JP4658394B2

JP4658394B2 - Multi-type gas heat pump type air conditioner

Info

Publication number: JP4658394B2
Application number: JP2001193188A
Authority: JP
Inventors: 司笠木; 忠広加藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003004325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の圧縮機をガスエンジン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排気ガスを液冷媒の加熱源として利用するガスヒートポンプ式空気調和装置に係り、特に、複数の室内ユニットを備えて全数冷房運転、全数暖房運転及び冷暖房同時運転から選択切換可能なマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプを利用して冷暖房等の空調運転を行う空気調和装置は、室内熱交換器、圧縮機、室外熱交換器、絞り機構等の要素を含む冷媒回路を備えている。室内の冷暖房は、冷媒がこの回路を巡る途中で、室内熱交換器及び室外熱交換器において室内の空気（以下「室内気」と呼ぶ）及び外気とそれぞれ熱の交換を行うことによって実現される。また、この冷媒回路には、室外熱交換器による冷媒の熱の受取り（暖房運転時）のみに頼るのではなく、冷媒そのものを直接的に加熱するための冷媒加熱器が設置されることもある。
【０００３】
ところで、近年、上述した冷媒回路中に設けられる圧縮機の動力源として、通常使用されている電動機に代わり、ガスエンジンを利用するものが開発されている。このガスエンジンを利用した空気調和装置は、一般にガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「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。
【０００６】
一方、ＥＨＰの室内ユニット側においては、複数の空調対象区画毎に独立した室内ユニットを設置し、全区画（室内ユニットの全数）または一部区画の冷房運転、全区画（室内ユニットの全数）または一部区画の暖房運転及び空調対象区画または室内ユニット毎に冷房／暖房／休止の同時運転を行うことができるマルチ型と呼ばれるシステムが開発されており、たとえば特開平１−２４７９６７号公報、特開平７−４３０４２号公報、特開平９−６０９９４号公報などに開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように多くの利点を有するＧＨＰの室内ユニットについても、ＥＨＰと同様にマルチ型システムの適用が望まれる。
しかしながら、ＧＨＰにマルチ型システムを適用する場合には、室外ユニット側に設けられている室外熱交換器の凝縮能力や蒸発能力について、各室内ユニットの運転状況に応じた広範囲の要求能力に対応する必要がある。すなわち、主として冷房運転を行う場合には、冷房運転を行っている室内機ユニット数や暖房運転を行っている室内機ユニット数の組み合わせに応じて、コンデンサとして機能する室外熱交換器に求められる凝縮能力が広範囲にわたって変化するため、要求に応じた凝縮能力を容易に提供できる安価なシステムが望まれる。
【０００８】
図１１は、空気調和装置の冷凍サイクルを示すモリエル線図である。冷房運転の場合には、図中のｉ１−ｉ２間が室内熱交換器の冷房（蒸発）能力となる。この冷房能力を得るためには、室外熱交換器側からｉ３−ｉ１間の凝縮能力を得る必要がある。
しかしながら、複数の室内ユニットにおいてそれぞれ冷房及び暖房の混合運転がなされる場合、暖房運転をしている少数の室内熱交換器からｉ４−ｉ１間の暖房（凝縮）能力が得られるため、室外熱交換器ではｉ３−ｉ４間に相当する凝縮能力を負担すればよい。すなわち、ｉ１−ｉ２間の冷房能力及びｉ４−ｉ１間の暖房能力は使用者が選択する運転状況に応じて変化する値であるため、室外熱交換器に要求される凝縮能力もこれに応じて広範囲にわたって変化する。
【０００９】
また、主として暖房運転を行う場合には、使用者の設定に応じて、冷房運転を行う少数の室内熱交換器で得られる蒸発能力と暖房運転を行う多数の室内熱交換器で得られる凝縮能力とが変化するので、エバポレータとして機能する室外熱交換器に要求される蒸発能力もこれに応じて広範囲に変化する。なお、暖房運転時においては、たとえばガスエンジンから水熱交換器にエンジン冷却水を導入してガスエンジンの廃熱を利用すれば、エバポレータとして機能する室外熱交換器の蒸発能力を補うことも可能である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の室内機ユニットを備え冷暖房混合運転も可能なマルチ型システムの運転状況に応じて、室外熱交換器に対する凝縮能力及び気化能力の要求変動に容易に能力変化させることができる安価なシステムを備えたマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和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】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置は、それぞれに室内熱交換器を備え室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う複数の室内機ユニットと、ガスエンジンで駆動する圧縮機及び外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器を備えている室外機ユニットと、前記室内機ユニットのそれぞれについて冷媒の流れ方向を制御し冷暖房運転の選択切換を行う分流コントロールユニットとを具備してなるマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置であって、前記室外熱交換器を複数に分割して並列に接続すると共に、同室外熱交換器の各分割部分毎にそれぞれ設けられ、対応する該分割部分に接続される第１ポート、前記圧縮機の吐出側に接続される第２ポート、及び前記分流コントロールユニットに接続される第３ポートを有して冷媒の流れを制御する四方弁を備える冷媒供給切換手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
このようなマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置によれば、複数に分割した室外熱交換器に対し、各分割部毎に冷媒の流れを制御することができるので、室外熱交換器の凝縮能力または蒸発能力を分割数に応じて段階的に変化させることができる。
【００１３】
請求項１に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置においては、前記室外熱交換器に隣接して前記ガスエンジンのラジエータを設置し、該ラジエータを複数に分割して並列に接続すると共に、同ラジエータの各分割部毎にエンジン冷却水の導入を選択する切換手段を設けることが好ましく、これにより、ラジエータに導入するエンジン冷却水から得られるエンジン廃熱を、ラジエータの分割数に応じて段階的に有効利用することができる。
【００１４】
請求項１または２に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置においては、前記室外熱交換器の室外機ファンで外気導入の風量制御を行うことが好ましく、これにより、風量制御により室外熱交換器の凝縮能力または蒸発能力を調整することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
図１に示すマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＭＧＨＰ」と略す）１は、大きくは複数の室内機ユニット１０と、各室内機ユニット１０毎に冷媒の流れ方向を制御して冷暖房運転の選択切換を行う分流コントロールユニット２０と、後述するガスエンジン駆動の圧縮機や室外熱交換器を備えた室外機ユニット３０とを具備して構成されている。このＭＧＨＰ１では、各室内ユニット１０、分流コントロールユニット２０及び室外機ユニット３０の間が冷媒配管２をもって接続されている。
【００１６】
室内機ユニット１０には、図２に示すように、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気を暖めるコンデンサとして機能する、室内熱交換器１１が具備されている。なお、図中の符号１２は冷房運転用の絞り機構として設けた電子膨張弁、１３は暖房運転用の絞り機構として機能するキャピラリチューブ、１４は逆止弁である。
図示の例では、上述した室内機ユニット１０が４台（１０Ａ〜１０Ｄ）並列に設けられており、それぞれが独立した空調対象区画に設置されて、後述する分流コントロールユニット２０の切換操作により、全数冷房運転、全数暖房運転、または各室内機ユニット毎に冷房運転／暖房運転／休止（以下「冷暖房同時運転」と呼ぶ）を選択できるようになっている。
【００１７】
分流コントロールユニット２０は、室内機ユニット１０と室外機ユニット３０との間を接続する冷媒の管路と、冷媒が流れる管路及びその流れ方向を選択切り換えする電磁弁等の開閉弁とにより構成されている。
図示の例では、各室内機ユニット１０毎に４個の電磁弁２１，２２，２３，２４が設けられ、それぞれの室内機ユニット１０の運転に応じて各電磁弁２１〜２４を開閉することで、すなわち冷房運転、暖房運転及び休止のいずれかが選択される運転状況に応じて各電磁弁２１〜２４の開閉状態を切り換えることで、後述する室外機ユニット３０と接続されて冷媒が流れる管路や冷媒の流れ方向を選択切換できるようになっている。
なお、分流コントロールユニット２０は、一つの室内機ユニット１０毎にそれぞれ設けられた２本の室内機ユニット接続用の冷媒配管２と、後述する室外機ユニット３０と接続するために設けた３本の室外機接続用の冷媒配管２とを備えている。
【００１８】
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、圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室内機ユニット１０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。
【００１９】
冷媒回路部内には、圧縮機３１、室外熱交換器３２、水熱交換器３３、アキュムレータ３４、レシーバ３５、オイルセパレータ３６、絞り機構３７、四方弁３８、電磁弁３９及び逆止弁４０などが具備されている。また、冷媒回路部は、分流コントロールユニット２０に設けられた３本の冷媒配管２と接続するため、それぞれに第１操作弁４１，第２操作弁４２，第３操作弁４３を設けた分流コントロールユニット接続用の３本の冷媒配管２を備えている。
圧縮機３１は、後述するガスエンジンＧＥを駆動源として運転され、室内熱交換器１１または室外熱交換器３２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３２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１１を通して室内気に熱を与えることが可能となる。
【００２０】
室外熱交換器３２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３２は、先の室内熱交換器１１とは逆の働きを行うことになる。
【００２１】
この実施形態における室外熱交換器３２は、熱交換部分を複数に分割して並列に接続した構成としてある。図示の例では、室外熱交換器３２が４分割されており、それぞれに符号３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄを付す。
また、室外熱交換器３２は、後述するガスエンジＧＥのラジエータ５３と隣接して設置されている。ラジエータ５３は、ガスエンジンＧＥのエンジン冷却水を外気と熱交換して冷却する熱交換器である。従って、たとえば低外気温時に暖房運転を行うような場合には、室外機ファン４４の回転方向を選択切換することにより、エバポレータとして機能する室外熱交換器３２がラジエータ５３を通過して温度上昇した外気と熱交換できるようになるため、その蒸発能力を高めることができる。
【００２２】
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、冷媒は室外熱交換器３２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。
【００２３】
アキュムレータ３４は、圧縮機３１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３５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３６は、冷媒中に含まれる油分を分離して圧縮機３１に戻すために設けられたものである。
【００２４】
絞り機構３７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３７として、電子膨張弁、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。
【００２５】
四方弁３８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り、電磁弁３９や逆止弁４０と共に、複数に分割した室外熱交換器３２への冷媒供給切換手段を構成している。
この四方弁３８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３１の吐出側と、ポートＣは室外熱交換器３２と、ポートＳは圧縮機３１の吸入側とそれぞれ冷媒配管２で接続され、さらにポートＥは、ポートＣと室外熱交換器３２とを接続する冷媒配管２の途中に接続されている。図示の構成例では、４分割した室外熱交換器３２に対応して３個の四方弁３８が３個設けられており、それぞれに符号３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃを付す。
【００２６】
第１の四方弁３８Ａは、符号３２Ａを付した室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この室外熱交換器３２Ａは単独使用が可能であり、しかも、この冷媒配管には絞り機構３７として電子膨張弁を備えているため、熱交換能力の可変制御が可能である。
第２の四方弁３８Ｂは、符号３２Ｂ，３２Ｃを付した二つの室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この場合、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃは、常に両方が同時使用され、しかもその用途は同じになる。
第３の四方弁３８Ｃは、符号３２Ｄを付した室外熱交換器（熱交換部）に接続されている。この室外熱交換器３２Ｄは、単独での使用が可能である。
【００２７】
従って、室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを均等に分割すれば、その熱交換能力は、室外熱交換器３２Ａを単独で使用する２５％能力、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃを同時使用する５０％能力、室外熱交換器３２Ｂ〜Ｄの３分割を使用する７５％能力、そして、室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを全て使用する１００％能力から、使用状況に応じて適宜選択することができる。
また、四方弁３８Ａ〜Ｄや電磁弁３９を開閉切換操作することにより、冷媒の流れ方向についても切り換えることができるので、室外熱交換器３２Ａ及び３２Ｄをそれぞれ単独で、そして、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃを一体的に、エバポレータまたはコンデンサとして使い分けることができる。
【００２８】
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５０や燃料吸入系６０の他、図示省略の排気ガス系及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３１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３１に駆動力が伝達されるようになっている。
【００２９】
冷却水系５０は、水ポンプ５１、リザーバタンク５２、ラジエータ５３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５１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５２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５３は、室外熱交換器３２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。
図示の例では、室外熱交換器３２と同様に、ラジエータ５３も４分割されて並列に接続されており、それぞれに符号５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ，５３Ｄを付してある。また、電磁弁３９を設けて、ラジエータ５３Ａ，５３Ｄの単独使用、ラジエータ５３Ｂ，５３Ｃの同時使用を選択できるようにしてある。
【００３０】
冷却水系５０には、上記した構成の他に排気ガス熱交換器５４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５０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５０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。
なお、冷却水系５０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５５により行われる。
【００３１】
燃料吸入系６０は、ガスレギュレータ６１、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。
【００３２】
以下では、上記の構成となるＭＧＨＰ１において、室内を冷暖房するそれぞれの運転時について、その作用を説明する。
まず最初に、室内ユニット１０Ａ〜Ｄの全数を冷房運転する場合について、図１ないし３を参照して説明する。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、冷媒の流れ方向が矢印で示されている。
この場合、冷媒回路部３０の四方弁３８Ａ〜Ｃは、いずれもポートＤ／Ｃ間が連通され、圧縮機３１の吐出側と室外熱交換器３２とが接続されている。この状態では、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁３８を通ってコンデンサとして機能する室外熱交換器３２に送られる。
【００３３】
高温高圧のガス冷媒は室外熱交換器３２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、図３に示すように、逆止弁４０を通過してレシーバ３５に導かれる。レシーバ３５で気液分離された液冷媒は、第３操作弁４３を通って分流コントロールユニット２０へ流れ込む。
分流コントロールユニット２０に流れ込んだ高温高圧の液冷媒は、電磁弁２４を経て電子膨張弁１２に導かれ、同電子膨張弁１２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１１に送られる。
【００３４】
室内熱交換器１１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、再度分流コントロールユニット２０に戻され、さらに、第１操作弁４１を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。
冷媒回路部に送られた低温低圧のガス冷媒はアキュムレータ３４に流入し、液状成分が分離されたのち圧縮機３１に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機３１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３２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。
【００３５】
次に、室内ユニット１０Ａ〜Ｄの全数を暖房運転する場合について、図４ないし６を参照して説明する。
この場合、冷媒回路部の四方弁３８Ａ〜Ｃは、いずれもポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機３１の吐出側と室内熱交換器１１とが接続されている。この状態では、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２操作弁４２を通って分流コントロールユニット２０に送られる。分流コントロールユニット２０内に導かれた冷媒は、電磁弁２２を通って各室内ユニット１０Ａ〜Ｄのコンデンサとして機能する室内熱交換器１１に送られる。
【００３６】
高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１１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、キャピラリーチューブ１３を通ることで減圧されて低温低圧の液冷媒となり、逆止弁１４を経て分流コントロールユニット２０へ戻される。
分流コントロールユニット２０に流れ込んだ低温低圧の液冷媒は、電磁弁２４及び第３操作弁４３を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。
【００３７】
冷媒回路部３０に送られた液冷媒は、レシーバ３５を経て気液分離がなされ、液冷媒のみがエバポレータとして機能する室外熱交換器３２へ送られる。この液冷媒は、室外熱交換器３２へ入る前に、絞り機構３７として設けられているキャピラリーチューブを通過して再度減圧される。
室外熱交換器３２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。この時、ラジエータ５３に高温のエンジン冷却水を流すと、エンジン廃熱を利用して液冷媒を効率よく蒸発気化させることができる。
【００３８】
こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、四方弁３８のポートＣからポートＳを経てアキュムレータ３４へ導かれ、液状成分が分離されたのち圧縮機３１に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機３１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１１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。
【００３９】
最後に、室内ユニット１０Ａ〜Ｄを冷暖房同時運転する場合について、図７ないし９を参照して説明する。なお、ここでの冷暖房同時運転は、暖房主体運転に冷房運転を混在させた場合、具体的には３セットの室内機ユニット１０Ａ〜Ｃを暖房運転とし、残る１セットの室内機ユニット１０Ｄを冷房運転する場合を例にして説明する。
この場合、冷媒回路部の四方弁３８Ａ，Ｃは、いずれもポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機３１の吐出側と室内ユニット１０Ａ〜Ｃの室内熱交換器１１とが接続されている。
【００４０】
この状態では、圧縮機３１より吐出された高温高圧のガス冷媒は、第２操作弁４２を通って分流コントロールユニット２０に送られる。分流コントロールユニット２０内に導かれた冷媒は、室内機ユニット１０Ａ〜Ｃに対応するそれぞれの電磁弁２２を通って、各室内ユニット１０Ａ〜Ｃにおいてコンデンサとして機能する室内熱交換器１１Ａ〜Ｃに送られる。
【００４１】
高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器１１Ａ〜Ｃ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、キャピラリーチューブ１３を通ることで減圧されて低温低圧の液冷媒となり、逆止弁１４を経て分流コントロールユニット２０へ戻される。
分流コントロールユニット２０に流れ込んだ低温低圧の液冷媒は、電磁弁２４及び第３操作弁４３を通って室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。
【００４２】
一方、冷房運転されている室内機ユニット１０Ｄは、分流コントロールユニット２０内において、対応する電磁弁２１，２４が開となる。このため、室内機ユニット１０Ａ〜Ｃから室外機ユニット３０へ送られる低温低圧の液冷媒は、その一部が第３操作弁４３の上流側で分流し、電磁弁２４及び電子膨張弁１２を通ってエバポレータとして機能する室内熱交換器１１Ｄに送られる。
室内熱交換器１１Ｄ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し、室内気を冷却する。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、分流コントロールユニット２０に戻される。分流コントロールユニット２０内では電磁弁２１を通り、第１操作弁４１から室外機ユニット３０の冷媒回路部に送られる。
【００４３】
室内機ユニット１０Ｄへ分流させた残りの液冷媒は、第３操作弁４３から冷媒回路部３０に送られる。この液冷媒は、レシーバ３５を経て気液分離がなされ、液冷媒のみがエバポレータとして機能する室外熱交換器３２へ送られる。この液冷媒は、室外熱交換器３２へ入る前に、絞り機構３７として設けられているキャピラリーチューブを通過して再度減圧される。
【００４４】
ところで、室外熱交換器３２に要求される蒸発能力は、全数暖房運転時と比較して少なくてすむ。すなわち、４セット設けてある室内機ユニット１０Ａ〜Ｄのうち、３セットが暖房運転され、残る１セットが冷房運転されていることから、４分割された室外熱交換器３２Ａ〜Ｄの約５０％と、冷房運転している室内熱交換器１１Ｄとを合計した蒸発能力があればよい。このため、ここでは室外熱交換器３２Ａ及び３２Ｄを使用し、残る５０％の室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃは休止させている。
従って、低温低圧の液冷媒は、室外熱交換器３２Ａ，３２Ｄを通過して流れる過程において外気から熱を奪い、蒸発気化して低温低圧のガス冷媒となる。この時、ラジエータ５３に高温のエンジン冷却水を流すと、エンジン廃熱を利用して液冷媒を効率よく蒸発気化させることができる。
【００４５】
こうして低温低圧のガスとなった冷媒は、四方弁３８Ａ，ＣのポートＣからポートＳを経てアキュムレータ３４へ導かれる。また、室内熱交換器１１Ｄで蒸発気化した低温低圧のガス冷媒は、第１操作弁４１の後流側で四方弁３８Ａ，Ｃからアキュムレータ３４へ導かれるガス冷媒と合流し、同様にしてアキュムレータ３４へ導かれる。アキュムレータ３４に導入された低温低圧のガス冷媒は、液状成分が分離されたのち圧縮機３１に吸入される。圧縮機３１に吸入されたガス冷媒は、圧縮機３１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１１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。
【００４６】
このように、冷暖房同時運転を行う場合には、室内機ユニット１０Ａ〜Ｄの運転状況に応じて、４分割された室外熱交換器３２Ａ〜Ｄの運転形態を、コンデンサ、エバポレータまたは休止の中から、四方弁３８及び電磁弁３９の操作によりそれぞれ選択切り換えすることができる。
すなわち、４分割された室外熱交換器３２Ａ〜Ｄは、コンデンサとして使用する場合、その使用数に応じて、図１０に実線で示すように、段階的に変化する凝縮能力の特性を有している。この特性では、要求能力がａ％から２５％までの間は凝縮能力も比例して増加している。これは、絞り機構３７として調整機能を有する電子膨張弁が採用されている室外熱交換器３２Ａを単独で使用するためである。なお、凝縮能力の最低値は、電子膨張弁の調整範囲により定まる。
【００４７】
要求能力が２５％以上になると、室外熱交換器を２台同時使用することで５０％の凝縮能力が得られるようにしてある。この場合、室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃを常に同時使用することで、選択切換に必要となる電磁弁３９の数を減らしている。なお、この場合の絞り機構３７には、低コスト化を狙って調整機能がない膨張弁を採用しているため、凝縮能力を比例制御することはできない。
要求能力が５０％以上になると、室外熱交換器を３台使用して７５％の凝縮能力が得られるようにしてある。この場合、上述した５０％の凝縮能力が得られる室外熱交換器３２Ｂ，３２Ｃに加えて、室外熱交換器３２Ｄを追加使用する。
そして、要求能力が７５％以上になると、４分割した室外熱交換器３２Ａ〜Ｄを全数使用し、１００％の凝縮能力が得られるようにしてある。
なお、上述した凝縮能力は、エバポレータとして使用する場合には蒸発能力と読み替えることができる。
【００４８】
ところで、室外熱交換器３２の分割数は４分割に限定されるものではなく、室内ユニット１０の数や冷暖房同時運転の要求などに応じて適宜変更可能である。また、調整機能を有する電子膨張弁を絞り機構３７の全てに採用すれば、ほぼ全域にわたって比例制御することができる。従って、絞り機構３７についても、全てに調整機能を有する電子膨張弁を採用してもよいし、反対に全てに調整機能をもたない膨張弁を採用することも可能である。
【００４９】
このように、全数冷房運転の場合には、冷房運転することでエバポレータとして機能する室外熱交換器１１Ａ〜Ｄの数と、コンデンサとして機能する室外熱交換器３２Ａ〜Ｄの数を一致させ、全数暖房運転の場合には、暖房運転することでコンデンサとして機能する室内熱交換器１１Ａ〜Ｄの数とエバポレータとして機能する室外熱交換器３２Ａ〜Ｄの数とを一致させればよい。
また、冷暖房同時運転の場合には、エバポレータとして機能する室内熱交換器１１及び室外熱交換器３２の蒸発能力と、コンデンサとして機能する室内熱交換器１１及び室外熱交換器３２の凝縮能力とがバランスするように、分割された室外熱交換器３２の使用数や組合せなどを決めればよい。なお、たとえば室内熱交換器１１が４セット設置され、冷房運転及び暖房運転が共に２セットと同数の場合には、室内熱交換器１１どうしで能力がバランスするので、室外熱交換器３２を全数休止させることも可能である。
【００５０】
さて、上述した実施形態では、ラジエータ５３を室外熱交換器３２と同様の４分割としてある。このため、電磁弁３９の開閉操作により、特に、室外熱交換器３２をエバポレータとして使用する分割部に対応してエンジン冷却水を導入することが可能になり、ラジエータの分割数に応じてエンジン廃熱を段階的に有効利用することができる。
また、上述した室外熱交換器３２の熱交換能力については、室外機ファン４４の運転速度を制御することにより外気導入の風量が変化するので、使用する分割部の数を切り換える段階的な調整に加え、風量に応じた調整も可能である。
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、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。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置によれば、室外熱交換器を複数に分割して並列に接続し、冷媒供給切換手段により各分割部毎の冷媒の流れを制御できるようにしたので、全数冷房運転、全数暖房運転及び冷暖房同時運転から適宜選択される室内機ユニットの運転状況に応じて大きく変動する蒸発能力または凝縮能力を、安価なシステムで容易に得ることができるといった顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態を示す図で、全数冷房運転時の状態を示す全体構成図である。
【図２】図１における分流コントロールユニット及び室内機ユニットの内部構成を示す図である。
【図３】図１における室外熱交換器周辺の構成例を示す図である。
【図４】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態を示す図で、全数暖房運転時の状態を示す全体構成図である。
【図５】図４における分流コントロールユニット及び室内機ユニットの内部構成を示す図である。
【図６】図４における室外熱交換器周辺の構成例を示す図である。
【図７】本発明に係るマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施形態を示す図で、冷暖房同時運転時の状態を示す全体構成図である。
【図８】図７における分流コントロールユニット及び室内機ユニットの内部構成を示す図である。
【図９】図８における室外熱交換器周辺の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に示した室外熱交換器について、凝縮能力の特性を示す図である。
【図１１】マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和機において、冷暖房同時運転を実施した場合の問題点を説明するために示したモリエル線図である。
【符号の説明】
１マルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置（ＭＧＨＰ）
１０室内機ユニット
１１室内熱交換器
２０分流コントロールユニット
３０室外機ユニット
３１圧縮機
３２室外熱交換器
３７絞り機構
３８四方弁
３９電磁弁
４０逆止弁
４１第１操作弁
４２第２操作弁
４３第３操作弁
ＧＥガスエンジン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas heat pump type air conditioner that drives a refrigerant compressor by a gas engine and uses the exhaust gas of the gas engine as a heating source for liquid refrigerant during heating operation, and more particularly, a plurality of indoor units. It is related with the multi-type gas heat pump type air conditioner which can be selectively switched from all-cooling operation, all-number heating operation, and simultaneous cooling and heating operation.
[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. Air conditioning in the room is realized by exchanging heat with indoor air (hereinafter referred to as “indoor air”) and outdoor air in the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger 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, instead of relying solely on the reception of 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 of concern in EHP.
[0006]
On the other hand, on the indoor unit side of EHP, an independent indoor unit is installed for each of a plurality of air conditioning target sections, and cooling operation of all sections (total number of indoor units) or partial sections, all sections (total number of indoor units) or A multi-type system has been developed that can perform heating operation in some sections and simultaneous cooling / heating / pause operation for each air conditioning target section or indoor unit. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 1-2247967 and 7-43042, JP-A-9-60994, and the like.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, a multi-type system is desired to be applied to an indoor unit of GHP having many advantages as well as EHP.
However, when a multi-type system is applied to GHP, the condensing capacity and evaporating capacity of the outdoor heat exchanger provided on the outdoor unit side corresponds to a wide range of required capacities according to the operating conditions of each indoor unit. There is a need. That is, in the case of mainly performing the cooling operation, the condensation required for the outdoor heat exchanger functioning as a condenser according to the combination of the number of indoor unit units performing the cooling operation or the number of indoor unit units performing the heating operation. Because the capacity varies over a wide range, an inexpensive system that can easily provide the condensation capacity on demand is desired.
[0008]
FIG. 11 is a Mollier diagram showing the refrigeration cycle of the air conditioner. In the case of cooling operation, the space between i1 and i2 in the figure is the cooling (evaporation) capacity of the indoor heat exchanger. In order to obtain this cooling capacity, it is necessary to obtain the condensation capacity between i3 and i1 from the outdoor heat exchanger side.
However, when mixed operation of cooling and heating is performed in each of a plurality of indoor units, since a heating (condensation) capability between i4 and i1 can be obtained from a small number of indoor heat exchangers performing the heating operation, outdoor heat exchange is performed. The vessel only has to bear the condensation capacity corresponding to i3 to i4. That is, since the cooling capacity between i1-i2 and the heating capacity between i4-i1 are values that change according to the operating conditions selected by the user, the condensing capacity required for the outdoor heat exchanger also depends on this. It varies over a wide range.
[0009]
When heating operation is mainly performed, the evaporation capacity obtained by a small number of indoor heat exchangers that perform cooling operation and the condensation capacity obtained by many indoor heat exchangers that perform heating operation, depending on the setting of the user. Therefore, the evaporation capacity required for the outdoor heat exchanger functioning as an evaporator also varies widely. During heating operation, for example, by introducing engine cooling water from the gas engine to the water heat exchanger and using the waste heat of the gas engine, it is possible to supplement the evaporation capacity of the outdoor heat exchanger that functions as an evaporator. It is.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to condense the outdoor heat exchanger according to the operation status of a multi-type system that includes a plurality of indoor unit units and is capable of air-conditioning and mixing operation. Another object of the present invention is to provide a multi-type gas heat pump type air conditioner equipped with an inexpensive system capable of easily changing the capacity to the required fluctuation of the vaporization capacity.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. The multi-type gas heat pump type air conditioner according to claim 1 includes a plurality of indoor unit units each having an indoor heat exchanger for exchanging heat between indoor air and a refrigerant, and compression driven by a gas engine. An outdoor unit having an outdoor heat exchanger for exchanging heat between the unit and the outside air and the refrigerant, and a diversion control unit for controlling the flow direction of the refrigerant for each of the indoor unit and switching the cooling / heating operation. A multi-type gas heat pump type air conditioner comprising: a plurality of the outdoor heat exchangers divided in parallel and connected in parallel; and for each divided portion of the outdoor heat exchanger A first port connected to the corresponding divided portion, a second port connected to the discharge side of the compressor, and a third port connected to the flow dividing control unit. Control refrigerant flow With a four-way valve The refrigerant supply switching means is provided.
[0012]
According to such a multi-type gas heat pump type air conditioner, with respect to the outdoor heat exchanger divided into a plurality of parts, the flow of the refrigerant can be controlled for each divided part, so the condensation capacity of the outdoor heat exchanger or The evaporation capability can be changed stepwise according to the number of divisions.
[0013]
In the multi-type gas heat pump type air conditioner according to claim 1, a radiator of the gas engine is installed adjacent to the outdoor heat exchanger, and the radiator is divided into a plurality of parts and connected in parallel. It is preferable to provide switching means for selecting introduction of engine cooling water for each divided portion of the radiator, whereby the engine waste heat obtained from the engine cooling water introduced into the radiator is stepwise according to the number of divisions of the radiator. Can be used effectively.
[0014]
In the multi-type gas heat pump type air conditioner according to claim 1 or 2, it is preferable to control the air volume of the outside air introduced by an outdoor unit fan of the outdoor heat exchanger, whereby the outdoor heat exchanger is controlled by the air volume control. It is possible to adjust the condensation capacity or evaporation capacity.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, one Embodiment of the multi-type gas heat pump type air conditioning apparatus which concerns on this invention is described with reference to FIGS. 1-3.
A multi-type gas heat pump type air conditioner (hereinafter abbreviated as “MGHP”) 1 shown in FIG. 1 is mainly a plurality of indoor unit units 10 and controls the flow direction of refrigerant for each indoor unit 10 to perform cooling and heating operation. The diversion control unit 20 that performs the selection switching and the outdoor unit 30 that includes a gas engine driven compressor and an outdoor heat exchanger, which will be described later, are provided. In the MGHP 1, the indoor units 10, the shunt control unit 20, and the outdoor unit 30 are connected by a refrigerant pipe 2.
[0016]
As shown in FIG. 2, the indoor unit 10 functions as an evaporator that evaporates low-temperature and low-pressure liquid refrigerant during cooling operation and takes heat from indoor air (room air). An indoor heat exchanger 11 is provided that functions as a condenser that condenses and liquefies the refrigerant to warm the room air. In the figure, reference numeral 12 denotes an electronic expansion valve provided as a throttle mechanism for cooling operation, 13 denotes a capillary tube functioning as a throttle mechanism for heating operation, and 14 denotes a check valve.
In the example shown in the figure, the above-described indoor unit 10 is provided in parallel (10A to 10D) in parallel, and each unit is installed in an independent air-conditioning target section. A cooling operation, a total heating operation, or a cooling operation / heating operation / pause (hereinafter referred to as “cooling / heating simultaneous operation”) can be selected for each indoor unit.
[0017]
The shunt control unit 20 includes a refrigerant pipe connecting the indoor unit 10 and the outdoor unit 30, and an open / close valve such as an electromagnetic valve for selectively switching the pipe through which the refrigerant flows and the flow direction thereof. ing.
In the illustrated example, four electromagnetic valves 21, 22, 23, and 24 are provided for each indoor unit 10, and each electromagnetic valve 21 to 24 is opened and closed according to the operation of each indoor unit 10. That is, a conduit through which the refrigerant flows by being connected to the outdoor unit 30 described later by switching the open / close state of each of the solenoid valves 21 to 24 according to the operation state in which any one of the cooling operation, the heating operation, and the suspension is selected In addition, the flow direction of the refrigerant can be selectively switched.
The diversion control unit 20 includes three refrigerant pipes 2 for connecting two indoor unit units, which are provided for each indoor unit 10, and three outdoor unit units 30 that are connected to an outdoor unit 30 described later. And a refrigerant pipe 2 for connecting an outdoor unit.
[0018]
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 10 centering on devices such as a compressor and an outdoor heat exchanger, and is hereinafter referred to as a refrigerant circuit part. The second component part is a part including a gas engine for driving the compressor and a device associated therewith, and is hereinafter referred to as a gas engine part.
[0019]
In the refrigerant circuit section, there are a compressor 31, an outdoor heat exchanger 32, a water heat exchanger 33, an accumulator 34, a receiver 35, an oil separator 36, a throttle mechanism 37, a four-way valve 38, an electromagnetic valve 39, a check valve 40, and the like. It is equipped. Further, since the refrigerant circuit unit is connected to the three refrigerant pipes 2 provided in the diversion control unit 20, the diversion control is provided with the first operation valve 41, the second operation valve 42, and the third operation valve 43, respectively. Three refrigerant pipes 2 for connecting the units are provided.
The compressor 31 is operated using a gas engine GE, which will be described later, as a drive source, compresses a low-temperature and low-pressure gas refrigerant sucked from either the indoor heat exchanger 11 or the outdoor heat exchanger 32, and serves as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant. Discharge. Thus, during the cooling operation, even when the outside air temperature is high, the refrigerant can dissipate heat to the outside air through the outdoor heat exchanger 32. Moreover, it becomes possible to give heat to indoor air through the indoor heat exchanger 11 at the time of heating operation.
[0020]
The outdoor heat exchanger 32 functions as a condenser that condenses and liquefies high-temperature and high-pressure gas refrigerant during cooling operation and dissipates heat to the outside air. Function as. That is, the outdoor heat exchanger 32 performs the reverse operation of the previous indoor heat exchanger 11 during the cooling and heating operations.
[0021]
The outdoor heat exchanger 32 in this embodiment has a configuration in which the heat exchange part is divided into a plurality of parts and connected in parallel. In the example shown in the figure, the outdoor heat exchanger 32 is divided into four parts, which are denoted by reference numerals 32A, 32B, 32C, and 32D, respectively.
The outdoor heat exchanger 32 is installed adjacent to a radiator 53 of a gas engine GE described later. The radiator 53 is a heat exchanger that cools the engine coolant of the gas engine GE by exchanging heat with the outside air. Therefore, for example, when heating operation is performed at a low outdoor temperature, the outdoor heat exchanger 32 functioning as an evaporator passes through the radiator 53 and the temperature rises by selectively switching the rotation direction of the outdoor unit fan 44. Since it becomes possible to exchange heat with the outside air, its evaporation capability can be increased.
[0022]
The water heat exchanger 33 is provided so that the refrigerant recovers heat from engine coolant of the gas engine GE described later. That is, during the heating operation, the refrigerant can recover the waste heat from the engine coolant of the gas engine GE instead of relying only on the heat exchange in the outdoor heat exchanger 32. Can be further increased.
[0023]
The accumulator 34 is provided to store a liquid component contained in the gas refrigerant flowing into the compressor 31.
The receiver 35 is provided for gas-liquid separation of the refrigerant liquefied by the heat exchanger functioning as a condenser, and storing excess refrigerant in the refrigeration cycle as liquid.
The oil separator 36 is provided for separating the oil contained in the refrigerant and returning it to the compressor 31.
[0024]
The throttle mechanism 37 is for decompressing and expanding the condensed high-temperature and high-pressure liquid refrigerant to obtain a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant. In the illustrated example, as the throttle mechanism 37, an electronic expansion valve, an expansion valve, and a capillary tube are properly used according to the purpose.
[0025]
The four-way valve 38 is provided in the refrigerant pipe 2 and selectively switches the refrigerant flow path and flow direction, and supplies the refrigerant to the outdoor heat exchanger 32 divided into a plurality of parts together with the electromagnetic valve 39 and the check valve 40. It constitutes switching means.
The four-way valve 38 is provided with four ports D, C, S, and E. The port D is the discharge side of the compressor 31, the port C is the outdoor heat exchanger 32, and the port S is the compressor 31. The suction side is connected to the refrigerant pipe 2, and the port E is connected to the refrigerant pipe 2 that connects the port C and the outdoor heat exchanger 32. In the configuration example shown in the figure, three four-way valves 38 are provided corresponding to the outdoor heat exchanger 32 divided into four parts, and reference numerals 38A, 38B, and 38C are assigned respectively.
[0026]
The first four-way valve 38A is connected to an outdoor heat exchanger (heat exchanging unit) denoted by reference numeral 32A. This outdoor heat exchanger 32A can be used alone, and furthermore, since this refrigerant pipe is provided with an electronic expansion valve as the throttle mechanism 37, the heat exchange capacity can be variably controlled.
The second four-way valve 38B is connected to two outdoor heat exchangers (heat exchanging units) denoted by reference numerals 32B and 32C. In this case, both outdoor heat exchangers 32B and 32C are always used at the same time, and the application is the same.
The third four-way valve 38C is connected to an outdoor heat exchanger (heat exchanging unit) denoted by reference numeral 32D. This outdoor heat exchanger 32D can be used alone.
[0027]
Therefore, if the outdoor heat exchangers 32A to 32D are equally divided, the heat exchange capacity is 25% for using the outdoor heat exchanger 32A alone, and 50% for using the outdoor heat exchangers 32B and 32C simultaneously. From the 75% capacity using the three divisions of the outdoor heat exchangers 32B to 32D and the 100% capacity using all the outdoor heat exchangers 32A to 32D, it can be appropriately selected according to the use situation.
Further, since the refrigerant flow direction can also be switched by opening / closing switching the four-way valves 38A to 38D and the electromagnetic valve 39, the outdoor heat exchangers 32A and 32D are each independently and the outdoor heat exchanger 32B. , 32C can be used separately as an evaporator or a capacitor.
[0028]
On the other hand, the gas engine unit is provided with an exhaust gas system and an engine oil system (not shown) in addition to the cooling water system 50 and the fuel intake system 60 with the gas engine GE as the center.
The gas engine GE is connected to the compressor 31 installed in the refrigerant circuit portion by a shaft or a belt, and the driving force is transmitted from the gas engine GE to the compressor 31.
[0029]
The cooling water system 50 includes a water pump 51, a reservoir tank 52, a radiator 53, and the like, and is used for cooling the gas engine GE with engine cooling water that circulates a circuit (indicated by a broken line) configured by connecting these with piping. It is a system. The water pump 51 is provided for circulating the cooling water of the gas engine GE to the circuit. The reservoir tank 52 is for temporarily storing the surplus in the cooling water flowing through this circuit, or for supplying it when the cooling water is insufficient in the circuit. The radiator 53 is configured integrally with the outdoor heat exchanger 32, and is provided to release heat taken from the gas engine GE by the engine coolant to the outside air.
In the illustrated example, similarly to the outdoor heat exchanger 32, the radiator 53 is also divided into four parts and connected in parallel, which are denoted by reference numerals 53A, 53B, 53C, and 53D, respectively. Further, an electromagnetic valve 39 is provided so that the single use of the radiators 53A and 53D and the simultaneous use of the radiators 53B and 53C can be selected.
[0030]
The cooling water system 50 is provided with an exhaust gas heat exchanger 54 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 50 is provided with the water heat exchanger 33 described above, and is disposed so as to straddle both the refrigerant circuit portion and the cooling water system 50. 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.
The flow rate control of the engine coolant in the coolant system 50 is performed by flow rate control valves 55 provided at two locations.
[0031]
The fuel intake system 60 includes a gas regulator 61, a gas electromagnetic valve 62, a gas connection port 63, and the like, and is a system for supplying city gas such as liquefied natural gas (LNG) as gas fuel to the gas engine GE. The gas regulator 61 is provided to adjust the delivery pressure of the gas fuel supplied from the outside via the gas electromagnetic valve 62 and the gas connection port 63. The gas fuel whose pressure has been adjusted by the gas regulator 61 is mixed with air sucked from an intake port (not shown) and then supplied to the combustion chamber of the gas engine GE.
[0032]
Below, in MGHP1 which becomes said structure, the effect | action is demonstrated at the time of each driving | operation which air-conditions a room | chamber interior.
First, the case where all the indoor units 10A to 10D are cooled will be described with reference to FIGS. In addition, the open / closed state of each valve is black, the valves illustrated are closed, and the flow direction of the refrigerant is indicated by an arrow.
In this case, the four-way valves 38 A to 38 C of the refrigerant circuit unit 30 are all connected between the ports D / C, and the discharge side of the compressor 31 and the outdoor heat exchanger 32 are connected. In this state, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 31 passes through the four-way valve 38 and is sent to the outdoor heat exchanger 32 that functions as a condenser.
[0033]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed and liquefied by the outdoor heat exchanger 32 and dissipates heat to the outside air to become a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. As shown in FIG. 3, the liquid refrigerant passes through the check valve 40 and is guided to the receiver 35. The liquid refrigerant separated from the gas and liquid by the receiver 35 flows into the branch control unit 20 through the third operation valve 43.
The high-temperature and high-pressure liquid refrigerant that has flowed into the diversion control unit 20 is guided to the electronic expansion valve 12 through the electromagnetic valve 24, and is reduced in pressure in the process of passing through the electronic expansion valve 12 to become a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant and functions as an evaporator. To the indoor heat exchanger 11.
[0034]
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant sent to the indoor heat exchanger 11 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, returned again to the diversion control unit 20, and further sent to the refrigerant circuit portion of the outdoor unit 30 through the first operation valve 41.
The low-temperature and low-pressure gas refrigerant sent to the refrigerant circuit section flows into the accumulator 34 and is sucked into the compressor 31 after the liquid component is separated. The gas refrigerant sucked into the compressor 31 is compressed by the operation of the compressor 31 and becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent again to the outdoor heat exchanger 32, so that the refrigerant forms a refrigeration cycle in which the state changes repeatedly. be able to.
[0035]
Next, the case where all the indoor units 10A to 10D are operated for heating will be described with reference to FIGS.
In this case, the four-way valves 38 A to 38 C of the refrigerant circuit portion are all connected between the ports C / S, and the discharge side of the compressor 31 and the indoor heat exchanger 11 are connected. In this state, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 31 is sent to the diversion control unit 20 through the second operation valve 42. The refrigerant introduced into the diversion control unit 20 is sent to the indoor heat exchanger 11 that functions as a capacitor of each indoor unit 10A-D through the electromagnetic valve 22.
[0036]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed and liquefied by exchanging heat with indoor air in the indoor heat exchanger 11. In this process, the gas refrigerant dissipates heat and warms the room air, and then becomes a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. The liquid refrigerant is reduced in pressure by passing through the capillary tube 13 to become a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant, and is returned to the branch flow control unit 20 through the check valve 14.
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant flowing into the diversion control unit 20 is sent to the refrigerant circuit portion of the outdoor unit 30 through the electromagnetic valve 24 and the third operation valve 43.
[0037]
The liquid refrigerant sent to the refrigerant circuit unit 30 undergoes gas-liquid separation via the receiver 35, and only the liquid refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger 32 that functions as an evaporator. Before entering the outdoor heat exchanger 32, the liquid refrigerant passes through the capillary tube provided as the throttle mechanism 37 and is decompressed again.
In the outdoor heat exchanger 32, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant takes heat from the outside air and evaporates to become a low-temperature and low-pressure gas refrigerant. At this time, if high-temperature engine cooling water is passed through the radiator 53, the liquid refrigerant can be efficiently evaporated by using the engine waste heat.
[0038]
The refrigerant thus converted into a low-temperature and low-pressure gas is led from the port C of the four-way valve 38 through the port S to the accumulator 34, where the liquid component is separated and sucked into the compressor 31. The gas refrigerant sucked into the compressor 31 is compressed by the operation of the compressor 31 and becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the indoor heat exchanger 11 again, thereby forming a refrigeration cycle in which the refrigerant repeatedly changes its state. be able to.
[0039]
Finally, the case where the indoor units 10A to 10D are simultaneously operated for cooling and heating will be described with reference to FIGS. Here, in the simultaneous cooling / heating operation, when the cooling operation is mixed with the heating-main operation, specifically, the three sets of indoor unit 10A-C are set to the heating operation, and the remaining one set of indoor unit 10D is cooled. A case of driving will be described as an example.
In this case, the four-way valves 38A and 38C of the refrigerant circuit section are both in communication between the ports C / S, and the discharge side of the compressor 31 and the indoor heat exchanger 11 of the indoor units 10A to 10C are connected.
[0040]
In this state, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 31 is sent to the diversion control unit 20 through the second operation valve 42. The refrigerant introduced into the diversion control unit 20 passes through the respective electromagnetic valves 22 corresponding to the indoor unit units 10A to 10C, and is sent to the indoor heat exchangers 11A to 11C functioning as capacitors in the indoor units 10A to 10C. It is done.
[0041]
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant is condensed and liquefied by exchanging heat with indoor air in the indoor heat exchangers 11A to 11C. In this process, the gas refrigerant dissipates heat and warms the room air, and then becomes a high-temperature and high-pressure liquid refrigerant. The liquid refrigerant is reduced in pressure by passing through the capillary tube 13 to become a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant, and is returned to the branch flow control unit 20 through the check valve 14.
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant flowing into the diversion control unit 20 is sent to the refrigerant circuit portion of the outdoor unit 30 through the electromagnetic valve 24 and the third operation valve 43.
[0042]
On the other hand, in the indoor unit 10D that is in the cooling operation, the corresponding electromagnetic valves 21 and 24 are opened in the shunt control unit 20. For this reason, a part of the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant sent from the indoor unit 10 A to 10 C to the outdoor unit 30 is diverted upstream of the third operation valve 43 and passes through the electromagnetic valve 24 and the electronic expansion valve 12. Is sent to the indoor heat exchanger 11D functioning as an evaporator.
The low-temperature and low-pressure liquid refrigerant sent to the indoor heat exchanger 11D removes heat from the indoor air and evaporates to cool the indoor air. In this process, the indoor air is cooled to become a low-temperature and low-pressure gas refrigerant, and returned to the shunt control unit 20. In the diversion control unit 20, the electromagnetic valve 21 is passed and the first operation valve 41 is sent to the refrigerant circuit portion of the outdoor unit 30.
[0043]
The remaining liquid refrigerant branched to the indoor unit 10 D is sent from the third operation valve 43 to the refrigerant circuit unit 30. This liquid refrigerant undergoes gas-liquid separation via the receiver 35, and only the liquid refrigerant is sent to the outdoor heat exchanger 32 that functions as an evaporator. Before entering the outdoor heat exchanger 32, the liquid refrigerant passes through the capillary tube provided as the throttle mechanism 37 and is decompressed again.
[0044]
By the way, the evaporation capacity required for the outdoor heat exchanger 32 can be reduced as compared with the total heating operation. That is, among the indoor unit units 10A to 10D provided in 4 sets, 3 sets are operated for heating, and the remaining 1 set is operated for cooling. Therefore, about 50% of the outdoor heat exchangers 32A to 32D divided into 4 parts. And the indoor heat exchanger 11D that is performing the cooling operation may have a total evaporation capacity. For this reason, the outdoor heat exchangers 32A and 32D are used here, and the remaining 50% of the outdoor heat exchangers 32B and 32C are suspended.
Therefore, the low-temperature and low-pressure liquid refrigerant takes heat from the outside air in the process of flowing through the outdoor heat exchangers 32A and 32D, evaporates and becomes a low-temperature and low-pressure gas refrigerant. At this time, if high-temperature engine cooling water is passed through the radiator 53, the liquid refrigerant can be efficiently evaporated by using the engine waste heat.
[0045]
The refrigerant thus converted into the low-temperature and low-pressure gas is guided from the port C of the four-way valves 38A and 38C to the accumulator 34 via the port S. Further, the low-temperature and low-pressure gas refrigerant evaporated and vaporized in the indoor heat exchanger 11D joins with the gas refrigerant led from the four-way valves 38A and 38C to the accumulator 34 on the downstream side of the first operation valve 41, and is similarly accumulated in the accumulator 34. Led to. The low-temperature and low-pressure gas refrigerant introduced into the accumulator 34 is sucked into the compressor 31 after the liquid component is separated. The gas refrigerant sucked into the compressor 31 is compressed by the operation of the compressor 31 and becomes a high-temperature and high-pressure gas refrigerant and is sent to the indoor heat exchanger 11 again, thereby forming a refrigeration cycle in which the refrigerant repeatedly changes its state. be able to.
[0046]
As described above, when the cooling and heating simultaneous operation is performed, the operation mode of the outdoor heat exchangers 32A to 32D divided into four according to the operation status of the indoor unit 10A to D is selected from the condenser, the evaporator, or the pause. The four-way valve 38 and the electromagnetic valve 39 can be selectively switched.
That is, when the outdoor heat exchangers 32A to 32D divided into four parts are used as condensers, they have a characteristic of condensing capacity that changes stepwise as shown by a solid line in FIG. Yes. In this characteristic, the condensation capacity increases in proportion to the required capacity from a% to 25%. This is because the outdoor heat exchanger 32A in which an electronic expansion valve having an adjustment function is employed as the throttle mechanism 37 is used alone. The minimum value of the condensation capacity is determined by the adjustment range of the electronic expansion valve.
[0047]
When the required capacity is 25% or more, 50% condensation capacity can be obtained by using two outdoor heat exchangers simultaneously. In this case, the number of solenoid valves 39 required for selection switching is reduced by always using the outdoor heat exchangers 32B and 32C at the same time. Note that the expansion mechanism 37 in this case employs an expansion valve that does not have an adjustment function for the purpose of cost reduction, and therefore the condensation capacity cannot be proportionally controlled.
When the required capacity is 50% or more, 75% condensing capacity is obtained by using three outdoor heat exchangers. In this case, the outdoor heat exchanger 32D is additionally used in addition to the outdoor heat exchangers 32B and 32C capable of obtaining the above-described 50% condensation capability.
When the required capacity reaches 75% or more, all the outdoor heat exchangers 32A to 32D divided into four parts are used so that a condensing capacity of 100% can be obtained.
Note that the above-described condensation ability can be read as evaporation ability when used as an evaporator.
[0048]
By the way, the division | segmentation number of the outdoor heat exchanger 32 is not limited to 4 divisions, It can change suitably according to the number of the indoor units 10, the request | requirement of simultaneous heating / cooling operation, etc. Further, if an electronic expansion valve having an adjustment function is employed in all the throttle mechanisms 37, proportional control can be performed over almost the entire region. Accordingly, the expansion mechanism 37 may employ an electronic expansion valve having an adjustment function for all, or conversely, an expansion valve having no adjustment function for all may be employed.
[0049]
As described above, in the case of the total number cooling operation, the number of the outdoor heat exchangers 11A to 11D functioning as an evaporator and the number of the outdoor heat exchangers 32A to 32D functioning as a condenser are matched by performing the cooling operation. In the case of the heating operation, the number of indoor heat exchangers 11A to 11D that function as condensers by performing the heating operation may coincide with the number of outdoor heat exchangers 32A to 32D that function as evaporators.
In the case of simultaneous cooling and heating operations, the evaporating capacity of the indoor heat exchanger 11 and the outdoor heat exchanger 32 functioning as an evaporator and the condensing capacity of the indoor heat exchanger 11 and the outdoor heat exchanger 32 functioning as a condenser are as follows. What is necessary is just to determine the use number of the divided outdoor heat exchanger 32, a combination, etc. so that it may balance. For example, when four sets of indoor heat exchangers 11 are installed and the number of cooling operations and heating operations is the same as two sets, the capacity is balanced between the indoor heat exchangers 11, so that all the outdoor heat exchangers 32 are provided. It is also possible to pause.
[0050]
In the embodiment described above, the radiator 53 is divided into four parts similar to the outdoor heat exchanger 32. For this reason, the opening / closing operation of the electromagnetic valve 39 makes it possible to introduce the engine cooling water particularly for the division unit that uses the outdoor heat exchanger 32 as an evaporator, and the engine waste according to the number of divisions of the radiator. Heat can be effectively used step by step.
In addition, regarding the heat exchange capability of the outdoor heat exchanger 32 described above, since the air volume of the outside air introduction changes by controlling the operation speed of the outdoor unit fan 44, the stepwise adjustment is performed by switching the number of division units to be used. In addition, adjustment according to the air volume is also possible.
In addition, the structure of this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the multi-type gas heat pump type air conditioner of the present invention, the outdoor heat exchanger is divided into a plurality of pieces and connected in parallel, and the refrigerant flow is changed in each divided portion by the refrigerant supply switching means. Since it is controllable, it is possible to easily obtain evaporation capacity or condensation capacity that varies greatly depending on the operation status of the indoor unit appropriately selected from 100% cooling operation, 100% heating operation and simultaneous cooling / heating operation, with an inexpensive system. There is a remarkable effect of being able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a multi-type gas heat pump type air conditioner according to the present invention, and is an overall configuration diagram showing a state at the time of exhaust cooling operation.
FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of a shunt control unit and an indoor unit in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example around an outdoor heat exchanger in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a multi-type gas heat pump type air conditioner according to the present invention, and is an overall configuration diagram showing a state during the total heating operation.
FIG. 5 is a diagram showing an internal configuration of a shunt control unit and an indoor unit in FIG. 4;
6 is a diagram showing a configuration example around an outdoor heat exchanger in FIG. 4. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment of a multi-type gas heat pump type air conditioner according to the present invention, and is an overall configuration diagram showing a state during simultaneous cooling and heating operation.
FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of a flow dividing control unit and an indoor unit in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example around the outdoor heat exchanger in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the characteristics of condensation capacity for the outdoor heat exchanger shown in the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a Mollier diagram shown for explaining problems in the case of simultaneous cooling and heating operation in a multi-type gas heat pump air conditioner.
[Explanation of symbols]
1 Multi-type gas heat pump type air conditioner (MGHP)
10 Indoor unit
11 Indoor heat exchanger
20 Shunt control unit
30 outdoor unit
31 Compressor
32 Outdoor heat exchanger
37 Aperture mechanism
38 Four-way valve
39 Solenoid valve
40 Check valve
41 First operation valve
42 Second operation valve
43 Third control valve
GE gas engine

Claims

それぞれに室内熱交換器を備え室内の空気と冷媒との間で熱交換を行う複数の室内機ユニットと、ガスエンジンで駆動する圧縮機及び外気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器を備えている室外機ユニットと、前記室内機ユニットのそれぞれについて冷媒の流れ方向を制御し冷暖房運転の選択切換を行う分流コントロールユニットとを具備してなるマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置であって、
前記室外熱交換器を複数に分割して並列に接続すると共に、
同室外熱交換器の各分割部分毎にそれぞれ設けられ、対応する該分割部分に接続される第１ポート、前記圧縮機の吐出側に接続される第２ポート、及び前記分流コントロールユニットに接続される第３ポートを有して冷媒の流れを制御する四方弁を備える冷媒供給切換手段を設けたことを特徴とするマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置。A plurality of indoor unit units each having an indoor heat exchanger for exchanging heat between the indoor air and the refrigerant, and an outdoor heat exchange for exchanging heat between the compressor driven by the gas engine and the outside air and the refrigerant The multi-type gas heat pump type air conditioner comprises: an outdoor unit provided with a unit; and a branch flow control unit that controls the flow direction of refrigerant for each of the indoor unit and performs selection switching between cooling and heating operations. And
The outdoor heat exchanger is divided into a plurality and connected in parallel,
Provided for each divided part of the outdoor heat exchanger, and connected to the corresponding first port connected to the divided part, the second port connected to the discharge side of the compressor, and the flow dividing control unit. A multi-type gas heat pump type air conditioner comprising a refrigerant supply switching means having a third port and a four-way valve for controlling the flow of the refrigerant.

前記室外熱交換器に隣接して前記ガスエンジンのラジエータを設置し、該ラジエータを複数に分割して並列に接続すると共に、同ラジエータの各分割部毎にエンジン冷却水の導入を選択する切換手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置。 A switching means for installing the gas engine radiator adjacent to the outdoor heat exchanger, dividing the radiator into a plurality of parts and connecting them in parallel, and selecting introduction of engine cooling water for each of the divided parts of the radiator The multi-type gas heat pump type air conditioner according to claim 1, wherein:

前記室外熱交換器の室外機ファンで外気導入の風量制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチ型ガスヒートポンプ式空気調和装置。 The multi-type gas heat pump type air conditioner according to claim 1 or 2, wherein the air volume control for introducing outside air is performed by an outdoor unit fan of the outdoor heat exchanger.