JP2011112272A

JP2011112272A - 冷暖房方法および装置

Info

Publication number: JP2011112272A
Application number: JP2009268285A
Authority: JP
Inventors: Akira Hirai; 晃平井; Koichi Someya; 耕一染矢; Hajime Yatsuhashi; 元八橋; Kenichi Saito; 健一斉藤
Original assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Current assignee: Kawasaki Thermal Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】自然エネルギーを利用した太陽熱集熱器やヒートポンプ式給湯器による熱を利用して、ＣＯ₂排出量の少ない冷暖房システムを提供する。
【解決手段】太陽熱集熱器２０で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機５の再生器２に供給し、吸収冷凍機５で冷房、プロセス、装置などの冷却に使用する冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、吸収冷凍機５の効率を上げることを目的として、吸収冷凍機５の冷房運転サイクル時に循環する吸収液を、別に設けたヒートポンプ式給湯器２５で加熱された温水を利用して、吸収冷凍機５の吸収器１を出て再生器２へ循環する途中の吸収液を加熱するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽熱集熱器で集めた熱、および／またはヒートポンプ式給湯器から供給する熱を吸収式冷凍機（吸収式冷温水機を含む。以下、単に吸収冷凍機と記す）の熱源として利用し、ＣＯ₂排出量が少なくなるようにした冷暖房（空調）方法および装置に関するものである。

従来、吸収冷凍機の一例として、図８に示すものが知られている。この吸収式冷凍機５は、吸収液（例えば、臭化リチウム水溶液）が吸収器１から再生器２に流されるというサイクルを構成している。この吸収冷凍機における吸収サイクルを説明すると、まず、吸収器１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１から熱交換器６に送給され、この熱交換器６において、廃蒸気または蒸気ドレンにより加熱された後に再生器２に送給される。前記希吸収液（希溶液）は、この再生器２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、前記吸収器１に帰還する。この帰還した吸収液は吸収器１において伝熱管内を流れる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。

再生器２には、加熱源（駆動熱源）としてスチームが供給される。再生器１からの冷媒蒸気は凝縮器４に戻されて凝縮する。凝縮器４からの冷媒液（例えば、水）は蒸発器３に入り、この凝縮した冷媒液が冷媒ポンプ（図示略）により蒸発器３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。７は吸収液ポンプ、８はドレンタンク、１０は冷却塔、１１は冷却水ポンプ、１２は冷温水ポンプ、１３は外部冷暖房負荷熱交換器、１４はボイラ、１５は蒸気制御弁、１６は温度検出器、１７は冷暖切替弁である。

また、従来、太陽熱集熱器とヒートポンプ式給湯器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、冷暖房（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冷温水機とヒートポンプ式給湯器とを組み合わせる構成であるが、ヒートポンプ式給湯器からの温水は、吸収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ようになっている。

従来、空調機器制御方法として、複数の冷温水機から供給される冷温水が、機器側のＯＮ−ＯＦＦに影響を受けることなく安定して供給できるようにする制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、空調装置として、冷房時は、太陽熱集熱器により回収した熱で吸着式冷凍機を駆動し、吸着式冷凍機からの冷熱でヒートポンプの高圧側冷媒を冷却し、暖房時は、太陽熱集熱器により回収した熱で、ヒートポンプの低圧側冷媒を加熱するようにした装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−６１７４９号公報特開２００２−２５０５７３号公報

解決しようとする問題点は、ＣＯ₂排出量を少なくして冷暖房を行うために、太陽熱照射量不足の場合にも、冷暖房を効率よく行うことができる方法及び装置が提供されていない点にある。

本発明は、ＣＯ₂排出量の小さな冷暖房システムを提供するために、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気、例えば水蒸気（スチーム）、および外気と熱交換して温水を作るためのヒートポンプ式給湯器の温水を、吸収冷凍機の駆動熱源の全部または一部（少なくとも一部）に使用することを最も主要な特徴とする。
同時に、太陽熱日射量不足の場合にも冷房運転が可能なようにし、冬季は、同システムを利用して暖房運転を行うことが可能で、新たに暖房システムを装備しなくても、本システムで冷暖房運転が可能な構成になっていることを特徴とする。

本発明の冷暖房方法は、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気、例えば水蒸気（スチーム）を吸収冷凍機の再生器に導入して、吸収冷凍機の熱源として利用し冷水および温水のいずれかを供給することを特徴としている（図１参照）。
この方法において、冷水が必要な時に太陽熱による集熱量が不足して吸収冷凍機の熱源として利用できず、吸収冷凍機の運転に支障が生じた場合に、吸収冷凍機の再生器への入口蒸気圧力を検出して蒸気制御弁を開き、外部ボイラおよび蒸気発生器のいずれかから供給される蒸気を吸収冷凍機の熱源として利用して、吸収冷凍機を運転するようにする（図３参照）。

また、本発明の方法は、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で冷房、プロセス、装置などの冷却に使用する冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、吸収冷凍機の効率を上げることを目的として、吸収冷凍機の冷房運転サイクル時に循環する吸収液を、別に設けたヒートポンプ式給湯器で加熱された温水を利用して、吸収冷凍機の吸収器を出て再生器へ循環する途中の吸収液を加熱することを特徴としている（図２参照）。

また、本発明の方法は、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で温水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、太陽熱集熱器からの蒸気およびヒートポンプ式給湯器からの温水の少なくともいずれかを利用して、吸収冷凍機内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機を暖房用熱交換器として利用し、加熱した吸収液と外部熱負荷と吸収冷凍機の間を循環する温水との熱交換をして温水を加熱することを特徴としている（図４参照）。

また、本発明の方法は、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、太陽熱集熱器で発生した蒸気が、吸収冷凍機の再生器で吸収液の加熱を行い、凝縮水となって外部に放出される前に、さらに吸収器を出た後の温度の低い吸収液の加熱に利用して省エネルギーを図り、さらにヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して吸収器を出た後の吸収液の加熱に利用して省エネルギーを図ることを特徴としている（図３参照）。

また、本発明の方法は、ヒートポンプ式給湯器からの温水および太陽熱集熱器からの熱媒体蒸気の少なくともいずれかを吸収冷凍機の再生器に加熱用熱源として供給する方法であって、太陽熱集熱器からの蒸気が供給されない場合に、ヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して、吸収冷凍機内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機による冷房運転を可能にし、ヒートポンプ式給湯器から供給する温水の設定温度を９０℃まで高くして運転し、所定の冷房能力を発揮させることを特徴としている（図６参照）。

さらに、本発明の方法は、ヒートポンプ式給湯器からの温水および太陽熱集熱器からの熱媒体蒸気の少なくともいずれかを吸収冷凍機の再生器に加熱用熱源として供給する方法であって、太陽熱集熱器からの蒸気が供給されない場合に、ヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して、吸収冷凍機内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機を暖房用熱交換器として利用し、加熱した吸収液と外部熱負荷と吸収冷凍機の間を循環する温水との熱交換をして温水を加熱し、ヒートポンプ式給湯器から供給する温水の設定温度を９０℃まで高くして運転し、所定の暖房能力を発揮させることを特徴としている（図７参照）。

本発明の冷暖房装置は、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用するようにした装置であって、太陽熱集熱器で発生した蒸気が、吸収冷凍機の再生器で吸収液の加熱を行い、凝縮水となって外部に放出される前に、さらに吸収器を出た後の温度の低い吸収液の加熱に利用するようにした第１熱交換器を備え、さらにヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して吸収器を出た後の吸収液の加熱に利用するようにした第２熱交換器を備えたことを特徴としている（図３参照）。

この装置において、第１熱交換器および第２熱交換器を並列に配置し吸収液が並列に流れるようにしたり（図３参照）、第１熱交換器および第２熱交換器を直列に配置し、吸収液が第２熱交換器、第１熱交換器の順に流れるようにしてヒートポンプ式給湯器から供給される温水を、低温の吸収液と熱交換するように構成したりすることがある（図５参照）。

本発明の冷暖房方法および装置は、太陽熱、さらにはヒートポンプ式給湯器で発生した熱を吸収冷凍機の駆動熱源の全部また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、または少なくすることができる。このため、ＣＯ₂排出量の削減を効率よく図ることができる。

図１は本発明の冷暖房装置の一例を示す説明図である。図２は本発明の冷暖房装置の他の例を示す説明図である。図３は本発明の冷暖房装置の他の例を示す説明図である。図４は本発明の冷暖房装置の他の例を示す説明図である。図５は本発明の冷暖房装置の他の例を示す説明図である。図６は本発明の冷暖房装置の他の例を示す説明図である。図７は本発明の冷暖房装置のさらに他の例を示す説明図である。図８は従来の冷暖房装置の一例を示す説明図である。

ＣＯ₂排出量の小さな冷暖房システムを提供するという目的を、太陽熱、さらにはヒートポンプ式給湯器で発生した熱を吸収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、本発明の実施例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例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、本発明の実施例１における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図８に示す従来の装置におけるボイラの代りに、太陽熱集熱器２０および蒸気溜２１を設け、この太陽熱集熱器２０とドレンタンク８とが凝縮水ポンプ２２を備えた配管を介して接続されている。２３は給水ポンプである。他の構成は図８に示す従来の構成と同じである。すなわち、１は吸収器、２は再生器、３は蒸発器、４は凝縮器、５は吸収冷凍機、６は溶液熱交換器、７は吸収液ポンプ、８はドレンタンク、１０は冷却塔、１１は冷却水ポンプ、１２は冷温水ポンプ、１３は外部冷暖房負荷熱交換器、１５は蒸気制御弁、１６は温度検出器、１７は冷暖切替弁である。

このように構成された装置において、太陽熱集熱器２０で加熱されて気化した熱媒体蒸気、例えば水蒸気（スチーム）を、蒸気溜２１を介して吸収冷凍機５の再生器２に供給し、吸収冷凍機５の加熱用熱源として利用する。蒸発器３出口の冷水の温度を温度検出器１６で検出して蒸気溜２１出口の蒸気制御弁１５により蒸気供給量を制御する。図１は、一例として冷水を供給する場合を示しているが、冷暖切替弁１７を開として温水を供給するように構成することもできる。

図２は、本発明の実施例２における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図１に示す装置に、ヒートポンプ式給湯器２５、冷却塔２６、温水循環ポンプ２７を設け、溶液熱交換器を第１熱交換器２８および第２熱交換器２９に並列に設置した構成である。３０は温度検出器で第１熱交換器２８および第２熱交換器２９の吸収液出口管に接続されていて、溶液温度が所定の温度に達していない時に、ヒートポンプ式給湯器２５を運転して温水を加熱して温度を上昇させる。

このように構成された装置において、太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機５の再生器２に供給し、吸収冷凍機５で冷房、プロセス、装置などの冷却に使用する冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用し、吸収冷凍機５の効率を上げることを目的として、吸収冷凍機の冷房運転サイクル時に循環する吸収液を、別に設けたヒートポンプ式給湯器２５で加熱された温水を利用して、吸収冷凍機５の吸収器１を出て再生器２へ循環する途中の吸収液を第１熱交換器２８および第２熱交換器２９で加熱する。他の構成および作用は、実施例１の場合と同様である。

図３は、本発明の実施例３における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図２に示す装置において、蒸気溜２１に蒸気制御弁３１を備えた配管を介してボイラ１４を接続したものである。そして、この蒸気制御弁３１は、再生器２入口の蒸気供給管に設けられた圧力検出器３２に接続されている。

このように構成された装置において、冷水が必要な時に太陽熱による集熱量が不足して吸収冷凍機の熱源として利用できず、吸収冷凍機の運転に支障が生じた場合に、吸収冷凍機５の再生器２への入口蒸気圧力を圧力検出器３２で検出して蒸気制御弁３１を開き、外部ボイラ１４および蒸気発生器のいずれかから供給される蒸気を吸収冷凍機５の熱源として利用して、吸収冷凍機を運転する。

図３において、太陽熱集熱器２０で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機５の再生器２に供給し、吸収冷凍機５で冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用し、太陽熱集熱器２０で発生した蒸気が、吸収冷凍機５の再生器２で吸収液の加熱を行い、凝縮水となって外部に放出される前に、さらに吸収器を出た後の温度の低い吸収液の加熱に利用して第１熱交換器２８で省エネルギーを図り、さらにヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水を利用して吸収器１を出た後の吸収液の加熱に利用して第２熱交換器２９で省エネルギーを図る。

上記のように、第１熱交換器２８および第２熱交換器２９は並列に配置され、吸収液が並列に流れるように構成されている。他の構成および作用は、実施例２の場合と同様である。

図４は、本発明の実施例４における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図２に示す装置において、冷暖切替弁１７を開として温水をつくる状態にしたものである。蒸発器３出口の温水の温度を温度検出器１６で検出して蒸気溜２１出口の蒸気制御弁１５により蒸気供給量を制御できるようになっている。

このように構成された装置において、太陽熱集熱器２０で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機５の再生器２に供給し、吸収冷凍機５で温水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用し、太陽熱集熱器２０からの蒸気およびヒートポンプ式給湯器２５からの温水の少なくともいずれかを利用して、吸収冷凍機５内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機５を暖房用熱交換器として利用し、加熱した吸収液と外部冷暖房負荷熱交換器１３と吸収冷凍機５の間を循環する温水との熱交換をして温水を加熱する。他の構成および作用は、実施例２の場合と同様である。

図５は、本発明の実施例５における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図３に示す装置において、熱交換器を並列に配置する代わりに、第１熱交換器２８および第２熱交換器２９を直列に配置し、吸収液が第２熱交換器２９、第１熱交換器２８の順に流れるようにしてヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水を、低温の吸収液と熱交換するようにしたものである。他の構成および作用は、実施例３の場合と同様である。

図６は、本発明の実施例６における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図２に示す装置において、夜間等で太陽熱集熱器２０で蒸気が発生しない状態の場合の装置を示している。

このように構成された装置において、ヒートポンプ式給湯器２５からの温水および太陽熱集熱器２０からの熱媒体蒸気の少なくともいずれかを吸収冷凍機５の再生器２に加熱用熱源として供給する方法において、太陽熱集熱器２０からの蒸気が供給されない場合に、ヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水を利用して、吸収冷凍機５内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機５による冷房運転を可能にし、ヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水の設定温度を９０℃まで高くして運転し、所定の冷房能力を発揮させる。

上記のように、ヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水を９０℃、望ましくは８０〜９０℃に設定する。設定温度は１００℃に近い程望ましいが、９０℃を超える場合は、制御が難しく、また８０℃未満の場合は、吸収液の加熱効率が悪くなる。他の構成および作用は、実施例２の場合と同様である。

図７は、本発明の実施例７における冷暖房装置を示している。本例の装置は、図６に示す装置において、冷暖切替弁１７を開として温水をつくる運転状態にしたものである。

このように構成された装置において、ヒートポンプ式給湯器２５からの温水および太陽熱集熱器２０からの熱媒体蒸気の少なくともいずれかを吸収冷凍機５の再生器２に加熱用熱源として供給する方法において、太陽熱集熱器２０からの蒸気が供給されない場合に、ヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水を利用して、吸収冷凍機５内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機５を暖房用熱交換器として利用し、加熱した吸収液と外部冷暖房負荷熱交換器１３と吸収冷凍機の間を循環する温水との熱交換をして温水を加熱し、ヒートポンプ式給湯器２５から供給される温水の設定温度を９０℃まで高くして運転し、所定の暖房能力を発揮させる。他の構成および作用は、実施例６、実施例４の場合と同様である。

太陽熱集熱器やヒートポンプ式給湯器により発生した水蒸気や温水を吸収冷凍機の駆動熱源の全部または一部に使用することにより、ＣＯ₂排出量の小さな冷暖房システムを提供することができる。

１吸収器
２再生器
３蒸発器
４凝縮器
５吸収冷凍機
６溶液熱交換器
７吸収液ポンプ
８ドレンタンク
１０冷却塔
１１冷却水ポンプ
１２冷温水ポンプ
１３外部冷暖房負荷熱交換器
１４ボイラ
１５蒸気制御弁
１６温度検出器
１７冷暖切替弁
２０太陽熱集熱器
２１蒸気溜
２２凝縮水ポンプ
２５ヒートポンプ式給湯器
２６冷却塔
２７温水循環ポンプ
２８第１熱交換器
２９第２熱交換器
３０温度検出器
３１蒸気制御弁
３２圧力検出器

Claims

太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に導入して、吸収冷凍機の熱源として利用し冷水および温水のいずれかを供給することを特徴とする冷暖房方法。
冷水が必要な時に太陽熱による集熱量が不足して吸収冷凍機の熱源として利用できず、吸収冷凍機の運転に支障が生じた場合に、吸収冷凍機の再生器への入口蒸気圧力を検出して蒸気制御弁を開き、外部ボイラおよび蒸気発生器のいずれかから供給される蒸気を吸収冷凍機の熱源として利用して、吸収冷凍機を運転する請求項１記載の冷暖房方法。
太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で冷房、プロセス、装置などの冷却に使用する冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、吸収冷凍機の効率を上げることを目的として、吸収冷凍機の冷房運転サイクル時に循環する吸収液を、別に設けたヒートポンプ式給湯器で加熱された温水を利用して、吸収冷凍機の吸収器を出て再生器へ循環する途中の吸収液を加熱することを特徴とする冷暖房方法。
太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で温水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、太陽熱集熱器からの蒸気およびヒートポンプ式給湯器からの温水の少なくともいずれかを利用して、吸収冷凍機内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機を暖房用熱交換器として利用し、加熱した吸収液と外部熱負荷と吸収冷凍機の間を循環する温水との熱交換をして温水を加熱することを特徴とする冷暖房方法。
太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用する方法であって、太陽熱集熱器で発生した蒸気が、吸収冷凍機の再生器で吸収液の加熱を行い、凝縮水となって外部に放出される前に、さらに吸収器を出た後の温度の低い吸収液の加熱に利用して省エネルギーを図り、さらにヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して吸収器を出た後の吸収液の加熱に利用して省エネルギーを図ることを特徴とする冷暖房方法。
ヒートポンプ式給湯器からの温水および太陽熱集熱器からの熱媒体蒸気の少なくともいずれかを吸収冷凍機の再生器に加熱用熱源として供給する方法であって、太陽熱集熱器からの蒸気が供給されない場合に、ヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して、吸収冷凍機内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機による冷房運転を可能にし、ヒートポンプ式給湯器から供給する温水の設定温度を９０℃まで高くして運転し、所定の冷房能力を発揮させることを特徴とする冷暖房方法。
ヒートポンプ式給湯器からの温水および太陽熱集熱器からの熱媒体蒸気の少なくともいずれかを吸収冷凍機の再生器に加熱用熱源として供給する方法であって、太陽熱集熱器からの蒸気が供給されない場合に、ヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して、吸収冷凍機内を循環する吸収液を加熱し、吸収冷凍機を暖房用熱交換器として利用し、加熱した吸収液と外部熱負荷と吸収冷凍機の間を循環する温水との熱交換をして温水を加熱し、ヒートポンプ式給湯器から供給する温水の設定温度を９０℃まで高くして運転し、所定の暖房能力を発揮させることを特徴とする冷暖房方法。
太陽熱集熱器で加熱されて気化した熱媒体蒸気を吸収冷凍機の再生器に供給し、吸収冷凍機で冷水を作る際に必要となる加熱用熱源として利用するようにした装置であって、太陽熱集熱器で発生した蒸気が、吸収冷凍機の再生器で吸収液の加熱を行い、凝縮水となって外部に放出される前に、さらに吸収器を出た後の温度の低い吸収液の加熱に利用するようにした第１熱交換器を備え、さらにヒートポンプ式給湯器から供給される温水を利用して吸収器を出た後の吸収液の加熱に利用するようにした第２熱交換器を備えたことを特徴とする冷暖房装置。
第１熱交換器および第２熱交換器を並列に配置し吸収液が並列に流れるようにした請求項８記載の冷暖房装置。
第１熱交換器および第２熱交換器を直列に配置し、吸収液が第２熱交換器、第１熱交換器の順に流れるようにしてヒートポンプ式給湯器から供給される温水を、低温の吸収液と熱交換するようにした請求項８記載の冷暖房装置。