JP2011089722A

JP2011089722A - 冷凍・空調方法及び装置

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Publication number: JP2011089722A
Application number: JP2009244333A
Authority: JP
Inventors: Akira Hirai; 晃平井; Koichi Someya; 耕一染矢; Tamon Yagihashi; 多聞八木橋; Makoto Uchida; 真内田; Tetsuji Yoshioka; 徹治吉岡; Hajime Yatsuhashi; 元八橋
Original assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】自然エネルギーを利用したヒートポンプや太陽熱集熱器による熱を利用して、ＣＯ₂排出量の少ない冷凍・空調システムを提供する。
【解決手段】
吸収器５０、再生器５２、凝縮器５４及び蒸発器５６を少なくとも備えた吸収式冷凍機５８の再生器５２とヒートポンプ給湯器６８とを、貯湯槽７０及び給湯管７４を介して接続し、この貯湯槽７０に熱交換器７８を介して太陽熱集熱器８０を接続し、太陽熱集熱器８０により発生した温水及びヒートポンプ給湯器６８により発生した温水を吸収式冷凍機５８の駆動熱源の少なくとも一部に使用するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自然エネルギーを利用したヒートポンプによる熱や太陽熱を利用して、ＣＯ₂排出量が少なくなるようにした冷凍・空調システム（方法及び装置）に関するものである。

従来、吸収式冷凍機の一例として、図５に示すものが知られている。この吸収式冷凍機は、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）が吸収器１０から再生器１４に流されるというサイクルを構成している。この吸収式冷凍機における吸収サイクルを説明すると、まず、吸収器１０で多量の冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた吸収液（希吸収液又は希溶液）が吸収器１０から熱交換器１２に送給され、この熱交換器１２により加熱された後に再生器１４に送給される。前記希吸収液（希溶液）は、この再生器１４において再生され、吸収している冷媒の一部を放出し濃度がその分高くなって濃吸収液（濃溶液）となる。

この濃吸収液は、熱交換器１２の加熱側に前記希吸収液を加熱する加熱源として戻された後、前記吸収器１０に帰還する。この帰還した吸収液は吸収器１０において伝熱管上に散布され、冷却水により冷却されながら再び冷媒蒸気を吸収して前記希吸収液となる。３２は吸収液ポンプ、３６は冷媒ポンプ、３８は冷却水ポンプである。

再生器１４には、加熱源（駆動熱源）として温水又はスチームが供給される。再生器１４からの冷媒蒸気は凝縮器２２に戻されて凝縮する。凝縮器２２からの冷媒液（例えば、水）は蒸発器２４に入り、この凝縮した冷媒液が冷媒ポンプ３６により蒸発器２４の伝熱管（水が流通している）に散布され蒸発潜熱により冷却されて冷水が得られる。

また、従来、太陽熱集熱器とヒートポンプとを組み合わせた給湯システムが知られている。しかし、このシステムは給湯のみを目的とするもので、空調は行うことができない。

さらに、従来、太陽熱を活用した冷暖房・給湯システムが知られている。このシステムは、太陽熱集熱器と吸収式冷温水機とヒートポンプとを組み合わせる構成であるが、ヒートポンプからの温水は、吸収式冷温水機へは供給されず、貯湯槽を介して直接給湯される。

特開平８−６１７４９号公報

解決しようとする問題点は、ヒートポンプで発生した熱が、吸収式冷凍機の駆動熱源として利用されていない点である。

本発明は、ＣＯ₂排出量の小さな冷凍・空調システムを提供するために、ヒートポンプにより発生した温水又は水蒸気を、吸収式冷凍機の駆動熱源の全部又は一部に使用することを最も主要な特徴とする。

本発明の冷凍・空調方法は、ヒートポンプにより発生した温水及び水蒸気のいずれかを吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用することを特徴としている。

また、本発明の方法は、太陽熱集熱器により発生した温水及び水蒸気のいずれか、並びにヒートポンプにより発生した温水及び水蒸気のいずれかを吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用することを特徴としている。

また、本発明の方法は、ヒートポンプにより発生した温水を吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用する方法であって、、ヒートポンプの熱を貯湯槽に流入させた後、貯湯槽からの温水の熱を外部で利用してヒートポンプに戻すことを特徴としている。

さらに、本発明の方法は、太陽熱集熱器により発生した温水及びヒートポンプにより発生した温水を吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用する方法であって、、ヒートポンプの熱を貯湯槽に流入させた後、吸収式冷凍機で駆動熱源として利用し、その温水温度がある一定温度を超える場合は、その熱を外部で利用して前記のある一定温度以下にしてヒートポンプに戻すことを特徴としている。

これらの方法において、熱の外部利用として、貯湯槽からの温水の熱で吸収式冷凍機の希溶液を加熱することが望ましい。すなわち、ヒートポンプの運転上の制約により、ヒートポンプに戻る温水温度がある一定温度以下（例えば６５℃以下）である場合には、当該温水を吸収式冷凍機の駆動熱源に利用したのち（例えば７０℃〜８５℃）、外部の冷却器などで放熱する必要があるが、その時、その温水の全部又は一部を、吸収式冷凍機の再生器で加熱されて再生される希吸収液の予熱（希溶液加熱器）に利用すれば、吸収式冷凍機の効率が向上して、望ましい結果が得られる。
この場合、ヒートポンプにある一定温度以下（例えば６５℃以下）で温水が戻るように、温度を検知して冷却器及び希溶液加熱器の少なくともいずれかで温度調節するようにする。

これらの方法において、吸収式冷凍機へ供給する温水温度Ａによって、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節することが望ましい。
また、吸収式冷凍機へ供給する温水温度Ａが一定になるように、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節することが望ましい。
また、吸収式冷凍機の冷水出口温度Ｂ１及び冷水出口温度差（Ｂ２−Ｂ１）のいずれかによって、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節することが望ましい。さらに、吸収式冷凍機の冷水出口温度Ｂ１が一定になるように、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節する場合もある。また、吸収式冷凍機の代りに吸着式冷凍機及びデシカント空調機のいずれかを用いてもよい。

本発明の冷凍・空調装置は、吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、給湯管及び水蒸気供給管のいずれかを介して接続したことを特徴としている。

また、本発明の装置は、吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、貯湯槽及び給湯管を介して接続し、この貯湯槽に熱交換器を介して太陽熱集熱器を接続したことを特徴としている。

また、本発明の装置は、吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、貯湯槽及び給湯管を介して接続した装置であって、ヒートポンプにより発生した温水を貯える貯湯槽とヒートポンプを接続する温水循環管に、希溶液加熱器及び冷却器の少なくともいずれかを接続して、ヒートポンプに戻る温水の温度を調節するようにしたことを特徴としている。

さらに、本発明の装置は、吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、貯湯槽及び給湯管を介して接続し、この貯湯槽に熱交換器を介して太陽熱集熱器を接続した装置であって、ヒートポンプにより発生した温水を貯える貯湯槽とヒートポンプを接続する温水循環管に、希溶液加熱器及び冷却器の少なくともいずれかを接続して、ヒートポンプに戻る温水の温度を調節するようにしたことを特徴としている。また、吸収式冷凍機の代りに吸着式冷凍機及びデシカント空調機のいずれかを設けてもよい。

本発明の冷凍・空調方法及び装置は、ヒートポンプで発生した熱、さらには太陽熱を吸収式冷凍機の駆動熱源の全部又は一部に利用しているので、従来使用されていた燃料や水蒸気の使用量を零にするか、又は少なくすることができる。このため、ＣＯ₂排出量の削減を図ることができる。

図１は本発明の冷凍・空調装置の一例を示す説明図である。図２は本発明の冷凍・空調装置の他の例を示す説明図である。図３は本発明の例えば図６に示す冷凍・空調装置における貯湯槽まわりの詳細の一例を示す説明図である。図４は本発明の例えば図６に示す冷凍・空調装置における貯湯槽まわりの詳細の他の例を示す説明図である。図５は本発明の例えば図６に示す冷凍・空調装置における貯湯槽まわりの詳細のさらに他の例を示す説明図である。図６は本発明の冷凍・空調装置の全体を示す説明図である。図７は従来の吸収式冷凍機の一例を示す説明図である。

ＣＯ₂排出量の小さな冷凍・空調システムを提供するという目的を、ヒートポンプからの熱、さらには太陽熱を吸収式冷凍機の駆動熱源として利用することにより実現した。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施できるものである。
図１は、本発明の実施の第１形態における冷凍・空調装置を示している。５０は吸収器、５２は再生器、５４は凝縮器、５６は蒸発器で、吸収式冷凍機５８は、５０、５２、５４、５６を少なくとも備えている。６０は冷却塔、６２は冷凍・空調負荷、６４は冷却水管、６６は冷水ポンプである。なお、吸収式冷凍機５８に含まれる熱交換器、配管類、ポンプ類等は図示を省略している。

このように、吸収器５０、再生器５２、凝縮器５４及び蒸発器５６を少なくとも備えた吸収式冷凍機５８において、再生器５２とヒートポンプ給湯器６８とを、貯湯槽７０及び給湯管７４を介して接続している。７２は温水管、７６は温水ポンプである。

このように構成された装置において、ヒートポンプにより発生した温水を吸収式冷凍機５８の駆動熱源に使用する。
図１は、ヒートポンプの熱を全量、吸収式冷凍機５８の駆動熱源として用いる場合を示しているが、ヒートポンプの熱の一部を吸収式冷凍機５８の駆動熱源に用い、ガス、油、水蒸気等の他の熱源と併用してもよい。

また、図１は、ヒートポンプで発生した温水を用いる場合を示しているが、ヒートポンプによって発生した水蒸気を用いてもよい。また、バックアップとしてボイラの熱を用いてもよい。
図１は一例として、単効用形（一重効用形）吸収式冷凍機の場合を示しているが、二重効用、三重効用、多重効用形吸収式冷凍機にも、本発明を勿論適用することができる。

図２は、本発明の実施の第２形態における冷凍・空調装置を示している。本実施形態は、吸収器５０、再生器５２、凝縮器５４及び蒸発器５６を少なくとも備えた吸収式冷凍機５８において、再生器５２とヒートポンプ給湯器６８とを、貯湯槽７０及び給湯管７４を介して接続し、さらに、この貯湯槽７０に熱交換器７８を介して太陽熱集熱器８０を接続している。７２は温水管、８２は熱媒体循環管、８４は湯循環ポンプ、８６は湯循環管である。

このように構成された装置において、太陽熱集熱器８０により発生した温水並びにヒートポンプにより発生した温水を吸収式冷凍機５８の駆動熱源に使用する。
図２は、太陽熱集熱器８０及びヒートポンプの熱を全量、吸収式冷凍機５８の駆動熱源として用いる場合を示しているが、太陽熱集熱器８０及びヒートポンプの熱の一部を吸収式冷凍機５８の駆動熱源に用い、ガス、油、水蒸気等の他の熱源と併用してもよい。

また、図２は、太陽熱集熱器８０及びヒートポンプで発生した温水を用いる場合を示しているが、太陽熱集熱器８０及びヒートポンプによって発生した水蒸気を用いてもよい。また、バックアップとしてボイラの熱を用いてもよい。
図２は、一例として、単効用形（一重効用形）吸収式冷凍機の場合を示しているが、二重効用、三重効用、多重効用形吸収式冷凍機にも、本発明を勿論適用することができる。他の構成及び作用は実施の第１形態の場合と同様である。

図３は、本発明の実施の第３形態における冷凍・空調装置の貯湯槽７０まわりのヒートポンプ給湯器６８と太陽熱集熱器８０を示し、吸収式冷凍機５８は割愛している。９１は外部熱利用部である。〔００１４〕に述べたようにヒートポンプの運転上の制約により、ヒートポンプに戻る温水温度がある一定温度以下（例えば６５℃以下）である場合には、当該温水を吸収式冷凍機の駆動熱源に利用したのち（例えば７０℃〜８５℃）、外部の冷却器８８などで放熱する必要があるが、その時、その温水の全部又は一部を、吸収式冷凍機の再生器５２で加熱されて再生される希吸収液の予熱（希溶液加熱器）に利用すれば、吸収式冷凍機の効率が向上して、望ましい結果が得られる。８９は太陽熱温水の循環ポンプである。
ヒートポンプ給湯器６８へ戻る温度について付け加えると、６５℃はヒートポンプの作動温度の上限である。また、希溶液加熱器に流入する希溶液温度以下では希溶液を加熱することができないため、最低２０℃以上（冷却水下限１５℃の時の希溶液温度）が望ましい。なお、本実施形態ではヒートポンプ給湯器６８、太陽熱集熱器８０の温水が貯湯槽７０で熱交換するようにしているが、図４のような太陽熱集熱器８０の温水が貯湯槽７０の内部で熱交換するようにしてもよい。また、図５のように、ヒートポンプ給湯器６８、太陽熱集熱器８０の温水が直接貯湯槽７０に流入するようにしてもよい。他の構成及び作用は実施の第２形態の場合と同様である。

図６は、本発明の実施の第３形態における冷凍・空調装置の全体図を示している。本実施形態は、吸収器５０、再生器５２、凝縮器５４及び蒸発器５６を少なくとも備えた吸収式冷凍機５８ａの再生器５２とヒートポンプ給湯器６８とを、貯湯槽７０及び給湯管７４を介して接続し、この貯湯槽７０に熱交換器７８を介して太陽熱集熱器８０を接続した装置に、さらに、ヒートポンプ給湯器６８により発生した温水を貯える貯湯槽７０とヒートポンプ給湯器６８とを接続する温水循環管９０に、希溶液加熱器９１ａ及び冷却器９２の少なくともいずれかを接続して、ヒートポンプ給湯器６８に戻る温水の温度を調節するように構成されている。９８は温水循環ポンプである。

図６に示す装置では、希溶液加熱器９１ａにおいて、希溶液をヒートポンプ給湯器６８の熱、この場合は温水で間接加熱する。９３は希溶液ポンプである。
また、冷却器９２では、温水が６５°以下、望ましくは６５℃〜２０℃になるように温度調節する。冷却器９２は一例として、空冷式のものを挙げることができるが、水冷式でも差し支えない。温度制御の一例として、冷却器９２出口の温度を温度センサー９４により検出し、この温度により、冷却器９２の入口管と出口管に設けられた三方弁９５を制御する。

また、吸収式冷凍機５８ａへ供給する温水の温度Ａを、温度センサー９６で検出し、ヒートポンプ給湯器６８の運転負荷又は出湯温度を調節するように構成する。９７は制御器である。
また、吸収式冷凍機５８ａへ供給する温水温度Ａを一定にするように、例えば、９０℃にするように、ヒートポンプ給湯器６８の運転負荷又は出湯温度を調節するように構成する。

吸収式冷凍機５８ａの冷水出口温度Ｂ１を温度センサー９９で検出し、ヒートポンプ給湯器６８の運転負荷又は出湯温度を調節するように構成される。なお、冷水出口温度Ｂ１の代りに、冷水入口温度Ｂ２を温度センサー１００で検出し、冷水出口（詳しくは入出口）温度差（Ｂ２−Ｂ１）によって調節してもよい。

また、吸収式冷凍機５８ａ冷水出口温度Ｂ１を一定にするように、例えば、７℃にするように、ヒートポンプ給湯器６８の運転負荷又は出湯温度を調節するように構成する。
図６では太陽熱集熱器８０を設ける場合について説明したが、太陽熱集熱器を設けない構成とする場合もある。他の構成及び作用は実施の第１〜２形態の場合と同様である。なお、実施例１〜３では、吸収式冷凍機の場合について説明したが、吸収式冷凍機の代りに吸着式冷凍機及びデシカント空調機のいずれかとすることも可能である。

ヒートポンプや太陽熱集熱器により発生した温水又は水蒸気を吸収式冷凍機の駆動熱源の全部又は一部に使用することにより、ＣＯ₂排出量の小さな冷凍・空調システムを提供することができる。

１０吸収器
１２熱交換器
１４再生器
２２凝縮器
２４蒸発器
３２吸収液ポンプ
３６冷媒ポンプ
３８冷却水ポンプ
４０冷水ポンプ
５０吸収器
５２再生器
５４凝縮器
５６蒸発器
５８、５８ａ吸収式冷凍機
６０冷却塔
６２冷凍・空調負荷
６４冷却水管
６６冷水ポンプ
６８ヒートポンプ給湯器
７０貯湯槽
７２温水管
７４給湯管
７６温水ポンプ
７８熱交換器
８０太陽熱集熱器
８２熱媒体循環管
８４湯循環ポンプ
８６湯循環管
８８冷却器
８９温水循環ポンプ
９０温水循環管
９１外部熱利用部
９１ａ希溶液加熱器
９２冷却器
９３希溶液ポンプ
９４、９６、９９、１００温度センサー
９５三方弁
９７制御器
９８温水循環ポンプ

Claims

ヒートポンプにより発生した温水及び水蒸気のいずれかを吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用することを特徴とする冷凍・空調方法。
太陽熱集熱器により発生した温水及び水蒸気のいずれか、並びにヒートポンプにより発生した温水及び水蒸気のいずれかを吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用することを特徴とする冷凍・空調方法。
ヒートポンプにより発生した温水を吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用する方法であって、ヒートポンプの熱を貯湯槽に流入させた後、貯湯槽からの温水の熱を外部で利用してヒートポンプに戻すことを特徴とする冷凍・空調方法。
太陽熱集熱器により発生した温水及びヒートポンプにより発生した温水を吸収式冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用する方法であって、ヒートポンプの熱を貯湯槽に流入させた後、吸収式冷凍機で駆動熱源として利用し、その温水温度がある一定を超える場合は、その熱を外部で利用して前記のある一定温度以下にしてヒートポンプに戻すことを特徴とする冷凍・空調方法。
熱の外部利用として、貯湯槽から温水の熱で吸収式冷凍機の希溶液を加熱する請求項３又は４記載の冷凍・空調方法。
ヒートポンプにある一定温度以下で温水が戻るように、温度を検知して冷却器及び希溶液加熱器の少なくともいずれかで温度調節する請求項３〜５のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
ある一定温度が６５℃である請求項４、５又は６記載の冷凍・空調方法。
吸収式冷凍機へ供給する温水温度Ａによって、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節する請求項３〜７のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
吸収式冷凍機へ供給する温水温度Ａが一定になるように、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節する請求項３〜８のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
吸収式冷凍機の冷水出口温度Ｂ１及び冷水出口温度差（Ｂ２−Ｂ１）のいずれかによって、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節する請求項３〜９のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
吸収式冷凍機の冷水出口温度Ｂ１が一定になるように、ヒートポンプの運転負荷及び出湯温度のいずれかを調節する請求項３〜１０のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
吸収式冷凍機の代りに吸着式冷凍機及びデシカント空調機のいずれかを用いる請求項１〜１１のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、給湯管及び水蒸気供給管のいずれかを介して接続したことを特徴とする冷凍・空調装置。
吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、貯湯槽及び給湯管を介して接続し、この貯湯槽に熱交換器を介して太陽熱集熱器を接続したことを特徴とする冷凍・空調装置。
吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、貯湯槽及び給湯管を介して接続した装置であって、ヒートポンプにより発生した温水を貯える貯湯槽とヒートポンプとを接続する温水循環管に、希溶液加熱器及び冷却器の少なくともいずれかを接続して、ヒートポンプに戻る温水の温度を調節するようにしたことを特徴とする冷凍・空調装置。
吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備えた吸収式冷凍機の再生器とヒートポンプとを、貯湯槽及び給湯管を介して接続し、この貯湯槽に熱交換器を介して太陽熱集熱器を接続した装置であって、ヒートポンプにより発生した温水を貯える貯湯槽とヒートポンプとを接続する温水循環管に、希溶液加熱器及び冷却器の少なくともいずれかを接続して、ヒートポンプに戻る温水の温度を調節するようにしたことを特徴とする冷凍・空調装置。
吸収式冷凍機の代りに吸着式冷凍機及びデシカント空調機のいずれかを設ける請求項１３〜１６のいずれかに記載の冷凍・空調装置。