專利名稱：空氣調節和發電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣調節和發電系統。依照該系統，空調驅動裝置例如壓縮機驅動用于換氣和空氣調節的空調，發電機進行發電。
背景技術：
日本特開第JP2002-257431A號公報上所公開的聯產系統，其中包括發動機、驅動用于換氣的空調的壓縮機、發電的發電機、以及完整容納這些元件的殼體。
日本特開第JP2000-337231A號公報上所公開的系統，其中包括驅動用于空氣調節的空調的壓縮機、發電并像電動機一樣運轉的發電機、與上述發電機相連的發動機、探測上述發電機的轉子位置的轉子位置探測傳感器、根據上述轉子位置探測傳感器的信號電激勵上述發電機線圈以在線圈中產生旋轉磁場的無電刷電動機電路、向上述無電刷電動機電路提供電壓的直流電源、以及將上述發電機的能量輸出轉換為交流輸出的逆變器電路。在這個系統中，上述發電機可視為獨立的單元，不僅是發電機，還作為用于開始啟動發動機的起動電動機。再者，根據施加于作為空調驅動裝置的上述壓縮機的負載變化，控制這臺發電機的能量輸出，從而能夠將強加于發動機上的負載限制在某一確定值。
在日本特開JP2002-257431A號公報上所公開的聯產系統中，將發動機的驅動力分配給驅動上述空調的上述壓縮機和上述發電機。基本上固定在此將上述發動機的驅動力分配給上述壓縮機和上述發電機的百分比。因此，只能一定程度上進一步改進上述空調的空氣調節性能和上述發電機的發電性能。
在日本特開JP2000 337231A號公報上所公開的系統中，上述發電機可視為獨立的單元，不僅是發電機，還作為用于開始啟動發動機的起動電動機。因此，上述壓縮機和上述發電機不能互相分開安裝。另外，上述發動機不能使上述壓縮機和上述發電機同時運轉。就是說，不能同時換氣(空氣調節)又發電。
本發明考慮到上述情形，所提供的空氣調節和發電系統中，可以單獨地驅動例如壓縮機等空調驅動裝置、和發電機，并且能夠有效增強空調的空氣調節性能和發電機的發電性能。
發明內容
根據本發明的一項內容所述，一種空氣調節和發電系統包含發動機、用于驅動為了至少制冷或加熱空間兩者其中之一而運轉的空調的空調驅動裝置、用于發電的發電機、以及設在上述空調驅動裝置和上述發電機之間并改變將上述發動機的驅動力分配給上述空調驅動裝置的第一比率和將上述發動機的驅動力分配給上述發電機的第二比率的驅動力分配設備。
上述空氣調節和發電系統還優選包含當上述第一比率相對較高時，將上述第二比率控制在一相對較低程度，而當上述第一比率相對較低時，將上述第二比率控制在一相對較高程度的驅動力分配比率控制設備。
上述驅動力分配比率控制設備至少優選依靠表示儲水槽內積累的熱能的熱能信息、上述空調所需的空氣調節負載信息、以及表示所需發電量的所需電量信息三者其中之一，控制上述第一比率和上述第二比率。
通過下面參照附圖所進行的詳細說明，本發明的上述和其它特征和特性將變得更加清晰。
圖1簡要圖示根據本發明實施例所述的空氣調節和發電系統的方框圖；圖2的示意圖用于解釋需要制冷時發動機負載系數和發動機驅動力分配比率的變化；圖3的示意圖用于解釋需要加熱時發動機負載系數和發動機驅動力分配比率的變化；圖4的示意圖用于解釋既不需要制冷也不需要加熱時發動機負載系數和所需發電量的變化；圖5的另一種示意圖用于解釋既不需要制冷也不需要加熱時發動機負載系數和所需發電量的變化；圖6是簡要圖示發動機、壓縮機和發電機之間連接的方框圖；圖7是簡要圖示上述發動機、上述壓縮機和上述發電機之間另一連接方式的方框圖；圖8是圖示根據本發明所述實施例所述的驅動力分配設備相關部分的視圖；圖9是另一圖示根據本發明所述實施例所述的驅動力分配設備相關部分的視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，具體說明本發明的一個實施例。
如圖1所示，根據本發明的實施例所述的空氣調節和發電系統其中包括發動機1，例如以可燃氣體作為燃料的燃氣發動機；作為空調驅動裝置，用于驅動安裝在建筑物100(例如住宅、大樓、以及移動體)等上起到換氣或空氣調節作用的空調8(至少調節冷或熱兩者其中之一)的壓縮機2；以及發電的發電機3。根據本發明所述實施例所述，發動機1優選為由壓縮機2和發電機3分享的驅動源，并且也是它們各自唯一的驅動源。通過燃燒作為燃料的可燃液體或氣體啟動發動機1，作為非限定性的實例，發動機1可以是汽油發動機、柴油發動機、反相發動機、以及轉缸式發動機等。
該空氣調節和發電系統還包括儲存發電機3所產生的過量電能的蓄電池4(包括電容器)；將直流電轉變為交流電、然后將交流電供給建筑物100的耗電單元110的逆變器5；通過發動機1中的熱交換將其中的熱水或熱氣作為廢熱回收的發動機廢熱回收單元6；與發動機廢熱回收單元6相連的儲水槽7；根據上述壓縮機所壓縮的制冷劑而被控制、以加熱或冷卻建筑物100的內部、建筑物100的房間內部的空調8；以及用戶手動設置該空氣調節和發電系統的運行條件的操作面板9。空調8響應開關91的操作，進行加熱或冷卻。發動機廢熱回收單元6由以下構件組成用于冷卻發動機1的發動機冷卻液在其中流動的冷卻液管道60；與冷卻液管道60相通的熱交換器61；與起儲存作用的儲水槽7相通的循環管道63，在其內通過熱交換將水加熱；設在冷卻液管道60上的供水源64a(例如水泵)；以及設在循環管道63上的供水源64b(例如水泵)。因此，供水源64a使發動機冷卻液通過冷卻液管道60得到循環。從而通過回收發動機1的廢熱將發動機冷卻液加熱，并且發動機冷卻液流經熱交換器61的第一管道61f。在熱交換器61中，尤其能夠在第二管道61s中流動的水和在第一管道61f中流動的發動機冷卻液之間有效地進行熱交換。熱交換中，第一管道61f中的發動機冷卻液使第二管道61s中的水變熱，然后第二管道61s中的水在流過循環管道63之后，作為熱水儲存在儲水槽7內。將儲水槽7內積存的熱水注入安裝在建筑物100上的熱水加熱器71(例如用于沐浴、淋浴以及廚房的熱水加熱器)和用于加熱建筑物100地面的地面加熱設備72。如果探測到儲水槽7內積存的熱水量不足時，則通過供水口7m向儲水槽7注水。
如圖1所示，驅動力分配設備10安裝在上述壓縮機和發電機3之間。發動機1、壓縮機2和發電機3通過驅動力分配設備10互相連接。再者，通過驅動力分配設備10，能夠將發動機1發出的驅動力傳送到壓縮機2和發電機3以使其運轉。在這種情況下，驅動力分配設備10能夠逐漸階梯式或連續地改變將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1，以及將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2。例如，根據本發明所述實施例所述，將第一比率R1設計為從0到100％(包括端點在內)逐漸階梯式或連續地變化。同樣，將第二比率R2設計為從0到100％(包括端點在內)逐漸階梯式或連續地變化。
該空氣調節和發電系統還包括控制該系統的控制器90。控制器90能夠充當驅動力分配控制設備以控制驅動力分配設備10的驅動；還能夠充當發動機控制設備以控制發動機1的啟動；而且能夠充當電能控制設備以控制發電機3所產生的過量電能，使其儲存在蓄電池(4)中或傳送到商用電線。
將表示儲水槽7內已經積累的熱能的熱能信息S1、表示空調8(至少制冷或加熱兩者其中之一)所需的空氣調節負載程度的空氣調節負載信息S2、以及表示住宅、大樓等的耗電單元110當前消耗的所需發電量(耗電量)的所需發電量信息S3輸入控制器90。控制器90根據熱能信息S1、空氣調節負載信息S2和所需發電量信息S3，輸出控制發動機1的啟動的輸出信號Se和控制驅動力分配設備10的信號Sd。如上所述，控制器90優選至少根據信息S1、信息S2和信息S3三者其中之一，控制驅動力分配設備10以分別改變第一比率R1和第二比率R2的大小。
表示儲存在儲水槽7內的熱能的熱能信息S1至少涉及儲存在儲水槽7內的熱水的溫度和熱水的數量兩者其中之一。通過設在儲水槽7內并檢測儲水槽7內積累的熱水的溫度的熱水溫度傳感器73測得熱水的溫度。通過也設在儲水槽7內并檢測已儲存在儲水槽7內的熱水的數量的熱水數量傳感器74測得儲水槽7內積累的熱水的數量。為了便于設定施加于空調8的負載的大小而采用的空氣調節負載信息S2至少涉及建筑物100的環境溫度和濕度兩者其中之一。根據安裝在操作面板9中的溫度開關81所確定的熱需求信號，得到建筑物100的環境溫度，同時根據安裝在操作面板9中的濕度開關82所確定的濕度需求信號，得到建筑物100的濕度。通過安裝在建筑物100上的電表111得到所需發電量信息S3。
當急需制冷或加熱時，比如外界氣溫相對較高或相對較低時，空調8有時受到空氣調節負載的限制，此時的空氣調節負載大于外界氣溫適宜時所需的空氣調節負載。在這種情形下，控制器90設定來自發動機1的驅動力大小。控制器90還執行第二分配控制，將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1相對較高，將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2相對較低。因此，如上所述，通過減少發電的百分比同時增大執行空氣調節的百分比，能夠合理地制冷或加熱。
另一方面，當并不急需制冷或加熱時，比如外界氣溫適宜時，空調8受到空氣調節負載的限制相對較小，甚至不受這種負載的限制。在這種情形下，控制器90執行第一分配控制，第一比率R1相對較低甚至控制為零百分比，從而降低壓縮機2的旋轉速度，甚至控制壓縮機2，使其不旋轉。同時，控制器90提高將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2，藉此增大發電機3的發電量。然而，發電機3的發電量超過耗電單元110所消耗的電量時，可能存在危險。如果發電機3的發電量過大，過量的電能則儲存在蓄電池4中。
如上所述，當第一比率R1相對較高或相對較低時，將第一比率R1的數值表示為一相對值。當第一比率R1相對較高時，意味著第一比率R1相對高于低值的第一比率R1。反之，當第一比率R1相對較低時，意味著第一比率R1相對低于高值的第一比率R1。假若這樣，為了清楚地闡明第一比率R1的相對程度，可以根據第一比率R1是否高于或低于閾值表示第一比率R1。
如上所述，根據本發明所述實施例所述，當將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1相對升高時，將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2相對降低。反之，當將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1相對降低時，將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2相對升高。因此，第一比率R1和第二比率R2的總比率(＝R1+R2)能夠落在一確定的比率范圍內，在上述范圍內能夠有效地限制發動機1的驅動力，另外，發動機負載系數能夠為一預定值或預定值以上，或者在一確定的范圍內。在這種情況下，可以在抑制發動機1的振動并增強其耐用性方面得到改進。這里的發動機負載系數指的是在假定發動機的額定負載為100％的情況下，當前施加于發動機的負載的百分比。當發動機負載系數為90％時，施加于發動機的負載為額定負載的90％。再者，由于能夠將發動機負載系數限制在上述確定的比率范圍內，所以可以使發動機1的燃料效率保持在一合理水平，從而能夠降低啟動發動機1的燃料費用。另外，為了改進發動機1的燃料效率，優選將發動機負載系數限定為上述預定比率或上述預定比率以上，或者限制在上述確定的比率范圍內。一般而言，發動機負載系數的頻繁變化或啟動發動機時將發動機負載系數限定為一低比率，有時會降低發動機1的燃料效率。因此，至少就發動機1的燃料效率而言，這兩個因素都不利。換句話說，除其他因素以外，為了提高發動機1的燃料效率，應盡可能避免變動發動機負載系數。
通常，當在發動機負載系數保持在相對較高的情況下啟動發動機1時，而不是在發動機負載系數保持在相對較低的情況下啟動發動機1時，發動機1能夠得到更理想的燃料效率。假定發動機1的額定輸出為100％，為了合理地將燃料消耗量降為一經濟的水平，同時又減小發動機1的噪音并且確保其耐用性，在發動機負載系數落在近似70％-120％的范圍內(此范圍內燃料效率高)啟動發動機1，而不是發動機負載系數在相對較低的近似30％50％的范圍內啟動發動機1。就減小發動機1的噪音并且確保其耐用性而言，不宜過分提高發動機負載系數。
表1是其中一個關于發動機1的驅動力分配的例子。
表1假定第一比率R1和第二比率R2的總百分比相對確定為100％，當急需空氣調節而不是發電時，第一比率R1被控制為較大的值，占總百分比的主要部分；而第二比率R2被控制為較小的值。反之，當急需發電而不是空氣調節時，第二比率R2被控制為較大的值，占總百分比的主要部分；而第一比率R1被控制為較小的值。
如表2所列，可以將第一比率R1和第二比率R2的總百分比相對確定為70％。
表2
如上所述，當急需空氣調節而不是發電時，第一比率R1被控制為較大的值，占總百分比的主要部分；而第二比率R2被控制為較小的值。反之，當急需發電而不是空氣調節時，第二比率R2被控制為較大的值，占總百分比的主要部分；而第一比率R1被控制為較小的值。
如表3所列，可以將第一比率R1和第二比率R2的總百分比相對確定為120％。
表3如上所述，當急需空氣調節而不是發電時，第一比率R1被控制為較大的值，占總百分比的主要部分；而第二比率R2被控制為較小的值。反之，當急需發電而不是空氣調節時，第二比率R2被控制為較大的值，占總百分比的主要部分；而第一比率R1被控制為較小的值。
上面表1、表2和表3所列的比率是一些發動機1的驅動力分配比率的例子，但是分配比率并不僅限于此。再者，第一比率R1和第二比率R2的總百分比并不僅限于一確定值。只要第一比率R1和第二比率R2的總百分比是一確定值或在一確定的范圍內，就能夠有效地抑制發動機負載系數的變動，并且最大限度地降低燃料消耗量。
按照上文，將建筑物100當前消耗的所需發電量(耗電量)作為基準“D”。當實質上與所需發電量D對應的發動機負載系數低于燃料效率高的數值范圍內時，控制器90(即上述發動機控制設備)控制發動機1的啟動，使發動機負載系數超過與所需發電量D對應的發動機負載系數，也就是使限制在上述燃料效率高的范圍內的發動機負載系數較大。換句話說，當與所需發電量D對應的發動機負載系數低于上述燃料效率高的數值范圍內時，增大施加于發動機1的發動機負載系數。因此，能夠降低發動機1為了發電和空氣調節所需燃料的費用。然而在這種情形下，可能出現發電量超過所需發電量D的危險。從而控制器90(即上述電能控制設備)控制蓄電池4，以便積累發電機3所產生的總電量中過量的電能。假若這樣，可以降低發電的費用，并將燃料消耗量降到一經濟水平。另一方面，當與所需發電量D對應的發動機負載系數限制在上述燃料效率高的范圍內時，控制器90以將發動機負載系數限制在上述燃料效率高的范圍內的方式啟動發動機1。蓄電池4只要能夠積累電能就行，它可以包含電容器。另外，可將發電機3所產生的總電量中過量的電能供給商用電線。
下面說明控制方式例如在制冷或加熱或者既不制冷也不加熱時對發動機負載系數、第一比率R1和第二比率R2的控制。
(1)制冷時如上所述，控制器90至少根據儲水槽7的熱能信息S1、空調8所需的空氣調節負載信息S2、以及發電機3所需的所需發電量信息S3三者其中之一，確定將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1和將發動機1的驅動力分配給電動發電機3的第二比率R2。圖2所示的特性線E表示一段時間內發動機1的負載系數。從圖2顯而易見，控制器90在時刻t1開始啟動發動機1，并基本上將發動機負載系數控制在特性線E所示的一確定值上。更特別的是，即使由于空氣調節負載信息S2和所需發電量信息S3的變化導致發動機負載系數變動，控制器90也以將發動機負載系數限制在確定的范圍W內的方式啟動發動機1。這一確定的范圍W實質上與上述燃料效率高的范圍一致。如上所述，根據本發明所述實施例所述，由于控制器90以將發動機負載系數限制在確定的范圍W內的方式啟動發動機1，所以可以最大限度地有效降低燃料消耗量。再者，可以有效地降低為了發電和空氣調節而啟動發動機1所耗費的燃料的費用。
當急需空氣調節時，比如外界溫度較高時，空調8根據空氣調節負載信息S2，對其施加制冷負載(空氣調節負載)，此時制冷負載相對大于外界溫度適宜時所需的制冷負載。另外，由于外界溫度較高，熱水消耗量相當小。因此，在這種情況下，所需儲存在儲水槽7內的熱能少于外界溫度較低時所需儲存的熱能。
緊接開始制冷時刻t1之后的初期時段Ta期間，為了快速冷卻空間，控制器90相對地控制將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1，使其為較大值，從而增強空調8的制冷效果。在這種情況下，相對地將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2控制為較小值，從而限制發電機3的發電量。因此，當急需空氣調節時，控制器90執行的控制主要集中在制冷而不是發電，按上述方式能夠有效地制冷。
在初期時段Ta之后的一段時間內，繼續冷卻空間期間，逐漸降低制冷要求。在這種情形下，控制器90相對地將第一比率R1控制為低于初期時段Ta期間的比率水平，這樣能夠減弱空調8的制冷效果。在另一段時間內，響應于室溫的提高，所以又急需制冷。之后控制器90相對地提高第一比率R1，這樣能夠增強空調8的制冷效果。
如上所述，根據本發明所述實施例所述，除了緊接開始制冷時刻t1之后的初期時段Ta，在穩定的時段Tm(圖2)期間，被控制器90這樣控制的第一比率R1上升并下降而形成圖2所示的正弦曲線。
此外，從圖2顯而易見，控制器90控制驅動力分配設備10，并以第一比率R1的相位與第二比率R2的相位相反的方式反復地將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1增大或減小。在這種情況下，將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第二比率R2反復地減小和增大。因此，當急需制冷時，控制發電機3的發電量，使其相對小于不急需制冷時的發電量。另一方面，當不強烈需要制冷時，控制發電機3的發電量，使其相對大于急需制冷時的發電量。如上所述，按照第一比率R1的相位與第二比率R2的相位相反的方式控制壓縮機2和發電機3的運轉。從而第一比率R1和第二比率R2的總比率(＝R1+R2)能夠限制在確定的范圍W內。因此，根據本發明的實施例所述，能夠有效地將發動機負載系數限制在一預定值或上述預定值以上，并且限制在確定的范圍W內。再者，能夠最大限度地有效降低發動機的燃料消耗量。而且，能夠減小發動機1的噪音，并且改進發動機1的耐用性。
(2)加熱時如上所述，控制器90至少根據儲水槽7的熱能信息S1、空調8所需的空氣調節負載信息S2、以及發電機3所需的所需發電量信息S3三者其中之一，確定將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1和將發動機1的驅動力分配給電動發電機3的第二比率R2。在這種情況下，如圖3的特性線E所示，在一段時間內將發動機1的負載系數基本控制為一確定值。即使由于空氣調節負載信息S2和所需發電量信息S3兩者中至少其中一者的變化而導致發動機負載系數變動，控制器90也以將發動機負載系數限制在圖3所示的確定的范圍W內的方式控制發動機1的啟動。根據本發明的實施例所述，因此可以最大限度地有效降低燃料消耗量。再者，可以有效地降低啟動發動機1所耗費的燃料的費用。
當急需加熱時，比如外界溫度較低時，對空調8施加加熱負載(空氣調節負載)，此時加熱負載相對大于當外界溫度適宜時所需的加熱負載。緊接開始加熱時刻t1之后的初期時段Tb期間，為了快速加熱空間，控制器90將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1相對地控制為較大值，從而增強空調8的加熱效果。在這種情況下，將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2相對地控制為較小值，從而限制發電機3的發電量。因此，當急需加熱時，控制器90執行的控制主要集中在加熱而不是發電，這樣能夠有效地進行加熱。在初期時段Tb之后的一段時間內，繼續加熱室內期間，逐漸降低加熱要求。在這種情形下，控制器90相對地控制第一比率R1，使其為低于初期時段Tb期間的比率水平，這樣能夠逐漸減弱空調8的加熱效果。在另一段時間內，由于室溫降低，所以又急需加熱。那時控制器90相對地提高第一比率R1，這樣能夠增強空調8的加熱效果。
如上所述，根據本發明的實施例所述，除了緊接開始加熱時刻t1之后的初期時段Tb，在穩定的時段Tm(圖3)期間，被控制器90這樣控制的第一比率R1上升并下降而形成圖3所示的正弦曲線。
與制冷時一樣，從圖3顯而易見，當需要加熱時，控制器90也按第一比率R1的相位與第二比率R2的相位相反的方式控制驅動力分配設備10。就是說，控制器90將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1和將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2反復地相對增大和減小。因此，當急需加熱時，控制發電機3的發電量，使其相對小于不急需加熱時的發電量。另一方面，當不強烈需要加熱時，控制發電機3的發電量，使其相對大于急需加熱時的發電量。如上所述，按照第一比率R1的相位與第二比率R2的相位相反的方式控制壓縮機2和發電機3的運轉。從而能夠將第一比率R1和第二比率R2的總比率(＝R1+R2)限制在上述確定的范圍內。因此，根據本發明的實施例所述，能夠有效地將發動機負載系數限制在一預定值或上述預定值以上，并且限制在確定的范圍W內。再者，能夠最大限度地有效降低發動機的燃料消耗量。而且，能夠減小發動機1的噪音，并且改進發動機1的耐用性。
當加熱要求得到確認時，為了使用積存在儲水槽7內的熱水(即輔助加熱設備)加熱建筑物100的地面，可以同時采用地面加熱設備72和空調8等。如上所述，可以通過回收發動機1的廢熱加熱儲水槽7內的水，從而有效地降低加熱費用。如圖3的特性線F所示，由于在緊接開始加熱之后的初期時段Tb期間使用地面加熱設備72，所以依靠地面加熱設備72的加熱效果，可以相對降低空調8所需的加熱負載(空氣調節負載)。因此，與僅使用空調8而不結合地面加熱設備72進行加熱相比，將發動機1的驅動力分配給壓縮機2以使空調8運轉的第一比率R1向減小方向，即箭頭Y1方向變化。由于第一比率R1減小，所以將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2向增大方向，即箭頭Y2方向變化，從而能夠增加發電機3的發電量。在這種情形下，發電機3所可能產生的過量電能可以儲存在蓄電池4中。或者，通過增大建筑物100的耗電單元110的耗電量來有效地使用這種過量電能。另外，與僅使用空調8而不結合地面加熱設備72進行加熱相比，根據本發明所述實施例所述，在保持第一比率R1和第二比率R2期間，依靠地面加熱設備72的加熱效果，可以減小發動機負載系數，從而有效地降低發動機1燃料的費用。地面加熱設備72的加熱效果在圖3中用ΔE表示。
(3)既不制冷也不加熱時當既不要求制冷也不要求加熱時，比如外界溫度最適宜時，空調8基本上不受空氣調節負載的限制。在這種情形下，通過增大第二比率R2并將第一比率R1降為0％，使發動機1的驅動力幾乎全部分配給發電機3以發電。
圖4和圖5中的特性線K1表示建筑物100所需的發電量(耗電量)的波動。舉一特定例子，在普通家庭中，所需的發電量(耗電量)在每天的早晨和晚上相對較大，而在日間較小。當既不制冷也不加熱時，雖然發電機3啟動，但是壓縮機2停止運轉。因此，來自發動機1的驅動力幾乎全部傳送到發電機3，按照這種方式發電。如上所述，發電量超出所需的發電量時，可能存在危險。在這種情況下，為了限制產生過量的電能，通過減小發動機的發動機負載系數，最好在發動機燃料效率高的范圍以下啟動發動機1。然而，即使抑制發電機3產生過量的電能，啟動發動機1時的發動機負載系數還是不能達到發動機燃料效率高的范圍，從而有時會降低發動機1的燃料效率。
按照上文，當既不制冷也不加熱、即壓縮機2停止運轉時，能夠更好地對根據本發明的實施例所述的系統執行下列操作。如圖4和圖5所示，當所需的發電量(耗電量)較大時，為了驅動發電機3，啟動發動機1。將啟動發動機1的時段標為ΔT1。在時段ΔT1期間，發電機3產生電能KD，電能KD超出所需的發電量(耗電量)。為了使這部分過量電力KD積累在蓄電池4中，控制器90向蓄電池4發出信號Sb。同時，當所需的發電量(耗電量)小于閾值Dc時，發動機1停止啟動，然后發電機3也停止運轉。因此，可以最大限度地減小燃料消耗量。將發動機1的停止時段標為ΔT2。
如上所述，在發動機1處于停止期間，發電機3不運轉，因而不能發電。從而控制器90將蓄電池4中積累的電能供給建筑物100的耗電單元110。如上所述，當壓縮機2不運轉時，不需要空氣調節負載，從而能夠間歇地啟動和停止發動機1。因此，能夠防止發動機1不按要求啟動。另外，能夠防止在發動機負載系數可能降低燃料效率時啟動發動機1，從而能夠有效地降低發動機1的燃料費用。從圖5顯而易見，在發動機1啟動的時段ΔT1期間，由于所需的發電量(耗電量)下降，應減小發動機負載系數，在圖5中將發動機負載系數的減少量標為δ。因此，發動機負載系數從所需的發電量(耗電量)減小的時刻tf或大約從時刻tf開始減小。然而，在這種情況下，應將發動機負載系數限制在上述發動機效率高的確定范圍內。
(驅動力分配設備10)
驅動力分配設備10將發動機1的驅動力傳送至壓縮機2和發電機3。驅動力分配設備10還改變將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1和將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2。下面將介紹若干類型的驅動力分配設備10。
根據圖6所示的例子，驅動力分配設備10A由均裝配在發動機1的傳動軸1x上的第一轉子301和第二轉子302、裝配在壓縮機2的傳動軸2x上的第一驅動轉子401、裝配在發電機3的傳動軸3x上的第二驅動轉子402、將第一驅動轉子401與第一轉子301連接的第一環狀體403(例如皮帶)、以及將第二驅動轉子402與第二轉子302連接的第二環狀體404(例如皮帶)構成。
根據圖7所示的另一個例子，驅動力分配設備10B由均裝配在發動機1的傳動軸1x上的第一轉子301和第二轉子302、裝配在壓縮機2的傳動軸2x上的第一驅動轉子401、裝配在發電機3的傳動軸3x上的第二驅動轉子402、將第一驅動轉子401與第一轉子301連接的第一環狀體403(例如皮帶)、將第二驅動轉子402與第二轉子302連接的第二環狀體404(例如皮帶)、建立或斷開將驅動力傳送至壓縮機2或將驅動力從壓縮機2傳出的傳送通道的第一離合器407(即離合器設備)、以及建立或斷開將驅動力傳送至發電機3的傳動軸3x或將驅動力從發電機3的傳動軸3x傳出的傳送通道的第二離合器408(即離合器設備)構成。當第一離合器407將傳送發動機1的驅動力的傳送通道斷開時，可以控制將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1，使其完全降為0％。在這種情況下，發動機1的驅動力基本上幾乎全部分配給發電機3。
此外，當第二離合器408將傳送發動機1的驅動力的傳送通道斷開時，可以控制將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2，使其完全降為0％。在這種情況下，如果不考慮摩擦損耗，則發動機1的驅動力基本上幾乎全部分配給壓縮機2。
此外，如圖8和圖9所示，執行器99A分別改變第一轉子301的滑輪(標為P1)之間的軸向寬度和第二轉子302的滑輪(標為P2)之間的軸向寬度。執行器99B改變第一驅動轉子401的滑輪(標為L1)之間的軸向寬度。執行器99C改變第二驅動轉子402的滑輪(標為L2)之間的軸向寬度。如上所述，由于控制器90改變各自轉子的寬度，所以可以連續改變將發動機1的驅動力分配給壓縮機2的第一比率R1和將發動機1的驅動力分配給發電機3的第二比率R2。
根據本發明上述實施例所述，當發電機3發電量過大時，這種過量的電能儲存在蓄電池4中。或者將這種過量的電能一部分供給商用電線，另一部分儲存在蓄電池4中，或僅供給商用電線而不儲存在蓄電池4中。
在前面的說明中，已經詳細地闡述了本發明的原理、提出的實施例以及運行方式。然而，希望受到保護的本發明不應僅限于上述公開的特定實施例。另外，這里所描述的實施例應該被視為說明性的，而不是限定性的。有可能在本發明的原理范圍內，對本發明做出一些改動或者變更。因此，特別要求基于本發明原理和范圍內所做出的對本發明的改動或變更都應如同權利要求書所規定的那樣屬于本發明范圍。
權利要求
1.一種空氣調節和發電系統，包括產生驅動力的發動機；用于驅動至少具有制冷和加熱兩種能力其中之一的空調的空調驅動裝置；用于發電的發電機；以及設在上述空調驅動裝置和上述發電機之間，用于將來自上述發動機的驅動力以可變的第一比率和第二比率分別分配給上述空調驅動裝置和上述發電機的驅動力分配設備。
2.根據權利要求1所述的空氣調節和發電系統，其特征在于還包含驅動力分配比率控制設備，該驅動力分配比率控制設備在上述第一比率相對較高和相對較低時，分別使上述第二比率變得相對較低和相對較高。
3.根據權利要求1所述的空氣調節和發電系統，其特征在于還包含驅動力分配比率控制設備，該驅動力分配比率控制設備在發動機負載系數限制在一確定范圍內期間，當上述第一比率相對較高和相對較低時，分別使上述第二比率變得相對較低和相對較高。
4.根據權利要求2所述的空氣調節和發電系統，其特征在于上述驅動力分配比率控制設備至少依靠表示儲水槽內積累的熱能的熱能信息、上述空調所需的空氣調節負載信息、以及表示所需發電量的所需電量信息三者其中之一，控制上述第一比率和上述第二比率。
5.根據權利要求3所述的空氣調節和發電系統，其特征在于上述驅動力分配比率控制設備至少依靠表示儲水槽內積累的熱能的熱能信息、上述空調所需的空氣調節負載信息、以及表示所需發電量的所需電量信息三者其中之一，控制上述第一比率和上述第二比率。
6.根據權利要求4所述的空氣調節和發電系統，其特征在于上述驅動力分配比率控制設備執行第一分配控制和第二分配控制，上述第一分配控制在上述空調所需的空氣調節負載相對較小時，使上述第一比率減小而上述第二比率增大；上述第二分配控制在上述空調所需的上述空氣調節負載相對較大時，使上述第一比率增大而上述第二比率減小。
7.根據權利要求5所述的空氣調節和發電系統，其特征在于上述驅動力分配比率控制設備執行第一分配控制和第二分配控制，上述第一分配控制在上述空調所需的空氣調節負載相對較小時，使上述第一比率減小而上述第二比率增大；上述第二分配控制在上述空調所需的上述空氣調節負載相對較大時，使上述第一比率增大而上述第二比率減小。
8.根據權利要求1所述的空氣調節和發電系統，其特征在于還包含發動機控制設備，上述發動機控制設備以超過與至少能夠連接至蓄電池和商用電源兩者其中之一的所需發電量對應的發動機負載系數的發動機負載系數來啟動上述發動機，上述發動機控制設備用于以超過與所需發電量對應的發動機負載系數的發動機負載系數啟動上述發動機；以及電能控制設備，上述電能控制設備用于控制上述發電機所產生的電能中過量的電能，使其儲存在上述蓄電池中，或控制將上述過量的電能供給上述商用電線。
9.根據權利要求1所述的空氣調節和發電系統，其特征在于還包含發動機控制設備，上述發動機控制設備以超過與所需發電量對應的發動機負載系數的發動機負載系數來啟動上述發動機；以及電能控制設備，上述電能控制設備用于控制上述發電機所產生的電能中過量的電能，使其儲存在上述蓄電池中，或控制將上述過量的電能供給上述商用電線，其中，當上述所需發電量小于一閾值時，上述發動機控制設備停止啟動上述發動機，并且在上述發動機處于停止期間，上述電能控制設備能夠將上述蓄電池或商用電線的電能供給耗電單元。
全文摘要
一種空氣調節和發電系統，它包含發動機、用于驅動為了至少制冷或加熱空間而運轉的空調的空調驅動裝置、用于發電的發電機、以及設在上述空調驅動裝置和上述發電機之間、并改變將上述發動機的驅動力分配給上述空調驅動裝置的第一比率和將上述發動機的驅動力分配給上述發電機的第二比率的驅動力分配設備。
文檔編號F02D29/06GK1702402SQ20051007439
公開日2005年11月30日 申請日期2005年5月26日 優先權日2004年5月27日
發明者藪谷元彥 申請人:愛信精機株式會社