JP2004324545A

JP2004324545A - Cogeneration device

Info

Publication number: JP2004324545A
Application number: JP2003121037A
Authority: JP
Inventors: Masaki Takamatsu; 正樹高松
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a thermal efficiency of an engine, and to improve a space saving efficiency and installability. <P>SOLUTION: For example, this cogeneration device comprises, integrally in a casing 5, a generator 11 connected to the engine 10 via a variable speed transmission mechanism 15, a first compressor 23 driven by a driving force of the engine 10, and a second compressor 28 driven by an electric power. The revolution speed of the engine 10 is controlled based on the load on the first compressor 23, an output for making the thermal efficiency of the engine 10 at the revolution speed become the maximum thermal efficiency is calculated based on a table map 40. Since the generator 11 is operated while the variable speed transmission mechanism 15 is controlled to have a load corresponding to the excess output of the output of the engine 10 to the first compressor 23, the thermal efficiency of the engine 10 is improved. Also, since there is no need to install an indoor unit for a refrigerator 2, the space-saving efficiency and the installabilty are improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
エンジンを備え、このエンジンに該エンジンで駆動される圧縮機、および、該エンジンで駆動される発電機を接続して電力供給と、冷熱供給とを行なう熱電併給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の熱電併給装置は、エンジンと、このエンジンの駆動力で駆動される発電機とを備え、前記エンジンを運転させて前記発電機を駆動させ、この発電機により発電された電力を商用電源へ系統連携させて電力供給を行ない、昼間の電力ピークの低減による電力消費量の平準化と、使用者への電力料金の負担を低減させ、さらに、前記エンジンの排気ガスや、冷却水の排熱は、水熱交換器などを介して温水へと回収し、例えば、給湯需要がある物件では、給湯用として前記温水を貯湯タンクへ貯湯し、前記給湯需要に応じて給湯を行なうという省エネルギー効果をもたらしていた。
【０００３】
この様な熱電併給装置としては、前記エンジンと前記発電機とを直結接続し、前記エンジンと前記圧縮機とを断続的に接続する駆動伝達機構を介して接続し、前記発電機で発電される発電量を一定とするため、前記エンジンは一定回転数で運転させるものとなっていた。これに対し、前記圧縮機は、前記駆動伝達機構で、圧縮機の断続的な運転を行わせ空調負荷に合わせた運転が行われていた。
【０００４】
また、この熱電併給装置では、燃料を前記エンジン内で燃焼させ、その熱エネルギーの一部を駆動力へと変換し、前記発電機を運転して発電エネルギーを生成しているため、この発電機から供給される電力供給量に比べ、前記エンジンから回収できる熱供給量の方がはるかに大きく、給湯需要が無い物件への導入が難しいものとなっていた。
【０００５】
このため、前記給湯需要が無い物件では、前記エンジンから回収できた前記熱供給量を、デシカント空調機や、吸収式冷凍機などの熱を利用して運転される空気調和装置の熱源として利用し、空調運転を行わせる熱電併給装置が提案され、上記電力と、温水とを供給する熱電併給装置と同様に、省エネルギー効果をもたらしていた。（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３２４２４０号公報（第３−５頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献１で示される様な熱電併給装置では、前記エンジンで前記発電機を運転する回転数を前記エンジンの最高効率点と成る様に設計しても、前記圧縮機の空調運転を行わせるために前記駆動伝達機構を接続状態とすることで、前記エンジンの前記回転数での出力と、前記発電機および前記圧縮機の負荷とのバランスが崩れてしまうため、エンジンの熱効率の最高効率点を外れたところでの運転を行ってしまうと言う問題点があった。
【０００８】
また、スーパーマーケットや、コンビニエンスストアなどの店舗では、上記熱電併給装置を設置しても空調などのほかにも食品などの冷却保存を行なう冷蔵冷凍機を設置する必要があるため、前記熱電併給装置を設置して消費電力を軽減できたとしても、前記冷蔵冷凍機の室外ユニットを別途設置しなければならず、前記室外ユニットの設置スペースの確保および設置工事を別途行わなければならないと言う問題もあった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、エンジンの熱効率を改善するとともに、省スペース性および設置工事性を向上させた熱電併給装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、エンジンの一端へ、可変速伝達機構を介して接続される電力供給用の発電機を備え、他端へ前記エンジンの駆動力で駆動される冷熱供給用の圧縮機を接続して同一の筐体内に備え、電力供給と、冷熱供給とを行なう熱電併給装置において、前記圧縮機の負荷に合わせて、前記エンジンの回転数を制御すると共に、前記回転数での熱効率が最高熱効率となる前記エンジンの出力を演算し、前記圧縮機へかかる前記エンジンの出力の余剰出力を演算して、この余剰出力に相当する負荷と成る様、前記発電機の回転数を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記制御手段は、前記余剰出力が減少した場合には、前記可変速伝達機構で減速して前記発電機の負荷を軽減させ、前記余剰出力が増加した場合には、前記可変速伝達機構で増速して前記発電機の負荷を増加させることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記制御手段は、前記エンジンの回転数と出力と熱効率とのデータを収録したテーブルマップを備え、このテーブルマップに基づいて前記回転数での前記エンジンの出力および熱効率を演算することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のものにおいて、前記筐体内へ電力で駆動される圧縮機を備えて、前記発電機で発電した電力を利用可能に接続したことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００１５】
本発明によるエンジンの熱効率を改善するとともに、省スペース性および設置工事性を向上させた熱電併給装置の第１実施形態について示す。まず、図１に示す様に、熱電併給装置１へ、食品などを冷却保存する冷凍機２と、デシカント空調機３と、室内ユニット４とが接続されて設けられていると共に、例えば、単相３線式１００Ｖの電灯線電源系統である商用電源へ熱電併給装置１が、電力供給線３４により接続されている。そして、熱電併給装置１は、主に、発電部６と、熱回収部７と、第１冷凍回路部８と、第２冷凍回路部９とが筐体５に納められて構成されている。なお、前記電灯線電源系統は、図示しない電灯負荷等へと接続されている。
【００１６】
発電部６は、エンジン１０の駆動力により駆動され、後述する制御部３４により能力可変に制御されるＣＶＴなどの可変速伝達機構１５を備えた発電機１１と、前記発電機１１で発電された電力を前記電灯線電源系統へ系統連携させて出力する系統連携装置１２と、この系統連携装置１２から出力された電力を商用電源側へ供給する電力供給線１３と、前記電灯線電源系統の位相、および、前記系統連携装置１２から供給される電力の方向を検出する電力供給センサ１４とで構成されており、上記発電機１１は、エンジン１０の一端へ接続されている。系統連携装置１２は、単相３線式１００Ｖとして、電灯線電源系統へ電力供給されるものとなっており、図中Ｒ相と、Ｓ相との間、および、Ｓ相と、Ｔ相との間にそれぞれ単相１００Ｖの電源を、Ｒ相と、Ｔ相との間に単相２００Ｖの電源を供給出来るものとなっている。
【００１７】
熱回収部７は、エンジン１０からの排気ガスより熱回収を行う排気熱交換器１６と、前記排気ガスを大気へと排出する排気トップ１７と、前記冷却水を循環させる冷却水ポンプ１８と、デシカント空調機３への熱供給を行なう水熱交換器１９と、この水熱交換器１９で余剰となった熱を大気へ放熱させるラジエータ２０と、前記冷却水の温度により、前記冷却水の循環経路を切り替える第１三方弁２１、および、第２三方弁２２とで構成されている。
【００１８】
第１冷凍回路部８は、前記エンジン１０の駆動力により駆動され冷媒を圧縮する第１圧縮機２３と、この第１圧縮機２３から吐出された前記冷媒の循環方向を反転させる第１四方弁２４と、前記冷媒と大気との熱交換を行わせる第１室外熱交換器２５と、前記冷媒の減圧を行なう第１減圧弁２６と、室内ユニット４を循環して戻った冷媒の気液分離を行なう第１アキュームレータ２７とが冷媒配管で接続されて構成されている。
【００１９】
第２冷凍回路部９は、電力により駆動され冷媒を圧縮する第２圧縮機２８と、この第２圧縮機２８から吐出された前記冷媒の循環方向を反転させる第２四方弁２９と、前記冷媒と大気との熱交換を行わせる第２室外熱交換器３０と、前記冷媒の減圧を行なう第２減圧弁３１と、冷凍機２を循環して戻った冷媒の気液分離を行なう第２アキュームレータ３２とが冷媒配管で接続されて構成されている。なお、この第２圧縮機２８は、キャパシタを備えて運転される圧縮機としても、インバータを備えて能力可変に運転される圧縮機としても良い。
【００２０】
また、前記第２圧縮機２８の電源は、前記系統連携装置１２の出力側から前記電灯線電源系統へ接続されている電力供給線１３の両端の相、つまり、図中でＲ相と、Ｔ相との間にかかる単相２００Ｖ側へ接続されており、前記電力供給センサ１４は、前記電力供給線１３上で、前記第２圧縮機２８の電源が接続されている位置よりも前記電灯線電源系統側の位置に設けられている。
【００２１】
さらに、発電部６、熱回収部７、第１冷凍回路部８、第２冷凍回路部９、エンジン１０の制御を行なう制御部３４が、筐体５内に内蔵されている。
【００２２】
冷凍機２には、第２冷凍回路部９に接続された第２室内熱交換器３６が備えられており、室内ユニット４には、第１冷凍回路部８に接続された第１室内熱交換器３５と、室内温度センサ３７とが備えられている。
【００２３】
そして、前記制御部３４には、図２に示す様に、エンジン１０の各回転数におけるエンジン１０の出力と熱効率のデータとを収録したテーブルマップ４０が備えられており、このテーブルマップに基づいて制御部３４から前記発電部６が制御されるものとなっている。
【００２４】
そして、この熱電併給装置１の運転について説明すると、先ず、室内ユニット４の運転が開始されると、室内温度センサ３７で室内ユニット４が据付けられた部屋の温度が検出され、図示しない室内ユニット４の室内制御部で空調負荷ＫＨ１が演算されて、図示しない通信配線により制御部３４へ前記空調負荷ＫＨ１とエンジン１０の運転開始の指示が送信される。この室内ユニット４からの送信を受けた制御部３４では、送信された前記空調負荷ＫＨ１から圧縮機２３の運転能力を演算してエンジン１０の回転数Ｒ１を決定すると共に、エンジン１０の前記回転数Ｒ１での圧縮機負荷ＨＣ１を演算する。これと同時に、制御部３４に備えられた上記テーブルマップ４０に基づいて、エンジン１０の前記回転数Ｒ１での最大熱効率ＭＴＨ１となる出力Ｐ１を演算し、この出力Ｐ１と前記圧縮機負荷ＨＣ１との差からエンジン１０の余剰出力Ｐｓ１が演算される。そして、制御部３４は、発電機１１の負荷ＨＯ１が、前記余剰出力Ｐｓ１に相当する負荷と成る様に可変速伝達機構１５を制御してエンジン１０の運転を開始させる。
【００２５】
これにより、図１に示す様に、エンジン１０の駆動力で、圧縮機２３が駆動され、室内ユニット４が冷房運転であれば、圧縮機２３から吐出された冷媒は、第１四方弁２４を経由して第１室外熱交換器２５へと流入し、この第１室外熱交換器２５で前記冷媒は、外気との熱交換を行い凝縮し、第１減圧弁２６で減圧されて室内ユニット４の室内熱交換器３５へ流入する。しかる後、室内熱交換器３５で室内空気と熱交換して前記冷媒は蒸発し、再度、第１四方弁２４を経由して第１アキュームレータ２７を経て第１圧縮機２３へと戻る順路で循環し、室内が冷房される。
【００２６】
また、発電機１１は、上記制御部３４からエンジン１０の前記余剰出力Ｐｓ１に対応した前記負荷ＨＯ１となるよう可変速伝達機構１５が制御されているため、この負荷ＨＯ１に見合う発電量を発電し、電力供給センサ１４で検出された位相と電力の方向に基づいて、系統連携装置１２で商用電源（例えば、上記３相、交流１００Ｖ）へと変換され、電力供給線１３から前記電灯線電力系統へと供給される。
【００２７】
そして、室内ユニット４の空調負荷ＨＫ１が減少し、空調負荷ＨＫ２となった場合には、この空調負荷ＨＫ２が室内ユニット４から熱電併給装置１の制御部３４へ、図示しない通信配線で送信され、この送信を受けた制御部３４は、再度、空調負荷ＨＫ２から圧縮機２３の運転能力を演算し直して、エンジン１０の回転数Ｒ２を決定すると共に、エンジン１０の前記回転数Ｒ１での圧縮機負荷ＨＣ２を演算する。これと同時に、制御部３４に備えられたテーブルマップ４０に基づいて、エンジン１０の前記回転数Ｒ２での最大熱効率ＭＴＨ２となる出力Ｐ２を演算し、この出力Ｐ２と前記圧縮機負荷ＨＣ２との差からエンジン１０の余剰出力Ｐｓ２が演算される。そして、制御部３４は、発電機１１の負荷ＨＯ２が、前記余剰出力Ｐｓ２に相当する負荷と成る様に可変速伝達機構１５を制御してエンジン１０の運転を継続させる。
【００２８】
これにより、エンジン１０の回転数は低下し、圧縮機２３から吐出される冷媒が減少するため、第１室外熱交換器２５で凝縮する冷媒量も減少し、室内ユニット４へ循環する冷媒量も減少して室内ユニット４の冷房能力も低減する。
【００２９】
また、発電機１１は、上記制御部３４からエンジン１０の前記余剰出力Ｐｓ２に対応した前記負荷ＨＯ２となるよう可変速伝達機構１５が制御されているため、この負荷ＨＯ２に見合う発電量を発電し、電力供給センサ１４で検出された位相と電力の方向に基づいて、系統連携装置１２で商用電源（例えば、上記３相、交流１００Ｖ）へと変換され、電力供給線１３から前記電灯線電力系統へと供給される。
【００３０】
上記説明をテーブルマップ４０を用いて説明すると、図３に示す様に、室内ユニット４の空調負荷ＨＫ１からエンジン１０の回転数Ｒ１が決定されると共に、前記回転数Ｒ１での圧縮機負荷ＨＣ１が演算された場合、エンジン１０の回転数Ｒ１が、例えば、１８００ｒｐｍとなり、圧縮機負荷ＨＣ１が点Ａの位置にあるとすると、このエンジン１０の回転数Ｒ１が１８００ｒｐｍの時の最大熱効率ＭＴＨ１となる出力Ｐ１が、テーブルマップ４０に収録されたデータに基づいて演算される。しかる後、この出力Ｐ１と圧縮機負荷ＨＣ１との差からエンジン１０の余剰出力Ｐｓ１が演算され、発電機１１の負荷ＨＯ１が、前記余剰出力Ｐｓ１に相当する負荷と成る様に制御部３４から可変速伝達機構１５が制御される。これにより、室内ユニット４の空調負荷ＨＫ１に対応した空調運転が行えると共に、エンジン１０は、最大熱効率ＭＴＨ１での運転を行うことができる。
【００３１】
そして、室内ユニット４の空調負荷ＨＫ１が減少して空調負荷ＨＫ２となり、例えば、前記空調負荷ＨＫ２からエンジン１０の回転数Ｒ２が１５００ｒｐｍとなった場合、圧縮機負荷ＨＣ２が点Ｂの位置にあったとすると、このエンジン１０の回転数Ｒ２が１５００ｒｐｍの時の最大熱効率ＭＴＨ２となる出力Ｐ２が、テーブルデータ４０に収録されたデータに基づいて演算される。しかる後、この出力Ｐ２と圧縮機負荷ＨＣ２との差からエンジン１０の余剰出力Ｐｓ２が演算され、発電機１１の負荷ＨＯ２が、前記余剰出力Ｐｓ２に相当する負荷と成る様に制御部３４から可変速伝達機構１５が制御される。これにより、室内ユニット４の空調負荷ＨＫ２に対応した空調運転が行えると共に、エンジン１０は、最大熱効率ＭＴＨ２での運転を行うことができる。
【００３２】
さらに、この熱電併給装置１では、上述の図１に示す様に、商用電源の電力で駆動される第２圧縮機２８を有する第２冷媒系統９が備えられており、この第２冷媒系統９は、食品などの冷凍冷蔵や加温を行う冷凍機２の冷媒熱交換器３６へと接続されている。この第２冷媒系統９では、前記冷凍機２が食品の冷凍冷蔵を行う場合には、第２圧縮機２８で圧縮された冷媒を、第２四方弁２９を経由させて第２室外熱交換器３０へと流入させ、この第２室外熱交換器３０で前記冷媒を凝縮させて第２減圧弁３１で減圧させ、冷凍機２の冷媒熱交換器３６へと流入させる。しかる後、前記冷媒は、冷媒熱交換器３６で蒸発して前記食品などの冷凍冷蔵を行い、第２四方弁２９を経由して第２アキュームレータ３２を経て第２圧縮機２８へと戻る順路で循環する。
【００３３】
また、前記冷凍機２が食品の加温を行う場合には、第２圧縮機２８で圧縮された冷媒を、第２四方弁２９を経由させて冷凍機２の冷媒熱交換器３６へと流入させ、この冷媒熱交換器３６で前記冷媒を凝縮させて前記食品の加温を行い、第２減圧弁３１で減圧して第２室外熱交換器３０で前記冷媒を凝縮させて第２四方弁２９を経由させ、第２アキュームレータ３２を経て第２圧縮機２８へと戻る順路で循環する。
【００３４】
ここで、前記第２圧縮機２８へ電力を供給する電力線は、電力供給線１３、つまり、系統連携装置１２の出力側へ接続されているため、前記エンジン１０が運転している場合には、発電機１１で発電された電力を優先的に利用して上記食品などの冷凍冷蔵や加温を行うことができ、前記エンジン１０が停止している場合には、商用電源の電力を利用して前記食品などの冷凍冷蔵や加温の運転を行うことが可能となっている。
【００３５】
つまり、例えば、夏場などでは、空調負荷の増大する日中などは、エンジン１０が運転され、発電機１１での発電が行われて前記電灯線電源系統への電力供給が行われるため、第２圧縮機２８で消費する前記電灯線電源系統から供給される電力が軽減され、前記空調負荷が減少する夜間は、前記電灯線電源系統から供給される電力で第２圧縮機２８が運転される。
【００３６】
この様に、制御部３４へエンジン１０の熱効率のデータを収録したテーブルマップ４０を備え、このテーブルマップ４０に基づいて可変速伝達機構１５を制御して発電機１１での発電を行わせることにより、エンジン１０を最も熱効率が良い状態で運転させられるため、経済的な空調運転を行わせることができると共に、新たに冷凍機２の室外ユニットを設置し、この室外ユニットを商用電源系統へ接続する設置工事が不要となるため、省スペース性および設置工事性が向上する。
【００３７】
また、この様な熱電併給装置としては、図４の第２実施形態に示す様な、熱電併給装置５０とすることも可能である。
【００３８】
この第２実施形態での熱電併給装置５０では、上記第１実施形態に対し、第１冷媒系統８の第１圧縮機２３から吐出される冷媒と、第２冷媒系統９の第２圧縮機２８から吐出される冷媒とを合流させて、１つの冷媒系統５１へと循環させ、この冷媒系統５１を冷凍機２へと接続するものとしており、部屋の空調は、デシカント空調機３で行うものとしている。
【００３９】
この第２実施形態では、第２圧縮機２８をインバータなど能力を可変できる圧縮機として備えると共に、制御部３４内にタイマａを備えて、夜間電力が利用可能な時間であるか否かを判断させ、冷媒系統５１に接続された第１圧縮機２３と第２圧縮機２８とをそれぞれ制御して冷凍機２で前記食品などの冷凍冷蔵、或いは、加温を行うものとしている。
【００４０】
例えば、制御部３４内に備えたタイマａが、夜間電力が利用可能な時間帯以外の時間帯であることを判断すると、制御部３４から第２圧縮機２８を停止させると共に、エンジン１０を運転させて第１圧縮器２３を運転させ、この第１圧縮機２３を冷凍機２の冷凍冷蔵負荷に応じた能力で運転させる。つまり、冷凍機２の冷凍冷蔵負荷に応じて、エンジン１０の回転数を制御する。同時に、制御部３４に備えられたテーブルマップ４０に基づいて、エンジン１０の最高熱効率ＭＴＨでの出力Ｐが演算されると共に、第１圧縮機２３の圧縮機負荷ＨＣが演算され、前記出力Ｐと前記圧縮機負荷ＨＣからエンジン１０の余剰出力Ｐｓが演算される。しかる後、発電機１１の負荷ＨＯが、この余剰出力Ｐｓに相当する負荷と成る様に可変速伝達機構１５が制御部３４から制御され、発電機１１での発電が行われて前記電灯線電源系統へ接続された電灯負荷への電源供給が行われる。これにより、エンジン１０を熱効率が最も良い状態で運転させられると共に、日中の電力使用量を低減させることができ、殆ど前記電灯線電源系統から供給される電力を消費すること無く冷凍機２の運転を行わせることができる。
【００４１】
これに対し、制御部３４内に備えた前記タイマａが、夜間電力が利用可能な時間帯であることを判断すると、制御部３４からエンジン１０を停止させて、発電機１１および第１圧縮機２３の運転を停止させると共に、第２圧縮機２８の運転を開始させる。これにより、利用料金の安い夜間電力を利用して冷凍機２の運転を行わせることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、制御部３４にエンジン１０の熱効率のデータを収録したテーブルマップ４０を備え、このテーブルマップ４０に基づいて発電機１１のエンジン１０に対する負荷を制御する様説明したが、これに限らず、エンジン１０の吸気側へ圧力センサ（バキューム或いはブースト）を設け、この圧力センサで検出された圧力信号に基づいて行うことも可能であり、また、前記エンジン１０へ燃料ガスを供給するスロットルの開度を検出し、このスロットル開度信号に基づいて行うことも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明より、エンジンの駆動力で駆動される圧縮機と発電機とを備え、前記圧縮機の負荷に応じて前記エンジンの回転数を制御すると共に、前記回転数での前記エンジンの熱効率が最高熱効率となる出力を演算して、前記圧縮機へかかる前記エンジンの出力の余剰出力に相当する負荷と成る様に前記発電機を制御するので、前記エンジンの熱効率が改善される。
【００４４】
さらに、電力で駆動される第２圧縮機を内蔵して備えさせることにより、冷凍機を運転する室外ユニットを設置する必要が無くなるため、設置スペースを少なくできると共に、設置工事性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンで駆動する第１圧縮機と、電力で駆動する第２圧縮機とを備えた熱電併給装置について示した構成図である。
【図２】制御部内に備えたテーブルマップを示す図である。
【図３】同テーブルマップ上で熱電併給装置の動作を示した図である。
【図４】図１の熱電併給装置の省エネルギー化を進めた熱電併給装置について示した構成図である。
【符号の説明】
１熱電併給装置
２冷凍機
５筐体
６発電部
８第１冷媒回路部
９第２冷媒回路部
１０エンジン
１１発電機
１２系統連携装置
１３電力供給線
１４電力供給センサ
１５可変速伝達機構
２３第１圧縮機
２４第１四方弁
２５第１室外熱交換器
２６第１減圧弁
２７第１アキュームレータ
３４制御部
３５第１室内熱交換器
３６第２室内熱交換器
３７室内温度センサ
５０熱伝併給装置
５１冷媒系統[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compressor provided with an engine, and a compressor driven by the engine, and a combined heat and power supply device connected to a generator driven by the engine to supply power and supply cold energy.
[0002]
[Prior art]
A conventional cogeneration system includes an engine and a generator driven by the driving force of the engine. The engine is operated to drive the generator, and the electric power generated by the generator is supplied to a commercial power supply. Power supply is performed in cooperation with the grid, leveling power consumption by reducing power peaks in the daytime, reducing the burden of power charges on users, and further discharging exhaust gas of engine and cooling water. Recovers hot water through a water heat exchanger or the like.For example, in a property that has hot water supply demand, the energy saving effect of storing the hot water in a hot water storage tank for hot water supply and performing hot water supply according to the hot water supply demand is obtained. Had brought.
[0003]
In such a cogeneration system, the engine and the generator are directly connected, and the engine and the compressor are connected via a drive transmission mechanism that intermittently connects the generator and the generator, and power is generated by the generator. In order to keep the power generation constant, the engine is operated at a constant rotation speed. On the other hand, in the compressor, the drive transmission mechanism performs an intermittent operation of the compressor to perform an operation according to an air conditioning load.
[0004]
Further, in this cogeneration system, fuel is burned in the engine, a part of the heat energy is converted into driving force, and the generator is operated to generate power generation. The amount of heat supply that can be recovered from the engine is much larger than the amount of electric power supplied from the engine, making it difficult to introduce the heat supply into a property that does not require hot water supply.
[0005]
For this reason, in a property that does not have the hot water supply demand, the heat supply amount recovered from the engine is used as a heat source of an air conditioner that is operated using heat of a desiccant air conditioner or an absorption refrigerator. In addition, a cogeneration system for performing an air-conditioning operation has been proposed, and an energy saving effect has been brought about similarly to the cogeneration system for supplying the electric power and the hot water. (For example, see Patent Document 1)
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-324240 A (Page 3-5, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the cogeneration system as disclosed in Patent Document 1, even if the number of revolutions at which the generator is operated by the engine is designed to be the highest efficiency point of the engine, the air conditioning operation of the compressor is not performed. By setting the drive transmission mechanism in the connected state in order to perform the operation, the balance between the output of the engine at the rotation speed and the loads of the generator and the compressor is lost. There was a problem that the operation was performed at a point outside the efficiency point.
[0008]
Also, in stores such as supermarkets and convenience stores, it is necessary to install a refrigeration refrigerator for cooling and preserving food and the like in addition to air conditioning even if the cogeneration system is installed. Even if the power consumption can be reduced by installation, the outdoor unit of the refrigerator must be separately installed, and there is also a problem that the installation space of the outdoor unit and the installation work must be separately performed. Was.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a combined heat and power supply device that improves the thermal efficiency of an engine, and also improves space saving and installation workability.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 includes a power supply generator connected to one end of the engine via a variable speed transmission mechanism, and a compression for cold heat supply driven to the other end by the driving force of the engine. In the combined heat and power supply device that connects the compressor and is provided in the same housing, and supplies electric power and cold heat, the number of revolutions of the engine is controlled according to the load of the compressor, and the number of revolutions at the number of revolutions is controlled. The output of the engine at which the thermal efficiency becomes the highest thermal efficiency is calculated, the surplus output of the engine output applied to the compressor is calculated, and the number of revolutions of the generator is controlled so as to have a load corresponding to the surplus output. And a control means for performing the control.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when the surplus output decreases, the control means reduces the load on the generator by reducing the speed by the variable speed transmission mechanism. When the surplus output increases, the speed is increased by the variable speed transmission mechanism to increase the load on the generator.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the control means includes a table map containing data of the number of revolutions, output, and thermal efficiency of the engine, and based on the table map. And calculating the output and thermal efficiency of the engine at the rotation speed.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, a compressor driven by electric power is provided in the housing, and the electric power generated by the electric generator is connected to be used. It is characterized by having done.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0015]
A first embodiment of a cogeneration system that improves the thermal efficiency of an engine according to the present invention and also improves space saving and installation workability will be described. First, as shown in FIG. 1, a refrigerator 2 for cooling and preserving foods and the like, a desiccant air conditioner 3, and an indoor unit 4 are connected to a cogeneration system 1 and provided, for example, in a single-phase mode. The cogeneration system 1 is connected by a power supply line 34 to a commercial power supply, which is a 3-wire 100V power line power supply system. The cogeneration system 1 mainly includes a power generation unit 6, a heat recovery unit 7, a first refrigeration circuit unit 8, and a second refrigeration circuit unit 9 housed in a housing 5. The power line power supply system is connected to a light load (not shown).
[0016]
The power generation unit 6 is driven by the driving force of the engine 10, and includes a generator 11 having a variable speed transmission mechanism 15 such as a CVT that is variably controlled by a control unit 34, which will be described later, and power generated by the generator 11. A system linking device 12 for system-linking and outputting power to the power line power supply system, a power supply line 13 for supplying power output from the system linking device 12 to the commercial power supply, and a phase of the power line power supply system , And a power supply sensor 14 for detecting the direction of the power supplied from the system cooperation device 12. The generator 11 is connected to one end of the engine 10. The system cooperation device 12 is configured to supply power to the power line power system as a single-phase three-wire system 100V, and to supply power between the R phase, the S phase, the S phase, and the T phase in the drawing. , And a single-phase 200V power supply between the R-phase and the T-phase.
[0017]
The heat recovery unit 7 includes an exhaust heat exchanger 16 that recovers heat from exhaust gas from the engine 10, an exhaust top 17 that discharges the exhaust gas to the atmosphere, a cooling water pump 18 that circulates the cooling water, A water heat exchanger 19 for supplying heat to the desiccant air conditioner 3, a radiator 20 for radiating excess heat from the water heat exchanger 19 to the atmosphere, and a circulation of the cooling water based on a temperature of the cooling water. It comprises a first three-way valve 21 and a second three-way valve 22 for switching the path.
[0018]
The first refrigeration circuit unit 8 includes a first compressor 23 that is driven by the driving force of the engine 10 to compress the refrigerant, and a first four-way valve that reverses the circulation direction of the refrigerant discharged from the first compressor 23. 24, a first outdoor heat exchanger 25 for exchanging heat between the refrigerant and the atmosphere, a first pressure reducing valve 26 for depressurizing the refrigerant, and gas-liquid separation of the refrigerant circulated through the indoor unit 4 and returned. And a first accumulator 27 for performing the above-mentioned operations are connected by a refrigerant pipe.
[0019]
The second refrigeration circuit unit 9 includes a second compressor 28 driven by electric power to compress the refrigerant, a second four-way valve 29 for reversing the circulation direction of the refrigerant discharged from the second compressor 28, A second outdoor heat exchanger 30 for exchanging heat with the atmosphere, a second pressure reducing valve 31 for reducing the pressure of the refrigerant, and a second accumulator for separating the refrigerant returned by circulating through the refrigerator 2 32 are connected by a refrigerant pipe. The second compressor 28 may be a compressor that is operated with a capacitor or a compressor that is operated with a variable capacity by including an inverter.
[0020]
The power of the second compressor 28 is supplied to both phases of the power supply line 13 connected from the output side of the system linking device 12 to the power line power system, that is, the R phase in the figure, the T phase, The power supply sensor 14 is connected to the single-phase 200V side between the power supply line 13 and the power line 14 on the power supply line 13 from a position where the power supply of the second compressor 28 is connected. It is provided at a position on the power supply system side.
[0021]
Further, a control unit 34 for controlling the power generation unit 6, the heat recovery unit 7, the first refrigeration circuit unit 8, the second refrigeration circuit unit 9, and the engine 10 is built in the housing 5.
[0022]
The refrigerator 2 is provided with a second indoor heat exchanger 36 connected to the second refrigeration circuit section 9, and the indoor unit 4 is provided with a first indoor heat exchange connected to the first refrigeration circuit section 8. A device 35 and an indoor temperature sensor 37 are provided.
[0023]
As shown in FIG. 2, the control unit 34 is provided with a table map 40 in which the output of the engine 10 and the data of the thermal efficiency at each rotation speed of the engine 10 are recorded, and based on this table map. The power generation unit 6 is controlled by the control unit 34.
[0024]
The operation of the cogeneration system 1 will be described. First, when the operation of the indoor unit 4 is started, the temperature of the room in which the indoor unit 4 is installed is detected by the indoor temperature sensor 37, and the indoor unit 4 (not shown) is detected. The air-conditioning load KH1 is calculated by the indoor control unit, and an instruction to start the operation of the air-conditioning load KH1 and the engine 10 is transmitted to the control unit 34 via a communication line (not shown). The control unit 34 that has received the transmission from the indoor unit 4 calculates the operating capacity of the compressor 23 from the transmitted air conditioning load KH1 to determine the rotation speed R1 of the engine 10, and determines the rotation speed R1 of the engine 10. The compressor load HC1 at R1 is calculated. At the same time, based on the table map 40 provided in the control unit 34, an output P1 that becomes the maximum thermal efficiency MTH1 at the rotation speed R1 of the engine 10 is calculated, and the output P1 and the compressor load HC1 are calculated. The surplus output Ps1 of the engine 10 is calculated from the difference. Then, the control unit 34 controls the variable speed transmission mechanism 15 so that the load HO1 of the generator 11 becomes a load corresponding to the surplus output Ps1, and starts the operation of the engine 10.
[0025]
Thereby, as shown in FIG. 1, the compressor 23 is driven by the driving force of the engine 10, and when the indoor unit 4 is in the cooling operation, the refrigerant discharged from the compressor 23 operates the first four-way valve 24. Then, the refrigerant flows into the first outdoor heat exchanger 25 via the first outdoor heat exchanger 25, where the refrigerant exchanges heat with the outside air to be condensed, and is decompressed by the first pressure reducing valve 26 to be decompressed by the indoor unit 4 Flows into the indoor heat exchanger 35. Thereafter, the refrigerant exchanges heat with the indoor air in the indoor heat exchanger 35 to evaporate the refrigerant, and circulates again through the first four-way valve 24, through the first accumulator 27, and back to the first compressor 23. Then, the room is cooled.
[0026]
Further, since the variable speed transmission mechanism 15 of the generator 11 is controlled by the control unit 34 to be the load HO1 corresponding to the surplus output Ps1 of the engine 10, the generator 11 generates the amount of power generation corresponding to the load HO1. Based on the phase and the direction of the electric power detected by the electric power supply sensor 14, the electric power is converted into a commercial power supply (for example, the above-mentioned three-phase, AC 100 V) by the system cooperation device 12, Supplied to.
[0027]
When the air-conditioning load HK1 of the indoor unit 4 decreases and becomes the air-conditioning load HK2, the air-conditioning load HK2 is transmitted from the indoor unit 4 to the control unit 34 of the cogeneration system 1 via a communication line (not shown), The control unit 34 having received this transmission again calculates the operating capacity of the compressor 23 from the air-conditioning load HK2, determines the rotational speed R2 of the engine 10, and sets the compressor at the rotational speed R1 of the engine 10 at the rotational speed R1. The load HC2 is calculated. At the same time, based on the table map 40 provided in the control unit 34, an output P2 that becomes the maximum thermal efficiency MTH2 at the rotation speed R2 of the engine 10 is calculated, and a difference between the output P2 and the compressor load HC2 is calculated. Is used to calculate the surplus output Ps2 of the engine 10. Then, the control unit 34 controls the variable speed transmission mechanism 15 so that the load HO2 of the generator 11 becomes a load corresponding to the surplus output Ps2, and continues the operation of the engine 10.
[0028]
As a result, the rotation speed of the engine 10 decreases, and the amount of refrigerant discharged from the compressor 23 decreases. Therefore, the amount of refrigerant condensed in the first outdoor heat exchanger 25 also decreases, and the amount of refrigerant circulating to the indoor unit 4 also decreases. The cooling capacity of the indoor unit 4 is also reduced.
[0029]
Further, since the variable speed transmission mechanism 15 of the generator 11 is controlled by the control unit 34 so as to be the load HO2 corresponding to the surplus output Ps2 of the engine 10, the generator 11 generates the amount of power generation corresponding to the load HO2. Based on the phase and the direction of the electric power detected by the electric power supply sensor 14, the electric power is converted into a commercial power supply (for example, the above-mentioned three-phase, AC 100 V) by the system cooperation device 12, Supplied to.
[0030]
The above description will be described with reference to the table map 40. As shown in FIG. 3, the rotation speed R1 of the engine 10 is determined from the air conditioning load HK1 of the indoor unit 4, and the compressor load HC1 at the rotation speed R1 is reduced. When the calculation is performed, assuming that the rotation speed R1 of the engine 10 is, for example, 1800 rpm and the compressor load HC1 is at the position of the point A, the output that becomes the maximum thermal efficiency MTH1 when the rotation speed R1 of the engine 10 is 1800 rpm. P1 is calculated based on the data recorded in the table map 40. Thereafter, the surplus output Ps1 of the engine 10 is calculated from the difference between the output P1 and the compressor load HC1, and the control unit 34 determines that the load HO1 of the generator 11 becomes a load corresponding to the surplus output Ps1. The transmission mechanism 15 is controlled. Thus, the air conditioning operation corresponding to the air conditioning load HK1 of the indoor unit 4 can be performed, and the engine 10 can be operated at the maximum thermal efficiency MTH1.
[0031]
Then, the air conditioning load HK1 of the indoor unit 4 decreases and becomes the air conditioning load HK2. For example, when the rotation speed R2 of the engine 10 becomes 1500 rpm from the air conditioning load HK2, the compressor load HC2 is located at the point B. Then, the output P2 that becomes the maximum thermal efficiency MTH2 when the rotation speed R2 of the engine 10 is 1500 rpm is calculated based on the data recorded in the table data 40. Thereafter, the surplus output Ps2 of the engine 10 is calculated from the difference between the output P2 and the compressor load HC2, and the control unit 34 determines that the load HO2 of the generator 11 becomes a load corresponding to the surplus output Ps2. The transmission mechanism 15 is controlled. Thus, the air conditioning operation corresponding to the air conditioning load HK2 of the indoor unit 4 can be performed, and the engine 10 can be operated at the maximum thermal efficiency MTH2.
[0032]
Further, in the cogeneration system 1, as shown in FIG. 1 described above, a second refrigerant system 9 having a second compressor 28 driven by the electric power of the commercial power supply is provided. Is connected to a refrigerant heat exchanger 36 of the refrigerator 2 that performs freezing and refrigeration and heating of foods and the like. In the second refrigerant system 9, when the refrigerator 2 performs freezing and refrigeration of food, the refrigerant compressed by the second compressor 28 is passed through the second four-way valve 29 to the second outdoor heat exchanger. The refrigerant is condensed by the second outdoor heat exchanger 30, decompressed by the second pressure reducing valve 31, and flows into the refrigerant heat exchanger 36 of the refrigerator 2. Thereafter, the refrigerant evaporates in the refrigerant heat exchanger 36 to perform freezing and refrigeration of the food and the like, and returns to the second compressor 28 via the second accumulator 32 via the second four-way valve 29. Circulate.
[0033]
When the refrigerator 2 heats food, the refrigerant compressed by the second compressor 28 flows into the refrigerant heat exchanger 36 of the refrigerator 2 via the second four-way valve 29. Then, the refrigerant is condensed in the refrigerant heat exchanger 36 to heat the food, the pressure is reduced by the second pressure reducing valve 31, and the refrigerant is condensed in the second outdoor heat exchanger 30, and the second four-way valve is formed. The air circulates through a path returning to the second compressor 28 through the second accumulator 32 via the second accumulator 32.
[0034]
Here, since the power line that supplies power to the second compressor 28 is connected to the power supply line 13, that is, the output side of the system cooperation device 12, when the engine 10 is operating, The power generated by the generator 11 can be used preferentially to perform freezing and refrigeration or heating of the food or the like, and when the engine 10 is stopped, the power of the commercial power supply is used. It is possible to perform the operation of freezing and refrigeration or heating of the food or the like.
[0035]
That is, for example, in summer, during the daytime when the air-conditioning load increases, the engine 10 is operated, power is generated by the generator 11, and power is supplied to the power line power supply system. The power supplied from the power line power supply system consumed by the compressor 28 is reduced, and during the night when the air conditioning load is reduced, the second compressor 28 is operated with the power supplied from the power line power supply system.
[0036]
As described above, the control unit 34 is provided with the table map 40 in which the data of the thermal efficiency of the engine 10 is recorded, and the variable speed transmission mechanism 15 is controlled based on the table map 40 so that the power generation by the generator 11 is performed. Since the engine 10 can be operated with the best thermal efficiency, economical air-conditioning operation can be performed, and an outdoor unit of the refrigerator 2 is newly installed, and this outdoor unit is connected to a commercial power supply system. Since installation work is not required, space saving and installation workability are improved.
[0037]
Further, such a cogeneration device may be a cogeneration device 50 as shown in the second embodiment in FIG.
[0038]
In the combined heat and power supply device 50 of the second embodiment, the refrigerant discharged from the first compressor 23 of the first refrigerant system 8 and the second compressor 28 of the second refrigerant system 9 are different from the first embodiment. And refrigerant circulated to the refrigerant system 51, and the refrigerant system 51 is connected to the refrigerator 2. The air conditioning of the room is performed by the desiccant air conditioner 3. I have.
[0039]
In the second embodiment, the second compressor 28 is provided as a compressor such as an inverter capable of changing its capacity, and a timer a is provided in the control unit 34 to determine whether or not it is time to use the nighttime power. Then, the first compressor 23 and the second compressor 28 connected to the refrigerant system 51 are respectively controlled to perform freezing / refrigeration or heating of the food or the like in the refrigerator 2.
[0040]
For example, when the timer a provided in the control unit 34 determines that the time period is other than the time period during which nighttime power is available, the control unit 34 stops the second compressor 28 and operates the engine 10. Then, the first compressor 23 is operated, and the first compressor 23 is operated at a capacity corresponding to the refrigerating load of the refrigerator 2. That is, the rotation speed of the engine 10 is controlled according to the refrigerating load of the refrigerator 2. At the same time, based on the table map 40 provided in the control unit 34, the output P at the highest thermal efficiency MTH of the engine 10 is calculated, and the compressor load HC of the first compressor 23 is calculated. The surplus output Ps of the engine 10 is calculated from the compressor load HC. Thereafter, the variable speed transmission mechanism 15 is controlled by the control unit 34 so that the load HO of the generator 11 becomes a load corresponding to the surplus output Ps, and the generator 11 performs power generation to perform the power line power supply. Power is supplied to a light load connected to the grid. As a result, the engine 10 can be operated with the best thermal efficiency, the power consumption during the day can be reduced, and the refrigerator 2 can be operated with little power supplied from the power line power system. Driving can be performed.
[0041]
On the other hand, when the timer a provided in the control unit 34 determines that the time period is during which nighttime power can be used, the control unit 34 stops the engine 10 and the generator 11 and the first compressor The operation of the second compressor 28 is started while the operation of the second compressor 28 is stopped. Thereby, the refrigerator 2 can be operated using the nighttime electric power whose usage fee is low.
[0042]
In the present embodiment, the control unit 34 is provided with the table map 40 in which the data of the thermal efficiency of the engine 10 is recorded, and the load on the engine 10 of the generator 11 is controlled based on the table map 40. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to provide a pressure sensor (vacuum or boost) on the intake side of the engine 10 and perform the operation based on a pressure signal detected by the pressure sensor. It is also possible to detect the opening of the throttle to be performed and perform the operation based on the throttle opening signal.
[0043]
【The invention's effect】
From the above description, it is provided with the compressor and the generator driven by the driving force of the engine, and while controlling the rotation speed of the engine according to the load of the compressor, the thermal efficiency of the engine at the rotation speed is reduced. By calculating the output having the highest thermal efficiency and controlling the generator so as to provide a load corresponding to the surplus output of the engine applied to the compressor, the thermal efficiency of the engine is improved.
[0044]
Furthermore, by providing a built-in second compressor driven by electric power, there is no need to install an outdoor unit for operating the refrigerator, so that the installation space can be reduced and installation workability can be improved. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a cogeneration system including a first compressor driven by an engine of the present invention and a second compressor driven by electric power.
FIG. 2 is a diagram showing a table map provided in a control unit.
FIG. 3 is a diagram showing the operation of the cogeneration system on the table map.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a cogeneration system in which energy saving of the cogeneration system of FIG. 1 is advanced.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 cogeneration system 2 refrigerator 5 housing 6 power generation unit 8 first refrigerant circuit unit 9 second refrigerant circuit unit 10 engine 11 power generator 12 system cooperation device 13 power supply line 14 power supply sensor 15 variable speed transmission mechanism 23 first Compressor 24 First four-way valve 25 First outdoor heat exchanger 26 First pressure reducing valve 27 First accumulator 34 Control unit 35 First indoor heat exchanger 36 Second indoor heat exchanger 37 Indoor temperature sensor 50 Heat transfer supply device 51 Refrigerant system

Claims

One end of the engine is provided with a generator for power supply connected via a variable speed transmission mechanism, and the other end is connected to a compressor for cold heat supply driven by the driving force of the engine. In the combined heat and power supply that performs power supply and cold heat supply, the number of revolutions of the engine is controlled according to the load of the compressor, and the heat efficiency at the number of revolutions of the engine is the highest. Control means for calculating the output, calculating the surplus output of the engine output applied to the compressor, and controlling the number of revolutions of the generator so as to provide a load corresponding to the surplus output. Combined heat and power equipment.

The control means reduces the load on the generator by decelerating with the variable speed transmission mechanism when the surplus output decreases, and increases with the variable speed transmission mechanism when the surplus output increases. The heat transfer device according to claim 1, wherein the load of the generator is increased at a high speed.

The control means includes a table map recording data of the engine speed, output and thermal efficiency, and calculates the output and thermal efficiency of the engine at the engine speed based on the table map. The cogeneration system according to claim 1.

The air conditioner according to any one of claims 1 to 3, wherein a compressor driven by electric power is provided in the housing, and the electric power generated by the generator is connected to be usable.