JP2005037008A

JP2005037008A - Air conditioner

Info

Publication number: JP2005037008A
Application number: JP2003197868A
Authority: JP
Inventors: Tateji Morishima; 立二森島; Hideaki Kasahara; 秀晃笠原; Fumio Aoi; 文男青井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air-conditioner capable of maintaining the heating capacity even when the load on a compressor is reduced, and maintaining the refrigeration cycle at high efficiency. <P>SOLUTION: In the air-conditioner 10 in which a refrigeration cycle is constituted by circulating refrigerant by a compressor 11 with a gas engine GE as a drive source, waste heat from the gas engine GE is recovered to engine cooling water, and the refrigerant is heated by a water heat exchanger 33 through which the engine cooling water passes, a generator 60 to generate the same voltage/frequency as those of the commercial power supply is provided with the gas engine GE as a drive source thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気調和装置に関し、空気調和装置としては特に、圧縮機をガスエンジン（内燃機関）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エンジン冷却水を液冷媒の加熱源として利用するガスヒート式の空気調和装置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「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「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（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２８０７３６号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガスエンジンにより圧縮機のみが駆動される従来の空気調和装置では、圧縮機の負荷だけがガスエンジンの負荷としてかかるため、圧縮機の負荷が減った場合（すなわち、空調負荷が減った場合）、これに伴ってガスエンジンの負荷が減少し、ガスエンジンの廃熱が減り、エンジン冷却水の温度が低下して、水熱交換器で冷媒を十分に温めることができず、暖房能力が低下してしまうおそれがあった。
一方、このような暖房能力の低下を極力抑えるため、別途室外に熱交換器を設けて、冷媒が外気から吸熱できるようにしていた。しかしながらこの場合、冷媒の蒸発温度を外気温度よりも低くする必要があり、冷媒の蒸発圧力（低圧）は０．４Ｍｐａ程度になり、暖房運転時には高圧を２Ｍｐａ程度にまで圧縮機で圧縮する必要があって、冷凍サイクルの効率が悪くなってしまうといった問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、圧縮機の負荷が減少した場合でも暖房能力を維持することができるとともに、冷凍サイクルを高効率に保つことのできる空気調和装置を提供することを目的とする。
【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。
本発明による空気調和装置においては、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、前記エンジンからの廃熱をエンジン冷却水に回収するとともに、該エンジン冷却水が通過する水熱交換器によって冷媒を加熱するように構成された空気調和装置において、前記エンジンを駆動源とするとともに、商用電源と同じ電圧・周波数を発生する発電機が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このような空気調和装置によれば、圧縮機の負荷と発電機の負荷がエンジンの負荷として加わるため、仮に圧縮機の負荷がゼロになったとしても発電機の負荷が少なくともエンジンにかかり、エンジン冷却水の水温が高温に維持されるとともに、このエンジン冷却水により水熱交換器で冷媒が温められることとなる。
【００１１】
本発明による空気調和装置においては、前記冷媒の経路に、前記水熱交換器と並列に空気熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このような空気調和装置によれば、水熱交換器および／または空気熱交換器を冷媒が通過することとなる。すなわち、水熱交換器を通過する冷媒はエンジン冷却水と熱交換され、空気熱交換器を通過する冷媒は外気と熱交換されることとなる。
【００１３】
本発明による空気調和装置においては、前記エンジン冷却水の経路に、前記水熱交換器と並列又は直列に給湯装置が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
このような空気調和装置によれば、水熱交換器および／または給湯装置をエンジン冷却水が通過することとなる。すなわち、水熱交換器を通過するエンジン冷却水は冷媒と熱交換され、給湯装置を通過するエンジン冷却水は真水と熱交換されることとなり、エンジンの排熱は十分に利用される。
【００１５】
本発明による空気調和装置においては、前記給湯装置には、追い焚き機能が付加されていることを特徴とする。
【００１６】
このような空気調和装置によれば、給湯装置を通過する真水が追い焚き機能により加熱され温水とされる。
【００１７】
本発明による空気調和装置においては、前記エンジンはガスエンジンなどの内燃機関であることを特徴とする。
【００１８】
このような空気調和装置によれば、圧縮機と発電機とを駆動する駆動源として、比較的安価である都市ガスなどを燃料として利用することのできるガスエンジンが利用される。
【００１９】
本発明による空気調和装置においては、室内機の運転状態を検知するシステムコントローラと、前記システムコントローラからの信号により前記エンジンの運転状態を制御するエンジンコントローラと、前記発電機の発電量を調節する発電コントローラと、を具備しており、これらシステムコントローラ、エンジンコントローラ、および発電コントローラからの信号を受信し、あるいはこれらコントローラに信号を送信する遠隔監視装置とを具備することを特徴とする。
【００２０】
このような空気調和装置によれば、システムコントローラと遠隔監視装置との間、エンジンコントローラと遠隔監視装置との間、および発電コントローラと遠隔監視装置との間で信号（あるいはデータ）のやりとりが行われる。
【００２１】
本発明による空気調和装置においては、室内機の運転状態を検知するシステムコントローラと、前記システムコントローラからの信号により前記エンジンの運転状態を制御するエンジンコントローラと、前記発電機の発電量を調節する発電コントローラと、前記給湯装置の加熱量を調整する給湯コントローラと、を具備しており、これらシステムコントローラ、エンジンコントローラ、発電コントローラ、および給湯コントローラからの信号を受信し、あるいはこれらコントローラに信号を送信する遠隔監視装置とを具備することを特徴とする。
【００２２】
このような空気調和装置によれば、システムコントローラと遠隔監視装置との間、エンジンコントローラと遠隔監視装置との間、発電コントローラと遠隔監視装置との間、および給湯コントローラと遠隔監視装置との間で信号（あるいはデータ）のやりとりが行われる。
このようにすれば、圧縮機の負荷が小さいとき発電機負荷を大きくしてエンジン負荷を略一定に保持して、エンジン排熱を有効に利用できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による空気調和装置の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る空気調和装置１０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２０と、室外機ユニット（室外機）３０とを具備して構成されたものである。
なお、１台または複数台（本実施形態では３台）の室内機２１からなる室内機ユニット２０と室外機ユニット３０との間はそれぞれ、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。
【００２４】
室内機ユニット２０を構成する室内機２１はそれぞれ図示しない熱交換器を具備しており、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（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。なお、室内機２１の熱交換器と三方弁３２との間には図示しない絞り機構が設けられている。前記絞り機構は特に冷房運転時には膨張弁として機能する。暖房運転時は必ずしも膨張弁相当の機能は無くてもよく冷媒流量の調整機能があればよい。
【００２５】
室外機ユニット３０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、圧縮機や水熱交換器などの機器を中心として室内機ユニット２０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。
【００２６】
冷媒回路部内には、圧縮機１１、四方弁１２、水熱交換器（水熱交）３３、空気熱交換器３１、三方弁３２、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（内燃機関）ＧＥを駆動源として運転され、四方弁１２を冷房と暖房に応じて切りかえることにより、冷房運転時には室内機２１内に設けられた室内熱交換器で気化した冷媒、暖房運転時には水熱交換器３３で加熱され蒸発気化したガス冷媒を圧縮又はポンプして、吐出する。これにより室内機２１を通して室内気を冷却又は加熱する（冷房又は暖房）を行なうことが可能となる。
【００２７】
水熱交換器３３は、冷房運転時には空気熱交換器３１と共に高温高圧のガス冷媒の一部を凝縮液化させコンデンサとして機能し、逆に暖房運転時には液冷媒の全部を加熱して蒸発気化させる加熱器として機能する。つまり、冷暖房それぞれの運転時において、水熱交換器３３は、先の室内機２１の熱交換器が冷却器として作動するとき凝縮器として作用し、加熱器として作動するときは加熱器としての働きを行うことになる。
【００２８】
また、水熱交換器３３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、冷媒はガスエンジンＧＥのエンジン冷却水を熱源として加熱され気化されるので廃熱を十分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。
ただし、このとき圧縮機１１はガスポンプとして作動すれば良いのでガスを循環させるに要する動力は小さい。
したがってエンジン負荷が減少して排熱が減少してくるので、この場合には発電機負荷を大きくしてエンジン負荷が低下しない様に制御するのが好ましい。
【００２９】
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４０、および指令系５０の他、図示省略の排気ガス系、燃料吸入系、および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。
【００３０】
冷却水系４０は、水量弁（あるいは流量制御弁）４１、ラジエタ４２、水ポンプ（あるいは冷却水ポンプ）４３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。このエンジン冷却水は、ガスエンジンＧＥのウォータジャケット内を流れて冷却する過程において吸熱するとともに、ガスエンジンＧＥを出た排気ガスが後述する排気ガス熱交換器（排ガス熱交）４４を通過する過程で廃熱によって加熱される。
【００３１】
水量弁４１は、水熱交換器３３および／またはラジエタ４２に流す水量を制御するための弁である。ラジエタ４２は、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のものである。水ポンプ４３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たものである。この他冷却水系４０には、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リザーバタンク（図示せず）が設けられている。
【００３２】
冷却水系４０には、上記した構成の他に排気ガス熱交換器４４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４０には先に説明した水熱交換器３３が備えられ、冷媒回路部及び冷却水系４０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３３を通して冷媒に与えられる仕組みになっている。
【００３３】
指令系（エンジン系統制御系）５０は、エンジンコントローラ５１を備え、各室内機２１からの信号に応じてガスエンジンＧＥおよび水量弁４１を制御するための系である。
各室内機２１から送られてくる信号としては、たとえば現在その室外機２１が運転中であるか否か、また運転中である場合には現在の室温と設定された温度との差などである。
エンジンコントローラ５１は、各室内機２１から送られてきた信号に基づいてガスエンジンＧＥのスロットル開度を制御するとともに、ガスエンジンＧＥの運転状態を制御するものである。
また同時に、エンジンコントローラ５１は各室内機２１から送られてきた信号に基づいて水量弁４１の弁開度、すなわち水熱交換器３３およびラジエタ４２への分配量を制御するものである。
【００３４】
室外機ユニット３０には、発電機６０と発電コントローラ６１とが設けられている。発電機６０はガスエンジンＧＥを駆動源とするとともに、商用電源と同じ電圧・周波数を発生するものである。発電コントローラ６１は発電機の発電量を調節するとともに、発電機６０で作り出された電気エネルギーを商用電源に重畳するものである。発電コントローラ６１を通過した余剰分の電気エネルギーは、たとえば電灯やコンセントなどの負荷において消費される。
このように、室外機ユニット３０では、１台のガスエンジンＧＥが圧縮機１１および発電機６０の駆動源として使用されるため、ガスエンジンＧＥの負荷（空調負荷＋発電負荷）が高くなる。このため、排気ガス温度が上昇するとともにエンジン自体の温度が上昇して、エンジン冷却水の温度が高くなる。
【００３５】
以下に、上記構成からなる空気調和装置１０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。
暖房運転時、冷媒は図１の矢印実線に示す方向、すなわち圧縮機１１→四方弁１２→室内機２１→三方弁３２→水熱交換器３３→四方弁１２→圧縮機１１の順に流れる。このとき、三方弁３２から空気熱交換器３１への流路は閉止されている。
すなわち、圧縮機１１で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、室内機２１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。
【００３６】
こうして中温中圧のガスとなった冷媒は、四方弁１２を経て圧縮機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の作動により若干圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって再び室内機２１に送られるので、冷媒の相変化を繰り返す暖房サイクルを形成することができる。
【００３７】
この暖房時の冷媒サイクルを図４（ａ）に示す。ここで、図４（ａ）は暖房運転時のモリエ線図（Ｍｏｌｌｉｅｒｃｈａｒｔ）である。図に示したように、圧縮機１１がガスポンプとして機能することにより▲１▼から▲２▼へと状態が遷移し、室内機２１における室内気への熱供給により▲２▼から▲３▼へと遷移する。このとき、室内機２１における熱交換器の圧損などにより圧力降下が生じる。その後、水熱交換器３３により加温され▲３▼から▲１▼へと遷移する。
【００３８】
一方、エンジン冷却水はつぎのように流れる。はじめに、水量弁４１がラジエタ４２のみへの流れを許容している場合、エンジン冷却水は水ポンプ４３→排気ガス熱交換器４４（および／またはウォータジャケット）→水量弁４１→ラジエタ４２→水ポンプ４３の順に流れる。また、水量弁４１が水熱交換器３３のみへの流れを許容している場合、エンジン冷却水は水ポンプ４３→排気ガス熱交換器４４（および／またはウォータジャケット）→水量弁４１→水熱交換器３３→水ポンプ４３の順に流れる。
このように水量弁４１は、水熱交換器３３あるいはラジエタ４２のいずれか一方にのみエンジン冷却水を流すようにすることもできるし、エンジン冷却水の温度や室内機２１の運転条件に応じてこれら両方を適宜選択することが可能である。水量弁４１の弁開度は、前述したようにエンジンコントローラ５１からの信号により調整されるようになっている。すなわち、室内空間の要求（室内機運転台数や室温と設定温度との差）に応じて、水熱交換器３３、ラジエタ４２それぞれへのエンジン冷却水の流量が調整されるようになっている。
【００３９】
続いて、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、冷媒の流れは前述した暖房運転時とは逆方向（図１の矢印破線に示す方向）となる。すなわち、圧縮機１１→四方弁１２→空気熱交換器３１→三方弁３２→室内機２１→四方弁１２→圧縮機１１の順に流れる。このとき、水熱交換器３３から三方弁３２への流路は閉止されている。
すなわち、高温高圧のガス冷媒は空気熱交換器３１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、前述した図示しない絞り機構を介して減圧されて低温低圧の液冷媒となり、室内機２１で空気を冷却し自らは蒸発気化する。したがって室内器２０はエバポレータとして機能する。
【００４０】
室内機２１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、圧縮機１１へ導かれる。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空気熱交換器３１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。
この冷房時の冷媒サイクルを図４（ｂ）に示す。ここで、図４（ｂ）は冷房運転時のモリエ線図（Ｍｏｌｌｉｅｒｃｈａｒｔ）である。図に示したように、圧縮機１１により１から２へと状態が遷移し、空気熱交換器３１により２から３へと遷移し、絞り機構により３から４へと遷移し、室内機２１における室内気からの熱吸収により４から１へと遷移する。
なお、冷房運転時において、水量弁４１はラジエタ４２への流路のみを開放した状態とされ、水熱交換器３３への流路は閉鎖された状態になっている。
【００４１】
一方、エンジン冷却水は、水ポンプ４３→ガスエンジンＧＥのウォータジャケット→水量弁４１→ラジエタ４２→水ポンプ４３の順に流れ、ラジエタ４２で目一杯放熱されることとなる。
【００４２】
上記のように構成された空気調和装置１０では、ガスエンジンＧＥに圧縮機１１および発電機６０の両方の負荷がかかる。そのため、仮に圧縮機１１の負荷がゼロになったとしても発電機６０の負荷が少なくともガスエンジンＧＥにかかっているので、エンジン冷却水の水温を高温（たとえば約７０℃）に維持することができ、水熱交換器３３で冷媒を十分に温めることができて、暖房能力の低下を防ぐことができる。
また、水熱交換器３３を通過する冷媒が高温のエンジン冷却水により温められることにより、水熱交換器３３の出口における冷媒の圧力を２Ｍｐａ弱とすることができるので、圧縮機１１における圧縮仕事を大幅に低減させることができ、冷凍サイクルの効率を大幅に向上させることができる。
さらに、発電機６０で作り出された電気エネルギーが、たとえば電灯やコンセントなどの負荷として消費されることとなるので、商用電源の消費電力量を低減させることができる。
【００４３】
なお、圧縮機１１の負荷が減少したときに、発電コントローラ６１により発電機６０の負荷を増加させて発電量を増加させることもできる。これによりエンジン冷却水の温度を増加（たとえば約７５℃）させて冷凍サイクルの効率をさらに向上させることができるとともに、商用電源の消費電力量をさらに低減させることができる。
逆に、エンジン冷却水の温度がある程度低くてもいいような場合（たとえば約６０℃でいいような場合）には、発電コントローラ６１により発電機６０の負荷を減少させて発電量を減少させることもできる。これによりガスエンジンＧＥの負荷が減少し、ガスエンジンＧＥの燃料消費量を抑制することができる。
【００４４】
図２を用いて本発明による空気調和装置の第２実施形態について説明する。本実施形態の空気調和装置１１０は、給湯系７０が新設されている点で、上述した第１実施形態のものと異なる。その他の点については第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。なお、本実施形態において第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００４５】
空気熱交換器３１は、冷媒回路部において前述した水熱交換器３３と並列に配置されたものであり、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ものである。つまり、冷暖房それぞれの運転時において、空気熱交換器３１は、先の室内熱交換器とは逆の働きを行うことになる。
【００４６】
三方弁３２は、冷媒配管２に設けられた冷媒の流路や流れ方向を選択切り換えする弁であり、室内機２１を出た冷媒を水熱交換器３３あるいは空気熱交換器３１のいずれか一方あるいは両方に流すためのものである。
【００４７】
給湯系７０は、第２の水量弁（水量弁２）７１と給湯装置７２とを主たる要素として構成されたものである。
第２の水量弁７１は、第１実施形態のところで説明した水量弁（以下、第１の水量弁（水量弁１）という。）４１とラジエタ４２との間に配置され、給湯装置７２および／またはラジエタ４２に流す水量を制御するための弁である。
【００４８】
給湯装置７２の内部には、貯水槽７３と追い焚き装置（追い焚き機能）７４が設けられている。
貯水槽７３は、たとえば水道管から供給される真水（清水：ｆｒｅｓｈｗａｔｅｒ）Ｆ．Ｗ．を一時溜めておくためのものである。
また、追い焚き装置７４は、貯水槽７３内に溜められた真水Ｆ．Ｗ．を、たとえば電気やガスなどを使って加熱し、お湯にするものである。
【００４９】
第２の水量弁７１と貯水槽７３との間、および貯水槽７３と水熱交換器３３の出口側配管との間には、エンジン冷却水を循環させる配管が設けられている。これにより、第１の水量弁４１から第２の水量弁７１に導かれたエンジン冷却水の一部あるいは全部は、給湯装置７２の貯水槽７３に導かれ、貯水槽７３内の真水Ｆ．Ｗ．との熱交換がなされた後、水熱交換器３３の出口側配管に戻されて、水ポンプ４３に導かれるようになっている。なお、エンジン冷却水と真水Ｆ．Ｗ．とは一切混じり合うことがないよう、完全に別系統とされている。
【００５０】
上記のように構成された空気調和装置１１０では、たとえば圧縮機１１の負荷（空調負荷）が高く、ガスエンジンＧＥの負荷が高い場合、多くのエンジン廃熱をエンジン冷却水で回収して、高温（たとえば約７５℃）のエンジン冷却水を得ることができるので、このエンジン冷却水を水熱交換器３３および給湯装置７２の両方に供給することができる。
したがって、水熱交換器３３で冷媒を十分に温めることができて、暖房能力を向上させることができるとともに、圧縮機１１における圧縮仕事を大幅に低減させることができ、冷凍サイクルの効率を大幅に向上させることができる。
また、給湯装置７２で真水を加熱して温水とし、必要な箇所に温水を提供することができる。
さらに、発電機６０で作り出された電気エネルギーが、たとえば電灯やコンセントなどの負荷として消費されることとなるので、商用電源の消費電力量を低減させることができる。
【００５１】
一方、発電機６０の負荷はそのままで、圧縮機１１の負荷（空調負荷）が低下し、ガスエンジンＧＥの負荷が下がった場合（第１実施形態のところで説明したのと同様の場合）には、第１の水量弁４１から水熱交換器３３への流路を開放するとともに、第１の水量弁４１から第２の水量弁７１への流路を閉鎖して、エンジン冷却水が水熱交換器３３にのみ導かれるようにする。
このようにすることにより、前述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
この場合、貯水槽７３内に溜められた真水Ｆ．Ｗ．は、追い焚き装置７４により加熱され、温水となる。
【００５２】
また、発電機６０の負荷はそのままで、圧縮機１１の負荷（空調負荷）が低下し、ガスエンジンＧＥの負荷が下がった場合（第１実施形態のところで説明したのと同様の場合）に、第１の水量弁４１から水熱交換器３３への流路を閉鎖するとともに、第１の水量弁４１から第２の水量弁７１への流路を開放して、エンジン冷却水が給湯装置７２に導かれるようにする。
これにより、貯水槽７３内に溜められた真水Ｆ．Ｗ．を温水とすることができるとともに、必要な箇所にこの温水を供給（給湯）することができる。
この場合、三方弁３２から水熱交換器３３への流路は閉鎖されているとともに、三方弁３２から空気熱交換器３１への流路は開放されているので、室内機２１を出て冷媒配管２を通過した冷媒はすべて空気熱交換器３１に導かれて、この空気熱交換器３１で外気と熱交換されることとなる。
【００５３】
発電機６０の負荷はそのままで、圧縮機１１の負荷（空調負荷）が低下し、ガスエンジンＧＥの負荷が下がった場合、エンジン冷却水を水熱交換器３３の方に流すか、あるいは給湯装置７２の方に流すかは、ユーザが暖房を重視するかあるいは給湯を重視するかで決まる。
すなわち、ユーザが空調（すなわち暖房）を優先したい場合には、エンジン冷却水の全部を水熱交換器３３に導き、水熱交換器３３で冷媒を十分に温めることにより、暖房能力を向上させることができる。また、ユーザが給湯を優先したい場合には、エンジン冷却水の全部を給湯装置７２に導き、給湯装置７２で真水を温めることにより、お湯を作り出すことができる。
【００５４】
なお、圧縮機１１の負荷が減少したときに、発電コントローラ６１により発電機６０の負荷を増加させて発電量を増加させることもできる。これによりエンジン冷却水の温度を増加（たとえば約７５℃）させて、エンジン冷却水を水熱交換器３３と給湯装置７２との両方に供給することもできる。
【００５５】
図３を用いて本発明による空気調和機の第３実施形態について説明する。本実施形態の空気調和装置２１０は、図２に示す第２実施形態のものに遠隔監視・設定変更システム２２０を組み入れたものである。この遠隔監視・設定変更システム２２０以外の点については第２実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。なお、本実施形態において第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００５６】
遠隔監視・設定変更システム２２０は、遠隔監視装置２２１とシステムコントローラ２２２と給湯コントローラ２２３とを主たる要素として構成されたものである。
システムコントローラ２２２は、各室内機２１から送られてくる信号、たとえば現在その室外機２１が運転中であるか否か、また運転中である場合には現在の室温と設定された温度との差などの信号を受信し、その信号に基づく信号をエンジンコントローラ５１に送信するものである。
給湯コントローラ２２３は、第２の水量弁７１を通過して貯水槽７３に導かれるエンジン冷却水の温度データおよび／または給湯装置７２から出ていくお湯（図３における「給湯」）の温度データを受信するとともに、第２の水量弁７１の流路および弁開度を調整する信号、および追い焚き装置７４による加熱量を制御する信号を送信するものである。
すなわち、給湯コントローラ２２３でエンジン冷却水の温度および給湯温度を検知し、それに基づいて第２の水量弁７１および追い焚き装置７４を操作して、所望温度の給湯が実現可能となっている。
【００５７】
遠隔監視装置２２１は各コントローラ、すなわちエンジンコントローラ５１、発電コントローラ６１、システムコントローラ２２２、および給湯コントローラ２２３のそれぞれと信号のやりとりが相互に可能となるように構成されている。言い換えれば、各コントローラ５１，６１，２２２，２２３で受信された信号（あるいはデータ）は、リアルタイムで遠隔監視装置２２１に送られてくるとともに、遠隔監視装置２２１に設けられた、たとえばディスプレイ（表示器）などに表示されるようになっている。また、遠隔監視装置２２１から手動あるいは自動で指令を送ることができ、ガスエンジンＧＥや発電機６１の運転状態を適宜変更したり、各コントローラに設けられたメモリスティックなどのデータを書き換えることもできる。
【００５８】
遠隔監視・設定変更システム２２０を組み入れることにより、ガスエンジンＧＥ、発電機６１、空調、あるいは給湯の異常などを遠隔地で検知することができる。
ガスエンジンＧＥの異常は、発電負荷・空調負荷より算出したエンジン負荷に対する、ガスエンジンＧＥの回転数と吸気管圧力・ガス消費量で検知することができる。
発電機６１の異常は、予測発電量に対する、実際の発電機の回転数・電流・電圧で検知することができる。
空調の異常、すなわち圧縮機１１の異常は、室内機２１の要求負荷に対する、圧縮機１１の回転数・高圧・低圧・吐出温度・吸入温度で検知することができる。
給湯の異常は、第２の水量弁７１の開度・エンジン冷却水の温度・追い焚き装置７４の運転状態・給湯温度で検知することができる。
【００５９】
遠隔監視装置２２１に送られてきたデータから、ガスエンジンＧＥ、発電機６１、空調、あるいは給湯に異常の兆候があれば、各地区のサービス部門に連絡を取り、ユーザへの出張サービスを行うようにする。
これにより、空気調和装置２１０の機能が完全に停止してしまう前に保守・整備を行うことができて、空気調和装置２１０の早期復帰を図ることができるとともに、修理費用および修理に要する作業時間を最小限にとどめることができる。
【００６０】
一方、遠隔監視装置２２１から適宜指令を送ることにより、ガスエンジンＧＥや発電機６１、あるいは給湯装置７２の運転状態を適宜変更したり、各コントローラに設けられたメモリスティックなどのデータを書き換えることができるので、常時、空調システム２１０を現在の使用実態にあった状態に維持する（あるいは実情にあったものに更新していく）ことができる。
【００６１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、いかようにも変形・変更実施可能なものである。
たとえば、上述した遠隔監視・設定変更システム２２０は、図１に示す第１実施形態にも適用することができる。ただしこの場合には、給湯装置７２がないので、給湯コントローラ２２３は省略される。
【００６２】
また、発電機の容量としては１０ｋＷ未満のものを想定している。これは、容量が１０ｋＷ未満であれば、その取り扱いに際して「電気主任技術者」の資格が不要となるからである。すなわち、このような資格を有していないコンビニ店経営のオーナーやファミリーレストランなどの店主の方々も自由に取り扱うことができるものとなる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の空気調和装置によれば、以下の効果を奏する。
圧縮機の負荷と発電機の負荷がエンジンの負荷として加わるため、仮に圧縮機の負荷がゼロになったとしても発電機の負荷が少なくともエンジンにかかり、エンジン冷却水の水温が高温に維持されることとなるので、このエンジン冷却水により冷媒を温めることができて、暖房能力を向上させることができる。
また、水熱交換器を通過する冷媒が高温のエンジン冷却水により温められることにより、水熱交換器の出口における冷媒の圧力が高められることとなるので、圧縮機における圧縮仕事を大幅に低減させることができ、冷凍サイクルの効率を大幅に向上させることができる。
さらに、発電機で作り出された電気エネルギーが、たとえば電灯やコンセントなどの負荷により消費されることとなるので、商用電源の消費電力量を低減させることができる。
【００６４】
水熱交換器と並列に空気熱交換器が設けられているので、これら水熱交換器および空気熱交換器のいずれか一方あるいは両方を適宜必要に応じて選択することができて、よりきめ細やかな空調が実現可能となる。
【００６５】
エンジン冷却水が給湯装置を通過し、この給湯装置でエンジン冷却水と真水との間で熱交換が行われることとなるので、真水の温度を上昇させて温水を作ることができる。
【００６６】
給湯装置を通過する真水が追い焚き機能により加熱されることとなるので、真水の温度を上昇させて温水を作ることができる。
【００６７】
圧縮機と発電機とを駆動する駆動源として、比較的安価である都市ガスなどを燃料として利用することのできるガスエンジンが利用されるので、運転費（ランニングコスト）を低減させることができるとともに、大気を汚染することのない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。
【００６８】
システムコントローラ、エンジンコントローラ、発電コントローラ、あるいは給湯コントローラからの信号（あるいはデータ）を遠隔監視装置で受信することにより、空調、エンジン、発電機、あるいは給湯の異常などを遠隔地で検知することができる。
また、遠隔監視装置からシステムコントローラ、エンジンコントローラ、発電コントローラ、あるいは給湯コントローラに適宜指令を送ることにより、エンジンや発電機、あるいは給湯装置の運転状態を適宜変更したり、各コントローラに設けられたメモリスティックなどのデータを書き換えることができて、常時、空調システムを現在の使用実態にあった状態に維持する（あるいは実情にあったものに更新していく）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による空気調和装置の第１実施形態を示す系統図である。
【図２】本発明による空気調和装置の第２実施形態を示す系統図である。
【図３】本発明による空気調和装置の第３実施形態を示す系統図である。
【図４】本発明による空気調和機を使用したときのモリエ線図であって、（ａ）は暖房運転時のもの、（ｂ）は冷房運転時のものである。
【符号の説明】
１０空気調和装置
１１圧縮機
１２四方弁
３１空気熱交換器
３２三方弁
３３水熱交換器
５１エンジンコントローラ
６０発電機
６１発電コントローラ
７２給湯装置
７４追い焚き装置（追い焚き機能）
１１０空気調和装置
２１０空気調和装置
２２１遠隔監視装置
２２２システムコントローラ
２２３給湯コントローラ
ＧＥガスエンジン（内燃機関）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner, and particularly as an air conditioner, a gas heat that drives a compressor by a gas engine (internal combustion engine) and uses engine cooling water of the gas engine as a heating source for liquid refrigerant during heating operation. The present invention relates to a type air conditioner.
[0002]
[Prior art]
An air conditioner that performs an air conditioning operation such as air conditioning using a heat pump includes a refrigerant circuit including elements such as an indoor heat exchanger, a compressor, an outdoor heat exchanger, and a throttle mechanism. Indoor air conditioning is realized by exchanging heat with indoor air (hereinafter referred to as “inside air”) and outside air in the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger, respectively, while the refrigerant goes around the circuit. In addition, the refrigerant circuit may be provided with a refrigerant heater for directly heating the refrigerant itself, rather than relying solely on receiving the heat of the refrigerant by the outdoor heat exchanger (during heating operation). .
[0003]
Incidentally, in recent years, a power source for a compressor provided in the above-described refrigerant circuit has been developed that uses a gas engine instead of a normally used electric motor. An air conditioner using this gas engine is generally called a gas heat pump type air conditioner (hereinafter abbreviated as “GHP”). According to this GHP, since relatively inexpensive city gas or the like can be used as fuel, running cost is increased like an air conditioner (hereinafter abbreviated as “EHP”) equipped with a compressor using an electric motor. There is no such thing, and the cost can be reduced for consumers.
[0004]
In addition, in GHP, for example, when heating operation is performed, if high-temperature exhaust gas discharged from a gas engine or heat of engine cooling water (so-called waste heat) is used as a refrigerant heating source, an excellent heating effect can be obtained. It becomes possible, and energy use efficiency can be increased as compared with EHP. Incidentally, in this case, the energy utilization efficiency of GHP is about 1.2 to 1.5 times higher than that of EHP. Moreover, if such a mechanism is introduced, it is not necessary to specially install a device such as the above-described refrigerant heater in the refrigerant circuit.
[0005]
In addition, in GHP, the defrosting operation of the outdoor heat exchanger necessary for heating operation, so-called defrosting operation, can also be performed using waste heat of the gas engine. Generally, the defrosting operation in EHP is such that the heating operation is stopped and the cooling operation is temporarily performed to defrost the outdoor heat exchanger. In this case, since cold air blows out into the room, the comfort of the indoor environment is impaired. In GHP, continuous heating operation is possible due to the above-described circumstances, and there is no problem that is a concern in EHP (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-280736 A (FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional air conditioner in which only the compressor is driven by the gas engine, only the load of the compressor is applied as the load of the gas engine. Therefore, when the load of the compressor is reduced (that is, when the air conditioning load is reduced) As a result, the load on the gas engine is reduced, the waste heat of the gas engine is reduced, the temperature of the engine cooling water is lowered, the refrigerant cannot be sufficiently heated by the water heat exchanger, and the heating capacity is reduced. There was a risk of lowering.
On the other hand, in order to suppress such a decrease in heating capacity as much as possible, a heat exchanger is provided outside the room so that the refrigerant can absorb heat from the outside air. However, in this case, the refrigerant evaporation temperature needs to be lower than the outside air temperature, the refrigerant evaporation pressure (low pressure) becomes about 0.4 Mpa, and the high pressure needs to be compressed to about 2 Mpa during the heating operation by the compressor. Therefore, there is a problem that the efficiency of the refrigeration cycle is deteriorated.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an air conditioner that can maintain the heating capacity even when the load on the compressor is reduced and can maintain the refrigeration cycle with high efficiency. For the purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
In the air conditioning apparatus according to the present invention, a refrigerant is circulated by a compressor driven by an engine to form a refrigeration cycle, and waste heat from the engine is recovered into engine cooling water, and the engine cooling water passes through it. In the air conditioner configured to heat the refrigerant by the water heat exchanger, a generator is provided that generates the same voltage and frequency as the commercial power source while using the engine as a drive source. To do.
[0010]
According to such an air conditioner, since the load of the compressor and the load of the generator are added as the engine load, even if the load of the compressor becomes zero, the load of the generator is applied to the engine at least. The coolant temperature is maintained at a high temperature, and the coolant is warmed by the engine heat coolant in the water heat exchanger.
[0011]
The air conditioner according to the present invention is characterized in that an air heat exchanger is provided in parallel with the water heat exchanger in the path of the refrigerant.
[0012]
According to such an air conditioner, the refrigerant passes through the water heat exchanger and / or the air heat exchanger. That is, the refrigerant passing through the water heat exchanger is exchanged with the engine cooling water, and the refrigerant passing through the air heat exchanger is exchanged with the outside air.
[0013]
In the air conditioner according to the present invention, a hot water supply device is provided in parallel or in series with the water heat exchanger in the path of the engine cooling water.
[0014]
According to such an air conditioner, the engine cooling water passes through the water heat exchanger and / or the hot water supply device. That is, the engine coolant passing through the water heat exchanger is heat-exchanged with the refrigerant, the engine coolant passing through the hot water supply device is heat-exchanged with fresh water, and the exhaust heat of the engine is fully utilized.
[0015]
In the air conditioner according to the present invention, a reheating function is added to the hot water supply device.
[0016]
According to such an air conditioner, the fresh water passing through the hot water supply device is heated by the reheating function to become hot water.
[0017]
In the air conditioning apparatus according to the present invention, the engine is an internal combustion engine such as a gas engine.
[0018]
According to such an air conditioner, a gas engine that can use a relatively inexpensive city gas or the like as a fuel is used as a drive source for driving the compressor and the generator.
[0019]
In the air conditioner according to the present invention, a system controller that detects the operating state of the indoor unit, an engine controller that controls the operating state of the engine based on a signal from the system controller, and power generation that adjusts the power generation amount of the generator And a remote monitoring device that receives signals from these system controllers, engine controllers, and power generation controllers, or transmits signals to these controllers.
[0020]
According to such an air conditioner, signals (or data) are exchanged between the system controller and the remote monitoring device, between the engine controller and the remote monitoring device, and between the power generation controller and the remote monitoring device. Is called.
[0021]
In the air conditioner according to the present invention, a system controller that detects the operating state of the indoor unit, an engine controller that controls the operating state of the engine based on a signal from the system controller, and power generation that adjusts the power generation amount of the generator A controller and a hot water controller that adjusts the heating amount of the hot water supply device, and receives signals from these system controllers, engine controllers, power generation controllers, and hot water controllers, or transmits signals to these controllers And a remote monitoring device.
[0022]
According to such an air conditioner, between the system controller and the remote monitoring device, between the engine controller and the remote monitoring device, between the power generation controller and the remote monitoring device, and between the hot water supply controller and the remote monitoring device. Signals (or data) are exchanged at.
In this way, when the load on the compressor is small, the generator load can be increased to keep the engine load substantially constant, and the engine exhaust heat can be used effectively.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of an air-conditioning apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing an overall configuration example (at the time of heating operation) of an air conditioner 10 according to the present embodiment, which is mainly configured by including an indoor unit 20 and an outdoor unit (outdoor unit) 30. It has been done.
In addition, between the indoor unit 20 consisting of one or a plurality of units (three in this embodiment) of the indoor units 21 and the outdoor unit 30 is connected to the refrigerant pipe 2 so that the refrigerant can be circulated. .
[0024]
Each of the indoor units 21 constituting the indoor unit 20 has a heat exchanger (not shown), and functions as an evaporator that evaporates and vaporizes a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant during cooling operation to take heat from indoor air (inside air). It functions as a condenser for condensing and liquefying high-temperature and high-pressure gas refrigerant during heating operation. A throttle mechanism (not shown) is provided between the heat exchanger of the indoor unit 21 and the three-way valve 32. The throttle mechanism functions as an expansion valve especially during cooling operation. During the heating operation, the function corresponding to the expansion valve is not necessarily required as long as the refrigerant flow rate adjusting function is provided.
[0025]
The outdoor unit 30 is divided into two large components inside.
The first component part is a part that forms a refrigerant circuit together with the indoor unit 20 with a focus on devices such as a compressor and a water heat exchanger, and is hereinafter referred to as a “refrigerant circuit unit”.
The second component part is a part including a gas engine for driving the compressor and a device attached thereto, and is hereinafter referred to as a “gas engine part”.
[0026]
In the refrigerant circuit section, a compressor 11, a four-way valve 12, a water heat exchanger (hydrothermal exchange) 33, an air heat exchanger 31, a three-way valve 32, and the like are provided.
The compressor 11 is operated using a gas engine (internal combustion engine) GE, which will be described later, as a drive source, and the indoor heat exchanger provided in the indoor unit 21 during cooling operation by switching the four-way valve 12 according to cooling and heating. In the heating operation, the refrigerant vaporized in step (3) and the gas refrigerant heated and evaporated by the water heat exchanger 33 are compressed or pumped and discharged. As a result, the indoor air can be cooled or heated (cooling or heating) through the indoor unit 21.
[0027]
The water heat exchanger 33 functions as a condenser by condensing and liquefying part of the high-temperature and high-pressure gas refrigerant together with the air heat exchanger 31 during the cooling operation, and conversely, heating that evaporates and evaporates all of the liquid refrigerant during the heating operation. It functions as a vessel. In other words, during each cooling and heating operation, the water heat exchanger 33 acts as a condenser when the heat exchanger of the previous indoor unit 21 operates as a cooler, and functions as a heater when operated as a heater. Will do.
[0028]
Moreover, the water heat exchanger 33 is provided in order for a refrigerant | coolant to collect | recover heat | fever from the engine cooling water of the gas engine GE mentioned later. That is, during the heating operation, the refrigerant is heated and vaporized using the engine cooling water of the gas engine GE as a heat source, so that the waste heat can be sufficiently recovered, so that the effect of the heating operation can be further enhanced. Become.
However, since the compressor 11 should just operate | move as a gas pump at this time, the motive power required to circulate gas is small.
Therefore, the engine load is reduced and the exhaust heat is reduced. In this case, it is preferable to increase the generator load so that the engine load is not reduced.
[0029]
On the other hand, the gas engine section is provided with an exhaust gas system, a fuel intake system, and an engine oil system (not shown) in addition to the cooling water system 40 and the command system 50 with the gas engine GE as the center.
The gas engine GE is connected to the compressor 11 installed in the refrigerant circuit section by a shaft or a belt, and the driving force is transmitted from the gas engine GE to the compressor 11.
[0030]
The cooling water system 40 includes a water amount valve (or flow rate control valve) 41, a radiator 42, a water pump (or cooling water pump) 43, etc., and these are connected by piping, and the engine cooling water around the circuit is configured to gas. This is a system for cooling the engine GE. This engine cooling water absorbs heat in the process of flowing and cooling in the water jacket of the gas engine GE, and the process in which the exhaust gas exiting the gas engine GE passes through an exhaust gas heat exchanger (exhaust gas heat exchanger) 44 described later. It is heated by waste heat.
[0031]
The water amount valve 41 is a valve for controlling the amount of water that flows to the water heat exchanger 33 and / or the radiator 42. The radiator 42 is for releasing the heat taken by the engine coolant from the gas engine GE to the outside air. The water pump 43 is provided for circulating the cooling water of the gas engine GE to the circuit. In addition, the cooling water system 40 has a reservoir tank (not shown) for temporarily storing the surplus of the cooling water flowing through this circuit, or for supplying it when the cooling water is insufficient in the circuit. Is provided.
[0032]
The cooling water system 40 is provided with an exhaust gas heat exchanger 44 in addition to the above-described configuration. This is provided to recover the heat of the exhaust gas discharged from the gas engine GE into the engine cooling water. The cooling water system 40 is provided with the water heat exchanger 33 described above, and is disposed so as to straddle both the refrigerant circuit unit and the cooling water system 40. Therefore, during heating operation, the engine cooling water not only takes heat from the gas engine GE but also recovers heat from the exhaust gas, and the recovered heat passes from the engine cooling water through the water heat exchanger 33. It is a mechanism that is given to the refrigerant.
[0033]
The command system (engine system control system) 50 includes an engine controller 51 and is a system for controlling the gas engine GE and the water amount valve 41 in accordance with signals from the indoor units 21.
The signal sent from each indoor unit 21 is, for example, whether or not the outdoor unit 21 is currently in operation, and if it is in operation, the difference between the current room temperature and the set temperature. .
The engine controller 51 controls the throttle opening of the gas engine GE based on the signal sent from each indoor unit 21 and the operating state of the gas engine GE.
At the same time, the engine controller 51 controls the valve opening degree of the water amount valve 41, that is, the distribution amount to the water heat exchanger 33 and the radiator 42, based on the signal sent from each indoor unit 21.
[0034]
The outdoor unit 30 is provided with a generator 60 and a power generation controller 61. The generator 60 uses the gas engine GE as a drive source and generates the same voltage and frequency as the commercial power supply. The power generation controller 61 adjusts the amount of power generated by the power generator and superimposes the electric energy generated by the power generator 60 on the commercial power source. The surplus electrical energy that has passed through the power generation controller 61 is consumed, for example, in a load such as an electric lamp or an outlet.
Thus, in the outdoor unit 30, since one gas engine GE is used as a drive source for the compressor 11 and the generator 60, the load (air conditioning load + power generation load) of the gas engine GE increases. For this reason, the exhaust gas temperature rises, the temperature of the engine itself rises, and the temperature of the engine cooling water increases.
[0035]
Hereinafter, the operation of the air conditioner 10 having the above-described configuration will be described along with the flow of refrigerant, engine cooling water, and the like for each operation of cooling and heating the room.
During heating operation, the refrigerant flows in the direction indicated by the solid line in FIG. 1, that is, in the order of compressor 11 → four-way valve 12 → indoor unit 21 → three-way valve 32 → water heat exchanger 33 → four-way valve 12 → compressor 11. At this time, the flow path from the three-way valve 32 to the air heat exchanger 31 is closed.
That is, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor 11 is condensed and liquefied by exchanging heat with indoor air in the indoor unit 21. In this process, the gas refrigerant dissipates heat and warms the room air, and then becomes a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant.
[0036]
Thus, the refrigerant that has become a medium-temperature medium-pressure gas is sucked into the compressor 11 through the four-way valve 12. The gas refrigerant sucked into the compressor 11 is slightly compressed by the operation of the compressor 11 and becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the indoor unit 21 again. Therefore, a heating cycle in which the refrigerant changes in phase is formed. Can do.
[0037]
The refrigerant cycle during heating is shown in FIG. Here, Fig.4 (a) is a Mollier chart at the time of heating operation (Mollier chart). As shown in the figure, when the compressor 11 functions as a gas pump, the state changes from (1) to (2), and heat supply to the indoor air in the indoor unit 21 changes from (2) to (3). And transition. At this time, a pressure drop occurs due to a pressure loss of the heat exchanger in the indoor unit 21. Then, it heats with the water heat exchanger 33, and changes from (3) to (1).
[0038]
On the other hand, the engine coolant flows as follows. First, when the water amount valve 41 allows the flow only to the radiator 42, the engine cooling water is the water pump 43 → the exhaust gas heat exchanger 44 (and / or the water jacket) → the water amount valve 41 → the radiator 42 → the water pump. It flows in the order of 43. Further, when the water amount valve 41 allows the flow only to the water heat exchanger 33, the engine cooling water is the water pump 43 → the exhaust gas heat exchanger 44 (and / or the water jacket) → the water amount valve 41 → the water heat. It flows in the order of the exchanger 33 → the water pump 43.
As described above, the water amount valve 41 can cause the engine cooling water to flow only through either the water heat exchanger 33 or the radiator 42, and can be used depending on the temperature of the engine cooling water and the operating conditions of the indoor unit 21. Both of these can be selected as appropriate. The valve opening degree of the water amount valve 41 is adjusted by a signal from the engine controller 51 as described above. That is, the flow rate of the engine cooling water to each of the water heat exchanger 33 and the radiator 42 is adjusted according to the requirements of the indoor space (the number of indoor units operated and the difference between the room temperature and the set temperature).
[0039]
Next, the flow of the refrigerant and engine cooling water during the cooling operation will be briefly described.
In this case, the flow of the refrigerant is in the direction opposite to that in the heating operation described above (the direction indicated by the broken line in FIG. 1). That is, it flows in the order of the compressor 11 → the four-way valve 12 → the air heat exchanger 31 → the three-way valve 32 → the indoor unit 21 → the four-way valve 12 → the compressor 11. At this time, the flow path from the water heat exchanger 33 to the three-way valve 32 is closed.
That is, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed and liquefied by the air heat exchanger 31, and dissipates heat to the outside air to become a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. This liquid refrigerant is depressurized through the throttle mechanism (not shown) to become a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant, and cools the air in the indoor unit 21 and evaporates itself. Therefore, the indoor unit 20 functions as an evaporator.
[0040]
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant sent to the indoor unit 21 takes heat from the indoor air and evaporates. In this process, the indoor air is cooled to become a low-temperature and low-pressure gas refrigerant, which is led to the compressor 11. The gas refrigerant sucked into the compressor 11 is compressed by the operation of the compressor 11, becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and is sent again to the air heat exchanger 31, thereby forming a refrigeration cycle in which the refrigerant repeatedly changes its state. be able to.
The refrigerant cycle during cooling is shown in FIG. Here, FIG. 4B is a Mollier chart during the cooling operation. As shown in the figure, the state is changed from 1 to 2 by the compressor 11, the state is changed from 2 to 3 by the air heat exchanger 31, the state is changed from 3 to 4 by the throttle mechanism, and the indoor unit 21 Transition from 4 to 1 due to heat absorption from room air.
During the cooling operation, the water amount valve 41 is in a state where only the flow path to the radiator 42 is open, and the flow path to the water heat exchanger 33 is closed.
[0041]
On the other hand, the engine coolant flows in the order of the water pump 43 → the water jacket of the gas engine GE → the water amount valve 41 → the radiator 42 → the water pump 43, and the radiator 42 radiates the heat.
[0042]
In the air conditioning apparatus 10 configured as described above, both the compressor 11 and the generator 60 are loaded on the gas engine GE. Therefore, even if the load on the compressor 11 becomes zero, since the load on the generator 60 is at least applied to the gas engine GE, the water temperature of the engine cooling water can be maintained at a high temperature (for example, about 70 ° C.). The refrigerant can be sufficiently warmed by the water heat exchanger 33, and a decrease in heating capacity can be prevented.
Further, since the refrigerant passing through the water heat exchanger 33 is warmed by the high-temperature engine cooling water, the pressure of the refrigerant at the outlet of the water heat exchanger 33 can be reduced to less than 2 Mpa. Can be significantly reduced, and the efficiency of the refrigeration cycle can be greatly improved.
Furthermore, since the electrical energy produced by the generator 60 is consumed as a load such as an electric light or an outlet, the power consumption of the commercial power source can be reduced.
[0043]
When the load on the compressor 11 decreases, the power generation controller 61 can increase the load on the generator 60 to increase the power generation amount. Thereby, the temperature of the engine cooling water can be increased (for example, about 75 ° C.) to further improve the efficiency of the refrigeration cycle, and the power consumption of the commercial power source can be further reduced.
On the contrary, when the temperature of the engine cooling water may be low to some extent (for example, about 60 ° C.), the load of the generator 60 is reduced by the power generation controller 61 to reduce the power generation amount. You can also. Thereby, the load of the gas engine GE is reduced, and the fuel consumption of the gas engine GE can be suppressed.
[0044]
2nd Embodiment of the air conditioning apparatus by this invention is described using FIG. The air conditioner 110 of this embodiment is different from that of the first embodiment described above in that a hot water supply system 70 is newly provided. Since the other points are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted here. In addition, in this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 1st Embodiment.
[0045]
The air heat exchanger 31 is arranged in parallel with the above-described water heat exchanger 33 in the refrigerant circuit unit, and functions as a capacitor that condenses and liquefies high-temperature and high-pressure gas refrigerant during cooling operation and radiates heat to the outside air. Conversely, during heating operation, it functions as an evaporator that evaporates low-temperature and low-pressure liquid refrigerant to take heat away from the outside air. That is, the air heat exchanger 31 performs the reverse operation of the previous indoor heat exchanger during the cooling and heating operations.
[0046]
The three-way valve 32 is a valve that selectively switches the flow path and the flow direction of the refrigerant provided in the refrigerant pipe 2. Either the water heat exchanger 33 or the air heat exchanger 31 is used for the refrigerant that has exited the indoor unit 21. Or to flow to both.
[0047]
The hot water supply system 70 includes a second water amount valve (water amount valve 2) 71 and a hot water supply device 72 as main elements.
The second water amount valve 71 is disposed between the water amount valve 41 (hereinafter referred to as the first water amount valve (water amount valve 1)) 41 described in the first embodiment and the radiator 42, and the hot water supply device 72 and / or Alternatively, it is a valve for controlling the amount of water that flows to the radiator 42.
[0048]
Inside the hot water supply device 72, a water storage tank 73 and a reheating device (refreshing function) 74 are provided.
The water storage tank 73 is, for example, fresh water supplied from a water pipe. W. Is for temporarily storing.
Further, the reheating device 74 is a fresh water F.P. W. Is heated using, for example, electricity or gas to make hot water.
[0049]
A pipe for circulating engine cooling water is provided between the second water amount valve 71 and the water tank 73 and between the water tank 73 and the outlet side pipe of the water heat exchanger 33. Thereby, a part or all of the engine cooling water led from the first water quantity valve 41 to the second water quantity valve 71 is led to the water tank 73 of the hot water supply device 72, and the fresh water F. W. After being exchanged with the water, it is returned to the outlet side piping of the water heat exchanger 33 and led to the water pump 43. In addition, engine cooling water and fresh water W. The system is completely separate so that it does not mix at all.
[0050]
In the air conditioning apparatus 110 configured as described above, for example, when the load on the compressor 11 (air conditioning load) is high and the load on the gas engine GE is high, a large amount of engine waste heat is recovered with the engine cooling water to obtain a high temperature. Since engine cooling water (for example, about 75 ° C.) can be obtained, this engine cooling water can be supplied to both the water heat exchanger 33 and the hot water supply device 72.
Therefore, the refrigerant can be sufficiently warmed by the water heat exchanger 33, the heating capacity can be improved, the compression work in the compressor 11 can be greatly reduced, and the efficiency of the refrigeration cycle is greatly increased. Can be improved.
Further, fresh water can be heated by the hot water supply device 72 to make warm water, and the hot water can be provided to a necessary place.
Furthermore, since the electrical energy produced by the generator 60 is consumed as a load such as an electric light or an outlet, the power consumption of the commercial power source can be reduced.
[0051]
On the other hand, when the load on the compressor 11 (air conditioning load) decreases and the load on the gas engine GE decreases (same as described in the first embodiment) while the load on the generator 60 remains unchanged. The flow path from the first water quantity valve 41 to the water heat exchanger 33 is opened, and the flow path from the first water quantity valve 41 to the second water quantity valve 71 is closed, so that the engine cooling water is hydrothermal. It is guided only to the exchanger 33.
By doing in this way, the effect similar to 1st Embodiment mentioned above can be acquired.
In this case, fresh water F. accumulated in the water storage tank 73 is stored. W. Is heated by the reheating device 74 and becomes hot water.
[0052]
Further, when the load of the generator 60 is left as it is, the load of the compressor 11 (air conditioning load) is reduced, and the load of the gas engine GE is reduced (the same case as described in the first embodiment), The flow path from the first water flow valve 41 to the water heat exchanger 33 is closed, and the flow path from the first water flow valve 41 to the second water flow valve 71 is opened so that the engine cooling water is supplied to the hot water supply device 72. To be guided to.
As a result, the fresh water F. W. Can be used as hot water, and this hot water can be supplied (hot water supply) to a necessary location.
In this case, the flow path from the three-way valve 32 to the water heat exchanger 33 is closed, and the flow path from the three-way valve 32 to the air heat exchanger 31 is open. All the refrigerant that has passed through the pipe 2 is guided to the air heat exchanger 31, and heat exchange with the outside air is performed in the air heat exchanger 31.
[0053]
When the load on the compressor 11 (air conditioning load) decreases and the load on the gas engine GE decreases while the load on the generator 60 remains unchanged, the engine cooling water flows toward the water heat exchanger 33 or a hot water supply device. Whether to flow toward 72 depends on whether the user attaches importance to heating or hot water supply.
That is, when the user wants to prioritize air conditioning (that is, heating), all the engine cooling water is led to the water heat exchanger 33, and the refrigerant is sufficiently warmed by the water heat exchanger 33, thereby improving the heating capacity. Can do. In addition, when the user wants to give priority to hot water supply, all the engine cooling water is guided to the hot water supply device 72, and hot water can be created by warming the fresh water with the hot water supply device 72.
[0054]
When the load on the compressor 11 decreases, the power generation controller 61 can increase the load on the generator 60 to increase the power generation amount. Thereby, the temperature of the engine cooling water can be increased (for example, about 75 ° C.), and the engine cooling water can be supplied to both the water heat exchanger 33 and the hot water supply device 72.
[0055]
3rd Embodiment of the air conditioner by this invention is described using FIG. The air conditioner 210 of the present embodiment incorporates a remote monitoring / setting change system 220 in the second embodiment shown in FIG. Since points other than the remote monitoring / setting change system 220 are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted here. In addition, in this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 2nd Embodiment.
[0056]
The remote monitoring / setting change system 220 includes a remote monitoring device 221, a system controller 222, and a hot water supply controller 223 as main elements.
The system controller 222 sends a signal sent from each indoor unit 21, for example, whether or not the outdoor unit 21 is currently operating, and if it is operating, the difference between the current room temperature and the set temperature. And a signal based on the signal is transmitted to the engine controller 51.
The hot water controller 223 receives the temperature data of the engine cooling water guided to the water storage tank 73 through the second water amount valve 71 and / or the temperature data of hot water (“hot water” in FIG. 3) exiting from the hot water supply device 72. While receiving, the signal which adjusts the flow path and valve opening degree of the 2nd water quantity valve 71, and the signal which controls the heating amount by the reheating apparatus 74 are transmitted.
That is, the hot water supply controller 223 detects the temperature of the engine cooling water and the hot water supply temperature, and operates the second water amount valve 71 and the reheating device 74 based on the detected temperature to supply hot water at a desired temperature.
[0057]
The remote monitoring device 221 is configured to be able to exchange signals with each controller, that is, the engine controller 51, the power generation controller 61, the system controller 222, and the hot water supply controller 223. In other words, the signals (or data) received by the controllers 51, 61, 222, and 223 are sent to the remote monitoring device 221 in real time and, for example, a display (display device) provided in the remote monitoring device 221. ) And so on. In addition, a command can be sent manually or automatically from the remote monitoring device 221, the operating state of the gas engine GE or the generator 61 can be changed as appropriate, and data such as a memory stick provided in each controller can be rewritten. .
[0058]
By incorporating the remote monitoring / setting change system 220, an abnormality in the gas engine GE, the generator 61, air conditioning, or hot water supply can be detected in a remote place.
Abnormality of the gas engine GE can be detected by the rotational speed of the gas engine GE and the intake pipe pressure / gas consumption with respect to the engine load calculated from the power generation load / air conditioning load.
Abnormality of the generator 61 can be detected by the actual rotational speed, current, and voltage of the generator with respect to the predicted power generation amount.
An abnormality in air conditioning, that is, an abnormality in the compressor 11 can be detected by the rotation speed, high pressure, low pressure, discharge temperature, and suction temperature of the compressor 11 with respect to the required load of the indoor unit 21.
Abnormalities in hot water supply can be detected by the opening of the second water amount valve 71, the temperature of the engine cooling water, the operating state of the reheating device 74, and the hot water supply temperature.
[0059]
If there is any sign of abnormality in the gas engine GE, generator 61, air conditioning, or hot water supply from the data sent to the remote monitoring device 221, contact the service department in each district to provide a business trip service to the user To.
As a result, maintenance and maintenance can be performed before the function of the air conditioner 210 is completely stopped, the air conditioner 210 can be quickly restored, and repair costs and work time required for repair can be achieved. Can be kept to a minimum.
[0060]
On the other hand, by appropriately sending commands from the remote monitoring device 221, it is possible to appropriately change the operating state of the gas engine GE, the generator 61, or the hot water supply device 72, or rewrite data such as a memory stick provided in each controller. As a result, the air conditioning system 210 can always be maintained in a state suitable for the current use condition (or updated to the actual condition).
[0061]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified and changed in any way.
For example, the remote monitoring / setting change system 220 described above can also be applied to the first embodiment shown in FIG. However, in this case, since there is no hot water supply device 72, the hot water supply controller 223 is omitted.
[0062]
The capacity of the generator is assumed to be less than 10 kW. This is because if the capacity is less than 10 kW, the qualification of “electrical chief engineer” is not required for handling. That is, the owner of a convenience store that does not have such qualifications and store owners such as family restaurants can also handle them freely.
[0063]
【The invention's effect】
The air conditioner of the present invention has the following effects.
Since the compressor load and the generator load are added as engine loads, even if the compressor load becomes zero, the generator load is applied to the engine at least, and the engine cooling water temperature is maintained at a high temperature. Therefore, the refrigerant can be warmed by the engine cooling water, and the heating capacity can be improved.
Further, since the refrigerant passing through the water heat exchanger is warmed by the high-temperature engine cooling water, the pressure of the refrigerant at the outlet of the water heat exchanger is increased, so that the compression work in the compressor is greatly reduced. And the efficiency of the refrigeration cycle can be greatly improved.
Furthermore, since the electric energy produced by the generator is consumed by a load such as an electric light or an outlet, the power consumption of the commercial power source can be reduced.
[0064]
Since an air heat exchanger is provided in parallel with the water heat exchanger, either one or both of the water heat exchanger and the air heat exchanger can be appropriately selected as necessary, and more finely-tuned. Air conditioning can be realized.
[0065]
The engine cooling water passes through the hot water supply device, and heat exchange is performed between the engine cooling water and fresh water in the hot water supply device, so that the temperature of the fresh water can be raised to make hot water.
[0066]
Since the fresh water passing through the hot water supply device is heated by the reheating function, the temperature of the fresh water can be raised to make hot water.
[0067]
As a driving source for driving the compressor and the generator, a gas engine that can use a relatively inexpensive city gas or the like as a fuel is used, so that the operating cost (running cost) can be reduced. It is possible to release clean exhaust gas that does not pollute the atmosphere into the atmosphere.
[0068]
By receiving signals (or data) from the system controller, engine controller, power generation controller, or hot water controller with a remote monitoring device, it is possible to detect abnormalities in the air conditioning, engine, generator, or hot water in a remote location. .
In addition, by appropriately sending commands from the remote monitoring device to the system controller, engine controller, power generation controller, or hot water supply controller, the operating state of the engine, generator, or hot water supply device can be changed as appropriate, and the memory provided in each controller Data such as sticks can be rewritten, and the air conditioning system can be constantly maintained in a state suitable for the current usage (or updated to the actual situation).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing a first embodiment of an air conditioner according to the present invention.
FIG. 2 is a system diagram showing a second embodiment of the air-conditioning apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a system diagram showing a third embodiment of the air-conditioning apparatus according to the present invention.
FIGS. 4A and 4B are Mollier diagrams when the air conditioner according to the present invention is used, in which FIG. 4A shows a heating operation, and FIG. 4B shows a cooling operation.
[Explanation of symbols]
10 Air conditioner
11 Compressor
12 Four-way valve
31 Air heat exchanger
32 Three-way valve
33 Water heat exchanger
51 Engine controller
60 generator
61 Power generation controller
72 Water heater
74 Rebirth device (rebirth function)
110 Air conditioner
210 Air conditioner
221 Remote monitoring device
222 System controller
223 Hot water controller
GE gas engine (internal combustion engine)

Claims

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、前記エンジンからの廃熱をエンジン冷却水に回収するとともに、該エンジン冷却水が通過する水熱交換器によって冷媒を加熱するように構成された空気調和装置において、
前記エンジンを駆動源とするとともに、商用電源と同じ電圧・周波数を発生する発電機が設けられていることを特徴とする空気調和装置。Refrigerant is circulated by a compressor driven by an engine to form a refrigeration cycle, and waste heat from the engine is recovered into engine cooling water, and the refrigerant is heated by a water heat exchanger through which the engine cooling water passes. In an air conditioner configured to:
An air conditioner characterized in that a generator that generates the same voltage and frequency as a commercial power source is provided while using the engine as a drive source.

前記冷媒の経路に、前記水熱交換器と並列に空気熱交換器が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。The air conditioning apparatus according to claim 1, wherein an air heat exchanger is provided in parallel with the water heat exchanger in the refrigerant path.

前記エンジン冷却水の経路に、前記水熱交換器と並列又は直列に給湯装置が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。The air conditioner according to claim 1 or 2, wherein a hot water supply device is provided in parallel or in series with the water heat exchanger in the path of the engine cooling water.

前記給湯装置には、追い焚き機能が付加されていることを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。The air conditioner according to claim 3, wherein a reheating function is added to the hot water supply device.

前記エンジンはガスエンジンなどの内燃機関であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の空気調和装置。The air conditioner according to any one of claims 1 to 4, wherein the engine is an internal combustion engine such as a gas engine.

室内機の運転状態を検知するシステムコントローラと、
前記システムコントローラからの信号により前記エンジンの運転状態を制御するエンジンコントローラと、
前記発電機の発電量を調節する発電コントローラと、を具備しており、
これらシステムコントローラ、エンジンコントローラ、および発電コントローラからの信号を受信し、あるいはこれらコントローラに信号を送信する遠隔監視装置とを具備することを特徴とする請求項１，２，５のいずれか一項に記載の空気調和装置。A system controller that detects the operating state of the indoor unit;
An engine controller for controlling the operating state of the engine by a signal from the system controller;
A power generation controller for adjusting the power generation amount of the generator,
The remote controller which receives the signal from these system controllers, an engine controller, and a power generation controller, or transmits a signal to these controllers, It comprises any one of Claim 1, 2, 5 characterized by the above-mentioned. The air conditioning apparatus described.

室内機の運転状態を検知するシステムコントローラと、
前記システムコントローラからの信号により前記エンジンの運転状態を制御するエンジンコントローラと、
前記発電機の発電量を調節する発電コントローラと、
前記給湯装置の加熱量を調整する給湯コントローラと、を具備しており、
これらシステムコントローラ、エンジンコントローラ、発電コントローラ、および給湯コントローラからの信号を受信し、あるいはこれらコントローラに信号を送信する遠隔監視装置とを具備することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の空気調和装置。A system controller that detects the operating state of the indoor unit;
An engine controller for controlling the operating state of the engine by a signal from the system controller;
A power generation controller for adjusting the power generation amount of the generator;
A hot water controller for adjusting the heating amount of the hot water supply device,
6. A remote monitoring device that receives signals from these system controllers, engine controllers, power generation controllers, and hot water supply controllers, or transmits signals to these controllers. The air conditioning apparatus described in 1.