JP2007255862A - 空調システム - Google Patents

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Naoki Onda
田 直 樹 恩
Hiroshi Kojima
島 弘 小
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Abstract

【課題】圧縮冷凍機の冷媒を過冷却して効率を高めることが出来ると共に、コンパクトで且つメンテナンスその他のコストを低減することが出来る様な空調システムの提供。
【解決手段】第1の冷媒ライン(L1)と、分岐冷媒ライン(L3)と、第2の圧縮機(12)とを備えた圧縮式空調機(100)を有し、分岐冷媒ラインには第3の熱交換器(4)が介装されており、第2の冷媒ライン(L2)を有し、第2の冷媒ライン(L2)には、熱源機(5)からの排熱が投入されて冷媒を蒸発する冷媒蒸発器(6)と、エゼクタ(7)と、第2の冷媒ラインを流れる冷媒と外気とで熱交換を行う第4の熱交換器(8)とが介装されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、圧縮機(コンプレッサ)を用いて圧縮式サイクルを行う圧縮式空調機(圧縮式冷凍機)を用いて空調(冷房及び暖房)を行う空調システムに関する。
圧縮機(コンプレッサ)を用いて、冷凍を行う圧縮式冷凍サイクルは良く知られている。
この圧縮式冷凍サイクルを実施するに際して、凝縮器で凝縮された高圧液相冷媒を、排熱を駆動熱源とする吸収冷凍式冷凍サイクルを用いて過冷却し、以って、効率の向上を図ることが従来技術において行われている。
図28は、その様な従来技術を示している。
図28において、圧縮式冷凍機100は圧縮機1と、蒸発器である室内器2と、凝縮器である室外器3と、減圧弁CV2を介装した冷媒ラインL1とで構成されている。
凝縮器3で凝縮された高圧液相冷媒は、減圧弁CV2で減圧される前に、温水焚き吸収冷凍機300の蒸発器301で冷却(過冷却)されている。
ここで、温水焚き吸収冷凍機300は、ガスエンジン5の排熱(温排水)が再生器303に供給される様に構成されている。一方、圧縮式冷凍機100の圧縮機1は、ガスエンジン5の駆動軸51による機械的な出力が伝達されて駆動される機械式の圧縮機である。
図28において、符号302は温水焚き吸収冷凍機300における吸収器を示し、符号304は温水焚き吸収冷凍機300における凝縮器を示す。
また、圧縮式冷凍機の冷媒循環系を途中で分岐して、分岐した一方の冷媒循環用配管が温水焚き吸収冷凍機の蒸発器に連通しており、当該冷媒循環用配管を流れる圧縮式冷凍機の冷媒が温水焚き吸収冷凍機の蒸発器で冷却される従来技術も、本出願人によって提案されている(特許文献1参照)。
しかし、吸収式冷凍機は一般にサイズが大きく、広い設置スペースを必要とする。そのため、狭小な設置スペースしか設けることが出来ない場合には、図28の従来技術、或いは上述した従来技術(特許文献1)の実施が困難である。
また、吸収式冷凍機の冷媒や吸収溶液は、圧縮式冷凍機の冷媒とは異なるため、図28の従来技術或いは上述した従来技術(特許文献1)を実施するためには、複数の媒体(冷媒、吸収溶液)を扱わなければならず、その分だけ設置やメンテナンスに労力を必要としてしまうという問題が存在する。
さらに、吸収冷凍機の場合は、高い真空度が要求されるので、設置やメンテナンスの労力が大きいという問題がある。
それに加えて、一般的に、吸収式冷凍機は圧縮式に比較して、購入コストが高価である。
以上の理由から、図28の従来技術或いは上述した従来技術(特許文献1)を実施するのに、躊躇するユーザーが存在した。
特開2000−241042号公報
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、圧縮冷凍機の冷媒を過冷却して効率を高めることが出来ると共に、コンパクトで且つメンテナンスその他のコストを低減することが出来る様な空調システムの提供を目的としている。
本発明の空調システムは、第1の圧縮機(11)と、冷媒と空調をするべき室内の空気とで熱交換を行う第1の熱交換器(室内器2)と、外気と熱交換を行う第2の熱交換器(室外器3)と、第1の圧縮機(11)、第1の熱交換器(室内器2)、第2の熱交換器(室外器3)が介装されている第1の冷媒ライン(L1)と、第1の冷媒ライン(L1)から分岐する分岐冷媒ライン(L3)と、分岐冷媒ライン(L3)に介装される第2の圧縮機(12)とを備えた圧縮式空調機(圧縮式冷凍機100)を有し、前記分岐冷媒ライン(L3)には第3の熱交換器(冷媒過冷却器4)が介装されており、第3の熱交換器(冷媒過冷却器4)で前記分岐冷媒ライン(L3)を流れる冷媒と熱交換を行う第2の冷媒ライン(蒸気噴射冷凍サイクルの冷媒ラインL2)を有し、第2の冷媒ライン(蒸気噴射冷凍サイクルの冷媒ラインL2)には、熱源機(例えば、ガスエンジンコージェネレーションシステム5)からの排熱が投入されて冷媒を蒸発する冷媒蒸発器(フロンボイラ6)と、エゼクタ(7)と、第2の冷媒ライン(L2)を流れる冷媒と外気とで熱交換を行う第4の熱交換器(8)とが介装されており、第2の冷媒ライン(L2)は、冷媒蒸発器(フロンボイラ6)に連通する第1の分岐ライン(L21)と、エゼクタ(7)のディフューザ側方吸込み部(71)に連通する第2の分岐ライン(L22)とに分岐(B21)しており、前記第3の熱交換器(冷媒過冷却器4)は第2の分岐ライン(L22)に介装されていることを特徴としている(請求項1)。
本明細書において、圧縮式サイクルを具備する空調機について、暖房運転時も考慮するべき場合は「圧縮式空調機」と記載するが、冷房運転時のみを考慮すればよい場合には、「圧縮式冷凍機」或いは「圧縮式冷凍サイクル」と記載する。同様に、蒸気噴射冷凍サイクルを行う部分について、冷凍サイクルのみを考慮すればよい場合には「蒸気噴射冷凍サイクル」と記載するが、装置としての構成を考慮するべき場合には「蒸気噴射冷凍機」と記載する場合がある。
また、本明細書において、「室内器」なる文言は室内に設けられた熱交換器を意味しており、「室外器」なる文言は室外に設けられた熱交換器を意味している。そして、室内器は冷房時は蒸発器として作用し、暖房時は凝縮器として作用する。一方、室外機は、冷房時は凝縮器として作用し、暖房時は蒸発器として作用する。
本発明において、前記第2の熱交換器(圧縮式空調機の室外器3)と前記第4の熱交換器(8)とは別体に構成されており、第1の冷媒ライン(L1)における前記第2の熱交換器(圧縮式空調機の室外器3)を介装した領域と第2の冷媒ライン(L2)における前記第4の熱交換器(8)を介装した領域とは別体に構成する事が出来る(請求項2)。
或いは、本発明において、前記第2の熱交換器(圧縮式空調機の室外器)と前記第4の熱交換器とは一体(38)に構成されており、第1の冷媒ライン(L1)における前記第2の熱交換器(圧縮式空調機の室外器)を介装した領域と第2の冷媒ライン(L2)における前記第4の熱交換器を介装した領域とは一体(38)に構成する事も出来る(請求項3)。
本発明において、前記第1の冷媒ライン(圧縮式空調機の冷媒ラインL1)には流路切り換え装置(例えば、四方弁V4)が介装されており、前記第1の冷媒ライン(L1)を循環する冷媒の流れる方向を逆転可能に構成(され、以って、冷房運転と暖房運転が切り換え可能に構成)されているのが好ましい(請求項4)。
また本発明において、前記熱源機(例えば、ガスエンジンコージェネレーションシステム5)からの排熱を前記第1の冷媒ライン(圧縮式空調機の冷媒ラインL1)を流れる冷媒に投入する第5の熱交換器(排熱熱交換器9)を設けるのが好ましい(請求項5)。
さらに本発明において、前記第2の冷媒ライン(蒸気噴射冷凍サイクルの冷媒ラインL2)は、エゼクタ(7)をバイパスするバイパスライン(L2b)を有しているのが好ましい(請求項6)。
上述する構成を具備する本発明によれば、第2の冷媒ライン(蒸気噴射冷凍サイクルの冷媒ラインL2)は、冷媒蒸発器(フロンボイラ6)と、エゼクタ(7)と、第3の熱交換器(冷媒過冷却器4)及び第4の熱交換器(8)と共に蒸気噴射冷凍サイクルを構成しており、圧縮式空調機(100)は第1の圧縮機(11)と第1の熱交換器(室内器2)と第2の熱交換器(室外器3)が介装されている第1の冷媒ライン(L1)から分岐している分岐冷媒ライン(L3)を備え、前記分岐冷媒ライン(L3)には第3の熱交換器(冷媒過冷却器4)が介装されている(請求項1)。
そのため、冷房運転時には、圧縮式空調機(100)の分岐冷媒ライン(L3)を流れる冷媒は、過冷却熱交換器(4)により蒸気噴射冷凍サイクル側のラインL22)を流れる冷媒に気化熱を与えて冷却され、凝縮する。そして、第1の冷媒ライン(L1)に合流する(合流点B12)ので、過冷却熱交換器(4)で冷却され凝縮された分だけ、第1の圧縮機(11)の負担が小さくなり、冷却効率が向上する。
また、本発明によれば、圧縮冷凍サイクルの分岐冷媒ライン(L3)には、第2の圧縮機(12)が介装されている(請求項1)ので、冷房運転時には、第1の冷媒ライン(L1)に介装されている第1の熱交換器(室内器2)よりも、過冷却熱交換器(4)内の温度を高温にすることが出来る。そのため、蒸気噴射冷凍サイクル側の負荷が小さくて済み、さらに小型化する事が可能となる。
ここで、蒸気噴射冷凍サイクルでは、循環する冷媒は1種類のみであり、フロンを冷媒として使用可能であるので、吸収式冷凍機に比較して、取り扱いが容易である。
また、蒸気噴射冷凍サイクルは、熱交換器(6、8)とエゼクタ(7)と配管(L2)のみで構成されるので(排熱ボイラ或いはフロンボイラ6)は単なる熱交換器である。)、コンパクトであり、蒸気噴射冷凍サイクルの部分の製造コストやメンテナンスコストが極めて安価となる。
従って、従来技術の圧縮式冷凍機に吸収式冷凍機を組み合わせた空調システム(特許文献1や図28で示すシステム)における問題点を解消することが出来る。
さらに、蒸気噴射冷凍サイクルは空冷がし易く、吸収式冷凍機のような晶析の問題は発生しないという利点を有している。
ここで、蒸気噴射冷凍サイクルと圧縮サイクルでは、使用する冷媒を同一にする事が可能である。
そのため、本発明においては、蒸気噴射冷凍サイクルの一部(L20の一部)と、圧縮サイクル側の一部(L20と同じ領域で符号は付さない)を共通化して、部品点数を減少して、各種コストの削減を実現することが出来る。
具体的には、本発明においては、前記第2の熱交換器(圧縮式空調機の室外器)と前記第4の熱交換器とを一体化(38)して、第1の冷媒ライン(L1)における前記第2の熱交換器(圧縮式空調機の室外器)を介装した領域と第2の冷媒ライン(L2)における前記第4の熱交換器を介装した領域とを一体化(38)すること(請求項3)が可能であり、構成を簡素化し、部品点数を減少して、メンテナンスその他の費用を安価にする事が出来るのである。
さらに本発明においては、圧縮式空調機(100)の冷媒ライン(第1の冷媒ラインL1)を循環する冷媒の流れる方向を逆転可能に構成して、以って、冷房運転と暖房運転が切り換え可能に構成することが出来るので(請求項4)、夏季には冷房運転、冬季には暖房運転を行い、快適な室内環境を達成することが出来るのである。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
なお、図28で示すのと同様な部材については、同様な符号を付してある。
図示の実施形態において、圧縮式空調機100については、暖房運転時も考慮するべき場合は「圧縮式空調機」と記載するが、冷房運転時のみを考慮すればよい場合には、「圧縮式冷凍機」或いは「圧縮式冷凍サイクル」と記載する。
同様に、蒸気噴射冷凍機200について、冷凍サイクルのみを考慮すればよい場合には「蒸気噴射冷凍サイクル」と記載する場合がある。
先ず、図1〜図4を参照して第1実施形態を説明する。
図1は第1実施形態に係る全体構成を示すブロック図で示しており、図2は第1実施形態の空調機システムを冷房運転した状態を示し、図3は暖房運転した状態を示し、図4は第1実施形態の空調運転制御をフローチャートによって示している。
図1において、第1実施形態の空調システムでは、図28(従来技術)の吸収式サイクルが蒸気噴射冷凍サイクルに置換されていると共に、圧縮式冷凍サイクルにおいて、冷媒ラインが途中で分岐し、合流している。
圧縮式空調機100は、第1の圧縮機11と、冷媒と空調をするべき室内の空気とで熱交換を行う第1の熱交換器(室内器)2と、冷媒と外気とで熱交換を行う第2の熱交換器(室外器)3と、第1の冷媒ライン(圧縮式空調機の冷媒ライン)L1とを備えている。
第1の圧縮機11は、ガスエンジン5の出力軸51によって駆動される。その結果、図1の圧縮式空調機100は、いわゆる「ガスエンジンヒートポンプ」を構成している。
第1の冷媒ラインL1において、第1の分岐点B11及び第2の分岐点B12が形成されてる。そして、第1及び第2の分岐点B11、S12で第1の冷媒ラインL1は、分岐冷媒ラインL3に分岐或いは合流している。
第1の冷媒ラインL1には、冷房運転時と暖房運転時で流路を切り換えるための流路切換装置(四方弁)V4が介装されている。
図2の冷凍運転時を参照して、第1の分岐点B11及び第2の分岐点B12の位置をより詳細に述べると、(冷凍運転時では)第1の冷媒ラインL1の室内器2から流路切換装置(四方弁)V4に向う領域に第1の分岐点B11(冷房運転時の分岐点)が設けられ、第1の流量調節弁(膨張弁)CV1から室内機2に向う領域に第2の分岐点B12(冷房運転時の合流点)が設けられている。そして、第1の分岐点B11(冷房運転時の分岐点)から分岐冷媒ラインL3が分岐し、分岐冷媒ラインL3は第2の分岐点B12(冷房運転時の合流点)で第1の冷媒ラインL1に合流する。
再び図1において、第1の冷媒ラインL1は、冷媒ラインL11〜L17を包含しており、各冷媒ラインは、第1の圧縮機11、四方弁V4、室外器3、室内器2をそれぞれ連通して、循環路を形成している。
ここで、ラインL11は、第1の圧縮機11の吐出側と四方弁V4のポートV4aとを接続している。ラインL12は、四方弁V4のポートV4bと室外器3とを接続している。ラインL13は流量調節弁CV1を介装し、室外器3と後述する第2の分岐点B12とを接続している。ラインL14は、第2の分岐点B12と室内器2とを接続している。ラインL15は室内器2と前記第1の分岐点B11とを接続している。ラインL16は、第1の分岐点B11と四方弁V4のポートV4cとを接続している。ラインL17は、四方弁V4のポートV4dと圧縮機1の吸入側とを接続している。
分岐冷媒ラインL3は、ラインL31とラインL32とラインL33とで構成され、第2の圧縮機12と、第3の熱交換器(冷媒過冷却器)4と、流量調整弁CV2とを介装している。
ラインL32に介装されている冷媒過冷却器4は、分岐冷媒ラインL3を循環する冷媒と、後述する蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL2(第2の冷媒ライン)を流れる冷媒とで熱交換を行う。
第2の圧縮機12は、例えば駆動伝達手段Dによって駆動されるように構成されており、駆動伝達手段Dは第1圧縮機11用の駆動軸51に係合して駆動力を伝達する。
駆動伝達手段Dの途中、又は第2の圧縮機12側には、図示はしないが、クラッチ機構が設けられており、第1の圧縮機11から第2の圧縮機12への駆動伝達を切断・接続自在に構成されている。
ラインL31は開閉弁V3を介装し、第1の分岐点B11と第2の圧縮機12の吸入側とを接続している。ラインL32は、第2の圧縮機12の吐出側と冷媒過冷却器4を接続している。ラインL33は、第2の流量制御弁CV2を介装しており、冷媒過冷却器4と第2の分岐点B12を接続している。
ここで冷媒過冷却器4は、図2で示す冷房運転時において、分岐冷媒ラインL3を流れる冷媒が、(過冷却熱交換器4において)蒸気噴射冷凍サイクル側の第2の冷媒ラインL2を流れる冷媒に気化熱を与えて、冷却されて凝縮する。そして、冷却されて凝縮した液相冷媒は、第2の合流点B12で第1の冷媒管路L1を流れる低圧の液相冷媒と合流する。すなわち、図2で示す冷房運転時においては、過冷却熱交換器4で冷却され凝縮された分だけ、第1の圧縮機11の負担が小さくなり、冷却効率が向上するのである。
ここで、第2の圧縮機12を介装しない場合には、冷房運転時においては、室内器2と過冷却熱交換器4とは、内部温度が同程度でなければならない。これに対して、分岐冷媒ラインL3に第2の圧縮機12を介装すれば、過冷却熱交換器4内の温度を室内器2の温度と同程度にする必要が無くなり、過冷却熱交換器4内の温度を室内器2の温度より高温にすることが出来る。
過冷却熱交換器4内の温度が高くなれば、蒸気噴射冷凍サイクルを循環する冷媒の温度が低温でなくても、過冷却熱交換器4で圧縮式冷凍機100側の冷媒ラインL3を流れる冷媒を相対的に冷却することが可能となり、その分だけ蒸気噴射冷凍サイクル側の負荷が小さくて済む。そして、蒸気噴射冷凍サイクルをさらに小型化する事が可能となる。
図1において、蒸気噴射冷凍サイクルを行う蒸気噴射冷凍機200は、熱源機(例えば、ガスエンジン)5と、冷媒を蒸発する冷媒蒸発器(フロンボイラ)6と、エゼクタ7と、第2の冷媒ラインL2と、第2の冷媒ラインL2を流れる冷媒と外気とで熱交換を行う第4の熱交換器(凝縮器)8とを備えている。ここで、フロンボイラ6では、ガスエンジン5からの排熱が排熱ラインLwで投入されて、内部の液相冷媒を蒸発させる。
図1において、符号P1は送水ポンプを示し、送水ポンプP1は、ガスエンジン5の排熱を保有する冷却水を、排熱ラインLw内で循環せしめる。
蒸気噴射冷凍機200の第4の熱交換器(凝縮器)8と、圧縮式空調機100の第2の熱交換器である室外器3との間には、図示では明確ではないが、風路Aと風路Bが形成されている。
風路Aは、凝縮器8で(冷媒ラインL2を循環する冷媒と熱交換して)昇温した外気が、圧縮式空調機100の室外器3を通過せず、圧縮式空調機100を循環する冷媒と熱交換をしない様に構成された風路(流路)である。冷房運転時(図2参照)は風路Aが選択され、凝縮器8で昇温した外気によって、室外器3における凝縮能力を低下させてしまうことを防止するためである。
一方、風路Bは、凝縮器8で(冷媒ラインL2を循環する冷媒と熱交換して)昇温した外気が、室外器3を通過する風路である。暖房運転時(図3)においては、風路Bが選択され、室外器3を流れる圧縮式空調機100側の冷媒に、より多量の熱量を投入するのである。
蒸気噴射冷凍機200の第2の冷媒ラインL2は、圧力センサ10、開閉弁V1、エゼクタ7及び第4の熱交換器(凝縮器)8を介装したラインL20と、ラインL20が分岐点B21で分岐した第1の分岐ラインL21及び第2の分岐ラインL22とで構成されている。第1の分岐ラインL21は、冷媒ポンプP2を介してフロンボイラ6に連通する。第2の分岐ラインL22は、減圧弁V2及び冷媒過冷却器4を介装しており、エゼクタ7の側方吸込み部71に連通している。
蒸気噴射冷凍機200において、ガスエンジン5の排熱が投入されるフロンボイラ6で液相冷媒(液相のフロン)は蒸発する。蒸発して発生した気相冷媒(フロン蒸気)は、冷媒ラインL20を介してエゼクタ7に吸い込まれて(図示においては、エゼクタ7の左側)、高速でエゼクタ7から(図示においては、エゼクタ7の右側から)噴射される。その際に、エゼクタ7の側方吸込み部71から、第2の分岐ラインL22を流れる気相冷媒(フロン蒸気)が吸い込まれ、エゼクタ7内部でラインL20を経由して吸い込まれた気相冷媒と合流して、ラインL20の凝縮器8へ噴射される。
エゼクタ7から噴射された気相冷媒は、凝縮器8で凝縮されて液相冷媒となった後、分岐点B21において、第1のラインL21と第2のラインL22とに分岐する。
第1のラインL21に流入した液相冷媒は、冷媒ポンプP2を介してフロンボイラ6に戻される。
分岐点B21から第2のラインL22に流入した液相冷媒は、減圧弁V2で減圧された後、第3の熱交換器である冷媒過冷却器4を経由して、側方吸込み部71からエゼクタ7内に吸引される。図2の冷房運転時においては、分岐点B21から第2のラインL22に流入した液相冷媒は、冷媒過冷却器4において、圧縮式冷凍機100側を循環する冷媒から気化熱を奪って蒸発する。
図1に示す構成において用いられる蒸気噴射冷凍サイクルでは、循環する流体は1種類の冷媒(図1ではフロン)のみであって、吸収式冷凍サイクルの場合のように、冷媒と吸収溶液の2種類の流体が循環するのではない。そして、蒸気噴射冷凍サイクルでは、圧縮式冷凍器と同じ冷媒を使用可能であり、勿論、フロンを冷媒として使用することが出来る。
ここで、蒸気噴射冷凍サイクルのCOPは、例えば0.15であり、蒸気焚き単効用吸収式のCOPは、例えば0.7である。
すなわち、蒸気噴射冷凍サイクルのCOPは、蒸気焚き単効用吸収式に比較して、大変低い。
上述した通り、圧縮式冷凍機に吸収式冷凍機を組み合わせた空調システム(特許文献1や図28で示すシステム)では、吸収式冷凍機のサイズが大きく、広い設置スペースが必要であり、一般的に高価であるという問題点と、吸収式冷凍機を循環する流体(冷媒、吸収溶液)が圧縮式冷凍機の冷媒とは異なっているため、取り扱いやメンテナンスのコストが嵩んでしまう、という問題点とを有している。
これに対して、図1の実施形態のような蒸気噴射冷凍サイクルであれば、熱交換器(排熱ボイラ或いはフロンボイラ6を含む)とエゼクタ7と配管(ラインL20、L21、L22)のみで構成されるので、コンパクトであり、蒸気噴射冷凍サイクルの部分の製造コストが極めて安価である。
従って、従来技術の圧縮式冷凍機に吸収式冷凍機を組み合わせた空調システム(特許文献1や図28で示すシステム)における「設置スペース」と「価格」に関する問題点を解消することが出来る。
また、上述した通り、蒸気噴射サイクルにおける冷媒と圧縮式冷凍機とでは、使用する冷媒を同一にする事が出来るので、図示の実施形態では、従来技術の圧縮式冷凍機に吸収式冷凍機を組み合わせた空調システム(特許文献1や図28で示すシステム)における「取り扱いやメンテナンスに係る労力」という問題を解消できる。
さらに、冷媒を同一にして、蒸気噴射サイクルと圧縮式冷凍サイクルとを一部共通化することが可能であり、その詳細は、第2実施形態以降で説明されている。
これに加えて、晶析の問題があるので空冷が難しい吸収式冷凍機に対して、蒸気噴射冷凍サイクルは、空冷がし易いという利点を有している。
従って、蒸気噴射冷凍サイクルにおける凝縮器と、圧縮式冷凍機の室外器(冷房運転時における凝縮器、暖房運転時における蒸発器)とを一体化して、空冷すなわち外気との熱交換が可能である。
また、蒸気噴射冷凍サイクルを使用する図示の実施形態では、吸収式冷凍機ほど高レベルの真空度が要求されないので、メンテナンス等が容易である。
また、図1で示す第1実施形態では、圧縮冷凍機100側の冷媒ラインL1が分岐L3しているため、図2を参照して後述する冷房運転時において、蒸気噴射冷凍サイクルの過冷却熱交換器4において気化熱を奪って、圧縮式冷凍機100の分岐冷媒ラインL3内を流れる冷媒温度を低下させ、凝縮させ、低温度で凝縮した冷媒を合流点B12にて前記第1の冷媒管路L1と合流せしめている。そして、蒸気噴射冷凍サイクルの過冷却熱交換器4において気化熱を奪って冷媒温度を低下し、冷媒がより低圧で凝縮した分だけ、圧縮式冷凍機100側における第1のコンプレッサ11の(冷房)負荷が軽減されて、省エネルギー化が達成される。
そして、図3を参照して後述する暖房時には、蒸気噴射冷凍機サイクルの凝縮器8で加熱された空気が、室外器3を流れる圧縮式空調機100側の冷媒を加熱するので、その分だけ圧縮式空調機100側の負荷が軽減する。
図1で示す第1実施形態では、冷房運転のみならず、暖房運転も可能である。換言すれば、図1の第1実施形態では、冷暖房運転を切り換え可能に構成されている。
図2は、第1実施形態で冷房運転を行う場合の冷媒の流れ、ラインや各種弁の開閉を示している。以下、図2を参照して冷房運転時の冷媒の流れについて説明する。
尚、図2以降において、各冷媒ラインに描いた矢印の方向は、冷媒の流れの方向を示している。
先ず、冷凍運転時における圧縮式冷凍サイクル側の各種辺の開閉及び冷媒の流れを説明する。
冷房運転時には、四方弁V4は、ポートV4aとポートV4bとが連通し、ポートV4cとポートV4dとが連通する。
第1の圧縮機11から吐出された高圧気相冷媒は、ラインL11から四方弁V4のポートV4a、V4bを経由してラインL12に入り、室外器(図2の冷凍運転時では凝縮器)3で気相冷媒が凝縮して高圧液相冷媒となり、室外器3を出る。
室外器3を出た高圧液相冷媒はラインL13を流れ、流量制御弁(膨張弁)CV1で膨張して低圧液相冷媒となり、第2の分岐点B12(冷房運転時は合流点)、ラインL14を経由して、室内器(冷房運転時は蒸発器)2内に流入する。室内器2において、低圧液相冷媒は冷房するべき室内の空気から気化熱を奪って蒸発し、室内空気を冷却した後、低圧気相冷媒となってラインL15を流れる。低圧気相冷媒は、第1の分岐点B11(冷房運転時は分岐点)、ラインL16、四方弁V4のポートV4c、V4d、ラインL17を経由して、第1の圧縮機11の吸入側に戻る。
ここで、第1の分岐点B11(冷房運転時は分岐点)において、低圧気相冷媒の一部がラインL31側を流れ、第2の圧縮機12で圧縮されて高圧の気相冷媒となる。そして、ラインL32を経由して冷媒過冷却器4に流入する。
ラインL32を流れる高圧の気相冷媒は、冷媒過冷却器4で、蒸気噴射冷凍機200側の第2の冷媒ラインL2を流れる気相冷媒と熱交換して冷却(過冷却)され、凝縮して、高圧の液相冷媒となってラインL33に流れる。
ラインL33を流れる液相冷媒は、流量制御弁CV2によって減圧され、分岐点B12(合流点)で冷媒ラインL1(ラインL13)を流れる液相冷媒と合流し、ラインL14を経由して室内器(蒸発器)2内に流入する。
図2の冷房運転時においては、上述した様に、分岐冷媒ラインL3を流れる冷媒は、過冷却熱交換器4において、蒸気噴射冷凍サイクル側の第2の冷媒ラインL2を流れる冷媒に気化熱を与えて冷却(過冷却)され凝縮し、第1の冷媒管路L1に合流するので、過冷却熱交換器4で冷却(過冷却)された分だけ、第1の圧縮機11の負担が小さくなり、冷却効率が向上する。
次に、蒸発噴射冷凍サイクル側(蒸発噴射冷凍機200側)の各種弁の開閉及び冷媒の流れを説明する。
冷房運転を開始すると、ラインLwに介装された送水ポンプP1が作動を始め、ガスエンジン5からの排熱がラインLwを経由してフロンボイラ6を循環する。そしてフロンボイラ6内の液相冷媒を加熱する。
ここで、冷房開始直後は、開閉弁V1は閉じたままである。一方、ラインL22の減圧弁V2は開放されている。
上述した様に、冷房運転時には風路Aが選択され、凝縮器8で加熱された空気は圧縮式冷凍機100の室外器3と熱交換を行わず、室外器3の凝縮機能を阻害することは無い。
フロンボイラ6に排熱が投入されるため、液相冷媒は蒸発して気相冷媒となるが、開閉弁V1が閉じているので、圧力センサ10で計測されるフロンボイラ6内の圧力は次第に昇圧する。フロンボイラ6内の圧力が所定値(閾値)を超えると、ラインL20の開閉弁V1が開放され、ラインL21に介装された冷媒ポンプP2が起動する。
フロンボイラ6内の気相冷媒は、冷媒ラインL20を介してエゼクタ7の吸い込み側(図示ではエゼクタ7の左側)に吸い込まれて、エゼクタ7の噴射側(図示ではエゼクタ7の右側)より高速で噴射される。その際に、エゼクタ7の負圧効果によって、ラインL22側の気相冷媒がエゼクタ7の側方吸込み部71から吸い込まれ、ラインL20経由で吸い込まれた気相冷媒(フロン蒸気)と合流する。
エゼクタ7から噴射された気相冷媒は、第4の熱交換器である凝縮器8で凝縮されて液相冷媒となった後、分岐点Bにおいて、ラインL21と、ラインL22に分岐して流れる。
分岐点B21からラインL22に流入した液相冷媒は、減圧弁V2で減圧された後、第3の熱交換器である冷媒過冷却器4で、圧縮式冷凍機100側の(冷媒ラインL3を流れる)冷媒から気化熱を奪って蒸発して気相冷媒となり、側方吸込み部71からエゼクタ7内に吸引される。
図2で示す冷房運転時には、上述した通り、圧縮冷凍機100側の第1の冷媒ラインL1が分岐しているため、分岐ラインL3を流れる冷媒が過冷却熱交換器4において気化熱を奪われて降温する分だけ、圧縮式冷凍機100の省エネルギーとなる。
次に、図3を参照して、暖房運転時について説明する。
先ず、圧縮式空調機100側の各種弁の開閉及び冷媒の流れを説明する。
暖房運転時には、第2の圧縮機12側の図示しないクラッチを切断状態として、第2の圧縮機12を作動せず、第1の圧縮機11のみを運転される。
暖房運転時には、四方弁V4のポートV4aとポートV4cとが連通し、ポートV4bとポートV4dとが連通する。
第1の圧縮機11から吐出された高圧気相冷媒は、ラインL11から四方弁V4のポートV4aとポートV4cを経由してラインL16、第1の分岐点B11(暖房時は、分岐、合流はしない)、ラインL15を経由して室内器2に流入する。
室内器(暖房時は凝縮器)2において、高圧気相冷媒は気化熱を暖房するべき室内の空気に投入して凝縮して液相冷媒となる。そして、室内器2で凝縮した液相冷媒は、ラインL14、分岐点B12(暖房時は、分岐、合流はしない)を流れ、流量調整弁CV1で減圧されて低圧液相冷媒となる。低圧液相冷媒はラインL13を流過し、室外器3(暖房時は蒸発器)に流入する。
なお、暖房運転時には、分岐冷媒ラインL3に介装した開閉弁V3が閉鎖されているので、分岐冷媒ラインL3側には冷媒は流れない。
室外器3では、第4の熱交換器8から風路B(後述する様に、暖房時は風路Bに切換)を流れてきた温風(凝縮器8により加熱された外気)から気化熱を奪って、低圧液相冷媒は蒸発して低圧気相冷媒となる。
室外器3を出た低圧気相冷媒はラインL12、四方弁V4のポートV4b、V4d、ラインL17を経由して圧縮機11に吸入され、圧縮機11で圧縮され、再び室内器2側に吐出される。
次に、蒸発噴射冷凍機200側の各種弁の開閉及び冷媒の流れを説明する。
暖房を開始すると、ラインLwに介装された送水ポンプP1が作動し、ガスエンジン5からの排熱がラインLwを経由してフロンボイラ6に投入され、液相冷媒を加熱する。暖房開始直後は、開閉弁V1は閉じたままである。
暖房運転時には、ラインL22の減圧弁V2は閉鎖したままであり、ラインL22側には冷媒は流れない。
ここで、暖房時には、凝縮器8と室外器3との間の風路は、図3で示す様に、風路Bが選択されており、凝縮器8で気化熱が投入されて加熱され昇温した外気が、室外器3に流入したラインL13を流れる冷媒(低圧液相冷媒)と熱交換を行う。すなわち、凝縮器8で昇温した外気が室外器3を通過するので、室外器3において圧縮式空調機100の冷媒に投入される熱量が、凝縮器8で気化熱が投入された分だけ増加する。その結果、室外器3における冷媒の蒸発能力が向上する。
蒸気噴射冷凍機200側において、フロンボイラ6内で加熱された液相冷媒は蒸発して気相冷媒となるが、最初は開閉弁V1が閉じているので、圧力センサ10で計測されるフロンボイラ6内の圧力は次第に上昇する。フロンボイラ6内の圧力が所定値(閾値)を超えると、ラインL20の開閉弁V1は開放され、冷媒ポンプP2が起動される。
開閉弁V1が開放されると、フロンボイラ6で発生した気相冷媒は、冷媒ラインL20を流れてエゼクタ7に吸い込まれ、エゼクタ7の噴射側(図示ではエゼクタ7の右側)から高速でラインL20の凝縮器8側に噴射される。そして、上述した様に、凝縮器8で気化熱を外気に放熱する。
次に、図4を参照して、第1実施形態の空調運転における制御を説明する。
図4において、ステップS1では、運転モードが冷房であるか、暖房であるかを判断する。冷房運転を行うの(ステップS1で「冷房運転」)であればステップS2に進み、暖房運転を行うの(ステップS1で「暖房運転」)であればステップS7に進む。
ステップS2(冷房運転:図2参照)では、送水ポンプP1を起動し、開閉弁V1は閉じ、減圧弁V2及び開閉弁V3は開放する。第1の冷媒ラインL1側の流量制御弁CV1も減圧弁として作動可能な程度に開放して、分岐冷媒ラインL3側の流量制御弁CV2も開放する。
そして四方弁V4のポートV4aとV4bとを連通し、ポートV4cとV4dとを連通して、冷房運転側に切り換える(ステップS3)。
次に、第1の圧縮機11及び第2の圧縮機12の図示しないクラッチを連結して、ガスエンジン5の回転力が伝達されるようにせしめる。すなわち、第1の圧縮機11及び第2の圧縮機12を共に作動状態にする(ステップS4:図4では「連結」と標記)。そして、凝縮機8と室外器3との間における外気の流路を、風路Aに切り換える(ステップS5)。
ステップS6では、蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL20に介装された圧力センサ10で計測される圧力(フロンボイラ6内の圧力)と、閾値とを比較する。圧力センサ10で計測された圧力が閾値以上になるまで(ステップS6がNOのループ)は待機しており、計測値が閾値以上となった段階で(ステップS6がYES)、開閉弁V1を開放し、冷媒ポンプP2を起動する。
ステップS8(暖房運転:図3参照)では、送水ポンプP1を起動し、開閉弁V1、減圧弁V2、開閉弁V3、圧力調整弁CV2を閉鎖し、第1の冷媒ラインL1側の流量制御弁CV1を開放する。
次のステップS9では、四方弁V4のポートV4aとV4cを連通し、ポートV4bとV4dとを連通し、暖房運転側に切り換える。
ここで、暖房運転時には、第1の圧縮機11のみを作動し(ステップS10)、凝縮器8と室外器3との間における外気の流路を風路Bに切り換える(ステップS11)。
ステップS12では、蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL20に介装された圧力センサ10で計測される圧力(フロンボイラ6内の圧力)と、閾値とを比較する。圧力センサ10で計測された圧力が閾値以上になるまで(ステップS12がNOのループ)は待機しており、計測値が閾値以上となった段階で(ステップS12がYES)、開閉弁V1を開放し、冷媒ポンプP2を起動する。
上述した通り、図示の実施形態では、圧縮式空調機100の一部と、蒸気噴射冷凍機200の一部とを共通化することが可能である。
図5〜図9で示す第2実施形態は、図1〜図4の第1実施形態における圧縮式空調機100の分岐冷媒ラインL3と、蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL2の一部を共通化した実施形態である。
以下、図5〜図9を参照して第2実施形態を説明する。
図5の第2実施形態の構成は、図1〜図4の第1実施形態における第2の熱交換器(圧縮式空調機100の室外器)3と、第4の熱交換器(蒸発噴射冷凍機200側の凝縮器)8とが一体化されて熱交換器38となっている。そして、圧縮式空調機100のラインL12とラインL13の一部が、蒸気噴射冷凍機200のラインL2と共通化されている。
図5において、四方弁V4のポートV4bに連通するラインL12は、分岐点B22(分岐或いは合流する点)で、冷媒ラインL2のラインL20と合流し、共通化されている。ラインL12とラインL20との共通化されたラインには、熱交換器38、流量調整弁CV3が介装されており、分岐点B23(分岐或いは合流する点)では、圧縮式空調機100側のラインL13と蒸気噴射冷凍機200側のラインL22とに分かれている。
流量調整弁CV3と分岐点B23との間には、分岐点B21が設けられており、ラインL12とラインL20との共通化されたラインを流れる冷媒の一部が、ポンプP2を介装し、フロンボイラ6に連通する冷媒ラインL21を流れる。
図5で示す第2実施形態は、上述した構成を除き、図1の第1実施形態と実質的に同じ構成となっている。
図6は図5で示す第2実施形態のサイクルを示すモリエル線図である。図6のモリエル線図は、圧縮式冷凍サイクルと蒸気噴射冷凍サイクルとを組み合わせたサイクルとなっている。
図6のモリエル線図について、図5の対応する部材やラインが表示されている。ここで、ポイントp2´はエゼクタ7の吸込み入口部であり、ポイントpmはエゼクタ7の中間部であり、ポイントp3はエゼクタ7の吐出部となる。
第2実施形態における冷房運転時の冷媒の流れ等について、図7を参照して説明する。
分岐点B22と分岐点B23との間のライン(ラインL12とラインL20との共通化されたライン)を冷媒が流れることを除けば、第2実施形態における冷房時の冷媒の流れや弁の開閉については、基本的には図2と同様である。
但し、第2実施形態では、図1(第1実施形態)における圧縮式空調機100の室外器3と蒸発噴射冷凍機200側の凝縮器8とが一体化されて熱交換器38となっているため、図1〜図4で示す第1実施形態のように、風路A、風路Bの2種類の外気の流路が設けられている訳ではなく、冷房運転に際して、風路Aを選択する(或いは、風路Aに切り換える)必要が無い。
また、流量調整弁CV3が減圧弁として作動する程度に開度が絞られていると、熱交換器38(凝縮器)で凝縮した液相冷媒の一部が気化する恐れがあり、ラインL21を流れる冷媒に気相冷媒が混入する可能性がある。そして、ラインL21を流れる冷媒に気相冷媒が混入すると、ポンプP2が、いわゆる「エアを噛んだ」状態となり、破損する可能性がある。係る事態を解消するため、冷房運転時には、減圧弁として作動しない様に流量調整弁CV3を全開状態にしている。
第2実施形態における暖房運転時の冷媒の流れ等については図8に示す。
冷媒は、前記ラインの共通部を流れることを除けば、基本的には第1実施形態における暖房運転時(図3参照)と同様である。
但し、上述した様に、第2実施形態では切換可能な風路Aと風路Bとを有していないので、暖房運転に際して風路Bを選択する(或いは切り換える)必要が無い。
また、流量調整弁CV1が減圧弁として作動する程度に開度が絞られていると、室内器2(凝縮器)で凝縮した液相冷媒の一部が気化する可能性があり、ラインL13を流れる液相冷媒に気相冷媒が混入する可能性がある。そして、ラインL13を流れる冷媒が気液混合流となってしまうと、その気液混合流が分岐点B23、分岐点B21を介してラインL21を流れるので、ラインL21に介装されたポンプP2が、いわゆる「エアを噛んだ」状態となり、破損する可能性がある。係る事態を解消するため、暖房運転時には、流量調整弁CV1が減圧弁として作動しない様に全開状態にする。
次に、図9に基づいて、第2実施形態の空調運転の制御を説明する。
先ず、ステップS20では、運転モードが冷房運転であるか、暖房運転であるかを判断する。運転モードが冷房運転であれば(ステップS20が「冷房運転」)ステップS21に進み、暖房運転であるならば(ステップS20が「暖房運転」)ステップS26に進む。
ステップS21(冷房運転:図7参照)では、送水ポンプP1を起動し、開閉弁V1は閉じ、減圧弁V2及び開閉弁V3は開放する。圧縮式冷凍機100側の冷媒ラインL1に介装された流量制御弁CV1と、分岐冷媒ラインL3に介装された流量制御弁CV2を、減圧弁として作動可能な程度に開放する。そして、圧縮式冷凍機100側と蒸気噴射冷凍機200側とで共通化されている冷媒ライン(分岐点B22〜分岐点B23の領域)に介装されているCV3を、減圧作用を奏さない様に全開状態とする。
ステップS22〜ステップS25は、図4の第1実施形態と略々同様の制御である。但し、図5〜図9の第2実施形態では、蒸気噴射冷凍機200側の凝縮器と圧縮式冷凍機100側の室外器とを一体化(38)しており、風路A、風路Bを切り換える必要が無いため、図4の「風路Aに切換」(ステップS5)に相当するステップは、図9では設けられていない。
ステップS26(暖房運転)では、送水ポンプP1を起動し、開閉弁V1、減圧弁V2、開閉弁V3、流量調整弁CV2を閉鎖する。
圧縮式冷凍機100側と蒸気噴射冷凍機200側とで共通化されている冷媒ライン(分岐点B22〜分岐点B23の領域)に介装されているCV3は、減圧弁として作動する程度に開放する。
圧縮式冷凍機100側の冷媒ラインL1に介装された流量制御弁CV1は、減圧弁として作用しない様に全開状態とする。
ステップS27〜ステップS30は、図4の第1実施形態と略々同様の制御である。但し、図5〜図9の第2実施形態では、風路A、風路Bを切り換える必要が無いため、図4の「風路Bに切換」(ステップS11)に相当するステップは、図9では設けられていない。
図5〜図9の第2実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図4の第1実施形態と同様である。
次に、図10〜図13を参照して第3実施形態を説明する。
図10〜図13の第3実施形態は、図1〜図4の第1実施形態と同様に、圧縮式空調機第1の第2の熱交換器(室外器)3が介装されている冷媒ラインと、蒸気噴射冷凍機の第4の熱交換器(凝縮器)8が介装されている冷媒ラインとは、別々に設けられており、共通化されていない。
図10〜図13の第3実施形態では、圧縮式冷凍サイクル側に排熱熱交換器9を設け、暖房運転時における排熱利用効率を向上している。
図10において、圧縮式空調機100側の第1の冷媒ラインL1のラインL17には排熱熱交換器9が介装されており、蒸気噴射冷凍機200側の排熱ラインLw1から分岐排熱ラインLw2が分岐され、分岐ラインLw2が排熱熱交換器9に連通している。
排熱ラインLw1において、送水ポンプP1とフロンボイラ6との間に三方弁Vw3を設け、排熱ラインLw1のガスエンジン5とフロンボイラ6との間の領域に分岐点Bwを設け、分岐排熱ラインLw2は、三方弁Vw3、排熱熱交換器9、分岐点Bwを連通している。
図10で示す第3実施形態の構成は、上述した点を除くと、図1の第1実施形態と同様である。
第3実施形態における冷房運転時の各種弁の開閉状態や冷媒の流れを、図11に示す。図11で示す第3実施形態の冷房運転時における冷媒の流れ(図11の冷媒ラインに矢印で示す)は、図2で説明したのと同様である。
但し、三方弁V3が排熱熱交換器9側を閉鎖するため、冷媒はフロンボイラ6側Lw1にのみを流れ、排熱ラインLw1、分岐排熱ラインLw2において冷媒は流れない。
第3実施形態における暖房運転時の各種弁の開閉状態や冷媒の流れ等については、図12に示す。
暖房運転時には、圧縮式空調機100側においては、第2の圧縮機12は停止しており、分岐冷媒ラインL3の開閉弁V3が閉鎖され、冷媒は分岐冷媒ラインL3を流れない。第3実施形態の暖房運転時において、圧縮式空調機100の第1の冷媒ラインL1における冷媒の流れについては、図3の第1実施例と同様である。
蒸気噴射冷凍機200側では、三方弁Vw3がフロンボイラ6側を閉鎖して、排熱熱交換器9側のみ開放するため、ガスエンジン5の排熱は、排熱ラインLw1、分岐排熱ラインLw2を介して排熱熱交換器9に供給され、冷媒ラインL1側(のラインL17)を流れる圧縮式空調機100側の冷媒に排熱が投与される。
そして、フロンボイラ6側に排熱が投入されず、フロンボイラ6から気相冷媒(フロン蒸気)は発生しないので、暖房運転時は蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL2に冷媒は流れない。
次に、図13に基づいて、第3実施形態の空調運転の制御について説明する。
先ず、ステップS31では、運転モードが冷房運転であるか、暖房運転であるかを判断する。冷房運転を行うのであれば(ステップS31が「冷房運転」)ステップS32に進み、暖房運転の場合は(ステップS31が「暖房運転」)ステップS39に進む。
冷房運転の制御を示すステップS32〜S35については、図4の第1実施形態におけるステップS2〜S5と同様である。
なお、図13においても、第1の圧縮機11及び第2の圧縮機12がガスエンジン5により駆動する状態を「連結」と標記している(ステップS34、S41)。
図13のステップS36では、排熱ラインの三方弁Vw3をフロンボイラ6側に切り換え、排ガスエンジン5からの排熱をフロンボイラ6に投入する。
ステップS37、S38については、第1実施形態の制御(図4)におけるステップS6、S7と同様である。
暖房運転の制御を示すステップS39〜S41については、図4の第1実施形態におけるステップS8〜S10と同様である。
第3実施形態の暖房運転時には、蒸気噴射冷凍機200側の冷媒ラインL2には冷媒は流れず、凝縮器8において熱交換もなされないので、図4のステップS11(風路Bに切り換える工程)に相当する工程は、図13には存在しない。
図13のステップS42では、排熱ラインの三方弁Vw3を排熱熱交換器9側に切り換え、ガスエンジン5からの排熱を排熱ラインLw1、Lw2を介して排熱熱交換器9に投入する。
図13のステップS43、S44については、第1実施形態の制御(図4)におけるステップS12、S13と同様である。
図10〜図13の第3実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図4の第1実施形態と同様である。
次に、図14〜図17を参照して、第4実施形態を説明する。
図14〜図17の第4実施形態は、図5〜図9の第2実施形態と同様に、図1〜図4の第1実施形態における圧縮式空調機100の分岐冷媒ラインL3と、蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL2の一部を共通化した実施形態である。
そして、図14〜図17の第4実施形態では、圧縮式冷凍サイクル側に排熱熱交換器9を設け、暖房運転時における排熱利用効率を向上させている。
以下、図14〜図17を参照して第4実施形態を説明する。
図14において、上述した様に、図1〜図4の第1実施形態における第2の熱交換器(圧縮式空調機100の室外器)3と、第4の熱交換器(蒸発噴射冷凍機200側の凝縮器)8とが一体化されて熱交換器38となっている。そして、圧縮式空調機100のラインL12とラインL13の一部が、蒸気噴射冷凍機200のラインL2と共通化されている。
そして、図14において、圧縮式空調機100側のラインL17には排熱熱交換器9が介装されており、蒸気噴射冷凍機200側の排熱ラインLw1から分岐排熱ラインLw2が分岐され、分岐ラインLw2が排熱熱交換器9に連通している。排熱ラインLw1には三方弁Vw3が介装され、且つ、分岐点Bwが設けられており、分岐排熱ラインLw2は、三方弁Vw3、排熱熱交換器9、分岐点Bwを連通している。
図14で示す第4実施形態の構成は、上述した点を除くと、図5の第2実施形態と同様である。
冷媒の流れに関しては、冷房運転時(図15)は第2実施形態の図7と同様である。
一方、暖房運転時(図16)は、ガスエンジン5からの排熱が排熱ラインLw1、Lw2を流れて排熱熱交換器9に投入されるので、共通化された冷媒ライン(分岐点B22と分岐点B23との間の領域)を除き、蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL20〜L22には冷媒は流れない。その他については、図16の暖房運転時における冷媒の流れ等は、第2実施形態における図8で説明したのと同様である。
図17で示す第4実施形態の空調運転の制御は、基本的には、図9の第2実施形態の空調運転の制御と同様である。
図17において、空調運転モードを選択し(ステップS31)、冷房運転の場合は(ステップS31が「冷房運転」)ステップS32Aに進み、暖房運転の場合は(ステップS31が「暖房運転」)ステップS39Aに進む。
冷房運転の制御を示すステップS32A〜S34については、図9の第2実施形態におけるステップS21〜S23と同様である。
図17の第4実施形態におけるステップS36では、排熱ラインの三方弁Vw3をフロンボイラ6側に切り換え、排ガスエンジン5からの排熱をフロンボイラ6に投入する。
ステップS37、S38については、第2実施形態の制御(図9)におけるステップS24、S25と同様である。
暖房運転の制御を示すステップS39A〜S41については、図9の第2実施形態におけるステップS26〜S28と同様である。
図17のステップS43では、排熱ラインの三方弁Vw3を排熱熱交換器9側に切り換え、ガスエンジン5からの排熱を排熱ラインLw1、Lw2を介して排熱熱交換器9に投入する。
ステップS44、S45については、第2実施形態の制御(図9)におけるステップS29、S30と同様である。
図14〜図17の第4実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図4〜図9の第2実施形態と同様である。
次に、図18〜図21を参照して、第5実施形態を説明する。
図18〜図21の第5実施形態は、図1〜図4の第1実施形態と同様に、図1〜図4の第1実施形態と同様に、圧縮式空調機第1の第2の熱交換器(室外器)3が介装されている冷媒ラインと、蒸気噴射冷凍機の第4の熱交換器(凝縮器)8が介装されている冷媒ラインとは、別々に設けられており、共通化されていない。
図18〜図21の第5実施形態では、蒸気噴射冷凍サイクルにおける冷媒ラインL2にエゼクタ7をバイパスするラインL2bを設け、暖房運転時に蒸気噴射冷凍サイクルのフロンボイラ6に供給される排熱が、エゼクタ7を通過する際に損失すること無く、圧縮式サイクルの暖房運転に寄与するように構成されている。
図18において、第2の冷媒ラインL20の開閉弁V1とエゼクタ7との間の領域に三方弁V3bを介装し、ラインL20におけるエゼクタ7(の噴射側)と第4の熱交換器8との間に分岐点B24を設け、バイパスラインL2bは三方弁V3bと分岐点B24を連通している。
図18で示す第5実施形態のその他の構成は、図1の第1実施形態の構成と同様である。
第5実施形態において、圧縮式空調機100における冷媒の流れは、冷房運転時(図19参照)及び暖房運転時(図20参照)において、共に、第1実施形態における圧縮式空調機側の冷媒の流れ(図2の冷房運転時及び図3の暖房運転時参照)と同様である。
第5実施形態において、蒸気噴射冷凍機200側における冷房運転時の冷媒の流れについて、図19を参照して説明する。
図19で示す蒸気噴射冷凍機200側における冷房運転時の冷媒の流れについては、基本的には、図2(第1実施形態の冷房運転時)における冷房の流れと同様である。
但し、図19で示す冷房運転時は、ラインL20に介装された三方弁V3bはエゼクタ7側に切り換わるので、フロンボイラ6で発生した気相冷媒は、バイパスL2bを流れずに、エゼクタ7に吸入されて噴射される。
第5実施形態における蒸気噴射冷凍機200側の暖房運転時の冷媒の流れについて、図20を参照して説明する。
図20で示す蒸気噴射冷凍機200側における暖房運転時の冷媒の流れについては、基本的には、図3(第1実施形態の暖房運転時)における冷房の流れと同様である。
但し、図20で示す暖房運転時では、ラインL20に介装された三方弁V3bはバイパスラインL2b側に切り換わる。フロンボイラ6で発生した気相冷媒は、エゼクタ7を経由すること無く、凝縮器8に到達し、外気と熱交換をして凝縮される。ここで、気相冷媒はエゼクタ7を経由していないので、エゼクタ7を通過することによる圧力損失を受けること無く、凝縮器8で外気に気化熱を与えるので、風路Bを流れて室外器3で圧縮式空調機100側の冷媒と熱交換を行う外気は、エゼクタ7における圧力損失を回避できる分だけ、余計に昇温される。
従って、室外器3において、圧縮式空調機100側の低圧液相冷媒を気化する効率が向上する。
次に、図21に基づいて、第5実施形態の空調運転の制御を説明する。
図21に示すように、第5実施形態の空調運転制御は、基本的には、図4で示す第1実施形態の運転制御と同様である。
第5実施形態の冷房運転(図19参照)制御を示す図21におけるステップS52〜S55は、図4の第1実施形態におけるステップS2〜S5と同様である。
図21のステップS56では、ラインL20の三方弁V3bをエゼクタ7側に切り換える。
図21のステップS57、S58は、図4のステップS6、S7と同様である。
第5実施形態の暖房運転(図20参照)制御を示す図21におけるステップS59〜S62は、図4の第1実施形態におけるステップS8〜S11と同様である。
図21のステップS63では、ラインL20の三方弁V3bをバイパスL2b側に切り換える。
図21のステップS64、S65は、図4のステップS12、S13と同様である。
図18〜図21の第5実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図1〜図4の第1実施形態と同様である。
なお、図18〜図21の第5実施形態と、図10〜図13の第3実施形態とを組み合わせて構成することが可能である。
すなわち、図1〜図4の第1実施形態において、圧縮式冷凍サイクル側に排熱熱交換器9を設け、且つ、蒸気噴射冷凍サイクル側におけるエゼクタ7をバイパスするラインL2bを設け、暖房運転時の効率を向上することが可能である。
図18〜図21の第5実施形態と、図10〜図13の第3実施形態とを組み合わせて構成した場合に、冷房運転時には、排熱ラインLw1の三方弁Vw3をフロンボイラ6側に切り換え、且つ、ラインL20のバイパス弁V3bをエゼクタ7側に切り換える。
その他については、図4の第1実施形態におけるステップS2〜S7と同様である。
図18〜図21の第5実施形態と、図10〜図13の第3実施形態とを組み合わせて構成した場合、暖房運転時には、排熱ラインLw1の三方弁Vw3を排熱熱交換機9側に切り換え、且つ、ラインL20のバイパス弁V3bをバイパスラインL2b側に切り換える。
その他については、図4の第1実施形態におけるステップS8〜S13と同様である。
次に、図22〜図25を参照して第6実施形態を説明する。
図22〜図25の第6実施形態も、図5〜図9の第2実施形態と同様に、図1〜図4の第1実施形態における圧縮式空調機100の分岐冷媒ラインL3と、蒸気噴射冷凍機200の冷媒ラインL2の一部を共通化した実施形態である。
図22〜図25の第6実施形態では、蒸気噴射冷凍サイクルにおける冷媒ラインL2にエゼクタ7をバイパスするラインL2bを設け、暖房運転時に蒸気噴射冷凍サイクルのフロンボイラ6に供給される排熱が、エゼクタ7を通過する際に損失すること無く、圧縮式サイクルの暖房運転に寄与するように構成されている。
図22において、第2の冷媒ラインL20の開閉弁V1とエゼクタ7との間の領域に三方弁V3bを介装し、ラインL20におけるエゼクタ7(の噴射側)と第4の熱交換器8との間に分岐点B24を設け、バイパスラインL2bは三方弁V3bと分岐点B24を連通している。
図22で示す第6実施形態のその他の構成は、図5の第2実施形態の構成と同様である。
図23で示す第6実施形態における冷房運転時の冷媒の流れは、図7で示す第2実施形態における冷房運転時同様である。図23で示す冷房運転時では、蒸気噴射冷凍機200側において、フロンボイラ6で発生した気相冷媒は、バイパスラインL2b側を流れずに、エゼクタ7に吸入されて噴射される。
図24で示す第6実施形態における暖房運転時の冷媒の流れは、蒸気噴射冷凍機200側で、フロンボイラ6で発生した気相冷媒が、エゼクタ7を経由せずに、三方弁V3bからバイパスラインL2b側を流れる点で、図8の第2実施形態に対して相違する。
バイパスラインL2bを流れることにより、フロンボイラ6で発生した気相冷媒は圧力損失を生じること無く熱交換器(一体化された熱交換器)38に流入して熱交換を行うので、エゼクタ7で圧力損失を生じなかった分だけ、暖房運転時の効率が向上する。
図24で示す第6実施形態における暖房運転は、上述した以外については、図8の第2実施形態における暖房運転と同様である。
第6実施形態における空調運転制御を示す図25は、基本的には、第2実施形態における空調運転制御(図9参照)と同様である。
冷房運転(図23参照)時において、図25のステップS52A〜ステップS54は、第2実施形態(図9)におけるステップS21〜ステップS23と同様である。
第6実施形態における冷房運転の制御(図25)では、ステップS56において、ラインL20の三方弁V3bをエゼクタ7側に切り換えている。
図25のステップS57、ステップS58は、図9のステップS24、ステップS25と同様である。
暖房運転(図24参照)時において、図25のステップS59A〜ステップS61は、第2実施形態(図9)におけるステップS26〜ステップS28と同様である。
第6実施形態における暖房運転の制御(図25)では、ステップS63において、ラインL20の三方弁V3bをバイパスラインL2b側に切り換えている。
図25のステップS64、ステップS66は、図9のステップS29、ステップS30と同様である。
図22〜図25の第6実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図5〜図9の第2実施形態と同様である。
なお、図22〜図25の第6実施形態と、図14〜図17の第4実施形態とを組み合わせて構成することが可能である。
換言すると、図5〜図9の第2実施形態において、圧縮式冷凍サイクル側に排熱熱交換器9を設け、且つ、蒸気噴射冷凍サイクルにおけるエゼクタ7をバイパスするラインL2bを設け、暖房運転時の効率をさらに向上することが可能である。
図22〜図25の第6実施形態と図14〜図17の第4実施形態とを組み合わせて構成した場合、冷房運転時には、排熱ラインLw1の三方弁Vw3をフロンボイラ6側に切り換えて、且つ、ラインL20のバイパス弁V3bをエゼクタ7側に切り換える。その他については、図9の第2実施形態におけるステップS21〜ステップS25と同様に制御する。
図22〜図25の第6実施形態と図14〜図17の第4実施形態とを組み合わせた場合の暖房運転時には、排熱ラインLw1の三方弁Vw3を排熱熱交換器96側に切り換えて、且つ、ラインL20のバイパス弁V3bをバイパスラインL2b側に切り換える。その他については、図9の第2実施形態におけるステップS26〜ステップS30と同様に制御する。
次に、図26を参照して第7実施形態を説明する。
図1〜図25の第1実施形態〜第6実施形態では、何れも、圧縮式サイクルにおける圧縮機1は排熱源であるガスエンジン5の出力が駆動軸51によって機械的に伝達されて駆動されている。
これに対して、図26の第7実施形態では、排熱源が、電気及び熱を併給するコージェネレーションシステム(例えばガスエンジンコージェネレーションシステム5C)であり、圧縮式サイクルの圧縮機11E、12Eが電気駆動式となっている。そして、ガスエンジンコージェネレーションシステム5Cの発電装置60からの出力電力が、電力伝達ケーブルLeを介して、圧縮式サイクルの電気駆動式の圧縮機11E、12Eに供給されて、駆動する。
図26において符号52はガスエンジンの駆動軸であり、図示しない発電装置60の回転軸に接続されている。
圧縮式サイクルの圧縮機11E、12Eが電気駆動式にした第7実施形態において、第1実施形態の図1における圧縮機11、12を電気駆動式にした図26しか図示されていない。
しかし、第2実施形態〜第6実施形態の全ての図において、図26と同様に、圧縮式サイクルの圧縮機11、12を電気駆動式とすることが出来る。
次に、図27を参照して第8実施形態を説明する。
図1〜図26の第1実施形態〜第7実施形態では、何れも、圧縮式空調機100の分岐冷媒ラインL3に第2の圧縮機12が介装されており、分岐冷媒ラインL3を流入した気相冷媒が第2の圧縮機12で加圧されて、過冷却熱交換器4を介して冷媒ラインL1に合流している。
これに対して、図27の第8実施形態では、圧縮式空調機100の分岐冷媒ラインL3に圧縮機を介装することに代えて、過冷却熱交換器4の下流側にポンプP3が介装されており、冷房運転時においては、過冷却熱交換器4で冷却されて凝縮した液相冷媒を合流点B12側に押し込んでいる。
圧縮式空調機100側の分岐冷媒ラインL3に液相冷媒用のポンプP3を介装した第8実施形態において、第1実施形態の図1において、第2の圧縮機12に代えて分岐冷媒ラインL3にポンプを介装した状態を示す図27しか図示されていない。
しかし、第2実施形態〜第7実施形態の全ての図(図5〜図24)において、図27と同様に、圧縮式サイクルの分岐冷媒ラインL3に(第2の圧縮機12に代えて)ポンプP3を介装することが可能である。
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
本発明の第1実施形態の全体構成を示すブロック図。 第1実施形態の冷房運転時の作動を示す状態図。 第1実施形態の暖房運転時の作動を示す状態図。 第1実施形態の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第2実施形態の全体構成を示すブロック図。 第2実施形態のサイクルを示すモリエル線図。 第2実施形態の冷房運転時の作動を示す状態図。 第2実施形態の暖房運転時の作動を示す状態図。 第2実施形態の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第3実施形態の全体構成を示すブロック図。 第3実施形態の冷房運転時の作動を示す状態図。 第3実施形態の暖房運転時の作動を示す状態図。 第3実施形態の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第4実施形態の全体構成を示すブロック図。 第4実施形態の冷房運転時の作動を示す状態図。 第4実施形態の暖房運転時の作動を示す状態図。 第4実施形態の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第5実施形態の全体構成を示すブロック図。 第5実施形態の冷房運転時の作動を示す状態図。 第5実施形態の暖房運転時の作動を示す状態図。 第5実施形態の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第6実施形態の全体構成を示すブロック図。 第6実施形態の冷房運転時の作動を示す状態図。 第6実施形態の暖房運転時の作動を示す状態図。 第6実施形態の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第7実施形態の全体構成を示すブロック図。 本発明の第8実施形態の全体構成を示すブロック図。 従来技術の全体構成を示したブロック図。
符号の説明
1・・・圧縮機
2・・・第1の熱交換器/室内器
3・・・第2の熱交換器/室外器
4・・・第3の熱交換器/冷媒過冷却器
5・・・熱源機/ガスエンジン
6・・・冷媒蒸発器/フロンボイラ
7・・・エゼクタ
8・・・第4の熱交換器(凝縮器)
9・・・排熱熱交換器
10・・・圧力センサ
CV1、CV2・・・流量調節弁
L1・・・第1の冷媒ライン
L2・・・第2の冷媒ライン
L3・・・分岐冷媒ライン
P1・・・送水ポンプ
P2・・・冷媒ポンプ
V1・・・開閉弁
V2・・・減圧弁
V3・・・開閉弁
V4・・・流路切換装置/四方弁

Claims (6)

  1. 第1の圧縮機と、冷媒と空調をするべき室内の空気とで熱交換を行う第1の熱交換器と、外気と熱交換を行う第2の熱交換器と、第1の圧縮機、第1の熱交換器、第2の熱交換器が介装されている第1の冷媒ラインと、第1の冷媒ラインから分岐する分岐冷媒ラインと、分岐冷媒ラインに介装される第2の圧縮機とを備えた圧縮式空調機を有し、前記分岐冷媒ラインには第3の熱交換器が介装されており、第3の熱交換器で前記分岐冷媒ラインを流れる冷媒と熱交換を行う第2の冷媒ラインを有し、第2の冷媒ラインには、熱源機からの排熱が投入されて冷媒を蒸発する冷媒蒸発器と、エゼクタと、第2の冷媒ラインを流れる冷媒と外気とで熱交換を行う第4の熱交換器とが介装されており、第2の冷媒ラインは、冷媒蒸発器に連通する第1の分岐ラインと、エゼクタのディフューザ側方吸込み部に連通する第2の分岐ラインとに分岐しており、前記第3の熱交換器は第2の分岐ラインに介装されていることを特徴とする空調システム。
  2. 前記第2の熱交換器と前記第4の熱交換器とは別体に構成されており、第1の冷媒ラインにおける前記第2の熱交換器を介装した領域と第2の冷媒ラインにおける前記第4の熱交換器を介装した領域とは別体に構成されている請求項1の空調システム。
  3. 前記第2の熱交換器と前記第4の熱交換器とは一体に構成されており、第1の冷媒ラインにおける前記第2の熱交換器を介装した領域と第2の冷媒ラインにおける前記第4の熱交換器を介装した領域とは一体に構成されている請求項1の空調システム。
  4. 前記第1の冷媒ラインには流路切り換え装置が介装されており、前記第1の冷媒ラインを循環する冷媒の流れる方向を逆転可能に構成されている請求項1〜3の何れか1項の空調システム。
  5. 前記熱源機からの排熱を前記第1の冷媒ラインを流れる冷媒に投入する第5の熱交換器を設けている請求項1〜4の何れか1項の空調システム。
  6. 前記第2の冷媒ラインは、エゼクタをバイパスするバイパスラインを有している請求項1〜5の何れか1項の空調システム。
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