JPH04143562A - 低温排熱利用吸収式冷凍装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、低温の排熱を利用する吸収式冷凍機に関する
しのである。

［従来の技術］ 従来の吸収式冷凍装置は、ＬｉＢｒ（臭化リチウム）溶
液のｌ層線と希釈の吸収式冷凍せイクルを利用して、冷
房等を行う被冷却媒体を冷却するものであり、その種類
としてＬｉＢｒ溶液の、・農縮を行う再生器を二重に備
える二重効用吸収式冷凍装置と、再生器か−っである単
効用吸収式冷凍装置かあり、前者はレベルの高い高温熱
源を駆動源とし、後者は比較的レベルの低い高を品熱源
を駆動源としている。

第２図は、単効用吸収式冷凍装置の従来例の構成図を示
している。この従来例は本出願人か先に出願した吸収式
冷凍装置の構成を示しており、〕は吸収式冷凍機、３は
再生器、４は凝縮器、５は吸収器、６は蒸発器、７は高
温水循環回路、８は被冷却媒体循環回路、９は吸収器５
および凝縮器４の冷却回路、１０は溶液ポンプ、１１は
冷媒ポンプ、１２は溶液熱交換器、１３は室外熱交換器
、１４は冷却媒体循環用ポンプ、１５は被冷却媒体循環
用ポンプ、２６は室内熱交換器、３２は熱発生源、３３
は高温水循環用ポンプである。

吸収式冷凍機１は、内部か通常の大気圧よりも低い状態
に保たれており、主として、凝縮器４と再生器３とから
なる高圧側冷凍器Ａと、蒸発器６と吸収器５とからなる
低圧側冷凍器Ｂと、を合液熱交換器１２とから構成され
ている。また、高圧側冷凍器ＡＱひ低圧側冷凍器Ｂは各
々気槽と液槽とからなり、更に液槽は高圧側冷凍器Ａに
おいては凝縮器側液槽４Ａと再生器側液槽３Ａとに、低
圧側冷凍器Ｂにおいては蒸発器側液槽６Ｂと吸収器側液
槽５Ｂとに分割されている。凝縮器側液槽４Ａと蒸発器
側液槽６Ｂには冷媒（水）か封入されており、凝縮器側
液槽４Ａの冷媒（水）の温度ｊま例えば４５°Ｃ程度、
蒸発器側液槽６Ｂの冷媒（水）の温度は例えば５８Ｃ程
度に保たれている。また、再生器側液槽３Ａと吸収器側
液槽５ＢとにはＬｉＢｒ水溶液か封入されており、再生
器側液槽３ＡのＬｉＢｒ水溶液の温度は例えば９０°Ｃ
程度、吸収器側液槽５ＢのＬｉＢｒ水溶液の温度は例え
ば４０°Ｃ程度に保たれており、再生器側ｒ＆槽３Ａの
ＬｉＢｒ水溶液の方が吸収器側液槽５ＢのＬｉＢｒ水溶
液よりも常に溶液濃度か濃い状態に保持されている。こ
こて、各種の液温は上記温度に限定されているものでは
ないことは言うまでもない。

次に、冷却媒体、被冷却媒体、冷媒（水）及びＬｉＢｒ
水溶液の循環回路について述へる。

まず、冷却媒体は室外熱交換器１３から〆疑縮器および
吸収器の冷却回路８を経て冷却媒体循環ポンプ１４によ
り吸収器５と凝縮器４に分岐して送り込まれ、それらを
通って吸熱した後、合流されて室外熱交換器１３に循環
される。ここで、冷却媒体としては、フロン等の低沸点
媒体か封入されて使用されており、メンテナンスコスト
の低減と循環用ポンプ動力の低減を図っている。

また、被冷却媒体は、被冷却媒体循環ポンプ１５により
強制的に被冷却媒体循環回路８を通って室内熱交換器２
６と蒸発器６の間を循環する。ここで被冷却媒体として
は、通常、水か使用される。

蒸発器６には凝縮器側液槽４Ａから送り出された冷媒（
水）と、蒸発器側液槽６Ｂから冷媒ポンプ１１により送
り出された冷媒（水）か上部から滴下されて蒸発するた
め、室内を冷房し温めろれた被冷却媒体は冷却されて室
内熱交換器２６に戻り再び室内を冷却し、このサイクル
か繰り返される。上述したように、凝縮器側液槽４Ａの
冷媒（水）の温度は奈発器側液槽６Ｂの冷媒（水）の温
度よりも高いか、圧力の低下により蒸発器側液槽６Ｂの
水の１品度程度まで冷却される。これら冷媒（水）は蒸
発器６て被冷却媒体の熱を吸収してその部か茂発し、残
りの冷媒（水）は蒸発器側液槽６Ｂに溜まる。

笈発器６て蒸発した冷媒（水蒸気）は吸収器５側に移動
し、吸収器５の上部から再生器側液槽３Ａより送出され
溶液熱交換器１２て冷やされて滴下されたＬｉＢｒ濃溶
液に吸収される。このＬ】Ｂｒ濃溶液への冷媒（水蒸気
）の吸収は発熱反応となり、この熱は吸収器５を通る冷
却回路８の冷却媒体によって除去される。この際、Ｌｉ
Ｂｒ濃溶液は冷媒（水蒸気）を吸収してＬｉＢｒ希溶液
となり吸収器側液槽５Ｂに溜まる。吸収器側液槽５Ｂか
ら溶液ポンプ１０により送出された低温のＬｉＢｒ希溶
液は溶液熱交換器１２にて再生器側液槽３Ａからの高温
のＬｉＢｒ濃溶液と熱交換して温められ、高圧側冷凍器
Ａの上部から再生器側液槽３Ａに滴下される。また、再
生器側液槽３ＡのＬｉＢｒ濃溶液の温度は、高温水循環
回路７を高温水循環ポンプ３３により循環する高温水（
燃料電池等の熱発生源３２により常に諷められている）
により熱を与えられ、高温に保持さ−れている。

再生器側液槽３Ａの高温のＬｉＢｒ濃溶液から蒸発した
冷媒（水蒸気）は、凝縮器４側に移動し、冷却回路８に
より凝縮器４を循環する冷却媒体に熱を与え、自らは凝
縮して凝縮器側液槽４Ａに溜まる。吸収器５および凝縮
器４て吸熱した冷却媒体は、室外熱交換器１３にて放熱
され、吸収器および凝縮器の冷却回路８を通り冷却媒体
循環ポンプ１４により吸収器５および凝縮器４に循環さ
れる。

以上のようにして吸収式冷凍装置が構成され、蒸発器６
には常に低温に保たれた冷媒（水）か上部から滴下され
て蒸発するため、蒸発器６を循環する被冷却媒体を冷却
することかでき、それに伴い室内熱交換器２６により室
内を連続冷房運転することか可能となっている。

次に、低温の排熱を使用し、暖房や給湯を行う装置とし
て、吸収式ヒートポンプ装置か知られている。

第３図は、吸収式ヒートポンプ装置の従来例の構成図を
示している。この従来例の構成において、２は吸収式ヒ
ートポンプ、１６はヒートポンプの再生器、１７はヒー
トポンプの凝縮器、１８はヒートポンプの吸収器、１９
はヒートポンプの蒸発器、２０はヒートポンプの冷却媒
体循環回路、２１はヒートポンプの溶液ポンプ、２２は
ヒートポンプの冷媒ポンプ、２３はヒートポンプの溶液
熱交換器、２４はヒートポンプの冷却媒体循環用ポンプ
、２５はヒートポンプの室外熱交換器、３４は利用水回
路、３５は熱源供給回路である。吸収式ヒートポンプ２
の構成は、第２図に示した吸収式冷凍機１と同様である
が、温水等の熱源は蒸発器１９および再生器１６に与え
られ、この熱により動作する吸収器１８での冷媒吸収の
反応熱で吸収器１８へ供給された利用水を加熱する構成
となっている。第２図の吸収式冷凍機１と比較すると、
蒸発器および吸収器の圧力の方が、再生器および凝縮器
の圧力より高い点が異なるが、内部の冷媒（水）、Ｌｉ
Ｂｒ水溶液の循環は吸収式冷凍機１の場合と同様である
。

すなわち、蒸発器９で熱源からの温水により加熱されて
冷媒（水）か蒸発し、この蒸発した冷媒（水蒸気）か吸
収器１８てＬｉＢｒ１ｌ溶液に吸収される。この時の吸
収反応は発熱反応となり、この熱で利用水を加熱する。

また、吸収器１８で薄められたＬｉＢｒ希溶液は、絞り
機構を通って圧力降下して再生器１６に導かれる。再生
器１６に導かれたＬｉＢｒ希溶液は、再生器１６にて熱
源からの温水により加熱され、冷媒（水）が蒸発されて
、濃縮される。濃縮されたＬｉＢｒ濃溶液は、溶液ポン
プ２１により吸収器１８に戻される。

方、再生器１６で蒸発（再生）された冷媒（水蒸気）は
、凝縮器１７にて冷却媒体循環用ポンプ２４て室外熱交
換器２５を循環する冷却水と熱交換し凝縮する。凝縮し
た冷媒（水）は、冷媒ポンプ２２にて蒸発器１９に戻さ
れる。

上記において、例えば、蒸発器１９および再生器１６に
７０ビＣ］程度の熱を与え、吸収器１８から９０［’Ｃ
］程度の温水を得たい場合には、凝縮器１７の冷却水温
度は４５［’Ｃ］程度とすれば実現できる。この時の蒸
発器１９および吸収器１６例の圧力は約２００　［ｍｍ
Ｈ鹸、再生器１６および凝縮器１７側の圧力は約７０　
［ｍｍＨｇＪとなる。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の技術における吸収式冷凍装置
では、単効用吸収式冷凍装置であっても、ある程度のレ
ベルの高温熱源を必要とするため、温度か低くて吸収式
冷凍装置の熱源として使用できない低温排熱は、冷房に
は使用されず、無駄に捨てられてしまうか、あるいは吸
収式ヒートポンプ等で暖房や給湯のみに利用されていた
。

本発明は、上記事情に鑑みて提案されたもので、そのま
までは従来の吸収式冷凍装置の高温熱源として利用でき
ない低温排熱を駆動熱源として利用する低温排熱利用吸
収式冷凍装置とその制御方法を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するための本発明の低温排熱利用吸収
式冷凍装置の構成は、 再生器に温水または芸気を供することにより茫発器で被
冷却媒体の冷却か行える吸収式冷凍機と、低温水を蒸発
器および再生器に導くことにより吸収器で温水加熱ので
きる吸収式ヒートポンプとを備え、前記吸収式ヒートポ
ンプの吸収器に排熱源からの温水を導く配管と、前記吸
収式ヒートポンプの吸収器より得られた高ｌ晶水または
蒸気を前記吸収式冷凍機の再生器へ導く配管と、前記吸
収式冷凍機の再生器から排出される温水を前記吸収式ヒ
ートポンプの蒸発器および再生器へ導く配管と、前記吸
収式ヒートポンプの蒸発器および再生器から排出される
低温水を排熱源に戻す配管と、で接続することを特徴と
する。

また、同じく上記の目的を達成するための本発明の低温
排熱利用吸収式冷凍装置の制御方法の構成は、 前記吸収式ヒートポンプの凝縮器からの熱を大気に放出
するための室外熱交換器をバイパスする回路と該室外熱
交換器を通す回路とを切り替える（Ｍ、量調節三方弁を
設け、まず、吸収式冷凍機の凝縮器および吸収器の冷却
を行う冷却媒体を温度を計測し、その計測値からそのと
き吸収式冷凍機を運転するのに必要な再生器供給温水ま
たは蒸気の温度を算出し、次に、前記吸収式ヒートポン
プの吸収器入口での排熱源からの温水の温度と、前記吸
収式冷凍機の再生器入口での高温水または蒸気の温度と
を計測し、次に、前記再生型人口での高温水または蒸気
の温度の計ホリ値と前記再生器供給温水または蒸気の温
度の算出値とを比較して、計測値の方が低ければ吸収式
ヒートポンプ冷却回路の室外熱交換器のバイパス側に冷
却媒体がより多く流れるように流量調節三方弁を操作し
、逆に、計測値の方が高ければ室外熱交換器側に冷却媒
体がより多く流れるように前記流量調節三方弁を操作す
ることを特徴とする。

「作用乙 本発明は、そのままでは吸収式冷凍機の高温熱源として
利用できない低温排熱を吸収式ヒートポンプの熱源とし
て用いて低温排熱の温度を上昇させた後、吸収式冷凍機
の駆動熱源とすることで、低温排熱を利用しての冷房運
転を可能にする。この時の吸収式ヒートポンプ側の低ｌ
晶側熱源として吸収式冷凍機の再生器からの還水を用い
ることて低ｌ晶排熱をヒートポンプの駆動熱源とする。

また、吸収式冷凍機の凝縮器と吸収器の冷却を行う冷却
媒体温度に応して吸収式ヒートポンプでの低温排熱の温
間上昇幅を調節することにより熱利用効率を上昇させる
。

５実施例二・ 以下、本発明の実施例を図面に基ついて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

本実施例は、単効用温水利用吸収式冷凍機に適用した例
を示している。本実施例の構成において、１は吸収式冷
凍機、２は吸収式ヒートポンプ、３は冷凍機の再生器、
４は冷凍機の凝縮器、５は冷凍機の吸収器、６は冷凍機
の苓発器、７は排熱循環回路、８は冷凍機の被冷却媒体
循環回路、９は冷凍機の冷却媒体循環回路、１０は冷凍
機の溶液ポンプ、１１は冷凍機の冷媒ポンプ、１２は冷
凍機の溶液熱交換器、１３は冷凍機の室外熱交換器、１
４は冷凍機の冷却媒体循環用ポンプ、１５は冷凍機の被
冷却媒体循環用ポンプ、１６はヒートポンプの再生器、
１７はヒートポンプの凝縮器、１８はヒートポンプの吸
収器、１９はヒートボンフの蒸発器、２０はヒートポン
プの冷却媒体循環回路、２１はヒートポンプの溶液ポン
プ、２２はヒートポンプの冷媒ポンプ、２３はヒートポ
ンプの溶液熱交換器、２４はヒートポンプの冷却媒体循
環用ポンプ、２５はヒートポンプの室外熱交換器、２６
は室内熱交換器、２７はヒートポンプの吸収器へ供給さ
れる排泥水温度センサ、２８は冷凍機の再生器へ供給さ
れる温水温度センサ、２９は冷凍機の凝縮器および吸収
器の冷却媒体温度センサ、３０は流量調節三方弁、３１
はコントローラ、３２は低温排熱源を示す。

本実施例は、吸収式冷凍機１に吸収式ヒートポンプ２を
接続することを特徴としている。これらの吸収式冷凍機
１および吸収式ヒートポンプの基本的な構成は、第２図
および第３図に示した従来例と同様であり、それらの要
素には同一符号を付しである。本実施例は、熱源となる
排熱循環系を以下のように接続する。まず、低温の排熱
を温水等て吸収式ヒートポンプ２の吸収器１８に導き、
吸収式冷凍機１の高温熱源として利用できる温度まて加
熱する。この加熱された排熱を吸収式冷凍機１の再生器
３へ導き、吸収冷凍号イクルを形成する蒸発器６より冷
熱を取り出して冷房等を室内熱交換器２６で行う。次に
、吸収式冷凍機１の再生器３からの排熱の還水を吸収式
ヒートポンプ２の蒸発器１９および再生器１６に導き、
低温排熱を加熱する際の低温側熱源として利用する。最
後に、囲路の温度制御用交換器を経て発熱機器等の低温
排熱源３２に導く。ここで、吸収式ヒートポンプ２の吸
収器１８の排熱循環回路７の入口には排熱温水温度を計
測する温度センサ２７を設け、吸収式冷凍機１の再生器
３の排熱循環回路７０入口には吸収器１８で加熱され高
温となった排熱温水温度を計測する温度センサ２８を設
ける。また、吸収式冷凍機１の吸収器５および凝縮器４
の冷却媒体循環回路９人口には冷却媒体温度を計測する
温度センサ２９を設ける。これらの各温度センサの計測
信号はコントローラ３１に入力する。

コントローラ３１は、各温度センサ２７，２８２９より
得られた信号に応して流量調節三方弁を操作し、吸収式
ヒートポンプ２での低温排熱の温度上昇幅を調節して高
い熱利用効率を維持する機能を有する。流量調節三方弁
３ｏは、吸収式ヒートポンプ２の冷却媒体循環回路２０
の凝縮器１７出口から室外熱交換器２５に至る経路に挿
入されて、室外熱交換器２５をバイパスする回路と、室
外熱交換器２５を通す回路とを切り替える。

以上のように構成した実施例の動作および作用を述へる
。

本実施例は、そのままでは吸収式冷凍機１の高温熱源と
して利用できない低温排熱を吸収式ヒートポンプ２の熱
源として用いて低温排熱の温度を上昇させた後、吸収式
冷凍機１の駆動熱源とする。

この時の吸収式ヒートポンプ２の再生器１６の熱源とし
て吸収式冷凍機１の再生器３からの還水を用いることで
低温排熱を吸収式ヒートポンプ２の駆動熱源とすること
により、低温排熱の利用を可能にしている。

ここで、コントローラ３１によって、温度センサ２９に
より計測された吸収式冷凍機１の凝縮器４および吸収器
５の冷却を行う冷却媒体温度値から、そのとき吸収式冷
凍機１を運転するのに必要な再生器３の供給温水温度を
算出し、この計測値と温度センサ２８の計測値とを比較
し、計測値の方が低ければ吸収式ヒートポンプ２の冷却
回路２０の室外熱交換器２５のバイパス側に冷却媒体が
より多く流れるように１ａｌｌ調節三方弁３０を操作し
、逆に、計測値の方が高ければ室外熱交換器２５側に冷
却媒体がより多く流れるように制御する方法を取ること
によって、吸収式冷凍機１の凝縮器４および吸収器５の
冷却を行う冷却媒体温度に応じて吸収式ヒートポンプ２
ての低温排熱の温度上昇幅を調節する。たたし、ｉｎ調
節三方弁３゜の操作では、ａ６センサ２７による吸収式
ヒートポンプ２の入口排熱温度からの温度上昇幅によっ
ても制御を行う必要かある。

吸収式冷凍機１の凝縮器４および吸収器５を冷却してい
る冷却媒体温度か外気温度の低下とともに低くなった場
合には、吸収式冷凍機１の再生器３への供給高記熱源諷
間か低くても十分な冷却運転か行えるので、上記の制御
方法により、吸収式ヒートポンプ２て凝縮器１７を冷却
している冷却媒体の温度を上げて低温排熱への加熱量を
少なくすることで、システムとしての熱利用効率を高め
ることかできる。このように、外気温か低くなり吸収式
冷凍機１の凝縮器４および吸収器５の冷却媒体温度か低
下してきた場合には、再生器３の温度を低くして運転で
きることから、低温排熱を利用した年間冷房システムか
実現可能となる。

本実施例での熱利用効率は、排熱温度にもよるか、吸収
式ヒートポンプ２か０５、吸収式〆令凍機１か０７だと
すると、０．３５程度となる。しかし、外気温の低下と
ともに吸収式冷凍機１の冷却媒体温度か下がると吸収式
ヒートポツプ２ても熱利用効率か上昇して最終的には１
０になるため、／ステムの熱利用効率も吸収式冷凍機１
単体での熱利用効率である０　７まて上昇させることか
できる。

なお、本発明は、二重効用吸収式冷凍機にも適用可能で
ある。このように、本発明は、その主旨；：ｆ臼って種
々に応用され、種々の実施態様を取り得るものである。

■発明の効果 以上の説明で明らかなように、本発明の低温排熱利用吸
収式冷凍装置によれば、そのままでは吸収式冷凍機の高
温側の熱源として利用できない温度レベルの排熱が利用
できるようになり、給湯・暖房にしか利用できなかった
低温排熱を冷房に利用することか可能となる。

また、本発明の請求項２の発明の低温排熱利用吸収式冷
凍装置の制御方法によれば、外気温か低くなり吸収式冷
凍機の凝縮器および吸収器の冷却媒体温度か低下してき
た場合には、高い熱利用効率を維持することかでき、再
生器１品文を低くして運転できることから低温排熱を利
用した年間冷房／ステムか実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は従来
例の単効用吸収式冷凍装置の構成図、第３図は従来例の
吸収式ヒートポンプの構成図である。 １　吸収式冷凍機、２　・吸収式ヒートポツプ、３、冷
凍機の再生器、４　冷凍機の凝縮器、５冷凍機の吸収器
、６・冷凍機の蒸発器、７　排熱循環回路、８　冷凍機
の被冷却媒体循環回路、９冷凍機の冷却媒体循環回路、
】Ｏ・冷凍機の溶液ポンプ、〕］　冷凍機の冷媒ポツプ
、】２　冷凍機の溶液熱交換器、１３・・冷凍機の室外
熱交換器、１４　冷凍機の４却媒体循環用ポンプ、］５
・冷凍機の被冷却媒体循環用ポンプ、１（′）　ヒート
ポンプの再生器、】７　ヒートポンプの凝縮器、１８　
ヒートポンプの吸収器、１９・　ヒートポンプの苺発器
、２０・・ヒートポンプの冷却媒体循環回路、２１　ヒ
ートポツプの溶液ポンプ、２２ヒートポツプの冷媒ポン
プ、２３　ヒートポンプの溶液熱交換器、２４　ヒート
ポンプの冷却媒体循環用ポンプ、２５　ヒートポンプの
室外熱交換器、２６　室内熱交換器、２７　ヒートポツ
プの吸収器へ供給される排鼎水温度センサ、２８　冷凍
機の再生器へ供給される温水温度セッサ、２９冷Ｌｓ機
の凝縮器および吸収器の冷却媒体温度セッサ、３０　流
量調節三方弁、３１　コントローラ、３２・　低Ｌｇｌ
排熱源。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）再生器に温水または蒸気を供することにより蒸発
   器で被冷却媒体の冷却が行える吸収式冷凍機と、 低温水を蒸発器および再生器に導くことにより吸収器で
   温水加熱のできる吸収式ヒートポンプとを備え、 前記吸収式ヒートポンプの吸収器に排熱源からの温水を
   導く配管と、 前記吸収式ヒートポンプの吸収器より得られた高温水ま
   たは蒸気を前記吸収式冷凍機の再生器へ導く配管と、 前記吸収式冷凍機の再生器から排出される温水を前記吸
   収式ヒートポンプの蒸発器および再生器へ導く配管と、 前記吸収式ヒートポンプの蒸発器および再生器から排出
   される低温水を排熱源に戻す配管と、で接続することを
   特徴とする低温排熱利用吸収式冷凍装置。
2. （２）請求項１記載の低温排熱利用吸収式冷凍装置にお
   いて、 前記吸収式ヒートポンプの凝縮器からの熱を大気に放出
   するための室外熱交換器をバイパスする回路と該室外熱
   交換器を通す回路とを切り替える流量調節三方弁を設け
   、 まず、吸収式冷凍機の凝縮器および吸収器の冷却を行う
   冷却媒体温度を計測し、その計測値からそのとき吸収式
   冷凍機を運転するのに必要な再生器供給温水または蒸気
   の温度を算出し、 次に、前記ヒートポンプの吸収器入口での排熱源からの
   温水の温度と、前記吸収式冷凍機の再生器入口での高温
   水または蒸気の温度とを計測し、次に、前記再生器入口
   での高温水または蒸気の温度の計測値と前記再生器供給
   温水または蒸気の温度の算出値とを比較して、計測値の
   方が低ければ吸収式ヒートポンプ冷却回路の室外熱交換
   器のバイパス側に冷却媒体がより多く流れるように流量
   調節三方弁を操作し、逆に、計測値の方が高ければ室外
   熱交換器側に冷却媒体がより多く流れるように前記流量
   調節三方弁を操作することを特徴とする低温排熱利用吸
   収式冷凍装置の制御方法。