JPS6020666B2 - 吸収式蓄熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱媒流体、吸収溶液の潜熱を利用した蓄熱が可
能であり、蓄熱槽の小形化、熱損失の低減ならびに低温
城での蓄熱による防熱構造の簡略化をはかり得る如き深
夜電力利用システムに好適な吸収式蓄熱装置を提供する
ことを目的とするものである。

従釆の蓄熱装置特に深夜電力利用方式のこの種装置は水
の顕熱利用の低温或は高温で蓄熱させるものが一般的で
あるので、単位容積当りの蓄熱量が少ないことから蓄熱
槽が大形となり、設置スペースを広く占有するし「蓄熱
槽を収納させる建造物の構造を耐荷重性に富むものとし
なければならないので設備費が高騰する経済上の難点が
あった。

さらに蓄熱槽よりの熱損失が大きい欠点があるし、熱損
失を仰えるため防熱線造に形成したのでは糟自体のコス
トが上昇するなど実用上の問題が多くて〜深夜電力利用
によるランニングコストの低下が実質的に望み得なかっ
た。

本発明はか〆る従来装置が多くの問題点を有しているこ
とに鑑みて、上述せる種々の欠陥を根本的に排除し得る
新規な蓄熱装置を堤供すべく成されたものであり「特に
その基本となすところは水などの熱嬢流体と、リチウム
プロマイド溶液などの吸収溶液の両潜熱を利用した常用
温度下での蟹熱を可能となした点にあり、かつＬか）る
基本的なシステムを特定構造の装置形態として完成させ
ることに実用化を可能ならしめたことにある。

しかし本発明は気・液相変化し得る水の如き熱煤流体を
収容しＬ この熱煤流体の液相中に第１熱交換器および
第２熱交換器を内蔵させた密閉構造の第１蓄熱槽、前記
熱煤流体を吸収し稀釈する際に吸収熱を発生する吸収溶
液を収容しｔ該吸収溶液中に第３熱交換器および第４熱
交換器を内蔵させた密閉構造の第２蓄熱槽、それ等第１
蓄熱槽と第２蓄熱槽の各気相部間を蓮通させて配設した
管路中に開閉弁を開設せしめた配管路「第１熱交換器と
第３熱交換器と圧縮機を含んで冷煤循回路に形成した冷
凍機からなりし第１熱交換器を蒸発器「第３熱交換器を
凝縮器として夫々作用させる前記冷凍機の蓄熱サイクル
運転と前記開閉弁の開放操作とを運動させて、前記熱媒
流体を冷熱源として第１蓄熱槽内に、前記吸収溶液の濃
液を溢熱源として第２蓄熱槽内に分離貯溜させることに
より蓄熱を行わせる一方、前記第２熱交換器に前記第１
蓄熱槽内の熱嫌流体を加熱蒸発させるための加熱熱源を
連絡して前記第４熱交換器から温熱源を取り出し得る如
くした構成を特徴とする。また、第２番目の発明は上述
の温熱源を取り出す吸収式藷熱装置であるのに対して冷
熱源を取り出す吸収式蟹熱装置の構成を特徴とするもの
であって、第４熱交換器と第２熱交換器との間の熱源側
、利用側の関係を逆となし、第熱交換器に前記第２巻熱
槽内の吸収溶液を冷却する冷却熱源を連絡し、前記第２
熱交換器から冷熱源を取り出し得る如くした構成の有す
る。かかる特徴を有する本発明装置の具体的実施袋贋に
ついて添付図照しつつ以下詳細に説明する本発明装置は
第亀図に示すように、第１蓄熱槽１と第２審熱槽２から
なる分離蓄熱糟と、両蓄熱槽１９ ２の各気相部間の蓮
通させる配管路３と、蓄熱サイクル或いは放熱サイクル
に切換え得る冷凍機墨とを主要構成部となしている。

第１審熱槽１（以下第１糟１と略称する）は「密閉構造
の耐圧槽５内に適当量の熱煤流体例えば水を上層部に気
相が存するよう封入させて、水相中に第１熱交換器６（
以下第１コイル６と略称する）および第２熱交換器７（
以下第２コイル７と略称する）を前記水との熱交換可能
に横設させている。

一方、第２蓄熱槽２（以下第２槽２と略称する）は同じ
く密閉構造となした耐圧槽８内に適当量の吸収溶液例え
ばリチウムプロマイド濃溶液を上層部が常に気相部とな
るよう封入させて、さらに吸収溶液中に第３熱交換器９
（以下第３コイル９と略称する〉および第４熱交換器１
０（以下第４コイル１０と略称する）を前記吸収溶液と
の熱交換可能に横設させている。

前記熱媒流体としては水が一般的に用いられるが「ある
圧力下で蒸発と凝縮を行ない所謂気液相変化が可能であ
っ前記吸収溶液とは化学的変化をしない流体であれば各
種の流体が使用可能である。

また「吸収溶液はＩＪチウムブロマィ溶液に限らず熱煤
流体を吸収して稀釈した場合に吸収熱を発生する如き各
種の溶液ばＣａＣそ２ ，ＺｎＣ〆２ ，ＨｇＣ夕２
，ＭｇＢｒ２，ＮａＯＨ，グリセリン，ＬｉＣタそ，砂
糖などが利用可能である。

なお「第１図々示例は第１番目の発明によ係る温熱を蓄
熱する形態の装置例であって、第２コィル７は戸外の陽
光照射場所に酉己設した大腸先熱器２０と配管で連絡し
て水を循環流通させるように０しており、一方、第４コ
イル１０セま暖房対象城に設けた空調機の放熱コイルと
配管で連絡して水を循環流通させるようにしている。

次に配管路３は管途中に開閉弁１１を介設していて、必
要に応じて該弁１１を開放或し、は閉成させるようにな
っている。

一方、冷凍機４は、この例においては第１コイル６，第
３コイル９，圧縮機１２，四路切換弁１３，吸熱用対空
気コイル１４，三方弁１５，膨脹弁１６および１７，逆
止弁１８を備えていて、蓄熱サイクルと放熱サイクルと
に運転を切換えできるが、蓄熱サイクル時には四路切換
弁１３を図示弁位置に操作させて、実線矢示の如く圧縮
機１２→第３コイル９→膨脹弁１６→三方弁１５→第１
コイル６→圧縮機１２の袷媒流通を行わせ、第３コイル
９を加熱用凝縮器に、第１コイル６を吸熱用蒸発器とし
て夫々作用させ、また、放熱サイクル時には四路換弁１
３を切換操作させて、破線矢示の如く、圧縮機１２→第
１コイル６→三方弁１５→膨脹弁１７→対空気コイル１
４→圧縮機１２の冷媒流通を行わせ、第１コイル６を加
熱用凝縮器、対空気コイル１４を吸熱用蒸発器として所
謂ヒートポンプ運転を行わせるようになっている。

叙上の構成になる馨熱装置の運転態様を次に説明すれば
、先ず深夜特殊電力利用による蓄熱運転の場合は開閉弁
１１を開放させて冷凍機４を蓄熱サイクルにより運転す
る。第２槽２内の吸収溶液を第３コイル９により例えば
５０００に加熱させることによって、吸収溶液中から含
有する熱煤流体を蒸発させて吸収溶液を例えば５５％か
ら６５％に濃縮させる一方、第１槽１内では第１コイル
６により例えば３〜７℃の冷煤で熱煤流体を冷却させる
ことによって、第２槽２から配管路３を経て流入してき
た熱煤流体例えば水の蒸気は第１槽１内で凝縮液化する
。か）る運転を所定時間行うことによって、第１槽１に
は熱媒流体が低温液として貯溜される一方、第２槽２に
は吸収濃溶液として貯溜される。

この蓄熱運転終了後開閉弁１１を閉じ、冷凍機４の運転
を停止させるが、以上の叢熱運転を通じて第２コイル７
、第４コイル１０内の水の循環は停止させておく。次に
放熱運転即ち暖房運転に入らせるには、開閉弁１１を開
放させ、かつ第２コイル７、第４コイル１０内の水を循
環流通させると、第１糟１内の水は、集熟器２０によっ
て太陽熱を取り高温となった第２コイル７内の温水と熱
交換して加熱されるので、蒸発して水蒸気となり、配管
路３を経て第２槽２内に送られる。

そしてこの水蒸気は第２槽２内の吸収濃溶液に吸収され
るので、水蒸気の凝縮熱と吸収嬢溶液の吸収熱とは第４
コイル１０内の水と熱交換して該水を４０〜４５午０程
度に加熱される。

従ってこの温水を暖房用熱源水として有効に利用できる
。

以上の両運転についての説明から明らかなように、第１
糟１内の水と第２糟２内の吸収濃溶液とが夫々分離貯溜
されることによって暖房運転時の加熱源として有効に蓄
熱されることとなるのである。

なお、集熱器２０では能力が十分でなければ冷凍機４の
放熱サイクル運転を併行させても良く、集熱器２０を使
用せずに冷凍機４の放熱サイクル運転のみによっても勿
論差支えない。

また、熱源としては太陽熱の他に外気熱、工場費Ｅ熱等
１５ｏｏ〜６０ｏｏの低温の熱源を利用しても良い。

上記篭熱装置において、第１槽１における第２コイル７
と第２糟における第４コイル１０の熱源側・利用側の関
系を逆となして、第４コイル１０に冷却塔で冷却した水
、河川水もしくは他の冷凍機の低圧冷煤など冷却熱源を
連絡しと第４コイル１０を熱源側熱交換器となす一方、
第２コイル７は室内側熱交換器との間で水の循環流路を
形成させることにより、第２槽２内の吸収溶液を冷却し
て水蒸気の吸収能を高めてその結果「第１糟１内の蒸発
を促進させるようにすれば「第２コイル７から冷水を取
り出すことができ、これを冷却用熱源として用いる冷房
運転が勿論可能となる。

この場合の装置が第２番目の発明に係る吸収式蓄熱装置
に対応するものである。しかして上記装置において、第
１糟１と第２槽２とを第２図々示のごとく穣並びの並列
方式となし、相互に対向する檀壁部は熱干渉が無いよう
に断熱構造とするともに、気相部相互を開閉弁１１が介
された配管３で連絡して一体構造に形成させて、これを
第３図のように熱干渉を断たせて横並置した２つの断熱
坂萱２０，２１の内底部に鯨鷹させれば、断熱庫２０を
保冷庫、断熱庫２１を保温庫として使用することがきる
。

この場合、第２図イ〜二に示すように、深夜電力を利用
して冷凍機４を運転して第１糟１内の水を冷却し、かつ
第２糟２内の吸収溶液を加熱するとく第２図イ参照）、
第１糟１内には水が〜第２槽２内には吸収濃液が夫々貯
溜されて蓄熱状態（第２図口参照）となる。

昼間に断熱庫２８；傘１を運転させる場合には開閉弁奮
１を開放させると第２図の夕もから三の状態に変移して
第１糟１内水が完全に蒸発しさるまで保冷と保温を同時
に継続し行わせることができる。

次に本発明装‐贋が実用装置として好適であることを明
確にするために「具体的な条件を設定して説明を加える
と「冷凍機亀の能力を加熱能力が１１，０００Ｋｃａ夕
／比 冷却能力が８，０００Ｋｃａメノ日である３馬力
相当となし「深夜の運転時間を５時間に設定して、第２
槽２内のＬ旧ｒ液を５０ｏ０に加熱させて５５％から６
５％まで濃縮した場合、第２糟２内の圧力を１２脚Ｈｇ
に規定するとト発生水蒸気温度は１３００となる。

深夜電力による第２糟芝内の液加熱能力は１１，０００
Ｋｃａメノ鯛ｘ班ｉ５５，０００ＫＣａそＬＩＢｎ液（
６０％濃度、５０ｏＣ）での蒸発潜熱は７２２−６８＝
６５４Ｋｃａそノｋ９従って第２糟２内での蒸発水量は ５５ ０００÷６５４申８４ｋｇ となり、第２糟２内の初期ＬｉＢｒ液量を×とすると、
冬渋痔５三Ｑ６５の式が成り立つことから×こ５４６ｋ
ｇ（３２０〆）となり「 故に第２槽２の容積は約０．４ああればよい。

一方、第１糟亀もこついて述べると「第２糟２で蒸発し
た水蒸気を冷却液化するに必要な冷却能力は８４ｋ９×
５９０Ｋｃａクノ白４９，６００Ｋｃａそ一方「冷凍機
母の冷却能力は８，００岬ｃａメノ日だから、４３ ６
００ノ５‐８，ＯＱＯ±２９ ００雌ｃａメノ日の補助
冷却機構が必要となる。

そして第１槽書の客綬は雛ｋｇの水を貯蔵し得るもので
あればよいので略々Ｑ．１船あれば十分である。

次に暖房運転の場合を説明すると、水温８℃の第１糟貴
を適当な熱源で加熱する一方、第２檀孝では第１糟亀で
蒸発した水を吸収させるようにすると〜第２糟２での吸
収全能力即ち雛ｋ９の水を全豊蒸発させた場合の能力は
「滋ｋｇｘ６５巡ｃａムノｋ９Ｅ５５，０００Ｋｃａ〆
となる。

第２糟２内ＬＩＢｒ溶液の温度は約５０ｏｏとなり、取
出し温水温度は４０〜５０ｏ○の範囲におさまる。

一方「第１糟１では開閉弁１１を開放するに先立って適
当な熱源により８℃から５０００に加熱させたものとす
れば「水蒸気圧：９３側Ｈｇ 凝縮潜熱；７３３−８３＝６５０Ｋｃａそ／Ｋｇ全能力
：６５０×８４＝５４ ６００Ｋｃａどの各値が得られ
る。

ここで第１糟翼加熱速度および第２糟２吸収速度が早く
、一方温水取出温暖か遅い場合には理論上「 第２横２
内ＬＩＢｒ溶液は最大９３００まで上昇する。

従って比較的高温例えば８０〜８５００の温水を取り出
すことも可能である。

なお「従来の水の顕熱のみを利用する蓄熱槽においては
前記暖房能力５５， ０００Ｋｃａそを蓄熱するには鍵
熱使用（△Ｔ）１５００とすると〜 ５５，００雌ｃａ
ゼノー５ｑＣｘＩＫｃａと／夕・ＯＣ）≠３， ７００
〆＝３，７あとなる。

上述の各数値から明らかないように両蓄熱槽亀９ ２の
容積は水の顕熱変化を利用した従来の蓄熱槽に比して約
８分の１となり小形化の効果は頗る大きく、しかも加熱
源の温度城が低くても加熱能力が十分大なるものが得ら
れる。

本発明は以上述べた構成としたからト蓄熱槽の外形が著
しく小形となって装置コストの低減がはかれるし〜常温
での蓄熱が可能となり、厳密に断熱処理した誓熱槽は必
要なく装置が至って簡素化されるし、長時間放遣しても
熱損失がなく蓄熱効率は極めて大である。

しかも本発明は低温レベルの熱源を利用できるため〜太
陽熱「排熱、外気熱を熱源とすることが可能で「一方〜
冷房の場合は冷却塔の水など比較的温度レベルの高い冷
却熱源が利用可能であるので〜省エネルギー装置として
好遜であり、そして８びＧ近辺の温水を取り出すことが
できる。

以上の如く本発明は種々のすぐれた効果を奏し〜実用価
値は頗る大でありｔ また深夜特別電力利用によってラ
ンニニンコストをより一層低減し得るものであり、誠に
有用な蓄熱装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置例に系る装置回路図、第２図イ〜ニ
は本発明装置例の善熱槽を運転態様順に機能的に示した
略示構造図、第３図は第２図々示の蓄熱槽を用いた保冷
・保温装置の略示構造図である。 １…・・・第１蓄熱槽、２・・・・・・第２蓄熱槽、３
・・・・・・配管路、４・・・・・・冷凍機、６・・・
・・・第１熱交換器、７・・・・・・第２熱交換器、９
・・・・・・第３熱交換器、１０…・・・第４熱交換器
、１１・・・・・・開閉弁、１２・・・・・・圧縮機、
１３・・・…四路切襖弁。 多′図 多ぐ図 髪テ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気・液相変化し得る水の如き熱媒流体を収容し、該
   熱媒流体の液相中に第１熱交換器６および第２熱交換器
   ７を内蔵させた密閉構造の第１蓄熱槽１、前記熱媒流体
   を吸収し稀釈する際に吸収熱を発生するリチウムブロマ
   イド溶液の如き吸収溶液を収容し、該吸収溶液中に第３
   熱交換器９および第４熱交換器１０を内蔵させた密閉構
   造の第２蓄熱槽１と第２蓄熱槽２の各気相部間を連通さ
   せて配設した管路中に開閉弁１１を介設せしめた配管路
   ３、第１熱交換器６、第３熱交換器９、圧縮機１２を含
   み冷媒循環回路に形成した冷凍機４からなり、第１交換
   器６を蒸発器、第３熱交換器９を凝縮器として夫々作用
   させる冷凍機４の蓄熱サイクル運転と開閉弁１１の開放
   操作とを連動させて、前記熱媒流体を冷熱源として第１
   蓄熱槽１内に、前記吸収溶液の濃液を温熱源として第２
   蓄熱槽２内に分離貯溜させることにより蓄熱を行わせる
   一方、前記第２熱交換器７に前記第１蓄熱槽１内の熱媒
   流体を加熱蒸発させるための加熱々源を連絡し、前記第
   ４熱交換器１０から温熱源を取り出し得る如くしたこと
   を特徴とする吸収式蓄熱装置。 ２ 気・液相変化し得る水の如き熱媒流体を収容し、該
   熱媒流体の液相中に第１熱交換器６および第２熱交換器
   ７を内蔵させた密閉構造の第１蓄熱槽１、前記熱媒流体
   を吸収し稀釈する際に吸収熱を発生するリチウムブロマ
   イド溶液の如き吸収溶液を収容し、該吸収液中に第３熱
   交換器９および第４熱交換器１０を内蔵させた密閉構造
   の第２蓄熱槽２、第１蓄熱槽１と第２蓄熱槽２の各気相
   部間を連通させて配設した管路中に開閉弁１１を介設せ
   しめた配管路３、第１熱交換器６、第３熱交換器９、圧
   縮機１２を含み冷媒循環回路に形成した冷凍機４からな
   り、第１熱交換器６を蒸発器、第３熱交換器９を凝縮器
   として夫々作用させる冷凍機４の蓄熱サイクル運転と開
   閉弁１１の開放操作とを連動させて、前記熱媒流体を冷
   熱源として第１蓄熱槽１内に、前記吸収溶液の温熱源と
   して第２蓄熱槽２内に分離貯溜させることにより蓄熱を
   行わせる一方、前記第４熱交換器１０に前記第２蓄熱槽
   ２内の吸収溶液を冷却する冷却熱源を連絡し、前記第２
   熱交換器７から冷熱源を取り出し得る如くしたことを特
   徴とする吸収式蓄熱装置。