JP6251066B2

JP6251066B2 - コージェネレーション装置

Info

Publication number: JP6251066B2
Application number: JP2014017617A
Authority: JP
Inventors: 智之古結; 康介山名
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: JP2015145735A

Description

この発明はコージェネレーション装置に関する。

従来より、発電機を駆動する内燃機関と、熱交換器で内燃機関の冷却水と熱交換されて昇温された温水を貯留する貯湯槽とを備えたコージェネレーション装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載のコージェネレーション装置は、上記の如く構成することで、発電の際に発生する熱と電気を有効活用できるため、高い省エネ性と光熱費削減効果が期待できる。

特開２００９−４７３３８号公報

しかしながら、特許文献１記載のコージェネレーション装置では、熱需要や電気需要があっても貯湯槽が満蓄（満水）状態になると熱回収ができなくなることから、貯湯槽が満蓄状態になった場合には発電機や内燃機関等からなる発電ユニットを停止せざるを得なかった。そのため、発電ユニットを停止したときの熱需要の不足分は併設されたバックアップ用給湯器で補う必要があると共に、発電ユニットを停止したことによって本来発電ユニットで作られるはずの電力を商用から購入しなければならなくなるため、コージェネレーション装置の利点である省エネ性や光熱費削減効果が損なわれるという不都合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、貯湯槽が満蓄状態になっても、発電ユニットを停止させずに排熱の有効活用が可能なコージェネレーション装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、貯湯槽に貯留される温水を前記貯湯槽の下部から吸入し、循環路を介してそこに配置される第１熱交換器に送って発電装置の排熱と熱交換させた後、前記貯湯槽の上部に循環させる第１ポンプと、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と膨張弁と室内熱交換器とを接続して第１冷媒を循環させる第１冷媒回路を有し、前記四方弁で前記第１冷媒の経路を切り替えることによって冷房運転と暖房運転とを選択的に切り替え可能なヒートポンプユニットとを備えるコージェネレーション装置において、前記循環路に配置され、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を前記第１冷媒回路において前記四方弁と前記室外熱交換器の間を流れる前記第１冷媒と熱交換させる第２熱交換器と、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも下流側と前記第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続するバイパス路と、前記バイパス路と前記循環路の前記第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続する接続部に配置されると共に、温水が循環する経路を、前記循環路と前記バイパス路の間で温水が循環する第１経路と前記循環路と前記貯湯槽の間で温水が循環する第２経路のいずれかに切り替え可能な三方弁と、前記貯湯槽が満蓄状態か否か判定する満蓄状態判定手段と、前記ヒートポンプユニットが前記暖房運転を行っているか否か判定する暖房運転判定手段と、前記満蓄状態判定手段と暖房運転判定手段の判定結果に基づいて前記三方弁の動作を制御する三方弁制御手段とを備える如く構成した。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、第２冷媒を第２冷媒回路内で循環させる第２ポンプと、前記第２冷媒回路を流れる前記第２冷媒を前記第１冷媒回路において前記四方弁と前記室外熱交換器の間を流れる前記第１冷媒と熱交換させる第３熱交換器とを備えると共に、前記第２熱交換器は、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を前記第３熱交換器によって熱交換された前記第２冷媒と熱交換させる如く構成した。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記三方弁制御手段は、前記貯湯槽が満蓄状態と判定され、かつ前記ヒートポンプユニットが暖房運転を行っていると判定されるとき、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作を制御する如く構成した。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、前記循環路において前記第１熱交換器の配置位置と前記第２熱交換器の配置位置の間を流れる温水の温度を検出する温度検出手段と、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御されたとき、前記検出された温水の温度に基づいて前記第２ポンプの吐出量を制御する第２ポンプ吐出量制御手段とを備える如く構成した。

請求項５に係るコージェネレーション装置にあっては、前記第２ポンプ吐出量制御手段は、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御され、かつ前記検出された温水の温度が所定温度未満のとき、前記第２ポンプの吐出量を減少させる如く構成した。

請求項６に係るコージェネレーション装置にあっては、前記第２ポンプ吐出量制御手段は、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御され、かつ前記検出された温水の温度が前記所定温度以上のとき、前記第２ポンプの吐出量を増加させる如く構成した。

請求項１にあっては、温水を貯湯槽の下部から吸入し、循環路を介して第１熱交換器に送って発電装置の排熱と熱交換させた後、貯湯槽の上部に循環させる第１ポンプと、圧縮機、四方弁、室外熱交換器などを接続して第１冷媒を循環させる第１冷媒回路を有し、四方弁で第１冷媒の経路を切り替えることで冷房運転と暖房運転とを切り替え可能なヒートポンプユニットとを備えるコージェネレーション装置において、循環路に配置され、循環路の第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を第１冷媒回路において四方弁と室外熱交換器の間を流れる第１冷媒と熱交換させる第２熱交換器と、循環路の第１熱交換器の配置位置よりも下流側と第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続するバイパス路と、バイパス路と循環路の第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続する接続部に配置され、温水が循環する経路を、循環路とバイパス路の間で温水が循環する第１経路と循環路と貯湯槽の間で温水が循環する第２経路のいずれかに切り替え可能な三方弁とを備える如く構成したので、例えばヒートポンプユニットが暖房運転を行っている場合には、第２熱交換器を介して第１冷媒回路を流れる低温の第１冷媒によって第１熱交換器に流入する温水を降温させることができるため、発電装置を停止させる必要がない。即ち、貯湯槽が満蓄状態になっても、発電装置を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。また、貯湯槽が満蓄状態か否かの判定結果とヒートポンプユニットが暖房運転を行っているか否かの判定結果に基づいて三方弁の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、貯湯槽が満蓄状態になっても、ヒートポンプユニットの暖房運転により、第１熱交換器に流入する温水を降温させることができ、発電装置を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、第２冷媒を第２冷媒回路内で循環させる第２ポンプと、第２冷媒回路を流れる第２冷媒を第１冷媒回路において四方弁と室外熱交換器の間を流れる第１冷媒と熱交換させる第３熱交換器とを備えると共に、第２熱交換器は、循環路の第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を第３熱交換器によって熱交換された第２冷媒と熱交換させる如く構成したので、上記した効果に加え、例えば既存のヒートポンプユニットに第２冷媒回路と第３熱交換器を追加するだけで、循環路の第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水と第１冷媒回路において四方弁と室外熱交換器の間を流れる第１冷媒との熱交換を行うことができる。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、貯湯槽が満蓄状態と判定され、かつヒートポンプユニットが暖房運転を行っていると判定されるとき、温水が循環する経路を第１経路に切り替えるように三方弁の動作を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、貯湯槽が満蓄状態になっても、ヒートポンプユニットの暖房運転と温水が循環する経路の切り替えにより、第１熱交換器に流入する温水を一層確実に降温させることができるため、発電装置を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、循環路において第１熱交換器の配置位置と第２熱交換器の配置位置の間を流れる温水の温度を検出し、温水が循環する経路を第１経路に切り替えるように三方弁の動作が制御されたとき、検出された温水の温度に基づいて第２ポンプの吐出量を制御する如く構成したので、上記した効果に加え、貯湯槽が満蓄状態になっても、第１熱交換器に流入する温水の温度を冷却水との熱交換に適した温度に制御することができるため、発電装置を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

請求項５に係るコージェネレーション装置にあっては、温水が循環する経路を第１経路に切り替えるように三方弁の動作が制御され、かつ検出された温水の温度が所定温度未満のとき、第２ポンプの吐出量を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、貯湯槽が満蓄状態になっても、第１熱交換器に流入する温水の温度を冷却水との熱交換に適した温度に精度良く制御することができるため、発電装置を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

請求項６に係るコージェネレーション装置にあっては、温水が循環する経路を第１経路に切り替えるように三方弁の動作が制御され、かつ検出された温水の温度が所定温度以上のとき、第２ポンプの吐出量を増加させる如く構成したので、上記した効果に加え、貯湯槽が満蓄状態になっても、第２熱交換器に流入する温水の温度を冷却水との熱交換に適した温度に精度良く制御することができるため、発電装置を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。図１に示す制御部の動作を示すフロー・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。

図１において、符号１０はコージェネレーション装置を示す。コージェネレーション装置１０は、電気負荷（例えば家庭内の照明器具など）１２に電力を供給可能な発電ユニット１４と、熱負荷（例えば台所や風呂の給湯設備など。図示せず）に温水を供給可能な貯湯ユニット１６と、冷媒を利用して低温部から高温部へと熱を移動させることで室内の冷暖房などが可能なヒートポンプユニット１８と、発電ユニット１４、貯湯ユニット１６およびヒートポンプユニット１８を制御する制御部２０とを備える。

発電ユニット１４は、商用電源（商用電力系統）２２から電気負荷１２に至る交流電力の給電路（電力線）２４に接続可能な多極コイルからなる発電機（図１で「ＧＥＮ」と示す）２６と、発電機２６を駆動する内燃機関（図１で「ＥＮＧ」と示し、以下「エンジン」という）２８などを備える。

商用電源２２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流電力を出力する。エンジン２８は、都市ガスまたはＬＰガス（以下、単に「ガス」という）を燃料とする水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型火花点火式エンジンからなり、例えば１６３ｃｃの排気量を有する。

エンジン２８に供給される吸気とガスはミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れて点火プラグ（図示せず）で点火されて燃焼し、ピストンを駆動すると共に、ピストンに連結されるクランクシャフトを縦（重力）方向に回転させる。これらの動作によって生じた排気は排気熱交換器３０でエンジン２８の冷却水と熱交換される。

発電機２６は、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイール（図示せず）の内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電する。

エンジン２８や排気熱交換器３０を循環する冷却水は、エンジン２８のシリンダブロックなどの発熱部位と排気熱交換器３０を通ることから発熱部位と熱交換してエンジン２８を冷却しつつ昇温させられると共に、排気熱交換器３０によってエンジン２８の排気と熱交換して昇温させられる。

冷却水の一部はエンジン側循環路３２を流れるが、エンジン側循環路３２においてエンジン２８の冷却水出口２８ａ付近には電気ヒータ３４が設けられる。電気ヒータ３４は例えば発電ユニット１４において余剰電力が生じたときに通電されてエンジン側循環路３２を流れる冷却水を昇温する。

エンジン２８のシリンダブロックの下部にはエンジン２８の潤滑オイルが貯留されるオイルパン３６が形成される。潤滑オイルはギヤポンプ（図示せず）で掻き上げられてピストンなどの摺動部分を潤滑した後、コンロッド（図示せず）やシリンダ壁面を伝って落下してオイルパン３６に貯留される。

貯湯ユニット１６は、第１熱交換器４０でエンジン２８の冷却水と熱交換されて昇温された温水を貯留して熱負荷に供給する貯湯槽（貯湯タンク）４２などを備える。貯湯槽４２には、貯湯槽４２内の下部と上部を接続すると共に、第１熱交換器４０が配置される貯湯槽側循環路（循環路）４４が接続される。

第１熱交換器４０は、貯湯槽側循環路４４を流れる温水をエンジン側循環路３２を流れる冷却水と熱交換させて昇温させる。具体的にはエンジン側循環路３２と貯湯槽側循環路４４とが局部的に接近して第１熱交換器４０を形成し、第１熱交換器４０でエンジン側循環路３２を流れる冷却水は貯湯槽側循環路４４を流れる温水に熱を伝えて冷却させられる。

貯湯槽４２は、周囲を断熱（保温）材で被覆された密閉式のタンクからなり、その内部には温水が層状（上部から下部にいくに従って温水の温度が低下していく層）に貯留される。貯湯槽４２の下部には水道水などの上水が供給される給水口４２ａが設けられ、上部には貯湯槽４２内に貯留された温水を熱負荷に供給するための出湯口４２ｂが設けられる。また、貯湯槽４２の内部の最下部またはその近傍には貯湯槽４２内下部の温水の温度Ｔ１を検出するための槽内温度センサ４６が設けられる。

貯湯槽側循環路４４において第１熱交換器４０の下流側には、温水を貯湯槽４２内の下部から吸入し、第１熱交換器４０を経由させて貯湯槽４２の上部から貯湯槽４２内へ循環させる第１ポンプ４８が設けられる。従って、第１ポンプ４８によって貯湯槽４２の下部から吸入された低温の温水は第１熱交換器４０で昇温された後、貯湯槽４２の上部から貯湯槽４２内に戻される。尚、貯湯槽側循環路４４において第１熱交換器４０の上流側には第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を検出する循環路温度センサ５０が設けられる。

貯湯槽側循環路４４には、第１熱交換器４０の下流側から分岐して第１熱交換器４０の上流側（より具体的には後述する第２熱交換器７４の上流側）に接続されるバイパス路５２が設けられる。また、バイパス路５２と貯湯槽側循環路４４において第１熱交換器４０の上流側とを接続する接続部には三方弁５４が設けられる。

三方弁５４は、温水が循環する経路を、貯湯槽側循環路４４とバイパス路５２の間で温水を循環させる（貯湯槽４２をバイパスする）第１経路Ａと、貯湯槽側循環路４４と貯湯槽４２の間で温水を循環させる第２経路Ｂのいずれかに切り替え可能なように構成される。

ヒートポンプユニット１８は、圧縮機６０、四方弁６２、室外熱交換器６４、膨張弁６６および室内熱交換器６８をこの順で接続した第１冷媒回路７０からなり、第１冷媒回路７０を循環する冷媒の経路を四方弁６２によって切り替えることで冷房運転と暖房運転とを選択的に切り替える。

圧縮機６０は駆動装置（図示せず）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮し高温・高圧として吐出する。室外熱交換器６４は冷媒と外気との熱交換を行う。膨張弁６６は冷媒を減圧して低温・低圧にし、室内熱交換器６８は冷媒と室内の空気との熱交換を行う。尚、室外熱交換器６４の近傍に冷却ファン７２ａおよびそれを駆動するファンモータ７２ｂが設けられる。

四方弁６２は、圧縮機６０から吐出された冷媒が室外熱交換器６４方向（図１において第１冷媒回路７０を時計回り）に流れる（循環する）経路と室内熱交換器６８方向（図１において第１冷媒回路７０を反時計回り）に流れる経路のいずれかに切り替え可能なように構成される。四方弁６２を制御して圧縮後の冷媒が室外熱交換器６４方向に流れる経路を選択するとヒートポンプユニット１８は冷房運転を行い、室内熱交換器６８方向に流れる経路を選択すると暖房運転を行う。

ヒートポンプユニット１８は、第２熱交換器７４を介して貯湯ユニット１６に接続される。具体的には貯湯ユニット１６の貯湯槽側循環路４４とヒートポンプユニット１８の第１冷媒回路７０の間に第２冷媒回路（内部に冷媒（第２冷媒）が循環する閉回路）７６が配置され、貯湯槽側循環路４４と第２冷媒回路７６とが第２熱交換器７４を介して接続される一方、第１冷媒回路７０と第２冷媒回路７６とが第３熱交換器７８を介して接続される。尚、第２冷媒回路７６には冷媒を循環させるための第２ポンプ８０が設けられる。

第２熱交換器７４は、貯湯槽側循環路４４において第１熱交換器４０の上流側に配置され、そこを流れる温水と第２冷媒回路７６を流れる冷媒との熱交換を行う。また、第３熱交換器７８は、第１冷媒回路７０において四方弁６２と室外熱交換器６４の間に配置され、四方弁６２と室外熱交換器６４の間を流れる冷媒と第２冷媒回路７６を流れる冷媒との熱交換を行う。

制御部２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータからなり、コージェネレーション装置１０の動作を制御する。

制御部２０は、発電ユニット１４の図示しない電子制御ユニットと通信自在に接続され、発電機２６やエンジン２８の動作を制御する。また、制御部２０は、貯湯槽側循環路４４の第１ポンプ４８や三方弁５４の動作、あるいは第１冷媒回路７０の四方弁６２や第２冷媒回路７６の第２ポンプ８０の動作などを制御する。尚、槽内温度センサ４６や循環路温度センサ５０の出力値は制御部２０に入力される。

以上がこの実施例に係るコージェネレーション装置１０の構成であるが、次に図１を参照してヒートポンプユニット１８が冷房運転を行っており、かつ貯湯槽４２が満蓄状態のときの第１冷媒回路７０と第２冷媒回路７６を循環する冷媒および貯湯槽側循環路４４を循環する温水の温度変化の様子について説明する。

上記したように、ヒートポンプユニット１８が暖房運転を行うとき、第１冷媒回路７０の冷媒は、室内熱交換器６８、膨張弁６６、室外熱交換６４、圧縮機６０の順で第１冷媒回路７０内を循環する。従って、第１冷媒回路７０の冷媒は、図１に示すように、圧縮機６０で６０度から９０度程度まで昇温された後、室内熱交換器６８に流入し、ここで室内の空気と熱交換を行って４０度から５５度程度まで降温される。さらに冷媒は膨張弁６６で−５度から（＋）５度程度まで冷却されて室外熱交換器６４に流入する。

一方、第２冷媒回路７６の冷媒は、第３熱交換器７８で第１冷媒回路７０の冷媒に熱を与えて１５度から２０度程度まで降温された後、第２熱交換器７４に流入する。第２熱交換器７４に流入した冷媒は、貯湯槽の満蓄状態により７５度程度で流入してきた貯湯槽側循環路４４の温水から熱を奪って３０度から４０度程度に昇温され、再び第３熱交換器７８に流入する。また、第２熱交換器７４を通過した温水は第２冷媒回路７６の冷媒へ熱を与えて６５度前後に降温されて第１熱交換器４０に流入する。

次に図２を参照してコージェネレーション装置１０の動作について説明する。

図２は制御部２０の動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムはコージェネレーション装置１０が起動された後、所定周期ごとに実行される。

以下説明すると、先ずＳ（Ｓ：処理ステップ）１０において、ヒートポンプユニット１８が暖房運転を行っているか否か判断（判定）する。暖房運転を行っているか否かは、ヒートポンプユニット１８の操作用リモコンの暖房運転開始ボタンが押されたか否かを監視することで判断する。但し、これ以外に例えば四方弁６２に対する経路を切り替えるための制御指令信号を監視することで暖房運転を行っているか否かを判断するようにしても良い。

Ｓ１０で肯定されるときはＳ１２に進み、貯湯槽４２が満蓄状態か否か判断（判定）する。貯湯槽４２が満蓄状態か否かは、槽内温度センサ４６の出力値に基づいて判断する。具体的には貯湯槽４２内下部の温水の温度Ｔ１が満蓄状態を判定するための既定温度（例えば給湯温度付近である７５度）以上になったとき、貯湯槽４２は満蓄状態と判断する。高温の温水は比重の関係で貯湯槽４２内の上部から蓄積され始め、量が増加するに従って高温の温水層の厚さが増していくため、貯湯槽４２内下部の温水の温度Ｔ１を監視することで貯湯槽４２が満蓄状態になったか否か判断することができる。

Ｓ１２で肯定されるときはＳ１４に進んで暖房運転が停止されたか否か判断し、肯定されるときはＳ１６に進み、発電ユニット１４を停止した後、処理を終了する。尚、暖房運転が停止されたか否かは、ヒートポンプユニット１８の操作用リモコンの暖房運転停止ボタンあるいは四方弁６２に対する経路を切り替えるための制御指令信号を監視することにより判断する。

一方、Ｓ１４で否定、即ち、暖房運転が停止されていないと判断されるときはＳ１８に進んで三方弁５４の第１経路Ａ側を開（全開）にする。これにより、貯湯槽側循環路４４の温水は、貯湯槽側循環路４４の第１熱交換器４０の下流側からバイパス路５２を通って再び貯湯槽側循環路４４（の第２熱交換器７４の上流側）に戻る第１経路Ａを流れるようになる。換言すると、温水は貯湯槽４２を経由せずに貯湯槽側循環路４４とバイパス路５２の間を循環するようになる。

このように、ヒートポンプユニット１８が暖房運転を行っている状態で、温水を貯湯槽側循環路４４とバイパス路５２の間で循環させることにより、温水は第２熱交換器７４で降温されるため、第１熱交換器４０で冷却水との熱交換が可能となる（よって発電ユニット１４を停止させる必要がない）。

次いでＳ２０に進み、循環路温度センサ５０の出力値に基づき、貯湯槽側循環路４４において第１熱交換器４０と第２熱交換器７４の間を流れる温水、即ち、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２が所定温度ＴＡ以上か否か判断する。

Ｓ２０は、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２がエンジン２８の冷却水との熱交換に適した温度、即ち、冷却水を冷却するのに適した温度か否かを判断するための処理であり、所定温度ＴＡは例えば６５度に設定される。

ところで、第２熱交換器７４の効率（熱伝達率）は、第２熱交換器７４を流れる冷媒や温水の流速（流量）に応じて変化する。即ち、第２熱交換器７４に流入する冷媒や温水の流速が増加するほど、高温の流体から低温の流体へと熱が多く移動するようになるため、例えば図１に示すように、第２熱交換器７４に流入する第２冷媒回路７６の冷媒より第２熱交換器７４に流入する貯湯槽側循環路４４の温水の方が温度が高い場合には冷媒や温水の流速が増加するほど冷媒は温水から熱を多く奪って上昇する。

従って、第２ポンプ８０の吐出量を増加させることで、第２熱交換器７４の効率が上がって温水が冷媒に多くの熱を与えるようになるため、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を下げることができる。反対に、第２ポンプ８０の吐出量を減少させるほど第２熱交換器７４の効率が落ちるため、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２の低下率は低くなる。

よってＳ２０で肯定、即ち、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２が所定温度ＴＡ以上と判断されるときは、Ｓ２２に進んで第２ポンプ８０の吐出量を増加させて温度Ｔ２を下げるようにする。一方、Ｓ２０で否定、即ち、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２が所定温度ＴＡ未満と判断されるときは、Ｓ２４に進んで第２ポンプ８０の吐出量を減少させて温度Ｔ２を上げるようにする。尚、Ｓ２４の処理後はＳ１４の処理に戻る。

このように、第２ポンプ８０の吐出量を制御することにより、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を制御（所定温度ＴＡに維持）することが可能となる。

次いでＳ２６に進み、第２ポンプ８０の吐出量が最大になったか否か判断し、肯定されるときはＳ１６に進んで発電ユニット１４を停止させた後、処理を終了する一方、否定されるときはＳ１４の処理に戻る。

また、Ｓ１２で否定、即ち、ヒートポンプユニット１８が暖房運転を行っている（Ｓ１０で肯定）が、貯湯槽４２が満蓄状態でないと判断されるときはＳ２８に進み、Ｓ２０の処理と同様、循環路温度センサ５０の出力値に基づき、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２が所定温度ＴＡ以上か否か判断する。

Ｓ２８で肯定されるときはＳ３０に進んで第２ポンプ８０の吐出量を増加させると共に、Ｓ３２に進んで三方弁５４の第１経路Ａ側の開度を減少させる。一方、Ｓ２８で否定されるときはＳ３４に進んで第２ポンプ８０の吐出量を減少させると共に、Ｓ３６に進んで三方弁５４の第１経路Ａ側の開度を増加させる。

このように、Ｓ２８からＳ３６の処理では、循環路温度センサ５０の出力値に基づき第２ポンプ８０の吐出量と三方弁５４の第１経路Ａ側の開度を制御することで、第２熱交換器７４に流入する温水の温度Ｔ２が所定温度ＴＡになるように制御する。

次いでＳ３８に進んで暖房運転が停止されたか否か判断し、肯定されるときはＳ４０に進む一方、否定されるときはＳ１２の処理に戻る。

Ｓ４０ではＳ１２と同様、貯湯槽４２が満蓄状態か否か判断し、肯定されるときはＳ１６に進んで発電ユニット１４を停止させた後、処理を終了する一方、否定されるときはＳ４２に進み、循環路温度センサ５０の出力値に基づき、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２が所定温度ＴＡ以上か否か判断する。

Ｓ４２で肯定されるときはＳ４４に進み、三方弁５４の第１経路Ａ側の開度を減少させた後Ｓ１０の処理に戻る一方、否定されるときはＳ４６に進んで三方弁５４の第１経路Ａ側の開度を増加させた後Ｓ１０の処理に戻る。

また、Ｓ１０で否定、即ち、暖房運転が行われていないと判断されるときはＳ４０の処理に進む。このように、Ｓ４０からＳ４６の処理では、暖房運転が行われていないと判断され（Ｓ１０またはＳ３８の処理で肯定）、貯湯槽４２が満蓄状態と判断された場合にはヒートポンプユニット１８によって第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を降温させることができないため、発電ユニット１４を停止させる一方、貯湯槽４２が満蓄状態でないと判断された場合には三方弁５４の第１経路Ａ側の開度を制御することで第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を制御する。

以上説明したように、コージェネレーション装置１０は、貯湯槽側循環路４４において第１熱交換器４０の上流側に第２熱交換器７４を介してヒートポンプユニット１８を接続することで、ヒートポンプユニット１８が暖房運転を行うときに生成される低温の冷媒を利用して第１熱交換器４０に流入する温水を降温させることができる。

また、第１熱交換器４０に流入する温水を単に降温させるだけでなく、第２冷媒回路７６の第２ポンプ８０の吐出量を制御することで、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２をより精度良く制御することができる。

上記の如く、この発明の実施例にあっては、貯湯槽４２に貯留される温水を前記貯湯槽の下部から吸入し、循環路（貯湯槽側循環路）４４を介してそこに配置される第１熱交換器４０に送って発電装置（発電ユニット。具体的には発電機２６を駆動するエンジン２８）１４の排熱と熱交換させた後、前記貯湯槽の上部に循環させる第１ポンプ４８と、圧縮機６０と四方弁６２と室外熱交換器６４と膨張弁６６と室内熱交換器６８とを接続して第１冷媒を循環させる第１冷媒回路７０を有し、前記四方弁で前記第１冷媒の経路を切り替えることによって冷房運転と暖房運転とを選択的に切り替え可能なヒートポンプユニット１８とを備えるコージェネレーション装置１０において、前記循環路に配置され、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を前記第１冷媒回路において前記四方弁と前記室外熱交換器の間を流れる前記第１冷媒と熱交換させる第２熱交換器７４と、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも下流側と前記第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続するバイパス路５２と、前記バイパス路と前記循環路の前記第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続する接続部に配置されると共に、温水が循環する経路を、前記循環路と前記バイパス路の間で温水が循環する第１経路Ａと前記循環路と前記貯湯槽の間で温水が循環する第２経路Ｂのいずれかに切り替え可能な三方弁５４とを備える如く構成したので、例えばヒートポンプユニット１８が暖房運転を行っている場合には、第２熱交換器７４を介して第１冷媒回路７０を流れる低温の第１冷媒によって第１熱交換器４０に流入する温水を降温させることができるため、発電ユニット１４を停止させる必要がない。即ち、貯湯槽４２が満蓄状態になっても、発電ユニット１４を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。また、前記貯湯槽が満蓄状態か否か判定する満蓄状態判定手段（制御部２０。Ｓ１２）と、前記ヒートポンプユニットが前記暖房運転を行っているか否か判定する暖房運転判定手段（制御部２０。Ｓ１０）と、前記満蓄状態判定手段と暖房運転判定手段の判定結果に基づいて前記三方弁の動作を制御する三方弁制御手段（制御部２０。Ｓ１８）とを備える如く構成したので、貯湯槽４２が満蓄状態になっても、ヒートポンプユニット１８の暖房運転により、第１熱交換器４０に流入する温水を降温させることができ、発電ユニット１４を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

また、第２冷媒を第２冷媒回路７６内で循環させる第２ポンプ８０と、前記第２冷媒回路を流れる前記第２冷媒を前記第１冷媒回路において前記四方弁と前記室外熱交換器の間を流れる前記第１冷媒と熱交換させる第３熱交換器７８とを備えると共に、前記第２熱交換器は、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を前記第３熱交換器によって熱交換された前記第２冷媒と熱交換させる如く構成したので、例えば既存のヒートポンプユニット１８に第２冷媒回路７６と第３熱交換器７８を追加するだけで、循環路４４の第１熱交換器４０の配置位置よりも上流側を流れる温水と第１冷媒回路７０において四方弁６２と室外熱交換器６４の間を流れる第１冷媒との熱交換を行うことができる。

また、前記三方弁制御手段は、前記貯湯槽が満蓄状態と判定され、かつ前記ヒートポンプユニットが暖房運転を行っていると判定されるとき、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作を制御する（制御部２０。Ｓ１０，Ｓ１２，Ｓ１８）如く構成したので、貯湯槽４２が満蓄状態になっても、ヒートポンプユニット１８の暖房運転と温水が循環する経路の切り替えにより、第１熱交換器４０に流入する温水を一層確実に降温させることができるため、発電ユニット１４を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

また、前記循環路において前記第１熱交換器の配置位置と前記第２熱交換器の配置位置の間を流れる温水の温度を検出する温度検出手段（循環路温度センサ５０。Ｓ２０）と、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御されたとき、前記検出された温水の温度に基づいて前記第２ポンプの吐出量を制御する第２ポンプ吐出量制御手段（制御部２０。Ｓ１８〜Ｓ２４）とを備える如く構成したので、貯湯槽４２が満蓄状態になっても、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を冷却水との熱交換に適した温度ＴＡに制御することができるため、発電ユニット１４を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

また、前記第２ポンプ吐出量制御手段は、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御され、かつ前記検出された温水の温度が所定温度未満のとき、前記第２ポンプの吐出量を減少させる（制御部２０。Ｓ１８，Ｓ２０，Ｓ２４）如く構成したので、貯湯槽４２が満蓄状態になっても、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を冷却水との熱交換に適した温度ＴＡに精度良く制御することができるため、発電ユニット１４を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

また、前記第２ポンプ吐出量制御手段は、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御され、かつ前記検出された温水の温度が前記所定温度以上のとき、前記第２ポンプの吐出量を増加させる（制御部２０。Ｓ１８〜Ｓ２２）如く構成したので、貯湯槽４２が満蓄状態になっても、第１熱交換器４０に流入する温水の温度Ｔ２を冷却水との熱交換に適した温度ＴＡに精度良く制御することができるため、発電ユニット１４を停止させずに排熱の有効活用が可能となる。

尚、実施例では、発電ユニット１４として、エンジン２８により駆動される発電機２６を例に説明したが、例えば発電ユニット１４として燃料電池を用いても良い。発電ユニット１４が燃料電池から構成される場合、電池の寿命などの観点から発電ユニット１４を頻繁に停止させることができない。そこで、通常、発電ユニット１４が燃料電池からなる場合には貯湯槽４２が満蓄状態になると発電ユニット１４を停止させずに放熱器を用いて放熱するようにしている。しかし本発明に係るコージェネレーション装置１０のように、貯湯槽４２が満蓄状態であってもヒートポンプユニット１８が暖房運転を行っている限りは発電ユニット１４を停止させないようにすることで、放熱器などを用いる必要もない。

また、四方弁６２を制御することによって冷房運転と暖房運転とを切り替え可能なヒートポンプユニット１８を示したが、切り替え機能を有しない暖房運転のみ行うヒートポンプユニットを用いても良い。

また、所定温度ＴＡ、エンジン２８の排気量、貯湯槽側循環路４４を流れる温水の温度、第１、第２冷媒回路７０，７６を流れる冷媒の温度などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

１０コージェネレーション装置、１４発電ユニット（発電装置）、１６貯湯ユニット、１８ヒートポンプユニット、２０制御部、２６発電機、２８エンジン（内燃機関）、４０第１熱交換器、４２貯湯槽、４４貯湯槽側循環路（循環路）、４６槽内温度センサ、４８第１ポンプ、５０循環路温度センサ、５２バイパス路、５４三方弁、６０圧縮機、６２四方弁、６４室外熱交換器、６６膨張弁、６８室内熱交換器、７０第１冷媒回路、７４第２熱交換器、７６第２冷媒回路、７８第３熱交換器、８０第２ポンプ

Claims

貯湯槽に貯留される温水を前記貯湯槽の下部から吸入し、循環路を介してそこに配置される第１熱交換器に送って発電装置の排熱と熱交換させた後、前記貯湯槽の上部に循環させる第１ポンプと、圧縮機と四方弁と室外熱交換器と膨張弁と室内熱交換器とを接続して第１冷媒を循環させる第１冷媒回路を有し、前記四方弁で前記第１冷媒の経路を切り替えることによって冷房運転と暖房運転とを選択的に切り替え可能なヒートポンプユニットとを備えるコージェネレーション装置において、前記循環路に配置され、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を前記第１冷媒回路において前記四方弁と前記室外熱交換器の間を流れる前記第１冷媒と熱交換させる第２熱交換器と、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも下流側と前記第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続するバイパス路と、前記バイパス路と前記循環路の前記第２熱交換器の配置位置よりも上流側とを接続する接続部に配置されると共に、温水が循環する経路を、前記循環路と前記バイパス路の間で温水が循環する第１経路と前記循環路と前記貯湯槽の間で温水が循環する第２経路のいずれかに切り替え可能な三方弁と、前記貯湯槽が満蓄状態か否か判定する満蓄状態判定手段と、前記ヒートポンプユニットが前記暖房運転を行っているか否か判定する暖房運転判定手段と、前記満蓄状態判定手段と暖房運転判定手段の判定結果に基づいて前記三方弁の動作を制御する三方弁制御手段とを備えることを特徴とするコージェネレーション装置。
第２冷媒を第２冷媒回路内で循環させる第２ポンプと、前記第２冷媒回路を流れる前記第２冷媒を前記第１冷媒回路において前記四方弁と前記室外熱交換器の間を流れる前記第１冷媒と熱交換させる第３熱交換器とを備えると共に、前記第２熱交換器は、前記循環路の前記第１熱交換器の配置位置よりも上流側を流れる温水を前記第３熱交換器によって熱交換された前記第２冷媒と熱交換させることを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
前記三方弁制御手段は、前記貯湯槽が満蓄状態と判定され、かつ前記ヒートポンプユニットが暖房運転を行っていると判定されるとき、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作を制御することを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
前記循環路において前記第１熱交換器の配置位置と前記第２熱交換器の配置位置の間を流れる温水の温度を検出する温度検出手段と、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御されたとき、前記検出された温水の温度に基づいて前記第２ポンプの吐出量を制御する第２ポンプ吐出量制御手段とを備えることを特徴とする請求項３記載のコージェネレーション装置。
前記第２ポンプ吐出量制御手段は、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御され、かつ前記検出された温水の温度が所定温度未満のとき、前記第２ポンプの吐出量を減少させることを特徴とする請求項４記載のコージェネレーション装置。
前記第２ポンプ吐出量制御手段は、温水が循環する経路を前記第１経路に切り替えるように前記三方弁の動作が制御され、かつ前記検出された温水の温度が前記所定温度以上のとき、前記第２ポンプの吐出量を増加させることを特徴とする請求項４または５記載のコージェネレーション装置。