JP2009219195A - 空調・発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 多種の商用電力系統へ系統連系させて電源供給することを可能とすると共に、機種構成の簡素化を行う。
【解決手段】 コンバータ部とインバータ部から構成される系統連系回路に、前記コンバータ部で直流変換された直流電力を供給可能とする出力部を備えると共に、前記インバータ部を別筐体（第２筐体）として、少なくとも前記直流電力を供給する電力線で接続する構成とする。これにより、多種の商用電力系統に対して、前記インバータ部のみを変更することにより対応可能となるため、機種構成を簡素化することができる。
【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、エンジン、圧縮機等を備える、その筐体内にコンバータ部およびインバータ部を備えた系統連系回路を設けていたため、コンパクトに構成できるものの、一口に「商用電源」と言っても、国内では、ＡＣ１００Ｖや、ＡＣ２００Ｖ、単相電源や三相電源等があるため、これら電源に対応した機種を揃えなければならず、機種構成を多品種少量としなければならなかった。

特に、海外への展開を考えた場合には、更に多品種の構成としなければならなかった。

そこで、本発明は、機種構成を簡素化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を備えると共に、当該エンジンの駆動力により駆動される発電機を備え、前記発電機で発電される電力をコンバータ部により直流電力へと変換し、前記直流電力をインバータ部により商用電源に適した交流電力へと変換して、前記商用電源からの受電電力に基づいて前記発電機の発電量の増減を制御する系統連系回路を備える空調・発電システムにおいて、前記系統連系回路に、少なくとも前記コンバータ部により変換された前記直流電力を供給可能とする出力部を備えた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、前記系統連系回路は、前記コンバータ部と、前記インバータ部から成り、前記コンバータ部は、前記圧縮機と同じ第１筐体内に設けられ、前記インバータ部は、前記第１筐体とは異なる第２筐体内に設けられ、前記第１筐体と前記第２筐体とは、夫々の筐体に設けられた端子を介して、少なくとも前記直流電力の電力線により接続されることを特徴とするものである。

第３の発明は、第２の発明において、前記第１筐体内のコンバータ部と前記第２筐体内のインバータ部とは、前記直流電力の電力線で接続されると共に、該コンバータ部と該インバータ部とは制御線で接続され、前記コンバータ部を制御する制御装置により、当該インバータ部も前記制御線を介して制御されることを特徴とするものである。

この発明によれば、空調・発電システムより、コンバータ部により直流変換された直流電力が供給可能となるため、インバータ部に汎用のインバータ回路等を用いて商用電源へ系統連系させて電力供給できることから、多種の商用電源に適した電力供給を行わせるにしても、前記発電機付きエンジン駆動式空気調和装置の機種構成を簡素化することができる。

これにより、前記機種構成を少品種することができるため、安価な空調・発電システムを構成して供給することが可能となる。

また、前記コンバータ部をエンジンや、圧縮機と同じ第１筐体内に設け、前記インバータ部を前記第１筐体とは異なる第２筐体内に設け、これら筐体は、夫々の筐体に設けられた端子を介して、少なくとも直流電力の電力線により接続されるものとしているため、必要があれば、複数個の第２筐体を接続し、同時に、複数の商用電源を供給することが可能となる。

また、上記電力線に加え、前記コンバータ部と前記インバータ部とを制御線により接続することにより、従来の発電機付きエンジン駆動式空気調和装置と同様、システム全体での制御が可能となり、系統連系により電源供給する商用電源に十分適した電力を供給することできる。

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。また、室外ユニット２は、第１筐体２ａと第２筐体２ｂとから構成されており、室外ユニット２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（系統連系回路）は、発電機１１からの三相交流電力を、コンバータ部３３ａを介して、直流電力に変換した後、インバータ部３３ｂを介して１００Ｖ／２００Ｖの交流の電力に変換して、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。

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、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、コンバータ部３３ａは、前記圧縮機１１と同じ室外ユニットの第１筐体２ａ内に設けられ、前記インバータ部３３ｂは、前記室外ユニットとは異なる第２筐体２ｂ内に設けられおり、第１筐体２ａ、第２筐体２ｂには、互いを前記電力線３３ｃおよび制御線３３ｄで接続する出力部２ｃと入力部２ｄとが設けられている。そして、これら、出力部２ｃ、入力部２ｄには、図示しない端子やコネクタ等の接続手段が設けられ、電力線３３ｃおよび制御線３３ｄを介して接続することにより、前記直流電力や制御信号等の授受が行われるものとなっている。

そして、室外側コントローラ３９によりガスエンジン１０の運転が開始されると、このガスエンジン１０の駆動力により発電機１１が駆動され、該発電機１１で発電された三相交流電力は、コンバータ部３３ａで直流電力へと変換され、この直流変換された直流電力は、電力線３３ｃを介してコンバータ部３３ａの出力部２ｃから送出され、インバータ部３３ｂの入力部２ｄより該インバータ部３３ｂへと供給される。そして、該インバータ部３３ｂでは、電力検出器４３および系統連系盤６０からの電力値データ、並びに、室外コントローラ３９から通信線４０及び制御線３３ｄを介して送信される制御信号に基づいて、電力供給線３４より商用電力系統３５へ電力が供給されるものとなっている。なお、この制御線３３ｄを介して行われる通信は、信号線と接地線とを用いたシリアル通信によるものでも良く、或いは、多線信号線を用いた接点信号等によるパラレル通信によるものでも構わない。

そして、このように前記インバータ部３３ｂを、ガスエンジン１０、発電機１１やコンバータ部３３ａが設けられている第１筐体２ａとは異なる第２筐体２ｂ内に設け、前記第１筐体２ａに直流変換された直流電力を供給可能とする出力部２ｃを設けることにより、前記商用電力系統の種類が多種類になっても、前記第２筐体２ｂ内に設けられるインバータ部３３ｂの構成を変更するだけで、各種の商用電力系統への対応が可能となり、前記第１筐体２ａを構成する機器の構成は変更せずに対応できることから、機器構成を簡素化することが可能となる。

このような構成では、図２に示すように、上記インバータ部３３ｂの代わりに、汎用のインバータ部５５ｂを設けて構成することも可能となる。

汎用のインバータ部５５ａでは、必ずしも制御線３３ｄを介して行うコンバータ部３３ａとの通信形態が同一であるとは限らないため、電力線３３ｃのみが接続されることとなり、前記インバータ部５５ｂは、独立した運転を行うこととなる。もちろん、前記インバータ部５５ｂが汎用品のものであっても、前記コンバータ部３３ａと通信可能な場合には、制御線３３ｄを設けて通信させるものとしても良いことは言うまでもない。また、この制御線３３ｄを介して行われる通信は、信号線と接地線とを用いたシリアル通信によるものでも良く、或いは、多線信号線を用いた接点信号等によるパラレル通信によるものでも構わない。

なお、この図２において、上記図１と機能が同様なものは、同一の符号を付しており、上記図１との相違点は、上述のように、第２筐体２ｂに設けられているインバータ部５５ｂが汎用のインバータ部であることだけである。

この場合においても、上記同様、前記商用電力系統の種類が多種類になっても、汎用のインバータ部５５ｂ（つまり、第２筐体２ｂ）のみを変更するだけで、各種の商用電力系統への対応が可能となり、前記第１筐体２ａを構成する機器の構成は変更せずに対応できることから、機器構成を簡素化することが可能となる。

以上説明したように、空調・発電システムの系統連系回路に、少なくともコンバータ部により変換された直流電力を供給可能とする出力部を備えることにより、各種の商用電力系統に対応できる機種の構成を簡素化することができる。

また、上記実施の形態に基づいて、本発明の説明を行ったが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、コンバータ部３３ａから電力線３３ｃ等により接続されるインバータ部をインバータ部３３ｂ、または、汎用のインバータ部５５ｂのみを接続するものとして説明したが、前記出力部２ｃに、複数のインバータ部を接続するものとしても構わない。これにより、同時に、多種の商用電力系統への電力供給が可能となる。或いは、前記出力部２ｃへ、複数のインバータ部を接続すると共に、これらインバータ部の出力を同一の商用電力系統に接続するものとしても構わない。これにより、いずれかのインバータ部が破損等により電源供給が不能となった場合、バックアップとして電源供給を行うことが可能となる。

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、汎用のインバータ部を設け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。

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
２ａ 第１筐体
２ｂ 第２筐体
２ｃ 出力部
２ｄ 入力部
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 コンバータ部
３３ｂ インバータ部
３３ｃ 電力線
３３ｄ 制御線
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
５５ａ 汎用のインバータ部
６０ 系統連系盤

Claims (3)

1. エンジンの駆動力により駆動される圧縮機を備えると共に、当該エンジンの駆動力により駆動される発電機を備え、前記発電機で発電される電力をコンバータ部により直流電力へと変換し、前記直流電力をインバータ部により商用電源に適した交流電力へと変換して、前記商用電源からの受電電力に基づいて前記発電機の発電量の増減を制御する系統連系回路を備える空調・発電システムにおいて、
   前記系統連系回路に、少なくとも前記コンバータ部により変換された前記直流電力を供給可能とする出力部を備えたことを特徴とする空調・発電システム。
2. 前記系統連系回路は、前記コンバータ部と、前記インバータ部から成り、前記コンバータ部は、前記圧縮機と同じ第１筐体内に設けられ、前記インバータ部は、前記第１筐体とは異なる第２筐体内に設けられ、前記第１筐体と前記第２筐体とは、夫々の筐体に設けられた端子を介して、少なくとも前記直流電力の電力線により接続される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. 前記第１筐体内のコンバータ部と前記第２筐体内のインバータ部とは、前記直流電力の電力線で接続されると共に、該コンバータ部と該インバータ部とは制御線で接続され、前記コンバータ部を制御する制御装置により、当該インバータ部も前記制御線を介して制御されることを特徴とする請求項２に記載の空調・発電システム。

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