JP5633737B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は空気調和装置に関する。

特許文献１に係る空気調和装置によれば、室内熱交換器と、室外熱交換器機と、室外熱交換器に冷却風を吹き込む室外ファンとを備えており、室外温度に応じた最高ＣＯＰになるように室外ファンの風量を制御することにしている。ＣＯＰ（Coefficient of Performance）は、冷凍サイクルの効率を示し、冷凍サイクルの冷房能力とそれに必要な圧縮仕事の熱当量との比（冷房能力／圧縮仕事の熱当量）を意味する。冷房能力が高く、圧縮仕事が小さい程、冷凍サイクルの成績が良く、ＣＯＰが高いことになる。

特許文献１に係る空気調和装置によれば、室外温度に対する最高能力を呈する風量を表す冷房能力テーブルマップと、室外温度に対する最高ＣＯＰを示す風量に対応するＣＯＰテーブルマップとをそれぞれ作成し、各テーブルマップを記憶部のエリアに格納記憶させておく。そして、制御装置は、通常運転時（室温と設定温度の差が小さい場合）には、ＣＯＰテーブルマップを用いて、室外温度に応じた最高ＣＯＰになるように、室外ファンの風量を求め、この風量に応じた制御信号を室外ファンのファン制御装置に出力する。こうして、室温と設定温度の差が小さい場合である通常運転時には、室外ファンの風量をＣＯＰ制御して、最高ＣＯＰを示すように省エネルギー化を図る。

これに対して、冷房運転のときにおいて冷房能力が不足している場合には、例えば、室温が高く、室温と設定温度の差が大きい場合には、ＣＯＰテーブルマップではなく、冷房能力テーブルマップを用い、室外温度において最高冷房能力になるような室外ファンの風量を求め、この風量に応じた制御信号を室外ファン制御装置に出力する。こうして、冷房能力が不足している場合には、制御装置は、冷房能力の不足に的確に対処することにしている。

特開平１０−３０８５３号公報

上記した特許文献１に係る空気調和装置によれば、室外温度を基準に室外ファンの風量を選定し、室外ファンの風量はCOP優先モードと冷房能力優先モードとを、室温と設定温度とによって適宜切り替えることにしている。しかしながら、これらの技術を適用するためには、空気調和装置の製品種類毎に外気温度および圧縮機周波数をパラメータとしたCOP特性および能力特性を把握し、マップ゜化する必要があり、多くの製品種類毎について実現するためには、多大な開発期間を必要とする不具合がある。

本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、室外ファンの風量に関する多大な開発期間を必要とする複雑なマップを作成する手間を低減または廃止し、且つ、室外ファンの風量が過剰になることを抑えるのに有利な空気調和装置を提供するにある。

本発明に係る空気調和装置は、燃料の燃焼により駆動するエンジンと、エンジンを冷却させるエンジン冷却水が流れるエンジン冷却系と、エンジン冷却水の熱を放出させるラジエータと、エンジンで駆動され冷媒を圧縮させる圧縮機と、冷房運転時において圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器として働く室外熱交換器と、ラジエータおよび室外熱交換器に冷却風を供給させてラジエータおよび室外熱交換器を冷却させる室外ファンと、冷房運転時において室外熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張部と、冷房運転時において膨張部で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器として働く室内熱交換器と、室外ファンの駆動を制御する制御装置とを具備しており、
制御装置は、冷房運転時における圧縮機の単位時間あたりの回転数の大きさに対応する基準風量に関する情報を、複数の段階として格納する記憶部をもち、
制御装置は、冷房運転時において、記憶部に格納されている基準風量に関する複数の段階のうち、現時点で作動している圧縮機の単位時間あたり回転数に対応する段階に設定し、且つ、冷房運転時の冷凍サイクルにおける凝縮器での凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）のパラメータ、および、エンジン冷却系のエンジン冷却水の温度Ｔｅのパラメータに基づいて、段階を増減させるように補正し、凝縮温度と外気温度との差ΔＴが規定値ａよりも大きくなる場合に、室外ファンの回転数を増加させ、室外ファンの風量を増加させる。

本発明によれば、制御装置は、冷房運転時における圧縮機の単位時間あたりの回転数の大きさに対応する基準風量に関する情報を複数の段階として格納する記憶部をもつ。そして制御装置は、基本的には、冷房運転時において、記憶部に格納されている複数の段階の基準風量のうち、圧縮機の単位時間あたり回転数に対応する段階で規定される基準風量に基づいて、室外ファンを駆動させる。但し、制御装置は、冷房運転時において、冷房運転時の冷凍サイクルにおける凝縮器での凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅを求める。そして制御装置は、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）のパラメータ、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅのパラメータに基づいて、室外ファンの基準風量の段階を増減させるように補正する。

本発明によれば、好ましくは、（凝縮温度−外気温度）の差ΔＴがこれの規定値よりも大きいとき、または、エンジン冷却水の温度Ｔｅがこれの規定値よりも高温であるときには、制御装置は、室外ファンがラジエータおよび室外熱交換器に供給される冷却風の風量が増加する方向に、室外ファンの風量の段階を増加させるように補正する。好ましくは、（凝縮温度−外気温度）の差ΔＴがこれの規定値よりも小さいとき、且つ、エンジン冷却水の温度Ｔｅがこれの規定値よりも低温であるときには、制御装置は、室外ファンがラジエータおよび室外熱交換器に供給される冷却風の風量が減少する方向に、室外ファンの風量の段階を減少させるように補正する。

ところで、本発明に係る空気調和装置によれば、室外熱交換器は、冷房運転時には凝縮器となり、暖房運転時には蒸発器となることは知られている。このような室外熱交換器は、一般的には、室外機の定格能力に対応させた設計されている。ラジエータおよび室外熱交換器に冷却風を供給させる室外ファンの単位時間あたりの風量も、室外機の定格能力に対応させた風量として設計されている。これに対して、エンジンで駆動される圧縮機の能力は、エンジン回転数により任意に可変できるようにされている。したがって、冷房運転時等において、エンジン回転数がこれの定格回転数よりも低い回転数で運転している場合には、圧縮機の出力が小さいため、圧縮機により圧縮されて高温高圧の冷媒の量も少なく、ひいては、室外熱交換器の容量および室外ファンの風量は相対的に過剰となり易い。この場合、空気調和装置の省エネルギ−化を追求するためには、少なからず阻害要因となる。

そこで本発明によれば、室外熱交換器に供給される高温高圧の冷媒量に対して室外ファンの風量が相対的に過剰となることを抑えるため、制御装置は、圧縮機の単位時間あたりの回転数に対応した室外ファンの風量を選定する。また、冷房運転時に凝縮器となる室外熱交換器では、冷媒の凝縮温度は、外気温度と室外ファンの基準風量とによって変動する傾向がある。すなわち、外気温度が低ければ冷媒の凝縮温度も低下し、外気温度が高ければ冷媒の凝縮温度も上昇する傾向がある。また、室外熱交換器に冷却風を供給させる室外ファンの単位時間あたり風量が多いと、室外熱交換器における冷媒の凝縮温度は低下し、室外ファンの単位時間あたり風量が少ないと室外熱交換器における冷媒の凝縮温度は上昇する傾向がある。この場合、圧縮機の冷媒圧縮能力に対して、室外熱交換器である凝縮器の凝縮可能能力が相対的に過剰になると、室外ファンの風量の影響が軽微となる。この場合、室外ファンの単位時間あたりの基準風量を増加させても、空気調和装置の効率（ＣＯＰ）が低下する状態となり、好ましくない。

また、エンジン冷却水の温度については、外気温度が上昇するとエンジン冷却水の温度も上昇し、室外ファンの単位時間あたり基準風量が低下すると、エンジン冷却水の温度は上昇する傾向がある。したがって、外気温度が高い場合等で、圧縮機の単位時間あたりの回転数や室外熱交換における冷媒の凝縮温度の影響によって、室外ファンの単位時間あたり風量が低下すると、エンジン冷却水の温度が過剰に上昇する傾向がある。この場合、エンジン冷却水の温度を低下させるためエンジン回転数を強制的に低下させる等の回避運転制御が起こり、空気調和装置における必要な空調能力が確保できなくなる不具合が発生するおそれがある。

そこで本発明によれば、制御装置は、記憶部に格納されている基準風量に関する複数の段階のうち、現時点で作動している圧縮機の単位時間あたり回転数に対応する基準風量の段階を設定する。更に、制御装置は、圧縮機の単位時間あたり回転数に対応する基準風量に対して、室外熱交換器における冷媒の凝縮温度と外気温度との差のパラメータ、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅをパラメータに基づいて、室外ファンの風量の複数の段階において段階を増減させるように補正することで、室外ファンの必要な風量を確保しながら、風量が無駄に過剰になることを抑え、空気調和装置のＣＯＰの効率を高めつつ冷房運転することが可能となる。ＣＯＰの確保のため、段階の増加による補正は、１段階の増加または２段階までの増加が好ましい。段階の減少による補正は１段階の減少または２段階までの減少が好ましい。

本発明によれば、制御装置は、基本的には、冷房運転時において、記憶部に格納されている複数の段階の基準風量のうち、圧縮機の単位時間あたり回転数に対応する段階で規定される基準風量に基づいて室外ファンを駆動させる。但し、制御装置は、冷房運転時において、冷房運転時の冷凍サイクルにおける凝縮器での凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅを求める。そして制御装置は、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅに基づいて、ファン風量段階を増減させるように補正する。このような本発明によれば、室外ファンの必要な風量を確保しながら、風量が無駄に過剰になることを抑え、空気調和装置のＣＯＰの効率を高めつつ冷房運転することが可能となる。本発明によれば、上記したようにファン風量段階を増減させるように補正するため、複雑な演算式、複雑なマップが廃止される。

本発明によれば、室外ファンの風量についてCOP優先モードと冷房能力優先モードとを、室温と設定温度とによって適宜切り替える方式を採用していない。このため、室外温度に対する最高能力を呈する風量を表す冷房能力テーブルマップと、室外温度に対する最高ＣＯＰを呈する風量を表すＣＯＰテーブルマップとをそれぞれ作成せずとも良く、制御設計を簡素化できる。

実施形態１に係り、空気調和装置の配管図である。 制御装置を示すブロック図である。 段階と室外ファンの回転数との関係を示す表図である。 圧縮機の回転数と風量段階との関係を示す表図である。 圧縮機の回転数（ｒｐｍ）と規定値ｂとの関係を示すグラフである。 実施形態２に係り、制御装置のＣＰＵが実行するフローチャートである。 実施形態３に係り、制御装置のＣＰＵが実行するフローチャートである。

冷房運転時には、制御装置は、冷房運転時の冷凍サイクルにおける凝縮器での冷媒の凝縮温度と外気温度との差ΔＴ、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅを求める。この場合、冷媒の凝縮温度は、凝縮器（室外熱交換器）に供給される高温高圧冷媒の圧力を検知する圧力センサにより、凝縮器に供給される高温高圧冷媒の圧力を検知し、これを冷媒の飽和蒸気に換算して求めることができる。圧力センサは、圧縮機で圧縮された高温高圧冷媒が凝縮器（室外熱交換器）に向けて流れる流路において、例えば、凝縮器の入口よりも上流、且つ、圧縮機の吐出ポートよりも下流に配置することができる。外気温度は冷媒の凝縮温度に影響を与え、外気に設けた温度センサで求めることができる。エンジン冷却水の温度Ｔｅは、エンジンを冷却させるエンジン冷却液が流れる冷却室の出口側または入口側に設けたエンジン冷却水温度センサで求めることができる。

本発明の好ましい形態によれば、エンジン冷却水の温度Ｔｅについて、規定値Ａ（℃），規定値Ｂ（℃）が閾値として規定されている。規定値Ａ＞規定値Ｂの関係として規定される。エンジン冷却水の温度Ｔｅに関する規定値Ａについては、空気調和装置が継続的に冷房運転すると、空気調和装置の機器の信頼性に影響を及ぼす上限の温度として設定される。従って、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａよりも高温側に超えることは、空気調和装置の機器の信頼性の確保の面から好ましくない。また、エンジン冷却水の温度Ｔｅに関する規定値Ｂについては、室外ファンの風量段階を１段階ダウンし、室外ファンが発生する冷却風の単位時間あたりの風量を１段階ダウン（低下）させたとしても、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａを高温側に超えない温度として設定される。規定値Ａおよび規定値Ｂは空気調和装置に応じて実験的に求めることができる。この場合、規定値Ａ＞規定値Ｂとして設定される。例えば、規定値Ａとしては９５〜１０５℃の範囲内で設定でき、規定値Ｂとしては７５〜８５℃の範囲内で設定できる。但し規定値Ａ＞規定値Ｂであれば、これらに限定されるものではない。

更に、冷媒の凝縮温度と外気温度との差ΔＴについて、規定値ａ（℃），規定値ｂ（℃）（ａ＞ｂ）が閾値として規定されている。ここで、冷媒の凝縮温度と外気温度との差ΔＴ、即ち、（冷媒の凝縮温度−外気温度）に関する規定値bは、室外ファンの段階をこれ以上上げて室外ファンの発生する単位時間あたりの風量をこれ以上増加させたとしても、室内機の冷房能力が実質的に向上しない温度として設定される。規定値bは空気調和装置に応じて実験的に求めることができる。但し、図５の特性線ＷＡに示すように、規定値bは、圧縮機の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）によって変動する傾向がある。規定値bについては、圧縮機の単位時間あたりの回転数の関数として、図５に示す特性線から関数式を算出できる。すなわち、規定値bについては、圧縮機の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）が把握されれば、圧縮機の回転数に対応して当該関係式から算出できる。ここで、圧縮機の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）が増加すると、規定値bは増加する傾向がある。圧縮機の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）が減少すると、規定値bは減少する傾向がある。また、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ、即ち、（凝縮温度−外気温度）に関する規定値aについては、室外ファンの風量の段階を１段階上げると、室内機の冷房能力が向上する温度として設定される。なお、一般的には、規定値a（ａ＞ｂ）は規定値ｂから任意値（β）を減少させた値として設定できる。例えば、規定値ａとしては５〜１０℃の範囲内で設定でき、規定値ｂとしては０〜５℃の範囲内で設定できる。但しこれらに限定されるものではない。

このような規定値Ａ，Ｂ，規定値ａ，ｂが閾値として設定されている実施形態によれば、好ましくは、制御装置は、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａよりも高温であるとき、および／または、（凝縮温度−外気温度）の差ΔＴが規定値ａよりも高温であるとき、室外ファンの基準風量に関する複数の段階のうち風量を増加させる方向に段階を補正させる。これに対して、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ｂ未満であるとき、および／または、（凝縮温度−外気温度）の差ΔＴが規定値ｂ未満であるとき、室外ファンの基準風量に関する複数の段階のうち風量を減少させる方向に段階を補正させることが好ましい。

［実施形態１］
以下、本発明の実施形態１について図面を参照して説明する。図１に示すように、空気調和装置は室内機１と室外機２とを有する。室内機１は室内に配置されており、空調のために冷媒と室内の空気との熱交換を行う室内熱交換器１０と、冷媒を膨張させる膨張弁１１とを基本要素として有する。なお、室内機１の数は何台でも良い。

室外機２は室外に配置されている。室外機２は、ガスの燃焼で駆動するガスエンジンで形成されたエンジン２０（駆動源）と、気体状の冷媒と液状の冷媒とを分離した状態で冷媒を収容するアキュムレータ２１と、エンジン２０で駆動され駆動に伴いアキュムレータ２１の気体状の冷媒を吸入して圧縮する圧縮機２２と、空調のために冷媒の熱交換を行う室外熱交換器２３とを基本要素として有する。エンジン２０のエンジン回転数はエンジン回転数センサ２４（エンジン回転数検知手段）で検知される。室内機１において、圧縮機２２は、エンジン２０によりベルト等の動力伝達部材２０ｃを介して連動される。故に、エンジン２０は圧縮機２２の駆動源として機能する。圧縮機２２は、アキュムレータ２１から流路２１ｘを介して気体状の冷媒を圧縮室に吸い込む吸入ポート２２ｉと、圧縮室で圧縮された高温高圧の気体状の冷媒を吐出させる吐出ポート２２ｐとを有する。

後述するように暖房運転時において室内機１から室外機２に冷媒が帰還する帰還方向（矢印Ｋ１方向）において、室外熱交換器２３の上流には、膨脹弁として機能できる調整弁２５および逆止弁２６が並列に配置されている。逆止弁２６は、室外機２の室外熱交換器２３から室内機１への冷媒の流れを許容するものの、室内機１から室外機２の室外熱交換器２３への冷媒の流れを遮断する。調整弁２５は電気的制御により開度が調整可能である。調整弁２５は、モータまたはソレノイド等の駆動部と、駆動部の駆動により開度を可変とする弁部とを備えており、流量を可変にできる。制御装置１００は調整弁２５の駆動部を制御するため、調整弁２５の開度を制御することができる。なお、冷房運転時の冷凍サイクルにおいて凝縮器として働く室外熱交換２３に供給される高圧冷媒の圧力を検知する圧力センサ７１が、圧縮機２２の吐出ポート２２ｐと四方弁２８の入口ポート２８ｉとの間に配置されている。外気温度を検知する外気温度センサ７４が外気に接触するように配置されている。圧縮機２２の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）を検知する圧縮機回転数センサ７２が圧縮機２２に配置されている。エンジン冷却水の温度を検知するエンジン冷却水温度センサ７３がエンジン２０の冷却室８１の吐出ポート８１ｐ側に配置されている。更に、制御装置１００が設けられている。図２に示すように、制御装置１００は、センサからの信号が入力される入力処理回路１０１と、ＣＰＵ１０２をもつ制御回路１０３と、アクチュエータ等に制御信号を出力する出力処理回路１０４と、記憶エリアを有するメモリ等で形成された記憶部１０５とをもつ。

（室内機１の冷房運転時）
室内機１で室内を冷房運転するときについて説明する。燃料ガスによりエンジン２０が駆動すると、圧縮機２２が駆動し、アキュムレータ２１の気体状の冷媒がアキュムレータ２１の吸入ポート２１ｉ、流路２１ｘ，圧縮機２２の吸入ポート２２ｉから圧縮機２２に吸入され、圧縮機２２の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気体状の冷媒は、圧縮機２２の吐出ポート２２ｐから吐出され、流路３ａ、オイルセパレータ２７に至る。オイルセパレータ２７において冷媒からオイルが分離される。そしてオイルが分離された高温高圧の冷媒は、流路３ｂ、流路切替弁としての四方弁２８の入口ポート２８ｉ、第１ポート２８ｆ、流路３ｋを通り、ポート２３ｉから室外熱交換器２３に至る。そして高温高圧の冷媒は、室外熱交換器２３で外気（室外ファン８９の冷却風）と熱交換されて冷却され、凝縮されて液化される。従って冷房運転時の冷凍サイクルにおいて、室外熱交換器２３は、高温高圧の冷媒を凝縮させて液化させ凝縮器として働く。液化が進行した冷媒（液相状態または気液二相状態）は、室外熱交換器２３のポート２３ｐから、逆止弁２６、流路３ｈ、更に、流路３ｇ、開閉弁２９２、流路３ｆを経て膨張弁１１（膨張部）に至り、膨張弁１１において膨張されて低温となる。なお、冷房運転時には、一般的には、調整弁２５は全閉状態とされているが、開放されていても良い。

上記したように室外熱交換器２３で凝縮されて液化が進行した冷媒は、流路３ｇ、３ｆを通り、膨脹弁１１で膨脹されて低温低圧となり、更に、室内熱交換器１０に至る。冷房運転時の冷凍サイクルにおいて、室内熱交換器１０は冷媒を蒸発させる蒸発器として働く。室内熱交換器１０は、室内の空気と熱交換されて室内を冷却させる。更に蒸発された冷媒は、流路３ｅ、開閉弁２９１、流路３ｃ、四方弁２８の第３ポート２８ｔ、四方弁２８の第２ポート２８ｓ、流路３ｍを経て、アキュムレータ２１の帰還ポート２１ｒに帰還する。アキュムレータ２１に帰還した冷媒は、アキュムレータ２１で液状の冷媒と気体状の冷媒とに分離された状態で収容される。冷房運転時には、必要に応じて、室外機２の調整弁２５の開度を制御することにより、室外機２における冷媒搬送量を制御できる。このようにして冷房運転が実施される。

（暖房運転時）
室内を暖房運転するときについて説明する。燃料ガスによりエンジン２０が駆動すると、圧縮機２２が駆動し、アキュムレータ２１の気体状の冷媒がアキュムレータ２１の吸入ポート２１ｉ、圧縮機２２の吸入ポート２２ｉから流路２１ｘを経て吸入され、圧縮機２２の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気体状の冷媒は、圧縮機２２の吐出ポート２２ｐから吐出され、流路３ａ、オイルセパレータ２７に至る。オイルセパレータ２７において冷媒からオイルが分離される。そしてオイルが分離された気体状の高温高圧の冷媒は、流路３ｂ、四方弁２８の入口ポート２８ｉ、第３ポート２８ｔを通り、流路３ｃ、開閉弁２９１、流路３ｅを経て、室内熱交換器１０に至り、室内熱交換器１０で室内の空気と熱交換されて凝縮（液化）する。従って暖房運転時において室内熱交換器１０は冷媒を凝縮させる凝縮器として働く。室内熱交換器１０において発生した凝縮熱は、室内に放出されるため、室内が加熱される。

そして、室内熱交換器１０を経て液化が進行した冷媒は、液相状態または気液二相状態となり、膨張弁１１に至り、膨張弁１１で膨張されて低圧となる。さらに、低圧となった冷媒は、流路３ｆ，開閉弁２９２、流路３ｇ，３ｈを経て矢印Ｋ１方向に流れ、調整弁２５に至り、調整弁２５を流れ、ポート２３ｐから室外熱交換器２３に至る。冷媒は室外熱交換器２３で蒸発して外気と熱交換する。従って室外熱交換器２３は室内機１の暖房運転時には蒸発器として機能する。ここで、室内機１の暖房運転時において、調整弁２５は膨脹弁として機能し、冷媒を膨脹させる。ここで、調整弁２５は開度調整可能である。このため室内機１の暖房運転時において、調整弁２５の開度に応じて、室内機１から室外機２の室外熱交換器２３に帰還する冷媒の流量を調整できる。更に室外熱交換器２３において蒸発された冷媒は、流路３ｋ、四方弁２８の第１ポート２８ｆ、第２ポート２８ｓ、流路３ｍを経て、帰還ポート２１ｒからアキュムレータ２１に帰還する。帰還した冷媒は、アキュムレータ２１で液状の冷媒とガス状の冷媒とに分離された状態で収容される。上記したように暖房運転が実施される。

（エンジン冷却系８０について）
図１に示すように、運転時において高温となるエンジン２０を冷却させるためのエンジン冷却系８０が設けられている。エンジン冷却系８０は、エンジン２０の過熱を防止すべくエンジン２０に付設されエンジン冷却水が流れる冷却室８１をもつエンジン冷却部８２と、冷却室８１に連通する往路８３ａおよび復路８３ｂからなる循環路８３とをもつ。エンジン冷却水は不凍液等の中間成分を含有していても良い。循環路８３には、エンジン冷却水を放熱させて冷却させる放熱器として機能するラジエータ８５と、エンジン冷却水を循環路８３において搬送させるポンプ８６（エンジン冷却水搬送源）とが設けられている。ポンプ８６が駆動すると、エンジン２０に付設されている冷却室８１内のエンジン冷却水は、冷却室８１の吐出ポート８１ｐから往路８３ａを介してラジエータ８５に流れ、ラジエータ８５で放熱され、その後、復路８３ｂを流れ、ポンプ８６，排気熱交換器８７を介して高温のエンジン排気ガスを冷却させた後、帰還ポート８１ｉからエンジン２０の冷却室８１に帰還する。このようにエンジン冷却水は循環路８３を循環する。

循環路８３には、温度応答式切替弁として機能できるサーモスタット８８が設けられている。エンジン２０の起動時等のようにエンジン冷却水の温度が過剰に低いときには、サーモスタット８８のポート８８ａの開度が減少または閉鎖され、ラジエータ８５にエンジン冷却水が流れることが制限され、エンジン冷却水が過剰に冷却されることが抑制される。更に、ポート８８ｃの開度が増加し、エンジン冷却水は迂回路８３ｅを迂回して、ポンプ８６、排気熱交換器８７、帰還ポート８１ｉを介して冷却室８１に帰還される。これに対して、エンジン２０の駆動時間が長くなった時等のようにエンジン冷却水の温度が高いときには、サーモスタット８８のポート８８ａの開度が開放または増加され、冷却室８１で加熱された多量のエンジン冷却水がラジエータ８５に流れ、ラジエータ８５でエンジン冷却水の熱が放出されることが促進される。この場合、ポート８８ｃの開度が減少または閉鎖され、エンジン冷却水が迂回路８３ｅを流れることが制限され、ラジエータ８５に向かう流量が増加する。

更に、図１に示すように、互いに接近しているラジエータ８５および室外熱交換器２３に冷却風を供給させる室外ファン８９が、室外機２において設けられている。室外ファン８９は、ラジエータ８５内のエンジン冷却水の冷却および室外熱交換器２３の冷却を促進させるためのものである。室外ファン８９の単位時間あたりの回転数が増加すると、室外ファン８９の風量が増加し、ラジエータ８５での放熱量が増加し、エンジン冷却水の冷却能力を高めることができ、更に、室外熱交換器２３の熱交換量を増加させ、室外熱交換器２３の冷媒凝縮量を増加させることができる。なお、図１に示すように、室内熱交換器１０には、室内熱交換器１０に向けて送風する室内ファン５２が設けられている。図１では外気側から室外ファン８９、ラジエータ８５、室外熱交換器２３の順に配置されている。

（制御について）
室外ファン８９が発生する風量は、室外ファン８９の回転数と相関関係がある。図３は、室外ファン８９の風量段階と室外ファン８９の回転数との関係を示す。更に、図４は、冷房運転時における圧縮機２２の単位時間あたりの回転数（ｒｐｍ）の大きさと、室外ファン８９の風量の複数の段階との関係を示す。図３および図４を考慮すると、圧縮機２２の回転数が２０００ｒｐｍのとき、室外ファン８９の風量の段階は段階６となり（図４参照）、室外ファン８９の回転数は６００ｒｐｍとなる（図３参照）。圧縮機２２の回転数が３０００ｒｐｍのとき、室外ファン８９の風量の段階は段階７となり、室外ファン８９の回転数は７００ｒｐｍとなる。このように室外ファン８９の風量の段階に基づいて、室外ファン８９を作動させれば、空気調和装置の冷房運転時において高いＣＯＰが得られるように風量の段階は設定されている。

本実施形態によれば、空気調和装置の実用運転において、図４に示すように、冷房運転時における圧縮機２２の単位時間あたりの回転数の大きさに対応する室外ファン８９の基準風量は、複数の段階（風量段階で段階５、段階６、段階７、段階８、段階９、段階１０）として設定されている。具体的には、図４に示すように、圧縮機２２の回転数が１０００ｒｐｍ以上〜２０００ｒｐｍ未満のときには、室外ファン８９の風量の段階は段階５とされている。圧縮機２２の回転数が２０００ｒｐｍ以上〜３０００ｒｐｍ未満のときには、風量段階は段階６とされている。圧縮機２２の回転数が３０００ｒｐｍ以上〜４０００ｒｐｍ未満のときには、風量段階は段階７とされている。圧縮機２２の回転数が４０００ｒｐｍ以上〜５０００ｒｐｍ未満のときには、風量段階は段階８とされている。圧縮機２２の回転数が５０００ｒｐｍ以上〜６０００ｒｐｍ未満のときには、風量段階は段階９とされている。圧縮機２２の回転数が６０００ｒｐｍ以上〜７０００ｒｐｍ未満のときには、風量段階は段階１０とされている。

このように風量段階で室外ファン８９を作動させれば、空気調和装置の冷房運転時において高いＣＯＰが得られるように設定されている。図４に示すデータは、制御装置１００に装備されている記憶部１０５の所定の記憶エリアに格納されている。なお、図４に示す段階５未満については、圧縮機２２の回転数（ｒｐｍ）は実用領域から外れるため、規定されていない。

但し本実施形態によれば、エンジン冷却水の温度Ｔｅについて規定値Ａ，規定値Ｂ（Ａ＞Ｂ）は、風量の段階を補正させるための補正用の閾値として規定されている。規定値Ａおよび規定値Ｂの単位は温度の単位（℃）にできる。冷房運転時において凝縮器として働く室外熱交換器２３に供給される冷媒の凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（冷媒の凝縮温度−外気温度）について規定値ａ，規定値ｂ（ａ＞ｂ）は、風量の段階を補正させるための補正用の閾値として規定されている。規定値ａおよび規定値ｂの単位は温度の単位（℃）にできる。

従って本実施形態によれば、制御装置１００は、実際の冷房運転時において、冷凍サイクルにおける凝縮器として働く室外熱交換器２３に供給される冷媒の凝縮温度と外気温度との差ΔＴと、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅとを求める。この場合、冷媒の凝縮温度については、冷房運転時において凝縮器として働く室外熱交換器２３の上流（室外熱交換器２３のポート２３ｉと圧縮機２２の吐出ポート２２ｐとの間）に設けられている圧力センサ７１で高圧の冷媒（圧縮機２２で圧縮されて吐出ポート２２ｐから吐出された冷媒）の圧力を検知し、これを冷媒の飽和蒸気に換算して求められる。冷媒の飽和蒸気状態は冷媒の凝縮に対応するためである。エンジン冷却水の温度Ｔｅについては、エンジン２０の冷却室８１の出口ポート８１ｐ側に設けられているエンジン冷却水温度センサ７３で求められる。外気温度については、外気と接触するように外気に設けた外気温度センサ７４で求められる。従って、圧力センサ７１、エンジン冷却水の温度センサ７３、圧縮機回転数センサ７２、外気温度センサ７４といった各センサの検知信号は、入力処理回路１０１から制御装置１００の制御回路１０３に入力される（図２参照）。上記した各センサの検知信号に基づいて、制御装置１００は、膨張弁１１，調整弁２５，四方弁２８，開閉弁２９１，２９２の開度，ポンプ８６，室外ファン８９の作動等を制御する（図２参照）。

本実施形態によれば、室内機１の冷房運転時において、基本的には、記憶部１０５のエリアに格納されている基準風量に関する複数の段階（図４に示す段階５〜段階１０）のうち、圧縮機２２の単位時間あたり回転数に対応する段階に基づいて室外ファン８９を駆動させる。但し、制御装置１００は、冷房運転時の冷凍サイクルにおける凝縮器（室外熱交換器２３）での凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（冷媒の凝縮温度−外気温度）、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅに基づいて、室外ファン８９の段階を１段階だけ増減させるように補正する。

具体的には、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａよりも高温であるとき、または、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ａよりも高温であるときには、制御装置１００は、基準風量に関する複数の段階のうち基準風量を増加させる方向に段階を１段階ぶん増加させるように補正させる。例えば、段階５であるときには、風量を増加させるように段階６に１段階ぶん増加させるように補正させる。これに対して、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ｂ未満であるとき、および、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ｂ未満であるときには、制御装置１００は、室外ファン８９の基準風量に関する複数の段階のうち風量を減少させる方向に段階を１段階ぶん減少させるように補正させる。例えば、段階６であるときには、風量を増加させるように段階５に１段階ぶん減少させるように補正させる。このような本実施形態によれば、冷房運転時において、制御装置１００は、これの記憶部１０５に格納されている室外ファン８９に関する基準風量に関する複数の段階のうち、現在作動している圧縮機２２の単位時間あたり回転数に対応する段階に基づいて室外ファン８９の回転数を設定するため、高いＣＯＰで空気調和装置を冷房運転できる。

更に、制御装置１００は、冷房運転時に係る冷凍サイクルにおける凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）のパラメータ、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅのパラメータに基づいて、段階を１段階ぶん増減させるように補正する。このため室外ファン８９の風量が無駄に過剰になることが抑制され、室外ファン８９の風量が適切化され、省エネルギー化が図られる。このような本実施形態によれば、従来技術で述べた特許文献１と異なり、室外ファン８９の風量に関する多大な開発期間を必要とする複雑なマップを作成する手間を低減または廃止し、且つ、室外ファン８９の風量が無駄に過剰になることを抑えるのに有利となる。

（実施形態２）
実施形態２は実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図６は、冷房運転時において制御装置１００のＣＰＵ１０２が実行するフローチャートを示す。まず、圧縮機回転数センサ７２から圧縮機２２の単位時間あたりの回転数Ｎ、エンジン冷却水温度センサ７３からエンジン冷却水の温度Ｔｅ、外気温度センサ７４から外気温度、圧力センサ７１から室外熱交換器２３に供給される気体状の冷媒の圧力を読み込む（ステップＳ１０２）。更に、室外熱交換器２３に供給される冷媒の圧力に基づいて冷媒の凝縮温度を換算して求める。

次に、圧縮機２２の回転数Ｎに基づいて、室外ファン８９の風量の段階を制御装置１００は算出する（ステップＳ１０４）。この場合、図４のデータに基づく。次に、制御装置１００は、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａ以上であるという第１条件が満足されるとき（ステップＳ１０６のＹｅｓ）には、制御装置１００は、基準風量に関する複数の段階のうち、基準風量を増加させる方向に段階を１段階ぶん増加させるように補正する（ステップＳ１１２）。

また、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａ以上であるという第１条件が満足されないとき（ステップＳ１０６のＮｏ）には、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ａ以上であるか否かを制御装置１００は判定する（ステップＳ１０８）。そして、差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ａ以上であるという第２条件が満足されるときには（ステップＳ１０８のＹｅｓ）、制御装置１００は、基準風量に関する複数の段階のうち基準風量を増加させる方向に、段階を１段階ぶん増加させる（ステップＳ１１２）。

このように本実施形態によれば、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａ以上である第１条件（ステップＳ１０６のＹｅｓ）が満足されるとき、または、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ａ以上であることの第２条件が満足されるとき、制御装置１００は、基準風量に関する複数の段階のうち風量を増加させる方向に、段階を１段階ぶん増加させる。この場合、ラジエータ８５および室外熱交換器２３に対する風量の不足が効果的に解消される。なお、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ａ未満であるとき（ステップＳ１０６のＮｏ）、且つ、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ａ未満であるときには（ステップＳ１０８のＮｏ）、制御装置１００は、ファン風量の段階を維持し、補正させない（ステップＳ１１０）。

更に本実施形態によれば、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ｂ未満であるという第３条件（ステップＳ１１４のＹｅｓ）、且つ、凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）が規定値ｂ未満であるという第４条件（ステップＳ１１６のＹｅｓ）、且つ、現時点の基準風量の段階が圧縮機２２の回転数に対応した風量の段階以上であるという第５条件（ステップＳ１１８のＹｅｓ）が全て満足されるとき、制御装置１００は、基準風量を減少させる方向に段階を１段階ぶん低下させるように補正する（ステップＳ１２０）。このように基準風量の段階を１段階ぶん低下させるように補正するときには、第３条件、第４条件、第５条件の全部が満足されることが必要とされる。このように基準風量の段階を１段階ぶん低下させるための条件が厳しいため、ラジエータ８５および室外熱交換器２３に対する室外ファン８９の風量の不足が発生することが効果的に抑えられる。

本実施形態によれば、図６から理解できるように、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ｂ未満でないときには（ステップＳ１１４のＮｏ）、制御装置１００はファン風量の段階を維持する（ステップＳ１２２）。また、凝縮温度と外気温度との差ΔＴが規定値ｂ未満でないときには（ステップＳ１１６のＮｏ）、制御装置１００は、ファン風量の段階を維持する（ステップＳ１２２）。また、現時点の基準風量の段階が、圧縮機２２の現在の回転数に対応する段階以上でないときには（ステップＳ１１８のＮｏ）、制御装置１００は、ファン風量の段階を維持する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１１８における制御の意味は、図４の回転数に対応した風量の段階より下の段階にはしないという意味である。つまり、１段階ダウンさせるときは、ステップＳ１１２により基準風量の段階が上がっている場合だけである。

このような本実施形態によれば、冷房運転時において、制御装置１００の記憶部１０５の記憶エリアに格納されている基準風量のうち複数の段階のうち、圧縮機２２の単位時間あたり回転数に対応する段階に基づいて室外ファンを駆動させ、且つ、冷房運転時の冷凍サイクルにおける凝縮温度と外気温度との差ΔＴのパラメータと、エンジン冷却水の温度Ｔｅのパラメータとに基づいて、段階を増減させるように補正する。このような本実施形態によれば、室外ファン８９の風量に関する多大な開発期間を必要とする複雑なマップを作成する手間を低減または廃止し、且つ、ラジエータ８５および室外熱交換器２３に対する室外ファン８９の風量が過剰になることを抑えるのに有利となる。

（実施形態３）
実施形態２は実施形態１，２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。図７は、冷房運転時において制御装置１００のＣＰＵが実行するフローチャートを示す。このフローチャートは、図６に示すフローチャートと基本的には同じである。但し、ステップＳ１１８が廃止されている。従って本実施形態によれば、図７から理解できるように、エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ｂ未満であるとき（ステップＳ１１４のＹｅｓ）という第３条件と、凝縮温度と外気温度との差ΔＴが規定値ｂ未満であるとき（ステップＳ１１６のＹｅｓ）という第４条件の双方とが満足されるときには、制御装置１００は、基準風量に関する複数の段階のうち風量を減少させる方向に段階を１段階ぶん低下させるように補正する（ステップＳ１２０）。

（実施形態４）
実施形態４は実施形態１，２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を奏する。前述した実施形態１によれば、図１に示すように、外気側から室外ファン８９、ラジエータ８５、室外熱交換器２３の順に配置されている。本実施形態によれば、位置関係（風の流れ）としては、図示しないものの、外気（外側）→室外熱交換器２３→ラジエータ８５→室外ファンの順になっており、図１の配置と逆であり、室外ファンが内側に配置されており、室外熱交換器２３の熱、ラジエータ８５の熱を吸い出して放熱させる。

（その他）
上記した実施形態によれば、圧縮機２２の単位時間あたりの回転数を検知する圧縮機回転数センサ７２が設けられている。そして冷房運転時において、制御装置１００は、記憶部１０５に格納されている基準風量に関する複数の段階のうち、圧縮機回転数センサ７２が検知した圧縮機２２の単位時間あたり回転数に対応する段階に設定し、段階を１段階アップまたは１段階ダウンさせる補正することにしている。但しこれに限らず、制御装置１０は、冷房運転時において、記憶部１０５に格納されている基準風量に関する複数の段階のうち、圧縮機２２の駆動回路に指令する指令回転数に基づいて、当該指令回転数に対応する段階に設定し、且つ、段階を１段階アップまたは１段階ダウンとさせる補正することにしても良い。室外熱交換器２３の内部に設けた温度センサにより、室外熱交換器２３で凝縮する冷媒の凝縮温度を検知することにしても良い。エンジン２０はガス状の燃料で駆動するエンジンに限らず、液状の燃料で駆動するエンジンでも良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

図中、１は室内機、２は室外機、２０はエンジン、２２は圧縮機、２３は室外熱交換器、２４はエンジン回転数センサ、２５は調整弁、７１は圧力センサ、７２は圧縮機回転数センサ、７３はエンジン冷却水温度センサ、７４は外気温度センサ、８０はエンジン冷却系、８１は冷却室、８２はエンジン冷却部、８３は循環路、８５はラジエータ、８６はポンプ、８８はサーモスタット、８９は室外ファン、１００は制御装置、１０２はＣＰＵ、１０５は記憶部を示す。

Claims (3)

1. 燃料の燃焼により駆動するエンジンと、前記エンジンを冷却させるエンジン冷却水が流れるエンジン冷却系、前記エンジン冷却水の熱を放出させるラジエータと、前記エンジンで駆動される圧縮機と、冷房運転時において前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器として働く室外熱交換器と、前記ラジエータおよび前記室外熱交換器に冷却風を供給させて前記ラジエータおよび前記室外熱交換器を冷却させる室外ファンと、冷房運転時において前記室外熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させる膨張部と、冷房運転時において前記膨張部で膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器として働く室内熱交換器と、前記室外ファンの駆動を制御する制御装置とを具備しており、
   前記制御装置は、
   前記冷房運転時における前記圧縮機の単位時間あたりの回転数の大きさに対応する基準風量に関する情報を、複数の段階として格納する記憶部をもち、
   前記制御装置は、
   前記冷房運転時において、前記記憶部に格納されている前記基準風量に関する複数の段階のうち、現時点で作動している前記圧縮機の単位時間あたり回転数に対応する段階に設定し、且つ、
   前記冷房運転時の冷凍サイクルにおける前記凝縮器での凝縮温度と外気温度との差ΔＴ（凝縮温度−外気温度）のパラメータ、および、エンジン冷却水の温度Ｔｅのパラメータに基づいて、前記段階を増減させるように補正し、凝縮温度と外気温度との差ΔＴが規定値ａよりも大きくなる場合に、前記室外ファンの回転数を増加させ、前記室外ファンの風量を増加させる、空気調和装置。
2. 請求項１において、前記エンジン冷却水の温度Ｔｅについて規定値Ａ，規定値Ｂ（Ａ＞Ｂ）が閾値として規定されており、凝縮温度と外気温度との差ΔＴについて規定値ａ，規定値ｂ（ａ＞ｂ）が閾値として規定されており、
   前記制御装置は、前記エンジン冷却水の温度Ｔｅが前記規定値Ａよりも高温であるとき、または、凝縮温度と外気温度との差ΔＴが前記規定値ａよりも高温であるとき、前記基準風量に関する複数の段階のうち風量を増加させる方向に前記段階を補正し、
   前記エンジン冷却水の温度Ｔｅが規定値Ｂ未満であるとき、且つ、凝縮温度と外気温度との差ΔＴが前記規定値ｂ未満であるとき、前記基準風量に関する複数の段階のうち風量を減少させる方向に前記段階を補正させる空気調和装置。
3. 請求項２において、前記規定値ｂは、前記圧縮機の単位あたりの回転数の関数として算出される、空気調和装置。

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