JP2003075018A - ガスヒートポンプ式空気調和装置 - Google Patents

ガスヒートポンプ式空気調和装置

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cooling water
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司 笠木
Hiroshi Kunida
拓 国田
Kazuo Yamagishi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 積雪地帯において室外機周辺の積雪によりメ
ンテナンス等のアクセスや作業に支障が生じないように
した、ガスヒートポンプ式空気調和装置の提供を目的と
する。 【解決手段】 ガスエンジンＧＥを駆動源とする圧縮機
１１で冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、ガスエ
ンジンＧＥより排出された廃熱をエンジン冷却水に回収
すると共に、該エンジン冷却水によって冷媒を加熱して
暖房能力を増すように構成されたガスヒートポンプ式空
気調和装置において、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却
水系３０から流量制御弁８１を介して分岐させたバイパ
ス管路部８０を設け、該バイパス管路部８０を室外機ユ
ニット１０の設置スペース周辺に埋設した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスエンジンを駆
動源として冷媒循環用の圧縮機を駆動するガスヒートポ
ンプ式空気調和装置に係り、特に、積雪により室外機の
メンテナンス等に支障をきたすことのないガスヒートポ
ンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヒートポンプを利用して冷暖房等の空調
運転を行う空気調和装置は、室内熱交換器、圧縮機、室
外熱交換器、絞り機構等の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室内の空気（以
下「室内気」と呼ぶ）及び外気と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もある。
【０００３】ところで、近年、上述した冷媒回路中に設
けられる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装置は、
一般にガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨ
Ｐ」と略す）と呼ばれている。このＧＨＰによれば、比
較的安価である都市ガス等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ている空気調和装置
（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、たとえば暖房運
転時に、ガスエンジンから排出される高温の排気ガスや
エンジン冷却水の熱（いわゆる廃熱）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、ＥＨＰに比してエネルギの利用効率を高め
ることができる。ちなみに、この場合において、ＧＨＰ
のエネルギ利用効率は、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
ついてもガスエンジンの廃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】上述したように、ＧＨ
Ｐにおいては、暖房運転時にガスエンジンから排出され
る高温の排気ガスやエンジン冷却水の廃熱を熱交換器
（排気ガス熱交換器や水熱交換器など）に導入し、これ
を冷媒の加熱源として利用することによって廃熱回収が
可能なため、ＥＨＰにはない優れた暖房能力を得られる
ようになっている。このため、冬季の外気温度が低い積
雪地帯においても、暖房能力を備えた空気調和装置であ
るＧＨＰが注目されている。
【０００７】しかしながら、上述した従来のＧＨＰにお
いては、室外機を屋外に設置するのが一般的であるた
め、積雪地帯では室外機周辺の積雪がメンテナンス時等
のアクセスを妨げるという問題がある。また、室外機を
設置する際には、コンクリート等で形成した架台（基
礎）上にアンカーボルトで固定するようにしているが、
メンテナンス用の開閉部がある程度の積雪量でも開閉可
能となるように考慮して架台の高さを決めると、雪の降
らない地域と比較して地面から設置面までの高さが大き
くなってしまい、コストが嵩むという問題もある。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、積雪地帯において室外機周辺の積雪によりメンテ
ナンス等のアクセスや作業に支障が生じないようにし
た、ガスヒートポンプ式空気調和装置の提供を目的とす
るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
ガスヒートポンプ式空気調和装置は、ガスエンジンを駆
動源とする圧縮機で冷媒を循環させて冷凍サイクルを形
成し、前記ガスエンジンより排出された廃熱をエンジン
冷却水に回収すると共に、該エンジン冷却水によって冷
媒を加熱して暖房能力を増すように構成されたガスヒー
トポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジンの
エンジン冷却水系から流路切換手段を介して分岐させた
バイパス管路部を設け、該バイパス管路部を室外機設置
スペースの周辺に埋設したことを特徴とするものであ
る。
【００１０】請求項１に記載のガスヒートポンプ式空気
調和装置によれば、ガスエンジンのエンジン冷却水系か
ら流路切換手段を介して分岐させたバイパス管路部を設
け、該バイパス管路部を室外機設置スペースの周辺に埋
設したので、必要に応じてバイパス管路部にエンジン冷
却水を導入すれば、室外機設置スペース周辺を加熱して
融雪することができる。このようなガスヒートポンプ式
空気調和装置においては、前記バイパス管路部を前記エ
ンジン冷却水による冷媒加熱後に分岐させることが好ま
しく、これにより、冷媒加熱により良好な暖房能力を得
た後、エンジン冷却水の廃熱を有効利用することができ
る。
【００１１】請求項１または２記載のガスヒートポンプ
式空気調和装置においては、前記ガスエンジンから排出
された排気ガスを加熱し、前記排気ガス熱交換器内で回
収可能な熱エネルギ量を増加させる加熱手段を設けるこ
とが好ましく、これにより、暖房能力を増すと共に、廃
熱により融雪能力も増すことができる。この場合の加熱
手段としては、燃焼器で燃料を燃焼させて発生した燃焼
ガスを前記排気ガスへ供給する排気ガス加熱用燃焼装置
が好ましく、この排気ガス加熱用燃焼装置の燃焼器は、
前記排気ガス熱交換器内に設置したものでもよいし、あ
るいは、前記ガスエンジンと前記排気ガス熱交換器との
間を連結する排気系に排気ガス浄化用触媒を収納する触
媒容器を配置し、この触媒容器の内部に設置したもので
もよい。
【００１２】請求項１または２記載のガスヒートポンプ
式空気調和装置においては、前記ガスエンジン下流側の
エンジン冷却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流
路を形成し、該バイパス流路にエンジン冷却水の加熱手
段を設けることが好ましく、これにより、暖房能力を増
すと共に、廃熱による融雪能力も増すことができる。
【００１３】前記加熱手段は、前記ガスエンジンと同一
のガス燃料、好適には都市ガスを燃焼させて加熱すると
よい。また、前記加熱手段は、外気温検出手段が所定値
以下の低温を検出した時に作動させることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスヒートポ
ンプ式空気調和装置（以下「ＧＨＰ」）の一実施形態を
図面に基づいて説明する。 ＜第１の実施形態＞図１は、本発明に係る第１の実施形
態として、ＧＨＰの全体構成例（暖房運転時）を示す系
統図であり、大きくは室内機ユニット１と、ガスエンジ
ン駆動の圧縮機等を備えた室外機ユニット１０とを具備
して構成されている。なお、１台または複数台設置され
る室内機ユニット１と室外機ユニット１０との間は、冷
媒配管２によって冷媒の循環が可能に接続されている。
【００１５】室内機ユニット１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（室内気）から
熱を奪うエバポレータとして機能し、暖房運転時に高温
高圧のガス冷媒を凝縮液化させて室内の空気を暖めるコ
ンデンサとして機能する室内熱交換器１ａを備えてい
る。なお、図示の例では、各室内熱交換器１ａ毎に絞り
機構１ｂが設けられている。
【００１６】室外機ユニット１０は、その内部におい
て、二つの大きな構成部分に分割される。第１の構成部
分は、圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室
内機ユニット１と共に冷媒回路を形成する部分であり、
以後「冷媒回路部」と呼ぶことにする。第２の構成部分
は、圧縮機駆動用のガスエンジンを中心として、これに
付随する機器を備えた部分であり、以後「ガスエンジン
部」と呼ぶことにする。
【００１７】冷媒回路部内には、圧縮機１１、室外熱交
換器１２、水熱交換器１３、アキュムレータ１４、レシ
ーバ１５、オイルセパレータ１６、絞り機構１７、四方
弁１８、電磁弁１９、逆止弁２０、操作弁２１などが具
備されている。圧縮機１１は、後述するガスエンジンＧ
Ｅを駆動源として運転され、室内熱交換器１ａまたは室
外熱交換器１２のいずれかより吸入される低温低圧のガ
ス冷媒を圧縮し、高温高圧のガス冷媒として吐出する。
これにより冷房運転時には、外気温が高い場合でも、冷
媒は室外熱交換器１２を通して外気に放熱することが可
能となる。また、暖房運転時には、室内熱交換器１ａを
通して室内気に熱を与えることが可能となる。
【００１８】室外熱交換器１２は、冷房運転時に高温高
圧のガス冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデン
サとして機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液冷媒
を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして
機能する。つまり、冷暖房それぞれの運転時において、
室外熱交換器１２は、先の室内熱交換器１ａとは逆の働
きを行うことになる。また、室外熱交換器１２は、後述
するガスエンジＧＥのラジエータ３３と隣接して設置さ
れている。ラジエータ３３は、ガスエンジンＧＥのエン
ジン冷却水を外気と熱交換して冷却する熱交換器であ
る。従って、たとえば低外気温時に暖房運転を行うよう
な場合には、室外機ファン２２の回転方向を選択切換す
ることにより、エバポレータとして機能する室外熱交換
器１２がラジエータ３３を通過して温度上昇した外気と
熱交換できるようになるため、その蒸発能力を高めるこ
とができる。
【００１９】水熱交換器１３は、後述するガスエンジン
ＧＥのエンジン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１２における熱交換のみに頼るのではな
く、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水からも廃熱を回
収することができるようになるため、暖房運転の効果を
より高めることが可能となる。
【００２０】アキュムレータ１４は、圧縮機１１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。レシーバ１５は、コンデンサとして機能す
る熱交換器で液化した冷媒を気液分離し、冷凍サイクル
中の余剰冷媒を液として蓄えるために設けられている。
オイルセパレータ１６は、冷媒中に含まれる油分を分離
して圧縮機１１に戻すために設けられたものである。
【００２１】絞り機構１７は、凝縮された高温高圧の液
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。図示の例では、絞り機構１７として、定圧
式膨張弁、温度式膨張弁及びキャピラリーチューブが目
的に応じて使い分けられている。
【００２２】四方弁１８は、冷媒配管２に設けられて冷
媒の流路や流れ方向を選択切り換えするものである。こ
の四方弁１８には４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けら
れており、ポートＤは圧縮機１１の吐出側と、ポートＣ
は室外熱交換器１２と、ポートＳは圧縮機１１の吸入側
と、そしてポートＥは室内熱交換器１ａと、それぞれ冷
媒配管２で接続されている。
【００２３】一方、ガスエンジン部には、ガスエンジン
ＧＥを中心として、冷却水系３０及び燃料吸入系６０の
他、図示省略の排気ガス系やエンジンオイル系が具備さ
れている。ガスエンジンＧＥは、冷媒回路部内に設置さ
れている圧縮機１１とシャフトまたはベルト等により接
続されており、ガスエンジンＧＥから圧縮機１１に駆動
力が伝達されるようになっている。
【００２４】冷却水系３０は、水ポンプ３１、リザーバ
タンク３２、ラジエータ３３などを備え、これらを配管
により接続して構成される回路（破線で表示）を巡るエ
ンジン冷却水によって、ガスエンジンＧＥを冷却するた
めの系である。水ポンプ３１は、ガスエンジンＧＥ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３２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
エータ３３は、室外熱交換器１２と一体的に構成された
ものであって、エンジン冷却水がガスエンジンＧＥから
奪った熱を外気に放出するために設けられている。
【００２５】冷却水系３０には、上記した構成の他に排
気ガス熱交換器（排ガス熱交）３４が設けられている。
これは、ガスエンジンＧＥより排出される排気ガスの熱
を、エンジン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３０には先に説明した水熱交
換器１３が備えられ、冷媒回路部及び冷却水系３０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、エンジン冷却水はガスエンジンＧＥ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、エンジン冷却水より水熱交換器１３
を通して冷媒に与えられる仕組みになっている。なお、
冷却水系３０におけるエンジン冷却水の流量制御は、２
箇所に設けられた流量制御弁３５Ａ，３５Ｂにより行わ
れる。
【００２６】燃料吸入系６０は、ガスレギュレータ６
１、ガス電磁弁６２、ガス接続口６３などを備え、ガス
エンジンＧＥに液化天然ガス（ＬＮＧ）等の都市ガスを
ガス燃料として供給するための系である。ガスレギュレ
ータ６１は、ガス電磁弁６２及びガス接続口６３を介し
て外部から供給されるガス燃料の送出圧力を調整するた
めに設けられている。このガスレギュレータ６１で圧力
調整されたガス燃料は、図示省略の吸気口から吸入され
た空気と混合された後、ガスエンジンＧＥの燃焼室に供
給される。
【００２７】さて、本発明では、上述したＧＨＰに対し
て、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水系３０から分離
させたバイパス管路部８０を設けてある。このバイパス
管路部８０は、流量制御弁（流路切換手段）８１を介し
て冷却水系３０から分岐した後室外機ユニット１の設置
スペース周辺に埋設され、再度冷却水系３０に戻るよう
になっている。バイパス管路部８０の分岐位置は、水熱
交換器１３の下流側、すなわち冷媒を加熱した後のエン
ジン冷却水（温水）を導入するようにしてある。これ
は、冷媒加熱後のエンジン冷却水が保有している熱量を
再利用するためであり、さらに、水熱交換器１３におけ
る冷媒加熱量の確保を目的としている。なお、バイパス
管路部８０が冷却水系３０に戻る合流点は、流量制御弁
８１から水ポンプ３１に至る管路の適所となり、逆流を
防止するため逆止弁８２を設けておくとよい。
【００２８】流量制御弁８１は、バイパス管路８０へ流
れる流量と直接水ポンプ３１へ戻る流量とを弁開度に応
じて調整できるものでもよいし、あるいは、いわゆる三
方弁や開閉弁を複数組合せたもののように、単純に流路
を選択切換するように構成したものでもよい。なお、流
量制御弁８１の操作は、図示省略の手動スイッチ、積雪
や温度などを検知するセンサ等から出力される操作信号
を受けて実施するとよい。
【００２９】バイパス管路部８０は、図３に示すよう
に、室外機ユニット１０を出た後、周辺の架台（たとえ
ば鉄筋コンクリートの基礎）または地中に適当な密度で
配置された管群８０ａとして埋設される。このようなバ
イパス管路部８０を埋設する領域は、できるだけ広い範
囲とするのが好ましいのであるが、利用できるエンジン
冷却水の熱量の問題もあり、たとえば室外機ユニット１
０へのアクセス路やメンテナンススペースとなる場所な
ど、個々の設置場所や室外機ユニット１０の構造等の諸
条件及び利用可能な熱量から判断して適宜選択すればよ
い。なお、図示の例ではバイパス管路部８０が一系統と
なっているが、たとえばヘッダーを設けて適当な数に分
割したり、必要に応じて開閉弁を設けて個別の通水を可
能に構成してもよいし、さらに、管群８０ａの配置につ
いても図示したものに限定されることはなく、温度や圧
力損失等を考慮して最適な配置を適宜選択すればよい。
【００３０】以下では、上記の構成となるＧＨＰについ
て、室内を冷暖房するそれぞれの運転時について、冷媒
やエンジン冷却水等の流れとともにその作用を説明す
る。最初に、図１に基づいて暖房運転時について説明す
る。なお、各弁類の開閉状態は黒塗りで図示した弁類が
閉であり、冷媒及びエンジン冷却水の流れ方向が矢印で
示されている。この場合、冷媒回路部の四方弁１８は、
ポートＤ／Ｅ間及びＣ／Ｓ間が連通する状態とされ、圧
縮機１１の吐出側と室内熱交換器１ａとが接続されてい
る。この状態では、圧縮機１１より吐出された高温高圧
のガス冷媒は、四方弁１８及び操作弁２１を通って室内
熱交換器１ａに送られる。
【００３１】高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１ａ
で室内気と熱交換して凝縮液化される。この過程におい
て、ガス冷媒は放熱して室内気を暖めたのち、高温高圧
の液冷媒となる。この液冷媒は、絞り機構１ｂ，操作弁
２１及びレシーバ１５を通過して流れ、レシーバ１５に
おいて気液分離がなされる。レシーバ１５を出た液冷媒
は冷媒配管２に導かれて分岐し、一方が定圧式膨張弁の
絞り機構１７ａを経て水熱交換器１３へ送られる。ま
た、他方の液冷媒は、開状態とした電磁弁１８及び温度
式膨張弁の絞り機構１７ｂを通って室外熱交換器１２へ
送られる。
【００３２】水熱交換器１３へ送られる液冷媒は、絞り
機構１７ａを通ることで減圧され、低温低圧の液冷媒と
なる。水熱交換器１３では、低温低圧の液冷媒がエンジ
ン冷却水から吸熱して蒸発気化し、低温低圧のガス冷媒
となる。また、絞り機構１７ｂで減圧された低温低圧の
液冷媒は、エバポレータとして機能する室外熱交換器１
２へ送られる。室外熱交換器１２においては、低温低圧
の液冷媒は外気から熱を奪い、蒸発気化して低温低圧の
ガス冷媒となるが、この時、ラジエータ３３に高温のエ
ンジン冷却水を流すと、エンジン廃熱を利用して液冷媒
を効率よく蒸発気化させることができる。なお、液冷媒
を蒸発気化させる水熱交換器１３及び室外熱交換器１２
は、外気温度等の運転条件に応じていずれか一方を適宜
選択することが可能であり、また、装置構成によっては
両方を併用することも可能である。
【００３３】こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、
四方弁１８のポートＣからポートＳを経てアキュムレー
タ１４へ導かれ、液状成分が分離されたのち圧縮機１１
に吸入される。圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧
縮機１１の作動により圧縮され、高温高圧のガス冷媒と
なって再び室内熱交換器１ａに送られるので、冷媒が状
態変化を繰り返す冷凍サイクルを形成することができ
る。
【００３４】このような暖房運転時において、室外機ユ
ニット１０周辺の積雪を防止または融雪する時には、流
量制御弁８１を操作して水熱交換器１３を出たエンジン
冷却水をバイパス管８０へ供給する。このエンジン冷却
水は、水熱交換器１３で冷媒を加熱して温度低下はして
いるものの、まだ十分な熱量を保有する温水である。従
って、この温水が埋設された管群８０ａを通過して流れ
ることで、管群８０ａの周辺を加熱して積雪を防止した
り融雪したりすることができる。すなわち、ガスエンジ
ンＧＥの廃熱をエンジン冷却水から回収することで、室
内機ユニット１０周辺の積雪を防止または融雪すること
ができる。
【００３５】続いて、図２に基づいて冷房運転時におけ
る冷媒及びエンジン冷却水の流れを簡単に説明する。こ
の場合、四方弁１８はポートＤ／Ｃ間及びＥ／Ｓ間が連
通する状態とされ、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器
１２とが接続されている。この状態では、圧縮機１１よ
り吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１８を通っ
てコンデンサとして機能する室外熱交換器１２に送られ
る。
【００３６】高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器１２で
凝縮液化され、外気に放熱して高温高圧の液冷媒とな
る。この液冷媒は、逆止弁２０を通過してレシーバ１５
に導かれる。レシーバ１５で気液分離された液冷媒は、
操作弁２１を通って絞り機構１ｂに導かれ、同絞り機構
１ｂを通過する過程で減圧されて低温低圧の液冷媒とな
り、エバポレータとして機能する室内熱交換器１ａに送
られる。
【００３７】室内熱交換器１ａに送られた低温低圧の液
冷媒は、室内気から熱を奪って蒸発気化する。この過程
で室内気を冷却して低温低圧のガス冷媒となり、操作弁
２１及び冷媒配管２を通って四方弁１８へ導かれる。四
方弁１８に導かれた低温低圧のガス冷媒は、ポートＥか
らポートＳを経てアキュムレータ１４に流入し、ここで
液状成分が分離されたのち、圧縮機１１に吸入される。
圧縮機１１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１１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１２に送られるので、冷媒が状態変化を繰り返
す冷凍サイクルを形成することができる。なお、このよ
うな冷房運転時においては、バイパス管路８０へのエン
ジン冷却水供給は停止されている。
【００３８】＜第２の実施形態＞ところで、上述した積
雪地帯は、一般的に冬季の外気温度が低いため、暖房能
力の不足が懸念される。このような状況では、上述した
積雪防止や融雪に利用できる熱量も不足することが考え
られる。そこで、本発明の第２の実施形態では、図４に
示すように、上述した構成のＧＨＰに対して、ガスエン
ジンＧＥと排気ガス熱交換器３４との間を連結する排気
ガス系５０に、ガスエンジンＧＥから排出された排気ガ
スを加熱し、排気ガス熱交換器３４で回収可能な熱エネ
ルギ量を増すための排気ガス加熱手段５５を設けてあ
る。排気ガス系５０は、ガスエンジンＧＥの排気ガスを
大気へ放出するための系であり、マフラ５１及び排気ト
ップ５２等を備えている。なお、ガスエンジンＧＥから
排出された排気ガスは、上述した排気ガス熱交換器３４
を通過してエンジン冷却水を加熱した後に排気トップ５
２から大気へ放出される。
【００３９】この排気ガス加熱手段５５は、ガスエンジ
ンＧＥから排出された高温の排気ガスを他の熱源により
さらに加熱することによって、あるいは、大きな熱エネ
ルギを保有する高温の燃焼ガス等を加える（混合させ
る）ことによって、その熱エネルギ保有量を増加させる
ものである。
【００４０】以下では、上述した排気ガス加熱手段につ
いて、より具体的に示した実施形態（構成例）を図面に
基づいて説明する。なお、以下の説明で使用する図は、
上述した図４の要部を拡大してそれぞれの特徴的な構成
例を示している。図５に示す第１実施例では、ガスエン
ジンＧＥから排出された排気ガスを加熱し、排気ガス熱
交換器３４内で回収可能な熱エネルギ量を増加させる加
熱手段として、排気ガス加熱用燃焼装置７０を設けてあ
る。
【００４１】この排気ガス加熱用燃焼装置７０は、中空
の燃焼器本体（筐体）７１と、該燃焼器本体７１内に設
置された燃焼ノズル７２と、該燃焼ノズル７２に燃料及
び空気を所定の割合（混合比）で供給する燃料供給系７
３と、燃焼ノズル７２で燃料を燃焼させることによって
発生した燃焼ガスを燃焼器本体７１からガスエンジンＧ
Ｅの排気ガスに供給する燃焼ガス供給流路７４とを具備
して構成される。すなわち、排気ガス加熱用燃焼装置７
０は、ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジン
ＧＥより排出される排気ガスに、燃焼器７１内で燃料を
燃焼させて発生した燃焼ガスを、燃焼ガス供給流路７４
を介して排気ガス系５０へ供給するものである。なお、
図示の実施形態では、燃焼ガス供給流路７４がガスエン
ジンＧＥと排気ガス熱交換器３４との間で排気系５０の
管路に合流しているが、燃焼ガスを排気ガス熱交換器３
４の内部へ直接供給するようにしてもよい。
【００４２】燃料供給系７３には制御弁７３ａが設けら
れ、この制御弁７３ａを介して、燃料と空気とが適切な
割合に混合された混合気を燃焼ノズル７２へ供給する。
制御弁７３ａは、排気ガス加熱用燃焼装置７０を作動さ
せる時、すなわち外気温検出手段７４が所定値以下の低
外気温を検出した暖房運転時に制御部７５から制御信号
を受けて開となる。外気温検出手段７４としては、たと
えば室外機の適所に設置された温度センサなどがある。
また、他の外気温検出手段としては、冷媒を循環させる
経路に適宜設置されている各種センサを利用することも
可能であり、同センサによって検出した冷媒の状況（温
度や圧力）から低外気温状態を判断してもよい。
【００４３】さて、低外気温の検出信号が制御部７５に
入力されると、制御部７５は、制御弁７３ａを開いて燃
焼ノズル７２へ燃料及び空気を供給し、さらに燃焼ノズ
ル７２において混合気に点火する。こうして混合気が燃
焼されると、高温の燃焼ガスが発生して排気系５０へ供
給され、排気ガスに燃焼ガスの保有する熱エネルギが加
算される。このため、排気ガス熱交換器３４でエンジン
冷却水に吸熱可能な熱量が増し、より高温のエンジン冷
却水に加熱して水熱交換器１３へ供給することができ
る。従って、水熱交換器１３における冷媒加熱量が増
し、低外気温時であっても、低温低圧の液冷媒を蒸発気
化させて冷凍サイクルに供給することができる。また、
バイパス管路７０において融雪等に利用できる熱量も多
くなる。なお、上述した排気ガス加熱用燃焼装置７０で
使用する燃料は、ガスエンジンＧＥと同じ都市ガス等の
ガス燃料が好ましい。これは、ガスエンジンＧＥと燃料
系統を共用できることに加えて、燃料コストが安価なた
めである。
【００４４】続いて、図６に示す第２実施例では、排気
ガス加熱用燃焼装置７０Ａの燃焼ノズル７２が、排気ガ
ス熱交換器３４Ａとケーシングを共用した中空の燃焼器
本体７１Ａ内に設置されている。なお、他の構成要素に
ついては、上述した第１実施例（図５参照）と同様であ
るため、ここでは同じ符号を付してその詳細な説明は省
略する。
【００４５】このような構成の排気ガス加熱用燃焼装置
７０Ａとすれば、燃焼ノズル７２で燃料の混合気を燃焼
させることによって、燃焼器本体７１Ａ内に発生する燃
焼ガスの熱量が排気ガス熱交換器３４Ａ内を通過する排
気ガスに直接加算される。このため、熱的ロスがなく高
効率に管群３４ａ内を流れるエンジン冷却水を加熱する
ことができ、また、炎の輻射熱による排気ガスやエンジ
ン冷却水の加熱も期待できる。
【００４６】続いて、図７に示す第３実施例では、排気
ガス加熱用燃焼装置７０Ｂの燃焼ノズル７２が、排気ガ
ス浄化用触媒７６を収納する触媒容器と共用した中空の
燃焼器本体７１Ｂ内に設置されている。なお、他の構成
要素については、上述した第１実施例（図５参照）と同
様であるため、ここでは同じ符号を付してその詳細な説
明は省略する。
【００４７】さて、排気ガス浄化用触媒７６を収納した
排気ガス加熱用燃焼装置７０Ｂは、ガスエンジンＧＥと
排気ガス熱交換器３４との間に位置するよう排気系５０
に設置されている。排気ガス浄化用触媒７６としては、
たとえば三元触媒などが好適であり、このような構成と
すれば、ガスエンジンＧＥの排気ガス及び燃焼ガスの浄
化と同時に、エンジン冷却水の加熱量を増加させること
が可能となる。また、排気ガス浄化用触媒７６による排
気ガスの浄化は、排気ガスを高温の状態で実施するほど
効率がよいことが知られており、従って、燃焼ガスを加
えて排気ガス温度を上昇させることは、触媒による燃焼
ガスの浄化を促進させることにもなる。
【００４８】以上説明したように、暖房運転を実施する
際、必要に応じて排気ガスを加熱することができる排気
ガス加熱手段５５を設けたので、エンジン廃熱にさらに
熱量を加算した従来より大きな熱エネルギ量を排気ガス
熱交換器３４に供給し、エンジン冷却水をより高温に加
熱することができる。このため、外気温度がかなり低く
しかも積雪があるような寒冷地においても、大きな熱エ
ネルギ量を保有する高温のエンジン冷却水との熱交換に
よって、水熱交換器１３において冷媒を蒸発気化させる
ことができ、さらに、水熱交換器１３で冷媒加熱後のエ
ンジン冷却水を利用した融雪が可能となる。従って、室
外熱交換器１２において冷媒を十分に蒸発気化させるだ
けの熱量を外気から得られない低外気温時であっても、
エンジン廃熱及び排気ガス加熱手段５５から供給される
熱を利用して冷凍サイクルを維持することができるよう
になり、十分な暖房運転能力を得て低外気温時の暖房能
力を向上させることができる。また、融雪に利用できる
エンジン冷却水の熱量を増すことができる。
【００４９】＜第３の実施形態＞この実施形態は、上述
した第２の実施形態と同様に、冬季の外気温度が低いた
め暖房能力や融雪に利用できる熱量の不足が懸念される
積雪地帯での使用を考慮したものである。そこで、この
実施形態では、上述した構成のＧＨＰに対して、エンジ
ン冷却水系統（冷却水系）の適所に、エンジン冷却水を
加熱する加熱手段として加熱装置４０を設けてある。こ
の加熱装置４０は、ガスエンジンＧＥを冷却した後のエ
ンジン冷却水系統を分岐させて形成したバイパス流路３
６に設けられ、同バイパス流路３６の分岐部分には、流
路切換手段として流量制御弁３７を設けてある。図示の
例では、バイパス流路３６がガスエンジンＧＥの下流で
分岐した後、流量制御弁３５Ａの上流側に合流してい
る。この流量制御弁３７は開度制御が可能であり、必要
に応じていずれか一方に全量を流したり、あるいは、適
当に分配して流すこともできる。なお、流路切換手段と
しては、上述した流量制御弁３７に限定されることはな
く、たとえば流量（開度）制御ができない３方弁を使用
したり２個の開閉弁を組み合わせて使用することも可能
である。
【００５０】図９は、上述した加熱装置４０の周辺を拡
大して示したものである。ここで、ＧＨＰのエンジン冷
却水系に設置され、ガスエンジンＧＥを冷却して流出し
たエンジン冷却水を加熱するためのエンジン冷却水加熱
装置となる加熱装置４０は、換気ファン４１を備えた筐
体４２と、該筐体４２内に設置されてエンジン冷却水を
流す管群３６ａと、筐体４２内に設置された燃焼器４３
と、該燃焼器４３に燃料及び空気を所定の割合で供給す
る燃料供給系４４とを具備し、管群３６ａの内部を流れ
るエンジン冷却水を燃焼器４３で加熱するように構成さ
れている。
【００５１】換気ファン４１は、管群３６ａ及び燃焼器
４３を収納する筐体４２の内部を換気する目的で設けら
れている。燃焼器４３は、燃料供給系４４から燃料及び
空気を適切な割合に混合した混合気の供給を受けて燃焼
させ、高温の燃焼ガスを発生させる。この燃焼ガスは、
管群３６ａ内を流れるエンジン冷却水を加熱した後、換
気ファン４１の作用によって筐体４２の外部へ排出され
る。なお、燃焼器４３を筐体４２内に設置したことで、
混合気が燃焼することによって発生した炎の輻射熱によ
る加熱も期待できる。
【００５２】以上説明したように、暖房運転を実施する
際、必要に応じてエンジン冷却水を加熱することができ
る加熱装置４０を設けたので、エンジン廃熱にさらに熱
量を加算した従来より大きな熱エネルギ量を保有するエ
ンジン冷却水として水熱交換器１３へ供給することがで
きる。このため、外気温度がかなり低くしかも積雪があ
るような寒冷地においても、大きな熱エネルギ量を保有
する高温のエンジン冷却水との熱交換によって、水熱交
換器１３において冷媒を蒸発気化させることができ、さ
らに、水熱交換器１３で冷媒加熱後のエンジン冷却水を
利用した融雪が可能となる。従って、室外熱交換器１２
において冷媒を十分に蒸発気化させるだけの熱量を外気
から得られない低外気温時であっても、エンジン廃熱及
び加熱装置４０から供給される熱を利用して冷凍サイク
ルを維持することができるようになり、十分な暖房運転
能力を得て低外気温時の暖房能力を向上させることがで
きる。また、融雪に利用できるエンジン冷却水の熱量を
増すことができる。
【００５３】なお、本発明の構成は上述した実施形態に
限定されるものではなく、たとえば冷凍サイクルを構成
する各機器類の数や種類など、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において適宜変更することができる。
【００５４】
【発明の効果】本発明のガスヒートポンプ式空気調和装
置によれば、以下の効果を奏する。 （１）請求項１記載の発明によれば、ガスエンジンのエ
ンジン冷却水系から流路切換手段を介して分岐させたバ
イパス管路部を設け、該バイパス管路部を室外機設置ス
ペースの周辺に埋設したので、必要に応じてバイパス管
路部にエンジン冷却水を導入すれば、室外機設置スペー
ス周辺を加熱して融雪することができる。このため、積
雪時における室外機へのアクセス通路やメンテナンスス
ペースの確保が容易になる。
【００５５】（２）低外気温時に排気ガスを加熱する加
熱手段やエンジン冷却水を加熱する加熱手段を設けるこ
とにより、暖房能力を増すと共に、廃熱利用による融雪
能力をより一層向上させることができる。
【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装
置の第１の実施形態を示す構成図で、暖房運転の状態を
示している。
【図２】 本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装
置の第１の実施形態を示す構成図で、冷房運転の状態を
示している。
【図３】 室外機ユニット周辺のバイパス管路（管群）
の配置例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図
である。
【図４】 本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装
置の第２の実施形態を示す構成図で、暖房運転の状態を
示している。
【図５】 第２の実施形態における排気ガス加熱用燃焼
装置（加熱手段）の第１実施例を示す要部の構成図であ
る。
【図６】 第２の実施形態における排気ガス加熱用燃焼
装置（加熱手段）の第２実施例を示す要部の構成図であ
る。
【図７】 第２の実施形態における排気ガス加熱用燃焼
装置（加熱手段）の第３実施例を示す要部の構成図であ
る。
【図８】 本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装
置の第３の実施形態を示す構成図で、暖房運転の状態を
示している。
【図９】 第３の実施形態における加熱装置（加熱手
段）の要部拡大図である。
【符号の説明】
１ 室内機ユニット １ａ 室内熱交換器 １０ 室外機ユニット １１ 圧縮機 １２ 室外熱交換器 １３ 水熱交換器 １７，１７ａ，１７ｂ 絞り機構 １８ 四方弁 ３０ 冷却水系 ３４ 排気ガス熱交換器 ４０ 加熱装置 ５０ 排気ガス系 ５５ 排気ガス加熱手段 ６０ 燃料吸入系 ７０，７０Ａ，７０Ｂ 排気ガス加熱用燃焼装置（排
気ガス加熱手段） ７１，７１Ａ，７１Ｂ 燃焼器本体（ケーシング） ７２ 燃焼ノズル ７３ 燃料供給系 ７３ａ 制御弁 ７４ 燃焼ガス供給経路 ７６ 排気ガス浄化用触媒 ８０ バイパス管路部 ８１ 流量制御弁（流路切換手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岸 一夫 神奈川県横浜市旭区中希望が丘212−９

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスエンジンを駆動源とする圧縮機で
    冷媒を循環させて冷凍サイクルを形成し、前記ガスエン
    ジンより排出された廃熱をエンジン冷却水に回収すると
    共に、該エンジン冷却水によって冷媒を加熱して暖房能
    力を増すように構成されたガスヒートポンプ式空気調和
    装置において、 前記ガスエンジンのエンジン冷却水系から流路切換手段
    を介して分岐させたバイパス管路部を設け、該バイパス
    管路部を室外機設置スペースの周辺に埋設したことを特
    徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
  2. 【請求項２】 前記バイパス管路部は、前記エンジン
    冷却水による冷媒加熱後に分岐させることを特徴とする
    請求項１記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
  3. 【請求項３】 前記ガスエンジンから排出された排気
    ガスを加熱し、排気ガス熱交換器内で回収可能な熱エネ
    ルギ量を増加させる加熱手段を設けたことを特徴とする
    請求項１または２記載のガスヒートポンプ式空気調和装
    置。
  4. 【請求項４】 前記加熱手段が、燃焼器で燃料を燃焼
    させて発生した燃焼ガスを前記排気ガスへ供給する排気
    ガス加熱用燃焼装置であることを特徴とする請求項３記
    載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
  5. 【請求項５】 前記排気ガス加熱用燃焼装置の燃焼器
    を前記排気ガス熱交換器内に設置したことを特徴とする
    請求項４記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
  6. 【請求項６】 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系に排気ガス浄化用触媒を収
    納する触媒容器を配置し、前記排ガス加熱用燃焼装置の
    燃焼器を前記触媒容器の内部に設置したことを特徴とす
    る請求項４記載のガスヒートポンプ式空気調和装置。
  7. 【請求項７】 前記ガスエンジン下流側のエンジン冷
    却水系統に流路切換手段を備えたバイパス流路を形成
    し、該バイパス流路にエンジン冷却水の加熱手段を設け
    たことを特徴とする請求項１または２記載のガスヒート
    ポンプ式空気調和装置。
  8. 【請求項８】 前記加熱手段が、前記ガスエンジンと
    同一のガス燃料を燃焼させて加熱することを特徴とする
    請求項４から７のいずれかに記載ガスヒートポンプ式空
    気調和装置。
  9. 【請求項９】 前記加熱手段は、外気温検出手段が所
    定値以下の低温を検出した時に作動させることを特徴と
    する請求項３から８のいずれかに記載のガスヒートポン
    プ式空気調和装置。
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