JP3909458B2 - 冷房サイクル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷房サイクルと圧縮式冷房サイクルを組み合わせた複合式冷房サイクルに関するものであり、特に、圧縮式冷房サイクルにおいて、圧縮機と原動機を用いずに、サイクル内の排熱を有効に活用して熱媒体を循環し、エネルギー効率を向上させることができる冷房サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷房サイクルとして、圧縮式冷房サイクル及び吸収式冷房サイクルが知られている。
圧縮式冷房サイクルは、圧縮機から吐出した熱媒体を凝縮器、膨脹弁、蒸発器を経て、圧縮機に戻すように循環させて冷房を行なうようにしたものである。
また、吸収式冷房サイクルは、冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器から導かれる冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器と、吸収器で冷媒の吸収を行なった後の吸収液を導入して、この吸収液から冷媒を放出する再生器と、再生器から送り出された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器とを有し、前記蒸発器で冷熱を取り出し冷房を行なうようにしたものである。
【０００３】
一般に、これらの冷房サイクルは、個別に用いられるが、これらの冷房サイクルを併用することで、エネルギー効率の向上等を図ることも考えられている。
【０００４】
例えば、特開２０００−２７４８７５号公報には、原動機で駆動される圧縮機を用いた圧縮式冷房サイクルと、吸収式冷房サイクルとを備え、前記圧縮式冷房サイクルの原動機より冷却水を介して回収される排熱を、前記吸収式冷房サイクルの再生器の加熱熱源として利用し得るようにして、エネルギー効率を向上させる冷房サイクルが開示されている。
【０００５】
これによると、圧縮式冷房サイクルにて生じる排熱を有効に利用することができ、エネルギー効率を向上させることができ、特に、温熱需要の有無に関わらず排熱を利用することができるため、エネルギー効率を常時高めることができる。また、吸収式冷房サイクルの凝縮器等を水冷するための冷却水タンクなどの設備を不要とすることもでき、設備コストや運転コストを低減することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報による冷房サイクルでは、圧縮式冷房サイクルと、吸収式冷房サイクルで、異なる冷媒の循環経路を設けていることで、凝縮器、蒸発器等、各サイクルでそれぞれ設けなくてはならないので、設備コストが余計にかかる。
【０００７】
また、冷媒を冷却するための冷却水タンクを設けない代わりに、冷媒の冷却をファンによって外気と熱交換して冷却を行なう空冷式とすることで、ファンを相当数要する。
【０００８】
また、原動機の冷却排熱を利用して、再生器を加熱し、再び原動機を冷却するように循環させることで、エネルギー効率の向上を図ることはできるが、冷媒の冷却を空冷式にすることで、外気と熱交換した排熱は利用されずに、外気へ放出し、捨てていることになるので、熱サイクル効率が悪く、地球温暖化への影響を及ぼす。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、圧縮式冷房サイクルと吸収式冷房サイクルとの両方の冷房サイクルの特性を生かし、特に圧縮式冷房サイクルにおいて、圧縮機を用いずに熱媒体を循環させ、エネルギー効率の向上を図る冷房サイクルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷房サイクルは、上記の目的を達成するために、次の技術的手段を採用した。
【００１１】
加熱手段によって吸収液を加熱し、吸収液に吸収されている冷媒を気化させて吸収液を再生する再生器と、再生器で気化した気化冷媒を冷却して液化する凝縮器と、凝縮器で冷却された液化冷媒を低圧下で蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した気化冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、吸収器で気化冷媒を吸収した吸収液と前記再生器から吸収器へ戻される吸収液とで熱交換する吸収液熱交換器と、で構成された吸収式冷房サイクルと、熱媒体を圧縮するための圧縮機と、圧縮機を駆動する原動機と、圧縮機にて圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、凝縮器にて凝縮された熱媒体を膨脹させる減圧膨脹手段と、減圧膨脹手段にて減圧膨脹された熱媒体を室内空気と熱交換する室内熱交換器と、室内熱交換器にて熱媒体と熱交換して冷却された空気を室内に送る送風機と、室内空気と熱交換した熱媒体を、前記の吸収冷房サイクルの凝縮器で冷却された液化冷媒と熱交換させて冷却し、該液化冷媒を蒸発させるための蒸発器と、で構成された圧縮式冷房サイクルとを組み合わせた複合式冷房サイクルにおいて、圧縮式冷房サイクルを構成する圧縮機と圧縮機を駆動する原動機の代わりに、熱媒体を加熱する加熱シリンダー部と、加熱によって熱媒体が気化し、高圧となった熱媒体ガスを蓄える蓄圧タンクと、高圧の熱媒体ガスを用いて熱媒体を循環させるためのドライブタンクと、ドライブタンク内を減圧する減圧用バイパス管とを設け、ドライブタンク内の熱媒体を前記の凝縮器へ送り、減圧膨脹手段を経て室内熱交換器へ送られ、次に、熱媒体ガスが充満し高圧状態となったドライブタンク内の圧力を減圧用バイパス管により前記の減圧膨張手段へ送りドライブタンク内を減圧することで、熱媒体が前記の室内熱交換器から蒸発器に送られ、冷却・液化されてドライブタンク内に戻ることによって熱媒体を循環させることができるようにした。
【００１２】
これにより、上記従来例のように、圧縮機と圧縮機を駆動させる原動機を要さず、また、原動機を冷却する冷却水を循環させるポンプ等を必要としない。
【００１３】
また、圧縮式冷房サイクルの加熱シリンダー部における熱媒体は、吸収式冷房サイクルの加熱手段によって再生器で加熱された吸収液との熱交換手段によって加熱されることとした。
【００１４】
この熱交換手段は、加熱された吸収液の排熱を熱媒体の加熱熱源として利用するものであり、冷房サイクル内のエネルギー効率を高めることができる。
【００１５】
また、吸収式冷房サイクルにおける凝縮器と、圧縮式冷房サイクルにおける凝縮器と、を同じ冷却水タンク内に設けて冷却源を同じにすることで、構造をシンプルにし、設備コストを低減できる。
【００１６】
また、減圧膨張手段は、膨張弁とベンチュリー管を直列に連結したものであって、さらに、該ベンチュリー管の側面に貫通孔を設け、該孔には、前記減圧用バイパス管が連結され、該連結部には、熱媒体ガスを低圧化する膨脹弁を設けた。
【００１７】
また、冷房サイクル内の少なくともいずれかの冷媒、熱媒体、或いは吸収液用配管に、超親水性物質の被膜処理を施した。
この被膜処理は、配管の内側、外側を問わないものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、この発明の一実施形態による冷房サイクルの構成図である。
本発明は、吸収式冷房サイクルと圧縮式冷房サイクルを備えて構成されている。
【００２０】
このうち、吸収式冷房サイクルは、加熱手段によって吸収液１を加熱し吸収液１の一部を気化させる再生器２と、再生器２で気化した気化冷媒３を冷却して液化する凝縮器４と、凝縮器４で冷却された液化冷媒５を低圧下で蒸発させる蒸発器６と、蒸発器６で蒸発した気化冷媒３を吸収液１に吸収させる吸収器７と、吸収器７から再生器２へ送られる吸収液１と再生器２から吸収器７へ戻される吸収液１とで熱交換する吸収液熱交換器８と、で構成されている。
【００２１】
吸収液１は、再生器２で加熱手段によって加熱され、加熱熱源には、太陽熱や地熱といった自然エネルギーを使う。
しかし、自然エネルギーは、例えば太陽熱は天候に左右され、常にエネルギー源として確保することは難しいため、補助熱源として電気やガス等を備えておくと良い。
自然エネルギーが足りないときに、自動的に電気やガス等によって発熱する予備加熱手段によって、その不足分を補うようにすると、自然エネルギーを無駄なく利用でき、地球温暖化防止にも効果を発揮し、また省エネにも貢献する。
【００２２】
吸収液には臭化リチウム水溶液、冷媒は水をそれぞれ使用するものとするが、例えば、冷媒にアンモニア、吸収剤に水を利用したアンモニア水溶液等の他の吸収液を用いても良い。
本発明において冷媒は、気化した状態を気化冷媒、液化した状態を液化冷媒とし、単に冷媒とした場合は、液化冷媒を表すものとする。
【００２３】
吸収液１は、再生器２で加熱されると、冷媒を蒸発分離する。
【００２４】
吸収液１から蒸発分離した気化冷媒３は、冷却水タンク９内に設けられた凝縮器４へ流れて、冷却水タンク９に給水される冷却水１０によって冷却され、液化する。
【００２５】
冷却水タンク９を流れる冷却水１０は、給水口１１から給水され、凝縮器４を流れる冷媒、さらに圧縮式冷房サイクルを循環する熱媒体１２と熱交換し、排水口１３から排水される。
【００２６】
凝縮器４で冷却された液化冷媒５は、蒸発器６へと流れ、蒸発器６内の熱媒体１２が流れる配管に滴下し、蒸発して気化冷媒３となる。
【００２７】
気化冷媒３は、吸収器７へ移動し、吸収液１に吸収される。
【００２８】
気化冷媒３を吸収した吸収液１は、吸収液熱交換器８へ運ばれ、この吸収液熱交換器８で、再生器２で加熱されて冷媒が蒸発分離して高濃度となった吸収液１と熱交換し、再生器２へ送られる。
【００２９】
再生器２で加熱されて冷媒が蒸発分離して高濃度となった吸収液１は、その余熱で、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２を加熱し、吸収液熱交換器８へ流れ、吸収器７から送られる吸収液１と熱交換した後、吸収器７へ戻される。
【００３０】
このサイクルを繰り返すことによって、吸収式冷房サイクルが行なわれる。
また、本発明では、１重効用型の吸収式冷房サイクルとしたが、２重効用型の吸収式冷房サイクル、３重以上の多重効用型の吸収式冷房サイクルとしても良い。
【００３１】
次に、圧縮式冷房サイクルは、圧縮機と圧縮機を駆動する原動機の代わりに、熱媒体１２を加熱する加熱シリンダー部１４と、加熱によって熱媒体１２が気化した熱媒体ガス１５を蓄える蓄圧タンク１６と、熱媒体１２を貯留するドライブタンク１７と、ドライブタンク１７内を減圧する減圧用バイパス管１８とを設け、加熱シリンダー部１４で加熱された熱媒体１２を冷却する凝縮器４と、凝縮器４にて冷却された熱媒体１２を膨脹させる減圧膨脹手段と、減圧膨脹手段にて減圧膨脹された熱媒体１２を室内空気と熱交換する室内熱交換器１９と、室内熱交換器１９にて熱媒体１２と熱交換して冷却された室内空気を室内に送る送風機２０と、室内空気との熱交換の際に蒸発して気化した熱媒体ガス１５を冷却し液化する蒸発器６とで構成されている。
【００３２】
加熱シリンダー部１４における熱媒体１２は、吸収式冷房サイクルの加熱手段によって再生器２で加熱された吸収液１との熱交換手段によって加熱される。
【００３３】
この熱交換手段は、加熱された吸収液１の排熱を熱媒体１２の加熱熱源として利用するもので、本実施例では、吸収液１の排熱を最も直接的に得ることができるように、加熱シリンダー部１４を再生器２の中に設けるよう構成したが、熱媒体１２の加熱熱源に、吸収式冷房サイクルにおける吸収液１の排熱を利用したものであれば、いずれの構成であっても良い。
【００３４】
例えば、図２に示すように、加熱シリンダー部１４を、吸収式冷房サイクルにおける再生器２と吸収液熱交換器８の配管の間に設置し、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２を、再生器２で加熱された吸収液１の余熱で加熱するようにしても良い。
【００３５】
また、本発明では、吸収式冷房サイクルにおける吸収液１の排熱を、圧縮式冷房サイクルにおける熱媒体１２の加熱熱源としたものであるが、この排熱の利用を逆にしても効果は同じである。
【００３６】
すなわち、吸収式冷房サイクルの再生器２に設けた加熱手段を、圧縮式冷房サイクルの加熱シリンダー部１４に設けて、熱媒体１２を加熱手段によって加熱し、加熱された熱媒体１２の余熱によって、吸収式冷房サイクルの吸収液１を加熱するものである。
【００３７】
例えば、図３に示すように、加熱手段によって加熱シリンダー部１４で熱媒体１２を加熱し、加熱された熱媒体１２を再生器２内に配管して、熱媒体１２の余熱を再生器２の熱源となるように構成しても良い。
【００３８】
熱媒体には、相変化が可能な流体、例えば温度が下がると容易に凝縮し得るＨＣＦＣ２２（Ｒ２２）を使用するが、熱媒体は吸収液の余熱によって加熱されるので、吸収液よりも気化温度が低いものであれば、いずれでも良く、代替フロンＨＦＣ等でも良い。
本発明において熱媒体は、気化した状態を熱媒体ガスとし、単に熱媒体とした場合は液化した状態を表すものとする。
【００３９】
加熱シリンダー部１４において吸収液１の余熱によって加熱された熱媒体１２は、その一部が気化して熱媒体ガス１５となる。
【００４０】
熱媒体ガス１５は、加熱シリンダー部１４の上部に設けられている配管から逆止弁２１を通って、蓄圧タンク１６へ流れる。
【００４１】
蓄圧タンク１６の出口には、電磁弁２２が設けられ、このとき電磁弁２２は閉状態になっており、蓄圧タンク１６内に熱媒体ガス１５が蓄えられる。
【００４２】
加熱シリンダー部１４内に充満した熱媒体ガス１５は、その圧力で、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２を冷却水タンク９内に設けられた凝縮器４へと送る。
【００４３】
凝縮器４へ送られた熱媒体１２は、冷却水タンク９内を循環する冷却水１０によって冷却される。
【００４４】
凝縮器４で冷却された熱媒体１２は、膨脹弁２３、ベンチュリー管２４を通って減圧、膨脹され、室内に設置された室内熱交換器１９へと送られる。
【００４５】
室内熱交換器１９で、熱媒体１２は室内空気と熱交換して、室内空気を冷却する。
【００４６】
冷却された空気は、送風機２０によって室内に送風される。
【００４７】
熱媒体１２は、室内空気と熱交換して蒸発気化して熱媒体ガス１５となり、蒸発器６内の配管へ流れる。
【００４８】
蒸発器６では、凝縮器４で冷却された冷媒が滴下し、熱媒体ガス１５が流れる配管ごと冷却する。
【００４９】
熱媒体ガス１５は、冷却液化され熱媒体１２となり、逆止弁２１を通ってドライブタンク１７へ充填される。
【００５０】
ドライブタンク１７の出口には、電磁弁２２が設けられ、このとき電磁弁２２は閉状態になっており、ドライブタンク１７内に熱媒体１２が充填される。
【００５１】
加熱シリンダー部１４と前記ドライブタンク１７には、満空感知センサー２５が設けられており、各タンクにおける熱媒体１２の充填量をセンサーが感知する。
【００５２】
加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２は、凝縮器４へと送られ、徐々に少なくなる。
【００５３】
満空感知センサー２５が、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２の空状態を感知するか、或いは、ドライブタンク１７内の熱媒体１２の満状態を感知すると、蓄圧タンク１６とドライブタンク１７に設けられた電磁弁２２が開き、蓄圧タンク１６に充填されていた熱媒体ガス１５がドライブタンク１７内に開放され、高圧の熱媒体ガス１５の圧力によって、ドライブタンク１７内に充填された熱媒体１２を、逆止弁２１を通って、加熱シリンダー部１４へと圧送する。
【００５４】
ドライブタンク１７内の熱媒体１２が、加熱シリンダー部１４へと送られ、満空感知センサー２５が、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２の満状態を感知するか、或いは、ドライブタンク１７内の熱媒体１２の空状態を感知すると、今度は、蓄圧タンク１６とドライブタンク１７に設けられた電磁弁２２は閉じる。
【００５５】
このとき、ドライブタンク１７内には、熱媒体ガス１５が充満して高圧状態となっているが、ここで、減圧用バイパス管１８に設けられた電磁弁２２が開き、熱媒体ガス１５を、ドライブタンク１７内から逃がして減圧することで、蒸発器６で冷却された熱媒体１２が、ドライブタンク１７内へと充填される。
【００５６】
ドライブタンク１７から減圧用バイパス管１８によって運ばれた熱媒体ガス１５は、減圧用バイパス管１８が蒸発器６内を通過する際、凝縮器４で滴下する冷媒によって、減圧用バイパス管ごと冷却される。
【００５７】
蒸発器６で冷却された熱媒体ガス１５は、減圧用バイパス管１８とベンチュリー管２４の連結部に設けられた膨脹弁２３を介してベンチュリー管２４内を通過し、室内熱交換器１９へと流れる。
【００５８】
減圧用バイパス管１８を膨脹弁を介してベンチュリー管２４に接続することで、凝縮器４からの減圧膨脹された熱媒体ガス１５の流れによって、減圧用バイパス管１８を通って運ばれた熱媒体ガス１５を室内熱交換器１９へと導くことができる。
【００５９】
また、減圧用バイパス管１８には、減圧感知センサー２６が設けられ、減圧感知センサー２６が減圧用バイパス管１８を通る熱媒体ガス１５の量が少なくなり、圧力が低下してきたことを感知したら、減圧用バイパス管１８に設けられた電磁弁２２は閉じる。
【００６０】
減圧用バイパス管１８は、ドライブタンク１７内で高圧状態となった熱媒体ガス１５を減圧し、熱媒体１２を循環させることが目的であるので、本実施例ではベンチュリー管２４に接続したが、例えば、室内熱交換器１９と蒸発器６との間に接続しても良い。
【００６１】
以下、同様の操作を繰り返すことにより、圧縮機を必要とせずに、熱媒体１２をサイクル内で循環させることができる。
【００６２】
また、本発明では、冷媒、熱媒体１２、あるいは吸収液１用配管に、超親水性物質の被膜処理をしたものを用いる。
この被膜処理は、配管の内側、外側を問わない。
【００６３】
ここで言う超親水性物質とは、撥水性に対する親水性を意味し、水分子をはじかない物質であればいずれでも良く、例えば酸化チタンなどが良い。
これにより、サイクル内における熱交換を促進し、熱効率を向上させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明では、以下に示すような効果がある。
【００６５】
１）圧縮機、原動機、さらに熱媒体を循環させるポンプ等を必要とせず、加熱熱源のみによって熱媒体を循環させることができ、加熱熱源に自然エネルギーを利用すれば、地球資源の消費削減及び地球環境の汚染防止等に、大きく貢献できる。
【００６６】
２）余熱を加熱源とすることで、サイクル内の排熱を外部へ捨てることなく、有効に活用し、エネルギー効率を向上させることができる。
【００６７】
３）２つのサイクルの凝縮器を、冷却水を循環させるだけの同じ冷却水タンクに格納することで、構造をシンプルにし、設備コストを抑えることができる。
【００６８】
４）熱媒体の減圧膨脹手段にベンチュリー管を用いて膨脹弁を接続することにより、凝縮器から減圧膨脹された熱媒体ガスの流れによって、減圧用バイパス管からの熱媒体ガスを導くことができる。
【００６９】
５）配管の内外側に被膜処理された超親水性物質によって、特に蒸発器において、熱媒体が循環する配管と冷媒の熱交換が促進される。
【００７０】
このように、本発明によれば、圧縮式冷房サイクルと吸収式冷房サイクルとの両方の冷房サイクルの特性を生かし、特に圧縮式冷房サイクルにおいて、圧縮機を用いずに熱媒体を循環させ、サイクル内の排熱を有効に活用し、エネルギー効率を向上させることができる冷房サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における冷房サイクルの一実施例の構成図を示す。
【図２】本発明における加熱手段の他の実施例を示す。
【図３】本発明における加熱手段の更に他の実施例を示す。
【符号の説明】
１ 吸収液
２ 再生器
３ 気化冷媒
４ 凝縮器
５ 液化冷媒
６ 蒸発器
７ 吸収器
８ 吸収液熱交換器
９ 冷却水タンク
１０ 冷却水
１１ 給水口
１２ 熱媒体
１３ 排水口
１４ 加熱シリンダー部
１５ 熱媒体ガス
１６ 蓄圧タンク
１７ ドライブタンク
１８ 減圧用バイパス管
１９ 室内熱交換器
２０ 送風機
２１ 逆止弁
２２ 電磁弁
２３ 膨脹弁
２４ ベンチュリー管
２５ 満空感知センサー
２６ 減圧感知センサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷房サイクルと圧縮式冷房サイクルを組み合わせた複合式冷房サイクルに関するものであり、特に、圧縮式冷房サイクルにおいて、圧縮機と原動機を用いずに、サイクル内の排熱を有効に活用して熱媒体を循環し、エネルギー効率を向上させることができる冷房サイクルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷房サイクルとして、圧縮式冷房サイクル及び吸収式冷房サイクルが知られている。
圧縮式冷房サイクルは、圧縮機から吐出した熱媒体を凝縮器、膨脹弁、蒸発器を経て、圧縮機に戻すように循環させて冷房を行なうようにしたものである。
また、吸収式冷房サイクルは、冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器から導かれる冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器と、吸収器で冷媒の吸収を行なった後の吸収液を導入して、この吸収液から冷媒を放出する再生器と、再生器から送り出された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器とを有し、前記蒸発器で冷熱を取り出し冷房を行なうようにしたものである。
【０００３】
一般に、これらの冷房サイクルは、個別に用いられるが、これらの冷房サイクルを併用することで、エネルギー効率の向上等を図ることも考えられている。
【０００４】
例えば、特開２０００−２７４８７５号公報には、原動機で駆動される圧縮機を用いた圧縮式冷房サイクルと、吸収式冷房サイクルとを備え、前記圧縮式冷房サイクルの原動機より冷却水を介して回収される排熱を、前記吸収式冷房サイクルの再生器の加熱熱源として利用し得るようにして、エネルギー効率を向上させる冷房サイクルが開示されている。
【０００５】
これによると、圧縮式冷房サイクルにて生じる排熱を有効に利用することができ、エネルギー効率を向上させることができ、特に、温熱需要の有無に関わらず排熱を利用することができるため、エネルギー効率を常時高めることができる。また、吸収式冷房サイクルの凝縮器等を水冷するための冷却水タンクなどの設備を不要とすることもでき、設備コストや運転コストを低減することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報による冷房サイクルでは、圧縮式冷房サイクルと、吸収式冷房サイクルで、異なる冷媒の循環経路を設けていることで、凝縮器、蒸発器等、各サイクルでそれぞれ設けなくてはならないので、設備コストが余計にかかる。
【０００７】
また、冷媒を冷却するための冷却水タンクを設けない代わりに、冷媒の冷却をファンによって外気と熱交換して冷却を行なう空冷式とすることで、ファンを相当数要する。
【０００８】
また、原動機の冷却排熱を利用して、再生器を加熱し、再び原動機を冷却するように循環させることで、エネルギー効率の向上を図ることはできるが、冷媒の冷却を空冷式にすることで、外気と熱交換した排熱は利用されずに、外気へ放出し、捨てていることになるので、熱サイクル効率が悪く、地球温暖化への影響を及ぼす。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、圧縮式冷房サイクルと吸収式冷房サイクルとの両方の冷房サイクルの特性を生かし、特に圧縮式冷房サイクルにおいて、圧縮機を用いずに熱媒体を循環させ、エネルギー効率の向上を図る冷房サイクルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷房サイクルは、上記の目的を達成するために、次の技術的手段を採用した。
【００１１】
加熱手段によって吸収液を加熱し、吸収液に吸収されている冷媒を気化させて吸収液を再生する再生器と、再生器で気化した気化冷媒を冷却して液化する凝縮器と、凝縮器で冷却された液化冷媒を低圧下で蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した気化冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、吸収器で気化冷媒を吸収した吸収液と前記再生器から吸収器へ戻される吸収液とで熱交換する吸収液熱交換器と、で構成された吸収式冷房サイクルと、熱媒体を圧縮するための圧縮機と、圧縮機を駆動する原動機と、圧縮機にて圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、凝縮器にて凝縮された熱媒体を膨脹させる減圧膨脹手段と、減圧膨脹手段にて減圧膨脹された熱媒体を室内空気と熱交換する室内熱交換器と、室内熱交換器にて熱媒体と熱交換して冷却された空気を室内に送る送風機と、室内空気と熱交換した熱媒体を、前記の吸収冷房サイクルの凝縮器で冷却された液化冷媒と熱交換させて冷却し、該液化冷媒を蒸発させるための蒸発器と、で構成された圧縮式冷房サイクルとを組み合わせた複合式冷房サイクルにおいて、圧縮式冷房サイクルを構成する圧縮機と圧縮機を駆動する原動機の代わりに、熱媒体を加熱する加熱シリンダー部と、加熱によって熱媒体が気化し、高圧となった熱媒体ガスを蓄える蓄圧タンクと、高圧の熱媒体ガスを用いて熱媒体を循環させるためのドライブタンクと、ドライブタンク内を減圧する減圧用バイパス管とを設け、ドライブタンク内の熱媒体を前記の凝縮器へ送り、減圧膨脹手段を経て室内熱交換器へ送られ、次に、熱媒体ガスが充満し高圧状態となったドライブタンク内の圧力を減圧用バイパス管により前記の減圧膨張手段へ送りドライブタンク内を減圧することで、熱媒体が前記の室内熱交換器から蒸発器に送られ、冷却・液化されてドライブタンク内に戻ることによって熱媒体を循環させることができるようにした。
【００１２】
これにより、上記従来例のように、圧縮機と圧縮機を駆動させる原動機を要さず、また、原動機を冷却する冷却水を循環させるポンプ等を必要としない。
【００１３】
また、圧縮式冷房サイクルの加熱シリンダー部における熱媒体は、吸収式冷房サイクルの加熱手段によって再生器で加熱された吸収液との熱交換手段によって加熱されることとした。
【００１４】
この熱交換手段は、加熱された吸収液の排熱を熱媒体の加熱熱源として利用するものであり、冷房サイクル内のエネルギー効率を高めることができる。
【００１５】
また、吸収式冷房サイクルにおける凝縮器と、圧縮式冷房サイクルにおける凝縮器と、を同じ冷却水タンク内に設けて冷却源を同じにすることで、構造をシンプルにし、設備コストを低減できる。
【００１６】
また、減圧膨張手段は、膨張弁とベンチュリー管を直列に連結したものであって、さらに、該ベンチュリー管の側面に貫通孔を設け、該孔には、前記減圧用バイパス管が連結され、該連結部には、熱媒体ガスを低圧化する膨脹弁を設けた。
【００１７】
また、冷房サイクル内の少なくともいずれかの冷媒、熱媒体、或いは吸収液用配管に、超親水性物質の被膜処理を施した。
この被膜処理は、配管の内側、外側を問わないものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、この発明の一実施形態による冷房サイクルの構成図である。
本発明は、吸収式冷房サイクルと圧縮式冷房サイクルを備えて構成されている。
【００２０】
このうち、吸収式冷房サイクルは、加熱手段によって吸収液１を加熱し吸収液１の一部を気化させる再生器２と、再生器２で気化した気化冷媒３を冷却して液化する凝縮器４と、凝縮器４で冷却された液化冷媒５を低圧下で蒸発させる蒸発器６と、蒸発器６で蒸発した気化冷媒３を吸収液１に吸収させる吸収器７と、吸収器７から再生器２へ送られる吸収液１と再生器２から吸収器７へ戻される吸収液１とで熱交換する吸収液熱交換器８と、で構成されている。
【００２１】
吸収液１は、再生器２で加熱手段によって加熱され、加熱熱源には、太陽熱や地熱といった自然エネルギーを使う。
しかし、自然エネルギーは、例えば太陽熱は天候に左右され、常にエネルギー源として確保することは難しいため、補助熱源として電気やガス等を備えておくと良い。
自然エネルギーが足りないときに、自動的に電気やガス等によって発熱する予備加熱手段によって、その不足分を補うようにすると、自然エネルギーを無駄なく利用でき、地球温暖化防止にも効果を発揮し、また省エネにも貢献する。
【００２２】
吸収液には臭化リチウム水溶液、冷媒は水をそれぞれ使用するものとするが、例えば、冷媒にアンモニア、吸収剤に水を利用したアンモニア水溶液等の他の吸収液を用いても良い。
本発明において冷媒は、気化した状態を気化冷媒、液化した状態を液化冷媒とし、単に冷媒とした場合は、液化冷媒を表すものとする。
【００２３】
吸収液１は、再生器２で加熱されると、冷媒を蒸発分離する。
【００２４】
吸収液１から蒸発分離した気化冷媒３は、冷却水タンク９内に設けられた凝縮器４へ流れて、冷却水タンク９に給水される冷却水１０によって冷却され、液化する。
【００２５】
冷却水タンク９を流れる冷却水１０は、給水口１１から給水され、凝縮器４を流れる冷媒、さらに圧縮式冷房サイクルを循環する熱媒体１２と熱交換し、排水口１３から排水される。
【００２６】
凝縮器４で冷却された液化冷媒５は、蒸発器６へと流れ、蒸発器６内の熱媒体１２が流れる配管に滴下し、蒸発して気化冷媒３となる。
【００２７】
気化冷媒３は、吸収器７へ移動し、吸収液１に吸収される。
【００２８】
気化冷媒３を吸収した吸収液１は、吸収液熱交換器８へ運ばれ、この吸収液熱交換器８で、再生器２で加熱されて冷媒が蒸発分離して高濃度となった吸収液１と熱交換し、再生器２へ送られる。
【００２９】
再生器２で加熱されて冷媒が蒸発分離して高濃度となった吸収液１は、その余熱で、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２を加熱し、吸収液熱交換器８へ流れ、吸収器７から送られる吸収液１と熱交換した後、吸収器７へ戻される。
【００３０】
このサイクルを繰り返すことによって、吸収式冷房サイクルが行なわれる。
また、本発明では、１重効用型の吸収式冷房サイクルとしたが、２重効用型の吸収式冷房サイクル、３重以上の多重効用型の吸収式冷房サイクルとしても良い。
【００３１】
次に、圧縮式冷房サイクルは、圧縮機と圧縮機を駆動する原動機の代わりに、熱媒体１２を加熱する加熱シリンダー部１４と、加熱によって熱媒体１２が気化した熱媒体ガス１５を蓄える蓄圧タンク１６と、熱媒体１２を貯留するドライブタンク１７と、ドライブタンク１７内を減圧する減圧用バイパス管１８とを設け、加熱シリンダー部１４で加熱された熱媒体１２を冷却する凝縮器４と、凝縮器４にて冷却された熱媒体１２を膨脹させる減圧膨脹手段と、減圧膨脹手段にて減圧膨脹された熱媒体１２を室内空気と熱交換する室内熱交換器１９と、室内熱交換器１９にて熱媒体１２と熱交換して冷却された室内空気を室内に送る送風機２０と、室内空気との熱交換の際に蒸発して気化した熱媒体ガス１５を冷却し液化する蒸発器６とで構成されている。
【００３２】
加熱シリンダー部１４における熱媒体１２は、吸収式冷房サイクルの加熱手段によって再生器２で加熱された吸収液１との熱交換手段によって加熱される。
【００３３】
この熱交換手段は、加熱された吸収液１の排熱を熱媒体１２の加熱熱源として利用するもので、本実施例では、吸収液１の排熱を最も直接的に得ることができるように、加熱シリンダー部１４を再生器２の中に設けるよう構成したが、熱媒体１２の加熱熱源に、吸収式冷房サイクルにおける吸収液１の排熱を利用したものであれば、いずれの構成であっても良い。
【００３４】
例えば、図２に示すように、加熱シリンダー部１４を、吸収式冷房サイクルにおける再生器２と吸収液熱交換器８の配管の間に設置し、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２を、再生器２で加熱された吸収液１の余熱で加熱するようにしても良い。
【００３５】
また、本発明では、吸収式冷房サイクルにおける吸収液１の排熱を、圧縮式冷房サイクルにおける熱媒体１２の加熱熱源としたものであるが、この排熱の利用を逆にしても効果は同じである。
【００３６】
すなわち、吸収式冷房サイクルの再生器２に設けた加熱手段を、圧縮式冷房サイクルの加熱シリンダー部１４に設けて、熱媒体１２を加熱手段によって加熱し、加熱された熱媒体１２の余熱によって、吸収式冷房サイクルの吸収液１を加熱するものである。
【００３７】
例えば、図３に示すように、加熱手段によって加熱シリンダー部１４で熱媒体１２を加熱し、加熱された熱媒体１２を再生器２内に配管して、熱媒体１２の余熱を再生器２の熱源となるように構成しても良い。
【００３８】
熱媒体には、相変化が可能な流体、例えば温度が下がると容易に凝縮し得るＨＣＦＣ２２（Ｒ２２）を使用するが、熱媒体は吸収液の余熱によって加熱されるので、吸収液よりも気化温度が低いものであれば、いずれでも良く、代替フロンＨＦＣ等でも良い。
本発明において熱媒体は、気化した状態を熱媒体ガスとし、単に熱媒体とした場合は液化した状態を表すものとする。
【００３９】
加熱シリンダー部１４において吸収液１の余熱によって加熱された熱媒体１２は、その一部が気化して熱媒体ガス１５となる。
【００４０】
熱媒体ガス１５は、加熱シリンダー部１４の上部に設けられている配管から逆止弁２１を通って、蓄圧タンク１６へ流れる。
【００４１】
蓄圧タンク１６の出口には、電磁弁２２が設けられ、このとき電磁弁２２は閉状態になっており、蓄圧タンク１６内に熱媒体ガス１５が蓄えられる。
【００４２】
加熱シリンダー部１４内に充満した熱媒体ガス１５は、その圧力で、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２を冷却水タンク９内に設けられた凝縮器４へと送る。
【００４３】
凝縮器４へ送られた熱媒体１２は、冷却水タンク９内を循環する冷却水１０によって冷却される。
【００４４】
凝縮器４で冷却された熱媒体１２は、膨脹弁２３、ベンチュリー管２４を通って減圧、膨脹され、室内に設置された室内熱交換器１９へと送られる。
【００４５】
室内熱交換器１９で、熱媒体１２は室内空気と熱交換して、室内空気を冷却する。
【００４６】
冷却された空気は、送風機２０によって室内に送風される。
【００４７】
熱媒体１２は、室内空気と熱交換して蒸発気化して熱媒体ガス１５となり、蒸発器６内の配管へ流れる。
【００４８】
蒸発器６では、凝縮器４で冷却された冷媒が滴下し、熱媒体ガス１５が流れる配管ごと冷却する。
【００４９】
熱媒体ガス１５は、冷却液化され熱媒体１２となり、逆止弁２１を通ってドライブタンク１７へ充填される。
【００５０】
ドライブタンク１７の出口には、電磁弁２２が設けられ、このとき電磁弁２２は閉状態になっており、ドライブタンク１７内に熱媒体１２が充填される。
【００５１】
加熱シリンダー部１４と前記ドライブタンク１７には、満空感知センサー２５が設けられており、各タンクにおける熱媒体１２の充填量をセンサーが感知する。
【００５２】
加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２は、凝縮器４へと送られ、徐々に少なくなる。
【００５３】
満空感知センサー２５が、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２の空状態を感知するか、或いは、ドライブタンク１７内の熱媒体１２の満状態を感知すると、蓄圧タンク１６とドライブタンク１７に設けられた電磁弁２２が開き、蓄圧タンク１６に充填されていた熱媒体ガス１５がドライブタンク１７内に開放され、高圧の熱媒体ガス１５の圧力によって、ドライブタンク１７内に充填された熱媒体１２を、逆止弁２１を通って、加熱シリンダー部１４へと圧送する。
【００５４】
ドライブタンク１７内の熱媒体１２が、加熱シリンダー部１４へと送られ、満空感知センサー２５が、加熱シリンダー部１４内の熱媒体１２の満状態を感知するか、或いは、ドライブタンク１７内の熱媒体１２の空状態を感知すると、今度は、蓄圧タンク１６とドライブタンク１７に設けられた電磁弁２２は閉じる。
【００５５】
このとき、ドライブタンク１７内には、熱媒体ガス１５が充満して高圧状態となっているが、ここで、減圧用バイパス管１８に設けられた電磁弁２２が開き、熱媒体ガス１５を、ドライブタンク１７内から逃がして減圧することで、蒸発器６で冷却された熱媒体１２が、ドライブタンク１７内へと充填される。
【００５６】
ドライブタンク１７から減圧用バイパス管１８によって運ばれた熱媒体ガス１５は、減圧用バイパス管１８が蒸発器６内を通過する際、凝縮器４で滴下する冷媒によって、減圧用バイパス管ごと冷却される。
【００５７】
蒸発器６で冷却された熱媒体ガス１５は、減圧用バイパス管１８とベンチュリー管２４の連結部に設けられた膨脹弁２３を介してベンチュリー管２４内を通過し、室内熱交換器１９へと流れる。
【００５８】
減圧用バイパス管１８を膨脹弁を介してベンチュリー管２４に接続することで、凝縮器４からの減圧膨脹された熱媒体ガス１５の流れによって、減圧用バイパス管１８を通って運ばれた熱媒体ガス１５を室内熱交換器１９へと導くことができる。
【００５９】
また、減圧用バイパス管１８には、減圧感知センサー２６が設けられ、減圧感知センサー２６が減圧用バイパス管１８を通る熱媒体ガス１５の量が少なくなり、圧力が低下してきたことを感知したら、減圧用バイパス管１８に設けられた電磁弁２２は閉じる。
【００６０】
減圧用バイパス管１８は、ドライブタンク１７内で高圧状態となった熱媒体ガス１５を減圧し、熱媒体１２を循環させることが目的であるので、本実施例ではベンチュリー管２４に接続したが、例えば、室内熱交換器１９と蒸発器６との間に接続しても良い。
【００６１】
以下、同様の操作を繰り返すことにより、圧縮機を必要とせずに、熱媒体１２をサイクル内で循環させることができる。
【００６２】
また、本発明では、冷媒、熱媒体１２、あるいは吸収液１用配管に、超親水性物質の被膜処理をしたものを用いる。
この被膜処理は、配管の内側、外側を問わない。
【００６３】
ここで言う超親水性物質とは、撥水性に対する親水性を意味し、水分子をはじかない物質であればいずれでも良く、例えば酸化チタンなどが良い。
これにより、サイクル内における熱交換を促進し、熱効率を向上させることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した本発明では、以下に示すような効果がある。
【００６５】
１）圧縮機、原動機、さらに熱媒体を循環させるポンプ等を必要とせず、加熱熱源のみによって熱媒体を循環させることができ、加熱熱源に自然エネルギーを利用すれば、地球資源の消費削減及び地球環境の汚染防止等に、大きく貢献できる。
【００６６】
２）余熱を加熱源とすることで、サイクル内の排熱を外部へ捨てることなく、有効に活用し、エネルギー効率を向上させることができる。
【００６７】
３）２つのサイクルの凝縮器を、冷却水を循環させるだけの同じ冷却水タンクに格納することで、構造をシンプルにし、設備コストを抑えることができる。
【００６８】
４）熱媒体の減圧膨脹手段にベンチュリー管を用いて膨脹弁を接続することにより、凝縮器から減圧膨脹された熱媒体ガスの流れによって、減圧用バイパス管からの熱媒体ガスを導くことができる。
【００６９】
５）配管の内外側に被膜処理された超親水性物質によって、特に蒸発器において、熱媒体が循環する配管と冷媒の熱交換が促進される。
【００７０】
このように、本発明によれば、圧縮式冷房サイクルと吸収式冷房サイクルとの両方の冷房サイクルの特性を生かし、特に圧縮式冷房サイクルにおいて、圧縮機を用いずに熱媒体を循環させ、サイクル内の排熱を有効に活用し、エネルギー効率を向上させることができる冷房サイクルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における冷房サイクルの一実施例の構成図を示す。
【図２】本発明における加熱手段の他の実施例を示す。
【図３】本発明における加熱手段の更に他の実施例を示す。
【符号の説明】
１ 吸収液
２ 再生器
３ 気化冷媒
４ 凝縮器
５ 液化冷媒
６ 蒸発器
７ 吸収器
８ 吸収液熱交換器
９ 冷却水タンク
１０ 冷却水
１１ 給水口
１２ 熱媒体
１３ 排水口
１４ 加熱シリンダー部
１５ 熱媒体ガス
１６ 蓄圧タンク
１７ ドライブタンク
１８ 減圧用バイパス管
１９ 室内熱交換器
２０ 送風機
２１ 逆止弁
２２ 電磁弁
２３ 膨脹弁
２４ ベンチュリー管
２５ 満空感知センサー
２６ 減圧感知センサー
Claims (5)
- 加熱手段によって吸収液を加熱し、吸収液に吸収されている冷媒を気化させて吸収液を再生する再生器と、
該再生器で気化した気化冷媒を冷却して液化する凝縮器と、
該凝縮器で冷却された液化冷媒を低圧下で蒸発させる蒸発器と、
該蒸発器で蒸発した気化冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、
該吸収器で気化冷媒を吸収した吸収液と前記再生器から吸収器へ戻される吸収液とで熱交換する吸収液熱交換器と、で構成された吸収式冷房サイクルと、
熱媒体を圧縮するための圧縮機と、
該圧縮機を駆動する原動機と、
該圧縮機にて圧縮された熱媒体を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器にて凝縮された熱媒体を膨脹させる減圧膨脹手段と、
該減圧膨脹手段にて減圧膨脹された熱媒体を室内空気と熱交換する室内熱交換器と、
該室内熱交換器にて熱媒体と熱交換して冷却された空気を室内に送る送風機と、
室内空気と熱交換した熱媒体を、前記の吸収冷房サイクルの凝縮器で冷却された液化冷媒と熱交換させて冷却し、該液化冷媒を蒸発させるための蒸発器と、で構成された圧縮式冷房サイクルとを組み合わせた複合式冷房サイクルにおいて、
圧縮式冷房サイクルを構成する前記圧縮機と圧縮機を駆動する原動機の代わりに、熱媒体を加熱する加熱シリンダー部と、
加熱によって熱媒体が気化し、高圧となった熱媒体ガスを蓄える蓄圧タンクと、
該高圧熱媒体ガスを用いて熱媒体を循環させるためのドライブタンクと、
該ドライブタンク内を減圧する減圧用バイパス管とを設け、
前記ドライブタンク内に、蓄圧タンク内に蓄えられた熱媒体ガスを放出し、この熱媒体ガスの圧力により、ドライブタンク内の熱媒体を前記の凝縮器へ送り、減圧膨脹手段を経て室内熱交換器へ送られ、
次に、熱媒体ガスが充満し高圧状態となったドライブタンク内の圧力を減圧用バイパス管により前記の減圧膨張手段へ送りドライブタンク内を減圧することで、熱媒体が前記の室内熱交換器から蒸発器に送られ、冷却・液化されてドライブタンク内に戻ることによって熱媒体を循環させることを特徴とする冷房サイクル。 - 前記圧縮式冷房サイクルの加熱シリンダー部における熱媒体は、前記吸収式冷房サイクルの加熱手段によって再生器で加熱された吸収液との熱交換手段で加熱されることを特徴とする請求項１に記載の冷房サイクル。
- 前記吸収式冷房サイクルにおける凝縮器と、前記圧縮式冷房サイクルにおける凝縮器と、は、冷却水が循環する冷却水タンク内に設けられており、該冷却水タンクは、給水口から冷却水が供給され、冷媒、熱媒体をそれぞれ冷却し、熱交換して温められた冷却水を排水口から排水するように給水口と排水口とが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷房サイクル。
- 前記減圧膨張手段は、膨張弁とベンチュリー管を直列に連結したものであって、さらに、該ベンチュリー管の側面に貫通孔を設け、該孔には、前記減圧用バイパス管が連結され、該連結部には、熱媒体ガスを低圧化する膨脹弁が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の冷房サイクル。
- 少なくともいずれかの冷媒、熱媒体、あるいは吸収液用配管に、超親水性物質の被膜処理がされていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の冷房サイクル。
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