(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動するエンジンと、このエンジンの冷却液を循環する放熱器とを備え、この冷却液の循環経路に当該冷却液の温度が所定温度以下になったとき、前記放熱器をバイパスして前記エンジンに冷却液を循環させて、エンジンの過冷却を防止する三方弁を設けたエンジン冷却装置において、
前記エンジンの内部或いはその出口における冷却液の循環経路に冷却液温度を検出するセンサを設け、このセンサの検出温度がエンジンの過冷却を表す基準温度以下に低下し、その状態が所定の基準時間以上継続したとき、前記三方弁の異常を信号出力する手段と、
２つの基準時間を設定し、冷却液温度が上昇中の場合、長い基準時間を選択し、降下中の場合、短い基準時間を選択して、前記状態がいずれかの選択された基準時間以上継続したとき、前記三方弁の異常を信号出力する手段とを備えたことを特徴とするエンジン冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン冷却装置を備えたことを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの過冷却を防止する三方弁を有するエンジン冷却装置及びこのエンジン冷却装置を備えたガスヒートポンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えばガスヒートポンプ式空気調和装置には、圧縮機（負荷）を駆動するエンジンと、このエンジンの冷却水（冷却液）を循環する放熱器とを備え、この冷却液の循環経路に当該冷却水の温度が所定温度以下になったとき、放熱器をバイパスしてエンジンに冷却液を循環させて、エンジンの過冷却を防止する三方弁を設けたエンジン冷却装置を備えたものが知られている。
【０００３】
この種のエンジン冷却装置の三方弁は、例えば、冷却水温度が所定の高温側基準温度（例えば７０℃）より高温である時には放熱器を経由する循環経路に全ての冷却水を導き、冷却水温度が高温側基準温度を下回って所定の低温側基準温度（例えば６０℃）に近づくにつれて放熱器をバイパスする循環経路により多くの冷却水を導き、冷却水温度が低温側基準温度以下である時には全ての冷却水を放熱器をバイパスする循環経路に導くことにより、冷却水温度を一定に制御すると共にエンジンの過冷却を防止する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエンジン冷却装置では、エンジンのオーバーヒートを防止するために、例えば、エンジンの内部或いはその出口における冷却水の循環経路に冷却水温度を検出する温度センサを設け、この温度センサで検出された冷却水温度が過度に上昇した場合の高温異常を検知する機構を備えたものは提案されている。
【０００５】
しかしながら、例えば暖房運転時に三方弁の制御弁が動作しなくなって弁開度が固定され、冷却水温度に関係なくエンジンから熱を回収した冷却水が放熱器を経由する循環経路に流れ続けた場合、冷却水温度が低下してエンジンが過冷却状態になり、エンジン内部が粘度の高いスラッジで満たされるので、例えば、粘度の高いスラッジがエンジン内部のピストンとシリンダーの間から発生するブローバイガスの経路を詰まらせたり、エンジンオイルの潤滑能力を低下させることにより、エンジンに悪影響を及ぼすという問題がある。この現象は北海道等の寒冷地において顕著に現れる。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、三方弁の異常によるエンジンの過冷却を防止できるエンジン冷却装置及びこのエンジン冷却装置を備えたガスヒートポンプ式空気調和装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、負荷を駆動するエンジンと、このエンジンの冷却液を循環する放熱器とを備え、この冷却液の循環経路に当該冷却液の温度が所定温度以下になったとき、前記放熱器をバイパスして前記エンジンに冷却液を循環させて、エンジンの過冷却を防止する三方弁を設けたエンジン冷却装置において、前記エンジンの内部或いはその出口における冷却液の循環経路に冷却液温度を検出するセンサを設け、このセンサの検出温度がエンジンの過冷却を表す基準温度以下に低下し、その状態が所定の基準時間以上継続したとき、前記三方弁の異常を信号出力する手段と、２つの基準時間を設定し、冷却液温度が上昇中の場合、長い基準時間を選択し、降下中の場合、短い基準時間を選択して、前記状態がいずれかの選択された基準時間以上継続したとき、前記三方弁の異常を信号出力する手段を備えたことを特徴とするエンジン冷却装置である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のエンジン冷却装置を備えたことを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置である。
【００１０】
これらの発明によれば、エンジンの内部或いはその出口における冷却液の循環経路に冷却液温度を検出するセンサを設け、このセンサの検出温度がエンジンの過冷却を表す基準温度以下に低下し、その状態が所定の基準時間以上継続したとき、三方弁の異常を信号出力する手段を備えるので、三方弁の異常によるエンジンの過冷却を検知できる。
【００１１】
また請求項１記載の発明によれば、２つの基準時間を設定し、冷却液温度が上昇中の場合、長い基準時間を選択し、降下中の場合、短い基準時間を選択して、前記状態がいずれかの選択された基準時間以上継続したとき、三方弁の異常を信号出力する手段を備えるので、冷却液温度が降下中である場合の三方弁の異常によるエンジンの過冷却を迅速に検知できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１において、符号１はガスヒートポンプ式空気調和装置を示し、このガスヒートポンプ式空気調和装置１は後述するエンジン冷却装置４０を備える。
【００１４】
ガスヒートポンプ式空気調和装置１は、室外に設置される室外ユニット２と、室内に設置される複数の室内ユニット３とで構成される。
【００１５】
室外ユニット２は、ガスを燃料として駆動するガスエンジン１１と、このガスエンジン１１にカップリング１２を介して接続される圧縮機（負荷）１３と、四方弁１４と、レシーバタンク１５と、暖房時膨張弁１６と、室外熱交換器１７と、各室外熱交換器１７（後述する放熱器４３を含む）に送風する室外送風機１８と、アキュームレータ１９とを備える。室内ユニット３は、複数の室内熱交換器２１と、各室内熱交換器２１に送風する室内送風機２２と、各室内熱交換器２１ごとに配設される冷房時膨張弁２３とを備える。これらの室外ユニット２及び室内ユニット３内の各構成要素（送風機１８、２２を除く）は、冷媒配管２９によって接続されている。なお、冷房時膨張弁２３は冷房時にのみ膨張機構として機能し、暖房時膨張弁１６は暖房運転時にのみ膨張機構として機能する。
【００１６】
また、室外ユニット２は、ガスエンジン１１からの排気ガスを排気する排気装置として、消音用のマフラ３１と、排気トップ３２とを備える。これらマフラ３１、排気トップ３２は、ガスエンジン１１の排気ガス出口から、後述する熱交換器４１を経由して延びる排気ガスダクト３３を介して順次接続されている。
【００１７】
暖房運転時には、冷媒が点線矢印方向に循環する。すなわち、圧縮機１３から吐出されたを高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１４を通り、室内熱交換器２１で凝縮すると共に室内に温風を供給する。室内熱交換器２１で凝縮（液化）した液冷媒は、冷房時膨張弁２３、レシーバタンク１５を経由し、暖房時膨張弁１６で減圧され、室外熱交換器１７で、後述する放熱器２１や大気から吸熱して蒸発する。蒸発（気化）したガス冷媒は四方弁１４、アキュームレータ１９を通り圧縮機１３に戻る。
【００１８】
冷房運転時には、四方弁１４が切り替えられて、冷媒が実線矢印方向に循環する。すなわち、圧縮機１３から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、四方弁１４を通り、室外熱交換器１７で室外送風機１８からの送風により凝縮（液化）する。室外熱交換器１７で凝縮した液冷媒は、暖房時膨張弁１６、レシーバタンク１５を経由し、冷房時膨張弁２３で減圧され、室内熱交換器２１で蒸発（気化）すると共に室内に冷風を供給する。蒸発したガス冷媒は、四方弁１４、アキュームレータ１９を通り圧縮機１３に戻る。
【００１９】
ガスエンジン１１の駆動時に排気される排気ガスは、後述する熱交換器４１で冷却されて、マフラ３１を通って排気トップ３２に送られ、この排気トップ３２の出口から外部に排出される。排気ガス温度はガスエンジン１１の出口では５００℃以上の高温であり、このエネルギーも暖房用の熱源として利用するために、熱交換器４１内で１００℃以下に冷却してから排出する。
【００２０】
室外ユニット２は、ガスエンジン１１及びこのガスエンジン１１で発生する排気ガスを冷却水（冷却液）によって冷却するエンジン冷却装置４０を備える。
【００２１】
エンジン冷却装置４０は、前記ガスエンジン１１と、このガスエンジン１１に設けられた熱交換器４１と、ワックス三方弁（三方弁）４２と、放熱器４３と、水ポンプ４４とが、波線で示す水配管４５によって接続されて構成されている。また、ガスエンジン１１とワックス三方弁４２の間の水配管４５ａには、ガスエンジン１１の出口における冷却水温度を検出する温度センサ（例えば、サーミスタ）５１が設けられている。尚、この温度センサ５１は、ガスエンジン１１の内部に設けてもよい。符号６１はガスヒートポンプ式空気調和装置１の制御を司る制御装置（三方弁の異常を信号出力する手段、判定手段）であり、この制御装置６１はタイマ６２を備える。
【００２２】
ガスヒートポンプ式空気調和装置１では、放熱器４３で冷却水から放出された熱が前記室外熱交器１８を流れる冷媒によって回収され、ガスヒートポンプ式空気調和装置１の暖房効率を向上させる構成となっている。
【００２３】
ワックス三方弁４２は、当該ワックス三方弁４２に流入する冷却水の温度に応じて膨張・収縮するワックス（図示せず）を利用して制御弁を動作させ、弁開度を増減する三方弁である。
【００２４】
ガスエンジン１１の駆動時、水ポンプ４４から吐出された冷却水は、熱交換器４１及びガスエンジン１１に流れ、ガスエンジン１１及び排気ガスを冷却する。このとき温度上昇した冷却水は、ガスエンジン１１から導出されてワックス三方弁４２に流入する。ワックス三方弁４２は、冷却水温度に応じて、黒塗り矢印方向で示す高温時循環経路と、白抜き矢印方向で示す低温時循環経路とを切り替える。高温時循環経路はワックス三方弁４２から放熱器４３を経由して水ポンプ４４に戻る循環経路であり、この高温時循環経路に冷却水を流せば放熱器４３で放熱されて冷却水温度は低下する。低温時循環経路はワックス三方弁４２から放熱器４３をバイパスして直接水ポンプ４４に戻る循環経路であり、この低温時循環経路に冷却水を流せば冷却水温度は上昇する。
【００２５】
本実施形態では、ワックス三方弁４２は、例えば、当該ワックス三方弁４２に流入する冷却水の温度が所定の高温側基準温度（例えば７０℃）より高温である時には放熱器を経由する高温時循環経路に全ての冷却水を導き、冷却水温度が高温側基準温度を下回って所定の低温側基準温度（例えば６０℃）に近づくにつれて放熱器をバイパスする低温時循環経路により多くの冷却水を導き、冷却水温度が低温側基準温度以下である時には全ての冷却水を放熱器をバイパスする低温時循環経路に導くことにより、冷却水の温度が一定になるように制御する。
【００２６】
しかしながら、例えば暖房運転時に、何らかの理由によりワックス三方弁４２の制御弁が動作しなくなって弁開度が固定され、ガスエンジン１１から熱を回収した冷却水が冷却水温度に関係なく放熱器４３を経由する高温時循環経路に流れ続けた場合、ガスエンジン１１の温度が低下して過冷却状態となり、エンジン内部が粘度の高いスラッジで満たされ、ガスエンジン１１に悪影響を及ぼす。
【００２７】
図２は、ワックス三方弁４２の異常を検知する制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
尚、制御装置６１は図示を省略したメモリを備え、このメモリには、温度センサ５１で計測された最新の冷却水温度ｔ０と、一回前に計測された冷却水温度ｔ１と、二回前に計測された冷却水温度ｔ２とを格納することができる。
【００２９】
ガスヒートポンプ式空気調和装置１の電源がＯＮされると（Ｓ１）、まず、制御装置６１は、冷却水温度ｔ０〜ｔ２のそれぞれに初期値（例えば−３０℃）を設定する（Ｓ２）。この初期値は、これに基づいて冷却水温度の上昇が判定されるので、なるべく低い温度とすることが望ましい。次いで、制御装置６１は、ガスエンジン１１が運転中であるか否かを判定する（Ｓ３）。ガスエンジン１１が運転を停止している場合には、制御装置６１は、ガスエンジン１１が運転を開始するまで待機する。ガスエンジン１１が運転を開始したら、制御装置６１は、冷却水温度ｔ２に冷却水温度ｔ１の値を入力し、冷却水温度ｔ１に冷却水温度ｔ０の値を入力し、冷却水温度ｔ０に温度センサ５１によって計測された最新（現在）の冷却水温度を入力して、冷却水温度ｔ２と冷却水温度ｔ１と冷却水温度ｔ０とを更新する（Ｓ４）。そして、制御装置６１は、最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度（例えば６０℃）以下であるか否かを判定する（Ｓ５）。この所定の過冷却基準温度は、ガスエンジン１１の過冷却を表す基準温度であり、前記低温側基準温度と等しい温度に設定する必要はない。
【００３０】
ステップＳ５で、最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度より大きいと判定した場合、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間をクリアする（Ｓ９）。そして、最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度より大きい状態が継続する限り、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返す。すなわち、ワックス三方弁４２が正常に動作している場合には、ワックス三方弁４２に流入する冷却水の温度は所定の過冷却基準温度より高い一定温度に制御されるので、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返すことになる。
【００３１】
ステップＳ５で、最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度以下であると判定した場合、制御装置６１は、タイマ６２をＯＮして計時を開始し（Ｓ７）、冷却水温度ｔ２と最新の冷却水温度ｔ０とを比較する（Ｓ８）。
【００３２】
ステップＳ８で、最新の冷却水温度ｔ０が冷却水温度ｔ２以上であると判定した場合、すなわち、温度センサ５１で検出された冷却水の温度が上昇中である場合、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間（例えば１０分）を経過しているか否かを判定する（Ｓ９）。その後、冷却水温度が上昇している場合、最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度以上に上昇するまでか、或いはタイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間を経過するまで、ステップＳ３〜Ｓ５、Ｓ７〜Ｓ９が繰り返される。例えばガスヒートポンプ式空気調和装置１の起動時、ワックス三方弁４２が正常に動作している場合には、冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度以上に上昇するまでステップＳ３〜Ｓ５、Ｓ７〜Ｓ９が繰り返され、タイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間を経過する前に最新の冷却水温度ｔ０は所定の過冷却基準温度以上に上昇する。その後、冷却水温度が所定の過冷却基準温度より高い温度に保持されて、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返すことになる。
【００３３】
しかしながら、例えばガスヒートポンプ式空気調和装置１の起動時、ワックス三方弁４２の制御弁が動作せず弁開度が固定されて冷却水が放熱器４３を経由する高温時循環経路に流れ続ける場合がある。このような場合、冷却水温度が緩やかにしか上昇しない。
【００３４】
冷却水温度が過冷却基準温度以下の状態で、冷却水温度の上昇が緩やか（停滞状態も含）である場合、制御装置６１は、ステップＳ５で最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度以下であると判定し、ステップＳ８で最新の冷却水温度ｔ０が冷却水温度ｔ２以上、すなわち冷却水温度が上昇していると判定する。そして、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間（例えば１０分）を経過したか否かを判定する（Ｓ９）。その後、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間を経過するまで、ステップＳ３〜Ｓ９を繰り返す。そして、最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度以下である状態で、タイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間を経過した場合、制御装置６１は、ワックス三方弁４２が異常であると判断して三方弁異常信号を出力し、例えばエラー表示等を行ってガスエンジン１１の運転を強制終了させ（Ｓ１０）、タイマ６２の計時時間をクリアして（Ｓ１１）、終了する（Ｓ１２）。
【００３５】
別のケースとして、例えばガスエンジン１１の運転開始時にはワックス三方弁４２が正常に動作していたが、冷却水温度が一旦上昇したにもかかわらず、その後、ワックス三方弁４２に弁開度が固定される等の異常が発生して、冷却水が必要以上に高温時循環経路に流れ続ける場合がある。この場合、冷却水温度が降下する。
【００３６】
冷却水温度が降下中である場合、所定の過冷却基準温度を下回った時、制御装置６１は、ステップＳ５で最新の冷却水温度ｔ０が所定の過冷却基準温度以下であると判定し、ステップＳ８で最新の冷却水温度ｔ０が冷却水温度ｔ２以下である、すなわち冷却水温度が降下していると判定する。そして、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間が降下時過冷却基準時間（例えば、５分）以上経過したか否かを判定する（Ｓ１３）。この降下時過冷却基準時間は、前記上昇時過冷却基準時間（例えば、１０分）よりも短い時間に設定される。その後、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間が所定の降下時過冷却基準時間を経過していない場合には、ステップＳ３〜Ｓ８、Ｓ１３を繰り返す。
【００３７】
タイマ６２の計時時間が所定の降下時過冷却基準時間を経過した場合には、制御装置６１は、ワックス三方弁４２が異常であると判断して三方弁異常信号を出力し、例えばエラー表示等を行ってガスエンジン１１の運転を強制終了させる（Ｓ１０）。そして、制御装置６１は、タイマ６２の計時時間をクリアし（Ｓ１１）、終了する（Ｓ１２）。
【００３８】
更に別のケースとして、例えばワックス三方弁４２に弁開度が固定される等の異常が発生して、冷却水温度が所定の過冷却基準温度以下の状態で上昇、停滞、降下等を繰り返す場合があるが、いずれの場合であっても、冷却水温度が所定の過冷却基準温度以下の状態が継続すれば、制御装置６１は、ステップＳ９でタイマ６２の計時時間が所定の上昇時過冷却基準時間を経過したと判定するか、或いはステップＳ１３でタイマ６２の計時時間が所定の降下時過冷却基準時間を経過したと判定し、ワックス三方弁４２が異常であると判断して三方弁異常信号を出力する（Ｓ１０）。そして、制御装置６１は、タイマ６２をクリアし（Ｓ１１）、終了する（Ｓ１２）。
【００３９】
本実施形態では、ガスエンジン１１の内部或いはその出口における冷却水の循環経路に冷却水温度を検出する温度センサ５１を設け、この温度センサ５１の検出温度がガスエンジン１１の過冷却を表す所定の過冷却基準温度以下に低下し、その状態が所定の上昇時過冷却基準時間又は降下時過冷却基準時間以上継続したとき、ワックス三方弁４２が異常であることを示す三方弁異常信号を出力するので、ワックス三方弁４２の異常によりガスエンジン１１が過冷却状態にあることを検知できる。従って、三方弁異常信号が出力されたときに、例えばガスエンジン１１の運転を強制終了させれば、ワックス三方弁４２の異常によるエンジンの過冷却が防止されてガスエンジン１１内部に粘度の高いスラッジの発生等を防止できる。
【００４０】
また、温度センサ５１で検出された冷却水温度が降下中である場合、上昇時過冷却基準時間よりも短い降下時過冷却基準時間が設定され、冷却水温度が降下している状態が所定の上昇時過冷却基準時間よりも短い所定の降下時基準時間継続すればワックス三方弁４２が異常であると判断されるので、冷却水温度降下時のワックス三方弁４２の異常を迅速に検知できる。
【００４１】
また、冷却水温度を検出する温度センサ５１と空気調和装置１の制御を司る制御装置６１とは従来から用いられている構成部品であり、本実施形態ではこれらの温度センサ５１及び制御装置６１によってワックス三方弁４２の異常を検知しているので、新たに構成部品を追加する必要がなく低コストでワックス三方弁４２の異常を検知できる。
【００４２】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明らかである。本実施形態では三方弁としてワックス三方弁４２を用いているが、例えばサーモスタットによって弁開度が制御される三方弁やサーモバルブを利用した三方弁を用いてもよい。また、本実施形態では冷却水温度が上昇中である場合には所定の上昇時過冷却基準時間を適用し、冷却水温度が降下中である場合には所定の降下時過冷却基準時間を適用しているが、例えば、冷却水温度が上昇中、降下中のいずれの場合においても所定の上昇時過冷却基準時間を適用してもよい。また、本実施形態では、エンジン冷却装置４０をガスヒートポンプ式空気調和装置１に適用しているが、エンジン冷却装置４０を例えばコージェネレーションシステムやガスヒートポンプ式冷凍機を用いたショーケースに適用することは可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンの内部或いはその出口における冷却液の循環経路に冷却液温度を検出するセンサを設け、このセンサの検出温度がエンジンの過冷却を表す基準温度以下に低下し、その状態が所定の基準時間以上継続したとき、三方弁の異常を信号出力する手段を備えるので、三方弁の異常によるエンジンの過冷却を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態によるエンジン冷却装置を備えたガスヒートポンプ式空気調和装置を示す構成図である。
【図２】三方弁の異常を検知する制御装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  ガスヒートポンプ式空気調和装置
２  室外ユニット
３  室内ユニット
１１  ガスエンジン
４０  エンジン冷却装置
４２  ワックス三方弁
４３  放熱器
５１  温度センサ
６１  制御装置
【図１】
0003889529.tif 000002
【図２】
0003889529.tif 000003