JP2010032193A - 吸収式チラー - Google Patents

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潔 柳町
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INAGAKI MIKAKO
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    • Y02B30/62—Absorption based systems

Abstract

【課題】家庭用などの小形の冷房装置に使用する１０ｋＷ程度の吸収式チラーで太陽輻射の強烈な真夏に最大の冷房負荷を処理する必要があるが、その強烈な太陽輻射の熱を集熱して吸収式チラーの駆動熱源として利用する極めて合理的な吸収式チラーにおいて、太陽による輻射熱を吸収式チラーの再生器の加熱に応用する。
【解決手段】太陽輻射熱集熱板を吸収式チラーの再生器の側板にそのまま利用して再生器の加熱管や、高温水の循環ポンプ、循環配管などを全て省略し０．３ｍｍ程度の薄いジュラルミン板をナマコ板状にプレスして２枚を数千カ所の接点と回り縁で銅ブレージング加工で一体化した容器を形成し小形・軽量・堅牢な構造的の再生器を創る。
【選択図】図１

Description

家庭用またはこれに準じる小形の吸収式チラーで太陽の輻射熱を主たる熱源とする新しい技術分野に関わるものである。
在米は小形の吸収式チラーは商品として市販され、家庭用としても使用されているが、全て燃料に拠るもので、太陽熱利用を主たる熱源としたものは未だに類を見ない。
大規模の建築では夏季の冷房負荷に対する太陽輻射の影響は太陽輻射を受ける窓ガラスの面積のみの影響にほぼ留まり余り大きい影響を及ぼさないが、家庭用程度の小形の物件では太陽輻射の影響をもろに窓、外壁、屋根などから受ける傾向にあり、太陽輻射の強烈な時に得られる太陽の大量の輻射熱を最大となる冷房負荷を処理するための熱源として使用するのは極めて合理的である。
 発明が解決しようとする課題
冷房機器を作動させるエネルギー源は大きく２つに別けて、電力をエネルギー源とするガス圧縮式冷凍機と熱エネルギーを利用して直接、冷却が可能な吸収式冷凍機があり、本発明は無論のこと後者の吸収式冷凍機に応用することとなるが、吸収式チラーの熱源装置となる吸収剤溶液再生器に如何に合理的に太陽の輻射熱を利用するかが最大の課題となる。
課題を解決するための手段
そこで本発明では、太陽輻射を受ける集熱板で吸収剤溶液の再生器内の吸収剤溶液を直接、加熱・再生する方法を主眼とした。元来、吸収剤溶液の再生器は、冷却佐用に際して水で希釈された再生剤溶液を加熱して水蒸気を発生させて、吸収剤溶液を濃縮し水蒸気の吸収能力を高めることが目的であり、さらに内圧は負圧であるから、圧力容器としての形状は必要がなく、太陽による輻射熱を効率よく吸収するために必要な集熱板の仰角に沿って再生器を構成することは決して不可能ではない。
なお、安全を採って集熱板は太陽熱の集熱専用に使用し、そこで得られる温度の高い熱媒で間接的に再生器を加熱する方法についても実用化を試みる事とする。
発明の効果
住宅など比較的に小規模な建物においては、天気が良く、太陽の輻射熱が強い場合に最も冷房負荷が大きくなる傾向が大きい。従って、本発明による太陽からの輻射熱を利用して吸収式チラーの熱源に充てる方法は、大きい熱負荷に対してリアルタイムで大きな冷房熱源を供給できる、極めて合理的な住宅用の吸収式チラーであり、これまでの電動式チラーの様に大きな電力を消費することがなく、これまでの燃料焚きの熱源で運転する吸収式チラーの様に多額な燃料費を殆んど使用せず、極めて安いランニングコストで運用出来るので、商品価格さえリーゾナブルな値になれば、新しい家庭用クーラーとして広く普及する事が見込まれる。
吸収式チラーは在来、再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、エコノマイザーの５つの熱交換器と吸収剤溶液ポンプ、蒸発器ポンプ、冷却塔、冷却水ポンプなどの主要部品から構成されているが、外部の１００℃に近い熱エネルギーを使用して循環使用して冷却に際して希釈になった吸収液を加熱、濃縮して水蒸気を発生させて吸収液の吸収器内での吸収力を再生させる働きをする、吸収液再生器に在来使用されている燃料の燃焼による熱エネルギーではなく、太陽による輻射熱を利用するかが最大の技術上の問題であり、次いでは、太陽からの輻射熱が得られない気象状況下でも冷房が必要な場合に際して、如何なる手を打つかの問題である。
従って、本技術の開発は再生器の開発と言っても過言ではなく、再生器の開発さえ確実にできれば、その他の部分は全く問題は無く、全て在来の吸収式チラーになぞらえて準備すれば良いことになる。
最近の高気密・高断熱住宅での平均規模１８０ｍ２について平均負荷を算出すると冷房負荷としては最大１０ｋＷ程度と考えられる。また近年の吸収式チラーのエネルギー消費効率は小形のガス焚き吸収式チラーで１．０６程度まで改善されているが、これは燃料単価としては極めて高価な都市ガスを対象として考えられたもので、太陽による輻射熱の如きランニングコストとしては殆ど只に近いエネルギーを使用することを想定すれば、ここまで高いエネルギー消費効率を求める必要はなく、エネルギー消費効率は０．８程度でも十分に満足できる結果になるものと推定できる。
本発明による実施例について、図に沿って説明をする。図１は本発明の核心をなす再生器の側面図並びに断面図を示す。〔００１０〕の項で述べた通り、最大冷房能力を１０ｋＷとし、エネルギー消費効率を０．８とすると太陽による輻射熱の必要集熱力は１２．５ｋＷとなる。東京、名古屋、大阪地方の夏季の１２時から午後２時の最大冷房負荷となる時間帯における、水平面全日射量並びに天空輻射の合計は０．６ｋＷ〜０．８ｋＷであるから、方位、仰角などの面で安全を採ると集熱板の面積は３０ｍ２〜４０ｍ２となる。
商品としてのユニットの集熱板１の大きさを１ｍ×２ｍとすると１５枚〜２０枚が必要となる。集熱温度は水の沸点に近いことが望ましく、したがって、９０℃〜９９℃が良く、当然、ガラスを置いて密閉状態とし、対流による大気への熱損失を防止する事が必要となる。
本発明ではこの集熱板１に水平方向にナマコ板状の１５ｍｍ程度、７．５ｍｍＲの凹凸の溝２を付け、内面に凸となる頂部３に５０ｍｍピッチで５ｍｍφ程度、高さ２ｍｍ程度の円形の凸部４を成型して裏表同型の０．３ｔのジュラルミン板でプレス成型した容器側板５を２枚合わせて周囲のぐるりと５ｍｍφの凸部約２６００カ所を銅メッキして銅ブレージング加工で合体して気密性の高い容器６として仕上げる。
内部では両側の板同志は縦５０ｍｍ、横１５ｍｍの間隔で５ｍｍφの凸部４で溶着した状態で１５ｍｍのナマコ板状の内側の凸部同志は４ｍｍ程度の間隔を保っているため吸収剤の溶液や水蒸気は全面的に自由に移動が可能で、容器６そのものの強度も充分にあり、内部を必要とされる真空度を保っても潰れる可能性は全くなくジュラルミン板の重さも２枚で僅か５．６ｋｇと極めて軽量である。
太陽の輻射熱が得られない気象条件の下で冷房が必要とされる場合に備えて、別の熱源による再生器での吸収剤溶液の加熱のために、１２ｍｍφの連続した銅管による加熱管７を上記の容器の内部に水平方向の凹凸の溝にそって収納し、出入り口管８、９を上下に設ける。
このように成型した容器６の底部に吸収剤溶液の出口管１０、上部に同じく入口分配管１１、最上部に水蒸気の取り出し管１２を取り付けて、裏面と周囲を５０ｍｍ厚さの硬質ポリウレタン断熱材１３で囲い、８０ｍｍ程度表面から離れて対流熱損失防止用ガラス板１４をとりつけた集熱板兼用の再生器１５を構成する。
図２は本発明による吸収式チラー全体のフロー図である。再生器以外の構成部品は在来の吸収式チラーと全く同様であり、図中１６は凝縮器、１７は蒸発器、１８は蒸発器ポンプ、１９は吸収器、２０は吸収剤溶液ポンプ、２１は負荷側との間に往復する冷水管の冷却部、２２は同外部配管、２３は冷水ポンプ、２４はエコノマイザー、２５は再生器６、エコノマイザー２４、吸収器１９の間を連絡接続する吸収剤溶液管、２６は水蒸気管、２７は連絡水管、２８は冷却水管、２９は冷却水ポンプ、３０は冷却塔を示す。
再生器の内容については実施例〔００１１〕から〔００１６〕に詳述した通りであり、他の部分については一般的な吸収式チラーと全く同様であるため、吸収式チラーに関する詳細説明は省略する。
日中、十分な太陽輻射が得られる場合でも、住人の不在などにより冷房がフルに利用されないで、冷水の冷却能力に余剰が出来る場合に備えて、冷水を別に準備する蓄熱槽に顕熱蓄熱を行うことは、本発明による吸収式チラーを有効活用する上に重要な役割を果たすことになる。
本発明は実施例の項の述べたような、簡単な構成をもって太陽による輻射熱の集熱板を吸収剤溶液の再生器に組み込んで、極めて軽量な製品としたので、その他の部分については在来の吸収式チラーと同じ物として製品化をすれば、さほど高価なものにつく惧れもなく、真夏の猛暑の時季を中心とする冷房負荷が高い時季に只同然のエネルギーコストで運用出来る本発明による商品は、これまでの家庭用の冷暖房設備に取って替わるほどの売れ筋商品となることに疑いはない。
本発明による吸収式チラーが広く普及によって、４百万戸の仮定で消費する真夏の１０ｋＷ級のクーラーの運転電力、ＣＯＰ＝４と仮定すると２．５ｋＷ／戸×４００万戸＝１０００万ｋＷのピークの需要が削減される。我が国の電力需給はこの真夏の正午から午後３時までのクーラーの消費電力の高騰に左右される現状で、この吸収式チラーの普及は実に１０基程度の原子力発電所の建設を不必要可能性を含むもので、国策として普及を図っても不思議ではない。
は本発明による太陽による輻射熱を取り入れて直接再生器を加熱出来る様にした再生器の断面図、側面図であり、 は本発明による吸収式チラーの全容を示すフロー図である。
符号の説明
１．集熱板
２．凹凸の溝
３．内面に凸となる頂部
４．円形の凸部
５．容器側板
６．容器
７．加熱管
８．加熱管出入り口
９．加熱管出入り口
１０．吸収剤溶液の出口管
１１．吸収剤溶液の入口分配管
１２．水蒸気の取り出し管
１３．硬質ポリウレタン断熱材
１４．対流熱損失防止用ガラス板
１５．集熱板兼用の再生器
１６．凝縮器
１７．蒸発器
１８．蒸発器ポンプ
１９．吸収器
２０．吸収剤溶液ポンプ
２１．冷水管の冷却部
２２．外部冷水管
２３．冷水ポンプ
２４．エコノマイザー
２５．吸収剤溶液管
２６．水蒸気管
２７．連絡水管
２８．冷却水管
２９．冷却水ポンプ
３０．冷却塔

Claims (5)

  1. 太陽熱の集熱板で太陽からの輻射熱や天空輻射を受け入れ、水の沸点１００℃に出来るだけ近い高温の熱源とし、集熱板そのものを吸収式チラーの再生器の加熱装置として、再生加熱管を設けずに、吸収式チラーの吸収器から吸収剤ポンプによってエコノマイザー熱交換器低温側回路を経て戻る吸収剤溶液を加熱濃縮して、発生水蒸気を吸収式チラーの凝縮器に送る再生器を使用することを特色とする太陽からの輻射熱を熱源とする吸収式チラー。
  2. 太陽輻射が得られない気象状況の下で、冷房が必要な場合に備えて、集熱板そのものを吸収式チラーの再生器とする中に、他の熱源を利用して得られる高温の熱媒回路を補助的手段として設けたことを特色とする請求項１の吸収式チラー。
  3. 請求項１における集熱板そのものを再生器とはせずに水または不凍液による集熱器として使用し、別に設ける集熱器で得られる高温の熱源水を吸収式チラーの再生器に設ける再生加熱管に循環させて吸収剤を加熱・再生するようにしたことを特色とする請求項１の吸収式チラー。
  4. 集熱板兼用の再生器のみを別設置とし、その他の各要素機器、配管、制御盤などを全て架台に一体化して取り付けた請求項目１の吸収式チラー。
  5. 冬季、暖房の必要な時季で太陽輻射が得られる場合に太陽熱の利用を可能にするために請求項２の他の熱源を利用して得られる高温の熱媒回路に分岐管を設けて太陽輻射の熱を利用して温水を循環供給する、または請求項３の集熱器で得られる高温の熱源水の回路に分岐管を設けて太陽輻射の熱を利用して温水を循環供給するようにしたことを特色とする請求項１の吸収式チラー。
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