JP2006234317A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空調負荷の変動を緩和し、安価で耐久性を備えた空気調和装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 容量制御機能を有し、冷媒を圧縮して冷媒回路７を循環させる少なくとも１台の圧縮機１７および圧縮機１７を駆動するガスエンジン５３を備えた室外ユニット５と、室外ユニット５に冷媒回路７によって接続された複数の室内ユニット３と、空調運転を制御する制御部３７と、を備えたＧＨＰ１において、制御部３７には、空調負荷を変動させる前に、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させる負荷調節運転モードＭが備えられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和装置に関するものである。

従来、エンジンによって駆動され、冷媒を圧縮する圧縮機を有する冷媒回路で接続された室外ユニットおよび複数の室内ユニットで構成された空気調和装置は広く用いられている。この空気調和装置では、使用される室内ユニットの使用条件が大きく変動するため、室内ユニット側で必要とされる冷媒量も大きく変動する。
このため、室内ユニットが要求する冷媒量、すなわち空調負荷の変動に伴い、例えば特許文献１に示されるように圧縮機の容量制御が広く行なわれていた。この圧縮機の容量制御は、例えば、圧縮機が複数ある場合の各圧縮機の駆動の断接あるいはフルロードとパーシャルロードとの切替え等、エンジンに対して急激な負荷変動を及ぼすものである。

特開平６−１１１７４号公報（段落［００１５］〜［００３６］，及び図１〜図５）

ところで、この負荷変動による影響は、エンジンと圧縮機との間に変速機を組み込めば処理できるが、変速機は高価であるため、通常は用いられていない。このため、エンジンと圧縮機とを連結するベルトあるいは連結軸、クラッチ、エンジン本体等にこの負荷変動が作用して、これらの部材の寿命を短縮化させるという問題があった。
また、負荷変動が著しい場合には、エンジンは一次的に回転数がハンチングする恐れがあるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、空調負荷の変動を緩和し、安価で耐久性を備えた空気調和装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる空気調和装置は、容量制御機能を有し、冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる少なくとも１台の圧縮機および該圧縮機を駆動する駆動源を備えた室外ユニットと、 該室外ユニットに前記冷媒回路によって接続された複数の室内ユニットと、空調運転を制御する制御部と、を備えた空気調和装置において、前記制御部には、空調負荷を変動させる前に、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させる負荷調節運転モードが備えられていることを特徴とする。

暖房運転時または冷房運転時に、室内ユニットの稼動数の変動等、室内側で要求される冷暖能力が冷媒回路の流量調節では収まらない程度に変動すると、圧縮機の容量制御、例えば圧縮機駆動の断接あるいはフルロードとパーシャルロードとの切替えが行われ、空調負荷が急激に変動することとなる。
本発明によると、負荷調節運転モードによって空調負荷を変動させる前に、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させるので、変動時の空調負荷の変動がなだらかになる。このように、空調負荷の変動がなだらかになると、圧縮機を駆動する駆動源にかかる急激な負荷変動が減少するので、高価な変速機を用いることなく駆動源の耐久性を向上させることができる。

また、本発明にかかる空気調和装置は、前記冷媒回路には、前記圧縮機の吐出側の冷媒回路と冷房運転時または暖房運転時に冷媒の熱を放出するエバポレータとして機能し、前記冷媒を前記圧縮機の吸入側の冷媒回路へ戻す熱交換器の上流側の冷媒回路とを接続するバイパス回路が備えられ、前記負荷調節運転モードは、ファンの回転数および／または前記バイパス回路の冷媒流量を調節し、空調負荷を変動させることを特徴とする。

ファンの回転数を増減させると、冷媒の冷却程度が増減するので、圧縮機の負荷（高圧圧力）を増減することができる。
また、バイパス回路に送られる冷媒は、冷媒回路を通り熱交換器に入る低温低圧の冷媒によって冷却されて圧縮機の吸入側に戻されるので、バイパス回路を通る冷媒流量を調節させると、圧縮機の吐出圧力、すなわち高圧圧力を調節することができる。
本発明によると、空調負荷を変動させる前に、ファンの回転数および／またはバイパス回路の冷媒流量を調節し、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させるので、変動時の空調負荷の変動がなだらかになる。このように、空調負荷の変動がなだらかになると、圧縮機を駆動する駆動源にかかる急激な負荷変動が減少するので、高価な変速機を用いることなく駆動源の耐久性を向上させることができる。

また、本発明にかかる空気調和装置では、前記負荷調節運転モードは、前記駆動源に対して空調負荷の変動を予測した調節を行うことを特徴とする。

本発明によると、空調負荷を変動させる前に、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させ、変動時の空調負荷の変動がなだらかにするのに加えて、駆動源側でも、空調負荷の変動に対応した調節を行うので、空調負荷の変動に伴う駆動源にかかる負荷変動を一層低減させることができる。

本発明によると、負荷調節運転モードによって空調負荷を変動させる前に、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させるので、圧縮機を駆動する駆動源にかかる急激な負荷変動が減少し、高価な変速機を用いることなく駆動源の耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の第一実施形態にかかるガスヒートポンプ式空気調和装置（以下「ＧＨＰ」という。）について、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本実施形態にかかるＧＨＰ（空気調和装置）１の全体概略構成を示す回路図である。
ＧＨＰ１は、図１に示すように、室内に配置される複数の室内ユニット３と、室外に配置される室外ユニット５と、室内ユニット３および室外ユニット５との間で冷媒を循環させる冷媒回路７とから概略構成されている。

各室内ユニット３には、室内熱交換器９と、冷房運転時に高圧の冷媒を減圧・膨張させる室内側電子膨張弁１１と、室内側電子膨張弁１１の前後に配置された異物を除去するストレーナ１３と、冷媒の温度を検出する温度センサ１５と、室内の空気を室内熱交換器９へ送る室内側ファン１０と、室内側ファン１０を回転させる室内側ファンモータ１２と、が設けられている。
室内熱交換器９は、冷房運転時には室内側ファン１０によって送られる室内の空気から熱を奪い、低温低圧の液冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能し、暖房運転時には室内気に熱を放出し、高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能するものである。

室外ユニット５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、後述する圧縮機や室外熱交換器などの機器を中心として室内ユニット３とともに冷媒回路を構成する部分であり、以後「冷媒回路部１４」と呼ぶ。また、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１６」と呼ぶ。

冷媒回路部１４には、圧縮機１７と、オイルセパレータ１９と、四方弁２１と、室外熱交換器（熱交換器）２３と、室外側ファン（ファン）３６と、室外側ファンモータ３８と、室外側膨張弁２５と、レシーバ２７、過冷却コイル（熱交換器）２９と、水熱交換器３１と、逆止弁３３と、操作弁３５と、ストレーナ１３と、が備えられており、それぞれが冷媒回路７により接続されている。
また、室外ユニット５には、温度センサや圧力センサなどの出力に基づき、少なくとも室内側電子膨張弁１１、室外側膨張弁２５を含む各弁類を制御する制御部３７が配置されている。制御部３７には、後述する負荷調節運転モードＭが搭載されている。

圧縮機１７は、後述するガスエンジン５３により駆動され、室内熱交換器９または室外熱交換器２３のいずれかから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。
圧縮機１７には、図示しない容量制御機構が備えられている。容量制御機構は、圧縮機１７の吐出量を全量であるフルロード（Ｆ）と一部であるパーシャルロード（Ｐ）との２状態で切り替えられるように構成されている。
圧縮機１７の吐出側には、吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ３９と圧力を検出する吐出圧力センサ４１とが配置され、吸入側には、吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ４３と圧力を検出する吸入圧力センサ４５とが配置されている。
なお、本実施形態においては、２台の圧縮機１７を用いる実施形態に適用して説明している。

オイルセパレータ１９は、圧縮機１７と四方弁２１との間に配置され、圧縮機１７から吐出された冷媒中に含まれる圧縮機１７のオイルを遠心分離して、圧縮機１７に戻すために設けられている。具体的には、各圧縮機１７から吐出された冷媒が導入される２本の略円筒形状のオイル分離部と、その下方に配置された略円筒形状のオイル貯留部とから構成されている。
オイル貯留部の横断面積は、オイル分離部の横断面積に比べて数倍の大きさとされている。これは、オイルの貯留空間を確保するためであり、こうすることによって、オイル分離部の高さを確保してオイル分離能力を維持させつつオイルセパレータ１９全体の高さを減少させている。
オイル貯留部には、分離されたオイルの温度を制御するヒータ４７が配置されている。また、オイルセパレータ１９のオイル貯留部と圧縮機１７との間には、分離されたオイルを圧縮機１７に供給する供給回路が配置されている。

四方弁２１は、オイルセパレータ１９の下流側に配置された冷媒の流れを切り替える切り替え弁であり、冷媒が流入・流出する４つのポートＤ，Ｃ，Ｓ，Ｅが設けられている。
ポートＤは圧縮機１７の吐出側と接続され、ポートＣは室外熱交換器２３と、ポートＳは圧縮機１７の吸入側と、ポートＥは室内熱交換器９と接続されている。

室外熱交換器２３は、冷房運転時に室外側ファン３６によって送られる外気に熱を放出して高温高圧のガス冷媒を凝縮させるコンデンサとして機能し、暖房運転時に外気から熱を奪い低温低圧の冷媒を蒸発させるエバポレータとして機能する。
また、室外熱交換器２３には、冷媒の温度を検出する温度センサ１５が配置されている。
なお、本実施形態においては、２台の室外熱交換器２３を用いる実施形態に適用して説明している。

レシーバ２７は、室外熱交換器２３（冷房運転時）または室内熱交換器９（暖房運転時）から流出した液冷媒に含まれるガス冷媒をトラップし、液冷媒のみを室内熱交換器９（冷房運転時）または室外熱交換器２３（暖房運転時）に供給するものである。
室外熱交換器２３とレシーバ２７との間には室外側膨張弁２５と逆止弁３３とが並列に配置され、室外側膨張弁２５および逆止弁３３の上流側、下流側にストレーナ１３が配置されている。逆止弁３３は、室外熱交換器２３からレシーバ２７に向けて冷媒を流すように配置されている。

過冷却コイル２９は、レシーバ２７と室内ユニット３とを接続する冷媒回路７に配置されている。過冷却コイル２９には、レシーバ２７と過冷却コイル２９との間を流れる冷媒の一部を過冷却コイル２９に導く冷媒配管２０が設けられ、この冷媒配管２０にはストレーナ１３および冷媒の圧力を減圧・膨張させる過冷却用膨張弁４９が配置されている。
冷媒配管２０を通る一部の冷媒は、過冷却用膨張弁４９で気液二相の低温とされ、過冷却コイル２９に導入され、冷媒回路７を通る冷媒によって暖められガス冷媒とされる。すなわち、過冷却コイル２９は、エバポレータとして機能するものである。過冷却コイル２９を通過した一部の冷媒は、冷媒配管２０を通って四方弁２１と圧縮機１７の吸入側とを接続する冷媒回路７に導かれる。

過冷却コイル２９は、冷房運転時に、室内ユニット３に必要な温度に過冷却された冷媒を送るために設けられている。すなわち、過冷却用膨張弁４９により形成された低温の冷媒により室内ユニット３に送られる冷媒をより冷却して（過冷却度を高めて）いる。そのため、室内ユニット３の配置位置が室外ユニット５から離れ、室内ユニット３に流入する冷媒の温度が室外ユニットから流出したときより高くなる場合でも、その温度上昇分を補い、確実に液冷媒を室内ユニット３へ供給することができる。これは、質量流量を減少させ圧力損失を減少させ、かつ室内ユニットにおける冷媒の分配を容易とするためである。

水熱交換器３１は、室外熱交換器２３とレシーバ２７とを接続する冷媒回路から分岐して四方弁２１と圧縮機１７の吸入側とを接続する冷媒回路７に合流する冷媒配管に配置され、冷媒の流入側にはストレーナ１３および冷媒の圧力を減圧・膨張させる水熱交換器用膨張弁５１が配置されている。
また、水熱交換器３１には、後述するガスエンジン（駆動源）５３のエンジン冷却水が循環するように配置されている。
水熱交換器３１は、後述するエンジン冷却水の熱を冷媒に回収させ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２３における熱交換のみに頼るのではなく、ガスエンジン５３のエンジン冷却水からも排熱を回収することとなり、暖房運転の効率をより高めることができる。

室外ユニット５の冷媒回路７には、四方弁２１の上流側（吐出側）の分岐点Ｘから分岐するバイパス回路２４が設けられている。バイパス回路の他端は、暖房バイパス回路２６と冷房バイパス回路２８とに分岐されている。
暖房バイパス回路２６の他端は、室外熱交換器２３と室外側膨張弁２５との間の合流点Ｙに接続されている。暖房運転時、合流点Ｙは、室外熱交換器２３の上流側に、室外側膨張弁２５の下流側に位置することとなる。
そして、冷房バイパス回路２８の他端は、冷媒配管２０における過冷却コイル２９と過冷却用膨張弁４９との間の合流点Ｚに接続されている。冷房運転時、合流点Ｚは、過冷却コイル２９の上流側に、過冷却用膨張弁４９の下流側に位置することとなる。

バイパス回路２４の上流部分には、ストレーナ１３と開度調節可能なバイパス弁３０とが設置されている。また、暖房バイパス回路２６の上流側には、回路を開閉する暖房バイパス開閉弁３２が設置されている。冷房バイパス回路２８の上流側には、回路を開閉する冷房バイパス開閉弁３４が設置されている。

一方、ガスエンジン部１６には、ガスエンジン５３を中心として、冷却水系５５および燃料吸入系５７のほか、排気ガス系やエンジンオイル系（いずれも図示せず）が備えられている。
ガスエンジン５３は、冷媒回路７内に設置されている圧縮機１７をクラッチ２２の断接によって接続されるシャフトまたはベルトなどを介して駆動している。

冷却水系５５は、水ポンプ５９、リザーバタンク６１、ラジエータ６３等を備え、これらを配管にて接続して構成される回路（図中の破線で表示）を循環するエンジン冷却水によって、ガスエンジン５３を冷却する系である。
水ポンプ５９は、ガスエンジン５３の冷却水を循環させるために配置され、リザーバタンク６１は、この回路を循環する冷却水の余剰分を一時貯蔵するため、あるいは、回路を循環する冷却水が不足する場合に冷却水を供給するために配置されている。ラジエータ６３は、室外熱交換器２３の近傍に配置され、エンジン冷却水がガスエンジン５３から奪った排熱を放出するために配置されている。

また、冷却水系５５には、上述した構成のほかに、排気ガス熱交換器６５が設けられている。排気ガス熱交換器６５は、ガスエンジン５３から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のものである。また、冷却水系５５には、前述した水熱交換器３１が配置され、冷媒回路部１４および冷却水系５５の両系にまたがるように配置されている。
そのため、暖房運転時には、エンジン冷却水はガスエンジン５３から熱を奪うだけではなく、排気ガスからも熱を回収し、かつ、その回収した熱を、水熱交換器３１を介して冷媒に与える構成になっている。
なお、冷却水系５５におけるエンジン冷却水の流量制御は、２つの流量制御弁６７，６８によって行なわれている。

燃料吸入系５７は、ガスエンジン５３に液化天然ガス（ＬＮＧ）などの都市ガス、または液化プロパンガス（ＬＰＧ）をガス燃料として供給するための系であり、ガス燃料の供給量を調節する燃料ガス弁６９が備えられている。燃料吸入系５７からガスエンジン５３に供給された燃料ガスは、ガスエンジン５３の吸気孔（図示せず）から吸入された空気と混合された後、ガスエンジン５３の燃焼室に供給されている。

図２は、室外ユニット５の一部を切欠いて示す斜視図である。
室外ユニット５は、ガスエンジン５３と、２台の圧縮機１７とを収容するエンジン室７１を下部に備えている。ガスエンジン３は、動力源の一例であって、可燃ガスを燃料として作動するガスエンジンである。エンジン室７の上方には、ＧＨＰ（空気調和装置）１の室外熱交換器およびファン等を内蔵する熱交換器室７３が設けられている。

ガスエンジン５３の駆動軸７５には、駆動プーリ７７が取り付けられている。圧縮機１７の回転軸７９には、従動プーリ８１がクラッチ２２（図１参照）を介して取り付けられており、圧縮機１７の回転軸７９は、クラッチ２２の断接によって、従動プーリ８１と断接される。駆動プーリ７７と各従動プーリ８１とには、ベルト８３が巻き掛けられている。
なお、ベルト８３には、裏からのテンションに強いリブドベルトが用いられている。
ガスエンジン５３と圧縮機１７とは、ベルト８３のテンションが程好い緊張状態となるように架台８５によって一体的に固定されている。

なお、ガスエンジン５３は、ガソリンエンジンやディゼルエンジンでも良い。また、室外ユニット５のエンジン室７１には、上述の他、図示を省略しているが、ガスエンジン５３を冷却するためのラジエータ６３及びこの冷却水を循環するための水ポンプ５９などの冷却水系５５、吸気サイレンサなどガスエンジン５３の吸気系、排気マフラなどガスエンジン５３の排気ガス系、ガスエンジン５３の潤滑油を循環させるオイル系、室内及び室外の熱交換器内を循環する冷媒の冷媒回路７などが内蔵されている。

次に、上記構成からなるＧＨＰ１について、室内を冷暖房するそれぞれの運転時の作用について説明する。
最初に、図１に基づいて冷房運転時について説明する。なお、冷媒およびエンジン冷却水の流れ方向が実線の矢印で示されている。
冷房運転が選択されると、四方弁２１のポートＤ／Ｃ間およびポートＥ／Ｓ間が連通され、圧縮機１７の吐出側と室外熱交換器２３とが接続される。
また、バイパス弁３０、室内側電子膨張弁１１および過冷却用膨張弁４９が制御部３７により制御され、暖房バイパス弁３２、室外側膨張弁２５および水熱交換器用膨張弁５１が全閉にされる。

まず、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１９により潤滑油が分離され、四方弁２１を通過して室外熱交換器２３に流入する。
室外熱交換器２３において、ガス冷媒は熱を放出して凝縮・液化して液冷媒となる。
室外熱交換器２３から流出した液冷媒は、逆止弁３３を通過してレシーバ２７に流入し、気液分離されて液冷媒のみがレシーバ２７から流出する。
レシーバ２７から流出した液冷媒の一部は、過冷却コイル２９および室内側電子膨張弁１１を通って、室内熱交換器９に流入する。残りの冷媒は、過冷却用膨張弁４９を通って過冷却コイル２９に流入する。

室内熱交換器９に流入する冷媒は、過冷却コイル２９を通過する過程で、後述する過冷却用膨張弁４９と通過した低温低圧の液冷媒に熱を奪われる。その後、室内側電子膨張弁１１を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。室内熱交換器９において、低温低圧の液冷媒は、室内気から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

過冷却コイル２９に流入する冷媒は、過冷却用膨張弁４９を通過する過程で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この冷媒は、過冷却コイル２９において上述した室内熱交換器９に流入する液冷媒から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

室内熱交換器９において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＥからポートＳを経て圧縮機１７の吸入口に流入する。また、過冷却コイル２９において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＳと圧縮機１７の吸入口との間に流入する。
以降、同様の過程が繰り返され、冷房運転が継続して行われる。

次に、冷房運転時において、負荷調節運転モードＭによって空調負荷を変動させる方法について説明する。
図３は、空調負荷を増加させる場合の負荷調節運転モードＭのフローを示している。
まず、室内ユニット３側が要求する冷房能力（冷媒量）と現時点での圧縮機１７が供給できる冷媒量とを比較し、圧縮機１７の負荷、すなわち空調負荷を変動させることが必要かを判定する（ステップＳ１）。
ここでは、例えば、１台の圧縮機１７がパーシャルロードで運転されているのを、フルロードに変更する、あるいはもう１台の圧縮機１７を稼動させる、すなわち、クラッチ２２を投入することが必要かを判断することになる。

ステップＳ１で、負荷変動の必要がない（Ｎｏ）と判定された場合は、何も処置せず、再度ステップＳ１に戻る。
一方、負荷変動が必要（Ｙｅｓ）と判定された場合には、室外側ファン３６の回転数を所定値まで増加させる（ステップＳ２）。なお、回転数の所定値としては、例えば、最高回転数を用いている。
室外側ファン３６の回転数を増加させると、室外熱交換器２３において冷媒はより多く冷却されるので、圧縮機１７の高圧が低下する、すなわち、圧縮機１７の空調負荷が低減されることになる。
なお、この時、室内側ファン１０の回転数を増加させ、空調負荷の低減に伴う冷房フィーリングの変化（冷房の不足）を感じさせないようにするとよい。

次いで、吐出圧力センサ４１によって圧縮機１７の高圧圧力（ＨＰ）を測定し、高圧が基準値以下になっているか判定する（ステップＳ３）高圧圧力の基準値は、圧縮機１７の負荷状態に対応して設定されている。
ステップＳ３で、高圧圧力が基準値以下に低減されていない（Ｎｏ）と判定させた場合には、バイパス弁３０の開度を調整し、バイパス回路２４および冷房バイパス回路２８を通り過冷却コイル２９の上流側に位置する合流点Ｚに供給する冷媒流量を増加させる（ステップＳ４）。
この冷媒は、過冷却用膨張弁４９によって絞られた低温の気液二相冷媒と混合され冷却されて圧縮機１７の吸入側に戻されるので、これが増加すれば圧縮機１７で処理する冷媒量は同じであるが、圧縮機１７での圧力が低減され、圧縮機１７の負荷が低減されることになる。

一方、ステップＳ３で、高圧圧力が基準値以下に低減されている（Ｙｅｓ）と判定された場合には、制御部３７はガスエンジン５３について負荷増加に耐えるような準備を行なう（ステップＳ５）。
ガスエンジン５３側の受入準備には、例えば、次のようなことを行なう。
ＰＩ制御をしている場合にその定数を調節する。また、トルクが出るように点火時期を変化（進角、遅角）させる。回転数が低下することを見込んで回転数を上げる。

このようにして、ガスエンジン５３側の準備が完了すると、容量制御機構によってパーシャルロードからフルロードへの転換および／またはクラッチの接続を行い（ステップＳ６）、空調負荷の増加を行う。
ステップＳ６が完了すると、室外側ファン３６の回転数およびバイパス弁３０の開度を元の状態に復帰させる。

次に、空調負荷を低減させる場合の負荷調節運転モードＭについて、図４に基づいて説明する。空調負荷を低減させる場合には、ガスエンジン５３にかかる負荷が急激に減少するので、ガスエンジン５３が吹き上がる恐れがある。負荷調節運転モードＭはこれが発生しないように調節する。

まず、室内ユニット３側が要求する冷房能力（冷媒量）と現時点での圧縮機１７が供給できる冷媒量とを比較し、圧縮機１７の負荷、すなわち空調負荷を変動させることが必要かを判定する（ステップＳ７）。
ここでは、空調負荷を低減させる場合であるので、例えば、１台の圧縮機１７がフルロードで運転されているのを、パーシャルロードに変更する、あるいは１台の圧縮機１７を停止させる、すなわち、クラッチ２２を切断することが必要かを判断することになる。

ステップＳ７で、負荷変動の必要がない（Ｎｏ）と判定された場合は、何も処置せず、再度ステップＳ７に戻る。
一方、負荷変動が必要（Ｙｅｓ）と判定された場合には、室外側ファン３６の回転数を低減させる（ステップＳ８）。
室外側ファン３６の回転数を減少させると、室外熱交換器２３における冷媒の冷却量が低減されるので、圧縮機１７の高圧が高くなる、すなわち、圧縮機１７の空調負荷が増加されることになる。
なお、この時、室内側ファン１０の回転数を減少させ、空調負荷の増加に伴う冷房フィーリングの変化（冷房の効きすぎ）を感じさせないようにするとよい。

次いで、バイパス回路２４のバイパス弁３０の開度を判定する（ステップＳ９）。
バイパス弁３０が開いている場合（Ｙｅｓ）には、バイパス弁を閉じる（ステップ１０）。このようにして、冷媒をバイパス回路に流れないようにすると、過冷却用膨張弁４９によって絞られた低温の気液二相冷媒と混合され冷却されて圧縮機１７の吸入側に戻される冷媒がなくなるので、その分だけ圧縮機１７の負荷が増加することになる。

バイパス弁３０が閉じられている場合（Ｎｏ）およびステップ１０でバイパス弁３０が閉じられた場合には、制御部３７はガスエンジン５３について負荷減少に対応するような準備を行なう（ステップＳ１１）。
ガスエンジン５３側の受入準備には、例えば、次のようなことを行なう。
ＰＩ制御をしている場合にその定数を調節する。また、トルクが低下するように点火時期を変化（進角、遅角）させる。回転数が増加することを見込んで回転数を下げる。

このようにして、ガスエンジン５３側の準備が完了すると、容量制御機構によってフルロードからパーシャルロードへの転換および／またはクラッチの切断を行い（ステップＳ１２）、空調負荷の低減を行う。
ステップＳ１２が完了すると、室外側ファン３６の回転数およびバイパス弁３０の開度を元の状態に復帰させる。

このように、空調負荷を変動させる場合に、負荷調節運転モードＭによって一時的に空調負荷を変動させる方向とは反対方向に変動させるので、負荷変動時の空調負荷はなだらかに変動することになる。
このため、負荷変動時にガスエンジン５３にかかる急激な負荷変動が減少され、ガスエンジン５３への影響を最小限として滑らかに空調負荷の変動を行なうことができる。これにより、ガスエンジン５３の耐久性を向上させることができる。
また、空調負荷の一時的な負荷変動に加えて、ガスエンジン５３側でも、負荷変動に備えた制御を行なうので、ガスエンジン５３にかかる空調負荷の変動に伴う影響を一層低減させることができる。

次に、図１に基づいて暖房運転時について説明する。なお、冷媒およびエンジン冷却水の流れ方向が破線の矢印で示されている。
暖房運転が選択されると、制御部３７によって冷媒回路部の四方弁２１が切り替えられて、ポートＤ／Ｅ間およびポートＣ／Ｓ間が連通され、圧縮機１７の吐出側と室内熱交換器９とが接続される。また、バイパス弁３０、室外側膨張弁２５および水熱交換器用膨張弁５１が制御部３７により制御され、室内側電子膨張弁１１および暖房バイパス開閉弁３２が全開にされるとともに、冷房バイパス開閉弁３４および過冷却用膨張弁４９が全閉にされる。

まず、圧縮機１７から吐出された高温高圧のガス冷媒は、オイルセパレータ１９に流入して、ガス冷媒中に含まれるオイルが分離される。
オイルが分離されたガス冷媒は、四方弁２１を通って室内熱交換器９に流入する。ガス冷媒は室内熱交換器９において室内気に熱を放出して凝縮・液化される。室内気はガス冷媒から熱を吸収して暖められる。
液化した冷媒は、室内側電子膨張弁１１、過冷却コイル２９を通過してレシーバ２７に流入する。レシーバ２７において冷媒は気液分離され、液冷媒のみがレシーバ２７から流出する。
レシーバ２７から流出した液冷媒の一部は、室外側膨張弁２５を通って室外熱交換器２３に流入する。残りの冷媒は、水熱交換器用膨張弁５１を通って水熱交換器３１に流入する。

室外熱交換器２３に流入する冷媒は、室外側膨張弁２５を通過する過程で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。室外熱交換器２３において、低温低圧の気液二相冷媒は外気などから熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

水熱交換器３１に流入する冷媒は、水熱交換器用膨張弁５１を通過する過程で減圧され、低温低圧の液冷媒となる。水熱交換器３１では、低温低圧の液冷媒がエンジン冷却水から熱を奪い、蒸発・気化してガス冷媒となる。

室外熱交換器２３において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＣからポートＳを経て圧縮機１７の吸入口に流入する。また、水熱交換器３１において蒸発したガス冷媒は、四方弁２１のポートＳと圧縮機１７の吸入口との間の冷媒回路７に流入する。
圧縮機１７に吸入されたガス冷媒は、圧縮機１７により圧縮され高温高圧のガス冷媒となり、再びオイルセパレータ１９に向けて吐出される。
以降、同様の過程が繰り返され、暖房運転が継続して行われる。

次に、暖房運転時において、負荷調節運転モードＭによって空調負荷を変動させる方法について説明する。
暖房運転時における負荷調節運転モードＭは、冷房運転時におけるそれから室外側ファン３６の調節をなくした以外は同じであるので、異なる点を主として説明し、重複した説明は省略する。

暖房運転時における空調負荷を増加させる場合には、図３に示す冷房運転時のフローからステップ２を除いたものとなるので、これに基づいて説明する。
暖房時には、冷房時とは逆に、冷媒の放熱作用を増加して空調負荷を低減させるのは室内側ファン１０となる。
以後の操作で空調負荷を低下させた場合、室内熱交換器９を流れる冷媒が減少するので、室内側ファン１０の回転数を増加させると、充分に加温されない空気が大量に室内に供給されることになり、暖房フィーリングが悪化することになる。
このため、暖房運転時の負荷調節運転モードＭでは、室内側ファン１０の回転数を増加させて空調負荷を低下させるステップＳ２を除いたものとしている。

したがって、暖房運転時における負荷調節は概略次のように行なう。
まず、ステップ１にて、室内ユニット３側が要求する暖房能力（冷媒量）と現時点での圧縮機１７が供給できる冷媒量とを比較し、圧縮機１７の負荷、すなわち空調負荷を変動させることが必要かを判定する。
次いで、空調負荷の変動を要する時は、ステップ３にて、高圧圧力が基準値以下に低減されているか判定し、低減されていない場合（Ｙｅｓ）には、バイパス弁３０の開度を上げることによって空調負荷を低減させる。
高圧圧力が基準値以下に低減されるとステップ５に移り、制御部３７はガスエンジン５３について負荷増加に耐えるような準備を行なう。
その後、ステップＳ６に移り、空調負荷の増加（クラッチ２２の接続および／または容量制御機構の切替）を行なう。
ステップＳ６が完了すると、バイパス弁３０の開度を元の状態に復帰させる。

次に、暖房運転時における空調負荷を低減させる場合について説明する。
この場合には、図４に示す冷房運転時のフローからステップ２を除いたものとなるので、これに基づいて説明する。
ファン回転数を減少させない理由は、前述した空調負荷を増加させる場合と同様に暖房フィーリングを悪化させないためである。

したがって、暖房運転時における負荷調節は概略次のように行なう。
まず、ステップ７にて、室内ユニット３側が要求する暖房能力（冷媒量）と現時点での圧縮機１７が供給できる冷媒量とを比較し、圧縮機１７の負荷、すなわち空調負荷を変動させることが必要かを判定する。
次いで、空調負荷の変動（減少）を要する時は、ステップ９にて、バイパス回路２４のバイパス弁３０の開度を判定し、バイパス弁３０が開いている場合（Ｙｅｓ）には、ステップ１０に移り、バイパス弁を閉じ、空調負荷を増加させる。
そして、バイパス弁３０が閉じられている場合（Ｎｏ）およびステップ１０でバイパス弁３０が閉じられた場合には、制御部３７はガスエンジン５３について負荷増加に耐えるような準備を行なう。
その後、ステップＳ１２に移り、空調負荷の減少（クラッチ２２の切断および／または容量制御機構の切替）を行なう。
ステップＳ１２が完了すると、バイパス弁３０の開度を元の状態に復帰させる。

このように、暖房運転時においても、空調負荷を変動させる場合に、負荷調節運転モードＭによって一時的に空調負荷を変動させる方向とは反対方向に変動させる（例えば、空調負荷を増加させる場合には、事前に空調負荷を減少させる）ので、負荷変動時の空調負荷はなだらかに変動することになる。
このため、負荷変動時にガスエンジン５３にかかる急激な負荷変動が減少され、ガスエンジン５３への影響を最小限として滑らかに空調負荷の変動を行なうことができる。これにより、ガスエンジン５３の耐久性を向上させることができる。
また、空調負荷の一時的な負荷変動に加えて、ガスエンジン５３側でも、負荷変動に備えた制御を行なうので、ガスエンジン５３にかかる空調負荷の変動に伴う影響を一層低減させることができる。

なお、本実施形態では、負荷調節運転モードＭに、ガスエンジン５３側の負荷変動に対応する調整を行なうステップを設けているが、これは省略してもよい。
また、

本発明の一実施形態にかかるＧＨＰの全体概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる室外ユニットの一部を破断して示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる負荷調節運転モードを示すフロー図である。 本発明の一実施形態にかかる負荷調節運転モードを示すフロー図である。

符号の説明

１ ＧＨＰ
３ 室内ユニット
５ 室外ユニット
７ 冷媒回路
１７ 圧縮機
２３ 室外熱交換器
２４ バイパス回路
２９ 過冷却コイル
３６ 室外側ファン
３７ 制御部
５３ ガスエンジン
Ｍ 負荷調節運転モード

Claims (3)

1. 容量制御機能を有し、冷媒を圧縮して冷媒回路を循環させる少なくとも１台の圧縮機および該圧縮機を駆動する駆動源を備えた室外ユニットと、
   該室外ユニットに前記冷媒回路によって接続された複数の室内ユニットと、
   空調運転を制御する制御部と、を備えた空気調和装置において、
   前記制御部には、空調負荷を変動させる前に、一時的にその変動方向とは反対の方向に空調負荷を変動させる負荷調節運転モードが備えられていることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記冷媒回路には、前記圧縮機の吐出側の冷媒回路と冷房運転時または暖房運転時に冷媒の熱を放出するエバポレータとして機能し、前記冷媒を前記圧縮機の吸入側の冷媒回路へ戻す熱交換器の上流側の冷媒回路とを接続するバイパス回路が備えられ、
   前記負荷調節運転モードは、ファンの回転数および／または前記バイパス回路の冷媒流量を調節し、空調負荷を変動させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記負荷調節運転モードは、前記駆動源に対して空調負荷の変動を予測した調節を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置。
   

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