(57)【要約】【課題】エンジンと圧縮機２台を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、圧縮機は周囲が低温状態で長時間停止していると、油溜めの冷凍機油に液冷媒が溶解する冷媒寝込み状態となる。圧縮機を冷媒寝込み状態にて起動すると、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸受けトルク過大を生じ、圧縮機故障の原因となる。【解決手段】エンジン２２と圧縮機２台（２ａ・２ｂ）を機関室４３に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、圧縮機１台２ｂ（又は２ａ）運転による軽負荷運転時には、該機関室の換気ファン１９を停止することで、機関室内をエンジン廃熱によって温度上昇させ、圧縮機２ａ（又は２ｂ）の冷媒寝込みを抑制することできる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納し、該機関室に換気ファンを設けたエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
暖房運転時で一方の圧縮機のみが駆動中で機関室が所定温度以下の場合に前記換気ファンを停止することを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
一方の圧縮機のみを運転する場合に、所定時間で交互運転する構成としたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【請求項３】
請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
各圧縮機に個別のヒータを設け、一方の圧縮機のみが駆動中でもう一方の圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、前記ヒータにより停止中の圧縮機を加熱する構成としたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【請求項４】
エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
エンジンと圧縮機を連動させるクラッチを設け、圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、該クラッチによりエンジンと圧縮機を連動する状態として起動する構成としたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【請求項５】
エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、起動後エンジンを所定時間、所定低回転数で運転する構成としたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【請求項６】
エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
エンジンと圧縮機を連動させるクラッチを設け、圧縮機の停止時間が所定時間Ａを超える場合に、所定時間Ｂの間、前記クラッチによりエンジンと圧縮機の連動を遮断してエンジンを運転する構成としたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【請求項７】
エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
圧縮機をオイル溜めのあるものと、無いものとし、圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、オイル溜めのある方から駆動する構成としたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機への冷媒寝込み抑制の機能を備えたエンジン駆動式ヒートポンプの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機や冷凍機や冷水機や除湿機などに備えられた圧縮機は、圧縮工程を潤滑に実施するための潤滑油として冷凍機油が冷媒と共に系内に充填されている。一般に冷凍機油は冷媒と相互に溶解する性質の鉱物油又は合成油を選ぶ。冷媒の種類や圧力・温度によって冷凍機油に対する冷媒の溶解度には差があるが、温度が低いほど又は圧力が高いほど溶解度が大きくなる。
【０００３】
冷媒寝込みとは停止中の圧縮機内の油溜めに液冷媒が溶解することである。このとき前述したように、油温が低いときに冷凍機油に冷媒が溶け込む割合が大きくなる。通常、圧縮機は空気調和装置の室外機に設置されるため、外気が低い条件でしばらく放置された場合には、該圧縮機の周囲温度は低く該圧縮機内部の油溜めの冷凍機油は低温である。ここで時間の経過と共に該油溜めの冷凍機油に液冷媒が溶解していく。
【０００４】
前述の冷媒寝込み状態となった圧縮機は起動時に下記不具合を発生する。
即ち、多量の冷媒液が圧縮機内部の油溜めの冷凍機油に溶解したまま圧縮機を起動することは、圧縮機が液圧縮を生じ、軸トルク過大を生じて圧縮機故障に至る。
さらに、多量の冷媒液が圧縮機内部の油溜めの冷凍機油に溶解したまま起動すると、溶解した冷媒液が急激に気化し油が沸騰したような激しい泡立ちが発生する（オイルフォーミング現象）。このとき冷凍機油が一時に大量に排出され、圧縮機潤滑油不良が生じ圧縮機故障に至る。
【０００５】
ここで、前述の冷媒寝込みを防止するために圧縮機にヒータを設けて圧縮機の停止時間が一定以上の場合、又は圧縮機と吸入配管の温度が一定温度以下の場合には、ヒータを通電しながら起動運転する特徴とした空気調和装置の技術は公知となっている（特許文献１参照）。
他方、複数圧縮機システム全体としての耐久性を確保する目的にて、複数の圧縮機が備わった空気調和装置において、起動時の負荷が特定の圧縮機のみに偏らないように全体に平均的に負担させる制御装置を備えた空気調和装置の技術は公知となっている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−２６１５７１号公報
【特許文献２】特開平７−１９８２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプの冷媒寝込みを抑制することであり、又冷媒寝込み状態となっている圧縮機の起動時にオイルフォーミング現象による油上がりや液圧縮による軸受けトルク過大を防止することである。
【０００７】
例えば、エンジン駆動式ヒートポンプを備えた空気調和装置が施工された後、外気温度の低い時期に長時間運転されず停止していた場合は、該空気調和装置に備えられた圧縮機は周囲温度が低いため冷媒寝込み状態となる。
また例えば、エンジン駆動式ヒートポンプを備えた空気調和装置は１台の大容量の室外機にて複数台の室内機を接続して施工されることがある。このとき、室外機には１台のエンジンに対して複数台の圧縮機が備えられている。ここで、接続された全ての室内機が運転することなく一部の室内機のみ運転する場合（軽負荷運転）では、室外機に備えられた圧縮機の全てが運転することなく一部の圧縮機のみ運転する。このとき、周囲温度が低い状態で長時間停止していた圧縮機は冷媒寝込み状態となっている。
ここで、冷媒寝込みの圧縮機を起動することは、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸受けトルク過大を生じ、圧縮機故障の原因となることは前述した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納し、該機関室に換気ファンを設けたエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
暖房運転時で一方の圧縮機のみが駆動中で機関室が所定温度以下の場合に前記換気ファンを停止するものである。
【００１０】
請求項２においては、請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
一方の圧縮機のみを運転する場合に、所定時間で交互運転する構成としたものである。
【００１１】
請求項３においては、請求項１記載のエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
各圧縮機に個別のヒータを設け、一方の圧縮機のみが駆動中でもう一方の圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、前記ヒータにより停止中の圧縮機を加熱する構成としたものである。
【００１２】
請求項４においては、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
エンジンと圧縮機を連動させるクラッチを設け、圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、該クラッチによりエンジンと圧縮機を連動する状態として起動する構成としたものである。
【００１３】
請求項５においては、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、起動後エンジンを所定時間、所定低回転数で運転する構成としたものである。
【００１４】
請求項６においては、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
エンジンと圧縮機を連動させるクラッチを設け、圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、所定時間、前記クラッチによりエンジンと圧縮機の連動を遮断してエンジンを運転する構成としたものである。
【００１５】
請求項７においては、エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、
圧縮機をオイル溜めのあるものと、無いものとし、圧縮機の停止時間が所定時間を超える場合に、オイル溜めのある方から駆動する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
請求項１においては、エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、機関室内を暖気運転することで停止中の圧縮機の冷媒寝込みを抑制することができる。
つまり、室外の気温が低い暖房運転時において、圧縮機１台運転による軽負荷運転時に該機関室の換気ファンを停止することで、機関室内をエンジン廃熱によって温度上昇させ、停止中の圧縮機の冷媒寝込みを抑制する。
冷媒寝込みを抑制することによって、圧縮機起動時のオイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
【００１８】
請求項２においては、エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、２台ある圧縮機を交互運転することによって圧縮機の冷媒寝込みを抑制できる。
つまり、室外の気温が低い暖房運転時において、圧縮機１台運転による軽負荷運転時に運転する圧縮機を交互にすることで、特定の圧縮機が長時間停止することを避けて圧縮機の冷媒寝込みを抑制することができる。
【００１９】
請求項３においては、エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、各圧縮機が備えた個別のヒータの加熱によって該圧縮機の冷媒寝込みを抑制できる。
つまり、室外の気温が低い暖房運転時において、圧縮機１台運転による軽負荷運転時に、停止中の圧縮機に対しては備えられたヒータで該圧縮機の油溜めを加熱することによって冷媒寝込みを抑制することができる。
冷媒寝込みを抑制することによって、圧縮機起動時のオイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
【００２０】
請求項４においては、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、エンジンと圧縮機を連動させるクラッチを設け、該クラッチをエンジンと圧縮機に連動させたまま起動させることにより、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
つまり、冷媒寝込み状態の圧縮機においても、負荷を伴った起動つまり急激な圧縮機起動を抑制することにより、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
【００２１】
請求項５においては、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、起動時に所定時間・所定低回転数でエンジンを起動することによって急激な圧縮機起動を抑制し、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
【００２２】
請求項６においては、エンジンと圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいてエンジン起動後所定時間、クラッチでエンジンと圧縮機の動力伝達を遮断する。つまりエンジンのみ運転させることによるエンジン廃熱にて機関室内を暖気運転することによって圧縮機の冷媒寝込みを抑制でき、油上がり又は軸トルク過大の発生を防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
【００２３】
請求項７においては、エンジンと２台の圧縮機を機関室に収納したエンジン駆動式ヒートポンプにおいて、油溜めのある圧縮機と油溜めの無い圧縮機を設け、運転時は油溜めのある圧縮機から起動することとし、冷凍機油の多く存在する圧縮機から起動させることで、油上がりを防止し、圧縮機の故障を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る一実施例の冷媒回路図、図２は経過時間に対する油希釈度の簡易図、図３は本発明に係るその他実施例の冷媒回路図、図４は経過時間に対する圧縮機起動時の圧力変化の簡易図である。
【００２５】
まず、室外機４０に２台の圧縮機２ａ・２ｂと１台のエンジン２２を備えた機関室４３を持つエンジン駆動式ヒートポンプの冷媒回路構成について図１を用いて説明する。
【００２６】
エンジン駆動式ヒートポンプは、駆動源としてのエンジン２２から動力を得て冷媒を圧縮する圧縮機２ａ・２ｂと、圧縮機２ａ・２ｂの吐出側に接続され冷房時及び暖房時で冷媒の流れを切り換える四方弁３と、冷房時に圧縮機２ａ・２ｂから四方弁３を介して冷媒が供給される室外熱交換器４と、暖房時に圧縮機２ａ・２ｂから四方弁３を介して冷媒が供給される室内熱交換器５と、室外熱交換器４及び室内熱交換器５の間に配設される室外熱交換器用膨張弁６とを有しており、これらで構成される冷媒サイクルを用いるものである。前記四方弁３は電磁切換弁により構成され、制御手段となる制御装置３０と接続され、操作手段３１の操作で暖房・冷房・除霜等の場合に切り換えられる
【００２７】
前記圧縮機２ａ・２ｂは、その吸入側からガス冷媒を吸引・圧縮し、高温・高圧のガス冷媒を吐出する。他方、圧縮機２ａ・２ｂの吐出側には、吐出ラインを構成する経路９を介して前記四方弁３が接続されており、この経路９にはガス冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して圧縮機２の吸入側に戻すためのオイルセパレータ８が設けられている。すなわち、圧縮機２から吐出されるガス冷媒は、オイルセパレータ８を介して前記四方弁３へと流入し、この四方弁３にて所定の方向に導かれる。また、圧縮機２ａ・２ｂに吸引されるガス冷媒も四方弁３にて導かれるため、圧縮機２ａ・２ｂの冷媒吸入側と四方弁３とは吸入ラインを構成する経路１０により接続されている。
【００２８】
前記四方弁３は、前記室内熱交換器５の一端側に接続されており、この室内熱交換器５の他端側には、前記冷媒液レシーバ７が接続されている。また、同じく四方弁３には、前記室外熱交換器４が接続されており、この室外熱交換器４と室内熱交換器５とを接続する経路１３には、前記室外熱交換器用膨張弁６が設けられている。
【００２９】
前記機関室４３は、２台の圧縮機２ａ・２ｂと、エンジン２２と、換気ファン１９を備えている。エンジン２２の動力はプーリーやベルト等からなるベルト式動力伝達機構２３によって２台の圧縮機２ａ・２ｂに伝達できるよう接続されている。但し、動力伝達機構は限定するものではなく、チェーン式や歯車式等であってもよい。ここで、制御手段３０は、それぞれの圧縮機２ａ又は２ｂの伝達動力を個別の電磁クラッチ２１ａ又は２１ｂによって断接できる。該電磁クラッチ２１ａ又は２１ｂは圧縮機２ａ又は２ｂの駆動軸とプーリーの間に配設される。また、制御手段３０は圧縮機内部の油溜めを加熱することのできるヒータ２５ａ又は２５ｂを入切できる。さらに機関室４３には機関室内の周囲温度を測定する温度センサー２４が設けられて制御手段３０と接続されている。
【００３０】
ここで本発明に係る暖房運転について、図１の冷媒回路を用いて説明する。なお冷房運転の説明については、ここでは省略する。
【００３１】
暖房運転時においては、圧縮機２ａ・２ｂにて圧縮され吐出される高温・高圧のガス冷媒は、四方弁３を介して室内熱交換器５に送られ、この室内熱交換器５で室内ファン１８により送風される室内の空気に放熱することにより凝縮されて、この凝縮熱が室内の空気中に放熱され室内の空気を温める。ここで、冷媒は気体から液体となる。そして、液化された冷媒は、逆止弁１５を経て液冷媒レシーバ流入口１９ａから液冷媒レシーバ７内に流入し、液冷媒レシーバ流出口１９ｂから室外膨張弁６に到達し、この室外膨張弁６で急激に減圧され蒸発しやすい状態となって室外熱交換器４に導かれる。この室外熱交換器４が蒸発器となり、冷媒が室外の空気中から蒸発熱を奪い、冷媒の一部が液体から気体へと変化する。そして、室外熱交換器４を経て気化した冷媒は、四方弁３を介して経路１０を通り、圧縮機２ａ・２ｂに吸引されて圧縮された後、再び吐出される。
【００３２】
ここで、本発明に係る実施例について説明する。該実施例では本発明の冷媒寝込みを抑制する課題上、外気温度の低いときの空気調和装置の運転即ち暖房運転時について説明しているが、以下の実施例が冷房運転時でも同様であることは言うまでもない。
【００３３】
外気温度が低いときの暖房運転中において、室内の暖房負荷に応じて圧縮機２ａ（又は２ｂ）が停止しているとき、室外機４０の機関室４３に設置された温度センサー２４が設定器３２で設定された所定温度より低ければ、制御手段３０は機関室４３に設置された換気ファン１９の運転を停止する。この結果、機関室内はエンジンの廃熱によって温度上昇し、停止中の圧縮機２ａ（又は２ｂ）の冷媒寝込みを抑制できる。一方、異常な温度上昇によって機関室内部の機器・装置が劣化又は破損する恐れがあるので、温度センサー２４が設定器３１で設定された所定温度より高ければ、制御装置３０は換気ファン１９を運転し、機関室４３の異常温度上昇を防ぐ。
【００３４】
次に、外気温度が設定した温度よりも低いときの暖房運転中において、室内の暖房負荷に応じて一方の圧縮機２ａ（又は２ｂ）が停止しているとき、設定器３２にて設定された所定運転時間Ａが経過すれば、制御手段３０はクラッチ２１ｂ（又は２１ａ）を遮断して、運転している圧縮機２ｂ（又は２ａ）を停止させ、他方のクラッチ２１ａ（又は２１ｂ）を接続して、停止していた圧縮機２ａ（又は２ｂ）を運転させる。圧縮機２ａ（又は２ｂ）の停止時間を所定時間以下にすることで、冷媒寝込みを抑制している。
【００３５】
ここで前述した所定時間Ａについて図２を用いて説明する。
図２はある一定の温度・圧力条件での一般的な経過時間に対する油希釈度の関係を簡易的に示す。ここで、油希釈度とは圧縮機２ａ（又は２ｂ）内部の油溜めにて、溶解した冷媒と冷凍機油に対する冷凍機油の割合である（油希釈度［％］＝（油量［ｇ］）/（油量［ｇ］＋冷媒量［ｇ］））。図２に示すように、一般的に油希釈度はある時間（点ａ）に到達するとそれ以下にはならなくなる。つまりある一定の温度・圧力条件で、所定時間を超えると、それ以上冷媒は冷凍機油に溶解しない。ここで、所定時間Ａは実験的に求められ、マップとして制御手段３０のメモリに記憶させている。
【００３６】
また、外気温度が設定した温度よりも低いときの暖房運転中において、室内の暖房負荷に応じて圧縮機２ａ（又は２ｂ）が停止しているとき、設定器３２にて設定された所定時間Ａを超えた場合は、制御手段３０は圧縮機２ａ（又は２ｂ）に個別に設けたヒータ２５ａ（又は２５ｂ）を通電して、圧縮機２ａ（又は２ｂ）の油溜めを加熱する。油溜めに溜まった冷凍機油を加熱することで、冷媒寝込みを抑制している。なお、機関室４３内の温度が設定温度を越えるとヒータ２５の通電は停止される。
【００３７】
ここで、２台の圧縮機２ａ・２ｂのうち、圧縮機２ａを油溜めなしの圧縮機、圧縮機２ｂを油溜めありの圧縮機とする。２台の圧縮機２ａ・２ｂの停止時間が設定器３２で設定された所定時間Ａを超えた場合は、起動時には油溜めのある圧縮機２ｂを最初に運転させることにより、油上がりを防止する。
【００３８】
次に、室外機４０に１台の圧縮機２と１台のエンジン２２を備えた機関室４３を持つエンジン駆動式ヒートポンプの本発明に係る実施例について説明する。
なお、冷媒回路構成並びに暖房運転時の説明については前述と同等であり、説明は省略する。
また、該実施例では本発明の冷媒寝込みを抑制する課題上、外気温度の低いときの空気調和装置の運転即ち暖房運転時について説明しているが、以下の実施例が冷房運転時でも同様であることは言うまでもない。
【００３９】
外気温度が低いときの暖房運転起動において、圧縮機２の停止時間が設定器３２で設定された所定時間Ａを超えた場合は、クラッチ２１を連結したまま起動させる。つまり、起動直後よりエンジン２２に負荷を与えた状態で運転するので、圧縮機２の急激な起動を抑制でき、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止できる。
【００４０】
外気温度が低いときの暖房運転起動において、圧縮機２の停止時間が設定器３２で設定された所定時間Ａを超えた場合は、エンジン２２を設定器３２で設定された所定時間Ｂ及び所定低回転数にて起動する。即ち圧縮機２が急激に起動することを抑制でき、オイルフォーミング現象による油上がり又は液圧縮による軸トルク過大の発生を防止できる。
【００４１】
外気温度が低いときの暖房運転起動において、圧縮機２の停止時間が設定器３１で設定された所定時間Ａを超えた場合は、制御装置３０は設定器３２で設定された所定時間Ｂだけエンジン２２の圧縮機２に伝達する動力をクラッチ２１にて遮断する。この結果、機関室４３は運転しているエンジン排熱によって温度上昇し冷媒寝込みを抑制できる。
【００４２】
ここで前述した所定時間Ｂについて図４を用いて説明する。
図４は経過時間に対する圧縮機の起動時圧力変化を簡易的に示している。ここで、Ｐ２は高圧圧力の挙動、Ｐ１は低圧圧力の挙動を示している。本来、起動と同時に高低圧差がついた圧力変化は実線αで表される。一方、前述のエンジン低回転数起動制御、又はクラッチ２１を連動したままの起動制御にて、圧縮機２の急激な起動を抑制した圧力変化は破線βで表される。ここで、圧縮機の油上がりが防止できる起動制御時間として所定時間Ｂは実験的に求められ、マップとして制御手段３０のメモリに記憶させている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る一実施例の冷媒回路図。
【図２】経過時間に対する油希釈度の変化を示したグラフ。
【図３】本発明に係るその他実施例の冷媒回路図。
【図４】経過時間に対する圧縮機起動時の圧力変化を示したグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
２    圧縮機
１９    換気ファン
２１    クラッチ
２２    エンジン
２４    温度センサー
２５    ヒータ
３０    制御装置
３２    設定器
４３    機関室
【図１】
2006250437.tif 000003
【図２】
2006250437.tif 000004
【図３】
2006250437.tif 000005
【図４】
2006250437.tif 000006