(57)【要約】【課題】フライホイールの重量を低減しつつ、クラッチ切り替え時の主軸の過回転異常を防止できる空気調和装置を提供すること。【解決手段】ガスエンジン１０と、このガスエンジン１０に夫々電磁クラッチ１４ａ、１４ｂを介して接続された２台の圧縮機１２ａ、１２ｂとを備え、空調負荷に応じて電磁クラッチ１４ａ、１４ｂを切り替えて圧縮機１２ａ、１２ｂの運転容量を変更可能とし、ガスエンジン１０は、スタータモータ７３と、駆動軸１０ａに設けられたフライホイール７１と、当該エンジン始動時に、スタータモータ７３のピニオンギア８４をフライホイール７１のリングギア７１ａに連結する連結機構７５とを備え、圧縮機１２ａ、１２ｂの運転容量が減少する方向に、電磁クラッチ１４ａ、１４ｂが切り替えられた場合に、スタータモータ７３のピニオンギア８４とフライホイール７１のリングギア７１ａとを連結する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、このエンジンに夫々クラッチを介して接続された複数台の圧縮機とを備え、空調負荷に応じて前記クラッチを切り替えて前記圧縮機の運転容量を変更可能とする空気調和装置において、
前記エンジンは、スタータモータと、主軸に設けられたフライホイールと、当該エンジン始動時に、前記スタータモータを前記フライホイールに連結する連結機構とを備え、
前記クラッチの切り替え時に、前記連結機構を動作させて前記スタータモータと前記フライホイールとを連結することを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記圧縮機の運転容量が減少する方向に前記クラッチが切り替えられた場合に、前記連結機構を動作させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
容量の異なる複数台の圧縮機を備え、容量の大きな圧縮機から容量の小さな圧縮機に前記クラッチが切り替えられた場合に、前記連結機構を動作させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンにクラッチを介して接続された圧縮機を備える空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンと、このエンジンに夫々クラッチを介して接続された複数台の圧縮機と、これら圧縮機に接続される四方弁、室外熱交換器及び室内熱交換器とを備える空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の空気調和装置では、室内熱交換器が設けられる空間の空調負荷に応じて、各クラッチを切り替えることにより、圧縮機容量を増減させることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２６２４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの主軸には、円板状のフライホイールが設けられており、このフライホイールの回転モーメントにより主軸の回転安定性の実現と過回転異常を防止している。しかし、上記構成では、例えば、空調負荷が減少するようにクラッチを切り替える場合、エンジン負荷が急激に低下するため、主軸の過回転異常を防止するためには、より重量の重いフライホイールを設ける必要があった。これにより、フライホイールが大型化、大重量化するため製造コストが増大するとともに、当該大重量のフライホイールを常時、回転させるため、エンジン負荷が大きくなり空調効率が低下するといった問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、フライホイールの重量を低減しつつ、クラッチ切り替え時の主軸の過回転異常を防止できる空気調和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】
上記課題を解決するため、本発明は、エンジンと、このエンジンに夫々クラッチを介して接続された複数台の圧縮機とを備え、空調負荷に応じて前記クラッチを切り替えて前記圧縮機の運転容量を変更可能とする空気調和装置において、前記エンジンは、スタータモータと、主軸に設けられたフライホイールと、当該エンジン始動時に、前記スタータモータを前記フライホイールに連結する連結機構とを備え、前記クラッチの切り替え時に、前記連結機構を動作させて前記スタータモータと前記フライホイールとを連結することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、クラッチの切り替え時に、連結機構を動作させてスタータモータとフライホイールとを連結するため、例えば、エンジン負荷が急激に低下した場合であっても、フライホイールを介して主軸の回転駆動力がスタータモータに伝達されることにより、当該主軸の過回転異常を簡単な構成で防止することができる。さらに、主軸の過回転が防止されるため、フライホイールを軽量化することができ、従って、通常運転時におけるエンジンのエネルギ消費量を抑制することができ、空調効率の向上を図ることができる。
【０００７】
また、この構成において、前記圧縮機の運転容量が減少する方向に前記クラッチが切り替えられた場合に、前記連結機構を動作させる構成としても良い。
【０００８】
また、この構成において、容量の異なる複数台の圧縮機を備え、容量の大きな圧縮機から容量の小さな圧縮機に前記クラッチが切り替えられた場合に、前記連結機構を動作させる構成としても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クラッチの切り替え時に、連結機構を動作させてスタータモータとフライホイールとを連結するため、例えば、エンジン負荷が急激に低下した場合であっても、フライホイールを介して主軸の回転駆動力がスタータモータに伝達されることにより、当該主軸の過回転異常を簡単な構成で防止することができる。さらに、主軸の過回転が防止されるため、フライホイールを軽量化することができ、従って、通常運転時におけるエンジンのエネルギ消費量を抑制することができ、空調効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ガスエンジン駆動式の空気調和機を示す回路図である。
【図２】ガスエンジンの側面図である。
【図３】ガスエンジンの背面図である。
【図４】スタータモータ及び連結機構の構成を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、ガスエンジン駆動式の空気調和装置１を示す。この空気調和装置１は、室外ユニット２と複数の室内ユニット３ａ〜３ｃとを有し、これらを液管４ａおよびガス管４ｂからなるユニット間配管４で接続して構成されている。室外ユニット２には、ガスエンジン１０と、このガスエンジン１０の駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機１２と、空気調和装置１全体の動作を制御する制御装置１１とが収容されている。ガスエンジン１０は、燃料調整弁７を経て供給されるガスなどの燃料と、スロットル弁８を経て供給される空気との混合気を燃焼させて駆動力を発生する。
【００１２】
圧縮機１２は、容量の異なる大小の圧縮機１２ａ，１２ｂで構成され、これら２台の圧縮機１２ａ，１２ｂは、それぞれ電磁クラッチ１４ａ，１４ｂを備え、こられ電磁クラッチ１４ａ，１４ｂとは、伝達ベルト６０（図２参照）を介して連結されている。
これら圧縮機１２ａ，１２ｂの吐出管１２ｃは、プレート式熱交換器３１、四方弁１５、室外熱交換器１７の順に接続され、この室外熱交換器１７には、液管４ａを介して、各室内ユニット３の膨張弁１９ａ〜１９ｃ、室内熱交換器２１ａ〜２１ｃが接続され、室内熱交換器２１ａ〜２１ｃには、ガス管４ｂを介して、四方弁１５が接続され、この四方弁１５には、吸込管１２ｄを介して、圧縮機１２ａ，１２ｂが接続されている。また、この圧縮機１２ａ，１２ｂの吐出管１２ｃおよび吸込管１２ｄは、バイパス管１８で接続され、このバイパス管１８に、アンロード用のバイパス弁２０が設けられている。本構成では、上記した各機器を備えて冷媒回路が形成されている。
【００１３】
圧縮機１２ａ，１２ｂが駆動されると、四方弁１５の切り替え状態で、それが暖房切り替えであれば、実線の矢印で示すように、圧縮機１２ａ，１２ｂ、四方弁１５、室内熱交換器２１ａ〜２１ｃ、膨張弁１９ａ〜１９ｃ、室外熱交換器１７の順に冷媒が循環し、室内熱交換器２１ａ〜２１ｃでの冷媒凝縮熱により室内が暖房される。これとは反対に、四方弁１５が冷房切り替えであれば、破線の矢印で示すように、圧縮機１２ａ，１２ｂ、四方弁１５、室外熱交換器１７、膨張弁１９ａ〜１９ｃ、室内熱交換器２１ａ〜２１ｃの順に冷媒が循環し、この室内熱交換器２１ａ〜２１ｃでの冷媒蒸発熱により室内が冷房される。
【００１４】
つぎに、ガスエンジン１０の冷却装置について説明する。
このガスエンジン１０は水冷式であり、このガスエンジン１０のウォータージャケットを循環した冷却水は、第１の三方弁２２および第２の三方弁２４を経て、ラジエータ２５に供給される。このラジエータ２５は、室外熱交換器１７と併設されており、これらは同一の送風機２６により送られる空気によって空冷され、このラジエータ２５を経た冷却水は、冷却水ポンプ２７、排ガス熱交換器２９の順に流れて、ガスエンジン１０のウォータージャケットに戻される。
排ガス熱交換器２９には、ガスエンジン１０の排気ガスが通され、この排気ガスは、排気トップ３０を経て、室外ユニット２の外に排出される。
【００１５】
上述した第１の三方弁２２は冷却水温度で自動的に切り替えられる。すなわち、冷却水温度が所定温度よりも低い場合、ガスエンジン１０のウォータージャケットからの冷却水を、ラジエータ２５をバイパスし、直接、冷却水ポンプ２７、排ガス熱交換器２９の順に導いて、上記ウォータージャケットに戻す。
第２の三方弁２４は、例えば暖房運転時に切り替えられ、この場合、冷却水はラジエータ２５をバイパスし、プレート式熱交換器３１を経て、冷却水ポンプ２７、排ガス熱交換器２９の順に流れ、ウォータージャケットに戻される。
【００１６】
つぎに、ガスエンジン１０について説明する。
ガスエンジン１０は、図２及び図３に示すように、架台７０に支持されて、例えば、室外ユニットの筐体底板に固定されている。このガスエンジン１０は、ピストン（不図示）の往復動作を回転動作に変えて出力する駆動軸（主軸）１０ａを備え、この駆動軸１０ａの一端側の軸端部には、巻掛け伝動用の駆動プーリー５８が取り付けられている。
また、ガスエンジン１０の下方には、２台の圧縮機１２ａ、１２ｂが並設され、これら圧縮機１２ａ、１２ｂの従動軸（不図示）には、電磁クラッチ１４ａ，１４ｂが一体に設けられた従動プーリー５９ａ、５９ｂが取り付けられている。これら従動プーリー５９ａ、５９ｂ及び駆動プーリー５８に伝達ベルト６０が巻き掛けられており、ガスエンジン１０の回転動力は、伝達ベルト６０及び電磁クラッチ１４ａ，１４ｂを介して、圧縮機１２へと伝達され、圧縮機１２が駆動されるようになる。
【００１７】
また、駆動軸１０ａの他端側には円板形状のフライホイール７１が連結されている。このフライホイール７１は、回転モーメントにより駆動軸１０ａの回転安定性の実現と過回転異常を防止するものであり、ガスエンジン１０のボディ外壁１０ｂ内に収容され、円板状のカバー体７２で覆われる。このフライホイール７１の外周部には、全周に亘ってリングギア７１ａが形成されている。
また、ガスエンジン１０のボディ外壁１０ｂには、当該ガスエンジン１０を始動させるスタータモータ７３が取り付けられている。このスタータモータ７３は、図４に示すように、ボディ外壁１０ｂに固定されたケーシング８０を備える。このケーシング８０内にロータ８１を一体に備えるモータ軸８２が回転可能に軸支され、ロータ８１の外周には、ステータ８３が配置されている。
また、スタータモータ７３は、モータ軸８２に摺動自在に設けられたピニオンギア８４を備え、このピニオンギア８４は、ガスエンジン１０始動時に、フライホイール７１のリングギア７１ａと噛合する。これにより、スタータモータ７３の回転駆動力がフライホイール７１を介して駆動軸１０ａ（図２）に伝達され、ガスエンジン１０が回転を始め、始動に必要な燃料ガスと空気が吸気ポートから燃焼室に送り込まれ、ガスエンジン１０は初爆、始動する。なお、ガスエンジン１０の始動後は、ピニオンギア８４は、フライホイール７１のリングギア７１ａから離脱する。
【００１８】
スタータモータ７３は、制御装置１１により、ピニオンギア８４をモータ軸８２上を移動させて、当該ピニオンギア８４とフライホイール７１のリングギア７１ａとを噛合（連結）させる連結機構７５を備える。この連結機構７５は、ピニオンギア８４と一体にモータ軸８２上をスライド移動するスライド部材８５と、このスライド部材８５に一端８６ａが固定されるシフトレバー８６と、このシフトレバー８６の他端８６ｂに連結されるマグネットスイッチ８７とを備える。シフトレバー８６は、略中央部が軸部材８８によりケーシング８０に揺動自在に支持されている。
また、マグネットスイッチ８７は、コイル８９への通電により、軸部８７ａを軸方向に移動自在とするものであり、例えば、通常（コイル８９に通電されていない）時には、内部に収容したコイルばね８７ｂにより、軸部８７ａが突出する方向に移動するように付勢されている。
これによれば、シフトレバー８６がスライド部材８５及びピニオンギア８４を、ロータ８１に接近する方向（図中Ｘ１方向）に移動させるため、このピニオンギア８４がフライホイール７１のリングギア７１ａから離脱して、スタータモータ７３とフライホイール７１との連結が解除される。
一方、マグネットスイッチ８７のコイル８９に通電されると、軸部８７ａがコイル８９内に引き込まれる力が生じ、コイルばね８７ｂの付勢力に抗って、軸部８７ａがコイル８９内に移動する。これにより、シフトレバー８６がスライド部材８５及びピニオンギア８４を、ロータ８１から離間する方向（図中Ｘ２方向）に移動させるため、このピニオンギア８４がフライホイール７１のリングギア７１ａに噛合して、スタータモータ７３とフライホイール７１とが連結される。
【００１９】
また、制御装置１１は、空調負荷に応じて、電磁クラッチ１４ａ、１４ｂの接続、解除を制御する。具体的に、制御装置１１は、例えば、３台の室内ユニット３ａ〜３ｃがともに運転されるような場合（空調負荷が高負荷の状態：例えばエンジン回転数が、１６００〜２０００ｒｐｍの運転の状態）は、電磁クラッチ１４ａ、１４ｂをそれぞれ接続して、圧縮機１２ａ、１２ｂを双方運転させる。
一方、例えば１台の室内ユニット３ａのみが運転されている場合（空調負荷が低負荷の状態：例えばエンジン回転数が、１０００〜１２００ｒｐｍの運転の状態）は、一方の電磁クラッチ１４ａを切離して、１台の圧縮機１２ｂのみの単軸運転状態とする。
【００２０】
このように、圧縮機１２の運転容量が減少する場合、具体的には、圧縮機１２ａ、１２ｂの運転台数が減少する場合、または、例えば、容量の大きな圧縮機１２ａから容量の小さな圧縮機１２ｂに運転が切り替えられた場合には、ガスエンジン１０の負荷が急激に低下するため、駆動軸１０ａの回転数が急激に増加する過回転異常が発生する恐れがある。
本構成では、ガスエンジン１０の運転中に、圧縮機１２の運転容量が減少する方向に、電磁クラッチ１４ａ、１４ｂが切り替えられた場合、制御装置１１は、連結機構７５を動作させて、ピニオンギア８４とフライホイール７１のリングギア７１ａとを連結させるため、このフライホイール７１の回転力がスタータモータ７３に伝達され、このスタータモータ７３のモータ軸８２が回転される。このため、ガスエンジン１０の負荷が急激に低下した場合であっても、駆動軸１０ａの余剰の回転力がスタータモータ７３に伝達されるため、当該駆動力１０ａの過回転異常の発生が防止される。
【００２１】
本実施形態によれば、フライホイール７１は、駆動軸１０ａを安定的に回転させるのに十分な重量を備えれば良く、従来のように、駆動軸１０ａの過回転異常を防止するために過剰に重く形成する必要はない。このため、フライホイール７１の軽量化を図ることができ、当該フライホイール７１の製造コストの低減化を図ることができる。
更に、ガスエンジン１０は、軽量化したフライホイール７１を駆動軸１０ａに備えて運転されるため、通常運転時の負荷を低減することにより、ガスエンジン１０のエネルギ消費量を抑制することができ、空調効率（成績係数ＣＯＰ）の向上を図ることができる。
なお、本構成では、回転しているフライホイール７１とスタータモータ７３とを連結するため、このスタータモータ７３では、モータ軸８２の回転によって電力が発生する。このため、スタータモータ７３のステータ８３の巻線には、切替スイッチを介して、ヒータ等の抵抗器を接続しておけば良い。これによれば、スタータモータ７３で発電された電力を簡単に熱に変換して消費することができる。
【００２２】
以上、本発明を実施するための最良の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、フライホイール７１の回転により発生した電力を、抵抗器で熱に変換して消費する構成について説明するが、これに限るものではなく、例えば、当該電力をバッテリ等に蓄電しても良い。更に、上記電力を利用して送風機２６を駆動させたり、更に余剰な電力は空気調和装置１の外部へ流して売電するようにしてもよい。このようにすることにより、空気調和装置１としては商用電力を使用することなく運転することか可能となる。
また、本実施形態では、圧縮機１２の運転容量が減少する方向に、電磁クラッチ１４ａ、１４ｂが切り替えられた場合に、連結機構７５を動作させて、ピニオンギア８４とフライホイール７１のリングギア７１ａとを連結させる構成について説明したが、これに限るものではなく、例えば、複数の圧縮機の運転を切り替える際に、運転中の圧縮機の電磁クラッチを一度切離した後に、停止中の圧縮機の電磁クラッチを接合するものでも良い。この種のものにおいても、電磁クラッチを一度切離した際のガスエンジン１０の駆動軸の過回転を防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００２３】
１  空気調和装置
１０  ガスエンジン（エンジン）
１０ａ  駆動軸（主軸）
１１  制御装置（制御手段）
１２、１２ａ、１２ｂ  圧縮機
１４、１４ａ、１４ｂ  電磁クラッチ（クラッチ）
１７  室外熱交換器
５８  駆動プーリー
５９ａ  従動プーリー
６０  伝達ベルト
７０  架台
７１  フライホイール
７１ａ  リングギア
７３  スタータモータ
７５  連結機構
８０  ケーシング
８１  ロータ
８２  モータ軸
８３  ステータ
８４  ピニオンギア
８５  スライド部材
８６  シフトレバー
８７  マグネットスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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