JPS6343570B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスエンジン等の内燃機関を動力源と
して圧縮機を駆動すべく成したエンジン駆動冷暖
房装置の改良に関するものである。

一般に圧縮機を内燃機関で駆動すべく構成した
エンジン駆動冷暖房装置は、圧縮機をモータ駆動
するものと比較して、負荷に対する回転数制御が
極めて容易であるが、前記内燃機関の燃料消費量
（換言すれば効率）は必ずしもエンジン回転数に
比例するものではないので、例えば冷房負荷が増
大した時に単純にエンジン回転数をふやすと低効
率での運転を余儀無くされることになる。

そこで本発明は、基準となる冷暖房負荷状態に
応じて前記容量制御機構の基準容量を設定する基
準容量設定手段と、該基準容量設定手段からの基
準容量信号を受け、該基準容量において燃料消費
量が小となるよう予め設定した最効率運転回転数
指令を前記内燃機関の駆動回路に出力する駆動制
御手段と、各基準冷暖房負荷状態における負荷変
動状態を検出する負荷変動検出器と、該負荷変動
検出器が出力する検出負荷指令の値に応じて前記
駆動制御手段の出力値を増減補正する補正手段と
を備えることによつて、基準冷暖房負荷状態に応
じて前記容量制御機構の設定基準容量に基づき最
効率の回転で内燃機関を駆動すると共に、この駆
動中比較的小範囲の負荷変動については別途設け
た補正手段により回転数の補正を行つて各基準冷
暖房負荷における回転数制御をより精度良く行な
い。、ランニングコストの低減を図ることができ
るものであり、かつ、エンジンの回転数の増減に
伴う圧縮機の容量変化にはタイムラグがあるの
で、検出機構にタイマを内蔵させて、斯るタイム
ラグを調整しうるエンジン駆動冷暖房装置を提供
しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述
する。

第１図は本発明に係るエンジン駆動冷暖房装置
の電気回路図で、同図中、１は容量制御機構例え
ばアンローダ機構を備えた４気筒レシプロ式の圧
縮機で、この圧縮機１には例えば１台の室外側熱
交換器と４台の室内ユニツトとを冷媒配管により
接続している。

また、前記圧縮機１は内燃機関たとえばガスエ
ンジン２によつて駆動すべく構成したものであつ
て、前記ガスエンジン２はガバナ３を調整するこ
とにより、その回転数が制御されるものである。

４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは回転数設定器で、こ
れらの各回転数設定器は例えば後述する演算器６
への印加電圧を予め設定することにより、効率の
よいエンジン回転数を得るようにしている。

前記の各回転数設定器４Ａ〜４Ｄには開閉器５
Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄをそれぞれ接続している。
これらの各開閉器５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは前記
圧縮機１に接続した各室内ユニツトの運転指令台
数に応じて自動的にオフからオンになるものであ
る。

すなわち、前記室内ユニツトの運転台数によつ
てあらましの冷暖房負荷が決まるので、運転され
ている室内ユニツトの台数に対応した開閉器をオ
ンにし、例えば５Ａは１台、５Ｂは２台、５Ｃは
３台、５Ｄは４台とし負荷に見合つた電圧を演算
器６に印加すると共に、前記圧縮機１のアンロー
ダ機構を働かせるようになつている。

つまり、２台の室内ユニツトが運転されている
時には前記開閉器５Ａ〜５Ｄのうちの１つの開閉
器５Ｂをオンにし、圧縮機１の総気筒数４のうち
２気筒をアンロードさせるのであるが、この時、
前記回転数設定器４Ｂから演算器６に印加される
電圧が、室内ユニツトの運転台数２、アンロード
気筒数２という状態下において、エンジン効率が
高くなる回転数に制御されるよう、その電圧値が
予め設定されている。

前記演算器６はオペアンプ７と、帰還抵抗８
と、抵抗９，１０，１１とからなり、該オペアン
プ７の入力端子１２には前記抵抗９を介して先に
述べた各開閉器５Ａ〜５Ｄを接続し、前記オペア
ンプ７の出力端子１３には増幅器１４を接続して
いる。

前記増幅器１４はオペアンプ７からの信号を、
増幅器１４の次段に接続したアクチユエータ１５
を駆動するのに充分な値に増幅するものであり、
前記アクチユエータ１５は先に述べたガバナ３を
調整するためのものである。

１６は回転数検出器で、この回転数検出器１６
はガスエンジン２の回転数を検出し、該回転数を
電圧に変換してフイードバツクして、指令通りの
回転数制御を行なうためのものである。

１７は運転状態における負荷の過不足を検出す
る負荷検出器で、この実施例ではスイツチ１８と
スイツチ１９とを有する圧力スイツチを用いてい
て、冷房運転時における低圧冷媒圧力が一定値た
とえば５Kg／cm²以上になつた時には一方のスイツ
チ１８がオンになつて冷暖房の過負荷を検出し、
また冷媒圧力が一定値たとえば４Kg／cm²以下にな
つた時には他方のスイツチ１９がオンになつて冷
暖房の軽負荷を検出するもので、所謂デイフアレ
ンシヤルを有する負荷検出を行なうようになつて
いる。

前記各スイツチ１８，１９はナンド回路２０の
それぞれの入力端子に接続すると共に、インバー
タ２１，２２を各別に介してアンド回路２３，２
４の一方の入力端子に各別に接続している。

前記ナンド回路２０の出力端子と、各アンド回
路２３，２４の他方の入力端子との間にはパルス
発生器２５を接続している。このパルス発生器２
５は前記スイツチ１８，１９のうちのいずれか一
方のスイツチがオンになつた時に一定パルス幅の
パルス信号を発生するもので、該パルス発生器２
５はタイマー機構を内蔵している。

このタイマー機構は、ガスエンジン２に回転数
増減の指令を与えた後に、該エンジン２の回転数
が制御される迄の時間と、冷暖房装置の能力が増
減して前記冷媒圧力を負荷検出器１７で検出する
迄の時間とのタイムラグを調整し、ハンチングの
ない滑らかな回転数制御を行なうためのものであ
る。

前記アンド回路２３，２４の各出力端子はアツ
プダウンカウンタ２６のそれぞれの入力端子に各
別に接続している。該カウンタ２６は前記パルス
発生器２５からのパルス数をカウントするもの
で、前記一方のスイツチ１８がオンになつた時に
はエンジン回転数増大用のデジタル信号を、また
前記他方のスイツチ１９がオンになつた時にはエ
ンジン回転数減少用のデジタル信号をそれぞれ出
力するものである。

前記アツプダウンカウンタ２６の出力側にはデ
ジタル―アナログ変換器２７を接続し、前記カウ
ンタ２６から出力されるデジタル量をアナログ量
に変換すべく構成している。

該変換器２７の出力段は前記抵抗１０を介して
オペアンプ７の入力端子１２に接続していて、デ
ジタル―アナログ変換したエンジン回転数増減信
号（電圧）をオペアンプ７に印加すべく構成して
いる。

また、前記カウンタ２６にはカウンタ設定器２
８を接続している。この設定器２８は室内ユニツ
トの運転台数が変化した時に、前記カウンタ２６
を一定の値に選定するためのもので、室内ユニツ
トの運転指令信号を受けて自動的に設定されるよ
うになつている。しかも、前記カウンタ２６はそ
のビツト数を小となした時には段階制御を、ビツ
ト数を大となした時には無段階制御を行なうこと
ができる。

第２図は室内ユニツトの運転台数に応じた特性
曲線図で、曲線Ｄは前記室内ユニツトを４台全て
運転する時の特性を示し、曲線Ｃは前記室内ユニ
ツトを３台運転する時の特性を示し、曲線Ｂは前
記室内ユニツトを２台運転する時の特性を示し、
曲線Ａは前記室内ユニツトを１台のみ運転する時
の特性を示す。

なお、一台の室内ユニツトの容量は
12500Kcal／ｈであり、室外ユニツトの容量は
50000Kcal／ｈである。

つぎに、上記構成の作用について説明する。

いま、ガスエンジン２を駆動すると圧縮機１が
運転されるのであるが、前記室内ユニツトが４台
全て運転されている場合には、これら各室内ユニ
ツトからの運転指令信号によつて、前記開閉器５
Ｄがオンになると共に、該運転指令信号がカウン
タ設定器２８にも印加され、同設定器２８でアツ
プダウンカウンタ２６を一定の値に選定する。

前記開閉器５Ｄがオンになると、回転数設定器
４Ｄからの電圧が抵抗９を介してオペアンプ７の
入力端子１２に印加される。

演算器６はその抵抗８，９，１０の抵抗値を一
定値に固定しているので、前記オペアンプ７の出
力端子１３には入力電圧に比例した演算出力電圧
が得られる。

ここで、前記回転数設定器４Ｄからの電圧は、
室内ユニツトの運転台数４、アンロード気筒数０
という状態下において、エンジン効率が高くなる
回転数に制御されるよう、その電圧値が予め設定
されている。

前記オペアンプ７の出力端子１３から出力され
た電圧は、増幅器１４により増幅される。この増
幅された電圧によりアクチユエータ１５が所定量
駆動され、ガバナ３を介してガスエンジン２の回
転数を、エンジン効率が高くなる値に制御するも
のである。

このようにして制御されるガスエンジン２の回
転数は、回転数検出器１６を介して制御系にフイ
ードバツクされるので、指令通りの回転数制御を
行なうことができる。

斯る運転中たとえば冷房運転中において外気温
度の上昇等に起因して冷房負荷が増大し、低圧冷
媒圧力が予め設定した値（たとえば５Kg／cm²）以
上になると、負荷検出器１７中の一方のスイツチ
１８がオン作動する。

該スイツチ１８がオン作動すると、インバータ
２１には「０」信号が印加され、この「０」信号
が同インバータ２１によつて反転されて「１」信
号となり、該「１」信号が次段のアンド回路２３
に印加されるので、該アンド回路２３から該
「１」信号とパルス発生器２５から出力されるパ
ルス信号との論理積出力が得られ、この論理出
力、換言すればパルス信号と同等の出力がアツプ
ダウンカウンタ２６でカウントされ、デジタル―
アナログ変換器２７によつてアナログ量に変換さ
れた後に、抵抗１０を介してオペアンプ７に印加
される。

この結果、増幅器１４を介してアクチユエータ
１５が操作され、ガバナ３の調整によつてガスエ
ンジン２の回転数がふえて冷房過負荷に対応する
のである。

ここで、前記エンジン回転数は速やかに制御さ
れるが、冷媒回路の圧力は徐々に可変するので、
両者の制御時間にタイムラグが生ずるけれども、
前記パルス発生器２５のタイマ機能によつて調整
されるので、ハンチングのない滑らかな制御を行
なうことができる。

上述とは逆に、冷房運転中において外気温度の
低下等に起因して冷房負荷が減少し、低圧冷媒圧
力が予め設定した値（たとえば４Kg／cm²）以下に
なると、負荷検出器１７中の他方のスイツチ１９
がオン作動する。

該スイツチ１９がオン作動すると、アクチユエ
ータ１５は前述とは逆の方向に操作され、ガバナ
３を介してガスエンジン２の回転数が減少し冷房
軽負荷に対応する。斯る制御時のタイムラグの調
整は前述と同様である。

次に、室内ユニツトの運転台数が４台から３台
に変化すると、圧縮機１の運転率は75％となる
が、アンロード気筒数零で運転率100％の
1350rpm以下での運転と、１気筒がアンロードさ
れ運転率75％の1800rpmでの運転とが可能とな
る。この場合は、エンジン効率のよい運転率100
％の1350rpm以下で運転されるよう、あらかじめ
設定されている。

この点について第２図および第３図を参照して
さらに詳述する。

第２図は横軸に外気温度をとり、左縦軸に必要
動力を、また右縦軸に圧縮機運転率をとつて室内
ユニツトの運転台数に応じたそれぞれの特性を描
いた特性曲線図であつて、特性Ａは運転台数が１
台の時のものであり、特性Ｂは運転台数が２台の
時のものであり、特性Ｃは運転台数が３台の時の
ものであり、特性Ｄは運転台数が４台の時のもの
である。

また、第３図は横軸にエンジン回転数をとり、
左縦軸にエンジンの必要動力を、また右縦軸に燃
料消費量をとつて実線でエンジン動力を、点線で
エンジン効率をそれぞれ表わしている。

いま、第２図の外気温度40℃で室内ユニツトを
３台運転する場合を考えると、運転率100％でエ
ンジン回転数が1350rpmの場合と、運転率75％で
エンジン回転数が1800rpmの場合との二通りの運
転が考えられる。その時の必要動力は16KWであ
る。

そこで、第３図においてエンジン動力が16KW
の所を見ると回転数1800rpmと1350rpmとの二通
りがあり、これら両者を比較すると回転数
1800rpmの場合には燃料消費量が2700Kcal、回
転数1350rpmの場合には燃料消費量が2500Kcal
であり、回転数が1350rpmの方が燃料消費量が小
であるので、運転率100％の1350rpmでの運転を
予め選定する如く回路条件を設定しているのであ
る。

而して、運転指令信号によつて前記開閉器５Ｂ
がオンになり、室内ユニツトの運転台数３、アン
ロード気筒数０という状態下において、エンジン
効率が高くなる回転数に、前記回転数設定器４Ｂ
からの電圧で制御されるのである。

同様に室内ユニツトの運転台数が２台の時は２
気筒がアンロードされて、圧縮機１の最大運転率
は50％となり、室内ユニツトの運転台数が１台の
時は３気筒がアンロードされて、圧縮機１の最大
運転率は25％となり、このような各状態下におい
ても、エンジン効率が高くなる如く前記回転数設
定器からの電圧で制御されるのである。

つまり、圧縮機１側のアンロードによる容量制
御と、ガスエンジン２の回転数の組み合わせにお
いて、ガスエンジン２の回転数は例えば1000rpm
〜2000rpmの範囲で可変でき、前記カウンタ２６
のビツト数が小の時は斯る可変を段階的に、また
ビツト数が大の時は斯る可変を無段階に行なうこ
とができ、冷暖房負荷と冷暖房能力とが釣合うよ
うに制御を行なうことができるのである。

すなわち、室内ユニツトの運転台数が４台の時
は、第２図に曲線Ｄで示す範囲において、また室
内ユニツトの運転台数が３台の時は同図に曲線Ｃ
で示す範囲において、さらに室内ユニツトの運転
台数が２台の時は曲線Ｂで、また１台の時は曲線
Ａでそれぞれ示す範囲において制御を行なうこと
ができるものであり、この結果、広範囲の容量制
御を効率よく行ない、ランニングコストの低減を
図ることができるものである。

なお、上記実施例においては、室内機４台対室
外機１台の場合を例示して説明したが、室内機１
台対室外機１台の際に適用してもよく、斯る場合
にはより一層簡単に制御を行なうことができる。

また、負荷検出器１７としては圧力スイツチを
用いたが、室内機１台対室外機１台の場合の負荷
検出器としては室内サーモスイツチを用いてもよ
く、さらにチラーの場合には負荷検出器として出
口水温検知スイツチを用いてもよいことは勿論で
ある。

さらにまた、１台のガスエンジンの両軸に圧縮
機をそれぞれ連結して圧縮機を２台に、さらには
複数台にしてもよいことは云うまでもない。

本発明は以上詳述したように、容量制御機構を
備えた圧縮機を内燃機関により駆動すべくなした
冷暖房装置において、基準となる冷暖戻負荷状態
に応じて前記容量制御機構の基準容量を設定する
基準容量設定手段と、該基準容量設定手段からの
基準容量信号を受け、該基準容量において燃料消
費量が小となるよう予め設定した最効率運転回転
数指令を前記内燃機関の駆動回路に出力する駆動
制御手段と、各基準冷暖房負荷状態における負荷
変動状態を検出する負荷変動検出器と、該負荷変
動検出器が出力する検出負荷指令の値に応じて前
記駆動制御手段の出力値を増減補正する補正手段
とを備えたものであるから、基準冷暖房負荷状態
に応じて前記容量制御機構の設定基準容量に基づ
き最効率の回転で内燃機関を駆動すると共に、こ
の駆動中比較的小範囲の負荷変動については別途
設けた補正手段により回転数の補正を行つて各基
準冷暖房負荷における回転数制御をより精度良く
行うことができ、ランニングコストの低減を図る
ことができるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン駆動冷暖房装置
の電気回路図、第２図は室内ユニツトの運転台数
に応じたそれぞれの特性曲線図、第３図はエンジ
ン必要動力とエンジン効率との特性曲線図であ
る。 １…圧縮機、２…ガスエンジン（内燃機関）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容量制御機構を備えた圧縮機を内燃機関によ
   り駆動すべくなした冷暖房装置において、基準と
   なる冷暖房負荷状態に応じて前記容量制御機構の
   基準容量を設定する基準容量設定手段と、該基準
   容量設定手段からの基準容量信号を受け、該基準
   容量において燃料消費量が小となるよう予め設定
   した最効率運転回転数指令を前記内燃機関の駆動
   回路に出力する駆動制御手段と、各基準冷暖房負
   荷状態における負荷変動状態を検出する負荷変動
   検出器と、該負荷変動検出器が出力する検出負荷
   指令の値に応じて前記駆動制御手段の出力値を増
   減補正する補正手段とを備えたことを特徴とする
   エンジン駆動冷暖房装置。