JP4282818B2 - 複合式冷房システム及び複合式冷房方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン等の原動機を用いて冷房を行うための冷房システムに関する。特には、原動機の排熱の利用方法に特徴を有する複合式冷房システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
冷房又は冷凍を行うために従来より広く利用されているシステムとして、冷媒圧縮式冷房システムがある。
図4は、都市ガス等を圧縮駆動の原動機燃料として用いるガスヒートポンプ(GHP)式の冷媒圧縮式冷房システムの構成を示す系統図である。この図4において冷媒圧縮式冷房システム30は、冷媒(フロン等)を圧縮する圧縮機31と、この圧縮機31を駆動する原動機32と、圧縮機31にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器33と、この凝縮器33にて凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁34と、この膨張弁34にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器35と、これらの間に冷媒を循環させる循環管路36とを備えて構成されている。
このうち、圧縮機31、原動機32、凝縮器33、ファン33a等が室外機30Aとしてユニット化されている。また、膨張弁34、蒸発器35、ファン35a等が室内機30Bとしてユニット化されている。
【0003】
このように構成された冷媒圧縮式冷房システム30において、ガス供給管37から供給されたガスを燃料として原動機32が運転され、この原動機32によって圧縮機31が駆動され、該圧縮機31によって冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、凝縮器33においてファン33aによる外気風を受けて冷却されて液体に凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁34にて膨張し蒸発器35において蒸発し、この際にファン35aで吸い込まれた室内空気との間で熱交換を行って該空気を冷却する。その後、冷媒は再び圧縮機31にて圧縮され、以後、同様の循環サイクルが繰り返される。
【0004】
原動機32には該原動機32を冷却するための冷却水を循環させる循環管路38が設けられている。この循環管路38を循環する冷媒は、原動機32との間で熱交換することにより該原動機32の排熱を奪って高温となり、ラジエータ等の放熱器39にて冷却されて排熱を大気中に放出し、再び原動機32に至る。
【0005】
次に、吸収液を利用して冷房を行うガス吸収式冷房システムについて説明する。
図5は、ガス吸収式冷房システムの構成を示す系統図である。この図5に示すようにガス吸収式冷房システム40は、吸収液(臭化リチウム水溶液等)を加熱することにより冷媒(水等)を放出すると共に吸収液を濃縮する再生器41と、この再生器41から放出された冷媒を凝縮する凝縮器42と、この凝縮器42にて凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器43と、この蒸発器43にて蒸発した冷媒を吸収液に吸収させる吸収器44と、吸収液を圧送するポンプ45と、吸収液同士の熱交換を行う熱交換器46と、これらの間に冷媒を循環させる循環管路47とを備えて構成されている。
【0006】
このように構成されたガス吸収式冷房システムにおいて、冷媒を吸収する吸収液は、図示しない熱源(ガスバーナー等)を用いて再生器41において加熱される。吸収液が加熱されると、前段階において吸収液内部に吸収されていた冷媒が蒸気として放出され、これによって吸収液は濃縮される。
【0007】
再生器41において放出された蒸気は、凝縮器42において冷却水によって冷却されて液体に凝縮する。凝縮した冷媒は、蒸発器43内において、減圧下(7mmHg)下で循環管路48表面に散布される。そして冷媒は、循環管路48内を流れる水(入温例えば12℃)から蒸発潜熱を奪い、低温(例えば4℃)で蒸発して蒸気となり、循環管路48内の水を冷却して冷水(例えば7℃)を製造する。
【0008】
蒸発器43で発生した蒸気中の冷媒は、吸収器44において吸収液に吸収され、これによって蒸発器43が減圧雰囲気に維持される。この吸収時の吸収熱を除去するため、吸収器44は冷却水にて冷却される。この吸収器44において冷媒を吸収した吸収液は、再び再生器41に送られ、以後、同様の冷媒循環サイクルが繰り返される。
また再生器41で濃縮された吸収液は、再生器41に至る吸収液を熱交換器46を介して予備加熱した後、再び吸収器44に送られる。以後、同様の吸収液循環サイクルが繰り返される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図4に示すような中小規模の冷媒圧縮式冷房システムにおいては、原動機32の排熱が循環管路38を介して単に大気中に放出されている。
ところで、図3に概念的に示すようなビル用マルチタイプと呼ばれるGHPが考えられる。このタイプのGHPでは、複数の室外機30Aが1系統の冷媒配管30Cを介して複数の室内機30Bに接続されている。このマルチタイプにおいては、複数台の室外機30Aのそれぞれから排熱が放出されている。
【0010】
このような排熱は、単に大気中に放出せず、何らかの方法で再利用することが好ましい。しかしながら、少なくともGHPにおいては、冷房運転時には排熱の再利用は実現されていない。
【0011】
ところで、ガス吸収式冷房システムにおいては、該システムの発生冷熱で直接冷房を行うためには、すなわち蒸発器43において7℃程度の冷水を製造するためには、ガス吸収式冷房システムの蒸発温度を低く(5℃程度)する必要がある。このため、凝縮器42及び吸収器44を水冷にて冷却する必要があり、クーリングタワーを含む比較的大規模な冷却設備を必要とし、設備の設置コストを増大させる一因となっている。
【0012】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、冷媒圧縮式冷房システムの排熱を利用することによりエネルギー効率を高めること等のできる複合式冷房システムを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る複合式冷房システムは、 A冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機を駆動する原動機、及び、該圧縮機にて圧縮されたA冷媒を凝縮する凝縮器を含む室外機と、 該凝縮器にて凝縮されたA冷媒を膨張させる膨張弁、及び、該膨張弁にて膨張したA冷媒を蒸発させる蒸発器を含む室内機と、を有する冷媒圧縮式冷房システム、並びに、 B冷媒を吸収する吸収液を加熱することにより、該吸収液に吸収されたB冷媒を該吸収液中から放出するとともに、該液を濃縮する再生器と、 該再生器にて放出されたB冷媒を凝縮する凝縮器と、 該凝縮器にて凝縮されたB冷媒を蒸発させる蒸発器と、 該蒸発器にて蒸発したB冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、 を有するガス吸収式冷房システム、を備え、 上記冷媒圧縮式冷房システムが、上記室外機を複数台備えるとともに、 これら複数台の室外機の各凝縮器を出たA冷媒が同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送られて過冷却され、 上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水が、同一系統の冷却水配管に接続されて上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送られ、該再生器を加熱する熱源となることを特徴とする。
【0014】
また、本発明の複合式冷房方法は、 圧縮機及びその原動機をそれぞれ有する複数台の室外機にてA冷媒を圧縮及び凝縮し、 室内機にて圧縮及び凝縮されたA冷媒を膨張及び蒸発させ、 かつ、再生器において、上記原動機の冷却排熱によってB冷媒の吸収液を加熱することにより、該吸収液にて吸収されたB冷媒を該吸収液中から放出すると共に、該液を濃縮し、 上記再生器にて放出されたB冷媒を凝縮器にて凝縮し、 上記凝縮器にて凝縮されたB冷媒を蒸発器にて蒸発させ、 上記蒸発器にて蒸発したB冷媒を吸収器にて吸収液に吸収させる複合式冷房方法において; 上記複数台の室外機の各凝縮器を出たA冷媒を、同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送って過冷却するとともに、 上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水を、同一系統の冷却水配管に接続して上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送って、該再生器を加熱する熱源とすることを特徴とする。
なお、上記A冷媒及びB冷媒と呼んでいるのは、冷媒圧縮式冷房システムの冷媒とガス吸収式冷房システムの冷媒を区別するためである。
【0015】
この複合式冷房システム及び冷房方法では、従来の冷媒圧縮式冷房システムにおいて大気中に放出されていた原動機の排熱が吸収液を加熱するために利用される。したがって冷媒圧縮式冷房システムにて生じる排熱の一部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る。
特に、複数台の室外機を1系統の冷媒配管で接続し、大容量の室外機系を構成することで、システム全体の空調負荷の変動に対し、室外機の運転台数を調整する等により、きめ細かい対応が可能となる。
【0016】
本発明においては、上記冷媒配管中に、上記複数台の室外機の各凝縮器にて凝縮されたA冷媒を上記B冷媒で過冷却する過冷却熱交換手段を備えることが好ましい。
同一の冷媒配管中で過冷却することで、通常の冷房能力に加えてガス吸収式冷房システムから発生する排熱を冷房能力に上乗せできる。また、過冷却熱交換手段(シェル・チューブ熱交等)を各室外機ごとに設ける必要がないので、設備コストを最小限に抑えることができる。
【0017】
さらに、本発明においては、上記ガス吸収式冷房システムの凝縮器及び/又は吸収器を空冷式とするのが好ましい。
これにより、冷却水循環装置やクーリングタワーを省略することができ、設備費を低減できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明に係る複合式冷房システムの概念的構成を示すブロック図である。図2は本発明の一実施例の複合式冷房システムの構成を示す系統図である。
本発明に係る複合式冷房システムは、図2に示す冷媒圧縮式冷房システム1と、ガス吸収式冷房システム2とを備えて構成されている。この複合式冷房システムにおいて、冷媒圧縮式冷房システム1は、図1に概念的に示すように、室外機1A及び室内機1Bをそれぞれ複数台備えている。そして、冷媒圧縮式冷房システム1の各室外機1A及び室内機1Bと、ガス吸収式冷房システム2とは、1系統の冷媒循環管路51により接続されている。
【0019】
以下、各システムについて具体的に説明する。
図2において、冷媒圧縮式冷房システム1は、例えば都市ガス等を圧縮駆動用原動機の燃料として用いるガスヒートポンプ(GHP)として具体化されるもので、A冷媒(フロン等)を圧縮する圧縮機11と、この圧縮機11を駆動する原動機12と、圧縮機11にて圧縮されたA冷媒を凝縮する凝縮器13と、この凝縮器13にて凝縮されたA冷媒を膨張させる膨張弁14と、この膨張弁14にて膨張したA冷媒を蒸発させる蒸発器15と、これらの間にA冷媒を循環させる循環管路16とを備えて構成されている。
このうち、圧縮機11、原動機12、凝縮器13、ファン13a等が室外機1Aとしてユニット化されている。また、膨張弁14、蒸発器15、ファン15a等が室内機1Bとしてユニット化されている。
【0020】
このように構成された冷媒圧縮式冷房システム1において、原動機12は、例えばガス供給管17から供給された都市ガス等を燃料に用いる往復動エンジンである。この原動機12によって圧縮機11が駆動され、該圧縮機11によってA冷媒が圧縮される。ただし原動機12はいかなる原理・構造のものであってもよく、また燃料はガス以外にもガソリンや軽油等の任意の燃料を用いることができる。
【0021】
圧縮機11によって圧縮されたA冷媒は、凝縮器13においてファン13aによる外気を受けて冷却されて液体に凝縮する。凝縮したA冷媒は、後述する吸収式冷房システムの蒸発器23において過冷却された後、膨張弁14にて膨張し蒸発器15において蒸発し、この際にファン15aで吸い込まれた空気との間で熱交換を行って該空気を冷却する。その後、冷媒は再び圧縮機11にて圧縮され、以後、同様の循環サイクルが繰り返される。
【0022】
また原動機12には、該原動機12を冷却するための冷媒(冷却水)を循環させる循環管路18が設けられている。同循環管路18により、3台の室外機1Aのそれぞれの原動機12の冷却水系統が1系統に接続されている。この循環管路18を循環する冷却水は、各原動機12との間で熱交換することにより該原動機12の排熱を奪って高温(例えば80〜100℃)となり、後述する再生器21にて吸収液を加熱する。
【0023】
一方、ガス吸収式冷房システム2は、図2に示すように、吸収液を加熱することによりB冷媒(水等)を放出すると共に該液を濃縮する再生器21と、この再生器21から放出されたB冷媒を凝縮する凝縮器22と、この凝縮器22にて凝縮されたB冷媒を蒸発させる蒸発器23と、この蒸発器23にて蒸発したB冷媒を吸収液に吸収させる吸収器24と、吸収液を圧送するポンプ25と、吸収液同士の熱交換を行う熱交換器26と、これらの間にB冷媒を循環させる循環管路27とを備えて構成されている。
【0024】
このように構成されたガス吸収式冷房システム2において、冷媒を吸収する吸収液(例えば臭化リチウム(LiBr)水溶液)は、再生器21内において、冷媒圧縮式冷房システム1のエンジン冷却水循環管路18内を流れる冷却水を熱源として例えば95℃に加熱される。吸収液が加熱されると、前段階において吸収液内部に吸収されていた冷媒(水等)が蒸気として放出され、これによって吸収液は濃縮される。
【0025】
再生器21において放出された蒸気は、凝縮器22において冷却されて(例えば50℃)液体に凝縮する。凝縮した冷媒は蒸発器23内において、減圧雰囲気(12mmHg程度)下で、冷媒圧縮式冷房システム1の循環管路16の外表面に散布される。そして冷媒は、循環管路16内を流れる冷媒から蒸発潜熱を奪い、低温(例えば15℃)の蒸気となり、循環管路16内の冷媒を冷却する(例えば50℃→25℃)。
【0026】
蒸発器23で発生した蒸気中の冷媒は、吸収器24において吸収液に吸収され、これによって蒸発器23が減圧雰囲気に維持される。冷媒を吸収した吸収液は、ポンプ25を介して再び再生器21に送られ、以後、同様の冷媒循環サイクルが繰り返される。
また再生器21で濃縮された吸収液は、熱交換器26を介して再生器21に至る吸収液を予備加熱した後、再び吸収器24に送られる。以後、同様の吸収液循環サイクルが繰り返される。
【0027】
ここで、冷媒圧縮式冷房システム1とガス吸収式冷房システム2の相互の関係についてより詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、冷媒圧縮式冷房システム1の原動機12を冷却するための冷却水循環管路18は、3台の室外機1A−1、2、3のそれぞれの原動機12側から吸収式冷房システム2の再生器21側にまで延びており、該再生器21内部を通って各室外機1A−1、2、3に戻るように配設されている。そして、各原動機12の排熱を奪って高温(例えば80〜100℃程度)となった冷媒は、再生器21内で該再生器21中の吸収液との間で熱交換を行い、この吸収液を加熱する。すなわち原動機12を冷却するための冷却水が、再生器21の加熱熱源として利用されている。なお、再生器21に別個のガスバーナー等の加熱熱源を併設してもよい。
【0028】
また、図2に示すように、冷媒圧縮式冷房システム1の各室外機1Aの凝縮器13から延出された循環管路16は、同一系統の管路51に合流した後にガス吸収式冷房システム2の蒸発器23までに延出され、該蒸発器23内部を通って、各室内機1Bの膨張弁14に至るように配設されている。そして凝縮器13にて凝縮されたA冷媒は、凝縮器22にて凝縮されたB冷媒が蒸発器23内において循環管路16の外表面に散布されて蒸発することにより、冷却(過冷却)される。
【0029】
このように冷媒圧縮式冷房システム1とガス吸収式冷房システム2とを複合化させたことにより、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【0030】
また、複数台(3台)の室外機1Aを1系統の冷媒循環管路51に接続したことで、大容量の室外機系を構成している。これにより、システム全体の空調負荷の変動に対し、室外機の運転台数を調整する等により、きめ細かい対応を実現することができる。
【0031】
特に、従来の大規模システムのように排熱によって温水を作り出すものとは異なり、排熱を冷房に利用することができる。したがって冷房需要のみであっても、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。
【0032】
ところで、従来であればガス吸収式冷房システムの発生冷熱で直接冷房を行うためには、ガス吸収式冷房システムの蒸発温度を低く(5℃程度)する必要があった。しかし本複合式冷房システムによれば、蒸発器23によって冷媒圧縮式冷房システム1の冷媒を過冷却しているので、ガス吸収式冷房システム2の蒸発温度を従来に比して高く(10〜15℃程度)することができる。
【0033】
したがってガス吸収式冷房システム2の冷媒の温度を全体的に高くすることができ、凝縮器22及び吸収器24を水冷でなく空冷にて運転することができる。具体的には図2に示すように、凝縮器22及び吸収器24にはファン22a、24aが設けられ、該ファン22a、24aにて吹き込まれる外気によって凝縮器22及び吸収器24が冷却されている。このように凝縮器22及び吸収器24を空冷化することができるので、水冷のためのクーリングタワー等の設備が不要となり、設備コストや運転コストを低減することができる。
【0034】
なお、当然のことながら従来と同様に、凝縮器22及び吸収器24を水冷運転することもできる。あるいは凝縮器22と吸収器24のうちいずれか一方のみを空冷化することもできる。
【0035】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は以下の効果を発揮する。
(1)冷媒圧縮式冷房システムにおい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る。
(2)複数台の室外機を同一系統の冷媒配管で接続し、大容量の室外機系を構成することで、システム全体の空調負荷の変動に対し、室外機の運転台数を調整する等により、きめ細かい対応が可能となる。
(3)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。
(4)ガス吸収式冷房システムの凝縮器等を空冷とすることも可能で、その場合には冷却水のクーリングタワー等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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による複合式冷房システムの概念的構成を示すブロック図である。
【図2】同複合式冷房システムの構成を示す系統図である。
【図3】従来の冷房システムの概念的構成を示すブロック図である。
【図4】従来の冷媒圧縮式冷房システムの構成を示す系統図である。
【図5】従来のガス吸収式冷房システムの構成を示す系統図である。
【符号の説明】
1A…室外機 1B…室内機
1、30…冷媒圧縮式冷房システム 15、23、43…蒸発器
2、40…ガス吸収式冷房システム 17、37…ガス供給管
11、31…圧縮機 21、41…再生器
12、32…原動機 24、44…吸収器
13、22、33、42…凝縮器 25、45…ポンプ
13a、15a、22a、24a…ファン 26、46…熱交換器
14、34…膨張弁 39…放熱器
16、18、36、38、47、48、51…循環管路
Claims (4)
- A冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機を駆動する原動機、及び、該圧縮機にて圧縮されたA冷媒を凝縮する凝縮器を含む室外機と、
該凝縮器にて凝縮されたA冷媒を膨張させる膨張弁、及び、該膨張弁にて膨張したA冷媒を蒸発させる蒸発器を含む室内機と、を有する冷媒圧縮式冷房システム、並びに、
B冷媒を吸収する吸収液を加熱することにより、該吸収液に吸収されたB冷媒を該吸収液中から放出するとともに、該液を濃縮する再生器と、
該再生器にて放出されたB冷媒を凝縮する凝縮器と、
該凝縮器にて凝縮されたB冷媒を蒸発させる蒸発器と、
該蒸発器にて蒸発したB冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、
を有するガス吸収式冷房システム、を備え、
上記冷媒圧縮式冷房システムが、上記室外機を複数台備えるとともに、
これら複数台の室外機の各凝縮器を出たA冷媒が同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送られて過冷却され、
上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水が、同一系統の冷却水配管に接続されて上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送られ、該再生器を加熱する熱源となることを特徴とする複合式冷房システム。 - 上記ガス吸収式冷房システムの凝縮器及び/又は吸収器を空冷式としたことを特徴とする請求項1記載の複合式冷房システム。
- 圧縮機及びその原動機をそれぞれ有する複数台の室外機にてA冷媒を圧縮及び凝縮し、
室内機にて圧縮及び凝縮されたA冷媒を膨張及び蒸発させ、
かつ、再生器において、上記原動機の冷却排熱によってB冷媒の吸収液を加熱することにより、該吸収液にて吸収されたB冷媒を該吸収液中から放出すると共に、該液を濃縮し、
上記再生器にて放出されたB冷媒を凝縮器にて凝縮し、
上記凝縮器にて凝縮されたB冷媒を蒸発器にて蒸発させ、
上記蒸発器にて蒸発したB冷媒を吸収器にて吸収液に吸収させる複合式冷房方法において;
上記複数台の室外機の各凝縮器を出たA冷媒を、同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送って過冷却するとともに、
上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水を、同一系統の冷却水配管に接続して上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送って、該再生器を加熱する熱源とすることを特徴とする複合式冷房方法。 - 上記B冷媒の凝縮器及び/又は吸収器を空冷することを特徴とする請求項3記載の複合式冷房方法。
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