JP2003004334A

JP2003004334A - 排熱回収式空気調和装置

Info

Publication number: JP2003004334A
Application number: JP2001191544A
Authority: JP
Inventors: Osayuki Inoue; 修行井上
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】冷房負荷及び排熱の状態に応じて、運転状態
を調節でき、経済的で効率のよい運転ができる空気調和
装置とその運転方法を提供する。【解決手段】排熱を再生器Ｇの熱源とする吸収冷温水
機１と、圧縮機５、熱源側熱交換器３及び１台以上の利
用側熱交換器４を備えた１台以上の圧縮冷凍機２とから
なる空気調和装置であって、前記１の蒸発器Ｅが１台以
上の２の３と熱交換関係にあるか、又は、１台以上の２
の３を兼用していて、前記１には、吸収器Ａ出口溶液と
蒸発器Ｅ出口液とを混合して吸収器散布管及び蒸発器散
布管に導く切替弁Ｖ１を有する配管１５を備えているこ
ととしたものであり、前記２には、５と並列に、５吸込
み側から吐出側に流れるように、逆止弁６を設けること
ができ、また、２には、ヒートポンプ運転ができる切替
機構を設けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に係
り、特に、エンジン、タービン、燃料電池等からの排熱
を熱源とする吸収冷温水機からの冷温水（冷凍効果）を
用いる圧縮冷凍機による排熱回収式空気調和装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】コージェネレーションシステムでは、電
気と共に、比較的温度の低い温水が供給される。この温
水は、温度があまり高くなく、低ポテンシャルエネルギ
に分類され、給湯又は暖房に利用されることが多い。最
近は、吸収冷凍機の熱源として冷房に利用することも多
くなってきている。コージェネレーションシステムの中
で、この温水は、エンジンの冷却（ジャケット温水）あ
るいはエンジン排気からの熱回収、あるいは、燃料電池
の場合の冷却用として得られる。低ポテンシャルエネル
ギ単独で、吸収冷凍機を運転する場合もあるが、複合冷
房装置として、高ポテンシャルエネルギと共に用い、必
要とする高ポテンシャルエネルギの量を減らそうという
使い方も提案され、採用され出している。

【０００３】ところで、低ポテンシャルエネルギ単独で
吸収冷温水機を運転する場合、冷暖負荷に対応した負荷
能力を取り出すことは、排熱の供給が不安定であるので
困難であり、また、これを解決するために、吸収冷凍機
の冷熱を圧縮冷凍機の放熱源として用いて循環冷媒を冷
却する冷凍装置が知られている（特開平１１−２２３４
１２号公報）。しかし、この冷凍装置においては、圧縮
冷凍機の熱源側熱交換器が、空気による冷却と吸収冷凍
機による冷却を直列に設けており、冷房負荷に関係なく
吸収冷凍機を運転しており、排熱供給や冷房負荷の増減
に対しての対応が不充分であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、冷暖房負荷及び排熱の状態に応じて、吸収冷
温水機と圧縮冷凍機の各熱源側熱交換器に接続する圧縮
機の運転状態を調節でき、経済的で効率のよい運転がで
きる空気調和装置を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を
備え、排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷温水機と、
圧縮機、熱源側熱交換器及び１台以上の利用側熱交換器
を備えた１台以上の圧縮冷凍機とからなる空気調和装置
であって、前記吸収冷温水機の蒸発器が、１台以上の圧
縮冷凍機の熱源側熱交換器と熱交換関係にあるか、又
は、１台以上の圧縮冷凍機の熱源側熱交換器を兼用して
いて、前記吸収冷温水機には、吸収器出口溶液と蒸発器
出口液とを混合して吸収器散布管及び蒸発器散布管に導
く切替弁を有する配管を備えていることを特徴とする空
気調和装置としたものである。

【０００６】また、本発明では、再生器、凝縮器、吸収
器及び蒸発器を備え、排熱を前記再生器の熱源とする吸
収冷温水機と、第１圧縮機、第２圧縮機、第１熱源側熱
交換器、第２熱源側熱交換器及び１台以上の利用側熱交
換器を備え、前記第１圧縮機と第１熱源側熱交換器とを
直列に第１冷媒回路で接続し、第２圧縮機と第２熱源側
熱交換器とを直列に第２冷媒回路で接続し、前記利用側
熱交換器を第１冷媒回路と第２冷媒回路とに並列に冷媒
回路で接続した圧縮冷凍機とからなる空気調和装置あっ
て、前記吸収冷温水機の蒸発器が、前記圧縮冷凍機の第
１熱源側熱交換器と熱交換関係にあるか、又は、前記圧
縮冷凍機の第１熱源側熱交換器を兼用していて、前記吸
収冷温水機には、吸収器出口溶液と蒸発器出口液とを混
合して吸収器散布管及び蒸発器散布管に導く切替弁を有
する配管を備えていることを特徴とする空気調和装置と
したものである。

【０００７】前記圧縮冷凍機には、圧縮機と並列に、圧
縮機吸込み側から吐出側に流れるように、逆止弁を設け
ることができ、これにより低負荷の冷房運転に対応する
ことができる。また、前記の空気調和装置の運転方法に
おいて、前記吸収冷温水機の再生器の熱源である排熱が
ないとき、吸収器に冷却水を流入させておき、前記吸収
器と蒸発器の液を混合する配管に備えた切替弁を切替え
て、吸収器出口溶液と蒸発器出口液とを混合し、その溶
液を吸収器散布管及び蒸発器散布管に導いて運転するこ
ととしたものである。さらに、前記空気調和装置におい
て、圧縮冷凍機は、前記吸収冷温水機を暖房運転した暖
房出力を低熱源とするヒートポンプ運転に切替える切替
機構を有するのがよく、これにより暖房負荷に対応する
ことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、排熱が無い場合でも、
圧縮冷凍機の凝縮熱の放出先として、吸収冷温水機が利
用（自然冷却を利用するフリークーリング）できるよう
にしたものである。すなわち、水冷式吸収冷温水機の場
合は、冷却水で吸収器の吸収溶液を冷却し、蒸発器に散
布した溶液を蒸発させて、前述の吸収器に吸収させるこ
とにしている。したがって、冷却水との接触は吸収器経
由であり、圧縮機側の熱交換器が冷却水で汚れることが
ない。空冷式吸収冷温水機の場合、外気で吸収器の吸収
溶液を冷却し、蒸発器に散布した溶液からの蒸発蒸気
を、吸収器に吸収させて、蒸発器を冷却する。

【０００９】次に、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図１〜４は、本発明の空気調和装置の各例を示すフ
ロー構成図である。図１〜４において、１は吸収冷温水
機、２は圧縮冷凍機、Ｅは蒸発器、Ａは吸収器、Ｇは再
生器、Ｃは凝縮器であり、３、３’は熱源側熱交換器、
４は利用側熱交換器（室内器）、５、５ａ、５ｂは圧縮
機、６、６ａ、６ｂは逆止弁、７は減圧機構、８は冷媒
液ポンプ、９は四方弁、１０は溶液熱交換器、１１〜１
８は吸収冷温水機の液配管、１９は熱輸送媒体用配管、
２０は冷却水配管、２１は排熱配管、２２〜２４は冷媒
配管であり、また、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは液循環ポ
ンプ、Ｖ１〜Ｖ４は切替弁である。

【００１０】まず、図１について説明すると、図１は、
本発明の空気調和装置を冷房専用に用いた場合であり、
吸収冷温水機１では、蒸発蒸気を吸収した希溶液は、吸
収器Ａから溶液ポンプＳＰにより溶液熱交換器１０の被
加熱側を経た後、配管１２から再生器Ｇに導入される。
再生器Ｇでは希溶液は加熱熱源である排熱２１により加
熱されて蒸気を蒸発して濃縮され、濃縮された濃溶液は
配管１３を通り溶液熱交換器１０で熱交換され、配管１
４から吸収器Ａに導入される。再生器Ｇで蒸発した蒸気
は、凝縮器Ｃに導入されて冷却水により冷却されて凝縮
し蒸発器Ｅに入る。蒸発器Ｅでは、液循環ポンプＲＰに
より配管１８、１７を通り循環されて凝縮液が蒸発し、
その際に蒸発熱を負荷側の熱輸送媒体から奪い冷却す
る。蒸発した蒸気は、吸収器Ａで濃溶液により吸収され
て、希溶液となり溶液ポンプで循環されるサイクルとな
る。吸収器Ａの冷却媒体は、ここでは水で説明している
が、空気でも差支えない。

【００１１】圧縮冷凍機２では、冷媒ガスが配管２２を
通り、冷媒ガスは圧縮機５で圧縮されて熱源側熱交換器
３で冷却液化され、減圧機構７で減圧されて利用側熱交
換器４でガス化されて冷熱を発生させる。そして、前記
熱源側熱交換器３は、排熱により冷房運転されている吸
収冷温水機１の蒸発器Ｅと配管１９で接続されており、
蒸発器Ｅからの冷熱を熱輸送媒体により熱源側熱交換器
３に送って、圧縮機５からの冷媒を冷却する。また、配
管１９を流れる熱輸送媒体である蒸発器からの冷水の温
度を検出器２５で検出して、圧縮機５の能力を調節する
ことができる。排熱の無いときの運転は、吸収冷温水機
が、配管１５の弁Ｖ１を開として、液循環ポンプＲＰを
停止し、溶液ポンプＳＰを運転して、吸収器Ａと蒸発器
Ｅに溶液を散布する。吸収器Ａに冷却媒体（冷却水）
を、蒸発器Ｅに被冷却媒体（熱輸送媒体）を通してい
る。この際、冷却水が、凝縮器Ｃも通過するのは差支え
ない。

【００１２】吸収器Ａへの散布の際、溶液の流動の関係
では、配管１６のバイパス弁Ｖ２を開とし、吸収器Ａに
流動し易いようにしたり、さらには、再生器Ｇへの流動
を停止するため配管１２の弁Ｖ３を閉止してもよい。排
熱を利用した吸収冷温水機１で、蒸発器Ｅの温度が低下
する場合、圧縮冷凍機の室内器４から冷媒蒸気を、配管
２３から熱源側熱交換器３で直接凝縮させてもよい。そ
の際、圧縮機５に並列に設けた逆止弁６を冷媒蒸気は通
る。室内器（利用側熱交換器４）が、室外器（熱源側熱
交換器３）よりも下にある場合、室内器４で蒸発した冷
媒蒸気が、上に有る室外器３で凝縮し、冷媒液は重力で
室内器４に戻り、自然循環が可能である。室外器３が高
い位置に無い場合、室外器３で凝縮した冷媒液を、冷媒
液ポンプ８により、室内器４に送り込んでもよい。

【００１３】排熱２１が無くとも、冷却水２０の温度が
低く、蒸発器Ｅの温度が低下するときも、圧縮冷凍機２
の室内器４からの冷媒蒸気を室外器３で凝縮させてもよ
い。吸収冷温水機１の蒸発器Ｅと室外器３を兼用とし、
蒸発器Ｅで圧縮冷凍機２の冷媒を直接凝縮させてもよ
い。圧縮機５の発停は、吸収冷温水機１の蒸発器Ｅの温
度、あるいは冷水温度、あるいは、熱源側熱交換器３の
圧縮冷凍機２の冷媒温度又は圧力等を信号にして行う。
圧縮機の容量制御は、室内器の空気温度などを基に行
う。吸収冷温水機１は、単効用だけでなく、多重効用で
あっても、一、二重効用であっても差支えない。

【００１４】図２は、図１と同様に冷房専用の場合を示
し、１台の吸収冷温水機１に、複数台の圧縮冷凍機２を
接続しており、その他は図１と同じで、同様の運転を行
い、同様の作用を有する。図３は、冷暖房運転の両方の
運転ができる装置であり、吸収冷温水機を暖房運転して
圧縮冷凍機の低熱源とし、圧縮冷凍機をヒートポンプ運
転して、装置の暖房運転が可能となる。図３では、図１
に圧縮冷凍機の冷媒回路に四方弁９を配して、圧縮冷凍
機をヒートポンプとして暖房用にも使用できるようにし
たものである。

【００１５】図３において、この装置を冷房用に用いる
場合は、四方弁９を実線の方向に冷媒液を流すことによ
り、前記図１と同様に作動されて冷熱を発生し、冷房に
供され、また、圧縮冷凍機をヒートポンプ運転して暖房
に用いる場合は、四方弁９を点線の方向に冷媒液を流し
て、冷媒液の流れ方向を逆にして利用側熱交換器４を凝
縮器とし、熱源側熱交換器３を蒸発器として作動させ、
熱源側熱交換器３には吸収冷温水機１を暖房運転して、
蒸発器Ｅから温水を取り出して熱源側熱交換器３に供給
する。このように、排熱２１を利用して吸収冷温水機１
を運転し、蒸発器Ｅから得る温水を基に、圧縮冷凍機２
の冷媒を蒸発させ、室内器４にて冷媒蒸気を凝縮させて
暖房に供している。この場合、圧縮機を運転しないで、
圧縮機に並列に設けた逆止弁を通って冷媒液を通しても
よい。室内器と室外器との位置関係によっては、冷媒液
をポンプで移送する必要がある。

【００１６】図４は、圧縮冷凍機２の熱源側熱交換器３
が、吸収冷温水機１の蒸発器Ｅとなっており、蒸発器Ｅ
で発生する冷温熱を直接圧縮冷凍機２の冷媒の凝縮・蒸
発に用いることができる。また、図４では、２台の圧縮
器５ａ、５ｂを持ったヒートポンプと、吸収冷温水機１
を用いた場合を示し、暖房時、再生器Ｇにて排熱で加熱
され発生した蒸気を、蒸発器Ｅに導いて凝縮させ、圧縮
ヒートポンプの低熱源としている。冷房時、蒸発器Ｅの
冷凍能力を、圧縮ヒートポンプの放熱先としている。冷
暖房の運転は、図１及び図３と同様に行うことができ
る。図４では、１台の圧縮器５ｂは、別の熱源側熱交換
器３’に接続されて、排熱がない場合のもう１つの対応
が可能なようにしている。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮冷凍機の熱源とし
て、排熱を利用する吸収冷温水機を利用すると共に、排
熱が無い場合でも、フリークーリング運転することがで
き、吸収冷温水機の出力により圧縮冷凍機の能力を調節
でき、排熱を有効に利用して、圧縮冷凍機を効果的に運
転することができる排熱回収式空気調和装置が得られ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和装置の一例を示すフロー構成
図。

【図２】本発明の空気調和装置の他の例を示すフロー構
成図。

【図３】本発明の空気調和装置の他の例を示すフロー構
成図。

【図４】本発明の空気調和装置の別の例を示すフロー構
成図。

【符号の説明】

１：吸収冷温水機、２：圧縮冷凍機、３、３’：熱源側
熱交換器、４：利用側熱交換器（室内器）、５、５ａ、
５ｂ：圧縮機、６、６ａ、６ｂ：逆止弁、７：減圧機
構、８：冷媒液ポンプ、９、９ａ、９ｂ：四方弁、１
０：溶液熱交換器、１１〜１８：吸収冷温水機の液配
管、１９：熱輸送媒体用配管、２０：冷却水配管、２
１：排熱配管、２２〜２４：冷媒配管、２５：温度検出
器、Ｅ：蒸発器、Ａ：吸収器、Ｇ：再生器、Ｃ：凝縮
器、ＳＰ：溶液ポンプ、ＲＰ：液循環ポンプ、Ｖ１〜Ｖ
４：切替弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を備
え、排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷温水機と、圧
縮機、熱源側熱交換器及び１台以上の利用側熱交換器を
備えた１台以上の圧縮冷凍機とからなる空気調和装置で
あって、前記吸収冷温水機の蒸発器が、１台以上の圧縮
冷凍機の熱源側熱交換器と熱交換関係にあるか、又は、
１台以上の圧縮冷凍機の熱源側熱交換器を兼用してい
て、前記吸収冷温水機には、吸収器出口溶液と蒸発器出
口液とを混合して吸収器散布管及び蒸発器散布管に導く
切替弁を有する配管を備えていることを特徴とする空気
調和装置。
【請求項２】再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を備
え、排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷温水機と、第
１圧縮機、第２圧縮機、第１熱源側熱交換器、第２熱源
側熱交換器及び１台以上の利用側熱交換器を備え、前記
第１圧縮機と第１熱源側熱交換器とを直列に第１冷媒回
路で接続し、第２圧縮機と第２熱源側熱交換器とを直列
に第２冷媒回路で接続し、前記利用側熱交換器を第１冷
媒回路と第２冷媒回路とに並列に冷媒回路で接続した圧
縮冷凍機とからなる空気調和装置であって、前記吸収冷
温水機の蒸発器が、前記圧縮冷凍機の第１熱源側熱交換
器と１熱交換関係にあるか、又は、前記圧縮冷凍機の第
１熱源側熱交換器を兼用していて、前記吸収冷温水機に
は、吸収器出口溶液と蒸発器出口液とを混合して吸収器
散布管及び蒸発器散布管に導く切替弁を有する配管を備
えていることを特徴とする空気調和装置。
【請求項３】前記圧縮冷凍機には、圧縮機と並列に、
圧縮機吸込み側から吐出側に流れるように、逆止弁を設
けたことを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和装
置。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の空気調和装置
の運転方法において、前記吸収冷温水機の再生器の熱源
である排熱がないとき、吸収器に冷却水を流入させてお
き、前記吸収器と蒸発器の液を混合する配管に備えた切
替弁を切替えて、吸収器出口溶液と蒸発器出口液とを混
合し、その溶液を吸収器散布管及び蒸発器散布管に導い
て運転することを特徴とする空気調和装置の運転方法。
【請求項５】前記圧縮冷凍機は、前記吸収冷温水機を
暖房運転した暖房出力を低熱源とするヒートポンプ運転
に切替える切替機構を有することを特徴とする請求項
１、２又は３記載の空気調和装置。