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JP2009074744A - Gas heat pump cogeneration apparatus - Google Patents

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JP2009074744A
JP2009074744A JP2007244572A JP2007244572A JP2009074744A JP 2009074744 A JP2009074744 A JP 2009074744A JP 2007244572 A JP2007244572 A JP 2007244572A JP 2007244572 A JP2007244572 A JP 2007244572A JP 2009074744 A JP2009074744 A JP 2009074744A
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Japan
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gas
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Sadamitsu Tsuchiya
定満 土屋
Hitoshi Kuramachi
仁之 倉町
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SHINWA TEKKU KK
Shinwa Sangyo Co Ltd
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SHINWA TEKKU KK
Shinwa Sangyo Co Ltd
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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform air conditioning, power generation and utilization of exhaust heat for hot water supply and heating using one apparatus. <P>SOLUTION: This gas heat pump cogeneration apparatus includes: a gas engine 11; a compressor 12 for a heat pump driven by the gas engine 11; a power generator 13 driven by the gas engine 11; air conditioning systems 16, 17, 18 including the compressor 12; power supply systems 24, 25 from the power generator 13; and exhaust heat recovery utilization systems 31, 34, 41, 20 recovering heat contained in the exhaust gas of the gas engine 11 and utilizing it. Power supply systems 57, 58 adopting photovoltaic power generation can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はガスヒートポンプコージェネレーション装置に関する。   The present invention relates to a gas heat pump cogeneration apparatus.

従来の空調装置として、ガスエンジンにより圧縮機を駆動したガスヒートポンプ方式のものが知られている。また、従来の給湯・発電装置として、コージェネレーションシステムによって発電を行うとともに、発電時の排熱を回収して給湯・暖房に利用したものが知られている（特許文献１、２）。さらに、ヒートポンプシステムによって、空調を行うとともに同時に発電を行うようにしたものが知られている（特許文献３〜６）。
特許第３７１９４４４号明細書（図４） 特開２００７−４０５９３号公報 特開２００６−６４２９９号公報 特開２００６−３１７０５２号公報 特開２００７−１７０２６号公報 特開２００６−２９６０３９号公報 As a conventional air conditioner, a gas heat pump type in which a compressor is driven by a gas engine is known. In addition, as a conventional hot water supply / power generation device, one that generates power using a cogeneration system and collects exhaust heat during power generation and uses it for hot water supply / heating is known (Patent Documents 1 and 2). Further, there is known a heat pump system that performs air conditioning and power generation at the same time (Patent Documents 3 to 6).
Japanese Patent No. 3719444 (FIG. 4) Japanese Patent Laid-Open No. 2007-40593 JP 2006-64299 A JP 2006-317052 A JP 2007-17026 A JP 2006-296039 A

しかし、従来の装置において、空調と、発電と、給湯・暖房などのための排熱の利用とを全て行おうとする場合には、それぞれの機能を備えた異種の装置を複数台設置しなければならない。このため、コスト高になるとともに、各装置の設置スペースも必要になる。また全体の効率が低く、省エネルギの観点への貢献度も低い。   However, in the conventional device, when all of the air conditioning, power generation, and use of exhaust heat for hot water supply / heating are to be performed, a plurality of different types of devices having respective functions must be installed. Don't be. For this reason, the cost is high and installation space for each device is also required. Moreover, the overall efficiency is low, and the contribution to the viewpoint of energy saving is also low.

そこで本発明は、空調と、発電と、給湯・暖房などのための排熱の利用とを一台の装置によって行えるようにすることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to enable air conditioning, power generation, and use of exhaust heat for hot water supply / heating, etc., by a single device.

この目的を達成するため本発明は、ガスエンジンと、前記ガスエンジンにて駆動されるヒートポンプ用圧縮機と、前記ガスエンジンにて駆動される発電機と、前記圧縮機を含む空調システムと、前記発電機からの電力供給システムと、前記ガスエンジンの排ガスに含まれる熱を回収して利用する排熱回収利用システムとを備えているようにしたものである。   To achieve this object, the present invention provides a gas engine, a heat pump compressor driven by the gas engine, a generator driven by the gas engine, an air conditioning system including the compressor, An electric power supply system from a generator and an exhaust heat recovery and utilization system that recovers and uses heat contained in the exhaust gas of the gas engine are provided.

本発明によれば、上記において、太陽光発電システムを備えていることが好適である。   According to the present invention, in the above, it is preferable to include a photovoltaic power generation system.

本発明によれば、ガスエンジンによって駆動されるヒートポンプ用圧縮機と発電機とを備えるとともに、ガスエンジンの排ガスからの排熱回収利用システムを備えているため、空調と、発電と、給湯・暖房などのための排熱の利用とを一台の装置によって行うことができる。これによって、コストの低減と、設置スペースの縮小と、排熱の有効利用とを図ることができ、高効率で、省エネルギを達成可能な装置を得ることができる。   According to the present invention, since the compressor for heat pump driven by the gas engine and the generator are provided and the exhaust heat recovery utilization system from the exhaust gas of the gas engine is provided, the air conditioning, power generation, hot water supply / heating are provided. It is possible to use exhaust heat for such as a single device. As a result, cost reduction, installation space reduction, and effective use of exhaust heat can be achieved, and an apparatus that can achieve high efficiency and energy saving can be obtained.

図１は、本発明の実施の形態のガスヒートポンプコージェネレーション装置の構成を示す。この装置はいわゆる室外機として構成されており、１はその機台、２は装置のカバーである。   FIG. 1 shows a configuration of a gas heat pump cogeneration apparatus according to an embodiment of the present invention. This apparatus is configured as a so-called outdoor unit, where 1 is a machine base and 2 is a cover of the apparatus.

本装置には、ガスエンジン１１が設けられるとともに、このガスエンジン１１によってそれぞれ駆動される圧縮機１２と発電機１３とが設けられている。１４は、ガスエンジン１１へのガス供給管である。   The apparatus is provided with a gas engine 11 and a compressor 12 and a generator 13 respectively driven by the gas engine 11. Reference numeral 14 denotes a gas supply pipe to the gas engine 11.

圧縮機１２はヒートポンプを構成するために用いられるものであり、この圧縮機１２からの媒体吐出管１５は、四方弁１６を介して熱交換器１７に導かれ、次いで機外の室内機１８に接続されている。室内機１８からの戻り管１９は、排熱交換器２０および四方弁１６を介して圧縮機１２に戻されている。２１は室内機１８のためのリモートコントローラ、２２は冷房運転時に熱交換器１７を冷却するためのファンである。室内機１８に代えて、媒体吐出管１５および戻り管１９を床冷暖房システムに接続することもできる。   The compressor 12 is used to constitute a heat pump, and the medium discharge pipe 15 from the compressor 12 is led to a heat exchanger 17 through a four-way valve 16 and then to an indoor unit 18 outside the machine. It is connected. A return pipe 19 from the indoor unit 18 is returned to the compressor 12 via the exhaust heat exchanger 20 and the four-way valve 16. 21 is a remote controller for the indoor unit 18, and 22 is a fan for cooling the heat exchanger 17 during cooling operation. Instead of the indoor unit 18, the medium discharge pipe 15 and the return pipe 19 may be connected to the floor cooling / heating system.

発電機１３からの出力ライン２４は、インバータ２５に接続されている。２６は機外に設けられた分電盤で、商用電力線２７と系統連系を行い、インバータ２５に接続されている。インバータ２５は、ファン２２と後述の冷却水ポンプ３６とを駆動可能である。２８はインバータ２５のための制御部である。２９はリモートコントローラで、制御部２８をコントロールするために用いられる。   An output line 24 from the generator 13 is connected to an inverter 25. A distribution board 26 provided outside the machine is connected to the commercial power line 27 and connected to the inverter 25. The inverter 25 can drive the fan 22 and a cooling water pump 36 described later. Reference numeral 28 denotes a control unit for the inverter 25. A remote controller 29 is used to control the control unit 28.

３１は排ガス熱交換器で、ガスエンジン１１からの排ガス路３２に設けられている。排ガス熱交換器３１はガスエンジン１１からの排ガスと水とを熱交換させるもので、３３はその水のための循環路である。循環路３３は、水−水熱交換器３４を経てラジエター３５に導かれ、このラジエター３５から冷却水ポンプ３６を経て排ガス熱交換器３１に戻されている。３７は第１のバイパス路で、排ガス熱交換器３１からの循環路３３を流れる冷却水を、水−水熱交換器３４やラジエター３５に送らずに冷却水ポンプ３６にバイパスさせるためのものである。３８は第２のバイパス路で、水−水熱交換器３４からの冷却水をラジエター３５に送らずに冷却水ポンプ３６にバイパスさせるためのものである。   An exhaust gas heat exchanger 31 is provided in the exhaust gas path 32 from the gas engine 11. The exhaust gas heat exchanger 31 exchanges heat between the exhaust gas from the gas engine 11 and water, and 33 is a circulation path for the water. The circulation path 33 is guided to the radiator 35 through the water-water heat exchanger 34, and is returned from the radiator 35 to the exhaust gas heat exchanger 31 through the cooling water pump 36. Reference numeral 37 denotes a first bypass passage for bypassing the cooling water flowing through the circulation passage 33 from the exhaust gas heat exchanger 31 to the cooling water pump 36 without being sent to the water-water heat exchanger 34 or the radiator 35. is there. Reference numeral 38 denotes a second bypass passage for bypassing the cooling water from the water-water heat exchanger 34 to the cooling water pump 36 without sending it to the radiator 35.

水−水熱交換器３４からの熱交換水循環路４０は、排熱利用を目的として機外の貯湯槽４１に接続されている。貯湯槽４１には、補助熱源部４２が併設されている。貯湯槽４１の内部の湯は、供給路４３を経て槽外へ送り出され、給湯や床暖房に供される。４４は循環路４０のための循環ポンプ、４５は貯湯槽４１への給水路である。   A heat exchange water circulation path 40 from the water-water heat exchanger 34 is connected to a hot water storage tank 41 outside the apparatus for the purpose of exhaust heat utilization. The hot water storage tank 41 is provided with an auxiliary heat source unit 42. Hot water inside the hot water storage tank 41 is sent out of the tank through the supply path 43 and supplied for hot water supply or floor heating. 44 is a circulation pump for the circulation path 40, and 45 is a water supply path to the hot water tank 41.

貯湯槽４１には槽内の湯の温度を検出するための温度センサ４６が設けられており、この温度センサ４６からの信号ライン４７が機内の制御部２８に接続されている。循環路３３に設けられた冷却水ポンプ３６には、インバータ２５からの電力供給ライン４８が接続されている。そして、温度センサ４６にて検出される湯温が所定の値となるように、制御部２８によってインバータ２５が制御され冷却水ポンプ３６が運転されるように構成されている。   The hot water storage tank 41 is provided with a temperature sensor 46 for detecting the temperature of hot water in the tank, and a signal line 47 from the temperature sensor 46 is connected to the control unit 28 in the machine. A power supply line 48 from the inverter 25 is connected to the cooling water pump 36 provided in the circulation path 33. Then, the control unit 28 controls the inverter 25 and the cooling water pump 36 is operated so that the hot water temperature detected by the temperature sensor 46 becomes a predetermined value.

ガスエンジン１１からの排ガスの一部は、供給路４９によって排熱交換器２０に送られるようにされている。   A part of the exhaust gas from the gas engine 11 is sent to the exhaust heat exchanger 20 through the supply path 49.

このような構成において、ガスエンジン１１を運転すると、それによって圧縮機１２が運転され、図示の冷房運転時の配管の状態では加圧状態のガス状の冷媒が熱交換器１７に送られてファン２２の空気流により冷却されて液化され、液状の冷媒は減圧により温度が低下された状態で室内機１８に送られる。室内機１８で熱交換することで気化した後の冷媒は、排熱交換器２０で熱を受けたうえで圧縮機１２に戻される。四方弁１６を暖房側に切り替えると、圧縮機１２からのガス状の高温の熱媒は、排熱交換器２０によってさらに加熱されたうえで室内機１８に送られ、熱を放出して液化する。その液状の熱媒は、熱交換器１７においてファン２２の空気流により熱を奪われて気化し、圧縮機１２に戻される。   In such a configuration, when the gas engine 11 is operated, the compressor 12 is operated thereby, and in the state of the piping at the time of the cooling operation shown in the figure, the pressurized gaseous refrigerant is sent to the heat exchanger 17 to be sent to the fan. The refrigerant is cooled and liquefied by the air flow 22, and the liquid refrigerant is sent to the indoor unit 18 in a state in which the temperature is lowered by decompression. The refrigerant that has been vaporized by heat exchange in the indoor unit 18 is returned to the compressor 12 after receiving heat in the exhaust heat exchanger 20. When the four-way valve 16 is switched to the heating side, the gaseous high-temperature heat medium from the compressor 12 is further heated by the exhaust heat exchanger 20 and then sent to the indoor unit 18 to release heat and liquefy. . The liquid heat medium is deprived of heat by the air flow of the fan 22 in the heat exchanger 17 and vaporized, and is returned to the compressor 12.

またガスエンジン１１を運転すると、発電機１３で直流電力が生成され、インバータ２５によって交流電力に変換される。これによって生じた交流電力は、ファン２２と冷却水ポンプ３６との駆動に供される。さらに分電盤２６へ電力が供給され、商用電力線からの電力と系統連系が行われ、図示のガスヒートポンプコージェネレーション装置が設置されている建物で使用する電気として利用される。本装置には、図２に示すような太陽光発電装置５７からの電力供給システム５８を併設することができる。そして、発生した電力が余剰である場合は、太陽光による発電分を商用電力線２７を用いて売電に供することが可能である。   When the gas engine 11 is operated, DC power is generated by the generator 13 and converted to AC power by the inverter 25. The AC power generated thereby is used for driving the fan 22 and the cooling water pump 36. Further, power is supplied to the distribution board 26, grid connection with power from the commercial power line is performed, and it is used as electricity used in the building where the illustrated gas heat pump cogeneration apparatus is installed. The power supply system 58 from the solar power generation device 57 as shown in FIG. And when the generated electric power is surplus, it is possible to sell the electric power generated by sunlight using the commercial power line 27.

ガスエンジン１１からの排ガスが保有する熱は、排ガス熱交換器３１によって循環路３３の水に伝達される。そして、循環路３３の水が保有する熱は水−水熱交換器３４によって循環路４０の水に伝達され、それにより生成された湯は貯湯槽４１に貯湯される。水−水熱交換器３４を出た後の水が保有する熱は、ラジエター２５によって外部に放出される。必要に応じてバイパス路３７、３８を活用することで、ガスエンジン１１からの排ガスが保有する熱を有効に利用することができる。   The heat held by the exhaust gas from the gas engine 11 is transmitted to the water in the circulation path 33 by the exhaust gas heat exchanger 31. The heat held by the water in the circulation path 33 is transmitted to the water in the circulation path 40 by the water-water heat exchanger 34, and the hot water generated thereby is stored in the hot water storage tank 41. The heat retained by the water after leaving the water-water heat exchanger 34 is released to the outside by the radiator 25. By utilizing the bypass passages 37 and 38 as necessary, the heat held by the exhaust gas from the gas engine 11 can be used effectively.

このように、図１に示した装置によれば、空調と、発電と、給湯・暖房などのための排熱の利用とを一台の装置によって行うことができ、これによって、コストの低減と、設置スペースの縮小と、排熱の有効利用とを図ることができる。したがって、高効率で、省エネルギを達成可能な装置を得ることができる。本装置はたとえば飛行機や船に適用することができ、これら飛行機や船の燃料を利用して、機内や船内のインフラを賄うことができる。   Thus, according to the apparatus shown in FIG. 1, air conditioning, power generation, and use of exhaust heat for hot water supply / heating, etc. can be performed by a single apparatus, thereby reducing costs. Therefore, it is possible to reduce the installation space and effectively use the exhaust heat. Therefore, it is possible to obtain a device that can achieve high efficiency and energy saving. The present apparatus can be applied to, for example, airplanes and ships, and can use the fuel of these airplanes and ships to cover in-flight and on-board infrastructure.

図２は、図１に示した装置の使用例を示す。５１は同装置で、電気ライン５２と、給湯ライン５３と、空調ライン５４とが接続されている。   FIG. 2 shows an example of use of the apparatus shown in FIG. Reference numeral 51 denotes the same device, to which an electric line 52, a hot water supply line 53, and an air conditioning line 54 are connected.

電気ライン５２において、分電盤２６には、家庭内配線５６を接続して、図１の発電機１３で生成した電力を家庭内の用途に供することができる。本装置５１は、雨水センサー付き太陽光発電装置５７からの電力供給システム５８を備えた構成とすることができる。   In the electric line 52, the distribution board 26 can be connected to the home wiring 56 so that the power generated by the generator 13 in FIG. 1 can be used for home use. This apparatus 51 can be configured to include a power supply system 58 from the solar power generation apparatus 57 with a rainwater sensor.

給湯ライン５３は、洗面所５９、台所６０、浴室６１へ湯を供給可能である。貯湯槽４１に併設された補助熱源部４２は、図２に示すように、浴室６１における追焚の用途や、浴室乾燥・浴室暖房の用途に供することができる。給湯ライン５３は、屋根散水部６２を用いた屋根融雪の用途に供することもできる。夏期には、切換弁６３により給水管６７からの低温の水を屋根散水部６２に送れば、屋根を冷却することができる。切換弁６３の切換動作は、太陽光発電装置５７に設けられた雨水センサーの出力にしたがって合理的に行うことができる。   The hot water supply line 53 can supply hot water to the washroom 59, the kitchen 60, and the bathroom 61. As shown in FIG. 2, the auxiliary heat source unit 42 provided alongside the hot water storage tank 41 can be used for a memorial use in the bathroom 61 and for a bathroom drying / heating. The hot water supply line 53 can also be used for roof melting snow using the roof watering part 62. In summer, the roof can be cooled if low temperature water from the water supply pipe 67 is sent to the roof sprinkler 62 by the switching valve 63. The switching operation of the switching valve 63 can be reasonably performed according to the output of the rainwater sensor provided in the solar power generation device 57.

空調ライン５４は、室内機１８に冷媒・熱媒を供給可能であるほかに、床冷暖房６４や、ベッドパネル６５や、ロードヒーター６６などの用途に供することができる。   The air conditioning line 54 can supply refrigerant and heat medium to the indoor unit 18 and can be used for applications such as a floor cooling / heating 64, a bed panel 65, and a load heater 66.

本発明の実施の形態のガスヒートポンプコージェネレーション装置を示す図である。It is a figure which shows the gas heat pump cogeneration apparatus of embodiment of this invention. 図１の装置の使用例を示す図である。It is a figure which shows the usage example of the apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１ ガスエンジン
１２ 圧縮機
１３ 発電機
１８ 室内機
２４ 出力ライン
３１ 排ガス熱交換器
３４ 水−水熱交換器
４１ 貯湯槽
４２ 補助熱源部
５７ 雨水センサー付き太陽光発電装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gas engine 12 Compressor 13 Generator 18 Indoor unit 24 Output line 31 Exhaust gas heat exchanger 34 Water-water heat exchanger 41 Hot water storage tank 42 Auxiliary heat source part 57 Solar power generation device with rainwater sensor

Claims (2)

ガスエンジンと、前記ガスエンジンにて駆動されるヒートポンプ用圧縮機と、前記ガスエンジンにて駆動される発電機と、前記圧縮機を含む空調システムと、前記発電機からの電力供給システムと、前記ガスエンジンの排ガスに含まれる熱を回収して利用する排熱回収利用システムとを備えていることを特徴とするガスヒートポンプコージェネレーション装置。   A gas engine, a heat pump compressor driven by the gas engine, a generator driven by the gas engine, an air conditioning system including the compressor, a power supply system from the generator, A gas heat pump cogeneration apparatus comprising an exhaust heat recovery and utilization system that recovers and uses heat contained in exhaust gas of a gas engine. 太陽光発電システムを備えていることを特徴とする請求項１記載のガスヒートポンプコージェネレーション装置。   The gas heat pump cogeneration apparatus according to claim 1, further comprising a photovoltaic power generation system.
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