JPH09507705A - 熱エネルギ分配システムに関する方法、および熱エネルギ分配システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、熱エネルギ分配システムに関する方法に関連し、熱エネルギ分配システムに関連する。この発明では、熱キャリアに吸収し、建物（４）の暖房用に集中的に発生した加熱エネルギをこれらの建物に配置された暖房装置（６）への一つの管または一つの管群（１）によって分配し、および、対応して、冷却集合体（１６−１９）によって集中的に発生した冷却エネルギをこれらの建物の冷房装置（５）への第２の管または管群（３）によって分配する。コストを下げるため、この冷却集合体（１６−１９）が、加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り管（２）から得た戻り液体によって凝縮されるように設けられ、および凝縮用に使った液体の少なくとも一部を戻り管（２）に直接供給し戻すように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 熱エネルギ分配システムに関する方法、および熱エネルギ分配システム この発明は、熱キャリアに吸収し、建物の暖房用に集中的に発生した加熱エネ ルギをこれらの建物に配置された暖房装置への一つの管または一つの管群によっ て分配し、および、対応して、吸収型冷却集合体によって集中的に発生した冷却 エネルギをこれらの建物の冷房装置への第２の管または管群によって分配する、 熱エネルギ分配システムに関する方法に関連する。この発明は、熱エネルギ分配 システムにも関連する。 今日、建物を冷房する最も普通の方法は、圧縮機集合体に基づき、使用場所に 分散した冷却集合体を使う。それらで、冷却力は、電力によって発生する。電力 消費量に対する建物の冷房の割合は、既にかなり高い；例えば、南ヨーロッパに 於いて電力消費量は、夏にピークになる。更に、このピークは消費のタイミング の観点で生産上都合が悪い。熱水道水の生産は別として、電気を生産するときに 必然的に発生する熱の他の用途はほとんどなく、例えば、海水凝縮器によって、 水路に、または冷却塔によって空気中に、凝縮で放出しなければならない。 冷却力は、電気の生産から得た廃熱によって所謂吸収媒体で作ることもでき、 そのような媒体の最も良く知られているものは、臭化リチウム／水およびアンモ ニア／水媒体である。電力の消費、従ってそれによる、例えば、ＣＯ２の放出を 減少することができ、廃熱を使用できるようにする。 冷気を作る最も安上がりの方法は、冷却力を原動所で集中的に生産し、地域暖 房と同様に、配管網を通してユーザに分配する、所謂地域冷房システムであろう 。これは、例えば、サービスコスト−これは現在に分散システムでは高い−、お よび使用の信頼性、時々起きる負荷ピークの影響の引下げ、等に、前向きの影響 を与える。 しかし、地域冷房システムは、投資コストが高いために一般的になっていない 。この方法で発生した冷気のｋＷｈ当りの値段は、電気の値段に比べて安いが、 地域暖房システムを造る価値のある気候帯では、冷気を必要とする時間数が少な 過 ぎて投資コストを賄えない。例えば、フィンランドには、それでそのようなシス テムが造られていない。それらの大多数は、日本、韓国および米国にある。 同時に出願したフィンランド国特許出願第９４０，３４２号は、冷却用水と暖 房用水の両方に共通の戻り管を配設することによって分配ネットワークのコスト を本質的に減少できる、熱エネルギ分配システムを開示している。この出願は、 地域冷房ネットワークのコストを更に下げることができる実施例も開示している 。条件は、建物の暖房、配管およびエアコンシステムをフィンランド国特許出願 第９４１，０３４号および第９１５，５１１号に示す原理に従って設計すること である。 更に、同時に出願したフィンランド国特許出願第９４０，３４３号は、建物の 冷房ネットワークと地域冷房システムの間の別々の熱交換器が不必要になる、熱 伝達システムを開示している。これは、地域冷房システムの高額費用目録の一つ を無くする。 しかし、このシステムの最大の費用目録は、吸収集合体とそれらの凝縮器から 成る。例えば、フィンランド国通商産業省と熱原動所協会の指示により行われた 研究である、‘集中冷房’で、全投資に対するそれらの割合が約５０％であると 認められた。 この発明の目的は、従来技術の欠点を無くすることができる方法およびシステ ムを提供することである。これは、この発明の方法およびシステムによって達成 される。この発明の方法は、加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り液 体を冷却集合体で凝縮水として使い、冷却集合体を離れる凝縮水の少なくとも一 部を加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り液体に直接戻すことを特徴 とする。次に、この冷却集合体が、加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの 戻り管から得た戻り液体によって凝縮されるように設えられていること、および 凝縮用に使った液体の少なくとも一部を戻り管に直接供給し戻すように設えられ ていることに特徴付けられている。 この発明の主な利点は、吸収集合体全体のコストを従来技術に比べて本質的に 下げることができ、それが地域冷房システムの収益性を大きく改善することであ る。吸収集合体に導いた加熱力は、すべてを地域暖房システムの供給水を予熱す るために再使用することができる。更に、この発明は、腐食、生水の処理、衛生 、および健康災害に関する多くの技術的問題を解決する。地域冷房システムの建 設が実際に可能になったとき、地域冷気に関する上記の利点も達成される。 以下に、添付の図面に示す実施例を参照して、この発明を詳細に説明する。そ れらの図面で、 第１図は、２室吸収集合体の全体図を示し、 第２図は、第１図の集合体を地域冷房およびエネルギ生産システムに接続する 方法を、模式的に示し、 第３図は、この発明によるシステムの第１実施例の全体図を示し、そして 第４図は、この発明によるシステムの第２実施例の全体図を示す。 第１図は、普通の２室臭化リチウム／水吸収集合体を示す。次に、第２図は、 第１図の集合体を地域冷房およびエネルギ生産システムに接続する方法を示す。 第１図は、この吸収集合体の種々の部分の温度分布も示す。明瞭にするために、 第２図には、冷媒用回路を含めない。 この集合体は、以下の原理で作動する。この集合体のボイラ装置１７の中は、 圧力が高く、水と臭化リチウムが溶液として存在する。この溶液から臭化リチウ ムを熱水または蒸気によって沸騰し、その熱水または蒸気は、ポンプ２２によっ てタービン９の凝縮管２０から得て、制御弁２１を介してこの凝縮管へ低温で戻 す。 蒸発した臭化リチウムは、凝縮装置１８の中で液体の形に凝縮し、その装置で 、冷却水ポンプ２３によって凝縮管２５および制御弁２４を介して水冷却器から 抽出した凝縮水によって冷却する。 液体の形に凝縮した臭化リチウムは、蒸発装置１６へ流れ、そこで低圧によっ て蒸発する。蒸発中、熱が吸収され、第１図に印す温度に到達する。ポンプ１５ によって制御弁１４を介して地域冷房ネットワークの戻り管２から得た水を蒸発 装置１６で冷却し、この地域冷房システムの供給管３に注ぎ込む。 この吸収集合体では、臭化リチウムが蒸発装置１６から吸収装置１９へ流れ、 そこで水を吸収し、溶液を再生産し、ポンプ２３によってボイラ部１７に注ぎ戻 される。この吸収装置での液化は、ポンプ２３、弁２４および管２５を介して得 た凝縮水で冷却することによって成される。 これらの図は、この凝縮水を冷却するための装置は示さない。吸収集合体では 、加熱水を通常海水熱交換器、冷却塔等で冷却する。 第１図に印す、この吸収集合体の種々の部分の温度は、凝縮水の温度が地域冷 房／地域暖房システムの戻り水の温度と殆ど同じであることを示す。 上記の観察によって、この発明が基づくものが理解できる：即ち、別の冷却装 置で作った水でなく、地域暖房／地域冷房システムから得た戻り水をこの吸収集 合体の凝縮水として使い、それがこの吸収集合体の過剰な熱を吸収してしまった とき、この戻り水を戻り管に戻し、予熱して熱水道水の生産に使用する。 上記の基本的概念が、この吸収集合体の投資コストをかなり減少する。上記の 研究によれば、凝縮水の冷却がこの吸収集合体の全体のコストの約３０％、即ち 、この地域冷房システム全体の投資の約１５％をなす。この費用目録がここでは 完全に無くなり、または少なくとも本質的に減少する。 上記に加えて、凝縮回路を閉ループ回路として実施することができ、それによ って冷却システムの腐食、汚損および詰り問題並びに関連する維持費を完全に無 くするかまたは本質的に減少することができることにも注目すべきである。この 発明を使用するとき、水処理に関する投資または運転費は必要なく、水の消費の 費用も必要ない。冷却塔についての特別な問題は、レジュネラまたは他の類似の バクテリアがこれらの冷却塔の中で増殖するという事実によってもたらされる健 康災害である。この欠点も、この発明によって無くされ、または本質的に減少さ れる。 上記は、この発明の背景および基礎を明確にする意図による。 第３図は、この発明によるシステムの第１実施例を示す。第３図で、水は、地 域暖房／冷房システムの戻り管２からポンプ２３によって管３４および制御弁２ ４を介して引込み、この吸収集合体の吸収装置１９に注ぎ込み、更に凝縮装置１ ８に注ぎ込む。大抵の水は、戻り管２６を介して地域暖房／地域冷房システムの 戻り管２へ送り戻される。もし、全冷却能力が必要なければ、水の一部を循環管 ２５を介してポンプ２３に戻す。 戻り管２６を介して地域暖房システムの戻り管２に注ぎ込まれ、約４０℃の温 度に予熱された水は、戻り水の、弁１４およびポンプ１５によって分離されてい ない部分と混ざり、この吸収集合体の蒸発装置１６で冷却され、地域冷却水とし て地域冷房システムの供給管３へ導かれる。混合した水は、ポンプ２７によって 制御弁２８を介して熱交換器１１に注ぎ込まれ；この熱交換器の中で、夏は、約 ６５°乃至７５℃の温度に加熱され、地域暖房システムの供給管１へ導かれる。 弁７は、地域暖房管１と地域冷房管３の間の管を、夏は閉じ；冬もし地域冷房管 ３を熱の蓄積のためまたは地域熱の伝達のために使うなら、この管を開く。 タービン９から得た凝縮物の一部は、ポンプ２２によって吸収集合体のボイラ 装置に注ぎ込まれ、そこでこの水から臭化リチウムを蒸発し、更に制御弁２１を 介して凝縮管へ戻される。混合した凝縮物は、熱交換器１１を通って凝縮器１２ へ流れ、その凝縮器は、例えば、ポンプ２９によって制御弁３０を介して得た生 水によって冷却される。そこからこの水は、供給水ポンプ１３によって蒸気ボイ ラ８に注ぎ込まれ、そこで発生した蒸気は、管１０によってタービン９に導かれ 、そこでこの蒸気が凝縮して凝縮管２０に戻る。 地域暖房水は、管１によって建物４の熱消費装置６に、夏には通常水道水熱交 換器に導かれる。対応して、地域冷房水は、管３によって、冷却力を要する装置 ５へ、通常はエアコン装置として働く熱交換器へ導かれる。上記の両装置から、 水は、共通の戻り管２へ戻る。 この発明の適用についての問題は、建物内の水道水消費量が大きく変動するこ と、および冷房が必要な場合の建物内の予測日常消費量が、もしこの吸収集合体 前の水温が＋２５℃で、集合体後が＋４０℃で、もし供給水温度が＋６５℃なら ば、この集合体の冷却に必要な水流を賄うに十分でないことである。 通常、温帯地域の社会では、大抵の建物が冷房システムを持っていない；即ち 、住宅では、冷房システムは非常にまれである。更に、大抵の建物には、蒸発冷 房で十分である。例えばフィンランドでは、全ての新しい建物の１０％未満が機 械的冷房システムを持っている。しかし、これらの建物でも、水道水は必要であ る。一般の水道水全体の消費量は、通常冷房を必要とする建物の役に立つ吸収集 合体の冷却水要求を満たすに十分である。これを図解するため、地域暖房管１お よび戻り管が、第３図では冷房を必要とする建物４を通過して伸びる。第３図は 、地 域冷房ネットワークをこの地域社会の文字通り真ん中にだけ造ることが通常経済 的で無いという事実も図解している。 しかし、もし、ある特別な場合に水道水の消費量が十分でないなら、この発明 の原理を第４図によって適用することができる。第４図では、吸収集合体の冷却 回路の循環管に凝縮器３２が配置されていて、循環水が、例えばポンプ３１を伴 う上記凝縮器で、制御弁３３を通って循環する生水によって冷却される。凝縮器 ３２の大きさは、どんな場合も、従来のシステムの凝縮器の大きさの数分の一に 過ぎない。この解決策は、まだ投資の非常な節約を意味するが、しかし他の技術 的利点は一部無くなる。しかし、凝縮器３２は、ピーク負荷状態で短時間しか使 わず、それで詰り、腐食およびその他の問題は、従来のプラントよりはっきりと 少なく、例えば、生水のコストもそうであることを銘記すべきである。 このネットワークは、貯蔵能力を有し、それによって水道水消費量の短期間、 即ち１〜２時間のピークを引下げることができる。その代りに、長期間のピーク の引下げは、より困難である。オフィスおよびビジネスの建物並びに公共の建物 では、水道水消費のピークと最大冷房力は、一致し、互いに補い合う。その代り 、水道水消費を利用すべき建物である住宅では、事情が異なる。 住宅では、水道水消費は、ウイークデーの午前７時から午後３時まではかなり 均一で、それから増え始める。大体午後９時にピークに達する。夜間の消費量は 、少ない。 オフィスの建物では、冷房の要求は、既に午前９時に発生し、午前１１時に最 大に達し、午後６時まで一定のままで、午後８時に終わる。消費量は、蒸発冷房 のピークカット能力のために、均等である。 水道水のピーク消費量と最大冷房効率との間の位相ずれは、地域冷房ネットワ ークが補正できないほど大きい。上記の問題は、このシステムに、またはそれと 関連して、適切に配設した冷気蓄積器によって無くすることができる。 この発明を上にある種の実施例によって説明した。しかし、この発明は、上の 実施例には限定されず、請求項の範囲内でかなり自由に変更することができる。 それで、この発明のシステムは、必ずしも図面に示したものと同じである必要は なく、他の種類の解決策も可能であると理解すべきである。それ自身知られてい る全てのパイプ結合は、この発明に利用することができる。この吸収集合体も、 もし凝縮水の温度が適当等ならば、他の既知の冷却集合体によって置換えること ができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年２月１９日 【補正内容】 請求の範囲 １． 熱キャリアに吸収し、建物（４）の暖房用に集中的に発生した加熱エネ ルギをこれらの建物に配置された暖房装置（６）への一つの管または一つの管群 （１）によって分配し、および、対応して、吸収型冷却集合体（１６−１９）に よって集中的に発生した冷却エネルギをこれらの建物の冷房装置（５）への第２ の管または管群（３）によって分配する、熱エネルギ分配システムに関する方法 に於いて、冷却集合体の凝縮水を冷却する装置を除去しまたは実質的に減少する ために、加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り液体（２）を冷却集合 体（１６−１９）で凝縮水として使い、冷却集合体（１６−１９）を離れる凝縮 水の少なくとも一部を加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り液体（２ ）に直接戻すことを特徴とする方法。 ２． 請求項１による方法に於いて、冷却集合体（１６−１９）の冷却回路の 中を循環する水が凝縮器（３２）によって冷却されることを特徴とする方法。 ３． 請求項１または請求項２による方法に於いて、凝縮水と地域暖房システ ム用熱供給水を作るために使うことを特徴とする方法。 ４． 熱キャリアに吸収し、建物（４）の暖房用に集中的に発生した加熱エネ ルギをこれらの建物に配置された暖房装置（６）への一つの管または一つの管群 （１）によって分配するように設けられ、および、対応して、吸収型冷却集合体 （１６−１９）によって集中的に発生した冷却エネルギをこれらの建物の冷房装 置（５）への第２の管または管群（３）によって分配するように設けられた、熱 エネルギ分配システムに於いて、冷却集合体の凝縮水を冷却する装置を除去しま たは実質的に減少するために、この冷却集合体（１６−１９）が、加熱エネルギ ／冷却エネルギ伝達システムの戻り管（２）から得た戻り液体によって凝縮され るように設けられていること、および凝縮用に使った液体の少なくとも一部を戻 り管（２）に直接供給し戻すように設けられていることを特徴とするシステム。 ５． 請求項４によるシステムに於いて、冷却集合体（１６−１９）の冷却回 路の循環管（２５）に凝縮器（３２）を配設したことを特徴とするシステム。 ６． 請求項４または請求項５によるシステムに於いて、凝縮用に使った液体 を地域暖房用熱供給水を作るために使うように設けられていることを特徴とする システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 熱キャリアに吸収し、建物（４）の暖房用に集中的に発生した加熱エネ ルギをこれらの建物に配置された暖房装置（６）への一つの管または一つの管群 （１）によって分配し、および、対応して、吸収型冷却集合体（１６−１９）に よって集中的に発生した冷却エネルギをこれらの建物の冷房装置（５）への第２ の管または管群（３）によって分配する、熱エネルギ分配システムに関する方法 に於いて、加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り液体（２）を冷却集 合体（１６−１９）で凝縮水として使い、冷却集合体（１６−１９）を離れる凝 縮水の少なくとも一部を加熱エネルギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り液体（ ２）に直接戻すことを特徴とする方法。 ２． 請求項１による方法に於いて、冷却集合体（１６−１９）の冷却回路の 中を循環する水が凝縮器（３２）によって冷却されることを特徴とする方法。 ３． 請求項１または請求項２による方法に於いて、凝縮水と地域暖房システ ム用熱供給水を作るために使うことを特徴とする方法。 ４． 熱キャリアに吸収し、建物（４）の暖房用に集中的に発生した加熱エネ ルギをこれらの建物に配置された暖房装置（６）への一つの管または一つの管群 （１）によって分配するように設けられ、および、対応して、吸収型冷却集合体 （１６−１９）によって集中的に発生した冷却エネルギをこれらの建物の冷房装 置（５）への第２の管または管群（３）によって分配するように設けられた、熱 エネルギ分配システムに於いて、この冷却集合体（１６−１９）が、加熱エネル ギ／冷却エネルギ伝達システムの戻り管（２）から得た戻り液体によって凝縮さ れるように設けられていること、および凝縮用に使った液体の少なくとも一部を 戻り管（２）に直接供給し戻すように設けられていることを特徴とするシステム 。 ５． 請求項４によるシステムに於いて、冷却集合体（１６−１９）の冷却回 路の循環管（２５）に凝縮器（３２）を配設したことを特徴とするシステム。 ６． 請求項４または請求項５によるシステムに於いて、凝縮用に使った液体 を地域暖房用熱供給水を作るために使うように設けられていることを特徴とする システム。