KR100611273B1 - Composite power supply heat pump type airconditioner - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 내연 기관과 전동기를 동력원으로 하는 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 전동기를 소형화하여 러닝 코스트를 감소시키는 데 있다.An object of the present invention is to reduce the running cost by miniaturizing an electric motor in a heat pump type air conditioner using an internal combustion engine and an electric motor as power sources.
내연 기관(19)에 의해 구동되어 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 요구 부하가 높은 범위에서 사용하는 압축기 중 적어도 일부를 가변 용량형 압축기(11A1, 11B1, 12A1, 12B1)로 하고, 제어 장치(40)는 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 내연 기관에 의해 구동된 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시켜서 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에는 압축기의 동력원을 내연 기관으로부터 전동기(13)로 전환한다.In the combined power source heat pump type air conditioner, which is driven by the internal combustion engine 19, at least a part of the compressors used in a high demand load range is a variable displacement compressor 11A1, 11B1, 12A1, 12B1, and a control device. When the required load shifts from a high range to a low range, first, the internal combustion engine driving the compressor is operated at a low torque and high torque state which is energy efficient, and at the same time, the pushing down volume of the compressor driven by the internal combustion engine is reduced. In response to the change in the demand load, the power source of the compressor is switched from the internal combustion engine to the electric motor 13 when the demand load decreases within a range in which the demand load is low.
압축기, 가변 용량형 압축기, 전동기, 내연 기관, 제어 장치 Compressors, variable displacement compressors, electric motors, internal combustion engines, control units
Description
도1은 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제1 실시 형태의 전체 구성을 나타내는 설명도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows the whole structure of 1st Embodiment of the combined power source heat pump type air conditioning apparatus by this invention.
도2는 제1 실시 형태의 압축기 및 그 구동부를 나타내는 도면. Fig. 2 is a diagram showing a compressor of the first embodiment and a drive unit thereof;
도3은 제1 실시 형태의 작동의 설명도. 3 is an explanatory diagram of the operation of the first embodiment;
도4는 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제2 실시 형태의 전체 구성을 나타내는 설명도. 4 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a second embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention;
도5는 제2 실시 형태의 압축기 및 그 구동부를 나타내는 도면. Fig. 5 shows a compressor of the second embodiment and a drive unit thereof;
도6은 제2 실시 형태의 작동의 설명도. 6 is an explanatory diagram of the operation of the second embodiment;
도7은 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제3 실시 형태의 전체 구성을 나타내는 설명도.Fig. 7 is an explanatory diagram showing the whole configuration of the third embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention.
도8은 제3 실시 형태의 압축기 및 그 구동부를 나타내는 도면. Fig. 8 shows a compressor of the third embodiment and a drive unit thereof;
도9는 제3 실시 형태의 작동의 설명도. 9 is an explanatory diagram of the operation of the third embodiment;
도10은 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제4 실시 형태의 전체 구성을 나타내는 설명도. 10 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a fourth embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention;
도11은 제4 실시 형태의 압축기 및 그 구동부를 나타내는 도면. Fig. 11 is a diagram showing a compressor of the fourth embodiment and a drive unit thereof;
도12는 제4 실시 형태의 작동의 설명도. 12 is an explanatory diagram of the operation of the fourth embodiment;
도13은 종래 기술에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 일례를 나타내는 도2에 상당하는 도면. Fig. 13 is a view corresponding to Fig. 2 showing an example of a combined power source heat pump type air conditioner according to the prior art.
도14는 도13에 도시하는 종래 기술의 도3에 상당하는 설명도. 14 is an explanatory diagram corresponding to FIG. 3 of the prior art shown in FIG.
도15는 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제5 실시 형태의 전체 구성을 나타내는 설명도. Fig. 15 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a fifth embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention.
도16은 도15에 도시하는 실시 형태의 제어 계통을 도시하는 설명도. FIG. 16 is an explanatory diagram showing a control system of the embodiment shown in FIG. 15; FIG.
도17은 도15에 도시하는 실시 형태의 공조 부하 및 발전 부하에 대한 엔진 부하의 특성을 나타내는 도면. FIG. 17 is a diagram showing characteristics of an engine load with respect to the air conditioning load and the power generation load in the embodiment shown in FIG. 15; FIG.
도18은 도15에 도시하는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 공조 부하에 대한 러닝 코스트 메리트의 특성을 나타내는 도면. FIG. 18 is a diagram showing characteristics of a running cost merit with respect to an air conditioning load of the combined power source heat pump type air conditioning apparatus shown in FIG. 15; FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11A1, 11B1, 11B2, 12A1, 12B1, 12B2 : 압축기11A1, 11B1, 11B2, 12A1, 12B1, 12B2: Compressor
11A1, 11B1, 12A1, 12B1 : 가변 용량형 압축기11A1, 11B1, 12A1, 12B1: Variable Capacity Compressor
13 : 전동기13: electric motor
13A : 가변속 전동기(인버터 모터) 13A: Variable Speed Motor (Inverter Motor)
13B : 정속 전동기(정속 모터)13B: Constant speed motor (constant speed motor)
19 : 내연 기관(가스 엔진)19: internal combustion engine (gas engine)
21, 119a : 실내 열 교환기21, 119a: Indoor heat exchanger
25, 117a : 외기 열 교환기25, 117a: outdoor heat exchanger
30 : 냉매 순환로30: refrigerant circulation path
40 : 제어 장치40: control unit
11 : 내연 기관(가스 엔진)11: internal combustion engine (gas engine)
112 : 압축기112: compressor
112d : 클러치112d: clutch
113 : 발전 전동기113: power generation motor
115 : 냉매 순환로115: refrigerant circulation path
120 : 상용 전원120: commercial power
123 : 내부 전원 라인(내부 AC 전원 라인)123: internal power line (internal AC power line)
124 : 제어 장치124: control unit
A : 소정 부하A: predetermined load
[문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-111198호 공보[Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-111198
[문헌 2] 일본 특허 공개 제2002-221371호 공보[Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-221371
본 발명은, 내연 기관 및 전동기에 의해 구동되는 압축기에 의해 냉매를 압축하도록 한 복합 동력원 열 펌프식 공조(공기 조절) 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a combined power source heat pump type air conditioning (air conditioning) device in which a refrigerant is compressed by a compressor driven by an internal combustion engine and an electric motor.
열 펌프식 공조 장치에 있어서는, 냉매를 압축하는 데 사용하는 압축기를 내 연 기관(가스 엔진)에 의해 구동하여 러닝 코스트의 저감을 행하는 것이 보통이며, 통상은 안정된 출력을 얻을 수 있는 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하는 내연 기관에 의해 고정 용량형 압축기를 구동하고 있다. 내연 기관에서는 안정된 출력을 얻을 수 있는 최대 회전 속도와 최소 회전 속도의 비인 턴다운 비는 2 내지 3 정도이므로, 이러한 종류의 내연 기관 구동 압축기에서는, 공급되는 냉매의 양도 일정 범위에 한정된다. 이에 대하여, 공조 장치에서는 실외기로부터 실내기로 공급하는 냉매의 양을 실내기의 부하에 따라서 연속적으로 제어할 필요가 있으므로, 실내기의 부하가 낮은 경우에 압축기로부터 토출되는 잉여의 냉매는, 제어 밸브를 거쳐서 압축기의 흡입 측으로 복귀시켜 냉매의 공급량을 감소시키는 바이패스 제어를 행하고 있다. 그러나 이 방법에서는 압축기가 소비하는 동력은 냉매의 바이패스량과는 무관계하므로, 실내기의 부하가 감소하여 바이패스량이 증대하면 에너지 효율이 저하하게 되는 문제가 있다. In a heat pump type air conditioner, a compressor used to compress a refrigerant is usually driven by an internal combustion engine (gas engine) to reduce the running cost, and usually a predetermined rotational speed at which a stable output can be obtained. A fixed displacement compressor is driven by an internal combustion engine operating within the range. In the internal combustion engine, since the turndown ratio, which is the ratio between the maximum rotational speed and the minimum rotational speed at which a stable output can be obtained, is about 2 to 3, in this type of internal combustion engine drive compressor, the amount of refrigerant supplied is also limited to a certain range. On the other hand, in the air conditioner, it is necessary to continuously control the amount of refrigerant supplied from the outdoor unit to the indoor unit according to the load of the indoor unit, so that the excess refrigerant discharged from the compressor when the indoor unit load is low is passed through the control valve. Bypass control is performed to return to the suction side of the pump to reduce the supply amount of the coolant. However, in this method, the power consumed by the compressor has nothing to do with the bypass amount of the refrigerant, so there is a problem that the energy efficiency decreases when the load of the indoor unit decreases and the bypass amount increases.
이러한 문제를 해결하는 기술로서 특허 문헌 1(일본 특허 공개 제2000-111198호 공보) 및 특허 문헌 2(일본 특허 공개 제2002-221371호 공보)에 개시하는 기술이 있다. 특허 문헌 1의 기술은, 도13에 도시한 바와 같이 밀어 젖힘 용적이 일정한 고정 용량형 압축기(1)를 클러치(2a)를 거쳐서 가스 엔진(2)에 의해 선택적으로 구동하는 동시에, 가변속 전동기인 인버터 모터(3)에 의해 선택적으로 구동하도록 한 것이다. 이 기술에서는 도14에 도시한 바와 같이, 압축기에 대한 요구 부하가 높은 범위에서는 고정 용량형 압축기(1)를 소정의 회전 속도 범위에서 작동하는 가스 엔진(2)에 의해 클러치(2a)를 거쳐서 구동하는 동시에 가스 엔진(2)의 회 전 속도를 변화시킴으로써 그 범위(도시한 예에서는 50 내지 100 %)의 부하의 변동을 커버하고, 요구 부하가 낮은 범위에서는 인버터 모터(3)에 의해 구동하는 동시에 그 회전 속도를 변화시킴으로써 그 범위(도시한 예에서는 0 내지 50 %)의 부하의 변동을 커버하도록 하고 있다. As a technique for solving such a problem, there is a technique disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-111198) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-221371). In the technique of
또한 특허 문헌 2의 기술에서는, 전동기(인버터 모터) 및 전동기 이외의 원동기에 의해 구동되는 압축기를 사용한 공조기에 있어서, 압축기와 실내기와 실외기를 연통하는 라인에 축열(蓄熱) 수단을 마련하고, 공조 부하가 낮을 때에 압축기로부터 토출되는 잉여의 냉매에 의해 축열 수단으로 온열 혹은 냉열을 축열하고, 이 축열된 온열 혹은 냉열을 공조 부하가 클 때에 추출하여 사용하도록 하고 있다. In addition, in the technique of
[특허 문헌 1] [Patent Document 1]
일본 특허 공개 제2000-111198호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2000-111198
[특허 문헌 2] [Patent Document 2]
일본 특허 공개 제2002-221371호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2002-221371
상술한 특허 문헌 1의 기술에서는, 가스 엔진에 의한 운전의 에너지 효율이 좋은 요구 부하가 높은 범위에서는 가스 엔진에 의해 압축기를 구동하고, 가스 엔진에 의한 운전의 에너지 효율이 저하되는 요구 부하가 낮은 범위에서는 회전 속도가 저하해도 에너지 효율이 저하되지 않는 인버터 모터에 의해 압축기를 구동하고 있으므로, 전체적으로 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나 가스 엔진의 턴다운 비는 통상 2 내지 3 정도이기 때문에, 인버터 모터에 의해 커버할 필요가 있는 요구 부하가 낮은 범위가 꽤 넓어져, 이로 인해 사용하는 인버터 모터를 대형인 것으로 할 필요가 있다. 이에 의해 설비비가 증대하고, 또한 전력은 가스에 비하여 에너지 비용이 크기 때문에, 에너지 효율은 향상해도 러닝 코스트가 증대하게 되는 문제가 있다. In the above-described technique of
또한 상술한 특허 문헌 2의 기술에서는, 축열조 등의 축열 수단을 필요로 하기 때문에 그 설치 비용이 증대하는 동시에 설치 공간을 필요로 하고, 또한 축열조 자체의 축열 효율(축열 시의 방열 등을 포함함)이나 열 교환 시의 전 열(?熱) 손실 등에 의한 에너지 손실도 따르는 등의 문제도 있다. 또한 이 기술에서는 야간의 운전은 축열 운전 모드가 되기 때문에, 공조 운전을 24 시간 연속하여 행할 수 없다고 하는 제약도 있다. 또한 특허 문헌 1의 경우와 동일한 이유에 의해, 큰 인버터 모터를 필요로 하게 되는 문제도 있다. 본 발명은 이러한 각 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.In addition, in the above-described technique of
이로 인해, 청구항 1의 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 실내 열 교환기 및 외기 열 교환기를 설치한 냉매 순환로에 압축된 냉매를 공급하는 압축기와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 압축기를 선택적으로 구동하는 내연 기관과, 압축기를 선택적으로 구동하는 전동기와, 압축기에 대한 요구 부하가 높은 범위에서는 내연 기관에 의해 압축기를 구동하는 동시에 요구 부하가 낮은 범위에서는 전동기에 의해 압축기를 구동하도록 내연 기관과 전동기를 제어하는 제어 장치를 구비하여 이루어지는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 요구 부 하가 높은 범위에서 사용하는 압축기 중 적어도 일부를 밀어 젖힘 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 압축기로 하고, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서는 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 내연 기관의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 상기 내연 기관에 의해 구동된 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에는 압축기의 동력원을 내연 기관으로부터 전동기로 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 것이다.For this reason, the combined power source heat pump type air conditioner according to the invention of
청구항 2에 나타낸 바와 같이, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 내연 기관과 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 1대의 가변 용량형 압축기로 이루어지는 것으로 하는 것이 좋다.As shown in
청구항 3에 나타낸 바와 같이, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 내연 기관과 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 제1 가변 용량형 압축기와, 내연 기관에 의해 선택적으로 구동되는 제2 가변 용량형 압축기로 이루어지고, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서는 제2 가변 용량형 압축기를 상기 내연 기관에 접속하여 구동하고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 제2 가변 용량형 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 상기 제2 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에는 제2 가변 용량형 압축기를 내연 기관으로부터 이탈시켜 구동을 정지시키는 동시에 제1 가변 용량형 압축기를 내연 기관 또는 전동기에 접속하여 구동하도록 제어하는 것이 바람직하다.As shown in
청구항 4에 나타낸 바와 같이, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 내연 기관과 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 가변 용량형 압축기와, 내연 기관에 의해 선택적으로 구동되는 고정 용량형 압축기로 이루어지며, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서는 가변 용량형 압축기와 고정 용량형 압축기의 양자를 내연 기관에 접속하여 구동하고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 가변 용량형 압축기와 고정 용량형 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에는 고정 용량형 압축기를 내연 기관으로부터 이탈시켜 구동을 정지시키는 동시에 가변 용량형 압축기를 내연 기관 또는 전동기에 접속하여 구동하도록 제어하는 것이 바람직하다. As shown in claim 4, in the combined power source heat pump type air conditioner according to
청구항 5에 나타낸 바와 같이, 청구항 2 내지 청구항 4에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 전동기는 가변속 전동기로 하는 것이 바람직하다.As shown in
청구항 6에 나타낸 바와 같이, 청구항 2 내지 청구항 4에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 가변 용량형 압축기는 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 것으로 하고, 전동기는 정속 전동기로 하는 것이 바람직하다.As shown in claim 6, the variable displacement compressor of the combined power source heat pump type air conditioner according to
청구항 7에 나타낸 바와 같이, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 전동기는 가변속 전동기로 하고, 압축기는 내연 기관과 가변속 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 고정 용량형 압축기와, 내연 기관에 의해 선택적으로 구동되는 가변 용량형 압축기로 이루어지고, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서는 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기의 양자를 내연 기관에 접속하여 구동하고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 상기 요구 부하가 저하된 경우에는 고정 용량형 압축기는 상기 내연 기관으로부터 이탈시켜 가변속 전동기에 의해 구동하고 가변 용량형 압축기는 내연 기관에 의해 구동하는 동시에 밀어 젖힘 용적을 변화시키도록 제어하는 것이 바람직하다. As shown in claim 7, in the combined power source heat pump type air conditioner according to
청구항 8에 나타낸 바와 같이, 청구항 7에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 고정 용량형 압축기 대신에 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 가변 용량형 압축기를 사용하고, 가변속 전동기 대신에 정속 전동기를 사용하는 것이 바람직하다.As shown in claim 8, the combined power source heat pump type air conditioning apparatus according to claim 7 uses a variable displacement compressor having a minimum push-down volume of substantially zero instead of a fixed displacement compressor, and uses a constant speed motor instead of a variable speed motor. It is desirable to.
상기 과제를 해결하기 위해 청구항 9의 발명에 관한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 다음과 같이 구성된다.In order to solve the said subject, the combined power source heat pump type air conditioning apparatus which concerns on invention of Claim 9 is comprised as follows.
실내 열 교환기 및 외기 열 교환기를 설치한 냉매 순환로에 압축된 냉매를 공급하는 압축기와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 상기 압축기를 선택적 으로 구동하는 내연 기관과, 상기 압축기를 선택적으로 구동하는 전동기와, 상기 압축기에 대한 요구 부하가 높은 범위에서는 상기 내연 기관에 의해 상기 압축기를 구동하는 동시에 상기 요구 부하가 낮은 범위에서는 상기 전동기에 의해 상기 압축기를 구동하도록 상기 내연 기관과 전동기를 제어하는 제어 장치를 구비하여 이루어지는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상용 전원에 의해 급전(給電)되어 열 펌프식 공조 장치에 급전하는 내부 전원 라인을 더 구비하여, 상기 전동기는 발전기의 기능을 병유한 발전 전동기이고, 공조 부하가 소정 부하 이상인 부하 범위에서는 상기 내연 기관을 작동시켜서 상기 클러치를 결합시켜 상기 압축기 및 발전 전동기를 구동하고 이 발전 전동기에 의해 발전하여 상기 열 펌프식 공조 장치 자체에 급전하는 압축 및 발전 동시 운전을 행하고, 공조 부하가 소정 부하 미만인 부하 범위에서는 상기 클러치를 이탈시키는 동시에 상기 내연 기관을 정지시켜 상기 내부 전원 라인으로부터 상기 발전 전동기에 급전하여 상기 압축기를 구동하는 전동 운전을 행하도록 상기 내연 기관, 압축기, 클러치 및 발전 전동기의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치.A compressor for supplying compressed refrigerant to a refrigerant circulation path having an indoor heat exchanger and an outdoor heat exchanger, an internal combustion engine that selectively drives the compressor by operating within a predetermined rotation speed range, and an electric motor for selectively driving the compressor. And a control device for controlling the internal combustion engine and the electric motor to drive the compressor by the internal combustion engine in a range where the demand load for the compressor is high, and to drive the compressor by the electric motor in a range where the demand load is low. A combined power source heat pump type air conditioner, comprising: an internal power supply line fed by a commercial power source and supplied to a heat pump type air conditioner, wherein the electric motor is a power generation motor having the function of a generator. In the load range where the air-conditioning load is greater than or equal to the predetermined load, By operating the engine, the clutch and the clutch are coupled to drive the compressor and the generator motor, and the compression and power generation simultaneous operation of power generation by the generator motor and feeding the heat pump type air conditioner itself is performed, and the air load range is less than the predetermined load. Control to control the operation of the internal combustion engine, the compressor, the clutch and the electric motor so as to disengage the clutch and to stop the internal combustion engine to feed the power generator motor from the internal power line to perform the electric operation driving the compressor. A combined power source heat pump type air conditioning apparatus comprising a device.
청구항 10에 나타낸 바와 같이 청구항 9에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 내연 기관에 의해 상기 압축기 및 발전 전동기를 구동하는 경우의 단위 에너지 비용당의 공조 출력인 러닝 코스트 메리트가 상기 발전 전동기에 의해 상기 압축기를 구동하는 경우의 러닝 코스트 메리트보다 커지는 공조 부하 범위에서는 상기 압축 및 발전 동시 운전을 행하고, 후자인 경우의 러닝 코스트 메리트가 전자인 경우의 러닝 코스트 메리트보다 커지는 공조 부하 범위에서는 상기 전동 운전을 행하도록 상기 내연 기관, 압축기, 클러치 및 발전 전동기의 작동을 제어하는 것이 바람직하다.As shown in
청구항 11에 나타낸 바와 같이, 청구항 9 또는 청구항 10에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 발전 전동기는 열 펌프식 공조 장치가 필요로 하는 전원 용량의 최대치보다도 큰 발전 용량을 갖는 것으로 하고, 상기 제어 장치는 상기 내연 기관에 의해 상기 발전 전동기를 구동하고 있는 상태에서는 상기 발전 전동기로부터 상기 내부 전원 라인에 급전되는 전력 중 적어도 일부를 상기 내부 전원 라인을 거쳐서 상기 상용 전원 측에 공급하도록 상기 내연 기관, 압축기, 클러치 및 발전 전동기의 작동을 제어하는 것이 바람직하다.As shown in
청구항 12에 나타낸 바와 같이, 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 압축기는 밀어 젖힘 용적이 가변인 것이 바람직하다.As shown in
청구항 13에 나타낸 바와 같이, 청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 발전 전동기는 상기 압축기에 내장되어 있는 것이 바람직하다.As shown in
청구항 14에 나타낸 바와 같이, 청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 압축 및 발전 동시 운전과 상기 전동 운전을 전환하는 전환 수단을 구비하는 것이 바람직하다.As shown in
청구항 15에 나타낸 바와 같이, 청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 상기 발전 전동기에 의한 발전이, 정전 시에 있어서의 무정전 전원으로서 상기 열 펌프식 공조 장치에 급전되는 것이 바람직하다. As shown in
우선 도1 내지 도3에 의해, 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제1 실시 형태의 설명을 한다. 도1에 도시한 바와 같이, 본 제1 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 1대의 실외기(10)와, 각 실에 설치되어 개별로 운전 및 정지를 할 수 있는 복수의 실내기(20)와, 실외기(10)의 작동을 제어하는 제어 장치(40)로 이루어지는 것이다. 1 to 3, a description will be given of a first embodiment of a combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention. As shown in Fig. 1, the combined power source heat pump type air conditioner of the first embodiment includes one
본 제1 실시 형태의 실외기(10)는, 외부로부터의 명령에 따라서 소정의 범위 내에서 밀어 젖힘 용적을 변화시킬 수 있는 1대의 가변 용량형 압축기(11A1)와, 이 압축기(11A1)의 토출 포트(11a) 및 흡입 포트(11b)에 접속되는 냉매 순환로(30)에 설치된 외기 열 교환기(25) 및 사방 밸브(전환 밸브)(14)를 구비하고 있고, 각 실내로 연장되는 냉매 순환로(30)의 관로(30b, 30c)의 선단부에는 복수의 실내기(20)가 병렬로 설치되어 있다. 압축기(11A1)는, 도2에 도시한 바와 같이 그 케이싱에 일체적으로 설치된 인버터 모터(가변속 전동기)(13A)와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 V 벨트 및 클러치(19a)를 거쳐서 연결된 수랭식의 가스 엔진(내연 기관)(19)에 의해 선택적으로 구동되도록 되어 있다. 사방 밸브(14)는, 외기 열 교환기(25) 및 실내 열 교환기(21)에 대한 압축기(11A1)의 토출 포트(11a)로부터의 냉매의 공급 순서를 전환하여, 난방과 냉방을 전환하도록 되어 있다. The
압축기(11A1)의 토출 포트(11a)를 사방 밸브(14)의 입구 포트에 접속하는 냉 매 순환로(30)의 관로(30a) 도중에는 오일 세퍼레이터(15)가 설치되고, 오일 세퍼레이터(15)의 바닥부는 필터 드라이어(32) 및 모세관(31)을 거쳐서 압축기(11A1)의 흡입 포트(11b)에 연통되어, 분리된 오일로부터 이물질 및 수분을 제거하여 압축기(11A1)로 복귀시키도록 되어 있다. 압축기(11A1)의 흡입 포트(11b)를 사방 밸브(14)의 출구 포트에 접속하는 냉매 순환로(30)의 관로(30d)에는 어큐뮬레이터(16)와 2중관 열 교환기(33)가 설치되어 있다. 사방 밸브(14)의 나머지 2개의 전환 포트는 냉매 순환로(30)의 관로(30b, 30c)를 거쳐서 각 실내기(201)에 접속되고, 외기 열 교환기(25)는 그 한쪽 관로(30b)의 도중에 설치되어 있다. 본 실시 형태의 외기 열 교환기(25)는 서로 병렬 접속된 2개이며, 각각 팬(25a)을 구비하고 있다. 또 2중관 열 교환기(33)는 가스 엔진(19)의 냉각수와 냉매와의 사이에서 열 교환을 행하는 것이다. An
본 실시 형태의 압축기(11A1)는 인벌류트 곡선 형상의 스크롤 랩을 갖는 고정 스크롤과 선회 스크롤로 이루어지는 스크롤식 압축기이며, 양 스크롤 사이에 형성되어 작동에 따라서 서서히 용적이 감소하는 압축실에 연통되는 바이패스 포트(11c)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 바이패스 포트(11c)는 리듀스 밸브(전자 팽창 밸브)(17)가 설치된 관로(30e)를 거쳐서 어큐뮬레이터(16)에 연통되어 있다. 이 리듀스 밸브(17)는 제어 장치(40)에 의해 다수의 단계적으로 개방도가 제어되는 것이며, 이 개방도를 제어함으로써 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적이 최대치인 100 % 내지 50 %의 사이에서 변화되어 압축기(11A1)에 대한 요구 부하의 변화에 대응하도록 되어 있다. 이러한 리듀스 밸브(17)를 이용한 밀어 젖힘 용적의 감소에 의한 요구 부하의 제어는, 상술한 종래 기술에 의한 바이패스 제어에 비해 에너지 효율의 저하는 근소하다. The compressor 11A1 of the present embodiment is a scroll compressor comprising a fixed scroll and an orbiting scroll having an involute curve scroll wrap, which is formed between both scrolls and communicates with a compression chamber whose volume gradually decreases with operation.
각 실내에 배치되는 복수의 실내기(20)는 냉매 순환로(30)의 관로(30b, 30c)의 선단부에 병렬로 설치되고, 각각 실내 열 교환기(21)와, 이 실내 열 교환기(21)의 외기 열 교환기(25) 측에 직렬로 설치된 전자 팽창 밸브(22)와, 이 전자 팽창 밸브(22)와 병렬로 직렬 접속된 모세관(23) 및 역지 밸브(24)에 의해 구성되어 있다. 각 실내 열 교환기(21)에는 시로코팬(21a)이 설치되어 있다. The plurality of
다음에 본 제1 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 전체적 작동의 개요의 설명을 한다. 우선 냉방 운전 시의 작동을 설명한다. 압축기(11A1)가 클러치(19a)를 거쳐서 가스 엔진(19)에 의해[또는 인버터 모터(13A)에 의해] 회전 구동되면, 압축기(11A1)에 의해 압축된 고온 고압의 기상 냉매는, 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 사방 밸브(14)로부터 관로(30b)를 통해 외기 열 교환기(25)로 들어가고, 팬(25a)으로부터 송입되는 외기에 의해 냉각되어 액화된다. 이 액화된 고압의 냉매는 관로(30b)로부터 전자 팽창 밸브(22)를 지나, 감압되어 실내 열 교환기(21)로 들어가 기화되고, 실내 열 교환기(21)로부터 기화 잠열을 빼앗아 실내 열 교환기(21)를 냉각한다. 시로코팬(21a)으로부터 실내로 송입되는 공기는 실내 열 교환기(21)를 통과할 때에 냉각되어, 이에 의해 실내는 냉방된다. 기화된 냉매는 관로(30c)로부터 사방 밸브(14), 2중관 열 교환기(33)를 설치한 관로(30d)를 통해 어큐뮬레이터(16)로 들어가고, 어큐뮬레이터(16)에서 기액이 분리되어 압축기(11A1)에 흡입되고, 다시 압축되어 상술한 냉방 사이클을 반복하여 실내를 냉방한 다. Next, the outline | summary of the general operation | movement of the combined power source heat pump type air conditioning apparatus of this 1st Embodiment is demonstrated. First, the operation during cooling operation will be described. When the compressor 11A1 is rotationally driven by the gas engine 19 (or by the
또한 난방 운전 시에는, 압축기(11A1)에 의해 압축된 고온 고압의 기상 냉매는, 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 사방 밸브(14)로부터 관로(30c)를 통해 실내 열 교환기(21)로 들어간다. 시로코팬(21a)으로부터 실내로 송입되는 공기는, 실내 열 교환기(21)를 통과할 때에 고온 고압의 기상 냉매에 의해 가열되어, 이에 의해 실내는 난방되는 동시에, 기상 냉매는 냉각되어 액화된다. 이 액화된 고압의 냉매는 전자 팽창 밸브(22)를 지나, 감압되어 관로(30b)로부터 외기 열 교환기(25)로 들어가고, 팬(25a)으로부터 송입되는 외기로부터 기화 잠열을 빼앗아 기화된다. 전자 팽창 밸브(22)와 병렬로 설치한 모세관(23)과 역지 밸브(24)는, 난방인 경우의 전자 팽창 밸브(22)에 의한 팽창의 정도를 냉방인 경우보다도 적게 하는 것이다. 기화된 냉매는 관로(30b)로부터 사방 밸브(14), 2중관 열 교환기(33)를 설치한 관로(30d)를 통해 어큐뮬레이터(16)로 들어가고, 어큐뮬레이터(16)에서 기액이 분리되어 압축기(11A1)에 흡입되고, 다시 압축되어 상술한 난방 사이클을 반복하여 실내를 난방한다.In the heating operation, the high temperature and high pressure gaseous refrigerant compressed by the compressor 11A1 enters the
이 냉방 및 난방 시에, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 작동을 제어하는 제어 장치(40)는 각 실내기(20)가 필요로 하는 냉매의 순환량을, 각 실내기(20)의 설정 온도, 각 실내 열 교환기(21)의 용량 및 흡입 온도, 난방 및 냉방 온도별 등에 따라서 연산하여, 그 적산치를 냉매의 필요 순환량으로 하고, 압축기(11A1)에 대한 요구 부하가 이 필요 순환량과 합치하도록 실외기(10)를 제어하는 것이다. 즉 제어 장치(40)는 연산된 냉매의 적산치가 커, 따라서 요구 부하가 높은 범위에 서는 가변 용량형 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 최대치로 하여 가스 엔진(19)의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시킨다. 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면, 제어 장치(40)는 우선 압축기(11A1)를 구동하고 있는 가스 엔진(19)을 에너지 효율이 좋은 일정 회전 속도의 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 이에 의해 구동되는 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시킨다. 그리고 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하되어 가변 용량형 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적의 변화로 요구 부하의 변동에 대응할 수 없게 된 경우에는, 제어 장치(40)는 압축기(11A1)의 동력원을 가스 엔진(19)으로부터 인버터 모터(13A)로 전환하여 요구 부하의 변동에 대응시키도록 가스 엔진(19), 클러치(19a), 가변 용량형 압축기(11A1) 및 리듀스 밸브(17) 등의 작동을 제어한다. During the cooling and heating, the
다음에 본 제1 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 작동을, 도3에 의해 구체적으로 설명한다. 본 제1 실시 형태에서는 가스 엔진(19)은 1200 내지 2400 r/분의 범위에서 작동되고, 가변 용량형 압축기(11A1)의 최소 밀어 젖힘 용적은 최대 밀어 젖힘 용적의 50 %이다. 실외기(10)의 압축기(11A1)에 대해 요구되는 요구 부하는, 도3에 공조 능력을 나타낸 선도(線圖)에서 실선으로 나타낸 바와 같이 각 실내기(20)에 요구되는 공조 능력 즉 전술한 냉매의 순환량의 적산치인 냉매의 필요 순환량에 대하여 비례하여 증대한다. 또 공조 능력의 값은, 가변 용량형 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적이 최대이고 2400 r/분으로 구동된 경우의 값을 100 %로 하여 표시한 것이다. Next, the operation of the combined power source heat pump type air conditioner of the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. In the first embodiment, the
압축기(11A1)에 대한 요구 부하가 최대치인 0 내지 25 %의 범위는, 요구 부하가 낮은 범위 내이고, 요구 부하가 저하되어 전술한 바와 같이 저회전 속도 고토크 상태로 작동하고 있는 가스 엔진(19)에 의해 구동된 가변 용량형 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적의 변화에서는 요구 부하의 변동에 대응할 수 없게 되어 있는 상태이다. 이 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)를 이탈시키는 동시에 가스 엔진(19)을 정지시켜, 인버터 모터(13A)에 의해 압축기(11A1)를 구동한다. 이 범위에서는 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적은 최대치로 고정되고, 인버터 모터(13A)의 회전 속도는 요구 부하의 증대에 따라서 0에서 점차로 증대하도록 제어되고, 압축기(11A1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 0에서 25 %까지 직선적으로 증대한다. The range of 0 to 25% in which the required load on the compressor 11A1 is the maximum is in the range where the required load is low, and the required load is lowered, thus operating the
다음에 요구 부하가 최대치인 25 내지 50 %의 범위는, 요구 부하가 낮은 범위 내이기는 하지만 요구 부하가 저하되어 있지 않으며, 전술한 바와 같이 저회전 속도 고토크 상태로 작동하고 있는 가스 엔진(19)에 의해 구동된 가변 용량형 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적의 변화로 요구 부하의 변동에 대응하고 있는 상태이다. 이 범위에서는, 제어 장치(40)는 인버터 모터(13A)의 작동을 정지시키고, 가스 엔진(19)을 작동시켜서 클러치(19a)를 결합시켜 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11A1)를 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 1200 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 또한 제어 장치(40)는 리듀스 밸브(17)의 개방도를 완전 개방으로부터 완전 폐쇄를 향해 제어함으로써, 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 요구 부하가 25 %인 위치에서의 50 %로부 터, 요구 부하가 50 %인 위치에서의 100 %까지 점차로 증대시킨다. 이에 의해 이 범위에서는, 압축기(11A1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 25 %에서 50 %까지 직선적으로 증대한다. Next, in the range of 25 to 50% of the maximum required load, the required load is not lower but the required load is not lowered, and the
또한 필요 순환량이 50 내지 100 %인 범위는, 요구 부하가 높고 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 최대치로 하여 가스 엔진(19)의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고 있는 범위 내이다. 이 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 인버터 모터(13A)의 작동을 정지시켜 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11A1)를 구동하고, 리듀스 밸브(17)를 완전 폐쇄인 상태에서 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 100 %로 유지하여, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도가 1200 r/분에서 2400 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이에 의해 이 범위에서는, 압축기(11A1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 50 %에서 100 %까지 직선적으로 증대한다. In addition, the range in which the required circulation amount is 50 to 100% is within a range in which the required load is high and the change in the rotational speed of the
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 요구 부하가 최대치인 25 내지 100 %라는 넓은 범위(도3의 하부의 백발 화살표 E의 범위 참조)에서 압축기(11A1)를 가스 엔진(19)에 의해 구동할 수 있고, 인버터 모터(13A)에 의해 압축기(11A1)를 구동하는 범위(도3의 하부의 백발 화살표 M의 범위 참조)를 0 내지 25 %로 하여 도14에 도시하는 종래 기술보다도 감소시킬 수 있으므로, 인버터 모터(13A)는 소형인 것으로 충분하다. 이에 의해 설비 비를 감소시키고, 또한 전력에 비하여 에너지 비용이 낮은 내연 기관용 연료 가스의 사용 범위가 증대하기 때문에, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 러닝 코스트를 저 하시킬 수 있다. As described above, according to the combined power source heat pump type air conditioning apparatus of the first embodiment, the compressor 11A1 in a wide range (refer to the range of the gray hair arrow E in the lower part of FIG. 3) in which the required load is a maximum of 25 to 100%. Can be driven by the
또 상술한 제1 실시 형태에서는, 압축기(11A1)를 가스 엔진(19)에 의해 구동할 수 있는 범위는 요구 부하가 최대치인 25 내지 100 %의 범위이지만, 가변 용량형 압축기(11A1)의 최소 밀어 젖힘 용적을 최대 밀어 젖힘 용적의 50 % 이하로 하면, 이 범위를 작은 측으로 확대시킬 수 있다. 예를 들어 이 최소 밀어 젖힘 용적을 최대 밀어 젖힘 용적의 30 %로 하면, 백발 화살표 E에 이어지는 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11A1)를 구동하는 경우의 요구 부하의 범위를 15 %까지 확대시킬 수 있다. 동일한 압축기(11A1)를 계속해서 사용하는 것으로 하면, 여기서 넓어진 요구 부하가 15 내지 25 %인 범위에서는, 가스 엔진(19)과 인버터 모터(13A) 중 어느 하나에 의해서도 압축기(11A1)를 구동할 수 있으므로, 이 양자 중 비용메리트가 큰 쪽을 선택할 수 있다. 혹은 또한, 이 요구 부하가 넓어진 범위만큼, 압축기(11A1)를 소형화하는 것도 가능하다. In addition, in the above-described first embodiment, the range in which the compressor 11A1 can be driven by the
상술한 제1 실시 형태에서는, 압축기(11A1)는 스크롤식 압축기로 하고, 그 바이패스 포트(11c)를 리듀스 밸브(17)를 설치한 관로(30e)에 의해 흡입 포트(11b) 측에 연통하고, 제어 장치(40)에 의해 리듀스 밸브(17)를 제어하여 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 변화시키도록 하고 있고, 압축기로서 간략한 스크롤식 압축기를 사용하였으므로 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제조 비용을 저하시킬 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 회전자에 대한 캠링의 편심량을 변화시킴으로써 밀어 젖힘 용적을 가변으로 한 베인 펌프나, 피스톤 스트로크를 변화시킴으로써 밀어 젖힘 용적을 가변으로 한 왕복 피스톤식 압축기를 사용할 수 도 있다. 후자에 따르면, 최압축 시의 실린더 내용적을 감소시켜 최소 밀어 젖힘 용적을 실질적으로 0으로 할 수 있다. 압축기(11A1)로서 이러한 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 것을 사용하면, 가변속 전동기인 인버터 모터(13A) 대신에 정속 모터(13B)를 사용하여 본 발명을 실시할 수도 있다. 이 경우에는 정속 모터(13B)에 의해 압축기(11A1)를 구동하고 있을 때의 요구 부하의 변경은 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적을 변경함으로써 대응하면 된다. In the above-described first embodiment, the compressor 11A1 is a scroll compressor, and the
또한 상술한 제1 실시 형태에서는, 1대의 압축기(11A1)를 가스 엔진(19)과 인버터 모터(13A)[또는 정속 모터(13B)]에 의해 구동하고 있으므로, 가장 간략화된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치를 얻을 수 있다. In addition, in the first embodiment described above, the single compressor 11A1 is driven by the
다음에 도4 내지 도6에 의해, 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제2 실시 형태의 설명을 한다. 본 제2 실시 형태는, 실외기(10)의 압축기가 2대의 가변 용량형 압축기(11A1 및 12A1)로 이루어지는 구조 및 이에 관련되는 구조가 다를 뿐이며, 제1 실시 형태와 동일한 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동되는 가스 엔진(19)을 갖고 있다. 본 제2 실시 형태의 2대의 가변 용량형 압축기(11A1 및 12A1)는 모두 제1 실시 형태와 마찬가지인 바이패스 포트(11c, 12c)를 구비한 스크롤식 압축기이며, 도4에 도시한 바와 같이 제1 가변 용량형 압축기(11A1)는 제1 실시 형태의 것과 동일하게, 그 케이싱에 일체적으로 설치된 인버터 모터(13A)와 클러치(19a)를 거쳐서 연결된 가스 엔진(19)에 의해 선택적으로 구동되고, 제2 가변 용량형 압축기(12A1)는 클러치(19b)를 거쳐서 연결된 가스 엔진(19)에 의해 선택적으로 구동되도록 되어 있다. 제1 및 제2 압축기(11A1 및 12A1)의 바이패 스 포트(11c와 12c)는, 각각 리듀스 밸브(17a, 17b)가 설치된 관로(30e1 및 30e2)를 거쳐서 각각 어큐뮬레이터(16)에 연통되어 있다. 각 리듀스 밸브(17a와 17b)의 개방도는 제어 장치(40)에 의해 각각 제어되어, 따라서 각 압축기(11, 12)의 각 밀어 젖힘 용적은, 서로 독립하여 최대치인 100 % 내지 50 %의 사이에서 변화하여 압축기(11A1, 12A1)에 대한 요구 부하의 변화에 대응하도록 되어 있다. 본 제2 실시 형태의 구성은 상술한 상이점 이외는 제1 실시 형태와 동일하므로, 이 이상의 상세한 설명은 생략한다. Next, the second embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment differs only in the structure in which the compressor of the
다음에 본 제2 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 작동을, 도6에 의해 구체적으로 설명한다. 가스 엔진(19)은 제1 실시 형태와 마찬가지로, 1200 내지 2400 r/분의 범위에서 작동되어, 제1 및 제2 가변 용량형 압축기(11A1, 12A1)의 최소 밀어 젖힘 용적은 최대 밀어 젖힘 용적의 50 %이다. 요구 부하는 제1 실시 형태인 경우와 동일하게 한다. Next, the operation of the combined power source heat pump type air conditioner of the second embodiment will be described in detail with reference to FIG. The
요구 부하가 낮은 범위 내이며 요구 부하가 저하되어 있는 상태인 요구 부하가 최대치인 0 내지 25 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 양 클러치(19a, 19b)를 이탈시키는 동시에 가스 엔진(19)을 정지시켜, 인버터 모터(13A)에 의해 제1 압축기(11A1)를 구동한다. 이 범위에서는 제1 압축기(11A1)의 밀어 젖힘 용적은 최대치로 고정되고, 인버터 모터(13A)의 회전 속도는 요구 부하의 증대에 따라서 0으로부터 점차로 증대하도록 제어되고, 제1 압축기(11A1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 0에서 25 %까지 직선적으로 증대한다. In the range of 0 to 25% of the required load in a state in which the demand load is in a low range and the demand load is in a low range, the
다음에 요구 부하가 낮은 범위 내이기는 하지만 요구 부하가 저하되어 있지 않은 상태인 요구 부하가 최대치인 25 내지 50 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 인버터 모터(13A)의 작동을 정지시키고, 가스 엔진(19)을 작동시켜서 클러치(19b)만을 결합시켜 가스 엔진(19)에 의해 제2 압축기(12A1)를 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도1200 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 또한 제어 장치(40)는 리듀스 밸브(17b)의 개방도를 완전 개방으로부터 완전 폐쇄를 향해 제어함으로써, 제2 압축기(12A1)의 밀어 젖힘 용적을, 요구 부하가 25 %인 위치에서의 50 %로부터, 요구 부하가 50 %인 위치에서의 100 %까지 차례로 증대시킨다. 이에 의해 이 범위에서는, 제2 압축기(12A1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 25 %에서 50 %까지 직선적으로 증대한다. Next, in the range of 25 to 50% of the required load in a state where the demand load is in the low range but the demand load is not lowered, the
또한 요구 부하가 높은 범위 내인 필요 순환량이 50 내지 100 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 가스 엔진(19)에 의해 제2 압축기(12A1)만을 구동하고, 리듀스 밸브(17b)를 완전 폐쇄의 상태에서 제2 압축기(12A1)의 밀어 젖힘 용적을 100 %로 유지하여, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도가 1200 r/분에서 2400 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이에 의해 이 범위에서는 제2 압축기(12A1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 50 %에서 100 %까지 직선적으로 증대한다. Moreover, in the range of 50 to 100% of the required circulation amount in the range with a high demand load, the
상술한 바와 같이, 본 제2 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 인버터 모터(13A)에 의해 제1 압축기(11A1)를 구동하는 범위 M(도6 참조)을 0 내지 25 %의 범위로 감소시킬 수 있어, 이에 의해 인버터 모터(13A)는 소형인 것으로 충분하므로 설비 비를 감소시키고, 또한 전력에 비하여 에너지 비용이 낮은 내연 기관용 연료 가스의 사용 범위가 증대하기 때문에, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다. As described above, according to the combined power source heat pump type air conditioner of the second embodiment, as in the case of the first embodiment, the range M for driving the first compressor 11A1 by the
본 제2 실시 형태에서도, 제2 가변 용량형 압축기(12A1)의 최소 밀어 젖힘 용적을 최대 밀어 젖힘 용적의 50 % 이하로 하면, 가스 엔진(19)에 의해 구동되는 경우의 요구 부하의 변화 범위를 최대치인 25% 이하로 확대시킬 수 있어, 여기서 넓어진 범위 L(도6 참조)에서는, 가스 엔진(19)과 인버터 모터(13A) 중 어느 하나에 의해서도 제1 압축기(11A1)를 구동할 수 있으므로, 이 양자 중 비용 메리트가 큰 쪽을 선택할 수 있다. 또한, 제1 압축기(11A1)로서 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 것을 사용하면, 가변속 전동기인 인버터 모터(13A) 대신에 정속 모터를 사용하여 본 발명을 실시할 수도 있다. Also in the second embodiment, when the minimum pushing down volume of the second variable displacement compressor 12A1 is 50% or less of the maximum pushing down volume, the change range of the required load when driven by the
또 상술한 제2 실시 형태에서는, 요구 부하가 25 내지 100 %인 범위에서는, 제2 압축기(12A1)만을 가스 엔진(19)에 의해 구동하는 것으로서 설명했지만, 2개의 클러치(19a, 19b)를 결합하여 양 압축기(11A1, 12A1)를 동시에 구동하도록 하여 실시하는 것도 가능하다. 그와 같이 하면, 공조 능력의 최대치가 동일한 경우의 각 압축기(11A1, 12A1)의 최대 용량은 절반이 되므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치를 소형화할 수 있다. In the second embodiment described above, in the range where the required load is 25 to 100%, only the second compressor 12A1 is described as being driven by the
다음에 도7 내지 도9에 의해, 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제3 실시 형태의 설명을 한다. 본 제3 실시 형태는, 도8에 도시한 바와 같 이 실외기(10)의 2대의 압축기 중 한쪽을, 케이싱에 일체적으로 설치된 인버터 모터(13A)와, 소정의 회전 속도 범위 내에서 작동하여 V 벨트 및 클러치(19a)를 거쳐서 연결된 수랭식의 가스 엔진(19)에 의해 선택적으로 구동되는 가변 용량형 압축기(11B1)로 하고, 다른 쪽을 클러치(19b)를 거쳐서 가스 엔진(19)에 의해 선택적으로 구동되는 고정 용량형 압축기(12B2)로 한 것이다. 압축기(11B1)는, 예를 들어 경사 각도를 가변으로 하여 피스톤 스트로크를 변화시킴으로써 밀어 젖힘 용적을 가변으로 한 경사판식 축 방향피스톤 압축기로, 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 것이다. 가변 용량형 압축기(11B1)의 최대 용량과 고정 용량형 압축기(12B2)의 용량은, 제1 실시 형태의 가변 용량형 압축기(11A1)의 최대 용량의 절반이다. 그 밖의 구성은 제2 실시 형태와 동일하기 때문에, 이 이상의 상세한 설명은 생략한다.Next, the third embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, as shown in Fig. 8, one of the two compressors of the
다음에 이 제3 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 작동을, 도9에 의해 구체적으로 설명한다. 가스 엔진(19)은 제1 실시 형태와 마찬가지로 1200 내지 2400 r/분의 범위에서 작동된다. 요구 부하는 제1 실시 형태인 경우와 동일하게 한다. Next, operation | movement of the combined power source heat pump type air conditioning apparatus of this 3rd Embodiment is demonstrated concretely by FIG. The
요구 부하가 낮은 범위 내이고 요구 부하가 저하되어 있는 상태인 요구 부하가 최대치인 0 내지 12.5 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 양 클러치(19a, 19b)를 이탈시키는 동시에 가스 엔진(19)을 정지시켜 인버터 모터(13A)에 의해 압축기(11B1)를 구동한다. 이 범위에서는 압축기(11B1)의 밀어 젖힘 용적은 최대치로 고정되고, 인버터 모터(13A)의 회전 속도는 요구 부하의 증대에 따라서 0에서 점차로 증대하도록 제어되고, 압축기(11B1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 0에서 12.5 %까지 직선적으로 증대한다. In the range of 0 to 12.5% of the required load in a state where the demand load is in a low range and the demand load is in a low range, the
다음에 요구 부하가 낮은 범위 내이기는 하지만 요구 부하가 저하되어 있지 않은 상태인 요구 부하가 최대치인 12.5 내지 25 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 인버터 모터(13A)의 작동을 정지시키고, 가스 엔진(19)을 작동시켜서 클러치(19a)만을 결합시켜 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11B1)만을 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 1200 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 또한 제어 장치(40)는 압축기(11B1)의 경사판의 경사각을 제어함으로써, 그 밀어 젖힘 용적을, 요구 부하가 12.5 %인 위치에서의 50 %로부터 요구 부하가 25 %인 위치에서의 100 %까지 점차로 증대시킨다. 이에 의해 이 범위에서는, 압축기(11B1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 12.5 %에서 25%까지 증대한다. Next, in the range of 12.5 to 25% of the required load in the state where the demand load is in the low range but the demand load is not lowered, the
동일하게 요구 부하가 낮은 범위 내이기는 하지만 요구 부하가 저하되어 있지 않은 상태인 요구 부하가 최대치인 25 내지 50 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 클러치(19a)에다가 클러치(19b)를 결합시켜 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11B1) 및 압축기(12B2)의 양쪽을 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 계속해서 에너지 효율이 좋은 저회전 속도1200 r/분의 일정값이 되도록 제어한다. 또한 제어 장치(40)는 압축기(11B1)의 경사판의 경사각을 제어함으로써, 그 밀어 젖힘 용적을, 요구 부하가 25 %인 위치에서의 0 %로부터 요구 부하가 50 %인 위치에서의 100 %까지 점차로 증대시킨다. 이에 의해 이 범위에서는 압축기(11B1) 및 압축기(12B2)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 25 %에서 50 %까지 증대한다. Similarly, in the range of 25 to 50% of the required load in the state where the demand load is in the low range but the demand load is not lowered, the
또한 요구 부하가 높은 범위 내인 필요 순환량이 50 내지 100 %인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11B1) 및 압축기(12B2)의 양쪽을 구동하고, 압축기(11B1)의 밀어 젖힘 용적을 100 %로 유지하여, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도가 1200 r/분에서 2400 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이에 의해 이 범위에서는, 압축기(11B1) 및 압축기(12B2)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 50 %에서 100 %까지 증대한다. In addition, in the range where the required circulation amount in the range where the required load is high is 50 to 100%, the
상술한 바와 같이, 본 제3 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 인버터 모터(13A)에 의해 압축기(11B1)를 구동하는 범위를 0 내지 12.5 %인 범위로까지 감소시킬 수 있다. 이에 의해 인버터(13A)를 상기 각 실시 형태보다도 소형으로 할 수 있으므로, 설비 비를 한층 감소시키고, 또한 전력에 비하여 에너지 비용이 낮은 내연 기관용 연료 가스의 사용 범위가 한층 증대하므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다. As described above, according to the combined power source heat pump type air conditioner of the third embodiment, the range in which the compressor 11B1 is driven by the
이상의 설명에서는, 압축기(11B1)에 대한 인버터 모터(13A)에 의한 구동과 가스 엔진(19)에 의한 구동은, 요구 부하가 12.5 %인 위치에서 전환하는 것으로서 설명하였지만, 가변 용량형 압축기(11B1)의 최소 밀어 젖힘 용적은 실질적으로 0이므로, 가스 엔진(19)에 의한 압축기(11B1)의 구동은 12.5 %보다 하측으로 확대시킬 수 있고, 또한 인버터 모터(13A)에 의한 압축기(11b1)의 구동은, 인버터 모터(13A) 의 용량에 여유가 있는 범위에서는 12.5 %보다 상측으로 확대할 수 있다. 따라서 가스 엔진(19)의 연료 소비량이나 연료 가스와 전력의 에너지 비용을 기초로 하여, 인버터 모터(13A)와 가스 엔진(19)의 전환 위치를 적절하게 선택하면, 러닝 코스트를 최소로 할 수 있다. In the above description, the drive by the
본 제3 실시 형태에서는, 인버터 모터(13A) 대신에 정속 모터(13B)를 사용해도 좋고, 정속 모터(13B)에 의해 압축기(11B1)를 구동하고 있는 경우의 요구 부하의 변경은 압축기(11B1)의 밀어 젖힘 용적을 변경함으로써 대응하면 좋다. In the third embodiment, the
다음에 도10 내지 도12에 의해, 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제4 실시 형태의 설명을 한다. 본 제4 실시 형태는 제3 실시 형태에 유사하지만, 도11에 도시한 바와 같이 가스 엔진(19) 및 인버터 모터(13A)에 의해 선택적으로 구동되는 압축기를 고정 용량형 압축기(11B2)로 하고, 가스 엔진(19)에 의해 선택적으로 구동되는 압축기를 가변 용량형 압축기(12B1)로 한 것이다. 고정 용량형 압축기(11b2)의 용량과 가변 용량형 압축기(12B1)의 최대 용량은, 제1 실시 형태의 가변 용량형 압축기(11A1)의 최대 용량의 절반이며, 압축기(12B1)의 최소 밀어 젖힘 용적은 50 %이다. 그 밖의 구성은 제2 실시 형태와 동일하므로, 이 이상의 상세한 설명은 생략한다. 10 to 12, a description will be given of a fourth embodiment of the combined power source heat pump type air conditioner according to the present invention. Although the fourth embodiment is similar to the third embodiment, as shown in Fig. 11, the compressor selectively driven by the
다음에 본 제4 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 작동을, 도12에 의해 구체적으로 설명한다. 가스 엔진(19)은 제1 실시 형태와 마찬가지로 1200 내지 2400 r/분의 범위에서 작동된다. 요구 부하는 제1 실시 형태의 경우와 동일하게 한다. Next, the operation of the combined power source heat pump type air conditioner of the fourth embodiment will be specifically described with reference to FIG. The
요구 부하가 낮은 범위 내이며 요구 부하가 저하되어 있는 상태인 요구 부하가 최대치인 0 내지 12.5 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 양 클러치(19a, 19b)를 이탈시키는 동시에 가스 엔진(19)을 정지시켜, 인버터 모터(13A)에 의해 압축기(11B2)를 구동한다. 이 범위에서는 인버터 모터(13A)의 회전 속도는 요구 부하의 증대에 따라서 0으로부터 점차로 증대하도록 제어되고, 고정 용량형 압축기(11B2)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 0에서 12.5 %까지 직선적으로 증대한다. In the range of 0 to 12.5% of the required load in a state where the demand load is in a low range and the demand load is in a low range, the
동일하게 요구 부하가 낮은 범위 내이며 요구 부하가 저하되어 있는 상태인 요구 부하가 최대치인 12.5 내지 25 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 가스 엔진(19)을 작동시켜서 클러치(19b)만을 결합시켜 가스 엔진(19)에 의해 압축기(12B1)만을 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 1200 r/분의 일정값이 되도록 제어한다. 이 범위에서는 압축기(12B1)의 밀어 젖힘 용적은 50 %로 고정되고, 인버터 모터(13A)의 회전 속도는 요구 부하의 증대에 따라서 다시 0으로부터 점차로 증대하도록 제어되어 압축기(11B2)를 구동한다. 이에 의해 압축기(11B2) 및 압축기(12B1)로부터 토출되는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 12.5 %에서 25 %까지 직선적으로 증대한다. Similarly, in the range of 12.5 to 25% of the required load in a state in which the demand load is in a low range and the demand load is in a lower range, the
또한 동일하게 요구 부하가 낮은 범위 내이며 요구 부하가 저하되어 있는 상태인 요구 부하가 최대치인 25 내지 37.5 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 가스 엔진(19)에 의해 압축기(12B1)만을 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 1200 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 이 범위에서는 압축기(12B1)의 밀어 젖힘 용적은 100 %로 고정되고, 인버터 모터(13A)의 회전 속도는 요구 부하의 증대에 따라서 다시 0에서 점차로 증대하도록 제어되어 압축기(11B2)를 구동한다. 이에 의해 이 범위에서는 압축기(11b2) 및 압축기(12B1)로부터 토출되는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 25 %에서 37.5 %까지 직선적으로 증대한다. Similarly, in the range of 25 to 37.5% of the required load in a state in which the demand load is in a low range and the demand load is in a low state, which is the maximum value, the
다음에 요구 부하가 낮은 범위 내이기는 하지만 요구 부하가 저하되어 있지 않은 상태인 요구 부하가 최대치인 37.5 내지 50 %의 범위에서는, 제어 장치(40)는 인버터 모터(13A)의 작동을 정지시키고, 이어서 가스 엔진(19)을 작동시켜 클러치(19b)에다가 클러치(19a)를 결합시켜 가스 엔진(19)에 의해 압축기(12B1) 및 압축기(11B2)를 구동하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어하여 그 회전 속도가 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 1200 r/분의 일정치가 되도록 제어한다. 또한 압축기(12B1)는, 요구 부하가 37.5 %인 위치에서의 50 %로부터, 요구 부하가 50 %인 위치에서의 100 %까지 차례로 증대시킨다. 이에 의해 이 범위에서는, 압축기(11B2) 및 압축기(12B1)로부터 토출되는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 37.5 %에서 50 %까지 직선적으로 증대한다.Next, in the range of 37.5 to 50% of the required load in the state where the demand load is in the low range but the demand load is not lowered, the
또한 요구 부하가 높은 범위 내인 필요 순환량이 50 내지 100 %인 범위에서는, 제어 장치(40)는 계속해서 가스 엔진(19)에 의해 압축기(11B2) 및 압축기(12B1)를 구동하여 압축기(12B1)의 밀어 젖힘 용적을 100 %로 유지하고, 가스 엔진(19)의 스로틀 개방도를 제어함으로써 그 회전 속도가 1200 r/분에서 2400 r/분으로 증대하도록 제어한다. 이에 의해 이 범위에서는, 압축기(11B2) 및 압축기 (12B1)가 토출하는 냉매의 양은 요구 부하의 증대에 따라서 50 %에서 100 %까지 증대한다. In addition, in the range where the required circulation amount is within a range of 50 to 100% in a high load range, the
본 제4 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 압축기(11B1)는 0 내지 12.5 %, 12.5 내지 25 % 및 25 내지 37.5 %의 3개의 범위에서 인버터 모터(13A)에 의해 구동되지만, 각 범위에서의 토출량의 범위는 모두 0 내지 12.5 %이다. 따라서 인버터 모터(13A)는 0 내지 12.5 %의 범위에서 압축기(11B1)를 구동하면 되므로, 인버터 모터(13A)는 제3 실시 형태인 경우와 마찬가지로 소형인 것으로서, 설비 비와 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다. 본 제4 실시 형태에서는, 12.5 내지 37.5 %의 범위(도12에 L로 표시)에서는 가스 엔진(19)과 인버터 모터(13A)가 냉매의 공급에 병용되고 있다. 또한 이 제4 실시 형태에서도, 압축기(12B1)의 최소 밀어 젖힘 용적을 0으로 하면 인버터 모터(13A) 대신에 정속 모터(13B)를 사용할 수 있어, 그 경우에는 정속 모터(13B)에 의해 압축기(11B1)를 구동하고 있을 때의 요구 부하의 변경은, 압축기(11B1)의 밀어 젖힘 용적을 변경함으로써 대응하면 좋다. According to the combined power source heat pump type air conditioner of the fourth embodiment, the compressor 11B1 is driven by the
또, 상술한 제2 내지 제4 실시 형태에서는 2대의 압축기의 용량(가변 용량형 압축기인 경우의 최대 용량 및 고정 용량형 압축기의 용량)은 동일하다고 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 2개의 압축기의 용량이 동일하지 않은 경우에도 적용 가능하다. 또한 본 발명은 3대 이상의 압축기를 사용하여 실시하는 것도 가능하다. In the second to fourth embodiments described above, the capacities of the two compressors (the maximum capacity in the case of the variable displacement compressor and the capacity of the fixed displacement compressor) are the same, but the present invention is not limited thereto. It is also applicable when the capacity of the two compressors is not the same. Moreover, this invention can also be implemented using three or more compressors.
도15 내지 도18에 의해, 본 발명의 제5 실시 형태 예에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치를 설명한다. 도15에 도시한 바와 같이, 제5 실시 형태 예에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 실외기(110)와, 실내기(119)와, 실외기(110)의 작동을 제어하는 제어 장치(1124)를 주요한 구성으로 하는 것이다. 15 to 18, a combined power source heat pump type air conditioner according to a fifth embodiment of the present invention will be described. As shown in Fig. 15, the combined power source heat pump type air conditioner according to the fifth embodiment includes a control unit 1124 for controlling the operation of the outdoor unit 110, the indoor unit 119, and the outdoor unit 110. It is a main configuration.
실외기(110)는, 소정의 범위 내에서 밀어 젖힘 용적을 변화시킬 수 있는 압축기(112)와, 회전 속도가 변화하여 클러치(112d)를 거쳐서 압축기(112)를 구동하는 수랭식의 가스 엔진(내연 기관)(111)과, 압축기(112)의 토출 포트(112a) 및 흡입 포트(112b)에 접속된 냉매 순환로(115)와, 이 냉매 순환로(115)에 설치된 사방 밸브(16)와 외기 열 교환기(17a)로 이루어지는 것이다. 냉매 순환로(115)는 사방 밸브(16)에 의해 압축기(112) 측이 되는 2개의 관로(115a, 115b)와, 3개의 관로(115c 내지 115e)로 나누어지고, 팬(17b)을 갖는 외기 열 교환기(17a)는 관로(115c)와 관로(115d) 사이에 설치되어 있다. 시로코팬(119c)을 갖는 실내기(119)의 실내 열 교환기(119a)는 관로(15d)와 관로(115e) 사이에 설치되고, 외기 열 교환기(17a)와 실내 열 교환기(119a) 사이에는 팽창 밸브(119b)가 설치되고, 이 팽창 밸브(119b)와 병렬로 모세관과 역지 밸브가 직렬로 설치되어 있다. 사방 밸브(16)는 외기 열 교환기(17a) 및 실내 열 교환기(119a)에 대한 압축기(112)로부터의 냉매의 공급 순서를 전환하여, 난방과 냉방을 전환하는 것이다. 본 실시 형태에서는 실내기(119)는 1세트만을 도시했지만, 통상은 각 실에 설치되어 개별로 운전 및 정지를 할 수 있는 복수의 실내기(119)가 서로 병렬로 관로(115c)에 접속되어 있다. 실외기(110)는 통상은 1세트이다. The outdoor unit 110 includes a
압축기(112)는, 인벌류트 곡선 형상의 스크롤 랩을 갖는 고정 스크롤과 선회 스크롤로 이루어지는 스크롤식 압축기이며, 고정 스크롤에는 양 스크롤 사이에 형성되어 선회 스크롤의 선회에 따라서 점차로 용적이 감소하는 압축실에 연통되는 바이패스 포트(112c)가 설치되고, 이 바이패스 포트(112c)는 리듀스 밸브(전자 팽창 밸브)(114)를 거쳐서 흡입 포트(112b)에 연통되어 있다. 이 리듀스 밸브(114)는 제어 장치(1124)에 의해 다수의 단계적으로 개방도가 제어되는 것이며, 이 개방도를 제어함으로써 압축기(112)의 밀어 젖힘 용적이 최대치인 100 %로부터 예를 들어 50 %의 사이에서 변화하여 압축기(112)에 대한 요구 부하의 변화에 대응하도록 되어 있다. 압축기(112)에는, 발전기 및 전동기의 양 기능을 구비한 발전 전동기(113)가 설치되어 있다. 본 실시 형태의 발전 전동기(113)는 압축기(112)에 내장되는 것으로, 이 양자의 케이싱과 회전축은 서로 일체적으로 형성되어 있다. 압축기(112)의 회전축의 일단부에는 클러치(112d)가 부착되고, 가스 엔진(111)의 출력축의 일단부에 부착된 출력 풀리(11a)와 클러치(112d)의 외주에는 동력 전달 벨트(111b)가 권취되고, 클러치(112d)가 결합된 상태에서는 출력 풀리(11a), 동력 전달 벨트(111b) 및 클러치(112d)를 거쳐서 압축기(112) 및 발전 전동기(113)는 가스 엔진(111)에 의해 구동되고, 또한 클러치(112d)가 이탈된 상태에서는 발전 전동기(113)에 의해 압축기(112)가 구동되도록 되어 있다. The
이 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 내부 AC 전원 라인(내부 전원 라인)(123)에는, 발전 부하가 전원 측에 영향을 끼치는 것을 방지하기 위해서 등의 계통 제휴 보호 장치(121) 및 인버터(122)를 거쳐서, 3상(3相)의 상용 전원(120)에 의해 급전되어 있다. 이 내부 AC 전원 라인(123)에는 전력 변환 컨버터(125)를 거 쳐서 발전 전동기(113)가 접속되고, 또한 모터 드라이버(126, 127)를 거쳐서 실외기(110)의 팬(117b) 및 실내기(119)의 시로코팬(119c)이 접속되고, 또한 제어 장치(1124)를 포함하는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제어 장치(도시 생략)가 접속되어 있다. 또한 가스 엔진(111)의 고정자(11c)는 컨버터(128)를 거쳐서 인버터(122)에 접속되어, DC 112V의 직류가 공급되도록 되어 있다. In the internal AC power line (internal power line) 123 of the combined power source heat pump type air conditioner, the system cooperation protection device 121 and the
또한 제어 장치(124)는, 도15 및 도16에 도시한 바와 같이 공조 부하, 발전 부하 및 운전 조건을 기초로 하여, 가스 엔진(111)을 거친 압축기(112)의 작동, 리듀스 밸브(114)의 작동 및 전력 변환 컨버터(125)를 거친 발전 전동기(113)의 작동을 제어하여, 압축기(112)로부터 냉매 순환로(115)에 공급되는 냉매의 유량 및 발전 전동기(113)에 의한 발전량을 제어하고, 또한 이에 따라서 팬(117b) 및 시로코팬(119c)의 작동을 제어하는 것이다. 공조 부하는, 실내기(119)의 설정 온도, 실내 열 교환기(119a)의 용량 및 흡입 온도, 난방 및 냉방 온도별 등에 따라서 연산된 냉매의 필요 순환량이며, 실내기(119)가 복수인 경우는 각 실내기(119)의 냉매의 필요 순환량의 누적치이다. 발전 부하는, 그 때의 작동 상태에 따라 연산되는 실외기(110)의 팬(117b), 실내기(119)의 시로코팬(119c), 제어 장치(124)를 포함하는 실외기(110) 및 실내기(119)의 제어 장치가 필요로 하는 발전량이다. 운전 조건은, 장치의 각 부의 온도, 압력, 회전 속도 등이 소정의 한도 내로 유지되는 등의 기기를 보호하기 위한 조건이다. As shown in Figs. 15 and 16, the
가스 엔진의 열효율은 토크 의존성이 높으며, 고토크일수록 열효율이 높아진다. 따라서 가스 엔진 구동 열 펌프식 공조 장치에서는, 가능한 한 고토크를 유지 하여 열효율을 높여 에너지 효율을 향상시키기 위해 엔진 회전 속도를 낮게 유지하는 제어 방법이 적합하다. 상술한 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 가스 엔진(111)에 의해 압축기(112)를 구동하는 것만으로, 발전 전동기(113)에 의한 발전을 행하고 있지 않은 경우의 단위 에너지 비용당의 공조 출력인 러닝 코스트 메리트의 특성은 공조 부하가 높은 범위에서는 높아지고, 공조 부하가 낮은 범위에서는 저하되는 도18의 특성 a로 나타낸 바와 같이 된다. The thermal efficiency of a gas engine has a high torque dependency, and the higher the torque, the higher the thermal efficiency. Therefore, in the gas engine driven heat pump type air conditioner, a control method of keeping the engine rotational speed low to maintain energy as high as possible and improve the energy efficiency is suitable. In the combined power source heat pump type air conditioner of the above-described embodiment, only the
그러나 상술한 압축기(112)에 설치한 발전 전동기(113)도 가스 엔진(111)에 의해 구동하여 열 펌프식 공조 장치의 전원으로서 사용하도록 한 경우에는, 발전 전동기(113)를 구동하는 만큼만 가스 엔진(111)의 구동 토크가 증대하므로 열효율이 향상되어 연비가 향상되고, 또한 이 발전 전동기(113)를 열 펌프식 공조 장치의 전원으로서 사용하여, 이에 의해 외부 전원의 사용량도 감소하기 때문에, 러닝 코스트 메리트의 특성은 도18에 도시한 바와 같이 발전 전동기(113)의 구동에 요하는 토크 상승에 대응하는 값 B만큼, 전반적으로 향상된 특성 d가 된다. However, when the
이와 같이 압축기(112) 및 발전 전동기(113)를 가스 엔진(111)에 의해 구동하고 발전 전동기(113)에 의해 발전하여 내부 AC 전원 라인(123)을 거쳐서 열 펌프식 공조 장치 자체에 급전하는 압축 및 발전 동시 운전인 경우에는, 제어 장치(1124)는 우선 가스 엔진(111)의 스로틀 개방도를 소정의 값으로 하여 고정자(111c)를 작동시켜 가스 엔진(111)을 기동하고, 출력 풀리(111a), 동력 전달 벨트(111b) 및 클러치(112d)를 거쳐서 압축기(112) 및 발전 전동기(113)를 구동한다. 그리고 제어 장치(1124)는, 공조 부하를 기초로 하여 가스 엔진(111)의 작동을 제 어하여 압축기(112)의 회전 속도를 제어하는 동시에 리듀스 밸브(114)에 의해 압축기(112)의 밀어 젖힘 용적을 제어하여, 압축기(112)로부터 냉매 순환로(115)에 공급되는 냉매의 유량이 공조 부하에 따른 값이 되도록 제어한다. 또한 제어 장치(124)는 발전 부하를 기초로 하여 전력 변환 컨버터(25)를 제어하여, 발전 전동기(113)로부터 출력되는 교류 전력을, 실외기(110)의 팬(17b), 실내기(119)의 시로코팬(119c), 제어 장치(1124)를 포함하는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제어 장치가 필요로 하는 전원 종류로 변환하고, 내부 AC 전원 라인(23)에 공급하는 전력량이 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치가 필요로 하는 발전량에 따른 값이 되도록 제어한다. 이와 같이 가스 엔진(111)을 구동원으로 하는 경우의 단위 에너지 비용은 단위 에너지당의 연료 가스의 비용이다. 따라서 특성 a 및 특성 d는, 그 때의 연료 가스의 요금에 따라서 변화하는 것이 된다. As described above, the
한편, 상술한 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 내부 AC 전원 라인(123)으로부터 발전 전동기(113)에 급전하여 압축기(112)를 구동하는 전동 운전인 경우에는, 러닝 코스트 메리트의 특성은 공조 부하가 낮은 범위에서는 높아지고, 공조 부하가 높은 범위에서는 저하되는 도18의 특성 b로 나타낸 바와 같이 된다. 이 경우에는, 제어 장치(1124)는 전력 변환 컨버터(25)를 인버터로서 작동시켜, 공조 부하를 기초로 하여 발전 전동기(113)에 의해 압축기(112)의 회전 속도를 제어하는 동시에, 리듀스 밸브(114)에 의해 압축기(112)의 밀어 젖힘 용적을 제어하고, 압축기(112)로부터 냉매 순환로(115)에 공급되는 냉매의 유량이 공조 부하에 따른 값이 되도록 제어한다. 이와 같이 발전 전동기(113)를 구동원으로 하는 경우의 단위 에너지 비용은, 단위 에너지당의 상용 전원(20)의 전력 비용이다. 따라서 특성 b는, 그 때의 전력 요금에 따라서 변화하는 것이 된다. On the other hand, in the combined power source heat pump type air conditioner of the above-described embodiment, in the case of the electric drive that feeds the
본 실시 형태에서는, 제어 장치(124)는 압축 및 발전 동시 운전인 경우의 단위 에너지 비용당의 공조 출력인 러닝 코스트 메리트인 도18의 특성 d와, 전동 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트인 도18의 특성 b를 비교하여, 전자의 특성 d가 후자의 특성 b보다 큰 범위(도18에 있어서 공조 부하가 소정 부하 A 이상이 되는 부하 범위)에서는 가스 엔진(111)을 작동시켜서 클러치(112d)를 결합시켜 압축기(112) 및 발전 전동기(113)를 구동하고 이 발전 전동기(113)를 열 펌프식 공조 장치의 전원으로서 사용하고, 또한 후자의 특성 b가 전자의 특성 d보다 큰 범위(도18에 있어서 공조 부하가 소정 부하 A 미만이 되는 부하 범위)에서는 클러치(112d)를 이탈시키는 동시에 가스 엔진(111)을 정지시켜 발전 전동기(113)에 의해 압축기(112)를 구동하도록 가스 엔진(111), 압축기(112), 클러치(112d) 및 발전 전동기(113)의 작동을 제어한다. In this embodiment, the
전술한 바와 같이, 특성 d와 특성 b는, 각각 그 때의 연료 가스 및 전력 요금에 따라서 변화하기 때문에, 소정 부하 A는 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치를 설치할 때마다 및 연료 가스 및 전력 요금을 변경할 때마다 가스 엔진(111)의 사용에 의한 가스 요금과 발전 전동기(113)의 사용에 의한 전기 요금의 합계 금액이 최소가 되도록 미리 연산해 두고, 전환 수단에 의해 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전을 전환하도록 한다. 이 전환 수단은 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제어 기반 또는 리모콘에 설치한 전환 스위치로 하고, 제어 장치(1124)는 이 전환 포 인트인 소정 부하 A 및 그 때의 공조 부하를 제어 기반 또는 리모콘의 표시부에 표시하여, 표시된 소정 부하 A 및 그 때의 공조 부하를 기초로 하여 사용자가 전환 스위치를 조작하여 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전을 전환하도록 해도 된다. 혹은 또한 이 전환 수단은, 소정 부하 A와 그 때의 공조 부하를 비교하여, 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전을 자동적으로 전환하는 것으로 해도 된다. As described above, since the characteristic d and the characteristic b respectively change according to the fuel gas and the electric power charge at that time, the predetermined load A changes the fuel gas and electric power charge whenever the combined power source heat pump type air conditioner is installed. Each time, the calculation is made in advance so that the total amount of the gas fee due to the use of the
이러한 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 도4의 특성 e로 나타낸 바와 같이, 공조 부하가 소정 부하 A 이상이 되는 부하 범위에서는 압축 및 발전 동시 운전인 경우의 특성 d와 동일한 높은 러닝 코스트 메리트를 얻을 수 있고, 소정 부하 A 미만이 되는 부하 범위에서는 전동 운전인 경우의 특성 b와 동일한 높은 러닝 코스트 메리트를 얻을 수 있다. 이에 의해, 본 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에서는 가스 엔진(111)에 의해 압축기(112)를 구동하는 종래 기술에 비하여, 부분 부하시인 소정 부하 A 미만의 부하 범위에서의 러닝 코스트 메리트를 향상시키는데다가, 정격 부하시를 포함하는 고부하 범위인 소정 부하 A 이상의 부하 범위에서의 러닝 코스트 메리트도 향상시키고 있으므로, 장기간에서의 러닝 코스트 메리트를 향상시킬 수 있다. According to the combined power source heat pump type air conditioning apparatus of this embodiment, as shown by characteristic e of FIG. 4, in the load range where the air conditioning load becomes a predetermined load A or more, high running equal to the characteristic d in the case of simultaneous compression and power generation operation A cost merit can be obtained and a high running cost merit similar to the characteristic b in the case of electric drive can be obtained in the load range which becomes less than predetermined load A. FIG. Thereby, in the combined power source heat pump type air conditioning apparatus of this embodiment, compared with the conventional technique which drives the
압축기(112)가 가스 엔진(111)과 발전 전동기(113) 중 어느 하나에 의해 구동되는 경우라도, 냉방 운전인 경우에는 사방 밸브(116)는 도15의 실선으로 나타내는 상태로 되고 있고, 압축기(112)에 의해 압축된 고온 고압의 기상 냉매는, 관로(115a)로부터 사방 밸브(116)를 통해 관로(115c)로부터 외기 열 교환기(117a)로 들어가고, 팬(117b)으로부터 송입되는 외기에 의해 냉각되어 액화된다. 이 액화된 고압의 냉매는 관로(115d)로부터 팽창 밸브(119b)를 지나, 감압되어 실내 열 교환기(119a)로 들어가 기화되고, 실내 열 교환기(119a)로부터 기화열을 빼앗아 실내 열 교환기(119a)를 냉각한다. 시로코팬(119c)으로부터 실내로 송입되는 공기는 실내 열 교환기(119a)를 통과할 때에 냉각되어, 이에 의해 실내는 냉방된다. 기화된 냉매는 관로(115e)로부터 사방 밸브(116), 관로(115b)를 통해 압축기(112)에 흡입되고, 다시 압축되어 상술한 냉방 사이클을 반복하여 실내를 냉방한다. Even when the
또한 난방 운전인 경우에는 사방 밸브(116)는 도15의 점선으로 나타내는 상태로 되어 있고, 압축기(112)에 의해 압축된 고온 고압의 기상 냉매는 사방 밸브(116)로부터 관로(115e)를 통해 실내 열 교환기(119a)로 들어간다. 시로코팬(119c)으로부터 실내로 송입되는 공기는 실내 열 교환기(119a)를 통과할 때에 고온 고압의 기상 냉매에 의해 가열되어, 이에 의해 실내는 난방되는 동시에, 기상 냉매는 냉각되어 액화된다. 이 액화된 고압의 냉매는 팽창 밸브(119b)를 지나, 감압되어 관로(115d)로부터 외기 열 교환기(117a)로 들어가고, 팬(117b)으로부터 송입되는 외기로부터 기화열을 빼앗아 기화된다. 기화된 냉매는 관로(115c)로부터 사방 밸브(116), 관로(115b)를 통해 압축기(112)에 흡입되고, 다시 압축되어 상술한 난방 사이클을 반복하여 실내를 난방한다. In the case of heating operation, the four-
내연 기관(111)에 의해 압축기(112) 및 발전 전동기(113)를 구동하고, 압축기(112)로부터 냉매 순환로(115)에 냉매를 공급하여 공조 부하는 더하지만, 발전 전동기(113)로부터 전력을 취출하는 일 없이 발전 부하를 더하지 않는 경우에는, 엔진 부하는 도17의 특성 g로 나타낸 바와 같이 공조 부하에 대하여 비례적으로 증 대한다. 본 실시 형태에서는 엔진 부하의 한도는 공조 부하의 정격치인 130 %이며, 따라서 이 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 단기적으로는 130 %까지 과부하에 견딜 수 있도록 되어 있다. 또 전술한 바와 같이 이 공조 부하 중 소정 부하 A 미만이 되는 범위에서는, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 발전 전동기(113)에 의해 구동된다. The
그리하여, 본 실시 형태에서는 상술한 경우에 있어서, 발전 전동기(113)에 의해 발전하여 전력을 취출하는 것이 가능하고, 그 경우에는 엔진 부하는 도17에 도시한 바와 같이, 다음에 진술하는 최대의 발전 부하 C인 경우의 엔진 부하의 값 D만큼 특성 g보다 상승한 특성 h1과, 정격 부하보다 130 % 증가한 특성 h2로 한정된 범위까지 증대하는 것이 가능하고, 발전 전동기(113)는 발전 부하가 특성 g와 특성 h1과 특성 h2로 둘러싸인 범위 내에 있는 한, 특성 i로 나타낸 바와 같이 발전하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에서는 발전 전동기(113)의 최대의 발전 용량은 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치가 필요로 하는 발전 부하보다도 크게 하고, 상술한 바와 같이 제어 장치(1124)는 내부 AC 전원 라인(123)을 거쳐서 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 공급하는 전력량이 그 때에 필요로 하는 발전량에 따른 값이 되도록 제어하고 있다. 그러나, 제어 장치(1124)는 발전 전동기(113)를 항상 최대인 발전량으로 작동시키고, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치가 필요로 하는 발전량을 넘는 전력은 내부 AC 전원 라인(123)으로부터 인버터(122) 및 계통 제휴 보호 장치(121)를 거쳐서 상용 전원(120) 측에 공급하도록 해도 좋다. 이와 같이 하면 가스 엔진(111)의 토크가 항상 증대하여 연비가 향상되므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 러닝 코스트 메리트를 한층 높일 수 있다. 어떠한 경우에도, 열 펌프식 공조 장치가 필요로 하는 전력은 발전 전동기(113)에 의해 공급되어 외부로부터의 전력을 필요로 하지 않으므로, 공조 장치의 운전 중에 돌연 정전이 발생한 경우라도, 그대로 지장 없이 공조 운전을 계속할 수 있다. Therefore, in the present embodiment, in the above-described case, it is possible to generate power by the
본 실시 형태의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 정전시의 전원 장치로서 사용할 수도 있고, 그 때의 최대 발전 부하는 발전 전동기(113)의 최대 발전 용량에 의해 정해지는 값 C이다. 도17에 나타내는 특성 f는 압축기(112)의 토출 포트(112a)와 흡입 포트(112b)를 단락하여 공조 부하를 0으로 한 경우에 있어서의 발전 부하에 대한 엔진 부하의 특성이며, 이 경우의 최대 발전 부하는 값 C이며, 그 때의 엔진 부하는 값 D이다. 이 경우에는, 제어 장치(1124)는 우선 가스 엔진(111)을 기동하여 발전 전동기(113)를 구동하고, 이어서 전력 변환 컨버터(25)를 제어하여, 발전 전동기(113)로부터 출력되는 교류 전력을, 상용 전원(120)과 동일한 사이클 수, 전압의 전원 종류로 변환하여 내부 AC 전원 라인(123)에 공급하고, 인버터(22) 및 계통 제휴 보호 장치(121)를 거쳐서 상용 전원(20) 측에 공급한다. 이와 같이 공조 장치의 운전 중에 돌연 정전이 발생했을 때 등에 발전 전동기(113)로 발전하여, 정전 시의 전원 장치로서 사용할 수 있으므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 유용성을 높일 수 있다. The combined power source heat pump type air conditioner of the present embodiment can also be used as a power supply device at the time of power failure, and the maximum power generation load at that time is a value C determined by the maximum power generation capacity of the
상술한 실시 형태에서는 압축 및 발전 동시 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트와, 전동 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트를 비교하여, 전자의 러닝 코스트 메리트가 후자의 러닝 코스트 메리트보다도 큰 범위에서는 가스 엔진(111)을 작동시 켜서 클러치(112d)를 결합시켜 압축기(112)를 구동하는 동시에 발전 전동기(113)를 구동하고 이 발전 전동기(113)에 의해 발전하여 열 펌프식 공조 장치의 전원 등으로서 사용하고, 또한 후자의 러닝 코스트 메리트가 전자의 러닝 코스트 메리트보다도 큰 범위에서는 클러치(112d)를 이탈시키는 동시에 가스 엔진(111)을 정지시켜 발전 전동기(113)에 의해 압축기(112)를 구동하도록 가스 엔진(111), 압축기(112), 클러치(112d) 및 발전 전동기(113)의 작동을 제어하고 있으며, 이와 같이 하면 압축 및 발전 동시 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트와, 전동 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트의 우열이 교체되는 소정 부하 A에서 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전이 전환되므로, 러닝 코스트 메리트가 뛰어 난 범위가 선택되어 러닝 코스트 메리트에 관한 최대의 효과를 얻을 수 있다. In the above-described embodiment, the running cost merit in the case of compression and power generation simultaneous operation is compared with the running cost merit in the case of electric driving, and the
또한 상술한 실시 형태에서는 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전을 전환하는 전환 포인트인 소정 부하 A를 연료 가스 및 전력 요금을 변경할 때마다 미리 연산하여, 이것을 기초로 하여 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전이 전환되므로, 항상 러닝 코스트 메리트가 우수한 범위가 선택되어 확실하게 러닝 코스트 메리트에 관한 최대의 효과를 얻을 수 있다. In addition, in the above-described embodiment, the predetermined load A, which is a switching point for switching between simultaneous compression and power generation operation and electric operation, is calculated in advance every time the fuel gas and electric power charge is changed, and based on this, compression and power generation simultaneous operation and electric operation are Since the range is always excellent in the running cost merit, the maximum effect on the running cost merit can be reliably obtained.
또, 소정 부하는 통상 예상되는 연료 가스 및 전력 요금의 변동의 평균치를 기초로 하여 기종마다 정해진 일정값으로 실시해도 좋고, 그와 같이 해도 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 장기간에서의 러닝 코스트 메리트를 향상시킬 수 있고, 게다가 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전과의 전환 제어를 간략화할 수 있다. In addition, the predetermined load may be carried out at a fixed value determined for each model based on the average value of the fluctuations in the fuel gas and the electricity charges that are normally expected, and in doing so, the long-term running cost merit of the combined power source heat pump type air conditioning system is achieved. In addition, it is possible to simplify the control of switching between compression and power generation simultaneous operation and electric operation.
상술한 실시 형태에서는, 압축기(112)는 스크롤식 압축기로 하고, 그 바이패스 포트(112c)를 리듀스 밸브(114)를 거쳐서 흡입 포트(112b)에 연통하고, 제어 장치(124)에 의해 리듀스 밸브(114)를 제어하여 압축기(112)의 밀어 젖힘 용적을 변화시키도록 하고 있으며, 압축기(112)로서 간략한 스크롤식 압축기를 사용하였으므로 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 제조 비용을 저하시킬 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 회전자에 대한 캠링의 편심량을 변화시킴으로써 밀어 젖힘 용적을 가변으로 한 베인 펌프나, 피스톤 스트로크를 변화시킴으로써 밀어 젖힘 용적을 가변으로 한 왕복 피스톤식 압축기를 사용할 수도 있다. 또 상술한 실시 형태에서는 사용하는 스크롤식 압축기(112)는 밀어 젖힘 용적의 변화 범위가 50 내지 100 %인 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 사양에 따라서는 밀어 젖힘 용적의 변화 범위가 30 내지 100 % 등, 밀어 젖힘 용적의 변화 범위가 다른 것을 사용해도 된다. In the above-described embodiment, the
또한 상술한 실시 형태에서는 발전 전동기(113)를 압축기(112)에 내장시키고 있으며, 이와 같이 하면 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 구조가 간략화되므로, 그 제조 비용을 저하시킬 수 있다.In addition, in the above-described embodiment, the
청구항 1의 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 요구 부하가 높은 범위에서 사용하는 압축기 중 적어도 일부를 밀어 젖힘 용적을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 압축기로 하고, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서는 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 최대치 또는 그 부근으로 하여 내연 기관 의 회전 속도를 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 상기 내연 기관에 의해 구동된 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에는 압축기의 동력원을 내연 기관으로부터 전동기로 전환하도록 제어하고 있으며, 따라서 요구 부하가 낮은 범위 내에서도 그 범위 내에서 요구 부하가 저하될 때까지는, 압축기는 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동하고 있는 내연 기관에 의해 구동되고, 그 범위 내에서 요구 부하가 저하된 후 전동기에 의해 구동되게 된다. 이에 의해 압축기를 구동하는 전동기는 요구 부하가 낮은 범위 내에서도 요구 부하가 저하된 범위만큼을 커버하면 되므로, 전동기는 소형인 것으로 충분하다. 따라서 설비 비를 감소시킬 수 있으며, 또한 전력에 비하여 에너지 비용이 낮은 내연 기관용 연료의 사용 범위가 증대하므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다. According to the combined power source heat pump type air conditioner according to the invention of
청구항 2의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 본 발명에 의한 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치 중 가장 간략화된 것을 얻을 수 있다.According to the combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 3의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 내연 기관과 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 제1 가변 용량형 압축기와, 내연 기관에 의해 선택적으로 구동되는 제2 가변 용량형 압축기로 이루어지는 것으로 하고, 제어 장치는 상기 요구 부하가 높은 범위에서는 제2 가변 용량형 압축기를 내연 기관에 접속하여 구동하고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 제2 가변 용량형 압축기를 구동하고 있는 상기 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 상기 제2 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 상기 요구 부하가 저하된 경우에는 제2 가변 용량형 압축기를 내연 기관으로부터 이탈시켜 구동을 정지시키는 동시에 제1 가변 용량형 압축기를 내연 기관 또는 전동기에 접속하여 구동하도록 제어한 청구항 3의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 따르면, 압축기는 요구 부하가 낮은 범위 내에서도 그 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에 내연 기관과 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 제1 가변 용량형 압축기와, 그 이외의 경우에 내연 기관에 의해 구동되는 제2 가변 용량형 압축기로 이루어지므로, 내연 기관에 의해 구동되는 요구 부하의 범위와 전동기에 의해 구동되는 요구 부하의 범위를, 전력과 내연 기관용 연료의 에너지 비용에 맞추어 어느 정도 임의로 선택할 수 있어, 러닝 코스트를 저하시킬 수 있다. 또한 제1 및 제2 가변 용량형 압축기의 용량을 선택함으로써, 내연 기관에 의해 구동되는 요구 부하의 범위와 전동기에 의해 구동되는 요구 부하의 범위를 바꿔, 상술한 선택의 범위를 확대시킬 수 있다. The combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 4의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기는 내연 기관과 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 가변 용량형 압축기와, 내연 기관에 의해 선택적으로 구동되는 고정 용량형 압축기로 이루어지는 것으로 하고, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서 는 가변 용량형 압축기와 고정 용량형 압축기의 양자를 내연 기관에 접속하여 구동하고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 가변 용량형 압축기와 고정 용량형 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 요구 부하가 저하된 경우에는 고정 용량형 압축기를 내연 기관으로부터 이탈시켜 구동을 정지시키는 동시에 가변 용량형 압축기를 내연 기관 또는 전동기에 접속하여 구동하도록 제어하였으므로, 요구 부하가 높은 범위에서는 가변 용량형 압축기와 고정 용량형 압축기의 양자를 내연 기관에 의해 구동하고 있으므로 공조 능력의 최대치는 양 압축기의 밀어 젖힘 용적의 합이 최대이고 내연 기관의 회전 속도가 최대일 때에 얻을 수 있고, 각 압축기는 모두 이 공조 능력의 최대치에 기여한다. The combined power source heat pump type air conditioner of claim 4 is the combined power source heat pump type air conditioner according to
청구항 5의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 2 내지 청구항 4의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 전동기를 가변속 전동기로 하였으므로, 가변속 전동기에 의해 구동되는 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적의 최소치의 여하에 관계없이, 그 가변 용량형 압축기의 최소 토출량을 0으로 할 수 있다. 이로써 내연 기관에 의해 구동되는 압축기의 요구 부하와 전동기에 의해 구동되는 압축기의 요구 부하의 선택 범위는 확대되므로 최적의 작동 상태를 얻기 쉬워진다. In the combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 6의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 2 내지 청구항 4의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 가변 용량형 압축기는 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 것으로 하고, 전동기는 정속 전동기로 하였으므로, 복합 동 력원 열 펌프식 공조 장치에서도 청구항 5의 발명과 마찬가지로, 그 압축기의 최소 토출량을 0으로 할 수 있어, 이에 의해 내연 기관과 전동기에 의해 구동되는 각 압축기의 요구 부하의 선택 범위는 확대되므로 최적의 작동 상태를 얻기 쉬워진다. The combined power source heat pump type air conditioner of claim 6 is the combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 7의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 1에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 전동기는 가변속 전동기로 하고, 압축기는 내연 기관과 가변속 전동기에 의해 선택적으로 구동되는 고정 용량형 압축기와, 내연 기관에 의해 선택적으로 구동되는 가변 용량형 압축기로 이루어지고, 제어 장치는 요구 부하가 높은 범위에서는 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기의 양자를 내연 기관에 접속하여 구동하고, 요구 부하가 높은 범위에서 낮은 범위로 이행하면 우선 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기를 구동하고 있는 내연 기관을 에너지 효율이 좋은 저회전 속도 고토크 상태로 작동시키는 동시에 가변 용량형 압축기의 밀어 젖힘 용적을 변화시킴으로써 요구 부하의 변동에 대응시키고, 요구 부하가 낮은 범위 내에서 상기 요구 부하가 저하된 경우에는 고정 용량형 압축기는 상기 내연 기관으로부터 이탈시켜 가변속 전동기에 의해 구동하고 가변 용량형 압축기는 내연 기관에 의해 구동하는 동시에 밀어 젖힘 용적을 변화시키도록 제어하였으므로, 청구항 4의 발명의 경우와 마찬가지로, 요구 부하가 높은 범위에서는 고정 용량형 압축기와 가변 용량형 압축기의 양자를 내연 기관에 의해 구동하고 있으므로, 공조 능력의 최대치는 양 압축기의 밀어 젖힘 용적의 합이 최대이고 내연 기관의 회전 속도가 최대일 때에 얻을 수 있고, 각 압축기는 모두 이 공조 능력의 최대치에 기여한다.The combined power source heat pump type air conditioner of claim 7 is the combined power source heat pump type air conditioner according to
청구항 8의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 7에 기재된 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 고정 용량형 압축기 대신에 최소 밀어 젖힘 용적이 실질적으로 0인 가변 용량형 압축기를 사용하고, 가변속 전동기 대신에 정속 전동기를 사용하였으므로, 청구항 6의 발명과 마찬가지로 그 압축기의 최소 토출량을 0으로 할 수 있어, 이에 의해 내연 기관과 전동기에 의해 구동되는 각 압축기의 요구 부하의 선택 범위는 확대되어 최적의 작동 상태를 얻기 쉬워진다.The combined power source heat pump type air conditioning apparatus of claim 8, in the combined power source heat pump type air conditioning apparatus according to claim 7, uses a variable displacement compressor having a minimum push-down volume of substantially zero in place of the fixed displacement compressor. Since the constant speed electric motor was used instead of the electric motor, the minimum discharge amount of the compressor can be set to 0 as in the invention of claim 6, thereby expanding the selection range of the required load of each compressor driven by the internal combustion engine and the electric motor and It becomes easy to get the operating state.
청구항 9의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 상용 전원에 의해 급전되어 열 펌프식 공조 장치에 급전하는 내부 전원 라인과, 압축기에 설치되어 발전기 및 전동기의 양 기능을 구비한 발전 전동기를 구비하여, 공조 부하가 소정 부하 이상인 부하 범위에서는 내연 기관을 작동시켜서 클러치를 결합시켜 압축기 및 발전 전동기를 구동하고, 이 발전 전동기에 의해 발전하여 열 펌프식 공조 장치 자체에 급전하는 압축 및 발전 동시 운전을 행하고 있으며, 이에 의해 내연 기관의 구동 토크는 발전 전동기를 구동하는 만큼만 증대하기 때문에, 그 증대분 만큼 내연 기관의 연비가 향상되고, 또한 외부 전원의 사용량도 감소되므로 러닝 코스트 메리트는 한층 높아진다. 또한 공조 부하가 소정 부하 미만인 부하 범위에서는 클러치를 이탈시키는 동시에 내연 기관을 정지시켜 내부 전원 라인으로부터 발전 전동기에 급전하여 압축기를 구동하는 전동 운전을 행하여 러닝 코스트 메리트를 높이고 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 내연 기관에 의해 압축기를 구동하는 종래 기술에 비하여, 러닝 코스트 메리트가 저하되는 공조 부하가 소정 부하 미만인 부하 범위에서는 내연 기관 대신에 발전 전동기에 의해 압축기를 구동하는 전동 운전을 행함으 로써 러닝 코스트 메리트를 높이고 있는데다가, 러닝 코스트 메리트가 높아지는 공조 부하가 소정 부하 이상인 부하 범위에서는, 내연 기관에 의해 발전 전동기도 구동하는 압축 및 발전 동시 운전을 행함으로써 러닝 코스트 메리트를 한층 높이고 있으므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 장기간에서의 러닝 코스트 메리트를 향상시킬 수 있다. The combined power source heat pump type air conditioner of claim 9 is provided with an internal power supply line fed by a commercial power source and fed to a heat pump type air conditioner, and a power generation motor installed in a compressor having both functions of a generator and an electric motor. In the load range where the load is greater than or equal to the predetermined load, the internal combustion engine is operated to couple the clutch to drive the compressor and the generator motor, and the compressor and the generator are driven at the same time to perform compression and power generation at the same time. As a result, the drive torque of the internal combustion engine increases only by driving the power generation motor, so that the fuel economy of the internal combustion engine is improved by the increase, and the amount of the external power source used is also reduced, thereby increasing the running cost merit. In addition, in the load range where the air conditioning load is less than the predetermined load, the running cost merit is increased by disengaging the clutch and stopping the internal combustion engine to feed electric power from the internal power supply line to the electric motor to drive the compressor. As described above, according to the present invention, in the load range in which the air conditioning load for which the running cost merit is lowered is lower than the predetermined load, the electric operation for driving the compressor by the electric motor instead of the internal combustion engine is performed. By increasing the running cost merit by performing, while the load range in which the air conditioning load in which the running cost merit increases becomes more than a predetermined load, the running cost merit is further increased by performing compression and power generation simultaneous operation by the internal combustion engine to drive the electric power generator. In addition, the running cost merit of the combined power source heat pump type air conditioner in the long term can be improved.
청구항 10의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 9의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 제어 장치는 내연 기관에 의해 상기 압축기 및 발전 전동기를 구동하는 경우의 단위 에너지 비용당의 공조 출력인 러닝 코스트 메리트가 발전 전동기에 의해 압축기를 구동하는 경우의 러닝 코스트 메리트보다 커지는 공조 부하 범위에서는 압축 및 발전 동시 운전을 행하고, 후자인 경우의 러닝 코스트 메리트가 전자인 경우의 러닝 코스트 메리트보다 커지는 공조 부하 범위에서는 전동 운전을 행하도록 상기 내연 기관, 압축기, 클러치 및 발전 전동기의 작동을 제어하도록 하였으므로, 압축 및 발전 동시 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트와 전동 운전인 경우의 러닝 코스트 메리트의 우열이 교체되는 위치에 있어서, 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전을 전환하고 있고, 항상 러닝 코스트 메리트가 뛰어 난 범위를 선택할 수 있으므로, 확실하게 러닝 코스트 메리트에 관한 최대의 효과를 얻을 수 있다. The combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 11의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는 청구항 9 내지 청구항 10의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 발전 전동기는 열 펌프식 공조 장치가 필요로 하는 전원 용량의 최대치보다도 큰 발전 용량을 갖는 것으로 하고, 제어 장 치는 내연 기관에 의해 발전 전동기를 구동하고 있는 상태에서는 발전 전동기로부터 내부 전원 라인에 급전되는 전력 중 적어도 일부를 내부 전원 라인을 거쳐서 상용 전원 측에 공급하도록 내연 기관, 압축기, 클러치 및 발전 전동기의 작동을 제어하였으므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치를 정전 시의 전원 장치로서 사용할 수 있어, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 유용성을 높일 수 있다. 또한 가스 엔진에 의해 열 펌프식 공조 장치를 구동하고 있는 상태에서도 발전 전동기로 발전한 전력의 일부를 상용 전원 측에 공급함으로써, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 러닝 코스트 메리트를 한층 높일 수 있다. The combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 12의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 9 내지 청구항 11의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축기의 밀어 젖힘 용적을 가변으로 하였으므로, 압축기의 회전 속도의 조정과 밀어 젖힘 용적의 조정의 양쪽에 의해 압축기로부터의 냉매의 토출량을 조정할 수 있으므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 출력 범위의 조정 폭을 확대시킬 수 있다. In the combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 13의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 9 내지 청구항 12의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 발전 전동기가 압축기에 내장되어 있으므로, 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치의 구조가 간략화되어, 그 제조 비용을 저하시킬 수 있다. The combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 14의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 9 내지 청구항 13의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 압축 및 발전 동시 운전과 전동 운전을 전환하는 전환 수단을 구비하도록 하였으므로, 사용자의 희망에 따라서 운전 을 전환하는 것이 가능해지고, 개개의 사용자에게 최대의 비용 메리트를 가져오는 운전을 실현할 수 있다. 본 발명은, 특히 지역에 따라서 가스 요금이나 전기 요금이 다른 경우에 효과를 발휘한다. The combined power source heat pump type air conditioner of
청구항 15의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치는, 청구항 9 내지 청구항 14의 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치에 있어서, 발전 전동기에 의한 발전을, 정전 시에 있어서의 무정전 전원으로서 열 펌프식 공조 장치에 급전하므로, 공조 장치의 운전 중에 돌연 정전이 발생된 경우 등에, 발전 전동기로 발전하여 복합 동력원 열 펌프식 공조 장치를 계속 운전할 수 있으므로, 유용성을 높일 수 있다.The combined power source heat pump type air conditioner of
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