JP2014047951A - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】熱媒体が循環する循環配管10と、熱媒体と第1熱交換対象流体とを熱交換させる第1の熱交換器11と、熱媒体と第2熱交換対象流体とを熱交換させる第2の熱交換器13と、熱媒体を圧縮する圧縮機ユニット12と、熱媒体を膨張させる膨張弁14と、を備え、循環配管10の経路に、第1の熱交換器11、圧縮機ユニット12、第2の熱交換器13、膨張弁14の順に、これらが配置されてヒートポンプサイクルが形成され、圧縮機ユニット12が、内燃機関20と、電動機21と、を備え、これら内燃機関20及び電動機21のいずれか一方を駆動することで、熱媒体を圧縮する。
【選択図】図1
Description
この発明では、内燃機関及び電動機のいずれか一方を切替えて駆動させ、熱媒体を圧縮することできるため、例えば、電動機に対する電力供給が停止された場合であっても、内燃機関を駆動することで、システムを継続的に運転できたり、時間帯等に応じて、内燃機関及び電動機を切替えて静粛性が要求される状況に好適に対応できたりする。また、時局に応じて、内燃機関及び電動機を切替えることで、コスト面での優位性を得ることもできる。
この場合、内燃機関及び電動機の双方から駆動力を伝達されることが可能な圧縮機を、内燃機関及び電動機のうちの一方を選択して駆動する構成とすることで、圧縮機ユニットの簡素化を図ることができ、設備等に好適に用いることができる。
この場合、電動機の駆動力が内燃機関に伝達されないようにして、電動機の駆動時における負荷を抑え、効率的な運転が可能となる。
この場合、内燃機関の駆動力を有効に活用することができる。
この場合、内燃機関を起動させるために電力が必要な場合に、停電時等に内燃機関を確実に駆動させることができる。
この場合、外気温度に応じて圧縮機を用いずに、システムを運転することができ、経済性に優れた運転ができる。
この場合、所望の運転パターンを状況に応じて確実に実施することができる。
この場合、停電時に速やかに内燃機関の駆動を切替えることができる。
この場合、経済性に優れた運転を実施することができる。
この場合、経済性に優れた運転を容易に実施することができる。
この場合、経済性に優れた運転を容易に実施することができる。
図1には、本発明の第1の実施形態に係るヒートポンプシステムS(以下、システムSと略す。)が示されている。このシステムSでは、熱媒体が循環する循環配管10の経路に、第1の熱交換器11、圧縮機ユニット12、第2の熱交換器13、及び膨張弁14が、この順に配置されて、ヒートポンプサイクルが形成されている。
さらに、室内機2においては、第1の熱交換器11を送風するファン等を制御したり、内気の温度を検知したりする室内制御部5が設けられている。また、図示省略するが、室外機3には、第2の熱交換器13で生じた熱を冷却及び排出するためのファンが設けられる。
ここで、この間接外気冷房モードでは、循環配管10の経路中に配置されたポンプ装置16を駆動させることで、熱媒体を循環配管10中に循環させるようにする。ここで、ポンプ装置16は、循環配管10において第2の熱交換器13と膨張弁14とを直接的に結ぶ経路部分に配置されており、自身の駆動力によって循環配管10において熱媒体を循環させる。具体的には、ポンプ装置16は、第2の熱交換器13を通過する熱媒体が膨張弁14に供給される流れを形成する。
また、上記暖房モードでは、圧縮機ユニット12で圧縮して加熱した熱媒体を、第1の熱交換器11に供給し、ここで熱媒体を放熱させ、この後、膨張弁14で熱媒体を膨張させて冷却し、第2の熱交換器13で熱媒体に外気の熱を吸熱させるサイクルが行われる。
また、間接外気冷房モードでは、膨張弁14を流量調整弁として機能させ、熱媒体を、第1の熱交換器11に供給し、ここで熱媒体に内気の熱を吸熱させて、この後、第2の熱交換器13で熱媒体を放熱させるサイクルが行われる。
そして、この圧縮機ユニット12は、例えば建造物の管理室等の室外機3の外に配置される切替制御装置4とネットワークを介して接続され、内燃機関20及び電動機21の切替を、切替制御装置4によって行うことが可能となっている。なお、内燃機関20及び電動機21の切替は、別途手動で行うことができる構成としておいてもよい。
なお、電力計測部33が計測する所定期間中における積算電力量とは、例えば1ヶ月単位における積算電力量等である。
先ず、切替制御装置4は、電動機21によって圧縮機22を駆動させていた状態で停電検知部31によって停電が検知された際に、内燃機関20を駆動させる制御を行うことが可能となっている。
なお、この際、本実施形態において切替制御装置4は、建造物等に設置される非常用電源から電力を供給されるようになっているが、このような非常用電源の電力を用いずに、図中35に示す予備電源装置から電力を得てもよい。
このような制御では、電動機21に対する電力供給が停止された場合であっても、内燃機関20を駆動することで、システムSを継続的に運転できるので、例えば設備内において所定の温度で保持することが必要な機器を保護したりすることができる。
なお、この間接外気冷房モードを実行する場合には、切替制御装置4によって、循環切替用四方弁15及び運転切替用四方弁17の切替制御も行われる。
また、本実施形態において、上記所定の閾値は、内気の温度とするが、予め定めた外気の温度としてもよい。
このような制御では、例えば、室内が過剰に暖められたとき等に電力コストを抑制しながら、適正な温度にすることができ、経済性に優れたシステムSの運転が可能となる。
近時では、発電所における発電コストの事情等から、電力会社が電力単価を高く設定せざるを得ない状況があり、極力需要者の負担を解消させるために、昼間の特定の時間帯の電力単価よりも、夜間の特定の時間帯の電力単価を低くするサービスを試みる等の可能性がある。
この制御では、このような時間帯に応じて、例えば電力単価の高い時間帯では、内燃機関20を駆動し、夜間の電力単価の低い時間帯では、電動機21を駆動することで、経済性の面で有利なシステムSの運転を行い得る。
ここで、電力会社と需要者との間の契約においては、例えば1ヶ月の最大電力使用量を基準に基本料金を定め、この基本料金を基準として1年間の基本料金が決定され、この基本料金に、月々の個別の電力量に応じた電力量料金を加算して、請求する契約がある。
このような契約においては、1ヶ月の最大電力使用量を基本料金が高く切り上がらないように抑えるのが好ましい。
このような状況である場合に、電力計測部33によって計測された積算電力量を基準とする切替制御は、有効に機能する。
したがって、本実施形態のシステムSによれば、環境性、利便性、及び経済性を向上させることができる。
次に本発明の第2の実施形態について図5を用いて説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一符号で示し説明は省略する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。この実施形態は、第2の実施形態をより具体的にしたものである。詳しくは、本発明のヒートポンプシステムを4階建ての建造物に適用させた例である。なお、第1の実施形態及び第2の実施形態と同一の構成要素については、同一符号で示し説明は省略する。
また、1〜3階に設置された室内機2は、室内の冷暖房用とされている。なお、この例では、1〜3階の天上に室内機2がそれぞれ設置されている。
ここで、この例において切替制御装置4は、複数の室内機2及び室外機3を個別に制御することで、4階では冷房、1〜3階では暖房を実施する等の制御を行うことも可能となっている。
次に、本発明の第4の実施形態について図7を用いて意説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成要素については、同一符号で示す説明は省略する。
また、第1の圧縮機40には、第1の圧縮機40の駆動軸を介して内燃機関20の駆動力を伝達されて、発電する発電機44が接続されている。
このような第4の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
例えば、第1の実施形態では、圧縮機22の駆動軸を、内燃機関20及び電動機21の駆動軸にそれぞれに直接的に連結させる構成を説明したが、内燃機関20の駆動軸を電動機21の駆動軸に直接的に連結し、電動機21の駆動軸を圧縮機22の駆動軸に直接的に連結させてもよく、この場合に、内燃機関20の駆動軸と電動機21の駆動軸との間にクラッチを設けてもよい。
10 循環配管
11 第1の熱交換器
12 圧縮機ユニット
13 第2の熱交換器
14 膨張弁
16 ポンプ装置
20 内燃機関
21 電動機
22 圧縮機
23 クラッチ装置
31 停電検知部
32 温度検出部
33 電力計測部
34 計時部
S ヒートポンプシステム
Claims (11)
- 熱媒体が循環する循環配管と、
前記熱媒体と第1熱交換対象流体とを熱交換させる第1の熱交換器と、
前記熱媒体と第2熱交換対象流体とを熱交換させる第2の熱交換器と、
前記熱媒体を圧縮する圧縮機ユニットと、
前記熱媒体を膨張させる膨張弁と、を備え、
前記循環配管の経路に、前記第1の熱交換器、前記圧縮機ユニット、前記第2の熱交換器、前記膨張弁の順に、これらが配置されてヒートポンプサイクルが形成され、
前記圧縮機ユニットが、内燃機関と、電動機と、を備え、これら内燃機関及び電動機のいずれか一方を駆動することで、前記熱媒体を圧縮することを特徴とするヒートポンプシステム。 - 前記圧縮機ユニットは、前記内燃機関及び前記電動機の双方から駆動力を伝達されることが可能な圧縮機を備え、前記内燃機関及び前記電動機のうちの一方を選択して駆動し、前記圧縮機を駆動することで、前記熱媒体を圧縮することを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプシステム。
- 前記内燃機関と前記圧縮機との間に、前記内燃機関から前記圧縮機に伝達される駆動力を断接するクラッチ装置が設けられ、
前記電動機によって前記圧縮機を駆動する際に、前記クラッチ装置が切断状態とされることを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプシステム。 - 前記内燃機関によって前記圧縮機を駆動する際に、前記内燃機関の駆動力を前記電動機に伝達し、前記電動機から電力を取り出すことを特徴とする請求項3に記載のヒートポンプシステム。
- 前記内燃機関を駆動させるための電力を蓄電する予備電源装置をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム。
- 前記循環配管の経路中に、その駆動力によって前記循環配管において前記熱媒体を循環させることが可能なポンプ装置をさらに備え、
前記ポンプ装置の駆動によって、前記熱媒体を、前記圧縮機ユニットを通過させずに前記循環配管中に循環させることが可能であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム。 - 前記内燃機関及び前記電動機の駆動の切替えを制御する切替制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム。
- 前記切替制御装置は、前記電動機に供給される電力の停電が検知された際に、前記内燃機関を駆動することを特徴とする請求項7に記載のヒートポンプシステム。
- 前記切替制御装置は、第1の電力単価が設定される第1の時間帯では、前記内燃機関を駆動し、前記第1の電力単価より低額な第2の電力単価が設定される第2の時間帯では、前記電動機を駆動するように、前記内燃機関及び前記電動機を切替えて駆動することを特徴とする請求項7又は8に記載のヒートポンプシステム。
- 前記内燃機関及び前記電動機の駆動及び前記ポンプ装置の切替えを制御する切替制御装置と、
外気温度を検出する温度検出部と、をさらに備え、
前記切替制御装置は、前記温度検出部によって検出された温度が所定の閾値以下である場合に、前記内燃機関及び前記電動機の駆動を停止するとともに、前記ポンプ装置を駆動させ、前記熱媒体を、前記圧縮機ユニットに通過させずに前記循環配管中に循環させることを特徴とする請求項6に記載のヒートポンプシステム。 - 前記電動機を少なくとも含む複数の負荷に供給される電力の所定期間中における積算電力量を計測する電力計測部をさらに備え、
前記切替制御装置は、前記電力計測部によって計測された積算電力量が、所定値を超えないように、前記電動機及び前記内燃機関を切替えて駆動することを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載のヒートポンプシステム。
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2012
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