JP4934413B2

JP4934413B2 - 空気調和装置

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Publication number: JP4934413B2
Application number: JP2006317062A
Authority: JP
Inventors: 直樹坂本; 定康中野; 亮太平田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: EP1925893A2; CN100593099C; KR20080047242A; CN101187511A; JP2008128617A; KR100852344B1

Description

本発明は、エンジン駆動式の空気調和装置におけるガスエンジンの排熱を有効に利用する技術に関する。

一般に、ガスエンジンにより駆動される圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を有し、圧縮機から吐出された冷媒が循環する冷媒回路と、ガスエンジンの排熱を回収し、このガスエンジンを冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、この冷却水回路の冷却水と冷媒回路の冷媒とを熱交換させることにより、冷却水を介して排熱を冷媒に回収させる排熱回収熱交換器とを備える空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の空気調和装置では、例えば暖房運転時に、排熱回収熱交換器に冷却水を流し、この冷却水と冷媒とを熱交換させることにより、冷媒圧力を上昇させて暖房能力の増強を図っている。
特開２００４‐３６９６６号公報

ところで、この種の空気調和装置では、ガスエンジンの排熱を回収することにより、利用水を昇温させて給湯に利用することが考えられる。
しかしながら、暖房運転時に、ガスエンジンの排熱を給湯に利用した場合、暖房能力の増強に利用される排熱が相対的に減少するため、冷媒配管を流れる冷媒圧力が低下することにより、室内の吹出温度が低下して暖房の快適性が損なわれるといった問題があった。
そこで、本発明の目的は、暖房運転時に暖房の快適性を損なうことなく、給湯利用を可能とする空気調和装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ガスエンジンにより駆動される圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を有し、前記圧縮機から吐出された冷媒が循環する冷媒回路と、前記ガスエンジンの排熱を回収し、当該ガスエンジンを冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、この冷却水回路の冷却水と前記冷媒回路の冷媒とを熱交換させることにより、前記冷却水を介して前記排熱を前記冷媒に回収させる排熱回収熱交換器とを備える空気調和装置において、室外機と室内機とを備え、前記冷却水回路には、排熱回収熱交換器に並列に、前記冷却水と熱交換させることにより利用水を昇温させるための温水熱交換器を設け、暖房運転の運転状態に基づいて、前記排熱回収熱交換器における冷媒の排熱回収が十分か否かを判別する判別手段を備え、前記判別手段は、前記室外機の定格容量に対する稼動中の前記室内機の運転容量を示す室内外容量比と外気温度とに対応する暖房余剰能力指数を設定し、この暖房余剰能力指数が所定の閾値よりも小さい場合には、前記排熱回収熱交換器における前記排熱の回収が十分でないと判別し、前記冷却水の略全量を前記排熱回収熱交換器に流し、前記暖房余剰能力指数が所定の閾値以上の場合には、前記排熱回収熱交換器における前記排熱の回収が十分であると判別し、少なくとも前記冷却水の一部を前記温水熱交換器へと流すように制御することを特徴とする。
この構成によれば、暖房運転時においても、排熱回収熱交換器における冷媒の排熱回収が十分と判別された場合には、冷却水の一部を温水熱交換器へ流すことにより、この温水熱交換器で利用水を加熱して温水を作ることができるため、暖房能力を阻害することなく、給湯利用を行うことができる。

また、前記ガスエンジンによって駆動される発電機を備え、この発電機の発電量に応じて前記暖房余剰能力指数を補正する補正手段を備える構成としても良い。

本発明によれば、暖房運転時においても、排熱回収熱交換器における冷媒の排熱回収が十分と判別された場合には、冷却水の一部を温水熱交換器へ流すことにより、この温水熱交換器で利用水を加熱して温水を作ることができるため、暖房能力を阻害することなく、給湯利用を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
（第1実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。
この図１に示すように、空気調和装置１０は、室外機１１、複数台（例えば２台）の室内機１２Ａ、１２Ｂ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１２Ａ、１２Ｂの各室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂとが連結されている。

室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４には圧縮機１６が配設されるとともに、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９、室外膨張弁（減圧装置）２４、ドライコア２５が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。また、圧縮機１６は、電磁クラッチ２７を介してガスエンジン３０に連結され、このガスエンジン３０により駆動される。更に、室外膨張弁２４をバイパスして冷媒系バイパス管２６が配設されている。

一方、室内機１２Ａ、１２Ｂはそれぞれ室内に設置され、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂには、それぞれ室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂ及び室内膨張弁（減圧装置）２２Ａ、２２Ｂが配設されている。室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂには、これらの室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂへ送風する室内ファン２３Ａ、２３Ｂが隣接して配置されている。尚、図１中の符号２８はストレーナであり、符号２９は、圧縮機１６の吐出側の冷媒圧力を圧縮機１６の吸込側へ逃す安全弁である。本実施形態では、室外冷媒配管１４、室内冷媒配管１５Ａ、１５Ｂが各種機器を介して閉ループに連結されて冷媒回路６０を形成している。

また、制御装置１３は、室外機１１及び室内機１２Ａ、１２Ｂの運転を制御し、具体的には、室外機１１におけるガスエンジン３０（即ち圧縮機１６）、四方弁１８、室外ファン２０及び室外膨張弁２４、並びに室内機１２Ａ、１２Ｂにおける室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂ、及び室内ファン２３Ａ、２３Ｂをそれぞれ制御する。更に、制御装置１３は、後述するエンジン冷却装置４１の循環ポンプ４７、温水取出用三方弁４４、冷却水三方弁４５及び外部ポンプ５０等を制御する。
制御装置１３により四方弁１８が切り換えられ、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ、２１Ｂが室内を暖房する。
また、制御装置１３は、冷房運転時には、室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。暖房運転時には、制御装置１３は、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２Ａ、２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。

一方、圧縮機１６を駆動するガスエンジン３０の燃焼室（不図示）には、エンジン燃料供給装置３１から混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、２個の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びアクチュエータ３６が順次配設され、この燃料供給配管３２のアクチュエータ３６の側端部がガスエンジン３０の上記燃焼室に接続されて構成される。
燃料遮断弁３３は、直列に２個配設されて２閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、２個の燃料遮断弁３３が連動して全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
ゼロガバナ３４は、燃料供給配管３２内における当該ゼロガバナ３４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）とのうち、一次圧ａの変動によっても二次圧ｂを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン３０の運転を安定化させる。
燃料調整弁３５は、アクチュエータ３６の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。また、アクチュエータ３６は、ガスエンジン３０の燃焼室へ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン３０の回転数を制御する。
ガスエンジン３０には、エンジンオイル供給装置３７が接続されている。このエンジンオイル供給装置３７は、オイル供給配管３８にオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０等が配設されたものであり、ガスエンジン３０へエンジンオイルを適宜供給する。
前記制御装置１３によるガスエンジン３０の制御は、具体的には、エンジン燃料供給装置３１の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びアクチュエータ３６、並びにエンジンオイル供給装置３７のオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０を制御装置１３が制御することによってなされる。

ガスエンジン３０は、エンジン冷却装置（冷却水回路）４１内を循環するエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置４１は、ガスエンジン３０に付設された排ガス熱交換器（図示略）に閉ループ形状に接続された冷却水配管４２を備える。この冷却水配管４２には、ワックス三方弁４３、温水取出用三方弁４４、冷却水三方弁４５、ラジエータ４６及び循環ポンプ４７が順次配設され、上記温水取出用三方弁４４、冷却水三方弁４５には、ラジエータ４６に並列に排熱回収熱交換器４８、温水熱交換器５２がそれぞれ接続されている。この温水熱交換器５２は外部の温水供給系４９を有して構成される。

ワックス三方弁４３は、ガスエンジン３０を速やかに暖機させるためのものである。このワックス三方弁４３は、入口４３Ａが、冷却水配管４２におけるガスエンジン３０に付設の排ガス熱交換器側に、低温側出口４３Ｂが冷却水配管４２における循環ポンプ４７の吸込側に、高温側出口４３Ｃが冷却水配管４２を介して温水取出用三方弁４４の入口４４Ａにそれぞれ接続されている。循環ポンプ４７は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水をエンジン冷却装置４１内で循環させるものである。
エンジン冷却水は、循環ポンプ４７の吐出側から約４０℃でガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ流入し、ガスエンジン３０の排熱（排気ガスの熱）を回収した後にガスエンジン３０内を流れてこのガスエンジン３０を冷却し、約８０℃に加熱される。ガスエンジン３０からワックス三方弁４３に流入したエンジン冷却水は、低温（例えば７０℃以下）のときには低温側出口４３Ｂから循環ポンプ４７に戻されてガスエンジン３０を速やかに暖機し、高温（例えば７０℃以上）のときには高温側出口４３Ｃから温水取出用三方弁４４へ流れる。

この温水取出用三方弁４４の一方の出口４４Ｂは、冷却水配管４２における温水熱交換器５２側に、他方の出口４４Ｃは、冷却水配管４２を介して冷却水三方弁４５の入口４５Ａに接続されている。この温水取出用三方弁４４は、ワックス三方弁４３から入口４４Ａを経て流入したエンジン冷却水を、一方の出口４４Ｂを経て温水熱交換器５２、または、他方の出口４４Ｃを経て冷却水三方弁４５の入口４５Ａ側のいずれか一方、もしくは、分流比を変更して両方に導く流量調整式の三方弁である。この温水取出用三方弁４４は、モータ（不図示）により駆動され、このモータが制御装置１３により制御される。
温水熱交換器５２は、外部ポンプ５０を備えた温水供給系４９の外部配管５１内を流れる利用水としての温水と、ワックス三方弁４３から流入したエンジン冷却水とを熱交換して、この温水供給系４９の温水をガスエンジン３０の排熱により加熱して昇温させるプレート式熱交換器である。温水供給系４９の温水は、例えば約６０℃で温水熱交換器５２内に流入し、これにより約７０℃に昇温されて外部へ供給される。このように昇温された温水供給系４９の温水は給湯等に利用される。温水熱交換器５２により温水供給系４９の温水と熱交換されたエンジン冷却水は、約５０℃まで温度低下（冷却）し、循環ポンプ４７の吸込側を経てガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン３０を冷却する。

一方、冷却水三方弁４５の一方の出口４５Ｂは、冷却水配管４２におけるラジエータ４６側に、他方の出口４５Ｃは、冷却水配管４２における排熱回収熱交換器４８側に接続されている。この冷却水三方弁４５は、温水取出用三方弁４４から入口４５Ａを経て流入したエンジン冷却水を、一方の出口４５Ｂを経てラジエータ４６、または、他方の出口４５Ｃを経て排熱回収熱交換器４８のいずれか一方、もしくは、分流比を変更して両方に導く流量調整式の三方弁である。この冷却水三方弁４５は、モータ（不図示）により駆動され、このモータが制御装置１３により制御される。
ラジエータ４６は、エンジン冷却水を放熱して、このエンジン冷却水を約４０℃に冷却するものである。このラジエータ４６にて冷却されたエンジン冷却水は、循環ポンプ４７の吸込側を経てガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン３０を冷却する。また、このラジエータ４６は、空気調和装置１０の室外熱交換器１９に隣接配置される。

また、排熱回収熱交換器４８は、圧縮機１６の入口側の室外冷媒配管１４を流れるガス冷媒と、エンジン冷却水とを熱交換して、この冷媒をガスエンジン３０の排熱により加熱して昇温させるプレート式熱交換器である。この排熱回収熱交換器４８は、冷媒回路６０の四方弁１８とアキュムレータ１７との間に配置され、暖房運転時に蒸発器（すなわち室外熱交換器１９）で蒸発した冷媒にガスエンジン３０の排熱を回収させることにより、暖房能力の増強を図るためのものである。特に、外気温度が低い（例えば０℃以下）の場合には、蒸発器にて外気と冷媒との熱交換が十分にできないこともあるため、排熱回収熱交換器４８をサブエバポレータとして機能させることにより、暖房能力の維持又は増強が図られる。従って、この排熱回収熱交換器４８は主として暖房運転時にのみ利用される。
排熱回収熱交換器４８により冷媒回路６０を流れる冷媒と熱交換されたエンジン冷却水は、約５０℃まで温度低下（冷却）し、循環ポンプ４７の吸込側を経てガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン３０を冷却する。

上述のように、本実施形態の空気調和装置１０は、エンジン冷却水が流れるエンジン冷却装置４１に温水熱交換器５２を備え、この温水熱交換器５２にエンジン冷却水を供給することにより、このエンジン冷却水からエンジン排熱を回収し、給湯利用を常時可能に構成されている。
ところで、空気調和装置１０は、あくまで室内空間の冷房もしくは暖房を行うことを主目的とする機器であるため、暖房運転時におけるエンジン排熱は、主として暖房能力の増強に利用されることが望ましい。一方、例えば、暖房負荷が小さく室外機１１の暖房能力に余力があるような場合には、暖房運転時であっても、エンジン排熱を積極的に給湯に利用し、このエンジン排熱の有効利用を図ることが望ましい。
このため、本実施形態では、空気調和装置１０の運転状態に基づいて、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分か否かを判別する判別する判別手段を備える。この場合、制御装置１３の後述するＣＰＵ６２が判別手段として機能する。

制御装置１３は、制御用プログラムおよび制御用データを予め記憶している不揮発性メモリ６１（記憶部）と、この不揮発性メモリ６１内の制御用プログラム等に基づいて空気調和装置１０の全体を制御するＣＰＵ６２と、各種データを一時的に格納するＲＡＭ６３とを備える。この第１実施形態では、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分か否かを判別するにあたり、図２に示すように、外気温度及び室内外運転容量比に対応する暖房余剰能力指数が予め設定されているテーブルデータ７０を利用する。このテーブルデータ７０は制御装置１３の不揮発性メモリ６１に記憶されている。
ここで、室内外運転容量比とは、室外機１１の定格運転容量（ｋｗ）に対して稼動（サーモオン）している各室内機１２の総運転容量（ｋｗ）を表したものである。この室内外運転容量比が小さいほど室内機１２の運転負荷が小さいことを示している。また、暖房余剰能力指数は、外気温度及び室内外運転容量比に対応する運転状態において、室外機１１の暖房能力にどれだけの余力があるかを数値で表したものである。この暖房余剰能力指数が大きいほど暖房能力に余力があることを示している。このテーブルデータ７０では、外気温度が高く（３０（℃））、室内外運転容量比が小さい（５（％））場合には、暖房余剰能力指数が高く（１００）なり、室外機１１の暖房能力に十分な余力があることを示している。逆に、外気温度が低く（０（℃））、室内外運転容量比が大きい（１２５（％））場合には、暖房余剰能力指数が小さく（０）なり、室外機１１の暖房能力に余力がないことを示している。

次に、図３を参照して、排熱回収が十分か否かを判別する動作について説明する。
まず、暖房運転時に、制御装置１３のＣＰＵ６２は、室外機１１に配設されている温度センサ（不図示）から外気温度を取得する（ステップＳ１）。続いて、ＣＰＵ６２は、暖房運転している室内機１２の総運転容量（運転負荷）を求め、この総運転容量から室内外運転容量比を算出する（ステップＳ２）。
続いて、ＣＰＵ６２は、上記外気温度と室内外運転容量比とを不揮発性メモリ６１から読み出したテーブルデータ７０に照合し、この運転状態に対応する暖房余剰能力指数を求める（ステップＳ３）。この場合、例えば、外気温度が１０（℃）で室内外運転容量比が４５（％）とすると、この運転状態に対応する暖房余剰能力指数はテーブルデータ７０より５０と求められる。

続いて、ＣＰＵ６２は、ステップＳ３で求めた暖房余剰能力指数が所定の閾値Ｐ以上であるか否かを判別する（ステップＳ４）。この閾値Ｐは、任意に設定された数値であり、本実施形態では５０に設定されている。また、この閾値Ｐは、不揮発性メモリ６１に書き換え可能に記憶されている。
この判別において、暖房余剰能力指数が所定の閾値Ｐ以上である（ステップＳ４；Ｙｅｓ）場合には、室外機１１の暖房能力には余力があると推定され、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別される。このため、ＣＰＵ６２は温水取出し制御を実行する（ステップＳ５）。具体的には、温水供給系４９の外部ポンプ５０を運転するとともに、温水取出用三方弁４４の一方の出口４４Ｂを開き、他方の出口４４Ｃを閉じるように、温水取出用三方弁４４を制御する。なお、制御装置１３は、他方の出口４４Ｃを完全に閉じても良く、また、このエンジン冷却水の一部が排熱回収熱交換器４８に流入する程度に他方の出口４４Ｃの開度を狭めても良い。
これによれば、エンジン冷却水は温水取出用三方弁４４を介して温水熱交換器５２に流入し、この温水熱交換器５２にて温水供給系４９の温水と熱交換することにより、エンジン排熱を有効に利用して温水取出しを実行できる。
この場合、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別されるため、エンジン冷却水（エンジン排熱）を排熱回収熱交換器４８に供給しなくても、室外機１１はその能力の範囲内で室内空間を十分に暖房することができ、室外機１１の暖房能力を阻害する原因となることはない。
一方、上記判別において、暖房余剰能力指数が所定の閾値Ｐ以上でない（ステップＳ４；Ｎｏ）場合には、室外機１１の暖房能力には余力が少ない（もしくは無い）と推定される。従って、ＣＰＵ６２は、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分ではないと判別し、エンジン排熱を暖房能力の増強に利用する（ステップＳ６）。具体的には、ＣＰＵ６２は、冷媒にエンジン排熱を十分に回収させるべく、エンジン冷却水の略全量が排熱回収熱交換器４８に流入するように温水取出用三方弁４４及び冷却水三方弁４５を制御する。これによれば、排熱回収熱交換器４８で冷媒とエンジン冷却水とが熱交換されることにより、この冷媒にエンジン排熱が回収されるため、この冷媒が温められることによって暖房能力の増強がなされ、暖房運転が阻害されることはない。

この第１の実施形態によれば、予め設定されたテーブルデータ７０に基づいて室内外容量比と外気温度とに対応する暖房余剰能力指数を求め、この暖房余剰能力指数に応じて前記排熱回収熱交換器における冷媒の前記排熱の回収が十分であるか否かを判別するため、演算処理を極力少なくして、この判別を容易に行うことができる。そして、この判別結果に基づいて温水取出用三方弁４４を制御することにより、暖房運転時に、暖房能力を阻害することなくエンジン排熱を有効に利用して温水取出しをすることができる。

この第１の実施形態では、外気温度と室内外運転容量比とに対する暖房余剰能力指数が予めテーブルデータとして設定してある構成について説明したが、これに限るものではない。具体的には、暖房能力指数を外気温度と室内外運転容量比とから算出する構成としても良い。この構成によれば、テーブルデータ７０を不揮発性メモリ６１に記憶させる必要がないため、制御装置１３の構成が簡素化される。
また、上記ステップＳ４の判別において、暖房暖房余剰能力指数が所定の閾値Ｐ以上であるか否かを判別していたが、これに加えて、室内機１２の室内吹出温度Ｔａを検出し、この室内吹出温度Ｔａが所定温度（例えば４２℃）であるか否について判別する構成としても良い。この所定温度は、不揮発性メモリ６１に書き換え可能に記憶されている。この構成によれば、暖房暖房余剰能力指数に加えて、実際の室内吹出温度Ｔａをも判別の基準とするため、より正確な判別及び制御を行うことができる。室内機１２が複数台ある場合には、室内吹出温度Ｔａは、各室内機１２の室内吹出温度の平均値を採用すれば良い。
また、外気温度もしくは室内外運転容量比のいずれか一方を判別する際の判断値とする構成としても良い。この構成によれば、簡易的に上記判別を実施することができ、制御装置１３の構成の簡素化を図ることができる。

（第２実施形態）
この第２実施形態では、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分か否かの判別を室外熱交換器１９に着霜が生じるか否かで実施している点が上記第１の実施形態と異なる。この第２実施形態においても制御装置１３のＣＰＵ６２が判別手段として機能する。
そもそも、暖房運転時に室外熱交換器１９で外気から熱を回収できる場合には、この回収した熱によって冷凍サイクルを形成することができるため、エンジン排熱を冷媒の加熱に利用しなくても室外機１１の暖房能力が阻害されることはない。また、暖房運転時には、室外膨張弁２４は所要の過熱が得られるように絞り量が調整される。ここで、所要の過熱を得るためには室外熱交換器１９での蒸発温度が外気温度よりも十分に小さい必要がある。このため、外気温度は低い場合は、その絞りも小さくなり室外熱交換器１９のコイル温度（入口側）は低下し、このコイル温度が氷点下である状態を継続すれば、室外熱交換器１９は着霜・氷結し、やがて外気との熱交換が不可能となってしまう。
このため、室外熱交換器１９に着霜が生じていない、すなわち、外気から熱を回収できる場合には、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別することができる。室外熱交換器１９に着霜が生じているか否かは、室外熱交換器１９の液側（暖房入口）温度Ｔｂを計測し、この温度Ｔｂが０℃以下（温度Ｔｂ≦０℃）の条件を所定時間（例えば６０分）継続しているかで判別することができる。この所定時間は、不揮発性メモリ６１に書き換え可能に記憶されている。

従って、この条件が成立しない場合、すなわち、外気から熱を回収できる場合には、制御装置１３のＣＰＵ６２は、上記第１実施形態と同様に、温水供給系４９の外部ポンプ５０を運転するとともに、温水取出用三方弁４４の一方の出口４４Ｂを開き、他方の出口４４Ｃを閉じるように、温水取出用三方弁４４を制御する。これによれば、エンジン冷却水は温水取出用三方弁４４を介して温水熱交換器５２に流入し、この温水熱交換器５２にて温水供給系４９の温水と熱交換することにより、エンジン排熱を有効に利用して温水取出しを実行できる。
一方、上記した条件が成立した場合には、室外熱交換器１９に着霜することにより、外気から熱を回収できず、暖房運転が阻害される。このため、ＣＰＵ６２は、エンジン冷却水が排熱回収熱交換器４８に流入するように温水取出用三方弁４４及び冷却水三方弁４５を制御する。この場合、エンジン冷却水の一部をラジエータ４６に流入させるように冷却水三方弁４５を制御することが望ましい。これによれば、高温のエンジン冷却水がラジエータ４６に流入することにより、このラジエータ４６に隣接する室外熱交換器１９が除霜される。そして、室外熱交換器１９が除霜されて上記条件が成立しなくなれば、再度、エンジン排熱を給湯に利用することが可能となる。

この第２実施形態によれば、制御装置１３は、暖房運転時に室外熱交換器１９で外気からの熱回収が可能な場合には、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別するため、寒冷期においても、暖房能力を阻害することなくエンジン排熱の大部分を利用して温水取出しを行うことができる。

（第３実施形態）
この第３実施形態では、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分か否かの判別をこの排熱回収熱交換器４８の出口側のエンジン冷却水温度Ｔｃに基づいて判別する点で上記第１または第２の実施形態と構成を異にしている。この第３実施形態においても制御装置１３のＣＰＵ６２が判別手段として機能する。
エンジン冷却装置４１は、上述のようにワックス三方弁４３を備え、このワックス三方弁４３は、エンジン冷却水が高温（７０℃以上）とならなければ、このエンジン冷却水を排熱回収熱交換器４８側に供給しないようになっている。

そして、排熱回収熱交換器４８では、冷媒と熱交換することにより、この冷媒を加熱して暖房能力の増強がなされる。この場合、排熱回収熱交換器４８の出口側におけるエンジン冷却水温度Ｔｃが所定温度（例えば６０℃）以上である場合には、エンジン冷却水から冷媒への熱移動がほとんどないため、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別することができ、この排熱を給湯に利用することが可能となる。
この場合、この所定温度には多少（例えば４℃程度）のディファレンシャルを設けることが望ましい。具体的には、所定温度として設定された６０℃の上下に２℃づつのディファレンシャルを設け、エンジン冷却水温度Ｔｃが６２℃以上となった場合に、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別し、この、エンジン冷却水温度Ｔｃが５８℃以下となった場合に、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分ではないと判別する。これによれば、温水取出し制御を実行するに際し、所定温度付近でのハンチングが防止され、安定した運転が可能となる。上記所定温度及びディファレンシャルは、不揮発性メモリ６１に書き換え可能に記憶されている。

この第３実施形態によれば、制御装置１３は、排熱回収熱交換器４８の出口側のエンジン冷却水温度Ｔｃが所定の温度以上の場合には、当該排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分であると判別するため、暖房運転時における暖房能力を十分に確保した状態で、余剰となったエンジン排熱を利用して温水取出しを行うことができる。
また、エンジン冷却水の温度が上記ワックス三方弁４３の動作温度（例えば７０度）以上となった場合に、温水取出しを実行しても良い。すなわち、エンジン排熱の利用が可能となるとすぐに温水取出しを実行することにより、早急に給湯利用が可能となる。
この場合、排熱回収熱交換器４８での排熱回収が相対的に減少するため、暖房能力を向上させることが一時的にできなくなるが、エンジン冷却水はエンジン冷却装置４１を循環することにより、いずれ加熱されるため、暖房能力が阻害されることはない。

（第４実施形態）
図４は、第４実施形態にかかる空気調和装置１００の構成を示す冷媒回路図である。
この空気調和装置１００は、ガスエンジン３０によって駆動される発電機９１を有する点で上記空気調和装置１０と構成を異にする。
発電機９１は、圧縮機１６を電磁クラッチ２７によりガスエンジン３０から切り離した場合の当該ガスエンジン３０の駆動能力に対応する発電能力を有しており、中間期など空調を行わない場合に発電システムとして十分な電力を供給できるようになっている。

この発電機９１には、系統連系インバータ９３が接続され、この系統連系インバータ９３は、発電機９１からの三相交流電力を、ＡＣ／ＤＣコンバータを介して、直流電力に変換した後、２００Ｖの三相交流の電力に変換して、商用系統９５に出力する。この商用系統９５は、商用電源９６と、ブレーカ９７と、需要家負荷９８とを含み、系統連系インバータ９３は、ブレーカ９７と、需要家負荷９８との間に接続されている。
この系統連系インバータ９３には、商用電源９６およびブレーカ９７の間に設置された電力検出器９９が接続されている。この電力検出器９９は、商用系統９５に供給される電力値をリアルタイムに取得し、この取得した電力値データが、系統連系インバータ９３に入力され、通信線を介して制御装置１３に送られる。

このように発電機９１を備える空気調和装置１００では、ガスエンジン３０は圧縮機１６及び発電機９１を駆動させるため、例えば、空調負荷が同一であったとしても、上記空気調和装置１０に比べて発電機９１の駆動分だけガスエンジン３０の負荷及びエンジン排熱が増加する。このため、このエンジン排熱の増加分を考慮して当該エンジン排熱を有効に利用する必要がある。
この第４実施形態では、テーブルデータ７０を用いて排熱回収が十分か否かを判別するに際して、発電機９１の発電量に応じて、テーブルデータ７０に設定されている暖房余剰能力指数を補正する補正手段を備える。この補正手段は、発電量に応じて暖房余剰能力指数の値を変更するものであり、制御装置１３のＣＰＵ６２が補正手段として機能する。
具体的には、ＣＰＵ６２は、系統連系インバータ９３から送信された発電量（電力値）に応じた補正値を不揮発性メモリ６１から読み出し、この補正値に基づいて、テーブルデータ７０の暖房余剰能力指数を変更する。例えば、発電機９１での発電量が２（ｋｗ）の場合、ＣＰＵ６２は、この発電量に対応する補正値（本構成では１０）を不揮発性メモリ６１から読み出して、各暖房余剰能力指数にそれぞれ加算する。
これによれば、発電量に応じて暖房余剰能力指数が変更されるため、発電によって増加したエンジン排熱を考慮した上で、排熱回収熱交換器４８における冷媒の排熱回収が十分か否かを容易に判別することができ、エンジン排熱を有効に利用することができる。

また、制御装置１３のＣＰＵ６２は、系統連系インバータ９３によって発電量を知ることができる。このため、この発電量から逆算すれば発電によって増加したエンジン負荷を知ることができ、さらにその負荷分のエンジン排熱を推定することが可能である。例えば、４（ｋｗ）の発電を行っている場合、発電効率が４０％だとすれば燃費としては１０（ｋｗ）増加する。この増加分のうち、２５％を温水として回収できるとすれば、その熱量は１０（ｋｗ）×２５％＝２．５（ｋｗ）と算出される。
一方で、温水供給系４９の出入口（例えば、温水熱交換器５２の出入口）の温度及び温水流量が得られれば、取り出している熱量が求めることができるため、この温水として取出した熱量と、発電量に対応する排熱量とがつりあうように、上記温水取出用三方弁４４を制御することにより、発電負荷分の熱のみを取り出すこともできる。

本発明の一実施形態に係る空気調和装置の冷媒回路図である。外気温度及び室内外運転容量比に対応する暖房余剰能力指数が設定されたテーブルデータを示す図である。判別動作を示すフローチャートである。発電機を備える空気調和装置の冷媒回路図である。

符号の説明

１０、１００空気調和装置
１１室外機
１２、１２Ａ、１２Ｂ室内機
１３制御装置
１６圧縮機
１９室外熱交換器（蒸発器）
３０ガスエンジン
４１エンジン冷却装置（冷却水回路）
４４温水取出用三方弁
４８排熱回収熱交換器
５２温水熱交換器
６０冷媒回路
６１不揮発性メモリ
６２ＣＰＵ（判別手段、制御手段、補正手段）
９１発電機

Claims

ガスエンジンにより駆動される圧縮機、凝縮器、減圧装置及び蒸発器を有し、前記圧縮機から吐出された冷媒が循環する冷媒回路と、前記ガスエンジンの排熱を回収し、当該ガスエンジンを冷却する冷却水が循環する冷却水回路と、この冷却水回路の冷却水と前記冷媒回路の冷媒とを熱交換させることにより、前記冷却水を介して前記排熱を前記冷媒に回収させる排熱回収熱交換器とを備える空気調和装置において、
室外機と室内機とを備え、
前記冷却水回路には、排熱回収熱交換器に並列に、前記冷却水と熱交換させることにより利用水を昇温させるための温水熱交換器を設け、
暖房運転の運転状態に基づいて、前記排熱回収熱交換器における冷媒の排熱回収が十分か否かを判別する判別手段を備え、前記判別手段は、前記室外機の定格容量に対する稼動中の前記室内機の運転容量を示す室内外容量比と外気温度とに対応する暖房余剰能力指数を設定し、この暖房余剰能力指数が所定の閾値よりも小さい場合には、前記排熱回収熱交換器における前記排熱の回収が十分でないと判別し、前記冷却水の略全量を前記排熱回収熱交換器に流し、前記暖房余剰能力指数が所定の閾値以上の場合には、前記排熱回収熱交換器における前記排熱の回収が十分であると判別し、少なくとも前記冷却水の一部を前記温水熱交換器へと流すように制御することを特徴とする空気調和装置。
前記ガスエンジンによって駆動される発電機を備え、この発電機の発電量に応じて前記暖房余剰能力指数を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。