(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外機と自家発電装置とを備え、
前記室外機が、圧縮機と、前記圧縮機の駆動源であるエンジンと、前記自家発電装置に充電可能に接続されたバッテリと、前記バッテリに接続された前記圧縮機の駆動源であるモータと、負荷に応じて前記圧縮機を前記エンジン及び／又は前記モータにより駆動させる制御を行う駆動制御手段とを備え、
前記バッテリが自家発電装置によって常に充電され、
前記室外機が運転する場合、バッテリの充電量が判定され、
バッテリの充電量が少ない場合、エンジンにより圧縮機を駆動し、モータを発電機運転に切り替え、モータを発電機として使用しバッテリに回生充電し、
バッテリの充電量が多い場合、エンジンの負荷状態が判定され、エンジンが低負荷状態の場合、モータのみで圧縮機を駆動し、エンジンが高負荷状態の場合、エンジンによる圧縮機の駆動をモータで補助するため、エンジン及びモータで圧縮機を駆動することを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記自家発電装置が自然エネルギーにより発電することを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記自家発電装置が燃料電池であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータとを併用して圧縮機を駆動する冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の冷凍装置の例として、圧縮機がガスエンジンにより駆動されるガスヒートポンプ式空気調和装置が知られており、エンジン冷却装置が、ガスエンジンをエンジン冷却水により冷却している。
【０００３】
この種の空気調和装置には、室外機と複数の室内機とを有し、この室外機で複数の室内機を同時に運転可能とするものがある。また、効率を向上させるため、ガスエンジンや圧縮機、熱交換器、ファンなどといった部品単位の高効率化も図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば室内機が１台のみの運転となるときや室内温度が目標温度に達したときの低負荷状態では、エンジン負荷が著しく減少し、室外機におけるガスエンジンの効率が著しく低下する。さらにエンジンを使用する場合、排気ガスを排出するので、排気ガスの排出量の少ないことが望ましい。また、部品の高効率化も限界があり、新たな冷凍装置の検討が必要である。
【０００５】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる冷凍装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、室外機と自家発電装置とを備え、前記室外機が、圧縮機と、前記圧縮機の駆動源であるエンジンと、前記自家発電装置に充電可能に接続されたバッテリと、前記バッテリに接続された前記圧縮機の駆動源であるモータと、負荷に応じて前記圧縮機を前記エンジン及び／又は前記モータにより駆動させる制御を行う駆動制御手段とを備え、前記バッテリが自家発電装置によって常に充電され、前記室外機が運転する場合、バッテリの充電量が判定され、バッテリの充電量が少ない場合、エンジンにより圧縮機を駆動し、モータを発電機運転に切り替え、モータを発電機として使用しバッテリに回生充電し、バッテリの充電量が多い場合、エンジンの負荷状態が判定され、エンジンが低負荷状態の場合、モータのみで圧縮機を駆動し、エンジンが高負荷状態の場合、エンジンによる圧縮機の駆動をモータで補助するため、エンジン及びモータで圧縮機を駆動することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記自家発電装置が自然エネルギーにより発電することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記自家発電装置が燃料電池であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明には、次の作用がある。
【００１８】
負荷に応じて圧縮機がエンジン及び／又はモータにより駆動される駆動制御を行うことによって、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【００２０】
バッテリの充電量に応じて、電動機又は発電機に切り替わるモータの切替制御を行うことができるので、バッテリの充電量が制御できる。さらに冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【００２２】
自家用発電装置において化石燃料を使用せずに発電できるので、排気ガスを排出しない発電が可能となる。
【００２４】
負荷に応じて圧縮機がエンジン及び／又はモータにより駆動される制御方法によって、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【００２６】
バッテリの充電量に応じて、電動機又は発電機に切り替わるモータの切替制御を行うことができるので、バッテリの充電量が制御できる。さらに冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面に基づき説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る冷凍装置の一例としてガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【００２９】
この図１に示すように、冷凍装置としてのガスヒートポンプ式空気調和装置１０は、室外機１１、複数台（例えば２台）の室内機１２Ａ、１２Ｂ、エンジン冷却装置１３、圧縮機駆動部１４、制御装置１５及び自家発電装置１６（図２）を有して構成される。
【００３０】
室外機１１は室外に設置され、室内機１２Ａ，１２Ｂは室内に設置される。
【００３１】
室外機１１は、圧縮機１７、四方弁１８、室外膨張弁１９、室外熱交換器２０およびアキュムレータ２１を有して構成される。室外熱交換器２０には室外ファン２２が隣接して配置される。室内機１２Ａは室内熱交換器２３Ａ及び室内膨張弁２４Ａを、室内機１２Ｂは室内熱交換器２３Ｂ及び室内膨張弁２４Ｂを有して構成される。室内熱交換器２３Ａ，２３Ｂには室内ファン２５Ａ，２５Ｂがそれぞれ隣接して配置される。
【００３２】
冷房運転時において冷媒は、圧縮機１７によって圧縮され、四方弁１８において実線矢印の如く流れ、室外熱交換器２０で凝縮され、室外膨張弁１９を通過し、室内機１２Ａ，１２Ｂへ送られる。室内機１２Ａ，１２Ｂへ送られた冷媒は、室内膨張弁２４Ａ，２４Ｂで膨張され、室内熱交換器２３Ａ，２３Ｂで蒸発され、室外機１１へ送られる。室外機１１へ送られた冷媒は、四方弁１８及びアキュムレータ２１を順次通過して圧縮機１７に戻される。
【００３３】
暖房運転時において冷媒は、圧縮機１７によって圧縮され、四方弁１８において破線矢印の如く流れ、室内機１２Ａ，１２Ｂへ送られる。室内機１２Ａ，１２Ｂへ送られた冷媒は、室内熱交換器２３Ａ，２３Ｂで凝縮され、室内膨張弁２４Ａ，２４Ｂを通過し、室外機１１へ送られる。室外機１１へ送られた冷媒は、室外膨張弁１９で膨張され、室外熱交換器２０で蒸発され、四方弁１８及びアキュムレータ２１を順次通過して圧縮機１７に戻される。
【００３４】
エンジン冷却装置１３は、ワックス三方弁２６、ラジエータ２７、循環ポンプ２８、及び図示しない排ガス熱交換器を有して構成され、後述する圧縮機駆動部１４のガスエンジン３０がエンジン冷却装置１３により冷却される。エンジン冷却装置１３を循環するエンジン冷却水は、循環ポンプ２８によって昇圧され、循環ポンプ２８の吐出側から約５０℃でガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ流入し、ガスエンジン３０の排熱（排気ガスの熱）を回収した後にガスエンジン３０内に流れてこのガスエンジン３０を冷却し、約７０℃に加熱される。ガスエンジン３０からワックス三方弁２６の入口２６Ａに流入したエンジン冷却水は、低温（例えば７０℃未満）のときはワックス三方弁２６の低温側出口２６Ｂから循環ポンプ２８に戻されてガスエンジン３０を速やかに暖機し、高温（例えば７０℃以上）のときにはワックス三方弁２６の高温側出口２６Ｃからラジエータ２７へ流れる。このラジエータ２７は、エンジン冷却水を放熱して、このエンジン冷却水を約５０℃に冷却するものである。このラジエータ２７にて冷却されたエンジン冷却水は、循環ポンプ２８の吸込側を経てガスエンジン３０の排ガス熱交換器へ戻され、ガスエンジン３０を冷却する。また、このラジエータ２７は、室外熱交換器２０に隣接配置される。
【００３５】
空気調和装置１０の冷房または暖房運転時に、エンジン冷却装置１３の循環ポンプ２８が稼働されてエンジン冷却水が循環し、このエンジン冷却水がガスエンジン３０を冷却する。ガスエンジン３０を冷却したエンジン冷却水は、ラジエータ２７にて放熱されて冷却される。特に、空気調和装置１０の暖房運転時には、ラジエータ２７にて放熱された熱は、蒸発器として機能する室外熱交換器２０に取り込まれ、蒸発器の熱源として利用される。
【００３６】
制御装置１５は室外機１１に設置され、室外機１１、室内機１２Ａ，１２Ｂ、エンジン冷却装置１３及び圧縮機駆動部１４の運転を制御する。具体的には、制御装置１５は、室外機１１においては四方弁１８や室外膨張弁１９、室外ファン２２を、室内機１２Ａ，１２Ｂにおいては室内膨張弁２４Ａ，２４Ｂや室内ファン２５Ａ，２５Ｂを、エンジン冷却装置１３においては循環ポンプ２８を、圧縮機駆動部１４においては後述するガスエンジン３０やモータ３１、クラッチ３４Ａ，３４Ｂをそれぞれ制御する。
【００３７】
空気調和装置１０の運転時には、制御装置１５によりガスエンジン３０が点火されて始動する。四方弁１８が制御装置１５により切り替えられることにより、ヒートポンプ式空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。また、制御装置１５は、冷房運転時には、室内膨張弁２４Ａ、２４Ｂを全開に制御する。暖房運転時には、制御装置１５は、室外膨張弁１９及び室内膨張弁２４Ａ、２４Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
【００３８】
図２は、圧縮機１７を駆動する部分の構成を示す回路図である。圧縮機駆動部１４は室外機１１に設置され、図２に示すように、ガスエンジン３０、モータ３１及びバッテリ３２を有してなる。圧縮機１７にはクラッチ３４Ａを介してモータ３１が接続され、このモータ３１にクラッチ３４Ｂを介してガスエンジン３０が接続される。モータ３１にはバッテリ３２が接続され、このバッテリ３２には自家発電装置１６が接続される。モータ３１は圧縮機１７を駆動するときは電動機に設定され、モータ３１でバッテリ３２を充電するときはガスエンジン３０で駆動される発電機に設定される。このモータ３１には電動機又は発電機の運転に切り替えるスイッチ（図示せず）が設けられている。
【００３９】
自家発電装置１６は自然エネルギー（例えば太陽光や風力、地熱等）を利用して発電する。バッテリ３２は充電可能であり、自家発電装置１６の発電によりバッテリ３２が充電される。バッテリ３２は室外機１１の電源として利用される。具体的には、制御装置１５や室外ファン２２の電源として利用される。また、バッテリ３２は電動機として使用されるモータ３１の電源としても利用され、逆にモータ３１が発電機として使用される場合はモータ３１により充電される。
【００４０】
ガスエンジン３０は、低負荷状態（例えば室内温度が目標温度に達した状態）においては、ガスエンジン３０の効率が著しく低下する。一方、モータ３１は、高負荷状態においてモータ３１のみで圧縮機１７を駆動すると電力消費量が増大し、ランニングコストが増大する。
【００４１】
以下、制御装置１５による制御方法を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
バッテリ３２は常に自然エネルギーにより発電を行う自家発電装置１６によって充電される（Ｓ１）。次いで、室外機１１が運転しているか否かが判定され（Ｓ２）、運転していなければＳ１へ戻る。
【００４３】
室外機１１が運転している場合、バッテリ３２の充電量が多いか少ないかが判定される（Ｓ３）。つまり、自然エネルギーにより発電を行う自家発電装置１６は天候などによりその出力が大きく変動するため、室外機１１を安定して運転させるには、バッテリ３２の充電量の監視が必要である。
【００４４】
バッテリ３２の充電量が少ない場合、モータ３１のスイッチを発電機運転に切り替える切替制御が行われ、このモータ３１を発電機として使用しバッテリ３２に回生充電する（Ｓ４）。このときバッテリ３２によるモータ３１への電力放電が停止され、バッテリ３２はモータ３１により回生充電されて室外機１１を運転するために必要な最低限の電力が確保される。次いで、圧縮機１７はガスエンジン３０のみで駆動する駆動制御が行われる（Ｓ５）。即ち、クラッチ３４Ａ，３４Ｂが入制御されることにより、圧縮機１７はガスエンジン３０のみで駆動され、モータ３１は発電機としてガスエンジン３０により駆動される。
【００４５】
Ｓ３で、バッテリ３２の充電量が多い場合、ガスエンジン３０の負荷状態が判定される（Ｓ６）。
【００４６】
ガスエンジン３０が低負荷状態の場合、モータ３１のみで圧縮機１７を駆動する駆動制御が行われる（Ｓ７）。即ち、クラッチ３４Ａが入制御、クラッチ３４Ｂが切制御されることにより、ガスエンジン３０による圧縮機１７の駆動が停止され、圧縮機１７はモータ３１のみで駆動される。
【００４７】
Ｓ６で、ガスエンジン３０が高負荷状態の場合、ガスエンジン３０による圧縮機１７の駆動をモータ３１で補助するために、ガスエンジン３０及びモータ３１で圧縮機１７を駆動する駆動制御が行われる（Ｓ８）。即ち、クラッチ３４Ａ，３４Ｂが入制御されることにより、圧縮機１７はガスエンジン３０及びモータ３１で駆動される。モータ３１はバッテリ３２の電力放電を受けて駆動される。
【００４８】
以上のことから、上記実施の形態によれば、次の効果▲１▼〜▲５▼を奏する。
【００４９】
▲１▼自家発電装置１６と発電機として使用されガスエンジン３０により駆動されるモータ３１とによって室外機１１を運転するために必要な電力を確保できるので、受電設備を必要としない空気調和装置１０が実現できる。
【００５０】
▲２▼バッテリ３２の充電量が多く、ガスエンジン３０が低負荷状態の場合、モータ３１のみで圧縮機１７を駆動する駆動制御が制御装置１５により行われ、ガスエンジン３０による圧縮機１７の駆動が停止されるため、ガスエンジン３０の燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【００５１】
▲３▼バッテリ３２の充電量が多く、ガスエンジン３０が高負荷状態の場合、ガスエンジン３０及びモータ３１で圧縮機１７を駆動する駆動制御が制御装置１５により行われ、圧縮機１７を駆動するガスエンジン３０がモータ３１で補助されるため、ガスエンジン３０の負荷が軽減され、ガスエンジン３０の効率を向上させることができ、ガスエンジン３０の燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【００５２】
▲４▼自家発電装置１６は自然エネルギーにより発電するので、排気ガスを排出することがない。
【００５３】
▲５▼ガスエンジン３０のみならず空気調和装置１０全体の効率も向上させることができるのはいうまでもない。
【００５４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、上記実施の形態では、自家発電装置１６として自然エネルギーを利用した場合を述べたが、自家発電装置１６が燃料電池であっても同様の効果が得られる。
【００５６】
また、上記実施の形態では、ガスエンジン３０が低負荷状態になる場合として室内温度が目標温度に達した場合を説明したが、室内機を多数（例えば２０台）備えて構成され、室内機が少数（例えば１台）の運転となるような低負荷状態においても同様の効果が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る冷凍装置およびその制御方法によれば、冷凍装置の効率を向上させることができ、エンジンの燃費及び排気ガスの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷凍装置の一例であるガスヒートポンプ式空気調和装置の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】圧縮機を駆動する部分の構成を示す回路図である。
【図３】本発明に係る制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  空気調和装置（冷凍装置）
１５  制御装置（駆動制御手段，切替制御手段）
１６  自家発電装置
１７  圧縮機
３０  ガスエンジン（エンジン）
３１  モータ
３２  バッテリ
【図１】
0004240837.tif 000002
【図２】
0004240837.tif 000003
【図３】
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