CN105276856B

CN105276856B - 燃气热泵式空气调节系统

Info

Publication number: CN105276856B
Application number: CN201510254890.3A
Authority: CN
Inventors: 松林成彰; 古井美绪; 小森晃; 古田裕贵
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-06-13
Filing date: 2015-05-19
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2035-05-19
Also published as: JP2016014520A; US20150362231A1; JP6455722B2; CN105276856A

Abstract

燃气热泵式空气调节系统具备：燃气发动机，使用燃气作为燃料而生成动力；热泵循环，包含由所述燃气发动机驱动的压缩机和配置于室内空间的至少一个热交换器，并由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节；发电机，由所述燃气发动机驱动而生成电力；以及局部空调设备，与所述热交换器配置于同一室内空间，使用由所述发电机生成的所述电力进行所述室内空间的空气调节。

Description

燃气热泵式空气调节系统

技术领域

本发明涉及燃气热泵式空气调节系统。

背景技术

在现有的燃气热泵式空气调节系统中，由燃气发动机驱动压缩机。但是，在空调负荷低时，燃气发动机变为低速旋转，系统的效率降低。因此，提出了从燃气发动机切换为马达来驱动压缩机(专利文献1)。另外，也提出了根据空调负荷，在燃气发动机与马达之间切换压缩机所需要的驱动力，或并用燃气发动机和马达(专利文献2)。

图9示出了专利文献1和专利文献2所记载的现有的燃气热泵式空气调节系统的构成。热泵循环包括室内机115a、室内机115b、膨胀阀114、热交换器113、多个冷媒配管116以及压缩机112。压缩机112经由带轮130、带轮131以及带132，由燃气发动机111驱动。通过调整离合器133，发电机120经由带轮134、带轮135以及带136，由燃气发动机111驱动。

在专利文献1中，由发电机120生成的电力存储在蓄电池125中。在空调负荷高时，室内机115a和室内机115b所需要的热或冷多。因此，需要压缩机112以高转速运转。也就是说，燃气发动机111以高转速运转。由发电机120生成的电力存储在蓄电池125中。另一方面，在空调负荷低时，室内机115a和室内机115b需要的热或冷少。因此，需要压缩机112以低转速运转。但是，当燃气发动机111以低转速运转时效率差。因此，控制电路126执行控制以使得由发电机120驱动压缩机112。即，发电机120使用蓄电池125的电力作为马达被驱动，经由离合器137、带轮138、带轮139以及带140使压缩机112旋转。

在专利文献2中，用于使发电机120作为马达而驱动的电力经由配电盘122以及逆变器121被从商用电源123供给。控制电路126执行控制以使得由燃气发动机111驱动压缩机112的情况下的运转成本与由发电机120(马达)驱动压缩机112的情况下的运转成本的总和成为最小。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-7356号公报

专利文献2：日本专利第4958448号公报

发明内容

根据专利文献1和2所公开的技术，无法期待高负荷时的效率的改善。

本发明提供一种用于在维持室内的舒适性的同时，改善燃气热泵式空气调节系统的效率的技术。

即，本发明涉及的燃气热泵式空气调节系统具备：

燃气发动机，使用燃气作为燃料而驱动压缩机；

热泵循环，包含由所述燃气发动机驱动的所述压缩机和配置于室内空间的至少一个热交换器，并由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节；

发电机，由所述燃气发动机驱动而生成电力；

局部空调设备，与所述热交换器配置于同一室内空间，使用由所述发电机生成的所述电力来进行所述室内空间的空气调节；以及

控制电路，根据所述室内空间的空调负荷，控制所述发电机和所述热交换器。

根据上述技术，能够在维持室内的舒适性的同时，改善燃气热泵式空气调节系统的效率。

附图说明

图1是本发明的实施方式1涉及的燃气热泵式空气调节系统的构成图。

图2是本发明的实施方式2涉及的燃气热泵式空气调节系统的构成图。

图3是表示燃气热泵循环的效率特性的图。

图4是表示离合器电平与发电机的转速的关系的图。

图5是表示发电机的转速与由燃气发动机消耗的燃气量的关系的图。

图6是表示发电机的转速与发电量的关系的图。

图7是表示控制电路的控制的流程图。

图8是表示控制电路的控制的流程图。

图9是现有的燃气热泵式空气调节系统的构成图。

图10是说明现有的燃气热泵式空气调节系统的问题点的图。

具体实施方式

(成为本发明的基础的见解)

在图9所示的现有的燃气热泵式空气调节系统中，室内机115a和115b设置于顶棚。因此，在需要空调的区域和不需要空调的区域存在于同一房间的情况下，选择性地进行这些区域的空气调节并不容易。其结果，浪费了空调能量(燃气)。

在此，分别说明空调负荷高的情况和空调负荷低的情况。在进行室内空间的空气调节的情况下，对空调区域设定任意的设定温度(目标温度)。控制空气调节系统以使得空调区域到达该设定温度。作为高负荷的事例，可列举如下情况，在空气调节系统的启动时且空调区域的现状温度与设定温度之差大，室内机所需要的热或冷大。当空气调节系统启动而继续运转时，空调区域的现状温度与设定温度之差逐渐缩小，室内机所需要的热或冷也减少。也就是说，空调区域成为低负荷状态(所谓的稳定状态或部分负荷状态)。

如图10所示，例如，假定室内空间分为通常空调区域160、局部空调区域161以及无需空调区域162。通常空调区域160是具有通常的空调负荷的空调区域。局部空调区域161是具有高的空调负荷的空调区域。无需空调区域162是局部空调区域161的上方的区域。在通常空调区域160中，假定为居住者170主要穿厚衣服进行站立作业。在局部空调区域161中，假定为居住者171主要穿薄衣服进行就座作业。由于在局部空调区域161中居住者171正在进行就座作业，所以局部空调区域161的上方的空间是不直接影响居住者171的温感或冷感的空间。也就是说，无需空调区域162是本来进行空气调节反而浪费的部分。

从舒适性指标PMV(Predicted Mean Vote：预测平均冷温感申报)的观点来看，为了确保舒适性所需要的温度基于居住者的穿衣状态和作业状况决定。例如，在进行供暖空气调节的情况下，局部空调区域161需要的温度比通常空调区域160需要的温度高。也就是说，在图10的例子中，局部空调区域161的空调负荷比通常空调区域160的空调负荷高。进而，需要由室内机115b进行局部空调区域161和无需空调区域162的空气调节。因此，局部空调区域161是与通常空调区域160相比极为高负荷的区域。尽管局部空调区域161具有高的空调负荷，但由于来自室内机115b的气流难以达到等理由，有可能无法充分地进行空气调节。在该情况下，无法向居住者提供能够满足的舒适性。越增加从室内机115b供给的热或冷，则供给到无需空调区域162的浪费的热或冷也越增加，结果空调能量(燃气)的浪费增加。

本发明的第1技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统具备：

燃气发动机，使用燃气作为燃料而驱动压缩机；

发电机，由所述燃气发动机驱动而生成电力；

局部空调设备，与所述热交换器配置于同一室内空间，使用由所述发电机生成的所述电力进行所述室内空间的空气调节；以及

根据第1技术方案，局部空调设备使用由发电机生成的电力进行室内空间的局部空气调节。根据室内空间的空调负荷，控制发电机和室内机。通过在高负荷的空调区域中使用局部空调设备，能够减轻构成热泵循环的压缩机的负荷。因此，能够改善高负荷时的燃气热泵式空气调节系统的效率。

优选，局部空调设备无需像室内机那样由于冷媒配管的限制而固定设置于顶棚。局部空调设备能够设置于高负荷的空调区域。局部空调设备例如能够设置在存在于高负荷的空调区域的居住者的附近。在该情况下，由于难以从局部空调设备向不需要空调的区域供给热或冷，所以能够减少空调能量(燃气)的浪费。另外，在居住者的附近设置局部空调设备的情况下，也难以损害居住者的舒适性。

作为局部空调设备，能列举在供暖时用电工作的暖风扇加热器。将暖风扇加热器设置于居住者的身边，用发电机生成的电力使暖风扇加热器工作。由此，即使停止室内机也能够维持居住者的舒适性。另外，在室内机的供暖中，也不得不加热室内机与居住者之间的不需要空调的区域。但是，如果使用局部空调设备，则由于无需加热不需要空调的区域，所以能够节约能量。另外，如果停止室内机，则能够减少施加至压缩机的负荷。也就是说，由于能够避免以高负荷驱动压缩机，所以热泵循环的效率改善。本发明人基于上述见解，想到了以下说明的各技术方案的发明。

与专利文献1和2所公开的技术相比，本发明的第1技术方案在以下方面优异。在专利文献1和2中，将发电机120作为马达使用。但是，由于发电机120本来以发电的目的而设置，所以在作为马达使用的情况下无法够产生足够的驱动力。虽然在低负荷时能够将发电机120作为马达使用来驱动压缩机112，但是由于在高负荷时需要用相当高的转速驱动压缩机112，所以无法单凭发电机120驱动压缩机112。因此，专利文献1和2所公开的技术无法改善高负荷时的效率。

与此相对，根据本发明的燃气热泵式空气调节系统，具备：由所述燃气发动机驱动的发电机和使用由所述发电机生成的电力进行所述室内空间的空气调节的局部空调设备。因此，通过在高负荷的空调区域中使用局部空调设备，能够减轻构成热泵循环的压缩机的负荷。因此，能够改善高负荷时的燃气热泵式空气调节系统的效率。

在第2技术方案中，例如，第1技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述控制电路也可以在由所述热交换器进行空气调节时使所述发电机停止，在由所述热交换器进行的空气调节停止时从所述发电机向所述局部空调设备供给电力。根据第2技术方案，能够减轻施加至热泵循环的负荷，并改善热泵循环的高负荷时的效率。

在第3实施技术方案中，例如，第1技术方案或第2技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述控制电路也可以根据所述室内空间的所述空调负荷的大小，相互切换由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的第一运转模式和由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的第二运转模式。根据第3技术方案，能够减轻施加至热泵循环的负荷，并改善热泵循环的高负荷时的效率。

在第4技术方案中，例如，第1技术方案或第2技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的控制电路也可以控制所述发电机和所述热交换器，在由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量大于在由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量时，由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节，在由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量为在由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量以下时，由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节。根据第4技术方案，能够在维持舒适性的同时，切实地节约燃气。

在第5实施技术方案中，例如，第1技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述控制电路也可以在由所述热交换器进行了空气调节的每单位时间的所述室内空间的温度变化量为预定值以下时，从所述发电机向所述局部空调设备供给电力，开始由所述局部空调设备进行的空气调节。

在第6技术方案中，例如，第5技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述控制电路也可以在由所述热交换器进行了空气调节的每单位时间的所述室内空间的温度变化量超过所述预定值时，切换为由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的第一运转模式，在由所述热交换器进行了空气调节的每单位时间的所述室内空间的温度变化量为预定值以下时，切换为由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的第二运转模式。

在第7技术方案中，例如，第1技术方案～第6技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统也可以包含多个所述热交换器，所述控制电路通过所述局部空调设备取代从所述多个热交换器的至少一个中选择的所述热交换器而进行所述室内空间的空气调节。根据第7技术方案，能够极力避免热泵循环的开启/关闭。这也有助于空气调节系统的效率的改善。

在第8技术方案中，例如，第1技术方案～第7技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统还可以具备将所述燃气发动机的动力向所述发电机传递的离合器，所述控制电路通过控制所述离合器来控制所述发电机的转速。根据第8技术方案，由于由发电机生成了需要的足够量的电力，所以难以浪费能量(燃气)。

在第9技术方案中，例如，第1技术方案～第8技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述热泵循环也可以包含多个所述热交换器，多个所述热交换器也可以包含第一热交换器和第二热交换器，所述室内空间也可以包含多个空调区域，所述多个空调区域也可以包含由所述第一热交换器进行空气调节的通常空调区域和由从所述第二热交换器和所述局部空调设备中选择的一个进行空气调节的局部空调区域。如果用适合于多个空调区域的每一个的方法进行空气调节，则容易改善空气调节系统的效率。

第10技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统具备：燃气发动机，使用燃气作为燃料而驱动所述压缩机；热泵循环，包含压缩机和配置于室内空间的热交换器，并利用所述热交换器进行所述室内空间的空气调节；发电机，由所述燃气发动机驱动而生成电力；以及局部空调设备，使用由所述发电机生成的所述电力进行所述室内空间的空气调节，由所述局部空调设备进行所述空调负荷高的空调区域的空气调节，由所述热交换器进行除此以外的空调区域的空气调节。

根据第10技术方案，能够得到与第1技术方案相同的效果。进而，根据第10技术方案，使室内机的数量减少，并无需复杂的控制。因此，能够减小初期投资成本。

在第11技术方案中，例如，第10技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述热泵循环由所述热交换器进行所述室内空间的供暖，所述局部空调设备进行室内空间的供暖，所述热交换器配置于所述室内空间的顶棚，所述局部空调设备配置于所述室内空间的地面。

在第12技术方案中，例如，第1技术方案～第10技术方案涉及的燃气热泵式空气调节系统的所述热泵循环的所述局部空调设备也可以为能够搬运的电动式暖风扇加热器。如果能够搬运，则能够容易地将局部空调设备设置在居住者的附近。

以下，参照附图并说明本发明的实施方式。本发明并不限定于以下的实施方式。在本说明书中，“空调”这一词包含制冷和供暖这两方的含义。

(实施方式1)

如图1所示，本实施方式的燃气热泵式空气调节系统100具备：室外机10、配置于室内空间的作为热交换器的第一室内机15a、配置于室内空间的作为热交换器的第二室内机15b、控制电路50以及局部空调设备80。室外机10包含压缩机12、热交换器13以及膨胀阀14。压缩机12、热交换器13、膨胀阀14、第一室内机15a以及第二室内机15b通过多个冷媒配管16呈环状连接，由此，形成有热泵循环17。

室外机10还包含燃气发动机11、动力传递机构40、离合器33、动力传递机构41、发电机20以及逆变器21。动力传递机构40包括带轮30、带轮31以及带32。动力传递机构41包括带轮34、带轮35以及带36。动力传递机构40和41不限定于带传递机构，也可以是链条传递机构、齿轮传递机构等其他传递机构。压缩机12经由动力传递机构40由燃气发动机11驱动。离合器33将燃气发动机11的动力向发电机20传递。发电机20经由离合器33和动力传递机构41，由燃气发动机11驱动。通过控制离合器33，能够调整从燃气发动机11向发电机20传递的转矩。

发电机20经由逆变器21和配电盘22与局部空调设备80连接。局部空调设备80利用发电机20生成的电力进行运转。

控制电路50包含负荷检测单元51、切换判断单元52、常数设定单元53、离合器控制单元54以及室内机控制单元55。负荷检测单元51检测对室内空间的多个空调区域分别设定的设定温度，算出各空调区域的空调负荷。在常数设定单元53中，保存有表示热泵循环17的特性的常数和影响各空调区域的空调负荷的常数。这些常数在算出空调负荷时使用。切换判断单元52基于各空调区域的空调负荷的算出结果，判断是否需要使用了局部空调设备80的局部空气调节。室内机控制单元55接受切换判断单元52的判断，向室内机15b发送开启(ON)信号或关闭(OFF)信号。离合器控制单元54接受切换判断单元52的判断，算出发电机20所需要的转速，并向离合器33发送控制信号。

控制电路50是具有控制功能的部件即可，具备运算处理单元(未图示)和存储控制程序的存储单元(未图示)。作为运算处理单元，例示了MPU、CPU。作为存储单元，例示了存储器。控制电路既可以由进行集中控制的单独的控制电路构成，也可以由相互协调工作而进行分散控制的多个控制电路构成(其他实施方式及其变形例的控制电路也同样)。在存储单元保存有用于使空气调节系统100适当运转的程序。负荷检测单元51、切换判断单元52、常数设定单元53、离合器控制单元54以及室内机控制单元55的各功能能够由在硬件上执行的软件提供。控制电路50也可以配置在室外机10中。像BEMS(Building Energy ManagementSystem：建筑物能量管理系统)那样，控制电路50也可以设置于能够通过网络进行空气调节系统100的各设备的控制的中央监视装置。

如图1所示，假定在同一房间中存在多个空调区域60、61、62。在本实施方式中，多个空调区域60、61、62包含通常空调区域60、局部空调区域61以及无需空调区域62。通常空调区域60是具有通常的负荷的空调区域。局部空调区域61是具有高的空调负荷的空调区域。无需空调区域62是不存在居住者的不需要空气调节的区域。在通常空调区域60的上方设置有第一室内机15a，在局部空调区域61的上方设置有第二室内机15b。在局部空调区域61也设置有局部空调设备80。通常空调区域60的空气调节由第一室内机15a进行。局部空调区域61的空气调节由从第二室内机15a和局部空调设备80中选择的一个进行。如果用适合于多个空调区域的每一个的方法进行空气调节，则容易改善空气调节系统100的效率。

在通常空调区域60中，假定为居住者70主要穿厚衣服进行站立作业。在局部空调区域61中，假定为居住者71主要穿薄衣服进行就座作业。在进行供暖空气调节的情况下，从舒适性指标PMV的观点来看，局部空调区域61是高负荷的空调区域。从第一室内机15a供给通常空调区域60需要的热，从第二室内机15b供给局部空调区域61需要的热。

局部空调设备80配置于局部空调区域61。通过电力线24向局部空调设备80供给由发电机20生成的电力。由此，向局部空调区域61局部地供给热或冷。能够从热泵循环17和局部空调设备80这两方向局部空调区域61供给热或冷。作为局部空调设备80，可列举电动式暖风扇加热器、冷风扇等。优选局部空调设备80为能够以人力搬运的设备。如果能够搬运，则能够容易地将局部空调设备80设置在居住者的附近。

控制电路50取得第一室内机15a的设定温度TL(目标温度)、第二室内机15b的设定温度TH(目标温度)以及环境温度To。基于设定温度TL、设定温度TH以及环境温度To，控制电路50判断在局部空调区域61中是否具有局部空调设备80的局部空气调节效果。换言之，控制电路50判断是否应通过局部空调设备80进行局部空气调节。控制电路50对第二室内机15b输出使第二室内机15b开启或关闭的指令。控制电路50对离合器33输出离合器电平U。控制电路50调整发电机20的发电量Pg。

接着，说明空气调节系统100的运转。

控制电路50的负荷检测单元51算出第一室内机15a进行空气调节的空调区域的负荷和第二室内机15b进行空气调节的空调区域的负荷，将算出结果发送给切换判断单元52。作为负荷的算出方法的一种，可列举根据室内机的设定温度T(K)和环境温度To算出负荷Q(W)的方法。设定温度T能够由居住者输入至室内机的遥控器。控制电路50例如通过无线通信从室内机的遥控器直接取得室内机的设定温度T。环境温度To例如能够从环境温度传感器(省略图示)取得。在将应进行空气调节的空间的空间表面积设为A(m²)、将相对于空间表面积的传热系数设为k(W/(m²·K))时，负荷Q能够用下述式(1)算出。

Q＝(T-To)·k·A…(1)

在将通常空调区域60的空调负荷设为QL，将设定温度设为TL，将空间表面积设为AL，将传热系数设为kL时，负荷检测单元51按照下述式(2-1)算出空调负荷QL。同样地，当将局部空调区域61的空调负荷设为QH，将设定温度设为TH，将空间表面积设为AH，将传热系数设为kH时，负荷检测单元51按照下述式(2-2)算出空调负荷QH。

QL＝(TL-To)·kL·AL…(2-1)

QH＝(TH-To)·kH·AH…(2-2)

空间表面积AL、AH和传热系数kL、kH分别是空气调节系统100的设计值。因此，这些值预先保存于常数设定单元53，并根据需要由负荷检测单元51从常数设定单元53取得，在式(2-1)和式(2-2)的计算中使用。

接着，控制电路50的切换判断单元52从负荷检测单元51取得负荷Q，算出用于驱动热泵循环17的压缩机12所需要的燃气量Vhp(m³/分钟)。燃气量Vhp能够使用表示热泵循环17的效率的COP(coefficient of performance：性能系数)((分钟·W)/m³)，用下述式(3)算出。

Vhp＝Q/COP…(3)

在此，参照图3，说明燃气热泵循环的效率特性。图3示出了热泵循环的效率(COP)与负荷Q的关系。例如，通常空调区域60的相对于空调负荷QL的效率为COP_L。该关系由压缩机12等设备的性能和热泵循环17的构成决定。一般来说，在燃气热泵循环中，在被称为中间负荷的负荷下效率成为最大。在比中间负荷高的额定负荷和更高的负荷下，效率低。在被称为低负荷或部分负荷的负荷低的区域中，效率也低。虽然之前说明的专利文献1和2公开了改善在低负荷或部分负荷下的效率的技术，但没有公开在高负荷下的效率的技术。

考虑到效率COP与负荷Q的关系，算出由第一室内机15a和第二室内机15b进行空气调节时所需要的燃气量Vhp_ALL。由第一室内机15a进行空气调节的区域是通常空调区域60，其空调负荷是QL。由第二室内机15b进行空气调节的区域是局部空调区域61和无需空调区域62。虽然无需空调区域62不直接影响居住者71的温感或冷感，但由于第二室内机15b设置于顶棚，所以是不得以而需要进行空气调节的区域。在将无需空调区域62的负荷设为QLoss时，第二室内机15b的空调负荷为QH+QLoss。第一室内机15a和第二室内机15b的空调负荷的总和为QL+QH+QLoss。如图3所示，在相对于QL+QH+QLoss这一负荷的效率为COP_ALL时，能够使用式(2-1)、式(2-2)以及式(3)，由下述式(4)算出燃气量Vhp_ALL。

Vhp_ALL＝(QL+QH+QLoss)/COP_ALL

＝((TL-To)·kL·AL+(TH-To)·kH·AH+QLoss)/COP_ALL…(4)

这样，根据由负荷检测单元51算出的负荷QL和QH，能够算出在通过第一室内机15a和第二室内机15b供应全部空调负荷的情况下所需要的燃气量Vhp_ALL。换言之，能够算出不使用局部空调设备80而仅由热泵循环17供应空调负荷的情况下所需要的燃气量Vhp_ALL。

接着，算出在利用由发电机20生成的电力Pg(W)使局部空调设备80工作的情况下燃气发动机11所需要的燃气量Vg。

图4是表示离合器33中的离合器电平与发电机20的转速的关系的图。在将作为离合器33的输入的离合器电平设为U(无量纲)，将发电机的转速设为N(rpm)时，下述式(5)的关系成立。在此，α1(rpm)为常数。离合器电平U是向离合器33的输入信号。当提高离合器电平U时，从燃气发动机11向发电机20传递的驱动力增加，发电机20的转速N增加。转速Nmax是离合器33工作而将燃气发动机11的动力向发电机20传递时的燃气发动机11的转速，并根据压缩机12所需要的转速而变化。

N＝α1·U…(5)

图5是表示发电机20的转速与由燃气发动机11消耗的燃气量的关系的图。在将由燃气发动机11消耗的燃气量设为Vg，将发电机的转速设为N时，下述式(6)的关系成立。在此，α2(m³/(分钟·rpm))是常数。

Vg＝α2·N…(6)

图6是表示发电机20的转速与发电量的关系的图。在将发电机20的发电量设为Pg，将发电机20的转速设为N时，下述式(7)的关系成立。在此，α3(W/rpm)为常数。

Pg＝α3·N…(7)

根据式(5)～(7)，发电机20的发电量Pg与需要的燃气量Vg的关系由下述式(8)表示。

Vg＝(α2/α3)·Pg…(8)

在使局部空调设备80工作而供应了负荷Q的情况下，所需要的电力与负荷Q的关系用下述式(9)表示。Pin是来自商用电源23的买电量，Pg是发电机20的发电量，β(无量纲)是局部空调设备80的效率。

Q＝β·(Pg+Pin)…(9)

通常，发电机20的发电量Pg为足够供应负荷Q的量。在该情况下，由于来自商用电源23的买电量Pin为零，所以发电量Pg与负荷Q的关系用下述式(10)表示。

Q＝β·Pg…(10)

在由局部空调设备80取代第二室内机15b进行局部空调区域61的空气调节而供应了负荷QH的情况下，能够使用式(8)和式(10)，用下述式(11)算出燃气发动机11所需要的燃气量Vg_H。

Vg_H＝(α2/α3)·Pg

＝(α2/α3)·(QH/β)

＝(α2/α3)·((TH-To)·kH·AH/β)…(11)

在由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节的情况下，第二室内机15b停止。另一方面，通常空调区域60的空气调节由第一室内机15a进行。如参照图3说明的那样，相对于负荷QL的效率与COP_L关联。因此，能够使用式(3)和式(4)，用下述式(12)算出为了由第一室内机15a供应负荷QL所需要的燃气量Vhp_L。

Vhp_L＝QL/COP_L

＝(TL-To)·kL·AL/COP_L…(12)

不使用局部空调设备80而仅由第一室内机15a和第二室内机15b进行空气调节时需要的燃气量为Vhp_ALL。在由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节，由第一室内机15a进行通常空调区域60的空气调节时需要的燃气量为(Vg_H+Vhp_L)。

局部空调设备80的使用对节约能量有效为燃气量(Vg_H+Vhp_L)小于燃气量Vhp_ALL的情况。因此，在下述式(13)成立的情况下，由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节。另一方面，在下述式(13)不成立的情况下，由第二室内机15b进行局部空调区域61的空气调节。

Vg_H+Vhp_L<Vhp_ALL…(13)

控制电路50的切换判断单元52判断式(13)是否成立。在式(13)成立的情况下，从切换判断单元52向室内机控制单元55发送信号，从室内机控制单元55向第二室内机15b发送停止信号作为室内机指令。同时，从切换判断单元52向离合器控制单元54发送信号，从离合器控制单元54向离合器33发送离合器电平U。将为了产生电力Pg而发电机20所需要的转速设为N_H，能够使用式(2)、式(5)、式(6)以及式(11)，用下述式(14)算出能够使发电机20产生局部空调设备80所需要的电力Pg的离合器电平U_H。

U_H＝N_H/α1＝Vg_H/(α1·α2)

＝(1/(α1·α3·β))·QH

＝(1/(α1·α3·β))·(TH-To)·kH·AH…(14)

离合器控制单元54将由式(14)算出的离合器电平U_H向离合器33发送。离合器33能够经由动力传递机构41将燃气发动机11的动力向发电机20传递。其结果，能够使发电机20产生局部空调设备80供应局部空调区域61的负荷Q_H所需要的最小电力。

在式(13)不成立的情况下，判断为局部空调设备80的使用无效。因此，不向室内机控制单元55发送信号，第二室内机15b不停止而继续运转。也不从切换判断单元52向离合器控制单元54发送信号，不向离合器33发送离合器电平U。发电机20不进行用于局部空调设备80的发电。

这样，控制电路50控制发电机20的转速和第二室内机15b的开启/关闭，以使得在室内机15b运转时发电机20停止，并且在第二室内机15b停止时发电机20运转而向局部空调设备80供给电力。换言之，控制电路50根据室内空间的空调负荷的大小，对由第二室内机15b进行室内空间(局部空调区域61)的空气调节的运转模式和由局部空调设备80进行室内空间(局部空调区域61)的空气调节的运转模式进行相互切换。由此，能够减轻施加给热泵循环17的负荷，并改善热泵循环17高负荷时的效率。

更详细而言，控制电路50控制发电机20和第二室内机15b，以使得在由第二室内机15b进行局部空调区域61的空气调节的情况下燃气发动机11所需要的燃气流量大于在由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节的情况下燃气发动机11所需要的燃气流量时，由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节。另外，控制电路50控制发电机20和第二室内机15b，以使得在由第二室内机15b进行局部空调区域61的空气调节的情况下燃气发动机11所需要的燃气流量为在由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节的情况下燃气发动机11所需要的燃气流量以下时，由第二室内机15b进行局部空调区域61的空气调节。这样一来，能够在维持舒适性的同时，切实地节约燃气。

在本实施方式中，取代从多个室内机15a和15b中选择的至少一个室内机15b，而由局部空调设备80进行室内空间(局部空调区域61)的空气调节。其他室内机15a无论空调设备80的开启/关闭都进行运转，以进行室内空间(通常空调区域60)的空气调节。这样一来，能够极力避免热泵循环17的开启/关闭。这也有助于改善空气调节系统100的效率。

在由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节时，控制电路50输出适当的离合器电平U。由此，向发电机20传递适当的转矩。也就是说，控制电路50通过控制离合器33，控制发电机20的转速。这样一来，由于由发电机20生成了需要的足够量的电力，所以能量(燃气)难以浪费。

此外，无需空调区域62的负荷QLoss、与空调负荷(QL+QH+QLoss)对应的效率COP_ALL以及与空调负荷QL对应的效率COP_L分别为空气调节系统100的设计值。因此，这些值保存于常数设定单元53，并根据需要由切换判断单元52从常数设定单元53取得，在式(4)和式(14)的计算中使用。表示离合器33的特性的常数α1、表示发电机20与燃气发动机11的关系的常数α2、表示发电机20的特性的常数α3以及局部空调设备80的效率β也分别是空气调节系统100的设计值。因此，这些值保存于常数设定单元53，并根据需要由切换判断单元52和离合器控制单元54使用。

根据本实施方式，在高负荷的局部空调区域61中，用由发电机20生成的电力使用局部空调设备80来进行空气调节。由此，能够减轻施加给热泵循环17的负荷，并改善热泵循环17高负荷时的效率。进而，在不进行无需空调区域62的空气调节期间，能够消除能量的浪费。其结果，能够综合地节约能量(燃气)。能够提供不仅是低负荷时在高负荷时也效率良好的燃气热泵式空气调节系统100。

另外，控制电路50在确认空调区域(通常空调区域60和局部空调区域61)的负荷的同时，判断是否应由局部空调设备80进行空气调节。在热泵循环17的效率高的情况下，也可以不将空气调节的主体从第二室内机15b切换为局部空调设备80，而用热泵循环17(室内机15a和15b)进行全部区域的空气调节。

另外，由于局部空调设备80能够用由发电机20生成的电力工作，所以设置的自由度大。例如，由于能够在居住者71的附近设置局部空调设备80，所以能维持居住者的舒适性。

(实施方式2)

如图2所示，在本实施方式的燃气热泵式空气调节系统200中，省略了第二室内机15b。也就是说，空气调节系统200构成为：由局部空调设备80进行空调负荷高的空调区域(局部空调区域61)的空气调节，由室内机15a进行除此以外的空调区域(通常空调区域)的空气调节。

在本实施方式中，实施方式1的式(13)的不等式始终成立为前提。在将式(4)、式(11)以及式(12)代入式(13)时，导出下述式(15)。

(α2/α3)·((TH-To)·kH·AH/β)+(TL-To)·kL·AL/COP_L<((TL-To)·kL·AL+(TH-To)·kH·AH+QLoss)/COP_ALL…(15)

在式(15)中，在无需空调区域62的负荷QLoss非常大的情况下，无论设定温度TL、设定温度TH以及环境温度To如何，式(15)的不等式始终成立。如图3所示，在高负荷时的效率非常差的情况下，也就是说，在COP_ALL与COP_L相比非常小的情况下，式(15)的不等式也始终成立。

在该情况下，始终由局部空调设备80进行局部空调区域61的空气调节是有效的。因此，能够省略第二室内机15b。离合器33始终将燃气发动机11的驱动力的最大限地向发电机20传递。由发电机20生成的电力通过电力线24全部向局部空调设备80供给。因此，也能够省略实施方式1的控制电路50。根据本实施方式，能够省略第二室内机15b和控制电路50。换言之，使室内机的数量减少，并无需复杂的控制。因此，能够削减初期投资成本。

此外，在相对于局部空调设备80需要的电力而单凭由发电机20生成的电力不足的情况下，能够通过配电盘22从商用电源23补充电力。相反地，在由发电机20生成的电力富余的情况下，能够通过电力线24将富余的电力供给至屋内的其他电气设备(省略图示)使用。这也适用于实施方式1。

(其它)

空调区域不限定于两个(通常空调区域60和局部空调区域61)。

即使在有更多个空调区域的情况下，也能够增加室内机的数量和局部空调设备80的数量。控制电路50也可以构成为：取代设定温度TL、设定温度TH以及环境温度To或与这些温度一起，检测(取得)在多个空调区域中的舒适性指标PMV。

控制电路50也可以在由热交换器进行了空气调节的每单位时间的室内空间的温度变化量Ta为预定值C1以下时，从发电机20向局部空调设备80供给电力，开始利用局部空调设备80进行的空气调节。

作为具体的工作例，如图7所示，控制电路50控制发电机20和局部空调设备80。首先，控制电路50取得每单位时间的室内空间的温度变化量Ta(步骤S1)。控制电路50取得由设置于室内空间的温度传感器检测到的温度，并基于该温度求出。例如，控制电路50通过温度传感器取得预定时刻的室内温度T1和从该预定时刻起经过预定时间Δt时的室内温度T2，计算|T1-T2|/Δt，由此能够求出温度变化量Ta。然后，控制电路50判断每单位时间的室内空间的温度变化量Ta是否为预定值C1以下(步骤S2)。在每单位时间的室内空间的温度变化量Ta为预定值C1以下时(在步骤S2中为是)，控制电路50从发电机20向局部空调设备80供给电力，开始利用局部空调设备80进行的空气调节(步骤S3)。另一方面，在每单位时间的室内空间的温度变化量Ta大于预定值C1时(在步骤S2中为否)，控制电路50再次进行步骤S1。

另外，控制电路50也可以根据由热交换器进行了空气调节的每单位时间的室内空间的温度变化量Ta与预先设定的预定值C2的关系来设定运转模式。例如，当由热交换器进行了空气调节的每单位时间的室内空间的温度变化量Ta超过预定值C2时，控制电路50将运转模式设定为由热交换器进行室内空间的空气调节的第一运转模式。另一方面，当由热交换器进行了空气调节的每单位时间的室内空间的温度变化量Ta为预定值C2以下时，控制电路50将运转模式设定为由局部空调设备80进行室内空间的空气调节的第二运转模式。

作为具体的工作例，如图8所示，控制电路50控制发电机20、局部空调设备80以及热交换器。首先，控制电路50取得每单位时间的室内空间的温度变化量Ta(步骤S11)，判断每单位时间的室内空间的温度变化量Ta是否超过预定值C2(步骤S12)。当每单位时间的室内空间的温度变化量Ta超过预定值C2时(在步骤S12中为是)，控制电路50将运转模式设定为由热交换器进行室内空间的空气调节的第一运转模式(步骤S13)。另一方面，当每单位时间的室内空间的温度变化量Ta未超过预定值C2时(在步骤S12中为否)，控制电路50将运转模式设定为由局部空调设备80进行室内空间的空气调节的第二运转模式(步骤S14)。

根据本说明书所记载的技术，能够提供一种能够兼顾居住者的舒适性和高效率的空气调节系统。

标号说明

10 室外机

11 燃气发动机

12 压缩机

13 热交换器

14 膨胀阀

15a 第一室内机

15b 第二室内机

16 冷媒配管

20 发电机

21 逆变器

22 配电盘

23 商用电源

24 电力线

30、31、34、35 带轮

32、36 带

33 离合器

40、41 动力传递机构

50 控制电路

51 负荷检测单元

52 切换判断单元

53 常数设定单元

54 离合器控制单元

55 室内机控制单元

60 通常空调区域

61 局部空调区域(高负荷区域)

62 无需空调区域

70 居住者(站立作业者，穿厚衣服)

71 居住者(就座作业者，穿薄衣服)

80 局部空调设备

Claims

1.一种燃气热泵式空气调节系统，具备：

燃气发动机，使用燃气作为燃料而驱动压缩机；

发电机，由所述燃气发动机驱动而生成电力；

控制电路，根据所述室内空间的空调负荷，控制所述发电机和所述热交换器，

所述控制电路控制所述发电机和所述热交换器，

在由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量大于在由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量时，由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节，

在由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量为在由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的情况下所述燃气发动机所需要的燃气流量以下时，由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节。

2.根据权利要求1所述的燃气热泵式空气调节系统，

所述控制电路，

在由所述热交换器进行空气调节时使所述发电机停止，

在由所述热交换器进行的空气调节停止时从所述发电机向所述局部空调设备供给电力。

3.根据权利要求1所述的燃气热泵式空气调节系统，

所述控制电路根据所述室内空间的所述空调负荷的大小，相互切换由所述热交换器进行所述室内空间的空气调节的第一运转模式和由所述局部空调设备进行所述室内空间的空气调节的第二运转模式。

4.根据权利要求2所述的燃气热泵式空气调节系统，

5.根据权利要求1所述的燃气热泵式空气调节系统，

所述热泵循环包含多个所述热交换器，

所述控制电路通过所述局部空调设备取代从所述多个热交换器中选择的至少一个所述热交换器而进行所述室内空间的空气调节。

6.根据权利要求1所述的燃气热泵式空气调节系统，

还具备将所述燃气发动机的动力向所述发电机传递的离合器，

所述控制电路通过控制所述离合器来控制所述发电机的转速。

7.根据权利要求1所述的燃气热泵式空气调节系统，

所述热泵循环包含多个所述热交换器，

多个所述热交换器包含第一热交换器和第二热交换器，

所述室内空间包含多个空调区域，

所述多个空调区域包含由所述第一热交换器进行空气调节的通常空调区域和由从所述第二热交换器和所述局部空调设备中选择的一个进行空气调节的局部空调区域。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的燃气热泵式空气调节系统，

所述局部空调设备为能够搬运的电动式暖风扇加热器。