JP4286401B2 - 氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式空調システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電力平準化は社会的要望であり、エネルギーの安定的供給とエネルギーコストの低減を図るためには、昼夜間の電力負荷格差を縮小させる必要がある。
電力の夜間へのシフトの手法として、現在、蓄熱方式があり、近来、コストの安い氷蓄熱槽を備えた空冷ヒートポンプパッケージとして提供されている。
この氷蓄熱槽を備えた空冷ヒートポンプパッケージは、夜間電力を利用して氷蓄熱を行い、これを昼に利用して冷房能力のアップを図るものである。尚、氷蓄熱槽は、冷房運転においては、文字通り氷の形で熱(冷熱)を蓄えるのであるが、暖房運転においては、温水として熱を蓄えられるものである。
一方、電力のピークカットの手法として、近来、ガスエンジンにより駆動するコンプレッサーによりヒートポンプ系統を構成したガスエンジンヒートポンプパッケージが開発され、提供されている。
【0003】
本発明は、これらの両者のピークシフト及びピークカット手法の要点を組み合わせることにより、より大きな電力のピークシフト、ピークカットを目指し、ランニングコストの大幅な低減を図ることを目的とするものである。
【0004】
この点に関し、本発明者は、先に、ガスエンジンと電動機を昼夜で切り換えてヒートポンプ系統を構成するコンプレッサーを駆動することによりランニングコストを低減するヒートポンプ式空調システムを提案した。(特開平10−78248号公報参照。)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記システムでは、ガスエンジンと電動機及びコンプレッサー等のヒートポンプ系統を構成する要素を屋外機として一体に構成するため、新たな機器設計が必要となり、コスト高になるという課題を有していた。
そこで本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、まず、氷蓄熱槽と、電動機で駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの第1の屋外機と、ガスエンジンで駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの第2の屋外機を別々に設置し、第1の屋外機の冷媒経路を氷蓄熱槽内の熱交換冷媒経路に開閉弁を介して接続すると共に、第2の屋外機の冷媒経路の一方側を上記熱交換冷媒経路の一端側に開閉弁を介して接続し、その他端側から開閉弁を経た冷媒経路と第2の屋外機の冷媒経路の他方側との間に屋内機への冷媒経路を構成した氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムを提案する。
【0007】
また他の構成として、本発明では、氷蓄熱槽と、電動機で駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの第1の屋外機と、ガスエンジンで駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの第2の屋外機を別々に設置し、第1の屋外機の冷媒経路を氷蓄熱槽内の熱交換冷媒経路に開閉弁を介して接続すると共に、第2の屋外機の冷媒経路の一方側を上記熱交換冷媒経路の一端側に開閉弁を介して接続し、その他端側から開閉弁を経た冷媒経路と第2の屋外機の冷媒経路の他方側との間に屋内機への冷媒経路を構成すると共に、第2の屋外機の冷媒経路には、氷蓄熱槽の熱交換冷媒経路を、その両端側の開閉弁と共にバイパスするバイパス経路を構成し、バイパス経路に開閉弁を設けた氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムを提案する。
【0008】
また他の構成として、本発明では、氷蓄熱槽と、電動機で駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの第1の屋外機と、ガスエンジンで駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの第2の屋外機と、冷媒熱交換器を別々に設置し、第1の屋外機の冷媒経路を氷蓄熱槽内の熱交換冷媒経路を経て冷媒熱交換器の一方側の熱交換冷媒経路に接続すると共に、適所に冷媒循環ポンプを構成し、第2の屋外機の冷媒経路の一方側を冷媒熱交換器の他方側の熱交換冷媒経路の一端側に接続し、その他端側と第2の屋外機の冷媒経路の他方側との間に屋内機への冷媒経路を構成した氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムを提案する。
【0011】
以上の本発明によれば、氷蓄熱槽を備えた空冷ヒートポンプパッケージによるピークシフトと、ガスエンジンヒートポンプパッケージによるピークカット手法の両方を合理的に組み合わせて、より大きな電力のピークシフトとピークカットを図ることができる。
【0012】
空冷ヒートポンプパッケージとガスエンジンヒートポンプパッケージを組み合わせる際、それらの屋外機は、別々に設置するので、これらを一体に構成する場合のように新たな設計が不要で、非常にローコストとすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
まず図1は本発明の氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムの第1の実施の形態を示す系統説明図である。
符号1は電動機(図示省略)で駆動するコンプレッサー2aを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの屋外機であり、以降、これを第1の屋外機と云う。
また符号3はガスエンジン4で駆動するコンプレッサー2bを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの屋外機であり、以降、これを第2の屋外機という。
また符号5は氷蓄熱槽であり、この氷蓄熱槽5には、槽内を通る熱交換冷媒経路6を構成している。
以上の第1、第2の屋外機1、3と氷蓄熱槽5を別々に設置する。
そして、第1の屋外機1の冷媒経路7u,7vを氷蓄熱槽5内の熱交換冷媒経路6に開閉弁8u,8vを介して接続すると共に、第2の屋外機3の冷媒経路9u,9vの一方側9uを開閉弁10uを介して氷蓄熱槽5の熱交換冷媒経路6の一端側に接続し、その他端側から開閉弁10vを経た冷媒経路11uと第2の屋外機3の冷媒経路の他方側11vとの間に屋内機(図示省略)への冷媒経路12を構成している。
また、第2の屋外機3の冷媒経路には、氷蓄熱槽5の熱交換冷媒経路6を、その両端側の開閉弁10u,10vと共にバイパスするバイパス経路9wを構成し、このバイパス経路9wに開閉弁10wを設けている。
【0014】
以上の構成において、夜間においては、開閉弁8u,8vを開とすると共に、開閉弁10u,10vを閉として、第1の屋外機1のみを運転する。
この運転状態では、第1の屋外機1のコンプレッサー2aを要素とするヒートポンプ系統の動作により、氷蓄熱槽5の熱交換冷媒経路6との間に冷媒経路7u,7vを通して冷媒が循環し、冷房期においては熱交換冷媒経路6との熱交換により氷蓄熱槽5内に氷を形成して蓄熱が行われる。(暖房期の運転においては、これとは逆に氷蓄熱槽5内に温水が作られて蓄熱が行われる。)
このように夜間において氷蓄熱槽5に蓄熱を行っている際に室内の空調が必要な場合には、開閉弁10wを開として第2の屋外機3を運転し、コンプレッサー2bを要素とするヒートポンプ系統を動作させると、冷媒は、氷蓄熱槽5の熱交換冷媒経路6をバイパスしてバイパス経路9wを通過して屋内機への冷媒経路12に流すことができ、こうして室内の空調を行うことができる。
尚、開閉弁10wは、夜間の蓄熱運転において常時開とするようにする他、夜間の蓄熱運転において必要に応じて開とするようにしても良い。
次に空調を行う昼間は、上述と逆に、開閉弁8u,8v及び10wを閉とすると共に、開閉弁10u,10vを開として、第2の屋外機3のみを運転する。
この運転状態では、第2の屋外機3のコンプレッサー2bを要素とするヒートポンプ系統の動作により、冷媒は冷媒経路9uを経て氷蓄熱槽5に至り、その熱交換冷媒経路6において過冷却された後、冷媒経路11uから冷媒経路12を経て屋内機に供給されて冷房に供される。従って夜間において氷蓄熱槽5に蓄熱された冷熱を、昼間における冷房に有効利用することができる。
屋内機において冷房に供された冷媒は、次いで冷媒経路12、冷媒経路11vを経て第2の屋外機3に還流して、循環に供される。
以上の説明は、冷房期の運転についてであるが、暖房期においても上述したとおり夜間に氷蓄熱槽5に温水の形で蓄熱した熱を、昼間に有効利用できることは勿論である。
【0015】
次に図2は本発明の氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムの第2の実施の形態を示す系統説明図であり、図1に示す第1の実施の形態の要素と同様な要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
即ち、この実施の形態では、第1、第2の屋外機1、3及び氷蓄熱槽5と共に、冷媒熱交換器13を別々に設置している。この冷媒熱交換器13は間接的に熱交換する一対の熱交換冷媒経路14a,14bを備えたものである。
そして、第1の屋外機1の冷媒経路7u,7vを氷蓄熱槽5内の熱交換冷媒経路15を経て冷媒熱交換器13の一方側の熱交換冷媒経路14aに接続すると共に、適所に冷媒循環ポンプ16を構成し、第2の屋外機3の冷媒経路の一方側9uを冷媒熱交換器13の他方側の熱交換冷媒経路14bの一端側に接続し、その他端側と第2の屋外機3の冷媒経路の他方側9vとの間に屋内機への冷媒経路12を構成している。
尚、図においては、氷蓄熱槽5内の熱交換冷媒経路15は、冷媒経路7u,7vと冷媒熱交換器13の熱交換冷媒経路14aとが直列に接続しているように描いているが、このような構成の他、冷媒熱交換器13と同様に冷媒同士が間接的に熱交換するような構成でも良い。
【0016】
以上の構成において、夜間においては、第1の屋外機1のみを運転する。
この運転状態では、第1の屋外機1のコンプレッサー2aを要素とするヒートポンプ系統の動作により、冷媒が氷蓄熱槽5内の熱交換冷媒経路15と冷媒熱交換器13の熱交換冷媒経路14aの間を循環して氷蓄熱槽5内に氷を形成して蓄熱が行われる。(上述と同様に暖房期の運転においては、これとは逆に氷蓄熱槽5内に温水が作られて蓄熱が行われる。)
このように夜間において氷蓄熱槽5に蓄熱を行っている際に室内の空調が必要な場合には、第2の屋外機3を運転し、コンプレッサー2bを要素とするヒートポンプ系統を動作させれば、第2の屋外機3の冷媒は冷媒熱交換器13の熱交換冷媒経路14bを経て屋内機に供給されて空調を行うことができる。
次に、空調を行う昼間は、第1の屋外機1の運転は停止し、第2の屋外機3を運転すると共に、冷媒循環ポンプ16を運転する。
この運転状態では、第2の屋外機3のコンプレッサー2bを要素とするヒートポンプ系統の動作により、冷媒は冷媒経路9uを経て冷媒熱交換器13の熱交換冷媒経路14bに至り、ここで冷媒循環ポンプ16により、氷蓄熱槽5内の熱交換冷媒経路15と冷媒熱交換器13の熱交換冷媒経路14aの間を循環する冷媒と熱交換して過冷却された後、冷媒経路12を経て屋内機に供給されて冷房に供される。従って夜間において氷蓄熱槽5に蓄熱された冷熱は、第1の屋外機1側の冷媒と第2の屋外機3側の冷媒との間接熱交換により回収されて、昼間における冷房に有効利用することができる。
屋内機において冷房に供された冷媒は、次いで冷媒経路12、冷媒経路9vを経て第2の屋外機3に還流して、循環に供される。
昼間における冷房負荷が大きくて、氷蓄熱槽5内の氷がなくなった場合には、第1の屋外機1を運転して、そのコンプレッサー2aを要素とするヒートポンプ系統を動作させれば、この動作により発生した冷熱は冷媒熱交換器13において熱交換冷媒経路14aから熱交換冷媒経路14bに伝達され、こうして第2の屋外機3の能力アップを行うことが可能である。
以上の説明は、冷房期の運転についてであるが、暖房期においても上述したとおり夜間に氷蓄熱槽5に温水の形で蓄熱した熱を、昼間に有効利用できることは勿論である。
【0017】
次に図3は本発明の氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムの第3の実施の形態を示す系統説明図であり、図1に示す第1の実施の形態の要素と同様な要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
即ち、この実施の形態では、第1の屋外機1は、電動機17の駆動軸とコンプレッサー2aをクラッチ18aを介して連結する構成とすると共に、第2の屋外機3はコンプレッサーを設けない構成とし、第1と第2の屋外機1、3を近接して設置すると共に、第2の屋外機3のガスエンジン4の駆動軸をクラッチ18bを介して第1の屋外機1のコンプレッサー2aと連結する構成とし、第1の屋外機1のコンプレッサー2aを要素とするヒートポンプ系統の冷媒経路7u,7v内に氷蓄熱槽5を配置し、この氷蓄熱槽5を介して屋内機への冷媒経路12を構成したものである。
図においては図示を省略しているが、氷蓄熱槽5における氷(又は温水)と冷媒経路7u,7v及び冷媒経路12との熱交換形態は、氷蓄熱槽5内に、冷媒経路7u,7vと冷媒経路12が直接的に接続される熱交換冷媒経路を設けた構成とする他、冷媒経路7u,7vと冷媒経路12が間接的に熱交換される熱交換冷媒経路を設けた構成とする等、適宜である。
【0018】
以上の構成において、夜間においては、クラッチ18aを連結状態として電動機17によりコンプレッサー2aを駆動して、ヒートポンプ系統を動作させることにより、上述したと同様に蓄熱槽5内に蓄熱を行う。
また昼間においては、クラッチ18bを連結状態としてガスエンジン4によりコンプレッサー2aを駆動して、ヒートポンプ系統を動作させることにより、上述したと同様に蓄熱槽5に蓄熱された冷熱(熱)を空調に有効利用することができる。
【0019】
以上の第3の実施の形態では、共通して使用するコンプレッサー2aは、第1の屋外機1に設けていて、第2の屋外機3にはコンプレッサーを設けていないが、これとは逆に、共通して使用するコンプレッサーは、第2の屋外機3に設けて、第1の屋外機1にはコンプレッサーを設けないような構成とすることもできる。
【0020】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり、氷蓄熱槽を備えた空冷ヒートポンプパッケージと、ガスエンジンにより駆動するコンプレッサーによりヒートポンプ系統を構成したガスエンジンヒートポンプパッケージを合理的に組合せたので、次のような効果がある。
a.夜には、安い夜間電力を利用して氷蓄熱槽に蓄熱(冷熱を含む)を行うと共に、昼には安い冷房用ガス料金を利用して電力のピークカットを行うと同時に夜に氷蓄熱槽に蓄熱した熱を有効に利用して空調能力の増大を図ることができる。
b.屋外機は、空冷ヒートポンプパッケージのものと、ガスエンジンヒートポンプパッケージのものを別々に設置するので、ガスエンジンと電動機及びコンプレッサー等のヒートポンプ系統を構成する要素を屋外機として一体に構成するものとは異なり、新たな機器設計が不要で、コストが安い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムの第1の実施の形態を示す系統説明図である。
【図2】 本発明の氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムの第2の実施の形態を示す系統説明図である。
【図3】 本発明の氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システムの第3の実施の形態を示す系統説明図である。
【符号の説明】
1 第1の屋外機
2a,2b コンプレッサー
3 第2の屋外機
4 ガスエンジン
5 氷蓄熱槽
6 熱交換冷媒経路
7u,7v 冷媒経路
8u,8v 開閉弁
9u,9v 冷媒経路
10u,10v 開閉弁
11u,11v 冷媒経路
12 冷媒経路
13 冷媒熱交換器
14a,14b 熱交換冷媒経路
15 熱交換冷媒経路
16 冷媒循環ポンプ
17 電動機
18a,18b クラッチ
Claims (3)
- 氷蓄熱槽と、電動機で駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの第1の屋外機と、ガスエンジンで駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの第2の屋外機を別々に設置し、第1の屋外機の冷媒経路を氷蓄熱槽内の熱交換冷媒経路に開閉弁を介して接続すると共に、第2の屋外機の冷媒経路の一方側を上記熱交換冷媒経路の一端側に開閉弁を介して接続し、その他端側から開閉弁を経た冷媒経路と第2の屋外機の冷媒経路の他方側との間に屋内機への冷媒経路を構成したことを特徴とする氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システム。
- 氷蓄熱槽と、電動機で駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの第1の屋外機と、ガスエンジンで駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの第2の屋外機を別々に設置し、第1の屋外機の冷媒経路を氷蓄熱槽内の熱交換冷媒経路に開閉弁を介して接続すると共に、第2の屋外機の冷媒経路の一方側を上記熱交換冷媒経路の一端側に開閉弁を介して接続し、その他端側から開閉弁を経た冷媒経路と第2の屋外機の冷媒経路の他方側との間に屋内機への冷媒経路を構成すると共に、第2の屋外機の冷媒経路には、氷蓄熱槽の熱交換冷媒経路を、その両端側の開閉弁と共にバイパスするバイパス経路を構成し、バイパス経路に開閉弁を設けたことを特徴とする氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システム。
- 氷蓄熱槽と、電動機で駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムである空冷ヒートポンプパッケージの第1の屋外機と、ガスエンジンで駆動するコンプレッサーを要素とする空調システムであるガスエンジンヒートポンプパッケージの第2の屋外機と、冷媒熱交換器を別々に設置し、第1の屋外機の冷媒経路を氷蓄熱槽内の熱交換冷媒経路を経て冷媒熱交換器の一方側の熱交換冷媒経路に接続すると共に、適所に冷媒循環ポンプを構成し、第2の屋外機の冷媒経路の一方側を冷媒熱交換器の他方側の熱交換冷媒経路の一端側に接続し、その他端側と第2の屋外機の冷媒経路の他方側との間に屋内機への冷媒経路を構成したことを特徴とする氷蓄熱・ヒートポンプ式空調システム。
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