(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、経済的で効率の良い運転ができ、空気調和装置にしよう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と、２台以上の圧縮機Ｍ１、Ｍ２、外気又は冷却水で冷却する第一凝縮器Ｃ１、前記吸収冷凍機の蒸発器Ｅと熱交換関係に接続した第二凝縮器Ｃ２、冷凍効果を発揮する利用側蒸発器Ｅｃ及びそれらを循環接続する配管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Ｍ１、Ｍ２を並列に接続し、該Ｍ１は、吐出側をＣ１と配管接続し、該Ｃ１の出口側をＣ２の入口に配管接続し、前記Ｍ２は、吐出側をＣ１とＣ２の間の配管に接続すると共に、該Ｍ２と並列に該Ｍ２をバイパスするバイパス管６を設け、該６には制御弁Ｖ１を有しているものであり、前記Ｍ２の吐出側の配管とＭ１の吐出側の配管とを、三方弁相当の切替弁を有する配管で接続できる。【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、２台以上の圧縮機、外気又は冷却水で冷却する第一凝縮器、前記吸収冷凍機の蒸発器と熱交換関係に接続した第二凝縮器、冷凍効果を発揮する利用側蒸発器及びそれらを循環接続する配管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２台以上の圧縮機を並列に接続し、該第一の圧縮機は、吐出側を第一凝縮器と配管接続し、該第一凝縮器の出口側を第二凝縮器の入口に配管接続し、前記他の圧縮機は、吐出側を第一凝縮器と第二凝縮器の間の配管に接続すると共に、該圧縮機をバイパスするバイパス管を圧縮機と並列に設け、該バイパス管には制御弁を有し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、他の圧縮機の吐出側の配管と第一の圧縮機の吐出側の配管とが、三方弁相当の切替弁を有する配管で接続されると共に、第一の圧縮機の吐出側から他の圧縮機の吐出側への接続と、他の圧縮機の吐出側から第一凝縮器と第二凝縮器の間の配管への接続とを切替可能としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置。
【請求項３】
前記圧縮冷凍機には、第一凝縮器と第二凝縮器との間の配管で、他の圧縮機の吐出側と接続する前に、三方弁相当の切替弁を設け、第二凝縮器をバイパスするバイパス管を接続した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】
前記圧縮冷凍機は、吸収冷凍機１台に対し、複数台を接続することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の冷凍装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍装置の運転方法において、圧縮冷凍機は、第一の圧縮機と他の圧縮機を有し、次の（ａ）〜（ｅ）の運転モード、
（ａ）第一の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第一凝縮器で凝縮させ、他の圧縮機を停止し、バイパス制御弁を全閉とする運転モード、（ｂ）圧縮機を停止し、バイパス制御弁を全開又は開度調節し、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、（ｃ）第一の圧縮機を停止、他の圧縮機を運転し、バイパス制御弁を全閉とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、（ｄ）第一の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第一凝縮器で凝縮させると共に、他の圧縮機を停止し、バイパス制御弁を全開とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、（ｅ）第一の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第一凝縮器で凝縮させ、他の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第二凝縮器で凝縮させる運転モード、のうちの少なくとも３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、採用され始めている。
【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、空気調和装置に使用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、２台以上の圧縮機、外気又は冷却水で冷却する第一凝縮器、前記吸収冷凍機の蒸発器と熱交換関係に接続した第二凝縮器、冷凍効果を発揮する利用側蒸発器及びそれらを循環接続する配管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２台以上の圧縮機を並列に接続し、該第一の圧縮機は、吐出側を第一凝縮器と配管接続し、該第一凝縮器の出口側を第二凝縮器の入口に配管接続し、前記他の圧縮機は、吐出側を第一凝縮器と第二凝縮器の間の配管に接続すると共に、該圧縮機をバイパスするバイパス管を圧縮機と並列に設け、該バイパス管には制御弁を有していることを特徴とする冷凍装置としたものである。
【０００６】
前記冷凍装置において、圧縮冷凍機には、他の圧縮機の吐出側の配管と第一の圧縮機の吐出側の配管とが、三方弁相当の切替弁を有する配管で接続されると共に、第一の圧縮機の吐出側から他の圧縮機の吐出側への接続と、他の圧縮機の吐出側から第一凝縮器と第二凝縮器の間の配管への接続とを切替可能とすることができ、また、前記第一凝縮器と第二凝縮器との間の配管で、他の圧縮機の吐出側と接続する前に、三方弁相当の切替弁を設け、第二凝縮器をバイパスするバイパス管を接続することができ、前記圧縮冷凍機は、吸収冷凍機１台に対し、複数台を接続することができる。
【０００７】
また、本発明では、前記の冷凍装置の運転方法において、圧縮冷凍機は、第一の圧縮機と他の圧縮機を有し、次の（ａ）〜（ｅ）の運転モード、
（ａ）第一の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第一凝縮器で凝縮させ、他の圧縮機を停止、バイパス制御弁を全閉とする運転モード、
（ｂ）圧縮機を停止し、バイパス制御弁を全開又は開度調節し、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、
（ｃ）第一の圧縮機を停止、他の圧縮機を運転し、バイパス制御弁を全閉とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、
（ｄ）第一の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第一凝縮器で凝縮させると共に、他の圧縮機を停止し、バイパス制御弁を全開とし、第二凝縮器で冷媒蒸気を凝縮させる運転モード、
（ｅ）第一の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第一凝縮器で凝縮させ、他の圧縮機を運転し、圧縮蒸気を第二凝縮器で凝縮させる運転モード、
のうちの少なくとも３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。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧縮冷凍機の凝縮熱の放出先として、吸収冷凍機を利用するもので、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、圧縮冷凍機の運転状態を選択して圧縮機の所要動力（ヘッド）の低減等、エネルギ節約を図ろうとするものである。
本発明では、圧縮冷凍機の第一凝縮器の機能ＯＮ／ＯＦＦを冷却媒体の供給／停止で行い、また圧縮機を高ヘッド機、低ヘッド機の２機（以上）とし、さらに圧縮機のバイパス回路を設けて、負荷に応じて冷媒フロー（運転モード）を切替え、圧縮機あるいはバイパスの選択により、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。
【０００９】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図３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４は、本発明の冷凍装置の吸収冷凍機と圧縮冷凍機とを組合せた接続例を示すフロー構成図である。
図において、Ｍ１、Ｍ２は圧縮機、Ｅｃは蒸発器、Ｃ１は第一凝縮器、Ｃ２は第二凝縮器、Ｖ１は制御弁、Ｖ２、Ｖ３は切替弁、Ｖ４、Ｖ５は制御弁（膨張弁）、Ｐは液ポンプ、ＩＮＶはインバータ、２〜５は循環配管、６、８はバイパス配管、７は接続配管を示す。
【００１０】
次に、図１を用いた運転モードについて説明する。
▲１▼モード１（Ｍ１＋Ｃ１）は、吸収冷凍機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Ｍ１で圧縮され、第一凝縮器Ｃ１で凝縮・過冷却する。制御弁（膨張弁）で過冷却度を調節すると共に、冷媒蒸気の吹き抜けを調節している。液化した冷媒は、第二凝縮器Ｃ２を通過し、蒸発器Ｅｃに入り、被冷却媒体の熱を奪って蒸発し、再び圧縮機Ｍ１に吸込まれ、冷凍サイクルを成す。
▲２▼モード２（Ｃ２直接凝縮）は、吸収冷凍機で得られる冷熱が充分な時に、圧縮機Ｍ１、Ｍ２を停止し、Ｍ１バイパス弁Ｖ１を開けて蒸発器Ｅｃで蒸発した冷媒を第二凝縮器Ｃ２で凝縮させて、自然循環、又は液ポンプにより循環させる運転である。
このモードでは、圧縮機を運転しないため、所要電力を大幅に削減することができる。
【００１１】
▲３▼モード３（Ｍ２＋Ｃ２）は、吸収冷凍機で得られる冷熱の温度が直接凝縮するには高すぎる場合など、低ヘッド圧縮機Ｍ２を運転し、冷媒蒸気を第二凝縮器Ｃ２で凝縮させる運転である。Ｍ２バイパス弁は全閉とする。
▲４▼モード４（Ｍ１＋Ｃ１＋Ｃ２直接凝縮）は、吸収冷凍機で得られる冷熱温度は、直接凝縮させられるが、熱量が不足する場合では、Ｃ２での直接凝縮と、高ヘッド圧縮機Ｍ１＋第一凝縮器Ｃ１の運転をする。Ｃ１で凝縮した冷媒はＣ２で過冷却する。
この運転でＣ１出口の制御弁（膨張弁）を少し開方向とし、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、凝縮圧力は低下し、圧縮動力の低減ができる。ただし、吸収冷凍効果への負荷は大きくなる。
▲５▼モード５（Ｍ１＋Ｃｌ、Ｍ２＋Ｃ２）は、吸収冷凍機で得られる冷熱の温度が不十分で、熱量も不足する場合のモードであり、高ヘッド圧縮機Ｍ１＋第一凝縮器Ｃ１及び低ヘッド圧縮機Ｍ２＋第二凝縮器Ｃ２の運転をする。
【００１２】
図２は、図１に、Ｍ２の吐出側に切替弁Ｖ２を設け、Ｍ１の吐出側と配管７で接続している。
第一凝縮器Ｃ１に接続する圧縮機を選択可能としている。
モード１の運転で、第一凝縮器Ｃ１を冷却する媒体の温度が所定値以上のときは高ヘッド圧縮機Ｍ１を選択し、未満であれば低ヘッド圧縮機Ｍ２を選択する。
図３は、Ｃ１とＣ２の配管３に切替弁Ｖ３を設け、Ｃ２をバイパスする配管８を接続している。
第二凝縮器Ｃ２にかかる負荷を調節するため、第一凝縮器Ｃ１からの冷媒液を、第二凝縮器Ｃ２をバイパスできるようにしたものである。
【００１３】
図４は、吸収冷凍機と圧縮冷凍機とを組合せたフロー構成図であり、Ａは吸収器、Ｅは蒸発器、Ｇは再生器、Ｃは凝縮器、ＳＰは吸収溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、１は吸収冷凍機、１０は熱交換器１１〜１４、１６は溶液管路、１５、１７、１８は冷媒管路、１９は冷水循環路、２０は冷却水循環路、２１は排熱源流路である。
図４において、吸収冷凍機では、冷媒を吸収した溶液は、吸収器Ａから吸収溶液ポンプＳＰにより熱交換器１０の被加熱側を通り、管路１２から再生器Ｇへと導かれる。再生器Ｇでは、溶液は、外部ガスタービン等からの排ガスを熱源、として加熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、管路１３から熱交換器１０の加熱側を通り、吸収器Ａへ導入される。
一方、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃにおいて冷却水により凝縮した後蒸発器Ｅへと導かれ、蒸発器Ｅでは、冷水循環路１９から潜熱を奪うことで冷水の取り出しが可能となる。
圧縮冷凍機サイクルは図１の構成であり、前記の蒸発器Ｅの吸収冷凍効果を搬送媒体（例えば、冷水循環路１９）で凝縮器Ｃ２に接続している。
【００１４】
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く、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。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、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、空気調和装置に使用できる冷凍装置を提供することができた。
【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他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の冷凍装置の圧縮冷凍機の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明の冷凍装置の吸収冷凍機と圧縮冷凍機を組合せた例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
Ｍ１、Ｍ２：圧縮機、Ｅｃ：蒸発器、Ｃ１：第一凝縮器、Ｃ２：第二凝縮器、Ｖ１：制御弁、Ｖ２、Ｖ３：切替弁、Ｖ４、Ｖ５：制御弁（膨張弁）、Ｐ：液ポンプ、ＩＮＶ：インバータ、Ａ：吸収器、Ｅ：蒸発器、Ｇ：再生器、Ｃ：凝縮器、ＳＰ：吸収溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、１：吸収冷凍機、２〜５：循環配管、６、８：バイパス配管、７：接続配管、１０：熱交換器、１１〜１４、１６：溶液管路、１５、１７、１８：冷媒管路、１９：冷水循環路、２０：冷却水循環路、２１：排熱源流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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