JP2003307364A

JP2003307364A - 吸収式と圧縮式とを組合せた冷凍装置

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Publication number: JP2003307364A
Application number: JP2002111629A
Authority: JP
Inventors: Osayuki Inoue; 修行井上; Izumi Hashimoto; 泉橋本; Kiichi Irie; 毅一入江; Tetsuya Endo; 哲也遠藤; Atsushi Aoyama; 淳青山; Tomoyuki Uchimura; 知行内村; Yukihiro Fukuzumi; 幸大福住
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP3874263B2

Abstract

(57)【要約】【課題】冷房負荷及び吸収冷凍効果の状態に応じて圧
縮冷凍機の運転状態を調節でき、経済的で効率のよい運
転ができる冷凍装置を提供する。【解決手段】排熱を熱源として冷凍効果を発揮する蒸
発器Ｅを有する吸収冷凍機と、１台以上の圧縮機Ｍｃ、
冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅｃ、外気又は冷却水で冷却
する第一凝縮器、前記吸収冷凍機の蒸発器Ｅと熱交換関
係に接続した第二凝縮器及び／又は過冷却器を有する圧
縮冷凍機とを組合せた冷凍装置であって、前記蒸発器Ｅ
への負荷量を調節する手段と、該蒸発器Ｅの温度を検出
する温度センサーとを具備していることとしたものであ
り、前記圧縮冷凍機は、吸収冷凍機１台に対し、複数台
接続することができ、前記各圧縮冷凍機は、第二凝縮器
側及び／又は過冷却器側から蒸発器Ｅへの負荷量を、一
括又は分割して、又は、個別に調節する手段を有してい
るのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置に用
いることができる冷凍装置に係り、特に、エンジン、タ
ービン、各種プラント等からの排熱を熱源とする吸収冷
凍機又は吸収冷温水機からの冷凍効果を、圧縮冷凍機と
組合せて有効利用する冷凍装置に関する。

【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く、ま
た最近は、吸収冷凍機の熱源として冷房に利用されるこ
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ガスからの熱回収、あるいはガ
スタービンの排ガスからの熱回収で得られる。なお、排
ガスを温水に変換せず、直接吸収冷凍機の熱源とするこ
ともある。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】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出
すことは、排熱の供給量が少なかったり、不安定であっ
たりして困難であり、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
−２２３４１２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、圧縮冷凍機
の圧縮機を運転しない限り、吸収冷凍機の冷凍効果を利
用することができなかった。また、冷媒液を冷却してい
るだけであるので、吸収冷凍機の熱源熱量（温水熱量な
ど）が多くなっても、利用できる吸収冷凍効果の量を多
くすることができず、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
術の問題点を解消し、冷房負荷及び吸収冷凍効果の状態
に応じて圧縮冷凍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に用いることができ
る冷凍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、排熱を再生器の熱源として冷凍効果を
発揮する蒸発器Ｅを有する吸収冷凍機と、１台以上の圧
縮機、冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅｃ、外気又は冷却水
で冷却する第一凝縮器、前記吸収冷凍機の蒸発器Ｅと熱
交換関係に接続した第二凝縮器及び／又は過冷却器を有
する圧縮冷凍機とを組み合せた冷凍装置であって、前記
蒸発器Ｅへの負荷量を調節する手段と、該蒸発器Ｅの温
度を検出する温度センサーとを具備していることを特徴
とする吸収式と圧縮式とを組合せた冷凍装置としたもの
である。前記冷凍装置において、圧縮冷凍機は、吸収冷
凍機１台に対し、複数台接続することができ、前記各圧
縮冷凍機は、第二凝縮器側及び／又は過冷却器側から蒸
発器Ｅへの負荷量を、一括又は分割して、又は、個別に
調節する手段を有しているのがよく、該負荷量を調節す
る手段は、第二凝縮器側からの負荷量と、過冷却器側か
らの負荷量とを別々に調節する手段を有しているのがよ
く、また、該負荷量を別々に調節する手段は、吸収冷凍
機の蒸発器Ｅの温度が所定値以下の時に、第二凝縮器側
からの負荷量を、過冷却器側からの負荷量よりも優先し
て、吸収冷凍機の蒸発器Ｅに与えるように調節する手段
を有することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、吸収冷凍機の出力（冷
凍効果）で、冷媒蒸気を直接冷却凝縮させて利用あるい
は過冷却（圧縮機で圧縮した冷媒を外気等で冷却凝縮さ
せ、その冷媒液を過冷却）に利用するなどのシステムの
制御に関するものであり、特に、複数台の圧縮冷凍機と
１台の吸収冷凍機とを組合せたシステムの制御に関する
ものである。圧縮式側と吸収式側とを関連付けて制御す
ることも考えられるが、制御系（特にマイコンを利用し
た場合のプログラム）が複雑になり過ぎる問題点があ
り、それぞれ独立が簡易である。吸収冷凍機側が、吸収
冷凍機の蒸発器Eに加える各圧縮冷凍機からの負荷量を
制御、各圧縮冷凍機への熱搬送媒体量などを調節する。
圧縮冷凍機側は、熱搬送媒体の保有熱を利用できるだけ
利用する制御をするものとし、吸収冷凍機側と圧縮冷凍
機側の制御はそれぞれ独立したものとすることに特徴が
ある。

【０００７】吸収冷凍機に負荷をかけ過ぎると、吸収冷
凍機の蒸発温度が上昇し、圧縮機の冷媒蒸気を直接凝縮
させることができなくなり、場合によっては、圧縮機一
台当りの過冷却効果も減少することになる。本発明は、
圧縮冷凍機からの負荷を、吸収冷凍機側から一方的に制
御しようとするものである。圧縮冷凍機は、搬送された
吸収冷凍効果（熱搬送媒体）を有効に利用するように、
吸収冷凍機からは独立して制御する。通常、吸収冷凍機
の容量制御は、蒸発器温度（冷水あるいは冷媒温度）を
目標値になるように、吸収冷凍機の再生器への熱量を調
節するのが一般的である。本発明は排熱を熱源として利
用した吸収冷凍機であり、排熱はできるだけ利用し、冷
熱として圧縮冷凍機側になるべく多量に利用しようとす
るシステムである。しかし、圧縮冷凍機側から一方的に
大きな負荷（冷凍機の能力以上あるいは、排熱熱量から
製造できる冷熱以上に）が掛かると、上記のような蒸発
温度の上昇という問題が出る。

【０００８】次に、本発明を図面を用いて詳細に説明す
る。図１〜図４は、本発明の冷凍装置の構成機器の接続
例を示すフロー構成図である。図において、圧縮冷凍機
側の構成機器は、Ｍｃは圧縮機、Ｅｃは蒸発器、Ｃｃ１
は第一凝縮器、Ｃｃ２は第二凝縮器、Ｔａ、ＴＲ、Ｔｓ
は温度センサー、Ｓｃは過冷却器を示す。また、吸収冷
凍機側の構成機器は、Ａは吸収器、Ｅは蒸発器、Ｇは再
生器、Ｃは凝縮器、ＳＰは吸収溶液ポンプ、ＲＰは冷媒
ポンプ、１は吸収冷凍機、１０は熱交換器、１１〜１
４、１６は溶液管路、１５、１７、１８は冷媒管路、１
９は冷水循環路、２０は冷却水循環路、２１は排熱源流
路を示す。

【０００９】図１において、吸収冷凍機１では、冷媒を
吸収した溶液は、吸収器Ａから吸収溶液ポンプＳＰによ
り熱交換器１０の被加熱側を通り、管路１２から再生器
Ｇへと導かれる。再生器Ｇでは、溶液は、外部ガスター
ビン等からの排ガスを熱源２１として加熱されて冷媒を
蒸発して濃縮され、管路１３から熱交換器１０の加熱側
を通り、吸収器Ａへ導入される。一方、再生器Ｇで発生
した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃにおいて冷却水により凝縮し
た後蒸発器Ｅへと導かれ、蒸発器Ｅでは、冷水循環路１
９から潜熱を奪うことで冷水の取り出しが可能となる。
このように、吸収冷凍機１からの冷熱は、蒸発機Ｅで冷
却される冷水で搬送している。冷水にかかる負荷は、第
二凝縮器Ｃｃ２に送る冷水量で調節する。例えば、冷水
出口温度が目標温度になるように送水量を調節する。

【００１０】また、過冷却器Ｓｃがある場合、過冷却器
Ｓｃに送る冷水量で調節する。過冷却器Ｓｃへの送水
は、第二凝縮機Ｃｃ２を出た後にしている。例えば、冷
水出口温度が目標温度になるように、第二凝縮器系統へ
の送水量を調節し、全開としても余裕があれば、過冷却
器Ｓｃへも送水する。第二凝縮器Ｃｃ２は、低温であれ
ば、Ｅｃからの冷媒蒸気を直接凝縮させることができる
ので、低温水（吸収冷凍機出口の冷水）を送水する。過
冷却器Ｓｃは、外気より温度が低ければ充分効果が出る
ので、ある程度温度上昇した冷水を送水して差支えな
い。

【００１１】図１では、温度の低い冷水を、Ｎｏ．１圧
縮冷凍機の第二凝縮器→Ｎｏ．２圧縮冷凍機の第二凝縮
器→・・・→Ｎｏ．n圧縮冷凍機の第二凝縮器と直列に
送水し、その後、逆にＮｏ．n圧縮冷凍機の過冷却器→
・・・→Ｎｏ．２圧縮冷凍機の過冷却器→Ｎｏ．１圧縮
冷凍機の過冷却器に送水している。第二凝縮器Ｃｃ２で
Ｅｃの冷媒蒸気が直接凝縮できる場合、圧縮機Ｍｃを運
転しなくてよい場合が多く、一方、冷水温度が上昇し、
直接凝縮できない場合は、圧縮機が運転し、第一凝縮器
Ｃｃ１で冷媒が凝縮するので、過冷却器Ｓｃへの送水順
を、圧縮機運転の可能性の高い順に流している。流し方
は、これにとらわれることはなく、各圧縮機に並列に送
水しても差支えない。各圧縮冷凍機への冷水流量を個別
に調節し、冷水負荷を制御してもよい。

【００１２】次に、図２を用いて、圧縮冷凍機での挙動
を説明する。図２において、（ａ）は本発明に用いる圧
縮冷凍機の全体構成図で、（ｂ）はＥｃ部詳細図であ
る。図２（ａ）において、蒸発器Ｅｃからの冷媒蒸気
は、圧縮機Ｍｃ停止中は、第二凝縮器Ｃｃ２に吸引さ
れ、圧縮機Ｍｃ運転中は、圧縮機Ｍｃ又は圧縮機Ｍｃと
第二凝縮器Ｃｃ２に吸引される。吸収式からの熱搬送媒
体の温度が低く、第二凝縮器Ｃｃ２で冷媒蒸気が凝縮可
能であれば、第二凝縮器Ｃｃ２に吸引される。吸収式か
らの熱搬送媒体の温度が高く、第二凝縮器Ｃｃ２で冷媒
蒸気が凝縮不可能であれば、冷媒蒸気の形で第二凝縮器
Ｃｃ２に存在し、伝熱はほとんど生じない。吸収冷凍機
から第二凝縮器に送る冷水温度が高いと、冷水を送って
も負荷はかからない。冷水温度が高い状態で付加をかけ
たい場合は、過冷却器で負荷をかけてもよい。図中、過
冷却器Ｓｃを示しているが、なくても差支えない。

【００１３】図２（ｂ）では、蒸発器Ｅｃの１例とし
て、室内機（空気冷却器）を示す。各室内機毎に制御器
を設け、温度計測、膨張弁調節などを行う。圧縮機容量
制御では、目標室温Ｔｏをリモコンで設定あるいは制御
器で直接設定し、室温センサーＴａと比較し、差温△Ｔ
＝Ｔａ−Ｔｏで要求能力として、圧縮機Ｍｃの制御器に
送る。要求能力は、各蒸発器の容量を加味した合算値あ
るいは荷重平均値を用いる。要求能力にて、例えば、表
１のような周波数で圧縮機Ｍｃを運転する。温度差が低
下しているときは下り勾配（Ｘ側）、増加しているとき
は上り勾配（Ｙ側）の周波数とする。室温が、下り勾配
のときと上り勾配のときで、同じ領域で０．４℃の差を
持たせているので、これがヒステリシスの役目をし周波
数の頻繁な変化を抑えることができる。

【００１４】

【表１】

【００１５】圧縮機Ｍｃ停止後は、第二凝縮器Ｃｃ２の
凝縮能力を制限する。たとえば、蒸発器Ｅｃ出口の過熱
度目標値を増大させて凝縮能力を制限する。その例を示
すと、表２のように、目標過熱度を設定する。 △Ｔ＝−０．８℃で、過熱度ＳＨ＝４．０℃、 △Ｔ＝−１．６℃で、過熱度ＳＨ＝８．０℃とし、 △Ｔ＝−０．８℃以下で、過熱度をＳＨ＝−５×△Ｔと
している。過熱度増大により、第二凝縮器の凝縮能力が制限される
理由は、過熱度を大きくするため、蒸発器を流れる冷媒
流量が絞られ、その結果出口圧力が低下し、第二凝縮器
の凝縮能力が低下するためである。過熱度目標値は、圧
縮機Ｍｃを運転している時は、過熱度は変動に対して追
従して制御できる範囲でなるべく小さくすることが、必
要動力の低下、効率の上昇の点から望ましい（通常４℃
程度）。しかし、圧縮機停止後は、動力が関係しないの
で、蒸発器Ｅｃ出口圧力を低下させて差支えなく、過熱
度を大きく設定する。

【００１６】

【表２】蒸発器Ｅｃでは、蒸発器出口の温度センサーＴＲで、冷
媒過熱蒸気温度を測定し、一方、冷媒液をキャピラリで
流量制限をして供給し、飽和温度を温度センサーＴｓで
測定する。過熱度△Ｔｓｈ＝ＴＲ−Ｔｓを求め、目標過
熱度になるように、膨張弁（冷媒供給弁）を調節する。
圧縮機Ｍｃは複数台で構成してもよし、また複数台の場
合、１台をインバータによる制御、他を台数制御（発
停）による制御としてもよい。

【００１７】図３では、圧縮機Ｍｃ１と第一凝縮器Ｃｃ
１の系統と、圧縮機Ｍｃ２（低ヘッド圧縮機）と第二凝
縮器Ｃｃ２の系統とを持った構成を示す。第二凝縮器の
温度が所定温度以下（あるいは、吸収冷凍機の蒸発温度
又は搬送媒体の温度が所定値以下）であれば、第二凝縮
器系統の圧縮機Ｍｃ２を停止した状態で、冷媒蒸気を直
接凝縮させることができる。Ｅｃの要求能力を、前記の
直接凝縮だけで満足できない場合、第一凝縮器系統の圧
縮機Ｍｃ１を運転し、能力をバックアップする。このと
き、過冷却器Ｓｃが役立つ。吸収冷凍機の蒸発温度ある
いは搬送媒体の温度が、所定値以上の場合、第二凝縮器
系統の圧縮機Ｍｃ２を運転し、第二凝縮器Ｃｃ２で凝縮
させることもできる。図３では、吸収冷凍効果の搬送を
冷媒で行う例（潜熱搬送の例）で示している。各圧縮冷
凍機への冷熱量を冷媒液の絞り弁で個別に調節可能とし
ている。

【００１８】図４では、圧縮機Ｍｃの後に第一凝縮器Ｃ
ｃ１を接続し、さらにその後に、第二凝縮器Ｃｃ２又は
過冷却器Ｓｃを設けた例を示す。第二凝縮器Ｃｃ２と過
冷却器Ｓｃとは兼用としてもよい。圧縮機Ｍｃを運転し
第一凝縮器Ｃｃ１で凝縮させ、凝縮液を絞り弁を通して
過冷却器Ｓｃに供給する。該絞り弁を全開にすると、圧
縮蒸気がより低温の過冷却器（第二凝縮器）に吸引され
て凝縮する。冷水温度が低い場合、圧縮機Ｍｃを停止
し、第二凝縮器Ｃｃ２でＥｃからの冷媒蒸気を直接凝縮
させる。冷水温度が所定値以上の場合、圧縮機Ｍｃを運
転し、過冷却器Ｓｃとして動作させる。場合によって
は、圧縮蒸気の凝縮器としてもよい。図４では、吸収冷
凍効果を冷水で各圧縮冷凍機に並列に搬送し、個別に流
量調節をしている。

【００１９】吸収冷凍機の冷凍効果を搬送する方式は、
冷水で冷熱を運ぶ（顕熱輸送）、又は、潜熱を利用する
媒体で熱移送あるいは吸収冷凍機の蒸発器Ｅａの冷媒液
を、熱交換関係にある圧縮冷凍機の機器（第二凝縮器Ｃ
ｃ２、過冷却器Ｓｃ）に導き、吸収冷凍機に戻った冷媒
液を蒸発器で直接膨張させるなど各種方式がある。本発
明において、吸収冷凍機は、単効用、二重効用、一二重
効用等、特に限定はなく、また吸収冷凍機の作動媒体に
よる限定もない。熱源の形態も、温水、水蒸気、燃料あ
るいは排ガスなど、特に限定はない。また、排熱に限定
せず、安価な燃料などを熱源とする吸収冷凍機であって
もよい。また、本発明では、１台の圧縮冷凍機を構成す
る各機器は複数器であっても差支えない。圧縮冷凍機と
して、説明しているが、配管切換でヒートポンプによる
暖房運転とする形態をとってもよい。そのとき、吸収冷
凍機を冷温水機として温熱をヒートポンプに与え、ある
いは、排熱源を直接ヒートポンプに与えても良い。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、圧縮冷凍機の圧縮機を運転せ
ず、吸収冷凍効果単独でも冷媒回路の冷凍能力（圧縮冷
凍機の冷凍能力）を出すことができ、また、圧縮機を運
転している時でも、吸収冷凍効果を充分発揮できるよう
にしている。また、吸収冷凍効果を優先的に用い、吸収
冷凍効果単独での運転を可能とし、冷房負荷及び吸収冷
凍効果の状態に応じて圧縮冷凍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とし
て用いることができる冷凍装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷凍装置の構成機器の一例を示すフロ
ー構成図。

【図２】本発明の冷凍装置の圧縮冷凍機の構成機器の一
例を示すフロ構成図で、（ａ）は全体図、（ｂ）はＥｃ
部詳細図。

【図３】本発明の冷凍装置の構成機器の他の例を示すフ
ロー構成図。

【図４】本発明の冷凍装置の構成機器の他の例を示すフ
ロー構成図。

【符号の説明】

Ｍｃ、Ｍｃ１、Ｍｃ２：圧縮機、Ｅｃ：蒸発器、Ｃｃ
１：第一凝縮器、Ｃｃ２：第二凝縮器、Ｓｃ：過冷却
器、Ｔａ、ＴＲ、Ｔｓ：温度センサー、Ａ：吸収器、
Ｇ：再生器、Ｃ：凝縮器、Ｅ：蒸発器、ＳＰ：吸収溶液
ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、２：冷水ポンプ、３：温度
センサー、４：制御器、５、６：調節弁、７：膨張弁、
８：調節弁、１０：熱交換器、１１〜１４、１６：溶液
管路、１５、１７、１８：冷媒管路、１９：冷水循環
路、２０：冷却水循環路、２１：排熱源流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入江毅一東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者遠藤哲也東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者青山淳東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者内村知行東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者福住幸大東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排熱を再生器の熱源として冷凍効果を発
揮する蒸発器Ｅを有する吸収冷凍機と、１台以上の圧縮
機、冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅｃ、外気又は冷却水で
冷却する第一凝縮器、前記吸収冷凍機の蒸発器Ｅと熱交
換関係に接続した第二凝縮器及び／又は過冷却器を有す
る圧縮冷凍機とを組合せた冷凍装置であって、前記蒸発
器Ｅへの負荷量を調節する手段と、該蒸発器Ｅの温度を
検出する温度センサーとを具備していることを特徴とす
る吸収式と圧縮式とを組合せた冷凍装置。
【請求項２】前記圧縮冷凍機は、吸収冷凍機１台に対
し、複数台接続することを特徴とする請求項１記載の冷
凍装置。
【請求項３】前記各圧縮冷凍機は、第二凝縮器側及び
／又は過冷却器側から蒸発器Ｅへの負荷量を、一括又は
分割して、又は、個別に調節する手段を有していること
を特徴とする請求項２記載の冷凍装置。
【請求項４】前記負荷量を調節する手段は、第二凝縮
器側からの負荷量と、過冷却器側からの負荷量とを別々
に調節する手段を有していることを特徴とする請求項３
記載の冷凍装置。
【請求項５】前記負荷量を別々に調節する手段は、吸
収冷凍機の蒸発器Ｅの温度が所定値以下の時に、第二凝
縮器側からの負荷量を、過冷却器側からの負荷量よりも
優先して、吸収冷凍機の蒸発器Ｅに与えるように調節す
る手段を有することを特徴とする請求項４記載の冷凍装
置。