(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱源からの排熱により熱媒を加熱するに熱交換器を備えた排熱回収器と、
該排熱回収器で加熱された熱媒を熱源とする吸収式冷凍機と、
該吸収冷凍機に接続された室内機と、
前記吸収式冷凍機と前記排熱回収器の熱交換器との間で前記熱媒を循環する往き側及び帰り側の熱媒管路と、
前記吸収冷凍機と前記室内機との間で冷水又は温水を循環する往き側及び帰り側の冷温水管路と、
前記吸収冷凍機をバイパスして前記往き側熱媒管路と前記帰り側熱媒管路をそれぞれ前記往き側冷温水管路と前記帰り側冷温水管路に接続する往き側及び帰り側のバイパス管路と、
前記往き側熱媒管路を前記往き側バイパス管路に接続する分岐部に設けられた冷暖房切り換え弁と、
前記冷暖房切り換え弁の前記往き側熱媒管路側の上流側の熱媒の温度を検出する温度センサと、
該温度センサの検出温度に基づいて前記排熱回収器を制御して熱媒の温度を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記冷暖房切り換え弁を切り換えて前記熱媒が前記吸収式冷凍機へ通流するとき、前記熱媒の検出温度が第１の温度範囲の最高温度で前記熱媒の加熱を停止し、最低温度で前記熱媒の加熱を開始し、前記冷暖房切り換え弁を切り換えて前記熱媒が前記バイパス管路へ通流するとき、前記熱媒の検出温度が第１の温度範囲よりも低い第２の温度範囲の最高温度で前記熱媒の加熱を停止し、最低温度で前記熱媒の加熱を開始するように構成されてなる空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷凍機を含む空気調和装置に係り、特に、熱媒駆動型の吸収式冷凍機を含む空気調和装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加熱された駆動用熱媒により駆動される熱媒駆動型の吸収式冷凍機を含む空気調和装置では、吸収式冷凍機の作動により冷却された冷媒を室内機に供給して冷房を行っている。一方、暖房時には、駆動用熱媒により吸収冷凍機を駆動して室内機に供給される暖房用熱媒を加熱するか、または、吸収冷凍機とは別に設けられた暖房用熱交換器などにより、駆動用熱媒の熱で室内機に供給される暖房用熱媒を加熱している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、空気調和装置に対して省エネルギー性の向上が望まれている。これに対し、本願の発明者らは、空気調和装置の暖房運転において、熱媒の熱エネルギーを有効に利用し、さらに、暖房用熱交換器または吸収冷凍機などの作動に関連するエネルギーの消費を抑えて空気調和装置の省エネルギー性を向上することを考えている。すなわち、排熱源から得られる熱媒を室内機へ直接供給して暖房を行うことにより、暖房用熱交換器などを不要にし、また、暖房時に吸収式冷凍機や吸収冷凍機の動作に関わる機器類の作動を停止することで、暖房用熱交換器または吸収式冷凍機の作動に関連するエネルギー消費を抑え、省エネルギー性を向上することを考えている。
【０００４】
しかし、加熱された熱媒を室内機へ直接供給した場合、熱媒の温度によっては、暖房時の室内機からの温風の吹き出し温度が高くなり過ぎると、室内の温度分布が均一化し難くなり、快適性が低下する場合がある。また、熱媒の温度が室内機や制御弁などの耐熱温度を超えた場合、空気調和装置の運転に支障をきたす場合もある。このため、熱媒の温度は、機器などの耐熱温度を下回り、さらに、室内の温度分布が均一化し易い程度の温度に調整する必要がある。一方、冷房時に、室内機に供給する冷媒を吸収式冷凍機で冷却する場合、暖房時に要求される温度では吸収式冷凍機を駆動できないかまたは効率よく駆動することができない場合がある。したがって、冷房時に吸収式冷凍機に供給される熱媒の温度は、暖房時よりも高温であることが要求される。このように、冷房時と暖房時では要求される熱媒の温度が異なるため、従来の熱媒駆動型の吸収式冷凍機を含む空気調和装置の配管を変更するだけでは、熱媒の温度によって暖房時に室内の快適性の低下や、空調装置の運転への支障、また、冷暖房効率の低下などの問題が生じる場合がある。
【０００５】
本発明の課題は、空気調和装置の省エネルギー性を向上することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の空気調和装置は、排熱源からの排熱により熱媒を加熱するに熱交換器を備えた排熱回収器と、該排熱回収器で加熱された熱媒を熱源とする吸収式冷凍機と、該吸収冷凍機に接続された室内機と、前記吸収式冷凍機と前記排熱回収器の熱交換器との間で前記熱媒を循環する往き側及び帰り側の熱媒管路と、前記吸収冷凍機と前記室内機との間で冷水又は温水を循環する往き側及び帰り側の冷温水管路と、前記吸収冷凍機をバイパスして前記往き側熱媒管路と前記帰り側熱媒管路をそれぞれ前記往き側冷温水管路と前記帰り側冷温水管路に接続する往き側及び帰り側のバイパス管路と、前記往き側熱媒管路を前記往き側バイパス管路に接続する分岐部に設けられた冷暖房切り換え弁と、前記冷暖房切り換え弁の前記往き側熱媒管路側の上流側の熱媒の温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出温度に基づいて前記排熱回収器を制御して熱媒の温度を制御する制御部とを備えて構成する。
【０００７】
さらに、制御部は、前記冷暖房切り換え弁を切り換えて熱媒が吸収式冷凍機へ通流するとき、前記熱媒の検出温度が第１の温度範囲の最高温度で熱媒の加熱を停止し、最低温度で熱媒の加熱を開始し、前記冷暖房切り換え弁を切り換えて熱媒が前記バイパス管路へ通流するとき、前記熱媒の検出温度が第１の温度範囲よりも低い第２の温度範囲の最高温度で熱媒の加熱を停止し、最低温度で熱媒の加熱を開始する構成とする。
【０００８】
また、往き側熱媒管路を流れる熱媒を加熱する補助加熱器を設け、制御部は、排熱回収器と補助加熱器を制御して熱媒の温度を制御する構成とすることができる。
【０００９】
このような構成とすることにより、暖房時に熱媒がバイパス管路に通流するように冷暖房切り換え弁を切り換えることにより、バイパス管路を介して排熱回収器からの熱媒を室内機に直接供給し、暖房運転を行うことができる。つまり、暖房運転時は、吸収式冷凍機や吸収冷凍機の動作に関わる機器類の作動を停止し、空気調和装置の運転に関わるエネルギーの消費を抑えることができる。しかも、熱媒の温度は、制御部により、熱媒が吸収式冷凍機へ通流するとき、熱媒が前記バイパス管路へ通流するときよりも熱媒の温度を高く調整することができる。すなわち、冷房時の熱媒温度が暖房時の熱媒温度より高くなるように制御することができるため、暖房時の室内の快適性の低下や、空調装置の運転への支障、また、冷暖房効率の低下などを生じ難くできる。したがって、空気調和装置の省エネルギー性を向上できる。
【００１０】
ところで、排熱源からの排熱の温度が低く、熱媒が冷房または暖房運転を十分な効率で行える温度にならない場合がある。このような場合、従来の空気調和装置では、排熱源からの熱媒への熱交換を停止し、補助加熱器により熱媒を加熱している。しかし、このような従来の空気調和装置では排熱源からの熱が有効利用されないため、十分な省エネルギー性を得ることができない。
【００１１】
これに対し、本発明の空気調和装置は、補助加熱器と、この補助加熱器の動作を制御する制御部とを備えた構成とすることができる。さらに、制御部は、熱媒が吸収式冷凍機へ通流するとき、熱媒温度センサで検出した温度が第１の温度範囲の最高温度よりも低い第３の温度範囲の最高温度で補助加熱器による熱媒の加熱を停止し、最低温度で補助加熱器による熱媒の加熱を開始し、熱媒がバイパス管路へ通流するとき、熱媒温度センサで検出した温度が第２の温度範囲の最高温度よりも低い第４の温度範囲の最高温度で補助加熱器による熱媒の加熱を停止し、最低温度で補助加熱器による熱媒の加熱を開始する構成とする。
【００１２】
このような構成とすれば、補助加熱器は、排熱源からの熱が熱媒に回収されている状態で熱媒を加熱し、さらに、排熱回収の開始と停止を行う温度範囲よりも低い温度で熱媒の加熱を停止する。このため、熱媒は、排熱回収を停止するような異常高温状態になった場合以外は排熱の回収を行い、補助加熱器は、排熱の回収では不足した熱を補うように熱媒を加熱する。したがって、補助加熱器を用いる場合に置いても、補助加熱器が消費するエネルギーをできるだけ抑え、排熱源から得た排熱を有効利用できるため、空気調和装置の省エネルギー性を向上できる。
【００１３】
また、熱媒温度センサと制御部とは、熱媒の過熱を検出する構成とすれば、１つの熱媒温度センサを、熱媒温度の制御と異常過熱の検知に兼用できるため、温度センサの数を低減できるので好ましい。
【００１４】
ここで、バイパス管路を介して排熱回収器からの熱媒を直接室内機に供給することで暖房運転を行う空気調和装置では、暖房運転時、吸収式冷凍機や吸収式冷凍機の動作に関わる機器類の作動を停止させる。このため、これら機器類の停止にともない、熱媒および冷媒が、ほとんど流動しなくなって、管路内などに停滞してしまう。このとき、周囲の気温が低下すると、例えば、流動しなくなった熱媒および冷媒が水などであれば凍結して、空気調和装置を破損させる場合がある。これは、空気調和装置の運転を停止して、熱媒および冷媒が流動しなくなった場合も同様である。
【００１５】
これに対し、従来は、管路にヒータなどを巻くなどをして凍結を防止していた。管路にヒータなどを巻いて凍結を防止しようとすると、ヒータの部品の費用や加工費などのイニシャルコストがかかる、ヒータを駆動させるための電気代などのランニングコストがかかる、真空容器内などのヒータが巻けない、巻きにくい場所がある、ヒータを管路に巻く手間がかかるなど好ましくない場合がある。また、水抜きを行い凍結を防止することもできるが、暖房運転を行う場合があるので、水抜きを行うことはできない。また、熱媒および冷媒として不凍液を用いて凍結を防止することもできるが、熱媒および冷媒として不凍液を用いると、不凍液の濃度管理などの保守点検作業が煩雑になるため、不凍液は使用しにくい。
【００１６】
本発明の空気調和装置は、前記吸収式冷凍機から前記室内機へ供給される前記冷媒が通流する往き側冷媒管路および前記室内機から前記吸収式冷凍機へ戻される前記冷媒が通流する帰り側冷媒管路を含む冷媒管路と、該冷媒管路に前記吸収式冷凍機と前記室内機の間で前記冷媒を循環させる冷媒用ポンプと、前記冷媒管路内の前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサとが設けられており、前記熱媒管路は、前記熱媒温度調整手段から前記吸収式冷凍機へ供給される前記熱媒が通流する往き側熱媒管路と、前記吸収式冷凍機から前記熱媒温度調整手段へ戻される前記熱媒が通流する帰り側熱媒管路とを含み、前記熱媒管路には、前記熱媒温度調整手段と前記吸収式冷凍機の間で前記熱媒を循環させる熱媒用ポンプが設けられ、前記バイパス管路は、前記往き側熱媒管路と前記往き側冷媒管路とに連通する往き側バイパス管路と、前記帰り側冷媒管路と前記帰り側熱媒管路とに連通する帰り側バイパス管路とを含み、前記冷媒温度センサが検出した前記冷媒の温度が設定した温度より低くなると、前記熱媒温度調整手段から前記吸収式冷凍機に前記熱媒を供給可能に前記冷暖房切り換え弁を切り換え、前記熱媒用ポンプおよび前記冷媒用ポンプの少なくとも一方の運転を行う空気調和装置である。
【００１７】
このように、冷媒温度センサが検出した冷媒の温度が所定の温度以下になった場合に、熱媒および冷媒が吸収式冷凍機に供給されるように冷暖房切り換え弁を切り換えて、熱媒用ポンプおよび冷媒用ポンプを運転することにより、熱媒管路内の熱媒および冷媒管路内の冷媒が流動する。これにより、熱媒管路内の熱媒および冷媒管路内の冷媒に流れが生じて、熱媒管路内の熱媒および冷媒管路内の冷媒が凍結するのを防ぐことができ、空気調和装置の破損を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる空気調和装置の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる空気調和装置の概略構成と動作を示す図である。図２は、冷房時の排熱回収器と補助加熱器の動作を示す図である。図３は、暖房時の排熱回収器と補助加熱器の動作を示す図である。なお、本実施形態では、エンジンを排熱源として、この排熱で熱媒を加熱する場合を一例として説明する。
【００１９】
本実施形態の空気調和装置は、図１に示すように、排熱回収器１、補助ボイラ３、吸収式冷凍機５、熱媒管路７、冷暖房切り換え三方弁９ａ、９ｂ、バイパス管路１１、熱媒温度センサ１３、制御部１５、冷温水管路１７、そして室内機である室内機１９などで構成されている。排熱回収器１は、排熱源であるエンジン２１から排ガス管路２３を介して供給された排ガスの熱を、熱媒管路７中を通流する熱媒である水に熱交換部２５で回収する。排熱回収器１は、内部に排ガスの流れる流路を切り換えるための図示していない流路切換機構を備えている。この流路切換機構により、排ガスの流れは、排気管路２９方向と熱交換部２５方向とに切り換えられ、余剰な排熱は、排気管路２９より放出される。補助ボイラ３は、排熱回収器１から吸収式冷凍機５に向かって熱媒が通流する往き側熱媒管路７ａに設けられている。補助ボイラ３は、バーナ３１を備えており、バーナ３１の燃焼により熱媒を加熱する。
【００２０】
吸収式冷凍機５は、熱媒の熱で吸収液を加熱する再生器を有する熱媒駆動型の吸収式冷凍機である。吸収式冷凍機５は、冷却水管路３３を循環する冷却水を冷却するための冷却塔３５を備えている。熱媒管路７は、前記のように排熱回収器１から補助ボイラ３を介して吸収式冷凍機５に向かって熱媒が通流する往き側熱媒管路７ａと、吸収式冷凍機５から排熱回収器１に向かって熱媒が通流する帰り側熱媒管路７ｂとからなり、往き側熱媒管路７ａに熱媒用ポンプ３７を備え、排熱回収器１と吸収式冷凍機５との間で熱媒を循環させている。冷温水管路１７は、室内機１９に向かって吸収式冷凍機５から冷媒である冷水が通流する往き側冷温水管路１７ａと、室内機１９から吸収式冷凍機５方向に向かって冷水または温水が通流する帰り側冷温水管路１７ｂとからなり、帰り側冷温水管路１７ｂは、冷水用ポンプ３９を備えている。
【００２１】
バイパス管路１１は、往き側熱媒管路７ａを通流する熱媒を往き側冷温水管路１７ａに流す往き側バイパス管路１１ａと、帰り側冷温水管路１７ｂを通流する熱媒を帰り側熱媒管路７ｂに流す帰り側バイパス管路１１ｂとからなる。往き側バイパス管路１１ａは、補助ボイラ３と吸収式冷凍機５の間の往き側熱媒管路７ａに設けられた冷暖房切り換え三方弁９ａで往き側熱媒管路７ａから分岐し、往き側冷温水管路１７ａに合流するように配管されている。帰り側バイパス管路１１ｂは、帰り側冷温水管路１７ｂに設けられた冷暖房切り換え三方弁９ｂで帰り側冷温水管路１７ｂから分岐し、帰り側熱媒管路７ｂに合流するように配管されている。このように、本実施形態の空気調和装置では、吸収式冷凍機５から室内機１９へ供給される吸収式冷凍機５で冷却された冷媒である水、つまり、冷水が通流する冷媒管路に、往き側バイパス管路１１ａを介して、熱媒である加熱された水、つまり、温水が供給されて通流するので、冷媒管路を冷温水管路１７と称している。これは、往き側冷温水管路１７ａと帰り側冷温水管路１７ｂについても同様である。
【００２２】
制御部１５は、パワーボックス４１、補助ボイラ制御部４３、冷暖房切り換えスイッチ４５、排熱回収器１の流路切換機構、室内機１９の動作を制御する室内機制御部４７、そして往き側熱媒管路７ａの補助ボイラ３と冷暖房切り換え三方弁９ａの間に設置された熱媒温度センサ１３などと配線５１により電気的に接続されている。パワーボックス４１は、往き側熱媒管路７ａに設けられた熱媒用ポンプ３７、２つの冷暖房切り換え三方弁９ａ、９ｂ、帰り側冷温水管路１７ｂに設けられた冷水用ポンプ３９、冷却塔３５の図示していない冷却ファン、そして冷却水管路３３に設けられた冷却水用ポンプ５３などに配線５５により電気的に接続されている。
【００２３】
また、制御部１５は、異常検出機能を有しており、熱媒温度センサ１３で検出した熱媒の温度が、設定された異常検出温度になると、警報を発して使用者に異常を知らせると共に、補助ボイラ３のバーナ３１を強制停止し、排熱回収器１の流路切換機構を排ガスが排気管路２９に流れるように切り換えて排ガスを排出し、熱媒の加熱を停止する。
【００２４】
補助ボイラ制御部４３は、補助ボイラ３のバーナ３１と配線６１により電気的に接続されている。なお、本実施形態では、制御部１５は、指令信号を発し、この指令信号に応じてパワーボックス４１が、パワーボックス４１に電気的に接続された機器類のスイッチングを行っている。また、本実施形態では、制御部１５、パワーボックス４１、そして補助ボイラ制御部４３などは、別体に構成されているが、制御部として一体的に構成することもできる。室内機制御部４７は、制御部１５からの信号などに応じ、冷水または加熱された熱媒である温水を室内機１９内に通流させるか否かを切り換えを制御する制御弁６５の動作などを制御している。
【００２５】
このような構成の空気調和装置では、空調要求があり、運転切り換えスイッチ４５により冷房運転が選択されると、制御部１５は、パワーボックス４１を介して、熱媒及び冷水が、各々吸収式冷凍機５を通って熱媒管路１１及び冷温水管路１７を循環するように２つの冷暖房切り換え三方弁９ａ、９ｂを切り換える。そして、往き側熱媒管路７ａに設けられた熱媒用ポンプ３７、帰り側冷温水管路１７ｂに設けられた冷水用ポンプ３９、冷却塔３５の図示していない冷却ファン、そして冷却水管路３３に設けられた冷却水用ポンプ５３などを作動させる。これにより、熱媒管路１１を通流する熱媒が、排熱回収器１でエンジン２１からの排熱を回収する。排熱回収器１で加熱された熱媒の熱により吸収式冷凍機５は、冷温水管路１７を通流する冷媒である水を冷却する。この吸収式冷凍機５で冷却された冷水が室内機１９に通流することにより室内機１９から冷風が送出される。
【００２６】
このような冷房運転において、吸収式冷凍機５が効率よく水を冷却するため、また、熱媒の温度が下がりすぎて吸収式冷凍機５を駆動できなくなるのを防ぐため、熱媒の温度を所定の範囲内に保つ必要がある。このため、制御部１５は、排熱回収器１の流路切換機構を制御し、さらに、補助ボイラ制御部４３を介して補助ボイラ３の運転を制御している。冷房時、制御部１５は、図２に示すように、Ｔ１〜Ｔ２の温度範囲で流路切換機構を制御している。このとき、Ｔ１＞Ｔ２とする。すなわち、制御部１５は、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ１になると流路切換機構を排気管路２９にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換え、排ガスを排気管路２９に流して排熱の回収を停止する。つまり、排熱回収器１による排熱回収をオフ状態にする。これにより、熱媒の加熱が停止される。熱媒の加熱が停止されて熱媒の温度が低下し、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ２になると流路切換機構を熱交換部２５にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換え、排ガスを熱交換部２５に流して排熱の回収を開始する。つまり、排熱回収器１による排熱回収をオン状態にする。これにより、熱媒の加熱を開始する。
【００２７】
このとき、もし、エンジン２１からの排ガスの温度が低く、熱媒が十分な温度を保てずに低下する場合には、制御部１５は、補助ボイラ制御部４３を介して、Ｔ３〜Ｔ４の温度範囲で補助ボイラー３のバーナ３１のオン、オフを制御する。このとき、Ｔ１＞Ｔ３かつＴ２＞Ｔ４とする。制御部１５は、熱媒の温度が低下し、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ４になるとバーナ３１をオンし、熱媒の加熱を開始する。バーナ３１による熱媒の加熱で熱媒の温度が上昇し、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ３になるとバーナ３１をオフし、熱媒の加熱を停止する。このとき、温度がＴ２以下の場合には、排熱回収器１の流路切換機構は、熱交換部２５にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換えられた状態にあり、熱媒はエンジン２１からの排熱を回収している。したがって、補助ボイラー３は、熱媒をＴ３以上の温度に上昇させるために不足した熱量を補うように動作する。
【００２８】
一方、空調要求があり、運転切り換えスイッチ４５により暖房運転が選択されると、制御部１５は、パワーボックス４１を介して、熱媒管路７を通流する熱媒が、バイパス管路１１を通って冷温水管路１７に流れるように２つの冷暖房切り換え三方弁９ａ、９ｂを切り換える。そして、制御部１５は、往き側熱媒管路７ａに設けられた熱媒用ポンプ３７のみを作動させ、帰り側冷温水管路１７ｂに設けられた冷水用ポンプ３９、冷却塔３５の図示していない冷却ファン、そして冷却水管路３３に設けられた冷却水用ポンプ５３などを停止する。これにより、熱媒は、吸収式冷凍機５に供給されず、バイパス管路１１を介して、排熱回収器１と室内機１９との間を循環するようになり、熱媒が室内機１９に通流することにより室内機１９から温風が吹出される。
【００２９】
このような暖房運転において、熱媒温度が高くなり過ぎると、室内機１９からの吹出温度が高くなり過ぎ、室内の温度分布が均一化し難くなるなどの現象が生じ、快適性が低下する場合がある。また、空調機１９や制御弁６５などの耐熱温度を超え、空気調和装置の運転に支障をきたす場合もある。このため、制御部１５は、排熱回収器１の流路切換機構を制御し、また、補助ボイラ制御部４３を介して補助ボイラ３の運転を制御している。暖房時、制御部１５は、図３に示すように、Ｔ５〜Ｔ６の温度範囲で流路切換機構を制御している。このとき、Ｔ４＞Ｔ５＞Ｔ６とする。
【００３０】
すなわち、制御部１５は、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ５になると流路切換機構を排気管路２９にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換え、エンジン２１からの排ガスを排気管路２９に流して排熱の回収を停止する。これにより、熱媒の加熱が停止される。熱媒の加熱が停止されて熱媒の温度が低下し、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ６になると流路切換機構を熱交換部２５にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換え、排ガスを熱交換部２５に流して排熱の回収を開始する。これにより、熱媒の加熱を開始する。
【００３１】
このとき、もし、エンジン２１からの排ガスの温度が低く、熱媒が十分な温度を保てずに低下する場合には、制御部１５は、補助ボイラ制御部４３を介して、Ｔ７〜Ｔ８の温度範囲で補助ボイラー３のバーナ３１のオン、オフを制御する。このとき、Ｔ５＞Ｔ７、Ｔ６＞Ｔ８とする。制御部１５は、熱媒の温度が低下し、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ８になるとバーナ３１をオンし、熱媒の加熱を開始する。バーナ３１による熱媒の加熱で熱媒の温度が上昇し、熱媒温度センサ１３で検出した温度がＴ７になるとバーナ３１をオフし、熱媒の加熱を停止する。
【００３２】
このとき、温度がＴ６以下の場合には、排熱回収器１の流路切換機構は、常に熱交換部２５にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換えられた状態にあり、エンジン２１からの排熱を回収している。したがって、暖房時も、補助ボイラー３は、熱媒をＴ８以上の温度に上昇させるために不足した熱量を補うように動作している。このように、暖房時は、冷房時よりも低い温度範囲で流路切換機構及び補助ボイラ３が制御されている。すなわち、排熱回収器１、補助ボイラ３、そして制御部１５などからなる熱媒温度調整手段は、熱媒が吸収式冷凍機５へ通流するとき、熱媒がバイパス管路１１へ通流するときよりも熱媒の温度を高く調整している。
【００３３】
なお、本実施形態では、図２及び図３に示すように、Ｔ１〜Ｔ２の温度範囲よりもＴ３〜Ｔ４の温度範囲が低くなるように制御しているが、Ｔ１＞Ｔ３、Ｔ２＞Ｔ４であれば、Ｔ１〜Ｔ２の温度範囲及びＴ３〜Ｔ４の温度範囲は、Ｔ１〜Ｔ２の温度範囲とＴ４〜Ｔ５の温度範囲とが部分的に重なり合うような温度範囲に設定することもできる。同様に、本実施形態では、Ｔ５〜Ｔ６の温度範囲よりもＴ７〜Ｔ８の温度範囲が低くなるように制御しているが、Ｔ５＞Ｔ７、Ｔ６＞Ｔ８であれば、Ｔ５〜Ｔ６の温度範囲及びＴ７〜Ｔ８の温度範囲は、Ｔ５〜Ｔ６の温度範囲とＴ７〜Ｔ８の温度範囲とが部分的に重なり合うような温度範囲に設定することもできる。
【００３４】
このように、本実施形態の空気調和装置では、暖房時に熱媒がバイパス管路１１に通流するように冷暖房切り換え三方弁９ａ、９ｂを切り換えることにより、熱媒を室内機１９に直接供給して暖房運転を行うことができる。つまり、暖房運転時は、吸収冷凍機５や吸収式冷凍機５の動作に関わる機器類、例えば冷水用ポンプ３９、冷却水用ポンプ５３などを停止することができる。しかも、熱媒の温度は、熱媒温度調整手段、すなわち排熱回収器１、熱媒温度センサ１３、制御部１５などにより、冷房時の熱媒温度が暖房時の熱媒温度よりも高くなるように制御される。このため、暖房時に室内の快適性の低下や、空調装置の運転への支障、また、冷暖房効率の低下などを生じ難くできる。したがって、空気調和装置の省エネルギー性を向上できる。
【００３５】
さらに、本実施形態の空気調和装置では、熱媒温度調整手段として、補助ボイラも備えており、熱媒の温度が所望の温度よりも低くなった場合、排熱回収器１の流路切換機構が、熱交換部２５にエンジン２１からの排ガスが流れるように切り換えられた状態、つまり排熱を熱媒に回収している状態で補助ボイラ３のバーナ３１のオン、オフを制御している。このため、熱媒を所望の温度にするために、排熱の回収だけでは不足する熱量を補助ボイラ３が補うため、排熱を効率的に利用することができ、省エネルギー性をより向上できる。ただし、排熱源が常に十分な熱量を有している場合などには、補助ボイラ３は備えていなくてもよい。また、本実施形態では、補助加熱器として補助ボイラ３を備えているが、補助加熱器として、ヒータや熱交換により熱媒の加熱を行うような様々な補助加熱器を用いることもできる。
【００３６】
また、本実施形態では、制御部１５が、熱媒温度センサ１３で検出した温度に応じて排熱回収器１の流路切換機構を制御しているが、排熱回収器１内に流路切換機構の制御部や温度センサなどを設け、制御部１５からの冷房運転と暖房運転を識別する運転指令信号を受け、流路切換機構を制御することもできる。さらに、本実施形態では、熱媒及び冷媒に水を用いているが、熱媒及び冷媒は水に限らず様々な流体を用いることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、熱媒温度調整手段として流路切換機構を有する排熱回収器１などを用いているが、熱媒温度調整手段は、熱媒の温度を調整できれば様々な構成にすることができる。例えば、排熱回収器を熱媒温度調整手段とせず、往き側熱媒管路７ａに大気などへ熱媒の熱を放熱する機器を備え、これにより熱媒の温度を調整する構成などにすることもできる。
【００３８】
また、本実施形態では、排熱はエンジン２１からの排ガスから回収し、室内機として室内機１９を備えた構成の空気調和装置を例示している。しかし、本発明は、本実施形態の構成に限らず、様々な構成の空気調和装置、例えば、様々な排熱源を利用し、様々な構成の室内機などを備える空気調和装置に適用できる。排熱源としては、例えば、燃料電池、工業排熱、地熱、温泉などからの様々な排熱を利用できる。さらに、排熱は、排ガスに限らず、例えば、エンジンの冷却水などからも回収できる。
（第２の実施形態）
本発明を適用してなる空気調和装置の第２の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、本発明を適用してなる空気調和装置の第２の実施形態の概略構成と動作を示す図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態と同一のものには同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と相違する構成及び特徴部などについて説明する。
【００３９】
本実施形態が第１の実施形態と相違する点は、冷媒である水の温度を検出する冷水温度センサ６７、熱媒が排熱回収器１を通らずに循環できるように配管された過熱防止管路７３、図示しない制御部からの信号により熱媒を過熱防止管路７３に通流させる熱媒過熱防止三方弁７５などを設けた点である。
【００４０】
本実施形態の空気調和装置は、図４に示すように、排熱回収器１、補助ボイラ３、吸収式冷凍機５、熱媒管路７、冷暖房切り換え三方弁９ａ、往き側バイパス管路１１ａ、帰り側バイパス管路１１ｂ、熱媒温度センサ１３、冷温水管路１７、室内機１９、熱媒用ポンプ３７、冷水用ポンプ３９、冷水温度センサ６７、過熱防止管路７３、そして熱媒過熱防止三方弁７５などで構成されている。
【００４１】
排熱回収器１は、図示しない排熱源、例えば、エンジンなどから供給された排ガスの熱を、熱媒管路７内を通流する熱媒である水に熱交換部２５で回収する。補助ボイラ３は、例えば、図示しないバーナを備えており、このバーナの燃焼により熱媒を加熱する。吸収式冷凍機５は、熱媒の熱で吸収液を加熱する再生器６９と、気化熱を利用して冷媒を冷却する蒸発器７１とを有する熱媒駆動型の吸収式冷凍機である。なお、吸収式冷凍機５は、第１の実施形態と同様に冷却水管路を循環する冷却水を冷却するための冷却塔を備えているが、図４では省略している。
【００４２】
熱媒管路７は、排熱回収器１から補助ボイラ３を介して吸収式冷凍機５に向かって熱媒が通流する往き側熱媒管路７ａと、吸収式冷凍機５から排熱回収器１に向かって熱媒が通流する帰り側熱媒管路７ｂとからなり、往き側熱媒管路７ａに排熱回収器１により加熱された熱媒を更に加熱する補助ボイラ３と、この補助ボイラ３の下流側に熱媒を循環させる熱媒用ポンプ３７とが設けられている。また、熱媒の温度を検出する熱媒温度センサ１３は、補助ボイラ３と熱媒用ポンプ３７の間の往き側熱媒管路７ａに設けられている。更に、熱媒管路７には、熱媒が排熱回収器１を通らずに循環できるように配管された過熱防止管路７３が設けられている。過熱防止管路７３は、帰り側熱媒管路７ｂから分岐し、排熱回収器１と補助ボイラ３の間の往き側熱媒管路７ａに設けられた熱媒過熱防止三方弁７５で往き側熱媒管路７ａに合流している。
【００４３】
冷温水管路１７は、室内機１９に向かって吸収式冷凍機５から冷媒としての水、または、往き側バイパス管路１１ａから供給される熱媒としての水が通流する往き側冷温水管路１７ａと、室内機１９から吸収式冷凍機５方向に向かって冷媒としての水、または、熱媒としての水が通流する帰り側冷温水管路１７ｂとからなり、往き側冷温水管路１７ａに冷媒である水の温度を検出する冷水温度センサ６７が設けられ、帰り側冷温水管路１７ｂに冷媒である水を循環させる冷水用ポンプ３９が設けられている。
【００４４】
往き側熱媒管路７ａを通流する熱媒を往き側冷温水管路１７ａに流す往き側バイパス管路１１ａは、熱媒用ポンプ３７と吸収式冷凍機５の間の往き側熱媒管路７ａに設けられた冷暖房切り換え三方弁９ａで往き側熱媒管路７ａから分岐し、冷水温度センサ６７と室内機１９との間の往き側冷温水管路１７ａの部分に合流するように配管されている。帰り側冷温水管路１７ｂを通流する熱媒を帰り側熱媒管路７ｂに流す帰り側バイパス管路１１ｂは、冷水用ポンプ３９と室内機１９の間の帰り側冷温水管路１７ｂで帰り側冷温水管路１７ｂから分岐し、帰り側熱媒管路７ａの、吸収式冷凍機５と過熱防止管路７３の分岐する点との間の部分に合流するように配管されている。
【００４５】
本実施形態の空気調和装置の図示しない制御部は、熱媒温度センサ１３で検出した熱媒の温度が、設定された温度以上になると、熱媒が過熱防止管路７３に流れるように熱媒過熱防止三方弁７５を切り換えて、熱媒の加熱を停止することができる。
【００４６】
このような構成の空気調和装置では、空調要求があり、例えば、図示しない運転切り換えスイッチにより冷房運転が選択されると、図示しない制御部は、熱媒及び冷媒である水が、各々吸収式冷凍機５を通って熱媒管路１１及び冷温水管路１７を循環するように冷暖房切り換え三方弁９ａを切り換える。そして、往き側熱媒管路７ａに設けられた熱媒用ポンプ３７、帰り側冷温水管路１７ｂに設けられた冷水用ポンプ３９、図示していない冷却塔の冷却ファン、冷却水管路に設けられた冷却水用ポンプなどを作動させる。これにより、熱媒用ポンプ３７により吐出された熱媒が、熱媒管路１１を通流して、冷暖房切り換え三方弁９ａ、吸収式冷凍器５の再生器６９、排熱回収器１、熱媒過熱防止三方弁７５、補助ボイラ３、熱媒温度センサ１３、熱媒用ポンプ３７を循環する。熱媒管路７を循環する熱媒が、排熱回収器１で排熱を回収する。この排熱を回収する排熱回収器１で加熱された熱媒の熱により吸収式冷凍機５は、冷温水管路１７を通流する冷媒である水を冷却する。冷水用ポンプ３９により吐出された冷媒である水が、吸収式冷凍機５の蒸発器７１に供給され冷却される。この吸収式冷凍機５で冷却された水が、冷温水管路１７を通流して、冷水温度センサ６７、室内機１９、冷水用ポンプ３９を循環する。冷温水管路１７を循環する冷媒である水が室内機１９に通流することにより室内機１９から冷風が送出される。
【００４７】
一方、空調要求があり、図示しない運転切り換えスイッチにより暖房運転が選択されると、図示しない制御部は、往き側熱媒管路７ａを通流する熱媒が、往き側バイパス管路１１ａを通って往き側冷温水管路１７ａに流れるように冷暖房切り換え三方弁９ａを切り換える。そして、図示しない制御部は、往き側熱媒管路７ａに設けられた熱媒用ポンプ３７のみを作動させ、帰り側冷温水管路１７ｂに設けられた冷水用ポンプ３９、図示しない冷却塔の冷却ファン、冷却水管路に設けられた冷却水用ポンプなどを停止する。これにより、熱媒用ポンプ３７が吐出した熱媒は、吸収式冷凍機５に供給されず、冷暖房切り換え三方弁９ａから往き側バイパス管路１１ａに供給され、往き側バイパス管路１１ａ、帰り側バイパス管路１１ｂを介して、排熱回収器１、熱媒過熱防止三方弁７５、補助ボイラ３、熱媒温度センサ１３、熱媒用ポンプ３７、冷暖房切り替え三方弁９ａ、室内機１９の順で循環するようになり、熱媒が室内機１９に通流されることにより室内機１９から温風が吹出される。
【００４８】
このように、本実施形態の空気調和装置は、暖房時に熱媒が往き側バイパス管路１１ａに通流するように冷暖房切り換え三方弁９ａを切り換えることにより、熱媒を室内機１９に直接供給して暖房運転を行うことができる。このとき、省エネルギー向上のため、吸収冷凍機５や吸収式冷凍機５の動作に関わる機器類、例えば、冷水用ポンプ３９などを停止する。このため、暖房運転時には、帰り側冷温水管路１７ｂの帰り側バイパス管路１１ｂとの分岐点から、往き側冷温水管路１７ａの往き側バイパス管路１１ａとの合流点までの吸収式冷凍機５側の冷温水管路１７の内部の冷水が死水、つまり、ほとんど流動しない状態となる。同様に、往き側熱媒管路７ａに設けられた冷暖房切り換え三方弁９ａから、帰り側熱媒管路７ｂの帰り側バイパス管路１１ｂとの合流点までの吸収式冷凍機５側の熱媒管路７の内部の熱媒である水が死水となる。死水は、周囲の気温が低下すると、凍結することがあり、この凍結により空気調和装置が破損する場合がある。
【００４９】
特に、暖房運転停止後は、暖房運転中に加熱された水が通流していた管路に比べ、加熱された水がほとんど通流しなかった管路、つまり、帰り側冷温水管路１７ｂと帰り側バイパス管路１１ｂとの分岐点から吸収式冷凍機５までの帰り側冷温水管路１７ｂ、蒸発器７１内の冷水の流路、吸収式冷凍機５から往き側冷温水管路１７ａと往き側バイパス管路１１ａとの合流点までの往き側冷温水管路１７ａ、冷暖房切り換え三方弁９ａから吸収式冷凍機５までの往き側熱媒管路７ａ、再生器６９内の熱媒の流路、および、吸収式冷凍機５から帰り側熱媒管路７ｂと帰り側バイパス管路１１ｂとの合流点までの熱媒管路７ａの内部の死水の温度は、他の部分の水に比べて低い。このため、周囲の気温が低下した場合、死水は、他の管路内の水に比べ凍結しやすい。
【００５０】
これに対し、本実施形態の空気調和装置では、往き側冷温水管路１７ａに設けられた冷水温度センサ６７が死水である水の温度を検出して、この冷水温度センサ６７が検出した水の温度が予め設定した温度、例えば、１℃以下になったら、暖房運転から冷房運転に切り換えて死水をなくして、死水の凍結による空気調和装置の破損を防止する。つまり、冷水温度センサ６７が検出した水の温度が予め設定した温度以下になったら、冷暖房切り換え三方弁９ａを切り換えて、往き側バイパス管路１１ａに供給されていた熱媒を再生器６９に供給するとともに、冷水用ポンプ３９を運転して、水を蒸発器７１に供給する。このようにすることで、帰り側冷温水管路１７ｂと帰り側バイパス管路１１ｂとの分岐点から吸収式冷凍機５までの帰り側冷温水管路１７ｂ、蒸発器７１および吸収式冷凍機５から往き側冷温水管路１７ａと往き側バイパス管路１１ａとの合流点まで往き側冷温水管路１７ａの内部の水と、冷暖房切り換え三方弁９ａから吸収式冷凍機５までの往き側熱媒管路７ａ、再生器６９および吸収式冷凍機５から帰り側熱媒管路７ｂと帰り側バイパス管路１１ｂとの合流点までの帰り側熱媒管路７ｂの内部の熱媒である水とが、流水となり死水ではなくなる。また、熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９の運転により、熱媒管路７内の熱媒と、冷温水管路１１内の水とが流動して、水の温度が上昇し、冷水温度センサ６７の検出する水の温度が、予め設定した温度より高くなれば、空気調和装置の冷暖房切り換え三方弁９ａを切り換えて、冷房運転から暖房運転に戻す。これにより、熱媒管路７、冷温水管路１１および吸収式冷凍機５内の水の凍結を防止して、空気調和装置の破損を防ぐことができる。
【００５１】
また、空気調和装置の運転停止中に、水の凍結を防止するため熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９を駆動させた場合、これら熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９の駆動により、水の温度が上昇して、冷水温度センサ６７の検出値が予め設定した温度より高くなれば、熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９を停止して、空気調和装置の省エネルギー性を維持することもできる。仮に、熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９の駆動させたにもかかわらず、水の温度が上昇しない場合、水の凍結防止のため、熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９を駆動させ続けることもできる。
【００５２】
このように、暖房運転中に限らず、空気調和装置内部の水が、周囲の気温の低下などにより凍結する可能性があるときに、冷水温度センサ６７により水の温度を検出して、その検出した温度により熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９を駆動させて、空気調和装置内の水の凍結を防止して、空気調和装置の破損を防ぐこともできる。このように、熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９を運転することで、空気調和装置の水を流動させて、凍結を防止するため、ヒータ等で加熱することなく、水の凍結を防止することができる。
【００５３】
また、図示しない制御部は、水の凍結防止を行う制御以外、第１の実施形態の制御部と同一の制御を行うことができる。また、第１の実施形態の空気調和装置では、２つの冷暖房切り換え三方弁９ａ、９ｂが設けられているが、第２の実施形態の空気調和装置のように、少なくとも１つの冷暖房切り換え三方弁９ａが、熱媒用ポンプ３７と吸収式冷凍機５の間の往き側熱媒管路７ａにあればよい。
【００５４】
また、本発明の凍結防止機能を有する空気調和装置の熱媒温度調整手段は、図４に示すような、第２の実施形態の空気調和装置における熱媒温度調整手段の構成に限らず、例えば、第１の実施形態の空気調和装置の熱媒温度調整手段とすることもできる。
【００５５】
また、本発明の凍結防止機能を有する空気調和装置は、第２の実施形態の空気調和装置の構成に限らず、例えば、第１の実施形態の空気調和装置において、冷水温度センサを設け、この冷水温度センサが検出した水の温度に応じて、熱媒の温度調整を行うとともに、水の凍結防止のために温度検出も行うことにより、熱媒の加熱制御用の温度センサ、つまり冷水温度センサを用いて、死水の凍結を防止することができる。
【００５６】
冷水温度センサ６７は、死水が発生する帰り側冷温水管路１７ｂと帰り側バイパス管路１１ｂとの分岐点から吸収式冷凍機５までの帰り側冷温水管路１７ｂ、または、吸収式冷凍機５から往き側冷温水管路１７ａと往き側バイパス管路１１ａとの合流点までの往き側冷温水管路１７ａに設けられているのが好ましい。このようにすると、室内機１９に供給する冷水の温度を制御するために、冷水温度センサ６７が設けられている場合、新たに凍結防止用の温度センサを設けることなく、水の温度を検出して、熱媒用ポンプ３７および冷水用ポンプ３９を運転することで、空気調和装置の水の凍結を防止することができる。
【００５７】
また、空気調和装置の運転条件などにより、熱媒用ポンプ３７と冷水用ポンプのどちらか一方のポンプを駆動させるだけで、水の凍結を防止できる場合は、どちらか一方のポンプを駆動させればよく、必ずしも熱媒用ポンプ３７と冷水用ポンプ３９の両方を駆動させる必要はない。更に、冷水温度センサ６７の検出値にかかわらず、一定周期で、熱媒用ポンプ３７と冷水用ポンプ３９を駆動させることもできる。これにより、冷水温度センサ６７が検出できない場所の死水の温度が、冷水温度センサ６７が検出した温度よりも低下して、熱媒用ポンプ３７と冷水用ポンプ３９を駆動させる前に、冷水温度センサ６７が検出できない場所の死水が凍結するのを防ぐこともできる。
【００５８】
また、バイパス管路１１に流量調整弁を設け、往き側バイパス管路１１ａ、帰り側バイパス管路１１ｂを通流する熱媒の流量を調節することもできる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、空気調和装置の省エネルギー性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなる空気調和装置の第１の実施形態の概略構成と動作を示す図である。
【図２】冷房時の排熱回収器と補助加熱器の動作を示す図である。
【図３】暖房時の排熱回収器と補助加熱器の動作を示す図である。
【図４】本発明を適用してなる空気調和装置の第２の実施形態の概略構成と動作を示す図である。
【符号の説明】
１  排熱回収器
３  補助ボイラ
５  吸収式冷凍機
７  熱媒管路
７ａ  往き側熱媒管路
７ｂ  帰り側熱媒管路
９ａ、９ｂ  冷暖房切り換え三方弁
１１  バイパス管路
１１ａ  往き側バイパス管路
１１ｂ  帰り側バイパス管路
１３  熱媒温度センサ
１５  制御部
１７  冷温水管路
１７ａ  往き側冷温水管路
１７ｂ  帰り側冷温水管路
１９  室内機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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