JP2001272133A - Engine heat pump system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンによりコ
ンプレッサが駆動されるエンジンヒートポンプの、エネ
ルギー効率を向上するためのエンジンヒートポンプシス
テムに関する。[0001] The present invention relates to an engine heat pump system for improving energy efficiency of an engine heat pump in which a compressor is driven by an engine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、エンジンによりコンプレッサ
を駆動するエンジンヒートポンプが知られている。ま
た、エンジンに発電機を連結して発電を行い、この電力
を用いてモータを駆動し、エンジンでの駆動に加えて、
該モータによりコンプレッサを駆動する構成とした、所
謂ハイブリッド型のエンジンヒートポンプに構成される
ものがあった。また、エンジンヒートポンプにおいて
は、空調負荷が外気温度等により変化するため、エンジ
ンにてコンプレッサを駆動する場合、負荷の大きさに応
じて、コンプレッサを駆動するエンジンの回転数を増減
させるように制御している。例えば、運転開始時や、室
内機の稼動数が増加した場合や、冷房時における外気温
度が上昇した場合等は負荷が大きいため、エンジンは定
格出力で運転が行われ、定常運転時等の負荷が小さい場
合には、定格出力よりもかなり低い状態でエンジンが運
転されるように制御されていた。2. Description of the Related Art An engine heat pump in which a compressor is driven by an engine has been known. In addition, a generator is connected to the engine to generate power, and the electric power is used to drive the motor. In addition to driving the engine,
There has been a so-called hybrid-type engine heat pump in which a compressor is driven by the motor. Also, in an engine heat pump, since the air conditioning load changes depending on the outside air temperature and the like, when the compressor is driven by the engine, control is performed so as to increase or decrease the rotation speed of the engine that drives the compressor according to the magnitude of the load. ing. For example, at the start of operation, when the number of operating indoor units increases, or when the outside air temperature increases during cooling, the engine is operated at the rated output because the load is large. Is smaller than the rated output, the engine was controlled to operate at a state considerably lower than the rated output.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】エンジンが定格出力で
運転されている場合は、該エンジンは高効率で運転さ
れ、定格出力よりも低い低負荷状態でエンジンが運転さ
れている場合は、エンジンの運転効率は低下するが、前
述の如く、エンジンが定格出力で運転される運転開始時
等の高負荷状態は極短時間であるため、エンジンヒート
ポンプの稼動時間の殆どにおいて、定格運転に比べれば
効率が低下した状態でエンジンが運転されていることと
なっている。そこで、本発明においては、エンジンの高
効率状態での運転を維持し、エネルギー効率の向上を図
るエンジンヒートポンプシステムを提供するものであ
る。When the engine is operated at the rated output, the engine is operated at a high efficiency. When the engine is operated at a low load state lower than the rated output, the engine is operated. Although the operating efficiency is reduced, as described above, the high load state such as the start of operation when the engine is operated at the rated output is extremely short, so the efficiency of the engine heat pump is almost the same as the rated operation for most of the operating time. It is assumed that the engine is operated in a state in which the engine pressure has decreased. Therefore, the present invention provides an engine heat pump system that maintains the operation of the engine in a high efficiency state and improves energy efficiency.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の解決しようとす
る課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するため
の手段を説明する。即ち、請求項1においては、エンジ
ンによりコンプレッサが駆動されるエンジンヒートポン
プにおいて、エンジンにより駆動される発電装置を設
け、該発電装置によりポンプ装置を駆動して、エンジン
出力を水の位置エネルギーに変換可能とした。The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described. That is, in the first aspect, in the engine heat pump in which the compressor is driven by the engine, a power generation device driven by the engine is provided, and the pump device is driven by the power generation device to convert the engine output into potential energy of water. And
【0005】また、請求項2においては、前記ポンプ装
置により、ビルの屋上等の高位置に配置される貯水タン
クへ水を汲み上げ貯水することで、位置エネルギーを蓄
える。According to a second aspect of the present invention, potential energy is stored by pumping and storing water in a water storage tank arranged at a high position such as a rooftop of a building by the pump device.
【0006】また、請求項3においては、前記貯水タン
クの貯水を用いて発電を行い、この電力をエンジンヒー
トポンプに供給する。According to a third aspect of the present invention, electric power is generated by using the water stored in the water storage tank, and the electric power is supplied to an engine heat pump.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を説明
する。図1は本発明のエンジンヒートポンプシステムを
構成するエンジンヒートポンプの冷媒回路を示す図、図
2はエンジンの余剰出力を水を汲み上げるポンプの駆動
に用いた例を示す図である。Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a refrigerant circuit of an engine heat pump constituting an engine heat pump system of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example in which a surplus output of an engine is used for driving a pump for pumping water.
【0008】本発明のエンジンヒートポンプシステムを
構成するエンジンヒートポンプの構成について説明す
る。図1に示すエンジンヒートポンプシステムの冷房サ
イクルについて説明すると、コンプレッサ4により圧縮
された冷媒は、高温高圧過飽和蒸気の冷媒として、四方
弁14を経由して室外熱交換器5に圧送される。冷媒
は、室外熱交換器5の冷却フィンを通過する間に冷却フ
ァン5fにより冷却されて、高温高圧過熱状態から高圧
液相冷媒に変換される。The configuration of the engine heat pump constituting the engine heat pump system of the present invention will be described. Explaining the cooling cycle of the engine heat pump system shown in FIG. 1, the refrigerant compressed by the compressor 4 is pumped to the outdoor heat exchanger 5 via the four-way valve 14 as a high-temperature high-pressure supersaturated vapor refrigerant. The refrigerant is cooled by the cooling fan 5f while passing through the cooling fins of the outdoor heat exchanger 5, and is converted from a high-temperature high-pressure superheated state to a high-pressure liquid-phase refrigerant.
【0009】室外熱交換器5にて高圧液相冷媒に変換さ
れた冷媒は、レシーバ6にて気液分離されるとともに、
過冷却器(図示せず)により冷却される。そして、室外
機10から室内機9に送出された冷媒は、冷房用膨張弁
13にて蒸発し易い圧力まで減圧された後、室内熱交換
器7にて室内空気から熱を吸収して蒸発することにより
室内空気を冷却し、クーラーファン7fにより室内に送
風して冷房効果をもたらすようにしている。その後、室
内熱交換器7にて気化した冷媒が、四方弁14を経由し
て戻り回路を通過し、アキュムレータ8を介してコンプ
レッサ4に戻り、上述のサイクルを繰り返す。The refrigerant converted to the high-pressure liquid-phase refrigerant in the outdoor heat exchanger 5 is separated into gas and liquid by the receiver 6 and
It is cooled by a supercooler (not shown). Then, the refrigerant sent from the outdoor unit 10 to the indoor unit 9 is reduced to a pressure at which the refrigerant is easily evaporated by the cooling expansion valve 13, and then the indoor heat exchanger 7 absorbs heat from the indoor air and evaporates. Thus, the indoor air is cooled, and the air is blown into the room by the cooler fan 7f to provide a cooling effect. Thereafter, the refrigerant vaporized in the indoor heat exchanger 7 passes through the return circuit via the four-way valve 14, returns to the compressor 4 via the accumulator 8, and repeats the above-described cycle.
【0010】次に、暖房サイクルについて説明する。コ
ンプレッサ4により圧縮された冷媒は、高温高圧過熱蒸
気の状態として、暖房方向に切り換えられた四方弁14
を経由して室内熱交換機7へ送出される。室内熱交換機
7においては、高温高圧過熱蒸気状態の冷媒から室内空
気に熱が放出されて、該冷媒は高圧液体状態となる。こ
の熱放出により室内の暖房が行われる。Next, the heating cycle will be described. The refrigerant compressed by the compressor 4 is converted into a state of high-temperature and high-pressure superheated steam by the four-way valve 14 switched to the heating direction.
To the indoor heat exchanger 7 via In the indoor heat exchanger 7, heat is released from the refrigerant in the high-temperature and high-pressure superheated vapor state to the indoor air, and the refrigerant becomes a high-pressure liquid state. This heat release heats the room.
【0011】高圧液体状態の冷媒は、レシーバ6を経由
した後、暖房用膨張弁12にて急激に膨張して、低温低
圧蒸気状態の冷媒となり、室外熱交換器5を通過する間
に、外気より熱を得て加熱状態の蒸気となる。そして、
加熱状態の蒸気は、四方弁14を経由してアキュムレー
タ8に戻り、完全な気相となってコンプレッサ4に案内
され、上述のサイクルを繰り返す。After passing through the receiver 6, the refrigerant in the high-pressure liquid state rapidly expands in the heating expansion valve 12, becomes a low-temperature low-pressure vapor state refrigerant, and passes through the outdoor heat exchanger 5 while passing through the outdoor heat exchanger 5. More heat is obtained to produce a heated steam. And
The steam in the heated state returns to the accumulator 8 via the four-way valve 14, and is guided to the compressor 4 as a complete gas phase, and the above-described cycle is repeated.
【0012】ここで、コンプレッサ4は、図1に示すよ
うに、エンジン1又はモータ3により駆動されるハイブ
リッド型の構成としている。エンジン1には該エンジン
1により駆動される発電装置2が連結され、該発電装置
2により発電された電力をバッテリ11に蓄電可能と
し、該バッテリ11からモータ3へ電力供給するように
している。Here, as shown in FIG. 1, the compressor 4 is of a hybrid type driven by the engine 1 or the motor 3. A power generator 2 driven by the engine 1 is connected to the engine 1, and the power generated by the power generator 2 can be stored in a battery 11, and power is supplied from the battery 11 to the motor 3.
【0013】また、室外器10には、エンジン1、発電
装置2、モータ3、バッテリ11、室外熱交換器5、冷
却ファン5f、レシーバ6等が収容され、室内器9には
室内熱交換器7、クーラーファン7f等が収容されてい
る。The outdoor unit 10 accommodates the engine 1, the power generator 2, the motor 3, the battery 11, the outdoor heat exchanger 5, the cooling fan 5f, the receiver 6, and the like. 7, a cooler fan 7f and the like are accommodated.
【0014】そして、前記発電装置2により発電された
電力は、前記冷却ファン5f・7f駆動用のファンモー
タ5M・7Mや、暖房・冷房用電子膨張弁12・13、
及びエンジン1始動用のスタータモータ等、室外機10
及び室内機9内の各電気部品に対して供給可能とされて
いる。通常、これらの電気部品はエンジン始動前の初期
状態においては商用電源から電力供給を受ける構成と
し、エンジン1の始動後は、発電装置2から電力供給を
受ける構成としている。また、発電装置2に接続された
バッテリ11に発電した電力を蓄積しておくことで、商
用電源からの電力供給を極力不要とすることが可能であ
る。The electric power generated by the power generation device 2 is supplied to the fan motors 5M and 7M for driving the cooling fans 5f and 7f, the electronic expansion valves 12 and 13 for heating and cooling,
And an outdoor unit 10 such as a starter motor for starting the engine 1.
And, it can be supplied to each electric component in the indoor unit 9. Normally, these electric components are configured to receive power supply from a commercial power supply in an initial state before the engine is started, and are configured to receive power supply from the power generation device 2 after the engine 1 is started. Further, by storing the generated power in the battery 11 connected to the power generation device 2, it is possible to minimize the need to supply power from a commercial power supply.
【0015】次に、エンジンヒートポンプシステムの構
成について説明する。図2に示すように、室外機10に
収容されている前記バッテリ11にはモータ/発電機2
1が接続され、該モータ/発電機21には、モータ/発
電機21により駆動されるポンプ装置Pが接続されてい
る。Next, the configuration of the engine heat pump system will be described. As shown in FIG. 2, the battery 11 accommodated in the outdoor unit 10 includes a motor / generator 2.
1 is connected, and a pump device P driven by the motor / generator 21 is connected to the motor / generator 21.
【0016】モータ/発電機21は、バッテリ11から
の電力により駆動される際にはモータとしてポンプ装置
Pを駆動し、また、ポンプ装置Pにより駆動されて発電
機として稼動することを可能としている。ポンプ装置P
は、ビルの屋上等の高位置に配置される貯水タンク25
へ、低位置から水を汲み上げて貯水するものである。
尚、室外機10及びポンプ装置Pは、地上や地下等の低
位置に配置されている。When driven by electric power from the battery 11, the motor / generator 21 drives the pump device P as a motor, and is driven by the pump device P to operate as a generator. . Pump device P
Is a water storage tank 25 disposed at a high position such as the roof of a building.
The water is pumped up from a low position and stored.
Note that the outdoor unit 10 and the pump device P are arranged at low positions such as above the ground and underground.
【0017】また、本エンジンヒートポンプシステムに
おいては、エンジン1は常に定格出力にて運転されてお
り、運転開始時等の高負荷状態での運転時には、エンジ
ンの出力は主にコンプレッサ4を駆動するために消費さ
れる。逆に、定常運転時等の低負荷状態での運転時に
は、定格出力で運転されるエンジン1の出力がコンプレ
ッサ4の駆動だけでは全部消費されずに余るため、該エ
ンジン1に生じる余剰出力により発電装置2を駆動して
発電を行い、この電力をバッテリ11に充電するように
している。そして、バッテリ11に充電された電力を用
いてモータ/発電機21を駆動し、ポンプ装置Pにより
水を汲み上げて貯水タンク25に貯水するのである。Further, in the present engine heat pump system, the engine 1 is always operated at the rated output, and the engine output mainly drives the compressor 4 when operating under a high load state such as at the start of operation. To be consumed. Conversely, when the engine 1 is operated under a low load state such as a steady operation, the output of the engine 1 operated at the rated output is not completely consumed by driving the compressor 4 alone, and the surplus output generated in the engine 1 generates power. The device 2 is driven to generate electric power, and the electric power is charged in the battery 11. Then, the motor / generator 21 is driven by using the electric power charged in the battery 11, and the water is pumped up by the pump device P and stored in the water storage tank 25.
【0018】このように、エンジン1の余剰出力を用い
て発電装置2により発電を行い、ポンプ装置Pにて高位
置に水を汲み上げ貯水することで、エンジン1の余剰出
力を水の位置エネルギーに変換して保存しておくことが
可能となる。これにより、エンジン1を高効率な状態で
の定常運転を常に行いつつ、該エンジン1からの余剰出
力を有効利用することができ、エネルギー効率のよいエ
ンジンヒートポンプシステムに構成することができる。As described above, the surplus output of the engine 1 is generated by the power generator 2 using the surplus output of the engine 1, and the pump device P pumps water to a high position and stores the water. It can be converted and saved. Accordingly, the surplus output from the engine 1 can be effectively used while the engine 1 is constantly operated in a highly efficient state, and an engine heat pump system with high energy efficiency can be configured.
【0019】また、前記貯水タンク25に貯水すること
で、ビル等の給水システムにおける、水を汲み上げるた
めの電力が必要なくなり、エンジンヒートポンプシステ
ムと給水システムとを融合させて、ビル等全体の消費エ
ネルギーを減少させることができる。尚、本例において
は、エンジン1からの出力により発電装置2を駆動して
発電した電力を一旦バッテリ11に充電し、該バッテリ
11からポンプ装置Pへ電力を供給するように構成して
いるが、発電装置2にて発電した電力を直接ポンプ装置
Pへ供給するように構成することもできる。Further, by storing water in the water storage tank 25, power for pumping water in a water supply system of a building or the like is not required, and an engine heat pump system and a water supply system are integrated to reduce energy consumption of the whole building or the like. Can be reduced. In the present embodiment, the power generated by driving the power generator 2 by the output from the engine 1 is temporarily charged in the battery 11, and the power is supplied from the battery 11 to the pump device P. Alternatively, the power generated by the power generation device 2 may be directly supplied to the pump device P.
【0020】また、高位置に配置される貯水タンク25
に貯えられている水を低位置に配置されるポンプ装置P
側へ落下させ、該ポンプ装置Pによりモータ/発電機2
1を発電器として駆動させて発電を行い、この電力をバ
ッテリ11に充電することもできる。即ち、貯水タンク
25に蓄えられている水の位置エネルギーを電力に変換
して、エンジンヒートポンプへ供給するのである。The water storage tank 25 arranged at a high position
Pump device P that arranges water stored in a low position
To the motor / generator 2 by the pump device P.
The battery 11 can also be charged by driving the battery 1 as a power generator to generate power. That is, the potential energy of the water stored in the water storage tank 25 is converted into electric power and supplied to the engine heat pump.
【0021】このように、エンジン1の出力を用いて発
電した電力を水の位置エネルギーに変換可能とするとと
もに、貯水タンク25に貯えられる水の位置エネルギー
を電力に変換してエンジンヒートポンプに供給可能とす
ることで、エンジンヒートポンプシステムの中で電力エ
ネルギーと水の位置エネルギーとを相互に変換すること
が可能となり、エンジン1の出力エネルギーの余剰分
を、電力エネルギーや水の位置エネルギーに適宜変換し
て貯留することができ、ビル等のエネルギー効率を全体
的に向上させることができる。As described above, the electric power generated by using the output of the engine 1 can be converted into the potential energy of water, and the potential energy of the water stored in the water storage tank 25 can be converted into electric power and supplied to the engine heat pump. By doing so, it becomes possible to mutually convert the electric energy and the potential energy of water in the engine heat pump system, and appropriately convert the surplus of the output energy of the engine 1 into electric energy and potential energy of water. And energy efficiency of buildings and the like can be improved as a whole.
【0022】[0022]
【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。即ち、請求項1記載の如
く、エンジンによりコンプレッサが駆動されるエンジン
ヒートポンプにおいて、エンジンにより駆動される発電
装置を設け、該発電装置によりポンプ装置を駆動して、
エンジン出力を水の位置エネルギーに変換可能としたの
で、エンジンの余剰出力を水の位置エネルギーに変換し
て保存しておくことが可能となる。これにより、エンジ
ンを高効率な状態での定常運転を常に行いつつ、該エン
ジンからの余剰出力を有効利用することができ、エネル
ギー効率のよいエンジンヒートポンプシステムに構成す
ることができる。As described above, the present invention has the following advantages. That is, in an engine heat pump in which a compressor is driven by an engine, a power generating device driven by the engine is provided, and the pump device is driven by the power generating device.
Since the engine output can be converted into the potential energy of water, the surplus output of the engine can be converted into the potential energy of water and stored. Accordingly, the surplus output from the engine can be effectively used while the engine is constantly operated in a highly efficient state, and an engine heat pump system with high energy efficiency can be configured.
【0023】さらに、請求項2記載の如く、前記ポンプ
装置により、ビルの屋上等の高位置に配置される貯水タ
ンクへ水を汲み上げ貯水することで、位置エネルギーを
蓄えるので、ビル等の給水システムにおける、水を汲み
上げるための電力が必要なくなり、エンジンヒートポン
プシステムと給水システムとを融合させて、ビル等全体
の消費エネルギーを減少させることができる。Further, as described in claim 2, water is pumped and stored in a water storage tank arranged at a high position such as a rooftop of the building by the pump device, thereby storing potential energy, so that a water supply system for a building or the like is provided. In this case, electric power for pumping water is not required, and the engine heat pump system and the water supply system can be integrated to reduce the energy consumption of the entire building or the like.
【0024】さらに、請求項3記載の如く、前記貯水タ
ンクの貯水を用いて発電を行い、この電力をエンジンヒ
ートポンプに供給するので、エンジンヒートポンプシス
テムの中で電力エネルギーと水の位置エネルギーとを相
互に変換することが可能となり、エンジンの出力エネル
ギーの余剰分を、電力エネルギーや水の位置エネルギー
に適宜変換して貯留することができ、ビル等のエネルギ
ー効率を全体的に向上させることができる。Further, the electric power is generated by using the water stored in the water storage tank and this electric power is supplied to the engine heat pump, so that the electric energy and the potential energy of the water are mutually exchanged in the engine heat pump system. It is possible to convert the surplus of the output energy of the engine into electric energy or potential energy of water as appropriate and store it, thereby improving the energy efficiency of a building or the like as a whole.
【図1】本発明のエンジンヒートポンプシステムを構成
するエンジンヒートポンプの冷媒回路を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a refrigerant circuit of an engine heat pump constituting an engine heat pump system of the present invention.
【図2】エンジンの余剰出力を水を汲み上げるポンプの
駆動に用いた例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example in which a surplus output of an engine is used to drive a pump for pumping water.
1 エンジン 2 発電装置 3 モータ 4 コンプレッサ 10 室外機 11 バッテリー 21 モータ/発電機 25 貯水タンク P ポンプ装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Power generator 3 Motor 4 Compressor 10 Outdoor unit 11 Battery 21 Motor / generator 25 Water storage tank P Pump device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F04D 13/02 F04D 13/02 Z 13/06 13/06 Z ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F04D 13/02 F04D 13/02 Z 13/06 13/06 Z
Claims (3)
るエンジンヒートポンプにおいて、エンジンにより駆動
される発電装置を設け、該発電装置によりポンプ装置を
駆動して、エンジン出力を水の位置エネルギーに変換可
能としたことを特徴とするエンジンヒートポンプシステ
ム。In an engine heat pump in which a compressor is driven by an engine, a power generator driven by the engine is provided, and the pump device is driven by the power generator to convert the engine output into potential energy of water. An engine heat pump system characterized by the following.
高位置に配置される貯水タンクへ水を汲み上げ貯水する
ことで、位置エネルギーを蓄えることを特徴とする請求
項1に記載のエンジンヒートポンプシステム。2. The engine heat pump system according to claim 1, wherein the pump device stores the potential energy by pumping and storing water in a water storage tank disposed at a high position such as a rooftop of a building. .
い、この電力をエンジンヒートポンプに供給することを
特徴とする請求項2に記載のエンジンヒートポンプシス
テム。3. The engine heat pump system according to claim 2, wherein electric power is generated using the water stored in the water storage tank, and the electric power is supplied to the engine heat pump.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102477931A (en) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 中国科学院工程热物理研究所 | Minitype water pumping energy storage system |
-
2000
- 2000-03-29 JP JP2000090539A patent/JP2001272133A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN102477931A (en) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 中国科学院工程热物理研究所 | Minitype water pumping energy storage system |
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