JP2009216260A - 空調・発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力を低減すると共に、開発設計を容易とした発電機付きエンジン駆動式空気調和装置を提供する。
【解決手段】 商用電源系統３５への電力供給を行う系統連系インバータ３３に必要とされる電力を、エンジン１０により駆動される発電機１１で発電される電力より賄うものとする。これにより、発電機付きエンジン駆動式空気調和装置１内で、電気的に空調側と発電側とに分離することができるため、空調側は、空調機に関連する規定に合致するよう開発設計を行えば良く、発電側は、発電装置に関連する規定に合致するよう開発設計を行えるようになるため、開発設計を容易に行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン等の内燃機関の駆動力によって圧縮機および発電機を駆動して空調および発電を同時に行う空調・発電システムに関するものである。

従来のエンジン駆動式空気調和装置では、室外機において、冷媒を圧縮する圧縮機をガスエンジン等の内燃機関の駆動力で駆動させ、空調運転を行わせている。近年、このガスエンジン等の内燃機関に発電機を連結し、この駆動力で該発電機を駆動して発電し、この発電機で発電された電力を、例えば室外熱交換器への送風を行う送風機、或いは、該内燃機関を冷却する冷却水ポンプなどの負荷装置に供給し、電力供給レスの発電機付きエンジン駆動式空気調和装置（空調・発電システム）の実現が模索されている。（例えば、特許文献１参照）。

更には、前記発電機を発電容量の大きい発電機を搭載し、前記内燃機関の駆動力で駆動させると共に、商用電源の電圧や周波数等を検出して、前記商用電源に適した電力を、系統連系回路を介して供給可能とする発電機付きエンジン駆動式空気調和装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−２３１７４５号公報 特開２００６−２９６０３９号公報

しかしながら、これまでの発電機付きエンジン駆動式空気調和装置では、商用電力系統からエンジン、圧縮機等を制御および駆動するための電力は、商用電力系統から供給を受け備えるものとなっており、更に、前記エンジンの駆動力で発電し、前記商用電力系統へと電力供給する系統連系インバータの制御電源も賄うものとなっていた。このため、前記発電機での発電が行われていない場合でも、前記系統連系インバータでの電力消費が行われると共に、前記前記エンジン、圧縮機等、系統連系インバータなどは、一体のものであるとして扱われることから、空気調和装置側のみに関する部分であっても、発電装置側のみに関する部分であっても、空気調和装置に関する規定と発電装置に関する規定との双方の規定に合致するよう開発設計を行わなければならないものとなっていた。

そこで、本発明は、前記発電機から系統連系インバータを介して商用電力系統へと供給される供給側電力と、エンジン、圧縮機等を駆動する消費側電力とを分離し、システム全体としての消費電力を低減させると共に、空気調和装置および発電装置の双方に関する規定に合致させつつ容易に開発設計を行うことができる発電機付きエンジン駆動式空気調和装置（空調・発電システム）を提供するものである。

第１の発明は、エンジンの駆動力により駆動される圧縮機と空調側制御装置とを備え、該空調側制御装置からの制御信号により前記圧縮機の能力を制御すると共に、当該エンジンの駆動力により駆動される発電機と電力供給側制御装置とを備え、該電力供給側制御装置からの制御信号により前記発電機で発電される電力を系統連系インバータにより商用電源に適した交流電力へと変換して、商用電力系統へ電源供給する空調・発電システムにおいて、当該電力供給側制御装置の電源が、前記発電機で発電され、前記系統連系インバータを介して前記商用電力系統へと供給される電力より供給されることを特徴とするものである。

第２の発明は、第１の発明において、前記電力供給側制御装置は、該電力供給側制御装置と前記空調側制御装置との間に電気的に絶縁された通信路を備え、該電気的に絶縁された通信路で通信データの授受を行うことを特徴とするものである。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記電力供給側制御装置は、前記発電機で発電され、前記系統連系インバータにおいて直流変換された直流電源が供給されるものであることを特徴とするものである。

第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記電力供給側制御装置は、前記発電機での発電が開始され、前記系統連系インバータに電力供給が開始される度に、リセットされて起動することを特徴とするものである。

第５の発明は、第１乃至第４の発明において、前記エンジン、前記圧縮機、前記空調側制御装置、前記発電機、前記電力供給側制御装置、前記系統連系インバータは、同一の筐体内に収納されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、発電装置側の電力消費が無くなるため、システム全体としての消費電力を低減させることができると共に、前記空気調和装置側は、空気調和装置に関する規定に合致した開発設計のみを行えば良く、また、発電装置側は、発電装置に合致した開発設計のみを行えば良いため、発電機付きエンジン駆動式空気調和装置（空調・発電システム）の開発設計の開発コストを低減し、且つ、容易に行うことが可能となる。

また、上述のように、空気調和装置側と発電装置側とを分離して開発設計を行っても、これらを一体化することで、コンパクトに収容することができ、設置性の良いものとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら以下に説明する。

図１は、本発明を適用した発電機付きエンジン駆動式空気調和装置を示しており、まず、図１を用いてこの空気調和装置１の概要を説明する。

この空気調和装置（発電機付きエンジン駆動式空気調和装置）１は、室外ユニット２と室内ユニット３とを有し、これらを液管４ａおよびガス管４ｂからなるユニット間配管４で接続して構成されている。室外ユニット２の筐体内には、例えば、１３Ａやプロパンなどのガスを燃料とするガスエンジン１０と、このガスエンジン１０の駆動力により発電を行う発電機１１と、ガスエンジン１０の駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機１２とが収容されている。このガスエンジン１０は、燃料調整弁７を経て供給されるガスなどの燃料と、スロットル弁８を経て供給される空気との混合気を燃焼させて駆動力を発生する。

上記圧縮機１２は、大小異容量の圧縮機１２ａ、１２ｂで構成され、２台が並列に、ガスエンジン１０に対し、それぞれ電磁クラッチ１４ａ、１４ｂを介して接続されている。これら圧縮機１２ａ、１２ｂの吐出管１２ｃは、プレート式熱交換器３１、四方弁１５、室外熱交換器１７の順に接続され、この室外熱交換器１７には、液管４ａを介して、室内ユニット３の膨張弁１９、室内熱交換器２１が接続され、室内熱交換器２１には、ガス管４ｂを介して、四方弁１５が接続され、この四方弁１５には、圧縮機１２ａ、１２ｂが接続されている。また、この圧縮機１２ａ、１２ｂの吐出管１２ｃおよび吸込管１２ｄが、バイパス管１８で接続され、このバイパス管１８に、アンロード用のバイパス弁２０が接続されている。

ちなみに、圧縮機１２ａ、１２ｂが駆動されると、四方弁１５の切り替え状態で、それが暖房切り替えであれば、実線の矢印で示すように、圧縮機１２ａ、１２ｂ、四方弁１５、室内熱交換器２１、膨張弁１９、室外熱交換器１７の順に冷媒が循環し、室内熱交換器２１での冷媒凝縮熱により室内が暖房される。これとは反対に、四方弁１５が冷房切り替えであれば、破線の矢印で示すように、圧縮機１２ａ、１２ｂ、四方弁１５、室外熱交換器１７、膨張弁１９、室内熱交換器２１の順に冷媒が循環し、この室内熱交換器２１での冷媒蒸発熱により室内が冷房される。

つぎに、ガスエンジン１０の冷却装置について説明する。

このガスエンジン１０は水冷式であり、このガスエンジン１０のウォータージャケットを循環した冷却水は、第１の三方弁２２、第２の三方弁２４を経て、ラジエータ２５に供給される。このラジエータ２５は、室外熱交換器１７と併設されており、これらは同一の送風機２６により送られる空気によって空冷され、このラジエータ２５を経た冷却水は、冷却水ポンプ２７、排ガス熱交換器２９の順に流れて、ガスエンジン１０のウォータージャケットに戻される。

排ガス熱交換器２９には、ガスエンジン１０の排気ガスが通され、この排気ガスは、排気トップ３０を経て、室外ユニット２の外に排出される。

上述した第１の三方弁２２は冷却水温度で自動的に切り替えられる。すなわち、冷却水温度が所定温度よりも低い場合、ガスエンジン１０のウォータージャケットからの冷却水を、ラジエータ２５をバイパスし、直接、冷却水ポンプ２７、排ガス熱交換器２９の順に導いて、上記ウォータージャケットに戻す。

第２の三方弁２４は、例えば暖房運転時に切り替えられ、この場合、冷却水はラジエータ２５をバイパスし、プレート式熱交換器３１を経て、冷却水ポンプ２７、排ガス熱交換器２９の順に流れ、ウォータージャケットに戻される。

つぎに、発電機１１による発電系統について説明する。

この発電機１１には、系統連系インバータ３３が接続され、この系統連系インバータ３３は、発電機１１からの三相交流電力を、図２に示すようにＡＣ／ＤＣコンバータであるコンバータ部３３ｂを介して、直流電力に変換した後、インバータ部３３ｃを介して、例えば、１００Ｖ／２００Ｖの交流の電力に変換して、電力線３４を介して商用電力系統３５に出力する。この商用電力系統３５は、商用電源３６と、ブレーカ３７と、需要家負荷３８とを含み、系統連系インバータ３３は、ブレーカ３７と、需要家負荷３８との間に接続されている。

そして、この室外側コントローラ３９は、商用電力系統３５から電源線４１を介して動作電源を得ると共に、通信線４２を介して室内ユニット３の室内側コントローラに通信可能に接続されている。これに対し、系統連系インバータ３３には、上記コンバータ部３３ｂや商用電力系統３５に適した交流電源を生成するインバータ部３３ｃを制御するコントローラ部（電力供給側制御装置）３３ａが備えられており、このコントローラ部３３ａの電源は、前記コンバータ部３３ｂにより生成された直流電力より供給を受けるものとなっている。

また、この系統連系インバータ３３は、室外ユニット２の室外側コントローラ３９に、通信線４０を介して通信可能に接続されているものの、前記通信線４０は、室外側コントローラ３９側、或いは、コントローラ部３３ａ側のいずれか一方で、ホトカプラなどの絶縁素子が設けられており、電気的に絶縁された状態で前記室外側コントローラ３９との通信が行われるものとなっている。

また、この系統連系インバータ３３には、商用電源３６およびブレーカ３７の間に設置された電力検出器４３が接続されている。この電力検出器４３は、商用電力系統３５に供給される電力値をリアルタイムに取得し、この取得した電力値データが、系統連系インバータ３３に入力され、通信線４０を介して室外側コントローラ３９に送られる。

また、系統連系インバータ３３は、前記コントローラ部３３ａにより発電機１１の発電量を制御する機能を有し、必要に応じ、発電量を減少または増大させる。また、この発電は、発電機１１が、圧縮機１２を駆動する余剰動力を用いて行われる。

上記構成において、例えば室内ユニット３側の空調要求に応じて、圧縮機１２ａ、１２ｂの負荷が増大すると共に、商用電力系統３５の需要家負荷３８の増大に応じて、発電要求が増大した場合、エンジン１０の負荷が増大する。

需要家負荷３８は、電力検出器４３、系統連系インバータ３３のコントローラ部３３ａおよび室外側コントローラ３９により常時監視されている。

また、電力検出器４３と室外機２との間には系統連系盤６０が接続されている。

そして、室内ユニット３に接続されたリモコンが操作され、当該発電機付きエンジン駆動式空気調和装置１の運転が開始されると、室外側コントローラ３９によりガスエンジン１０の運転が開始され、このガスエンジン１０の駆動力により圧縮機１２ａ、１２ｂが駆動されて、室内ユニット３での空調運転が開始される。それと同時に、前記ガスエンジン１０の駆動力により発電機１１が駆動され、発電機１１での発電が開始されると、コンバータ部３３ｂで、発電された電力のＡＣ／ＤＣ変換が行われ、インバータ部３３ｃへの直流電力の供給が行われると共に、コントローラ部３３ａへの電力供給が行われる。

これにより、コントローラ部３３ａの図示しない電源回路を介して該コントローラ部３３ａ内への電源供給が行われ、この電源供給と共に、このコントローラ部３３ａに搭載された図示しないマイクロコンピュータが、まず、図示しない前記コントローラ部３３ａのリセットにより初期状態とされて立ち上がり、通信線４０を介しての室外側コントローラ３９との通信および系統連系盤６０からの電力値データにより、インバータ部３３ｃを制御して前記商用電力系統３５への電源供給を開始することとなる。

つまり、前記コントローラ部３３ａは、上述のように、発電機１１の起動により発電された電力により電源供給されるものとなっていることから、当該発電機１１が停止した場合には、当該コントローラ部３３ａの電源供給も停止されるものであり、発電機１１の起動の度に、リセットされて立ち上がるものである。

なお、上述のように、発電機１１の起動の度に、前記コントローラ部３３ａがリセットされて立ち上がることに不都合がある場合には、該コントローラ部３３ａ上に不揮発性メモリ等を設けておき、発電機１１が停止する毎に、現在のコントローラ部３３ａの運転情報を記憶させておき、次回、発電機１１が再起動して、コントローラ部３３ａが立ち上がる際、リセットの後、この不揮発性メモリに記憶させておいた前回の運転情報を呼び出し、この運転情報に基づいて、その後の電力供給を行わせることも可能である。

このように、空調運転を行わせる室外側コントローラ３９を含み、送風機２６や、四方弁１５等の電力供給を商用電源３６から供給されるものとし、前記コントローラ部３３ａを含む系統連系インバータ３３の電力供給を、発電機１１で発電された発電電力から供給されるものとすることにより、上記発電機付きエンジン駆動式空気調和装置１内で、電気的に空調側と発電側とに分離することができ、電力供給する、しないの如何に関わらず、前記発電機付きエンジン駆動式空気調和装置１の消費電力を低減することが可能となる。

さらに、前記空調側においては、上述のように、商用電源系統３５からの電力供給を受けて動作するものとなるため、空気調和装置に関する規定に合致するよう開発設計を行えば、関連規定を満足できるものとなり、また、前記発電側においては、前記商用電源系統３５からの電力供給を受けず、発電機１１の駆動により出力される発電電力を受けて動作するものとなるため、発電装置に関する規定に合致すよう開発設計を行えば、関連規定を満足でき、これにより、発電機付きエンジン駆動式空気調和装置（空調・発電システム）の開発設計を容易に行うことができるようになる。

さらに、上記発電機付きエンジン駆動式空気調和装置１を一体型のものと構成することにより、コンパクト化することができ、設置性の良いものとなる。

本発明を適用した発電機付きエンジン駆動式空気調和装置の構成図である。 上記図１において、系統連系インバータ３３内の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 発電機付きエンジン駆動式空気調和装置
２ 室外ユニット
３ 室内ユニット
４ 冷媒管
４ａ 液管
４ｂ ガス管
１０ ガスエンジン
１１ 発電機
１２ 圧縮機
３３ 系統連系インバータ
３３ａ コントローラ部部
３３ｂ コンバータ部
３３ｃ インバータ部
３５ 商用電力系統
３６ 商用電源
３７ ブレーカ
３８ 需要家負荷
３９ 室外側コントローラ
４０ 通信線
４３ 電力検知器
６０ 系統連系盤

Claims (5)

1. エンジンの駆動力により駆動される圧縮機と空調側制御装置とを備え、該空調側制御装置からの制御信号により前記圧縮機の能力を制御すると共に、当該エンジンの駆動力により駆動される発電機と電力供給側制御装置とを備え、該電力供給側制御装置からの制御信号により前記発電機で発電される電力を系統連系インバータにより商用電源に適した交流電力へと変換して、商用電力系統へ電源供給する空調・発電システムにおいて、
   当該電力供給側制御装置の電源が、前記発電機で発電され、前記系統連系インバータを介して前記商用電力系統へと供給される電力より供給されることを特徴とする空調・発電システム。
2. 前記電力供給側制御装置は、該電力供給側制御装置と前記空調側制御装置との間に電気的に絶縁された通信路を備え、該電気的に絶縁された通信路で通信データの授受を行うことを特徴とする請求項１に記載の空調・発電システム。
3. 前記電力供給側制御装置は、前記発電機で発電され、前記系統連系インバータにおいて直流変換された直流電源が供給されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空調・発電システム。
4. 前記電力供給側制御装置は、前記電力供給側制御装置は、前記発電機での発電が開始され、前記系統連系インバータに電力供給が開始される度に、リセットされて起動することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の空調・発電システム。
5. 前記エンジン、前記圧縮機、前記空調側制御装置、前記発電機、前記電力供給側制御装置、前記系統連系インバータは、同一の筐体内に収納されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の空調・発電システム。

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