JP2009030876A - エンジン駆動式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】複数台の圧縮機を備えるエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、空調運転開始時において、１台の圧縮機のロックを確実に検知できるロック検知手段を提供する。
【解決手段】電磁クラッチ２０を介して複数台の圧縮機１０を備えるエンジン駆動式ヒートポンプ１であって、前記電磁クラッチ２０のすべり発生トルクを前記エンジン２の起動トルク以上となるように設定し、前記エンジン駆動式ヒートポンプ１の起動時に、前記電磁クラッチ２０の全てを接続するエンジン駆動式ヒートポンプ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数台の圧縮機を有するエンジン駆動式ヒートポンプの圧縮機ロック検知技術に関する。

従来、空気調和機の一つであり、圧縮機をエンジンで駆動する構成とされるエンジン駆動式ヒートポンプは公知である。エンジン駆動式ヒートポンプにおいて、圧縮機は、クラッチを介してエンジンと接続されている。つまり、圧縮機は、クラッチのＯＮ／ＯＦＦによって、エンジンの動力を伝達／解除する構成とされている。

従来、圧縮機ロック検知手段の技術は公知となっている。圧縮機ロックとは、液圧縮、油上がり又は異物混入によって、圧縮機の圧縮機構が可動できなくなる異常状態である。通常、圧縮機ロックが発生したときは、エンジン駆動式ヒートポンプの装置を全て停止して、作業者による圧縮機の修理交換作業が必要となる。つまり、圧縮機ロックは、その他（例えばエンジン失火）の異常状態とは異なり、補修の必要性が高い異常状態（緊急異常）である。例えば、特許文献１は、起動後の所定時間経過後の圧力状態にて圧縮機ロックの発生有無を検知する圧縮機ロック検知手段が開示している。
特開平６−２１３１７１号公報

容量の大きい空気調和機は、複数台の圧縮機を備えていることもある。大容量のエンジン駆動式ヒートポンプでは、１台のエンジンに複数台の圧縮機が接続されている。上記特許文献１の圧縮機ロック検知手段を複数の圧縮機を備えるエンジン駆動式ヒートポンプに適用した場合には、エンジン駆動式ヒートポンプの起動時に最初に駆動される圧縮機がロック状態でなければ正常に所定圧力となるため、空調運転の開始時にロック状態にある圧縮機の有無を検知できない場合がある。つまり、エンジン駆動式ヒートポンプは、一台の圧縮機がロック状態のまま継続運転を行なうことになる。その結果、ロック状態にある圧縮機に動力を伝えるためにクラッチをオンにするとクラッチすべりにより火花が発生する場合もある。

このように複数台の圧縮機を有するエンジン駆動式ヒートポンプは、起動時に１台又は搭載台数よりも少ない複数の圧縮機に動力を伝達する構成では、空調運転開始時において、ロック状態にある圧縮機を有したままでの空調運転の開始を確実に回避できないことがある。
そこで、解決しようとする課題は、複数台の圧縮機を有するエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、ロック状態にある圧縮機を有したままでの空調運転の開始を回避することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

すなわち、請求項１においては、圧縮機用クラッチを介して複数台の圧縮機を有するエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、前記圧縮機用クラッチのすべり発生トルクを前記エンジンの起動トルク以上となるように設定し、前記エンジン駆動式ヒートポンプの起動時に、前記圧縮機用クラッチの全てを接続するものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、前記エンジン起動完了後に少なくとも一つの前記圧縮機用クラッチを解除するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、複数台の圧縮機を有するエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、空調運転開始時にロック状態にある圧縮機の存否を確実に検知できる。すなわち、起動時に、全ての圧縮機に駆動力を伝達する構成とすることで、ロック状態にある圧縮機にも駆動力を伝達するが、起動トルクがクラッチのすべり発生トルク以下なのでクラッチすべりも生じることなく起動渋滞となり、ロック状態にある圧縮機を有したままエンジン駆動式ヒートポンプが運転されることはない。また、起動渋滞の要因は、（１）．圧縮機ロック、（２）．セルモータ異常・・・等々、限られているため、圧縮機ロックが発生していれば作業者がこのことを容易に特定できる。

請求項２においては、エンジン起動完了後において、少なくとも一つの前記圧縮機用クラッチを解除することで、空調負荷に対応した圧縮機容量制御運転ができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る圧縮機の駆動構成を示す側面構成図、図２は同じく図１におけるＡＡ´断面の断面構成図、図３は圧縮機ロック検知制御のフローを示すフロー図、図４は同じくロック状態を判断したときのシーケンスを示すグラフ図、図５は同じく正常判断したときのシーケンスを示すグラフ図である。

まず、図１を用いて、エンジン駆動式ヒートポンプ１の圧縮機１０の駆動構成について簡単に説明する。
図１に示すように、エンジン２と圧縮機１０とは、ベルト５を介して接続されている。
エンジン２は、防振・防音のために弾性部材等を介して載置台３に載置されて、エンジン駆動式ヒートポンプ１のケーシング内に収納されている。また、エンジン２は、停止状態にあるエンジンを回転させて始動させるセルモータ６を備えている。さらに、エンジン２は、出力軸上にエンジンプーリー４を固設している。

圧縮機１０は、圧縮機プーリー１１、吸入配管１５、及び吐出配管１６を備え、同じくエンジン駆動式ヒートポンプ１のケーシング内に収納されている。圧縮機１０の入力軸１４は、前記エンジンプーリー４によってベルト５を介して圧縮機プーリー１１が駆動伝達されることで、回転駆動される。また、圧縮機１０は、入力軸１４によってスクロール圧縮機構１３を回転させることで、吸入配管１５から吸入した低温・低圧である吸入ガス冷媒を高温・高圧である吐出ガス冷媒に圧縮し、吐出配管１６により吐出する。

電磁クラッチ２０は、圧縮機用クラッチとして入力軸１４と圧縮機プーリー１１の間に介装されている。また、電磁クラッチ２０は、圧縮機プーリー１１に一体的に設けた（本実施例では内部に取り付け固定した）コイル１７、並びに前記入力軸１４の一端に相対回転不能かつ軸方向に摺動自在に係合されるアーマチャ１２によって構成されている。

Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下ＥＣＵ７）は、これらエンジン２の各装置及び検知手段（点火装置、温度検知手段等、及び回転数検知手段１８）、エンジン駆動式ヒートポンプ１の各装置及び検知手段（電子膨張弁、電磁弁、温度検知手段、圧力検知手段）、並びに電磁クラッチ２０と接続され、エンジン駆動式ヒートポンプ１の運転を制御している。

さらに、図２を用いて、１台のエンジン２に２台の圧縮機１０を備えるエンジン駆動式ヒートポンプ１の構成について簡単に説明する。
図２に示すように、本実施例のエンジン駆動式ヒートポンプ１は、第一圧縮機１０ａ及び第二圧縮機１０ｂの２台の圧縮機１０を備えている。また、ベルト５は、前記プーリー４及び前記圧縮機プーリー１１ａ・１１ｂに対して、略三角を形成するように張架されている。

このようにして構成される圧縮機１０の駆動における電磁クラッチ２０のОＮ／ОＦＦ作用について説明する。
電磁クラッチ２０がОＮされた場合、ＥＣＵ７は圧縮機プーリー１１の内部に設けたコイル１７に電流を流し励磁する。アーマチャ１２は、圧縮機プーリー１１のコイル１７に発生する磁束により、圧縮機プーリー１１側に摺動して吸着する。そして、アーマチャ１２と圧縮機プーリー１１とは摩擦係合により一体化する。すなわち、電磁クラッチ２０がОＮとなり、圧縮機１０の入力軸１４が回転駆動され、圧縮機１０は運転状態となる。
一方、電磁クラッチ２０がОＦＦされている場合、すなわちコイル１７が励磁されていない状態では、アーマチャ１２と圧縮機プーリー１１とはギャップを隔てて離れており圧縮機プーリー１１だけが空転する。すなわち、電磁クラッチ２０はОＦＦとなり、圧縮機１０の入力軸１４にエンジン２の駆動力が伝わらず、圧縮機１０は停止状態となる。

ここで、圧縮機ロック、並びに圧縮機ロック状態における電磁クラッチ２０について説明する。
圧縮機ロックとは、液圧縮、油上がり又は異物混入によって、圧縮機１０のスクロール圧縮機構１３が可動できなくなる状態である。この状態でベルト５が圧縮機プーリー１１に動力伝達すると、所定トルク（すべり発生トルク）を超えたとき、ベルト５は圧縮機プーリー１１に対しすべりを発生する。

本実施例において、電磁クラッチ２０のすべり発生トルクは、エンジン２（セルモータ）の起動トルク以上となるように設定されている。言い換えれば、圧縮機ロック状態の起動時においては、電磁クラッチ２０ですべりが発生せず、電磁クラッチ２０をオンにしてもエンジン２および圧縮機１０を回転できないため、エンジン２を始動することができない、起動渋滞となる。

ここで、図３を用いて、本発明に係るロック状態にある圧縮機を有したままのエンジン駆動式ヒートポンプ運転の回避制御について、詳細に説明する。
ＥＣＵ７は、エンジン駆動式ヒートポンプ１を始動するためのОＮ、或いは、ヒートポンプ作動後において設定温度を超えた場合のサーモОＮの指令を受けて（Ｓ１００）、エンジン２を始動する（Ｓ１１０）。
ここで、ＥＣＵ７は、空調負荷の大小にかかわらず電磁クラッチ２０ａ・２０ｂの２つの電磁クラッチをОＮとする。さらに、ＥＣＵ７は、セルモータ６を駆動して入力軸１４の回転が設定回転数に至らないときは、異常コードＥ０を出力してセルモータ６の駆動を停止する。所定時間ｔ１において、Ｅ０によるエンジン２の停止が３回以上連続しない場合（Ｓ１３０）すなわちエンジン２が正常に起動した場合は、電磁クラッチ２０ａ又は２０ｂのどちらか一方をОＦＦとして（Ｓ１４０）、圧縮機１０の容量制御運転を開始する（Ｓ１５０）。
なお、Ｅ０は、少なくとも一つの圧縮機１０がロックしている、或いはセルモータ６が異常等で起動できない場合の異常コードである。

一方、ＥＣＵ７は、所定時間ｔ１において、Ｅ０によるエンジン２の停止が３回以上連続すれば（Ｓ１３０）、少なくとも１台の圧縮機１０がロックしている（又はセルモータ異常）と異常判断する（Ｓ２００）。このとき、ＥＣＵ７は、起動渋滞としてエンジン駆動式ヒートポンプ１を全て停止し（Ｓ２１０）、警報装置により警報を発して異常を作業者に知らせる。

また、図４及び図５を用いて、前記ロック状態にある圧縮機を有したままのエンジン駆動式ヒートポンプ運転の回避制御に関するエンジン２及び圧縮機１０ａ・１０ｂの各シーケンスについて説明する。
図４及び図５は、横軸を時系列、縦軸を第一圧縮機（Ｃｏｍｐ１）のＯＮ／ＯＦＦ、第二圧縮機（Ｃｏｍｐ２）のＯＮ／ＯＦＦ、及びエンジン（Ｅｎｇｉｎｅ）のエンジン回転数（Ｎｒｐｍ）で表されている。

まず、図４を用いて、第二圧縮機１０ｂがロック状態（Ｒｏｃｋ）である場合の前記圧縮機ロック検知制御の各シーケンスについて、詳細に説明する。
図４に示すように、この場合エンジン駆動式ヒートポンプ１の起動指令受信後、エンジン２はロック状態の第二圧縮機１０ｂのため、エンジン２（セルモータ）が起動できずにＥ０によって停止する。このＥ０による停止・再起動が所定時間ｔ１の間に３回続いたので、エンジン駆動式ヒートポンプ１は全停止する。

このようにして、空調開始時において、圧縮機１０ｂがロック状態のままエンジン駆動式ヒートポンプ１が運転されることを確実に回避できる。すなわち、起動時に、全ての圧縮機１０ａ・１０ｂに駆動力を伝達する構成とすることでロックしている圧縮機１０ｂにも駆動力を伝達して起動渋滞を発生させてエンジン駆動式ヒートポンプ１を停止する。この結果、圧縮機１０ｂがロック状態のまま圧縮機１０ａによってエンジン駆動式ヒートポンプ１が運転されることを回避できる。なお、起動渋滞とは、ＥＣＵ７による起動指令開始後、所定時間ｔ１においてエンジン又は圧縮機回転数が所定回転数に到達しない状態をいう。
つまり、２台の圧縮機１０ａ・１０ｂを備えるエンジン駆動式ヒートポンプ１において、１台でもロック状態である圧縮機があれば、空調運転の開始を回避できる。

また、図５を用いて、第一圧縮機１０ａ及び第二圧縮機１０ｂが共に正常（Ｎｏｒｍａｌ）である場合の前記圧縮機ロック検知制御の各シーケンスについて、詳細に説明する。
図５に示すように、この場合エンジン駆動式ヒートポンプ１の起動指令受信後、エンジン２は、第一圧縮機１０ａ及び第二圧縮機１０ｂが共に正常であるため、エンジン２（セルモータ６）は正常に起動する。その後、一方の電磁クラッチ２０ｂは解除され、エンジン駆動式ヒートポンプ１は、第一圧縮機１０ａのみで運転する。また、エンジン駆動式ヒートポンプ１は、空調負荷の大きさに対応して、第二圧縮機１０ｂを起動し、圧縮機２台運転とすることもできる。

このようにして、エンジン２の起動完了後において、電磁クラッチ２０ｂ（２０ａ）を解除して、一台の圧縮機１０ａ（１０ｂ）から運転を開始できる。すなわち、空調負荷に対応した圧縮機容量制御運転ができる。

本発明の実施例に係る圧縮機の駆動構成を示す側面構成図。 同じく図１におけるＡＡ´断面の断面構成図。 圧縮機ロック検知制御のフローを示すフロー図。 同じくロック状態を判断したときのシーケンスを示すグラフ図。 同じく正常判断したときのシーケンスを示すグラフ図。

符号の説明

１ エンジン駆動式ヒートポンプ
２ エンジン
４ エンジンプーリー
５ ベルト
１０ａ 第一圧縮機
１０ｂ 第二圧縮機
２０ａ 電磁クラッチ（第一圧縮機）
２０ｂ 電磁クラッチ（第二圧縮機）

Claims (2)

1. 圧縮機用クラッチを介して複数台の圧縮機を有するエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
   前記圧縮機用クラッチのすべり発生トルクを前記エンジンの起動トルク以上となるように設定し、
   前記エンジン駆動式ヒートポンプの起動時に、前記圧縮機用クラッチの全てを接続する
   ことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
2. 請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
   前記エンジン起動完了後に少なくとも一つの前記圧縮機用クラッチを解除する
   ことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。