JP2000154950A - エンジン駆動式ヒートポンプサイクル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 室内熱交換器の熱負荷が小さいときに、エン
ジン駆動式ヒートポンプの低圧側圧力が過度に低下する
ことを防止する。 【解決手段】 室内熱交換器１６０の熱負荷が所定の熱
負荷以上のときは、第１、２圧縮機１２１、１２２共に
稼働させた状態で、エンジン１１０を制御して吐出冷媒
量を調節し、室内熱交換器１６０の熱負荷が所定の熱負
荷未満のときは、エンジン１１０の回転数を所定回転数
以上に保持した状態で、第１、２圧縮機１２１、１２２
のいずれか一方を５分ごとに切り換え停止させる。これ
により、低熱負荷時に、ヒートポンプの低圧側圧力が過
度に低下することを防止しつつ、いずれか一方の圧縮機
１２１、１２２において潤滑油が不足することを未然に
防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン（内燃機
関）により圧縮装置を駆動するエンジン駆動式ヒートポ
ンプサイクル（以下、ヒートポンプと呼ぶ。）に関する
もので、空調装置に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ヒートポンプでは、エンジン
の回転数を調節（制御）することにより、ヒートポンプ
内を循環する冷媒の質量流量（冷媒流量）を制御してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エンジンは所
定回転数（アイドリング回転数）以下で運転することが
できないので、室内熱交換器の熱負荷が小さく、エンジ
ン回転数をアイドリング回転数未満としなければならな
いときであっても、エンジン回転数をアイドリング回転
数未満まで下げることができない。

【０００４】このため、必要以上に圧縮装置が回転する
ので、圧縮装置が必要以上（蒸発冷媒量以上）に冷媒を
吸入し、ヒートポンプの低圧側圧力が過度に低下して負
圧になるおそれがある。そして、低圧側圧力が負圧にな
ると、ゴムホースやゴムホースと配管との接続部等から
大気中の酸素や水分等がヒートポンプ内に混入してしま
うので、圧縮機や熱交換器等が内部から腐食してしまう
おそれがある。

【０００５】そこで、従来から、圧縮装置から吐出した
冷媒を熱交換器等を迂回させて直接に圧縮装置の吸入側
に導くバイパス通路を設けるとともに、このバイパス通
路の開度調節するバルブを設け、室内熱交換器の熱負荷
が小さくなたときには、バルブを開いて冷媒を圧縮装置
の吸入側にバイパスさせている。しかし、上記手段で
は、バイパス通路を流通する流量が大きいので、冷媒を
バイパスさせる際にバルブで大きな異音が発生してしま
うという問題が発生してしまう。

【０００６】本発明は、上記点に鑑み、室内熱交換器の
熱負荷が小さいときに、ヒートポンプの低圧側圧力が過
度に低下することを防止することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１に
記載の発明では、室内熱交換器（１６０）の熱負荷が所
定の熱負荷以上である高熱負荷時には、エンジン（１１
０）の回転数を制御することにより前記圧縮装置（１２
０）から吐出する冷媒流量を調節し、室内熱交換器（１
６０）の熱負荷が所定の熱負荷未満である低熱負荷時に
は、エンジン（１１０）の回転数を所定回転数以上に保
持した状態で、複数台の圧縮機（１２１、１２２）のう
ち稼働させる圧縮機の台数を変化させ、さらに、低熱負
荷時には、所定時間毎に、複数台の圧縮機（１２１、１
２２）のうち稼働させる圧縮機を切り換えることを特徴
とする。

【０００８】これにより、低熱負荷時に、ヒートポンプ
の低圧側圧力が過度に低下することを防止できるととも
に、いずれかの圧縮機（１２１、１２２）において潤滑
油が不足することを未然に防止できる。因みに、上記各
手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体
的手段との対応関係を示す一例である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係るヒー
トポンプを空調装置に適用したものであり、図１は本実
施形態に係るヒートポンプの模式図である。図１中、１
１０はエンジンであり、１２０は第１、２圧縮機１２
１、１２２からなる圧縮装置であり、両圧縮機１２１、
１２２は、駆動力を断続可能に伝達する電磁クラッチ等
クラッチ手段（図示せず）介してエンジン１１０から駆
動力を得て冷媒を吸入圧縮する。

【００１０】１３０は室外空気と冷媒との間で熱交換を
行う室外熱交換器であり、１４０は冷媒を気相冷媒と液
相冷媒とに分離して液相冷媒を流出するととともに、ヒ
ートポンプ中の余剰冷媒を蓄えるレシーバである。１５
０は凝縮した冷媒（液相冷媒）を冷却する過冷却器（サ
ブクーラ）であり、１６０は室内に吹き出す空気と冷媒
とを熱交換する室内熱交換器であり、室内熱交換器１６
０と室外熱交換器１３０とを接続する冷媒通路には、冷
媒を減圧する第１、２減圧器１７１、１７２が設けられ
ている。

【００１１】なお、本実施形態では、室内熱交換器１６
０は複数個設けられているので、第１減圧器１７１も室
内熱交換器１６０の個数分だけ設けられている。１８０
は冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧
縮装置１２０（第１、２圧縮機１２１、１２２）の吸入
側に向けて流出するアキュムレータであり、１９０は圧
縮装置１２０（第１、２圧縮機１２１、１２２）から吐
出した冷媒を室外熱交換器１３０に向けて流通させる場
合と、室内熱交換器１６０に向けて流通させる場合とを
切り換える切換弁（四方弁）である。

【００１２】ところで、１２３は、圧縮装置１２０（第
１、２圧縮機１２１、１２２）から吐出した冷媒中から
潤滑油（冷凍機油）を分離するとともに、冷媒を切換弁
１９０に向けて流出し、潤滑油はアキュムレータ１８０
に戻す油分離器（オイルセパレータ）である。１２４
は、圧縮装置１２０から吐出した冷媒を両熱交換器１３
０、１６０等を迂回して圧縮装置１２０の吸入側（アキ
ュムレータ１８０）に導くバイパス通路であり、１２５
はバイパス通路１２４の開度（連通状態）を調節するバ
ルブ（弁手段）である。

【００１３】また、１１１はエンジン１１０の冷却水を
循環させるポンプであり、１１２は冷却水を冷却するラ
ジエータである。１１３は冷却水にてヒートポンプの低
圧側冷媒を加熱して低圧側の圧力を上昇させる冷媒加熱
器であり、１１４はエンジン１１０から流出する高温の
冷却水をラジエータ１１２に向けて流通させる場合と、
冷媒加熱器１１３に向けて流通させる場合とを切り換え
る切換弁（三方弁）である。

【００１４】因みに、ヒートポンプの低圧側とは、冷房
運転時にあっては、第１減圧器１７１の流出側から圧縮
装置１２０の吸入側に至る部分を言い、暖房運転時にあ
っては、第２減圧器１７２の流出側から圧縮装置１２０
の吸入側に至る部分を言う。一方、ヒートポンプの高圧
側とは、冷房運転時にあっては、圧縮装置１２０の吐出
側から第１減圧器１７１の流入側に至る部位を言い、暖
房運転時にあっては、圧縮装置１２０の吐出側から第２
減圧器１７２の流入側に至る部位を言う。

【００１５】また、１９１は冷媒中の塵埃を除去するス
トレーナ（フィルタ）であり、１９２は冷媒が一方向の
みに流通することを許容する逆止弁である。１９３は冷
媒通路を開閉するバルブであり、１９４、１９５は室内
熱交換器１６０の冷媒出入口での冷媒温度を検出する第
１、２温度センサである。１９６は冷媒加熱器１１３の
冷媒出口側での冷媒温度を検出する第３温度センサであ
り、１９７は室外熱交換器１３０とレシーバ１４０とを
結ぶ冷媒通路内の冷媒温度を検出する第４温度センサで
ある。そして、各温度センサ１９４〜１９７の検出値は
電子制御装置（図示せず）に入力されており、電子制御
装置は、各検出値に基づいて第１、２減圧器１７１、１
７２及び圧縮装置１２０（クラッチ手段）等を制御して
いる。

【００１６】次に本実施形態に係るヒートポンプの作動
を述べる。 Ａ：冷房運転時 １．室内熱交換器１６０の熱負荷が所定の熱負荷以上の
とき（高熱負荷時） 第１、２圧縮機１２１、１２２を稼働させるとともに、
圧縮装置１２０から吐出する冷媒が室外熱交換器１３０
に向けて流通するように切換弁１９０を作動させる。

【００１７】これにより、圧縮装置１２０を吐出した冷
媒は、図２に示すように、室外熱交換器１３０、レシー
バ１４０、室内熱交換器１６０及びアキュムレータ１８
０を経て圧縮装置１２０に還流する。このとき、第２減
圧器１７２は、第２減圧器１７２にて冷媒が減圧されな
いように全開状態となっており、一方、第１減圧器１７
１は、第１温度センサ１９４の検出温度に基づいて、室
内熱交換器１６０の出口側の冷媒過熱度が所定値となる
ように、その開度が調節されている。なお、冷媒を流通
させない室内熱交換器１６０については、第１減圧器１
７１を全閉とする。

【００１８】したがって、室内熱交換器１６０にて室内
に吹き出す空気（以下、この空気を室内空気と呼ぶ。）
から熱を吸収して室内空気を冷却して蒸発した冷媒は、
室外熱交換器１３０にてその奪った熱を室外空気中に放
出して凝縮する。なお、室内熱交換器１６０の熱負荷
（冷凍能力）は、圧縮装置１２０（第１、２圧縮機１２
１、１２２）の回転数を制御することにより調節されて
おり、電子制御装置は、第１温度センサ１９４の検出温
度に基づいて室内熱交換器１６０の熱負荷を演算し、そ
の演算した熱負荷に見合う冷媒量が圧縮装置１２０から
吐出されるようにエンジン１１０の回転数を制御する。

【００１９】２．室内熱交換器１６０の熱負荷が所定の
熱負荷未満のとき（低熱負荷時） エンジン１１０の回転数を所定回転数（アイドリング回
転数相当）以上に保持した状態で、第１圧縮機１２２の
みを稼働させる場合と第２圧縮機のみを稼働させる場合
とを所定時間（本実施形態では約５分）毎に切り換える
とともに、圧縮装置１２０から吐出する冷媒が室外熱交
換器１３０に向けて流通するように切換弁１９０を作動
させる。なお、第１、２減圧器１７１、１７２の作動
は、上記した高熱負荷冷房運転時と同じである。

【００２０】これにより、圧縮装置１２０（第１圧縮機
１２１）を吐出した冷媒は、図３に示すように、室外熱
交換器１３０、レシーバ１４０、室内熱交換器１６０及
びアキュムレータ１８０を経て圧縮装置１２０に還流す
る。したがって、室内熱交換器１６０にて室内空気から
熱を吸収して室内空気を冷却して蒸発した冷媒は、室外
熱交換器１３０にてその奪った熱を室外空気中に放出し
て凝縮する。

【００２１】このとき、第１、圧縮機１２１及び第２圧
縮機１２２のいずれか一方は、所定時間毎に停止してい
るので、室内熱交換器１６０にて発揮される冷凍能力
は、エンジン１１０の回転数を高熱負荷冷房運転時と等
しくしたときの冷凍能力に対して、約半分の能力とな
る。 Ｂ：暖房運転時 １．室内熱交換器１６０の熱負荷が所定の熱負荷以上の
とき（高熱負荷時） 第１、２圧縮機１２１、１２２を稼働させるとともに、
圧縮装置１２０から吐出する冷媒が室内熱交換器１６０
に向けて流通するように切換弁１９０を作動させる。

【００２２】これにより、圧縮装置１２０を吐出した冷
媒は、図４に示すように、室内熱交換器１６０、レシー
バ１４０、室外熱交換器１３０及びアキュムレータ１８
０を経て圧縮装置１２０に還流する。このとき、第１減
圧器１７１は、第１減圧器１７１にて冷媒が減圧されな
いように全開状態となっており、一方、第２減圧器１７
２は、第３温度センサ１９７の検出温度に基づいて、室
外熱交換器１３０の出口側の冷媒過熱度が所定値となる
ようにその開度が調節されている。

【００２３】したがって、室外熱交換器１３０にて室外
空気から熱を吸収して蒸発した冷媒は、室内熱交換器１
６０にてその奪った熱を室内空気中に放出して凝縮す
る。なお、エンジン１１０の回転数は、高熱負荷冷房運
転時と同様に、室内熱交換器１６０の熱負荷（暖房能
力）に応じて制御される。 ２．室内熱交換器１６０の熱負荷が所定の熱負荷未満の
とき（低熱負荷時） エンジン１１０の回転数を所定回転数（アイドリング回
転数相当）以上に保持した状態で、第１圧縮機１２２の
みを稼働させる場合と第２圧縮機のみを稼働させるとき
とを所定時間（本実施形態では約５分）毎に切り換える
とともに、圧縮装置１２０から吐出する冷媒が室内熱交
換器１６０に向けて流通するように切換弁１９０を作動
させる。なお、第１、２減圧器１７１、１７２の作動
は、上記した高熱負荷暖房運転時と同じである。

【００２４】これにより、圧縮装置１２０（第１圧縮機
１２１）を吐出した冷媒は、図５に示すように、室内熱
交換器１６０、レシーバ１４０、室外熱交換器１３０及
びアキュムレータ１８０を経て圧縮装置１２０に還流す
る。したがって、室外熱交換器１３０にて室外空気から
熱を吸収して蒸発した冷媒は、室内熱交換器１６０にて
その奪った熱を室内空気中に放出して凝縮する。

【００２５】このとき、第１、圧縮機１２１及び第２圧
縮機１２２のいずれか一方は、所定時間毎に停止してい
るので、室内熱交換器１６０にて発揮される暖房能力
は、エンジン１１０の回転数を高熱負荷冷房運転時と等
しくしたときの暖房能力に対して、約半分の能力とな
る。 Ｃ：除霜運転時 圧縮装置１２０から吐出する高温の冷媒が、図６に示す
ように、室外熱交換器１３０及び室内熱交換器１６０に
向けて流通するように、切換弁１９０及びバルブ１９３
を調節する。

【００２６】これにより、圧縮装置１２０から吐出する
高温の冷媒により室外熱交換器１３０及び室内熱交換器
１６０に付着した霜が除去される。 Ｄ：その他 通常、エンジン１１０の冷却水は冷媒加熱器１１３側に
流通させるが、第４温度センサ１９６の検出温度が所定
温度（本実施形態では８０℃）以上となったときには、
切換弁１１４を作動させて冷却水をラジエータ１１２側
に流通させて低圧側冷媒の温度が過度に上昇することを
防止する。

【００２７】また、第１、２圧縮機１２１、１２２のい
ずれか一方を停止しても、必要以上の空調能力が発揮さ
れるときには、バルブ１２５を開いて圧縮装置１２０か
ら吐出する冷媒を圧縮装置１２０の吸入側にバイパスさ
せる。ところで、図７は、冷房運転時の圧縮装置１２０
の制御を示すフローチャートであり、以下、このフロー
チャートについて述べる。

【００２８】室内熱交換器１６０の熱負荷に基づいてエ
ンジン１１０を稼働させるか否かを判定し（Ｓ１０
０）、熱負荷が小さく、エンジン１１０（圧縮装置１２
０）を稼働させる必要がないときには、エンジン１１０
を停止する（Ｓ１１０）。なお、既にエンジン１１０が
停止しているときには、その停止状態を維持する。一
方、熱負荷が大きく、エンジン１１０（圧縮装置１２
０）を稼働させる必要があるときは、エンジン１１０の
冷却水温度からエンジン１１０の暖機運転が完了してい
るか否かを判定し（Ｓ１２０）、暖機運転が完了してい
ないときには、クラッチ手段を切ってエンジン１１０の
駆動力を圧縮装置１２０（第１、２圧縮機１２１、１２
２）に伝達しない（Ｓ１３０）。

【００２９】また、暖機運転が完了しているときには、
室外空気の温度が所定温度（本実施形態では４℃）以下
か否かを判定し（Ｓ１４０）、室外空気の温度が所定温
度より大きいときには、高熱負荷冷房運転を行う（Ｓ１
５０）。一方、室外空気の温度が所定温度以下のときに
は、室内熱交換器１６０にて必要とする熱負荷が所定の
熱負荷以下であるか否かを判定し（Ｓ１６０）、必要と
する熱負荷が所定の熱負荷より大きいときには、高熱負
荷冷房運転を行い（Ｓ１７０）、必要とする熱負荷が所
定の熱負荷以下のときには、低熱負荷運転を行う（Ｓ１
８０）。

【００３０】なお、本実施形態において、所定の熱負荷
とは、ヒートポンプが発揮し得る最大空調能力の約２０
％を意味しており、エンジン１１０がアイドリング運転
している場合において、第１、２圧縮機１２１、１２２
を稼働させたとき発生し得る空調能力に相当するもので
ある。次に、本実施形態の特徴述べる。

【００３１】本実施形態によれば、室内熱交換器１６０
の熱負荷が所定の熱負荷未満であるときには、エンジン
１１０の回転数を所定回転数以上に保持した状態で、第
１、２圧縮機１２１、１２２のいずれかを停止させて圧
縮装置１２０の吐出容量を減少変化させるので、ヒート
ポンプの低圧側圧力が過度に低下することを防止でき
る。

【００３２】延いては、ゴムホースやゴムホースと配管
との接続部等から大気中の酸素や水分等がヒートポンプ
内に混入してしまうことを防止することができるととも
に、冷媒をバイパスさせる際にバルブで大きな異音が発
生することを防止できる。因みに、図８（ａ）は、従来
の技術に係る圧縮装置の吐出圧Ｐｄと吸入圧Ｐｓを示す
グラフであり、図８（ｂ）は、本実施形態に係る圧縮装
置１２０の吐出圧Ｐｄと吸入圧Ｐｓを示すグラフであ
り、このグラフから明らかなように、本実施形態によれ
ば、吸入圧Ｐｓが負圧になることを防止できる。

【００３３】ところで、低熱負荷運転時に、第１、２圧
縮機１２１、１２２のうちいずれか一方のみを連続的に
運転すると、他方側の圧縮機に潤滑油が再循環しないの
で、他方側の圧縮機を再起動する際に、他方側の圧縮機
において潤滑油が不足するおそれがある。これに対し
て、本実施形態では、低熱負荷運転時には、第１、２圧
縮機１２１、１２２を所定時間毎に切り換え運転するの
で、各圧縮機１２１、１２２において潤滑油が不足する
ことを未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るヒートポンプの模式図である。

【図２】高熱負荷冷房運転時のヒートポンプの模式図で
ある。

【図３】低熱負荷冷房運転時のヒートポンプの模式図で
ある。

【図４】高熱負荷暖房運転時のヒートポンプの模式図で
ある。

【図５】低熱負荷暖房運転時のヒートポンプの模式図で
ある。

【図６】除霜運転時のヒートポンプの模式図である。

【図７】圧縮装置のフィローチャートである。

【図８】（ａ）は、従来の技術に係る圧縮装置の吐出圧
Ｐｄと吸入圧Ｐｓを示すグラフであり、図８（ｂ）は、
本実施形態に係る圧縮装置１２０の吐出圧Ｐｄと吸入圧
Ｐｓを示すグラフである。

【符号の説明】

１２１…第１圧縮機、１２２…第２圧縮機、１３０…室
外熱交換器、１６０…室内熱交換器、１７１…第１減圧
器、１７２…第２減圧器、１９０…切換弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福永 博之 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 山田 兼二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3L060 AA01 CC08 CC19 DD02 DD03 EE01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン（１１０）から駆動力を得て冷
   媒を吸入圧縮するとともに、複数台の圧縮機（１２１、
   １２２）を有して構成された圧縮装置（１２０）と、 室内に吹き出す空気と冷媒との間で熱交換を行う室内熱
   交換器（１６０）と、 室外空気と冷媒との間で熱交換を行う室外熱交換器（１
   ３０）と、 前記室内熱交換器（１６０）と前記室外熱交換器（１３
   ０）とを接続する冷媒通路に設けられ、冷媒を減圧する
   減圧器（１７１、１７２）とを有し、 前記室内熱交換器（１６０）の熱負荷が所定の熱負荷以
   上である高熱負荷時には、前記エンジン（１１０）の回
   転数を制御することにより前記圧縮装置（１２０）から
   吐出する冷媒流量を調節し、 前記室内熱交換器（１６０）の熱負荷が所定の熱負荷未
   満である低熱負荷時には、前記エンジン（１１０）の回
   転数を所定回転数以上に保持した状態で、前記複数台の
   圧縮機（１２１、１２２）のうち稼働させる圧縮機の台
   数を変化させ、 さらに、前記低熱負荷時には、所定時間毎に、前記複数
   台の圧縮機（１２１、１２２）のうち稼働させる圧縮機
   を切り換えることを特徴とするエンジン駆動式ヒートポ
   ンプサイクル。