JP2004293881A - エンジン駆動式ヒートポンプ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力負荷の増大時に、商用電力を消費することなく空調を行えるようにする。
【解決手段】昼間の電力負荷のピーク時などに、２個の空調用クラッチ３を切るとともに発電用クラッチを入れて発電機を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えて放熱ポンプ１４を駆動し、冷媒を放熱ポンプ１４→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→放熱ポンプ１４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた氷により冷媒を冷却し、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーにより冷房を行う。放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動するために、発電機の発電電力を供給する。
【選択図】 図４
【解決手段】昼間の電力負荷のピーク時などに、２個の空調用クラッチ３を切るとともに発電用クラッチを入れて発電機を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えて放熱ポンプ１４を駆動し、冷媒を放熱ポンプ１４→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→放熱ポンプ１４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた氷により冷媒を冷却し、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーにより冷房を行う。放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動するために、発電機の発電電力を供給する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンによって空調用の圧縮機を駆動するように構成したエンジン駆動式ヒートポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエンジン駆動式ヒートポンプ装置では、夏場などの電力負荷が増大するときに、ほとんど電力を用いずに冷房を行うことができ、電力消費を軽減できて商用電力のピークカットに有効である。
更に、近年では、夜間などの低負荷時に、例えば、電気料金の安価な夜間電力を利用して製氷し、その製氷した氷を氷蓄熱槽に蓄え、昼間の電力負荷の増大時に氷蓄熱槽に蓄えられた氷により冷房用の冷媒を冷却し、電力の平準化を図ることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１１１９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の場合、ビルなど全体で見た場合に、冷房負荷のピーク時以外でも夏場に電力負荷がピークを迎える場合があるが、ビル全体でのピークカットの面で未だ改善の余地があった。
また、このような不都合を解消するために、エンジン駆動式などの発電機を並設することが考えられるが、２台の装置を設置するために、大きなスペースが必要になるとともにイニシャルコストが増加してしまう欠点があった。
【０００５】
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、請求項１に係る発明は、電力負荷の増大時には、電力をあまり消費することなく空調を行いながら、かつ電力負荷のピークをさらに抑えるために発電できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、１台の装置で、蓄熱槽を利用した空調や発電を選択的に行えるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、中間期などの空調負荷が低いときでも、空調負荷に合わせて圧縮機の個数を変更し、エンジンの効率を含めたシステムの効率を高くできるようにすることを目的とする。また、請求項４に係る発明は、エンジンの効率を含めたシステムの効率が高い状態で空調や蓄熱を行えるようにすることを目的とし、請求項５に係る発明は、蓄熱と空調を安価にして行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置は、上述のような目的を達成するために、
エンジンに、発電用クラッチを介して発電機を連動連結するとともに、空調用クラッチを介して圧縮機を連動連結し、前記圧縮機を設けた冷媒回路に、室内側熱交換器と膨張弁と室外側熱交換器とを設け、前記冷媒回路に、前記室内側熱交換器と並列になるように蓄熱槽を接続するとともに、前記室内側熱交換器と前記蓄熱槽とを、前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーを前記室内側熱交換器に供給可能に接続し、かつ、前記冷媒回路に、前記圧縮機と並列に、冷媒を前記室内側熱交換器と前記蓄熱槽とにわたって循環させる電動型の放熱ポンプを設けて構成する。
【０００７】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、夜間などの空調負荷の低いときにエンジン駆動により圧縮機を駆動し、蓄熱槽に氷または湯などの形態で熱エネルギーを蓄えておき、空調負荷が要求されるときに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを放熱ポンプにより室内側熱交換器に供給して冷房または暖房の空調を行える。また、空調と並行してあるいは独立して発電機を駆動して発電を行い、発電電力を得ることができる。更に、エンジン駆動により圧縮機を駆動することにより、室外側熱交換器と室内側熱交換器とにわたって冷媒を循環して空調を行うことができる。
したがって、蓄熱槽を設けることにより、エンジン駆動により発電を行う状態、エンジンを駆動せずに蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーにより空調を行う状態、ならびに、エンジン駆動により空調を行う状態を得ることができ、例えば、電力負荷の増大時にあって、発電電力を供給することにより電力のピークカットに貢献でき、また、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを利用して空調を行うことで、空調に要する電力消費を減少し、これによっても電力のピークカットに貢献でき、電力のピークカットに良好に貢献できる。
しかも、空調用クラッチと発電用クラッチの入り切りすることにより、１台のエンジンで圧縮機と発電機を駆動するから、設備全体としてのスペ−スが大きくなることを抑えることができ、イニシャルコストを低減できる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、 空調用クラッチのみを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽に蓄える蓄熱運転モードと、
放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを室内側熱交換器に供給する放熱運転モードと、
発電用クラッチのみを入れて発電機を駆動して発電電力を得る発電運転モードと、
前記放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを前記室内側熱交換器に供給するとともに前記発電用クラッチのみを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る放熱・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、１台の装置でありながら、空調負荷が低いときなどに、エンジン駆動により蓄熱槽への蓄熱を行い、空調負荷があるときに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いて冷房または暖房の空調を行い、電力需要があるときには発電機を駆動して発電電力を得ることができ、更に、空調負荷および電力需要があるときに、発電機を駆動して発電し、その発電電力を照明設備や各種の電気機器や放熱ポンプや室内側熱交換器の送風機などの補機といった電気設備に供給するとともに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いて冷房または暖房の空調を行う。
したがって、空調負荷の変動や電力需要や電力負荷の変動に応じて、蓄熱、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いての空調、発電、ならびに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いての空調を行いながらの発電を選択して行うことができ、電力消費を抑えた空調を行いながら、電力のピークカットに良好に貢献でき、しかも、エンジンを効率良く運転できる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項２に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
圧縮機を複数個設けるとともに、そのうちの少なくともひとつに空調用クラッチを介装し、
前記空調用クラッチを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に供給し、かつ、発電用クラッチを入れて発電機を駆動して発電電力を得る圧縮機空調・発電運転モードと、
前記空調用クラッチを入れて前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽に供給し、かつ、前記発電用クラッチを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る蓄熱・発電運転モードと、
前記空調用クラッチを入れるとともに放熱ポンプを駆動して前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給し、かつ、前記発電用クラッチを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る併用空調・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、中間期などのように空調負荷が低い状態で電力需要があるときには、一部の空調用クラッチを入れて圧縮機の運転個数を少なくして、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーでの空調を行いながら、発電機を駆動して発電を行う。空調負荷および電力負荷が低いときには、蓄熱しながらの発電とを行ったり、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーとによる空調を行いながらの発電とを行ったりできる。
したがって、空調負荷の変動や電力需要や電力負荷の変動に応じて、圧縮機による空調を行いながらの発電、蓄熱しながらの発電、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーの両方を用いての空調を行いながらの発電を選択して行うことができ、しかも、中間期などの空調負荷が低いときでも、空調負荷に合わせて圧縮機の個数を変更し、更に発電をも組み合わせて、エンジンの効率を含めたシステムの効率を高くできる
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
空調用クラッチを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に供給する圧縮機空調運転モードと、
前記空調用クラッチを入れて前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽および前記室内側熱交換器に供給する蓄熱・空調運転モードと、
前記空調用クラッチを入れるとともに放熱ポンプを駆動して前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給する併用空調運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【００１３】
（作用・効果）
請求項４に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、中間期のように空調負荷が低いときに、蓄熱槽を使用せずに、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に直接供給することによって空調を行ったり、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器および蓄熱槽に供給することによって圧縮機による空調と蓄熱を同時に行ったり、空調負荷が増大したときには、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給して空調を行うことができる。
したがって、空調負荷の低いときに、蓄熱槽に必要以上の熱を蓄え、その熱を放熱させる場合のような二度の熱交換をしないようにしたり、その熱交換量を少なくしたりできるから、熱エネルギーの損失を抑えることができ、エンジンの効率を含めたシステムの効率が高い状態で空調や蓄熱を行える
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３、４のいずれかに記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
夜間には圧縮機からの冷媒を蓄熱槽に供給して蓄熱する蓄熱運転モードを選択し、昼間には、前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを室内側熱交換器に供給する放熱運転モード、または、放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを前記室内側熱交換器に供給するとともに発電用クラッチのみを入れて発電機を駆動して発電電力を得る放熱・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【００１５】
（作用・効果）
請求項５に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、夜間に圧縮機を駆動し、補機の駆動に安価な夜間電力を使用しながら、蓄熱槽に熱エネルギーを蓄え、昼間には、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーにより、電力を使用せずに空調を行うことができる。
したがって、蓄熱と空調とを安価にして行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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、本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置の実施例を示す概略構成図、図２は、エンジンと圧縮機との関係を示す要部の側面図であり、ガスエンジン１の出力軸１ａの一方に、第１のベルト式伝動機構２および空調用クラッチ３を介して２個の圧縮機４が個別に駆動状態と停止状態とに切り替え可能に連動連結されている。
【００１７】
また、出力軸１ａの他方に、第２のベルト式伝動機構５および発電用クラッチ６を介して発電機７が駆動状態と停止状態とに切り替え可能に連動連結されている。発電機７の容量は、ガスエンジン１の能力よりやや小さい程度のものに設定されている。
【００１８】
２個の圧縮機４が互いに並列に冷媒回路８に接続され、その冷媒回路８に、四路切換弁９、室外側熱交換器１０、第１の膨張弁１１、流量調整弁１２、室内側熱交換器１３が介装されて、四路切換弁９の切り換えにより、室外側熱交換器１０を凝縮器として作用させ、室内側熱交換器１３を蒸発器として作用させる冷房運転状態と、室外側熱交換器１０を蒸発器として作用させ、室内側熱交換器１３を凝縮器として作用させる暖房運転状態とが得られるように構成されている。
【００１９】
冷媒回路８に、圧縮機４と並列に電動型の放熱ポンプ１５が接続されるとともに、冷媒回路８に蓄熱用冷媒回路１５が接続され、その蓄熱用冷媒回路１５に第１の開閉弁１５ａ、蓄熱槽１６、第２の膨張弁１７が介装されている。また、冷媒回路８と蓄熱用冷媒回路１４とが、分配機能を備えた第１の三方弁１８および第２の開閉弁１９を介装した、熱エネルギー放出用の放熱用冷媒回路２０を介して接続されている。
【００２０】
ガスエンジン１から排出される高温排ガスの排ガス配管２１に、脱硝装置２２と第１の熱交換器２３とが介装されている。また、ガスエンジン１を冷却するジャケット冷却水の循環配管２４に循環用ポンプ２５と第２の熱交換器２６とが介装されている。
【００２１】
第１および第２の熱交換器２３，２６が直列になるように給水管２７が導入され、その給水管２７が貯湯槽２８に接続され、ガスエンジン１から排出される排熱を回収して高温の湯を得、得られた湯を貯湯槽２８に貯めるように構成されている。貯湯槽２８に貯められた湯は、台所、洗面所、浴槽などに給湯管２９を介して供給するようになっている。
【００２２】
冷媒回路８の室外側熱交換器１０に近接した箇所に、冷媒加熱用の第３および第４の熱交換器３０，３１が付設されている。
第３の熱交換器３０には、分配機能を備えた第２の三方弁３２を介装した分岐排ガス配管３３を介して排ガス配管２１が接続されている。
第４の熱交換器３１には、分配機能を備えた第３の三方弁３４を介装したバイパス配管３５を介して循環配管２４が接続されている。
これらの構成により、ガスエンジン１からの排熱を、暖房時における冷媒の加熱に利用できるようになっている。
【００２３】
以上の構成により、四路切換弁９、第１および第２の開閉弁１５ａ，１９、ならびに、第１の三方弁１８の切り換えにより、各種の運転モードが得られるようになっており、次に説明する。
発電用クラッチ６のみを入れて発電機７を駆動することにより、発電電力を得る発電運転モードを選択することができる。
【００２４】
（１）冷房蓄熱運転モード［図３］（蓄熱運転モード）
夜間などの空調負荷が低いときに、２個の圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室外側熱交換器１０→第１および第２の膨張弁１１，１７→蓄熱槽１６→圧縮機４と流すことにより、蓄熱槽１６内に氷を作製するとともに蓄える。
このとき、発電用クラッチ６を切っておき、室外側熱交換器１０の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動する電力を、安価な夜間電力で賄う。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
この冷房蓄熱運転モードにおいて、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、更に発電電力をも得る冷房蓄熱・発電運転モードを選択することができる。
【００２５】
（２）放冷冷房・発電運転モード［図４の（ａ）］（放熱・発電運転モード）
昼間の電力負荷のピーク時などに、２個の空調用クラッチ３を切るとともに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えて放熱ポンプ１４を駆動することにより、冷媒を放熱ポンプ１４→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→放熱ポンプ１４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた氷により冷媒を冷却し、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーにより冷房を行う。
このとき、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給し、電力のピークカットに貢献するとともに、発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
なお、発電用クラッチ６を切って発電を行わないようにすることによって放冷冷房運転モードを選択することができる。
【００２６】
（３）併用冷房運転モード［図４の（ｂ）］（併用空調運転モード）
夏期の昼間などで冷房負荷が急激に増大したときなどに、２個の空調用クラッチ３を入れて２個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を切って発電機７の駆動を停止し、第１の三方弁１８により分配流量を調整し、かつ、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→第１の三方弁１８→室外側熱交換器１０→第１の膨張弁１１と流すとともに、圧縮機４→第１の三方弁１８→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７と流し、冷媒を合流させてから室内側熱交換器１３→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーによる冷房と、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機冷房運転による冷房の両方を行う。
このとき、室外側熱交換器１０および室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動するための電力としては商用電力を供給する。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
冷房負荷が低いときには、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、発電電力をも得る併用冷房・発電運転モード（併用空調・発電運転モード）を選択することができる。
【００２７】
（４）圧縮機冷房運転モード［図５の（ａ）］（圧縮機空調運転モード）
前述の放冷冷房運転モードや併用冷房運転モードにより、蓄熱槽１６内の氷が解けて熱エネルギーが無くなった後などに、所定の空調用クラッチ３を切って１個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１および第２の開閉弁１５ａ，１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室外側熱交換器１０→第１の膨張弁１１→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機冷房運転による冷房を行う。
このとき、室外側熱交換器１０および室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５などに発電機７の発電電力を供給する。また、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
【００２８】
（５）蓄熱・冷房運転モード［図５の（ｂ）］（蓄熱・空調運転モード）
空調用クラッチ３を入れて圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室外側熱交換器１０→第１の膨張弁１１→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→圧縮機４と流すとともに第２の膨張弁１７から蓄熱槽１６、第１の開閉弁１５ａへと流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機冷房運転による冷房と蓄熱槽１６への蓄熱とを行う。
このとき、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動すれば、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給する蓄熱・暖房・発電運転モードでの運転も可能である。この場合、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くできる。
【００２９】
（６）暖房蓄熱運転モード［図６の（ａ）］（蓄熱運転モード）
夜間の暖房負荷が低いときに、２個の圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７→第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、蓄熱槽１６内に湯を作製するとともに蓄える。
このとき、発電用クラッチ６を切っておき、室外側熱交換器１０の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動する電力を、安価な夜間電力で賄う。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
この暖房蓄熱運転モードにおいて、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、発電電力をも得る暖房蓄熱・発電運転モードを選択することができる。
【００３０】
（７）放熱暖房・発電運転モード［図６の（ｂ）］（放熱・発電運転モード）
２個の空調用クラッチ３を切って圧縮機４を駆動せずに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えて放熱ポンプ１４を駆動することにより、冷媒を放熱ポンプ１４→四路切換弁９→室内側熱交換器１３→第２の膨張弁１７→蓄熱槽１６→放熱ポンプ１４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた湯により冷媒を加熱し、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーにより暖房を行う。
このとき、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給し、電力のピークカットに貢献するとともに、発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
なお、発電用クラッチ６を切って発電を行わないようにすることによって放熱暖房運転モード（放熱運転モード）を選択することができる。
【００３１】
（８）併用暖房運転モード［図７の（ａ）］（併用空調運転モード）
冬期で暖房負荷が急激に増大したときに、２個の空調用クラッチ３を入れて２個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を切って発電機７の駆動を停止し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→室内側熱交換器１３と流してから分流させ、一方は第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０と流すとともに、他方は第２の膨張弁１７→蓄熱槽１６と流し、冷媒を合流させてから圧縮機４に流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーによる暖房と、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機暖房運転による暖房の両方を行う。
このとき、室外側熱交換器１０および室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動するための電力としては商用電力を供給する。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
暖房負荷が低いときには、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、発電電力をも得る併用暖房・発電運転モード（併用空調・発電運転モード）を選択することができる。
【００３２】
（９）圧縮機暖房運転モード［図７の（ｂ）］（圧縮機空調運転モード）
前述の放熱暖房運転モードや併用暖房運転モードにより、蓄熱槽１６内の湯の温度が下がって熱エネルギーが無くなった後などに、所定の空調用クラッチ３を切って１個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１および第２の開閉弁１５ａ，１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室内側熱交換器１３→第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機暖房運転による暖房を行う。
このとき、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給する。また、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
【００３３】
（１０）蓄熱・暖房運転モード［図８］（蓄熱・空調運転モード）
空調用クラッチ３を入れて圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室内側熱交換器１３→第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０→四路切換弁９→圧縮機４と流すとともに、第１の三方弁１８から蓄熱槽１６、第２の膨張弁１７へと流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機暖房運転による暖房と蓄熱槽１６への蓄熱とを行う。
このとき、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動すれば、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給する蓄熱・暖房・発電運転モードでの運転も可能である。この場合、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くできる。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
【００３４】
以上の構成により、図９の（ａ）の空調運転状態の経時的変化のグラフに示すように、夜間などの空調負荷が低いときに２個の圧縮機４を駆動して蓄熱槽１６への蓄熱のみを行い、昼間には、発電機７を駆動して発電し、その発電電力を、照明機器や各種の電気機器や放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環用ポンプ２５などの電気設備に供給しながら、蓄熱槽１６に蓄えられた熱エネルギーを放出することによる空調、いわゆる蓄熱空調を行う。蓄熱槽１６に蓄えられた熱エネルギーを消費した後には、発電を行いながら、室外側熱交換器１０による圧縮機空調（ガスヒートポンプ空調）を行う。
【００３５】
このため、図９の（ｂ）のエンジン負荷の経時的変化のグラフに示すように、圧縮機４と発電機７との駆動を組み合わせ、ガスエンジン１の出力効率を高くできる。
また、図１０の電力負荷の経時的変化のグラフに示すように、昼間に蓄熱空調を行うとともに発電電力を使うことにより、電力需要（点線で示す）に対して従来消費していた電力を減少することができ、昼間の電力ピーク時における商用電力の消費を減少させ、ピークカットに貢献することができる。
【００３６】
また、図１１の（ａ）のエンジン出力とエンジン回転数との相関のグラフに示すように、夜間に蓄えた熱エネルギー分ＳＥで昼間の空調を行えるため、ガスエンジン１にかかる発電負荷と空調負荷とを合わせた負荷を調整し、ガスエンジン１の出力の限界点を越えることなく、エンジン回転数の高い状態で発電効率を高くできるとともに、エンジン出力の効率が高い状態でガスエンジン１を運転することができる。
【００３７】
一方、蓄熱槽１６が無い場合には、図１１の（ｂ）のエンジン出力とエンジン回転数との相関のグラフに示すように、昼間の空調に際して圧縮機４にかかる負荷が大きく、同時に発電機７を駆動しようとするとガスエンジン１の出力の限界点を越えてしまうこととなり、発電量を減少せざるを得ず、本発明のように蓄熱槽１６を備えることによる効果は多大である。
【００３８】
上記実施例では、ガスエンジン１からの排熱により給湯を行うようにしているが、吸収式冷凍機における再生器の加熱源に利用して冷房を行うとか、更には、ガスボイラの熱源に利用して発生した蒸気でガスタービンを駆動し、発電機や各種の機械装置を駆動するように構成するなど、その排熱の利用形態は各種の変形が可能である。
【００３９】
また、上記実施例では、２個の圧縮機４と１個の発電機７を設けているが、３個以上の圧縮機４と２個以上の発電機７を設けるものでも良い。また、２個の圧縮機４に空調用クラッチ３を設けているが、運転個数を変更できれば良く、少なくとも１個設ければ良い。
【００４０】
上述実施例のガスエンジン１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。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、夜間などの空調負荷の低いときにエンジン駆動により圧縮機を駆動し、蓄熱槽に氷または湯などの形態で熱エネルギーを蓄えておき、空調負荷が要求されるときに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを放熱ポンプにより室内側熱交換器に供給して冷房または暖房の空調を行える。また、空調と並行してあるいは独立して発電機を駆動して発電を行い、発電電力を得ることができる。更に、エンジン駆動により圧縮機を駆動することにより、室外側熱交換器と室内側熱交換器とにわたって冷媒を循環して空調を行うことができる。
したがって、蓄熱槽を設けることにより、エンジン駆動により発電を行う状態、エンジンを駆動せずに蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーにより空調を行う状態、ならびに、エンジン駆動により空調を行う状態を得ることができ、例えば、電力負荷の増大時にあって、発電電力を供給することにより電力のピークカットに貢献でき、また、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを利用して空調を行うことで、空調に要する電力消費を減少し、これによっても電力のピークカットに貢献でき、電力のピークカットに良好に貢献できる。
しかも、空調用クラッチと発電用クラッチの入り切りすることにより、１台のエンジンで圧縮機と発電機を駆動するから、設備全体としてのスペ−スが大きくなることを抑えることができ、イニシャルコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置の実施例を示す概略構成図である。
【図２】エンジンと圧縮機の関係を示す要部の側面図である。
【図３】蓄熱冷房運転モードを示す要部の構成図である。
【図４】（ａ）は放冷冷房運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は併用冷房運転モードを示す要部の構成図である。
【図５】（ａ）は圧縮機冷房運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は蓄熱・冷房運転モードを示す要部の構成図である。
【図６】（ａ）は暖房蓄熱運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は放熱暖房運転モードを示す要部の構成図である。
【図７】（ａ）は併用暖房運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は圧縮機暖房運転モードを示す要部の構成図である。
【図８】蓄熱・暖房運転モードを示す要部の構成図である。
【図９】（ａ）は空調運転状態の経時的変化を示すグラフ、（ｂ）はエンジン負荷の経時的変化を示すグラフである。
【図１０】電力負荷の経時的変化を示すグラフである。
【図１１】エンジン出力とエンジン回転数との相関を示すグラフであり、（ａ）は蓄熱槽が有る場合、（ｂ）は蓄熱槽が無い場合をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
３…空調用クラッチ
４…圧縮機
６…発電用クラッチ
７…発電機
８…冷媒回路
９…四路切換弁
１０…室外側熱交換器
１１…第１の膨張弁
１３…室内側熱交換器
１４…放熱ポンプ
１５ａ…第１の開閉弁
１６…蓄熱槽
１９…第２の開閉弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンによって空調用の圧縮機を駆動するように構成したエンジン駆動式ヒートポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のエンジン駆動式ヒートポンプ装置では、夏場などの電力負荷が増大するときに、ほとんど電力を用いずに冷房を行うことができ、電力消費を軽減できて商用電力のピークカットに有効である。
更に、近年では、夜間などの低負荷時に、例えば、電気料金の安価な夜間電力を利用して製氷し、その製氷した氷を氷蓄熱槽に蓄え、昼間の電力負荷の増大時に氷蓄熱槽に蓄えられた氷により冷房用の冷媒を冷却し、電力の平準化を図ることが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１１１１９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例の場合、ビルなど全体で見た場合に、冷房負荷のピーク時以外でも夏場に電力負荷がピークを迎える場合があるが、ビル全体でのピークカットの面で未だ改善の余地があった。
また、このような不都合を解消するために、エンジン駆動式などの発電機を並設することが考えられるが、２台の装置を設置するために、大きなスペースが必要になるとともにイニシャルコストが増加してしまう欠点があった。
【０００５】
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、請求項１に係る発明は、電力負荷の増大時には、電力をあまり消費することなく空調を行いながら、かつ電力負荷のピークをさらに抑えるために発電できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、１台の装置で、蓄熱槽を利用した空調や発電を選択的に行えるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、中間期などの空調負荷が低いときでも、空調負荷に合わせて圧縮機の個数を変更し、エンジンの効率を含めたシステムの効率を高くできるようにすることを目的とする。また、請求項４に係る発明は、エンジンの効率を含めたシステムの効率が高い状態で空調や蓄熱を行えるようにすることを目的とし、請求項５に係る発明は、蓄熱と空調を安価にして行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置は、上述のような目的を達成するために、
エンジンに、発電用クラッチを介して発電機を連動連結するとともに、空調用クラッチを介して圧縮機を連動連結し、前記圧縮機を設けた冷媒回路に、室内側熱交換器と膨張弁と室外側熱交換器とを設け、前記冷媒回路に、前記室内側熱交換器と並列になるように蓄熱槽を接続するとともに、前記室内側熱交換器と前記蓄熱槽とを、前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーを前記室内側熱交換器に供給可能に接続し、かつ、前記冷媒回路に、前記圧縮機と並列に、冷媒を前記室内側熱交換器と前記蓄熱槽とにわたって循環させる電動型の放熱ポンプを設けて構成する。
【０００７】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、夜間などの空調負荷の低いときにエンジン駆動により圧縮機を駆動し、蓄熱槽に氷または湯などの形態で熱エネルギーを蓄えておき、空調負荷が要求されるときに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを放熱ポンプにより室内側熱交換器に供給して冷房または暖房の空調を行える。また、空調と並行してあるいは独立して発電機を駆動して発電を行い、発電電力を得ることができる。更に、エンジン駆動により圧縮機を駆動することにより、室外側熱交換器と室内側熱交換器とにわたって冷媒を循環して空調を行うことができる。
したがって、蓄熱槽を設けることにより、エンジン駆動により発電を行う状態、エンジンを駆動せずに蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーにより空調を行う状態、ならびに、エンジン駆動により空調を行う状態を得ることができ、例えば、電力負荷の増大時にあって、発電電力を供給することにより電力のピークカットに貢献でき、また、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを利用して空調を行うことで、空調に要する電力消費を減少し、これによっても電力のピークカットに貢献でき、電力のピークカットに良好に貢献できる。
しかも、空調用クラッチと発電用クラッチの入り切りすることにより、１台のエンジンで圧縮機と発電機を駆動するから、設備全体としてのスペ−スが大きくなることを抑えることができ、イニシャルコストを低減できる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、 空調用クラッチのみを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽に蓄える蓄熱運転モードと、
放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを室内側熱交換器に供給する放熱運転モードと、
発電用クラッチのみを入れて発電機を駆動して発電電力を得る発電運転モードと、
前記放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを前記室内側熱交換器に供給するとともに前記発電用クラッチのみを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る放熱・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、１台の装置でありながら、空調負荷が低いときなどに、エンジン駆動により蓄熱槽への蓄熱を行い、空調負荷があるときに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いて冷房または暖房の空調を行い、電力需要があるときには発電機を駆動して発電電力を得ることができ、更に、空調負荷および電力需要があるときに、発電機を駆動して発電し、その発電電力を照明設備や各種の電気機器や放熱ポンプや室内側熱交換器の送風機などの補機といった電気設備に供給するとともに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いて冷房または暖房の空調を行う。
したがって、空調負荷の変動や電力需要や電力負荷の変動に応じて、蓄熱、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いての空調、発電、ならびに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを用いての空調を行いながらの発電を選択して行うことができ、電力消費を抑えた空調を行いながら、電力のピークカットに良好に貢献でき、しかも、エンジンを効率良く運転できる。
【００１０】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項２に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
圧縮機を複数個設けるとともに、そのうちの少なくともひとつに空調用クラッチを介装し、
前記空調用クラッチを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に供給し、かつ、発電用クラッチを入れて発電機を駆動して発電電力を得る圧縮機空調・発電運転モードと、
前記空調用クラッチを入れて前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽に供給し、かつ、前記発電用クラッチを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る蓄熱・発電運転モードと、
前記空調用クラッチを入れるとともに放熱ポンプを駆動して前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給し、かつ、前記発電用クラッチを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る併用空調・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、中間期などのように空調負荷が低い状態で電力需要があるときには、一部の空調用クラッチを入れて圧縮機の運転個数を少なくして、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーでの空調を行いながら、発電機を駆動して発電を行う。空調負荷および電力負荷が低いときには、蓄熱しながらの発電とを行ったり、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーとによる空調を行いながらの発電とを行ったりできる。
したがって、空調負荷の変動や電力需要や電力負荷の変動に応じて、圧縮機による空調を行いながらの発電、蓄熱しながらの発電、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーの両方を用いての空調を行いながらの発電を選択して行うことができ、しかも、中間期などの空調負荷が低いときでも、空調負荷に合わせて圧縮機の個数を変更し、更に発電をも組み合わせて、エンジンの効率を含めたシステムの効率を高くできる
【００１２】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
空調用クラッチを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に供給する圧縮機空調運転モードと、
前記空調用クラッチを入れて前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽および前記室内側熱交換器に供給する蓄熱・空調運転モードと、
前記空調用クラッチを入れるとともに放熱ポンプを駆動して前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給する併用空調運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【００１３】
（作用・効果）
請求項４に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、中間期のように空調負荷が低いときに、蓄熱槽を使用せずに、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に直接供給することによって空調を行ったり、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器および蓄熱槽に供給することによって圧縮機による空調と蓄熱を同時に行ったり、空調負荷が増大したときには、圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給して空調を行うことができる。
したがって、空調負荷の低いときに、蓄熱槽に必要以上の熱を蓄え、その熱を放熱させる場合のような二度の熱交換をしないようにしたり、その熱交換量を少なくしたりできるから、熱エネルギーの損失を抑えることができ、エンジンの効率を含めたシステムの効率が高い状態で空調や蓄熱を行える
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３、４のいずれかに記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
夜間には圧縮機からの冷媒を蓄熱槽に供給して蓄熱する蓄熱運転モードを選択し、昼間には、前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを室内側熱交換器に供給する放熱運転モード、または、放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを前記室内側熱交換器に供給するとともに発電用クラッチのみを入れて発電機を駆動して発電電力を得る放熱・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成する。
【００１５】
（作用・効果）
請求項５に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、夜間に圧縮機を駆動し、補機の駆動に安価な夜間電力を使用しながら、蓄熱槽に熱エネルギーを蓄え、昼間には、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーにより、電力を使用せずに空調を行うことができる。
したがって、蓄熱と空調とを安価にして行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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、本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置の実施例を示す概略構成図、図２は、エンジンと圧縮機との関係を示す要部の側面図であり、ガスエンジン１の出力軸１ａの一方に、第１のベルト式伝動機構２および空調用クラッチ３を介して２個の圧縮機４が個別に駆動状態と停止状態とに切り替え可能に連動連結されている。
【００１７】
また、出力軸１ａの他方に、第２のベルト式伝動機構５および発電用クラッチ６を介して発電機７が駆動状態と停止状態とに切り替え可能に連動連結されている。発電機７の容量は、ガスエンジン１の能力よりやや小さい程度のものに設定されている。
【００１８】
２個の圧縮機４が互いに並列に冷媒回路８に接続され、その冷媒回路８に、四路切換弁９、室外側熱交換器１０、第１の膨張弁１１、流量調整弁１２、室内側熱交換器１３が介装されて、四路切換弁９の切り換えにより、室外側熱交換器１０を凝縮器として作用させ、室内側熱交換器１３を蒸発器として作用させる冷房運転状態と、室外側熱交換器１０を蒸発器として作用させ、室内側熱交換器１３を凝縮器として作用させる暖房運転状態とが得られるように構成されている。
【００１９】
冷媒回路８に、圧縮機４と並列に電動型の放熱ポンプ１５が接続されるとともに、冷媒回路８に蓄熱用冷媒回路１５が接続され、その蓄熱用冷媒回路１５に第１の開閉弁１５ａ、蓄熱槽１６、第２の膨張弁１７が介装されている。また、冷媒回路８と蓄熱用冷媒回路１４とが、分配機能を備えた第１の三方弁１８および第２の開閉弁１９を介装した、熱エネルギー放出用の放熱用冷媒回路２０を介して接続されている。
【００２０】
ガスエンジン１から排出される高温排ガスの排ガス配管２１に、脱硝装置２２と第１の熱交換器２３とが介装されている。また、ガスエンジン１を冷却するジャケット冷却水の循環配管２４に循環用ポンプ２５と第２の熱交換器２６とが介装されている。
【００２１】
第１および第２の熱交換器２３，２６が直列になるように給水管２７が導入され、その給水管２７が貯湯槽２８に接続され、ガスエンジン１から排出される排熱を回収して高温の湯を得、得られた湯を貯湯槽２８に貯めるように構成されている。貯湯槽２８に貯められた湯は、台所、洗面所、浴槽などに給湯管２９を介して供給するようになっている。
【００２２】
冷媒回路８の室外側熱交換器１０に近接した箇所に、冷媒加熱用の第３および第４の熱交換器３０，３１が付設されている。
第３の熱交換器３０には、分配機能を備えた第２の三方弁３２を介装した分岐排ガス配管３３を介して排ガス配管２１が接続されている。
第４の熱交換器３１には、分配機能を備えた第３の三方弁３４を介装したバイパス配管３５を介して循環配管２４が接続されている。
これらの構成により、ガスエンジン１からの排熱を、暖房時における冷媒の加熱に利用できるようになっている。
【００２３】
以上の構成により、四路切換弁９、第１および第２の開閉弁１５ａ，１９、ならびに、第１の三方弁１８の切り換えにより、各種の運転モードが得られるようになっており、次に説明する。
発電用クラッチ６のみを入れて発電機７を駆動することにより、発電電力を得る発電運転モードを選択することができる。
【００２４】
（１）冷房蓄熱運転モード［図３］（蓄熱運転モード）
夜間などの空調負荷が低いときに、２個の圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室外側熱交換器１０→第１および第２の膨張弁１１，１７→蓄熱槽１６→圧縮機４と流すことにより、蓄熱槽１６内に氷を作製するとともに蓄える。
このとき、発電用クラッチ６を切っておき、室外側熱交換器１０の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動する電力を、安価な夜間電力で賄う。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
この冷房蓄熱運転モードにおいて、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、更に発電電力をも得る冷房蓄熱・発電運転モードを選択することができる。
【００２５】
（２）放冷冷房・発電運転モード［図４の（ａ）］（放熱・発電運転モード）
昼間の電力負荷のピーク時などに、２個の空調用クラッチ３を切るとともに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えて放熱ポンプ１４を駆動することにより、冷媒を放熱ポンプ１４→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→放熱ポンプ１４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた氷により冷媒を冷却し、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーにより冷房を行う。
このとき、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給し、電力のピークカットに貢献するとともに、発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
なお、発電用クラッチ６を切って発電を行わないようにすることによって放冷冷房運転モードを選択することができる。
【００２６】
（３）併用冷房運転モード［図４の（ｂ）］（併用空調運転モード）
夏期の昼間などで冷房負荷が急激に増大したときなどに、２個の空調用クラッチ３を入れて２個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を切って発電機７の駆動を停止し、第１の三方弁１８により分配流量を調整し、かつ、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→第１の三方弁１８→室外側熱交換器１０→第１の膨張弁１１と流すとともに、圧縮機４→第１の三方弁１８→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７と流し、冷媒を合流させてから室内側熱交換器１３→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーによる冷房と、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機冷房運転による冷房の両方を行う。
このとき、室外側熱交換器１０および室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動するための電力としては商用電力を供給する。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
冷房負荷が低いときには、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、発電電力をも得る併用冷房・発電運転モード（併用空調・発電運転モード）を選択することができる。
【００２７】
（４）圧縮機冷房運転モード［図５の（ａ）］（圧縮機空調運転モード）
前述の放冷冷房運転モードや併用冷房運転モードにより、蓄熱槽１６内の氷が解けて熱エネルギーが無くなった後などに、所定の空調用クラッチ３を切って１個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１および第２の開閉弁１５ａ，１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室外側熱交換器１０→第１の膨張弁１１→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機冷房運転による冷房を行う。
このとき、室外側熱交換器１０および室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５などに発電機７の発電電力を供給する。また、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
【００２８】
（５）蓄熱・冷房運転モード［図５の（ｂ）］（蓄熱・空調運転モード）
空調用クラッチ３を入れて圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室外側熱交換器１０→第１の膨張弁１１→室内側熱交換器１３→四路切換弁９→圧縮機４と流すとともに第２の膨張弁１７から蓄熱槽１６、第１の開閉弁１５ａへと流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機冷房運転による冷房と蓄熱槽１６への蓄熱とを行う。
このとき、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動すれば、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給する蓄熱・暖房・発電運転モードでの運転も可能である。この場合、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くできる。
【００２９】
（６）暖房蓄熱運転モード［図６の（ａ）］（蓄熱運転モード）
夜間の暖房負荷が低いときに、２個の圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→蓄熱槽１６→第２の膨張弁１７→第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、蓄熱槽１６内に湯を作製するとともに蓄える。
このとき、発電用クラッチ６を切っておき、室外側熱交換器１０の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動する電力を、安価な夜間電力で賄う。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
この暖房蓄熱運転モードにおいて、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、発電電力をも得る暖房蓄熱・発電運転モードを選択することができる。
【００３０】
（７）放熱暖房・発電運転モード［図６の（ｂ）］（放熱・発電運転モード）
２個の空調用クラッチ３を切って圧縮機４を駆動せずに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えて放熱ポンプ１４を駆動することにより、冷媒を放熱ポンプ１４→四路切換弁９→室内側熱交換器１３→第２の膨張弁１７→蓄熱槽１６→放熱ポンプ１４と流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた湯により冷媒を加熱し、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーにより暖房を行う。
このとき、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給し、電力のピークカットに貢献するとともに、発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。
なお、発電用クラッチ６を切って発電を行わないようにすることによって放熱暖房運転モード（放熱運転モード）を選択することができる。
【００３１】
（８）併用暖房運転モード［図７の（ａ）］（併用空調運転モード）
冬期で暖房負荷が急激に増大したときに、２個の空調用クラッチ３を入れて２個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を切って発電機７の駆動を停止し、第１の開閉弁１５ａを開くとともに第２の開閉弁１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→室内側熱交換器１３と流してから分流させ、一方は第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０と流すとともに、他方は第２の膨張弁１７→蓄熱槽１６と流し、冷媒を合流させてから圧縮機４に流すことにより、蓄熱槽１６内に蓄えた熱エネルギーによる暖房と、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機暖房運転による暖房の両方を行う。
このとき、室外側熱交換器１０および室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５を駆動するための電力としては商用電力を供給する。また、２個の圧縮機４の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
暖房負荷が低いときには、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動することにより、発電電力をも得る併用暖房・発電運転モード（併用空調・発電運転モード）を選択することができる。
【００３２】
（９）圧縮機暖房運転モード［図７の（ｂ）］（圧縮機空調運転モード）
前述の放熱暖房運転モードや併用暖房運転モードにより、蓄熱槽１６内の湯の温度が下がって熱エネルギーが無くなった後などに、所定の空調用クラッチ３を切って１個の圧縮機４を駆動するとともに発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動し、第１および第２の開閉弁１５ａ，１９を閉じ、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室内側熱交換器１３→第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０→四路切換弁９→圧縮機４と流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機暖房運転による暖房を行う。
このとき、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給する。また、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くする。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
【００３３】
（１０）蓄熱・暖房運転モード［図８］（蓄熱・空調運転モード）
空調用クラッチ３を入れて圧縮機４を駆動し、第１の開閉弁１５ａを閉じるとともに第２の開閉弁１９を開き、四路切換弁９を切り換えることにより、冷媒を圧縮機４→四路切換弁９→室内側熱交換器１３→第１の膨張弁１１→室外側熱交換器１０→四路切換弁９→圧縮機４と流すとともに、第１の三方弁１８から蓄熱槽１６、第２の膨張弁１７へと流すことにより、室外側熱交換器１０を用いたいわゆる圧縮機暖房運転による暖房と蓄熱槽１６への蓄熱とを行う。
このとき、発電用クラッチ６を入れて発電機７を駆動すれば、発電機７による発電電力を、照明機器や各種の電気機器や、放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環ポンプ２５等の電気設備に供給する蓄熱・暖房・発電運転モードでの運転も可能である。この場合、圧縮機４と発電機７の駆動により、ガスエンジン１の効率を高くできる。更に、第２および第３の三方弁３２，３４を調整し、ガスエンジン１からの排熱により冷媒を加熱する。
【００３４】
以上の構成により、図９の（ａ）の空調運転状態の経時的変化のグラフに示すように、夜間などの空調負荷が低いときに２個の圧縮機４を駆動して蓄熱槽１６への蓄熱のみを行い、昼間には、発電機７を駆動して発電し、その発電電力を、照明機器や各種の電気機器や放熱ポンプ１４や室内側熱交換器１３の送風機やエンジン冷却水の循環用ポンプ２５などの電気設備に供給しながら、蓄熱槽１６に蓄えられた熱エネルギーを放出することによる空調、いわゆる蓄熱空調を行う。蓄熱槽１６に蓄えられた熱エネルギーを消費した後には、発電を行いながら、室外側熱交換器１０による圧縮機空調（ガスヒートポンプ空調）を行う。
【００３５】
このため、図９の（ｂ）のエンジン負荷の経時的変化のグラフに示すように、圧縮機４と発電機７との駆動を組み合わせ、ガスエンジン１の出力効率を高くできる。
また、図１０の電力負荷の経時的変化のグラフに示すように、昼間に蓄熱空調を行うとともに発電電力を使うことにより、電力需要（点線で示す）に対して従来消費していた電力を減少することができ、昼間の電力ピーク時における商用電力の消費を減少させ、ピークカットに貢献することができる。
【００３６】
また、図１１の（ａ）のエンジン出力とエンジン回転数との相関のグラフに示すように、夜間に蓄えた熱エネルギー分ＳＥで昼間の空調を行えるため、ガスエンジン１にかかる発電負荷と空調負荷とを合わせた負荷を調整し、ガスエンジン１の出力の限界点を越えることなく、エンジン回転数の高い状態で発電効率を高くできるとともに、エンジン出力の効率が高い状態でガスエンジン１を運転することができる。
【００３７】
一方、蓄熱槽１６が無い場合には、図１１の（ｂ）のエンジン出力とエンジン回転数との相関のグラフに示すように、昼間の空調に際して圧縮機４にかかる負荷が大きく、同時に発電機７を駆動しようとするとガスエンジン１の出力の限界点を越えてしまうこととなり、発電量を減少せざるを得ず、本発明のように蓄熱槽１６を備えることによる効果は多大である。
【００３８】
上記実施例では、ガスエンジン１からの排熱により給湯を行うようにしているが、吸収式冷凍機における再生器の加熱源に利用して冷房を行うとか、更には、ガスボイラの熱源に利用して発生した蒸気でガスタービンを駆動し、発電機や各種の機械装置を駆動するように構成するなど、その排熱の利用形態は各種の変形が可能である。
【００３９】
また、上記実施例では、２個の圧縮機４と１個の発電機７を設けているが、３個以上の圧縮機４と２個以上の発電機７を設けるものでも良い。また、２個の圧縮機４に空調用クラッチ３を設けているが、運転個数を変更できれば良く、少なくとも１個設ければ良い。
【００４０】
上述実施例のガスエンジン１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。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のエンジン駆動式ヒートポンプ装置の構成によれば、夜間などの空調負荷の低いときにエンジン駆動により圧縮機を駆動し、蓄熱槽に氷または湯などの形態で熱エネルギーを蓄えておき、空調負荷が要求されるときに、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを放熱ポンプにより室内側熱交換器に供給して冷房または暖房の空調を行える。また、空調と並行してあるいは独立して発電機を駆動して発電を行い、発電電力を得ることができる。更に、エンジン駆動により圧縮機を駆動することにより、室外側熱交換器と室内側熱交換器とにわたって冷媒を循環して空調を行うことができる。
したがって、蓄熱槽を設けることにより、エンジン駆動により発電を行う状態、エンジンを駆動せずに蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーにより空調を行う状態、ならびに、エンジン駆動により空調を行う状態を得ることができ、例えば、電力負荷の増大時にあって、発電電力を供給することにより電力のピークカットに貢献でき、また、蓄熱槽に蓄えた熱エネルギーを利用して空調を行うことで、空調に要する電力消費を減少し、これによっても電力のピークカットに貢献でき、電力のピークカットに良好に貢献できる。
しかも、空調用クラッチと発電用クラッチの入り切りすることにより、１台のエンジンで圧縮機と発電機を駆動するから、設備全体としてのスペ−スが大きくなることを抑えることができ、イニシャルコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置の実施例を示す概略構成図である。
【図２】エンジンと圧縮機の関係を示す要部の側面図である。
【図３】蓄熱冷房運転モードを示す要部の構成図である。
【図４】（ａ）は放冷冷房運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は併用冷房運転モードを示す要部の構成図である。
【図５】（ａ）は圧縮機冷房運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は蓄熱・冷房運転モードを示す要部の構成図である。
【図６】（ａ）は暖房蓄熱運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は放熱暖房運転モードを示す要部の構成図である。
【図７】（ａ）は併用暖房運転モードを示す要部の構成図、（ｂ）は圧縮機暖房運転モードを示す要部の構成図である。
【図８】蓄熱・暖房運転モードを示す要部の構成図である。
【図９】（ａ）は空調運転状態の経時的変化を示すグラフ、（ｂ）はエンジン負荷の経時的変化を示すグラフである。
【図１０】電力負荷の経時的変化を示すグラフである。
【図１１】エンジン出力とエンジン回転数との相関を示すグラフであり、（ａ）は蓄熱槽が有る場合、（ｂ）は蓄熱槽が無い場合をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
３…空調用クラッチ
４…圧縮機
６…発電用クラッチ
７…発電機
８…冷媒回路
９…四路切換弁
１０…室外側熱交換器
１１…第１の膨張弁
１３…室内側熱交換器
１４…放熱ポンプ
１５ａ…第１の開閉弁
１６…蓄熱槽
１９…第２の開閉弁
Claims (5)
- エンジンに、発電用クラッチを介して発電機を連動連結するとともに、空調用クラッチを介して圧縮機を連動連結し、前記圧縮機を設けた冷媒回路に、室内側熱交換器と膨張弁と室外側熱交換器とを設け、前記冷媒回路に、前記室内側熱交換器と並列になるように蓄熱槽を接続するとともに、前記室内側熱交換器と前記蓄熱槽とを、前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーを前記室内側熱交換器に供給可能に接続し、かつ、前記冷媒回路に、前記圧縮機と並列に、冷媒を前記室内側熱交換器と前記蓄熱槽とにわたって循環させる電動型の放熱ポンプを設けたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
- 請求項１に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
空調用クラッチのみを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽に蓄える蓄熱運転モードと、
放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを室内側熱交換器に供給する放熱運転モードと、
発電用クラッチのみを入れて発電機を駆動して発電電力を得る発電運転モードと、
前記放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを前記室内側熱交換器に供給するとともに前記発電用クラッチのみを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る放熱・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成してあるエンジン駆動式ヒートポンプ装置。 - 請求項２に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
圧縮機を複数個設けるとともに、そのうちの少なくともひとつに空調用クラッチを介装し、
前記空調用クラッチを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に供給し、かつ、発電用クラッチを入れて発電機を駆動して発電電力を得る圧縮機空調・発電運転モードと、
前記空調用クラッチを入れて前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽に供給し、かつ、前記発電用クラッチを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る蓄熱・発電運転モードと、
前記空調用クラッチを入れるとともに放熱ポンプを駆動して前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給し、かつ、前記発電用クラッチを入れて前記発電機を駆動して発電電力を得る併用空調・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成してあるエンジン駆動式ヒートポンプ装置。 - 請求項１、２、３に記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
空調用クラッチを入れて圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを室内側熱交換器に供給する圧縮機空調運転モードと、
前記空調用クラッチを入れて前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーを蓄熱槽および前記室内側熱交換器に供給する蓄熱・空調運転モードと、
前記空調用クラッチを入れるとともに放熱ポンプを駆動して前記圧縮機からの冷媒による熱エネルギーと前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーの両方を室内側熱交換器に供給する併用空調運転モードのいずれかを選択可能に構成してあるエンジン駆動式ヒートポンプ装置。 - 請求項１、２、３、４のいずれかに記載のエンジン駆動式ヒートポンプ装置において、
夜間には圧縮機からの冷媒を蓄熱槽に供給して蓄熱する蓄熱運転モードを選択し、昼間には、前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを室内側熱交換器に供給する放熱運転モード、または、放熱ポンプを駆動して前記蓄熱槽に蓄えられた熱エネルギーのみを前記室内側熱交換器に供給するとともに発電用クラッチのみを入れて発電機を駆動して発電電力を得る放熱・発電運転モードのいずれかを選択可能に構成してあるエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
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| JP2003085384A JP2004293881A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | エンジン駆動式ヒートポンプ装置 |
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| JP2003085384A JP2004293881A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | エンジン駆動式ヒートポンプ装置 |
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|---|---|
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| JP2003085384A Pending JP2004293881A (ja) | 2003-03-26 | 2003-03-26 | エンジン駆動式ヒートポンプ装置 |
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006329573A (ja) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 空気調和装置 |
| KR100905483B1 (ko) | 2007-11-12 | 2009-07-02 | 바이오공조시스템주식회사 | 축열부를 갖는 공기조화기 |
| JP2012229899A (ja) * | 2011-04-27 | 2012-11-22 | Osaka Gas Co Ltd | 発電・空調装置の起動方法、及び、発電・空調装置の起動装置 |
| JP2012229900A (ja) * | 2011-04-27 | 2012-11-22 | Osaka Gas Co Ltd | 空調システムの起動方法、及び、空調システムの起動装置 |
| CN112856816A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-05-28 | 温必发 | 一种用于eps成型的空气热能转换器 |
| CN113587201A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-02 | 国孚新能源有限公司 | 空气源热泵集中供热参与电网调峰的控制方法 |
-
2003
- 2003-03-26 JP JP2003085384A patent/JP2004293881A/ja active Pending
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