JP3621178B2 - エンジン駆動空気調和機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス燃料等で駆動するエンジンにより、冷媒コンプレッサを駆動するエンジン駆動空気調和機の制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジン駆動空気調和機に関する技術は公知とされている。例えば、特開平６−２４８９４４号公報に記載の技術の如くである。
これは、ガス燃料でエンジンが駆動され、冷媒コンプレッサを駆動するものである。このガス燃料で冷媒コンプレッサを駆動するエンジン駆動空気調和機において、特に、排気ガス中の排熱回収を図る場合に、有害酸性水の排出の改善およびその制御が困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は次の如くである。
従来技術において、排気中のドレン水が排気管内で凝縮し、ＰＨ値が低く酸性となり、排気管や基台コンクリートの腐蝕の原因となる。
本発明は、このような腐蝕の発生を阻止するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
エンジン駆動空気調和機において、ミストセパレータ１１及びミストセパレータ１１に到るまでの排気経路で、排気ガスと分離されたエンジン排気中のドレン水を中和する中和タンク６を設け、該中和タンク６のドレン水入口９をドレン水出口部１０より低位置とし、前記ミストセパレータ１１からのドレン水導通路１２と、ミストセパレータ１１に到るまでの排気経路で、排気ガスと分離されたドレン水導通路８との合流部を、前記ドレン水出口部１０より高位置としたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明のエンジン駆動空気調和機の正面図、
図２は同じく本発明のエンジン駆動空気調和機の平面図、
図３は同じく本発明のエンジン駆動空気調和機の内部構造を示す正面図である。
【０００６】
図４は給湯器への温水取出機構を具備した冷却水回路の図面、
図５は温水取出機構を具備した冷却水回路の他の実施例を示す図面、
図６は温水取出機構の制御電気回路を示す図面である。
【０００７】
従来から、コージェネ・冷暖房システム等において、エンジンの廃熱を温水や床暖房等に使用することは一般的に行われているが、ガス燃料により駆動するエンジンにより冷媒コンプレッサを駆動するガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの付加機能として、温水を出力として取り出すことは、これまで行われていない。
【０００８】
その理由は、暖房において、温水を出力として取り出すことにより、空調能力を損なう為である。
本発明においては、上記の如く、温水取出時において、空調能力を損なうことの無いように、バックアップするボイラーを配置することにより、外部給湯器より温水を取り出すことが出来るように構成したものである。
【０００９】
このように構成することにより、基本となるガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの機能を損なうことなく、また最小限度の機構の変更により、給湯機能を具備したガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムとすることが出来るのである。
【００１０】
図１と図２と図３においては、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの全体構成が図示されている。内部にエンジンＥとコンプレッサー４等が配置されて、室外機Ｙを構成している。該室外機Ｙから温水取出口１が突出されている。
【００１１】
一方は取出口であり、他方は戻し口であり、それぞれにバルブが付設されている。本発明においては、前記、ＩＮとＯＵＴに構成されて温水取出口１に、バックアップボイラーＢと外部給湯器Ｏを直列に連結した状態で付設する。
【００１２】
図４と図５においては、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの内部の冷却水回路が図示されている。エンジンＥの内部を冷却した冷却水は、サーモスタットＴ１から三方向弁Ｖ１を経て廃熱回収器５に入り、該廃熱回収器５からサーモスタットＴ２を経て、ラジエータＲに入る。フイラキャップＦＣはリザーブタンクＲＴより冷却水を補填するものである。
【００１３】
該ラジエータＲを通過する冷却水は、冷却ファンＦにより冷却され、ラジエータＲを通過後の冷却水は冷却水ポンプＰ１を通過して、排ガス熱交換器Ｇを通過して、エンジンＥの冷却水回路に戻る。
そして、エンジンＥの運転直後で、冷却水温度が上昇しない場合には、サーモスタットＴ１からラジエータＲを通過せずに直接に冷却水ポンプＰ１の前の位置に戻される。またサーモスタットＴ１から廃熱回収器５を通過した後の冷却水が、サーモスタットＴ２から冷却水ポンプＰ１の前に戻されている。
【００１４】
以上のような構成において、本発明においては、図４の実施例においては、サーモスタットＴ１とサーモスタットＴ２と三方向弁Ｖ１を設け、また図５の実施例においては、これに付加して三方向弁Ｖ２を設けて、暖房状態であっても、空調機のバランスを崩すことなく、温水取出口１から温水を取出可能としたものである。
【００１５】
図４の場合には、温水取出口１から給湯を行わない通常の場合には、エンジンＥからの冷却水は、サーモスタットＴ１から三方向弁Ｖ１を通過し、廃熱回収器５に至り、廃熱回収器５を通過後にサーモスタットＴ２からラジエータＲ又は、直接ポンプＰ１に至る。しかし、温水取出口１から温水を取り出す指令が出た場合には、エンジンＥからサーモスタットＴ１を経て、切り換わった三方向弁Ｖ１より、温水取出口１のＯＵＴに至る。該温水取出口１のＯＵＴから、バックアップボイラーＢと外部給湯器Ｏを経て、ＩＮに戻り、サーモスタットＴ２からラジエータＲ又は直接ポンプＰ１に至る。
【００１６】
図５の実施例の場合には、図４の場合と同様に、温水取出口１から給湯を行わない通常の場合には、エンジンＥからの冷却水は、サーモスタットＴ１から三方向弁Ｖ１を通過し、廃熱回収器５に至り、廃熱回収器５を通過後にサーモスタットＴ２からラジエータＲ又は直接ポンプＰ１に至る。そして、温水を取り出す場合には、温水取出口１から温水を取り出す指令が出た場合には、エンジンＥからサーモスタットＴ１を経て、切り換わった三方向弁Ｖ１より、温水取出口１のＯＵＴに至る。該温水取出口１のＯＵＴから、バックアップボイラーＢと外部給湯器Ｏを経て、ＩＮに戻り、サーモスタットＴ２からラジエータＲ又は直接ポンプＰ１に至る回路は同じである。
【００１７】
しかし、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの暖房能力が不足している場合には、サーモスタットＴ１から三方向弁Ｖ１を経て、温水取出口１のＯＵＴに至り、バックアップボイラーＢと外部給湯器Ｏを経てＩＮから三方向弁Ｖ２に戻った温水は、再度廃熱回収器５に至り、廃熱回収器５で温度を放出してからサーモスタットＴ２に至るように構成している。即ち、バックアップボイラーＢの温度を暖房にバックアップフィードするのである。
【００１８】
即ち、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにより、冷房時においては、常時給湯の要求に答えることができる。但し、運転開始直後で、サーモスタットＴ１が設定バイパス回路のオープン温度になっていない場合には、事実上は温水は出力されず、バックアップボイラーＢのみがＯＮとなり、温水取出口１から温水を供給可能とする。
【００１９】
次に暖房時においては、エンジン冷却水温度の低下を考慮して、ｔ＋Δｔでかつ、冷媒高圧が空調目標高圧ＰＨに達し、コンプレッサーに出力の余裕が存在する場合にのみ、三方向弁Ｖ１を開いて、温水取出口１から温水を取り出す。
また、暖房時に冷媒高圧が空調目標高圧ＰＨに達しない場合には、三方向弁Ｖ１を開いた状態で、かつ、バックアップボイラーＢをＯＮとする。この時に、コンプレッサに余裕が出てくれば、給湯も可能とする。またバックアップボイラーＢを大きめに設定すれば、常時給湯も可能とすることができる。
【００２０】
図６においては、本発明の電気回路を図示している。給湯システムから給湯を要求する信号が出た場合に、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの側のコントローラＣにより温度を判断して、三方向弁Ｖ１や三方向弁Ｖ２の切換を行うかどうかを判断する。また、バックアップボイラーＢをＯＮ−ＯＦＦする信号を出す。
【００２１】
図７は、排気ドレン中和装置を具備したガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの模式図、図８は中和タンク６の部分の側面図、図９は中和タンク６の部分の平面図である。
従来のガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいては、排気サイレンサの下部に排気ドレン水排出通路を設けて、中和タンクに導くべく構成していたが、排気ガスとドレン水が混合されたものが、中和タンクを通過する為に、水蒸気の形で中和タンクを通過した水分は中和されずに、中和タンクから排水溝に連絡する配管中で凝縮露結してＰＨ値が４〜５となり酸性水となり、コンクリートや建物の排水管を腐蝕させたりしていた。
【００２２】
本発明においては、中和タンク６には凝縮露結した水分のみを流し、水蒸気の形では通過させないように構成したものである。
この為に、排気ドレン中和装置を、次の如く、２つの部分で構成したものである。即ち、中和剤を内蔵しドレン水を一時滞留させる中和部と、中和部の入口部に位置して、排気ガスとドレン水を分離する部分の２つである。
【００２３】
そして中和タンク６のドレン水入口９部は、ドレン水出口部１０よりも低くして、ドレン水により水頭を生じさせる。またガス・ドレン分離部７の、ミストセパレータ１１からのドレン水導通路１２は、排気サイレンサ１７からのドレン水導通路８よりも上に位置し 、排気の圧力損失を十分に小さくするだけの通路面積を有する。図８に図示するように、ガス・ドレン分離部７のドレン水出口側７ａは、中和タンク６のドレン水入口９と同じであり、中和タンク６の入口に接続される。ガス・ドレン分離部７の、排気サイレンサ１７からのドレン水導通路８は、中和タンク６のドレン水出口部１０よりも高い位置に設けるのである。
【００２４】
図７において、エンジンＥからの排気が排ガス熱交換器Ｇに供給される。
そして、排ガス熱交換器Ｇを通過した排気ガスは、排気ホース１８から排気サイレンサ１７に供給される。
そして、該排気サイレンサ１７において、排気ガスの部分のみがミストセパレータ１１に供給される。該ミストセパレータ１１において、排気ガスとドレンに分離された、液の部分はドレン水導通路１２を通過して、ガス・ドレン分離部７に落下される。
【００２５】
また、排気サイレンサ１７の下部からドレン水導通路８のホースが出ており、排気ガスがガス・ドレン分離部７に供給される。該ガス・ドレン分離部７において、分離されて、ガスの部分はドレン水導通路１２よりミストセパレータ１１を経て大気に排出される。またドレン液の部分はドレン水入口９から中和タンク６に供給される。該中和タンク６において、中和された廃熱回収器５のドレン水がドレン水出口部１０から下水に排出されるように構成している。
【００２６】
次に図１０と図１１において、室外機Ｙを複数台もつ空調機における排気還元装置について説明する。
図１０は全熱交換器１３が設けられているシステムにおける排気還元装置を示す図面、図１１は室内熱交換器のみが設けられている場合の排気還元装置を示す図面である。
従来は、室内からの排気は室内機内の全熱交換機で熱交換した後に、大気中に放出されていた。このような従来のシステムでは、その大気中に放出していた排気の熱エネルギーが無駄となっていたのである。本発明においては、この大気中に放出していた熱エネルギーを利用して、更なる省エネを行わんとするものである。
【００２７】
即ち、室内機１台に複数台の室外機が接続される外気導入型ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて、室内側からの排気を、室外機周辺に送風させることにより、空調運転負荷を軽減させて、省エネを行うのである。
即ち、複数の室内機Ｘ・Ｘ・・・・と複数の室外機Ｙ・Ｙ・・・を具備したガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて、室内機Ｘの方に室内機排気温度センサー１５を設け、また室外機Ｙの方には、室外機外気温度センサー１６を設けており、両者の温度の差をインターフェンス１９において判断すべく構成している。そして、冷暖房の両方の場合において、室内機Ｘから出て行く排気に余熱がある場合には、制御モーター２１を制御し、切換ダンパー２０を切換えて、室外機Ｙの吸入側に供給して、省エネを図るのである。
【００２８】
図１２は室外機Ｙを複数台持つガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて空調能力マップを変更制御可能とした構成を示す図面である。
従来は、冷房期も暖房期毎に、エンジン回転数マップを１つずつしか持っていなかったのである。故に、従来は、中間期や冷房期や暖房期とも、能力の傾きが同じであり、細かな温度制御が出来ないという不具合があったのである。
本発明は、中間期や冷房期や暖房期等の空調負荷に応じて、エンジン回転数のマップを変更することにより、吹き出し温度の変動を小さくすることができ、室内の快適性を向上するものである。
【００２９】
この為には、室内機Ｘの１台に、複数台の室外機Ｙが接続される外気導入型ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて、外気温度を検知し、空調負荷を判断し、快適性を増加する為に、エンジン回転数のマップを変更することで、吹き出し温度の変動を小さくするものである。
即ち、図１２に示す如く、能力ステップに応じて、空調負荷が『低』と『中』と『高』に分けて、『中』の場合には、従来の直線的なリニアなマップを用い、『低』負荷の場合には、低能力域の分解能力を向上した谷型のマップを用いる。 また、『高』負荷の場合には、高能力域の分解能力を向上した、山型のマップを用いるのである。
【００３０】
図１３は外気処理ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて、複数の室外機Ｙを均等に運転して耐久性を向上させる制御機構を示す図面、図１４は同じく制御のフローチャート図面、図１５はローテーションの順番を示す図面、図１６は実際のローテーションの実施例を示す図面である。
【００３１】
従来は、複数台の室外機で構成される為に、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの起動の順番が同じであれば、室外機毎の運転時間と発停回数にバラツキが出てくる。これにより室外機のメンテナンス必要時間がそれぞれ相違することとなり、システムの耐久性に悪影響を与えていたのである。
本構成においては、システムのバラツキを無くす為に、複数の室外機Ｙをローテーション運転することにより、室外機Ｙの運転時間や発停回数を均等にするものである。
【００３２】
即ち、複数のガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの室外機Ｙと，分散システムエアハンを組合わせた外気処理システムに含まれ、複数台の室外機制御回路とバス結合し、かつ１台の外気処理システムの制御回路とシリアル結合するインターフェイス回路を設けた上で、インターフェイス回路が、外気処理システム制御回路からの能力要求信号に応じて、複数台の室外機制御回路に対して個別に運転信号とエンジン回転信号を与える制御システムである。
そして、複数台の室外機Ｙで、システムの起動の順番をローテーション処理することにより、複数台の室外機Ｙを等しい運転時間と発停回数にする。
【００３３】
本構成においては、外気処理システムの内、吸熱と放熱を受け持つ複数台のガスヒートポンプの制御である。
室外機Ｙは本来室内機Ｘとセットで構成されるが、外気処理システムでは、室内機Ｘの代わりに裸の熱交換器を室外機に相当する台数分直列に並べ、個別に室外機Ｙと配管接続される。
従って、室内機制御回路に相当する制御機構が無いために、室内機制御回路に代わって、通常のヒートポンプではリモコンとのインターフェイス機能を含む制御機構が必要となる。そこで本構成では、リモコンに相当する外気処理システム制御回路から、冷／暖切換信号や運転信号を含む能力要求信号を各室外機制御回路に伝達し、各室外機制御回路からの運転状態信号や故障信号を一括して、外気処理システム制御回路に伝達するインターフェイス回路を設けるものである。
【００３４】
各室外機Ｙとインターフェイス回路の間は、通常ヒートポンプと同様のバス方式のシリアル通信で接続し、インターフェイス回路と外気処理システムの間につていも、能力要求信号はアナログ信号、シリアル通信で結合する。
またインターフェイス回路内では、外気処理システム制御回路からの能力要求信号に応じて、各室外機Ｙへの運転信号と、室外機Ｙ毎の能力制御を行う為のエンジン回転数信号を決定し、送信することにより、外気処理システムの能力制御が、トータル的にかつ広い範囲に可能となる。
【００３５】
複数の室外機Ｙにおいて、起動の順番をシステム始動毎にローテーション運転処理を行う。これにより、複数台の室外機Ｙを均等の運転時間と発停回数にすることができる。これによりガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システム全体の耐久性能を向上させるのである。
【００３６】
本構成では、エンジン駆動空気調和機において、温水取出口１より温水を取出可能とし、該温水取出口１のＯＵＴから、外部給湯器Ｏに温水を供給する回路内に、バックアップボイラーＢを介装したので、エンジン駆動空気調和機としての機能を損なうことなく、温水取出口１から温水出力を得ることができるようになったのである。
また、もし暖房時の空調バランスが崩れそうになっても、バックアップボイラーＢからの熱量により、熱バランスを回復させることが出来るので、暖房能力を向上させることが出来たのである。
【００３７】
本構成では、複数台の室外機を具備したエンジン駆動空気調和機において、室内側からの排気を室外機周辺に送風可能とする切換ダンパー２０を設け、室内機排気温度センサー１５と室外機外気温度センサー１６の検出値を判断するインターフェイス回路により該切換ダンパー２０を切換えるべく構成したので、従来は室内からの排気として捨てられていた余剰の熱量を、再度、室外機において利用することが出来るので、運転負荷を軽減し、かつ省エネ効果を発揮することが出来るのである。
【００３８】
本構成では、エンジン駆動空気調和機において、外気温度センサーの検出値により空調負荷を判断し、エンジン回転数の設定値マップを変更すべく構成したので、冷房時と中間時と暖房時に応じて、空調能力の調整を細かに行うことが可能となり、吹き出し温度の変動を小さくすることが出来るようになったのである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
エンジン駆動空気調和機であって、エンジン排気中のドレン水の中和タンク６内の溜部に、中和剤を入れて排水する構成において、該中和タンク６のドレン水入口９がドレン水出口部１０よりも低位置で、かつ、ドレン水導通路８の合流部を、ドレン水出口部１０よりも高位置に配置したので、
中和タンク６内にドレン水が常時滞留し、その水圧により排気ガスがドレン水出口部１０より吹き出ることを防止できるのである。
また、水蒸気のかたちで、ドレン水導通路８から中和タンク６を通過してドレン水出口部１０の外部に排出されてしまう排気ドレンがなくなり、これが凝縮露化することにより発生する酸性廃液が、コンクリートや建物の基礎を腐蝕させることが無くなったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジン駆動空気調和機の正面図。
【図２】同じく本発明のエンジン駆動空気調和機の平面図。
【図３】同じく本発明のエンジン駆動空気調和機の内部構造を示す正面図。
【図４】給湯器への温水取出機構を具備した冷却水回路の図面。
【図５】温水取出機構を具備した冷却水回路の他の実施例を示す図面。
【図６】温水取出機構の制御電気回路を示す図面。
【図７】排気ドレン中和装置を具備したガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムの模式図。
【図８】中和タンク６の部分の側面図。
【図９】中和タンク６の部分の平面図。
【図１０】全熱交換器１３が設けられているシステムにおける排気還元装置を示す図面。
【図１１】室内熱交換器のみが設けられている場合の排気還元装置を示す図面。
【図１２】室外機Ｙを複数台持つガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて空調能力マップを変更制御可能とした構成を示す図面。
【図１３】外気処理ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）システムにおいて、複数の室外機Ｙを均等に運転して耐久性を向上させる制御機構を示す図面。
【図１４】同じく制御のフローチャート図面。
【図１５】ローテーションの順番を示す図面。
【図１６】実際のローテーションの実施例を示す図面。
【符号の説明】
Ｂ バックアップボイラー
Ｔ１，Ｔ２ サーモスタット
Ｖ１，Ｖ２ 三方向弁
Ｅ エンジン
Ｏ 外部給湯器
Ｇ 排ガス熱交換器
Ｘ 室内機
Ｙ 室外機
１ 温水取出口
４ コンプレッサー
５ 廃熱回収器
６ 中和タンク
７ ガス・ドレン分離部
８ ドレン水導通路
９ ドレン水入口
１０ ドレン水出口部
１２ ドレン水導通路

Claims (1)

1. エンジン駆動空気調和機において、ミストセパレータ１１及びミストセパレータ１１に到るまでの排気経路で、排気ガスと分離されたエンジン排気中のドレン水を中和する中和タンク６を設け、該中和タンク６のドレン水入口９をドレン水出口部１０より低位置とし、
   前記ミストセパレータ１１からのドレン水導通路１２と、ミストセパレータ１１に到るまでの排気経路で、排気ガスと分離されたドレン水導通路８との合流部を、前記ドレン水出口部１０より高位置としたことを特徴とするエンジン駆動空気調和機。

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