JP2018169105A - 空気調和装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 燃料コストの増大を招くことなく、始動性が高められる空気調和装置を提供すること。
【解決手段】 空気調和装置1が備える制御装置60は、ポンプダウン運転の実行時に冷却水回路30を循環する冷却水の温度(冷却水温度Tw)が、空調運転時目標冷却水温度Tw0よりも高いポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twを調整する冷却水温度調整処理S17を実行する。
【選択図】 図2
【解決手段】 空気調和装置1が備える制御装置60は、ポンプダウン運転の実行時に冷却水回路30を循環する冷却水の温度(冷却水温度Tw)が、空調運転時目標冷却水温度Tw0よりも高いポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twを調整する冷却水温度調整処理S17を実行する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、空気調和装置に関する。本発明は特に、エンジン等の内燃機関を備える空気調和装置に関する。
エンジンを備える空気調和装置は、エンジンの駆動により作動するコンプレッサから吐出された冷媒を冷媒回路内で循環させることにより、室内を空調(暖房又は冷房)することができるように構成される。また、空調時には、駆動しているエンジンの温度を最適温度に維持するために、エンジンが冷却液により冷却される。
エンジンを備える空気調和装置の空調運転が停止してから時間が経つと、エンジン及び冷却液の温度が低下するため、再始動時にはまず暖機運転が実行される。暖機運転の実行によりエンジン及び冷却液の温度が所定の温度にまで上昇された後に、空調運転が実行される。再始動時に冷却液の温度がかなり低い場合、暖機運転に長時間を要する。そのため空調運転が実行されるまでに時間がかかり、ユーザに不快感を与えることになる。
この点に関し、特許文献1は、空調運転(冷暖房運転)の停止中であって且つエンジンの温度が所定温度以下であるときに、エンジンを低負荷(又は無負荷)で駆動させるように構成された空気調和装置(ヒートポンプ装置)を開示する。特許文献1に記載の空気調和装置によれば、空気調和装置の停止中であってもエンジンの温度及び冷却水の温度を常に始動性が良好な温度に保つことができる。よって、空気調和装置の暖機運転時間が短縮され、これにより、空気調和装置の始動性を高めることができる。
(発明が解決しようとする課題)
特許文献1に記載の空気調和装置によれば、エンジン温度及び冷却水温度を高めるという目的のみのために、停止しているエンジンをわざわざ駆動するため、そのときに用いられる燃料が無駄に消費される。よって、燃料コストの増大を招く。
特許文献1に記載の空気調和装置によれば、エンジン温度及び冷却水温度を高めるという目的のみのために、停止しているエンジンをわざわざ駆動するため、そのときに用いられる燃料が無駄に消費される。よって、燃料コストの増大を招く。
本発明は、燃料コストの増大を招くことなく、始動性が高められる空気調和装置を提供することを目的とする。
本発明に係る空気調和装置(1)は、室外機(10)と、室内機(40)と、制御装置(60)とを備える。室外機は、内燃機関(11)と、吸入口(12a)及び吐出口(12b)を有し内燃機関の駆動により作動して吸入口から冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して圧縮した冷媒を吐出口から吐出するコンプレッサ(12)と、内部に冷媒が流通され、冷房運転時に内部を流通する冷媒が凝縮し暖房運転時に内部を流通する冷媒が蒸発するように、内部を流通する冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器(14)と、内燃機関の駆動時に内燃機関の内部を通過するように冷却液が循環する冷却液回路(30)と、を有する。室内機は、内部に冷媒が流通され、冷房運転時に内部を流通する冷媒が蒸発し暖房運転時に内部を流通する冷媒が凝縮するように、内部を流通する冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱交換器(41)と、室内熱交換器の内部を流通する冷媒の流量を調整するとともに室内熱交換器から流出した冷媒又は室内熱交換器に流入する冷媒を膨張させる膨張弁(43)と、を有する。制御装置は、暖房運転、冷房運転、及び、暖房運転の終了時及び冷房運転の終了時に冷媒及び冷凍機油を前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器のうち凝縮器として機能する側に回収するポンプダウン運転が実行され得るように、室外機及び室内機を制御する。そして、本発明に係る空気調和装置が備える制御装置は、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度が、暖房運転の実行時及び冷房運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度となるように、冷却液の温度を調整する冷却液温度調整処理(S17)を実行する。
ポンプダウン運転は、空調運転(冷暖房運転)の終了時に実行される。従って、ポンプダウン運転の終了をもって、内燃機関が停止される。本発明によれば、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度が、空調運転(冷暖房運転)の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度となるように、冷却液の温度が調整される。このためポンプダウン運転時に冷却液の温度が高められる。換言すれば、ポンプダウン運転時に内燃機関の熱が冷却液に余分に蓄熱される。よって、ポンプダウン運転の終了により内燃機関が停止した後に、高温の冷却液により内燃機関が保温される。また、空気調和装置を再始動させた場合、再始動直後における内燃機関及び冷却液の温度は、再始動前に実行されたポンプダウン運転時に冷却液に余分に内燃機関の熱が蓄熱された分だけ高い。従って、再始動時に実行される暖機運転に要する時間が短縮され、その結果、空気調和装置の始動性が高められる。
また、本発明によれば、もともと必要な運転であるポンプダウン運転時に駆動している内燃機関の熱を冷却液に蓄熱させる。このため特許文献1のように内燃機関の温度及び冷却液温度を高めるという目的のみのために停止している内燃機関をわざわざ駆動する必要はなく、それ故に、無駄な燃料の消費が抑えられる。その結果、燃料コストの増大を招くことなく空気調和装置の始動性を高めることができる。
この場合、本発明に係る空気調和装置が備える制御装置は、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度の目標値であるポンプダウン運転時目標冷却液温度(Tw*)が、暖房運転の実行時及び冷房運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度の目標値である空調運転時目標冷却液温度(Tw0)よりも高くなるように、ポンプダウン運転時目標冷却液温度を設定する目標冷却液温度設定処理(S13、S14)を実行するとよい。そして、制御装置は、冷却液温度調整処理にて、冷却液回路を循環する冷却液の温度がポンプダウン運転時目標冷却液温度に近づくように、冷却液の温度を調整するとよい。これによれば、ポンプダウン運転時に高めに設定された目標冷却液温度に近づくように冷却液の温度が調整される。このためポンプダウン運転時に内燃機関の熱を冷却液に余分に蓄熱することができる。
さらにこの場合、制御装置は、目標冷却液温度設定処理にて、ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、内燃機関が異常燃焼を起こさない温度範囲内の温度に設定するとよい。より好ましくは、制御装置は、目標冷却液温度設定処理にて、ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、上記温度範囲内における上限温度又は上限温度に近い温度に設定するとよい。これによれば、ポンプダウン運転時に本発明に係る冷却液温度調整処理を実行した場合に、ノッキング等の内燃機関の異常燃焼を回避しつつ、冷却液に内燃機関の熱を余分に蓄えることができる。また、ポンプダウン運転時目標冷却液温度が、上記温度範囲内における上限温度又は上限温度に近い温度に設定された場合、ポンプダウン運転時に、内燃機関の異常燃焼を回避しつつ、冷却液に、より多くの熱を蓄熱することができる。
さらにこの場合、制御装置は、目標冷却液温度設定処理にて、ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、内燃機関に用いられる燃料の種別に応じて設定するとよい。特に、内燃機関がガスエンジンである場合、制御装置は、目標冷却液温度設定処理にて、ガスエンジンに用いられる燃料ガスの種別(LNG(液化天然ガス)、LPG(液化石油ガス))に応じてポンプダウン運転時目標冷却液温度を設定するとよい。内燃機関が異常燃焼を起こさないような冷却液の温度範囲は、内燃機関に用いられる燃料の種別により異なる。従って、ポンプダウン運転時目標冷却液温度を内燃機関に用いられる燃料の種別に応じて設定することで、ポンプダウン運転時に実行される冷却液温度調整処理にて内燃機関の異常燃焼を回避しつつ、冷却液に内燃機関の熱を余分に蓄えることができる。
また、制御装置は、目標冷却液温度設定処理にて、ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、内燃機関に供給される空気の温度である吸気温度が高いほど低くなるように、設定するとよい。吸気温度が高い場合、冷却液温度が高いと内燃機関が異常燃焼を起こしやすくなる。このため、吸気温度が高いほどポンプダウン運転時目標冷却液温度を低く設定することにより、内燃機関の異常燃焼が効果的に抑えられる。よって、ポンプダウン運転時に実行される冷却液温度調整処理にて内燃機関の異常燃焼を回避しつつ、冷却液に内燃機関の熱を余分に蓄えることができる。
また、本発明に係る空気調和装置は、冷却液回路に介装されたラジエータ(20)を備えるとよい。そして、制御装置は、冷却液温度調整処理にて、ラジエータに流れる冷却液の流量を制御することにより、冷却液の温度を調整するとよい。ラジエータに流れる冷却液の流量を減少させた場合、ラジエータによる冷却液の放熱量が減少して、冷却液の温度が上昇する。また、ラジエータに流れる冷却液の流量を増加させた場合、ラジエータによる冷却液の放熱量が増加して、冷却液の温度が低下する。従って、冷却液温度調整処理にて、ラジエータに流れる冷却液の流量を制御することにより、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度を所望の高温度(空調運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度)に調整することができる。
この場合、本発明に係る空気調和装置は、冷却液回路にラジエータと並列的に介装され、内部を流通する冷媒と冷却液とを熱交換させるサブ熱交換器(18)と、冷却液回路に介装され、冷却液回路を流れる冷却液のうちラジエータを通過する冷却液の流量とサブ熱交換器を通過する冷却液の流量との流量比を変更することができるように構成された三方弁(21)と、を備えるとよい。そして、制御装置は、冷却液温度調整処理にて、三方弁を制御して上記流量比を調整することにより、ラジエータに流れる冷却液の流量を制御するとよい。さらにこの場合、三方弁は、入力ポート(21a)と、第一出力ポート(21b)と、第二出力ポート(21c)とを有し、第一出力ポートがラジエータに接続され、第二出力ポートがサブ熱交換器に接続されるように、冷却液回路に介装されているとよい。そして、制御装置は、冷却液温度調整処理にて、入力ポートに流入して第一出力ポートから流出する冷却液の流量と、入力ポートに流入して第二出力ポートから流出する冷却液の流量との流量比を調整することにより、ラジエータに流れる冷却液の流量を制御するのがよい。
これによれば、冷却液回路にラジエータとサブ熱交換器が並列的に接続されることにより、冷却液回路を流れる冷却液は、ラジエータまたはサブ熱交換器のいずれかを通過することになる。ラジエータを通過する冷却液はラジエータにより放熱される。また、サブ熱交換器に冷却液のみを流し、その内部に冷媒が流通しないようにした場合、サブ熱交換器は単なる冷却液の通路となる。この場合、ラジエータを通過する冷却液は放熱されるものの、サブ熱交換器を通過する冷却液は放熱されない。よって、制御装置が冷却液温度調整処理にて三方弁を制御してラジエータを通る冷却液の流量とサブ熱交換器を通る冷却液の流量との流量比を調整することにより、冷却液回路を循環する冷却液の放熱量を制御することができる。こうして冷却液の放熱量を制御することにより、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度を所望の高温度(空調運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度)に調整することができる。
また、本発明に係る空気調和装置は、冷却液回路に介装されたラジエータ(20)と、ラジエータに外気を供給するファン(16)と、を備えるとよい。この場合、制御装置は、冷却液温度調整処理にて、ファンの回転速度を制御することにより、冷却液の温度を調整してもよい。ラジエータに外気を供給するファンの回転速度が低下すると、ラジエータに供給される外気の流量が減少して、ラジエータによる冷却液の放熱量が減少する。また、ファンの回転速度が上昇すると、ラジエータに供給される外気の流量が増加して、ラジエータによる冷却液の放熱量が増加する。従って、制御装置が冷却液温度調整処理にてラジエータに外気を供給するファンの回転速度を制御することにより、冷却液回路を循環する冷却液の放熱量を制御することができる。こうして冷却液の放熱量を制御することにより、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度を所望の高温度(空調運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度)に調整することができる。
また、本発明に係る空気調和装置は、冷却液回路に介装され、冷却液を吸入するとともに吸入した冷却液を吐出することにより冷却液を冷却液回路内で循環させるポンプ(23)を備えるとよい。この場合、制御装置は、冷却液温度調整処理にて、ポンプから吐出される冷却液の流量を制御することにより、冷却液の温度を調整してもよい。ポンプから吐出される冷却液の流量が多い場合、冷却液が内燃機関に熱接触する時間が短いので、内燃機関から冷却液への伝熱量が少なく、それ故に冷却液の蓄熱量は小さい。また、ポンプから吐出される冷却液の流量が少ない場合、冷却液が内燃機関に熱接触する時間が長いので、内燃機関から冷却液への伝熱量が多く、それ故に冷却液の蓄熱量は大きい。従って、制御装置が冷却液温度調整処理にてポンプから吐出される冷却液の流量を制御することにより、冷却液回路を循環する冷却液の蓄熱量を制御することができる。こうして冷却液の蓄熱量を制御することにより、ポンプダウン運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度を所望の高温度(空調運転の実行時に冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度)に調整することができる。
以下、本発明の実施形態に係る空気調和装置について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る空気調和装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る空気調和装置は、暖房運転、冷房運転、及び、ポンプダウン運転を実施することができるように構成される。暖房運転の実施により室内が暖房され、冷房運転の実施により室内が冷房される。図1に示すように、本実施形態に係る空気調和装置1は、室外機10と、室内機40と、制御装置60とを備える。
室外機10は、ガスエンジン11(内燃機関)と、コンプレッサ12と、冷媒回路を構成する複数の配管13(13a〜13f)と、空調に必要な各機器を有する。各機器には、室外熱交換器14、四方弁15、室外機ファン16、アキュムレータ17、サブ熱交換器18、第一流量調整弁19A、第二流量調整弁19B、ラジエータ20、電動三方弁21が含まれる。
ガスエンジン11は、例えばLNG(液化天然ガス)やLPG(液化石油ガス)等の可燃性ガスを燃料として駆動する。ガスエンジン11は出力軸11aを備える。ガスエンジン11が駆動すると、出力軸11aが回転する。ガスエンジン11の出力軸11aには、クラッチCLを介してコンプレッサ12が接続される。
コンプレッサ12は、ガスエンジン11が駆動して出力軸11aが回転することにより作動する。コンプレッサ12は、吸入口12a及び吐出口12bを有する。コンプレッサ12が作動すると、吸入口12aから低圧のガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を圧縮する。そして、圧縮した高圧のガス冷媒を吐出口12bから吐出する。
コンプレッサ12の吐出口12bは、第一配管13aを介して四方弁15に接続される。四方弁15は、4つのポート(第一ポート151、第二ポート152、第三ポート153、第四ポート154)を有する中空状の本体部と、本体部内を移動可能な可動部とを備える。可動部によって特定の2つのポートとそれ以外の2つのポートが接続されるように、本体部内の空間が仕切られる。また、可動部が移動することにより、接続されるポートが切り替えられる。こうした四方弁15の切換状態は、制御装置60により制御される。第一配管13aは、四方弁15の第一ポート151に接続される。
四方弁15の第二ポート152は、第二配管13bを介して室外熱交換器14に接続される。室外熱交換器14は、第一入出力ポート14a及び第二入出力ポート14bを備え、その内部に第一入出力ポート14aと第二入出力ポート14bとを接続する通路が形成される。室外熱交換器14は、その内部の通路に冷媒が流通されるように構成されるとともに、内部を流れる冷媒を外気と熱交換させる機能を有する。第二配管13bは室外熱交換器14の第一入出力ポート14aに接続される。
また、室外熱交換器14に近接した位置に室外機ファン16が設置される。室外機ファン16にはファンモータが取り付けられており、このファンモータの駆動により室外機ファン16が回転する。室外機ファン16が回転することにより、室外熱交換器14に外気が供給される。
室外熱交換器14の第二入出力ポート14bは、第三配管13cの一方端に接続される。第三配管13cの他方端は、室外機10のハウジングに設けられた液管ジョイント10aに接続される。また、第三配管13cには、第二流量調整弁19Bが介装される。第二流量調整弁19Bは開度調整可能に構成されており、第三配管13cから室外熱交換器14に流入する冷媒の流量を調整する。
四方弁15の第三ポート153は、第四配管13dを介してアキュムレータ17に接続される。アキュムレータ17は、第四配管13dから冷媒を供給するとともに、供給した冷媒を気液分離する。また、アキュムレータ17は、第五配管13eを介してコンプレッサ12の吸入口12aに接続される。アキュムレータ17内のガス冷媒は、第五配管13eを通ってコンプレッサ12の吸入口12aに供給される。
四方弁15の第四ポート154は、第六配管13fの一方端に接続される。第六配管13fの他方端は、室外機10のハウジングに設けられたガス管ジョイント10bに接続される。
また、第三配管13cと第四配管13dは、第七配管13gにより接続される。この第七配管13gにサブ熱交換器18が介装される。従って、サブ熱交換器18には、第七配管13gを流れる冷媒が流入する。サブ熱交換器18は、後述する冷却水回路30(冷却液回路)にも介装されており、冷却水回路30を循環する冷却水(冷却液)もサブ熱交換器18に流入する。そして、サブ熱交換器18にて、内部を流通する冷媒と冷却水回路30を循環する冷却水が熱交換する。また、第七配管13gには第一流量調整弁19Aが介装される。第一流量調整弁19Aは開度調整可能に構成されており、第七配管13gを流れる冷媒の流量、すなわちサブ熱交換器18に流入する冷媒の流量を調整する。
また、室外機10は、ガスエンジン11を冷却するための冷却水が循環する冷却水回路30を備える。冷却水回路30は、ガスエンジン11内に形成されたエンジン内通路11bと、第一冷却水配管31と、第二冷却水配管32と、第三冷却水配管33と、第四冷却水配管34と、第五冷却水配管35と、第六冷却水配管36とを備える。第一冷却水配管31の一方端がエンジン内通路11bの入口端11cに接続され、第二冷却水配管32の一方端がエンジン内通路11bの出口端11dに接続される。
第一冷却水配管31の他方端には、冷却水回路30に介装されたウォーターポンプ23の吐出口が接続される。ウォーターポンプ23は、作動することによりその吸入口から冷却水を吸入するとともに吸入した冷却水を吐出口から吐出するように構成される。ウォーターポンプ23の吐出口から吐出された冷却水は、第一冷却水配管31を流れ、さらに第一冷却水配管31から入口端11cを経由してエンジン内通路11bに送り込まれる。エンジン内通路11bに送り込まれた冷却水がエンジン内通路11bを流通する間にガスエンジン11の熱を奪うことにより、ガスエンジン11が冷却される。そして、エンジン内通路11bを流通して加熱された冷却水は、出口端11dを経由して第二冷却水配管32内に流出する。
第二冷却水配管32の他方端は、冷却水回路30に介装された電動三方弁21に接続される。電動三方弁21は、一つの入力ポート21aと、二つの出力ポート(第一出力ポート21b及び第二出力ポート21c)を有する。電動三方弁21の入力ポート21aに第二冷却水配管32が接続される。従って、第二冷却水配管32内の冷却水は、電動三方弁21の入力ポート21aに流入する。
電動三方弁21内には、入力ポート21aと第一出力ポート21bとを連通する第一通路と、入力ポート21aと第二出力ポート21cとを連通する第二通路とが形成されている。電動三方弁21は、入力ポート21aから上記第一通路を経由して第一出力ポート21bに流れる冷却水の流量と、入力ポート21aから上記第二通路を経由して第二出力ポート21cに流れる冷却水の流量との割合である流量比を変更することができるように構成される。この電動三方弁21による上記流量比の調整は、制御装置60により行われる。
また、冷却水回路30の第三冷却水配管33は、電動三方弁21の第一出力ポート21bと、冷却水回路30に介装されたラジエータ20に設けられた冷却水入口20aとを接続する。第四冷却水配管34は、ラジエータ20に設けられた冷却水出口20bとウォーターポンプ23の吸入口とを接続する。また、ラジエータ20内には、冷却水入口20aと冷却水出口20bとを接続する冷却水通路が形成されている。従って、電動三方弁21の第一出力ポート21bから流出した冷却水は第三冷却水配管33を流れ、さらに第三冷却水配管33から冷却水入口20aを経由してラジエータ20に流入する。ラジエータ20に流入した冷却水はラジエータ20内の冷却水通路を流通した後に、冷却水出口20bから第四冷却水配管34に流出し、さらに第四冷却水配管34からウォーターポンプ23に吸入される。
また、冷却水回路30の第五冷却水配管35は、電動三方弁21の第二出力ポート21cと、冷却水回路30に介装されたサブ熱交換器18に設けられた冷却水入口18aとを接続する。第六冷却水配管36は、サブ熱交換器18に設けられた冷却水出口18bと第四冷却水配管34とを接続する。また、サブ熱交換器18内には、冷却水入口18aと冷却水出口18bとを接続する冷却水通路が形成される。従って、電動三方弁21の第二出力ポート21cから流出した冷却水は第五冷却水配管35を流れ、さらに第五冷却水配管35から冷却水入口18aを経由してサブ熱交換器18に流入する。サブ熱交換器18に流入した冷却水は、サブ熱交換器18内の冷却水通路を流通した後に、冷却水出口18bから第六冷却水配管36に流出し、さらに、第六冷却水配管36から第四冷却水配管34に流入する。そして、第四冷却水配管34からウォーターポンプ23に吸入される。
上記の説明からわかるように、電動三方弁21の第一出力ポート21bから流出した冷却水は、ラジエータ20を経由してウォーターポンプ23に吸入され、電動三方弁21の第二出力ポート21cから流出した冷却水は、サブ熱交換器18を経由してウォーターポンプ23に吸入される。つまり、サブ熱交換器18は、冷却水回路30にラジエータ20と並列的に接続される。そして、電動三方弁21は、冷却水回路30に介装された状態では、冷却水回路30を循環する冷却水のうちラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比を変更することができるように構成される。
また、ラジエータ20は、本実施形態においては、室外熱交換器14に近接して配置されている。具体的には、室外熱交換器14の熱交換パネルとラジエータ20が近接して積層配置される。従って、室外熱交換器14に近接配置した室外機ファン16が駆動すると、室外熱交換器14及びラジエータ20に外気が供給される。ラジエータ20に外気が供給されることにより、ラジエータ20内を流通する冷却液が放熱される。室外機ファン16が、本発明のファンに相当する。
室内機40は、室内熱交換器41と、室内熱交換器41に接続されるとともに冷媒回路を構成する室内側第一配管42a及び室内側第二配管42bと、膨張弁43と、室内機ファン44とを備える。
室内熱交換器41は、第一入出力ポート41aと第二入出力ポート41bとを備え、その内部には、第一入出力ポート41aと第二入出力ポート41bとを接続する通路が形成される。室内熱交換器41は、その内部の通路に冷媒が流通するように構成されるとともに、内部を流通する冷媒を室内空気と熱交換させる機能を有する。
室内熱交換器41の第一入出力ポート41aは、室内側第一配管42aの一方端に接続される。室内側第一配管42aの他方端は、室内機40のハウジングに設けられた液管ジョイント40aに接続される。また、室内熱交換器41の第二入出力ポート41bは、室内側第二配管42bの一方端に接続される。室内側第二配管42bの他方端は、室内機40のハウジングに設けられたガス管ジョイント40bに接続される。
また、室内側第一配管42aに、膨張弁43が介装される。膨張弁43は、開度調整可能な流量調整弁であり、室内熱交換器41を流通する冷媒の流量を調整するとともに、室内熱交換器41から流出した冷媒又は室内熱交換器41に流入する冷媒を膨張させる機能を有する。
室内熱交換器41に近接して室内機ファン44が設置される。室内機ファン44にはファンモータが取り付けられており、このファンモータの駆動により室内機ファン44が回転する。室内機ファン44が回転することにより、室内熱交換器41に室内空気が供給される。
また、図1に示すように、室外機10のハウジングに設けられた液管ジョイント10aと室内機40のハウジングに設けられた液管ジョイント40aが、液管51により接続される。上述したように、室外機10の液管ジョイント10aは第三配管13cの他方端に接続されており、第三配管13cの一方端は室外熱交換器14の第二入出力ポート14bに接続されている。また、室内機40の液管ジョイント40aは室内側第一配管42aの他方端に接続されており、室内側第一配管42aの一方端には室内熱交換器41が接続されている。従って、室内熱交換器41と室外熱交換器14は、第三配管13c、液管51、室内側第一配管42aにより接続されることになる。
また、室外機10のハウジングに設けられたガス管ジョイント10bと室内機40のハウジングに設けられたガス管ジョイント40bが、ガス管52により接続される。ここで、室内機40のガス管ジョイント40bは、室内側第二配管42bの他方端に接続され、室内側第二配管42bの一方端は室内熱交換器41に接続される。また、室外機10のガス管ジョイント10bは、第六配管13fの他方端に接続され、第六配管13fの一方端は、四方弁15の第四ポート154に接続されている。従って、室内熱交換器41は、室内側第二配管42b、ガス管52、第六配管13fを介して、四方弁15の第四ポート154に接続されることになる。
制御装置60は、CPU,ROM,RAMを備えるマイクロコンピュータを主要構成としており、空気調和装置1の運転状態に応じて、四方弁15の切替状態、ガスエンジン11の回転数、膨張弁43の開度、第一流量調整弁19Aの開度、第二流量調整弁19Bの開度、各ファンの回転数、等を、制御する。本明細書において、室外機10が備える各機器(四方弁15、ガスエンジン11、第一流量調整弁19A、第二流量調整弁19B、室外機ファン16等)の動作制御を、室外機10の制御と呼び、室内機40が備える各機器(膨張弁43、室内機ファン44等)の動作制御を、室内機40の制御と呼ぶ。
また、図1に示すように、ガスエンジン11は、吸気管111及び排気管112を備える。吸気管111は、外気をガスエンジン11の燃焼室に供給する。排気管112は、ガスエンジン11の燃焼室からの排気を外部に排出する。また、吸気管111に吸気温度センサ113が取り付けられる。吸気温度センサ113は、吸気管111を通過する空気の温度、すなわち吸気温度を検出する。検出した吸気温度は、制御装置60に出力される。
また、図1に示すように、冷却水回路30の第二冷却水配管32に、冷却水温度センサ38が取り付けられる。冷却水温度センサ38は、冷却水回路30を循環する冷却水の温度、より具体的には、第二冷却水配管32を流れる冷却水の温度を検出する。ここで、第二冷却水配管32を流れる冷却水は、ガスエンジン11の熱を奪って加熱された冷却水である。従って、冷却水温度センサ38は、ガスエンジン11の熱により加熱された冷却水の温度を検出する。検出された冷却水温度は、制御装置60に出力される。
なお、図1には示していないが、室外機10及び室内機40の各所に、上記したセンサ(吸気温度センサ113及び冷却水温度センサ38)以外のセンサが設けられていて、それらのセンサが検出した情報も制御装置60に入力される。制御装置60は、各種のセンサから入力した信号に基づいて、空気調和装置1の動作を制御する。なお、吸気温度センサ113及び冷却水温度センサ38以外のセンサとして、ガスエンジン11の回転数を検出する回転数検出センサ、コンプレッサ12から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、コンプレッサ12に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ、コンプレッサ12に吸入される冷媒の圧力を検出する圧力センサ、室外熱交換器14に流出入する冷媒の温度を検出する温度センサ、各種ファンの回転数を検出する回転数検出センサ、膨張弁43、第一流量調整弁19A、及び第二流量調整弁19Bの開度を検出する開度検出センサ、外気温を検出する温度センサ、等を例示することができるが、この限りでない。
次に、上記構成の空気調和装置1の暖房運転時及び冷房運転時の動作について説明する。まず、暖房運転時の動作について説明する。暖房運転時には、制御装置60は、四方弁15の切替状態が暖房時接続状態となるように、四方弁15を制御する。ここで、四方弁15は、その切替状態が、暖房時接続状態と後述する冷房時接続状態とに切替可能であるように構成される。暖房時接続状態とは、四方弁15の第一ポート151と第四ポート154が連通するとともに第二ポート152と第三ポート153が連通する切替状態である。従って、暖房運転時、四方弁15の第一ポート151に接続された第一配管13aが第四ポート154に接続された第六配管13fに接続され、四方弁15の第二ポート152に接続された第二配管13bが第三ポート153に接続された第四配管13dに接続されることになる。
また、暖房運転時には、四方弁15の切替状態が暖房時接続状態にされた状態で、ガスエンジン11が駆動する。すると、コンプレッサ12が作動して、第五配管13e内の低圧ガス冷媒を吸入口12aから吸入するとともに吸入した低圧ガス冷媒を圧縮して高温高圧ガス冷媒を生成する。そして、生成した高温高圧ガス冷媒を吐出口12bから吐出する。吐出口12bから吐出された高温高圧ガス冷媒は第一配管13aを流れて四方弁15に流入する。
暖房運転時には、四方弁15にて第一配管13aが第六配管13fに接続されているから、第一配管13aから四方弁15に流入した高温高圧ガス冷媒は四方弁15から第六配管13fに流入し、さらに、ガス管52、室内側第二配管42bをこの順に流れる。そして、室内側第二配管42bに接続した室内熱交換器41にその第二入出力ポート41bから流入する。
室内熱交換器41に流入した高温高圧ガス冷媒は室内熱交換器41内を流通する間に室内空気と熱交換し、室内空気に熱を吐き出して凝縮する。つまり、室内熱交換器41は暖房運転時に凝縮器として機能する。このとき高温高圧ガス冷媒から吐き出された熱によって室内空気が暖められて、室内が暖房される。
室内熱交換器41にて室内空気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化し、室内熱交換器41の第一入出力ポート41aから室内側第一配管42aに流出する。そして、室内側第一配管42aの途中に介装された膨張弁43で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化される。膨張弁43で膨張された冷媒は、さらに、室内側第一配管42aから液管51、第三配管13cを経由して、室外熱交換器14にその第二入出力ポート14bから流入する。室外熱交換器14に流入した冷媒は室外熱交換器14内を流通する間に外気と熱交換し、外気の熱を奪って蒸発する。つまり、室外熱交換器14は暖房運転時に蒸発器として機能する。
室外熱交換器14にて外気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化し、室外熱交換器14の第一入出力ポート14aから第二配管13bに流出する。そして、第二配管13bから四方弁15に入る。暖房運転時には四方弁15にて第二配管13bが第四配管13dに接続されているから、第二配管13bから四方弁15に流入した冷媒は四方弁15から第四配管13dに流入し、さらにアキュムレータ17に供給される。アキュムレータ17では供給された冷媒が気液分離される。そして、低温低圧のガス冷媒のみがアキュムレータ17から第五配管13eに流出される。アキュムレータ17からGHP第五配管13eに流出した冷媒がコンプレッサ12の吸入口12aに帰還する。このような暖房運転時における冷媒の流れが図1に実線の矢印により表される。
次に、冷房運転の動作について説明する。冷房運転時には、制御装置60は、四方弁15の切替状態が、冷房時接続状態となるように、四方弁15を制御する。ここで、冷房時接続状態とは、四方弁15の第一ポート151と第二ポート152が連通するとともに第三ポート153と第四ポート154が連通する切替状態である。従って、冷房運転時、四方弁15の第一ポート151に接続された第一配管13aが第二ポート152に接続された第二配管13bに接続され、第三ポート153に接続された第四配管13dが第四ポート154に接続された第六配管13fに接続されることになる。
また、冷房運転時には、四方弁15の切替状態が冷房時接続状態にされた状態で、ガスエンジン11が駆動する。すると、コンプレッサ12が作動して、第五配管13e内の低圧ガス冷媒を吸入口12aから吸入するとともに吸入した低圧ガス冷媒を圧縮して高温高圧ガス冷媒を生成する。そして、生成した高温高圧ガス冷媒を吐出口12bから吐出する。吐出口12bから吐出された高温高圧ガス冷媒は第一配管13aを流れて四方弁15に流入する。
冷房運転時には、四方弁15にて第一配管13aが第二配管13bに接続されているから、第一配管13aから四方弁15に流入した高温高圧ガス冷媒は四方弁15から第二配管13bに流入する。第二配管13bに流入した高温高圧ガス冷媒は、第二配管13bに接続した室外熱交換器14にその第一入出力ポート14aから流入する。室外熱交換器14に流入した冷媒は室外熱交換器14内を流通する間に外気と熱交換し、外気に熱を吐き出して凝縮する。つまり、室外熱交換器14は冷房運転時に凝縮器として機能する。
室外熱交換器14にて外気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化し、室外熱交換器14の第二入出力ポート14bから第三配管13cに流出する。第三配管13cに流出した冷媒は、液管51を経由して、室内側第一配管42aに至り、この室内側第一配管42aの途中に介装された膨張弁43で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化される。膨張弁43で膨張された冷媒は、室内熱交換器41にその第一入出力ポート41aから流入する。室内熱交換器41に流入した冷媒は室内熱交換器41内を流通する間に室内空気と熱交換し、室内空気の熱を奪って蒸発する。つまり、室内熱交換器41は冷房運転時に蒸発器として機能する。このとき冷媒に熱が奪われることによって室内空気が冷却されて、室内が冷房される。
室内熱交換器41にて室内空気の熱を奪って蒸発した冷媒は、室内熱交換器41の第二入出力ポート41bから室内側第二配管42bに流出する。室内側第二配管42bに流出した冷媒は、ガス管52、第六配管13fを経由して、四方弁15に入る。冷房運転時には四方弁15にて第六配管13fが第四配管13dに接続されているから、第六配管13fから四方弁15に流入した冷媒は四方弁15から第四配管13dに流入し、さらにアキュムレータ17に供給される。アキュムレータ17では供給された冷媒が気液分離される。そして、低温低圧のガス冷媒のみがアキュムレータ17から第五配管13eに流出される。アキュムレータ17から第五配管13eに流出した冷媒がコンプレッサ12の吸入口12aに帰還する。このような冷房運転時における冷媒の流れが図1に破線の矢印により表される。
また、暖房運転時又は冷房運転時には、必要に応じて、第一流量調整弁19A及び第二流量調整弁19Bの開度が調整される。第一流量調整弁19Aが開弁している場合、第三配管13cを流通する冷媒の一部が、第七配管13gに流れる。第七配管13gに流れた冷媒は、サブ熱交換器18に導入される。このサブ熱交換器18にて、冷媒が冷却水と熱交換することにより、冷媒が加熱される。サブ熱交換器18で加熱された冷媒は、第七配管13gから第四配管13dに流出し、その後、アキュムレータ17に供給される。
上記した暖房運転中及び冷房運転中に、制御装置60は、要求される空調負荷に応じて、適切な制御信号を各機器(四方弁15、ガスエンジン11、膨張弁43、第一流量調整弁19A、第二流量調整弁19B、各ファン等)に出力することにより、室外機10及び室内機40を制御する。これにより、要求される空調負荷に応じた適切な空調運転(冷房運転及び暖房運転)が実行される。
また、上記したような空気調和装置1の暖房運転中及び冷房運転中にガスエンジン11が駆動しているが、このガスエンジン11の駆動時にはウォーターポンプ23が駆動する。これにより、冷却水回路30内を冷却水が循環する。つまり、ガスエンジン11の駆動時には冷却水回路30内を冷却水が循環する。冷却水回路30はエンジン内通路11bを有するので、冷却水はガスエンジン11の内部を通過するように冷却水回路30を循環する。従って、冷却水回路30内を冷却水が循環することにより、ガスエンジン11が冷却される。また、制御装置60は、空気調和装置1の暖房運転中及び冷房運転中に、冷却水温度センサ38により検出された温度、すなわちガスエンジン11を冷却した後の冷却水の温度が、空調運転時目標冷却水温度Tw0(空調運転時目標冷却液温度)に近づくように、冷却水の温度を制御する。この場合、例えば、制御装置60は、電動三方弁21を制御して、ラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比を調整する。ラジエータ20による冷却水の放熱能力とサブ熱交換器18による放熱能力とは異なるので、上記流量比を調整することにより、冷却水の温度を所望の温度に調整することができる。ここで、空調運転時目標冷却水温度Tw0は、効率的な空調運転が実現されるように予め設定される、空調運転時における冷却水の目標値である。
また、制御装置60は、上記した暖房運転及び冷房運転に加え、ポンプダウン運転が実行され得るように、室外機10及び室内機40を制御する。ポンプダウン運転は、暖房運転の終了時及び冷房運転の終了時、すなわち空調運転の終了時に実行される。ここで言うポンプダウン運転とは、空調運転の終了時に冷媒回路内の液冷媒がアキュムレータ17に多量に貯留されることに起因して、次回の始動時にコンプレッサ12に液冷媒が吸入されることを防止するために、空調運転の終了後に、冷媒回路内の液冷媒及び冷凍機油を、室外熱交換器14及び室内熱交換器41のうち凝縮器として機能する側に回収する運転である。ポンプダウン運転の実行により、液冷媒及び液冷媒中に混入する冷凍機油が、室外熱交換器14及び室内熱交換器41のうち凝縮器として機能する側に、回収される。この場合において、暖房運転の終了時には、ポンプダウン運転により、暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器41側に液冷媒及び冷凍機油が回収され、冷房運転の終了時には、ポンプダウン運転により、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器14側に液冷媒及び冷凍機油が回収される。
図2は、空気調和装置1がポンプダウン運転を行うにあたって制御装置60が実行するポンプダウン運転処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。このルーチンは、空気調和装置1が空調運転(冷房運転又は暖房運転)を実行しているときに、所定の短時間ごとに実行される。このルーチンが起動すると、制御装置60は、まず、図2のステップ(以下、ステップをSと略記する)11にて、空調運転の停止指令信号が入力されたか否かを判断する。空調運転の停止指令信号は、例えば、空調運転中にユーザがリモコン装置の停止ボタンを押下することにより、制御装置60に入力される。
S11にて、停止指令信号が入力されていないと判断した場合(S11:No)、制御装置60はこのルーチンを終了する。この場合、空調運転が継続される。一方、S11にて、停止指令信号が入力されていると判断した場合(S11:Yes)、制御装置60は、S12に処理を進める。
S12では、制御装置60は、ガスエンジン11に用いられている燃料の種別が、LNG(液化天然ガス)であるか、LPG(液化石油ガス)であるかを判断する。S12にて、燃料の種別がLNGであると判断した場合、制御装置60は、S13に処理を進める。一方、S12にて、燃料の種別がLPGであると判断した場合、制御装置60は、S14に処理を進める。なお、本実施形態では、ガスエンジン11にLNG又はLPGのいずれかの燃料が用いられるものとする。
S13では、制御装置60は、下記(1)式又は(2)式に基づいて、ポンプダウン運転時における冷却水温度Twの目標値であるポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*(ポンプダウン運転時目標冷却液温度)を設定する。
Tw*=TwLNGH−a×(Tair0−Tair) (1)
ただし、Tair<Tair0
Tw*=TwLNGH (2)
ただし、Tair≧Tair0
Tw*=TwLNGH−a×(Tair0−Tair) (1)
ただし、Tair<Tair0
Tw*=TwLNGH (2)
ただし、Tair≧Tair0
一方、S14では、制御装置60は、下記(3)式又は(4)式に基づいて、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*を設定する。
Tw*=TwLPGH−b×(Tair0−Tair) (3)
ただし、Tair<Tair0
Tw*=TwLPGH (4)
ただし、Tair≧Tair0
Tw*=TwLPGH−b×(Tair0−Tair) (3)
ただし、Tair<Tair0
Tw*=TwLPGH (4)
ただし、Tair≧Tair0
上記(1)式及び(3)式において、Tairは、吸気温度センサ113により検出されるガスエンジン11の吸気温度であり、Tair0は基準吸気温度である。基準吸気温度Tair0は、吸気温度Tairがその温度以上であるときに、ガスエンジン11のノッキング等の異常燃焼の起き易さが冷却水温度Twに依存しない温度の閾値として予め定められる。つまり、吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0未満の場合、ガスエンジン11の異常燃焼の起き易さは冷却水温度Twにより変化し、吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0以上の場合、ガスエンジン11の異常燃焼の起き易さが冷却水温度Twに影響されない。基準吸気温度Tair0は、例えば50℃に設定することができる。なお、吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0未満である場合、冷却水温度Twが高いほど、ガスエンジン11の異常燃焼が起き易い。
また、上記(1)式及び(2)式において、TwLNGHは、燃料の種別がLNGであり、且つ吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0以上である場合にガスエンジン11が異常燃焼を起こすことはないと考えられる冷却水の温度範囲の上限温度又は上限温度に近い温度として予め設定される基準冷却水温度である。
また、上記(3)式及び(4)式において、TwLPGHは、燃料の種別がLPGであり、且つ吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0以上である場合において、ガスエンジン11が異常燃焼を起こすことはないと考えられる冷却水の温度範囲の上限温度又は上限温度に近い温度として予め設定される基準冷却水温度である。
なお、石油ガスを燃料として用いた場合、天然ガスを燃料として用いた場合に比べて、低い冷却水温度でもガスエンジン11が異常燃焼を起こす。従って、LPGに関する基準冷却水温度TwLPGHは、LNGに関する基準冷却水温度TwLPGHよりも、低い温度に設定される。
また、上記(1)式におけるaは、燃料の種別がLNGである場合に予め定められる所定の正の係数であり、上記(3)式におけるbは、燃料の種別がLPGである場合に予め定められる所定の正の係数である。
図3は、S13又はS14にて設定されるポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*と吸気温度Tairとの関係を示すグラフであり、横軸が吸気温度Tair、縦軸がポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*である。図3において、温度TwHは、ガス種に応じて設定される基準冷却水温度(TwLNGH又はTwLPGH)を表し、温度Tw0は、空調運転時目標冷却水温度を表す。図3からわかるように、吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0未満の場合は、上記(1)式または(3)式において(Tair−Tair0)が負であるので、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*は基準冷却水温度TwHよりも高い。一方、吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0以上である場合、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*は基準冷却水温度TwHである。従って、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*は、必ず基準冷却水温度TwH以上である。また、吸気温度Tairが基準吸気温度Tair0未満の温度範囲においては、吸気温度Tairが高くなるにつれてポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*は低下する。
上記(1)式〜(4)式により定められるポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*は、吸気温度Tairを加味した場合にガスエンジン11が異常燃焼を起こすことはないと考えられる冷却水の温度範囲内の温度であって、且つ、その温度範囲の上限温度又は上限温度に近い温度である。従って、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近い温度である場合、ガスエンジン11が異常燃焼を起こすことはないと考えられる。
また、図3からわかるように、基準冷却水温度TwHは、暖房運転時及び冷房運転時に設定される空調運転時目標冷却水温度Tw0よりも高い。従って、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*は、吸気温度Tair及びガス種にかかわらず、常に、空調運転時目標冷却水温度Tw0よりも高い温度に設定されることになる。S13及びS14の処理が、本発明の目標冷却液温度設定処理に相当する。
制御装置60は、S13又はS14にてポンプダウン運転時目標冷却水温度Twを設定した後に、タイマτのカウントを開始する(S15)。次いで、制御装置60は、ポンプダウン制御処理を実行する。このポンプダウン制御処理の実行によって、空気調和装置1がポンプダウン運転を実行する。この場合、例えば、制御装置60は、ガスエンジン11の回転数を所定の回転数(例えば1200rpm)に設定し、室内機ファン44を停止し、サブ熱交換器18に冷媒が流れないように第一流量調整弁19Aを全閉作動させ、さらに、第二流量調整弁19B(暖房運転終了時のポンプダウン運転の場合)又は膨張弁43(冷房運転終了時のポンプダウン運転の場合)を全閉作動させる。これにより、冷媒回路内の液冷媒及び冷凍機油が、凝縮器側(暖房運転終了時のポンプダウン運転の場合には、室内熱交換器41(凝縮器)及びそれに連結する配管(室内側第一配管42a、液管51、及び第三配管13cのうち第二流量調整弁19Bよりも液管51寄りの部分)、冷房運転終了時のポンプダウン運転の場合には、室外熱交換器14(凝縮器)及びそれに連結する配管(第三配管13c、液管51、及び室内側第一配管42aのうち膨張弁43よりも液管51寄りの部分))に回収される。
S16にてポンプダウン制御処理を実行した後に、制御装置60は、S17に処理を進めて、冷却水温度調整処理(冷却液温度調整処理)を実行する。この冷却水温度調整処理では、制御装置60は、冷却水温度センサ38により検知される冷却水温度Twが、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twを調整する。本実施形態では、制御装置60は、電動三方弁21を制御することにより、冷却水温度Twを調整する。
上記したように、冷却水回路30には、ラジエータ20とサブ熱交換器18が並列的に接続されているので、冷却水回路30を循環する冷却水は、ラジエータ20とサブ熱交換器18のいずれかを通過する。図4は、ラジエータ20を通過する冷却水流路が太線で示された冷却水回路30を示す図であり、図5は、サブ熱交換器18を通過する冷却水流路が太線で示された冷却水回路30を示す図である。
ラジエータ20を通過する冷却水は、外気と熱交換することにより放熱する。また、ポンプダウン制御処理の実行によって第一流量調整弁19Aが全閉作動しているため、冷却水温度調整処理の実行時にはサブ熱交換器18に冷媒は流れない。そのため、サブ熱交換器18は単なる冷却水の通路となり、サブ熱交換器18を通過する冷却水は放熱しない。従って、ラジエータ20を通過する冷却水の流量を増加させるとともにサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量を減少させることにより、冷却水回路30を循環する冷却水の放熱量を増加させることができる。また、サブ熱交換器18を通過する冷却水の流量を増加させるとともにラジエータ20を通過する冷却水の流量を減少させることにより、冷却水回路30を循環する冷却水の放熱量を減少させることができる。つまり、ラジエータ20を通過する冷却水の流量と、サブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比を調整することにより、冷却水回路30を循環する冷却水の放熱量を制御することができる。
また、電動三方弁21の入力ポート21aから第一出力ポート21bに流れた冷却水はラジエータ20を通り、電動三方弁21の入力ポート21aから第二出力ポート21cに流れた冷却水はサブ熱交換器18を通る。従って、制御装置60は、S17にて、電動三方弁21を制御して上記流量比を調整することで、冷却水回路30を循環する冷却水の放熱量を制御することができる。具体的には、制御装置60は、S17にて、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*よりも低いときは、冷却水の放熱量を減少させるべく、サブ熱交換器18を通過する冷却水の流量が増加するとともにラジエータ20を通過する冷却水の流量が減少するように、電動三方弁21を制御する。これにより、冷却水回路30を循環する冷却水の放熱量が減少し、それに伴い冷却水温度Twが上昇して、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づく。また、制御装置60は、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*よりも高いときは、冷却水の放熱量を増加させるべく、ラジエータ20を通過する冷却水の流量が増加するとともにサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量を減少するように、電動三方弁21を制御する。これにより、冷却水温度Twの放熱量が増加し、それに伴い冷却水温度Twが低下して、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づく。
なお、S17の冷却水温度調整処理にて、制御装置60が、冷却水温度Twとポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*との温度差に基づいて電動三方弁21の開度(流量比)をPID制御することにより、冷却水温度Twをポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に速やかに近づけることができる。
制御装置60は、S17における冷却水温度調整処理の実行後に、S18に処理を進め、タイマτの計測時間が基準時間τ0よりも大きいか否かを判断する。基準時間τ0は、ポンプダウン制御処理の実行によって、冷媒回路内の液冷媒及び冷凍機油のほぼ全てが、凝縮器側に回収されたと考えられる時間として予め設定することができる。基準時間τ0は、例えば、2分に設定することができる。
制御装置60は、S18にて、タイマτによる計測時間が基準時間τ0以下であると判断した場合(S18;No)、S16のポンプダウン制御処理及びS17の冷却水温度調整処理を継続しつつ、S18の判定を繰り返す。一方、S18にて、タイマτによる計測時間が基準時間τ0を超えたと判断した場合(S18;Yes)、制御装置60はS19に処理を進めて、停止処理を実行する。この停止処理の実行により、ポンプダウン運転が終了するとともに、ガスエンジン11が停止される。これにより、空気調和装置1の運転が停止する。その後、制御装置60は、このルーチンを終了する。
制御装置60が上記したポンプダウン運転処理を実行することにより、ポンプダウン運転時に、冷却水温度Twが、空調時目標冷却水温度Tw0よりも高い温度であるポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twが調整される。すなわち、ポンプダウン運転時には、冷却水温度Twが空調運転時における冷却水温度よりも高い温度にされる。これによりガスエンジン11の熱が冷却水に余分に蓄熱される。よって、ポンプダウン運転の終了によりガスエンジン11が停止した後に、高温の冷却水によりガスエンジン11が保温される。また、空気調和装置1を再始動させた場合、再始動直後におけるガスエンジン11及び冷却水の温度は、再始動前に実行されたポンプダウン運転時に冷却水に余分に内燃機関の熱が蓄熱された分だけ高い。従って、再始動時に実行される暖機運転に要する時間が短縮され、その結果、空気調和装置1の始動性が高められる。
(変形例1)
上記実施形態では、S17の冷却水温度調整処理にて、制御装置60が電動三方弁21を制御して、ラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比を調整することにより、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twを調整している。一方、この変形例1では、S17の冷却水温度調整処理にて、電動三方弁21を制御せずに(すなわちラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比は一定のまま)、室外機ファン16の回転速度(以下、回転数という場合もある)を制御する。
上記実施形態では、S17の冷却水温度調整処理にて、制御装置60が電動三方弁21を制御して、ラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比を調整することにより、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twを調整している。一方、この変形例1では、S17の冷却水温度調整処理にて、電動三方弁21を制御せずに(すなわちラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比は一定のまま)、室外機ファン16の回転速度(以下、回転数という場合もある)を制御する。
室外機ファン16の回転数が高い場合、ラジエータ20に供給される外気の供給量が多いので、ラジエータ20を通過する冷却水からより多くの熱を奪うことができる。つまり、室外機ファン16の回転数が高い場合、ラジエータ20を通過する冷却水の放熱量が多い。一方、室外機ファン16の回転数が低い場合、ラジエータ20に供給される外気の供給量が少ないので、ラジエータ20を通過する冷却水から奪うことができる熱量が少ない。つまり、室外機ファン16の回転数が低い場合、ラジエータ20を通過する冷却水の放熱量が少ない。
従って、この変形例1では、制御装置60は、S17の冷却水温度調整処理にて、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Twよりも高いときは、冷却水の放熱量を増加させるべく、室外機ファン16の回転数を増加させる。これにより、ラジエータ20における冷却水温度Twの放熱量が増加し、それに伴い冷却水温度Twが低下して、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づく。一方、制御装置60は、S17の冷却水温度調整処理にて、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Twよりも低いときは、冷却水の放熱量を減少させるべく、室外機ファン16の回転数を減少させる。これにより、冷却水温度Twの放熱量が減少し、それに伴い冷却水温度Twが上昇して、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づく。
なお、制御装置60は、冷却水温度Twとポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*との温度差と、室外機ファン16の回転数との関係を表したテーブルを記憶しているとよい。そして、制御装置60は、S17の冷却水温度調整処理にて、上記テーブルに基づいて室外機ファン16の回転数を制御することにより、冷却水温度Twを目標冷却水温度Tw*に速やかに近づけることができる。
このように、S17の冷却水温度調整処理にて、室外機ファン16の回転数を制御することによっても、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twを調整することができる。
(変形例2)
上記変形例1では、S17の冷却水温度調整処理にて、室外機ファン16の回転数を制御することにより、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twを調整している。一方、この変形例2では、S17の冷却水温度調整処理にて、電動三方弁21の流量比や室外機ファン16の回転数はそのままで、ウォーターポンプ23の回転速度を制御する。
上記変形例1では、S17の冷却水温度調整処理にて、室外機ファン16の回転数を制御することにより、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twを調整している。一方、この変形例2では、S17の冷却水温度調整処理にて、電動三方弁21の流量比や室外機ファン16の回転数はそのままで、ウォーターポンプ23の回転速度を制御する。
ウォーターポンプ23の回転速度が低い場合、ウォーターポンプ23から吐出される冷却水の流量が少ない。この場合、冷却水回路30内の冷却水がガスエンジン11のエンジン内通路11bに滞在する時間が長いので、冷却水がガスエンジン11に熱接触する時間も長い。このため、ガスエンジン11から冷却水への伝熱量が多く、それ故に、冷却水の蓄熱量は大きい。一方、ウォーターポンプ23の回転速度が高い場合、ウォーターポンプ23から吐出される冷却水の流量が多い。この場合、冷却水回路30内の冷却水がガスエンジン11のエンジン内通路11bに滞在する時間が短いので、冷却水がガスエンジン11に熱接触する時間も短い。このため、ガスエンジン11から冷却水への伝熱量が少なく、それ故に、冷却水の蓄熱量は少ない。
従って、この変形例2では、制御装置60は、S17の冷却水温度調整処理にて、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Twよりも高いときは、冷却水の蓄熱量を減少させるべく、ウォーターポンプ23の回転速度を上昇させる。これにより、ウォーターポンプ23から吐出される冷却水の流量が増加し、それにより冷却水温度Twの蓄熱量が減少する。さらに冷却水温度Twの蓄熱量の減少に伴い冷却水温度Twが低下して、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づく。一方、制御装置60は、S17の冷却水温度調整処理にて、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Twよりも低いときは、冷却水の蓄熱量を増加させるべく、ウォーターポンプ23の回転速度を低下させる。これにより、ウォーターポンプ23から吐出される冷却水の流量が減少し、それにより冷却水温度Twの蓄熱量が増加する。さらに、冷却水温度Twの蓄熱量の増加に伴い冷却水温度Twが上昇して、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づく。
なお、制御装置60は、冷却水温度Twとポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*との温度差と、ウォーターポンプ23の回転速度との関係を表したテーブルを記憶しているとよい。そして、制御装置60は、S17の冷却水温度調整処理にて、上記テーブルに基づいてウォーターポンプ23の回転速度を制御することにより、冷却水温度Twを目標冷却水温度Tw*に速やかに近づけることができる。
このように、S17の冷却水温度調整処理にて、ウォーターポンプ23の回転速度を制御して、ウォーターポンプ23から吐出される冷却水の流量を制御することによっても、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twを調整することができる。
以上のように、本実施形態及び各変形例に係る空気調和装置1が備える制御装置60は、ポンプダウン運転処理にて、ポンプダウン運転の実行時に冷却水回路30を循環する冷却水の温度の目標値であるポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*が、空調運転の実行時に冷却水回路を循環する冷却水の温度の目標値である空調運転時目標冷却水温度Tw0よりも高くなるように、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*を設定する目標冷却液温度設定処理(S13、S14)と、冷却水回路30を循環する冷却水の温度がポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水の温度を調整する冷却水温度調整処理S17(冷却液温度調整処理)と、を実行する。
本実施形態及び各変形例によれば、ポンプダウン運転時に冷却水温度Twが高くされるため、ガスエンジン11の熱が冷却水に余分に蓄熱される。よって、ポンプダウン運転の終了によりガスエンジン11が停止した後に、高温の冷却水によりガスエンジン11を保温することができるとともに、空気調和装置1を再始動させた場合における暖機運転に要する時間を短縮することができる。これにより、空気調和装置1の始動性が高められる。
また、本実施形態及び各変形例によれば、もともと必要な運転であるポンプダウン運転時に駆動しているガスエンジン11の熱を冷却水に蓄熱させる。このため特許文献1のようにエンジンの温度及び冷却水温度を高めるという目的のみのために停止しているエンジンをわざわざ駆動する必要はなく、それ故に、無駄な燃料の消費が抑えられる。その結果、燃料コストの増大を招くことなく、空気調和装置1の始動性を高めることができる。
また、制御装置60は、目標冷却液温度設定処理(S13、S14)にて、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*を、ガスエンジン11が異常燃焼を起こさない温度範囲内における上限温度又は上限温度に近い温度に設定する。こうして設定したポンプダウン運転時目標冷却水温度に近づくように冷却水温度Twが調整されることにより、ポンプダウン運転時におけるノッキング等のガスエンジン11の異常燃焼の発生を回避しつつ、冷却水に、ガスエンジン11の熱をより多く(或いは最大限に)蓄えさせることができる。
また、制御装置60は、目標冷却液温度設定処理(S13、S14)にて、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*を、ガスエンジン11に用いられる燃料ガスの種別(LNG(液化天然ガス)、LPG(液化石油ガス))に応じて設定する。ガスエンジン11が異常燃焼を起こさないような冷却水の温度範囲は、ガスエンジン11に用いられる燃料の種別により異なる。従って、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*を燃料の種別に応じて設定し、こうして設定したポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twが調整されることにより、ポンプダウン運転時におけるガスエンジン11の異常燃焼の発生を回避しつつ、冷却水にガスエンジン11の熱を余分に蓄えることができる。
また、ガスエンジン11の駆動時にガスエンジン11に吸入される空気の温度(吸気温度Tair)が高い場合、冷却液温度Twが高いとガスエンジン11が異常燃焼を起こしやすくなる。この点に関し、本実施形態及び各変形例によれば、制御装置60は、目標冷却液温度設定処理(S13、S14)にて、ポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*を、吸気温度Tairが高いほど低くなる領域を有するように、吸気温度Tairに基づいて設定する。こうして設定したポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twが調整されることにより、ガスエンジン11の異常燃焼が効果的に抑えられる。よって、ポンプダウン運転時におけるガスエンジン11の異常燃焼の発生をより確実に回避しつつ、冷却水にガスエンジン11の熱を余分に蓄えることができる。
また、本実施形態によれば、制御装置60は、冷却水温度調整処理S17にて、ラジエータ20に流れる冷却水の流量を調整することにより、冷却水の温度を調整している。これによれば、ラジエータ20に流れる冷却水の流量を調整することにより、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように冷却水温度Twを調整することができる。
また、本実施形態に係る空気調和装置1は、冷却水回路30にラジエータ20と並列的に介装され、内部を流通する冷媒と冷却液とを熱交換させるサブ熱交換器18と、冷却水回路30に介装され、冷却水回路30を流れる冷却液のうちラジエータ20を通過する冷却水の流量とサブ熱交換器18を通過する冷却水の流量との流量比を変更することができるように構成された電動三方弁21と、を備える。そして、制御装置60は、冷却水温度調整処理S17にて、電動三方弁21を制御して上記流量比を調整することにより、ラジエータ20に流れる冷却水の流量を制御する。このような電動三方弁21の制御により、冷却水回路30を循環する冷却水の放熱量を制御することができる。こうして冷却水の放熱量を制御することにより、冷却水温度Twがポンプダウン運転時目標冷却水温度Tw*に近づくように、冷却水温度Twを調整することができる。
以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態及び変形例においては、内燃機関としてガスエンジンが用いられる例について説明したが、ガスエンジン以外の内燃機関を用いても良い。また、上記実施形態及び変形例においては、ガスエンジンに用いられる燃料がLNG又はLPGである例について説明したが、それ以外のガス燃料を用いても良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
1…空気調和装置、10…室外機、11…ガスエンジン、11b…エンジン内通路、111…吸気管、112…排気管、113…吸気温度センサ、12…コンプレッサ、12a…吸入口、12b…吐出口、13a…第一配管、13b…第二配管、13c…第三配管、13d…第四配管、13e…第五配管、13f…第六配管、13g…第七配管、14…室外熱交換器、15…四方弁、16…室外機ファン(ファン)、17…アキュムレータ、18…サブ熱交換器、19A…第一流量調整弁、19B…第二流量調整弁、20…ラジエータ、21…電動三方弁(三方弁)、21a…入力ポート、21b…第一出力ポート、21c…第二出力ポート、23…ウォーターポンプ(ポンプ)、30…冷却水回路(冷却液回路)、31…第一冷却水配管、32…第二冷却水配管、33…第三冷却水配管、34…第四冷却水配管、35…第五冷却水配管、36…第六冷却水配管、38…冷却水温度センサ、40…室内機、41…室内熱交換器、42a…室内側第一配管、42b…室内側第二配管、43…膨張弁、44…室内機ファン、51…液管、52…ガス管、60…制御装置、S13,S14…目標冷却液温度設定処理、S17…冷却水温度調整処理(冷却液温度調整処理)、Tair…吸気温度、Tw*…ポンプダウン運転時目標冷却水温度(ポンプダウン運転時目標冷却液温度)、Tw…冷却水温度、Tw0…空調運転時目標冷却水温度(空調運転時目標冷却液温度)
Claims (9)
- 内燃機関と、吸入口及び吐出口を有し前記内燃機関の駆動により作動して前記吸入口から冷媒を吸入するとともに吸入した冷媒を圧縮して圧縮した冷媒を前記吐出口から吐出するコンプレッサと、内部に冷媒が流通され、冷房運転時に内部を流通する冷媒が凝縮し暖房運転時に内部を流通する冷媒が蒸発するように、内部を流通する冷媒を外気と熱交換させる室外熱交換器と、前記内燃機関の駆動時に前記内燃機関の内部を通過するように冷却液が循環する冷却液回路と、を有する室外機と、
内部に冷媒が流通され、冷房運転時に内部を流通する冷媒が蒸発し暖房運転時に内部を流通する冷媒が凝縮するように、内部を流通する冷媒を室内空気と熱交換させる室内熱交換器と、前記室内熱交換器の内部を流通する冷媒の流量を調整するとともに前記室内熱交換器から流出した冷媒又は前記室内熱交換器に流入する冷媒を膨張させる膨張弁と、を有する室内機と、
暖房運転、冷房運転、及び、暖房運転の終了時及び冷房運転の終了時に冷媒及び冷凍機油を前記室外熱交換器及び前記室内熱交換器のうち凝縮器として機能する側に回収するポンプダウン運転が実行され得るように、前記室外機及び前記室内機を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、ポンプダウン運転の実行時に前記冷却液回路を循環する冷却液の温度が、暖房運転の実行時及び冷房運転の実行時に前記冷却液回路を循環する冷却液の温度よりも高い温度となるように、冷却液の温度を調整する冷却液温度調整処理を実行する、
空気調和装置。 - 請求項1に記載の空気調和装置において、
前記制御装置は、ポンプダウン運転の実行時に前記冷却液回路を循環する冷却液の温度の目標値であるポンプダウン運転時目標冷却液温度が、暖房運転の実行時及び冷房運転の実行時に前記冷却液回路を循環する冷却液の温度の目標値である空調運転時目標冷却液温度よりも高くなるように、前記ポンプダウン運転時目標冷却液温度を設定する目標冷却液温度設定処理を実行するとともに、前記冷却液温度調整処理にて、前記冷却液回路を循環する冷却液の温度が前記ポンプダウン運転時目標冷却液温度に近づくように、冷却液の温度を調整する、
空気調和装置。 - 請求項2に記載の空気調和装置において、
前記制御装置は、前記目標冷却液温度設定処理にて、前記ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、前記内燃機関が異常燃焼を起こさない温度範囲内の温度に設定する、
空気調和装置。 - 請求項2又は3に記載の空気調和装置において、
前記制御装置は、前記目標冷却液温度設定処理にて、前記ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、前記内燃機関に用いられる燃料の種別に応じて設定する、
空気調和装置。 - 請求項2乃至4のいずれか1項に記載の空気調和装置において、
前記制御装置は、前記目標冷却液温度設定処理にて、前記ポンプダウン運転時目標冷却液温度を、前記内燃機関に供給される空気の温度である吸気温度が高いほど低くなるように、設定する、
空気調和装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の空気調和装置において、
前記冷却液回路に介装されたラジエータを備え、
前記制御装置は、前記冷却液温度調整処理にて、前記ラジエータに流れる冷却液の流量を制御することにより、冷却液の温度を調整する、
空気調和装置。 - 請求項6に記載の空気調和装置において、
前記冷却液回路に前記ラジエータと並列的に介装され、内部を流通する冷媒と冷却液とを熱交換させるサブ熱交換器と、
前記冷却液回路に介装され、前記冷却液回路を流れる冷却液のうち前記ラジエータを通過する冷却液の流量と前記サブ熱交換器を通過する冷却液の流量との流量比を変更することができるように構成された三方弁と、
を備え、
前記制御装置は、前記冷却液温度調整処理にて、前記三方弁を制御して前記流量比を調整することにより、前記ラジエータに流れる冷却液の流量を制御する、
空気調和装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の空気調和装置において、
前記冷却液回路に介装されたラジエータと、
前記ラジエータに外気を供給するファンと、を備え、
前記制御装置は、前記冷却液温度調整処理にて、前記ファンの回転速度を制御することにより、冷却液の温度を調整する、
空気調和装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の空気調和装置において、
前記冷却液回路に介装され、冷却液を吸入するとともに吸入した冷却液を吐出することにより冷却液を前記冷却液回路内で循環させるポンプを備え、
前記制御装置は、前記冷却液温度調整処理にて、前記ポンプから吐出される冷却液の流量を制御することにより、冷却液の温度を調整する、
空気調和装置。
Priority Applications (1)
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JP2017067422A JP2018169105A (ja) | 2017-03-30 | 2017-03-30 | 空気調和装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110207264A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-06 | 广东美的暖通设备有限公司 | 控制方法、室内机和计算机可读存储介质 |
WO2020250867A1 (ja) * | 2019-06-13 | 2020-12-17 | 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 | コジェネレーションシステム、制御方法及びプログラム |
-
2017
- 2017-03-30 JP JP2017067422A patent/JP2018169105A/ja active Pending
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