| 【発明の名称】 |
熱管理装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】本田 伸
【氏名】石井 勝也
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| 【要約】 |
【課題】二酸化炭素の排出量を抑制しつつ、空調及び給湯を行う。
【解決手段】吸着器２０の廃熱（吸着熱及び凝縮熱）にて貯湯タンク３０内の温水を加熱する。これにより、室内空気又は室外空気から回収した熱を貯湯タンク３０に蓄えて効率的に給湯しながら、室内の空調（冷房及び暖房）を行うことができる。したがって、バーナ１０の稼働率を抑制して二酸化炭素の排出量が増加することを抑制しつつ、空調及び給湯を行うことができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱を発生する熱源（１０）と、熱を蓄える蓄熱器（３０）と、冷媒が封入されたケーシング（２１ａ、２２ａ）を有し、このケーシング（２１ａ、２２ａ）内に、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する吸着剤（２１ｂ、２２ｂ）が収納された吸着器（２０）と、熱媒体と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（４０）と、熱媒体と室内空気とを熱交換する室内熱交換器（５０）と、前記熱源（１０）、前記吸着器（２０）、前記室内熱交換器（５０）及び前記室外熱交換器（４０）のうち少なくとも２つに熱媒体を循環させるポンプ（Ｐ１〜Ｐ４）と備え、前記吸着器（２０）内にて冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させ、さらに、前記熱源（１０）及び前記吸着器（２０）にて発生した熱、並びに前記両熱交換器（４０、５０）にて回収した熱が、前記蓄熱器（３０）にて蓄えることができるように構成されていることを特徴とする熱管理装置。
【請求項２】 熱を発生する熱源（１０）と、熱を蓄える蓄熱器（３０）と、冷媒が封入されたケーシング（２１ａ、２２ａ）を有し、このケーシング（２１ａ、２２ａ）内に、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する吸着剤（２１ｂ、２２ｂ）が収納された吸着器（２０）と、室外から熱を回収する熱回収手段（４０、６０）と、熱媒体と室内空気とを熱交換する室内熱交換器（５０）と、前記熱源（１０）、前記吸着器（２０）、前記室内熱交換器（５０）及び前記室外熱交換器（４０）のうち少なくとも２つに熱媒体を循環させるポンプ（Ｐ１〜Ｐ４）と備え、前記吸着器（２０）内にて冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させ、さらに、前記熱源（１０）及び前記吸着器（２０）にて発生した熱、並びに前記室内熱交換器（５０）及び前記熱回収手段（４０、６０）にて回収した熱が前記蓄熱器（３０）にて蓄えることができるように構成されていることを特徴とする熱管理装置。
【請求項３】 前記熱回収手段は、太陽の日射熱を回収する太陽熱集熱パネル（６０）であることを特徴とする請求項２に記載の熱管理装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸着式冷凍機を基礎として、空調及び給湯を行うことができる熱管理装置に関するもので、住宅や店舗等の据え置き型の熱管理装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】吸着式冷凍機（吸着式ヒートポンプ）を利用した給湯器として、例えば特開昭６０−２００５２号公報に記載の発明では、吸着式ヒートポンプにて太陽熱を回収しつつ、その回収した太陽熱と燃焼バーナの燃焼熱とによって給湯用の温水を加熱している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、住宅や店舗等における熱需要は、給湯のみではなく、暖房や冷房等の空調需要もあり、空調用の熱需要の多くは、現状、火力発電による電力や化石燃料の燃焼させる等して賄われており、二酸化炭素の排出量を低減することが難しいという問題がある。
【０００４】この問題に対して、上記公報に記載の発明では、給湯用の熱需要に対しては、二酸化炭素の排出量を低減することができるものの、前述のごとく、住宅や店舗等における熱需要は給湯のみではなく、暖房や冷房等の空調需要もあるので、上記公報に記載の発明では、十分に二酸化炭素の排出量を低減することができない。
【０００５】本発明は、上記点に鑑み、二酸化炭素の排出量が増加することを防止しつつ、空調及び給湯を行うことができる熱管理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、熱を発生する熱源（１０）と、熱を蓄える蓄熱器（３０）と、冷媒が封入されたケーシング（２１ａ、２２ａ）を有し、このケーシング（２１ａ、２２ａ）内に、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する吸着剤（２１ｂ、２２ｂ）が収納された吸着器（２０）と、熱媒体と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（４０）と、熱媒体と室内空気とを熱交換する室内熱交換器（５０）と、熱源（１０）、吸着器（２０）、室内熱交換器（５０）及び室外熱交換器（４０）のうち少なくとも２つに熱媒体を循環させるポンプ（Ｐ１〜Ｐ４）と備え、吸着器（２０）内にて冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させ、さらに、熱源（１０）及び吸着器（２０）にて発生した熱、並びに両熱交換器（４０、５０）にて回収した熱が、蓄熱器（３０）にて蓄えることができるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】これにより、蓄熱器（３０）に蓄えられた熱により給湯を行えば、室内空気又は室外空気から回収した熱を蓄熱器（３０）に蓄えて効率的に給湯しながら、室内の空調（冷房及び暖房）を行うことができる。したがって、熱源（１０）の稼働率を抑制して二酸化炭素の排出量が増加することを抑制しつつ、空調及び給湯を行うことができる。
【０００８】請求項２に記載の発明では、熱を発生する熱源（１０）と、熱を蓄える蓄熱器（３０）と、冷媒が封入されたケーシング（２１ａ、２２ａ）を有し、このケーシング（２１ａ、２２ａ）内に、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離する吸着剤（２１ｂ、２２ｂ）が収納された吸着器（２０）と、室外から熱を回収する熱回収手段（４０、６０）と、熱媒体と室内空気とを熱交換する室内熱交換器（５０）と、熱源（１０）、吸着器（２０）、室内熱交換器（５０）及び室外熱交換器（４０）のうち少なくとも２つに熱媒体を循環させるポンプ（Ｐ１〜Ｐ４）と備え、吸着器（２０）内にて冷媒を蒸発させて冷凍能力を発揮させ、さらに、熱源（１０）及び吸着器（２０）にて発生した熱、並びに室内熱交換器（５０）及び熱回収手段（４０、６０）にて回収した熱が蓄熱器（３０）にて蓄えることができるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】これにより、蓄熱器（３０）に蓄えられた熱により給湯を行えば、室内空気又は室外から回収した熱を蓄熱器（３０）に蓄えて効率的に給湯しながら、室内の空調（冷房及び暖房）を行うことができる。したがって、熱源（１０）の稼働率を抑制して二酸化炭素の排出量が増加することを抑制しつつ、空調及び給湯を行うことができる。
【００１０】請求項３に記載の発明では、熱回収手段は、太陽の日射熱を回収する太陽熱集熱パネル（６０）であることを特徴とする。
【００１１】これにより、外気温度が低い場合であっても、蓄熱器（３０）に高温の熱を蓄えさせることができるので、熱源（１０）の稼働率を抑制しつつ、高温の温水を給湯することが可能となる。
【００１２】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、本発明に係る熱管理装置を一般家庭用の給湯・空調システムに適用したものであり、図１は、本実施形態に係る給湯・空調システムの模式図である。
【００１４】１０は灯油等の化石（石油）燃料を燃焼させることにより熱を発生し、熱媒体（本実施形態では、エチレングリコール系の不凍液が混入された水）を加熱するバーナ（熱源）である。２０は冷媒（本実施形態では、水）を蒸発又は凝縮させる吸着器であり、この吸着器２０は、図２に示すように、第１、２吸着ユニット２１、２２及び熱媒体流れを切り換える第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４を有して構成されたものである。
【００１５】なお、第１、２吸着ユニット２１、２２は、冷媒が封入された略真空のケーシング２１ａ、２２ａ、このケーシング２１ａ、２２ａ内に収納された冷媒を脱着する吸着剤（本実施形態では、シリカゲル）２１ｂ、２２ｂ、熱媒体と吸着剤２１ｂ、２２ｂとを熱交換する第１熱交換器２１ｃ、２２ｃ、及びケーシング２１ａ、２２ａ内に封入された冷媒と熱媒体とを熱交換する第２熱交換器２１ｄ、２２２ｄ等からなる周知のものである。また、吸着剤２１ｂ、２２ｂは、周知のごとく、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加熱されることによりその吸着した冷媒を脱離するものである。
【００１６】また、図１中、３０は給湯用の温水（給湯水）を保温貯蔵する貯湯タンク（蓄熱器）であり、この貯湯タンク３０内には、常に所定以上の温水量が蓄えられるように自動的に給水されている。そして、４０は熱媒体と室外空気とを熱交換する室外熱交換器（以下、室外器と略す。）であり、５０は熱媒体と室内空気とを熱交換する室内熱交換器（以下、室内器と略す。）である。
【００１７】６１、６２は熱媒体と貯湯タンク３０内の温水とを熱交換する第１、２タンク内熱交換器である。そして、第１タンク内熱交換器６１は温水を加熱するためのものであり、第２タンク内熱交換器６２は温水から熱を取り出すものである。このため、第１タンク内熱交換器６１は貯湯タンク３０内の下方側に設けられ、第２タンク内熱交換器６２は、貯湯タンク３０内上方側に設けられている。
【００１８】Ｐ１〜Ｐ４は熱媒体を循環させる第１〜４ポンプであり、Ｖ５〜Ｖ１０は熱媒体流れを切り換える第５〜１０切換弁である。そして、第１〜４ポンプＰ１〜Ｐ４、第１〜１０切換弁Ｖ１〜Ｖ１０及びバーナ１０は、電子制御装置（図示せず。）により制御されている。
【００１９】次に、本実施形態に係る給湯・空調システムの作動について述べる。
【００２０】１．夏場等の外気温度が比較的高い（２５℃以上）場合１．１ 冷房及び温水加熱を行うとき第１〜３ポンプＰ１〜Ｐ３及びバーナ１０を稼働させるとともに、第５〜１０切換弁Ｖ５〜Ｖ１０を図１の実線に示すように作動させる。なお、吸着器２０内の第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４については、図２の実線で示す状態と破線で示す状態とを所定時間毎に切り換える。なお、この所定時間は、吸着剤２１ｂ、２２ｂの水分吸着量が飽和するまでの必要な時間、及び吸着した水分脱離するに必要な時間等を考慮して適宜選定されるものである。
【００２１】これにより、吸着器２０内にて冷媒が蒸発することにより発生した冷凍能力は、第２熱交換器２１ｄ、２２ｄ及び熱媒体を介して室内器５０に伝達され、室内空気が冷却される。
【００２２】このとき、室内の空気から熱を奪って蒸発した気相冷媒を吸着剤２１ｂ、２２ｂに吸着させることにより継続的に冷媒を蒸発させるとともに、気相冷媒を吸着する際に発生する吸着熱が第１熱交換器２１ｃ、２２ｃ及び熱媒体を介して第１タンク内熱交換器６１に伝達される。
【００２３】一方、バーナ１０から供給される熱は、吸着剤２１ｂ、２２ｂを加熱して吸着剤２１ｂ、２２ｂに吸着した水分を脱離蒸発させる（吸着器の再生）ために消費される。そして、吸着剤２１ｂ、２２ｂから脱離した気相冷媒は、貯湯タンク３０内の温水を加熱して温度が低下した熱媒体により、第２熱交換器２１ｄ、２２ｄ冷却される（凝縮する）とともに、熱媒体に凝縮熱を与える。
【００２４】したがって、冷媒を蒸発させて室内の冷房を行いながら、冷房時に発生した廃熱（吸着熱及び凝縮熱）により貯湯タンク３０内の温水を加熱することができるので、廃熱を無駄にすることなく、有効に温水の加熱をすることができる。
【００２５】なお、上述の説明から明らかなように、廃熱のうち吸着熱は室内器５０を介して室内空気から回収した熱であり、凝縮熱はバーナ１０により与えられた熱である。したがって、室内空気から回収された熱、及びバーナ１０の燃焼熱は、貯湯タンク３０にて蓄えられることとなるので、貯湯タンク３０は、温水を蓄えるとともに、一定以上の熱量を蓄える（保持する）蓄熱器としても機能する。
【００２６】１．２ 温水の加熱のみ行う場合第１〜３ポンプＰ１〜Ｐ３及びバーナ１０を稼働させるとともに、第５〜１０切換弁Ｖ５〜Ｖ１０を図３の実線に示すように作動させる。なお、吸着器２０内の第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４については、冷房及び温水を加熱を行うときと同じである。
【００２７】これにより、吸着器２０内の冷媒は室外器４０にて室外空気から熱を奪って蒸発するので、室外器４０にて室外空気から回収した熱、及びバーナ１０の燃焼熱により貯湯タンク３０内の温水を加熱することができ、有効に温水の加熱をすることができる。
【００２８】なお、発明者の試算によれば、バーナ１０から供給される熱媒体の温度が８０℃であって、室外空気の温度が２５℃以上であれば、上記１．１、１．２いずれの場合であっても、貯湯タンク３０内の温水温度を略４５℃以上に保持することが可能であるとの結論を得ており、一般家庭用においては、十分に給湯することができる。
【００２９】２．外気温度が比較的低い場合において、温水を加熱するとき２．１ 温水の加熱のみ行う場合外気温度が比較的低い場合には冷房を行う必要ないので、上記１．２と同様な作動にて温水の加熱を行う。
【００３０】これにより、室外器４０にて室外空気から回収した熱、及びバーナ１０の燃焼熱により貯湯タンク３０内の温水を加熱することができ、有効に温水の加熱をすることができる。
【００３１】２．２ 外気温度が低く、温水温度を十分に昇温できないとき２．１では、バーナ１０の燃焼熱は、吸着器２０内の冷媒（の相変化）を介して貯湯タンク３０内の温水に伝達されるので、温水を冷媒の凝縮温度又は吸着温度以上まで加熱させることができない。そこで、この例では、第１〜３ポンプＰ１〜Ｐ３及びバーナ１０を稼働させるとともに、少なくとも第５、６切換弁Ｖ５、Ｖ６を図４の実線に示すように作動させ、かつ、第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４を図５に示すように作動させる。
【００３２】これにより、バーナ１０にて加熱された高温の熱媒体が直接に第１タンク内熱交換器６１内を循環するので、外温度が低い（２５℃以下の）ときであっても、貯湯タンク３０内の温水温度を十分に昇温することができる。
【００３３】３．冬場において暖房及び温水の加熱を行う場合３．１ 外気温温度が比較的高い（１０℃より高い）のとき第１〜４ポンプＰ１〜Ｐ４及びバーナ１０を稼働させるとともに、第５〜１０切換弁Ｖ５〜Ｖ１０を図６の実線に示すように作動させる。なお、吸着器２０内の第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４については、上記１．２（温水の加熱のみ行う場合）と同じである。
【００３４】これにより、室外器４０にて室外空気から回収した熱、及びバーナ１０の燃焼熱により貯湯タンク３０内の温水が加熱されるとともに、第２タンク内熱交換器６２熱媒体、及び室内器５０を介して温水の熱が室内空気に放熱される。
【００３５】３．２ 外気温度が低い（１０以下）のときこのときにおいて、バーナ１０から８０℃の熱媒体が供給されるものとすると、貯湯タンク３０内の平均温水温度は約３０℃であり、十分に暖房及び給湯をすることができない。そこで、第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４を上記２．２（図５）と同様に作動させる。
【００３６】これにより、バーナ１０にて加熱された高温の熱媒体が直接に第１タンク内熱交換器６１内を循環するので、外温度が低い（１０℃以下の）ときであっても、貯湯タンク３０内の温水温度を十分に昇温することができる。
【００３７】因みに、水道から貯湯タンク３０に供給される給湯水の温度を７℃とした場合において、貯湯タンク３０内の温水温度を４５℃まで上昇させるには、３０℃までは室外空気から回収した熱により加熱し、３０℃から４５℃まではバーナ１０の燃焼熱により加熱することとなる。
【００３８】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３９】本実施形態によれば、吸着器２０の廃熱（吸着熱及び凝縮熱）にて貯湯タンク３０内の温水を加熱するので、室内空気又は室外空気から回収した熱を貯湯タンク３０に蓄えて効率的に給湯しながら、室内の空調（冷房及び暖房）を行うことができる。したがって、バーナ１０の稼働率を抑制して二酸化炭素の排出量が増加することを抑制しつつ、空調及び給湯を行うことができる。
【００４０】（第２実施形態）第１実施形態では、室外器４０にて室外空気と熱媒体とを熱交換させて室外から熱を回収したが、室外器４０では、室外空気の温度以上の温度を有する熱を回収することが難しい。そこで、本実施形態では、図７に示すように、室外器４０に換えて太陽の日射熱を回収する太陽熱集熱パネル（以下、集熱パネルと略す。）６０を採用したものである。なお、本実施形態、室外器４０に換えて集熱パネル６０としたものであり、その作動は第１実施形態と同じであるので、作動説明を省略する。
【００４１】ここで、集熱パネル６０には、日射熱と熱媒体とを熱交換する熱交換器が内臓されており、集熱パネル６０は、外気温度が低い（例えば１０℃）であっても、外温度以上の温度（３０℃〜４０℃）を有する熱を室外から回収することができる。したがって、冬場等の外気温度が低い場合であっても、バーナ１０の消費燃料を減少させつつ、貯湯タンク３０内の温水温度を十分に上昇させることができる。
【００４２】因みに、本実施形態では、集熱パネル６０により高温の熱を得ることができるので、集熱パネル６０にて吸着剤の再生を行ってもよい。これにより、さらにバーナ１０の消費燃料を減少させることができる。
【００４３】（その他の実施形態）上述の実施形態では、熱源として化石燃料を燃焼させるバーナを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電機のエンジン廃熱、燃料電池の廃熱及び太陽熱等の１００℃以下の低温熱源であっても十分に機能する。
【００４４】また、上述の実施形態では、吸着剤としてシリカゲルを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸着剤として活性炭、ゼオライト、活性アルミナなどを用いてもよい。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１０日（１９９９．１１．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１０００２２
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 洋二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４１３２８（Ｐ２００１−１４１３２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２５日（２００１．５．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３２０１９０ |
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