JP4737534B2 - Heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、ガスエンジンと、ガスエンジンにより駆動される圧縮機と、ガスエンジンにより駆動される発電機と、発電機の出力により駆動される電動圧縮機とを備えたヒートポンプを複数台備えたヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to a heat pump including a plurality of heat pumps including a gas engine, a compressor driven by the gas engine, a generator driven by the gas engine, and an electric compressor driven by the output of the generator. About the system.
電動ヒートポンプは、かつては、電動モータの回転数が固定されていた。しかし、近年、インバータ技術の進歩により、回転数を自在に変更することが可能となっている。
その結果、インバータ制御の電動ヒートポンプは、ガスヒートポンプと比較した場合に、回転数の幅が大きく取れるため部分負荷に対応し易いメリットを享受するに至っている。
In the past, an electric heat pump has a fixed rotational speed of an electric motor. However, in recent years, with the advancement of inverter technology, it has become possible to freely change the rotational speed.
As a result, when compared with a gas heat pump, an inverter-controlled electric heat pump can enjoy a merit that it can easily cope with a partial load because the rotation speed can be widened.
また、電動ヒートポンプは、部分負荷においても効率良く運転することが出来て、以前に比較してインバータやモータ自体の単価が安いことから、容量の小さなインバータ及びモータを複数組み合わせたヒートポンプシステムが提案されている。その様な(インバータ及びモータを複数組み合わせた)ヒートポンプシステムは、負荷の種類が多く、負荷変動が頻繁に要求されるような場合に、適切に対処することの出来るのである。 In addition, the electric heat pump can be operated efficiently even at partial loads, and the unit price of the inverter and the motor itself is lower than before, so a heat pump system that combines a plurality of inverters and motors with small capacities has been proposed. ing. Such a heat pump system (combined with a plurality of inverters and motors) can cope appropriately when there are many types of loads and load fluctuations are frequently required.
これに対して、例えば、図10に示す様なガスヒートポンプ(以下、「GHP」と記す)は、定格出力の50%以下の出力を効率良く出すことが出来ないため、部分負荷時にエンジン出力を絞り切れず、効率が低い運転を余儀なくされてしまう、という問題を抱えている。
そのため、GHPは、部分負荷における効率の点から、インバータ付き電動式ヒートポンプ(以下、「EHP」と記す)に差をつけられているのが実情である。
On the other hand, for example, a gas heat pump as shown in FIG. 10 (hereinafter referred to as “GHP”) cannot efficiently produce an output of 50% or less of the rated output. There is a problem that it is not possible to squeeze out and it is forced to operate with low efficiency.
Therefore, GHP is actually different from an electric heat pump with an inverter (hereinafter referred to as “EHP”) in terms of efficiency at a partial load.
ここでGHPの場合、ターンダウン(最高回転数と最低回転数の比)は1/2程度である。具体的には、ガスエンジンは凡そ1000rpm〜2000rpmの回転数範囲で運転される。このターンダウンにおける比(1:2程度)は、インバータ付きEHPのターンダウンに比較して、その変動範囲が小さい。すなわち、インバータ付きEHPのターンダウンに比較して、ガスエンジンのターンダウンは小さいのである。これは、ガスエンジンの寿命向上のため、ガスエンジンではターンダウンを余り大きくしないという理由による。 Here, in the case of GHP, the turndown (ratio between the maximum rotation speed and the minimum rotation speed) is about ½. Specifically, the gas engine is operated in a rotational speed range of approximately 1000 rpm to 2000 rpm. This turndown ratio (about 1: 2) has a smaller variation range than the turndown of the EHP with an inverter. That is, the turndown of the gas engine is small compared to the turndown of the EHP with an inverter. This is because the gas engine does not have a large turndown to improve the life of the gas engine.
図10の例では、出力56kWのガスエンジン1が1台に対して、消費馬力28kWのコンプレッサ2が2台組み合わされる。2台のコンプレッサ2は、図示では明確ではないが、ベルトによってガスエンジン1の回転がコンプレッサ2に伝達される。尚、コンプレッサ2の駆動、非駆動は図示しないクラッチ機構によって行われる。
コンプレッサ2を2台装備したのは、負荷(例えば、空調負荷)が50%以下となった場合、何れか1方のコンプレッサ2のみを稼働させて、他方のコンプレッサ2を停止することにより、適切なコンプレッサ2容量を確保するためである。
In the example of FIG. 10, one
Two
ところで、GHPにおけるガスエンジンは、負荷が高いほど効率が上がる。換言すれば、エンジン負荷が減少すれば効率は降下する。例えば、エンジン負荷を定格出力の1/2とすれば、ガスエンジンの熱効率は定格出力時の35%から25%まで落ち、熱効率は凡そ3割のダウンとなる。 By the way, the efficiency of the gas engine in GHP increases as the load increases. In other words, the efficiency decreases as the engine load decreases. For example, if the engine load is set to 1/2 of the rated output, the thermal efficiency of the gas engine falls from 35% at the rated output to 25%, and the thermal efficiency is reduced by about 30%.
上述したように、図10のシステム構成(ガスエンジン1台とコンプレッサ2台の組み合わせ)の場合、負荷(例えば、空調負荷)が定格負荷の1/2以下の場合には、コンプレッサを減数運転すれば良い訳であるが、ガスエンジン1は負荷が減ることによって効率低下をきたす。即ち、ヒートポンプとしての(部分負荷時における)効率の低下に繋がる。
As described above, in the case of the system configuration shown in FIG. 10 (combination of one gas engine and two compressors), if the load (for example, the air conditioning load) is ½ or less of the rated load, the compressor is reduced. As a matter of course, the efficiency of the
この様なGHPにおける部分負荷時の効率低下の問題もあって、インバータ制御の電動ヒートポンプ(インバータ付きEHP)は、部分負荷時には効率面でGHPを凌駕している。 Due to such a problem of efficiency reduction during partial load in GHP, the inverter-controlled electric heat pump (EHP with inverter) outperforms GHP in terms of efficiency during partial load.
上述した問題(部分負荷時はEHPの方が効率が良い、という問題)に対して、図11で示す様に、発電機3及び電動コンプレッサ4とガスエンジン1とを組み合わせたハイブリットシステムが提案されている。
図11において、ハイブリッドヒートポンプシステムは、定格出力が56kWの1台のガスエンジン1と、ガスエンジン駆動の1台のコンプレッサ2(例えば消費馬力が56kW)と、発電能力が9.9kWの1台の発電機3と、インバータ5制御で、消費馬力が28kWの電動コンプレッサ4とで構成されている。
As shown in FIG. 11, a hybrid system in which the
In FIG. 11, the hybrid heat pump system includes a
係るハイブリットシステムでは、負荷が高い場合には、ガスエンジン駆動のコンプレッサ2をガスエンジン1で駆動し、負荷が低い場合には、発電機3をガスエンジン1に接続して発電機3で発電し、その発電電力で、インバータ5を介して電動コンプレッサ4を駆動している。
In such a hybrid system, when the load is high, the
しかし、電動コンプレッサ4の電源電力をガスエンジン1で発電した場合には、ガスエンジン1に対する負荷が小さく、ガスエンジン1の効率は低くなってしまう。
従って、システムの負荷が小さな場合には、電動コンプレッサ4の電源は、商用電源に頼らざるを得ず、契約電力を押し上げることとなる。
However, when the electric power of the
Therefore, when the system load is small, the power source of the
その他の従来技術として、例えば、複数台の発電機を並列に接続して、自動的に負荷を分担させるシステムが提案されている(特許文献1参照)。
しかし、係るシステムは設置作業の安全性の改善と、誤作業による不具合の改善を目的とするものであり、部分負荷時或いは回転数が低い領域におけるガスエンジンの効率低下という上述した問題に対処するものではない。
However, such a system is intended to improve the safety of installation work and to improve malfunctions due to incorrect work, and copes with the above-mentioned problem of reduced efficiency of the gas engine at the time of partial load or in a region where the rotational speed is low. It is not a thing.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、負荷が小さくてもガスエンジンの効率を低下させずに運転することが出来るヒートポンプシステムの提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a heat pump system that can be operated without reducing the efficiency of a gas engine even when the load is small.
本発明によれば、ガスエンジン(1)とそのガスエンジン(1)で駆動される圧縮機(2)とそのガスエンジン(1)で駆動される発電機(3)とその発電機(3)で駆動される電動圧縮機(4)とよりなるヒートポンプ(HP1〜HP3)を複数台備え、それらの電動圧縮機(4)はそれぞれ負荷(21、22、23)に接続されているヒートポンプシステムにおいて、各発電機(3)は他のヒートポンプの電動圧縮機(4)と駆動電源供給ライン(E1〜E6)によって接続され、前記各負荷(21、22、23)の負荷センサと接続されて稼動するガスエンジン(1)を決定する制御手段(10)を設け、その制御手段(10)は各ヒートポンプの負荷を検出し(S2)、負荷がガスエンジンの駆動領域(W2)よりも小さいヒートポンプを選択し(S4)、ピックアップされたヒートポンプの負荷の総和を求め(S5)、発電運転を行うガスエンジンの台数を決定し(S6)、発電運転するヒートポンプを決定し(S7)、発電運転するヒートポンプ以外のヒートポンプのガスエンジンを停止させ、そのガスエンジンを停止したヒートポンプの電動圧縮機に駆動電源供給ラインを発電運転するヒートポンプの発電出力に接続する(S8)機能を有している。 According to the present invention, a gas engine (1), a compressor (2) driven by the gas engine (1), a generator (3) driven by the gas engine (1), and the generator (3) In the heat pump system comprising a plurality of heat pumps (HP1 to HP3) composed of the electric compressor (4) driven by the electric compressor (4), each of which is connected to a load (21, 22, 23) The generators (3) are connected to the electric compressors (4) of other heat pumps by drive power supply lines (E1 to E6) and connected to the load sensors of the loads (21, 22, 23). The control means (10) for determining the gas engine (1) to be operated is provided, the control means (10) detects the load of each heat pump (S2), and the heat poWer is smaller than the driving area (W2) of the gas engine. (S4), the total load of the picked-up heat pumps is obtained (S5), the number of gas engines that perform power generation operation is determined (S6), the heat pump that performs power generation operation is determined (S7), and the power generation operation The gas engine of the heat pump other than the heat pump to be stopped is stopped, and the electric power compressor of the heat pump that has stopped the gas engine is connected to the power generation output of the heat pump that performs the power generation operation (S8).
上述する構成を具備する本発明のヒートポンプシステムによれば、負荷がガスエンジン(1)の運転領域よりも小さいヒートポンプ(HP1〜HP3の内の何れか)が複数存在する場合に、当該複数のヒートポンプ(負荷がガスエンジン1の運転領域よりも小さいヒートポンプ:HP1〜HP3)のうち所定のヒートポンプ(HP1〜HP3の内の何れか)におけるガスエンジン(1)のみを稼動し、稼動しているガスエンジン(1)により駆動される発電装置(3)の発電出力により当該複数のヒートポンプ(負荷がガスエンジンの運転領域よりも小さいヒートポンプ:HP1〜HP3)の電動圧縮機(4)を駆動しているので(請求項1、3)、各々のヒートポンプにおけるガスエンジン(1)は、定格出力近傍で運転するか、運転停止するかの何れかである。
According to the heat pump system of the present invention having the above-described configuration, when there are a plurality of heat pumps (any one of HP1 to HP3) whose load is smaller than the operation region of the gas engine (1), the plurality of heat pumps. A gas engine that operates only a gas engine (1) in a predetermined heat pump (any one of HP1 to HP3) among heat pumps (HP1 to HP3 whose load is smaller than the operation range of the gas engine 1) Since the electric compressor (4) of the plurality of heat pumps (heat pumps HP1 to HP3 whose load is smaller than the operating range of the gas engine) is driven by the power generation output of the power generation device (3) driven by (1). (
すなわち、ガスエンジン(1)は効率の悪い部分負荷運転はすることが無くなり、効率が良い負荷領域における運転のみを行うことになる。その結果、稼動しているガスエンジンにおける運転効率は常に良好となり、上述した部分負荷における効率が低いという問題が解消する。その結果、ランニングコストの削減が可能となる。
そして、(効率が良い負荷領域で)稼動しているガスエンジンによって駆動される発電装置(3)の発電出力が複数の電動圧縮機(4)へ供給され、電動圧縮機(4)が駆動することにより、当該複数のヒートポンプにおける負荷に対処するので、空調機として要求される仕事は、確実に実行される。
That is, the gas engine (1) does not perform partial load operation with low efficiency, and performs only operation in a load region with high efficiency. As a result, the operating efficiency of the operating gas engine is always good, and the above-described problem that the efficiency at the partial load is low is solved. As a result, the running cost can be reduced.
Then, the power generation output of the power generation device (3) driven by the operating gas engine (in an efficient load region) is supplied to the plurality of electric compressors (4), and the electric compressor (4) is driven. As a result, the loads in the plurality of heat pumps are dealt with, so that the work required as an air conditioner is reliably executed.
ここで、従来のEHPシステムでは、冷媒回路により冷媒流量を制御していたが、従来のEHPシステムでは、冷媒が漏れた場合の安全性を考慮して、1つのシステムにおける冷媒循環量に制約が設けられていた。そのため、多数のヒートポンプの負荷を1つのヒートポンプで賄うことは、冷媒循環量の制約と抵触してしまうので、許されなかった。例えば、従来のEHPシステムでは、一つのヒートポンプが負える負荷としては、最大でも2台のヒートポンプの負荷までであった。
これに対して本発明では、多数のヒートポンプにおける消費電力を、各ユニット間の電力供給回路で出力をやりとりすることによって、それよりも少ない数のヒートポンプユニットの発電出力で賄うことが出来る。そして、電力供給については、冷媒循環量のような量的な制限は存在しないので、多数のヒートポンプにおける負荷を単一のガスエンジンの発電装置によって賄ったとしても、上述した様な規制には抵触しないのである。
Here, in the conventional EHP system, the refrigerant flow rate is controlled by the refrigerant circuit. However, in the conventional EHP system, in consideration of safety when the refrigerant leaks, the refrigerant circulation amount in one system is limited. It was provided. Therefore, it is not allowed to cover a large number of heat pumps with a single heat pump because it conflicts with the restriction of the amount of refrigerant circulation. For example, in the conventional EHP system, the load that one heat pump can bear is up to the load of two heat pumps.
On the other hand, in the present invention, the power consumption of a large number of heat pumps can be covered by the power generation output of a smaller number of heat pump units by exchanging the output with the power supply circuit between the units. And since there is no quantitative limitation such as the amount of refrigerant circulating in the power supply, even if the load in many heat pumps is covered by a single gas engine power generator, the above-mentioned regulations are in conflict. I do not.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1を参照して、本発明の実施形態におけるヒートポンプシステムの全体構成を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, with reference to FIG. 1, the whole structure of the heat pump system in embodiment of this invention is demonstrated.
図1において、本発明に係るヒートポンプシステムは、3台のヒートポンプHP1、HP2、HP3を備えている。
各ヒートポンプHP1〜HP3の構成は共通である。以下、ヒートポンプHP1を例にとって、ヒートポンプの構成を説明する。
In FIG. 1, the heat pump system according to the present invention includes three heat pumps HP1, HP2, and HP3.
The configurations of the heat pumps HP1 to HP3 are common. Hereinafter, the configuration of the heat pump will be described by taking the heat pump HP1 as an example.
ヒートポンプHP1は、ガスエンジン1と、ガスエンジン1で駆動されるガスエンジン駆動コンプレッサ2と、ガスエンジン1で駆動される発電機3と、その発電機3で発電された電力で駆動される電動コンプレッサ4、とによって構成されている。
The heat pump HP1 includes a
ガスエンジン駆動コンプレッサ2と空調負荷21とは、冷媒循環ライン(図示では1本のラインで示しているが、実際には、循環ラインとなっている)L1で接続されており、例えば、ガスエンジン駆動コンプレッサ2で圧縮された気相冷媒が凝縮し、減圧された後に、空調負荷21の図示しない室内機(例えば蒸発機)に送られ、室内冷房に供されて蒸発して、ガスエンジン駆動コンプレッサ2に戻る。
また、電動コンプレッサ4と空調負荷21とは冷媒循環ライン(図示では1本のラインで示しているが、実際には、循環ラインとなっている)L2で接続されており、例えば、電動コンプレッサ4で圧縮された気相冷媒が、凝縮し、減圧された後に、空調負荷21の図示しない室内機(例えば蒸発機)に送られ、室内冷房に供され供されて蒸発して、電動コンプレッサ4に戻る。
The gas engine driven
The
ヒートポンプHP2及びヒートポンプHP3もヒートポンプHP1と同様に構成されている。ヒートポンプHP2は空調負荷22を負担し、ヒートポンプHP3は空調負荷23を負担している。
そして、ヒートポンプHP2のガスエンジン駆動コンプレッサ2は、冷媒循環ラインL3で空調負荷22と冷媒が循環可能に接続されており、ヒートポンプHP2の電動コンプレッサ4は、冷媒循環ラインL4で空調負荷22と冷媒が循環可能に接続されている。
また、ヒートポンプHP3のガスエンジン駆動コンプレッサ2は冷媒循環ラインL5で空調負荷23と冷媒が循環可能に接続されており、ヒートポンプHP3の電動コンプレッサ4は、冷媒循環ラインL6で空調負荷23と冷媒が循環可能に接続されている。
The heat pump HP2 and the heat pump HP3 are configured similarly to the heat pump HP1. The heat pump HP2 bears the
The gas engine driven
Further, the gas engine driven
各ヒートポンプの発電機3は、他のヒートポンプの電動コンプレッサ4と、駆動電源供給ラインE1〜E6によって接続されており、一つのヒートポンプの発電機3で発電された電力が、他のヒートポンプにおける電動コンプレッサ4の駆動源として使われる様に構成されている。
具体的には、ヒートポンプHP1の発電機3は、駆動電源供給ラインE1によりヒートポンプHP2の電動コンプレッサ4と接続され、駆動電源供給ラインE2によりヒートポンプHP3の電動コンプレッサ4と接続されている。
ヒートポンプHP2の発電機3は、駆動電源供給ラインE3によりヒートポンプHP3の電動コンプレッサ4と接続され、駆動電源供給ラインE4によりヒートポンプHP1の電動コンプレッサ4と接続されている。
ヒートポンプHP3の発電機3は、駆動電源供給ラインE5によりヒートポンプHP2の電動コンプレッサ4と接続され、駆動電源供給ラインE6によりヒートポンプHP1の電動コンプレッサ4と接続されている。
The
Specifically, the
The
The
図示のヒートポンプシステムは、制御手段であるコントロールユニット10を備えている。このコントロールユニット10は、第1のヒートポンプHP1の空調負荷21と入力信号ラインSi1で接続され、第2のヒートポンプHP2の空調負荷22と入力信号ラインSi2で接続され、第3のヒートポンプHP3の空調負荷23と入力信号ラインSi3で接続されている。
また、コントロールユニット10は、第1のヒートポンプHP1と制御信号ラインSo1で接続され、第2のヒートポンプHP2と制御信号ラインSo2で接続され、第3のヒートポンプHP3と制御信号ラインSo3で接続されている。
The illustrated heat pump system includes a
The
次に、コントロールユニット10の詳細構成を図2に基づいて説明する。
図2において、コントロールユニット10は、負荷決定手段11と、比較手段12と、加算手段13と、稼働ガスエンジン決定手段14と、制御信号発生手段15と、記憶手段であるデータベース16とを備えている。
Next, a detailed configuration of the
In FIG. 2, the
負荷決定手段11は、各ヒートポンプHP1〜HP3に対応する空調負荷21〜23の図示しない負荷検出手段(負荷センサ)と入力信号ラインSi1〜Si3で接続されており、各ヒートポンプHP1〜HP3に対応する空調負荷21〜23の負荷情報を受信している。 The load determination means 11 is connected to load detection means (load sensors) (not shown) of the air conditioning loads 21 to 23 corresponding to the heat pumps HP1 to HP3 by input signal lines Si1 to Si3, and corresponds to the heat pumps HP1 to HP3. The load information of the air conditioning loads 21 to 23 is received.
データベース16には、各ヒートポンプHP1〜HP3のガスエンジン1の定格負荷、駆動領域の閾値、及び、稼働するガスエンジン1の優先順位を決定する規則(ルール)が記憶されている。
The
比較手段12は、負荷決定手段11からの稼動中のガスエンジン1及びその負荷情報(以上、符号C1)を比較し、データベース16のデータ内容(符号C4)をも参照して、ガスエンジンの駆動領域(図4のW2)よりも負荷が小さいガスエンジン1(負荷が図4の領域W1)を特定する。
The comparison means 12 compares the operating
加算手段13は、定められたガスエンジンの駆動領域(図4のW2)よりも負荷が小さいガスエンジン1(負荷が図4の領域W1)の負荷の合計を演算する。 The adding means 13 calculates the total load of the gas engine 1 (load is the area W1 in FIG. 4) having a smaller load than the determined gas engine drive area (W2 in FIG. 4).
稼働ガスエンジン決定手段14は、加算手段13からのデータ及びデータベース16のデータ(稼働ガスエンジン1をどれにするかの優先順位を決めたルール)を参照して、ヒートポンプH1〜H3における何れのガスエンジン1を稼働するのかを決定する。
The working gas
制御信号発生手段15は、稼働ガスエンジン決定手段14で決定された稼働ガスエンジン1に対して、稼働信号を発信する。稼働ガスエンジン1を有するヒートポンプ以外のヒートポンプに対しては、ガスエンジンの停止信号を送信すると共に、電動コンプレッサ4に対して駆動源、すなわち稼動するガスエンジン1に直結した発電機3を特定する制御信号を発信する。
制御信号発生手段15から上述した信号が発信される事により、稼働ガスエンジン1を有するヒートポンプのみが稼動して、それ以外のヒートポンプにおけるガスエンジン1が停止する。それと共に、各ヒートポンプHP1〜HP3の電動コンプレッサ4が、稼働ガスエンジン1と直結する発電機3から電力が供給される様になる。
The control signal generation means 15 transmits an operation signal to the
By transmitting the signal described above from the control signal generating means 15, only the heat pump having the working
図3は、図1における各ヒートポンプ(図示の例ではヒートポンプHP1)の構成を、各ヒートポンプ間の係わり方も含めて具体的に示した図である。
図3では、ガスエンジン1の定格出力は56kW、ガスエンジン駆動のコンプレッサ2の定格消費馬力は56kW、発電機3の定格発電出力は9.9kW、電動コンプレッサ4の定格消費馬力は28kWである。
FIG. 3 is a diagram specifically showing the configuration of each heat pump (heat pump HP1 in the illustrated example) in FIG. 1, including how the heat pumps are involved.
In FIG. 3, the rated output of the
図3において、ガスエンジン1駆動のコンプレッサ2は、動力伝達手段D1によってガスエンジン1と接続されている。動力伝達手段D1の端部には、図示しないクラッチ機構が介装されていて、図示しないクラッチ機構によりガスエンジン1の駆動力をコンプレッサ2に対して伝達し(「接」)、或いは遮断する(「断」)様に構成されている。
また発電機3は、動力伝達手段D2によってガスエンジン1の出力軸と接続されているが、動力伝達手段D2の端部には、図示しないクラッチ機構が介装されていて、ガスエンジン1の駆動力を発電機3に伝達し(「接」)、或いは遮断する(「断」)する様に構成されている。その他の構成については、図1で説明したのと同様である。
In FIG. 3, a
The
図4は、運転負荷と、駆動するコンプレッサとの関係をイメージとして示した図である。図4の横軸の数値は負荷の大きさ、或いはユニットの定格出力又は定格消費馬力を示している。
例えば、空調負荷が28kW〜56kWの間(図4のW2の領域で、従来例(図10)では2台のコンプレッサを稼働していた領域)であれば、ガスエンジン1を稼働し、その駆動力でガスエンジン駆動のコンプレッサ2を運転する。
一方、空調負荷が28kW以下(図4のW1の領域)であれば、ガスエンジン1で発電機3を駆動し、発電された発電電力によって電動コンプレッサ4を駆動する。
図4で空調負荷が28kW以下(図4のW1の領域)の場合、図示の実施形態によれば、発電機3による発電電力は、当該ヒートポンプの電動コンプレッサ4のみならず、他のヒートポンプにおける電動コンプレッサ4に投与する場合がある。図示の実施形態における制御の詳細については、図8及び図9の制御フローチャートを参照して後述する。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the operating load and the compressor to be driven as an image. The numerical values on the horizontal axis in FIG. 4 indicate the magnitude of the load, the rated output of the unit, or the rated consumption horsepower.
For example, if the air conditioning load is between 28 kW and 56 kW (W2 in FIG. 4, the region where two compressors were operated in the conventional example (FIG. 10)), the
On the other hand, if the air conditioning load is 28 kW or less (region W1 in FIG. 4), the
When the air conditioning load is 28 kW or less in FIG. 4 (region W1 in FIG. 4), according to the illustrated embodiment, the power generated by the
図4において、負荷がガスエンジン1の定格出力を超えた場合(図4のW3〜W5の領域)には、W3の領域に関しては、ガスエンジン1でガスエンジン駆動コンプレッサ2を駆動し、ガスエンジン1の定格出力を超える部分(W4、W5)については、商用電力で電動コンプレッサ4を稼働する。
図示の例では、ヒートポンプ1台当りの負荷能力は84kWである。
ここで、領域W4は、電動コンプレッサ4を商用電力で駆動する領域であり、電動コンプレッサ4を円滑にスタートさせるために、所定値以上の電力を投入するために設けている領域である。
In FIG. 4, when the load exceeds the rated output of the gas engine 1 (regions W3 to W5 in FIG. 4), the gas
In the illustrated example, the load capacity per heat pump is 84 kW.
Here, the region W4 is a region where the
図5及び図6は、図示の実施形態における制御原理を模式化して示している。
図5は、図示のヒートポンプシステムを構成する各ヒートポンプHP1〜HP3が、ガスエンジン駆動領域(図4のW2)以上の負荷の存在下で、ガスエンジン1が稼働している状態を模式的に示した図である。
図5及び図6において、稼働している機器(稼動しているガスエンジン1、ガスエンジン駆動コンプレッサ2、電動コンプレッサ4)は太線の枠で囲って、表現されている。
なお、図5においては、「GHP」なる符号はガスエンジン1及びガスエンジン駆動コンプレッサ2を示しており、図6では「GHP」なる符号はガスエンジン1のみを示している。そして、符号「EHP」は、図5及び図6において電動コンプレッサ4を示している。
5 and 6 schematically show the control principle in the illustrated embodiment.
FIG. 5 schematically shows a state in which each of the heat pumps HP1 to HP3 constituting the illustrated heat pump system is operating in the presence of a load greater than or equal to the gas engine drive region (W2 in FIG. 4). It is a figure.
In FIG. 5 and FIG. 6, the operating devices (the operating
In FIG. 5, the symbol “GHP” indicates the
図6は、3つのヒートポンプ(HP1〜HP3)における負荷が、全てガスエンジン駆動領域(図4における28kWのライン)よりも小さく、3つのヒートポンプ(HP1〜HP3)の電動コンプレッサ4を単一の発電機3(図6のHP1のガスエンジン1に直結した発電機3)で駆動している状態を示している。
FIG. 6 shows that the loads in the three heat pumps (HP1 to HP3) are all smaller than the gas engine drive region (28 kW line in FIG. 4), and the
ここで、各ヒートポンプの発電機3における余剰電力を外部に供給することも考えられるが、コージェネレーションシステムと同様な手続きが要求されるので、手続的な労力が必要となる。
そのため、図示の実施形態では、図6の様に、複数のヒートポンプ(ハイブリットユニット)の内の1台のガスエンジンのみを効率の良い負荷レベル(図4における領域W2)で駆動し、発電機3を稼動して、その発電出力により、3台のヒートポンプ(ハイブリットユニット)における電動コンプレッサ4を駆動する。
Here, although it is possible to supply the surplus electric power in the
Therefore, in the illustrated embodiment, as shown in FIG. 6, only one gas engine of a plurality of heat pumps (hybrid units) is driven at an efficient load level (region W2 in FIG. 4), and the
図7は、図6で示した状態を具体的な数値例として示した図である。但し、図7におけるヒートポンプHP1、HP2、HP3の配置は、図6とは異なっている。
各ヒートポンプの負担する空調負荷は、例えば何れも5HP(5馬力)である。従って、各ヒートポンプの電動コンプレッサ3の消費電力も同じ3.3kWである。この消費電力全てをヒートポンプHP1のガスエンジン1で同ヒートポンプ(HP1)の発電機3を駆動して得た発電電力9.9kWで賄うのである。
FIG. 7 is a diagram showing the state shown in FIG. 6 as a specific numerical example. However, the arrangement of the heat pumps HP1, HP2, and HP3 in FIG. 7 is different from that in FIG.
The air conditioning load borne by each heat pump is, for example, 5 HP (5 hp). Therefore, the power consumption of the
次に、図8に基づいて、本実施形態のヒートポンプシステムの運転制御方法を説明する。 Next, based on FIG. 8, the operation control method of the heat pump system of this embodiment is demonstrated.
図8において、コントロールユニット10は、ヒートポンプH1〜H3より成るヒートポンプシステムが作動しているか否かを判断して(ステップS1)、作動していれば(ステップS1のYES)、ステップS2に進み、作動していなければ、そのまま制御を停止する。
In FIG. 8, the
ステップS2では、各ヒートポンプに設けた図示しない負荷センサから各ヒートポンプの負荷を検出する。ステップS2で検出された負荷情報から、先ず、停止しているヒートポンプは制御の対象外とされる(ステップS3)。
そして、負荷がエンジン駆動領域(図4のW2)よりも小さいヒートポンプを選択する(負荷が図4の領域W1のヒートポンプをピックアップ:ステップS4)。換言すれば、負荷をガスエンジンで処理しているヒートポンプ(負荷がエンジン駆動領域W2以上であるヒートポンプ)は、制御の対象外とする(ステップS4)。すなわち、負荷が小さく、GHPではなくEHPで処理しなくてはならないユニットが、図8で示す制御の対象となる。
In step S2, the load of each heat pump is detected from a load sensor (not shown) provided in each heat pump. From the load information detected in step S2, first, the stopped heat pump is excluded from the control target (step S3).
Then, a heat pump whose load is smaller than the engine drive region (W2 in FIG. 4) is selected (the heat pump in the region W1 in FIG. 4 is picked up: step S4). In other words, the heat pump that processes the load with the gas engine (the heat pump whose load is equal to or greater than the engine drive region W2) is excluded from control (step S4). That is, a unit that has a small load and must be processed by EHP instead of GHP is a target of control shown in FIG.
ステップS4は、具体的には、コントロールユニット10の比較手段12は、前記負荷情報と、データベースに記憶されたデータから、予め定めたエンジン駆動領域(図4の領域W2)よりも負荷が小さいか否かを判断することにより、行われる。
なお、ステップS3とステップS4の順序を逆にしても良い。
Specifically, in step S4, the comparison means 12 of the
Note that the order of step S3 and step S4 may be reversed.
次に、ピックアップされたヒートポンプの負荷の総和をコントロールユニット10の加算手段13で求める(ステップS5)。 Next, the sum of the picked-up heat pump loads is obtained by the adding means 13 of the control unit 10 (step S5).
ステップS6では、発電運転を行うガスエンジンの台数を決定する。即ち、例えば、当該ヒートポンプシステムが負う負荷が、1台の発電機定格負荷の120%であれば、2台のガスエンジン1及び発電機3を稼働させ、1台は停止させておく。
或いは、当該ヒートポンプシステムが負う負荷が、1台の発電機定格負荷の100%以下であれば、1台のガスエンジン1及び発電機3を稼働させ、2台は停止させておく。
In step S6, the number of gas engines performing power generation operation is determined. That is, for example, if the load borne by the heat pump system is 120% of the rated load of one generator, the two
Or if the load which the said heat pump system bears is 100% or less of one generator rated load, one
次の、ステップS7では、「所定のルール」に従って、発電運転をするヒートポンプを決定する。
予め定められたルール(所定のルール)に則って定められたガスエンジンのみが稼動して発電運転を行い、それ以外のヒートポンプ(EHPで負荷を処理しているヒートポンプであって、ガスエンジンが駆動しない様に決定されたヒートポンプ)のガスエンジンは停止させる。
この場合、ステップS8で説明するように、EHPで負荷を処理している全てのヒートポンプで電動コンプレッサ4の駆動に必要な全ての電流は、予め定められたガスエンジン1(発電運転を行っているガスエンジン)の発電装置3から供給される様に、電力供給系(E1〜E6)を切り換える。
In the next step S7, the heat pump that performs the power generation operation is determined according to the “predetermined rule”.
Only a gas engine determined according to a predetermined rule (predetermined rule) is operated to perform power generation operation, and other heat pumps (heat pumps that handle loads with EHP, and the gas engine is driven) The gas engine of the heat pump determined not to be stopped is stopped.
In this case, as will be described in step S8, all the currents necessary for driving the
ここで、「所定のルール」の代表例としては、例えば、以下の3つが挙げられる。
(1) 累積運転時間の少ないガスエンジンを優先的に稼働する。
(2) 稼働の優先順位を所定期間(例えば1週間)毎に変更する。
(3) 稼働するガスエンジンを、特定のヒートポンプのものに固定する。
上記(1)は、ガスエンジンの寿命の均等化が狙いである。但し、上述した所定の規則或いはルールとしては、上記(1)〜(3)の何れであっても良い。
発電運転を行うガスエンジンを定める時点において稼動していないヒートポンプのガスエンジン(停止しているガスエンジン)は、上述した通り、そもそも制御の対象外であるので、その様なヒートポンプ或いはガスエンジンは、稼動するガスエンジンとしては選択されない。
Here, representative examples of the “predetermined rule” include the following three examples.
(1) Operate a gas engine with a short cumulative operating time with priority.
(2) The operation priority is changed every predetermined period (for example, one week).
(3) Fix the operating gas engine to that of a specific heat pump.
The purpose of (1) is to equalize the life of the gas engine. However, the predetermined rule or rule described above may be any of the above (1) to (3).
As described above, the heat pump gas engine that is not operating at the time of determining the gas engine that performs the power generation operation (stopped gas engine) is not subject to control in the first place. Therefore, such a heat pump or gas engine is It is not selected as a working gas engine.
ステップS8では、発電運転を行うヒートポンプ以外のヒートポンプにおけるガスエンジン1を停止させ、停止したガスエンジン1を有するヒートポンプの電動コンプレッサ4の駆動電源供給ライン(図1のE1〜E6の内の該当するライン)を、発電運転するヒートポンプの発電出力に接続する。
In step S8, the
次のステップS9では、稼動しているガスエンジン1によって発電機3を駆動して、発電運転を開始する。ステップS10では、コントロールユニット10によって時間を計測して、制御サイクル時間が経過するのを待ち(ステップS10のループ)、制御サイクル時間が経過したならば(ステップS10がYES)再びステップS1に戻り、ステップS1以下を繰り返す。
In the next step S9, the
次は、図9を参照して、各々のヒートポンプにおいて、負荷がガスエンジン1の定格値を上回る場合の制御(負荷が図4におけるW3〜W5の領域にあるヒートポンプの制御)を説明する。
先ず、ステップS11で、負荷(例えば空調負荷)を検出する。そしてステップS12に進み、空調負荷がガスエンジン1の定格出力を超えているか否かを判断する。
Next, with reference to FIG. 9, the control when the load exceeds the rated value of the
First, in step S11, a load (for example, an air conditioning load) is detected. In step S12, it is determined whether the air conditioning load exceeds the rated output of the
空調負荷がガスエンジン1の定格出力を超えていれば(ステップS12でYES)、ステップS13に進む。空調負荷がガスエンジン1の定格出力以下ならば(ステップS12でNO)、ステップS14まで進む。 If the air conditioning load exceeds the rated output of the gas engine 1 (YES in step S12), the process proceeds to step S13. If the air conditioning load is equal to or less than the rated output of gas engine 1 (NO in step S12), the process proceeds to step S14.
ステップS13では、商用電源より電力を供給して電動コンプレッサ4を作動させる。そして、ステップS14に進み、制御サイクル時間が経過するのを待ち(ステップS14がNOのループ)、制御サイクル時間が経過したならば(ステップS14がYES)、ステップS15にすすむ。
ステップS15では、コントロールユニット10は、制御を終了するか否かを判断する。制御を終了するのであれば(ステップS15でYES)、そのまま終了する。一方、制御を続けるのであれば(ステップS15でNO)、ステップS11まで戻り、再びステップS11以下を繰り返す。
In step S13,
In step S15, the
係る構成及び制御方法の本実施形態によれば、各ヒートポンプのガスエンジン1は、図4における領域W2以上の負荷レベル(定格負荷近傍の負荷レベル)で運転するか、運転停止するかの何れかである。すなわち、ガスエンジン1は効率の悪い部分負荷運転をしなくても良いのである。
これにより、部分負荷運転時の効率が良くないというGHPの問題点を解消することこととなる。このことは、ランニングコストの削減にも繋がるのである。
According to this embodiment of the configuration and the control method, the
Thereby, the problem of GHP that efficiency at the time of partial load operation is not good will be solved. This also leads to a reduction in running costs.
従来のEHPシステムでは、冷媒回路により冷媒流量を制御していたが、冷媒が漏れた場合の安全確保のため、1つのシステムにおける冷媒循環量に制約があり、多数のヒートポンプの負荷を1つのヒートポンプで賄うことは不可能であった。
これに対して、図示の実施形態では、多数のヒートポンプにおける電動コンプレッサ4の消費電力を、一部のガスエンジン1及び発電機3で発生し、且つ、各ヒートポンプ間の電力供給回路で電力をやりとりすることによって、電動コンプレッサが稼動しているヒートポンプの数よりも少ない数のヒートポンプの発電出力で賄うことが出来る。
In the conventional EHP system, the refrigerant flow rate is controlled by the refrigerant circuit. However, in order to ensure safety when the refrigerant leaks, there is a restriction on the amount of refrigerant circulation in one system, and the load of many heat pumps is limited to one heat pump. It was impossible to cover with.
On the other hand, in the illustrated embodiment, the power consumption of the
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。 It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
1・・・ガスエンジン
2・・・ガスエンジン駆動コンプレッサ
3・・・発電機
4・・・電動コンプレッサ
5・・・空調負荷
10・・・制御装置/コントロールユニット
11・・・負荷決定手段
12・・・比較手段
13・・・加算手段
14・・・稼働ガスエンジン決定手段
15・・・制御信号発生手段
16・・・記憶手段/データベース
HP1、HP2、HP3・・・ヒートポンプ
L1、L2・・・ヒートポンプ1の冷媒循環ライン
L3、L4・・・ヒートポンプ2の冷媒循環ライン
L5、L6・・・ヒートポンプ3の冷媒循環ライン
E1・・・ヒートポンプ1からヒートポンプ2への駆動電源供給ライン
E2・・・ヒートポンプ1からヒートポンプ3への駆動電源供給ライン
E3・・・ヒートポンプ2からヒートポンプ3への駆動電源供給ライン
E4・・・ヒートポンプ2からヒートポンプ1への駆動電源供給ライン
E5・・・ヒートポンプ3からヒートポンプ2への駆動電源供給ライン
E6・・・ヒートポンプ3からヒートポンプ1への駆動電源供給ライン
Si1〜Si3・・・入力信号ライン
So1〜So3・・・制御信号ライン
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