(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱を再生器の熱源として冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅを有する吸収冷凍機と、１台以上の圧縮機、冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅｃ、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Ｅと熱交換関係に接続した第二凝縮器及び過冷却器を有する圧縮冷凍機とを組合せた冷凍装置であって、前記蒸発器Ｅへの負荷量を調節する手段と、該蒸発器Ｅの温度を検出する温度センサーとを具備し、前記負荷量を調節する手段は、第二凝縮器側からの負荷量と、過冷却器側からの負荷量とを別々に調節する手段を有すると共に、吸収冷凍機の蒸発器Ｅの温度が所定値以下の時に、第二凝縮器側からの負荷量を、過冷却器側からの負荷量よりも優先して、吸収冷凍機の蒸発器Ｅに与えるように調節する手段を有することを特徴とする吸収式と圧縮式とを組合せた冷凍装置。
【請求項２】
前記圧縮冷凍機は、吸収冷凍機１台に対し、複数台接続することを特徴とする請求項１記載の冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置に用いることができる冷凍装置に係り、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冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コージェネレーションシステムでは、電気と共に、比較的温度の低い温水が供給される。この温水は、温度があまり高くなく、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く、また最近は、吸収冷凍機の熱源として冷房に利用され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、この温水は、エンジンの冷却（ジャケット温水）あるいはエンジン排ガスからの熱回収、あるいはガスタービンの排ガスからの熱回収で得られる。なお、排ガスを温水に変換せず、直接吸収冷凍機の熱源とすることもある。低ポテンシャルエネルギ単独で、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、高ポテンシャルエネルギと共に用い、必要とする高ポテンシャルエネルギの量を減らそうという使い方も提案され採用され出している。
【０００３】
低ポテンシャルエネルギ単独で吸収冷温水機を運転する場合、冷暖負荷に対応した負荷能力を取出すことは、排熱の供給量が少なかったり、不安定であったりして困難であり、また、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。（特開平１１−２２３４１２号公報）。
しかし、この冷凍装置においては、圧縮冷凍機の熱源側熱交換器が空気による冷却と吸収冷凍機による冷却を直列に設けており、圧縮冷凍機の圧縮機を運転しない限り、吸収冷凍機の冷凍効果を利用することができなかった。また、冷媒液を冷却しているだけであるので、吸収冷凍機の熱源熱量（温水熱量など）が多くなっても、利用できる吸収冷凍効果の量を多くすることができず、排熱供給や冷房負荷の増減に対しての対応が不充分であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、冷房負荷及び吸収冷凍効果の状態に応じて圧縮冷凍機の運転状態を調節でき、経済的で効率のよい運転ができる空気調和装置に用いることができる冷凍装置を提供することを課題とする。
【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、排熱を再生器の熱源として冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅを有する吸収冷凍機と、１台以上の圧縮機、冷凍効果を発揮する蒸発器Ｅｃ、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Ｅと熱交換関係に接続した第二凝縮器及び過冷却器を有する圧縮冷凍機とを組合せた冷凍装置であって、前記蒸発器Ｅへの負荷量を調節する手段と、該蒸発器Ｅの温度を検出する温度センサーとを具備し、前記負荷量を調節する手段は、第二凝縮器側からの負荷量と、過冷却器側からの負荷量とを別々に調節する手段を有すると共に、吸収冷凍機の蒸発器Ｅの温度が所定値以下の時に、第二凝縮器側からの負荷量を、過冷却器側からの負荷量よりも優先して、吸収冷凍機の蒸発器Ｅに与えるように調節する手段を有することを特徴とする吸収式と圧縮式とを組合せた冷凍装置としたものである。
前記冷凍装置において、圧縮冷凍機は、吸収冷凍機１台に対し、複数台接続することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、吸収冷凍機の出力（冷凍効果）で、冷媒蒸気を直接冷却凝縮させて利用あるいは過冷却（圧縮機で圧縮した冷媒を外気等で冷却凝縮させ、その冷媒液を過冷却）に利用するなどのシステムの制御に関するものであり、特に、複数台の圧縮冷凍機と１台の吸収冷凍機とを組合せたシステムの制御に関するものである。
圧縮式側と吸収式側とを関連付けて制御することも考えられるが、制御系（特にマイコンを利用した場合のプログラム）が複雑になり過ぎる問題点があり、それぞれ独立が簡易である。
吸収冷凍機側が、吸収冷凍機の蒸発器Eに加える各圧縮冷凍機からの負荷量
を制御、各圧縮冷凍機への熱搬送媒体量などを調節する。
圧縮冷凍機側は、熱搬送媒体の保有熱を利用できるだけ利用する制御をするものとし、吸収冷凍機側と圧縮冷凍機側の制御はそれぞれ独立したものとすることに特徴がある。
【０００７】
吸収冷凍機に負荷をかけ過ぎると、吸収冷凍機の蒸発温度が上昇し、圧縮機の冷媒蒸気を直接凝縮させることができなくなり、場合によっては、圧縮機一台当りの過冷却効果も減少することになる。
本発明は、圧縮冷凍機からの負荷を、吸収冷凍機側から一方的に制御しようとするものである。圧縮冷凍機は、搬送された吸収冷凍効果（熱搬送媒体）を有効に利用するように、吸収冷凍機からは独立して制御する。
通常、吸収冷凍機の容量制御は、蒸発器温度（冷水あるいは冷媒温度）を目標値になるように、吸収冷凍機の再生器への熱量を調節するのが一般的である。本発明は排熱を熱源として利用した吸収冷凍機であり、排熱はできるだけ利用し、冷熱として圧縮冷凍機側になるべく多量に利用しようとするシステムである。しかし、圧縮冷凍機側から一方的に大きな負荷（冷凍機の能力以上あるいは、排熱熱量から製造できる冷熱以上に）が掛かると、上記のような蒸発温度の上昇という問題が出る。
【０００８】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明の冷凍装置の構成機器の接続例を示すフロー構成図である。
図において、圧縮冷凍機側の構成機器は、Ｍｃは圧縮機、Ｅｃは蒸発器、Ｃｃ１は第一凝縮器、Ｃｃ２は第二凝縮器、Ｔａ、ＴＲ、Ｔｓは温度センサー、Ｓｃは過冷却器を示す。
また、吸収冷凍機側の構成機器は、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は排熱源流路を示す。
【０００９】
図１において、吸収冷凍機１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２１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。
このように、吸収冷凍機１からの冷熱は、蒸発機Ｅで冷却される冷水で搬送している。冷水にかかる負荷は、第二凝縮器Ｃｃ２に送る冷水量で調節する。例えば、冷水出口温度が目標温度になるように送水量を調節する。
【００１０】
また、過冷却器Ｓｃがある場合、過冷却器Ｓｃに送る冷水量で調節する。過冷却器Ｓｃへの送水は、第二凝縮機Ｃｃ２を出た後にしている。例えば、冷水出口温度が目標温度になるように、第二凝縮器系統への送水量を調節し、全開としても余裕があれば、過冷却器Ｓｃへも送水する。
第二凝縮器Ｃｃ２は、低温であれば、Ｅｃからの冷媒蒸気を直接凝縮させることができるので、低温水（吸収冷凍機出口の冷水）を送水する。過冷却器Ｓｃは、外気より温度が低ければ充分効果が出るので、ある程度温度上昇した冷水を送水して差支えない。
【００１１】
図１では、温度の低い冷水を、Ｎｏ．１圧縮冷凍機の第二凝縮器→Ｎｏ．２圧縮冷凍機の第二凝縮器→・・・→Ｎｏ．n圧縮冷凍機の第二凝縮器と直列に送水し、その後、逆にＮｏ．n圧縮冷凍機の過冷却器→・・・→Ｎｏ．２圧縮冷凍機の過冷却器→Ｎｏ．１圧縮冷凍機の過冷却器に送水している。
第二凝縮器Ｃｃ２でＥｃの冷媒蒸気が直接凝縮できる場合、圧縮機Ｍｃを運転しなくてよい場合が多く、一方、冷水温度が上昇し、直接凝縮できない場合は、圧縮機が運転し、第一凝縮器Ｃｃ１で冷媒が凝縮するので、過冷却器Ｓｃへの送水順を、圧縮機運転の可能性の高い順に流している。
流し方は、これにとらわれることはなく、各圧縮機に並列に送水しても差支えない。
各圧縮冷凍機への冷水流量を個別に調節し、冷水負荷を制御してもよい。
【００１２】
次に、図２を用いて、圧縮冷凍機での挙動を説明する。図２において、（ａ）は本発明に用いる圧縮冷凍機の全体構成図で、（ｂ）はＥｃ部詳細図である。図２（ａ）において、蒸発器Ｅｃからの冷媒蒸気は、圧縮機Ｍｃ停止中は、第二凝縮器Ｃｃ２に吸引され、圧縮機Ｍｃ運転中は、圧縮機Ｍｃ又は圧縮機Ｍｃと第二凝縮器Ｃｃ２に吸引される。
吸収式からの熱搬送媒体の温度が低く、第二凝縮器Ｃｃ２で冷媒蒸気が凝縮可能であれば、第二凝縮器Ｃｃ２に吸引される。
吸収式からの熱搬送媒体の温度が高く、第二凝縮器Ｃｃ２で冷媒蒸気が凝縮不可能であれば、冷媒蒸気の形で第二凝縮器Ｃｃ２に存在し、伝熱はほとんど生じない。
吸収冷凍機から第二凝縮器に送る冷水温度が高いと、冷水を送っても負荷はかからない。冷水温度が高い状態で付加をかけたい場合は、過冷却器で負荷をかけてもよい。
図中、過冷却器Ｓｃを示しているが、なくても差支えない。
【００１３】
図２（ｂ）では、蒸発器Ｅｃの１例として、室内機（空気冷却器）を示す。
各室内機毎に制御器を設け、温度計測、膨張弁調節などを行う。
圧縮機容量制御では、目標室温Ｔｏをリモコンで設定あるいは制御器で直接設定し、室温センサーＴａと比較し、差温△Ｔ＝Ｔａ−Ｔｏで要求能力として、圧縮機Ｍｃの制御器に送る。
要求能力は、各蒸発器の容量を加味した合算値あるいは荷重平均値を用いる。要求能力にて、例えば、表１のような周波数で圧縮機Ｍｃを運転する。温度差が低下しているときは下り勾配（Ｘ側）、増加しているときは上り勾配（Ｙ側）の周波数とする。室温が、下り勾配のときと上り勾配のときで、同じ領域で０．４℃の差を持たせているので、これがヒステリシスの役目をし周波数の頻繁な変化を抑えることができる。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
圧縮機Ｍｃ停止後は、第二凝縮器Ｃｃ２の凝縮能力を制限する。たとえば、蒸発器Ｅｃ出口の過熱度目標値を増大させて凝縮能力を制限する。その例を示すと、表２のように、目標過熱度を設定する。
△Ｔ＝−０．８℃で、過熱度ＳＨ＝４．０℃、
△Ｔ＝−１．６℃で、過熱度ＳＨ＝８．０℃とし、
△Ｔ＝−０．８℃以下で、過熱度をＳＨ＝−５×△Ｔとしている。
過熱度増大により、第二凝縮器の凝縮能力が制限される理由は、過熱度を大きくするため、蒸発器を流れる冷媒流量が絞られ、その結果出口圧力が低下し、第二凝縮器の凝縮能力が低下するためである。
過熱度目標値は、圧縮機Ｍｃを運転している時は、過熱度は変動に対して追従して制御できる範囲でなるべく小さくすることが、必要動力の低下、効率の上昇の点から望ましい（通常４℃程度）。しかし、圧縮機停止後は、動力が関係しないので、蒸発器Ｅｃ出口圧力を低下させて差支えなく、過熱度を大きく設定する。
【００１６】
【表２】
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蒸発器Ｅｃでは、蒸発器出口の温度センサーＴＲで、冷媒過熱蒸気温度を測定し、一方、冷媒液をキャピラリで流量制限をして供給し、飽和温度を温度センサーＴｓで測定する。
過熱度△Ｔｓｈ＝ＴＲ−Ｔｓを求め、目標過熱度になるように、膨張弁（冷媒供給弁）を調節する。
圧縮機Ｍｃは複数台で構成してもよし、また複数台の場合、１台をインバータによる制御、他を台数制御（発停）による制御としてもよい。
【００１７】
図３では、圧縮機Ｍｃ１と第一凝縮器Ｃｃ１の系統と、圧縮機Ｍｃ２（低ヘッド圧縮機）と第二凝縮器Ｃｃ２の系統とを持った構成を示す。第二凝縮器の温度が所定温度以下（あるいは、吸収冷凍機の蒸発温度又は搬送媒体の温度が所定値以下）であれば、第二凝縮器系統の圧縮機Ｍｃ２を停止した状態で、冷媒蒸気を直接凝縮させることができる。Ｅｃの要求能力を、前記の直接凝縮だけで満足できない場合、第一凝縮器系統の圧縮機Ｍｃ１を運転し、能力をバックアップする。このとき、過冷却器Ｓｃが役立つ。
吸収冷凍機の蒸発温度あるいは搬送媒体の温度が、所定値以上の場合、第二凝縮器系統の圧縮機Ｍｃ２を運転し、第二凝縮器Ｃｃ２で凝縮させることもできる。
図３では、吸収冷凍効果の搬送を冷媒で行う例（潜熱搬送の例）で示している。各圧縮冷凍機への冷熱量を冷媒液の絞り弁で個別に調節可能としている。
【００１８】
図４では、圧縮機Ｍｃの後に第一凝縮器Ｃｃ１を接続し、さらにその後に、第二凝縮器Ｃｃ２又は過冷却器Ｓｃを設けた例を示す。第二凝縮器Ｃｃ２と過冷却器Ｓｃとは兼用としてもよい。圧縮機Ｍｃを運転し第一凝縮器Ｃｃ１で凝縮させ、凝縮液を絞り弁を通して過冷却器Ｓｃに供給する。該絞り弁を全開にすると、圧縮蒸気がより低温の過冷却器（第二凝縮器）に吸引されて凝縮する。
冷水温度が低い場合、圧縮機Ｍｃを停止し、第二凝縮器Ｃｃ２でＥｃからの冷媒蒸気を直接凝縮させる。
冷水温度が所定値以上の場合、圧縮機Ｍｃを運転し、過冷却器Ｓｃとして動作させる。場合によっては、圧縮蒸気の凝縮器としてもよい。
図４では、吸収冷凍効果を冷水で各圧縮冷凍機に並列に搬送し、個別に流量調節をしている。
【００１９】
吸収冷凍機の冷凍効果を搬送する方式は、冷水で冷熱を運ぶ（顕熱輸送）、又は、潜熱を利用する媒体で熱移送あるいは吸収冷凍機の蒸発器Ｅａの冷媒液を、熱交換関係にある圧縮冷凍機の機器（第二凝縮器Ｃｃ２、過冷却器Ｓｃ）に導き、吸収冷凍機に戻った冷媒液を蒸発器で直接膨張させるなど各種方式がある。
本発明において、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。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。
また、本発明では、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、配管切換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。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、圧縮冷凍機の圧縮機を運転せず、吸収冷凍効果単独でも冷媒回路の冷凍能力（圧縮冷凍機の冷凍能力）を出すことができ、また、圧縮機を運転している時でも、吸収冷凍効果を充分発揮できるようにしている。
また、吸収冷凍効果を優先的に用い、吸収冷凍効果単独での運転を可能とし、冷房負荷及び吸収冷凍効果の状態に応じて圧縮冷凍機の運転状態を調節でき、経済的で効率のよい運転ができる空気調和装置として用いることができる冷凍装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷凍装置の構成機器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構成機器の一例を示すフロ構成図で、（ａ）は全体図、（ｂ）はＥｃ部詳細図。
【図３】本発明の冷凍装置の構成機器の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明の冷凍装置の構成機器の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
Ｍｃ、Ｍｃ１、Ｍｃ２：圧縮機、Ｅｃ：蒸発器、Ｃｃ１：第一凝縮器、Ｃｃ２：第二凝縮器、Ｓｃ：過冷却器、Ｔａ、ＴＲ、Ｔｓ：温度センサー、Ａ：吸収器、Ｇ：再生器、Ｃ：凝縮器、Ｅ：蒸発器、ＳＰ：吸収溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、２：冷水ポンプ、３：温度センサー、４：制御器、５、６：調節弁、７：膨張弁、８：調節弁、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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