JP2024064222A - 空気調和装置の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機が発電した電力を効率的に使用できる空気調和装置の室外機を提供する。【解決手段】ガスエンジン１０によって駆動される圧縮機１２と、ガスエンジン１０の駆動力で発電する発電機１１と、発電機１１の発電電力を内部消費及び自立系統内に供給するインバータ３３とを備える空気調和装置の室外機２において、インバータ３３は、発電機１１が発電した電力を一定の直流電圧に維持するコンバータ機能部と、発電機１１が発電した電力を一定の交流電圧に維持するインバータ機能部とを備え、室外機２が商用電源３６に接続して使用される場合には、コンバータ機能部が生成した直流電力を室外機２が備える電動部に供給し、商用電源３６から電力が供給されない場合には、コンバータ機能部が生成した直流電力を室外機２が備える電動部に供給すると共に、インバータ機能部が生成した交流電力を自立系統内に供給する。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 出願発明の空気調和装置の室外機の販売。 公開日 令和４年７月７日 公開者 パナソニックホールディングス株式会社

本開示は、空気調和装置の室外機に関する。

特許文献１は、停電時にガスエンジンによって駆動される発電機が空調設備に電力を供給する際に、所望の空調設備に電力を確実に供給できる空気調和システムを開示する。この空気調和システムは、圧縮機を駆動するガスエンジン、ガスエンジンで駆動される発電機、及び、発電機の発電電力を内部消費及び自立系統内に出力するインバータを備える室外機と、商用電源と自立運転回路とを切り替える電源切替盤と、を備える。この空気調和システムは、この電源切替盤に室内ユニットを含む負荷を接続し、停電時には発電電力により室外機、及び電源切替盤に接続された負荷の自立運転を可能とする。

特開２０１４－１９６８８５号公報

本発明は、発電機が発電した電力を効率的に使用できる空気調和装置の室外機を提供する。

本開示は、ガスエンジンによって駆動される圧縮機と、前記ガスエンジンの駆動力で発電する発電機と、前記発電機の発電電力を内部消費及び自立系統内に供給するインバータとを備える空気調和装置の室外機において、前記インバータは、前記発電機が発電した電力を一定の直流電圧に維持するコンバータ機能部と、前記発電機が発電した電力を一定の交流電圧に維持するインバータ機能部とを備え、前記室外機が商用電源に接続して使用される場合には、前記コンバータ機能部が生成した直流電力を前記室外機が備える電動部に供給し、前記商用電源から電力が供給されない場合には、前記コンバータ機能部が生成した直流電力を前記室外機が備える電動部に供給すると共に、インバータ機能部が生成した交流電力を前記自立系統内に供給する。

本発明によれば、発電機が発電した電力を効率的に使用できる空気調和装置の室外機を提供する。

本開示の実施の形態に係る通常運転時の空気調和システムの電力系統を模式的に示す図 通常運転（非停電）時の空気調和システムの電力系統を模式的に示す図 インバータの構成を模式的に示すブロック図 インバータの配線を模式的に示す図 停電時の空気調和システムの電力系統を模式的に示す図 インバータの動作を示すフローチャート

（本開示の基礎となった知見等）
発明者らが本開示に想到するに至った当時、停電時にエンジンの発電電力で空調設備に電力を供給する際に、所望の空調設備に電力を確実に供給できる空気調和システムを実現する技術があった。この空気調和システムは、圧縮機を駆動するガスエンジン、ガスエンジンで駆動される発電機、及び、発電機の発電電力を商用電源に出力するインバータを備える室外機と、商用電源と自立運転回路とを切り替える電源切替盤と、を備える。この空気調和システムは、この電源切替盤に室内ユニットを含む負荷を接続し、停電時には発電電力により室外機、及び電源切替盤に接続された負荷の自立運転を可能とする。

このような空気調和システムの室外機では、インバータは、発電機から送られた交流電力を直流電力に変換した後に、交流電力に変換するものが知られる。インバータで変換された当該交流電力は、室外機が備えるファンやポンプ装置などを駆動させるモータ等の電動部を制御する制御部に送られ、当該制御部で直流電力に変換される。

このように、従来の構成では、室外機における配線の引き回しや、電力の流れが複雑化することがあると言う課題を発明者らは発見し、その課題を解決するために、本開示の主題を構成するに至った。

そこで本開示は、発電機が発電した電力を効率的に使用できる空気調和装置の室外機を提供する。

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が必要以上に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図しない。

（実施の形態１）
以下、図１～図６を用いて、実施の形態１を説明する。
［１－１．構成］
［１－１－１．空気調和装置の構成］

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

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、本発明の実施の形態に係る空気調和システム１の電力系統を模式的に示す図である。図１は、通常運転時（通常運転モード）の空気調和システム１を示す。この図１では、電力が流れる線を太線で示す。
空気調和システム１は、大型のビルや学校等の施設に設置され、空気調和装置として機能するシステムである。空気調和システム１は、屋外に設置される複数台（本実施形態では４台）の室外機２Ａ～２Ｄ（室外機）を備える。商用電源３６の停電時の起動制御において、本開示の空気調和システム１は、予め定められた１台の室外機２Ａが親機として動作し、この室外機２Ａの制御の下、残りの３台の室外機２Ｂ～２Ｄが子機として動作する。

各室外機２Ａ～２Ｄには、それぞれ屋内における所定エリアに設置される室内機群３Ａ～３Ｄが接続されて独立した冷凍サイクル回路を形成し、各冷凍サイクル内でそれぞれ空調運転が行われる。各室内機群３Ａ～３Ｄは、それぞれ複数台（本実施形態では各４台）の室内機１３ａ～１３ｄを備える。これら室内機の台数は、空調対象エリアの広さ、及び、室外機の能力によって適宜変更可能である。

空気調和システム１は、商用交流電源である商用電源３６と各室外機２Ａ～２Ｄが備える発電機１１が発電した発電電力の系統とを切り替える単一の電源切替盤５０を備える。この電源切替盤５０には、各室外機２Ａ～２Ｄ及び各室内機群３Ａ～３Ｄがそれぞれ接続される。さらに、電源切替盤５０には、各室内機群３Ａ～３Ｄの室内機１３ａ～１３ｄが設置されるエリアに設けられた照明装置３８がそれぞれ接続される。さらに、電源切替盤５０には、各室内機群３Ａ～３Ｄの室内機１３ａ～１３ｄが設置されるエリアに設けられた照明装置３８、及びコンセント６０がそれぞれ接続される。
電源切替盤５０には、商用電源３６と室外機２Ａ～２Ｄの各発電機１１で発電された発電電力の系統とを切り換える電源切替スイッチ５２、３５２が設けられる。
電源切替盤５０は、上流側給電ライン５１ａにおいて、ブレーカ３７の下流側に設けられる（図２）。

次いで、室外機２Ａ～２Ｄ、及び室内機群３Ａ～３Ｄについて説明する。
図２は、親機として動作する室外機２Ａと室内機群３Ａとを示す回路図である。図２では、電力が供給される線を太線で示す。
室外機２Ａと室内機群３Ａとは、液管４ａおよびガス管４ｂからなるユニット間配管４で接続され、これによって、空気調和システム１における空調運転を行うための冷凍サイクル回路が形成される。
室外機２Ａには、駆動源として機能するガスエンジン１０（エンジン）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とが収容される。ガスエンジン１０は、燃料調整弁７を経て供給されるガス等の燃料と、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。本実施の形態の燃料調整弁７、及びスロットル弁８は、直流電力で駆動する所謂電磁弁である。

室内機群３Ａは、同じ施設の各箇所に振り分けて設置される複数台（本実施の形態では４台）の室内機１３ａ～１３ｄを備える。これら室内機１３ａ～１３ｄには、室内機１３ａ～１３ｄを操作するためのリモコン５がそれぞれ設けられており、各室内機１３ａ～１３ｄに電力が供給される場合、ユーザによるリモコン操作に応じて個別に運転／運転停止等の操作が可能である。

圧縮機１２は、ガスエンジン１０に接続される。圧縮機１２の吐出管１２ｃには、四方弁１５、室外熱交換器１７が順に接続される。室外熱交換器１７には、直流モータであるファンモータ２６ａによって駆動される送風機２６が設けられる。
室外熱交換器１７には、液管４ａを介して、各室内機１３ａ～１３ｄの減圧装置である膨張弁１９ａ～１９ｄおよび室内熱交換器２１ａ～２１ｄが接続される。室内熱交換器２１ａ～２１ｄ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１２の吸込管１２ｄを介して、圧縮機１２が接続される。本実施の形態では、四方弁１５は、直流電力で駆動する所謂電磁弁である。室内熱交換器２１ａ～２１ｄには、直流モータによって駆動される送風機６ａ～６ｄがそれぞれ設けられる。

圧縮機１２が駆動されると、四方弁１５の切り替え状態が暖房切り替えであれば、図２に実線の矢印で示すように、圧縮機１２、四方弁１５、室内熱交換器２１ａ～２１ｄ、膨張弁１９ａ～１９ｄ、室外熱交換器１７の順に冷媒が循環する。そして、室内熱交換器２１ａ～２１ｄ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、図１に破線の矢印で示すように、圧縮機１２、四方弁１５、室外熱交換器１７、膨張弁１９ａ～１９ｄ、室内熱交換器２１ａ～２１ｄの順に冷媒が循環する。そして、この室内熱交換器２１ａ～２１ｄでの冷媒蒸発熱により室内が冷房される。
なお、室内機１３ａ～１３ｄは並列接続されるため、各室内機１３ａ～１３ｄへ個別に冷媒を供給することができ、各室内機１３ａ～１３ｄを各々独立して運転することが可能である。

次に、ガスエンジン１０の冷却装置について説明する。
ガスエンジン１０は、冷却水ポンプ２７によって送り出される冷却水によって冷却される所謂水冷式エンジンである。冷却水ポンプ２７は、当該冷却水ポンプ２７を駆動させるポンプモータ２７ａを備える。ポンプモータ２７ａは、直流モータである。
ガスエンジン１０は、冷却水ポンプ２７によって送り出される冷却水がガスエンジン１０のウォータージャケットを循環することで冷却される。

次に、電力系統について説明する。
図１に示すように、本実施の形態の空気調和システム１では、各室外機２Ａ～２Ｄの発電機１１が電力会社の電力系統である商用電源３６に接続される。これにより、各発電機１１の発電電力を、商用電源３６の電力とともに、室外機２Ａ～２Ｄ、室内機１３ａ～１３ｄ、照明装置３８（他の電力負荷）、及びコンセント６０（他の電力負荷）に供給することが可能である。
この場合、室外機２Ａ～２Ｄおよび室内機１３ａ～１３ｄは、空気調和システム１の自己消費（自己電力消費）の電力負荷に相当する。照明装置３８、及びコンセント６０に対する供給電力は、空気調和に関係しない他の電力負荷（非空調装置）に相当する。

電源切替盤５０は、商用電源線（電灯線とも言う）である上流側給電ライン５１ａに並列に設けられる電源切替スイッチ５２を備える。本実施形態では、電源切替スイッチ５２には、親機である室外機２Ａと子機である室外機２Ｂ、室外機２Ｃ、室外機２Ｄが接続される。そして、最下流の電源切替スイッチ３５２には、下流側給電ライン５１ｂを介して、各室内機１３ａ～１３ｄ、各照明装置３８、及び各コンセント６０が接続される。

電源切替スイッチ５２は、上流側給電ライン５１ａが接続される第１端子５２ａ（通常運転用端子）と、室外機２Ａの発電機１１の発電電力が供給される電源線３４ｂが接続される第２端子５２ｂ（自立運転用端子）と、商用電源３６の電源線３４ａが接続される第３端子５２ｃ（給電用端子）とを備える。電源切替スイッチ５２は、第３端子５２ｃの接続先を、第１端子５２ａと第２端子５２ｂとのいずれか一方に切り替えるスイッチ回路として機能する。

電源線３４ａは、第３端子５２ｃと室外機２Ａのインバータ３３との間で分岐する電源分岐線３４ａ１を備える。この電源分岐線３４ａ１は、さらに４つに分岐され、室外機２Ｂ～２Ｄのインバータ３３の各々と、最下流に位置する電源切替スイッチ３５２とに接続される。
このため、空気調和システム１では、第３端子５２ｃと第１端子５２ａとを接続することで、商用電源３６から電力を、室外機２Ａ～室外機２Ｄの各インバータ３３に供給することが可能である。本実施の形態では、例えば、商用電源３６から２００Ｖの交流電力が供給される。さらに、空気調和システム１では、第３端子５２ｃと第２端子５２ｂとを接続することで、室外機２Ａの発電機１１の発電電力を電源分岐線３４ａ１に供給すること可能である。
なお、電源分岐線３４ａ１には、他の電源切替スイッチ５２や、リレー等の開閉スイッチが設けられてもよい。

最下流の電源切替スイッチ３５２は、上流側給電ライン５１ａが接続される第１端子３５２ａ（通常運転用端子）と、室外機２Ａの発電機１１の発電電力が供給される電源分岐線３４ａ１が接続される第２端子３５２ｂ（自立運転用端子）と、室内機１３ａ～１３ｄ、各照明装置３８、及び各コンセント６０等が接続される下流側給電ライン５１ｂが接続される第３端子３５２ｃ（給電用端子）とを備える。電源切替スイッチ３５２は、第３端子３５２ｃの接続先を、第１端子３５２ａと第２端子３５２ｂとのいずれか一方に切り替えるスイッチ回路として機能する。

このように、電源切替盤５０は、各電源切替スイッチ５２を備えることで、下流側給電ライン５１ｂへの電力源を、商用電源３６と発電電力の系統（発電系統とも言う）との間で切り替える切替手段として機能する。
このため、空気調和システム１では、商用電源３６、及び各室外機２Ａ～２Ｄの発電機１１から供給される電力を利用し、当該室外機２Ａ～２Ｄ、室内機１３ａ～１３ｄ、各照明装置３８、及び各コンセント６０を駆動する通常運転と、商用電源３６から切り離して、各室外機２Ａ～２Ｄの発電機１１の発電電力によって当該室外機２Ａ～２Ｄ、室内機１３ａ～１３ｄ、各照明装置３８、及び各コンセント６０を駆動する自立運転とを選択的に行うことが可能である。

次いで、発電電力の系統について説明する。
親機として機能する室外機２Ａは、図２に示すように、発電機１１の発電電力を変換するインバータ３３と、発電電力の一部を蓄えるバッテリ４９とを備える。
発電機１１の発電電力は、電力線３２を介してインバータ３３に出力される。インバータ３３は、発電機１１の発電電力である三相交流電力を直流電力に変換した後、２００Ｖの交流の電力に再度変換して電源線３４（発電電力出力線）に出力する。
この電源線３４は、上記した通常運転用の電源線３４ａと、自立運転用の電源線３４ｂとに分岐する。これらの電源線３４ａ、３４ｂは、電源切替スイッチ５２の第１端子５２ａ、第２端子５２ｂにそれぞれ接続される。また、通常運転用の電源線３４ａは、電源線４１を介して、室外側コントローラ３９に接続され、当該室外側コントローラ３９を含む室外機２Ａに電力を供給可能である。
なお、発電電力の一部は、図１に示す電力線４７ｂを介してバッテリ４９に供給され、バッテリ４９に発電電力が蓄電される。

自立運転の電源線３４ｂは、上述した電源切替スイッチ５２の第２端子５２ｂに接続される。このため、上述したように、電源切替スイッチ５２の第２端子５２ｂと第３端子５２ｃとを接続することによって、電源切替スイッチ５２を介して発電電力を電源分岐線３４ａ１に直接供給することができる。

インバータ３３は、室外機２Ａ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る。
上述の通り、室外側コントローラ３９は、通常運転用の電源線３４ａを介して発電電力が供給可能であると共に、商用電源３６から電源線４１を介して動作電源を得ること可能である。
室外側コントローラ３９は、室外機２Ａの各機器（例えば、ガスエンジン１０、バッテリ４９、及び電源切替盤５０等）の動作を中枢的に制御する制御部として機能する。また、室外機２Ａは親機として機能するため、この室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、停電時における各室外機２Ａ～２Ｄの起動制御の主コントローラとなる。
室外側コントローラ３９は、通信線４２を介して各室内機群３Ａ～３Ｄの室内側コントローラに通信可能に接続される。

室外側コントローラ３９は、室外機制御基板３９ｃを備える。室外機制御基板３９ｃには、電源線５４を介してバッテリ４９の電力が直接供給される。
室外機制御基板３９ｃは、プロセッサ３９ａ、メモリ３９ｂを備える。

プロセッサ３９ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＭＰＣ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサである。プロセッサ３９ａは、メモリ３９ｂが記憶する制御プログラム等を読み出して実行することにより、室外機２Ａの自立制御部（起動制御部）として機能する。

メモリ３９ｂは、制御プログラム等の各種データを記憶する記憶部である。メモリ３９ｂは、制御プログラムやプロセッサ３９ａに処理されるデータを記憶する。メモリ３９ｂは、不揮発性の記憶領域を有する。また、メモリ３９ｂは、揮発性の記憶領域を備え、プロセッサ３９ａのワークエリアを構成してもよい。

室外側コントローラ３９は、電動部制御基板２０を備える。電動部制御基板２０は、電力線２０ａを介して、室外機２Ａにおいて、直流電力で駆動する電動部である各機器（例えば、ファンモータ２６ａ、ポンプモータ２７ａ、各種の電磁弁が備えるモータ等）に電力を供給可能である。この電動部制御基板２０は、直流電力で駆動する電動部の駆動を制御する。

室外側コントローラ３９は、商用電源３６、及び室外機２Ａの発電機１１から供給される電力で、室外機２Ａ、室内機群３Ａ、及び照明装置３８を駆動する通常運転を行う通常運転モードと、停電時等に商用電源３６から切り離されて発電機１１の発電電力で室外機２Ａ、室内機群３Ａおよび照明装置３８を駆動する自立運転を行う自立運転モードとのいずれかに動作モードを切り替える制御を行う。
室外側コントローラ３９には、ユーザ等が手動で操作する手動スイッチである自立運転切り替えスイッチ５６（自立運転スイッチ）が接続される。空気調和システム１では、自立運転切り替えスイッチ５６が操作されることで、自立運転モードへの切り替え動作を室外側コントローラ３９が開始する。

バッテリ４９の電力が供給される電源線５４には、電源線４８（図２）を介してガスエンジン１０のセルモータが接続される。空気調和システム１では、室外側コントローラ３９の制御の下、バッテリ４９の電力でセルモータを駆動し、ガスエンジン１０を起動させる。

室外機２Ａは親機として機能するため、この室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、停電時における各室外機２Ａ～２Ｄの起動制御の主コントローラとなる。室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、子機となる室外機２Ｂ～２Ｄの各室外側コントローラ３９の各々と通信線で接続される。

子機として動作する室外機２Ｂ～２Ｄは、親機として動作する室外機２Ａと同様な構成を備える。図１に示すように、室外機２Ｂ～２Ｄは、バッテリ４９、自立運転切り替えスイッチ５６及び、インバータ３３から出力される自立運転用の電源線３４ｂを備えない点で室外機２Ａに相違する。

次いで、インバータ３３について説明する。
図３は、インバータ３３の構成を模式的に示すブロック図である。図３では、電力が供給される線を太線で示す。
上述の通り、インバータ３３は、発電機１１の発電電力である三相交流電力を直流電力に変換した後、２００Ｖの交流の電力に再度変換して電源線３４（発電電力出力線）に出力する装置である。
インバータ３３は、三相全波整流ダイオード７０と、ＩＰＭ基板７２と、フィルタ基板７４と、インバータ制御基板７８とを備える。
三相全波整流ダイオード７０は、電力線３２を介して、発電機１１から送り出された交流電圧を直流電圧に変換し整流する。三相全波整流ダイオード７０で整流された電圧は、電力線７１を介してＩＰＭ基板７２に送り出される。

電力線７１には、電解コンデンサ８０が設けられる。電解コンデンサ８０は、三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を保持する。
電力線７１には、ＤＣリアクトル８２が設けられる。ＤＣリアクトル８２は、電解コンデンサ８０に保持された直流電圧を昇圧する際に必要なコイル素子である。

ＩＰＭ基板７２は、半導体素子であるインテリジェントパワーモジュールが実装される基板である。ＩＰＭ基板７２は、インバータ部７２ａと、コンバータ部７２ｂとを備える。
インバータ部７２ａは、空気調和システム１が自立運転を行う場合に、三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を基に昇圧して交流に変換し、一定の交流電圧・電流に維持した交流電力として、電力負荷に供給するものである。
本実施の形態では、親機である室外機２Ａでは、インバータ部７２ａは、一定の交流電圧に維持した交流電力を出力する。子機である室外機２Ｂ～２Ｄでは、インバータ部７２ａは、室外機２Ａから出力された交流電圧に基づいて、親機である室外機２Ａの指示に従い可変する交流電流を生成し、交流電力として出力する。

インバータ部７２ａから送り出される電力は、電力線７３を介して、電源線３４ａ、３４ｂに送り出される。当該電力は、室外機２Ａ～２Ｄ、室内機１３ａ～１３ｄ、照明装置３８及びコンセント６０等の電力負荷に供給される。
インバータ部７２ａは、空気調和システム１が通常運転を行う場合には、駆動を停止する。

電力線７３には、ＡＣリアクトル１１１と、出力電流センサ１１２とが接続される。
ＡＣリアクトル１１１は、インバータ部７２ａから送り出された高調波電流を抑える。
出力電流センサ１１２は、信号線１１６を介して、インバータ制御基板７８に接続される。これによって、インバータ制御基板７８は、出力電流センサ１１２の電流値を取得可能である。
電力線７３において、出力電流センサ１１２の下流側には、フィルタ回路であるノイズフィルタ７５が実装されるフィルタ基板７４が接続される。インバータ部７２ａから送り出された電力は、フィルタ基板７４を介して電源線３４ｂに送り出される。

電源線３４ｂにおいて、フィルタ基板７４の下流側には、電圧センサ１１４が設けられる。この電圧センサ１１４は、電源線３４ｂにおける交流電力の電圧値を検知する。電圧センサ１１４は、信号線１２０を介してインバータ制御基板７８に接続される。これによって、インバータ制御基板７８は、電圧センサ１１４の検出する電圧値を取得可能である。

コンバータ部７２ｂは、三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を基に昇圧して一定の直流電圧に維持した直流電力として、電力線５５を介して、電動部制御基板２０に送り出すものである。コンバータ部７２ｂから送り出された直流電力は、電動部制御基板２０、及び電力線２０ａ等を介して、送風機２６のファンモータ２６ａや、冷却水ポンプ２７のポンプモータ２７ａ等の室外機２が備える電動部に供給される。
インバータ部７２ａは、本開示の「インバータ機能部」に相当し、コンバータ部７２ｂは、本開示の「コンバータ機能部」に相当する。

電力線５５には、電解コンデンサ１１８が設けられる。電解コンデンサ１１８は、三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を基に、ＤＣリアクトル８２と、ＩＰＭ基板７２のコンバータ部７２ｂとを使用した回路によって昇圧された電圧を保持する。

図４は、インバータ３３における配線を模式的に示す図である。
図４に示すように、ＩＰＭ基板７２からは、２つの電力線７３と、２つの電力線５５が引き出される。２つの電力線５５は、いずれもインバータ制御基板７８に接続される。２つの電力線５５のうち、一方の電力線５５からは、２つの分岐線５５ａ、５５ｂが引き出される。分岐線５５ａは、インバータ制御基板７８に接続され、分岐線５５ｂは、電動部制御基板２０に接続される。
これによって、インバータ３３では、コンバータ部７２ｂから送り出された直流電力を、電動部制御基板２０に送り出すことができる。
分岐線５５ａは、本開示の「第１の配線」に相当し、分岐線５５ｂは、本開示の「第２の配線」に相当する。

このように、空気調和システム１では、インバータ３３で変換された直流電力を、交流電力に変換することなく室外機２の電動部に送りだすことができる。このため、例えば、電動部制御基板２０で電力の変換を行うことがなく、空気調和システム１の回路構成の簡略化、及び効率化を図ることができる。

図４に示すように、電力線５５には、インバータ制御基板７８と、電動部制御基板２０とが接続される。すなわち、電力線５５は、所謂バスラインとして機能する。

インバータ制御基板７８は、コンバータ部７２ｂから送り出された直流電力によって駆動し、インバータ３３を制御する制御部として機能する。インバータ制御基板７８は、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る。インバータ制御基板７８は、当該通信線４０からの信号に基づいて、インバータ３３を制御する。
インバータ制御基板７８は、本開示の「制御部」に相当する。

電力線７１には、電流センサ８４が設けられる。電流センサ８４は、電力線７１における電流値を検出するセンサである。
電力線７１において、電流センサ８４は、電解コンデンサ８０と、ＤＣリアクトル８２との間に設けられる。これによって、電流センサ８４は、電解コンデンサ８０のノイズによる影響を抑制しつつ、ＤＣリアクトル８２における電流値を検出することが可能である。
電流センサ８４は、信号線８１を介してインバータ制御基板７８に接続される。インバータ制御基板７８は、信号線８１を介して電流センサ８４の検出する電流値を取得可能である。

電力線５５には、一対の信号線８３を介して電圧センサ８６が設けられる。電圧センサ８６は、電力線５５における電圧値を検出するセンサである。電圧センサ８６は、一対の信号線８３の各々に設けられる互いに同一の検出回路を備える。
電圧センサ８６は、一対の信号線８３を介してインバータ制御基板７８に接続される。インバータ制御基板７８は、信号線８３を介して電圧センサ８６の検出する電圧値を取得可能である。
これによって、インバータ制御基板７８は、電力線５５の電圧値を取得し、当該電圧値に基づいて、インバータ部７２ａと、コンバータ部７２ｂとを制御することができる。すなわち、バスラインである電力線５５は、インバータ部７２ａと、コンバータ部７２ｂとに基準となる電圧値を示すベースラインとして機能する。

上述の通り、電圧センサ８６は、一対の信号線８３の各々に設けられる互いに同一の検出回路を備える。このため、インバータ制御基板７８は、２つの検出回路が検出した電圧値の各々を取得する。インバータ制御基板７８は、これら２つの電圧値を比較する。
これによって、インバータ制御基板７８は、２つの電圧値が異なる場合、インバータ部７２ａと、コンバータ部７２ｂとのベースラインである電力線５５に紐づく回路の異常を検知できる。

［１－２．動作］
以上のように構成された空気調和システム１について、その動作を以下説明する。
まず、空気調和システム１の基本動作である通常運転モードを説明する。
通常運転モードは、商用電源３６から電力が供給される場合における空気調和システム１の動作モードである。図１に示すように、このモードにおいて、電源切替盤５０は、室外機２Ａが備える室外側コントローラ３９の制御の下、電源切替スイッチ５２、３５２の各々がいずれも第１端子５２ａ、３５２ａ側に切り替えられる。

これによって、商用電源３６から供給される電力は、上流側給電ライン５１ａ及び各電源切替スイッチ５２、電源線３４ａ、及び電源分岐線３４ａ１を介して、各室外機２Ａ～２Ｄの各部に供給される。さらに、商用電源３６から供給される電力は、電源切替スイッチ３５２、及び下流側給電ライン５１ｂを介して、各室内機１３ａ～１３ｄ、照明装置３８、及びコンセント６０に供給される。

通常運転モードの実施時において、各室外機２Ａ～２Ｄの発電機１１は、当該室外機２Ａ～２Ｄをそれぞれ駆動するための駆動電力を全てまかなう発電電力を出力する。
通常運転モードの実施時の室外機２Ａにおいて、三相全波整流ダイオード７０は、発電機１１から送り出された交流電力の交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ部７２ｂは、三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を基に昇圧して、一定の直流電圧に維持した直流電力として、室外機２が備える電動部に供給する。これに対して、通常運転モードの実施時において、インバータ部７２ａは、機能しない。

図５は、停電時の空気調和システム１の電力系統を模式的に示す図である。
次いで、停電時における空気調和システム１の動作である自立運転モードについて説明する。このモードでは、親機である室外機２Ａが制御主体として動作する。
図５に示すように、停電等によって商用電源３６からの電力供給が断たれると、室外機２Ａ～２Ｄ、室内機１３ａ～１３ｄおよび照明装置３８等は電力が供給されなくなって停止する。

この停電状態で、ユーザの手動操作によって、室外機２Ａに設けられた自立運転切り替えスイッチ５６が「オン」に操作されると、図２に示すように、この自立運転切り替えスイッチ５６がオンされたタイミングでバッテリ４９からの電力が室外側コントローラ３９の室外機制御基板３９ｃに供給される。そして、室外側コントローラ３９の制御の下、バッテリ４９の電力が不図示のＤＣ／ＤＣコンバータを通して２００Ｖの交流電圧とされ、室外側コントローラ３９の電源として供給される。

続いて、室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、通常運転モードから自立運転モードに切り替える動作を開始する。この場合、室外側コントローラ３９は、バッテリ４９の電力によってセルモータを駆動させ、ガスエンジン１０を起動させる。これにより、ガスエンジン１０が起動すると、発電機１１による発電が開始される。本実施形態では、発電を優先してすべての室外機２Ａ～２Ｄ（発電機）が起動した後に、空調運転を開始するために、ガスエンジン１０が起動しても、室外側コントローラ３９は、圧縮機１２の運転開始を先送りにする。このため、空気調和システム１では、照明装置３８、及びコンセント６０だけに電力を供給したい場合に圧縮機１２を運転する必要がなく、効率良く電力を供給可能である。

続いて、室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、自機の発電機１１から自立運転用の電力が出力されたか否かを判定する。具体的には、発電機１１から出力された電力は、インバータ３３に入力されるため、室外側コントローラ３９は、このインバータ３３への電力の入力の有無で判定する。

発電機１１から自立運転用の電力が出力された場合、室外側コントローラ３９は、インバータ３３を通じて、自立運転用の電力を電源切替盤５０に出力する。これにより、図５に示すように、電源切替盤５０の各電源切替スイッチ５２、３５２は、それぞれ自立運転用端子である第２端子５２ｂ、３５２ｂ側に自動的に切り替わる。そして、商用電源３６からインバータ３３を含む室外機２Ａ～２Ｄが切り離され、室外機２Ａ～２Ｄと室内機１３ａ～１３ｄ、照明装置３８、及びコンセント６０とが接続される。これによって、空気調和システム１では、商用系統と切断された独立系統が形成され、自立運転が開始される。

室外機２Ａにおいて、ガスエンジン１０が起動して、発電機１１による発電が開始されると、三相全波整流ダイオード７０は、発電機１１から送り出された交流電力の交流電圧を直流電圧に変換する。コンバータ部７２ｂは、当該三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を基に昇圧して、一定の直流電圧に維持した直流電力として、室外機２Ａが備える電動部に供給する。

これに対して、インバータ部７２ａは、三相全波整流ダイオード７０で整流された直流電圧を基に昇圧して交流に変換し、一定の交流電圧に維持した交流電力として出力する。
図５に示すように、この交流電力は、発電電力として、電源線３４ｂ（自立運転用）、電源切替スイッチ５２、電源線３４ａ、電源分岐線３４ａ１を通じて、室外機２Ｂ～２Ｄに供給される。

続いて、室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、該室外機２Ａで発電した発電電力を用いて、室外機２Ｂ～２Ｄのガスエンジン１０のセルモータを駆動し、該ガスエンジン１０を起動させる。ガスエンジン１０が起動すると、室外機２Ｂ～２Ｄの発電機１１による発電が開始される。
室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、室外機２Ｂ～２Ｄの発電機１１から自立運転用の発電電力が出力されたか否かを判別する。発電機１１から出力された発電電力は、インバータ３３に入力されるため、室外側コントローラ３９は、インバータ３３への電力の入力の有無で判定する。

発電機１１から発電電力が出力された場合において、室外機２Ａの室外側コントローラ３９は、室外機２Ｂ～２Ｄのインバータ３３を通じて出力される発電電力を、室外機２Ａから出力された発電電力に重畳させるように調整する。
具体的には、室外機２Ａでは、出力される発電電力の電圧を所定値に維持するように、インバータ３３が動作する。室外機２Ｂ～２Ｄでは、室外機２Ａから出力された発電電力の電圧値に応じて、出力される発電電力の電流を所定値に維持するように、インバータ３３の各々が動作する。
これにより、室外機２Ａ（親機）及び室外機２Ｂ～２Ｄ（子機）から出力される発電電力は波長等を合わせた状態で下流側に供給される。なお、図５に示すように、室外機２Ｂ～２Ｄでは、給電線３４ｂ１を介して、電源分岐線３４ａ１に発電電力が供給される。

室内機１３ａ～１３ｄのいずれかを運転する場合には、リモコン５の運転操作を行う。これにより、対応する室外機２Ａ～２Ｄの圧縮機１２が駆動され、冷媒回路内を冷媒が循環することで空調運転が実現される。

上述の通り、自立運転時には、上流側給電ライン５１ａは電源切替盤５０によって室外機２Ａ～２Ｄから切り離され、電源切替盤５０より上流側の商用電源３６には、各発電機１１の電力が供給されない。このため、空気調和システム１では、自立運転の実施時に商用電源３６側に逆潮流が生じることを簡易な構造で防止可能であると共に、所望の室内機１３ａ～１３ｄ、照明装置３８、及びコンセント６０を運転することが可能である。
したがって、空気調和システム１では、発電能力が限られる発電機１１で電力を供給する場合であっても、停電時に所望の設備を稼働させることが可能である。また、空気調和システム１では、停電時の混乱状態にあっても、運転したい設備をその場で選定することなく、予め選定されて自立系統に配置される設備を速やかに稼働させることが可能である。

また、自立運転時には、発電機１１から下流側給電ライン５１ｂに流れた電力の一部は、電源線４１を通って室外機２Ａに戻り、電力線４７ｂ等を介して、親機である室外機２Ａが備えるバッテリ４９に電力が供給される。すなわち、室外機２Ａでは、自立運転中においてもバッテリ４９が充電される。

次いで、インバータ３３の動作について説明する。
図６は、インバータ３３の動作を示すフローチャートである。
インバータ３３において、インバータ制御基板７８は、目標電圧値を算出する（ステップＳＡ１）。本実施の形態において、当該目標電圧値は、例えば、商用電源３６から供給される交流電圧と同程度の２００Ｖに予め設定される。
次いで、インバータ制御基板７８は、電圧センサ１１４の測定電圧値を取得する（ステップＳＡ２）。

インバータ制御基板７８は、目標電圧値と測定電圧値とを比較し、フィードバック制御を行う（ステップＳＡ３）。
次いで、インバータ制御基板７８は、ステップＳＡ３における制御の結果を目標電流値に設定する（ステップＳＡ４）。

次いで、インバータ制御基板７８は、出力電流センサ１１２の測定電流値を取得する（ステップＳＡ５）。
インバータ制御基板７８は、ステップＳＡ４で設定した目標電流値と、ステップＳＡ５で取得した測定電流値とを比較し、フィードバック制御を行う（ステップＳＡ６）。
次いで、インバータ制御基板７８は、ステップＳＡ６における制御の結果をIPM基板に出力することで、所謂ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う（ステップＳＡ７）。

ステップＳＡ５、ステップＳＡ６で説明したように、インバータ３３において、インバータ制御基板７８は、一次遅れが生じる電圧値よりも応答が早い電流値をセンシングすると共に、当該電流値を制御する。
このため、インバータ３３では、電力線７３を流れる電力をより高い精度で検知でき、当該検知に基づいて、より高い制御性を実現し、ＩＰＭ基板７２を駆動させることができる。そして、ＩＰＭ基板７２では、交流電力を供給するインバータ部７２ａと、直流電力を供給するコンバータ部７２ｂとを実現できる。さらに、ＩＰＭ基板７２では、室外機２Ａ～２Ｄの運転状態に応じて、インバータ部７２ａ及びコンバータ部７２ｂの駆動の開始と停止とを切り替えることができる。

加えて、インバータ３３では、バスラインとして機能する電力線５５に、例えば電気自動車等の他の電力負荷に給電可能な給電線等、他の電力負荷を接続した場合であっても、当該電力負荷に電力を安定して供給することができる。

［１－３．効果等］
以上のように、本実施の形態において、室外機２Ａ～２Ｄは、ガスエンジン１０によって駆動される圧縮機１２と、ガスエンジン１０の駆動力で発電する発電機１１と、発電機１１の発電電力を商用電源３６に出力するインバータ３３とを備える。
インバータ３３は、発電機１１が発電した電力を一定の直流電圧に維持するコンバータ部７２ｂと、発電機１１が発電した電力を一定の交流電圧・電流に維持するインバータ部７２ａとを備える。インバータ３３は、商用電源３６から電力が供給される場合には、コンバータ部７２ｂが生成した直流電力を、室外機２Ａ～２Ｄが備える電動部に供給する。インバータ３３は、商用電源３６から電力が供給されない場合には、コンバータ部７２ｂが生成した直流電力を室外機２Ａ～２Ｄが備える電動部に供給すると共に、インバータ部７２ａが生成した交流電力を自立系統に供給する。
これにより、空気調和システム１では、インバータ３３で変換された直流電力を、交流電力に変換することなく室外機２の電動部に送りだすことができる。

本実施の形態によれば、電動部を制御する電動部制御基板２０を備え、インバータ３３は、当該インバータ３３を制御するインバータ制御基板７８を備える。コンバータ部７２ｂは、コンバータ部７２ｂが生成した直流電力が流れる分岐線５５ａを介してインバータ制御基板７８に電力を供給すると共に、配線から分岐した分岐線５５ｂを介してインバータ制御基板７８に電力を供給するようにしてもよい。
これにより、空気調和システム１において、室外機２Ａ～２Ｄでは、電動部制御基板２０で電力の変換を行うことがなく、空気調和システム１の回路構成の簡略化、及び効率化を図ることができる。

本実施の形態によれば、電力線７１には、電流センサ８４が設けられるようにしてもよい。
これにより、インバータ３３では、電力線５５を流れる電力を、電圧値に加えて、電流値でセンシングすることができる。
このため、インバータ３３では、電力線５５を流れる電力をより高い精度で検知でき、当該検知に基づいて、交流電力を供給するインバータ部７２ａと、直流電力を供給するコンバータ部７２ｂとをＩＰＭ基板７２で実現できる。

本実施の形態によれば、第１の配線には、電圧センサ８６が設けられ、電圧センサ８６は、少なくとも２つの検出回路を備え、検出回路の各々は、いずれもインバータ制御基板７８に接続されるようにしてもよい。
これにより、２つの検出回路の電圧値が異なる場合、インバータ制御基板７８は、インバータ部７２ａと、コンバータ部７２ｂとのベースラインである電力線５５の異常を検知できる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

上述した実施形態は、本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。

上述した実施形態では、空気調和システム１は、複数の室外機２Ａ～２Ｄを備えるとしたが、これに限らず室外機２Ａのみを備えてもよい。

上述した実施形態において、室外機２Ｂ～２Ｄと、電源分岐線３４ａ１、及び商用電源線とは、電源切替スイッチ５２のようなスイッチを介して接続されてもよい。当該スイッチは、電源切替盤５０に設けられてもよい。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

（付記）
（技術１）ガスエンジンによって駆動される圧縮機と、前記ガスエンジンの駆動力で発電する発電機と、前記発電機の発電電力を内部消費及び自立系統内に供給するインバータとを備える空気調和装置の室外機において、前記インバータは、前記発電機が発電した電力を一定の直流電圧に維持するコンバータ機能部と、発電機が発電した電力を一定の交流電圧に維持するインバータ機能部とを備え、前記室外機が商用電源に接続して使用される場合には、前記コンバータ機能部が生成した直流電力を、前記室外機が備える電動部に供給し、前記商用電源から電力が供給されない場合には、前記コンバータ機能部が生成した直流電力を前記室外機が備える電動部に供給すると共に、インバータ機能部が生成した交流電力を前記自立系統内に供給することを特徴とする空気調和装置の室外機。
この構成により、室外機では、インバータで変換された直流電力を、交流電力に変換することなく室外機の電動部に送りだすことができる。そのため、室外機では、発電機が発電した電力を効率的に使用できる。

（技術２）前記電動部を制御する電動部制御基板を備え、前記インバータは、当該インバータを制御する制御部を備え、前記コンバータ機能部は、前記コンバータ機能部が生成した直流電力が流れる第１の配線を介して前記制御部に電力を供給すると共に、前記配線から分岐した第２の配線を介して前記電動部制御基板に電力を供給することを特徴とする技術１に記載の空気調和装置の室外機。
この構成により、室外機では、インバータから電動部制御基板に直流電力を出力できる。そのため、室外機では、回路構成の簡略化、及び効率化を図ることができる。

（技術３）前記コンバータ機能部が生成した直流電力が流れる配線には、電流センサが設けられることを特徴とする技術１または技術２に記載の空気調和装置の室外機。
この構成により、室外機では、配線を流れる電力をより高い精度で検知できる。そのため、室外機では、当該検知に基づいて、コンバータ機能部と、インバータ機能部とを機能させることができる。

（技術４）前記第１の配線には、電圧センサが設けられ、前記電圧センサは、少なくとも２つの検出回路を備え、前記検出回路の各々は、いずれも前記制御部に接続されることを特徴とする技術２または技術３に記載の空気調和装置の室外機。
この構成により、室外機では、２つの検出回路の電圧値を比較することができる。そのため、室外機では、コンバータ機能部及びインバータ機能部のベースラインであるバスライン回路の異常を検知できる。

本開示は、冷媒を圧縮する圧縮機の駆動源としてガスエンジンを利用したガスヒートポンプ式空気調和装置に適用可能である。

１ 空気調和システム
２ 室外機
２Ａ～２Ｄ 室外機
１０ ガスエンジン
１１ 発電機
１２ 圧縮機
２０ 電動部制御基板
２６ａ ファンモータ
２７ａ ポンプモータ
３３ インバータ
３４、３４ａ、３４ｂ 電源線
３４ａ１ 電源分岐線
３６ 商用電源
３９ｃ 室外機制御基板
４７ａ、４７ｃ、５５ 電力線
４９ バッテリ
５５ 電力線（配線）
５５ａ 分岐線（第１の配線）
５５ｂ 分岐線（第２の配線）
７２ ＩＰＭ基板
７２ａ インバータ部（インバータ機能部）
７２ｂ コンバータ部（コンバータ機能部）
７４ フィルタ基板
７８ インバータ制御基板（制御部）

Claims (4)

1. ガスエンジンによって駆動される圧縮機と、前記ガスエンジンの駆動力で発電する発電機と、前記発電機の発電電力を内部消費及び自立系統内に供給するインバータとを備える空気調和装置の室外機において、
   前記インバータは、前記発電機が発電した電力を一定の直流電圧に維持するコンバータ機能部と、前記発電機が発電した電力を一定の交流電圧に維持するインバータ機能部とを備え、
   前記室外機が商用電源に接続して使用される場合には、前記コンバータ機能部が生成した直流電力を前記室外機が備える電動部に供給し、
   前記商用電源から電力が供給されない場合には、前記コンバータ機能部が生成した直流電力を前記室外機が備える電動部に供給すると共に、インバータ機能部が生成した交流電力を前記自立系統内に供給する
   ことを特徴とする空気調和装置の室外機。
2. 前記電動部を制御する電動部制御基板を備え、
   前記インバータは、当該インバータを制御する制御部を備え、
   前記コンバータ機能部は、前記コンバータ機能部が生成した直流電力が流れる第１の配線を介して前記制御部に電力を供給すると共に、前記第１の配線から分岐した第２の配線を介して前記電動部制御基板に電力を供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置の室外機。
3. 前記コンバータ機能部が生成した直流電力が流れる配線には、電流センサが設けられる
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和装置の室外機。
4. 前記第１の配線には、電圧センサが設けられ、
   前記電圧センサは、少なくとも２つの検出回路を備え、
   前記検出回路の各々は、いずれも前記制御部に接続される
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置の室外機。

Images