JPH05164424A

JPH05164424A - 熱輸送システム

Info

Publication number: JPH05164424A
Application number: JP33050291A
Authority: JP
Inventors: Akinori Nagamatsuya; 晃徳長松谷
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-06-29
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JP2627990B2

Abstract

(57)【要約】［目的］熱輸送回路（冷温水回路）の熱輸送媒体とし
て熱可逆型吸水性高分子を含有する水溶液を循環させる
ことにより、その循環量を減少させ、循環用ポンプの負
荷を少なくして、吸収冷凍機本体の所要動力を低減する
ことのできる熱輸送システムを提供すること。［構成］熱輸送回路Ｃの中に、冷房時の冷水温度付近
に転移温度を有する熱可逆型吸水性高分子Ａと、暖房時
の温水温度付近に転移温度を有する熱可逆型吸水性高分
子Ｂとを含有する水溶液を循環させること、そして、こ
の熱輸送回路Ｃが吸収冷凍機Ｓの蒸発器６と冷暖房用の
室内空調機Ｒの間に設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷暖房装置の熱輸送シス
テムに係り、詳しくは熱輸送媒体として熱可逆型吸水性
高分子を含有する水溶液を用いて、その循環量を減少さ
せることができる熱輸送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の吸収冷凍機は、主として水を冷媒
とし臭化リチウムを吸収剤として冷温水を発生させ、室
内空調機へ冷温水ポンプによる熱輸送手段で循環させて
冷暖房を行っている。即ち、図２に示されるように、吸
収冷凍機Ｓは冷房用冷却器Ｄと冷暖房用熱源１とを備
え、冷温水を発生させて室内空調機Ｒへ冷温水ポンプＰ
を用いて循環させている。そして、熱輸送媒体としての
冷温水は主として水であった。

【０００３】また、熱輸送媒体としての水に替わるもの
として、本出願人は特開平１−２４７９６８号、実開平
２−５２０６２号に示されるフロンを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】吸収冷凍機や吸収ヒー
トパイプの熱輸送回路（冷温水回路）の熱輸送媒体とし
て水を用いた場合、溶液の循環量が多いことや循環ポン
プの吐出圧が大きくなることから、冷温水ポンプの電気
消費量によるランニングコストが大きくなる欠点があっ
た。また、冷温水の熱の授受が顕熱のみによって変化す
るので熱輸送回路（冷温水回路）の配管が太くなって、
工事のイニシャルコストが高くなるという欠点もあっ
た。一方では、冷房時、室内空調機に導く冷水の温度は
７℃程度の低温が一般的であるが、この時の吸収冷凍機
の蒸発器における冷媒蒸発の温度は約５℃である。吸収
冷凍機は冷凍運転特性上冷水の温度が高い状態で運転さ
れることが望ましいが、このような低温で運転すること
は成績係数が低下し、ランニングコストの増大をまねく
欠点があった。

【０００５】また、熱輸送回路（冷温水回路）の熱輸送
媒体としてフロンを用いた場合、フロン媒体を設定温度
で液体あるいは蒸気で循環させるので、そのときの循環
量や圧縮比率を満足させる循環用ポンプおよび圧縮機が
必要となり、また暖房時には冷房時よりも媒体温度が高
くなるため、さらに高圧の圧縮機が必要となる。そし
て、気相液相の相変化により体積の変化率が大きいので
膨張手段が必要となる。これらの結果、コストが高くな
るという欠点がある。また、暖房時にヒートサイフォン
方式を採用した場合、媒体の流れから室内空調機と吸収
冷凍機の位置が限定される（室内空調機は吸収冷凍機よ
りも上方に設置されなければならない）。しかも、フロ
ンはオゾン層を破壊するなどの環境問題もある。

【０００６】従って、本発明の目的はこれら問題点を解
消し、熱輸送回路（冷温水回路）の熱輸送媒体として熱
可逆型吸水性高分子を含有する水溶液を循環させること
により、その循環量を減少させ、循環用ポンプの負荷を
少なくして、吸収冷凍機本体の所要動力を低減すること
のできる熱輸送システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の本発明の目的は、
熱輸送システムを以下の構成としたことから達成され
る。即ち、熱輸送回路の中に、冷房時の冷水温度付近に
転移温度を有する熱可逆型吸水性高分子Ａと、暖房時の
温水温度付近に転移温度を有する熱可逆型吸水性高分子
Ｂとを含有する水溶液を循環させること、そして、この
熱輸送回路が吸収冷凍機の蒸発器と冷暖房用の室内空調
機の間に設けられていることを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は熱輸送回路（冷温水回路）の熱輸送媒
体として熱可逆型吸水性高分子を含有する水溶液を循環
させることにより熱輸送を行う。この熱可逆型吸水性高
分子は転移温度以上で水から分離し、その温度以下では
水を吸着し溶解する。このとき、水からの分離作用のと
きは吸熱反応であり、吸水（吸着）作用のときは発熱反
応である。熱輸送回路（冷温水回路）の中に、冷房時の
冷水温度付近に転移温度を有する熱可逆型吸水性高分子
Ａと、暖房時の温水温度付近に転移温度を有する熱可逆
型吸水性高分子Ｂとを含有する水溶液を循環させる。す
ると、冷房時には、熱可逆型吸水性高分子Ａが吸収冷凍
機の蒸発器で冷却され、水溶液に溶解し、室内空調機に
輸送される。このとき熱可逆型吸水性高分子Ｂは転移温
度以下であるので当然水溶液に溶解している。室内空調
機に輸送された水溶液は、室内から熱を奪い熱可逆型吸
水性高分子Ａの転移温度以上となって、熱可逆型吸水性
高分子Ａは水から分離し、熱を吸着しつつ懸濁状態とな
って蒸発器に循環する。このとき熱可逆型吸水性高分子
Ｂの転移温度はより高温側にあるので、熱可逆型吸水性
高分子Ｂは水溶液として熱輸送回路（冷温水回路）内を
循環している。次に、暖房時には、熱輸送回路（冷温水
回路）内の水溶液の温度は高温になっており、熱可逆型
吸水性高分子Ａはその転移温度以上となっていることか
ら、この高温では完全に懸濁状態となっている。しか
し、熱可逆型吸水性高分子Ｂは転移温度がこの高温状態
の付近にあるため、吸収冷凍機の蒸発器で加熱され水か
ら分離して懸濁状態となって室内空調機に入る。ここで
室内にて熱を放出して転移温度以下になった水溶液に、
熱可逆型吸水性高分子Ｂは溶解しつつ発熱して室内の暖
房を行う。このように本発明では、熱可逆型吸水性高分
子の相転移の際の吸熱および発熱（潜熱）を利用してい
るので、より効率的な熱輸送が可能である。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面を参照しな
がら説明する。図１は本発明を実施する場合の概略図で
あり、符号Ｓは吸収冷凍機、Ｒは室内空調機およびＣは
熱輸送回路（冷温水回路）を示している。熱輸送回路
（冷温水回路）Ｃは吸収冷凍機Ｓと室内空調機Ｒとを接
続している。

【００１０】吸収冷凍機Ｓには、臭化リチウムを吸収剤
とし、水を冷媒とする吸収液が循環しており、この希溶
液を加熱する高温再生器１と、加熱された希溶液から冷
媒蒸気と中間濃度の吸収液を分離する分離器２と、高温
熱交換器７で冷却された中間濃度の吸収液を前記冷媒蒸
気で加熱して再び冷媒蒸気を発生させる低温再生器３
と、低温再生器３で発生した冷媒蒸気と低温再生器３の
加熱に用いられた冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器４と、こ
の凝縮器４で凝縮した冷媒液を蒸発させる蒸発器６と、
前記低温再生器３で冷媒を蒸発させて生成された吸収液
を希溶液と熱交換させて冷却する低温熱交換器８と、熱
交換器で冷却された吸収液に前記蒸発器６で蒸発した冷
媒蒸気を吸収させて希溶液を生成する吸収器５と、生成
された希溶液を熱交換器７および８を経て高温再生器１
へ送給する溶液循環ポンプ９と、蒸発器６の熱輸送媒体
が流れていない側と分離器２とを冷暖房切替弁１０を介
して接続する管路とが備わっている。なお、分離器２か
ら蒸発器６に冷暖房切替弁１０を介して配管で連絡され
るラインは、冷房時はこの冷暖房切替弁１０が閉、暖房
時は開となる。そして、凝縮器４および吸収器５は冷却
手段１１および１２で冷却される。この冷却手段は空冷
式または水冷式のどちらでもよい。

【００１１】熱輸送回路（冷温水回路）Ｃは吸収冷凍機
Ｓの蒸発器６と接続しており、他方は室内空調機Ｒ内の
室内熱交換器１３に連なっており、ここで室内との熱交
換を行っている。熱輸送回路（冷温水回路）Ｃには熱輸
送媒体としての熱可逆型吸水性高分子を含有する水溶液
が循環ポンプ１４によって循環している。この熱輸送媒
体としての熱可逆型吸水性高分子を含有する水溶液に
は、冷房時の冷水温度付近に転移温度を有する熱可逆型
吸水性高分子Ａと、暖房時の温水温度付近に転移温度を
有する熱可逆型吸水性高分子Ｂとが含まれている。

【００１２】これら熱可逆型吸水性高分子は各種の高分
子物質から合成可能であるが、以下に示すようなものが
用いられる。Ｎ−イソプロピルアクリルアミドやＮ−ｎ
−プロピルアクリルアミドなどのＮ−置換アクリルアミ
ド誘導体、Ｎ−ｎ−プロピルメタクリルアミドなどのＮ
−置換メタクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジ置換アクリ
ルアミド誘導体、ポリビニルメチルエーテルなどのポリ
エーテル系物質、およびビニルアルコール系物質等であ
る。

【００１３】また、これら熱可逆型吸水性高分子の水溶
液における濃度は、いずれも１０〜３５重量％が望まし
い。１０重量％以下の場合、全体の転移熱量が小さくな
りすぎて利用できず、３５重量％以上の場合、水溶液の
粘度が高くなりすぎる。１０〜３５重量％のときには、
水溶液の粘度が水の約３０倍以下の範囲内におさまる。
以下に、実施例を示す。

【００１４】（実施例）熱可逆型吸水性高分子Ａとして
転移温度９.５℃のポリ−Ｎ−アクリロイル−１，４−
ジオキサ−８−アザスピロ〔４，５〕デカンを用い、熱
可逆型吸水性高分子Ｂとして転移温度４５.５℃のポリ
−Ｎ−エトキシエチルメタクリルアミドを用いた。これ
らをそれぞれ２０重量％含む高分子水溶液を熱輸送媒体
として熱輸送回路（冷温水回路）Ｃに循環させる。冷房
暖房の切替えは、図１における吸収冷凍機Ｓ本体で行
い、熱輸送媒体は常に吸収冷凍機Ｓの蒸発器６内を流れ
る。

【００１５】冷房時は、冷暖房切替弁１０が閉となって
おり、吸収冷凍機Ｓにおいて冷房システムが作動する。
この時、蒸発器６内では冷媒が蒸発して５℃程度の温度
となっている。その結果、熱輸送媒体中に含まれる熱可
逆型吸水性高分子ＡおよびＢともに転移温度以下である
ために水に溶解して水溶液の状態となっている。この熱
輸送媒体が循環ポンプ１４によって蒸発器６から室内空
調機Ｒに送られ、室内熱交換器１３で室内の熱を奪って
温度が上昇し、１０℃以上になると熱可逆型吸水性高分
子Ａは転移温度以上になるため離水しながら吸熱して周
囲から熱を奪う。この場合、熱可逆型吸水性高分子Ａは
懸濁状態となり、再び蒸発器６に戻って冷却されて水に
溶解して水溶液となる。熱可逆型吸水性高分子Ｂはこの
サイクルを通して転移温度以下であるので水溶液のまま
である。

【００１６】暖房時は、冷暖房切替弁１０は開に切替
り、蒸発器６には分離器２から加熱された冷媒蒸気が導
入され、温度が６０℃程度にまで上昇している。このた
め熱輸送媒体は加熱され、熱可逆型吸水性高分子Ａおよ
びＢともに転移温度以上となっているため水から分離し
懸濁状態となって蒸発器６から室内空調機Ｒに輸送され
る。この懸濁状態で室内空調機Ｒに入ってきた熱輸送媒
体は、室内熱交換器１３において室内に熱を放出し、そ
の温度を低下する。その結果、温度が４５.５℃以下に
なると熱可逆型吸水性高分子Ｂは転移温度以下になるの
で、水に溶解しつつ発熱し、周囲に放熱する。こうして
水溶液となった熱可逆型吸水性高分子Ｂは再び蒸発器６
に戻って加熱され離水して懸濁状態となる。熱可逆型吸
水性高分子Ａはこのサイクルを通して転移温度以上であ
るので懸濁状態のままである。

【００１７】このように本発明においては、熱可逆型吸
水性高分子の相転移時の吸熱や発熱を冷房時や暖房時に
利用しているので、効率のよい熱輸送が可能である。な
お、熱可逆型吸水性高分子Ａとして、上記実施例で用い
たもの以外にも、転移温度１１.０℃のポリ−Ｎ−１−
メトキシメチルプロピルアクリルアミドや転移温度８.
７℃のポリ−Ｎ−イソプロポキシプロピルアクリルアミ
ドが、また、熱可逆型吸水性高分子Ｂとして、転移温度
６０.５℃のポリ−Ｎ−（２，２−ジメトキシエチル）
−Ｎ−メチルアクリルアミドや転移温度５５.５℃のポ
リ−Ｎ−（１，３−ジオキソラン−２−イル）−Ｎ−メ
チルアクリルアミド等が利用可能であることが確認され
ている。

【００１８】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、熱可逆
型吸水性高分子の水からの分離時や水への溶解時の転移
熱（潜熱）を利用して熱輸送に供している。そこで水と
対比してその効果を調べてみる。熱輸送媒体の循環量を
６００kg/h、温度の変化量を５℃とし、２０重量％の熱
可逆型吸水性高分子を含む水溶液を用いるものとする。
この時の熱可逆型吸水性高分子の転移熱量は約２０kcal
/kgである。まず、水の場合は、６００kg/h×５℃×１
（比熱）×１（比重）＝３０００kcal/hで熱輸送可能で
ある。これに対し、熱可逆型吸水性高分子を用いた場
合、２０重量％の熱可逆型吸水性高分子の転移熱（潜
熱）の収支は、６００kg/h×１（比重）×０.２（水溶
液中の割合）×２０kcal/kg＝２４００kcal/hであっ
て、熱可逆型吸水性高分子の相転移によって２４００kc
al/hの熱の授受がある。次に、顕熱変化による収支は、
６００kg/h×０.８（水溶液中の水の割合）×５℃×１
（比熱）×１（比重）＝２４００kcal/h、また、６００
kg/h×０.２（水溶液中の割合）×５℃×０.３（比熱）
×１（比重）＝１８０kcal/hであり、合計２５８０kcal
/hである。従って、熱可逆型吸水性高分子を用いた場合
には、転移熱（潜熱）の収支と顕熱変化による収支とを
合わせて合計４９８０kcal/hの熱を輸送できる。これを
水の場合と比較してみると、約１.６倍の熱輸送が可能
となる。即ち、熱可逆型吸水性高分子を熱輸送媒体とし
て利用することにより、熱輸送媒体の循環量の低減や吸
収冷凍機Ｓの熱交換器の小型化や室内空調機Ｒの小型軽
量化が可能となる。

【００１９】また、フロン系を用いた場合には、気相液
相の間の相変化によるため体積の変化率が大きく、圧縮
機のみならず膨張手段が必要となるが、熱可逆型吸水性
高分子を用いる場合は、同じ潜熱を得る相変化でも、水
溶液から懸濁状態（固相と液相の間）の変化であり、体
積の変化率も小さく熱輸送回路に必要となるものは、循
環ポンプのみでよくなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する場合の一実施例の概略図であ
る。

【図２】従来の技術を説明するための図である。

【符号の説明】

Ｓ吸収冷凍機Ｒ室内空調機Ｃ熱輸送回路６蒸発器１３室内熱交換器１４循環ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱輸送回路の中に、冷房時の冷水温度付
近に転移温度を有する熱可逆型吸水性高分子Ａと、暖房
時の温水温度付近に転移温度を有する熱可逆型吸水性高
分子Ｂとを含有する水溶液を循環させることを特徴とす
る熱輸送システム。
【請求項２】請求項１において、熱輸送回路が吸収冷
凍機の蒸発器と冷暖房用の室内空調機の間に設けられて
いることを特徴とする熱輸送システム。