(57)【要約】【課題】  小型化を図ることができ、エネルギ効率を向上させると共に、環境保全にとっても有利なエジェクタ式冷凍システムを提供する。【解決手段】  太陽熱コレクタ３で加熱された作動媒体をエジェクタ２の供給口2aから供給する。エジェクタ２の吐出口2bに接続させた凝縮器４の出口4oを蒸発器５と冷媒ポンプ６とに接続させ、冷媒ポンプ６により太陽熱コレクタ23に作動媒体を返戻させる。蒸発器５の出口5oをエジェクタ２の吸込口2cに接続させる。太陽熱コレクタ３で加熱された作動媒体の蒸気が供給口2cから供給されると、エジェクタ２のノド部を通過する際のエジェクタ効果により吸引口2cから蒸発器５内の作動媒体が吸引されて蒸発し、その気化熱により作動媒体が冷却され、蒸発器５に供給された水が冷却されて空調装置等に供して冷房を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽熱を捕集する太陽熱コレクタと、
前記太陽熱コレクタの出口を、作動媒体の供給口に接続させたエジェクタと、
前記エジェクタの吐出口に入口を接続させた凝縮器と、
前記エジェクタの吸込口に出口を接続させた蒸発器と、
前記凝縮器の出口に接続させた管路を分岐させて、一方の管路を冷媒ポンプを介して前記太陽熱コレクタの入口に接続させ、
他方の管路を前記蒸発器の入口に接続させてなることを特徴とするエジェクタ式冷凍システム。
【請求項２】
前記太陽熱コレクタの出口と前記エジェクタとの管路に補助熱源装置を介在させ、必要に応じて該補助熱源装置を作動させることを特徴とする請求項１に記載のエジェクタ式冷凍システム。
【請求項３】
前記太陽熱コレクタに代えて加熱装置を配置し、
前記加熱装置に加熱媒体を供給する熱源系を備え、
前記熱源系は、
太陽熱を捕集する太陽熱コレクタと、
前記加熱装置に供給する加熱媒体を蓄熱する蓄熱槽と、
前記加熱装置と蓄熱槽との間の管路に介在させた媒体循環ポンプと、
前記太陽熱コレクタと蓄熱槽との間の管路に介在させた媒体循環ポンプと、
前記蓄熱槽に配した補助熱源装置とからなり、
前記蓄熱槽から前記加熱装置に加熱媒体を供給し、該加熱装置から前記エジェクタに作動媒体を供給することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエジェクタ式冷凍システム。
【請求項４】
前記凝縮器を作動媒体の流れ方向に沿って分割して直列に接続し、上流側の凝縮器の出口を分岐させて前記冷媒ポンプに接続し、下流側の凝縮器の出口を前記蒸発器に接続させたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のエジェクタ式冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建物の空調用冷熱を得る等のための冷却システムであって、太陽熱を利用した冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物や乗り物等の環境空間では、そこに居る者に快適な環境を提供したり、コンピュータ等の機器装置に必要な恒温環境を提供するために空調設備が設置されている。この種の空調設備では、環境空間内の空気と熱交換を行う冷却用媒体を生成する冷凍システムを有している。
【０００３】
この種の冷凍システムとして、エジェクタ式のものがあり、例えば特許文献１には、エジェクタ式冷凍システムが用いられた移動体用空調装置が開示されている。この移動体用空調装置に備えられたエジェクタ式冷凍システムは、エジェクタと加熱装置、蒸発器、凝縮器、膨張弁、冷媒ポンプにより冷凍回路が構成されている。そして、前記加熱装置に移動体の駆動源となる燃料電池からの排熱を導入し、該加熱装置内で蒸発して高温・高圧となった冷媒蒸気をエジェクタのノズルから高速で噴射させ、この噴射によるエジェクタ効果を受けて前記蒸発器から冷媒蒸気が吸引され、この吸引効果により冷媒蒸気が発生する。また、蒸発器内では、凝縮された冷媒と環境空間との間で熱交換を行う冷却用冷媒を得るようにしたものである。
【０００４】
他方、特許文献２には、給湯あるいは暖房用の熱を、太陽熱と空気とに求めた熱源から汲み上げる太陽熱利用ヒートポンプが開示されている。このヒートポンプは、貯湯槽内に設けた凝縮器の出口を分岐し、一方の出口は膨張手段を介して、太陽熱および空気を熱源とする低温型の蒸発器に接続し、他方の出口は加圧手段を介して、太陽熱を熱源とする高温型の発生器に接続し、かつ前記発生器の出口にはエジェクタを設け、このエジェクタは吸引口を前記蒸発器に接続し、かつ出口を前記凝縮器の入口に接続して構成されたものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７２３５２
【特許文献２】特開平２−２６１５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたエジェクタ式冷凍システムでは、エジェクタを作動させる高圧蒸気を、移動体の駆動源に用いられる燃料電池からの排熱を利用して発生させているものであり、高圧蒸気を発生するための熱源を備えている装置等については、廃棄することになる熱の有効利用を図る上で有利であるが、特に熱源を備えていない場合には、高圧蒸気を発生させるための装置等を必要とすることになる。
【０００７】
また、引用文献２に開示されたヒートポンプでは、熱源に太陽熱を利用しているものであるが、この熱を環境空間の暖房や給湯に用いるものであり、冷凍システムを駆動させるために利用されていない。
【０００８】
また、従来の太陽熱を利用した冷凍システムには、吸収式冷凍機や吸着式冷凍機等が存しているが、複雑な装置となり、メンテナンス等に要する手間が多大であり、機器装置等が大型化してしまっている。
【０００９】
そこで、この発明は、太陽熱を冷凍システムの駆動に利用することで装置の小型化を図れ、構造が簡単で、メンテナンス等を簡便とすることができる、太陽熱を熱源とするエジェクタ式冷凍システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために技術的手段として、この発明に係るエジェクタ式冷凍システムは、太陽熱を捕集する太陽熱コレクタと、前記太陽熱コレクタの出口を、作動媒体の供給口に接続させたエジェクタと、前記エジェクタの吐出口に入口を接続させた凝縮器と、前記エジェクタの吸込口に出口を接続させた蒸発器と、前記凝縮器の出口に接続させた管路を分岐させて、一方の管路を冷媒ポンプを介して前記太陽熱コレクタの入口に接続させ、他方の管路を前記蒸発器の入口に接続させてなることを特徴としている。
【００１１】
前記太陽熱コレクタに作動媒体としての冷媒を流通させると、太陽熱を吸収して冷媒の蒸気が生成される。この蒸気が前記エジェクタに供給されると、該エジェクタのノド部を通過する際に、いわゆるエジェクタ効果により前記吸引口から前記蒸発器の冷媒が吸引されて減圧されて、冷媒が蒸発する。これにより、この冷媒の蒸発による気化熱で、該蒸発器に流通された水との間で熱交換され冷水が生成され、この冷水が空調装置や給水器等に供給される。前記エジェクタの吐出口からは、前記太陽熱コレクタから供給された冷媒と蒸発器から吸引された冷媒とが混合されて排出され、前記凝縮器へ供給され、この凝縮器に供給された冷却水との間で熱交換されて凝縮され、一部が前記冷媒ポンプにより太陽熱コレクタに返戻され、残部が前記蒸発器に供給される。
【００１２】
また、請求項２の発明に係るエジェクタ式冷凍システムは、前記太陽熱コレクタの出口と前記エジェクタとの管路に補助熱源装置を介在させ、必要に応じて該補助熱源装置を作動させることを特徴としている。
【００１３】
太陽熱コレクタによる吸熱作用は天候に左右されるおそれがあるから、安定して冷凍システムを作動させるために、冷媒を加熱する補助熱源装置を設けたものである。この補助熱源装置は太陽熱コレクタの出口側に該太陽熱コレクタと直列に接続する。また、必要に応じてバイパス管路とバイパス弁を配設して、補助熱源装置のみで冷媒を加熱するようにしても構わない。
【００１４】
また、請求項３の発明に係るエジェクタ式冷凍システムは、前記太陽熱コレクタに代えて加熱装置を配置し、前記加熱装置に加熱媒体を供給する熱源系を備え、前記熱源系は、太陽熱を捕集する太陽熱コレクタと、前記加熱装置に供給する加熱媒体を蓄熱する蓄熱槽と、前記加熱装置と蓄熱槽との間の管路に介在させた媒体循環ポンプと、前記太陽熱コレクタと蓄熱槽との間の管路に介在させた媒体循環ポンプと、前記蓄熱槽に配した補助熱源装置とからなり、前記蓄熱槽から前記加熱装置に加熱媒体を供給し、該加熱装置から前記エジェクタに作動媒体を供給することを特徴としている。
【００１５】
作動媒体と該作動媒体を加熱させるための熱源とを分離したもので、加熱装置に熱源で加熱された加熱媒体を供給し、作動媒体との間で熱交換することによって作動媒体を加熱するようにしたものである。この場合、例えば作動媒体にアンモニア等の冷媒が用いられる場合に、加熱媒体として水を用いることができる。なお、前記蓄熱槽に補助熱源装置を設けて、十分な太陽熱を捕集できない場合には、該補助熱源装置で加熱媒体を加熱する。
【００１６】
また、請求項４の発明に係るエジェクタ式冷凍システムは、前記凝縮器を作動媒体の流れ方向に沿って分割して直列に接続し、上流側の凝縮器の出口を分岐させて前記冷媒ポンプに接続し、下流側の凝縮器の出口を前記蒸発器に接続させたことを特徴としている。
【００１７】
前記エジェクタの吐出口から排出された作動媒体は、前記上流側の凝縮器を通った後、一部が前記冷媒ポンプに供されて作動冷媒が加熱される。残部は前記下流側の凝縮器を通り、再冷却された後、前記蒸発器に供給されて、冷却水との間の熱交換に供される。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係るエジェクタ式冷凍システムによれば、エジェクタを駆動する冷媒蒸気を、太陽熱を利用することにより生成するから、蒸気を発生させるための装置等を必要とせず、装置の小型化を図ることができる。しかも、太陽熱を利用することにより、環境に良好なシステムとすることができる。なお、エジェクタを駆動する作動媒体には、温度や圧力等の駆動の条件に応じたものを用いることができ、水やアンモニア等の自然媒体を用いることができる。
【００１９】
また、請求項２の発明に係るエジェクタ式冷凍システムによれば、天候に応じて太陽熱コレクタで十分な太陽熱を捕集できない場合であっても、確実にこの冷凍システムを作動させることができる。
【００２０】
また、請求項３の発明に係るエジェクタ式冷凍システムによれば、作動媒体にアンモニア等を用いる場合であっても、これを加熱する加熱媒体には水を用いることができる。このため、エジェクタの駆動に要求される作動媒体を太陽熱コレクタに利用できないような場合であっても、確実に冷凍システムを作動させることができる。
【００２１】
また、請求項４の発明に係るエジェクタ式冷凍システムによれば、作動媒体の加熱に要する熱量が減じられるから、加熱するための太陽熱コレクタ等の熱容量を小さくすることができて、太陽熱コレクタ等の小型化を図ることができる。また、上流側の凝縮器から温水を採取することができることができ、エネルギ効率を向上させた冷凍システムとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図示した好ましい実施形態に基づいて、この発明に係るエジェクタ式冷凍システムを具体的に説明する。
【００２３】
図１にはこの発明の第１実施形態に係るエジェクタ式冷凍システム１の概略の構成を示してある。この冷凍システム１はエジェクタ２を備えたエジェクタ式のものであり、このエジェクタ２の作動媒体の供給口2aに太陽熱コネクタ３の出口3oが管路を構成する配管Ｐ1で接続されている。前記エジェクタ２の吐出口2bには配管Ｐ2を介して凝縮器４の入口4iが接続されている。また、エジェクタ２の吸込口2cは、蒸発器５の出口5oと配管Ｐ3を介して接続されている。
【００２４】
前記凝縮器４の出口4oに接続された配管Ｐ4は配管Ｐ5と配管Ｐ6とに分岐され、配管Ｐ5には冷媒ポンプ６の吸込口6iが接続され、該冷媒ポンプ６の吐出口6oが、配管Ｐ7を介して前記太陽熱コレクタ３の入口3iに接続させてある。また、前記配管Ｐ6には膨張弁７を介在させて、前記蒸発器５の入口５iを接続させてある。
【００２５】
前記凝縮器４には供給された作動媒体を凝縮させるための冷却水Ｃが供給されて、作動媒体と該冷却水Ｃとの間で熱交換されるようにしてある。また、前記蒸発器５には空調用あるいは給水用の作動水Ａが導入されて、作動媒体と該作動水Ａとの間で熱交換されるようにしてある。
【００２６】
以上により構成されたこの第１実施形態に係るエジェクタ式冷凍システムでは、図１に示すように、太陽熱コレクタ３とエジェクタ２、凝縮器３、蒸発器４とが前記配管Ｐを介して接続されて閉鎖系が形成されており、この系内に適宜な容量の水やアンモニア等の作動媒体が充填されている。前記冷媒ポンプ６の作動により作動媒体が該冷媒ポンプ６の吐出口6oから配管Ｐ7を通り前記太陽熱コレクタ３に供給されると、該太陽熱コレクタ３で捕集された太陽熱により加熱されて沸騰し、該作動媒体の蒸気が生成される。この蒸気が前記エジェクタ２の吸込口2aから供給されると、該エジェクタ２のノド部を通過する際に加速されて、負圧が発生する。他方、前記吸引口2cには前記蒸発器５の出口5oが接続されているから、この負圧によっていわゆるエジェクタ効果を受けて蒸発器５内の作動媒体が吸引されて蒸発し、その気化熱により蒸発器５内の作動媒体が冷却される。蒸発器５には作動水Ａが供給されいているから、作動媒体との間で熱交換されることにより冷却されて空調装置の冷却用媒体等となる冷水を得ることができる。
【００２７】
前記エジェクタ２のノド部を通過した作動媒体は吸引口2cから吸引された作動媒体と混合してエジェクタ２のディフューザ部を通過することにより減速された後、前記凝縮器４に供給される。該凝縮器４では、供給される冷却水Ｃとの間で熱交換されて作動媒体が凝縮される。凝縮された作動媒体は、凝縮器４の出口4oから排出され、一部が前記冷媒ポンプ６に吸引されて太陽熱コレクタ３に返戻され、残部が前記蒸発器５に供給されることになる。
【００２８】
図２は、この発明の第２実施形態に係る冷凍システム10の概略の構成を示している。なお、第１実施形態に係る冷凍システム１が備えたものと同一の機器装置については同一の符号を付してある。この第２実施形態に係る冷凍システム10では、前記太陽熱コレクタ３の下流側に補助熱源装置11を配置したものである。これにより、作動媒体は、太陽熱コレクタ３から補助熱源装置11を通って前記エジェクタ２に供給されることになり、この補助熱源装置11を通過する際に作動媒体が加熱されることになる。なお、太陽熱コレクタ３により作動媒体を十分に加熱する太陽熱を捕集することができる場合には、該補助熱源装置11は作動させる必要がなく、補助熱源装置11を通過する際には作動媒体は加熱されない。すなわち、天候等により太陽熱コレクタ３で作動媒体を十分に加熱することができない場合には補助熱源装置11を作動させて、作動媒体を加熱するようにしたものである。
【００２９】
また、図２に示すように、太陽熱コレクタ３を迂回するバイパス配管Ｐbを配設し、このバイパス配管Ｐbにバイパス弁12を、太陽熱コレクタ３の入口３iの直前に開閉弁13をそれぞれ介在させ、補助熱源装置11を作動させる場合には、バイパス弁12を開放し、開閉弁13を閉成して、太陽熱コレクタ３に作動媒体を流通させずに、補助熱源装置11に供給するようにしても構わない。
【００３０】
図３は、この発明の第３実施形態に係る冷凍システム20の概略の構成を示すもので、第１実施形態に係る機器装置と同一のものについては同一の符号を付してある。この第３実施形態に係る冷凍システムでは、第１実施形態に係る冷凍システム１の太陽熱コレクタ３の位置に該太陽熱コレクタ３に代えて加熱装置21を配設し、この加熱装置21を通過した作動媒体を前記エジェクタ２に供給するようにしたものである。加熱装置21には熱源系22により熱源が供給されている。
【００３１】
前記熱源系22は、太陽熱コレクタ23と蓄熱槽24、媒体ポンプ25、26とから構成されている。太陽熱コレクタ23の出口23oは蓄熱槽24の一次側入口24aiに接続され、この蓄熱槽24の一次側出口24aoが前記媒体ポンプ26を介して太陽熱コレクタ23の入口23iに接続されている。すなわち、太陽熱コレクタ23で捕集された熱により加熱された一次側熱媒体が、媒体ポンプ26の作動によって、太陽熱コレクタ23と蓄熱槽24とを循環するようにしてある。また、蓄熱槽24の二次側出口24boから前記加熱装置21に加熱媒体が供給され、加熱装置21を流通した加熱媒体は、前記媒体ポンプ25により蓄熱槽24の二次側入口24biから蓄熱槽24に戻ることにより、加熱媒体が加熱装置21と蓄熱槽24とを循環するようにしてある。また、蓄熱槽24にはヒータ等の補助加熱手段27が設けられている。
【００３２】
前記太陽熱コレクタ23に導入された一次側媒体は、捕集された太陽熱により加熱され、前記媒体ポンプ26の作動によって前記蓄熱槽24に供給される。この蓄熱槽24には二次側媒体が導入されているから、一次側媒体により二次側媒体が加熱され、前記媒体ポンプ25の作動により前記加熱装置21に供給される。そして、この加熱装置21において冷凍サイクルの作動媒体が加熱されて、前記エジェクタ２に供給されることになる。
【００３３】
この第３実施形態では、熱源系22に用いられる媒体と冷凍サイクルの作動媒体とに異なるものを用いることができるから、冷凍サイクルの温度や圧力等の条件により、例えばアンモニアが用いられる場合であっても、太陽熱コレクタ23の捕集熱で加熱する一次側媒体と蓄熱槽24と加熱装置21とを循環させる二次側媒体とに水を用いることができる。
【００３４】
図４は、この発明の第４実施形態に係る冷凍システム30の概略の構成を示すもので、第３実施形態に係る機器装置と同一のものについては同一の符号を付してある。この第４実施形態に係る冷凍システムでは、第３実施形態に係る冷凍システムの凝縮器４を、上流側凝縮器41と下流側凝縮器42の二つに分割して、これらを直列に接続させて配設したものである。上流側凝縮器41の出口41oに接続された配管Ｐ41を途中で分岐させて前記冷媒ポンプ６の吸込口6iに接続させてある。また、前記下流側凝縮器42の出口42oを配管Ｐ42により前記膨張弁７に接続させてある。
【００３５】
この第４実施形態に係る冷凍システム30では、エジェクタ２から吐出された作動媒体は前記上流側凝縮器41を流通しながら凝縮され、一部が前記冷媒ポンプ６により加熱装置21に返戻される。また、前記下流側凝縮器42に供給された作動媒体は再冷却された後、前記蒸発器５に供給されることになる。すなわち、前記加熱装置21では作動冷媒は加熱されることになるから、加熱装置21に返戻される作動媒体は蒸発器５に供給される作動媒体と比べて十分に冷却されている必要はない。このため、冷媒ポンプ６で給送するのに十分な状態まで上流側凝縮器41で凝縮し、蒸発器５へ供給される作動媒体は再冷却して十分に凝縮させるようにしたものである。また、上流側凝縮器41に供給された冷却水Ｃは作動媒体を冷却した後には温度が上昇することから、該上流側凝縮器41から温水を採取することができる。
【００３６】
この第４実施形態では、前述した第３実施形態を変形した構成、すなわち、作動冷媒を加熱装置21で加熱するもので、該加熱装置21には冷凍システムとは分離された熱源系22で加熱された加熱媒体が供給されて作動媒体を加熱するようにしてある。しかし、この第４実施形態に係る冷凍システム30は、第１実施形態に係る冷凍システム１のように太陽熱コレクタ３で作動冷媒を加熱する構成とし、また第２実施形態に示すように、補助熱源装置11を配設する構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明に係るエジェクタ式冷凍システムによれば、太陽熱を利用して作動媒体を加熱することによりエジェクタを駆動するようにしたため、小型の冷凍システムとすることができて、設置場所に制限されなくなると共に、省エネを促進し、良好な環境の保全に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１実施形態に係るエジェクタ式冷凍システムの概略の構成を示す図である。
【図２】この発明の第２実施形態に係るエジェクタ式冷凍システムの概略の構成を示す図である。
【図３】この発明の第３実施形態に係るエジェクタ式冷凍システムの概略の構成を示す図である。
【図４】この発明の第４実施形態に係るエジェクタ式冷凍システムの概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  冷凍システム
２  エジェクタ
３  太陽熱コレクタ
４  凝縮器
５  蒸発器
６  冷媒ポンプ
７  膨張弁
10  冷凍システム
11  補助熱源装置
12  バイパス弁
13  開閉弁
20  冷凍システム
21  加熱装置
22  熱源系
23  太陽熱コレクタ
24  蓄熱槽
25  媒体ポンプ
26  媒体ポンプ
30  冷凍システム
41  上流側凝縮器
42  下流側凝縮器
Ｐ  配管
【図１】
2010096436.tif 000003
【図２】
2010096436.tif 000004
【図３】
2010096436.tif 000005
【図４】
2010096436.tif 000006