(57)【要約】【課題】圧縮冷凍機の運転モードを最適なものに切替えて、経済的で効率の良い運転ができる空気調和装置に使用できる冷凍装置を提供する。【解決手段】蒸発器Ｅを有する吸収冷凍機ＲＡと、圧縮機Ｍ、外気又は冷却水で冷却する第一凝縮器Ｃ１、第二凝縮器Ｃ２及び冷凍効果を発揮する利用側蒸発器Ｅｃとからなる圧縮冷凍機ＲＰとを組合せた冷凍装置であって、前記ＲＡの蒸発器Ｅが、前記ＲＰのＣ２と熱交換関係にあるか、又はＣ２を兼用していると共に、前記圧縮冷凍機には、Ｃ１をバイパスする回路１を設け、その１には制御弁１０を設けていることとしたものであり、前記ＲＰには、Ｍをバイパスする回路を設け、該バイパス回路には逆止弁Ｖ１又は制御弁を有することができ、また、前記Ｍは、高ヘッド圧縮機と、低ヘッド圧縮機とを有していてもよい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器を有する吸収冷凍機と、圧縮機、外気又は冷却水で冷却する第一凝縮器、第二凝縮器及び冷凍効果を発揮する利用側蒸発器を有する圧縮冷凍機とを組合せた冷凍装置であって、前記吸収冷凍機の蒸発器が、前記圧縮冷凍機の第二凝縮器と熱交換関係にあるか、又は該第二凝縮器を兼用していると共に、前記圧縮冷凍機には、第一凝縮器をバイパスする回路を設け、該バイパス回路には制御弁を設けていることを特徴とする冷凍装置。
【請求項２】
前記圧縮冷凍機には、圧縮機をバイパスする回路を設け、該バイパス回路には逆止弁又は制御弁を有していることを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記圧縮冷凍機は、高ヘッド圧縮機と、低ヘッド圧縮機とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の冷凍装置の運転方法において、前記圧縮冷凍機は、次の（ａ）〜（ｄ）の運転モード、（ａ）圧縮機を運転し、第一凝縮器のバイパス回路を閉止し、第一凝縮器で凝縮させ、第二凝縮器では過冷却しない運転モード、（ｂ）圧縮機を運転し、第一凝縮器のバイパス回路を閉止し、第一凝縮器で凝縮させ、第二凝縮器では第一凝縮器からの冷媒液を過冷却又は凝縮させる運転モード、（ｃ）圧縮機を運転し、第一凝縮器のバイパス回路を開方向とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、（ｄ）圧縮機を停止し、第一凝縮器のバイパス回路を開方向とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、のうちの少なくとも２種類以上の運転モードで運転することを特徴とする冷凍装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置に係り、特に、エンジン、タービン、各種プラント等からの排熱を熱源とする吸収冷凍機又は吸収冷温水機からの冷凍効果を、圧縮冷凍機と組合せて有効利用する空気調和装置として使用することができる冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にコージェネレーションシステムでは、発電に伴って排気ガスや温水等の形で熱が排出される。これら排熱は温度があまり高くないことから、低ポテンシャルエネルギに分類され、給湯又は暖房に利用されることが多い。最近では排熱で吸収冷凍機を運転して、冷房に利用することも多くなってきている。
コージェネレーションシステムの中で、この排熱は、ガスタービンやエンジンの排気ガス及び冷却水、あるいは、燃料電池の冷却水から得られる。排熱だけで吸収冷凍機を運転する場合もあるが、複合冷房装置として、排熱を高ポテンシャルエネルギと共に用いることで、運転に要する高ポテンシャルエネルギの量を節約する使い方が提案され、採用されはじめている。
【０００３】
ところで、排熱は発電量に応じて変化するため、その供給量は不安定であり、排熱だけで吸収冷凍機を運転する場合、冷房負荷に応じた能力を取り出すことは困難である。これを解決するために、吸収冷凍機の冷熱を圧縮冷凍機の放熱源として用いて、循環冷媒を冷却する冷凍装置が知られている。
しかし、この冷凍装置の圧縮冷凍機では、圧縮機で圧縮した冷媒蒸気を熱源側熱交換器（凝縮器）で凝縮させ、この凝縮液を、吸収冷凍機の蒸発器で過冷却させており、吸収冷凍効果は、冷房負荷に関係なく、常に圧縮冷凍機を運転した状態で利用する必要があり、また過冷却分だけで利用しているので、吸収冷凍効果の比率（圧縮冷凍効果に対する比率）を大きくすることができず、圧縮機を駆動する電動機の消費電力を大幅には削減ができないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記従来技術の問題点を解消し、供給される排熱の量や冷房負荷に応じて、圧縮冷凍機の運転モードを最適なものに切替えることにより、経済的で効率の良い運転ができる空気調和装置として使用することができる冷凍装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、蒸発器を有する吸収冷凍機と、圧縮機、外気又は冷却水で冷却する第一凝縮器、第二凝縮器及び冷凍効果を発揮する利用側蒸発器を有する圧縮冷凍機とを組合せた冷凍装置であって、前記吸収冷凍機の蒸発器が、前記圧縮冷凍機の第二凝縮器と熱交換関係にあるか、又は該第二凝縮器を兼用していると共に、前記圧縮冷凍機には、第一凝縮器をバイパスする回路を設け、該バイパス回路には制御弁を設けていることを特徴とする冷凍装置としたものである。
前記冷凍装置において、圧縮冷凍機には、圧縮機をバイパスする回路を設け、該バイパス回路には逆止弁又は制御弁を有することができ、前記圧縮冷凍機は、高ヘッド圧縮機と、低ヘッド圧縮機とを有していてもよい。
【０００６】
また、本発明では、前記冷凍装置の運転方法において、前記圧縮冷凍機は、次の（ａ）〜（ｄ）の運転モード、（ａ）圧縮機を運転し、第一凝縮器のバイパス回路を閉止し、第一凝縮器で凝縮させ、第二凝縮器では過冷却しない運転モード、（ｂ）圧縮機を運転し、第一凝縮器のバイパス回路を閉止し、第一凝縮器で凝縮させ、第二凝縮器では第一凝縮器からの冷媒液を過冷却又は凝縮させる運転モード、（ｃ）圧縮機を運転し、第一凝縮器のバイパス回路を開方向とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、（ｄ）圧縮機を停止し、第一凝縮器のバイパス回路を開方向とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、のうちの少なくとも２種類以上の運転モードで運転することを特徴とする冷凍装置の運転方法としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明では、圧縮冷凍機の凝縮熱の放出先として、吸収冷凍機（コジェネ排熱で駆動もよいが、しなくてもよい）を利用するもので、特に、冷房負荷及び吸収冷凍機運転状態（吸収冷凍効果への負荷状態など）に応じて、圧縮冷凍機の室外凝縮器（第一凝縮器）をバイパスできるようにしたものである。凝縮器バイパス、圧縮機発停等の組合せによる各種運転モードができ、負荷に応じて、これら運転モードを切替えることにより、圧縮機停止あるいは圧縮機の所要動力（ヘッド）の低減等、エネルギ節約を図っている。
【０００８】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の冷凍装置の圧縮冷凍機側の構成機器の接続例を示すフロー構成図であり、図３は、図１を用いた各運転モードのモリエ線図である。図において、ＲＡは吸収冷凍機、ＲＰは圧縮冷凍機、Ｍは圧縮機、Ｍ１は高ヘッド圧縮機、Ｍ２は低高ヘッド圧縮機、Ｅｃは蒸発器、Ｃ１は第一凝縮器、Ｃ２は第二凝縮器、Ｖ１は逆止弁、Ｖ２は制御弁（膨張弁）、Ｖ３は膨張弁（絞り装置）、１はバイパス回路、２は制御器、３〜６は温度又は圧力センサー、７は液ポンプ、８は逆止弁、９は媒体流路、１０は制御弁であり、各機器は、温度又は圧力センサーからの信号により、運転、停止を制御するように構成されている。
【０００９】
次に、図１と図３を用いて本発明の冷凍装置の運転について説明する。
本発明では、凝縮器バイパス、圧縮機発停等の組合せによる各種運転モード（下記▲１▼〜▲４▼）ができ、負荷に応じて、これら運転モードを切替えることにより、圧縮機停止あるいは圧縮機の所要動力（ヘッド）の低減等、エネルギ節約を図っている。
▲１▼モード１（第一凝縮器単独モード）は、吸収冷凍機ＲＡが停止している場合など、第二凝縮器Ｃ２に吸収冷凍効果搬送媒体（冷水など）が供給されない時の運転モードで、通常の圧縮冷凍機と同様な運転となる。
冷媒は、圧縮機Ｍで圧縮され〔図３（ａ）モリエ線図の１１→１２〕、次に第一凝縮器（空冷凝縮器）Ｃ１で凝縮・過冷却する（線図１２→１３）。このモードでは，制御弁１０は閉じて、冷媒がバイパス回路１を流れないようにしている。液化した冷媒は、第二凝縮器Ｃ２を通過（ここでは熱交換は行われない）した後、絞り装置Ｖ３で膨張する（線図１３→１４）。続いて蒸発器Ｅｃで被冷却媒体の熱を奪って蒸発・過熱した（線図１４→１１）冷媒は、再び圧縮機Ｍに吸込まれ、冷凍サイクルを形成している。
【００１０】
▲２▼モード２（第一・第二凝縮器併用モード）は、上述のモード１において、吸収冷凍機ＲＡから第二凝縮器Ｃ２に吸収冷凍効果搬送媒体（冷水など）が供給され、ここで冷媒と熱交換が行われる運転モードで、吸収冷凍機ＲＡで得られた冷熱を、冷媒の過冷却に用いる。
第一凝縮器Ｃ１で凝縮・過冷却した冷媒（線図２２→２３）は、第二凝縮器Ｃ２で、吸収冷凍効果で過冷却される（線図２３→２４）。このモードでも制御弁１０は閉じて、冷媒がバイパス回路１を流れないようにしている。続いて冷媒は絞り装置Ｖ３で膨張し（線図２４→２５）、蒸発器Ｅｃで熱を奪って蒸発・過熱する（線図２５→２６→２１）。
このモードでは、排熱で吸収冷凍機を運転して得られた冷熱を、冷媒の過冷却に用いることで（線図２３→２４）、同量の冷熱を蒸発器Ｅｃで利用できる（線図２５→２６）。
【００１１】
▲３▼モード３（第二凝縮器単独モード）では、制御弁１０を開き、第一凝縮器Ｃ１を使わずに、吸収冷凍機ＲＡで得られた冷熱だけで、冷媒を凝縮・過冷却する。第一凝縮器Ｃ１の冷却媒体温度が、吸収冷凍効果搬送媒体の温度と同程度の場合、第一凝縮器Ｃ１で冷媒蒸気の一部が凝縮することもある（このとき、冷却媒体の流量調節をしてもよい）。
吸収冷凍効果搬送媒体（冷水など）は、冷却媒体温度より低くできるため、冷媒の凝縮圧力は低下する。すなわち、このモードでは、圧縮機Ｍの所要ヘッドを、空冷凝縮器Ｃ１を使用した場合（線図３１→３３）より、低くすることができる（線図３１→３２）。
圧縮機Ｍで圧縮された冷媒は、バイパス回路１及び制御弁１０を通過して、第二凝縮器Ｃ２に入り、吸収冷凍効果で、冷媒は凝縮・過冷却する（線図３２→３４）。以後同じである。
吸収冷凍効果搬送媒体の温度が、冷却媒体温度より高い場合はこのモードを利用しないのが望ましい。
【００１２】
▲４▼モード４（第二凝縮器直接凝縮モード）は、吸収冷凍機ＲＡで得られる冷熱が充分な時に、圧縮機Ｍを停止し、冷媒を自然循環、又は液ポンプ７により循環させる。
逆止弁Ｖ１（又は制御弁を開）を通過した冷媒（線図４１→４２）は、バイパス回路１及び制御弁１０を通過して、第二凝縮器Ｃ２に入る。第二凝縮器Ｃ２には、吸収冷凍効果が供給されており、これと熱交換することで、冷媒は凝縮・過冷却する（線図４２→４３）。続いて冷媒は、液ポンプ７で加圧され（線図４３→４４）た後、絞り装置Ｖ３で膨張し（線図４４→４５）、蒸発器４で熱を奪って蒸発・過熱する（線図４５→４１）。
このモードでは、圧縮機Ｍを運転しないため、所要電力を大幅に削減することができる。なお、吸収冷凍機ＲＡが建物の屋上に設置されるなど、第二凝縮器Ｃ２が高い位置にあり、充分な液ヘッドが得られる場合は、液ポンプ７を省略して、冷媒を自然循環させることもできる。
【００１３】
▲２▼’モード２’（第一、第二凝縮器併用モード）は、制御弁１０は閉止のまま、第一凝縮器Ｃ１の冷媒出口の膨張弁Ｖ２を開方向にし、冷媒蒸気と凝縮液の二相状態で第二凝縮器Ｃ２に冷媒を導いてもよい。このとき、第一凝縮器Ｃ１内の冷媒流動が活発になり、また凝縮冷媒液による伝熱悪化も解消され、伝熱が非常によくなり、凝縮圧力は著しく低下し、圧縮動力の低減ができる。
モード２とモード３の中間的な運転となる。
▲３▼’モード３’（第一・第二凝縮器併用モード）は、制御弁１０を調節し、冷媒蒸気の一部をバイパスさせて第二凝縮器Ｃ２で凝縮、残部を第一凝縮器Ｃ１で凝縮させ、凝縮液を第二凝縮器Ｃ２に導く。
第一凝縮器Ｃ１圧力を、全量凝縮の場合よりも低下させることができ、若干動力低減ができる。吸収冷凍効果が余っている場合に利用できる。
モード２とモード３の中間的な運転となる。
【００１４】
▲４▼’モード４’（第一凝縮器直接凝縮モード）は、吸収冷凍機ＲＡで得られる冷水温より、外気温が低い時に、吸収冷凍機ＲＡ及び圧縮機Ｍを停止し、冷媒を第一凝縮器Ｃ１で凝縮させて自然循環、又は液ポンプ７により循環させる。
このモードでは、逆止弁Ｖ１（または制御弁を開）を通過した冷媒（線図４１→４２）は、第一凝縮器Ｃ１で外気と熱交換することで、凝縮・過冷却する（線図４２→４３）。
続いて冷媒は、液ポンプ７で加圧され（線図４３→４４）た後、絞り装置Ｖ３で膨張し（線図４４→４５）、蒸発器Ｅｃで熱を奪って蒸発・過熱する（線図４５→４１）。
【００１５】
次に、各運転モード間の切替例について説明する。
吸収冷凍機ＲＡからの冷凍効果供給停止（吸収冷凍機停止）又は吸収冷凍効果搬送媒体温度＞第一凝縮器冷却媒体（冷却水、外気）温度又は吸収冷凍効果搬送媒体温度＞第一凝縮器出口冷媒温度（３）のとき、モード１の運転とし、モード４又は４’の運転は、圧縮機Ｍ停止状態で、圧縮機Ｍ吸込み側圧力６が所定値以下のときに続行し、圧縮機吸込み側圧力６が下がり過ぎる時、制御弁１０を絞り、圧力調整してもよく、また、圧縮機Ｍ運転状態（圧縮機可変速度の場合は最小回転速度）で、圧縮機Ｍ吸込み側圧力が下がり過ぎる時、モード４に移行することができる。
圧縮機Ｍ吸込み側圧力６が上がり過ぎる時に、圧縮機Ｍ運転（モード２又は３）に移行し、吸込み圧力６で圧縮機Ｍ関係を制御しているが、蒸発器Ｅｃの被冷却媒体の目標温度と検出温度との差を基に、制御しても差支えない（目標温度＜検出温度で圧縮機運転）。
また、外気温が吸収冷凍機ＲＡの冷水温より低い時は、吸収冷凍機ＲＡを停止し、第一凝縮器Ｃ１に外気を供給するモード４’で運転してもよい。
【００１６】
次に、圧縮機Ｍと吸収冷凍機ＲＡを運転するモード２、２’、３、３’では、モード２の運転で、吸収冷凍効果搬送媒体の第二凝縮器Ｃ２出口温度４又は圧縮冷凍機冷媒の第二凝縮器Ｃ２出口温度５が所定値以下の時、制御弁１０を開き、モード３にする。
モード３の運転で、吸収冷凍効果搬送媒体の第二凝縮器Ｃ２出口温度４又は圧縮冷凍機冷媒の第二凝縮器Ｃ２出口温度５が所定値以上の時、制御弁１０を閉じ、モード２にする。移行の際、温度にディファレンシャルを持たせ、頻繁な移行を阻止する。
なお、２と３との間に、所定値にするように制御弁１０を調整してもよい（モード３’）し、また、２と３との間に、所定値にするように膨張弁Ｖ２を調整してもよい（モード２’）。
【００１７】
図２は、図１において、圧縮機を２台並列に設けた場合（高ヘッド圧縮機Ｍ１と低ヘッド圧縮機Ｍ２）であり、運転モードは、上述の図１とぼぼ同じであるが、モード１又は２で、外気温が低い時、及び、モード３の時に、高ヘッド圧縮機Ｍ１を停止して、低ヘッド圧縮機Ｍ２を運転する。
低ヘッド圧縮機Ｍ２の方が消費電力が小さく省エネルギーになる。
なお、図１の圧縮機１台の場合であっても、スクリュウ圧縮機、スクロール圧縮機等で圧縮比を変えて運転する方法も、省エネに対し有効である。
吸収冷凍機は、単効用、二重効用、一二重効用等、特に限定はなく、また吸収冷凍機の作動媒体による限定もない。熱源の形態も、温水、水蒸気、燃料あるいは排ガスなど特に限定はないし、また、排熱に限定せず、安価な燃料などを熱源とする吸収冷凍機であってもよい。１台の圧縮冷凍機を構成する各機器は複数器であっても差支えない。
圧縮冷凍機として説明しているが、配管切替でヒートポンプによる暖房運転とする形態をとってもよい。そのとき、吸収冷凍機を冷温水機として温熱をヒートポンプに与え、あるいは、排熱源を直接ヒートポンプに与えても良い。
【００１８】
【発明の効果】
本発明では、圧縮冷凍機の第一凝縮機及び圧縮機にバイパス回路を設けていて、負荷に応じて冷媒フロー（運転モード）を切替えることにより、吸収冷凍機からの冷熱を有効に利用して、圧縮機の消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍装置の圧縮冷凍機の接続例の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の冷凍装置の圧縮冷凍機の接続例の他の例を示すフロー構成図。
【図３】図１の装置を用いた各運転モードのモリエ線図。
【符号の説明】
ＲＡ：吸収冷凍機、ＲＰ：圧縮冷凍機、Ｍ：圧縮機、Ｍ１：高ヘッド圧縮機、Ｍ２：低高ヘッド圧縮機、Ｅｃ：蒸発器、Ｃ１：第一凝縮器、Ｃ２：第二凝縮器、Ｖ１：逆止弁、Ｖ２：制御弁（膨張弁）、Ｖ３：膨張弁（絞り装置）、１：バイパス回路、２：制御器、３〜６：温度又は圧力センサー、７：液ポンプ、８：逆止弁、９：媒体流路、１０：制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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