特許 7535440 空調システム及びその運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-07

(45)【発行日】2024-08-16

(54)【発明の名称】空調システム及びその運転方法

(51)【国際特許分類】

   F25B 15/00 20060101AFI20240808BHJP

   F24F 5/00 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

F25B15/00 301Z

F24F5/00 102Z

F25B15/00 306Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020195054

(22)【出願日】2020-11-25

(65)【公開番号】P2022083628

(43)【公開日】2022-06-06

【審査請求日】2023-04-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】間宮 尚

【審査官】庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０７０９１５４１（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１１３９３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３８６４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １５／００－１５／１６

Ｆ２５Ｂ ３０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸収剤への冷媒蒸気の吸収、及び、冷媒液の蒸発により冷熱の生成を行う吸収式冷水生成手段と、
前記吸収に供する吸収剤を蓄積する吸収剤蓄積手段と、
冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱手段と、
前記吸収後の吸収剤を蓄積する吸収後吸収剤蓄積手段と、
前記吸収後の吸収剤の再生を行う吸収剤再生手段と、を備え、
前記吸収剤蓄積手段は、前記吸収剤再生手段で再生された吸収剤を蓄積し、
前記冷熱蓄熱手段は、前記吸収式冷水生成手段で生成した冷熱を蓄熱し、
前記吸収剤再生手段が、前記吸収後吸収剤蓄積手段に蓄積された吸収後の吸収剤に温熱を供給して蒸気を排出させて濃縮する再生器及び再生器から排出される蒸気を凝縮させる凝縮器を有する、空調システム。

【請求項2】

吸収剤への冷媒蒸気の吸収、及び、冷媒液の蒸発による冷熱の生成を行う、吸収式冷水生成工程と、
前記吸収に供する吸収剤を蓄積する吸収剤蓄積工程と、
冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱工程と、
前記吸収後の吸収剤を蓄積する吸収後吸収剤蓄積工程と、
前記吸収後の吸収剤の再生を行う吸収剤再生工程と、を備え、
前記吸収剤蓄積工程は、前記吸収剤再生工程で再生された吸収剤を蓄積し、
前記冷熱蓄熱工程は、前記吸収式冷水生成工程で生成した冷熱を蓄熱し、
前記吸収剤再生工程が、前記吸収後吸収剤蓄積工程で蓄積された吸収後の吸収剤に温熱を供給して蒸気を排出させて濃縮する再生工程及び再生工程から排出される蒸気を凝縮させる凝縮工程を有する、空調システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調システム及びその運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、吸収式冷凍機を有する空調システムが知られている。吸収式冷凍機は余剰の温熱を利用して冷熱を得ることができるので、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４９０９２４５号

【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、空調システムにおいてより一層エネルギー効率を高めたいというニーズがある。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、余剰エネルギーをより効率よく利用できる空調システム及びその運転方法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】

【0006】

本発明の一側面に係る空調システムは、吸収剤への冷媒蒸気の吸収、及び、冷媒液の蒸発により冷熱の生成を行う吸収式冷水生成手段と、前記吸収に供する吸収剤を蓄積する吸収剤蓄積手段と、冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱手段と、を備える。

【0007】

本発明によれば、予め吸収剤蓄積手段に蓄積した吸収剤を用いて吸収式冷水生成手段を稼働させることで、吸収剤の再生を行う必要なく温熱の必要量を抑えた状態で冷熱を生成することができる。また、冷熱の必要量が少ない時期等に、余剰の冷熱を蓄冷することで、冷熱必要量が多い時期により多くの冷熱を供給することができる。

【0008】

ここで、上記空調システムは、前記吸収後の吸収剤を蓄積する吸収後吸収剤蓄積手段、及び、前記吸収後の吸収剤の再生を行う吸収剤再生手段を更に備え、前記吸収剤蓄積手段は、前記吸収剤再生手段で再生された吸収剤を蓄積し、前記冷熱蓄熱手段は、前記吸収式冷水生成手段で生成した冷熱を蓄熱することができる。

【0009】

これによれば、余剰温熱を利用して、冷熱の需要が少ない春秋等の中間期に蓄積した吸収後の吸収剤の再生を行って、吸収に供する吸収剤を蓄積することができる。さらに、冷熱の需要が多い夏期の夜間に、蓄積した吸収剤を消費して冷熱を生成して蓄熱し、冷熱の需要が多い夏期の昼間に、吸収式冷凍機の通常運転により得られる冷熱に加えて、冷熱蓄積手段に蓄積された冷熱を供給することができる。これにより、夏の昼間などの最大負荷時の冷熱の供給量を高めることができ、かつ、中間期の吸収式冷凍機の稼働率を高めることができる。

【0010】

本発明の一側面にかかる空調システムの運転方法は、吸収剤への冷媒蒸気の吸収、及び、冷媒液の蒸発による冷熱の生成を行う、吸収式冷水生成工程と、前記吸収に供する吸収剤を蓄積する吸収剤蓄積工程と、冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱工程と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、余剰エネルギーをより効率よく利用できる空調システム及びその運転方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態にかかる空調システムの概略フロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図面を参照して、本発明の好適な実施形態について参照する。図１は、本発明の一実施形態にかかる空調システムの概略フロー図である。

【0014】

本実施形態に係る空調システム１００は、吸収式冷凍機５０、濃縮塩水貯蔵槽（吸収剤蓄積手段）６０、希釈塩水貯蔵槽（吸収後吸収剤蓄積手段）７０、水貯蔵槽８０、冷水蓄熱槽（冷熱蓄熱手段）９０を主として備える。

【0015】

吸収式冷凍機５０は、吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、凝縮器４０、熱交換器５を主として備える。吸収器１０及び蒸発器２０が、吸収式冷水生成手段１６を構成している。再生器３０及び凝縮器４０が、吸収剤再生手段３６を構成している。

【0016】

吸収器１０と蒸発器２０とは連通管１５により接続され、再生器３０と凝縮器４０とは連通管３５により接続されている。

【0017】

吸収器１０と再生器３０とはラインＬ１、及び、ラインＬ２によりそれぞれ接続されている。ラインＬ１には、再生器３０から吸収器１０に向かって、順に、ポンプＰ１、熱交換器５、濃縮塩水貯蔵槽６０、バルブＶ２、ポンプＰ２が設けられている。ラインＬ２には、吸収器１０から再生器３０に向かって、順に、希釈塩水貯蔵槽７０、ポンプＰ３、バルブＶ３、熱交換器５が設けられている。

【0018】

熱交換器５は、ラインＬ１及びラインＬ２の間で熱交換する。

【0019】

濃縮塩水貯蔵槽６０には、外部から濃縮塩水を受け入れることができるラインＬ３、及び、外部に濃縮塩水を供給するためのラインＬ３’が接続されている。

【0020】

凝縮器４０と蒸発器２０とはラインＬ４により接続されている。ラインＬ４には、凝縮器４０から蒸発器２０に向かって、順に、水貯蔵槽８０、及び、バルブＶ４を備えている。

【0021】

吸収器１０には、吸収器１０内の希釈塩水と熱交換するラインＬ５が設けられ、ラインＬ５には冷却水が供給される。吸収器１０は、蒸発器２０から連通管１５を介して供給される水蒸気（冷媒蒸気）を濃縮塩水（吸収剤）に吸収させ、吸収器１０及び蒸発器２０内を減圧にする。吸収器１０は、水蒸気を吸収した希釈塩水をラインＬ２を介して排出する。

【0022】

蒸発器２０は、ラインＬ４及びバルブＶ４を介して供給される液体の水（冷媒液）を減圧下で蒸発させることで、冷水を生成する。蒸発器２０には、蒸発器２０内で生成された冷水と熱交換するラインＬ８が設けられている。ラインＬ８の両端には空調機が接続されており、ラインＬ８には空調機の冷房に使用される水が循環する。

【0023】

なお、図示は省略するが蒸発器２０の底部に溜まった水はラインＬ４に導いて再び蒸発器２０に循環させる。

【0024】

再生器３０には、再生器３０内の希釈塩水と熱交換するラインＬ６が設けられ、ラインＬ６には温熱が供給される。再生器３０は、ラインＬ２を介して供給される希釈塩水（吸収後の吸収剤）をラインＬ６で供給される温熱で加熱し、水を水蒸気として除去して、濃縮塩水を生成する。再生器３０は、濃縮塩水をラインＬ１を介して排出する。

【0025】

凝縮器４０には、凝縮器４０内の水蒸気と熱交換するラインＬ７が設けられ、ラインＬ７には冷却水が供給される。凝縮器４０は、再生器３０から連通管３５を介して供給される水蒸気をラインＬ７で供給される冷却水で復水し、液体の水を得る。凝縮器４０は復水した水をラインＬ４を介して排出する。

【0026】

蒸発器２０に設けられたラインＬ８における蒸発器２０よりも上流側及び下流側に、それぞれ三方弁Ｖ１０，Ｖ１１が設けられている。三方弁Ｖ１０からラインＬ９が分岐し、ラインＬ９は冷水蓄熱槽９０に接続されている。三方弁Ｖ１１からラインＬ１０が分岐し、ラインＬ１０は冷水蓄熱槽９０に接続されている。冷水蓄熱槽９０には他の冷凍機等から冷水を受け入れるラインＬ１４、及び、当該他の冷凍機等への戻り配管であるラインＬ１３が接続されている。ラインＬ８の三方弁Ｖ１０と三方弁Ｖ１１との間には、ポンプＰ１０が設けられている。

【0027】

冷水蓄熱槽９０には、ポンプＰ１１を有するラインＬ１１が接続されている。ラインＬ１１は空調機に接続されており、冷水を供給できる。冷水蓄熱槽９０には、さらに、ラインＬ１２が接続されている。ラインＬ１２も空調機に接続されており、空調機から返送される水を受け入れることができる。

【0028】

吸収剤としては、臭化リチウムなどのイオン性塩の水溶液などを利用できる。濃縮塩水貯蔵槽６０に貯蔵される吸収剤は、吸収器１０に供給する時点で固体を含まなければよい。例えば、再生器３０でより濃い濃縮塩水を生成し、熱交換後の濃縮塩水貯蔵槽６０で固体が生成しても、加温や希釈塩水との混合による希釈を行って水溶液化をしてよい。さらに、外部では固体塩として貯蔵し、加温や希釈塩水との混合による希釈を行って水溶液化して、濃縮塩水貯蔵槽６０に供給するのでもよい。

【0029】

蒸発器２０で蒸発させる冷媒液、及び、吸収器１０で吸収剤に吸収させる冷媒蒸気としては、水を使用できる。

【0030】

続いて、本実施形態に係る空調システム１００の運転方法について説明する。

【0031】

春秋期（中間期）の昼
中間期の昼には、再生器３０及び凝縮器４０（吸収剤再生手段３６）を稼働し、濃縮塩水貯蔵槽６０に濃縮塩水を蓄積する。

【0032】

具体的には、希釈塩水貯蔵槽７０に貯蔵された希釈塩水（吸収後の吸収剤）を、ポンプＰ３を駆動し、バルブＶ３を開放してラインＬ２を介して再生器３０に供給する。再生器３０で生じた水蒸気を凝縮器４０で復水して水に戻し、ラインＬ４を介して水貯蔵槽８０に貯蔵する。また、再生器で生じた濃縮塩水を、ポンプＰ１を介してラインＬ１で濃縮塩水貯蔵槽６０に貯蔵する。再生器３０で生じる濃縮塩水は高温であるので、熱交換器５において、ラインＬ２を流れる希釈塩水と熱交換する。

【0033】

このようにラインＬ６を介して供給される温熱を利用して希釈塩水を濃縮塩水に変換することで、温熱のエネルギーを化学的エネルギー（濃度差エネルギー）として蓄えることができる。

【0034】

なお、この工程では、冷水を製造する必要は無いので、吸収器１０及び蒸発器２０（吸収式冷水生成手段１６）を稼働する必要は無い。

【0035】

春秋期（中間期）の夜
中間期の夜は空調システム１００を休止する。夜であっても余剰廃熱等の温熱があれば、春秋期の昼と同様に空調システム１００を稼働して濃縮塩水の蓄積をすることも可能である。

【0036】

夏期の夜間
夏期の夜間には、吸収器１０及び蒸発器２０（吸収式冷水生成手段１６）を稼働し、濃縮塩水を消費して冷水を生成し、冷水を蓄積する。

【0037】

具体的には、バルブＶ２の開放及びポンプＰ２の駆動により、濃縮塩水貯蔵槽６０に貯蔵された濃縮塩水を、ラインＬ１を介して吸収器１０に供給すると共に、バルブＶ４を開放して水貯蔵槽８０に貯蔵された液体の水を、ラインＬ４を介して蒸発器２０に供給する。蒸発器２０で水の一部が蒸発して冷水が形成される一方、吸収器１０内の濃縮塩水が発生した水蒸気を吸収して、吸収器１０及び蒸発器２０内が減圧に維持される。吸収器１０内に生成した希釈塩水（吸収後の吸収剤）を、ラインＬ２を介して排出して希釈塩水貯蔵槽７０に貯蔵する。

【0038】

さらに、ポンプＰ１０を駆動し、冷水蓄熱槽９０の水を、ラインＬ９、三方弁Ｖ１０、ラインＬ８を介して蒸発器２０内を通流する過程で温度を下げ、得られた冷水を三方弁Ｖ１１、ラインＬ１０を介して冷水蓄熱槽９０に戻す。これにより、冷水蓄熱槽９０に冷水が蓄積される。

【0039】

この工程では、再生器３０及び凝縮器４０（吸収剤再生手段３６）を稼働する必要は無いが、夜であっても余剰廃熱等の温熱があれば、春秋期の昼と同様に吸収剤再生手段３６を稼働し、消費される濃縮塩水の一部を再生して濃縮塩水貯蔵槽６０に蓄積することも可能である。

【0040】

夏期の昼間
夏期の昼間には、吸収式冷凍機５０を通常稼働させ冷水を得る。具体的には、吸収器１０及び蒸発器２０（吸収式冷水生成手段１６）を稼働して、濃縮塩水を消費して蒸発器２０内にて循環する冷水を冷却し、空調の冷房等に利用する。また、再生器３０及び凝縮器４０（吸収剤再生手段３６）を稼働して、吸収器１０で得られる希釈塩水を再生して濃縮塩水を得る。

【0041】

空調機から戻る水を、三方弁Ｖ１０及びポンプＰ１０により、ラインＬ８を介して蒸発器２０内を通流する過程で温度を下げ、ラインＬ８を介して空調機に供給する。さらに、冷水蓄熱槽９０に蓄積された冷水を、ポンプＰ１１を駆動してラインＬ１１を介して空調機に供給し、空調機から戻る水を、ラインＬ１２を介して冷水蓄熱槽９０に戻す。

【0042】

（作用効果）
本実施形態によれば、冷熱の需要が少ない春秋等の中間期に、発電装置等から生じる余剰の温熱を利用して、蓄積した希釈塩水の再生を行って、濃縮塩水を蓄積することができる。さらに、冷熱の需要の少ない夏期の夜間に、蓄積した濃縮塩水を消費して冷水を蓄熱し、冷熱の需要が多い夏期の昼間に、吸収式冷凍機の通常運転（たとえば最大負荷）により得られる冷水に加えて、冷水蓄熱槽に蓄積された冷水を空調機に供給することができる。これにより、夏の昼間などの最大負荷時の冷水の供給量を吸収式冷凍機の能力よりも高くすることができ、かつ、中間期の吸収式冷凍機の稼働率を高め、温熱の有効利用が可能となる。また、夏期冷房時のみ稼働するターボ冷凍機の容量を低減できるだけでなく、吸収式冷凍機を改修する際において別途冷凍機を補完することなく改修することも可能となる。

【0043】

特に、コジェネレーション装置などの発電装置が空調システムに併設される場合、発電装置の廃熱（余剰の温熱）を熱源として利用して吸収式冷凍機を稼働し冷熱を得てエネルギーの有効利用を図っている。しかしながら、春秋などの中間期には冷熱の需要が少なく、発電装置から生じる廃熱の吸収式冷凍機での利用が困難になり、廃熱を捨ててしまう場合もある。

【0044】

本実施形態では、春秋などの中間期に余る廃熱で吸収式冷凍機の再生器３０及び凝縮器４０（吸収剤再生手段３６）を稼働して、この廃熱を濃縮塩水という化学的エネルギーの形で蓄え、夏の夜間に蓄積した濃縮塩水を消費して冷水を生成して蓄熱し、夏の昼間に蓄積した冷水を消費している。すなわち、中間期に捨てていた廃熱のエネルギーを中間期に大量に化学的に貯蔵し、夏の昼間の冷水として利用でき、エネルギーの有効利用が可能となる。化学的エネルギーであれば、温水／冷水のような顕熱を長期間貯蔵するのと異なり、数ヶ月～１年といった長期間／季節間の貯蔵も容易であり、エネルギーのロスを抑制することができる。

【0045】

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様を取ることができる。
例えば、空調システム１００は、再生器３０及び凝縮器４０（吸収剤再生手段３６）を有さなくてもよい。この場合、空調システム１００自体で希釈塩水の濃縮（再生）をすることはできないが、外部で生成された濃縮塩水を、ラインＬ３を介して濃縮塩水貯蔵槽６０に補給すれば、吸収器１０及び蒸発器２０（吸収式冷水生成手段１６）を利用して冷水の生成が可能である。したがって、吸収剤の再生を行う必要なく温熱の消費を抑えた状態で冷熱を生成することができる。

【0046】

また、空調システム１００は、蒸発器２０で生成される冷熱以外に、他の冷凍機等で生成される冷熱も併せて、ラインＬ１３及びＬ１４を介して蓄積してもよい。さらに、空調システム１００は、吸収式冷水生成手段１６の蒸発器２０で生成される冷熱を蓄積せず、他の冷凍機等で生成される冷熱を、ライン１３及びＬ１４を介して蓄積してもよい。

【0047】

具体的には、夏の夜間などの冷熱の必要量が少ない時期に他の冷凍機等から排出される余剰冷水を冷水蓄熱槽９０に蓄積しておき、夏の昼には、濃縮塩水貯蔵槽６０に蓄積された濃縮塩水を使って吸収式冷水生成手段１６で冷水を生成し、これを空調機に供給しつつ、冷水蓄熱槽９０の冷水も加えて空調機に供給することができる。この場合でも、余剰の冷熱を蓄冷することで、冷熱必要量が多い時期により多くの冷熱を供給することができる。

【符号の説明】

【0048】

１６…吸収式冷水生成手段、３６…吸収剤再生手段、６０…濃縮塩水貯蔵槽（吸収剤蓄積手段）、７０…希釈塩水貯蔵槽（吸収後吸収剤蓄積手段）、９０…冷水蓄熱槽（冷熱蓄熱手段）、１００…空調システム。

【図1】