(57)【要約】【課題】  ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、長期間におけるランニングコストメリットを向上させる。【解決手段】  ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は、クラッチ１２ｄを介して内燃機関１１により駆動されるコンプレッサ１２と、このコンプレッサからの冷媒が循環される冷媒循環路１５に設けられた外気熱交換器１７ａ及び室内熱交換器１９ａを備え、また商用電源２０により給電されてヒートポンプ式空調装置に給電する内部電源ライン２３と、コンプレッサに設けられて発電機及び電動機の両機能を備えた発電電動機１３を備えている。制御装置２４は、、空調負荷が高い範囲では内燃機関を作動させコンプレッサ及び発電電動機を駆動してこの発電電動機により内部電源ラインに給電し、空調負荷が低い範囲では内燃機関を停止させて内部電源ラインから発電電動機に給電してコンプレッサを駆動する。【選択図】    図１
2006064299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサと、クラッチを介して前記コンプレッサを駆動する内燃機関と、前記コンプレッサから吐出される冷媒が循環される冷媒循環路に設けられた外気熱交換器及び室内熱交換器を備えてなるヒートポンプ式空調装置において、商用電源により給電されてヒートポンプ式空調装置に給電する内部電源ラインと、前記コンプレッサに設けられて発電機及び電動機の両機能を備えた発電電動機をさらに備え、空調負荷が所定負荷以上の負荷範囲では前記内燃機関を作動させ前記クラッチを係合させて前記コンプレッサ及び発電電動機を駆動しこの発電電動機により発電して前記ヒートポンプ式空調装置自身に給電する圧縮・発電同時運転を行い、空調負荷が所定負荷未満の負荷範囲では前記クラッチを離脱させるとともに前記内燃機関を停止させて前記内部電源ラインから前記発電電動機に給電して前記コンプレッサを駆動する電動運転を行うように、前記内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御する制御装置を備えたことを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、前記制御装置は、前記内燃機関により前記コンプレッサ及び発電電動機を駆動する場合の単位エネルギコスト当たりの空調出力であるランニングコストメリットが前記発電電動機により前記コンプレッサを駆動する場合のランニングコストメリットより大きくなる空調負荷範囲では前記圧縮・発電同時運転を行い、後者の場合のランニングコストメリットが前者の場合のランニングコストメリットより大きくなる空調負荷範囲では前記電動運転を行うように、前記内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御するものであることを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、前記発電電動機はヒートポンプ式空調装置が必要とする電源容量の最大値よりも大きい発電容量を有するものとし、前記制御装置は、前記内燃機関により前記発電電動機を駆動している状態では前記発電電動機から前記内部電源ラインに給電される電力の少なくとも一部を前記内部電源ラインを介して前記商用電源側に供給するよう前記内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御することを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、前記コンプレッサは押しのけ容積が可変であることを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、前記発電電動機は前記コンプレッサに内蔵されていることを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、前記圧縮・発電同時運転と前記電動運転とを切り替える切替手段を備えたことを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、前記発電電動機による発電が、停電時における無停電電源として前記ヒートポンプ式空調装置に給電されることを特徴とするハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び発電電動機により駆動されるコンプレッサにより冷媒を外機熱交換器及び室内熱交換器に循環させて空気調節を行うハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関駆動ヒートポンプ式空調装置では、内燃機関によりコンプレッサを駆動しているため、空調負荷が低い範囲すなわち内燃機関のトルクが小さい範囲では、燃費が大幅に低下するので、図４の特性ａに示すように、ランニングコストメリット（単位エネルギコスト当たりの空調出力）が低下するという問題がある。一方、従来から一般的に使用されている電動機駆動ヒートポンプ式空調装置では、ランニングコストメリットは、図４の特性ｂに示すように、空調負荷が低く回転速度が低い範囲では高く、空調負荷が高く回転速度が高い範囲では低下するという問題がある。そこでこれらの問題を解決するために、内燃機関と電動機によりコンプレッサを駆動し、空調負荷が低い範囲では電動機によりコンプレッサを駆動し、空調負荷が高い範囲では内燃機関によりコンプレッサを駆動するようにしたものがある（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１は、圧縮機で圧縮した冷媒を高温側熱交換器と低温側熱交換器との間で循環させ、低温側熱交換器で冷媒を加熱し、高温側熱交換器で冷媒を冷却することにより、熱を低温側から高温側へ移動させるヒートポンプを用いるヒートポンプ装置において、圧縮機を駆動するためのガスエンジンと、圧縮機を駆動するための電動機と、圧縮機の駆動軸とガスエンジンの駆動軸との連結・切断を切り替える第１のクラッチと、圧縮機の駆動軸と電動機の駆動軸との連結・切断を切り替える第２のクラッチと、第１及び第２のクラッチの切り替えを制御する制御部とを備えたものである。なおこの特許文献１の技術は、低負荷時には冷媒の冷熱により製氷し、高負荷時には製氷した氷により冷媒を冷却することによって、蓄熱した冷熱を放出する氷蓄熱槽をさらに備えている。
【０００４】
この特許文献１の技術では機械式原動機と電動機を直列に配置してそれらの間に第２のクラッチを設けいるので、設備が過大となるおそれがある。そこでこのような問題を解決するために提案された特許文献２の技術では、圧縮機と、該圧縮機を駆動する駆動源と、室内機と、室外機と、その内部に冷媒が流過し且つ圧縮機と室内機と室外機を連通するライン、とを有する圧縮式の空調機において、前記駆動源は電動機及び電動機以外の原動機とし、前記ラインには（温熱或いは冷熱を蓄熱する）蓄熱手段を介装し、これにより部分負荷時その他におけるエネルギー効率を向上し、ランニングコストを低減することができる圧縮式空調機を提供している。
【０００５】
このような従来技術のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置によれば、図４の特性ｃに示すように、空調負荷が高い範囲では内燃機関駆動ヒートポンプ式空調装置と同じランニングコストメリットが得られ、空調負荷が低い範囲では電動機駆動ヒートポンプ式空調装置と同じ高いランニングコストメリットが得られる。
【特許文献１】特開２０００−１１１１９８号公報（段落〔０００６〕、段落〔００１１〕、図１）。
【特許文献２】特開２００２−２２１３７１号公報（段落〔０００５〕〜〔０００７〕、図９、図１０）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した各従来技術では、内燃機関を用いた場合のランニングコストメリットが電動機を用いた場合のランニングコストメリットよりも劣る部分負荷時には電動機によりコンプレッサを駆動しているので、部分負荷時におけるランニングコストメリットを向上させることができる。しかしこの部分負荷は内燃機関を用いた場合における安定した作動が保証される最大の負荷である定格負荷よりもかなり低いので、定格負荷を含む高負荷範囲におけるランニングコストメリットは内燃機関を用いた場合のままであり、特に向上することはない。一方、一般的にはヒートポンプ式空調装置は定格負荷を含む高負荷範囲で使用される頻度が多いので、部分負荷時におけるランニングコストメリットを向上させても、それだけでは長期間におけるランニングコストメリットの向上に対する貢献は少ないという問題がある。
【０００７】
本発明は、部分負荷時におけるランニングコストメリットの向上に加えて、定格負荷時を含む高負荷範囲におけるランニングコストメリットも向上させて、長期間におけるランニングコストメリットを向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このために、本発明によるハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は、コンプレッサと、クラッチを介してコンプレッサを駆動する内燃機関と、コンプレッサから吐出される冷媒が循環される冷媒循環路に設けられた外気熱交換器及び室内熱交換器を備えてなるヒートポンプ式空調装置において、商用電源により給電されてヒートポンプ式空調装置に給電する内部電源ラインと、コンプレッサに設けられて発電機及び電動機の両機能を備えた発電電動機をさらに備え、空調負荷が所定負荷以上の負荷範囲では内燃機関を作動させクラッチを係合させてコンプレッサ及び発電電動機を駆動しこの発電電動機により発電してヒートポンプ式空調装置自身に給電する圧縮・発電同時運転を行い、空調負荷が所定負荷未満の負荷範囲ではクラッチを離脱させるとともに内燃機関を停止させて内部電源ラインから発電電動機に給電してコンプレッサを駆動する電動運転を行うように、内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
前項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、制御装置は、内燃機関によりコンプレッサ及び発電電動機を駆動する場合の単位エネルギコスト当たりの空調出力であるランニングコストメリットが発電電動機によりコンプレッサを駆動する場合のランニングコストメリットより大きくなる空調負荷範囲では圧縮・発電同時運転を行い、後者の場合のランニングコストメリットが前者の場合のランニングコストメリットより大きくなる空調負荷範囲では電動運転を行うように、内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御するものであることことが好ましい。
【００１０】
前２項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、発電電動機はヒートポンプ式空調装置が必要とする電源容量の最大値よりも大きい発電容量を有するものとし、制御装置は、内燃機関により発電電動機を駆動している状態では発電電動機から内部電源ラインに給電される電力の少なくとも一部を内部電源ラインを介して商用電源側に供給するよう内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御するものとすることが好ましい。
【００１１】
前３項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、コンプレッサは押しのけ容積が可変であることが好ましい。
【００１２】
前４項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、発電電動機はコンプレッサに内蔵されていることが好ましい。
【００１３】
前５項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は、圧縮・発電同時運転と電動運転とを切り替える切替手段を備えたものとすることが好ましい。
【００１４】
前６項に記載のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、発電電動機による発電が、停電時における無停電電源としてヒートポンプ式空調装置に給電されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、商用電源により給電されてヒートポンプ式空調装置に給電する内部電源ラインと、コンプレッサに設けられて発電機及び電動機の両機能を備えた発電電動機を備え、空調負荷が所定負荷以上の負荷範囲では内燃機関を作動させクラッチを係合させてコンプレッサ及び発電電動機を駆動しこの発電電動機により発電してヒートポンプ式空調装置自身に給電する圧縮・発電同時運転を行っており、これにより内燃機関の駆動トルクは発電電動機を駆動する分だけ増大するので、その増大の分だけ内燃機関の燃費が向上し、また外部電源の使用量も減少するので、ランニングコストメリットは一層高められる。また空調負荷が所定負荷未満の負荷範囲ではクラッチを離脱させるとともに内燃機関を停止させて内部電源ラインから発電電動機に給電してコンプレッサを駆動する電動運転を行ってランニングコストメリットを高めている。このように本発明によれば、内燃機関によりコンプレッサを駆動する従来技術に比して、ランニングコストメリットが低下する空調負荷が所定負荷未満の負荷範囲では内燃機関の代わりに発電電動機によりコンプレッサを駆動する電動運転を行うことによりランニングコストメリットを高めているのに加えて、ランニングコストメリットが高くなる空調負荷が所定負荷以上の負荷範囲では、内燃機関により発電電動機も駆動する圧縮・発電同時運転を行うことによりランニングコストメリットを一層高めているので、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の長期間におけるランニングコストメリットを向上させることができる。
【００１６】
制御装置は、内燃機関によりコンプレッサ及び発電電動機を駆動する場合の単位エネルギコスト当たりの空調出力であるランニングコストメリットが発電電動機によりコンプレッサを駆動する場合のランニングコストメリットより大きくなる空調負荷範囲では圧縮・発電同時運転を行い、後者の場合のランニングコストメリットが前者の場合のランニングコストメリットより大きくなる空調負荷範囲では電動運転を行うように、内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御するものである請求項２の発明によれば、圧縮・発電同時運転の場合のランニングコストメリットと、電動運転の場合のランニングコストメリットの優劣が入れ替わる位置において、圧縮・発電同時運転と電動運転とを切り換えており、常にランニングコストメリットが優れた範囲が選択できるので、確実にランニングコストメリットに関する最大の効果が得られる。
【００１７】
発電電動機はヒートポンプ式空調装置が必要とする電源容量の最大値よりも大きい発電容量を有するものとし、制御装置は、内燃機関により発電電動機を駆動している状態では発電電動機から内部電源ラインに給電される電力の少なくとも一部を内部電源ラインを介して商用電源側に供給するよう内燃機関、コンプレッサ、クラッチ及び発電電動機の作動を制御した請求項３の発明によれば、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置を停電時の電源装置として使用することができるので、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の有用性を高めることができ、またガスエンジンによりヒートポンプ式空調装置を駆動している状態でも発電電動機で発電した電力の一部を商用電源側に供給することにより、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置のランニングコストメリットを一層高めることができる。
【００１８】
コンプレッサの押しのけ容積を可変とした請求項４の発明によれば、コンプレッサの回転速度の調整と押しのけ容積の調整の両方によりコンプレッサからの冷媒の吐出量を調整することができるので、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の出力範囲の調整幅を広げることができる。
【００１９】
また発電電動機がコンプレッサに内蔵されている請求項５の発明によれば、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の構造が簡略化されるので、その製造コストを低下させることができる。
【００２０】
圧縮・発電同時運転と電動運転とを切り替える切替手段を備えるようにした請求項６の発明によれば、ユーザーの希望に応じて運転を切り替えることが可能となり、個々のユーザーに最大のコストメリットをもたらす運転を実現することができる。本発明は、特に、地域によってガス料金や電気料金が異なる場合に効果を発揮する。
【００２１】
発電電動機による発電を、停電時における無停電電源としてヒートポンプ式空調装置に給電する請求項７の発明によれば、空調装置の運転中に突然停電が起こったときなどに、発電電動機で発電してハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置を継続運転することができるので、有用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図１〜図４により、本発明によるハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置を実施するための最良の形態の説明をする。この実施形態のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は、図１に示すように、室外機１０と、室内機１９と、室外機１０の作動を制御する制御装置２４を主要な構成とするものである。
【００２３】
この実施形態の室外機１０は、所定の範囲内で押しのけ容積を変化させることができるコンプレッサ１２と、回転速度が変化してクラッチ１２ｄを介してコンプレッサ１２を駆動する水冷式のガスエンジン（内燃機関）１１と、コンプレッサ１２の吐出ポート１２ａ及び吸入ポート１２ｂに接続された冷媒循環路１５と、この冷媒循環路１５に設けられた四方弁１６と外気熱交換器１７ａよりなるものである。冷媒循環路１５は四方弁１６によりコンプレッサ１２側となる２つの管路１５ａ，１５ｂと、３つの管路１５ｃ〜１５ｅに分けられ、ファン１７ｂを有する外気熱交換器１７ａは管路１５ｃと管路１５ｄの間に設けられている。シロッコファン１９ｃを有する室内機１９の室内熱交換器１９ａは管路１５ｄと管路１５ｅの間に設けられ、外気熱交換器１７ａと室内熱交換器１９ａの間には膨張弁１９ｂが設けられ、この膨張弁１９ｂと並列にキャピラリと逆止弁が直列に設けられている。四方弁１６は外気熱交換器１７ａ及び室内熱交換器１９ａに対するコンプレッサ１２のからの冷媒の供給順序を切り換えて、暖房と冷房を切り換えるものである。この実施形態では室内機１９は１組のみを示したが、通常は各室に設けられて個別に運転・停止ができる複数の室内機１９が互いに並列に管路１５ｃに接続されている。室外機１０は通常は１組である。
【００２４】
この実施形態のコンプレッサ１２は、インボリュート曲線形状のスクロールラップを有する固定スクロールと旋回スクロールからなるスクロール式コンプレッサであり、固定スクロールには両スクロールの間に形成されて旋回スクロールの旋回に応じて次第に容積が減少する圧縮室に連通されるバイパスポート１２ｃが設けられ、このバイパスポート１２ｃはリデュース弁（電子膨張弁）１４を介して吸入ポート１２ｂに連通されている。このリデュース弁１４は制御装置２４により多数の段階的に開度が制御されるものであり、この開度を制御することによりコンプレッサ１２の押しのけ容積が最大値である１００％から例えば５０％の間で変化してコンプレッサ１２に対する要求負荷の変化に対応するようになっている。コンプレッサ１２には、発電機及び電動機の両機能を備えた発電電動機１３が設けられている。この実施形態の発電電動機１３はコンプレッサ１２に内蔵されるもので、この両者のケーシングと回転軸は互いに一体的に形成されている。コンプレッサ１２の回転軸の一端にはクラッチ１２ｄが取り付けられ、ガスエンジン１１の出力軸の一端に取り付けられた出力プーリ１１ａとクラッチ１２ｄの外周には動力伝達ベルト１１ｂが巻回され、クラッチ１２ｄが係合された状態では、出力プーリ１１ａ、動力伝達ベルト１１ｂ及びクラッチ１２ｄを介して、コンプレッサ１２及び発電電動機１３はガスエンジン１１により駆動され、またクラッチ１２ｄが離脱された状態では、発電電動機１３によりコンプレッサ１２が駆動されるようになっている。
【００２５】
このハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の内部ＡＣ電源ライン（内部電源ライン）２３には、発電負荷が電源側に影響を及ぼすことを防ぐためなどの系統連携保護装置２１及びインバータ２２を介して、３相の商用電源２０により給電されている。この内部ＡＣ電源ライン２３には電力変換コンバータ２５を介して発電電動機１３が接続され、またモータドライバ２６，２７を介して室外機１０のファン１７ｂ及び室内機１９のシロッコファン１９ｃが接続され、さらに制御装置２４を含むハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の制御装置（図示省略）が接続されている。またガスエンジン１１のスタータ１１ｃはコンバータ２８を介してインバータ２２に接続されて、ＤＣ１２Ｖの直流が供給されるようになっている。
【００２６】
また制御装置２４は、図１及び図２に示すように、空調負荷、発電負荷及び運転条件に基づいて、ガスエンジン１１を介してのコンプレッサ１２の作動、リデュース弁１４の作動、及び電力変換コンバータ２５を介しての発電電動機１３の作動を制御して、コンプレッサ１２から冷媒循環路１５に供給される冷媒の流量、及び発電電動機１３による発電量を制御し、またこれに応じてファン１７ｂ及びシロッコファン１９ｃの作動を制御するものである。空調負荷は、室内機１９の設定温度、室内熱交換器１９ａの容量及び吸入温度、暖房・冷房温度の別などに応じて演算された冷媒の必要循環量であり、室内機１９が複数の場合は各室内機１９の冷媒の必要循環量の累積値である。発電負荷は、そのときの作動状態により演算される、室外機１０のファン１７ｂ、室内機１９のシロッコファン１９ｃ、制御装置２４を含む室外機１０及び室内機１９の制御装置が必要とする発電量である。運転条件は、装置の各部の温度、圧力、回転速度などが所定の限度内に保たれるなどの機器を保護するための条件である。
【００２７】
ガスエンジンの熱効率はトルク依存性が高く、高トルクほど熱効率が高くなる。従ってガスエンジン駆動ヒートポンプ式空調装置では、なるべく高トルクを維持し熱効率を高めてエネルギ効率を向上させるために、エンジン回転速度を低く保つ制御方法が適している。上述した実施形態のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、ガスエンジン１１によりコンプレッサ１２を駆動するだけで、発電電動機１３による発電を行っていない場合の単位エネルギコスト当たりの空調出力であるランニングコストメリットの特性は、従来技術について先に説明したのと同じように、空調負荷が高い範囲では高く、空調負荷が低い範囲では低下する図４の特性ａで示すようになる。
【００２８】
しかし上述した実施形態のようにコンプレッサ１２に設けた発電電動機１３もガスエンジン１１により駆動してヒートポンプ式空調装置の電源として使用するようにした場合は、発電電動機１３を駆動する分だけガスエンジン１１の駆動トルクが増大するので熱効率が向上して燃費が向上し、またこの発電電動機１３をヒートポンプ式空調装置の電源として使用し、これにより外部電源の使用量も減少するので、ランニングコストメリットの特性は図４に示すように発電電動機１３の駆動に要するトルク上昇に対応する値Ｂだけ、全般的に向上した特性ｄとなる。
【００２９】
このようにコンプレッサ１２及び発電電動機１３をガスエンジン１１により駆動し発電電動機１３により発電して内部ＡＣ電源ライン２３を介してヒートポンプ式空調装置自体に給電する圧縮・発電同時運転の場合には、制御装置２４は、先ずガスエンジン１１のスロットル開度を所定の値としスタータ１１ｃを作動させてガスエンジン１１を起動し、出力プーリ１１ａ、動力伝達ベルト１１ｂ及びクラッチ１２ｄを介して、コンプレッサ１２及び発電電動機１３を駆動する。そして制御装置２４は、空調負荷に基づいて、ガスエンジン１１を作動を制御してコンプレッサ１２の回転速度を制御するとともにリデュース弁１４によりコンプレッサ１２の押しのけ容積を制御して、コンプレッサ１２から冷媒循環路１５に供給される冷媒の流量が空調負荷に応じた値となるように制御する。また制御装置２４は、発電負荷に基づいて、電力変換コンバータ２５を制御して、発電電動機１３から出力される交流電力を、室外機１０のファン１７ｂ、室内機１９のシロッコファン１９ｃ、制御装置２４を含むハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の制御装置が必要とする電源種類に変換し、内部ＡＣ電源ライン２３に供給する電力量が、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置が必要とする発電量に応じた値となるように制御する。このようにガスエンジン１１を駆動源とする場合の単位エネルギコストは、単位エネルギ当たりの燃料ガスのコストである。従って特性ａ及び特性ｄは、その時の燃料ガスの料金に応じて変化するものとなる。
【００３０】
一方、上述した実施形態のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置において、内部ＡＣ電源ライン２３から発電電動機１３に給電してコンプレッサ１２を駆動する電動運転の場合には、ランニングコストメリットの特性は、従来技術について先に説明したのと同じように、空調負荷が低い範囲では高く、空調負荷が高い範囲では低下する図４の特性ｂで示すようになる。この場合には、制御装置２４は、電力変換コンバータ２５をインバータとして作動させて、空調負荷に基づいて発電電動機１３によりコンプレッサ１２の回転速度を制御するとともに、リデュース弁１４によりコンプレッサ１２の押しのけ容積を制御して、コンプレッサ１２から冷媒循環路１５に供給される冷媒の流量が空調負荷に応じた値となるように制御する。このように発電電動機１３を駆動源とする場合の単位エネルギコストは、単位エネルギ当たりの商用電源２０の電力コストである。従って特性ｂは、その時の電力料金に応じて変化するものとなる。
【００３１】
この実施形態では、制御装置２４は、圧縮・発電同時運転の場合の単位エネルギコスト当たりの空調出力であるランニングコストメリットである図４の特性ｄと、電動運転の場合のランニングコストメリットである図４の特性ｂを比較して、前者の特性ｄが後者の特性ｂより大きい範囲（図４において空調負荷が所定負荷Ａ以上となる負荷範囲）ではガスエンジン１１を作動させクラッチ１２ｄを係合させてコンプレッサ１２及び発電電動機１３を駆動してこの発電電動機１３をヒートポンプ式空調装置の電源として使用し、また後者の特性ｂが前者の特性ｄより大きい範囲（図４において空調負荷が所定負荷Ａ未満となる負荷範囲）ではクラッチ１２ｄを離脱させるとともにガスエンジン１１を停止させて発電電動機１３によりコンプレッサ１２を駆動するように、ガスエンジン１１、コンプレッサ１２、クラッチ１２ｄ及び発電電動機１３の作動を制御する。
【００３２】
前述のように、特性ｄと特性ｂは、それぞれその時の燃料ガス及び電力料金に応じて変化するので、所定負荷Ａはハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の設置の都度、及び燃料ガス及び電力料金の変更の都度、ガスエンジン１１の使用によるガス料金と、発電電動機１３の使用による電気料金との合計金額が最小となるように予め演算しておいて、切替手段により圧縮・発電同時運転と電動運転とを切り替えるようにする。この切替手段はハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の制御基盤またはリモコンに設けた切替スイッチとし、制御装置２４はこの切替ポイントである所定負荷Ａ及びその時の空調負荷を制御基盤またはリモコンの表示部に表示し、表示された所定負荷Ａ及びその時の空調負荷に基づいて使用者が切替スイッチを操作して圧縮・発電同時運転と電動運転とを切り替えるようにしてもよい。あるいはまたこの切替手段は、所定負荷Ａとその時の空調負荷を比較して、圧縮・発電同時運転と電動運転とを自動的に切り替えるものとしてもよい。
【００３３】
このような実施形態のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置によれば、図４の特性ｅに示すように、空調負荷が所定負荷Ａ以上となる負荷範囲では圧縮・発電同時運転の場合の特性ｄと同じ高いランニングコストメリットが得られ、所定負荷Ａ未満となる負荷範囲では電動運転の場合の特性ｂと同じ高いランニングコストメリットが得られる。これにより、この実施形態のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置ではガスエンジン１１によりコンプレッサ１２を駆動する従来技術に比して、部分負荷時である所定負荷Ａ未満の負荷範囲におけるランニングコストメリットを向上させるのに加えて、定格負荷時を含む高負荷範囲である所定負荷Ａ以上の負荷範囲におけるランニングコストメリットも向上させてているので、長期間におけるランニングコストメリットを向上させることができる。
【００３４】
コンプレッサ１２がガスエンジン１１と発電電動機１３のいずれにより駆動される場合でも、冷房運転の場合には四方弁１６は図１の実線で示す状態となっており、コンプレッサ１２により圧縮された高温高圧の気相冷媒は、管路１５ａから四方弁１６を通って管路１５ｃから外気熱交換器１７ａに入り、ファン１７ｂから送り込まれる外気により冷却されて液化される。この液化された高圧の冷媒は管路１５ｄから膨張弁１９ｂを通り、減圧されて室内熱交換器１９ａに入って気化され、室内熱交換器１９ａから気化熱を奪ってこれを冷却する。シロッコファン１９ｃから室内に送り込まれる空気は、室内熱交換器１９ａを通過する際に冷却され、これにより室内は冷房される。気化した冷媒は管路１５ｅから四方弁１６、管路１５ｂを通ってコンプレッサ１２に吸入され、再び圧縮されて上述した冷房サイクルを繰り返して室内を冷房する。
【００３５】
また暖房運転の場合には四方弁１６は図１の点線で示す状態となっており、コンプレッサ１２により圧縮された高温高圧の気相冷媒は、四方弁１６から管路１５ｅを通って室内熱交換器１９ａに入る。シロッコファン１９ｃから室内に送り込まれる空気は、室内熱交換器１９ａを通過する際に高温高圧の気相冷媒により加熱され、これにより室内は暖房されるとともに、気相冷媒は冷却されて液化される。この液化された高圧の冷媒は膨張弁１９ｂを通り、減圧されて管路１５ｄから外気熱交換器１７ａに入り、ファン１７ｂから送り込まれる外気から気化熱を奪って気化される。気化した冷媒は管路１５ｃから四方弁１６、管路１５ｂを通ってコンプレッサ１２に吸入され、再び圧縮されて上述した暖房サイクルを繰り返して室内を暖房する。
【００３６】
内燃機関１１によりコンプレッサ１２及び発電電動機１３を駆動し、コンプレッサ１２から冷媒循環路１５に冷媒を供給して空調負荷は加えるが、発電電動機１３から電力を取り出すことなく発電負荷を加えない場合は、エンジン負荷は図３の特性ｇに示すように、空調負荷に対し比例的に増大する。この実施形態ではエンジン負荷の限度は空調負荷の定格値の１３０％であり、従ってこのハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は短期的には１３０％までの過負荷に耐えることができるようになっている。なお前述のようにこの空調負荷のうち所定負荷Ａ未満となる範囲では、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は発電電動機１３により駆動される。これらの場合の作動は、先に述べた従来技術と同じである。
【００３７】
しかしながらこの実施形態では、上述の場合において、発電電動機１３により発電して電力を取り出すことが可能であり、その場合には、エンジン負荷は、図３に示すように、次に述べる最大の発電負荷Ｃの場合のエンジン負荷の値Ｄだけ特性ｇより上昇した特性ｈ１と、定格負荷より１３０％増の特性ｈ２で限られた範囲まで増大することが可能であり、発電電動機１３は発電負荷が特性ｇと特性ｈ１と特性ｈ２で囲まれた範囲内にある限りにおいて、特性ｉに示すように発電することが可能である。この実施形態では、発電電動機１３の最大の発電容量はハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置が必要とする発電負荷よりも大とし、上述したように、制御装置２４は内部ＡＣ電源ライン２３を介してハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置に供給する電力量がそのときに必要とする発電量に応じた値となるように制御している。しかしながら、制御装置２４は発電電動機１３を常に最大の発電量で作動させ、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置が必要とする発電量を超える電力は、内部ＡＣ電源ライン２３からインバータ２２及び系統連携保護装置２１を介して商用電源２０側に供給するようにしてもよい。このようにすればガスエンジン１１のトルクが常に増大して燃費が向上するので、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置のランニングコストメリットを一層高めることができる。何れの場合にも、ヒートポンプ式空調装置が必要とする電力は発電電動機１３により供給され外部からの電力を必要としないので、空調装置の運転中に突然停電が起こった場合でも、そのまま支障なく空調運転を続けることができる。
【００３８】
この実施形態のハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置は停電時の電源装置として使用することもでき、そのときの最大発電負荷は発電電動機１３の最大発電容量により定められる値Ｃである。図３に示す特性ｆは、コンプレッサ１２の吐出ポート１２ａと吸入ポート１２ｂを短絡して空調負荷を０とした場合における、発電負荷に対するエンジン負荷の特性であり、この場合の最大の発電負荷は値Ｃであり、そのときのエンジン負荷は値Ｄである。この場合には、制御装置２４は、先ずガスエンジン１１を起動して、発電電動機１３を駆動し、次いで電力変換コンバータ２５を制御し、発電電動機１３から出力される交流電力を、商用電源２０と同じサイクル数、電圧の電源種類に変換して内部ＡＣ電源ライン２３に供給し、インバータ２２及び系統連携保護装置２１を介して商用電源２０側に供給する。このように空調装置の運転中に突然停電が起こった時などに発電電動機１３で発電し、停電時の電源装置として使用することができるので、ハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の有用性を高めることができる。
【００３９】
上述した実施形態では、圧縮・発電同時運転の場合のランニングコストメリットと、電動運転の場合のランニングコストメリットを比較して、前者のランニングコストメリットが後者のランニングコストメリットよりも大きい範囲ではガスエンジン１１を作動させクラッチ１２ｄを係合させてコンプレッサ１２を駆動するとともに発電電動機１３を駆動してこの発電電動機１３により発電してヒートポンプ式空調装置の電源などとして使用し、また後者のランニングコストメリットが前者のランニングコストメリットよりも大きい範囲ではクラッチ１２ｄを離脱させるとともにガスエンジン１１を停止させて発電電動機１３によりコンプレッサ１２を駆動するように、ガスエンジン１１、コンプレッサ１２、クラッチ１２ｄ及び発電電動機１３の作動を制御しており、このようにすれば圧縮・発電同時運転の場合のランニングコストメリットと、電動運転の場合のランニングコストメリットの優劣が入れ替わる所定負荷Ａにおいて、圧縮・発電同時運転と電動運転とが切り換えられるので、ランニングコストメリットが優れた範囲が選択され、ランニングコストメリットに関する最大の効果が得られる。
【００４０】
また上述した実施形態では、圧縮・発電同時運転と電動運転とを切り替える切替ポイントである所定負荷Ａを燃料ガス及び電力料金の変更の都度予め演算して、これに基づいて圧縮・発電同時運転と電動運転とが切り換えられるので、常にランニングコストメリットが優れた範囲が選択され、確実にランニングコストメリットに関する最大の効果が得られる。
【００４１】
しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、切替ポイントである所定負荷Ａを、通常予想される燃料ガス及び電力料金の変動の平均値に基づいて機種ごとに定められた一定値として実施してもよく、そのようにしてもハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の長期間におけるランニングコストメリットを、従来技術に比して向上させることができ、しかも圧縮・発電同時運転と電動運転との切替の制御を簡略化することができる。
【００４２】
上述した実施形態では、コンプレッサ１２はスクロール式コンプレッサとし、そのバイパスポート１２ｃをリデュース弁１４を介して吸入ポート１２ｂに連通し、制御装置２４によりリデュース弁１４を制御してコンプレッサ１２の押しのけ容積を変化させるようにしており、コンプレッサ１２として簡略なスクロール式コンプレッサを使用したのでハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の製造コストを低下させることができる。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、ロータに対するカムリングの偏心量を変化させることにより押しのけ容積を可変としたベーンポンプや、ピストンストロークを変化させることにより押しのけ容積を可変とした往復ピストン式コンプレッサを使用することもできる。なお上述した実施形態では、使用するスクロール式コンプレッサ１２は押しのけ容積の変化範囲が５０〜１００％である例につき説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、仕様によっては押しのけ容積の変化範囲が３０〜１００％など、押しのけ容積の変化範囲が異なるものを使用してもよい。
【００４３】
また上述した実施形態では、発電電動機１３をコンプレッサ１２に内蔵させており、このようにすればハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の構造が簡略化されるので、その製造コストを低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるハイブリッド駆動ヒートポンプ式空調装置の一実施形態の全体構成を示す説明図である。
【図２】図１に示す実施形態の制御系統を示す説明図である。
【図３】図１に示す実施形態の空調負荷及び発電負荷に対するエンジン負荷の特性を示す図である。
【図４】本発明及び従来技術によるヒートポンプ式空調装置の空調負荷に対するランニングコストメリットの特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１…内燃機関（ガスエンジン）、１２…コンプレッサ、１２ｄ…クラッチ、１３…発電電動機、１５…冷媒循環路、１７ａ…外気熱交換器、１９ａ…室内熱交換器、２０…商用電源、２３…内部電源ライン（内部ＡＣ電源ライン）、２４…制御装置、Ａ…所定負荷。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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