JP2011089722A - 冷凍・空調方法及び装置 - Google Patents

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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 (17)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
  15. 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。
  16. 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。
  17. 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。
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