JPS5854343B2 - 冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は都市ガス燃焼熱等の高ポテンシャルエネルギー
と太陽熱等の低ポテンシヤルエネルギーの両エネルギー
を用いて、暖冷房等を行なう冷暖房装置に関するもので
ある。

従来、この種の装置として、例えば文献（特許出願公告
昭４３−２４８０８）に見られる如く、低ポテンシヤル
エネルギーと高ポテンシャルエネルギーの両エネルギー
を利用する場合は、吸収冷凍機を低ポテンシヤルのエネ
ルギーを利用するときは一重効用吸収冷凍機として運転
し、高ポテンシャルのエネルギーを利用するときは二重
効用吸収冷凍機として運転する吸収式冷暖房システムが
紹介されている。

第１図はこのシステムの一例であり、通常はコレクター
２により、加熱された温水を第二発生器１０に送り吸収
冷凍機１を一重効用吸収冷凍機として作動させるが、太
陽熱が十分得られないときは補助ボイラ１２により、第
一発生器１３に蒸気または高温水等を送り、二重効用吸
収冷凍機として作用させるようになっている。

先ず、第１図の従来方式の作用につき説明すれば、冷房
時はコレクター２により集熱された高温水により、吸収
冷凍機１を用いて冷房が行なわれる。

即ちポンプ１４でコレクター２により集熱された高温水
を第二発生器１０に送り、吸収冷凍機１を一重効用吸収
冷凍機として、作用させ、蒸発器１５にて冷水を冷却す
る。

冷却された冷水は冷水ポンプ１６により管路１７→１８
→蓄熱槽１９→管路２０→２１→三方弁２２→管路２３
→１７の如く循環して、蓄熱槽１９に蓄えられる。

即ち日射のあるときに冷熱をつ（す、蓄えておくわけで
ある。

一方吸収器２４、凝縮器２５の冷却はクーリングタフ−
６により行なわれる。

コレクター２に送られる流量は温度検出器２６により、
コレクタ−２出日高温水温度が一定となるように流量調
節弁２７により、コントロールされる。

高温水温度が１００℃以上になるとポンプ２８が運転さ
れ放熱される。

コレクター２に送られる水量が少なくなると、即ち日射
が少なくなると吸収冷凍機１の運転は停止する。

蓄熱槽１９内の温度が高くなると補助ボイラ１２が運転
され、吸収冷凍機１は二重効用吸収冷凍機として運転さ
れる。

なおこのときは高ポテンシャルのエネルギーを利用して
いるのでＣＯＰの良い運転が可能となる。

暖房時は蓄熱槽１９を温水槽として利用する。

即ち、吸収冷凍機１は運転を停止する。

コレクター２により集熱された温水は熱交換器２９によ
り冷水ポンプ１６で蓄熱槽１９との間を熱交換器２９→
管路１８→蓄熱槽１９→管路２０→２１→冷水ポンプ１
６→三方弁２２→熱交換器２９の如く循環する温水と熱
交換され、蓄熱槽内に蓄熱される６上述のシステムは化
石燃料の使用量の少ないという意味では利点を有するシ
ステムではあるが、根本的な次の如き二つの欠点を有す
る。

一般に吸収冷凍機は冷却水温度が高いときはＣＯＰが悪
いが、この傾向は特に低ポテンシヤルエネルギーを用い
るときに顕著である。

第２図は市販されている太陽熱利用吸収冷凍機のＣＯＰ
と冷却水温度と加熱温水温度と冷水温度との関係を示す
グラフである。

このグラフより、たとえば、加熱温水温度が８５℃で、
冷水温度が９℃の条件では、冷却水温度が３２℃の場合
はＣＯＰは０．２しかないが、冷却水温度が２９．５℃
に低下すると０．４６に上昇する。

即ち冷却水温度の僅かな低下即ち２．５℃の低下により
、ＣＯＰは実に２．３倍にもなっているのである。

然るに上述の従来のシステムでは太陽熱による集熱が可
能なときは冷却水温度も高くなっているので、常にＣＯ
Ｐの悪い状態にて運転していることになるのである。

換言すれば膨大な設備投資をした割には燃料の節約額は
少ないのである。

これが上述システムの第１の欠点である。

第２の欠点はこのシステムは冷房を主体に考えているの
で、コレクター２面積は非常に大きなものとなり、暖房
時はほとんど補助ボイラ１２を運転する必要がなく、む
しろ、１１月や３月にはコレクター２内の温度が上昇し
、従って蓄熱槽１９内の温度が異常上昇するので、ポン
プ２８やクーリングタワー６を運転して放熱しなげれば
ならないことになる。

即ち貴重な電力やクーリングタフ−６の補給水を浪費す
ることになる。

第３図Ｂはこの従来の太陽熱暖冷房システムの年間償却
費■と年間運転費Ｒの構成を示すグラフの一例である。

償却年数は１５年であるが、このよ５ ｔ、長い償却年
数でも、第３図Ａの太陽熱を利用しない暖冷房方式（ガ
ス冷温水機使用の場合）に比して、（Ｉ＋Ｒ）の値が倍
以上となり、現状ではとても普及し難いものとなってい
る。

この原因はコレクター２や蓄熱槽１９が暖房時に対して
は過大設備となり、投資効果を半減しているためである
。

本発明は従来の太陽熱冷暖房システムにおける上述の二
つの根本的な欠点を同時に解決し、その結果、太陽熱冷
暖房投資費用を太陽熱を用いることによる燃料等の節約
額により、償却可能ならしめる太陽熱冷暖房システムを
提供することを目的とするものである。

即ち、本システムではコレクター、蓄熱槽等を暖房負荷
を主体として計画し、補助熱源には吸収式ガス冷温水機
を使用し、冷房時は暖房時一体として利用せる蓄熱槽を
冷水蓄熱槽と高温蓄熱槽に二重して使用し、外気温が高
い常時は吸収式ガス冷温水機をガス燃焼による二重効用
吸収冷凍機として運転し、かつ日射が強ければ同時に蓄
熱し、外気温が低くかつ日射が弱いときは、外気が高い
とき即ち、日射の多いときに蓄熱しておいた高温水によ
り、吸収冷凍機を一重効用吸収冷凍機として使用するよ
うにしたものである。

外気が低くかつ日射が強い場合はコレクターにて集熱し
ながらその高温水により一重効用運転を行なう。

本発明は、一重、二重効用組み合せ吸収冷凍機、太陽熱
や廃ガスなどの低ポテンシヤルエネルギを集める低位エ
ネルギ収集装置、都市ガスなどの高ポテンシャルエネル
ギを供給する高位エネルギ供給源、冷房時に前記低位エ
ネルギを蓄える第一蓄熱槽、冷房時に低温槽となる第二
蓄熱槽、冷却水冷却装置を備え、暖房時は前記第−及び
第二蓄熱槽の両方を合わせ温水貯熱槽として用いるよう
構成し、かつ冷房時に、冷却水の温度が高い場合には高
位エネルギを利用した二重効用運転に、冷却水の温度が
低い場合には低位エネルギを利用した一重効用運転に切
り換える切換手段を有することを特徴とする冷暖房装置
である。

本発明を実施例につき図面を用いて説明すれば、第４図
において、１は一重、二重組み合せ吸収冷凍機であり、
第一発生器１３は都市ガス３などの高ポテンシャルエネ
ルギーにより加熱されるようになっている。

４は第一蓄熱槽であり、冷房時には低位エネルギーを蓄
え、５は第二蓄熱槽で冷房時に低温槽となる。

８はタイマー、９は温度スイッチ、１１は加熱管、３０
，３１はポンプ、３２は管路である。

この装置は、外気温と日射の条件に応じて運転方式を制
御するようになっている。

先づ、外気温が高く、日射が強い場合は、第５図に示す
如く、第一発生器１３を作動せしめて二重効用運転を行
なう。

図示されていないが第二発生器１０の加熱は第一発生器
１３にて蒸発した冷媒を導いて行なう。

蒸発器１５にて得られた冷水は第二蓄熱槽５に収容され
冷熱を蓄熱する。

一方コレクター２においては、日射が強ければポンプ１
４を運転して集熱し、第一蓄熱槽４に蓄熱する。

外気温が高く日射が弱い場合はポンプ１４を停止しコレ
クター２の糸路は休止する。

外気温は低いが、日射が強い場合、第６図に示す如く、
第一発生器１３は停止し、一重効用運転をなし、第二発
生器１０の加熱には第一蓄熱槽４の高温水を用いる。

コレクター２においては太陽熱を集熱し、ポンプ１４に
て第一蓄熱槽４に送り蓄熱する。

外気温が低く、日射も弱い場合には、第７図に示す如く
、一重効用運転で、高温水として蓄熱された第一蓄熱槽
４の高温水を用いる。

一重効用運転と二重効用運転との切り換えは、冷却水温
度の変化に応じて行なうが、一日のうちの温度変化をあ
らかじめ想定してタイマー８を切換手段として用いるこ
ともできる。

冷房時で外気温が低いときは冷凍機は太陽熱源−型動用
吸収冷凍機として運転するようにするので、例えば冷凍
機運転指令回路に取り付けたタイマー８により切換える
。

このタイマー８はたとへば午前１０時〜午后４時の間は
二重効用運転にそれ以外は一重効用運転に優先的に選択
運転するように設定されている。

朝８時に運転押釦を押すと外気温も低（日射も弱い条件
の第７図の如く冷凍機は第一蓄熱槽４に蓄えられた高温
水により、一重効用運転回路にて運転される。

８〜１０時は未だ外気温が低いので冷却水温度も低く、
従って高いＣＯＰにて太陽熱蓄熱冷房が可能である。

即ち、吸収冷凍機１の第二発生器１０に第一蓄熱槽４内
の高温水をポンプ加により供給して加熱する。

一方クーリングタワ−６およびポンプ３１により吸収冷
凍機１の吸収器２４、凝縮器２５に冷却水が送られ、冷
却する。

その結果蒸発器１５内にて冷水が冷却され、この冷熱を
ポンプ３１により第二蓄熱槽５に蓄冷する。

なおコレクター２用ポンプ１４は８時頃より後で日射が
強（なった頃を想定した時刻で運転する（第６図）。

コレクタ−２出口には温度検出器２６があり、この信号
により流量調節弁２７をコントロールするのでコレクタ
ー出口部温度は大略８５℃にコントロールされる。

日射がなくなりバイパス流量が多くなるかまたはコレク
ター出口温度が降下したら、ポンプ１４は停止し第７図
の運転となる。

午前１０時になるとタイマ−８信号により吸収冷凍機１
は二重効用運転に切り換わる。

即ち日射が強い上に外気温度も高くなるので第５図の如
くポンプ３０が停止し、第一発生器１３内にてガス燃焼
が始まり、吸収冷凍機１は二重効用吸収冷凍機として運
転される。

この場合のエネルギーは高ポテンシャルエネルギーなの
で冷却水温度が高くても、高いＣＯＰにて冷水冷却を行
なうことができる。

従って外気温の高い午前１０〜午后４時の間、この第５
図の如き状態にて運転が継続される。

午后４時になるとタイマー信号にて外気温の低下に対処
して第６図又は第７図の如く再び一重効用運転に切り換
わる。

なおこの場合は一日２回の切り換えが必要であるが、場
合によっては夜間も運転を行なえば一日一回の切り換え
とすることも可能である。

なお一重、二重効用切り換え信号はタイマー８以外のも
のでもよい。

たとえば冷却水温度や外気温度信号でもよい。

直接、間接に冷却水温度の変化を検出できるものならよ
い。

なお一重効用優先運転信号が発せられているときでも、
第一蓄熱槽４内の温度が低下すれば温度スイッチ９の信
号により冷凍機の一重効用運転は停止される。

暖房時はガス冷温水機の作用をなす吸収冷凍機１は補助
熱源として作用し、暖房負荷はほとんど太陽熱にてまか
なわれる。

即ち、第一蓄熱槽４および第二蓄熱槽５ともに温水蓄熱
槽として使用される。

コレクター２への給水は冷房時の第二蓄熱槽５側の管路
３２より行なわれる。

コレクター２からの戻りは冷房時と同じ部分に戻される
。

即ち、第−及び第二蓄熱槽４，５より成る蓄熱槽は冷房
時、暖房時ともに利用される。

本実施例は、前述の如き構成となっているので次の如き
優れた効果が生じる。

（１）冷房時タイマー等により冷却水温度が低いときは
太陽熱を用いた一重効用運転に、冷却水温度が高いとき
は高ポテンシャルエネルギーを用いた二重効用運転とな
るので、太陽熱運転時にＣＯＰの良好な運転を行なうこ
とができる。

（２）蓄熱槽を冷房時は冷水槽と高温水槽として利用し
、暖房時は全て温水槽として利用しているので、ある負
荷条件（太陽熱冷暖房システムを暖房主体として計画し
た場合即ち冷房時の太陽依存率を２０〜２５優程度とし
た場合）では蓄熱槽が暖房時にも冷房時にも有効に作用
し、またコレクターも冷房時、暖房時とも無駄な（利用
される。

（３）第３図Ｃは本実施例システムの場合の年間償却費
と運転費との構成を示す一例であるが、図の如く、本シ
ステムは通常の太陽熱を利用しないシステムに費用的に
も充分対抗できる効果がある。

（４）冷房時において、二重効用運転を行なう場合に冷
凍トン当たりの冷却水量を、一重効用運転を行なう場合
よりも少なくするよう制御すれば、二重効用運転時クー
リングタワーに送られる冷却水量が減少するので補給水
量が減り、水道料金を減らすことができる。

即ち特許請求の範囲第１〜７項記項記載性ガス料金の節
約を図る効果をもたらす要件であるが、特許請求の範囲
第８項記載の事項は運転費のうちの水道料金の節約を図
る効果をもたらす要件である。

本発明により、冷却水温度が高い時でも低い時でもＣＯ
Ｐの良好な運転を行なうことができて効率が向上し、ま
た、蓄熱槽及びコレクターの容量を適正な大きさとなし
て過大となる無駄を防ぎ、設備費も大幅に節減され、年
間償却費が著しく低減され、充分実用化し得る冷暖房装
置を提供することができ、実用上、省エネルギー上、太
陽熱利用上極めて犬なる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例のフロー図、第２図は加熱温水温度、冷
水出口温度、冷却水温度と成績係数ＣＯＰとの関係を示
すグラフ、第３図は従来方式と本発明の実施例とのコス
トの比較図、第４図は本発明の実施例のフロー図、第５
図ないし第８図は該実施例における各種運転方式を示す
フロー図である。 １・・・吸収冷凍機、２・・・コレクター、３・・・都
市ガス、４・・・第一蓄熱槽、５・・・第二蓄熱槽、６
・・・クーリングタワー、８・・・タイマー、９・・・
温度スイッチ、１０・・・第二発生器、１１・・・加熱
管、１２・・・補助ボイラ、１３・・・第一発生器、１
４・・・ポンプ、１５・・・蒸発器、１６・・・冷水ポ
ンプ、１７，１８・・・管路、１９・・・蓄熱槽、２０
．２１・・・管路、２２・・・三方弁、２３・・・管路
、２４・・・吸収器、２５・・・凝縮器、２６・・・温
度検出器、２７・・・流量調節弁、２８・・・ポンプ、
２９・・・熱交換器、３０．３１・・・ポンプ、３２・
・・管路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一重、二重効用組み合せ吸収冷凍機、太陽熱や廃ガ
   スなどの低ポテンシヤルエネルギを集める低位エネルギ
   収集装置、都市ガスなどの高ポテンシャルエネルギを供
   給する高位エネルギ供給源、冷房時に前記低位エネルギ
   を蓄える第一蓄熱槽、冷房時に低温槽となる第二蓄熱槽
   、冷却水冷却装置を備え、暖房時は第−及び第二蓄熱槽
   の両方を合わせ温水貯熱槽として用いるよう構成し、か
   つ冷房時に、冷却水の温度が高い場合には高位エネルギ
   を利用した二重効用運転に、冷却水の温度が低い場合に
   は低位エネルギを利用した一重効用運転に切り換える切
   換手段を有することを特徴とする冷暖房装置。 ２ 前記切換手段が、タイマーである特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ３ 前記切換手段が、冷却水系統に挿入した温度検出器
   である特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 前記切換手段が、外気温検出器である特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ５ 前記切換手段が、冷水温度検出器である特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ６ 前記切換手段が、装置の起動時から高温水温度スイ
   ッチが作動するまでの間、一重効用運転を行なうよう構
   成されている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ７ 前記−重、二重効用組み合せ吸収冷凍機が、該吸収
   冷凍機中の第二発生器に低位エネルギを供給する加熱管
   を有するガス冷温水機である特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ８ 前記−重、二重効用組み合せ吸収冷凍機が、冷房時
   に二重効用運転を行なう場合に冷凍トン当たりの冷却水
   量を、一重効用運転時よりも少なくなるよう構成した特
   許請求の範囲第１項記載の装置。