JP2004085091A

JP2004085091A - ガスヒートポンプ装置およびガスヒートポンプ装置におけるガスエンジンの制御方法

Info

Publication number: JP2004085091A
Application number: JP2002247377A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fujita; 藤田　賢二; Toru Nakahara; 中原　徹
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】ガスヒートポンプを用いた空調においてガスエンジンの燃費の向上を図るのに有効なガスエンジン制御技術を提供する。
【解決手段】ＧＨＰエアコンに搭載されるガスエンジン１１２に過給機構１６０を設ける。この過給機構１６０は、オルタネータ１６２、電気ターボ１６５等を用いて構成される。実用域中の使用頻度の高い領域においてスロットルバルブ１６７がほぼ全開となるようにガスエンジン１１２の排気量が設定されている。制御部２００は、室内温度と室内設定温度との温度差が所定の基準値を超えた場合に、スロットルバルブ１６７の全開状態以上の高負荷運転が必要であると判断して過給機構１６０を作動させる。これにより、ガスエンジンの低排気量化を行うことができる一方、高負荷運転でのトルク不足を過給機構１６０による過給によって補うことができる。
【選択図】　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスヒートポンプを用いた空調技術に係り、詳しくはガスエンジンを空調負荷に応じて好適に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の工場、学校、ビルおよび店舗等に好適な高品質の空調技術が各種提案されている。中でも、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）を用いた空調装置は、空調コストを低減することができる有効な手段として注目されている。このガスヒートポンプは、都市ガス（メタンを主成分とした天然ガス）等を燃料としたガスエンジンによってヒートポンプサイクルを駆動し、これにより冷房および暖房を行うようになっている。ガスヒートポンプは、ガスエンジンから排出される排気ガスの排熱を回収して暖房運転時の熱源として用いる構成を備え、これにより電気式ヒートポンプ（ＥＨＰ）に比して暖房効率が優れていることが知られている。
ところで、このようなＧＨＰエアコンでは、冷房および暖房における室内温度や室内設定温度に応じてガスエンジンの運転が制御され空調負荷が可変とされる。従来、例えば、室内温度と室内設定温度との温度差に基づいてガスエンジンの回転数が制御される構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、例えば、外気温等に基づいてガスエンジンのスロットル開度が制御される構成のものもある（例えば、特許文献２参照。）。このＧＨＰエアコンのガスエンジンとしては、スロットル全開時のＷＯＴ（Ｗｉｄｅ　Ｏｐｅｎ　Ｔｈｒｏｔｔｌｅ）性能がＧＨＰシステムからの要求性能を満足するもの、更に言えば、経時劣化によるトルク低下が発生した場合にもＧＨＰシステムからの要求トルクを満たせる排気量のエンジンを選択していた。具体的には、ガスエンジンの回転数およびスロットルバルブ開度によって定まるトルクカーブが、最大トルクを満足するような排気量を有するガスエンジンが用いられる。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６３−１７２８４０号公報（第６〜第８頁）
【特許文献２】
特開平０６−２８８２６６号公報（第３頁、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記従来のような大排気量のエンジンは、実用域ではスロットルバルブの開度が絞られた運転となるため、いわゆるポンピングロスが増大して燃費が悪化するという問題を抱えている。そこで、その対策として燃費を向上させることを目的にエンジンの排気量を小さくすることが考えられる。しかしながら、小排気量のエンジンを用いるとスロットルバルブ開度が大きくなり燃費の向上が可能となる反面、室内温度と室内設定温度との差が大きいような高負荷時には、スロットルバルブ開度をほぼ全開にしても所望のトルクが得られないトルク不足の状態が発生する場合がある。
そこで本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、ガスヒートポンプを用いた空調においてガスエンジンの燃費の向上を図るのに有効なガスエンジン制御技術を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のガスヒートポンプ装置は請求項１，２に記載の通りに構成される。また、本発明のガスヒートポンプ装置におけるガスエンジンの制御方法は請求項３，４に記載の通りである。なお、これら各請求項に係る発明は、ガスヒートポンプを用いた空調において、ガスエンジンへの吸気を過給可能な構成とし、この過給を空調負荷に対応して制御することでガスエンジンの燃費の向上を図り、ひいては空調全体の効率化を実現することができるようにした技術である。
【０００６】
請求項１に記載のガスヒートポンプ装置には、ガスエンジン、圧縮機、空調回路、検出手段等が設けられている。ガスエンジンは、都市ガス（メタンを主成分とした天然ガス）等のガス燃料を受け入れて燃焼させることで駆動される。このガスエンジンの出力は、カップリング機構等を介して圧縮機に伝達される。この圧縮機は、冷媒を吸入して圧縮し、高圧化した圧縮冷媒を吐出することで、空調回路内に冷媒を循環させる。検出手段は、室内温度に関する室内温度情報を検出する。この室内温度情報は、室内温度自体であってもよいし、あるいは室内温度に変換可能な他の情報、例えば圧力、抵抗、起電力等であってもよい。これら室内温度情報から実際の室内温度を得ることができる。
本発明では、更に過給手段が設けられている。この過給手段は、ガスエンジンへの吸気の過給を行うものであり、ガスエンジンのスロットルバルブの上流側に配置される。この過給手段としては、例えば電気ターボ、スーパーチャージャー、排気ターボを各々用いた構成、またこれらのうちの複数を組み合わせて用いた構成などを好適に用いる。この過給手段は、検出手段によって検出された室内温度情報を用いて制御される。例えば、室内温度情報ないし室内温度と所定の基準値（しきい値）との関係において過給手段が制御されてもよいし、あるいは室内温度情報ないし室内温度を含む複数の情報と所定の基準値（しきい値）との関係において過給手段が制御されてもよい。例えば、スロットルバルブの全開状態以上の高負荷運転による空調制御が必要であるという情報を検出した場合に、過給手段を作動させてガスエンジンへの吸気が過給される。これにより、実用域中の使用頻度の高い領域においてスロットルバルブがほぼ全開となるようにガスエンジンの排気量を設定した場合であっても、このような過給手段を用いることで、それ以上のトルク確保を必要とする高負荷運転に対応することが可能となる。したがって、ガスエンジンの低排気量化が可能となり、例えばスロットルバルブによるいわゆるポンピングロスを低減させて燃費を向上させることができる。
従って、請求項１に記載のガスヒートポンプ装置を用いれば、とりわけガスエンジンの実用域での燃費の向上を図るのに有効である。また、ガスエンジンの燃費の向上を図ることで、ガスヒートポンプ装置全体の効率化を実現することができる。
【０００７】
ここで、請求項１に記載の過給手段は、請求項２に記載の通りの構成であるのが好ましい。すなわち、この過給手段は、室内温度情報に基づく室内温度と室内設定温度との温度差が所定の基準値を超えた場合に作動して吸気の過給を行うように制御される。すなわち、室内設定温度と実際の温度との温度差が大きい場合には、スロットルバルブの全開状態以上の高負荷運転による空調制御が必要であるとして過給手段を作動させる。反対に、室内設定温度と実際の温度との温度差が小さい場合には、過給手段を作動させずに、実用域中の使用頻度の高い領域においてガスエンジンの運転を行う。この所定の基準値（しきい値）は、各種運転情報に基づいてその都度設定されてもよいし、あるいは予め一定値として設定されてもよい。これにより、ガスヒートポンプを用いた空調に好適なガスエンジンの制御が可能となる。
【０００８】
請求項３に記載のガスエンジンの制御方法では、第１のステップによって検出手段を介して室内温度情報を検出する。この室内温度情報は、室内温度自体であってもよいし、あるいは室内温度に変換可能な他の情報、例えば圧力、抵抗、起電力等であってもよい。これら室内温度情報から実際の室内温度を得ることができる。次に、第２のステップによって過給手段を制御する。この過給手段は、ガスエンジンへの吸気の過給を行うものであり、ガスエンジンのスロットルバルブの上流側に配置される。この過給手段としては、例えば電気ターボ、スーパーチャージャー、排気ターボを各々用いた構成、またこれらのうちの複数を組み合わせて用いた構成などを好適に用いる。第２のステップでは、第１のステップにおいて検出した室内温度情報を用いて過給手段の運転を制御する。例えば、室内温度情報ないし室内温度と所定の基準値（しきい値）との関係において過給手段を制御してもよいし、あるいは室内温度情報ないし室内温度を含む複数の情報と所定の基準値（しきい値）との関係において過給手段を制御してもよい。例えば、スロットルバルブの全開状態以上の高負荷運転による空調制御が必要な場合に、過給手段を作動させてガスエンジンへの吸気を過給する。これにより、実用域中の使用頻度の高い領域においてスロットルバルブがほぼ全開となるようにガスエンジンの排気量を設定した場合であっても、このような過給によってそれ以上に所定のトルク確保を必要とする高負荷運転に対応することが可能となる。したがって、ガスエンジンの低排気量化が可能となり、例えばスロットルバルブによるいわゆるポンピングロスを低減させて燃費を向上させることができる。
従って、請求項３に記載のガスエンジンの制御方法によれば、とりわけガスエンジンの実用域での燃費の向上を図るのに有効である。また、ガスエンジンの燃費の向上を図ることで、ガスヒートポンプ装置全体の効率化を実現することができる。
【０００９】
ここで、請求項３に記載の第２のステップでは、請求項４に記載のような制御を行うのが好ましい。すなわち、第２のステップでは、第１のステップで検出した室内温度情報に基づく室内温度と室内設定温度との温度差を算出する。そして、算出したこの温度差が所定の基準値を超えた場合に過給手段を作動させて過給を行うように制御する。すなわち、室内設定温度と実際の温度との温度差が大きい場合には、スロットルバルブの全開状態以上の高負荷運転による空調制御が必要であるとして過給手段を作動させる。反対に、室内設定温度と実際の温度との温度差が小さい場合には、過給手段を作動させずに実用域中の使用頻度の高い領域においてガスエンジンの運転を行う。この所定の基準値（しきい値）は、各種運転情報に基づいてその都度設定されてもよいし、あるいは予め一定値として設定されてもよい。これにより、ガスヒートポンプを用いた空調に好適なガスエンジンの制御が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。ここで、図１は本実施の形態のＧＨＰエアコン１００の構成を示す模式図であって、暖房運転時の状態を示している。図２は本実施の形態のＧＨＰエアコン１００の構成を示す模式図であって、冷房運転時の状態を示している。
なお、本実施の形態は、都市ガス（メタンを主成分とした天然ガス）等を燃料としたガスエンジンによってヒートポンプサイクルを駆動し、これにより冷房および暖房を行う構成の空調装置、いわゆるＧＨＰエアコンについて説明するものである。
【００１１】
図１に示すように、本発明におけるガスヒートポンプ装置としてのＧＨＰエアコン１００は、室外ユニット１１０および室内ユニット１５０を備える。室内に設置される室内ユニット１５０は室内熱交換器１５２を備え、この室内熱交換器１５２の排気口から暖房運転時には温風が、冷房時には冷風が排気される構成になっている。また、例えば室内側に制御部２００が設置されている。この制御部２００は、入力信号処理回路、演算回路、メモリ、出力信号回路（駆動回路）、および電源回路等から構成されており、室外ユニット１１０および室内ユニット１５０との間で、検出信号や制御信号などの伝達を行う。例えば暖房スイッチないし冷房スイッチのＯＮ状態、また室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度（実際の温度）Ｔｂ等に関する情報がこの制御部２００へ出力され、必要に応じて記憶される。例えば、室内設定温度Ｔａは室内ユニット１５０に設置された検出センサ１５６によって検出される。この検出センサ１５６が本発明における検出手段に対応している。
【００１２】
室外に設置される室外ユニット１１０は、ほぼ密閉状態に構成され、このユニット内に、ガスエンジン１１２、コンプレッサー（圧縮機）１１４、排熱回収器１２０、消音器１３０、冷却水ポンプ１３２、放熱器１３４、室外熱交換器１４０，１４２、排気ファン１４４、四方弁１４６、膨張弁１４８、またその他各種の電子機器類、配管類およびバルブ類等が収容されている。
【００１３】
ガスエンジン１１２は、都市ガス等のガス燃料を受け入れて燃焼させることで駆動されるようになっている。このガスエンジン１１２の出力は、所定のカップリング機構を介してコンプレッサー１１４に伝達される構成になっている。コンプレッサー１１４は、冷媒を吸入して圧縮し、高圧化した圧縮冷媒を吐出する構成を有する。このコンプレッサー１１４としては、スクロール型や斜板型のものを好適に用いる。このコンプレッサー１１４が本発明における圧縮機に対応している。ガス燃料としては、地球温暖化の観点から二酸化酸素の排出量が少ない天然ガスを用いるのが好ましく、冷媒としては、オゾン層破壊防止の観点から塩素等を含まないものを用いるのが好ましい。なお、本実施の形態のガスエンジン１１２は、過給機付きの構成を有する。このガスエンジン１１２の過給機構については後述する。
【００１４】
排熱回収器１２０は、ガスエンジン１１２から排出される排気ガスの排熱を、冷却水との間の熱交換によって回収する構成を有する。排熱回収器１２０の排気ガス入口は配管径路１２２によってガスエンジン１１２と接続され、排熱回収器１２０の排気ガス出口は配管径路１２３によって消音器１３０と接続されている。従って、ガスエンジン１１２から排出された排気ガスは、配管径路１２２を通じて排熱回収器１２０へ導入され熱交換されたのち、配管径路１２３を通じて消音器１３０へ送られる。消音器１３０で消音処理された排気ガスは、室外ユニット１１０内を上方へ向けて排気される。排熱回収器１２０の冷却水入口は配管径路１３５によって放熱器１３４と接続され、排熱回収器１２０の冷却水出口は配管径路１３６によって放熱器１３４と接続されている。配管径路１３５の途中には冷却水ポンプ１３２が設けられ、配管径路１３６の途中にはガスエンジン１１２内の熱回収を行うジャケット１１３が設けられている。従って、冷却水ポンプ１３２から吐出された冷却水は、配管径路１３６および配管径路１３５を通じて循環され、冷却水が配管径路１３６を移動する過程では、排熱回収器１２０およびジャケット１１３によって熱回収が行われる。そして、配管径路１３６を通過した冷却水は、例えば放熱フィンを備える放熱器１３４へ送られ、この放熱器１３４において回収した熱を放熱する。
【００１５】
コンプレッサー１１４の冷媒入口は配管径路１４３によって室外熱交換器１４０，１４２と接続され、コンプレッサー１１４の冷媒出口は配管径路１５３によって室内熱交換器１５２と接続されている。また、室外熱交換器１４０，１４２と室内熱交換器１５２とは配管径路１５４によって接続されている。この配管径路１５４の途中に膨張弁１４８が設けられている。四方弁１４６は、配管径路１４３および配管径路１５３を移動する冷媒の流れ方向を切り換える構成を有する。すなわち、この四方弁１４６の切り換えによりコンプレッサー１１４は、図１に示す暖房運転時には室外熱交換器１４０，１４２からの冷媒を吸入して室内熱交換器１５２へ吐出し、図２に示す冷房運転時には室内熱交換器１５２からの冷媒を吸入して室外熱交換器１４０，１４２へ吐出する。また、排気ファン１４４は、室外ユニット１１０内の排気を強制的に行う構成を有する。
なお、配管径路１４３，１５３，１５４等によって本発明における空調回路が構成されている。
【００１６】
ここで、上記の構成のＧＨＰエアコン１００につき、暖房運転時および暖房運転時おける冷媒の流れを図１および図２を参照しながら説明する。
図１に示す暖房運転時には、コンプレッサー１１４から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１４６および配管径路１５３を介して室内熱交換器１５２に供給される。室内熱交換器１５２に供給された高温高圧のガス冷媒は、室内空気と熱交換されて凝縮し液化して高温高圧の液冷媒となる。このとき、室内熱交換器１５２が冷気を吸収する一方、温風を発生することで暖房が行われる。次に、室内熱交換器１５２から流出した高温高圧の液冷媒は、配管径路１５４を流通する過程において膨張弁１４８に供給される。この膨張弁１４８に供給された高温高圧の液冷媒は、その膨張によって低温低圧の液冷媒となって室外熱交換器１４０，１４２に供給される。これら室外熱交換器１４０，１４２に供給された低温低圧の液冷媒は、外気からの熱回収（蒸発）によって低温低圧のガス冷媒となり、その後配管径路１４３および四方弁１４６を介してコンプレッサー１１４へ吸入される。このようにして、暖房運転時における冷媒の循環が確立されることとなる。
【００１７】
一方、図２に示す冷房運転時には、四方弁１４６の切り換えによって冷媒の流れが暖房運転時とは逆になる。すなわち、コンプレッサー１１４から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁１４６および配管径路１４３を介して室外熱交換器１４０，１４２に供給される。室外熱交換器１４０，１４２に供給された高温高圧のガス冷媒は、外気への熱放出（凝縮）によって液化して高温高圧の液冷媒となる。次に、室外熱交換器１４０，１４２から流出した高温高圧の液冷媒は、配管径路１５４を流通する過程において膨張弁１４８に供給される。この膨張弁１４８に供給された高温高圧の液冷媒は、その膨張によって低温低圧の液冷媒となって室内熱交換器１５２に供給される。この室内熱交換器１５２に供給された低温低圧の液冷媒は、室内空気と熱交換されて蒸発し気化して低温低圧のガス冷媒となる。このとき、室内熱交換器１５２が熱を吸収する一方、冷風を発生することで冷房が行われる。次に、室内熱交換器１５２から流出した低温低圧のガス冷媒は、配管径路１５３および四方弁１４６を介してコンプレッサー１１４へ吸入される。このようにして、冷房運転時における冷媒の循環が確立されることとなる。
【００１８】
次に、本実施の形態の特徴部分であるガスエンジン１１２の過給機構について説明する。以下、電気ターボ、スーパーチャージャー、排気ターボの３種類をこの過給機構として用いる場合（第１〜第３実施の形態）について各々説明する。
【００１９】
〔第１実施の形態〕
まず、電気ターボを用いた過給機構１６０が搭載された第１実施の形態を図３〜図５を参照しながら説明する。ここで、図３は過給機構１６０の構成を示す模式図である。図４は過給機構１６０による電気ターボ運転制御を示すフローチャートである。図５は過給機構１６０による過給時および無過給時におけるトルクカーブを示す図である。
【００２０】
図３に示すように、本発明における過給手段としての過給機構１６０は、オルタネータ１６２、電気ターボ１６５等を用いて構成されている。オルタネータ１６２は、クラッチ付きの伝達機構１６１を介してガスエンジン１１２に連結されており、クラッチをつなぐことで必要に応じてオルタネータ１６２を作動させて発電を行うことができる構成になっている。このようにクラッチ付きの伝達機構１６１を用いたため、必要なときにのみオルタネータ１６２を作動させることができ、これにより熱効率を向上させることができる。
【００２１】
オルタネータ１６２は、電気的接続手段によって電気ターボ１６５と接続されており、この電気ターボ１６５へ電力を供給可能な構成になっている。ガスエンジン１１２へ吸気を導入する吸気径路１６３はエアクリーナの下流に配置されており、この吸気径路１６３には電気ターボ１６５およびバイパスバルブ１６６が設けられている。バイパスバルブ１６６は、吸気を電気ターボ１６５が設けられた吸気通路１６３側とバイパス径路１６４側とに切り換える。また、吸気径路１６３にはスロットルバルブ１６７が設けられており、このスロットルバルブ１６７がガスエンジン１１２への吸気の通路面積を可変とする。なお、エンジン１１２をはじめ、これらオルタネータ１６２、電気ターボ１６５、バイパスバルブ１６６、スロットルバルブ１６７等は、例えば制御部２００によって制御されるようになっている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、図５中の斜線で示すＧＨＰ使用域に対し、実用域中の使用頻度の高い領域では無過給時トルクカーブにしたがって運転され、それ以上に所定のトルクの確保が必要とされる高負荷運転では過給時トルクカーブにしたがって運転される。なお、熱効率などの代表的な値を性能として示す定格点Ａも、このＧＨＰ使用域の中で定められている。
本実施の形態では、実用域中の使用頻度の高い領域においてスロットルバルブ１６７がほぼ全開となるようにガスエンジン１１２の排気量が設定されている。すなわち、本実施の形態のガスエンジン１１２は、その排気量が高負荷運転でのトルク確保を可能とする従来のガスエンジンの排気量よりも小さくなるように構成されている。これにより、とりわけスロットルバルブ１６７によるいわゆるポンピングロスを低減させて燃費を向上させることができる。一方、スロットルバルブ１６７の全開状態以上の所望のトルクが必要となる高負荷運転（以下、「過負荷モード」という）においては、過給機構１６０を用い過給時トルクカーブにしたがって運転を行う。これにより、排気量が小さい場合であっても、過給機構１６０を用いることでＧＨＰエアコン１００に好適なガスエンジン１１２の制御が可能となる。
【００２３】
図５中の過給時トルクカーブにしたがって過負荷モードで運転を行うとき、過給機構１６０は、例えば図４に示すようなフローチャートにしたがって制御される。
図４に示すように、ステップＳ１０によって暖房運転時は暖房スイッチの、冷房運転時は冷房スイッチのＯＮ状態を検出する。次に、ステップＳ１２によって室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度（実際の温度）Ｔｂに関する情報を検出し、これらの情報に基づいてガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。すなわち、ステップＳ１４では、室内設定温度Ｔａと室内温度Ｔｂとの差の絶対値と基準値Ｔｃ（しきい値）との比較を行い、この絶対値が基準値Ｔｃよりも大きい場合に（ステップＳ１４のＹＥＳ）、過負荷モードでの運転が必要であり過給機構１６０による過給が必要であると判断しステップＳ１６へすすむ。一方、絶対値が基準値Ｔｃよりも小さい場合には（ステップＳ１４のＮＯ）、過給機構１６０による過給は必要ないと判断しステップＳ１２へ戻る。なお、基準値Ｔｃは各種の運転情報に基づいてその都度設定されてもよいし、あるいは予め一定値に設定されてもよい。
【００２４】
ステップＳ１６によって、バイパスバルブ１６６を図３中の実線位置へ切り換える。また、ステップＳ１８によって、伝達機構１６１のクラッチをつなぎオルタネータ１６２の発電を開始するとともに、このオルタネータ１６２から電気ターボ１６５への電力供給を開始する。これにより、ステップＳ２０によって電気ターボ１６５による過給が開始される。その後、この電気ターボ１６５による過給は、ガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを再度判断し、ガスエンジン１１２の過給が必要でないと判断されるまで継続される。すなわち、ステップＳ２２によって室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度Ｔｂに関する情報を検出し、これらの情報に基づいてガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを再度判断する（ステップＳ２４）。そして、ステップＳ２４のＮＯの場合には、過負荷モードでの運転は必要でないと判断しステップＳ２６へすすむ。一方、ステップＳ２４のＹＥＳの場合には、過負荷モードでの運転は未だ必要であると判断しステップＳ２２へ戻る。ステップＳ２６の過給終了処理では、オルタネータ１６２の発電および電気ターボ１６５への電力供給の停止、バイパスバルブ１６６の切り換え、伝達機構１６１のクラッチの解除を行い、これにより電気ターボ運転制御を終了する。
なお、ステップＳ１２等が本発明における第１のステップに対応しており、ステップＳ１４〜Ｓ２６等が本発明における第２のステップに対応している。
【００２５】
以上のように、第１実施の形態によれば、ＧＨＰエアコン１００においてガスエンジン１１２の燃費の向上を図るのに有効なガスエンジン制御技術を実現することができる。すなわち、ガスエンジン１１２の排気量を小さくすることで、とりわけスロットルバルブ１６７によるいわゆるポンピングロスを低減させて燃費を向上させることができ、過負荷モードにおいては、過給機構１６０を用いてＧＨＰエアコン１００に好適な所望のトルクを得ることができる。これにより、ガスエンジン１１２の低排気量化を行うことができる一方、過負荷モードでのトルク不足を過給機構１６０による過給によって補うことができる。本実施の形態では、室内設定温度Ｔａと実際の室内温度Ｔｂとの温度差が大きい時を過負荷モードとしているので、室内温度Ｔｂを早期に室内設定温度Ｔａに近づけることが可能となる。この過給機構１６０は、もちろんエンジン１１２の経時劣化によるトルク低下を補うのにも有効である。また、このような電気ターボ１６５を用いた過給機構１６０は、他の過給機構に比して設備面での低コスト化を図るのに特に有効である。
【００２６】
〔第２実施の形態〕
次に、スーパーチャージャーを用いた過給機構１７０が搭載された第２実施の形態を図６および図７を参照しながら説明する。ここで、図６は過給機構１７０の構成を示す模式図である。図７は過給機構１７０によるスーパーチャージャー運転制御を示すフローチャートである。
【００２７】
図６に示すように、本発明における過給手段としての過給機構１７０は、スーパーチャージャー１７５等を用いて構成されている。このスーパーチャージャー１７５は、クラッチ付きの伝達機構１７１を介してガスエンジン１１２に連結されており、クラッチをつなぐことで必要に応じてスーパーチャージャー１７５を作動させることができる構成になっている。このようにクラッチ付きの伝達機構１７１を用いたため、必要なときにのみスーパーチャージャー１７５を作動させることができ、これにより熱効率を向上させることができる。
ガスエンジン１１２へ吸気を導入する吸気径路１７３はエアクリーナの下流に配置されており、この吸気径路１７３にはスーパーチャージャー１７５およびバイパスバルブ１７６が設けられている。バイパスバルブ１７６は、吸気をスーパーチャージャー１７５が設けられた吸気通路１７３側とバイパス径路１７４側とに切り換える。また、吸気径路１７３にはスロットルバルブ１７７が設けられており、このスロットルバルブ１７７がガスエンジン１１２への吸気の通路面積を可変とする。なお、エンジン１１２をはじめ、これらスーパーチャージャー１７５、バイパスバルブ１７６、スロットルバルブ１７７等は、例えば制御部２００によって制御されるようになっている。
【００２８】
この第２実施の形態では、第１実施の形態と同様に図５中の過給時トルクカーブにしたがって過負荷モードで運転を行うとき、過給機構１７０は、例えば図７に示すようなフローチャートにしたがって制御される。
図７に示すように、ステップＳ３０によって暖房運転時は暖房スイッチの、冷房運転時は冷房スイッチのＯＮ状態を検出する。次に、ステップＳ３２によって室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度Ｔｂに関する情報を検出し、室内設定温度Ｔａと室内温度Ｔｂとの差の絶対値と基準値Ｔｃとの比較を行うことでガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４のＹＥＳの場合には、過給機構１７０による過給が必要であると判断しステップＳ３６へすすむ。一方、ステップＳ３４のＮＯの場合には、過給機構１７０による過給は必要ないと判断しステップＳ３２へ戻る。
【００２９】
ステップＳ３６によって、バイパスバルブ１７６を図６中の実線位置へ切り換える。また、ステップＳ３８によって、伝達機構１７１のクラッチをつなぎスーパーチャージャー１７５を作動させて過給を開始する。このスーパーチャージャー１７５による過給は、ガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを再度判断し、ガスエンジン１１２の過給が必要でないと判断されるまで継続される。すなわち、ステップＳ４２によって室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度Ｔｂに関する情報を検出し、これらの情報に基づいてガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを再度判断する（ステップＳ４４）。そして、ステップＳ４４のＮＯの場合には、過負荷モードでの運転は必要でないと判断しステップＳ４６へすすむ。一方、ステップＳ４４のＹＥＳの場合には、過負荷モードでの運転は未だ必要であると判断しステップＳ４２へ戻る。ステップＳ４６の過給終了処理では、伝達機構１７１のクラッチの解除や、バイパスバルブ１７６の切り換えを行い、これによりスーパーチャージャー運転制御を終了する。
なお、ステップＳ３２等が本発明における第１のステップに対応しており、ステップＳ３４〜Ｓ４６等が本発明における第２のステップに対応している。
【００３０】
以上のように、第２実施の形態によれば、第１実施の形態と同様にＧＨＰエアコン１００においてガスエンジン１１２の燃費の向上を図るのに有効なガスエンジン制御技術を実現することができる。すなわち、ガスエンジン１１２の排気量を小さくすることで、とりわけスロットルバルブ１７７によるいわゆるポンピングロスを低減させて燃費を向上させることができ、過負荷モードにおいては、過給機構１７０を用いてＧＨＰエアコン１００に好適な所望のトルクを得ることができる。また、このようなスーパーチャージャー１７５を用いた過給機構１７０は、他の過給機構に比して低速での運転制御に特に有効である。
【００３１】
〔第３実施の形態〕
次に、排気ターボを用いた過給機構１８０が搭載された第３実施の形態を図８および図９を参照しながら説明する。ここで、図８は過給機構１８０の構成を示す模式図である。図９は過給機構１８０による排気ターボ運転制御を示すフローチャートである。
【００３２】
図８に示すように、本発明における過給手段としての過給機構１８０は、排気ターボ１８５等を用いて構成されている。この排気ターボ１８５は、ガスエンジン１１２の排気エネルギで駆動するタービンＴと、このタービンＴと同軸で回転するコンプレッサーＣとによって構成されている。ガスエンジン１１２の排気側には、タービンＴが設置された排気径路１８８、この排気径路１８８をバイパスするバイパス径路１８９、排気ガスを排気径路１８８とバイパス径路１８９とに切り換えるバイパスバルブ１９０が設けられている。一方、ガスエンジン１１２の吸気側には、エアクリーナの下流にガスエンジン１１２へ吸気を導入する吸気径路１８３が設けられており、この吸気径路１８３にはコンプレッサーＣおよびバイパスバルブ１８６が設けられている。バイパスバルブ１８６は、吸気をコンプレッサーＣが設けられた吸気通路１８３側とバイパス径路１８４側とに切り換える。このバイパス径路１８４に必要に応じて熱交換器を設けてもよい。また、吸気径路１８３にはスロットルバルブ１８７が設けられており、このスロットルバルブ１８７がガスエンジン１１２への吸気の通路面積を可変とする。なお、エンジン１１２をはじめ、これら排気ターボ１８５、バイパスバルブ１７６，１９０、スロットルバルブ１８７等は、例えば制御部２００によって制御されるようになっている。
【００３３】
この第３実施の形態では、第１実施の形態と同様に図５中の過給時トルクカーブにしたがって過負荷モードで運転を行うとき、過給機構１８０は、例えば図９に示すようなフローチャートにしたがって制御される。
図９に示すように、ステップＳ５０によって暖房運転時は暖房スイッチの、冷房運転時は冷房スイッチのＯＮ状態を検出する。次に、ステップＳ５２によって室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度Ｔｂに関する情報を検出し、室内設定温度Ｔａと室内温度Ｔｂとの差の絶対値と基準値Ｔｃとの比較を行うことでガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを判断する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４のＹＥＳの場合には、過給機構１８０による過給が必要であると判断しステップＳ５６へすすむ。一方、ステップＳ５４のＮＯの場合には、過給機構１８０による過給は必要ないと判断しステップＳ５２へ戻る。
【００３４】
ステップＳ５６によって、バイパスバルブ１８６を図８中の実線位置へ切り換える。また、ステップＳ５７によって、バイパスバルブ１９０を図８中の実線位置へ切り換える。これにより、ステップＳ５８によって排気ターボ１８５を作動させて過給を開始する。この排気ターボ１８５による過給は、ガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを再度判断し、ガスエンジン１１２の過給が必要でないと判断されるまで継続される。すなわち、ステップＳ６２によって室内の室内設定温度Ｔａ、室内温度Ｔｂに関する情報を検出し、これらの情報に基づいてガスエンジン１１２の過給が必要な状態であるか否かを再度判断する（ステップＳ６４）。そして、ステップＳ６４のＮＯの場合には、過負荷モードでの運転は必要でないと判断しステップＳ６６へすすむ。一方、ステップＳ６４のＹＥＳの場合には、過負荷モードでの運転は未だ必要であると判断しステップＳ６２へ戻る。ステップＳ６６の過給終了処理では、バイパスバルブ１８６，１９０の切り換えを行い、これにより排気ターボ運転制御を終了する。
なお、ステップＳ５２等が本発明における第１のステップに対応しており、ステップＳ５４〜Ｓ６６等が本発明における第２のステップに対応している。
【００３５】
以上のように、第３実施の形態によれば、第１および第２実施の形態と同様にＧＨＰエアコン１００においてガスエンジン１１２の燃費の向上を図るのに有効なガスエンジン制御技術を実現することができる。すなわち、ガスエンジン１１２の排気量を小さくすることで、とりわけスロットルバルブ１８７によるいわゆるポンピングロスを低減させて燃費を向上させることができ、過負荷モードにおいては、過給機構１８０を用いてＧＨＰエアコン１００に好適な所望のトルクを得ることができる。また、このような排気ターボ１８５を用いた過給機構１８０は、他の過給機構に比して高速での運転制御に特に有効である。
この第３実施の形態では、ガスエンジン１１２の排気側にバイパス径路１８９およびバイパスバルブ１９０を設ける構成について記載したが、排気ターボ１８５のハウジング内にウエストゲートバルブを設けることでバイパス径路１８９を省略することもできる。
【００３６】
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００３７】
（Ａ）上記実施の形態では、ガスエンジン１１２への吸気を過給する過給手段として、電気ターボ１６５や、スーパーチャージャー１７５や、排気ターボ１８５を用いる場合について記載したが、これらのうちの複数を必要に応じて適宜組み合わせて用いることもできる。
【００３８】
（Ｂ）また、上記実施の形態では、室内設定温度Ｔａと室内温度Ｔｂとの温度差と基準値Ｔｃとの関係において過給手段の制御を行う場合について記載したが、室内温度Ｔｂと、その室内温度Ｔｂに対応した基準値（しきい値）との関係において過給を制御することもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ガスヒートポンプを用いた空調においてガスエンジンの燃費の向上を図るのに有効なガスエンジン制御技術を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のＧＨＰエアコン１００の構成を示す模式図であって、暖房運転時の状態を示している。
【図２】本実施の形態のＧＨＰエアコン１００の構成を示す模式図であって、冷房運転時の状態を示している。
【図３】過給機構１６０の構成を示す模式図である。
【図４】過給機構１６０による電気ターボ運転制御を示すフローチャートである。
【図５】過給機構１６０による過給時および無過給時におけるトルクカーブを示す図である。
【図６】過給機構１７０の構成を示す模式図である。
【図７】過給機構１７０によるスーパーチャージャー運転制御を示すフローチャートである。
【図８】過給機構１８０の構成を示す模式図である。
【図９】過給機構１８０による排気ターボ運転制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００…ＧＨＰエアコン（空調装置）
１１０…室外ユニット
１１２…ガスエンジン
１５０…室内ユニット
１５６…検出センサ
１６０，１７０，１８０…過給機構
１６２…オルタネータ
１６５…電気ターボ
１６７，１７７，１８７…スロットルバルブ
１７５…スーパーチャージャー
１８５…排気ターボ
２００…制御部
Ｔａ…室内設定温度
Ｔｂ…室内温度
Ｔｃ…基準値

Claims

ガスエンジンと、このガスエンジンによって駆動される圧縮機と、この圧縮機によって高圧化された冷媒が室内と室外との間で循環する空調回路と、室内温度に関する室内温度情報を検出する検出手段とを備えたガスヒートポンプ装置であって、
更に、前記ガスエンジンへの吸気の過給を行う過給手段を備え、この過給手段は、前記室内温度情報を用いて制御されるように構成されていることを特徴とするガスヒートポンプ装置。
請求項１に記載したガスヒートポンプ装置であって、
前記過給手段は、前記室内温度情報に基づく室内温度と室内設定温度との温度差が所定の基準値を超えた場合に作動して過給を行うように制御されることを特徴とするガスヒートポンプ装置。
ガスエンジンと、このガスエンジンによって駆動される圧縮機と、この圧縮機によって高圧化された冷媒が室内と室外との間で循環する空調回路と、室内温度に関する室内温度情報を検出する検出手段と、前記ガスエンジンへの吸気の過給を行う過給手段とを備えたガスヒートポンプ装置において、前記ガスエンジンを制御するガスエンジンの制御方法であって、
前記検出手段を介して室内温度情報を検出する第１のステップと、前記室内温度情報を用いて前記過給手段を制御する第２のステップとを有することを特徴とするガスエンジンの制御方法。
請求項３に記載したガスエンジンの制御方法であって、
前記第２のステップでは、前記第１のステップで検出した室内温度情報に基づく室内温度と室内設定温度との温度差を算出し、この温度差が所定の基準値を超えた場合に前記過給手段を作動させ過給を行うことを特徴とするガスエンジンの制御方法。