JP4382004B2 - Air conditioning and power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンによって圧縮機および発電機を駆動して空調および発電を同時に行う空調・発電システムに関する。 The present invention relates to an air conditioning / power generation system that simultaneously performs air conditioning and power generation by driving a compressor and a generator by an engine.
従来のエンジン駆動式空気調和装置では、冷媒を圧縮する圧縮機をガスエンジンなどのエンジンで駆動し、空調運転を行わせている。近年、このガスエンジンに発電機を連結し、この発電機で発電された電力を、例えば室外熱交換器への送風を行う送風機或いはエンジンを冷却する冷却水ポンプなどの負荷装置に供給し、電力供給レスの空調機の実現が模索されている(例えば、特許文献1参照)。
また、一般に、デマンドコントローラを設置し、商用使用電力が契約電力以上とならないように、デマンドコントローラから電力削減指示が出力された場合、電力使用量を契約電力内に収める制御が行われている。
In general, when a demand controller is installed and a power reduction instruction is output from the demand controller so that the commercial power usage does not exceed the contract power, control is performed so that the power consumption is within the contract power.
しかし、上記ガスエンジンに連結された発電機の発電電力を、商用系統に出力する空調・発電システムに対し、このデマンドコントローラの機能を併設した空調・発電システムは、未だ提案されていない。 However, an air conditioning / power generation system in which the function of the demand controller is added to an air conditioning / power generation system that outputs the generated power of the generator connected to the gas engine to a commercial system has not been proposed yet.
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、エンジンの低速回転時に、電力削減指示が出力された場合、効率よく、電力使用量を契約電力内に収めることができる空調・発電システムを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and when the power reduction instruction is output at the time of low-speed engine rotation, the power consumption can be efficiently contained within the contract power. The purpose is to provide an air conditioning and power generation system.
本発明は、エンジンによって駆動される圧縮機、室外熱交換器、減圧装置および室内熱交換器を有した空気調和装置と、前記エンジンによって駆動される発電機とを備え、この発電機に系統連系インバータを接続して、商用系統に電気出力を行うと共に、商用系統の契約電力に応じた、電力使用量が契約電力までに余裕がある電力削減レベルを含む、複数段階の電力削減指示を出力するデマンドコントローラを備え、契約電力に余裕がある電力削減レベルの電力削減指示が出力されると、空調優先運転が行われると共に、現在のエンジンの回転数で発電できる範囲で発電が行われ、電力削減レベルが上昇した場合には、発電優先運転が行われると共に、現在のエンジン回転数で対応できる場合、そのまま系統連系インバータが許可する発電量まで発電量を増大し、現在のエンジン回転数では対応できない場合、電力削減レベルに応じたエンジン回転数まで回転数を上昇させて、系統連系インバータが許可する発電量まで発電量を増大し、上昇させたエンジン回転数の増大分に相当する空調能力を低減する制御手段を備えたことを特徴とする。 The present invention includes an air conditioner having a compressor driven by an engine, an outdoor heat exchanger, a decompression device, and an indoor heat exchanger, and a generator driven by the engine, and the generator is connected to the grid. Connect the power system inverter to output power to the commercial system, and output a multi-stage power reduction instruction that includes the power reduction level where the power usage is sufficient for the contracted power according to the contracted power of the commercial system comprising a demand controller which, when the power decrease command power reduction level there is a margin to the contract power is output, together with the air conditioning priority operation is performed, the power range that can be generated by the current rotational speed of the engine is performed, the power When the reduction level rises, power generation priority operation is performed, and when the current engine speed can be used, the power generation amount allowed by the grid interconnection inverter as it is In the power generation amount increases, not be compatible with the current engine speed, by increasing the rotational speed until the engine rotational speed corresponding to power reduction level, to increase the power generation amount of electrical generation to the amount of permitted system interconnection inverter, Control means for reducing the air conditioning capability corresponding to the increased engine speed increase is provided.
エンジンの低速回転時には、発電機の発電電圧レベルが低下し、電力削減指示が出力されても、発電機の出力が得られない恐れがある。
本構成では、この電力削減レベルに応じて、エンジン回転数を増大させることで、発電機の発電電力が増大し、これが商用系統に出力されるため、商用系統の電力使用量を契約電力内に収めることができる。また、エンジン回転数を増大させた場合、空調能力が増大するが、本構成では、制御手段によって、増大分に相当する空調能力が低減されるため、空調要求に見合った運転が可能になる。
When the engine rotates at a low speed, the power generation voltage level of the generator decreases, and even if a power reduction instruction is output, the output of the generator may not be obtained.
In this configuration, the power generated by the generator is increased by increasing the engine speed according to this power reduction level, and this is output to the commercial grid, so the power usage of the commercial grid is within the contract power. Can fit. Further, when the engine speed is increased, the air conditioning capability increases. However, in this configuration, since the air conditioning capability corresponding to the increase is reduced by the control means, it is possible to perform an operation that meets the air conditioning requirements.
この場合において、前記制御手段が、減圧装置を構成する室内電子膨張弁、もしくは室外電子膨張弁の弁開度を制御して、増大分の空調能力を低減してもよい。また、前記制御手段が、前記圧縮機の吐出管および吸込管を接続するバイパス管に設けたバイパス弁を有し、このバイパス弁を開閉して、増大分の空調能力を低減してもよい。さらに、前記圧縮機が、エンジンに対し、それぞれ電磁クラッチを介して接続された、大小異容量の複数台の圧縮機で構成され、前記制御手段が、いずれかの電磁クラッチの解列を行って、増大分の空調能力を低減してもよい。 In this case, the control means may control the opening degree of the indoor electronic expansion valve or the outdoor electronic expansion valve constituting the decompression device to reduce the increased air conditioning capability. The control means may include a bypass valve provided in a bypass pipe connecting the discharge pipe and the suction pipe of the compressor, and the bypass valve may be opened and closed to reduce the increased air conditioning capability. Further, the compressor is composed of a plurality of compressors having large and small capacities connected to the engine via electromagnetic clutches, respectively, and the control means disengages any one of the electromagnetic clutches. The increased air conditioning capacity may be reduced.
本発明では、電力削減レベルに応じて、エンジン回転数を増大させることで、発電機の発電電力が増大し、これが商用系統に出力されるため、商用系統の電力使用量を契約電力内に収めることができると共に、エンジン回転数の増大分の空調能力が低減されるため、空調要求に見合った運転が可能になる。 In the present invention, the generated power of the generator is increased by increasing the engine speed in accordance with the power reduction level, and this is output to the commercial system. Therefore, the power consumption of the commercial system is kept within the contract power. In addition, since the air conditioning capability corresponding to the increase in the engine speed is reduced, it is possible to operate in accordance with the air conditioning requirements.
本発明の実施の形態について図を参照しながら以下に説明する。
図1は、ガスエンジン駆動式の空気調和装置1を示す。この空気調和装置1は、室外ユニット2と複数の室内ユニット3a〜3cとを有し、これらを液管4aおよびガス管4bからなるユニット間配管4で接続して構成されている。室外ユニット2には、ガスエンジン10と、このガスエンジン10の駆動力により発電を行う発電機11と、ガスエンジン10の駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機12とが収容されている。このガスエンジン10は、燃料調整弁7を経て供給されるガスなどの燃料と、スロットル弁8を経て供給される空気との混合気を燃焼させて駆動力を発生する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a gas engine driven
上記圧縮機12は、大小異容量の圧縮機12a,12bで構成され、2台が並列に、ガスエンジン10に対し、それぞれ電磁クラッチ14a,14bを介して接続されている。これら圧縮機12a,12bの吐出管12cは、プレート式熱交換器31、四方弁15、室外熱交換器17、室外膨張弁16の順に接続され、この室外膨張弁16には、液管4aを介して、各室内ユニット3の膨張弁19a〜19c、室内熱交換器21a〜21bが接続され、室内熱交換器21a〜21bには、ガス管4bを介して、四方弁15が接続され、この四方弁15には、圧縮機12a,12bが接続されている。また、この圧縮機12a,12bの吐出管12cおよび吸込管12dが、バイパス管18で接続され、このバイパス管18に、アンロード用のバイパス弁20が接続されている。
The
ちなみに、圧縮機12a,12bが駆動されると、四方弁15の切り替え状態で、それが暖房切り替えであれば、実線の矢印で示すように、圧縮機12a,12b、四方弁15、室内熱交換器21a〜21b、膨張弁19a〜19c、室外膨張弁16、室外熱交換器17の順に冷媒が循環し、室内熱交換器21a〜21bでの冷媒凝縮熱により室内が暖房される。これとは反対に、四方弁15が冷房切り替えであれば、破線の矢印で示すように、圧縮機12a,12b、四方弁15、室外熱交換器17、室外膨張弁16、膨張弁19a〜19c、室内熱交換器21a〜21bの順に冷媒が循環し、この室内熱交換器21a〜21bでの冷媒蒸発熱により室内が冷房される。
Incidentally, when the
つぎに、ガスエンジン10の冷却装置について説明する。
このガスエンジン10は水冷式であり、このガスエンジン10のウォータージャケットを循環した冷却水は、第1の三方弁22、逆潮流ヒータ23および第2の三方弁24を経て、ラジエター25に供給される。このラジエター25は、室外熱交換器17と併設されており、これらは同一の送風機26により送られる空気によって空冷され、このラジエター25を経た冷却水は、冷却水ポンプ27、排ガス熱交換器29の順に流れて、ガスエンジン10のウォータージャケットに戻される。
排ガス熱交換器29には、ガスエンジン10の排気ガスが通され、この排気ガスは、排気トップ30を経て、室外ユニット2の外に排出される。
Next, a cooling device for the
The
Exhaust gas from the
上述した第1の三方弁22は冷却水温度で自動的に切り替えられる。すなわち、冷却水温度が所定温度よりも低い場合、ガスエンジン10のウォータージャケットからの冷却水を、ラジエター25をバイパスし、直接、冷却水ポンプ27、排ガス熱交換器29の順に導いて、上記ウォータージャケットに戻す。
第2の三方弁24は、例えば暖房運転時に切り替えられ、この場合、冷却水はラジエター25をバイパスし、プレート式熱交換器31を経て、冷却水ポンプ27、排ガス熱交換器29の順に流れ、ウォータージャケットに戻される。
The first three-
The second three-
つぎに、発電機11による発電系統について説明する。
この発電機11には、系統連系インバータ33が接続され、この系統連系インバータ33は、発電機11からの三相交流電力を、AC/DCコンバータを介して、直流電力に変換した後、200Vの三相交流の電力に変換して、商用系統35に出力する。この商用系統35は、商用電源36と、ブレーカ37と、需要家負荷38とを含み、系統連系インバータ33は、ブレーカ37と、需要家負荷38との間に接続されている。
Next, a power generation system using the
A
また、この系統連系インバータ33は、上述した逆潮流ヒータ23に適宜電力を供給すると共に、室外ユニット2の室外側コントローラ39に、通信線40を介して通信可能に接続されている。そして、この室外側コントローラ39は、商用系統35から電源線41を介して動作電源を得ると共に、通信線42を介して各室内ユニット3の室内側コントローラに通信可能に接続されている。
Further, the grid interconnection inverter 33 appropriately supplies power to the above-described
この系統連系インバータ33には、商用電源36およびブレーカ37の間に設置された電力検出器43が接続されている。この電力検出器43は、商用系統35に供給される電力値をリアルタイムに取得し、この取得した電力値データが、系統連系インバータ33に入力され、通信線40を介して室外側コントローラ39に送られる。
また、系統連系インバータ33は、発電機11の発電量を制御する機能を有し、必要に応じ、発電量を減少または増大させる。
A
Further, the
上記構成において、例えば室内ユニット3側の空調要求に応じて、圧縮機12a,12bの負荷が増大すると共に、商用系統35の需要家負荷38の増大に応じて、発電要求が増大した場合、エンジン10の負荷が増大する。
需要家負荷38は、電力検出器43、系統連系インバータ33および室外側コントローラ39により常時監視されている。
In the above configuration, for example, when the load on the
The
本構成では、商用系統の契約電力に応じた電力削減指示を出力するデマンドコントローラ51が設置されている。
デマンドコントローラ51は、例えばレベル0〜レベル3までの4段階の電力削減指示を出力し、出力がレベル0であれば、電力使用量が契約電力までにかなりの余裕があり、レベル3に向けて徐々に危険度が増し、レベル3では、契約電力に接近したことを示す。このデマンドコントローラ51は、電力削減指示を、室外側コントローラ39に出力し、この室外側コントローラ39が、電力削減指示のレベルに応じて、系統連系インバータ33に発電出力増大を許可する。
In this configuration, a
The
図2は、冷房運転時の制御フローを示す。
この処理フローでは、まず、デマンドコントローラ51からの電力削減指示のレベルが判定される(S1)。その指示レベルが、電力削減レベル0であれば、契約電力までにかなりの余裕があり、システム本来の空調優先運転が行われる。この空調優先運転では、現在のエンジン10の回転数で発電できる範囲で発電が行われる(S2)。
FIG. 2 shows a control flow during cooling operation.
In this processing flow, first, the level of the power reduction instruction from the
S1で、電力削減レベル1以上であれば、レベル毎に危険度が変化するため、その危険度に応じた発電優先運転が行われる。この発電優先運転では、現在のエンジン回転数で発電できる発電量が、電力削減指示のレベルに応じて、系統連系インバータ33が許可する発電出力増大量に対応できるか否かが判定される(S3)。
現在のエンジン回転数で対応できる場合、そのまま系統連系インバータ33が許可する発電量まで発電量がアップされる(S4)。
If the power reduction level is 1 or more in S1, the risk changes for each level, and therefore power generation priority operation is performed according to the risk. In this power generation priority operation, it is determined whether or not the power generation amount that can be generated at the current engine speed can correspond to the power generation output increase amount permitted by the
If the current engine speed can be used, the power generation amount is increased to the power generation amount permitted by the grid interconnection inverter 33 (S4).
S3で、現在のエンジン回転数では対応できない場合、電力削減指示のレベルに応じたエンジン回転数まで回転数を上昇し(S5)、この状態で、系統連系インバータ33が許可する発電量まで発電量がアップされる(S6)。回転数の上昇は、電力削減指示のレベルに応じて予め決定される。例えば、レベル1が出力されたら、現在の回転数を100rpm上昇し、レベル2が出力されたら、現在の回転数を200rpm上昇し、レベル3が出力されたら、現在の回転数を300rpm上昇する等である。
S3において、「現在のエンジン回転数では対応できない場合」とは、エンジンが低速回転で駆動されている場合が相当する。このエンジン低速回転時には、発電機11の発電電圧レベルが低下して、電力削減指示が出力されても、発電機11の出力が得られない恐れがあるからである。
If the current engine speed cannot be dealt with in S3, the engine speed is increased to the engine speed corresponding to the level of the power reduction instruction (S5), and in this state, the power generation amount allowed by the
In S <b> 3, “the case where the current engine speed cannot be handled” corresponds to the case where the engine is driven at a low speed. This is because at the time of the engine low speed rotation, the power generation voltage level of the
S5で、電力削減レベルに応じて、エンジン回転数を増大させた場合、そのまま放置すると、空調能力が増大し、空調要求を超えた運転となって、エンジンに過大な負荷がかかる。本構成では、以下の手順で、その増大分に相当する空調能力が低減され、空調要求に見合った運転が可能になる。この冷房運転では、室内熱交換器21a〜21bを経て吹出される空気の吹出温度が検知され、この吹出温度が、所定温度よりも低い場合(S7)、空調能力が増大しすぎと判定し、まず、膨張弁(室内電子膨張弁)19a〜19cが閉方向に調整される(S8)。この調整では、室内熱交換器21a〜21bの出口の冷媒温度E3と、入口の冷媒温度E1との差が大きくなり、空調能力が低減される。 In S5, when the engine speed is increased according to the power reduction level, if the engine speed is left as it is, the air conditioning capacity increases and the operation exceeds the air conditioning request, and an excessive load is applied to the engine. In this configuration, the air conditioning capacity corresponding to the increase is reduced by the following procedure, and an operation corresponding to the air conditioning request becomes possible. In this cooling operation, when the blowing temperature of the air blown through the indoor heat exchangers 21a to 21b is detected and this blowing temperature is lower than the predetermined temperature (S7), it is determined that the air conditioning capacity is excessively increased, First, the expansion valves (indoor electronic expansion valves) 19a to 19c are adjusted in the closing direction (S8). In this adjustment, the difference between the refrigerant temperature E3 at the outlet of the indoor heat exchangers 21a to 21b and the refrigerant temperature E1 at the inlet is increased, and the air conditioning capability is reduced.
つぎに、入口の冷媒温度E1が検出され、この冷媒温度E1が、所定温度よりも低い場合(S9)、入口での凍結が予想されるため、アンロード用のバイパス弁20が開方向に調整される(S10)。この調整によって、圧縮機の吐出冷媒の一部が、圧縮機の吸込管に戻され、空調能力が低減される。
Next, when the refrigerant temperature E1 at the inlet is detected and the refrigerant temperature E1 is lower than the predetermined temperature (S9), freezing at the inlet is expected, so the unloading
図3は、暖房運転時の制御フローを示す。
この処理フローでは、図2のS7〜S10までの処理が、S17〜S20までの処理に置き換わり、その他の処理は同じである。すなわち、この暖房運転では、室内熱交換器21a〜21bを経て吹出される空気の吹出温度が検知され、この吹出温度が、所定温度よりも高い場合(S17)、空調能力が増大しすぎと判定し、まず、室外膨張弁(室外電子膨張弁)16が閉方向に調整される(S18)。
この調整では、室外熱交換器17の出口の冷媒温度E3と、入口の冷媒温度E1との差が大きくなり、空調能力が低減される。
FIG. 3 shows a control flow during heating operation.
In this processing flow, the processes from S7 to S10 in FIG. 2 are replaced with the processes from S17 to S20, and the other processes are the same. That is, in this heating operation, the temperature of air blown out through the indoor heat exchangers 21a to 21b is detected, and when this temperature is higher than the predetermined temperature (S17), it is determined that the air conditioning capacity has increased excessively. First, the outdoor expansion valve (outdoor electronic expansion valve) 16 is adjusted in the closing direction (S18).
In this adjustment, the difference between the refrigerant temperature E3 at the outlet of the
つぎに、室外熱交換器17の入口の冷媒温度E1が検出され、この冷媒温度E1が、所定温度よりも低い場合(S19)、入口での凍結が予想されるため、バイパス弁20が開方向に調整される(S20)。この調整によって、圧縮機の吐出冷媒の一部が、圧縮機の吸込管に戻され、空調能力が低減される。
Next, when the refrigerant temperature E1 at the inlet of the
本構成では、冷房、暖房運転共に、エンジンの低速回転時には、電力削減指示レベルに応じたエンジン回転数まで回転数を上昇させて、系統連系インバータ33に許可する発電量まで、発電量をアップさせる。
従って、発電機11の発電電力が増大し、これが商用系統に出力されるため、需要家負荷38を削減しなくとも、商用電力の使用量が減り、電力使用量を契約電力内に収めることができる。
In this configuration, during both cooling and heating operations, when the engine rotates at low speed, the engine speed is increased to the engine speed corresponding to the power reduction instruction level, and the power generation amount is increased to the power generation amount permitted to the
Therefore, since the generated power of the
また、エンジン回転数を増大させた場合、空調能力が増大するが、本構成では、室外側コントローラ39によって、増大分に相当する空調能力が低減されるため、空調要求に見合った運転が可能になる。
In addition, when the engine speed is increased, the air conditioning capability increases. However, in this configuration, the
以上、一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。例えば、増大分に相当する空調能力の低減時には、いずれかの電磁クラッチ14a,14bを切断することにより、圧縮機容量を低減し、これによって、空調能力を低減してもよい。また、系統連系インバータ33は、室外ユニット2とは別置きとなっていたが、室外ユニット2に一体的に収納されていてもよい。また、室外ユニット2が複数台設置の場合には、各室外ユニット2に系統連系インバータ33を設置し、これら系統連系インバータ33を変換機で接続し、この変換機が、各系統連系インバータ33に出力制御指示を行うようにすればよい。本実施形態では、インバータから供給される電源を三相200Vとしたが、三相100Vでもよく、単相三線式としてもよい。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on one Embodiment, this invention is not limited to this. For example, when the air conditioning capacity corresponding to the increased amount is reduced, the compressor capacity may be reduced by disconnecting one of the
1 エンジン駆動式空気調和装置
2 室外ユニット
3 室内ユニット
8 スロットル弁
10 エンジン
11 発電機
33 系統連系インバータ
35 商用系統
36 商用電源
37 ブレーカ
38 需要家負荷
39 室外側コントローラ(制御手段)
43 電力検出器
51 デマンドコントローラ
DESCRIPTION OF
43
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