JP2006275314A - エンジン駆動式空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 速やかに過冷却熱交換器への冷媒供給量を決定でき、システムを速やかに安定化させること。
【解決手段】 過冷却熱交換器２１３での熱交換用のバイパスを、過冷却熱交換器２１３の上流側に位置する部分から分岐させた。また、室外熱交換器２０４の出口での冷媒の過冷却度を求め、この過冷却度に基づいて過冷却膨張弁２１６を開閉制御するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン駆動式空気調和機に関する。

ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）は、空気調和機の一種であり、ガスエンジンを利用して空気調和を行うものである。具体的には、ガスエンジンによって冷媒が流通する主回路に接続されたコンプレッサ（圧縮機）を駆動して冷媒を主回路内で循環させ、該主回路に介装された室内熱交換器及び室外熱交換器で冷媒の凝縮及び蒸発作用を行わしめ、斯かる作用に伴う熱の移動により空気調和を行うものである。

詳述すると、暖房時には、コンプレッサから吐出された冷媒は、主回路を通じて室内熱交換器（凝縮）、膨張弁（膨張）、室外熱交換器（蒸発）をこの順で通過してコンプレッサに戻るが、このとき室内熱交換器で冷媒の凝縮作用が行われて凝縮熱が発生し、斯かる凝縮熱が室内暖房に供される。一方、冷房時には、コンプレッサから吐出された冷媒は、主回路を通じて室外熱交換器（凝縮）、膨張弁、室内熱交換器（蒸発）をこの順で通過してコンプレッサに戻るが、このとき室内熱交換器で冷媒の蒸発作用が行われ、斯かる蒸発作用により蒸発熱として周りから熱を奪うことによって周囲空間が冷却され、この冷却により生じた冷熱が室内冷房に供される。

ところで、冷房時においては、室内熱交換器において冷媒を十分に蒸発させて気化熱による冷却作用を促進させるため、室内熱交換器に導入される冷媒を十分に冷却しておく必要がある。このため、主回路の室外熱交換器下流側に過冷却熱交換器を設置し、この過冷却熱交換器で冷媒を十分に冷却する構成を採用する場合が多い。

特許文献１には、この過冷却熱交換器を採用した空気調和機において、主回路中の高圧冷媒回路中に受液器（レシーバー）を設置した構成が記載されている。当該文献によれば、この受液器で一旦高圧冷媒回路中の冷媒を高沸点冷媒がリッチな液冷媒と低沸点冷媒がリッチな液冷媒に分離し、低沸点冷媒がリッチな冷媒と高沸点冷媒がリッチな冷媒とを過冷却熱交換器で熱交換させることにより、低沸点冷媒がリッチな冷媒を過冷却するものである。このようにすることにより、冷媒として混合冷媒を採用している場合において、低沸点冷媒がリッチな冷媒が主回路中を流れることになり、主回路内での圧力損失を低下させることができるというものである。

また、特許文献２には、高圧回路中に受液器を設けず、アキュムレータで冷媒を気液分離するとともに、アキュムレータ自身に主回路中に流す冷媒量を調節する機能を設けた構成が記載されている。この構成により、主回路中で受液器を設ける必要がなくなり、受液器を設置することに伴い冷媒封入量を増加させることを要しない回路構成とすることができる。
特開平１０−１６０２６７号公報 特開２００２−３９６４８号公報

特許文献２に記載の発明によれば、主回路中に受液器を設けない構成であるために、主回路中に封入する冷媒量を節約することができるというメリットがある。しかし、特許文献２の構成は、過冷却熱交換器における熱交換において、主回路の過冷却熱交換器下流側から冷媒をバイパスさせ、このバイパスさせた冷媒を過冷却膨張弁で膨張させた後に過冷却熱交換器に導入し、主回路中の冷媒と熱交換させている態様を採用している。

過冷却における熱源を過冷却熱交換器の下流側から採る理由は、過冷却熱交換器を経由した冷媒であればほぼ完全に液化しているので、気液２相冷媒が過冷却膨張弁に流入してしまうことによって生じるシステムのハンチングの防止をするため、及び、完全液化している十分にエンタルピーが低下した冷媒を主回路中の冷媒と熱接触させることで、主回路中の冷媒の過冷却効果を十分に発揮させるためと推察される。

しかしながら、特許文献２のように過冷却熱交換器の下流側からバイパス流路を分岐させた構成であると、熱交換された主回路中の冷媒がすぐさま過冷却用の冷媒として使用される構成となる。過冷却膨張弁の開度設定は、主回路における過冷却熱交換器の下流側における冷媒の過冷却度に基づいて開閉制御されると考えられるため、この過冷却膨張弁で一旦過冷却熱交換器に流すための冷媒量を設定しても、過冷却熱交換器における熱交換の影響がすぐさま過冷却熱交換器の下流側冷媒に作用し、これによってバイパスされる冷媒の状態が変化するために、再度過冷却熱交換器に流すための冷媒量を調整する必要が生じる。このため、過冷却熱交換器に流すためのバイパス冷媒の冷媒量が一定になるまでの時間が長くなり、過冷却熱交換における冷媒状態を速やかに決定することができないという問題が起こる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、過冷却熱交換器へ流す冷媒の流路を工夫して、速やかに過冷却熱交換器への冷媒供給量を決定でき、システムを速やかに安定化させることを、その技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するために講じた請求項１の発明は、
エンジンと、
冷媒を吸入する吸入口と冷媒を吐出する吐出口を備え、前記エンジンによって駆動されて前記吸入口から吸入した冷媒を圧縮して前記吐出口から吐出する圧縮機と、
一端が該圧縮機の吐出口に連通され、他端が前記圧縮機の吸入口に連通される主回路と、
該主回路の途中であって前記圧縮機の吐出口の下流側に介設され供給された冷媒を凝縮する凝縮器と、
前記主回路の途中であって前記凝縮器の下流側に介設され、供給された冷媒を蒸発する蒸発器と、
前記凝縮器の下流側であり且つ前記蒸発器の上流側に位置する前記主回路中に配置され、通過する冷媒を過冷却する過冷却熱交換器とを備えたエンジン駆動式空気調和機において、
前記主回路における前記過冷却熱交換器の上流側に位置する部分で前記主回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記主回路における前記室内熱交換器の下流側に位置する部分で前記主回路に合流するバイパス通路と、該バイパス通路の途中であり、かつ前記主回路から分岐した部分と前記過冷却熱交換器との間の部分に介装された過冷却膨張弁と、該過冷却膨張弁を開閉制御する制御手段とを備え、
前記過冷却熱交換器は前記主通路を流れる冷媒を前記バイパス通路を流れる冷媒によって冷却し、
前記制御手段は、前記凝縮器で凝縮された冷媒の過冷却度に基づいて前記過冷却膨張弁を開閉制御することを特徴とする、エンジン駆動式空気調和機とすることである。

請求項１の発明によれば、バイパス通路は主回路における過冷却熱交換器の上流側から分岐される。また、バイパス通路中の過冷却膨張弁は、凝縮器（冷房時においては室外熱交換器）で凝縮された冷媒の過冷却度に基づいて開閉制御される。したがって、凝縮後の冷媒の過冷却度が小さい場合、即ち凝縮後の冷媒が十分に液化していない場合には、過冷却膨張弁を閉じた状態として、過冷却を行わないようにすることができる。一方、凝縮後の冷媒の過冷却度が大きい場合、即ち凝縮後の冷媒が完全液化しているような場合には、過冷却膨張弁を開き、過冷却熱交換器で熱交換が行われる。このようにすることにより、以下の３つの効果が得られる。

（１）気液２相冷媒が過冷却膨張弁に流入することにより発生するシステムのハンチングが防止できる。

（２）バイパス側の冷媒が十分に液化された状態、即ち高い質量流量の冷媒で過冷却熱交換器における熱交換を行うことができ、主回路中の冷媒に確実に過冷却効果を与えることができる。

（３）過冷却熱交換器の上流側からバイパスさせたバイパス流路中の冷媒を過冷却熱交換器での熱交換用の冷媒として用いているために、バイパス側に流入する冷媒の状態が過冷却膨張弁の開閉具合に影響を受けにくい。このため、過冷却熱交換における冷媒流通状態が速やかに決定される。

なお、上記請求項１の発明において、「凝縮器で凝縮された冷媒の過冷却度に基づいて過冷却膨張弁を開閉制御する」とは、過冷却膨張弁を開閉制御する際に、凝縮器で凝縮された冷媒の過冷却度を開閉制御の要因として考慮するという意味である。従って、上記過冷却度が考慮された上で、結果的に他の要因に基づき過冷却膨張弁が開閉制御されたものであっても良い。後述する発明を実施するための最良の形態では、上限計算過冷却度が本発明における過冷却度に該当するが、結果的にその他の要因、例えば過冷却熱交換器で過冷却された冷媒の過冷却度（後述する発明を実施するための最良の形態における要求計算過冷却度）などに基づいて過冷却膨張弁を開閉する場合があっても、上限計算過冷却度が考慮されてさえいれば、差し支えない。また、上記請求項１の発明において、「過冷却膨張弁を開閉制御する」とは、過冷却膨張弁を開度制御することをも含むものとする。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。

図１は、本例におけるエンジン駆動式空気調和機の概略構成図である。図１において、本例におけるエンジン駆動式空気調和機１００は、大きく分けて室外ユニット２００と室内ユニット３００とに分けられる。

室外ユニット２００には、エンジン２０１、コンプレッサ２０２、四方切換弁２０３、室外熱交換器２０４、アキュムレータ２０６、これらを連通する主回路２０７、冷媒―冷却水熱交換器２０５、冷媒―冷却水熱交換器２０５が介装された低温暖房用バイパス通路２０８、過冷却熱交換器２１３、過冷却用バイパス通路２１４を主な構成要素としており、これらが室外機のハウジング（図示せず）に収納された状態とされている。

エンジン２０１は、原動機の作用を行うものであれば、どのようなものでも良いが、エンジン駆動式空気調和機においては、一般的にガス燃料により駆動するガスエンジンが良く使用される。

コンプレッサ２０２は、エンジン２０１の出力軸にクラッチ機構（図示せず）を介して連結されており、エンジン２０１の駆動力が伝達されて作動する。また、コンプレッサ２０２は、外部との連絡口である吸入口２０２a及び吐出口２０２ｂを持ち、吸入口２０２aより冷媒を吸入して、内部で吸入した冷媒を高圧化し、高圧化した冷媒を吐出口２０２ｂより吐出するものである。なお、コンプレッサの形式としては、どのようなものでも良いが、レシプロタイプのコンプレッサや、スクロールタイプのコンプレッサがよく用いられる。また、コンプレッサの台数も、空調能力や制御仕様によって１台としても、複数台としても良い。

コンプレッサ２０２の吐出口２０２ｂは、主回路２０７のうちの室外側第１通路２０７ａを通じて四方切換弁２０３に連通している。四方切換弁２０３は、コンプレッサ入力ポート２０３a、第１出力ポート２０３ｂ、第２出力ポート２０３ｃ、アキュムレータ出力ポート２０３ｄを備えており、コンプレッサ入力ポート２０３aと第１出力ポート２０３ｂとが連通し、かつ第２出力ポート２０３ｃとアキュムレータ出力ポート２０３ｄとが連通する第１の状態と、コンプレッサ入力ポート２０３aと第２出力ポート２０３ｃとが連通し、かつ第１出力ポート２０３ｂとアキュムレータ出力ポート２０３ｄが連通する第２の状態とに切り替えることが可能な弁である。尚、四方切換弁２０３が上記第１の状態になったときは室内暖房が、上記第２の状態となったときは室内冷房が行われる。

四方切換弁２０３の第１出力ポート２０３ｂには、主回路２０７の室外側第２通路２０７ｂが連通している。この室外側第２通路２０７ｂの端部には、開閉バルブ機構４１ｂが接続されている。

四方切換弁２０３の第２出力ポート２０３ｃには主回路２０７の室外側第３通路２０７ｃが連通している。この室外側第３通路２０７ｃは、その途中に室外熱交換器２０４、メイン電子膨張弁２０９、過冷却熱交換器２１３が介装されているとともに、その端部に開閉バルブ機構４１ｃが接続されている。

室外熱交換器２０４は、内部に導入された冷媒と外気とを熱交換させるものであり、具体的には、冷媒が流通する蛇行流路と、その蛇行流路に接続したフィンが設けられた平板状のプレートを積層した態様を採る。また、冷媒が流通する蛇行流路は、各プレートの側端において、隣のプレートに侵入するようにされており、これにより、冷媒は、各プレート中の蛇行流路を一通り流れるようにされている。そして、各プレート中の蛇行流路を冷媒が流れる間に、周りの空気から集められた熱がフィンから蛇行流路中の冷媒に伝えられ、熱交換が行われる。尚、本例では、このプレートを４層積層した構造としており、かつ、そのうちの最も内側のプレートは、残りの３層内を流れる冷媒の流路とは別の流路とされ、ラジエータとして機能させている。

また、図からわかるように、室外熱交換器２０４にはファン２１５が隣接配置されている。本例ではこのファン２１５は３台配設されている。ファン２１５が回転駆動することにより、室外熱交換器２０４に外気を送風し、室外熱交換２０４内を流れる冷媒と送風された外気とで熱交換を行うようにしている。なお、本例においては、各ファン２１５の回転数を異ならせるようにして運転を行っている。全てのファンを同一回転数で運転した場合、ファンの回転に伴う風きり音等が共鳴する場合があり、斯かる場合には非常に大きなうねり音が生じるが、本例のように各ファンの回転数を異ならせれば、風きり音が共鳴することはなく、上記うねり音の発生を防止することができる。さらに、各ファン２１５は、それぞれ個別に回転制御されており、一つのファンが故障しても、他のファンは回転するようにされている。このような制御により、ファンの回転制御手段が故障した場合に全てのファンが停止することを回避することができる。また、各ファンを駆動させる駆動モータとして、本例ではＤＣモータを採用している。

メイン電子膨張弁２０９は、電気的制御によって弁開度が調整可能な弁であり、弁開度の調整によって室外側第３通路２０７ｃを通過する冷媒の流量を制御することが可能とされるものである。

また、図からわかるように、室外側第３通路２０７ｃの室外熱交換器２０４とメイン電子膨張弁２０９との間の部分である点Ｃの部分には、冷房用通路２０７ｆの一端が接続されている。この冷房用通路２０７ｆの他端は、上記点Ｃから室外側第３通路２０７ｃ中のメイン電子膨張弁２０９を跨いだ位置である点Ｄに接続されており、この冷房用通路２０７ｆを冷媒が通過することにより、メイン電子膨張弁２０９をバイパスするように構成されている。さらに、冷房用通路２０７ｆの途中には、点Ｃから点Ｄの方向への冷媒の流通を許容し、点Ｄから点Ｃの方向への冷媒の流通を遮断する一方向弁２１１が介装されている。このため、冷房用通路２０７ｆには、室外熱交換器２０４側から流れる冷媒のみが流通する。

四方切換弁２０３のアキュムレータ出力ポート２０３ｄには、主回路２０７の室外側第４通路２０７ｄが接続されている。この室外側第４通路２０７ｄの端部は、アキュムレータ２０６に侵入している。アキュムレータ２０６からは、主回路２０７の室外側第５通路２０７ｅが接続され、この室外側第５通路２０７ｅはコンプレッサ２０２の吸入口２０２ａに接続されている。

また、図からわかるように、室外側第３通路２０７ｃにおける点Ａには、該室外側第３通路２０７ｃから分岐した低温暖房用バイパス通路２０８の一端が接続している。この低温暖房用バイパス通路２０８の途中には冷媒―冷却水熱交換器２０５及びサブ電子膨張弁２１０が介設されている。また、低温暖房用バイパス通路２０８の他端は、図中の点Ｂにおいて、室外側第４通路２０７ｄと合流する構成とされている。

冷媒―冷却水熱交換器２０５は、エンジン２０１を冷却する冷却水と、低温暖房用バイパス通路２０８を流れる冷媒とを熱交換させるものであり、本例では、複数の板状平板を折り重ねたプレート式熱交換器を採用している。この冷媒―冷却水熱交換器２０５に導入される冷却水は、エンジン２０１を冷却した後の冷却水であるので、加熱されている。したがって、冷媒―冷却水熱交換器２０５では、冷媒は加熱された冷却水により加熱される。

サブ電子膨張弁２１０は、メイン電子膨張弁２０９と同じく電気的制御によって弁開度が調整可能な弁であり、弁開度の調整によって低温暖房用バイパス通路２０８を通過する冷媒の流量を制御することが可能とされるものである。

尚、メイン電子膨張弁２０９とサブ電子膨張弁２１０は、制御手段２１２に電気的に接続されている。この制御手段２１２は、各冷媒通路中を流れる冷媒の状態や各機器の状態等から、両膨張弁２０９、２１０の弁開度を設定する機能を備えている。

また、室外側第３通路２０７ｃには、過冷却熱交換器２１３が介装されている。この過冷却熱交換器２１３は、室外側第３通路２０７ｃ中の冷媒をさらに冷却するものであり、ここで冷媒の過冷却度を高めることにより、冷房時における冷房効率を向上させるものである。なお、この過冷却熱交換器２１３は、冷房運転時に室外熱交換器２０４で凝縮された冷媒が導入されるように配置される。つまり、冷房時における室外熱交換器２１３の下流側に過冷却熱交換器２１３が設置される。

また、室外側第３通路２０７ｃの過冷却熱交換器２１３と点Ａとの間の部分、つまり過冷却熱交換器２１３の冷房時上流側の部分である点Ｅの部分からは、室外側第３通路２０７ｃから分岐した過冷却用バイパス通路２１４が接続されている。この過冷却用バイパス通路２１４は、その途中に過冷却膨張弁２１６が介装され、さらに過冷却熱交換器２１３を経由した後に室外側第４通路２０７ｄに点Ｆの部分で合流する構成とされる。過冷却用バイパス通路２１４に介装された過冷却膨張弁２１６は、過冷却膨張弁制御手段２２０に電気的に接続されており、この過冷却膨張弁制御手段２２０の指令によって過冷却膨張弁２１６が開閉制御される。

また、図に示すように、室外熱交換器２０４と点Ｃとの間の室外側第３通路２０７ｃの部分には、温度センサ２１７が取り付けられている。温度センサ２１７は、冷房時においては室外熱交換器２０４の下流側に位置するため、冷房時における室外熱交換器２０４の出口温度が検出される。また、室外側第１通路２０７ａには、圧力センサ２１９が取り付けられている。室外側第１通路２０７ａは、コンプレッサ２０２の吐出口２０２ｂに連通しているので、圧力センサ２１９でコンプレッサ２０２からの吐出圧力が検出される。なお、冷房時においては室外側第１通路２０７ａは四方切換弁２０３、室外側第３通路２０７ｃを通じて室外熱交換器２０４に連通しているので、圧力センサ２１９は、室外熱交換器２０４に導入されて凝縮される際の冷媒の凝縮圧力を検出していることにもなる。さらに、過冷却熱交換器２１３と開閉バルブ機構４１ｃとの間の室外側第３通路２０７ｃの部分には、過冷却温度センサ２１８が取り付けられている。この過冷却温度センサ２１８は、冷房時においては過冷却熱交換器２１３の下流側に位置するため、冷房時における過冷却熱交換器２１３の出口温度が過冷却温度センサ２１８で検出される。

温度センサ２１７、過冷却温度センサ２１８、圧力センサ２１９で検出された情報は、過冷却膨張弁制御手段２２０に入力される。そして、過冷却膨張弁制御手段２２０は、入力されたこれらの温度情報、圧力情報から冷媒の過冷却度を計算し、計算された冷媒の過冷却度に基づいて過冷却膨張弁２１６を開閉制御する。なお、本明細書において、「過冷却度」とは、ある状態点における冷媒温度が、その状態点における圧力の飽和液温度（モリエル線図上における液相と気液混合相との境界温度）からどの程度液相側へ乖離しているかを示す量であり、単位は温度で表される。よって、ある一定圧力において過冷却度が大きい場合は、より温度が低く、エンタルピーが低い冷媒であることを示す。

室内ユニット３００は、室内熱交換器３０１、膨張弁３０２及びこれらを接続する主回路３０１を主な構成要素としている。

室内ユニット３００中の主回路３０１の構成は、開閉バルブ機構４１ｃに接続された室内側第１通路３０１ｃ、開閉バルブ機構４１ｂに接続された室内側第２通路３０１ｂ、及び、室内側第１通路３０１ｃと室内側第２通路３０１ｂとを連通する室内側第３通路３０１ｄよりなる。室内側第３通路３０１ｄは、室内熱交換器の設置台数分必要となる。例えば、室内熱交換器が２台であれば、２つの室内側第３通路３０１ｄが必要となる。

室内側第３通路３０１ｄには、室内熱交換器３０２及び膨張弁３０３が介装されている。室内熱交換器３０２は、内部に導入された冷媒と室内空気とを熱交換させるものであり、その具体的構造は、室外熱交換器と類似した構造である。また、膨張弁３０３は、流路を絞ることによってそこを流通する冷媒を膨張させて低圧化させるものである。

なお、以上の説明からわかるとおり、開閉バルブ機構４１ｂ及び４１ｃの部分で、室外ユニット２００側の主回路２０７と室内ユニット３００側の主回路３０１とが連通されている。これにより、コンプレッサ２０２、室外熱交換器２０４、室内熱交換器３０１及び膨張弁３０２が、各主回路２０７，３０１によって接続される構成となる。

上記構成において、本例におけるエンジン駆動式空気調和機１００の作動について説明する。まず、暖房時における作動につき説明する。

（暖房時）
エンジン２０１の駆動によりコンプレッサ２０２が駆動されると、コンプレッサ２０２はその吸入口２０２a側から気体状の冷媒を吸込み、内部で圧縮し、所定高圧のガス状冷媒を吐出口２０２ｂから吐出する。コンプレッサ２０２から吐出された冷媒は、室外側第１通路２０７ａを通じて四方切換弁２０３のコンプレッサ入力ポート２０３aに入る。暖房時、四方切換弁２０３は上記第１の状態にされているため、コンプレッサ入力ポート２０３aに入った冷媒は、第１出力ポート２０３ｂより四方切換弁２０３を出て、その先の室外側第２通路２０７ｂを流れる。そして、室外側第２通路２０７ｂの端部にて開閉バルブ機構４１ｂを経て、室内側第１通路３０１ｂより室内ユニット３００に侵入する。

室内ユニット３００内の室内側第１通路３０１ｂには室内側第３通路３０１ｄが接続しているので、冷媒はこの室内側第３通路３０１ｄに流れる。室内側第３通路３０１ｄに流れた冷媒は、さらに室内熱交換器３０２に入る。室内熱交換器３０２に導入される冷媒は、コンプレッサ２０２で圧縮された高圧のガス状冷媒であり、このガス状冷媒は、室内熱交換器３０２において回りの空気と熱交換し、凝縮（液化）する。冷媒が凝縮するに伴って冷媒は凝縮熱を回りに吐き出すため、周りの空気は加熱される。このようにして、暖房時には室内熱交換器３０２で営まれる冷媒の凝縮作用によって室内空気が加熱されて、室内暖房が実現される。

室内熱交換器３０２で凝縮された冷媒は、液相状態又は気液２相状態となって室内熱交換器３０２を出る。次いで、室内熱交換器３０２の下流側（暖房時下流側）に設置された膨張弁３０３で冷媒は膨張され、圧力が低下して低圧冷媒となる。そして、低圧となった冷媒は、室内側第３通路３０１ｄから室内側第２通路３０１ｃに流れ、開閉バルブ機構４１ｃを経て室外側第３通路２０７ｃから室外ユニット２００に侵入する。

室外ユニット２００の室外側第３通路２０７ｃに入った冷媒は、まず過冷却熱交換器２１３に導入される。しかし、暖房時においては過冷却膨張弁２１６が閉じられており、そのためこの過冷却熱交換器２１３では熱交換は行われず、冷媒は該熱交換器２１３を経由するのみとなる。その後、冷媒は、点Ａにおいて室外側第３通路２０７ｃを流れる冷媒と低温暖房用バイパス通路２０８を流れる冷媒とに分流される。点Ａから室外側第３通路２０７ｃ側に流れる冷媒は、さらにその下流側（暖房時下流側）に設置されたメイン電子膨張弁２０９に入る。このメイン電子膨張弁２０９は、上述したように、電気的な入力信号に基づいて作動し、且つ、開度調整が可能な弁である。したがって、このメイン電子膨張弁２０９の開度調整によって、室外側第３通路２０７ｃより室外熱交換器２０４に侵入する冷媒量が調整される。

メイン電子膨張弁２０９を経由して室外熱交換器２０４に侵入する気液２相冷媒は、この室外熱交換器２０４で外気と熱交換を行い、外気の熱を受けて蒸発する。斯かる蒸発作用によって冷媒は気化し、気体冷媒とされる。そして、室外熱交換器２０４を出る。

一方、点Ａから低温暖房用バイパス通路２０８側に流れる冷媒は、サブ電子膨張弁２１０に入る。このサブ電子膨張弁２１０も、メイン電子膨張弁２０９と同様に、電気的な入力信号に基づいて作動し、且つ開度調整が可能な弁である。したがって、このサブ電子膨張弁２１０の開度調整によって、低温暖房用バイパス通路２０８を流れる冷媒の流量が調整される。

サブ電子膨張弁２１０で流量調整された冷媒は、さらにその下流側（暖房時下流側）に設置された冷媒―冷却水熱交換器２０５に侵入する。この冷媒―冷却水熱交換器２０５で、冷媒はエンジンを冷却した冷却水から熱をもらいうけ、蒸発する。この蒸発作用によって冷媒は気化し、気体冷媒とされる。そして、冷媒―冷却水熱交換器２０５を出る。

室外熱交換器２０４を出た冷媒は、第２出力ポート２０３ｃより四方切換弁２０３に入る。上述のように、暖房時は四方切換弁は上記第１の状態にされているため、第２出力ポート２０３ｃに入った冷媒は、アキュムレータ出力ポート２０３ｄより四方切換弁２０３を出て、その先の室外側第４通路２０７ｄを流れる。一方、冷媒―冷却水熱交換器２０５を出た冷媒は、さらに低温暖房用バイパス通路２０８を下流側（暖房時下流側）に流れる。低温暖房用バイパス通路２０８の下流側（暖房時下流側）端部は、点Ｂにおいて室外側第４通路２０７ｄに合流している。したがって、この点Ｂの部分で、室外熱交換器２０４を出た冷媒及び冷媒―冷却水熱交換器２０５を出た冷媒が合流する。そして、合流した冷媒は、さらに室外側第４通路２０７ｄを下流側（暖房時下流側）に流れ、アキュムレータ２０６に入る。アキュムレータ２０６では、冷媒が気相部と液相部とに分離される。そして、アキュムレータ２０６において気相部の冷媒（気体冷媒）のみが、コンプレッサ２０２の吸入口２０２ａからコンプレッサ２０２へ吸入される。

暖房時は、上記サイクルを繰り返すことにより、室内熱交換器３０２で熱を発生し、室内暖房を行う。

次に、冷房時における作動につき説明する。

（冷房時）
エンジン２０１の駆動によりコンプレッサ２０２が駆動されると、コンプレッサ２０２はその吸入口２０２a側から気体状の冷媒を吸込み、内部で圧縮し、所定高圧のガス状冷媒を吐出口２０２ｂから吐出する。コンプレッサ２０２から吐出された冷媒は、室外側冷媒通路２０７ａを通じて四方切換弁２０３のコンプレッサ入力ポート２０３aに入る。冷房時は四方切換弁２０３は、上記第２の状態にされているため、コンプレッサ入力ポート２０３aに入った冷媒は、第２出力ポート２０３ｃより四方切換弁２０３を出て、その先の室外側第３通路２０７ｃを流れる。そして、室外側第３通路２０７ｃに介装された室外熱交換器２０４に入る。室外熱交換器２０４に導入される冷媒は、コンプレッサ２０２で圧縮された高圧のガス状冷媒であり、このガス状冷媒は、室外熱交換器２０４において外気と熱交換し、凝縮（液化）する。

室外熱交換器２０４で凝縮された冷媒は、液相状態又は気液２相状態となって室外熱交換器２０４を出る。ここで、室外側第３通路２０７ｃにおける室外熱交換器２０４の下流側（冷房時下流側）の位置にはメイン電子膨張弁２０９が設置されているが、冷房時には、このメイン電子膨張弁２０９は全閉状態とされている。そのため、冷媒は、点Ｃから冷房用通路２０７ｆを流れる。この冷房用通路２０７ｆの途中には、一方向弁２１１が介在しているが、この一方向弁２１１は、点Ｃから点Ｄに向かう流れを許容するものであるので、点Ｃから流入される冷媒は、一方向弁を通過し、点Ｄに向かう。

点Ｃから冷房用通路２０７ｆを通った冷媒は、点Ｄで再び室外側第３通路２０７ｃに合流する。そして、室外側第３通路２０７ｃをさらに流れ、点Ｅの部分で室外側第３通路２０７ｃと過冷却用バイパス通路２１４とに分岐する。点Ｅの部分から室外側第３通路２０７ｃに流れた冷媒は、そのまま過冷却熱交換器２１３に導入される。一方、点Ｅの部分から過冷却用バイパス通路２１４に流れた冷媒は、該過冷却用バイパス通路２１４に介装された過冷却膨張弁２１６により膨張され、低圧化される。そして、過冷却熱交換器２１３において、室外側第３通路２０７ｃを流れる冷媒と過冷却用バイパス通路２１４を流れる冷媒とが熱交換を行う。この場合において、過冷却用バイパス通路２１４を流れる冷媒は過冷却膨張弁２１６によって膨張させられ、室外側第３通路を流れる冷媒よりも低温かつ低圧となっているので、室外側第３通路２０７ｃの冷媒が過冷却用バイパス通路２１４の冷媒によって冷やされ、より冷却される。このようにして室外側第３通路２０７ｃの冷媒が過冷却され、その後過冷却熱交換器２１３を出る。過冷却熱交換器２１３を出た冷媒は、開閉バルブ機構４１ｃを経て、室内側第２通路３０１ｃより室内ユニット３００に侵入する。

室内ユニット３００に侵入した冷媒は、室内側第２通路３０１ｃから、さらに室内側第３通路３０１ｄを流れ、該室内側第３通路３０１ｄに介装した膨張弁３０３に至る。この膨張弁３０３では、冷媒が膨張されて低圧となる。膨張弁３０３で低圧化された冷媒は、さらにその下流（冷房時下流）側に設置される室内熱交換器３０２に至る。

室内熱交換器３０２に導入された気液２相冷媒は、この室内熱交換器３０２で室内空気と熱交換を行い、外気の熱を受けて蒸発する。斯かる蒸発作用によって冷媒は気化する。このときの気化熱により冷媒は回りからの熱を奪い、回りの空気を冷却する。このようにして室内空気が冷却され、冷房作用が営まれる。

室内熱交換器３０２で蒸発した冷媒は、さらにその下流（冷房時下流）側の室内側第１通路３０１ｂを流れ、開閉バルブ機構４１ｂを経由して室外側第２通路２０７ｂより室外ユニット２００に入る。冷媒この室外側第２通路２０７ｂをさらに流れ、第１出力ポート２０３ｂより四方切換弁２０３に入る。上述のように、冷房時は四方切換弁は上記第２の状態にされているため、第１出力ポート２０３ｂに入った冷媒は、アキュムレータ出力ポート２０３ｄより四方切換弁２０３を出て、その先の室外側第４通路２０７ｄを流れる。この室外側第４通路２０７ｄには、点Ｆにおいて過冷却用バイパス通路２１４が合流しているため、この過冷却用バイパス通路２１４を流れる冷媒と室外側第４通路２０７ｄを流れる冷媒とが点Ｆで合流し、その後アキュムレータ２０６に入る。アキュムレータ２０６では、冷媒が気相部と液相部とに分離される。そして、アキュムレータ２０６において気相部の冷媒（気体冷媒）のみが、コンプレッサ２０２の吸入口２０２ａからコンプレッサ２０２へ吸入される。

冷房時は、上記サイクルを繰り返すことにより、室内熱交換器で熱をもらい受け、室内冷房を行う。

なお、冷房時においては、上述のように、過冷却熱交換器２１３によって主回路中の冷媒を過冷却しているが、その際に、過冷却用バイパス通路２１４側に流す冷媒量を、過冷却膨張弁２１６の開度により調節している。過冷却膨張弁２１６の開度は、過冷却膨張弁制御手段２２０により制御される。本例においては、過冷却膨張弁制御手段２２０には、室外熱交換器２０４の下流側（冷房時下流側）に設置された温度センサ２１７及び圧力センサ２１９からの温度情報及び凝縮圧力情報、過冷却熱交換器２１３の出口側（冷房時下流側）に設置された過冷却温度センサ２１８からの過冷却温度情報が、それぞれ入力されるようになっている。そして、過冷却膨張弁制御手段２２０は、これらの情報を基に、以下の２つの過冷却膨張弁開度を設定する。

（１）要求開度の設定
まず、過冷却温度センサ２１８からの過冷却温度情報と圧力センサ２１９からの凝縮圧力情報とから、過冷却熱交換器２１３の出口での冷媒の過冷却度を計算する（要求計算過冷却度）。また、、予め、過冷却熱交換器２１３出口での過冷却度の目標値を設定しておく（要求目標過冷却度）。なお、この要求目標過冷却度は、例えば主回路を構成する配管長さにより圧力損失が増加して冷房能力が低下するのを賄うだけの過冷却度を設定することができる。例えば、要求目標過冷却度を２５度と設定することができる。そして、要求計算過冷却度と要求目標過冷却度とを比較し、この比較結果から過冷却膨張弁２１６の要求開度を設定する。具体的には、要求計算過冷却度が要求目標過冷却度よりも大きい場合には、要求開度を小さく設定し、一方、要求計算過冷却温度が要求目標過冷却度よりも小さい場合には、要求開度を大きく設定する。なお、要求開度の設定において、過冷却膨張弁がハンチングするのを防止するために、要求目標過冷却度に対して温度不感帯を設けた開度設定としても良い。

（２）上限開度の設定
まず、温度センサ２１７からの温度情報と圧力センサ２１９からの凝縮圧力情報とから、室外熱交換器２０４の出口で冷媒の過冷却度を計算する（上限計算過冷却度）。また、予め、室外熱交換器２０４の出口での冷媒の過冷却度の目標値を設定しておく（上限目標過冷却度）。なお、この上限目標過冷却度は、室外熱交換器２０４を出た冷媒が完全に液化しているような状態となる過冷却度を設定することができる。この場合、過冷却度が正数であれば、完全液化していることになるが、有る程度余裕を見て、例えば上限目標過冷却度を４度と設定することができる。そして、上限計算過冷却度と上限目標過冷却度とを比較し、比較結果から過冷却膨張弁２１６の上限開度を設定する。具体的には、上限計算過冷却度が上限目標過冷却度よりも大きい場合には、上限開度を大きく設定し、一方、上限計算過冷却度が上限目標過冷却度よりも小さい場合には、上限開度を小さく設定する。なお、上限開度の設定において、過冷却膨張弁がハンチングするのを防止するために、上限目標過冷却度に対して温度不感帯を設けた開度設定としても良い。

上記のようにして、要求開度及び上限開度を設定したら、次にこの要求開度と上限開度とを比較し、小さいほうを過冷却膨張弁の開度とする。そして、過冷却膨張弁制御手段２２０は、過冷却膨張弁２１６がこの開度となるように過冷却膨張弁２１６に制御指令を送り、過冷却膨張弁２１６は斯かる指令により決定された開度とされる。

このようにして過冷却膨張弁２１６を制御することにより、室外熱交換器２０４出口部での冷媒液化が不完全であったりしてシステムが不安定になるようなことが防止されるとともに、過冷却膨張弁２１６の制御性を損なわずに配管の長さなどの要因で冷房能力が低下することを防止することができる。また、図１からわかるように、過冷却用バイパス通路を過冷却熱交換器２１３の冷房時下流側ではなく、冷房時上流側からバイパスさせているため、過冷却熱交換器２１３の熱交換によりバイパス側の冷媒の状態が変化することはなく、速やかに冷媒状態を決定することができ、システムの安定性により寄与することができる。

本発明の実施形態における、エンジン駆動式空気調和機の概略構成図である。

符号の説明

１００：エンジン駆動式空気調和機、 ２００：室外機ユニット、 ３００：室内機ユニット、 ２０１：エンジン、 ２０２：コンプレッサ（圧縮機）、 ２０２ａ：吸入口、 ２０２ｂ：吐出口、 ２０３：四方切換弁、 ２０４：室外熱交換器、 ２０５：冷媒―冷却水熱交換器、 ２０６：アキュムレータ、 ２０７：主回路、 ２０７ａ：室外側第１通路、 ２０７ｂ：室外側第２通路、 ２０７ｃ：室外側第３通路、 ２０７ｄ：室外側第４通路、 ２０７ｅ：室外側第５通路、 ２０７ｆ：冷房用通路、 ２０８：低温暖房用バイパス通路、 ２０９：メイン電子膨張弁、 ２１０：サブ電子膨張弁、 ２１２：制御手段、 ２１３：過冷却熱交換器、 ２１４：過冷却用バイパス通路、 ２１５：ファン、 ２１６：過冷却膨張弁、 ２１７：温度センサ、 ２１８：過冷却温度センサ、 ２１９：圧力センサ、 ２２０：過冷却膨張弁制御手段、 ３０１：主回路、 ３０１ｂ：室内側第１通路、 ３０１ｃ：室内側第２通路、 ３０１ｄ：室内側第３通路、 ３０２：室内熱交換器、 ３０３膨張弁

Claims (1)

1. エンジンと、
   冷媒を吸入する吸入口と冷媒を吐出する吐出口を備え、前記エンジンによって駆動されて前記吸入口から吸入した冷媒を圧縮して前記吐出口から吐出する圧縮機と、
   一端が該圧縮機の吐出口に連通され、他端が前記圧縮機の吸入口に連通される主回路と、
   該主回路の途中であって前記圧縮機の吐出口の下流側に介設され、供給された冷媒を凝縮する凝縮器と、
   前記主回路の途中であって前記凝縮器の下流側に介設され、供給された冷媒を蒸発する蒸発器と、
   前記凝縮器の下流側であり且つ前記蒸発器の上流側に位置する前記主回路中に配置され、通過する冷媒を過冷却する過冷却熱交換器とを備えたエンジン駆動式空気調和機において、
   前記主回路における前記過冷却熱交換器の上流側に位置する部分で前記主回路から分岐し、前記過冷却熱交換器を経由して、前記主回路における前記室内熱交換器の下流側に位置する部分で前記主回路に合流するバイパス通路と、該バイパス通路の途中であり、かつ前記主回路から分岐した部分と前記過冷却熱交換器との間の部分に介装された過冷却膨張弁と、該過冷却膨張弁を開閉制御する過冷却膨張弁制御手段とを備え、
   前記過冷却熱交換器は前記主通路を流れる冷媒を前記バイパス通路を流れる冷媒によって冷却し、
   前記過冷却膨張弁制御手段は、前記凝縮器で凝縮された冷媒の過冷却度に基づいて前記過冷却膨張弁を開閉制御することを特徴とする、エンジン駆動式空気調和機。

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