JPS6256751A - 蓄熱・放熱装置 - 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、熱エネルギーを化学エネルギーに変換して貯
蔵し、必要に応じて熱エネルギーとして取り出し得る蓄
熱・放熱装置に係υ、特に液状の蓄熱剤を用いた蓄熱・
放熱装置に関する。

〔発明の背景〕

近年、エネルギーの有効利用をはかるため、太陽熱など
の自然のエネルギーや、各種工場排熱などの低コスト熱
源が注目されている。しかし、これらの熱源は、熱エネ
ルギーの供給が不安定であシ、かつ時間的に限定される
ため利用しにくい。

したがって、上記のような熱源を利用するためＫは、熱
エネルギーを一時貯蔵し、必要に応じて取り出せる蓄熱
・放熱機能をもった装置が望ましい。

しかも、取シ出す熱エネルギーは、利用目的に応じた状
態として取シ出されることが望ましく、たとえば、冷房
に使用する場合にはよシ低温の熱源（冷熱源）として、
また暖房の場合にはよｐ高温の熱源（温熱源）として利
用できることが望まれる。そこで、低コスト熱源を有効
利用するための装置として、熱エネルギ・−全化学エネ
ルギーに変換した形によシ蓄熱する装置が開発されてい
る。

この装置は、熱エネルギーを比較的低温状態のままで貯
蔵することができるところから、蓄熱状態における放熱
が大幅に防止でき、長期間にわたって熱エネルギーを貯
蔵することが可能になるなど、顕熱や潜熱を利用した装
置に比べ熱エネルギーを有効利用することができる。熱
エネルギー金化学エネルギーとして蓄熱するもののうち
、化合物の濃度を変えて蓄熱する方式は、操作温度、出
力温度を任意に変化させることができる等から、極めて
有利な手段である。この化合物の濃度金変えて蓄熱する
技術にかかる代表的な蓄熱・放熱・装置として、特開昭
５７−１５７９９５号公報に記載されたものがろシ、第
５図に示すような構成となっている。

第り図において、反応容器１０は、内部に気体を通過さ
せるが、液体を通過させない撥水性の多孔質材からなる
多孔性隔壁１２が設けられており。

気室部１４と蓄熱剤貯留部１６とに区画されている。蓄
熱剤貯留部１６には、蓄熱剤としてのたとえば臭化リチ
ウムの水溶液である吸収剤溶液１８が貯留されていると
ともに、熱交換器２０が内設しておる。そして、気室部
１４は、冷媒通路２２を介して冷媒貯留容器２４に連通
している。冷媒貯留容器２４には、冷媒２６としてのた
とえば水が貯留されており、熱交換器２８が内股しであ
る。

上記のごとく構成しである従来の蓄熱・放熱装置の作用
は、次の通シである。

いま、低コスト熱源を暖房に利用する場合、熱交換器２
８ｆ、低コスト熱源に接続し、冷媒２６を気化させる。

気化した冷媒２６（冷媒ガス）は。

冷媒通路２２を通って反応容器１０の気室部１４内に流
入する。気室部１４内に流入した冷媒ガスは、多孔性隔
壁１２を通過して蓄熱剤貯留部１６に入シ、吸収剤溶液
１８に吸収される。このとき、多量の吸収熱が発生し、
熱交換器２０内を流通している液体を加熱するため、温
熱源として暖房等に使用することができる。

一方、低コスト熱源の熱エネルギーを蓄熱する場合には
、熱交換器２０？低コスト熱源に接続し、蓄熱剤貯留部
１６内の吸収剤溶液１８を加熱する。

吸収剤溶液１８は、加熱されると吸収、混合していた冷
媒が蒸発し、多孔性隔壁１２を通過して気室部１４内に
流入する。気室部１４内の冷媒ガスは、さらに冷媒通路
２２を介して冷媒貯留容器２４内に流入する。冷媒容器
２４内に設けである熱交換器２８には、冷却用の液体が
流通しており、冷媒ガスを凝縮する。このようにして、
冷媒２６を吸収剤溶液１８から分離することにより、蓄
熱剤である吸収剤溶液１８の濃度を高め、低コスト熱源
からの熱エネルギー金貯えることができる。

また、蓄熱した熱エネルギーを、放熱させる場合には、
熱交換器２８に冷却用液体を流すことにより、吸収剤溶
液１８ｉ冷却する。これにより、蓄熱剤貯留部１６内の
蒸気圧が低下し、気室部１４内に充満している冷媒ガス
が多孔性隔壁１２を通過して蓄熱剤貯留部１６内におい
て凝縮する。

このため、冷媒貯留容器２４内の冷媒２６は、蒸発が促
進され、気化熱を奪って冷媒２６自体を冷却する。この
結果、熱交換器２８内の液体が冷却され、熱交換器２８
を流れる液体は、出口側か入口側より低温となり、冷熱
源として冷房用に供することができる。

なお、冷媒貯留容器２４を反応容器１０と同様に、撥水
性多孔質材からなる多孔性隔壁により気室部と冷媒貯留
部とに区画し、冷媒として希薄な吸収剤＠液を用いるも
のが考えられる。しかし、上記のような構造を有する従
来の蓄熱・放熱装置は、反応容器１０および冷媒貯留容
器２４内に熱交換器２０，２８ｔ−設け、吸収剤溶液１
８と冷媒２６と全加熱または冷却するようにしている。

このため、従来の蓄熱・放熱装置においては、蓄熱容量
の増大に伴ない、蓄熱操作から放熱操作への切り換え時
間または放熱操作から蓄熱操作への切シ換え時間が長く
なる欠点がちシ、しかも熱交換器２０．．２８への入力
が無駄に消費されることにもなる。すなわち、従来の蓄
熱・放熱装置は、蓄熱と放熱との操作を繰シ返しておこ
なう場合、反応容器１０内の吸収剤溶液１８と冷媒貯留
容器２４内の冷媒２６との全ｉ’を交互に加熱、冷却す
るようになっている。このため、吸収剤溶液１８および
冷媒２６の全量が作動温度まで昇温または降温しなけれ
ば冷媒ガスの移動がおこらず、蓄熱または放熱をおこな
うことができない。このため、蓄熱・放熱の切シ換え時
間が長くなり、また熱交換器２０，２６への入力が、多
量の吸収剤溶液１８または冷媒２６の全体を加熱するた
めに浪費されることになる。

たとえば、蓄熱剤でらる吸収剤溶液の初期濃度６０チの
臭化リチウム水溶液を用い、冷媒２６として水を用いる
とともに、入熱量１２５０日／ｈ、蓄熱時間８時間、蓄
熱量１ｏｏｏｏ　ｋ２１とし、吸収剤溶液の濃縮時温度
を７５０、放熱時温度を４０Ｃとした場合の理論計算結
果を示すと、従来装置の場合、第６図のごとくなる。第
６図に見られるように、濃度変化幅（濃度変化量ンを大
きくとると、吸収剤溶液の必要重量が少なくなる。しか
し、濃度変化幅は、大き過ぎると入熱に対する利用効率
が低下し、熱エネルギーの有効利用ができなくなるため
、一般に３−程度となっている。したがって、蓄熱−放
熱間の切シ換え時間は、１時間以上必要とし、蓄熱操作
を終了した後、直ちに放熱操作に入っても約１時間は放
熱ができず、単に反応容器１０内に貯留している吸収剤
溶液１８を冷却するのみであって、吸収剤溶液１８の顕
熱変化に費やされる無駄な時間となる。一方、放熱操作
を終了した後、熱交換器２０に加熱水を流して蓄熱操作
に移行したとしても、約１時間は蓄熱がおこなわれず、
熱交換器２０からの入熱は、単に吸収剤溶液１８を加熱
するためにのみ費やされ、入熱の有効利用がはかれない
。

〔発明の目的〕

本発明は、蓄熱操作から放熱操作への切り換え時間、お
よび放熱操作から蓄熱操作への切り換え時間を短縮する
ことができる蓄熱・放熱装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕

本発明は、蓄熱剤に冷媒を吸収または反応させるととも
に、蓄熱剤と冷媒とを分離する反応部を反応槽として、
蓄熱剤と冷媒とを貯留する貯留槽と別体に構成し、反応
槽と蓄熱剤貯留槽および反応槽と冷媒貯留槽との間に循
環路を形成し、循環している蓄熱剤と冷媒とを加熱、冷
却することにより、蓄熱剤と冷媒との一部を加熱・冷却
し、蓄熱操作から放熱操作への切り換え時間、および放
熱操作から蓄熱操作への切り換え時間を大幅に短縮でき
るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係る蓄熱・放熱装置の好ましい実施例を、添付
図面にしたがって詳説する。

第１図は、本発明に係る蓄熱・放熱装置の実施例の概略
構成図である。

第１図において、反応槽３０は、内部に撥水性多孔質か
らなる多孔性隔壁３２．３４が配設されており、蓄熱剤
流通部３６、冷媒流通部３８、冷媒ガス流通部４０に区
画されている。蓄熱剤流通部３６は、蓄熱列用熱交換器
４２が内設されているとともに、蓄熱剤循環路を構成す
る蓄熱剤供給配管４４と蓄熱剤供給配管４６とを介して
蓄熱剤貯留槽４８に連通している。蓄熱剤貯留槽４８に
は、蓄熱剤４９が貯留してらり、蓄熱剤供給配管４４と
蓄熱剤戻り配管４６とは、蓄熱剤用熱回収器５０を経由
するようになってお塾、また、蓄熱剤供給配管４４には
蓄熱剤供給ポンプ５２が設けである。

一方、冷媒流通部３８には、冷媒用熱交換器５４が内設
してあり、冷媒供給配管５６と冷媒戻り配管５８との一
端が接続しである。これら冷媒供給配管５６と冷媒供給
配管５８とは、冷媒循環路を形成しており、それぞれの
他端が冷媒用熱回収器６０ｔ−介して冷媒６３を貯留し
である゛冷媒貯留槽６２に接続され、反応槽３０の冷媒
流通部３８と冷媒貯留槽６２とを連通している。そして
、冷媒供給配管５６には、冷媒供給ポンプ６４が設けで
ある。なお、第１図に示した符号６６は、反応槽３０に
設けた抽気管であって、非凝縮性ガスである空気等を排
気し、反応槽３０内を減圧できるようになっている。

蓄熱剤貯留槽４８と冷媒貯留槽６２とは、第２図に示す
ように底部付近に蓄熱剤供給配管４４と冷媒供給配管５
６とに接続される出口部６８と、蓄熱剤戻り配管４６と
冷媒戻り配管５８とに接続される入口部７０とが設けら
れている。そして、蓄熱剤貯留槽４８、冷媒貯留槽６２
は、内部に浮蓋７２を有しており、空気等の非凝縮性ガ
スが蓄熱剤４９、冷媒６３に溶解するのを防止している
とともに、上端部に開放孔７４が形成され、槽内を大気
圧に維持できるようになっている。

上記のごとく構成した実施例の作用は、次の通りである
。

反応槽３０は、抽気管６６が、図示しない抽気装置に接
続されており、内部が抽気された後、密閉される。そし
て、蓄熱をおこなう場合には、熱交換器４２に加熱液が
流され、熱交換器５４に冷却液が流される。そして、蓄
熱剤供給ポンプ５２と冷媒供給ポンプ６４とが駆動され
、蓄熱剤４９と冷媒６３とがそれぞれ蓄熱剤供給配管４
４、冷媒供給配管５６を介して反応槽３０の蓄熱剤貯留
槽３６と冷媒流通部３８とに供給される。

蓄熱剤流通部３６内の蓄熱剤４９は、蓄熱剤用熱交換器
４２により加熱され蒸気圧が高まる。一方、冷媒流通部
３８内の冷媒６３は、冷媒用熱交換器５４により冷却さ
れ、蒸気圧が低下する。このため、蓄熱剤流通部３６側
の多孔性隔壁３２０表面から冷媒６３の蒸気（冷媒ガス
）が発生し、冷媒ガス流通部４０を介して冷媒流通部３
８側に移動し、冷媒流通部３８側の多孔性隔壁３４を通
って冷媒流通部３８内に入り、吸収（凝縮）される。一
部蒸気を放出して濃縮された温度の高い蓄熱剤流通部３
６内の蓄熱剤４９は、蓄熱剤供給配管４６を通って蓄熱
剤用熱回収器５０に入塾、蓄熱剤供給配管４４を通れる
蓄熱剤４９に予熱し、蓄熱剤貯留槽４８に戻る。また、
冷媒流通部３８内の冷たい冷媒６３は、冷媒戻り配管５
１通って冷媒用熱回収器６０に入り、冷媒供給配管５６
を流れる冷媒を予冷した後、冷媒貯留槽６２に戻る。

次に、放熱操作（冷房操作）をおこなうには、熱交換器
４２に冷却液（たとえば常温の水）を流すことにより、
蓄熱剤流通部３６内の蓄熱剤４９を冷却する。これによ
り、蓄熱剤流通部３６内の蒸気圧が低下し、冷媒流通部
３８内より低くなる。

このため、冷媒ガス流通部４０内の冷媒ガスが多孔性隔
壁３２全通して蓄熱剤流４部３６に入り、蓄熱剤４９に
吸収される。そして、冷媒流通部３８内の冷媒６３は、
一部が多孔性隔壁３４の表面から気化し、冷媒ガス流通
部４０ｉ通って蓄熱剤通路部３６側に移動する。また、
冷媒流通部３８内の冷媒６３は、気化熱を奪われて冷却
され、熱交換器５４を流れる液体を冷却する。しだがっ
て、熱交換器５４を流れる液体は、入側より出側の温度
が低温となり、低熱源として冷房に供される。

蓄熱剤流通部３６を出た蓄熱剤４９は、蓄熱剤戻り配管
４６により蓄熱剤用熱回収器５０に人力、蓄熱剤供給配
管４４を流れる蓄熱剤４９七予冷する。また、冷媒流通
部３８ｆ：出た冷たい冷媒６３は、冷媒戻り配管５８’
ｉ介して冷媒用熱回収器６０に入り、冷媒供給配管５６
を流れる冷媒６３を予冷する。

なお、低コスト熱源の熱エネルギー分用いて暖房する場
合には、熱交換器５４を低コスト熱源に接続し、冷媒流
通部３８内の冷媒６３を加熱す２これにより、冷媒６３
の一部は多孔性隔壁３４の表面から蒸発し、冷媒ガス流
通部４０を介して多孔性隔壁３２に達する。多孔性隔壁
３２に到達した冷媒ガスは、蓄熱剤流通部３６内に入り
蓄熱剤４９に吸収され、蓄熱剤４９を希釈する。このと
き、蓄熱剤流通部３６内の蓄熱剤４９は、希釈熱を発生
して、熱交換器４２を流れる液体を加熱する。これによ
り、熱交換器４２を流れる液体を温熱源として暖房に供
することができる。

そして、蓄熱剤流通部３６と冷媒流通部３８とを出た暖
かな蓄熱剤４９と冷媒６３とは、それぞれ蓄熱剤用熱回
収器５０、冷媒用熱回収器６０において反応槽３０に供
給される蓄熱剤４９と冷媒６３とを予熱する。

以上のように、本実施例によれば、反応槽３０に形成し
た容量の小さな蓄熱剤流通部３６と冷聾流通部３８とを
流通する蓄熱剤４９と冷媒６３とを加熱、冷却するよう
にしであるため、蓄熱時には、蓄熱剤流通部３６に供給
された蓄熱剤４９を。

−０ただちに定格温度まで昇温することができると同時
に、冷媒流通部３８に供給された冷媒６３を速やかに冷
却することができる。また、放熱時には、蓄熱剤Ｒ，通
部３６に供給された蓄熱剤４９をただちに冷却すること
ができ、蓄熱操作から放熱操作への切り換え時間、およ
び放熱操作から蓄熱操作への切り換え時間全大幅に短縮
することができる。

しかも、本実施例においては、蓄熱剤４９と冷媒６３と
を、蓄熱剤用熱回収器５０、冷媒用熱回収器６０により
予熱−冷却するようにしであるため、入熱および出熱の
効率を向上することができる。さらに、本実施例におい
ては、蓄熱剤貯留槽４８と冷媒貯留槽６２とは、第２図
に示すように内部が大気圧化に保たれるとともに、蓄熱
剤４９、冷媒４３か浮蓋７２により空気等の非凝縮性ガ
スに接触しないようにしであるため、蓄熱剤貯留槽４８
と冷媒貯留槽６２とを安価に製作すること力；できる。

すなわち、大容量の蓄熱をおこなう場合には、蓄熱剤貯
留槽４８、冷媒貯留槽６２が犬容量化し、これら各貯留
槽内を減圧保持するときに、耐圧構造の点から高価とな
るのに対し、大気圧下に保持するときには、耐圧構造を
必要としないため、極めて安価に製作することができる
。この効果は、本実施例のごとく１反応槽３０と各貯留
槽とを分離したことにより達成できる効果である。

第３図は１本発明に係る他の実施例を示す概略構成図で
ある。本実施例においては、蓄熱剤４９金加熱・冷却す
る蓄熱剤用熱交換器４２を蓄熱剤供給管４４に設けると
ともに、冷媒６３を加熱・冷却する冷媒用熱交換器５４
を冷媒供給配管５６に設けたものでるる。本実施例によ
れば、反応槽３０の簡略化と小型化をはかることができ
る。

第４図は本発明に係Ｓ蓄熱・放熱装置のさらに他の実施
例を示す概略構成図である。第４図に示した実施例は、
蓄熱剤供給配管４４に蓄熱剤加熱・冷却熱交換器７６を
設け、蓄熱剤戻り配管４６に温熱取出し熱交換器７８が
設けである。また、冷媒供給配管５６には、冷媒加熱・
冷却熱交換器８０が設けてあり、冷媒戻り配・雪５８に
冷熱取出し熱交換器８２が設けである。本実施例におい
ては、蓄熱時に蓄熱剤加熱・冷却熱交換器７８により蓄
熱剤４９を加熱するとともに、冷媒加熱・冷却熱交換器
８０により冷媒６３　ｆ；ｒ、冷却する。そして、放熱
時（冷房出熱時）には、蓄熱剤加熱・冷却熱交換器７６
により蓄熱剤４９を冷却し、冷熱取出し熱交換器８２金
冷房用の冷熱源とする。また、暖房運転時には、冷媒加
熱・冷却熱交換器８０により冷媒６３を加熱し、温熱取
出し熱交換器７８を暖房用の温熱源とする。このように
すること圧より、反応槽３０の簡素化と小型化？はかる
ことができるとともに、蓄熱操作から放熱操作への切り
換え、および放熱操作から蓄熱操作への切り換え時間金
短くすることができる。

前記実施例においては％蓄熱剤４９と冷媒６３とを大気
圧下において貯留する方法金示したが、安価で耐圧性に
富み、かの耐食性のおる材料、たとえば耐食性コンクリ
ート容器や高抗張性合成樹脂等が開発されたときには、
蓄熱剤４９および冷媒６３を減圧下において貯留するこ
とができる。

この場合には、蓄熱剤供給ポンプ５２と冷媒供給ポンプ
６４と全小型化することができる。また。

現状においては、蓄熱剤４９または冷媒６３を減圧貯留
する場合に、鋼製の内部ライニング等を施工する必要が
あり、ライニングの信頼性に不安があるが、このような
問題点を解消することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、蓄熱操作から放
熱操作への切り換え時間および放熱操作から蓄熱操作へ
の切り換え時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蓄熱・放熱装置の実施例゛を示す
概略構成図、第２図は蓄熱剤貯留槽および冷媒貯留槽の
詳細説明図、第３図および第４図は本発明に係る蓄熱・
放熱装置の他の実施例を示す概略構成図、第５図は従来
の蓄熱会放熱装置の概略構成図、第６図は従来例に基づ
く蓄熱操作、放熱操作間における切り換え時間を示す理
論計算結果の特性図である。 ３０・・・反応槽、３２．３４・・・多孔性隔壁、４２
・・・蓄熱剤用熱交換器、４４・・・蓄熱剤供給配管、
４６・・・蓄熱剤戻り配管、４８・・・蓄熱剤貯留槽、
５４・・・冷媒用熱交換器、５６・・・冷媒供給配管、
５８・・・冷媒戻り配管、６２・・・冷媒貯留槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蓄熱剤を貯留している蓄熱剤貯留槽と；冷媒を貯留
   している冷媒貯留槽と； 前記冷媒の気化部を有し、気化した冷媒を前記蓄熱剤に
   吸収または反応させるとともに、前記蓄熱剤と前記冷媒
   とを分離させる反応槽と； この反応槽内に設けられ、気体を通過させるとともに、
   液体の通過を阻止する多孔性隔壁と；前記蓄熱剤貯留槽
   と前記反応槽とを連通する蓄熱剤循環路と； 前記冷媒貯留槽と前記反応槽とを連通する冷媒循環路と
   ； 循環する前記蓄熱剤を加熱・冷却する蓄熱剤用熱交換器
   と； 循環する前記冷媒を加熱・冷却する冷媒用熱交換器と； を有することを特徴とする蓄熱・放熱装置。 ２、前記蓄熱剤循環路は、前記反応槽に供給される前記
   蓄熱剤と、前記蓄熱剤貯留槽に戻る前記蓄熱剤とが熱交
   換する蓄熱剤用熱回収器を有し；前記冷媒循環路は、前
   記反応槽に供給される前記冷媒と、前記冷媒貯留槽に戻
   る前記冷媒とが熱交換する冷媒用熱回収器を有している
   ； ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の蓄熱・
   放熱装置。 ３、前記蓄熱剤用熱交換器と前記冷媒用熱交換器とは、
   それぞれ前記反応槽入口側の前記蓄熱剤循環路と前記冷
   媒循環路とに設けられたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項に記載の蓄熱・放熱装置。 ４、前記蓄熱剤貯留槽と前記冷媒貯留槽とは、それぞれ
   前記蓄熱剤または前記冷媒と大気との接触を防止する浮
   蓋を有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれか１項に記載の蓄熱・放熱装置。