JP2003075019A - ガスヒートポンプ式空気調和装置及び排気ガス加熱用燃焼装置 - Google Patents

ガスヒートポンプ式空気調和装置及び排気ガス加熱用燃焼装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低外気温時における暖房能力をより一層向上
させることができる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１１より排出された排気ガスから排気ガス熱交換
器３４でエンジン冷却水に廃熱を回収すると共に、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
を増加させる排気ガス加熱手段５５を設けた。

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及び排気ガス加熱用燃焼装置に係
り、特に、低外気温時の暖房能力を向上させる技術に関
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。従来のＧＨＰでは、ガスエンジンを
出た排気ガスが排気ガス熱交換器を通過する過程で廃熱
によってエンジン冷却水を加熱し、さらに、このエンジ
ン冷却水がガスエンジンのウォータージャケット内を流
れて冷却する過程においても吸熱して温度上昇する。こ
のようにしてガスエンジンの廃熱を回収することで高温
となったエンジン冷却水を水熱交換器に送れば、エンジ
ン冷却水が保有する熱によって冷媒を加熱することがで
きるようになるので、外気温が低い暖房運転時において
も、水熱交換器及び室外熱交換器が協働して冷媒を十分
に気化させることができる。
【０００７】しかしながら、上述した廃熱回収によって
得られる暖房能力の向上にも限度があるため、換言すれ
ば、回収可能な廃熱量にも限度があるため、低外気温時
の暖房能力向上には限界があった。特に、上述したＧＨ
Ｐを外気温度の低下が著しい寒冷地で暖房運転に使用す
るような場合、室外熱交換器における外気からの吸熱量
が極端に低下するので、冷媒を十分に気化させるのに必
要となる熱量を得ることは困難になる。従って、たとえ
ば外気温度が−１５℃以下となるような寒冷地における
暖房運転でも十分な暖房能力を発揮して、快適な室内環
境を提供できるガスヒートポンプ式空気調和装置とする
ためには、低外気温時においても冷媒を十分に気化させ
るだけの熱量をなんらかの手段によって確保し、暖房能
力をより一層向上させることが大きな課題となる。
【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、低外気温時における暖房能力をより一層向上させ
ることができる、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。また、本発明は、低外気温
時においてもガスヒートポンプ式空気調和装置に十分な
暖房能力を発揮させることができる、排気ガス加熱用燃
焼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排気ガスから排
気ガス熱交換器でエンジン冷却水に廃熱を回収すると共
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たことを特徴とする
ものである。
【００１０】このような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ので、排気ガス熱交換器に
おけるエンジン冷却水の吸熱量が増し、さらに、高温と
なったエンジン冷却水によって冷媒を加熱して気化を促
進するので、低外気温時における暖房能力を増すことが
できる。
【００１１】請求項１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が好ましく、これによ
り、容易かつ確実に排気ガスの熱エネルギ量を増すこと
ができる。（請求項２）
【００１２】請求項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ものが好まし
く、これにより、排気ガス熱交換器内におけるエンジン
冷却水の吸熱量を効率よく直接的に増加させることがで
きる。（請求項３）
【００１３】請求項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することが好まし
く、これにより、排気ガスの浄化と共に排気ガスの熱エ
ネルギ量を増すことができる。（請求項４）
【００１４】請求項１から４のいずれかに記載のガスヒ
ートポンプ式空気調和装置においては、前記加熱手段
を、外気温検出手段が所定値以下の低温を検出したとき
に作動させることが好ましく、これにより、暖房能力が
不足するような状況でのみ加熱手段を作動させるので、
装置全体としての運転効率を向上させることができる。
（請求項５）
【００１５】請求項２から５のいずれかに記載のガスヒ
ートポンプ式空気調和装置においては、前記燃焼器で燃
焼させる燃料が前記ガスエンジン駆動用と同一のガス燃
料であることが好ましく、これにより、ガスエンジンと
同様の燃料供給系を利用して安価なガス燃料による加熱
が可能になる。（請求項６）
【００１６】請求項７記載の排気ガス加熱用燃焼装置
は、ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンか
ら排出される排気ガスの流路に設置されて前記排気ガス
を加熱する排気ガス加熱用燃焼装置であって、中空の燃
焼器本体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズル
と、該燃焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給す
る燃料供給系と、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼させ
ることによって発生した燃焼ガスを前記燃焼器本体から
ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンより排
出される排気ガスに供給する燃焼ガス供給流路と、を具
備して構成したことを特徴とするものである。
【００１７】このような排気ガス加熱用燃焼装置によれ
ば、高温の燃焼ガスを容易に発生させて排気ガスに供給
し、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００１８】請求項８記載の排気ガス加熱用燃焼装置
は、ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンか
ら排出される排気ガスの流路に設置されて前記排気ガス
を加熱する排気ガス加熱用燃焼装置であって、排気ガス
熱交換器のケーシングと共用した中空の燃焼器本体と、
該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズルと、該燃焼ノズ
ルに燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給系と
を具備し、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼させること
によって前記燃焼器本体内に発生する燃焼ガスの熱量
が、前記ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジ
ンより排出されて前記燃焼器本体内を通過する排気ガス
に加算されるように構成したことを特徴とするものであ
る。
【００１９】このような排気ガス加熱用燃焼装置によれ
ば、排気ガス熱交換器内において発生した燃焼ガスの熱
量が直接排気ガスに加算されるので、排気ガス熱交換器
におけるエンジン冷却水の加熱を効率よく行うことがで
きる。
【００２０】請求項９記載の排気ガス加熱用燃焼装置
は、ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンか
ら排出される排気ガスの流路に設置されて前記排気ガス
を加熱する排気ガス加熱用燃焼装置であって、排気ガス
浄化用触媒を収納する触媒容器と共用した中空の燃焼器
本体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズルと、該
燃焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料
供給系とを具備し、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼さ
せることによって発生した燃焼ガスの熱量が、前記ガス
ヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンより排出さ
れて前記燃焼器本体内を通過する排気ガスに加算される
ように構成したことを特徴とするものである。
【００２１】このような排気ガス加熱用燃焼装置によれ
ば、ガスエンジンの排気ガス及び燃焼ガスの浄化を排気
ガス浄化用触媒で実施し、かつ、排気ガスに燃焼ガスの
熱量を加算して排気ガス温度を上昇させることができ
る。なお、排気ガス温度の上昇は、触媒による排気ガス
浄化作用を促進するという利点もある。
【００２２】
【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。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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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、排気ガス系５０及び
燃料吸入系６０の他、図示省略の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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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５２から大気へ放出される。
【００３５】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。
【００３６】さて、本発明では、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。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。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】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。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。
【００４０】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。
【００４１】このような暖房運転時において、特に外気
温度が低く外気から十分な吸熱ができない場合には、排
気ガス加熱手段５５を作動させて、ガスエンジンＧＥか
ら排出された排気ガスの熱エネルギ量を増加させてや
る。この結果、排気ガス熱交換器３４でエンジン冷却水
を加熱する熱エネルギ量が増加するので、エンジン冷却
水をより高温にして、換言すればより大きな熱エネルギ
量を保有した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。このようにすれば、低温低圧の
液冷媒は、水熱交換器１３においてエンジン冷却水から
より大きな熱エネルギを得て蒸発気化することができる
ので、たとえば外気温度が−１５℃以下の低温になるよ
うな寒冷地であっても、外気からの吸熱に頼ることなく
十分な熱量を確保することができる。すなわち、外気か
らの吸熱ができなくても、冷凍サイクルを機能させるの
に十分な加熱量を確保して、十分な暖房能力を発揮させ
ることができる。
【００４２】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。
【００４３】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。
【００４４】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、冷房運
転時においては、上述した排気ガス加熱手段５５は停止
した状態になっている。
【００４５】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１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３に示す第２の実施形態では、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。
【００４６】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。
【００４７】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。
【００４８】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。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。
【００４９】図４に示す第３の実施形態では、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２の実施形態（図３参照）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。
【００５０】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。
【００５１】図５に示す第４の実施形態では、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８０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２の実施形態（図３参照）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。
【００５２】さて、排気ガス浄化用触媒８０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８０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８０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。
【００５３】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
なる寒冷地においても、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るように
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５
５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。
【００５４】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。
【００５５】
【発明の効果】本発明のガスヒートポンプ式空気調和装
置及び排気ガス加熱用燃焼装置によれば、以下の効果を
奏する。 （１）請求項１記載の発明によれば、ガスエンジンから
排出される排気ガスが保有している熱エネルギ量を増加
させるための排気ガス加熱手段を設けたので、排気ガス
熱交換器においてエンジン冷却水が排気ガスから吸熱可
能な熱量を増加させることができる。このため、外気温
度が低い場合に暖房運転を行っても、排気ガス熱交換器
における排気ガスからの吸熱量が増し、水熱交換器にお
いては高温となったエンジン冷却水による冷媒加熱量も
増加するので、冷凍サイクルを維持して快適な室内環境
を提供する暖房運転を行うことができる。
【００５６】（２）請求項７記載の発明によれば、中空
の燃焼器本体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズ
ルと、該燃焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給
する燃料供給系と、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼さ
せることによって発生した燃焼ガスを前記燃焼器本体か
らガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンより
排出される排気ガスに供給する燃焼ガス供給流路と、を
具備して排気ガス加熱用燃焼装置を構成したので、高温
の燃焼ガスを容易に発生させて排気ガスに供給すること
ができる。このため、外気温度が低い場合に暖房運転を
行っても、排気ガス熱交換器における排気ガスからの吸
熱量が増し、水熱交換器においては高温となったエンジ
ン冷却水による冷媒加熱量も増加するので、冷凍サイク
ルを維持して快適な室内環境を提供する暖房運転を行う
ことができる。
【００５７】（３）請求項８記載の発明によれば、排気
ガス熱交換器のケーシングと共用した中空の燃焼器本体
と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズルと、該燃焼
ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供給
系とを具備し、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼させる
ことによって前記燃焼器本体内に発生する燃焼ガスの熱
量が、前記ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエン
ジンより排出されて前記燃焼器本体内を通過する排気ガ
スに加算されるように排気ガス加熱用燃焼装置を構成し
たので、排気ガス熱交換器内において発生した燃焼ガス
の熱量が直接排気ガスに加算され、排気ガス熱交換器に
おけるエンジン冷却水の加熱を効率よく行うことができ
る。このため、外気温度が低い場合に暖房運転を行って
も、排気ガス熱交換器における排気ガスからの吸熱量が
増し、水熱交換器においては高温となったエンジン冷却
水による冷媒加熱量も増加するので、冷凍サイクルを維
持して快適な室内環境を提供する暖房運転を行うことが
できる。
【００５８】（４）請求項９記載の発明は、排気ガス浄
化用触媒を収納する触媒容器と共用した中空の燃焼器本
体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズルと、該燃
焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料供
給系とを具備し、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼させ
ることによって発生した燃焼ガスの熱量が、前記ガスヒ
ートポンプ式空気調和装置のガスエンジンより排出され
て前記燃焼器本体内を通過する排気ガスに加算されるよ
うに排気ガス加熱用燃焼装置を構成したので、ガスエン
ジンの排気ガス及び燃焼ガスの浄化を排気ガス浄化用触
媒で実施し、同時に、排気ガスに燃焼ガスの熱量を加算
して排気ガス温度を上昇させることができる。このた
め、外気温度が低い場合に暖房運転を行っても、排気ガ
ス熱交換器における排気ガスからの吸熱量が増し、水熱
交換器においては高温となったエンジン冷却水による冷
媒加熱量も増加するので、冷凍サイクルを維持して快適
な室内環境を提供する暖房運転を行うことができる。ま
た、排気ガス温度が上昇した状態で浄化を行えば、触媒
による浄化が促進されるので、より浄化されたクリーン
な排気ガスを大気中に放出することが可能となる。
【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、暖房運転時の状態
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、冷房運転時の状態
を示している。
【図３】 本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装
置の第２の実施形態を示す要部の構成図である。
【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３の実施形態を示す要部の構成図である。
【図５】 本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装
置の第４の実施形態を示す要部の構成図である。
【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 ５０ 排気ガス系 ５５ 排気ガス加熱手段 ６０ 燃料吸入系 ７０，７０Ａ，７０Ｂ 排気が明日加熱用燃焼装置
（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 ８０ 排気ガス浄化用触媒
───────────────────────────────────────────────────── 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 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排気ガスから排気ガス熱交換器でエ
    ンジン冷却水に廃熱を回収すると共に、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２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ときに作動させることを特徴
    とする請求項１から４のいずれかに記載のガスヒートポ
    ンプ式空気調和装置。
  6. 【請求項６】 前記燃焼器で燃焼させる燃料は、前記
    ガスエンジン駆動用と同一のガス燃料であることを特徴
    とする請求項２から５のいずれかに記載のガスヒートポ
    ンプ式空気調和装置。
  7. 【請求項７】 ガスヒートポンプ式空気調和装置のガ
    スエンジンから排出される排気ガスの流路に設置されて
    前記排気ガスを加熱する排気ガス加熱用燃焼装置であっ
    て、 中空の燃焼器本体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼
    ノズルと、該燃焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で
    供給する燃料供給系と、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃
    焼させることによって発生した燃焼ガスを前記燃焼器本
    体からガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジン
    より排出される排気ガスに供給する燃焼ガス供給流路
    と、を具備して構成したことを特徴とする排気ガス加熱
    用燃焼装置。
  8. 【請求項８】 ガスヒートポンプ式空気調和装置のガ
    スエンジンから排出される排気ガスの流路に設置されて
    前記排気ガスを加熱する排気ガス加熱用燃焼装置であっ
    て、 排気ガス熱交換器のケーシングと共用した中空の燃焼器
    本体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズルと、該
    燃焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給する燃料
    供給系とを具備し、前記燃焼ノズルで前記燃料を燃焼さ
    せることによって前記燃焼器本体内に発生する燃焼ガス
    の熱量が、前記ガスヒートポンプ式空気調和装置のガス
    エンジンより排出されて前記燃焼器本体内を通過する排
    気ガスに加算されるように構成したことを特徴とする排
    気ガス加熱用燃焼装置。
  9. 【請求項９】 ガスヒートポンプ式空気調和装置のガ
    スエンジンから排出される排気ガスの流路に設置されて
    前記排気ガスを加熱する排気ガス加熱用燃焼装置であっ
    て、 排気ガス浄化用触媒を収納する触媒容器と共用した中空
    の燃焼器本体と、該燃焼器本体内に設置された燃焼ノズ
    ルと、該燃焼ノズルに燃料及び空気を所定の割合で供給
    する燃料供給系とを具備し、前記燃焼ノズルで前記燃料
    を燃焼させることによって発生した燃焼ガスの熱量が、
    前記ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンよ
    り排出されて前記燃焼器本体内を通過する排気ガスに加
    算されるように構成したことを特徴とする排気ガス加熱
    用燃焼装置。
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