| 【発明の名称】 |
ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】佐山 淳
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| 【要約】 |
【課題】エンジン回転数域を大きく変化させる必要が無く、エンジン効率、排気エミッションを良くすることが可能である。
【解決手段】ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１は、圧縮機２０８により運転中、冷媒を圧縮機２０８から凝縮器１１、膨張弁１２、蒸発器１３そして圧縮機２０８に循環させる冷媒回路２１０と、圧縮機２０８を駆動するエンジン２０１及び電動モータ２０と、圧縮機２０８に対してエンジン２０１及び電動モータ２０の内一方を選択して連結する切換連結装置３０と、エンジン２０１と発電機２１の連結路の途中に配置したクラッチ装置４０とを備え、熱負荷小なる時、切換連結装置３０を動作させて、電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０を接続状態とし、熱負荷大なる時、切換連結装置３０を動作させて、エンジン２０１と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０を断状態とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧縮機により運転中、冷媒を圧縮機から凝縮器、膨張弁、蒸発器そして圧縮機に循環させる冷媒回路と、前記圧縮機を駆動するエンジン及び電動モータと、前記圧縮機に対して前記エンジン及び前記電動モータの内一方を選択して連結する切換連結装置と、前記エンジンと発電機の連結路の途中に配置したクラッチ装置とを備え、熱負荷小なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記電動モータと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を接続状態とし、熱負荷大なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記エンジンと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を断状態とすることを特徴とするハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。
【請求項２】圧縮機により運転中、冷媒を圧縮機から凝縮器、膨張弁、蒸発器そして圧縮機に循環させる冷媒回路と、前記圧縮機を駆動するエンジン及び電動モータと、前記圧縮機に対して前記エンジン及び前記電動モータの内一方または両方を選択して連結する切換連結装置と、前記エンジンと発電機の連結路の途中に配置したクラッチ装置とを備え、熱負荷小なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記電動モータと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を接続状態とし、熱負荷大なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記エンジン及び前記電動モータと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を断状態とすることを特徴とするハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。
【請求項３】前記エンジンが水冷式エンジンであり、前記膨張弁から前記蒸発器を経て前記圧縮機に到る低圧側冷媒回路の途中、あるいは前記凝縮器から前記膨張弁までの高圧側冷媒回路の途中の内少なくとも一方に、冷却水−冷媒間熱交換器を配置し、エンジン排熱を吸収した冷却水を前記冷却水−冷媒間熱交換器に循環し、エンジン排熱を冷媒に回収させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。
【請求項４】前記エンジンと前記冷却水−冷媒間熱交換器との間の循環路の途中に、流量制御弁と、前記高圧側冷媒回路の途中に冷媒回路の圧力を検知する高圧側圧カセンサを配置し、高圧側圧力検知値が小なる時、あるいはさらに前記低圧側冷媒回路の途中に冷媒回路の圧力を検知する低圧側圧力センサを設け、前記高圧側圧力検知値と低圧側圧力検知値の差が小なる時、冷却水の循環量を大きくするように前記流量制御弁を制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載のハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガスエンジンを用いたヒートポンプ装置では、熱負荷が小さい時エンジン回転数を下げ、熱負担が大きい時エンジン回転数を上げ、圧縮機の回転数を変化させて冷媒吐出圧及び冷媒吐出量を調整している。
【０００３】また、ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン等を用いて発電を行うと共に、冷凍機の圧縮機を駆動するコージェネレーションシステムでは、熱負荷が大きい時エンジン回転数を上げて圧縮機の冷媒吐出圧及び冷媒吐出量を大きく且つ多くしている。且つ、熱負荷が小さい時、発電しつつ圧縮機を駆動するが、冷媒吐出圧及び冷媒吐出量は小さく且つ少なくする必要があるため、エンジン回転数を下げる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このようなガスエンジンを用いたヒートポンプ装置やコージェネレーションシステムでは、エンジン回転数域を大きく変化させる場合には、エンジン効率及び排気エミッションが大きく変化するので、常に効率良く且つ排気エミッションを低減することは困難であった。
【０００５】この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、エンジン回転数域を大きく変化させる必要が無く、結果としてエンジン効率、排気エミッションを良くすることが可能なハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は以下のように構成した。
【０００７】請求項１記載の発明は、『圧縮機により運転中、冷媒を圧縮機から凝縮器、膨張弁、蒸発器そして圧縮機に循環させる冷媒回路と、前記圧縮機を駆動するエンジン及び電動モータと、前記圧縮機に対して前記エンジン及び前記電動モータの内一方を選択して連結する切換連結装置と、前記エンジンと発電機の連結路の途中に配置したクラッチ装置とを備え、熱負荷小なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記電動モータと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を接続状態とし、熱負荷大なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記エンジンと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を断状態とすることを特徴とするハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。』である。
【０００８】この請求項１記載の発明によれば、熱負荷大なる高負荷域では圧縮機の回転数を高くし、熱負荷小なる低負荷域では圧縮機の回転数を低く設定する必要があるが、低負荷域においてはエンジンで圧縮機を駆動せず発電機のみを駆動する。高負荷域においては、発電機を駆動せず、圧縮機のみを駆動する。高負荷域におけるエンジン回転数に合わせて、発電機を駆動するためのエンジン回転数を設定することができ、広い熱負荷域においてエンジン回転数を一定化でき、エンジン回転数域を大きく変化させる必要が無い。予めこのエシジン回転数域においてエンジン効率、排気エミッションが艮くなるようにエンジンを調整して置くことで、熱負荷の広い範囲で安定してエンジン効率、排気エミッションを良くすることができる。
【０００９】請求項２記載の発明は、『圧縮機により運転中、冷媒を圧縮機から凝縮器、膨張弁、蒸発器そして圧縮機に循環させる冷媒回路と、前記圧縮機を駆動するエンジン及び電動モータと、前記圧縮機に対して前記エンジン及び前記電動モータの内一方または両方を選択して連結する切換連結装置と、前記エンジンと発電機の連結路の途中に配置したクラッチ装置とを備え、熱負荷小なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記電動モータと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を接続状態とし、熱負荷大なる時、前記切換連結装置を動作させて、前記エンジン及び前記電動モータと前記圧縮機を連結且つ、前記クラッチ装置を断状態とすることを特徴とするハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。』である。
【００１０】この請求項２記載の発明によれば、請求項１に加え、大きな出力を圧縮機に与えることができ、大きなインバータ機能（例えば早く設定温度まで、冷房暖房あるいは冷凍可能）を与えることが可能である。
【００１１】請求項３記載の発明は、『前記エンジンが水冷式エンジンであり、前記膨張弁から前記蒸発器を経て前記圧縮機に到る低圧側冷媒回路の途中、あるいは前記凝縮器から前記膨張弁までの高圧側冷媒回路の途中の内少なくとも一方に、冷却水−冷媒間熱交換器を配置し、エンジン排熱を吸収した冷却水を前記冷却水−冷媒間熱交換器に循環し、エンジン排熱を冷媒に回収させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。』である。
【００１２】この請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に加え、圧縮機を電動モータ駆動する熱負荷小の時でも、エンジン排熱を冷媒に回収可能であり、効率向上が可能である。
【００１３】請求項４記載の発明は、『前記エンジンと前記冷却水−冷媒間熱交換器との間の循環路の途中に、流量制御弁と、前記高圧側冷媒回路の途中に冷媒回路の圧力を検知する高圧側圧カセンサを配置し、高圧側圧力検知値が小なる時、あるいはさらに前記低圧側冷媒回路の途中に冷媒回路の圧力を検知する低圧側圧力センサを設け、前記高圧側圧力検知値と低圧側圧力検知値の差が小なる時、冷却水の循環量を大きくするように前記流量制御弁を制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載のハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置。』である。
【００１４】この請求項４記載の発明によれば、請求項３に加え、蒸発能力に比べ凝縮能力が過大となることにより高圧側圧力が小さくなる時に、より積極的にエンジン排熱を冷媒に回収させるので、冷媒圧縮循環系による熱移動を可能とできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明のハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】図１はハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置の概略構成図である。ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１は、圧縮機２０８により運転中、冷媒を圧縮機２０８から凝縮器１１、膨張弁１２、蒸発器１３そして圧縮機２０８に循環させる冷媒回路２１０と、圧縮機２０８を駆動するエンジン２０１及び電動モータ２０と、エンジン２０１の駆動により発電する発電機２１と、圧縮機２０８に対してエンジン２０１及び電動モータ２０の内一方を選択して連結する切換連結装置３０と、エンジン２０１と発電機２１の連結路の途中に配置したクラッチ装置４０とを備えている。
【００１７】エンジン２０１は、ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガソリンエンジン等が用いられ、特に限定されない。また、エンジン２０１の冷却は、水冷式でも、空冷式でもよく、さらに２サイクルエンジン、あるいは４サイクルエンジンでもよい。
【００１８】エンジン２０１の駆動軸４１上にクラッチ装置４０が配置され、エンジン２０１の動力伝達の断続を行う。この駆動軸４１に設けたプーリ４２と、発電機２１の駆動軸４３上に設けたプーリ４４とにベルト４５が掛け渡され、エンジン２０１の動力により発電機２１が駆動される。この発電機２１の発電でバッテリ５０が充電され、バッテリ５０は電動モータ２０の電源である。
【００１９】エンジン２０１の出力軸２０３にクラッチ７０を介して設けた傘歯車６０は、圧縮機２０８の入力軸２０６に設けた傘歯車６１と噛み合い、電動モータ２０の出力軸２２にクラッチ７１を介して設けた傘歯車６２も圧縮機２０８の入力軸２０６に設けた傘歯車６１と噛み合っている。切換連結装置３０は、クラッチ７０とクラッチ７１とから構成されている。
【００２０】このハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１では、熱負荷小なる時、即ち熱負荷が低負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７０を切断即ちＯＦＦ、クラッチ７１を接続即ちＯＮさせて、電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０をＯＮして接続状態とする。
【００２１】一方、熱負荷中あるいは大なる時、即ち熱負荷が中高負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７０をＯＮ、クラッチ７１をＯＦＦさせて、エンジン２０１と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０をＯＦＦして断状態とする。
【００２２】このように、少なくとも熱負荷大なる時の高負荷域には圧縮機２０８の回転数を高くし、熱負荷小なる時の低負荷域には圧縮機２０８の回転数を低く設定する必要があるが、低負荷域においてはエンジン２０１で圧縮機２０８を駆動せず発電機２１のみを駆動する。中高負荷域においては、発電機２１を駆動せず、圧縮機２０８のみを駆動する。高負荷域におけるエンジン回転数に合わせて発電機２１を駆動するためのエンジン回転数を設定することにより、広い熱負荷域においてエンジン回転数を一定化でき、エンジン回転数域を大きく変化させる必要が無い。予めこのエシジン回転数域においてエンジン効率、排気エミッションが艮くなるようにエンジンを調整して置くことで、熱負荷の広い範囲で安定してエンジン効率、排気エミッションを良くすることができる。
【００２３】また、ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１では、以下の制御も可能である。即ち、熱負荷小なる時、低負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７０をＯＦＦ、クラッチ７１をＯＮさせて、電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０をＯＮして接続状態とする。
【００２４】一方、熱負荷大なる時、即ち熱負荷が中負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７０をＯＮ、クラッチ７１をＯＦＦさせて、エンジン２０１と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０をＯＦＦして断状態とする。また、熱負荷が高負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７０をＯＮ、クラッチ７１をＯＮさせて、エンジン２０１及び電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０をＯＦＦして断状態とする。
【００２５】このように熱負荷大なる時、切換連結装置３０を動作させて、エンジン２０１及び電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置４０を断状態とすることで、前記実施の形態に加え、大きな出力を圧縮機２０８に与えることができ、大きなインバータ機能（例えば早く設定温度まで、冷房暖房あるいは冷凍可能）を与えることが可能である。
【００２６】図２はハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置の他の実施の形態の概略構成図である。この実施の形態で、図１の実施の形態と同じ構成は同じ符号を付して説明を省略する。圧縮機２０８の一方の入力軸２０６ａ上にクラッチ７５が配置され、電動モータ２０の動力伝達の断続を行う。
【００２７】圧縮機２０８の一方の入力軸２０６ａに設けたプーリ４６と、電動モータ２０の駆動軸２２上に設けたプーリ４７とにベルト４８が掛け渡され、電動モータ２０の動力により圧縮機２０８が駆動される。この電動モータ２０は商用電源８０に接続されている。
【００２８】エンジン２０１の出力軸２０３に設けた傘歯車６０は、圧縮機２０８の入力軸２０６にクラッチ７６を介して設けた傘歯車６１と噛み合い、発電機２１の駆動軸２８にクラッチ装置７７を介して設けた傘歯車６３にも噛み合っている。発電機２１により発電された電力は、商用電源８０へ供給される。切換連結装置３０は、クラッチ７６と、圧縮機２０８の入力軸２０６ａに設けたクラッチ７５とから構成されている。
【００２９】このハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１では、熱負荷小なる時、即ち熱負荷が低負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７６をＯＦＦ、クラッチ７５をＯＮさせて、電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置７７をＯＮして接続状態とする。
【００３０】一方、熱負荷中あるいは大なる時、即ち熱負荷が中高負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７６をＯＮ、クラッチ７５をＯＦＦさせて、エンジン２０１と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置７７をＯＦＦして断状態とする。
【００３１】このように、少なくとも熱負荷大なる時の高負荷域には圧縮機２０８の回転数を高くし、熱負荷小なる時の低負荷域には圧縮機２０８の回転数を低く設定する必要があるが、低負荷域においてはエンジン２０１で圧縮機２０８を駆動せず発電機２１のみを駆動する。中高負荷域においては、発電機２１を駆動せず、圧縮機２０８のみを駆動する。高負荷域におけるエンジン回転数に合わせて発電機２１を駆動するためのエンジン回転数を設定することにより、広い熱負荷域においてエンジン回転数を一定化でき、エンジン回転数域を大きく変化させる必要が無い。予めこのエシジン回転数域においてエンジン効率、排気エミッションが艮くなるようにエンジンを調整して置くことで、熱負荷の広い範囲で安定してエンジン効率、排気エミッションを良くすることができる。
【００３２】また、ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１では、前記と同様に以下の制御も可能である。即ち、熱負荷小なる時、低負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７６をＯＦＦ、クラッチ７５をＯＮさせて、電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置７７をＯＮして接続状態とする。
【００３３】一方、熱負荷大なる時、即ち熱負荷が中負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７６をＯＮ、クラッチ７５をＯＦＦさせて、エンジン２０１と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置７７をＯＦＦして断状態とする。また、熱負荷が高負荷のとき切換連結装置３０のクラッチ７６をＯＮ、クラッチ７５をＯＮさせて、エンジン２０１及び電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置７７をＯＦＦして断状態とする。
【００３４】このように熱負荷大なる時、切換連結装置３０を動作させて、エンジン２０１及び電動モータ２０と圧縮機２０８を連結且つ、クラッチ装置７７を断状態とすることで、前記実施の形態に加え、大きな出力を圧縮機２０８に与えることができ、大きなインバータ機能（例えば早く設定温度まで、冷房暖房あるいは冷凍可能）を与えることが可能である。
【００３５】図３はハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置としての空調装置の全体構成を示す図である。ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１は、室外機２と、下記する室内機５２２とで構成されている。室外機２に備えられるエンジン２０１は、水冷火花点火式のガスエンジンであって、切換連結装置３０を介して冷媒の圧縮機２０８を駆動する。また、切換連結装置３０によって電動モータ２０が圧縮機２０８を駆動し、さらに切換連結装置３０によって発電機２１がエンジン２０１に連結される。
【００３６】切換連結装置３０は、エンジン２０１と圧縮機２０８との断続を行う不図示の第１クラッチ、電動モータ２０と圧縮機２０８との断続を行う不図示の第２クラッチ、エンジン２０１と発電機２１との断続を行うクラッチ装置４０が配置されている。
【００３７】圧縮機２０８により冷媒を循環させるための冷媒回路２１０と、エンジン２０１の冷却と排熱の回収あるいは放棄を行うための冷却水回路２５０が設けられている。冷却水回路２５０には、エンジン２０１の冷却水ジャケット２６３と排気管３２３に設けられた排ガス熱交換器２６２とが、冷却水への排熱供給部として組み込まれている。
【００３８】冷媒回路２１０は、圧縮機２０８によりフロン等の冷媒を循環させる回路であって、圧縮機２０８とオイルセパレータ２３０が管路２１１により接続され、オイルセパレータ２３０と四方弁２３２が管路２１２により接続され、四方弁２３２と凝縮器２３９が管路２１３により接続される。
【００３９】室内機５２２には、冷房運転時蒸発器を構成する室内熱交換器２４０と、電子膨張弁２３８と、室内冷媒液温度センサ５７２が配置され、管路２１７ａに接続される分岐菅路２１６ａはそれぞれの室内機５２２内で電子膨張弁２３８に綾続され、分岐管路２１６ｂにより電子膨張弁２３８と室内熱交換器２４０が連結され、室内熱交換器２４０に接続される分岐菅路２１６ｃは室内機５２２の外側で管路２１７ｂに接続される。この管路２１７ｂは接続ジョイント部ｂを介して室外機２の四方弁２３２に接続した管路２１８に接続されている。
【００４０】室外機２の四方弁２３２は、管路２１９を介してアキュムレータ２４５に接続され、このアキュムレータ２４５は管路２２０を介して圧縮機２０８に接続されている。冷媒回路２１０のアキュムレータ２４５と圧縮機２０８の間の管路２２０には、オイルセパレータ２３０において冷媒から分離されたオイルを圧縮機２０８に戻すために、オイルセパレータ２３０から延びるオイル戻し通路２３１が途中の毛細管２７０を介して接続されている。
【００４１】冷媒回路２１０の管路２１１の途中には可撓管３００が配置され、また圧縮機２０８から電子膨張弁２３８の間の高圧側冷媒回路の冷媒圧力を検知する高圧側圧力センサ３０１が配置される。高圧側冷媒回路は、冷房時には管路２１１、オイルセパレータ２３０、管路２１２、四方弁２３２、管路２１３、凝縮器２３９管路２１４、管路２１７ａ及び分岐管路２１６ａで構成され、暖房時には管路２１１、オイルセパレータ２３０、管路２１２、四方弁２３２及び管路２１８、管路２１７ｂ、分岐管路２１６ｃ、室内熱交換器２４０及び分岐管路２１６ｂで構成される。
【００４２】そして、管路２２０の途中には可撓管３００が配置され、電子膨張弁２３８から圧縮機２０８までの間の低圧側冷媒回路の冷媒圧力を検知する低圧側圧力センサ３０２が管路２２０に配置される。
【００４３】低圧側冷媒回路は、冷房時には分岐管路２１６ｂ、２１６ｃ、室内熱交換器２４０、管路２１７ｂ、管路２１８、四方弁２３２及び途中にアキュムレータ２４５が配置された管路２１９、２２０で構成され、暖房時には分岐管路２１６ａ、管路２１７ａ、２１４、凝縮器２３９、管路２１３、四方弁２３２及び管路２１９、２２０で構成される。
【００４４】冷却水回路２５０には、管路２１４と管路２５７の間にラジエータ２３４が配置され、このラジエータ２３４に対して空気を通過させるための室外ファン２３５が設けられている。また、管路２５７に接続された水ポンプ２６１には、排ガス熱交換器２６２が管路２５１により接続され、エンジン２０１の排気管３２３に設けられた排ガス熱交換器２６２と冷却水ジャケット２６３が管路２５２ａにより接続され、冷却水ジャケット２６３とリニヤ三方弁２８０が管路２５２ｂと管路２５３により接続されている。
【００４５】管路２５３の途中に設けられたリニヤ三方弁２８０と管路２５７が、熱交換器２３３を介して管路２５６ａ，２５６ｂにより接続されている。この熱交換器２３３はアキュムレータ２４５内に配置され、アキュムレータ２４５内の冷媒と熱交換を行う。リニヤ三方弁２８０により管路２５３からエンジン冷却水を管路２５６ａと管路２１４とに切換を行うと共に、冷却水の流量制御を行う。即ち、エンジン排熱を吸収したエンジン冷却水を、この冷却水と冷媒回路２１０中の冷媒との間で熱交換する水−冷媒間熱交換器である熱交換器２３３に熱負荷大なる時あるいは高圧側の圧力が特に小さくなる場合には、より多く分岐する一方、ラジエータ２３４への分岐量を滅らすようにし、エンジン排熱を主に冷媒へ回収するようにする。また、熱負荷小なる時あるいは高圧側の圧力が大なる場合には、エンジン排熱を吸収したエンジン冷却水の熱交換器２３３への分岐量を滅らす一方、ラジエータ２３４への分岐量を増加し、エンジン排熱を主に大気中に廃棄する。
【００４６】冷却水ジャケット２６３の出口には、サーモスタット弁２５９が設けられている。また、管路２５３には、管路２５２ｂの接続部Ｐ１と、管路２５２ａの接続部Ｐ２との間には、絞り２５８が配置されている。
【００４７】エンジン２０１の始動直後のように、エンジン２０１が冷機状態にある場合にはサーモスタッ卜弁２５９が閉じ、冷却水ジャケット２６３には冷却水が流れず、早期にエンジン２０１を暖機状態とすることができる。また、サーモスタット弁２５９が閉じている状態でも、排ガス熱交換器２６２でエンジン排熱を吸収した冷却水は、絞り２５８を通り、リニヤ三方弁２８０へ流れ、熱負荷に応じて熱交換器２３３へ流れるようにされ、エンジン２０１が冷機状態にある場合でも、冷媒へのエンジン排熱の回収を可能としている。
【００４８】管路２５３には冷却水温度センサ４３１が配置され、この検知冷却水温度が低い場合には、水ポンプ２６１の吐出量が低くされる。
【００４９】また、エンジン２０１には吸気管３１７が接続され、吸気管３１７の上流部にはエアクリーナ３１８が配置され、吸気管３１７の下流部にはガス燃料を混合する混合器３１９とその下流のスロットル弁３２０とが配置されている。スロットル弁３２０はステップモータから構成されるスロットル弁開度制御アクチュエータ３１１により開閉制御される。混合器３１９のベンチュリ部にはガス吐出口が設けられ、この吐出口には、途中に燃料ガス流量制御弁３１２、減圧調整弁３１３、２つの開閉弁３１４を有して燃料ガス供給源３１５と連結されたガス供給管路３１６が接続されている。エンジン２０１にはエンジン回転数を検知するエンジン回転数センサ３１０が配置されている。
【００５０】図４はハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置としての空調装置の制御回路図である。ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１は、室外機２、室内機５２２のそれぞれに制御装置、センサ群、アクチュエータ群を有している。室外機２の室外ＣＰＵ６１５、室内機５２２の室内ＣＰＵ６１６は、データバス６２０により情報の授受を行い制御する。
【００５１】室外ＣＰＵ６１５は、スロットル弁開度制御アクチュエータ３１１、リニヤ三方弁２８０の駆動アクチュエータ２８０ａ、室外ファン２３５の駆動アクチュエータ２３５ａ、水ポンプ２６１の駆動アクチュエータ２６１ａ、第１クラッチの駆動アクチュエータ９７０ａ、第２クラッチの駆動アクチュエータ９７１ａ、クラッチ装置４０の駆動アクチュエータ９４０ａ、その他アクチュエータ群６４０、エンジン回転センサ３１０、高圧側圧力センサ３０１、冷媒温度センサ４２５、エンジン冷却水温度センサ４３１、低圧側圧力センサ３０２、その他のセンサ群６４１等の制御あるいは検知データの取込みを行う。さらに、室外ＣＰＵ６１５には、メモリ９２０が接続されている。
【００５２】室内ＣＰＵ６１６は、送風ファン２４０ａ、室内ルーバーモータ２４０ｂ、室内冷媒液温度センサ５７２、室内リモコン操作部５７０ａ、室内温度センサ５７１、電子膨張弁２３８の駆動アクチュエータ２３８ｂ等の制御あるいは検知データの取込みを行う。なお、室内リモコン操作部５７０ａは不図示の室内リモコン装置に設けられる。
【００５３】この実施の形態では、第１クラッチの駆動アクチュエータ９７０ａ、第２クラッチの駆動アクチュエータ９７１ａ、クラッチ装置４０の駆動アクチュエータ９４０ａの制御は、図１の実施の形態、図２の実施の実施の形態で説明したものと同様であるから説明を省略する。
【００５４】通常、空調装置を起動し運転開姶する時、冷房運転開始時には室温と、室温より低い設定温度との差が大きく、早く室内を冷却するために大きな蒸発能力が室内熱交換器２４０に要求され、暖房運転開始時には室温より高い設定温度と室温との差が大きく、早く室内を暖めるために大きな凝縮能力が室内熱交換器２４０に要求される。このため室内ファンの風量を増大するとともに、圧縮機２０８の回転数を大きくして冷媒循環量を増加することが行われる。しかし、空調装置の停止中、冷媒配管途中、室内熱交換器２４０や室外熱交換器２３９、アキュームレータ２４５内に液冷媒として滞留しており、空調装置を起動しても、圧縮機２０８が吸い込む気相冷媒の密度（低圧圧力）を後直ちに大きくできず、冷媒循環量を直ちに増加することはできず、冷房起動後早く室温を低下させ、あるいは暖房起動後早く室温を上昇させることが困難であった。
【００５５】同様、外気温度が極端に低い時の暖房時、凝縮能力が蒸発能力より過大となり高圧側圧力が大きく低下し、膨張弁を通過し低圧側へ流れる冷媒循環量が低下すると、圧縮機２０８の回転数を壇加しても吐出圧を大きく、且つ吐出量を多くすることは不可能となり、暖房不能となる場合がある。特に、寒冷地では暖房可能とするのみでなく、高い暖房能力が要求される。
【００５６】同様に、例えば３台の室内機の内１台のみしか運転しない場合の冷房運転においては、蒸発能力が凝縮能力より過小となってしまう。このため低圧側の気相冷媒の密度（低圧圧力）が低下し、圧縮機２０８の回転数を増加しても吐出圧を大きく、且つ吐出量を多くすることは不可能となり、高圧側圧力が大きく低下し、膨張弁を通過して低圧側に循環する冷媒量が極端に低下してしまい、冷房不能となる場合がある。
【００５７】この実施の形態では、エンジン２０１が水冷式エンジンであり、電子膨張弁２３８から蒸発器である室内熱交換器２４０を経て圧縮機２０８に到る低圧側冷媒回路２１０の途中、あるいは凝縮器２３９から電子膨張弁２３８までの高圧側冷媒回路２１０の途中の内少なくとも一方に、冷却水−冷媒間熱交換器２３３を配置し、エンジン排熱を吸収した冷却水を冷却水−冷媒間熱交換器２３３に循環し、エンジン排熱を冷媒に回収させるようにしている。
【００５８】この実施の実施の形態では、前記に加え、高圧側圧力が低下する時でも、エンジン排熱を冷媒に回収可能であり、空調装置の運転が可能である。さらに、エンジン排熱を熱交換器２３３で低圧冷媒に回収させれば、アキュームレータ２４５内の液冷媒が気化して低圧側の冷媒密度（冷媒圧力）が上昇して圧縮機２０８の吐出圧を大きくし、且つ吐出量を多くすることが可能となり、高圧側圧力の過大な低下を防止し、暖房あるいは冷房を可能とする。また、管路２１４の途中にレシーバタンクを設け、レシーバタンク内に冷却水−冷媒間熱交換器２３３を配置し、エンジン排熱を熱交換器２３３で高圧冷媒に回収させれば、レシーバタンク内の液冷媒が気化することにより、高圧側圧力の過大な低下を防止し、暖房あるいは冷房を可能とする。
【００５９】また、エンジン２０１と冷却水−冷媒間熱交換器２３３との間の循環路の途中に、流量制御弁であるリニヤ三方弁２８０を配置し、高圧側圧力がより低い時、冷却水の循環量を大きくするように流量制御弁であるリニヤ三方弁２８０を制御する。この実施の形態では、熱負荷小の時でも、エンジン排熱を冷媒に回収可能であり、効率向上が可能であり、さらに熱負荷大の時に、より積極的にエンジン排熱を冷媒に回収させるので、起動時より大きなインバータ機能を与えることが可能である。
【００６０】ハイブリッド方式冷媒圧縮式熱移動装置１において、熱負荷検知方法としては、例えば設定温度と室内温度との差により、差が大程熱負荷大とし、さらに各室内機５２２の能力と前記温度の積算値を総和したものが大程、熱負荷大とする。さらに起動後の時間の短い程熱負荷大とする。
【００６１】また、高負荷のみでなく、低負荷において、発電中のエンジン２０１の排熱を吸収したエンジン冷却水を、冷媒回路２１０中の低圧部に配置した熱交換器に循環し、冷媒に排熱を回収させるようにするようにしてもよく、全熱負荷域において、効率向上が可能である。
【００６２】また、制御は、次のように行うことができる。
【００６３】Ａ．熱負荷小〜中の時、電動モータ２０のみ駆動し、且つエンジン２０１で発電する。熱負荷大の時、エンジン２０１で駆動し、且つ高圧制御を行う。即ち、高圧圧力値を検知し、目標高圧値に近づくようにエンジン２０１及び電動モータ２０の目標回転数を制御する。
【００６４】設定温度と室内温度との差が無くなる定常状態になる時、即ち、熱負荷小の時が、一番運転時間が長く、圧縮機２０８の駆動は電動モ−タ２０で行う。一方、エンジン２０１は電動モ−タ２０の充電用、または売電用の発電負荷のみであり、効率や排気エミッション特性の良い運転域で運転が可能で、充電あるいは売電が可能である。また、空調、あるいは冷凍開始時は熱負荷が大きくなるが、大きな出力を発生できるエンジン２０１を使用するので、短時間で設定温度に近ずけるインバ−タ機能が得られる。
【００６５】Ｂ．熱負荷小の時、電動モータ２０のみ駆動し、且つエンジン２０１で発電する。熱負荷中の時、エンジン２０１で駆動し、熱負荷大の時、エンジン２０１と電動モータ２０の両方で駆動し、且つ高圧制御を行う。即ち、高圧圧力値を検知し、目標高圧値に近づくようにエンジン２０１及び電動モータ２０の目標回転数を制御し、熱負荷大なる程、目標高圧値を大きくする（電子膨張弁２３８の開度一定）。
【００６６】設定温度と室内温度との差が無くなる定常状態になる時、即ち、熱負荷小の時が、一番運転時間が長く、圧縮機２０８の駆動は電動モータ２０で行う。―方、エンジン２０１は充電用、あるいは売電用の発電負荷のみであり、効率や排気エミッション特性の良い運転域で運転が可能である。また、空調、あるいは冷凍開始時は熱負荷が大きくなり、旦つ両方で圧縮機２０８を可動するのでより大きな出力が出る。より、短時間で設定温度に近づける大きなインバータ機能が得られる。
【００６７】Ｃ．熱負荷値により直接エンジン２０１及び電動モータ２０の目標回転数を変化させない。まず、熱負荷値により目標高圧値を変化させ、目標高圧値と検知高圧値との差圧に基づき、エンジン２０１及び電動モータ２０の目標回転数を制御する。
【００６８】目標高圧値と検知高圧値との差圧が小さい場合、電動モータ２０のみ駆動し、且つエンジン２０１で発電する。また、目標高圧値と検知高圧値との差圧が中の場合、エンジン２０１で駆動し、差圧大の場合、エンジン２０１と電動モータ２０の両方で駆動する。
【００６９】Ｄ．熱負荷大なる程電子膨張弁開度２３８を大きくして目標高圧値を一定にする。
【００７０】Ｅ．熱負荷大なる程、膨張弁開度２３８及び目標高圧値を大きくする。
【００７１】また、凝縮器での放熱量、蒸発器での吸熱量により高圧が変化する。しかも、冷房（冷凍時）の外気温度は放熱量に影響する。また、暖房時の外気温度は吸熱量に影響する。このため、単に熱負荷のみで圧縮機の回転数を制御することなく、次の制御も行う。
【００７２】イ．例えば、膨張弁から蒸発器を経て圧縮機２０８に到る低圧側冷媒回路２１０の途中に二重管熱交換器を配置する。スーパーヒート運転（過加熱運転）でも、あるいはそうでなくても、サブクール運転（過冷却運転）あるいはそうでなくても、可能である。
【００７３】ロ，この実施の形態では蒸発器と圧縮機２０８の間にアキュームレータ２４５を配置し、アキュームレータ２４５内の液冷媒を加熱する冷却水−冷媒間熱交換器２３３を配置する。主に、少なくともスーパーヒート運転（蒸発器を経て気相化した冷媒をさらに加熱する運転、この時アキュムレータの液冷媒は空になる）はしない。蒸発器１３を経て完全に気化せず液冷媒のままの冷媒は、アキュームレータ内に貯留する。高圧側圧力検知値が小さい程、あるいは高圧側圧力検知値と低圧側圧力検知値との差が小さい程、アキュームレータ内に貯留する液冷媒をエンジン冷却水で加熱する。
【００７４】ハ．凝縮器１１から膨張弁１２の間にレシーバタンクを配置し、レシーバタンク内の液冷媒を加熱する冷却水―冷媒間熱交換器を配置する。高圧側圧力検知値が小さい程、あるいは高圧側圧力検知値と低圧側圧力検知値との差が小さい程、レシーバタンク内の液冷媒を加熱する。サブクール運転により、確実にレシーバタンク内に液冷媒が存在するようにした場合に実施することができる。
【００７５】なお、熱負荷大の場合に加え、熱負荷小でエンジンは発電機を駆動するのみで圧縮機は電動モータで駆動する場合で合っても、このイ〜ハの制御は可能である。
【００７６】
【発明の効果】前記したように、請求項１記載の発明では、熱負荷大なる時の高負荷域には圧縮機の回転数を高くし、熱負荷小なる時の低負荷域には圧縮機の回転数を低く設定する必要があるが、低負荷域においてはエンジンで圧縮機を駆動せず発電機のみを駆動し、高負荷域においては、発電機を駆動せず、圧縮機のみを駆動する。負荷域におけるエンジン回転数に合わせて発電機を駆動するためのエンジン回転数を設定することができ、広い熱負荷域においてエンジン回転数を一定化でき、エンジン回転数域を大きく変化させる必要が無く、エンジン効率、排気エミッションを良くすることが可能である。
【００７７】請求項２記載の発明では、熱負荷大なる時、切換連結装置を動作させて、エンジン及び電動モータと圧縮機を連結且つ、クラッチ装置を断状態とし、請求項１に加え、大きな出力を圧縮機に与えることができ、大きなインバータ機能を与えることが可能である。
【００７８】請求項３記載の発明では、膨張弁から前記蒸発器を経て圧縮機に到る低圧側冷媒回路の途中、あるいは凝縮器から膨張弁までの高圧側冷媒回路の途中の内少なくとも一方に、冷却水−冷媒間熱交換器を配置し、エンジン排熱を吸収した冷却水を冷却水−冷媒間熱交換器に循環し、エンジン排熱を冷媒に回収させるから、請求項１または請求項２に加え、圧縮機を電動モータで駆動する熱負荷小の時でも、エンジン排熱を冷媒に回収可能であり、効率向上が可能である。
【００７９】請求項４記載の発明では、エンジンと冷却水−冷媒間熱交換器との間の循環路の途中に、流量制御弁と、高圧側冷媒回路の途中に冷媒回路の圧力を検知する高圧側圧カセンサを配置し、高圧側圧力検知値が小なる時、あるいはさらに低圧側冷媒回路の途中に冷媒回路の圧力を検知する低圧側圧力センサを設け、高圧側圧力検知値と低圧側圧力検知値の差が小なる時、冷却水の循環量を大きくするように流量制御弁を制御するから、請求項３に加え、蒸発能力に比べ凝縮能力が過大となることにより高圧側圧力が小さくなる時に、より積極的にエンジン排熱を冷媒に回収させるので、冷媒圧縮循環系による熱移動が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００７６
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴若 俊雄
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３２５９４ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２１日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３０９９４７ |
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