JP4334252B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプにおける圧縮機がエンジンにて駆動されるヒートポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からヒートポンプ装置においては、ガスエンジンにて駆動される誘導電動機を設け、ガスエンジンにて、圧縮機を駆動しながら、それと合わせて前記誘導電動機を交流発電機として機能させるように駆動し、その誘導電動機にて発電される交流電力を整流手段にて直流電力に変換して、その直流電力をヒートポンプにおける電動式の補機に供給するように構成したものがあった。
つまり、圧縮機を駆動するガスエンジンの駆動力を有効利用して、前記誘導電動機を交流発電機として機能させるように駆動して、ガスエンジンを高効率運転にて駆動させるのを可能にしたものである。
尚、誘導電動機を交流発電機として機能させるためには、誘導電動機に外部から誘導電動機の回転速度の角周波数よりも低い角周波数の励磁用交流電圧を供給する必要があるが、上記従来のヒートポンプ装置では、誘導電動機を交流発電機として機能させるための駆動方法は記載されていない（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７２１３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ヒートポンプ装置においては、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴って、ガスエンジンの回転速度が増減される場合がある。例えば、ヒートポンプに対する負荷に応じて圧縮機の回転速度を調整するために、ガスエンジンの回転速度を増減調整する場合がある。あるいは、ガスエンジンを定格回転速度で運転する状態で、ヒートポンプに対する負荷に応じて変速装置にて圧縮機の回転速度を増減調整する場合においても、圧縮機の回転速度の増減調整に起因する負荷変動により、ガスエンジンの回転速度が増減される場合がある。
【０００５】
上記従来のヒートポンプ装置において、誘導電動機を交流発電機として機能させるための構成として、例えば、商用電源にて、誘導電動機に励磁用交流電圧を供給して、誘導電動機を交流発電機として機能させるように構成することが考えられる。
【０００６】
従来では、商用電源から単純に一定の周波数の励磁用交流電圧を誘導電動機に供給するものとすると、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴うガスエンジンの回転速度の増減に伴って、そのガスエンジンにて駆動される誘導電動機の回転速度が増減変化すると、誘導電動機を交流発電機として適切に機能させることができなくなる場合があるという問題があった。
【０００７】
また、励磁用交流電圧の周波数が可変であったとしても、産業上の利用の観点からはその周波数制御方法が最も重要であり、この方法が確立されていない限りは実現できないこととなる。即ち、発電が可能になったとしてもその発電は成り行きであり、所望の電力を得ることはできないという問題があった。
【０００８】
更に、ヒートポンプの直流電動式の補機に電力を供給する場合、その補機の動作電圧に応じた電圧の直流電力を供給する必要がある。そのような補機に対して直流電力を誘導電動機側からのみ供給する場合には、誘導電動機側からの発電電力の電圧を適切に制御することが必要になるが、そのような電圧制御方法は特許文献１には記載されていない。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの駆動力を用いて発電を行うことで高効率なエンジンの運転を行いながら、ヒートポンプの負荷の変動に伴ってエンジンの回転速度が増減される場合においても適切に発電し、その電力を直流電動式の補機に供給可能なヒートポンプ装置を提供する点にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の特徴構成は、ヒートポンプにおける圧縮機がエンジンにて駆動されるヒートポンプ装置であって、前記エンジンにて駆動される誘導電動機とその誘導電動機の発電のために励磁用交流電圧を出力する電動機側インバータとを備える発電手段が設けられ、運転を制御する運転制御手段が、前記電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数を前記誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調整制御する状態で、前記エンジンにて前記誘導電動機を前記圧縮機と同時に駆動し、且つ前記発電手段にて発電された直流電力を前記ヒートポンプにおける直流電動式の補機に供給するように運転を制御するように、及び前記補機の消費電力に応じて前記発電手段の出力電力を調整するように前記発電手段を制御するように構成され、外部商用電源からの交流電力を整流する整流手段が、前記補機の消費電力のうち前記発電手段の出力電力を超える超過分を前記外部商用電源にて補うように、整流した直流電力を前記発電手段にて発電された直流電力に加えるように構成されている点にある。
【００１１】
この特徴構成により、運転制御手段によって、電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数が誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調節制御される状態で、エンジンにて誘導電動機が圧縮機と同時に起動され発電手段にて発電された直流電力を上記ヒートポンプにおける直流電動式の補機に供給されるように運転が制御される。
【００１２】
すなわち、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴ってエンジンの回転速度が増減されると、そのエンジンにて駆動される誘導電動機の回転速度が増減変化することになるが、その誘導電動機の回転速度の変化に応じて、電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数が誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調節制御されるので、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴うエンジンの回転速度の増減に拘わらず、発電手段にて適切に発電させることが可能となる。
【００１３】
説明を加えると、エンジンにて駆動される誘導電動機の回転速度をＭｆ（Ｈｚ換算したもの）とし、電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数をＰ１ｆ（Ｈｚ）とし、誘導電動機の極数をＮとすると、Ｍｆ＞（Ｐ１ｆ／Ｎ）×２の関係を維持するように、誘導電動機の回転速度Ｍｆの変動に応じて、励磁用交流電圧の周波数Ｐ１ｆを調整することにより、誘導電動機をその回転速度の変動にかかわらず適正に発電機能させることが可能となるのである。そして、エンジン回転速度の増減にかかわらず適正に発電機能する発電手段からの直流電力が、ヒートポンプにおける直流電動式の補機に供給される。
従って、エンジンの駆動力を用いて発電してエンジンを高効率にて駆動しながら、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴ってエンジンの回転速度が増減される場合においても適切に発電し得るヒートポンプ装置を提供することができるようになった。
【００１４】
更に、エンジンの動力不足時、エンジン回転数により制限される発電手段の出力不足時、発電手段の故障時等の理由から補機の消費電力が発電手段の出力電力を超過すると、運転制御手段により、発電手段の出力電力を調整するように発電手段が制御され、外部商用電源からの交流電力が整流手段にて整流されて、発電手段にて発電された直流電力に加えられて、補機に供給されることになり、補機の消費電力のうち発電手段の出力電力を越える超過分（以下、単に発電出力超過分と略記する場合がある）が、外部商用電源にて補われる。
つまり、エンジンにて誘導電動機が圧縮機と同時に駆動されるものであることから、ヒートポンプに対する負荷によって、発電手段にまわせるエンジンの余力が少なくなったり、無くなったりしても、発電出力超過分が、外部商用電源にて補われるので、エンジンの余力を有効利用して発電した電力を補機に供給することにより、外部商用電源の消費を少なくして、ランニングコストの低廉化を図りながら、ヒートポンプ装置を適切に運転することが可能となる。
【００１５】
しかも、発電出力超過分が外部商用電源にて補われるので、発電手段として、不必要に高能力のものを設置する必要がなくなり、又、外部商用電源からの交流電力が整流手段にて整流された後、発電手段にて発電された直流電力に加えられるようになっているので、発電電力が商用電源系統に逆潮流することが無く、電力系統連系技術要件ガイドラインに定められた多種の保護機能が不要となる。つまり、発電手段として不必要に高能力のものを設置する必要がないこと、及び、電力系統連系技術要件ガイドラインに定められた多種の保護機能が不要となることの相乗作用により、ヒートポンプ装置の低廉化が可能となる。
従って、装置価格及びランニングコストの低廉化を図ることができるようになった。
【００１６】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の別の特徴構成は、前記運転制御手段は、前記補機の消費電力に応じた前記発電手段の出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、前記発電手段の直流出力電圧を前記整流手段にて整流された後の前記外部商用電源の直流入力電圧よりも高くし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、前記発電手段の直流出力電圧が低下することを許容する形態で、前記発電手段を制御するように構成されている点にある。
【００１７】
この特徴構成により、運転制御手段によって、補機の消費電力に応じた発電手段の出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、発電手段の直流出力電圧を整流手段にて整流された後の外部商用電源の直流入力電圧よりも高くし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、発電手段の直流出力電圧が低下することを許容する形態で、発電手段が制御される。ちなみに、発電能力とは、エンジンの余力を用いて発電手段にて発電することができる能力から判断される発電可能な能力である。つまり、エンジンに余力があっても、発電手段の発電が限界になれば、発電能力に余裕が無いと判断され、発電手段の発電に余裕があっても、エンジンに余力が無ければ、発電能力に余裕が無いと判断される。
【００１８】
つまり、補機の消費電力に対して発電能力に余裕があるときには、発電手段の直流出力電圧を整流手段にて整流された後の外部商用電源の直流入力電圧よりも高くするように、発電手段が制御されるので、外部商用電源からの電力供給が阻止される状態で、補機の消費電力の増減に応じて、Ｐ（電力）＝Ｖ（一定電圧）×Ｉ（電流）の特性に従って、前記補機が必要とする電流を出力するように前記電動機側インバータの発電出力を制御することとなり、発電手段により、補機の消費電力に対して過不足なく発電する状態で、補機の消費電力に応じて、発電能力の上限に至るまで安定して発電することが可能となり、エンジンを一段と高効率にて駆動することが可能となる。
【００１９】
そして、補機の消費電力に対して発電能力に余裕が無いときには出力電力Ｐが頭打ちとなることから、Ｐ（一定電力）＝Ｖ（電圧）×Ｉ（電流）の関係に従い、補機が必要とする電流を出力するには電圧を一定に保つことができなくなるため、発電手段の直流出力電圧が低下することを許容する形態で発電手段が制御されるので、発電手段の直流出力電圧が前記外部商用電源の直流入力電圧まで低下し、この時点で、Ｐ（一定電力）＝Ｖ（一定電圧、即ち、外部商用電源の直流入力電圧）×Ｉ（電流）の関係に従い、補機の消費電力に対して発電能力までは発電手段より供給され、発電手段の出力電力が不足する分のみが外部商用電源からの交流電力が整流手段にて整流されて、発電手段にて発電された直流電力に加えられて、補機に供給されることになり、発電出力超過分が外部商用電源にて補われる。
【００２０】
又、発電手段の直流出力電圧が設定電圧以下となるように制御されるので、内部の電気回路に印加される電圧が高くなり過ぎるのを防止することができるようになり、もって、内部の電気回路の耐電圧を低くすることが可能となって、ヒートポンプ装置を低廉化することが可能となる。従って、エンジンを一段と高効率にて駆動することが可能となると共に、ヒートポンプ装置の低廉化が可能となる。
【００２１】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、前記運転制御手段は、前記補機の消費電力に応じた前記発電手段の出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、前記発電手段の出力電力と前記補機の消費電力とを比較して、出力電力が前記補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力となるようにし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、出力電力が前記補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力よりも低下することを許容する形態で、前記発電手段を制御するように構成されている点にある。
【００２２】
この特徴構成により、運転制御手段によって、補機の消費電力に応じた発電手段の出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、発電手段の出力電力と補機の消費電力とを比較して、出力電力が補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力となるようにし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、出力電力が補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力よりも低下することを許容する形態で、発電手段が制御される。
つまり、補機の消費電力に対して発電能力に余裕があるときには、発電手段の出力電力と補機の消費電力とを比較して、出力電力が補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力となるように、発電手段が制御されることから、補機の消費電力に応じて、発電能力の上限又は略上限に至るまで安定して発電することが可能となり、エンジンを一段と高効率にて駆動することが可能となる。
【００２３】
そして、補機の消費電力に対して発電能力に余裕が無いときには、出力電力が補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力よりも低下することを許容する形態で、発電手段が制御されるので、補機の消費電力に対して発電手段の出力電力が不足する分が、外部商用電源からの交流電力が整流手段にて整流されて、発電手段にて発電された直流電力に加えられて、補機に供給されることになり、発電出力超過分が外部商用電源にて補われる。
【００２４】
又、補機の消費電力に対して発電能力に余裕がないときは勿論のこと、余裕があるときも、発電手段にて、その出力電力が補機の消費電力以下になるように発電されて、発電手段の出力電力が補機の消費電力よりも高くなることが防止されることになるので、直流電圧の上昇が抑えられ、内部の電気回路における耐電圧を低くすることが可能となり、ヒートポンプ装置の低廉化を図ることが可能となる。
ちなみに、発電手段の出力電力が補機の消費電力よりも高くなると、内部の電気回路に印加される電圧が高くなり易いので、耐電圧を高くする必要があり、ヒートポンプ装置の価格の高騰化の原因となる。従って、エンジンを一段と高効率にて駆動することが可能となると共に、ヒートポンプ装置の低廉化が可能となる。
【００２５】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、前記運転制御手段は、運転開始指令に基づいて、前記誘導電動機を前記外部商用電源にて力行運転させて前記エンジンを始動させるように構成されている点にある。
【００２６】
この特徴構成により、運転開始指令に基づいて、運転制御手段によって、誘導電動機が外部商用電源にて力行運転されて、そのように力行運転される誘導電動機によりエンジンが回転されて、エンジンが始動させられる。
つまり、外部商用電源からの交流電力が整流手段にて整流されて、電動機側インバータに入力され、その入力直流電力が電動機側インバータにて交流に変換されて、その変換された交流電力にて誘導電動機が力行運転されて、エンジンが始動させられる。
【００２７】
従って、エンジンの余力を利用して補機に電力を供給すべく発電するように設けた誘導電動機を、エンジンのスタータとして兼用するようにして、エンジンの始動用として、スタータを別個に設ける必要がないようにしているので、ヒートポンプ装置の価格の低廉化が可能となる。
【００２８】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、前記運転制御手段は、運転開始指令に基づいて、先ず、前記補機に対して前記外部商用電源から電力を漸増させる状態で給電して前記補機の運転を開始し、続いて、前記誘導電動機を前記外部商用電源にて力行運転させて前記エンジンを始動させるように構成されている点にある。
【００２９】
この特徴構成により、運転開始指令に基づいて、運転制御手段によって、先ず、補機に対して外部商用電源から電力が漸増される状態で給電されて、補機の運転が開始され、続いて、誘導電動機が外部商用電源にて力行運転されて、そのように力行運転される誘導電動機によりエンジンが回転されて、エンジンが始動させられる。
つまり、電動機を用いた補機の場合、回転速度が漸増する状態、所謂、ソフトスタートにて運転が開始させられるので、突入電流を防止することが可能となって、遮断器容量の低減、配電系統容量の低減による初期費用の低廉化に加え、配電系統の電圧変動を小さくすることが可能となる。
又、エンジンの余力を利用して補機に電力を供給すべく発電するように設けた誘導電動機を、エンジンのスタータとして兼用するようにして、エンジンの始動用として、スタータを別個に設ける必要がないようにしている。
従って、装置価格及びランニングコストの低廉化を図ることができるようになった。
【００３０】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、前記運転制御手段は、発電能力に余裕が無いときには、発電可能な能力に合わせて前記発電手段の発電出力を調整し、且つ、その調整により発電出力が零又はそれに近くなった状態において前記エンジンの出力に余裕が無いときには、前記誘導電動機を前記外部商用電源にて力行運転させるように前記発電手段を制御するように構成されている点にある。
【００３１】
この特徴構成により、運転制御手段によって、発電能力に余裕が無いときには、発電可能な能力に合わせて発電手段の発電出力が調整され、且つ、その調整により発電出力が零又はそれに近くなった状態においてエンジンの出力に余裕が無いときには、誘導電動機を外部商用電源にて力行運転させるように発電手段が制御される。
つまり、エンジンの出力がヒートポンプに対する負荷に応じて増減調整され、ヒートポンプに対する負荷が大きくなると、発電手段による発電に回せるエンジンの余力が少なくなり、それに伴って、負荷の消費電力に対して、発電能力に余裕がなくなると、発電可能な能力に合わせて発電手段の発電出力が調整される。そして、その調整により発電出力が零又はそれに近くなった状態においてエンジンの出力に余裕がないとき、即ち、エンジンの出力がヒートポンプに対する負荷に対応しきれなくなると、誘導電動機が外部商用電源にて力行運転されて、そのように力行運転される誘導電動機により、エンジンの回転が補助されるので、ヒートポンプの出力が増加して、負荷に対応することが可能となる。
【００３２】
従って、エンジンの出力に余裕があるときには、その余力を利用して発電手段にて適正に発電でき、エンジンの出力に余裕がないときには、発電手段を構成する誘導電動機を用いて、エンジンの回転を補助して、ヒートポンプの出力を増大することができるようになった。
【００３３】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、前記整流手段が、外部商用電源からの電力を整流した後の直流出力電圧を調整する電圧調整機能を有する点にある。
【００３４】
この特徴構成により、ヒートポンプにおける直流電動式の補機の動作電圧に応じた電圧で、外部商用電源から整流手段を介して補機に直流電力を供給することができる。
【００３５】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、ヒートポンプにおける圧縮機がエンジンにて駆動されるヒートポンプ装置であって、前記エンジンにて駆動される誘導電動機とその誘導電動機の発電のために励磁用交流電圧を出力する電動機側インバータとを備える発電手段と、運転を制御する運転制御手段が、前記電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数を前記誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調節制御する状態で、前記エンジンにて前記誘導電動機を前記圧縮機と同時に駆動し且つ前記発電手段にて発電された直流電力を、その直流出力電圧が設定電圧になるように制御して、前記ヒートポンプにおける直流電動式の補機に供給するように運転を制御するように構成されている点にある。
【００３６】
上記特徴構成により、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴ってエンジンの回転速度が増減されると、そのエンジンにて駆動される誘導電動機の回転速度が増減変化することになるが、その誘導電動機の回転速度の変化に応じて、電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数が誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調節制御されるので、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴うエンジンの回転速度の増減にかかわらず、発電手段にて適切に発電させることが可能となる。
【００３７】
説明を加えると、エンジンにて駆動される誘導電動機の回転速度をＭｆ（回転周波数に換算したもの）とし、電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数をＰ１ｆ（Ｈｚ）とし、誘導電動機の極数をＮとすると、Ｍｆ＞（Ｐ１ｆ／Ｎ）×２の関係を維持するように、誘導電動機の回転速度Ｍｆの変動に応じて、励磁用交流電圧の周波数Ｐ１ｆを調整することにより、誘導電動機をその回転速度の変動にかかわらず適正に発電機能させることが可能となるのである。
【００３８】
従って、エンジンの駆動力を用いて発電してエンジンを高効率にて駆動しながら、ヒートポンプに対する負荷の変動に伴ってエンジンの回転速度が増減される場合においても適切に発電し得るヒートポンプ装置を提供することができるようになった。
【００３９】
更に、運転制御手段によって、励磁用交流電圧の周波数Ｐ１ｆを調整することで、発電手段からの直流出力電圧が設定電圧（例えば直流電動式の補機の動作電圧）になるように制御されることから、補機の消費電力に対して過不足なく発電する状態でエンジンの余力を十分に用いて発電することが可能となり、エンジンを一段と高効率にて駆動することが可能となる。
又、発電手段の直流出力電圧が設定電圧になるように制御されるので、内部の電気回路に印加される電圧が高くなり過ぎるのを防止することができるようになり、もって、内部の電気回路の耐電圧を低くすることが可能となって、ヒートポンプ装置を低廉化することが可能となる。
従って、エンジンを一段と高効率にて駆動することが可能となると共に、ヒートポンプ装置の低廉化が可能となる。
【００４０】
上記課題を解決するための本発明に係るヒートポンプ装置の更に別の特徴構成は、前記直流出力電圧が前記設定電圧に満たない場合、前記運転制御手段が前記エンジンの回転速度を増大させるように運転を制御する点にある。
【００４１】
上記特徴構成により、エンジン回転速度を増大させるように制御して、発電手段を構成する誘導電動機を駆動するためのエンジンの余力を十分に確保することができるので、上記直流出力電圧が上記設定電圧になるように制御することが可能となり、ヒートポンプにおける直流電動式の補機を発電手段からの電力で円滑に運用することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ装置は、例えば空調装置用として用いる場合に、空調対象室内に設置する室内機Ｕｉと、屋外等の空調対象室外に設置する室外機Ｕｏと、ヒートポンプ装置の各種制御指令を指令するリモコン操作部Ｒとから構成し、ヒートポンプＨＰを構成する各機器を室内機Ｕｉと室外機Ｕｏとにわたって組み付けてある。
【００４３】
室外機Ｕｏには、圧縮機１と、その圧縮機１を駆動するガスエンジン２と、冷房運転と暖房運転との切換等による冷媒流れ方向の切り換えにより凝縮器として機能する状態と蒸発器として機能する状態とに切り換わる室外用熱交換器３と、膨張弁４と、アキュムレータ５と、冷媒通流経路切り換え用の四方弁６と、ガスエンジン２を冷却する冷却水ジャケット２ｊに冷却水を循環供給する冷却水ポンプ７と、ガスエンジン２の排ガスの保有熱を冷却水に回収する排ガス用熱交換器８と、冷却水の保有熱を冷媒に回収する冷媒加熱用熱交換器９と、冷却水の保有熱を放熱する放熱器１０と、冷却水通流経路切り換え用の三方弁１１と、室外用熱交換器３及び放熱器１０に対して外気等の熱交換用空気を通風する３台の室外用送風機１２と、エンジンルームに通風するエンジンルーム用送風機１３と、ヒートポンプＨＰにおける後述する直流電動式の補機に駆動電力を供給する給電部Ｃと、ヒートポンプ装置の各種制御を司るメインコントローラ１４等を設けてある。尚、本実施形態ではガスエンジンを例にして本発明に係るヒートポンプの説明を行うが、他のエンジン（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等）であっても同様である。
【００４４】
室内機Ｕｉには、冷媒流れ方向の切り換えにより室外用熱交換器３とは逆に蒸発器として機能する状態と凝縮器として機能する状態とに切り換わる室内用熱交換器１５、その室内用熱交換器１５に室内気等の熱交換用の空気を通風する室内用送風機１６、その室内用送風機１６にて吸込まれる空調対象室の空気の温度を検出する室温センサ３６、及び、リモコン操作部Ｒからの送信信号を受信する機能を備えると共に室内機Ｕｉの制御を司る室内機用コントローラ１７等を設けてある。
【００４５】
また、所定の循環経路で冷媒を循環させるように、圧縮機１、四方弁６、室外用熱交換器３、膨張弁４、室内用熱交換器１５、冷媒加熱用熱交換器９及びアキュムレータ５を冷媒流路１８にて接続してある。以下に、冷媒の循環経路について説明する。
【００４６】
冷房運転時には、四方弁６を、圧縮機１から吐出される高圧気相冷媒が室外用熱交換器３に対して送出され、室内用熱交換器１５から送出される低圧気相冷媒がアキュムレータ５に対して送出される冷房運転流路状態に切り換えられる。具体的には、圧縮機１から吐出される高圧気相冷媒が、四方弁６を介して凝縮器として機能する室外用熱交換器３に供給されて、その室外用熱交換器３において室外用送風機１２による通風空気との熱交換により凝縮し、その凝縮した液相冷媒が膨張弁４を介して蒸発器として機能する室内用熱交換器１５に供給されて、その室内用熱交換器１５において室内用送風機１６による通風空気との熱交換により蒸発し、その蒸発した低圧気相冷媒が四方弁６及びアキュムレータ５を介して圧縮機１に戻るように冷媒が循環する循環経路を形成してある。
【００４７】
又、暖房運転時には、四方弁６を、圧縮機１から吐出される高圧気相冷媒が室内用熱交換器１５に対して送出され、室外用熱交換器３から送出される低圧気相冷媒がアキュムレータ５に対して送出される暖房運転流路状態に切り換えられる。具体的には、圧縮機１から吐出される高圧気相冷媒が、四方弁６を介して凝縮器として機能する室内用熱交換器１５に供給されて、その室内用熱交換器１５において、室内用送風機１６による通風空気との熱交換により凝縮し、その凝縮した液相冷媒が膨張弁４を介して蒸発器として機能する室外用熱交換器３に供給されて、その室外用熱交換器３において室外用送風機１２による通風空気との熱交換により蒸発し、その蒸発した低圧気相冷媒が四方弁６を通過後、冷媒加熱用熱交換器９による加熱により完全に蒸発し、アキュムレータ５を介して圧縮機１に戻るように冷媒が循環する循環経路を形成してある。
【００４８】
更に、冷房運転時に、圧縮機１に戻る低圧気相冷媒の圧力を検出すべく、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄを冷媒循環経路に設け、又、暖房運転時に、圧縮機１から吐出される高圧気相冷媒の圧力を検出すべく、高圧用冷媒圧力センサ３７ｕを設けてある。
【００４９】
又、所定の経路で冷却水を循環させるように、冷却水ポンプ７、排ガス用熱交換器８、冷却水ジャケット２ｊ、三方弁１１、放熱器１０、冷媒加熱用熱交換器９を、冷却水流路１９にて接続してある。
具体的には、ヒートポンプ装置が冷房運転されるときに、冷却水が排ガス用熱交換器８、冷却水ジャケット２ｊ、放熱器１０を記載順に順次巡って、冷却水の保有熱を放熱器１０にて放熱させる放熱用循環経路を形成するように、排ガス用熱交換器８、冷却水ジャケット２ｊ、放熱器１０を冷却水流路１９の主流路部分１９ｍにて接続すると共に、その主流路部分１９ｍの排ガス用熱交換器８の上流側におけるその排ガス用熱交換器８と放熱器１０との間の箇所に、冷却水ポンプ７を設けてある。
【００５０】
又、ヒートポンプ装置が暖房運転されるときに、冷却水ジャケット２ｊから流出した冷却水が放熱器１０を迂回して、冷媒加熱用熱交換器９、排ガス用熱交換器８を記載順に順次巡って、冷却水の保有熱を冷媒加熱用熱交換器９にて冷媒に回収する排熱回収用循環経路を形成するように、主流路部分１９ｍの冷却水ジャケット２ｊの下流側におけるその冷却水ジャケット２ｊと放熱器１０との間の箇所に、三方弁１１を設けると共に、その三方弁１１と、主流路部分１９ｍにおける放熱器１０と冷却水ポンプ７との間の箇所とを、冷却水流路１９の排熱回収用流路部分１９ｃにて接続し、その排熱回収用流路部分１９ｃに冷媒加熱用熱交換器９に設けてある。
そして、冷媒加熱用熱交換器９において、蒸発器として機能する室外用熱交換器３からアキュムレータ５へ戻る冷媒を冷却水にて加熱して、効率を向上させている。
【００５１】
つまり、冷房運転時には、三方弁１１を、冷却水が放熱用循環経路を通流する冷房運転流路状態に切り換え、暖房運転時には、三方弁１１を、冷却水が排熱回収用循環経路を通流する暖房運転流路状態に切り換えることになる。
【００５２】
更に、始動時等のように、冷却水の温度が放熱開始用設定温度（例えば、６０°Ｃ）以下のときに、冷却水が放熱器１０及び冷媒加熱用熱交換器９を迂回して、排ガス用熱交換器８、冷却水ジャケット２ｊを順に巡る始動時用循環経路を形成するように、主流路部分１９ｍにおける冷却水ジャケット２ｊと三方弁１１との間の箇所に、サーモスタット式の温度制御弁２０を設けると共に、その温度制御弁２０と、主流路部分１９ｍにおける排熱回収用流路部分１９ｃの接続部と冷却水ポンプ７との間の箇所を、冷却水流路１９のバイパス流路部分１９ｂにて接続してある。温度制御弁２０は、冷却水の温度が前記放熱開始用設定温度以下の間は、冷却水がバイパス流路部分１９ｂ側に通流するように流路が切り換わり、冷却水の温度が前記放熱開始用設定温度より高くなると、冷却水が主流路部分１９ｍ側に通流するように流路が切り換わるように構成してある。
【００５３】
ガスエンジン２には、都市ガス等のガス燃料を供給する燃料供給路２１を接続し、その燃料供給路２１には、ガスエンジン２への燃料供給を断続する開閉弁２２、及び、ガスエンジン２への燃料供給量を調節する比例弁２３を介装してある。ヒートポンプ装置の出力の調節は、比例弁２３により、ガスエンジン２への燃料供給量を調節することにより行う。
【００５４】
メインコントローラ１４と室内機用コントローラ１７とは、制御信号を互いに送受信可能な信号線２４にて接続してある。メインコントローラ１４には、電線２５にて外部商用電源２６（例えば３相２００Ｖ）を接続して、室外機Ｕｏに給電し、室内機用コントローラ１７には電線２５にて商用電源２７（例えば単相２００Ｖ）を接続して、室内機Ｕｉに給電するように構成してある。また、図示していないが、給電部Ｃについても電線２５にて外部商用電源２６に接続されている。
【００５５】
上述のように室外機Ｕｏ及び室内機Ｕｉ夫々に設けられてヒートポンプＨＰを構成する機器のうち、冷却水ポンプ７、室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３、ガスエンジン２を始動させる点火プラグ（図示省略）を備えて構成した点火器２８、四方弁６、三方弁１１、開閉弁２２及び比例弁２３等が、ヒートポンプＨＰの直流電動式の補機に相当する。
【００５６】
図２に示すように、本発明においては、ガスエンジン２にて駆動される誘導電動機３０とその誘導電動機３０の発電のために励磁用交流電圧を出力する電動機側インバータ３３とを備える発電手段Ｇとを設け、メインコントローラ１４を、電動機側インバータ３３が出力する励磁用交流電圧の周波数を誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御する状態で、ガスエンジン２にて誘導電動機３０を圧縮機１と同時に駆動し且つ発電手段Ｇにて発電された直流電力を直流電動式の補機うちの一部に供給するように運転を制御するように構成してある。つまり、運転を制御する運転制御手段は、メインコントローラ１４を用いて構成してある。
【００５７】
図２に基づいて、発電手段Ｇ及び給電部Ｃについて説明を加える。
ガスエンジン２の回転軸と圧縮機１の回転軸と誘導電動機３０の回転軸とを、ベルト３１にて伝動連結してある。ガスエンジン２には、その回転速度を検出するエンジン回転速度センサ３８ｅを設け、誘導電動機３０には、その回転速度を検出する電動機回転速度センサ３８ｇを設けてある。
【００５８】
給電部Ｃは、前記の発電手段Ｇと、外部商用電源２６からの交流電力を整流する整流手段３２と、整流手段３２及び発電手段Ｇから電力供給対象の補機への給電を断続する複数のスイッチ３５とを備えて構成され、メインコントローラ１４にて、電動機側インバータ３３の作動を制御すると共に、各スイッチ３５を開閉操作するように構成される。図３には、整流手段３２及び電動機側インバータ３３の夫々の回路構成を示す。
【００５９】
図２に示すように、本第１実施形態では、電動機側インバータ３３の回生電力（直流部）を検出する回生電力センサ３９ｒ、及び補機への入力電力を検出する補機入力電力センサ３９ｉを設けてある。
【００６０】
そして、各スイッチ３５に、給電部Ｃから給電する対象の補機（以下、直流電動式の補機又は発電機駆動補機Ｓｇと称する場合がある）を接続して、発電機駆動補機Ｓｇに給電するように構成してあるが、本実施形態では、複数のスイッチ３５の夫々に、ヒートポンプＨＰの補機のうち、３台の室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３、冷却水ポンプ７及び点火器２８の夫々を発電機駆動補機Ｓｇとして接続して、それら発電機駆動補機Ｓｇに給電部Ｃから給電するようにしてある。
【００６１】
ちなみに、ヒートポンプＨＰの補機のうち、３台の室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３、冷却水ポンプ７及び点火器２８以外の、四方弁６、三方弁１１、開閉弁２２及び比例弁２３等（図２においては、その他補機Ｓｏにて示す）には、外部商用電源２６から直接給電するように構成してある。
【００６２】
メインコントローラ１４の制御構成について説明を加える。
メインコントローラ１４は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて発電手段Ｇの出力電力を調整するように、発電手段Ｇを制御するように構成し、前記整流手段３２は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力のうち発電手段Ｇの出力電力を越える超過分を外部商用電源２６にて補うように、整流した直流電力を発電手段Ｇにて発電された直流電力に加えるように構成してある。
そして、第１実施形態においては、メインコントローラ１４は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じた発電手段Ｇの出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、発電手段Ｇの出力電力と発電機駆動補機Ｓｇの消費電力とを比較して、出力電力が発電機駆動補機Ｓｇの消費電力の大部分に相当する電力となるようにし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、出力電力が発電機駆動補機Ｓｇの消費電力の大部分に相当する電力よりも低下することを許容する形態で、発電手段Ｇを制御するように構成してある。
具体的には、メインコントローラ１４は、発電手段Ｇの出力電力を、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて設定される所定の範囲になるように調整すべく、電動機側インバータ３３の作動を制御する。
【００６３】
又、メインコントローラ１４は、運転開始指令に基づいて、先ず、電動機側インバータ３３を停止させた状態で、発電機駆動補機Ｓｇに対して外部商用電源２６から電力を漸増させる状態で給電して発電機駆動補機Ｓｇの運転を開始し、続いて、誘導電動機３０を外部商用電源２６にて力行運転させるように電動機側インバータ３３の作動を制御して、ガスエンジン２を始動させる。
つまり、メインコントローラ１４は、運転開始指令に基づいて、先ず、発電機駆動補機Ｓｇに対して外部商用電源２６から電力を漸増させる状態で給電して発電機駆動補機Ｓｇの運転を開始し、続いて、誘導電動機３０を外部商用電源２６にて力行運転させてガスエンジン２を始動させるように構成してある。
【００６４】
次に、図１及び図２に基づいて、メインコントローラ１４及び室内機側コントローラ１７の制御動作について説明する。
リモコン操作部Ｒから冷房運転の運転開始が指令されると、室内機側コントローラ１７は、冷房運転の運転開始指令の信号をメインコントローラ１４に送信すると共に、室内用送風機１６の運転を開始させ、冷房運転中は、室温センサ３６の検出温度とリモコン操作部Ｒから送信される冷房目標温度との偏差に応じて送風量を調整するように、室内用送風機１６の運転を制御する。
一方、メインコントローラ１４は、室内機側コントローラ１７から冷房運転の運転開始指令の信号が送信されてくるのに基づいて、四方弁６及び三方弁１１夫々を冷房運転流路状態に切り換えた後、室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７の運転を開始し、続いて、ガスエンジン２を始動させる運転開始制御を実行し、続いて、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄの検出圧力を所定に範囲に維持するように比例弁２３の開度を調節してガスエンジン２の回転速度を制御する、即ち、ヒートポンプＨＰに対する負荷に応じてガスエンジン２の出力を増減調整すると共に、発電手段Ｇの出力電力を、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて調整する通常運転制御を実行する。
【００６５】
リモコン操作部Ｒから暖房運転の運転開始が指令されると、室内機側コントローラ１７は、暖房運転の運転開始指令の信号をメインコントローラ１４に送信すると共に、室内用送風機１６の運転を開始させ、暖房運転中は、室温センサ３６の検出温度とリモコン操作部Ｒから送信される暖房目標温度との偏差に応じて送風量を調整するように、室内用送風機１６の運転を制御する。
一方、メインコントローラ１４は、室内機側コントローラ１７から暖房運転の運転開始指令の信号が送信されてくるのに基づいて、四方弁６及び三方弁１１夫々を暖房運転流路状態に切り換えた後、室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７の運転を開始し、続いて、ガスエンジン２を始動させる運転開始制御を実行し、続いて、高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力を所定に範囲に維持するように比例弁２３の開度を調節してガスエンジン２の回転速度を制御する、即ち、ヒートポンプＨＰに対する負荷に応じてガスエンジン２の出力を増減調整すると共に、発電手段Ｇの出力電力を、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて調整する通常運転制御を実行する。
【００６６】
次に、図４に示すフローチャートに基づいて、運転開始制御について説明を加える。
運転開始指令があると、運転を開始すべき室外用送風機１２に対応するスイッチ３５、エンジンルーム用送風機１３に対応するスイッチ３５及び冷却水ポンプ７に対応するスイッチ３５をオンにした後、室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７に対して外部商用電源２６から電力を漸増させる状態で給電して、それら室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７を所謂ソフトスタートさせる（ステップ＃１〜＃３）。
続いて、電動機側インバータ３３を運転開始させると共に、電動機側インバータ３３をその出力周波数を漸増させるように制御することにより、誘導電動機３０に外部商用電源２６から電力を漸増させる状態で給電して、誘導電動機３０をソフトスタートにて力行運転させて、ガスエンジン２を回転させ、続いて、点火器８に対応するスイッチ３５をオンさせて、ガスエンジン２を始動させ、運転開始制御を完了する（ステップ＃３及び＃４）。ちなみに、誘導電動機３０のソフトスタートでは、誘導電動機３０の回転速度を、５秒程度で０から８００ｒｐｍにまで上昇させる。
以上のようにして運転開始制御が完了すると、通常運転制御を実行する（＃５）。
【００６７】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて、通常運転制御について説明を加える。尚、図５のフローチャートに示す各符号は、以下のように定義する。
Ｅｆ ：ガスエンジン２の回転速度（Ｈｚ換算値）
Ｍｆ ：誘導電動機３０の回転速度（Ｈｚ換算値）
Ｐ１ｆ ：電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数
Ｐ１ｒｅｖ ：電動機側インバータ３３の回生電力（直流部）
Ｐ１ｒｅｖｍａｘ：回生電力の上限指令値
Ｐ２ｉｎ ：発電機駆動補機Ｓｇへの入力電力（直流部）
Ｋｂ ：電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを発電機駆動補機Ｓｇへの入力電力Ｐ２ｉｎよりも小さく調整するときの下位余裕代
Ｋｕ ：電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを発電機駆動補機Ｓｇへの入力電力Ｐ２ｉｎよりも小さく調整するときの上位余裕代
Ｐｆ ：室外用送風機１２の１台当たりの電力
【００６８】
尚、Ｋｕ＞Ｋｂ＞０である。
回生電力の上限指令値Ｐ１ｒｅｖｍａｘは、発電手段Ｇによる発電にまわせるガスエンジン２の余力であり、メインコントローラ１４により、エンジン回転速度センサ３８ｅにより検出されるガスエンジン２の回転速度及び比例弁２３の開度等から定められるヒートポンプＨＰに対する負荷（空調負荷）に基づいて計算され、過負荷状態では、負の値になる。但し、回生電力の上限指令値Ｐ１ｒｅｖｍａｘは、発電手段Ｇの発電可能範囲内で指令されることになる。
【００６９】
先ず、電動機回転速度センサ３８ｇによる誘導電動機３０の回転速度Ｍｆの検出情報に基づいて、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０と同期させるように電動機側インバータ３３の作動を制御して、電動機側インバータ３３を回生運転モードに切り換え、以降、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御して、回生運転モードを継続する（ステップ＃１１）。例えば、誘導電動機３０として４極の誘導電動機３０を用いる場合には、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを、Ｐ１ｆ＜２Ｍｆになるように調整する。
【００７０】
続いて、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄ又は高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力に基づいて、ガスエンジン２の回転速度Ｅｆの上昇指令が有ると、そのガスエンジン２の回転速度Ｅｆの上昇指令値に従って、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを上昇させ、又、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄ又は高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力に基づいて、ガスエンジン２の回転速度Ｅｆの低下指令が有ると、そのガスエンジン２の回転速度Ｅｆの低下指令値に従って、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを低下させる（ステップ＃１２〜＃１５）。
つまり、空調負荷に合わせてヒートポンプＨＰの出力を調整すべく、ガスエンジン２の回転速度が変更調整されるが、ガスエンジン２の回転速度が変更調整されても、電動機側インバータ３３の回生運転モードを維持するように、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆをガスエンジン２の回転速度Ｅｆに応じて調整するのである。
【００７１】
続いて、補機入力電力センサ３９ｉにて発電機駆動補機Ｓｇへの入力電力Ｐ２ｉｎを計測すると共に、回生電力センサ３９ｒにて電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを計測し、空調負荷に応じて３台の室外用送風機１２のうちのいずれかの停止指令が有るか否かを判別して、停止指令が有ると、Ｐ２ｉｎ＝Ｐ１ｒｅｖ＋Ｋｕ＋Ｐｆとなるように、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを調整するように、電動機側インバータ３３をその電動機側出力周波数Ｐ１ｆを上昇させるように制御した後、停止対象の室外用送風機１２に対応するスイッチ３５をオフにして、室外用送風機１２を停止させる（ステップ＃１６〜＃１９）。
【００７２】
つまり、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを停止対象の室外用送風機１２が作動しているときの調整状態に維持したままで、スイッチ３５をオフにして停止対象の室外用送風機１２を停止させると、負荷が軽くなって発電機駆動補機Ｓｇへの入力電圧が上昇する。
そこで、室外用送風機１２を停止させる前に、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを、室外用送風機１２の電力Ｐｆに上位余裕代Ｋｕを加えた分だけ低下させた後、室外用送風機１２を停止させるようにして、発電機駆動補機Ｓｇへの入力電圧の上昇を防止している。尚、室外用送風機１２を停止させるまでは、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖの低下分は、外部商用電源２６から給電される。
【００７３】
続いて、Ｐ１ｒｅｖ＞Ｐ１ｒｅｖｍａｘであって発電能力に余裕が無いときは、Ｐ１ｒｅｖ＝Ｐ１ｒｅｖｍａｘとなるように、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを低下させるべく、電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを上昇調整し、Ｐ１ｒｅｖ≦Ｐ１ｒｅｖｍａｘであって発電能力に余裕があるときは、何も実行せず（ステップ＃２０〜＃２１）、続いて、Ｐ２ｉｎ＞Ｐ１ｒｅｖ＋Ｋｕの場合は、Ｐ２ｉｎ≦Ｐ１ｒｅｖ＋Ｋｕになるように、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを上昇させるべく、電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを低下調整し、続いて、Ｐ２ｉｎ＜Ｐ１ｒｅｖ＋Ｋｂの場合は、Ｐ２ｉｎ≧Ｐ１ｒｅｖ＋Ｋｂになるように、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを低下させるべく、電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを上昇調整する（ステップ＃２２〜＃２５）。
つまり、発電能力に余裕があるときには、Ｐ２ｉｎ−Ｋｕ≦Ｐ１ｒｅｖ≦Ｐ２ｉｎ−Ｋｂの関係を維持するように、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを調整すべく、電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを調整し、発電能力に余力が無いときには、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖがＰ２ｉｎ−Ｋｕよりも低下するのを許容することになる。
終了指令があると（ステップ＃２６）、図４に示すメインのフローに戻って、運転を終了する。
【００７４】
上述のように誘導電動機３０の回転速度Ｍｆに応じて電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを調整して誘導電動機３０を制御するための制御方式としては、電動機回転速度センサ３８ｇにて検出される誘導電動機３０の回転速度Ｍｆに基づいて実行する周知のベクトル制御又はＶ／Ｆ制御を適用する。
【００７５】
次に、図６に基づいて、上述のように構成したヒートポンプ装置により発電効率を求めた結果を説明する。尚、図６には、冷房運転及び暖房運転の両方の場合について示しているが、以下では、冷房運転の場合について説明して、暖房運転の場合は、冷房運転の場合と同様に理解できるので説明を省略する。
検証に用いたヒートポンプ装置は、能力が５６ｋＷのときの消費電力は１．３３ｋＷであり、ガス燃料の消費量は５３ｋＷである。
発電手段Ｇを設けていない従来の場合は、ガスエンジン２の性能は、出力が１５．９ｋＷ、入力が４９．７ｋＷであり、エンジン効率は３２％（ＬＨＶ）であった。
本発明の場合は、発電手段Ｇの誘導電動機３０をガスエンジン２にて駆動するので、出力は誘導電動機３０を駆動する分高くなって、１７．４ｋＷであり、入力も誘導電動機３０を駆動する分多くなって５２．７ｋＷであり、エンジン効率は３３％（ＬＨＶ）と従来の３２％（ＬＨＶ）に比べて高くなる。
従来に比べて、入力が３ｋＷ増加したが、その増加分で、１．３３ｋＷの電力を発電することができ、その発電効率は、４４．７％（ＬＨＶ）である。発電効率は、通常は２０％程度であるので、高発電効率にて発電することができる。
【００７６】
以下、第２ないし第５の各実施形態を説明するが、各実施形態においては、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
【００７７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態を説明する。
第２実施形態においては、メインコントローラ１４の制御構成として、発電能力に余裕が無いときには、発電可能な能力に合わせて発電手段Ｇの発電出力を調整し、且つ、その調整により発電出力が零又はそれに近くなった状態においてガスエンジン２の出力に余裕が無いときには、誘導電動機３０を外部商用電源２６にて力行運転させるように発電手段Ｇを制御する構成を追加した以外は、第１実施形態と同様に構成してある。
【００７８】
以下、図７に示すフローチャートに基づいて、通常運転制御について説明する。
ステップ＃３１〜＃３９の制御動作は、第１実施形態における制御動作である図５のフローチャートにおけるステップ＃１１〜＃１９と同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
ステップ＃４０にて、Ｐ１ｒｅｖｍａｘ≦０であるか否かを判別して、Ｐ１ｒｅｖｍａｘ≦０でないときは、ステップ＃４５〜＃５０において、Ｐ２ｉｎ−Ｋｕ≦Ｐ１ｒｅｖ≦Ｐ２ｉｎ−Ｋｂの関係を維持するように、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを調整すべく、電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを調整する制御を実行する。
【００８０】
ステップ＃４０〜＃４４においては、Ｐ１ｒｅｖｍａｘ≦０であり、且つ、Ｐ１ｒｅｖ＞Ｐ１ｒｅｖｍａｘである間は、Ｐ１ｒｅｖｍａｘの値に基づき電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを上昇させ、Ｐ１ｒｅｖｍａｘ≦０であり、且つ、Ｐ１ｒｅｖ＜Ｐ１ｒｅｖｍａｘである間は、Ｐ１ｒｅｖｍａｘの値に基づき電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを低下させ、これ以外のときは何も実行しない。つまり、Ｐ１ｒｅｖｍａｘ≦０となった場合は、電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆが上昇されて、発電出力が低下されて、力行運転に移行され、その力行運転において、誘導電動機３０の力行運転の出力が上昇され、Ｐ１ｒｅｖｍａｘの値に基づいて力行運転される状態が維持される。
尚、図７には記載していないが、誘導電動機３０の回転速度Ｍｆと誘導電動機３０のトルク出力の限界値との関係から定まる力行電力の上限に達した場合には、これを超える状態の力行運転は行わない。
【００８１】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態を説明する。
第３実施形態においては、給電部Ｃの構成、及び、メインコントローラ１４の制御構成のうちの発電手段Ｇの出力電力調整の制御構成が異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してある。
つまり、ヒートポンプ装置の全体構成は、第１実施形態と同様に図１にて示され、整流手段３２及び電動機側インバータ３３夫々の回路構成は、第１実施形態と同様に図３にて示される。
【００８２】
図８に基づいて、給電部Ｃの構成について説明を加える。第３実施形態では、第１実施形態において設けた回生電力センサ３９ｒ及び補機入力電力センサ３９ｉを省略して、新たに、発電手段Ｇの直流出力電圧を計測する電圧計測点４０を設けてある。
【００８３】
また、変速運転を行う室外用送風機１２やヒートポンプ装置の運転中は常に運転されるエンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７のような補機に対してはスイッチ３５を省略することで、装置全体の低廉化を実現している。又、点火器２８には、外部商用電源２６から直接給電するようにしてあるが、図８では、点火器２８の図示を省略している。
【００８４】
メインコントローラ１４は、第１実施形態と同様に、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて発電手段Ｇの出力電力を調整するように、発電手段Ｇを制御するように構成し、前記整流手段３２は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力のうち発電手段Ｇの出力電力を越える超過分を外部商用電源２６にて補うように、整流した直流電力を発電手段Ｇにて発電された直流電力に加えるように構成してある。
そして、第３実施形態においては、メインコントローラ１４は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じた発電手段Ｇの出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、発電手段Ｇの直流出力電圧（以下、直流部電圧と略称する場合がある）を整流手段３２にて整流された後の外部商用電源２６の直流入力電圧（以下、外部直流入力電圧と略称する場合がある）よりも高くし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、発電手段Ｇの直流部電圧が低下することを許容する形態で、発電手段Ｇを制御するように構成してある。
【００８５】
具体的には、メインコントローラ１４は、電圧計測点４０にて計測される発電手段Ｇの直流部電圧Ｖｄｃが、外部直流入力電圧よりも高い値に設定された直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように、電動機側インバータ３３の作動を制御する。ちなみに、外部商用電源２６が２００Ｖの場合、その外部商用電源２６の交流電力の全波整流後の直流電圧は２７０Ｖ程度であるので、直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔとしては、２７０Ｖよりも高い値、例えば３２０Ｖに設定する。
【００８６】
次に、メインコントローラ１４の制御動作について説明する。
運転開始指令に基づく運転開始制御は、図４に示すように、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
通常運転制御において、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄや高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力に基づくガスエンジン２の回転速度制御は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略し、発電手段Ｇの出力電力の調整制御について、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。
尚、図９のフローチャートに示す各符号のうち、Ｖｄｃ、Ｖｄｃｓｅｔは上述したように、それぞれ、直流部電圧、直流部設定電圧を示し、Ｔは回生運転時の誘導電動機３０のトルク、Ｔｍａｘはトルクの上限指令値を示し、それら以外の符号は、第１実施形態と同様に定義してある。
尚、回生運転時の誘導電動機３０のトルクＴは、誘導電動機３０の回転速度Ｍｆ、電動機側インバータ３３の電動機側出力電力により求められ、メインコントローラ１４にフィードバックされる。
又、トルクの上限指令値Ｔｍａｘは、発電手段Ｇによる発電にまわせるガスエンジン２の余力であり、メインコントローラ１４により、エンジン回転速度センサ３８ｅにより検出されるガスエンジン２の回転速度及び比例弁２３の開度等から求められるヒートポンプＨＰに対する負荷（空調負荷）に基づいて計算され、過負荷状態では、負の値になる。但し、トルクの上限指令値Ｔｍａｘは、発電手段Ｇの発電可能範囲内で指令されることになる。
【００８７】
先ず、電動機回転速度センサ３８ｇによる誘導電動機３０の回転速度Ｍｆの検出情報に基づいて、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０と同期させるように電動機側インバータ３３の作動を制御して、電動機側インバータ３３を回生運転モードに切り換え、以降、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御して、回生運転モードを継続する（ステップ＃６１）。例えば、誘導電動機３０として４極の誘導電動機３０を用いる場合には、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを、Ｐ１ｆ＜２Ｍｆになるように調整する。
【００８８】
続いて、Ｔ＞Ｔｍａｘであって発電能力を超過しているときは、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを減少させ、Ｔ≦Ｔｍａｘであって発電能力に余裕があるときは、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより小さい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増大させ、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより大きい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを減少させるようにして、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように電動機側インバータ３３を制御する（ステップ＃６２〜＃６８）。
尚、図示はしていないが、ステップ＃６６では、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖは、Ｔ≦Ｔｍａｘの関係が成立する範囲で増大される。
終了指令があると（ステップ＃６９）、図４に示すメインのフローに戻って、運転を終了する。
【００８９】
具体的には、直流部電圧Ｖｄｃと直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔとの偏差を計算して、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御により、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを増減調節して、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増減調節するフィードバック制御を実行する。
【００９０】
つまり、発電手段Ｇの発電能力に余裕があるときは、直流部電圧Ｖｄｃが外部直流入力電圧よりも高い直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔに維持されるので、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力の増減に応じて、Ｐ（電力）＝Ｖ（一定電圧）×Ｉ（電流）の特性に従って、発電機駆動補機Ｓｇが必要とする電流を出力するように発電手段Ｇからの発電出力を制御することになるので、発電手段Ｇにより、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して過不足なく発電されて、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力が発電手段Ｇのみにて賄われることになる。一方、発電手段Ｇの発電能力に余裕が無いときには出力電力Ｐが頭打ちとなることから、Ｐ（一定電力）＝Ｖ（電圧）×Ｉ（電流）の関係に従い、発電機駆動補機Ｓｇが必要とする電流を出力するには電圧を一定に保つことができなくなるため、発電手段Ｇの直流部電圧Ｖｄｃが低下するので、直流部電圧Ｖｄｃが外部直流入力電圧まで低くなることが許容され、Ｐ（一定電力）＝Ｖ（一定電圧、即ち、外部直流入力電圧）×Ｉ（電流）の関係に従い、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して発電能力までは発電手段Ｇより供給され、発電手段Ｇの出力電力が不足する分は外部商用電源２６からの交流電力が整流手段３２にて整流されて、発電手段Ｇにて発電された直流電力に加えられて、発電機駆動補機Ｓｇに供給されることになり、発電出力超過分のみが外部商用電源２６にて補われる。
【００９１】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態を説明する。
第４実施形態においては、給電部Ｃの構成、及び、メインコントローラ１４の制御構成のうちの発電手段Ｇの出力電力調整の制御構成が異なる以外は、第１実施形態と同様に構成してある。
つまり、ヒートポンプ装置の全体構成は、第１実施形態と同様に図１にて示され、整流手段３２及び電動機側インバータ３３夫々の回路構成は、第１実施形態と同様に図３にて示される。
給電部Ｃは、図８にて示され、第３実施形態と同様であり、第１実施形態において設けた回生電力センサ３９ｒ及び補機入力電力センサ３９ｉを省略して、新たに、発電手段Ｇの直流出力電圧を計測する電圧計測点４０を設けてある。
又、点火器２８には、外部商用電源２６から直接給電するようにしてあり、図８では、点火器２８の図示を省略している。
【００９２】
メインコントローラ１４は、第１実施形態と同様に、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて発電手段Ｇの出力電力を調整するように、発電手段Ｇを制御するように構成し、前記整流手段３２は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力のうち発電手段Ｇの出力電力を越える超過分を外部商用電源２６にて補うように、整流した直流電力を発電手段Ｇにて発電された直流電力に加えるように構成してある。
そして、第４実施形態においては、メインコントローラ１４は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じた発電手段Ｇの出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、発電手段Ｇの直流部電圧を整流手段３２にて整流された後の外部商用電源２６の直流入力電圧、即ち、外部直流入力電圧よりも高くし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、発電手段Ｇの直流部電圧が低下することを許容する形態で、発電手段Ｇを制御するように構成してある。
更に、第４実施形態においては、メインコントローラ１４は、発電能力に余裕が無いときには、発電可能な能力に合わせて発電手段Ｇの発電出力を調整し、且つ、その調整により発電出力が零又はそれに近くなった状態においてガスエンジン２の出力に余裕が無いときには、誘導電動機３０を外部商用電源２６にて力行運転させるように発電手段Ｇを制御するように構成してある。
【００９３】
次に、メインコントローラ１４の制御動作について説明する。
運転開始指令に基づく運転開始制御は、図４に示すように、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
通常運転制御において、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄや高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力に基づくガスエンジン２の回転速度制御は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略し、発電手段Ｇの出力電力の調整制御について、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。
尚、図１０のフローチャートに示す各符号は、第３実施形態と同様に定義してある。ちなみに、直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔとしては、外部商用電源２６が２００Ｖの場合、第３実施形態と同様に、外部商用電源２６の全波整流後の直流電圧である２７０Ｖよりも高い値、例えば３２０Ｖに設定する。
【００９４】
先ず、電動機回転速度センサ３８ｇによる誘導電動機３０の回転速度Ｍｆの検出情報に基づいて、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０と同期させるように電動機側インバータ３３の作動を制御して、電動機側インバータ３３を回生運転モードに切り換え、以降、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御して、回生運転モードを継続する（ステップ＃７１）。例えば、誘導電動機３０として４極の誘導電動機３０を用いる場合には、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを、Ｐ１ｆ＜２Ｍｆになるように調整する。
【００９５】
続いて、０≦Ｔｍａｘの場合で、Ｔ≦Ｔｍａｘであって発電能力に余裕があるときは、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより小さい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを上昇させ、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより大きい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを減少させ、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように電動機側インバータ３３を制御する（ステップ＃７２〜＃７９）。
尚、図示はしていないが、ステップ＃７７では、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖは、Ｔ≦Ｔｍａｘの関係が成立する範囲で増大される。
【００９６】
具体的には、直流部電圧Ｖｄｃと直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔとの偏差を計算して、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御により、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを増減調節して、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増減調節するフィードバック制御を実行する。
【００９７】
０＞Ｔｍａｘの場合は、Ｔ＜Ｔｍａｘのときは電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増大させ、Ｔ＞Ｔｍａｘのときは電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを減少させ、Ｔ＝Ｔｍａｘのときは何も実行しない。（ステップ＃７２、＃８０〜＃８３）。
尚、図１０には記載していないが、誘導電動機３０の回転速度Ｍｆと誘導電動機３０のトルク出力の限界値との関係から定まる力行電力の上限に達した場合には、これを超える状態の力行運転は行わない。
終了指令があると（ステップ＃８４）、図４に示すメインのフローに戻って、運転を終了する。
【００９８】
つまり、トルクの上限指令値Ｔｍａｘが負の値をとる間は、誘導電動機３０が回生運転されているときは、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖが低下され、やがて、力行運転に移行され、その力行運転において、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖが負方向に減少され、即ち、誘導電動機３０の力行運転の出力が上昇され、誘導電動機３０に力行運転での余力がなくなると、誘導電動機３０を最大定格にて力行運転させる状態が維持される。
【００９９】
つまり、発電手段Ｇの発電能力に余裕があるときは、直流部電圧Ｖｄｃが外部直流入力電圧よりも高い直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔに維持されるので、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力の増減に応じて、Ｐ（電力）＝Ｖ（一定電圧）×Ｉ（電流）の特性に従って、発電機駆動補機Ｓｇが必要とする電流を出力するように発電手段Ｇからの発電出力を制御することになるので、発電手段Ｇにより、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して過不足なく発電されて、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力が発電手段Ｇのみにて賄われることになる。一方、発電手段Ｇの発電能力に余裕が無いときには出力電力Ｐが頭打ちとなることから、Ｐ（一定電力）＝Ｖ（電圧）×Ｉ（電流）の関係に従い、発電機駆動補機Ｓｇが必要とする電流を出力するには電圧を一定に保つことができなくなるため、発電手段Ｇの直流部電圧Ｖｄｃが低下するので、直流部電圧Ｖｄｃが外部直流入力電圧まで低くなることが許容され、Ｐ（一定電力）＝Ｖ（一定電圧、即ち、外部直流入力電圧）×Ｉ（電流）の関係に従い、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して発電能力までは発電手段Ｇより供給され、発電手段Ｇの出力電力が不足する分は外部商用電源２６からの交流電力が整流手段３２にて整流されて、発電手段Ｇにて発電された直流電力に加えられて、発電機駆動補機Ｓｇに供給されることになり、発電出力超過分のみが外部商用電源２６にて補われる。
更に、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖの減少調節により、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖが零になった状態において、ガスエンジン２の出力に余裕が無いときには、誘導電動機３０が外部商用電源２６にて力行運転されることになる。
【０１００】
〔第５実施形態〕
本実施形態では、図１に示したメインコントローラ１４と室内機用コントローラ１７とは、制御信号を互いに送受信可能な信号線２４にて接続してある。メインコントローラ１４には電線２５にて外部商用電源２６（例えば３相２００Ｖ）を接続して、室外機Ｕｏの一部に給電し、室内機用コントローラ１７には電線２５にて商用電源２７（例えば単相２００Ｖ）を接続して、室内機Ｕｉに給電するように構成してある。
【０１０１】
上述のように室外機Ｕｏ及び室内機Ｕｉの夫々に設けられてヒートポンプＨＰを構成する機器のうち、冷却水ポンプ７、室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３、ガスエンジン２を始動させる点火プラグ（図示省略）を備えて構成した点火器２８が、ヒートポンプＨＰの直流電動式の補機に相当する。また、四方弁６、三方弁１１、開閉弁２２及び比例弁２３などの補機には、商用電源２６から給電されるように構成されている。
【０１０２】
図１１に示すのは、ガスエンジン２によって駆動される発電手段Ｇが、誘導電動機３０とその誘導電動機３０の発電のために励磁用交流電圧を出力する電動機側インバータ３３とを備えて構成される場合の例である。
この場合、メインコントローラ１４が、電動機側インバータ３３が出力する励磁用交流電圧の周波数を、誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御する状態で、ガスエンジン２にて誘導電動機３０を圧縮機１と同時に駆動し且つ発電手段Ｇにて発電された直流電力を、その直流出力電圧が設定電圧になるように制御して、直流電動式の補機に供給するべく運転制御するように構成してある。つまり、運転を制御する運転制御手段は、メインコントローラ１４を用いて構成してある。
【０１０３】
次に、図１１に基づいて、発電手段Ｇ及び給電部Ｃについて説明を加える。
ガスエンジン２の回転軸と圧縮機１の回転軸と誘導電動機３０の回転軸とを、ベルト３１にて伝動連結してある。ガスエンジン２には、その回転速度を検出するエンジン回転速度センサ３８ｅを設け、誘導電動機３０には、その回転速度を検出する電動機回転速度センサ３８ｇを設けてある。
【０１０４】
給電部Ｃは、上記発電手段Ｇと、上記発電手段Ｇから電力供給対象の補機への給電を断続する複数のスイッチ３５とを備えて構成され、メインコントローラ１４にて、電動機側インバータ３３の作動を制御すると共に、各スイッチ３５を開閉操作するように構成される。図１２には、電動機側インバータ３３の回路構成を示す。
【０１０５】
そして、各スイッチ３５に、給電部Ｃから給電する対象の補機（以下、直流電動式の補機又は発電機駆動補機Ｓｇと称する場合がある）を接続して、発電機駆動補機Ｓｇに給電するように構成してあるが、本実施形態では、複数のスイッチ３５の夫々に、ヒートポンプＨＰの補機のうち、３台の室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３、冷却水ポンプ７及び点火器２８の夫々を発電機駆動補機Ｓｇとして接続して、それら発電機駆動補機Ｓｇに給電部Ｃからの直流電力を給電するようにしてある。また、発電手段Ｇからの直流出力電圧を計測する電圧計測点４０を設けてある。
【０１０６】
ちなみに、ヒートポンプＨＰの補機のうち、３台の室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３、冷却水ポンプ７及び点火器２８以外の、四方弁６、三方弁１１、開閉弁２２及び比例弁２３などの補機（図１１においては、その他補機Ｓｏにて示す）には、外部商用電源２６から直接給電するように構成してある。
【０１０７】
図１１に示すように、本発明に係るヒートポンプ装置では、発電機駆動補機Ｓｇと外部商用電源２６とは接続されておらず、発電機駆動補機Ｓｇには発電手段Ｇにおいて発電された直流電力が供給される構成となっている。従って、発電手段Ｇとしては、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力を十分に賄える発電能力を備えたものが設けられている。又、発電手段Ｇにおいて発電された直流電力をバッテリ４１に蓄電可能に構成してある。
【０１０８】
次に、運転開始指令に基づくメインコントローラ１４の運転開始制御動作について説明する。
リモコン操作部Ｒから暖房運転の運転開始が指令されると、室内機側コントローラ１７は、暖房運転の運転開始指令の信号をメインコントローラ１４に送信すると共に、室内用送風機１６の運転を開始させ、暖房運転中は、室温センサ３６の検出温度とリモコン操作部Ｒから送信される暖房目標温度との偏差に応じて送風量を調整するように、室内用送風機１６の運転を制御する。
【０１０９】
一方、メインコントローラ１４は、室内機側コントローラ１７から暖房運転の運転開始指令の信号が送信されてくるのに基づいて、四方弁６及び三方弁１１の夫々を暖房運転流路状態に切り換えた後、直流電動式の補機である室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７の運転を開始し、続いて、ガスエンジン２を始動させる運転開始制御を実行し、続いて、高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力を所定に範囲に維持するように比例弁２３の開度を調節してガスエンジン２の回転速度を制御する、即ち、ヒートポンプＨＰに対する負荷に応じてガスエンジン２の出力を増減調整すると共に、発電手段Ｇの出力電力を、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に応じて調整する通常運転制御を実行する。
【０１１０】
次に、図４に示したフローチャートを参照して、メインコントローラ１４によって実行される上記運転開始制御と上記通常運転制御について説明する。
まず、運転開始指令があると、運転を開始すべき室外用送風機１２に対応するスイッチ３５、エンジンルーム用送風機１３に対応するスイッチ３５及び冷却水ポンプ７に対応するスイッチ３５をオンにした後、充放電制御手段４２を制御して、室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７に対してバッテリ４１から電力を漸増させる状態で給電して、それら室外用送風機１２、エンジンルーム用送風機１３及び冷却水ポンプ７を所謂ソフトスタートさせる（ステップ＃１〜＃３）。
【０１１１】
続いて、電動機側インバータ３３を運転開始させると共に、電動機側インバータ３３をその出力周波数を漸増させるように制御することにより、誘導電動機３０にバッテリ４１から電力を漸増させる状態で給電して、誘導電動機３０をソフトスタートにて力行運転させて、ガスエンジン２を回転させ、続いて、点火器２８に対応するスイッチ３５をオンさせて、ガスエンジン２を始動させ、運転開始制御を完了する（ステップ＃３及び＃４）。ちなみに、誘導電動機３０のソフトスタートでは、誘導電動機３０の回転速度を、５秒程度で０から８００ｒｐｍにまで上昇させる。
以上のようにして運転開始制御が完了すると、通常運転制御を実行する（＃５）。
【０１１２】
以下に、低圧用冷媒圧力センサ３７ｄや高圧用冷媒圧力センサ３７ｕの検出圧力に基づいてガスエンジン２の回転速度を制御しながら、発電手段Ｇの出力電力を、その直流出力電圧が設定電圧になるように調整制御して、補機に給電する通常運転制御の説明を図１３に示すフローチャートに基づいて行う。
【０１１３】
まず、電動機回転速度センサ３８ｇによる誘導電動機３０の回転速度Ｍｆの検出情報に基づいて、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０と同期させるように電動機側インバータ３３の作動を制御して、電動機側インバータ３３を回生運転モードに切り換え、以降、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御して、回生運転モードを継続する（ステップ＃９１）。例えば、誘導電動機３０として４極の誘導電動機３０を用いる場合には、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを、Ｐ１ｆ＜２Ｍｆになるように調整する。
【０１１４】
続いて、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより小さい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを上昇させ、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより大きい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを減少させ、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように電動機側インバータ３３を制御する（ステップ＃９２〜＃９６）。
終了指令があると（ステップ＃９７）、図４に示すメインのフローに戻って、運転を終了する。
【０１１５】
具体的には、直流部電圧Ｖｄｃと直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔとの偏差を計算して、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御により、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを増減調節して、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増減調節するフィードバック制御を実行する。
【０１１６】
つまり、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔに維持されるので、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力の増減に応じて、Ｐ（電力）＝Ｖ（一定電圧）×Ｉ（電流）の特性に従って、発電機駆動補機Ｓｇが必要とする電流を出力するように発電手段Ｇからの発電出力を制御することになるので、発電手段Ｇにより、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して過不足なく発電されて、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力が発電手段Ｇのみにて賄われることになる。
【０１１７】
上述のように誘導電動機３０の回転速度Ｍｆに応じて電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを調整して誘導電動機３０を制御するための制御方式としては、電動機回転速度センサ３８ｇにて検出される誘導電動機３０の回転速度Ｍｆに基づいて実行する周知のベクトル制御又はＶ／Ｆ制御を適用する。
【０１１８】
以上のように、ヒートポンプＨＰに対する負荷の変動に伴ってガスエンジン２の回転速度が増減されると、そのガスエンジン２にて駆動される誘導電動機３０の回転速度が増減変化することになるが、その誘導電動機３０の回転速度の変化に応じて、電動機側インバータ３３が出力する励磁用交流電圧の周波数が誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御されるので、ヒートポンプＨＰに対する負荷の変動に伴うガスエンジン２の回転速度の増減にかかわらず、発電手段Ｇにて適切に発電させることが可能となる。更に、運転制御手段１４によって、励磁用交流電圧の周波数Ｐ１ｆを調整することで、発電手段Ｇからの直流出力電圧が設定電圧（例えば直流電動式の補機の動作電圧）になるように制御されることから、補機Ｓｇの消費電力に対して過不足なく発電する状態で、ガスエンジン２の余力を十分に用いて発電することが可能となりガスエンジン２を一段と高効率にて駆動することが可能となる。
【０１１９】
〔第６実施形態〕
上述の実施形態は、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔに満たない場合に、発電手段Ｇにまわせるだけの余力（電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを上昇させることができるだけの余力）がガスエンジン２にある場合の制御例であるが、以下の実施形態には、発電手段にまわせるエンジンの余力が少ないか、或いは無い場合の制御例について図１４のフローチャートを参照して説明する。
【０１２０】
尚、以下の例において回生電力の上限指令値Ｐ１ｒｅｖｍａｘとは、発電手段Ｇによる発電にまわせるガスエンジン２の余力であり、メインコントローラ１４により、エンジン回転速度センサ３８ｅにより検出されるガスエンジン２の回転速度及び比例弁２３の開度等から定められるヒートポンプＨＰに対する負荷（空調負荷）に基づいて計算され、過負荷状態では、負の値になる。但し、回生電力の上限指令値Ｐ１ｒｅｖｍａｘは、発電手段Ｇの発電可能範囲内で指令されることになる。
【０１２１】
まず、電動機回転速度センサ３８ｇによる誘導電動機３０の回転速度Ｍｆの検出情報に基づいて、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０と同期させるように電動機側インバータ３３の作動を制御して、電動機側インバータ３３を回生運転モードに切り換え、以降、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを誘導電動機３０を発電機能させることが可能な周波数に調節制御して、回生運転モードを継続する（ステップ＃１０１）。例えば、誘導電動機３０として４極の誘導電動機３０を用いる場合には、電動機側インバータ３３の出力周波数Ｐ１ｆを、Ｐ１ｆ＜２Ｍｆになるように調整する。
【０１２２】
続いて、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより大きい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを減少させ、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように電動機側インバータ３３を制御する（ステップ＃１０２、＃１０３、＃１０５、＃１０６）。他方で、電圧計測点４０にて検出される直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔより小さい場合は、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖが回生電力の上限指令値Ｐ１ｒｅｖｍａｘより小さいか否かが判定される（ステップ＃１０８）。
【０１２３】
Ｐ１ｒｅｖ≧Ｐ１ｒｅｖｍａｘであって発電手段Ｇの発電能力に余力が無い場合、エンジン回転数Ｅｆを上昇させる（ステップ＃１０９）。従って、発電手段Ｇに発電余力が生じ、回生電力の上限指令値Ｐ１ｒｅｖｍａｘが増大される。そして、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増大させ、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように電動機側インバータ３３を制御する（ステップ＃１０４）。また、ステップ＃１０８においてＰ１ｒｅｖ＜Ｐ１ｒｅｖｍａｘであって発電手段Ｇの発電能力に余力がある場合には、電動機側インバータ３３の回生電力Ｐ１ｒｅｖを増大させ、直流部電圧Ｖｄｃが直流部設定電圧Ｖｄｃｓｅｔになるように電動機側インバータ３３を制御する（ステップ＃１０４）。
終了指令があると（ステップ＃１０７）、図４に示すメインのフローに戻って、運転を終了する。
【０１２４】
尚、ガスエンジン２の回転軸と圧縮機１の回転軸とはベルト３１にて伝導連結されているため、ガスエンジン２の回転数の上昇に伴って圧縮機１も過運転される可能性があるのだが、圧縮機１の回転軸側にクラッチを設けておけば、圧縮機１に発生し得る上記問題を回避することが出来る。
【０１２５】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（１） 上記の第１及び第２の各実施形態において、メインコントローラ１４の制御構成として、発電能力に余裕があるときには、発電手段Ｇの出力電力と発電機駆動補機Ｓｇの消費電力とを比較して、出力電力が発電機駆動補機Ｓｇの消費電力の大部分に相当する電力となるように発電手段Ｇを制御する構成に代えて、発電手段Ｇの出力電力と発電機駆動補機Ｓｇの消費電力とを比較して、出力電力が発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に等しくなるように発電手段Ｇを制御する構成を採用しても良い。
【０１２６】
（２） 上記の各実施形態においては、メインコントローラ１４を、発電機駆動補機Ｓｇにおける消費電力に応じて、発電手段Ｇの出力電力を調整するように構成する場合について例示したが、これに代えて、メインコントローラ１４を、発電手段Ｇの出力電力を設定値に調整するように構成しても良い。この場合は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して、発電手段Ｇの出力電力が不足する場合は、その不足分が外部商用電源２６から発電機駆動補機Ｓｇに供給されることになる。 又、この場合は、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して発電手段Ｇの出力電力が多くなる分を蓄電する蓄電部を設けるのが好ましい。
この場合、発電機駆動補機Ｓｇの消費電力に対して発電手段Ｇの出力電力が不足するときは、その不足分を蓄電部から供給するように構成しても良い。
【０１２７】
（３） 上記の各実施形態においては、図３に例示するようにサイリスタなどの整流機能と電圧調整機能とを併せ持った整流素子を用いて整流手段３２を構成することで、商用電源からの交流電力を整流するだけでなく、サイリスタの位相制御角をコントローラ１４によって制御して、整流手段３２からの直流出力電圧を調整しているが、他の構成例として図１５に例示するようにダイオードを用いた構成例もある。但し、この場合は整流手段３２’からの直流出力電圧の大きさは調整できなくなる。
【０１２８】
（４） 発電手段Ｇの発電電力を調整したり、誘導電動機３０の力行運転での出力を調整したりするために、誘導電動機３０の回転速度Ｍｆに応じて電動機側インバータ３３の電動機側出力周波数Ｐ１ｆを調整して誘導電動機３０を制御するための制御方式としては、周知の種々の方式を適用することが可能である。
上記の各実施形態のように、誘導電動機３０の回転速度Ｍｆを検出する電動機回転速度センサ３８ｇを設けてベクトル制御又はＶ／Ｆ制御を適用する他に、例えば、周知のセンサレスベクトル制御を適用することができる。センサレスベクトル制御を適用すると、上記の各実施形態の如き誘導電動機３０の回転速度Ｍｆを検出するための電動機回転速度センサ３８ｇを設けることなく、誘導電動機３０を制御することが可能となるので、コスト面で有利となる。
尚、ベクトル制御又はＶ／Ｆ制御を適用する場合において、エンジン回転速度センサ３８ｅにて検出されるガスエンジン２の回転速度、及び、ガスエンジン２と誘導電動機３０とのプーリー比から、誘導電動機３０の回転速度Ｍｆを求めて、そのように求めた誘導電動機３０の回転速度Ｍｆを用いるように構成することにより、ベクトル制御又はＶ／Ｆ制御を適用する場合においても、電動機速度センサ３８ｇを省略することが可能になる。
【０１２９】
（５） 上記の各実施形態においては、誘導電動機３０をガスエンジン２のスタータに兼用するように構成する場合について例示したが、外部商用電源２６にて駆動される専用のスタータを設けても良い。
【０１３０】
（６） 発電手段Ｇから電力を供給する電動式の補機の具体例としては、上記の各実施形態において例示したものに限定されるものではなく、上記の各実施形態において例示したものから一部を除いたり、あるいは、四方弁６、三方弁１１、開閉弁２２及び比例弁２３等のうちの一部又は全部を加えても良い。
【０１３１】
（７） 上述の実施形態では発電機駆動補機Ｓｇに電力を供給することを目的として発電手段Ｇを発電機能させるという運転制御について説明したが、電圧計測点４０において計測されるバッテリの電圧が所定値以下になった場合に、バッテリに蓄電することを目的として発電手段Ｇを発電機能させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１ないし第６の各実施形態に係るヒートポンプ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１及び第２の各実施形態に係るヒートポンプ装置の給電部を示すブロック図である。
【図３】第１ないし第４の各実施形態に係るヒートポンプ装置の発電手段及び整流手段の回路構成を示す図である。
【図４】第１ないし第６の各実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートを示す図である。
【図５】第１実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートを示す図である。
【図６】第１実施形態に係るヒートポンプ装置のランニングコストメリットを説明する図である。
【図７】第２実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートを示す図である。
【図８】第３及び第４の各実施形態に係るヒートポンプ装置の給電部を示すブロック図である。
【図９】第３実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートを示す図である。
【図１０】第４実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートを示す図である。
【図１１】第５及び第６の各実施形態に係るヒートポンプ装置の給電部を示す機能ブロック図である。
【図１２】第５及び第６の各実施形態に係る発電手段の回路構成を示す図である。
【図１３】第５の各実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートである。
【図１４】第６の各実施形態に係るヒートポンプ装置の制御動作のフローチャートである。
【図１５】第５及び第６の各実施形態に係るヒートポンプ装置の発電手段及び整流手段の別の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ ガスエンジン
１４ 運転制御手段
２６ 外部商用電源
３０ 誘導電動機
３２ 整流手段
３３ 電動機側インバータ
Ｇ 発電手段
ＨＰ ヒートポンプ
Ｓｇ 発電機駆動補機（直流電動式の補機）

Claims (9)

1. ヒートポンプにおける圧縮機がエンジンにて駆動されるヒートポンプ装置であって、
   前記エンジンにて駆動される誘導電動機と、その誘導電動機の発電のために励磁用交流電圧を出力する電動機側インバータとを備える発電手段が設けられ、
   運転を制御する運転制御手段が、前記電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数を前記誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調整制御する状態で、前記エンジンにて前記誘導電動機を前記圧縮機と同時に駆動し、且つ前記ヒートポンプにおける直流電動式の補機に、前記発電手段から出力される直流電力を前記補機の消費電力に応じて調整して供給し、
   外部商用電源からの交流電力を整流する整流手段が、前記補機の消費電力のうち前記発電手段の出力電力を超える超過分を前記外部商用電源にて補うように、整流した直流電力を前記発電手段にて発電された直流電力に加えるように構成されているヒートポンプ装置。
2. 前記運転制御手段は、前記補機の消費電力に応じた前記発電手段の出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、前記発電手段の直流出力電圧を前記整流手段にて整流された後の前記外部商用電源の直流入力電圧よりも高くし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、前記発電手段の直流出力電圧が低下することを許容する形態で、前記発電手段を制御するように構成されている請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記運転制御手段は、前記補機の消費電力に応じた前記発電手段の出力電力の調整として、発電能力に余裕があるときには、前記発電手段の出力電力と前記補機の消費電力とを比較して、前記出力電力が前記補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力となるようにし、且つ、発電能力に余裕が無いときには、出力電力が前記補機の消費電力の全て又は大部分に相当する電力よりも低下することを許容する形態で、前記発電手段を制御するように構成されている請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記運転制御手段は、運転開始指令に基づいて、前記誘導電動機を前記外部商用電源にて力行運転させて前記エンジンを始動させるように構成されている請求項１から請求項３の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記運転制御手段は、運転開始指令に基づいて、先ず、前記補機に対して前記外部商用電源から電力を漸増させる状態で給電して前記補機の運転を開始し、続いて、前記誘導電動機を前記外部商用電源にて力行運転させて前記エンジンを始動させるように構成されている請求項４に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記運転制御手段は、発電能力に余裕が無いときには、発電可能な能力に合わせて前記発電手段の発電出力を調整し、且つ、その調整により発電出力が零又はそれに近くなった状態において前記エンジンの出力に余裕が無いときには、前記誘導電動機を前記外部商用電源にて力行運転させるように前記発電手段を制御するように構成されている請求項１から請求項５の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
7. 前記整流手段が、外部商用電源からの電力を整流した後の直流出力電圧を調整する電圧調整機能を有する請求項１から請求項６の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
8. ヒートポンプにおける圧縮機がエンジンにて駆動されるヒートポンプ装置であって、
   前記エンジンにて駆動される誘導電動機とその誘導電動機の発電のために励磁用交流電圧を出力する電動機側インバータとを備える発電手段と、
   運転を制御する運転制御手段が、前記電動機側インバータが出力する励磁用交流電圧の周波数を前記誘導電動機を発電機能させることが可能な周波数に調節制御する状態で、前記エンジンにて前記誘導電動機を前記圧縮機と同時に駆動し且つ前記発電手段にて発電された直流電力を、その直流出力電圧が設定電圧になるように制御して、前記ヒートポンプにおける直流電動式の補機に供給するように運転を制御するように構成されているヒートポンプ装置。
9. 前記直流出力電圧が前記設定電圧に満たない場合、前記運転制御手段が前記エンジンの回転速度を増大させるように運転を制御する請求項８に記載のヒートポンプ装置。

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