JP2009236417A - 発電・空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】停電時などでも、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動できるようにする。
【解決手段】エンジンに交流発電機６と圧縮機を連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２を設け、圧縮機からの冷媒を室外側熱交換器および室内側熱交換器に供給する。交流発電機６で発電した交流電力を発電電力用コンバータ１７により直流電力に変換し、その直流電力を室外ファン１３に供給する。発電電力用コンバータ１７からの直流電力線２４に商用電力用コンバータ２６を接続し、その商用電力用コンバータ２６にのみ商用電源２５を接続し、商用電源２５からの交流電力を直流電力に変換して発電電力と合流させ、合流した直流電力をインバータ２９により交流電力に変換し、室内ファン１８とセルモータ２７に供給する。直流電力線２４にバッテリ２８を接続し、停電時でもエンジンを始動できるようにする。
【選択図】図３

Description

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

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

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

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

しかしながら、従来例の場合、エンジン始動用セルモータへは商用電源からの電力を供給しており、停電時など、商用電源からの電力供給が停止されている状態では、エンジン始動用セルモータを作動できず、エンジンが始動できなくてガスヒートポンプ式空気調和機を運転できない不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、停電時など、商用電源からの電力供給が停止されている状態にあっても、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動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、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置での発電電力を十分に活用できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
室外ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室外側熱交換器と、
室内ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室内側熱交換器とを備え、
前記発電機の発電電力と商用電源からの電力を前記室外ファン、前記室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成した発電・空調システムにおいて、
前記発電機を交流発電機で構成し、
前記交流発電機で発電した交流電力を直流電力に変換する発電電力用コンバータを設け、
前記発電電力用コンバータに接続された直流電力線に、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する商用電力用コンバータと前記室外ファンを接続し、
更に、前記直流電力線に、直流電力を交流電力に変換するインバータを接続し、
前記インバータに接続された交流電力線に前記室内ファンおよびその他の電力負荷を接続し、
前記直流電力線または交流電力線に、前記エンジンを始動するセルモータと、前記セルモータで必要とする電力を蓄電する蓄電手段とを接続し、
かつ、前記商用電力用コンバータにのみ前記商用電源を接続して構成する。

（作用・効果）
請求項１に係る発電・空調システムの構成によれば、通常時は、商用電源からの電力は商用電力用コンバータを通じて、そして、交流発電機からの発電電力は発電電力用コンバータを通じてそれぞれ直流電力に変換し、両者の直流電力を合流させた状態でインバータにより交流電力に変換して室内ファンおよびその他の電力負荷に供給できながら、停電時など、商用電源からの電力供給が停止されている状態にあっても、蓄電手段からの電力によってセルモータを作動してエンジンを始動し、圧縮機を駆動するとともに、交流発電機を駆動して室外ファン、室内ファンおよびその他の電力負荷を駆動して空調を行うことができる。
したがって、停電時など、商用電源からの電力供給が停止されている状態にあっても、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動して空調を行うことができる。

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に記載の発電・空調システムにおいて、
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を複数台設置し、
各インバータからの交流電力線を互いに接続し、交流発電機からの発電電力を合流して室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成する。

（作用・効果）
商用電源からの電力供給が停止されている状態で空調負荷が大きいようなときに、１台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電電力だけでは、室内側熱交換器の室内ファンを駆動するのに十分な電力を得られないような場合を生じるが、請求項２に係る発電・空調システムの構成によれば、例えば、複数台の室内側熱交換器を運転している場合に、空調負荷が小さくて発電電力で余力のある分を他方の室内側熱交換器の室内ファンに供給するとか、あるいは、コンピュータ室や医薬品保管庫などの一部の室内側熱交換器を運転するようにして、その室内側熱交換器の室内ファンなどに集中して発電電力を供給するなど、複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電電力の余力分を室内ファンおよびその他の電力負荷に集中して供給することができる。
したがって、商用電源からの電力供給が停止されている状態でも、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置での発電電力を十分に活用でき、空調を良好に行うことができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発電・空調システムによれば、通常時は、商用電源からの電力は商用電力用コンバータを通じて、そして、交流発電機からの発電電力は発電電力用コンバータを通じてそれぞれ直流電力に変換し、両者の直流電力を合流させた状態でインバータにより交流電力に変換して室内ファンおよびその他の電力負荷に供給できながら、停電時など、商用電源からの電力供給が停止されている状態にあっても、蓄電手段からの電力によってセルモータを作動してエンジンを始動し、圧縮機を駆動するとともに、交流発電機を駆動して室外ファン、室内ファンおよびその他の電力負荷を駆動して空調を行うことができる。
したがって、停電時など、商用電源からの電力供給が停止されている状態にあっても、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を駆動して空調を行うことができる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

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

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

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

図３の電気系統を示す概略構成図に示すように、発電電力用コンバータ１７に接続された直流電力線２４に、冷却水ポンプ１６などの直流負荷や、商用電源２５からの交流電力を直流電力に変換する商用電力用コンバータ２６と室外ファン１３の直流電動モータ１５が接続され、商用電力用コンバータ２６にのみ商用電源２５が接続されている。
更に、直流電力線２４に、エンジン３を始動するセルモータ２７で必要とする電力を蓄電する蓄電手段としてのバッテリ２８が接続されるとともに、直流電力を交流電力に変換するインバータ２９が接続されている。

インバータ２９に接続された交流電力線３０にセルモータ２７や膨張弁２３などの交流負荷が接続されるとともに分電盤３１が接続されている。分電盤３１に接続されて分岐された分岐交流電力線３０ａのうちの所定のものに、交流電力を直流電力に変換する室内ファン用コンバータ３２が接続され、室内ファン用コンバータ３２が、室内ファン１８の直流電動モータ２０が接続されている。また、別の分岐交流電力線３０ａに、照明設備などの他の電力負荷３３が接続されている。図中３４は遮断器を示している。

上記構成により、通常時においては、交流発電機６からの発電電力と商用電源２５からの電力とを協同して供給して空調を行うことができながら、停電時や電気工事など、商用電源２５からの電力供給が停止されている状態にあっても、バッテリ２８からの電力によってセルモータ２７を作動してエンジン３を始動し、第１の圧縮機１０や第２の圧縮機１１を駆動するとともに、交流発電機６を駆動して発電し、得られた発電電力によって室外ファン１３、室内ファン１８およびその他の電力負荷３３を駆動し、空調を行うことができる。

図４は、本発明に係る発電・空調システムの実施例２の電気系統を示す概略構成図であり、実施例１と異なるところは、次の通りである。
すなわち、５台（複数台）の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２の各インバータ２９からの交流電力線３０が互いに接続され、交流発電機６からの発電電力を合流して室内ファン１８およびその他の電力負荷３３に供給可能に構成されている。他の構成は実施例１と同じであり、同一図番を付し、その説明は省略する。

この実施例２によれば、商用電源２５からの電力供給が停止されている状態でも、すべての発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２での発電電力を十分に活用でき、空調を良好に行うことができる。

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

上記実施例では、バッテリ２８を直流電力線２４に接続しているが、例えば、インバータ２９に接続された交流電力線３０に分岐交流電力線を接続し、その分岐交流電力線にコンバータを介してバッテリ２８を接続し、バッテリ２８に蓄電できるように構成するとともに、そのバッテリ２８の蓄電電力をインバータを介して取り出せるように構成しても良い。

本発明に係る発電・空調システムの実施例１を示す概略構成図である。 圧縮機の駆動系を示す正面図である。 電気系統を示す概略構成図である。 本発明に係る発電・空調システムの実施例２の電気系統を示す概略構成図である。

符号の説明

２…発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置
３…エンジン
６…交流発電機
１０…第１の圧縮機
１１…第２の圧縮機
１３…室外ファン
１４…室外側熱交換器
１７…発電電力用コンバータ
１８…室内ファン
１９…室内側熱交換器
２４…直流電力線
２５…商用電源
２６…商用電力用コンバータ
２７…セルモータ
２８…バッテリ（蓄電手段）
２９…インバータ
３０…交流電力線
３３…他の電力負荷

Claims (2)

1. エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
   室外ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室外側熱交換器と、
   室内ファンを備えるとともに前記圧縮機に接続されて前記圧縮機からの冷媒を供給する室内側熱交換器とを備え、
   前記発電機の発電電力と商用電源からの電力を前記室外ファン、前記室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成した発電・空調システムにおいて、
   前記発電機を交流発電機で構成し、
   前記交流発電機で発電した交流電力を直流電力に変換する発電電力用コンバータを設け、
   前記発電電力用コンバータに接続された直流電力線に、商用電源からの交流電力を直流電力に変換する商用電力用コンバータと前記室外ファンを接続し、
   更に、前記直流電力線に、直流電力を交流電力に変換するインバータを接続し、
   前記インバータに接続された交流電力線に前記室内ファンおよびその他の電力負荷を接続し、
   前記直流電力線または交流電力線に、前記エンジンを始動するセルモータと、前記セルモータで必要とする電力を蓄電する蓄電手段とを接続し、
   かつ、前記商用電力用コンバータにのみ前記商用電源を接続したことを特徴とする発電・空調システム。
2. 請求項１に記載の発電・空調システムにおいて、
   発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を複数台設置し、
   各インバータからの交流電力線を互いに接続し、交流発電機からの発電電力を合流して室内ファンおよびその他の電力負荷に供給可能に構成してある発電・空調システム。

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