JP2001324240A - マルチエネルギーシステム - Google Patents

マルチエネルギーシステム

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JP2001324240A
JP2001324240A JP2000146645A JP2000146645A JP2001324240A JP 2001324240 A JP2001324240 A JP 2001324240A JP 2000146645 A JP2000146645 A JP 2000146645A JP 2000146645 A JP2000146645 A JP 2000146645A JP 2001324240 A JP2001324240 A JP 2001324240A
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power
hot water
gas engine
converter
gas
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JP2000146645A
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Masaki Takamatsu
正樹 高松
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2327/001Refrigeration system using an engine for driving a compressor of the internal combustion type
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力需要の季節間格差を緩和すること。 【解決手段】室外機11に装備された圧縮機16がガス
エンジン25により駆動されるガスヒートポンプ式空気
調和装置10と、ガスエンジンにより駆動されて交流電
力を出力する発電機31を備えた発電装置30とを有す
るマルチエネルギーシステム9であって、上記発電装置
は、更に、発電機から出力された交流電力を直流電力に
変換するAC/DC変換器32と、このAC/DC変換
器にて変換された直流電力を規定周波数の交流電力に変
換して電気機器に供給するDC/AC変換器33と、を
有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスエンジンを用
いて空気調和及び発電を実施可能とし、更には給湯をも
実施可能とするマルチエネルギーシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】電力の需要は夏季にピークがあるが、発
電所の稼働率が低いため、日本全体での一次エネルギー
の利用効率は低い状態にある。夏季のピークカットを目
的として、ガスエンジンにより圧縮機を駆動するガスヒ
ートポンプ式空気調和装置が普及している。
【0003】図2に示すように、ガスヒートポンプ式空
気調和装置101は、ガスエンジン102により圧縮機
103が駆動され、この圧縮機103に冷媒配管104
を介して四方弁105、室外熱交換器106、室外膨張
弁107、室内膨張弁108、室内熱交換器109、ア
キュムレータ110が順次接続されて構成される。
【0004】ガスヒートポンプ式空気調和装置101
は、四方弁105の冷房側への切り換えにより室外熱交
換器106が凝縮器として、室内熱交換器109が蒸発
器としてそれぞれ機能して冷房運転を実施し、また、四
方弁105の暖房側への切り換えにより室外熱交換器1
06が蒸発器として、室内熱交換器109が凝縮器とし
てそれぞれ機能して暖房運転を実施する。
【0005】一方、ガスエンジン102は、燃料供給系
111から供給された燃料ガスによって稼働される。ま
た、このガスエンジン102の廃熱は、排ガス熱交換器
112を経てエンジン冷却水と熱交換され、このエンジ
ン冷却水は冷却水ポンプ113により循環されて、放熱
器114により放熱される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなガスヒートポンプ式空気調和装置101では、電
動モータを利用して圧縮機を駆動させるエレクトリック
ヒートポンプ式空気調和装置の設置台数が増加している
ため、夏季のピークカットが実現できず、電力需要の季
節間格差は依然として大きい。
【0007】また、上記ガスヒートポンプ式空気調和装
置101では、冷房運転時の廃熱は通常捨てられている
ため、エネルギーの利用効率が低くなっている。
【0008】このエネルギーの効率的利用という観点か
ら、エンジンを稼働させて発電機を駆動させ発電を実施
すると同時に、エンジンの廃熱を回収して温水を作り給
湯を実施するコ・ジェネレーションシステムが存在す
る。
【0009】しかし、このコ・ジェネレーションシステ
ムでは、発電負荷が高く給湯負荷が低い場合、つまりこ
れらの負荷のバランスが悪い場合には、エンジンの廃熱
を十分に回収できないので、エネルギーの利用効率が低
くなってしまう。
【0010】また、上記コ・ジェネレーションシステム
において、エンジンの稼働により発電を連続的に実施
し、給湯を適宜実施する場合には、このコ・ジェネレー
ションシステムにより年間を通じて必要な電力需要の一
部が賄われてしまうため、電力需要の季節間格差の緩和
を図ることができない。
【0011】本発明の目的は、上述の事情を考慮してな
されたものであり、電力需要の季節間格差を緩和するこ
とができるマルチエネルギーシステムを提供することに
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、室外機に装備された圧縮機がガスエンジンにより駆
動されるガスヒートポンプ式空気調和装置と、上記ガス
エンジンにより駆動されて交流電力を出力する発電機を
備えた発電装置と、を有するマルチエネルギーシステム
であって、上記発電装置は、更に、上記発電機から出力
された交流電力を直流電力に変換する第一変換器と、こ
の第一変換器にて変換された直流電力を規定周波数の交
流電力に変換して電気機器に供給する第二変換器と、を
有することを特徴とするものである。
【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、上記ガスエンジンには、このガスエン
ジンの廃熱を回収して温水をつくる給湯装置が配設され
たことを特徴とするものである。
【0014】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の発明において、上記発電装置は、ガスヒート
ポンプ式空気調和装置の冷房または暖房運転時と給湯装
置の給湯運転時に、交流電力を出力するよう構成された
ことを特徴とするものである。
【0015】請求項4に記載の発明は、請求項2または
3に記載の発明において、上記給湯装置には、ガスエン
ジンの廃熱を温水として蓄熱する温水タンクが設置され
たことを特徴とするものである。
【0016】請求項1に記載の発明には、次の作用があ
る。
【0017】ガスエンジンによりガスヒートポンプ式空
気調和装置を稼動させて空気調和を実施し、同一のガス
エンジンにより発電装置の発電機を駆動させ、第一およ
び第二変換器により規定周波数の交流電力を出力するこ
とから、発電装置から出力された交流電力により電気機
器、例えば電動機により駆動される圧縮機を備えた空気
調和装置を稼動させることができる。この結果、特に夏
季の電力需要のピークカットを実現できるので、電力需
要の季節間格差を緩和することができる。
【0018】また、ガスヒートポンプ式空気調和装置の
空調負荷の変化によってガスエンジンの回転数が変動
し、従って、このガスエンジンにより駆動される発電機
からの出力電力も変動する。しかし、この発電機から出
力された交流電力を第一変換器にて一旦直流電力に変換
した後、第二変換器にて規定周波数の交流電力に変換す
ることから、発電装置にて発生した交流電力は、商用電
源と系統連係させることができ、通常の電気機器を稼動
させることができる。
【0019】請求項2に記載の発明には、次の作用があ
る。
【0020】ガスエンジンの稼動時に、その廃熱を利用
して給湯装置を運転させ温水をつくることから、エネル
ギーの効率的利用を実現できる。
【0021】請求項3に記載の発明には、次の作用があ
る。
【0022】一台のガスエンジンの稼動により、ガスヒ
ートポンプ式空気調和装置を用いて空気調和を実施し、
また発電装置を用いて電気機器を稼動させ、更に給湯装
置を用いて温水をつくることから、エネルギーの効率的
利用を良好に実現できる。
【0023】請求項4に記載の発明には、次の作用があ
る。
【0024】給湯装置に、ガスエンジンの廃熱を温水と
して蓄熱する温水タンクが設置されたことから、給湯装
置にてつくられた温水を必要なときに利用することがで
きる。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づき説明する。
【0026】図1は、本発明に係るマルチエネルギーシ
ステムの一実施の形態を示す系統図である。
【0027】この図1に示すマルチエネルギーシステム
9は、図1に装備された圧縮機16がガスエンジン25
により駆動されるガスヒートポンプ式空気調和装置10
と、上記ガスエンジン25の駆動力により交流電力を出
力する発電装置30と、上記ガスエンジン25の廃熱を
回収して温水を作る給湯装置40とを有して構成され
る。
【0028】上記ガスヒートポンプ式空気調和装置10
は、室外機11及び複数台(例えば3台)の室内機12
A、12B、12Cを有してなり、室外機11の室外冷
媒配管14と室内機12A、12B、12Cの室内冷媒
配管15A、15B、15Cとが連結されている。
【0029】室外機11は室外に設置される。この室外
機11は、室外冷媒配管14に圧縮機16が配設され、
この圧縮機16の吸込側にアキュムレータ17が吐出側
に四方弁18がそれぞれ配設され、この四方弁18側に
室外熱交換器19及び室外膨張弁13がそれぞれ配設さ
れて構成される。室外熱交換器19には、この室外熱交
換器19へ向かって送風する室外ファン20が隣接して
配置されている。また、圧縮機16は、フレキシブルカ
ップリング24を介してガスエンジン25に連結され、
このガスエンジン25により駆動される。
【0030】一方、室内機12A、12B、12Cは室
内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管15A、15
B、15Cに室内熱交換器21A、21B、21Cが配
設されるとともに、室内冷媒配管15A、15B、15
Cのそれぞれにおいて室内熱交換器21A、21B、2
1Cの近傍に室内膨張弁22A、22B、22Cが配設
されて構成される。上記室内熱交換器21A、21B、
21Cには、これらの室内熱交換器21A、21B、2
1Cへ送風する室内ファン23A、23B、23Cがそ
れぞれ隣接して配置されている。
【0031】四方弁18が切り換えられることにより、
ガスヒートポンプ式空気調和装置10が冷房運転または
暖房運転に設定される。つまり、四方弁18が冷房側に
切り換えられたときには、冷媒は実線矢印の如く流れて
室内膨張弁23A、23B、23Cで減圧され、室外熱
交換器19が凝縮器に、室内熱交換器21A、21B、
21Cが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱
交換器21A、21B、21Cが室内を冷房する。ま
た、四方弁18が暖房側に切り換えられたときには、冷
媒は破線矢印の如く流れて、室外膨張弁13及び室内膨
張弁23A、23B、23Cで減圧され、室内熱交換器
21A、21B、21Cが凝縮器に、室外熱交換器19
が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器
21A、21B、21Cが室内を暖房する。
【0032】前記ガスエンジン25には燃料供給管35
が接続され、この燃料供給管35に燃料遮断弁36、ゼ
ロガバナ37及び燃料調整弁38が順次接続されてい
る。
【0033】燃料遮断弁36が全閉または全開して、燃
料ガスの漏れのない遮断と流通が択一に実施される。ま
た、ゼロガバナ37は、燃料供給管35内のうち、燃料
遮断弁36側が圧力変動しても、燃料調整弁38側が一
定圧力となるよう調整して、ガスエンジン25内での燃
焼を安定化させる。更に、燃料調整弁38は、燃料ガス
と空気とが混合されて生成される混合気の空燃比を最適
に調整する。
【0034】前記給湯装置40は、ガスエンジン25か
ら排出される排ガス中の廃熱とエンジン冷却水とを熱交
換する排ガス熱交換器41と、エンジン冷却水を循環さ
せる冷却水ポンプ42と、エンジン冷却水と熱媒体(例
えば水またはブライン等)とを熱交換する中間熱交換器
43と、熱媒体と利用水とを熱交換して利用水を温水と
し、この温水を貯溜する温水タンク44と、エンジン冷
却水の熱を放熱する放熱器45と、第1ワックス三方弁
46及び第2ワックス三方弁47と、熱媒体ポンプ48
とを有して構成される。
【0035】冷却水ポンプ42は、ガスエンジン25の
稼働中に常時運転される。ガスエンジン25の起動時に
はエンジン冷却水の温度が低く(例えば約70℃以
下)、エンジン冷却水は、冷却水ポンプ42、排ガス熱
交換器41、ガスエンジン25及び第1ワックス三方弁
46を順次経て冷却水ポンプ42へ戻る経路を循環し
て、ガスエンジン25を暖気する。
【0036】ガスエンジン25の廃熱を回収して、エン
ジン冷却水の温度が例えば約70℃以上(且つ例えば約
80℃以下)になると、エンジン冷却水は、冷却水ポン
プ42、排ガス熱交換器41、ガスエンジン25、第1
ワックス三方弁46、中間熱交換器43及び第2ワック
ス三方弁47を順次経て冷却水ポンプ42に戻る経路を
循環して、ガスエンジン25を冷却する。このようにエ
ンジン冷却水が例えば約70℃以上になると、熱媒体ポ
ンプ48が運転して熱媒体を循環させ、中間熱交換器4
3を介してこの熱媒体を加熱する。これにより、温水タ
ンク44を介して利用水が加熱され、この利用水を温水
として温水タンク44内に貯溜可能とする。これによ
り、利用水が温水となって、温水タンク44内にガスエ
ンジン25の廃熱が蓄熱される。
【0037】エンジン冷却水の温度が例えば約80℃以
上になると、エンジン冷却水は、冷却水ポンプ42、排
ガス熱交換器41、ガスエンジン25、第1ワックス三
方弁46、中間熱交換器43、第2ワックス三方弁47
及び放熱器45を順次経て冷却水ポンプ42に戻り、ガ
スエンジン25を冷却し、且つ温水タンク44内で温水
を作るとともに、放熱器45においてエンジン冷却水の
余剰の熱を放熱する。
【0038】この給湯装置40には、後に詳説するが、
温水タンク44内に貯留された温水の温度を検出する温
度センサ49が温水タンク44に設置される。更に、温
水タンク44から温水を外部へ供給する供給ライン50
に、この供給ライン50を流れる温水を加熱する加熱手
段(例えばボイラまたは瞬間湯沸かし器)が配設されて
いる。尚、符号51は、温水タンク44内へ利用水を引
き込む引込ライン51である。
【0039】前述の発電装置30は、発電機31、第一
変換器としてのAC/DC変換器32及び第二変換器と
してのDC/AC変換器33を有して構成され、ガスエ
ンジン25の稼働中にその軸出力の一部を電気エネルギ
ーに変換し、交流電力を出力する。
【0040】発電機31は、ガスエンジン25の回転軸
に回転一体に連結されて、交流電力を発生する。AC/
DC変換器32は、発電機31にて発生した交流電力を
一旦直流電力に変換する。DC/AC変換器33は、A
C/DC変換器32により変換された直流電力を規定周
波数(例えば50HZまたは60HZ)の交流電力に変換
して、図示しない電気機器へ出力可能とする。
【0041】AC/DC変換器32及びDC/AC変換
器33を配置した理由は次の通りである。つまり、ガス
エンジン25の回転数はガスヒートポンプ式空気調和装
置10の空調負荷の変化によって変動するので、発電機
31から出力される交流電力も変動する。しかし、この
発電機31からの交流電力をAC/DC変換器32によ
って一旦直流電力に変換することで、その後、この直流
電力をAC/DC変換器32により規定周波数の交流電
流に変換できるのである。これにより、発電装置30か
ら出力される交流電力は、商用電源と系統連係可能とな
る。
【0042】また、上記発電装置30は、ガスヒートポ
ンプ式空気調和装置10の冷房もしくは暖房運転時、ま
たは給湯装置40の給湯運転時に発電可能に構成され
る。
【0043】すなわち、ガスヒートポンプ式空気調和装
置10の冷房運転時には、フレキシブルカップリング2
4が結合状態とされ、ガスエンジン25が稼働され、四
方弁18が冷房側に切り換えられて、ガスヒートポンプ
式空気調和装置10が冷房運転を実施する。と同時に、
発電装置30の発電機31が作動して、AC/DC変換
器32及びDC/AC変換器33を介し、発電装置30
が規定周波数の交流電力を出力する。
【0044】しかも、このガスヒートポンプ式空気調和
装置10の冷房運転時に、給湯装置40におけるエンジ
ン冷却水の温度が例えば70℃以上になると、熱媒体ポ
ンプ48が作動して、中間熱交換器43及び熱媒体を介
して温水タンク44内の利用水が加熱され、温水がつく
られる。
【0045】一方、ガスヒートポンプ式空気調和装置1
0の暖房運転時には、同様にフレキシブルカップリング
24が結合状態とされ、ガスエンジン25が稼働され、
四方弁18が暖房側に切り換えられて、ガスヒートポン
プ式空気調和装置10が暖房運転を実施する。この時に
も、発電装置30の発電機31が作動して、AC/DC
変換器32及びDC/AC変換器33を介し、発電装置
30が規定周波数の交流電力を出力する。しかも、この
ガスヒートポンプ式空気調和装置10の暖房運転時に
も、冷房運転時と同様に、温水タンク44内に温水がつ
くられる。
【0046】他方、給湯装置40の給湯運転は、ガスヒ
ートポンプ式空気調和装置10の冷房または暖房運転時
以外になされるものであることから、フレキシブルカッ
プリング24が遮断状態とされる。この給湯運転時で
は、温水タンク44内の温水(または利用水)の温度が
温度センサ49により例えば約60℃以下となったこと
が検出されたときに、ガスエンジン25が稼働され、エ
ンジン冷却水温度が例えば約70℃以上となったときに
熱媒体ポンプ48が作動して、温水タンク44内の温水
(または利用水)が加熱され、60℃以上の温水がつく
られる。
【0047】このとき、給湯装置40の給湯運転時にガ
スエンジン25が稼働した段階で、発電装置30の発電
機31が動作し、発電機31及びAC/DC変換器32
の作用で、規定周波数の交流電力が出力される。
【0048】従って、上記実施の形態によれば、次の効
果〜を奏する。
【0049】ガスエンジン25によりガスヒートポン
プ式空気調和装置10を稼働させて空気調和を実施し、
同一のガスエンジン25により発電装置30の発電機3
1を駆動させ、AC/DC変換器32及びDC/AC変
換器33により規定周波数の交流電力を出力することか
ら、発電装置30から出力された交流電力により電気機
器、例えば電動機により駆動される圧縮機を備えた空気
調和装置(エレクトリックヒートポンプ式空気調和装
置)を稼働させることができる。この結果、特に夏季の
電力需要のピークカットを実現できるので、電力需要の
季節間格差を緩和することができる。
【0050】ガスヒートポンプ式空気調和装置10の
空調負荷の変化によってガスエンジン25の回転数が変
動し、従って、このガスエンジン25により駆動される
発電機31からの出力電力も変動する。しかし、この発
電機31から出力された交流電力をAC/DC変換器3
2にて一旦直流電力に変換した後、DC/AC変換器3
3にて規定周波数の交流電力に変換することから、発電
装置30にて発生した交流電力は、商用電源と系統連係
させることができ、エレクトリックヒートポンプ式空気
調和装置を含む通常の電気機器を稼働させることができ
る。
【0051】ガスエンジン25の稼働時に、その廃熱
を利用して給湯装置40を運転させ温水をつくることか
ら、エネルギーの効率的利用を実現できる。
【0052】1台のガスエンジン25の稼働により、
ガスヒートポンプ式空気調和装置10を用いて空気調和
を実施し、また発電装置30を用いて電気機器を稼働さ
せ、更に給湯装置40を用いて温水をつくることから、
エネルギーの効率的利用を良好に実現できる。
【0053】給湯装置40に、ガスエンジン25の廃
熱を温水として蓄熱する温水タンク44が設置されたこ
とから、給湯装置40にてつくられた温水を必要なとき
に利用することができる。
【0054】以上、本発明を上記実施の形態に基づいて
説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0055】例えば、給湯装置40の給湯運転時または
ガスヒートポンプ式空気調和装置10の暖房運転時に、
温水タンク44から温水が外部へ供給されて、ガスエン
ジン25の廃熱のみでは温水タンク44内の温水温度が
十分に上昇しない場合には、供給ライン50の加熱手段
(ボイラまたは瞬間湯沸かし器等)を動作させて、温水
温度を上昇させるようにしてもよい。
【0056】
【発明の効果】以上のように、本発明に係るマルチエネ
ルギーシステムによれば、室外機に装備された圧縮機が
ガスエンジンにより駆動されるガスヒートポンプ式空気
調和装置と、ガスエンジンにより駆動されて交流電力を
出力する発電機を備えた発電装置と、を有するマルチエ
ネルギーシステムであって、上記発電装置は、更に、発
電機から出力された交流電力を直流電力に変換する第一
変換器と、この第一変換器にて変換された直流電力を規
定周波数の交流電力に変換して電気機器に供給する第二
変換器とを有することから、電力需要の季節間格差を緩
和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマルチエネルギーシステムの一実
施の形態を示す系統図である。
【図2】従来のガスヒートポンプ式空気調和装置を示す
系統図である。
【符号の説明】
9 マルチエネルギーシステム 10 ガスヒートポンプ式空気調和装置 11 室外機 16 圧縮機 25 ガスエンジン 30 発電装置 31 発電機 32 AC/DC変換器(第一変換器) 33 DC/AC変換器(第二変換器) 40 給湯装置 41排ガス熱交換器 43中間熱交換器 44温水タンク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 室外機に装備された圧縮機がガスエンジ
    ンにより駆動されるガスヒートポンプ式空気調和装置
    と、上記ガスエンジンにより駆動されて交流電力を出力
    する発電機を備えた発電装置と、を有するマルチエネル
    ギーシステムであって、 上記発電装置は、更に、上記発電機から出力された交流
    電力を直流電力に変換する第一変換器と、この第一変換
    器にて変換された直流電力を規定周波数の交流電力に変
    換して電気機器に供給する第二変換器と、を有すること
    を特徴とするマルチエネルギーシステム。
  2. 【請求項2】 上記ガスエンジンには、このガスエンジ
    ンの廃熱を回収して温水をつくる給湯装置が配設された
    ことを特徴とする請求項1に記載のマルチエネルギーシ
    ステム。
  3. 【請求項3】 上記発電装置は、ガスヒートポンプ式空
    気調和装置の冷房または暖房運転時と給湯装置の給湯運
    転時に、交流電力を出力するよう構成されたことを特徴
    とする請求項1または2に記載のマルチエネルギーシス
    テム。
  4. 【請求項4】 上記給湯装置には、ガスエンジンの廃熱
    を温水として蓄熱する温水タンクが設置されたことを特
    徴とする請求項2または3に記載のマルチエネルギーシ
    ステム。
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