(57)【要約】【課題】運転効率を向上することができるコージェネレーションシステム運転方法、コージェネレーションシステム、および空気調和装置の室外ユニットを提供すること。【解決手段】空調装置と該空調装置に給電する発電装置１とを備えるとともに、該発電装置１の排熱が貯湯槽３内の水に回収されるコージェネレーションシステム運転方法において、前記空調装置の冷房運転時に、該空調装置が備える室外熱交換器１１に導入される熱交換前の室外気と水とを熱交換し、熱交換された水をさらに前記発電装置１の排熱と熱交換した後に前記貯湯槽３に溜めることを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004020034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステム運転方法において、
前記空調装置の冷房運転時に、該空調装置が備える室外熱交換器に導入される熱交換前の室外気と水とを熱交換し、熱交換された水をさらに前記発電装置の排熱と熱交換した後に前記貯湯槽に溜めることを特徴とするコージェネレーションシステム運転方法。
【請求項２】
空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステム運転方法において、
前記空調装置の暖房運転時に、前記発電装置の排熱によって、前記空調装置が備える室外熱交換器に導入される熱交換前の室外気を加熱することを特徴とするコージェネレーションシステム運転方法。
【請求項３】
空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステムにおいて、
前記空調装置は冷媒と室外気とを熱交換する室外熱交換器を備え、該室外熱交換器の室外気上流側に、水と室外気とを熱交換する水熱交換器が設けられていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項４】
空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステムにおいて、
前記空調装置は冷媒と室外気とを熱交換する室外熱交換器を備え、該室外熱交換器の室外気上流側に、前記発電装置の排熱を室外気に回収する排熱熱交換器が設けられていることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項５】
室外熱交換器とファンとを備え、前記室外熱交換器の室外気上流側に、水と室外気とを熱交換する水熱交換器が設けられていることを特徴とする空気調和装置の室外ユニット。
【請求項６】
室外熱交換器とファンとを備え、前記室外熱交換器の室外気上流側に、発電装置の排熱を利用して前記室内熱交換器に導入される室外気を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする空気調和装置の室外ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステム運転方法、コージェネレーションシステム、および空気調和装置の室外ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コージェネレーションシステムとして一般的なものは、発電装置を用いて施設に必要な発電を行うとともに、発電装置の排熱を回収して利用する。図３にシステムの概略図を示した。図において符号１は発電装置であり、系統に対して発電電力ａを供給する。２は系統からの電力を受けて空調を行う空気調和装置である。発電装置１からは排ガスｂが発生するが、この排ガスｂは熱回収されて貯湯槽３内に温水として溜められる。
通常、発電装置１を施設における最大電力要求をまかなうことができる設備とする電主運転では、最大出力より低い出力で運転する場合が多くなるため、稼働率が低くなり初期コストの回収が困難である。そこで、熱要求を満たすようにし、足りない電力は商用電源を用いる熱主運転を行う。熱主運転においては、発電装置１はほぼ一定の負荷で運転される。時間による温水需要は一定ではないが、排熱は一定の割合で貯湯され、ユーザのニーズに合わせて給湯される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のコージェネレーションシステムにおいて、さらに熱効率を高めて運転効率を向上させることが望まれている。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、運転効率を向上することができるコージェネレーションシステム運転方法、コージェネレーションシステム、および空気調和装置の室外ユニットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステム運転方法において、前記空調装置の冷房運転時に、該空調装置が備える室外熱交換器に導入される熱交換前の室外気と水とを熱交換し、熱交換された水をさらに前記発電装置の排熱と熱交換した後に前記貯湯槽に溜めることを特徴とする。
【０００６】
冷房運転が行われる夏期は、一般的に水（例えば水道水）の水温は外気温より低い。したがって水と室外気とを熱交換することにより、室外気はより温度が低い状態で冷媒と熱交換される。したがって冷媒の熱交換効率が上昇する。熱交換後の水は熱交換前より温度が上昇しているから、貯湯温度が上昇する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステム運転方法において、前記空調装置の暖房運転時に、前記発電装置の排熱によって、前記空調装置が備える室外熱交換器に導入される熱交換前の室外気を加熱することを特徴とする。
【０００８】
この発明においては、室外気は排熱によって加熱されてから室外熱交換器に導入される。したがって、暖房運転時の冷媒の熱交換効率が上昇し、霜の付着も防止することができる。発電装置の排熱は、例えば貯湯槽に排熱が回収された後の排ガスであってもよい。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステムにおいて、前記空調装置は冷媒と室外気とを熱交換する室外熱交換器を備え、該室外熱交換器の室外気上流側に、水と室外気とを熱交換する水熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
冷房運転が行われる夏期は、一般的に水（例えば水道水）の水温は外気温より低い。したがって水と室外気とを熱交換することにより、室外気はより温度が低い状態で冷媒と熱交換される。したがって冷媒の熱交換効率が上昇する。熱交換後の水は熱交換前より温度が上昇しているから、貯湯用として用いれば、貯湯温度をさらに上昇させることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、空調装置と該空調装置に給電する発電装置とを備えるとともに、該発電装置の排熱が貯湯槽内の水に回収されるコージェネレーションシステムにおいて、前記空調装置は冷媒と室外気とを熱交換する室外熱交換器を備え、該室外熱交換器の室外気上流側に、前記発電装置の排熱を室外気に回収する排熱熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この発明においては、室外気は排熱によって加熱されてから室外熱交換器に導入される。したがって、暖房運転時の冷媒の熱交換効率が上昇し、霜の付着も防止することができる。発電装置の排熱は、例えば貯湯槽に排熱が回収された後の排ガスであってもよい。
【００１３】
請求項５に記載の空気調和装置の室外ユニットは、室外熱交換器とファンとを備え、前記室外熱交換器の室外気上流側に、水と室外気とを熱交換する水熱交換器が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
冷房運転が行われる夏期は、一般的に水（例えば水道水）の水温は外気温より低い。したがって水と室外気とを熱交換することにより、室外気はより温度が低い状態で冷媒と熱交換される。したがって冷媒の熱交換効率が上昇する。熱交換後の水は熱交換前より温度が上昇しているから、貯湯用として用いれば、貯湯温度をさらに上昇させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の空気調和装置の室外ユニットは、室外熱交換器とファンとを備え、前記室外熱交換器の室外気上流側に、発電装置の排熱を利用して前記室内熱交換器に導入される室外気を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この発明においては、室外気は予め加熱されてから室外熱交換器に導入される。したがって、暖房運転時の冷媒の熱交換効率が上昇し、霜の付着も防止することができる。加熱手段としては、例えばコージェネレーションシステムにおける発電装置の排熱を利用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態として示したコージェネレーションシステムである。
図において、符号１は発電装置である。発電装置１からは排ガスｂが発生するが、この排ガスｂの排熱は排熱回収熱交換器４において水に回収され、加熱された水は貯湯槽３に溜められる。貯湯槽３内の水は施設内における給湯に用いられる。
【００１８】
次に、排熱回収熱交換器４から吐出された熱交換後の排ガスｂと、排熱回収熱交換器４に導入される水について説明する。
まず、図１において、符号６は本コージェネレーションシステムが備える空気調和装置（図３の符号２参照）の室外ユニットである。室外ユニット６は、空気の流れを作るファン１０と、室外気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器１１と、水道水と室外気とを熱交換する水道水熱交換器（水熱交換器）と、排熱回収熱交換器４を吐出した排ガスと室外気とを熱交換する排ガス熱交換器（排熱熱交換器、加熱手段）１３とを備えている。ファン１０によって室外ユニット６に取り込まれた室外気は、排ガス熱交換器１３または水道水熱交換器１２を通過した後に室外熱交換器１１を通過して冷媒と熱交換されるようになっている。冷媒は室外ユニット６と不図示の室内ユニットとを循環することで、室外の熱を室内に取り込み、または室内の熱を室外に排出して空調が行われる。
なお、ファン１０と室外熱交換器１１とは従来の空気調和装置に設けられているものと同じとし、従来の装置に水道水熱交換器１２と排ガス熱交換器１３とを取り付けてもよいし、全体を一体構成として新たに製造してもよい。図２に水道水熱交換器１２と排ガス熱交換器１３との配置状態を示した。図２（ａ）のように水道水熱交換器１２と排ガス熱交換器１３とを空気の流れ方向に沿って並べてもよいし、（ｂ）のように水道水熱交換器１２と排ガス熱交換器１３とを同一平面上に並べて設けてもよい。また（ａ）の場合、水道水熱交換器１２と排ガス熱交換器１３とはいずれが上流側でもよい。
【００１９】
図１において、水道水熱交換器１２から排熱回収熱交換器４を介して貯湯槽３に至るまでが水道水を案内する水ライン２０とされている。水道水熱交換器１２において室外気と熱交換されて温度が上昇した水道水は、排熱回収熱交換器４にて発電装置１の排ガスと熱交換されてさらに加熱され、貯湯槽３に溜められる。水道水熱交換器１２と排熱回収熱交換器４との間において、水道水熱交換器１２を吐出した水道水を太陽熱によって加熱する太陽光温水器１７を設けてもよい。なお、水道水熱交換器１２は後述のように夏期の冷房運転時に用いられるものであって、冬期には水ライン２０の水道水熱交換器１２の下流に水道水を供給する。このため、水ライン２０の水道水熱交換器１２下流には水ライン２０に水道水を供給するための水供給管２１が設けられ、水ライン２０の水道水熱交換器１２の上流と供給管２１とにはそれぞれ弁２２，２３が介装され、いずれか一方から水道水が供給されるようになっている。
【００２０】
発電装置１から吐出した排ガスｂは、排熱回収熱交換器４を通って大気放出に至る排ガスライン２５を通る。この排ガスライン２５は排熱回収熱交換器４の下流において、排ガス熱交換器１３を通過する排ガス分岐ライン２６が分岐している。排ガスライン２５の排ガス分岐ライン２６分岐点２７よりも下流側と排ガス分岐ライン２６とにはそれぞれ弁２８，２９が介装され、いずれか一方に排ガスが通されるようになっている。
【００２１】
さて、以上のように構成された本実施形態のコージェネレーションシステムの動作について説明する。
夏期の冷房時には以下のように動作させる。冷房運転時には、ヒートポンプによって室内の熱を室外に排出する。したがって室外気の温度は低い方が冷房効率が高い。本例においては、弁２２を開、弁２３を閉として冷房運転中に水道水熱交換器１２に水道水を通す。また、弁２９を閉、弁２８を開として排ガス熱交換器１３は不使用とする。夏期において、通常、水道水は気温よりも低い（例えば、気温が３０℃で水道水の水温は２０℃）。したがって、水道水熱交換器１２を通過する際に水道水と室内気とが熱交換することにより、室外熱交換器１１には温度が低下した室外気（例えば３０℃→２０℃）が導入される。したがって冷媒の熱交換効率が高くなり、冷房効率が上昇する。一方、水道水熱交換器１２にて熱交換して温度が高くなった水道水は、排熱回収熱交換器４にて発電装置１の排ガスと熱交換し、さらに加熱されて貯湯槽３に溜められる。すなわち、予熱が与えられることで、比較的温度が高い状態で排熱回収熱交換器４に導入されるため、貯湯温度が上昇し、給湯温度も上昇させることができる。
【００２２】
冬期の暖房運転時は、ヒートポンプによって室外の熱を室内に取り込む。従来においては、暖房運転を連続して行うと室外熱交換器１１が低温となって霜が付着し運転効率が落ちる場合があった。本例においては、暖房運転時に、弁２２は閉、弁２３は開、弁２９は開、弁２８は閉とする。すなわち、水道水熱交換器１２は不使用とし、排ガス熱交換器１３には排熱回収熱交換器４を通過した後の排ガスが流される。このような状態では、排ガス熱交換器１３にて排ガスと室外気とが熱交換される。熱交換されて温度が上昇した室外気は、室外熱交換器１１を通過する際に室外熱交換器１１を暖めることで、霜の付着を防止するとともに熱交換効率を向上させることができる。
【００２３】
以上のように、本実施形態においては室外熱交換器１１における熱交換効率を上げ、その結果運転効率を上げることができる。
特に、本実施形態のように店舗やレストランなどに用いられる小型のコージェネレーションシステムにおいて、発電装置の排ガスを有効に利用してヒートポンプ式空調装置の効率を上げることができる。
【００２４】
なお、上記において、発電装置１としては、いかなるものであってもよい。例えば、マイクロガスタービン、ガスエンジン、ＰＥＦＣ（燃料電池）などが挙げられる。また、排熱回収熱交換器４および排ガス熱交換器１３で熱源として用いられるものは排ガスだけに限らず、発電装置１自体から発生する熱（発電装置１の冷却水など）であってもよいのはもちろんである。
また、水ライン２０に太陽光温水器１７を設けた場合、排熱回収熱交換器４に導入される水道水の温度の予熱を更に上げることができるため、貯湯される水の温度を更に上げることができる。
冬期の暖房運転時において水道水熱交換器１２に水道水を流してもよい。冬期においては外気温より水道水温度が高いため、これによっても室外熱交換器１１の温度を上げることができ、また、霜付きも防止することができる。
排ガスを排ガス熱交換器１３に通すのではなく、室外熱交換器１１に排ガスを直接吹き付けてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載の発明によれば、室外気をより低い温度にして室外熱交換器に導入させることができるため、冷媒の熱交換効率が向上する。また、水はより高い温度となって貯湯されるため、貯湯温度が上がる。これにより、運転効率を向上させることができる。
請求項２に記載の発明によれば、室外気は排熱によって加熱されてから室外熱交換器に導入される。したがって、暖房運転時の冷媒の熱交換効率が上昇し、霜の付着も防止することができる。これにより、運転効率を向上させることができる。
【００２６】
請求項３に記載の発明によれば、室外気をより低い温度にして室外熱交換器に導入させることができるため、冷媒の熱交換効率が向上する。また、水はより高い温度となって貯湯されるため、貯湯温度が上がる。これにより、運転効率を向上させることができる。
請求項４に記載の発明によれば、室外気は排熱によって加熱されてから室外熱交換器に導入される。したがって、暖房運転時の冷媒の熱交換効率が上昇する。霜の付着も防止することができる。これにより、運転効率を向上させることができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によれば、室外気をより低い温度にして室外熱交換器に導入させることができるため、冷媒の熱交換効率が向上する。これにより、運転効率を向上させることができる。
請求項６に記載の発明によれば、室外気は加熱されてから室外熱交換器に導入される。したがって、暖房運転時の冷媒の熱交換効率が上昇する。霜の付着も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態として示したコージェネレーションシステムの構成を示した図である。
【図２】同コージェネレーションシステムに用いられる室外ユニットの外形を示した斜視図である。
【図３】従来のコージェネレーションシステムの構成を示した図である。
【符号の説明】
１　発電装置
３　貯湯槽
４　排熱回収熱交換器
６　室外ユニット
１０　ファン
１１　室外熱交換器
１２　水道水熱交換器
１３　排ガス熱交換器（排熱熱交換器、加熱手段）
【図１】
2004020034.tif 000003
【図２】
2004020034.tif 000004
【図３】
2004020034.tif 000005