(57)【要約】【課題】商用電源からの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。【解決手段】室外機１は、気体燃料または液体燃料を用いる原動機１０により圧縮機１１および発電機１２を駆動する。室内機２は圧縮機１１とともにヒートポンプを構成する。発電機１２は室外機１とは別に設けた蓄電装置４の二次電池４１を充電し、蓄電装置４の電力は室外機１に設けた原動機１０の起動に用いられる。各室外機１は原動機１０と圧縮機１１との間に連結と分離とが選択されるクラッチを備える。蓄電装置４は、残容量を監視する容量監視部４２と、残容量が規定の閾値以下になると停止中の室外機１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１０により発電機１２のみを単独で運転するように指示する充電指示部４３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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指示する充電指示部とを備えることを特徴とする空気調和システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
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技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２７２０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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指示する充電指示部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
蓄電装置４には、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。
【００１８】
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４２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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態を示すブロック図である。
【図２】同上に用いる室外機における原動機と圧縮機と発電機との関係を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
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
【図１】
2008249265.tif 000003
【図２】
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