JPH03144263A

JPH03144263A - 蓄熱型圧縮式冷凍サイクル

Info

Publication number: JPH03144263A
Application number: JP28143589A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamada; 章山田; Katsuya Ebara; 江原　勝也; Yasuo Koseki; 小関　康雄; Sankichi Takahashi; 燦吉高橋; Junichi Kaneko; 淳一金子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-10-28
Filing date: 1989-10-28
Publication date: 1991-06-19

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〕本発明は蓄熱型圧縮式冷凍サイクル、特に冷凍性能の向
上並びに省電力化に好敵な蓄熱型圧縮式冷凍サイクルに
関する。

〔従来の技術〕

従来、冷媒とそれを吸収する吸収液との化学作用によっ
て冷却する吸収式冷凍装置の加熱器に蒸気圧縮式（以下
単に圧縮式と云う）冷凍装置の凝縮器を、また、同凝縮
器として圧縮式冷凍装置の蒸発器を用いたものが提案さ
れている（特開昭６２−２１８７７３号）。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術は、吸収式冷凍装置の吸収液と冷媒の加熱
、冷却源として圧縮式冷凍装置を用いたものである。こ
れは、圧縮式冷凍装置で圧縮された冷媒は、その全量が
吸収式冷凍装置の加熱器へ送られ、さらに、圧縮式冷凍
装置における断熱膨張後の冷媒の全景が吸収式冷凍装置
の凝縮器へと流れる構成となっている。

吸収式冷凍装置はその駆動エネルギーとして廃熱等が利
用できるが、そう云った環境でないと、他の冷凍装置に
比べて動力費が高くつき、設備も大型化すると云う問題
ある。

これに対して圧縮式冷凍装置は、比較的コンバク］・で
あるが、その負荷（冷凍、冷房または暖房の熱容量）が
変動した場合には、断続運転、または、定格サイクルよ
りずれたサイクルで運転するなどの方法によって対応し
ていた。

前者の運転方法では装置の容量が大きいほど起動、停止
に時間がかかり、また、起動、停止の繰り返しによる各
機器の熱歪が、故障の原因あるいは寿命の低下等につな
がると云う問題があった。

また、後者の運転方法では運転特性が低下するため、運
転エネルギーの効率が悪いと云う問題があった。

本発明は前記に鑑みてなされたもので、その目的は、大
容量圧縮式冷凍サイクルにおいて負荷の変動に柔軟に対
応できる冷凍サイクルを提供することにある。

第二の目的は、負荷の変動に対する運転エネルギーの効
率を改善した冷凍サイクルを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するための本発明の要旨は下記のとおり
である。

（１）圧縮機、凝縮器、膨脹弁、蒸発器を含む循環系で
構成され、該系内に冷媒を封入して成る圧縮式冷凍装置
に、該圧縮式冷凍装置の前記循環系の高温冷媒蒸気を加
熱源に、前記循環系の低温冷媒液を冷却源とした濃度差
利用蓄熱装置を併設したことを特徴とする蓄熱型圧縮式
冷凍サイクル。

上記は、圧縮式冷凍装置の高温高圧冷媒ガスの凝縮熱の
一部を利用して、吸収性の高い溶液（以下、吸収液と云
う）を加熱し、冷媒を蒸発させて濃縮した吸収液を貯蔵
しておき、前記圧縮式冷凍装置の低温低圧冷媒液の蒸発
熱の一部を利用して、前記吸収液から発生した冷媒蒸気
を凝縮させて貯蔵しておくサイクルを加えたものである
。

（２）圧縮式冷凍サイクルの熱負荷が低い時には当該サ
イクルを循環する冷媒の余剰熱により濃度差利用蓄熱装
置の吸収性液体を濃縮した濃厚液と、当該吸収液から蒸
発凝縮した冷媒とをそれぞれ貯蔵しておき、前記熱負荷
が高くなった時に、前記貯に＆濃厚液と貯蔵冷媒とによ
り前記濃度差利用蓄熱装置を稼働し、前記熱負荷の不足
分を補充することを特徴とする前記（１）記載の蓄熱型
圧縮式冷凍サイクル。

上記は、前記濃縮貯蔵された吸収液と、前記冷媒蒸気を
０縮貯蔵された凝縮液とで、通常の吸収式冷凍装置の蒸
発器、吸収器を構成して、冷熱または温熱を得ることが
できるサイクルとし、当該冷熱または温熱を前記圧縮式
冷凍サイクルの補充用の熱源とするものである。これに
よって、前記圧縮式冷凍装置を熱負荷の変動にかかわら
ず定格運転することができる。

（３）熱負荷の程度を検出する検出手段と、該検出手段
からの信号により圧縮式冷凍サイクルから濃度差利用蓄
熱装置への冷媒の流量を制御する制御装置を備えたこと
を特徴とする前記（１）または（２）記載の蓄熱型圧縮
式冷凍サイクル。

上記は、熱負荷の変動を検出する温度検出手段を備えた
ことによって、併設した濃度差利用蓄熱装置の運転を自
動化したものである。

〔作用〕

熱需要（熱負荷）が減少した時に、当該圧縮冷凍サイク
ルの余剰となる温熱および冷熱によって。

濃度差利用蓄熱装置の吸収液を濃縮して貯えておき、熱
需要が増大してきた時に前記吸収液の吸収性を利用して
温熱または冷熱を取り出し、これを前記サイクルに付加
することで、当該冷凍サイクルの出力の平準化を図るこ
とができるのである。

これによって、熱負荷減少時にも圧縮式冷凍装置の断続
運転またはサイクルをずらした無理な運転を行なうこと
なく、常に安定した定格運転が継続でき、起動・停止時
の無駄時間並びに急激な温度変化による熱歪に伴なう各
機器の故障を軽減することができ、機器の長寿命化を図
ることができるのである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を用いて説明
する。

第１図は、本発明の蓄熱型圧縮式冷凍サイクルの系統図
の一例で、１〜１９の符号で示される圧縮式冷凍サイク
ルに、２０以降の符号で示される濃度差利用蓄熱装置を
結合させたものである。

まず、圧縮式冷凍機のサイクルを第２図に示すエンタル
ピー／圧力線図を併用して説明する。

圧縮機１で圧縮された冷媒（例えばフロンＲ−２２）は
高温、高圧（第２図Ａ点）となり管１０を経て凝縮器２
へ導入され、冷却されて液化（第２図Ｂ点）し管１１へ
流れる。当該凝縮器２の冷却源（例えば水）は管１６か
ら導入され、昇温されて管１７から排出される。換言す
れば、当該凝縮器２は加熱器であり、管１７の温熱供給
源ともなる。

管１１の冷媒液は菩液器５を介して管１２を流れ、膨脹
弁３に至る。該膨脹弁３をによって断熱膨張し、低温、
低圧の冷媒液（第２図Ｃ点）となって管１３を流れ、蒸
発器４へ導入される。

当該蒸発器４は、冷媒が蒸発するための加熱液例えば水
が管１８から導入され、冷媒を加熱蒸発させ、該水は降
温し管１９から排出される。換言すれば、加熱液を冷却
することになり、当該加熱液を冷熱として需要側へ供給
する。蒸発器４で加熱された冷媒は蒸気（第２図り点）
となって管１４を流れアキュームレータ６へ導入された
後、管１５を経て圧縮機の吸込側から吸入される。

吸入された冷媒蒸気は、前記と同様に原動機７により駆
動される圧縮器１により圧縮され、高温・高圧状態（第
２図Ａ点）とする行程を繰り返すことによって運転され
る。

前記の如く、温熱量、冷熱量は圧縮機の仕様により厳密
に定まる値であり、従来は、温熱、冷熱の需要量（負荷
）の変動に対しては、定格値以内の変動であれば、第１
の方法は、一部の温熱あるいは冷熱を他の箇所、例えば
放熱塔から大気と熱交換することで調整するか、第２の
方法は、当該圧縮機の原動機の回転数を変化させて第２
図に示したＡ−Ｄの各点をずらして運転するか、さらに
第３の方法としては、当該圧縮機を停止、起動を繰り返
して運転する等の方法で調節されていた。

しかしながら、前記の第１の方法では折角発生させた熱
を無駄に廃棄することになり、当該圧縮機１を駆動する
原動機７への入力エネルギーを浪費することになる。第
２の方法の定格からずれたサイクルで運転することは、
機械的な損失を増大せしめ、結果として性能低下を招き
成績係数が低下する。さらに第３の方法は起動から定常
まで、定常から停止までの非定常状態の占める割合が増
大し、前述と同様に成績係数の低下を来たすと共に、繰
り返しの起動停止で機器をを構成する部材の熱による膨
張、収縮に伴なう熱歪により思わぬ損傷や故障を発生し
１機器の寿命低下の原因となる。もちろん、圧縮機の定
格値以上の冷熱、温熱を出力することはできないのは自
明である。

本発明は、第１図において２０以降の符号で示した濃度
差利用蓄熱装置を併設し、前記の問題を解決したもので
ある。濃度差利用蓄熱装置は特開昭６１−１８０８９１
号にも記載されるように、吸収性液体の濃縮、希釈を利
用した装置である。

本発明の蓄熱型圧縮式冷凍サイクルは、温熱。

冷熱の負荷が少ない場合は、以下に述べる操作を行なう
。

温熱負荷（図示せず）が少ない場合は、管１６を流れる
温水の温度が上昇するので、これを温度検出センサ２６
で検出し、予め設定された温度以上になれば弁２３．２
４および２５の開閉制御（微開、微開を含む）を行なう
。例えば、温度温度が設定値以上になれば温度検出セン
サ２６と制御装置（制御装置は図示せず）により弁２４
および弁２５を開、弁２３を閉とすることで、高温高圧
蒸気の状態で管１０を流れている冷媒の一部を管１０１
により抜き出し、濃度差利用蓄熱装置の密閉容器である
濃縮希釈器２０の熱交換器１００へ導入させる。この時
ノズル３３から当該熱交換器１００の表面に散布される
希薄吸収液（例えばＬｉＢｒ水溶液）を加熱して蒸発さ
せ、濃縮された吸収液を管３４．熱回収器５０．管３６
を経て吸収液貯槽３０へ導入し貯蔵する。発生した蒸気
は室２２側へ流れる。

吸収液を加熱した冷媒は液化し、管１０２を経て、主配
管系である管１上へ合流される。

一方、管１３を流れる低温低圧の冷媒液の一部を管３０
１から抜き出し、熱交換器３００へ導入することにより
、前記室２１で発生した蒸気を冷却（熱交換）して凝縮
液化し、管４３を経て凝縮液貯槽４０へ貯蔵される。熱
交換器３００内を流れる冷媒液は加熱されて蒸気となり
、管３０２を経て、主配管１４へ合流する。

また、冷熱負荷が少ない場合には、管１８を流れる冷水
温度を温度検出センサ２７で検出し、前記と同様に弁２
３．２４および２５の開閉制御（制御装置は図示せず）
を行なうものである。

以上述べたように、本発明によれば温熱および冷熱負荷
が少ない時に、圧縮機の冷媒の余剰熱で濃度差利用蓄熱
装置の吸収液を濃縮して貯蔵しておくことができる。当
該操作は換言すれば、エネルギーを蓄積したことになる
。

次に、冷房負荷が増大した場合と暖房負荷が増加した場
合の本発明の蓄熱型圧縮式冷凍サイクルの操作方法を分
けて説明する。

先ず冷房負荷が増えた場合、即ち蒸発器４における管１
８の冷水温度が上昇した場合について述べる。

冷媒配管１０１，１０２，３０１，３０２に冷媒を流さ
ずに、濃度差利用蓄熱装置の濃縮希釈器２０の熱交換器
２００の管２０１から冷水塔（図示せず）等の機器から
冷却水を流し、前記した濃厚吸収液を吸収液貯槽３０か
ら抜き出して、管３１．３２を経てノズル３３で前記熱
交換器２００へ散布する。一方濃縮時に貯えられた凝縮
液を凝縮液貯ＷＪ４０から抜き出し、管４１から、ノズ
ル４２により熱交換器４００上に散布する。

上記操作により、濃縮希釈器２０内の圧力は低下し、１
え側の熱交換器４００上に散布される液（例えば水）は
蒸発し降温する。該発生蒸気は２１側の熱交換器２００
に散布されている濃厚吸収液に吸収され、該吸収液は昇
温し、熱交換器２００で冷却される。なお、熱交換器２
００を冷却する冷却水は２０２から排出される。

一方、容器２２側で蒸発させてＩＩ？：温した液は、熱
交換器４００内を流れる液（例えば水）から熱を奪い、
連続して蒸発できる。なお、管４０１から導入された熱
交換器４００を加熱する液は降温しで４０２から排出さ
れ、冷熱源となる。当該冷熱源は前記管１８の温度上昇
分を低下させるための冷熱源として利用するか、または
別個に４０２からの冷熱を需要側へ供給することもでき
、いずれも、冷熱負荷が増大した際に対処できる。

また、凝縮器２から取り出す温熱負荷の増大時、即ち管
１６での温度が降下した場合には、前記と同様に、管１
０１，１０２，３０１，３０２（７）冷媒流れを中止し
、濃度差利用蓄熱装置の濃縮希釈器２０の熱交換器２０
０上に濃厚吸収液を吸収液槽３０から取り出し、管３１
，３２、ノズル３３を介して散布する。

一方、濃縮希釈器２０の熱交換器４００上に凝縮液を凝
縮液貯槽４０から取り出し、管４１、ノズル４２を介し
て散布する。熱交換器４００内には、管４０１から適切
な温度レベルの液（例えば水）、即ち、太気温、河用水
、地下水、中水等と熱交換して昇温しだ液を導入するこ
とにより、前記したと同様に、２２側で蒸気が発生し、
２１側へ流れ、吸収現象により発熱し、熱交換器２００
を流れる液（例えば水）を加熱し、管２０２より取り出
される。

上記によって昇温しだ液は、前記と同様に、管１６を流
れる水の加熱に供することもでき、また、別個に’１７
２０２より温熱需要側へ供給することもできる。

第３図は本発明の他の実施例の系統図である。

冷媒配管１０の途中に熱交換器５００および６ｏＯを付
設したもので、管５０１，５０２並びに管６０１，６０
２に圧縮式冷凍サイクルに用いる冷媒（例えばフロンＲ
−２２）とは異なる液（例えば水）を用いることにより
、第１図に示した熱交換器１００および熱交換器３００
を省略した。

さらにまた、管５０１，５０２並びに管６０１．６０２
、即ち熱交換器５００と２００及び熱交換器６００と４
００をヒートパイプを用いることにより、さらに性能を
向上することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の圧縮式冷凍サイクルでは困難で
あった冷温熱出力の可変を容易に行なうことができる。

また、圧縮機を旺動する動力として電力を用いる場合に
は、夜間は主として熱エネルギーのｆｉｒ運転を実施し
、昼間に当該熱エネルギーを放出せさせることで、昼夜
間の電力負荷平準化に寄与できる。

また、従来圧縮式冷凍サイクルではできなかった定格値
以上の冷温熱出力が成績係数を低下させることな〈実施
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明の実施例の蓄熱型圧縮式冷
凍サイクルの系統図、第２図は圧縮式冷凍サイクルのエ
ンタルピー／圧力線図である。１・・・圧縮機、２・・・凝縮器、３・・・膨脹弁、４
・・蒸発器、５・・蓄液器、６・・・アキュームレータ
、７・・・原動機、１０〜１９，３１，３２，３４，３
６，４１．４３，１０１，１０２，２０１，２０２，３
０１．３０２，４０１，４０２，５０１，５０２゜６０
１．６０２・・管、２０・・・濃縮希釈器、２３゜２４
．２５・・・弁、２６．２７・・・温度検出センサ、３
０・・・吸収液貯槽、３３，４．２・・・ノズル、４０
・・凝縮液貯槽、５０・・・熱回収器、１００，２００
゜３００．４００，５００．６００・・・熱交換器。

Claims

【特許請求の範囲】１、圧縮機、凝縮器、膨脹弁、蒸発器を含む循環系で構
成され、該系内に冷媒を封入して成る圧縮式冷凍装置に
、該圧縮式冷凍装置の前記循環系の高温冷媒蒸気を加熱
源に、前記循環系の低温冷媒液を冷却源とした濃度差利
用蓄熱装置を併設したことを特徴とする蓄熱型圧縮式冷
凍サイクル。２、圧縮式冷凍サイクルの熱負荷が低い時には当該サイ
クルを循環する冷媒の余剰熱により濃度差利用蓄熱装置
の吸収性液体を濃縮した濃厚液と、当該吸収液から蒸発
凝縮した冷媒とをそれぞれ貯蔵しておき、前記熱負荷が
高くなった時に、前記貯蔵濃厚液と貯蔵冷媒とにより前
記濃度差利用蓄熱装置を稼働し、前記熱負荷の不足分を
補充することを特徴とする請求項第１項記載の蓄熱型圧
縮式冷凍サイクル。３、熱負荷の程度を検出する検出手段と、該検出手段か
らの信号により圧縮式冷凍サイクルから濃度差利用蓄熱
装置への冷媒の流量を制御する制御装置を備えたことを
特徴とする請求項第１項または第２項記載の蓄熱型圧縮
式冷凍サイクル。