ヒートポンプシステム
【課題】従来に比しさらに低コストかつ高効率運転が可能なヒートポンプシステムを提供すること。
【解決手段】圧縮機１１と、圧縮機１１に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチ２９を介して設けられるエンジン３１と、エンジン３１に対してエンジン側クラッチ２９を介して設けられるとともに圧縮機１１に対して接続される発電電動機３５と、を備え、圧縮機１１は、エンジン３１のみによる運転と、発電電動機３５のみによる運転と、エンジン１１及び発電電動機３５による運転とが可能であり、発電電動機３５は、圧縮機１１がエンジン３１のみによる運転をしているときに、エンジン３１の動力の一部を利用して発電機として機能させることができること。
【解決手段】圧縮機１１と、圧縮機１１に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチ２９を介して設けられるエンジン３１と、エンジン３１に対してエンジン側クラッチ２９を介して設けられるとともに圧縮機１１に対して接続される発電電動機３５と、を備え、圧縮機１１は、エンジン３１のみによる運転と、発電電動機３５のみによる運転と、エンジン１１及び発電電動機３５による運転とが可能であり、発電電動機３５は、圧縮機１１がエンジン３１のみによる運転をしているときに、エンジン３１の動力の一部を利用して発電機として機能させることができること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプシステムに関し、特にエンジンと電動機とによって圧縮機を駆動することができるヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置の室外機に設けられた圧縮機をエンジンの動力によって駆動させるヒートポンプシステムが知られている。このようなヒートポンプシステムにおいて、特に、１台の室外機に対して複数台の室内機が設置される場合には、室内機の稼働状態等によって空調負荷が様々に変化する。そのため、エンジンの回転数を制御することで圧縮機の負荷調整を図り、空調負荷に対応した運転をする必要がある。この場合、例えば、低負荷時においては、エンジンの回転数が低く制御されることにより、エンジンの燃費が低くなってしまうため、ヒートポンプシステムを高効率で運転させることが困難であった。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、圧縮機に対してエンジンと電動機とがそれぞれ駆動力伝達手段を介して接続されており、エンジンによる駆動と、電動機による駆動と、エンジン及び電動機による駆動とが駆動力伝達手段に設けられたクラッチの切換えによって可能であるヒートポンプシステムが開示されている。このようなヒートポンプシステムによれば、低負荷時には電動機のみで圧縮機を駆動し、高負荷時にはエンジン又はエンジンと電動機とによって圧縮機を駆動することができるため、高効率運転が実現できるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１３７１号公報（段落００７９〜００８２、図１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記に例示したヒートポンプシステムは、エンジンによる駆動と、電動機による駆動と、エンジン及び電動機による駆動とによって、全ての空調負荷の変化に対応するものであるため、さらなる高効率運転を求めた場合に限界があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような課題を解決することにより、従来に比しさらに低コストかつ高効率運転が可能なヒートポンプシステム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】
【０００７】
このような課題を解決するため、本発明によるヒートポンプシステムは、圧縮機と、該圧縮機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチを介して設けられるエンジンと、該エンジンに対して前記エンジン側クラッチを介して設けられるとともに前記圧縮機に対して接続される発電電動機と、を備え、前記圧縮機は、エンジンのみによる運転と、発電電動機のみによる運転と、エンジン及び発電電動機による運転とが可能であり、前記発電電動機は、前記圧縮機がエンジンのみによる運転をしているときに、エンジンの動力の一部を利用して発電機として機能させることができることを特徴とする。
また、前記圧縮機は、２台の圧縮機からなり、一方の圧縮機は前記発電電動機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチを介して接続されていることを特徴とする。
また、低負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、前記低負荷状態より負荷の大きい第１の中負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行い、前記第１の中負荷状態より負荷の大きい第２の中負荷状態においては、前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、前記第２の中負荷状態より負荷の大きい高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させる、制御手段を備えることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記発電電動機に対する電力の供給状況を監視する監視手段を備え、所定の水準より電力が不足していると判定される場合には、前記低負荷状態、第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態のいずれにおいても、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うように選択することができることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記第２の中負荷状態である場合に、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、前記高負荷状態である場合に、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させるように選択することができることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記監視手段によって、所定の水準より電力に余剰があると判定される場合には、前記低負荷状態において、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、前記第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来に比しさらに低コストかつ高効率運転が可能なヒートポンプシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態によるヒートポンプシステムの概略を示す模式図である。（ｂ）ヒートポンプシステムにおける圧縮機の駆動系統を示す模式図である。
【図２】圧縮機の制御パターンを示す表である。
【図３】圧縮機の制御パターンを示す表である。
【図４】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例１）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図５】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例２）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図６】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例３）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図７】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例４）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図８】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例５）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図９】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例６）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、同一の構成要素には同一の符号を付け、その説明を省略する。なお、本発明は、エンジンと発電電動機とによって圧縮機が運転されるヒートポンプシステムに広く適用可能であるが、ここではエンジンとしてガスを燃料とするガスエンジンが用いられるヒートポンプシステムに適用した場合の一例について説明する。
【００１１】
図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、ヒートポンプシステム１は、第１の圧縮機１１ａ及び第２の圧縮機１１ｂ（総称するときは「圧縮機１１」とする）と、これらが並列に接続され室外空気と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器１３と、室内空気と冷媒とを熱交換させる室内熱交換器１５と、によって構成されるヒートポンプ回路１０を備えている。なお、室外熱交換器１３には室外機ファン（図示省略）が付設されている。例えば、図示例におけるヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１の吐出口側に設けられた四方弁１４を切り替えることで冷暖房の切換を行うものである。冷房時には、圧縮機１１の吐出口から吐出された冷媒が室外熱交換器１３に流入するように四方弁が切り替えられ（実線で示す）、この室外熱交換器１３を通った冷媒が膨張弁１６を介して室内熱交換器に流入し、さらに四方弁１４を介して圧縮機１１の吸入口に戻るように接続される。そして、暖房時には、圧縮機１１の吐出口から吐出された冷媒が室内熱交換器１５に流入するように四方弁が切り替えられ（破線で示す）、この室内熱交換器１５を通った冷媒が膨張弁１６を介して室外熱交換器に流入し、さらに四方弁１４を介して圧縮機１１の吸入口に戻るように接続される。なお、圧縮機１１が２台で構成されている例を示しているが、これに限定されるものでなく、１台のみで構成されるものでも、３台以上で構成されるものであっても構わない。
【００１２】
このようなヒートポンプ回路１０における圧縮機１１の駆動は、原動機による動力がプーリー、ベルト、クラッチ等の動力伝達部によって伝達されることでなされる。第１及び第２の圧縮機１１ａ，１１ｂには、接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチ２１ａ，２１ｂ（総称するときは「圧縮機側クラッチ２１」とする）を介して、それぞれ圧縮機側プーリー２３ａ，２３ｂ（総称するときは「圧縮機側プーリー２３」とする）が接続されている。この圧縮機側プーリー２３にはベルト２５が掛け回されており、このベルト２５は、エンジン側プーリー２７にも掛け回されている。エンジン側プーリー２７は、接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチ２９を介してガスエンジン３１に対して接続される。そして、エンジン側プーリー２７には、ベルト２５が掛け回されているプーリー溝２７ａとは別に、これより径の小さなプーリー溝２７ｂが設けられており、このプーリー溝２７ｂに掛け回されるベルト３３が発電電動機３５に接続されている。なお、エンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１は、例えば電磁クラッチが用いられるものであるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
ガスエンジン３１及び発電電動機３５の駆動制御並びにエンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１の接続制御は、制御装置４０によって行われている。制御装置４０は、発電電動機３５に電力を供給する電源回路４５に接続されており、電源回路４５を介して電力系統Ｇから電力が供給されている。そして、電源回路４５では、電力系統Ｇにおける電力の供給状況を信号として制御装置４０に送出している。この信号は、例えば、通常の電力供給状況であることを示す「通常電力信号」、電力が不足している状況であることを示す「電力不足信号」、電力が余っている状況であることを示す「余剰電力信号」の３種類によって構成される。なお、電力の供給状況（３種類の信号）は、電力を供給する電力会社から送信される構成でも構わないし、電力系統の周波数を検知し、検知された周波数と定格周波数とを比較することで導出するものとしても構わない。
【００１４】
このように構成されることにより、エンジン側クラッチ２９が切断された状態で、圧縮機側クラッチ２１を接続し、発電電動機３５を電動機として機能させることで圧縮機１１を運転させる「電動機駆動モード」と、エンジン側クラッチ２９が接続された状態で圧縮機側クラッチ２１を接続し、ガスエンジン３１によって圧縮機１１を運転させるとともに、発電電動機３５を発電機として機能させることでガスエンジン３１の動力の一部を利用して発電を行う「エンジン発電モード」と、発電電動機３５の電源が切られた状態でエンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１を接続し、ガスエンジン３１によって圧縮機１１を運転させる「エンジン駆動モード」と、エンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１が接続された状態にして、ガスエンジン３１と発電電動機３５とによって圧縮機１１を運転させる「エンジン電動モード」と、による運転が可能となる。
【００１５】
実施例では、電動機駆動モード、エンジン発電モード、エンジン駆動モード及びエンジン電動モードの切換が制御装置４０によって制御されるものである。通常の電力供給状況である場合における制御装置４０による制御パターンを図２に示す。実施例では、空調負荷を０〜１００％で表し、空調負荷が０〜Ｑ１％として定義される負荷が最も低い状態の「低負荷状態」と、空調負荷がＱ１〜Ｑ２％として定義され、負荷が低負荷より大きな状態の「第１の中負荷状態」と、空調負荷がＱ２〜Ｑ３％として定義され、負荷が第１の中負荷状態より大きな状態の「第２の中負荷状態」と、空調負荷がＱ３〜１００％として定義される負荷が最も高い状態の「高負荷状態」とに負荷状態を分類している。なお、Ｑ１〜Ｑ３は、使用されるガスエンジン３１及び発電電動機３５の容量（性能）によって決定されるものである。また、１台の圧縮機１１ｂのみで空調負荷に対応できる場合には、圧縮機側クラッチ２１ａを切断するとともに圧縮機側クラッチ２１ｂを接続することで、圧縮機１１ｂのみを運転させるものである。実施例においては、例えば、「低負荷状態」及び「第１の中負荷状態」の場合に、１台の圧縮機１１ｂのみの運転となる場合がある。
【００１６】
制御装置４０によって空調負荷が「低負荷状態」であると判定される場合には、電動機駆動モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が停止され、発電電動機３５が電動機として機能するため、圧縮機１１は発電電動機３５のみによって駆動され、ガスエンジン３１を燃費が低い領域で運転させることがない。
【００１７】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第１の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が駆動され、発電電動機３５が発電機として機能するため、圧縮機１１はガスエンジン３１のみによって駆動され、ガスエンジン３１の動力のうち圧縮機１１の運転に必要とされない一部が、発電に利用される。
【００１８】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第２の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン駆動モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が駆動され、発電電動機３５が停止されるため、圧縮機１１はガスエンジン３１のみによって駆動される。実施例では、ガスエンジン３１の容量は、この第２の中負荷状態に合わせて設計されるものである。
【００１９】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「高負荷状態」であると判定される場合には、エンジン電動モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が駆動され、発電電動機３５が電動機として機能するため、圧縮機１１はガスエンジン３１及び圧縮機１１によって駆動される。このように、高負荷状態では圧縮機１１の駆動に際し発電電動機３５の補助があるため、ガスエンジン３１を小型化することが可能となる。
【００２０】
また、制御パターンは、電力系統Ｇにおける電力の供給状況に応じて変更される構成とすることができる。電力系統Ｇの状況に応じた制御パターンを図３に示す。まず、制御装置４０に対して、通常の電力供給状況であることを示す通常電力信号が入力された場合には、上述と同じように制御されるものであるため、説明を省略する。
【００２１】
次に、制御装置４０に対して、電力が不足している状況であることを示す電力不足信号が入力されている場合について説明する。制御装置４０によって空調負荷が「低負荷状態」及び「第１の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モードが選択される。そして、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されるとともに、ガスエンジン３１の動力の一部が発電に利用され、発電された電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力が電力系統に回帰する。
【００２２】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第２の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モード又はエンジン駆動モードが選択される。エンジン発電モードとエンジン駆動モードとのいずれが選択されるかは、使用者が予め設定しておくことができるものであり、電力系統の安定性の向上に対してより多く貢献したい場合には、エンジン発電モードが選択されるように、空調能力を優先したい場合には、エンジン駆動モードが選択されるようにすることができる。
【００２３】
エンジン発電モードが選択された場合には、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されるとともに、ガスエンジン３１の動力の一部が発電に利用され、発電された電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力が電力系統に回帰することになるため、電力系統の安定化に貢献できるものの、本来必要とされる空調能力より低い出力しか得ることができず、空調能力が制限されるものである。一方、エンジン駆動モードが選択された場合には、通常通りの運転となり、圧縮機１１の駆動には電力系統の電力を使用しないことで系統安定化に貢献しながら、必要とされる空量能力を得ることができるものである。
【００２４】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「高負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モード又はエンジン電動モードが選択される。この場合も、「第２の中負荷状態」と同様、エンジン発電モードとエンジン駆動モードとのいずれが選択されるかは、使用者が予め設定しておくことができるものであり、電力系統の安定性の向上に対してより多く貢献したい場合には、エンジン発電モードが選択されるように、空調能力を優先したい場合には、エンジン電動モードが選択されるようにすることができる。
【００２５】
エンジン発電モードが選択された場合には、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されるとともに、ガスエンジン３１の動力の一部が発電に利用され、発電された電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力が電力系統に回帰することになるため、電力系統の安定化に貢献できるものの、本来必要とされる空調能力より低い出力しか得ることができず、空調能力が制限されるものである。一方、エンジン電動モードが選択された場合には、通常通りの運転となり、圧縮機１１の駆動には電力系統の電力を使用しないことで系統安定化に貢献しながら、必要とされる空調能力を得ることができるものである。
【００２６】
なお、「高負荷状態」であると判定された場合は、さらにエンジン駆動モードも選択可能であるようにしても構わない。エンジン駆動モードが選択された場合には、エンジン発電モードが選択されたときの空調能力の制限より緩やかな制限がかかるに留まるが、圧縮機１１の駆動には電力系統の電力を使用しないことで系統安定化に貢献するものである。
【００２７】
次に、制御装置４０に対して、電力が余っている状況であることを示す余剰電力信号が入力された場合について説明する。この場合には、電力系統における余剰電力を消費するようにモードが選択されることで、電力系統の安定化に貢献するものである。まず、制御装置４０によって空調負荷が「低負荷状態」であると判定される場合には、通常通り、電動機モードが選択される。
【００２８】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第１の中負荷状態」、「第２の中負荷状態」及び「高負荷状態」であると判定される場合には、いずれも、エンジン電動モードが選択され、ガスエンジン３１及び発電電動機３５によって圧縮機１１が運転される。なお、「第１の中負荷状態」及び「第２の中負荷状態」（特に第１の中負荷状態）においては、ガスエンジン３１のみの動力によって圧縮機１１を運転することができるが、余剰電力信号が入力されている場合には、発電電動機３５を優先的に電動機として機能させることにより、ガスエンジン３１を補助的に使用するものである。
【００２９】
このように実施例によれば、電力系統が不足していると判断される場合には、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されることをベースとするため、圧縮機１１の駆動に利用されなかった動力によって発電を行うことができ、この電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力を電力系統に回帰させることで、電力系統の安定化に貢献することができる。
【００３０】
また、電力系統において余剰電力がある場合には、電動機としての発電電動機３５によって圧縮機１１が運転されることをベースとし、ガスエンジン３１はその補助として使用されるため、余剰電力を優先的に利用することとなり、電力系統の安定化に貢献することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、圧縮機１１、ガスエンジン３１及び発電電動機３５の構成については、上記構成に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例がある。
【００３２】
図４に変形例１を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー１２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー１２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー１２１及び圧縮機側プーリー１２３にはベルト１２５が掛け回されており、このベルト１２５は、接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチプーリー１２７にも掛け回されている。エンジン側クラッチプーリー１２７は、一方のクラッチ片がガスエンジン３１に対して、他方のクラッチ片がプーリー１２８に接続される。そして、プーリー１２８にはベルト１３３が巻き回されており、このベルト１３３が発電電動機３５に接続されたプーリー１３５に掛け回されている。
【００３３】
図５に変形例２を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー２２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー２２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー２２１及び圧縮機側プーリー２２３にはベルト２２５が掛け回されており、このベルト２２５は、接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチプーリー２２７にも掛け回されている。圧縮機側プーリー２２３にはプーリー２２８が接続されており、プーリー２２８と発電電動機３５に接続されたプーリー２３５とにベルト２３３が掛け回されている。
【００３４】
図６に変形例３を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー３２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー３２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー３２１及び圧縮機側プーリー３２３にはベルト３２５が掛け回されており、このベルト３２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー３３５にも掛け回されている。プーリー３３５には接続された状態と切断された状態とに切換可能なクラッチプーリー３２７が接続され、このクラッチプーリー３２７とガスエンジン３１に接続されたエンジン側プーリー３３１とにベルト３３３が掛け回されている。
【００３５】
図７に変形例４を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー４２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー４２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー４２１及び圧縮機側プーリー４２３にはベルト４２５が掛け回されており、このベルト４２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー４３５にも掛け回されている。プーリー４３５にはプーリー４２８が接続されており、プーリー４２８とガスエンジン３１に接続されたエンジン側クラッチプーリー４２７とにベルト４３３が掛け回されている。
【００３６】
図８に変形例５を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー５２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー５２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー５２１及び圧縮機側プーリー５２３にはベルト５２５が掛け回されており、このベルト５２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー５３５にも掛け回されている。圧縮機側プーリー５２３にはプーリー５２８が接続されており、プーリー５２８とガスエンジン３１に接続されたエンジン側クラッチプーリー５２７とにベルト５３３が掛け回されている。
【００３７】
図９に変形例６を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー６２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー６２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー６２１及び圧縮機側プーリー６２３にはベルト６２５が掛け回されており、このベルト６２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー６３５にも掛け回されている。圧縮機側プーリー６２３には、接続された状態と切断された状態とに切換可能なクラッチプーリー６２７が接続され、このクラッチプーリー６２７とガスエンジン３１に接続されたエンジン側プーリー６３１とにベルト６３３が掛け回されている。
【００３８】
このように、圧縮機１１、ガスエンジン３１及び発電電動機３５の構成は、電動機駆動モード、エンジン発電モード、エンジン駆動モード及びエンジン電動モードによる運転が切り替え可能であれば、様々な形態を採用することができる。なお、これらの変形例１乃至６においては、２第の圧縮機のうちで第１の圧縮機１１ａ側のみにクラッチプーリーが接続されている。これにより、一方の圧縮機は常に発電電動機と接続されている状態となるが、例えばエンジン駆動モードでは、発電電動機を停止させているため、支障はないものである。
【符号の説明】
【００３９】
１ ヒートポンプシステム
１１ 圧縮機
２９ エンジン側クラッチ
３１ エンジン
３５ 発電電動機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプシステムに関し、特にエンジンと電動機とによって圧縮機を駆動することができるヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和装置の室外機に設けられた圧縮機をエンジンの動力によって駆動させるヒートポンプシステムが知られている。このようなヒートポンプシステムにおいて、特に、１台の室外機に対して複数台の室内機が設置される場合には、室内機の稼働状態等によって空調負荷が様々に変化する。そのため、エンジンの回転数を制御することで圧縮機の負荷調整を図り、空調負荷に対応した運転をする必要がある。この場合、例えば、低負荷時においては、エンジンの回転数が低く制御されることにより、エンジンの燃費が低くなってしまうため、ヒートポンプシステムを高効率で運転させることが困難であった。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、圧縮機に対してエンジンと電動機とがそれぞれ駆動力伝達手段を介して接続されており、エンジンによる駆動と、電動機による駆動と、エンジン及び電動機による駆動とが駆動力伝達手段に設けられたクラッチの切換えによって可能であるヒートポンプシステムが開示されている。このようなヒートポンプシステムによれば、低負荷時には電動機のみで圧縮機を駆動し、高負荷時にはエンジン又はエンジンと電動機とによって圧縮機を駆動することができるため、高効率運転が実現できるものと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２１３７１号公報（段落００７９〜００８２、図１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記に例示したヒートポンプシステムは、エンジンによる駆動と、電動機による駆動と、エンジン及び電動機による駆動とによって、全ての空調負荷の変化に対応するものであるため、さらなる高効率運転を求めた場合に限界があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような課題を解決することにより、従来に比しさらに低コストかつ高効率運転が可能なヒートポンプシステム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】
【０００７】
このような課題を解決するため、本発明によるヒートポンプシステムは、圧縮機と、該圧縮機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチを介して設けられるエンジンと、該エンジンに対して前記エンジン側クラッチを介して設けられるとともに前記圧縮機に対して接続される発電電動機と、を備え、前記圧縮機は、エンジンのみによる運転と、発電電動機のみによる運転と、エンジン及び発電電動機による運転とが可能であり、前記発電電動機は、前記圧縮機がエンジンのみによる運転をしているときに、エンジンの動力の一部を利用して発電機として機能させることができることを特徴とする。
また、前記圧縮機は、２台の圧縮機からなり、一方の圧縮機は前記発電電動機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチを介して接続されていることを特徴とする。
また、低負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、前記低負荷状態より負荷の大きい第１の中負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行い、前記第１の中負荷状態より負荷の大きい第２の中負荷状態においては、前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、前記第２の中負荷状態より負荷の大きい高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させる、制御手段を備えることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記発電電動機に対する電力の供給状況を監視する監視手段を備え、所定の水準より電力が不足していると判定される場合には、前記低負荷状態、第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態のいずれにおいても、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うように選択することができることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記第２の中負荷状態である場合に、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、前記高負荷状態である場合に、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させるように選択することができることを特徴とする。
また、前記制御手段は、前記監視手段によって、所定の水準より電力に余剰があると判定される場合には、前記低負荷状態において、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、前記第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、従来に比しさらに低コストかつ高効率運転が可能なヒートポンプシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態によるヒートポンプシステムの概略を示す模式図である。（ｂ）ヒートポンプシステムにおける圧縮機の駆動系統を示す模式図である。
【図２】圧縮機の制御パターンを示す表である。
【図３】圧縮機の制御パターンを示す表である。
【図４】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例１）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図５】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例２）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図６】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例３）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図７】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例４）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図８】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例５）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【図９】（ａ）圧縮機の駆動系統を示す平面模式図である（変形例６）。（ｂ）（ａ）における圧縮機の駆動系統を示す立面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、同一の構成要素には同一の符号を付け、その説明を省略する。なお、本発明は、エンジンと発電電動機とによって圧縮機が運転されるヒートポンプシステムに広く適用可能であるが、ここではエンジンとしてガスを燃料とするガスエンジンが用いられるヒートポンプシステムに適用した場合の一例について説明する。
【００１１】
図１（ａ）、（ｂ）に示されるように、ヒートポンプシステム１は、第１の圧縮機１１ａ及び第２の圧縮機１１ｂ（総称するときは「圧縮機１１」とする）と、これらが並列に接続され室外空気と冷媒とを熱交換させる室外熱交換器１３と、室内空気と冷媒とを熱交換させる室内熱交換器１５と、によって構成されるヒートポンプ回路１０を備えている。なお、室外熱交換器１３には室外機ファン（図示省略）が付設されている。例えば、図示例におけるヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１の吐出口側に設けられた四方弁１４を切り替えることで冷暖房の切換を行うものである。冷房時には、圧縮機１１の吐出口から吐出された冷媒が室外熱交換器１３に流入するように四方弁が切り替えられ（実線で示す）、この室外熱交換器１３を通った冷媒が膨張弁１６を介して室内熱交換器に流入し、さらに四方弁１４を介して圧縮機１１の吸入口に戻るように接続される。そして、暖房時には、圧縮機１１の吐出口から吐出された冷媒が室内熱交換器１５に流入するように四方弁が切り替えられ（破線で示す）、この室内熱交換器１５を通った冷媒が膨張弁１６を介して室外熱交換器に流入し、さらに四方弁１４を介して圧縮機１１の吸入口に戻るように接続される。なお、圧縮機１１が２台で構成されている例を示しているが、これに限定されるものでなく、１台のみで構成されるものでも、３台以上で構成されるものであっても構わない。
【００１２】
このようなヒートポンプ回路１０における圧縮機１１の駆動は、原動機による動力がプーリー、ベルト、クラッチ等の動力伝達部によって伝達されることでなされる。第１及び第２の圧縮機１１ａ，１１ｂには、接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチ２１ａ，２１ｂ（総称するときは「圧縮機側クラッチ２１」とする）を介して、それぞれ圧縮機側プーリー２３ａ，２３ｂ（総称するときは「圧縮機側プーリー２３」とする）が接続されている。この圧縮機側プーリー２３にはベルト２５が掛け回されており、このベルト２５は、エンジン側プーリー２７にも掛け回されている。エンジン側プーリー２７は、接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチ２９を介してガスエンジン３１に対して接続される。そして、エンジン側プーリー２７には、ベルト２５が掛け回されているプーリー溝２７ａとは別に、これより径の小さなプーリー溝２７ｂが設けられており、このプーリー溝２７ｂに掛け回されるベルト３３が発電電動機３５に接続されている。なお、エンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１は、例えば電磁クラッチが用いられるものであるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
ガスエンジン３１及び発電電動機３５の駆動制御並びにエンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１の接続制御は、制御装置４０によって行われている。制御装置４０は、発電電動機３５に電力を供給する電源回路４５に接続されており、電源回路４５を介して電力系統Ｇから電力が供給されている。そして、電源回路４５では、電力系統Ｇにおける電力の供給状況を信号として制御装置４０に送出している。この信号は、例えば、通常の電力供給状況であることを示す「通常電力信号」、電力が不足している状況であることを示す「電力不足信号」、電力が余っている状況であることを示す「余剰電力信号」の３種類によって構成される。なお、電力の供給状況（３種類の信号）は、電力を供給する電力会社から送信される構成でも構わないし、電力系統の周波数を検知し、検知された周波数と定格周波数とを比較することで導出するものとしても構わない。
【００１４】
このように構成されることにより、エンジン側クラッチ２９が切断された状態で、圧縮機側クラッチ２１を接続し、発電電動機３５を電動機として機能させることで圧縮機１１を運転させる「電動機駆動モード」と、エンジン側クラッチ２９が接続された状態で圧縮機側クラッチ２１を接続し、ガスエンジン３１によって圧縮機１１を運転させるとともに、発電電動機３５を発電機として機能させることでガスエンジン３１の動力の一部を利用して発電を行う「エンジン発電モード」と、発電電動機３５の電源が切られた状態でエンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１を接続し、ガスエンジン３１によって圧縮機１１を運転させる「エンジン駆動モード」と、エンジン側クラッチ２９及び圧縮機側クラッチ２１が接続された状態にして、ガスエンジン３１と発電電動機３５とによって圧縮機１１を運転させる「エンジン電動モード」と、による運転が可能となる。
【００１５】
実施例では、電動機駆動モード、エンジン発電モード、エンジン駆動モード及びエンジン電動モードの切換が制御装置４０によって制御されるものである。通常の電力供給状況である場合における制御装置４０による制御パターンを図２に示す。実施例では、空調負荷を０〜１００％で表し、空調負荷が０〜Ｑ１％として定義される負荷が最も低い状態の「低負荷状態」と、空調負荷がＱ１〜Ｑ２％として定義され、負荷が低負荷より大きな状態の「第１の中負荷状態」と、空調負荷がＱ２〜Ｑ３％として定義され、負荷が第１の中負荷状態より大きな状態の「第２の中負荷状態」と、空調負荷がＱ３〜１００％として定義される負荷が最も高い状態の「高負荷状態」とに負荷状態を分類している。なお、Ｑ１〜Ｑ３は、使用されるガスエンジン３１及び発電電動機３５の容量（性能）によって決定されるものである。また、１台の圧縮機１１ｂのみで空調負荷に対応できる場合には、圧縮機側クラッチ２１ａを切断するとともに圧縮機側クラッチ２１ｂを接続することで、圧縮機１１ｂのみを運転させるものである。実施例においては、例えば、「低負荷状態」及び「第１の中負荷状態」の場合に、１台の圧縮機１１ｂのみの運転となる場合がある。
【００１６】
制御装置４０によって空調負荷が「低負荷状態」であると判定される場合には、電動機駆動モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が停止され、発電電動機３５が電動機として機能するため、圧縮機１１は発電電動機３５のみによって駆動され、ガスエンジン３１を燃費が低い領域で運転させることがない。
【００１７】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第１の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が駆動され、発電電動機３５が発電機として機能するため、圧縮機１１はガスエンジン３１のみによって駆動され、ガスエンジン３１の動力のうち圧縮機１１の運転に必要とされない一部が、発電に利用される。
【００１８】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第２の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン駆動モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が駆動され、発電電動機３５が停止されるため、圧縮機１１はガスエンジン３１のみによって駆動される。実施例では、ガスエンジン３１の容量は、この第２の中負荷状態に合わせて設計されるものである。
【００１９】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「高負荷状態」であると判定される場合には、エンジン電動モードが選択される。このモードでは、ガスエンジン３１が駆動され、発電電動機３５が電動機として機能するため、圧縮機１１はガスエンジン３１及び圧縮機１１によって駆動される。このように、高負荷状態では圧縮機１１の駆動に際し発電電動機３５の補助があるため、ガスエンジン３１を小型化することが可能となる。
【００２０】
また、制御パターンは、電力系統Ｇにおける電力の供給状況に応じて変更される構成とすることができる。電力系統Ｇの状況に応じた制御パターンを図３に示す。まず、制御装置４０に対して、通常の電力供給状況であることを示す通常電力信号が入力された場合には、上述と同じように制御されるものであるため、説明を省略する。
【００２１】
次に、制御装置４０に対して、電力が不足している状況であることを示す電力不足信号が入力されている場合について説明する。制御装置４０によって空調負荷が「低負荷状態」及び「第１の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モードが選択される。そして、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されるとともに、ガスエンジン３１の動力の一部が発電に利用され、発電された電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力が電力系統に回帰する。
【００２２】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第２の中負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モード又はエンジン駆動モードが選択される。エンジン発電モードとエンジン駆動モードとのいずれが選択されるかは、使用者が予め設定しておくことができるものであり、電力系統の安定性の向上に対してより多く貢献したい場合には、エンジン発電モードが選択されるように、空調能力を優先したい場合には、エンジン駆動モードが選択されるようにすることができる。
【００２３】
エンジン発電モードが選択された場合には、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されるとともに、ガスエンジン３１の動力の一部が発電に利用され、発電された電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力が電力系統に回帰することになるため、電力系統の安定化に貢献できるものの、本来必要とされる空調能力より低い出力しか得ることができず、空調能力が制限されるものである。一方、エンジン駆動モードが選択された場合には、通常通りの運転となり、圧縮機１１の駆動には電力系統の電力を使用しないことで系統安定化に貢献しながら、必要とされる空量能力を得ることができるものである。
【００２４】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「高負荷状態」であると判定される場合には、エンジン発電モード又はエンジン電動モードが選択される。この場合も、「第２の中負荷状態」と同様、エンジン発電モードとエンジン駆動モードとのいずれが選択されるかは、使用者が予め設定しておくことができるものであり、電力系統の安定性の向上に対してより多く貢献したい場合には、エンジン発電モードが選択されるように、空調能力を優先したい場合には、エンジン電動モードが選択されるようにすることができる。
【００２５】
エンジン発電モードが選択された場合には、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されるとともに、ガスエンジン３１の動力の一部が発電に利用され、発電された電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力が電力系統に回帰することになるため、電力系統の安定化に貢献できるものの、本来必要とされる空調能力より低い出力しか得ることができず、空調能力が制限されるものである。一方、エンジン電動モードが選択された場合には、通常通りの運転となり、圧縮機１１の駆動には電力系統の電力を使用しないことで系統安定化に貢献しながら、必要とされる空調能力を得ることができるものである。
【００２６】
なお、「高負荷状態」であると判定された場合は、さらにエンジン駆動モードも選択可能であるようにしても構わない。エンジン駆動モードが選択された場合には、エンジン発電モードが選択されたときの空調能力の制限より緩やかな制限がかかるに留まるが、圧縮機１１の駆動には電力系統の電力を使用しないことで系統安定化に貢献するものである。
【００２７】
次に、制御装置４０に対して、電力が余っている状況であることを示す余剰電力信号が入力された場合について説明する。この場合には、電力系統における余剰電力を消費するようにモードが選択されることで、電力系統の安定化に貢献するものである。まず、制御装置４０によって空調負荷が「低負荷状態」であると判定される場合には、通常通り、電動機モードが選択される。
【００２８】
次に、制御装置４０によって空調負荷が「第１の中負荷状態」、「第２の中負荷状態」及び「高負荷状態」であると判定される場合には、いずれも、エンジン電動モードが選択され、ガスエンジン３１及び発電電動機３５によって圧縮機１１が運転される。なお、「第１の中負荷状態」及び「第２の中負荷状態」（特に第１の中負荷状態）においては、ガスエンジン３１のみの動力によって圧縮機１１を運転することができるが、余剰電力信号が入力されている場合には、発電電動機３５を優先的に電動機として機能させることにより、ガスエンジン３１を補助的に使用するものである。
【００２９】
このように実施例によれば、電力系統が不足していると判断される場合には、ガスエンジン３１によって圧縮機１１が運転されることをベースとするため、圧縮機１１の駆動に利用されなかった動力によって発電を行うことができ、この電力のうち室外機ファン等の補機に使用する電力を除いた電力を電力系統に回帰させることで、電力系統の安定化に貢献することができる。
【００３０】
また、電力系統において余剰電力がある場合には、電動機としての発電電動機３５によって圧縮機１１が運転されることをベースとし、ガスエンジン３１はその補助として使用されるため、余剰電力を優先的に利用することとなり、電力系統の安定化に貢献することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、圧縮機１１、ガスエンジン３１及び発電電動機３５の構成については、上記構成に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例がある。
【００３２】
図４に変形例１を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー１２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー１２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー１２１及び圧縮機側プーリー１２３にはベルト１２５が掛け回されており、このベルト１２５は、接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチプーリー１２７にも掛け回されている。エンジン側クラッチプーリー１２７は、一方のクラッチ片がガスエンジン３１に対して、他方のクラッチ片がプーリー１２８に接続される。そして、プーリー１２８にはベルト１３３が巻き回されており、このベルト１３３が発電電動機３５に接続されたプーリー１３５に掛け回されている。
【００３３】
図５に変形例２を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー２２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー２２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー２２１及び圧縮機側プーリー２２３にはベルト２２５が掛け回されており、このベルト２２５は、接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチプーリー２２７にも掛け回されている。圧縮機側プーリー２２３にはプーリー２２８が接続されており、プーリー２２８と発電電動機３５に接続されたプーリー２３５とにベルト２３３が掛け回されている。
【００３４】
図６に変形例３を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー３２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー３２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー３２１及び圧縮機側プーリー３２３にはベルト３２５が掛け回されており、このベルト３２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー３３５にも掛け回されている。プーリー３３５には接続された状態と切断された状態とに切換可能なクラッチプーリー３２７が接続され、このクラッチプーリー３２７とガスエンジン３１に接続されたエンジン側プーリー３３１とにベルト３３３が掛け回されている。
【００３５】
図７に変形例４を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー４２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー４２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー４２１及び圧縮機側プーリー４２３にはベルト４２５が掛け回されており、このベルト４２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー４３５にも掛け回されている。プーリー４３５にはプーリー４２８が接続されており、プーリー４２８とガスエンジン３１に接続されたエンジン側クラッチプーリー４２７とにベルト４３３が掛け回されている。
【００３６】
図８に変形例５を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー５２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー５２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー５２１及び圧縮機側プーリー５２３にはベルト５２５が掛け回されており、このベルト５２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー５３５にも掛け回されている。圧縮機側プーリー５２３にはプーリー５２８が接続されており、プーリー５２８とガスエンジン３１に接続されたエンジン側クラッチプーリー５２７とにベルト５３３が掛け回されている。
【００３７】
図９に変形例６を示す。第１の圧縮機１１ａには接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチプーリー６２１が、第２の圧縮機１１ｂには圧縮機側プーリー６２３が接続されている。この圧縮機側クラッチプーリー６２１及び圧縮機側プーリー６２３にはベルト６２５が掛け回されており、このベルト６２５は、発電電動機３５に接続されたプーリー６３５にも掛け回されている。圧縮機側プーリー６２３には、接続された状態と切断された状態とに切換可能なクラッチプーリー６２７が接続され、このクラッチプーリー６２７とガスエンジン３１に接続されたエンジン側プーリー６３１とにベルト６３３が掛け回されている。
【００３８】
このように、圧縮機１１、ガスエンジン３１及び発電電動機３５の構成は、電動機駆動モード、エンジン発電モード、エンジン駆動モード及びエンジン電動モードによる運転が切り替え可能であれば、様々な形態を採用することができる。なお、これらの変形例１乃至６においては、２第の圧縮機のうちで第１の圧縮機１１ａ側のみにクラッチプーリーが接続されている。これにより、一方の圧縮機は常に発電電動機と接続されている状態となるが、例えばエンジン駆動モードでは、発電電動機を停止させているため、支障はないものである。
【符号の説明】
【００３９】
１ ヒートポンプシステム
１１ 圧縮機
２９ エンジン側クラッチ
３１ エンジン
３５ 発電電動機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と、
該圧縮機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチを介して設けられるエンジンと、
該エンジンに対して前記エンジン側クラッチを介して設けられるとともに前記圧縮機に対して接続される発電電動機と、を備え、
前記圧縮機は、エンジンのみによる運転と、発電電動機のみによる運転と、エンジン及び発電電動機による運転とが可能であり、
前記発電電動機は、前記圧縮機がエンジンのみによる運転をしているときに、エンジンの動力の一部を利用して発電機として機能させることができることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記圧縮機は、２台の圧縮機からなり、
一方の圧縮機は、前記発電電動機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチを介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
低負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、
前記低負荷状態より負荷の大きい第１の中負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行い、
前記第１の中負荷状態より負荷の大きい第２の中負荷状態においては、前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、
前記第２の中負荷状態より負荷の大きい高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させる、制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記発電電動機に対する電力の供給状況を監視する監視手段を備え、
所定の水準より電力が不足していると判定される場合には、
前記低負荷状態、第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態のいずれにおいても、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うように選択することができることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記第２の中負荷状態である場合に、
前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、
前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、
前記高負荷状態である場合に、
前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、
前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させるように選択することができることを特徴とする請求項４記載のヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記監視手段によって、所定の水準より電力に余剰があると判定される場合には、
前記低負荷状態において、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、
前記第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか記載のヒートポンプシステム。
【請求項１】
圧縮機と、
該圧縮機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能なエンジン側クラッチを介して設けられるエンジンと、
該エンジンに対して前記エンジン側クラッチを介して設けられるとともに前記圧縮機に対して接続される発電電動機と、を備え、
前記圧縮機は、エンジンのみによる運転と、発電電動機のみによる運転と、エンジン及び発電電動機による運転とが可能であり、
前記発電電動機は、前記圧縮機がエンジンのみによる運転をしているときに、エンジンの動力の一部を利用して発電機として機能させることができることを特徴とするヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記圧縮機は、２台の圧縮機からなり、
一方の圧縮機は、前記発電電動機に対して接続された状態と切断された状態とに切換可能な圧縮機側クラッチを介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
低負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、
前記低負荷状態より負荷の大きい第１の中負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行い、
前記第１の中負荷状態より負荷の大きい第２の中負荷状態においては、前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、
前記第２の中負荷状態より負荷の大きい高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させる、制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記発電電動機に対する電力の供給状況を監視する監視手段を備え、
所定の水準より電力が不足していると判定される場合には、
前記低負荷状態、第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態のいずれにおいても、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うように選択することができることを特徴とする請求項３記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記第２の中負荷状態である場合に、
前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、
前記発電電動機の運転を停止した状態で前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させ、
前記高負荷状態である場合に、
前記エンジン側クラッチを接続された状態にして前記エンジンによって前記圧縮機を運転させるとともに、前記発電電動機を発電機として機能させることで前記エンジンの動力の一部を利用して発電を行うことに代えて、
前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させるように選択することができることを特徴とする請求項４記載のヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記監視手段によって、所定の水準より電力に余剰があると判定される場合には、
前記低負荷状態において、前記エンジン側クラッチを切断された状態にして前記発電電動機を電動機として機能させることで前記圧縮機を運転させ、
前記第１の中負荷状態、第２の中負荷状態及び高負荷状態においては、前記エンジン側クラッチを接続された状態にして、前記エンジンと前記発電電動機とによって前記圧縮機を運転させることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか記載のヒートポンプシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２２５５５６（Ｐ２０１２−２２５５５６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９２７３３（Ｐ２０１１−９２７３３）
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
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