JP2017211129A - 空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】コージェネレーション装置と、電気駆動温調装置と、吸収式冷凍機とを備えた空調システムにおいて、空調空間の暖房能力の向上を図る。
【解決手段】コージェネレーション装置１０と、コージェネレーション装置１０の発電電力によって駆動される電気駆動温調装置２０と、コージェネレーション装置１０の排熱による熱媒体によって駆動される吸収式冷凍機３０と、を備え、空調空間に設けられた空気経路５０の上流側に電気駆動温調装置２０の第１熱交換器２３が配置され、第１熱交換器２３より下流側の空気経路５０に吸収式冷凍機３０の第２熱交換器３５が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コージェネレーション装置と、電気駆動温調装置と、吸収式冷凍機とを備えた空調システムに関する。

従来、複数の利用側熱交換器を有する冷媒回路を備えた冷凍装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、圧縮機、熱源側熱交換器、第１利用側熱交換器、及び第２利用側熱交換器が設けられた冷媒回路を備え、前記冷媒回路では、第２利用側熱交換器の冷媒蒸発温度が第１利用側熱交換器の冷媒蒸発温度よりも低くなる蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、排熱を熱源として吸収式冷凍サイクルを行う吸収式冷凍機を備え、前記冷媒回路には、前記熱源側熱交換器で凝縮した冷媒を前記吸収式冷凍機の冷熱で冷却する過冷却用熱交換器が設けられている冷凍装置が開示されている。

特開２００７−５１７８８号公報

しかし、特許文献１に記載の冷凍装置は、いわゆる冷房圧縮式の冷凍機の冷房能力の向上のために、吸収式冷凍機を過冷却器として使うことを開示しているのみであり、暖房能力の向上のために電気駆動温調装置と吸収式冷凍機とを組み合わせる構成については開示も示唆もされていない。すなわち、暖房能力の向上については全く考慮されていない。

本発明はかかる実情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、コージェネレーション装置と、電気駆動温調装置と、吸収式冷凍機とを備えた空調システムにおいて、空調空間の暖房能力の向上を図った空調システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の空調システムは、コージェネレーション装置と、前記コージェネレーション装置の発電電力によって駆動される電気駆動温調装置と、前記コージェネレーション装置の排熱による熱媒体によって駆動される吸収式冷凍機と、を備え、空調空間に設けられた空気経路の上流側に前記電気駆動温調装置の第１熱交換器が配置され、前記第１熱交換器より下流側の前記空気経路に前記吸収式冷凍機の第２熱交換器が配置されていることを特徴としている。

この構成によれば、吸収式冷凍機の第２熱交換器の上流側に電気駆動温調装置の第１熱交換器を配置することで、吸収式冷凍機の第２熱交換器に到達する空調空間内の空気を、電気駆動温調装置の第１熱交換器によって予熱的に温めることができるため、吸収式冷凍機が運転可能な空調空間の温度域を低温側に拡大することができる。

また、本発明の空調システムによれば、前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の出力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の入力側とが第１熱媒体供給経路によって接続され、前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の入力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の出力側とが第１熱媒体回収経路によって接続されており、前記第１熱媒体供給経路から分岐し、前記第１熱媒体回収経路に合流する第１分岐熱媒体経路を備え、前記第１分岐熱媒体経路に接続された第３熱交換器が前記空気経路に配置された構成とし、さらに、前記第１熱媒体供給経路と前記第１分岐熱媒体経路との分岐部、及び、前記第１熱媒体回収経路と前記第１分岐熱媒体経路との合流部に、それぞれ経路切換装置が設けられた構成としてもよい。

この構成によれば、経路切換装置を適宜切り換えることで、例えばコージェネレーション装置の出力である熱媒体（温水）の温度か吸収式冷凍機の運転に不足している場合（すなわち、コージェネレーション装置の排熱温度が吸収式冷凍機の運転熱源に達していない場合）であっても、コージェネレーション装置からの排熱による熱媒体（温水）によって第３熱交換器で熱交換することで、昇温熱源として空調空間の暖房に利用することが可能となる。

また、本発明の空調システムによれば、前記第３熱交換器は、前記第２熱交換器より下流側の前記空気経路に配置された構成としてもよい。

この構成によれば、第２熱交換器の下流側に第３熱交換器を配置することで、空調空間の暖房能力をさらに向上させることができる。

また、本発明の空調システムによれば、前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の出力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の入力側とが第１熱媒体供給経路によって接続され、前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の入力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の出力側とが第１熱媒体回収経路によって接続され、前記吸収式冷凍機の出力側と前記第２熱交換器の入力側とが第２熱媒体供給経路によって接続され、前記吸収式冷凍機の入力側と前記第２熱交換器の出力側とが第２熱媒体回収経路によって接続されており、前記第１熱媒体供給経路から分岐し、前記第２熱媒体供給経路に合流する第２分岐熱媒体経路と、前記第２熱媒体回収経路から分岐し前記第１熱媒体回収経路に合流する第３分岐熱媒体経路と、を備えた構成としてもよい。

また、本発明の空調システムによれば、前記第１熱媒体供給経路と前記第２分岐熱媒体経路との分岐部、前記第２分岐熱媒体経路と前記第２熱媒体供給経路との合流部、前記第２熱媒体回収経路と前記第３分岐熱媒体経路との分岐部、及び、前記第３分岐熱媒体経路と前記第１熱媒体回収経路との合流部に、それぞれ経路切換装置が設けられた構成としてもよい。

この構成によれば、第２熱交換器をコージェネレーション装置と吸収式冷凍機とで共用できるので、空調システムとしてのコストを低減することができる。

本発明の空調システムによれば、吸収式冷凍機の第２熱交換器の上流側に電気駆動温調装置の第１熱交換器を配置することで、吸収式冷凍機の第２熱交換器に到達する空調空間の空気を、電気駆動温調装置の第１熱交換器によって予熱的に温めることができるため、吸収式冷凍機が運転可能な空調空間の温度域を低温側に拡大することができる。その結果、吸収式冷凍機の第２熱交換器での熱交換効率も向上させることができる。

また、本発明の空調システムによれば、第１熱交換器及び第２熱交換器に加え、空調空間に第３熱交換器をさらに配置することで、空調空間の暖房能力を向上させることができる。

また、本発明の空調システムによれば、第２熱交換器をコージェネレーション装置と吸収式冷凍機とで共用することで、空調システムとしてのコストを低減することができる。

本発明の実施形態１に係る空調システムの概略構成図である。 本発明の実施形態２に係る空調システムの概略構成図である。 本発明の実施形態３に係る空調システムの概略構成図である。 本発明の空調システムの使用状態を示すイメージ図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る空調システムの概略構成図である。

実施形態１の空調システム１Ａは、コージェネレーション装置（ＣＨＰ）１０と、コージェネレーション装置１０の発電電力によって駆動される電気駆動温調装置（ＥＨＰ）２０と、コージェネレーション装置１０の排熱による熱媒体によって駆動される吸収式冷凍機（ＡＨＰ）３０と、を備え、空調空間（例えばビニールハウス内等）に設けられた空気経路５０の上流側（図１では左側）に電気駆動温調装置（以下、電気駆動ヒートポンプという。）２０の熱交換器（以下、第１熱交換器という。）２３を配置し、この第１熱交換器２３より下流側（図１では右側）の空気経路５０に吸収式冷凍機３０の熱交換器（以下、第２熱交換器という。）３５を配置した構成としたものである。

コージェネレーション装置１０は、図示は省略しているが、例えばエンジンに接続された発電機によって発電し、発電した電力を電気駆動ヒートポンプ２０へ供給するための電力供給回路と、エンジン排熱を回収して温水を調製する貯湯回路とを備えて構成されている。そして、電力供給回路が電気駆動ヒートポンプ２０に接続されており、電気駆動ヒートポンプ２０は、コージェネレーション装置１０からの発電電力によって駆動するように構成されている。また、貯湯回路を循環する熱媒体（温水）が熱媒体経路を通じて吸収式冷凍機３０に供給されており、吸収式冷凍機３０は、この熱媒体（温水）を運転熱源として駆動するように構成されている。

電気駆動ヒートポンプ２０は、圧縮器２１、四方弁２２、第１熱交換器（凝縮器）２３、膨張弁２４、蒸発器２５で構成されており、実施形態１では、凝縮器である第１熱交換器２３が空気経路５０に配置されている。本発明では、電気駆動ヒートポンプ２０にて加熱運転サイクルを実行するため、冷媒の流れ方向は、圧縮器２１、四方弁２２、第１熱交換器（凝縮器）２３、膨張弁２４、蒸発器２５、四方弁２２、圧縮器２１となる。

また、吸収式冷凍機３０は、蒸発器３１、吸収器３２、再生器３３、凝縮器３４、及び熱交換器（以下、第２熱交換器という。）３５で構成されており、実施形態１では、第２熱交換器３５が空気経路５０に配置されている。

蒸発器３１、吸収器３２、再生器３３、凝縮器３４及び第２熱交換器３５は、従来周知の構成であり、蒸発器３１内で熱を奪った水が水蒸気となって吸収器３２に送られ、水蒸気を吸収して薄くなった吸収液が再生器３３に送られる。再生器３３では、薄くなった吸収液をコージェネレーション装置１０からの熱媒体（温水）によって加熱することで吸収液に吸収されている水を水蒸気として除去し、除去された水蒸気が凝縮器３４で冷却されて再び蒸発器３１に戻されるようになっている。

ここで、再生器３３には、コージェネレーション装置１０から排出される排熱による熱媒体（温水）を循環させるための循環経路（熱媒体経路）が接続されている。

この循環経路（熱媒体経路）を具体的に説明すると、コージェネレーション装置１０の熱媒体（温水）の出力側（往き側）と吸収式冷凍機３０の再生器３３の熱媒体の入力側とが第１熱媒体供給経路３６ａによって接続され、再生器３３の熱媒体（温水）の出力側とコージェネレーション装置１０の熱媒体（温水）の入力側（戻り側）とが第１熱媒体回収経路３６ｂによって接続された構成となっている。

また、第２熱交換器３５は、凝縮器３４において冷媒ガスから熱を奪うための冷却水を冷やすためのクーリングタワー（冷却塔）に相当するものであり、冷やされた冷却水は、吸収器３２を経て再び凝縮器３４に戻る循環経路（熱媒体経路）によって循環されている。

この循環経路（熱媒体経路）を具体的に説明すると、吸収式冷凍機３０の凝縮器３４の熱媒体（温水）の出力側（往き側）と第２熱交換器３５の入力側とが第２熱媒体供給経路３７ａによって接続され、第２熱交換器の出力側と吸収式冷凍機３０の吸収器３２の入力側（戻り側）とが第２熱媒体回収経路３７ｂによって接続され、吸収器３２と凝縮器３４とが第２熱媒体循環経路３７ｃによって接続された構成となっている。

実施形態１では、空調空間に設けられた空気経路５０の上流側に電気駆動ヒートポンプ２０の第１熱交換器２３を配置し、この第１熱交換器２３より下流側の空気経路５０に吸収式冷凍機３０の第２熱交換器３５を配置した構成としている。そして、このような配置構成とすることで、吸収式冷凍機３０の第２熱交換器３５に到達する空気経路５０内の空気を、電気駆動ヒートポンプ２０の第１熱交換器２３によって余熱的に温めることができるため、吸収式冷凍機３０が運転可能な空調空間の温度域を低温側に拡大することが可能となる。すなわち、空調空間内の空気温度が低い場合であっても、第１熱交換器２３によって空調空間内の空気を予熱的に温め、さらに第２熱交換器３５によって予熱された空気をさらに温めることで、冬場等の空調空間内の空気温度が低い場合でも、空調能力（暖房能力）を向上させることができる。また、吸収式冷凍機３０の第２熱交換器３５での熱交換効率も向上させることができる。

＜実施形態２＞
図２は、本発明の実施形態２に係る空調システムの概略構成図である。ただし、吸収式冷凍機３０の内部構成については、実施形態１に係る空調システム１Ａの吸収式冷凍機３０と同じであるため図示を省略して簡略化している。

実施形態２に係る空調システム１Ｂの基本構成は、上記実施形態１に係る空調システム１Ａの構成と全く同じであるので、ここでは同じ構成部材に同符号を付すこととして詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、実施形態２に係る空調システム１Ｂは、第１熱媒体供給経路３６ａから分岐し、第１熱媒体回収経路３６ｂに合流する第１分岐熱媒体経路３８を備えており、第１分岐熱媒体経路３８に接続された第３熱交換器３９を空気経路５０に配置した構成としている。そして、第１熱媒体供給経路３６ａと第１分岐熱媒体経路３８との分岐部、及び、第１熱媒体回収経路３６ｂと第１分岐熱媒体経路３８との合流部に、それぞれ経路切換装置４０を設けた構成としたものである。すなわち、これら経路切換装置４０の切換制御により、コージェネレーション装置１０から第１熱媒体供給経路３６ａ、吸収式冷凍機３０の再生器３３、第１熱媒体回収経路３６ｂを経てコージェネレーション装置１０に戻る循環経路、または、コージェネレーション装置１０から第１熱媒体供給経路３６ａ、第１分岐熱媒体経路３８、第１熱媒体回収経路３６ｂを経てコージェネレーション装置１０に戻る循環経路のいずれかの経路に切り換える構成としたものである。

この場合、第３熱交換器３９の配置位置は、空気経路５０上であればどこに配置してもよい。例えば、第１熱交換器２３の上流側に配置してもよいし、第１熱交換器２３と第２熱交換器３５との間に配置してもよい。ただし、実施形態２では、最も効率のよい場所として、第２熱交換器３５より下流側の空気経路５０に配置している。

実施形態２によれば、経路切換装置４０を適宜切り換えることで、例えばコージェネレーション装置１０の出力である熱媒体（温水）の温度が吸収式冷凍機３０の運転に不足している場合（すなわち、コージェネレーション装置１０の排熱温度が吸収式冷凍機３０の運転熱源に達していない場合）であっても、コージェネレーション装置１０からの排熱による熱媒体（温水）によって第３熱交換器３９で熱交換することで、昇温熱源として空調空間の暖房に利用することが可能となる。すなわち、吸収式冷凍機３０が停止等した場合でも、コージェネレーション装置１０によって空調空間を暖房することができるので、空調システム１Ｂの信頼性も向上する。

＜実施形態３＞
図３は、本発明の実施形態３に係る空調システムの概略構成図である。ただし、吸収式冷凍機３０の内部構成については、実施形態１に係る空調システム１Ａの吸収式冷凍機３０と同じであるため図示を省略して簡略化している。

実施形態３に係る空調システム１Ｃの基本構成は、上記実施形態１に係る空調システム１Ａの構成と全く同じであるので、ここでは同じ構成部材に同符号を付すこととして詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、実施形態３に係る空調システム１Ｃは、第１熱媒体供給経路３６ａから分岐し、第２熱媒体供給経路３７ａに合流する第２分岐熱媒体経路４１と、第２熱媒体回収経路３７ｂから分岐し、第１熱媒体回収経路３６ｂに合流する第３分岐熱媒体経路４２と、を備え、さらに、第１熱媒体供給経路３６ａと第２分岐熱媒体経路４１との分岐部、第２分岐熱媒体経路４１と第２熱媒体供給経路３７ａとの合流部、第２熱媒体回収経路３７ｂと第３分岐熱媒体経路４２との分岐部、及び、第３分岐熱媒体経路４２と第１熱媒体回収経路３６ｂとの合流部に、それぞれ経路切換装置４０を設けた構成としたものである。

すなわち、これら経路切換装置４０の切換制御により、吸収式冷凍機３０の凝縮器３４から第２熱媒体供給経路３７ａ、第２熱交換器３５、第２熱媒体回収経路３７ｂを経て吸収式冷凍機３０の吸収器３２に戻る循環経路、または、コージェネレーション装置１０から第１熱媒体供給経路３６ａ、第２分岐熱媒体経路４１、第２熱媒体供給経路３７ａ、第２熱交換器３５、第２熱媒体回収経路３７ｂ、第３分岐熱媒体経路４２、第１熱媒体回収経路３６ｂを経てコージェネレーション装置１０に戻る循環経路のいずれかの経路に切り換える構成としたものである。

実施形態３によれば、第２熱交換器３５をコージェネレーション装置１０と吸収式冷凍機３０とで共用できるので、空調システム１Ｃとしてのコストを低減することができる。

また、実施形態３によれば、経路切換装置４０を適宜切り換えることで、例えばコージェネレーション装置１０の出力である熱媒体（温水）の温度が吸収式冷凍機３０の運転に不足している場合（すなわち、コージェネレーション装置１０の排熱温度が吸収式冷凍機３０の運転熱源に達していない場合）であっても、コージェネレーション装置１０からの排熱による熱媒体（温水）によって第２熱交換器３５で熱交換することで、昇温熱源として空調空間の暖房に利用することが可能となる。すなわち、吸収式冷凍機３０が停止等した場合でも、コージェネレーション装置１０によって空調空間を暖房することができるので、空調システム１Ｃの信頼性も向上する。

図４は、本発明の空調システムを、空調空間の一例であるビニールハウス内に設置した例を示すイメージ図である。ただし、このイメージ図は、実施形態２に対応した空調システム１Ｂを配置した場合を例示している。

すなわち、ビニールハウス内の空気経路（例えば、ビニールハウス内上部の長手方向（図４では紙面手前側から紙面奥側に向かう方向）に沿う経路）５０の上流側（図中手前側）に電気駆動ヒートポンプ２０の第１熱交換器２３を配置し、この第１熱交換器２３より下流側の空気経路５０に吸収式冷凍機３０の第２熱交換器３５を配置し、この第２熱交換器３５のさらに下流側の空気経路５０にコージェネレーション装置１０の熱交換器３９を配置している。

このように、空気経路５０の上流側から下流側に向かって第１熱交換器２３、第２熱交換器３５、第３熱交換器３９を順次配置することで、ビニールハウス内の暖房能力を向上させることができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲に示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 空調システム
１０ コージェネレーション装置
２０ 電気駆動温調装置（電気駆動ヒートポンプ）
２１ 圧縮器
２２ 四方弁
２３ 第１熱交換器（凝縮器）
２４ 膨張弁
２５ 蒸発器
３０ 吸収式冷凍機
３１ 蒸発器
３２ 吸収器
３３ 再生器
３４ 凝縮器
３５ 第２熱交換器
３６ａ 第１熱媒体供給経路
３６ｂ 第１熱媒体回収経路
３７ａ 第２熱媒体供給経路
３７ｂ 第２熱媒体回収経路
３７ｃ 第２熱媒体循環経路
３８ 第１分岐熱媒体経路
３９ 第３熱交換器
４０ 経路切換装置
４１ 第２分岐熱媒体経路
４２ 第３分岐熱媒体経路
５０ 空気経路

Claims (6)

1. コージェネレーション装置と、
   前記コージェネレーション装置の発電電力によって駆動される電気駆動温調装置と、
   前記コージェネレーション装置の排熱による熱媒体によって駆動される吸収式冷凍機と、を備え、
   空調空間に設けられた空気経路の上流側に前記電気駆動温調装置の第１熱交換器が配置され、前記第１熱交換器より下流側の前記空気経路に前記吸収式冷凍機の第２熱交換器が配置されていることを特徴とする空調システム。
2. 請求項１に記載の空調システムであって、
   前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の出力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の入力側とが第１熱媒体供給経路によって接続され、前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の入力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の出力側とが第１熱媒体回収経路によって接続されており、
   前記第１熱媒体供給経路から分岐し、前記第１熱媒体回収経路に合流する第１分岐熱媒体経路を備え、
   前記第１分岐熱媒体経路に接続された第３熱交換器が前記空気経路に配置されていることを特徴とする空調システム。
3. 請求項２に記載の空調システムであって、
   前記第１熱媒体供給経路と前記第１分岐熱媒体経路との分岐部、及び、前記第１熱媒体回収経路と前記第１分岐熱媒体経路との合流部に、それぞれ経路切換装置が設けられていることを特徴とする空調システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の空調システムであって、
   前記第３熱交換器は、前記２熱交換器より下流側の前記空気経路に配置されていることを特徴とする空調システム。
5. 請求項１に記載の空調システムであって、
   前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の出力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の入力側とが第１熱媒体供給経路によって接続され、前記コージェネレーション装置の前記熱媒体の入力側と前記吸収式冷凍機の前記熱媒体の出力側とが第１熱媒体回収経路によって接続され、前記吸収式冷凍機の出力側と前記第２熱交換器の入力側とが第２熱媒体供給経路によって接続され、前記吸収式冷凍機の入力側と前記第２熱交換器の出力側とが第２熱媒体回収経路によって接続されており、
   前記第１熱媒体供給経路から分岐し、前記第２熱媒体供給経路に合流する第２分岐熱媒体経路と、前記第２熱媒体回収経路から分岐し前記第１熱媒体回収経路に合流する第３分岐熱媒体経路と、を備えたことを特徴とする空調システム。
6. 請求項５に記載の空調システムであって、
   前記第１熱媒体供給経路と前記第２分岐熱媒体経路との分岐部、前記第２分岐熱媒体経路と前記第２熱媒体供給経路との合流部、前記第２熱媒体回収経路と前記第３分岐熱媒体経路との分岐部、及び、前記第３分岐熱媒体経路と前記第１熱媒体回収経路との合流部に、それぞれ経路切換装置が設けられていることを特徴とする空調システム。

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