JP5974541B2 - 空気調和システム - Google Patents
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Description
この構成によれば、主冷凍サイクルの主冷媒を過冷却する過冷却用冷凍サイクルを設けることにより、夏などのように外気温が高い場合であっても、効率のよい冷房運転を実現するものでありながら、圧縮機が不要で、かつ低温の熱源で駆動することができる吸着式冷凍サイクルを過冷却用冷凍サイクルに用いるので、エンジンなどの排熱利用を前提とせず、消費電力の増大も回避できる空気調和システムの提供が可能になる。さらに、過冷却用熱交換器の上流で主冷媒を取り出し、その熱で副冷媒の脱着を行なうことが可能になる。また、熱源側熱交換器が放熱量を調整可能である場合は、脱着時における冷媒温度を最適化し、脱着の効率を向上させることができる。
この構成によれば、二酸化炭素を冷媒とした蒸気圧縮式冷凍サイクルの問題点、すなわち外気温が高い場合に冷房運転の効率低下が顕著になるという問題点を本発明によって改善することが可能になる。
この構成によれば、副冷媒の脱着に利用した主冷媒も過冷却用熱交換器にて過冷却することができる。
図1は、本発明の第一実施形態に係る空気調和システム(冷房運転時)の構成を示す説明図である。
この図に示すように、本発明の第一実施形態に係る空気調和システム1Aは、主冷凍サイクルの主冷媒を過冷却する過冷却用冷凍サイクルを備える定置型の空気調和システムであって、主冷凍サイクルとしては、CO2を冷媒とした蒸気圧縮式冷凍サイクル10を用い、過冷却用冷凍サイクルとしては、吸着式冷凍サイクル20を用いている。
図1に示すように、本実施形態の蒸気圧縮式冷凍サイクル10は、主冷媒を圧縮する圧縮機11と、圧縮機11から流出した主冷媒と室外空気との間で熱交換を行ない、主冷媒の熱を室外空気に放熱する室外熱交換器12と、室外熱交換器12から流出した主冷媒を膨張させる膨張弁13と、膨張弁13から流出した主冷媒と室内空気との間で熱交換を行ない、室内空気を冷房する室内熱交換器14と、主冷媒を気相と液相に分離し、気相の主冷媒を圧縮機11に送るアキュムレータ15と、冷房運転と暖房運転の切換時に切り換えられる四方弁16と、室外熱交換器12から膨張弁13に至る冷媒流路に設けられ、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の主冷媒と吸着式冷凍サイクル20の副冷媒との間で熱交換を行ない、蒸気圧縮式冷凍サイクル10の主冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器17と、室外熱交換器12から過冷却用熱交換器17に至る冷媒流路に設けられた分岐点18dから主冷媒の一部又はすべてを取り出す分岐路18と、を備えている。
吸着式冷凍サイクル20は、低温排熱を利用して冷房、冷蔵などの冷却を行うもので、具体的には、容器内で副冷媒を蒸発させることにより冷熱を発生させ、その冷熱で様々な冷却を行うシステムである。低温排熱の温度範囲の定義は色々とあるが、ここでの低温排熱は40〜150℃程度の範囲で想定している。低温排熱は、吸着材に吸着した副冷媒を脱着させるために用いられる。
以下、水を副冷媒とした吸着式冷凍サイクル20の具体的な構成について、図1を参照して説明する。
吸着過程での冷却能力Q(kW)は、吸着材の質量M(kg)、単位質量当りの吸着材に吸着する水の吸着量ΔC、水の蒸発潜熱ΔHL(kJ/kg)、吸着時間t(秒)とすると、
Q=MΔCΔHL/t
で求まる。
この図に示すように、本発明の第二実施形態に係る空気調和システム1Bは、圧縮機11から室外熱交換器12(四方弁16)に至る冷媒流路に分岐路19を備え、分岐点19cから取り出した主冷媒の熱で吸着材23から副冷媒を脱着させる点が前記実施形態と相違している。このようにすると、高温の主冷媒を取り出し、その熱で脱着を行なうことができるので、脱着の効率をさらに向上させることが可能になる。
この図に示すように、本発明の第三実施形態に係る空気調和システム1Cは、太陽熱パネル41で作った温水の熱を利用して吸着材23から副冷媒を脱着させる点が前記実施形態と相違している。このようにすると、主冷凍サイクルの主冷媒を脱着に利用する必要がないので、主冷凍サイクルに分岐路18、19を設置したり、分岐路18、19の切り換えを行なうことが不要となり、主冷凍サイクルの構成が簡略になるという利点がある。
Claims (3)
- 主冷凍サイクルの主冷媒を過冷却する過冷却用冷凍サイクルを備える空気調和システム
であって、
冷房運転時に、
前記主冷凍サイクルは、
前記主冷凍サイクルの主冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機から流出した主冷媒と空気との間で熱交換を行ない、同主冷媒の熱を空気に放熱する熱源側熱交換器と、
前記熱源側熱交換器から流出した主冷媒を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁から流出した主冷媒と空気との間で熱交換を行ない、空気を冷却する利用側熱交換器と、を備える蒸気圧縮式冷凍サイクルであり、
前記過冷却用冷凍サイクルは、
前記過冷却用冷凍サイクルの副冷媒を収容し、収容した副冷媒を蒸発させ、当該蒸発潜熱で副冷媒を冷却する容器と、
前記容器で蒸発した副冷媒を吸着する吸着材と、
前記吸着材が吸着した副冷媒を所定のタイミングで脱着させる脱着手段と、を備える吸着式冷凍サイクルであり、
前記熱源側熱交換器から前記膨張弁に至る前記主冷凍サイクルの冷媒流路には、前記主冷凍サイクルの主冷媒と前記過冷却用冷凍サイクルの副冷媒との間で熱交換を行ない、前記主冷凍サイクルの主冷媒を過冷却する過冷却用熱交換器が設けられ、
前記脱着手段は、前記熱源側熱交換器から前記過冷却用熱交換器に至る冷媒流路に分岐路を備え、該分岐路から取り出した主冷媒の熱で前記吸着材から副冷媒を脱着させることを特徴とする空気調和システム。 - 前記主冷凍サイクルの主冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項1記載の空気調和システム。
- 前記脱着手段は、脱着に利用した前記主冷凍サイクルの主冷媒を前記熱源側熱交換器から前記過冷却用熱交換器に至る冷媒流路に合流させることを特徴とする請求項1又は2に記載の空気調和システム。
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