(57)【要約】【課題】  圧縮機の冷媒吐出能力制御において、エンジン負荷率を考慮することで、エンジンからの煤の排出量低減、およびエンジンストール回避を可能とするエンジン駆動式冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】  エンジン１１０によって駆動され、冷凍サイクル１２０中の冷媒を圧縮吐出する圧縮機１２１と、エンジン１１０の作動を制御する制御装置１３０とを備える定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、圧縮機１２１を制御装置１３０によって、一回転当りの吐出容量が可変される可変容量型圧縮機１２１として、制御装置１３０は、圧縮機１２１の冷媒吐出能力を低下させる時に、エンジン１１０における圧縮機１２１駆動のためのエンジン負荷率が予め定めた所定値以下となるように、圧縮機１２１の吐出容量を低下させるようにする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１１０）によって駆動され、冷凍サイクル（１２０）中の冷媒を圧縮吐出する圧縮機（１２１）と、
前記エンジン（１１０）の作動を制御する制御装置（１３０）とを備える定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、
前記圧縮機（１２１）は、前記制御装置（１３０）によって、一回転当りの吐出容量が可変される可変容量型圧縮機（１２１）であり、
前記制御装置（１３０）は、前記圧縮機（１２１）の冷媒吐出能力を低下させる時に、前記エンジン（１１０）における前記圧縮機（１２１）駆動のためのエンジン負荷率が予め定めた所定値以下となるように、前記圧縮機（１２１）の前記吐出容量を低下させることを特徴とするエンジン駆動式冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記エンジン（１１０）の作動に伴うエンジン回転数を検出する回転数検出手段（１１１）と、燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段（１１２）とを有し、
前記制御装置（１３０）は、前記エンジン負荷率を前記エンジン回転数、前記燃料消費量から算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。
【請求項３】
前記エンジン（１１０）の作動に伴うエンジン回転数を検出する回転数検出手段（１１１）と、前記圧縮機（１２１）の吐出側と吸入側との圧力差を検出する圧力差検出手段（１２５、１２６）とを有し、
前記制御装置（１３０）は、前記エンジン負荷率を前記エンジン回転数、前記圧力差から算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記エンジン（１１０）の作動に伴うエンジン回転数を検出する回転数検出手段（１１１）と、前記圧縮機（１２１）の吐出側の圧力を検出する圧力検出手段（１２５）を有し、
前記制御装置（１３０）は、前記エンジン負荷率を前記エンジン回転数、前記吐出側の圧力から算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジン駆動式冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって駆動される圧縮機を有し、空気を冷却あるいは加熱する定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクル内の圧縮機が専用のエンジンによって駆動される定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置が知られている（例えば特許文献１）。この冷凍サイクル装置においては、冷房時あるいは暖房時に必要とされる圧縮機の冷媒吐出能力制御は、通常、エンジンの回転数を調整することで行われる。
【特許文献１】特開２００３−２４０３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記圧縮機の冷媒吐出能力制御において、エンジンの回転数を調整させるのみでは、エンジンの定格出力の変化とほぼ同割合で圧縮機駆動のための負荷が変化するだけであり、エンジン負荷率（＝圧縮機駆動のための負荷／エンジン定格出力）はほぼ同等のままとなるので、エンジンからの煤の排出量は変わらず、また、その時のエンジン負荷率によっては、エンジンストールに至る可能性を含んでいる。
【０００４】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、圧縮機の冷媒吐出能力制御において、エンジン負荷率を考慮することで、エンジンからの煤の排出量低減、およびエンジンストール回避を可能とするエンジン駆動式冷凍サイクル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００６】
請求項１に記載の発明では、エンジン（１１０）によって駆動され、冷凍サイクル（１２０）中の冷媒を圧縮吐出する圧縮機（１２１）と、エンジン（１１０）の作動を制御する制御装置（１３０）とを備える定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置において、圧縮機（１２１）は、制御装置（１３０）によって、一回転当りの吐出容量が可変される可変容量型圧縮機（１２１）であり、制御装置（１３０）は、圧縮機（１２１）の冷媒吐出能力を低下させる時に、エンジン（１１０）における圧縮機（１２１）駆動のためのエンジン負荷率が予め定めた所定値以下となるように、圧縮機（１２１）の吐出容量を低下させることを特徴としている。
【０００７】
本発明では、定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置（１００）において、可変容量型の圧縮機（１２１）を用いるようにしており、通常の圧縮機（１２１）の冷媒吐出能力の制御を行う中で、エンジン（１１０）の回転数可変のみならず、圧縮機（１２１）自身の吐出容量を可変することでその対応を可能としている。
【０００８】
そして、圧縮機（１２１）の冷媒吐出能力を低下させる時において、エンジン負荷率を低下させて、エンジン（１１０）からの煤の排出量を低減し、また、エンジンストールを回避できる。
【０００９】
上記エンジン負荷率は、請求項２に記載の発明のように、エンジン（１１０）の作動に伴うエンジン回転数を検出する回転数検出手段（１１１）と、燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段（１１２）とを設けて、両手段（１１１、１１２）から得られるエンジン回転数と燃料消費量とから算出することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明のように、エンジン（１１０）の作動に伴うエンジン回転数を検出する回転数検出手段（１１１）と、圧縮機（１２１）の吐出側と吸入側との圧力差を検出する圧力差検出手段（１２５、１２６）とを設けて、エンジン負荷率を両手段（１１１、１２５、１２６）から得られるエンジン回転数と圧力差とから算出するようにしても良い。
【００１１】
また、算出精度は落ちるものの、請求項４に記載の発明のように、エンジン（１１０）の作動に伴うエンジン回転数を検出する回転数検出手段（１１１）と、圧縮機（１２１）の吐出側の圧力を検出する圧力検出手段（１２５）を設けて、エンジン負荷率を両手段（１１１、１２５）から得られるエンジン回転数と吐出側の圧力とから算出するようにしても良い。
【００１２】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。尚、図１は本発明に係わるエンジン駆動式冷凍サイクル装置１００を示す模式図、図２はエンジン負荷率に対する燃料消費量、煤の排出量の関係を示すグラフ、図３は制御装置１３０が行うエンジン駆動式冷凍サイクル装置１００の制御のためのフローチャートである。
【００１４】
エンジン駆動式冷凍サイクル装置（以下、冷凍サイクル装置）１００は、居室内を冷房する定置型のものであって、図１に示すように、エンジン１１０、冷凍サイクル１２０、制御装置１３０から成る。
【００１５】
エンジン（例えば灯油を燃料とするディーゼルエンジン）１１０は、後述する冷凍サイクル１２０内の圧縮機１２１を駆動する駆動源であり、クランクシャフトに設けられたクランクプーリ１１３が、駆動ベルト１１４を介して圧縮機１２１のプーリ１２１ａに接続されている。尚、エンジン１１０は、このエンジン１１０に設けられた回転数センサ（本発明における回転数検出手段に対応）１１１からの回転数信号に基づいて制御装置１３０によってその作動が制御されるようになっている。
【００１６】
また、エンジン１１０には、エンジン１１０の作動時に消費される燃料の燃料消費量（単位時間当たりに消費される燃料重量）を検出する燃料計（本発明における燃料消費量検出手段に対応）１１２が設けられており、燃料計１１２で検出された燃料消費量信号は、後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。
【００１７】
冷凍サイクル１２０は、周知のように、圧縮機１２１、凝縮器１２２、膨張弁１２３、蒸発器１２４が冷媒配管によって環状に接続されたものである。
【００１８】
圧縮機１２１は、上記エンジン１１０によって駆動されて、冷凍サイクル１２０内の冷媒を高温高圧に圧縮するものであり、１回転当りの吐出容量が後述する制御装置１３０によって可変される周知の斜板式の可変容量型圧縮機としている。吐出容量は、ほぼゼロとなる最小吐出容量から、圧縮機１２１が本来出し得る最大吐出容量まで連続的に可変可能となっており、圧縮機１２１の冷媒吐出能力は、上記吐出容量と圧縮機１２１の回転数（エンジン１１０によって与えられる回転数）との積によって表される。
【００１９】
凝縮器１２２は圧縮機１２１で高温高圧に圧縮された冷媒を凝縮液化させる熱交換器であり、膨張弁１２３は液化された冷媒を断熱膨張させる膨張手段である。蒸発器１２４は膨張弁１２３で膨張された冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱により自身を通過する空調空気を冷却する熱交換器である。尚、蒸発器１２４の空気流れ下流側には、冷却された実際の空気温度を検出するための蒸発器温度センサ（図示せず）が設けられており、検出された空気温度信号は、後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。
【００２０】
また、冷凍サイクル１２０において、圧縮機１２１の吐出側には吐出側冷媒の圧力（高圧）を検出する高圧センサ１２５が設けられ、圧縮機１２１の吸入側には吸入側冷媒の圧力（低圧）を検出する低圧センサ１２６が設けられている。各センサ１２５、１２６によって検出される圧力信号は後述する制御装置１３０に入力されるようになっている。
【００２１】
制御装置１３０は、上記回転数センサ１１１からの回転数信号、高圧センサ１２５および低圧センサ１２６からの圧力信号（高圧信号、低圧信号）、燃料計１１２からの燃料消費量信号、更にはユーザの設定する設定温度信号、蒸発器１２４での空気温度信号等が入力されて、これらの信号に基づいて上記エンジン１１０の回転数、圧縮機１２１の吐出容量を可変して、圧縮機１２１の冷媒吐出能力を制御するものとしている。
【００２２】
特に本発明においては、圧縮機１２１の冷媒吐出能力を制御する中で、エンジン負荷率（課題の項で説明したように、圧縮機１２１駆動のための負荷をエンジン１１０の定格出力で除して得られる値）を加味するようにしており、制御装置１３０は、図２（上側）に示すエンジン負荷率に対する燃料消費量の関係をマップとして予め記憶している。このマップは、エンジン負荷率（％）を変化させた時の燃料消費量（ｋｇ／ｈ）を、エンジン回転数（ｒｐｍ）をパラメータにして実験的に求めたものである。よって、制御装置１３０は、燃料計１１２から得られる燃料消費量信号から、間接的にエンジン負荷率を把握する。そして、所定のエンジン負荷率（本発明における所定値に対応し、ここでは目標エンジン負荷率７５％としている）における各エンジン回転数での燃料消費量を設定燃費Ｆｓｅｔと定め、この設定燃費Ｆｓｅｔ値を後述する制御中の判定値に使用するようにしている。つまりこれは、検出される燃料消費量がこの設定燃費Ｆｓｅｔ値を超える場合は、エンジン負荷率が目標エンジン負荷率を超えることを意味する。尚、目標エンジン負荷率（７５％）については、１００％のエンジン負荷率に対して、煤の排出量の低減（図２の下側）、およびエンストの防止を図り得るものとして決定している。
【００２３】
次に、上記構成に基づく本実施形態の作動について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。まず、制御装置１３０は、ステップＳ１００で冷凍サイクル１２０における空調要求（ユーザが設定する設定温度と蒸発器１２４での空気温度との差）、およびサイクル状態（冷凍サイクル１２０内の高圧、低圧状態）から、エンジン回転数増減幅ΔＮｅを決定する。即ち、空調要求を満たしつつ、冷凍サイクル１２０の保護（高圧回避、冷媒充填不足のままでの使用回避等）を図るためには、現在のエンジン回転数（圧縮機回転数）をどれだけ可変したら良いのかを決定する訳である。
【００２４】
そして、ステップＳ１１０で現在のエンジン回転数Ｎｅに上記エンジン回転数増減幅ΔＮｅを加えて、目標エンジン回転数Ｎｅｍを決定し、ステップＳ１２０で目標エンジン回転数Ｎｅｍが所定エンジン回転数（ここでは、エンジン１１０が安定して作動可能となる最小回転数１２００ｒｐｍとしている）より高いか否かを判定する。
【００２５】
ステップＳ１２０で高いと判定すると、ステップＳ１３０で上記ステップＳ１１０で決定した目標エンジン回転数Ｎｅｍを設定エンジン回転数Ｎｅｓｅｔとして、この設定エンジン回転数Ｎｅｓｅｔとなるようにエンジン１１０の回転数を可変する。そして、ステップＳ１６０に進む。
【００２６】
また、ステップＳ１２０で否と判定すると、ステップＳ１４０で最小エンジン回転数１２００ｒｐｍを設定エンジン回転数Ｎｅｓｅｔとして、エンジン１１０の回転数を１２００ｒｐｍに可変する。更に、ステップＳ１５０で圧縮機１２１の目標吐出容量Ｄｕｔｙｍを現在の吐出容量Ｄｕｔｙに（ΔＮｅ×Ｋ１）を加えたものとして決定する。但し、Ｋ１は第１定数である。
【００２７】
そして、本発明の特徴部として、ステップＳ１６０で燃料計１１２から得られる燃料消費量がその時の設定エンジン回転数Ｎｅｓｅｔに対応する設定燃費Ｆｓｅｔより大きいか否かを判定する。ステップＳ１６０で大きい（つまり、エンジン負荷率が目標エンジン負荷率より高い）と判定すると、ステップＳ１７０で圧縮機１２１の目標吐出容量Ｄｕｔｙｍとして上記ステップＳ１５０で得られた目標吐出容量ＤｕｔｙｍからＫ２（第２定数）を引いたものに置き直し、即ち、圧縮機１２１の吐出容量を低下させる側に目標吐出容量Ｄｕｔｙｍを決定し、ステップＳ２００に進む。
【００２８】
尚、ステップＳ１６０で否（つまり、エンジン負荷率が目標エンジン負荷率より低い）と判定すると、ステップＳ１８０で設定エンジン回転数Ｎｅｓｅｔが最小回転数１２００ｒｐｍであるか否かを判定し、否と判定すると、ステップＳ１９０で圧縮機１２１の目標吐出容量Ｄｕｔｙｍを上記ステップＳ１５０で得られた目標吐出容量ＤｕｔｙｍからＫ３（第３定数）を足したものに置き直す。即ち、圧縮機１２１の吐出容量を増加させる側に目標吐出容量Ｄｕｔｙｍを決定する。尚、上記ステップＳ１８０で肯定判定した場合はそのまま（上記ステップＳ１５０で得られた目標吐出容量Ｄｕｔｙｍ値をそのままにして）、ステップＳ２００に進む。
【００２９】
そして、ステップＳ２００において、ステップＳ１５０、ステップＳ１７０、ステップＳ１９０で決定した各条件での目標吐出容量Ｄｕｔｙｍを設定吐出流量Ｄｕｔｙｓｅｔとして、この設定吐出流量Ｄｕｔｙｓｅｔとなるように圧縮機１２１の吐出容量を可変する。
【００３０】
本発明においては、定置型のエンジン駆動式冷凍サイクル装置１００において、可変容量型の圧縮機１２１を用いるようにしており、通常の圧縮機１２１の冷媒吐出能力の制御を行う中で、エンジン１１０の回転数可変のみならず、圧縮機１２１自身の吐出容量を可変することでその対応を可能としている。
【００３１】
そして、圧縮機１２１の冷媒吐出能力を低下させる時において、エンジン負荷率が目標エンジン負荷率以下となるように、エンジン回転数ではなくて、まず、圧縮機１２１の吐出容量を低下さるようにしているので、エンジン１１０からの煤の排出量を低減し（図２の下側）、また、エンジンストールを回避できる。
【００３２】
また、図２（上側）に示すマップおよび設定燃費Ｆｓｅｔを設けて、燃費計１１２から得られる燃料消費量と設定燃費Ｆｓｅｔとを比較することで、容易に現在のエンジン負荷率が目標エンジン負荷率より高いか否かを把握できる。
【００３３】
（第２実施形態）
上記第１実施形態に対して、エンジン負荷率を把握するために、燃費計１１２を廃止して、エンジン１１０の回転数信号と、圧縮機１２１の吐出側と吸入側との圧力差とから算出するようにしても良い。
【００３４】
即ち、エンジン１１０の定格出力は、回転数センサ１１１から得られるエンジン回転数にほぼ比例するものであり、定格出力をエンジン回転数から算出できる。また、高圧センサ１２５、低圧センサ１２６（本発明における圧力差検出手段に対応）から得られる圧縮機１２１における圧力差から圧縮機１２１の圧縮仕事分、即ち圧縮機１２１駆動のための負荷が算出でき、この負荷を上記の定格出力で除してエンジン負荷率を算出できることになる。
【００３５】
これにより、燃費計１１２を専用に設けずとも、通常、冷凍サイクル１２０の保護のために使用される高圧センサ１２５、低圧センサ１２６をそのまま活用して、エンジン負荷率を算出できる。
【００３６】
（第３実施形態）
更に、上記第２実施形態に対して、算出精度は落ちるものの、エンジン負荷率を把握するために、高圧センサ（本発明における圧力検出手段に対応）１２５から得られる高圧値を用いて算出するようにしても良い。
【００３７】
即ち、低圧値としては圧縮機１２１の取り得る最小側の低圧値で代用して、上記で得られた高圧値との差から圧縮機１２１の圧縮仕事分（この場合は、実際より大きめの値として得られる）を概算すれば良い。
【００３８】
（その他の実施形態）
上記各実施形態では、冷凍サイクル１２０の蒸発器１２４によって、空調空気を冷却する冷房装置として説明したが、これに限らず、凝縮器１２２によって空調空気を加熱する暖房装置としても良い。また、冷凍サイクル１２０中に冷媒の流れ方向を切替える切替え弁を設けて、蒸発器１２４側で空調空気の冷却あるいは加熱のいずれかが選択できる冷暖房装置としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】エンジン駆動式冷凍サイクル装置を示す模式図である。
【図２】エンジン負荷率に対する燃料消費量、煤の排出量の関係を示すグラフである。
【図３】制御装置が行うエンジン駆動式冷凍サイクル装置の制御のためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１００  エンジン駆動式冷凍サイクル装置
１１０  エンジン
１１１  回転数センサ（回転数検出手段）
１１２  燃料計（燃料消費量検出手段）
１２０  冷凍サイクル
１２１  圧縮機
１２５  高圧センサ（圧力検出手段、圧力差検出手段）
１２６  低圧センサ（圧力差検出手段）
１３０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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