(57)【要約】【課題】  エンジンを収容するエンジン収容用室外機において、エンジンの運転負荷に応じてエンジン吸気を適正に行うのに有効な技術を提供する。【解決手段】  本発明に係るエンジン収容用室外機１０は、エンジン室１３のみを通って吸入空気をエンジン２１に供給するための第１吸気経路と２２ａと、第１吸気経路２２ａから分岐した後に熱交換器室１４を経由して吸入空気をエンジン２１に供給するための第２吸気経路２２ｂと、を有する吸気管２２と、第１吸気経路２２ａ及び第２吸気経路２２ｂのうちのいずれか一方を選択的に使用するように吸気経路を切替えるための切替え弁２５と、エンジン２１の運転負荷が低い低負荷運転時に吸入空気が吸気管２２の第１吸気経路２２ａのみを流れてエンジン２１に供給される一方でエンジン２１の運転負荷が高い高負荷運転時に吸入空気が第２吸気経路２２ｂのみを流れてエンジン２１に供給されるように切替え弁２５を制御する制御部４０と、を含む。【選択図】  図１
2016070129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを収容するエンジン室と、前記エンジン室よりも低温である低温室と、を備えたエンジン収容用室外機であって、
前記エンジン室のみを通って吸入空気を前記エンジンに供給するための第１吸気経路と、前記第１吸気経路から分岐した後に前記低温室を経由して吸入空気を前記エンジンに供給するための第２吸気経路と、を有する吸気管と、
前記吸気管のうち前記第１吸気経路から前記第２吸気経路への分岐箇所に設けられ、前記第１吸気経路及び前記第２吸気経路のうちのいずれか一方を選択的に使用するように吸気経路を切替えるための切替え弁と、
前記エンジンの運転負荷が低い低負荷運転時に吸入空気が前記吸気管の前記第１吸気経路のみを流れて前記エンジンに供給される一方で前記エンジンの運転負荷が高い高負荷運転時に吸入空気が前記第２吸気経路のみを流れて前記エンジンに供給されるように前記切替え弁を制御する制御部と、
を含む、エンジン収容用室外機。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン収容用室外機であって、
前記制御部は、前記エンジンの出力に対応した運転パラメータが予め設定された閾値を下回る場合に前記エンジンが低負荷運転であり、前記出力パラメータが前記閾値以上である場合に前記エンジンが高負荷運転であると判定する、エンジン収容用室外機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジン収容用室外機であって、
前記エンジン室は、ガスを燃料とする前記エンジンを駆動源として空調用冷媒を圧縮するための冷媒圧縮機を収容し、
前記低温室は、仕切り板を隔てて前記エンジン室の上方に配置され、前記冷媒圧縮機で圧縮された空調用冷媒を利用して熱交換を行うための熱交換器を収容する熱交換器室として構成されている、エンジン収容用室外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを収容するエンジン収容用室外機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１には、この種の室外機に関連した装置としてガスエンジンコージェネレーション装置（以下、単に「コージェネレーション装置」ともいう）が開示されている。このコージェネレーション装置では、エンジンに吸入空気を供給するための吸気経路上にエアクリーナー及び吸気サイレンサが設けられており、これらエアクリーナー及び吸気サイレンサは、エンジンが収容されたエンジン室とは別の吸気室に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３０３１８３号公報
【発明の概要】
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
上記のコージェネレーション装置によれば、エアクリーナー及び吸気サイレンサを高温のエンジン室とは別の吸気室に配置することで、吸入空気を効果的に冷却することができる。また、吸気温度が一定値以上になると、ラジエータ室に設けられたラジエータファンを駆動して吸気室の壁面を冷却することによって吸入空気を冷却するように制御している。この場合、吸入空気の温度上昇が抑えられ吸入空気の密度が小さくなるのが抑えられる結果、エンジンの吸気効率が低下するのを防止することができる。一方で、このコージェネレーション装置では、エンジンの運転負荷に関係なく吸入空気の冷却が行われるため、例えばエンジンの出力が低い低負荷運転時においては、吸気経路上に設けられたスロットル弁を全閉方向に大きく絞る必要がある。この場合、スロットル弁の前後での流路抵抗が上昇することによって所謂「ポンピングロス」が増加し、その結果、エンジンの燃費が悪化するという問題が生じ得る。
【０００５】
そこで本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、エンジンを収容するエンジン収容用室外機において、エンジンの運転負荷に応じてエンジン吸気を適正に行うのに有効な技術を提供することである。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するため、本発明に係るエンジン収容用室外機（以下、単に「室外機」ともいう）は、エンジンを収容するエンジン室と、エンジン室よりも低温である低温室と、を備える室外機である。この室外機は、吸気管、切替え弁及び制御部を含む。吸気管は、エンジン室のみを通って吸入空気をエンジンに供給するための第１吸気経路と、第１吸気経路から分岐した後に低温室を経由して吸入空気をエンジンに供給するための第２吸気経路と、を有する。切替え弁は、吸気管のうち第１吸気経路から第２吸気経路への分岐箇所に設けられ、第１吸気経路及び第２吸気経路のうちのいずれか一方を選択的に使用するように吸気経路を切替える。制御部は、エンジンの運転負荷が低い低負荷運転時に吸入空気が吸気管の第１吸気経路のみを流れてエンジンに供給される一方でエンジンの運転負荷が高い高負荷運転時に吸入空気が第２吸気経路のみを流れてエンジンに供給されるように切替え弁を制御する。
【０００７】
切替え弁のこのような制御によれば、エンジンの運転負荷に応じてエンジン吸気を適正に行うことが可能になる。具体的には、エンジンの低負荷運転時には、吸気管の第１吸気経路のみを用いてエンジンに吸入空気を供給するため、当該吸入空気がエンジン室内の高温の空気によって常時に加熱される。このため、吸入管の第１吸気経路を流れる吸入空気の加熱膨張によって当該吸入空気の密度を大きくすることができる。従って、エンジンへの吸入空気の流入量を絞り過ぎる必要がなくなり、エンジンのためのスロットル弁の絞り開度が小さくなるように制御しなくて済む。この場合、スロットル弁の前後での流路抵抗の上昇を抑えてポンピングロスを減少させることができ、その結果、エンジンの燃費を向上させることが可能になる。一方で、エンジンの高負荷運転時には、吸気管の第２吸気経路のみを用いてエンジンに吸入空気を供給するため、吸入空気は、エンジン室よりも低温の低温室内の空気によって加熱或いは冷却される。このため、吸入空気の温度上昇が抑えられ吸入空気の密度が小さくなる（吸入空気が膨張する）のが抑えられる結果、エンジンの吸気効率が低下するのを防止することができる。
【０００８】
上記の室外機では、制御部は、エンジンの出力に対応した運転パラメータが予め設定された閾値を下回る場合にエンジンが低負荷運転であり、出力パラメータが閾値以上である場合にエンジンが高負荷運転であると判定するのが好ましい。これにより、エンジンの運転負荷の状況を正確に判定した上で切替え弁を制御することが可能になる。
【０００９】
上記の室外機では、エンジン室は、ガスを燃料とするエンジンに加えて、当該エンジンを駆動源として空調用冷媒を圧縮するための冷媒圧縮機を収容し、低温室は、仕切り板を隔ててエンジン室の上方に配置され、冷媒圧縮機で圧縮された空調用冷媒を利用して熱交換を行うための熱交換器を収容する熱交換器室として構成されるのが好ましい。この場合、ガスヒートポンプ式空調装置の室外機において、熱交換器を収容する既存の熱交換器室を利用して、ガスエンジンの高負荷運転時にガスエンジンに供給される吸入空気の温度上昇を抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、エンジンを収容するエンジン収容用室外機において、エンジンの運転負荷に応じてエンジン吸気を適正に行うことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施の形態のエンジン収容用室外機１０の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１中の制御部４０による切替え弁２５の切替え弁制御のフローチャートである。
【図３】図３は、図１中の室外機１０において低負荷運転時の吸入空気の流れを説明するための図である。
【図４】図４は、図１中の室外機１０において高負荷運転時の吸入空気の流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示されるエンジン収容用室外機（以下、単に「室外機」ともいう）１０は、ガスを燃料とするエンジン２１により駆動される冷媒圧縮機を備えるガスヒートポンプ式空調装置（ガスエンジン駆動式空気調和装置）のための室外ユニットである。この室外機１０は、エンジン２１と、このエンジン２１を駆動源として空調用冷媒を圧縮するための冷媒圧縮機２８とを少なくとも収容している。冷媒圧縮機２８は、図示省略された１又は複数の室内機（室内ユニット）に接続されており、この冷媒圧縮機２８を介して室内機に空調用の冷媒が循環供給される。
【００１４】
室外機１０の本体ケーシング１１は、平板状に構成された仕切り板１２によって上段及び下段の空間部分に区画されている。本体ケーシング１１のうち仕切り板１２によって仕切られた下段のエンジン室１３には、エンジン２１、吸気管２２、エアクリーナー２３、吸気サイレンサ２４、切替え弁２５、ミキサ２６、エンジン２１により駆動される冷媒圧縮機（図示省略）等の機械類が収容されている。これに対して、本体ケーシング１１のうち仕切り板１２によって仕切られエンジン室１３の上方に配置された上段の熱交換器室１４には、エンジン駆動式の冷媒圧縮機２８で圧縮された空調用冷媒を利用して熱交換を行うための熱交換器３０が収容されている。熱交換器室１４の上方には、室外機１０の排熱処理を行うために駆動される排熱ファン３１が設けられている。エンジン室１３は、運転状態で高温になるエンジン２１を収容しているため、エンジン室１３内の温度は熱交換器室１４内の温度よりも高温になる。即ち、熱交換器室１４は、エンジン室よりも低温である。ここでいうエンジン室１３及び熱交換器室１４がそれぞれ、本発明の「エンジン室」及び「熱交換器室」に相当する。
【００１５】
エンジン２１には、当該エンジン２１の出力に対応した運転パラメータを検出するための運転負荷センサ２１ａが割り当てられている。この運転負荷センサ２１ａとして、例えばエンジン２１の運転パラメータの１つである回転数を検出するための回転数センサや、エンジン２１の運転パラメータの１つであるエンジントルクを検出するためのトルクセンサ等が挙げられる。吸気管２２は、吸入した空気をエンジン２１に供給するための吸気経路を構成している。エアクリーナー２３は、エンジン２１に清浄な空気を供給するために、空気中に含まれる塵埃などを濾材によって分離するように構成されている。吸気サイレンサ２４は、吸気音の消音を行う機能を果たす。
【００１６】
吸気管２２は、切替え弁２５が設けられた分岐箇所にて第１吸気経路（第１吸気管）２２ａ及び第２吸気経路（第２吸気管）２２ｂに分岐しており、分岐後に再び第１吸気経路２２ａ及び第２吸気経路２２ｂが合流してミキサ２６を通じてエンジン２１に接続されている。このため、切替え弁２５の切り替えによって吸入空気（単に、「吸気」ともいう）を第１吸気経路２２ａ及び第２吸気経路２２ｂのうちのいずれか一方の吸気経路でエンジン２１に供給することができる。この吸気管２２が本発明の「吸気管」に相当する。第１吸気経路２２ａは、エンジン室１３のみを通ってエンジン２１に吸入空気を供給するための経路である。これに対して、第２吸気経路２２ｂは、エンジン室１３から分岐した後に熱交換器室１４を経由して再びエンジン室１３を通ってエンジン２１に吸入空気を供給するための経路である。この第２吸気経路２２ｂを形成するために、仕切り板１２に開口部（図示省略）が形成されるのが好ましい。この場合、吸気管２２の一部を仕切り板１２の開口部を通じてエンジン室１３から熱交換器室１４へと延出させることができる。
【００１７】
切替え弁２５は、吸気管２２の第１吸気経路２２ａ及び第２吸気経路２２ｂのうちのいずれか一方を選択的に使用するように吸気経路を切替える機能を果たす。この切替え弁２５が本発明の「切替え弁」に相当する。この目的のために、切替え弁２５は、運転負荷センサ２１ａで検出された運転パラメータに基づいて制御部４０によって制御される。ミキサ２６は、ガス燃料と吸入空気とを混合する機能を果たすものであり、吸入空気の流入量を絞り調整可能なスロットル弁２７を備えている。スロットル弁２７の絞り開度（弁開度）は制御部４０によって制御される。
【００１８】
ここで、制御部４０による切替え弁２５の切替え弁制御によって実行される２つの制御モード（低負荷吸気モード及び高負荷吸気モード）について図２〜図４を参照しつつ説明する。尚、制御部４０は、検出信号や制御信号の入出力のための出力装置、情報の演算を行うための演算処理装置（ＣＰＵ）、入力信号や演算結果を記憶するための記憶装置等を備える既知の制御装置として構成される。この制御部４０が本発明の「制御部」に相当する。
【００１９】
図２に示されるように、切替え弁２５の切替え弁制御では、制御部４０は、まずステップＳ１０１において、運転負荷センサ２１ａとしての回転数センサによってエンジン２１のエンジン回転数Ｎを連続的或いは所定のタイミングで検出する。この場合、エンジン回転数Ｎに代えて或いは加えて、運転負荷センサ２１ａとしてのトルクセンサによってエンジン２１のエンジントルクが検出されてもよい。制御部４０は、引き続きステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で検出したエンジン回転数Ｎを予め設定された回転数閾値Ｎａと比較する。制御部４０は、ステップＳ１０１で検出したエンジン回転数Ｎが回転数閾値Ｎａを下回る場合（ステップＳ１０２のＹｅｓの場合）には、ステップＳ１０３において切替え弁２５を低負荷吸気モードで制御する。これに対して、制御部４０は、ステップＳ１０１で検出したエンジン回転数Ｎが回転数閾値Ｎａを下回らない場合（ステップＳ１０２のＮｏの場合）、即ちエンジン回転数Ｎが回転数閾値Ｎａ以上の場合には、ステップＳ１０４において切替え弁２５を高負荷吸気モードで制御する。この場合、制御部４０は、エンジン２１の運転負荷の状況を正確に判定した上で切替え弁２５を制御することが可能になる。
【００２０】
（低負荷吸気モード）
制御部４０は、運転負荷センサ２１ａで検出された情報に基づいてエンジン２１の運転負荷が低い低負荷運転状態であると判定した場合には、図３に示されるように、吸入空気が吸気管２２の第１吸気経路２２ａのみを流れてエンジン２１に供給されるように切替え弁２５を低負荷吸気モードにて制御する。例えば、運転負荷センサ２１ａとしての回転数センサの検出値が予め設定された回転数閾値を下回る場合や、運転負荷センサ２１ａとしてのトルクセンサの検出値が予め設定されたトルク閾値を下回る場合に、エンジン２１の運転負荷が低い低負荷運転状態であると判定される。
【００２１】
この低負荷吸気モードでは、エアクリーナー２３及び吸気サイレンサ２４を介して吸気管２２に流入した吸入空気は、吸気管２２の２つの吸気経路のうち第１吸気経路２２ａを選択的に流れる（図３中の矢印参照）。このとき、吸入空気は、エンジン室１３内の高温の空気によって常時に加熱される。このため、吸気管２２の第１吸気経路２２ａを流れる吸入空気の加熱膨張によって当該吸入空気の密度を大きくすることができる。従って、エンジン２１への吸入空気の流入量を絞り過ぎる必要がなくなり、エンジン２１のためのスロットル弁２７の絞り開度が小さくなるように制御しなくて済む。この場合、スロットル弁２７の前後での流路抵抗の上昇を抑えてポンピングロスを減少させることができ、その結果、エンジン２１の燃費を向上させることが可能になる。かくして、エンジン２１の低負荷運転時のエンジン吸気を適正に行うことが可能になる。
【００２２】
（高負荷吸気モード）
一方で、制御部４０は、運転負荷センサ２１ａで検出された情報に基づいてエンジン２１の運転負荷が高い高負荷運転状態であると判定した場合には、図４に示されるように、吸入空気が吸気管２２の第２吸気経路２２ｂのみを流れてエンジン２１に供給されるように切替え弁２５を高負荷吸気モードにて制御する。例えば、運転負荷センサ２１ａとしての回転数センサの検出値が予め設定された回転数閾値以上である場合や、運転負荷センサ２１ａとしてのトルクセンサの検出値が予め設定されたトルク閾値以上である場合に、エンジン２１の運転負荷が高い高負荷運転状態であると判定される。
【００２３】
この高負荷吸気モードでは、エアクリーナー２３及び吸気サイレンサ２４を介して吸気管２２に流入した吸入空気は、吸気管２２の２つの吸気経路のうち第２吸気経路２２ｂを選択的に流れる（図４中の矢印参照）。このとき、吸気管２２の第２吸気経路２２ｂの一部が熱交換器室１４に配置されており、吸入空気は、エンジン室１３よりも低温の熱交換器室１４内の空気によって加熱或いは冷却される。このため、吸入空気の温度上昇が抑えられ吸入空気の密度が小さくなる（吸入空気が膨張する）のが抑えられる結果、エンジン２１の吸気効率が低下するのを防止することができる。かくして、エンジン２１の高負荷運転時のエンジン吸気を適正に行うことが可能になる。
【００２４】
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００２５】
上記の実施形態では、エンジン２１の低負荷運転時には、エンジン室１３よりも低温の熱交換器室１４を経由させて吸入空気をエンジン２１に供給する場合について記載したが、本発明では、吸入空気を経由させる室は熱交換器室１４のみに限定されるものではなく、熱交換器室１４の一部が区画されることによって形成された低温室や、熱交換器室１４に代えて形成された、エンジン室１３よりも低温の別の低温室などの室を用いることもできる。
【００２６】
上記の実施形態では、エンジン２１が低負荷運転状態であるか或いは高負荷運転状態であるかが、エンジン２１に割り当てられた運転負荷センサ２１ａによる検出情報に基づいて判定される場合について記載したが、本発明では、運転負荷センサ２１ａによる検出情報以外の情報に基づいて当該判定が行われてもよい。
【００２７】
上記の実施形態では、ガスヒートポンプ式空調装置のための室外機１０について記載したが、本発明では、上記室外機１０の特徴部分を、ガスヒートポンプ式空調装置以外の別の装置のエンジン収容用室外機に適用することもできる。例えば、ガスエンジンを利用して家庭用の電力を発電したり床暖房用の温水を作り出したりする装置（ガスエンジンコージェネレーションユニット）の室外機の構成に、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０…エンジン収容用室外機、１１…本体ケーシング、１２…仕切り板、１３…エンジン室、１４…熱交換器室、２０…機械類、２１…エンジン、２１ａ…運転負荷センサ、２２…吸気管、２３…エアクリーナー、２４…吸気サイレンサ、２５…切替え弁、２６…ミキサ、２７…スロットル弁、２８…冷媒圧縮機、３０…熱交換器、３１…排熱ファン、４０…制御部  
【図１】
2016070129.tif 000003
【図２】
2016070129.tif 000004
【図３】
2016070129.tif 000005
【図４】
2016070129.tif 000006