JP4282818B2 - 複合式冷房システム及び複合式冷房方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン等の原動機を用いて冷房を行うための冷房システムに関する。特には、原動機の排熱の利用方法に特徴を有する複合式冷房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷房又は冷凍を行うために従来より広く利用されているシステムとして、冷媒圧縮式冷房システムがある。
図４は、都市ガス等を圧縮駆動の原動機燃料として用いるガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式の冷媒圧縮式冷房システムの構成を示す系統図である。この図４において冷媒圧縮式冷房システム３０は、冷媒（フロン等）を圧縮する圧縮機３１と、この圧縮機３１を駆動する原動機３２と、圧縮機３１にて圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器３３と、この凝縮器３３にて凝縮された冷媒を膨張させる膨張弁３４と、この膨張弁３４にて膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器３５と、これらの間に冷媒を循環させる循環管路３６とを備えて構成されている。
このうち、圧縮機３１、原動機３２、凝縮器３３、ファン３３ａ等が室外機３０Ａとしてユニット化されている。また、膨張弁３４、蒸発器３５、ファン３５ａ等が室内機３０Ｂとしてユニット化されている。
【０００３】
このように構成された冷媒圧縮式冷房システム３０において、ガス供給管３７から供給されたガスを燃料として原動機３２が運転され、この原動機３２によって圧縮機３１が駆動され、該圧縮機３１によって冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、凝縮器３３においてファン３３ａによる外気風を受けて冷却されて液体に凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁３４にて膨張し蒸発器３５において蒸発し、この際にファン３５ａで吸い込まれた室内空気との間で熱交換を行って該空気を冷却する。その後、冷媒は再び圧縮機３１にて圧縮され、以後、同様の循環サイクルが繰り返される。
【０００４】
原動機３２には該原動機３２を冷却するための冷却水を循環させる循環管路３８が設けられている。この循環管路３８を循環する冷媒は、原動機３２との間で熱交換することにより該原動機３２の排熱を奪って高温となり、ラジエータ等の放熱器３９にて冷却されて排熱を大気中に放出し、再び原動機３２に至る。
【０００５】
次に、吸収液を利用して冷房を行うガス吸収式冷房システムについて説明する。
図５は、ガス吸収式冷房システムの構成を示す系統図である。この図５に示すようにガス吸収式冷房システム４０は、吸収液（臭化リチウム水溶液等）を加熱することにより冷媒（水等）を放出すると共に吸収液を濃縮する再生器４１と、この再生器４１から放出された冷媒を凝縮する凝縮器４２と、この凝縮器４２にて凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器４３と、この蒸発器４３にて蒸発した冷媒を吸収液に吸収させる吸収器４４と、吸収液を圧送するポンプ４５と、吸収液同士の熱交換を行う熱交換器４６と、これらの間に冷媒を循環させる循環管路４７とを備えて構成されている。
【０００６】
このように構成されたガス吸収式冷房システムにおいて、冷媒を吸収する吸収液は、図示しない熱源（ガスバーナー等）を用いて再生器４１において加熱される。吸収液が加熱されると、前段階において吸収液内部に吸収されていた冷媒が蒸気として放出され、これによって吸収液は濃縮される。
【０００７】
再生器４１において放出された蒸気は、凝縮器４２において冷却水によって冷却されて液体に凝縮する。凝縮した冷媒は、蒸発器４３内において、減圧下（７ｍｍＨｇ）下で循環管路４８表面に散布される。そして冷媒は、循環管路４８内を流れる水（入温例えば１２℃）から蒸発潜熱を奪い、低温（例えば４℃）で蒸発して蒸気となり、循環管路４８内の水を冷却して冷水（例えば７℃）を製造する。
【０００８】
蒸発器４３で発生した蒸気中の冷媒は、吸収器４４において吸収液に吸収され、これによって蒸発器４３が減圧雰囲気に維持される。この吸収時の吸収熱を除去するため、吸収器４４は冷却水にて冷却される。この吸収器４４において冷媒を吸収した吸収液は、再び再生器４１に送られ、以後、同様の冷媒循環サイクルが繰り返される。
また再生器４１で濃縮された吸収液は、再生器４１に至る吸収液を熱交換器４６を介して予備加熱した後、再び吸収器４４に送られる。以後、同様の吸収液循環サイクルが繰り返される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような中小規模の冷媒圧縮式冷房システムにおいては、原動機３２の排熱が循環管路３８を介して単に大気中に放出されている。
ところで、図３に概念的に示すようなビル用マルチタイプと呼ばれるＧＨＰが考えられる。このタイプのＧＨＰでは、複数の室外機３０Ａが１系統の冷媒配管３０Ｃを介して複数の室内機３０Ｂに接続されている。このマルチタイプにおいては、複数台の室外機３０Ａのそれぞれから排熱が放出されている。
【００１０】
このような排熱は、単に大気中に放出せず、何らかの方法で再利用することが好ましい。しかしながら、少なくともＧＨＰにおいては、冷房運転時には排熱の再利用は実現されていない。
【００１１】
ところで、ガス吸収式冷房システムにおいては、該システムの発生冷熱で直接冷房を行うためには、すなわち蒸発器４３において７℃程度の冷水を製造するためには、ガス吸収式冷房システムの蒸発温度を低く（５℃程度）する必要がある。このため、凝縮器４２及び吸収器４４を水冷にて冷却する必要があり、クーリングタワーを含む比較的大規模な冷却設備を必要とし、設備の設置コストを増大させる一因となっている。
【００１２】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、冷媒圧縮式冷房システムの排熱を利用することによりエネルギー効率を高めること等のできる複合式冷房システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る複合式冷房システムは、 Ａ冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機を駆動する原動機、及び、該圧縮機にて圧縮されたＡ冷媒を凝縮する凝縮器を含む室外機と、 該凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒を膨張させる膨張弁、及び、該膨張弁にて膨張したＡ冷媒を蒸発させる蒸発器を含む室内機と、を有する冷媒圧縮式冷房システム、並びに、 Ｂ冷媒を吸収する吸収液を加熱することにより、該吸収液に吸収されたＢ冷媒を該吸収液中から放出するとともに、該液を濃縮する再生器と、 該再生器にて放出されたＢ冷媒を凝縮する凝縮器と、 該凝縮器にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発させる蒸発器と、 該蒸発器にて蒸発したＢ冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、 を有するガス吸収式冷房システム、を備え、 上記冷媒圧縮式冷房システムが、上記室外機を複数台備えるとともに、 これら複数台の室外機の各凝縮器を出たＡ冷媒が同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送られて過冷却され、 上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水が、同一系統の冷却水配管に接続されて上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送られ、該再生器を加熱する熱源となることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の複合式冷房方法は、 圧縮機及びその原動機をそれぞれ有する複数台の室外機にてＡ冷媒を圧縮及び凝縮し、 室内機にて圧縮及び凝縮されたＡ冷媒を膨張及び蒸発させ、 かつ、再生器において、上記原動機の冷却排熱によってＢ冷媒の吸収液を加熱することにより、該吸収液にて吸収されたＢ冷媒を該吸収液中から放出すると共に、該液を濃縮し、 上記再生器にて放出されたＢ冷媒を凝縮器にて凝縮し、 上記凝縮器にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発器にて蒸発させ、 上記蒸発器にて蒸発したＢ冷媒を吸収器にて吸収液に吸収させる複合式冷房方法において； 上記複数台の室外機の各凝縮器を出たＡ冷媒を、同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送って過冷却するとともに、 上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水を、同一系統の冷却水配管に接続して上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送って、該再生器を加熱する熱源とすることを特徴とする。
なお、上記Ａ冷媒及びＢ冷媒と呼んでいるのは、冷媒圧縮式冷房システムの冷媒とガス吸収式冷房システムの冷媒を区別するためである。
【００１５】
この複合式冷房システム及び冷房方法では、従来の冷媒圧縮式冷房システムにおいて大気中に放出されていた原動機の排熱が吸収液を加熱するために利用される。したがって冷媒圧縮式冷房システムにて生じる排熱の一部を有効に利用することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
特に、複数台の室外機を１系統の冷媒配管で接続し、大容量の室外機系を構成することで、システム全体の空調負荷の変動に対し、室外機の運転台数を調整する等により、きめ細かい対応が可能となる。
【００１６】
本発明においては、上記冷媒配管中に、上記複数台の室外機の各凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒を上記Ｂ冷媒で過冷却する過冷却熱交換手段を備えることが好ましい。
同一の冷媒配管中で過冷却することで、通常の冷房能力に加えてガス吸収式冷房システムから発生する排熱を冷房能力に上乗せできる。また、過冷却熱交換手段（シェル・チューブ熱交等）を各室外機ごとに設ける必要がないので、設備コストを最小限に抑えることができる。
【００１７】
さらに、本発明においては、上記ガス吸収式冷房システムの凝縮器及び／又は吸収器を空冷式とするのが好ましい。
これにより、冷却水循環装置やクーリングタワーを省略することができ、設備費を低減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明に係る複合式冷房システムの概念的構成を示すブロック図である。図２は本発明の一実施例の複合式冷房システムの構成を示す系統図である。
本発明に係る複合式冷房システムは、図２に示す冷媒圧縮式冷房システム１と、ガス吸収式冷房システム２とを備えて構成されている。この複合式冷房システムにおいて、冷媒圧縮式冷房システム１は、図１に概念的に示すように、室外機１Ａ及び室内機１Ｂをそれぞれ複数台備えている。そして、冷媒圧縮式冷房システム１の各室外機１Ａ及び室内機１Ｂと、ガス吸収式冷房システム２とは、１系統の冷媒循環管路５１により接続されている。
【００１９】
以下、各システムについて具体的に説明する。
図２において、冷媒圧縮式冷房システム１は、例えば都市ガス等を圧縮駆動用原動機の燃料として用いるガスヒートポンプ（ＧＨＰ）として具体化されるもので、Ａ冷媒（フロン等）を圧縮する圧縮機１１と、この圧縮機１１を駆動する原動機１２と、圧縮機１１にて圧縮されたＡ冷媒を凝縮する凝縮器１３と、この凝縮器１３にて凝縮されたＡ冷媒を膨張させる膨張弁１４と、この膨張弁１４にて膨張したＡ冷媒を蒸発させる蒸発器１５と、これらの間にＡ冷媒を循環させる循環管路１６とを備えて構成されている。
このうち、圧縮機１１、原動機１２、凝縮器１３、ファン１３ａ等が室外機１Ａとしてユニット化されている。また、膨張弁１４、蒸発器１５、ファン１５ａ等が室内機１Ｂとしてユニット化されている。
【００２０】
このように構成された冷媒圧縮式冷房システム１において、原動機１２は、例えばガス供給管１７から供給された都市ガス等を燃料に用いる往復動エンジンである。この原動機１２によって圧縮機１１が駆動され、該圧縮機１１によってＡ冷媒が圧縮される。ただし原動機１２はいかなる原理・構造のものであってもよく、また燃料はガス以外にもガソリンや軽油等の任意の燃料を用いることができる。
【００２１】
圧縮機１１によって圧縮されたＡ冷媒は、凝縮器１３においてファン１３ａによる外気を受けて冷却されて液体に凝縮する。凝縮したＡ冷媒は、後述する吸収式冷房システムの蒸発器２３において過冷却された後、膨張弁１４にて膨張し蒸発器１５において蒸発し、この際にファン１５ａで吸い込まれた空気との間で熱交換を行って該空気を冷却する。その後、冷媒は再び圧縮機１１にて圧縮され、以後、同様の循環サイクルが繰り返される。
【００２２】
また原動機１２には、該原動機１２を冷却するための冷媒（冷却水）を循環させる循環管路１８が設けられている。同循環管路１８により、３台の室外機１Ａのそれぞれの原動機１２の冷却水系統が１系統に接続されている。この循環管路１８を循環する冷却水は、各原動機１２との間で熱交換することにより該原動機１２の排熱を奪って高温（例えば８０〜１００℃）となり、後述する再生器２１にて吸収液を加熱する。
【００２３】
一方、ガス吸収式冷房システム２は、図２に示すように、吸収液を加熱することによりＢ冷媒（水等）を放出すると共に該液を濃縮する再生器２１と、この再生器２１から放出されたＢ冷媒を凝縮する凝縮器２２と、この凝縮器２２にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発させる蒸発器２３と、この蒸発器２３にて蒸発したＢ冷媒を吸収液に吸収させる吸収器２４と、吸収液を圧送するポンプ２５と、吸収液同士の熱交換を行う熱交換器２６と、これらの間にＢ冷媒を循環させる循環管路２７とを備えて構成されている。
【００２４】
このように構成されたガス吸収式冷房システム２において、冷媒を吸収する吸収液（例えば臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液）は、再生器２１内において、冷媒圧縮式冷房システム１のエンジン冷却水循環管路１８内を流れる冷却水を熱源として例えば９５℃に加熱される。吸収液が加熱されると、前段階において吸収液内部に吸収されていた冷媒（水等）が蒸気として放出され、これによって吸収液は濃縮される。
【００２５】
再生器２１において放出された蒸気は、凝縮器２２において冷却されて（例えば５０℃）液体に凝縮する。凝縮した冷媒は蒸発器２３内において、減圧雰囲気（１２ｍｍＨｇ程度）下で、冷媒圧縮式冷房システム１の循環管路１６の外表面に散布される。そして冷媒は、循環管路１６内を流れる冷媒から蒸発潜熱を奪い、低温（例えば１５℃）の蒸気となり、循環管路１６内の冷媒を冷却する（例えば５０℃→２５℃）。
【００２６】
蒸発器２３で発生した蒸気中の冷媒は、吸収器２４において吸収液に吸収され、これによって蒸発器２３が減圧雰囲気に維持される。冷媒を吸収した吸収液は、ポンプ２５を介して再び再生器２１に送られ、以後、同様の冷媒循環サイクルが繰り返される。
また再生器２１で濃縮された吸収液は、熱交換器２６を介して再生器２１に至る吸収液を予備加熱した後、再び吸収器２４に送られる。以後、同様の吸収液循環サイクルが繰り返される。
【００２７】
ここで、冷媒圧縮式冷房システム１とガス吸収式冷房システム２の相互の関係についてより詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、冷媒圧縮式冷房システム１の原動機１２を冷却するための冷却水循環管路１８は、３台の室外機１Ａ−１、２、３のそれぞれの原動機１２側から吸収式冷房システム２の再生器２１側にまで延びており、該再生器２１内部を通って各室外機１Ａ−１、２、３に戻るように配設されている。そして、各原動機１２の排熱を奪って高温（例えば８０〜１００℃程度）となった冷媒は、再生器２１内で該再生器２１中の吸収液との間で熱交換を行い、この吸収液を加熱する。すなわち原動機１２を冷却するための冷却水が、再生器２１の加熱熱源として利用されている。なお、再生器２１に別個のガスバーナー等の加熱熱源を併設してもよい。
【００２８】
また、図２に示すように、冷媒圧縮式冷房システム１の各室外機１Ａの凝縮器１３から延出された循環管路１６は、同一系統の管路５１に合流した後にガス吸収式冷房システム２の蒸発器２３までに延出され、該蒸発器２３内部を通って、各室内機１Ｂの膨張弁１４に至るように配設されている。そして凝縮器１３にて凝縮されたＡ冷媒は、凝縮器２２にて凝縮されたＢ冷媒が蒸発器２３内において循環管路１６の外表面に散布されて蒸発することにより、冷却（過冷却）される。
【００２９】
このように冷媒圧縮式冷房システム１とガス吸収式冷房システム２とを複合化させたことにより、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、複数台（３台）の室外機１Ａを１系統の冷媒循環管路５１に接続したことで、大容量の室外機系を構成している。これにより、システム全体の空調負荷の変動に対し、室外機の運転台数を調整する等により、きめ細かい対応を実現することができる。
【００３１】
特に、従来の大規模システムのように排熱によって温水を作り出すものとは異なり、排熱を冷房に利用することができる。したがって冷房需要のみであっても、温熱需要の有無に関わらず排熱を利用することができるため、エネルギー効率を常時高めることができる。
【００３２】
ところで、従来であればガス吸収式冷房システムの発生冷熱で直接冷房を行うためには、ガス吸収式冷房システムの蒸発温度を低く（５℃程度）する必要があった。しかし本複合式冷房システムによれば、蒸発器２３によって冷媒圧縮式冷房システム１の冷媒を過冷却しているので、ガス吸収式冷房システム２の蒸発温度を従来に比して高く（１０〜１５℃程度）することができる。
【００３３】
したがってガス吸収式冷房システム２の冷媒の温度を全体的に高くすることができ、凝縮器２２及び吸収器２４を水冷でなく空冷にて運転することができる。具体的には図２に示すように、凝縮器２２及び吸収器２４にはファン２２ａ、２４ａが設けられ、該ファン２２ａ、２４ａにて吹き込まれる外気によって凝縮器２２及び吸収器２４が冷却されている。このように凝縮器２２及び吸収器２４を空冷化することができるので、水冷のためのクーリングタワー等の設備が不要となり、設備コストや運転コストを低減することができる。
【００３４】
なお、当然のことながら従来と同様に、凝縮器２２及び吸収器２４を水冷運転することもできる。あるいは凝縮器２２と吸収器２４のうちいずれか一方のみを空冷化することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は以下の効果を発揮する。
（１）冷媒圧縮式冷房システムにおいて生じる排熱を有効に利用することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
（２）複数台の室外機を同一系統の冷媒配管で接続し、大容量の室外機系を構成することで、システム全体の空調負荷の変動に対し、室外機の運転台数を調整する等により、きめ細かい対応が可能となる。
（３）温熱需要の有無に関わらず排熱を利用することができるため、エネルギー効率を常時高めることができる。
（４）ガス吸収式冷房システムの凝縮器等を空冷とすることも可能で、その場合には冷却水のクーリングタワー等の設備を不要とすることもでき、設備コストや運転コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による複合式冷房システムの概念的構成を示すブロック図である。
【図２】同複合式冷房システムの構成を示す系統図である。
【図３】従来の冷房システムの概念的構成を示すブロック図である。
【図４】従来の冷媒圧縮式冷房システムの構成を示す系統図である。
【図５】従来のガス吸収式冷房システムの構成を示す系統図である。
【符号の説明】
１Ａ…室外機 １Ｂ…室内機
１、３０…冷媒圧縮式冷房システム １５、２３、４３…蒸発器
２、４０…ガス吸収式冷房システム １７、３７…ガス供給管
１１、３１…圧縮機 ２１、４１…再生器
１２、３２…原動機 ２４、４４…吸収器
１３、２２、３３、４２…凝縮器 ２５、４５…ポンプ
１３ａ、１５ａ、２２ａ、２４ａ…ファン ２６、４６…熱交換器
１４、３４…膨張弁 ３９…放熱器
１６、１８、３６、３８、４７、４８、５１…循環管路

Claims (4)

1. Ａ冷媒を圧縮する圧縮機、該圧縮機を駆動する原動機、及び、該圧縮機にて圧縮されたＡ冷媒を凝縮する凝縮器を含む室外機と、
   該凝縮器にて凝縮されたＡ冷媒を膨張させる膨張弁、及び、該膨張弁にて膨張したＡ冷媒を蒸発させる蒸発器を含む室内機と、を有する冷媒圧縮式冷房システム、並びに、
   Ｂ冷媒を吸収する吸収液を加熱することにより、該吸収液に吸収されたＢ冷媒を該吸収液中から放出するとともに、該液を濃縮する再生器と、
   該再生器にて放出されたＢ冷媒を凝縮する凝縮器と、
   該凝縮器にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   該蒸発器にて蒸発したＢ冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、
   を有するガス吸収式冷房システム、を備え、
   上記冷媒圧縮式冷房システムが、上記室外機を複数台備えるとともに、
   これら複数台の室外機の各凝縮器を出たＡ冷媒が同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送られて過冷却され、
   上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水が、同一系統の冷却水配管に接続されて上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送られ、該再生器を加熱する熱源となることを特徴とする複合式冷房システム。
2. 上記ガス吸収式冷房システムの凝縮器及び／又は吸収器を空冷式としたことを特徴とする請求項１記載の複合式冷房システム。
3. 圧縮機及びその原動機をそれぞれ有する複数台の室外機にてＡ冷媒を圧縮及び凝縮し、
   室内機にて圧縮及び凝縮されたＡ冷媒を膨張及び蒸発させ、
   かつ、再生器において、上記原動機の冷却排熱によってＢ冷媒の吸収液を加熱することにより、該吸収液にて吸収されたＢ冷媒を該吸収液中から放出すると共に、該液を濃縮し、
   上記再生器にて放出されたＢ冷媒を凝縮器にて凝縮し、
   上記凝縮器にて凝縮されたＢ冷媒を蒸発器にて蒸発させ、
   上記蒸発器にて蒸発したＢ冷媒を吸収器にて吸収液に吸収させる複合式冷房方法において；
   上記複数台の室外機の各凝縮器を出たＡ冷媒を、同一系統の冷媒配管に合流して上記ガス吸収式冷房システムの蒸発器に送って過冷却するとともに、
   上記複数台の室外機の各原動機の排熱を奪って高温となった冷却水を、同一系統の冷却水配管に接続して上記ガス吸収式冷房システムの再生器に送って、該再生器を加熱する熱源とすることを特徴とする複合式冷房方法。
4. 上記Ｂ冷媒の凝縮器及び／又は吸収器を空冷することを特徴とする請求項３記載の複合式冷房方法。

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