JP4776391B2 - 排熱利用システム - Google Patents

Description

本発明は、低温水を供給する低温水供給機構と、排熱を発生する排熱源からの排熱を回収して低温水から高温水を得る高温水回収熱交換器と、この高温水回収熱交換器により得られた高温水を貯湯する貯湯タンクとを備えた排熱利用システムに関する。

この種の温冷水循環回路として、特許文献１に開示されている排熱利用システムが提案されている。この排熱利用システムは、排熱源としての固体高分子型燃料電池を備え、この燃料電池からの排熱を成層式貯湯タンクに蓄熱する。貯湯タンクからは、給湯水が逐次、払い出されるとともに、熱交換により他の熱負荷に対しても利用される。
この種の排熱利用システムでは、燃料電池から発生する電力を需要者側で利用可能となるとともに、排熱をも有効に利用することで、所謂、電熱並供給を良好に実現できる。

一方、無機塩での気体の放出及び吸着と、放出された気体の凝縮及び蒸発を組み合わせて、一定の熱投入に従って蓄熱を行い、熱需要が発生した状況で、前記蓄熱時とは逆の反応を行わせて蓄熱を使用する、所謂、ケミカルヒートポンプが知られている。

ケミカルヒートポンプは、図１に示すように、受熱に従って気体を発生する化学反応と前記気体の吸着により放熱する逆反応とを繰り返す反応器６と、気体が放熱して凝縮液として凝縮する凝縮反応と、受熱に従って凝縮液が蒸発する蒸発反応とを繰り返す凝縮・蒸発器７とを、仕切り弁８を備えた連通管９で連通接続して構成され、その動作は、反応器６において、外部から熱を受けて前記気体を発生するとともに、発生した前記気体を前記凝縮・蒸発器７に送り、気体が放熱して凝縮する蓄熱動作と、凝縮・蒸発器７において、外部から熱を受けて凝縮液が蒸発するとともに、発生した気体を前記反応器６に送り、逆反応を発生して外部に放熱する放熱動作とを繰り返すように構成されている。

この種のケミカルヒートポンプを給湯器に使用する例として、特許文献２に開示されている技術がある。この技術では、一対のケミカルヒートポンプを組み合わせることで、熱の連続取り出し、ＣＯＰを１以上とする目的を達成している。

特開２００５−１４１９１３号公報 特開２００５−０８３６５７号公報

そこで、排熱源としての燃料電池とケミカルヒートポンプとが組み合わされた排熱利用システムが考えられる。この排熱利用システムでは、例えば、熱需要（給湯需要）のほとんど無い夜間に、発電に伴って発生する排熱を利用して貯湯タンクに高温水を貯湯するとともに、その高温水を使用してケミカルヒートポンプにおける蓄熱を行う蓄熱工程を実行し、この蓄熱工程において蓄熱された熱を、熱需要時に適宜、払い出し、ケミカルヒートポンプの放熱工程において、熱需要に対応するという動作形態が考えられる。

しかしながら、上記のような従来技術の組み合わせでは、連続的な熱回収を行おうとすると、２系列以上のケミカルヒートポンプが必要となり、その連続運転状態では、各ケミカルヒートポンプを構成する反応器及び凝縮・蒸発器の接続状態を、交互に切り換える必要があり、システムが大型化するとともに、設備コストも嵩むという問題がある。

一方、反応器及び凝縮・蒸発器を備えた単一のケミカルヒートポンプでは、ケミカルヒートポンプが蓄熱動作を行う蓄熱工程において、凝縮・蒸発器からその凝縮熱を外部環境に冷却塔等を利用して捨てる必要があり、ケミカルヒートポンプのＣＯＰは１を越えることができない。

また、各家庭に例えば固体高分子型燃料電池を備え、この燃料電池のみから給電と排熱利用による給湯等の熱利用（例えば、冬場の暖房需要、夏場の冷房需要に対応する）を図ろうとしても、今日到達している技術では、冬場に熱不足が発生する可能性があり、同時に、夏場の冷房ニーズに充分に対応できない可能性があるという問題がある。

本発明の目的は、排熱源からの排熱を、比較的簡便な設備構成で連続的に且つ充分に利用することができ、例えば、排熱量が限られている設備構成でも、外部環境の有する熱を回収して、冬場の熱不足、夏場の冷熱不足に対応することが可能となる排熱利用システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る、低温水を供給する低温水供給機構と、排熱を発生する排熱源からの排熱を回収して前記低温水から高温水を得る高温水回収熱交換器と、前記高温水回収熱交換器により得られた高温水を貯湯する貯湯タンクとを備えた排熱利用システムの特徴構成は、
受熱に従って気体を発生する化学反応と前記気体の吸着により放熱する逆反応とを繰り返す反応器と、前記気体が放熱して凝縮液として凝縮する凝縮反応と、受熱に従って前記凝縮液が蒸発する蒸発反応とを繰り返す凝縮・蒸発器とを、仕切り弁を備えた連通管で連通接続して構成され、前記反応器において、外部から熱を受けて前記気体を発生するとともに、発生した前記気体を前記凝縮・蒸発器に送り、前記気体が放熱して凝縮する蓄熱動作と、前記凝縮・蒸発器において、外部から熱を受けて前記凝縮液が蒸発するとともに、発生した気体を前記反応器に送り、前記逆反応を発生して外部に放熱する放熱動作との間で、動作切換え可能なケミカルヒートポンプを備え、
前記貯湯タンク内に貯湯された高温水を前記反応器に送り、前記高温水の熱により前記蓄熱動作を行う蓄熱工程において、前記凝縮・蒸発器において発生する凝縮熱を前記低温水で回収する凝縮熱回収動作を実行し、前記凝縮熱の回収により得られた湯水を前記貯湯タンクに貯湯可能に構成されていることにある。

この構成の排熱利用システムは、排熱源から発生する排熱を高温水回収熱交換器により高温水として熱回収し、これを貯湯タンクに貯める。
一方、システムはケミカルヒートポンプを備え、ケミカルヒートポンプが蓄熱動作を行う蓄熱工程において、排熱回収により得られた高温水が利用される。さらに、この蓄熱工程においては、低温水供給機構から供給される低温水がケミカルヒートポンプを成す、凝縮・蒸発器に送られ、この機器における気体の凝縮により発生する熱を回収する。
従って、これまで通常のケミカルヒートポンプに係る技術では、蓄熱時に外部に棄てられていた熱を貯湯タンク側へ回収することができる。

結果、ケミカルヒートポンプにおいて通常の作動である放熱時の熱需要時の反応器における熱利用に加えて、蓄熱時にも熱回収を行うことが可能となり、連続的な貯湯タンクへの熱回収が可能となる。
さらに、このシステムでは、ケミカルヒートポンプは単一でシステムを構成することが可能であるため、設備が大型化したり、設備コストが嵩む等の問題を回避することができる。

このシステム構成において、前記凝縮熱の回収により得られた湯水を前記貯湯タンクに貯湯するに、前記湯水を直接前記貯湯タンクに戻す第一戻り路を備えておくと、凝縮・蒸発器で回収された熱を、貯湯としてタンク内に保っておくことができる。

さらに、前記凝縮熱の回収により得られた湯水を前記貯湯タンクに貯湯するに、前記湯水を前記高温水回収熱交換器を介し昇温して前記貯湯タンクに戻す第二戻り路を備えておくと、凝縮・蒸発器で熱を回収しながら、生成された湯水を、高温水とすることができ、排熱利用システムにおいて、ケミカルヒートポンプの駆動熱源となる高温水を安定的に得ることができ、排熱利用システムとしての機能の安定増大に寄与することができる。

以上は、本願に係る排熱利用システムにおける蓄熱工程に関する動作に関する説明であるが、この蓄熱工程と対を成す放熱工程においては、熱負荷に対応するため、以下の動作を行うこととする。
即ち、前記放熱動作を行う放熱工程において、前記低温水を前記反応器に導き、前記反応器で発生する熱を前記低温水で回収し、得られる湯水を前記貯湯タンクに供給する。
このようにすることで、ケミカルヒートポンプの放熱動作で、蓄熱された熱を利用することができる。

さて、前記凝縮・蒸発器における、凝縮液の蒸発に伴って発生する冷熱を熱回収可能な冷水循環回路を備え、
この冷水循環回路に、冷熱蓄熱槽、外部環境から熱を奪って外部環境を冷房する冷房ユニット、若しくは、外部環境から与えられる熱を集熱する集熱ユニットのいずれか一つ以上が備えられていることが、好ましい。

凝縮・蒸発器にあっては、ケミカルヒートポンプの放熱動作において、冷熱を外部に付与することができる。そこで、冷水循環回路を備え、その回路に冷熱蓄熱槽を備えておくと、放熱動作において得ることができる冷熱を蓄熱し、後の用に供することができる。
一方、冷房ユニットを備えておくと、例えば、夏季に発生される冷熱を外部環境の冷房用に冷房ユニットで利用できる。集熱ユニットを備えておくと、例えば、冬季に発生される冷熱を外部環境からの熱回収に利用でき、このようにして回収された熱を排熱利用システム側で使用することが可能となる。

これまで説明してきた排熱利用システムにおいて、前記低温水供給機構から直接前記貯湯タンクに前記低温水を供給する低温水直接供給路が備えられている構成を採用しておくと、例えば、システムの起動時等、タンクが満水になっていない状況において、貯湯タンク内への給水を直接且つ迅速に行うことが可能となる。

これまで説明してきた貯湯タンクが成層型貯湯タンクであり、前記高温水回収熱交換器で得られる高温水を前記貯湯タンクへ戻す高温水入口に対して、第一戻り路の中間温水受入口が、鉛直方向で下側に設けられている構成を採用することにより、タンク内の成層状態を良好に形成若しくは維持できる。

さらに、この貯湯タンクの底部から、前記低温水供給機構にタンク内の湯水を戻す戻り路が設けられており、前記戻り路に、路内を流れる湯水の温度を低下させる冷却装置が備えられている構成を採用すると、貯湯タンクが例えば、満水となって、排熱利用システム内への低温水の供給を実質上受けても意味がない状況において、ケミカルヒートポンプの放熱動作に必要となる低温水を、戻り路を介して冷却装置により冷却した状態で得ることができ、排熱利用システムの蓄熱工程及び対となる放熱工程を円滑に実行できる。

さて、前記反応器に熱交換器を備え、
当該熱交換器が、前記蓄熱工程における前記高温水からの受熱と、前記放熱動作を行う放熱工程における前記低温水への放熱とで共用されることが好ましい。
この構成を採用することで、蓄熱工程と放熱工程とを、反応器内に設けられた同一の熱交換器を使用して実行することができることとなり、設備構成が簡単になるとともに、設備コストも低減できる。

一方、凝縮・蒸発器に関しては、同じく、凝縮・蒸発器に熱交換器を備え、
当該熱交換器が、前記蓄熱工程における前記低温水への授熱と、前記放熱動作を行う放熱工程における冷水循環回路内を流れる冷水からの受熱とで共用されることが好ましい。
この構成の場合も、蓄熱工程と放熱工程とを、凝縮・蒸発器内に設けられた同一の熱交換器を使用して実行することができることとなり、設備構成が簡単になるとともに、設備コストも低減できる。

本願に係る排熱利用システム１００に関して図１に基づいて説明する。
図１に示す排熱利用システム１００は、排熱源としての固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣと、この固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣからの排熱を回収する高温水回収熱交換器１と、この高温水回収熱交換器１により得られた高温水を貯湯する貯湯タンク２とを備えて構成されている。この貯湯タンク２は、貯湯水を払出すことで給湯の用に供されるとともに、暖房等の熱負荷循環回路４内を流れる循環水との熱交換により、暖房等の用に供される。
一方、この排熱利用システム１００には、水道水等の低温水を供給する低温水供給機構５が備えられている。

この例の場合、固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣからの排熱は２３０℃程度であり、前記高温水回収熱交換器１より得られる高温水の温度は９５〜１００℃程度である。熱回収後の温度は４０℃程度となる。

図１に示すように、排熱利用システム１００には、ケミカルヒートポンプが備えられており、前記低温水供給機構５、ケミカルヒートポンプに備えられる反応器６及び凝縮・蒸発器７、高温水回収熱交換器１、貯湯タンク２との間に、所定の管路網を備えることで、下記する各動作を実行可能に構成されている。図上Ｐはポンプを示す。

ケミカルヒートポンプは、これまで説明してきた構成に従ったものであり、受熱に従って気体を発生する化学反応と気体の吸着により放熱する逆反応とを繰り返す反応器６と、気体が放熱して凝縮液として凝縮する凝縮反応と、受熱に従って前記凝縮液が蒸発する蒸発反応とを繰り返す凝縮・蒸発器７とを、仕切り弁８を備えた連通管９で連通接続して構成されている。

前記反応器６内には、塩化カルシウム水和物等の反応材が収納されており、この反応材は、受熱に従って気体としての水蒸気を発生し、水蒸気を吸着することで放熱する。
この化学反応及び逆反応を可能とすべく、前記反応器６内には、反応器外部からの媒体が内部を流れる熱交換器６ｈｃが設けられている。この媒体とは、本例では、高温水或は低温水である。

前記凝縮・蒸発器７内には、この器内に導かれる水蒸気の凝縮、または凝縮水の蒸発を可能とすべく、凝縮・蒸発器外部からの媒体が内部を流れる熱交換器７ｈｃが設けられている。この媒体とは、本例では、低温水或は冷水循環回路１０内を流れる冷水である。

ケミカルヒートポンプは、以下の蓄熱動作と放熱動作を繰り返す。
蓄熱動作では、反応器６において、高温水が熱交換器６ｈｃ内を流れることにより、外部から熱を受けて水蒸気を発生するとともに、発生した水蒸気が凝縮・蒸発器７に移流し、凝縮・蒸発器７において、移流してきた水蒸気が凝縮し、熱交換器７ｈｃを介して低温水に放熱する。この蓄熱動作では、図２に示されるように、反応器６内は７０℃程度となり、蓄熱・蒸発器７内は３０℃程度となる。

放熱動作では、凝縮・蒸発器７において、冷水が熱交換器７ｈｃ内を流れることにより、外部から熱を受けて凝縮液である水が蒸発するとともに、発生した水蒸気が反応器６に移流する。そして、前記逆反応である、移流してきた水蒸気の吸着反応が発生し、この逆反応により発生する熱を熱交換器６ｈｃ内を流れる低温水に与える（放熱する）。この放熱動作では、図３、図４に示すように、反応器６内は３０℃程度となり、蓄熱・蒸発器７内は１０℃程度となる。

高温水回収熱交換器１は、前記固体酸化物形燃料電池ＳＯＦＣから交流型の熱交で、その排熱を熱回収可能な熱交換器として構成されており、その低温部１Ｌには切替弁Ｄを介して加温された低温水が導入可能に構成されている。一方、低温部１Ｌと高温部１Ｈとの間に設けられる中温部１Ｍには、切替弁Ｊを介して温度低下した高温水が導入可能に構成されている。
この高温水回収熱交換器１により発生される高温水は、前記貯湯タンク２の最上部（天面部位）に設けられた高温水入口２ａより、貯湯タンク２内に供給されるように構成されている。

貯湯タンク２の最上部近傍で、高温水入口２ａより下側の部位に貯湯タンク２に貯湯される高温水を払出す高温水払出口２ｂが設けられており、この高温水払出口２ｂから高温水をケミカルヒートポンプ側に送ることが可能とされている。
貯湯タンク２のタンク中間部位に、ケミカルヒートポンプから切替弁Ｄを介して送られてくる湯水を受入れる中間温水受入口２ｃが設けられている。
貯湯タンク２には、低温水供給機構５から直接低温水を供給するための低温水直接供給路１１が備えられている。この機構５から供給される低温水の温度は５〜２５℃である。
一方、この貯湯タンク２の底部から、低温水供給機構５にタンク内の貯湯水を戻す戻り路１２が設けられており、この戻り路１２に、路１２内を流れる湯水の温度を低下させる冷却装置１３が備えられている。温度は、先に説明した低温水の温度域まで低下させる。

前記凝縮・蒸発器７内に設けられている熱交換器７ｈｃ内には、前記低温水供給機構５からの低温水が直接導入可能にされているとともに、この熱交換器７ｈｃには、凝縮・蒸発器７における、凝縮液の生成若しくは凝縮液の蒸発に伴って発生する熱を熱回収可能な冷水循環回路１０が連結できるように構成されている。この冷水循環回路１０には、冷熱蓄熱槽１４が配設されているととともに、この冷熱蓄熱槽１４と直列に、外部環境から熱を奪って外部環境を冷房する冷房ユニット１５と、外部環境から与えられる熱を集熱する集熱ユニットとしての集熱パネル１６とが並列に備えられている。

蓄熱工程に際しては、この熱交換器７ｈｃ内に低温水供給機構５からの低温水を流し、水蒸気の凝縮に伴って発生する熱を回収する。
一方、放熱工程においては、前記冷水循環回路１０の一部が熱交換器７ｈｃ内の流路からなるものとし、凝縮・蒸発器７で冷却された冷水を利用して、冷熱蓄熱槽１４で冷熱を蓄熱する他、夏季には冷房ユニット１５内に冷水を循環させ、外部環境の冷房の用に供することができる。一方、冬季には、集熱パネル１６内に冷水を循環させ、集熱パネル１６で外部環境から熱回収を行うとともに、熱を凝縮・蒸発器７における蒸発の用に供し、ケミカルヒートポンプにおいて、蓄熱動作時に蓄熱された熱に加えて、外部環境から回収される熱をも反応器６での湯水の生成に利用することができる。

以上が本願に係る排熱利用システム１００を構成する各機器の構成及び作動の説明であるが、図１に示されるように、このシステム１００には、複数の切替弁Ａ〜Ｊが備えられている。以下、各切替弁Ａ〜Ｊの働きに関して順に説明する。

切替弁Ａは、低温水供給機構５の終端部位に設けられており、送られてきた低温水を、反応器６内に設けられている熱交換器６ｈｃへ送る流路入口（この部位には切替弁Ｂが設けられている）と、凝縮・蒸発器７内に設けられている熱交換器７ｈｃへ送る流路入口（この部位には切替弁Ｅが設けられている）との間で択一的に切替える。

切替弁Ｂは、反応器６内に設けられている熱交換器６ｈｃへの流路入口に設けられており、前記器切替弁Ａから送られてくる低温水を熱交換器６ｈｃ内に導くか、後述する切替弁Ｉから送られてくる貯湯タンク２内の湯水（通常は高温水である）を熱交換器６ｈｃ内に導くかの切替を行う。

切替弁Ｃは、反応器６内に備えられる熱交換器６ｈｃから熱交換をして戻ってくる湯水を、切替弁Ｄに送るか、切替弁Ｊに送るかの切替を行う。本願では、この切替弁Ｄから中間温水受入口２ｃに到る流路を第一戻り路と呼び、高温水回収熱交換器１を介し、貯湯タンク２に到る流路を第二戻り路と呼ぶ。

切替弁Ｄは、切替弁Ｃ若しくは切替弁Ｆを介して切替弁Ｄに至る温水を、貯湯タンク２側の中間温水受入口２ｃに送るか、高温水回収熱交換器１に送るかの調整を行う。即ち、切替弁Ｄは、入り側に関しては択一的な選択を行う構成とされているが、出側に関して、その送り出しに関して、送り出し側への流量を送り出し側両者間で調整可能に構成されている。

切替弁Ｅは、凝縮・蒸発器７内に設けられている熱交換器７ｈｃの流路入口に設けられており、切替弁Ａから送られてくる低温水を熱交換器７ｈｃ内に送るか、冷水循環回路１０内を流れる冷水を熱交換器７ｈｃ内に送るかの切替を行う。

切替弁Ｆは、切替弁Ｅに対して対となるものであり、実質的には、凝縮・蒸発器７内に設けられている熱交換器７ｈｃの流路出口に設けられており、熱交換器７ｈｃを経て熱交換を終えて送られてくる昇温された低温水を切替弁Ｄ側に送るか、熱交換により冷却された冷水を冷水循環回路１０内に戻すかの切替を行う。

切替弁Ｇ及びＨは、図１に示すように、冷水循環回路１０内を流れる冷水を、冷房ユニット１５側を流すか、集熱パネル１６側を流すかの切替を行う。

切替弁Ｉ及びＪは、貯湯タンク２と高温水回収熱交換器１との間に設けられる高温水循環回路１７の往路１７ａ側に設けられており、この往路１７ａ内を流れる湯水を、反応器６内に設けられる熱交換器６ｈｃに導き、反応器６に授熱するとともに、さらに高温水循環回路１７に戻し、排熱源ＳＯＦＣからの排熱により受熱する動作を行うか否かの切替を行う。高温水が十分に貯湯タンク２に貯湯されている状態にあっては、切替弁Ｉから反応器６の熱交換器６ｈｃに湯水を送る場合、その温度は、往路で９５℃、復路で８５℃程度となる。

以上が本願に係る排熱利用システム１００の構成であるが、以下、ケミカルヒートポンプの動作状態を基礎として、このシステム１００の動作工程を説明する。
蓄熱工程
図２は、排熱利用システム１００においてケミカルヒートポンプが蓄熱動作をする蓄熱工程を示す図面であり、湯水が流れている流路を実線で、流れていない流路を破線で示しており、切替弁において白抜きは「連通状態」を、黒塗りつぶしは「非連通状態」を示している（以下、図３、４で同じ）。
この蓄熱工程は、夏季、冬季共通して、例えば、夜間に実行される。本願に係る排熱利用システム１００では、この蓄熱工程でも、凝縮・蒸発器で回収できる凝縮熱を低温水で回収する。

低温水供給機構５から供給される低温水は、切替弁Ａ、Ｅを経て凝縮・蒸発器７内の熱交換器７ｈｃに導かれ、器７内で発生する水蒸気の凝縮により発生する熱を回収する（即ち、昇温される）。昇温された低温水は、切替弁Ｆを経て切替弁Ｄまで送られ、一部がそのまま貯湯タンク２に送られ、一部が高温水回収熱交換器１に送られる。この時の高温水回収熱交換器１に送られる量は、高温水循環回路１７側を流れる湯水の量により調整される。

貯湯タンク２からは、高温水循環回路１７を通じて貯湯タンク２の天面近傍にある湯水（通常、高温水である）が払い出される。この高温水は、切替弁Ｉ、切替弁Ｂを介して、反応器６内の熱交換器６ｈｃに導入され、反応器６内で、その蓄熱動作を発生する。
反応に必要な熱を授けた湯水は、切替弁Ｃ，切替弁Ｊを介して高温水回収熱交換器１に送られて排熱回収を行った後、高温水循環回路１７の復路１７ｂを介して貯湯タンク２に戻される。

この運転状態では、反応器６内では受熱により水蒸気が発生され、水蒸気が凝縮・蒸発器７に送られて、凝縮し熱交換器７ｈｃを介して凝縮熱が低温水に回収される。結果、反応器６における水蒸気発生を伴った化学反応により蓄熱が成されるとともに、低温水により凝縮熱が回収され、貯湯タンク２側に戻されて、熱の有効利用が図られる。結果、ＣＯＰは１以上とすることができる。

放熱工程
図３は、夏季に、排熱利用システム１００においてケミカルヒートポンプが放熱動作をする放熱工程を示す図面であり、図４は、冬季に、排熱利用システム１００においてケミカルヒートポンプが放熱動作をする放熱工程を示す図面である。
この放熱工程は、例えば、夏季には、冷房ユニット１５を備えた部屋に冷房需要がある時間帯に行われる他、冷熱蓄熱槽１４での冷熱の蓄熱が必要とされる夏季の朝方等に行われる。冬季には、昼間にあって、太陽光からのエネルギーを集熱パネル１６を使用して回収することができる等の状況で行われる。
本願に係る排熱利用システム１００では、この放熱工程で、外部環境から凝縮・蒸発器７を介して熱を回収し、その回収熱をも反応器６側の熱交換器６ｈｃに送られてくる低温水で回収することができる。

低温水供給機構５から供給される低温水は、切替弁Ａ、Ｂを経て反応器６内の熱交換器６ｈｃに導かれ、器６ｈｃ内で水蒸気の吸着により発生する熱を回収する（即ち、昇温される）。昇温された低温水は、切替弁Ｄまで送られ、一部がそのまま貯湯タンク２に送られ、一部が高温水回収熱交換器１に送られる。この時の高温水回収熱交換器１に送られる量は、この高温水熱交換器１における排熱回収を良好に行うべく高温水循環回路１７側を流れる湯水の量により、切替弁Ｄの開度で調整される。

貯湯タンク２からは、高温水循環回路１７を通じて貯湯タンク２の天面近傍にある湯水（通常、高温水である）が、払い出される。この高温水は、切替弁Ｉ、切替弁Ｊを介して、高温水循環回路１７をそのまま循環し、排熱回収動作を実行する。

貯湯タンク２が満水になっている状況では、低温水供給機構５からの低温水の供給は行われず、貯湯タンク２の底面から貯湯水を抜くとともに、ケミカルヒートポンプの動作を確保すべく反応器６での熱回収を可能とするため、冷却装置１３にて抜き出した湯水の温度を反応器６で逆反応を起こすことができる温度以下にして、反応器６側に送る。貯湯タンク２内の湯水が、実質的に全量高温水となっている状況では、ケミカルヒートポンプでの放熱動作を確保すべく、冷却装置１３を十分に作動させる必要が生じる。

一方、凝縮・蒸発器７に関しては、切替弁Ｅ、切替弁Ｆの切替選択により、冷水循環回路１０が形成される。この回路１０内を冷水は、凝縮・蒸発器７内の熱交換器７ｈｃから冷熱蓄熱槽１４及び、冷房ユニット１５若しくは集熱パネル１６のいずれかにわたって循環する。夏季には、切替弁Ｇ，切替弁Ｈの選択により、冷水が冷房ユニット１５内を流れる。冬季には、切替弁Ｇ，切替弁Ｈの選択により、冷水が集熱パネル１６内を流れる。

この運転状態では、冷房ユニット１５或は集熱パネル１６により回収された熱により、凝縮・蒸発器７内に存する凝縮水の蒸発が促され、水蒸気が反応器６側に移流して、反応器６内で、反応材に吸着する（逆反応を起こす）。この逆反応により発生する熱は、熱交換器６ｈｃ内を流れる低温の湯水（低温水を含む）に回収され、貯湯タンク２での貯湯の用に供される。
結果、夏季の冷房需要に対応できるとともに、冬季の熱不足に対しても、外部環境から汲み上げた熱を利用することが可能となる。

〔別実施形態〕
（１） 上記の実施の形態にあっては、ケミカルヒートポンプに使用する反応材の基材としては、塩化カルシウムの外、塩化マンガン、塩化マグネシウム、塩化ニッケル、炭酸ナトリウム、硫酸カルシウムから選択される一種以上を挙げることができる。
塩化マンガンに対しては、水、アンモニアが本願にいう化学反応を起こす気体となる。塩化マグネシウムに対しては、水、メタノール、アンモニアが本願にいう化学反応を起こす気体となる。塩化ニッケルに対しては、アンモニアが本願にいう化学反応を起こす気体となる。炭酸ナトリウムに対しては、水が本願にいう化学反応を起こす気体となる。硫酸カルシウムに対しては、水が本願にいう化学反応を起こす気体となる。
（２） 上記の実施の形態においては、排熱源として固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の例を示したが、排熱が発生するものであれば如何なるものでもよい。例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の外、固体高分子形燃料電池等の燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等も使用できる。
（３） 上記の実施の形態にあっては、低温水の供給源としては、水道水の例を示したが、この排熱回収システムでは、蓄熱動作における凝縮・蒸発器内での凝縮熱回収、放熱動作における反応器内での逆反応の発生に支障がない温度の水であればよい。
従って、別途、排熱回収等により予熱された予熱水も使用可能である。
（４） 冷水循環回路に備えれる機器は、その一種以上が備えられ、冷熱消費が回路で発生する構成であればよい。
（５） 切替弁Ｄにおいて、直接貯湯タンクに戻す戻り路（第一戻り路）と、高温水回収熱交換器を介して貯湯タンクに戻す戻り路（第二戻り路）との両方を備える構成としたが、切替弁Ｄに送られてくる湯水の全てをいずれか一方の戻り路を介して、貯湯タンクに戻す構成を採用してもよい。

排熱源からの排熱を、比較的簡便な設備構成で充分に利用することができ、例えば、排熱の量が限れており、冬場の熱不足、夏場の冷熱不足にも対応することが可能となる排熱利用システムを提供することができた。

本願に係る排熱利用システムの構成を示す図 ケミカルヒートポンプが蓄熱動作を行う蓄熱工程の動作説明図 ケミカルヒートポンプが放熱動作を行う放熱工程の夏季の動作説明図 ケミカルヒートポンプが放熱動作を行う放熱工程の冬季の動作説明図

符号の説明

１ 高温水回収熱交換器
２ 貯湯タンク
５ 低温水供給機構
６ 反応器
７ 凝縮・蒸発器
１０ 冷水循環回路
１１ 低温水直接供給路
１２ 戻り路
１３ 冷却装置
１４ 冷熱蓄熱槽
１５ 冷房ユニット
１６ 集熱ユニット
１７ 高温水循環回路
１００ 排熱利用システム
ＳＯＨＣ固体酸化物形燃料電池（排熱源）

Claims (10)

1. 低温水を供給する低温水供給機構と、排熱を発生する排熱源からの排熱を回収して前記低温水から高温水を得る高温水回収熱交換器と、前記高温水回収熱交換器により得られた高温水を貯湯する貯湯タンクとを備えた排熱利用システムであって、
   受熱に従って気体を発生する化学反応と前記気体の吸着により放熱する逆反応とを繰り返す反応器と、前記気体が放熱して凝縮液として凝縮する凝縮反応と、受熱に従って前記凝縮液が蒸発する蒸発反応とを繰り返す凝縮・蒸発器とを、仕切り弁を備えた連通管で連通接続して構成され、前記反応器において、外部から熱を受けて前記気体を発生するとともに、発生した前記気体を前記凝縮・蒸発器に送り、前記気体が放熱して凝縮する蓄熱動作と、前記凝縮・蒸発器において、外部から熱を受けて前記凝縮液が蒸発するとともに、発生した気体を前記反応器に送り、前記逆反応を発生して外部に放熱する放熱動作との間で、動作切換え可能なケミカルヒートポンプを備え、
   前記貯湯タンク内に貯湯された高温水を前記反応器に送り、前記高温水の熱により前記蓄熱動作を行う蓄熱工程において、前記凝縮・蒸発器において発生する凝縮熱を前記低温水で回収する凝縮熱回収動作を実行し、前記凝縮熱の回収により得られた湯水を前記貯湯タンクに貯湯可能に構成されている排熱利用システム。
2. 前記凝縮熱の回収により得られた湯水を前記貯湯タンクに貯湯するに、前記湯水を直接前記貯湯タンクに戻す第一戻り路を備えた請求項１記載の排熱利用システム。
3. 前記凝縮熱の回収により得られた湯水を前記貯湯タンクに貯湯するに、前記湯水を前記高温水回収熱交換器を介し昇温して前記貯湯タンクに戻す第二戻り路を備えた請求項１又は２記載の排熱利用システム。
4. 前記放熱動作を行う放熱工程において、前記低温水を前記反応器に導き、前記反応器で発生する熱を前記低温水で回収し、得られる湯水を前記貯湯タンクに供給する請求項１〜３のいずれか一項記載の排熱利用システム。
5. 前記凝縮・蒸発器における、凝縮液の蒸発に伴って発生する冷熱を熱回収可能な冷水循環回路を備え、
   前記冷水循環回路に、冷熱蓄熱槽、外部環境から熱を奪って外部環境を冷房する冷房ユニット、若しくは、外部環境から与えられる熱を集熱する集熱ユニットのいずれか一つ以上が備えられている請求項１〜４のいずれか一項記載の排熱利用システム。
6. 前記低温水供給機構から直接前記貯湯タンクに前記低温水を供給する低温水直接供給路が備えられている請求項１〜５のいずれか一項記載の排熱利用システム。
7. 前記貯湯タンクが成層型貯湯タンクであり、前記高温水回収熱交換器で得られる前記高温水を前記貯湯タンクへ戻す高温水入口に対して、前記第一戻り路の中間温水受入口が、鉛直方向で下側に設けられている請求項２記載の排熱利用システム。
8. 前記貯湯タンクの底部から、前記低温水供給機構にタンク内の湯水を戻す戻り路が設けられており、前記戻り路に、路内を流れる湯水の温度を低下させる冷却装置が備えられている請求項７記載の排熱利用システム。
9. 前記反応器に熱交換器を備え、
   当該熱交換器が、前記蓄熱工程における前記高温水からの受熱と、前記放熱動作を行う放熱工程における前記低温水への放熱とで共用される請求項１〜８のいずれか一項記載の排熱利用システム。
10. 前記凝縮・蒸発器に熱交換器を備え、
    当該熱交換器が、前記蓄熱工程における前記低温水への授熱と、前記放熱動作を行う放熱工程における冷水循環回路内を流れる冷水からの受熱とで共用される請求項５記載の排熱利用システム。

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