JPH0526534A - 発電型空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス・エネルギなどを熱源とする空調機を、
発電装置部とそれが附勢する電気式の区分空調装置部と
に分割その間を電気的に接続し、それぞれ独立に設計で
きる構成とした。それによりガスエンジンヒートポンプ
の場合に見られるエンジンの特性と冷凍サイクルの特性
との相互干渉により発生する機器設計の煩雑さを除去す
ると共に、機器の設置施工と保守を簡略化したものであ
り、また、区分空調装置を電気で附勢するため、負荷の
連続調整範囲が広く、かつ、個別制御性が良いため、そ
の結果として各空調領域ともそれぞれ快適な空調を実現
できるものであり、さらに、発電装置廃熱を湯として利
用すれば燃料エネルギの高効率使用となる空調機器を提
供する。 【構成】 発電装置と前記発電装置の出力により附勢さ
れる１ないしは複数の区分空調装置とよりなり、前記区
分空調装置の作動開始信号により前記発電機を作動させ
るとともに、前記区分空調装置の停止信号により前記発
電装置の運転を停止させる制御器を備えた構成としたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスを熱源とする空調
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、社会におけるエネルギ 使用量の
増大とともに、その抑制とエネルギの有効利用が求めら
れている。また、エネルギの種類の面では、発電所の新
設難から電気エネルギからガスエネルギへの代替が求め
られている。

【０００３】従来、空調用のガス熱源による空調機とし
てはガスエンジンヒートポンプや吸収式冷凍器などが知
られている。このガスエンジンヒートポンプは冷暖房の
主たるエネルギとしてはガスを、また補機であるポン
プ、送風、制御などへのエネルギは電気を使用するもの
である。

【０００４】ガスエンジンヒートポンプのブロック構成
を図４に示す。以下、その構成について同図を参照しな
がら説明する。ガスエンジンヒートポンプ１０１はエン
ジン１０２とそれにより駆動される圧縮機１０３、凝縮
器１０４、膨張弁１０５、蒸発器１０６とそれらを順次
結ぶ配管よりなる冷媒系１０７で構成している。すなわ
ち、ガスエンジンヒートポンプとは、一般の空調機の冷
媒系の駆動源である電動機をガスエンジンに置き換えた
ものである。

【０００５】上記構成において、エンジン１０２が回転
するとそれと軸が連結した圧縮機１０３が作動する。圧
縮機１０３の作用により冷媒系１０７中の冷媒ガスが圧
縮され高温度のガスとなり凝縮器１０４に送られる。空
調機が冷房動作中の場合、凝縮器１０４で冷媒はファン
により外気に熱を奪われ液化する。液化した冷媒は膨張
弁１０５を通過する際、低温の気体となる。この低温の
気体は蒸発器１０６の熱交換作用で室内循環空気の熱を
奪い室内を冷却する。冷媒自体はその分温度が上昇す
る。この冷媒ガスは再び圧縮機１０３により圧縮され再
び冷媒系を循環し冷房動作を継続することになる。

【０００６】また、暖房運転の際は四方弁などにより凝
縮器１０４と蒸発器１０６の熱交換器の役割をとりかえ
て運転する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のガス
エンジンヒートポンプ１０１では、エンジン１０２を使
用することから電気式ヒートポンプに比べて設備費がか
さむとされている。また、冷媒系とエンジンとが一体で
あることから保守が煩雑で、かつ、万一、故障が発生し
た際には、その原因の発見とその対応に手間取る場合が
あるとされている。

【０００８】ガスエンジンヒートポンプ１０１はエンジ
ン１０２を使用することから比較的大能力の空調機とし
て価値が認められる。その場合には、ガスエンジンヒー
トポンプ１０１の室内放熱部は複数台数となることがあ
るが、一方、エンジン部と放熱器部とが冷媒配管で結ば
れているため、建造物への設置、施工に際しては、電気
配線の場合のように簡単ではない。

【０００９】また、ガスエンジンヒートポンプの機器設
計では、電気ヒーポンの冷媒系の諸設計要因とエンジン
の諸設計要因とが互いに影響しあうので実験上、動作の
最適値を見出すのは簡単ではなく、かつ長時間を必要と
される。また、このことから、実使用に際しても常に最
適点で動作させることが困難であると考えられている。

【００１０】ガスエンジンヒートポンプ１０１を設計す
るには、実験設備として、エンジン２の諸特性の測定設
備と共に冷媒系の諸特性の測定装置が必要であり、その
ため製品設計のための設備投資も大なるものである。

【００１１】ガスエンジンヒートポンプの空調能力の連
続調整幅は１から1/3 程度であり、従って、それ以下に
空調能力を絞ることが必要な場合は断続制御となり、空
調における快適感覚は低下する。

【００１２】このようにガスをエネルギ源とするガスエ
ンジンヒートポンプ１は電気式ヒートポンプに比べて設
備費が高い、保守や設置施工が難しい、機器設計が煩雑
で、開発実験のための実験設備もまた高くつく、また、
空調の快適性も十分といえないという課題があった。

【００１３】本発明は上記課題を解決するもので、発電
装置と前記発電装置の出力により附勢される１ないしは
複数の電気式の空調機とよりなり、前記空調機の作動開
始信号により前記発電機を作動させるとともに、前記空
調機の停止信号により前記発電装置の運転を停止させる
制御器を備えた発電型空調装置を構成することにより、
ガス・エネルギを熱源とする空調機を、ガスによる発電
装置部と電気式の空調機部とそれらを一体に制御する制
御部に分割し、それぞれ独立に設計できる構成とし、相
互干渉による機器設計の煩雑さを除去すると共に、機器
の設置施工と保守の簡略化した、負荷の連続調整範囲の
広い快適な空調を実現する機器を提供することを第一の
目的とする。

【００１４】第２の目的は、上記第一の目的を達成する
構成例において、発電装置からの空調機への給電を発電
装置側に設置した電力開閉器で制御することにより、複
数の空調機の同時起動を防止するものである。

【００１５】第３の目的は、上記第一の目的を達成する
構成例において、発電装置からの空調機への給電を各空
調機側に設置した電力開閉器で制御することにより、空
調機自体にもともと備えていた電力開閉素子、ないしは
インバータの半導体開閉素子などと共用することにより
構成を簡略化するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の目的を達
成するための第１の手段は発電装置と前記発電装置の出
力により附勢される１ないしは複数の区分空調装置とよ
りなり、前記区分空調装置の作動開始信号により前記発
電機を作動させるとともに、前記区分空調装置の停止信
号により前記発電装置の運転を停止させる制御器を備え
た構成としたものだある。

【００１７】また、第２の目的を達成するための第２の
手段は、区分空調装置の空調機ないしはその近傍に設け
た第１の開閉器と、前記第１の開閉器の信号を入力とし
第２の開閉器と燃料調節器を制御する第１の制御部と前
記第１の制御部の信号によりエンジン始動用電源装置か
らエンジン始動装置への駆動エネルギの供給制御を行う
第２の開閉器、エンジン始動装置およびこのエンジン始
動装置と始動時に機械的に結合するエンジンと前記エン
ジンと機械的に結合し附勢される発電機、この発電機の
信号と前記エンジンの信号とを入力とし少なくも前記燃
料制御装置を制御するとともに前記発電機の出力が所定
値内にあるか否かを判断し電力開閉器を制御する第２の
制御器、前記前記第２の制御器の信号により前記発電機
の出力を前記空調機に順次附勢することを制御する電力
開閉器とを備えた構成としたものである。

【００１８】また、第３の目的を達成するための第３の
手段は、特許請求の範囲請求項２において 前記発電機
の出力を前記空調機に附勢することを制御する電力開閉
器は各空調機毎に備えた構成としたものである。

【００１９】

【作用】本発明は上記した第１の手段の構成により、エ
ンジン部と冷凍サイクル部とを機械的な結合に代えて、
発電機を介した電気的な結合とすることにより両部分間
の相互作用による悪影響を抑制することにより、ガスを
熱源とする空調機の機器設計の煩雑さを除去すると共
に、空調機器の設置施工と保守を簡略化するもので、か
つ、能力調整範囲が広く、設備設計が比較的容易で、冷
暖房感覚の優れた空調機器をを提供することができるも
のである。

【００２０】また、第２の手段の構成による、第２の制
御器により制御される電力開閉器の順次作動により複数
の空調機の同時起動とそれによる機器への悪影響を防止
することができるものである。

【００２１】また、第３の手段の構成により、第２の制
御器により制御される電力開閉器ともともと備えられて
いる空調機の開閉器とを共用化し、また、その回りの電
気回路の構成を簡略化することができるものである。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について、図１を
参照しながら説明する。

【００２３】図に示すように発電型空調装置はガスなど
燃料をエネルギ源とする発電装置１と、それにより電力
線PLを経て附勢される１ないしは複数の区分空調装置
２、２’・・で構成する。各区分空調装置２は第１の開
閉器３と電気式の空調機４で構成する。そして各第１の
開閉器３は並列に接続したもので、どの第１の開閉器３
も信号線PLを経て発電装置１を作動できる構成である。

【００２４】各区分空調装置２はそれぞれ室ないしは空
調ゾーンに設置する。また、発電装置１は建物の屋上な
どに設置し、それらの間を電線で接続してある。

【００２５】上記構成により発電型空調装置の動作を説
明する。どこかの室ないしは空調ゾーンの空調を開始し
たい場合は、その場にある第１の開閉器３を閉じる。こ
の開閉器の状態は信号線SLにより伝達されこれにより発
電装置１が作動し発電を開始し、電線PLを通じて区分空
調装置２の空調機４へ電力の給電を開始する。その結
果、空調機４は作動し、空調を開始することができる。

【００２６】このように本発明の第１実施例の発電型空
調装置によれば、ガス・エネルギを熱源とする空調機
を、ガスによる発電装置部と電気式の空調機部に分割
し、その間を電線PLで接続するので、試験条件を定める
ことにより発電装置１も区分空調装置２もそれぞれ他の
影響を受けないで別個に設計できる。その結果、全体の
機器設計が迅速に、かつ、能力制御幅、効率などの性能
が高度の水準で実現できやすい。また、発電装置１と区
分空調装置２との間を電線でつなぐため、冷媒配管接続
が必要なガスエンジンヒートポンプに比較して機器の設
備設計、設置施工が容易である。また、発電装置部と区
分空調装置部とが電気部で分割できるため、分かりやす
く保守が容易で、万一、故障した場合でもその発見が比
較的容易である。そして、負荷の連続調整範囲の広い高
機能の電気式空調機を使用するため、ガスを熱源とする
空調装置でありながら快適な空調を実現する機器を容易
に提供することができる。また、暖房時には、エンジン
の冷却水を暖房に使用することにより電気式の空調機よ
りも快適な空調機を提供することができる。

【００２７】なお、空調機ないしはその近傍に設けた第
１の開閉器は前記空調機の発停用開閉器と連動させるこ
とにより、システムの協同性を高め操作性と動作の確実
性をを向上させることができる。

【００２８】また、発電装置の冷却水を給湯暖房に使用
しいぇガスエネルギの利用率の向上も可能である。

【００２９】次に、本発明の第２実施例について、図２
を参照しながら説明する。図に示すように発電型空調装
置は発電装置１と、それにより附勢される１ないしは複
数の区分空調装置２、２’・・で構成する。

【００３０】各区分空調装置２は、信号線SLで接続され
ていてその操作により発電装置１を始動させる第１の開
閉器３と、モータとそれにより駆動されるコンプレッサ
及び冷媒回路でなる通常の電気式の空調機とで構成して
おり、発電装置１の対応する電力開閉器１４から電力線
PLを通じて給電される。

【００３１】また、前記発電装置１は第１の開閉器３の
信号をうけて第２の開閉器７を制御する第１の制御部
５、前記第２の開閉器７の作用で一定期間エンジン始動
装置８を附勢する始動用電源装置６、前記エンジン始動
装置８の作動により一定期間回転力を附勢されるエンジ
ン１０、前記エンジン １０により回転力を附勢され電
力を発生する発電機１２、前記発電機１２の出力を区分
空調装置２へ供給制御する電力開閉器１４、前記第１の
制御部５の信号により前記エンジン始動装置８と同時に
作動を開始する燃料制御装置９、前記エンジン１０の冷
却水温度、排気ガス温度、空気温度、空燃比、ＣＯ、Ｃ
Ｏ2、ＮＯxその他の状態信号と発電機１２の電圧信号と
を入力とし冷却水調節装置１１と燃料制御装置９とを制
御するとともに、複数の電力開閉器１４を予め定めてあ
る順番に従って順次制御する第２の制御器１３で構成す
る。

【００３２】また、図においてＷはエンジン１０の冷却
水の、Ｆは燃料の供給を示し、ＨＷエンジン１０の冷却
水を温水として出力することを示す。

【００３３】上記構成により発電型空調装置の動作を説
明する。どこかの室ないしは空調ゾーンの空調を開始し
たい場合は、その場にある第１の開閉器３を閉じる。こ
の開閉器の状態は信号線SLにより伝達されこれにより発
電装置１が作動し発電を開始し、電線PLを通じて区分空
調装置２の空調機４へ電力の給電を開始する。その結
果、空調機４は作動し、空調を開始することができる。
また、複数の室ないしは空調ゾーンで、同時に第１の開
閉器３を操作し運転を開始しようとする場合には、発電
装置１出力の余裕の状態や、区分空調装置２の突入電流
など負荷の状態に対応して、発電装置１の出力の余裕の
範囲で１ないしは複数の電力開閉器１４を順次投入す
る。

【００３４】このように本発明の第２実施例の発電型空
調装置によれば、複数の電力開閉器１４を順次閉じるこ
とにより負荷である空調機が同時一斉起動する時に発生
する突入電流による過負荷の悪影響を回避することがで
きる。また、ガス・エネルギを熱源とする空調機を、ガ
スによる発電装置部と電気式の空調機部に分割し、その
間を電気で接続するので、発電装置１も区分空調装置２
もそれぞれ他の影響を受けないで個別に独立に設計でき
る。その結果、全体の機器設計が迅速に、かつ、能力制
御幅、効率などの性能が高度の水準で実現できやすい。
また、発電装置１と区分空調装置２との間を電線でつな
ぐため、冷媒配管接続が必要なガスエンジンヒートポン
プに比較して機器の設備設計、設置施工が容易である。
また、発電装置部と区分空調装置部とが電気部で分割で
きるため、分かりやすく保守が容易で、万一、故障した
場合でもその発見が比較的容易である。そして、負荷の
連続調整範囲の広い高機能の電気式空調機を使用するた
め、ガスを熱源とする空調装置でありながら快適な空調
を実現する機器を提供することができる。また、暖房時
には、エンジンの冷却水を暖房に使用することにより電
気式の空調機よりも快適な空調機を提供することができ
る。

【００３５】なお、ここでは第１の制御部５と第２の制
御器１３とは別個のものの様に説明したが実際の構成は
一体化したものである。

【００３６】つぎに、本発明の第３実施例について、図
３を参照しながら説明する。図に示すように発電型空調
装置は発電装置１と、それにより電力線PLを介して附勢
される１ないしは複数の区分空調装置２で構成する。

【００３７】各区分空調装置２は、信号線SL1を介して
発電装置１とつながる第１の開閉器３と、モータとそれ
により駆動されるコンプレッサ及び冷媒回路でなる通常
の電気式の空調機と、信号線SL2を介して第２の制御器
１３と接続しその信号で制御される電力開閉器１４で構
成する。

【００３８】また、前記発電装置１は第１の開閉器３の
信号をうけて第２の開閉器７を制御する第１の制御部
５、前記第２の開閉器７の作用で一定期間エンジン始動
装置８を附勢する始動用電源装置６、前記エンジン始動
装置８の作動により一定期間回転力を附勢されるエンジ
ン１０、前記エンジン １０により回転力を附勢され電
力を発生する発電機１２、前記第１の制御部５の信号に
より前記エンジン始動装置８と同時に作動を開始する燃
料制御装置９、前記エンジン１０の状態信号と発電機１
２の電圧信号とを入力とし冷却水調節装置１１と燃料制
御装置９とを制御するとともに、各区分空調装置２内に
在る受電のための電力開閉器１４を予め定めてある順番
に従って順次制御する第２の制御器１３で構成する。

【００３９】上記構成により、 電力開閉器１４を区分
空調装置２の中に配置することにより、もともと空調機
に必要であった開閉器と同時起動防止の電力開閉器１４
とを共用することができて構成を簡略化できる。さら
に、空調機４がインバータ形の場合は半導体開閉素子で
なるインバータを第２の制御器１３の信号で発停制御す
ることにより電力開閉器１４の動作と共用できるので、
さらに構成の簡素化することができる。

【００４０】なお、電力開閉器１４は各区分空調装置２
に設置する以外に発電装置１にも設置し、ランプ点滅に
よる動作確認、その他安全保持、状態監視などに用いる
ことができる。

【００４１】このように本発明の第３実施例の発電型空
調装置によれば、悪影響を受けがちな空調機４の同時起
動の発生を避けなると同時に、比較的高価な電力開閉器
１４まわりの構成を簡素化できる。

【００４２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によればガスによる発電装置部と電気式の空調機部
と、それぞれ独立に設計できる構成とし、それらの相互
干渉による機器設計の煩雑さを除去すると共に、機器の
設置施工と保守を簡略化した、しかも、負荷の連続調整
範囲の広い快適な空調を実現するガス・エネルギを熱源
とする発電型空調機を提供できるる。

【００４３】また、発電装置からの空調機への給電を発
電装置側に設置した電力開閉器で順次制御することによ
り、複数の空調機の同時起動を簡単にしかも確実に防止
できる効果のあるガス・エネルギを熱源とする発電型空
調機を提供できるさらに、上記第一の目的を達成する構
成例において、発電装置からの空調機への給電を各空調
機側に設置した電力開閉器で制御することにより、空調
機自体にもともと備えていた電力開閉素子、ないしはイ
ンバータの半導体開閉素子などと共用することにより構
成を簡略化する効果のあるガス・エネルギを熱源とする
発電型空調機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のガス・エネルギを熱源と
する発電型空調装置のブロック図である。

【図２】同第２実施例のガス・エネルギを熱源とする発
電型空調装置のブロック図である。

【図３】同第３実施例のガス・エネルギを熱源とする発
電型空調装置のブロック図である。

【図４】従来のガス・エネルギを熱源とするガスエンジ
ンヒートポンプのブロック図である。

【符号の説明】

１ 発電装置 ２ 区分空調装置 ３ 第１の開閉器 ４ 空調機 ５ 第１の制御部 ６ 始動用電源装置 ７ 第２の開 ８ エンジン始動装置 ９ 燃料制御装置 １０ エンジン １１ 水量調節器 １２ 発電機 １３ 第２の制御器 １４ 電力開閉器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】区分空調装置２を附勢する発電装置と、作
   動開始信号により発電機装置を作動させるとともに停止
   信号により前記発電装置の運転を停止させる第の開閉器
   と空調機とを備えた区分空調装置２とからなる発電型空
   調装置。
2. 【請求項２】空調機と第１の開閉器とで構成した各区分
   空調装置と、前記区分空調装置に設けた第１の開閉器の
   信号を入力とし第２の開閉器と燃料調節器を制御する第
   １の制御部と前記第１の制御部の信号によりエンジン始
   動用電源装置からエンジン始動装置への駆動エネルギの
   供給制御を行う第２の開閉器と、前記エンジン始動装置
   およびこのエンジン始動装置と始動時に機械的に結合す
   るエンジンと前記エンジンと機械的に結合し附勢される
   発電機と、この発電機の状態信号と前記エンジンの状態
   信号とを入力とし少なくとも前記燃料制御装置を制御す
   るとともに前記発電機の出力が所定値内にあるか否かを
   判断し、１ないしは複数の電力開閉器を制御する第２の
   制御器と、前記前記第２の制御器の信号により前記発電
   機の出力を順次前記複数の空調機を附勢する電力開閉器
   を備えた発電装置とからなる発電型空調装置。
3. 【請求項３】発電装置と前記発電装置の出力により附勢
   される１ないしは複数の区分空調装置と、前記それぞれ
   の区分空調装置は空調機とその内部ないしはその近傍に
   設けた第１の開閉器と、発電装置の第２の制御器からの
   信号で制御される電力開閉器とで構成するとともに、前
   記第１の開閉器の信号を入力とし第２の開閉器と燃料調
   節器を制御する第１の制御部と前記第１の制御部の信号
   によりエンジン始動用電源装置からエンジン始動装置へ
   の駆動エネルギの供給制御を行う第２の開閉器と、エン
   ジン始動装置およびこのエンジン始動装置と始動時に機
   械的に結合するエンジンと前記エンジンと機械的に結合
   し附勢される発電機と、この発電機の状態信号と前記エ
   ンジンの状態信号とを入力とし少なくも前記燃料制御装
   置を制御するとともに前記発電機の出力が所定値内にあ
   るか否かを判断し１ないしは複数の電力開閉器を制御す
   る第２の制御器と、前記前記第２の制御器の信号により
   前記発電機の出力により前記複数の空調機を順次附勢す
   る電力開閉器とを備えた発電装置とからなる発電型空調
   装置。