JP3152448B2 - ガスヒートポンプエアコン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスヒートポンプエア
コンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスヒートポンプエアコンはガス
又はガソリンエンジン等のエンジンと、このエンジンに
駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧機、室内熱交換
器を順次連結したヒートポンプ回路と、エンジンの回転
数を制御する回転数制御装置（以下制御装置という）と
を備えている。

【０００３】そして、この制御装置は、エンジンの回転
数を、使用する１台又は複数台の冷風又は温風を吹き出
す室内機の総運転馬力（容量）と、別に設けられた温度
検知器により検知された室内温度とリモコンにより設定
された設定温度との差、即ち、例えば冷房運転時には、
検知された室内温度から設定温度を減算した値、暖房運
転時には、設定温度から検知された室内温度を減算した
値（以下リモコン差温という）に基づいて定める。

【０００４】室内機の総運転馬力に対するエンジンの回
転数は、図３に示すようにリモコン差温の変化に対応し
て変化する。即ち、リモコン差温の大小に伴い、エンジ
ンの回転数も室内機の総運転馬力に対応した範囲内で増
減する。例えば、室内機の総運転馬力が１５ＰＳの場合
は、エンジンの回転数は１３３３ｒｐｍから１６００ｒ
ｐｍの間で変化する。

【０００５】ここで、エンジンが最小の回転数となるの
はリモコン差温が最小となる０度の場合であり、エンジ
ンが最大の回転数となるのはリモコン差温が最大となる
場合、例えば３度の場合である。なお、リモコン差温が
最大の値である３度を超えた場合でも、エンジンは３度
の時の回転数で回転する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のガスヒ
ートポンプエアコンにおいては、エンジンはこのように
リモコン差温に対応して回転数が変化するが、その変化
は外気温には無関係である。

【０００７】したがって、例えば、ドライブイン等にお
いて冷房運転を行う際、夜間において外気温が昼間より
低い条件の時（例えば２５℃）に、例えば、ドアの開放
によって室内温度（例えば２５℃）が下がらない場合、
従業員が設定温度を下げ、室内温度と設定温度（例えば
２２℃）との差であるところのリモコン差温が３度のま
まであると、圧縮機を駆動するエンジンは、外気温の低
下に関係なく１６００ｒｐｍの回転数で回転するため、
室内機から吹き出す冷気(冷風)の温度は大幅に低下して
冷え過ぎの状態になり、その結果、室内機に露付き現象
が発生してしまう。一方、ドライブイン等において暖房
運転を行う際、昼間において、外気温が夜間より高い条
件の時（例えば２０℃）に、例えば、ドアの開放によっ
て室内温度（例えば２０℃）が上昇しない場合、従業員
が設定温度を上げ、室内温度と設定温度（例えば２３
℃）との差であるところのリモコン差温が３度のままで
あると、圧縮機を駆動するエンジンは、外気温の上昇に
関係なく１６００ｒｐｍの回転数で回転するため、室内
機から吹き出す暖気(温風)の温度は大幅に上昇してしま
い、室内機の吹出し口の近くにいる客などには高温の温
風が吹き付けられることになり、不快感を与えてしまう
ものであった。

【０００８】このように、従来の制御装置は、室内温度
の変化には対応できるが外気温の大きな変化には対応で
きないため、適切な冷房を行うことができないという問
題がある。

【０００９】さらに、複数の室内機を使用して冷房を行
う場合には、例え同じ運転馬力の室内機を使用しても、
それぞれの室内機と室外機との間の圧力損失（以下室内
機の圧力損失という）が異なると、冷媒の流量が異なる
ため冷房効果も異なる。これにより、同じエンジンの回
転数でも、ある室内機は冷え過ぎたり、別の室内機はほ
とんど冷えないという問題がある。

【００１０】本発明は、外気温及び室内機の圧力損失に
係らず適切な冷房又は暖房を行うことができるガスヒー
トポンプエアコンを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、エンジンと、このエンジンに駆動される圧縮機、室
外熱交換器、減圧機、室内熱交換器を順次連結したヒー
トポンプ回路と、前記エンジンの回転数を制御する回転
数制御装置とを備え、前記圧縮機から吐出された冷媒を
室外熱交換器、減圧機及び室内熱交換器に順次流して冷
房運転を行うガスヒートポンプエアコンにおいて、前記
室内熱交換器の出入口に夫々冷媒温度を計測する温度セ
ンサを設け、これらの温度センサが計測した冷媒温度か
ら前記室内熱交換器の温度を求め、かつ夫々の温度セン
サによる冷媒温度の計測毎に計測した冷媒温度に基づい
て室内熱交換器の目標温度を予め定め、前記回転数制御
装置は冷房運転時に、前記室内熱交換器の温度が予め定
められた室内熱交換器の目標温度より低く、前記室内熱
交換器の目標温度から前記室内熱交換器の温度を減算し
た値が正の場合は前記エンジンの回転数を減少させ、前
記室内熱交換器の温度が予め定められた室内熱交換器の
目標温度より高く、前記室内熱交換器の目標温度から前
記室内熱交換器の温度を減算した値が負の場合は前記エ
ンジンの回転数を増加させる構成としたものである。ま
た、請求項２に記載の本発明では、エンジンと、このエ
ンジンに駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧機、室
内熱交換器を順次連結したヒートポンプ回路と、前記エ
ンジンの回転数を制御する回転数制御装置とを備え、前
記圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換器、減圧機及
び室外熱交換器に順次流して暖房運転を行うガスヒート
ポンプエアコンにおいて、前記圧縮機の冷媒吐出部に吐
出圧力を計測する圧力センサを設け、前記回転数制御装
置は前記圧力センサで得られた値が予め室温とリモコン
設定温度との差によって定められた目標吐出圧力より高
く、前記圧力センサで得られた値から前記目標吐出圧力
を減算した値が正の場合は前記エンジンの回転数を減少
させ、前記圧力センサで得られた値が予め室温によって
定められた目標吐出圧力より低く、前記圧力センサで得
られた値から前記目標吐出圧力を減算した値が負の場合
は前記エンジンの回転数を増加させる構成としたもので
ある。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の本発明では、室内熱交換器の
温度が予め定められた室内熱交換器の目標温度より低い
場合は前記エンジンの回転数を減少させ、室内熱交換器
の温度が予め定められた室内熱交換器の目標温度より高
い場合は前記エンジンの回転数を増加させるように作用
する。請求項２に記載の本発明では、圧力センサで得ら
れた値が予め室温とリモコン設定温度との差によって定
められた目標吐出圧力より高い場合は前記エンジンの回
転数を減少させ、前記圧力センサで得られた値が予め定
められた目標吐出圧力より低い場合は前記エンジンの回
転数を増加させるように作用する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例に係るガスヒー
トポンプエアコンの回路構成図である。

【００１５】図において、１はエンジン、２はこのエン
ジン１により駆動される圧縮機、３は冷媒の流路を冷
房、暖房に応じて切り替える四方弁、４は室外熱交換
器、５はレシーバタンク、６は冷房時の膨張弁（減圧
器）、７は室内熱交換器、８は圧縮機２の吸込み側に設
けられたアキュームレータである。また、１１は暖房時
の膨張弁である。

【００１６】また、室内熱交換器７の冷媒入口と冷媒出
口には、それぞれサーミスタを用いた図示しない温度セ
ンサが設けられている。９はエンジン１の回転数を制御
するためにマイクロコンピュータ等で構成した制御装置
である。この制御装置９は温度センサで測定された各室
内機の室内熱交換器７の冷媒の出入口温度を演算し、こ
の演算結果に基づいてエンジン１の回転数を増減するも
のである。

【００１７】なお、図において、破線は温度センサから
の温度情報及び制御装置９からのエンジン１の回転数制
御信号を、矢印は冷媒の流れをそれぞれ示している。

【００１８】次に、このように構成されたガスヒートポ
ンプエアコンの冷房時におけるエンジン回転数制御動作
について説明する。

【００１９】複数の室内機を用いて冷房を行う場合、ま
ず所望する室温にあわせてリモコン差温ａを設定する。
なお、圧力損失の大きな室内機は、そうでない室内機に
比べて室内熱交換器７に流れる冷媒の量が少なくなるこ
とから、冷媒の出口温度も高くなり、冷房効果は余り上
がらない。

【００２０】次に、制御装置９は、室内機内から吹き出
される冷気の温度が低すぎることもなく、また高すぎる
こともない温度範囲になるように、室内熱交換器７に流
れる冷媒の温度を制御するための目標値である目標熱交
換器温度(室内熱交換器７の冷媒入口部の冷媒温度と冷
媒出口部の冷媒温度との平均の目標冷媒温度)を、例え
ば（８−リモコン差温ａ〜１３−リモコン差温ａ）℃の
範囲に設定する。

【００２１】そして、制御装置９は設定された目標熱交
換器温度に基づき、室内熱交換器７に流れる冷媒の温度
がこの温度範囲内に入るようにエンジンの回転数を増減
する。なお、このように目標熱交換器温度に幅を設けて
いるのは、同じエンジンの回転数でも各室内機の圧力損
失の状態により、室内熱交換器７の出入口における冷媒
の温度が異なるためである。

【００２２】ここで、制御装置によるエンジンの回転数
の増減動作について説明する。

【００２３】制御装置９は、１台又は複数台の室内機を
用いて前回の冷房運転の室内機の運転区分と異なる運転
区分で冷房運転を行う場合には、今回使用する室内機の
目標熱交換器温度の設定値をリセットし、例えばリモコ
ン差温ａが３℃の場合には、目標熱交換器温度の設定値
を５〜１０℃に設定する。

【００２４】次に、それぞれの室内機毎に一定のタイミ
ングで室内熱交換器７の出入口に取り付けた温度センサ
により冷媒温度を求め、室内熱交換器７の出入口双方の
冷媒温度が同じとなった時の冷媒温度を求める。

【００２５】なお、室内熱交換器７に入る冷媒の量は常
に変動しており、そこで、室内熱交換器７に流れる冷媒
の量が少なくなると、室内熱交換器７の出口温度（出口
の冷媒温度）の方が、室内熱交換器７の入口温度（入口
の冷媒温度）よりも高くなり、一方、室内熱交換器７に
流れる冷媒の量が多くなると、冷媒の気化は、室内熱交
換器７の入口から始まらずに、その入口よりも少し入っ
たところから始まるため、室内熱交換器７の入口温度の
方が室内熱交換器７の出口温度よりも高くなる。

【００２６】ここで、Ｅ１’を前回測定した入口温度、
Ｅ２’を前回測定した出口温度、またＥ１を今回測定し
た入口温度、Ｅ２を今回測定した出口温度とする。そし
て、この測定の結果、Ｅ１’≧Ｅ２’及びＥ１＜Ｅ２又
はＥ１’＜Ｅ２’及びＥ１≧Ｅ２であれば、目標熱交換
器温度と（Ｅ１＋Ｅ２）／２を比較して、（Ｅ１＋Ｅ
２）／２の方が低い場合には、目標熱交換器温度＝（Ｅ
１＋Ｅ２）／２として目標熱交換器温度を変更する。ま
た、測定のたびに冷媒の温度を（Ｅ１＋Ｅ２）／２とし
て求める。

【００２７】制御装置９は、この目標熱交換器温度の検
出を一定のタイミングで繰返し行うことにより、目標熱
交換器温度を求める。そして、制御装置９は、このよう
な目標熱交換器温度の検出を各室内機毎に行う。

【００２８】次に、このようにして求めた各室内機の冷
媒温度（各室内機における室内熱交換器７の入口温度と
出口温度の平均値）と目標熱交換器温度との比較を各室
内機毎に行い、目標熱交換器温度と現在のエンジン回転
数における室内熱交換器の冷媒温度の最小値（室内熱交
換器の入口温度と出口温度のうち、低い方の温度値）と
の差を求め、さらにその総和を求める。

【００２９】そして、この値が正であれば、目標熱交換
器温度よりも実際の室内熱交換器７の冷媒温度の最小値
（室内熱交換器の入口温度と出口温度のうち、低い方の
温度値）の方が低いこととなり、この場合にはエンジン
１の回転数が高いために、冷媒が圧縮機２の吐出部から
多く流れ出ていると判断してエンジン１の回転数を減少
させ、一方、この値が負であれば、目標熱交換器温度よ
りも実際の室内熱交換器７の冷媒温度の最小値の方が高
いこととなり、この場合にはエンジン１の回転数が低い
ために、圧縮機２の吐出部から冷媒が少なく流れ出てい
ると判断してエンジン１の回転数を増加させる。

【００３０】例えば、今３台の室内機をリモコン差温ａ
を３℃と設定した状態で冷房運転を行い、それぞれの室
内機の冷媒温度が１台目は２．５℃，２台目は７．８
℃，３台目は１０．３℃となったとする。ここで、制御
装置は、５〜１０℃の範囲で設定される目標熱交換器温
度を、１台目５℃、２台目７．８℃、３台目１０℃と仮
定し、それぞれの室内機の冷媒温度と比較する。

【００３１】この場合、１台目の室内機の冷媒温度が目
標熱交換器温度を下回っており、３台目の室内機の冷媒
温度は目標熱交換器温度を上回っている。この場合の総
和は、（目標熱交換器温度５−２．５＋目標熱交換器温
度１０−１０．３）からその値は２．２となり、即ち、
正の値となることから、制御装置９はエンジン１の回転
数が高いと判断し、エンジン１の回転数を減少させる。

【００３２】ここで、この冷媒温度は、外気温によって
変化するので、リモコン差温ａが３度に設定された場合
でも、外気温が低いときは冷媒温度が低くなるため、目
標熱交換器温度と冷媒温度との差の総和は正の値にな
り、エンジン１の回転数は減少し、エンジン１の最大の
回転数よりも低い回転数となる。

【００３３】また、リモコンの差温ａが０度に設定され
た場合でも、外気温が高いときは冷媒温度が高くなるた
め、目標熱交換器温度と冷媒温度との差の総和は負の値
になり、エンジン１の回転数は増加し、エンジン１の最
小の回転数よりも高い回転数になる。

【００３４】このように、本発明では、リモコン差温ａ
ではなく、室内熱交換器７の目標熱交換器温度を目標に
してエンジン１の回転数を設定するため、室内機では外
気温に対応した好ましい吹き出し温度が得られる。ま
た、各室内機の圧力損失が異なることにより冷媒温度の
最小値が異なる場合でも、目標熱交換器温度に幅を持た
せることにより、冷えすぎとなる室内機や全く冷えない
室内機が存在するのを防ぐことができる。

【００３５】次に、ガスヒートポンプエアコンの暖房時
におけるエンジン回転数制御動作について述べる。

【００３６】従来のガスヒートポンプエアコンにおい
て、エンジンは冷房の場合と同様にリモコン差温に対応
して回転数が変化するが、その変化は使用する室内機の
総運転馬力に応じた回転数の範囲内である。

【００３７】このため、暖房運転を行う際、外気温が高
いときにリモコン差温を最大に設定すると、エンジンは
外気温に関係なく最大の回転数で回転するため、暖房し
すぎることになる。また、外気温が低いときにリモコン
差温を最小に設定すると、エンジンは外気温に関係なく
最小の回転数で回転するため暖房効果は上がらない。

【００３８】このように、従来の制御装置は、室内温度
の変化には対応できるが外気温の大きな変化には対応で
きないため、適切な暖房を行うことができないという問
題がある。

【００３９】次に、この問題点を解決するための本発明
の他の実施例について図面を参照して説明する。

【００４０】図２は、本発明の他の実施例に係るガスヒ
ートポンプエアコンの回路構成図である。図２におい
て、図１と同一符号は同一又は相当部分を示しており、
１０は圧縮機２の吐出部に設けられた圧力センサであ
る。この圧力センサ１０は、圧縮機２の吐出部における
冷媒の吐出圧力を測定するためのもので、一定のタイミ
ングで吐出圧力を測定して、その測定結果を制御装置９
に出力するものである。

【００４１】このような圧力センサ１０を有するガスヒ
ートポンプエアコンにおいて、暖房運転を行う場合は、
まず所望する室温にあわせてリモコン差温ａを設定す
る。

【００４２】次に、制御装置９は設定されたリモコン差
温から、圧縮機２の吐出部の冷媒の目標とする吐出圧力
を（１７．５＋ａ＋ｂ）ｋｇ／ｃｍ²に基づいて設定す
る。なお、ｂは室外機と室内機の設置位置により定まる
定数である。ここで、例えばリモコン差温ａを１．５と
し、ｂを０とすると、目標とする吐出圧力は１９．０ｋ
ｇ／ｃｍ²となる。

【００４３】この場合、上記した吐出圧力を有する冷媒
の室内熱交換器７での飽和温度は約５０℃となる。な
お、このような冷媒の飽和温度であれば、室内機の吹出
温度は低すぎることもなく、また高すぎることもない。

【００４４】ここで、冷媒の圧力は外気温に従って変化
するが、制御装置９は一定のタイミングで圧力センサ１
０から入力される圧力情報に基づいて常に圧縮機２の吐
出部の冷媒の吐出圧力を１９．０kg／cm²となるように
エンジンの回転数を制御する。

【００４５】このように、リモコン差温ではなく圧縮機
の吐出圧力を目標にエンジンの回転数を設定するため、
外気温に対応した好ましい吹き出し温度が得られ、適切
な暖房を行うことができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、エンジンと、このエンジンに駆動される圧縮機、室
外熱交換器、減圧機、室内熱交換器を順次連結したヒー
トポンプ回路と、前記エンジンの回転数を制御する回転
数制御装置とを備え、前記圧縮機から吐出された冷媒を
室外熱交換器、減圧機及び室内熱交換器に順次流して冷
房運転を行うガスヒートポンプエアコンにおいて、前記
室内熱交換器の出入口に夫々冷媒温度を計測する温度セ
ンサを設け、これらの温度センサが計測した冷媒温度か
ら前記室内熱交換器の温度を求め、かつ夫々の温度セン
サによる冷媒温度の計測毎に計測した冷媒温度に基づい
て室内熱交換器の目標温度を予め定め、前記回転数制御
装置は冷房運転時に、前記室内熱交換器の温度が予め定
められた室内熱交換器の目標温度より低く、前記室内熱
交換器の目標温度から前記室内熱交換器の温度を減算し
た値が正の場合は前記エンジンの回転数を減少させ、前
記室内熱交換器の温度が予め定められた室内熱交換器の
目標温度より高く、前記室内熱交換器の目標温度から前
記室内熱交換器の温度を減算した値が負の場合は前記エ
ンジンの回転数を増加させる構成としたから、温度セン
サにより計測した室内熱交換器の冷媒温度に基づいて、
室内熱交換器の目標温度を変更させ、外気温変化などに
よる室内熱交換器の温度変化に迅速に対応することがで
き、外気温や室内機の圧力損失に係わらず適切な冷房を
行なうことができる。

【００４７】また、請求項２の発明によれば、エンジン
と、このエンジンに駆動される圧縮機、室外熱交換器、
減圧機、室内熱交換器を順次連結したヒートポンプ回路
と、前記エンジンの回転数を制御する回転数制御装置と
を備え、前記圧縮機から吐出された冷媒を室内熱交換
器、減圧機及び室外熱交換器に順次流して暖房運転を行
うガスヒートポンプエアコンにおいて、前記圧縮機の冷
媒吐出部に吐出圧力を計測する圧力センサを設け、前記
回転数制御装置は前記圧力センサで得られた値が予め室
温とリモコン設定温度との差によって定められた目標吐
出圧力より高く、前記圧力センサで得られた値から前記
目標吐出圧力を減算した値が正の場合は前記エンジンの
回転数を減少させ、前記圧力センサで得られた値が予め
室温によって定められた目標吐出圧力より低く、前記圧
力センサで得られた値から前記目標吐出圧力を減算した
値が負の場合は前記エンジンの回転数を増加させるよう
にした構成であるから、リモコン差温を加味して定めら
れた圧縮機の目標吐出圧力となるようにエンジンの回転
数が制御されるため、外気温変化に係わらず適切な暖房
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明に係るガスヒートポンプエアコ
ンの回路構成図。

【図２】請求項２の発明に係るガスヒートポンプエアコ
ンの回路構成図。

【図３】室内機の総運転馬力とエンジンの回転数との関
係を表わす図。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 圧縮機 ７ 室内熱交換器 ９ 回転数制御装置 １０ 圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−212870（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−290364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−231365（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−213161（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−37454（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−57875（ＪＰ，Ａ) 実公 平２−43011（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 27/00 F24F 11/02 F24F 11/02 102 F25B 1/00 371

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンと、このエンジンに駆動される
   圧縮機、室外熱交換器、減圧機、室内熱交換器を順次連
   結したヒートポンプ回路と、前記エンジンの回転数を制
   御する回転数制御装置とを備え、前記圧縮機から吐出さ
   れた冷媒を室外熱交換器、減圧機及び室内熱交換器に順
   次流して冷房運転を行うガスヒートポンプエアコンにお
   いて、前記室内熱交換器の出入口に夫々冷媒温度を計測
   する温度センサを設け、これらの温度センサが計測した
   冷媒温度から前記室内熱交換器の温度を求め、かつ夫々
   の温度センサによる冷媒温度の計測毎に計測した冷媒温
   度に基づいて室内熱交換器の目標温度を予め定め、前記
   回転数制御装置は冷房運転時に、前記室内熱交換器の温
   度が予め定められた室内熱交換器の目標温度より低く、
   前記室内熱交換器の目標温度から前記室内熱交換器の温
   度を減算した値が正の場合は前記エンジンの回転数を減
   少させ、前記室内熱交換器の温度が予め定められた室内
   熱交換器の目標温度より高く、前記室内熱交換器の目標
   温度から前記室内熱交換器の温度を減算した値が負の場
   合は前記エンジンの回転数を増加させることを特徴とす
   るガスヒートポンプエアコン。
2. 【請求項２】 エンジンと、このエンジンに駆動される
   圧縮機、室外熱交換器、減圧機、室内熱交換器を順次連
   結したヒートポンプ回路と、前記エンジンの回転数を制
   御する回転数制御装置とを備え、前記圧縮機から吐出さ
   れた冷媒を室内熱交換器、減圧機及び室外熱交換器に順
   次流して暖房運転を行うガスヒートポンプエアコンにお
   いて、前記圧縮機の冷媒吐出部に吐出圧力を計測する圧
   力センサを設け、前記回転数制御装置は前記圧力センサ
   で得られた値が予め室温とリモコン設定温度との差によ
   って定められた目標吐出圧力より高く、前記圧力センサ
   で得られた値から前記目標吐出圧力を減算した値が正の
   場合は前記エンジンの回転数を減少させ、前記圧力セン
   サで得られた値が予め室温によって定められた目標吐出
   圧力より低く、前記圧力センサで得られた値から前記目
   標吐出圧力を減算した値が負の場合は前記エンジンの回
   転数を増加させることを特徴とするガスヒートポンプエ
   アコン。