JP6051946B2 - エンジン駆動式空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン駆動式空調装置に関する。

エンジン駆動式空調装置は、エンジンにより駆動する圧縮機、四方切換弁、室外熱交換器、膨張弁および室内熱交換器を、冷媒配管を介して接続することにより形成される冷媒循環回路を備え、この冷媒循環回路内に冷媒を流通させることにより空調（冷房、暖房）を行う。冷媒循環回路内の冷媒の流れを四方切換弁で切り換えることにより、冷房運転と暖房運転が切り換えられる。冷房運転時には圧縮機の冷媒吐出口（高圧側）が室外熱交換器に接続されるとともに圧縮機の冷媒吸入口（低圧側）が室内熱交換器に接続され、暖房運転時には圧縮機の冷媒吐出口（高圧側）が室内熱交換器に接続されるとともに圧縮機の冷媒吸入口（低圧側）が室外熱交換器に接続されるように、冷房運転時と暖房運転時とで四方切換弁が切り換えられる。

外気温度が極端に低い場合でのエンジン駆動式空調装置の暖房運転時には、室外熱交換器から排出される冷媒の温度（冷媒蒸発温度）が氷点下且つ露点以下まで低下する場合があり、このような場合、室外熱交換器の熱交換フィンに着霜する。熱交換フィンに着霜したまま暖房運転を継続した場合には、霜が成長して熱交換フィンが霜で覆われる。また、霜の成長により通風面積が減少する。このため室外熱交換器での熱交換性能が損なわれる。

よって、室外熱交換器に着霜した場合、一般的には暖房運転を一旦停止し、除霜運転を開始する。除霜運転では、四方切換弁の切換状態を暖房時における切換状態から冷房時における切換状態に変化させるとともに室内ファンおよび室外ファンを停止させる。すると、室外熱交換器が凝縮器として機能して外気に熱を吐き出す。これにより外気が暖められて熱交換フィンに付着した霜が溶ける。

除霜運転を開始する際に四方切換弁の切換状態を暖房時における切換状態から冷房時における切換状態に変化させた場合、圧縮機の冷媒吸入口（低圧側）に接続されていた室外熱交換器が突然圧縮機の冷媒吐出口（高圧側）に接続され、圧縮機の冷媒吐出口（高圧側）に接続されていた室内熱交換器が突然圧縮機の冷媒吸入口（低圧側）に接続される。したがって、圧縮機の冷媒吸入口における冷媒圧力と冷媒吐出口における冷媒圧力との差圧ΔＰが大きい場合には、四方切換弁の切換時に急激な圧力変化によって室外熱交換器および室内熱交換器の熱交換フィンが歪むおそれがある。また、差圧ΔＰが大きい場合、四方切換弁の切換時に大きな冷媒流動音が発生するため快適性を阻害するおそれがある。

特許文献１は、暖房運転から除霜運転への切換時に、圧縮機の回転数が所定の回転数まで低下するように、圧縮機の回転数が制御された空調装置を開示する。特許文献１に記載の空調装置によれば、圧縮機の回転数を低下させることによって圧縮機の冷媒吐出口（高圧側）における冷媒圧力と冷媒吸入口（低圧側）における冷媒圧力との差圧ΔＰが低下する。このため四方切換弁の切換時に発生する冷媒流動音の低減を図ることができる。

特開２０１１−５２８４９号公報

（発明が解決しようとする課題）
近年、エンジンの動力により発電する発電機を備える自立型エンジン駆動式空調装置が提案されている。発電機で発電された電力は、エンジン駆動式空調装置の構成部品であって電力で駆動する部品（電気駆動部品）や外部負荷に供給される。このため、自立型エンジン駆動式空調装置は、商用電源などの外部電源から電力供給されることなく自立して空調運転を継続することができ、なおかつ外部負荷に電力を供給できる。また、エンジンと圧縮機とを切り離して空調運転を停止させ、エンジンで発電機を作動させて外部負荷に電力を供給する自立発電運転をも実施することもできる。

このような自立型エンジン駆動式空調装置であっても、暖房運転中に外気温度が極端に低下して室外熱交換器に着霜した場合、除霜運転が開始される。このとき四方切換弁の切換時に圧縮機の冷媒吸入口における冷媒圧力と冷媒吐出口における冷媒圧力との差圧ΔＰが大きいことにより引き起こされる上記した不具合の発生を抑えるために、エンジン回転数を低下させることによって圧縮機の回転数を所定の回転数まで低下させる。ところが、エンジン回転数の低下に伴い発電機で発電される電力の大きさも低下する。発電機で発電される実発電電力が外部負荷や電気駆動部品に供給すべき電力の総和（要求電力）を下回った場合、電力供給不足により外部負荷あるいはエンジン駆動式空調装置が停止するおそれがある。

本発明は、四方切換弁の切換時にエンジン回転数を低下させた場合でも、電力供給不足を起こすことのない、自立型のエンジン駆動式空調装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、暖房運転および除霜運転を行い得るよう構成されたエンジン駆動式空調装置であって、エンジンと、冷媒吸入口および冷媒吐出口とを有し、エンジンの動力によって駆動して低圧のガス冷媒を冷媒吸入口から吸入し高圧のガス冷媒を冷媒吐出口から吐出する圧縮機と、室内に設置され、暖房運転時に圧縮機の冷媒吐出口から吐出された冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、室外に設置され、暖房運転時に室内熱交換器から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、暖房運転時には、圧縮機の冷媒吐出口が室内熱交換器に接続されるとともに圧縮機の冷媒吸入口が室外熱交換器に接続され、除霜運転時には、圧縮機の冷媒吐出口が室外熱交換器に接続されるとともに圧縮機の冷媒吸入口が室内熱交換器に接続されるように、圧縮機の冷媒吐出口および冷媒吸入口と、室内熱交換器および室外熱交換器との接続状態を切換可能に構成された四方切換弁と、エンジンの動力によって発電するとともに、発電した電力を、外部負荷および、エンジン駆動式空調装置を構成する部品であって電力により駆動する電気駆動部品に供給可能に構成された発電機と、発電機が電気駆動部品に電力を供給しているときに暖房運転から除霜運転に運転状態を変化させるために四方切換弁の切換作動要求が入力された場合に、四方切換弁が切換作動する前に、エンジンの回転数を予め定められた所定の低い回転数である第１設定回転数に低下させるとともに発電機から電気駆動部品への供給電力の大きさが低下するように、エンジンの回転数と発電機から電気駆動部品への供給電力の大きさを制御する自立除霜前制御を実行する制御部と、を備える、エンジン駆動式空調装置を提供する。

この場合、前記制御部は、自立除霜前制御にて、エンジンの回転数を第１設定回転数に低下させるとともに、発電機の実発電電力が、外部負荷に供給する最低電力として予め定められた電力（外部供給電力）と電気駆動部品に供給すべき電力との総和である要求電力を下回らないように、エンジンの回転数と発電機から電気駆動部品への供給電力の大きさを制御するのがよい。

さらにこの場合、前記第１設定回転数は、四方切換弁の切換時に、圧縮機の冷媒吐出口における冷媒圧力と圧縮機の冷媒吸入口における冷媒圧力との差圧ΔＰによって、上記した不具合（熱交換フィンの歪み、大きな流動音）が発生しない程度に圧力差が低減され、且つ、実発電電力が要求電力を下回らない回転数であるのがよい。

本発明によれば、発電機が電気駆動部品に電力を供給している場合において、暖房運転から除霜運転への切換時に制御部が自立除霜前制御を実行する。自立除霜前制御では、四方切換弁が切換作動する前に、エンジン回転数が第１設定回転数に低下される。このためエンジンにより駆動される圧縮機の冷媒吐出口における冷媒圧力と冷媒吸入口における冷媒圧力との差圧ΔＰが低下する。よって、差圧ΔＰが大きいことによって引き起こされる上記した不具合（熱交換フィンの歪み、大きな流動音）の発生を抑えることができる。また、エンジン回転数の低下とともに、発電機から電気駆動部品への供給電力の大きさが低下される。このためエンジン回転数が低下することに伴い発電機で発電される電力の大きさが低下した場合でも、低下した分だけ発電機から電気駆動部品への電力供給を低下させることにより、外部負荷への供給電力、特に外部負荷に供給する最低電力として予め定められた外部供給電力を確保することができる。よって、外部負荷への電力供給不足の発生を防止できる。また、自立除霜前制御にて、発電機の実発電電力が要求電力を下回らないように、発電機から電気駆動部品への供給電力の大きさを制御することにより、運転の継続に必要な電気駆動部品への供給電力を確保することができる。よって、これらの電気駆動部品への電力供給不足によってエンジン駆動式空調装置が停止すること、ひいてはエンジン駆動式空調装置が停止して外部負荷への電力供給が遮断されることをも防止できる。

本発明のエンジン駆動式空調装置は、室外熱交換器に送風する電気駆動部品としての室外ファンを備えるのがよい。そして、制御部は、自立除霜前制御にて、エンジンの回転数を第１設定回転数に低下させるとともに発電機から室外ファンへの電力の供給が停止するように、エンジンの回転数と発電機から室外ファンへの電力供給を制御するのがよい。この場合、制御部は、自立除霜前制御を開始した直後に発電機から室外ファンへの電力の供給が低下するように、発電機から室外ファンへの電力供給を制御するのがよい。除霜運転では室外ファンの駆動は必要ない。このようにその後の除霜運転に電力供給の必要ない電気駆動部品への電力供給を停止することにより、無駄な電力消費を抑えつつ、外部負荷および電力供給を必要とする電気駆動部品への供給電力を確保することができる。

また、本発明のエンジン駆動式空調装置は、室内熱交換器に送風する電気駆動部品としての室内ファンを備えるのがよい。そして、制御部は、自立除霜前制御にて、エンジンの回転数が第１設定回転数よりも高い第２設定回転数に低下するまでは、発電機から室内ファンへの電力供給が継続され、エンジンの回転数が第２設定回転数まで低下したときに発電機から室内ファンへの電力供給が停止するように、エンジンの回転数と発電機から室内ファンへの電力供給を制御するとよい。

除霜運転では室内ファンの駆動は必要ない。しかしながら、暖房運転中に室内ファンの駆動を急停止した場合、室内熱交換器内での冷媒の凝縮が急停止する。室内熱交換器での冷媒の凝縮が急停止すると、室内熱交換器から流出する冷媒の圧力が急上昇し、圧力異常によってエンジン駆動式空調装置が停止するおそれがある。このため室内ファンを停止する場合には、圧縮機の冷媒吐出口における冷媒圧力（すなわち室内熱交換器に流入する冷媒圧力）をできるだけ低下させておき、室内ファンが停止しても室内熱交換器から流出する冷媒の圧力ができるだけ高くならないようにするのがよい。この点に関し、本発明においては、自立除霜前制御にて、エンジン回転数が第２設定回転数に低下するまでは、室内ファンへの電力供給がなされ、第２設定回転数まで低下した時点で初めて室内ファンへの電力供給が停止される。このため室内ファンの駆動が停止するときにできるだけエンジン回転数を下げることができ、それにより圧縮機の冷媒吐出口における冷媒圧力を低下させることができる。その結果、室内ファンの停止時に室内熱交換器から流出する冷媒圧力の急上昇による異常停止を回避することができる。

第２設定回転数は、第１設定回転数よりも高い回転数であり、自立除霜前制御にて、室外ファン以外の必要な電気駆動部品に供給すべき電力および外部供給電力を賄うことができる電力のうちできるだけ小さい電力を発電機で発電させるために必要なエンジン回転数として予め定めることができる。この場合において、第２設定回転数は、例えば以下のように定めることができる。自立除霜前制御にて室内ファンへの電力供給を継続させたままエンジン回転数を低下していった場合、エンジン回転数の低下とともに実発電電力Ａと要求電力Ｂとの差（Ａ−Ｂ）が徐々に縮まる。そして、差（Ａ−Ｂ）が０となったとき、あるいは差（Ａ−Ｂ）が所定の電力差以下となったときにおけるエンジン回転数を第２設定回転数に定めることができる。

また、前記制御部は、発電機が電気駆動部品に電力を供給しているときに除霜運転から暖房運転に運転状態を変化させるために四方切換弁が切換作動した後に、エンジンの回転数を増加させるとともに、エンジンの回転数が予め定められた所定の高い回転数である第３設定回転数に達したときに、室外ファンおよび室内ファンへの電力供給の停止を解除するように、エンジンの回転数と発電機から室外ファンおよび室内ファンへの電力供給を制御する自立除霜後制御を実行するとよい。

これによれば、発電機が電気駆動部品に電力を供給している場合において、除霜運転から暖房運転への切換時に制御部が自立除霜後制御を実行する。自立除霜後制御では、四方切換弁が切換作動した後に、エンジン回転数が増加される。そして、エンジン回転数が所定の高い回転数である第３設定回転数に達した時に、室外ファンおよび室内ファンへの電力供給の停止が解除される。このように、エンジン回転数が十分に上昇して発電機の実発電電力が十分に上昇した後に、室外ファンおよび室内ファンへの電力供給が開始されるため、エンジン回転数が上昇する過程で実発電電力が要求電力を下回って電力供給不足に陥ることが防止される。

第３設定回転数は、第１設定回転数よりも高い回転数である。また、第３設定回転数は第２設定回転数よりも高い回転数であるのがよい。また、第３設定回転数は、エンジン駆動式空調装置が暖房運転している場合におけるエンジンの定格回転数であってもよい。

本実施形態に係るエンジン駆動式空調装置の構成を示す概略図である。 四方切換弁が冷房接続状態である場合の空調ユニットの概略構成図である。 商用電源からの電力を利用することができない場合にエンジン駆動式空調装置が空調運転を開始する場合の流れを示すフローチャートである。 コントローラが実行する自立時除霜開始制御ルーチンを示すフローチャートである。 コントローラが実行する自立時除霜終了制御ルーチンを示すフローチャートである。 本実施形態に係るエンジン駆動式空調装置において、自立暖房運転から自立除霜運転に、さらに自立除霜運転から自立暖房運転に、運転状態が変化した場合における、エンジン回転数Ｒおよび、圧縮機の冷媒吸入口での冷媒圧力と冷媒吐出口での冷媒圧力との差（差圧ΔＰ）の変化を示すグラフである。 本実施形態に係るエンジン駆動式空調装置において、自立暖房運転から自立除霜運転に、さらに自立除霜運転から自立暖房運転に、運転状態が変化した場合における、エンジン回転数Ｒ、実発電電力および要求電力の変化を示すグラフである。 従来の自立型のエンジン駆動式空調装置において、自立暖房運転から自立除霜運転に、さらに自立除霜運転から自立暖房運転に、運転状態が変化した場合における、エンジン回転数Ｒ、実発電電力および要求電力の変化を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るエンジン駆動式空調装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、このエンジン駆動式空調装置１は、ガスエンジン１０と、空調ユニット２０と、室内機リモコン３０と、発電機４０と、バッテリ５０と、コントローラ６０と、スタータモータ７０とを備える。

ガスエンジン１０はガス配管１１からガス燃料の供給を受けて駆動する。このガスエンジン１０は出力軸１２を備え、出力軸１２からガスエンジン１０の駆動力が外部に取り出される。出力軸１２には、第１プーリ１３および第２プーリ１４が出力軸１２と同軸的に連結している。ガスエンジン１０は、スタータモータ７０によって始動するように構成される。

空調ユニット２０は空調に寄与する構成部品であり、圧縮機２１と、冷媒配管２２と、室内熱交換器２３と、室内ファン２３１と、室外熱交換器２４と、室外ファン２４１と、膨張弁２５と、四方切換弁２６と、アキュムレータ２７と、クラッチ２８と、を備える。室内熱交換器２３、室外熱交換器２４、膨張弁２５、四方切換弁２６は冷媒配管２２の途中に介装される。圧縮機２１、冷媒配管２２、室内熱交換器２３、室外熱交換器２４、膨張弁２５、四方切換弁２６、アキュムレータ２７により冷媒循環回路が構成される。冷媒配管２２内を冷媒が流通する。冷媒配管２２は、本実施形態では、第１冷媒配管２２１と、第２冷媒配管２２２と、第３冷媒配管２２３と、第４冷媒配管２２４と、第５冷媒配管２２５と、第６冷媒配管２２６とを備える。

圧縮機２１は、同軸配置された第１入力軸２１１と第２入力軸２１２を備える。第２入力軸２１２が回転した場合に圧縮機２１が駆動される。第１入力軸２１１には第３プーリ２１３が同軸的に連結している。第１プーリ１３と第３プーリ２１３との間にベルトが巻かれている。したがって、ガスエンジン１０の出力軸１２の回転駆動力は、第１プーリ１３および第３プーリ２１３を介して第１入力軸２１１に伝達される。

第１入力軸２１１と第２入力軸２１２の途中にクラッチ２８が取付けられる。クラッチ２８は、例えば２枚のクラッチ板が対面配置されるように構成され、それぞれのクラッチ板が接触した接触状態と離間した離間状態とを採り得ることが可能に構成されていてもよい。クラッチ２８の作動は後述するコントローラ６０により制御される。

この場合、クラッチ２８が接触状態であるとき、第１入力軸２１１の回転が第２入力軸２１２に伝達される。よって、ガスエンジン１０の動力が圧縮機２１に伝達される。一方、クラッチ２８が離間状態であるとき、第１入力軸２１１の回転が第２入力軸２１２に伝達されない。よって、ガスエンジン１０の動力は圧縮機２１に伝達されない。

また、圧縮機２１は冷媒吸入口２１ａおよび冷媒吐出口２１ｂを有する。冷媒吐出口２１ｂが第１冷媒配管２２１の一端に接続され、冷媒吸入口２１ａが第６冷媒配管２２６の一端に接続される。したがって、圧縮機２１が駆動した場合、圧縮機２１は、冷媒吸入口２１ａから第６冷媒配管２２６内の低圧ガス冷媒を吸入し、吸入した低圧ガス冷媒を内部で圧縮するとともに、圧縮にした高圧ガス冷媒を冷媒吐出口２１ｂから第１冷媒配管２２１に吐出する。

室内熱交換器２３は室内に設置される。この室内熱交換器２３は熱交換チューブを備え、熱交換チューブの内部に冷媒が流通することができるように構成される。熱交換チューブ内を流通する冷媒が室内空気と熱交換する。室内熱交換器２３には、暖房運転時に冷媒を流入する第１流入口２３ａと、暖房運転時に冷媒を流出する第１流出口２３ｂとを有する。なお、冷房運転時には、第１流出口２３ｂから冷媒が流入され、第１流入口２３ａから冷媒が流出される。第１流入口２３ａに第２冷媒配管２２２の一端が接続される。第１流出口２３ｂに第３冷媒配管２２３の一端が接続される。

室外熱交換器２４は室外に設置される。この室外熱交換器２４は熱交換チューブを備え、熱交換チューブの内部に冷媒が流通することができるように構成される。熱交換チューブ内を流通する冷媒が外気と熱交換する。室外熱交換器２４には、暖房運転時に冷媒を流入する第２流入口２４ａと、暖房運転時に冷媒を流出する第２流出口２４ｂとを有する。なお、冷房運転時には、第２流出口２４ｂから冷媒が流入され、第２流入口２４ａから冷媒が流出される。第２流入口２４ａには第３冷媒配管２２３の他端が接続される。したがって、第３冷媒配管２２３は、室内熱交換器２３の第１流出口２３ｂと室外熱交換器２４の第２流入口２４ａとを接続する。また、第２流出口２４ｂには第４冷媒配管２２４の一端が接続される。

第３冷媒配管２２３の途中に膨張弁２５が介装される。したがって、第３冷媒配管２２３は、膨張弁２５を境界として、それよりも室内熱交換器２３側の室内側配管２２３ａと、それよりも室外熱交換器２４側の室外側配管２２３ｂとにより構成される。膨張弁２５はそこを通る冷媒配管２２内の冷媒を膨張（低圧化）させる。

アキュムレータ２７は、そこに導入された冷媒を気液分離して気相冷媒のみを排出させるように構成される。このアキュムレータ２７には、冷媒導入管としての第５冷媒配管２２５の一端、および、冷媒排出管としての第６冷媒配管２２６の他端が、接続される。したがって、第６冷媒配管２２６により、アキュムレータ２７と圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが接続される。

四方切換弁２６には４つのポート（第１ポート２６１、第２ポート２６２、第３ポート２６３、第４ポート２６４）を有する中空状の固定部と、固定部内を移動可能な駆動部とを備える。駆動部によって特定の２つのポートとそれ以外の２つのポートが接続されるように、固定部内の空間が仕切られる。また、図１に示すように、四方切換弁２６の固定部の第１ポート２６１には、その一端が圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂに接続された第１冷媒配管２２１の他端が接続される。第２ポート２６２には、その一端が室内熱交換器２３の第１流入口２３ａに接続された第２冷媒配管２２２の他端が接続される。第３ポート２６３には、その一端がアキュムレータ２７に接続された第５冷媒配管２２５の他端が接続される。そして、第４ポート２６４には、その一端が室外熱交換器２４の第２流出口２４ｂに接続された第４冷媒配管２２４の他端が接続される。

四方切換弁２６の駆動部は、暖房接続位置と冷房接続位置とにその位置が選択的に切り換えられるよう、固定部内で移動可能に配設される。駆動部の位置が暖房接続位置であるとき、四方切換弁２６は暖房接続状態であり、駆動部の位置が冷房接続位置であるとき、四方切換弁２６は冷房接続状態である。図１は、四方切換弁２６が暖房接続状態である場合を示している。暖房接続状態であるとき、第１ポート２６１と第２ポート２６２が連通され、第３ポート２６３と第４ポート２６４が連通される。そのため、暖房接続状態であるとき、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂ（高圧側）と室内熱交換器２３とが四方切換弁２６を介して接続され、圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａ（低圧側）と室外熱交換器２４とが四方切換弁２６を介して接続される。

図２は、四方切換弁２６が冷房接続状態である場合の空調ユニット２０の概略構成図である。図２に示すように、四方切換弁２６が冷房接続状態であるとき、第１ポート２６１と第４ポート２６４が接続され、第２ポート２６２と第３ポート２６３が接続される。そのため、冷房接続状態であるとき、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂ（高圧側）と室外熱交換器２４とが四方切換弁２６を介して連通され、圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａ（低圧側）と室内熱交換器２３とが四方切換弁２６を介して連通される。暖房運転時に四方切換弁２６は暖房接続状態とされ、冷房運転時に四方切換弁２６は冷房接続状態とされる。ちなみに、除霜運転時には、四方切換弁２６は冷房接続状態とされる。したがって、暖房運転から除霜運転に運転状態が変化したときに、四方切換弁２６は暖房接続状態から冷房接続状態に切り換えられる。また、除霜運転から暖房運転に運転状態が変化したときに、四方切換弁２６は冷房接続状態から暖房接続状態に切り換えられる。

ここで、エンジン駆動式空調装置１の空調運転（暖房運転、冷房運転）について簡単に説明する。まず、暖房運転について説明する。圧縮機２１がガスエンジン１０により駆動されると、第６冷媒配管２２６内の低圧ガス冷媒が冷媒吸入口２１ａから圧縮機２１に吸入されるとともに吸入された低圧ガス冷媒が圧縮される。そして圧縮された高温高圧ガス冷媒が冷媒吐出口２１ｂから第１冷媒配管２２１に吐出される。冷媒吐出口２１ｂから吐出された高温高圧ガス冷媒は第１冷媒配管２２１を流れて四方切換弁２６の第１ポート２６１に入る。暖房接続状態では第１ポート２６１が第２ポート２６２に連通している。また、第２ポート２６２には第２冷媒配管２２２が接続されている。そのため四方切換弁２６に第１ポート２６１から入った高温高圧ガス冷媒は第２ポート２６２から四方切換弁２６を出るとともに第２冷媒配管２２２に流れる。第２冷媒配管２２２に流れた高温高圧ガス冷媒は、第１流入口２３ａから室内熱交換器２３に流入する。室内熱交換器２３に流入した高温高圧ガス冷媒は室内熱交換器２３内を流通する間に室内空気に熱を吐き出して凝縮する。このとき高温高圧ガス冷媒から吐き出された熱によって室内空気が暖められて、室内暖房される。

室内空気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化し、室内熱交換器２３の第１流出口２３ｂから第３冷媒配管２２３に流出する。そして、第３冷媒配管２２３の途中に介装された膨張弁２５で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化される。その後、第２流入口２４ａから室外熱交換器２４に流入する。つまり、室外熱交換器２４には、暖房運転時に室内熱交換器２３を流出し、その後、膨張弁２５で膨張された冷媒が流入する。室外熱交換器２４に流入した冷媒は室外熱交換器２４内を流通する間に外気の熱を奪って蒸発する。

外気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化し、室外熱交換器２４の第２流出口２４ｂから第４冷媒配管２２４に流出する。そして、四方切換弁２６の第４ポート２６４に入る。暖房接続状態では第４ポート２６４が第３ポート２６３に連通している。また、第３ポート２６３は第５冷媒配管２２５に接続されている。そのため第４ポート２６４から四方切換弁２６に入った冷媒は第３ポート２６３から四方切換弁２６を出るとともに第５冷媒配管２２５に流れ、さらにアキュムレータ２７に導入される。アキュムレータ２７では導入された冷媒が気液分離される。そして、低温低圧のガス冷媒のみが第６冷媒配管２２６を流れ、圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａに帰還する。このような冷媒の循環サイクルが繰り返されることにより、室内暖房が継続される。

次に、冷房運転について説明する。圧縮機２１がガスエンジン１０により駆動されると、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂから第１冷媒配管２２１に高温高圧のガス冷媒が吐出される。冷媒吐出口２１ｂから吐出された高温高圧ガス冷媒は第１冷媒配管２２１を流れて四方切換弁２６の第１ポート２６１に入る。冷房接続状態では図２に示すように第１ポート２６１が第４ポート２６４に連通している。また第４ポート２６４には第４冷媒配管２２４が接続されている。そのため四方切換弁２６に第１ポート２６１から入った高温高圧ガス冷媒は第４ポート２６４から四方切換弁２６を出るとともに第４冷媒配管２２４に流れる。第４冷媒配管２２４に流れた高温高圧ガス冷媒は、第２流出口２４ｂから室外熱交換器２４に流入する。室外熱交換器２４に流入した高温高圧ガス冷媒は室外熱交換器２４内を流通する間に外気に熱を吐き出して凝縮する。

外気に熱を吐き出して凝縮した冷媒は一部液化し、室外熱交換器２４の第２流入口２４ａから第３冷媒配管２２３に流出する。そして、第３冷媒配管の途中に介装された膨張弁２５で膨張することにより蒸発しやすいように低圧化される。その後、第１流出口２３ｂから室内熱交換器２３に流入する。室内熱交換器２３に流入した冷媒は室内熱交換器２３内を流通する間に室内空気の熱を奪って蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされて、室内冷房される。

室内空気の熱を奪って蒸発した冷媒は一部気化し、室内熱交換器２３の第１流入口２３ａから第２冷媒配管２２２に流出する。そして、四方切換弁２６の第２ポート２６２に入る。冷房接続状態では第２ポート２６２が第３ポート２６３に連通している。また、第３ポート２６３は第５冷媒配管２２５に接続されている。そのため第２ポート２６２から四方切換弁２６に入った冷媒は第３ポート２６３から四方切換弁２６を出るとともに第５冷媒配管２２５に流れ、さらにアキュムレータ２７に導入される。アキュムレータ２７では導入された冷媒が気液分離される。そして、低温低圧のガス冷媒のみが第６冷媒配管２２６を流れ、圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａに帰還する。このような冷媒の循環サイクルが繰り返されることにより、室内冷房が継続される。

図１に示すように、室内ファン２３１は室内熱交換器２３に対面配置され、室内熱交換器２３に送風することによって室内熱交換器２３内を流れる冷媒と室内空気との間の熱交換を促進させる。また、室外ファン２４１は室外熱交換器２４に対面配置され、室外熱交換器２４に送風することによって室外熱交換器２４内を流れる冷媒と外気との間の熱交換を促進させる。室内ファン２３１および室外ファン２４１は、エンジン駆動式空調装置１を構成する部品であって電力により駆動される部品、すなわち電気駆動部品である。

発電機４０は入力軸４１を有する。入力軸４１には第４プーリ４２が同軸的に連結している。第２プーリ１４と第４プーリ４２との間にベルトが巻き付けられる。したがって、ガスエンジン１０の出力軸１２の回転は、第２プーリ１４および第４プーリ４２を介して発電機４０の入力軸４１に伝達される。入力軸４１が回転駆動することにより、発電機４０で発電される。

発電機４０は、エンジン駆動式空調装置１の構成部品であって電力により駆動する部品（電気駆動部品）に電気的に接続され、これらの電気駆動部品に電力を供給することができるように構成される。例えば、室内ファン２３１、室外ファン２４１、コントローラ６０に電気的に接続される。その他、図示はしないが、ガスエンジン１０を冷却するための冷却ユニットに備えられた冷却ポンプ等にも、発電機４０が電気的に接続される。また、発電機４０はバッテリ５０にも電気的に接続される。さらに、発電機４０は外部負荷にも電気的に接続され、発電機４０で発電した電力で外部負荷が駆動できるようにされる。図１においては、発電機４０は、外部負荷１０１、１０２、１０３に電気的に接続される。

バッテリ５０は発電機４０で発電された電力を蓄える。このバッテリ５０は、コントローラ６０およびスタータモータ７０に電気的に接続され、これらに電力を供給することができるように構成される。

室内機リモコン３０は商用電源から電力供給されることにより作動する。この室内機リモコン３０は、商用電源が利用可能であるときにおけるエンジン駆動式空調装置１の運転の開始および停止の指示や、空調条件等の設定を行うことができるように構成される。そして、設定された条件がコントローラ６０に受信できるように、室内機リモコン３０がコントローラ６０と通信可能に構成される。

スタータモータ７０は上述したようにバッテリ５０に電気的に接続されるとともに、商用電源にも電気的に接続される。したがってスタータモータ７０は、商用電源あるいはバッテリ５０から電力供給されて駆動して、ガスエンジン１０を始動させる。なお、商用電源とバッテリ５０の双方から電力供給が可能であるときは、スタータモータ７０は商用電源から電力供給されて駆動する。

コントローラ６０は、発電機４０、バッテリ５０、および商用電源に電気的に接続される。コントローラ６０は、室内機リモコン３０で設定された条件や、エンジン駆動式空調装置１に備えられている各種センサからの情報に基づいてエンジン駆動式空調装置１を制御する。特に、コントローラ６０は、クラッチ２８の作動、四方切換弁２６の切換作動、ガスエンジン１０の回転数を制御する。さらにコントローラ６０は、エンジン駆動式空調装置１が発電機４０で発電した電力で運転している自立運転中に、発電機４０からエンジン駆動式空調装置１内の電気駆動部品や外部負荷への供給電力の大きさを制御する。

また、図１に示すように、第２冷媒配管２２２のうち室内熱交換器２３に近い部分に第１温度センサ２８１が取付けられ、第３冷媒配管２２３（室内側配管２２３ａ）のうち室内熱交換器２３に近い部分に第２温度センサ２８２が取付けられている。さらに、第３冷媒配管２２３（室外側配管２２３ｂ）のうち室外熱交換器２４に近い部分に第３温度センサ２８３が取付けられ、第４冷媒配管２２４のうち室外熱交換器２４に近い部分に第４温度センサ２８４が取り付けられる。これらの温度センサが検出した温度情報はコントローラ６０に受け渡される。その他、図示はしないが、例えば圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａおよび冷媒吐出口２１ｂの近傍に温度センサや圧力センサが設けられていても良い。さらに、冷媒配管の各所に圧力センサが設けられていても良い。これらのセンサで検出された情報はコントローラ６０に受け渡される。

本実施形態に係るエンジン駆動式空調装置１は、商用電源から電力供給されて始動し、且つ商用電源から電力供給されて運転を継続することができるが、停電時等の商用電源を利用できないときには、自発的に始動するとともに、商用電源からの電力供給を受けることなく自立して運転を継続することもできる。図３は、商用電源からの電力を利用することができない場合にエンジン駆動式空調装置１が空調運転を開始する場合の流れを示すフローチャートである。商用電源を利用できないときにエンジン駆動式空調装置１の運転を開始させる場合、まず、図３のステップ（以下、Ｓと略記する）１に示すように、ユーザが室内機リモコン３０とは別の図示しない外部装置（この外部装置はバッテリ５０から電力供給されている）の起動スイッチを押圧操作（オン操作）して、空調起動信号をコントローラ６０に送信する。すると、コントローラ６０（コントローラ６０もバッテリ５０から電力供給されている）は、スタータモータ７０に空調起動信号を出力する。スタータモータ７０が空調起動信号を受けた場合、バッテリ５０からスタータモータ７０に電力供給される（Ｓ２）。スタータモータ７０はバッテリ５０から電力供給されることにより駆動する。スタータモータ７０の駆動によってガスエンジン１０が始動する（Ｓ３）。ガスエンジン１０が一旦始動すれば、後はガス燃料の供給により駆動が継続されるため、スタータモータ７０を駆動させる必要はない。よって、バッテリ５０からスタータモータ７０への電力供給を停止させる（Ｓ４）。

また、Ｓ３にてガスエンジン１０が始動されると、ガスエンジン１０に動力伝達可能に連結された発電機４０も駆動して発電する（Ｓ５）。また、Ｓ３にてガスエンジン１０が始動された後にコントローラ６０は、ガスエンジン１０と圧縮機２１との接続状態が伝達状態となるようにクラッチ２８を作動させる（Ｓ７）。これによりガスエンジン１０に動力伝達可能に連結された圧縮機２１が駆動される（Ｓ８）。圧縮機２１が駆動することによって、冷媒配管２２中を冷媒が流れて空調運転が開始される。

本実施形態においては、エンジン駆動式空調装置１を構成する各電気駆動部品は発電機４０に電気的に接続される。したがって、商用電源が利用できないときには、Ｓ６のように発電機４０が各電気駆動部品に電力供給する。この場合において、ガスエンジン１０と圧縮機２１の接続状態が伝達状態であるときは、エンジン駆動式空調装置１は、空調および各電気駆動部品および外部負荷への電力供給を同時に行う。このような運転を本明細書では自立空調運転（自立暖房運転、自立冷房運転）と呼ぶ。一方、ガスエンジン１０と圧縮機２１の接続状態が遮断状態であるときは、エンジン駆動式空調装置１は、現状の運転を継続するために電力供給が必要な電気駆動部品および外部負荷への電力供給のみを行う。このような運転を本明細書では自立発電運転と呼ぶ。いずれの自立運転においてもガスエンジン１０は駆動している。

エンジン駆動式空調装置１が自立運転しているときには、上述したように発電機４０で発電された電力は外部負荷１０１、１０２、１０３にも供給される。したがって、例えば停電時においてはエンジン駆動式空調装置１（発電機４０）が商用電源に代わって外部負荷に電源供給する。また、エンジン駆動式空調装置１が自立運転しているときにガスエンジン１０はほぼ定格回転数で回転駆動している。本実施形態において定格回転数は２４００ｒｐｍである。ガスエンジン１０が定格回転数（２４００ｒｐｍ）で駆動している場合に、発電機４０は約４．５ｋＷの大きさの電力を発生する。このうち、外部負荷に供給する最低電力として予め定められた電力（外部供給電力）以上の電力が外部負荷に提供され、残りの電力がエンジン駆動式空調装置１の電気駆動部品に提供される。本実施形態において外部供給電力は２ｋＷに設定されている。また、エンジン駆動式空調装置１に提供される電力のほとんどは、室内ファン２３１および室外ファン２４１に消費される。例えば室内ファン２３１の最大消費電力は約０．７ｋＷであり、室外ファン２４１の最大消費電力は約０．７ｋＷである。

エンジン駆動式空調装置１が自立暖房運転している場合において、外気温度が極端に低くて室外熱交換器２４内の冷媒が外気から十分に熱を奪うことができず、冷媒蒸発温度が０℃未満にまで低下した場合、室外熱交換器２４に着霜するおそれがある。室外熱交換器２４に着霜した場合に室外熱交換器２４の熱交換性能が悪化する。したがって、この場合は自立暖房運転を一旦停止して、自立除霜運転を開始する。自立暖房運転から自立除霜運転に運転状態を切り換える際には、四方切換弁２６の切換状態が暖房接続状態から冷房接続状態に切り換えられる。また、自立除霜運転から自立暖房運転に運転状態を切り換える際には、四方切換弁２６の切換状態が冷房接続状態から暖房接続状態に切り換えられる。本実施形態においては、自立暖房運転から自立除霜運転に運転状態が切り換えられる際に、コントローラ６０が自立除霜前制御を実行し、自立除霜運転から自立暖房運転に運転状態が切り換えられる際に、コントローラ６０が自立除霜後制御を実行する。

図４はコントローラ６０が実行する自立除霜前制御ルーチンを示すフローチャートである。この自立除霜前制御ルーチンは、エンジン駆動式空調装置１が自立暖房運転しているときに所定の微小間隔ごとに行われる。自立除霜前制御ルーチンが起動すると、コントローラ６０は、まず図４のＳ１１にて、室外熱交換器２４が着霜しているか否かを判断する。この着霜判定は、室外熱交換器２４内の冷媒の蒸発温度（第４温度センサ２８４の検出温度）が例えば０℃以上であるか否かにより行うことができる。

着霜していない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、コントローラ６０は自立除霜運転は必要ないと判断してこのルーチンを一旦終了する。一方、着霜している場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、コントローラ６０は運転状態を自立暖房運転から自立除霜運転に変化させるために四方切換弁２６の切換作動要求が入力されたと認識する。この場合、コントローラ６０はＳ１２に処理を進め、発電機４０から室外ファン２４１への電力供給を停止する。これにより室外ファン２４１の駆動が停止する。次いで、コントローラ６０は、ガスエンジン１０の回転数Ｒを、徐々に、あるいは段階的に、低下させる（Ｓ１３）。続いてコントローラ６０は、エンジン回転数Ｒが予め定められた第２設定回転数Ｒ２にまで低下したか否かを判断する（Ｓ１４）。第２設定回転数Ｒ２については後述する。

Ｓ１４にて、エンジン回転数Ｒが第２設定回転数Ｒ２以上と判断した場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、コントローラ６０はＳ１３に処理を戻してエンジン回転数Ｒの低下を継続する。一方、エンジン回転数Ｒが第２設定回転数Ｒ２にまで低下したと判断した場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、コントローラ６０はＳ１５に処理を進め、発電機４０から室内ファン２３１への電力供給を停止する。これにより発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさが低下するとともに、室内ファン２３１の駆動が停止する。

続いて、コントローラ６０は、エンジン回転数Ｒが第１設定回転数Ｒ１にまで低下したか否かを判断する（Ｓ１６）。第１設定回転数Ｒ１は、第２設定回転数Ｒ２よりも小さい回転数（逆に言えば、第２設定回転数Ｒ２は、第１設定回転数Ｒ１よりも大きい回転数）として予め定められる。

ここで、第１設定回転数Ｒ１の定め方について説明する。自立型のエンジン駆動式空調装置の自立空調運転中にエンジン回転数が低下すると、圧縮機の回転数も低下するため、圧縮機の冷媒吐出口における冷媒圧力と冷媒吸入口における冷媒圧力との差圧ΔＰが小さくなる。第１設定回転数Ｒ１は、四方切換弁２６の切換状態を変化させた場合に差圧ΔＰが大きいことによって生じる上記した不具合（熱交換フィンの歪み、大きな冷媒流動音）の発生が適度に抑えられるような差圧ΔＰを発生するためのエンジン回転数として予め定義された回転数である。第１設定回転数Ｒ１は、例えば自立暖房運転時における最低回転数、例えば１２００ｒｐｍに設定することができる。

Ｓ１６にて、エンジン回転数Ｒが第１設定回転数Ｒ１以上であると判断した場合（Ｓ１６：Ｎｏ）は、コントローラ６０はエンジン回転数Ｒが第１設定回転数Ｒ１にまで低下するまで待つ。そして、エンジン回転数Ｒが第１設定回転数Ｒ１にまで低下した場合（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、コントローラ６０はＳ１７に処理を進め、エンジン回転数Ｒの低下を停止する。その後、コントローラ６０はこのルーチンを終了する。

コントローラ６０は、Ｓ１１の判定結果がＹｅｓであって自立除霜前制御の実行を終了した後に、四方切換弁２６を切換作動させる。これにより、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂが室内熱交換器２３に接続されるとともに圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが室外熱交換器２４に接続される暖房接続状態から、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂが室外熱交換器２４に接続されるとともに圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが室内熱交換器２３に接続される冷房接続状態に、四方切換弁２６の切換状態が変化する。この四方切換弁２６の切換作動が完了した時点で自立除霜運転が開始される。このように、本実施形態によれば、自立暖房運転から自立除霜運転に運転状態を変化させるために四方切換弁２６の切換作動要求が入力された場合に、四方切換弁２６が切換作動する前に、ガスエンジン１０の回転数Ｒを第１設定回転数Ｒ１に低下させるとともに発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさが低下するように、ガスエンジン１０の回転数Ｒと発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさを制御する自立除霜前制御が実行される。

自立除霜前制御が終了して自立除霜運転が開始されると、高温高圧のガス冷媒が四方切換弁２６を介して室外熱交換器２４に流入する。そして、室外熱交換器２４にて高温高圧のガス冷媒が凝縮して外気に熱を吐き出す。このため室外熱交換器２４に付着していた霜が溶け出す。これにより除霜される。そして、除霜運転を所定時間だけ継続した後に、コントローラ６０は、自立除霜運転から自立暖房運転に運転状態を変化させるために四方切換弁２６を切換作動させる。これにより、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂが室外熱交換器２４に接続されるとともに圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが室内熱交換器２３に接続される冷房接続状態から、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂが室内熱交換器２３に接続されるとともに圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが室外熱交換器２４に接続される暖房接続状態に四方切換弁２６の切換状態が変化する。この四方切換弁２６の切換作動が完了した時点で自立除霜運転が終了する。

その後、コントローラ６０は、自立除霜後制御を実行する。図５は、コントローラ６０が実行する自立除霜後制御ルーチンを示すフローチャートである。自立除霜後制御ルーチンが起動すると、コントローラ６０は、図５のＳ２１にて、ガスエンジン１０の回転数Ｒを増加させる。

続いてコントローラ６０は、エンジン回転数Ｒが第３設定回転数Ｒ３よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２２）。第３設定回転数Ｒ３については後述するが、例えばガスエンジン１０の定格回転数（２４００ｒｐｍ）に設定してもよい。Ｓ２２にてエンジン回転数Ｒが第３設定回転数Ｒ３以下であると判断された場合（Ｓ２２：Ｎｏ）、コントローラ６０はＳ２１に処理を戻してエンジン回転数Ｒの増加を継続する。一方、エンジン回転数Ｒが第３設定回転数Ｒ３にまで増加したと判断された場合（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、コントローラ６０はＳ２３に処理を進め、発電機４０から室外ファン２４１への電力供給の停止を解除し、次いで、発電機４０から室内ファン２３１への電力供給の停止を解除する（Ｓ２４）。続いてコントローラ６０はＳ２５に処理を進め、エンジン回転数Ｒの制御を自立暖房運転時における制御（通常制御）に戻す。その後、コントローラ６０はこのルーチンを終了する。このように、本実施形態によれば、自立除霜運転から自立暖房運転に運転状態を変化させるために四方切換弁２６が切換作動した後に、ガスエンジン１０の回転数Ｒを増加させるとともに、ガスエンジン１０の回転数Ｒが第３設定回転数Ｒ３に達したときに、室外ファン２４１および室内ファン２３１への電力供給の停止を解除するように、ガスエンジン１０の回転数Ｒと発電機４０から室外ファン２４１および室内ファン２３１への電力供給を制御する自立除霜後制御が実行される。コントローラ６０が自立除霜後制御を実行した後は、エンジン駆動式空調装置１の運転状態が自立暖房運転に切り換わる。

図６は、自立暖房運転から自立除霜運転に、さらに自立除霜運転から自立暖房運転に、運転状態が変化した場合における、エンジン回転数Ｒおよび、圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａにおける冷媒圧力と冷媒吐出口２１ｂにおける冷媒圧力との差圧ΔＰの変化を示すグラフである。図６において、線Ａがエンジン回転数Ｒの変化を表し、線Ｂが差圧ΔＰの変化を表す。

図６に示すように、自立暖房運転時にはエンジン回転数Ｒは定格回転数の２４００ｒｐｍである。このとき差圧ΔＰは約２．５ＭＰａである。なお、差圧ΔＰが２．５ＭＰａであるときに四方切換弁２６を切換作動させた場合には、差圧ΔＰが大きいために、上記した不具合（熱交換フィンの歪み、大きな流動音）が発生する。本実施形態において、四方切換弁２６を切換作動させるときに上記した不具合の発生が十分に抑えられるための差圧ΔＰの範囲は、１．５ＭＰａ以下である。また差圧ΔＰが小さすぎると、四方切換弁２６が作動しない。これらのことから、差圧ΔＰは、四方切換弁２６の最低作動差圧（例えば０．５ＭＰａ）〜１．５ＭＰａであるのがよい。すなわち、四方切換弁２６を切換作動させるときには、差圧ΔＰを四方切換弁２６の最低作動差圧〜１．５ＭＰａの範囲内に収めておく必要がある。

図６において、Ｔ１の時点にて着霜と判断される。つまり、Ｔ１の時点で、コントローラ６０に四方切換弁２６の切換作動要求が入力される。すると、その後に自立除霜前制御が実行されて、エンジン回転数Ｒが低下される。エンジン回転数Ｒが低下すると圧縮機２１の回転数も低下するために、圧縮機２１の能力が低下する。そのため差圧ΔＰも低下する。そして、エンジン回転数Ｒが１２００ｒｐｍまで低下すると、差圧ΔＰが１．５ＭＰａを下回る。本実施形態では、第１設定回転数Ｒ１が１２００ｒｐｍである。したがって、エンジン回転数Ｒが１２００ｒｐｍとなるＴ２の時点でエンジン回転数Ｒの低下が停止されて自立除霜前制御が終了する。その後、四方切換弁２６が切換作動されて自立除霜運転が開始される。

自立除霜運転が所定時間継続され、Ｔ３の時点で四方切換弁２６が切換作動されて自立除霜運転が終了される。その後、自立除霜後制御が実行されて、エンジン回転数Ｒが増加される。エンジン回転数Ｒが増加すると圧縮機２１の回転数も増加するために、圧縮機２１の能力が向上する。そのため差圧ΔＰも上昇する。そして、エンジン回転数Ｒが２４００ｒｐｍまで増加した時点で自立除霜後制御が終了するとともに自立暖房運転が開始される。

図７は、自立暖房運転から自立除霜運転に、さらに自立除霜運転から自立暖房運転に、運転状態が変化した場合における、エンジン回転数Ｒ、発電機４０で発電される電力（実発電電力）および、外部供給電力とエンジン駆動式空調装置１を運転するために各電気駆動部品に供給すべき電力の総和である要求電力の変化を示すグラフである。図７において、上側のグラフがエンジン回転数Ｒの変化を表し、下側のグラフが電力の変化を表す。また、下側のグラフにおいて、線Ａが実発電電力の変化を表し、線Ｂが要求電力の変化を表す。

図７に示すように、自立暖房運転時にはエンジン回転数Ｒは約２４００ｒｐｍであり、発電機４０の実発電電力は約４．５ｋＷである。また、このときにおける要求電力は約３．７ｋＷである。Ｔ１の時点で自立除霜前制御が実行されてエンジン回転数Ｒが低下すると、それに伴い発電機４０の回転数も低下するため実発電電力も低下する。また、Ｔ１の時点で自立除霜前制御が実行された直後に発電機４０から室外ファン２４１への電力供給が停止されることにより、発電機４０から電気駆動部品に供給すべき電力の大きさが低下される。このため、要求電力がＴ１より後のＴ５の時点で３．０ｋＷまで低下する。

自立除霜前制御の実行時において、Ｔ５の時点より後のＴ６の時点までは、要求電力は３．０ｋＷで推移する。この間、上記したように発電機４０から室外ファン２４１への電力供給は停止されているが、発電機４０から室内ファン２３１には電力が供給され続けている。このため室内ファン２３１は駆動を継続している。

一方、Ｔ５の時点以降も実発電電力は徐々に低下するため、実発電電力と要求電力との差が小さくなる。そして、Ｔ５よりも後のＴ６の時点で要求電力の大きさと実発電電力の大きさが等しくなる。つまり、Ｔ６の時点で要求電力も実発電電力も３．０ｋＷである。Ｔ６の時点で、発電機４０から室内ファン２３１への電力供給が停止される。このときのエンジン回転数、すなわち実発電電力と要求電力が等しくなるときにおけるエンジン回転数が、本実施形態の第２設定回転数Ｒ２である。第２設定回転数Ｒ２は、実発電電力Ａと要求電力Ｂとの差（Ａ−Ｂ）が所定の微小電力ΔＶとなったときにおけるエンジン回転数として設定してもよい。つまり、第２設定回転数Ｒ２は、自立除霜前制御において、要求電力（室外ファン以外の電気駆動部品へ供給すべき電力＋外部供給電力）を賄える電力のうちできるだけ小さい電力に相当するエンジン回転数として予め定められる。

エンジン回転数Ｒが第２設定回転数Ｒ２まで低下したとき、すなわち実発電電力と要求電力とが等しくなったときに発電機４０から室内ファン２３１への電力供給が停止されるため、要求電力が３．０ｋＷから２．３ｋＷに低下する。そして、Ｔ２の時点で自立除霜前制御が終了する。Ｔ２の時点におけるエンジン回転数は１２００ｒｐｍであり、このとき実発電電力は２．７ｋＷである。図７からわかるように、Ｔ１〜Ｔ２の間、すなわち自立除霜前制御の実行中は、実発電電力が要求電力を下回ることはない。したがって、電力供給不足が発生することもない。

自立除霜前制御にて低下されるガスエンジン１０の回転数の目標値、すなわち第１設定回転数Ｒ１（本実施形態では１２００ｒｐｍ）は、図６からわかるように差圧ΔＰが１．５ＭＰａ以下となって差圧ΔＰが大きいことにより引き起こされる不具合（四方切換弁２６の切換作動時における熱交換フィンの歪みや大きな流動音）の発生を抑えることができ、且つ、図７からわかるように実発電電力が要求電力を下回らない程度の回転数である。すなわち、差圧ΔＰが大きいことにより引き起こされる不具合（四方切換弁２６の切換作動時における熱交換フィンの歪みや大きな流動音）の発生を抑えることができ、且つ、実発電電力が要求電力を下回らない程度の回転数として、第１設定回転数Ｒ１が予め定められる。

Ｔ２の時点で自立除霜前制御が終了し、四方切換弁２６が切換作動されて自立除霜運転が開始される。自立除霜運転中における発電機４０の実発電電力は２．７ｋＷであり、要求電力Ｂは２．３ｋＷである。つまり、自立除霜運転中には、外部負荷に外部供給電力（２ｋＷ）を提供し、残りの電力でエンジン駆動式空調装置１の運転（除霜運転）を継続する。この自立除霜運転中にも、実発電電力が要求電力を下回ることはない。したがって、電力供給不足が発生することもない。

Ｔ３の時点で四方切換弁２６が切換作動されて除霜運転が終了するとともに、自立除霜後制御が実行される。このためエンジン回転数Ｒが増加される。これに伴い実発電電力も増加する。しかしながら、発電機４０から室内ファン２３１および室外ファン２４１への電力供給は停止されているので、要求電力は増加しない。したがって、実発電電力が要求電力を下回ることはなく、電力供給不足が発生することもない。

Ｔ４の時点でエンジン回転数が第３設定回転数Ｒ３である２４００ｒｐｍまで上昇すると、発電機４０から室内ファン２３１および室外ファン２４１への電力供給の停止が解除されるとともに、自立除霜後制御が終了し、自立暖房運転が開始される。このとき既に実発電電力は４．５ｋＷであるので、それ以降、室内ファン２３１および室外ファン２４１に電力を供給することによって要求電力が増加しても、要求電力が実発電電力を上回って電力供給不足に陥ることはない。つまり、電力供給不足に陥ることなく自立暖房運転を開始することができるエンジン回転数が上記の第３設定回転数Ｒ３である。換言すれば、第３設定回転数Ｒ３は、室内ファン２３１および室外ファン２４１への電力供給の停止を解除して自立暖房運転を開始する場合に、実発電電力が要求電力を下回らない程度の回転数として予め定められる。

以上の説明、および図７からわかるように、本実施形態において、自立暖房運転から自立除霜運転に運転状態が変化する場合、および自立除霜運転から自立暖房運転に運転状態が変化する場合において、エンジン回転数の低下により発電機４０での実発電電力が低下しても、実発電電力が要求電力を下回ることはない。このため外部負荷に少なくとも外部供給電力（２ｋＷ）を安定供給でき、且つ、運転の継続に必要な電気駆動部品にも電力を安定的に供給して自立的にエンジン駆動式空調装置１の運転を継続することができる。

図８は、従来の自立型のエンジン駆動式空調装置において、自立暖房運転から自立除霜運転に、さらに自立除霜運転から自立暖房運転に、運転状態が変化した場合における、エンジン回転数Ｒ、実発電電力および要求電力の変化を示すグラフである。図８において、上側のグラフがエンジン回転数Ｒの変化を表し、下側のグラフが電力の変化を表す。また、下側のグラフにおいて、線Ａが実発電電力の変化を表し、線Ｂが要求電力の変化を表す。

図８に示すように、Ｔ１の時点で着霜されたと判定された場合には、その後エンジン回転数が低下される。エンジン回転数の低下に伴い発電機４０での実発電電力も低下する。ところが、室内ファンおよび室外ファンへの電力供給は停止されていない。そのためＴ７の時点で実発電電力が要求電力を下回る。

Ｔ２の時点でエンジン回転数の低下が終了し、四方切換弁が切換作動して自立除霜運転が開始される。このとき発電機から室内ファンおよび室外ファンへの電力供給が停止されるため、Ｔ７の時点で実発電電力が要求電力を上回る。しかし、Ｔ７〜Ｔ８の間の区間Ｃでは実発電電力が要求電力を下回っているので、電力供給不足が発生する。

また、自立除霜運転はＴ３の時点で終了する。すると、その後エンジン回転数が増加される。これに伴い実発電電力も増加する。また、自立除霜運転が終了すると、ただちに発電機から室内ファンおよび室内ファンに電力供給される。このため要求電力も増加する。そして、Ｔ９の時点で要求電力が実発電電力を上回る。その後要求電力は３．９ｋＷ程度で一定となるが、実発電電力はエンジン回転数の増加とともに増加していき、Ｔ１０の時点で実発電電力が要求電力を上回る。しかし、Ｔ９〜Ｔ１０の間の区間Ｄは実発電電力が要求電力を下回っているので、電力供給不足が発生する

このように、従来の自立型のエンジン駆動式空調装置においては、自立暖房運転から自立除霜運転への切換時、および、自立除霜運転から自立暖房運転への切換時に、電力不足が発生する。これに対し、本実施形態に係る自立型のエンジン駆動式空調装置１においては、自立暖房運転から自立除霜運転への切換時、および、自立除霜運転から自立暖房運転への切換時の双方にて、電力供給不足に陥ることはない。このため、電力供給不足によって外部負荷やエンジン駆動式空調装置の駆動が停止することを防止することができる。

以上のように、本実施形態のエンジン駆動式空調装置１は、ガスエンジン１０と、圧縮機２１と、室内熱交換器２３と、室外熱交換器２４と、四方切換弁２６と、発電機４０と、コントローラ６０（制御部）とを備える。圧縮機２１は、冷媒吸入口２１ａおよび冷媒吐出口２１ｂとを有し、ガスエンジン１０の動力によって駆動して低圧のガス冷媒を冷媒吸入口２１ａから吸入し高圧のガス冷媒を冷媒吐出口２１ｂから吐出する。室内熱交換器２３は、室内に設置され、暖房運転時に圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂから吐出された冷媒と室内空気とを熱交換させる。室外熱交換器２４は室外に設置され、暖房運転時に室内熱交換器２３から流出し、膨張弁２５により膨張された冷媒と外気とを熱交換させる。四方切換弁２６は、暖房運転時には、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂが室内熱交換器２３に接続されるとともに圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが室外熱交換器２４に接続される暖房接続状態とされ、冷房運転時および除霜運転時には、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂが室外熱交換器２４に接続されるとともに圧縮機２１の冷媒吸入口２１ａが室内熱交換器２３に接続される冷房接続状態とされるように、圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂおよび冷媒吸入口２１ａと、室内熱交換器２３および室外熱交換器２４との接続状態を切換可能に構成される。発電機４０は、ガスエンジン１０の動力によって発電するとともに、発電した電力を、外部負荷および、エンジン駆動式空調装置１を構成する部品であって電力により駆動する電気駆動部品に供給可能に構成される。そして、コントローラ６０は、発電機４０が電気駆動部品に電力を供給しているときに暖房運転から除霜運転に運転状態を変化させるために四方切換弁２６の切換作動要求が入力された場合、つまり自立暖房運転時に運転状態を自立除霜運転に切り換えるための四方切換弁２６の切換作動要求が入力された場合に、四方切換弁２６が切換作動する前に、自立除霜前制御を実行する。自立除霜前制御では、コントローラ６０は、ガスエンジン１０の回転数を予め定められた所定の低い回転数である第１設定回転数Ｒ１に低下させるとともに発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさが低下するように、ガスエンジン１０の回転数と発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさを制御する。

また、コントローラ６０は、自立除霜前制御にて、ガスエンジン１０の回転数Ｒを第１設定回転数Ｒ１に低下させるとともに、発電機４０の実発電電力が、外部負荷に供給する最低電力として予め定められた外部供給電力（２．０ｋＷ）と電気駆動部品に供給すべき電力との総和である要求電力を下回らないように、ガスエンジン１０の回転数Ｒと発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさを制御する。

本実施形態によれば、自立暖房運転から自立除霜運転への切換時に、四方切換弁２６が切換作動する前に、コントローラ６０が自立除霜前制御を実行する。自立除霜前制御の実行によってエンジン回転数Ｒが第１設定回転数Ｒ１に低下されるが、これとともに発電機４０から電気駆動部品への供給電力の大きさも低下されるため、外部負荷に対する電力供給不足の発生を防止でき、外部負荷への電力の安定供給を実現できる。加えて、自立除霜前制御にて発電機４０の実発電電力が要求電力を下回らないように、発電機４０から電気駆動部品に供給すべき電力の大きさを制御するため、運転の継続に必要な電気駆動部品への電力を確保することができる。よって、電気駆動部品への電力供給不足によってエンジン駆動式空調装置１の運転が停止すること、およびエンジン駆動式空調装置１が停止することによって外部負荷への電力供給が遮断されることを防止できる。

また、コントローラ６０は、自立除霜前制御にて、ガスエンジン１０の回転数Ｒを第１設定回転数Ｒ１に低下させるとともに発電機４０から室外ファン２４１への電力の供給が停止するように、ガスエンジン１０の回転数Ｒと発電機４０から室外ファン２４１への電力供給を制御する。このように自立除霜運転で電力供給の必要ない室外ファン２４１への電力供給を停止することにより、無駄な電力消費を抑えつつ、自立除霜運転で発電機４０から電力供給の必要な電気駆動部品（例えばコントローラ６０）に供給される電力を確保することができる。

また、コントローラ６０は、自立除霜前制御にて、ガスエンジン１０の回転数Ｒが、第１設定回転数Ｒ１よりも高い回転数であって、室外ファン２４１以外の必要な電気駆動部品に供給すべき電力および外部供給電力を賄うことができる電力のうちできるだけ小さい電力を発電機４０で発電させるために必要な回転数として予め定められた第２設定回転数Ｒ２に低下するまでは、発電機４０から室内ファン２３１への電力供給が継続され、ガスエンジン１０の回転数Ｒが第２設定回転数Ｒ２まで低下したときに発電機４０から室内ファン２３１への電力供給が停止するように、ガスエンジン１０の回転数Ｒと発電機４０から室内ファン２３１への電力供給を制御する。このため、室内ファン２３１の駆動が停止するときにできるだけエンジン回転数Ｒを下げることができる。よって、室内ファン２３１の停止時に圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂの圧力（すなわち室内熱交換器２３に流入する冷媒の圧力）を低下させることができる。

除霜運転では室内ファンの駆動は必要ない。しかしながら、暖房運転中に室内ファンの駆動を急停止した場合、室内熱交換器内での冷媒の凝縮が急停止する。室内熱交換器での冷媒の凝縮が急停止すると、室内熱交換器から流出する冷媒の圧力が急上昇し、圧力異常によってエンジン駆動式空調装置が停止するおそれがある。この点に関し、本実施形態においては上述したように室内ファン２３１の停止時に圧縮機２１の冷媒吐出口２１ｂにおける冷媒圧力（すなわち室内熱交換器２３に流入する冷媒圧力）を低下させることができる。よって、室内ファン２３１の停止時に室内熱交換器２３から流出する冷媒圧力の急上昇による異常停止を回避することができる。

また、コントローラ６０は、発電機４０が電気駆動部品に電力を供給しているときに除霜運転から暖房運転に運転状態を変化させるために四方切換弁２６が切換作動した後に、自立除霜後制御を実行する。自立除霜後制御では、コントローラ６０は、ガスエンジン１０の回転数を増加させるとともに、ガスエンジン１０の回転数Ｒが予め定められた所定の高い回転数である第３設定回転数Ｒ３に達したときに、室外ファン２４１および室内ファン２３１への電力供給の停止を解除するように、ガスエンジン１０の回転数と発電機４０から室外ファン２４１および室内ファン２３１への電力供給を制御する。この自立除霜後制御によって、エンジン回転数Ｒが十分に上昇して発電機４０の実発電電力が十分に上昇した後に、室外ファン２４１および室内ファン２３１への電力供給が開始される。そのため、エンジン回転数Ｒが上昇する過程で実発電電力が要求電力を下回って電力供給不足に陥ることが防止される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態においては、エンジンとしてガスエンジンを用いた例を説明したが、ガソリン等の液体燃料を用いるエンジンでも良い。また、本実施形態で示した第１設定回転数Ｒ１や第３設定回転数Ｒ３の値は例示であり、適宜変更することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変更可能である。

１…エンジン駆動式空調装置、１０…ガスエンジン、２０…空調ユニット、２１…圧縮機、２１ａ…冷媒吸入口、２１ｂ…冷媒吐出口、２２…冷媒配管、２３…室内熱交換器、２３ａ…第１流入口、２３ｂ…第１流出口、２３１…室内ファン、２４…室外熱交換器、２４ａ…第２流入口、２４ｂ…第２流出口、２４１…室外ファン、２５…膨張弁、２６…四方切換弁、２６１…第１ポート、２６２…第２ポート、２６３…第３ポート、２６４…第４ポート、４０…発電機、５０…バッテリ、６０…コントローラ（制御部）、７０…スタータモータ、１０１，１０２，１０３…外部負荷、Ａ…実発電電力、Ｂ…要求電力、Ｒ…エンジン回転数、Ｒ１…第１設定回転数、Ｒ２…第２設定回転数、Ｒ３…第３設定回転数、ΔＰ…差圧

Claims (5)

1. 暖房運転および除霜運転を行い得るよう構成されたエンジン駆動式空調装置であって、
   エンジンと、
   冷媒吸入口および冷媒吐出口とを有し、前記エンジンの動力によって駆動して低圧のガス冷媒を前記冷媒吸入口から吸入し高圧のガス冷媒を前記冷媒吐出口から吐出する圧縮機と、
   室内に設置され、暖房運転時に前記圧縮機の前記冷媒吐出口から吐出された冷媒と室内空気とを熱交換させる室内熱交換器と、
   室外に設置され、暖房運転時に前記室内熱交換器から流出した冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器と、
   暖房運転時には、前記圧縮機の前記冷媒吐出口が前記室内熱交換器に接続されるとともに前記圧縮機の冷媒吸入口が前記室外熱交換器に接続され、除霜運転時には、前記圧縮機の前記冷媒吐出口が前記室外熱交換器に接続されるとともに前記圧縮機の前記冷媒吸入口が前記室内熱交換器に接続されるように、前記圧縮機の前記冷媒吐出口および前記冷媒吸入口と、前記室内熱交換器および前記室外熱交換器との接続状態を切換可能に構成された四方切換弁と、
   前記エンジンの動力によって発電するとともに、発電した電力を、外部負荷および、前記エンジン駆動式空調装置を構成する部品であって電力により駆動する電気駆動部品に供給可能に構成された発電機と、
   前記発電機が前記電気駆動部品に電力を供給しているときに暖房運転から除霜運転に運転状態を変化させるために前記四方切換弁の切換作動要求が入力された場合に、前記四方切換弁が切換作動する前に、前記エンジンの回転数を予め定められた所定の低い回転数である第１設定回転数に低下させるとともに前記発電機から前記電気駆動部品への供給電力の大きさが低下するように、前記エンジンの回転数と前記発電機から前記電気駆動部品への供給電力の大きさを制御する自立除霜前制御を実行する制御部と、
   を備える、エンジン駆動式空調装置。
2. 請求項１に記載のエンジン駆動式空調装置において、
   前記制御部は、前記自立除霜前制御にて、前記エンジンの回転数を前記第１設定回転数に低下させるとともに、前記発電機の実発電電力が、前記外部負荷に供給する最低電力として予め定められた電力と前記電気駆動部品に供給すべき電力との総和である要求電力を下回らないように、前記エンジンの回転数と前記発電機から前記電気駆動部品への供給電力の大きさを制御する、エンジン駆動式空調装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン駆動式空調装置において、
   前記室外熱交換器に送風する前記電気駆動部品としての室外ファンを備え、
   前記制御部は、前記自立除霜前制御にて、前記エンジンの回転数を前記第１設定回転数に低下させるとともに前記発電機から前記室外ファンへの電力の供給が停止するように、前記エンジンの回転数と前記発電機から前記室外ファンへの電力供給を制御する、エンジン駆動式空調装置。
4. 請求項３に記載のエンジン駆動式空調装置において、
   前記室内熱交換器に送風する前記電気駆動部品としての室内ファンを備え、
   前記制御部は、前記自立除霜前制御にて、前記エンジンの回転数が前記第１設定回転数よりも高い第２設定回転数に低下するまでは、前記発電機から前記室内ファンへの電力供給が継続され、前記エンジンの回転数が前記第２設定回転数まで低下したときに前記発電機から前記室内ファンへの電力供給が停止するように、前記エンジンの回転数と前記発電機から前記室内ファンへの電力供給を制御する、エンジン駆動式空調装置。
5. 請求項４に記載のエンジン駆動式空調装置において、
   前記制御部は、前記発電機が前記電気駆動部品に電力を供給しているときに除霜運転から暖房運転に運転状態を変化させるために前記四方切換弁が切換作動した後に、前記エンジンの回転数を増加させるとともに、前記エンジンの回転数が予め定められた所定の高い回転数である第３設定回転数に達したときに、前記室外ファンおよび前記室内ファンへの電力供給の停止を解除するように、前記エンジンの回転数と前記発電機から前記室外ファンおよび前記室内ファンへの電力供給を制御する自立除霜後制御を実行する、エンジン駆動式空調装置。

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