JPH0214623B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主として一般空調用、温室の空調
用、給湯用等に利用するエンジンヒートポンプシ
ステムの運転制御方法に関し、詳しくは、熱媒流
体の循環流路中にエンジンヒートポンプと燃焼型
の補助熱源装置とを直列に配設し、低負荷領域で
はエンジンヒートポンプのみを運転するとともに
要求負荷の増減に対応したエンジン回転数制御に
よつてエンジンヒートポンプの能力を増減し、エ
ンジンヒートポンプ能力をこえる高負荷領域では
エンジンヒートポンプと補助熱源装置を並行運転
するとともに要求負荷に応じて補助熱源装置を能
力制御するエンジンヒートポンプシステムの運転
制御方法に改良を加えたものである。

〔従来技術〕

一般に、ガス直焚型の吸収式冷温水ユニツト、
ガスバーナー、オイルバーナーなどの燃焼型の補
助熱源装置は、着火起動した時点の最小能力が比
較的大きく（例えば、直焚型吸収式冷温水ユニツ
トでは最小能力が最大能力の30％近くもある）、
従つて、第５図に示すように、エンジンヒートポ
ンプのみの運転による通常の低負荷領域（図中で
は容量制御領域と回転制御領域）と、エンジンヒ
ートポンプと補助熱源装置の併行運転を行う高負
荷領域（図中では負荷制御領域）との間に能力の
段差があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕 このため、低高負荷領域の境界付近で要求負荷
が変動すると、補助熱源装置の発停が頻繁に繰返
されやすいものとなり、補助熱源装置の燃料供給
系の各種機器や着火、消火機構の早期損耗を招い
ていた。又、吸収式の冷温水ユニツトのような補
助熱源装置はスタンバイ時間を要するので発停の
繰返しに伴う燃料ロスが多大となるものであつ
た。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、かゝる従来運転制御において見られ
た不具合を解消することを目的としたものであつ
て、その特徴とするところは、冒記運転制御方法
を基本にし、かつ、負荷側に供給する熱媒流体の
温度を設定値に維持するよう温度センサーの検出
結果に基づいてエンジンの回転数制御を行い、補
助熱源装置の起動に伴う段階的な能力増大に対し
てエンジン回転数を減少制御する点にある。

〔作用〕

上記運転制御方法によると、第４図に示すよう
に、システム全体の能力特性は線型になるととも
に、エンジンヒートポンプのみの運転状態と、エ
ンジンヒートポンプと補助熱源装置の併行運転状
態との切換わり作動にヒステリシスが与えられ、
低負荷領域と高負荷領域との境界近くでの運転に
際しての補助熱源装置の発停頻度が低下する。

〔発明の効果〕

従つて、補助熱源装置の燃料供給系の各種機器
や着火・消火機構の早期損耗が抑制され、長期間
良好な運転をメインテナンス少く行えるようにな
つた。又、補助熱源装置の頻繁な発停に伴う燃料
ロスが少くなり、要求負荷に良好に対応した円滑
かつ安定した運転を経済的に行えるようになつ
た。

〔実施例〕

第１図は空調用の冷暖房設備として利用したシ
ステム全体の概略構成を示し、基本的には、エン
ジンヒートポンプ１、燃焼型の補助熱源装置２、
室内熱交換器３、熱媒流体としての温水もしくは
冷水の強制循環用ポンプ４からなる。

前記エンジンヒートポンプ１〔以下ヒートポン
プと略称する〕は、都市ガスを燃料とする水冷式
のガスエンジン５、これによつて駆動される容量
可変型の冷媒用コンプレツサ６、冷媒サイクル中
の膨張器７、室外の空気熱交換器８、主熱交換器
９、補助熱交換器１０及び排気ガス利用の熱交換
器１１を備え、エンジン調速機構１２による回転
数制御及びコンプレツサ６の容量制御（気筒数調
節）によつてヒートポンプ１としての冷暖房能力
が調節できるようになつている。

又、前記補助熱源装置２としては都市ガスを燃
料とするガス直焚型の吸収式冷温水ユニツトが利
用され、かつ、これには水冷用の熱交換器１３と
冷却搭１４が付属している。

次に上記システムによる冷暖房運転モードにつ
いて説明する。尚、モード切換えは流路中に設け
た開閉弁群の切換えによる。

() 冷房運転モード（第２図参照） 冷房用の熱媒流体としての水は図中の太実線
流路Ａで示すように、冷温水ユニツト２の吸熱
用熱交換部２ａ、ヒートポンプ１の主熱交換器
９、室内熱交換器３の順にポンプ４で強制循環
され、熱交換部２ａ及び主熱交換器９で所定温
度まで冷却された冷水によつて室内冷房が行わ
れる。

又、ヒートポンプ１の冷媒は、図中の太実線
流路Ｂで示すように、コンプレツサ６、凝縮器
としての空気熱交換器８、膨張器７、蒸発器と
しての主熱交換器９の順に循環され、空気熱交
換器８での外気への放熱、主熱交換器９での冷
房用循環水からの吸熱が行われる。

尚、圧縮冷媒を、図中太破線流路B′で示す
ように、凝縮器としての補助熱交換器１０に分
流することによつて、補助ポンプ１５で圧送さ
れる水を加温して流路Ｃから温水を取出して各
種用途に供すことができる。

又、エンジン５の冷却水は、図中の太実線流
路Ｄで示すように、排気ガス熱交換器１１、冷
温水ユニツト２の吸熱用熱交換部２ｂ、冷却系
の熱交換器１３の順にポンプ１６で強制循環さ
れ、エンジン熱を吸収したのち排ガス熱交換器
１１で更に吸熱した高温水を用いて冷温水ユニ
ツト２を補助的に加熱するとともに、熱交換器
１３において放熱したのちの低温水が戻されて
エンジン冷却に用いられる。

又、冷温水ユニツト２の冷却水は、図中の太
実線流路Ｅで示すように、ユニツト２の放熱用
熱交換部２ｃ、前記熱交換器１３及び冷却搭１
４の順にポンプ１７で強制循環され、ユニツト
２での吸熱及び熱交換器１３での吸熱によつて
昇温した冷却水を冷却搭１４で放熱冷却するこ
とになつている。

尚、図中の白抜き矢印の方向が各熱交換部位
での熱の移動方向を示している。

() 暖房運転モード（第３図参照） 暖房用の熱媒流体としての水は図中太実線流
路Ｆで示すように、ヒートポンプ１の主熱交換
器９、冷温水ユニツト２の放熱用熱交換部２
ｃ、熱交換器１３、室内熱交換器３の順にポン
プ４で強制循環され、主熱交換器９、熱交換部
２ｃ及び熱交換器１３で所定温度まで加熱され
た温水によつて室内暖房が行われる。

又、ヒートポンプ１の冷媒は、図中の太実線
流路Ｇで示すように、凝縮器としての主熱交換
器９、膨張器７、蒸発器としての空気熱交換器
８の順に循環され、主熱交換器９での暖房用循
環水への放熱、空気熱交換器８での外気からの
吸熱が行われる。

尚、主熱交換器９を出た冷媒を、図中太実線
流路G′で示すように、蒸発器としての補助熱
交換器１０に分流することによつて、補助ポン
プ１５で送られる水から吸熱して、流路Ｃから
冷水を取出すことができる。

又、エンジン５の冷却水は、冷房運転モード
と同様の流路Ｄで循環され、エンジン５及び排
気ガス熱交換器１１で吸収した熱を冷温水ユニ
ツト２の吸熱用熱交換部２ｂと熱交換部１３で
放出する。この場合、冷却水循環用ポンプ１７
は停止する。

以上が冷房運転モード、及び暖房運転モードで
の各熱媒流体の流れであり、次に室内熱交換器３
での要求負荷に対するシステムの自動運転制御に
ついて説明する。この場合、エンジン５の調速機
構１２は、室内熱交換器３への供給流体の温度を
検出する温度センサーS₁の検出結果に基づいて制
御回路１８から発せられる制御信号に基づいて、
自動制御されるとともに、コンプレツサ６の容量
制御は主熱交換器９の入口温度を検出する温度セ
ンサーS₂の検出結果に基づいて行われ、更に、冷
温水ユニツト２のオン・オフ及び出力制御は、こ
れから取出しされる冷水の温度〔前記温度センサ
ーS₂で検出される〕、もしくは温水の温度〔前記
温度センサーS₁で検出される〕の検出に基づいて
行われる。

尚、第４図に本システム運転制御における能力
特性が示される。

空調運転が開始されると、まずヒートポンプ１
が起動されてエンジン５がまず所定低回転数（例
えば750rpm）で運転される。空調側の負荷が高
くなつて温度センサーS₂の検出温度が変化（冷房
時は温度上昇、暖房時は温度低下）すると、第４
図中の容量制御域として示されるように、コンプ
レツサー６が２気筒運転から、４気筒運転、６気
筒運転、８気筒運転に順次、容量増大制御され
る。更に要求負荷が増大して温度センサーS₁の検
出温度が設定値から外れると、第４図中の回転制
御域として示されるように、調速機構１２の作動
でエンジン回転数が所定高回転数（例えば
1500rpm）まで増大制御される。このようにコン
プレツサー容量制御及びエンジン回転数制御によ
つて室内熱交換器３への供給水の温度が設定値
（例えば冷房時７℃、暖房時45℃）に維持される。

エンジン回転数が所定高回転数（1500rpm）に
至るとヒートポンプ１の能力は上限となり、更に
要求負荷が増大すると、これが温度センサーS₂で
検出され、制御回路１８から冷温水ユニツト２に
起動指令が出されて着火起動される。

この場合、ユニツト２は吸熱用熱交換部２ｂか
ら予めエンジン排熱を受けているのでスタンバイ
時間は短いものとなつている。そして、冷温水ユ
ニツト２の最小能力は最大能力の約30％もあるた
めに、室内熱交換器３への循環水の温度が設定値
から外れる（冷房時には７℃以下に、暖房時には
45℃以上に変化）。これが温度センサーS₁で感知
されてエンジン回転数減少制御が行われ、要求負
荷とシステム全体の能力とがバランスしたところ
で安定する。

そして、更に要求負荷が高まると、温度センサ
ーS₁で検出温度が変化（冷房時は上昇、暖房時は
低下）、エンジン回転数は所定高回転数
（1500rpm）に上昇して負荷に対応する。更に要
求負荷が増大すると、冷温水ユニツト２の出口側
温度が変化し、冷房時は温度センサーS₂が温度上
昇を、又暖房時は温度センサーS₁が温度低下を感
知し、第４図中の負荷制御域として示されるよう
に温度変化に応じた冷温水ユニツト２の能力増大
制御が行われる。

又、要求負荷が下がつてくると、これに応じて
冷温水ユニツト２の能力が減少制御されて最小能
力にまで下げられる。更に要求負荷が低下する
と、温度センサーS₁が設定温度から外れたこと
（冷房時７℃以下に低下、暖房時45℃以上に上昇）
を感知し、エンジン回転数が高回転数
（1500rpm）から減少制御され、ヒートポンプ１
の能力が負荷とバランスするまで低下する。更に
負荷が下がると、冷房時は温度センサーS₁がユニ
ツト出口温度低下を、暖房時は温度センサーS₁が
ユニツチ出口温度上昇を夫々感知し、冷温水ユニ
ツト２の運転停止指令が出る。

冷温水ユニツト２が停止すると温度センサーS₁
が、冷房時には温度上昇、暖房時には温度低下を
感知し、これに基づいてエンジン回転数が高回転
数（1500rpm）まで上昇されてヒートポンプ１の
能力が100％にまで上げられ、冷温水ユニツト２
の停止に伴う30％能力低下を補う。そして、これ
により要求負荷が下がると温度センサーS₁の検出
結果に応じてエンジン回転数が制御範囲（1500〜
750rpm）の間で減少制御されて負荷の低減に対
応する。低回転数（750rpm）に至つたのち更に
負荷が下がると主熱交換器９の入口温度が変化
し、（冷房時は低下、暖房時は上昇）、これが温度
センサーS₂で感知されコンプレツサー６の減筒制
御が行われ、温度センサーS₁が設定温度（例えば
５℃）以下を感知すると、エンジン５の停止指令
が出てヒートポンプ１が停止する。

〔別実施例〕

上記実施例は空調システムの場合を示したが、
給湯システム、又は給湯暖房システムに適用する
ことができる。又、この給湯システムや給湯暖房
システムの場合には、燃焼型補助熱源装置２とし
てガスバーナーやオイルバーナーが利用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るエンジンヒートポンプシス
テムの運転制御方法の実施例を示し、第１図はシ
ステム全体の構成図、第２図は冷房運転モードの
フロー線図、第３図は暖房運転モードのフロー線
図、第４図は能力特性線図、第５図は従来運転制
御方法での能力特性線図である。 １……エンジンヒートポンプ、２……燃焼型補
助熱源装置、５……エンジン、S₁……温度センサ
ー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱媒流体の循環流路中にエンジンヒートポン
   プ１と燃焼型の補助熱源装置２とを直列に配設
   し、低負荷領域ではエンジンヒートポンプ１のみ
   を運転するとともに要求負荷の増減に対応したエ
   ンジン回転数制御によつてエンジンヒートポンプ
   １の能力を増減し、エンジンヒートポンプ能力を
   こえる高負荷領域ではエンジンヒートポンプ１と
   補助熱源装置２を並行運転するとともに要求負荷
   に応じて補助熱源装置２を能力制御するエンジン
   ヒートポンプシステムの運転制御方法であつて、
   負荷側に供給する熱媒流体の温度を設定値に維持
   するよう温度センサーS₁の検出結果に基づいてエ
   ンジン５の回転数制御を行い、補助熱源装置２の
   起動に伴う段階的な能力増大に対してエンジン回
   転数を減少制御するエンジンヒートポンプシステ
   ムの運転制御方法。 ２ 前記エンジンヒートポンプ１がガスエンジン
   ５によつて駆動されるものであり、前記燃焼型補
   助熱源装置２はガス直焚型の吸収式冷温水ユニツ
   トである特許請求の範囲第１項に記載の運転制御
   方法。