JP2004301343A - エンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システム - Google Patents
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Abstract
【課題】空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上する。
【解決手段】ガスエンジン１にクラッチ３を介して第１の圧縮機４を連動連結したエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａと、ガスエンジン５に発電機１１および第２の圧縮機８それぞれを連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂとを設け、第１および第２の圧縮機４，８を、室外側熱交換器１４と膨張弁１５と室内側熱交換器１６とを接続した冷媒回路１２に、互いに並列接続する。空調負荷が設定値以上のときには、クラッチ３を入れてガスエンジン１を定格で運転し、空調用無段変速装置６により第２の圧縮機８を変速して、空調負荷の変動に合うように運転し、空調負荷が設定値よりも低いときにはクラッチ３を切り、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみを空調負荷の変動に合うように運転する。
【選択図】 図１
【解決手段】ガスエンジン１にクラッチ３を介して第１の圧縮機４を連動連結したエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａと、ガスエンジン５に発電機１１および第２の圧縮機８それぞれを連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂとを設け、第１および第２の圧縮機４，８を、室外側熱交換器１４と膨張弁１５と室内側熱交換器１６とを接続した冷媒回路１２に、互いに並列接続する。空調負荷が設定値以上のときには、クラッチ３を入れてガスエンジン１を定格で運転し、空調用無段変速装置６により第２の圧縮機８を変速して、空調負荷の変動に合うように運転し、空調負荷が設定値よりも低いときにはクラッチ３を切り、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみを空調負荷の変動に合うように運転する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに圧縮機および発電機を連動連結したエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の空調システムとしては、従来、特許文献１に開示されているものがあった。
この従来例によれば、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を稼動させて空調を行い、その同一のガスエンジンにより発電機を運転させ、発電電力により、電動機により運転される圧縮機を備えた空気調和装置を稼動し、夏季の電力需要のピ−クカットに貢献できるように構成されている。
また、ガスエンジンの稼動時に排出される熱を利用して給湯装置を運転させて温水をつくるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２４２４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の場合、夏場の冷房負荷が高いときなど、空調負荷が高いときに、その空調負荷に対応できる能力をエンジンに持たせる必要がある。
【０００５】
ところが、そのような大きな能力を持たせると、中間期などのように、空調負荷が低い場合、エンジンを定格よりも小さい部分負荷で運転することになり、エンジンの出力効率が低下するとともに発電効率が低下し、システム全体としての効率が低下する欠点があった。
【０００６】
また、予測される最大空調負荷に対応できるように圧縮機を運転し、その状態で発電機を運転するためには、圧縮機の最大能力と発電機の最大容量との合計がエンジンの能力を越えないようにする必要があり、発電機として容量の大きいものを備えることができず、空調負荷が低い場合に、エンジンの能力に余力があるにもかかわらず、得られる発電電力量が減少するとともにエンジンの出力効率が低下する欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上できるようにすることを目的とし、請求項２および３に係る発明は、システム全体としての効率をより良好に向上できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムは、上述のような目的を達成するために、
エンジンにクラッチを介して第１の圧縮機を連動連結した１台以上のエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
エンジンに発電機および第２の圧縮機それぞれを能力を変更可能に連動連結した１台以上の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
室外側熱交換器と膨張弁と室内側熱交換器とを備えるとともに前記第１の圧縮機に接続される第１の冷媒回路と、
室外側熱交換器と膨張弁と室内側熱交換器とを備えるとともに前記第２の圧縮機に接続される第２の冷媒回路と、
空調負荷に基づいて、前記クラッチを入れることにより前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分を前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格運転により賄うとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分を、前記第２の圧縮機を空調負荷の変動に合うように運転して賄い、かつ、残余の能力分で前記発電機を駆動するように運転する空調制御手段とを備えて構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの構成によれば、空調負荷に基づき、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに、１台または複数台いずれであっても、必要なクラッチを入れてエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格で運転し、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
一方、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときには、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格を越える分だけエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格運転するように、また、定格を越えなければエンジン駆動式ヒートポンプ装置の運転を停止するように不必要なクラッチを切り、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
【００１０】
したがって、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を運転するときには、そのエンジンを定格で常に出力効率の高い状態で運転することができる。空調負荷の変動に対しては、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置により対応させることができ、しかも、第２の圧縮機を運転しながら、余剰分の能力で発電機を運転できるから、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においても、エンジンを出力効率の高い状態で運転することができ、空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上できる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムにおいて、
エンジンと第２の圧縮機との間に設けられて前記第２の圧縮機の回転数を変更する空調用無段変速装置と、
被空調空間内の温度を測定する室内温度センサと、
被空調空間内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、かつ、
空調制御手段が、
前記室内温度センサで測定された被空調空間内の温度と、前記空調温度設定器で設定された目標温度と、前記外気温度センサで測定された外気温度とに基づいて空調負荷を演算する空調負荷演算手段と、
前記空調負荷演算手段で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力する判別手段と、前記判別手段からの高負荷信号に応答してクラッチを入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に合うように前記空調用無段変速装置を変速する高負荷制御信号を出力する高負荷運転手段と、
前記判別手段からの低負荷信号に応答して所定のクラッチを切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に合うように前記空調用無段変速装置を変速する低負荷制御信号を出力する低負荷運転手段とを有するように構成する。
【００１２】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの構成によれば、エンジンと第２の圧縮機との間に空調用無段変速装置を設け、空調負荷の変動に対応させるのに、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の回転数を無段階で変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得、エンジンの回転数を変えないようにして発電機を運転する。
【００１３】
したがって、空調負荷の変動に無段変速により対応し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においてエンジンの回転数を変えないようにするから、発電機を発電効率の高い状態で運転でき、エンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のいずれにおいてもエンジンの出力効率を高くでき、かつ、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においては発電機の発電効率をより高くでき、システム全体としての効率をより良好に向上できる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムにおいて、
複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれで、エンジンと第２の圧縮機および発電機それぞれとの間に設けられて駆動または駆動停止する空調用クラッチおよび発電用クラッチと、
被空調空間内の温度を測定する室内温度センサと、
被空調空間内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、かつ、
空調制御手段が、
前記室内温度センサで測定された被空調空間内の温度と、前記空調温度設定器で設定された目標温度と、前記外気温度センサで測定された外気温度とに基づいて空調負荷を演算する空調負荷演算手段と、
前記空調負荷演算手段で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力する判別手段と、前記判別手段からの高負荷信号に応答してクラッチを入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するように前記空調用クラッチを入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の前記発電用クラッチを操作する高負荷制御信号を出力する高負荷運転手段と、
前記判別手段からの低負荷信号に応答して所定のクラッチを切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するように前記空調用クラッチを入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の前記発電用クラッチを操作する低負荷制御信号を出力する低負荷運転手段とを有するように構成する。
【００１５】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの構成によれば、エンジンと第２の圧縮機との間に空調用クラッチを設け、空調負荷の変動に対応させるのに、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、空調用クラッチを入れて空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するとともに、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置では発電用クラッチを入れ、発電機を駆動して発電電力を得、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においてもエンジンを定格運転する。
【００１６】
したがって、空調負荷の変動に発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の台数制御により対応するから、エンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のいずれにおいても定格運転してエンジンの出力効率を高くでき、かつ、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においては定格運転により発電機を駆動でき、発電機の発電効率をより高くでき、システム全体としての効率をより良好に向上できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの実施例を示す概略構成図であり、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａのガスエンジン１の出力軸１ａに、第１のベルト式伝動機構２およびクラッチ３を介して第１の圧縮機４が連動連結されている。
【００１８】
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのガスエンジン５の出力軸５ａの一方に、空調用無段変速装置６および空調用クラッチ７を介して第２の圧縮機８が連動連結されている。
また、出力軸５ａの他方に、第２のベルト式伝動機構９および発電用クラッチ１０を介して発電機１１が連動連結されている。
【００１９】
第１および第２の圧縮機４，８それぞれが第１および第２の冷媒回路１２ａ，１２ｂに接続され、その第１および第２の冷媒回路１２ａ，１２ｂそれぞれに、四路切換弁１３、室外側熱交換器１４および膨張弁１５が介装されるとともに、両回路１２ａ，１２ｂに兼用するように第１および第２のヘッダー１６ａ，１６ｂを介して室内側熱交換器１６が設けられている。
これにより、四路切換弁１３の切り換えにより、室外側熱交換器１４を凝縮器として作用させ、室内側熱交換器１６を蒸発器として作用させる冷房運転状態と、室外側熱交換器１４を蒸発器として作用させ、室内側熱交換器１６を凝縮器として作用させる暖房運転状態とが得られるように構成されている。
【００２０】
両ガスエンジン１，５それぞれから排出される高温排ガスの排ガス配管１７に、脱硝装置１８と第１の熱交換器１９とが介装されている。また、両ガスエンジン１，５を冷却するジャケット冷却水の循環配管２０それぞれに循環用ポンプ２１と第２の熱交換器２２とが介装されている。
【００２１】
第１および第２の熱交換器１９，１９，２２，２２が直列になるように給水管２３が導入され、その給水管２３が貯湯槽２４に接続され、両ガスエンジン１，５から排出される排熱を回収して高温の湯を得、得られた湯を貯湯槽２４に貯めるように構成されている。貯湯槽２４に貯められた湯は、台所、洗面所、浴槽などに給湯管２５を介して供給するようになっている。
【００２２】
循環配管２０を両ガスエンジン１，５それぞれに接続する分岐配管部分には開閉弁２６が設けられ、運転停止時に、対応する開閉弁２６を閉じるように構成されている。この開閉弁２６は無くても良く、また、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａのガスエンジン１に対してのみ設けるものでも良い。この実施例では、両ガスエンジン１，５から排出される排熱を回収するようにしているが、いずれか一方からの排熱を回収するものでも良い。
【００２３】
空調用無段変速装置６は、出力軸５ａに取り付けた主動プーリー２７と、第２の圧縮機８の駆動軸８ａに取り付けた従動プーリー２８とにわたってベルト２９が巻回されるとともに、従動プーリー２８が割りプーリーで構成され、従動プーリー２８へのベルト２９の巻回径を変更することにより第２の圧縮機８の回転数を変更するように構成されている。図示しないが、ベルト２９に作用するようにテンションプーリーが設けられ、ベルト２９の巻回径の変更にかかわらず、所定の張力を付与するようになっている。
【００２４】
ガスエンジン５の定格が、中間期の空調負荷に対応できる大きさに設定され、そのガスエンジン５とガスエンジン１の定格の合計が、予測される最大空調負荷よりも大になるように設定されており、夏場などで冷房負荷が急激に増大するなど、空調負荷が増大したときでも、両ガスエンジン１，５により空調負荷を賄いながら発電を行えるように構成されている。
【００２５】
図２の制御系のブロック図に示すように、室内側熱交換器１４を設けた被空調空間としての室内に設けられて室内温度を測定する室内温度センサ３０と、室内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器３１と、外気温度を測定する外気温度センサ３２とが、空調制御手段としてのマイクロコンピュータ３４に接続され、そのマイクロコンピュータ３４にクラッチ３と空調用無段変速装置６とが接続されている。
【００２６】
マイクロコンピュータ３４には、空調負荷演算手段３５と、判別手段３６と、高負荷運転手段３７と低負荷運転手段３８とが備えられている。
空調負荷演算手段３５では、室内温度センサ３０で測定された室内の温度と、空調温度設定器３１で設定された目標温度と、外気温度センサ３２で測定された外気温度とに基づき、下記式により要求される空調負荷を演算するようになっている。
Ｘ＝α（Ｔｒ−Ｔｓ）＋β（Ｔｏ−Ｔｒ）＋γ
Ｘ ：空調負荷
Ｔｒ：室内温度
Ｔｓ：設定目標温度
Ｔｏ：外気温度
α ：室内空気の比熱
β ：建物の断熱係数
γ ：室内の熱負荷（これは、室内の人体やパソコンなどの熱の発生源を考慮したもので、想定される人数やパソコンの台数などによって予め求められるものである。）
【００２７】
判別手段３６には、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格に対応させた設定値が入力され、その設定値と空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷とを比較して、空調負荷が定格以上のときには高負荷信号を出力し、一方、空調負荷が定格よりも小さいときには低負荷信号を出力し、かつ、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格に満たない空調負荷補助分またはエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの総能力としての定格を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力するようになっている。
【００２８】
高負荷運転手段３７では、判別手段３６からの高負荷信号に応答して、クラッチ３を入れるとともに空調負荷補助分に合うように空調用無段変速装置６を変速する高負荷制御信号を出力するようになっている。
【００２９】
すなわち、空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷から、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの能力分（定格分）を減算したものが空調負荷補助分になり、その空調負荷補助分を得るに足る第２の圧縮機８の回転数を求め、その回転数が得られるように空調用無段変速装置６を変速するのである。
【００３０】
低負荷運転手段３８では、判別手段３６からの低負荷信号に応答して、クラッチ３を切るとともに空調負荷補助分に合うように空調用無段変速装置６を変速する低負荷制御信号を出力するようになっている。
【００３１】
すなわち、この低負荷運転手段３８では、空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷が空調負荷補助分になり、その空調負荷補助分を得るに足る第２の圧縮機８の回転数を求め、その回転数が得られるように空調用無段変速装置６を変速するのである。
【００３２】
上記構成により、次のような作用・効果を奏する。
図３のタイムチャートに示すように、空調負荷が変動し、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格未満の状態では、低負荷運転手段３８により、クラッチ３が切り状態になっており、空調負荷補助分に合うように空調用無段変速装置６を変速しながら、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを運転し、空調負荷の変動に対応しながら、ガスエンジン５の回転数を一定に維持して、ガスエンジン５の能力の余剰分（残余の能力）で高効率で発電を行い、発電電力（斜線に相当する分）を得る。
【００３３】
空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格（設定値）以上になるに伴い、高負荷運転手段３７により、クラッチ３を入れ（ＯＮ）、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転する。一方、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂでは、空調負荷から、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格分を減算して空調負荷補助分を求め、その空調負荷補助分を得るに足る第２の圧縮機８の回転数を求め、その回転数が得られるように空調用無段変速装置６を変速しながら運転し、必要空調負荷に対応しながら、ガスエンジン５の回転数を一定に維持して、ガスエンジン５の能力の余剰分で高効率で発電を行い、発電電力（斜線に相当する分）を得る。
【００３４】
また、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格（設定値）未満になるに伴い、低負荷運転手段３８により、クラッチ３を切り、空調負荷に合うように空調用無段変速装置６を変速しながら、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを運転し、空調負荷に対応しながら、ガスエンジン５の回転数を一定に維持して、ガスエンジン５の能力の余剰分で高効率で発電を行い、発電電力（斜線に相当する分）を得る。
【００３５】
このように、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａと発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂとを用いて空調負荷に対応させ、しかも、空調負荷が設定値以上のときにエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａのガスエンジン１を常に定格で運転し、空調負荷の変動には発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂで対応させることにより、両ガスエンジン１、５を定格で効率良く運転することができる。また、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂでは、高効率で発電を行うことができ、システム全体としての効率を向上できる。
【００３６】
本発明としては、次のような構成をも含む。
（１）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを２台以上、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを１台設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格と同じにする。
【００３７】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格未満のとき
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上で定格の２倍未満のとき
１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の２倍以上のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００３８】
（２）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを２台以上、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを２台以上設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格と同じにする。
【００３９】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａが２台、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格未満のとき
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。空調負荷補助分が増加し、得られる発電電力が電力需要に対して不足するときには、２台目の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動して発電機１１のみを駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上で定格の２倍未満のとき
空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上になるに伴って１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに、定格を越えるに伴って発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。このときも、前述同様に、電力需要に応じて、２台目の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動して発電機１１のみを駆動すれば良い。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の２倍以上のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。また、電力需要に応じて、２台目の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動して発電機１１のみを駆動すれば良い。
▲４▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の３倍以上のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに２台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、一方または両方の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂにおいて、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００４０】
（３）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを１台、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂをｎ（但しｎは２以上の整数）台設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１／ｎとする。
【００４１】
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の０．５倍未満のとき１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の０．５倍以上で定格未満のとき
１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは定格で第２の圧縮機８のみ駆動し、別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上で定格の１．５倍未満のとき
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲４▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１．５倍以上で２倍未満のとき
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは定格で第２の圧縮機８のみ駆動し、別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００４２】
（４）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを２台以上、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂをｎ（但しｎは２以上の整数）台設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１／ｎとする。
【００４３】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａおよび発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのいずれもが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１．５倍以上で２倍未満のときまでは、上記（１）の場合と同じであり、その後の動作について説明する。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格の２倍以上で定格の２．５倍未満になったとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の２．５倍以上で３倍未満のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは定格で第２の圧縮機８のみ駆動し、別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００４４】
（５）発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂとして、前述のような空調用無段変速装置６を設けずに、ガスエンジン５に空調用クラッチ７を介して第２の圧縮機８を連動連結するとともに発電用クラッチ１０を介して発電機１１を連動連結したものを用いる。
この場合においても、両ヒートポンプ装置Ａ，Ｂを１台ずつ設けて空調システムを構成する場合、一方を１台、他方を複数台設けて空調システムを構成する場合、両ヒートポンプ装置Ａ，Ｂを複数台ずつ設けて空調システムを構成する場合のいずれをも本発明は含んでいる。
【００４５】
図４は、２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２と、上述した空調用無段変速装置６を設けないタイプの３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とを設けて空調システムを構成した第２実施例を示すブロック図であり、第２実施例と異なるところは、次の通りである。
【００４６】
すなわち、高負荷運転手段４１および低負荷運転手段４２それぞれに２個のクラッチ３，３、３個の空調用クラッチ７，７，７および発電用クラッチ１０，１０，１０が接続されている。
【００４７】
判別手段４０には、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格に対応させた設定値が入力され、空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格または２倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格に満たない空調負荷補助分またはエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力するようになっている。
【００４８】
高負荷運転手段４１では、判別手段３６からの高負荷信号に応答してクラッチ３を入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ１など）を駆動するように空調用クラッチ７を入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ３など）の発電用クラッチ１０を操作する高負荷制御信号を出力するようになっている。
【００４９】
低負荷運転手段４２では、判別手段３６からの低負荷信号に応答して所定のクラッチ３を切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ１など）を駆動するように空調用クラッチ７を入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ３など）の発電用クラッチ１０を操作する低負荷制御信号を出力するようになっている。
【００５０】
上記制御動作につき、図５のタイムチャートを用いて説明する。
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２は互いに同一定格で、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２それぞれの定格の１／３とする。図４において、右上がりではその下端でクラッチ３および空調用クラッチ７をＯＮしていることを示し、右下がりでは、その上端でクラッチ３をＯＦＦし、一方、空調用クラッチ７をＯＮしていることを示している。
【００５１】
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１／３倍未満のとき
１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１のみ駆動し、空調用クラッチ７を入れ、１個の第２の圧縮機８を駆動して空調負荷に対応する。このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ２，Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１／３倍以上で定格の２／３倍未満のとき
２台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２を駆動し、空調用クラッチ７を入れ、２個の第２の圧縮機８を駆動し、このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の２／３倍以上で定格未満のとき
３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を駆動し、３個の空調用クラッチ７を入れ、第２の圧縮機８を駆動する。
▲４▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格以上で１・１／３倍未満のとき
ひとつのクラッチ３を入れて１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの第１の圧縮機４を定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１のみ駆動し、空調用クラッチ７を入れ、１個の第２の圧縮機８を駆動して空調負荷に対応する。このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ２，Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲５▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１・１／３倍以上で定格の１・２／３倍未満のとき
１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの第１の圧縮機４を定格で運転する状態で、２台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２を駆動し、空調用クラッチ７を入れ、２個の第２の圧縮機８を駆動し、このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲６▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１・２／３倍以上で定格の２倍未満のとき
１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの第１の圧縮機４を定格で運転する状態で、３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を駆動し、空調用クラッチ７を入れ、３個の第２の圧縮機８を駆動する。
▲７▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の２倍以上で２・１／３倍未満のとき
もうひとつのクラッチ３を入れて２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の第１の圧縮機４を定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１のみ駆動し、空調用クラッチ７を入れ、１個の第２の圧縮機８を駆動して空調負荷に対応する。このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ２，Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
【００５２】
以上のようにして、２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２と、３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とを台数制御し、空調負荷の変動に対応しながら、それぞれのガスエンジン１，５を定格で常に出力効率の高い状態で運転し、かつ、空調負荷を賄った後の残余の能力で発電電力を得ることができる。
【００５３】
上記実施例では、ガスエンジン１，５からの排熱により給湯を行うようにしているが、排熱を冷媒回路１２の室外側熱交換器１４などで、暖房時の冷媒加熱に利用するとか、あるいは、吸収式冷凍機における再生器の加熱源に利用して冷房を行うとか、更には、ガスボイラの熱源に利用して発生した蒸気でガスタービンを運転し、発電機や各種の機械装置を運転するように構成するなど、その排熱の利用形態は各種の変形が可能である。
【００５４】
また、上記実施例では、室内温度と目標温度と外気温度などに基づいて演算した空調負荷に基づいてクラッチ３、空調用クラッチ７および発電用クラッチ１０を切り替え制御しているが、本発明としては、例えば、室内温度と目標温度とに基づく空調負荷に基づき、冷房の場合であれば、室内温度が目標温度よりも低くなったときに、クラッチ３を切ったり、空調用クラッチ７を切って発電用クラッチ１０を入れたりし、逆に、室内温度が目標温度よりも高くなったときに、クラッチ３を入れたり、空調用クラッチ７を入れて発電用クラッチ１０を切るといったようにして、クラッチ３、空調用クラッチ７および発電用クラッチ１０を切り替え制御するように構成するものでも良い。
【００５５】
上述実施例のガスエンジン１，５としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやガソリンエンジンなど各種のエンジンを用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムによれば、空調負荷に基づき、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに、１台または複数台いずれであっても、必要なクラッチを入れてエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格で運転し、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
一方、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときには、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格を越える分だけエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格運転するように、また、定格を越えなければエンジン駆動式ヒートポンプ装置の運転を停止するように不必要なクラッチを切り、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
したがって、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を運転するときには、そのエンジンを常に出力効率の高い状態で運転することができる。空調負荷の変動に対しては、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置により対応させることができ、しかも、第２の圧縮機を運転しながら、余剰分の能力で発電機を運転できるから、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においても、エンジンを出力効率の高い状態で運転することができ、空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの実施例を示す概略構成図である。
【図２】第１実施例の制御系を示すブロック図である。
【図３】第１実施例の空調負荷の変動状態とエンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれの運転状態を示すタイムチャートである。
【図４】第２実施例の制御系を示すブロック図である。
【図５】第２実施例の空調負荷の変動状態とエンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれの運転状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
３…クラッチ
４…第１の圧縮機
５…ガスエンジン
６…空調用無段変速装置
８…第２の圧縮機
１１…発電機
１２…冷媒回路
１４…室外側熱交換器
１５…膨張弁
１６…室内側熱交換器
３０…室内温度センサ
３１…空調温度設定器
３２…外気温度センサ
３４…マイクロコンピュータ（空調制御手段）
３５…空調負荷演算手段
３６…判別手段
３７…高負荷運転手段
３８…低負荷運転手段
４０…判別手段
４１…高負荷運転手段
４２…低負荷運転手段
Ａ…エンジン駆動式ヒートポンプ装置
Ｂ…発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに圧縮機および発電機を連動連結したエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の空調システムとしては、従来、特許文献１に開示されているものがあった。
この従来例によれば、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を稼動させて空調を行い、その同一のガスエンジンにより発電機を運転させ、発電電力により、電動機により運転される圧縮機を備えた空気調和装置を稼動し、夏季の電力需要のピ−クカットに貢献できるように構成されている。
また、ガスエンジンの稼動時に排出される熱を利用して給湯装置を運転させて温水をつくるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３２４２４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の場合、夏場の冷房負荷が高いときなど、空調負荷が高いときに、その空調負荷に対応できる能力をエンジンに持たせる必要がある。
【０００５】
ところが、そのような大きな能力を持たせると、中間期などのように、空調負荷が低い場合、エンジンを定格よりも小さい部分負荷で運転することになり、エンジンの出力効率が低下するとともに発電効率が低下し、システム全体としての効率が低下する欠点があった。
【０００６】
また、予測される最大空調負荷に対応できるように圧縮機を運転し、その状態で発電機を運転するためには、圧縮機の最大能力と発電機の最大容量との合計がエンジンの能力を越えないようにする必要があり、発電機として容量の大きいものを備えることができず、空調負荷が低い場合に、エンジンの能力に余力があるにもかかわらず、得られる発電電力量が減少するとともにエンジンの出力効率が低下する欠点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上できるようにすることを目的とし、請求項２および３に係る発明は、システム全体としての効率をより良好に向上できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムは、上述のような目的を達成するために、
エンジンにクラッチを介して第１の圧縮機を連動連結した１台以上のエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
エンジンに発電機および第２の圧縮機それぞれを能力を変更可能に連動連結した１台以上の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
室外側熱交換器と膨張弁と室内側熱交換器とを備えるとともに前記第１の圧縮機に接続される第１の冷媒回路と、
室外側熱交換器と膨張弁と室内側熱交換器とを備えるとともに前記第２の圧縮機に接続される第２の冷媒回路と、
空調負荷に基づいて、前記クラッチを入れることにより前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分を前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格運転により賄うとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分を、前記第２の圧縮機を空調負荷の変動に合うように運転して賄い、かつ、残余の能力分で前記発電機を駆動するように運転する空調制御手段とを備えて構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの構成によれば、空調負荷に基づき、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに、１台または複数台いずれであっても、必要なクラッチを入れてエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格で運転し、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
一方、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときには、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格を越える分だけエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格運転するように、また、定格を越えなければエンジン駆動式ヒートポンプ装置の運転を停止するように不必要なクラッチを切り、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
【００１０】
したがって、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を運転するときには、そのエンジンを定格で常に出力効率の高い状態で運転することができる。空調負荷の変動に対しては、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置により対応させることができ、しかも、第２の圧縮機を運転しながら、余剰分の能力で発電機を運転できるから、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においても、エンジンを出力効率の高い状態で運転することができ、空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上できる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムにおいて、
エンジンと第２の圧縮機との間に設けられて前記第２の圧縮機の回転数を変更する空調用無段変速装置と、
被空調空間内の温度を測定する室内温度センサと、
被空調空間内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、かつ、
空調制御手段が、
前記室内温度センサで測定された被空調空間内の温度と、前記空調温度設定器で設定された目標温度と、前記外気温度センサで測定された外気温度とに基づいて空調負荷を演算する空調負荷演算手段と、
前記空調負荷演算手段で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力する判別手段と、前記判別手段からの高負荷信号に応答してクラッチを入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に合うように前記空調用無段変速装置を変速する高負荷制御信号を出力する高負荷運転手段と、
前記判別手段からの低負荷信号に応答して所定のクラッチを切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に合うように前記空調用無段変速装置を変速する低負荷制御信号を出力する低負荷運転手段とを有するように構成する。
【００１２】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの構成によれば、エンジンと第２の圧縮機との間に空調用無段変速装置を設け、空調負荷の変動に対応させるのに、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の回転数を無段階で変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得、エンジンの回転数を変えないようにして発電機を運転する。
【００１３】
したがって、空調負荷の変動に無段変速により対応し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においてエンジンの回転数を変えないようにするから、発電機を発電効率の高い状態で運転でき、エンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のいずれにおいてもエンジンの出力効率を高くでき、かつ、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においては発電機の発電効率をより高くでき、システム全体としての効率をより良好に向上できる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムにおいて、
複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれで、エンジンと第２の圧縮機および発電機それぞれとの間に設けられて駆動または駆動停止する空調用クラッチおよび発電用クラッチと、
被空調空間内の温度を測定する室内温度センサと、
被空調空間内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、かつ、
空調制御手段が、
前記室内温度センサで測定された被空調空間内の温度と、前記空調温度設定器で設定された目標温度と、前記外気温度センサで測定された外気温度とに基づいて空調負荷を演算する空調負荷演算手段と、
前記空調負荷演算手段で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力する判別手段と、前記判別手段からの高負荷信号に応答してクラッチを入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するように前記空調用クラッチを入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の前記発電用クラッチを操作する高負荷制御信号を出力する高負荷運転手段と、
前記判別手段からの低負荷信号に応答して所定のクラッチを切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するように前記空調用クラッチを入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の前記発電用クラッチを操作する低負荷制御信号を出力する低負荷運転手段とを有するように構成する。
【００１５】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの構成によれば、エンジンと第２の圧縮機との間に空調用クラッチを設け、空調負荷の変動に対応させるのに、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、空調用クラッチを入れて空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するとともに、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置では発電用クラッチを入れ、発電機を駆動して発電電力を得、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においてもエンジンを定格運転する。
【００１６】
したがって、空調負荷の変動に発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の台数制御により対応するから、エンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のいずれにおいても定格運転してエンジンの出力効率を高くでき、かつ、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においては定格運転により発電機を駆動でき、発電機の発電効率をより高くでき、システム全体としての効率をより良好に向上できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの実施例を示す概略構成図であり、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａのガスエンジン１の出力軸１ａに、第１のベルト式伝動機構２およびクラッチ３を介して第１の圧縮機４が連動連結されている。
【００１８】
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのガスエンジン５の出力軸５ａの一方に、空調用無段変速装置６および空調用クラッチ７を介して第２の圧縮機８が連動連結されている。
また、出力軸５ａの他方に、第２のベルト式伝動機構９および発電用クラッチ１０を介して発電機１１が連動連結されている。
【００１９】
第１および第２の圧縮機４，８それぞれが第１および第２の冷媒回路１２ａ，１２ｂに接続され、その第１および第２の冷媒回路１２ａ，１２ｂそれぞれに、四路切換弁１３、室外側熱交換器１４および膨張弁１５が介装されるとともに、両回路１２ａ，１２ｂに兼用するように第１および第２のヘッダー１６ａ，１６ｂを介して室内側熱交換器１６が設けられている。
これにより、四路切換弁１３の切り換えにより、室外側熱交換器１４を凝縮器として作用させ、室内側熱交換器１６を蒸発器として作用させる冷房運転状態と、室外側熱交換器１４を蒸発器として作用させ、室内側熱交換器１６を凝縮器として作用させる暖房運転状態とが得られるように構成されている。
【００２０】
両ガスエンジン１，５それぞれから排出される高温排ガスの排ガス配管１７に、脱硝装置１８と第１の熱交換器１９とが介装されている。また、両ガスエンジン１，５を冷却するジャケット冷却水の循環配管２０それぞれに循環用ポンプ２１と第２の熱交換器２２とが介装されている。
【００２１】
第１および第２の熱交換器１９，１９，２２，２２が直列になるように給水管２３が導入され、その給水管２３が貯湯槽２４に接続され、両ガスエンジン１，５から排出される排熱を回収して高温の湯を得、得られた湯を貯湯槽２４に貯めるように構成されている。貯湯槽２４に貯められた湯は、台所、洗面所、浴槽などに給湯管２５を介して供給するようになっている。
【００２２】
循環配管２０を両ガスエンジン１，５それぞれに接続する分岐配管部分には開閉弁２６が設けられ、運転停止時に、対応する開閉弁２６を閉じるように構成されている。この開閉弁２６は無くても良く、また、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａのガスエンジン１に対してのみ設けるものでも良い。この実施例では、両ガスエンジン１，５から排出される排熱を回収するようにしているが、いずれか一方からの排熱を回収するものでも良い。
【００２３】
空調用無段変速装置６は、出力軸５ａに取り付けた主動プーリー２７と、第２の圧縮機８の駆動軸８ａに取り付けた従動プーリー２８とにわたってベルト２９が巻回されるとともに、従動プーリー２８が割りプーリーで構成され、従動プーリー２８へのベルト２９の巻回径を変更することにより第２の圧縮機８の回転数を変更するように構成されている。図示しないが、ベルト２９に作用するようにテンションプーリーが設けられ、ベルト２９の巻回径の変更にかかわらず、所定の張力を付与するようになっている。
【００２４】
ガスエンジン５の定格が、中間期の空調負荷に対応できる大きさに設定され、そのガスエンジン５とガスエンジン１の定格の合計が、予測される最大空調負荷よりも大になるように設定されており、夏場などで冷房負荷が急激に増大するなど、空調負荷が増大したときでも、両ガスエンジン１，５により空調負荷を賄いながら発電を行えるように構成されている。
【００２５】
図２の制御系のブロック図に示すように、室内側熱交換器１４を設けた被空調空間としての室内に設けられて室内温度を測定する室内温度センサ３０と、室内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器３１と、外気温度を測定する外気温度センサ３２とが、空調制御手段としてのマイクロコンピュータ３４に接続され、そのマイクロコンピュータ３４にクラッチ３と空調用無段変速装置６とが接続されている。
【００２６】
マイクロコンピュータ３４には、空調負荷演算手段３５と、判別手段３６と、高負荷運転手段３７と低負荷運転手段３８とが備えられている。
空調負荷演算手段３５では、室内温度センサ３０で測定された室内の温度と、空調温度設定器３１で設定された目標温度と、外気温度センサ３２で測定された外気温度とに基づき、下記式により要求される空調負荷を演算するようになっている。
Ｘ＝α（Ｔｒ−Ｔｓ）＋β（Ｔｏ−Ｔｒ）＋γ
Ｘ ：空調負荷
Ｔｒ：室内温度
Ｔｓ：設定目標温度
Ｔｏ：外気温度
α ：室内空気の比熱
β ：建物の断熱係数
γ ：室内の熱負荷（これは、室内の人体やパソコンなどの熱の発生源を考慮したもので、想定される人数やパソコンの台数などによって予め求められるものである。）
【００２７】
判別手段３６には、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格に対応させた設定値が入力され、その設定値と空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷とを比較して、空調負荷が定格以上のときには高負荷信号を出力し、一方、空調負荷が定格よりも小さいときには低負荷信号を出力し、かつ、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格に満たない空調負荷補助分またはエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの総能力としての定格を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力するようになっている。
【００２８】
高負荷運転手段３７では、判別手段３６からの高負荷信号に応答して、クラッチ３を入れるとともに空調負荷補助分に合うように空調用無段変速装置６を変速する高負荷制御信号を出力するようになっている。
【００２９】
すなわち、空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷から、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの能力分（定格分）を減算したものが空調負荷補助分になり、その空調負荷補助分を得るに足る第２の圧縮機８の回転数を求め、その回転数が得られるように空調用無段変速装置６を変速するのである。
【００３０】
低負荷運転手段３８では、判別手段３６からの低負荷信号に応答して、クラッチ３を切るとともに空調負荷補助分に合うように空調用無段変速装置６を変速する低負荷制御信号を出力するようになっている。
【００３１】
すなわち、この低負荷運転手段３８では、空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷が空調負荷補助分になり、その空調負荷補助分を得るに足る第２の圧縮機８の回転数を求め、その回転数が得られるように空調用無段変速装置６を変速するのである。
【００３２】
上記構成により、次のような作用・効果を奏する。
図３のタイムチャートに示すように、空調負荷が変動し、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格未満の状態では、低負荷運転手段３８により、クラッチ３が切り状態になっており、空調負荷補助分に合うように空調用無段変速装置６を変速しながら、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを運転し、空調負荷の変動に対応しながら、ガスエンジン５の回転数を一定に維持して、ガスエンジン５の能力の余剰分（残余の能力）で高効率で発電を行い、発電電力（斜線に相当する分）を得る。
【００３３】
空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格（設定値）以上になるに伴い、高負荷運転手段３７により、クラッチ３を入れ（ＯＮ）、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転する。一方、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂでは、空調負荷から、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格分を減算して空調負荷補助分を求め、その空調負荷補助分を得るに足る第２の圧縮機８の回転数を求め、その回転数が得られるように空調用無段変速装置６を変速しながら運転し、必要空調負荷に対応しながら、ガスエンジン５の回転数を一定に維持して、ガスエンジン５の能力の余剰分で高効率で発電を行い、発電電力（斜線に相当する分）を得る。
【００３４】
また、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格（設定値）未満になるに伴い、低負荷運転手段３８により、クラッチ３を切り、空調負荷に合うように空調用無段変速装置６を変速しながら、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを運転し、空調負荷に対応しながら、ガスエンジン５の回転数を一定に維持して、ガスエンジン５の能力の余剰分で高効率で発電を行い、発電電力（斜線に相当する分）を得る。
【００３５】
このように、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａと発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂとを用いて空調負荷に対応させ、しかも、空調負荷が設定値以上のときにエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａのガスエンジン１を常に定格で運転し、空調負荷の変動には発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂで対応させることにより、両ガスエンジン１、５を定格で効率良く運転することができる。また、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂでは、高効率で発電を行うことができ、システム全体としての効率を向上できる。
【００３６】
本発明としては、次のような構成をも含む。
（１）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを２台以上、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを１台設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格と同じにする。
【００３７】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格未満のとき
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上で定格の２倍未満のとき
１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の２倍以上のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００３８】
（２）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを２台以上、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを２台以上設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格と同じにする。
【００３９】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａが２台、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格未満のとき
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。空調負荷補助分が増加し、得られる発電電力が電力需要に対して不足するときには、２台目の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動して発電機１１のみを駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上で定格の２倍未満のとき
空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上になるに伴って１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに、定格を越えるに伴って発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。このときも、前述同様に、電力需要に応じて、２台目の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動して発電機１１のみを駆動すれば良い。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の２倍以上のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。また、電力需要に応じて、２台目の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動して発電機１１のみを駆動すれば良い。
▲４▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の３倍以上のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを駆動するとともに２台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂを駆動し、一方または両方の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂにおいて、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００４０】
（３）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを１台、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂをｎ（但しｎは２以上の整数）台設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１／ｎとする。
【００４１】
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の０．５倍未満のとき１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の０．５倍以上で定格未満のとき
１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは定格で第２の圧縮機８のみ駆動し、別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格以上で定格の１．５倍未満のとき
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲４▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１．５倍以上で２倍未満のとき
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは定格で第２の圧縮機８のみ駆動し、別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００４２】
（４）エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを２台以上、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂをｎ（但しｎは２以上の整数）台設けて空調システムを構成する。発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂの定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１／ｎとする。
【００４３】
エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａおよび発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのいずれもが２台の場合で説明すれば、次の通りである。
空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の１．５倍以上で２倍未満のときまでは、上記（１）の場合と同じであり、その後の動作について説明する。
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格の２倍以上で定格の２．５倍未満になったとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂのみ駆動し、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの定格の２．５倍以上で３倍未満のとき
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａを定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは定格で第２の圧縮機８のみ駆動し、別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂは、第２の圧縮機８を空調負荷補助分に対応するように変速し、残余の能力分で発電機１１を駆動する。
【００４４】
（５）発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂとして、前述のような空調用無段変速装置６を設けずに、ガスエンジン５に空調用クラッチ７を介して第２の圧縮機８を連動連結するとともに発電用クラッチ１０を介して発電機１１を連動連結したものを用いる。
この場合においても、両ヒートポンプ装置Ａ，Ｂを１台ずつ設けて空調システムを構成する場合、一方を１台、他方を複数台設けて空調システムを構成する場合、両ヒートポンプ装置Ａ，Ｂを複数台ずつ設けて空調システムを構成する場合のいずれをも本発明は含んでいる。
【００４５】
図４は、２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２と、上述した空調用無段変速装置６を設けないタイプの３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とを設けて空調システムを構成した第２実施例を示すブロック図であり、第２実施例と異なるところは、次の通りである。
【００４６】
すなわち、高負荷運転手段４１および低負荷運転手段４２それぞれに２個のクラッチ３，３、３個の空調用クラッチ７，７，７および発電用クラッチ１０，１０，１０が接続されている。
【００４７】
判別手段４０には、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格に対応させた設定値が入力され、空調負荷演算手段３５で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格または２倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、エンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格に満たない空調負荷補助分またはエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力するようになっている。
【００４８】
高負荷運転手段４１では、判別手段３６からの高負荷信号に応答してクラッチ３を入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ１など）を駆動するように空調用クラッチ７を入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ３など）の発電用クラッチ１０を操作する高負荷制御信号を出力するようになっている。
【００４９】
低負荷運転手段４２では、判別手段３６からの低負荷信号に応答して所定のクラッチ３を切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ１など）を駆動するように空調用クラッチ７を入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置（Ｂ３など）の発電用クラッチ１０を操作する低負荷制御信号を出力するようになっている。
【００５０】
上記制御動作につき、図５のタイムチャートを用いて説明する。
２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２は互いに同一定格で、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の定格をエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２それぞれの定格の１／３とする。図４において、右上がりではその下端でクラッチ３および空調用クラッチ７をＯＮしていることを示し、右下がりでは、その上端でクラッチ３をＯＦＦし、一方、空調用クラッチ７をＯＮしていることを示している。
【００５１】
▲１▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１／３倍未満のとき
１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１のみ駆動し、空調用クラッチ７を入れ、１個の第２の圧縮機８を駆動して空調負荷に対応する。このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ２，Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲２▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１／３倍以上で定格の２／３倍未満のとき
２台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２を駆動し、空調用クラッチ７を入れ、２個の第２の圧縮機８を駆動し、このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲３▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の２／３倍以上で定格未満のとき
３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を駆動し、３個の空調用クラッチ７を入れ、第２の圧縮機８を駆動する。
▲４▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格以上で１・１／３倍未満のとき
ひとつのクラッチ３を入れて１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの第１の圧縮機４を定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１のみ駆動し、空調用クラッチ７を入れ、１個の第２の圧縮機８を駆動して空調負荷に対応する。このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ２，Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲５▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１・１／３倍以上で定格の１・２／３倍未満のとき
１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの第１の圧縮機４を定格で運転する状態で、２台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２を駆動し、空調用クラッチ７を入れ、２個の第２の圧縮機８を駆動し、このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
▲６▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の１・２／３倍以上で定格の２倍未満のとき
１台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａの第１の圧縮機４を定格で運転する状態で、３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を駆動し、空調用クラッチ７を入れ、３個の第２の圧縮機８を駆動する。
▲７▼空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の定格の２倍以上で２・１／３倍未満のとき
もうひとつのクラッチ３を入れて２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２の第１の圧縮機４を定格で運転し、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１のみ駆動し、空調用クラッチ７を入れ、１個の第２の圧縮機８を駆動して空調負荷に対応する。このとき、必要に応じて、他の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ２，Ｂ３を駆動し、発電用クラッチ１０を入れ、残余の能力分で発電機１１を駆動して発電電力を得る。
【００５２】
以上のようにして、２台のエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ａ１，Ａ２と、３台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とを台数制御し、空調負荷の変動に対応しながら、それぞれのガスエンジン１，５を定格で常に出力効率の高い状態で運転し、かつ、空調負荷を賄った後の残余の能力で発電電力を得ることができる。
【００５３】
上記実施例では、ガスエンジン１，５からの排熱により給湯を行うようにしているが、排熱を冷媒回路１２の室外側熱交換器１４などで、暖房時の冷媒加熱に利用するとか、あるいは、吸収式冷凍機における再生器の加熱源に利用して冷房を行うとか、更には、ガスボイラの熱源に利用して発生した蒸気でガスタービンを運転し、発電機や各種の機械装置を運転するように構成するなど、その排熱の利用形態は各種の変形が可能である。
【００５４】
また、上記実施例では、室内温度と目標温度と外気温度などに基づいて演算した空調負荷に基づいてクラッチ３、空調用クラッチ７および発電用クラッチ１０を切り替え制御しているが、本発明としては、例えば、室内温度と目標温度とに基づく空調負荷に基づき、冷房の場合であれば、室内温度が目標温度よりも低くなったときに、クラッチ３を切ったり、空調用クラッチ７を切って発電用クラッチ１０を入れたりし、逆に、室内温度が目標温度よりも高くなったときに、クラッチ３を入れたり、空調用クラッチ７を入れて発電用クラッチ１０を切るといったようにして、クラッチ３、空調用クラッチ７および発電用クラッチ１０を切り替え制御するように構成するものでも良い。
【００５５】
上述実施例のガスエンジン１，５としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやガソリンエンジンなど各種のエンジンを用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムによれば、空調負荷に基づき、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに、１台または複数台いずれであっても、必要なクラッチを入れてエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格で運転し、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
一方、空調負荷がエンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときには、エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格を越える分だけエンジン駆動式ヒートポンプ装置を定格運転するように、また、定格を越えなければエンジン駆動式ヒートポンプ装置の運転を停止するように不必要なクラッチを切り、空調負荷の変動には、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で対応させる。このとき、空調負荷の変動に伴う空調負荷補助分に対応するように、第２の圧縮機の能力を変更し、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置で残余の能力があるときには、その残余の能力分で発電機を駆動して発電電力を得る。
したがって、エンジン駆動式ヒートポンプ装置を運転するときには、そのエンジンを常に出力効率の高い状態で運転することができる。空調負荷の変動に対しては、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置により対応させることができ、しかも、第２の圧縮機を運転しながら、余剰分の能力で発電機を運転できるから、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置においても、エンジンを出力効率の高い状態で運転することができ、空調負荷の変動に対応できながら、システム全体としての効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムの実施例を示す概略構成図である。
【図２】第１実施例の制御系を示すブロック図である。
【図３】第１実施例の空調負荷の変動状態とエンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれの運転状態を示すタイムチャートである。
【図４】第２実施例の制御系を示すブロック図である。
【図５】第２実施例の空調負荷の変動状態とエンジン駆動式ヒートポンプ装置および発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれの運転状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
３…クラッチ
４…第１の圧縮機
５…ガスエンジン
６…空調用無段変速装置
８…第２の圧縮機
１１…発電機
１２…冷媒回路
１４…室外側熱交換器
１５…膨張弁
１６…室内側熱交換器
３０…室内温度センサ
３１…空調温度設定器
３２…外気温度センサ
３４…マイクロコンピュータ（空調制御手段）
３５…空調負荷演算手段
３６…判別手段
３７…高負荷運転手段
３８…低負荷運転手段
４０…判別手段
４１…高負荷運転手段
４２…低負荷運転手段
Ａ…エンジン駆動式ヒートポンプ装置
Ｂ…発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置
Claims (3)
- エンジンにクラッチを介して第１の圧縮機を連動連結した１台以上のエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
エンジンに発電機および第２の圧縮機それぞれを能力を変更可能に連動連結した１台以上の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
室外側熱交換器と膨張弁と室内側熱交換器とを備えるとともに前記第１の圧縮機に接続される第１の冷媒回路と、
室外側熱交換器と膨張弁と室内側熱交換器とを備えるとともに前記第２の圧縮機に接続される第２の冷媒回路と、
空調負荷に基づいて、前記クラッチを入れることにより前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分を前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格運転により賄うとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分を、前記第２の圧縮機を空調負荷の変動に合うように運転して賄い、かつ、残余の能力分で前記発電機を駆動するように運転する空調制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システム。 - 請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムにおいて、
エンジンと第２の圧縮機との間に設けられて前記第２の圧縮機の回転数を変更する空調用無段変速装置と、
被空調空間内の温度を測定する室内温度センサと、
被空調空間内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、かつ、
空調制御手段が、
前記室内温度センサで測定された被空調空間内の温度と、前記空調温度設定器で設定された目標温度と、前記外気温度センサで測定された外気温度とに基づいて空調負荷を演算する空調負荷演算手段と、
前記空調負荷演算手段で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力する判別手段と、前記判別手段からの高負荷信号に応答してクラッチを入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に合うように前記空調用無段変速装置を変速する高負荷制御信号を出力する高負荷運転手段と、
前記判別手段からの低負荷信号に応答して所定のクラッチを切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に合うように前記空調用無段変速装置を変速する低負荷制御信号を出力する低負荷運転手段と、
を有するものであるエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システム。 - 請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システムにおいて、
複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれで、エンジンと第２の圧縮機および発電機それぞれとの間に設けられて駆動または駆動停止する空調用クラッチおよび発電用クラッチと、
被空調空間内の温度を測定する室内温度センサと、
被空調空間内を空調する目標温度を設定する空調温度設定器と、
外気温度を測定する外気温度センサとを備え、かつ、
空調制御手段が、
前記室内温度センサで測定された被空調空間内の温度と、前記空調温度設定器で設定された目標温度と、前記外気温度センサで測定された外気温度とに基づいて空調負荷を演算する空調負荷演算手段と、
前記空調負荷演算手段で演算された空調負荷としてエンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格またはその整数倍の定格に見合う空調負荷分があるときに高負荷信号を出力するとともに、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力よりも小さいときに低負荷信号を出力し、かつ、前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の定格に満たない空調負荷補助分または前記エンジン駆動式ヒートポンプ装置の総能力を越える空調負荷補助分があるときに補助負荷信号を出力する判別手段と、前記判別手段からの高負荷信号に応答してクラッチを入れるとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するように前記空調用クラッチを入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の前記発電用クラッチを操作する高負荷制御信号を出力する高負荷運転手段と、
前記判別手段からの低負荷信号に応答して所定のクラッチを切るとともに、補助負荷信号に応答して空調負荷補助分に見合う台数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動するように前記空調用クラッチを入れ、残余の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の前記発電用クラッチを操作する低負荷制御信号を出力する低負荷運転手段と、
を有するものであるエンジン駆動式ヒートポンプ装置を用いた空調システム。
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