖房運転時にガスエ
ンジン４１のエンジン入力を増加させるように運転制御
する低外気暖房廃熱回収量増加運転モードを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気圧縮機をガス
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機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプを利用して冷暖房を行う空
気調和機は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、膨
張弁等の構成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け取り（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がある。

【０００３】ところで、近年、上記の冷媒回路中の圧縮
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機は、一般にガスヒ
ートポンプ式空気調和機（以下ＧＨＰと略す）と呼ばれ
ている。このＧＨＰによれば、比較的安価であるガスを
燃料として利用できるため、電動機を利用した圧縮機を
備えた空気調和機（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、例えば暖房運転
時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスの熱
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、エネルギの利用効率を高
めることができる。ちなみに、低外気温時の暖房能力
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
ついてもエンジンの排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】

【発明が解決しようとする課題】このように多くの利点
を有するＧＨＰであるが、従来からのＧＨＰに関して
は、次のような問題点が指摘されている。

【０００７】すなわち、上述したようにＧＨＰでは暖房
運転時にガスエンジンから排出される高温の排気ガスを
加熱源として利用しているが、大気中に排気ガスととも
に捨てられる熱、いわゆる廃熱の回収は、通常排気ガス
熱交換器によって行われている。排気ガス熱交換器は、
高温の排気ガスが有している熱をガスエンジンの冷却水
に回収するものであり、ここで回収された廃熱は、冷却
水系に設けられたラジエタを介して室外熱交換器内を流
れている冷媒を加熱し、冷媒の蒸発気化を促進するよう
になっている。

【０００８】しかしながら、室外の気温が低い時に暖房
運転を実施する低外気暖房運転時においては、室外熱交
換器が外気から奪える熱量は極めて少ない状況にあるた
め、室外熱交換器を通る冷媒は液体から気体に蒸発気化
しにくくなり、したがって圧縮機低圧側（一次側）の圧
力は低下することになる。この結果、圧縮機の負荷は減
少するので、これを駆動するガスエンジンも出力を下げ
るように運転が制御される。こうしてエンジン出力を低
下させると、排気ガス熱交換器で回収できる廃熱量も少
なくなるので、室外熱交換器で冷媒を蒸発気化させるの
に使用できる熱量はさらに減少し、以下同様のサイクル
を繰り返すことで暖房能力をさらに低下させる悪循環に
陥ってしまうという問題が指摘されている。

【０００９】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、上述した低外気暖房運転
時において、ガスエンジンが圧縮機の負荷の減少に対応
してエンジン出力を下げ、その結果として暖房能力を低
下させるような悪循環に陥るのを防止することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために以下の手段をとった。すなわち、請求項
１に記載のガスエンジン装置は、ガス状の冷媒を圧縮し
て吐出する圧縮機を駆動するガスエンジンと、該ガスエ
ンジンの運転を制御するガスエンジン制御部と、前記ガ
スエンジンから排出される排気ガスと前記ガスエンジン
の冷却水との間で熱交換させる排気ガス熱交換器とを具
備してなるガスエンジン装置であって、前記ガスエンジ
ン制御部に、外気温が低い場合の暖房運転時に前記ガス
エンジンのエンジン入力を増加させるように運転制御す
る低外気暖房廃熱回収量増加運転モードを設けたことを
特徴とするものである。

【００１１】このガスエンジン装置によれば、エンジン
入力を増加させることによってエンジンの廃熱量が増え
るので、排気ガス熱交換器における廃熱回収量を増加さ
せることが可能になる。

【００１２】請求項２に記載の室外気ユニットは、ガス
エンジン制御部に、外気温が低い場合の暖房運転時にガ
スエンジンのエンジン入力を増加させるように運転制御
する低外気暖房廃熱回収量増加運転モードを設けたガス
エンジン装置と、該ガスエンジン装置に燃料のガス及び
空気を供給する燃料吸入系と、ラジエタ及び排気ガス熱
交換器を備え前記ガスエンジンの冷却水を循環させる冷
却水系と、前記ガスエンジンが排出する排気ガスを外部
へ導く排気ガス系とを具備してなるガスエンジン部と、
前記ガスエンジン装置により駆動されガス状の冷媒を圧
縮して吐出する圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換さ
せる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、
膨張させる膨張弁と、前記ガスエンジン装置の冷却水か
ら前記冷媒に熱を回収する水熱交換器とを具備してなる
冷媒回路部と、を備えて構成したことを特徴とするもの
である。

【００１３】この室外機ユニットでは、エンジン入力を
増加させるようにガスエンジンの運転を制御し、排気ガ
ス熱交換器における廃熱回収量を増加させることが可能
になるので、低外気暖房運転時に暖房能力を低下させる
ような悪循環に陥るのを防止できる。

【００１４】請求項３に記載の空気調和機は、ガスエン
ジン制御部に、外気温が低い場合の暖房運転時にガスエ
ンジンのエンジン入力を増加させるように運転制御する
低外気暖房廃熱回収量増加運転モードを設けたガスエン
ジン装置と、該ガスエンジン装置に燃料のガス及び空気
を供給する燃料吸入系と、ラジエタ及び排気ガス熱交換
器を備え前記ガスエンジンの冷却水を循環させる冷却水
系と、前記ガスエンジンが排出する排気ガスを外部へ導
く排気ガス系とを具備してなるガスエンジン部と、前記
ガスエンジン装置により駆動されガス状の冷媒を圧縮し
て吐出する圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換させる
室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、膨張
させる膨張弁と、前記ガスエンジン装置の冷却水から前
記冷媒に熱を回収する水熱交換器とを具備してなる冷媒
回路部とを備えた室外機ユニットと、室内の空気を吸い
込んで吹き出し口から吹き出すファンと、前記室外機ユ
ニットから供給される冷媒と前記ファンで吸い込んだ室
内の空気との間で熱交換させる室内熱交換器とを備えた
室内機ユニットと、を備えて構成したことを特徴とする
ものである。

【００１５】この空気調和機では、室外機ユニットにお
いて排気ガス熱交換器で回収できる廃熱量を増加させる
ことが可能になるので、低外気暖房運転時に暖房能力を
低下させるような悪循環に陥るのを防止できる。

【００１６】請求項４に記載の空気調和機は、前記低外
気暖房廃熱回収量増加運転モードが、前記ガスエンジン
の点火時期を通常運転時の点火時期から変化させて制御
することを特徴とするものである。

【００１７】この空気調和機によれば、通常は最もエン
ジン効率のよい点火時期に設定してガスエンジンを運転
するが、低外気暖房廃熱回収量増加運転モードになる
と、通常の点火時期から変化させることによりエンジン
入力を増加させることが可能になる。

【００１８】請求項５に記載の空気調和機は、前記低外
気暖房廃熱回収量増加運転モードが、前記ガスエンジン
と前記排気ガス熱交換器との間を連結する排気ガス流路
の面積を通常運転時より狭めるように変化させて制御す
ることを特徴とするものである。

【００１９】この空気調和機によれば、低外気暖房廃熱
回収量増加運転モードにおいて排気ガス流路の面積を狭
めることにより排圧が増すので、エンジン入力を増加さ
せることが可能になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の形態に
ついて、図１から図６を参照して説明する。図１に示す
ＧＨＰ（ガスヒートポンプ式空気調和機）１は、大きく
室内機ユニット１０及び室外機ユニット２０から構成さ
れている。室内機ユニット１０は、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から熱を奪い、
暖房運転時には高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて室
内の空気を暖める室内熱交換器１１と、室内の空気を吸
い込んで室内熱交換器１１を通し、冷媒と熱交換させた
後に吹き出し口から吹き出す室内機ファン１２とを具備
している。

【００２１】室外機ユニット２０は、その内部でさらに
冷媒回路を構成する冷媒回路部３０と、ガスエンジン４
１を中心として、これに付随する機器を備えたガスエン
ジン部４０の大きく二つの構成部分により構成されてい
る。

【００２２】冷媒回路部３０内には、室外熱交換器３
１、水熱交換器３２、圧縮機３３、アキュムレータ３
４、四方弁３５、オイルセパレータ３６、膨張弁３７、
及び三方弁３８が具備されている。室外熱交換器３１
は、冷房運転時に高温高圧のガス冷媒を凝縮液化させて
屋外の空気に放熱し、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室外気から熱を奪う。つまり、冷
暖房それぞれの運転時において、室外熱交換器３１は、
先の室内熱交換器１１と逆の働きを行うことになる。

【００２３】水熱交換器３２は、後述するガスエンジン
４１の冷却水から冷媒が熱を回収するために設けられて
いる。すなわち、暖房運転時において、冷媒は室外熱交
換器３１における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエ
ンジン４１の冷却水からも熱を与えられることになるか
ら、暖房運転の効果をより高めることが可能となる。

【００２４】圧縮機３３は、室内熱交換器１１又は室外
熱交換器３１のいずれかより吸入されるガス冷媒を圧縮
して高温高圧のガス冷媒として吐出する。これにより冷
房時には、外気温が高い場合でも、冷媒は室外熱交換器
３１を通して室外気に放熱することが可能となり、暖房
時には室内熱交換器１１を通して室内空気に熱を与える
ことが可能となる。

【００２５】アキュムレータ３４は、圧縮機３３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。また、四方弁３５は、圧縮機３３において
圧縮された高温高圧のガス冷媒を室内熱交換器１１又は
室外熱交換器３１のいずれかに選択的に送出するために
設けられている。

【００２６】オイルセパレータ３６は、冷媒中に含まれ
る油分を分離するものである。また、膨張弁３７は、冷
房運転時に室外熱交換器３１から送出される高温高圧の
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。さらに、三方弁３８は、暖房運転時には
冷媒を水熱交換器３２に導き、冷房運転時には冷媒を水
熱交換器３２のバイパス回路３０ａに導くために設けら
れている。

【００２７】一方、ガスエンジン部４０にはガスエンジ
ン４１を中心として、冷却水系５０、排気ガス系６０、
燃料吸入系７０、及びエンジンオイル系８０の四つの系
が具備されている。ガスエンジン４１は、冷媒系３０内
に設置されている圧縮機３３の駆動源となり、シャフト
又はベルト等により接続されてガスエンジン４１から圧
縮機３３に動力が伝達されるようになっている。

【００２８】冷却水系５０は、水ポンプ５１、リザーバ
タンク５２、ラジエタ５３を備え、これらにより構成さ
れる回路を巡る冷却水により、ガスエンジン４１を冷却
するための系である。水ポンプ５１は、ガスエンジン４
１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。ラジエタ５３は、室外熱交換器３１と一体的に構成
されたものであって、冷却水がガスエンジン４１から奪
った熱を外気に放出するために設けられている。

【００２９】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。これは排気ガス
の熱を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３
２が備えられ、冷媒系３０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、冷却水はガスエンジン４１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、冷却水より水熱交換器３２を通して冷媒に与えられ
る仕組みになっている。

【００３０】排気ガス系６０は、マフラ６１、排気トッ
プ６２、ドレンフィルタ６３を備え、ガスエンジン４１
から排出される排気ガスを外部へ導くための系である。
マフラ６１は、ガスエンジン４１が排気ガスを排出する
ときに伴う騒音を吸収するために設けられている。排気
トップ６２は、排気ガスに含まれている水分を分離し、
これを外部環境に飛散させることのないように設けられ
ている。この働きの観点から、排気トップ６２は、別名
排気セパレータと呼ばれることもある。ドレンフィルタ
６３は、いま述べた排気トップ６２から分離された水分
を一時貯蔵しておくために設けられている。また、ドレ
ンフィルタ６３の内部には中和剤が備えられている。こ
れは、排気ガスに含まれている水分が一般に強酸性とな
っていることに対応しており、この酸性水分を中和して
無害化する目的で備えられているものである。

【００３１】燃料吸入系７０は、ガスレギュレータ７
１、電磁弁７２、吸気ボックス７３、エアクリーナ７４
を備え、ガスエンジン４１に燃料及び空気を供給するた
めの系である。ガスレギュレータ７１は、電磁弁７２を
介して室外ユニット２０の外部から供給される燃料とな
るガスの送出圧力を調整するために設けられている。一
方、吸気ボックス７３は、室外ユニット２０外部から空
気を取り入れるために設けられている。また、吸気ボッ
クス７３は、この吸気時に発生する騒音を防止する働き
も担っている。エアクリーナ７４は、このように吸入さ
れた空気から塵埃を取り除くために設けられている。上
記したように外部より供給されたガス及び空気はそれぞ
れ、図１に示すように、ガスレギュレータ７１、エアク
リーナ７４を通過した後、混合されてガスエンジン４１
の燃焼室に送り込まれ混合燃料ガスとして使用されるこ
とになる。

【００３２】エンジンオイル系８０はオイルサブタンク
８１を備え、ガスエンジン４１に潤滑油を供給するため
に設けられている。ガスエンジン４１下部には、このオ
イルサブタンク８１内のオイルを受け入れるためにオイ
ルパン４１ａが設けられている。

【００３３】ところで、ガスエンジン部４０を構成して
いるガスエンジン装置は、図２に示した第１の実施形態
のように、圧縮機３３を駆動するガスエンジン４１の運
転を種々の条件に応じて制御するためにガスエンジン制
御部４２を備えている。このガスエンジン制御部４２
は、その機能のひとつに点火時期に関する制御がある。
点火時期は、ガスエンジン４１の燃焼室内で圧縮された
状態にある燃料及び空気の混合気に図示を省略した点火
プラグで着火するタイミングのことであり、通常はクラ
ンク角との関係で表される。

【００３４】一方、ガスエンジン４１には点火時期制御
部４３が設けられており、ガスエンジン制御部４２から
出力された点火時期制御信号４４に基づき、運転状況に
応じた最適のタイミングで点火プラグに通電するもので
ある。この点火時期は、通常ガスエンジン４１のエンジ
ン効率がよくなるように、換言すれば、少ない燃料で大
きなエンジン出力（圧縮機３３の駆動力）が得られるよ
うに設定される。

【００３５】そして、上述したガスエンジン制御部４２
には、通常の運転モードなどに加えて低外気暖房廃熱回
収量増加運転モード（以下、廃熱増加運転モードと呼
ぶ）を設定してある。この廃熱増加運転モードは、たと
えば外気温度が低い暖房運転時において室外熱交換器３
１で冷媒を十分に蒸発気化させることができない場合に
出力される低外気暖房廃熱回収量増加運転モード信号
（以下、廃熱増加運転モード信号と呼ぶ）４５を受けて
実施される運転モードである。この廃熱増加運転モード
信号４５は、たとえば外気温を測定する図示省略の温度
センサの測定値などから判断して出力される。ガスエン
ジン制御部４２が廃熱増加運転モード信号４５を受ける
と、廃熱増加運転制御モードに切り換えてガスエンジン
４１を運転するが、これに伴って廃熱増加運転モードに
対応する点火時期制御信号４４が点火時期制御部４３へ
出力される。

【００３６】廃熱増加運転モードの点火時期制御を図２
（ａ）に基づいて説明すると、この運転モードでは、エ
ンジン効率を重視した通常の点火時期であるクランク角
Ｔ１から、点火時期を遅らせたクランク角Ｔ２又は点火
時期を早めたクランク角Ｔ３に変化させることで、エン
ジン入力を増加させる。このように点火時期がエンジン
効率のよいクランク角Ｔ１から前後のいずれか一方にず
れると、エンジンの効率が低下して出力も低下するの
で、結果的に圧縮機３３の駆動力は不足することにな
る。しかし、ガスエンジン４１は出力不足を補うために
燃料の供給を増やすので、この分ガスエンジン４１では
発熱量が増加し、同様に廃熱として排気ガスや冷却水に
捨てられる熱量も増すことになる。すなわち、エンジン
効率が落ちた分だけ必要な出力を得るのに燃料を多く消
費して発熱量が増すので、排気ガスなどとともに捨てら
れる廃熱量も増すのである。なお、ここでのエンジン入
力とはガスエンジン４１で消費される燃料の熱エネルギ
を意味し、概略圧縮機３３の駆動力となる出力及び廃熱
に変換される。

【００３７】このようにしてエンジン入力が増し、排気
ガスとともに捨てられる廃熱量が増すと、排気ガス熱交
換器５４で排気ガスから冷却水に回収可能な廃熱量も増
すので、冷却水の温度が高くなり、ラジエータ５３から
室外熱交換器３１へ供給可能な熱量が増加する。したが
って、外気温が低くても冷媒を蒸発気化させるのに必要
な熱量を確保できるようになり、低外気暖房運転時に暖
房能力を低下させるような悪循環に陥るのを防止でき
る。

【００３８】続いて、第２の実施形態を図３に基づいて
説明する。この実施形態では、エンジン入力を増加させ
るために、点火時期制御に変えて排圧制御を実施してい
る。この排圧制御は、ガスエンジン４１と排気ガス熱交
換器５４との間を連結している排気ガス流路４６に流路
の断面積を変化させることができる手段を設け、廃熱増
加運転モードになると、通常運転時より排気ガス流路４
６の断面積を狭めるものである。図示した実施形態で
は、排気ガス流路４６に電磁弁よりなるオリフィス弁４
７を配設してあり、閉状態で流路を遮断する電磁弁の弁
体にはオリフィス孔が穿設されている。このオリフィス
孔の面積は、一般的には流路断面積の２５ないし５０パ
ーセント程度に設定するのが好ましい。なお、オリフィ
ス弁４７はオリフィス弁作動信号４８の出力を受けて開
閉するが、このオリフィス弁作動信号４８は、第１の実
施形態と同様にガスエンジン制御部４２が廃熱増加運転
モード信号４５を受けて出力するものである。

【００３９】上述したオリフィス弁４８は、通常運転時
には全開の状態にあり、排気ガス流路４６は流路断面積
の１００パーセントが確保されている。しかし、廃熱増
加運転モード信号４５が出力されると、オリフィス弁４
７は全閉の状態になり、排気ガス流路４６は弁体に穿設
されたオリフィス孔によって制限される。この結果、オ
リフィス孔は排出される排気ガスに対し抵抗として作用
するので、図３（ｂ）に示すように、排圧がＰ１からＰ
２に上昇し、エンジン入力も増加することになる。すな
わち、エンジン効率が低下し、通常運転時と同様の出力
を得るために必要な燃料が増加することになる。したが
って、排気ガスとともに捨てられる廃熱量も増加するの
で、排気ガス熱交換器５４で冷却水に回収可能な熱量が
増し、これによって温度の上昇した冷却水が室外熱交換
器において冷媒を蒸発気化させるので、外気温が低くて
も冷媒を蒸発気化させるのに必要な熱量を確保できるよ
うになり、低外気暖房運転時に暖房能力を低下させるよ
うな悪循環に陥るのを防止できる。なお、排気ガス流路
４６の断面積を変化させる手段は、上述したオリフィス
弁４７に限定されることはなく、他の公知の手段を適用
可能なことはいうまでもない。

【００４０】以上述べた構成のうち室外機ユニット２０
として説明した各部及び各系は、図５及び図６に示すよ
うに、室外機筐体２１内に収められている。これらの図
に示されているように、室外機筐体２１内部は仕切板２
２により上下に二分割された形態となっている。いまこ
れら上下の空間をそれぞれ、熱交換室２３、機械室２４
と呼ぶことにする。なお、図５及び図６では、図１によ
り説明したような配管類に関して、その図示を省略した
ものとなっている。

【００４１】熱交換室２３には、室外機筐体２１の前面
及び背面をすべて覆うように室外熱交換器３１、ラジエ
タ５３が備えられている。これら室外熱交換器３１及び
ラジエタ５３は、前述したように一体的な構造とされて
いる。また、熱交換室２３には、図１に示した要素のう
ち、マフラ６１、排気トップ６２、吸気ボックス７３等
が備えられている。ちなみに、図５に示されているマフ
ラ６１及び排気トップ６２、及びこれらを繋ぐ配管６０
ａは、図６においてはその図示が省略されている。

【００４２】熱交換室２３には、上記に示した構成要素
の他、室外機ファン９１、ファンモータ９２、ファン取
付具９３が備えられている。室外機ファン９１は、室外
機筐体２１の天井面から吊り下げられたファン取付具９
３に装着されたファンモータ９２の出力軸に取り付けら
れている。本実施形態においては、この室外機ファン９
１は２セット取り付けられている。また、これら室外機
ファン９１の取付位置に対応するように、室外機筐体２
１の天井面には開口部９４が設けられており、該開口部
９４には網状覆蓋９５が設けられている。この室外機フ
ァン９１は、室外熱交換器３１の働きを補助するもので
ある。

【００４３】また、熱交換室２３内には、仕切板２２上
に換気ボックス９６が２個備えられ、そのそれぞれの内
部には換気ファン９７が設けられている。これら換気ボ
ックス９６及び換気ファン９７は、機械室２４内部の熱
を熱交換室２３に導くために設けられている。したがっ
て、機械室２４内で熱せられた空気は、換気ファン９
６、熱交換室２３、室外機ファン９１の経路を通って室
外機筐体２１の外部へと排出されることになる。なお、
吸気ボックス７３は、これら両換気ボックス９６の上部
に載置されている。吸気ボックス７３から吸入された空
気は、両換気ボックス９６間の空間部を通じてガスエン
ジン４１に届くようにされている。

【００４４】次に、機械室２４についての説明を行う。
機械室２４内には、図１にて説明した各部及び各系の構
成要素のほとんどが収められている。これら構成要素の
内、図５及び図６においては、冷媒回路部３０における
圧縮機３３、アキュムレータ３４、四方弁３５、オイル
セパレータ３６、及びガスエンジン部４０におけるガス
エンジン４１、ドレンフィルタ６３、エアクリーナ７４
をそれぞれ示した。

【００４５】機械室２４内には、上記した構成要素の
他、排水パイプ１０１が設けられている。この排水パイ
プ１０１は、仕切板２２に設けられた開口部２２ａと室
外機筐体２１の床面開口部２５とを繋ぐパイプである。
これは先述した天井面開口部９４を通して室外機筐体２
１内部に入り込んだ雨水を、該室外機筐体２１外部に排
出するために設けられている。

【００４６】また、機械室２４内には、基礎板１０２、
防振ゴム１０３が設けられている。基礎板１０２は略四
角形状の板であり、機械室２４内に収められている冷媒
回路部３０、ガスエンジン部４０内の各構成要素を載置
するための床面として使用されている。この基礎板１０
２下面の四隅には、防振ゴム１０３が配されている。し
たがって、基礎板１０２及び防振ゴム１０３は、この上
方に載置される冷媒回路部３０、ガスエンジン部４０か
ら発生する機械的振動を抑制する働きを担っている。

【００４７】以下、上記の構成となるＧＨＰ１におい
て、室内冷房及び暖房のそれぞれの運転時の作用につい
て説明する。まず、冷房運転時において、冷媒回路部３
０の四方弁３５は、圧縮機３３と室外熱交換器３１、室
内熱交換器１１とアキュムレータ３４、がそれぞれ接続
された状態となっている。この状態では、圧縮機３３よ
り吐出された高温高圧のガス冷媒は、図１に実線の矢印
で示すように流れ、四方弁３５及び三方弁３８を通って
室外熱交換器３１に送られる。なお、このとき、三方弁
３８は、冷媒が水熱交換器３２を通らないようにするた
め、バイパス回路３０ａに対して開かれた状態とされて
いる。

【００４８】高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３１で
凝縮液化され、屋外の空気に放熱して高温高圧の液冷媒
となる。さらにこの高温高圧の液冷媒は膨張弁３７を通
過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室内
器ユニット１０に送られる。

【００４９】室内機ユニット１０に送られた低温低圧の
液冷媒は室内熱交換器１１で蒸発気化され、室内機ファ
ン１２で吸い込んだ室内の空気から熱を奪って冷却した
のち、低温低圧のガス冷媒となり、室外機ユニット２０
内の冷媒回路部３０に送られる。

【００５０】冷媒回路部３０に送られた低温低圧のガス
冷媒は四方弁３５を経てアキュムレータ３４に流入し、
液状成分が分離されたのち圧縮機３３に吸入される。圧
縮機３３に吸入されたガス冷媒は圧縮機３３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外熱交
換器３１に送られる。

【００５１】一方、暖房運転時においては、四方弁３５
は圧縮機３３と室内熱交換器１１、室外熱交換器３１と
アキュムレータ３４、がそれぞれ接続された状態となっ
ている。この状態では、圧縮機３３より吐出された高温
高圧のガス冷媒は、図１に破線の矢印で示すように流
れ、四方弁３５を通って室内器ユニット１０の室内熱交
換器１１に送られる。

【００５２】高温高圧のガス冷媒は室内熱交換器１１で
凝縮液化され、室内機ファン１２で吸い込んだ室内の空
気に放熱して暖めたのち、高温高圧の液冷媒となって室
外機ユニット２０内の冷媒回路部３０に送られる。冷媒
回路部３０に送られた高温高圧の液冷媒は、室外熱交換
器３１へと流入する。室外熱交換器３１においては、高
温高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。

【００５３】また、三方弁３８は、冷房時とは逆に冷媒
が水熱交換器３２を通る回路に開かれているため、上記
の低温低圧のガス冷媒は水熱交換器３２に流入し、エン
ジン冷却水との間で熱交換を行ってさらに加熱された高
温高圧のガス冷媒となる。この高温高圧のガス冷媒は、
アキュムレータ３４に流入し液状成分が分離されたのち
圧縮機３３に吸入される。圧縮機３３に吸入されたガス
冷媒は圧縮され、さらに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。

【００５４】上述したように構成されたＧＨＰ１では、
特に低外気の暖房時において、図４に示すように、外気
温が設定値Ｔより下がると廃熱増加運転モードに切り換
えられる。この運転モードでは、通常運転のままでは図
中に一点鎖線で示したように減るはずの廃熱回収量が、
エンジン効率を下げてエンジン入力を増加させるように
運転制御することにより、実線で示したレベルまで引き
上げることが可能になる。このため、冷却水が排気ガス
熱交換器５４で排気ガスから回収可能な排熱量は増加
し、ここで高温となった冷却水はラジエタ５３から室外
熱交換器３１へ熱を供給することができるので、この熱
を利用して冷媒の蒸発気化を促進することが可能にな
る。すなわち、外気から吸収できる熱量が少ない低外気
温の場合であっても、ガスエンジン４１の廃熱を有効利
用して冷媒を蒸発気化させることができるので、暖房能
力が低下する悪循環に陥るのを防止して快適な暖房運転
を行うことができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスエン
ジン装置によれば、外気の温度が低いために、冷媒を十
分に蒸発気化させるだけの熱量を外気から室外熱交換器
に吸収できないような場合であっても、ガスエンジン装
置の運転モードを廃熱増加運転モードに切り換えること
で、エンジン入力が増加し、ガスエンジンからの廃熱回
収量を増やすことができるようになる。そして、この廃
熱を利用して冷媒を蒸発気化させれば、圧縮機低圧側の
圧力が低下してガスエンジンの負荷を低下させるような
事態に陥るのを防止できるので、暖房能力を低下させる
といった悪循環のサイクルを断ち切り、快適で安定した
暖房運転を継続できるようになる。

【００５６】したがって、このようなガスエンジン装置
を構成要素とする室外機ユニット、及びこの室外機ユニ
ットと組み合わされたガスヒートポンプ式空気調和機も
低外気温時の暖房性能が向上し、快適で安定した暖房運
転を可能にするといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和機
の実施形態を示した概略構成図である。

【図２】本発明に係るガスエンジン装置の第１の実施
形態を示すもので、（ａ）は要部の概略構成図、（ｂ）
は点火時期制御の作用を示す図である。

【図３】本発明に係るガスエンジン装置の第２の実施
形態を示すもので、（ａ）は要部の概略構成図、（ｂ）
は排圧制御の作用を示す図である。

【図４】本発明に係る外気温と排熱回収量との関係を
示す図である。

【図５】本発明に係る室内機ユニット内部の概略構造
を示す正面図である。

【図６】図５の側面図である。

【符号の説明】

１ガスヒートポンプ式空気調和
機（ＧＨＰ）１０室内機ユニット２０室外機ユニット３０冷媒回路部３１室外熱交換器３３圧縮機３２水熱交換器３５四方弁３７膨張弁４０ガスエンジン部４１ガスエンジン４２ガスエンジン制御部４３点火時期制御部４４点火時期制御信号４５低外気暖房廃熱回収量増加運
転モード信号（廃熱増加運転モード）４６排気ガス流路４７オリフィス弁４８オリフィス弁作動信号５０冷却水系５３ラジエタ５４排気ガス熱交換器６０排気ガス系７０燃料吸入系８０エンジンオイル系

フロントページの続き (72)発明者森島立二愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者中島彰愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社エアコン製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス状の冷媒を圧縮して吐出する圧縮機
を駆動するガスエンジンと、該ガスエンジンの運転を制
御するガスエンジン制御部と、前記ガスエンジンから排
出される排気ガスと前記ガスエンジンの冷却水との間で
熱交換させる排気ガス熱交換器とを具備してなるガスエ
ンジン装置であって、前記ガスエンジン制御部に、外気
温が低い場合の暖房運転時に前記ガスエンジンのエンジ
ン入力を増加させるように運転制御する低外気暖房廃熱
回収量増加運転モードを設けたことを特徴とするガスエ
ンジン装置。
【請求項２】ガスエンジン制御部に、外気温が低い場
合の暖房運転時にガスエンジンのエンジン入力を増加さ
せるように運転制御する低外気暖房廃熱回収量増加運転
モードを設けたガスエンジン装置と、該ガスエンジン装
置に燃料のガス及び空気を供給する燃料吸入系と、ラジ
エタ及び排気ガス熱交換器を備え前記ガスエンジンの冷
却水を循環させる冷却水系と、前記ガスエンジンが排出
する排気ガスを外部へ導く排気ガス系とを具備してなる
ガスエンジン部と、前記ガスエンジン装置により駆動されガス状の冷媒を圧
縮して吐出する圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換さ
せる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、
膨張させる膨張弁と、前記ガスエンジン装置の冷却水か
ら前記冷媒に熱を回収する水熱交換器とを具備してなる
冷媒回路部と、を備えて構成したことを特徴とする室外機ユニット。
【請求項３】ガスエンジン制御部に、外気温が低い場
合の暖房運転時にガスエンジンのエンジン入力を増加さ
せるように運転制御する低外気暖房廃熱回収量増加運転
モードを設けたガスエンジン装置と、該ガスエンジン装
置に燃料のガス及び空気を供給する燃料吸入系と、ラジ
エタ及び排気ガス熱交換器を備え前記ガスエンジンの冷
却水を循環させる冷却水系と、前記ガスエンジンが排出
する排気ガスを外部へ導く排気ガス系とを具備してなる
ガスエンジン部と、前記ガスエンジン装置により駆動されガス状の冷媒を圧
縮して吐出する圧縮機と、冷媒と外気との間で熱交換さ
せる室外熱交換器と、冷房運転時に液状の冷媒を減圧、
膨張させる膨張弁と、前記ガスエンジン装置の冷却水か
ら前記冷媒に熱を回収する水熱交換器とを具備してなる
冷媒回路部とを備えた室外機ユニットと、室内の空気を吸い込んで吹き出し口から吹き出すファン
と、前記室外機ユニットから供給される冷媒と前記ファ
ンで吸い込んだ室内の空気との間で熱交換させる室内熱
交換器とを備えた室内機ユニットと、を備えて構成したことを特徴とする空気調和機。
【請求項４】前記低外気暖房廃熱回収量増加運転モー
ドが、前記ガスエンジンの点火時期を通常運転時の点火
時期から変化させて制御することを特徴とする請求項３
に記載の空気調和機。
【請求項５】前記低外気暖房廃熱回収量増加運転モー
ドが、前記ガスエンジンと前記排気ガス熱交換器との間
を連結する排気ガス流路の面積を通常運転時より狭める
ように変化させて制御することを特徴とする請求項３に
記載の空気調和機。