JP5027543B2 - Air conditioning system - Google Patents
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本発明は、原動機を用いて圧縮機と発電機とを駆動するヒートポンプ式の空気調和システムに関するものである。 The present invention relates to a heat pump type air conditioning system that uses a prime mover to drive a compressor and a generator.
従来から、ヒートポンプ式の空気調和システムにおいて、気体燃料や液体燃料を用いる原動機を室外機に備え、原動機により圧縮機を駆動するとともに発電機を駆動し、空気調和機の室外機や室内機において必要な電力を発電機から供給することが考えられている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a heat pump type air conditioning system, the outdoor unit is equipped with a prime mover that uses gaseous or liquid fuel, and the prime mover drives the compressor and the generator, which is necessary for the outdoor unit and indoor unit of the air conditioner. It is considered to supply various electric power from a generator (see, for example, Patent Document 1).
また、特許文献1には、複数台の室外機で共用するバッテリーステーションを設け、発電機の余剰電力などでバッテリーステーションに設けたバッテリを充電し、バッテリの電力を原動機の起動などに用いることが記載されている。また、バッテリの充電に発電機の余剰電力を用いる技術が開示されている。
ところで、特許文献1に記載された室外機は、原動機とモータとの両方で圧縮機を駆動するハイブリッド型であり、またバッテリの電力が不足していれば商用電源からも電力供給を受けることが可能になっている。したがって、バッテリの残容量にかかわりなく原動機の起動が可能になっていると考えられる。 By the way, the outdoor unit described in Patent Document 1 is a hybrid type in which a compressor is driven by both a prime mover and a motor, and can receive power supply from a commercial power source if battery power is insufficient. It is possible. Therefore, it is considered that the prime mover can be activated regardless of the remaining capacity of the battery.
しかしながら、ハイブリッド型ではなく商用電源からの電力も供給されていない場合には、バッテリの残容量が低下すると原動機を起動することすらできなくなるという問題が生じる。 However, when the power is not supplied from a commercial power source and is not a hybrid type, there arises a problem that even if the remaining capacity of the battery decreases, it becomes impossible to even start the prime mover.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、商用電源から受電しなくとも室外機の原動機の起動を保証できる空気調和システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide an air conditioning system that can guarantee the start-up of a motor of an outdoor unit without receiving power from a commercial power source.
請求項1の発明は、気体燃料または液体燃料を用いる原動機により駆動される圧縮機および発電機を備える複数台の室外機と、圧縮機とともにヒートポンプを構成する室内機と、室外機に設けた発電機で生成される電力により充電され原動機の起動に用いる電力を供給する蓄電装置とを備え、各室外機は、原動機と圧縮機との間に連結と分離とが選択されるクラッチと、発電機とともに電力供給手段を構成するインバータから室外機ごとに独立して室内機に電力を供給する状態とインバータを並列接続して室内機に電力を供給する状態とを選択する開閉器と、他の室外機との間で通信を行うことによりクラッチおよび開閉器を制御する制御装置とを備え、蓄電装置は、残容量を監視する容量監視部と、蓄電装置の残容量が規定の閾値以下になったことを容量監視部が検出しかつ停止中の室外機が存在するときに停止中の室外機に運転を要求するとともに、クラッチによる分離を選択して原動機により発電機のみを単独で運転するように制御装置に指示する充電指示部とを備え、充電指示部は、室外機を並列接続する際に停止中の室外機が存在する場合は停止中の室外機の制御装置に対してクラッチによる分離を選択して発電機のみを単独で運転するように指示し、当該制御装置は発電機を駆動し所要の電圧が得られるようになった時点でインバータが並列接続されるように開閉器を制御することを特徴とする。 The invention of claim 1 includes a plurality of outdoor units including a compressor and a generator driven by a prime mover using gaseous fuel or liquid fuel, an indoor unit constituting a heat pump together with the compressor, and power generation provided in the outdoor unit Each of the outdoor units includes a clutch that is selected to be connected or disconnected between the prime mover and the compressor, and a generator. And a switch for selecting a state in which power is supplied to the indoor unit independently from each inverter that constitutes the power supply means and a state in which power is supplied to the indoor unit by connecting the inverter in parallel, and other outdoor units And a control device that controls the clutch and the switch by performing communication with the machine, the power storage device includes a capacity monitoring unit that monitors the remaining capacity, and the remaining capacity of the power storage device is equal to or less than a specified threshold value. When the capacity monitoring unit detects that there is a stopped outdoor unit, it requests the stopped outdoor unit to operate, and selects the separation by the clutch to operate only the generator by the prime mover. A charge instructing unit for instructing the control device, and when there is an outdoor unit that is stopped when the outdoor unit is connected in parallel, the charge instructing unit separates the control unit of the stopped outdoor unit by a clutch. the select Instruct to operate only the generator alone switches as those control devices inverters are connected in parallel as they become so required voltage to drive the generator is obtained It is characterized by controlling.
請求項1の発明の構成によれば、蓄電装置を設けて室外機の運転中に発電機で生成される電力の一部を用いて蓄電装置を充電し、蓄電装置の電力を用いて原動機を起動させることができる。しかも、蓄電装置の残容量を監視し、規定の閾値以下になると、停止中の室外機を発電専用で運転することによって蓄電装置の充電を行うから、室外機の運転中の余剰電力を用いて充電する場合に比較すると、蓄電装置を充電する電力の確保が容易である上に、残容量を監視して充電しているから、残容量の低下により原動機が起動できなくなるという問題の発生を回避することができる。さらに、室外機を並列接続して室内機に電力を供給することが可能であり、並列接続を行う室外機が停止している場合は、発電機のみを単独で運転するとともに、発電機の起動から所要の電圧が得られるようになった時点で開閉器を制御して室外機を並列接続するから、該当する室外機は圧縮機が停止された状態で発電機のみが運転されることになり、結果的に比較的大きな電力を供給することが可能になる上に、並列接続が開始された時点で電圧が不安定になるのを防止できる。 According to the configuration of the invention of claim 1, the power storage device is provided to charge the power storage device using a part of the power generated by the generator during the operation of the outdoor unit, and the prime mover is configured using the power of the power storage device. Can be activated. In addition, the remaining capacity of the power storage device is monitored, and when it falls below a specified threshold, the power storage device is charged by operating the stopped outdoor unit exclusively for power generation, so surplus power during operation of the outdoor unit is used. Compared to charging, it is easier to secure the power to charge the power storage device, and the remaining capacity is monitored and charged, so the problem that the prime mover cannot start due to a decrease in remaining capacity is avoided. can do. Furthermore, it is possible to connect the outdoor units in parallel to supply power to the indoor units. When the outdoor units that are connected in parallel are stopped, only the generator is operated independently and the generator is started. When the required voltage is obtained, the switch is controlled and the outdoor units are connected in parallel, so that only the generator is operated with the compressor stopped in the relevant outdoor unit. As a result, it is possible to supply a relatively large amount of power, and it is possible to prevent the voltage from becoming unstable when the parallel connection is started.
本実施形態は、図1に示すように、室外機1に複数台の室内機2を対応付けた空気調和システムであって、室外機1に設けた圧縮機11を駆動する原動機10には、ガスエンジンを用いている。室内機2は、個別に運転条件(冷暖モード、風量、目標温度)を設定することができ、また室内からの吸気の吸込温度を検出する温度センサ(図示せず)を備えている。
As shown in FIG. 1, the present embodiment is an air conditioning system in which a plurality of
原動機10としては、ガスエンジンのように気体燃料を用いる原動機のほか、液体燃料を用いる原動機を用いることも可能である。また、図示例では商用電源ACから電力が供給されているが、商用電源ACに接続することは必須ではない。
As the
原動機10は、回転出力により圧縮機11と発電機12とを駆動する。ただし、図2に示すように、原動機10は圧縮機11と発電機12との間にそれぞれクラッチ13a,13bを備える。クラッチ13a,13bは原動機10に対して圧縮機11と発電機12との連結と分離とを選択することができ、クラッチ13a,13bによる結合と分離とは制御装置(制御手段)3により制御される。なお、図2に示す構成例は、原動機10の出力軸の回転力を圧縮機11に伝達するにあたり、プーリ14a,14bとベルト14cとを用いて変速機15に伝達し、変速機15の回転出力を圧縮機11に結合したクラッチ13aに伝達している。また、発電機12には原動機10の出力軸の回転力がクラッチ13bを介して伝達されているが、クラッチ13bは必須ではない。
The
圧縮機11は室内機2とともにヒートポンプを構成し、圧縮機11と室内機2との間で冷媒の流れを制御することにより室内機2を冷暖房に用いることを可能にしている。また、上述のように各室内機2では、運転条件を個別に設定するから、各室内機2の運転条件に応じて冷媒の流れを制御する。ただし、冷暖房の制御については本発明の要旨ではないので詳述しない。
The
発電機12は交流発電機であって、発電機12により生成された交流電力は、コンバータ21に入力されて整流されるとともにスイッチング電源などを用いて直流電力に変換される。さらに、コンバータ21の出力はインバータ22により交流電力に変換され、インバータ22から電力線L1を通して各室内機2に交流電力が供給される。すなわち、発電機12とコンバータ21とインバータ22とは、室内機2に電力を供給する電力供給手段20を構成する。本実施形態では、上述したように、原動機10と圧縮機11との間に変速機15を設けているから、変速機15による調節範囲内では室内機2の熱負荷によらず発電機1を最大の発電能力で用いることが可能になっている。
The
室内機2では、電力線L1を通して供給された電力を用いて送風ファンなどを駆動する。室外機1と室内機2との間では通信を可能にしてあり、室外機1に設けた制御装置3では、通信により室内機2から獲得した各室内機2の運転条件(冷暖モード、風速、設定温度)に応じて室内機2を運転させる。
In the
室外機1と室内機2との通信には、図1に示す構成例のように電力線L1とは別の通信線L2を設けるか、あるいは電力線L1を通信線として兼用し高周波の通信信号を重畳して伝送する。室外機1の制御装置3と室内機2とには、それぞれ通信回路(図示せず)が設けられ、通信線L2あるいは電力線L1を通して通信する。また、室外機1も複数台を設けてあり、室外機1の間では制御装置3に設けた通信回路(図示せず)の間で別の通信線L3を介して通信が可能になっている。図示例は一例であって室外機1と室内機2との間および複数の室外機1の間で通信を可能にする通信手段であればどのような構成を採用してもよい。
For communication between the outdoor unit 1 and the
ところで、発電機12により生成されコンバータ21に入力された電力の一部は、室外機1とは別に設けた蓄電装置4の充電にも用いられる。蓄電装置4は、原動機10を起動するスタータ10aに電力を供給するために設けられている。室外機1から蓄電装置4に供給される電力は、実際には蓄電装置4に設けた二次電池41に充電される。用いる二次電池41は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、NAS電池などから選択して用いることができる。
By the way, a part of the electric power generated by the
蓄電装置4において、二次電池41は室外機1の運転中に余剰電力があれば充電されるが、その電力では蓄電装置4の充電に不足を生じる場合がある。また、室外機1の運転を数ヶ月程度の長期間に亘って停止させていると、二次電池41の残容量が自然放電によって低下し、原動機10の起動のためにスタータ10aに供給する電力に不足を生じることがある。
In the
そこで、本実施形態の蓄電装置4では、二次電池41の端子電圧を監視することにより残容量を検出する容量監視部42と、室外機1との間で通信線L3を用いて通信する充電指示部43とを設けてある。充電指示部43は、二次電池41の残容量が規定の閾値以下になったことを容量監視部42が検出すると、停止中の室外機1が存在するか否かを探索する。通常状態では、複数台の室外機1のうちの少なくとも1台は停止しているから、充電指示部43では停止中の室外機1に対して二次電池41の充電を要求する。充電の要求にあたっては、クラッチ13aによる圧縮機11の分離を指示する。
Therefore, in the
この要求を受け取った室外機1の制御装置3では、クラッチ13aを制御して圧縮機11を原動機10から分離した後、原動機10の運転を開始する。クラッチ13bは原動機10に発電機12を連結しているから、当該室外機1では、原動機10の運転により発電機12による発電のみが行われることになる。つまり、この室外機1では発電機12のみを単独で運転することができ、比較的大きな電力を供給することが可能になる。
The
蓄電装置4には、二次電池41の電力を交流電力に変換するインバータ44を設けてもよい(必須ではない)。インバータ44を設ける場合には、室外機1に内蔵したインバータ22と連系させるのが望ましい。なお、蓄電装置4には太陽光発電装置や風力発電装置のような分散電源からの電力を受けて二次電池41を充電する機能を予備的に設け、原動機10を二次電池41で万一起動できなくなる場合に備えてもよい。また、インバータ44を設けているから、二次電池41から取り出す電力を原動機10の起動にのみ用いるのではなく、インバータ44の出力を適宜の負荷に供給することも可能である。
The
ところで、室外機1では、インバータ22の出力経路が3分岐されており、分岐した1つの経路は上述のように室内機2に電力を供給するが、他の2経路のうちの一方は連系用の開閉器(たとえば、電磁接触器)24を介して連系端子T1に至り、他方は連系端子T2に至る。室外機1を複数台用いるときには、各2台の室外機1のうちの一方の連系端子T1を他方の連系端子T2に連系線L4を介して接続する。なお、1台の室外機1の連系端子T1には他の1台の連系端子T2を接続するように制限するのが望ましい。
By the way, in the outdoor unit 1, the output path of the
この接続関係では、開閉器24がオンになると隣接する室外機1のインバータ22が並列接続されるから、一方の室外機1において室内機2への供給電力に不足が生じるときに、他方の室外機1において供給電力に余剰があれば、余剰分を利用して室外機1に供給することが可能になる。
In this connection relationship, when the
ところで、いずれかの室外機1の運転中に、当該室外機1によって供給可能な電力よりも、室内機2で消費する合計の電力のほうが大きくなったとする。ここで、他の室外機1の発電能力に余裕があるとき(他の室外機1が運転しているときだけではなく、他の室外機1が停止しているときを含む)、開閉器24をオンにして発電能力に余裕のある室外機1と連系させる。このとき、通信によりインバータ22を同期運転させる。この動作によって、室外機1の間で電力を補い合うことが可能になる。
By the way, it is assumed that the total power consumed by the
さらに、他の室外機1が停止している場合には、当該室外機1に対応する室内機2は運転していないから、圧縮機11を動作させる必要がない。そこで、停止している室外機1から余剰電力の供給を受ける場合には、停止していた室外機1において原動機10と圧縮機11との間のクラッチ13aに制御装置3から指示を与えて圧縮機11を分離する。つまり、この室外機1では発電機12のみを単独で運転することができ、比較的大きな電力を供給することが可能になる。
Furthermore, when the other outdoor unit 1 is stopped, the
なお、実際には、発電機12のみを単独で運転する場合に、起動から所要の電圧が得られるようになるまでに時間遅れが生じるから、電力の不足する室外機1から他の室外機1に発電機12の単独運転が要求されたときには、まず原動機10を起動して発電機12を駆動し、所要の電圧が得られるようになった時点で、発電機12の単独運転を行っている室外機1から電力の不足する室外機1に出力可能を通知して開閉器24をオンにさせる。この動作によって、開閉器24がオンになった時点で電圧が不安定になることを防止できる。
Actually, when only the
本実施形態では、室外機1とは別に複数台の室外機1で共用する蓄電装置4を設け、蓄電装置4から供給される電力により各室外機1の原動機10を起動する場合について説明したが、1台の室外機1にのみ上述の構成の蓄電装置4を設けるようにしてもよい。いずれの場合も、すべての室外機1に蓄電装置4を設ける場合に比較すると、蓄電装置4を集約して設けることによって、コストの低減につながる。
In the present embodiment, a case has been described in which the
なお、室外機1同士、室外機1と蓄電装置4、室外機1と室内機2の間の通信に用いる通信路については、有線と無線とのいずれでもよい。ただし、室外機1同士の通信の際の通信路には無線を用いることができるが、室外機1と室内機2との通信の際の通信路は通信の信頼性の点から通信線L2のように有線が望ましい。また、室外機1と室内機2との通信路には、電力供給手段20から室内機2に電力を供給する線路を兼用して高周波の通信信号を重畳することが可能であるが、複数台の室外機1の間で有線で通信する場合は、電力供給手段20を連系させる経路とは別の通信線L3を設ける必要がある。
Note that the communication path used for communication between the outdoor units 1, the outdoor unit 1 and the
1 室外機
2 室内機
3 制御装置(制御手段)
4 蓄電装置
10 原動機
11 圧縮機
12 発電機
13a,13b クラッチ
41 維持電池
42 容量監視部
43 充電指示部
L1 電力線
L2 通信線
L3 通信線
L4 連系線
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4
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