JPH11257777A

JPH11257777A - 太陽熱利用冷暖房装置

Info

Publication number: JPH11257777A
Application number: JP10058278A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Murata; 田恭夫村; Yasushi Koyama; 山靖児; Tomohiko Horizoe; 添智彦堀; Hiroshi Kojima; 島弘小; Masaru Edera; 寺勝江
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】設備能力として計算し得る程度に安定した冷
暖房能力を有しており、コンパクト化の要請及び省エネ
ルギの要請に応えることが出来る様な太陽熱利用冷暖房
装置の提供。【解決手段】吸収器（１１）、再生器（２２、２
４）、凝縮器（１３）、蒸発器（１４）を有する吸収冷
温水機（２０）と、太陽熱を吸収する手段（１）と、吸
収した太陽熱を伝達するため熱媒体が流過する熱伝達系
（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１０−１、Ｌ１０−２、Ｌ１２）と、
前記蒸発器（１４）を通過する冷水ライン（Ｌ１３）及
び前記熱伝達系が接続される熱的負荷（９、１５）とを
備えており、前記吸収冷温水機（２０）の吸収器（１
１）と再生器（２２）とを連通する溶液ライン（Ｌ２
０）に太陽熱投入用熱交換器（２６）を介装し、該熱交
換器（２６）は前記溶液ライン（Ｌ２０）を流れる溶液
と前記熱伝達系（Ｌ１０−１）から分岐したライン（Ｌ
１２）を流れる熱媒体との間で熱交換を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽熱を吸収する
手段と、吸収した太陽熱を伝達するため熱媒体が流過す
る熱伝達系とを有する所謂「ソーラーシステム」に関す
る。より詳細には、ソーラーシステムと組み合わせた冷
暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】その様なソーラーシステムと組み合わせ
た冷暖房システムの従来技術が、図２で示されている。
図２において、太陽熱を吸収する手段であるソーラーパ
ネル１からの温水または温熱を有するブライン、或いは
発生蒸気は、配管系Ｌ１を介して熱交換器２に到達す
る。そして、当該温水、ブライン或いは発生蒸気が保有
する熱量は、熱交換器２を介して、蓄熱槽３に連通する
配管系Ｌ２内を流過する流体に対して伝達される。

【０００３】配管系Ｌ２からは、貯湯槽４に連通する配
管系Ｌ３が分岐しており、前記温水、ブライン或いは発
生蒸気が保有する熱量が伝達された流体が貯湯槽４に供
給されて、その内部の水を加熱する。貯湯槽４には図示
しない給水源から配管Ｌ４を介して給水され、一方、貯
湯槽４からは、配管Ｌ５、補助熱源５、配管Ｌ６を介し
て給湯需要６に対して湯が供給される。

【０００４】前記温水、ブライン或いは発生蒸気が保有
する熱量が伝達された流体（ソーラーパネルで吸収され
た太陽熱を伝達された流体：熱媒体）は蓄熱槽３に蓄え
られており、暖房ルートの配管Ｌ１０−１、ポンプ７を
介して空調機８に供給される。そして、空調機８におい
て、蓄熱槽３に蓄えられた流体が保有する熱量は、暖房
負荷９側へ伝達される。暖房負荷９側へ熱量を伝達した
流体は、配管Ｌ１０−２を介して蓄熱槽３に戻される。

【０００５】蓄熱槽３よりも空調機８側の領域には、吸
収冷凍機１０が設けられている。この吸収冷凍機１０は
所謂「温水焚吸収冷凍機」であり、吸収器１１、再生器
１２、凝縮器１３、蒸発器１４と、これらの各機器を連
通する配管系とを有し、蓄熱槽３に蓄えられているソー
ラーパネルで吸収された太陽熱を伝達された流体は、配
管Ｌ１０−１から分岐した冷房ルートの配管Ｌ１２を流
過して、再生器１２で吸収溶液と熱交換をして冷媒蒸気
を発生させる。発生した冷媒蒸気は凝縮器１３で凝縮さ
れ、凝縮して液相となった冷媒は蒸発器１４に供給され
る。

【０００６】蒸発器１４には、空調機８と連通する冷水
が流過する冷水ラインＬ１３が設けられている。そし
て、液相冷媒は冷水ラインＬ１３を流過する冷水から気
化熱を奪って蒸発する。それと同時に冷水は冷却されて
空調機８に戻る。空調機８において、冷水の保有する冷
熱は冷房負荷１５側へ伝達される。また、蒸発した冷媒
は、吸収器１１において吸収溶液に吸収される。

【０００７】吸収器１１で発生する吸収熱を除去し、且
つ、凝縮器１３において蒸気冷媒を凝縮するため、冷却
水配管Ｌ１４内を冷却水が流過しており、該冷却水を冷
却するため、配管Ｌ１４にはクーリングタワー１６が設
けられている。なお図２において、符号１７は膨張槽を
示している。そして、配管Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１０−１、Ｌ
１０−２、Ｌ１２は、「吸収した太陽熱を伝達するため
熱媒体が流過する熱伝達系」を構成している。

【０００８】図２のシステムは、それ自体、有効なもの
ではある。しかし、図２で示す様なシステムは冷凍機１
０の駆動熱源として太陽熱のみを用いており、太陽熱は
天候の影響を受けるため、常に且つ確実に冷暖房能力が
得られるという保証が無い。そのため、図２のシステム
で得られる冷暖房能力は、設備能力として計算すること
が出来ないという問題を有している。

【０００９】ここで、図２で示すシステムから冷暖房能
力を常時、確実に得るため、非常に巨大な蓄熱槽３をシ
ステム中に組み入れておくことが考えられる。しかし、
その様な蓄熱槽３を設けると、システム全体が非常に大
きくなってしまうので不都合である。

【００１０】また、吸収冷凍機１０に追焚用ボイラ（図
示せず）を組み合わせることも考えられる。しかし、ボ
イラの熱源は高質燃料であるため、高質燃料により発生
する熱量を単効用吸収冷凍サイクルの熱源として用いる
ことは、省エネルギの要請と反することになり、不都合
である。

【００１１】同様な不都合は、冷凍機１０に代えて、太
陽熱のみを用いて駆動される一重二重効用吸収冷凍機を
用いた場合にも存在する。すなわち、太陽熱のみを用い
たのでは設備能力として計算することが出来なくなり、
計算出来る様にするためには非常に巨大な蓄熱槽が必要
となる。そして、追焚用ボイラと組み合わせた場合に
は、高質燃料により発生する熱量が一重二重効用吸収冷
凍機の単効用側の駆動熱源として用いられてしまうの
で、省エネルギの要請に反する結果となる。

【００１２】ソーラーシステムと組み合わされた冷暖房
システムにおいて、特に省エネルギの要請に応えること
が出来る様にするため、ソーラーパネルで吸収された太
陽熱を伝達された流体を一重二重効用吸収冷凍機の温水
焚再生器（低温再生器）の駆動熱源として利用し、且
つ、高温再生器は都市ガス等の高質燃料を駆動熱源とす
る様に構成することも可能である。しかし、一重二重効
用吸収冷凍機は、それ自体の構造は複雑であり、熱源機
重量が大きい、という問題を有している。また低温再生
器側に供給される熱量（太陽熱）の変換効率が低くなる
ので、太陽熱を優先的に利用するには非常に複雑な制御
が必要になる、という問題も有している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、設備能力
として計算し得る程度に安定した冷暖房能力を有してお
り、コンパクト化の要請及び省エネルギの要請に応える
ことが出来る様な太陽熱利用冷暖房装置の提供を目的と
している。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽熱利用冷暖
房装置は、吸収器、再生器、凝縮器、蒸発器を有する吸
収冷温水機と、太陽熱を吸収する手段と、吸収した太陽
熱を伝達するため熱媒体が流過する熱伝達系と、前記蒸
発器を通過する冷水ライン及び前記熱伝達系が接続され
る熱的負荷（冷房負荷及び暖房負荷）とを備えており、
前記吸収冷温水機の吸収器と再生器とを連通する溶液ラ
インに太陽熱投入用熱交換器を介装し、該熱交換器は前
記溶液ラインを流れる溶液（稀溶液）と前記熱伝達系か
ら分岐したライン（冷凍機側の配管）を流れる熱媒体と
の間で熱交換を行うことを特徴としている。

【００１５】本発明において、前記吸収器は高温再生器
と低温再生器を有しており、前記太陽熱投入用熱交換器
は吸収器と高温再生器とを連通する稀溶液ラインに介装
されているのが好ましい。換言すれば、前記吸収器は所
謂「シリーズフロータイプ」の吸収冷凍機であるのが好
ましい。但し、これに限定される主旨では無く、前記吸
収器は所謂「パラレルフロータイプ」の吸収冷凍機であ
っても良い。或いは、前記吸収器は所謂「リバースフロ
ータイプ」の吸収冷凍機であっても良い。リバースフロ
ータイプの場合には、前記太陽熱投入用熱交換器は、吸
収器と低温再生器とを連通する稀溶液ラインに介装され
るのが好ましい。

【００１６】係る構成を具備する本発明によれば、吸収
した太陽熱を伝達する熱伝達系から分岐したラインを流
れる熱媒体（ソーラーパネルで吸収された太陽熱を伝達
された流体）は、その保有する熱量を、前記太陽熱投入
用熱交換器を介して、吸収冷温水機の吸収器と再生器と
を連通する溶液ラインを流れる溶液（稀溶液）に伝達或
いは供給する。その結果、再生器に供給される溶液の温
度が上昇し、太陽熱が吸収冷凍機において有効利用さ
れ、都市ガス等の高質燃料の使用量が少なくても、必要
且つ十分な冷媒蒸気が発生する。

【００１７】ここで、天候が悪くて、熱媒体（ソーラー
パネルで吸収された太陽熱を伝達された流体）の温度が
さほど上昇していなくても、吸収器と再生器とを連通す
る溶液ラインを流れる稀溶液の液温よりも高ければ、吸
収冷凍機の効率向上に確実に寄与する。従って、天候が
悪くても太陽熱が有効に利用されるのである。

【００１８】本発明において、熱媒体の温度をセンサで
計測し、前記稀溶液よりも低温の場合には、前記熱伝達
系から分岐したラインが太陽熱投入用熱交換器をバイパ
スする様に構成すれば、熱媒体の温度が極端に低くて
も、前記稀溶液側から太陽熱投入用熱交換器を介して熱
が逆流してしまうことが防止出来る。

【００１９】また、本発明によれば、天候が悪くても太
陽熱を有効に利用出来て、熱媒体の温度を一定温度以上
に保つ要請は存在しないので、蓄熱槽を設けなくても良
い。そのため、システム全体をコンパクトにまとめるこ
とが可能となる。

【００２０】さらに、熱媒体を低温再生器へ供給する場
合に比較して、前記太陽熱投入用熱交換器を介して、熱
媒体の保有する熱量を溶液ラインを流れる溶液（稀溶
液）に供給する本発明においては、太陽熱の利用効率或
いは変換効率が高くなる。

【００２１】これに加えて、前記太陽熱投入用熱交換器
を介して、熱媒体の保有する熱量を溶液ラインを流れる
溶液（稀溶液）に供給する本発明においては、冷凍機或
いはシステム全体に複雑な制御を組み込む必要が無い。
特に、太陽熱が吸収冷凍機へ優先的に利用される構造と
なるので、ソーラーパネルで吸収された太陽熱を伝達さ
れた流体を一重二重効用吸収冷凍機の低温再生器の駆動
熱源として利用し、且つ、高温再生器は都市ガス等の高
質燃料を駆動熱源とする様に構成した場合に比較する
と、そのメリットが明白となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して、本発明の
１実施形態について説明する。なお図１において、図２
と同一な部材には同一の符号を付してある。

【００２３】図２において、太陽熱を吸収する手段であ
るソーラーパネル１からの温水または温熱を有するブラ
イン、或いは発生蒸気は、配管系Ｌ１を介して熱交換器
２に到達する。そして、当該温水、ブライン或いは発生
蒸気が保有する熱量（太陽熱）は、熱交換器２を介し
て、蓄熱槽３に連通する配管系Ｌ２内を流過する流体に
対して伝達される。

【００２４】ソーラーパネル１で吸収された太陽熱を伝
達された流体（熱媒体）は蓄熱槽３に蓄えられており、
暖房ルートの配管Ｌ１０−１、ポンプ７を介して空調機
８に供給される。そして、空調機８において、蓄熱槽３
に蓄えられた流体が保有する熱量は、暖房負荷９側へ伝
達される。暖房負荷９側へ熱量を伝達した流体は、配管
Ｌ１０−２を介して蓄熱槽３に戻される。そして、蓄熱
槽３に蓄えられている流体（熱媒体）は、配管Ｌ１０−
１から分岐した冷房ルートの配管Ｌ１２を流過して、吸
収冷凍機１０（後述）へ連通する。

【００２５】ここで、図２と同様に、配管Ｌ１、Ｌ２、
Ｌ１０−１、Ｌ１０−２、Ｌ１２は、「吸収した太陽熱
を伝達するため熱媒体が流過する熱伝達系」を構成す
る。

【００２６】蓄熱槽３よりも空調機８側の領域には、吸
収冷凍機１０が設けられている。この吸収冷凍機１０は
所謂「シリーズフロータイプ」の吸収冷凍機であり、高
温再生器２２と低温再生器２４を有している。

【００２７】ここで符号２８は、高温再生器２２で加熱
された高温の中間濃度溶液と、溶液ラインＬ２０を流れ
る稀溶液とで熱交換をするための高温溶液熱交換器を示
す。符号３０は、低温再生器からの高濃度溶液と、溶液
ラインＬ２０を流れる稀溶液とで熱交換をするための低
温溶液熱交換器である。そして符号３２は、高温再生器
２２において稀溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させるた
めのバーナであり、符号３４は、バーナ３２に都市ガス
等の高質燃料を供給するための高質燃料供給手段を示し
ている。

【００２８】高温再生器２２及び低温再生器２４で発生
した冷媒蒸気は、凝縮器１３で凝縮されて液相冷媒とな
り、該液相冷媒は蒸発器１４において冷水ラインＬ１３
を流過する冷水から気化熱を奪って蒸発する。それによ
り、冷水は冷却されて空調機８に戻り、冷水の保有する
冷熱が冷房負荷１５側へ伝達される。

【００２９】吸収器１１と高温再生器２２を連通する配
管Ｌ２０（溶液ライン）には太陽熱投入用熱交換器２６
が介装されている。太陽熱投入用熱交換器２６には配管
Ｌ１２も連通しており、配管Ｌ１２内を流れる熱媒体が
保有する熱量（太陽熱）を、溶液ラインＬ２０を流れる
稀溶液に供給している。ここで、稀溶液に太陽熱が供給
されると稀溶液の液温が上昇し、バーナ３２からの加熱
量が少なくても、吸収冷凍機２０の運転に必要な冷媒蒸
気が高温再生器２２及び低温再生器２４から発生する。
そして、バーナ３２による加熱量が少なくて済むため、
バーナ３２へ供給される高質燃料の消費量も少量で済
む。すなわち、熱交換器２６を介して太陽熱を供給した
分だけ、高質燃料の消費量が減少し、吸収冷凍機２０の
効率が向上する。

【００３０】ここで、天候が悪く、配管Ｌ１２内を流れ
る熱媒体の温度がさほど上昇していなくても、配管Ｌ１
２内の熱媒体の液温が、溶液ラインＬ２０を流れる稀溶
液の液温よりも高ければ、熱交換器２６を介して熱媒体
が保有する熱量（太陽熱）が稀溶液に対して供給され
る。すなわち、天候が悪くても太陽熱は吸収冷凍機２０
で有効に利用される。

【００３１】ここで、配管Ｌ１２内を流れる熱媒体の温
度が極端に低いと、溶液ラインＬ２０を流れる稀溶液か
ら、熱交換器２６を介して、配管Ｌ１２内を流れる熱媒
体へ熱が逆流してしまう恐れが存在する。しかし、図１
の実施形態においては、配管Ｌ１２には熱媒体温度を計
測する温度センサ（図示せず）と、太陽熱投入用熱交換
器２６をバイパスするバイパス配管Ｌ２６とが設けら
れ、該温度計測手段の出力に応答して開閉する三方弁３
６が介装されている。そして、配管Ｌ１２内を流れる熱
媒体の温度を図示しない温度センサで計測し、その温度
が溶液ラインＬ１２を流れる稀溶液よりも低温であれ
ば、熱媒体がバイパス配管Ｌ２６を流れ、太陽熱投入用
熱交換器２６をバイパスする様に、三方弁３６を制御す
る様に構成されている。従って、悪天候時等で熱媒体の
温度が低下しても、溶液ラインＬ１２内を流れる稀溶液
が太陽熱投入用熱交換器２６により冷却されてしまう事
態は防止されるのである。

【００３２】上述した通り図１の実施形態では、天候が
悪くても太陽熱を有効に利用することが出来るので、従
来の単効用吸収冷凍機を用いた場合の様に、熱媒体の温
度を一定温度以上に保つ要請は存在しない。そのため、
蓄熱槽３を格別大きくしなくても良い。さらに、図１の
実施形態では蓄熱槽３の省略が可能である。そして、蓄
熱槽３を省略することにより、図示のシステム全体をコ
ンパクト化することが可能である。

【００３３】太陽熱投入用熱交換器２６を介して、熱媒
体の保有する熱量（太陽熱）を溶液ラインＬ２０を流れ
る稀溶液に供給する図１の実施形態では、太陽熱の冷房
への変換効率が０．７〜１．０であり、従来のシステム
の（太陽熱の冷房への）変換効率０．６５〜０．７に比
較して、極めて良好となる。

【００３４】これに加えて、太陽熱投入用熱交換器２６
を介して熱媒体の保有する熱量（太陽熱）を溶液ライン
Ｌ２０を流れる稀溶液に供給する図１の実施形態では、
必要な制御は上述した三方弁３６の開閉制御程度であ
り、複雑な制御は行われていない。

【００３５】暖房に際しては、図２で説明したのと同様
に、蓄熱槽３、配管Ｌ１０−１、空調機８を介して、太
陽熱を暖房負荷９に対して供給すれば良い。これに加え
て図１の実施形態によれば、配管Ｌ１２を流れる熱媒体
が保有する熱量（太陽熱）も暖房負荷９へ供給すること
が出来る。すなわち、吸収冷凍機２０の図示しない開閉
弁を操作することにより、高温再生器２２及び低温再生
器２４で発生した蒸気を、凝縮器１３（冷却水の供給が
停止しているため、蒸気が供給されても凝縮しない様に
なっている）を介して蒸発器１４に供給し、蒸気が保有
する熱量を冷水ラインＬ１３内を流れる水に供給し、冷
水ラインＬ１３を流れる水が空調機８を介して、暖房負
荷９へ当該熱量を供給するのである。

【００３６】なお、その他の構成については、図２の従
来技術と同様であるので、説明は省略する。

【００３７】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。（１）天候に左右されること無く、冷暖房能力が設備
能力として確実に計算することが出来る。（２）大きな蓄熱槽を必要としない。また、蓄熱槽そ
のものの省略が可能である。そのため、システム全体が
コンパクトになる。（３）従来のソーラシステムと組み合わせた冷暖房シ
ステムに比較して、太陽熱の冷房への変換効率が向上す
る。（４）冷凍機自体の重量が、従来の一重二重効用吸収
冷凍機に比較して小さく、且つ、軽量である。そして、
温水焚の単効用吸収冷凍機に比較してもコンパクトであ
る。（５）冷凍機の構成や制御が複雑化することが無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態を示すブロック図。

【図２】従来技術の一例を示すブロック図。

【符号の説明】

１・・・ソーラーパネル２、２６、２８、３０・・・熱交換器３・・・蓄熱槽４・・・貯湯槽５・・・補助熱源６・・・給湯需要７・・・ポンプ８・・・空調機９・・・暖房負荷１０、２０・・・吸収冷凍機１１・・・吸収器１２、２２、２４・・・再生器１３・・・凝縮器１４・・・蒸発器１５・・・冷房負荷１６・・・クーリングタワー１７・・・膨張槽Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１０−１、Ｌ１０−２、Ｌ１２・・・配
管（吸収した太陽熱を伝達するため熱媒体が流過する熱
伝達系）Ｌ１３・・・冷水ラインＬ１４・・・冷却水配管３２・・・バーナ３４・・・高質燃料供給手段３６・・・三方弁Ｌ２６・・・バイパス配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江寺勝千葉県市川市市川４−３−９

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸収器、再生器、凝縮器、蒸発器を有す
る吸収冷温水機と、太陽熱を吸収する手段と、吸収した
太陽熱を伝達するため熱媒体が流過する熱伝達系と、前
記蒸発器を通過する冷水ライン及び前記熱伝達系が接続
される熱的負荷とを備えており、前記吸収冷温水機の吸
収器と再生器とを連通する溶液ラインに太陽熱投入用熱
交換器を介装し、該熱交換器は前記溶液ラインを流れる
溶液と前記熱伝達系から分岐したラインを流れる熱媒体
との間で熱交換を行うことを特徴とする太陽熱利用冷暖
房装置。
【請求項２】前記吸収器は高温再生器と低温再生器を
有しており、前記太陽熱投入用熱交換器は吸収器と高温
再生器とを連通する稀溶液ラインに介装されている請求
項１の太陽熱利用冷暖房装置。