JP2011190943A - 冷凍・空調方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートポンプにより熱を吸収され温度の低下した熱源を冷凍機の冷却源に利用し、さらには、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、吸収器５０から凝縮器５４へ冷却水を流すようにした吸収式冷凍機５８において、凝縮器５４の出口とヒートポンプ給湯器６８とを熱源水管６９を介して接続し、ヒートポンプ給湯器６８の出口と吸収器５０とを冷却水管６４を介して接続した構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプにより熱を吸収され温度の低下した熱源を冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用し、さらには、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効率のよい冷凍・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７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。４０は冷水ポンプである。

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、ヒートポンプと吸収式冷凍機とを組み合わせたシステムにおいて、冷凍機の冷却熱が有効利用されておらず、かつ、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熱をくみ上げられて温度の低下した熱源を冷凍機の冷却源の全部又は一部に利用し、さらにはヒートポンプ、又はヒートポンプ及び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熱をくみ上げられて温度の低下した熱源を、冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用することを特徴としている。この場合、冷凍機が吸収式冷凍機であり、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とともに、ヒートポンプにより熱をくみ上げられて温度の低下した熱源を吸収式冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用することが一般的である。

この方法において、熱源が液体によって循環するように構成される。また、冷却塔などの冷却手段を併設して、冷却源を冷却するように構成される。さらに、冷凍機に入る冷却源温度、ヒートポンプに入る熱源温度及びヒートポンプを出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるように、ヒートポンプに入る熱源流量を温度調節機構により調節するように構成される。

これらの方法において、ヒートポンプの熱源出口流体を冷却水として吸収器及び凝縮器のいずれかにのみ流す場合がある。また、ヒートポンプの熱源出口流体を冷却水として吸収器及び凝縮器に並列に流す場合がある。また、冷凍機に入る冷却水温度、ヒートポンプに入る熱源温度及びヒートポンプを出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるように、ヒートポンプに入る熱源流量を温度調節機構により調節するように構成される。

また、これらの方法において、太陽熱集熱器と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冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用するように構成される。なお、冷凍機として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ことができる。

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、吸収器から凝縮器へ冷却水を流すようにした吸収式冷凍機において、凝縮器の出口とヒートポンプ給湯器とを熱源水管を介して接続し、ヒートポンプ給湯器の出口と吸収器とを冷却水管を介して接続したことを特徴としている（図１参照）。

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、吸収器から凝縮器へ冷却塔からの冷却水を流すようにした吸収式冷凍機において、凝縮器の出口とヒートポンプ給湯器及び冷却塔とを三方制御弁を備えた熱源水管を介して接続し、ヒートポンプ給湯器の出口と吸収器とを冷却水管を介して接続し、冷凍機に入る冷却水温度、ヒートポンプ給湯器に入る熱源温度及びヒートポンプ給湯器を出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるようにヒートポンプ給湯器に入る熱源流量を調節するための温度検出器（温度センサー）及び三方制御弁からなる温度調節機構を備えたことを特徴としている（図２参照）。

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、吸収器及び凝縮器へ冷却塔からの冷却水を流すようにした吸収式冷凍機であって、凝縮器の出口とヒートポンプ給湯器及び冷却塔とを三方制御弁を備えた熱源水管を介して接続し、ヒートポンプ給湯器の出口と吸収器及び凝縮器とを冷却水管を介して接続し、吸収器の出口とヒートポンプ給湯器及び冷却塔とを三方制御弁を備えた熱源水管を介して接続し、冷凍機に入る冷却水温度、ヒートポンプ給湯器に入る熱源温度及びヒートポンプ給湯器を出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるようにヒートポンプ給湯器に入る熱源流量を調節するための温度検出器（温度センサー）及び三方制御弁からなる温度調節機構を備えたことを特徴としている（図３参照）。

これらの装置において、吸収式冷凍機の再生器と、ヒートポンプ給湯器に温水管を介して接続された貯湯槽とを、給湯管及び水蒸気供給管のいずれかを介して接続した構成となっているか、又は、吸収式冷凍機の再生器と、ヒートポンプ給湯器とを、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構成となっている。なお、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構成とすることもできる。

本発明の冷凍・空調方法及び装置は、ヒートポンプにより熱をくみ上げられて温度の低下した熱源を冷凍機の冷却源の全部又は一部に利用するとともに自然エネルギーを利用した前記ヒートポンプによる熱、さらには太陽熱を利用して、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。また、冷凍機の冷却熱を熱源とすることにより、熱源温度が安定し、効率の向上が期待できる。
また、本発明の冷凍・空調方法及び装置において、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する場合には、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 排出量の削減をさらに図ることができる。

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は本発明の冷凍・空調装置の他の例を示す説明図である。 図４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５は本発明の冷凍・空調装置のさらに他の例を示す説明図である。 図６は図２に示す装置に温度、熱量を記載した説明図である。 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、ヒートポンプにより熱を吸収されて温度の低下した熱源を吸収式冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用し、さらに、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。６２は冷凍・空調負荷、６４は冷却水管、６５は冷却水ポンプ、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。

図１に示すように、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、吸収器５０から凝縮器５４へ冷却水を流すようにした吸収式冷凍機５８において、凝縮器５４の出口とヒートポンプ給湯器６８とを熱源水管６９を介して接続し、ヒートポンプ給湯器６８の出口と吸収器５０とを冷却水管６４を介して接続している。

さらに、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、ヒートポンプ給湯器６８により熱を吸収されて温度の低下した冷却水を、吸収式冷凍機５８の冷却水として利用し、さらに、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の駆動熱源に使用する。
図１は、ヒートポンプ給湯器６８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、ヒートポンプ給湯器６８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。なお、冷却水の代わりに冷却用空気を用いることも可能である。

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、本発明の実施例２における冷凍・空調装置を示している。本実施例は冷却塔６０を併設した場合を示している。すなわち、図２に示すように、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、吸収器５０から凝縮器５４へ冷却塔６０からの冷却水を流すようにした吸収式冷凍機５８において、凝縮器５４の出口とヒートポンプ給湯器６８及び冷却塔６０とを三方制御弁７１を備えた熱源水管６９、８１を介して接続し、ヒートポンプ給湯器６８の出口と吸収器５０とを冷却水管６４を介して接続し、吸収式冷凍機５８に入る冷却水温度、ヒートポンプ給湯器６８に入る熱源温度及びヒートポンプ給湯器６８を出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるようにヒートポンプ給湯器６８に入る熱源流量を調節するための温度検出器７５、７７、７９及び三方制御弁７１からなる温度調節機構を備えている。７３は制御器、８３は冷却塔６０からの冷却水管で、ヒートポンプ給湯器６８からの冷却水管６４が合流して吸収器５０へ流入するようになっている。

上記の構成において、温度検出器７５と三方制御弁７１で吸収式冷凍機５８の吸収器５０に入る冷却水温度が調節され、温度検出器７７と三方制御弁７１で凝縮器５４からの冷却水出口温度（ヒートポンプ給湯器６８の入口熱源温度）が調節され、温度検出器７９と三方制御弁７１でヒートポンプ給湯器６８の出口熱源温度が調節される。他の構成及び作用は実施例１の場合と同様である。

図３は、本発明の実施例３における冷凍・空調装置を示している。本実施例は、ヒートポンプ熱源出口流体を冷却水として、吸収器５０もしくは凝縮器５４にのみ流すか、又は吸収器５０及び凝縮器５４に並列に流すように構成したものである。

すなわち、図３に示すように、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、吸収器５０及び凝縮器５４へ冷却塔からの冷却水を流すようにした吸収式冷凍機５８であって、凝縮器５４の出口とヒートポンプ給湯器６８及び冷却塔６０とを三方制御弁７１を備えた熱源水管６９を介して接続し、ヒートポンプ給湯器６８の出口と吸収器５０及び凝縮器５４とを冷却水管６４、８３、９５を介して接続し、吸収器５０の出口とヒートポンプ給湯器６８及び冷却塔６０とを三方制御弁８５を備えた熱源水管６９、９７を介して接続し、吸収式冷凍機５８に入る冷却水温度、ヒートポンプ給湯器６８に入る熱源温度及びヒートポンプ給湯器６８を出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるようにヒートポンプ給湯器６８に入る熱源流量を調節するための温度検出器７５、９１、９３、７９及び三方制御弁７１、８５からなる温度調節機構を備えている。８７は制御器、９９は冷却水ポンプである。他の構成及び作用は実施例１、２の場合と同様である。

本実施例は、図４に示すように、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を接続したものである。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４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４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４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例１の場合と同様である。

本実施例は、図５に示すように、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を接続したものである。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５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５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５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例２の場合と同様である。

なお、実施例１〜５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。

図２に示す冷凍・空調装置において、表１に示すようなエネルギーバランスとすることにより、図６に示すような各所の温度にすることができた。

ヒートポンプにより熱を吸収され温度の低下した熱源を吸収式冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用し、さらには、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少なくとも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 吸収式冷凍機
６０ 冷却塔
６２ 冷凍・空調負荷
６４ 冷却水管
６５ 冷却水ポンプ
６６ 冷水ポンプ
６８ ヒートポンプ給湯器
６９、８１、９７ 熱源水管
７０ 貯湯槽
７１、８５ 三方制御弁
７２ 温水管
７３、８７ 制御器
７４ 給湯管
７５、７７、７９、９１、９３ 温度検出器
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
８３、９５ 冷却水管
８４ 湯循環ポンプ
８６ 湯循環管
９９ 冷却水ポンプ

Claims (16)

1. ヒートポンプにより熱をくみ上げられて温度の低下した熱源を、冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用することを特徴とする冷凍・空調方法。
2. 冷凍機が吸収式冷凍機であり、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とともに、ヒートポンプにより熱をくみ上げられて温度の低下した熱源を吸収式冷凍機の冷却源の少なくとも一部に利用する請求項１記載の冷凍・空調方法。
3. 熱源が液体によって循環する請求項１又は２記載の冷凍・空調方法。
4. 冷却塔などの冷却手段を併設して、冷却源を冷却する請求項１、２又は３記載の冷凍・空調方法。
5. 冷凍機に入る冷却源温度、ヒートポンプに入る熱源温度及びヒートポンプを出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるように、ヒートポンプに入る熱源流量を温度調節機構により調節する請求項２、３又は４記載の冷凍・空調方法。
6. ヒートポンプの熱源出口流体を冷却水として吸収器及び凝縮器のいずれかにのみ流す請求項２、３又は４記載の冷凍・空調方法。
7. ヒートポンプの熱源出口流体を冷却水として吸収器及び凝縮器に並列に流す請求項２、３又は４記載の冷凍・空調方法。
8. 冷凍機に入る冷却水温度、ヒートポンプに入る熱源温度及びヒートポンプを出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるように、ヒートポンプに入る熱源流量を温度調節機構により調節する請求項６又は７記載の冷凍・空調方法。
9. 太陽熱集熱器と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冷凍機の駆動熱源の少なくとも一部に使用する請求項１〜８のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
10. 冷凍機として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１〜９のいずれかに記載の冷凍・空調方法。
11. 吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備え、吸収器から凝縮器へ冷却水を流すようにした吸収式冷凍機において、凝縮器の出口とヒートポンプ給湯器とを熱源水管を介して接続し、ヒートポンプ給湯器の出口と吸収器とを冷却水管を介して接続したことを特徴とする冷凍・空調装置。
12. 吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備え、吸収器から凝縮器へ冷却塔からの冷却水を流すようにした吸収式冷凍機において、凝縮器の出口とヒートポンプ給湯器及び冷却塔とを三方制御弁を備えた熱源水管を介して接続し、ヒートポンプ給湯器の出口と吸収器とを冷却水管を介して接続し、冷凍機に入る冷却水温度、ヒートポンプ給湯器に入る熱源温度及びヒートポンプ給湯器を出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるようにヒートポンプ給湯器に入る熱源流量を調節するための温度検出器及び三方制御弁からなる温度調節機構を備えたことを特徴とする冷凍・空調装置。
13. 吸収器、再生器、凝縮器及び蒸発器を少なくとも備え、吸収器及び凝縮器へ冷却塔からの冷却水を流すようにした吸収式冷凍機であって、凝縮器の出口とヒートポンプ給湯器及び冷却塔とを三方制御弁を備えた熱源水管を介して接続し、ヒートポンプ給湯器の出口と吸収器及び凝縮器とを冷却水管を介して接続し、吸収器の出口とヒートポンプ給湯器及び冷却塔とを三方制御弁を備えた熱源水管を介して接続し、冷凍機に入る冷却水温度、ヒートポンプ給湯器に入る熱源温度及びヒートポンプ給湯器を出る熱源温度の少なくともいずれかが一定になるようにヒートポンプ給湯器に入る熱源流量を調節するための温度検出器及び三方制御弁からなる温度調節機構を備えたことを特徴とする冷凍・空調装置。
14. 吸収式冷凍機の再生器と、ヒートポンプ給湯器に温水管を介して接続された貯湯槽とを、給湯管及び水蒸気供給管のいずれかを介して接続した請求項１１、１２又は１３記載の冷凍・空調装置。
15. 吸収式冷凍機の再生器と、ヒートポンプ給湯器とを、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請求項１１〜１４のいずれかに記載の冷凍・空調装置。
16. 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１１〜１５のいずれかに記載の冷凍・空調装置。

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