JP5902001B2

JP5902001B2 - 熱搬送システム

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Publication number: JP5902001B2
Application number: JP2012045369A
Authority: JP
Inventors: 山下　孝; 孝山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: WO2013128778A1; JP2013181694A

Description

熱源と空調が必要な施設との間を長大な配管で接続して、熱源の温熱または冷熱を空調が必要な施設に搬送する熱搬送システムに係り、特に大規模ビルや地域冷暖房システムにおいて好適な熱搬送システムに関する。

従来、大規模ビルや地域冷暖房システムに用いる熱搬送システムにおいては、冷媒を介して外気と熱交換するパッケージ型空調機を用いずに、熱源と空調が必要な施設との間を配管で接続し、配管中に冷温水が流通するようにしている。冷房の場合、熱源側で発生した冷温水を空調が必要な施設にポンプ等で導き、空調が必要な施設においてファン等で室内に送風して空調するいわゆるファンコイルユニット方式が知られている。

このような大規模な熱源設備では、熱源と空調が必要な施設との間の配管距離が数百メートルから数キロメートルに及ぶこともあり、配管内を流通する冷温水を搬送する動力が熱源システムの全消費動力の１０〜３０％程度を占め，無視できない数値となっている。したがって、大規模熱源設備における搬送動力の省エネルギー化が重要な課題になっている。
そこで、このような搬送動力を低減する方法の一例が、特許文献１に記載されている。

この公報に記載の熱搬送システムでは、相変化蓄熱物質を用いることにより、搬送動力に対する搬送熱量の比である熱搬送効率を高め、ポンプの動力を低減している。具体的には、熱搬送物質は相変化蓄熱物質に高分子物質が添加された水性液体とし、相変化蓄熱物質は樹脂製被覆材内に収容された微小潜熱蓄熱マイクロカプセルの状態で構成し、熱供給装置側の熱供給温度と熱利用装置側の熱放出温度との温度範囲に相変化温度をもつものとしている。一方、高分子物質はポリエチレンオキサイド等の界面活性剤としても使用可能な材料を、流動抵抗を低減させるものとして用いている。

熱搬送システムの流動抵抗を低減する他の方法が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の潜熱輸送用水和物スラリーを用いた冷暖房システムでは、潜熱を有し熱密度が水よりも大きい水和物を混濁させた水和物スラリーを冷暖房システムの熱媒体としているが、冷房と暖房では異なる水和物スラリーを使用している。具体的には、界面活性剤であるカチオン系抵抗低減剤及び同カチオン系抵抗低減剤の対イオンを添加した包接型水和物スラリーを冷房時の冷熱媒体に用い、カチオン系抵抗低減剤及び同カチオン系抵抗低減剤の対イオンを添加した無機水和物スラリーを暖房時の熱媒体に使用している。

この熱媒体は、熱供給装置側の熱供給温度と熱利用装置側の熱放出温度との温度範囲内で相変化するので、水が０℃以下で凍結する氷の潜熱を利用したものに比べ、以下の問題を解消できる。氷を製造するためには、熱輸送媒体を０℃以下の状態にすることが可能な熱源設備が必要になる。通常の冷暖房システムの熱源設備では、４〜７℃程度であるから、通常の設備に比べて大掛かりもしくは高級な設備が必要となる。また、０℃以下の温度を製造するため、熱源の性能を示すＣＯＰ(成績係数)が低下することや、０℃以下の状態による結露の発生への対策、配管中での氷の詰まり等の対策も必要となる。

さらに、液体や気体等の状態にかかわらずに、流体搬送時のエネルギー損失を低減するために、管路内を流れる流体を加圧して、加速と減速を繰り返し、流体を脈動させて移送する例が、特許文献３に記載されている。この公報に記載の流体搬送方法では、脈動が生じていなければ乱流状態にある管路内の流体を、脈動させて摩擦抵抗を軽減し、少ないエネルギーで流体を搬送可能にしている。

特開２００３−２６２４８２号公報特開２００５−２９５９１号公報国際公開第２００９／０４４７６４号

上記特許文献１に記載の従来の熱搬送システムでは、界面活性剤にも使用可能なポリエチレンオキサイド等の高分子材料を熱搬送媒体に使用しているので、空調設備における熱搬送媒体の流動抵抗を低減することが期待できる。しかしながら、界面活性剤は流体の流動抵抗を減少させるのには効果があるものの、熱交換媒体としては水や冷媒に比べてその熱交換性能が必ずしも高くない。

上記特許文献２に記載の潜熱輸送用水和物スラリーを用いた冷暖房システムにおいても、水和物スラリーの流動抵抗を減少させるために界面活性剤を用いているので、流動抵抗は減少するが、冷暖房システムの熱交換部においては、熱交換性能が低下する恐れがある。

上記特許文献３に記載の流体移送装置では、輸送する流体に脈動を加えることにより流体の移送状態を層流方向に向かうようにして、乱流輸送時よりも抵抗の少ない輸送を可能としている。しかしながら、この流体移送装置では、輸送する流体の流動抵抗にのみ着目しているので、空調設備のような熱媒体を輸送するものに採用して熱交換効率の向上との両立を図ることについては十分には考慮されていない。空調設備では、流体の輸送における流動抵抗と熱交換部における熱交換効率の双方が向上することが望まれている。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、地域冷暖房システム等の大型の熱源設備において、熱媒体の輸送における流動抵抗を減少させることと、熱交換部における熱交換効率を向上させることを両立させることにある。また、この流動抵抗の減少と熱交換効率の向上とを両立させながら、結露や配管詰まり等を生じない、安価なシステムにすることを他の目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、チラーまたは冷凍機の利用側熱交換器で熱交換して温度低下した熱媒体を、需要元の熱交換器に送液する熱搬送システムにおいて、前記熱媒体は、前記利用側熱交換器における温度範囲では潜熱を有し、かつ水よりも熱容量の大きい蓄冷材を含んでおり、前記利用側熱交換器と需要元の前記熱交換器とを結ぶ熱媒体のライン中に周期的な流速変動を付与可能な回転数可変ポンプを含む配管抵抗低減手段を複数配置し、これら複数配置された配管抵抗低減手段の流速変動周期を同期させる制御装置を設けたことにある。

そしてこの特徴において、前記流速変動の周期を１０秒以上とするのがよく、前記蓄冷材としてパラフィンワックスなどの有機物や無機物であってもよい。有機物については水との分離性や、熱交換器内での付着性が懸念されるので、マイクロカプセルの状態で構成するのが好ましい。

さらにまた、前記蓄冷材は水にパラフィンワックスなどの有機物を１０〜４０％程度混合した液が好ましく、さらにこの蓄冷材をマイクロカプセルの状態で構成してもよい。

本発明によれば、空調温度帯で潜熱を有する蓄熱材を熱輸送媒体として用い、この熱輸送媒体を、空調負荷に応じて配管内の脈動流として安定して維持するようにしたので、流動抵抗の減少と熱交換部における熱交換効率の向上が両立できる。また、空調温度帯で潜熱を有するので、結露や配管詰まりを生ずることなく、流動抵抗の減少と熱交換部における熱交換効率の向上を両立させることができる。

本発明に係る地域冷暖房システムの配置模式図である。図１に示した地域冷暖房システムの配管系統図である。図１に示した地域冷暖房システムが備える熱搬送システムの一実施例の配管系統図である。流速変動を説明する図である。熱搬送システムの他の実施例の配管系統図である。

以下、本発明に係る熱搬送システムの一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、熱搬送システムを有する地域冷暖房システムが適用される地域冷暖房地区１０の模式図である。図２は、図１に示した地域冷暖房地区１０に適用した地域冷暖房システム８０の配管系統図である。

地域冷暖房システム８０が適用される地域冷暖房地区１０は、鉄道路１４や多数の道路１２が網の目に走る領域で、例えば図１に示した例では、左右に２ブロック、奥往き方向に２ブロックの領域をカバーしている。この例では、複数の建物１６ａ〜１６ｊに配管設備３０を介して温水や冷水、蒸気等の空調や給湯に用いる流体が供給される。ちなみに建物１６ａ、１６ｂ、１６ｊは高層のオフィスビルであり、建物１６ｃ、１６ｈはコンベンションホールである。建物１６ｄ、１６ｇは一般ホテルであり、建物１６ｅ、１６ｆは低層の一般ホテルである。

これらの複数の建物１６ａ〜１６ｊに冷水や温水、蒸気等を供給する配管３０は、大きな地域冷暖房地区１０では、直径が５００〜１０００ｍｍ、総延長が８ｋｍにも及んでいる。冷水や温水、蒸気等を供給するために、地域冷暖房地区の一角には、詳細を後述する機械棟２１及び熱交換棟２３が設けられている。

この配管３０の詳細を、図２を用いて説明する。機械棟２１には、地域冷暖房地区１０に冷水や温水、給湯、蒸気を供給するための熱源機が設置されている。熱源機としては、ヒートポンプ式チラー１１０およびターボ冷凍機１２０、蒸気焚き二重効用吸収式冷温水機１４０が設けられており、この吸収式冷凍機１４０の熱源としてボイラ１５０が設置されている。

ヒートポンプ式チラー１１０は、ガスエンジンまたは電動機１１５ｂで駆動される圧縮機１１５と、この圧縮機１１５に四方弁１１４を介して接続され、冷房時には凝縮器として作用する熱源側熱交換器１１１と、冷房時には蒸発器として作用する利用側熱交換器１１２と、膨張弁等の減圧手段１１３とを主要構成部品としている。ターボ冷凍機１２０は、電動機１２５ｂで駆動されるターボ冷凍機本体１２５と、凝縮器１２１と、膨張弁等の減圧手段１２３と、蒸発器１２２とを備える。

二重効用吸収式冷温水機１４０は、ボイラ１５０で発生した蒸気を加熱源とする高温再生器１４１と、高温再生器１４１で濃縮した臭化リチウム水溶液等の吸収液をさらに濃縮する低温再生器１４２と、低温再生器１４２で発生した蒸気を凝縮する凝縮器１４３と、凝縮器１４３で発生した水を蒸発させる蒸発器１４５と、蒸発器１４５で発生した蒸気を吸収する吸収器１４４とを備える。

一方、熱交換棟２３には、上記ヒートポンプ式チラー１１０やターボ冷凍機１２０及び吸収式冷温水機１４０等が外気と熱交換するための冷却塔が配置されている。具体的には、ヒートポンプ式チラー１１０では、熱源側熱交換器１１１内を流通する冷媒と熱交換する冷却水を冷却するための冷却塔１１７が熱交換棟２３に配置されている。ターボ冷凍機でも、凝縮器１２１内を流通する冷媒と熱交換する冷却水を冷却するための冷却塔１２７が熱交換棟２３に配置されている。さらに吸収式冷温水機１４０では、吸収器１４４及び凝縮器１４３内を通過した冷却水が外気と熱交換するための冷却塔１３２が配置されている。また、ボイラ１５０で発生した蒸気の一部を温水に変換するための蒸気／温水熱交換器１５１も熱交換棟２３に配置されている。

このように構成した地域冷暖房システム１００では、ヒートポンプ式チラー１１０を冷房運転すると、圧縮機１１５で圧縮された冷媒は、四方弁１１４、熱源側熱交換器１１１、減圧手段１１３、利用側熱交換器１１２、四方弁１１４の順で冷媒ライン２１２を循環する。その際、熱源側熱交換器１１１では冷却水ライン２１１内を流通する冷却水と熱交換し、利用側熱交換器では冷温水ライン２１３、２１４内を流通する冷水と熱交換する。ここで冷温水ライン２１３はそれぞれ切換えバルブ１１６ａ、１１６ｂを有する２つのライン２６１、２６２に分岐しており、冷房運転時には切換えバルブ１１６ａが開、切換えバルブ１１６ｂが閉に切換えられている。同様に、冷温水ライン２１４もそれぞれ切換えバルブ１１６ｃ、１１６ｄを有する２つのライン２６３、２６４に分岐しており、冷房運転時には切換えバルブ１１６ｄが開、切換えバルブ１１６ｃが閉に切換えられている。暖房運転時には、切換えバルブ１１６ａ〜１１６ｄの開閉は、逆に切換えられる。

ターボ冷凍機１２０では、冷媒ライン２２２中に設けた凝縮器１２１で冷却水ライン２２１を流通する冷却水が熱交換し、さらに冷却塔１２７で外気と熱交換する。また、蒸発器１２２内を流通する冷媒と冷水ライン２２３、２２４内を流通する冷水とが熱交換する。蒸発器内で発生した冷水は、需要元である各建物１６ａ〜１６ｊに供給される。

吸収冷温水機１４０で発生した冷温水は、冷温水ライン２３３、２３４から分岐し切換えバルブ１３１ａ〜１３１ｄを有する冷水ライン２４１、２４３及び温水ライン２４２、２４４に導かれる。冷房運転時には、切換えバルブ１３１ａ、１３１ｃが開に切換えられ、切換えバルブ１３１ｂ、１３１ｄが閉に切換えられる。暖房運転時には、切換えバルブ１３１ａ〜１３１ｄの開閉は逆になる。

ボイラ１５０で発生した蒸気は蒸気ライン２５１から吸収式冷温水機１４０に導かれ、蒸気ライン２５２でボイラに戻される。この蒸気ライン２５１、２５２から分岐して蒸気／温水熱交換器１５１に導く蒸気ライン１５５、１５６が設けられている。一方、蒸気／温水熱交換器１５１で発生した温水は、開閉バルブ１５２、１５３を介在させた温水ライン１５７、１５８により、温水ライン２６１、２６３に導かれる。ボイラ１５０にはガスライン２５３から燃料ガスが供給される。また、各建物１６ａ〜１６ｊへ蒸気も供給可能なように、蒸気ライン２５５、２５６も設けられている。

機械棟２１及び熱交換棟２３で発生した冷温水は、冷温水の主配管である温水ライン２６１及び冷水ライン２６２から各建物１６ａ〜１６ｊに送られ、温水ライン２６３及び冷水ライン２６４を経て機械棟２１及び熱交換棟２３へ戻される。ここで冷温水ライン２６１〜２６４には、送液用のポンプ１６１〜１６４が設けられている。また、冷水戻りライン１６４の途中には、蓄冷槽１７０が設けられており、冷水ライン（往き）２６２は、この蓄冷槽１７０を経由する。さらに、冷温水の送液ライン２６１、２６２には、ブースタ用のポンプ１６５、１６７が設けられており、それぞれインバータ１６６、１６８で駆動される。

冷温水の主配管である温水ライン２６１、２６３と冷水ライン２６２、２６４から、各建物１６ａ〜１６ｊの近傍で個別の温水ライン３３１，３３３；…；３９１、３９３及び冷水ライン３３２、３３４；…；３９２、３９４が分岐している。この分岐ラインのいくつかにもブースタ用のポンプ１８１ａ〜１８１ｄ及びインバータ１８２ａ〜１８２ｄが設けられている。

このように地域冷暖房システム１００では、多数の配管が敷設されており、その配管系の配管抵抗を減少させることが省エネルギーに結び付く。そこで、本発明では、配管系内の冷水及び温水の流動の制御と循環液の種類の変更により、流動抵抗を低減し、搬送動力に対する搬送熱量の比である熱搬送効率を向上すると共に、熱源効率の成績係数ＣＯＰの低下を抑制している。この配管系の流動抵抗の低下と熱源ＣＯＰの低下を抑制した熱搬送システムについて、図３から図５を用いて説明する。

図３は、上記地域冷暖房システム１００中の一部の系統の配管を抜き出した熱搬送システムの配管系統の一実施例を示す図であり、熱源機であるチラー１１０または冷凍機１２０、１４０の利用側熱交換器４００以降の系統を示している。利用側熱交換器（蒸発器）４００の冷媒配管４００ｃ、４００ｄ内を、圧縮機等で圧縮され、凝縮器で凝縮したのち膨張手段で減圧し温度降下した冷媒が流通している。この低温の冷媒と熱交換する循環水が循環する冷水ライン４００ａ、４００ｂ及びこの冷水ラインから分岐した冷水ライン４２０ｃ、４２０ｄ；４３０ｃ、４３０ｄが利用側熱交換器（蒸発器）に接続されている。

ここで、冷水ライン４００ａ、４００ｂ内を流れる液（熱媒体）は、この利用側熱交換器４００に流入する冷媒の温度範囲（４〜１２℃）では、潜熱変化を生じる液である。具体的には、水にパラフィンワックスなどの有機物を１０〜４０％程度混合した液、ないし無機物を１０〜４０％程度混合した液である。有機物については水との分離性や、熱交換器内での付着性が懸念されるので，マイクロカプセルの状態で構成するのが好ましい。
熱媒体は、冷水戻りライン４００ｂ、４２０ｄ、４３０ｄから例えば１２℃で戻って液体状で利用側熱交換器４００に流入し、冷媒と熱交換して例えば７℃程度まで温度低下し、固・液混合の状態に性状が変化して冷水（往き）ライン４００ａ、４２０ｃ、４３０ｃへ導かれ、ポンプ４０２により需要元（各建物１６ａ〜１６ｊ）の熱交換器４１０、４２０、４３０に送られる。

本発明の特徴として、ポンプ４０２から送液される流れは、周期的な速度変動を有することにより配管抵抗を低下させるようになっている。そのため、ポンプ４０２はインバータ駆動モータ４０４で駆動され、回転数が可変になっている。ポンプ４０２の近傍、本実施例では上流側に冷水往きライン４００ａ内の熱媒体の流速変動を検出可能なセンサ４０６が取り付けられている。これらは、配管抵抗低減手段を構成している。

需要元の熱交換器４１０、４２０、４３０では、さらに各空調室に導かれる冷水ライン４１０ａ、４１０ｂ；４２０ａ、４２０ｂ；４３０ａ、４３０ｂ内を流通する循環水と熱交換する。なお、需要元の熱交換器４１０、４２０、４３０がファンコイル等であれば、冷水ライン４１０ａ、４１０ｂ；４２０ａ，４２０ｂ；４３０ａ、４３０ｂの代わりに送風ファンが配置される。

各冷水往きライン４００ａ、４２０ｃ、４３０ｃには、間隔をおいてブースタポンプ４１４、４２４、４３４が配置されている。各ブースタポンプ４１４、４２４、４３４は、インバータ駆動モータ４１６、４２６、４３６で回転数可変に駆動されている。各ブースタポンプの上流側には、ブースタポンプ４１４、４２４、４３４に流入する熱媒体の流速変動を検出可能なセンサ４１２、４２２、４３２が取り付けられている。

センサ４０６、４１２、４２２、４３２が検出した冷水往きライン４００ａ、４２０ｃ、４３０ｃ内の熱媒体の流速変動は、制御装置４４０へ信号線４０６ａ、４１２ａ、４２２ａ、４３２ａを介して入力される。また、ポンプ４０２、ブースタポンプ４１４、４２４、４３４を駆動するインバータ駆動モータ４０４、４１６、４２６、４３６へは、制御装置４４０から信号線４０４ｂ、４１６ｂ、４２６ｂ、４３６ｂを介して指令信号が出力される。

制御装置４４０は、冷水ライン４００ａ内を流れる熱媒体の流速が周期的に変動するよう、インバータ駆動モータ４０４に指令する。その際、流速の平均値が需要元からの要求冷却熱量を満足するように流量を設定する。

制御装置は、ポンプ４０２から数１０ｍ以上離れた場所に位置するブースタポンプ４１４、４２４、４３４に、ポンプ４０２で発生した周期的な脈動に同期する駆動信号を与える。すなわち、冷水ライン４００ａの下流側では、分岐ライン４２０ｃ、４２０ｄ；４３０ｃ、４３０ｄに対し、流動抵抗に応じた流量が流れている可能性があり、必ずしもポンプ４０２の脈動流が保持されていないおそれがある。そこで、ブースタポンプ４１４、４２４、４３４にポンプ４０２と同期した脈動流を発生させるために、センサ４１２、４２２、４３２が検出した熱媒体の流速の変動に応じた脈動を発生させる。

この際、ブースターポンプ４１４、４２４、４３４は図示した位置に配置されることにこだわらない。需要元の熱交換器４１０、４２０、４３０によって、管内の流れが乱された後の冷水戻りライン４００ｂ、４２０ｄ、４３０ｄに設置してもよい。

図４に、流速変動を与える周期の一例を示す。横軸に平均流速を、縦軸に周期を示す。配管径によって好適な周期があり、地域冷暖房システムなどでは通常流速２〜４ｍ／ｓが採用され、変動周期は１０秒以上が好ましい。また、配管径によって周期が変わるため、前述した図２のポンプ１６１〜１６７に連動しながら、配管径が異なる可能性のある分岐ラインのブースタ用のポンプ１８１a〜１８１ｄでは分岐ラインの配管径に好適な周期で流速の変動に応じた脈動を発生させてもよい。この分岐ラインについては、空調が必要な施設である建物１６ａ〜１６ｃ、１６ｊ内にある熱交換器で熱媒体と熱交換することになり、熱交換器での熱交換性能を満足するように流速を変動させてもよい。すなわち、分岐ラインでは配管の抵抗低減と熱交換性能の両方を勘案して、好適な条件で運転するのがよい。

これにより、熱媒体の流動抵抗を低減でき、図３に示すポンプ４０２、４１４、４２４、４３４の駆動動力を低減できる。また、熱媒体が利用側熱交換器４００の冷房温度運転状態では潜熱により状態変化するので、水を使用した場合に比べて冷房に使用できる熱容量が増大し、熱搬送効率が向上できる。しかも、冷媒の温度範囲が４〜７℃にできることから、熱源のＣＯＰの低下も抑制できる。

図５に、本発明に係る熱搬送システムの他の実施例を示す。この実施例が図３の実施例と異なるのは、蓄冷槽５５０を設けた点にある。その他は、図３の熱搬送システムと同様である。チラーまたは冷凍機の利用側熱交換器５００には、冷媒ライン５００ｃ、５００ｄ及び冷水ライン５５０ａ、５５０ｂが接続されている。冷水ライン５５０ａ、５５０ｂの途中には、蓄冷槽５５０が配置されている。冷水ライン５５０ａ、５５０ｂ内の熱媒体は、ポンプ５５２により利用側熱交換器５００と蓄冷槽５５０間を循環される。

需要元側の熱交換器５１０、５２０、５３０と蓄冷槽５５０間には、熱媒体が循環する冷水ライン５００ａ、５００ｂ；５２０ｃ、５２０ｄ；５３０ｃ、５３０ｄが形成されている。そして冷水往きライン５００ａ、５２０ｃ、５３０ｃにはポンプ５１４、５２４、５３４とこのポンプ５１４、５２４、５３４を駆動するインバータ駆動モータ５１６、５２６、５３６が設けられており、ポンプ５１４、５２４、５３４の近傍であって上流側には冷水往きライン５００ａ、５２０ｃ、５３０ｃ内の熱媒体の流速変動を検出可能なセンサ５１２、５２２、５３２が配置されている。さらに、蓄冷槽５５０近くであって冷水ライン５２０ｃ、５３０ｃが分岐する点よりも上流側の冷水往きライン５００ａには、ポンプ５０２とこのポンプ５０２を駆動するインバータ駆動モータ５０４が配置されており、その上流側には冷水ライン５００ａ内を流れる熱媒体の速度変動を検出可能なセンサ５０６が設けられている。

センサ５０６、５１２、５２２、５３２が検出した熱媒体の速度変動データは、信号線５０６ａ、５１２ａ、５２２ａ、５３２ａを介して制御装置５４０へ入力される。一方、制御装置５４０からは、各インバータ駆動モータ５０４、５１６、５２６、５３６へ信号線５０４ｂ、５１６ｂ、５２６ｂ、５３６ｂを介して指令信号が出力される。

蓄冷槽５４０から需要元の各熱交換器５１０、５２０、５３０までの距離が長いと、冷水往きライン５００ａ、５２０ｃ、５３０ｃにブースタポンプ５１４、５２４、５３４を設置することが考えられ、ブースタポンプ５１４、５２４、５３４にはポンプ５０２の速度変動に同期した速度変動を与える。そのため、制御装置５４０が、センサ５１２、５２２、５３２の検出データに基づいて、インバータ駆動モータ５１６、５２６、５３６に、変動速度指令を与える。

なお、蓄冷槽５５０の利用方法としては、夜間の冷房負荷の少ないときに蓄冷槽５５０内の熱媒体に蓄冷する。需要元側の冷水ライン５００ａ、５００ｂ；５２０ｃ、５２０ｄ；５３０ｃ、５３０ｄの熱媒体の容量が蓄冷槽５４０の容量に比して大きい場合には、たとえ冷房負荷が小さくとも、ポンプ５０２、５１４、５２４、５３４を運転して、冷水ライン５００ａ、５００ｂ；５２０ｃ、５２０ｄ；５３０ｃ、５３０ｄにも蓄冷させる。この時、制御装置５４０は、熱媒体が冷水ライン５００ａ、５００ｂ；５２０ｃ、５２０ｄ；５３０ｃ、５３０ｄを循環する動力、熱媒体が冷水ライン５５０ａ、５５０ｂを循環する動力、その時のポンプ５５２、５０２、５１４、５２４、５３４の熱負荷(入熱ロス)等を算出して、これらが最小になるように制御する。冷水ライン５００ａ、５００ｂ；５２０ｃ、５２０ｄ；５３０ｃ、５３０ｄへの蓄冷では、すべてのラインに蓄冷する必要はなく、冷房負荷の予測に基づいて必要最小限に留める方が、省エネルギーの観点から望ましい。

昼間における冷房運転時には、需要側の熱交換器５１０、５２０、５３０の熱負荷量に応じてポンプ５５２、５０２、５１４、５２４、５３４の運転を制御装置５４０が制御する。図４の実施例では、利用側熱交換器５００へ熱媒体を送液するポンプ５５２を一定速ポンプとしているが、このポンプ５５２もインバータ駆動モータで駆動する可変速ポンプとすれば、より適切な熱媒体の循環量に制御でき、省エネルギーとなる。

なお、図４に示した実施例においても、需要元の熱交換器５１０、５２０、５３０がファンコイル等の大気と熱交換する熱交換器であれば、冷水ライン５１０ａ、５１０ｂ；５２０ａ、５２０ｂ；５３０ａ、５３０ｂの代わりに送風ファンを設ければよい。また、ブースタポンプは各ラインに１個に限るものではなく、配管長が長い場合や配管径が大きい場合、ベンド部が多数ある場合等には、複数設ける方が熱媒体に周期的な変動をより正確に与えることが可能になる。すなわち、流れが乱流になりやすい場合には、周期変動を与えることが可能なブースタポンプを設けることが好ましい。

１０…地域冷暖房地区、１２…道路、１４…鉄道路、１６ａ〜１６ｊ…（地域冷暖房利用）建物、２１…機械棟、２３…熱交換棟、３０…配管設備、８０…地域冷暖房システム、１００…熱搬送システム、１１０…ヒートポンプ式チラー、１１１…熱源側熱交換器、１１２…利用側熱交換器、１１３…減圧手段（膨張弁）、１１４…四方弁、１１５…圧縮機、１１５ｂ…駆動モータ、１１６ａ〜１１６ｄ…切換えバルブ、１１７…冷却塔、１２０…ターボ冷凍機、１２１…凝縮器、１２２…蒸発器、１２３…減圧手段（膨張弁）、１２５…ターボ冷凍機本体、１２５ｂ…駆動モータ、１２７…冷却塔、１３１ａ〜１３１ｄ…切換えバルブ、１３２…冷却塔、１４０…（二重効用）吸収式冷温水機、１４１…高温再生器、１４２…低温再生器、１４３…凝縮器、１４４…吸収器、１４５…蒸発器、１５０…ボイラ、１５１…蒸気／温水熱交換器、１５２、１５３…バルブ、１５５…蒸気ライン（往き）、１５６…蒸気ライン（戻り）、１５７…温水ライン（往き）、１５８…温水ライン（戻り）、１６１〜１６４…ポンプ、１６５…ポンプ、１６６…インバータ、１６７…ポンプ、１６８…インバータ、１７０…蓄冷槽、１７２…冷水送液ライン、１７４…冷水戻りライン、１８１ａ〜１８１ｄ…ポンプ、１８２ａ〜１８２ｄ…インバータ、２１１…冷却水ライン、２１２…冷媒ライン、２１３…冷温水ライン（往き）、２１４…冷温水ライン（戻り）、２２１…冷却水ライン、２２２…冷媒ライン、２２３…冷水ライン（往き）、２２４…冷水ライン（戻り）、２３１…冷却水ライン（往き）、２３２…冷却水ライン（戻り）、２３３…冷温水ライン（往き）、２３４…冷温水ライン（戻り）、２４１…冷水ライン（往き）、２４２…温水ライン（往き）、２４３…冷水ライン（戻り）、２４４…温水ライン（戻り）、２５１…蒸気ライン（往き）、２５２…蒸気ライン（戻り）、２５３…ガスライン、２５５…蒸気ライン（戻り）、２５６…蒸気ライン（往き）、２６１…温水ライン（往き）、２６２…冷水ライン（往き）、２６３…温水ライン（戻り）、２６４…冷水ライン（戻り）、３３１…温水分岐ライン（往き）、３３２…冷水分岐ライン（往き）、３３３…温水分岐ライン（戻り）、３３４…冷水分岐ライン（戻り）、３９１…温水分岐ライン（往き）、３９２…冷水分岐ライン（往き）、３９３…温水分岐ライン（戻り）、３９４…冷水分岐ライン（戻り）、４００…利用側熱交換器、４００ａ、４００ｂｄ…冷水ライン、４００ｃ、４００ｄ…冷媒ライン、４０２…ポンプ、４０４…インバータ駆動モータ、４０４ｂ…信号線、４０６…センサ、４０６ａ…信号線、４１０…熱交換器、４１０ａ、４１０ｂ…冷水ライン、４１２…センサ、４１２ａ…信号線、４１４…ポンプ、４１６…インバータ駆動モータ、４１６ｂ…信号線、４２０…熱交換器、４２０ａ〜４２０ｄ…冷水ライン、４２２…センサ、４２２ａ…信号線、４２４…ポンプ、４２６…インバータ駆動モータ、４２６ｂ…信号線、４３０…熱交換器、４３０ａ〜４３０ｄ…冷水ライン、４３２…センサ、４３２ａ…信号線、４３４…ポンプ、４３６…インバータ駆動モータ、４３６ｂ…信号線、４４０…制御装置、５００…利用側熱交換器、５００ａ、４００ｂ…冷水ライン、５００ｃ、５００ｄ…冷媒ライン、５０２…ポンプ、５０４…インバータ駆動モータ、５０４ｂ…信号線、５０６…センサ、５０６ａ…信号線、５１０…熱交換器、５１０ａ〜５１０ｄ…冷水ライン、５１２…センサ、５１２ａ…信号線、５１４…ポンプ、５１６…インバータ駆動モータ、５１６ｂ…信号線、５２０…熱交換器、５２０ａ〜５２０ｄ…冷水ライン、５２２…センサ、５２２ａ…信号線、５２４…ポンプ、５２６…インバータ駆動モータ、５２６ｂ…信号線、５３０…熱交換器、５３０ａ〜５３０ｄ…冷水ライン、５３２…センサ、５３２ａ…信号線、５３４…ポンプ、５３６…インバータ駆動モータ、５３６ｂ…信号線、５４０…制御装置、５５０…蓄冷槽、５５０ａ、５５０ｂ…冷水ライン、５５２…ポンプ。

Claims

チラーまたは冷凍機の利用側熱交換器で熱交換して温度低下した熱媒体を、需要元の熱交換器に送液する熱搬送システムにおいて、
前記熱媒体は、前記利用側熱交換器における温度範囲では潜熱を有し、かつ水よりも熱容量の大きい蓄冷材を含んでおり、前記利用側熱交換器と需要元の前記熱交換器とを結ぶ熱媒体のライン中に周期的な流速変動を付与可能な回転数可変ポンプを含む配管抵抗低減手段を複数配置し、これら複数配置された配管抵抗低減手段の流速変動周期を同期させる制御装置を設けたことを特徴とする熱搬送システム。
前記制御装置は複数配置された前記配管抵抗低減手段の流速変動周期を配管径によって変動させることを特徴とする請求項１に記載の熱搬送システム。
前記流速変動の周期を１０秒以上としたことを特徴とする請求項１または２に記載の熱搬送システム。
前記蓄冷材は水にパラフィンワックスなどの有機物を１０〜４０％程度混合した液であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱搬送システム。
前記蓄冷材はマイクロカプセルの状態で構成することを特徴とする請求項４に記載の熱搬送システム。