JP2013250030A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、冷凍機の運転により発生する最大温度に近い排熱を利用することより、より高い温度差でより大きい電気エネルギー量を得ることを課題とする。
【解決手段】本発明の冷凍装置は、冷媒配管により順次接続された圧縮機、凝縮機、膨張弁及び蒸発機と、温度差を電気エネルギーに変換する熱電素子と、を備え、熱電素子の一方が圧縮機と凝縮器とを接続する冷媒配管に位置し、熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置する。本発明によれば、熱電素子の一方が圧縮機と凝縮器とを接続する冷媒配管に位置し、熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置することにより、圧縮機吐出後であって凝縮器流入前の凝縮熱と外気雰囲気とを利用することができるので、冷凍機の運転により発生する排熱と外気とから得られる温度差を大きくすることができ、その結果、熱電素子での発電量を増大させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は熱電素子を備えた冷凍装置に関する。

特許文献１は、排熱を再利用する熱電素子を備えた空気調和機として、外郭部品内に、熱交換器及び送風機を有する室外機と、外郭部品に設置され、異種の熱電半導体を組み合わせた発電用熱電素子と、を備え、発電用熱電素子の一方の接合部が熱交換器を通過した風に接し、他方の接合部が室外機周囲空気に接する空気調和機を開示する。特許文献１に開示の熱電素子は、熱交換器を通過する際に空気中へ移動した排熱と外気温度との温度差により発電する。

しかしながら、熱交換器を通過した風の温度は室外機周囲空気よりは高いが、熱交換器通過後であるため温度が低下してしまい、排熱を十分に再利用するのは難しい。

特開２００３−２０２１３２号公報

本発明は、冷凍機の運転により発生する最大温度に近い排熱を利用することにより、より高い温度差でより大きい電気エネルギー量を得ることを課題とする。

本発明の冷凍装置は、冷媒配管により順次接続された圧縮機、凝縮機、膨張弁及び蒸発機と、温度差を電気エネルギーに変換する熱電素子と、を備え、熱電素子の一方が圧縮機と凝縮器とを接続する冷媒配管に位置し、熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置する。

本発明によれば、熱電素子の一方が圧縮機と凝縮器とを接続する冷媒配管に位置し、熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置することにより、圧縮機吐出後であって凝縮器流入前の凝縮熱と外気雰囲気とを利用することができるので、冷凍機の運転により発生する排熱と外気とから得られる温度差を大きくすることができ、その結果、熱電素子での発電量を増大させることができる。

冷凍装置のシステム構成図。 冷凍装置のシステム構成図。 冷凍装置のシステム構成図。 冷凍装置のシステム構成図。 冷凍装置のシステム構成図。 制御フローチャート。

本発明の第１の実施例を図１を用いて説明する。本実施例の冷凍装置は、冷媒配管により順次接続された圧縮機、凝縮機、膨張弁及び蒸発機と、温度差を電位差に変換することにより熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電素子と、を備え、熱電素子の一方が圧縮機と凝縮器とを接続する冷媒配管に位置し、熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置する。熱電素子の一方が圧縮機と凝縮器とを接続する冷媒配管に位置し、熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置することにより、圧縮機吐出後であって凝縮器流入前の凝縮熱と外気雰囲気とを利用できるので、冷凍機の運転により発生する排熱と外気とから得られる温度差を大きくすることができ、その結果、熱電素子での発電量を増大させることができる。

図１は本実施例の冷凍装置のシステム構成図である。冷凍装置２０は、圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４を備え、冷媒配管２１により、これら圧縮機１、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４が順次接続される。

圧縮機１で圧縮され高温高圧となったガス冷媒は、冷媒配管２１を介して、凝縮器２に流入する。高温高圧のガス冷媒は、凝縮器２において、ファン（図示せず）により送られる室外空気により冷却されて凝縮する。この高圧の凝縮した冷媒は、膨張弁３で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、冷媒配管２１を通って、蒸発器４に流入する。蒸発器４を流れる気液二相冷媒は、ファン（図示せず）により送られる空気により加熱されて蒸発し、低圧のガス冷媒となる。凝縮器２から流出した低圧のガス冷媒は、冷媒配管２１を通って、圧縮機１に戻る。

ここで、本実施例の冷凍装置２０は熱電素子２２を備える。この熱電素子２２は、異なる２種類の金属（又は半導体）が両端に接続され、ゼーベック効果により、これらの金属（又は半導体）間に生じた温度差を電位差に変換する。温度差が大きいほど、熱電素子２２により生じる電位差も大きくなる。

本実施例では、熱電素子２２の一方５が圧縮機１と凝縮器２とを接続する冷媒配管２１に位置し、熱電素子２２の他方６が外気雰囲気中に位置するように、熱電素子２２を配置する。このように、冷凍機の運転によって発生する排熱の中でも高温である圧縮機１からの吐出後であって凝縮器２への流入前の冷媒の凝縮排熱の温度を、熱電素子の一方５へ伝播させる。また、熱電素子２２の他方６へは、冷凍装置２０周辺の外気雰囲気の温度を伝播させる。この結果、一対の熱電素子５，６の間に、凝縮排熱温度と外気雰囲気温度との差分による温度差が生じる。生じた温度差を、熱電素子２２により、電位差へと変換することで、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。

以上説明したように、本実施例の冷凍装置２０は、圧縮機１吐出後であって凝縮器２流入前の凝縮熱と外気雰囲気温度とを利用するので、冷凍機の運転により発生する排熱と外気とから得られる温度差を大きくすることができ、その結果、熱電素子での発電量を増大させることができる。

本発明の第２の実施例を図３を用いて説明する。図３は本実施例の冷凍装置のシステム構成図である。本実施例では、第１の実施例に加えて、冷凍機運転による排熱と外気温度との温度差により熱電素子２２によって発生した電気エネルギーを制御する制御部７と、制御部７に接続され制御された電気エネルギーを蓄える蓄電ユニット８と、蓄電ユニット８に接続され、蓄電ユニット８に蓄えた電気エネルギーを用途に応じて使用機器（電源供給対象）に供給する制御部９と、を備える。制御部９により、蓄電ユニット８に蓄えられた電気エネルギーを、用途に応じて利用することができる。

本発明の第３の実施例を図４を用いて説明する。図４は本実施例の冷凍装置のシステム構成図である。本実施例では第１の実施例に加えて、熱電素子２２により発生する直流の電気エネルギーを交流へ変換するＡＤ変換装置１０と、ＡＤ変換装置１０へ接続され、送配電系統へ電気エネルギーを帰還させる制御部１１と、を備える。制御部１１により、熱電素子２２により発生した電気エネルギーを送配電系統に帰還させることができる。

本発明の第４の実施例を図５を用いて説明する。図５は本実施例の冷凍装置のシステム構成図である。本実施例では第１の実施例に加えて、第３の実施例及び第４の実施例のシステムを併設する。具体的には、本実施例の冷凍装置は、冷凍機運転による排熱と外気温度との温度差により熱電素子２２によって発生した電気エネルギーを制御する制御部７と、制御部７に接続され制御された電気エネルギーを蓄える蓄電ユニット８と、蓄電ユニット８に接続され、蓄電ユニット８に蓄えた電気エネルギーを用途に応じて使用機器に供給する制御部９と、熱電素子２２によって発生する直流の電気エネルギーを交流へ変換するＡＤ変換装置１０と、ＡＤ変換装置１０へ接続され、送配電系統へ電気エネルギーを帰還させる制御部１１と、をさらに備える。

図７は第４の実施例の制御フローチャートである。まず、熱電素子２２により発生した電気エネルギーを蓄える蓄電ユニット８の充電量が規定値以下か判定する（Ｓ１）。蓄電ユニット８の充電量が規定値以下の場合、熱電素子２２により変換された電力は全て蓄電ユニット８に送られる。一方、蓄電ユニット８の充電量が規定値以下でない場合、蓄電ユニット８の充電量が最大か判定する（Ｓ２）。蓄電ユニット８の充電量が最大の場合、熱電素子２２により変換された電力は全て送配電路に送られる。蓄電ユニット８の充電量が最大でない場合、熱電素子２２により変換された電力は、蓄電ユニット８及び送配電路の両方に送られる。このように、蓄電ユニット８及び送配電系統への送電を蓄電ユニット８の充電量に基づいて実施することにより、変換した電気エネルギーを有効に利用することができる。

本発明の第５の実施例を図２を用いて説明する。図２は本実施例の冷凍装置のシステム構成図である。上記各実施例においては、熱電素子２２の一方５が圧縮機１と凝縮器２とを接続する冷媒配管２１に位置し、熱電素子２２の他方６が外気雰囲気中に位置するように、熱電素子２２を配置したが、本実施例においては、図２に示すように、圧縮機１からの吐出後であって凝縮器２への流入前の冷媒の凝縮排熱に加えて、圧縮機１の運転により発生する運転熱を熱電素子の一方５へ伝播させるようにしてもよい。圧縮機１の運転熱を熱電素子の一方５にさらに伝播させることにより、外気との温度差をより大きくすることができる。

１ 圧縮機
２ 凝縮器
３ 膨張弁
４ 蒸発器
２０ 冷凍装置
２１ 冷媒配管
２２ 熱電素子

Claims (6)

1. 冷媒配管により順次接続された圧縮機、凝縮機、膨張弁及び蒸発機と、温度差を電気エネルギーに変換する熱電素子と、を備え、
   前記熱電素子の一方が前記圧縮機と前記凝縮器とを接続する前記冷媒配管に位置し、前記熱電素子の他方が外気雰囲気中に位置する冷凍装置。
2. 請求項１において、前記熱電素子の一方に前記圧縮機により発生する運転熱を伝播させる冷凍装置。
3. 請求項１又は２において、前記熱電素子により発生した電気エネルギーを蓄える蓄電ユニットと、前記蓄電ユニットに蓄えられた電気エネルギーを電源供給対象に供給する制御部と、を備える冷凍装置。
4. 請求項１又は２において、前記熱電素子により発生した直流の電気エネルギーを交流へ変換するＡＤ変換装置と、交流に変換された電気エネルギーを送配電系統へ供給する制御部と、を備える冷凍装置。
5. 請求項３において、前記熱電素子により発生した直流の電気エネルギーを交流へ変換するＡＤ変換装置と、交流に変換された電気エネルギーを送配電系統へ供給する制御部と、を備える冷凍装置。
6. 請求項４において、前記蓄電ユニットの充電量に基づいて、前記熱電素子により発生した電気エネルギーを、前記蓄電ユニットに供給するか、前記送配電系統へ供給するか、又は前記蓄電ユニット及び前記送配電系統へ供給するかを制御する制御部を備える冷凍装置。