JP4737534B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平９−１９５８１１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態の全体構成を示したブロック図。 本発明の実施形態に関するコントロールユニットの詳細構成図。 図１におけるヒートポンプＨＰ１の構成を具体的に示した図。 本実施形態に関し、運転負荷と駆動ユニットとの関係をイメージで示した図。 個々のヒートポンプがガスエンジン駆動領域以上の負荷で運転している状態を示した模式図。 １つのヒートポンプで発電した電力で他の２つのヒートポンプの電動コンプレッサを駆動する状態を示した図。 図６で示す状態を具体的な数値例として示した図。 本発明の制御方法を説明する制御フローチャート。 個々のヒートポンプにおいて、負荷がガスエンジン定格値を超えた場合の制御方法を示したフローチャート。 １台のガスエンジンで２台のコンプレッサを駆動する従来技術のヒートポンプの構成図。 従来技術のハイブリッドヒートポンプの構成図。

符号の説明

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

Claims (1)

1. ガスエンジンとそのガスエンジンで駆動される圧縮機とそのガスエンジンで駆動される発電機とその発電機で駆動される電動圧縮機とよりなるヒートポンプを複数台備え、それらの電動圧縮機はそれぞれ負荷に接続されているヒートポンプシステムにおいて、各発電機は他のヒートポンプの電動圧縮機と駆動電源供給ラインによって接続され、前記各負荷の負荷センサと接続されて稼動するガスエンジンを決定する制御手段を設け、その制御手段は各ヒートポンプの負荷を検出し、負荷がガスエンジンの駆動領域よりも小さいヒートポンプを選択し、ピックアップされたヒートポンプの負荷の総和を求め、発電運転を行うガスエンジンの台数を決定し、発電運転するヒートポンプを決定し、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機能を有することを特徴とするヒートポンプシステム。

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