JP6327544B2 - Waste heat heat pump system - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮式ヒートポンプ回路と、吸収式ヒートポンプ回路とを備えた排熱利用ヒートポンプシステムに関する。   The present invention relates to an exhaust heat utilization heat pump system including a compression heat pump circuit and an absorption heat pump circuit.

従来、原動機の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路と、原動機の排熱を、吸収液を加熱する再生器の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路とを備えた排熱利用ヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排熱利用ヒートポンプシステムでは、圧縮式ヒートポンプ回路の利用側熱交換器を経た冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環し、再生器による再生後に冷媒を分離し、この冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吐出側に供給し、利用側熱交換器を介して熱負荷に冷熱又は温熱を供給している。   Conventionally, a compression heat pump circuit that uses a shaft output of a prime mover as a power source of a compressor that compresses a refrigerant, and an absorption heat pump circuit that uses a waste heat of the prime mover as a heat source of a regenerator that heats an absorption liquid An exhaust heat utilization heat pump system provided is known (for example, see Patent Document 1). In this exhaust heat utilization heat pump system, the refrigerant that has passed through the use side heat exchanger of the compression heat pump circuit is circulated to the absorber of the absorption heat pump circuit, and the refrigerant is separated after regeneration by the regenerator. It supplies to the discharge side of the compressor of a heat pump circuit, and supplies cold heat or warm temperature to a heat load via a utilization side heat exchanger.

特開２０１０−９６４２９号公報JP 2010-96429 A

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮式ヒートポンプは再生器圧力の低下には寄与することができず、再生器出口の吸収液における所定の冷媒濃度をえるために必要となる再生器出口温度を下げることができない。したがって、原動機の排熱では再生器での再生温度に必要な温度まで上昇しない場合があり、吸収式ヒートポンプ回路での効率が低下するおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、吸収式ヒートポンプ回路の効率低下を抑制した排熱利用ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。 However, in the above-described conventional configuration, the compression heat pump cannot contribute to the decrease in the regenerator pressure, and lowers the regenerator outlet temperature necessary for obtaining a predetermined refrigerant concentration in the absorption liquid at the regenerator outlet. I can't. Therefore, the exhaust heat of the prime mover may not increase to the temperature required for the regeneration temperature in the regenerator, and the efficiency in the absorption heat pump circuit may be reduced.
This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and it aims at providing the heat pump system using waste heat which suppressed the efficiency fall of the absorption heat pump circuit.

上記目的を達成するために、本発明の排熱利用ヒートポンプシステムは、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給し、前記圧縮式ヒートポンプ回路において蒸発した冷媒を、前記吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環するように構成し、前記再生器の熱源に外部機器の排熱を利用し、前記再生器により加熱再生により発生し、気液分離された冷媒蒸気を吸込側冷媒熱放熱器により冷却した後に前記圧縮機に供給することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the heat pump system using exhaust heat of the present invention supplies the refrigerant regenerated by the regenerator of the absorption heat pump circuit to the suction port of the compressor of the compression heat pump circuit, and the compression heat pump circuit. the refrigerant evaporated in the configured to circulate the absorber of the absorption heat pump circuit, using exhaust heat of an external device to the heat source of the regenerator, generated by heating reproduced by the reproducer, a gas-liquid separator The refrigerant vapor is cooled by a suction side refrigerant heat radiator and then supplied to the compressor.

上記構成において、前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立したガスエンジンヒートポンプが有するエンジンの排熱であってもよい。   In the above configuration, the exhaust heat of the external device may be exhaust heat of an engine included in a gas engine heat pump in which the exhaust heat utilization heat pump system and the refrigerant circuit are independent.

上記構成において、前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立した冷凍機が有する放熱器の排熱であってもよい。   In the above configuration, the exhaust heat of the external device may be exhaust heat of a radiator included in a refrigerator in which the exhaust heat utilization heat pump system and the refrigerant circuit are independent.

上記構成において、前記外部機器の排熱は、発電機の排熱であってもよい。   In the above configuration, the exhaust heat of the external device may be exhaust heat of a generator.

本発明によれば、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給するように構成し、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路とをシリーズに配置したため、再生器圧力を下げることができるので、再生器出口の吸収液を所定の冷媒濃度とするために必要な再生器温度も従来の温度よりも下げることができ、例えば、冷凍機の排熱やエンジンの排熱等、従来であれば給湯用途以外では利用が難しかった中温レベルの排熱によって吸収式ヒートポンプ回路を作動できる。   According to the present invention, the refrigerant regenerated by the regenerator of the absorption heat pump circuit is configured to be supplied to the suction port of the compressor of the compression heat pump circuit, and the compression heat pump circuit and the absorption heat pump circuit are in series. Since it is arranged, the regenerator pressure can be lowered, so that the regenerator temperature necessary for making the absorption liquid at the regenerator outlet a predetermined refrigerant concentration can also be lowered from the conventional temperature. The absorption heat pump circuit can be operated by medium-level exhaust heat, which is conventionally difficult to use except for hot water use such as heat and engine exhaust heat.

本発明の第１実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す回路図である。It is a circuit diagram showing the heat pump system using exhaust heat concerning a 1st embodiment of the present invention. 吸収式ヒートポンプ回路を示すＰ−Ｔ（デューリング）線図である。It is a PT (During) diagram showing an absorption heat pump circuit. 排熱利用ヒートポンプシステムの運転状態を示すグラフであり、（Ａ）は流量比、（Ｂ）は排熱回収温度（℃）、（Ｃ）は外部機器の運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）、（Ｄ）は循環ポンプＰの回転数、（Ｅ）はバイパス弁１６の開度（％）を示す図である。It is a graph which shows the driving | running state of an exhaust heat utilization heat pump system, (A) is a flow rate ratio, (B) is exhaust heat recovery temperature (degreeC), (C) is the driving | running state (ON / OFF) of an external apparatus, (D ) Is a diagram showing the rotational speed of the circulation pump P, and (E) is a view showing the opening degree (%) of the bypass valve 16. 排熱利用ヒートポンプシステム及びガスヒートポンプの能力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the capability of a waste heat utilization heat pump system and a gas heat pump. 本発明の第２実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す図である。It is a figure which shows the exhaust heat utilization heat pump system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 冷凍機が冷蔵運転をする場合の、排熱利用ヒートポンプシステム及び冷凍機の能力の関係を示す図であり、（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステムの能力、（Ｂ）は冷凍機の能力を示す。It is a figure which shows the relationship between the capacity | capacitance of a waste heat utilization heat pump system and a refrigerator when a refrigerator carries out refrigeration operation, (A) shows the capability of a waste heat utilization heat pump system, (B) shows the capability of a refrigerator. . 本発明の第３実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す図である。It is a figure which shows the exhaust heat utilization heat pump system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 排熱利用ヒートポンプシステム及び発電機の能力の関係を示す図であり、（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステムの能力、（Ｂ）は発電機の能力を示す。It is a figure which shows the relationship of the capability of a waste heat utilization heat pump system and a generator, (A) shows the capability of a waste heat utilization heat pump system, (B) shows the capability of a generator.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す回路図である。図２は、吸収式ヒートポンプ回路を示すＰ−Ｔ（デューリング）線図である。なお、図２では、横軸に温度（Ｔ）、縦軸に圧力（Ｐ）を示す。
排熱利用ヒートポンプシステム１は、モータ（原動機、熱機関）２の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機１１の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路１０と、外部機器であるガスヒートポンプ１００の排熱を、吸収液を加熱する再生器２１の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路２０とを備えた、いわゆるハイブリッドシステムである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a circuit diagram showing an exhaust heat utilization heat pump system according to the first embodiment. FIG. 2 is a PT (During) diagram showing an absorption heat pump circuit. In FIG. 2, the horizontal axis represents temperature (T) and the vertical axis represents pressure (P).
The exhaust heat utilization heat pump system 1 includes a compression heat pump circuit 10 that uses the shaft output of a motor (prime mover, heat engine) 2 as a power source of a compressor 11 that compresses refrigerant, and an exhaust of a gas heat pump 100 that is an external device. This is a so-called hybrid system including an absorption heat pump circuit 20 that uses heat as a heat source of the regenerator 21 that heats the absorbing liquid.

ガスヒートポンプ１００は、エンジン１０１の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機（不図示）の動力源として利用する空気調和装置であり、冷房運転又は暖房運転をして利用側熱交換器１０２から熱負荷ＨＬ（本実施形態では、被調和室）に冷熱及び温熱を供給する。ガスヒートポンプ１００は、排熱利用ヒートポンプシステム１と冷媒回路１０３が独立している。なお、本実施形態のエンジン１０１は、都市ガスを燃料としたガスエンジンで構成しているが、これに限定されるものではない。   The gas heat pump 100 is an air conditioner that uses the shaft output of the engine 101 as a power source of a compressor (not shown) that compresses refrigerant, and heats from the use-side heat exchanger 102 by cooling operation or heating operation. Cold and hot heat are supplied to the load HL (in this embodiment, the room to be conditioned). In the gas heat pump 100, the exhaust heat utilization heat pump system 1 and the refrigerant circuit 103 are independent. In addition, although the engine 101 of this embodiment is comprised with the gas engine which used city gas as the fuel, it is not limited to this.

圧縮式ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１と、利用側熱交換器１２と、放熱器１３と、膨張弁１４、及び四方弁１５とを備えている。圧縮機１１と利用側熱交換器１２とは、圧縮機１１の吸込口１１Ａ側の吸込側冷媒管３１、及び、圧縮機１１の吐出口１１Ｂ側の吐出側冷媒管３２によって接続されている。吸込側冷媒管３１には四方弁１５が、吐出側冷媒管３２には、四方弁１５、放熱器１３、及び膨張弁１４が設けられている。   The compression heat pump circuit 10 includes a compressor 11, a use side heat exchanger 12, a radiator 13, an expansion valve 14, and a four-way valve 15. The compressor 11 and the use side heat exchanger 12 are connected by a suction side refrigerant tube 31 on the suction port 11 </ b> A side of the compressor 11 and a discharge side refrigerant tube 32 on the discharge port 11 </ b> B side of the compressor 11. The suction side refrigerant pipe 31 is provided with a four-way valve 15, and the discharge side refrigerant pipe 32 is provided with a four-way valve 15, a radiator 13, and an expansion valve 14.

圧縮機１１は、吸込側冷媒管３１を流れる冷媒を圧縮するものである。この圧縮機１１は、モータ２の軸２Ａに接続されており、圧縮機１１にはモータ（原動機）２の軸出力が伝達される。つまり、圧縮機１１は、動力源としてモータ２の軸出力を利用して、冷媒を圧縮するように構成されている。
利用側熱交換器１２は、冷媒の冷熱又は温熱を熱負荷ＨＬに供給する熱交換器であり、冷媒の冷熱又は温熱を放熱する放熱装置１２Ａ（例えば、ファン）を有している。放熱装置１２Ａには、熱負荷ＨＬに供給する熱の温度を検出する温度センサ６１が設けられている。
放熱器１３は、冷媒の熱を放熱するものであり、当該放熱器１３の熱を放熱する放熱装置１３Ａ（例えば、ファン）を有している。 The compressor 11 compresses the refrigerant flowing through the suction side refrigerant pipe 31. The compressor 11 is connected to the shaft 2 </ b> A of the motor 2, and the shaft output of the motor (prime mover) 2 is transmitted to the compressor 11. That is, the compressor 11 is configured to compress the refrigerant by using the shaft output of the motor 2 as a power source.
The use-side heat exchanger 12 is a heat exchanger that supplies cold or hot heat of the refrigerant to the heat load HL, and includes a heat dissipation device 12A (for example, a fan) that radiates the cold or hot heat of the refrigerant. The heat radiating device 12A is provided with a temperature sensor 61 that detects the temperature of heat supplied to the heat load HL.
The radiator 13 radiates the heat of the refrigerant, and includes a radiating device 13 </ b> A (for example, a fan) that radiates the heat of the radiator 13.

四方弁１５は、圧縮機１１の吸込側及び吐出側を放熱器１３又は利用側熱交換器１２にそれぞれ連通するように切り替えられ、これにより、熱負荷ＨＬに冷熱を供給する冷熱運転及び熱負荷ＨＬに温熱を供給する温熱運転が切り替えられる。より詳細には、冷熱運転時には、圧縮機１１の吐出側から放熱器１３に、また、利用側熱交換器１２から圧縮機１１の吸込側に、温熱運転時には、圧縮機１１の吐出側から利用側熱交換器１２に、放熱器１３から圧縮機１１の吸込側に冷媒が流れる。なお、図１では、圧縮機１１の吐出側を点ａ１、放熱器１３側を点ａ２、利用側熱交換器１２側を点ｂ１、圧縮機１１の吸込側を点ｂ２として示している。   The four-way valve 15 is switched so that the suction side and the discharge side of the compressor 11 are communicated with the radiator 13 or the use side heat exchanger 12, respectively, and thereby, the cold operation and the heat load for supplying cold heat to the heat load HL. The heat operation for supplying heat to the HL is switched. More specifically, it is used from the discharge side of the compressor 11 to the radiator 13 during the cold operation, from the use side heat exchanger 12 to the suction side of the compressor 11, and from the discharge side of the compressor 11 during the heat operation. The refrigerant flows from the radiator 13 to the suction side of the compressor 11 in the side heat exchanger 12. In FIG. 1, the discharge side of the compressor 11 is indicated as a point a1, the radiator 13 side as a point a2, the use side heat exchanger 12 side as a point b1, and the suction side of the compressor 11 as a point b2.

圧縮式ヒートポンプ回路１０には、圧縮式ヒートポンプ回路１０を流れる比較的高温の冷媒と比較的低温の冷媒蒸気との間で熱交換させる冷媒熱交換器１７が設けられている。冷媒熱交換器１７では、冷熱運転時には、放熱器１３から膨張弁１４に供給される冷媒が冷却されるとともに、利用側熱交換器１２から圧縮機１１に供給される冷媒蒸気が加熱される。一方、温熱運転時には、膨張弁１４から放熱器１３に供給される冷媒が冷却されるとともに、放熱器１３から圧縮機１１に供給される冷媒蒸気が加熱される。この冷媒熱交換器１７により、圧縮式ヒートポンプ回路１０におけるＣＯＰ（成績係数）の向上を図るようにしている。   The compression heat pump circuit 10 is provided with a refrigerant heat exchanger 17 that exchanges heat between a relatively high-temperature refrigerant flowing through the compression heat pump circuit 10 and a relatively low-temperature refrigerant vapor. In the refrigerant heat exchanger 17, during the cooling operation, the refrigerant supplied from the radiator 13 to the expansion valve 14 is cooled, and the refrigerant vapor supplied from the use side heat exchanger 12 to the compressor 11 is heated. On the other hand, during the heating operation, the refrigerant supplied from the expansion valve 14 to the radiator 13 is cooled, and the refrigerant vapor supplied from the radiator 13 to the compressor 11 is heated. The refrigerant heat exchanger 17 improves the COP (coefficient of performance) in the compression heat pump circuit 10.

吸収式ヒートポンプ回路２０は、冷媒熱交換器１７と圧縮機１１との間の吸込側冷媒管３１に設けられ、圧縮式ヒートポンプ回路１０にシリーズに接続されている。吸収式ヒートポンプ回路２０は、再生器２１と、吸収器２２と、気液分離器２３とを備え、冷媒熱交換器１７と吸収器２２とが冷媒管３３によって、再生器２１と圧縮機１１とが冷媒管３４によって接続されている。再生器２１と吸収器２２とは、濃吸収液管（送り配管）４１及び稀吸収液管（戻り配管）４２によって接続されている。   The absorption heat pump circuit 20 is provided in the suction side refrigerant pipe 31 between the refrigerant heat exchanger 17 and the compressor 11, and is connected to the compression heat pump circuit 10 in series. The absorption heat pump circuit 20 includes a regenerator 21, an absorber 22, and a gas-liquid separator 23. The refrigerant heat exchanger 17 and the absorber 22 are connected by a refrigerant pipe 33, and the regenerator 21, the compressor 11, and the like. Are connected by a refrigerant pipe 34. The regenerator 21 and the absorber 22 are connected by a concentrated absorbent liquid pipe (feed pipe) 41 and a rare absorbent liquid pipe (return pipe) 42.

吸収器２２は、冷媒管３３から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる。吸収器２２は、吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する熱を冷却する冷却装置２２Ａ（例えば、冷却水循環装置、又は、ファン。図１には、冷却水循環装置を示す。）を備えている。吸収器２２には、再生器２１に延びる濃吸収液管４１が接続されている。濃吸収液管４１には、吸収液を循環させるための循環ポンプＰが設けられており、循環ポンプＰを駆動することで、吸収器２２から再生器２１に冷媒を吸収した吸収液（濃吸収液）が供給される。   The absorber 22 absorbs the refrigerant vapor supplied from the refrigerant pipe 33 in the absorption liquid. The absorber 22 includes a cooling device 22A (for example, a cooling water circulation device or a fan. FIG. 1 shows the cooling water circulation device) that cools the heat generated when the absorbing liquid absorbs the refrigerant vapor. Yes. A concentrated absorbent liquid pipe 41 extending to the regenerator 21 is connected to the absorber 22. The concentrated absorption liquid pipe 41 is provided with a circulation pump P for circulating the absorption liquid. By driving the circulation pump P, an absorption liquid (concentrated absorption) that has absorbed refrigerant from the absorber 22 into the regenerator 21. Liquid).

再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、ガスヒートポンプ１００のエンジン１０１の排熱を熱源として加熱再生する。より詳細には、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａには、エンジン１０１の排熱を回収した冷却水が流れる冷却水管５１が接続されている。図示は省略するが、冷却水管５１の冷却水は、例えば、エンジン１０１のウォータジャケットを流通してエンジン１０１の排熱を回収して昇温し、さらに、エンジン１０１の排ガス流路に設けられた排ガス熱交換器を流通して排ガスの排熱を回収して昇温した後に、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａに供給される。このようにして、ガスヒートポンプ１００の排熱を回収した冷却水を再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａに供給することにより、再生器２１は、高温の冷却水を再生器２１の熱源として吸収液を加熱再生する。   The regenerator 21 heats and regenerates the concentrated absorbent supplied from the concentrated absorbent pipe 41 using the exhaust heat of the engine 101 of the gas heat pump 100 as a heat source. More specifically, a cooling water pipe 51 through which the cooling water recovered from the exhaust heat of the engine 101 flows is connected to the cooling water heat transfer pipe 21 </ b> A of the regenerator 21. Although illustration is omitted, the cooling water of the cooling water pipe 51 circulates through the water jacket of the engine 101, recovers the exhaust heat of the engine 101, and rises in temperature, and is further provided in the exhaust gas flow path of the engine 101. After flowing through the exhaust gas heat exchanger and recovering the exhaust heat of the exhaust gas and raising the temperature, it is supplied to the cooling water heat transfer tube 21 </ b> A of the regenerator 21. In this way, the regenerator 21 absorbs the high-temperature cooling water as a heat source of the regenerator 21 by supplying the cooling water recovered from the exhaust heat of the gas heat pump 100 to the cooling water heat transfer tube 21 </ b> A of the regenerator 21. Regenerate the liquid by heating.

再生器２１の出口には、加熱再生して発生した冷媒蒸気を残った吸収液（稀吸収液）から分離する気液分離器２３が接続されている。気液分離器２３は、稀吸収液を貯留する本体２３Ａを備え、本体２３Ａの上下方向中間部には再生器２１から延びる混合液管４３が接続されている。本体２３Ａの下部には吸収器２２に延びる稀吸収液管４２が接続され、本体２３Ａの上部には冷媒管３４が接続されている。この気液分離器２３により、吸収液から冷媒蒸気が分離され、冷媒蒸気のみが圧縮機１１に供給され、冷媒蒸気を分離した稀吸収液が吸収器２２に供給される。
冷媒管３４には吸込側冷媒熱放熱器１８が設けられており、吸込側冷媒熱放熱器１８は冷媒管３４を流れる冷媒の熱を放熱する放熱装置１８Ａ（例えば、ファン）を有している。冷媒管３４を流れる比較的高温の冷媒蒸気は、この吸込側冷媒熱放熱器１８において冷却され、圧縮機１１に供給される。 A gas-liquid separator 23 is connected to the outlet of the regenerator 21 to separate the refrigerant vapor generated by heating regeneration from the remaining absorption liquid (rare absorption liquid). The gas-liquid separator 23 includes a main body 23A that stores a rare absorbent, and a mixed liquid pipe 43 extending from the regenerator 21 is connected to an intermediate portion in the vertical direction of the main body 23A. A rare absorbing liquid pipe 42 extending to the absorber 22 is connected to the lower part of the main body 23A, and a refrigerant pipe 34 is connected to the upper part of the main body 23A. The gas-liquid separator 23 separates the refrigerant vapor from the absorption liquid, only the refrigerant vapor is supplied to the compressor 11, and the rare absorption liquid from which the refrigerant vapor is separated is supplied to the absorber 22.
The refrigerant pipe 34 is provided with a suction-side refrigerant heat radiator 18, and the suction-side refrigerant heat radiator 18 has a heat radiating device 18 </ b> A (for example, a fan) that radiates the heat of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe 34. . The relatively high-temperature refrigerant vapor flowing through the refrigerant pipe 34 is cooled in the suction-side refrigerant heat radiator 18 and supplied to the compressor 11.

吸収式ヒートポンプ回路２０には、再生器２１から吸収器２２に戻される比較的高温の稀吸収液により、吸収器２２から再生器２１に供給される濃吸収液を加熱する吸収液熱交換器２４が設けられている。この吸収液熱交換器２４により、再生器２１に供給される濃吸収液の温度を上昇させると共に、吸収器２２に供給される稀吸収液の温度を低下させることができる。   The absorption heat pump circuit 20 includes an absorption liquid heat exchanger 24 that heats the concentrated absorption liquid supplied from the absorber 22 to the regenerator 21 with a relatively high-temperature rare absorption liquid returned from the regenerator 21 to the absorber 22. Is provided. The absorption liquid heat exchanger 24 can increase the temperature of the concentrated absorption liquid supplied to the regenerator 21 and decrease the temperature of the rare absorption liquid supplied to the absorber 22.

また、本実施形態では、再生器２１から吸収器２２への稀吸収液管４２にリバースポンプ（動力回収機）Ｒを設けている。
循環ポンプＰは、図示は省略するが、その軸が駆動装置（駆動源）の軸に接続されており、駆動装置の回転駆動力によって回転されて、濃吸収液管４１を流れる濃吸収液を搬送する。駆動装置には、例えば、モータ等の原動機が用いられる。
リバースポンプＲは、稀吸収液管４２を流れる稀吸収液によって回転駆動されるポンプである。リバースポンプＲの軸（不図示）は、循環ポンプＰの軸（不図示）に接続されており、リバースポンプＲによる回転エネルギーを循環ポンプＰにより回収し、駆動装置の駆動力を抑制できるようになっている。これにより、循環ポンプＰの省エネルギー化を図ることができる。
なお、図１中、放熱装置１２Ａを含めた利用側熱交換器１２は排熱利用ヒートポンプシステム１の室内機１Ａを構成し、その他の構成部品は排熱利用ヒートポンプシステム１の室外機１Ｂを構成している。 Further, in the present embodiment, a reverse pump (power recovery machine) R is provided in the rare absorption liquid pipe 42 from the regenerator 21 to the absorber 22.
Although not shown in the figure, the circulation pump P is connected to the shaft of the drive device (drive source), and is rotated by the rotational driving force of the drive device, so that the concentrated absorbent flowing through the concentrated absorbent tube 41 is removed. Transport. For example, a motor such as a motor is used as the drive device.
The reverse pump R is a pump that is rotationally driven by a rare absorbent that flows through the rare absorbent pipe 42. The shaft (not shown) of the reverse pump R is connected to the shaft (not shown) of the circulation pump P so that rotational energy from the reverse pump R can be recovered by the circulation pump P and the driving force of the drive device can be suppressed. It has become. Thereby, energy saving of the circulation pump P can be achieved.
In FIG. 1, the use side heat exchanger 12 including the heat radiating device 12 </ b> A constitutes the indoor unit 1 </ b> A of the exhaust heat utilization heat pump system 1, and the other components constitute the outdoor unit 1 </ b> B of the exhaust heat utilization heat pump system 1. doing.

排熱利用ヒートポンプシステム１は、制御装置６０の制御によって四方弁１５を切り替えることで、冷熱運転と、温熱運転とに切り替え運転される。制御装置６０は、図示しない熱負荷ＨＬに供給する熱が所定の設定温度になるように排熱利用ヒートポンプシステム１を制御する。
冷熱運転時には、四方弁１５が、圧縮機１１の吸込側を利用側熱交換器１２に、圧縮機１１の吐出側を放熱器１３にそれぞれ連通するように切り替えられる。
利用側熱交換器１２において蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給され、吸収器２２において吸収液に吸収される。冷媒を吸収した濃吸収液は、循環ポンプＰによって吸収液熱交換器２４を経由して再生器２１に供給される。この濃吸収液は、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａ内を流通する冷却水から吸熱して再生温度まで加熱される。加熱された濃吸収液は、気液分離器２３に供給され、気液分離器２３において冷媒蒸気が分離される。冷媒蒸気が分離された稀吸収液は、吸収液熱交換器２４に供給され、吸収液熱交換器２４において濃吸収液管４１を流通する濃吸収液を加熱し、吸収器２２に戻される。 The exhaust heat utilization heat pump system 1 is switched to a cold operation and a hot operation by switching the four-way valve 15 under the control of the control device 60. The control device 60 controls the exhaust heat utilization heat pump system 1 so that the heat supplied to the heat load HL (not shown) reaches a predetermined set temperature.
During the cold operation, the four-way valve 15 is switched so that the suction side of the compressor 11 communicates with the use side heat exchanger 12 and the discharge side of the compressor 11 communicates with the radiator 13.
The refrigerant vapor evaporated in the use side heat exchanger 12 is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17 and is absorbed by the absorbing liquid in the absorber 22. The concentrated absorbent that has absorbed the refrigerant is supplied to the regenerator 21 by the circulation pump P via the absorbent heat exchanger 24. The concentrated absorbent absorbs heat from the cooling water flowing through the cooling water heat transfer tube 21A of the regenerator 21 and is heated to the regeneration temperature. The heated concentrated absorption liquid is supplied to the gas-liquid separator 23, and the refrigerant vapor is separated in the gas-liquid separator 23. The rare absorbing liquid from which the refrigerant vapor has been separated is supplied to the absorbing liquid heat exchanger 24, the concentrated absorbing liquid flowing through the concentrated absorbing liquid pipe 41 is heated in the absorbing liquid heat exchanger 24, and returned to the absorber 22.

気液分離器２３において分離された冷媒蒸気は、圧縮機１１において圧縮されて高温高圧状態となり、高温高圧状態の冷媒は放熱器１３において冷却される。冷却された冷媒は、冷媒熱交換器１７において利用側熱交換器１２の下流側の冷媒蒸気によって冷却され、膨張弁１４において膨張して低温低圧状態となる。低温低圧状態の冷媒は、利用側熱交換器１２において熱負荷ＨＬの熱を奪って蒸発する。そして、利用側熱交換器１２において蒸発した冷媒蒸気は、再度、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給されるという循環を繰り返す。   The refrigerant vapor separated in the gas-liquid separator 23 is compressed in the compressor 11 to be in a high temperature and high pressure state, and the refrigerant in the high temperature and high pressure state is cooled in the radiator 13. The cooled refrigerant is cooled by the refrigerant vapor on the downstream side of the use side heat exchanger 12 in the refrigerant heat exchanger 17 and expands in the expansion valve 14 to be in a low temperature and low pressure state. The refrigerant in the low temperature and low pressure state evaporates by taking heat of the heat load HL in the use side heat exchanger 12. Then, the refrigerant vapor evaporated in the use-side heat exchanger 12 repeats circulation such that the refrigerant vapor is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17 again.

一方、温熱運転時には、四方弁１５が、圧縮機１１の吸込側を放熱器１３に、圧縮機１１の吐出側を利用側熱交換器１２にそれぞれ連通するように切り替えられる。
放熱器１３において蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給される。吸収式ヒートポンプ回路２０における冷媒の再生は冷熱運転時と同様であるため、ここでは説明を省略する。
吸収式ヒートポンプ回路２０において再生された冷媒蒸気は、圧縮機１１において圧縮されて高温高圧状態となり、高温高圧状態の冷媒は利用側熱交換器１２において熱負荷ＨＬに放熱して冷却される。冷却された冷媒は、膨張弁１４において膨張して低温低圧状態となり、冷媒熱交換器１７において放熱器１３の下流側の冷媒蒸気によって冷却され、放熱器１３において蒸発する。そして、放熱器１３において蒸発した冷媒蒸気は、再度、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給されるという循環を繰り返す。 On the other hand, during the heat operation, the four-way valve 15 is switched so that the suction side of the compressor 11 communicates with the radiator 13 and the discharge side of the compressor 11 communicates with the use-side heat exchanger 12.
The refrigerant vapor evaporated in the radiator 13 is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17. Since the regeneration of the refrigerant in the absorption heat pump circuit 20 is the same as that during the cold operation, the description thereof is omitted here.
The refrigerant vapor regenerated in the absorption heat pump circuit 20 is compressed in the compressor 11 to be in a high temperature and high pressure state, and the refrigerant in the high temperature and high pressure state is radiated to the heat load HL and cooled in the use side heat exchanger 12. The cooled refrigerant expands in the expansion valve 14 to a low temperature and low pressure state, is cooled by the refrigerant vapor on the downstream side of the radiator 13 in the refrigerant heat exchanger 17, and evaporates in the radiator 13. The refrigerant vapor evaporated in the radiator 13 repeats circulation such that the refrigerant vapor is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17 again.

このように、排熱利用ヒートポンプシステム１では、吸収式ヒートポンプ回路２０の再生器２１により再生した冷媒が、圧縮式ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給されるように、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置している。これにより、図２に示すように、再生器２１の作動圧力Ｐｇを、圧縮機１１の吐出側圧力Ｐｃ（冷房時では放熱器１３の作動圧力、暖房時では利用側熱交換器１２の作動圧力）よりも低い圧力とすることができるので、再生器２１出口の吸収液を所定の冷媒濃度とするために必要な再生器２１の再生温度Ｔｇを低くすることができ、外部機器の排熱によって吸収式ヒートポンプ回路２０を作動できる。
これは、一般的に冷媒が溶解した吸収液が熱平衡状態にあるときに、等濃度となる任意の状態を比較すると、圧力と温度は、熱平衡物性から定まる単調増加の関係で一義的に定まることによる。 Thus, in the heat pump system 1 using exhaust heat, a compression heat pump is used so that the refrigerant regenerated by the regenerator 21 of the absorption heat pump circuit 20 is supplied to the suction port 11A of the compressor 11 of the compression heat pump circuit 10. The circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series. As a result, as shown in FIG. 2, the operating pressure Pg of the regenerator 21 is changed to the discharge side pressure Pc of the compressor 11 (the operating pressure of the radiator 13 during cooling and the operating pressure of the use side heat exchanger 12 during heating). ), The regeneration temperature Tg of the regenerator 21 necessary for setting the absorption liquid at the outlet of the regenerator 21 to a predetermined refrigerant concentration can be lowered, and the exhaust heat of the external device The absorption heat pump circuit 20 can be activated.
In general, when an absorbing solution in which a refrigerant is dissolved is in a thermal equilibrium state, the pressure and temperature are uniquely determined by a monotonically increasing relationship determined from the physical properties of the thermal equilibrium when comparing any state that has the same concentration. by.

これに対し、例えば、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒が、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吐出口に供給されるように、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路とをパラレルに配置する場合には、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路の高圧（圧力Ｐｃ）を合わせる必要があるとともに、再生器２１の再生温度Ｔｃがシリーズの場合に比べ高くなる。
本実施形態では、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置しているため、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０の高圧を合わせる機構を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。 On the other hand, for example, the compression heat pump circuit and the absorption heat pump circuit are arranged in parallel so that the refrigerant regenerated by the regenerator of the absorption heat pump circuit is supplied to the discharge port of the compressor of the compression heat pump circuit. In this case, it is necessary to match the high pressure (pressure Pc) of the compression heat pump circuit and the absorption heat pump circuit, and the regeneration temperature Tc of the regenerator 21 becomes higher than that of the series.
In this embodiment, since the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series, it is not necessary to provide a mechanism for matching the high pressures of the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20, and the configuration It can be simplified.

ところで、ガスヒートポンプ１００の排熱を利用した吸収式ヒートポンプ回路２０では、ガスヒートポンプ１００の始動時には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度（例えば、６５℃以上）に到達していない。圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置した排熱利用ヒートポンプシステム１では、この状態で吸収式ヒートポンプ回路２０に吸収液を循環させても、冷媒を再生することができず、吸収器２２に吸収できない冷媒蒸気が充満し、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率が低下してしまう。   By the way, in the absorption heat pump circuit 20 using the exhaust heat of the gas heat pump 100, the exhaust heat recovery temperature does not reach the regeneration temperature (for example, 65 ° C. or more) required for the regenerator 21 when the gas heat pump 100 is started. . In the exhaust heat utilization heat pump system 1 in which the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series, even if the absorption liquid is circulated through the absorption heat pump circuit 20 in this state, the refrigerant cannot be regenerated. Then, the refrigerant vapor that cannot be absorbed by the absorber 22 is filled, and the efficiency of the absorption heat pump circuit 20 is reduced.

そこで、本実施形態では、吸込側冷媒管３１に吸収式ヒートポンプ回路２０をバイパスするバイパス管３５を設け、ガスヒートポンプ１００のエンジン１０１の立ち上がり時など排熱回収温度が低い場合は、吸収できない冷媒を、バイパス管３５を経て圧縮機１１に直接戻すようにしている。
より詳細には、バイパス管３５には、当該バイパス管３５を開閉するバイパス弁１６が設けられている。バイパス弁１６は、バイパス管３５を流れる冷媒の流量を制御する制御弁であり、このバイパス弁１６により、バイパス管３５を流れる冷媒の流量、及び、冷媒管３３を流れる吸収器２２に流れる冷媒の流量が制御されることとなる。なお、以下の説明では、冷媒管３３の冷媒流量をＦａ、バイパス管３５の冷媒流量をＦｂとし、冷媒の流量比をＦａ／（Ｆａ＋Ｆｂ）とする。また、冷却水管５１の再生器２１入口側には排熱回収温度（再生器２１に供給する排熱の温度）を検出する温度センサ６２が設けられており、制御装置６０は温度センサ６２が検出した温度に基づいてバイパス弁１６を制御する。 Therefore, in the present embodiment, a bypass pipe 35 that bypasses the absorption heat pump circuit 20 is provided in the suction side refrigerant pipe 31, and when the exhaust heat recovery temperature is low, such as when the engine 101 of the gas heat pump 100 is started up, a refrigerant that cannot be absorbed. In addition, it is directly returned to the compressor 11 via the bypass pipe 35.
More specifically, the bypass pipe 35 is provided with a bypass valve 16 that opens and closes the bypass pipe 35. The bypass valve 16 is a control valve that controls the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass pipe 35. The bypass valve 16 causes the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass pipe 35 and the flow of the refrigerant flowing through the absorber 22 through the refrigerant pipe 33. The flow rate will be controlled. In the following description, the refrigerant flow rate of the refrigerant pipe 33 is Fa, the refrigerant flow rate of the bypass pipe 35 is Fb, and the refrigerant flow rate ratio is Fa / (Fa + Fb). Further, a temperature sensor 62 for detecting the exhaust heat recovery temperature (the temperature of exhaust heat supplied to the regenerator 21) is provided on the inlet side of the regenerator 21 of the cooling water pipe 51. The temperature sensor 62 detects the control device 60. The bypass valve 16 is controlled based on the measured temperature.

図３は、排熱利用ヒートポンプシステム１の運転状態を示すグラフであり、図３（Ａ）は流量比、図３（Ｂ）は排熱回収温度（℃）、図３（Ｃ）は外部機器の運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）、図３（Ｄ）は循環ポンプＰの回転数、図３（Ｅ）はバイパス弁１６の開度（％）を示す図である。なお、図３中、横軸は排熱利用ヒートポンプシステム１の運転時間を示す。
図１及び図３に示すように、制御装置６０は、排熱利用ヒートポンプシステム１の始動時には、バイパス弁１６を全開にしてガスヒートポンプ１００を始動し、排熱回収が所定の温度（例えば、４５℃）に到達した後に、循環ポンプＰを作動させ、その後、バイパス弁１６を除々に閉止方向に制御し、定格運転状態で完全に閉止させる。これにより、ガスヒートポンプ１００の立ち上がり時等に、吸収式ヒートポンプ回路２０側に冷媒が過剰に送られることが防げるので、適切な量の冷媒を吸収器２２に送ることが可能になる。 FIG. 3 is a graph showing the operating state of the exhaust heat utilization heat pump system 1, FIG. 3 (A) is a flow rate ratio, FIG. 3 (B) is an exhaust heat recovery temperature (° C.), and FIG. 3 (C) is an external device. FIG. 3D is a diagram showing the rotational speed of the circulation pump P, and FIG. 3E is a diagram showing the opening degree (%) of the bypass valve 16. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the operation time of the exhaust heat utilization heat pump system 1.
As shown in FIGS. 1 and 3, when starting the exhaust heat utilization heat pump system 1, the control device 60 starts the gas heat pump 100 with the bypass valve 16 fully opened, and the exhaust heat recovery is performed at a predetermined temperature (for example, 45 After the temperature reaches (° C.), the circulation pump P is operated, and then the bypass valve 16 is gradually controlled in the closing direction so as to be completely closed in the rated operation state. As a result, it is possible to prevent an excessive amount of refrigerant from being sent to the absorption heat pump circuit 20 when the gas heat pump 100 is started up, so that an appropriate amount of refrigerant can be sent to the absorber 22.

定格運転状態になると、制御装置６０は、限られたガスヒートポンプ１００の排熱を有効活用するために、排熱回収温度が所定温度（例えば、再生器２１入口温度が８５℃前後）に保たれるように、循環ポンプＰを制御して吸収液循環量を制御している。これにより、熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱の温度にかかわらず、再生温度がほぼ一定に保たれるので、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。なお、制御装置６０は、エンジン１０１の排熱温度（冷却水温度）を制御する排熱温度制御手段として機能している。
排熱利用ヒートポンプシステム１では、エンジン１０２での燃料消費量を増減すると排熱量も比例して増減するため、圧縮式ヒートポンプ回路のみの場合よりも冷却水の排熱活用分だけ能力変動は大きくなる。したがって、制御装置６０は、熱負荷ＨＬの負荷変動に対して、圧縮式ヒートポンプ回路のみの場合よりも、排熱利用ヒートポンプシステム１の全能力に対する吸収式ヒートポンプ回路２０への排熱利用の寄与比率分（本実施形態では、２５％程度）だけ、エンジン１０２の動力源（本実施形態では、燃料）の入力変化を小さくするように制御している。これにより、エンジン１０２の動力源の入力を変化させた場合に、熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱が急激に変化することを防止できる。なお、制御装置６０は、圧縮式ヒートポンプ回路１０の利用側熱交換器１２から熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱の熱容量を制御する熱容量制御手段として機能している。 In the rated operation state, the control device 60 maintains the exhaust heat recovery temperature at a predetermined temperature (for example, the inlet temperature of the regenerator 21 is around 85 ° C.) in order to effectively utilize the limited exhaust heat of the gas heat pump 100. As described above, the circulating pump P is controlled to control the circulating amount of the absorbing liquid. As a result, the regeneration temperature is kept substantially constant regardless of the temperature of the cold or warm heat supplied to the heat load HL, so that a reduction in efficiency of the absorption heat pump circuit 20 can be suppressed. The control device 60 functions as exhaust heat temperature control means for controlling the exhaust heat temperature (cooling water temperature) of the engine 101.
In the heat pump system 1 using exhaust heat, if the fuel consumption in the engine 102 is increased / decreased, the amount of exhaust heat also increases / decreases proportionally, so that the fluctuation in capacity increases by the amount of exhaust heat utilization of the cooling water, compared to the case of only the compression heat pump circuit. . Therefore, the control device 60 contributes to the load fluctuation of the heat load HL, as compared with the case of using only the compression heat pump circuit, the contribution ratio of the use of exhaust heat to the absorption heat pump circuit 20 with respect to the entire capacity of the heat pump system 1 using exhaust heat. Control is performed so as to reduce the input change of the power source (fuel in this embodiment) of the engine 102 by the amount (about 25% in this embodiment). Thereby, when the input of the power source of the engine 102 is changed, it is possible to prevent the cooling heat or the heat supplied to the heat load HL from changing suddenly. The control device 60 functions as a heat capacity control means for controlling the heat capacity of the cold or hot heat supplied from the use side heat exchanger 12 of the compression heat pump circuit 10 to the heat load HL.

上述のように、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１では、圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路２０に循環し、この冷媒を圧縮式ヒートポンプ回路１０に循環させている。したがって、圧縮式ヒートポンプ回路１０を、純粋な冷媒ではなく、冷媒と吸収液の混合物が循環することになるので、圧縮機１１の潤滑油に吸収液が混じるおそれがあり、吸収液に潤滑性のない液体を用いた場合には、圧縮機１１の潤滑を阻害してしまう。
また、圧縮式ヒートポンプ回路１０では、圧縮機１１の潤滑油が、圧縮機１１から当該回路中に飛沫状に流出し、冷媒と一体となって回路中を循環する。圧縮機１１を出た潤滑油は、冷媒とともに移動して吸収器２２へ至り、吸収液と渾然一体となって、吸収式ヒートポンプ回路２０内を循環する。これを放置すると、いずれは圧縮機１１に保持されていた潤滑油が減少してしまう。また、冷媒や吸収液に潤滑油が混じることになるので、潤滑油によって冷媒や吸収液の熱交換が阻害されるおそれがある。 As described above, in the heat pump system 1 using exhaust heat shown in FIG. 1, the refrigerant of the compression heat pump circuit 10 is circulated through the absorption heat pump circuit 20, and this refrigerant is circulated through the compression heat pump circuit 10. Therefore, not the pure refrigerant but the mixture of the refrigerant and the absorbing liquid circulates in the compression heat pump circuit 10, so that the absorbing liquid may be mixed with the lubricating oil of the compressor 11. If no liquid is used, lubrication of the compressor 11 is hindered.
In the compression heat pump circuit 10, the lubricating oil of the compressor 11 flows out from the compressor 11 into the circuit and circulates in the circuit together with the refrigerant. The lubricating oil leaving the compressor 11 moves together with the refrigerant to reach the absorber 22, and is steadily integrated with the absorbing liquid and circulates in the absorption heat pump circuit 20. If this is left as it is, the lubricating oil retained in the compressor 11 will eventually decrease. Further, since the lubricating oil is mixed with the refrigerant and the absorbing liquid, the heat exchange between the refrigerant and the absorbing liquid may be hindered by the lubricating oil.

そこで、本実施形態の排熱利用ヒートポンプシステム１では、圧縮機１１の潤滑油と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液とを同一液としている。すなわち、圧縮機１１の潤滑油を兼ねることが可能なイオン液体を吸収液として用いている。冷媒にＣＯ2（二酸化炭素）を用いる場合、同一液には、例えば、1-alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([Cnmim][PF6])、又は、1-alkyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Cnmim][BF4])、又は、1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)-imide（[BMIM][Tf2N]）、又は、1-Ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate([EMIM][TCB])等が用いられる。また、冷媒にＨＦＣ又はＨＦＯを用いる場合には、同一液には、例えば、[bmim][PF6]: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateが用いられる。このように、圧縮機１１の潤滑油と吸収液とを同一液とすることで、圧縮機１１の潤滑油と吸収液とが混ざっても、圧縮機１１の潤滑を阻害することも、吸収液の熱交換効率を低下させることもない。また、圧縮機１１の潤滑油を分離するセパレータを設ける必要がないので、部品点数を削減し、製造工程を簡素化できる。
なお、放熱器１３は、冷媒にＣＯ2等の高圧側で超臨界状態となる非凝縮性冷媒を用いた場合には冷熱運転時にガスクーラとして、冷媒にＨＦＣやＨＦＯ等の凝縮性冷媒を用いた場合には冷熱運転時に凝縮器として機能する。同様に、利用側熱交換器１２は、冷媒に非凝縮性冷媒を用いた場合には温熱運転時にガスクーラとして、冷媒に凝縮性冷媒を用いた場合には温熱運転時に凝縮器として機能する。 Therefore, in the heat pump system 1 using exhaust heat of the present embodiment, the lubricating oil of the compressor 11 and the absorption liquid of the absorption heat pump circuit 20 are the same liquid. That is, an ionic liquid that can also serve as the lubricating oil of the compressor 11 is used as the absorbing liquid. When CO 2 (carbon dioxide) is used as the refrigerant, for example, 1-alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([Cnmim] [PF6]) or 1-alkyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Cnmim] [BF4]), 1-Butyl-3-methylimidazolium Bis (trifluoromethanesulfonyl) -imide ([BMIM] [Tf2N]), 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate ([EMIM] [TCB]) or the like is used. It is done. When HFC or HFO is used as the refrigerant, for example, [bmim] [PF6]: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate is used as the same liquid. Thus, by making the lubricating oil and the absorbing liquid of the compressor 11 the same liquid, even if the lubricating oil and the absorbing liquid of the compressor 11 are mixed, the lubricating of the compressor 11 can be inhibited. The heat exchange efficiency is not reduced. Moreover, since it is not necessary to provide a separator for separating the lubricating oil of the compressor 11, the number of parts can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
Note that the radiator 13 uses a condensable refrigerant such as HFC or HFO as a gas cooler during cold operation when a non-condensable refrigerant that is in a supercritical state such as CO 2 is used as the refrigerant. In some cases, it functions as a condenser during cold operation. Similarly, when the non-condensable refrigerant is used as the refrigerant, the use-side heat exchanger 12 functions as a gas cooler during the thermal operation, and when the condensable refrigerant is used as the refrigerant, the usage-side heat exchanger 12 functions as a condenser.

図４は、排熱利用ヒートポンプシステム１及びガスヒートポンプ１００の能力の関係を示す図である。
ガスヒートポンプ１００は、電気消費量１．３５Ｗ、ガス消費量３９．７ＫＷを入力することで、定格冷房時に冷却能力５６ｋＷ及び排熱量２０．７ｋＷを出力する。
一方、排熱利用ヒートポンプシステム１は、ガスヒートポンプ１００の排熱量２０．７ｋＷ、及び電力消費量３．８４ｋＷを入力することで、定格冷房時に冷却能力１９．９ｋＷを出力する。
換言すれば、排熱利用ヒートポンプシステム１に、排熱利用ヒートポンプシステム１の定格冷却能力の２．８倍以上の定格冷却能力を有するガスヒートポンプ１００と組み合わせることで、排熱利用ヒートポンプシステム１の再生器２１の再生温度に十分な排熱を確保できる。なお、定格冷却能力が２．８倍未満のガスヒートポンプ１００を組み合わせた場合には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度にならず、排熱利用ヒートポンプシステム１のＣＯＰが低下する。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the capacities of the exhaust heat utilization heat pump system 1 and the gas heat pump 100.
The gas heat pump 100 inputs a power consumption of 1.35 W and a gas consumption of 39.7 kW, and outputs a cooling capacity of 56 kW and a waste heat amount of 20.7 kW during rated cooling.
On the other hand, the exhaust heat utilization heat pump system 1 inputs the exhaust heat amount 20.7 kW and the power consumption amount 3.84 kW of the gas heat pump 100 to output a cooling capacity of 19.9 kW during rated cooling.
In other words, the exhaust heat utilization heat pump system 1 is combined with the gas heat pump 100 having a rated cooling capacity of 2.8 times or more of the rated cooling capacity of the exhaust heat utilization heat pump system 1 to regenerate the exhaust heat utilization heat pump system 1. Sufficient exhaust heat can be secured for the regeneration temperature of the vessel 21. When the gas heat pump 100 having a rated cooling capacity of less than 2.8 times is combined, the exhaust heat recovery temperature does not become the regeneration temperature required for the regenerator 21, and the COP of the exhaust heat utilization heat pump system 1 is reduced. .

熱負荷ＨＬである被調和室には、排熱利用ヒートポンプシステム１の冷却能力１９．９ｋＷと、ガスヒートポンプ１００の冷却能力５６ｋＷ、合計で冷却能力７５．９ＫＷが供給される。ガスヒートポンプ１００だけでは、熱入力（ガス消費量３９．７ＫＷ）に対する冷却能力（５６ｋＷ）の比であるＣＯＰが１．４１となるが、ガスヒートポンプ１００に排熱利用ヒートポンプシステム１を組み合わせることで、全体のＣＯＰを１．８７とすることができ、ガスヒートポンプ１００だけの場合に比べてＣＯＰを３３％向上できる。また、ガス及び電気を含めた一次エネルギー換算効率は、ガスヒートポンプ１００だけの場合に１．２９に対し、ガスヒートポンプ１００に排熱利用ヒートポンプシステム１を組み合わせた場合には１．４５になるので、１２％改善できる。   The conditioned room, which is the heat load HL, is supplied with a cooling capacity of 19.9 kW of the exhaust heat utilization heat pump system 1 and a cooling capacity of 56 kW of the gas heat pump 100, and a total cooling capacity of 75.9 kW. With the gas heat pump 100 alone, the COP that is the ratio of the cooling capacity (56 kW) to the heat input (gas consumption 39.7 kW) is 1.41, but by combining the heat pump system 1 with exhaust heat using the gas heat pump 100, The overall COP can be 1.87, and the COP can be improved by 33% compared to the case of the gas heat pump 100 alone. The primary energy conversion efficiency including gas and electricity is 1.29 when only the gas heat pump 100 is used, and 1.45 when the exhaust heat utilization heat pump system 1 is combined with the gas heat pump 100. 12% improvement.

以上説明したように、本実施形態によれば、吸収式ヒートポンプ回路２０の再生器２１により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給するように構成し、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置したため、再生器２１圧力を下げることができるので、再生器２１出口の吸収液を所定の冷媒濃度とするために必要な再生器温度も従来の温度よりも下げることができ、例えば、エンジン１０１の排熱等、従来であれば給湯用途以外では利用が難しかった中温レベルの排熱によって吸収式ヒートポンプ回路２０を作動できる。そして、再生器２１の熱源に必要な排熱を生み出すガスヒートポンプ１００を接続することで、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。   As described above, according to the present embodiment, the refrigerant regenerated by the regenerator 21 of the absorption heat pump circuit 20 is configured to be supplied to the suction port 11A of the compressor 11 of the compression heat pump circuit 10 and compressed. Since the heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series, the pressure of the regenerator 21 can be lowered, so that the regenerator temperature necessary for setting the absorption liquid at the outlet of the regenerator 21 to a predetermined refrigerant concentration is also obtained. The absorptive heat pump circuit 20 can be operated by exhaust heat at an intermediate temperature level, which is conventionally difficult to use for purposes other than hot water supply, such as exhaust heat of the engine 101, for example. And the efficiency fall of the absorption heat pump circuit 20 can be suppressed by connecting the gas heat pump 100 which produces the exhaust heat required for the heat source of the regenerator 21.

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、外部機器としてガスヒートポンプ１００を用いたが、第２実施形態では、外部機器として冷凍機２００を用いている。
図５は、第２実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステム１を示す図である。なお図５では、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
冷凍機２００は、圧縮機（不図示）で圧縮した冷媒を、放熱器２０１及び利用側熱交換器２０２に循環させる空気調和装置あるいは冷凍・冷蔵装置であり、空気調和装置であれば冷房運転又は暖房運転をして利用側熱交換器２０２から熱負荷ＨＬ（本実施形態では、被調和室）に冷熱及び温熱を供給し、冷凍・冷蔵装置であれば冷蔵運転または冷凍運転をして利用側熱交換器２０２から熱負荷ＨＬに冷熱を供給する。冷凍機２００は、排熱利用ヒートポンプシステム１と冷媒回路２０３が独立している。冷却水管５１には、放熱器２０１の排熱を回収した冷却水が流れ、再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、冷凍機２００の放熱器２０１の排熱を熱源として加熱再生する。 Second Embodiment
In the first embodiment, the gas heat pump 100 is used as the external device, but in the second embodiment, the refrigerator 200 is used as the external device.
FIG. 5 is a view showing the exhaust heat utilization heat pump system 1 according to the second embodiment. In FIG. 5, the same parts as those in the heat pump system 1 using exhaust heat shown in FIG.
The refrigerator 200 is an air conditioner or a freezer / refrigerator that circulates refrigerant compressed by a compressor (not shown) to the radiator 201 and the use side heat exchanger 202. If the air conditioner is an air conditioner, Heating operation is performed to supply cold heat and heat from the use-side heat exchanger 202 to the heat load HL (in this embodiment, the room to be conditioned). Cold heat is supplied from the heat exchanger 202 to the heat load HL. In the refrigerator 200, the heat pump system 1 using exhaust heat and the refrigerant circuit 203 are independent. The cooling water recovered from the exhaust heat of the radiator 201 flows through the cooling water pipe 51, and the regenerator 21 removes the concentrated absorbent supplied from the concentrated absorbent pipe 41 from the exhaust heat of the radiator 201 of the refrigerator 200. Regenerate by heating as a heat source.

図６は、冷凍機２００が冷蔵運転をする場合の、排熱利用ヒートポンプシステム１及び冷凍機２００の能力の関係を示す図であり、図６（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステム１の能力、図６（Ｂ）は冷凍機２００の能力を示す。
冷凍機２００は、電気消費量１を入力することで、定格冷房時に冷却能力２及び排熱量２を出力する。
一方、排熱利用ヒートポンプシステム１は、冷凍機２００の排熱量２、及び電力消費量０．２を入力することで、定格冷房時に冷却能力１を出力する。
換言すれば、排熱利用ヒートポンプシステム１に、排熱利用ヒートポンプシステム１の定格冷却能力の１倍以上の定格冷却能力を有する冷凍機２００と組み合わせることで、排熱利用ヒートポンプシステム１の再生器２１の再生温度に十分な排熱を確保できる。なお、定格冷却能力が１倍未満の冷凍機２００を組み合わせた場合には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度にならず、排熱利用ヒートポンプシステム１のＣＯＰが低下する。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the capacity of the exhaust heat utilization heat pump system 1 and the refrigerator 200 when the refrigerator 200 performs a refrigeration operation, and FIG. 6 (A) shows the capacity of the exhaust heat utilization heat pump system 1. FIG. 6B shows the capacity of the refrigerator 200.
The refrigerator 200 inputs the electric consumption 1 and outputs the cooling capacity 2 and the exhaust heat 2 at the rated cooling.
On the other hand, the exhaust heat utilization heat pump system 1 outputs the cooling capacity 1 during rated cooling by inputting the exhaust heat amount 2 of the refrigerator 200 and the power consumption amount 0.2.
In other words, the regenerator 21 of the exhaust heat utilization heat pump system 1 is combined with the refrigerating machine 200 having a rated cooling capacity one or more times the rated cooling capacity of the exhaust heat utilization heat pump system 1 in the exhaust heat utilization heat pump system 1. Sufficient exhaust heat can be secured at the regeneration temperature. When the refrigerator 200 having a rated cooling capacity of less than 1 is combined, the exhaust heat recovery temperature does not become the regeneration temperature necessary for the regenerator 21, and the COP of the exhaust heat utilization heat pump system 1 is reduced.

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。そして、再生器２１の熱源に必要な排熱を生み出す冷凍機２００を接続することで、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。   According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. And the efficiency fall of the absorption heat pump circuit 20 can be suppressed by connecting the refrigerator 200 which produces the exhaust heat required for the heat source of the regenerator 21.

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、外部機器としてガスヒートポンプ１００を用いたが、第３実施形態では、外部機器として発電機３００を用いている。
図７は、第３実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステム１を示す図である。なお図７では、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
発電機３００は、熱負荷ＨＬ（被調和室）を備える建物Ｂに電力線３０１を介して電力を供給する機器であり、例えば、エンジンや、燃料電池、モータ等で構成される。発電機３００から建物Ｂに供給された電力は、例えば、照明装置や利用側熱交換器１２の放熱装置１２Ａ等の電力に使用される。なお、発電機３００にエンジンや燃料電池を用いた場合には発電機３００の駆動源は燃料となり、発電機３００にモータを用いた場合には発電機３００の駆動源は電力となる。冷却水管５１には、発電機３００の排熱を回収した冷却水が流れ、再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、発電機３００の放熱器２０１の排熱を熱源として加熱再生する。 <Third Embodiment>
In the first embodiment, the gas heat pump 100 is used as the external device, but in the third embodiment, the generator 300 is used as the external device.
FIG. 7 is a view showing an exhaust heat utilization heat pump system 1 according to the third embodiment. In FIG. 7, the same parts as those in the heat pump system 1 using exhaust heat shown in FIG.
The generator 300 is a device that supplies power to the building B having the heat load HL (harmonized room) via the power line 301, and includes, for example, an engine, a fuel cell, a motor, and the like. The power supplied from the generator 300 to the building B is used, for example, as power for the lighting device, the heat radiating device 12A of the use-side heat exchanger 12, and the like. In addition, when an engine or a fuel cell is used for the generator 300, the drive source of the generator 300 becomes fuel, and when the motor is used for the generator 300, the drive source of the generator 300 becomes electric power. The cooling water recovered from the exhaust heat of the generator 300 flows through the cooling water pipe 51, and the regenerator 21 uses the concentrated absorbent supplied from the concentrated absorbent liquid pipe 41 to remove the exhaust heat from the radiator 201 of the generator 300. Regenerate by heating as a heat source.

図８は、排熱利用ヒートポンプシステム１及び発電機３００の能力の関係を示す図であり、図８（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステム１の能力、図８（Ｂ）は発電機３００の能力を示す。
発電機３００は、駆動源（燃料や電力）１を入力することで、排熱量０．６を出力する。
一方、排熱利用ヒートポンプシステム１は、冷凍機２００の排熱量２、及び電力消費量０．２を入力することで、定格冷房時に冷却能力１を出力する。
換言すれば、排熱利用ヒートポンプシステム１に、排熱利用ヒートポンプシステム１の定格消費電力の２．５倍以上の発電量を有する発電機３００と組み合わせることで、排熱利用ヒートポンプシステム１の再生器２１の再生温度に十分な排熱を確保できる。なお、発電量が２．５倍未満の発電機３００を組み合わせた場合には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度にならず、排熱利用ヒートポンプシステム１のＣＯＰが低下する。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the capabilities of the exhaust heat utilization heat pump system 1 and the generator 300, FIG. 8A is the capability of the exhaust heat utilization heat pump system 1, and FIG. 8B is the capability of the generator 300. Indicates.
The generator 300 outputs a waste heat amount of 0.6 by inputting a driving source (fuel or electric power) 1.
On the other hand, the exhaust heat utilization heat pump system 1 outputs the cooling capacity 1 during rated cooling by inputting the exhaust heat amount 2 of the refrigerator 200 and the power consumption amount 0.2.
In other words, by combining the exhaust heat utilization heat pump system 1 with the generator 300 having a power generation amount 2.5 times or more than the rated power consumption of the exhaust heat utilization heat pump system 1, the regenerator of the exhaust heat utilization heat pump system 1. Sufficient exhaust heat can be secured at the regeneration temperature of 21. In addition, when the generator 300 whose power generation amount is less than 2.5 times is combined, the exhaust heat recovery temperature does not become a regeneration temperature necessary for the regenerator 21, and the COP of the exhaust heat utilization heat pump system 1 is lowered.

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。そして、再生器２１の熱源に必要な排熱を生み出す発電機３００を接続することで、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。   According to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. And the efficiency fall of the absorption heat pump circuit 20 can be suppressed by connecting the generator 300 which produces the waste heat required for the heat source of the regenerator 21. FIG.

但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、圧縮機１１の潤滑油と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液とを同一液としたが、必ずしも同一液とする必要はない。吸収液に潤滑性のない吸収液を用いる場合、潤滑油に吸収液に適さない潤滑油を用いる場合には、例えば、再生器２１から圧縮機１１に延びる冷媒管に潤滑油を分離するセパレータを設ければよい。 However, the above embodiment is an aspect of the present invention, and it is needless to say that the embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
For example, although the lubricating oil of the compressor 11 and the absorbing liquid of the absorption heat pump circuit 20 are the same liquid, it is not always necessary to use the same liquid. When using a non-lubricating absorbing liquid as the absorbing liquid, or using a non-lubricating lubricating oil as the lubricating oil, for example, a separator that separates the lubricating oil into a refrigerant pipe extending from the regenerator 21 to the compressor 11 is used. What is necessary is just to provide.

また、上記実施形態では、排熱利用ヒートポンプシステム１全体を制御する制御装置６０が、エンジン１０２の排熱温度を制御する排熱温度制御手段と、熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱の熱容量を制御する熱容量制御手段として機能していたが、これに限定されるものではなく、例えば、制御装置６０と、排熱温度制御手段と、熱容量制御手段とを別の構成としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, the control apparatus 60 which controls the exhaust-heat utilization heat pump system 1 whole has the heat capacity of the waste heat temperature control means which controls the waste heat temperature of the engine 102, and the heat capacity of the cold or warm supplied to the heat load HL. Although it functioned as the heat capacity control means to control, it is not limited to this, For example, you may make the control apparatus 60, waste heat temperature control means, and a heat capacity control means another structure.

また、上記実施形態では、リバースポンプＲを設けたが、リバースポンプＲは省略してもよい。   In the above embodiment, the reverse pump R is provided, but the reverse pump R may be omitted.

また、上記実施形態では、外部機器として、ガスエンジンヒートポンプ１００、冷凍機２００、発電機３００を例に挙げたが、外部機器はこれに限定されるものではない。   Moreover, in the said embodiment, although the gas engine heat pump 100, the refrigerator 200, and the generator 300 were mentioned as an example as an external device, an external device is not limited to this.

１ 排熱利用ヒートポンプシステム
１０ 圧縮式ヒートポンプ回路
１１ 圧縮機
１１Ａ 吸込口
２０ 吸収式ヒートポンプ回路
２１ 再生器
２２ 吸収器
１００ ガスエンジンヒートポンプ（外部機器）
１０１ エンジン
２００ 冷凍機（外部機器）
２０１ 放熱器
３００ 発電機（外部機器） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waste heat utilization heat pump system 10 Compression type heat pump circuit 11 Compressor 11A Inlet 20 Absorption type heat pump circuit 21 Regenerator 22 Absorber 100 Gas engine heat pump (external equipment)
101 engine 200 refrigerator (external equipment)
201 radiator 300 generator (external equipment)

Claims (4)

吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給し、前記圧縮式ヒートポンプ回路において蒸発した冷媒を、前記吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環するように構成し、
前記再生器の熱源に外部機器の排熱を利用し、
前記再生器により加熱再生により発生し、気液分離された冷媒蒸気を吸込側冷媒熱放熱器により冷却した後に前記圧縮機に供給することを特徴とする排熱利用ヒートポンプシステム。 The refrigerant regenerated by the regenerator of the absorption heat pump circuit is supplied to the suction port of the compressor of the compression heat pump circuit, and the refrigerant evaporated in the compression heat pump circuit is circulated to the absorber of the absorption heat pump circuit. To configure
Utilizing the exhaust heat of an external device as the heat source of the regenerator,
A heat pump system utilizing exhaust heat, wherein the refrigerant vapor generated by heat regeneration by the regenerator and separated into gas and liquid is cooled by a suction side refrigerant heat radiator and then supplied to the compressor. 前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立したガスエンジンヒートポンプが有するエンジンの排熱であることを特徴とする請求項１に記載の排熱利用ヒートポンプシステム。   The exhaust heat utilization heat pump system according to claim 1, wherein the exhaust heat of the external device is exhaust heat of an engine of a gas engine heat pump in which the exhaust heat utilization heat pump system and a refrigerant circuit are independent. 前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立した冷凍機が有する放熱器の排熱であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱利用ヒートポンプシステム。   3. The exhaust heat utilization heat pump system according to claim 1, wherein the exhaust heat of the external device is exhaust heat of a radiator included in a refrigerator in which the exhaust heat utilization heat pump system and the refrigerant circuit are independent. 前記外部機器の排熱は、発電機の排熱であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排熱利用ヒートポンプシステム。   The exhaust heat utilization heat pump system according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust heat of the external device is exhaust heat of a generator.
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