JP3877207B2 - Ｃｏ２冷凍サイクルの給湯システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２超臨界冷凍サイクルにおいて、ガスクーラによるガス給湯ラインと圧縮機のオイルクーラによるオイル給湯ラインとの組み合わせにより、直列若しくは並列接続または個別に形成された給湯ラインを備える構成とした、効率的構成よりなるＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記ＣＯ２超臨界冷凍サイクルに使用されるＣＯ２冷媒は、地球環境汚染防止、とりわけ、オゾン層破壊、地球温暖化防止のため、フロンより遥かにその悪影響が少なく、毒性もなく、自然界に多く存在する自然冷媒の一つとしてその存在が注目されるようになり、また、ＣＯ２を冷媒として使用した蒸気圧縮冷凍サイクルが多用される傾向にある。
しかし、ＣＯ２は温度３１．０６℃の低い温度で臨界点に達するので、これを使用する蒸気圧縮冷凍サイクルは、前記臨界点を越えた超臨界域を含むサイクルを形成することになり、一般の蒸気圧縮式冷凍サイクルに見られた凝縮過程を伴うことなく顕熱変化による冷却を受け、超臨界の高圧高温冷媒より高圧低温冷媒となり、ついで、膨張弁による断熱膨張により気液二相混合状態をなし、蒸発器で蒸発させ冷熱を外部に送出している。例えば、特許文献１に示す提案がある。
【０００３】
図７には、圧縮機１０１、ガスクーラ（ガス冷却器または放熱器という）１０２、膨張機１０３、蒸発器１０４よりなるＣＯ２蒸気圧縮式冷凍サイクルの概略構成を示してある。また、図８には、図７の冷凍サイクルにおけるＣＯ２超臨界冷凍サイクルを示すモリエル線図が示してある。
図８に見るように、ＣＯ２冷媒はスクリュー圧縮機である圧縮機１０１で圧縮され、Ａ→Ｂに示すように臨界点Ｋ（臨界温度３１．１℃、臨界圧力ＰＫ＝７５．２８ｋｇ／ｃｍ２）を越えた圧力Ｐ２まで圧縮される。ついで、図のＢ→Ｃに示すように、この圧縮された高圧高温ＣＯ２の顕熱をガスクーラ１０２で大気に放熱し、さらに放熱された高圧低温ＣＯ２を図のＣ→Ｄに示すように膨張弁１０３で等エンタルピ線に沿って膨張させ圧力を降下させる。この圧力降下により気液二相混合の湿り蒸気となってＣＯ２冷媒を蒸発器１０４で液相を気化し冷熱を外部へ放出する。
【０００４】
上記図８に見るように、臨界点Ｋを通る等温線ＴＫの右側であって飽和蒸気線の臨界圧ＰＫ（７５．２８ｋｇ／ｃｍ２）以上の蒸気圧の右側領域では密度の高いガス状態となり、この領域では一般に液化されることなく、ガスクーラを使用しての顕熱冷却により前記等温線ＴＫの左側の液状可能の状態の高圧低温ＣＯ２を得て、次工程の膨張減圧に移行させているが、そのためには前記ガスクーラ単独での冷却には大きな吸熱容量を必要としている。
【０００５】
一方ＣＯ２超臨界冷凍サイクルの場合は圧縮機に吸入される冷媒は高温状態となり潤滑油の劣化の問題があり、圧縮機各部の破損の原因を形成し、冷凍効率の向上とともにこれらの画期的な解決手段の実現が望まれている。
上記高熱化を防ぐために過熱度を低くし、図８の点Ａの状態で運転すると、圧縮機に液相冷媒が流入し、圧縮機の破損の原因を形成する、そのため一般にわずかに飽和蒸気線Ｓｖより右の状態で運転している。
【０００６】
そのため、スクリュー圧縮機においてはオイルクーラを設け、インジェクション冷却部とジャーナル冷却部とより構成している。前者は、圧縮ガスの冷却とシール効果を得るため、圧縮室入口に潤滑油をインジェクションにより噴射し、冷媒ガスとともに吐出された前記潤滑油は油分離器により分離され、分離した油を冷却水や冷媒で冷却する冷却部を設け、後者は、圧縮室のケーシングを冷却水で冷却する冷却部を指し、オイルクーラはその両者により行なう構成にしてある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４２３５公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、
潤滑油過熱防止のために設けてあるオイルクーラの有効利用を図り、該オイルクーラをガスクーラに併設させ、ガスクーラとの多様的組合せにより、高圧側の高圧高温ＣＯ２冷媒の顕熱冷却をより確実且つ効率的に行う、ＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の第１の発明であるＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、
圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムは、前記ガスクーラの出口より常温水を供給して入口で中温水を得る向流式のガス給湯ラインと、該ガス給湯ラインを出た中温水を圧縮機のオイルクーラに導入しその出口で高温水を得るようにしたオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列接続し、
更に前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインは、温度変化を縦軸にとりエンタルピ変化を横軸にとるＣＯ２温度エンタルピ曲線の下側温度領域に近接して設けられ、ガス給湯ラインの吸熱状況を示す温度エンタルピ直線の中温側端部と、オイルとの熱交換をするオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線の中温側端部とを折れ線状に接続し、それぞれの吸熱容量に対応して冷却するＣＯ２エンタルピ変化量を内分比分担をする構成としたことを特徴とする。
【００１０】
上記第１の発明は、ＣＯ２超臨界冷凍サイクルの高圧側の約９０℃の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させて高圧低温ＣＯ２を得る冷却手段に、ガスクーラによるガス給湯ラインとオイルクーラによるオイル給湯ラインとを直列状に設け、それぞれが受け持つ冷却温度分担区域を決めガス給湯ラインにより５０〜６０℃の中温水を得て、ついでオイル給湯ラインにより７０〜８０℃の高温水を得る構成とするとともに、オイルクーラの有効利用を図ったものである。
そして、前記ガス給湯ラインは向流式を使用し、ガスクーラの高圧側高温超臨界ＣＯ２の出口側より常温水を導入し、入口側より中温水を得るようにしてある。
【００１１】
【００１２】
上記発明は、前記第１の発明における高圧側ＣＯ２の冷却に際して、直列状に接続したガス給湯ラインとオイル給湯ラインのそれぞれの吸熱容量に対応した最適冷却を可能とする仕様につき特定したものである。
圧縮機により約９０℃の吐出温度まで加熱された高圧側の高圧高温ＣＯ２は、前記冷却手段により約３０℃（夏季の場合）又は約１０℃（冬季の場合）に冷却される。
この場合、前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインのそれぞれの吸熱状況を示す温度エンタルピ直線と、高圧高温ＣＯ２が前記冷却手段により冷却される過程を示すＣＯ２温度エンタルピ曲線とを、縦軸に温度変化をとり横軸にエンタルピ変化を示すＴ−Ｈ座標に示す場合に、図２に示すように、ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線２１ａとオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線２２ａとは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域で折れ線接続させるとともに、それぞれの吸熱容量△ＨＧＣ、△ＨＯＣにより高圧側の高温超臨界ＣＯ２の冷却されるエンタルピ総量Ｈｃを内分比する最適位置関係にあるよう構成する。
【００１３】
そして、上記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインの折れ線接続をして最適位置関係を形成した、ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線２１ａとオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線２２ａは、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０に接触又は交叉することなく、より近接した位置に設定される。
【００１４】
また、本第２発明は、圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムは、前記ガスクーラの出口より常温水を供給して入口で中温水を得る向流式のガス給湯ラインと、該ガス給湯ラインを出た中温水を圧縮機のオイルクーラに導入しその出口で高温水を得るようにしたオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列接続し、
更に前記ガス給湯ラインは、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の変極点の下部付近で第１ガスラインと第２ガスラインに分割して折れ線接続させ、第２ガスラインが前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に接触ないし交叉する事無くその下側の近接位置に位置させるとともに、高温側端部をオイル給湯ラインの低温側端部に折れ線接続をさせ、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線の下側温度領域に多折給湯ラインを形成する構成にしても良い。
【００１５】
上記第２発明は、
図３に示すように、前記ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの下側付近で第１ガスライン２１ａＸと第２ガスライン２１ａＹに分割折れ線接続をさせ、第２ガスラインの温度エンタルピ直線２１ａＹは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０に対し略切線状に設ける構成としたもので、このような多折給湯ラインの形成により前記位置関係をより最適化したものである。
【００１６】
また、本発明の第３の発明であるＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、
圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムを形成する給湯ラインは、高圧側の高温ＣＯ２の放熱をするガス給湯ラインと圧縮機オイルの熱交換をするオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインには、それぞれの所定給湯水による個別給湯若しくは直並列給湯をさせ、
更に前記ガス給湯ラインを、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の変極点の下部付近で低温側の第１ガスラインと高温側の第２ガスラインに分割し、
前記第１ガスラインにより変極点までのＣＯ２温度エンタルピ曲線の熱量の回収により中温給湯水を得るよう水量制御をし、
前記第２ガスラインとオイル給湯ラインは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側より下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、
前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたことを特徴とする。
【００１７】
上記発明は、前記第１の発明とはその構成内容を異にする第２の発明について記載されたもので、第１の発明の給湯システムはガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列状に構成したものであるが、第２の発明においてはそれぞれの給湯ラインを独立させ個別の自立した給湯ラインを形成させ、それらを適宜組み合わせて並列ないし直並列させる構成にしてある。
なお、前記ガス給湯ラインは適宜分割しても良い。
【００１８】
【００１９】
上記第３発明は、図５に示すように、前記ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの下側付近で第１ガスライン２１ａＸＸと第２ガスライン２１ａＹＹに分割して個別の給湯ラインを形成させ、
前記第１ガスライン２１ａＸＸにより変極点ＦまでのＣＯ２温度エンタルピ曲線の熱量を回収させ、該回収により中温給湯を可能とする水量制御をし、
前記第２ガスライン２１ａＹＹとオイル給湯ライン２２ａは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側よりガスクーラに沿って下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたものである。
【００２０】
本発明の場合は、他の発明のように各給湯ラインがＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下部の温度領域で折れ線接続せずに、その両端の低温部と高温部に給湯ラインを個別に配設する構成にしてあるため、各給湯ラインは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に出来る限り接近した状況での熱の授受を行うことができ、高い給湯効率を上げることができる。
【００２１】
そして上記第１乃至第３の発明における、
前記オイル給湯ラインは、インジェクション給湯ラインとジャーナル給湯ラインに分岐し、分岐した二つのラインを直列接続した構成が好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の第１の発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図で、図２は図１の直列接続する第１の実施例を示す図で、ガス給湯ラインとオイル給湯ラインの吸熱エンタルピによる分割給湯の状況を示す図である。図３は図１の第２の実施例を示す図である。図４は本発明の第２の発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図で、図５は図４の一実施例を示す図で、図６は図４の別の実施例を示す図である。
【００２３】
図１、図４に見るように、本発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、当該冷凍サイクルのガスクーラと、スクリュー圧縮機の加熱オイルを冷却するオイルクーラとの二つの組合せにより形成された冷却手段を有効に利用した給湯システムに係わるもので、図１に示す第１の発明は前記ガスクーラとオイルクーラとを直列状に接続する構成を備えたシステムである。
【００２４】
図１に示すＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、ＣＯ２超臨界冷凍サイクル１０のガスクーラ１２のガス給湯ライン１２ａと、オイルクーラ１３のオイル給湯ライン１３ａとの直列状接続により構成する。
【００２５】
図２は、図１の直列接続するガス給湯ライン１２ａとオイル給湯ライン１３ａがそれぞれの吸熱能力に対応して高圧高温ＣＯ２のエンタルピを分割給湯する状況を示す図で、ＣＯ２超臨界冷凍サイクル１０の高圧側の高温ＣＯ２は、圧縮機１１の吐出側温度（約９０℃）よりガスクーラ１２の出口温度（夏季は約３０℃、冬季は約１０℃）まで冷却されるが、その温度変化（縦軸）に対するエンタルピ変化（横軸）の状況をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０で示してあり、
また、上記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下部温度領域には、前記高圧側のＣＯ２冷媒を冷却するガス給湯ライン１２ａとオイル給湯ライン１３ａの吸熱能力を表すガス温度エンタルピ直線２１ａとオイル温度エンタルピ直線２２ａが示してある。
【００２６】
なお、上記ガス給湯ライン１２ａは常温の給水を受けその出口で中温水まで加熱され、加熱された中温水はオイル給湯ライン１３ａに受け継がれその出口で約８５℃の高温給湯水を得る構成にしてあるので、前記ガス温度エンタルピ直線２１ａの下端Ａは給水温度ｔ（夏季は約２５℃、冬季は約５℃）で始まり、中間の折れ線状継なぎ点Ｃを経由して得られた中温水は、オイル温度エンタルピ直線２２ａに接続されその出口Ｂで温度約８５℃の高温の給湯水を得る位置関係を持つ構成にしてある。
【００２７】
ところで、上記構成の最適位置関係は前記折れ線状継なぎ点Ｃの位置設定に係わり、
その継なぎ点Ｃは図示のように、ＣＯ２の冷却に要する総エンタルピ量Ｈｃに対する、ガス温度エンタルピ直線２１ａの吸熱エンタルピ△ＨＧＣと、オイル温度エンタルピ直線２２ａの吸熱エンタルピ△ＨＯＣとの内分比分割点により構成するのが好適である。
則ち、この場合は、ガス温度エンタルピ直線（Ａ−Ｃ）２１ａとオイル温度エンタルピ直線（Ｃ−Ｂ）２２ａは前記内分比点Ｃで折れ線接続され、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域で前記曲線に接触ないし交叉することのない位置関係を維持する構成とし、ガスクーラ１２とオイルクーラ１３との直列状接続により高圧側ＣＯ２の顕熱冷却を行うとともに、ガスクーラに給水した常温水より約８５℃の高温給湯水を得る構成にしてある。
【００２８】
第２の発明に対応する図３において、ガス給湯ライン１２ａを折れ線状に二分割して、二分割した高温側給湯ラインの出口にオイル給湯ラインを折れ線接続して、図に示すように当該ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域に多折給湯ラインＡ−Ｄ−Ｅ−Ｂを形成させたものである。
前記ガス給湯ライン１２ａの二分割された第１ガス温度エンタルピ直線２１ａＸと第２ガス温度エンタルピ直線２１ａＹとの継なぎ点Ｄは、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの近接位置に設け、そして前記第２ガス温度エンタルピ直線２１ａＹには点Ｅを介して折れ線接続するオイル温度エンタルピ直線２２ｂを接続して、多折給湯ラインＡ−Ｄ−Ｅ−ＢをＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域で該曲線の湾曲に対応させ、効率的に熱の授受を行う構成にしてある。
【００２９】
図４に示す第３の発明は、ガス給湯ライン１２ａとオイル給湯ライン１３ａを、それぞれ所定給湯水施設を持つ独立した個別給湯ラインより構成し、構成されたそれぞれの独立給湯ラインを並列または直列接続させ、それをさらに組合せたものである。
なお、前記ガス給湯ライン１２ａは更に複数個に分割しても良い。
【００３０】
図４のオイル給湯ライン１３ａにおいて、図に見るように、スクリュー圧縮機１１に設けてある前記オイルクーラ１３はインジェクション冷却部１４とジャーナル冷却部１５とより構成する。
そして、前記インジェクション冷却部１４は、圧縮ガスの冷却とシール効果を得るため、圧縮室入口に潤滑油を図示していないインジェクションにより噴射し、冷媒ガスとともに吐出された前記潤滑油を油分離器１１ａで分離し、分離した油をインジェクション冷却部１４へ導入してインジェクション給湯ライン１４ａを形成するとともに、
前記ジャーナル冷却部１５は、圧縮室のケーシングを冷却水により冷却する冷却部よりなり、ジャーナル給湯ライン１５ａを形成し、上記形成されたインジェクション給湯ライン１４ａとジャーナル給湯ライン１５ａとを直列接続する構成にしてある。
なお、上記オイルクーラ１３の構造は図１のオイルクーラ１３にも適用できる。
【００３１】
図５に見るように、ガス給湯ライン１２ａの温度エンタルピ直線をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの下側付近で第１ガスライン２１ａＸＸと第２ガスライン２１ａＹＹに分割して個別の独立給湯ラインを形成させたものである。
そして、前記第１ガスライン２１ａＸＸにより変極点ＦまでのＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の熱量の回収を行い、該回収により中温給湯を可能とする水量制御をし、
一方前記第２ガスライン２１ａＹＹとオイル給湯ライン２２ａは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側よりガスクーラに沿って下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたものである。
【００３２】
本実施例の場合は、他の実施例のように各給湯ラインがＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下部の温度領域で折れ線接続せずに、その両端の低温部と高温部に給湯ラインを個別に配設する構成にしてあるため、各給湯ラインは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に出来る限り接近した状況での熱の授受を可能として高い給湯効率を上げることができる。
【００３３】
図６に示すように、本給湯システムは、スクリュー圧縮機１１と油分離器１１ａとガスクーラ１２とオイルクーラ１３等を含む構成よりなり、前記ガスクーラ１２は４個の直列ガスクーラＧＣ１、ＧＣ２、ＧＣ３、ＧＣ４とよりなる分割構成とし、オイルクーラ１３は二組みの直列インジェクション冷却部が形成するＯＣ１、ＯＣ２より構成する。
なお、太線実線ラインは当該ＣＯ２超臨界冷凍サイクルのＣＯ２冷媒の流れを示し、太線点線ラインは同じく圧縮機１１の潤滑油の流れを示してある。
この場合は、前記ガスクーラ１２は二組ずつ直列状に結合したものを二組用意し、負荷の状況に応じ、その一組を使用して、
ａ、配管２５より給水を導入して、配管２６→ＧＣ４→ＧＣ３→配管２６ａ→タンク１６の経路を経てタンク１６に貯留後ポンプ１８ｂにより配管２９を経由してタンク１７に約５５℃の中温水を供給する。
ｂ、又は、配管２５より給水を導入して、配管２６→ＧＣ４→ＧＣ３→配管２６ａ→タンク１６→ポンプ１８ａ→配管２８→ＧＣ２→ＧＣ１→配管２８ａを経由してタンク１７に約８０℃の高温水を供給する。
ｃ、一方、配管２５よりの給水を、配管３０を経由、オイルクーラ１３へ導入して、配管３１より約８０℃の高温水を得て、タンク１７へ貯留する構成にしてある。図６に示すように図４の発明の場合は冷凍容量の変動に対応して多様性を持たせている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、上記構成により、下記効果を奏する。
潤滑油過熱防止のために設けてあるオイルクーラの有効利用を図り、該オイルクーラをガスクーラに併設させ、ガスクーラとの多様的組合せにより、高圧側の高圧高温ＣＯ２冷媒の顕熱冷却をより確実且つ効率的に行い、且つ効率的給湯を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図である。
【図２】 図１の直列接続する給湯ラインにおける第１の発明を示す図で、ガス給湯ラインとオイル給湯ラインの吸熱量による分割給湯の状況を示す図である。
【図３】 図１の直列接続する給湯ラインにおける第２の発明を示す図である。
【図４】 本発明の第３の発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図である。
【図５】 図４の給湯ラインにおける第３の発明を示す図である。
【図６】 図４の別の実施例を示す図である。
【図７】 従来のＣＯ２超臨界冷凍サイクルの概略構成を示す図である。
【図８】 図７のＣＯ２冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。
【符号の説明】
１０ ＣＯ２超臨界冷凍サイクル
１１ スクリュー圧縮機
１１ａ 油分離器
１２ ガスクーラ
１２ａ ガス給湯ライン
１３ オイルクーラ
１３ａ オイル給湯ライン
１４ インジェクション冷却部
１４ａ インジェクション給湯ライン
１５ ジャーナル冷却部
１５ａ ジャーナル給湯ライン
２０ ＣＯ２温度エンタルピ曲線
２１ａ ガス温度エンタルピ直線（ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線）
２２ａ、２２ｂ オイル温度エンタルピ直線（オイル給湯ラインの温度エンタルピ直線）
２１ａＸ ガス第１温度エンタルピ直線（第１ガスライン）
２１ａＹ ガス第２温度エンタルピ直線（第２ガスライン）
２１ａＸＸ 第１ガスライン
２１ａＹＹ 第２ガスライン
２５、２６、２６ａ、２８、２８ａ、２９、３０、３１ 配管
１６、１７ タンク
１８ａ、１８ｂ ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２超臨界冷凍サイクルにおいて、ガスクーラによるガス給湯ラインと圧縮機のオイルクーラによるオイル給湯ラインとの組み合わせにより、直列若しくは並列接続または個別に形成された給湯ラインを備える構成とした、効率的構成よりなるＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記ＣＯ２超臨界冷凍サイクルに使用されるＣＯ２冷媒は、地球環境汚染防止、とりわけ、オゾン層破壊、地球温暖化防止のため、フロンより遥かにその悪影響が少なく、毒性もなく、自然界に多く存在する自然冷媒の一つとしてその存在が注目されるようになり、また、ＣＯ２を冷媒として使用した蒸気圧縮冷凍サイクルが多用される傾向にある。
しかし、ＣＯ２は温度３１．０６℃の低い温度で臨界点に達するので、これを使用する蒸気圧縮冷凍サイクルは、前記臨界点を越えた超臨界域を含むサイクルを形成することになり、一般の蒸気圧縮式冷凍サイクルに見られた凝縮過程を伴うことなく顕熱変化による冷却を受け、超臨界の高圧高温冷媒より高圧低温冷媒となり、ついで、膨張弁による断熱膨張により気液二相混合状態をなし、蒸発器で蒸発させ冷熱を外部に送出している。例えば、特許文献１に示す提案がある。
【０００３】
図７には、圧縮機１０１、ガスクーラ（ガス冷却器または放熱器という）１０２、膨張機１０３、蒸発器１０４よりなるＣＯ２蒸気圧縮式冷凍サイクルの概略構成を示してある。また、図８には、図７の冷凍サイクルにおけるＣＯ２超臨界冷凍サイクルを示すモリエル線図が示してある。
図８に見るように、ＣＯ２冷媒はスクリュー圧縮機である圧縮機１０１で圧縮され、Ａ→Ｂに示すように臨界点Ｋ（臨界温度３１．１℃、臨界圧力ＰＫ＝７５．２８ｋｇ／ｃｍ２）を越えた圧力Ｐ２まで圧縮される。ついで、図のＢ→Ｃに示すように、この圧縮された高圧高温ＣＯ２の顕熱をガスクーラ１０２で大気に放熱し、さらに放熱された高圧低温ＣＯ２を図のＣ→Ｄに示すように膨張弁１０３で等エンタルピ線に沿って膨張させ圧力を降下させる。この圧力降下により気液二相混合の湿り蒸気となってＣＯ２冷媒を蒸発器１０４で液相を気化し冷熱を外部へ放出する。
【０００４】
上記図８に見るように、臨界点Ｋを通る等温線ＴＫの右側であって飽和蒸気線の臨界圧ＰＫ（７５．２８ｋｇ／ｃｍ２）以上の蒸気圧の右側領域では密度の高いガス状態となり、この領域では一般に液化されることなく、ガスクーラを使用しての顕熱冷却により前記等温線ＴＫの左側の液状可能の状態の高圧低温ＣＯ２を得て、次工程の膨張減圧に移行させているが、そのためには前記ガスクーラ単独での冷却には大きな吸熱容量を必要としている。
【０００５】
一方ＣＯ２超臨界冷凍サイクルの場合は圧縮機に吸入される冷媒は高温状態となり潤滑油の劣化の問題があり、圧縮機各部の破損の原因を形成し、冷凍効率の向上とともにこれらの画期的な解決手段の実現が望まれている。
上記高熱化を防ぐために過熱度を低くし、図８の点Ａの状態で運転すると、圧縮機に液相冷媒が流入し、圧縮機の破損の原因を形成する、そのため一般にわずかに飽和蒸気線Ｓｖより右の状態で運転している。
【０００６】
そのため、スクリュー圧縮機においてはオイルクーラを設け、インジェクション冷却部とジャーナル冷却部とより構成している。前者は、圧縮ガスの冷却とシール効果を得るため、圧縮室入口に潤滑油をインジェクションにより噴射し、冷媒ガスとともに吐出された前記潤滑油は油分離器により分離され、分離した油を冷却水や冷媒で冷却する冷却部を設け、後者は、圧縮室のケーシングを冷却水で冷却する冷却部を指し、オイルクーラはその両者により行なう構成にしてある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４２３５公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、
潤滑油過熱防止のために設けてあるオイルクーラの有効利用を図り、該オイルクーラをガスクーラに併設させ、ガスクーラとの多様的組合せにより、高圧側の高圧高温ＣＯ２冷媒の顕熱冷却をより確実且つ効率的に行う、ＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの提供を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の第１の発明であるＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、
圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムは、前記ガスクーラの出口より常温水を供給して入口で中温水を得る向流式のガス給湯ラインと、該ガス給湯ラインを出た中温水を圧縮機のオイルクーラに導入しその出口で高温水を得るようにしたオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列接続し、
更に前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインは、温度変化を縦軸にとりエンタルピ変化を横軸にとるＣＯ２温度エンタルピ曲線の下側温度領域に近接して設けられ、ガス給湯ラインの吸熱状況を示す温度エンタルピ直線の中温側端部と、オイルとの熱交換をするオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線の中温側端部とを折れ線状に接続し、それぞれの吸熱容量に対応して冷却するＣＯ２エンタルピ変化量を内分比分担をする構成としたことを特徴とする。
【００１０】
上記第１の発明は、ＣＯ２超臨界冷凍サイクルの高圧側の約９０℃の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させて高圧低温ＣＯ２を得る冷却手段に、ガスクーラによるガス給湯ラインとオイルクーラによるオイル給湯ラインとを直列状に設け、それぞれが受け持つ冷却温度分担区域を決めガス給湯ラインにより５０〜６０℃の中温水を得て、ついでオイル給湯ラインにより７０〜８０℃の高温水を得る構成とするとともに、オイルクーラの有効利用を図ったものである。
そして、前記ガス給湯ラインは向流式を使用し、ガスクーラの高圧側高温超臨界ＣＯ２の出口側より常温水を導入し、入口側より中温水を得るようにしてある。
【００１１】
【００１２】
上記発明は、前記第１の発明における高圧側ＣＯ２の冷却に際して、直列状に接続したガス給湯ラインとオイル給湯ラインのそれぞれの吸熱容量に対応した最適冷却を可能とする仕様につき特定したものである。
圧縮機により約９０℃の吐出温度まで加熱された高圧側の高圧高温ＣＯ２は、前記冷却手段により約３０℃（夏季の場合）又は約１０℃（冬季の場合）に冷却される。
この場合、前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインのそれぞれの吸熱状況を示す温度エンタルピ直線と、高圧高温ＣＯ２が前記冷却手段により冷却される過程を示すＣＯ２温度エンタルピ曲線とを、縦軸に温度変化をとり横軸にエンタルピ変化を示すＴ−Ｈ座標に示す場合に、図２に示すように、ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線２１ａとオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線２２ａとは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域で折れ線接続させるとともに、それぞれの吸熱容量△ＨＧＣ、△ＨＯＣにより高圧側の高温超臨界ＣＯ２の冷却されるエンタルピ総量Ｈｃを内分比する最適位置関係にあるよう構成する。
【００１３】
そして、上記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインの折れ線接続をして最適位置関係を形成した、ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線２１ａとオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線２２ａは、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０に接触又は交叉することなく、より近接した位置に設定される。
【００１４】
また、本第２発明は、圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムは、前記ガスクーラの出口より常温水を供給して入口で中温水を得る向流式のガス給湯ラインと、該ガス給湯ラインを出た中温水を圧縮機のオイルクーラに導入しその出口で高温水を得るようにしたオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列接続し、
更に前記ガス給湯ラインは、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の変極点の下部付近で第１ガスラインと第２ガスラインに分割して折れ線接続させ、第２ガスラインが前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に接触ないし交叉する事無くその下側の近接位置に位置させるとともに、高温側端部をオイル給湯ラインの低温側端部に折れ線接続をさせ、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線の下側温度領域に多折給湯ラインを形成する構成にしても良い。
【００１５】
上記第２発明は、
図３に示すように、前記ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの下側付近で第１ガスライン２１ａＸと第２ガスライン２１ａＹに分割折れ線接続をさせ、第２ガスラインの温度エンタルピ直線２１ａＹは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０に対し略切線状に設ける構成としたもので、このような多折給湯ラインの形成により前記位置関係をより最適化したものである。
【００１６】
また、本発明の第３の発明であるＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、
圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムを形成する給湯ラインは、高圧側の高温ＣＯ２の放熱をするガス給湯ラインと圧縮機オイルの熱交換をするオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインには、それぞれの所定給湯水による個別給湯若しくは直並列給湯をさせ、
更に前記ガス給湯ラインを、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の変極点の下部付近で低温側の第１ガスラインと高温側の第２ガスラインに分割し、
前記第１ガスラインにより変極点までのＣＯ２温度エンタルピ曲線の熱量の回収により中温給湯水を得るよう水量制御をし、
前記第２ガスラインとオイル給湯ラインは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側より下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、
前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたことを特徴とする。
【００１７】
上記発明は、前記第１の発明とはその構成内容を異にする第２の発明について記載されたもので、第１の発明の給湯システムはガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列状に構成したものであるが、第２の発明においてはそれぞれの給湯ラインを独立させ個別の自立した給湯ラインを形成させ、それらを適宜組み合わせて並列ないし直並列させる構成にしてある。
なお、前記ガス給湯ラインは適宜分割しても良い。
【００１８】
【００１９】
上記第３発明は、図５に示すように、前記ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの下側付近で第１ガスライン２１ａＸＸと第２ガスライン２１ａＹＹに分割して個別の給湯ラインを形成させ、
前記第１ガスライン２１ａＸＸにより変極点ＦまでのＣＯ２温度エンタルピ曲線の熱量を回収させ、該回収により中温給湯を可能とする水量制御をし、
前記第２ガスライン２１ａＹＹとオイル給湯ライン２２ａは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側よりガスクーラに沿って下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたものである。
【００２０】
本発明の場合は、他の発明のように各給湯ラインがＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下部の温度領域で折れ線接続せずに、その両端の低温部と高温部に給湯ラインを個別に配設する構成にしてあるため、各給湯ラインは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に出来る限り接近した状況での熱の授受を行うことができ、高い給湯効率を上げることができる。
【００２１】
そして上記第１乃至第３の発明における、
前記オイル給湯ラインは、インジェクション給湯ラインとジャーナル給湯ラインに分岐し、分岐した二つのラインを直列接続した構成が好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の第１の発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図で、図２は図１の直列接続する第１の実施例を示す図で、ガス給湯ラインとオイル給湯ラインの吸熱エンタルピによる分割給湯の状況を示す図である。図３は図１の第２の実施例を示す図である。図４は本発明の第２の発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図で、図５は図４の一実施例を示す図で、図６は図４の別の実施例を示す図である。
【００２３】
図１、図４に見るように、本発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、当該冷凍サイクルのガスクーラと、スクリュー圧縮機の加熱オイルを冷却するオイルクーラとの二つの組合せにより形成された冷却手段を有効に利用した給湯システムに係わるもので、図１に示す第１の発明は前記ガスクーラとオイルクーラとを直列状に接続する構成を備えたシステムである。
【００２４】
図１に示すＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムは、ＣＯ２超臨界冷凍サイクル１０のガスクーラ１２のガス給湯ライン１２ａと、オイルクーラ１３のオイル給湯ライン１３ａとの直列状接続により構成する。
【００２５】
図２は、図１の直列接続するガス給湯ライン１２ａとオイル給湯ライン１３ａがそれぞれの吸熱能力に対応して高圧高温ＣＯ２のエンタルピを分割給湯する状況を示す図で、ＣＯ２超臨界冷凍サイクル１０の高圧側の高温ＣＯ２は、圧縮機１１の吐出側温度（約９０℃）よりガスクーラ１２の出口温度（夏季は約３０℃、冬季は約１０℃）まで冷却されるが、その温度変化（縦軸）に対するエンタルピ変化（横軸）の状況をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０で示してあり、
また、上記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下部温度領域には、前記高圧側のＣＯ２冷媒を冷却するガス給湯ライン１２ａとオイル給湯ライン１３ａの吸熱能力を表すガス温度エンタルピ直線２１ａとオイル温度エンタルピ直線２２ａが示してある。
【００２６】
なお、上記ガス給湯ライン１２ａは常温の給水を受けその出口で中温水まで加熱され、加熱された中温水はオイル給湯ライン１３ａに受け継がれその出口で約８５℃の高温給湯水を得る構成にしてあるので、前記ガス温度エンタルピ直線２１ａの下端Ａは給水温度ｔ（夏季は約２５℃、冬季は約５℃）で始まり、中間の折れ線状継なぎ点Ｃを経由して得られた中温水は、オイル温度エンタルピ直線２２ａに接続されその出口Ｂで温度約８５℃の高温の給湯水を得る位置関係を持つ構成にしてある。
【００２７】
ところで、上記構成の最適位置関係は前記折れ線状継なぎ点Ｃの位置設定に係わり、
その継なぎ点Ｃは図示のように、ＣＯ２の冷却に要する総エンタルピ量Ｈｃに対する、ガス温度エンタルピ直線２１ａの吸熱エンタルピ△ＨＧＣと、オイル温度エンタルピ直線２２ａの吸熱エンタルピ△ＨＯＣとの内分比分割点により構成するのが好適である。
則ち、この場合は、ガス温度エンタルピ直線（Ａ−Ｃ）２１ａとオイル温度エンタルピ直線（Ｃ−Ｂ）２２ａは前記内分比点Ｃで折れ線接続され、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域で前記曲線に接触ないし交叉することのない位置関係を維持する構成とし、ガスクーラ１２とオイルクーラ１３との直列状接続により高圧側ＣＯ２の顕熱冷却を行うとともに、ガスクーラに給水した常温水より約８５℃の高温給湯水を得る構成にしてある。
【００２８】
第２の発明に対応する図３において、ガス給湯ライン１２ａを折れ線状に二分割して、二分割した高温側給湯ラインの出口にオイル給湯ラインを折れ線接続して、図に示すように当該ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域に多折給湯ラインＡ−Ｄ−Ｅ−Ｂを形成させたものである。
前記ガス給湯ライン１２ａの二分割された第１ガス温度エンタルピ直線２１ａＸと第２ガス温度エンタルピ直線２１ａＹとの継なぎ点Ｄは、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの近接位置に設け、そして前記第２ガス温度エンタルピ直線２１ａＹには点Ｅを介して折れ線接続するオイル温度エンタルピ直線２２ｂを接続して、多折給湯ラインＡ−Ｄ−Ｅ−ＢをＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下側温度領域で該曲線の湾曲に対応させ、効率的に熱の授受を行う構成にしてある。
【００２９】
図４に示す第３の発明は、ガス給湯ライン１２ａとオイル給湯ライン１３ａを、それぞれ所定給湯水施設を持つ独立した個別給湯ラインより構成し、構成されたそれぞれの独立給湯ラインを並列または直列接続させ、それをさらに組合せたものである。
なお、前記ガス給湯ライン１２ａは更に複数個に分割しても良い。
【００３０】
図４のオイル給湯ライン１３ａにおいて、図に見るように、スクリュー圧縮機１１に設けてある前記オイルクーラ１３はインジェクション冷却部１４とジャーナル冷却部１５とより構成する。
そして、前記インジェクション冷却部１４は、圧縮ガスの冷却とシール効果を得るため、圧縮室入口に潤滑油を図示していないインジェクションにより噴射し、冷媒ガスとともに吐出された前記潤滑油を油分離器１１ａで分離し、分離した油をインジェクション冷却部１４へ導入してインジェクション給湯ライン１４ａを形成するとともに、
前記ジャーナル冷却部１５は、圧縮室のケーシングを冷却水により冷却する冷却部よりなり、ジャーナル給湯ライン１５ａを形成し、上記形成されたインジェクション給湯ライン１４ａとジャーナル給湯ライン１５ａとを直列接続する構成にしてある。
なお、上記オイルクーラ１３の構造は図１のオイルクーラ１３にも適用できる。
【００３１】
図５に見るように、ガス給湯ライン１２ａの温度エンタルピ直線をＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の変極点Ｆの下側付近で第１ガスライン２１ａＸＸと第２ガスライン２１ａＹＹに分割して個別の独立給湯ラインを形成させたものである。
そして、前記第１ガスライン２１ａＸＸにより変極点ＦまでのＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の熱量の回収を行い、該回収により中温給湯を可能とする水量制御をし、
一方前記第２ガスライン２１ａＹＹとオイル給湯ライン２２ａは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側よりガスクーラに沿って下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたものである。
【００３２】
本実施例の場合は、他の実施例のように各給湯ラインがＣＯ２温度エンタルピ曲線２０の下部の温度領域で折れ線接続せずに、その両端の低温部と高温部に給湯ラインを個別に配設する構成にしてあるため、各給湯ラインは前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に出来る限り接近した状況での熱の授受を可能として高い給湯効率を上げることができる。
【００３３】
図６に示すように、本給湯システムは、スクリュー圧縮機１１と油分離器１１ａとガスクーラ１２とオイルクーラ１３等を含む構成よりなり、前記ガスクーラ１２は４個の直列ガスクーラＧＣ１、ＧＣ２、ＧＣ３、ＧＣ４とよりなる分割構成とし、オイルクーラ１３は二組みの直列インジェクション冷却部が形成するＯＣ１、ＯＣ２より構成する。
なお、太線実線ラインは当該ＣＯ２超臨界冷凍サイクルのＣＯ２冷媒の流れを示し、太線点線ラインは同じく圧縮機１１の潤滑油の流れを示してある。
この場合は、前記ガスクーラ１２は二組ずつ直列状に結合したものを二組用意し、負荷の状況に応じ、その一組を使用して、
ａ、配管２５より給水を導入して、配管２６→ＧＣ４→ＧＣ３→配管２６ａ→タンク１６の経路を経てタンク１６に貯留後ポンプ１８ｂにより配管２９を経由してタンク１７に約５５℃の中温水を供給する。
ｂ、又は、配管２５より給水を導入して、配管２６→ＧＣ４→ＧＣ３→配管２６ａ→タンク１６→ポンプ１８ａ→配管２８→ＧＣ２→ＧＣ１→配管２８ａを経由してタンク１７に約８０℃の高温水を供給する。
ｃ、一方、配管２５よりの給水を、配管３０を経由、オイルクーラ１３へ導入して、配管３１より約８０℃の高温水を得て、タンク１７へ貯留する構成にしてある。図６に示すように図４の発明の場合は冷凍容量の変動に対応して多様性を持たせている。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、上記構成により、下記効果を奏する。
潤滑油過熱防止のために設けてあるオイルクーラの有効利用を図り、該オイルクーラをガスクーラに併設させ、ガスクーラとの多様的組合せにより、高圧側の高圧高温ＣＯ２冷媒の顕熱冷却をより確実且つ効率的に行い、且つ効率的給湯を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図である。
【図２】 図１の直列接続する給湯ラインにおける第１の発明を示す図で、ガス給湯ラインとオイル給湯ラインの吸熱量による分割給湯の状況を示す図である。
【図３】 図１の直列接続する給湯ラインにおける第２の発明を示す図である。
【図４】 本発明の第３の発明のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システムの概略構成を示す図である。
【図５】 図４の給湯ラインにおける第３の発明を示す図である。
【図６】 図４の別の実施例を示す図である。
【図７】 従来のＣＯ２超臨界冷凍サイクルの概略構成を示す図である。
【図８】 図７のＣＯ２冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。
【符号の説明】
１０ ＣＯ２超臨界冷凍サイクル
１１ スクリュー圧縮機
１１ａ 油分離器
１２ ガスクーラ
１２ａ ガス給湯ライン
１３ オイルクーラ
１３ａ オイル給湯ライン
１４ インジェクション冷却部
１４ａ インジェクション給湯ライン
１５ ジャーナル冷却部
１５ａ ジャーナル給湯ライン
２０ ＣＯ２温度エンタルピ曲線
２１ａ ガス温度エンタルピ直線（ガス給湯ラインの温度エンタルピ直線）
２２ａ、２２ｂ オイル温度エンタルピ直線（オイル給湯ラインの温度エンタルピ直線）
２１ａＸ ガス第１温度エンタルピ直線（第１ガスライン）
２１ａＹ ガス第２温度エンタルピ直線（第２ガスライン）
２１ａＸＸ 第１ガスライン
２１ａＹＹ 第２ガスライン
２５、２６、２６ａ、２８、２８ａ、２９、３０、３１ 配管
１６、１７ タンク
１８ａ、１８ｂ ポンプ
Claims (4)
- 圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムは、前記ガスクーラの出口より常温水を供給して入口で中温水を得る向流式のガス給湯ラインと、該ガス給湯ラインを出た中温水を圧縮機のオイルクーラに導入しその出口で高温水を得るようにしたオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列接続し、
更に前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインは、温度変化を縦軸にとりエンタルピ変化を横軸にとるＣＯ２温度エンタルピ曲線の下側温度領域に近接して設けられ、ガス給湯ラインの吸熱状況を示す温度エンタルピ直線の中温側端部と、オイルとの熱交換をするオイル給湯ラインの温度エンタルピ直線の中温側端部とを折れ線状に接続し、それぞれの吸熱容量に対応して冷却するＣＯ２エンタルピ変化量を内分比分担をする構成としたことを特徴とするＣＯ２冷凍サイクルの給湯システム。 - 圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムは、前記ガスクーラの出口より常温水を供給して入口で中温水を得る向流式のガス給湯ラインと、該ガス給湯ラインを出た中温水を圧縮機のオイルクーラに導入しその出口で高温水を得るようにしたオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインとを直列接続し、
更に前記ガス給湯ラインを、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の変極点の下部付近で低温側より第１ガスラインと第２ガスラインに分割して折れ線接続させ、第２ガスラインが前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線に接触ないし交叉する事無くその下側の近接位置に位置させるとともに、その高温側端部をオイル給湯ラインの低温側端部に折れ線接続させ、前記ＣＯ２温度エンタルピ曲線の下側温度領域に多折給湯ラインを形成したことを特徴とするＣＯ２冷凍サイクルの給湯システム。 - 圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、蒸発器よりなるＣＯ２冷凍サイクルの前記圧縮機により得られた高圧側の高温超臨界ＣＯ２を放熱冷却させるガスクーラを使用したＣＯ２超臨界冷凍サイクルの給湯システムにおいて、
前記給湯システムを形成する給湯ラインは、高圧側の高温ＣＯ２の放熱をするガス給湯ラインと圧縮機オイルの熱交換をするオイル給湯ラインとより構成し、
前記ガス給湯ラインとオイル給湯ラインには、それぞれの所定給湯水による個別給湯若しくは直並列給湯をさせ、
更に前記ガス給湯ラインを、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の変極点の下部付近で低温側の第１ガスラインと高温側の第２ガスラインに分割し、
前記第１ガスラインにより変極点までのＣＯ２温度エンタルピ曲線の熱量の回収により中温給湯水を得るよう水量制御をし、
前記第２ガスラインとオイル給湯ラインは、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口側より下流側に向けそれぞれを併設させ、ＣＯ２温度エンタルピ曲線の高温域の熱量を回収させるとともに、ＣＯ２冷媒のガスクーラ入口温度に出来るだけ近接する高温給湯水を得るよう水量制御をして、
前記中温給湯水と高温給湯水とを混合して所定温度の給湯を可能としたことを特徴とするＣＯ２冷凍サイクルの給湯システム。 - 前記オイル給湯ラインは、インジェクション給湯ラインとジャーナル給湯ラインに分岐し、分岐した二つのラインを直列接続したことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１記載のＣＯ２冷凍サイクルの給湯システム。
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