(57)【要約】【課題】吸収式ヒートポンプ回路の効率低下を抑制した排熱利用ヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】排熱利用ヒートポンプシステム１は、吸収式ヒートポンプ回路２０の再生器２１により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給し、圧縮式ヒートポンプ回路１０において蒸発した冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収器２２に循環するように構成し、再生器２１の熱源に外部機器１００の排熱を利用する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給し、前記圧縮式ヒートポンプ回路において蒸発した冷媒を、前記吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環するように構成し、
前記再生器の熱源に外部機器の排熱を利用したことを特徴とする排熱利用ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立したガスエンジンヒートポンプが有するエンジンの排熱であることを特徴とする請求項１に記載の排熱利用ヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立した冷凍機が有する放熱器の排熱であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排熱利用ヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記外部機器の排熱は、発電機の排熱であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排熱利用ヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮式ヒートポンプ回路と、吸収式ヒートポンプ回路とを備えた排熱利用ヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原動機の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路と、原動機の排熱を、吸収液を加熱する再生器の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路とを備えた排熱利用ヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排熱利用ヒートポンプシステムでは、圧縮式ヒートポンプ回路の利用側熱交換器を経た冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環し、再生器による再生後に冷媒を分離し、この冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吐出側に供給し、利用側熱交換器を介して熱負荷に冷熱又は温熱を供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成では、圧縮式ヒートポンプは再生器圧力の低下には寄与することができず、再生器出口の吸収液における所定の冷媒濃度をえるために必要となる再生器出口温度を下げることができない。したがって、原動機の排熱では再生器での再生温度に必要な温度まで上昇しない場合があり、吸収式ヒートポンプ回路での効率が低下するおそれがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、吸収式ヒートポンプ回路の効率低下を抑制した排熱利用ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の排熱利用ヒートポンプシステムは、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給し、前記圧縮式ヒートポンプ回路において蒸発した冷媒を、前記吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環するように構成し、前記再生器の熱源に外部機器の排熱を利用したことを特徴とする。
【０００６】
上記構成において、前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立したガスエンジンヒートポンプが有するエンジンの排熱であってもよい。
【０００７】
上記構成において、前記外部機器の排熱は、前記排熱利用ヒートポンプシステムと冷媒回路が独立した冷凍機が有する放熱器の排熱であってもよい。
【０００８】
上記構成において、前記外部機器の排熱は、発電機の排熱であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給するように構成し、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路とをシリーズに配置したため、再生器圧力を下げることができるので、再生器出口の吸収液を所定の冷媒濃度とするために必要な再生器温度も従来の温度よりも下げることができ、例えば、冷凍機の排熱やエンジンの排熱等、従来であれば給湯用途以外では利用が難しかった中温レベルの排熱によって吸収式ヒートポンプ回路を作動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す回路図である。
【図２】吸収式ヒートポンプ回路を示すＰ−Ｔ（デューリング）線図である。
【図３】排熱利用ヒートポンプシステムの運転状態を示すグラフであり、（Ａ）は流量比、（Ｂ）は排熱回収温度（℃）、（Ｃ）は外部機器の運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）、（Ｄ）は循環ポンプＰの回転数、（Ｅ）はバイパス弁１６の開度（％）を示す図である。
【図４】排熱利用ヒートポンプシステム及びガスヒートポンプの能力の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す図である。
【図６】冷凍機が冷蔵運転をする場合の、排熱利用ヒートポンプシステム及び冷凍機の能力の関係を示す図であり、（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステムの能力、（Ｂ）は冷凍機の能力を示す。
【図７】本発明の第３実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す図である。
【図８】排熱利用ヒートポンプシステム及び発電機の能力の関係を示す図であり、（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステムの能力、（Ｂ）は発電機の能力を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す回路図である。図２は、吸収式ヒートポンプ回路を示すＰ−Ｔ（デューリング）線図である。なお、図２では、横軸に温度（Ｔ）、縦軸に圧力（Ｐ）を示す。
排熱利用ヒートポンプシステム１は、モータ（原動機、熱機関）２の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機１１の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路１０と、外部機器であるガスヒートポンプ１００の排熱を、吸収液を加熱する再生器２１の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路２０とを備えた、いわゆるハイブリッドシステムである。
【００１２】
ガスヒートポンプ１００は、エンジン１０１の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機（不図示）の動力源として利用する空気調和装置であり、冷房運転又は暖房運転をして利用側熱交換器１０２から熱負荷ＨＬ（本実施形態では、被調和室）に冷熱及び温熱を供給する。ガスヒートポンプ１００は、排熱利用ヒートポンプシステム１と冷媒回路１０３が独立している。なお、本実施形態のエンジン１０１は、都市ガスを燃料としたガスエンジンで構成しているが、これに限定されるものではない。
【００１３】
圧縮式ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１と、利用側熱交換器１２と、放熱器１３と、膨張弁１４、及び四方弁１５とを備えている。圧縮機１１と利用側熱交換器１２とは、圧縮機１１の吸込口１１Ａ側の吸込側冷媒管３１、及び、圧縮機１１の吐出口１１Ｂ側の吐出側冷媒管３２によって接続されている。吸込側冷媒管３１には四方弁１５が、吐出側冷媒管３２には、四方弁１５、放熱器１３、及び膨張弁１４が設けられている。
【００１４】
圧縮機１１は、吸込側冷媒管３１を流れる冷媒を圧縮するものである。この圧縮機１１は、モータ２の軸２Ａに接続されており、圧縮機１１にはモータ（原動機）２の軸出力が伝達される。つまり、圧縮機１１は、動力源としてモータ２の軸出力を利用して、冷媒を圧縮するように構成されている。
利用側熱交換器１２は、冷媒の冷熱又は温熱を熱負荷ＨＬに供給する熱交換器であり、冷媒の冷熱又は温熱を放熱する放熱装置１２Ａ（例えば、ファン）を有している。放熱装置１２Ａには、熱負荷ＨＬに供給する熱の温度を検出する温度センサ６１が設けられている。
放熱器１３は、冷媒の熱を放熱するものであり、当該放熱器１３の熱を放熱する放熱装置１３Ａ（例えば、ファン）を有している。
【００１５】
四方弁１５は、圧縮機１１の吸込側及び吐出側を放熱器１３又は利用側熱交換器１２にそれぞれ連通するように切り替えられ、これにより、熱負荷ＨＬに冷熱を供給する冷熱運転及び熱負荷ＨＬに温熱を供給する温熱運転が切り替えられる。より詳細には、冷熱運転時には、圧縮機１１の吐出側から放熱器１３に、また、利用側熱交換器１２から圧縮機１１の吸込側に、温熱運転時には、圧縮機１１の吐出側から利用側熱交換器１２に、放熱器１３から圧縮機１１の吸込側に冷媒が流れる。なお、図１では、圧縮機１１の吐出側を点ａ１、放熱器１３側を点ａ２、利用側熱交換器１２側を点ｂ１、圧縮機１１の吸込側を点ｂ２として示している。
【００１６】
圧縮式ヒートポンプ回路１０には、圧縮式ヒートポンプ回路１０を流れる比較的高温の冷媒と比較的低温の冷媒蒸気との間で熱交換させる冷媒熱交換器１７が設けられている。冷媒熱交換器１７では、冷熱運転時には、放熱器１３から膨張弁１４に供給される冷媒が冷却されるとともに、利用側熱交換器１２から圧縮機１１に供給される冷媒蒸気が加熱される。一方、温熱運転時には、膨張弁１４から放熱器１３に供給される冷媒が冷却されるとともに、放熱器１３から圧縮機１１に供給される冷媒蒸気が加熱される。この冷媒熱交換器１７により、圧縮式ヒートポンプ回路１０におけるＣＯＰ（成績係数）の向上を図るようにしている。
【００１７】
吸収式ヒートポンプ回路２０は、冷媒熱交換器１７と圧縮機１１との間の吸込側冷媒管３１に設けられ、圧縮式ヒートポンプ回路１０にシリーズに接続されている。吸収式ヒートポンプ回路２０は、再生器２１と、吸収器２２と、気液分離器２３とを備え、冷媒熱交換器１７と吸収器２２とが冷媒管３３によって、再生器２１と圧縮機１１とが冷媒管３４によって接続されている。再生器２１と吸収器２２とは、濃吸収液管（送り配管）４１及び稀吸収液管（戻り配管）４２によって接続されている。
【００１８】
吸収器２２は、冷媒管３３から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる。吸収器２２は、吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する熱を冷却する冷却装置２２Ａ（例えば、冷却水循環装置、又は、ファン。図１には、冷却水循環装置を示す。）を備えている。吸収器２２には、再生器２１に延びる濃吸収液管４１が接続されている。濃吸収液管４１には、吸収液を循環させるための循環ポンプＰが設けられており、循環ポンプＰを駆動することで、吸収器２２から再生器２１に冷媒を吸収した吸収液（濃吸収液）が供給される。
【００１９】
再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、ガスヒートポンプ１００のエンジン１０１の排熱を熱源として加熱再生する。より詳細には、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａには、エンジン１０１の排熱を回収した冷却水が流れる冷却水管５１が接続されている。図示は省略するが、冷却水管５１の冷却水は、例えば、エンジン１０１のウォータジャケットを流通してエンジン１０１の排熱を回収して昇温し、さらに、エンジン１０１の排ガス流路に設けられた排ガス熱交換器を流通して排ガスの排熱を回収して昇温した後に、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａに供給される。このようにして、ガスヒートポンプ１００の排熱を回収した冷却水を再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａに供給することにより、再生器２１は、高温の冷却水を再生器２１の熱源として吸収液を加熱再生する。
【００２０】
再生器２１の出口には、加熱再生して発生した冷媒蒸気を残った吸収液（稀吸収液）から分離する気液分離器２３が接続されている。気液分離器２３は、稀吸収液を貯留する本体２３Ａを備え、本体２３Ａの上下方向中間部には再生器２１から延びる混合液管４３が接続されている。本体２３Ａの下部には吸収器２２に延びる稀吸収液管４２が接続され、本体２３Ａの上部には冷媒管３４が接続されている。この気液分離器２３により、吸収液から冷媒蒸気が分離され、冷媒蒸気のみが圧縮機１１に供給され、冷媒蒸気を分離した稀吸収液が吸収器２２に供給される。
冷媒管３４には吸込側冷媒熱放熱器１８が設けられており、吸込側冷媒熱放熱器１８は冷媒管３４を流れる冷媒の熱を放熱する放熱装置１８Ａ（例えば、ファン）を有している。冷媒管３４を流れる比較的高温の冷媒蒸気は、この吸込側冷媒熱放熱器１８において冷却され、圧縮機１１に供給される。
【００２１】
吸収式ヒートポンプ回路２０には、再生器２１から吸収器２２に戻される比較的高温の稀吸収液により、吸収器２２から再生器２１に供給される濃吸収液を加熱する吸収液熱交換器２４が設けられている。この吸収液熱交換器２４により、再生器２１に供給される濃吸収液の温度を上昇させると共に、吸収器２２に供給される稀吸収液の温度を低下させることができる。
【００２２】
また、本実施形態では、再生器２１から吸収器２２への稀吸収液管４２にリバースポンプ（動力回収機）Ｒを設けている。
循環ポンプＰは、図示は省略するが、その軸が駆動装置（駆動源）の軸に接続されており、駆動装置の回転駆動力によって回転されて、濃吸収液管４１を流れる濃吸収液を搬送する。駆動装置には、例えば、モータ等の原動機が用いられる。
リバースポンプＲは、稀吸収液管４２を流れる稀吸収液によって回転駆動されるポンプである。リバースポンプＲの軸（不図示）は、循環ポンプＰの軸（不図示）に接続されており、リバースポンプＲによる回転エネルギーを循環ポンプＰにより回収し、駆動装置の駆動力を抑制できるようになっている。これにより、循環ポンプＰの省エネルギー化を図ることができる。
なお、図１中、放熱装置１２Ａを含めた利用側熱交換器１２は排熱利用ヒートポンプシステム１の室内機１Ａを構成し、その他の構成部品は排熱利用ヒートポンプシステム１の室外機１Ｂを構成している。
【００２３】
排熱利用ヒートポンプシステム１は、制御装置６０の制御によって四方弁１５を切り替えることで、冷熱運転と、温熱運転とに切り替え運転される。制御装置６０は、図示しない熱負荷ＨＬに供給する熱が所定の設定温度になるように排熱利用ヒートポンプシステム１を制御する。
冷熱運転時には、四方弁１５が、圧縮機１１の吸込側を利用側熱交換器１２に、圧縮機１１の吐出側を放熱器１３にそれぞれ連通するように切り替えられる。
利用側熱交換器１２において蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給され、吸収器２２において吸収液に吸収される。冷媒を吸収した濃吸収液は、循環ポンプＰによって吸収液熱交換器２４を経由して再生器２１に供給される。この濃吸収液は、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａ内を流通する冷却水から吸熱して再生温度まで加熱される。加熱された濃吸収液は、気液分離器２３に供給され、気液分離器２３において冷媒蒸気が分離される。冷媒蒸気が分離された稀吸収液は、吸収液熱交換器２４に供給され、吸収液熱交換器２４において濃吸収液管４１を流通する濃吸収液を加熱し、吸収器２２に戻される。
【００２４】
気液分離器２３において分離された冷媒蒸気は、圧縮機１１において圧縮されて高温高圧状態となり、高温高圧状態の冷媒は放熱器１３において冷却される。冷却された冷媒は、冷媒熱交換器１７において利用側熱交換器１２の下流側の冷媒蒸気によって冷却され、膨張弁１４において膨張して低温低圧状態となる。低温低圧状態の冷媒は、利用側熱交換器１２において熱負荷ＨＬの熱を奪って蒸発する。そして、利用側熱交換器１２において蒸発した冷媒蒸気は、再度、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給されるという循環を繰り返す。
【００２５】
一方、温熱運転時には、四方弁１５が、圧縮機１１の吸込側を放熱器１３に、圧縮機１１の吐出側を利用側熱交換器１２にそれぞれ連通するように切り替えられる。
放熱器１３において蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給される。吸収式ヒートポンプ回路２０における冷媒の再生は冷熱運転時と同様であるため、ここでは説明を省略する。
吸収式ヒートポンプ回路２０において再生された冷媒蒸気は、圧縮機１１において圧縮されて高温高圧状態となり、高温高圧状態の冷媒は利用側熱交換器１２において熱負荷ＨＬに放熱して冷却される。冷却された冷媒は、膨張弁１４において膨張して低温低圧状態となり、冷媒熱交換器１７において放熱器１３の下流側の冷媒蒸気によって冷却され、放熱器１３において蒸発する。そして、放熱器１３において蒸発した冷媒蒸気は、再度、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給されるという循環を繰り返す。
【００２６】
このように、排熱利用ヒートポンプシステム１では、吸収式ヒートポンプ回路２０の再生器２１により再生した冷媒が、圧縮式ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給されるように、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置している。これにより、図２に示すように、再生器２１の作動圧力Ｐｇを、圧縮機１１の吐出側圧力Ｐｃ（冷房時では放熱器１３の作動圧力、暖房時では利用側熱交換器１２の作動圧力）よりも低い圧力とすることができるので、再生器２１出口の吸収液を所定の冷媒濃度とするために必要な再生器２１の再生温度Ｔｇを低くすることができ、外部機器の排熱によって吸収式ヒートポンプ回路２０を作動できる。
これは、一般的に冷媒が溶解した吸収液が熱平衡状態にあるときに、等濃度となる任意の状態を比較すると、圧力と温度は、熱平衡物性から定まる単調増加の関係で一義的に定まることによる。
【００２７】
これに対し、例えば、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒が、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吐出口に供給されるように、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路とをパラレルに配置する場合には、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路の高圧（圧力Ｐｃ）を合わせる必要があるとともに、再生器２１の再生温度Ｔｃがシリーズの場合に比べ高くなる。
本実施形態では、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置しているため、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０の高圧を合わせる機構を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。
【００２８】
ところで、ガスヒートポンプ１００の排熱を利用した吸収式ヒートポンプ回路２０では、ガスヒートポンプ１００の始動時には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度（例えば、６５℃以上）に到達していない。圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置した排熱利用ヒートポンプシステム１では、この状態で吸収式ヒートポンプ回路２０に吸収液を循環させても、冷媒を再生することができず、吸収器２２に吸収できない冷媒蒸気が充満し、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率が低下してしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態では、吸込側冷媒管３１に吸収式ヒートポンプ回路２０をバイパスするバイパス管３５を設け、ガスヒートポンプ１００のエンジン１０１の立ち上がり時など排熱回収温度が低い場合は、吸収できない冷媒を、バイパス管３５を経て圧縮機１１に直接戻すようにしている。
より詳細には、バイパス管３５には、当該バイパス管３５を開閉するバイパス弁１６が設けられている。バイパス弁１６は、バイパス管３５を流れる冷媒の流量を制御する制御弁であり、このバイパス弁１６により、バイパス管３５を流れる冷媒の流量、及び、冷媒管３３を流れる吸収器２２に流れる冷媒の流量が制御されることとなる。なお、以下の説明では、冷媒管３３の冷媒流量をＦａ、バイパス管３５の冷媒流量をＦｂとし、冷媒の流量比をＦａ／（Ｆａ＋Ｆｂ）とする。また、冷却水管５１の再生器２１入口側には排熱回収温度（再生器２１に供給する排熱の温度）を検出する温度センサ６２が設けられており、制御装置６０は温度センサ６２が検出した温度に基づいてバイパス弁１６を制御する。
【００３０】
図３は、排熱利用ヒートポンプシステム１の運転状態を示すグラフであり、図３（Ａ）は流量比、図３（Ｂ）は排熱回収温度（℃）、図３（Ｃ）は外部機器の運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）、図３（Ｄ）は循環ポンプＰの回転数、図３（Ｅ）はバイパス弁１６の開度（％）を示す図である。なお、図３中、横軸は排熱利用ヒートポンプシステム１の運転時間を示す。
図１及び図３に示すように、制御装置６０は、排熱利用ヒートポンプシステム１の始動時には、バイパス弁１６を全開にしてガスヒートポンプ１００を始動し、排熱回収が所定の温度（例えば、４５℃）に到達した後に、循環ポンプＰを作動させ、その後、バイパス弁１６を除々に閉止方向に制御し、定格運転状態で完全に閉止させる。これにより、ガスヒートポンプ１００の立ち上がり時等に、吸収式ヒートポンプ回路２０側に冷媒が過剰に送られることが防げるので、適切な量の冷媒を吸収器２２に送ることが可能になる。
【００３１】
定格運転状態になると、制御装置６０は、限られたガスヒートポンプ１００の排熱を有効活用するために、排熱回収温度が所定温度（例えば、再生器２１入口温度が８５℃前後）に保たれるように、循環ポンプＰを制御して吸収液循環量を制御している。これにより、熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱の温度にかかわらず、再生温度がほぼ一定に保たれるので、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。なお、制御装置６０は、エンジン１０１の排熱温度（冷却水温度）を制御する排熱温度制御手段として機能している。
排熱利用ヒートポンプシステム１では、エンジン１０２での燃料消費量を増減すると排熱量も比例して増減するため、圧縮式ヒートポンプ回路のみの場合よりも冷却水の排熱活用分だけ能力変動は大きくなる。したがって、制御装置６０は、熱負荷ＨＬの負荷変動に対して、圧縮式ヒートポンプ回路のみの場合よりも、排熱利用ヒートポンプシステム１の全能力に対する吸収式ヒートポンプ回路２０への排熱利用の寄与比率分（本実施形態では、２５％程度）だけ、エンジン１０２の動力源（本実施形態では、燃料）の入力変化を小さくするように制御している。これにより、エンジン１０２の動力源の入力を変化させた場合に、熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱が急激に変化することを防止できる。なお、制御装置６０は、圧縮式ヒートポンプ回路１０の利用側熱交換器１２から熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱の熱容量を制御する熱容量制御手段として機能している。
【００３２】
上述のように、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１では、圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路２０に循環し、この冷媒を圧縮式ヒートポンプ回路１０に循環させている。したがって、圧縮式ヒートポンプ回路１０を、純粋な冷媒ではなく、冷媒と吸収液の混合物が循環することになるので、圧縮機１１の潤滑油に吸収液が混じるおそれがあり、吸収液に潤滑性のない液体を用いた場合には、圧縮機１１の潤滑を阻害してしまう。
また、圧縮式ヒートポンプ回路１０では、圧縮機１１の潤滑油が、圧縮機１１から当該回路中に飛沫状に流出し、冷媒と一体となって回路中を循環する。圧縮機１１を出た潤滑油は、冷媒とともに移動して吸収器２２へ至り、吸収液と渾然一体となって、吸収式ヒートポンプ回路２０内を循環する。これを放置すると、いずれは圧縮機１１に保持されていた潤滑油が減少してしまう。また、冷媒や吸収液に潤滑油が混じることになるので、潤滑油によって冷媒や吸収液の熱交換が阻害されるおそれがある。
【００３３】
そこで、本実施形態の排熱利用ヒートポンプシステム１では、圧縮機１１の潤滑油と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液とを同一液としている。すなわち、圧縮機１１の潤滑油を兼ねることが可能なイオン液体を吸収液として用いている。冷媒にＣＯ2（二酸化炭素）を用いる場合、同一液には、例えば、1-alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([Cnmim][PF6])、又は、1-alkyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Cnmim][BF4])、又は、1-Butyl-3-methylimidazolium Bis(trifluoromethanesulfonyl)-imide（[BMIM][Tf2N]）、又は、1-Ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate([EMIM][TCB])等が用いられる。また、冷媒にＨＦＣ又はＨＦＯを用いる場合には、同一液には、例えば、[bmim][PF6]: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateが用いられる。このように、圧縮機１１の潤滑油と吸収液とを同一液とすることで、圧縮機１１の潤滑油と吸収液とが混ざっても、圧縮機１１の潤滑を阻害することも、吸収液の熱交換効率を低下させることもない。また、圧縮機１１の潤滑油を分離するセパレータを設ける必要がないので、部品点数を削減し、製造工程を簡素化できる。
なお、放熱器１３は、冷媒にＣＯ2等の高圧側で超臨界状態となる非凝縮性冷媒を用いた場合には冷熱運転時にガスクーラとして、冷媒にＨＦＣやＨＦＯ等の凝縮性冷媒を用いた場合には冷熱運転時に凝縮器として機能する。同様に、利用側熱交換器１２は、冷媒に非凝縮性冷媒を用いた場合には温熱運転時にガスクーラとして、冷媒に凝縮性冷媒を用いた場合には温熱運転時に凝縮器として機能する。
【００３４】
図４は、排熱利用ヒートポンプシステム１及びガスヒートポンプ１００の能力の関係を示す図である。
ガスヒートポンプ１００は、電気消費量１．３５Ｗ、ガス消費量３９．７ＫＷを入力することで、定格冷房時に冷却能力５６ｋＷ及び排熱量２０．７ｋＷを出力する。
一方、排熱利用ヒートポンプシステム１は、ガスヒートポンプ１００の排熱量２０．７ｋＷ、及び電力消費量３．８４ｋＷを入力することで、定格冷房時に冷却能力１９．９ｋＷを出力する。
換言すれば、排熱利用ヒートポンプシステム１に、排熱利用ヒートポンプシステム１の定格冷却能力の２．８倍以上の定格冷却能力を有するガスヒートポンプ１００と組み合わせることで、排熱利用ヒートポンプシステム１の再生器２１の再生温度に十分な排熱を確保できる。なお、定格冷却能力が２．８倍未満のガスヒートポンプ１００を組み合わせた場合には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度にならず、排熱利用ヒートポンプシステム１のＣＯＰが低下する。
【００３５】
熱負荷ＨＬである被調和室には、排熱利用ヒートポンプシステム１の冷却能力１９．９ｋＷと、ガスヒートポンプ１００の冷却能力５６ｋＷ、合計で冷却能力７５．９ＫＷが供給される。ガスヒートポンプ１００だけでは、熱入力（ガス消費量３９．７ＫＷ）に対する冷却能力（５６ｋＷ）の比であるＣＯＰが１．４１となるが、ガスヒートポンプ１００に排熱利用ヒートポンプシステム１を組み合わせることで、全体のＣＯＰを１．８７とすることができ、ガスヒートポンプ１００だけの場合に比べてＣＯＰを３３％向上できる。また、ガス及び電気を含めた一次エネルギー換算効率は、ガスヒートポンプ１００だけの場合に１．２９に対し、ガスヒートポンプ１００に排熱利用ヒートポンプシステム１を組み合わせた場合には１．４５になるので、１２％改善できる。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、吸収式ヒートポンプ回路２０の再生器２１により再生した冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給するように構成し、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置したため、再生器２１圧力を下げることができるので、再生器２１出口の吸収液を所定の冷媒濃度とするために必要な再生器温度も従来の温度よりも下げることができ、例えば、エンジン１０１の排熱等、従来であれば給湯用途以外では利用が難しかった中温レベルの排熱によって吸収式ヒートポンプ回路２０を作動できる。そして、再生器２１の熱源に必要な排熱を生み出すガスヒートポンプ１００を接続することで、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、外部機器としてガスヒートポンプ１００を用いたが、第２実施形態では、外部機器として冷凍機２００を用いている。
図５は、第２実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステム１を示す図である。なお図５では、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
冷凍機２００は、圧縮機（不図示）で圧縮した冷媒を、放熱器２０１及び利用側熱交換器２０２に循環させる空気調和装置あるいは冷凍・冷蔵装置であり、空気調和装置であれば冷房運転又は暖房運転をして利用側熱交換器２０２から熱負荷ＨＬ（本実施形態では、被調和室）に冷熱及び温熱を供給し、冷凍・冷蔵装置であれば冷蔵運転または冷凍運転をして利用側熱交換器２０２から熱負荷ＨＬに冷熱を供給する。冷凍機２００は、排熱利用ヒートポンプシステム１と冷媒回路２０３が独立している。冷却水管５１には、放熱器２０１の排熱を回収した冷却水が流れ、再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、冷凍機２００の放熱器２０１の排熱を熱源として加熱再生する。
【００３８】
図６は、冷凍機２００が冷蔵運転をする場合の、排熱利用ヒートポンプシステム１及び冷凍機２００の能力の関係を示す図であり、図６（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステム１の能力、図６（Ｂ）は冷凍機２００の能力を示す。
冷凍機２００は、電気消費量１を入力することで、定格冷房時に冷却能力２及び排熱量２を出力する。
一方、排熱利用ヒートポンプシステム１は、冷凍機２００の排熱量２、及び電力消費量０．２を入力することで、定格冷房時に冷却能力１を出力する。
換言すれば、排熱利用ヒートポンプシステム１に、排熱利用ヒートポンプシステム１の定格冷却能力の１倍以上の定格冷却能力を有する冷凍機２００と組み合わせることで、排熱利用ヒートポンプシステム１の再生器２１の再生温度に十分な排熱を確保できる。なお、定格冷却能力が１倍未満の冷凍機２００を組み合わせた場合には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度にならず、排熱利用ヒートポンプシステム１のＣＯＰが低下する。
【００３９】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。そして、再生器２１の熱源に必要な排熱を生み出す冷凍機２００を接続することで、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
第１実施形態では、外部機器としてガスヒートポンプ１００を用いたが、第３実施形態では、外部機器として発電機３００を用いている。
図７は、第３実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステム１を示す図である。なお図７では、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１と同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。
発電機３００は、熱負荷ＨＬ（被調和室）を備える建物Ｂに電力線３０１を介して電力を供給する機器であり、例えば、エンジンや、燃料電池、モータ等で構成される。発電機３００から建物Ｂに供給された電力は、例えば、照明装置や利用側熱交換器１２の放熱装置１２Ａ等の電力に使用される。なお、発電機３００にエンジンや燃料電池を用いた場合には発電機３００の駆動源は燃料となり、発電機３００にモータを用いた場合には発電機３００の駆動源は電力となる。冷却水管５１には、発電機３００の排熱を回収した冷却水が流れ、再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、発電機３００の放熱器２０１の排熱を熱源として加熱再生する。
【００４１】
図８は、排熱利用ヒートポンプシステム１及び発電機３００の能力の関係を示す図であり、図８（Ａ）は排熱利用ヒートポンプシステム１の能力、図８（Ｂ）は発電機３００の能力を示す。
発電機３００は、駆動源（燃料や電力）１を入力することで、排熱量０．６を出力する。
一方、排熱利用ヒートポンプシステム１は、冷凍機２００の排熱量２、及び電力消費量０．２を入力することで、定格冷房時に冷却能力１を出力する。
換言すれば、排熱利用ヒートポンプシステム１に、排熱利用ヒートポンプシステム１の定格消費電力の２．５倍以上の発電量を有する発電機３００と組み合わせることで、排熱利用ヒートポンプシステム１の再生器２１の再生温度に十分な排熱を確保できる。なお、発電量が２．５倍未満の発電機３００を組み合わせた場合には、排熱回収温度が再生器２１に必要な再生温度にならず、排熱利用ヒートポンプシステム１のＣＯＰが低下する。
【００４２】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。そして、再生器２１の熱源に必要な排熱を生み出す発電機３００を接続することで、吸収式ヒートポンプ回路２０の効率低下を抑制できる。
【００４３】
但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、圧縮機１１の潤滑油と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液とを同一液としたが、必ずしも同一液とする必要はない。吸収液に潤滑性のない吸収液を用いる場合、潤滑油に吸収液に適さない潤滑油を用いる場合には、例えば、再生器２１から圧縮機１１に延びる冷媒管に潤滑油を分離するセパレータを設ければよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、排熱利用ヒートポンプシステム１全体を制御する制御装置６０が、エンジン１０２の排熱温度を制御する排熱温度制御手段と、熱負荷ＨＬに供給する冷熱又は温熱の熱容量を制御する熱容量制御手段として機能していたが、これに限定されるものではなく、例えば、制御装置６０と、排熱温度制御手段と、熱容量制御手段とを別の構成としてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、リバースポンプＲを設けたが、リバースポンプＲは省略してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、外部機器として、ガスエンジンヒートポンプ１００、冷凍機２００、発電機３００を例に挙げたが、外部機器はこれに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４７】
１  排熱利用ヒートポンプシステム
１０  圧縮式ヒートポンプ回路
１１  圧縮機
１１Ａ  吸込口
２０  吸収式ヒートポンプ回路
２１  再生器
２２  吸収器
１００  ガスエンジンヒートポンプ（外部機器）
１０１  エンジン
２００  冷凍機（外部機器）
２０１  放熱器
３００  発電機（外部機器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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