JPH0443268A - 空調装置 - 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、エンジンの排熱を利用［〜て室内等の空調を
図る空調装置に関する。

（従来の技術） 従来、エンジンの排熱を利用した空調装置として実公昭
６２−４０６１９号公報に記載のものが存在する。

この従来の同装置は、エンジンにより駆動される冷媒圧
縮機と該圧縮機により圧縮された熱媒体が供給される室
内外側の冷暖房用熱交横機とか備えられ、更に、エンジ
ンから排出される冷却水の保有熱を利用すべく、冷却水
の供給される冷暖房用副熱交擬器が設けられてなるもの
である。

そして、冷暖房時には、エンジン及び圧縮機を常時運転
させて冷暖房用熱交換器及び冷暖房用熱交換器の協働に
より、冷暖房を行うように構成されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、−日を通じて、あるいは、年間のシーズンを
通じて冷暖房しようとする室内温度は異なるため、前記
装置による空調負荷は一定ではなく、時間の変化と共に
変動しているのが実情である。

その結果、前記従来装置を構成するエンジン及び冷媒圧
縮機等の熱源機器は、最大空調負荷能力に応じてそれぞ
れ設定しなければならず、これらエンジン等の熱源機器
の大型化を招来するという欠点がある。

しかも、上記の如く大型化されたエンジン等の熱源機器
の運転効率の良い高負荷運転時間は、ごく限られた時間
帯である。このため、エンジン等は、極めて悪い条件で
の運転を余儀なくされ、エネルギー利用効率が悪く、ラ
ンニングコストが高くなるという問題もある。

本発明は上記問題点に鑑み、エンジン等の熱源機器の小
型化を可能にし、しかも、これら熱源機器を効率良く運
転できるようにして、ランニングコストの低減を図るこ
とのできる空調装置を提供することを課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記従来の課題を解決するために、空調装置
としてなされたもので、その特徴は、エンジン２により
駆動される圧縮機６及び該圧縮機６にて圧縮された熱媒
体８が更に凝縮されて供給される低熱源発生用の熱交換
器１０を具備する低熱源供給循環系１４と、前記エンジ
ン２の排ガス及び冷却水１９の熱を熱源として温水を供
給可能な排熱回収用熱交換装置１３を具備する高熱源用
温水供給循環系３４と、前記低熱源発生用の熱交換器１
０との熱交換により低熱化される低熱源又は前記高熱源
用温水供給循環系３４から供給される高熱源としての温
水との一方が選択的に蓄熱される蓄熱槽９と、該蓄熱槽
９から取り出された熱源と室外側の熱交換器４５を介し
て熱交換された熱媒体５３が室内側の熱交換器４７に循
環供給される冷暖房循環系４４とが備えらでなることに
ある。

更に、前記エンジン２の駆動軸が一軸からなり、該駆動
軸には、前記圧縮機６と発電機４とがクラッチ３を介し
て一体的に組み込まれ、該発電機４による電力周波数を
制御する周波数変換装置１６が設けられてなる点にある
。

（作用） 夏期において蓄熱槽９に低熱源としての蓄熱媒体８を蓄
熱する際には、エンジン２及び圧縮機６をエネルギー効
率の良好な高速運転して低熱源発生用の熱交換器１０を
介して、前記蓄熱槽９内の蓄熱媒体を冷却し、蓄熱槽９
内に低熱源を蓄熱しておく。

そして、冷房時には、蓄熱槽９から低熱源を適宜取り出
して、冷暖房循環系４４の室外側熱交換器４５を介して
熱媒体５３と熱交換させると、熱媒体５３は室内側熱交
換器４７に入り、該室内側熱交換器４７において室内に
冷風を供給すべく室内空気と熱交（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図において、１はガスエンジン式発電冷凍機ユニッ
トで、該ユニット１は、都市ガスを燃料とするエンジン
２と、該エンジン２の一軸からなる駆動軸２ａに電磁ク
ラッチ３を介して選択的に回転駆動可能なように一体的
に組み込まれた交流４極の発電機４及び圧縮機６と、該
圧縮機６により圧縮された冷媒（熱媒体）８を凝縮する
空冷凝縮器７と、凝縮後の冷媒８を蓄熱槽９内に設けら
れた低熱源発生用の熱交換器としての製氷管体１０に循
環供給可能な循環路１１と、エンジン２から排出される
排ガス及び冷却水１９の熱を回収して温水を供給可能な
排熱回収用熱交換装置１３とを備えてなる。

そして、前記圧縮機６、空冷凝縮器７、製氷管体１０及
び循環路１１により低熱源供給循環系１４が主構成され
ている。

前記エンジン２の回転数は、該エンジン２の小型化を図
るべく、効率の良好な高速回転で圧縮機６を駆動できる
ように設定されている。一方、発電機４は、例えば、周
波数６０Ｈｚの電力を得る場合、１８００ｒｐｍのエン
ジン回転数が限定されることから、エンジン２が高速回
転するにもかかわらず、所定周波数（６０Ｈｚ又は５０
Ｈｚ）の電力が得られるように電力周波数を制御するた
めの周波数変換装置１６が設けられている。

前記排熱回収用熱交や装置１３は、第２図に示すように
、エンジン２から配管１８を介してエンジン冷却水１９
が供給、貯留され、且つ、排ガスが導かれる熱交換部と
しての加熱チューブ２０が内設された減圧室２１ａを有
する減圧タンク２１と、温水加熱投置２４ａを有する熱
回収タンク２４と、放熱器２５とから主構成されている
。

前記減圧室２１ａ内の加熱チューブ２０は屈曲された状
態で冷却水１９に浸されていると共に、該冷却水１９の
一部を、加熱チューブ２０内を流動する排ガスにより、
水分と蒸気の混合された蒸気混合水（以下、熱水と記載
する）に容易に昇温できるように、該減圧室２１ａ内は
真空装置（図示省略）により減圧されている。

２７は減圧室２１ａ内で発生した熱水を熱回収室２４ａ
及び熱水の余剰分を放熱すべく放熱器２５に導く分岐管
で、該分岐管２７を介して熱回収室２４ａ内に導かれた
熱水は、前記温水加熱器２２及び給湯加熱器２３と熱交
換されて凝縮し、更に冷却されて、戻し配管２８を介し
てエンジン２に戻されるようになっている。

３０は分岐管２７の減圧室２１ａと放熱器２５とを連通
ずる部分に設けられた温度調整弁で、減圧室２１ａ内の
温度が所定温度以上に上昇した際に、該温度調整弁３０
を開いて熱水を放熱器２５に導けるようになっている。

３１は放熱器２５により冷却された熱水かエンジン２に
戻るように前記配管２８に接続された戻し配管である。

３２は熱回収室２４ａ内に導かれる熱水の鳳を調整する
だめの調整弁である。

尚、エンジン２に冷却水１９が容易に戻るように、熱回
収タンク２４はエンジン２よりも高く設けられている。

前記蓄熱槽９は第１蓄熱槽９ａと第２蓄熱槽９ｂとから
なり、これら第１、第２蓄熱槽９ａ、　９ｂは開閉バル
ブ（図示省略）を介して互いに連通または遮蔽自在に設
けられている。そして、第２蓄熱槽９ｂ内に前記低熱源
供給循環系１４の製氷管体１０が挿設されている。

３３は、前記排熱回収用熱交換装置１３の温水加熱器２
２と前記蓄熱槽９の第１蓄熱檀９ａとに接続された熱媒
体循環路で、該熱媒透体循環路３３及び排熱３５は、温
水を熱源として冷水を第１蓄熱槽９ａに供給可能な吸着
式冷凍機で、前記熱媒体循環路３３に接続された温水循
環路３７及び冷水循環路３８と、冷凍器用冷却器３９に
接続された冷却循環路４０とを備えてなる。

尚、４１は温水ポンプ、４２は冷水ポンプ、４３ａ、　
４３ｂ、　４３ｃ、　４３ｄはバルブをそれぞれ示す。

４４は、前記蓄熱槽９から取り出された熱源と熱媒透体
環路４６を循環する熱媒体５３（フロン）との熱交換を
行うための室外側熱交換器４５と、該熱交検器４５より
高所に設けられ前記熱媒体５？と室内空気との熱交検を
行うための１数の熱交検器４７とを備えてなる冷暖房系
である。

前記熱媒体循環路４６は第１蓄熱檀９ａ内に位置するコ
イル状の熱交換部５５を有し、且つ、下部には、第３図
イ２口に示すように、熱媒体５３の凝縮する熱交換器か
ら熱媒体５３の蒸発する熱交換器に向けて液化熱媒体５
３を圧送するための液体ポンプ４９が介在されており、
一対の三方切り換え弁５０を介して両熱交換器４５．４
７間における液化熱媒体５３の圧送方向の切り換えが可
能とされている。

尚、前記室内側熱交換器４７は空調器５１に内蔵され、
建物内の適宜所定値！にそれぞれ設けられている。また
、前記発＄ｖ１４により得られる電力は空調器５１等の
装置構成機器や、その他の設備機器こ充電と共に供給さ
れる。

次に、上記構成の装置の使用例について説明する。

先ず、夏期においては、第４図イに示すように電磁クラ
ッチ３を冷媒圧縮機６側に接続し、エンジン２を高効率
の高速で運転すると、圧縮機６から出たＩＦＪ温高正高
圧媒は、寞冷凝縮器７により放熱液化された後に、循環
路１１を介して製氷管体１゜で吸熱、蒸発し気化した状
態で前記圧縮機６に戻る。この際に、蓄熱槽９の第２蓄
熱檀９ｂ内に貯留されている水が冷却される。

一方、エンジン２の冷却水１９は減圧室２１ａ内に所定
量貯留され、排ガスの循環する加熱チューブ熱水と温水
加熱器２２との熱交換に際しては、潜熱利用が図れ、熱
交換器効率が良い。

また、給湯加熱器２３は温水に浸され、該給湯加熱器２
３に流入した水は、適度の温度を有する温水となり適宜
給湯装置に供給可能となる。

上記の如く、熱回収室２４ａ内の熱水は、温水加熱器２
２及び給湯加熱器２３により熱交換された後に、冷水状
態でエンジン２に戻り、エンジン２冷却を効果的に行う
ことができる。

が低く冷却水１９は容易に熱水化される。

熱水は、分岐管２７を介して熱回収室２４ａ内に入り、
温水加熱器２２及び給湯加熱器２３と熱交換され、低温
化された液体状態で該熱回収室２４ａ内に貯留される。

尚、熱回収室２４ａ内の熱水はその蒸気分が液化するた
め熱回収室２４ａ内は減圧され、熱水の熱回収室２４ａ
内への流入が促進されると共に、する。蓄熱槽９の第１
蓄熱槽９ａ内の水は、熱媒体循環路３３及び冷水循環路
３８を介して吸着式冷凍機３５を経ることにより、再び
冷水として第１蓄熱檀９ａに循環供給される。この場合
、第１Ｗ熱槽９ａ及び第２蓄熱槽９ｂは連通されており
、前記製氷管体１０及び吸着式冷凍機３５の協働により
、蓄熱槽９内の水は冷却される。

該蓄熱槽９内の冷水が、吸着式冷凍機３５の冷却能力以
下（例えば、略７℃以下）になった場合、第１蓄熱檀９
ａと第２蓄熱槽９ｂ間のバルブを閉じて、更に、第２蓄
熱槽９ｂ内の冷水を冷却して、水と氷の共存状態の低熱
源を蓄熱媒体として蓄熱する。

そして、冷房を行う際には、クラッチ３を発電ｖ１４側
に接続して、エンジン２で発電機４を駆動することによ
り、空調器５１等の装置構成機器に電力を供給すると共
に、第２蓄熱槽９ｂ内の低熱源を蓄熱取出ポンプ５γを
介して取り出すと、熱交検器４５内の気化熱媒体５３は
冷却され凝縮、液化する。

この液化熱媒体５３を第３図イに示すように、液を受取
り、自らは蒸発して熱媒循環路４６を経て熱交換器４５
に戻り、循環系が完結し熱の移動が継続して行われる。

この場合、仮に、再熱交換器４５．４７の高低差が少な
い場合や、熱媒循環路４６が長い場合であっても、液体
ポンプ４９により、熱媒循環を促進させることができ、
熱交換器４５．４７での熱交換を効率良く行なわせるこ
とができるのである。

尚、上記の冷房時には、エンジン２は専ら発電機４を駆
動し、第１蓄熱橿９ａ内の冷水が設定温度（７℃）を維
持するように、吸着式冷凍機３５から冷水が供給され、
該層９ａ内の冷水が所定温度を維持する間は、該吸着式
冷凍機３５の稼働が自動的に停止するようになっている
。

また、上記各空調器５１の熱交換器４７において加熱さ
れた熱媒体５３は第１蓄熱槽９ａ内の熱交換部５５ｂ−
時冷却されてから熱交検器４５に入るので、該熱交換器
４５内での熱媒体５３の凝縮を効果的に促進させること
が可能になる。

しかも、第２蓄熱槽９ｂ内には、水と氷の共存する状態
の低熱媒体を蓄熱しであるので、水顕熱のみならず、潜
熱利用が図れ、蓄熱槽９の小型化と蓄熱効率の向上を図
ることができる。尚、次回冷房開始時は、蓄熱作用によ
り運転開始直後から冷却が可能である。

次に、冬期においては、第４図口に示すように、エンジ
ン２の高速運転による排ガス及び冷却水の排熱利用によ
り、排熱回収用熱交換装置１３から温水を熱媒体重環路
３３を介して蓄熱槽９の第１蓄熱檀９ａに循環供給する
。この場合、第１蓄熱檀９ａと第２蓄熱槽９ｂ間のバル
ブは開状態にあり、両蓄熱檀９ａ、　９ｂは連通されて
おり、両蓄熱檀９ａ＋　９ｂ内の温水が所定の温度にな
るまで、エンジン２を運転し、蓄熱槽９に温水を高熱源
として蓄熱する。この場合、エンジン２は発電機４を駆
動し、電力供給が可能である。

第３図口に示すように気化され、液体ポンプ４９を介し
て、熱媒循環路４６を経て熱交換機４７に供給される。

該熱交換機４７において熱媒は室内空気との熱交換によ
り、液化し液体ポンプ４９に圧送されて再び熱交換器４
５に戻る。

尚、次回暖房開始時は蓄熱槽９の蓄熱作用により、装置
の運転開始直後より暖房が可能になる。

また、蓄熱槽９に、発電機４の電力によって加熱される
ヒータ５６を設けて、温水循環供給時にヒータ５６にお
いても加熱するようにしても良い。

冷房及び暖房機能を使用しない中間期においては、エン
ジン２及び排熱回収用熱交換装置１３を稼働させて、排
熱回収用熱交換機１３から給湯用温水を取り出し、各給
湯施設に適宜供給する。尚、この場合、給湯使用熱量に
応じて前記温度調整弁３０を解放して放熱器２５により
、給湯用温水の温度が異常に高温度にならないように、
減圧室２１ａ内の温度を制御する。

以上のような構成の装置は、エンジン２、排熱回収用熱
交換装置１３及び蓄熱槽９等の小型化を図れると共に、
エネルギー利用効率及び熱交喚効率尚、上記実施例では
、エンジン２の回転数を圧縮機６の回転数に応じて設定
すると共に、周波数変換装置１６を設けたものを例示し
たが、例えば、エンジン２回転数は、発電機４に応じて
設定し、増速機を設けて圧縮機６の回転数を増速させて
も良い。

また、エンジン２はガスエンジンに限らず、その他ガソ
リンエンジン等も採用できることは無論である。

更に、前記液体ポンプ４９は、熱媒体５３の流れを変更
できるように、正逆回転の方向切り換え可能なものを採
用すれば、前記３方切り検え弁５０及びそのための配管
が不要となり、構造が簡単になる。

尚、装置各部の具体的な構成は全て本発明の意図する範
囲内で任意に設計変更自在である。

うにエンジン等の熱源機器は、最大空調負荷能力に応し
て設定する必要がなく、エンジン等の熱源機器の小型化
が可能になるという利点がある。

しかも、エンジンの冷却水のみならず、その排ガス利用
も図っているので、前記エンジン等の熱源機器の小型化
とあいまって、エネルギーの利用効率の向上が可能とな
り、ランニングコストの低減を図れるという実用的な効
果を有するに至った。

更に、エンジンに圧縮機と発電機とかクラッチ２を介し
て一体的に組み込まれ、周波数変換装置がめ蓄熱された
熱源を、適宜取り出して冷暖房循環系に供給する構成な
ので、必要な冷暖房負荷を処理できると共に、エンジン
等の熱源機器を、常時高効率の高速で運転できるように
なる。

その結果、エンジン等の熱源機器にかかる負荷の均一化
が図れ、低負荷率の運転を回避して熱源機器を略全負荷
運転の状態で運転でき、従来のよ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る全体正面図、第２図は同排熱回収
用熱交換装置の断面図、第３図（イ）、（ロ）は冷暖房
循環系をそれぞれ示す断面図、第４図（イ）、（ロ）は
冷房時及び暖房時の使用例をそれぞれ示す説明図。 ２・・・エンジン、６・・・圧縮機、８・・・冷媒（熱
媒体）、９・・・蓄熱槽、１０・・・低熱源発生用の熱
交換器（製氷管体）１３・・・排熱回収用熱交換装置、
１４・・・低熱源供給循環系、３４・・・高熱源用温水
供給循環系、４４・・・冷暖房循環系、４５．４７・・
・熱交換器、５３・・・熱媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　エンジン２により駆動される圧縮機６及び該圧縮機
   ６にて圧縮された熱媒体８が更に凝縮されて供給される
   低熱源発生用の熱交換器１０を具備する低熱源供給循環
   系１４と、前記エンジン２の排ガス及び冷却水１９の熱
   を熱源として温水を供給可能な排熱回収用熱交換装置１
   ３を具備する高熱源用温水供給循環系３４と、前記低熱
   源発生用の熱交換器１０との熱交換により低熱化される
   低熱源又は前記高熱源用温水供給循環系３４から供給さ
   れる高熱源としての温水との一方が選択的に蓄熱される
   蓄熱槽９と、該蓄熱槽９から取り出された熱源と室外側
   の熱交換器４５を介して熱交換された熱媒体５３が室内
   側の熱交換器４７に循環供給される冷暖房循環系４４と
   が備えらてなることを特徴とする空調装置。 ２　前記エンジン２の駆動軸が一軸からなり、該駆動軸
   には、前記圧縮機６と発電機４とがクラッチ３を介して
   一体的に組み込まれ、該発電機４による電力周波数を制
   御する周波数変換装置１６が設けられてなることを特徴
   とする請求項１に記載の空調装置。