JP2015127611A - エンジン駆動ヒートポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】発電機を搭載して停電時の電源装置として使用するエンジン駆動ヒートポンプにおいて、自立運転時に使用される自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成を提示する。【解決手段】エンジン駆動ヒートポンプは、インバータ163の周囲温度に応じて開閉する温度スイッチ167と、信号受信部11aを有する制御装置11とを備え、温度スイッチには、所定温度以上で開く温度開放接点167aが設けられており、バッテリ充電回路162には、該バッテリ充電回路に異常が発生した時に開く異常時開放接点168aが設けられており、インバータには、該インバータの状態を示す状態信号を発生させる信号発生接点163aが設けられており、温度スイッチにおける温度開放接点と、バッテリ充電回路における異常時開放接点と、インバータにおける信号発生接点とは、制御装置における信号受信部に対して直列に接続されている。【選択図】図5

Description

本発明は、エンジンで駆動される圧縮機により吸入・吐出されて冷媒回路に流れる冷媒を用いて熱交換を行うエンジン駆動ヒートポンプに関する。
エンジンで駆動される圧縮機により吸入・吐出されて冷媒回路に流れる冷媒を用いて熱交換を行うエンジン駆動ヒートポンプにおいて、発電機を搭載することは、従来から知られている(例えば特許文献1参照)。
そして、特許文献1は、発電機を搭載したエンジン駆動ヒートポンプを停電時の電源装置として使用することを開示している(0038段落等)。
特許第4682558号公報
しかしながら、特許文献1は、発電機を搭載したエンジン駆動ヒートポンプを停電時の電源装置として使用することを開示しているものの、自立運転時に使用される自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成については何も開示していない。
そこで、本発明は、発電機を搭載して停電時の電源装置として使用するエンジン駆動ヒートポンプにおいて、自立運転時に使用される自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成を提示することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために、エンジンと、前記エンジンで駆動される圧縮機と、前記圧縮機により吸入・吐出される冷媒を流す冷媒回路と、前記エンジンで駆動される発電機とを備えるエンジン駆動ヒートポンプであって、前記エンジンを起動するエンジン起動用バッテリと、前記エンジン起動用バッテリを充電するバッテリ充電回路と、前記発電機からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータと、前記インバータの周囲温度に応じて開閉する温度スイッチと、信号受信部を有する制御装置とを備え、前記温度スイッチには、所定温度以上で開く温度開放接点が設けられており、前記バッテリ充電回路には、該バッテリ充電回路に異常が発生した時に開く異常時開放接点が設けられており、前記インバータには、該インバータの状態を示す状態信号を発生させる信号発生接点が設けられており、前記温度スイッチにおける前記温度開放接点と、前記バッテリ充電回路における前記異常時開放接点と、前記インバータにおける前記信号発生接点とは、前記制御装置における前記信号受信部に対して直列に接続されていることを特徴とするエンジン駆動ヒートポンプを提供する。
本発明において、前記インバータは、前記状態信号として、正常時には所定周期のパルス信号を発生させ、異常時には異常状態に応じた前記正常時のパルス信号とは相違する所定周期のパルス信号を発生させる態様を例示できる。
本発明によると、発電機を搭載して停電時の電源装置として使用するエンジン駆動ヒートポンプにおいて、自立運転時に使用される自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成を提示することができる。
本発明の実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプを備えた熱交換システムの一例を示す概略ブロック図である。 第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプにおける電気回路の概略構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプにおける電気回路の詳細図である。 第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプの具体的な回路動作を示すタイムチャートである。 本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプにおいて、温度スイッチにおける温度開放接点とバッテリ充電回路における異常時開放接点とインバータにおける信号発生接点との制御部における信号受信部に対する接続状態を示す概略ブロック図である。 温度開放接点と異常時開放接点と信号発生接点とを通る直列回路が短絡または開放した状態を示す短絡開放パターンの一例を示すタイムチャートであって、(a)は、正常時短絡開放パターンを示す図であり、(b)は、異常時短絡開放パターンを示す図であり、(c)は、異常時開放パターンを示す図であり、(d)は、異常時短絡パターンを示す図である。 制御部における信号受信部で受信される信号の一例を示すタイムチャートであって、(a)は、正常時パルス信号を示す図であり、(b)は、異常時パルス信号を示す図であり、(c)は、異常時開放信号を示す図であり、(d)は、異常時短絡信号を示す図である。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100を備えた熱交換システム500の一例を示す概略ブロック図である。
図1に示す熱交換システム500は、エンジン駆動ヒートポンプ100により、冷媒を減圧して低温になる状態と、冷媒を加圧して高温になる状態とを繰り返しながら冷媒循環路300によって冷媒を循環させるようになっている。
詳しくは、冷媒循環路300は、エンジン駆動ヒートポンプ100(この例では空調装置を構成する室外機)に設けられる第1冷媒回路310(冷媒回路の一例)と、熱交換部200(この例では空調装置を構成する室内機)に設けられる第2冷媒回路320と、第1冷媒回路310と第2冷媒回路320とを連通する第3冷媒回路330と、エンジン駆動ヒートポンプ100に設けられて第1冷媒回路310に介装される第1熱交換器340と、熱交換部200に設けられて第2冷媒回路320に介装される第2熱交換器350と、第1熱交換器340と第2熱交換器350との間に設けられる冷媒回路(この例では第1冷媒回路310)に介装される膨張弁360とを備えている。
エンジン駆動ヒートポンプ100における第1冷媒回路310は、エンジン110で駆動されて冷媒を吸入・吐出する圧縮機120の吐出側に接続される吐出側第1冷媒管311と、第3冷媒回路330の一方側の第3冷媒管331に接続される一方側第1冷媒管312と、第3冷媒回路330の他方側の第3冷媒管332に接続される他方側第1冷媒管313と、圧縮機120の吸入側に接続される吸入側第1冷媒管314と、吐出側第1冷媒管311、一方側第1冷媒管312、他方側第1冷媒管313および吸入側第1冷媒管314に接続されて吐出側第1冷媒管311からの冷媒を一方側第1冷媒管312に導き、かつ、他方側第1冷媒管313からの冷媒を吸入側第1冷媒管314に導くか、或いは、吐出側第1冷媒管311からの冷媒を他方側第1冷媒管313に導き、かつ、一方側第1冷媒管312からの冷媒を吸入側第1冷媒管314に導くかを切り替え可能とされた四方弁315とを備えている。第1熱交換器340は、他方側第1冷媒管313に設けられており、膨張弁360は、他方側第1冷媒管313において第1熱交換器340と第3冷媒回路330の他方側の第3冷媒管332との間に設けられている。熱交換部200における第2冷媒回路320は、第3冷媒回路330の一方側の第3冷媒管331および他方側の第3冷媒管332に接続される第2冷媒管321を備えている。第2熱交換器350は、第2冷媒管321に設けられている。
かかる構成を備えることにより、熱交換システム500は、暖房や給湯(この例では暖房)に利用する場合は、吐出側第1冷媒管311からの冷媒を一方側第1冷媒管312に導き、かつ、他方側第1冷媒管313からの冷媒を吸入側第1冷媒管314に導くように四方弁315を切り替えて、低温の冷媒を外気や水などと第1熱交換器340を介して間接的に接触させて熱を取り込み、さらに冷媒を圧縮機120で圧縮して高温にしてから、第2熱交換器350を介して室内の空気や給湯用の水(この例では室内の空気)を温めるようになっている。一方、熱交換システム500は、冷房や冷蔵(この例では冷房)に利用する場合は、吐出側第1冷媒管311からの冷媒を他方側第1冷媒管313に導き、かつ、一方側第1冷媒管312からの冷媒を吸入側第1冷媒管314に導くように四方弁315を切り替えて、高温の冷媒を外気などと第1熱交換器340を介して間接的に接触させて熱を放出し、さらに膨張弁360で減圧して低温にしてから、第2熱交換器350を介して室内や冷蔵庫内(この例では室内)の空気を冷却するようになっている。
また、熱交換システム500は、エンジン110の回転駆動により出力電力が出力される発電機130を搭載したエンジン駆動ヒートポンプ100を系統E(具体的には商用電源)の停電時に電源装置として使用するようになっており、系統運転と系統Eの停電時に運転する自立運転とを切り替える自立運転切替装置400をさらに備えている。
自立運転切替装置400は、系統Eと宅内の差込プラグやコンセント等の配線用差込接続器PL〜PLとを配線用遮断器(ブレーカ)BK〜BKを介して接続するか、或いは、エンジン駆動ヒートポンプ100の自立出力部101と宅内の配線用差込接続器PL〜PLとを配線用遮断器BK〜BKを介して接続するかを切り替える切替器410を備えている。
本実施の形態では、切替器410は、系統Eからの系統電力の供給時に系統Eと配線用差込接続器PL〜PLとを接続する系統接続状態と、停電時にエンジン駆動ヒートポンプ100の自立出力部101と配線用差込接続器PL〜PLとを接続する停電接続状態とを自動的に切り替えるようになっている。なお、切替器410は、系統接続状態と停電接続状態とを手動で切り替えるようになっていてもよい。
また、自立運転切替装置400は、変圧器420をさらに備えている。変圧器420は、200V系の電圧を100V系の電圧に変換するものである。変圧器420は、200V系の配線用差込接続器PL(この例では熱交換部200に接続される接続器)に対応する配線用遮断器BKと、100V系の配線用差込接続器PL(この例では通常使用する照明やテレビジョン等の一般負荷Loに接続される接続器)に対応する配線用遮断器BKとの間の接続配線に設けられている。
本実施の形態では、エンジン駆動ヒートポンプ100は、エンジン110(この例ではガスエンジン)と、エンジン110で駆動される圧縮機120と、圧縮機120により吸入・吐出される冷媒を流す第1冷媒回路310と、エンジン110で駆動される発電機130とが本体パッケージ150に収納されている。詳しくは、圧縮機120は、エンジン110からの駆動力が電磁クラッチ121を介して伝達されるようになっている。発電機130は、エンジン110からの駆動力が直接的に或いは図示しない駆動伝達手段を介して間接的に伝達されるようになっている。なお、エンジン110は、ここでは、ガスエンジンとされているが、それに限定されるものではなく、ガスエンジン以外のエンジンであってもよい。
エンジン駆動ヒートポンプ100は、エンジン110を始動するエンジンスタータ140(具体的にはスタータモータ)に電力を供給してエンジン110を起動するエンジン起動用バッテリ161と、エンジン起動用バッテリ161を充電するバッテリ充電回路162(具体的にはバッテリ充電器)と、発電機130からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータ163(具体的には自立運転用インバータ)とを含む自立運転用電源装置160を備えている。本実施の形態では、自立運転用電源装置160は、スタータリレー164をさらに含んでいる。スタータリレー164は、エンジンスタータ140とエンジン起動用バッテリ161との間に接続されてエンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力をエンジンスタータ140に供給するようになっている。
なお、インバータ163は、互いに異なる2つの周波数(具体的には50Hzまたは60Hz)に切り替え可能とされている。エンジン駆動ヒートポンプ100は、自立運転用電源装置160が本体パッケージ150とは別体とされた別体パッケージ170に収納されている。自立運転用電源装置160および別体パッケージ170でバッテリユニット180を構成している。
<エンジン駆動ヒートポンプにおける電気回路について>
次に、第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100における電気回路について説明する。
図2は、第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100における電気回路の概略構成を示すブロック図である。
図2に示すように、エンジン駆動ヒートポンプ100は、既述したエンジン110、圧縮機120、発電機130、エンジン起動用バッテリ161、バッテリ充電回路162、インバータ163、スタータリレー164、エンジンスタータ140および自立出力部101に加えて、制御部11(制御装置の一例)、電源回路12、系統遮断リレー13、自立電源リレー14および自立運転スイッチ102を備えている。
制御部11は、エンジン駆動ヒートポンプ100全体の制御を司るものであり、制御基板を構成している。制御部11は、CPU(Central Processing Unit)等の処理部(図示せず)と、ROM(Read Only Memory)等の不揮発性メモリやフラッシュメモリなどの書き込み可能な不揮発性メモリおよびRAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリを含む記憶部(図示せず)とを備えている。エンジン駆動ヒートポンプ100は、制御部11の処理部が記憶部のROMに予め格納された制御プログラムを記憶部のRAM上にロードして実行することにより、各種構成要素を制御するようになっている。また、記憶部における不揮発性メモリには、エンジン駆動ヒートポンプ100の動作パラメータや設定データなどの各種システム情報が格納されている。
そして、制御部11は、ユーザからのヒートポンプ動作(この例では空調)の要求(ユーザによる指示)がある場合にエンジン110を駆動する通常運転モードと、ヒートポンプ動作(この例では空調)の要求と関係なくエンジン110を駆動する自立運転モードとに切り替え可能な構成とされている。
電源回路12は、エンジン駆動ヒートポンプ100における電気機器(この例では制御部11やエンジン110の図示を省略した点火プラグ)に電力を供給するものであり、電源基板を構成している。電源回路12は、交流の入力電力を直流の出力電力に変換するようになっており、この例では、制御部11の供給電源やエンジン110の点火プラグの供給電源とされている。
系統遮断リレー13は、系統Eの電力によって閉状態を自己保持して系統Eと電源回路12およびバッテリ充電回路162とを接続して系統Eからの系統電力を電源回路12およびバッテリ充電回路162に供給する一方、停電時に開状態となって系統Eと電源回路12およびバッテリ充電回路162との接続を遮断するように構成されている。
自立電源リレー14は、電源回路12およびバッテリ充電回路162に対して系統遮断リレー13と並列に接続されて系統Eから電力が供給されているときは、開状態となって系統遮断リレー13と電源回路12およびバッテリ充電回路162との接続を遮断する一方、停電時にインバータ163からの出力電力によって閉状態を自己保持してインバータ163と電源回路12およびバッテリ充電回路162とを接続し、インバータ163からの出力電力を電源回路12およびバッテリ充電回路162に供給するように構成されている。
自立運転スイッチ102は、ユーザによりオン操作されることで、オン状態を維持する一方、オン状態からユーザによりオフ操作されることで、オフされてオフ状態を維持する構成とされている。詳しくは、自立運転スイッチ102は、停電中のみエンジン起動用バッテリ161と制御部11との接続または遮断を手動で切り替え、かつ、制御部11に対して自立運転を指示する自立運転信号のオンオフ(有無)を手動で切り替える機能を有している。なお、自立運転スイッチ102は、宅内の操作盤30から操作できるようになっている。
本実施の形態では、エンジン駆動ヒートポンプ100は、入力電源リレー15をさらに備えている。
入力電源リレー15は、電源回路12からの出力電力を制御部11に供給する一方、停電時に自立運転スイッチ102がオンされると、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力を制御部11に供給するように構成されている。
なお、図2において説明していない部材については、以下の具体的な回路構成で説明する。
<具体的な回路構成について>
次に、第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100の具体的な回路構成について図3を参照しながら説明する。
図3は、第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100における電気回路の詳細図である。
(系統電力供給時での回路動作に関与する回路構成)
系統遮断リレー13は、励磁コイルが励磁されている励磁状態では導通(閉)とされる一方、励磁コイルが励磁されていない非励磁状態では非導通(開)とされるA接点(図3では○で示す)と、励磁状態では非導通(開)とされる一方、非励磁状態では導通(閉)とされるB接点(図3では●で示す)とを備えている。ここで、A接点やB接点の意味は、自立電源リレー14、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15a、点火電源リレー15b)、後述するバッテリリレー22、自立運転入力リレー23、スタータリレー164、制御リレー24、バッテリ充電回路162、冷却ファンリレー166a、冷却ファンスイッチ166b、温度スイッチ167についても同様である。
系統遮断リレー13は、3つのA接点(○)と、2つのB接点(●)とを備えており、自立電源リレー14は、4つのA接点(○)と、1つのB接点(●)とを備えている。入力電源リレー15は、制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15bで構成されている。入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)は、2つのA接点(○)と、2つのB接点(●)とを備えている。
エンジン駆動ヒートポンプ100は、系統Eに接続される系統入力部103と、系統Eの系統電圧を降圧する始動トランス17と、始動トランス17からの交流電力を直流電力に変換する整流回路18(具体的には整流器)と、発電機130からの出力電力(交流電力)を出力制御して発電に必要な発電電力(直流電力)を得る発電機コントローラ19と、発電機コントローラ19からの発電電力によって内部機器用電力変換器20を介して駆動されるエンジン冷却水ポンプ211および室外ファン212を含む内部機器21(内部電気機器)とをさらに備えている。内部機器用電力変換器20は、発電機コントローラ19からの発電電力(直流電力)を駆動電力(交流電力)に変換して得られた駆動電力をエンジン冷却水ポンプ211および室外ファン212を含む内部機器21に供給するようになっている。ここで、発電機コントローラ19は、発電機130からの出力電圧(交流電圧)が一定の発電電圧(直流電圧)になるように発電機130からの出力電圧を出力制御する直流安定化電源として作用する。内部機器用電力変換器20は、発電機コントローラ19からの発電電力(直流電力)を駆動電力(交流電力)に変換する内部機器用インバータとして作用する。
系統入力部103は、外部入力端子を構成しており、系統Eからの系統電力が入力されるようになっている。
系統入力部103は、系統遮断リレー13における3つのA接点(○)を介して、電源回路12の交流側と、始動トランス17の入力側と、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における励磁コイルと、バッテリ充電回路162の入力側とに接続されている。また、系統入力部103は、自立電源リレー14における1つのB接点(●)を介して系統遮断リレー13における励磁コイルに接続されている。
始動トランス17の出力側は、整流回路18を介してエンジンスタータ140に接続されている。
制御部11の電源入力ポート(具体的には制御電源ポートおよび点火電源ポート)は、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における2つのA接点(○)を介して電源回路12の直流側に接続されている。
また、電源回路12の直流側および発電機コントローラ19の直流側は、内部機器用電力変換器20を介して内部機器21に接続されている。発電機コントローラ19の交流側は、発電機130に接続されている。
さらに、バッテリ充電回路162の出力側は、エンジン起動用バッテリ161に接続されている。
なお、図示を省略したが、系統入力部103と系統遮断リレー13および自立電源リレー14との間には、漏電遮断器(ELB:Earth Leakage circuit Breaker)が接続されており、整流回路18とエンジンスタータ140との間には、制御部11により作動制御されるスタータリレーが接続されており、制御電源リレー15aと制御部11の制御電源ポートとの間の2つのA接点(○)の配線間には、停電用キャパシタが接続されており、発電機130と発電機コントローラ19の入力側との間には、発電機リアクトルが接続されている。
(停電時での回路動作に関与する回路構成)
エンジン駆動ヒートポンプ100は、バッテリリレー22、自立運転入力リレー23および制御リレー24をさらに備えている。
バッテリリレー22は、エンジン起動用バッテリ161と自立運転入力リレー23における励磁コイルとの接続を遮断する一方、ユーザにより自立運転スイッチ102がオンされると、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力を自立運転入力リレー23における励磁コイルに供給するように構成されている。
自立運転入力リレー23は、制御部11の自立運転指示ポートの導通を遮断する一方、バッテリリレー22を介してエンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力が励磁コイルに供給されると、制御部11の自立運転指示ポートが導通するように構成されている。ここで、制御部11は、自立運転指示ポートが導通して自立運転信号を受信すると、ユーザにより自立運転スイッチ102がオンされて自立運転が指示されていることを認識することができ、これにより、制御部11は、運転モードを自立運転モードに切り替えることができる。
制御リレー24は、エンジン起動用バッテリ161とスタータリレー164における励磁コイルとの接続を遮断する一方、制御部11からのエンジン始動電力が励磁コイルに供給されると、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力をスタータリレー164における励磁コイルに供給するように構成されている。
スタータリレー164は、エンジン起動用バッテリ161とエンジンスタータ140との接続を遮断する一方、制御リレー24を介してエンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力が励磁コイルに供給されると、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力をエンジンスタータ140に供給するように構成されている。
具体的には、バッテリリレー22、自立運転入力リレー23、制御リレー24、スタータリレー164は、何れも1つのA接点(○)を備えている。
バッテリリレー22における励磁コイルは、自立運転スイッチ102を介してエンジン起動用バッテリ161に接続されている。
自立運転入力リレー23における励磁コイルは、バッテリリレー22におけるA接点(○)を介してエンジン起動用バッテリ161に接続されている。制御部11の自立運転指示ポートは、自立運転入力リレー23におけるA接点(○)と系統遮断リレー13における一つのB接点(●)とを介して接続されて自立運転信号の閉回路を構成している。
制御リレー24における励磁コイルは、制御部11のエンジン始動出力ポートに接続されている。
スタータリレー164における励磁コイルは、制御リレー24におけるA接点(○)およびバッテリリレー22におけるA接点(○)を介してエンジン起動用バッテリ161に接続されている。エンジンスタータ140は、スタータリレー164におけるA接点(○)を介してエンジン起動用バッテリ161に接続されている。
制御部11の電源入力ポート(具体的には制御電源ポートおよび点火電源ポート)は、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における2つのB接点(●)およびバッテリリレー22におけるA接点(○)を介してエンジン起動用バッテリ161に接続されている。
インバータ163の信号入力側は、制御部11のインバータ出力指示ポートに接続されている。
さらに、発電機コントローラ19の直流側は、インバータ163の入力側(直流側)に接続されている。
ここで、図示を省略したが、スタータリレー164のA接点(○)とバッテリリレー22における励磁コイルとの間、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)のB接点(●)とバッテリリレー22のA接点(○)との間には、ヒューズが接続されており、自立運転スイッチ102とバッテリリレー22における励磁コイルとの間には、ヒューズおよびバッテリスイッチが直列に接続されており、自立運転入力リレー23の励磁コイルの端子間には、自立運転入力リレー23と並列の関係となるヒューズおよび自立起動表示ランプが直列に接続されている。
なお、停電時での回路動作に関与する回路構成におけるその他の回路構成は、既に説明済みであるため、ここでは説明を省略する。
(自立運転時での回路動作に関与する回路構成)
エンジン駆動ヒートポンプ100は、発電機130の電圧確立後でインバータ163からの出力電力を受けたときにインバータ163からの出力電力を、自立電源リレー14により電源回路12およびバッテリ充電回路162に供給し、かつ、自立出力部101を介してエンジン駆動ヒートポンプ100外に供給する構成とされている。
また、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163からの出力電力の供給中は系統遮断リレー13による系統Eと電源回路12およびバッテリ充電回路162との接続の遮断を持続し、自立運転信号が切れるまでインバータ163からの出力電力を持続する構成とされている。
また、エンジン駆動ヒートポンプ100は、復電かつインバータ163からの出力電力が切れたときに系統遮断リレー13による系統Eと電源回路12およびバッテリ充電回路162との接続を回復する構成とされている。
本実施の形態では、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163からの出力電力が切れたときに自立電源リレー14によりインバータ163と電源回路12およびバッテリ充電回路162との接続を遮断する構成とされている。
詳しくは、自立出力部101は、インバータ163に対して自立電源リレー14と並列に接続されており、外部出力端子を構成している。自立出力部101は、図1に示す切替器410に接続されてインバータ163からの出力電力を切替器410に供給するようになっている。
自立電源リレー14は、インバータ163からの出力電力が励磁コイルに供給されると、インバータ163からの出力電力を電源回路12およびバッテリ充電回路162に供給し、かつ、制御部11のインバータ出力確認ポートが導通するように構成されている。ここで、制御部11は、インバータ出力確認ポートが導通し、インバータ出力信号を受信すると、インバータ163から出力電力が出力されていることを認識することができる。
具体的には、インバータ163の出力側(交流側)は、自立電源リレー14における3つのA接点(○)を介して、電源回路12の交流側と、始動トランス17の入力側と、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における励磁コイルと、バッテリ充電回路162の入力側とに接続されている。また、インバータ163の出力側は、自立出力部101に接続されている。さらに、インバータ163の出力側は、系統遮断リレー13における1つのB接点(●)を介して、自立電源リレー14における励磁コイルに接続されている。ここで、既述したように、系統入力部103が自立電源リレー14におけるB接点(●)を介して系統遮断リレー13における励磁コイルに接続されており、インバータ163の出力側が系統遮断リレー13におけるB接点(●)を介して自立電源リレー14における励磁コイルに接続されているが、このように接続された系統遮断リレー13と自立電源リレー14との間で構成される回路は、系統遮断リレー13および自立電源リレー14のうち、先に動作(励磁)した一方側のリレーが優先し、他方側のリレーの動作(励磁)を禁止する回路(いわゆるインターロック回路)を構成している。
また、制御部11のインバータ出力確認ポートは、自立電源リレー14における1つA接点(○)を介して接続されてインバータ出力信号の閉回路を構成している。
エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163を冷却する冷却ファン165と、バッテリ充電回路162の入力ラインから冷却ファン165への交流電力の有無を切り替える切替器166とをさらに備えている(図2では図示省略、図3参照)。冷却ファン165は、インバータ163に送風するようにインバータ163の近傍またはインバータ163に近接した位置に設けられている。切替器166は、インバータ163から出力電力が出力されるか、或いは/さらに、インバータ163の周囲温度が予め定めた所定温度(例えば30℃)以上になると、バッテリ充電回路162の入力ラインから冷却ファン165へ交流電力を供給する構成とされている。換言すれば、切替器166は、インバータ163からの出力電力の出力がなくなり、かつ、インバータ163の周囲温度が所定温度(例えば30℃)を下回った場合に限り、バッテリ充電回路162の入力ラインから冷却ファン165への交流電力の供給を遮断するようになっている。
詳しくは、切替器166は、インバータ163からの出力電力の有無に応じて開閉する冷却ファンリレー166aと、インバータ163の周囲温度に応じて開閉する冷却ファンスイッチ166bとを備えている。
冷却ファンリレー166aは、インバータ163から出力電力が出力されていないときには、バッテリ充電回路162の入力ラインと冷却ファン165との間の接続を遮断する一方、インバータ163から出力電力が出力されると、インバータ163からの出力電力が供給されることでバッテリ充電回路162の入力ラインと冷却ファン165との間を接続してバッテリ充電回路162の入力ラインからの交流電力を冷却ファン165に供給するように構成されている。
具体的には、冷却ファンリレー166aは、1つのA接点(○)を備えている。冷却ファンリレー166aにおける励磁コイルは、インバータ163の出力側(交流側)に接続されている。これにより、冷却ファンリレー166aは、インバータ163から出力電力が出力されているときには、励磁コイルに出力電力が供給されてA接点(○)が導通(閉)となる一方、インバータ163から出力電力が出力されなくなると、励磁コイルへの出力電力の供給が遮断されてA接点(○)が非導通(開)となる。
冷却ファンスイッチ166bは、感温部が予め定めた所定温度(例えば30℃)以上になると閉じる温度閉塞接点を有しており、感温部が所定温度(例えば30℃)を下回っているときには、温度閉塞接点が開放されることでバッテリ充電回路162の入力ラインと冷却ファン165との間の接続を遮断する一方、感温部が所定温度(例えば30℃)以上になると、温度閉塞接点が閉じられることでバッテリ充電回路162の入力ラインと冷却ファン165との間を接続してバッテリ充電回路162の入力ラインからの交流電力を冷却ファン165に供給するように構成されている。冷却ファンスイッチ166bは、インバータ163の周囲温度に反応するようにインバータ163の近傍またはインバータ163に近接した位置に設けられている。
具体的には、冷却ファンスイッチ166bは、1つのA接点(○)(温度閉塞接点)を備えている。冷却ファンスイッチ166bは、サーミスター等の温度センサを含む感温部と、感温部からの信号により感温部が所定温度以上で閉じる一方、所定温度を下回ると開く開閉リレー等の切替器を含む切替部とを備えている。切替部における切替駆動部(具体的には励磁コイル)は、感温部を介してバッテリ充電回路162の入力ラインに接続されている。これにより、冷却ファンスイッチ166bは、インバータ163の周囲温度が所定温度(例えば30℃)を下回っているときには、バッテリ充電回路162の入力ラインから切替部における切替駆動部(具体的には励磁コイル)への交流電力の供給が遮断されてA接点(○)が非導通(開)となる一方、インバータ163の周囲温度が所定温度(例えば30℃)以上になると、バッテリ充電回路162の入力ラインから切替部における切替駆動部(具体的には励磁コイル)に交流電力が供給されてA接点(○)が導通(閉)となる。なお、冷却ファンスイッチ166bは、この例では、感温部および切替部を用いた温度スイッチとしているが、電源不要なサーモスタット式の温度スイッチであってもよい。
そして、冷却ファンリレー166aにおけるA接点および冷却ファンスイッチ166bにおけるA接点は並列に接続されており、冷却ファン165は、並列に接続された冷却ファンリレー166aにおけるA接点および冷却ファンスイッチ166bにおけるA接点を介してバッテリ充電回路162の入力ラインに接続されている。
ここで、図示を省略したが、自立電源リレー14とインバータ163の出力側の自立電源リレー14側への分岐部との間には、横流防止用トランスが接続されており、自立出力部101とインバータ163の出力側の自立出力部101側への分岐部との間には、回路保護器(CP:Circuit Protector)が設けられている。
なお、自立運転時での回路動作に関与する回路構成におけるその他の回路構成は、既に説明済みであるため、ここでは説明を省略する。また、温度スイッチ167における温度開放接点167a、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aおよびインバータ163における信号発生接点163aについては後述する。
図4は、第1実施形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100の具体的な回路動作を示すタイムチャートである。
以上説明したエンジン駆動ヒートポンプ100では、系統電力供給時、停電時および自立運転時等において、自立運転スイッチ102、交流電力供給、直流電力供給、エンジン110、系統遮断リレー13、自立電源リレー14、バッテリリレー22、スタータリレー164、制御電源リレー15a、点火電源リレー15b、インバータ163および制御部11の運転モードは、図4に示すような動作状態となる。
ここで、停電時および自立運転時でのエンジン駆動ヒートポンプ100の回路動作について以下に説明し、系統電力供給時等でのエンジン駆動ヒートポンプ100の回路動作については説明を省略する。なお、系統電力供給時等でのエンジン駆動ヒートポンプ100の回路動作については、本出願人が出願した特願2013−193237号の明細書に記載している。
(停電時でのエンジン駆動ヒートポンプの回路動作)
エンジン駆動ヒートポンプ100は、系統Eが停電している状態からユーザにより自立運転スイッチ102がオンされると、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力がバッテリリレー22における励磁コイルに供給されてバッテリリレー22におけるA接点(○)が導通する。そうすると、エンジン駆動ヒートポンプ100は、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力が、バッテリリレー22における導通状態のA接点(○)と入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における導通状態のB接点(●)とを介して制御部11の電源入力ポート(具体的には制御電源ポートおよび点火電源ポート)に供給され、さらに、バッテリリレー22における導通状態のA接点(○)を介して自立運転入力リレー23における励磁コイルに供給され、自立運転入力リレー23におけるA接点(○)が導通される。
これにより、制御部11は、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力が供給され、自立運転指示ポートが自立運転入力リレー23における導通状態のA接点(○)を介して導通することで自立運転信号を受信することができる。従って、制御部11は、作動状態となり、さらに、ユーザにより自立運転スイッチ102がオンされて自立運転が指示されていることを認識することができる。
そして、制御部11は、ユーザにより自立運転が指示されていることを認識すると、運転モードを自立運転モードに切り替え、ユーザからのヒートポンプ動作(この例では空調)の要求に関わらず、エンジン始動出力ポートから制御リレー24における励磁コイルにエンジン始動電力を所定時間供給し(具体的には、所定時間(例えば5秒間)の送信を所定間隔(例えば3秒間隔)で所定回数繰り返し)、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力を、制御リレー24におけるA接点(○)を介してスタータリレー164における励磁コイルに供給する。そうすると、スタータリレー164におけるA接点(○)が所定時間導通してスタータリレー164におけるA接点(○)を介してエンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力をエンジンスタータ140に供給し、これにより、エンジン110が始動し、ひいては発電機130が始動する。
また、エンジン駆動ヒートポンプ100は、発電機130からの出力電力が発電機コントローラ19を介してインバータ163の入力側に供給され、かつ、発電機130からの出力電力が発電機コントローラ19および内部機器用電力変換器20を介して内部機器21に供給される。
(自立運転時でのエンジン駆動ヒートポンプの回路動作)
エンジン駆動ヒートポンプ100は、発電機130が起動した回路動作の状態において、制御部11は、発電機130の電圧確立後(所定電圧以上になった時或いは所定時間経過後)にインバータ出力指示ポートから出力指示信号をインバータ163の信号入力側に送信し、インバータ163を作動させると、インバータ163からの出力電力が系統遮断リレー13における導通状態のB接点(●)を介して自立電源リレー14における励磁コイルに供給されて自立電源リレー14におけるA接点(○)が導通する一方、自立電源リレー14におけるB接点(●)が非導通状態になる。そうすると、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163からの出力電力が自立電源リレー14における導通状態のA接点(○)を介して、電源回路12の交流側と、始動トランス17の入力側と、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における励磁コイルと、バッテリ充電回路162の入力側とに供給され、入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)におけるA接点(○)が導通される一方、入力電源リレー15におけるB接点(●)が非導通状態とされる。
これにより、エンジン駆動ヒートポンプ100は、エンジン起動用バッテリ161からのバッテリ電力に代えて、インバータ163からの出力電力を、電源回路12と入力電源リレー15(具体的には制御電源リレー15aおよび点火電源リレー15b)における導通状態のA接点(○)とを介して制御部11の電源入力ポート(具体的には制御電源ポートおよび点火電源ポート)に供給することができる。また、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163からの出力電力を、始動トランス17を介して整流回路18に供給し、バッテリ充電回路162を介してエンジン起動用バッテリ161に供給することができる。また、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163からの出力電力を、冷却ファンリレー166aにおける励磁コイルに供給して冷却ファンリレー166aにおけるA接点を介してバッテリ充電回路162の入力ラインからの交流電力を冷却ファン165に供給することができ、或いは/さらに、インバータ163の周囲温度が所定温度(例えば30℃)以上の場合に冷却ファンスイッチ166bにおけるA接点を介してバッテリ充電回路162の入力ラインからの交流電力を冷却ファン165に供給することができ、これにより冷却ファン165を回転駆動させることができ、ひいてはインバータ163を冷却することができる。さらに、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163からの出力電力を、自立出力部101を介してエンジン駆動ヒートポンプ100外(この例では自立運転切替装置400における切替器410(図1参照))に供給することができる。
<自立運転時に使用される自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成について>
ところで、自立運転時に使用される自立運転用機器に異常が発生した場合、エンジン駆動ヒートポンプ100が自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成を備えていないと、自立運転用機器の異常発生を制御部11に検出させたり、さらには、ユーザに認識させたりすることができない。そして、制御構成をできるだけ簡素化する観点から、自立運転用機器の異常発生を検出する制御部11のポートはできるだけ少ない方が好ましい。
この点に関し、本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100では、自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成を次のようにしている。
すなわち、本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100は、自立運転用機器として、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163の異常発生を監視する監視構成を備えている。ここで、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材としては、例えば、冷却ファン165、切替器166(この例では冷却ファンリレー166aおよび冷却ファンスイッチ166b)、冷却ファン165に設けられたフィルタ、冷却ファン165からインバータ163に送風した空気を換気する換気口などを挙げることができる。
図5は、本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100において、温度スイッチ167における温度開放接点167aとバッテリ充電回路162における異常時開放接点168aとインバータ163における信号発生接点163aとの制御部11における信号受信部11aに対する接続状態を示す概略ブロック図である。
エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163の周囲温度に応じて開閉する温度スイッチ167(図2では図示省略、図3および図5参照)をさらに備えている。
温度スイッチ167には、感温部SN(図3参照)が予め定めた所定温度(例えば50℃)以上になると開く温度開放接点167aが設けられている。詳しくは、温度スイッチ167は、感温部SNが所定温度(例えば50℃)を下回っているときには温度開放接点167aが閉じる一方、感温部SNが所定温度(例えば50℃)以上になると温度開放接点167aが開くようになっている。温度スイッチ167は、インバータ163の周囲温度に反応するようにインバータ163の近傍またはインバータ163に近接した位置に設けられている。
具体的には、温度スイッチ167は、1つのB接点(●)(温度開放接点167a)を備えている。温度スイッチ167は、サーミスター等の温度センサを含む感温部SNと、感温部SNからの信号により感温部SNが所定温度以上で開く一方、所定温度を下回ると閉じる開閉リレー等の切替器を含む切替部RY(図3参照)とを備えている。切替部RYにおける切替駆動部(具体的には励磁コイル)は、感温部SNを介してバッテリ充電回路162の入力ラインに接続されている。これにより、温度スイッチ167は、インバータ163の周囲温度が所定温度(例えば50℃)を下回っているときには、バッテリ充電回路162の入力ラインから切替部RYにおける切替駆動部(具体的には励磁コイル)への交流電力の供給が遮断されてB接点(●)(温度開放接点167a)が導通(閉)となる一方、インバータ163の周囲温度が所定温度(例えば50℃)以上になると、バッテリ充電回路162の入力ラインから切替部RYにおける切替駆動部(具体的には励磁コイル)に交流電力が供給されてB接点(●)(温度開放接点167a)が非導通(開)となる。なお、温度スイッチ167は、この例では、感温部SNおよび切替部RYを用いた温度スイッチとしているが、電源不要なサーモスタット式の温度スイッチであってもよい。
ここで、インバータ163の周囲温度が高くなる態様としては、例えば、インバータ163を冷却する冷却ファン165の回転不良、切替器166(この例では冷却ファンリレー166aおよび冷却ファンスイッチ166b)の不良、冷却ファン165に設けられたフィルタ(図示せず)の目詰まり、冷却ファン165からインバータ163に送風した空気を換気する換気口(図示せず)の閉塞等を挙げることができる。
バッテリ充電回路162には、バッテリ充電回路162に異常(この例ではバッテリ充電回路162から出力電力を出力しない異常)が発生した時に開く異常時開放接点168a(図3および図5参照)が設けられている。詳しくは、エンジン駆動ヒートポンプ100は、異常時開放接点168aを有する切替器168(図3参照)を備えている。切替器168は、バッテリ充電回路162が正常の(この例ではバッテリ充電回路162から出力電力が出力されている)ときには異常時開放接点168aが閉じる一方、バッテリ充電回路162に異常(この例ではバッテリ充電回路162から出力電力を出力しない異常)が発生すると異常時開放接点168aが開くようになっている。
具体的には、切替器168は、バッテリ充電回路162の出力側からの出力電力が有るときには異常時開放接点168aを閉じる一方、無いときには異常時開放接点168aを開放する出力検出リレーとされている。切替器168は、1つのA接点(○)(異常時開放接点168a)を備えている。切替器168における励磁コイルは、バッテリ充電回路162の出力側に接続されている。これにより、切替器168は、バッテリ充電回路162の出力側から出力電力が出力されているときには、励磁コイルに出力電力が供給されてA接点(○)(異常時開放接点168a)が導通(閉)となる一方、バッテリ充電回路162の出力側から出力電力が出力されなくなると、励磁コイルへの出力電力の供給が遮断されてA接点(○)(異常時開放接点168a)が非導通(開)となる。
インバータ163には、インバータ163の状態を示す状態信号P(後述する図7(a)および図7(b)参照)を発生させる信号発生接点163a(図3および図5参照)が設けられている。詳しくは、インバータ163は、半導体素子で構成された信号発生用スイッチング素子163b(図5参照)と、信号発生用スイッチング素子163bのスイッチング制御を行う制御部163c(図5参照)とを備えている。信号発生接点163aは、信号発生用スイッチング素子163bのスイッチング接点とされており、制御部163cの指示の下、制御部163cから信号発生用スイッチング素子163bに、信号発生接点163aを閉じるオン信号が入力されると閉じる一方、信号発生接点163aを開くオフ信号が入力されると開くようになっている。制御部163cは、インバータ163の状態(正常状態および異常状態)に応じて、オン信号およびオフ信号を信号発生用スイッチング素子163bに送信するようになっている。これにより、制御部163cは、インバータ163の状態(正常状態および異常状態)に応じて、信号発生接点163aを開閉することができる。
具体的には、信号発生用スイッチング素子163bは、NPN型のバイポーラトランジスタとされており、制御部163cからベース側にオン信号が入力されているときには、コレクタ−エミッタ間が導通(閉)となる一方、オフ信号が入力されているときには、コレクタ−エミッタ間が非導通(開)となる。なお、信号発生用スイッチング素子163bは、PNP型のバイポーラトランジスタとされていてもよいし、電界効果トランジスタとされていてもよい。
制御部11は、信号受信部11aを有し、信号受信部11aで受信した信号により、信号受信部11aの両端子t1,t2(図5参照)間が開放状態にあるか或いは短絡状態にあるかを検出する構成とされている。詳しくは、制御部11は、信号受信部11aの両端子t1,t2間の電圧状態に応じて両端子t1,t2間が開放状態にあるか或いは短絡状態にあるかを検出するようになっている。具体的には、制御部11は、信号受信部11aの両端子t1,t2間の電圧が所定電圧(例えばDC12V)になっていると、両端子t1,t2間が開放状態にあることを検出する一方、信号受信部11aの両端子t1,t2間の電圧が0Vになっていると、両端子t1,t2間が短絡状態にあることを検出するようになっている。
そして、温度スイッチ167における温度開放接点167aと、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aと、インバータ163における信号発生接点163aとは、制御部11における単一の信号受信部11a(ポート)に対して直列に接続されて直列回路Lを構成している(図5参照)。
温度スイッチ167における温度開放接点167a、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aおよびインバータ163における信号発生接点163aを直列に接続した直列回路Lは、両端が制御部11における単一の信号受信部11a(ポート)の両端子t1,t2にそれぞれ接続されている。かかる構成を備えることにより、エンジン駆動ヒートポンプ100は、単一の信号受信部11a(ポート)に対して、温度開放接点167aと異常時開放接点168aと信号発生接点163aとを通る閉回路を構成することができる。これにより、制御部11における信号受信部11aは、インバータ163における信号発生接点163aで発生した状態信号Pを、温度スイッチ167における温度開放接点167aおよびバッテリ充電回路162における異常時開放接点168aを経由して受信することができる。
制御部11は、インバータ163における信号発生接点163aで発生した状態信号Pを信号受信部11aで受信した場合には(図7(a)および図7(b)参照)、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163の3種類すべてが正常であること(図7(a)参照)を検出するか或いはインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材およびバッテリ充電回路162の2種類が正常であり、かつ、インバータ163の異常状態(図7(b)参照)を検出する構成とされている。
また、制御部11は、信号受信部11aで電圧が常時印加される(具体的には所定電圧Vaとなる)異常時開放信号Paを受信した場合には(図7(c)参照)、温度スイッチ167における温度開放接点167aが開放されたことによるインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材の異常、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aが開放されたことによるバッテリ充電回路162の異常(すなわちバッテリ充電回路162が正常に出力電力を出力しないことによるバッテリ充電回路162の異常)、インバータ163の異常(例えば信号発生接点163aが常時非導通状態となるインバータ163における制御部163cの異常)および直列回路Lの断線のうち何れか少なくとも一つが発生したことを検出する構成とされている。
また、制御部11は、信号受信部11aで電圧が常時印加されない(具体的には電圧が0Vとなる)異常時短絡信号Pbを受信した場合には(図7(d)参照)、インバータ163の異常(例えば信号発生接点163aが常時導通状態となるインバータ163における制御部163cの異常)および直列回路Lにおける信号受信部11aの両端子t1,t2間での短絡のうち何れか少なくとも一つが発生したことを検出する構成とされている。
本実施の形態では、インバータ163は、状態信号Pとして、正常時には予め定めた所定周期のパルス信号(インバータ163が正常状態であることを示す正常時パルス信号P1)を発生させ、異常時には異常状態に応じた正常時のパルス信号(正常時パルス信号P1)とは相違する予め定めた所定周期のパルス信号(インバータ163の異常状態を示す異常時パルス信号P2)を発生させる構成とされている。
ここで、インバータ163の状態としては、例えば、正常状態、インバータ用スイッチング素子の温度の異常上昇状態、インバータ163への入力電圧の異常低下状態、インバータ163への入力電圧の異常上昇状態、インバータ163の出力電流の異常上昇状態、インバータ163の出力電圧の異常上昇状態等を挙げることができる。
図6は、温度開放接点167aと異常時開放接点168aと信号発生接点163aとを通る直列回路Lが短絡または開放した状態を示す短絡開放パターンSの一例を示すタイムチャートである。図6(a)は、正常時短絡開放パターンS1を示している。図6(b)は、異常時短絡開放パターンS2を示している。図6(c)は、異常時開放パターンSaを示している。また、図6(d)は、異常時短絡パターンSbを示している。なお、図6(b)に示す異常時短絡開放パターンS2は、異常状態としてインバータ163の出力電圧の異常上昇状態を示す短絡開放パターンを例示している。
図6(a)に示す正常時短絡開放パターンS1は、温度スイッチ167における温度開放接点167aが閉じており(すなわちインバータ163の周囲温度が所定温度を下回ってインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材が正常となっており)、かつ、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aが閉じており(すなわちバッテリ充電回路162が正常な出力電力を出力して正常となっており)、インバータ163が正常状態であるときに、インバータ163における制御部163cからのオン信号およびオフ信号により、信号発生接点163aを所定周期で導通または非導通とする短絡開放パターンとなる。
図6(b)に示す異常時短絡開放パターンS2は、温度スイッチ167における温度開放接点167aが閉じており(すなわちインバータ163の周囲温度が所定温度を下回ってインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材が正常となっており)、かつ、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aが閉じており(すなわちバッテリ充電回路162が正常な出力電力を出力して正常となっており)、インバータ163が異常状態であるときに、インバータ163における制御部163cからのオン信号およびオフ信号により、信号発生接点163aを正常時短絡開放パターンS1とは相違する所定周期で導通または非導通とする短絡開放パターンとなる。
図6(c)に示す異常時開放パターンSaは、温度スイッチ167における温度開放接点167aの開放(すなわちインバータ163の周囲温度が所定温度以上となったことによるインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材の異常)、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aの開放(すなわちバッテリ充電回路162が正常に出力電力を出力しないことによるバッテリ充電回路162の異常)、インバータ163の異常(例えば信号発生接点163aが常時非導通状態となるインバータ163における制御部163cの異常)および直列回路Lの断線のうち何れか少なくとも一つが発生したときに、直列回路Lが常時開放状態となる。
また、図6(d)に示す異常時短絡パターンSbは、インバータ163の異常(例えば信号発生接点163aが常時導通状態となるインバータ163における制御部163cの異常)および直列回路Lにおける信号受信部11aの両端子t1,t2間での短絡のうち何れか少なくとも一つが発生したときに、直列回路Lが常時短絡状態となる。
図7は、制御部11における信号受信部11aで受信される信号の一例を示すタイムチャートである。図7(a)は、正常時パルス信号P1を示している。図7(b)は、異常時パルス信号P2を示している。図7(c)は、異常時開放信号Paを示している。また、図7(d)は、異常時短絡信号Pbを示している。なお、図7(b)に示す異常時パルス信号P2は、異常状態としてインバータ163の出力電圧の異常上昇状態を示すパルス信号を例示している。
図7に示すように、正常時パルス信号P1は、所定周期である第1周期T1のパルス信号とされており、異常時パルス信号P2は、第1周期T1とは異なる所定周期である第2周期T2のパルス信号とされている。
正常時パルス信号P1の第1周期T1および異常時パルス信号P2の第2周期T2は、信号受信部11aの両端子t1,t2間が開放状態となる時間である予め定めた所定の開放時間Taと、信号受信部11aの両端子t1,t2間が短絡状態となる時間である予め定めた所定の短絡時間Tbとで構成されている。
正常時パルス信号P1の第1周期T1において、開放時間Taと短絡時間Tbとを等しくしてもよいし、異ならせてもよい。また、異常時パルス信号P2の第2周期T2において、開放時間Taと短絡時間Tbとを等しくしてもよいし、異ならせてもよい。
正常時パルス信号P1の第1周期T1における開放時間Taと異常時パルス信号P2の第2周期T2における開放時間Taとを等しくしてもよい。また、正常時パルス信号P1の第1周期T1における短絡時間Tbと異常時パルス信号P2の第2周期T2における短絡時間Tbとを等しくしてもよい。
正常時パルス信号P1の第1周期T1における開放時間Taと異常時パルス信号P2の第2周期T2における開放時間Taとを等しくした場合、異常時パルス信号P2の第2周期T2における短絡時間Tbの長さを各異常状態間で異ならせることができる。また、正常時パルス信号P1の第1周期T1における短絡時間Tbと異常時パルス信号P2の第2周期T2における短絡時間Tbとを等しくした場合、異常時パルス信号P2の第2周期T2における開放時間Taの長さを各異常状態間で異ならせることができる。なお、正常時パルス信号P1の第1周期T1および異常時パルス信号P2の第2周期T2において、開放時間Taと短絡時間Tbとが異なる場合、短絡時間Tbを開放時間Taよりも長くしてもよいし、開放時間Taを短絡時間Tbよりも長くしてもよい。
この例では、正常時パルス信号P1の第1周期T1における開放時間Taと異常時パルス信号P2の第2周期T2における開放時間Taとを等しくしており、異常時パルス信号P2の第2周期T2における短絡時間Tbの長さを各異常状態間で異ならせている。
詳しくは、正常時パルス信号P1の第1周期T1において、開放時間Taと短絡時間Tbとを等しくしており、異常時パルス信号P2の第2周期T2において、開放時間Taと短絡時間Tbとを異ならせている。また、異常時パルス信号P2の第2周期T2において、短絡時間Tbを開放時間Taよりも長くしている。なお、正常時パルス信号P1の第1周期T1において、開放時間Taと短絡時間Tbとを異ならせ、異常時パルス信号P2の第2周期T2のうち、何れか一つの信号の第2周期T2において、開放時間Taと短絡時間Tbとを等しくし、かつ、残り信号の第2周期T2において、短絡時間Tbの長さを各異常状態間で異ならせてもよい。
具体的には、図7(a)に示す正常時パルス信号P1は、図6(a)に示す正常時短絡開放パターンS1により、第1周期T1における開放時間Taが1秒間とされ、第1周期T1における短絡時間Tbが1秒間とされた信号となっている。図7(b)に示す異常時パルス信号P2は、図6(b)に示す異常時短絡開放パターンS2により、第2周期T2における開放時間Taが1秒間とされ、第2周期T2における短絡時間Tbが第2周期T2における開放時間Taのn倍秒(nは2以上の整数、この例では2秒間)とされた信号となっている。そして、異常時パルス信号P2の第2周期T2は、何れも正常時パルス信号P1の第1周期T1よりも長くなっている。但し、それに限定されるものではなく、異常時パルス信号P2の第2周期T2は、何れも正常時パルス信号P1の第1周期T1よりも短くなっていてもよい。
一方、図7(c)に示す異常時開放信号Paは、図6(c)に示す異常時開放パターンSaにより、信号受信部11aの両端子t1,t2間に所定電圧Vaが常時印加された信号となっている。図7(d)に示す異常時短絡信号Pbは、図6(d)に示す異常時短絡パターンSbにより、信号受信部11aの両端子t1,t2間に所定電圧Vaが常時印加されていない信号となっている。
制御部11は、インバータ163における信号発生接点163aで発生した正常時パルス信号P1を信号受信部11aで受信した場合には(図7(a)参照)、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163の3種類のすべてが正常であることを検出することに加えて、インバータ163における信号発生接点163aで発生した異常時パルス信号P2を信号受信部11aで受信した場合には(図7(b)参照)、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材およびバッテリ充電回路162は正常であることを検出する一方で、インバータ163の異常時パルス信号P2に応じた異常状態(例えば、インバータ用スイッチング素子の温度の異常上昇状態、インバータ163への入力電圧の異常低下状態、インバータ163への入力電圧の異常上昇状態、インバータ163の出力電流の異常上昇状態、インバータ163の出力電圧の異常上昇状態等)を検出する構成とされている。
以上説明したように、本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100によれば、
温度スイッチ167には、所定温度(例えば50℃)以上で開く温度開放接点167aが設けられており、バッテリ充電回路162には、バッテリ充電回路162に異常が発生した時に開く異常時開放接点168aが設けられており、インバータ163には、インバータ163の状態を示す状態信号を発生させる信号発生接点163aが設けられており、温度スイッチ167における温度開放接点167aと、バッテリ充電回路162における異常時開放接点168aと、インバータ163における信号発生接点163aとは、制御部11における信号受信部11aに対して直列に接続されているので、自立運転時に使用されるインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163の自立運転用機器の異常発生を監視する監視構成を提示することができる。すなわち、温度開放接点167aと異常時開放接点168aと信号発生接点163aとが制御部11における信号受信部11aに対して直列に接続されていることで、制御部11が状態信号Pを受信しているときは、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163の3種類すべてが正常であることを検出するか或いはインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材およびバッテリ充電回路162の2種類が正常であり、かつ、インバータ163の異常状態(すなわちインバータ163においてどのような異常が発生したのか)を検出することができると共に、制御部11が状態信号Pを受信できないときには、信号受信部11aで電圧が常時印加される異常時開放信号Paを受信することで、インバータ163の周囲温度が所定温度以上となったことによるインバータ163の周囲温度の変動に関連する部材の異常、バッテリ充電回路162の異常(すなわちバッテリ充電回路162が正常に出力電力を出力しないことによるバッテリ充電回路162の異常)、インバータ163の異常(例えば信号発生接点163aが常時開放状態となるインバータ163における制御部163cの異常)および直列回路Lの断線のうち何れか少なくとも一つが発生したことを検出することができるか、或いは、信号受信部11aで電圧が常時印加されない異常時短絡信号Pbを受信することで、インバータ163の異常(例えば信号発生接点163aが常時短絡状態となるインバータ163における制御部163cの異常)および直列回路Lにおける信号受信部11aの両端子t1,t2間での短絡のうち何れか少なくとも一つが発生したことを検出することができる。これにより、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163の異常発生を制御部11における単一の信号受信部11a(ポート)で監視することができる。
また、本実施の形態に係るエンジン駆動ヒートポンプ100において、インバータ163は、状態信号Pとして、正常時には所定周期のパルス信号(正常時パルス信号P1)を発生させ、異常時には異常状態に応じた正常時のパルス信号(正常時パルス信号P1)とは相違する所定周期のパルス信号(異常時パルス信号P2)を発生させることで、パルス信号を発生させるといった簡単な制御構成でありながら、制御部11が正常時パルス信号P1を受信しているときは、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162およびインバータ163が全て正常であることを判定することに加えて、制御部11が特定のパルス信号(すなわち異常時パルス信号P2)を受信しているときは、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材およびバッテリ充電回路162が正常であることを判定する一方で、インバータ163の異常状態(例えば、インバータ163の出力電圧の異常上昇状態等)を確実に特定することができると共に、制御部11が正常時パルス信号P1も異常時パルス信号P2も受信できずに異常時開放信号Paまたは異常時短絡信号Pbを受信しているときには、既述したように、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材の異常、バッテリ充電回路162の異常、インバータ163の異常、直列回路Lの断線または短絡の少なくとも何れか一つが発生していること(すなわち、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材、バッテリ充電回路162、インバータ163および直列回路Lの少なくとも何れか1つで異常が発生したこと)を判定することができる。
本実施の形態において、エンジン駆動ヒートポンプ100は、インバータ163の周囲温度の変動に関連する部材の異常発生と、バッテリ充電回路162の異常発生と、インバータ163の異常発生と、インバータ163の状態とを報知する報知装置(例えばメッセージを表示する表示装置やランプを点灯させる表示装置)を備えていてもよい。こうすることで、これらの異常発生およびインバータ163の状態をユーザに認識させることができる。
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、かかる実施の形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
11 制御部(制御装置の一例)
11a 信号受信部
12 電源回路
13 系統遮断リレー
14 自立電源リレー
15 入力電源リレー
15a 制御電源リレー
15b 点火電源リレー
17 始動トランス
18 整流回路
19 発電機コントローラ
20 内部機器用電力変換器
21 内部機器
22 バッテリリレー
23 自立運転入力リレー
24 制御リレー
100 エンジン駆動ヒートポンプ
101 自立出力部
102 自立運転スイッチ
103 系統入力部
110 エンジン
120 圧縮機
121 電磁クラッチ
130 発電機
140 エンジンスタータ
150 本体パッケージ
160 自立運転用電源装置
161 エンジン起動用バッテリ
162 バッテリ充電回路
163 インバータ
163a 信号発生接点
163b 信号発生用スイッチング素子
163c 制御部
164 スタータリレー
165 冷却ファン
166 切替器
166a 冷却ファンリレー
166b 冷却ファンスイッチ
167 温度スイッチ
167a 温度開放接点
168 切替器
168a 異常時開放接点
211 エンジン冷却水ポンプ
212 室外ファン
500 熱交換システム
L 直列回路
P 状態信号
P1 正常時パルス信号
P2 異常時パルス信号
Pa 異常時開放信号
Pb 異常時短絡信号
RY 切替部
S 短絡開放パターン
S1 正常時短絡開放パターン
S2 異常時短絡開放パターン
Sa 異常時開放パターン
Sb 異常時短絡パターン
SN 感温部
T1 第1周期
T2 第2周期
Ta 開放時間
Tb 短絡時間
Va 所定電圧
t1 端子
t2 端子

Claims (2)

  1. エンジンと、前記エンジンで駆動される圧縮機と、前記圧縮機により吸入・吐出される冷媒を流す冷媒回路と、前記エンジンで駆動される発電機とを備えるエンジン駆動ヒートポンプであって、
    前記エンジンを起動するエンジン起動用バッテリと、前記エンジン起動用バッテリを充電するバッテリ充電回路と、前記発電機からの出力電力を所定電圧・所定周波数に変換するインバータと、前記インバータの周囲温度に応じて開閉する温度スイッチと、信号受信部を有する制御装置とを備え、
    前記温度スイッチには、所定温度以上で開く温度開放接点が設けられており、
    前記バッテリ充電回路には、該バッテリ充電回路に異常が発生した時に開く異常時開放接点が設けられており、
    前記インバータには、該インバータの状態を示す状態信号を発生させる信号発生接点が設けられており、
    前記温度スイッチにおける前記温度開放接点と、前記バッテリ充電回路における前記異常時開放接点と、前記インバータにおける前記信号発生接点とは、前記制御装置における前記信号受信部に対して直列に接続されていることを特徴とするエンジン駆動ヒートポンプ。
  2. 請求項1に記載のエンジン駆動ヒートポンプであって、
    前記インバータは、前記状態信号として、正常時には所定周期のパルス信号を発生させ、異常時には異常状態に応じた前記正常時のパルス信号とは相違する所定周期のパルス信号を発生させることを特徴とするエンジン駆動ヒートポンプ。
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