特許 7231969 ガスエンジン冷暖房装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-21

(45)【発行日】2023-03-02

(54)【発明の名称】ガスエンジン冷暖房装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 1/44 20110101AFI20230222BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20230222BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20230222BHJP

【ＦＩ】

F24F1/44

F25B27/02 F

F25B27/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022096001

(22)【出願日】2022-06-14

【審査請求日】2022-06-15

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519042478

【氏名又は名称】ライズピットカンパニー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080090

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 邦男

(72)【発明者】

【氏名】山崎 正弘

【審査官】石田 佳久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３２９５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／０２４６５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００３７３５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／００３７３４６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ １／４４

Ｆ２５Ｂ ２７／０２

Ｆ２５Ｂ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスエンジンと、該ガスエンジンの冷却水が循環する第１冷却水循環流路と第２冷却水循環流路と、前記第１冷却水循環流路内に設けられる第１ラジェータと、前記第２冷却水循環流路内に設けられる第２ラジェータと、冷却水が前記第１冷却水循環流路と前記第２冷却水循環流路の何れか一方に循環させる水路切替弁と、前記ガスエンジンにて駆動する直流発電機と、該直流発電機にて稼働するモータと、該モータで駆動され冷媒を圧縮するコンプレッサと、冷媒を熱交換するコンデンサと、前記第１ラジェータ側に設けられる第１ファンと、前記第２ラジェータ側に設けられる第２ファンとを備えた室外機を備え、
前記暖房時には前記水路切替弁にて冷却水を前記第１冷却水循環流路に循環させ高温となる前記第１ラジェータから前記第１ファンにより前記コンデンサに高温の通過風を送り、前記コンプレッサで圧縮した冷媒を室内機に循環させ、
冷房時には前記水路切替弁にて前記第２冷却水循環流路に冷却水を流す構成とし、
前記ガスエンジンの出力による前記直流発電機による余剰電力を交流電源として外部に供給してなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【請求項2】

請求項１に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第２ファンは前記第２ラジェータへの通過風の方向変換ができることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【請求項3】

請求項２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第２ファンは、複数の羽根を有し、各該羽根は、回転方向に沿う中間に平板で且つ回転方向に沿って傾斜する羽根中央部が形成され、該羽根中央部の回転方向両端に回転方向に沿って傾斜する羽根端部が形成され、両該羽根端部の迎い角は同一であると共に前記羽根中央部の迎い角よりも小さく設定されてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【請求項4】

請求項１又は２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、ＥＣＵと、ＴＣＵとを備え前記ガスエンジンと、前記ＥＣＵと、前記直流発電機との集合体をパワーユニットとして第１筐体に収納され、前記モータと、前記コンプレッサと、前記コンデンサと、前記第１ラジェータと、前記第１ファンとの集合体をコンプレッサユニットとして第２筐体に収納される構成とし、前記第１筐体と前記第２筐体との間には前記第１冷却水循環流路が連続して設けられてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【請求項5】

請求項４に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第１筐体は一台備え、前記第２筐体は前記第１冷却水循環流路を介して並列配置されてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【請求項6】

請求項４に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第１筐体は一台備え、前記第２筐体は前記第１冷却水循環流路を介して並列配置され、それぞれの前記第２筐体は複数台の前記室内機を、冷媒循環路を介して並列配置されて備えられてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【請求項7】

請求項１又は２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記モータは直流モータとし、前記直流発電機と前記モータとの間に適正な電力を供給する制御器が設けられてなることを特徴としたガスエンジン冷暖房装置。

【請求項8】

請求項１又は２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記モータは交流モータとしてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型のガスエンジン及び直流発電機を用いて、冷暖房装置を効率良く稼働させるガスエンジン冷暖房装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ガスエンジンを利用して、冷暖房装置を稼働するシステムが多く使用されるようになっている。そして、ヒートポンプを利用した冷暖房装置も増えている。冷暖房装置には、冷媒回路に圧縮機(コンプレッサ)が備わっている。この圧縮機を駆動させるのがガスエンジンである。このようなシステムは、ガスエンジンヒートポンプと言われている。この種の冷暖房装置では、低コストで稼働することができる利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５-２５７１０２号公報

【文献】特開２００３-４３３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガスエンジンを使用したガスヒートポンプにて稼働する冷暖房装置において、圧縮機(コンプレッサ)を駆動する構成について、ガスエンジンと圧縮機(コンプレッサ)とを直接に接続し、圧縮機(コンプレッサ)を駆動させる構造としたものが多く存在している。さらにこの構造には、下記に示すような構成が存在する。まず、第１にガスエンジンの駆動軸と、圧縮機(コンプレッサ)の回転軸とを直結する構造としたものである。第２に、ガスエンジンと圧縮機(コンプレッサ)とをベルトを介して回転を伝達する構造としたものである。第３にガスエンジンと圧縮機(コンプレッサ)をチェーンにて回転伝達するものである。

【0005】

これらは、ガスエンジンと圧縮機(コンプレッサ)とを直結したものや、ベルト，チェーン等を介したものであり、何れも、ガスエンジンの回転が直接、圧縮機(コンプレッサ)に伝達されてしまい、圧縮機(コンプレッサ)には、必要以上のパワーが与えられてしまう。そして、圧縮機(コンプレッサ)に与えられたパワーのほとんどは、冷暖房システムの稼働には大きすぎるパワーであり、パワーの無駄が生じることになる。さらに、ガスエンジンの稼働時の振動が圧縮機(コンプレッサ)に伝わり、圧縮機(コンプレッサ)に過剰な負担がかかることもある。さらに、ガスエンジンも稼働時のトルク変動により、圧縮機(コンプレッサ)の動作も不安定となる。

【0006】

また、ガスエンジンと圧縮機(コンプレッサ)の間にベルトや、チェーンを設けて回転伝達が行われる場合では、ベルト又はチェーンのための適正なテンションの調整が必要であったり、ガスエンジンにベルト又はチェーンのためのスペースを要することとなり、このようなことは管理コストに大きく影響を及ぼすことになる。

【0007】

さらに、ガスエンジンを使用したガスヒートポンプにて稼働する冷暖房装置では、ガスエンジン及び発電機等の機器の熱により、機器が収められている筐体内の中心部は極めて高温になり易く、また暖房時にはコンデンサ(熱交換器)入口の冷媒温度が低くなり過ぎることがある。そのため、冷暖房に使用される冷媒の温度管理が極めて困難となりやすかった。

【0008】

本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的等）は、以上に述べたような、ガスエンジンと圧縮機(コンプレッサ)の回転伝達機構を直結としたことによる不都合な状況を無くし、ガスエンジンを使用したガスヒートポンプによって稼働する冷暖房の作動効率をより一層、向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ガスエンジンと、該ガスエンジンの冷却水が循環する第１冷却水循環流路と第２冷却水循環流路と、前記第１冷却水循環流路内に設けられる第１ラジェータと、前記第２冷却水循環流路内に設けられる第２ラジェータと、冷却水が前記第１冷却水循環流路と前記第２冷却水循環流路の何れか一方に循環させる水路切替弁と、前記ガスエンジンにて駆動する直流発電機と、該直流発電機にて稼働するモータと、該モータで駆動され冷媒を圧縮するコンプレッサと、冷媒を熱交換するコンデンサと、前記第１ラジェータ側に設けられる第１ファンと、前記第２ラジェータ側に設けられる第２ファンとを備えた室外機を備え、前記暖房時には前記水路切替弁にて冷却水を前記第１冷却水循環流路に循環させ高温となる前記第１ラジェータから前記第１ファンにより前記コンデンサに高温の通過風を送り、前記コンプレッサで圧縮した冷媒を室内機に循環させ、冷房時には前記水路切替弁にて前記第２冷却水循環流路に冷却水を流す構成とし、前記ガスエンジンの出力による前記直流発電機による余剰電力を交流電源として外部に供給してなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。

【0010】

請求項２の発明を、請求項１に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第２ファンは前記第２ラジェータへの通過風の方向変換ができることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第２ファンは、複数の羽根を有し、各該羽根は、回転方向に沿う中間に平板で且つ回転方向に沿って傾斜する羽根中央部が形成され、該羽根中央部の回転方向両端に回転方向に沿って傾斜する羽根端部が形成され、両該羽根端部の迎い角は同一であると共に前記羽根中央部の迎い角よりも小さく設定されてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。

【0011】

請求項４の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、ＥＣＵと、ＴＣＵとを備え前記ガスエンジンと、前記ＥＣＵと、前記直流発電機との集合体をパワーユニットとして第１筐体に収納され、前記モータと、前記コンプレッサと、前記コンデンサと、前記第１ラジェータと、前記第１ファンとの集合体をコンプレッサユニットとして第２筐体に収納される構成とし、前記第１筐体と前記第２筐体との間には前記第１冷却水循環流路が連続して設けられてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。

【0012】

請求項５の発明を、請求項４に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第１筐体は一台備え、前記第２筐体は前記第１冷却水循環流路を介して並列配置されてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。請求項６の発明を、請求項４に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記第１筐体は一台備え、前記第２筐体は前記第１冷却水循環流路を介して並列配置され、それぞれの前記第２筐体は複数台の前記室内機を、冷媒循環路を介して並列配置されて備えられてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。

【0013】

請求項７の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記モータは直流モータとし、前記直流発電機と前記モータとの間に適正な電力を供給するモータ出力制御装置が設けられてなることを特徴としたガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。請求項８の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジン冷暖房装置において、前記モータは交流モータとしてなることを特徴とするガスエンジン冷暖房装置としたことにより、上記課題を解決した。

【発明の効果】

【0014】

請求項１の発明では、前記ガスエンジンでは直接に前記コンプレッサを駆動させることなく、前記直流発電機の電力を、前記ＴＣＵ(総合制御器)にて励磁電気を調節して増減するとともに、その電力で前記コンプレッサを駆動する直流モータに供給させ、暖房時には昇温した空気で前記室内機の熱交換器部分を温める構成としたものである。そこで、ガスエンジンで直接、コンプレッサを駆動する方式では、室内機の熱交換量(ｋｗ)以上にコンプレッサに余力が有り、パワーに無駄が出ることがある。このような無駄を避けることができる。

【0015】

また、ガスエンジンで多数のコンプレッサをベルトやチェーンなどで駆動するのは動力伝達やスペース的に無駄が多く、且つ振動等の悪影響が伝わるものであるが、このような不都合なことを解消できる。さらに、コンプレッサを直接、ガスエンジンで駆動しないので、ガスエンジンのトルク変動と、コンプレッサのコギング(圧縮に伴うぎこちないキコキコ動作)が干渉し合うことによる振動発生の懸念が全く無くなる。

【0016】

さらに、ガスエンジンの出力による前記直流発電機による余剰電力を交流電源として外部に供給する構成により、ガスエンジンと直流発電機により発生した余剰電力を交流電源として使用することで、有効活用できる。請求項２では、前記第２ファンは前記第２ラジェータへの通過風の方向変換ができる構成としたことにより、機器が収納されている筐体内の温度管理を行うことができ、特に夏場の高温時における室外機のオーバーヒートを防止することができる。請求項３の発明では、第２ファンは正回転及び逆回転ともに迎え角(アタックアングル)は同じになり、通常のファンとは異なり、正逆回転に関わらず風向は正反対となり、風量及び風力は同じにすることができる。これによって、筐体内の空気の吸気及び排気を均一にすることができる。

【0017】

請求項４，請求項５及び請求項６の発明では、ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)と、ＴＣＵ(総合制御器)とを備え前記ガスエンジンと、前記ＥＣＵと、前記直流発電機との集合体をパワーユニットとして第１筐体に収納され、前記モータと、前記コンプレッサと、前記コンデンサと、前記第１ラジェータと、前記第１ファンとの集合体をコンプレッサユニットとして第２筐体に収納される構成とし、前記第１筐体と前記第２筐体との間には前記第１冷却水循環流路が連続して設けられてなる構成としたことより、部屋数の多い建築物又は多層階の建築物の冷暖房設備として極めて効率的な設置ができる。

【0018】

そして、パワーユニットを有する第１筐体を主装置として１台を建築物の主動力室に設置し、コンプレッサユニットを有する第２筐体を各フロアに並列状に配置し、そのフロアに設置された複数台の室内機を受け持つことで、パワーユニットを有する第１筐体から生じる電力を極めて有効活用することができ、低価格な冷暖房設備にすることができる。

【0019】

請求項７の発明では、前記モータは直流モータとし、前記直流発電機と前記モータとの間に適正な電力を供給するモータ出力制御装置が設けられてなる構成としたことにより、コンプレッサユニットにおけるモータ及びコンプレッサの駆動の調整を細かく制御することができる。請求項８の発明では、モータは交流モータとすることにより、保守管理が容易で低価格な設備にできる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】（Ａ）は本発明におけるガスエンジン冷暖房装置のシステム図、（Ｂ）は（Ａ）の制御器による直流発電機から直流モータへの出力制御の構成を示す略示図である。

【図2】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の暖房時の動作状態を示すシステム全体図である。

【図3】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の暖房時の冷媒の流れを示す動作図である。

【図4】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の暖房時のコンプレッサユニット側における第１ファンによる第１ラジェータとコンデンサに対する通過風の方向を示す動作図である。

【図5】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の冷房時の動作状態を示すシステム全体図である。

【図6】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の冷房時の冷媒の流れを示す動作図である。

【図7】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の冷房時のコンプレッサユニット側における第１ファンによる第１ラジェータとコンデンサに対する通過風の方向を示す動作図である。

【図8】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置のパワーユニットとコンプレッサユニットをそれぞれ別の筐体に収納した構成のシステム図である。

【図9】本発明におけるガスエンジン冷暖房装置における一台パワーユニットに対して複数のコンプレッサユニットが並列に配置された構成のシステム図である。

【図10】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はパワーユニットとコンプレッサユニットが収納された総合筐体を第１ファン及び第２ファンによって冷却する構成を示す図である。

【図11】（Ａ）は正逆回転する第２ファンの正面図、（Ｂ）は第２ファンの側面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ1－Ｘ1矢視断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の羽根部分の拡大図、(Ｅ)はファンの羽根部の一部断面にした斜視図である。

【図12】（Ａ）はカップリングとフライホイールと直流発電機とを分離した状態の一部断面にした側面図、（Ｂ）はカップリングの縦断側面図、（Ｃ）はカップリングの正面図、（Ｄ）は（Ｂ）のＹ1－Ｙ1矢視断面図である。

【図13】ガスエンジンの構成を示す略示図である。

【図14】（Ａ）は主冷媒通路切替弁及び副冷媒通路切替弁の一部切除した側面図、（Ｂ）は（Ａ）の横断平面図である。

【図15】（Ａ）乃至（Ｃ）は直流モータ及び制御器の構成を示す図である。

【図16】（Ａ）は本発明における交流発電機と交流モータを使用した実施形態のガスエンジン冷暖房装置のシステム図、（Ｂ）は（Ａ）の制御器による交流発電機から交流モータへの出力制御の構成を示す略示図である。

【図17】本発明における交流発電機と交流モータを使用した実施形態の暖房時における動作状態を示すシステム全体図である。

【図18】（Ａ）は交流発電機及び交流モータを制御する構成を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の（α）部詳細図である。

【図19】（Ａ）は本発明における交流発電機と直流モータを使用した実施形態のガスエンジン冷暖房装置のシステム図、（Ｂ）は（Ａ）の制御器による交流発電機から直流モータへの出力制御の構成を示す略示図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明は、主に、パワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2によって構成され、これに、室内機ユニットが加わる(図１，図２，図５等参照)。前記パワーユニットＡ1と前記コンプレッサユニットＡ2と後述する筐体(総合筐体９又は第１筐体９１)とで室外機Ａが構成される。パワーユニットＡ1は、ガスエンジン１と、直流発電機２と、第１冷却水循環流路５１と、第２冷却水循環流路５２と、第２ラジェータ６２と、第２ファン６４とが集合して構成されたものである(図１，図２，図５等参照)。ここで、室外機Ａは、ビルやマンション，アパート等の集合住宅の建築物の屋内に設置されることが多く、例えば、ビルの地下室或いは機械室等に設置されることが多い。また、通常の冷暖房装置のように、建築物の室外に設置されることもある。

【0022】

コンプレッサユニットＡ2は、モータ３と、コンプレッサ４１と、第１ラジェータ６１と、コンデンサ４２と、第１ファン６３とが集合して構成されたものである。室内機ユニットは、冷媒流路７２及び室内機７１等によって構成される。ここで、前記モータ３は、以下、直流モータとして説明を行うが、本発明では、モータ３の実施形態として交流モータ３Aとする場合も存在し、該交流モータ３Aについては、説明の終盤で記述するものである。

【0023】

以下、説明においてモータ３は直流モータであり、モータ３が交流モータの場合は、その符号として３Aが付され交流モータ３Aとして説明する。なお、以下の説明において、モータ３が直流モータであることを強調する箇所では、直流モータ３と記載される。さらに図中では、モータ３については、直流モータが使用される実施形態では直流モータと記載され、交流モータが使用される実施形態では、交流モータと記載されている。

【0024】

パワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2とは、第１冷却水循環流路５１によってガスエンジン１の冷却水が循環できるように連結されている(図１，図２，図５等参照)。また、コンプレッサユニットＡ2は、室内機７１との間に冷媒流路７２と連結している。該冷媒流路７２は、暖房時冷媒流路７２ａ及び冷房時冷媒流路７２ｂを備えている。暖房時冷媒流路７２ａは、暖房時に冷媒が流れる流路(管)であり(図２乃至図４参照)、冷房時冷媒流路７２ｂは、冷房時に冷媒が流れる流路(管)である(図５乃至図７参照)。

【0025】

コンプレッサユニットＡ2と暖房時冷媒流路７２ａ又は冷房時冷媒流路７２ｂによって室内機７１に暖房又は冷房に適応した状態の冷媒を供給する役目をなしている。そして、パワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2は、まとめて一つの総合筐体９に組み込まれている。パワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2と総合筐体９とによって室外機Ａが構成される。

【0026】

前記コンデンサ４２は、熱交換器と称してもよい。つまり、コンデンサ４２は、暖房時においては、空気から熱を得て、コンプレッサ４１の入口の冷媒ガス温度を上昇させる熱交換器として働く。また、コンデンサ４２は、冷房時においては、コンプレッサ４１で圧縮されて高温になった冷媒ガスの熱を、通過風に当てて、冷媒ガスを凝縮させ液状にする役目をなす。

【0027】

パワーユニットＡ1では、ガスエンジン１と直流発電機２とが、カップリング１４によって連結されており、ガスエンジン１の駆動により直流発電機２が発電する(図１参照)。そして、直流発電機２により発電した電力は、コンプレッサユニットＡ2側に電送され、制御器３５を介してモータ３に供給される。コンプレッサユニットＡ2側では、モータ３は、コンプレッサ４１を駆動する。

【0028】

パワーユニットＡ1のガスエンジン１には、第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２が設けられている(図１乃至図７等参照)。第１冷却水循環流路５１及び第２冷却水循環流路５２は共に冷却水が循環するものであり、第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２とは、水路切替弁５３によって冷却水は何れか一方の循環路のみを流れるようになっている(図１乃至図７参照)。

【0029】

第１冷却水循環流路５１は、ガスエンジン１を中心として、パワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2との両者に亘って配置された流路である。第２冷却水循環流路５２は、パワーユニットＡ1のガスエンジン１のみに配置された流路である。室外機Ａにおいて、暖房時には冷却水は第１冷却水循環流路５１を循環し、冷房時には冷却水は第２冷却水循環流路５２を循環する。

【0030】

第１冷却水循環流路５１は、パワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2との間に設けられ、ガスエンジン１の冷却を行うと共に、コンデンサ４２の温度管理も行うものである。第２冷却水循環流路５２は、パワーユニットＡ1内においてガスエンジン１の駆動時における冷却を行うものである。冷却水は、第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２の前記水路切替弁５３によって何れか一方を流れるものであり、両方を同時に流れることはない。

【0031】

第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２とは、ガスエンジン１からの入口側と出口側の一部で流路を共有している〔図１(Ａ)，図２，図３等参照〕。そして、出口側の流路に水路切替弁５３が設けられている。該水路切替弁５３は、暖房及び冷房に応じて、ＴＣＵ(総合制御器)６６により第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２の何れか一方の流路に切替操作される。

【0032】

第２冷却水循環流路５２は、パワーユニットＡ1のガスエンジン１に設けられ、第２冷却水循環流路５２には第２ラジェータ６２が設けられている。該第２ラジェータ６２には、第２ファン６４が備わっており、該第２ファン６４によって第２ラジェータ６２に通過風を与えるものである。第２冷却水循環流路５２は、ガスエンジン１の冷却のみを行う。

【0033】

第１冷却水循環流路５１は、パワーユニットＡ1側とコンプレッサユニットＡ2側との間に亘って配置されており、第１冷却水循環流路５１には第１ラジェータ６１が設けられ、該第１ラジェータ６１には第１ファン６３が近接して備えられている。また、第１ラジェータ６１と第１ファン６３との間には、コンデンサ４２が配置されている。そして、第１ファン６３によって第１ラジェータ６１に通過風を与え、その通過風は、コンデンサ４２の温度に影響を与える構成となっており、つまり、第１冷却水循環流路５１，第１ラジェータ６１及び第１ファン６３によってコンデンサ４２の温度調整が行われるものである。

【0034】

コンプレッサユニットＡ2側においてコンプレッサ４１及びコンデンサ４２は、冷媒流路７２に組み込まれ、コンプレッサ４１及びコンデンサ４２には冷媒が流れる構成である。冷媒流路７２には、室内機７１が組み込まれている。これによって、室外機ＡとしてのコンプレッサユニットＡ2と、室内機７１とによる冷暖房システムが構成される(図１乃至図７参照)。

【0035】

次に、冷房動作時及び暖房動作時について図２乃至図７に基づいて説明する。まず、冷暖房システムの構成と、冷媒とエンジン冷却水の流れ、冷暖房システムの作動について説明する。図１乃至図７における図中の太い実線は、冷媒流路(冷媒配管)７２を示す。また、冷媒流路７２に付された矢印は冷暖房時の冷媒の流れ方向を表している。また、冷媒流路７２とＴＣＵ(総合制御器)６６との間に示されている破線(鎖線)は、ＴＣＵ(総合制御器)６６の信号のラインを示すものである。

【0036】

本発明において、暖房又は冷房への何れかの選択は、ＴＣＵ(総合制御器)６６からの指令によって直接行われるものであり、その指令でパワーユニットＡ1側の水路切替弁５３を動作させ、第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２との切替と、コンプレッサユニットＡ2側での冷媒流路７２を、主冷媒通路切替弁７３ｍ,副冷媒通路切替弁７３ｎとの切替動作によって、暖房時冷媒流路７２ａと冷房時冷媒流路７２ｂとの切替が行われる。主冷媒通路切替弁７３ｍは、コンプレッサ４１とコンデンサ４２との間の冷媒流路７２の切替を行うものであり、副冷媒通路切替弁７３ｎは室内機７１側の冷媒流路７２における暖房時冷媒流路７２ａと冷房時冷媒流路７２ｂとの切替を行うものである。

【0037】

主冷媒通路切替弁７３ｍ及び副冷媒通路切替弁７３ｎは、図１４に示すように、その構造は略同等であり、内部に回転弁部７３ｒを備え、該回転弁部７３ｒを左右に回すと通路切替口７３ｃと通路切替口７３ａ、もしくは通路切替口７３ｃと通路切替口７３ｂが連通するようになっている。この回転はＴＣＵ(総合制御器)６６からの信号でアクチュエータ７３ｕが行う。

【0038】

ＴＣＵ(総合制御器)６６によるこれらの切り換え位置で冷暖房システムが暖房又は冷房として働くかが決定される。ＴＣＵ(総合制御器)６６の指令がＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)６７に送られ、該ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)６７によりバッテリ１２の電力でスタータ１１によりガスエンジン１が始動される。また、ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)６７は、ガスエンジン１の点火時期や空燃比、スロットル回度などの運転変数の制御を行う。そのため、ガスエンジン１のエンジン回転数が一定になるようにスロットル回度を調整し、空燃比が理論空燃比になるように燃料圧力調整器を制御する。

【0039】

本発明のガスエンジン冷暖房装置による暖房動作を図２乃至図４に基づいて説明する。まず、地域にもよるが一般の建物では室内と外気との温度差は、夏場より冬の方が大きい。そこで、暖房性能の向上が望まれる。本発明は、ガスエンジン１の冷却水や筐体内に放射された熱エネルギの一部を回生するところに特徴がある。

【0040】

まず、最初にＴＣＵ(総合制御器)６６の指令で水路切替弁５３によって、冷却水の流路が第１冷却水循環流路５１に流れるように切り換えられる(図２参照)。冷媒流路７２は、主コンプレッサ４１とコンデンサ４２との間の冷媒流路７２が主冷媒通路切替弁７３ｍによって暖房時に対応する流路に切り替えられ、副冷媒通路切替弁７３ｎによって暖房時冷媒流路７２ａが選択され、冷媒は暖房時冷媒流路７２ａを流れて冷媒流路７２を循環する(図２乃至図４参照)。そして、ガスエンジン１の冷却水は第１冷却水循環流路５１を流れ、第１ラジェータ６１のラジェータコア６１ａを通って大気に放熱され、冷却水ポンプ１３で吸引されてガスエンジン１のウォータージャケットに還流する仕組みとなっている。

【0041】

ガスエンジン１の動力は、カップリング１４を介して直流発電機２を駆動する。該直流発電機２の発電による電力は、モータ３の出力を制御する制御器３５を通ってモータ３に供給される〔図１５(Ａ)参照〕。また、前記ガスエンジン１の出力による直流発電機２による余剰電力を交流電源として外部に供給することができる。具体的には、直流発電機２には、インバータ６５が接続されており、モータ３への電力供給と同時に、インバータ６５で所定の電力(例えば、１００Ｖ、５０Ｈｚ)に変換されて交流電源として外部に供給されるものである(図１乃至図８等参照)。

【0042】

制御器３５の具体例として、モータ３の入口もしくは出口の電流制御によるタイプのものである。この具体例において、モータ３の入口側又は出口側に大電流用のトランジスタ３５ｔが使用される。そして、図１５(Ｂ)は、入口側制御であり、制御器３５がモータ３の入口側に設けられている。図１５（Ｃ）は、出口側制御であり、制御器３５がモータ３の出口側に設けられている。

【0043】

入口側制御によって、モータ３の出力を上げる場合、ＴＣＵ(総合制御器)６６から制御器３５へ指令が出され、該制御器３５のｂ点(ベース)からｅ点(エミッタ)に流れる電流を増大させる指令を与える。これによって、トランジスタ３５ｔのｃ点(コレクタ),ｂ点(ベース),ｅ点(エミッタ)を流れる電流が格段に増大し、モータ３の出力が増大して、暖房又は冷房の能力が大きくなる。出口側制御は、入口側制御と略同等の作用であり、入口側制御を参照されたい。

【0044】

エンジン冷却水は、第１冷却水循環流路５１の第１ラジェータ６１のコア６１ａを流れ、第１ラジェータ６１で放熱する(図３，図４参照)。コンプレッサ４１からの高温・高圧の冷媒ガスは、図３，図４に示すようにコンプレッサ４１の図面上において上方から出て、下方に戻る。

【0045】

高温・高圧のガス状の冷媒は、副冷媒通路切替弁７３ｎを切り替えて遮断状態の暖房時冷媒流路７２ａ側に切り替えて冷媒が暖房時冷媒流路７２ａを流れるようにする。このとき、冷媒は冷媒流路７２の冷房時冷媒流路７２ｂを通過不能となる。暖房時冷媒流路７２ａでは、冷媒は図２乃至図４に示すように、冷媒流路７２に示した矢印のように流れ、副冷媒通路切替弁７３ｎを通って各室内機７１のコア７１ａを通過して、熱を室内に放出する(図２、図３参照)。

【0046】

このとき、冷媒は、各膨張弁７１ｂに達するまでは、ガスの温度及び圧力共に高く、膨張弁７１ｂを通過後に温度と圧力が下がり、当然温度は外気温より低くなる。そして、矢印のように冷媒流路７２を通ってコンデンサ４２の吸い込みロ(下側)に入る。ここで熱を受け取り、主冷媒通路切替弁７３ｍを経由してコンプレッサ４１の下側から吸い込まれる。なお、冷媒は冷房時も同様にコンプレッサ４１の下側から吸い込まれる。

【0047】

ここで、第１ファン６３は、ＴＣＵ(総合制御器)６６からの指令で外気を総合筐体９内に吸い込む方向に回転する(図２乃至図４参照)。総合筐体９の外方から入った空気は、通過風として第１ラジェータ６１のラジェータコア６１ａを通過して、温められた通過風がコンデンサ４２を通過して該コンデンサ４２が温められ、該コンデンサ４２内の冷媒は外気だけで過熱する場合より多量の熱を与えられることができる(図２，図３参照)。このコンデンサ４２内で温められた冷媒は、主冷媒通路切替弁７３ｍを通り、コンプレッサ４１の吸い込み(入口)側に還流する。そして、該コンプレッサ４１で圧縮されることによって、さらに高い温度となり暖房作用を発揮するものであるが、後述するように、コンプレッサ４１の吸い込み側に還流される冷媒ガスの温度が高くなれば、さらに暖房性能が上昇することになる。

【0048】

さらに、ここで、パワーユニットＡ1側の第２ファン６４を総合筐体９の内側から外側へ通過風を流して吐出する方向に回転させることによって、第１ファン６３と共にコンデンサ４２を通過する風量は、さらに増大するので暖房効果はより一層、大きくなる〔図１０(Ｂ)参照〕。なお、暖房時の場合は先述のように水路切替弁５３で切り換えられエンジン冷却水は全量が第１ラジェータ６１のラジェータコア６１ａを流れるので、第２ラジェータ６２のラジェータコア６２ａは機能していない。第１ファン６３と第２ファン６４との通過風によって、ガスエンジン１の冷却に支障を来たすことはない。

【0049】

ここで、コンプレッサ４１の入口側の冷媒ガス温度を上げると出口側の温度の上昇に寄与することを説明する。熱力学の法則にしたがい、コンプレッサ４１で入口側の体積Ｖinの気体をＶout(Ｖin／Ｖout)に圧縮したとき、圧縮前(入口)のガス温度をＴinK(ケルビン)とし、圧縮後(出口)の温度をＴoutKとすると、以下のようになる。

【0050】

この値「ｎ」は、断熱圧縮の場合は、文字「κ(カッパー)」が使用されることもあり、気体により固有の値となる。例えば、単原子分子のヘリウムは１.６６であり、また、二原子分子の混合気体の空気の場合は１.４である。分子を構成する原子の数が多いほど小さくなる。なお、等温圧縮の場合は気体の種類によらず、ｎ＝１である。以下、冷媒ガスのｎを１.０７として説明する。

【0051】

コンプレッサ４１で、１／２０の体積に圧縮されたとする。Ｔinをヒートポンプが作動できる限界に近い温度５°Ｃ(２７８K)とし、本発明のように加熱して３０°Ｃ(３０３K)とした場合の出口温度Ｔoutと比較する。

【0052】

【0053】

このように暖房に使える熱源の温度は３２°Ｃの差が出る。なお、Ｖin／Ｖoutが大きい程、この差は大きくなる。

【0054】

次に、冷房動作を図５乃至図７に基づいて説明する。冷房時では、水路切替弁５３によって、第２冷却水循環流路５２が選択され、第１冷却水循環流路５１には冷却水は流れない。つまり、冷房時において水路切替弁５３によって、第２冷却水循環流路５２が選択された場合には、冷却水はガスエンジン１内及び周辺を流れてガスエンジン１の冷却のみの流れとなる。

【0055】

また、冷媒流路７２は、主コンプレッサ４１とコンデンサ４２との間の冷媒流路７２が主冷媒通路切替弁７３ｍによって冷房時に対応する流路に切り替えられ、副冷媒通路切替弁７３ｎによって冷房時冷媒流路７２ｂが選択され、冷媒は冷房時冷媒流路７２ｂを流れて冷媒流路７２を循環する(図５乃至図７参照)。モータ３で駆動されるコンプレッサ４１はガス状の冷媒(僅かだが液を含む場合がある)を圧縮して高温のガスとなった冷媒は、図５乃至図７に示すような切り換え位置にある主冷媒通路切替弁７３ｍを通ってコンデンサ４２に入る。ここで、冷媒は放熱して温度が下がり液状(ガス状含む)となり、室内機７１の膨張弁７１ｂの通過時に一気に気化、膨張して温度が大きく下り、コア７１ａが室内の空気から熱を奪い空気温度を下げる。

【0056】

室内機７１内で膨張したガス状の冷媒は、副冷媒通路切替弁７３ｎによって選択された冷房時冷媒流路７２ｂを通ってコンプレッサ４１の吸い込み側に戻る(図５乃至図７参照)。このように冷房時においては、第１冷却水循環流路５１は水路切替弁５３によって遮断され、冷却水は第１冷却水循環流路５１を流れない。そのために、冷却水は第１ラジェータ６１を通過することなく、コンデンサ４２及びコンデンサ４２内の冷媒を温めることはない。また、正逆回転ができる第２ファン６４は、外気を吸い込むように回転させれば、第１ラジェータ６１の冷却となり、ラジェータコア６１ａを通過する空気量を増加させるので冷房時のエンジンの冷却には有利となる。

【0057】

図１（Ａ），図２，図５では、パワーユニットＡ1、コンプレッサユニットＡ2とを一つの総合筐体９内に収めて室外機Ａとしたたものである。これに対して、総合筐体９を第１筐体９１と第２筐体９２との２つの筐体に分けて備える実施形態が存在する(図８参照)。第１筐体９１には、パワーユニットＡ1を構成するガスエンジン１，直流発電機２，ＴＣＵ(総合制御器)６６，ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)６７，第２冷却水循環流路５２，第２ラジェータ６２，第２ファン６４を含むパワー供給システムを収納する。また、第２筐体９２にはコンプレッサユニットＡ2を構成するモータ３，制御器３５，コンプレッサ４１，コンデンサ４２，第１ラジェータ６１，第１ファン６３を収納する。そして、これらの第１筐体９１と第２筐体９２とを結ぶのは、第１冷却水循環流路５１と、信号ライン及び直流発電機２で発電した電力を伝えるケーブルだけであり、空調の冷媒流路(冷媒配管)７２は第２筐体９２のみに備えられる。

【0058】

このようにパワーユニットＡ1とコンプレッサユニットＡ2とを分離してそれぞれを第１筐体９１及び第２筐体９２に収納する構成にすることによって、パワーユニットＡ1側のガスエンジン１に余力があり電力も潤沢であれば、第１筐体９１に収納されるパワーユニットＡ1を１台とし、複数台の第２筐体９２に収納されたコンプレッサユニットＡ2を並列に配置して稼働させる構成ができる(図９参照)。このような構成とすることにより、以下に示す利点がある。

【0059】

つまり、部屋数の多い建築物又は多層階の建築物の冷暖房設備として極めて効率的な設置ができる。そして、パワーユニットＡ1を有する第１筐体９１を主装置として、この１台のパワーユニットＡ1が建築物の主動力室，機械室等の地下等の室内に設置される(図９参照)。そして、コンプレッサユニットＡ2が有する第２筐体９２が複数台備えられ、これらが各フロアに並列状に配置される。これらの第２筐体９２にまとめられたコンプレッサユニットＡ2が各フロアに設置され、それぞれのコンプレッサユニットＡ2が各フロアに設置された複数台の室内機を受け持つことで、第１筐体９１にまとめられたパワーユニットＡ1によって生じる電力を極めて有効活用することができ、低価格な冷暖房設備にすることができる。なお、第１筐体９１は建築物の室外に設置してもよい。

【0060】

外部への電力供給は第１筐体９１のパワーユニットＡ1のインバータ６５によって行う(図１参照)。該インバータ６５は、具体的には、ＤＣ／ＡＣ(直流／交流)インバータが使用される。また、インバータは、コンバータと称することもある。そして、パワーユニットＡ1が収納された第１筐体９１は、地下室や屋上に設置され、各階や各棟にコンプレッサユニットＡ2が収納された第２筐体９２が配設されることにより、各第２筐体９２から各室内機７１までの冷媒流路(冷媒配管)７２を短くすることができ、この該冷媒流路(冷媒配管)７２で冷媒と大気との熱の授受を小さくして空調性能を改善することができる。

【0061】

次に、本発明におけるガスエンジン冷暖房装置の熱効率とヒートポンプシステムの総合熱効率の関係の具体例について述べる。ガスエンジン１の出力を２０kW、余剰電力(外部への供給電力)５kW、発電効率とインバータ効率をそれぞれ９５％として試算する。ここで、説明を簡単にするために、筐体内の電動ファンや制御で消費する電力１kW弱は、この５kWに含まれるものとする。

【0062】

エンジン出力２０kwとすると、
５.５４kw（５kw×１／０.９５×１／０.９５・・・外部供給電力）
１４.４６kw（２０kw－５.５４kw）・・・ヒートポンプ電力
である。

【0063】

この電力の内、直流のモータ３で消費できる電力はモータの制御器３５の効率を９５％とすると、１４.４６kW×０．９５＝１３.７４kWとなる。
廃熱を回収するので、暖房の場合でもＣＯＰ(性能係数)５.５以上を確保できる。
前記の１３.７４kWの電力で得られる暖房に使用できる熱エネルギは、
１３.７４×５.５＝７５.５７kWとなる。

【0064】

従って(暖房熱エネルギ)＋(外部供給電力)－８０.５７kW
一方、エンジンの熱効率をηＥとすると、燃料の持つエネルギＱfは、
Ｑf＝２０kw／ηE
となる。
従って、総合熱効率はηTは、
ηT＝８０.５７kw／(２０kW／ηE)≒４ηE・・・(1)
となる。

【0065】

燃焼の急速化と冷却損失を極限まで追求し、これに慣性吸・排気現象を徹底的に利用すると、ガスエンジン１で三元触媒１６ｋを作動させるために理論空比で運転しても、熱効率４４％以上を実現している。さらに、常用エンジン回転数を２４００rpm以下に抑えると摩擦損失を７％以下にでき、エンジンの機械効率を９３％以上となる。このようにして、エンジンの熱効率は、
ηE＝４４×０.９３≧４０.９２％・・・(2)
となる。

【0066】

式(1)と式(2)より、ηT≧４×０.４＝１.６
すなわち、総合熱効率は、１６０％となる。もし、直流発電機２で発電した電力を、全部、コンプレッサ４１の駆動に使用したとすると、本システムでは２００％以上の総合熱効率を実現可能である。

【0067】

前述した様に、三元触媒１６ｋを働かせるために理論空燃比で運転しても、リーンバーンや副室式のより高い図示熱効率を実現するため、図１３に示すように燃焼室の表面積を小さくすると共に、２箇所から同時点火して火炎伝播距離を短くし、さらに炎の照り返しにより、未燃焼部分のガス温度を上げ、火炎の伝播速度を増大させる。

【0068】

ガスエンジン１において、燃焼室はシリンダの中心に対して点対称で、吸気バルブ１６ａと排気バルブ１６ｂの傘径は 同径(ほぼ同径)で、二つの点火プラグ１６ｃも対称に配置されている。これらの中心はシリンダ径の１／２の円周上にある。さらに、これらの中心線の延長線はシリンダの中心線上の０点で交わる。燃焼室はこの０点を中心とした半径Ｒの薄い球殻であり、点火点と吸気バルブ１６ａ，排気バルブ１６ｂの傘部は該球殻に略沿っている。

【0069】

また、空燃比は排気系に装着したＯ2センサ１６ｄからの信号で、理論空燃比になるように、ミキサ１６ｆに供給するガス燃料の圧力を燃料圧力調整器１６ｇで調整する。フライホイール１５の付近に設置されたエンジン回転センサ１６ｈでクランクシャフト１６ｓの回転数を検出して、ガスエンジン１の負荷が増大して回転数が下がると、所定の回転数(例えば、２２００rpm)になるようにスロットル開度を調整する(図１３参照)。回転が高い場合はスロットルを閉じる方向に動かす。

【0070】

摩擦損失を低減するためストロークは長くせず、図のようにシリンダ径もしくはこれより若干長い程度にし、高圧縮比化(１２以上)をストロークの増大だけで追求せず、前述のコンパクトな燃焼室で実現する。回転数、空燃比、点火時期、エンジンの始動や停止などはすべてＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)６７で行う。吸入・圧縮・膨張・排気の各行程により生ずるトルク変動でエンジン回転速度に変動が起こる。この回転速度の変動は僅か(例えば、１／５０)であっても発電効率を阻害する。そこでフライホイール１５と直流発電機２の間には、回転方向の振動を平滑化させるカップリング１４を介在させる。

【0071】

次に、ガスエンジン１と直流発電機２とを連結するカップリング１４の構造例を示す。該カップリング１４は、図１２に示すように、緩衝部材１４ａと、２つのフランジ１４ｂと、ピン１４ｐとからなる。フランジ１４ｂは略Ｙ形状の部材であり〔図１２(Ｃ)参照〕、その中心部には、メスのスプラインとしてスプラインハブ１４ｈが円周方向に沿って１２０度間隔で形成されている。また、スプラインハブ１４ｈを直径中心にして３本の腕状片１４ｃが放射状に配列され、該腕状片１４ｃの先端にピン１４ｐが貫通する連結孔１４ｄが形成されている。

【0072】

緩衝部材１４ａは、略円筒形状をなし、材質は弾性材であり、例えばゴム材又は合成樹脂材等である〔図１２(Ｄ)参照〕。そして、緩衝部材１４ａの直径中心には軸方向に沿って貫通孔１４ｆが形成されており、該貫通孔１４ｆには、前記フランジ１４ｂのスプラインハブ１４ｈが遊挿される。ここで、遊挿とは、前記貫通孔１４ｆに対してスプラインハブ１４ｈが隙間を有して挿入されることであり、貫通孔１４ｆ内にてスプラインハブ１４ｈは多少の遊びを有して移動可能となる状態となる。また、緩衝部材１４ａ内には、外周縁付近で且つ軸方向に沿って６本の管状のスリーブ１４ｅが等間隔(６０度)に配列されている。該スリーブ１４ｅには、前記ピン１４ｐが圧入状態で挿通されるものである。

【0073】

そして、緩衝部材１４ａの軸方向両端にフランジ１４ｂがそれぞれ対向するようにして配置される。このとき両フランジ１４ｂのそれぞれの腕状片１４ｃは、位相が一致することなく、相互に６０度ずらされて配置される。そして、それぞれのフランジ１４ｂのスプラインハブ１４ｈの外周付近には３本のピン１４ｐが１２０度間隔に配置され、ピン１４ｐは腕状片１４ｃの先端の連結孔１４ｄに挿通され緩衝部材１４ａに設けられたスリーブ１４ｅに挿入され緩衝部材１４ａとフランジ１４ｂとが連結される。このようにして、カップリング１４は、軸方向に沿って弾性的に撓み可能なフランジ継手として使用される。

【0074】

一方、ガスエンジン１に装着されたフライホイール１５には、その中心にオスのスプライン１５ｓが備わっているアダプタ１５ａが、ボルトで固着されている。また、直流発電機２にはオスのスプライン２ｓが備わっている。そして、フライホイール１５のスプライン１５ｓと、直流発電機２のスプライン２ｓとは、前記カップリング１４の軸方向両側のスプラインハブ１４ｈに挿入されて、ガスエンジン１と直流発電機２とが回転駆動伝達できる構造となる。ガスエンジン１のトルクは、カップリング１４の緩衝部材１４ａを介して直流発電機２側のスプライン２ｓから直流発電機２に平滑化されて伝達される。
本発明では、水などの中間冷媒を使わずにコンプレッサ４１で加圧されて出たばかりのガス状(ごく一部だが液状を含む)の冷媒を直接循環させる。

【0075】

本発明において、第２ラジェータ６２に通過風を送る第２ファン６４は、前記第２ラジェータ６２への通過風の方向変換ができる構成とした実施形態が存在する(図１１参照)。この実施形態では、第２ファン６４のプロペラを正回転及び逆回転させることによって、第２ラジェータ６２に対する通過風の方向を正逆変換することができる。これによって、夏場の冷房時において、パワーユニットＡがオーバーヒートして装置を損傷することを防止することができる。

【0076】

特に、夏場では次に示す事態が生じやすい。まず、第１に吸入空気の密度が小さくなることによるエンジンの出力が低下する。次に、火花点火エンジンの場合、ノッキングの発生によるエンジンが破損するおそれがある。次に、発電機の過熱による発電効率低下とインバータの転換効率が低下する。以上の不都合な事態を、正逆回転できる第２ファン６４を前述したように、状況に応じて正回転又は逆回転をさせることにより総合筐体９内の空気の流れを制御することで、解消させることができ、総合筐体９内の環境を良好な状態に維持することができる(図１０参照)。

【0077】

まず、筐体(総合筐体９，第１筐体９１又は第２筐体９２)の温度を検出して、６０°Ｃに達したらＴＣＵ(総合制御器)６６の指令で第２ファン６４を正回転から最大限の逆回転とし、筐体内に外気を導入し、筐体内を冷却するものである。また、第２ファン６４は複数の羽根を有し、該羽根は、回転方向に沿う中間に平板の羽根中央部を有し、該羽根中央部の回転方向両端に端子両端の羽根端部を有し、両該羽根端部の迎角は同一とすると共に前記羽根中央部の迎角よりも小さく設定されている。

【0078】

本発明のガスエンジン冷暖房装置に使用する正逆回転可能な第２ファン６４について説明する。この第２ファン６４では、正逆回転を，ギア等を使わずに簡単に行うために駆動源は電気モータとする。従来のファンの羽根(ブレード)は効率を上げるため、羽根にキャンバがつけられている(例えば、円弧状)。ファンを正面から見て右廻り(正方向)に回転させたときの効率はウチワのような平板より改善される。ところが、逆回転の場合は風量が小さくなるのが問題である。

【0079】

これに対して図１１に示す第２ファン６４では、平板を組み合わせると、正回転・逆回転ともに迎え角(アタックアングル)は同じになり、正／逆回転によらず同じ風量がえられるので本発明には最適である。次に作用を説明する。ブレードを羽根中央部６４ａ,羽根端部６４ｂ、６４ｃとする。中央の羽根中央部６４ａの部分は正逆回転ともに迎い角はα＋βで同一である。正回転の場合羽根端部６４ｃが前縁となりこの部分の迎い角は羽根中央部６４ａよりβだけ小さいαとなり空気との激突を和らげる。また、図１１において符号６４ｄは、羽根を回転させるファンモータである。

【0080】

また、羽根端部６４ｂが後縁となるが、羽根中央部６４ａより角度が小さくなり、背面に発生する渦を軽減する。このように三段折れにすることによりウチワ型よりキャンバ翼のブレードに近づく。逆回転の場合は羽根端部６４ｂが前縁、羽根端部６４ｃが後縁となるだけで、正回転のときと同じ形状となるので、正回転の場合はキャンバ翼には及ばないが正・逆回転とも同じ風量を確保できる。第２ファン６４において、通過風を総合筐体９の外方から総合筐体９の内方に入れる方向となるように回転する方向を正回転方向とする。また、第２ファン６４において、通過風を総合筐体９の内方から総合筐体９の外方へ出す方向となるように回転する方向を逆回転方向とする。

【0081】

第１ファン６３と第２ファン６４との回転方向を、冷房時，オーバーヒート時，暖房時について説明する。冷房時，オーバーヒート時，暖房時において、第１ファン６３は、常に正回転であり、総合筐体９の外方から総合筐体９の内方に通過風を入れるように作動する。第２ファン６４は、正・逆回転できる構造を具備している。冷房時では、図１０（Ａ）に示すように、総合筐体９内に第１ラジェータ６１側から第２ラジェータ６２側に向かって通過風が一方通行となるように流れる。第２ファン６４は逆回転となり、総合筐体９の内方から総合筐体９の外方に通過風を出すように作用する。冷房時なので、第１冷却水循環流路５１及び第１ラジェータ６１には冷却水は循環通水していない。

【0082】

オーバーヒート時では、図１０（Ｂ）に示すように、総合筐体９の内方に強い換気が必要となる。そこで、第１ファン６３と第２ファン６４とによって、総合筐体９内に通過風を入れて換気を行う。第１ファン６３及び第２ファン６４は、共に強い正回転となる。このとき、第１冷却水循環流路５１及び第１ラジェータ６１には冷却水は循環通水していない。

【0083】

暖房時では、図１０（Ｃ）に示すように、総合筐体９内に第１ラジェータ６１側から第２ラジェータ６２側に向かって強い通過風が流れるようにする。第２ファン６４は逆回転もしくは停止状態とする。暖房時なので、第１冷却水循環流路５１及び第１ラジェータ６１には冷却水は循環通水している。

【0084】

以上の説明において、モータ３を直流モータとして説明した。次に、モータ３として交流モータ３Aが使用される実施形態について図１６乃至図１８に基づいて説明する。この実施形態では、直流発電機２の代わりに、交流発電機２Aが使用され、モータ３は前述したように、交流モータ３Aが使用される(図１６乃至ず１８参照)。ガスエンジン１，第１冷却水循環流路５１，第２冷却水循環流路５２，コンプレッサ４１，コンデンサ４２等の機器の構成及び配置及び暖房時及び冷房時の冷却水及び冷媒の働きについては、前述した直流発電機２及び直流モータ３を使用した実施形態の構成及び暖房時及び冷房時の冷却水及び冷媒の働きと同一であるため、図２乃至の図７を参照されたい。この実施形態では、該交流発電機２Aは、ガスエンジン１によって、交流電流を交流用の制御器３５Aに送る。

【0085】

交流用の制御器３５Aは、直流モータ３に対応するものとは異なるものであり、交流モータ３Aに対応するものを説明する。制御器３５Aは、整流器３５ａを備えている。整流器３５ａは、交流発電機２Aから交流モータ３Aへ電流を送るときに、交流モータ３Aに適した基本周波数に調整する役目を有するものである(図１８参照)。

【0086】

さらに、この基本周波数は、交流モータ３Aを駆動させるために増幅する必要がある。そこで、前記基本周波数の交流電流を大容量のトランジスタ３５ｔに送り、このトランジスタ３５ｔに交流モータ３Aの稼働に必要な駆動周波数に増幅させる交流シグナルをＴＣＵ(総合制御器)６６による指令にて送る〔図１８(Ｂ)参照〕。

【0087】

そして、このトランジスタ３５ｔが前記整流器による基本周波数を増幅して、交流モータ３Aの回転駆動に必要な駆動周波数に増幅し、交流モータ３Aを駆動するものである。ＴＣＵ(総合制御器)６６による指令により、基本周波数に対して増幅量を大きくした駆動周波数によって、交流モータ３Aの回転数を増加させることにより、冷暖房能力を上げることができる。

【0088】

また、ＴＣＵ(総合制御器)６６の指令により、基本周波数の増幅量を小さくし駆動周波数にすることにより、冷暖房能力を下げて、省エネルギとすることができる。具体的には交流モータ３Aの出力を上げる場合、ＴＣＵ(総合制御器)６６から制御器３５へ指令が出され、該制御器３５のｂ点(ベース)からｅ点(エミッタ)に流れる電流を増大させる指令を与える。これによって、トランジスタ３５ｔのｃ点(コレクタ),ｂ点(ベース),ｅ点(エミッタ)を流れる電流が格段に増大し、交流モータ３Aの出力が増大して、暖房又は冷房の能力が大きくなる。

【0089】

交流発電機２A及び交流モータ３Aを使用した冷暖房装置の実施形態においては、インバータ６５は、ＡＣ－ＡＣインバータが使用される〔図１８(Ａ)参照〕。該インバータ６５(ＡＣ－ＡＣインバータ)は、交流発電機２Aによって発電された高圧の交流電流を安定させると共に、一般の交流電源として使用されるように、調整する役目を有する。

【0090】

また、図１９は、発電機に交流発電機２Aを使用し、モータ３に直流モータを使用した実施形態である。この実施形態では、交流発電機２Aによる交流発電を制御器３５によって、交流を直流に変換して直流モータ３に電気を送るものである。

【符号の説明】

【0091】

Ａ1…パワーユニット、Ａ2…コンプレッサユニット、１…ガスエンジン、
２…直流発電機、２A…交流発電機、３…モータ、３A…交流モータ、
４１…コンプレッサ、４２…コンデンサ、５１…第１冷却水循環流路、
５２…第２冷却水循環流路、５３…水路切替弁、６１…第１ラジェータ、
６２…第２ラジェータ、６３…第１ファン、６４…第２ファン、
６６…ＴＣＵ(総合制御器)、６７…ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)、
９…総合筐体、９１…第１筐体、９２…第２筐体。

【要約】

【目的】小型のガスエンジン及び直流発電機を用いて、冷暖房装置を効率良く稼働させるガスエンジン冷暖房装置とする。
【構成】ガスエンジン１と第１冷却水循環流路５１と第２冷却水循環流路５２と、第１ラジェータ６１と、第２ラジェータ６２と、水路切替弁５３と、ガスエンジン直流発電機２と、モータ３と、コンプレッサ４１と、コンデンサ４２と、第１ファン６３と、第２ファン６４とを備えた室外機を備えること。暖房時には水路切替弁５３にて冷却水を第１冷却水循環流路５１に循環させ高温となる第１ラジェータ６１から第１ファン６３によりコンデンサ４２に高温の通過風を送り、コンプレッサ４１で圧縮した冷媒を室内機７１に循環させ、冷房時には水路切替弁５３にて第２冷却水循環路５２に冷却水を流す構成とし、ガスエンジン１の出力による直流発電機２による余剰電力を交流電源として外部に供給すること。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】