(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ガスヒートポンプ式空気調和装置において、外部からの電力供給を不要とし、また設備設計及び施工の簡略化と工期の短縮化を実現し、さらに燃料ガスが一時供給されない場合、応急的に圧縮機を駆動して冷房、暖房運転を可能とすることにある。【解決手段】ガスエンジン５により駆動される圧縮機７を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、ガスエンジン５に供給される燃料ガス４を利用して発電する発電装置２３と、発電装置２３で発電された電気を蓄える蓄電装置２４とを備える。【選択図】　　　図１
2004125258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、
前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、
該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置とを備えていることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項２】
ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、
前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、
該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、
これら発電装置において発生する廃熱及びガスエンジンにて発生する廃熱を回収する廃熱回収装置とを備えていることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項３】
ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、
前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、
該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、
該蓄電装置に蓄えられた電力で前記圧縮機を駆動できる電動機とを備えていることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項４】
ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、
前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、
該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置とを備え、
該蓄電装置に蓄えられた電力で前記圧縮機を駆動できる電動機とを備え、
該電動機は前記圧縮機がガスエンジンによって運転される際に発電機として作用し、前記蓄電装置に電力を蓄える機構を有していることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【請求項５】
ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、
前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、
該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、
該発電装置において発生する廃熱と、前記ガスエンジンにて発生する廃熱とを回収する廃熱回収装置と、
前記蓄電装置に蓄えられた電力で前記圧縮機を駆動できる電動機とを備え、
該電動機は、前記圧縮機がガスエンジンによって運転される際に発電機として作用し，前記蓄電装置に電力を蓄える機構を有していることを特徴とするガスヒートポンプ式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンによって駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、都市の高密度化、あるいは電力機器の増加により電力需要は年々増加傾向にあり、電力会社による電力供給は厳しい状況にある。特に夏季においては、電動機駆動圧縮機を備えた空気調和装置の稼動数の増加によって需要が集中し電力供給が追いつかなくなることも危惧される。また、化石燃料の枯渇によるエネルギー問題は世界的な問題となっており、世界レベルでのエネルギー削減や代替エネルギーの開発が進んでいる。こうした中、電力消費の低減を目的として都市ガス等の燃料ガスを用いてガスエンジンを駆動させ、該ガスエンジンによって圧縮機を運転するガスヒートポンプ式空気調和装置が普及してきている。
【０００３】
ガスヒートポンプ式空気調和装置は、燃料ガスによって駆動されるガスエンジンと接続された圧縮機に冷媒配管を介して四方弁、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器等により冷凍サイクルを構成し、四方弁により前記冷媒配管を切り換えることで室内外の熱交換器を凝縮器、あるいは蒸発器として切り換えて冷房もしくは暖房運転を行う。また、前記熱交換器にて冷媒が空気と熱交換するため、送風機用電動機により駆動する送風機を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２４２４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記したとおり、ガスヒートポンプ式空気調和装置では、通常は電動機により駆動される圧縮機をガスエンジンによって駆動することで電力消費の低減を図っている。しかしながら、ガスヒートポンプ式空気調和装置には、その他、送風機用電動機、電気機器、及び各機器を制御する制御装置等の電力消費機器が具備されており、更なる電力消費の低減を考える場合に機器用電力が問題となる。
【０００６】
また、都市部においてビルの高層化が進み、ビル単位での空気調和を行うため大量の室外機を屋上に設置する場合が増えている。その際、ガスヒートポンプ式空気調和装置の場合、ガスエンジン用燃料供給設備と送風機用電動機などのための電力供給設備が必要となるが、高層の屋上設置場所まで燃料を供給するための供給設備設計、及びその施工に多大な時間を労するという問題がある。
【０００７】
さらに、多数台が設置される場合には配管、及び配線施工が非常に複雑になることで、例えば、ガスヒートポンプ式空気調和装置の移設あるいは増設を行う際には、多大な時間と労力を要するという問題がある。
さらにまた、ガスヒートポンプ式空気調和装置では、ガスエンジンによって駆動される圧縮機で冷媒を圧縮するために燃料供給設備の不具合、あるいはメンテナンスのために燃料ガスが供給されない場合や前記ガスエンジンが定期点検等で一時的に駆動できない場合には圧縮機を運転することができず、その間は冷房あるいは暖房ができないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、ガスヒートポンプ式空気調和装置において、電力消費機器である送風機用電動機、制御装置等の機器用電力を自己発電によって供給することで外部からの電力供給を不要とし、また、電力供給設備を不要とすることで設備設計及び施工の簡略化と工期の短縮化を実現することにある。
さらに本発明の目的は、ガスヒートポンプ式空気調和装置において、例えば燃料ガスが一時供給されない場合、あるいはガスエンジンを停止する場合でも応急的に圧縮機を駆動して冷房、暖房運転を可能とすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の発明は、ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置とを備えているものである。
【００１０】
上記目的を達成するために本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の他の発明は、ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、これら発電装置において発生する廃熱及びガスエンジンにて発生する廃熱を回収する廃熱回収装置とを備えているものである。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置のさらに他の発明は、ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、該蓄電装置に蓄えられた電力で前記圧縮機を駆動できる電動機とを備えているものである。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置のさらに他の発明は、ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、該蓄電装置に蓄えられた電力で前記圧縮機を駆動できる電動機とを備え、該電動機は前記圧縮機がガスエンジンによって運転される際に発電機として作用し、前記蓄電装置に電力を蓄える機構を有しているものである。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置のさらに他の発明は、ガスエンジンにより駆動される圧縮機を備えて冷凍サイクルを構成するガスヒートポンプ式空気調和装置において、前記ガスエンジンに供給される燃料ガスを利用して発電する発電装置と、該発電装置で発電された電気を蓄える蓄電装置と、該発電装置において発生する廃熱と、前記ガスエンジンにて発生する廃熱とを回収する廃熱回収装置と、前記蓄電装置に蓄えられた電力で前記圧縮機を駆動できる電動機とを備え、該電動機は、前記圧縮機がガスエンジンによって運転される際に発電機として作用し，前記蓄電装置に電力を蓄える機構を有しているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
〔実施例１〕
図１は、本実施例におけるガスヒートポンプ式空気調和装置の機器系統図である。
図１に示されるように基本的には、ガスヒートポンプ式空気調和装置１は室外機２と複数台（本実施例では２台）の室内機３Ａ、３Ｂとから構成されている。燃料ガス４によって駆動されるガスエンジン５と連結装置６によって接続された圧縮機７とは、四方弁８、室外熱交換器９、室外膨張弁１０、冷媒量調節器１１、室内膨張弁１２Ａ、１２Ｂ、室内熱交換器１３Ａ、１３Ｂ、受液器１４などを介し、冷媒配管１５で接続されて冷凍サイクルを構成している。また、前記室外熱交換器９と室内熱交換器１３Ａ、１３Ｂとを流れる冷媒と空気とを熱交換させるために、それぞれ室外送風機１６は室外送風機用電動機１７に、室内送風機１８Ａ、１８Ｂは室内送風機用電動機１９Ａ、１９Ｂにより駆動される。ガスヒートポンプ式空気調和装置１は、四方弁８を切り換えることによって冷房、または暖房運転が可能となる。
【００１６】
例えば冷房用に切り換えたときには、圧縮機７によって圧縮された高圧ガス冷媒は、室外熱交換器９に流れ、該室外熱交換器９が凝縮器として作用することによって高圧液冷媒となり冷媒量調節器１１へ流れる。さらに、該冷媒量調節器１１から冷媒配管１５１０を通って室内機３Ａ、３Ｂへ流れて室内膨張弁１２Ａ、１２Ｂによって減圧され、室内熱交換器１３Ａ、１３Ｂが蒸発器となって室内を冷房し、受液器１４を介して低圧ガス冷媒は再び圧縮機７へ戻るサイクルを構成する。
【００１７】
一方、暖房用に切り換えたときには、室内熱交換器１３Ａ、１３Ｂが凝縮器に、室外熱交換器９が蒸発器となって室内を暖房する。ガスエンジン５駆動用の燃料ガス４は燃料供給管２０により供給され、この燃料供給管２０には開閉弁２１と流量調整弁２２Ａとが順次接続されている。また、燃料供給管２０は開閉弁２１の後に分岐して流量調整弁２２Ｂを介して発電装置２３へ接続される。
【００１８】
図２は、本実施例における発電装置２３の内部構造を示す。図２に示されるように、発電装置２３内では供給される燃料ガス４を改質して水素を生成する燃料改質装置２３Ａを備える。そして生成された水素は燃料電池２３Ｂへ供給され、ここで前記燃料電池２３Ｂへ接続された空気供給装置２３Ｃにより供給された空気中の酸素と反応して発電する。発電の際、高温の熱が発生するため、この熱は廃熱装置２３Ｄにより装置外へ排出される。
【００１９】
図１に戻って、前記発電装置２３において発電された電力は、蓄電装置２４へ流れて該装置内に蓄電される。室外機２は、ガスヒートポンプ式空気調和装置１全体の運転を制御する制御装置２５を備えている。該制御装置２５は、蓄電装置２４から電力が供給され、ガスエンジン５の点火部、四方弁８、室外膨張弁１０、室外送風機用電動機１７、流量調整弁２２Ａ、２２Ｂ、発電装置２３の制御部へ電力あるいは制御信号を送って運転を制御する。
【００２０】
室内機３Ａ、３Ｂは、室内制御装置２７Ａ、２７Ｂを備え、またそれぞれには室内膨張弁１２Ａ、１２Ｂ、室内送風機用電動機１９Ａ、１９Ｂが接続されており、前記制御装置２５からの電力及び制御信号によって運転制御される。
【００２１】
ここで本実施例の電気的な流れについて冷房運転を例にとって説明する。
ガスヒートポンプ式空気調和装置１全体の起動時には、まず蓄電装置２４に予め蓄電された一定量の電力を用いて制御装置２５が起動される。次に、この制御装置２５よって流量調整弁２２Ｂへ信号が送られ、流量調整弁２２Ｂが開いて発電装置２３が発電し、その発生した電力が蓄電装置２４に蓄電される。制御装置２５では蓄電装置２４の蓄電量を検知して、ある設定値以上となった場合に流量調整弁２２Ａを開き、なおかつ、制御装置２５から点火用電力をガスエンジン５に送ってガスエンジン５を起動させる。
【００２２】
ガスエンジン５に接続された圧縮機７が運転されると同時に制御装置２５から四方弁８や室外送風機用電動機１７、室内制御装置２７Ａ、２７Ｂに信号が送られて冷房運転が開始する。そして、制御装置２５では対象負荷や室内外温度等により各機器の運転及び制御を行う。また各機器により検出されたデータによってガスエンジン５の回転数、発電装置２３の発電量等が制御され、燃料ガスの消費量が必要最小限となるように制御される。
【００２３】
本実施例により、空気調和装置の施工において供給設備は燃料供給系統のみでよく、空気調和装置外部からの電力供給は不要となる。また、空気調和装置の施工の簡略化や工期の短縮化が可能となる。
さらに、設置側の事情によりガスヒートポンプ式空気調和装置１を移設する場合でも、燃料供給設備を変更するだけで移設が可能となる。
【００２４】
〔実施例２〕
図３は、他の実施例におけるガスヒートポンプ式空気調和装置の機器系統図である。
図３に示されるように、本実施例では実施例１での機器系統に廃熱回収装置２８を加えた構成となっている。発電装置２３から排出された廃熱とガスエンジン５から排出された廃熱とは、廃熱回収装置２８へ供給されて廃熱の回収がされる。廃熱回収装置２８によって回収された廃熱は導出管２９によって室外機２外へ導かれ、さらに廃熱は機外に隣設された給湯設備３０内に通されることによって給湯熱源として有効利用される。
本実施例により、ガスヒートポンプ式空気調和装置１の廃熱を無駄にすることなく有効利用が可能となり、エネルギー利用効率が向上する。
【００２５】
〔実施例３〕
図４は、さらに他の実施例におけるガスヒートポンプ式空気調和装置の機器系統図である。
図４に示されるように、本実施例では実施例２での機器系統に電動機３１を加えた構成となっている。電動機３１はガスエンジン５と圧縮機７とをつなぐ連結装置６に機械的に接続され、電気配線２６により制御装置２５と接続されている。今、燃料供給設備側の不具合により燃料供給が遮断され、開閉弁２１が閉じている状態にあるとする。制御装置２５は、燃料ガス４が遮断されたことを検知するととともに蓄電装置２４の蓄電量を検出する。制御装置２５は、検出値が予め設定された電力にあることを確認して電力が電動機３１へ供給される。電動機３１へ電力が供給されることによって、ガスエンジン５が停止した状態でも、電動機３１は連結装置６を介して圧縮機７を運転する。
本実施例により、ガスヒートポンプ式空気調和装置１は、燃料供給が一時的に遮断されても応急的に冷房、あるいは暖房運転を続けることができる。
【００２６】
〔実施例４〕
本実施例の機器系統は、基本的には図４と同様であるが、異なる点は次のとおりである。
すなわち電動機３１は燃料ガス４の遮断時、応急運転用として駆動される点で実施例３と同じであるが、異なる点は、該電動機３１は通常運転時にはガスエンジン５の駆動で連結装置６を介して回転し、発電機として作用することである。発電された電力は制御装置２５を介して蓄電装置２４に蓄えられ、発電装置２３における発電量を抑えることで燃料ガスの消費量を低減する。
本実施例により、発電装置２３での発電量を抑えることで燃料ガスの消費量を低減することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ガスヒートポンプ式空気調和装置において、電力機器の消費電力を自己発電により供給することで外部からの電力供給を不要とし、また設置施工時においても電源供給設備が不要となることから設計施工の簡略化、及び工期の短縮化を図ることができる。
また、発電装置、ガスエンジン等の廃熱を有効利用できることでエネルギーの利用効率が向上し、かつ電動機を発電機として利用できるようにすることで燃料ガスの消費量を低減することができる。
さらに、一時的にガスエンジンが運転不可能な場合でも空気調和装置が備える電動機によって圧縮機を応急運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の実施例１の機器系統図である。
【図２】図１のガスヒートポンプ式空気調和装置に係る発電装置の内部構成図である。
【図３】本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の実施例２の機器系統図である。
【図４】本発明に係るガスヒートポンプ式空気調和装置の実施例３、４の機器系統図である。
【符号の説明】
１…ガスヒートポンプ式空気調和装置、２…室外機、３Ａ、３Ｂ…室内機、４…燃料ガス、５…ガスエンジン、６…連結装置、７…圧縮機、８…四方弁、９…室外熱交換器、１０…室外膨張弁、１１…冷媒量調節器、１２Ａ、１２Ｂ…室内膨張弁、１３Ａ、１３Ｂ…室内熱交換器、１４…受液器、１５…冷媒配管、１６…室外送風機、１７…室外送風機用電動機、１８Ａ、１８Ｂ…室内送風機、１９Ａ、１９Ｂ…室内送風機用電動機、２０…燃料供給管、２１…開閉弁、２２Ａ、２２Ｂ…流量調整弁、２３…発電装置、２３Ａ…燃料改質装置、２３Ｂ…燃料電池、２３Ｃ…空気供給装置、２３Ｄ…廃熱装置、２４…蓄電装置、２５…制御装置、２６…電気配線、２７Ａ、２７Ｂ…室内制御装置、２８…廃熱回収装置、２９…導出管、３０…給湯設備、３１…電動機。
【図１】
2004125258.tif 000003
【図２】
2004125258.tif 000004
【図３】
2004125258.tif 000005
【図４】
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