JPH0550658B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は蓄冷蓄熱システムに係り、特に、寒剤
を利用した空調システムとして用いるに好適な蓄
冷蓄熱システムに関する。

〔従来技術〕

従来より用いられている空調システムは、圧縮
機、蒸発器、減圧機構（膨張弁）を、パイプで構
成された密閉循環路中に挿入し、この循環路中に
フロンなどの熱媒体を封入し、熱媒体の断熱張あ
るいは断熱圧縮を利用して冷房あるいは暖房を行
うように構成されている。

このような空調システムにおいては、電力需要
が多くなり電力供給量が不足する夏場の昼間にお
いて、ピークカツト運転が行われている。即ち、
従来のシステムにおいては、特開昭51−7746号公
報、特開昭51−7745号公報に記載されているよう
に、蓄冷槽を用いて夜間氷を作つておき、昼間一
時的に空調機を止めて氷の保有する冷熱をポンプ
とフアンのみによつて冷房に用いることが行われ
ている。氷の保有する冷熱を冷房に利用すること
によつて空調システムに要する電力消費量を低減
することができる。

しかしながら、この空調システムにおいては、
氷を作るために製氷用熱交換器（蒸発器）内を通
るフロンなどの熱媒体を０℃以下に下げる必要が
あるため、冷凍サイクルの成積係数がきわめて小
さくなるという欠点を有している。

そこで、特開昭53−89044号公報、特開昭57−
16797号公報、特開昭55−89691号公報に記載され
ているように、ゼオライトアや生石灰（CaO）な
どのように、水、メタノール、アンモニアなどの
被反応材に吸収又は吸着されたときに発熱（正の
熱）とする化学蓄熱材を用いて冷房、暖房、給湯
を行う空調システムが提案されている。

このシステムは、第７図に示されるように、化
学蓄熱材５を収容した第一の容器１と、被反応材
６を収容した第２の容器２を、バルブ４を有する
蒸気移動管３によつて連結し、第一の容器１内に
排熱、太陽熱などで温度が上昇した熱媒体が導入
される熱交換器７が配設されており、第二の容器
内には居住空間を暖房するための熱交換器８が配
設されている。このような構成において、排熱、
太陽熱などで温度が上昇した媒体が熱交換器７内
に導入されると、第一の容器１内の化学蓄熱材５
が熱媒体の熱を受けて昇温し、吸収又は吸着して
いた被反応材６を分離し始める。この分離による
被反応材６の蒸気は蒸気移動管３を介して第二の
容器内に到達し、ここで凝縮熱を放出して液化す
る。この凝縮熱は熱交換器８内を通る熱媒体に吸
収され外部に放出される。このようにして化学蓄
熱材５の分解再生が終了した後バルブ４により蒸
気移動管３の管路を閉塞する。

上記システムによつて暖房を行うときにはバル
ブ４を開いて被反応材６を蒸気化し、蒸気化した
被反応材を蒸気移動管３を介して第一の容器１内
へ導入する。被反応材６が第一の容器１内に導入
されると、被反応材６が化学蓄熱材５に吸収又は
吸着され化学蓄熱材５の温度が急激に上昇する。
ここで、熱交換器７内に熱媒体を流すと、熱媒体
は化学蓄熱材５の熱により温度が上昇し、この上
昇した熱媒体を居住空間まで搬送することにより
暖房を行うことができる。なお、このような過程
において、第二の容器２内においては、被反応材
６が蒸発するため第二の容器２内の温度が低下
し、時間の経過と共に被反応材６の蒸発量が不足
し、暖房能力が低下する恐れがあるため、熱交換
器８内に空気、井戸水、大地などの保有する熱
を、熱媒体を用いて補給する必要がある。

又、上記システムのように、正の発熱を行う化
学蓄熱材５を用いた空調システムはほとんど暖房
を目的として用いられるが、被反応材６が蒸発す
るときの温度低下を利用して被反応材６を蓄冷材
として用い、被反応材６の蓄冷によつて冷房を行
うことができる。しかしながら、化学蓄熱材５が
暖房を目的とした発熱反応物質であるため、被反
応材６の蒸発作用による蓄冷効果は小さく、この
システムを冷房用に用いたのでは蓄冷量及び温度
低下量がきわめて小さく、常温から10℃程度下が
るのみであつた。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来の課題に鑑みて為されたも
のであり、その目的は、熱媒体を０℃以下に下げ
ることなく蓄冷量を大きくできる蓄冷蓄熱システ
ムを提供することにある。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するために、本発明は、負の発
熱量、即ち被反応材と混合したとき急激に温度が
低下する寒剤を利用したシステムを構成したもの
であり、寒剤を収容した第二の容器と被反応材を
収容した第二の容器とを流体循環路中に挿入し、
第１の容器に寒剤再生用熱交換器と冷熱利用熱交
換器を配設し、第二の容器には温熱利用熱交換器
を配設した蓄冷蓄熱システムを構成したものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて
説明する。

第１図には、本発明の好適な実施例の構成が示
されている。第１図において、寒剤５を収容した
第一の容器１と被反応材６を収容した第二の容器
２とがそれぞれ流体循環路を構成する蒸気移動管
３と液戻り管９を介して連結されている。そして
蒸気移動管３と液戻り管９の管路途中にはバルブ
４，１０が配設されている。なお、第一の容器１
と第二の容器２とは位置的には同一水平面内に配
置してもよいが、第二の容器２内の被反応材６を
第一の容器１内の寒剤５中に重力によつて導入し
易くするためには、第二の容器２を第一の容器１
よりも高い位置に配置することが望ましい。又寒
剤５としては硝酸アンモニウム（NH₄NO₃）、尿
素（NH₂CONH₂）、塩化カリウム（KCl）、塩化
アンモニウム（NH₄Cl）などが用いられ被反応
材６としては水、メタノールなどが用いられてい
る。

第一の容器１には、寒剤再生用熱交換器７と冷
熱利用熱交換器１４が配設されており、第二の容
器２には、温熱利用熱交換器８が配設されてい
る。熱交換器１４は熱媒体循環パイプ１５を介し
て冷房用熱交換器１２と連結されており、パイプ
１５の管路途中にはポンプ１３が配設されてい
る。又熱交換器８は、熱媒体循環パイプ２５、熱
交換器２３を介して、タンク１６、水１７、バル
ブ１９などを有する給湯装置と熱的に結合されて
おり、パイプ２５の管路途中にはポンプ２４、バ
ルブ２２が配設されている。又、パイプ２５に
は、パイプ２５と分岐した熱媒体循環パイプ２６
を介して放熱用熱交換器２０が連結されており、
パイプ２６の管路途中にはバルブ２１が配設され
ている。なお、熱交換器２３を用いずにタンク１
６内の水１７をパイプ２５内に導入し、熱交換器
８によつてタンク１６内の水１７の温度を上昇さ
せるようにすることも可能である。

以上の構成において、熱交換器７内に排熱、太
陽熱などにより温度上昇した熱媒体を導くと、寒
剤５の温度が上昇し、寒剤５に吸収又は吸着され
ていた被反応材６が寒剤６から離脱し始める。こ
れにより第一容器１内に蒸気が発生し、この蒸気
は蒸気移動管３を介して第二の容器２内に供給さ
れ、凝縮熱を放出して液化する。このとき、凝縮
熱を相当量回収して利用しないと熱交率が低下す
るので、ポンプ２４を駆動して熱媒体を熱交換器
８内に流してタンク１６内の水に伝熱し、その温
度を上昇させる。温度上昇した水１７はバルブ１
９より取出すことができる。又、水１７の温度上
昇が不十分なときには、タンク１６内に配設され
たヒータ１８に通電して水１７の温度上昇を補助
する。

一方、被反応材６の温度が下がり水１７を給湯
用として使用できない状態となつたときには、バ
ルブ２２を閉じてバルブ２１を開き、熱媒体を放
熱用の熱交換器２０内に導入して放熱させる。な
お、この操作に入つたときにはバルブ４，１０を
完全に閉じておくことが必要である。

このようにして、被反応材６の温度をできる限
り低下させておくことは、被反応材６を寒剤５と
混合して低温度を得るための前工程として極めて
重要な操作である。このため、熱交換器７内に熱
媒体によつて流入する熱量が不足のときには、第
１の容器１内に配設されたヒータ１１に通電して
寒剤５の分解再生を早めても良い。又この電力と
しては深夜電力を用いても良い。又寒剤５の分解
再生が完了した後は冷熱が必要な時間帯までバル
ブ４を閉じておく。

次に、冷熱が必要なときには液戻り管９のバル
ブ１０を開き、第二の容器２内の被反応材を液戻
り管９を介して第一の容器１内の寒剤５中に導入
する。なお、被反応材６の降下を早めるためには
バルブ４も開くのが良い。第一の容器１内の寒剤
５と被反応材６とが混合すると被反応材６と寒剤
５との反応によつて冷熱が生じる。この冷熱は被
反応材６と寒剤５との組み合せによつては−30℃
のものが得られる。ここで、ポンプ１３を駆動し
て熱媒体をパイプ１５を通して熱交換器１４内に
導入し冷熱を熱媒体に伝える。冷熱によつて冷却
された熱媒体はパイプ１５を介して冷房用熱交換
器１２へ送られ居住空間の冷房に寄与する。この
ように、本実施例においては、被反応材６と寒剤
５との混合によつて冷熱を生じるようにしたた
め、フロンなどの熱媒体を０℃以下に下げること
なく、蓄冷量を著しく大きくすることができると
共に、成積係数を高めることがでる。

第２図は、本発明の他の実施例の構成が示され
ている。本実施例は、第１図に示すパイプ１５
に、パイプ１５から分岐した熱媒体循環用パイプ
３０を介して蓄冷用の熱交換器２９を連結し、蓄
冷槽２７内に熱交換器２９を配設したものであ
り、他の構成は第１図のものと同様であるので、
第１図のものと同一のものには同一符号を付して
それらの説明は省略する。

蓄冷槽２７内には、水などの蓄冷材２８が満た
されており、熱交換器２９が蓄冷材２８中に浸漬
されている。本実施例においてはバルブ３１，３
２を開きポンプ１３を駆動すると、熱交換器１４
の冷熱が熱交換器１２に輸送され、バルブ３１を
閉じてバルブ３２を開きポンプ１３を停止してポ
ンプ１３Ａを駆動すれば、熱交換器１４の冷熱は
熱交換器２９を介して蓄熱材２８に伝わる。これ
によつて蓄熱材２８は結晶し大きな冷熱が蓄えら
れる。

又、バルブ３２を閉じてバルブ３１を開き、ポ
ンプ１３，１３Ａを駆動すれば、蓄冷槽２７内に
蓄えられた冷熱は熱交換器１２に伝わり、居住空
間を冷房することができる。この冷房をピークカ
ツト運転として行えば、空調システムにおける消
費電力を低減することができる。

第３図には、本発明の他の実施例の構成が示さ
れている。本実施例は、タンク１６内に、蓄熱材
１７Ａとして例えば融点48℃のチオ硫酸ナトリウ
ム、融点98℃のアンモニウムみようばんなどの潜
熱蓄熱材を入れ、これに熱交換器３３を浸漬した
ものであり、他の構成は第１図のものと同様であ
るので、同一のものには同一符号を付してそれら
の説明は省略する。本実施例においては、水源１
９Ａより水を熱交換器３３内に導入すると、蓄熱
材１７Ａの保有する熱を受けて昇温し、バルブ１
９から湯を排出することができる。

第４図には、本発明のさらに他の実施例の構成
が示されている。本実施例は、寒剤再生用熱交換
器７内に、冷凍装置の凝縮器４３から発生する熱
を導入するようにしたものであり、他の構成は第
２図のものと同様であるので、第２図のものと同
様なもの又は相当するものには同一符号を付して
それらの説明は省略する。

本実施例においては、蒸発器４０、凝縮器４
３、圧縮機４４、減圧機構（膨張弁）４５をそれ
ぞれ循環路を構成するパイプ４１によつて連結さ
れた冷凍装置の圧縮機４４の熱が、熱交換器４
９、パイプ５０を介して熱交換器７に導入される
ように構成されている。パイプ４１内にはフロン
などの熱媒体が封入されており、圧縮機４４によ
つて断熱圧縮されて昇温した熱媒体が凝縮器４３
内に入り、ここで凝縮熱を放出するように構成さ
れている。そして、この熱は通常大気にそのまま
放出されるが、この排熱を回収して熱交換器７内
に導入することによつて寒剤５の再生に利用する
ことができる。凝縮器４３に配設された熱交換器
４９と熱交換器７とはパイプ５０によつて連結さ
れており、このパイプ５０内にはフロン、スタノ
ールなどの蒸発性液体が封入されている。この蒸
発性液体は熱交換器４９から熱交換器７へ導か
れ、その液体の蒸発−凝縮作用によつて効率良く
熱輸送が行われる。バルブ５１を閉じると前記蒸
発−凝縮作用は停止され、熱輸送は行われない。
又、蒸発器４０は居住空間に設けられており、冷
房用として用いられている。パイプ４１には、パ
イプ４１から分岐した循環パイプ４８を介して蒸
発器用熱交換器４６が連結されている。このた
め、居住空間の冷房が必要でないときには、パイ
プ４１のバルブ４２を閉じてパイプ４８のバルブ
４７を開く。さらに熱交換器４６を外気に開放し
ておけば、外気の熱が熱交換器４６を介して凝縮
器４３に輸送され、寒剤５の加熱に有効に利用さ
れる。

第５図には本発明のさらに他の実施例の構成が
示されている。本実施例は、第４図に示す熱交換
器４６と熱交換器２０とを熱的に結合したもので
ある。即ち、放熱用熱交換器２０に熱交換器４６
Ａを設け、熱交換器４６Ａをパイプ４８を介して
パイプ４１と連結したものである。このような構
成を採用すると、放熱用熱交換器２０が効率良く
冷却され、結果として第２の容器２内の被反応材
６を良く冷却することができる。又さらに被反応
材６を十分に冷却させるためには熱交換器４６Ａ
を被反応材６内に直接浸漬することが望ましい。

第６図には、本発明のさらに他の実施例の構成
が示されている。本実施例は、第一の容器１、第
二の容器２、バルブ４を有する蒸気移動管３、バ
ルブ１０を有する液戻り管９を含む流体循環路系
に対して、寒剤５を収容した第一の容器１Ａ、被
反応材６を収容した第二の容器２Ａ、バルブ４Ａ
を有する蒸気移動管３Ａ、バルブ１０Ａを有する
液戻り管９Ａを含む流体循環路系をさらに設け、
これらの系を第１の容器２Ａ内の熱交換器６２と
第一の容器１内の熱交換器６３とをパイプ６１を
連結したものであり、他の構成は第５図のものと
同様であるので、同一のものには同一符号を付し
てそれらの説明は省略する。なお、パイプ６１の
管路途中にはポンプ６０が配設されている。

本実施例においては、凝縮器４３で放出された
熱は熱交換器４９、熱交換器７、第１の容器１
Ａ、蒸気移動管３Ａ、第２の容器２Ａに伝わつた
後、ポンプ６０の作動によつて内部の熱媒体を循
環することによつて熱交換器６２，６３へ伝達さ
れ、さらに第一の容器１、蒸気移動管３、第二の
容器２、熱交換器８，２３を介してタンク１６内
の水１７に伝わり、水１７の温度を上昇させるの
に寄与することになる。

又、本実施例におけるシステムにおいて、冷熱
を得るときにはバルブ１０，１０Ａを開けると、
第一の容器１内の寒剤５の温度が比較的低温度と
なり、この冷熱をポンプ６０、熱交換器６３，６
２を用いて第二の容器Ａ内の被反応材６に伝達す
ることにより、第一の容器１Ａでは寒剤５と低温
度の被反応材６とが混合して著しい低温が得られ
る。この冷熱は熱交換器１２により冷房に利用さ
れ、又蓄冷材２８中に冷熱として貯えられる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、寒剤と
反応材との混合によつて冷熱を得るようにしたた
め、フロンなどの熱媒体を０℃以下に下げること
なく、著しく低温の冷熱を多量に得ることができ
ると共に冷凍サイクルにおける成積係数の上昇を
図ることができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は本発明の第２実施例を示す構成図、第３図は
本発明の第３実施例を示す構成図、第４図は本発
明の第４実施例を示す構成図、第５図は本発明の
第５実施例を示す構成図、第６図は本発明の第６
実施例を示す構成図、第７図は従来の蓄冷蓄熱シ
ステムの構成図である。 １，１Ａ……第一の容器、２，２Ａ……第二の
容器、３，３Ａ……蒸気移動管、４，４Ａ……バ
ルブ、５……寒剤、６……被反応材、７，８，１
４，２０，２３，２９，３３，４６，４６Ａ，４
９，６２，６３……熱交換器、９，９Ａ……液戻
り管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 寒剤を収容した第１の容器と被反応材を収容
   した第２の容器とを流体循環路中に挿入し、第１
   の容器に寒剤再生用熱交換器と冷熱利用熱交換器
   を配設し、第２の容器には温熱利用熱交換器を配
   設したことを特徴とする蓄冷蓄熱システム。 ２ 前記第１の容器と前記第２の容器とを含む流
   体循環路系を複数段設け、初段の第１の容器に寒
   剤再生用熱交換器と冷熱利用熱交換器を配設し、
   終段の第２の容器に温熱利用熱交換器を配設し、
   終段を除いた各段の第２の容器の温熱利用熱交換
   器と初段を除いた各段の第１の容器の冷熱利用熱
   交換器とを相隣接する段毎に順次熱媒体循環パイ
   プを介して熱的に結合したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の蓄冷蓄熱システム。 ３ 前記冷熱利用熱交換器には、熱媒体循環パイ
   プを介して冷房用熱交換器を熱的に結合し、前記
   温熱利用熱交換器には熱媒体循環パイプを介して
   暖房又は給湯用熱交換器を熱的に結合したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の蓄冷蓄熱システム。 ４ 前記冷熱利用熱交換器と冷房用熱交換器とを
   結ぶ熱媒体循環パイプには、このパイプから分岐
   した熱媒体循環パイプを介して蓄冷槽を熱的に結
   合したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第３項のうちいずれか１項に記載の蓄冷蓄熱シ
   ステム。 ５ 前記温熱利用熱交換器に連結された熱媒体循
   環パイプには、このパイプから分岐した熱媒体循
   環パイプを介して放熱用熱交換器を熱的に結合し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ４項のうちいずれか１項に記載の蓄冷蓄熱システ
   ム。 ６ 前記再生用熱交換器には、冷凍装置の凝縮器
   との間で熱交換を行う熱交換器と熱媒体循環パイ
   プを介して熱的に結合したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第５項のうちいずれか１項
   に記載の蓄冷蓄熱システム。 ７ 前記放熱用熱交換器には、冷凍装置の冷媒循
   環路から分岐した冷媒循パイプに連結した熱交換
   器を熱的に結合したことを特徴とする特許請求の
   範囲第５項又は第６項に記載の蓄冷蓄熱システ
   ム。