JP5924040B2 - 発電空気調和システム - Google Patents

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Description

本発明は、発電電源装置とガスヒートポンプ式空気調和装置を備える発電空気調和システムに関する。
昨今、ガスエンジンでコンプレッサを駆動し冷媒循環により空気調和(以下、空調とも称する)を行うガスヒートポンプ式空気調和装置(以下、GHPとも称する)の研究が行われている。特に、エンジンの駆動力により発電する発電機を備えた発電電源装置と組み合わせることで、非常時でも自立運転可能とする空調システムが注目されている。GHPとしては、例えば特開2007−263513号公報(特許文献1)に記載されている。また、エンジンを始動(起動)させるための電源装置については、例えば特開2003−148310号公報(特許文献2)に記載されている。
発電電源装置とGHPとを備える発電空気調和システムにおいて、GHPのガスエンジンを始動させるにはスタータに電力を供給しなければならない。そこで、発電電源装置の自立運転時に、電源ライン(商用電源及び発電電源装置の出力ライン)に供給される電力を用いてスタータを作動させた場合、ガスエンジン始動時に流れる大電流により発電電源装置のインバータが損傷してしまうおそれがある。したがって、自立運転時にGHPのスタータに電力を供給するためのバッテリがGHPに備えられていた。これにより、自立運転時には、GHPに備え付けられたバッテリによってスタータを作動させていた。
特開2007−263513号公報 特開2003−148310号公報
しかしながら、バッテリにはメンテナンス費用が必要となり、特に複数のGHP等のエンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置が発電電源装置に接続されている場合、各GHPにバッテリが必要となり、メンテナンスコストが増大していた。
また、バッテリからの電力供給では、不定期又は定期的に停止・始動を繰り返す空調用のガスエンジンに対して、安定して電力を供給することが容易ではなかった。連系運転時においても、特に複数のGHPが発電電源装置に接続されている場合には、電源ラインへの負荷が増大し、商用ブレーカが遮断されるおそれがあるため、GHPの運転タイミングをずらすなど複雑な制御を要求される場合もあった。
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置に対し自立運転時用のバッテリをなくすことでメンテナンスコストの削減を可能とし、安定的且つ容易にエンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置のスタータに電力供給することができる発電空気調和システムを提供することを目的とする。
本発明の発電空気調和システムは、第一エンジンと、外部動力源により前記第一エンジンを始動可能な始動装置と、前記第一エンジンの駆動力で発電する発電機と、前記発電機が発電した電力の交流波形を電源ラインの交流波形に変換し、負荷が接続される前記電源ラインに電力を供給するインバータと、を有する発電電源装置と、第二エンジンと、前記第二エンジンの駆動力で駆動するコンプレッサと、前記電源ラインに接続され前記第二エンジンを始動させるスタータと、を有するとともに、前記コンプレッサの駆動により空気調和を行うエンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置と、を備え、連系運転時には商用電源及び前記インバータから前記電源ラインに電力を供給し、自立運転時には前記インバータから前記電源ラインに電力を供給する発電空気調和システムであって、前記発電機と前記スタータとの間に、前記発電機に対して、前記インバータと並列に接続された始動ユニットを備え、前記始動ユニットは、バッテリを介さず、前記スタータに接続され、少なくとも前記自立運転時に、前記発電機の発電した電力の一部を降圧して前記スタータに供給し、前記スタータは、少なくとも前記自立運転時に、前記始動ユニットを介して前記発電機から供給された電力により前記第二エンジンを始動させる。
本発明によれば、少なくとも自立運転時に、始動ユニットがインバータを介さず発電機の発電した電力の一部をエンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置のスタータに供給する。スタータは始動ユニットからの電力により第二エンジンを始動させる。これにより、エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置のスタータにはバッテリの電力が必要なく、バッテリをなくすことでメンテナンスコストを削減することができる。また、発電電源装置のインバータの損傷も抑制できる。また、発電機が発電した電力の一部を用いるため、第二エンジンの安定的な運転が可能となり、複数のエンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置に対しても複雑な運転制御の必要がなく、容易に電力供給することができる。
実施形態の発電空気調和システムの全体構成を示す概念図である。 実施形態の発電空気調和システムの構成を示す概念図である。 実施形態の発電空気調和システムの詳細構成を示す概念図である。
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。実施形態では、発電電源装置としてコージェネレーション装置を用い、エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置としてガスヒートポンプ式空気調和装置(GHP)を用いた発電空気調和システムについて説明する。
本実施形態の発電空気調和システムは、図1に示すように、発電電源装置1と、複数のガスヒートポンプ式空気調和装置(GHP)2と、始動ユニット3と、切替装置4と、を備えている。
発電電源装置1は、コージェネレーション装置であって、図2に示すように、主に、エンジン11(「第一エンジン」に相当する)と、始動装置12と、発電機13と、インバータ14と、を備えている。エンジン11は、始動装置12及び発電機13に接続されている。エンジン11の出力軸は、発電機13に接続されており、エンジン11の駆動力により発電機が駆動する。エンジン11には、エンジン11の熱(例えば冷却水の熱や排気ガスの熱など)を利用して温水や水蒸気を供給する熱回路11aが接続されている。エンジン11で発生した熱は、熱交換器を含む熱回路11aを介して、食器洗浄機などでの温水として利用される。
始動装置12は、バッテリ121と、スタータ122と、を備えている。バッテリ121は、スタータ122に接続されている。スタータ122は、商用電源Z及びエンジン11に接続され、通常時は商用電源Zからの電力により、非常時はバッテリ121からの電力によりエンジン11を始動させる。非常時とは、商用電源Zが停電した際などである。
発電機13は、エンジン11、インバータ14、及び始動ユニット3に接続されている。発電機13は、エンジン11の駆動力により発電し、発電した電力を少なくともインバータ14に供給する。発電機13の出力先についての詳細は後述する。
インバータ14は、発電機13が発電した電力の交流波形を電源ラインYの交流波形に変換する回路装置である。換言すると、インバータ14は、発電機13が発電した交流電力を商用電源Zの波形に適合させるための装置である。具体的には、インバータ14は、発電機13が発電した交流電力を一旦直流電力に変え、直流電力を電源ラインYの波形に合わせて交流電力に変換する。インバータ14は、後述する切替装置4を介して電源ラインYに接続され、電源ラインYに電力を供給する。電源ラインYは、商用電源Zと複数の負荷Xとを接続する配線である。負荷Xとしては、例えば照明やGHP室内機やGHP2などが挙げられる。
GHP2は、主に、ガスエンジン21(「第二エンジン」に相当する)と、コンプレッサ22と、スタータ23と、を備えている。ガスエンジン21は、ガス燃料で駆動するエンジンであり、スタータ23及びコンプレッサ22に接続されている。ガスエンジン21は、スタータ23に始動され、コンプレッサ22を駆動させる。コンプレッサ22は、空調の冷媒循環における圧縮機を構成している。GHP2は、コンプレッサ22を駆動して冷媒を圧縮させることを利用して空調を行っている。
スタータ23は、ガスエンジン21を始動させる装置であり、エンジン始動回路230内に配置されている。当該エンジン始動回路230は、電源ラインYから電力を供給されている。スタータ23は、ガスエンジン21及び始動ユニット3に接続されている。スタータ23は、原則的に、通常時(連系運転時)には電源ラインYからの電力によりガスエンジン21を始動させ、非常時(自立運転時)には始動ユニット3からの電力によりガスエンジン21を始動させる。
エンジン始動回路230は、図3に示すように、電源ラインYから電力が供給される電源端子231と、接点信号に応じてON(接続)/OFF(遮断)されるリレー232と、トランス233と、整流器234と、を備えている。電源端子231は、トランス233及び整流器234を介してスタータ23に接続されている。リレー232は、接点指令部2Aからの接点信号に応じて、後述する始動ユニット3のリレー31のコイル31aと電源端子231との接続/遮断を切り替える。トランス223及び整流器234については、後述する始動ユニット3のトランス32及び整流器33に相当する。接点信号は、運転モードが切替装置4により連系運転から自立運転に切り替えられた場合に接点指令部2Aから出力される。
始動ユニット3は、接点切替装置であるリレー31と、降圧装置であるトランス32と、整流器33と、を備えている。リレー31は、入力側が発電機13に接続され、出力側が降圧トランス32に接続されたマグネットコンダクタである。リレー31のコイル31aは、エンジン始動回路230内で、リレー232を介して電源端子231に接続されている。
エンジン始動回路230が切替装置4からの接点信号を受信した場合、リレー232がON(接続状態)され、エンジン始動回路230の電源端子231を介して電源ラインYからコイル31aに電流が流れる。これにより、リレー31がOFF(遮断状態)からON(接続状態)となり、発電機13とトランス32が接続される。
リレー31がONの状態で、発電機13は、トランス32とインバータ14に電力を供給する。つまり、発電機13で発電された電力の一部は、始動ユニット3を介して発電機13から直接的にスタータ23に供給される。
トランス32は、絶縁トランスであって、発電機13の発電した電力を降圧し且つ交流に変換する。トランス32は、整流器33に接続されており、整流器33に交流電力を供給する。整流器33は、トランス32及びスタータ23に接続された3相ダイオードブリッジである。整流器33は、トランス32からの交流電力を直流電力に変換してスタータ23に供給する。整流器33からスタータ23に供給される電圧は、エンジン始動回路230内の整流器234から供給される電圧よりも大きい。これにより、スタータ23は、連系運転時には電源端子231からの電力により作動し、自立運転時には電圧の大きい始動ユニット3からの電力により作動する。始動ユニット3は、各GHP2のスタータ23に接続されている。つまり、1つの始動ユニット3から複数のスタータ23に電力が供給される。
切替装置4は、発電電源装置1が電力供給する電源系統において、連系運転と自立運転とを切り替える装置である。つまり、切替装置4は、リレー装置ともいえ、インバータ14の電源ラインYへの出力ライン14a、14bを切り替える。切替装置4は、例えば停電時において、ユーザの操作により又は自動的に、連系運転から自立運転、あるいは自立運転から連系運転に運転モードを切り替える。
連系運転では、電源ラインYに商用電源Zと発電電源装置1からの電力が供給される。自立運転では、電源ラインYに発電電源装置1からの電力が供給される。切替装置4は、接点切替により、インバータ14から延びる連系用の出力ライン14a及び自立用の出力ライン14bの何れか一方と、電源ラインYとを接続する。自立運転は、主に停電等の非常時に実行される。
このように、本実施形態の発電空気調和システムでは、連系運転時(通常時)には商用電源Z及び発電電源装置1からの電力が負荷Xに供給され、自立運転時(非常時)には発電電源装置1からの電力が負荷Xに供給される。自立運転に切り替えた際、発電電源装置1の始動装置12は、バッテリ121によりスタータ122を作動させ、エンジン11を始動させる。
そして、本実施形態によれば、少なくとも自立運転時において、ガスエンジン21を始動するスタータ23には、電源ラインYからでなく発電機13から始動ユニット3を介して電力が供給される。
ガスエンジン21の始動時には大電流が流れ、インバータ14を介して電源ラインYに供給される電力を利用して始動すると、当該大電流がインバータ14を流れ、インバータ14の損傷を招くおそれがある。また、GHP2のガスエンジン21は、空調用であり、空調が停止状態における運転が燃料ロスとなるため、不定期又は15分程度に1度OFFする制御がなされる。この場合、ガスエンジン21は、不定期又は所定時間ごとに始動されることとなる。したがって、スタータ23用のバッテリが各GHPに接続された構成では、安定した電力供給が容易でなく、さらにはバッテリのメンテナンス等に多大なコストがかかる。
本実施形態では、発電機13からインバータ14に供給される電力の一部が始動ユニット3に供給され、始動ユニット3が降圧整流してスタータ23に電力供給する。したがって、GHP2にバッテリを装備させる必要がなく、メンテナンスコストを低下させることができる。また、発電機13から直接的に電力供給されるのでガスエンジン21の安定的な運転が可能となる。また、大電流によるインバータ14の損傷は抑制できる。
インバータ14は、自立運転時には電流波形が正弦波とならないことから、最大出力を連系運転時よりも小さくしてインバータ14を保護することが好ましい。本実施形態によれば、自立運転時には、発電機13に対して、インバータ14と始動ユニット3が並列接続されている状態になり、インバータ14には連系運転時よりも小さい電力が供給される。これにより、インバータ14への最大出力を低下させ、インバータ14が保護される。換言すると、自立運転時、インバータ14の保護のために最大出力を落とした余力分を始動ユニット3に供給することができる。例えば発電機13が約6.5kW発電する場合、連系運転時にはインバータから最大約6kWの電力が出力され、自立運転時にはインバータから最大約4kWの電力が出力される。約500Wがインバータ14の変換ロスであり、自立運転時の残り約2kWが始動ユニット3に供給される。
また、本実施形態によれば、既存のGHPに対して、始動ユニット3を介して発電電源装置1を接続することができ、システムの設計変更を抑制して、製造コストを抑制することができる。
また、エンジン始動回路230は、電源ラインYに接続された電源端子231を有しているため、連系運転時及び自立運転時のいずれも電源ラインYから電力が供給される。つまり、スタータ23以外の回路構成には、始動ユニット3とは別に、インバータ14を介した電源ラインYからの電力が供給されている。これにより、エンジン始動時における各種制御が安定して実行される。なお、本実施形態において、電源ラインYにはAC200Vが印加され、始動ユニット3からスタータ23にはDC16〜17Vが印加される。
<変形態様>
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、発電電源装置1に接続されるGHP2は、1台であっても良い。ただし、GHP2が2台以上ある場合、メンテナンスコストの削減効果が大きく、且つ、複雑な制御なしに各スタータ23に安定的に電力供給することが可能となる。
また、始動装置12のスタータ122は、バッテリ121でなく、手動式でエンジン11を始動させるものであっても、空気圧で始動させるもの(圧縮空気でクランクシャフトを回す等)であっても良い。つまり、始動装置12は、外部電源(バッテリ121等)、手動、及び空気圧など、商用電源Z以外の外部動力源によりエンジン11を始動可能に構成されていれば良い。
また、発電電源装置1は、コージェネレーション装置に限らず、さらにコンプレッサを備えた発電エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置(例えば発電GHP)であっても良い。発電GHPは、エンジン11がガス燃料で駆動し、エンジン11の駆動力でコンプレッサを駆動させるとともに、余力の駆動力により発電機13を駆動して発電する装置である。このコンプレッサも、GHP2同様、空調の冷媒循環の圧縮機を構成する。
また、エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置は、GHPに限らず、ガソリン、軽油、又は灯油等を燃料とするエンジン21(第二エンジン)でコンプレッサを駆動するヒートポンプ式空気調和装置であっても良い。
また、本実施形態の発電空気調和システムは、始動ユニット3が連系運転時にも作動するように構成されても良い。この場合、例えば、リレー232への接点信号(接続要求)は、GHP2の制御部(図示せず)等から接点指令部2Aを介して、連系運転時に出力される。当該制御部は、例えば電力の負荷状況に応じて接点信号を出すように設定されていても良い。連系運転時にリレー232がONされてリレー31がONされると、発電機13の発電電力の一部が始動ユニット3を介してスタータ23に供給される。これにより、複数のGHP2に対して運転タイミングをずらすなどの複雑な制御を行う必要もなく、容易且つ安定的に各スタータ23に電力供給することができる。
1:発電電源装置、 11:エンジン(第一エンジン)、 12:始動装置、
13:発電機、 14:インバータ、
2:ガスヒートポンプ式空気調和装置(エンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置)、
21:ガスエンジン(第二エンジン)、
22:コンプレッサ、 23:スタータ、
3:始動ユニット、 31:リレー、 32:トランス、 33:整流器、
4:切替装置、 X:負荷、 Y:電源ライン、 Z:商用電源

Claims (3)

  1. 第一エンジンと、外部動力源により前記第一エンジンを始動可能な始動装置と、前記第一エンジンの駆動力で発電する発電機と、前記発電機が発電した電力の交流波形を電源ラインの交流波形に変換し、負荷が接続される前記電源ラインに電力を供給するインバータと、を有する発電電源装置と、
    第二エンジンと、前記第二エンジンの駆動力で駆動するコンプレッサと、前記電源ラインに接続され前記第二エンジンを始動させるスタータと、を有するとともに、前記コンプレッサの駆動により空気調和を行うエンジン駆動式ヒートポンプ空気調和装置と、を備え、
    連系運転時には商用電源及び前記インバータから前記電源ラインに電力を供給し、自立運転時には前記インバータから前記電源ラインに電力を供給する発電空気調和システムであって、
    前記発電機と前記スタータとの間に、前記発電機に対して、前記インバータと並列に接続された始動ユニットを備え、
    前記始動ユニットは、バッテリを介さず、前記スタータに接続され、少なくとも前記自立運転時に、前記発電機の発電した電力の一部を降圧して前記スタータに供給し、
    前記スタータは、少なくとも前記自立運転時に、前記始動ユニットを介して前記発電機から供給された電力により前記第二エンジンを始動させる発電空気調和システム。
  2. 前記インバータには、前記自立運転時に、前記連系運転時よりも小さい電力が供給される請求項1に記載の発電空気調和システム。
  3. 前記始動ユニットは、
    入力側が前記発電機に接続されるリレーと、
    前記リレーの出力側に接続され、前記発電機の発電した電力を降圧し且つ交流に変換するトランスと、
    前記トランスからの交流電力を直流電力に変換して前記スタータに供給する整流器と、
    を備える請求項1又は2に記載の発電空気調和システム。
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JP6654594B2 (ja) * 2017-03-16 2020-02-26 ヤンマー株式会社 エンジンシステム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000337231A (ja) * 1999-05-24 2000-12-05 Mitsuba Corp Ghp式空調用エンジン
JP2001272135A (ja) * 2000-03-29 2001-10-05 Yanmar Diesel Engine Co Ltd エンジンヒートポンプの排熱回収機構
JP4330915B2 (ja) * 2003-04-10 2009-09-16 大阪瓦斯株式会社 エンジン駆動式空気調和装置
JP4958448B2 (ja) * 2006-02-15 2012-06-20 株式会社日立産機システム ガスヒートポンプ空気調和装置
JP4736895B2 (ja) * 2006-03-29 2011-07-27 アイシン精機株式会社 ガスヒートポンプ式空気調和装置
JP2009236417A (ja) * 2008-03-27 2009-10-15 Osaka Gas Co Ltd 発電・空調システム

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