(57)【要約】【課題】  エンジンが故障した場合であっても空気調和動作を維持できるようにする。【解決手段】  室外ユニット１２と室内ユニット１１とを冷媒配管１３、２０にて接続した空気調和装置１０において、前記室外ユニット１２に、電動モータを有する圧縮機２１と、前記圧縮機２１を駆動するためのガスエンジン３０と、前記ガスエンジン３０の動力を前記圧縮機２１の回転軸２１Ａに伝達する動力伝達機構２６とを設け、前記ガスエンジン３０および前記圧縮機２１間の動力伝達を遮断するクラッチ機構２６０を前記動力伝達機構２６に設け、前記圧縮機２１の動力源を前記電動モータと前記ガスエンジン３０との間で切り替え可能にした。【選択図】      図２
2006329573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外ユニットと室内ユニットとを冷媒配管にて接続した空気調和装置において、
前記室外ユニットに、
電動モータを有する圧縮機と、前記圧縮機を駆動するためのエンジンと、前記エンジンの動力を前記圧縮機の回転軸に伝達する動力伝達機構とを設け、
前記エンジンおよび前記圧縮機間の動力伝達を遮断するクラッチ機構を前記動力伝達機構に設け、
前記圧縮機の動力源を前記電動モータと前記エンジンとの間で切り替え可能にした
ことを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記圧縮機が前記ガスエンジンにより駆動された場合に、前記電動モータが発電機として機能することを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記電動モータの発電電力により、前記室外ユニットが備える電子機器を駆動することを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
【請求項４】
前記電動モータの発電電力を商用電力の系統に連携させることを特徴とする請求項２または３に記載の空気調和装置。
【請求項５】
電気料金が割安に設定された時間帯、空気調和装置が設置された建物の電力使用量、および、当該建物の所定期間の総電力使用量の少なくともいずれか一つに基づいて、前記圧縮機の駆動を前記電動モータおよび前記エンジンの間で切り替える
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気調和装置には、冷媒回路内の圧縮機を駆動する駆動源としてガスエンジンを採用したガスヒートポンプ式空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ガスヒートポンプ式空気調和装置においては、ガスが主燃料であるため、ほとんど電気を消費せず、また、暖房時にはガスエンジンの排熱を利用できるため省エネ化が図られるといった利点がある。
【特許文献１】特開２００３−２３２５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、圧縮機の駆動源たるガスエンジンが故障した場合には、空気調和動作が停止してしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、エンジンが故障した場合であっても空気調和動作を維持できる空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、室外ユニットと室内ユニットとを冷媒配管にて接続した空気調和装置において、前記室外ユニットに、電動モータを有する圧縮機と、前記圧縮機を駆動するためのエンジンと、前記エンジンの動力を前記圧縮機の回転軸に伝達する動力伝達機構とを設け、前記エンジンおよび前記圧縮機間の動力伝達を遮断するクラッチ機構を前記動力伝達機構に設け、前記圧縮機の動力源を前記電動モータと前記エンジンとの間で切り替え可能にしたことを特徴とする。
【０００６】
また本発明は、上記発明において、前記圧縮機が前記ガスエンジンにより駆動された場合に、前記電動モータが発電機として機能することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、上記発明において、前記電動モータの発電電力により、前記室外ユニットが備える電子機器を駆動することを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記発明において、前記電動モータの発電電力を商用電力の系統に連携させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記発明において、電気料金が割安に設定された時間帯、空気調和装置が設置された建物の電力使用量、および、当該建物の所定期間の総電力使用量の少なくともいずれか一つに基づいて、前記圧縮機の駆動を前記電動モータおよび前記エンジンの間で切り替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、室外ユニットに、電動モータを有する圧縮機と、前記圧縮機を駆動するためのエンジンと、前記エンジンの動力を前記圧縮機の回転軸に伝達する動力伝達機構とを設け、前記エンジンと前記圧縮機との間の動力伝達を遮断するクラッチ機構を前記動力伝達機構に設け、圧縮機の動力源をエンジンと電動モータとの間で切り替え可能にしたため、例えばエンジンなどの一方の動力源が故障した場合であっても、動力源を他方に切り替えて空気調和動作を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るガスヒートポンプ式空気調和装置（以下、単に「空気調和装置」という）１０の構成を示す図である。この図に示すように、空気調和装置１０は、室内ユニット１１と室外ユニット１２とを有し、室内ユニット１１の室内冷媒配管１３と、室外ユニット１２の室外冷媒配管２０とが連結されて構成されている。室内ユニット１１は、被空気調和室に設置され、室内冷媒配管１３には、室内熱交換器１４と室内膨張弁１５とが設けられ、また、室内ユニット１１内には、室内熱交換器１４に向けて被空気調和室内の空気を送風する室内ファン１６が配置されている。
【００１２】
室外ユニット１２は、室外に設置され、室外冷媒配管２０には、圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、室外膨張弁２４が設けられ、また、室外ユニット１２内には、室外熱交換器２３に向けて外気を送風する室外ファン２５が配置されている。上記圧縮機２１は、動力伝達機構２６を介してガスエンジン３０に連結され、このガスエンジン３０により圧縮機２１が回転駆動される。上記冷媒配管１３、２０内には、冷媒が満たされ、この冷媒は、ガスエンジン３０が駆動する圧縮機２１により冷媒配管１３、２０内を循環する。すなわち、これら冷媒配管１３、２０及び冷媒配管１３、２０に配設された各部品によって冷媒回路が構成されている。
【００１３】
また、室外ユニット１２には、ガスエンジン３０に冷却水を循環させてガスエンジン３０の熱を回収するための冷却水回路４０が配設されている。この冷却水回路４０は、電動三方弁４１を備え、この電動三方弁４１の入口は、ガスエンジン３０の冷却水通路４２の出口に配管接続されている。この電動三方弁４１の２つの出口の一方には、冷却水ポンプ４３と排ガス熱交換器４４とが配管接続され、この排ガス熱交換器４４の他端は、冷却水通路４２の入口に配管接続されている。すなわち、この電動三方弁４１、冷却水ポンプ４３及び排ガス熱交換器４４をつなぐ配管経路によって、ガスエンジン３０を通過した冷却水をガスエンジン３０に戻す第１経路が形成されている。ここで、排ガス熱交換器４４は、ガスエンジン３０の排気ガスと冷却水との間で熱交換させる熱交換器である。
【００１４】
また、電動三方弁４１の他の出口には、冷却水電動三方弁４５の入口が配管接続され、この冷却水電動三方弁４５の一方の出口には、冷媒加熱用熱交換器４６の一端が配管接続され、また、冷却水電動三方弁４５の他方の出口には、ラジエータ４７の一端が配管接続され、冷媒加熱用熱交換器４６及びラジエータ４７の他端は、上記第１経路に配管接続されている。つまり、本構成では、ガスエンジン３０を通過した冷却水を、電動三方弁４１、冷却水電動三方弁４５及び冷媒加熱用熱交換器４６を通過させて第１経路に戻す第２経路と、電動三方弁４１、冷却水電動三方弁４５及びラジエータ４７を通過させて第１経路に戻す第３経路とが形成されている。
【００１５】
ここで、冷媒加熱用熱交換器４６は、冷媒回路内の冷媒と冷却水との間で熱交換させる熱交換器であり、例えば、プレート式熱交換器又は二重管が適用される。また、ラジエータ４７は、室外ファン２５の送風空気が供給されるように、室外熱交換器２３に隣接して配置され、当該ラジエータ４７を通過する冷却水を冷却させるものである。なお、このラジエータ４７を室外熱交換器２３に一体的に組み込んでもよい。
【００１６】
また、この室外ユニット１２には、空気調和装置１０を制御する制御装置５０が配置されている。この制御装置５０には、ガスエンジン３０の冷却水通路４２の出口温度を計測する冷却水温度センサ５１、外気温度を計測する外気温センサ５２や、室内ユニット１１が配置された室内（被調和室内）の温度を計測する室温センサ５３や、各熱交換器１４、２３に配置された温度センサ（図示せず）等が接続される他、室内ユニット１１の図示せぬ室内制御装置を介してユーザが操作する操作装置（図示せず）が接続される。そして、この制御装置５０は、操作装置を介して入力したユーザ指示等に基づき、ガスエンジン３０、四方弁２２及び各膨張弁１５、２４等を制御して空調運転（暖房運転、冷房運転等）を行うと共に、この空調運転の際に、冷却水ポンプ４３、電動三方弁４１及び冷却水電動三方弁４５を制御して、冷却水を上記第１経路〜第３経路のいずれかに振り分け、或いは、分配する冷却水制御を行う。
【００１７】
ここで、ガスエンジン３０の駆動力を圧縮機２１に伝達する上記動力伝達機構２６について詳述すると、図１および図２に示すように、動力伝達機構２６には、ガスエンジン３０と圧縮機２１との間の動力伝達を遮断／接続するクラッチ機構２６０が設けられている。このクラッチ機構２６０は、ガスエンジン３０の出力軸に設けられたフライホイール２６１と、当該フライホイール２６１に押し当てられてフライホイール２６１との摩擦により回動するクラッチ板２６２と、クラッチ制御機構２６３と、圧縮機２１の回転軸２１Ａとクラッチ板２６２との間に架け渡されたエンドレスベルト２６４とを備え、クラッチ制御機構２６３が、上述した制御装置５０の制御に基づいて、クラッチ板２６２をフライホイール２６１から切り離し、或いは、クラッチ板２６２をフライホイール２６１に押し付けることで、圧縮機２１へのガスエンジン３０の動力伝達が制御される。
【００１８】
上記圧縮機２１は、電動モータと、当該電動モータにより回転駆動されるロータとを備えた電動コンプレッサであり、電動モータへの電力供給により駆動可能に構成されている。本実施の形態では、圧縮機２１としてＤＣコンプレッサが用いられている。そして、圧縮機２１をガスエンジン３０により駆動する場合には、圧縮機２１への電力供給を遮断しつつ、クラッチ制御機構２６３がクラッチ板２６２をフライホイール２６１に押し付けてガスエンジン３０の動力を圧縮機２１に伝達し、また、圧縮機２１を電力駆動する場合には、ガスエンジン３０を停止すると共に、クラッチ制御機構２６３がクラッチ板２６２をフライホイール２６１から切り離した状態にして、圧縮機２１の電動モータへ電力供給を行う。
【００１９】
また、図２に示すように、圧縮機２１にはＤＣ−ＤＣ変換器３０１とＤＣ−ＡＣ変換器３０２とがそれぞれ接続されている。詳述すると、圧縮機２１がガスエンジン３０により駆動される場合には、当該圧縮機２１の電動モータが発電機として機能し、直流の発電電力が得られる。この発電電力がＤＣ−ＤＣ変換器３０１およびＤＣ−ＡＣ変換器３０２に選択的、或いは、両方に出力される。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣ変換器３０１は、直流の発電電力を所定電圧の直流電力に変換して出力するものであり、ＤＣ−ＤＣ変換器３０１から出力された直流電力は、室外ファン２５などの室外ユニット１２内の各部の駆動に使用される。
また、ＤＣ−ＡＣ変換器３０３は、直流の発電電力を商用の交流電力に変換して出力するものであり、圧縮機２１の発電電力を商用電力の系統に連携させるためのパワーコンディショナーとして機能する。
【００２１】
圧縮機２１には、発電量を検出する電力計２７０が設けられるとともに、ＤＣ−ＤＣ変換器３０１およびＤＣ−ＡＣ変換器３０２と圧縮機２１との間に切替器２７１が介挿され、発電量が比較的小さい間は、切替器２７１が発電電力をＤＣ−ＤＣ変換器３０１にだけ出力し、室外ユニット１２内の各部への電力供給を優先し、また、室外ユニット１２の各部の駆動を満足する以上の発電量が得られた場合には、切替器２７１が、その余剰分の発電電力をＤＣ−ＡＣ変換器３０２にも出力し、商用電力に系統連携させることとしている。
【００２２】
制御装置５０は、制御手段としてのＭＰＵ５０１と、記憶手段としてのＥＥＰＲＯＭ５０２を有し、ＥＥＰＲＯＭ５０２に格納された制御プログラムに基づいて、ガスエンジン３０、四方弁２２及び各膨張弁１５、２４等を制御して空調運転（暖房運転、冷房運転等）を行う他、クラッチ制御機構２６３を制御して、圧縮機２１の動力をガスエンジン駆動と電力駆動との間で切り替え制御する。この切り替えは、制御装置５０に接続された図示せぬ操作装置からの指示に基づいて行われる。したがって、圧縮機２１の動力源としてのガスエンジン３０および電動モータのいずれかの駆動系に故障などが発生した場合には、操作装置から動力源の切り替え指示を入力することで、圧縮機２１を継続して駆動することができ、これにより、空調運転を継続させることができる。
【００２３】
さらに、本実施の形態では、制御装置５０は、空調運転の時間帯に基づいて圧縮機２１の動力源の切り替え制御を実行するように構成されている。
詳述すると、一般に、電力料金には昼間の電気料金より夜間の電気料金の方が割安に設定されていることがある。そこで、電気料金が割安になる夜間の間は、圧縮機２１を電力により駆動して空気調和を実行し、その他の時間帯は、ガスエンジン３０により圧縮機２１を駆動して空気調和を実行するとともに、圧縮機２１による電力の発電を行う。
【００２４】
すなわち、制御装置５０は、電気料金が割安になる時間帯の設定値をＥＥＰＲＯＭ５０２に保持するとともに、図示せぬ計時手段を備え、計時手段の計時結果に基づいて、電気料金が割安になる時間帯の開始時に、ガスエンジン３０を停止するとともに、ガスエンジン３０と圧縮機２１との間の動力伝達を遮断するようにクラッチ制御機構２６３を制御し、圧縮機２１に商用電力を供給して電力駆動する。また、上記時間帯の終了時には、圧縮機２１への商用電力供給を停止するとともに、ガスエンジン３０から圧縮機２１へ動力が伝達されるようにクラッチ制御機構２６３を制御し、そして、ガスエンジン３０を駆動して圧縮機２１をガスエンジン３０により駆動する。これにより、電気料金が割安な時間帯に圧縮機２１を電力駆動することができ、運転コストが抑えられる。
【００２５】
このように、本実施の形態によれば、圧縮機２１が電動モータにより駆動される場合に、ガスエンジン３０と圧縮機２１との間の動力伝達を遮断するクラッチ機構２６０を動力伝達機構２６に設ける構成としたため、圧縮機の動力源をエンジンと電動モータとの間で切り替えることができる。これにより、例えばガスエンジン３０などの一方の動力源が故障した場合であっても、動力源を他方に切り替えて空気調和動作を継続することができる。
【００２６】
また、圧縮機２１の動力源としてガスエンジン３０と電動モータとを選択的に用いることができるため、例えば、電気使用量を増やせないような建物であっても、ガスエンジン３０を動力源とすれば、本空気調和装置１０を導入可能となる。
【００２７】
また、本実施の形態によれば、圧縮機２１がガスエンジン３０により駆動された場合に、圧縮機２１の電動モータが発電機として機能し、その発電電力を、室外ユニット１２の各部の駆動に使用したり、或いは、商用電源の系統に連携させる構成としたため、本空気調和装置１０の運転コストを下げるとともに、省エネ化を図ることができる。
【００２８】
また、本実施の形態によれば、電気料金が割安に設定されている時間帯では、電動モータを動力源として圧縮機２１を駆動し、それ以外の時間帯は、ガスエンジン３０を動力源として圧縮機２１を駆動する構成としたため、電気料金を安くすることができ、以って運転コストを低く抑えることができる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形が可能である。そこで以下に、各種の変形例を説明する。
【００３０】
（変形例１）上述した実施の形態では、電気料金が割安になる時間帯に基づいて圧縮機２１の動力源を切り替えたが、これに限らず、空気調和装置１０が設置された建物の電力使用量に基づいて切り替えを行っても良い。
詳述すると、一般に、ビルなどの建物には、空気調和装置１０以外にも多くの電気機器が配設されており、電気機器の使用率が高い昼間などには、建物の電力使用量が電力会社との契約電力量をこえてしまう場合がある。そこで、建物の電力使用量が所定電力量（少なくとも契約電力量以下）を越えている間は、圧縮機２１をガスエンジン３０により駆動する。すなわち、制御装置５０を、現在の建物の電力使用量を取得可能に構成し、当該電力使用量が所定電力量を越えた場合に、圧縮機２１への商用電力供給を停止するとともに、ガスエンジン３０から圧縮機２１へ動力が伝達されるようにクラッチ制御機構２６３を制御し、そして、ガスエンジン３０を駆動して圧縮機２１をガスエンジン３０により駆動する。これにより、建物の電力使用量が電力会社との契約電力量をこえてしまうことが防止される。
【００３１】
（変形例２）また、一般に、電力会社やガス会社との契約量は、建物の使用量（電気にあっては、最大需要電力）に応じて大きくなり、契約量が大きくなるほど、料金も高くなる。そこで、電力およびガス燃料のそれぞれの総使用量を抑制し、以って、それぞれの契約量を抑えるべく、圧縮機２１の電力駆動とガスエンジン駆動とが平準化されるように、動力源を切り替える構成としても良い。
すなわち、制御装置５０を、空気調和装置１０の電力使用量とガス燃料使用量とのそれぞれの総使用量を例えばひと月などの所定期間を１サイクルとして計数可能に構成し、一方（例えば電力）の総使用量が多い場合には、クラッチ制御機構２６３を制御して他方（例えばガス燃料）を駆動エネルギーとして圧縮機２１を駆動し、電力の総使用量とガス燃料の総使用量とが平準化されるようにする。これにより、電力会社およびガス会社との契約量を低く抑えることができる。
【００３２】
（変形例３）また、電気料金が割安に設定された時間帯に基づく切り替え、空気調和装置が設置された建物の電力使用量に基づく切り替え、および、当該建物の所定期間の総電力使用量に基づく切り替えを適宜組み合わせて実施しても良いことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る空気調和装置の概要構成を示す図である。
【図２】ガスエンジンと圧縮機との間の動力伝達機構およびその周辺の概要構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  空気調和装置
１１  室内ユニット
１２  室外ユニット
２１  圧縮機
２６  動力伝達機構
３０  ガスエンジン
５０  制御装置
２６０  クラッチ機構
３０１  ＤＣ−ＤＣ変換器
３０３  ＤＣ−ＡＣ変換器
【図１】
2006329573.tif 000003
【図２】
2006329573.tif 000004