JP2019510182A - ソーラー一体型チラーの方法およびシステム - Google Patents

Abstract

空冷オイルフリー遠心チラーシステム、および方法であって、システムは、少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンと、少なくとも１つのソーラーパネルと、少なくとも１つのソーラーパネルに接続された少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンと、十分なＤＣ電力が利用可能であるときを判断するように構成され、十分なＤＣ電力が利用可能であるときに少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンを作動させ、ＤＣ電力が十分でないときには少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンを作動させる、コントローラと、を備える。

Description

本発明はチラーに関する。より具体的には、本発明は、ソーラー一体型チラー、方法およびシステムに関する。

より具体的には、本発明によれば、少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンと、少なくとも１つのソーラーパネルと、少なくとも１つのソーラーパネルに接続された少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンと、十分なＤＣ電力が利用可能であるときを判断し、十分なＤＣ電力が利用可能であるときに少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンを作動させ、ＤＣ電力が十分でないときには少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンを作動させるように構成される、コントローラと、を備えるシステムが提供される。

凝縮器と、少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンと、少なくとも１つのＤＣファンと、を備える空冷オイルフリー遠心チラーシステムに電力供給する方法であって、少なくとも１つのソーラーパネルを提供して少なくとも１つのソーラーパネルにＡＣ／ＤＣ両用ファンを接続するステップと、ｉ）ソーラーパネルによって生成された十分なＤＣ電流が利用可能であるときにＡＣ／ＤＣ両用ファンを稼働し、および、ｉｉ）太陽光発電されたＤＣ電流が十分でないときにＤＣファンを稼働するよう判断するステップと、を備える方法が、さらに提供される。

ＤＣ太陽光発電電流を用いて空冷オイルフリー遠心チラーのＡＣ／ＤＣ両用ファンに直接電力供給する方法であって、少なくとも１つのソーラーパネルおよびコントローラを提供するステップと、ＡＣ／ＤＣ両用ファンを少なくとも１つのソーラーパネルに接続するステップと、コントローラによって、ｉ）十分なＤＣ太陽光発電電流が利用可能なときにＡＣ／ＤＣ両用ファンを稼働し、および、ｉｉ）十分なＤＣ太陽光発電電流が利用可能でないときにバッテリバンクを用いてＡＣ／ＤＣ両用ファンを稼働するよう判断するステップと、を備える方法が、さらに提供される。

本発明の他の目的、利点および特徴は、添付の図面を参照して単なる一例として与えられた、その特定の実施形態の以下の非限定的な説明を読むことにより、より明らかになるであろう。

本発明の一態様の一実施形態によるシステムの斜視図。 図１のシステムの側面図。 本発明の一態様の一実施形態によるシステムの斜視図。 図３の側面図。 本発明の一態様の一実施形態によるシステムの側面図。 本発明の一態様の一実施形態によるシステムの側面図。 図６のシステムの上面図。 本発明の一態様の一実施形態によるシステムの側面図。 図８のシステムの斜視図。 本発明の一態様の一実施形態によるシステムの概略図。 図１０Ａの詳細を示す。 図１０Ａの詳細を示す。 図１０Ａの詳細を示す。 図１０Ａの詳細を示す。 図１０Ａの詳細を示す。 図１０Ａの詳細を示す。 図１０のシステムの上面図。 図１０のシステムの第１の側面図。 図１０のシステムの第２の側面図。 本発明の一態様の一実施形態によるブラケットの第１の図。 図１２Ａのブラケットの第２の図。 本発明の一態様の一実施形態によるブラケットの第１の図。 図１３Ａのブラケットの第２の図。 本発明の一態様の実施形態による方法の線図。 本発明の一態様の一実施形態によるシステムの線図。

本発明は、以下の非限定的な例によってさらに詳細に説明される。

空冷オイルフリー遠心チラーは通常、凝縮器ファン（Ｃ）を備える。

たとえば図１０Ａおよび図１１Ｃに示されるように、ソーラーパネルのアレイ（Ａ）は、地理的位置および季節、すなわちソーラーパネル上の太陽光線の最良の入射、すなわちたとえば約３７°から約４５°の角度の入射に応じて、凝縮器ファンの上縁からある距離で、たとえば凝縮器ファンの上面の上４５０ｍｍの最小高さＨで、水平から約１５から４０°の範囲の角度、たとえば水平から約１５°の角度で、凝縮器ファン（Ｃ）の上方に取り付けられる。

ソーラーパネルは、地面で支持された支柱１４を用いて（たとえば、図１から図３、図５、図１０、および図１１参照）、またはファンケーシング１８自体で支持された支柱１６を用いて（たとえば図６から図９参照）、凝縮器ファン（Ｃ）に対して位置決めされる。あるいは、ソーラーパネルはファンケーシング１８自体に接続されてもよい（たとえば、図４参照）。図１０に最もよく示されるように、たとえば図１２から図１３に示されるような取り付けブラケット１５、１７が使用されてもよい。

凝縮器ファンのうちの少なくとも１つ、たとえば２つは、ＤＣまたはＡＣ電力のいずれかで動作できるモータを備え、これらのＡＣ／ＤＣモータはソーラーアレイに接続されている。残りの凝縮器ファンはＡＣ電力でのみ動作する。ＤＣ電力が利用可能なとき、ＤＣまたはＡＣ電力のいずれでも動作できるこれらの凝縮器ファンは、ＡＣのみで駆動する凝縮器ファンのどれよりも前に動作する（図１５参照）。

システムは、ファンを稼働するのに十分なＤＣ電力が利用可能なときを判断するコントローラ２０を備える。ＤＣ電力が十分でないときには、コントローラ２０は、ＡＣ電力がファンモータに送達されるように切り替える。コントローラ２０はまた、チラーが任務を要求されず、かつ、ＤＣ電力が利用可能なときに、チラーが動作するよう呼び出されるまで電力を中断するよう判断する。

たとえば太陽を覆う雲の通過中の短時間だけ、凝縮器ファンに電力供給するために、図１４に示されるように、バッテリバンクが使用されてもよく、これにより、ファンのＤＣ電力からＡＣ電力への切り替えのない緩衝期間を提供する。

米国空調暖房冷凍工業会（Air-Conditioning, Heating and Refrigeration Institute（ＡＨＲＩ））によって開発されたものに基づくチラー効率の指標は、容量変調が可能なチラーの性能を記述するのに最も一般的に使用される期間成績係数（Integrated Part Load Value（ＩＰＬＶ））である。全負荷条件での効率を表すＥＥＲ（エネルギー消費効率、Energy Efficiency Ratio）やＣＯＰ（成績係数、coefficient of performance）とは異なり、ＩＰＬＶは様々な容量で動作しながらの機器効率から求められる。チラーは常に１００％の容量で動作するわけではないため、ＥＥＲまたはＣＯＰは、典型的な機器性能の理想的な表示ではない。ＩＰＬＶは、機器の寿命を通じてエネルギー使用量および運用コストに影響する可能性があるため、考慮すべき非常に重要な値である。凝縮器ファンの上縁の上４５０ｍｍの最小高さで凝縮器ファンの上方に取り付けられた１５個のソーラーパネル（３×５）のアレイと、ＤＣまたはＡＣ電力で動作することができるモータを備える６つの凝縮器のうちの２つ（図１０から図１１参照）とを備える本発明のシステムを使用すると、日照時間中、すなわち太陽光発電がこれら２つのファンへのＡＣに取って代わったとき、ＩＰＬＶは１５％も向上することがわかった。一般的な凝縮器ファンモータは、全負荷時に２．１ｋＷを消費する。ソーラーアレイを備えたシステムは、４．２ｋＷまで発電した。部分負荷状況では、ファン電力は２５％の負荷で完全に変位できた。周囲温度が低い晴れた日には、フリークーリングが自動的に追加され、冬の所要電力をさらに削減できる。

図１４は、たとえば雲量によりソーラーアレイ（Ａ）の動作が妨げられる短時間の間にファンを動作させるためのエネルギーを蓄える、バッテリバンクを示す。この時間は、使用されるバッテリの量に依存し、典型的にはたとえば１時間である。また、バッテリバンクは、チラーが使用されていない場合に建物にＤＣ電圧を供給することができる。

本方法およびシステムは、ＡＣ／ＤＣ両用ファンに直接電力供給するためにＤＣ太陽光発電電流を使用することを提供する。試作品試験では、太陽光発電が２つのファンアレイへのＡＣに取って代わるとき、最高１５％の効率向上が記録されている。太陽光の追加の回収は、２４セント／ｋＷｈの電力原価で日当たりの良い場所ではわずか１２ヶ月であり得る。周囲温度が低い晴れた日には、フリークーリングが自動的に追加され、冬の所要電力をさらに削減できる。

空冷チラーの近くに位置する住宅を含む高層ビルがある高密度都市では、騒音レベルが高くなりすぎて住民に悪影響を及ぼすことがある。主な騒音源すなわち凝縮器ファンの上方に本ソーラーアレイを配置することにより、本システムおよび方法は、騒音の影響を低減する騒音低減能力を提供する。

ソーラーアレイは、チラーの凝縮器コイルの上に突き出るように設計されているので、日陰効果が生じ、これにより、凝縮器コイルを通過する空気による熱伝達が改善され、チラー効率が向上する。したがって、天蓋に太陽光パネルを取り付けることにより、天候保護を付加し、ファン排気の空気力学的効率を向上させる（たとえば、図１５参照）。

現在、すべての太陽光発電システムは、インバータ、電力系統保護装置、および場合によりバッテリシステムを必要とする。本システムは、ＡＣ／ＤＣファンモータに直接接続されているため、インバータおよび電力系統保護装置が不要である。

ソーラーパネルの典型的な裏面温度は１２５°Ｆ超である。裏面温度が低下すると、パネル効率が向上する。ソーラーアレイは凝縮器ファンの上に取り付けられているので、凝縮器ファンからの空気温度は最大１１５°Ｆに維持され、したがって１０度の改善をもたらし、こうしてパネル温度を改善する。

たとえば、家庭用温水システムを予熱するために、ソーラーパネルの裏面に熱回収システムを配置することが、さらに考えられる。たとえば、ソーラーアレイは、パネルの裏面に温水熱回収システムを装備することができ、家庭用温水を予熱することができる。このシステムは、配管および弁を有するウォーターポンプを必要とする。水はパネルを通って流れ、太陽からの熱は１３０から１４０°Ｆの水を提供する。

この組み合わせは、空冷オイルフリー遠心チラーの一部である凝縮器ファンを駆動するために太陽光発電を使用する、統合システムを形成する。

本システムおよび方法は、ＡＣ／ＤＣ変換なしに利用可能なときに太陽光発電を使用できるようにする。

特許請求の範囲は、実施例に記載された実施形態によって限定されるべきではなく、明細書全体と矛盾しない最も広い解釈が与えられるべきである。

Claims (10)

1. 少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンと、
   少なくとも１つのソーラーパネルと、
   前記少なくとも１つのソーラーパネルに接続された少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンと、
   コントローラと、
   を備える空冷オイルフリー遠心チラーシステムであって
   前記コントローラは、十分なＤＣ電力が利用可能であるときを判断し、十分なＤＣ電力が利用可能であるときに前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンを作動させ、ＤＣ電力が十分でないときには前記少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンを作動させるように構成される、空冷オイルフリー遠心チラーシステム。
2. 前記コントローラは、前記チラーシステムが任務を要求されず、かつ、ＤＣ電力が利用可能であるときを判断し、前記チラーが任務を要求されるまで前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンへの電力送達を停止するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. バッテリバンクをさらに備え、前記コントローラは、前記ＤＣ電力が十分でないときに、前記少なくとも１つのＡＣ凝縮器ファンを稼働するように切り替わる前の時間の間、前記バッテリバンクを用いて前記少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンに電力供給するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記ソーラーパネルは前記凝縮器ファンの上方に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
5. 前記ソーラーパネルは、約１５から４０°の範囲の角度で前記凝縮器ファンの上方に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
6. 前記ソーラーパネルは、前記凝縮器ファンの上面より約４５０ｍｍの高さで凝縮器ファンの上方に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
7. 前記ソーラーパネルは、約１５から４０°の範囲の角度で、前記凝縮器ファンの上面より約４５０ｍｍの高さで凝縮器ファンの上方に取り付けられている、請求項１に記載のシステム。
8. 凝縮器と、少なくとも１つのＡＣ／ＤＣ両用ファンと、少なくとも１つのＤＣファンと、を備える空冷オイルフリー遠心チラーシステムに電力供給する方法であって、少なくとも１つのソーラーパネルを提供して前記少なくとも１つのソーラーパネルに前記ＡＣ／ＤＣ両用ファンを接続するステップと、ｉ）前記ソーラーパネルによって生成された十分なＤＣ電流が利用可能であるときに前記ＡＣ／ＤＣ両用ファンを稼働し、および、ｉｉ）太陽光発電された前記ＤＣ電流が十分でないときに前記ＤＣファンを稼働するよう判断するステップと、を備える方法。
9. 前記ソーラーパネルによって生成された前記ＤＣ電流が十分でないときに、前記ＡＣファンにＡＣ電力を送達するように切り替わる前の時間の間、バッテリバンクを用いて前記ＡＣ／ＤＣ両用ファンに電力供給するステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
10. ＤＣ太陽光発電電流を用いて空冷オイルフリー遠心チラーのＡＣ／ＤＣ両用ファンに直接電力供給する方法であって、少なくとも１つのソーラーパネルおよびコントローラを提供するステップと、前記ＡＣ／ＤＣ両用ファンを前記少なくとも１つのソーラーパネルに接続するステップと、前記コントローラによって、ｉ）十分なＤＣ太陽光発電電流が利用可能なときに前記ＡＣ／ＤＣ両用ファンを稼働し、および、ｉｉ）十分なＤＣ太陽光発電電流が利用可能でないときにバッテリバンクを用いて前記ＡＣ／ＤＣ両用ファンを稼働するよう判断するステップと、を備える方法。