JPH0518567A

JPH0518567A - 暖房システム

Info

Publication number: JPH0518567A
Application number: JP34011591A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Hashimoto; 信行橋本; Yuichi Kimura; 裕一木村; Jiyunji Sotani; 順二素谷
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-01-26
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JP2975199B2

Abstract

(57)【要約】【目的】熱媒体の相変化を利用した暖房システムにお
いて、地熱や廃熱のような不安定な熱源を使用した場合
でも、熱エネルギーを有効に利用することができるとと
もに、より安定かつ広範囲な暖房運転を継続的に行うこ
とができる暖房システムを提供すること。【構成】一又は複数の空調ユニットと、熱源を利用し
て熱媒体を蒸発させる蒸発器と、蓄熱装置と、この蓄熱
装置との間で蓄熱及び熱放出のための熱交換を行う蓄熱
変換器と、前記蒸発器から前記空調ユニット及び前記蓄
熱変換器へ熱媒体の蒸気を供給すると共に前記蓄熱変換
器から前記空調ユニットへ熱媒体の蒸気を供給する蒸気
系配管と、前記空調ユニットで凝縮した熱媒体を前記蒸
発器に還流させる液系配管と、前記蓄熱装置及び蓄熱変
換器との間で熱交換を行うための蓄熱系熱輪送手段とを
備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的には熱輸送に熱
媒体の蒸気を用いる暖房システムに関し、さらに具体的
には、供給熱源が都市廃熱や工場廃熱などのように不安
定熱源である場合においても、安定した暖房運転が可能
であり、かつ暖房運転範囲を従来の暖房システムよりも
広くすることが可能な暖房システムに係るものである。

【０００２】

【従来の技術】熱輸送に熱媒体の蒸気を用いる従来の暖
房システムは、重油や都市ガスその他の燃料、あるいは
ヒートポンプ等の運転により発生する温水など、熱エネ
ルギーを得るための安定した供給熱源を前提として広く
使用されており、基本的には図７で示すように構成され
ている。

【０００３】図７の暖房システムは、図示しない建物の
各フロアに設置された空調ユニット２ａ，２ｂと、これ
らの空調ユニット２ａ，２ｂよりも低所に設置されたボ
イラーその他の蒸発器１と、蒸発器１から熱媒体の蒸気
を各空調ユニット２ａ，２ｂに供給する蒸気系配管５
と、各空調ユニット２ａ，２ｂで凝縮した熱媒体を蒸発
器１に還流させる液系配管６から構成されており、各空
調ユニット２ａ，２ｂは、ファン４とその下流に位置す
る熱交換器３とで構成されている。そして、蒸発器１で
蒸発した熱媒体の蒸気は、蒸気系配管５を通じて各空調
ユニット２ａ，２ｂに送られ、各ユニット２ａ，２ｂの
熱交換器３で被空調側の空気を加熱すべく熱交換を行っ
て凝縮液化し、重力により液系配管６を通って蒸発器１
へ還流する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の暖房シ
ステムでは、各空調ユニット２ａ，２ｂで必要とする負
荷変動に応じた熱量を蒸発器１への供給熱量によって常
時制御している。一方、近年省エネルギ−の見地から、
地熱や各種廃熱などの未利用エネルギーの積極的活用が
推進されるようになり、空調の分野においてもその必要
性が認識されつつある。

【０００５】しかしながら、上述した従来の暖房システ
ムでは、供給熱源として工場廃熱や都市廃熱を含む未利
用エネルギ−のような不安定な供給熱源を使用する場
合、供給される熱量が必ずしも空調負荷に対応したもの
とはならないため、空調負荷に対し供給熱量が少なくな
ると被空調側への十分な熱の供給が行えなくなる一方、
反対に空調負荷に対し供給熱量が多いと、余剰の熱を何
らかの手段で外部へ廃棄する必要があった。

【０００６】また、上述した従来の暖房システムでは、
熱媒体蒸発のための蒸発器を空調ユニットよりも低所に
設ける必要があるため、例えば大規模な建物などに使用
した場合には、建物の高所等に設けられた空調ユニット
までの配管距離が長くなり、熱媒体の流れに伴う圧力損
失の影響により蒸気温度が低下し、あるいは負荷に対し
て十分な熱量を供給できなくなるなどの問題があり、快
適かつ広範囲な暖房運転を継続的に行うことは困難であ
った。

【０００７】本発明の目的は、前記のような問題を改善
し、地熱や廃熱のような不安定な供給熱源を使用した場
合でも、熱エネルギーを有効に利用することができると
ともに、より安定かつ広範囲な暖房運転を継続的に行う
ことができる暖房システムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による第一の暖房
システムは、前述の目的を達成するため、一又は複数の
空調ユニットと、熱源を利用して熱媒体を蒸発させる蒸
発器と、蓄熱装置と、この蓄熱装置との間で熱交換を行
う蓄熱変換器と、前記蒸発器から前記空調ユニット及び
前記蓄熱変換器へ熱媒体の蒸気を供給すると共に前記蓄
熱変換器から前記空調ユニットへ熱媒体の蒸気を供給す
る蒸気系配管と、前記空調ユニットで凝縮した熱媒体を
前記蒸発器に還流させる液系配管と、前記蓄熱装置及び
前記蓄熱変換器との間で熱交換を行うための蓄熱系熱輪
送手段とを備えたものである。この第一の暖房システム
において、空調ユニットで凝縮した熱媒体を重力にした
がって蒸発器に還流させるように構成するときは、当該
蒸発器を空調ユニットよりも低所に設置する。また、蒸
発器が少なくとも一つの空調ユニットよりも高所に設置
するように構成する場合は、液系配管中には空調ユニッ
トよりも低所に位置する受液器と、この受液器内の凝縮
した熱媒体を前記蒸発器に送るポンプとを設ける。

【０００９】本発明による第二の暖房システムは、前述
の目的を達成するため、一又は複数の空調ユニットと、
少なくとも一つの空調ユニットより高所に設置されかつ
熱源を利用して熱媒体を蒸発させる蒸発器と、蓄熱装置
と、前記空調ユニットより低所に設置されかつ前記蓄熱
装置との間で熱交換を行う蓄熱変換器と、前記蒸発器か
ら前記空調ユニット及び前記蓄熱変換器へ熱媒体の蒸気
を供給すると共に前記蓄熱変換器から前記空調ユニット
へ熱媒体の蒸気を供給する蒸気系配管と、前記空調ユニ
ットで凝縮した熱媒体を前記蓄熱変換器を介して前記蒸
発器に還流させる液系配管と、前記蓄熱変換器から凝縮
した熱媒体を前記蒸発器に送るポンプと、前記蓄熱装置
及び前記蓄熱変換器との間で熱交換を行うための蓄熱系
熱輪送手段とを備えている。

【００１０】前述の本発明による各暖房システムにおい
ては、蒸発器，空調ユニット，蓄熱変換器，蒸気系配管
及び液系配管は脱気して密閉状態にし、暖房の熱輸送系
をヒ−トパイプ化することにより、熱輸送を迅速かつ効
率化するのが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明による第一の暖房システムでは、例えば
建物の各フロアに空調ユニットが設置されており、蒸発
器への熱源による供給熱量と被空調側の空調負荷がほぼ
バランスしている場合、蒸発器で蒸発した熱媒体の蒸気
は、蒸気系配管を通じて各空調ユニットに供給され、空
調ユニットの熱交換器で被空調側の空気を加熱すべく熱
交換が行われて凝縮液化し、その凝縮液が液系配管を通
じて蒸発器に還流するようにサイクルする。このとき、
蒸発器が空調ユニットより低所に設置されている場合、
凝縮液は重力により蒸発器へ流れるが、蒸発器が空調ユ
ニットより高所に設置されている場合は、凝縮液は液系
配管中の受液器に溜められ、ポンプによりこの受液器か
ら蒸発器に送られる。一方、蒸発器への供給熱量が被空
調側の空調負荷より大きいときは、熱媒体は前述のよう
にサイクルするほか、蒸発器で蒸発した熱媒体の蒸気の
余剰（余剰熱）なものは蒸気系配管を通じて蓄熱変換器
に送られ、この蓄熱変換器で蓄熱用に変換されることに
より凝縮し、変換された熱は蓄熱系熱輸送手段を通じて
蓄熱装置に蓄えられる。他方、蒸発器への供給熱量が被
空調側の空調負荷より小さくなると、蓄熱装置に蓄えら
れた熱が蓄熱系熱輸送手段を通じて蓄熱変換器へ送ら
れ、蓄熱変換器で熱交換されることにより当該変換器内
の凝縮した熱媒体を蒸発させ、その蒸気が各空調ユニッ
トに送られて被空調側の不足熱量を補う。また、蒸発器
から空調ユニットまでの蒸気系配管が長く、当該配管の
圧力損失の影響などにより蒸発器からの被空調側への供
給熱量が不十分になった場合も同様に作用する。

【００１２】本発明による第二の暖房システムでは、例
えば建物の各階に空調ユニットが設置されており、蒸発
器への熱源による供給熱量と被空調側の空調負荷がほぼ
バランスしている場合、蒸発器で蒸発した熱媒体の蒸気
は、蒸気系配管を通じて各空調ユニットに供給され、空
調ユニットの熱交換器で被空調側の空気を加熱すべく熱
交換が行われて凝縮液化し、その凝縮液が液系配管を通
じて蓄熱交換器を経由しポンプにより蒸発器に還流する
ようにサイクルする。この第二の暖房システムにおい
て、蒸発器への供給熱量が被空調側の空調負荷とバラン
スしていない場合や、蒸気系配管の圧力損失などにより
蒸発器から被空調側への供給熱量が不足した場合につい
ては、前述した第一の暖房システムとほぼ同様に作用す
る。

【００１３】

【実施例】以下図１ないし図６を参照しながら、本発明
に係る暖房システムの好ましい実施例を説明する。図１
は本発明による暖房システムの一実施例を示す部分模式
図、図２は蓄熱系熱輸送手段の変形例を示す模式図、図
３は本発明による暖房システムの他の実施例を示す部分
模式図、図４は本発明による暖房システムのさらに他の
実施例を示す部分模式図、図５は本発明による暖房シス
テムのさらに他の実施例を示す部分模式図、図６は本発
明による暖房システムのさらに他の実施例を示す部分模
式図である。なお、以下の説明において、前述した従来
例と同様な機能を果たす部分には同一に符号を付して説
明を省略する。また、以下の各実施例では本発明をビル
の空調システムに実施した例について説明し、建物の構
造については図示していないが、図において上部が建物
の高所を示している。

【００１４】図１において、ビルの各フロアに設置され
た空調ユニット２ａ，２ｂ、これらの空調ユニット２
ａ，２ｂより低所に設置された蒸発器１、各空調ユニッ
ト２ａ，２ｂより高所に設置された蓄熱変換器７、蒸発
器１と各空調ユニット２ａ，２ｂの熱交換器３及び蓄熱
変換器７を連通する蒸気系配管５、並びに各空調ユニッ
ト２ａ，２ｂの熱交換器３と蒸発器１とを連通する液系
配管６は、あらかじめ脱気を行って密閉状態にし、暖房
のための熱輸送系全体がヒ−トパイプ構造をもつように
構成してある。蓄熱変換器７は、内部に蓄熱媒体１４が
収容されている蓄熱装置１３との間で相互に熱交換が行
われるように、蓄熱系熱輸送手段１６により当該蓄熱装
置１３と結合されている。

【００１５】この実施例の蓄熱系熱輸送手段１６は、蓄
熱装置１３の内部の蓄熱媒体１４を蓄熱変換器７へ循環
させるための蓄熱媒体循環系配管１０と、配管１０中に
設置された循環用のポンプ１２と、蓄熱変換器７内の余
剰蒸気を凝縮させるための凝縮器９と、蓄熱変換器７内
に蓄えられている凝縮した熱媒体１５を蒸発，気化させ
るための補助蒸発器８とから構成されている。１１及び
１９は、蓄熱媒体循環系配管１０を凝縮器９側と補助蒸
発器８側とに選択的に切り替えるためのバルブである。

【００１６】前述のような構成の暖房システムにおい
て、蒸発器１には、例えば都市廃熱や工場廃熱その他の
未利用エネルギ−が熱源として供給され、この熱源によ
り蒸発した蒸発器１内の熱媒体１５の蒸気は、蒸気系配
管５を通じて各空調ユニット２ａ，２ｂの熱交換器３へ
供給され、各熱交換器３で被暖房側の空気を暖めるべく
熱交換されて凝縮し、液系配管６を通じて重力により蒸
発器１へ還流する。

【００１７】蒸発器１への供給熱量が空調ユニット２
ａ，２ｂ側の暖房負荷より大きくなると、その余剰熱を
持った余剰蒸気は蓄熱変換器７に供給される。同時に、
図示しないセンサの検出により又は手動によって、バル
ブ１１が開かれるとともにポンプ１２が作動し、蓄熱媒
体循環系配管１０を通じて蓄熱装置１３の内部の蓄熱媒
体１４が蓄熱変換器７内上部の凝縮器９に循環し、この
凝縮器９によって余剰蒸気を凝縮させることにより、そ
の余剰熱は蓄熱装置１３に蓄熱され、凝縮した熱媒体１
５は蓄熱変換器７内に蓄えられる。このようにして、蒸
発器１の余剰熱は無駄にならないようになっている。

【００１８】反対に、蒸発器１への供給熱源の減少、又
は蒸気系配管５の圧力損失などにより、空調ユニット２
ａ，２ｂ側への供給熱量がその暖房負荷に追いつかなく
なった場合には、自動的又は手動によりバルブ１１が閉
じてバルブ１９が開かれ、蓄熱媒体循環系配管１０を通
じて蓄熱装置１３内の蓄熱媒体１４が補助蒸発器８側に
循環することにより、蓄熱変換器７に蓄えられている液
化した熱媒体１５が蒸発気化され、その蒸気は蒸気系配
管５を通じて各空調ユニット２ａ，２ｂへ供給される。

【００１９】この実施例のように構成した同じ暖房シス
テムを使用して、全ての空調ユニット２ａ，２ｂを最大
負荷に設定し、蓄熱装置１３，蓄熱変換器７及び蓄熱系
熱輸送手段１６を用いずに、従来の暖房システムと同様
な運転要領により、蒸発器１のみの熱供給で暖房運転し
た場合と、蓄熱装置１３，蓄熱変換器７及び蓄熱系熱輸
送手段１６を使用して、この実施例の運転要領で前述の
ように暖房運転した場合とについて比較実験を行ったと
ころ、前者の場合には、熱媒体１５の流れに伴う圧力損
失の影響により、蒸発器からの配管距離が最も長い空調
ユニット２ａにおいて、蒸気温度の低下現象あるいは被
空調側の空気への交換熱量の低下現象がみられた。これ
に対し後者の場合には、いずれの空調ユニットにおいて
も蒸気温度の低下現象あるいは交換熱量の低下現象はみ
られなかった。

【００２０】この実施例の暖房システムによれば、以上
のようにシステムの余剰熱を無駄にすることがなく、し
かも、蓄熱の放出により被空調側への不足熱量が随時補
充され、暖房空域が広く、あるいは蒸発器１への熱源に
よる供給熱量が不安定な場合でも、より安定した継続的
な暖房運転が実現される。また、同様な理由により、ボ
イラ−，ヒ−トポンプチラ−その他の安定した熱源を使
用し、これらの熱源又は蒸発器１に比較的容量の小さい
ものを設置した場合でも、暖房負荷のピ−ク時に充分対
応できるように運転することができる。

【００２１】前記実施例の暖房システムでは、図１の二
点鎖線で示すように液系配管６の一部を蓄熱変換器７ま
で延長させ、蓄熱装置１３への蓄熱量の増大に伴って蓄
熱変換器７に溜まる熱媒体１５の液が一定量以上になっ
た場合、その増加分の液が蓄熱変換器７からオ−バフロ
−して蒸発器１へ還流するように構成することができ
る。

【００２２】前記実施例及び後述の各実施例の暖房シス
テムにおいては、被空調側の暖房負荷が大きすぎ、蓄熱
装置１３に蓄えられた蓄熱量と蒸発器１へ熱源から供給
される供給熱量だけでは暖房負荷を賄えない場合には、
蒸発器１，蓄熱変換器７，蓄熱装置１３又は蓄熱媒体循
環系配管１０などに図示しないヒ−タその他の補助熱源
を設置し、この補助熱源により凝縮状態にある熱媒体１
５を蒸発させるように構成することができる。

【００２３】蓄熱系熱輸送手段１６は、前記実施例のよ
うに構成することに代えて、図２で示すように構成して
も実施することができる。図２の蓄熱系熱輸送手段１６
は、ポンプ１２を設置して蓄熱装置１３の蓄熱媒体１４
を蓄熱変換器７の凝縮器９へ循環させる蓄熱媒体循環配
管１０ａと、蓄熱装置１３に蓄えられた蓄熱を蓄熱変換
器７側へ放出するヒ−トポンプ１７とによって構成され
ており、ヒ−トポンプ１７は、一連に接続した蒸発器１
８，凝縮器８ａ（蓄熱交換機７の側からは、熱媒体１５
を蒸発させるための蒸発器），圧縮器２０及び膨張弁２
１から構成されている。

【００２４】図２の蓄熱系熱輸送手段１６によれば、図
１の蒸発器１に対する都市廃熱などの量が暖房負荷より
も余分に供給される場合は、蓄熱媒体循環配管１０ａを
作動させ、蓄熱装置１３内部の蓄熱媒体１４を蓄熱変換
器７の上部の凝縮器９へ循環させて余剰熱を蓄熱装置１
３に蓄える。逆に、図１の蒸発器１に対する都市廃熱な
どの量が暖房負荷に追いつかなくなると、ヒ−トポンプ
１７を作動させ、蓄熱変換器７内で凝縮している熱媒体
１５を蒸発気化させて不足熱量を補充するように作用す
る。

【００２５】図１の実施例では、蓄熱装置１３，それに
関連する蓄熱変換器７及び蓄熱系熱輸送手段１６を空調
ユニット２ａ，２ｂより高所に設置しているが、これら
は必ずしも高所に設置する必要はなく、例えば図３で示
すように各フロアの空調ユニット２ａ，２ｂの中間の高
さ位置に設置した場合でも、あるいは、図４で例示する
ように、最も低位置の空調ユニット２ｂよりも低所に設
置した場合でも支障なく実施することができる。なお、
図４の実施例における蓄熱系熱輸送手段１６には、図２
の手段と同じ構成のものが使用されている。

【００２６】前記各実施例の暖房システムでは、空調ユ
ニット２ａ，２ｂで凝縮した熱媒体を重力によって蒸発
器１へ還流させるため、蒸発器１を各空調ユニット２
ａ，２ｂよりも低所に設置しているが、システムの設置
環境その他の条件により、蒸発器１を最低位の空調ユニ
ット２ｂ又は各空調ユニット２ａ，２ｂよりも高所に設
置する必要がある場合は、図５で例示するように、液系
配管配管６の途中に、前記空調ユニット２ａ，２ｂより
も低所に位置する受液器２２とポンプ２３とを設置し、
空調ユニット２ａ，２ｂで凝縮した熱媒体１５や蓄熱変
換器７からオ−バフロ−した熱媒体１５を一担受液器２
２に溜め、これをポンプ２３によって蒸発器１へ還流さ
せるように構成すればよい。

【００２７】また、システムの設置環境その他の条件に
より、蒸発器１を最低位の空調ユニット２ｂ又は各空調
ユニット２ａ，２ｂよりも高所に設置する必要がある場
合、図５のように、液系配管６の途中において空調ユニ
ット２ａ，２ｂより低位に位置する受液器２２を設置す
ることに代えて、例えば図６で例示するように図５の受
液器２２を蓄熱変換器７と置換し、空調ユニット２ａ，
２ｂで凝縮した熱媒体１５及びシステム内の余剰蒸気が
凝縮器９によって凝縮した熱媒体１５が、蓄熱変換器７
内に一定量以上溜まったならば、ポンプ２３を作動させ
てその増量分を蒸発器１へ還流させるように構成しても
よい。

【００２８】図５及び図６の実施例の暖房システムにお
ける他の構成や作用は、図１の実施例の暖房システムに
おけるものと同様であるのでそれらの説明は省略する。

【００２９】本発明による暖房システムは、前述の実施
例のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内に
おいて、主要でない構成部分を変更したり、それぞれの
要素を他の均等手段によって置換したり、あるいは他の
要素を付加して実施する場合も含まれるものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る暖房システムによれば、安
定した熱源を使用する場合のみならず熱源が不安定な場
合でも、余剰熱を無駄にすることなく安定した暖房運転
をすることができるとともに、従来の同種の暖房システ
ムと比べてより広範囲にわたり安定した暖房運転を行う
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による暖房システムの一実施例を示す部
分模式図である。

【図２】蓄熱系熱輸送手段の変形例を示す模式図であ
る。

【図３】本発明による暖房システムの他の実施例を示す
部分模式図である。

【図４】本発明による暖房システムのさらに他の実施例
を示す部分模式図である。

【図５】本発明による暖房システムのさらに他の実施例
を示す部分模式図である。

【図６】本発明による暖房システムのさらに他の実施例
を示す部分模式図である。

【図７】相変化を利用した従来の暖房システムを例示し
た部分模式図である。

【符号の説明】

１蒸発器２ａ，２ｂ空調ユニット３熱交換器４ファン５蒸気系配管６液系配管７蓄熱変換器８補助蒸発器８ａヒ−トポンプの凝縮器９凝縮器１０蓄熱媒体循環系配管１０ａ蓄熱媒体循環配管１１，１９バルブ１２，２３ポンプ１３蓄熱装置１４蓄熱媒体１５熱媒体１６蓄熱系熱輸送手段１７ヒートポンプ１８ヒートポンプの蒸発器２０圧縮器２１膨張弁２２受液器２３ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一又は複数の空調ユニットと、熱源を利
用して熱媒体を蒸発させる蒸発器と、蓄熱装置と、この
蓄熱装置との間で熱交換を行う蓄熱変換器と、前記蒸発
器から前記空調ユニット及び前記蓄熱変換器へ熱媒体の
蒸気を供給すると共に前記蓄熱変換器から前記空調ユニ
ットへ熱媒体の蒸気を供給する蒸気系配管と、前記空調
ユニットで凝縮した熱媒体を前記蒸発器に還流させる液
系配管と、前記蓄熱装置及び前記蓄熱変換器との間で熱
交換を行うための蓄熱系熱輪送手段とを備えたことを特
徴とする、暖房システム。
【請求項２】前記蒸発器が前記空調ユニットより低所
に設置されている、請求項１に記載の暖房システム。
【請求項３】前記蒸発器を少なくとも一つの空調ユニ
ットより高所に設置し、前記液系配管中には空調ユニッ
トよりも低所に位置する受液器と、この受液器内の凝縮
した熱媒体を前記蒸発器に送るポンプとを備えた、請求
項１に記載の暖房システム。
【請求項４】一又は複数の空調ユニットと、少なくと
も一つの空調ユニットより高所に設置されかつ熱源を利
用して熱媒体を蒸発させる蒸発器と、蓄熱装置と、前記
空調ユニットより低所に設置されかつ前記蓄熱装置との
間で熱交換を行う蓄熱変換器と、前記蒸発器から前記空
調ユニット及び前記蓄熱変換器へ熱媒体の蒸気を供給す
ると共に前記蓄熱変換器から前記空調ユニットへ熱媒体
の蒸気を供給する蒸気系配管と、前記空調ユニットで凝
縮した熱媒体を前記蓄熱変換器を介して前記蒸発器に還
流させる液系配管と、前記蓄熱変換器から凝縮した熱媒
体を前記蒸発器に送るポンプと、前記蓄熱装置及び前記
蓄熱変換器との間で熱交換を行うための蓄熱系熱輪送手
段とを備えたことを特徴とする、暖房システム。
【請求項５】前記蒸発器，空調ユニット，蓄熱変換
器，蒸気系配管及び液系配管は、脱気されて密閉状態で
ある、請求項１ないし４のいずれかに記載の暖房システ
ム。