JP4063515B2 - 発電機能付きエンジン駆動冷暖房機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンなどのエンジンで発電機を駆動し、その発電出力で冷暖房を行うように構成した発電機能付きエンジン駆動冷暖房機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のものとしては、従来、特開平１１−１３２５９４号公報に開示されているものがあった。
【０００３】
この公知例によれば、圧縮機と熱源側の室外側熱交換器と利用側の室内側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続して冷媒回路を構成し、圧縮機に電動モータを連動連結し、エンジンと圧縮機および発電機それぞれをクラッチを介して機械的に連動連結し、また、圧縮機と電動モータとをクラッチを介して機械的に連動連結し、かつ、発電機の発電電力で電動モータを駆動できるように構成している。
【０００４】
また、空調負荷の変化に対応するために、低負荷状態では、エンジンと発電機のみを連動連結する状態にし、中負荷状態では、エンジンと圧縮機のみを連動連結する状態に切り換え、更に、高負荷状態では、エンジンと圧縮機のみを連動連結する状態に切り換えるとともに電動モータと圧縮機とを連動連結するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空調負荷の変化に対応するために、エンジンと圧縮機および発電機それぞれをクラッチを介して機械的に連動連結する構成と、クラッチを入り切り操作する切り換え機構が必要となり、構成が複雑化して組付けに手間を要する欠点があった。
【０００６】
また、クラッチの移動スペースに加えて、クラッチを入り切り操作するための操作系のスペースが必要になり、全体として、設置スペースが大きくなる欠点があった。
【０００７】
また、エンジンに圧縮機を連動連結するために、それら全体を密閉化できず、機械的な軸シール構成になり、非共沸の冷媒などを用いた場合に、シール部材の摩損などに起因して冷媒の洩れが発生し、空調能力が低下して耐久性が低下する欠点があった。
【０００８】
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、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できるようにし、更に、エンジンを効率良く運転しながら空調を行えるようにすることを目的とし、また、請求項２に係る発明は、利用側熱交換器が複数台ある場合に、運転台数の変化に応じて無駄無く発電できるようにすることを目的とする。請求項３に係る発明は、無駄な発電をすること無く空調を行えるようにすることを目的とし、また、請求項４に係る発明は、無駄な発電をすること無く空調を行うとともに外部負荷に電力を供給できるようにすることを目的とする。請求項５に係る発明は、組付けが一層簡 単で設置スペースをより小さくできるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機は、上述のような目的を達成するために、
圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
運転あるいは接続状態の前記利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する最も効率が高い一定回転数で前記エンジンを駆動するように構成し、かつ、空調負荷の変化を測定する空調負荷センサを設け、前記空調負荷センサで測定される空調負荷に基づいて要求空調負荷が得られるように前記電動モータの回転数を制御する空調制御手段を設け、前記発電機の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給するように構成する。
【００１０】
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に記載の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機において、
利用側熱交換器を複数台備えるものであり、要求される全空調負荷の決定を、運転状態にある前記利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて行うように構成する。
【００１１】
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、
圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
空調負荷の変化を測定する空調負荷センサを設け、前記空調負荷センサで測定される空調負荷に基づいて、その空調負荷に対応する最も効率が高い回転数で前記エンジンを駆動するように前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段を設けて構成する。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化を測定する負荷センサを設け、前記負荷センサで測定される要求電力負荷に基づいて、その要求電力負荷に対応する最も効率が高い回転数で前記エンジンを駆動するように前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段を設けて構成する。
【００１３】
また、請求項５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、２、３、４のいずれかに記載の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機において、
冷媒回路の熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁とをパッケージ本体にパッケージ化して構成する。
【００１４】
【００１５】
【作用】
請求項１に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うことができ、かつ、圧縮機と電動モータを密閉化して連動連結し、冷媒の洩れを防止できる。
また、パッケージ本体を設置し、その配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続し、冷暖房機を組付けることができる。
更に、運転あるいは接続状態の利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する、すなわち、空調に必要な電力を確実に発電する状態で、最も効率が高い一定回転数でエンジンを駆動し、空調用に消費した残余の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給することができる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、利用側熱交換器が複数台あって、そのうちの一部しか運転されていないなどの運転状況に応じ、運転状態にある利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて、要求される全空調負荷の決定を行う。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うことができ、かつ、圧縮機と電動モータを密閉化して連動連結し、冷媒の洩れを防止できる。
また、パッケージ本体を設置し、その配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続し、冷暖房機を組付けることができる。
更に、エンジン制御手段により、空調負荷の変化に応じ、空調負荷センサで測定される空調負荷それぞれで最も効率が高い回転数でエンジンを駆動して、それらの空調負荷に必要な発電電力を得ることができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆 動して空調を行うことができ、かつ、圧縮機と電動モータを密閉化して連動連結し、冷媒の洩れを防止できる。
また、パッケージ本体を設置し、その配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続し、冷暖房機を組付けることができる。
更に、エンジン制御手段により、空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化に応じ、その時点の空調負荷および外部機器の要求電力負荷で最も効率が高い回転数でエンジンを駆動して、それらの空調負荷および外部機器の要求電力負荷に必要な発電電力を得ることができる。
【００１９】
また、請求項５に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するだけで、熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁とも接続して冷媒回路を構成できる。
【００２０】
【００２１】
【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、本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第１実施例を示す概略構成図であり、圧縮機１と四方弁２と熱源側熱交換器としての室外側熱交換器３と膨張弁４と利用側熱交換器としての室内側熱交換器５とがその順に冷媒配管６を介して接続されて冷媒回路が構成されている。
【００２２】
四方弁２の切り換えにより、冷媒を圧縮機１→四方弁２→室外側熱交換器３→膨張弁４→室内側熱交換器５→四方弁２→圧縮機１の順に流す冷房運転状態（図示の実線の状態）と、圧縮機１→四方弁２→室内側熱交換器５→膨張弁４→室外側熱交換器３→四方弁２→圧縮機１の順に流す暖房運転状態（図示の破線の状態）とに切り換え、冷暖房を行えるように構成されている。
【００２３】
エンジンとしてのガスエンジン７に発電機８が連動連結され、圧縮機１に唯一の駆動源として電動モータ９が連動連結されるとともに、その電動モータ９が圧縮機１をも含んで密閉化されてシールされ、電動モータ９に発電機８が電力出力線１０を介して接続され、ガスエンジン７の駆動により発電機８で発電した電力のみによって圧縮機１を駆動するように構成されている。
【００２４】
膨張弁４と室内側熱交換器５とを接続する冷媒配管６が第１の配管接続部１１を介して膨張弁側配管６ａと室内側熱交換器側配管６ｂとに分離可能に構成されている。また、室内側熱交換器５と四方弁２とを接続する冷媒配管６が第２の配管接続部１２を介して室内側熱交換器側配管６ｃと四方弁側配管６ｄとに分離可能に構成されている。
【００２５】
冷媒回路を構成する部材のうちの圧縮機１と四方弁２と室外側熱交換器３と膨張弁４と、それらを接続する冷媒配管６と、膨張弁側配管６ａと四方弁側配管６ｄ、更に、ガスエンジン７と発電機８と電動モータ９とがパッケージ化され、そのパッケージ本体１３に、第１および第２の配管接続部１１，１２と、電力出力線１０に外部負荷１４を接続する電力取り出し部１５とが付設されている。
【００２６】
図示しないが、電力出力線１０に分岐接続された電力取り出し線１０ａには、パッケージ本体１３内にパッケージ化されている、室外側熱交換器３のファン３ａを駆動するモータ（図示せず）、エンジン冷却用ポンプのモータ（図示せず）、四方弁２を切り換えるソレノイド（図示せず）、膨張弁４を調整するソレノイド（図示せず）、コントローラ（図示せず）などの電動機器が接続されている。
【００２７】
室内側熱交換器５のファン５ａを駆動するモータ（図示せず）には、図示しないが、電力取り出し部１５に接続された電力取り出し線１０ｂが接続され、発電機８からの発電電力が供給されるように構成されている。
【００２８】
パッケージ本体１３には、ガスエンジン７に燃料ガスを供給する燃料供給管１６ａをガスエンジン側燃料供給管１６ｂに接続する、第３の配管接続部１７が付設されている。
【００２９】
また、パッケージ本体１３には、ガスエンジン７から排出されるガスエンジン側排ガス配管１８ａに排ガス配管１８ｂを接続する第４の配管接続部１９が付設され、排ガス配管１８ｂが給湯用熱交換器（図示せず）や貯湯槽などと接続され、ガスエンジン７からの排熱を有効利用するようになっている。
【００３０】
この実施例において、ガスエンジン側排ガス配管１８ａの外周面に放熱フィンを設け、その放熱フィンに送風して熱風をパッケージ本体１３外に放出する放熱用ファンをパッケージ本体１３内に設け、ガスエンジン７からの排熱が不用な場合に放熱できるように構成しても良い。
【００３１】
図２の出力の経時的変化のグラフ、および、図３の出力とエンジン回転数と効率との相関のグラフに示すように、室内側熱交換器５で要求される空調負荷の変動に伴って消費される空調用の出力Ｈ１を考慮し、室内側熱交換器５で要求される全空調負荷の最大能力に対応する空調用の最大出力ＨＭに基づいて、例えば、出力３ｋＷであれば、エンジン回転数を1600rpm 程度（効率27％程度）にし、５ｋＷであれば、エンジン回転数を2600rpm 程度（効率28％程度）にするといったようにして、その空調用の最大出力ＨＭで最も効率が高い回転数を導出し、その導出された一定の回転数でガスエンジン７を駆動して発電するように構成されている。
【００３２】
図４のブロック図に示すように、室内側熱交換器５が設けられる室内に、空調負荷の変化を測定する空調負荷センサとしての室温を測定する室温センサ２０が設けられている。室温センサ２０と要求空調負荷としての目標温度を設定する温度設定器２１とが空調制御手段としてのコントローラ２２に接続され、そのコントローラ２２に電動モータ９のモータ電圧制御部２３が接続されている。
コントローラ２２には比較手段２４とモータ電圧算出手段２５とが備えられている。
【００３３】
比較手段２４では、室温センサ２０で測定される室温と、温度設定器２１で設定される目標温度とを比較演算し、目標温度に対する高低とともに温度差を算出して出力するようになっている。
モータ電圧算出手段２５では、比較手段２４からの温度差に基づいて、その目標温度に対する高低と温度差とに基づいて、目標温度に制御するに必要な電動モータ９の回転数、すなわち、電動モータ９に印加するモータ電圧を算出し、算出されたモータ電圧の印加信号をモータ電圧制御部２３に出力するようになっている。
【００３４】
モータ電圧制御部２３では、モータ電圧算出手段２５からの印加信号に応答してモータ電圧を制御し、電動モータ９の回転数を制御して圧縮機１を制御し、所望の空調を行えるように構成されている。冷房の場合であれば、測定室温が目標温度よりも高くなったときに電動モータ９の回転数を増加させ、一方、目標温度よりも低くなったときに電動モータ９の回転数を減少させるように制御する。暖房の場合は逆である。
【００３５】
このような空調制御を行う結果、図２に示すように、室内側熱交換器５で要求される空調負荷の変動に伴って消費される空調用の出力Ｈ１が変動され、それに伴って、発電機８の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の余剰の出力（電力）ＨＷも変動するが、その全量が外部機器１４に供給されるようになっている。図示しないが、余剰の電力ＨＷで外部機器１４で要求される負荷を賄えない場合は、系統連系された商用電力によって賄うことになる。
【００３６】
上記コントローラ２２もパッケージ本体１３内にパッケージ化され、室温センサ２０および温度設定器２１が配線接続部（図示せず）と配線を介して接続されている。
【００３７】
上記実施例では空調負荷センサとして、室温センサ２０を用いているが、室内側熱交換器５からの吹き出し空気の温度を測定するセンサとか、あるいは、室内側熱交換器５への吸い込み空気の温度を測定するセンサなどを用いても良い。
【００３８】
図５は、本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第２実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、第１および第２の配管接続部１１，１２それぞれに、配管６ｂ，６ｃを介して３台の室内側熱交換器５が接続されている。
【００３９】
室内側熱交換器５のファン５ａを駆動するモータ３１には、運転スイッチ３２を介装した電力線３３を介して、電力取り出し部１５に接続された電力取り出し線１０ｂが接続されている。
【００４０】
燃料供給管１６ａに、燃料ガスの供給量を調整する、電磁操作型の燃料ガス調整弁３４が設けられている。
各運転スイッチ３２にはコントローラ３５が接続され、コントローラ３５に燃料ガス調整弁３４が接続されている。
コントローラ３５には、出力演算手段３６と回転数演算手段３７と弁開度算出手段３８とが備えられている。
【００４１】
出力演算手段３６では、運転スイッチ３２のうちのＯＮ状態のものの個数、すなわち、運転状態にある室内側熱交換器５の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて要求される全空調負荷の決定を行い、必要な出力を演算するようになっている。
【００４２】
回転数演算手段３７では、図３の出力とエンジン回転数と効率との相関のグラフから、第１実施例の場合と同様にして、出力演算手段３６で求められた出力で最も効率が高いエンジン回転数を導出するようになっている。
【００４３】
弁開度算出手段３８では、回転数演算手段３７で導出されたエンジン回転数に基づき、そのエンジン回転数を得るのに必要な燃料ガス調整弁３４の開度を算出し、その開度を得るに必要な制御信号を燃料ガス調整弁３４に出力するようになっている。
【００４４】
上記構成により、運転状態の室内側熱交換器５の台数の変化に伴い、要求される全空調負荷を決定して最も効率が高いエンジン回転数で運転することができる。図６のエンジン回転数の経時的変化のグラフに示すように、例えば、春などの中間期で、南側の部屋では、早い時間から暑くなるために１台が運転され、昼間は不在で運転が停止され、帰宅後に１台の運転が再開され、その後、全員が帰宅し、各部屋で順次運転が開始されるといった運転状態の変化に伴い、その運転台数に応じて最も効率が高いエンジン回転数で運転されることになる。この第２実施例においても、発電機８の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の余剰の電力の全量が外部機器１４に供給されるようになっている。
【００４５】
図７は、本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第３実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、外部機器１４に接続する電力取り出し線１０ａに商用電源４１の電力供給線４２が接続されて系統連系されるとともに、その電力供給線４２に、外部機器１４に供給される商用電源４１からの電力に基づいて空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷の変化を測定する負荷センサ４３が設けられている。
負荷センサ４３には、上述第１実施例で説明した室温センサ２０に基づいて測定される空調負荷が入力されて、その空調負荷が加算され、商用電源４１からの電力が零であっても、実質的に空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷Ｆを測定するように構成されている。
【００４６】
この第３実施例においては、図８の出力の経時的変化のグラフに示すように、室内側熱交換器５で要求される全空調負荷の最大能力に対応する空調用の出力ＨＭが得られるように発電機８を発電可能に構成されている。
【００４７】
燃料供給管１６ａに、燃料ガスの供給量を調整する、電磁操作型の燃料ガス調整弁４４が設けられている。
図９の制御系のブロック図に示すように、負荷センサ４３が、エンジン制御手段としてのコントローラ４５に接続され、このコントローラ４５に燃料ガス調整弁４４が接続されている。
【００４８】
コントローラ４５には、空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷に対応する最も効率が高いエンジン回転数を演算する回転数演算手段４６と、燃料ガス調整弁４４の開度を算出する弁開度算出手段４７とが備えられている。
【００４９】
回転数演算手段４６では、図３の出力とエンジン回転数と効率との相関のグラフから、負荷センサ４３で測定される空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷に対応する最も効率が高いエンジン回転数を導出するようになっている。
【００５０】
弁開度算出手段４７では、回転数演算手段４６で導出されたエンジン回転数に基づき、そのエンジン回転数を得るに必要な燃料ガス調整弁４４の開度を算出し、その開度を得るに必要な制御信号を燃料ガス調整弁４４に出力するようになっている。
【００５１】
上記構成により、図８に示すように、室内側熱交換器５および外部機器１４の要求電力負荷が変動するときに、次のように制御する。
【００５２】
負荷センサ４３で空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷Ｆが測定されるに伴い、その要求電力負荷Ｆの出力に対応した最も効率が高いエンジン回転数でガスエンジン７を駆動し、発電機８で発電する。
【００５３】
要求電力負荷Ｆが発電機８の発電によって得られる最大発電電力量ＨＭを越えている場合には、発電機８の発電能力が上限に達しているために、発電電力量Ｈを増加できず、電力不足となるため、その不足分の電力は商用電源４１からの商用電力によって賄う。
【００５４】
この第３実施例によれば、例えば、夜間などで消灯されたりテレビなどが消されたりして、要求電力負荷Ｆが減少するに伴い、エンジン回転数を制御して要求電力負荷Ｆに見合う電力量Ｈを発電させることができ、無駄な発電を無くすことができる。
【００５５】
上記第３実施例では、空調負荷として、室温センサ２０に基づいて測定される空調負荷を負荷センサ４３に入力するようにしているが、要求空調負荷となる、温度設定器２１で設定される目標温度を測定し、その目標温度を空調負荷として負荷センサ４３に入力するように構成しても良い。
【００５６】
上述実施例では、冷媒回路を構成する部材のうち、圧縮機１と四方弁２と室外側熱交換器３と膨張弁４をパッケージ化しているが、例えば、室外側熱交換器３をパッケージ本体１３外に設けでも良く、要するに、請求項１に係る発明としては、少なくとも圧縮機１をパッケージ化するものであれば良い。
【００５７】
また、上述第３実施例では、エンジン制御手段４５を、空調負荷および外部機器の要求電力負荷に基づいてガスエンジン７の回転数を制御するようにしているが、室温センサ２０で測定される空調負荷のみに基づいて、その空調負荷に対応する最も効率が高い回転数でエンジンを駆動するようにガスエンジン７の回転数を制御するように構成しても良い（請求項３）。
【００５８】
本発明としては、室内側熱交換器５に代えて、または、室内側熱交換器５に加えて床暖房機を用いても良く、それらをして利用側熱交換器と総称する。
【００５９】
また、本発明としては、上述のようなガスエンジン２に限らず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなども適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うから、従来のような、エンジンと圧縮機とを連動連結する構成、圧縮機を連動連結する状態と発電機を連動連結する状態とに切り換える構成、ならびに、圧縮機にエンジンを連動連結する状態と電動モータを連動連結する状態とに切り換える構成のいずれをも不用にでき、各構成部材のスペースと切り換えに必要な操作スペースを確保せずに済み、小型にできるとともに設置スペースを小さくできる。
しかも、圧縮機と電動モータ、ならびに、両者の連動連結構成の全体を密閉化するから、非共沸の冷媒などを用いても、その冷媒の洩れを防止できて耐久性を向上できる。
そのうえ、パッケージ化して、パッケージ本体の配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、全体として、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できる。
更に、運転あるいは接続状態の利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する、すなわち、空調に必要な電力を確実に発電する状態で、最も効率が高い一定回転数でエンジンを駆動して空調を行い、空調用に消費した残余の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給するから、効率の良い回転数を選択してエンジンを運転でき、エンジンを効率良く運転しながら空調を行えるとともに、発電電力を無駄なく消費できる。
また、例えば、エンジンと圧縮機とを連動連結し、空調負荷に応じて圧縮機の回転数、すなわち、エンジンの回転数を調整する場合、それに伴って発電機の発電電力そのものが変動してしまうが、この請求項３に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、発電電力を一定に維持でき、外部機器に極力多量の電力を供給できる。
【００６１】
また、請求項２に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、利用側熱交換器が複数台あって、そのうちの一部しか運転されていないなどの運転状況に応じ、運転状態にある利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて、要求される全空調負荷の決定を行うから、運転されていない利用側熱交換器をも含めた状態で、利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する最も効率が高い一定回転数でエンジンを駆動して発電する場合に比べ、運転台数の変化に応じて無駄無く発電できる。
【００６２】
また、請求項３に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うから、従来のような、エンジンと圧縮機とを連動連結する構成、圧縮機を連動連結する状態と発電機を連動連結する状態とに切り換える構成、ならびに、圧縮機にエンジンを連動連結する状態と電動モータを連動連結する状態とに切り換える構成のいずれをも不用にでき、各構成部材のスペースと切り換えに必要な操作スペースを確保せずに済み、小型にできるとともに設置スペースを小さくできる。
しかも、圧縮機と電動モータ、ならびに、両者の連動連結構成の全体を密閉化するから、非共沸の冷媒などを用いても、その冷媒の洩れを防止できて耐久性を向上できる。
そのうえ、パッケージ化して、パッケージ本体の配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、全体として、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できる。
更に、空調負荷の変化に応じ、空調負荷センサで測定される空調負荷それぞれで最も効率が高い回転数でエンジンを駆動するから、空調に要する必要最小限の電力分を発電でき、無駄な発電をすること無く空調を行える。
【００６３】
また、請求項４に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うから、従来のような、エンジンと圧縮機とを連動連結する構成、圧縮機を連動連結する状態と発電機を連動連結する状態とに切り換える構成、ならびに、圧縮機にエンジンを連動連結する状態と電動モータを連動連結する状態とに切り換える構成のいずれをも不用にでき、各構成部材のスペースと切り換えに必要な操作スペースを確保せずに済み、小型にできるとともに設置スペースを小さくできる。
しかも、圧縮機と電動モータ、ならびに、両者の連動連結構成の全体を密閉化するから、非共沸の冷媒などを用いても、その冷媒の洩れを防止できて耐久性を向上できる。
そのうえ、パッケージ化して、パッケージ本体の配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、全体として、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できる。
更に、エンジンを一定回転数で運転して発電すると、例えば、夜などのように空調や外部機器に必要な電力が少ない場合に発電電力が過剰になってしまい、系統に売電したり電気ヒータなどにより放熱させて蓄熱するなどといった別の対策が必要になるが、この請求項４に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化に応じてエンジンの回転数を制御し、それらの負荷に必要な発電電力を得るから、無駄な発電をすること無く空調を行え、発電過剰に起因する別な対策が不用で経済的である。
【００６４】
また、請求項５に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、冷媒回路の熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁をもパッケージ化するから、配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁それぞれのスペースをパッケージ本体外に確保してそれらを配管接続する場合に比べ、組付けが一層簡単で設置スペースをより小さくできる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】 出力の経時的変化を示すグラフである。
【図３】 出力とエンジン回転数と効率との相関を示すグラフである。
【図４】 制御系を示すブロック図である。
【図５】 本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第２実施例を示す概略構成図である。
【図６】 エンジン回転数の経時的変化を示すグラフである。
【図７】 本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第３実施例を示す概略構成図である。
【図８】 出力の経時的変化を示すグラフである。
【図９】 制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…圧縮機
２…四方弁
３…熱源側熱交換器としての室外側熱交換器
４…膨張弁
５…利用側熱交換器としての室内側熱交換器
６…冷媒配管
７…ガスエンジン
８…発電機
９…電動モータ
１０…電力出力線
１１…第１の配管接続部
１２…第２の配管接続部
１３…パッケージ本体
１４…外部負荷
１５…電力取り出し部
２０…空調負荷センサとしての室温センサ
２２…空調制御手段としてのコントローラ
４３…負荷センサ
４５…エンジン制御手段としてのコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンなどのエンジンで発電機を駆動し、その発電出力で冷暖房を行うように構成した発電機能付きエンジン駆動冷暖房機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のものとしては、従来、特開平１１−１３２５９４号公報に開示されているものがあった。
【０００３】
この公知例によれば、圧縮機と熱源側の室外側熱交換器と利用側の室内側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続して冷媒回路を構成し、圧縮機に電動モータを連動連結し、エンジンと圧縮機および発電機それぞれをクラッチを介して機械的に連動連結し、また、圧縮機と電動モータとをクラッチを介して機械的に連動連結し、かつ、発電機の発電電力で電動モータを駆動できるように構成している。
【０００４】
また、空調負荷の変化に対応するために、低負荷状態では、エンジンと発電機のみを連動連結する状態にし、中負荷状態では、エンジンと圧縮機のみを連動連結する状態に切り換え、更に、高負荷状態では、エンジンと圧縮機のみを連動連結する状態に切り換えるとともに電動モータと圧縮機とを連動連結するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空調負荷の変化に対応するために、エンジンと圧縮機および発電機それぞれをクラッチを介して機械的に連動連結する構成と、クラッチを入り切り操作する切り換え機構が必要となり、構成が複雑化して組付けに手間を要する欠点があった。
【０００６】
また、クラッチの移動スペースに加えて、クラッチを入り切り操作するための操作系のスペースが必要になり、全体として、設置スペースが大きくなる欠点があった。
【０００７】
また、エンジンに圧縮機を連動連結するために、それら全体を密閉化できず、機械的な軸シール構成になり、非共沸の冷媒などを用いた場合に、シール部材の摩損などに起因して冷媒の洩れが発生し、空調能力が低下して耐久性が低下する欠点があった。
【０００８】
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、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できるようにし、更に、エンジンを効率良く運転しながら空調を行えるようにすることを目的とし、また、請求項２に係る発明は、利用側熱交換器が複数台ある場合に、運転台数の変化に応じて無駄無く発電できるようにすることを目的とする。請求項３に係る発明は、無駄な発電をすること無く空調を行えるようにすることを目的とし、また、請求項４に係る発明は、無駄な発電をすること無く空調を行うとともに外部負荷に電力を供給できるようにすることを目的とする。請求項５に係る発明は、組付けが一層簡 単で設置スペースをより小さくできるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機は、上述のような目的を達成するために、
圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
運転あるいは接続状態の前記利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する最も効率が高い一定回転数で前記エンジンを駆動するように構成し、かつ、空調負荷の変化を測定する空調負荷センサを設け、前記空調負荷センサで測定される空調負荷に基づいて要求空調負荷が得られるように前記電動モータの回転数を制御する空調制御手段を設け、前記発電機の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給するように構成する。
【００１０】
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に記載の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機において、
利用側熱交換器を複数台備えるものであり、要求される全空調負荷の決定を、運転状態にある前記利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて行うように構成する。
【００１１】
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、
圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
空調負荷の変化を測定する空調負荷センサを設け、前記空調負荷センサで測定される空調負荷に基づいて、その空調負荷に対応する最も効率が高い回転数で前記エンジンを駆動するように前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段を設けて構成する。
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化を測定する負荷センサを設け、前記負荷センサで測定される要求電力負荷に基づいて、その要求電力負荷に対応する最も効率が高い回転数で前記エンジンを駆動するように前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段を設けて構成する。
【００１３】
また、請求項５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、２、３、４のいずれかに記載の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機において、
冷媒回路の熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁とをパッケージ本体にパッケージ化して構成する。
【００１４】
【００１５】
【作用】
請求項１に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うことができ、かつ、圧縮機と電動モータを密閉化して連動連結し、冷媒の洩れを防止できる。
また、パッケージ本体を設置し、その配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続し、冷暖房機を組付けることができる。
更に、運転あるいは接続状態の利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する、すなわち、空調に必要な電力を確実に発電する状態で、最も効率が高い一定回転数でエンジンを駆動し、空調用に消費した残余の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給することができる。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、利用側熱交換器が複数台あって、そのうちの一部しか運転されていないなどの運転状況に応じ、運転状態にある利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて、要求される全空調負荷の決定を行う。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うことができ、かつ、圧縮機と電動モータを密閉化して連動連結し、冷媒の洩れを防止できる。
また、パッケージ本体を設置し、その配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続し、冷暖房機を組付けることができる。
更に、エンジン制御手段により、空調負荷の変化に応じ、空調負荷センサで測定される空調負荷それぞれで最も効率が高い回転数でエンジンを駆動して、それらの空調負荷に必要な発電電力を得ることができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆 動して空調を行うことができ、かつ、圧縮機と電動モータを密閉化して連動連結し、冷媒の洩れを防止できる。
また、パッケージ本体を設置し、その配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続し、冷暖房機を組付けることができる。
更に、エンジン制御手段により、空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化に応じ、その時点の空調負荷および外部機器の要求電力負荷で最も効率が高い回転数でエンジンを駆動して、それらの空調負荷および外部機器の要求電力負荷に必要な発電電力を得ることができる。
【００１９】
また、請求項５に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の構成によれば、配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するだけで、熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁とも接続して冷媒回路を構成できる。
【００２０】
【００２１】
【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、本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第１実施例を示す概略構成図であり、圧縮機１と四方弁２と熱源側熱交換器としての室外側熱交換器３と膨張弁４と利用側熱交換器としての室内側熱交換器５とがその順に冷媒配管６を介して接続されて冷媒回路が構成されている。
【００２２】
四方弁２の切り換えにより、冷媒を圧縮機１→四方弁２→室外側熱交換器３→膨張弁４→室内側熱交換器５→四方弁２→圧縮機１の順に流す冷房運転状態（図示の実線の状態）と、圧縮機１→四方弁２→室内側熱交換器５→膨張弁４→室外側熱交換器３→四方弁２→圧縮機１の順に流す暖房運転状態（図示の破線の状態）とに切り換え、冷暖房を行えるように構成されている。
【００２３】
エンジンとしてのガスエンジン７に発電機８が連動連結され、圧縮機１に唯一の駆動源として電動モータ９が連動連結されるとともに、その電動モータ９が圧縮機１をも含んで密閉化されてシールされ、電動モータ９に発電機８が電力出力線１０を介して接続され、ガスエンジン７の駆動により発電機８で発電した電力のみによって圧縮機１を駆動するように構成されている。
【００２４】
膨張弁４と室内側熱交換器５とを接続する冷媒配管６が第１の配管接続部１１を介して膨張弁側配管６ａと室内側熱交換器側配管６ｂとに分離可能に構成されている。また、室内側熱交換器５と四方弁２とを接続する冷媒配管６が第２の配管接続部１２を介して室内側熱交換器側配管６ｃと四方弁側配管６ｄとに分離可能に構成されている。
【００２５】
冷媒回路を構成する部材のうちの圧縮機１と四方弁２と室外側熱交換器３と膨張弁４と、それらを接続する冷媒配管６と、膨張弁側配管６ａと四方弁側配管６ｄ、更に、ガスエンジン７と発電機８と電動モータ９とがパッケージ化され、そのパッケージ本体１３に、第１および第２の配管接続部１１，１２と、電力出力線１０に外部負荷１４を接続する電力取り出し部１５とが付設されている。
【００２６】
図示しないが、電力出力線１０に分岐接続された電力取り出し線１０ａには、パッケージ本体１３内にパッケージ化されている、室外側熱交換器３のファン３ａを駆動するモータ（図示せず）、エンジン冷却用ポンプのモータ（図示せず）、四方弁２を切り換えるソレノイド（図示せず）、膨張弁４を調整するソレノイド（図示せず）、コントローラ（図示せず）などの電動機器が接続されている。
【００２７】
室内側熱交換器５のファン５ａを駆動するモータ（図示せず）には、図示しないが、電力取り出し部１５に接続された電力取り出し線１０ｂが接続され、発電機８からの発電電力が供給されるように構成されている。
【００２８】
パッケージ本体１３には、ガスエンジン７に燃料ガスを供給する燃料供給管１６ａをガスエンジン側燃料供給管１６ｂに接続する、第３の配管接続部１７が付設されている。
【００２９】
また、パッケージ本体１３には、ガスエンジン７から排出されるガスエンジン側排ガス配管１８ａに排ガス配管１８ｂを接続する第４の配管接続部１９が付設され、排ガス配管１８ｂが給湯用熱交換器（図示せず）や貯湯槽などと接続され、ガスエンジン７からの排熱を有効利用するようになっている。
【００３０】
この実施例において、ガスエンジン側排ガス配管１８ａの外周面に放熱フィンを設け、その放熱フィンに送風して熱風をパッケージ本体１３外に放出する放熱用ファンをパッケージ本体１３内に設け、ガスエンジン７からの排熱が不用な場合に放熱できるように構成しても良い。
【００３１】
図２の出力の経時的変化のグラフ、および、図３の出力とエンジン回転数と効率との相関のグラフに示すように、室内側熱交換器５で要求される空調負荷の変動に伴って消費される空調用の出力Ｈ１を考慮し、室内側熱交換器５で要求される全空調負荷の最大能力に対応する空調用の最大出力ＨＭに基づいて、例えば、出力３ｋＷであれば、エンジン回転数を1600rpm 程度（効率27％程度）にし、５ｋＷであれば、エンジン回転数を2600rpm 程度（効率28％程度）にするといったようにして、その空調用の最大出力ＨＭで最も効率が高い回転数を導出し、その導出された一定の回転数でガスエンジン７を駆動して発電するように構成されている。
【００３２】
図４のブロック図に示すように、室内側熱交換器５が設けられる室内に、空調負荷の変化を測定する空調負荷センサとしての室温を測定する室温センサ２０が設けられている。室温センサ２０と要求空調負荷としての目標温度を設定する温度設定器２１とが空調制御手段としてのコントローラ２２に接続され、そのコントローラ２２に電動モータ９のモータ電圧制御部２３が接続されている。
コントローラ２２には比較手段２４とモータ電圧算出手段２５とが備えられている。
【００３３】
比較手段２４では、室温センサ２０で測定される室温と、温度設定器２１で設定される目標温度とを比較演算し、目標温度に対する高低とともに温度差を算出して出力するようになっている。
モータ電圧算出手段２５では、比較手段２４からの温度差に基づいて、その目標温度に対する高低と温度差とに基づいて、目標温度に制御するに必要な電動モータ９の回転数、すなわち、電動モータ９に印加するモータ電圧を算出し、算出されたモータ電圧の印加信号をモータ電圧制御部２３に出力するようになっている。
【００３４】
モータ電圧制御部２３では、モータ電圧算出手段２５からの印加信号に応答してモータ電圧を制御し、電動モータ９の回転数を制御して圧縮機１を制御し、所望の空調を行えるように構成されている。冷房の場合であれば、測定室温が目標温度よりも高くなったときに電動モータ９の回転数を増加させ、一方、目標温度よりも低くなったときに電動モータ９の回転数を減少させるように制御する。暖房の場合は逆である。
【００３５】
このような空調制御を行う結果、図２に示すように、室内側熱交換器５で要求される空調負荷の変動に伴って消費される空調用の出力Ｈ１が変動され、それに伴って、発電機８の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の余剰の出力（電力）ＨＷも変動するが、その全量が外部機器１４に供給されるようになっている。図示しないが、余剰の電力ＨＷで外部機器１４で要求される負荷を賄えない場合は、系統連系された商用電力によって賄うことになる。
【００３６】
上記コントローラ２２もパッケージ本体１３内にパッケージ化され、室温センサ２０および温度設定器２１が配線接続部（図示せず）と配線を介して接続されている。
【００３７】
上記実施例では空調負荷センサとして、室温センサ２０を用いているが、室内側熱交換器５からの吹き出し空気の温度を測定するセンサとか、あるいは、室内側熱交換器５への吸い込み空気の温度を測定するセンサなどを用いても良い。
【００３８】
図５は、本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第２実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、第１および第２の配管接続部１１，１２それぞれに、配管６ｂ，６ｃを介して３台の室内側熱交換器５が接続されている。
【００３９】
室内側熱交換器５のファン５ａを駆動するモータ３１には、運転スイッチ３２を介装した電力線３３を介して、電力取り出し部１５に接続された電力取り出し線１０ｂが接続されている。
【００４０】
燃料供給管１６ａに、燃料ガスの供給量を調整する、電磁操作型の燃料ガス調整弁３４が設けられている。
各運転スイッチ３２にはコントローラ３５が接続され、コントローラ３５に燃料ガス調整弁３４が接続されている。
コントローラ３５には、出力演算手段３６と回転数演算手段３７と弁開度算出手段３８とが備えられている。
【００４１】
出力演算手段３６では、運転スイッチ３２のうちのＯＮ状態のものの個数、すなわち、運転状態にある室内側熱交換器５の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて要求される全空調負荷の決定を行い、必要な出力を演算するようになっている。
【００４２】
回転数演算手段３７では、図３の出力とエンジン回転数と効率との相関のグラフから、第１実施例の場合と同様にして、出力演算手段３６で求められた出力で最も効率が高いエンジン回転数を導出するようになっている。
【００４３】
弁開度算出手段３８では、回転数演算手段３７で導出されたエンジン回転数に基づき、そのエンジン回転数を得るのに必要な燃料ガス調整弁３４の開度を算出し、その開度を得るに必要な制御信号を燃料ガス調整弁３４に出力するようになっている。
【００４４】
上記構成により、運転状態の室内側熱交換器５の台数の変化に伴い、要求される全空調負荷を決定して最も効率が高いエンジン回転数で運転することができる。図６のエンジン回転数の経時的変化のグラフに示すように、例えば、春などの中間期で、南側の部屋では、早い時間から暑くなるために１台が運転され、昼間は不在で運転が停止され、帰宅後に１台の運転が再開され、その後、全員が帰宅し、各部屋で順次運転が開始されるといった運転状態の変化に伴い、その運転台数に応じて最も効率が高いエンジン回転数で運転されることになる。この第２実施例においても、発電機８の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の余剰の電力の全量が外部機器１４に供給されるようになっている。
【００４５】
図７は、本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第３実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、外部機器１４に接続する電力取り出し線１０ａに商用電源４１の電力供給線４２が接続されて系統連系されるとともに、その電力供給線４２に、外部機器１４に供給される商用電源４１からの電力に基づいて空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷の変化を測定する負荷センサ４３が設けられている。
負荷センサ４３には、上述第１実施例で説明した室温センサ２０に基づいて測定される空調負荷が入力されて、その空調負荷が加算され、商用電源４１からの電力が零であっても、実質的に空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷Ｆを測定するように構成されている。
【００４６】
この第３実施例においては、図８の出力の経時的変化のグラフに示すように、室内側熱交換器５で要求される全空調負荷の最大能力に対応する空調用の出力ＨＭが得られるように発電機８を発電可能に構成されている。
【００４７】
燃料供給管１６ａに、燃料ガスの供給量を調整する、電磁操作型の燃料ガス調整弁４４が設けられている。
図９の制御系のブロック図に示すように、負荷センサ４３が、エンジン制御手段としてのコントローラ４５に接続され、このコントローラ４５に燃料ガス調整弁４４が接続されている。
【００４８】
コントローラ４５には、空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷に対応する最も効率が高いエンジン回転数を演算する回転数演算手段４６と、燃料ガス調整弁４４の開度を算出する弁開度算出手段４７とが備えられている。
【００４９】
回転数演算手段４６では、図３の出力とエンジン回転数と効率との相関のグラフから、負荷センサ４３で測定される空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷に対応する最も効率が高いエンジン回転数を導出するようになっている。
【００５０】
弁開度算出手段４７では、回転数演算手段４６で導出されたエンジン回転数に基づき、そのエンジン回転数を得るに必要な燃料ガス調整弁４４の開度を算出し、その開度を得るに必要な制御信号を燃料ガス調整弁４４に出力するようになっている。
【００５１】
上記構成により、図８に示すように、室内側熱交換器５および外部機器１４の要求電力負荷が変動するときに、次のように制御する。
【００５２】
負荷センサ４３で空調負荷および外部機器１４の要求電力負荷Ｆが測定されるに伴い、その要求電力負荷Ｆの出力に対応した最も効率が高いエンジン回転数でガスエンジン７を駆動し、発電機８で発電する。
【００５３】
要求電力負荷Ｆが発電機８の発電によって得られる最大発電電力量ＨＭを越えている場合には、発電機８の発電能力が上限に達しているために、発電電力量Ｈを増加できず、電力不足となるため、その不足分の電力は商用電源４１からの商用電力によって賄う。
【００５４】
この第３実施例によれば、例えば、夜間などで消灯されたりテレビなどが消されたりして、要求電力負荷Ｆが減少するに伴い、エンジン回転数を制御して要求電力負荷Ｆに見合う電力量Ｈを発電させることができ、無駄な発電を無くすことができる。
【００５５】
上記第３実施例では、空調負荷として、室温センサ２０に基づいて測定される空調負荷を負荷センサ４３に入力するようにしているが、要求空調負荷となる、温度設定器２１で設定される目標温度を測定し、その目標温度を空調負荷として負荷センサ４３に入力するように構成しても良い。
【００５６】
上述実施例では、冷媒回路を構成する部材のうち、圧縮機１と四方弁２と室外側熱交換器３と膨張弁４をパッケージ化しているが、例えば、室外側熱交換器３をパッケージ本体１３外に設けでも良く、要するに、請求項１に係る発明としては、少なくとも圧縮機１をパッケージ化するものであれば良い。
【００５７】
また、上述第３実施例では、エンジン制御手段４５を、空調負荷および外部機器の要求電力負荷に基づいてガスエンジン７の回転数を制御するようにしているが、室温センサ２０で測定される空調負荷のみに基づいて、その空調負荷に対応する最も効率が高い回転数でエンジンを駆動するようにガスエンジン７の回転数を制御するように構成しても良い（請求項３）。
【００５８】
本発明としては、室内側熱交換器５に代えて、または、室内側熱交換器５に加えて床暖房機を用いても良く、それらをして利用側熱交換器と総称する。
【００５９】
また、本発明としては、上述のようなガスエンジン２に限らず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなども適用できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うから、従来のような、エンジンと圧縮機とを連動連結する構成、圧縮機を連動連結する状態と発電機を連動連結する状態とに切り換える構成、ならびに、圧縮機にエンジンを連動連結する状態と電動モータを連動連結する状態とに切り換える構成のいずれをも不用にでき、各構成部材のスペースと切り換えに必要な操作スペースを確保せずに済み、小型にできるとともに設置スペースを小さくできる。
しかも、圧縮機と電動モータ、ならびに、両者の連動連結構成の全体を密閉化するから、非共沸の冷媒などを用いても、その冷媒の洩れを防止できて耐久性を向上できる。
そのうえ、パッケージ化して、パッケージ本体の配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、全体として、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できる。
更に、運転あるいは接続状態の利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する、すなわち、空調に必要な電力を確実に発電する状態で、最も効率が高い一定回転数でエンジンを駆動して空調を行い、空調用に消費した残余の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給するから、効率の良い回転数を選択してエンジンを運転でき、エンジンを効率良く運転しながら空調を行えるとともに、発電電力を無駄なく消費できる。
また、例えば、エンジンと圧縮機とを連動連結し、空調負荷に応じて圧縮機の回転数、すなわち、エンジンの回転数を調整する場合、それに伴って発電機の発電電力そのものが変動してしまうが、この請求項３に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、発電電力を一定に維持でき、外部機器に極力多量の電力を供給できる。
【００６１】
また、請求項２に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、利用側熱交換器が複数台あって、そのうちの一部しか運転されていないなどの運転状況に応じ、運転状態にある利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて、要求される全空調負荷の決定を行うから、運転されていない利用側熱交換器をも含めた状態で、利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する最も効率が高い一定回転数でエンジンを駆動して発電する場合に比べ、運転台数の変化に応じて無駄無く発電できる。
【００６２】
また、請求項３に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うから、従来のような、エンジンと圧縮機とを連動連結する構成、圧縮機を連動連結する状態と発電機を連動連結する状態とに切り換える構成、ならびに、圧縮機にエンジンを連動連結する状態と電動モータを連動連結する状態とに切り換える構成のいずれをも不用にでき、各構成部材のスペースと切り換えに必要な操作スペースを確保せずに済み、小型にできるとともに設置スペースを小さくできる。
しかも、圧縮機と電動モータ、ならびに、両者の連動連結構成の全体を密閉化するから、非共沸の冷媒などを用いても、その冷媒の洩れを防止できて耐久性を向上できる。
そのうえ、パッケージ化して、パッケージ本体の配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、全体として、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できる。
更に、空調負荷の変化に応じ、空調負荷センサで測定される空調負荷それぞれで最も効率が高い回転数でエンジンを駆動するから、空調に要する必要最小限の電力分を発電でき、無駄な発電をすること無く空調を行える。
【００６３】
また、請求項４に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、エンジンで発電機を駆動して得られる発電電力で駆動する電動モータによってのみ圧縮機を駆動して空調を行うから、従来のような、エンジンと圧縮機とを連動連結する構成、圧縮機を連動連結する状態と発電機を連動連結する状態とに切り換える構成、ならびに、圧縮機にエンジンを連動連結する状態と電動モータを連動連結する状態とに切り換える構成のいずれをも不用にでき、各構成部材のスペースと切り換えに必要な操作スペースを確保せずに済み、小型にできるとともに設置スペースを小さくできる。
しかも、圧縮機と電動モータ、ならびに、両者の連動連結構成の全体を密閉化するから、非共沸の冷媒などを用いても、その冷媒の洩れを防止できて耐久性を向上できる。
そのうえ、パッケージ化して、パッケージ本体の配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するとともに、電力取り出し部に電力線を介して外部負荷を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、全体として、組付けが簡単で設置スペースが小さくて済むとともに耐久性の高い発電機能付きエンジン駆動冷暖房機を提供できる。
更に、エンジンを一定回転数で運転して発電すると、例えば、夜などのように空調や外部機器に必要な電力が少ない場合に発電電力が過剰になってしまい、系統に売電したり電気ヒータなどにより放熱させて蓄熱するなどといった別の対策が必要になるが、この請求項４に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化に応じてエンジンの回転数を制御し、それらの負荷に必要な発電電力を得るから、無駄な発電をすること無く空調を行え、発電過剰に起因する別な対策が不用で経済的である。
【００６４】
また、請求項５に係る発明の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機によれば、冷媒回路の熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁をもパッケージ化するから、配管接続部に冷媒配管を介して利用側熱交換器を接続するだけで、冷暖房機を組付けることができるから、熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁それぞれのスペースをパッケージ本体外に確保してそれらを配管接続する場合に比べ、組付けが一層簡単で設置スペースをより小さくできる。
【００６５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】 出力の経時的変化を示すグラフである。
【図３】 出力とエンジン回転数と効率との相関を示すグラフである。
【図４】 制御系を示すブロック図である。
【図５】 本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第２実施例を示す概略構成図である。
【図６】 エンジン回転数の経時的変化を示すグラフである。
【図７】 本発明に係る発電機能付きエンジン駆動冷暖房機の第３実施例を示す概略構成図である。
【図８】 出力の経時的変化を示すグラフである。
【図９】 制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…圧縮機
２…四方弁
３…熱源側熱交換器としての室外側熱交換器
４…膨張弁
５…利用側熱交換器としての室内側熱交換器
６…冷媒配管
７…ガスエンジン
８…発電機
９…電動モータ
１０…電力出力線
１１…第１の配管接続部
１２…第２の配管接続部
１３…パッケージ本体
１４…外部負荷
１５…電力取り出し部
２０…空調負荷センサとしての室温センサ
２２…空調制御手段としてのコントローラ
４３…負荷センサ
４５…エンジン制御手段としてのコントローラ
Claims (5)
- 圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
運転あるいは接続状態の前記利用側熱交換器で要求される全空調負荷の最大能力に対応する最も効率が高い一定回転数で前記エンジンを駆動するように構成し、かつ、空調負荷の変化を測定する空調負荷センサを設け、前記空調負荷センサで測定される空調負荷に基づいて要求空調負荷が得られるように前記電動モータの回転数を制御する空調制御手段を設け、前記発電機の発電電力量から要求空調負荷に必要な電力量を除いた分の電力をパッケージ本体外の外部機器に供給するように構成したことを特徴とする発電機能付きエンジン駆動冷暖房機。 - 請求項１に記載の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機において、
利用側熱交換器を複数台備えるものであり、要求される全空調負荷の決定を、運転状態にある前記利用側熱交換器の台数とそれらの最大能力の総和とに基づいて行うものである発電機能付きエンジン駆動冷暖房機。 - 圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部とを付設し、
空調負荷の変化を測定する空調負荷センサを設け、前記空調負荷センサで測定される空調負荷に基づいて、その空調負荷に対応する最も効率が高い回転数で前記エンジンを駆動するように前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段を設けてあることを特徴とする発電機能付きエンジン駆動冷暖房機。 - 圧縮機と熱源側熱交換器と利用側熱交換器と膨張弁と四方弁とを冷媒配管を介して接続した冷媒回路と、
エンジンと、
前記エンジンに連動連結されて発電を行う発電機と、
前記圧縮機に唯一の駆動源として密閉状態で連動連結されるとともに前記圧縮機をも含んで密閉化された電動モータと、
前記発電機に接続されて前記電動モータに接続する電力出力線とを備え、
前記冷媒回路の前記利用側熱交換器以外のうちの少なくとも前記圧縮機と前記エンジンと前記発電機と前記電動モータとをパッケージ化し、そのパッケージ本体に、前記利用側熱交換器を接続する配管接続部と、前記電力出力線に外部負荷を接続する電力取り出し部 とを付設し、
空調負荷および外部機器の要求電力負荷の変化を測定する負荷センサを設け、前記負荷センサで測定される要求電力負荷に基づいて、その要求電力負荷に対応する最も効率が高い回転数で前記エンジンを駆動するように前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御手段を設けてあることを特徴とする発電機能付きエンジン駆動冷暖房機。 - 請求項１、２、３、４のいずれかに記載の発電機能付きエンジン駆動冷暖房機において、
冷媒回路の熱源側熱交換器と膨張弁と四方弁とをパッケージ本体にパッケージ化してある発電機能付きエンジン駆動冷暖房機。
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