JP3918980B2 - 冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置に係り、特に、エンジン、タービン、燃料電池等からの排気を熱源とする吸収冷凍機及び冷却塔からの冷熱を用いる圧縮冷凍機を接続した冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コージェネレーションシステムでは、電気と共に、比較的温度の低い温水が供給される。この温水は、温度があまり高くなく、低ポテンシャルエネルギに分類され、給湯又は暖房に利用されることが多い。最近は、吸収冷凍機の熱源として冷房に利用することも多くなってきている。
コージェネレーションシステムの中で、この温水は、エンジンの冷却（ジャケット温水）あるいはエンジン排気からの熱回収、あるいは、燃料電池の場合の冷却用として得られる。低ポテンシャルエネルギ単独で、吸収冷凍機を運転する場合もあるが、前述の複合冷房装置のように、高ポテンシャルエネルギと共に用い、必要とする高ポテンシャルエネルギの量を減らそうという使い方も提案され、採用され出している。
【０００３】
ところで、低ポテンシャルエネルギ単独で、吸収冷凍機を運転する場合、冷房負荷に対応した負荷能力を取り出すためには、冷房負荷が大きくなければ大きな吸収冷凍機を設置する必要があり、設置面積及び設置費用の点で不利であった。これを解決するために、吸収冷凍機の冷熱を用いて、圧縮式冷凍機の熱源側熱交換器の液冷媒を冷却する冷凍装置が知られている（特開平１１−２２３４１２号公報）。
しかし、この冷凍装置においては、冷房負荷が小さい場合も吸収冷凍機と圧縮式冷凍機の両方を運転する必要があり、冷房負荷が小さい場合の対応に問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、冷房負荷及び排熱の状態に応じて、吸収冷凍機と冷却塔の運転が選択できる圧縮冷凍機を用いて、経済的で効率のよい冷凍装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を備え、エンジン、タービン、燃料電池等からの排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷凍機と、冷却塔及び該冷却塔の冷却水で冷却する冷却水熱交換器と、圧縮機、熱源側熱交換器（室外器）及び１以上の利用側熱交換器（室内器）を備えた１台以上の圧縮冷凍機とからなる冷凍装置であって、前記圧縮冷凍機の熱源側熱交換器に、前記吸収冷凍機の蒸発器及び冷却水熱交換器を、直列又は並列に配管接続すると共に、前記圧縮冷凍機の利用側熱交換器からの冷媒蒸気を、前記吸収冷凍機の蒸発器又は冷却水熱交換器又は該蒸発器と冷却水熱交換器のいずれででも冷却できるように構成したことを特徴とする冷凍装置としたものである。
【０００６】
前記冷凍装置において、圧縮冷凍機の熱源側熱交換器と吸収冷凍機の蒸発器及び冷却水熱交換器とは、水、ブライン、又は、主に潜熱で熱輸送をする媒体を熱輸送媒体として配管中を熱輸送し、前記並列に接続した配管には、熱源側熱交換器出口の熱輸送媒体温度と、冷却塔の冷却媒体温度との比較を基に、前記熱輸送媒体を吸収冷凍機の蒸発器と冷却水熱交換器のいずれかに導く弁を設けることができ、また、前記吸収冷凍機の蒸発器及び冷却水熱交換器には、それぞれ複数の圧縮冷凍機の熱源側熱交換器を弁を介して並列に配管接続し、前記吸収冷凍機の蒸発器温度に関連する物理量を基に、吸収冷凍機の蒸発器に接続する圧縮冷凍機の熱源側熱交換器への接続台数を増減させることができる。
【０００７】
また、本発明では、再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を備え、排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷凍機と、冷却塔及び該冷却塔の冷却水で冷却する冷却水熱交換器と、１台以上の圧縮機、熱源側熱交換器及び１以上の利用側熱交換器を備えた圧縮冷凍機とからなる冷凍装置であって、前記圧縮冷凍機の熱源側熱交換器が、前記吸収冷凍機の蒸発器と冷却水熱交換器からなり、前記圧縮機出口の冷媒蒸気を、前記熱源側熱交換器である吸収冷凍機の蒸発器と冷却水熱交換器に、並列に導く冷媒配管を設けると共に、前記圧縮冷凍機の利用側熱交換器からの冷媒蒸気を、前記吸収冷凍機の蒸発器又は冷却水熱交換器又は該蒸発器と冷却水熱交換器のいずれででも冷却できるように構成したことを特徴とする冷凍装置としたものである。
これら冷凍装置において、圧縮冷凍機には、圧縮機と並列に、圧縮機吸込み側から吐出側に流れるように、逆止弁を設けることができ、また、前記吸収冷凍機は、蒸発器から温水を取出す冷暖切換機構を有し、蒸発器から取出した暖房出力を圧縮冷凍機の低熱源とし、圧縮冷凍機をヒートポンプ運転して、暖房運転を行う切換機構を設けることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、吸収冷凍機の出力（冷凍効果）で、利用側熱交換器（室内器）からの冷媒蒸気を直接冷却凝縮させるか、圧縮機からの冷媒蒸気を冷却凝縮させる（圧縮式の凝縮器として作用〕と共に、切替により吸収冷凍機に併設している冷却塔も利用可能としている。
次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１〜３は、本発明の圧縮冷凍機の熱源側熱交換器に、吸収冷凍機の蒸発器及び冷却水熱交換器を配管接続した冷凍装置のフロー構成図を示し、図４〜６は本発明の圧縮冷凍機の熱源側熱交換器が吸収冷凍機の蒸発器と冷却水熱交換器からなる冷凍装置のフロー構成図である。
図において、１は吸収冷凍機、２は冷却塔、３は圧縮冷凍機、４は冷却塔の冷却水で冷却する冷却水熱交換器、５は熱源側熱交換器（室外器）、６は圧縮機、７は利用側熱交換器（室内器）、８は減圧機構、９は逆止弁、Ｅは蒸発器、Ａは吸収器、Ｇは再生器、Ｃは凝縮器であり、１１、１２は熱輸送媒体用配管、１３、１４は冷却水配管、１５、１６は冷媒配管を示す。
【０００９】
図１について説明すると、図１は、冷房専用の場合を示し、吸収冷凍機１では、再生器Ｇに排熱１７が導入され、蒸発器Ｅから冷熱が取出され、冷却塔２では、冷却水ポンプ２２の稼動により冷却水が配管１３、１４を通り循環され、冷却水熱交換器４と吸収冷凍機１の吸収器Ａと凝縮器Ｃを冷却する。圧縮冷凍機３では、冷媒ガスが配管１５を通り、圧縮機６で圧縮されて熱源側熱交換器５で冷却液化され、減圧機構８で減圧されて利用側熱交換器７でガス化されて冷熱を発生させる。そして、前記熱源側熱交換器５は、吸収冷凍機１の蒸発器Ｅと冷却水熱交換器４と配管１１、１２で接続されており、蒸発器Ｅと冷却水熱交換器４からの冷熱を熱輸送媒体により熱源側熱交換器５に送って、圧縮機６からの冷媒を冷却する。
【００１０】
このように、圧縮冷凍機の凝縮熱は、吸収冷凍機の蒸発器又は冷却塔に放出される。
また、図１では、熱輸送媒体である吸収冷凍機１の冷水循環に、吸収冷凍機・蒸発器Ｅ用の循環ポンプ２１を用いているが、これに代えて、各熱源側熱交換器５に個別の冷水ポンプを設けてもよい。熱輸送媒体は、冷却水熱交換器４へのバイパス弁２３を介してバイパス可能としている。
冷却塔２は、吸収冷凍機１用と、圧縮冷凍機３用と兼用として示しているが、別個でも差支えない。
【００１１】
図２は、図１において、熱輸送媒体用配管１１、１２が、吸収冷凍機の蒸発器Ｅと冷却水熱交換器４とに並列に接続されており、熱輸送媒体は主に潜熱で熱輸送する媒体とし、吸収冷凍機１、冷却塔２の内、低温になっている方で、媒体が凝縮する。排熱が不足、あるいは無い場合は、冷却塔２側での凝縮（放熱）となる。
図３は、熱輸送媒体用配管を吸収冷凍機系１１と冷却塔系１２を別系統とし、圧縮冷凍機３の熱源側熱交換器５を各系に選択して接続可能としている。
排熱が不足した場合、吸収冷凍機１で負荷が賄いきれないので、媒体温度が上昇する。ここの場合、吸収冷凍機系１１への接続台数を減らし、冷却塔系１２への接続台数を増す。逆に、吸収冷凍機系１１の媒体温度が設定値よりも低下した場合、吸収冷凍機系１１への接続台数を増し、冷却塔系１２への接続台数を減少する。
【００１２】
図４は、圧縮冷凍機の熱源側熱交換器５が、吸収冷凍機の蒸発器Ｅと冷却水熱交換器４とからなる冷凍装置であり、冷房専用の場合を示し、圧縮冷凍機の圧縮機６から出た冷媒蒸気は、直接配管１５から熱源側熱交換器である吸収冷凍機の蒸発器Ｅ又は配管１６から冷却水熱交換器に導入されて冷却され、凝縮、液化して減圧機構８を通って利用側熱交換器７でガス化して冷熱を放出する。
図５は、図４において、１台の圧縮冷凍機３内に、複数の圧縮機６を設けたものであり、図６は、図４において、１台の吸収冷凍機と冷却塔に接続する冷媒配管１５、１６に、複数台の圧縮冷凍機３を接続したものである。
【００１３】
図７は、圧縮冷凍機の圧縮機６と並列に逆止弁９を設けた部分構成図である。蒸発器Ｅ又は冷却塔２の温度が低い場合、圧縮機６を運転せず、室内器からの冷媒蒸気を熱源側熱交換器５で直接凝縮させてもよい。
利用側熱交換器（室内器）７が、熱源側熱交換器（室外器）５よりも下にある場合、室内器７で蒸発した冷媒蒸気が、上に有る室外器５で凝縮する。凝縮液を室外器５の下部から取出し、室内器９に導く。冷媒蒸気と冷媒液は自然循環する。
室外器５の位置が高い位置に無い場合、冷媒液ポンプ６’（図７の破線）により、室外器５で凝縮した冷媒液を、室内器７に送り込んでもよい。冷媒ポンプ動力は、圧縮機動力より数段少ない。
【００１４】
図８は、圧縮冷凍機をヒートポンプ運転して暖房に用いる場合の部分構成図である。
図８においては、圧縮機が設置された冷媒流路に四方弁１０を配して、逆方向に冷媒を流し、暖房の場合は利用側熱交換器７を圧縮冷凍機の凝縮器として、熱源熱交換器５を蒸発器として作動させ、熱源側熱交換器５には、吸収冷凍機１を吸収冷温水機として作動させて、蒸発器Ｅから温水を導くか、あるいは、排熱１７の温水を熱源側熱交換器５に導く。
このように、吸収冷温水機を暖房運転して圧縮冷凍機の低熱源とし、圧縮冷凍機をヒートポンプ運転して、装置の暖房運転が可能となる。
暖房運転の場合、冷却は停止し、弁により冷媒回路から切離している。
以上の冷凍装置において、吸収冷凍機は、単効用だけではなく、多重効用であっても差し支えない。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によると、圧縮冷凍機の熱源として、排熱を利用する吸収冷凍機と冷却塔の両方の冷熱を利用することができるようにしたことになり、冷房負荷及び排熱の発生状態に応じて、いずれの冷熱を利用するかを選択でき、冷却塔の冷却水温度によっても吸収冷凍機のみの運転も可能になり、経済的な冷凍装置が提供できた。
また、圧縮冷凍機をヒートポンプ運転することにより暖房用としても利用できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の冷凍装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の冷凍装置の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明の冷凍装置の別の例を示すフロー構成図。
【図５】本発明の冷凍装置の別の例を示すフロー構成図。
【図６】本発明の冷凍装置の別の例を示すフロー構成図。
【図７】本発明で用いる圧縮冷凍機の他の例を示す部分構成図。
【図８】本発明で用いる圧縮冷凍機の他の例を示す部分構成図。
【符号の説明】
１：吸収冷凍機、２：冷却塔、３：圧縮冷凍機、４：冷却水熱交換器、５：熱源側熱交換器（室外器）、６：圧縮機、７：利用側熱交換器（室内器）、８：減圧機構、９：逆止弁、１０：四方弁、１１、１２：熱輸送媒体用配管、１３、１４：冷却水配管、１５、１６：冷媒配管、１７：排熱、２１：循環ポンプ、２２：冷却水ポンプ、２３：バイパス弁、Ｅ：蒸発器、Ａ：吸収器、Ｇ：再生器、Ｃ：凝縮器

Claims (5)

1. 再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を備え、排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷凍機と、冷却塔及び該冷却塔の冷却水で冷却する冷却水熱交換器と、圧縮機、熱源側熱交換器及び１以上の利用側熱交換器を備えた１台以上の圧縮冷凍機とからなる冷凍装置であって、前記圧縮冷凍機の熱源側熱交換器に、前記吸収冷凍機の蒸発器及び冷却水熱交換器を、直列又は並列に配管接続すると共に、前記圧縮冷凍機の利用側熱交換器からの冷媒蒸気を、前記吸収冷凍機の蒸発器又は冷却水熱交換器又は該蒸発器と冷却水熱交換器のいずれででも冷却できるように構成したことを特徴とする冷凍装置。
2. 前記吸収冷凍機の蒸発器及び冷却水熱交換器には、それぞれ複数の圧縮冷凍機の熱源側熱交換器を弁を介して並列に配管接続し、前記吸収冷凍機の蒸発器温度に関連する物理量を基に、吸収冷凍機の蒸発器に接続する圧縮冷凍機の熱源側熱交換器への接続台数を増減させることを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
3. 再生器、凝縮器、吸収器及び蒸発器を備え、排熱を前記再生器の熱源とする吸収冷凍機と、冷却塔及び該冷却塔の冷却水で冷却する冷却水熱交換器と、１台以上の圧縮機、熱源側熱交換器及び１以上の利用側熱交換器を備えた圧縮冷凍機とからなる冷凍装置であって、前記圧縮冷凍機の熱源側熱交換器が、前記吸収冷凍機の蒸発器と冷却水熱交換器からなり、前記圧縮機出口の冷媒蒸気を、前記熱源側熱交換器である吸収冷凍機の蒸発器と冷却水熱交換器に、並列に導く冷媒配管を設けると共に、前記圧縮冷凍機の利用側熱交換器からの冷媒蒸気を、前記吸収冷凍機の蒸発器又は冷却水熱交換器又は該蒸発器と冷却水熱交換器のいずれででも冷却できるように構成したことを特徴とする冷凍装置。
4. 前記圧縮冷凍機には、圧縮機と並列に、圧縮機吸込み側から吐出側に流れるように、逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の冷凍装置。
5. 前記吸収冷凍機は、蒸発器から温水を取り出す冷暖切換機構を有し、蒸発器から取出した暖房出力を圧縮冷凍機の低熱源とし、圧縮冷凍機をヒートポンプ運転して、暖房運転を行う切換機構を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の冷凍装置。

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