JP4262901B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の蒸発温度が異なる複数の蒸発器を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍装置の例として、図２に示すように、圧縮機１７がガスエンジン３１により駆動されるガスエンジンヒートポンプ式の空気調和装置１００が知られている。この空気調和装置１００では、エンジン冷却装置がガスエンジン３１をエンジン冷却水により冷却している。
【０００３】
上記空気調和装置１００は、室外機１１、室内機１２を有してなり、この室外機１１には外気を熱源とする室外熱交換器２０と、エンジン冷却水を熱源とする冷媒熱交換器２１とが設けられ、室外熱交換器２０に送風する室外ファン３０が隣接して配置される。室内機１２には室内熱交換器３２が設けられ、この室内熱交換器３２に送風する室内ファン３４が隣接して配置される。
【０００４】
エンジン冷却装置は冷媒熱交換器２１、ラジエータ４０、エンジンの廃熱を回収する排ガス熱交換器３６及び図示しない循環ポンプ等を有して構成される。エンジン冷却水は図示しない循環ポンプによってエンジン冷却装置内を循環し、排ガス熱交換器３６を通過し、ガスエンジン３１を冷却して温められる。この温められたエンジン冷却水は、室外熱交換器２０に隣接配置されたラジエータ４０や冷媒熱交換器２１により冷却される。
【０００５】
暖房運転時には室内熱交換器３２が凝縮器となり、室外熱交換器２０と冷媒熱交換器２１とが蒸発器となる。冷媒は四方弁２５において太実線矢印の如く流れ、圧縮機１７で圧縮された冷媒は、四方弁２５を通過して室内機１２へ送られる。室内機１２へ送られた冷媒は、室内熱交換器３２で熱交換し、室内膨張弁３３を通過して室外機１１へ送られる。室外機１１へ送られた冷媒は、室外膨張弁２６で減圧され、室外熱交換器２０で熱交換されて四方弁２５を通過し、冷媒熱交換器２１でエンジン冷却水と熱交換され、アキュムレータ２２を通過して圧縮機１７へ戻される。
【０００６】
冷房運転時には、室外熱交換器２０が凝縮器となり、室内熱交換器３２と冷媒熱交換器２１が蒸発器となる。冷媒は四方弁２５において太破線矢印の如く流れ、圧縮機１７で圧縮された冷媒は、四方弁２５を通過して室外熱交換器２０で熱交換し、室外膨張弁２６を通過して室内機１２へ送られる。室内機１２へ送られた冷媒は、室内膨張弁３３で減圧され、室内熱交換器３２で熱交換されて四方弁２５、冷媒熱交換器２１及びアキュムレータ２２を通過して圧縮機１７へ戻される。
【０００７】
上記空気調和装置１００では暖房運転時において、室外熱交換器２０と冷媒熱交換器２１とで熱回収する熱源の温度が異なるため、室外熱交換器２０では外気温度に応じて室外ファン３０の風量を調整して外気側からの熱回収量とラジエータ４０側からの熱回収量とを調整し、冷媒熱交換器２１では外気温度に応じて冷媒熱交換器２１に流入するエンジン冷却水の流量を調整して、それぞれの蒸発温度（又は蒸発圧力）を調整し、総合的に暖房能力を調整している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、暖房運転時において低外気温度のとき、室外ファン３０を運転するとラジエータ４０からの放熱量が増加してしまうため、室外ファン３０を停止又は低回転で運転しなければならない。しかし、室外ファン３０を停止又は低回転で運転すると、空気側からの熱回収量が低下してしまう。また、室外熱交換器２０での蒸発温度を外気温度よりも低くしなければならないため、冷媒熱交換器２１での蒸発温度を室外熱交換器２０での蒸発温度が外気温度以上にならないように設定しなければならない。したがって、総合的に暖房能力が低下してしまい、廃熱回収効率も低下してしまう。
【０００９】
また、上記空気調和装置１００では冷房運転時において、室内機１２が小容量で運転する場合、室内熱交換器３２で冷媒の流量が過剰な状態となり、十分に蒸発させることができないことがある。
【００１０】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、運転の安定性が向上できる冷凍装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動される複数の圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に並列に接続された冷媒熱交換器と、を有し、前記室外熱交換器からの冷媒を一方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器からの冷媒を他方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器には前記エンジンを冷却する冷却水を流し、前記一方の圧縮機および前記他方の圧縮機の吸い込み口をつなぐ連通管を有し、前記連通管には電動弁が設けられており、前記室外熱交換器からの冷媒を前記一方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器からの冷媒を前記他方の圧縮機に戻す制御を行うとともに、外気温度が低下し前記室外熱交換器における冷媒の蒸発圧力が低下した場合には、前記一方の圧縮機の吸込圧力と、前記他方の圧縮機の吸込圧力の不均衡をなくすように前記電動弁の開度を制御し、前記他方の圧縮機に向かう冷媒の一部を、前記一方の圧縮機に導く制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記外気温度が前記室外熱交換器における冷媒の蒸発温度に比べて高い場合には、前記電動弁を閉じる制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記室外熱交換器への冷媒の流入を停止する停止手段を有し、前記外気温度が前記室外熱交換器における冷媒の蒸発温度以下の場合には、前記停止手段は、前記室外熱交換器への冷媒の流入を停止し、前記制御手段は、前記電動弁を全開とする制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、冷房運転時には、前記電動弁を全開とする制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記室外熱交換器と前記一方の圧縮機の吸い込み口の間には、逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一例として空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【００３２】
この図１に示すように、空気調和装置１０は室外機１１、室内機１２及び制御装置１３を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが連結されている。
【００３３】
上記室外機１１は室外に配置される。この室外機１１は複数（例えば２台）の圧縮機１７，１８を備えており、この圧縮機１７，１８の吐出口１７ｂ，１８ｂには室外冷媒配管１４が接続される。圧縮機１７，１８の吸込口１７ａ，１８ａには、連通管１６が接続される。この連通管１６にはアキュムレータ２２，２３が配設され、このアキュムレータ２２，２３の間に電動弁２８が配設される。この電動弁２８の両側には室外冷媒配管１４が接続される。室外冷媒配管１４には、圧縮機１７，１８の吐出側に四方弁２５、室外熱交換器２０、室外膨張弁２６が順次配設される。また、室外冷媒配管１４にはアキュムレータ２３の吸込側に冷媒熱交換器２１、室外膨張弁２７が順次配設される。室外熱交換器２０は外気を熱源とする熱交換器であり、冷媒熱交換器２１は後述のエンジン冷却水を熱源とする熱交換器である。更に、室外冷媒配管１４には、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒が電動弁２８を介して四方弁２５に逆流するのを防止する逆止弁２９が配設される。室外熱交換器２０にはこの室外熱交換器２０へ送風する室外ファン３０が隣接して配置されている。また、圧縮機１７，１８は、ガスエンジン３１により駆動される。
【００３４】
室内機１２は室内に配置され、室内冷媒配管１５には室内熱交換器３２、室内膨張弁３３が順次配設される。この室内熱交換器３２にはこの室内熱交換器３２へ送風する室内ファン３４が隣接して配置されている。
【００３５】
また、空気調和装置１０は主冷媒回路５１と補助冷媒回路５２とで構成される。主冷媒回路５１は圧縮機１７，１８、四方弁２５、室外熱交換器２０、室外膨張弁２６、室内膨張弁３３、室内熱交換器３２、逆止弁２９、電動弁２８及びアキュムレータ２２，２３を有して構成され、冷媒が循環する回路であり、補助冷媒回路５２は、室外膨張弁２７及び冷媒熱交換器２１を有して構成され、圧縮機１７，１８の吸込側へ冷媒を戻す回路である。
【００３６】
エンジン冷却装置は、冷媒熱交換器２１、ラジエータ４０、ガスエンジン３１の廃熱（排気ガスの熱）を回収する排ガス熱交換器３６及び図示しない循環ポンプを有して構成される。ガスエンジン３１はエンジン冷却装置内を循環するエンジン冷却水により冷却される。ラジエータ４０は室外熱交換器２０に隣接設置され、エンジン冷却水が循環する。
【００３７】
循環ポンプは、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、エンジン冷却装置内を循環させる。エンジン冷却水は、循環ポンプにより約５０℃でガスエンジン３１に隣接の排ガス熱交換器３６へ流入し、ガスエンジン３１の廃熱を回収した後にガスエンジン３１内を流れてこのガスエンジン３１を冷却し、約７０℃に加熱される。この加熱されたエンジン冷却水は、ラジエータ４０や冷媒熱交換器２１へ流入して放熱し、排ガス熱交換器３６へ戻される。ラジエータ４０は、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器２０の熱源としても利用される。
【００３８】
制御装置１３は室外機１１及び室内機１２の運転を制御する。具体的には、制御装置１３は、室外機１１におけるガスエンジン３１（即ち圧縮機１７，１８）、四方弁２５、室外ファン３０、室外膨張弁２６，２７及び電動弁２８並びに室内機１２における室内膨張弁３３及び室内ファン３４をそれぞれ制御する。
【００３９】
四方弁２５が制御装置１３により切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転または暖房運転に設定される。また、ガスエンジン３１が制御装置１３により制御されることにより、圧縮機１７，１８のそれぞれの回転数が制御装置１３により制御され、圧縮機１７，１８から吐出されるそれぞれの冷媒ガスの圧力が等しく揃えられる。
【００４０】
空気調和装置１０の暖房運転時は、室内熱交換器３２が凝縮器に、室外熱交換器２０と冷媒熱交換器２１とが蒸発器となり、室内熱交換器３２が室内を暖房する。冷媒は四方弁２５において太実線矢印の如く流れ、室内熱交換器３２により熱交換され、室内膨張弁３３を経て室外機１１へ送られる。室外機１１へ送られた冷媒は、一方は室外膨張弁２６で減圧されて室外熱交換器２０で外気と熱交換して蒸発し、四方弁２５、逆止弁２９、アキュムレータ２２を順次通過して圧縮機１７で圧縮される。他方は室外膨張弁２７で減圧されて冷媒熱交換器２１でエンジン冷却水と熱交換して蒸発し、アキュムレータ２３を通過して圧縮機１８で圧縮される。圧縮機１７，１８により圧縮されて吐出された等しい圧力のそれぞれの冷媒ガスは合流点２４で合流される。
【００４１】
ここで室外膨張弁２６，２７の弁開度が制御装置１３により制御されることにより、室外熱交換器２０への冷媒の流量と冷媒熱交換器２１への冷媒の流量とが制御される。また、電動弁２８は制御装置１３により全閉の制御がされ、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒ガスが圧縮機１７に流入するのを防止している。
【００４２】
冷媒熱交換器２１はエンジン冷却水と熱交換し外気とはほとんど熱交換しないので外気温度の影響はほとんどない。そして、約７０℃のエンジン冷却水によって熱交換されるので、冷媒熱交換器２１における冷媒の蒸発圧力は室外熱交換器２０における冷媒の蒸発圧力よりも高い圧力となる。
【００４３】
暖房運転時には、エンジン冷却水はラジエータ４０への流入を停止し冷媒熱交換器２１へ流される。冷媒熱交換器２１において冷媒の蒸発圧力が過大となる暖房運転時には、ラジエータ４０にもエンジン冷却水が流される。これによって冷媒熱交換器２１における冷媒の蒸発圧力が過大となるのを防止される。
【００４４】
暖房運転時に外気温度が低下した場合は、制御装置１３により電動弁２８の弁開度が制御され、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒の圧縮機１７への流入量が制御される。また、逆止弁２９によって冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒の室外熱交換器２０への逆流が防止される。
【００４５】
暖房運転時に外気温度が室外熱交換器２０における冷媒温度よりも低下した場合は、制御装置１３により室外膨張弁２６は全閉の制御がされる。この制御により室外熱交換器２０への冷媒の流入が停止され、室内機１２を出た冷媒はすべて冷媒熱交換器２１に流入される。また、電動弁２８は制御装置１３により全開の制御がされ、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒ガスは、ほぼ等しい圧力で圧縮機１７，１８に流入される。また、逆止弁２９によって室外熱交換器２０への冷媒の逆流が防止される。
【００４６】
空気調和装置１０の冷房運転時には、室内熱交換器３２が第一蒸発器に、室外熱交換器２０が凝縮器となり、冷媒熱交換器２１がエンジン冷却水を熱源とする第二蒸発器となる。
【００４７】
冷房運転時には、冷媒は主冷媒回路５１を循環する。具体的には、四方弁２５において太破線矢印の如く流れ、室外熱交換器２０により熱交換され、室外膨張弁２６を経て室内機１２へ送られる。室内機１２へ送られた冷媒は、室内膨張弁３３で減圧されて室内熱交換器３２で熱交換して蒸発し、四方弁２５、逆止弁２９を通過する。室外膨張弁２７は制御装置１３により全閉の制御がされ、補助冷媒回路５２への冷媒の流入が停止される。また、電動弁２８は制御装置１３により全開の制御がされ、冷媒はほぼ等しい圧力でアキュムレータ２２，２３を通過し、圧縮機１７，１８でそれぞれ圧縮される。圧縮機１７，１８により圧縮されて吐出された等しい圧力のそれぞれの冷媒ガスは合流点２４で合流される。このときエンジンの冷却水は、冷媒熱交換器２１への流入が停止されラジエータ４０へ流される。
【００４８】
冷房運転時に室内機１２が小容量で運転する場合、ガスエンジン３１で駆動される圧縮機１７，１８の回転数を制御装置１３により低下させて容量制御が行われるが、室内機１２が極端に小容量で運転する場合、極端に回転数を低下させる制御が困難となるため、圧縮機１７，１８から過剰な冷媒が供給されることになる。この場合、室外熱交換器２０を経て室外膨張弁２６を通過した冷媒を圧縮機１７，１８の吸込側へバイパスする補助冷媒回路５２にも流され、主冷媒回路５１を循環する冷媒の流量が制御される。具体的には、室内膨張弁３３と室外膨張弁２７との弁開度が制御装置１３により制御され、室内熱交換器３２と冷媒熱交換器２１とに流入する冷媒の流量が制御される。電動弁２８は制御装置１３により全開の制御がされる。
【００４９】
この制御により、主冷媒回路５１に流入する冷媒は、室内膨張弁３３で減圧され、室内熱交換器３２で蒸発して四方弁２５と逆止弁２９とを順次通過した後、アキュムレータ２２，２３を通過して圧縮機１７，１８の吸込口１７ａ，１８ａへ送られる。また、補助冷媒回路５２に流入する冷媒は、室外膨張弁２７で減圧され、冷媒熱交換器２１で蒸発し、主冷媒回路５１に合流して圧縮機１７，１８の吸込口１７ａ，１８ａへ送られる。このときエンジン冷却水は、ラジエータ４０および冷媒熱交換器２１へ流される。
【００５０】
冷房運転時に、空気調和装置１０の運転を停止させずに冷房を停止させる場合には、補助冷媒回路５２に全ての冷媒を循環させる制御がされる。具体的には、制御装置１３により室内膨張弁３３を全閉にする制御がされる。このときエンジン冷却水は、ラジエータ４０および冷媒熱交換器２１へ流される。
【００５１】
上述のように構成されたことから、上記実施の形態によれば次の効果▲１▼〜▲５▼を奏する。
【００５２】
▲１▼暖房運転時、室外熱交換器２０に隣接のラジエータ４０へのエンジン冷却水の流入を停止することで、ラジエータ４０で廃熱を外気に放熱することなく、冷媒熱交換器２１で冷媒に廃熱回収されるので、廃熱回収を効率的に実施できる。さらに、制御装置１３により室外熱交換器２０および冷媒熱交換器２１へ流入する冷媒の流量制御を行うことによって、室外熱交換器２０で外気からの熱回収に適した蒸発圧力に保つことがでる。この結果、総合的に蒸発能力を向上させることができ、外気とエンジン冷却水との異なる温度の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、空気調和装置１０の運転の安定性が向上できる。
【００５３】
▲２▼暖房運転時、それぞれ異なる温度の熱源から熱回収した冷媒をそれぞれ別々の圧縮機１７，１８により圧縮させて、吐出圧力を揃えることにより、高温側であるエンジン冷却水の熱源から熱回収した冷媒を吸い込む圧縮機１８の圧縮比を小さくでき、圧縮機１８の効率が向上し、外気とエンジン冷却水との異なる温度の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、空気調和装置１０の運転の安定性が向上できる。また、圧縮機１８の吸込圧力が上昇するため、能力を向上させることができる。逆に能力を向上させない分、圧縮機１７，１８の回転数を少なくでき効率が向上する。
【００５４】
▲３▼暖房運転時に外気温度が低下し低温側である外気の熱源から熱回収した冷媒の蒸発圧力が低下した場合、電動弁２８の弁開度を制御し、圧縮機１７と圧縮機１８との吸込圧力の不均衡をなくすことによって、圧縮機１７，１８に能力の著しい差が生じるのを防止でき、外気とエンジン冷却水との異なる温度の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、空気調和装置１０の運転の安定性が向上できる。
【００５５】
▲４▼暖房運転時に外気温度が室外熱交換器２０における冷媒温度よりも低下した場合、制御装置１３により室外膨張弁２６を全閉にする制御がされることにより、室外熱交換器２０への冷媒の流入が停止され、冷媒が室外熱交換器２０で放熱するのを防止できることによって、総合的に蒸発能力を向上させることができ、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。
【００５６】
▲５▼冷房運転時に室内機１２が小容量で運転する場合、室内熱交換器３２で冷媒の流量が過剰とならないように室内膨張弁３３と室外膨張弁２７との弁開度が制御されることにより冷媒の流量が制御され、補助冷媒回路で冷媒の蒸発を補うことができることで、圧縮機１７，１８への液冷媒の流入を防止でき、冷房負荷に応じて容量制御ができるので、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。
【００５７】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５８】
例えば、ガスエンジン３１の廃熱を回収する場合を述べたが、ボイラの廃熱や工場廃熱を回収するものであってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１乃至６のいずれかに記載の発明に係る冷凍装置によれば、異なる温度の複数の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。また、請求項７または８に記載の発明に係る冷凍装置によれば、負荷に応じて容量制御ができ、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一例である空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】従来の冷凍装置の一例である空気調和装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 空気調和装置
１１ 室外機
１２ 室内機
１３ 制御装置
１６ 連通管
１７，１８ 圧縮機
１７ａ，１８ａ 吸込口
１７ｂ，１８ｂ 吐出口
２０ 室外熱交換器
２１ 冷媒熱交換器
２８ 電動弁
３１ ガスエンジン
３２ 室内熱交換器
５１ 主冷媒回路
５２ 補助冷媒回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の蒸発温度が異なる複数の蒸発器を備えた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍装置の例として、図２に示すように、圧縮機１７がガスエンジン３１により駆動されるガスエンジンヒートポンプ式の空気調和装置１００が知られている。この空気調和装置１００では、エンジン冷却装置がガスエンジン３１をエンジン冷却水により冷却している。
【０００３】
上記空気調和装置１００は、室外機１１、室内機１２を有してなり、この室外機１１には外気を熱源とする室外熱交換器２０と、エンジン冷却水を熱源とする冷媒熱交換器２１とが設けられ、室外熱交換器２０に送風する室外ファン３０が隣接して配置される。室内機１２には室内熱交換器３２が設けられ、この室内熱交換器３２に送風する室内ファン３４が隣接して配置される。
【０００４】
エンジン冷却装置は冷媒熱交換器２１、ラジエータ４０、エンジンの廃熱を回収する排ガス熱交換器３６及び図示しない循環ポンプ等を有して構成される。エンジン冷却水は図示しない循環ポンプによってエンジン冷却装置内を循環し、排ガス熱交換器３６を通過し、ガスエンジン３１を冷却して温められる。この温められたエンジン冷却水は、室外熱交換器２０に隣接配置されたラジエータ４０や冷媒熱交換器２１により冷却される。
【０００５】
暖房運転時には室内熱交換器３２が凝縮器となり、室外熱交換器２０と冷媒熱交換器２１とが蒸発器となる。冷媒は四方弁２５において太実線矢印の如く流れ、圧縮機１７で圧縮された冷媒は、四方弁２５を通過して室内機１２へ送られる。室内機１２へ送られた冷媒は、室内熱交換器３２で熱交換し、室内膨張弁３３を通過して室外機１１へ送られる。室外機１１へ送られた冷媒は、室外膨張弁２６で減圧され、室外熱交換器２０で熱交換されて四方弁２５を通過し、冷媒熱交換器２１でエンジン冷却水と熱交換され、アキュムレータ２２を通過して圧縮機１７へ戻される。
【０００６】
冷房運転時には、室外熱交換器２０が凝縮器となり、室内熱交換器３２と冷媒熱交換器２１が蒸発器となる。冷媒は四方弁２５において太破線矢印の如く流れ、圧縮機１７で圧縮された冷媒は、四方弁２５を通過して室外熱交換器２０で熱交換し、室外膨張弁２６を通過して室内機１２へ送られる。室内機１２へ送られた冷媒は、室内膨張弁３３で減圧され、室内熱交換器３２で熱交換されて四方弁２５、冷媒熱交換器２１及びアキュムレータ２２を通過して圧縮機１７へ戻される。
【０００７】
上記空気調和装置１００では暖房運転時において、室外熱交換器２０と冷媒熱交換器２１とで熱回収する熱源の温度が異なるため、室外熱交換器２０では外気温度に応じて室外ファン３０の風量を調整して外気側からの熱回収量とラジエータ４０側からの熱回収量とを調整し、冷媒熱交換器２１では外気温度に応じて冷媒熱交換器２１に流入するエンジン冷却水の流量を調整して、それぞれの蒸発温度（又は蒸発圧力）を調整し、総合的に暖房能力を調整している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、暖房運転時において低外気温度のとき、室外ファン３０を運転するとラジエータ４０からの放熱量が増加してしまうため、室外ファン３０を停止又は低回転で運転しなければならない。しかし、室外ファン３０を停止又は低回転で運転すると、空気側からの熱回収量が低下してしまう。また、室外熱交換器２０での蒸発温度を外気温度よりも低くしなければならないため、冷媒熱交換器２１での蒸発温度を室外熱交換器２０での蒸発温度が外気温度以上にならないように設定しなければならない。したがって、総合的に暖房能力が低下してしまい、廃熱回収効率も低下してしまう。
【０００９】
また、上記空気調和装置１００では冷房運転時において、室内機１２が小容量で運転する場合、室内熱交換器３２で冷媒の流量が過剰な状態となり、十分に蒸発させることができないことがある。
【００１０】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、運転の安定性が向上できる冷凍装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、エンジンによって駆動される複数の圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に並列に接続された冷媒熱交換器と、を有し、前記室外熱交換器からの冷媒を一方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器からの冷媒を他方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器には前記エンジンを冷却する冷却水を流し、前記一方の圧縮機および前記他方の圧縮機の吸い込み口をつなぐ連通管を有し、前記連通管には電動弁が設けられており、前記室外熱交換器からの冷媒を前記一方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器からの冷媒を前記他方の圧縮機に戻す制御を行うとともに、外気温度が低下し前記室外熱交換器における冷媒の蒸発圧力が低下した場合には、前記一方の圧縮機の吸込圧力と、前記他方の圧縮機の吸込圧力の不均衡をなくすように前記電動弁の開度を制御し、前記他方の圧縮機に向かう冷媒の一部を、前記一方の圧縮機に導く制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、前記外気温度が前記室外熱交換器における冷媒の蒸発温度に比べて高い場合には、前記電動弁を閉じる制御を行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記室外熱交換器への冷媒の流入を停止する停止手段を有し、前記外気温度が前記室外熱交換器における冷媒の蒸発温度以下の場合には、前記停止手段は、前記室外熱交換器への冷媒の流入を停止し、前記制御手段は、前記電動弁を全開とする制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、冷房運転時には、前記電動弁を全開とする制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記室外熱交換器と前記一方の圧縮機の吸い込み口の間には、逆止弁が設けられていることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一例として空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【００３２】
この図１に示すように、空気調和装置１０は室外機１１、室内機１２及び制御装置１３を有してなり、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２の室内冷媒配管１５とが連結されている。
【００３３】
上記室外機１１は室外に配置される。この室外機１１は複数（例えば２台）の圧縮機１７，１８を備えており、この圧縮機１７，１８の吐出口１７ｂ，１８ｂには室外冷媒配管１４が接続される。圧縮機１７，１８の吸込口１７ａ，１８ａには、連通管１６が接続される。この連通管１６にはアキュムレータ２２，２３が配設され、このアキュムレータ２２，２３の間に電動弁２８が配設される。この電動弁２８の両側には室外冷媒配管１４が接続される。室外冷媒配管１４には、圧縮機１７，１８の吐出側に四方弁２５、室外熱交換器２０、室外膨張弁２６が順次配設される。また、室外冷媒配管１４にはアキュムレータ２３の吸込側に冷媒熱交換器２１、室外膨張弁２７が順次配設される。室外熱交換器２０は外気を熱源とする熱交換器であり、冷媒熱交換器２１は後述のエンジン冷却水を熱源とする熱交換器である。更に、室外冷媒配管１４には、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒が電動弁２８を介して四方弁２５に逆流するのを防止する逆止弁２９が配設される。室外熱交換器２０にはこの室外熱交換器２０へ送風する室外ファン３０が隣接して配置されている。また、圧縮機１７，１８は、ガスエンジン３１により駆動される。
【００３４】
室内機１２は室内に配置され、室内冷媒配管１５には室内熱交換器３２、室内膨張弁３３が順次配設される。この室内熱交換器３２にはこの室内熱交換器３２へ送風する室内ファン３４が隣接して配置されている。
【００３５】
また、空気調和装置１０は主冷媒回路５１と補助冷媒回路５２とで構成される。主冷媒回路５１は圧縮機１７，１８、四方弁２５、室外熱交換器２０、室外膨張弁２６、室内膨張弁３３、室内熱交換器３２、逆止弁２９、電動弁２８及びアキュムレータ２２，２３を有して構成され、冷媒が循環する回路であり、補助冷媒回路５２は、室外膨張弁２７及び冷媒熱交換器２１を有して構成され、圧縮機１７，１８の吸込側へ冷媒を戻す回路である。
【００３６】
エンジン冷却装置は、冷媒熱交換器２１、ラジエータ４０、ガスエンジン３１の廃熱（排気ガスの熱）を回収する排ガス熱交換器３６及び図示しない循環ポンプを有して構成される。ガスエンジン３１はエンジン冷却装置内を循環するエンジン冷却水により冷却される。ラジエータ４０は室外熱交換器２０に隣接設置され、エンジン冷却水が循環する。
【００３７】
循環ポンプは、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、エンジン冷却装置内を循環させる。エンジン冷却水は、循環ポンプにより約５０℃でガスエンジン３１に隣接の排ガス熱交換器３６へ流入し、ガスエンジン３１の廃熱を回収した後にガスエンジン３１内を流れてこのガスエンジン３１を冷却し、約７０℃に加熱される。この加熱されたエンジン冷却水は、ラジエータ４０や冷媒熱交換器２１へ流入して放熱し、排ガス熱交換器３６へ戻される。ラジエータ４０は、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器２０の熱源としても利用される。
【００３８】
制御装置１３は室外機１１及び室内機１２の運転を制御する。具体的には、制御装置１３は、室外機１１におけるガスエンジン３１（即ち圧縮機１７，１８）、四方弁２５、室外ファン３０、室外膨張弁２６，２７及び電動弁２８並びに室内機１２における室内膨張弁３３及び室内ファン３４をそれぞれ制御する。
【００３９】
四方弁２５が制御装置１３により切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転または暖房運転に設定される。また、ガスエンジン３１が制御装置１３により制御されることにより、圧縮機１７，１８のそれぞれの回転数が制御装置１３により制御され、圧縮機１７，１８から吐出されるそれぞれの冷媒ガスの圧力が等しく揃えられる。
【００４０】
空気調和装置１０の暖房運転時は、室内熱交換器３２が凝縮器に、室外熱交換器２０と冷媒熱交換器２１とが蒸発器となり、室内熱交換器３２が室内を暖房する。冷媒は四方弁２５において太実線矢印の如く流れ、室内熱交換器３２により熱交換され、室内膨張弁３３を経て室外機１１へ送られる。室外機１１へ送られた冷媒は、一方は室外膨張弁２６で減圧されて室外熱交換器２０で外気と熱交換して蒸発し、四方弁２５、逆止弁２９、アキュムレータ２２を順次通過して圧縮機１７で圧縮される。他方は室外膨張弁２７で減圧されて冷媒熱交換器２１でエンジン冷却水と熱交換して蒸発し、アキュムレータ２３を通過して圧縮機１８で圧縮される。圧縮機１７，１８により圧縮されて吐出された等しい圧力のそれぞれの冷媒ガスは合流点２４で合流される。
【００４１】
ここで室外膨張弁２６，２７の弁開度が制御装置１３により制御されることにより、室外熱交換器２０への冷媒の流量と冷媒熱交換器２１への冷媒の流量とが制御される。また、電動弁２８は制御装置１３により全閉の制御がされ、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒ガスが圧縮機１７に流入するのを防止している。
【００４２】
冷媒熱交換器２１はエンジン冷却水と熱交換し外気とはほとんど熱交換しないので外気温度の影響はほとんどない。そして、約７０℃のエンジン冷却水によって熱交換されるので、冷媒熱交換器２１における冷媒の蒸発圧力は室外熱交換器２０における冷媒の蒸発圧力よりも高い圧力となる。
【００４３】
暖房運転時には、エンジン冷却水はラジエータ４０への流入を停止し冷媒熱交換器２１へ流される。冷媒熱交換器２１において冷媒の蒸発圧力が過大となる暖房運転時には、ラジエータ４０にもエンジン冷却水が流される。これによって冷媒熱交換器２１における冷媒の蒸発圧力が過大となるのを防止される。
【００４４】
暖房運転時に外気温度が低下した場合は、制御装置１３により電動弁２８の弁開度が制御され、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒の圧縮機１７への流入量が制御される。また、逆止弁２９によって冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒の室外熱交換器２０への逆流が防止される。
【００４５】
暖房運転時に外気温度が室外熱交換器２０における冷媒温度よりも低下した場合は、制御装置１３により室外膨張弁２６は全閉の制御がされる。この制御により室外熱交換器２０への冷媒の流入が停止され、室内機１２を出た冷媒はすべて冷媒熱交換器２１に流入される。また、電動弁２８は制御装置１３により全開の制御がされ、冷媒熱交換器２１で蒸発した冷媒ガスは、ほぼ等しい圧力で圧縮機１７，１８に流入される。また、逆止弁２９によって室外熱交換器２０への冷媒の逆流が防止される。
【００４６】
空気調和装置１０の冷房運転時には、室内熱交換器３２が第一蒸発器に、室外熱交換器２０が凝縮器となり、冷媒熱交換器２１がエンジン冷却水を熱源とする第二蒸発器となる。
【００４７】
冷房運転時には、冷媒は主冷媒回路５１を循環する。具体的には、四方弁２５において太破線矢印の如く流れ、室外熱交換器２０により熱交換され、室外膨張弁２６を経て室内機１２へ送られる。室内機１２へ送られた冷媒は、室内膨張弁３３で減圧されて室内熱交換器３２で熱交換して蒸発し、四方弁２５、逆止弁２９を通過する。室外膨張弁２７は制御装置１３により全閉の制御がされ、補助冷媒回路５２への冷媒の流入が停止される。また、電動弁２８は制御装置１３により全開の制御がされ、冷媒はほぼ等しい圧力でアキュムレータ２２，２３を通過し、圧縮機１７，１８でそれぞれ圧縮される。圧縮機１７，１８により圧縮されて吐出された等しい圧力のそれぞれの冷媒ガスは合流点２４で合流される。このときエンジンの冷却水は、冷媒熱交換器２１への流入が停止されラジエータ４０へ流される。
【００４８】
冷房運転時に室内機１２が小容量で運転する場合、ガスエンジン３１で駆動される圧縮機１７，１８の回転数を制御装置１３により低下させて容量制御が行われるが、室内機１２が極端に小容量で運転する場合、極端に回転数を低下させる制御が困難となるため、圧縮機１７，１８から過剰な冷媒が供給されることになる。この場合、室外熱交換器２０を経て室外膨張弁２６を通過した冷媒を圧縮機１７，１８の吸込側へバイパスする補助冷媒回路５２にも流され、主冷媒回路５１を循環する冷媒の流量が制御される。具体的には、室内膨張弁３３と室外膨張弁２７との弁開度が制御装置１３により制御され、室内熱交換器３２と冷媒熱交換器２１とに流入する冷媒の流量が制御される。電動弁２８は制御装置１３により全開の制御がされる。
【００４９】
この制御により、主冷媒回路５１に流入する冷媒は、室内膨張弁３３で減圧され、室内熱交換器３２で蒸発して四方弁２５と逆止弁２９とを順次通過した後、アキュムレータ２２，２３を通過して圧縮機１７，１８の吸込口１７ａ，１８ａへ送られる。また、補助冷媒回路５２に流入する冷媒は、室外膨張弁２７で減圧され、冷媒熱交換器２１で蒸発し、主冷媒回路５１に合流して圧縮機１７，１８の吸込口１７ａ，１８ａへ送られる。このときエンジン冷却水は、ラジエータ４０および冷媒熱交換器２１へ流される。
【００５０】
冷房運転時に、空気調和装置１０の運転を停止させずに冷房を停止させる場合には、補助冷媒回路５２に全ての冷媒を循環させる制御がされる。具体的には、制御装置１３により室内膨張弁３３を全閉にする制御がされる。このときエンジン冷却水は、ラジエータ４０および冷媒熱交換器２１へ流される。
【００５１】
上述のように構成されたことから、上記実施の形態によれば次の効果▲１▼〜▲５▼を奏する。
【００５２】
▲１▼暖房運転時、室外熱交換器２０に隣接のラジエータ４０へのエンジン冷却水の流入を停止することで、ラジエータ４０で廃熱を外気に放熱することなく、冷媒熱交換器２１で冷媒に廃熱回収されるので、廃熱回収を効率的に実施できる。さらに、制御装置１３により室外熱交換器２０および冷媒熱交換器２１へ流入する冷媒の流量制御を行うことによって、室外熱交換器２０で外気からの熱回収に適した蒸発圧力に保つことがでる。この結果、総合的に蒸発能力を向上させることができ、外気とエンジン冷却水との異なる温度の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、空気調和装置１０の運転の安定性が向上できる。
【００５３】
▲２▼暖房運転時、それぞれ異なる温度の熱源から熱回収した冷媒をそれぞれ別々の圧縮機１７，１８により圧縮させて、吐出圧力を揃えることにより、高温側であるエンジン冷却水の熱源から熱回収した冷媒を吸い込む圧縮機１８の圧縮比を小さくでき、圧縮機１８の効率が向上し、外気とエンジン冷却水との異なる温度の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、空気調和装置１０の運転の安定性が向上できる。また、圧縮機１８の吸込圧力が上昇するため、能力を向上させることができる。逆に能力を向上させない分、圧縮機１７，１８の回転数を少なくでき効率が向上する。
【００５４】
▲３▼暖房運転時に外気温度が低下し低温側である外気の熱源から熱回収した冷媒の蒸発圧力が低下した場合、電動弁２８の弁開度を制御し、圧縮機１７と圧縮機１８との吸込圧力の不均衡をなくすことによって、圧縮機１７，１８に能力の著しい差が生じるのを防止でき、外気とエンジン冷却水との異なる温度の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、空気調和装置１０の運転の安定性が向上できる。
【００５５】
▲４▼暖房運転時に外気温度が室外熱交換器２０における冷媒温度よりも低下した場合、制御装置１３により室外膨張弁２６を全閉にする制御がされることにより、室外熱交換器２０への冷媒の流入が停止され、冷媒が室外熱交換器２０で放熱するのを防止できることによって、総合的に蒸発能力を向上させることができ、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。
【００５６】
▲５▼冷房運転時に室内機１２が小容量で運転する場合、室内熱交換器３２で冷媒の流量が過剰とならないように室内膨張弁３３と室外膨張弁２７との弁開度が制御されることにより冷媒の流量が制御され、補助冷媒回路で冷媒の蒸発を補うことができることで、圧縮機１７，１８への液冷媒の流入を防止でき、冷房負荷に応じて容量制御ができるので、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。
【００５７】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５８】
例えば、ガスエンジン３１の廃熱を回収する場合を述べたが、ボイラの廃熱や工場廃熱を回収するものであってもよい。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１乃至６のいずれかに記載の発明に係る冷凍装置によれば、異なる温度の複数の熱源から効率よく熱回収することが可能となり、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。また、請求項７または８に記載の発明に係る冷凍装置によれば、負荷に応じて容量制御ができ、冷凍装置の運転の安定性が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一例である空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】従来の冷凍装置の一例である空気調和装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１０ 空気調和装置
１１ 室外機
１２ 室内機
１３ 制御装置
１６ 連通管
１７，１８ 圧縮機
１７ａ，１８ａ 吸込口
１７ｂ，１８ｂ 吐出口
２０ 室外熱交換器
２１ 冷媒熱交換器
２８ 電動弁
３１ ガスエンジン
３２ 室内熱交換器
５１ 主冷媒回路
５２ 補助冷媒回路
Claims (5)
- エンジンによって駆動される複数の圧縮機と、室内熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器と、前記室外熱交換器に並列に接続された冷媒熱交換器と、を有し、
前記室外熱交換器からの冷媒を一方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器からの冷媒を他方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器には前記エンジンを冷却する冷却水を流し、
前記一方の圧縮機および前記他方の圧縮機の吸い込み口をつなぐ連通管を有し、
前記連通管には電動弁が設けられており、
前記室外熱交換器からの冷媒を前記一方の圧縮機に戻し、前記冷媒熱交換器からの冷媒を前記他方の圧縮機に戻す制御を行うとともに、外気温度が低下し前記室外熱交換器における冷媒の蒸発圧力が低下した場合には、前記一方の圧縮機の吸込圧力と、前記他方の圧縮機の吸込圧力の不均衡をなくすように前記電動弁の開度を制御し、前記他方の圧縮機に向かう冷媒の一部を、前記一方の圧縮機に導く制御を行う制御手段を備えたことを特徴とする冷凍装置。 - 前記制御手段は、前記外気温度が前記室外熱交換器における冷媒の蒸発温度に比べて高い場合には、前記電動弁を閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
- 前記室外熱交換器への冷媒の流入を停止する停止手段を有し、
前記外気温度が前記室外熱交換器における冷媒の蒸発温度以下の場合には、前記停止手段は、前記室外熱交換器への冷媒の流入を停止し、前記制御手段は、前記電動弁を全開とする制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。 - 前記制御手段は、冷房運転時には、前記電動弁を全開とする制御を行うことを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
- 前記室外熱交換器と前記一方の圧縮機の吸い込み口の間には、逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
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