JP3933028B2

JP3933028B2 - エンジン駆動式ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP3933028B2
Application number: JP2002303688A
Authority: JP
Inventors: 清貴北村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP2004138324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの排気が排気系部品で凝縮して生じた凝縮水が、排気系から飛散することを防止したエンジン駆動式ヒートポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いるとともに、一台の室外機に複数台の室内機を接続した空調装置では、室内機の運転台数の変化などにより空調負荷が頻繁に変動する。このため、室内機の運転、運転停止（オン、オフ）が繰り返されるような顧客の使い勝手によっては、エンジンは短時間の運転の後に停止（オフ）し始動（オン）する、いわゆる断続運転が生じやすい。また、設置型空調装置では、室外機の排気管が通常はハウジングの外に配置され（例えば、特許文献１参照）されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−４４４６号公報（図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置は、低負荷の断続運転が続くと、排気管、消音器などのエンジンの排気系部品の温度が低下し、排気中に含まれる水分が凝縮して凝縮水が生じる。この凝縮水が飛散すると周囲の環境を汚す問題が生じる。
この発明の目的は、エンジンが低負荷で断続運転された場合にも、排気系で生じた凝縮水を蒸発させることができ、凝縮水が飛散して周囲を汚染する不具合を防止できるエンジン駆動式ヒートポンプ装置の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、エンジンにクラッチを介して接続され、冷媒を圧縮する圧縮機を備えたエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、制御装置は、該ヒートポンプ装置の運転が停止されたときクラッチをオフするとともに、ヒートポンプ装置の運転が停止されたことによりクラッチがオフされてから、排気管などの排気系の温度が上昇し、排気系内で排気の凝縮が防止できるとともに、すでに生じている凝縮水を蒸発させることができる設定時間エンジンを暖機運転した後にエンジンを停止させる。
【０００６】
この暖機運転により、排気管などの排気系の温度が上昇し、排気系内で排気の凝縮が防止できるとともに、すでに生じている凝縮水を蒸発させることができる。暖機運転のエンジン回転数、エンジン負荷および運転時間は、ヒートポンプ装置の停止以前のエンジンの運転時間、外気温度などにより適宜に設定できる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、この発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を、前記圧縮機を備えた室外機と、該室外機に冷媒通路を通じて接続された複数の室内機とを有する設置型空調装置に適用している。室内機を有する設置型空調装置では、一部の室内機のオフにより低負荷でエンジン駆動式ヒートポンプ装置が断続運転される頻度が高い。
【０００８】
このため、排気管などといったエンジンの排気系部品の温度が低下して凝縮水が生じ易く、排気系部品を加熱するための暖機運転の有効性が高いものである。また、設置型空調装置では、図２に示す如く、室外機１００は、排気管１０１がハウジング１０２の天井１０３から突き出して配管されるため、凝縮水の飛散による周囲の汚染が問題となり易く、この点からも凝縮水を完全に蒸発させる要請が大きい事情下にある。
請求項３に記載の発明では、室外機のハウジング内にエンジンと、このエンジンによって駆動される冷媒の圧縮機とを設置してなるエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、エンジンから圧縮機への駆動力を伝達または遮断するクラッチと、室外機を制御する制御装置とを備えている。制御装置は、そのヒートポンプ装置の運転を実行するステップと、ヒートポンプ装置の運転が停止されたときクラッチをオフするステップと、ヒートポンプ装置の運転が停止されたことによりクラッチがオフされてから、排気管などの排気系の温度が上昇し、排気系内で排気の凝縮が防止できるとともに、すでに生じている凝縮水を蒸発させることができる設定時間エンジンを暖機運転した後にエンジンを停止するステップとを有する。
請求項４に記載の発明の制御装置は、さらに設定時間中に空調運転のスイッチがオンされた場合には、ヒートポンプ装置の運転に戻るステップを有することを特徴とする。
請求項５に記載の発明の制御装置は、暖機運転のエンジンの回転数を設定値に調整することを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、暖機運転の設定時間は、ヒートポンプ装置の停止以前のエンジンの運転時間により設定されることを特徴とする。
請求項７に記載の発明の制御装置は、エンジンの運転履歴として始動から連続運転時間を演算する機能を有し、制御装置は、エンジンが連続して１８００ｒｐｍ以上で５分間以上運転されなかった場合のみ、暖機運転を行うことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図とともに説明する。図１はこの発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を適用した設置型空調装置Ａの概略を示し、室外に設置される室外機１００と、室内に設置される複数の室内機２００とを備える。設置型空調装置Ａは、エンジン（たとえば水冷式ディーゼルエンジン）１によって駆動され、各種センサ（図示せず）を含む制御装置３００により制御される。エンジン１は、図２に示す如く、室外機１００に下位に設置され、排気管１０１は室外機１００のハウジング１０２の天井１０３の上方に配置されている。
【００１０】
設置型空調装置Ａ（以後、単にヒートポンプ装置Ａとも称す）は、エンジン１によって駆動される冷媒の圧縮機２を備えたヒートポンプサイクル２０から構成されている。圧縮機２の吐出口２ａと吸入口２ｂとの間には、四方弁２１、室内熱交換器２２、室内機電動弁２３、レシーバ２４、室外機電動弁２５、室外熱交換器２６、冷媒加熱器２７、アキュムレータ２８などの機能部材が配置され、これらは冷媒配管３で接続されている。
【００１１】
室内暖房時には、実線の矢印で示す如く、圧縮機２→四方弁２１→室内熱交換器２２→室内機電動弁２３→レシーバ２４→室外機電動弁２５→室外熱交換器２６→四方弁２１→冷媒加熱器２７→アキュムレータ２８→圧縮機２の順に冷媒を流通させて暖房している。
【００１２】
室内冷房時には、破線の矢印で示す如く、圧縮機２→四方弁２１→室外熱交換器２６→室外機電動弁２５→レシーバ２４→室内機電動弁２３→室内熱交換器２２→四方弁２１→冷媒加熱器２７→アキュムレータ２８→圧縮機２の順に冷媒を流通させて冷房している。
【００１３】
室内熱交換器２２は、暖房時には凝縮器である第１熱交換器として機能し、冷房時には蒸発器である第２熱交換器として機能する。また、室外熱交換器２６は、暖房時には蒸発器である第２熱交換器として機能し、冷房時には凝縮器である第１熱交換器として機能する。そして、暖房時には室外機電動弁２５が冷媒を減圧する減圧手段である膨張弁として機能し、冷房時には室内機電動弁２３が減圧手段である膨張弁として機能する。
【００１４】
エンジン１は、クランクプーリー１ａに巻き付けられたＶベルト１ｂにより圧縮機２に設けられたプーリ１ｃに駆動力を伝達する。プーリ１ｃと圧縮機２との間には、プーリ１ｃに伝達された駆動力を圧縮機２に伝達または遮断する駆動力切換手段である電磁クラッチ４が設けられている。
【００１５】
圧縮機２の吐出口２ａ側には吐出した冷媒からオイルを分離する遠心分離式のオイルセパレータ２９が設けられており、分離されたオイルはオイルリターンチューブ３１を介して、冷媒配管３の経路中に圧縮機２前後の差圧により戻されるようになっている。
【００１６】
エンジン１には冷媒加熱部である冷媒加熱器２７、冷却水切換弁１３、冷却水ポンプ１４を順次に流れ、エンジン１に戻る冷却水回路１１が接続されている。
【００１７】
ヒートポンプサイクル２０において、各構成要素のうち室内熱交換器２２および室内機電動弁２３は、室内機２００を構成し、その他のものは、室外機１００を構成している。制御装置３００は、電子回路などからなる制御手段であり、図示しない室内に設けられたコントローラ、および外気温センサ、冷媒温度センサ、水温センサ、低圧センサ、高圧センサなどの各センサからの情報を入力し、室外機１００および室内機２００を制御する。
【００１８】
設置型空調装置Ａの作動を図３に示すフローチャートとともに説明する。室内機２００に付設されたコントローラ２０１で電源が投入される（ステップｓ１）と、ヒートポンプサイクル２０の運転有無が判別され（ステップｓ２）、冷房または暖房の空調が実行される（ステップｓ３）。つぎに、冷房もしくは暖房のスイッチがオフされる（ステップｓ４）と、電磁クラッチ（コンプレッサクラッチ）４をオフ（ステップｓ５）させ、エンジン１の回転数を設定値Ｎｅｓｅｔに調整する（ステップｓ６）。
【００１９】
この状態を設定時間ｔｓｅｔだけ継続し（ステップｓ７）、設定時間経過後にエンジンを停止させる（ステップｓ９）。設定時間ｔｓｅｔは、この実施例では制御装置３００内のタイマ３０１を用いて設定される。設定時間ｔｓｅｔ中に、使用者によりコントローラ２０１で空調運転のスイッチがオンされた（ステップｓ８）場合には、冷房または暖房の空調の実行（ステップｓ３）に戻る。この場合は電磁クラッチ４のオンでヒートポンプサイクル２０の運転が再開できるため、エンジン１の起回数が低減することになり、スタータの（図示せず）運転回数も低減できる。
【００２０】
これにより、ヒートポンプサイクル２０の運転、停止が頻繁に繰り返される運転状態においても、エンジン１が暖機運転され、排気管１０１を含む排気系の温度を凝縮水の蒸発に必要な温度まで上げることができる。この結果、排気管１０１などから排気凝縮水が飛散して周囲の環境を汚す不具合を確実に防止できる。
【００２１】
図４の（イ）は、エンジン１の連続空調運転時間と起動１回当たりの排気系内残水量との関係を示す。このデータより、外気温度−１℃において、エンジン１の起動後に５分間連続して空調運転した場合に、排気系内残水量が６ｃｃと最も多くなることが示される。図４の（ロ）は、電磁クラッチ２をオフした後のエンジン１の運転時間と、排気系内残水量の関係を示す。外気温度が−１℃において排気系内に残水量が最大の６ｃｃ存在していると、完全に蒸発させるにはエンジン１を１８００ｒｐｍ、無負荷で５分間運転する必要があることが判明する。
【００２２】
〔変形例」
１）上記の実施例では、水冷式エンジン１を用いたヒートポンプ装置Ａを説明したが、エンジン１は空冷式であってもよく、室内機２００は１台であってもよく、冷房または暖房専用のヒートポンプシステムであってもよい。
２）始動からの連続運転時間などエンジンの運転履歴の演算機能を制御装置３００に賦与し、エンジンが連続して１８００ｒｐｍ以上で５分間以上運転されなかった場合のみ、電磁クラッチ４をオフした暖機運転を行うようにしてもよい。
３）排気管１０１の温度センサを設置して排気系の温度を検出し、暖機運転の条件（エンジン回転数、エンジン負荷、運転時間）を設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた設置型空調装置の概略図である。
【図２】室外機の斜視図である。
【図３】設置型空調装置の作動を示すフローチャートである。
【図４】（イ）は排気系内残水量とエンジンの連続空調運転時間との関係を示すグラフであり、（ロ）は電磁クラッチをオフした後のエンジンの運転時間と、排気系内残水量の関係を示す。
【符号の説明】
Ａ設置型空調装置（エンジン駆動式ヒートポンプ装置）
１エンジン
２圧縮機
３冷媒配管（冷媒通路）
４電磁クラッチ（クラッチ）
２０ヒートポンプサイクル
１００室外機
１０１排気管（排気系）
２００室内機
３００制御装置

Claims

エンジンにクラッチを介して接続され、冷媒を圧縮する圧縮機を備えたエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
前記ヒートポンプ装置の運転が停止されたとき前記クラッチをオフするとともに、前記ヒートポンプ装置の運転が停止されたことにより前記クラッチがオフされてから、排気管などの排気系の温度が上昇し、前記排気系内で排気の凝縮が防止できるとともに、すでに生じている凝縮水を蒸発させることができる設定時間前記エンジンを暖機運転した後に前記エンジンを停止する制御装置を備えることを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置は、前記圧縮機を備えた室外機と、該室外機に冷媒通路を通じて接続された室内機とを有する設置型空調装置であることを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
室外機のハウジング内にエンジンと、このエンジンによって駆動される冷媒の圧縮機とを設置してなるエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
前記エンジンから前記圧縮機への駆動力を伝達または遮断するクラッチと、
前記室外機を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプ装置の運転を実行するステップと、
前記ヒートポンプ装置の運転が停止されたとき前記クラッチをオフするステップと、
前記ヒートポンプ装置の運転が停止されたことにより前記クラッチがオフされてから、排気管などの排気系の温度が上昇し、前記排気系内で排気の凝縮が防止できるとともに、すでに生じている凝縮水を蒸発させることができる設定時間前記エンジンを暖機運転した後に前記エンジンを停止するステップとを有することを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
請求項３に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記制御装置は、さらに前記設定時間中に空調運転のスイッチがオンされた場合には、前記ヒートポンプ装置の運転に戻るステップを有することを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記制御装置は、前記暖機運転の前記エンジンの回転数を設定値に調整することを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記暖機運転の前記設定時間は、前記ヒートポンプ装置の停止以前の前記エンジンの運転時間により設定されることを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
請求項６に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、前記制御装置は、前記エンジンの運転履歴として始動から連続運転時間を演算する機能を有し、前記制御装置は、前記エンジンが連続して１８００ｒｐｍ以上で５分間以上運転されなかった場合のみ、前記暖機運転を行うことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。