JPS6222929A - 蓄冷蓄熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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１体を
封入し、熱媒体の断熱膨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
ッ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５１−７７
４５号公報に記載されているように、蓄冷槽を用いて夜
間水を作っておき、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ァンのみによって冷房に用いる
ことが行われている。氷の保有する冷熱を冷房に利用す
ることによっ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
ルの底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７メ熱材を用いて冷房、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によって
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。

上記システムによっ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
冷によっ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
った。

〔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ｌ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中に重力によっ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（ＮＨ４Ｎｏ、）　、尿素（ＮＨ２ＣＯＮＨ２）　
、塩化カリウム（ＫＣｆｌ）　、塩化アンモニウム（Ｎ
Ｈ，ＣＱ　）などが用いら九被反応材６としでは水、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
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１６内の水１７を
パイプ２５内に導入し、熱交換器８によってタンク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１９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１，８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ったときには、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、この操作に入ったときに
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内に熱媒体によって流入する熱量が
不足のときには、第１の容器１内に配設されたヒータ１
１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との反応によって冷熱が生じる。この冷
熱は被反応材６と寒剤５との組み合せによっては一３０
℃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。冷熱によっ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１本実施例においては、
被反応材６と寒剤５との混合によっ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
、底積係数を高めることがでる。

第２図は、本発明の他の実施側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０本
実施例においてはバルブ３１゜３２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。

これによって蓄熱材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ッ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１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℃のチオ碑酸ナトリウム、融点９８℃のア
ンモニウムみょ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０本実施例においては、水
源１９Ａ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１９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０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
符号を付してそハ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４３゜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によって連結された冷凍装置の圧縮機４
４の熱が、熱交換器４９．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
よっ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って
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
って連結されており、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−凝縮作用によっ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４ｏ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４
１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４６Ａ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２ｏ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９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ＩＡ、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１０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
れらの系を第一の容器２Ａ内の熱交換器６２と第一の容
器１内の熱交換器６３とをバイブロ１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、バイブロ１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ＩＡ。

蒸気移動管３Ａ、第２の容器２Ａに伝わった後、ポンプ
６０の作動によって内部の熱媒体を循環することによっ
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．ＩＯＡ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゜６２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ＩＡ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１本発明によれば、寒剤と反応材と
の混合によっ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
る底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、ＩＡ・・・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、？、８，１４，２０
，２３゜２９．３３，４６，４６Ａ、４９，６２．６３
・・・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縮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
   ら分岐した冷媒槽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。