JP2011153813A

JP2011153813A - 空調システム

Info

Publication number: JP2011153813A
Application number: JP2010171266A
Authority: JP
Inventors: Tomio Mogi; 富雄茂木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】簡単な構成で、ガスエンジンの排熱を効率良く利用して、省エネ効果を高めたコ
ジェネレーションシステムを備えた空調システムを提供する。
【解決手段】圧縮機２３、凝縮器９２、減圧装置９３、蒸発器９４を用いた冷凍サイクル
、及び、圧縮機２３を駆動する動力源２４で駆動される発電機１３を有するコジェネレー
ションシステムを備えた空調システム１００において、動力源２４に接続された動力源熱
交換器２７と、不凍液を循環させて動力源２４の発熱を動力源熱交換器２７から回収した
後、回収熱を市水が貯留された貯湯槽４１内へ貯湯槽熱交換器６１を介して放熱する動力
源用熱回収回路７３と、貯湯槽４１内の市水を加熱する冷媒圧縮機５３、放熱器５１、減
圧装置５９、蒸発器５２から構成される冷凍サイクルによるヒートポンプ回路を備えたヒ
ートポンプ給湯機５０と、ヒートポンプ給湯機５０が貯湯槽４１と接続される給水系入口
３７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスヒートポンプ式空気調和装置と、コジェネレーションシステムとを備え
た空調システムに関する。

従来、エネルギー消費量の多い大規模工場などにおいては、ガスエンジンにより圧縮機
を駆動させるガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式空気調和装置を備え、このガスエンジンの余
剰エネルギーを用いて発電を行うとともに、当該ガスエンジンの排熱を利用することで省
エネルギー効果の向上を図ったコジェネレーションシステムが知られている（例えば、下
記特許文献１参照）。

特開２００７−４０５９３号公報

上記特許文献１に開示されているようなコジェネレーションシステムでは、更に商用電
力と、太陽光発電装置等の直流電力を出力する直流発電装置と、蓄電池とを組合せ、蓄電
池に充電される電力を適宜発電機、直流発電装置及び商用電源から得ると共に、負荷に使
用される電力に応じ、発電機及び直流電源装置で発電された電力を、負荷に供給するか、
蓄電池に充電するかを変更することを可能とし、蓄電池に充電した電力を効率よく利用す
るようにすることによって商用電源からの消費電力を低減することが望まれている。

また、近年、圧縮機、ガスクーラー、減圧装置及び蒸発器を有し、このガスクーラーで
温水を生成して給湯するヒートポンプ給湯機が提案されている。この種のヒートポンプ給
湯機では、ガスクーラーに供給される市水を所定の給湯温度まで昇温させる必要がある。
このため、上記したガスエンジンの排熱を市水の加熱に利用してヒートポンプ給湯機の省
エネルギー化を図ることが望まれている。この場合、ガスエンジンの排熱を簡単な構成で
回収できる構成とすることが望ましい。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、コジェネレーションシステムと
、商用電力と、太陽光発電装置等の直流電力を出力する直流発電装置と、蓄電池とを組合
せ、蓄電池に充電した電力を効率よく利用することができるようにして商用電源からの消
費電力を低減すると共に、簡単な構成で、ガスエンジンの排熱を効率良く利用して、省エ
ネルギー効果を高めることができる空調システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の空調システムは、
圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を用いた冷凍サイクル、及び、前記圧縮機を駆動す
る動力源で駆動される発電機を有するコジェネレーションシステムを備えた空調システム
において、
商用電源系統から接続され商用電力が供給される配線と、
蓄電池と、
前記蓄電池への充電を制御する充電部と、
直流電力を交流電力に変換した後、前記配線へ供給する系統連係装置と、
前記蓄電池の電力を前記系統連係装置へ導く回路と、
前記発電機の発電電力を前記充電部へ導く回路と、
前記発電機の発電電力を直流電力に変換した後、前記系統連係装置へ導く回路と、
太陽光発電装置等の直流電力を出力する直流発電装置と、
前記直流発電装置の出力を前記充電部へ導く回路と、
前記直流発電装置の出力を前記系統連係装置へ導く回路と、
前記配線を介して電力を得る負荷と、
前記負荷へ供給される電力を検出する検出器と、
前記検出器で検出される電力が前記発電機の発電電力と前記直流発電装置の出力との合
算値以下の際には、前記発電機の発電電力及び直流発電装置の出力を前記充電部へ導く回
路を有効にすると共に、前記蓄電池の電力を前記系統連係装置へ導く回路を有効にし、
前記検出器で検出される電力が前記発電機の発電電力と前記直流発電装置の出力との合
算値以上の際には、前記発電機の発電電力を前記系統連係装置へ導く回路を有効にすると
共に、前記直流発電装置の出力を前記系統連係装置へ導く回路を有効にする制御部と、
前記動力源に接続された動力源熱交換器と、
前記不凍液を循環させて前記動力源の発熱を前記熱交換器から回収した後、この回収熱
を市水が貯留された貯湯槽内へ貯湯槽熱交換器を介して放熱する動力源用熱回収回路と、
前記貯湯槽内の市水を加熱するための冷媒圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器から構成
される冷凍サイクルによるヒートポンプ回路を備えたヒートポンプ給湯機と、
前記ヒートポンプ給湯機が前記貯湯槽と接続される給水系入口と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の態様の空調システムは、前記第１の態様の空調システムにおいて、前記不
凍液を循環させて前記直流発電装置の発熱を回収した後、この回収熱を前記貯湯槽内へ放
熱する直流発電装置用熱回収回路と、太陽光を吸収して内部の前記不凍液を加熱する太陽
熱温水パネルと、前記不凍液を循環させて前記太陽熱温水パネルで吸収した熱を前記貯湯
槽内へ放熱する太陽熱温水パネル用熱回収回路と、を備えることを特徴とする。

また、第３の態様の空調システムは、前記第１の態様の空調システムにおいて、前記動
力源は、ガスエンジンであることを特徴とする。

また、第４の態様の空調システムは、前記第１〜３のいずれかの態様の空調システムに
おいて、前記不凍液が合流する戻りヘッダと、前記不凍液を循環させる行きヘッダとを設
け、前記ヘッダ間を、前記貯湯槽熱交換器をバイパスするバイパス管で接続し、前記バイ
パス管に第一の電動弁を組み込み、前記行きヘッダと前記戻りヘッダの出入口の差圧を検
出する差圧センサーを備え、前記差圧センサーの検出結果に基づいて、前記第一の電動弁
の開度を開いて不凍液を、前記貯湯槽熱交換器をバイパスして循環することを特徴とする
。

また、第５の態様の空調システムは、前記第１〜４のいずれかの態様の空調システムに
おいて、前記戻りヘッダから前記貯湯槽熱交換器に至る戻り管路に第二の電動弁を組み込
み、前記貯湯槽貯湯槽に貯留された市水の温度に応じて第二の電動弁の開度を絞って、前
記貯湯槽熱交換器を通って流れる不凍液の量を調整して前記不凍液を循環することを特徴
とする。

また、第６の態様の空調システムは、前記第１〜５のいずれかの態様の空調システムに
おいて、前記ヒートポンプ給湯機の前記給水系入口に接続され、前記放熱器をバイパスし
て給湯する湯水配管を備えたことを特徴とする。

また、第７の態様の空調システムは、前記第１〜６のいずれかの態様の空調システムに
おいて、前記ヒートポンプ回路は、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする。

本発明の第１の態様の空調システムにおいては、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を
用いた冷凍サイクルと、圧縮機を駆動する動力源で駆動される発電機とにより、コジェネ
レーションシステムが形成されている。このうち、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を
用いた冷凍サイクルは、通常は冷媒配管が空調装置の室内機に接続されて被調和室の空調
制御に用いられる。

すなわち、本発明の第１の態様の空調システムでは、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発
器を用いた冷凍サイクル及び圧縮機を駆動する動力源で駆動される発電機と、さらに、太
陽光発電装置等の直流発電装置と、蓄電池とを備え、発電機ないし太陽光発電装置等の直
流発電装置によって発電された電力を蓄電池に充電し、この蓄電池に充電された電力を負
荷の電力消費の多い時間帯に負荷に供給するようになされている。

そして、本発明の第１の態様の空調システムによれば、負荷に供給される電力が小さい
ときは、発電機によって発電された電力及び太陽光発電装置等の直流発電装置によって発
電された電力を蓄電池に充電しながら負荷に電力を供給しているので、商用電源系統から
の電力の供給を抑えることができるために省エネルギーを図ることができる。

また、本発明の第１の態様の空調システムによれば、負荷の使用電力が大きい場合は、
発電機によって発電された電力及び太陽光発電装置等の直流発電装置によって発電された
電力を直接負荷へ供給し、更に蓄電池に充電されていた電力も負荷に供給することができ
るので、蓄電池の利用効率が向上し、より商用電源系統からの電力の供給を抑えて省エネ
ルギーを図ることができるようになる。

加えて、本発明の第１の態様の空調システムによれば、動力源で駆動される圧縮機、凝
縮器、減圧装置並びに蒸発器を有する冷凍サイクルと、冷媒圧縮機、放熱器、減圧装置及
び蒸発器を有し、放熱器で温水を生成し、この温水を給湯するヒートポンプ回路を備えた
ヒートポンプ給湯機と、ヒートポンプ給湯機の給水系入口に接続され、市水を貯留し、こ
の市水を加熱する貯湯槽熱交換器を収納した貯湯槽とを備え、貯湯槽熱交換器に、動力源
の排熱を熱源とした不凍液を循環させる構成としたため、簡単な構成で、動力源の排熱を
効率良く利用して市水を加熱して給湯できるため、ヒートポンプ給湯機の運転効率及び省
エネルギー効果を高めることができる。

本発明の第２の態様の空調システムによれば、太陽光発電装置の太陽電池パネルが日射
によって高温となり太陽光発電装置の出力が低下するのを防止するために、太陽電池パネ
ルの背面に不凍液を流しており、この太陽光パネルで昇温した不凍液を貯湯槽熱交換器に
循環させる構成としたため、簡単な構成で、太陽光パネルの熱を効率良く利用して市水を
加熱して給湯できるため、更に省エネルギー効果を上げることができる。

また、本発明の第２の態様の空調システムによれば、太陽温水器パネルを設け、この太
陽温水器パネルで昇温された不凍液を貯湯槽熱交換器を介して貯湯槽内に貯留された市水
の昇温をすることができるため、更に省エネルギー効果を上げることができる。

本発明の第３の態様の空調システムによれば、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を用
いた冷凍サイクルは非常に熱効率が良好であり、しかも、ガスエンジンは、冷凍サイクル
の圧縮機の駆動用に常にフルパワーで駆動する必要がないため、余剰のパワーを発電機駆
動用に利用できる。そのため、本発明の空調システムによれば、より商用電源系統からの
電力の供給を抑えて省エネルギーを図ることができるようになると共に、ガスエンジンは
、硫黄酸化物の発生がほとんどなく、二酸化炭素及び窒素酸化物の発生も少ないので、環
境にやさしい空調システムを提供することができる。

本発明の第４の態様の空調システムによれば、動力源の排熱を利用して昇温した不凍液
と、太陽温水器パネルで太陽熱を利用して昇温した不凍液と、太陽光発電装置の太陽電池
パネルを水冷して昇温した不凍液と、を合流させる戻りヘッダを設け、この戻りヘッダで
合流された不凍液を、貯湯槽熱交換器を経由して再びそれぞれの機器に分流する行きヘッ
ダを設け、戻りヘッダと行きヘッダの間をバイパス管で接続し、バイパス管に第一の電動
弁を組み込み、戻りヘッダの吐出口と行きヘッダの吸込口の差圧を検出する差圧センサー
を備える構成としたため、貯湯槽熱交換器に問題が発生した際には、第一の電動弁の開度
を開いて貯湯槽熱交換器をバイパスさせて不凍液を循環させることができ、貯湯槽熱交換
器に圧力異常などの問題が発生した際にも、温水系統の運転を継続することができるため
、貯湯槽のメンテナンスが必要な場合等にも、温水系統のダウンタイムを極力抑えること
ができる。

本発明の第５の態様の空調システムによれば、合流した不凍液が戻りヘッダから貯湯槽
熱交換器に流れる戻り管路に第二の電動弁を組み込み、貯湯槽内に貯留された湯水の温度
が所定以上になった時には、第二の電動弁の開度を絞って、貯湯槽熱交換器を通って流れ
る不凍液の量を調整するとともに、差圧センサーで吐出口と吸込口間の差圧が検出され、
第一の電動弁の開度が開かれて、不凍液が貯湯槽熱交換器をバイパスして循環する構成と
したため、貯湯槽熱交換器における熱交換負荷を調整できるとともに、貯湯槽内の湯水が
所定温度以上に過熱されることがない。

本発明の第６の態様の空調システムによれば、ヒートポンプ給湯機の給水系入口に、湯
水配管が接続され、ユーザーにより入力された設定温度が貯湯槽から給水系入口に供給さ
れる湯温よりも低い場合には、ヒートポンプ給湯機の放熱器をバイパスして、貯湯槽から
供給される湯水に市水を合流させて適切温度となった湯が湯水配管から、供給されるため
、必要時にのみ補助熱源であるヒートポンプ給湯機を稼働させて追いかけ運転を行い、給
湯することができ、省エネルギー効果を上げることができると共に、ヒートポンプ給湯機
の稼働によるＣＯ_２（二酸化炭素）の排出量を大幅に削減することができる。

本発明の第７の態様の空調システムによれば、ヒートポンプ回路の冷媒として二酸化炭
素を用いた、いわゆる超臨界ヒートポンプ回路を採用しているため、効率よく市水を加熱
することができる。

本発明によるコジェネレーションシステムを示す回路図である。ガスヒートポンプ式空気調和装置のガスエンジンの冷却回路を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、実施形態及び図面を参照しながら詳細に
説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための空調シ
ステムの一例を説明するものであって、本発明をこの実施形態に記載された空調システム
に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に含まれるその他の実
施形態のものにも等しく適応し得るものである。

図１に示すように、本実施形態におけり空調システム１００は、電力系統１と、温水系
統２と、空調システム１００に備えられた各装置の運転状況の監視及び制御を行うシステ
ムコントローラ３と、を備えている。

電力系統１は、電力会社から供給される商用電源系統１１と、この商用電源系統１１に
系統連系される複数の外部発電装置とを備えている。本実施形態における外部発電装置は
、直流発電装置としての太陽光発電装置１２と、ＧＨＰ発電機（以下、単に「発電機」と
いう）１３と、蓄電池１８とから構成されている。また、電力系統１は、系統連系保護装
置が内蔵されたＰＣＳ（パワーコンディショナー）１４を備え、太陽光発電装置１２と、
発電機１３と、蓄電池１８とは、ＰＣＳ１４を介して商用電源系統１１に系統連系されて
いる。ＰＣＳ１４は、インバータと遮断装置とを備えており、連系される系統から入力さ
れる直流電力を交流電力に変換すると共に、連系される各系統における系統事故（故障）
、例えば短絡、過電流或いは過電圧等、を検出し、事故が検出された外部発電装置等を電
力系統１から解列するために備えられている。また、蓄電池１８及びＰＣＳ１４は、電力
変換ユニット１５に内蔵されている。

商用電源系統１１は、主回路ブレーカ３１及び検出器３２を有し、これらを介してＰＣ
Ｓ１４に連系されると共に、システムコントローラ３（本発明の「制御部」に対応）、電
力変換ユニット１５、発電機１３を搭載したガスヒートポンプ式空調装置２０（以下、空
調装置２０という）の室外機２１に、それぞれブレーカ２９ａ、２９ｂ、２９ｃを介して
配電され、それぞれの装置を駆動するための電力の供給を行っている。また、本実施形態
においては、検出器３２は、逆潮流を防止し、系統から電力会社側へ電流が流れない構成
となっている。さらに検出器３２では、商用電源系統１１から各照明、ＯＡ機器及び空調
室内機２２ａ、２２ｂ等（以下、まとめて負荷２２という）へ供給される電力が検出され
る。

電力変換ユニット１５は、マグネットスイッチ１７ａ、１７ｂを備え、マグネットスイ
ッチ１７ａ、１７ｂには、商用電力系統以外の外部発電装置、例えば太陽光発電装置１２
或いは発電機１３が配線接続されている。マグネットスイッチ１７ａ、１７ｂは、システ
ムコントローラ３に制御され、太陽光発電装置１２或いは発電機１３等の外部発電装置に
系統事故が発生した場合に、事故が検出された外部発電装置の機械的絶縁状態を確保する
ため（フェールセーフ機能）に設けられ、外部発電装置を電力系統１と並解列する。

また、マグネットスイッチ１７ａ、１７ｂには、それぞれＤＣ／ＤＣコンバーター１６
ａ、１６ｂが接続されている。このとき、太陽光発電装置１２或いは発電機１３で発電さ
れた電力は、２つの配線に分岐される。一方は、マグネットスイッチ１７ａ、１７ｂを介
して、それぞれＤＣ／ＤＣコンバーター１６ａ、１６ｂに入力され、ＤＣ／ＤＣコンバー
ター１６ａ、１６ｂで、ＰＣＳ１４の動作電力まで昇圧されて、ＰＣＳ１４に入力され、
負荷２２へと供給される。他方は、ＤＣ／ＤＣコンバーター１６ａ、１６ｂに入力される
までは共通し、その先で後述する電池充電器１９（本発明の「充電部」に対応）に供給さ
れ、蓄電池１８に充電される。この供給先の変更は、ＤＣ／ＤＣコンバーター１６ａ、１
６ｂとＰＣＳ１４及び電池充電器１９との間に設けられたスイッチ部１７Ａ及び１７Ｂで
行われる。このスイッチ部１７Ａ及び１７Ｂの切り替えについては後述する。ＰＣＳ１４
は、不図示のインバータを内蔵し、太陽光発電装置１２或いは発電機１３で発電された電
力は、このインバータで直流電流から、商用電力系統と同じ単相３線交流電流に変換され
て、系統ライン１Ａに供給される。

これらの構成によれば、電力変換ユニット１５にＰＣＳ１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ
ー１６ａ、１６ｂと、それぞれのＤＣ／ＤＣコンバーター１６ａ、１６ｂに接続され、フ
ェールセーフ機能を有するマグネットスイッチ１７ａ、１７ｂを内蔵し、マグネットスイ
ッチ１７ａ、１７ｂに汎用の外部発電装置をつなげることができるため、系統連系を簡易
におこなって、省エネルギー効果を高めることができる。

また、電力変換ユニット１５は、アクティブフィルタ８２、電池充電器１９、マグネッ
トスイッチ１７ｃ、及び、蓄電池１８を内蔵して備え、蓄電池１８は、マグネットスイッ
チ１７ｃを介して電池充電器１９に接続され、電池充電器１９は、アクティブフィルタ８
２を介して商用電源系統１１に連結されている。アクティブフィルタ８２は、整流回路並
びに力率調整回路を有している。蓄電池１８には、商用電源系統から供給される電力、発
電機１３及び太陽光発電装置１２で発電された電力が電池充電器１９を介して充電される
。

商用電源系統１１からの充電は、電池充電器１９がシステムコントローラ３に制御され
、深夜または夜間（例えば、２３時００分〜６時５９分）が充電時間帯として設定され、この充電時間帯に、商用電源系統１１の電力によって充電され、消費電力量の多い日中に放電することで、商用電源系統１１からの使用電力量のピークカットを実現し、電力料金の低減を図ることができる。なお、電池充電器１９と蓄電池１８、或いは、蓄電池１８とＤＣ／ＤＣコンバーター１６ｃの接続は、それぞれの間に設けられたマグネットスイッチ１７ｃ、１７ｄの開閉が時間帯によって制御されて電力供給される構成となっている。

また、マグネットスイッチ１７ｄは、蓄電池１８から供給される電力系統に系統事故が
発生した場合に、蓄電池１８を電力系統１から解列し、蓄電池１８と電力系統１との機械
的絶縁状態を確保する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバーター１６ｃに入力された電力は、ＰＣ
Ｓ１４の動作電力まで昇圧されて、ＰＣＳ１４に入力され、ＰＣＳ１４で直流電流から、
商用電力系統と同じ単相３線交流電流に変換されて、系統ライン１Ａに供給される。

太陽光発電装置１２は、入射した太陽光のエネルギーを直接電力に変換する太陽電池を
複数枚直並列に接続した太陽電池パネル（不図示）を備え、ここで発電した電力は電力変
換ユニット１５に入力され、蓄電池１８又はＰＣＳ１４へと供給される。太陽電池パネル
は日射によって高温となると出力電圧が低下するため、本実施形態においては、太陽電池
パネルの背面に水冷放熱板又は水路を設け、ここに空調システム１００内を循環する不凍
液を流して太陽熱を回収し、太陽電池パネルの温度上昇を防ぎ、太陽光発電装置１２の出
力が低下するのを防止している。また、本実施形態において、不凍液は、寒冷地において
も、冬季に凍結しない性質を有する液体（冷却水）のことである。

発電機１３は、空調装置２０の室外機２１に搭載されている。室外機２１は、ガスを燃
料とするガスエンジン２４と、このガスエンジン２４にガスを供給するガス管２６ａと、
ガス管２６ａが接続されるガス供給口２６を備え、このガスエンジン２４にガス供給口２
６からガス管２６ａを介してガス燃料を供給してガスエンジン２４を駆動させている。

また、空調装置２０は、このガスエンジン２４を駆動源として駆動する圧縮機２３と、
圧縮機２３で圧縮された冷媒を循環させる不図示の冷媒配管と、この冷媒配管を介して接
続された、少なくとも一つの室内機とを備えている。なお、実施形態１では２つの室内機
２２ａ、２２ｂとを備えた例を示している。また、室外機２１は、圧縮機２３に冷媒配管
９１を介して接続された、凝縮器９２、減圧装置９３、蒸発器９４、四方弁１１６（図２
参照）等が接続された構成を有している。室外機２１の運転時には、ガスエンジン２４の
余剰エネルギーを用いて発電機１３を駆動させて発電し、ここで発電した電力を、整流回
路２５を介してＡＣ電流からＤＣ電流に変換し、電力変換ユニット１５に入力され、蓄電
池１８又はＰＣＳ１４へと供給される。

これらの構成によれば、本実施形態における空調システム１００は、太陽光発電装置１
２、発電機１３及び蓄電池１８から出力される電力を、ＤＣ／ＤＣコンバーター１６ａ、
１６ｂ、１６ｃを介してＰＣＳ１４に入力し、交流電力に変換して、商用電源系統１１と
系統連系した、ハイブリッド省エネシステムである。こうして連系された系統電力は、系
統ライン１Ａを通って、ブレーカ３３を介し、系統連系点３４に接続され、系統連系点３
４から、それぞれに設けられたブレーカを介して照明、ＯＡ機器、空調装置の室内機２２
ａ、２２ｂなどの各種機器に配電されている。

ここで、ガスエンジン２４の冷却回路について説明する。ガスエンジン２４は、水冷式
であり、図２に示すように、冷却水循環路６５に、ガスエンジン２４に併設され、ガスエ
ンジンから排出される排ガスを冷却するための排ガス熱交換器１１１と、ガスエンジン２
４のウォータージャケットとを備え、これらにエンジン冷却水を流して、排ガスの温度と
、エンジン本体の温度を下げている。

冷却水循環路６５には、電動三方弁１１３、冷却水ポンプ６５ａ、動力源熱交換器２７
が接続され、排ガス熱交換器１１１及び、ウォータージャケットを通って昇温した冷却水
は、冷却水循環路６５を通って、電動三方弁１１３、冷却水ポンプ６５ａを介して、動力
源熱交換器２７に導かれ、動力源熱交換器２７で空調システム１００内を循環する不凍液
と熱交換し、不凍液で、ガスエンジン２４の排ガス及びウォータージャケットからの排熱
の回収を行っている。

また、冷却水循環路６５の動力源熱交換器２７の下流には、電動三方弁１１４、ラジエ
ータ１１２が冷却水配管６５ｂで接続され、動力源熱交換器２７を通った冷却水は、冷却
水循環路６５から、電動三方弁１１４を介して、冷却水配管６５ｂを通り、ラジエータ１
１２に導かれる。ラジエータ１１２内を通る冷却水の熱は、ラジエータ１１２に併設した
ファン２８によって放熱させられて、冷却水の温度が所定温度までさげられる。ラジエー
タ１１２を通った冷却水は、冷却水戻管６５ｃを通って、再びガスエンジン２４の排ガス
熱交換器１１１及びウォータージャケットに戻される。

排ガス熱交換器１１１と、ガスエンジン２４のウォータージャケットとを通った冷却水
の温度が所定以下の場合には、冷却水は冷却水循環路６５には導かれず、電動三方弁１１
３を介して、冷却水バイパス管１１５を通って、ガスエンジン２４の排ガス熱交換器１１
１及びのウォータージャケットに戻される構成となっている。

システムコントローラ３は、発電機１３及び太陽光発電装置１２で発電された電力を記
憶し、この記憶されたそれぞれの電力と、検出器３２で検出された負荷２２で消費される
電力とを比較し、発電機１３及び太陽光発電装置１２で発電された電力を電池充電器１９
を介し蓄電池１８に充電させるか、又はＰＣＳ１４を介し負荷２２へ供給するかを判断す
るものである。そして、この制御は、発電機１３及び太陽光発電装置１２とＰＣＳ１４と
の間に設けられたそれぞれの第１切換スイッチ部１７Ａ又は第２切換スイッチ部１７Ｂを
切り換えることで行われる。

具体的には、システムコントローラ３は、検出器３２で検出された電力が、発電機１３
又は太陽光発電装置１２の発電力以下の場合に、発電機１３で発電される電力を電池充電
器１９へ供給するように第１切換スイッチ部１７Ａを切り換えると共に、太陽光発電装置
１２からの電力を電池充電器１９へ供給するように第２切換スイッチ部１７Ｂを切り換え
るように制御される。

このように、負荷２２へと供給される電力が発電機１３又は太陽光発電装置１２の発電
力より小さい場合は、負荷２２で消費される電力が小さいので、蓄電池１８に充電された
電力をＰＣＳ１４を介して負荷２２へ供給することとなり、商用電源系統１１からの電力
を使用することがなくなり、省エネを図ることができる。また、負荷２２で消費される電
力が小さい場合に、発電機１３又は太陽光発電装置１２で発電された電力を負荷２２に供
給さないようにすることで、消費される必要以上の電力が負荷２２に供給されることがな
くなり、消費しきれない電力が商用電源系統１１へと逆流し、売電となることを抑制する
ことができる。

このように、負荷２２へと供給される電力が発電機１３と太陽光発電装置１２の発電力
の合算値より大きい場合は、負荷２２で消費される電力が大きいので、一度これらの電力
を蓄電池１８に充電させ、蓄電池１８に充電された電力をＰＣＳ１４を介して負荷２２へ
供給するだけでは電力の共急不足となり、商用電源系統１１から電力が供給されてしまい
、電気料金がかかることとなる。

そのため、負荷２２の消費電力が大きい場合は、発電機１３と太陽光発電装置１２で発
電された電力を直接ＰＣＳ１４に供給し、これらの電力を負荷２２へと供給することがで
きるようになる。このとき、供給される電力は、発電機１３と太陽光発電装置１２で発電
された両方の電力を供給することとなり、大きな電力を供給させることができる。そのた
め、商用電源系統１１からの電力を使用することを抑えることができるので、省エネを図
ることができる。

さらに、この制御は、発電機１３又は太陽光発電装置１２のいずれか一方でも行うこと
もできる。例えば、検出器３２で検出された電力が、発電機１３と太陽光発電装置１２と
の発電力の合算値以上の場合に、発電機１３で発電される電力をＰＣＳ１４へ供給するよ
うに第１切換スイッチ部１７Ａを切り替え、太陽光発電装置１２で発電された電力を電池
充電器１９へ供給するように第２切換スイッチ部１７Ｂを切り換えるようにすることがで
きる。

また、その逆に、検出器３２で検出された電力が、発電機１３と太陽光発電装置１２と
の発電力の合算値以上の場合に、発電機１３で発電される電力を電池充電器１９へ供給す
るように第１切換スイッチ部１７Ａを切り換え、太陽光発電装置１２で発電される電力を
ＰＣＳ１４へ供給するように第２切換スイッチ部１７Ｂを切り換えるようにすることがで
きる。

このようにすると、検出器３２で検出された負荷２２が消費される電力に応じて、発電
機１３又は太陽光発電装置１２で発電された電力の一方をＰＣＳ１４を介して負荷２２へ
と供給し、他方の電力を電池充電器１９を介して蓄電池１８で充電させておくことができ
る。このとき、片方の発電電力で足りない場合は、蓄電池１８から供給するようにするこ
とで、負荷２２の消費電力に応じた過不足のない電力を供給することができる。

次に、空調システムの温水系統２について説明する。
温水系統２は、市水を貯留する貯湯槽４１と、この貯湯槽４１から供給された市水を冷
媒の熱で加熱して給湯するヒートポンプ回路を備えた給湯機５０（以下、ヒートポンプ給
湯機という）とを備えて略構成されている。このヒートポンプ給湯機５０で加熱された湯
は、給湯管３８を通じて給湯口８１に供給されるようになっており、この給湯口８１側で
不図示の蛇口が開かれると、ヒートポンプ給湯機５０は、不図示のリモートコントローラ
にユーザーにより入力された設定温度の湯が給湯管３８を通って、給湯口８１から供給さ
れるように運転される。

ヒートポンプ給湯機５０は、圧縮機５３と、この圧縮機５３から吐出された高温の冷媒
と市水との熱交換を行うガスクーラー５１（特許請求の範囲では放熱器と記載されている
）と、膨張弁５９と、蒸発器５２とを備え、これらは冷媒配管５４により接続されてヒー
トポンプ回路を構成している。本実施形態においては、ヒートポンプ回路は、冷媒として
二酸化炭素を用いた超臨界ヒートポンプ回路である。蒸発器５２には、蒸発器５２を空冷
するためのファンユニット５５が併設されている。

ヒートポンプ給湯機５０には、系統連系点３４から、ブレーカ６７を介して電力が供給
され、ヒートポンプ給湯機５０内の圧縮機５３、ファンユニット５５及び各種センサー等
を駆動するために配電されている。

貯湯槽４１は、その内部に貯湯槽熱交換器６１を収納し、この貯湯槽熱交換器６１に後
述する不凍液を供給することにより、この不凍液と熱交換させて市水を昇温させるように
なっている。貯湯槽熱交換器６１は、例えば配管をコイル状に巻いて、この配管内を不凍
液が流れるように構成された熱交換器であり、この貯湯槽熱交換器６１が市水を貯留する
貯湯槽４１内に備えられている。

貯湯槽４１には、この貯湯槽４１に市水を供給する市水給水管３６が接続されるととも
に、上記貯湯槽熱交換器６１よって昇温された市水をヒートポンプ給湯機５０に供給する
給水系入口３７とが接続され、この給水系入口３７は、給湯弁５６を介して、ガスクーラ
ー５１の水入口５１Ａに接続されている。また、ガスクーラー５１の水出口５１Ｂは、給
湯三方弁５７を介して、給湯管３８に接続されている。

この構成では、ガスクーラー５１に供給される市水と冷媒とが対向して流れるように各
配管が接続されており、冷媒の市水との熱交換を効率良く行うことができるようになって
いる。

市水給水管３６には給水弁８８が設けられ、この給水弁８８の下流側で市水給水管３６
から分岐する市水給水管３５が接続されている。この市水給水管３５は、給水弁５８を介
して、上記したガスクーラー５１の水入口５１Ａと給湯弁５６との間で給水系入口３７に
接続されている。市水給水管３５には、給水弁５８の上流側に、市水の温度を検出する不
図示の温度センサーが設けられている。

また、貯湯槽４１には、その内部に貯留された湯水（貯湯槽内に貯留された市水）の量
を検出する液面センサー９８と温度を検出するための温度センサー９６が備えられている
。液面センサー９８が、貯湯量が減少し、所定量以下になったことを検出した際には、給
水弁８８が開かれて、貯湯槽４１に市水が供給される。また、貯湯槽４１には、系統連系
点３４からブレーカ６６を介して系統電力が供給されて、各種センサー９６、９８などに
電力が供給されている。

給湯三方弁５７には、給水系入口３７から、ガスクーラー５１をバイパスして湯水が流
れる湯水配管８４が接続されている。ユーザーにより入力された設定温度が貯湯槽４１か
ら給水系入口３７に供給される湯水の温度よりも低い場合には、給湯三方弁５７は、湯水
配管８４側から湯水が流れるように開かれ、給湯弁５６及び給水弁５８が、貯湯槽４１か
ら供給された湯に市水を混ぜて、ユーザーにより入力された設置温度に対して適温となる
ように開かれる。

一方、ユーザーにより入力された設定温度が貯湯槽４１から給水系入口３７に供給され
る湯水の温度よりも高い場合には、給湯三方弁５７は、ガスクーラー５１を介して給水系
入口３７側から湯水が流れるように開かれ、湯水配管８４側が閉じられて、給湯弁５６が
開かれ、給水弁５８が閉じられて、貯湯槽４１から給水系入口３７を通って、ガスクーラ
ー５１に流入し、ガスクーラー５１で冷媒と熱交換して昇温され、給湯三方弁５７を介し
て給湯口８１から供給される。また、貯湯槽４１から給水系入口３７に供給される湯水の
温度が、市水温度よりも低い場合には、給湯弁５６が閉じられ、給水弁５８が開かれて、
市水が給水系入口３７、ガスクーラー５１で冷媒と熱交換して昇温され、給湯三方弁５７
を介して給湯口８１から供給される。

貯湯槽４１には、ヒートポンプ給湯機５０の他に、床暖房などの暖房機器８７等が配管
接続されて備えられ、貯湯槽４１内で昇温された湯がポンプ８５及び三方弁８６等を介し
て、貯湯槽４１と暖房機器８７間を循環するよう構成されている。

次に、上記した貯湯槽熱交換器６１に接続された不凍液の循環経路について説明する。
貯湯槽熱交換器６１には、この貯湯槽熱交換器６１に不凍液を流入、流出させるための戻
り管路４２及び行き管路４３が接続されている。また、戻り管路４２には、戻りポンプ４
２ａが接続され、戻りポンプ４２ａで、貯湯槽熱交換器６１に不凍液を循環させている。

戻り管路４２には、戻りヘッダ６３が接続され、戻りヘッダ６３には、太陽熱を利用し
て温水を生成するために備えられた太陽温水器パネル６２で熱を回収した不凍液が流れる
太陽熱温水パネル用熱回収回路７１と、太陽光発電装置１２の太陽電池パネルから熱を回
収した不凍液が流れる直流発電装置用熱回収回路７２と、ＧＨＰの室外機２１に搭載され
たガスエンジン２４の冷却水から動力源熱交換器２７で熱を回収した不凍液が流れる動力
源用熱回収回路７３とが、それぞれ接続されている。

一方、行き管路４３には、行きヘッダ６４が接続され、行きヘッダ６４には、液管４５
、４６、４７が接続されている。液管４５は、ポンプ４５ａを介して太陽光発電装置１２
に接続されている。液管４６は、ポンプ４６ａを介して太陽温水器パネル６２に接続され
ている。液管４７は、ポンプ４７ａを介してガスエンジン２４を水冷する動力源熱交換器
２７に接続されている。ポンプ４５ａ、４６ａ、４７ａは押し込み型ポンプであり、行き
ヘッダ６４から、それぞれ、太陽光発電装置１２、太陽温水器パネル６２、動力源熱交換
器２７に、貯湯槽熱交換器６１にて市水と熱交換し温度が下げられた不凍液を押し込んで
、循環させる構成となっている。なお、

戻りヘッダ６３と、行きヘッダ６４との間は、バイパス管４４で接続され、バイパス管
４４には、第一の電動弁４８Ａが備えられている。また、戻りヘッダ６３の吐出口６３ａ
と行きヘッダ６４の吸込口６４ｂの間には差圧センサー９５が備えられている。さらに、
戻り管路４２の戻りポンプ４２ａの下流側には、第二の電動弁４８Ｂが備えられている。

この構成において、貯湯槽４１内に備えられた温度センサー９６が、貯湯槽４１内に貯
留された湯水の温度が所定温度（例えば６０度以上）に近づいてきたことを検出した際に
は、貯湯槽熱交換器６１における熱交換負荷を抑えるために、第二の電動弁４８Ｂの開度
を絞り、貯湯槽熱交換器６１を通って流れる不凍液の流量を調整する。これによって、戻
りヘッダ６３の出口６３ａ側の圧力が上昇し、戻りヘッダ６３の吐出口６３ａと行きヘッ
ダ６４の吸込口４ｂとの間に備えられた差圧センサー９５の検出結果に伴って、第一の電
動弁４８Ａの開が開かれて、戻りヘッダ６３から行きヘッダ６４へ、不凍液が貯湯槽熱交
換器６１をバイパスし流れるように構成されている。

また、貯湯槽熱交換器６１で配管詰まりなどの問題が発生した際には、差圧センサー９
５の検出結果が所定圧力外となり、この検出結果にともなって第一の電動弁４８Ａの開度
が開かれて、不凍液が貯湯槽熱交換器６１をバイパスして戻りヘッダ６３から直接行きヘ
ッダ６４にバイパス管４４を通って流れる構成となっている。

このように、本実施形態によれば、ガスエンジン２４で駆動する圧縮機２３を備えた空
調装置２０の室外機２１に、このガスエンジン２４を水冷するための動力源熱交換器２７
を設け、動力源熱交換器２７で冷却水と不凍液を熱交換させて、冷却水の温度を下げると
共に不凍液を昇温し、この不凍液と市水とを、市水を貯留する貯湯槽４１内に収納した貯
湯槽熱交換器６１で熱交換させて、不凍液の温度を下げると共に市水を昇温し、この昇温
された市水を貯湯槽４１からヒートポンプ給湯機５０に供給して、給湯する構成とした。

そのため、貯湯槽４１内に貯湯槽熱交換器６１を設け、この貯湯槽熱交換器６１に不凍
液を循環させるといった簡単な構成で、ガスエンジン２４の排熱を効率よく利用して、貯
湯槽４１内の市水を加温するこができる。これにより、ヒートポンプ給湯機５０で使用さ
れるエネルギーの低減を図ることができるため、ヒートポンプ給湯機５０の給湯効率を上
げることができ、省エネルギー効果が向上する。

また、本実施形態によれば、太陽温水器パネル６２を設け、この太陽温水器パネル６２
で昇温された不凍液を、ガスエンジン２４の排熱を利用して昇温した不凍液とを合流させ
て貯湯槽熱交換器６１に循環させる構成としたため、ガスエンジン２４の排熱と共に、太
陽熱を利用して貯湯槽４１内に貯留された市水の昇温をすることができるため、更に省エ
ネルギー効果を上げることができる。

また、本実施形態によれば、太陽光発電装置１２の太陽電池パネルが日射によって高温
となり太陽光発電装置１２の出力が低下するのを防止するために、太陽電池パネルの背面
に流している不凍液を、ガスエンジン２４の排熱を利用して昇温した不凍液と、太陽温水
器パネル６２で太陽熱を利用して昇温した不凍液とを合流させて貯湯槽熱交換器６１に循
環させる構成としたため、更に省エネルギー効果を上げることができる。

また、本実施形態によれば、ガスエンジン２４の排熱を利用して昇温した不凍液と、太
陽温水器パネル６２で太陽熱を利用して昇温した不凍液と、太陽光発電装置１２の太陽電
池パネルを水冷して昇温した不凍液と、を合流させる戻りヘッダ６３を設け、この戻りヘ
ッダ６３で合流された不凍液を、貯湯槽熱交換器６１を経由して再びそれぞれの機器に分
流する行きヘッダ６４を設け、戻りヘッダ６３と行きヘッダ６４の間をバイパス管４４で
接続し、バイパス管４４に第一の電動弁４８Ａを組み込み、戻りヘッダ６３の吐出口６３
ａと行きヘッダ６４の吸込口６４ｂの差圧を検出する差圧センサー９５を備える構成とし
たため、貯湯槽熱交換器６１に問題が発生した際には、第一の電動弁４８Ａの開度を開い
て貯湯槽熱交換器６１をバイパスさせて不凍液を循環させることができ、貯湯槽熱交換器
６１に圧力異常などの問題が発生した際にも、温水系統２の運転を継続することができる
ため、貯湯槽４１のメンテナンスが必要な場合等にも、温水系統２のダウンタイムを極力
抑えることができる。

また、本実施形態によれば、合流した不凍液が戻りヘッダ６３から貯湯槽熱交換器６１
に流れる戻り管路４２に第二の電動弁４８Ｂを組み込み、貯湯槽４１内に貯留された湯水
の温度が所定以上になった時には、第二の電動弁４８Ｂの開度を絞って、貯湯槽熱交換器
６１を通って流れる不凍液の量を調整するとともに、差圧センサー９５で吐出口６３ａと
吸込口６４ｂ間の差圧が検出され、第一の電動弁４８Ａの開度が開かれて、不凍液が貯湯
槽熱交換器６１をバイパスして循環する構成としたため、貯湯槽熱交換器６１における熱
交換負荷を調整できるとともに、貯湯槽４１内の湯水が所定温度以上に過熱されることが
ない。

また、本実施形態によれば、ヒートポンプ給湯機５０の給水系入口３７に、湯水配管８
４が接続され、湯水配管８４は給湯三方弁５７及び給湯管３８を介して給湯口８１に接続
されて、ユーザーにより入力された設定温度が貯湯槽４１から給水系入口３７に供給され
る湯温よりも低い場合には、ヒートポンプ給湯機５０のガスクーラー５１をバイパスして
、貯湯槽４１から供給される湯水に市水を合流させて適切温度となった湯が湯水配管８４
から、給湯口８１に供給されるため、必要時にのみ補助熱源であるヒートポンプ給湯機５
０を稼働させて追いかけ運転を行い、給湯することができ、省エネルギー効果を上げるこ
とができると共に、ヒートポンプ給湯機５０の稼働によるＣＯ₂（二酸化炭素）の排出量
を大幅に削減することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
い。本実施形態では、太陽光発電装置と、ＧＨＰとの排熱を利用する構成としたが、これ
に限らず、他に燃料電池などを併設し、この燃料電池から発生する排熱も回収して利用す
る構成としても良い。

また、本実施形態では、一つの貯湯槽４１を備える構成としたが、これに限らず、戻り
ヘッダ６３と行きヘッダ６４の二次側、具体的には、差圧センサ９５の二次側の戻り管路
４２、貯湯槽熱交換器６１、行き管路４３を含む不凍液の循環回路及びに貯湯槽４１、ヒ
ートポンプ給湯機５０、暖房機器８７等を含む排熱利用側システムを複数台並列して備え
る構成としても良い。その他の配管構成や他の細部構成等についても任意に変更可能であ
ることは勿論である。

１：電力系統２：温水系統３：システムコントローラ１１：商用電源系統１２：
太陽光発電装置１３：発電機１５：電力変換ユニット１７Ａ：第１切換スイッチ部
１７Ｂ：第２切換スイッチ部１８：蓄電池１９：電池充電器２０：ガスヒートポ
ンプ式空調装置（空調装置）２１：室外機２２ａ：室内機２３：圧縮機２４：ガ
スエンジン（動力源）２７：動力源熱交換器３２：検出器３４：系統連系点３７
：給水系入口４１：貯湯槽４４：バイパス管４８Ａ：第１の電動弁４８Ｂ：第２
の電動弁５０：ヒートポンプ給湯機５１：ガスクーラー５２：蒸発器５３：圧縮
機５９：膨張弁６１：貯湯槽熱交換器６２：太陽温水器パネル６３：戻ヘッダ
６４：行ヘッダ９２：凝縮器９３：減圧装置９４：蒸発器９５：差圧センサー
１００：空調システム

Claims

圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を用いた冷凍サイクル、及び、前記圧縮機を駆動す
る動力源で駆動される発電機を有するコジェネレーションシステムを備えた空調システム
において、
商用電源系統から接続され商用電力が供給される配線と、
蓄電池と、
前記蓄電池への充電を制御する充電部と、
直流電力を交流電力に変換した後、前記配線へ供給する系統連係装置と、
前記蓄電池の電力を前記系統連係装置へ導く回路と、
前記発電機の発電電力を前記充電部へ導く回路と、
前記発電機の発電電力を直流電力に変換した後、前記系統連係装置へ導く回路と、
太陽光発電装置等の直流電力を出力する直流発電装置と、
前記直流発電装置の出力を前記充電部へ導く回路と、
前記直流発電装置の出力を前記系統連係装置へ導く回路と、
前記配線を介して電力を得る負荷と、
前記負荷へ供給される電力を検出する検出器と、
前記検出器で検出される電力が前記発電機の発電電力と前記直流発電装置の出力との合
算値以下の際には、前記発電機の発電電力及び直流発電装置の出力を前記充電部へ導く回
路を有効にすると共に、前記蓄電池の電力を前記系統連係装置へ導く回路を有効にし、
前記検出器で検出される電力が前記発電機の発電電力と前記直流発電装置の出力との合
算値以上の際には、前記発電機の発電電力を前記系統連係装置へ導く回路を有効にすると
共に、前記直流発電装置の出力を前記系統連係装置へ導く回路を有効にする制御部と、
前記動力源に接続された動力源熱交換器と、
前記不凍液を循環させて前記動力源の発熱を前記熱交換器から回収した後、この回収熱
を市水が貯留された貯湯槽内へ貯湯槽熱交換器を介して放熱する動力源用熱回収回路と、
前記貯湯槽内の市水を加熱するための冷媒圧縮機、放熱器、減圧装置、蒸発器から構成
される冷凍サイクルによるヒートポンプ回路を備えたヒートポンプ給湯機と、
前記ヒートポンプ給湯機が前記貯湯槽と接続される給水系入口と、
を備えることを特徴とする空調システム。
前記不凍液を循環させて前記直流発電装置の発熱を回収した後、この回収熱を前記貯湯
槽内へ放熱する直流発電装置用熱回収回路と、
太陽光を吸収して内部の前記不凍液を加熱する太陽熱温水パネルと、
前記不凍液を循環させて前記太陽熱温水パネルで吸収した熱を前記貯湯槽内へ放熱する
太陽熱温水パネル用熱回収回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
前記動力源は、ガスエンジンであることを特徴とする請求項１に記載の空調システム。
前記不凍液が合流する戻りヘッダと、前記不凍液を循環させる行きヘッダとを設け、前
記ヘッダ間を、前記貯湯槽熱交換器をバイパスするバイパス管で接続し、前記バイパス管
に第一の電動弁を組み込み、前記行きヘッダと前記戻りヘッダの出入口の差圧を検出する
差圧センサーを備え、前記差圧センサーの検出結果に基づいて、前記第一の電動弁の開度
を開いて不凍液を、前記貯湯槽熱交換器をバイパスして循環することを特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載の空調システム。
前記戻りヘッダから前記貯湯槽熱交換器に至る戻り管路に第二の電動弁を組み込み、前
記貯湯槽貯湯槽に貯留された市水の温度に応じて第二の電動弁の開度を絞って、前記貯湯
槽熱交換器を通って流れる不凍液の量を調整して前記不凍液を循環することを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の空調システム。
前記ヒートポンプ回路の前記給水系入口に接続され、前記放熱器をバイパスして給湯す
る湯水配管を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の空調システム。
前記ヒートポンプ回路は、冷媒として二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１〜
６のいずれかに記載の空調システム。