JP5402186B2

JP5402186B2 - 冷凍装置

Info

Publication number: JP5402186B2
Application number: JP2009097119A
Authority: JP
Inventors: 満嗣河合; 啓介谷本; 忠史西村
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-04-13
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-04-13
Also published as: JP2010249356A

Description

この出願の発明は、蒸気圧縮式冷凍機と該蒸気圧縮式冷凍機の排熱と他の外部熱源で駆動される吸収式冷凍機とを備え、それらを所望に組み合わせて作動可能とした冷凍装置に関するものである。

一般に蒸気圧縮式冷凍機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器をヒートポンプ作動可能に冷媒配管で接続して冷凍回路を構成しており、同冷凍回路中を流れる冷媒の方向を逆にすることにより、冷房や暖房を行えるようにしている（例えば特許文献１を参照）。

このような蒸気圧縮式冷凍機における冷凍性能を改善する一つの方法として、例えば熱駆動型冷凍機である吸収式冷凍機を組み合わせることが従来から知られており、ガスエンジンその他の排熱で吸収式冷凍機を駆動し、そこで得られる冷熱を蒸気圧縮式の冷凍機に取り込み、蒸気圧縮式冷凍機の冷凍性能を増大させることについて、従来から種々の方法が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

一方、これとは逆に上記蒸気圧縮式冷凍機側の排熱を利用して、吸収式冷凍機を駆動することについては、蒸気圧縮式冷凍機自体の排熱量が少なく、また排熱温度も低いため、そのままでは一般に吸収式冷凍機を駆動させることが困難であり、仮に駆動することが出来たとしても、その得られる冷凍性能向上効果が小さいこと、またコスト的にも課題があるなどの理由から、これまでは余り検討される事がなかった。

しかし、最近のエネルギーコストの上昇に対する対策や、ＣＯ２冷媒等の自然冷媒を利用する空気調和機を開発するに際して蒸気圧縮式冷凍機の性能改善が必要である等の事情から、上記蒸気圧縮式冷凍機自身の排熱を単なる給湯や暖房のためではなく、冷熱自体に変換して更に有効に利用する利用方法が求められつつある。

このような事情に基いて提案されたものとして、例えば発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を備える吸収式冷凍サイクルと、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、利用側熱交換器を備える蒸気圧縮式冷凍サイクルとを備え、吸収式冷凍サイクルの各機器を循環する冷媒に蒸気圧縮式冷凍サイクルの熱源側熱交換器の排熱を熱回収させるとともに、吸収式冷凍サイクルの蒸発器によって蒸気圧縮式冷凍サイクルの熱源側熱交換器の出口側冷媒を冷却させることにより、系全体としての放出熱量を削減するとともに、消費電力の削減、並びに成績係数の向上を図るようにした冷凍装置がある（例えば特許文献３を参照）。

このような構成によれば、蒸気圧縮式冷凍機自身の排熱を単なる給湯や暖房ではなく、必要な冷熱自体に変換して更に有効に利用することが可能となる。

特開２００２−２２８２２９号公報特開２００４−２８３７４号公報特開２００６−１７３５０号公報

ところで、以上のような蒸気圧縮式冷凍機と吸収式冷凍機を組み合わせた冷凍装置の冷凍能力を向上させるためには、蒸気圧縮式冷凍機および吸収式冷凍機相互の排熱を如何に有効に活用するかが課題となる。

また、同時に相互の装置の構成を簡素化して、低コスト化を図ることも重要であり、蒸気圧縮式冷凍機側圧縮冷媒の熱を放熱する放熱用熱交換器を不要とすることが望まれる。

また、小型の発電機やＧＨＰ等の温水排熱で駆動される排熱利用型の吸収式冷凍機においては、コストの面から単効用冷凍サイクルで使用されるケースが多いが、排温水により冷媒蒸気を発生させる発生器を如何に低コスト化するかが課題となる。

特に排温水の利用は、より安価な機器でないと回収熱量との関係で成立が困難であり、発生器の大幅な低コスト化が強く求められている。

しかし、上記特許文献３の冷凍装置の場合、蒸気圧縮式冷凍機からの圧縮冷媒を吸収式冷凍サイクル側発生器中の冷媒蒸気発生用第１の熱源側熱交換器に加え、外部空気を取り入れる冷却ファンを備えた圧縮冷媒放熱用の第３の熱源側熱交換器を介して蒸発器を構成している第２の熱源側熱交換器に供給して過冷却するようにしており、発生器の簡素化が不可能で、かつ圧縮冷媒放熱用の第３の熱源側熱交換器があることから、システム全体が複雑で高コストなものになる欠点があり、上述のような要求に応じ切れていない。

本願発明は、このような課題を解決するためになされたもので、冷房運転時には、圧縮式冷凍機の圧縮後の冷媒の熱を予じめ吸収式冷凍機の吸収希溶液で熱回収し、その上で昇温された吸収希溶液のみを吸収式冷凍機の発生器に流入させて冷媒蒸気を分離することにより吸収式冷凍機の発生器の構成の簡素化を図る一方、それによって同時に吸収式冷凍機の蒸発器に供給される蒸気圧縮式冷凍機の冷媒を冷却することによって過冷却性能をアップし、蒸気圧縮式冷凍機の放熱用熱交換器を不要にした冷凍装置を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような有効な課題解決手段を備えて構成されている。

（１）請求項１の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、冷房運転時、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにするとともに、上記吸収式冷凍機の発生器の外部に、上記蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、上記吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって予じめ回収した上で、同吸収希溶液を上記吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を有し、上記吸収式冷凍機の発生器では、上記冷媒熱回収用熱交換器で回収した上記蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって過熱された溶液の気液分離を行わせる一方、上記外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるようにしてなる冷凍装置であって、上記吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、上記吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器を設け、上記吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させる一方、上記吸収器では、上記吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしてなる冷凍装置であって、上記吸収器出口側から上記溶液熱交換器に分流された吸収希溶液は、上記溶液熱交換器の入口側で上記冷媒熱回収用熱交換器側に分流されるとともに上記溶液熱交換器を介して上記発生器からの吸収濃溶液と熱交換された後にも上記冷媒熱回収用熱交換器に流入されるようにしたことを特徴としている。

すでに述べたように、蒸気圧縮式冷凍機と吸収式冷凍機を組み合わせた冷凍装置の冷凍能力を向上させるためには、蒸気圧縮式冷凍機および吸収式冷凍機相互の排熱を如何に有効に活用するかが課題となる。

また、小型の発電機やＧＨＰ等の温水排熱で駆動される排熱利用型の吸収式冷凍機においては、コストの面から単効用冷凍サイクルで使用されるケースが多いが、排温水により冷媒蒸気を発生させる発生器を如何に低コスト化するかが問題となる。

また、そのような外部排熱源の熱量は変動し、常に一定量以上の排熱量が安定して供給されるとは限らない。したがって、必要かつ十分な外部熱源量が得られないような場合にも、必要な冷媒蒸気発生作用を確保できるようにすることが求められる。

これに対して、以上のような構成の場合、吸収式冷凍機の発生器の外部に設けた上記冷媒熱回収用熱交換器部分で、吸収器から発生器に供給される低温の吸収希溶液が、蒸気圧縮機側高温の圧縮冷媒の熱を回収し、十分に高温状態に加熱された後に発生器内に供給され、発生器内では吸収希溶液のフラッシュ作用により冷媒蒸気を発生させ、冷媒蒸気と吸収濃溶液に気液分離される。

他方、それにより圧縮機から吐出された高温の圧縮冷媒が効率良く冷却された後に、さらに吸収式冷凍機の蒸発器に供給されて過冷却される。

したがって、同構成によると、蒸気圧縮式冷凍機側圧縮冷媒の熱を吸収式冷凍機の駆動に有効に活用することができるようになり、その分吸収式冷凍機の冷凍能力を増大させることができる。

また、外部排熱源の排熱量が一定値以下になったような場合にも、安定した吸収冷凍作用を確保することができる。

また、一方蒸気圧縮式冷凍機側の圧縮冷媒は、上記のようにして吸収式冷凍機側の希溶液側に熱が奪われることにより冷却されて温度が低下した後に、さらに吸収式冷凍機側の蒸発器に供給されて過冷却される。したがって、上記冷媒熱回収用熱交換器がない場合に比べて、より有効に圧縮冷媒が過冷却され、利用側熱交換器に供給される冷媒液の入口比エンタルピーを有効に低下させることができる。その結果、利用側熱交換器の冷房性能が向上する。

以上の結果、同課題解決手段によると、従来のような蒸気圧縮式冷凍機側の圧縮冷媒の放熱用熱交換器が不要になるとともに、吸収式冷凍機側発生器も外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させる熱交換器に単に気液分離機能を加えたシンプルかつ低コストな構成のもので足りるようになる。

さらに、蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の過冷却を吸収式冷凍機の蒸発器において行う場合、吸収式冷凍機側においては、蒸発器に別途冷水を循環させるような構造の場合に比較して、その構成が簡単になるとともに、蒸発器における吸収式冷凍機の冷媒の蒸発温度を高くすることができることから、例えば必要な冷媒の蒸発能力を一定とした場合には、冷媒に対する蒸発温度の上昇分だけ、上記蒸発器の能力を低く抑えて、より低コスト化あるいはコンパクト化を図ることが可能となる。

しかも、この発明の課題解決手段では、上記の構成において、吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器とを設け、吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させる一方、上記吸収器では、吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしている。

このように、上述した冷媒熱回収用熱交換器および発生器から吸収器に供給される吸収濃溶液の熱を吸収器から発生器に供給される吸収希溶液側に回収する溶液熱交換器に加えて、吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器を設け、該吸収液空冷冷却器により吸収液を過冷却した上で吸収器に供給するようにして、吸収器では流入した吸収液の顕熱で蒸発器からの冷媒蒸気を吸収させる溶液分離冷却方式を採用した吸収式冷凍装置は、溶液自体の顕熱で吸収熱を取り去る方式のため、発生器への希溶液供給量を増加させても、従来の直接冷却方式の空冷又は水冷吸収器と比較して性能の低下がほとんど生じない。

したがって、発生器への希溶液供給量を増大させ、冷媒蒸気発生量を増大させたり、または冷媒熱回収用熱交換器を小型化することができる。

一方、そのように吸収器では流入した吸収液の顕熱で蒸発器からの冷媒蒸気を吸収するように構成する一方、吸収器出口側の吸収希溶液を溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流して流入させるようにすると、それらの各々で有効かつ適切に吸収式冷凍機側希溶液への熱回収（吸収濃溶液および蒸気圧縮式冷凍機側圧縮冷媒の熱の回収）が行われ、トータルとして効率の良い熱回収が実現される。

さらに、この発明の課題解決手段では、上記の構成において、上記吸収器出口側から上記溶液熱交換器に分流された吸収希溶液は、上記溶液熱交換器の入口側で上記冷媒熱回収用熱交換器側に分流されるとともに上記溶液熱交換器を介して上記発生器からの吸収濃溶液と熱交換された後にも上記冷媒熱回収用熱交換器に流入されるようになっている。

このような構成によると、溶液熱交換器で発生器からの吸収濃溶液と熱交換される前の温度の低い吸収希溶液が、冷媒熱回収用熱交換器で圧縮冷媒の熱により有効に加熱昇温されるとともに、溶液熱交換器で発生器からの吸収濃溶液と熱交換されて温度が上昇した吸収希溶液が、さらに冷媒熱回収用熱交換器で圧縮冷媒の熱により再び加熱昇温されて、それぞれ発生器に供給されるようになり、冷媒熱回収効率が大きく向上し、より発生器での冷媒蒸気の発生効果が向上する。

（２）請求項２の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、冷房運転時、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにするとともに、上記吸収式冷凍機の発生器の外部に、上記蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、上記吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって予じめ回収した上で、同吸収希溶液を上記吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を有し、上記吸収式冷凍機の発生器では、上記冷媒熱回収用熱交換器で回収した上記蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって過熱された溶液の気液分離を行わせる一方、上記外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるようにし、かつ上記吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、上記吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器を設け、上記吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させ、吸収器では、上記吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしてなる冷凍装置であって、上記冷媒熱回収用熱交換器を圧縮冷媒の上流側から下流側方向にかけて複数段に分割し、吸収器から溶液熱交換器を介して発生器に到る希溶液の内、溶液熱交換器に入る前の吸収希溶液を上記圧縮冷媒下流側の段の冷媒熱回収用熱交換器に、また溶液熱交換器を出た吸収希溶液を上記圧縮冷媒上流側の冷媒熱回収用熱交換器に流入させるようにしたことを特徴としている。

このような構成によると、上述の基本的な作用に加えて、圧縮冷媒の上流側から下流側方向にかけて複数段に分割された冷媒熱回収用熱交換器によって、溶液熱交換器を通っていない最も温度が低い吸収希溶液が圧縮冷媒下流側冷媒熱回収用熱交換器で、また溶液熱交換器を通して相対的に温度が高くなった吸収希溶液が圧縮冷媒上流側冷媒熱回収用熱交換器で、それぞれ圧縮冷媒の熱を回収することになり、それぞれ有効な温度差を確保して、より効率良く熱回収することができる。

（３）請求項３の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、冷房運転時、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにするとともに、上記吸収式冷凍機の発生器の外部に、上記蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、上記吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって予じめ回収した上で、同吸収希溶液を上記吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を有し、上記吸収式冷凍機の発生器では、上記冷媒熱回収用熱交換器で回収した上記蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって過熱された溶液の気液分離を行わせる一方、上記外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるようにし、かつ上記吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、上記吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器を設け、上記吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させ、吸収器では、上記吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしてなる冷凍装置であって、上記冷媒熱回収用熱交換器を圧縮冷媒の上流側から下流側方向にかけて複数段に分割し、上記吸収器から溶液熱交換器を介して発生器に到る希溶液の内、溶液熱交換器に入る前の吸収希溶液を上記圧縮冷媒下流側の段の冷媒熱回収用熱交換器に、また溶液熱交換器を出た吸収希溶液を発生器と上記圧縮冷媒上流側の冷媒熱回収用熱交換器に各々流入させるようにしたことを特徴としている。

このような構成によると、上述の基本的な作用に加えて、圧縮冷媒の上流側から下流側方向にかけて複数段に分割された冷媒熱回収用熱交換器によって、溶液熱交換器を通っていない最も温度が低い吸収希溶液が圧縮冷媒下流側冷媒熱回収用熱交換器に、また溶液熱交換器を通して相対的に温度が高くなった吸収希溶液が発生器と圧縮冷媒上流側の冷媒熱回収用熱交換器に、それぞれ供給されるようになり、それぞれ有効な温度差を確保して、より効率良く熱回収することができる。

（４）請求項４の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、上記請求項１，２又は３の発明の課題解決手段の構成において、蒸発器は、冷媒液が蒸発器の伝熱面を一過性で流れるようになっており、同伝熱面を流下した未蒸発の冷媒液は、吸収器側に移動して吸収器を流下した吸収溶液に吸収されるようになっていることを特徴としている。

このような構成によると、蒸発器の伝熱面で蒸発し切れずに底部まで流れ落ちた未蒸発の冷媒液は吸収器の底部へ移動し、同吸収器底部で再び吸収溶液に吸収される。そのため、吸収効率が向上する。

（５）請求項５の発明の課題解決手段
この発明の課題解決手段は、上記請求項１，２，３又は４の発明の課題解決手段の構成において、複数台の蒸気圧縮式冷凍機と、それら各蒸気圧縮式冷凍機に対応した冷媒熱回収用熱交換器とを備え、各蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱を回収して対応する吸収式冷凍機駆動用の熱源として利用するようにしたことを特徴としている。

このような構成によると、上述の各発明の構成による作用効果が得られることはもちろん、蒸気圧縮式冷凍機側圧縮冷媒の排熱量が大きくなるので（設置台数分だけ）、吸収式冷凍機側の駆動能力（冷媒蒸気発生量）も大きくすることができる。

以上の結果、本願発明によると、蒸気圧縮式冷凍機および吸収式冷凍機相互の排熱を有効に活用し得ることはもちろん、従来のような蒸気圧縮式冷凍機側の圧縮冷媒の冷媒熱放熱用熱交換器が不要になるとともに、吸収式冷凍機側発生器も外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させる熱交換器に単に気液分離機能を加えたシンプルかつ低コストな構成のもので足りるようになる。

さらに、吸収式冷凍機の蒸発器においても、蒸発器に別途冷水を循環させる構成の場合に比較して、その構成が簡単になるとともに、蒸発器における吸収式冷凍機の冷媒の蒸発温度を高くすることができることから、必要な冷媒の蒸発能力を一定とした場合には、冷媒に対する蒸発温度の上昇分だけ、上記蒸発器の能力を低く抑えて、より低コスト化あるいはコンパクト化を図ることが可能となる。

本願発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を示す冷凍回路図である。本願発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示す冷凍回路図である。本願発明の実施の形態３に係る冷凍装置の構成を示す冷凍回路図である。本願発明の実施の形態４に係る冷凍装置の構成を示す冷凍回路図である。

以下、本願発明の幾つかの実施の形態について、詳細に説明する。

（実施の形態１）
先ず図１は、蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、吸収式冷凍機の蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにしてなる冷凍装置において、蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における冷媒の熱を、予じめ吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって回収した上で、同吸収希溶液を吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を発生器とは別に設け、吸収式冷凍機の発生器では、外部熱源による熱により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるのに加えて、同冷媒熱回収用熱交換器で回収した蒸気圧縮式冷凍機の冷媒の熱によって効率良く気液分離を行わせるようにした本願発明の実施の形態１に係る冷凍装置の構成を示している。

この実施の形態における一例として、蒸気圧縮式冷凍機Ｘは、冷媒として自然冷媒である二酸化炭素（ＣＯ２）が採用されており、同冷媒を圧縮する圧縮機１、膨張弁２，２、利用側熱交換器（室内機）３，３、アキュムレーター４等を、図示のようにヒートポンプ作動可能に冷媒配管５ａ，５ｂ（圧縮機吐出側５ａ／吸入側５ｂ）で接続して冷凍回路を構成しており、例えば４路切換弁等（図示省略）を設け、必要に応じて同冷凍回路中を流れる冷媒の方向を逆にすることにより、冷房や暖房を行えるようにしている。すなわち、上記利用側熱交換器３，３は冷房運転時には上記二酸化炭素冷媒に室内の熱を吸熱させて室内の冷房を行う作用を果す一方、暖房運転時には上記二酸化炭素冷媒の熱を放熱して室内の暖房を行う作用を果たすようになっている。

但し、この実施の形態では、暖房運転時の場合を問題としないので、図は冷房運転時の場合を前提として示している（したがって、上記４路切換弁の図示も省略している）。

一方、吸収式冷凍機Ｙは、例えば臭化リチウム（ＬｉＢｒ）を吸収液、水（Ｈ２Ｏ）を冷媒とし、吸収液（ＬｉＢｒ）への冷媒の吸収（Ｈ２Ｏ）および放出作用を利用して必要な冷凍能力を発揮するようにしたものである。そして、この実施の形態の場合、外部熱源による温水式熱交換器３４を備え、同温水式熱交換器３４内に例えば小型発電機やＧＨＰ等の外部排熱源からの温水を循環させることにより、吸収器１３で冷媒を吸収して濃度が低下した吸収希溶液中から冷媒蒸気を分離して濃度が高い吸収濃溶液を得る発生器１１と、冷却ファン１２ａを備え、上記発生器１１において希溶液から分離した冷媒蒸気を導入し、外部空気により冷却することによって凝縮液化させる空冷凝縮器１２と、１つの密閉容器１９内に相互に隣接して配置されていて、上記空冷凝縮器１２によって液化された冷媒液を導入して低圧下で蒸発（気化）させる蒸発器１４および上記蒸発器１４で発生した冷媒蒸気を吸収させるための吸収器１３と、冷却ファン１５ａを備え、溶液ポンプ１７から吐出される吸収希溶液の一部（濃溶液と希溶液の混合液の大部分）を導入してこれを過冷却する空冷冷却器１５と、上記発生器１１からの高温の吸収濃溶液と上記吸収器１３からの低温の吸収希溶液とを相互に熱交換させて吸収希溶液の温度を上げる溶液熱交換器１６と、上記吸収器１３で冷媒蒸気を吸収して吸収剤の濃度が低下した吸収希溶液を濃縮するために再び上記発生器１１に供給するとともに上記空冷冷却器１５を介して過冷却した上で上記吸収器１３に供給する溶液ポンプ１７とを備え、これらの各々を冷媒配管２１および溶液配管２３〜２７によってヒートポンプ作動可能に接続して構成されている。

すなわち、この実施の形態の場合、上記のように吸収器１３に入る吸収溶液を冷却ファン１５ａを備えた空冷冷却器１５によって十分に過冷却（溶液配管２５を介して循環）し、同過冷却された吸収溶液に蒸発器１４と並設された吸収器１３内で、蒸発器１４で蒸発させた冷媒蒸気を吸収させるようになっており、吸収時に発生する吸収熱は当該空冷冷却器１５により過冷却された吸収溶液の顕熱で取り去り、吸収溶液は空冷冷却器１５で間接的に冷却される溶液分離冷却（間接空冷）方式が採用されている。

このように、吸収器１３に流入させる吸収溶液を過冷却する空冷冷却器１５を設け、吸収器１３では流入した吸収溶液の顕熱で蒸発器１４からの冷媒蒸気を吸収する溶液溶液分離冷却方式を採用した吸収式冷凍機の場合、空冷その他の溶液冷却器（図は空冷）で溶液を過冷却し、溶液の顕熱で吸収熱を取り去る方式のため、発生器１１への希溶液供給量を増加させても、性能の低下がほとんど生じない。

したがって、発生器１１への希溶液供給量を増大させることができるので冷媒蒸気発生量を増大させたり、または冷媒熱回収用熱交換器を小型化することができる。

また吸収器１３部分において直接冷媒蒸気を吸収した溶液を冷却して冷媒蒸気を吸収させる直接冷却方式に比較して、吸収器１３のコンパクト化を図ることができる。

なお、図１では詳細な構造は示していないが、上記蒸発器１４、吸収器１３の各々上部には、例えば冷媒、吸収溶液をそれぞれ均等に分配するための冷媒分配トレイ、吸収溶液分配トレイを各々設けている。また上記蒸発器１４の熱交換器７は例えば蒸気圧縮式冷凍機Ｘ側冷凍回路の圧縮機吐出側冷媒配管５ａの一部をなすように構成されており、その内部は圧縮機１から吐出された圧縮冷媒（ＣＯ２冷媒）を流す被冷却体通路となっている。

そして、同熱交換器７の表面に冷媒を例えば液膜状態で流下させて蒸発させることにより内部の圧縮冷媒を効率良く冷却するようになっている。また上記吸収器１３の熱交換器１８は、例えばコルゲート構造に折り曲げて並設したプレートの両面を溶液が液膜状態で垂直に流下することで、冷媒蒸気の吸収をより効果的に促進させるような構造になっている。

また上記蒸発器１４は、例えば冷媒液が一過性で上記熱交換器７の伝熱面を流れ落ちるようになっており、底部まで流れ落ちた未蒸発の冷媒液は上記吸収器１３底部の液留り部１９ａへ移動し、同液留り部１９ａ部分で再び吸収溶液に吸収されるようになっている。そのため、吸収効率が向上する。

また、符号１０は、その内側熱交換部６が、上記蒸発器１４の熱交換器７と同じように、上記蒸気圧縮式冷凍機Ｘの圧縮機吐出側冷媒配管５ａの一部を形成しているとともに、同熱交換部６の外周に希溶液通路を形成する希溶液通路８が設けられた２重管構造の熱交換器に構成されており、上記蒸気圧縮式冷凍機Ｘの圧縮機１で圧縮された圧縮冷媒の熱を上記吸収式冷凍機Ｙの吸収器１３から発生器１１に供給される吸収希溶液により熱回収するための冷媒熱回収用熱交換器であり、同冷媒熱回収用熱交換器１０の希溶液通路８内に、上記吸収器１３で冷媒蒸気を吸収して、濃度および温度が低下した吸収希溶液の一部、例えば溶液熱交換器１６を通る前の希溶液を溶液配管（分岐管）２６Ｂを介して導入して、圧縮冷媒の下流側から上流側方向に流し、上記圧縮機１から吐出された圧縮冷媒の熱を有効に回収させた上で、溶液配管２７を介して上記吸収式冷凍機Ｙの発生器１１内に液単体で流入混合させることによって外部熱源とは別に吸収希溶液そのものの温度を上げ、冷媒蒸気の発生効率を大きく向上させる一方、蒸気圧縮式冷凍機Ｘ側の圧縮冷媒を効率良く冷却することによって、以降の蒸発器１４の熱交換器７での過冷却性能をアップさせるとともに、従来の蒸気圧縮式冷凍機側の放熱用熱交換器（特許文献３の第３の熱源用熱交換器３５）を不要にしている。この冷媒熱回収用熱交換器１０は、発生器１１の外部（吸収式冷凍機Ｙと蒸気圧縮式冷凍機Ｘとの間）にあって全く別体に構成されている。

一方、溶液熱交換器１６を通して昇温された吸収希溶液は、そのまま下流側溶液配管２６Ａを介して発生器１１に流入される。

すでに述べたように、蒸気圧縮式冷凍機Ｘと吸収式冷凍機Ｙを組み合わせた冷凍装置の冷凍能力を向上させるためには、蒸気圧縮式冷凍機Ｙおよび吸収式冷凍機Ｘ相互の排熱を如何に有効に活用するかが課題となる。

また、同時に相互の装置の構成を簡素化して、低コスト化を図ることも重要であり、蒸気圧縮式冷凍機Ｘ側圧縮冷媒の熱を放熱する従来の放熱用熱交換器を不要にすることが望まれる。

また、小型の発電機やＧＨＰ等の温水排熱で駆動される排熱利用型の吸収式冷凍機Ｘにおいては、コストの面から単効用冷凍サイクルで使用されるが、排温水により冷媒蒸気を発生させる発生器を如何に低コスト化するかが問題となる。

特に排温水の利用は、より安価な機器でないと回収熱量との関係で成立が困難であり、発生器の大幅な低コスト化が排熱駆動型の吸収式冷凍装置には求められている。

これに対し、以上のような構成の場合、冷媒蒸気発生器１１の外部に位置して発生器１１とは全く別体に構成された上記冷媒熱回収用熱交換器１０部分で、吸収器１３から発生器１１に供給される低温の吸収希溶液により圧縮機１から吐出された高温の圧縮冷媒が効率良く冷却された後に吸収式冷凍機Ｙの蒸発器に供給されて過冷却されるとともに、吸収希溶液が高温状態に加熱された後に出口側溶液配管２７を介して発生器１１内に供給され、効果的にフラッシュして冷媒蒸気と吸収濃溶液に気液分離される。

また、温水式熱交換器３４を介して供給される外部排熱源の排熱量が一定値以下になったような場合にも、安定した吸収冷凍作用を確保することができる。

特に上記蒸気圧縮式冷凍機側の圧縮冷媒は、上記のように吸収希溶液側に熱が奪われることにより冷却されて温度が低下した後に、さらに吸収式冷凍機側の蒸発器に供給されて過冷却される。したがって、上記冷媒熱回収用熱交換器がない場合に比べて、より有効に圧縮冷媒が過冷却され、利用側熱交換器に供給される冷媒の入口比エンタルピーを有効に低下させることができる。その結果、利用側熱交換器の冷房性能が向上する。

それらの結果、従来のような蒸気圧縮式冷凍機側の圧縮冷媒の冷媒熱放熱用熱交換器が不要になるとともに、吸収式冷凍機側発生器も外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させる熱交換器に、単に気液分離機能を加えたシンプルかつ低コストな構成のもので足りるようになる。

さらに、蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の過冷却を吸収式冷凍機の蒸発器において行う場合、吸収式冷凍機側においては、蒸発器に別途冷水を循環させるような構造の場合に比較して、その構成が簡単になるとともに、蒸発器における吸収式冷凍機の冷媒液の蒸発温度を高くすることができることから、例えば必要な冷媒液の蒸発能力を一定とした場合には、冷媒に対する加熱温度の上昇分だけ、上記蒸発器の能力を低く抑えて、より低コスト化あるいはコンパクト化を図ることが可能となる。

（実施の形態２）
次に図２は、本願発明の実施の形態２に係る冷凍装置の構成を示している。

この実施の形態２の場合にも、上記実施の形態１のものと同様に、蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにしてなる冷凍装置において、蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって回収した上で、吸収式冷凍機の発生器に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を設け、吸収式冷凍機の発生器では、外部熱源と同冷媒熱回収用熱交換器で回収した蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって効率良く冷媒蒸気の発生を行わせるようにしている。

そして、その場合において、この実施の形態２では、例えば図２に詳細に示すように、上述の実施の形態１における冷媒熱回収用熱交換器１０の外周側吸収希溶液通路８部分を、圧縮冷媒の流れに沿って上流側８Ａ部分と下流側８Ｂ部分との２つの部分に分け、同２つの吸収希溶液通路８Ａ，８Ｂ部分を連通路２９で相互に連通させることによって、上流側熱交換器１０Ａと下流側熱交換器１０Ｂとの２つの熱交換器とし、吸収器１３側から溶液配管２６，２６Ｂを介して溶液熱交換器１６を通すことなく発生器１１側に供給される吸収希溶液を下流側熱交換器１０Ｂの吸収希溶液通路８Ｂの下流端に供給し、下流側吸収希溶液チューブ８Ｂ側から上流側吸収希溶液通路８Ａ方向に高温の蒸気圧縮式冷凍機側圧縮冷媒（ＣＯ２冷媒）の流れと対向するように流すように構成されている。また溶液熱交換器１６を通して発生器１１からの吸収濃溶液と熱交換された若干温度の高い吸収希溶液を上流側長さの長い冷媒熱回収用熱交換器１０Ａの吸収希溶液通路８Ａの下端部分に供給して、それぞれ高温の圧縮冷媒（ＣＯ２冷媒）と熱交換させ、それぞれ圧縮冷媒の熱を有効に回収して十分に昇温させた後に、出口側溶液配管２７を介して発生器１１内に供給するようにしている。

このように、冷媒熱回収用熱交換器１０（具体的には、その吸収希溶液が流れる希溶液通路８部分）を上流側部分１０Ａと下流側部分１０Ｂに分割し、それらの間を連通路２９で連通させて段階的に吸収希溶液を流すようにすると、下流側熱交換器１０Ｂ、上流側熱交換器１０Ａ各々の通路部分での吸収希溶液の滞留時間が長くなり、対応する熱交換部６Ｂ，６Ａとの熱交換時間も長くなる。

そして、それによって溶液熱交換器１６を通す前の低温の吸収希溶液を高温の圧縮冷媒（ＣＯ２冷媒）と効率良く熱交換させ、より有効に圧縮冷媒の熱を回収して十分に昇温させた後に、希溶液単体を出口側溶液配管２７を介して発生器１１内に供給し、発生器１１内で外部熱源と共同して効率良く冷媒蒸気を発生させる一方、蒸気圧縮式冷凍機Ｘ側圧縮冷媒の温度を有効に低下させた上で蒸発器１４に供給し、より効果的に過冷却するようにしたことを特徴とするものである。

このような構成によると、圧縮冷媒の熱の回収度合が向上して十分に吸収希溶液の温度が高くなり、より有効な冷媒蒸気の分離効果、吸収液の濃縮効果を得ることができる。したがって、発生器１１の簡素化が可能となる。

また、蒸気圧縮式冷凍機の放熱用の熱交換器の削減が可能となり、吸収式冷凍機による冷熱変換が有効に利用可能となるので、蒸気圧縮式冷凍機の性能も大幅に改善される。

その他の部分の構成は、上述した実施の形態１のものと同様であり、同様の作用効果を奏する。

（実施の形態３）
次に図３は、本願発明の実施の形態３に係る冷凍装置の構成を示している。

この実施の形態３のものは、上記実施の形態２のものと同様に、冷媒熱回収用熱交換器１０の吸収希溶液通路８部分を、例えば図３に示すように、蒸気圧縮式冷凍機Ｘの圧縮機１吐出側冷媒配管５ａに沿って上流側８Ａ部分と下流側８Ｂ部分との２つの部分に分けることによって２つの熱交換器１０Ａ，１０Ｂを形成しているが、その上流側熱交換器１０Ａ部分の長さを下流側の熱交換器１０Ｂよりも長くするとともに、上流側熱交換器１０Ａの下流端には希溶液配管２６の溶液熱交換器１６下流側の分岐管２６ｃを、また下流側熱交換器１０Ｂの下流端には同希溶液配管２６の溶液熱交換器１６上流側（手前側）からの分岐管２６Ｂを、また発生器へは分岐管２６Ａをそれぞれ接続して、それぞれ吸収器１３出口からの吸収希溶液が供給されるように構成している。

そして、それにより、先ず溶液熱交換器１６を通さない低温で圧縮冷媒との温度差が大きい吸収希溶液を下流側長さの短かい冷媒熱回収用熱交換器１０Ｂの下流端から上流側長さの長い冷媒熱回収用熱交換器１０Ａ部分に流し、また溶液熱交換器１６を通して発生器１１からの吸収濃溶液と熱交換された若干温度の高い吸収希溶液を上流側長さの長い冷媒熱回収用熱交換器１０Ａの下流端部分に供給して、それぞれ高温の圧縮冷媒（ＣＯ２冷媒）と熱交換させ、それぞれ圧縮冷媒の熱を有効に回収して十分に昇温させた後に、出口側溶液配管２７を介して発生器１１内に供給するようにし、有効に吸収希溶液を気液分離させられるようにしたことを特徴とするものである。

このような構成にすると、上流側長さの長い冷媒熱回収用熱交換器１０Ａ側では、溶液熱交換器１６を介して熱回収した分だけ供給される吸収希溶液の温度が高くなるが、未だ熱交換されていないために圧縮冷媒の温度も高い。また、他方長さの短かい下流側冷媒熱回収用熱交換器１０Ｂ側では、溶液熱交換器１６を通していないために、供給される吸収希溶液の温度が低い。したがって、それぞれ相互に有効な温度差を取ることができ、その長さに応じた時間をかけて圧縮冷媒と熱交換させることにより、より効率的な熱交換を図ることができるので、上記実施の形態２のものよりも冷媒蒸気の分離効果、吸収液の濃縮効果が高くなる。

その他の部分の構成は、上述した実施の形態２のものと同様であり、同様の作用効果を奏する。

（実施の形態４）
次に図４は、本願発明の実施の形態４に係る冷凍装置の構成を示している。

この実施の形態４の場合、基本的には上記実施の形態１のものと同様の構成であるが、この実施の形態４では、上記冷媒熱回収用熱交換器１０を備えた蒸気圧縮式冷凍機Ｘを複数台Ｘ１，Ｘ２分設け、それらを一台の吸収式冷凍機Ｙに共通に組み合わせて同じように熱回収するようにしたことを特徴とするものである。

このような構成によると、上述の実施の形態１の構成による作用効果が得られることはもちろん、蒸気圧縮式冷凍機Ｘ側圧縮冷媒の排熱量が大きくなるので（設置台数分だけ）、それに応じて吸収式冷凍機Ｙ側の駆動能力（冷媒蒸気発生量）も大きくすることができる。

１は圧縮機、２は膨張弁、３は利用側熱交換器、５ａは圧縮機吐出側冷媒配管、５ｂは圧縮機吸入側冷媒配管、６（６Ａ，６Ｂ）は圧縮機冷媒配管側熱交換部、７は蒸発器の熱交換部、８（８Ａ，８Ｂ）は冷媒熱回収用熱交換器の希溶液通路、１０（１０Ａ，１０Ｂ）は冷媒熱回収用熱交換器、１１は発生器、１２は空冷凝縮器、１３は吸収器、１４は蒸発器、１５は空冷冷却器、１７は溶液ポンプ、１８は吸収器のプレート、Ｘは蒸気圧縮式冷凍機、Ｙは吸収式冷凍機である。

Claims

蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、冷房運転時、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにするとともに、上記吸収式冷凍機の発生器の外部に、上記蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、上記吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって予じめ回収した上で、同吸収希溶液を上記吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を有し、上記吸収式冷凍機の発生器では、上記冷媒熱回収用熱交換器で回収した上記蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって過熱された溶液の気液分離を行わせる一方、上記外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるようにしてなる冷凍装置であって、上記吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、上記吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器を設け、上記吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させる一方、上記吸収器では、上記吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしてなる冷凍装置であって、上記吸収器出口側から上記溶液熱交換器に分流された吸収希溶液は、上記溶液熱交換器の入口側で上記冷媒熱回収用熱交換器側に分流されるとともに上記溶液熱交換器を介して上記発生器からの吸収濃溶液と熱交換された後にも上記冷媒熱回収用熱交換器に流入されるようにしたことを特徴とする冷凍装置。
蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、冷房運転時、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにするとともに、上記吸収式冷凍機の発生器の外部に、上記蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、上記吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって予じめ回収した上で、同吸収希溶液を上記吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を有し、上記吸収式冷凍機の発生器では、上記冷媒熱回収用熱交換器で回収した上記蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって過熱された溶液の気液分離を行わせる一方、上記外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるようにし、かつ上記吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、上記吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器を設け、上記吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させ、吸収器では、上記吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしてなる冷凍装置であって、上記冷媒熱回収用熱交換器を圧縮冷媒の上流側から下流側方向にかけて複数段に分割し、吸収器から溶液熱交換器を介して発生器に到る希溶液の内、溶液熱交換器に入る前の吸収希溶液を上記圧縮冷媒下流側の段の冷媒熱回収用熱交換器に、また溶液熱交換器を出た吸収希溶液を上記圧縮冷媒上流側の冷媒熱回収用熱交換器に流入させるようにしたことを特徴とする冷凍装置。
蒸気圧縮式冷凍機と外部熱源を備えた吸収式冷凍機とを組み合わせ、冷房運転時、吸収式冷凍機の冷媒蒸発器で蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒を過冷却するようにするとともに、上記吸収式冷凍機の発生器の外部に、上記蒸気圧縮式冷凍機の冷房運転時における圧縮冷媒の熱を、上記吸収式冷凍機の吸収器から発生器に供給される吸収希溶液によって予じめ回収した上で、同吸収希溶液を上記吸収式冷凍機の発生器内に流入させる冷媒熱回収用熱交換器を有し、上記吸収式冷凍機の発生器では、上記冷媒熱回収用熱交換器で回収した上記蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱によって過熱された溶液の気液分離を行わせる一方、上記外部熱源により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるようにし、かつ上記吸収器に流入させる吸収液を過冷却する吸収液空冷冷却器と、上記吸収器から発生器に供給される吸収希溶液と発生器からの吸収濃溶液とを熱交換する溶液熱交換器を設け、上記吸収器出口側の吸収希溶液を、それら吸収液空冷冷却器、溶液熱交換器、冷媒熱回収用熱交換器の各々に分流させ、吸収器では、上記吸収液空冷冷却器を介して過冷却した上で流入させた吸収液の顕熱で冷媒蒸気を吸収させるようにしてなる冷凍装置であって、上記冷媒熱回収用熱交換器を圧縮冷媒の上流側から下流側方向にかけて複数段に分割し、上記吸収器から溶液熱交換器を介して発生器に到る希溶液の内、溶液熱交換器に入る前の吸収希溶液を上記圧縮冷媒下流側の段の冷媒熱回収用熱交換器に、また溶液熱交換器を出た吸収希溶液を発生器と上記圧縮冷媒上流側の冷媒熱回収用熱交換器に各々流入させるようにしたことを特徴とする冷凍装置。
蒸発器は、冷媒液が蒸発器の伝熱面を一過性で流れるようになっており、同伝熱面を流下した未蒸発の冷媒液は、吸収器側に移動して吸収器を流下した吸収溶液に吸収されるようになっていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の冷凍装置。
複数台の蒸気圧縮式冷凍機と、それら各蒸気圧縮式冷凍機に対応した冷媒熱回収用熱交換器とを備え、各蒸気圧縮式冷凍機の圧縮冷媒の熱を回収して対応する吸収式冷凍機駆動用の熱源として利用するようにしたことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の冷凍装置。