JP4326290B2 - エンジン駆動式空気調和機 - Google Patents

Description

本発明はエンジンで駆動する空気調和機に関する。

従来のエンジン駆動式空気調和機としては、図３の系統図に示すものがある。
図３において、２はエンジン１によりクラッチ１２を介して駆動される圧縮機、３は四方弁、４は室外熱交換器、５は絞り機構、６は室内熱交換器であり、これらを冷媒配管で連通して結合することによって冷凍サイクルが構成されている。

冷房運転時には、エンジン１によりクラッチ１２を介して圧縮機２が駆動されると、圧縮機２から吐出された冷媒は、図３中の実線矢印で示すように、四方弁３を経て室外熱交換器４に入り、ここで室外ファン7により送風される外気に放熱することによって凝縮液化する。

この液冷媒は絞り機構５を流過する過程で断熱膨張した後、室内熱交換器６に入り、ここで室内ファン８により送られる室内空気を冷却することによって蒸発気化する。
しかる後、この蒸発気化したガス冷媒は四方弁３を経て圧縮機２に戻る。

また、暖房運転時には、四方弁３が上記と逆方向に切換えられ、圧縮機２から吐出された冷媒は、図３中の破線矢印で示すように、四方弁３、室内熱交換器６、絞り機構５、室外熱交換器４、四方弁３を経て圧縮機２に戻る。

一方、エンジン１を冷却することによって昇温した冷却水はラジエータ９に入り、ここで室外ファン７により外気に放熱することによって降温した後、冷却水循環ポンプ１０により付勢されてエンジン１に戻る。

なお、圧縮機２のクランクケース２Ａには、エンジン１の停止中に液冷媒が寝込むのを防止するためにクランクケースヒータ１３が付設されている。

上記従来の空気調和機において、その試運転時や、長期間停止時にクランクケースヒータ１３への通電を遮断した場合には、圧縮機２のクランクケース２Ａ内に貯溜されている冷凍機油中に多量の液冷媒が溶解する。

この状態でエンジン１を始動すると、圧縮機２の潤滑油中に液冷媒が溶解して、その液冷媒により圧縮機２の潤滑個所で潤滑不良となって焼き付きや異常摩耗が誘起したり、液冷媒の圧縮による圧縮機２の圧縮室が異常高圧となり、圧縮機２が破損する恐れがあった。

そのため、クランクケースヒータ１３による加熱により、圧縮機２を起動する前に液冷媒をすべて気化させるが、これには通常８時間程度の長時間がかかり、また、電力消費量が発生する問題があった。

そこで、上記課題を解決するために、別の従来のエンジン駆動式空気調和機としては、図４の系統図に示すものが提案されている。
図４に示すものは、エンジン１により駆動されるクランクケースヒータ１３付きの圧縮機２、室外熱交換器４、室内熱交換器６を冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルを備えたエンジン駆動式圧縮機において、エンジン１を空調負荷に対応した目標回転数で運転する負荷制御手段２３と、上記クランクケースヒータ１３への通電時間を積算する通電時間積算手段２６等を有する制御装置２０を備えている。
なお、図４中、２１は始動制御手段、２２は再始動制御手段、２４は運転時間積算手段、２５は切換手段、２６は通電時間積算手段、２７は運転スイッチ、２８は室温センサ、２９は室温設定器である。

そして、エンジン１の始動時にクランクケースヒータ１３への通電時間が所定時間以内、即ち、クランクケース２Ａ内の冷凍機油への液冷媒の寝込み量が多い場合と、通電時間が所定時間以上の場合、即ち、上記液冷媒の寝込み量が少ない場合とによりエンジン１の始動完了後、目標回転数に到達するまでの単位時間当たりのエンジンの加速度を変化させて、冷凍機油中に液冷媒が寝込んでいる場合であっても圧縮機の潤滑個所の焼き付きや異常摩耗を防止するものである（例えば、特許文献１）。

しかしながら、上述の図４に示すものでは、長期停止などで長時間クランクケースヒータ１３の通電を遮断した時は、圧縮機２を起動するにはクランクケースヒータ１３による長時間の加熱が必要であり、圧縮機２を起動するまでの時間を短縮させることが出来ないという問題がある。

また、圧縮機の停止時に圧縮機充電部と圧縮機容器間の絶縁抵抗値もしくは浮遊静電容量により圧縮機容器の冷媒及び冷凍機油混合液面レベルを検知して、クランクケースヒータの通電を制御するとともに圧縮機の運転制御をするものが提案されている（例えば、特許文献２）。

更には、空気調和装置の高圧側冷媒配管と低圧側冷媒配管とを連通するバイパス配管に設けた電磁弁により制御される圧縮機内部の潤滑油温度に相当する圧縮機の動作状態を検出し、この検出した圧縮機の動作状態と予め設定された動作状態とを比較し、この比較した出力に基づき上記電磁弁を制御して圧縮機を最適に維持して運転するものも提案されている（例えば、特許文献３）。

しかしながら、上述の何れのものも、圧縮機を起動するまでの時間を短縮させることが出来ないという問題がある。

特開平９―１０５５６３号公報 実開平５−６１４８８号公報 特開平５−２９６５７８号公報

本発明は、上述の問題点を解決するために提案されたものであり、エンジン駆動式空気調和機において、圧縮機の潤滑個所の焼き付きや異常摩耗を防止することができ、且つ圧縮機を起動するまでの時間を短縮させることができるエンジン駆動式空気調和機を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、本発明のエンジンにより駆動される圧縮機を備えたエンジン駆動式空気調和機は以下の手段を採用する。
その第１の手段として、前記エンジン駆動式空気調和機の電源スイッチと、前記エンジン駆動式空気調和機の運転・停止を行う運転スイッチと、前記圧縮機内に設けられ前記電源スイッチをオンにした時にオンとなり前記運転スイッチをオンにした時にオフとなるクランクケースヒータと、前記クランクケースヒータが断線した場合クランクケースヒータ異常信号を送信する断線検知手段と、前記エンジン又は圧縮機の停止時間を積算すると共に、前記電源スイッチをオンにした場合又は前記クランクケースヒータ異常信号を受信した場合、前記停止時間の積算をゼロにリセットする停止時間積算手段と、前記停止時間積算手段によって積算された前記停止時間が所定時間以内で最初の始動信号が前記運転スイッチより入力された時、前記エンジンの排気制御動作及び前記圧縮機の排出制御動作を行う切換手段を備えたことを特徴としている。

第２の手段として、前記第１の手段のエンジン駆動式空気調和機は、前記エンジンの排気制御動作及び前記圧縮機の排出制御動作をエンジンスタータにより前記エンジンを断続運転して行うことを特徴としている。

第３の手段として、前記第１又は２の手段のエンジン駆動式空気調和機は、前記エンジンの排気制御動作及び前記圧縮機の排出制御動作を前記エンジンのイグニッション及び燃料供給をオフ状態として行うことを特徴としている。

第４の手段として、前記第１ないし３の手段のエンジン駆動式空気調和機は、前記エンジンによる前記圧縮機の排出制御動作を電磁クラッチを介して行うことを特徴としている。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
上述のごとく、エンジン駆動式空気調和機の据付け時、或いは長期間停止後において、電源スイッチ３２により電源が投入され、或いはクランクケースヒータ１３が断線した場合において、運転開始操作が開始されると、エンジン１の排気制御と同時に圧縮機２内の液冷媒や冷凍機油の排出制御が行われるので、クランクケースヒータ１３による長時間の加熱により圧縮機２内の液冷媒を気化させる操作が不要となると共に、圧縮機２内に溜まり込んだ液冷媒や冷凍機油が排出されて異常高圧による圧縮機２の破損が防止され、据付け後すぐに空気調和機の運転が可能となりサービス性を向上させることが出来る。

以下、本発明にかかる実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン駆動式空気調和機の全体系統図、図２はその制御フローを示す図である。
なお、図１において、図３にて説明した従来例と同一部分については同一符号を付して示し、その説明を省略する。

図１に示すように、エンジン駆動式空気調和機のエンジン１、圧縮機２、四方弁３、エンジンスタータ１１、クラッチ１２、及びクランクケースヒータ１３等は制御装置３０により監視、制御される。
そして制御装置３０は、エンジンスタータ１１、エンジン１及びクラッチ１２等を監視、制御する切換手段３３、エンジン１の停止時間を積算する停止時間積算手段３１を具備している。

切換手段３３は、電源スイッチ３２および運転スイッチ２７からの信号を受けて、エンジン１、エンジンスタータ１１及びクラッチ１２に出力して、エンジン駆動式空気調和機を所定回転数で運転する。

エンジン１の出力軸には、エンジン１の停止状態を検出する停止状態検出器１４が設けられている。
そして、運転スイッチ２７のオフによりエンジン１の運転が停止されると、停止状態検出器１４はエンジン１の停止状態信号を停止時間積算手段３１に出力する。
停止時間積算手段３１では、停止状態信号を受信して停止時間Ｔを積算する。なお、出力軸が回転すると、積算された停止時間Ｔは０にリセットされる。
また、この停止時間Ｔは切換手段３３に出力される。

３２は電源スイッチであり、エンジン駆動式空気調和機を据付け後に電源が投入された時、及び長期間停止のため電源スイッチ３２をオフにした後、運転開始のため電源が再投入された時等に電源スイッチ３２のオン信号を切換手段３３に出力する回路が形成されている。

次に、図２に基づき、上記の構成のエンジン駆動式空気調和機の作動につき説明する。
切換手段３３には、エンジンスタータ１１を所定時間（短時間）オン及び所定時間（短時間）オフする断続信号を連続して自動的に複数回（３〜４回）繰返す図示しないスタータオンオフ自動繰返し回路（或いは制御手段、制御プログラム、シーケンス）が設けられている。

また、切換手段３３には、イグニッション制御、燃料供給弁制御及びエンジン１の排気制御を行うエンジン制御回路（或いは制御手段、制御プログラム、シーケンス）３３ｂ、クラッチ１２の嵌脱を制御するクラッチ制御回路（或いは制御手段、制御プログラム、シーケンス）３３ｄ、クランクケースヒータ１３のオンオフを制御するヒータ制御回路（或いは手段、制御プログラム、シーケンス）３３ｃ、エンジンスタータ１１を制御するスタータ制御回路（或いは制御手段、制御プログラム、シーケンス）３３ａが設けられている。なお、圧縮機２がエンジン１に直結されている装置ではクラッチは無いため、クラッチ制御回路３３ｄは無い。

〔第１実施形態〕
まず、エンジン駆動式空気調和機を据付け電源スイッチ３２をオンにした場合、或いは長期間停止のため電源スイッチ３２をオフにしていた後に電源スイッチ３２をオンにした場合の作動につき説明する。

エンジン駆動式空気調和機を製造し据え付けた状態では、電源は入っておらず、且つ圧縮機２のクランクケース２Ａ内に貯留されている冷凍液油中に多量の液冷媒が溶解している場合が多い（図２中のステップＳ０１）。
また、長時間停止のため、電源スイッチをオフにしていた場合は、クランクケースヒータ１３もオフになっている（ステップＳ０２）。

ステップＳ０１又はステップＳ０２の状態で、電源スイッチ３２をオンにすると、そのオン信号が制御装置３０内の切換手段３３へ送信される（ステップＳ０３）。そして、制御装置３０の盤面上の電源ランプが点灯すると共に、クランクケースヒータ制御回路により、クランクケースヒータ１３がオンとなる（ステップＳ０５）。

この状態で、運転スイッチ２７をオンにする（ステップＳ０６）と、先ず、クランクケースヒータ１３をオフにする制御が行われる（ステップＳ０９）。更にクラッチ１２をオンにする制御が行われる（ステップＳ０８）。これと並行してエンジン１の排気制御も行われる（ステップＳ０７）。なお、クランクケースヒータ１３のオフ（ステップＳ０９）、クラッチ３２のオン（ステップＳ０８）及びエンジン１の排気（ステップＳ０７）の制御は同時に行っても良く、どれが先でも良い。なお、イグニッション用リレー及び燃料供給弁等はオフのままとする。

一方、停止時間積算手段３１では、停止時間Ｔを積算するとともに、その積算時間Ｔを切換手段３３に出力している（ステップＳ１８）。なお、電源スイッチ３２をオンにした直後は、停止時間Ｔは０にリセットされる。

制御装置３０或いは切換手段３３には所定の設定時間Ｔ０（通常、設定時間Ｔ０は８時間前後）が、回路或いはプログラムの一部として初期設定されているか、或いは入力できるようになっている。
そして、切換手段３３にて、停止時間Ｔが所定の設定時間Ｔ０以上か否かを判断する（ステップＳ１０）。

停止時間Ｔが設定時間Ｔ０以内であることが判断されると、先ずスタータオンオフ自動繰返し回路にて、エンジンスタータ１１を所定時間（短時間）オン及び所定時間（短時間）オフする制御を、連続して自動的に複数回（３〜４回）繰返し、圧縮機２内に溜まり込んだ液冷媒や冷凍機油を排出する（ステップＳ１４）。

なお、停止時間Ｔが設定時間Ｔ０以上であることが判断された場合、クランクケースヒータ１３により圧縮機２内に溜まり込んだ液冷媒や冷凍機油は排出されているとみなしてステップ１５の通常のエンジン始動制御に移行する。

エンジンスタータ１１の短時間のオン・オフの繰返し制御が完了した後に、エンジン制御回路にて、イグニッション用リレー及び燃料供給弁をオンにするとともに、エンジンスタータ１１をオンにして、通常のエンジン始動制御が行われる（ステップＳ１６）。
このようにして、エンジン駆動式空気調和機の始動は完了し、通常の温度制御等を行う（ステップＳ１７）。

上述のごとく、エンジン駆動式空気調和機の据付け時、或いは長期間停止後において、電源スイッチ３２により電源が投入され、運転スイッチ２７により運転開始操作が開始されると、切換手段２１によりエンジン１の排気制御と同時に圧縮機２内の液冷媒や冷凍機油の排出制御が行われるので、クランクケースヒータ１３による長時間の加熱により圧縮機２内の液冷媒を気化させる操作が不要となると共に、圧縮機２内に溜まり込んだ液冷媒や冷凍機油が排出されて異常高圧による圧縮機２の破損が防止され、据付け後すぐに空気調和機の運転が可能となりサービス性を向上させることが出来る。

〔第２実施形態〕
次に、電源スイッチ３２がオンで、エンジン１が停止している場合、或いはエンジン駆動式空気調和機を据付け電源スイッチ３２をオンにしたままの状態を長時間保持した場合（ステップＳ０４）について説明する。
この場合、クランクケースヒータ１３はオンの状態であり、且つ、停止状態検出器１４からの信号を受信して、停止時間積算手段３１にて停止時間Ｔを積算している（ステップＳ１８）。

この状態で、運転スイッチ２７をオンにする（ステップＳ０６）と、先ず、クランクケースヒータ１３をオフにする制御が行われる（ステップＳ０９）。更にクラッチ３２をオンにする制御が行われる（ステップＳ０８）。これと並行してエンジン１の排気制御も行われる（Ｓ０７）。なお、イグニッション用リレー及び燃料供給弁はオフのままとする。

一方、停止時間積算手段３１から積算された停止時間Ｔを受信する。
切換手段３３にて、停止時間Ｔが所定の設定時間Ｔ０以上か否かを判断する（ステップＳ１０）。
そして、停止時間Ｔが設定時間Ｔ０以上であると判断された場合は、エンジン制御回路にて、イグニッション用リレー及び燃料供給弁をオンにするとともに、エンジンスタータ１１をオンにして（ステップＳ１５）、通常のエンジン始動制御が行われる（ステップＳ１６）。

一方、停止時間Ｔが設定時間Ｔ０以下であることを判断した場合は、スタータオンオフ自動繰返し回路にて、エンジンスタータ１１を所定時間（短時間）オン及び所定時間（短時間）オフする制御を連続して自動的に複数回（３〜４回）繰返す（ステップＳ１４）。

エンジンスタータ１１の短時間のオン・オフの繰返し制御が完了した後に、エンジン制御回路にて、イグニッション用リレー及び燃料供給弁をオンにするとともに、エンジンスタータ１１をオンにして（ステップＳ１５）通常のエンジン始動制御が行われる（ステップＳ１６）。

上述のごとく、エンジン駆動式空気調和機が運転スイッチ２７により停止され、停止状態検出器１４の信号により停止時間積算手段３１にて積算された停止時間Ｔが所定時間Ｔ０以内で、再始動を行うべく運転スイッチ２７の信号が切換手段３３に入力される場合には、エンジン１及び圧縮機２の運転開始前に、切換手段３３はクラッチ１２に出力して圧縮機２をエンジン１に接続すると共に、エンジン１の排気制御と同時に圧縮機２内の液冷媒や冷凍機油の排出制御を行うので、クランクケースヒータ１３による長時間の加熱により圧縮機２内の液冷媒を気化させる時間が短縮されると共に、圧縮機２内に溜まり込んだ液冷媒や冷凍機油が排出されて異常高圧による圧縮機２の破損防止が出来、信頼性が向上する。

〔第３実施形態〕
次に、クランクケースヒータ１３が断線等の異常を起こした場合につき説明する。
クランクケースヒータ制御回路にクランクケースヒータ１３への電流を検知し、クランクケースヒータ１３への電流がストップした場合に断線等の異常を検知する回路を設ける。

そして、クランクケースヒータ１３が断線等の異常を起こした場合（ステップＳ１９）には、先ず、故障を示す警報を発する（ステップＳ２０）。
そして、停止時間積算手段３１にクランクケースヒータ異常信号を送信する。停止時間積算手段３１では異常信号を受信した場合、停止時間Ｔの積算をゼロにリセットする。

このような状態において、運転スイッチ２７をオンにする（ステップＳ０６）と、停止時間Ｔはゼロ又は、非常に短いため、ステップＳ１０にて設定時間Ｔ０以内と判断され、上述のごとく、ステップＳ１４以降の運転が行われる。

〔第４実施形態〕
上述の第１〜３実施形態において、圧縮機油の排出操作をより安全に行う場合について説明する
即ち、ステップＳ１０の切換手段３３にて、停止時間Ｔが所定の設定時間Ｔ０以上か否かを判断するまでは、第１〜３実施形態と同じである。
この形態においては、押しボタン付きのスタータオンオフ繰返しＯＫボタンが制御装置３０の盤面上に設けられている。

そして、停止時間Ｔが設定時間Ｔ０以上であると判断された場合、先ず、スタータオンオフ繰返しＯＫボタンが点灯する（ステップＳ１１）。
ランプが点灯後、操作員がエンジン駆動式空気調和機等の安全を確認した上で、スタータオンオフ繰返しＯＫボタンを押す（ステップＳ１２）。その後は、第１〜３実施形態と同様のステップＳ１４〜ステップＳ１７の制御、運転が行われる。

このようにすれば、運転スイッチ２７をオンの後、いきなりエンジンスタータ１１、エンジン１、圧縮機２等が回転し始めるのではなく、安全を確認しつつ操作することが可能となる。

以上、本発明を図示の各実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
例えば、圧縮機２がエンジン１に直結されている装置では、クラッチの制御は省略される。

また、室内熱交換器４を複数台有するマルチタイプの装置に場合には、四方弁３及び絞り機構５も複数組み設けることにより適用可能である。

上記の本発明を実施するための最良の形態において、停止状態検出器１４はエンジン出力軸に設置されているが、これに限定されるものではなく、圧縮機２の回転軸に設けてもよく、その他、エンジンスタータ１１、燃料供給弁等に設けることも可能である。

また、制御装置３０にスタータオンオフ自動繰返し回路を行う手動スイッチを設けておけば、何時でもスタータオンオフ繰返し操作を自動的に行うことができる。

本発明の実施の形態に係るエンジン駆動式空気調和機の全体系統図である。 図１に示すエンジン駆動式空気調和機の制御フローを示す図である。 従来のエンジン駆動式空気調和機の系統図である。 他の従来のエンジン駆動式空気調和機の系統図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 圧縮機
２Ａ クランクケース
３ 四方弁
４ 室外熱交換器
５ 絞り機構
６ 室内熱交換器
７ 室外ファン
８ 室内ファン
９ ラジエータ
１０ 冷却水循環ポンプ
１１ エンジンスタータ
１２ クラッチ
１３ クランクケースヒータ
１４ 停止状態検出器
２７ 運転スイッチ
３０ 制御装置
３１ 停止時間積算手段
３２ 電源スイッチ
３３ 切換手段

Claims (4)

1. エンジンにより駆動される圧縮機を備えたエンジン駆動式空気調和機において、前記エンジン駆動式空気調和機の電源スイッチと、前記エンジン駆動式空気調和機の運転・停止を行う運転スイッチと、前記圧縮機内に設けられ前記電源スイッチをオンにした時にオンとなり前記運転スイッチをオンにした時にオフとなるクランクケースヒータと、前記クランクケースヒータが断線した場合クランクケースヒータ異常信号を送信する断線検知手段と、前記エンジン又は圧縮機の停止時間を積算すると共に、前記電源スイッチをオンにした場合又は前記クランクケースヒータ異常信号を受信した場合、前記停止時間の積算をゼロにリセットする停止時間積算手段と、前記停止時間積算手段によって積算された前記停止時間が所定時間以内で最初の始動信号が前記運転スイッチより入力された時、前記エンジンの排気制御動作及び前記圧縮機の排出制御動作を行う切換手段を備えたことを特徴とするエンジン駆動式空気調和機。
2. 前記エンジンの排気制御動作及び前記圧縮機の排出制御動作をエンジンスタータにより前記エンジンを断続運転して行うことを特徴とする請求項１記載のエンジン駆動式空気調和機。
3. 前記エンジンの排気制御動作及び前記圧縮機の排出制御動作を前記エンジンのイグニッション及び燃料供給をオフ状態として行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジン駆動式空気調和機。
4. 前記エンジンによる前記圧縮機の排出制御動作を電磁クラッチを介して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のエンジン駆動式空気調和機。

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