(57)【要約】【課題】外気温度が低い場合でも、室内の空調が開始されるまでの待機時間を大きく短縮できるハイブリッド空気調和装置を得ることを目的とする。【解決手段】本発明のハイブリッド空気調和装置は、電動モータ１２ａで駆動されて冷媒を圧縮するモータ駆動圧縮機１２、四方弁１５、及び室外熱交換器３１を接続した冷媒回路５を備え、四方弁１５に対して、モータ駆動圧縮機１２と並列に設けられて、ガスエンジン２４により駆動されるエンジン駆動圧縮機２５を備えている。【選択図】図１
2013250004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータで駆動されて冷媒を圧縮するモータ駆動圧縮機、四方弁、及び室外熱交換器を接続した冷媒回路を備え、前記四方弁に対して、前記モータ駆動圧縮機と並列に設けられて、エンジンにより駆動されるエンジン駆動圧縮機を備えたことを特徴とするハイブリッド空気調和装置。
【請求項２】
前記冷媒回路は、前記モータ駆動圧縮機及び前記エンジン駆動圧縮機の冷媒吸込側に、前記エンジンを冷却する冷却水と前記冷媒との熱交換を行う冷却水／冷媒熱交換器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド空気調和装置。
【請求項３】
外気温度を検出する外気温度検出手段と、検出した外気温度が所定温度よりも低い場合に、前記エンジン駆動圧縮機を優先して駆動する圧縮機起動制御手段とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド空気調和装置。
【請求項４】
前記圧縮機起動制御手段は、検出した外気温度が所定温度より高く、空調負荷が、所定の値以下の場合に、前記モータ駆動圧縮機を優先して駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッド空気調和装置。
【請求項５】
前記エンジンで駆動される発電機と、前記発電機で発電された電力を蓄える蓄電池とを備え、前記電動モータは、少なくとも蓄電池の電力の一部を用いて駆動されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータにより駆動されるモータ駆動圧縮機と、エンジンにより駆動されるエンジン駆動圧縮機とを備えたハイブリッド空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒の圧縮機、及び室外側熱交換器などが収納される室外機ユニットと、室内側熱交換器を有する室内機ユニットとの間を冷媒が循環する冷凍サイクルが構成されるように、室外機ユニット及び室内機ユニットの各構成を冷媒配管により接続した空気調和機において、圧縮機の駆動源として電動機（電動モータ）を用いるものが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１０３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の空気調和機では、電動モータを圧縮機の駆動源としているため、諸事情により、消費電力の制限を強いられると、冷媒の圧縮能力を発揮できなく恐れがある。この場合、従来の空気調和機では、設定温度に応じた適切な空調制御を行えなくなる。さらに、従来の空気調和機では、例えば、外気温度の低い状況下で停止されていた状況から、空調制御を開始するような場合、冷媒温度が低いので、即座に快適な空調制御を行うことができない。このため、この種の空気調和機では、外気温度が低い場合、室外側熱交換器で冷媒と空気とを熱交換させ、冷媒を暖めた後に、室内へ気流を吹き出して空調制御を開始するものが多い。しかし、このものでは、冷媒温度を、空調制御を行うのに適した温度まで上昇させるのに長時間を要するので、快適な空調制御を実現するまでの待機時間が長くなってしまう。
【０００５】
本発明は、消費電力を制限された状況下でも、適切に空調制御を行うことができ、また、外気温度が低い条件から、空調制御を開始する場合でも、短時間のうちに快適な空調制御を実現できるハイブリッド空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、電動モータで駆動されて冷媒を圧縮するモータ駆動圧縮機、四方弁、及び室外熱交換器を接続した冷媒回路を備え、前記四方弁に対して、前記モータ駆動圧縮機と並列に設けられて、エンジンで駆動されるエンジン駆動圧縮機を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、上記ハイブリッド空気調和装置において、前記冷媒回路は、前記モータ駆動圧縮機及び前記エンジン駆動圧縮機の冷媒吸込側に、前記エンジンを冷却する冷却水と前記冷媒との熱交換を行う冷却水／冷媒熱交換器を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記ハイブリッド空気調和装置において、外気温度を検出する外気温度検出手段と、検出した外気温度が所定温度よりも低い場合に、前記エンジン駆動圧縮機を優先して駆動する圧縮機起動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記ハイブリッド空気調和装置において、前記圧縮機起動制御手段は、外気温度が所定温度より高く、空調負荷が、所定の値以下の場合に、モータ駆動圧縮機を優先して駆動することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記ハイブリッド空気調和装置において、前記エンジンで駆動される発電機と、前記発電機で発電された電力を蓄える蓄電池とを備え、前記電動モータは、少なくとも蓄電池の電力の一部を用いて駆動されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のハイブリッド空気調和装置によれば、消費電力を制限された状況下でも、エンジンで駆動されるエンジン駆動圧縮機を用いて冷媒を圧縮することで、設定温度に応じた空調制御を確実に行うことができる。さらに、外気温度が低い条件下で室内の空調制御を開始する場合、エンジン駆動圧縮機の駆動に伴い発生する大きな排熱を利用することで、冷媒を短時間のうちに暖めることが可能になる。これにより、外気温度が低い条件下で空調制御を開始する場合でも、短時間のうちに設定温度に応じた快適な空調制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド空気調和装置の構成を示す図である。
【図２】ハイブリッド空気調和装置のシステム構成図である。
【図３】モータ駆動圧縮機とエンジン駆動圧縮機の外気温度に応じた駆動制御を説明する図である。
【図４】モータ駆動圧縮機とエンジン駆動圧縮機の空調負荷に応じた駆動制御を説明する図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るハイブリッド空気調和装置の構成を示す図である。
【図６】ハイブリッド空気調和装置のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の第1実施形態に係るハイブリッド空気調和装置１Ａの構成を示す図である。
図１において、ハイブリッド空気調和装置１Ａは、室外機ユニット２と、室外機ユニット２に接続冷媒管３ａ，３ｂを介して接続される３つの室内機ユニット４Ａ〜４Ｃとを備えている。そして、室外機ユニット２と室内機ユニット４Ａ〜４Ｃとの間で冷媒を循環させる冷媒回路５が形成されている。
【００１４】
室外機ユニット２は、室内機ユニット４Ａ〜４Ｃとの間で接続冷媒管３ａ，３ｂを介して冷媒をやり取りするための一対の出入口ポート８ａ，８ｂを有する筐体９内に、冷媒回路５を構成する各機器を収納して構成される。
筐体９内には、電動モータ１２ａで駆動され、冷媒を圧縮するモータ駆動圧縮機１２が設けられている。モータ駆動圧縮機１２を駆動する電動モータ１２ａには、商用電源（図示せず）が供給される。モータ駆動圧縮機１２の回転速度は、商用電源の周波数を、電気式のインバータにより変換することで制御される。
また、モータ駆動圧縮機１２から延びる吸入管１３および吐出管１４が、四方弁１５に接続されている。吸入管１３には、冷媒の気液を分離するアキュムレータ１６が設けられ、吐出管１４には、オイルセパレータ１７及び逆止弁１８が設けられている。逆止弁１８は、冷媒がモータ駆動圧縮機１２の吐出口に逆流するのを防止する。
【００１５】
また、オイルセパレータ１７より四方弁１５側の吸入管１３の部位とアキュムレータ１６より四方弁１５側の吐出管１４の部位を接続するように、バイパス管２０が設けられ、バイパス管２０には、流路を開閉するバイパス弁２１が設けられている。また、オイルセパレータ１７で分離したオイルをモータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の吸入側に戻すオイル戻し管２２が設けられている。バイパス弁２１は、後述の制御装置７０により開度を制御され、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の吐出側の圧力が大きなときに開かれる。
また、ガスエンジン２４により駆動されるエンジン駆動圧縮機２５が、四方弁１５に対して、モータ駆動圧縮機１２に並列に設けられている。
エンジン駆動圧縮機２５の吸入管２６が、モータ駆動圧縮機１２の吸入管１３に接続され、エンジン駆動圧縮機２５の吐出管２７が、モータ駆動圧縮機１２の吐出管１４に接続されている。吐出管２７には、エンジン駆動圧縮機２５の吐出口に冷媒が逆流するのを防止する逆止弁２８が設けられている。
【００１６】
ガスエンジン２４には、その出力軸の回転に連動して回転する駆動ベルト３０が設けられ、さらに駆動ベルト３０の回転に連動して回転される駆動軸に、エンジン駆動圧縮機２５が電磁クラッチ２９を介して連結されている。
電磁クラッチ２９の接続／切断に応じて、ガスエンジン２４の出力軸の回転力を、エンジン駆動圧縮機２５に伝達したり、遮断したりを可能に構成されており、電磁クラッチ２９により、エンジン駆動圧縮機２５の駆動と停止を制御可能である。
【００１７】
また、四方弁１５には、一対設けられた室外熱交換器３１の一端が、冷媒管３２を介して接続され、室外熱交換器３１の他端には、冷媒管３７を介して、電動式の室外膨張弁３３の一端が接続されている。
また、室外膨張弁３３の他端と、筐体９に設けられた一対の出入口ポート８ａ，８ｂのうちの一方の出入口ポート８ａとの間が、冷媒管３４により接続されている。冷媒管３４には、サブクーラとしての過冷却熱交換器３５が設けられている。
過冷却熱交換器３５より出入口ポート８ａ側に位置する冷媒管３４からは、分岐冷媒管３６が分岐されて延出され、過冷却熱交換器３５を経た後に、モータ駆動圧縮機１２の吸入管１３に至るように設けられている。また、分岐冷媒管３６には、過冷却熱交換器３５の入口側に、電動式の膨張弁からなるリキッド弁３８が設けられており、過冷却熱交換器３５では、リキッド弁３８により膨張した冷媒と冷媒管３４を流れる冷媒とを熱交換可能になっている。また、他方の出入口ポート８ｂは、冷媒管４７を介して四方弁１５に接続されている。以上のように各構成間が接続される室外機ユニット２では、一対の出入口ポート８ａ，８ｂ間に、冷媒流路が構成される。
また、室外機ユニット２には、外気温度を計測する室外温度計６８と、マイコン等により構成され、室外機ユニット２を構成する電気機器の駆動を制御する制御装置７０とが設けられている。
【００１８】
次いで、室外機ユニット２のエンジン冷却水回路５０について説明する。
エンジン冷却水回路５０は、ガスエンジン２４を冷却するエンジン冷却水が循環する回路である。エンジン冷却水回路５０は、エンジン冷却水をガスエンジン２４に送出する冷却水ポンプ５１を備えている。また、ガスエンジン２４の排気と、冷却水ポンプ５１からガスエンジン２４に向かうエンジン冷却水との熱交換を行う排気ガス熱交換器６１が、ガスエンジン２４に一体に設けられている。ガスエンジン２４は、管路５２を介して第１比例三方弁５３の入口に接続される。第１比例三方弁５３は、一方から流入されるエンジン冷却水を他の２方向に分配する弁であり、その分配比は、０：１００〜１００：０の間で変更可能である。
【００１９】
第１比例三方弁５３のエンジン冷却水の出口のうち、一方の出口は、管路５４ａを介して冷却水ポンプ５１に接続され、他方の出口は、管路５４ｂを介して第２比例三方弁５５の入口に接続されている。
また、管路５６ａが、第２比例三方弁５５の一方の出口に一端を接続されて、室外熱交換器３１側に延びている。さらに、ラジエータ５７が、室外熱交換器３１に並設して設けられ、管路５６ａの他端がラジエータ５７の一端に接続されている。また、ラジエータ５７の他端が、管路５８を介して、第１比例三方弁５３から冷却水ポンプ５１に至る管路５４ａの所定部位に接続されている。また、ラジエータ５７と室外熱交換器３１に気流を流す室外電動ファン５９が設けられている。室外電動ファン５９の駆動により、ラジエータ５７を流れるエンジン冷却水と室外熱交換器３１を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
【００２０】
第２比例三方弁５５の他方の出口は、管路５６ｂを介して、管路５８に接続されている。また、冷却水／冷媒熱交換器６３が、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の冷媒吸込側で、吸入管１３を流れる冷媒と、管路５６ｂを流れるエンジン冷却水との熱交換を行わせるように設けられている。
第１及び第２比例三方弁５３，５５の開閉制御に応じて、ガスエンジン２４から出たエンジン冷却水を、ラジエータ５７及び冷却水／冷媒熱交換器６３を通さずに循環させる循環路、ラジエータ５７を通して循環させる循環路、及び冷却水／冷媒熱交換器６３を通して循環させる循環路のそれぞれに、流すことが可能である。また、第１及び第２比例三方弁５３，５５の開度を制御することにより、各循環路へのエンジン冷却水の分配比率を変えることができる。
【００２１】
また、一対の出入口ポート８ａ，８ｂのそれぞれには、前述の接続冷媒管３ａ，３ｂのそれぞれの一端が接続されており、３つの室内機ユニット４Ａ〜４Ｃが、接続冷媒管３ａ，３ｂの他端側に並列に接続されている。
各室内機ユニット４Ａ〜４Ｃは、一方の接続冷媒管３ａと他方の接続冷媒管３ｂとを接続する室内冷媒管４１を有し、室内冷媒管４１には、室内熱交換器４３と電動式の室内膨張弁４４が直列に配置されるように設けられている。また、室内熱交換器４３に気流を流す室内電動ファン４５が設けられている。
また、室内機ユニット４Ａ〜４Ｃは、室内温度を検出する室内温度検出手段としての室内温度計６５と、冷房や暖房などの空調の運転形態を指定したり、室内の空調温度を指定したりするための空調設定手段としての室内リモコン６６とを備えている。
【００２２】
以上のように室外機ユニット２と室内機ユニット４Ａ〜４Ｃとが接続されたハイブリッド空気調和装置１Ａでは、冷媒が循環する冷媒回路５が、並列に設けられたモータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５、四方弁１５、室外熱交換器３１、室外膨張弁３３、室内膨張弁４４、及び室内熱交換器４３を経由可能に形成される。
【００２３】
次いで、ハイブリッド空気調和装置１Ａのシステム構成について説明する。
図２はハイブリッド空気調和装置１Ａのシステム構成図である。
図２において、制御装置７０は、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の駆動を制御する圧縮機起動制御手段７１と、四方弁１５、第１及び第２比例三方弁５３，５５、室外膨張弁３３及び室内膨張弁４４、及びリキッド弁３８といった弁の開閉を制御する弁制御手段７２と、室内電動ファン４５や、室外電動ファン５９を制御するファン制御手段７３とを備えており、これらの手段は、主にマイコンの機能により実現される。
制御装置７０には、室内リモコン６６と、室内温度計６５及び室外温度計６８とが出力する情報が入力され、入力された情報に基づいて、各制御手段７１〜７３が、対象となる機器の制御を行う。
【００２４】
次いで、ハイブリッド空気調和装置１Ａの冷房運転時の動作について説明する。
制御装置７０の弁制御手段７２は、空調負荷に応じて、室外膨張弁３３及び室内膨張弁４４のそれぞれの弁開度を調整し、室外膨張弁３３については、例えば、弁開度を全開とする制御を行う。
また、弁制御手段７２は、図１の破線の向きに冷媒が循環するように四方弁１５を切り替える。
モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の少なくとも一方から吐出される高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１７でオイルを分離された後、四方弁１５を介して各室外熱交換器３１に流れ込む。各室外熱交換器３１では、冷媒は、外気と熱交換することにより冷やされて凝縮される。
また、弁制御手段７２は、第１及び第２比例三方弁５３，５５の弁制御を、エンジン冷却水をラジエータ５７へ導くように制御する。冷媒は、ラジエータ５７により、エンジン冷却水と熱交換を行って暖められる。逆にエンジン冷却水は冷やされるので、ガスエンジン２４が冷却される。
【００２５】
室外熱交換器３１を経た冷媒は、蒸発されやすいように室外膨張弁３３で膨張され、過冷却熱交換器３５を経由する。
過冷却熱交換器３５を経た冷媒の主要部は、一方の出入口ポート８ａから接続冷媒管３ａを介して室内機ユニット４Ａ〜４Ｃに流入される。また、過冷却熱交換器３５を経た冷媒の一部は、リキッド弁３８で膨張された後、過冷却熱交換器３５に戻されて、室内機ユニット４Ａ〜４Ｃに向かう冷媒を冷却する。リキッド弁３８で膨張された後に過冷却熱交換器３５を経た冷媒は、吸入管１３に戻される。
【００２６】
次いで、ハイブリッド空気調和装置１Ａの暖房運転時の動作について説明する。
制御装置７０の弁制御手段７２は、暖房運転が選択されると、図１の実線の矢印で示される向きに冷媒が循環するように四方弁１５を切り替える。即ち、エンジン駆動圧縮機２５及びモータ駆動圧縮機１２の少なくとも一方から吐出される高温高圧の冷媒は、オイルセパレータ１７でオイルを分離された後、四方弁１５及び出入口ポート８ｂを介して各室内機ユニット４Ａ〜４Ｃに流れ込む。各室内機ユニット４Ａ〜４Ｃでは、室内電動ファン４５の駆動により、室内熱交換器４３を通過する気流が発生し、室内熱交換器４３を通過する冷媒が熱を放出して凝縮され、これにより室内が暖められる。また、室内熱交換器４３を経た冷媒は、蒸発されやすいように室内膨張弁４４で膨張され、出入口ポート８ａから室外機ユニット２に流入される。さらに、冷媒は、過冷却熱交換器３５を通過して、室外膨張弁３３で膨張された後、室外熱交換器３１に流入する。なお、リキッド弁３８は、暖房運転時には閉じられている。
【００２７】
また、弁制御手段７２は、冷却水／冷媒熱交換器６３側とラジエータ５７にエンジン冷却水を向かわせるように、第１及び第２比例三方弁５３，５５の弁制御を行っている。また、ファン制御手段７３は、室外電動ファン５９を駆動して室外熱交換器３１及びラジエータ５７を通過する気流を発生させる。これにより、室外熱交換器３１を流れる冷媒は、外気との熱交換だけでなく、エンジン冷却水との熱交換によっても暖められる。
また、室外熱交換器３１を経た冷媒は、四方弁１５を介して冷却水／冷媒熱交換器６３に流入する。冷却水／冷媒熱交換器６３では、後述するように冷媒とエンジン冷却水の熱交換が行われ、暖められた冷媒が、アキュムレータ１６を介して、駆動されているモータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５に戻る。アキュムレータ１６では、冷媒の液成分が除かれる。
【００２８】
また、弁制御手段７２は、設定された空調温度、検出された室内温度から、必要な空調負荷を演算し、演算した空調負荷に応じて、室外膨張弁３３及び室内膨張弁４４のそれぞれの弁開度を調整する。さらに、弁制御手段７２は、冷却水／冷媒熱交換器６３側とラジエータ５７にエンジン冷却水を向かわせるように、第１及び第２比例三方弁５３，５５の弁制御を行う。また、冷却水／冷媒熱交換器６３では、冷却水ポンプ５１の運転により、エンジン冷却水が循環されると、吸入管１３を流れる冷媒とエンジン冷却水との熱交換が効率よく行われる。
発熱の大きなガスエンジン２４を冷やすエンジン冷却水は、ガスエンジン２４の駆動に連動して、速やかに温まるので、冷却水／冷媒熱交換器６３に流れる冷媒を、ガスエンジン２４の起動とともに速やかに暖めることが可能である。
【００２９】
また、モータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５は、次のように駆動制御される。
図３はモータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５の外気温度に応じた駆動制御を説明する図であり、モータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５が負担する空調負荷の割合を示している。
図３では、モータ駆動圧縮機１２が負担する空調負荷を斜め線の領域で示し、エンジン駆動圧縮機２５が負担する空調負荷を網掛け領域で示している。
圧縮機起動制御手段７１は、外気温度Ｔｏが、所定の閾値Ｔ１以下である場合、モータ駆動圧縮機１２を駆動させずに、電磁クラッチ２９をつなぎ、エンジン駆動圧縮機２５のみの駆動により、冷媒の圧縮能力を確保する。
【００３０】
ここで、仮に、ハイブリッド空気調和装置１Ａにおいて、モータ駆動圧縮機１２のみを冷媒を圧縮する圧縮手段とした場合、外気温度の低い状況下で停止されていた状況から、空調制御（暖房運転）が開始されると、冷媒温度を空調に適した温度まで上昇させるのに長時間を要してしまう。閾値Ｔ１は、例えば、以下の閾値設定用外気温度を鑑みて設定される。閾値設定用外気温度は、仮に、モータ駆動圧縮機１２のみを冷媒の圧縮手段として、ハイブリッド空気調和装置１Ａを運転させた場合に、冷媒温度を空調に適した温度まで上昇させるのに要する時間が、許容される待機時間以上となるような外気温度である。
また、圧縮機起動制御手段７１は、外気温度Ｔｏが、閾値Ｔ１より高い場合、モータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５の両方を駆動させる。外気温度Ｔｏが、閾値Ｔ１の近傍では、モータ駆動圧縮機１２が負担する空調負荷の割合を支配的としている。また、外気温度Ｔｏが徐々に高くなるにつれて、空調負荷のうち、モータ駆動圧縮機１２が負担する割合を徐々に低下させている。
なお、外気温度Ｔｏが、閾値Ｔ１のときに、モータ駆動圧縮機１２が負担する空調負荷の割合を１００％としたが、この負担割合は、許容されるモータ駆動圧縮機１２の消費電力を鑑みて適宜設定すればよい。
【００３１】
以上のように構成されたハイブリッド空気調和装置１Ａでは、冷却水／冷媒熱交換器６３が、大きく発熱するガスエンジン２４の排熱を利用して冷媒を暖めることが可能な構成とされている。このため、外気温度の低い状況下で停止されていた状況から、ハイブリッド空気調和装置１Ａによる空調制御を開始する場合に、冷媒の圧縮手段としてエンジン駆動圧縮機２５のみを起動させ、冷媒とエンジン冷却水との熱交換を行わせることで、冷媒を短時間に暖めることができる。これにより、ハイブリッド空気調和装置１Ａでは、空調制御の開始指令を受けた後、短時間のうちに設定温度に応じた快適な空調制御を実現できる。即ち、制御制御の開始指令を受けた後、室内に気流を吹き出しても不快に感じさせない空調制御を行える状態にするまでの待機時間を短縮できる。
【００３２】
また、制御装置７０の圧縮機起動制御手段７１は、外気温度Ｔｏが、閾値Ｔ１より高い場合には、空調負荷に応じて、以下のように、モータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５の駆動を制御する。
図４はモータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５の空調負荷Ｐｔに応じた駆動制御を説明する図であり、空調負荷Ｐｔのうち、モータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５が負担する割合を示している。
モータ駆動圧縮機１２が発揮する圧縮能力の大きさを斜め線の領域で示し、エンジン駆動圧縮機２５が発揮する圧縮能力の大きさを網掛け領域で示している。
図４において、圧縮機起動制御手段７１は、空調負荷Ｐｔが、所定の閾値Ｐ１以下の場合、エンジン駆動圧縮機２５を駆動させず、モータ駆動圧縮機１２のみの駆動によって冷媒の圧縮能力を確保して空調運転を行う。
また、空調負荷Ｐｔが、閾値Ｐ１より大きいＰ２である場合、モータ駆動圧縮機１２とエンジン駆動圧縮機２５の両方を駆動させる。このとき、圧縮機起動制御手段７１は、空調負荷Ｐｔのうち、Ｐ１をエンジン駆動圧縮機２５に負担させ、Ｐ２−Ｐ１に相当する空調負荷を、モータ駆動圧縮機１２が負担させる制御を行う。空調負荷Ｐｔを、エンジン駆動圧縮機２５とモータ駆動圧縮機１２とが分担して負担するので、消費電力を抑えつつ、ハイブリッド空気調和装置１Ａを運転できる。
【００３３】
また、モータ駆動圧縮機１２は、エンジン駆動圧縮機２５に比べ、運転に必要な最低の回転速度を遅くできる。このため、モータ駆動圧縮機１２は、空調負荷が小さい場合に、エンジン駆動圧縮機２５に比べてＣＯＰ（成績係数）を向上させるのに特に適している。図４に示すように、空調負荷が小さい場合には、当該空調負荷をモータ駆動圧縮機１２のみから供給し、エンジン駆動圧縮機２５を停止させることで、ＣＯＰを向上させることができる。
また、モータ駆動圧縮機１２では、スクロールタイプの圧縮機が採用され、液圧縮に弱いため、モータ駆動圧縮機１２の潤滑油として用いられるオイルと冷媒とを精度よく分離させておくのが好ましい。ところが、オイルは、当該圧縮機の稼働中にはおおよそ分離しているものの、モータ駆動圧縮機１２内の温度が低くなると、オイルと冷媒とが混合した状態でモータ駆動圧縮機１２の低圧部分にとどまることになる。このため、モータ駆動圧縮機１２に電力を供給して暖めるための電熱線などのヒータ（クランクケースヒータ）を設け、モータ駆動圧縮機１２を当該ヒータにより暖め、冷媒とオイルの混合状態を解消した後、モータ駆動圧縮機１２を駆動して、分離した冷媒を循環させるのが望ましい。
【００３４】
エンジン駆動圧縮機２５を駆動するガスエンジン２４を運転させることにより、外気温度Ｔｏが低い条件下でも、冷却水／冷媒熱交換器６３では、ガスエンジン２４の排熱を利用することで、迅速に冷媒を暖めることができる。このため、モータ駆動圧縮機１２を駆動させたときには、モータ駆動圧縮機１２の周辺の冷媒回路５は暖められた状態であり、このため、モータ駆動圧縮機１２に併設するヒータへの電力供給量を小さくしてもモータ駆動圧縮機１２を迅速に暖めることが可能になる。
また、通常、エンジン駆動圧縮機２５には、回転の遠心力で各ベーンが飛び出すマルチベーンタイプが用いられる。マルチベーンタイプを用いたエンジン駆動圧縮機２５は、液圧縮に非常に強いため、仮に、エンジン駆動圧縮機２５に流入される冷媒に液が混じっていても故障を抑制できる。
なお、圧縮機起動制御手段７１は、冷房運転時でも、暖房運転時と同様に、空調負荷に応じて、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の駆動を制御する。これにより、冷房運転時でも、ＣＯＰの向上が期待できる。
【００３５】
この第１実施形態に係るハイブリッド空気調和装置１Ａによれば、四方弁１５に対して、モータ駆動圧縮機１２と並列に設けられて、エンジンにより駆動されるエンジン駆動圧縮機２５を備えているので、エンジン駆動圧縮機２５を起動させることで、消費電力を制限された状況下でも、所望する設定温度に応じた空調制御を確実に行うことができる。さらに、外気温度が低い条件下で空調運転を開始する場合、エンジン駆動圧縮機２５の駆動に伴い発生する大きな排熱を利用することで、冷媒を短時間のうちに暖めることが可能になる。これにより、空調制御の開始指令を受けた後、短時間のうちに設定温度に応じた快適な空調制御を行うことができる。
具体的には、冷媒回路５が、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の冷媒吸込側に、ガスエンジン２４を冷却する冷却水と冷媒との熱交換を行う冷却水／冷媒熱交換器６３を備えており、外気温度Ｔｏが低い条件下で暖房運転が行われる場合でも、室内の空調運転の開始までの待機時間を短縮できる。
さらに、モータ駆動圧縮機１２を除いた冷媒回路５は、速やかに暖められて、暖められた冷媒回路５の熱がモータ駆動圧縮機１２に伝わるので、モータ駆動圧縮機１２を暖めるヒータを取り付ける場合でも、簡易なものを採用できる。
【００３６】
ここで、室外機ユニット２には、室外熱交換器３１に霜が着くことを防止する除霜手段（図示せず）が設けられることも多い。除霜手段は、室外熱交換器３１に併設される霜取り用の熱交換器（図示せず）を有する。そして、除霜手段は、室外熱交換器３１の除霜を行う場合に、暖めた冷媒を、冷凍サイクルを循環すると冷媒とは別に、霜取り用の熱交換器を経由させて循環させる。これにより、室外熱交換器３１に霜が着くことが防止される。ハイブリッド空気調和装置１Ａによれば、ガスエンジン２４の排熱によって、迅速に暖められた冷媒を、室外熱交換器３１にも供給することが可能であるので、除霜手段を省略、もしくは、霜取り用の熱交換器を経由して循環させる冷媒量を抑制できる。
【００３７】
また、外気温度Ｔｏを検出する外気温度検出手段としての室外温度計６８と、検出した外気温度が所定温度よりも低い場合に、エンジン駆動圧縮機２５を優先して駆動する圧縮機起動制御手段７１とを備えるので、外気温度Ｔｏが低いときに起動が不利な、モータ駆動圧縮機１２を駆動させることなく、空調運転を迅速に開始させることができる。
また、圧縮機起動制御手段７１は、外気温度Ｔｏが所定の閾値Ｔ１より高く、空調負荷が、所定の閾値Ｐ１以下の場合、モータ駆動圧縮機１２を優先して駆動している。モータ駆動圧縮機１２は、特に、空調負荷の低い場合に、ＣＯＰを高くするのに有効であり、空調負荷が小さい場合でも、ハイブリッド空気調和装置１ＢのＣＯＰを向上させることができる。
【００３８】
［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態に係るハイブリッド空気調和装置１Ｂの構成を示す図である。
図５において、ハイブリッド空気調和装置１Ｂは、エンジン駆動圧縮機２５の駆動により発電する発電機７５と、発電機７５が発電した電力を蓄電する蓄電池７６と、発電機７５が発電した電力の周波数を、室内電動ファン４５、室外電動ファン５９等の電気機器で利用可能な周波数に変換するインバータ７７とを備えている。他の構成は上記第１実施形態と同様である。
図６は本発明の第２実施形態に係るハイブリッド空気調和装置１Ｂのシステム構成図である。
発電機７５と蓄電池７６とが電気的に接続されている。また、詳細には図示しないが、インバータ７７が、室内電動ファン４５、室外電動ファン５９などの電気機器と電気的に接続され、発電機７５からの電力は、所望の周波数に変換されて各電気機器に供給される。
【００３９】
ハイブリッド空気調和装置１Ｂの動作について説明する。
ハイブリッド空気調和装置１Ｂでも、ハイブリッド空気調和装置１Ａと同様、外気温度Ｔｏや空調負荷Ｐｔに応じてモータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５の駆動を制御する。エンジン駆動圧縮機２５が駆動される条件では、蓄電池７６に自動的に蓄電される。
【００４０】
圧縮機起動制御手段７１は、蓄電池７６の出力電圧に基づいて、蓄電池７６からモータ駆動圧縮機１２への電力供給や、エンジン駆動圧縮機２５の駆動を制御する。
圧縮機起動制御手段７１は、例えば、蓄電池７６の出力電圧が、蓄電池７６の定格電圧の下限より若干大きな閾値Ｖａを下回っている場合に、蓄電池７６の蓄電が不十分であり、蓄電池７６の出力が、閾値Ｖａより大きい場合に、蓄電池７６が蓄電されていると判断する。
圧縮機起動制御手段７１は、蓄電池７６が蓄電されていると判断すると、モータ駆動圧縮機１２を駆動する場合には、少なくとも蓄電池７６の電力の一部を、電動モータ１２ａの動力原として供給する。また、圧縮機起動制御手段７１は、蓄電池７６が蓄電されておらず、かつガスエンジン２４を駆動していない場合には、電磁クラッチ２９を切って、ガスエンジン２４を駆動し、蓄電池７６の蓄電を行ってもよい。この場合、蓄電池７６の蓄電が完了したと判断すると、ガスエンジン２４の駆動を停止する。
【００４１】
この第２実施形態によるハイブリッド空気調和装置１Ｂによれば、ガスエンジン２４が駆動されると、蓄電池７６に蓄電される構成としたので、モータ駆動圧縮機１２を駆動するときに、電動モータ１２ａに供給する電力の少なくとも一部を、蓄電池７６から供給することで、ハイブリッド空気調和装置１Ｂでは、外部から供給される電力を抑制でき、また、電力コストを削減できる。
【００４２】
なお、第１及び第２実施形態では、エンジン駆動圧縮機２５は、ガスエンジン２４により駆動されるものとして説明したが、ガスエンジン２４により駆動されるものに限定されず、ガソリン等の燃料を用いてもよい。
また、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５は、同一の筐体９内に収納するものとして説明したが、必ずしも同一の筐体９内に収納する必要はなく、別個の筐体に収納してもよい。
また、モータ駆動圧縮機１２及びエンジン駆動圧縮機２５は、上記のものに限定されず、例えば、深夜など、電気料金の安い時間帯に、モータ駆動圧縮機が負担する空調負荷の割合を増大させたりするなどしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１Ａ，１Ｂ  ハイブリッド空気調和装置
１２  モータ駆動圧縮機
１２ａ  電動モータ
１５  四方弁
２４  ガスエンジン（エンジン）
２５  エンジン駆動圧縮機
３１  室外熱交換器
６３  冷却水／冷媒熱交換器
６８  室外温度計（外気温度検出手段）
７１  圧縮機起動制御手段
７５  発電機
７６  蓄電池
【図１】
2013250004.tif 000003
【図２】
2013250004.tif 000004
【図３】
2013250004.tif 000005
【図４】
2013250004.tif 000006
【図５】
2013250004.tif 000007
【図６】
2013250004.tif 000008