KR100612809B1

KR100612809B1 - 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치

Info

Publication number: KR100612809B1
Application number: KR1020050025716A
Authority: KR
Inventors: 요시미 와따나베
Original assignee: 아이신세이끼가부시끼가이샤
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-08-21
Also published as: JP2005282986A; KR20060044877A; CN1677015A; CN100343599C; JP4556469B2

Abstract

본 발명의 과제는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 에너지 효율을 향상시키고, 또한 수명을 연장시키는 데 있다.

클러치(19a, 19b)를 거쳐서 내연 기관(19)에 의해 구동되는 복수의 압축기(11, 12)는 밀어냄 용적이 변화되는 가변 용량형 압축기로 하고, 제어 장치(40)는 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태에서 작동시키는 동시에 내연 기관에 연결되는 압축기의 선택 및 각 압축기의 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 큰 범위 내에서는 각 압축기의 밀어냄 용적을 최대로 하여 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어한다.

클러치, 내연 기관, 압축기, 제어 장치, 바이패스 포트, 압축기

Description

내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치 {HEAT PUMP TYPE AIR CONDITIONER DRIVEN BY INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도1은 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제1 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 설명도.

도2는 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 작동의 설명도.

도3은 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제2 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 설명도.

도4는 제2 실시 형태의 작동의 설명도.

도5는 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제3 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 설명도.

도6은 제3 실시 형태의 작동의 설명도.

도7은 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제4 실시 형태의 전체 구성을 도시하는 설명도.

도8은 제4 실시 형태의 작동의 설명도.

도9는 종래 기술에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 일예의 작동의 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11, 12 : 압축기(가변 용량형 압축기)

11A, 12A : 압축기(가변 용량형 압축기)

12B : 압축기(고정 용량형 압축기)

11a, 12a : 토출 포트

11b, 12b : 흡입 포트

11c, 12c : 바이패스 포트

13 : 절환 밸브(사방 밸브)

14 : 외기 열교환기

17 : 전자 팽창 밸브(리듀스 밸브)

18 : 제어 밸브

19 : 내연 기관(가스 엔진)

19a, 19b : 클러치

21 : 실내 열교환기

22 : 팽창 밸브(전자 팽창 밸브)

30 : 냉매 순환로

30e : 관로

30f : 바이패스 관로

40 : 제어 장치

[문헌 1]

일본 특허 공개 제2003-148815호 공보

본 발명은 내연 기관에 의해 구동되는 압축기에 의해 냉매를 외기 열교환기, 실내 열교환기 및 팽창 밸브로 순환시켜 공기 조절을 행하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에는 부분 부하시의 에너지 효율을 높이기 위해 1대의 내연 기관에 복수의 고정 용량형 압축기를 클러치를 거쳐서 접속하고, 실내기의 부하의 대소에 따라서 내연 기관에 접속되어 구동되는 압축기의 수를 증감시키도록 한 것이 있다. 이러한 종류의 공조 장치에서는 실외기로부터 실내기에 공급하는 냉매의 양을 실내기의 부하에 따라서 연속적으로 제어하기 위해, 통상은 압축기로부터 토출되는 나머지 냉매를 제어 밸브를 거쳐서 압축기의 흡입측으로 복귀시키는 바이패스 제어를 행하고 있지만, 이 방법에서는 압축기가 소비하는 동력은 냉매의 바이패스량과는 관계가 없으므로, 바이패스량이 증대하면 에너지 효율이 저하되는 문제가 있다.

이에 대해, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기를 클러치를 거쳐서 가스 엔진(내연 기관)에 의해 구동하고, 실내기의 부하가 작은 범위 내에서는 가변 용량형 압축기만을 사용하여 그 토출량의 제어와 엔진 회전 속도의 제어에 의해 실외기로부터 실내기에 공급하는 냉매의 양을 제어 하고, 실내기의 부하가 큰 범위 내에서는 가변 용량형 압축기와 고정 용량형 압축기의 양쪽을 사용하여 가변 용량형 압축기의 토출량의 제어와 엔진 회전 속도의 제어에 의해 실외기로부터 실내기에 공급하는 냉매의 양을 제어하는 기술이 있다.

다음에 이 특허문헌 1에 의한 기술의 일예의 작동을 도9에 의해 설명한다. 또 본 예에서는, 가변 용량형 압축기(1)의 최소 밀어냄 용적은 최대 밀어냄 용적의 50 ％이고, 고정 용량형 압축기(2)의 밀어냄 용적은 압축기(1)의 최대 밀어냄 용적과 동일하고, 또한 엔진은 1000 r/분과 2000 r/분의 범위에서 작동되고, 이 1000 r/분이라는 비교적 저회전 속도에서 고토크일 때에 연료 소비율이 최저가 되는 것으로 한다. 실외기에 대해 요구되는 요구 부하는, 도9의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 실내기가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량에 대해 비례하여 증대하고, 그 값은 가변 용량형 압축기(1)의 밀어냄 용적이 최대[＝ 고정 용량형 압축기(2)의 밀어냄 용적] 2000 r/분으로 구동된 경우의 밀어냄 용량을 100 ％로 하여 표시하였다.

이 기술에서는, 냉매의 필요 순환량이 실내기가 필요로 하는 최대량의 0 내지 1/8인 범위에서는 밀어냄 용적을 50 ％(최저치)로 한 압축기(1)만이 회전 속도를 1000 r/분으로 한 엔진에 의해 구동된다. 이 범위에서는, 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 양은 도9의 요구 부하의 선도의 파선으로 나타낸 바와 같이 25 ％의 일정치로, 실외기에 대해 요구되는 요구 부하보다도 많아진다. 그래서 이 범위에서는, 전술한 바이패스 제어에 의해 압축기로부터 토출되는 나머지 냉매를 흡입측으로 복귀시켜 요구 부하와 합치시키고 있어, 에너지 효율이 저하된다.

필요 순환량이 1/8 내지 2/8인 범위에서는, 압축기(1)만이 회전 속도를 1000 r/분으로 한 엔진에 의해 구동되지만, 압축기(1)의 밀어냄 용적은 50 ％에서 100 ％로 증대하도록 제어된다. 이에 의해 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 양은 도9의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다. 필요 순환량이 2/8 내지 3/8인 범위에서는, 밀어냄 용적이 100 ％로 유지된 압축기(1)만이 엔진에 의해 구동되고, 이 엔진은 회전 속도가 1000 r/분에서 2000 r/분으로 증대하도록 제어된다. 이에 의해 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 양은 도9의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

필요 순환량이 3/8 내지 4/8인 범위에서는, 압축기(1)에다가 고정 용량의 압축기(2)가 회전 속도를 1000 r/분으로 복귀시킨 엔진에 의해 구동되고, 압축기(1)는 밀어냄 용적이 일단 50 ％로 복귀된 후 100 ％로 증대하도록 제어된다. 이에 의해 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 양은 도9의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

필요 순환량이 4/8 내지 8/8인 범위에서는, 밀어냄 용적이 100 ％로 유지된 압축기(1)와 압축기(2)의 양쪽이 엔진에 의해 구동되고, 이 엔진은 회전 속도가1000 r/분에서 2000 r/분으로 증대하도록 제어된다. 이에 의해 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 양은 도9의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

상술한 바와 같이, 특허문헌 1의 기술에 따르면, 냉매의 필요 순환량이 사용 빈도가 적은 최대치의 0 내지 1/8인 범위를 제외하고, 바이패스 제어에 상관없이 실외기로부터 실내기에 공급하는 냉매의 양을 제어할 수 있으므로, 바이패스 제어에 의한 에너지 효율 저하의 문제는 실질적으로 해소된다.

[특허문헌 1]

일본 특허 공개 제2003-148815호 공보(단락 [0007], 단락 [0010], 도1 내지 도3)

내연 기관에서는 비교적 저회전 속도에서 고토크일 때에 연료 소비율이 최저가 되므로, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에서는 에너지 효율을 향상시키기 위해서는 이 저회전 속도 고토크 상태에서 내연 기관을 운전하는 것이 바람직하다. 그러나 특허문헌 1의 기술에서는, 전술한 바와 같이 냉매의 필요 순환량이 2/8 내지 3/8이 되는 부분 부하 운전 범위에 있어서 엔진의 회전 속도가 1000 r/분에서 2000 r/분으로 증대하므로 에너지 효율이 저하되고, 나아가서는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 에너지 효율이 전체적으로 저하되는 문제가 있다. 또한 특허문헌 1의 기술에서는 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기를 병용하고 있으므로, 저부하 운전시(상술한 예에서는 필요 순환량이 3/8 이하인 범위)에 가동되는 것은 가변 용량형 압축기에 한정되고, 이로 인해 가변 용량형 압축기가 먼저 내구의 한계에 도달하여 공조 장치의 수명이 전체적으로 짧아지는 문제가 있다. 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

이로 인해, 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치는 복수의 압축기와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 각 압축기를 각각 클러치를 거쳐서 구동하는 내연 기관과, 압축기의 토출 포트 및 흡입 포트에 접속되는 냉매 순환로에 설치된 외기 열교환기 및 실내 열교환기와, 냉매 순환로에 설치되어 외기 열교환기 및 실내 열교환기에 대한 토출 포트로부터의 냉매의 공급 순서를 절환하는 절환 밸브와, 외기 열교환기와 실내 열교환기 사이에 설치된 팽창 밸브로 이루어지는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 각 압축기는 소정의 범위 내에서 밀어냄 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 압축기로 하고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 클러치에 의해 내연 기관에 연결되는 압축기의 선택 및 각 압축기의 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 각 압축기의 밀어냄 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치는 압축기의 토출 포트측을 흡입 포트측에 연통하는 바이패스 관로에 제어 밸브를 설치하고, 제어 장치는 내연 기관의 회전 속도가 소정의 회전 속도 범위 내의 최저치가 되고 또한 각 압축기의 밀어냄 용적이 소정의 범위의 최저치가 된 상태에서는 제어 밸브의 개방도를 제어함으로써 요구 부하의 변동에 대응시키는 것이 바람직하다.

이러한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 작동에 따라서 용적이 점차 감소하는 압축실에 연통되는 바이패스 포트를 구비한 스크롤식 압축기로 하고, 바이패스 포트를 압축기의 흡입 포트측에 연통하는 관로에는 전자 팽창 밸브를 설치하고, 제어 장치는 전자 팽창 밸브의 개방도를 제어함으로써 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 해도 좋다.

또한 청구항 1에 기재된 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 피스톤 스트로크를 변화시킬 수 있는 왕복 피스톤식 압축기로 하고, 제어 장치는 피스톤 스트로크를 제어함으로써 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 해도 좋다.

또한 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치는 복수의 압축기와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 각 압축기를 각각 클러치를 거쳐서 구동하는 내연 기관과, 압축기의 토출 포트 및 흡입 포트에 접속되는 냉매 순환로에 설치된 외기 열교환기 및 실내 열교환기와, 냉매 순환로에 설치되어 외기 열교환기 및 실내 열교환기에 대한 토출 포트로부터의 냉매의 공급 순서를 절환하는 절환 밸브와, 외기 열교환기와 실내 열교환기 사이에 설치된 팽창 밸브로 이루어지는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 각 압축기 중 적어도 하나는 최소 밀어냄 용적이 최대 밀어냄 용적에 비해 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 밀어냄 용적의 변화 범위가 넓은 가변 용량형 압축기로 하고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 클러치에 의해 가변 용량형 압축기를 내연 기관에 연결시켜 그 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 가변 용량형 압축기의 밀어냄 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

이러한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 가변 용량형 압축기는 피스톤 스트로크를 변화시킬 수 있는 왕복 피스톤식 압축기로 하고, 제어 장치는 피스톤 스트로크를 제어함으로써 가변 용량형 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 해도 좋다.

우선 도1 및 도2에 의해 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제1 실시 형태의 설명을 한다. 도1에 도시한 바와 같이, 이 제1 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치는 1대의 실외기(10)와 각 실에 설치되어 개별적으로 운전 및 정지를 할 수 있는 복수의 실내기(20)와 실외기(10)의 작동을 제어하는 제어 장치(40)로 이루어지는 것이다.

이 제1 실시 형태의 실외기(10)는 소정의 범위 내에서 밀어냄 용적을 변화시킬 수 있는 2대의 동일한 가변 용량형의 압축기(11, 12)와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 각 압축기(11, 12)를 각각 클러치(19a, 19b)를 거쳐서 구동하는 수냉식 가스 엔진(내연 기관)(19)과, 압축기(11, 12)의 토출 포트(11a, 11b) 및 흡입 포트(11b, 12b)에 접속되는 냉매 순환로(30a)에 설치된 외기 열교환기(14) 및 사방 밸브(절환 밸브)(13)를 구비하고 있고, 각 실내로 연장되는 냉매 순환로(30) 의 관로(30b, 30c)의 선단부에는 복수의 실내기(20)가 병렬로 설치되어 있다. 2대의 압축기(11, 12)는 각각의 토출 포트(11a와 12a)끼리 및 흡입 포트(11b와 12b)끼리가 서로 접속되고, 사방 밸브(13)는 외기 열교환기(14) 및 실내 열교환기(21)에 대한 토출 포트(11a와 12a)로부터의 냉매의 공급 순서를 절환하여 난방과 냉방을 절환하도록 되어 있다.

압축기(11, 12)의 토출 포트(11a, 12a)를 사방 밸브(13)의 입구 포트에 접속하는 냉매 순환로(30)의 관로(30a) 도중에는 오일 세퍼레이터(15)가 설치되고, 압축기(11, 12)의 흡입 포트(11b, 12b)를 사방 밸브(13)의 출구 포트에 접속하는 냉매 순환로(30)의 관로(30d)에는 어큐뮬레이터(16)와 이중관 열교환기(33)가 설치되어 있다. 사방 밸브(13)의 남은 2개의 절환 포트는 냉매 순환로(30)의 관로(30b, 30c)를 거쳐서 각 실내기(20)에 접속되고, 외기 열교환기(14)는 그 한 쪽의 관로(30b)의 도중에 설치되어 있다. 본 실시 형태의 외기 열교환기(14)는 2개가 서로 병렬 접속되었고, 각각 팬(14a)을 구비하고 있다. 또 이중관 열교환기(33)는 가스 엔진(19)의 냉각수와 냉매 사이에서 열교환을 행하는 것이다.

관로(30a)의 오일 세퍼레이터(15)와 사방 밸브(13) 사이가 되는 부분은 제어 밸브(18)가 설치된 바이패스 관로(30f)를 거쳐서 어큐뮬레이터(16)에 연통되어 있다. 또한, 오일 세퍼레이터(15)의 바닥부는 캐필러리(31) 및 필터 드라이어(32)를 거쳐서 압축기(11, 12)의 흡입 포트(11b, 12b)에 연통되고, 분리된 오일로부터 이물질 및 수분을 제거하여 압축기(11, 12)로 복귀시키도록 되어 있다.

본 실시 형태의 2대의 압축기(11, 12)는 각각 인벌류트 곡선 형상의 스크롤 랩을 갖는 고정 스크롤과 선회 스크롤로 이루어지는 스크롤식 압축기로, 양 스크롤 사이에 형성되어 작동에 따라서 차례로 용적이 감소하는 압축실에 연통되는 바이패스 포트(11c, 12c)를 구비한 것이다. 본 실시 형태에서는, 양 바이패스 포트(11c, 12c)는 서로 접속되고, 리듀스 밸브(전자 팽창 밸브)(17)가 설치된 관로(30e)를 거쳐서 어큐뮬레이터(16)에 연통되어 있다. 이 리듀스 밸브(17)는 제어 장치(40)에 의해 다수의 단계적으로 개방도가 제어되는 것이고, 이 개방도를 제어함으로써 각 압축기(11, 12)의 밀어냄 용적이 최대치인 100 ％ 내지 50 ％ 사이에서 변화하여 압축기(11, 12)에 대한 요구 부하의 변화에 대응하도록 되어 있다. 이와 같은 리듀스 밸브(17)를 이용한 밀어냄 용적의 감소에 의한 요구 부하의 제어는 제어 밸브(18)에 의한 바이패스 제어에 비해 에너지 효율의 저하는 근소하다.

각 실내에 배치되는 복수의 실내기(20)는 냉매 순환로(30)의 관로(30b, 30c)의 선단부에 병렬로 설치되고, 각각 실내 열교환기(21)와, 이 실내 열교환기(21)의 외기 열교환기(14)측에 직렬로 설치된 전자 팽창 밸브(팽창 밸브)(22)와, 이 전자 팽창 밸브(22)와 병렬로 직렬 접속된 캐필러리(23)와 역지 밸브(24)에 의해 구성되어 있다. 각 실내 열교환기(21)에는 시로코 팬(21a)이 설치되어 있다.

다음에 이 제1 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 전체적 작동의 개요의 설명을 한다. 우선 냉방 운전시의 작동을 설명한다. 클러치(19a)(및 19b)를 거쳐서 압축기(11)(및 12)가 가스 엔진(19)에 의해 회전 구동되면, 압축기(11)(및 12)에 의해 압축된 고온 고압의 기상(氣相) 냉매는 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 사방 밸브(13)로부터 관로(30b)를 통해 외기 열교환기(14)로 들어가고, 팬(14a)로부터 송입되는 외기에 의해 냉각되어 액화된다. 이 액화된 고압의 냉매는 관로(30b)로부터 전자 팽창 밸브(22)를 통해 감압되어 실내 열교환기(21)로 들어가 기화되고, 실내 열교환기(21)로부터 기화 잠열을 빼앗아 이를 냉각한다. 시로코 팬(21a)으로부터 실내로 송입되는 공기는 실내 열교환기(21)를 통과할 때에 냉각되고, 이에 의해 실내는 냉방된다. 기화된 냉매는 관로(30c)로부터 사방 밸브(13), 이중관 열교환기(33)를 설치한 관로(30d)를 통해 어큐뮬레이터(16)로 들어가고, 어큐뮬레이터(16)에서 기액이 분리되어 압축기(11)(및 12)에 흡입되고, 다시 압축되어 상술한 냉방 사이클을 반복하여 실내를 냉방한다.

다음에 난방 운전시에는, 압축기(11)(및 12)에 의해 압축된 고온 고압의 기상 냉매는 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 사방 밸브(13)로부터 관로(30c)를 통해 실내 열교환기(21)로 들어간다. 시로코 팬(21a)으로부터 실내로 송입되는 공기는 실내 열교환기(21)를 통과할 때에 고온 고압의 기상 냉매에 의해 가열되어, 이에 의해 실내는 난방되는 동시에 기상 냉매는 냉각되어 액화된다. 이 액화된 고압의 냉매는 전자 팽창 밸브(22)를 통해 감압되어 관로(30b)로부터 외기 열교환기(14)로 들어가고, 팬(14a)으로부터 송입되는 외기로부터 기화 잠열을 빼앗아 기화된다. 전자 팽창 밸브(22)와 병렬로 설치된 캐필러리(23)와 역지 밸브(24)는, 난방의 경우의 전자 팽창 밸브(22)에 의한 팽창의 정도를 냉방의 경우보다도 적게 하는 것이다. 기화된 냉매는 관로(30b)로부터 사방 밸브(13), 이중관 열교환기(33)를 설치한 관로(30d)를 통해 어큐뮬레이터(16)로 들어가고, 어큐뮬레이터(16)에서 기액이 분리되어 압축기(11)(및 12)에 흡입되고, 다시 압축되어 상술한 난방 사이클을 반 복하여 실내를 난방한다.

이 냉방 및 난방에 있어서, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 작동을 제어하는 제어 장치(40)는 각 실내기(20)가 필요로 하는 냉매의 순환량을 각 실내기(20)의 설정 온도, 각 실내 열교환기(21)의 용량 및 흡입 온도, 난방 및 냉방 온도별에 따라서 연산하여, 그 적산치를 냉매의 필요 순환량으로 하고, 2대의 압축기(11, 12)에 대한 요구 부하가 필요 순환량과 합치하도록 실외기(10)를 제어하는 것이다. 즉 제어 장치(40)는 연산된 냉매의 적산치가 작은 범위 내에서는 가스 엔진(19)을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도(예를 들어 1000 r/분) 고토크 상태로 작동시키는 동시에 클러치(19a, 19b)에 의해 가스 엔진(19)에 연결되는 압축기(11, 12)의 선택 및 각 압축기(11, 12)의 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 압축기(11, 12)에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 각 압축기(11, 12)의 밀어냄 용적을 최대치로 하여 가스 엔진(19)의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 가스 엔진(19), 클러치(19a, 19b), 압축기(11, 12), 리듀스 밸브(17) 및 제어 밸브(18) 등의 작동을 제어하는 것이다.

다음에 이 제1 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 작동을 도2에 의해 구체적으로 설명한다. 실외기(10)의 압축기(11, 12)에 대해 요구되는 요구 부하는 도2의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이, 각 실내기(20)가 필요로 하는 냉매의 순환량의 적산치(전술)인 냉매의 필요 순환량에 대해 비례하여 증대한다. 또 그 값은 가변 용량형 압축기(11, 12)의 밀어냄 용적이 최대 2000 r/분으로 구동된 경우의 밀어냄 용량을 100 ％로 하여 표시하였다.

냉매의 필요 순환량이 실내기(10)가 필요로 하는 최대량의 0 내지 1/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)만을 결합하여 압축기(11)만이 구동되고, 리듀스 밸브(17)를 완전 개방으로 하여 압축기(11)의 밀어냄 용적이 50 ％(최저치)인 일정치가 되고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도가 1000 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는, 압축기(11)로부터 토출되는 냉매의 양은 도2의 요구 부하의 선도의 파선으로 나타낸 바와 같이 25 ％의 일정치로, 실외기(20)에 대해 요구되는 요구 부하보다도 많아진다. 이 범위에서는, 제어 장치(40)는 압축기(11)의 토출 포트(11a)측을 어큐뮬레이터(16)를 거쳐서 흡입 포트(11b)측에 연통하는 바이패스 관로(30f)에 설치한 제어 밸브(18)의 개방도를 제어함으로써, 압축기(11)로부터 토출되는 나머지 냉매를 흡입측으로 복귀시키는 바이패스 제어를 행하여 요구 부하를 필요 순환량과 일치시키고 있다. 따라서 이 범위에서는 에너지 효율이 저하된다. 또 이 범위에서는, 요구 부하를 필요 순환량과 일치시키기 위한 제어는 가스 엔진(19)의 운전 성능이 허용되는 범위에 있어서는 바이패스 제어 대신에 회전 속도를 1000 r/분보다 저하시킴으로써 행하고, 회전 속도의 저하가 허용 범위를 초과한 범위에 있어서 바이패스 제어를 행하도록 해도 좋다.

필요 순환량이 1/8 내지 2/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 클러치(19a)만을 결합하여 압축기(11)만이 구동되고, 리듀스 밸브(17)의 개방도를 완전 개방에서 폐쇄하는 방향으로 제어함으로써 압축기(11)는 밀어냄 용적이 50 ％에서 100 ％로 증대하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도 가 1000 r/분인 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11)로부터 토출되는 냉매의 양은 도2의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

필요 순환량이 2/8 내지 4/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)에다가 클러치(19b)를 결합하여 양 압축기(11, 12)가 구동되고, 리듀스 밸브(17)의 개방도를 일단 완전 개방으로 복귀시킨 후 폐쇄되는 방향으로 제어함으로써 양 압축기(11, 12)는 밀어냄 용적이 50 ％에서 100 ％로 증대하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도가 1000 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도2의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

또한 필요 순환량이 4/8 내지 8/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 양 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11, 12)가 구동되고, 리듀스 밸브(17)를 완전 폐쇄 상태로 하여 양 압축기(11, 12)는 밀어냄 용적이 100 ％로 유지되고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도가 1000 r/분에서 2000 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도2의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 따르면, 냉매의 필요 순환량이 최대치의 0 내지 1/8이라는 사용 빈도가 적은 범위 를 제외하고, 요구 부하를 필요 순환량과 일치시키기 위한 바이패스 제어를 행할 필요없이, 실외기(10)로부터 실내기(20)에 공급하는 냉매의 양을 제어할 수 있고, 실외기(10)가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량이 0 내지 4/8라는 부분 부하 운전이 넓은 범위에서 가스 엔진(19)은 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태에서 작동된다. 이에 의해, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 2대의 압축기(11, 12)는 모두 가변 용량형 압축기이므로, 냉매의 필요 순환량이 0 내지 4/8라는 저부하 운전시에 가동되는 압축기를 임의로 선택할 수 있고, 이에 의해 각 압축기(11, 12)의 운전 시간 및 기동 및 정지 횟수를 평준화하여 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 수명을 길게 할 수 있다.

다음에 도2 내지 도4에 의해 본 발명의 제2 실시 형태의 설명을 한다. 도3에 도시한 바와 같이, 이 제2 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 1대의 실외기(10)와 각 실에 설치되어 개별적으로 운전 및 정지를 할 수 있는 복수의 실내기(20)와 실외기(10)의 작동을 제어하는 제어 장치(40)로 이루어지는 것이다. 이 제2 실시 형태의 각 압축기(11, 12)는 제1 실시 형태와 마찬가지로 바이패스 포트(11c, 12c)를 구비한 스크롤식 압축기이지만, 각각의 바이패스 포트(11c와 12c)는 연결되지 않고, 리듀스 밸브(전자 팽창 밸브)(17a)가 설치된 관로(30e1)와, 리듀스 밸브(17b)가 설치된 관로(30e2)를 거쳐서 따로따로 어큐뮬레이터(16)에 연통되어 있다. 각 리듀스 밸브(17a와 17b)의 개방도는 제어 장치(40)에 의해 따로따로 제어되고, 따라서 각 압축기(11와 12)의 각 밀어냄 용적은 서로 독립되어 최대치인 100 ％ 내지 50 ％ 사이에서 변화하여 압축기(11, 12)에 대한 요구 부하의 변화에 대응하도록 되어 있다. 이 제2 실시 형태의 구성은 상술한 차이점 이외에는 제1 실시 형태와 동일하므로, 이 이상의 상세한 설명은 생략한다.

이 제2 실시 형태는 도2와 도4에 나타내는 2개의 형태로 작동된다. 우선 도2에 도시하는 작동 형태의 설명을 한다. 이 경우에는, 필요 순환량이 0 내지 2/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)만을 결합하여 압축기(11)만이 구동되고, 리듀스 밸브(17a)를 제1 실시 형태의 리듀스 밸브(17)와 마찬가지로 제어함으로써 압축기(11)가 제1 실시 형태와 마찬가지로 작동하고, 또한 내연 기관(19)도 제1 실시 형태와 마찬가지로 작동하도록 제어한다. 또한 필요 순환량이 2/8 내지 8/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 양 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11, 12)가 구동되고, 양 리듀스 밸브(17a, 17b)를 제1 실시 형태의 리듀스 밸브(17)와 마찬가지로 제어함으로써 압축기(11, 12)가 제1 실시 형태와 마찬가지로 작동하고, 또한 내연 기관(19)도 제1 실시 형태와 마찬가지로 작동하도록 제어한다.

이에 의해, 도2에 나타내는 작동 형태에서는 압축기(11, 12) 및 가스 엔진(19)은 제1 실시 형태의 경우와 실질적으로 마찬가지로 작동하므로, 제1 실시 형태와 마찬가지로 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 또 각 압축기(11, 12)의 운전 시간 및 기동 및 정지 횟수를 평준화하여 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 수명을 길게 할 수 있다. 또 이 제2 실시 형태에서는 다수의 단계적으로 개방도가 제어되는 리 듀스 밸브(17a, 17b)를 2개 사용하고 있으므로, 이 2개의 타이밍을 어긋나게 하여 작동시킴으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양을 제1 실시 형태보다도 조금씩 요구 부하에 합치시킬 수 있다.

다음에 이 제2 실시 형태의 도4에 도시하는 작동 형태의 설명을 한다. 필요 순환량이 0 내지 2/8인 범위의 작동은 도2에 도시하는 작동 형태인 경우와 동일하다. 필요 순환량이 2/8 내지 3/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)에다가 클러치(19b)를 결합하여 양 압축기(11, 12)가 구동되고, 리듀스 밸브(17a)는 개방도를 일단 완전 개방으로 복귀시킨 후 폐쇄되는 방향으로 제어함으로써 압축기(11)는 밀어냄 용적이 50 ％에서 100 ％로 증대하고, 리듀스 밸브(17b)는 완전 개방의 상태로 하여 압축기(12)는 밀어냄 용적이 50 ％인 일정치로 유지되고, 가스 엔진(19)의 회전 속도가 1000 r/분의 일정치가 되도록 제어하다. 이 범위에서는, 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도4의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

필요 순환량이 3/8 내지 4/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 양 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11, 12)가 구동되고, 리듀스 밸브(17a)는 개방도를 완전 폐쇄로 유지하도록 제어함으로써 압축기(11)는 밀어냄 용적이 100 ％로 유지되고, 리듀스 밸브(17b)는 완전 개방으로부터 폐쇄되는 방향으로 제어함으로써 압축기(12)는 밀어냄 용적이 50 ％에서 100 ％로 증대하고, 가스 엔진(19)의 회전 속도가 10000 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도4의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

또한 필요 순환량이 4/8 내지 8/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 양 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11, 12)가 구동되고, 양 리듀스 밸브(17a, 17b)를 완전 폐쇄로 하여 양 압축기(11, 12)는 밀어냄 용적이 100 ％로 유지되고, 가스 엔진(19)의 회전 속도가 1000 r/분에서 2000 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이 상태의 작동은 도2의 경우와 동일하다.

이와 같이 제2 실시 형태는, 도4에 나타내는 작동 형태에서는 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 냉매의 필요 순환량이 최대치인 0 내지 1/8이라는 사용 빈도가 낮은 범위를 제외하고, 요구 부하를 필요 순환량과 일치시키기 위한 바이패스 제어를 행할 필요 없이 실외기(10)로부터 실내기(20)에 공급하는 냉매의 양을 제어할 수 있고, 실외기(10)가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량이 0 내지 4/8라는 부분 부하 운전의 넓은 범위에서 가스 엔진(19)은 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동된다. 이에 의해, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또 2대의 압축기(11, 12)는 모두 가변 용량형 압축기이므로, 냉매의 필요 순환량이 0 내지 4/8라는 저부하 운전시에 가동되는 압축기를 임의로 선택할 수 있고, 이에 의해 각 압축기(11, 12)의 운전 시간 및 기동 및 정지 횟수를 평준화하여 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 수명을 길게 할 수 있다.

상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 압축기(11, 12)는 스크롤식 압축기(11, 12)로 하고, 그 바이패스 포트(11c, 12c)를 리듀스 밸브(17)를 설치한 관로(30e)에 의해 흡입 포트(11b, 12b)측으로 연통하고, 제어 장치(40)에 의해 리듀스 밸브(17)를 제어하여 압축기(11, 12)의 밀어냄 용적을 변화시키도록 하고 있어, 압축기(11, 12)로서 간략한 스크롤식 압축기를 사용하였으므로 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제조 비용을 저하시킬 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 회전자에 대한 캠 링의 편심량을 변화시킴으로써 밀어냄 용적을 변경 가능하게 한 베인 펌프나, 피스톤 스트로크를 변화시킴으로써 밀어냄 용적을 변경 가능하게 한 왕복 피스톤식 압축기를 사용할 수도 있다. 후자에 따르면, 최압축시의 실린더 내용적을 감소시켜 밀어냄 용적의 변화 범위를 확대하는 것이 용이하므로, 나머지 냉매를 흡입측으로 복귀시키는 바이패스 제어를 행하지 않아도 실내기(20)가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량의 조정 범위를 감소측으로 확대할 수 있다.

또한 상술한 제1 및 제2 실시 형태에서는, 사용하는 스크롤식 압축기(11, 12)는 밀어냄 용적의 변화 범위가 50 내지 100 ％인 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 사양에 따라서는 밀어냄 용적의 변화 범위가 30 내지 100 ％ 등 밀어냄 용적의 변화 범위가 다른 것을 사용해도 좋다. 따라서 사용하는 스크롤식 압축기의 밀어냄 용적의 변화 범위는 임의이다.

다음에 도5 및 도6에 의해 본 발명의 제3 실시 형태의 설명을 한다. 도5에 도시한 바와 같이, 이 제3 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치도 전술한 각 실시 형태와 마찬가지로, 1대의 실외기(10)와 각 실에 설치되어 개별적으로 운전 및 정지를 할 수 있는 복수의 실내기(20)와 실외기(10)의 작동을 제어하는 제 어 장치(40)로 이루어지는 것이고, 실외기(10)의 2대의 압축기(11A, 12A)는 가변 용량형 압축기이지만, 스크롤식 압축기는 아니며, 피스톤 스트로크를 변화시킴으로써 밀어냄 용적을 변경 가능하게 한 왕복 피스톤식 압축기로 한 점이 다르다. 이 제3 실시 형태에서는 이와 같은 왕복 피스톤식 압축기(11A, 12A)를 사용하고 있으므로, 관로(30e)(30e1, 30e2) 및 이에 설치하는 리듀스 밸브(17)(17a, 17b) 및 바이패스 관로(30f) 및 이에 설치하는 제어 밸브(18)는 불필요하다. 왕복 피스톤식 압축기(11A, 12A)는 예를 들어 경사각이 변경 가능한 회전하는 경사판에 의해 회전 축선과 평행하게 배치한 복수의 왕복 피스톤을 구동하는 회전 경사판식 액셜 피스톤 압축기로, 최압축시의 실린더 내용적을 감소시킴으로써 최소 밀어냄 용적이 최대 밀어냄 용적에 비해 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 밀어냄 용적의 변화 범위를 확대하는 것이 용이하다. 이 제3 실시 형태의 구성은 상술한 차이점 이외에는 제1 실시 형태와 동일하므로, 이 이상의 상세한 설명은 생략한다.

다음에 이 제3 실시 형태의 작동을 도6에 의해 설명한다. 또 이 제3 실시 형태에서는, 압축기(11A, 12A)의 밀어냄 용적의 변화 범위는 0 ％ 내지 100 ％이고, 가스 엔진(19)의 연료 소비율이 최저이고 에너지 효율이 좋은 저회전 속도는 1500 r/분이고, 실외기(10)의 압축기(11A, 12A)에 대해 요구되는 요구 부하는 가변 용량형 압축기(11A, 12A)의 밀어냄 용적이 최대 2000 r/분으로 구동된 경우의 밀어냄 용량을 100 ％로 하여 표시하였다.

필요 순환량이 0 내지 3/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)만을 결합하여 압축기(11A)만이 구동되고, 압축기(11A)는 밀어냄 용적이 0 ％에서 100 ％로 증대하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 1500 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도6의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

필요 순환량이 3/8 내지 6/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)에다가 클러치(19b)를 결합하여 양 압축기(11A, 12A)가 구동되고, 압축기(11A)는 밀어냄 용적이 100 ％로 유지되고, 압축기(12A)는 밀어냄 용적이 0 ％에서 100 ％로 증대하고, 가스 엔진(19)의 회전 속도가 1500 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도6의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

또한 필요 순환량이 6/8 내지 8/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 양 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11A, 12A)가 구동되고, 양 압축기(11A, 12A)는 밀어냄 용적이 100 ％로 유지되어, 가스 엔진(19)의 회전 속도가 1500 r/분에서 2000 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도6의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

이 제3 실시 형태에 따르면, 냉매의 필요 순환량의 변화 범위의 전체 영역에 있어서, 요구 부하를 필요 순환량과 일치시키기 위한 바이패스 제어를 행할 필요없이 실외기(10)로부터 실내기(20)에 공급하는 냉매의 양을 제어할 수 있고, 실외기 (10)가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량이 0 내지 6/8이라는 부분 부하 운전의 넓은 범위에서 가스 엔진(19)은 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태에서 작동된다. 이에 의해, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 관로(30e)(30e1, 30e2) 및 이에 설치하는 리듀스 밸브(17)(17a, 17b) 및 바이패스 관로(30f) 및 이에 설치하는 제어 밸브(18)가 불필요하므로, 냉매 순환로(30)의 구성 및 제어를 간략화할 수 있다. 또한, 2대의 압축기(11, 12)는 모두 가변 용량형 압축기이므로, 냉매의 필요 순환량이 0 내지 6/8이라는 저부하 운전시에 가동되는 압축기를 임의로 선택할 수 있고, 이에 의해 각 압축기(11, 12)의 운전 시간 및 기동 및 정지 횟수를 평준화하여 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 수명을 길게 할 수 있다. 또, 한 쪽 또는 양쪽의 압축기(11a, 12a)를 정지하고 싶을 때에는 그 압축기(11A, 12A)의 밀어냄 용적을 0 ％로 하면 되고, 가스 엔진(19) 사이의 동력 전달을 굳이 차단할 필요는 없으므로 클러치(19a, 19b)를 생략하는 것도 가능하다.

상술한 각 실시 형태에서는, 2대의 압축기(11, 12)는 동일한 가변 용량형 압축기라고 설명하였지만, 2대의 압축기(11, 12)는 모두 가변 용량형 압축기이면 충분하고, 용량이 동일할 필요는 없다. 또한, 압축기는 3대 이상으로서, 각각 클러치를 거쳐서 가스 엔진 등의 내연 기관에 의해 구동하도록 해도 좋다.

다음에 도7 및 도8에 의해 본 발명의 제4 실시 형태의 설명을 한다. 도7에 도시한 바와 같이, 이 제4 실시 형태의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치도 상술한 각 실시 형태와 마찬가지로 1대의 실외기(10)와 각 실에 설치되어 개별적으로 운전 및 정지를 할 수 있는 복수의 실내기(20)와 실외기(10)의 작동을 제어하는 제어 장치(40)로 이루어지는 것이고, 실외기(10)의 2대의 압축기 중 한 쪽은 왕복 피스톤식 가변 용량형 압축기(11A)이지만, 다른 쪽은 고정 용량형 압축기(12B)인 점이 제3 실시 형태와 다를 뿐이다. 고정 용량형 압축기(12B)의 구조는 임의이다. 이 제4 실시 형태의 구성은 상술한 차이점 이외에는 제3 실시 형태와 동일하므로, 이 이상의 상세한 설명은 생략한다.

다음에 이 제4 실시 형태의 작동을 도8에 의해 설명한다. 또 이 제4 실시 형태에서는, 압축기(11A)의 밀어냄 용적의 변화 범위는 0 ％ 내지 100 ％이고, 가스 엔진(19)의 연료 소비율이 최저이고 에너지 효율이 좋은 저회전 속도는 1000 r/분이고, 실외기(10)의 압축기(11A, 12A)에 대해 요구되는 요구 부하는 가변 용량형 압축기(11A, 12A)의 밀어냄 용적이 최대 2000 r/분으로 구동된 경우의 밀어냄 용량을 100 ％로 하여 표시하였다.

필요 순환량이 0 내지 2/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)만을 결합하여 가변 용량형 압축기(11A)만이 구동되고, 압축기(11A)는 밀어냄 용적이 0 ％에서 100 ％로 증가하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 1000 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도8의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

필요 순환량이 2/8 내지 4/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)에다가 클러치(19b)를 결합하여 가변 용량형 및 고정 용량형의 양 압축기(11A, 12B) 가 구동되고, 가변 용량형 압축기(11A)는 밀어냄 용적을 일단 0 ％로 복귀시킨 후 100 ％로 증대시키고, 가스 엔진(19)의 회전 속도가 1000 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도8의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

또한 필요 순환량이 4/8 내지 8/8인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 양 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11A, 12A)가 구동되고, 가변 용량형 압축기(12A)는 밀어냄 용적이 100 ％로 유지되고, 가스 엔진(19)의 회전 속도가1000 r/분에서 2000 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이 범위에서는 이와 같이 제어함으로써, 압축기(11, 12)로부터 토출되는 냉매의 양은 도8의 요구 부하의 선도의 실선으로 나타낸 바와 같이 증대하여 요구 부하와 합치한 것이 된다.

이 제4 실시 형태에서는, 가스 엔진(19)이 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동되는 냉매의 필요 순환량의 변화 범위가 0 내지 4/8인 점을 제외하고, 제3 실시 형태와 마찬가지로 냉매의 필요 순환량의 변화 범위의 전체 영역에 있어서 바이패스 제어를 행할 필요없이 실외기(10)로부터 실내기(20)에 공급하는 냉매의 양을 제어할 수 있고, 이에 의해 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 또 관로(30e)(30e1, 30e2) 및 바이패스 관로(30f) 및 이들에 설치하는 리듀스 밸브(17)(17a, 17b) 및 제어 밸브(18)를 필요로 하지 않아, 냉매 순환로(30)의 구성 및 제어를 간략화할 수 있다.

또 이 제4 실시 형태에서는, 고정 용량형 압축기(12B)의 밀어냄 용적이 가변 용량형 압축기(11A)의 최대 밀어냄 용적과 동일하다고 설명하였지만, 반드시 동일하게 할 필요는 없고, 전자의 용적을 후자의 용적보다 작은 값으로 하여 실시하는 것도 가능하다. 또한 가변 용량형 압축기(11A) 및 고정 용량형 압축기(12B)는 각각 2대 이상으로서, 각각 클러치를 거쳐서 가스 엔진 등의 내연 기관에 의해 구동하도록 하여 실시하는 것도 가능하다.

상술한 제3 및 제4 실시 형태에서는, 가변 용량형 압축기(11A, 12A)는 회전경사판식 액셜 피스톤 압축기로 하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 최소 밀어냄 용적이 최대 밀어냄 용적에 비해 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 밀어냄 용적의 변화 범위가 넓은 것이면, 그 밖의 형식의 가변 용량형 압축기를 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 따르면, 복수의 압축기를 각각 클러치를 거쳐서 내연 기관에 의해 구동하고, 각 압축기는 소정의 범위 내에서 밀어냄 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 압축기로 하고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 클러치에 의해 내연 기관에 연결되는 압축기의 선택 및 각 압축기의 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 각 압축기의 밀어냄 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어 장치에 의해 제어하고 있으므로, 실내기가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량의 변화 범위 중 부분 부하를 포함하는 넓은 범위에 있어서 내연 기관은 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동된다. 이에 의해, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 복수의 압축기는 모두 가변 용량형 압축기이므로, 저부하 운전시에 가동되는 압축기를 임의로 선택할 수 있고, 이에 의해 각 압축기의 운전 시간 및 기동 및 정지 횟수를 평준화하여 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 수명을 전체적으로 길게 할 수 있다.

압축기의 토출 포트측을 흡입 포트측에 연통하는 바이패스 관로에 제어 밸브를 설치하고, 제어 장치는 내연 기관의 회전 속도가 소정의 회전 속도 범위 내의 최저치가 되고 또한 각 압축기의 밀어냄 용적이 소정 범위의 최저치가 된 상태에서는, 제어 밸브의 개방도를 제어함으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 한 청구항 1에 기재된 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 따르면, 내연 기관의 회전 속도가 최저치가 되고 또한 각 압축기의 밀어냄 용적이 최저치가 된 상태라도 압축기에 대한 요구 부하를 더욱 저하시킬 수 있다. 이에 의해 실내기가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량의 조정 범위를 감소측으로 확대할 수 있다.

압축기는 작동에 따라서 용적이 점차 감소하는 압축실에 연통되는 바이패스 포트를 구비한 스크롤식 압축기로 하고, 바이패스 포트를 압축기의 흡입 포트측에 연통하는 관로에는 전자 팽창 밸브를 설치하고, 제어 장치는 전자 팽창 밸브의 개방도를 제어함으로써 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 한 청구항 1 또는 청구 항 2에 기재된 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 따르면, 압축기로서 간략한 스크롤식 압축기를 사용하였으므로 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 제조 비용을 저하시킬 수 있다.

또한, 압축기는 피스톤 스트로크를 변화시킬 수 있는 왕복 피스톤식 압축기로 하고, 제어 장치는 피스톤 스트로크를 제어함으로써 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 한 청구항 1에 기재된 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 따르면, 압축기로서 최소 밀어냄 용적을 작게 할 수 있는 왕복 피스톤식 압축기를 사용하였으므로, 제어 밸브를 설치한 바이패스 관로를 사용하지 않아도 압축기에 대한 요구 부하를 저하시킬 수 있으므로, 실내기가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량의 조정 범위를 감소측으로 확대할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치는 복수의 압축기를 각각 클러치를 거쳐서 내연 기관에 의해 구동하고, 각 압축기 중 적어도 하나는 최소 밀어냄 용적이 최대 밀어냄 용적에 비해 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 밀어냄 용적의 변화 범위가 넓은 가변 용량형 압축기로 하고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 클러치에 의해 가변 용량형 압축기를 내연 기관에 연결시켜 그 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 각 압축기에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 가변 용량형 압축기의 밀어냄 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어 장치에 의해 제 어하고 있으므로, 실내기가 필요로 하는 냉매의 필요 순환량의 변화 범위 중 부분 부하를 포함하는 넓은 범위에 있어서 내연 기관은 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동된다. 이에 의해, 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치의 특히 부분 부하 운전시에 있어서의 에너지 효율을 전체적으로 향상시킬 수 있다.

가변 용량형 압축기는 피스톤 스트로크를 변화시킬 수 있는 왕복 피스톤식 압축기로 하고, 제어 장치는 피스톤 스트로크를 제어함으로써 가변 용량형 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 한 청구항 5에 기재된 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 따르면, 왕복 피스톤식 압축기에서는 최소 밀어냄 용적이 최대 밀어냄 용적에 비해 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 밀어냄 용적의 변화 범위를 넓게 하는 것이 용이하므로, 청구항 5에 기재된 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치를 쉽게 실현할 수 있다.

Claims

복수의 압축기와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 상기 각 압축기를각각 클러치를 거쳐서 구동하는 내연 기관과, 상기 압축기의 토출 포트 및 흡입 포트에 접속되는 냉매 순환로에 설치된 외기 열교환기 및 실내 열교환기와, 상기 냉매 순환로에 설치되어 상기 외기 열교환기 및 실내 열교환기에 대한 상기 토출 포트로부터의 냉매의 공급 순서를 절환하는 절환 밸브와, 상기 외기 열교환기와 실내 열교환기 사이에 설치된 팽창 밸브로 이루어지는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 각 압축기는 소정의 범위 내에서 밀어냄 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 압축기로 하고, 상기 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 상기 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 상기 클러치에 의해 상기 내연 기관에 연결되는 압축기의 선택 및 각 압축기의 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 상기 각 압축기에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 상기 각 압축기의 밀어냄 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 상기 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 상기 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치.
제1항에 있어서, 상기 압축기의 토출 포트측을 흡입 포트측에 연통하는 바이패스 관로에 제어 밸브를 설치하고, 상기 제어 장치는 상기 내연 기관의 회전 속도 가 상기 소정의 회전 속도 범위 내의 최저치가 되고 또한 상기 각 압축기의 밀어냄 용적이 상기 소정 범위의 최저치가 된 상태에서는 상기 제어 밸브의 개방도를 제어함으로써 요구 부하의 변동에 대응시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압축기는 작동에 따라서 용적이 점차 감소하는 압축실에 연통되는 바이패스 포트를 구비한 스크롤식 압축기로 하고, 상기 바이패스 포트를 상기 압축기의 흡입 포트측에 연통하는 관로에는 전자 팽창 밸브를 설치하고, 상기 제어 장치는 상기 전자 팽창 밸브의 개방도를 제어함으로써 상기 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치.
제1항에 있어서, 상기 압축기는 피스톤 스트로크를 변화시킬 수 있는 왕복 피스톤식 압축기로 하고, 상기 제어 장치는 상기 피스톤 스트로크를 제어함으로써 상기 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치.
복수의 압축기와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 상기 각 압축기를 각각 클러치를 거쳐서 구동하는 내연 기관과, 상기 압축기의 토출 포트 및 흡입 포트에 접속되는 냉매 순환로에 설치된 외기 열교환기 및 실내 열교환기와, 상기 냉매 순환로에 설치되어 상기 외기 열교환기 및 실내 열교환기에 대한 상기 토출 포트로부터의 냉매의 공급 순서를 절환하는 절환 밸브와, 상기 외기 열교환기와 실내 열교환기 사이에 설치된 팽창 밸브로 이루어지는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 각 압축기 중 적어도 하나는 최소 밀어냄 용적이 최대 밀어냄 용적에 비해 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 밀어냄 용적의 변화 범위가 넓은 가변 용량형 압축기로 하고, 상기 각 압축기에 대한 요구 부하가 작은 범위 내에서는 상기 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 상기 클러치에 의해 상기 가변 용량형 압축기를 상기 내연 기관에 연결시켜 그 밀어냄 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 상기 각 압축기에 대한 요구 부하가 큰 범위 내에서는 상기 가변 용량형 압축기의 밀어냄 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 상기 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키도록 상기 내연 기관, 클러치 및 압축기의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치.
제5항에 있어서, 상기 가변 용량형 압축기는 피스톤 스트로크를 변화시킬 수 있는 왕복 피스톤식 압축기로 하고, 상기 제어 장치는 상기 피스톤 스트로크를 제어함으로써 상기 가변 용량형 압축기의 밀어냄 용적을 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 내연 기관 구동 열펌프식 공조 장치.