JP5342162B2

JP5342162B2 - 発電・空調システム

Info

Publication number: JP5342162B2
Application number: JP2008097373A
Authority: JP
Inventors: 武彦葉山; 和人徳田; 幸三山室; 裕二中井
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: JP2009250488A

Description

本発明は、エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、圧縮機からの冷媒を供給する室外側熱交換器と、室内側熱交換器とを備え、発電機の発電電力と商用電源からの電力を室外側熱交換器の室外ファン、室内側熱交換器の室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成した発電・空調システムに関する。

この種のシステムでは、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電機で発電した電力を用い、エンジンの冷却水ポンプや室外側熱交換器の室外ファンを駆動し、余った電力を室内側熱交換器の室内ファンやその他の電力負荷に供給するようにしている。
ところが、余った発電電力を利用するに際し、商用電源と連系する場合に電力会社側に電力が逆流する系統連系の問題があり、煩雑でかつ高価な保護装置が必要となる不都合があった。

そこで、上述のような不都合を解消するために、従来では、次のようなガスヒートポンプ式空気調和装置が知られている。
室外機と、室内機と、室外機と室内機とを循環する冷媒循環通路によってガスヒートポンプ式空気調和機が構成されている。
室外機が、圧縮機と、圧縮機を駆動するエンジンと、室外側熱交換器とを有し、エンジンに、発電機である同期モータが接続され、エンジンに余力があるときに発電するように構成されている。

同期モータにＰＷＭコンバータが接続され、同期モータで発電した交流電力を直流電力に変換するように構成されている。一方、交流商用電源からの交流電力が変換器を介して直流電力に変換されるように構成されている。ＰＷＭコンバータおよび変換器に負荷インバータを介して補機が接続され、直流電力を交流電力に変換し、同期モータと商用電源とで協同して補機に電力を供給できるように構成されている（特許文献１参照）。
特開２００５−２６５２２０号公報

しかしながら、従来例の場合、同期モータで発電した発電電力を交流電力から直流電力に変換し、更に交流電力に変換してから、室内側熱交換器側などの補機に商用電源と協同して供給できるようにしている。
そのため、使用する補機として、相数や線数など商用電源で使用される電源方式に制約され、補機の選定に制約を受け、システム設計の自由度が低下する不都合があった。また、室内側熱交換器における室内ファンの駆動に交流電動モータを使用せざるを得ないために、電力の使用効率が低下する不都合があった。

また、一般に、オフィスビルやスーパーや店舗ビルなどの大口需要家では、３０分間などの一定時間内の使用電力、いわゆるデマンドに基づいて１年間の基本料金が決定され、このデマンドを小さくするために発電電力を利用している。ところが、従来例の場合、直流電力に変換された発電電力を交流電力に変換して補機に供給するために、その変換によって電力損失を生じ、デマンドを小さくするために利用する発電電力量が減少し、空調負荷を抑えざるを得なくなるといった不都合もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、合理的な改良により、システム設計の自由度を高くできるとともに、電力の使用効率を向上し、更に、デマンドを有効に減少できるようにし、かつ、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を複数台使用する場合に、多くの室内ファンに簡便に対応できるようにすることを目的とする。

本発明は、上述のような目的を達成するために、
エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
室外ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室外側熱交換器と、
室内ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室内側熱交換器とを備え、
前記発電機の発電電力と商用電源からの電力を前記室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成した発電・空調システムにおいて、
前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を複数台設置し、
前記発電機を交流発電機で構成するとともに前記室外ファンおよび前記室内ファンを駆動するモータを直流電力で駆動する直流電動モータで構成し、
前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれに、前記交流発電機で発電した交流電力を直流電力に変換する発電電力用コンバータを設け、
各発電電力用コンバータに接続された直流電力線を互いに接続して合流用直流電力線に合流し、直流電力に変換した前記交流発電機からの発電電力を前記室内ファンに供給可能に構成する。

本発明に係る発電・空調システムの構成によれば、室外ファンおよび室内ファンのいずれをも直流電動モータで構成し、交流発電機で発電した電力を直流電力に変換し、その直流電力をそのまま直流電動モータに供給して室外ファンおよび室内ファンを駆動することができる。
そのうえ、複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の交流発電機で発電した発電電力を合流用直流電力線に合流させて室内ファンに供給する。
したがって、室外ファンおよび室内ファンを直流電力で駆動するから、室外ファンおよび室内ファンとして、相数や線数など商用電源で使用される電源方式に制約されないために、その選定に制約を受けず、システム設計の自由度を向上できる。
また、直流電力に変換した発電電力をそのまま室外ファンおよび室内ファンに供給するから、従来のように交流電力に変換している場合に比べて変換に伴う電力損失を減少でき、電力の使用効率を向上でき、更に、電力損失を減少できるために、デマンドを小さくするために利用する発電電力量を増加でき、全体として、室外ファンおよび室内ファンを直流電力で駆動するという合理的な改良により、システム設計の自由度を高くできるとともに、電力の使用効率を向上し、更に、デマンドを有効に減少できる。
しかも、多くの室内ファンがあっても、合流させた後の合流用直流電力線に接続して配線すれば良く、個別の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の直流電力線に接続していく場合に比べて、どれに接続するかといったことを考慮したりせずに済み、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を複数台使用する場合に、多くの室内ファンに簡便に対応できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る発電・空調システムの実施例を示す概略構成図であり、建物１の屋上に５台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２が設置されている。
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２は、図２の圧縮機の駆動系の正面図に示すように、都市ガスを燃料とするエンジン３の出力軸４の一方に発電クラッチ５を介して交流発電機６を連動連結するとともに、出力軸４の他方に、ベルト式伝動機構７および第１および第２の空調クラッチ８，９を介して小容量の第１の圧縮機１０ならびに大容量の第２の圧縮機１１を連動連結して構成されている。なお、図１では、第２の圧縮機１１を省略している。

エンジン３を設置したエンジンハウジング１２に２個の冷却用の室外ファン１３を備えた室外側熱交換器１４が設けられ、更に、室外ファン１３を駆動する直流電動モータ１５とエンジン冷却用の冷却水ポンプ１６と、交流発電機６で発電した交流電力を直流電力に変換する発電電力用コンバータ１７が設けられている。

建物１内の各所に、室内ファン１８を備えた室内側熱交換器１９が設けられ、室内ファン１８が直流電動モータ２０によって駆動するように構成されている。
第１および第２の圧縮機１０，１１に冷媒回路２１が接続され、その冷媒回路２１に、冷媒流路を切り替える四方弁２２、室外側熱交換器１４、膨張弁２３および室内側熱交換器１９が介装され、冷媒流路を切り替えることにより、冷房または暖房を行うことができるように構成されている。

図３の電気系統を示す概略構成図に示すように、発電電力用コンバータ１７に接続された直流電力線２４に、冷却水ポンプ１６などの直流負荷や、商用電源２５からの交流電力を直流電力に変換する商用電力用コンバータ２６と室外ファン１３の直流電動モータ１５が接続され、商用電力用コンバータ２６に商用電源２５が接続されている。
更に、直流電力線２４に、室内ファン１８の直流電動モータ２０が接続され、発電電力用コンバータ１７で変換された直流電力を室内ファン１８の直流電動モータ２０に供給するように構成されている。

室内ファン１８の直流電動モータ２０に、交流電力を直流電力に変換する室内ファン用コンバータ２７が接続され、室内ファン用コンバータ２７に、分岐交流電力線２８ａを介して分電盤２９が接続されている。分電盤２９に商用電源２５が接続され、分電盤２９に接続された別の分岐交流電力線２８ａに、照明設備などの他の電力負荷３０が接続されている。図中３１は遮断器を示している。

上記構成により、通常時においては、交流発電機６からの発電電力と商用電源２５からの電力とを協同して供給して空調を行うことができながら、交流発電機６を駆動して発電し、得られた発電電力を直流電力に変換し、その直流電力をそのまま直流電動モータ１５，２０に供給して室外ファン１３および室内ファン１８を駆動することができる。一方、商用電源２５からの交流電力も、商用電力用コンバータ２６により直流電力に変換して室外ファン１３に、そして、室内ファン用コンバータ２７により直流電力に変換して室内ファン１８にそれぞれ供給することができる。また、交流電力で駆動する他の電力負荷３０に対しては、商用電源２５からの交流電力を分電盤２９を介して供給することができる。

図４に示すように、５台（複数台）の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２の各直流電力線２４が互いに接続されて合流用直流電力線３２に合流され、交流発電機６からの発電電力を発電電力用コンバータ１７により直流電力に変換した後、その直流電力を合流して室内ファン１８およびその他の電力負荷３０に供給可能に構成されている。

上述実施例のエンジン３としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやガソリンエンジンなど各種のエンジンを用いることができる。
また、上記実施例では、エンジン３に容量が異なる第１および第２の圧縮機１０，１１を連動連結しているが、同一容量のものでも良い。また、連動連結する圧縮機の個数は１個または３個以上でも良い。更に、１個の圧縮機を変速機構を介してエンジン３に連動連結するものでも良い。

本発明に係る発電・空調システムの実施例を示す概略構成図である。圧縮機の駆動系を示す正面図である。電気系統を示す概略構成図である。電気系統を示す概略構成図である。

符号の説明

２…発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置
３…エンジン
６…交流発電機
１０…第１の圧縮機
１１…第２の圧縮機
１３…室外ファン
１４…室外側熱交換器
１５…直流電動モータ（室外ファン１３用）
１７…発電電力用コンバータ
１８…室内ファン
１９…室内側熱交換器
２０…直流電動モータ（室内ファン１８用）
２４…直流電力線
２５…商用電源
２６…商用電力用コンバータ
２７…室内ファン用コンバータ
２９…分電盤
３０…他の電力負荷
３２…合流用直流電力線

Claims

エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
室外ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室外側熱交換器と、
室内ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室内側熱交換器とを備え、
前記発電機の発電電力と商用電源からの電力を前記室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成した発電・空調システムにおいて、
前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を複数台設置し、
前記発電機を交流発電機で構成するとともに前記室外ファンおよび前記室内ファンを駆動するモータを直流電力で駆動する直流電動モータで構成し、
前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置それぞれに、前記交流発電機で発電した交流電力を直流電力に変換する発電電力用コンバータを設け、
各発電電力用コンバータに接続された直流電力線を互いに接続して合流用直流電力線に合流し、直流電力に変換した前記交流発電機からの発電電力を前記室内ファンに供給可能に構成してあることを特徴とする発電・空調システム。