(57)【要約】【課題】  空調運転に極力影響を及ぼさずに、複数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンの負荷を平準化してシステム全体の耐久性を向上できながら、受電電力量の増加を抑える。【解決手段】  建物の屋上に発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を設置し、圧縮機を駆動して空調を行うとともに、発電機で発電した電力を建物内の電力電力負荷に供給するように構成する。商用電源からの受電電力量が増加し、電力量比較手段３１において、受電電力量予測手段３０で算出予測される予測受電電力量が設定電力量を超えると判断してデマンド信号が出力されるに伴い、デマンド信号に応答して、運転負荷選択手段３３で、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間内の運転負荷における最大負荷が小さい方のエンジンを備える発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を選択し、その発電機を駆動する。【選択図】        図３
2006296039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
膨張弁と室内側熱交換器とを備えて前記圧縮機に接続される冷媒回路と、
商用電源に接続されるとともに前記発電機の発電電力を供給可能な電力負荷と、
前記商用電源から受ける電力を計測する受電電力計測手段と、
前記受電電力計測手段で計測された電力を所定時間分積算して受電電力量を算出する受電電力量算出手段と、
前記受電電力量算出手段で算出された受電電力量の経時的変化に基づいて、次の受電電力量を算出予測する受電電力量予測手段と、
前記受電電力量予測手段で算出予測された受電電力量と、設定電力量とを比較して予測受電電力量が設定電力量を超えると判断したときにデマンド信号を出力する電力量比較手段と、
前記電力量比較手段からのデマンド信号に応答して、所定の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に起動信号を出力して発電機を駆動する発電制御手段と、
を備えた発電・空調システムにおいて、
各発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に設けられて前記エンジンの運転負荷を計測する運転負荷計測手段と、
前記運転負荷計測手段で計測された運転負荷の経時的変化を記憶する運転負荷記憶手段と、
前記運転負荷記憶手段で記憶された設定期間内の運転負荷における最大負荷を比較して最大負荷が小さいエンジンを備える発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を選択する運転負荷選択手段と、
前記発電制御手段を、前記電力量比較手段からのデマンド信号に応答して、前記運転負荷選択手段で選択された前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に起動信号を出力して発電機を駆動するように構成したことを特徴とする発電・空調システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電・空調システムにおいて、
運転負荷記憶手段で記憶された設定期間内の運転負荷に基づく最大負荷の小ささにおいて同等の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置が複数有る場合に、前記運転負荷記憶手段で記憶された設定期間内でエンジンの運転停止時間の長いものの方を選択する運転時間選択手段を備え、
発電制御手段が、前記運転時間選択手段で選択された前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に起動信号を出力して発電機を駆動するものである発電・空調システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発電・空調システムにおいて、
発電制御手段が、選択された発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置が運転状態にあるときに、前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に発電増加信号を出力し、空調能力を低下させない状態でエンジン回転数を増加して発電するものである発電・空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、膨張弁と室内側熱交換器とを備えて圧縮機に接続される冷媒回路と、商用電源に接続される電力負荷とを備え、発電機の発電電力を電力負荷に供給可能に構成した発電・空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オフィスビルやスーパーや店舗ビルなどの大口需要家では、３０分間などの一定時間内の使用電力、いわゆるデマンドに基づいて１年間の基本料金が決定される。
【０００３】
このような事情から、従来、デマンドを小さくするために種々の対策が講じられている。
例えば、一定時間内での使用電力量を検出し、この使用電力量が所定の使用電力量レベルを越えたりあるいは一定時間後の使用積算電力量が所定のレベルを越えることが予測されるときにデマンド警報信号を出力し、モータコンプレッサを選択的にアンロードまたは停止させてエンジンコンプレッサを始動させ、その後もデマンド警報信号の発生が継続しているときには、別のモータコンプレッサを順次選択的にアンロードまたは停止させて別のエンジンコンプレッサを始動させ、圧縮空気が不足して作業効率が低下するといったことなく、使用電力のピークカットを効果的に行い、契約電力値を下げ、安価な電力料金で作業場全体の操業コストを低減できるようにしている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、電力需要が小さい時間帯に二次電池に対する充電を行い、電力需要が大きい時間帯に二次電池からの放電電力を電気機器に供給する場合において、インバータ装置によって双方向コンバータ装置からの直流電力を交流電力に変換して外部に供給し、電力負荷を平準化できるようにしたものもある（特許文献２参照）。
【特許文献１】特許２６７９０５８号公報
【特許文献２】特許３４１７３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来例の場合、空調に使用している電力分を減少させるだけであり、未だ改善の余地があった。
また、二次電池を備える場合には、その二次電池の設置や制御構成に多大な費用を要して経済性が低下する欠点があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、空調運転に極力影響を及ぼさずに、複数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンの負荷を平準化してシステム全体の耐久性を向上できながら、受電電力量の増加を抑えることができるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、一層良好にエンジンの負荷を平準化できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、空調運転に影響を及ぼさずに受電電力量の増加を抑えることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
エンジンに発電機および圧縮機を連動連結した複数台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置と、
膨張弁と室内側熱交換器とを備えて前記圧縮機に接続される冷媒回路と、
商用電源に接続されるとともに前記発電機の発電電力を供給可能な電力負荷と、
前記商用電源から受ける電力を計測する受電電力計測手段と、
前記受電電力計測手段で計測された電力を所定時間分積算して受電電力量を算出する受電電力量算出手段と、
前記受電電力量算出手段で算出された受電電力量の経時的変化に基づいて、次の受電電力量を算出予測する受電電力量予測手段と、
前記受電電力量予測手段で算出予測された受電電力量と、設定電力量とを比較して予測受電電力量が設定電力量を超えると判断したときにデマンド信号を出力する電力量比較手段と、
前記電力量比較手段からのデマンド信号に応答して、所定の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に起動信号を出力して発電機を駆動する発電制御手段と、
を備えた発電・空調システムにおいて、
各発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に設けられて前記エンジンの運転負荷を計測する運転負荷計測手段と、
前記運転負荷計測手段で計測された運転負荷の経時的変化を記憶する運転負荷記憶手段と、
前記運転負荷記憶手段で記憶された設定期間内の運転負荷における最大負荷を比較して最大負荷が小さいエンジンを備える発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を選択する運転負荷選択手段と、
前記発電制御手段を、前記電力量比較手段からのデマンド信号に応答して、前記運転負荷選択手段で選択された前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に起動信号を出力して発電機を駆動するように構成する。
設定期間としては、前日であるとか過去一週間、更には一ヶ月あるいは一年といった期間を設定すれば良い。いずれにしても、外気温度の変化の影響などは各発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に対して同等に及ぼされるものであり、各発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の使用状況などといった全体的な運転負荷の変動の傾向を捉えることができるからである。
【０００８】
（作用・効果）
請求項１に係る発電・空調システムの構成によれば、商用電源から受ける受電電力量が増加して設定電力量を超えると予測される場合に、過去の運転負荷の経時的変化に基づき、最大負荷が小さい方の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電機を優先的に駆動し、受電電力量の増加を抑える。
したがって、空調運転において高負荷運転を要求される最大負荷が大きい発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電機は極力駆動しないようにして、複数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンの運転負荷を互いに平準化でき、一部の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンに負荷が大きくかかり、それに起因してシステムとしての耐久性が低下することを回避でき、空調運転に極力影響を及ぼさずに、システム全体の耐久性を向上できながら、受電電力量の増加を抑えることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の発電・空調システムにおいて、
運転負荷記憶手段で記憶された設定期間内の運転負荷に基づく最大負荷の小ささにおいて同等の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置が複数有る場合に、前記運転負荷記憶手段で記憶された設定期間内でエンジンの運転停止時間の長いものの方を選択する運転時間選択手段を備え、
発電制御手段を、前記運転時間選択手段で選択された前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に起動信号を出力して発電機を駆動するように構成する。
【００１０】
（作用・効果）
請求項２に係る発電・空調システムの構成によれば、過去の運転負荷の最大負荷の小ささにおいて同等の運転停止状態の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置が複数ある場合に、運転停止時間の長い発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置を優先的に起動して発電機を駆動し、受電電力量の増加を抑える。
したがって、複数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の運転負荷を一層平準化でき、システム全体の耐久性を向上できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載の発電・空調システムにおいて、
発電制御手段を、選択された発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置が運転状態にあるときに、前記発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置に発電増加信号を出力し、空調能力を低下させない状態でエンジン回転数を増加して発電するように構成する。
【００１２】
（作用・効果）
請求項３に係る発電・空調システムの構成によれば、運転状態の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置によって発電する場合に、空調能力を低下させない状態でエンジン回転数を増加させる。
したがって、発電開始前の状態の空調能力を維持しながら発電でき、空調運転に影響を及ぼさずに受電電力量の増加を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発電・空調システムによれば、商用電源から受ける受電電力量が増加して設定電力量を超えると予測される場合に、過去の運転負荷の経時的変化に基づき、最大負荷が小さい方の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電機を優先的に駆動し、受電電力量の増加を抑える。
したがって、空調運転において高負荷運転を要求される最大負荷が大きい発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の発電機は極力駆動しないようにして、複数の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンの運転負荷を互いに平準化でき、一部の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置のエンジンに負荷が大きくかかり、それに起因してシステムとしての耐久性が低下することを回避でき、空調運転に極力影響を及ぼさずに、システム全体の耐久性を向上できながら、受電電力量の増加を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る発電・空調システムの実施例を示す概略構成図であり、建物１の屋上に５台の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２が設置されている。
発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２は、図２の（ａ）の正面図に示すように、エンジン３の出力軸４の一方に発電クラッチ５を介して発電機６を連動連結するとともに、出力軸４の他方に、ベルト式伝動機構７、圧縮機用変速機構８および空調クラッチ９を介して圧縮機１０を連動連結して構成されている。
【００１５】
エンジンハウジング１１に冷却用ファン１２が設けられ、そのファンモータ１３と冷却水ポンプ１４に発電機６からの直流電力をコンバータ１５およびインバータ１６を介して交流電力に変換して供給するように構成されている。
また、インバータ１６および受変電設備１７を介して、交流電力に変換された発電機６からの発電電力を建物１内の照明などの電力負荷に供給できるように構成されている。受変電設備１７には、電力線１８を介して商用電源を供給するように構成されている。
【００１６】
圧縮機１０には冷媒回路１９が接続され（室外側熱交換器や四路切換弁などの詳細は省略している）、その冷媒回路１９に、建物１内に設置された室内側熱交換器２０および膨張弁２１が設けられ、都市ガスを燃料としてエンジン３により圧縮機１０を駆動し、各階などに対応させて、冷房や暖房を行えるように構成されている。
【００１７】
受変電設備１７において、図３の制御系のブロック図に示すように、商用電源から受ける電力を計測する受電電力計測手段２２が備えられている。
エンジン３には、前述した発電クラッチ５や圧縮機用変速機構８や空調クラッチ９に加えて、起動スイッチ２３およびエンジン回転数制御装置２４に対して制御するエンジン制御部２５が備えられている。
また、エンジン制御部２５には、エンジン３の運転負荷を計測する運転負荷計測手段２６が備えられている。
【００１８】
受電電力計測手段２２にマイクロコンピュータ２７が接続され、そのマイクロコンピュータ２７に、３０分ごとにリセットされるタイマ２８とエンジン制御部２５とが接続されている。
マイクロコンピュータ２７には、受電電力量算出手段２９、受電電力量予測手段３０、電力量比較手段３１、運転負荷記憶手段３２、運転負荷選択手段３３、運転時間選択手段３４および発電制御手段３５が備えられている。
【００１９】
受電電力量算出手段２９では、受電電力計測手段で計測された電力をタイマ２８によって設定される所定時間（３０分）積算して受電電力量を算出するようになっている。
受電電力量予測手段３０では、受電電力量算出手段２９で算出された受電電力量の経時的変化に基づいて、次の受電電力量を算出予測するようになっている。すなわち、前回の受電電力量と今回の受電電力量との差を算出して変化率を求め、その変化率を今回の受電電力量に乗算することによって次の受電電力量を算出予測するようになっている。
【００２０】
電力量比較手段３１では、受電電力量予測手段３０で算出予測された受電電力量と、設定電力量（契約の基準となった電力量あるいはそれよりやや小さい電力量を設定すれば良い）とを比較して予測受電電力量が設定電力量を超えると判断したときにデマンド信号を出力するようになっている。
【００２１】
運転負荷記憶手段３２では、運転負荷計測手段２６で計測された運転負荷の経時的変化を記憶するようになっている。
運転負荷選択手段３３では、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間（例えば、過去の１週間）内の運転負荷における最大負荷を比較して最大負荷が小さいエンジン３を備える発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２を選択するようになっている。
【００２２】
運転時間選択手段３４では、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間内の運転負荷に基づく最大負荷の小ささにおいて同等の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２が複数有る場合に、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間内の運転停止時間の長いものの方を選択するようになっている。
【００２３】
上記構成により、電力量比較手段３１からのデマンド信号に応答して、発電制御手段３５により発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２の駆動を制御するようになっており、次に説明する。
電力量比較手段３１において予測受電電力量が設定電力量を超えると判断してデマンド信号が出力されるに伴い、デマンド信号に応答して、運転負荷選択手段３３で、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間内の運転負荷における最大負荷を比較し、最大負荷が小さい方のエンジン３を備える発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２を選択する。
【００２４】
すなわち、運転負荷（エンジン負荷）の経時的変化として、図４の（ａ）のグラフに示す５個の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２があった場合、その最大負荷を比較するために、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順番に選択するのである。
【００２５】
ここで、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間内の運転負荷に基づく最大負荷の小ささにおいて同等の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２が複数有る場合には、運転時間選択手段３４で、運転負荷記憶手段３２で記憶された設定期間内の運転停止時間の長いものの方を選択し、該当する発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２を選択して起動信号を出力し、その発電機６を駆動する。最大負荷の小ささにおいて同等の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２が複数無ければ、前述の運転負荷選択手段３３で選択した発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２に起動信号を出力し、その発電機６を駆動する。
【００２６】
すなわち、運転負荷（エンジン負荷）の経時的変化として、図４の（ｂ）のグラフに示す５個の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２があった場合、その最大負荷を比較したときに、２個の発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２の運転負荷Ａ１およびＢが同じであっても、運転時間を比較して判断し、運転停止時間の長い方を優先的に選択するために、Ａ１→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅの順番に選択するのである。
上述手順により発電を順次行っていく。
【００２７】
上記発電に際して、発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置２が運転状態にあるときには、空調能力を低下させない状態でエンジン回転数を増加して発電する。
このエンジン回転数の増加に際しては、エンジン回転数の増加に反比例するように、可変容量タイプの圧縮機１０の回転数を圧縮機用変速機構８により低下させ、発電機６の回転数を増加して発電電力量を増加しながらも、圧縮機１０の回転数を一定に維持して吐出容量を一定に維持し、実質的に空調能力を低下させないように構成されている。
【００２８】
図２の（ｂ）は、固定容量タイプの圧縮機を備えた発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の正面図であり、圧縮機１０が２個設けられ、両圧縮機１０とエンジン１の出力軸４とが、ひとつのベルト式伝動機構７および個別の空調クラッチ９を介して連動連結されている。
【００２９】
この固定容量タイプの圧縮機１０を用いた場合では、エンジン回転数の増加に際し、回転数が２倍に増加するに伴って、一方の空調クラッチ９を遮断し、圧縮機１０の運転台数を２台から１台に変更して吐出容量の変化を抑え、実質的に空調能力を低下させないように構成される。
【００３０】
上述実施例のエンジン１としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやガソリンエンジンなど各種のエンジンを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る発電・空調システムの実施例を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は、可変容量タイプの圧縮機を備えた発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の正面図、（ｂ）は、固定容量タイプの圧縮機を備えた発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置の正面図である。
【図３】実施例の制御系を示すブロック図である。
【図４】運転負荷（エンジン負荷）の経時的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
２…発電機能付きエンジン駆動式ヒートポンプ装置
３…エンジン
６…発電機
１０…圧縮機
１９…冷媒回路
２０…室内側熱交換器
２１…膨張弁
２２…受電電力量計測手段
２６…運転負荷計測手段
２９…受電電力量算出手段
３０…受電電力量予測手段
３１…電力量比較手段
３２…運転負荷記憶手段
３３…運転負荷選択手段
３４…運転時間選択手段
３５…発電制御手段
【図１】
2006296039.tif 000003
【図２】
2006296039.tif 000004
【図３】
2006296039.tif 000005
【図４】
2006296039.tif 000006