JPH07120015A - 深夜電力利用の蓄熱式冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】蓄熱材の温度が変化しても、蓄熱槽から取り出
す熱量が減少せず高水準で安定して取り出し得ると共に
再生器内の伝熱管に局所的な腐蝕のない蓄熱装置。 【構成】冷房及び（又は）暖房する吸収式冷凍機２と、
該冷凍機の動力源となる熱エネルギーを蓄える蓄熱槽１
を具備し、蓄熱槽１内に電気ヒータ２２及び伝熱管２１
を配置すると共に蓄熱材を充填し、伝熱管２１内を通す
熱媒体に気液相変化する流体を用い熱エネルギーを吸収
式冷凍機２に供給する蓄熱式冷暖房装置において、槽１
内の伝熱管２１と槽１からの熱エネルギーを受ける吸収
式冷凍機２内の再生器１１内の伝熱管２４とを連結して
循環路を構成し、再生器の伝熱管２４から蓄熱槽の伝熱
管２１への流路中に流量調節弁４１を配し、弁４１には
伝熱管２１の出口温度と入口温度とを検出し、出口温度
が入口温度より高くなるよう流体の流量を制御するため
の流量制御部４２が接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、深夜電力を利用する蓄
熱式冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】昼間と深夜の電力負荷の違いを平準化す
るために深夜電力を動力源として利用する蓄熱式冷暖房
装置としては、図５に示すように、電気モータ１００の
駆動によりフロンガスを圧縮する圧縮機１０１と、冷却
水１０７を通して圧縮フロンガスを液化する凝縮器１０
２と、フロンの圧力を降下させる膨張弁１０６と、蓄熱
槽１０５から供給される水を冷却または加熱する蒸発器
１０３と、蒸発器１０３により生成した冷水又は温水を
蓄える蓄熱槽１０５とから構成されていた。そして、冷
房運転時には、深夜電力により圧縮機１０１を駆動する
と共にフロンを図５の矢印方向に循環させることによっ
て、冷水を蓄熱槽１０５に蓄え、冷房のための冷水需要
が生じたときに該蓄熱槽１０５内の冷水を取り出してい
た。また、暖房運転時には、図５の破線矢印方向にフロ
ンを循環させることによって、温水を蓄熱槽１０５内に
蓄え、暖房のための温水需要が生じたときに該蓄熱槽１
０５内の温水を取り出していた。

【０００３】ところで、上記従来装置で蓄熱材として使
用されている水は、その使用温度範囲が冷房運転モード
時では６℃から１２℃の範囲であり、暖房運転モード時
では３９℃から４５℃で、いずれの場合も小さく、１立
方メートルの水につき６，０００キロカロリーと単位容
積当りの保有熱量が少ないため、水を入れるための蓄熱
槽が必然的に大きくなり、装置コストが高くなる欠点が
あった。

【０００４】この欠点の解消のために、本出願人は特願
平５−２４１９３８として、顕熱蓄熱材を用いた高温蓄
熱槽と吸収式冷凍機からなる蓄熱式冷暖房装置を出願し
た。そして、この蓄熱式冷暖房装置によれば、深夜電力
で蓄熱槽内に熱エネルギーを蓄え、出熱需要時には、蓄
えられた熱エネルギーを取り出して吸収式冷凍機を運転
し、冷房運転あるいは暖房運転するものである。この高
温蓄熱槽を有する冷暖房装置では、蓄熱層が従来の水蓄
熱槽の１／４６〜１／７１に小型化でき、装置コストを
大幅に低減することができる。

【０００５】しかし、上記高温蓄熱槽を有する蓄熱式冷
暖房装置は、蓄熱材の温度が１２０℃〜５５０℃の広い
範囲で変化するために、このままでは蓄熱槽から安定し
た熱エネルギーの取り出しが困難であるという問題点が
ある。

【０００６】すなわち、蓄熱槽から吸収式冷凍機への熱
の移送は、蓄熱槽内の伝熱管と吸収式冷凍機の再生器内
の伝熱管とを閉流路で連通し、この閉流路内に水を注入
して行われる。蓄熱槽の伝熱管内で水が加熱されて蒸気
となり、再生器の伝熱管ではこの蒸気が冷却されて水に
戻される。この加熱と冷却によって、蓄熱槽から再生器
に熱エネルギーが移送される。ところで、蓄熱材温度が
高い場合には蓄熱槽からの循環水の殆どが蒸気となって
循環水量の少ない乾き蒸気となり、再生器で熱エネルギ
ーの取り出しがスムーズに行なわれるが、一方蓄熱材温
度が低い場合は、蓄熱槽からの循環水に蒸気化しない水
が残って循環水量の多い湿り蒸気となるため、熱伝達に
関与しない水分の存在によって熱エネルギーの取り出し
循環が悪くなる。

【０００７】また、蓄熱槽から発生する蒸気の流れが悪
くなると、蓄熱槽内の伝熱管内圧力及び再生器内部の伝
熱管内圧力が上昇する。蓄熱槽内の伝熱管内圧力が上昇
すると、発生蒸気の温度も上昇するため、蓄熱材との温
度差が少なくなって蓄熱槽から有効に取り出すことがで
きる熱量が減少する結果となる。また、再生器内部の伝
熱管内圧力が上昇すると、その伝熱管の温度が高くなっ
て局所的な腐蝕が激しくなり、短時間の内に伝熱管が破
損するという問題点もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、前記
事情に基づいてなされたものであり、蓄熱材の温度が変
化しても、蓄熱槽から取り出す熱量が減少することなく
高い水準で安定して取り出し得ると共に、再生器内部の
伝熱管に局所的な腐蝕の生じることがない深夜電力利用
の蓄熱式冷暖房装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、冷房及び（又は）暖房する吸収式冷凍機
と、該吸収式冷凍機の動力源となる熱エネルギーを蓄え
る蓄熱槽を具備し、蓄熱槽内には電気ヒータ及び伝熱管
を配置すると共に蓄熱材を充填し、伝熱管内を通す熱媒
体に気液相変化する流体を用いて熱エネルギーを吸収式
冷凍機に供給する蓄熱式冷暖房装置において、前記蓄熱
槽内の伝熱管と蓄熱槽からの熱エネルギーを受ける吸収
式冷凍機にある再生器内の伝熱管とを連結して循環路を
構成し、再生器の伝熱管から蓄熱槽の伝熱管への流路の
途中に流量調節弁を設け、流量調節弁には蓄熱槽の伝熱
管の出口温度と入口温度とを検出して出口温度が入口温
度より高くなるように流体の流量を制御するための流量
制御部が接続していることを特徴とする

【００１０】また、前記再生器の伝熱管の出口と流量調
節弁との間に、管内に溜まる過剰な流体を溜めるための
調整タンクを設けてもよい。さらに、前記蓄熱槽内の伝
熱管の位置は、再生器の伝熱管の位置よりも低くしても
よい。

【００１１】

【作用】蓄熱槽の伝熱管から発生する蒸気は、水分が含
まれていないときには乾き蒸気となって、飽和温度より
も高い温度となる。一方、蒸気に水分を含むようになる
と湿り蒸気となって、その温度は飽和温度となる。とこ
ろで、蓄熱槽の伝熱管から発生する蒸気が再生器の伝熱
管において冷却されて凝縮し、再び蓄熱槽の伝熱管に供
給される水の温度は、飽和状態であるから常に飽和温度
である。従って、蓄熱槽の伝熱管の出口温度が入口温度
より高温であれば、蓄熱槽の伝熱管から発生する蒸気は
乾き蒸気と判定でき、一方、同温度であれば、水分を含
む湿り蒸気と判定できる。

【００１２】そこで、蓄熱槽の伝熱管への入口側に流量
調節弁を設けて蓄熱槽の伝熱管に入る水量を調節する。
すなわち、流量調節弁に接続した流量制御部によって、
蓄熱槽の伝熱管における入口温度と出口温度が同温であ
るならば、流量調節弁を水の流量が減少させる方向へ作
動させ、蓄熱槽の伝熱管から発生する蒸気を乾き蒸気に
する。また、蓄熱槽の伝熱管における出口温度が入口温
度よりも一定基準以上に高くなっている場合には、流量
調節弁を循環する水の流量を増やす方向へ作動させ、熱
エネルギーの移送量を多くするようにする。

【００１３】また、再生器の伝熱管の出口と流量調節弁
との間に、調整タンクを設けておけば、流量調節弁によ
る水量調節によって、伝熱管内に溜まる過剰な循環水を
一時的に溜めておくことが可能である。さらに、再生器
を蓄熱槽より高い位置に設置することによって、伝熱管
を介在して蓄熱槽から再生器への水蒸気による熱移送及
び再生器から蓄熱槽への凝縮水の戻りが水と蒸気の比重
の違いを動力として円滑な自然循環が可能である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】図１は、本発明の蓄熱式冷暖房装置の一実
施例を示す概略説明図である。本装置は、蓄熱槽１と単
効用の吸収式冷凍機２から構成されている。

【００１６】蓄熱槽１は、内部に伝熱管２１及び電気ヒ
ータ２２が配置され、更にその周囲に蓄熱材２３として
のマグネシアが充填されている。そして、深夜時におい
て、電気ヒータ２２に通電して蓄熱材２３を加熱するこ
とにより蓄熱槽１内に熱エネルギーを蓄え、出熱需要時
には、伝熱管２１内に水などの気液相変化する流体を流
して前記蓄熱槽１から熱エネルギーを取り出し、この熱
エネルギーを用いて単効用の吸収式冷凍機２を運転す
る。

【００１７】単効用の吸収式冷凍機２は、再生器１１、
凝縮器１３、蒸発器１４、吸収器１５及び熱交換器１６
から構成されており、再生器１１、凝縮器１３、蒸発器
１４及び吸収器１５の各内部には、それぞれ伝熱管２
４，２５，２６，２７が配設されている。また、再生器
１１の内部には臭化リチウムを主成分とする水溶液（以
下、「臭化リチウム液」と称する。）が注入されてい
る。

【００１８】前記蓄熱槽１内部の伝熱管２１と再生器１
１内部の伝熱管２４とは、循環路となるように無端状に
連結されており、前記伝熱管２４から伝熱管２１への流
路の途中に管内を流れる水の流量を調整するための流量
調節弁４１が設けてある。この流量調節弁４１は循環す
る水の流量の加減を自動的に制御する流量制御部４２と
接続している。流量制御部４２は伝熱管２１の入口と出
口にそれぞれ配設した温度センサー４０，４４からの信
号を受けて入口温度と出口温度が同温であると、循環す
る水の流量を減少させるために流量調節弁４１の開度を
小さくする方向へ作動させる制御を行い、また、出口温
度が入口温度よりも一定基準以上に高くなれば、流量調
節弁４１の開度を大きくする方向へ作動させて循環水路
を増やすように制御する。このように伝熱管２１に入る
水の量を流量制御部４２の制御を受けて流量調節弁４１
により調節することによって、伝熱管２１の出口温度を
その入口温度よりも常に高くなるように維持することが
可能となり、蓄熱槽１の伝熱管２１から乾き蒸気を発生
させることができることになる。

【００１９】単効用の吸収式冷凍機の冷房運転は、次の
ようにして行われる。まず、蓄熱槽１内から伝熱管２
１，２４の流体を介在して取り出した熱エネルギーによ
って、再生器１１内において内部の臭化リチウム液３１
が加熱され沸騰する。この沸騰によって生じた水蒸気３
３は凝縮器１３に供給され、伝熱管２５内を流れる冷却
水３８により冷却されて凝縮する。

【００２０】次いで、凝縮器１３内で生成された凝縮水
３５は、蒸発器１４内に供給される時には圧力の低下に
よって低温の水となっている。この水は蒸発器１４内に
おいて伝熱管２６を流れる冷水３９によって加熱されて
水蒸気３６となる。この際、伝熱管２６内の冷水３９は
逆に熱が奪われて冷房用に利用される。

【００２１】一方、吸収器１５に供給された水蒸気３６
は、この吸収器１５内において、再生器１１内で濃縮さ
れ熱交換器１６を経て供給される臭化リチウム液３１に
吸収される。そして、水蒸気を吸収した臭化リチウム液
３２は熱交換器１６を経て再び再生器１１に戻される。

【００２２】次に、単効用の吸収式冷凍機の暖房運転
は、凝縮器１３の伝熱管２５内を通る冷却水３８の通水
を停止することにより、冷房運転時の冷水３９が加熱さ
れて温水に代わり、暖房用に利用される。このとき、再
生器１１への供給熱量と同量の熱量が暖房熱量となる。
尚、図中において４５及び４６で示すのは循環ポンプで
ある。

【００２３】冷暖房運転時における蓄熱材の使用温度
は、最高温度が電気ヒータ２２の絶縁抵抗の制限から５
５０℃で、最低温度が単効用吸収式冷凍機の有効温度の
制限から１２０℃とした。また、蓄熱材２３には、運転
条件において蒸気分圧が大気以下（好ましくは殆んど
０）となる、マグネタイト、マグネシアの固体蓄熱材、
硝酸ナトリウムと亜硝酸ナトリウムと硝酸カリウムとの
混合材等の液体蓄熱材が適している。

【００２４】図２は、本発明の蓄熱式冷暖房装置の他の
実施例を示すもので、前記実施例と相違するところは、
再生器１１の伝熱管２４の出口と流量調節弁４１との間
に調整タンク４３を設けた点にある。この調整タンク４
３の内容積は、伝熱管２１と伝熱管２４とからなる循環
流路内に注入されている水の容積とほぼ同等になってい
る。この調整タンク４３が存在することによって、流量
調節弁４１の開度を小さくしたとき、循環水が伝熱管２
４内に溜まらないようにするものである。

【００２５】もし、伝熱管２４内に循環水が溜まると、
伝熱管２４の有効伝熱面積が減少すると共に、水・蒸気
の循環を阻害するため蓄熱槽１内の伝熱管２１内の圧力
及び再生器１１内部の伝熱管２４内の圧力が上昇するの
で、これに伴なう不都合を前記調整タンク４３によって
解消することができることになる。すなわち、伝熱管２
４の有効伝熱面積が減少することによって一部の伝熱面
に熱伝達が集中するため、局所的な伝熱管の腐蝕が激し
くなって短時間で破損するおそれがあるという不都合
や、蓄熱槽１内の伝熱管２１内の圧力が上昇することに
よって蒸気温度が高くなるため、蓄熱槽１から取り出す
熱量が減少するという不都合を、それぞれ解消すること
ができるものである。

【００２６】図３に示すグラフは、外径１２．７ｍｍ、
肉厚０．８ｍｍで長さが３０ｍの伝熱管を有する蓄熱槽
で、押し込み圧力が２ｍAqで、１atg の蒸気を発生する
条件において、本発明装置における流量調節弁４１によ
る発生蒸気を乾き蒸気にする制御及び調整タンク４３を
設けた場合と、無対策の場合とのそれぞれ蓄熱槽から取
り出される熱量を比較したものである。これによれば、
本発明装置では無対策の場合と比べて、蓄熱材の温度が
３００℃以下であっても蓄熱槽からの熱量の取り出しが
安定して行われていることが判る。

【００２７】図４は本発明の蓄熱式冷暖房装置の更なる
他の実施例を示したもので、この実施例においては、再
生器１１の設置位置を蓄熱槽１よりも高い位置になるよ
うに配設したものである。これによれば、水と蒸気との
比重の違いを循環の動力として、伝熱管２３から発生す
る水蒸気が伝熱管２４で凝縮して水に戻されて再び伝熱
管２３で水蒸気となる自然循環が容易になり、蓄熱槽１
から再生器１１への熱移送がスムーズに行われることに
なる。

【００２８】以下の各実施例においては、吸収式冷凍機
には単効用の装置を用いたが、本発明においては二重効
用の装置にも適用できることは言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の深夜電力利
用の蓄熱式冷暖房装置によれば、蓄熱槽の伝熱管に入る
水の量を調節する流量調節弁を設けることによって、蓄
熱槽の伝熱管から発生する蒸気は乾き蒸気となるので、
蓄熱槽から取り出す熱量が減少する問題及び再生器内部
の伝熱管に局所的な腐蝕が生じる問題を抑制できる効果
がある（請求項１）。

【００３０】また、再生器の伝熱管内に水が溜まらなく
するための調整タンクを設けることによって、再生器の
伝熱管の伝熱面が均等に利用されるようになると共に蓄
熱槽内の伝熱管内の圧力が下がって蒸気温度が低下する
ため、伝熱管の腐蝕の大きな原因が解消し、しかも蓄熱
槽から取り出す熱量を高い水準で安定して取り出すこと
ができる効果がある（請求項２）。

【００３１】さらに、再生器の伝熱管内に水が溜まらな
くするための調整タンクを設けることによって、再生器
の伝熱管の伝熱面が均等に利用されるようになると共に
蓄熱槽内の伝熱管内の圧力が下がって蒸気温度が低下す
るため、伝熱管の腐蝕の大きな原因が解消し、しかも蓄
熱槽から取り出す熱量を高い水準で安定して取り出すこ
とができる効果がある（請求項２）。

【００３２】さらに、再生器の位置を蓄熱槽よりも高い
位置に配置することによって、循環ポンプを用いること
なく水・蒸気を循環できるようになるため、装置コスト
及び運転コストを低減できる効果がある（請求項３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の一実施例を示す概略説明図であ
る。

【図２】本発明装置の他の実施例を示す概略説明図であ
る。

【図３】本発明装置の効果をグラフで示す説明図であ
る。

【図４】本発明装置の更なる他の実施例を示す概略説明
図である。

【図５】従来装置の一例を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 吸収式冷凍機 １１ 再生器 ２１ 蓄熱槽の伝熱管 ２２ 電気ヒータ ２３ 蓄熱材 ２４ 再生器の伝熱管 ４１ 流量調節弁 ４２ 流量制御部 ４３ 調整タンク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷房及び（又は）暖房する吸収式冷凍機
   （２）と、該吸収式冷凍機の動力源となる熱エネルギー
   を蓄える蓄熱槽（１）とを具備し、該蓄熱槽（１）内に
   は電気ヒータ（２２）及び伝熱管（２１）を配置すると
   共に、蓄熱材を充填し、伝熱管（２１）内を通す熱媒体
   に気液相変化する流体を用いて熱エネルギーを吸収式冷
   凍機（２）に供給する蓄熱式冷暖房装置において、前記
   蓄熱槽（１）内の伝熱管（２１）と蓄熱槽（１）からの
   熱エネルギーを受ける吸収式冷凍機（２）にある再生器
   （１１）内の伝熱管（２４）とを連結して循環路を構成
   し、再生器の伝熱管（２４）から蓄熱槽の伝熱管（２
   １）への流路の途中に流量調節弁（４１）を設け、流量
   調節弁（４１）には蓄熱槽の伝熱管（２１）の出口温度
   と入口温度とを検出して出口温度が入口温度より高くな
   るように流体の流量を制御するための流量制御部（４
   ２）が接続していることを特徴とする深夜電力利用の蓄
   熱式冷暖房装置。
2. 【請求項２】 再生器の伝熱管（２４）の出口と流量調
   節弁（４１）との間に、管内に溜まる過剰な流体を溜め
   るための調整タンク（４３）を設けてあることを特徴と
   する請求項１記載の深夜電力利用の蓄熱式冷暖房装置。
3. 【請求項３】 前記蓄熱槽（１）内の伝熱管（２１）の
   位置は、再生器（１１）の伝熱管（２４）の位置よりも
   低いことを特徴とする請求項１または２記載の深夜電力
   利用の蓄熱式冷暖房装置。