JP2000274875A - 複合式冷房システム及び複合式冷房方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷媒圧縮式冷房システムの排熱を利用するこ
とによりエネルギー効率を高めることできる複合式冷房
システムを提供する。 【解決手段】 本発明の複合式冷房システムは、ガス吸
収式冷房システム２とを備える。冷媒圧縮用原動機１２
を冷却するための冷却水をガス吸収式冷房システム２の
再生器２１の加熱熱源としている。したがって、冷媒圧
縮式冷房システム１にて生じる排熱を有効に利用するこ
とができ、エネルギー効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガスエンジン等
の原動機を用いて冷房を行うための冷房システムに関
し、特に原動機の排熱の利用方法に特徴を有する複合式
冷房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】冷房又は冷凍を行うために従来より広く
利用されているシステムとして、冷媒圧縮式冷房システ
ムがある。図３は、都市ガス等を圧縮駆動の原動機燃料
として用いるガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式の冷媒圧縮
式冷房システムの構成を示す系統図である。この図３に
おいて冷媒圧縮式冷房システム３０は、冷媒（フロン系
統）を圧縮する圧縮機３１と、この圧縮機３１を駆動す
る原動機３２と、圧縮機３１にて圧縮された冷媒を凝縮
する凝縮器３３と、この凝縮器３３にて凝縮された冷媒
を膨張させる膨張弁３４と、この膨張弁３４にて膨張し
た冷媒を蒸発させる蒸発器３５と、これらの間に冷媒を
循環させる循環管路３６とを備えて構成されている。

【０００３】このように構成された冷媒圧縮式冷房シス
テム３０において、ガス供給管３７から供給されたガス
を燃料として原動機３２が運転され、この原動機３２に
よって圧縮機３１が駆動され、該圧縮機３１によって冷
媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、凝縮器３３におい
てファン３３ａによる外気風を受けて冷却されて液体に
凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁３４にて膨張し蒸発
器３５において蒸発し、この際にファン３５ａで吸い込
まれた室内空気との間で熱交換を行って該空気を冷却す
る。その後、冷媒は再び圧縮機３１にて圧縮され、以
後、同様の循環サイクルが繰り返えされる。

【０００４】原動機３２には該原動機３２を冷却するた
めの冷却水を循環させる循環管路３８が設けられてい
る。この循環管路３８を循環する冷媒は、原動機３２と
の間で熱交換することにより該原動機３２の排熱を奪っ
て高温となり、ラジエータ等の放熱器３９にて冷却され
て排熱を大気中に放出し、再び原動機３２に至る。

【０００５】次に、吸収液を利用して冷房を行うガス吸
収式冷房システムについて説明する。図５は、ガス吸収
式冷房システムの構成を示す系統図である。この図５に
示すようにガス吸収式冷房システム４０は、吸収液（臭
化リチウム水溶液等）を加熱することにより冷媒（水
等）を放出すると共に吸収液を濃縮する再生器４１と、
この再生器４１から放出された冷媒を凝縮する凝縮器４
２と、この凝縮器４２にて凝縮された冷媒を蒸発させる
蒸発器４３と、この蒸発器４３にて蒸発した冷媒を吸収
液に吸収させる吸収器４４と、吸収液を圧送するポンプ
４５と、吸収液同士の熱交換を行う熱交換器４６と、こ
れらの間に冷媒を循環させる循環管路４７とを備えて構
成されている。

【０００６】このように構成されたガス吸収式冷房シス
テムにおいて、冷媒を吸収する吸収液は、図示しない熱
源（ガスバーナー等）を用いて再生器４１において加熱
される。吸収液が加熱されると、前段階において吸収液
内部に吸収されていた冷媒が蒸気として放出され、これ
によって吸収液は濃縮される。

【０００７】再生器４１において放出された蒸気は、凝
縮器４２において冷却水によって冷却されて液体に凝縮
する。凝縮した冷媒は、蒸発器４３内において、高真空
（７ｍｍＨｇ）下で循環管路４８表面に散布される。そ
して冷媒は、循環管路４８内を流れる水（入温例えば１
２℃）から蒸発潜熱を奪い、低温（例えば４℃）で蒸発
して蒸気となり、循環管路４８内の水を冷却して冷水
（例えば７℃）を製造する。

【０００８】蒸発器４３で発生した蒸気中の冷媒は、吸
収器４４において吸収液に吸収され、これによって蒸発
器４３が高真空に維持される。この吸収時の吸収熱を除
去するため、吸収器４４は冷却水にて冷却される。この
吸収器４４において冷媒を吸収した吸収液は、再び再生
器４１に送られ、以後、同様の冷媒循環サイクルが繰り
返えされる。また再生器４１で濃縮された吸収液は、再
生器４１に至る吸収液を熱交換器４６を介して予備加熱
した後、再び吸収器４４に送られる。以後、同様の吸収
液循環サイクルが繰り返えされる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すような中小
規模の冷媒圧縮式冷房システムにおいては、原動機３２
の排熱が循環管路３８を介して単に大気中に放出されて
いた。図４は、冷媒圧縮式冷房システムの熱収支の一例
を示す図である。この図４において、原動機３２に対す
る入力熱量を１００とした場合、圧縮機３１を駆動する
ための軸出力の相当熱量が２５〜３０、循環管路３８を
介して単に大気中に放出される排熱の熱量が４０〜４
５、その他のロスが２０〜３０である。すなわち入力熱
量の４割以上の熱量が排熱として放出され、エネルギー
効率を低下させていた。

【００１０】なお大規模の冷媒圧縮式冷房システムにお
いては、原動機３２の排熱を利用して温水を作り出すよ
うなシステムが提案されているが、温熱需要がない場合
にはこの温水を利用できないため、やはり大きなエネル
ギーロスが生じていた。

【００１１】また上述のようなガス吸収式冷房システム
においては、該システムの発生冷熱で直接冷房を行うた
めには、すなわち蒸発器４３において７℃程度の冷水を
製造するためには、ガス吸収式冷房システムの蒸発温度
を低く（５℃程度）する必要があった。このため、凝縮
器４２及び吸収器４４を水冷にて冷却する必要があり、
クーリングタワーを含む比較的大規模な冷却設備を必要
とし、設備の設置コストを増大させる一因となってい
た。

【００１２】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、冷媒圧縮式冷房システ
ムの排熱を利用することによりエネルギー効率を高める
こと等のできる複合式冷房システムを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る複合式冷
房システムは、Ａ冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機
を駆動する原動機と、前記圧縮機にて圧縮されたＡ冷媒
を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒
を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁にて膨張したＡ冷媒
を蒸発させる蒸発器と、を有する冷媒圧縮式冷房システ
ム、並びに、Ｂ溶媒を吸収する吸収液を加熱することに
より、該吸収液に吸収されたＢ冷媒を該吸収液中から放
出すると共に、該液を濃縮する再生器と、前記再生器に
て放出されたＢ冷媒を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器に
て凝縮されたＢ冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記蒸発器
にて蒸発したＢ冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、を
有するガス吸収式冷房システム、を備え、前記冷媒圧縮
式冷房システムの原動機より冷却水を介して回収される
排熱を、前記ガス吸収式冷房システムの再生器の加熱熱
源としたことを特徴とする。

【００１４】本発明の複合式冷房方法は、原動機にて駆
動される圧縮機にてＡ冷媒を圧縮し、前記圧縮機にて圧
縮されたＡ冷媒を凝縮器にて凝縮し、前記凝縮器にて凝
縮されたＡ冷媒を膨張弁にて膨張させ、前記膨張弁にて
膨張させたＡ冷媒を蒸発器にて蒸発させ、かつ、再生器
において、前記原動機の冷却排熱によって吸収液を加熱
することにより、該吸収液にて吸収されたＢ冷媒を該吸
収液中から放出すると共に、該液を濃縮し、前記再生器
にて放出されたＢ冷媒を凝縮器にて凝縮し、前記凝縮器
にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発器にて蒸発させ、前記蒸発
器にて蒸発したＢ冷媒を吸収器にて吸収液に吸収させる
ことを特徴とする。なお、上記Ａ冷媒及びＢ冷媒と呼ん
でいるのは、冷媒圧縮式冷房システムの冷媒とガス吸収
式冷房システムの冷媒を区別するためである。

【００１５】この複合式冷房システム及び冷房方法で
は、従来の冷媒圧縮式冷房システムにおいて大気中に放
出されていた原動機の排熱が吸収液を加熱するために利
用される。したがって冷媒圧縮式冷房システムにて生じ
る排熱の一部を有効に利用することができ、エネルギー
効率を向上させることができる。

【００１６】本発明においては、前記冷媒圧縮式冷房シ
ステムの前記凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒を、前記ガス
吸収式冷房システムの前記蒸発器で過冷却することが好
ましい。これにより、ガス吸収式冷房システムの蒸発温
度を従来に比して高くすることができる。

【００１７】また、前記ガス吸収式冷房システムの前記
蒸発器を、１０〜１５℃で運転可能とすることが好まし
い。さらには、前記ガス吸収式冷房システムの前記凝縮
器及び又は前記吸収器を、空冷式とすることが好まし
い。これにより、従来のガス吸収式冷房システムにおい
て凝縮器や吸収器を水冷するために設けられていたクー
リングタワー等の設備が不要となり、設備コストや運転
コストを低減することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施形態を説明する。図１は、この発明の一実施形態
による複合式冷房システムの構成を示す系統図である。
この図１において複合式冷房システムは、冷媒圧縮式冷
房システム１と、ガス吸収式冷房システム２とを備えて
構成されている。

【００１９】このうち冷媒圧縮式冷房システム１は、例
えば都市ガス等を圧縮駆動用原動機の燃料として用いる
ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）として具体化されるもの
で、Ａ冷媒（フロン等）を圧縮する圧縮機１１と、この
圧縮機１１を駆動する原動機１２と、圧縮機１１にて圧
縮されたＡ冷媒を凝縮する凝縮器１３と、この凝縮器１
３にて凝縮されたＡ冷媒を膨張させる膨張弁１４と、こ
の膨張弁１４にて膨張したＡ冷媒を蒸発させる蒸発器１
５と、これらの間にＡ冷媒を循環させる循環管路１６と
を備えて構成されている。

【００２０】このように構成された冷媒圧縮式冷房シス
テム１において、原動機１２は、例えばガス供給管１７
から供給された都市ガス等を燃料に用いる往復動エンジ
ンである。この原動機１２によって圧縮機１１が駆動さ
れ、該圧縮機１１によってＡ冷媒が圧縮される。ただし
原動機１２はいかなる原理・構造のものであってもよ
く、また燃料はガス以外にもガソリンや軽油等の任意の
燃料を用いることができる。

【００２１】圧縮機１１によって圧縮されたＡ冷媒は、
凝縮器１３においてファン１３ａによる外気を受けて冷
却されて液体に凝縮する。凝縮したＡ冷媒は、後述する
蒸発器２３において冷却された後、膨張弁１４にて膨張
し蒸発器１５において蒸発し、この際にファン１５ａで
吸い込まれた空気との間で熱交換を行って該空気を冷却
する。その後、冷媒は再び圧縮機１１にて圧縮され、以
後、同様の循環サイクルが繰り返えされる。なお膨張弁
１４及び蒸発器１５は図示しない筐体内に収められて室
内器として構成され、冷房対象となる室内に配置され
る。

【００２２】また原動機１２には、該原動機１２を冷却
するための冷媒（冷却水）を循環させる循環管路１８が
設けられている。この循環管路１８を循環する冷却水
は、原動機１２との間で熱交換することにより該原動機
１２の排熱を奪って高温（例えば８０〜１１０℃）とな
り、後述する再生器２１にて吸収液を加熱し、再び原動
機１２に至る。

【００２３】一方、ガス吸収式冷房システム２は、図１
に示すように、吸収液を加熱することによりＢ冷媒（水
等）を放出すると共に該液を濃縮する再生器２１と、こ
の再生器２１から放出されたＢ冷媒を凝縮する凝縮器２
２と、この凝縮器２２にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発させ
る蒸発器２３と、この蒸発器２３にて蒸発したＢ冷媒を
吸収液に吸収させる吸収器２４と、吸収液を圧送するポ
ンプ２５と、吸収液同士の熱交換を行う熱交換器２６
と、これらの間にＢ冷媒を循環させる循環管路２７とを
備えて構成されている。

【００２４】このように構成されたガス吸収式冷房シス
テム２において、冷媒を吸収する吸収液（例えば臭化リ
チウム（ＬｉＢｒ）水溶液）は、再生器２１内におい
て、冷媒圧縮式冷房システム１のエンジン冷却水循環管
路１８内を流れる冷却水を熱源として例えば９５℃に加
熱される。吸収液が加熱されると、前段階において吸収
液内部に吸収されていた冷媒（水等）が蒸気として放出
され、これによって吸収液は濃縮される。

【００２５】再生器２１において放出された蒸気は、凝
縮器２２において冷却されて（例えば５０℃）液体に凝
縮する。凝縮した冷媒は蒸発器２３内において、高真空
（１０ｍｍＨｇ程度）下で、冷媒圧縮式冷房システム１
の循環管路１６の外表面に散布される。そして冷媒は、
循環管路１６内を流れる冷媒から蒸発潜熱を奪い、低温
（例えば１５℃）の蒸気となり、循環管路１６内の冷媒
を冷却する（例えば５０℃→２０℃）。

【００２６】蒸発器２３で発生した蒸気中の冷媒は、吸
収器２４において吸収液に吸収され、これによって蒸発
器２３が高真空に維持される。冷媒を吸収した吸収液
は、ポンプ２５を介して再び再生器２１に送られ、以
後、同様の冷媒循環サイクルが繰り返えされる。また再
生器２１で濃縮された吸収液は、熱交換器２６を介して
再生器２１に至る吸収液を予備加熱した後、再び吸収器
２４に送られる。以後、同様の吸収液循環サイクルが繰
り返えされる

【００２７】ここで、冷媒圧縮式冷房システム１とガス
吸収式冷房システム２の相互の関係についてより詳細に
説明する。図１に示すように、冷媒圧縮式冷房システム
１の原動機１２を冷却するための冷却水循環管路１８
は、原動機１２側から再生器２１側に延出され、該再生
器２１内部を通って再び原動機１２に至るように配設さ
れている。そして原動機１２の排熱を奪って高温（例え
ば８０〜１１０℃程度）となった冷媒は、再生器２１中
を流れている間に該再生器２１中の吸収液との間で熱交
換を行い、この吸収液を加熱する。すなわち原動機１２
を冷却するための冷却水が、再生器２１の加熱熱源とし
て利用されている。なお、別個のガスバーナー等の加熱
熱源を併設してもよい。

【００２８】また図１に示すように、冷媒圧縮式冷房シ
ステム１の凝縮器１３から延出された循環管路１６は、
ガス吸収式冷房システム２の蒸発器２３までに延出さ
れ、該蒸発器２３内部を通って膨張弁１４に至るように
配設されている。そして凝縮器１３にて凝縮されたＡ冷
媒は、凝縮器２２にて凝縮されたＢ冷媒が蒸発器２３内
において循環管路１６の外表面に散布されて蒸発するこ
とにより、冷却（過冷却）される。

【００２９】このように冷媒圧縮式冷房システム１とガ
ス吸収式冷房システム２とを複合化させたことにより、
エネルギー効率の向上を図ることができる。図２は、複
合式冷房システムの熱収支の一例を示す図である。この
図２において、原動機１２に対する入力熱量を１００と
した場合、圧縮機１１を駆動するための軸出力の相当熱
量が２５〜３０、その他のロスが２０〜３０であり、こ
れらは従来の冷媒圧縮式冷房システム１の熱収支とほぼ
同様である。

【００３０】しかし従来の冷媒圧縮式冷房システム１に
おいて循環管路を介して大気中に放出されていた原動機
１２冷却分の熱量４０〜４５は、再生器２１において吸
収液を加熱するために利用され、その２０〜３０程度は
有効に利用することができる。このように冷媒圧縮式冷
房システム１のエネルギーを利用してガス吸収式冷房シ
ステム２にて発生する冷熱は、冷媒圧縮式冷房システム
１の冷媒を蒸発器２３内において過冷却することから、
冷媒圧縮式冷房システム１にて発生する冷熱に加算され
る。

【００３１】すなわち冷媒圧縮式冷房システム１におい
ては、２５〜３０の軸出力により駆動される冷凍サイク
ルの発生冷熱（例えば冷房時の冷凍サイクル係数が３．
０の場合、７５〜９０の冷熱が発生）に加えて、ガス吸
収式冷房システム２にて発生する冷熱２０〜３０が冷房
に利用される。これらのことから明らかとなるように、
従来の冷媒圧縮式冷房システムにおいては入力熱量の４
０％以上の熱量を排熱として放出していたのに対し、本
実施形態における複合式冷房システムにおいては、排熱
される熱量を１５〜２０％にでき、エネルギー効率を向
上させることができる。

【００３２】特に、従来の大規模システムように排熱に
よって温水を作り出すものとは異なり、排熱を冷媒圧縮
式冷房システム１の運転モードである冷房に利用するこ
とができる。したがって冷房需要のみであっても、温熱
需要の有無に関わらず排熱を利用することができるた
め、エネルギー効率を常時高めることができる。

【００３３】ところで、従来であればガス吸収式冷房シ
ステムの発生冷熱で直接冷房を行うためには、ガス吸収
式冷房システムの蒸発温度を低く（５℃程度）する必要
があった。しかし本複合式冷房システムによれば、蒸発
器２３によって冷媒圧縮式冷房システム１の冷媒を過冷
却しているので、ガス吸収式冷房システム２の蒸発温度
を従来に比して高く（１０〜１５℃程度）することがで
きる。

【００３４】したがってガス吸収式冷房システム２の冷
媒の温度を全体的に高くすることができ、凝縮器２２及
び吸収器２４を水冷でなく空冷にて運転することができ
る。具体的には図１に示すように、凝縮器２２及び吸収
器２４にはファン２２ａ、２４ａが設けられ、該ファン
２２ａ、２４ａにて吹き込まれる外気によって凝縮器２
２及び吸収器２４が冷却されている。このように凝縮器
２２及び吸収器２４を空冷化することができるので、水
冷のためのクーリングタワー等の設備が不要となり、設
備コストや運転コストを低減することができる。

【００３５】なお、冷媒圧縮式冷房システム１の原動機
１２の排熱を再生器２１の加熱熱源として利用するため
の具体的な装置構成や、蒸発器２３によって冷媒圧縮式
冷房システム１の冷媒を過冷却するため具体的な装置構
成は、任意のあらゆる構成が採用されてよい。この他、
冷媒圧縮式冷房システム１の冷媒の過冷却は必ずしも行
わなくともよく、また当然のことながら従来と同様に、
凝縮器２２及び吸収器２４を水冷運転することもでき
る。あるいは凝縮器２２と吸収器２４のうちいずれか一
方のみを空冷化することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を発揮する。 冷媒圧縮式冷房システムにて生じる排熱を有効に利用
することができ、エネルギー効率を向上させることがで
きる。 特に、温熱需要の有無に関わらず排熱を利用すること
ができるため、エネルギー効率を常時高めることができ
る。 ガス吸収式冷房システムの凝縮器等を水冷するための
クーリングタワー等の設備を不要とすることもでき、設
備コストや運転コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態による複合式冷房システ
ムの構成を示す系統図である。

【図２】複合式冷房システムの熱収支の一例を示す図で
ある。

【図３】冷媒圧縮式冷房システムの構成を示す系統図で
ある。

【図４】冷媒圧縮式冷房システムの熱収支の一例を示す
図である。

【図５】ガス吸収式冷房システムの構成を示す系統図で
ある。

【符号の説明】

１、３０…冷媒圧縮式冷房システム １５、２
３、４３…蒸発器 ２、４０…ガス吸収式冷房システム １７、３７
…ガス供給管 １１、３１…圧縮機 ２１、４１
…再生器 １２、３２…原動機 ２４、４４
…吸収器 １３、２２、３３、４２…凝縮器 ２５、４５
…ポンプ １３ａ、１５ａ、２２ａ、２４ａ…ファン ２６、４６
…熱交換器 １４、３４…膨張弁 ３９…放熱
器 １６、１８、３６、３８、４７、４８…循環管路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａ冷媒を圧縮する圧縮機と、 前記圧縮機を駆動する原動機と、 前記圧縮機にて圧縮されたＡ冷媒を凝縮する凝縮器と、 前記凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒を膨張させる膨張弁
   と、 前記膨張弁にて膨張したＡ冷媒を蒸発させる蒸発器と、 を有する冷媒圧縮式冷房システム、並びに、 Ｂ溶媒を吸収する吸収液を加熱することにより、該吸収
   液に吸収されたＢ冷媒を該吸収液中から放出すると共
   に、該液を濃縮する再生器と、 前記再生器にて放出されたＢ冷媒を凝縮する凝縮器と、 前記凝縮器にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発させる蒸発器
   と、 前記蒸発器にて蒸発したＢ冷媒を吸収液に吸収させる吸
   収器と、を有するガス吸収式冷房システム、を備え、 前記冷媒圧縮式冷房システムの原動機より冷却水を介し
   て回収される排熱を、前記ガス吸収式冷房システムの再
   生器の加熱熱源としたことを特徴とする複合式冷房シス
   テム。
2. 【請求項２】 前記冷媒圧縮式冷房システムの凝縮器に
   て凝縮されたＡ冷媒を、前記ガス吸収式冷房システムの
   蒸発器で過冷却することを特徴とする請求項１記載の複
   合式冷房システム。
3. 【請求項３】 前記ガス吸収式冷房システムの蒸発器
   を、１０〜１５℃で運転可能としたことを特徴とする請
   求項２記載の複合式冷房システム。
4. 【請求項４】 前記ガス吸収式冷房システムの凝縮器及
   び／又は吸収器を空冷式としたことを特徴とする請求項
   ３記載の複合式冷房システム。
5. 【請求項５】 原動機にて駆動される圧縮機にてＡ冷媒
   を圧縮し、 前記圧縮機にて圧縮されたＡ冷媒を凝縮器にて凝縮し、 前記凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒を膨張弁にて膨張さ
   せ、 前記膨張弁にて膨張させたＡ冷媒を蒸発器にて蒸発さ
   せ、 かつ、再生器において、前記原動機の冷却排熱によって
   吸収液を加熱することにより、該吸収液にて吸収された
   Ｂ冷媒を該吸収液中から放出すると共に、該液を濃縮
   し、 前記再生器にて放出されたＢ冷媒を凝縮器にて凝縮し、 前記凝縮器にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発器にて蒸発さ
   せ、 前記蒸発器にて蒸発したＢ冷媒を吸収器にて吸収液に吸
   収させることを特徴とする複合式冷房方法。
6. 【請求項６】 凝縮されたＡ冷媒を、Ｂ冷媒の蒸発器に
   おいて過冷却することを特徴とする請求項５記載の複合
   式冷房方法。
7. 【請求項７】 前記Ｂ冷媒の蒸発器を、１０〜１５℃で
   運転することを特徴とする請求項６記載の複合式冷房方
   法。
8. 【請求項８】 前記Ｂ冷媒の凝縮器及び／又は吸収器を
   空冷することを特徴とする請求項７記載の複合式冷房方
   法。