JP2811892B2 - エンジン駆動式空気調和機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジン駆動式空気調和機に関するもので
ある。

（従来の技術） 本発明に関する従来技術としては、例えばアイシン精
機株式会社89年１月発行の「7.5馬力ガスヒートポンプ
エアコン技術資料」に開示されたものがある。

この従来のエンジン駆動式空気調和機（以下GHPと略
記する）100を第12図に基づいて設計すると、エンジン
（例えばガスを燃料とする）101はコンプレツサ102を駆
動する。

コンプレツサ102により冷媒配管103内を循環される冷
媒は、GHPの冷房運転時には次のように流れる。即ち、
コンプレツサ102を吐出された高温高圧のガス状冷媒
は、オイルセパレータ104を通り、四方切換弁105を介し
て室外熱交換器106に到達する。ここで、フアン107等の
働きにより外気へと放熱して冷媒が凝縮するので、室外
熱交換器106を出た冷媒は高温高圧の液状冷媒となる。
この後、冷房用一方向弁108を介してレシーバ109を通
り、冷房用フイルタ・ドライヤ110を介して冷房用膨張
弁111へと到達する。

この冷房用膨張弁111において、高温高圧の液状冷媒
は、膨張することで低温低圧の気液混合状冷媒となる。
この後、分岐管112により、冷媒は室内熱交換器113・11
4へと夫々到達し、ここでフアン115・116等の作用によ
り、冷媒は夫々蒸発し低温低圧のガス状冷媒となる。

この後、分岐管117により、冷媒は一体となり四方切
換弁105及びストレーナ118を介してアキユムレータ119
を通り、コンプレツサ102へと回収される。

尚、120はサイトグラス、121は暖房用一方向弁、122
は暖房用フイルタ・ドライヤ、123は暖房用膨張弁を夫
々示す。

また、室内熱交換器113・114を包設する図示しない２
つの室内機は、リモコン124により運転指令を受信し、
これを電子制御装置125へと伝達し、電子制御装置125は
エンジン101、コンプレツサ102及び四方切換弁105等の
作動を夫々制御する。

（発明が解決しようとする課題） 上述のGHPにおいて、単一の室外熱交換器106に対し
て、複数（ここでは２台）の室内熱交換器113・114が接
続されている。

従つて、室外熱交換器106の能力は２台の室内熱交換
器113・114と対応できるように設計されており、この従
来のGHPでは２台の室内熱交換器113・114は同時運転・
同時停止しかできない。

しかし、複数の室内機を別々の部屋に設置して夫々独
立的に運転しようとすると、室内熱交換器113・114のい
ずれか一方が停止している時には、停止側室内熱交換器
が目詰まりしている状態と同じになる、室外熱交換器の
能力が余つてしまい、余分なエネルギを消耗してしまう
ので、複数の室内熱交換器を独立運動できないという不
具合を有している。

そこで、本発明では単一の室外熱交換器に対して、複
数の室内熱交換器を設置し、各室内熱交換器を夫々独立
に運転できるようにすることを、その技術的的課題とす
る。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 前述した本発明の技術的課題を解決するために講じた
本発明の第１の技術的手段は、エンジンにより駆動され
るコンプレツサと、コンプレツサと冷媒配管を介して接
続される複数の室内熱交換器と、冷媒配管上に配設され
る複数の膨張弁と、冷媒配管上に配設される単一の室外
熱交換器と、冷媒配管のコンプレツサ吐出側とコンプレ
ツサ吸入側とを接続するバイパス管路と、バイパス管路
上に配設されたバイパス弁とを有し、バイパス弁は、複
数の室内熱交換器の内の作動台数が所定台数よりも少な
いときにはその作動開始後所定時間を経過すると開くと
共に、複数の室内熱交換器のうちの作動台数が所定台数
よりも多いときには閉じるようにしたことである。

また、前述した本発明の技術的課題を解決するために
講じた本発明の第２の技術的手段は、エンジンにより駆
動されるコンプレツサと、該コンプレツサと冷媒配管を
介して接続される複数の室内熱交換器と、冷媒配管上に
配設される複数の膨張弁と、冷媒配管上に配設される単
一の室外熱交換器と、冷媒配管のコンプレツサ吐出側と
コンプレツサ吸入側とを接続するバイパス管路と、該バ
イパス管路上に配設されたバイパス弁と、冷媒配管のコ
ンプレツサ吐出側に配設された温度センサとを有し、バ
イパス弁は、複数の室内熱交換器のうちの作動台数が所
定台数よりも少ないときには、温度センサの検出温度が
所定温度よりも高くなると開くと共に、複数の室内熱交
換器のうちの作動台数が所定台数よりも少なくても、温
度センサの検出温度が所定温度よりも低いときと、複数
の室内熱交換器のうちの作動台数が所定台数よりも多い
ときには閉じるようにしたことである。

（作用） 上述した本発明の第１又は第２の技術的手段によれ
ば、複数の室内熱交換器のうちのいずれかが停止してい
ても、バイパス弁を開くことで室外熱交換器に供給され
る冷媒量が低減されるので、室外熱交換器の能力を余ら
せることなく、複数の室内熱交換器を夫々独立運動させ
ることができる。

（実施例） 以下、本発明の技術的手段を具体化した実施例につい
て添付図面に基づいて説明する。

本発明第１実施例を示す第１図及び第２図において、
エンジン駆動式空気調和機（以下GHPと略記する）10の
エンジン（例えばガスを燃料とする）11はコンプレツサ
12を駆動する。

コンプレツサ12により冷媒配管13内を循環される冷媒
は、GHPの冷媒運転時には次のように流れる。即ち、コ
ンプレツサ12を吐出された高温高圧のガス状冷媒は、オ
イルセパレータ14を通り、四方切換弁15を介して室外熱
交換器16に到達する。ここで、フアン17等の働きにより
外気へと放熱して冷媒が凝縮するので、室外熱交換器16
を出た冷媒は高温高圧の液状冷媒となる。この後、冷房
用一方向弁18を介してレシーバ19を通り、分岐管20によ
り冷媒が２分され、冷房用フイルタ21,22・冷房用一方
向弁23,24・分流弁25,26を介して冷媒用膨張弁27,28へ
と到達する。

この冷房用膨張弁27,28において、高温高圧の液状冷
媒は、膨張されることで低温低圧の気温混合状冷媒とな
る。この後、冷媒は室内熱交換器29,30へと夫々到達
し、ここでフアン31,32等の作用により、冷媒は室内の
熱を受けて夫々蒸発するので低温低圧のガス状冷媒とな
る。

この後、分岐管33により、冷媒は一体となり四方切換
弁15及びストレーナ34を介してアキユムレータ35を通
り、コンプレツサ12へと回収される。

一方、GHP10の暖房運転時には、コンプレツサ12を吐
出された高温高圧のガス状冷媒は、オイルセパレータ14
を通り、四方切換弁15を介した後分岐管33により冷媒が
２分され、室内熱交換器29,30へと夫々到達し、ここで
フアン31,32等の作用により、冷媒は室内へ放熱して冷
媒が凝縮するので、室内熱交換器29,30を出た冷媒は高
温高圧の液状冷媒となる。この後、暖房用フイルタ36,3
7・暖房用一方向弁38,39・分流弁25,26・暖房用一方向
弁40,41を通り、分岐管20により冷媒は一体となり、レ
シーバ19を通り、暖房用フイルタドライヤ42を介して暖
房用膨張弁43に到達する。

この暖房用膨張弁43において、高温高圧の液状冷媒は
膨張されることで低温低圧の気液混合状冷媒となる。こ
の後、冷媒は室外熱交換器16へと到達し、ここでフアン
17等の作用により、冷媒は外気の熱を受けて蒸発するの
で低温低圧のガス状冷媒となる。

この後、四方切換弁15及びストレーナ34を介してアキ
ユムレータ35を通り、コンプレツサ12へと回収される。

また、膨張弁27,28は夫々冷媒配管上に配設された感
温筒44,45により、それらの開度を制御されるものであ
る。

更に、暖房用一方向弁38,39の夫々の吐出側は、キヤ
ピラリチユーブ46,47によつても分岐管20と接続されて
いる。

以上に挙げた分岐管20、冷房用フイルタ21,22、冷房
用一方向弁23,24、分流弁25,26、冷房用膨張弁27,28、
分岐管33、暖房用フイルタ36,37、暖房用一方向弁38,3
9、暖房用一方向弁40,41、感温筒44,45及びキヤピラリ
チユーブ46,47によりマルチユニツト48が構成されてい
る。

ここで、マルチユニツト48の接続部48a,48b,48c,48d,
48e,48fは、夫々冷媒配管13の接続部13a,13b,13c,13d,1
3e,13fと接続されている。

また、室内熱交換器29,30とフアン31,32等により夫々
室内機49,50が構成され、この室内機49,50には夫々室内
機コントローラ51,52が配設され、リモートコントロー
ラ53,54により各室内機の運転制御が可能となつてい
る。

さて、冷媒配管13上のコンプレツサ12吐出側13x（但
し、本実施例ではオイルセパレータ14を通過した後）と
コンプレツサ12吸入側13y（但し、本実施例ではアキユ
ムレータ35を通過する前）とを接続するバイパス通路55
が、冷媒配管13に接続されている。このバイパス通路55
上には、フイルタ56・キヤピラリチユーブ57・バイパス
弁58・バツフアタンク59が配設されている。

また、冷媒配管13上の接続部13eとレシーバ19との間
と、バイパス通路55上のキヤピラリチユーブ57とバイパ
ス弁58との間とは接続配管60により接続されており、こ
の接続配管60上には、フイルタ61・膨張弁62が配設され
ている。

また、オイルセパレータ14には、オイルセパレータ14
からコンプレツサ12へとオイルを戻すオイル戻し管63
が、冷媒配管13のコンプレツサ12吸入側13yに接続され
ている。

また、コンプレツサ12には、図示しないコンプレツサ
クラツチが配設され、エンジン11の駆動力が断続可能と
なつている。

また、第３図に示すように、室外機コントローラ64
は、室内機コントローラ51,52と夫々接続されている。

ここで、室内機コントローラ51,52には夫々図示しな
い温度センサが配設され、室内機コントローラ51,52の
各々には、 使用者が設定する運転／停止信号 使用者が設定する設定温度信号 温度センサが検知する室温サーモ信号が入力され、 分流弁25,26の開閉信号が出力できるようになつてい
る。

また、室内機コントローラ51,52の夫々は、室外機コ
ントローラ64に対して、上記の乃至の信号を伝達
し、室外機コントローラ64から室内機コントローラ51,5
2の夫々には、 コンプレツサクラツチON/OFF信号 温調運転／停止信号 が出力される。

ここで、前述の信号は上記信号を受けて出力する
ものである。

更に、室外機コントローラ64は前述の乃至の信号
を受けて、 フアン17のON/OFF信号 コンプレツサクラツチON/OFF信号 バイパス弁58のON/OFF信号 が出力される。

以上の構成を有するGHP10の作動について以下に説明
する。

GHP10は、第４図に示すメインフローチヤートにより
その運転を制御される。ここで、ステツプP1において、
GHP10の主電源が投入されると、まずステツプP2にて初
期設定が行われる。ここでは、室内機コントローラ51,5
2及び室外機コントローラ64内の図示しないメモリーが
クリヤされたり、図示しないタイマーの初期設定が行わ
れる。

次に、ステツプP3において、ウオツチ・ドツグ・タイ
マーが出力されて、室外機コントローラ64のマイクロコ
ンピュータの暴走を検知するようになつている。

次に、ステツプP4において、アナログ入力処理が行わ
れ、図示しない温度センサ等の入力信号がＡ−Ｄ変換さ
れて、マイクロコンピユータにて処理できるようにされ
る。

次に、ステツプP5において、GHP10の異常の有無を検
知する。

次に、ステツプP6において、室内機コントローラ51,5
2との信号通信を行う。

次に、ステツプP7において、室内機コントローラ51,5
2から送信された前述の乃至の信号に基づいて、PID
計算を行う。このPID計算によつて、温調運転／停止の
判別を行う。

次に、ステツプP8において、GHP10の実質的な運転制
御を行う。

この後、ステツプP3へと戻り、以上のフローを繰り返
す。

さて、ステツプP8では、第５図に基づくサブフローチ
ヤートを実行する。

即ち、ステツプP9から運転制御サブフローチヤートが
スタートし、ステツプP10において、制御モードＳを判
断する。この制御モードＳは図示しない他のサブフロー
チヤートにて決定されるものであり、いま、GHPの運転
を行いたいので、ステツプP12における制御モードＳ＝
１のエンジン始動サブフローチヤート、及びステツプP1
3における制御モードＳ＝２のエンジン暖機サブフロー
チヤートを完了した後に、ステツプP14における制御モ
ードＳ＝３のエンジン運転サブフローチヤートを実行す
る。

このとき、室内機コントーラ51,52のいずれかから
は、 使用者が設定する運転／停止信号 が室外機コントローラ64に入力されている。しかし、室
内温度センサの検知する温度が使用者の設定する設定温
度信号に近づいてきたり、超過したりする、即ち温調停
止状態になるとエンジン11は運転を継続するが、コンプ
レツサクラツチをOFFとすることで、冷媒配管13中の冷
媒流を停止し、実質的な空気調和を停止する。

この後、再度室内の空気調和が必要になると、コンプ
レツサクラツチを接続して冷媒を流す。このコンプレツ
サクラツチの接続を制御するサブフローチヤートが、第
６図に示すものであり、これに基づいて説明すると、ス
テツプP15からクラツチ接続サブフローチヤートが開始
される。

まず、ステツプP16において、クラツチ接続禁止タイ
マーがUPしているか否かを判定する。即ち、一端コンプ
レツサクラツチがOFFとされて、短時間のうちに再度ON
にされると、コンプレツサ12に対して過負荷がかかり、
コンプレツサ12の耐久性を低下させる。従つて、クラツ
チ接続禁止タイマーがUPしていなければ、ステツプP17
からステツプP3内のメインフローチヤートへとリターン
する。

この後、ある時間が経過して、ステツプP16において
クラツチ接続禁止タイマーがUPしていれば、ステツプP1
8へと進み、クラツチ接続のためのエンジン11の回転数
を設定する。即ち、エンジン11の回転数が低いままクラ
ツチ（例えば電磁クラツチ）を接続すると、その接続シ
ヨツクによりエンジン11が停止してしまう虞れがある。
そこで、クラツチを接続してもエンジン11が停止しない
回転数までエンジン11の回転数をあげる。

次に、ステツプP19においてコンプレツサクラツチを
接続する。

次に、ステツプP20において、クラツチ接続から10mse
c経過した後に、四方切換弁15をONにする。ここで、四
方切換弁15がONになつた状態とは、冷媒の流れが暖房状
態用に切り換わつた状態であり、従つて、冷房運転する
際にはここで四方切換弁15をONにしない。

次に、ステツプP21において、バイパス弁（BFV）58の
接続禁止タイマーがUPしているか否かを判定する。ここ
で、バイパス弁58を開閉する条件は後述する。そして、
バイパス弁58接続禁止タイマーがUPしていなければ、ス
テツプP17からステツプP3内のメインフローチヤートへ
とリターンする。

この後、ある時間が経過して、ステツプP21において
バイパス弁58接続禁止タイマーがUPしていれば、ステツ
プP22へと進み、バイパス弁58をオン（即ち接続であ
り、開状態である）とする。

さて、バイパス弁58の開閉条件について、以下に説明
する。

いま、複数の室内機49,50のうち２台とも運転されて
いれば、単一の室外熱交換器16と２台の室内熱交換器2
9,30の能力は釣り合つており何ら問題は生じない。

しかし、複数の室内熱49,50は別々の部屋に設置可能
なため、そのうちの１台だけ（例えば室内機50とする）
が運転されているとすると、室外熱交換器16の能力オー
バーとなり、室内機50の室内熱交換器30だけでは冷媒を
完全にガスかできず、コンプレツサ12に低温低圧の液状
冷媒が流れ込んでしまう。ここで、コンプレツサ12にお
いて液状冷媒を圧縮すると、その耐久性を低下させる原
因となつてしまうので、コンプレツサ12の吐出する余分
な冷媒をバイパスさせて各熱交換器へは供給しないよう
にするのがよい。

そこで、本発明ではバイパス通路55を設けることで、
余分な冷媒をバイパスさせている。

ここで、バイパス通路55にはバイパス弁58が配設され
ており、その開閉は第７図に示すタイムチヤートにより
行われる。

即ち、リモコン53により運転信号が入力されると同時
に、室内機49の温度調整（温調）運転が始まる。このと
き、前述の方法によりエンジン11は始動され暖機が終了
すると、コンプレツサクラツチがONとなり、同時に分流
弁25がONとなる。従つて、冷媒配管内を冷媒が流れ、分
流弁26はOFFのままなので、室内熱交換器29のみに冷媒
が流れる。従つて、室内機49の配設された室内のみが空
気調和（冷暖房）されることになる。

この後、一定時間ｔが経過すると、バイパス弁58が開
くので、室内機の１台運転に余分な冷媒はバイパス通路
55を介してコンプレツサ12へと直ちに還流する。

ここで、一定時間ｔを経過した後にバイパス弁58を開
くのは次の理由による。

即ち、コンプレツサ12の始動直後には、吐出冷媒の温
度が十分に上がつておらず、コンプレツサ12の吐出冷媒
は気液混合状態となつている。この気液混合状態の冷媒
を、バイパス通路55により直ちにコンプレツサ12へと還
流させるのは前述の理由により好ましくないため、一定
時間ｔが経過させることでコンプレツサ12の吐出冷媒が
完全なガス状になることを待つものである。

また、この後、室内機コントローラ52に対してリモコ
ン53により運転信号が入力されると同時に、室内機30の
温度調整（温調）運転が始まる。すると、冷媒をバイパ
スする必要が無くなるため、バイパス弁58が閉じる。

以上により本発明第１実施例のエンジン駆動式空気調
和機10では、室外熱交換器16の能力を余らせることな
く、複数の室内熱交換器29,30を夫々独立運転させるこ
とができる。

次に、本発明第２実施例のエンジン駆動式空気調和機
200について説明する。

尚、第２実施例と第１実施例との差異は、バイス弁58
の開閉タイミングをタイマｔで行うか、冷媒配管のコン
プレツサ12吐出側13xに配設される温度センサ201から出
力される信号に基づいて行うかの違いのみであるため、
第２実施例において第１実施例と同一の部分については
同一の番号符号を付すことにより説明を省略する。

第８図において、冷媒配管13のコンプレツサ12吐出側
13xには温度センサ201が配設されて、コンプレツサ201
の吐出する冷媒温度を検知している。

また、第９図において、室外機コントローラ64には、
第１実施例のものに加えて、 コンプレツサ吐出温サーモスイツチの信号が入力され
る。

ここで、図示しない吐出温サーモスイツチとは温度セ
ンサ201の検知する温度に応じてON/OFFするものであ
る。

また、第10図のステツプP15からクラツチ接続サブフ
ローチヤートが、第１実施例と同様に開始されるが、第
６図のものと異なる部分のみ説明すると、ステツプP23
において、温度センサ201の検知する温度ＬがＴ℃以下
ならばステツプP17へと進みリターンし、温度ＬがＴ℃
以上ならば、ステツプP22へと進み、バイパス弁58をオ
ン（即ち接続であり、開状態である）とする。

また、このことは第11図に示すタイミングチヤートか
らも明らかである。

ここで、温度センサ201の検知する温度ＬがＴ℃以上
になるとバイパス弁58を開くのは、吐出冷媒の温度がＴ
℃以上にならば、その冷媒は確実にガス状になつている
と判断できるからである 従つて、本発明第２実施例のエンジン駆動式空気調和
機200においても、室外熱交換器16の能力を余らせるこ
となく、複数の室内熱交換器29,30を夫々独立運転させ
ることができる。

〔発明の効果〕

以上に示した様に本発明では、複数の室内熱交換器の
うちのいずれかが停止していても、バイパス弁を開くこ
とで室外熱交換器に供給される冷媒量が低減されるの
で、室外熱交換器の能力を余らせることなく、複数の室
内熱交換器を夫々独立運転させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明第１実施例のエンジン駆動式空気調和
機10の構成図を示す。第２図は、第１図における要部拡
大構成図を示す。第３図は、第１図における制御ブロツ
ク図を示す。第４図は、エンジン駆動式空気調和機10の
メインフローチヤートを示す。第５図は、第４図におけ
る運転制御サブフローチヤートを示す。第６図は、エン
ジン駆動式空気調和機10のクラツチ接続サブフローチヤ
ートを示す。第７図は、エンジン駆動式空気調和機10の
タイムチヤートを示す。第８図は、本発明第２実施例の
エンジン駆動式空気調和機200の構成図を示す。第９図
は、第８図における制御ブロツク図を示す。第10図は、
エンジン駆動式空気調和機200のクラツチ接続サブフロ
ーチヤートを示す。第11図は、エンジン駆動式空気調和
機200のタイムチヤートを示す。第12図は、従来技術の
エンジン駆動式空気調和機100を示す。 11……エンジン、 12……コンプレツサ、 13……冷媒配管、 16……室外熱交換器、 27,28,43……膨張弁、 29,30……室内熱交換器、 55……バイパス管路、 58……バイパス弁、 201……温度センサ。

フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−2054（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−66066（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭52−134255（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−106148（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F25B 13/00 104 F25B 5/00,5/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンにより駆動されるコンプレツサ
   と、該コンプレツサと冷媒配管を介して接続される複数
   の室内熱交換器と、前記冷媒配管上に配設される複数の
   膨張弁と、前記冷媒配管上に配設される単一の室外熱交
   換器と、 前記冷媒配管のコンプレツサ吐出側とコンプレツサ吸入
   側とを接続するバイパス管路と、該バイパス管路上に配
   設されたバイパス弁とを有し、 該バイパス弁は、前記複数の室内熱交換器の内の作動台
   数が所定台数よりも少ないときにはその作動開始後所定
   時間を経過すると開くと共に、 前記複数の室内熱交換器のうちの作動台数が所定台数よ
   りも多いときには閉じることを特徴とするエンジン駆動
   式空気調和機。
2. 【請求項２】エンジンにより駆動されるコンプレツサ
   と、該コンプレツサと冷媒配管を介して接続される複数
   の室内熱交換器と、前記冷媒配管上に配設される複数の
   膨張弁と、前記冷媒配管上に配設される単一の室外熱交
   換器と、 前記冷媒配管のコンプレツサ吐出側とコンプレツサ吸入
   側とを接続するバイパス管路と、該バイパス管路上に配
   設されたバイパス弁と、 前記冷媒配管のコンプレツサ吐出側に配設された温度セ
   ンサとを有し、 該バイパス弁は、前記複数の室内熱交換器のうちの作動
   台数が所定台数よりも少ないときには、前記温度センサ
   の検出温度が所定温度よりも高くなると開くと共に、 前記複数の室内熱交換器のうちの作動台数が所定台数よ
   りも少なくても、前記温度センサの検出温度が所定温度
   よりも低いときと、 前記複数の室内熱交換器のうちの作動台数が所定台数よ
   りも多いときには閉じることを特徴とするエンジン駆動
   式空気調和機。