JP4240837B2 - 冷凍装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータとを併用して圧縮機を駆動する冷凍装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の冷凍装置の例として、圧縮機がガスエンジンにより駆動されるガスヒートポンプ式空気調和装置が知られており、エンジン冷却装置が、ガスエンジンをエンジン冷却水により冷却している。
【0003】
この種の空気調和装置には、室外機と複数の室内機とを有し、この室外機で複数の室内機を同時に運転可能とするものがある。また、効率を向上させるため、ガスエンジンや圧縮機、熱交換器、ファンなどといった部品単位の高効率化も図られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば室内機が1台のみの運転となるときや室内温度が目標温度に達したときの低負荷状態では、エンジン負荷が著しく減少し、室外機におけるガスエンジンの効率が著しく低下する。さらにエンジンを使用する場合、排気ガスを排出するので、排気ガスの排出量の少ないことが望ましい。また、部品の高効率化も限界があり、新たな冷凍装置の検討が必要である。
【0005】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる冷凍装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、室外機と自家発電装置とを備え、前記室外機が、圧縮機と、前記圧縮機の駆動源であるエンジンと、前記自家発電装置に充電可能に接続されたバッテリと、前記バッテリに接続された前記圧縮機の駆動源であるモータと、負荷に応じて前記圧縮機を前記エンジン及び/又は前記モータにより駆動させる制御を行う駆動制御手段とを備え、前記バッテリが自家発電装置によって常に充電され、前記室外機が運転する場合、バッテリの充電量が判定され、バッテリの充電量が少ない場合、エンジンにより圧縮機を駆動し、モータを発電機運転に切り替え、モータを発電機として使用しバッテリに回生充電し、バッテリの充電量が多い場合、エンジンの負荷状態が判定され、エンジンが低負荷状態の場合、モータのみで圧縮機を駆動し、エンジンが高負荷状態の場合、エンジンによる圧縮機の駆動をモータで補助するため、エンジン及びモータで圧縮機を駆動することを特徴とするものである。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記自家発電装置が自然エネルギーにより発電することを特徴とするものである。
【0008】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記自家発電装置が燃料電池であることを特徴とするものである。
【0017】
本発明には、次の作用がある。
【0018】
負荷に応じて圧縮機がエンジン及び/又はモータにより駆動される駆動制御を行うことによって、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【0020】
バッテリの充電量に応じて、電動機又は発電機に切り替わるモータの切替制御を行うことができるので、バッテリの充電量が制御できる。さらに冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【0022】
自家用発電装置において化石燃料を使用せずに発電できるので、排気ガスを排出しない発電が可能となる。
【0024】
負荷に応じて圧縮機がエンジン及び/又はモータにより駆動される制御方法によって、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【0026】
バッテリの充電量に応じて、電動機又は発電機に切り替わるモータの切替制御を行うことができるので、バッテリの充電量が制御できる。さらに冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づき説明する。
【0028】
図1は、本発明に係る冷凍装置の一例としてガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【0029】
この図1に示すように、冷凍装置としてのガスヒートポンプ式空気調和装置10は、室外機11、複数台(例えば2台)の室内機12A、12B、エンジン冷却装置13、圧縮機駆動部14、制御装置15及び自家発電装置16(図2)を有して構成される。
【0030】
室外機11は室外に設置され、室内機12A,12Bは室内に設置される。
【0031】
室外機11は、圧縮機17、四方弁18、室外膨張弁19、室外熱交換器20およびアキュムレータ21を有して構成される。室外熱交換器20には室外ファン22が隣接して配置される。室内機12Aは室内熱交換器23A及び室内膨張弁24Aを、室内機12Bは室内熱交換器23B及び室内膨張弁24Bを有して構成される。室内熱交換器23A,23Bには室内ファン25A,25Bがそれぞれ隣接して配置される。
【0032】
冷房運転時において冷媒は、圧縮機17によって圧縮され、四方弁18において実線矢印の如く流れ、室外熱交換器20で凝縮され、室外膨張弁19を通過し、室内機12A,12Bへ送られる。室内機12A,12Bへ送られた冷媒は、室内膨張弁24A,24Bで膨張され、室内熱交換器23A,23Bで蒸発され、室外機11へ送られる。室外機11へ送られた冷媒は、四方弁18及びアキュムレータ21を順次通過して圧縮機17に戻される。
【0033】
暖房運転時において冷媒は、圧縮機17によって圧縮され、四方弁18において破線矢印の如く流れ、室内機12A,12Bへ送られる。室内機12A,12Bへ送られた冷媒は、室内熱交換器23A,23Bで凝縮され、室内膨張弁24A,24Bを通過し、室外機11へ送られる。室外機11へ送られた冷媒は、室外膨張弁19で膨張され、室外熱交換器20で蒸発され、四方弁18及びアキュムレータ21を順次通過して圧縮機17に戻される。
【0034】
エンジン冷却装置13は、ワックス三方弁26、ラジエータ27、循環ポンプ28、及び図示しない排ガス熱交換器を有して構成され、後述する圧縮機駆動部14のガスエンジン30がエンジン冷却装置13により冷却される。エンジン冷却装置13を循環するエンジン冷却水は、循環ポンプ28によって昇圧され、循環ポンプ28の吐出側から約50℃でガスエンジン30の排ガス熱交換器へ流入し、ガスエンジン30の排熱(排気ガスの熱)を回収した後にガスエンジン30内に流れてこのガスエンジン30を冷却し、約70℃に加熱される。ガスエンジン30からワックス三方弁26の入口26Aに流入したエンジン冷却水は、低温(例えば70℃未満)のときはワックス三方弁26の低温側出口26Bから循環ポンプ28に戻されてガスエンジン30を速やかに暖機し、高温(例えば70℃以上)のときにはワックス三方弁26の高温側出口26Cからラジエータ27へ流れる。このラジエータ27は、エンジン冷却水を放熱して、このエンジン冷却水を約50℃に冷却するものである。このラジエータ27にて冷却されたエンジン冷却水は、循環ポンプ28の吸込側を経てガスエンジン30の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン30を冷却する。また、このラジエータ27は、室外熱交換器20に隣接配置される。
【0035】
空気調和装置10の冷房または暖房運転時に、エンジン冷却装置13の循環ポンプ28が稼働されてエンジン冷却水が循環し、このエンジン冷却水がガスエンジン30を冷却する。ガスエンジン30を冷却したエンジン冷却水は、ラジエータ27にて放熱されて冷却される。特に、空気調和装置10の暖房運転時には、ラジエータ27にて放熱された熱は、蒸発器として機能する室外熱交換器20に取り込まれ、蒸発器の熱源として利用される。
【0036】
制御装置15は室外機11に設置され、室外機11、室内機12A,12B、エンジン冷却装置13及び圧縮機駆動部14の運転を制御する。具体的には、制御装置15は、室外機11においては四方弁18や室外膨張弁19、室外ファン22を、室内機12A,12Bにおいては室内膨張弁24A,24Bや室内ファン25A,25Bを、エンジン冷却装置13においては循環ポンプ28を、圧縮機駆動部14においては後述するガスエンジン30やモータ31、クラッチ34A,34Bをそれぞれ制御する。
【0037】
空気調和装置10の運転時には、制御装置15によりガスエンジン30が点火されて始動する。四方弁18が制御装置15により切り替えられることにより、ヒートポンプ式空気調和装置10が冷房運転又は暖房運転に設定される。また、制御装置15は、冷房運転時には、室内膨張弁24A、24Bを全開に制御する。暖房運転時には、制御装置15は、室外膨張弁19及び室内膨張弁24A、24Bのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
【0038】
図2は、圧縮機17を駆動する部分の構成を示す回路図である。圧縮機駆動部14は室外機11に設置され、図2に示すように、ガスエンジン30、モータ31及びバッテリ32を有してなる。圧縮機17にはクラッチ34Aを介してモータ31が接続され、このモータ31にクラッチ34Bを介してガスエンジン30が接続される。モータ31にはバッテリ32が接続され、このバッテリ32には自家発電装置16が接続される。モータ31は圧縮機17を駆動するときは電動機に設定され、モータ31でバッテリ32を充電するときはガスエンジン30で駆動される発電機に設定される。このモータ31には電動機又は発電機の運転に切り替えるスイッチ(図示せず)が設けられている。
【0039】
自家発電装置16は自然エネルギー(例えば太陽光や風力、地熱等)を利用して発電する。バッテリ32は充電可能であり、自家発電装置16の発電によりバッテリ32が充電される。バッテリ32は室外機11の電源として利用される。具体的には、制御装置15や室外ファン22の電源として利用される。また、バッテリ32は電動機として使用されるモータ31の電源としても利用され、逆にモータ31が発電機として使用される場合はモータ31により充電される。
【0040】
ガスエンジン30は、低負荷状態(例えば室内温度が目標温度に達した状態)においては、ガスエンジン30の効率が著しく低下する。一方、モータ31は、高負荷状態においてモータ31のみで圧縮機17を駆動すると電力消費量が増大し、ランニングコストが増大する。
【0041】
以下、制御装置15による制御方法を図3のフローチャートに基づいて説明する。
【0042】
バッテリ32は常に自然エネルギーにより発電を行う自家発電装置16によって充電される(S1)。次いで、室外機11が運転しているか否かが判定され(S2)、運転していなければS1へ戻る。
【0043】
室外機11が運転している場合、バッテリ32の充電量が多いか少ないかが判定される(S3)。つまり、自然エネルギーにより発電を行う自家発電装置16は天候などによりその出力が大きく変動するため、室外機11を安定して運転させるには、バッテリ32の充電量の監視が必要である。
【0044】
バッテリ32の充電量が少ない場合、モータ31のスイッチを発電機運転に切り替える切替制御が行われ、このモータ31を発電機として使用しバッテリ32に回生充電する(S4)。このときバッテリ32によるモータ31への電力放電が停止され、バッテリ32はモータ31により回生充電されて室外機11を運転するために必要な最低限の電力が確保される。次いで、圧縮機17はガスエンジン30のみで駆動する駆動制御が行われる(S5)。即ち、クラッチ34A,34Bが入制御されることにより、圧縮機17はガスエンジン30のみで駆動され、モータ31は発電機としてガスエンジン30により駆動される。
【0045】
S3で、バッテリ32の充電量が多い場合、ガスエンジン30の負荷状態が判定される(S6)。
【0046】
ガスエンジン30が低負荷状態の場合、モータ31のみで圧縮機17を駆動する駆動制御が行われる(S7)。即ち、クラッチ34Aが入制御、クラッチ34Bが切制御されることにより、ガスエンジン30による圧縮機17の駆動が停止され、圧縮機17はモータ31のみで駆動される。
【0047】
S6で、ガスエンジン30が高負荷状態の場合、ガスエンジン30による圧縮機17の駆動をモータ31で補助するために、ガスエンジン30及びモータ31で圧縮機17を駆動する駆動制御が行われる(S8)。即ち、クラッチ34A,34Bが入制御されることにより、圧縮機17はガスエンジン30及びモータ31で駆動される。モータ31はバッテリ32の電力放電を受けて駆動される。
【0048】
以上のことから、上記実施の形態によれば、次の効果▲1▼〜▲5▼を奏する。
【0049】
▲1▼自家発電装置16と発電機として使用されガスエンジン30により駆動されるモータ31とによって室外機11を運転するために必要な電力を確保できるので、受電設備を必要としない空気調和装置10が実現できる。
【0050】
▲2▼バッテリ32の充電量が多く、ガスエンジン30が低負荷状態の場合、モータ31のみで圧縮機17を駆動する駆動制御が制御装置15により行われ、ガスエンジン30による圧縮機17の駆動が停止されるため、ガスエンジン30の燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【0051】
▲3▼バッテリ32の充電量が多く、ガスエンジン30が高負荷状態の場合、ガスエンジン30及びモータ31で圧縮機17を駆動する駆動制御が制御装置15により行われ、圧縮機17を駆動するガスエンジン30がモータ31で補助されるため、ガスエンジン30の負荷が軽減され、ガスエンジン30の効率を向上させることができ、ガスエンジン30の燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【0052】
▲4▼自家発電装置16は自然エネルギーにより発電するので、排気ガスを排出することがない。
【0053】
▲5▼ガスエンジン30のみならず空気調和装置10全体の効率も向上させることができるのはいうまでもない。
【0054】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0055】
例えば、上記実施の形態では、自家発電装置16として自然エネルギーを利用した場合を述べたが、自家発電装置16が燃料電池であっても同様の効果が得られる。
【0056】
また、上記実施の形態では、ガスエンジン30が低負荷状態になる場合として室内温度が目標温度に達した場合を説明したが、室内機を多数(例えば20台)備えて構成され、室内機が少数(例えば1台)の運転となるような低負荷状態においても同様の効果が得られる。
【0057】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る冷凍装置およびその制御方法によれば、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る冷凍装置の一例であるガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図2】圧縮機を駆動する部分の構成を示す回路図である。
【図3】本発明に係る制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 空気調和装置(冷凍装置)
15 制御装置(駆動制御手段,切替制御手段)
16 自家発電装置
17 圧縮機
30 ガスエンジン(エンジン)
31 モータ
32 バッテリ
Claims (3)
- 室外機と自家発電装置とを備え、
前記室外機が、圧縮機と、前記圧縮機の駆動源であるエンジンと、前記自家発電装置に充電可能に接続されたバッテリと、前記バッテリに接続された前記圧縮機の駆動源であるモータと、負荷に応じて前記圧縮機を前記エンジン及び/又は前記モータにより駆動させる制御を行う駆動制御手段とを備え、
前記バッテリが自家発電装置によって常に充電され、
前記室外機が運転する場合、バッテリの充電量が判定され、
バッテリの充電量が少ない場合、エンジンにより圧縮機を駆動し、モータを発電機運転に切り替え、モータを発電機として使用しバッテリに回生充電し、
バッテリの充電量が多い場合、エンジンの負荷状態が判定され、エンジンが低負荷状態の場合、モータのみで圧縮機を駆動し、エンジンが高負荷状態の場合、エンジンによる圧縮機の駆動をモータで補助するため、エンジン及びモータで圧縮機を駆動することを特徴とする冷凍装置。 - 前記自家発電装置が自然エネルギーにより発電することを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
- 前記自家発電装置が燃料電池であることを特徴とする請求項1に記載の冷凍装置。
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