JP6099461B2 - Waste heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage - Google Patents
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Description
本発明は、200℃以下の排熱を蓄熱し空調熱源として時間差をもって利用可能にした、化学反応によって蓄熱、放熱する化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムに関する。 The present invention relates to an exhaust heat storage air-conditioning heat source system that uses chemical heat storage that stores and dissipates heat by a chemical reaction that stores exhaust heat of 200 ° C. or less and makes it available as an air conditioning heat source with a time difference.
近年、世界規模で地球温暖化対策が重要な課題となっている。また、有限なエネルギー資源の枯渇に備えた化石エネルギーの無駄のない利用により、持続可能な社会の実現も急務となっている。
このような中、未利用エネルギーを活用する「エネルギーの有効利用」として、例えば、発電プラントや化学プラントなどの工場、下水汚泥焼却プラント、ごみ焼却プラントなどの熱源から発生する低温排熱(200℃以下)を、潜熱蓄熱材(PCM)に蓄え、時間的、場所的にミスマッチな利用施設、例えば熱源施設の付属棟での時間差のある利用、例えば、病院やオフィス、公共施設などへのオフライン輸送での利用を可能とする潜熱蓄熱装置が提案されている。
この潜熱蓄熱装置によれば、その殆どが環境中に捨てられていた低温排熱を、効果的に利用することにより、化石燃料の使用量を抑制することができ、温室効果ガスの代表格である二酸化炭素ガスの削減にも、大きく貢献できることが知られている。
しかし、蓄熱した熱エネルギーを利用するに当たり、より高蓄熱密度で利用したい、夏が高温多湿の日本において、熱の利用として温熱の蓄熱利用だけでなく、蓄熱から直接冷熱が取り出せるようにしたい、との要請がある。この要請には、潜熱蓄熱材では全て応えきれるものではない。
ところで、反応器内に、化学蓄熱材を設け、大気圧よりも低い圧力場での水蒸気との反応により放熱を行い、加熱により化学蓄熱材が再生(つまり蓄熱)される化学蓄熱を使用した化学蓄熱システムが知られている。
化学蓄熱システムの特徴としては、水和反応及び脱水反応を行うので、大気圧よりも低い場に封じられた水を扱い、その沸点が大気圧下(絶対圧約100kPa)の100℃ではない、遙か低温(例えば1kPa程度なら10℃以下)になることが上げられる。この大気圧よりも低い圧力場の水温で、水和反応の場合外部加熱を要求する、つまり冷熱が取り出せるのである。
例えば、前記化学蓄熱を車両に使用した車両用化学蓄熱システムとして、車両に搭載された内燃機関の排気熱により脱水反応を行って蓄熱し、水和反応により放熱する化学蓄熱材が内蔵された反応器と、前記反応器から前記脱水反応に伴って放出された水蒸気の吸着及び吸着した水蒸気の脱着が可能な吸着材が内蔵された吸着器と、前記吸着器の吸着材から水蒸気を脱着させるための脱着促進手段と、前記反応器内の前記化学蓄熱材が水和反応により放熱した熱を加熱対象に伝える伝熱構造と、を備えた車両用化学蓄熱システムがある。(特許文献1参照)。
ところで、200℃以下の排熱を利用して、別なエネルギーとして利用しやすく、社会として利用量が多いエネルギーとして、空調エネルギーが上げられる。空調熱源としては、冷房用途として空調機の冷却コイルに送られる熱媒である冷水(7℃〜10℃程度の送り温度で、12℃〜18℃程度の還り温度の範囲)、暖房用途として空調機の温水コイルに送られる熱媒である温水(50℃〜60℃程度の送り温度で、45℃〜50℃程度の還り温度)として取り出せれば、汎用の空調に利用ができて都合がよい。
水和反応の圧力場(1kPa程度)、脱水反応の加熱温度(望ましくは150℃以下)からみて、適当な化学蓄熱材は、石膏や塩化カルシウム、臭化カルシウムなどが該当する。
この中で、潜熱蓄熱材として高性能なエリスリトール(融解潜熱320kJ/kg)と比較して、劣る石膏(水和熱116kJ/kg)を除き、高蓄熱密度を有する臭化カルシウム(水和熱480kJ/kg)や更に高い蓄熱密度を有する塩化カルシウム(水和熱890kJ/kg)を利用すれば、より高効率に冷熱及び温熱が空調熱源として利用できる。
ところが、塩化カルシウムは、今回の冷熱取りだしの水温域近傍及び水和反応の圧力域で潮解性があるので、反応を継続するためには、潮解しないように留意する必要がある。
In recent years, global warming countermeasures have become an important issue on a global scale. In addition, there is an urgent need to realize a sustainable society through the efficient use of fossil energy in preparation for the depletion of finite energy resources.
Under such circumstances, “effective use of energy” that utilizes unused energy includes, for example, low-temperature exhaust heat (200 ° C.) generated from heat sources such as factories such as power plants and chemical plants, sewage sludge incineration plants, and waste incineration plants. The following is stored in latent heat storage material (PCM) and used in time- and location-mismatched usage facilities such as hospitals, offices, public facilities, etc. A latent heat storage device that can be used in the field has been proposed.
According to this latent heat storage device, the amount of fossil fuel used can be reduced by effectively using the low-temperature exhaust heat that has been mostly discarded in the environment. It is known that it can greatly contribute to the reduction of certain carbon dioxide gas.
However, when using the stored heat energy, we want to use it at a higher heat storage density. There is a request. The latent heat storage material cannot meet all of this request.
By the way, a chemical heat storage material is provided in the reactor, heat is released by reaction with water vapor in a pressure field lower than atmospheric pressure, and chemical heat storage is used to regenerate (that is, store heat) the chemical heat storage material by heating. Thermal storage systems are known.
As a feature of the chemical heat storage system, hydration and dehydration reactions are performed, so water sealed in a field lower than atmospheric pressure is handled, and its boiling point is not 100 ° C. under atmospheric pressure (absolute pressure of about 100 kPa), It can be raised to a low temperature (for example, 10 ° C. or less for about 1 kPa). At the water temperature in a pressure field lower than the atmospheric pressure, external heating is required in the case of the hydration reaction, that is, cold energy can be taken out.
For example, as a vehicle chemical heat storage system using the chemical heat storage in a vehicle, a reaction incorporating a chemical heat storage material that stores heat by performing a dehydration reaction by exhaust heat of an internal combustion engine mounted on the vehicle and dissipates heat by a hydration reaction An adsorber containing an adsorbent capable of adsorbing and desorbing the adsorbed water vapor from the reactor, adsorbed with the adsorbed water vapor, and desorbing the water vapor from the adsorbent of the adsorber There is a vehicle chemical heat storage system comprising: a desorption facilitating means; and a heat transfer structure that transfers heat radiated by the chemical heat storage material in the reactor to the object to be heated. (See Patent Document 1).
By the way, by using exhaust heat of 200 ° C. or less, air conditioning energy can be raised as energy that is easy to use as another energy and is used in a large amount as a society. Air conditioning heat source is chilled water (heating temperature of 7 ° C to 10 ° C, return temperature range of 12 ° C to 18 ° C) and air conditioning as heating use. If it can be taken out as hot water (a feed temperature of about 50 ° C. to 60 ° C. and a return temperature of about 45 ° C. to 50 ° C.) that is a heat medium sent to the hot water coil of the machine, it can be used for general-purpose air conditioning. .
In view of the pressure field of the hydration reaction (about 1 kPa) and the heating temperature of the dehydration reaction (desirably 150 ° C. or less), suitable chemical heat storage materials include gypsum, calcium chloride, calcium bromide, and the like.
Among them, calcium bromide having a high heat storage density (hydration heat of 480 kJ) except for inferior gypsum (hydration heat of 116 kJ / kg) as compared with high performance erythritol (latent heat of fusion of 320 kJ / kg) as a latent heat storage material. / Kg) and calcium chloride having a higher heat storage density (hydration heat of 890 kJ / kg), cold and warm heat can be used more efficiently as an air conditioning heat source.
However, since calcium chloride has deliquescence in the vicinity of the water temperature range of this cold extraction and in the pressure range of the hydration reaction, it is necessary to be careful not to deliquefy it in order to continue the reaction.
引用文献1に記載の発明は、車両用化学蓄熱システムであり、自動車の運転に合わせて化学蓄熱材の温度が略450℃になるよう構成し、また水和材も酸化カルシウムを使用しているため300℃以上の排熱を必要とするものである。
前述のように、200℃以下の排熱を利用して、別なエネルギーとして利用しやすく、社会として利用量が多いエネルギーとして、空調エネルギーを取り出す今回の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムには適用できない。
水和材として、排熱として利用が経済的な温度である100数十度で再生が可能な塩化カルシウムを使用し、熱源として温熱と冷熱を同時に使用する化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムには、その基本構成や水和反応の圧力場(1kPa程度)、脱水反応の加熱温度(望ましくは150℃以下)等が異なっていて採用することができない。
本発明は、上記事実を考慮して、熱源として温熱と冷熱を同時に使用する化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムを得ることを目的とする。
また、本発明は、今回の冷熱取りだしの水温域近傍及び水和反応の圧力域で潮解性がある水和材の潮解を防止して継続した排熱利用ができる、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムを得ることを目的とする。
The invention described in the cited
As mentioned above, exhaust heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage of this time that takes out air conditioning energy as energy that is easy to use as another energy by using exhaust heat of 200 ° C or less Not applicable to
Waste heat storage air-conditioning heat source using chemical heat storage using calcium chloride that can be regenerated at a temperature of 100 and several tens of degrees, which is an economical temperature to use as waste heat, as a hydrated material. The system cannot be adopted because its basic structure, pressure field for hydration reaction (about 1 kPa), heating temperature for dehydration reaction (desirably 150 ° C. or less), and the like are different.
In view of the above facts, an object of the present invention is to obtain an exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage that simultaneously uses heat and cold as heat sources.
In addition, the present invention is a waste heat utilizing chemical heat storage that can prevent the deliquescence of the hydrated material having deliquescence in the vicinity of the water temperature range of this cold heat extraction and the pressure region of the hydration reaction and can continue to use the waste heat. The purpose is to obtain a heat storage air conditioning heat source system.
本発明者らは上記課題を下記の手段により解決した。
(1)水和反応により放熱し、加熱による脱水反応により蓄熱する粒状の蓄熱材と、
該蓄熱材を加熱し該蓄熱材から発熱した熱を受取る熱媒油を循環させるよう入口ヘッダと出口ヘッダとで複数本に分岐しまた合流する熱媒油管と、
前記蓄熱材の水和反応に必要な水蒸気を与え、前記蓄熱材の脱水反応により取り出された水蒸気を受け取る側面に開口を多数有する複数の水蒸気管と、
前記熱媒油管と前記水蒸気管とのそれぞれの外側面に管の軸芯に直交する方向に接するように固定されるフィンとを有し、側面に前記複数の水蒸気管内部を外部と連通するよう固定する、気体−液体熱交換コイル形状の熱交換器と、
前記熱交換器の前記フィンと直交する方向の上面及び下面とをそれぞれ塞ぐ熱交換器蓋と、
底の前記熱交換蓋を閉鎖した後に、前記蓄熱材を前記熱交換器のフィン間隙間に充填し、上部の熱交換蓋で閉鎖した前記熱交換器を内蔵する、前記熱交換器の側面と相対する側面蓋に水蒸気導入管の端部を位置させ、2つの側面蓋の内どちらかを通じて内部に前記熱交換器を入れ込む反応槽を備え、
さらに、内部に貯蔵した水を加熱し、また前記熱交換器で生じた水蒸気を冷却凝縮する熱媒水を流通させる蒸発・凝縮管を備えた水槽と、
前記蓄熱材を大気圧より低い圧力の環境下で反応させるため、反応槽と水槽内の空気を排除して大気圧より低い内圧にする真空ポンプと、
前記反応槽側壁を貫通して前記熱交換器の前記熱媒油管に入口ヘッダを介して接続され前記熱媒油を流入させる熱媒油流入管、及び前記熱媒油管に出口ヘッダを介して接続された熱媒油排出管と、
前記反応槽と水槽とを連接する外部水蒸気配管と、
該外部水蒸気配管の接続部と前記真空ポンプを接続する真空引き配管と、
前記外部水蒸気配管の接続部から見て水槽側の外部水蒸気配管に設けられた第一真空バルブと、前記外部水蒸気配管の接続部から見て反応槽側の外部水蒸気配管に設けられた第二真空バルブと、前記真空引き配管に設けられた第三真空バルブと、
を備え、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管には、大気と熱交換する冷却塔に冷却水ポンプで冷却水を循環する冷却水循環系と、空調機の冷却コイルに冷水ポンプで冷水を循環する冷水循環系とを切り換えて接続し、
前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とには、施設側熱交換器を介して空調用温水循環系と、排熱回収熱媒循環系とを切り換えて接続する
ことを特徴とする化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
The present inventors have solved the above problems by the following means.
(1) a granular heat storage material that dissipates heat by a hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating;
A heat transfer oil pipe that branches into and merges with a plurality of inlet headers and outlet headers so as to circulate heat transfer oil that heats the heat storage material and receives heat generated from the heat storage material;
A plurality of steam pipes that provide water vapor necessary for the hydration reaction of the heat storage material and have a large number of openings on the side surface that receives the water vapor extracted by the dehydration reaction of the heat storage material;
Fins fixed to the outer side surfaces of the heat transfer oil pipe and the steam pipe so as to be in contact with the direction perpendicular to the axis of the pipe, and the inside of the plurality of steam pipes communicate with the outside on the side surface A gas-liquid heat exchange coil-shaped heat exchanger to be fixed;
A heat exchanger lid that respectively closes an upper surface and a lower surface in a direction orthogonal to the fins of the heat exchanger;
After closing the heat exchange lid at the bottom, the heat storage material is filled between the fin gaps of the heat exchanger, and the heat exchanger closed by the upper heat exchange lid is built in. An end of the water vapor introduction pipe is positioned on the opposite side cover, and a reaction tank is provided for inserting the heat exchanger into one of the two side covers,
Furthermore, a water tank provided with an evaporation / condensation tube for heating the water stored therein and circulating a heat transfer water for cooling and condensing the water vapor generated in the heat exchanger;
In order to make the heat storage material react in an environment at a pressure lower than atmospheric pressure, a vacuum pump that eliminates air in the reaction tank and the water tank and makes the internal pressure lower than atmospheric pressure;
A heat medium oil inflow pipe for passing the heat medium oil through the reaction tank side wall and connected to the heat medium oil pipe of the heat exchanger via an inlet header, and a heat medium oil pipe connected to the heat medium oil pipe via an outlet header A heated heat oil discharge pipe,
An external steam pipe connecting the reaction tank and the water tank;
A vacuum pulling pipe for connecting the connecting portion of the external water vapor pipe and the vacuum pump;
A first vacuum valve provided in the external steam pipe on the water tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe, and a second vacuum provided in the external steam pipe on the reaction tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe A valve and a third vacuum valve provided in the vacuuming pipe;
With
The evaporation / condensation pipe of the water tank includes a cooling water circulation system that circulates cooling water using a cooling water pump to a cooling tower that exchanges heat with the atmosphere, and a chilled water circulation system that circulates cooling water using a cooling water pump to a cooling coil of an air conditioner. Switch to connect
The heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe are connected by switching between a hot water circulation system for air conditioning and an exhaust heat recovery heat medium circulation system via a facility-side heat exchanger. Waste heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage.
(2)前記熱媒油管に入口ヘッダを介して接続され前記熱媒油を流入させる熱媒油流入管を流入側油カップリングを介して分割し、
前記熱媒油管に出口ヘッダを介して接続された熱媒油排出管を流出側油カップリングを介して分割し、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管の入口出口タッピングにそれぞれ、流入側水カップリング、流出側水カップリングを付属させて、それぞれ相カップリング付きの外部可撓管と接続可能としたうえで、
前記反応槽と、前記水槽と、前記真空ポンプと、
前記反応槽と水槽とを連接する外部水蒸気配管と、
該外部水蒸気配管の接続部と前記真空ポンプを接続する真空引き配管と、
前記外部水蒸気配管の接続部から見て水槽側の外部水蒸気配管に設けられた第一真空バルブと、前記外部水蒸気配管の接続部から見て反応槽側の外部水蒸気配管に設けられた第二真空バルブと、前記真空引き配管に設けられた第三真空バルブと、
前記熱媒油管の入口ヘッダから流入側油カップリングまでの熱媒油流入管と、
前記熱媒油管の出口ヘッダから流出側油カップリングまでの熱媒油流出管と、
を移動可能な架台上に備え、
排熱施設に移動した場合は、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に、流入側水カップリング及び流出側水カップリングを介して前記冷却水循環系を接続し、かつ、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに、流入側油カップリング及び流出側油カップリングを介して施設側の熱媒油流入管及び施設側の熱媒油流出管に接続して施設側熱交換器に油を循環させ、該施設側熱交換器を介して前記排熱回収熱媒循環系に接続し、
熱利用施設に移動した場合は、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に、流入側水カップリング及び流出側水カップリングを介して前記冷水循環系を接続し、かつ、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに、流入側油カップリング及び流出側油カップリングを介して施設側の熱媒油流入管及び施設側の熱媒油流出管に接続して施設側熱交換器に油を循環させ、該施設側熱交換器を介して前記空調用温水循環系に接続する
ことを特徴とする前記(1)記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(2) A heat medium oil inflow pipe connected to the heat medium oil pipe via an inlet header and allowing the heat medium oil to flow in is divided via an inflow side oil coupling,
Dividing the heat transfer oil discharge pipe connected to the heat transfer oil pipe via an outlet header via an outflow oil coupling;
After attaching an inflow side water coupling and an outflow side water coupling to the inlet / outlet tapping of the evaporation / condensation tube of the water tank, respectively, and enabling connection with an external flexible tube with a phase coupling,
The reaction tank, the water tank, and the vacuum pump;
An external steam pipe connecting the reaction tank and the water tank;
A vacuum pulling pipe for connecting the connecting portion of the external water vapor pipe and the vacuum pump;
A first vacuum valve provided in the external steam pipe on the water tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe, and a second vacuum provided in the external steam pipe on the reaction tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe A valve and a third vacuum valve provided in the vacuuming pipe;
A heat transfer oil inflow pipe from the inlet header of the heat transfer oil pipe to the inflow side oil coupling;
Heat medium oil outflow pipe from the outlet header of the heat medium oil pipe to the outflow side oil coupling,
On a movable base,
If you move to a waste heat facility,
The cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation pipe of the water tank via an inflow-side water coupling and an outflow-side water coupling, and the heating medium oil inflow pipe and the heating medium oil outflow pipe, through the inlet-side oil coupling and the outlet-side oil coupling connected to the thermal oil outlet pipe of the heat transfer oil inflow pipe of the facility and the facility by circulating oil to the facility-side heat exchanger, the facility heat Connected to the exhaust heat recovery heat medium circulation system through an exchanger,
If you move to a heat utilization facility,
The cold water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank via an inflow-side water coupling and an outflow-side water coupling, and to the heat-medium oil inflow tube and the heat-medium oil outflow tube, through the inlet-side oil coupling and the outlet-side oil coupling connected to the thermal oil outlet pipe of the heat transfer oil inflow pipe of the facility and the facility by circulating oil to the facility-side heat exchanger, the facility heat The exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage according to (1), wherein the exhaust heat storage air-conditioning heat source system is connected to the hot water circulation system for air conditioning through an exchanger.
(3)前記水和反応により放熱し、加熱による脱水反応により蓄熱する粒状の蓄熱材は、塩化カルシウムであり、
前記水槽に所定量水を充填し、
第三真空バルブ及び第二真空バルブを開けた後真空ポンプを運転して反応槽内圧を2〜50Paまで低圧とした後、第二真空バルブを閉じて第一真空バルブを開けて真空ポンプの吸引により前記水槽内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧とした後に前記真空ポンプを停止する脱気運転の後、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷水循環系を接続して冷熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して空調用温水循環系を接続して温熱を、水和反応により熱源としてそれぞれ同時に取り出し、
その後、前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷却水循環系を接続して水槽中の水の凝縮熱放熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して排熱回収熱媒循環系を接続し200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱し、
これを繰り返して行える
ことを特徴とする前記(1)記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(3) The granular heat storage material that dissipates heat by the hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating is calcium chloride,
Filling the water tank with a predetermined amount of water,
After opening the third vacuum valve and the second vacuum valve, the vacuum pump is operated to reduce the internal pressure of the reaction tank to 2-50 Pa, then the second vacuum valve is closed and the first vacuum valve is opened to suck the vacuum pump. After deaeration operation to stop the vacuum pump after setting the water tank internal pressure to 1 to 3 kPa of the saturated water vapor pressure of the water temperature,
Connect the cold water circulation system to the evaporation / condensation pipe of the water tank to connect cold heat, and connect the hot water circulation system for air conditioning to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe via a facility-side heat exchanger. Then, heat is taken out simultaneously as a heat source by hydration reaction,
Thereafter, the cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank to dissipate heat of condensation in the water tank, and a facility-side heat exchanger is connected to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe. Through the exhaust heat recovery heat medium circulation system through the exhaust heat of 200 ℃ or less, to store heat by dehydration reaction,
The exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage according to (1) above, which can be repeated.
(4)前記水和反応により放熱し、加熱による脱水反応により蓄熱する粒状の蓄熱材は、臭化カルシウムであり、
前記水槽に所定量水を充填し、
第三真空バルブ及び第二真空バルブを開けた後真空ポンプを運転して反応槽内圧を2〜50Paまで低圧とした後、第二真空バルブを閉じて第一真空バルブを開けて真空ポンプの吸引により前記水槽内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧とした後に前記真空ポンプを停止する脱気運転の後、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷水循環系を接続して冷熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して空調用温水循環系を接続して温熱を、水和反応により熱源としてそれぞれ同時に取り出し、
その後、前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷却水循環系を接続して水槽中の水の凝縮熱放熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して排熱回収熱媒循環系を接続し200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱し、
これを繰り返して行えることを特徴とする前記(1)記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(4) The granular heat storage material that dissipates heat by the hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating is calcium bromide,
Filling the water tank with a predetermined amount of water,
After opening the third vacuum valve and the second vacuum valve, the vacuum pump is operated to reduce the internal pressure of the reaction tank to 2-50 Pa, then the second vacuum valve is closed and the first vacuum valve is opened to suck the vacuum pump. After deaeration operation to stop the vacuum pump after setting the water tank internal pressure to 1 to 3 kPa of the saturated water vapor pressure of the water temperature,
Connect the cold water circulation system to the evaporation / condensation pipe of the water tank to connect cold heat, and connect the hot water circulation system for air conditioning to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe via a facility-side heat exchanger. Then, heat is taken out simultaneously as a heat source by hydration reaction,
Thereafter, the cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank to dissipate heat of condensation in the water tank, and a facility-side heat exchanger is connected to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe. Through the exhaust heat recovery heat medium circulation system through the exhaust heat of 200 ℃ or less, to store heat by dehydration reaction,
The exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage according to (1) above, which can be repeated.
(5)前記熱媒油流入管に、流入される熱媒油の温度を計測する流入熱媒油温度計、前記熱媒油排出管に、排出される熱媒油の温度を計測する排出熱媒油温度計、を備えるとともに、
水和反応時の所定の流入熱媒油温度に、所定の差分を加算した設定排出熱媒油温度を、前記排出熱媒油温度計で計測した排出熱媒油温度が下回った時点で、
前記反応槽内の前記蓄熱材が所定の割合で水和反応を終えたと判断し、
第一真空バルブ及び第二真空バルブを開から閉に動作させて、冷熱及び温熱の取り出しを終了させるよう制御する制御部と
で構成されてなることを特徴とする前記(1)記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(5) An inflow heat medium oil thermometer that measures the temperature of the heat medium oil flowing into the heat medium oil inflow pipe, and an exhaust heat that measures the temperature of the heat medium oil discharged into the heat medium oil discharge pipe A medium temperature thermometer,
When the exhaust heat medium oil temperature measured by the exhaust heat medium oil thermometer falls below the set exhaust heat medium oil temperature obtained by adding a predetermined difference to the predetermined inflow heat medium oil temperature during the hydration reaction,
Judging that the heat storage material in the reaction tank has finished the hydration reaction at a predetermined rate,
The chemical heat storage according to (1), characterized in that the chemical heat storage is configured by a control unit that controls the first vacuum valve and the second vacuum valve to open and close to finish taking out the cold and hot heat. Waste heat storage air conditioning heat source system using
(6)前記反応槽に内部の圧力を計測する反応槽圧力計、
前記蒸発・凝縮管に、流入される熱媒水の温度を計測する流入熱媒水温度計と排出される熱媒水の温度を計測する排出熱媒水温度計、
前記水槽に、内部に貯蔵される水の水位を計測する水位計と、内部の圧力を計測する水槽圧力計を備えるとともに、
蓄熱運転の際に、
反応槽圧力計の圧力値が、水槽圧力計の圧力値より所定量大きくなった時点で第一真空バルブ及び第二真空バルブを閉から開へ動作させて、脱水反応を開始し、
前記水位計の水位計測値が所定量に達した時点で第一真空バルブ及び第二真空バルブを開から閉に動作させて、蓄熱運転を終了させるよう制御する制御部で構成されてなる
ことを特徴とする前記(1)記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(6) a reaction vessel pressure gauge for measuring the internal pressure in the reaction vessel,
An inflow heat medium water thermometer that measures the temperature of the heat medium water that flows into the evaporation / condensation pipe, and an exhaust heat medium water thermometer that measures the temperature of the heat medium water that is discharged,
The water tank is equipped with a water level meter for measuring the water level of water stored therein, and a water tank pressure gauge for measuring the internal pressure,
During heat storage operation,
When the pressure value of the reaction tank pressure gauge becomes larger than the pressure value of the water tank pressure gauge by operating the first vacuum valve and the second vacuum valve from closed to open, the dehydration reaction is started,
When the water level measurement value of the water level gauge reaches a predetermined amount, the first vacuum valve and the second vacuum valve are operated from open to closed to control the heat storage operation to be completed. An exhaust heat storage air-conditioning heat source system using the chemical heat storage described in (1) above.
(7)前記脱気運転の後、
水和反応により冷熱と温熱とをそれぞれ同時に取り出し、200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱するそれぞれの運転に切り替える際に、反応槽圧力計がリーク設定圧力よりも高い計測値を測定した場合には、再度脱気運転を行った後、それぞれの運転になるように制御する制御部で構成されてなる
ことを特徴とする前記(4)記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(7) After the deaeration operation,
When cooling and hot heat are taken out simultaneously by the hydration reaction, and when switching to each operation of storing heat by dehydration reaction using exhaust heat of 200 ° C or less, the reaction tank pressure gauge shows a measured value higher than the leak set pressure. In the case of measurement, the exhaust heat storage using the chemical heat storage according to (4), which is configured by a control unit that controls to perform each operation after performing the deaeration operation again. Air conditioning heat source system.
(8)前記熱交換器に充填された蓄熱材が、水和材と吸着材との混合材からなるものであることを特徴とする前記(1)乃至(5)の何れかに記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 (8) The chemical according to any one of (1) to (5), wherein the heat storage material filled in the heat exchanger is made of a mixed material of a hydrated material and an adsorbent. Waste heat storage air conditioning heat source system using heat storage.
(9)前記蓄熱材の水和材と吸着材とを次式(a)に基づく混合比率で混合してなることを特徴とする前記(1)乃至(6)の何れか1に記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。
(10)、前記熱交換器に設けられた水蒸気管と熱媒油管の径が16mm〜22mm、水蒸気管の中心と熱媒油管の中心との間隔が40mm〜60mmであることを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれか1に記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 (10) The diameter of the steam pipe and the heat transfer oil pipe provided in the heat exchanger is 16 mm to 22 mm, and the distance between the center of the steam pipe and the center of the heat transfer oil pipe is 40 mm to 60 mm. An exhaust heat storage air conditioning heat source system using the chemical heat storage according to any one of (1) to (7).
(11)前記蓄熱材を構成する水和材と吸着材の粒体の径が0.7mm〜2.5mmであることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれか1に記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 (11) The diameter of the particle | grains of the hydration material and adsorbent which comprise the said thermal storage material is 0.7 mm-2.5 mm, Any one of said (1)-(8) characterized by the above-mentioned. Waste heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage.
本発明の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムにより下記の効果が発揮される。
〈1〉本発明の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムが、
水和反応により放熱し、加熱による脱水反応により蓄熱する粒状の蓄熱材と、
該蓄熱材を加熱し該蓄熱材から発熱した熱を受取る熱媒油を循環させるよう入口ヘッダと出口ヘッダとで複数本に分岐しまた合流する熱媒油管と、
前記蓄熱材の水和反応に必要な水蒸気を与え、前記蓄熱材の脱水反応により取り出された水蒸気を受け取る側面に開口を多数有する複数の水蒸気管と、
前記熱媒油管と前記水蒸気管とのそれぞれの外側面に管の軸芯に直交する方向に接するように固定されるフィンとを有し、側面に前記複数の水蒸気管内部を外部と連通するよう固定する、気体−液体熱交換コイル形状の熱交換器と、
前記熱交換器の前記フィンと直交する方向の上面及び下面とをそれぞれ塞ぐ熱交換器蓋と、
底の前記熱交換蓋を閉鎖した後に、前記蓄熱材を前記熱交換器のフィン間隙間に充填し、上部の熱交換蓋で閉鎖した前記熱交換器を内蔵する、前記熱交換器の側面と相対する側面蓋に水蒸気導入管の端部を位置させ、2つの側面蓋の内どちらかを通じて内部に前記熱交換器を入れ込む反応槽を備え、
さらに、内部に貯蔵した水を加熱し、また前記熱交換器で生じた水蒸気を冷却凝縮する熱媒水を流通させる蒸発・凝縮管を備えた水槽と、
前記蓄熱材を大気圧より低い圧力の環境下で反応させるため、反応槽と水槽内の空気を排除して大気圧より低い内圧にする真空ポンプと、
前記反応槽側壁を貫通して前記熱交換器の前記熱媒油管に入口ヘッダを介して接続され前記熱媒油を流入させる熱媒油流入管、及び前記熱媒油管に出口ヘッダを介して接続された熱媒油排出管と、
前記反応槽と水槽とを連接する外部水蒸気配管と、
該外部水蒸気配管の接続部と前記真空ポンプを接続する真空引き配管と、
前記外部水蒸気配管の接続部から見て水槽側の外部水蒸気配管に設けられた第一真空バルブと、前記外部水蒸気配管の接続部から見て反応槽側の外部水蒸気配管に設けられた第二真空バルブと、前記真空引き配管に設けられた第三真空バルブと、
を備え、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管には、大気と熱交換する冷却塔に冷却水ポンプで冷却水を循環する冷却水循環系と、空調機の冷却コイルに冷水ポンプで冷水を循環する冷水循環系とを切り換えて接続し、
前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とには、施設側熱交換器を介して空調用温水循環系と、排熱回収熱媒循環系とを切り換えて接続する
よう構成されているので、社会として利用量が多い空調エネルギーに利用しやすい、冷房用途として空調機の冷却コイルに送られる熱媒である冷水(7℃〜10℃程度の送り温度で、12℃〜18℃程度の還り温度の範囲)、暖房用途として空調機の温水コイルに送られる熱媒である温水(50℃〜60℃程度の送り温度で、45℃〜50℃程度の還り温度)として取り出すことができる。
The following effects are exhibited by the exhaust heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage of the present invention.
<1> An exhaust heat storage air-conditioning heat source system using the chemical heat storage of the present invention,
A granular heat storage material that dissipates heat by a hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating,
A heat transfer oil pipe that branches into and merges with a plurality of inlet headers and outlet headers so as to circulate heat transfer oil that heats the heat storage material and receives heat generated from the heat storage material;
A plurality of steam pipes that provide water vapor necessary for the hydration reaction of the heat storage material and have a large number of openings on the side surface that receives the water vapor extracted by the dehydration reaction of the heat storage material;
Fins fixed to the outer side surfaces of the heat transfer oil pipe and the steam pipe so as to be in contact with the direction perpendicular to the axis of the pipe, and the inside of the plurality of steam pipes communicate with the outside on the side surface A gas-liquid heat exchange coil-shaped heat exchanger to be fixed;
A heat exchanger lid that respectively closes an upper surface and a lower surface in a direction orthogonal to the fins of the heat exchanger;
After closing the heat exchange lid at the bottom, the heat storage material is filled between the fin gaps of the heat exchanger, and the heat exchanger closed by the upper heat exchange lid is built in. An end of the water vapor introduction pipe is positioned on the opposite side cover, and a reaction tank is provided for inserting the heat exchanger into one of the two side covers,
Furthermore, a water tank provided with an evaporation / condensation tube for heating the water stored therein and circulating a heat transfer water for cooling and condensing the water vapor generated in the heat exchanger;
In order to make the heat storage material react in an environment at a pressure lower than atmospheric pressure, a vacuum pump that eliminates air in the reaction tank and the water tank and makes the internal pressure lower than atmospheric pressure;
A heat medium oil inflow pipe for passing the heat medium oil through the reaction tank side wall and connected to the heat medium oil pipe of the heat exchanger via an inlet header, and a heat medium oil pipe connected to the heat medium oil pipe via an outlet header A heated heat oil discharge pipe,
An external steam pipe connecting the reaction tank and the water tank;
A vacuum pulling pipe for connecting the connecting portion of the external water vapor pipe and the vacuum pump;
A first vacuum valve provided in the external steam pipe on the water tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe, and a second vacuum provided in the external steam pipe on the reaction tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe A valve and a third vacuum valve provided in the vacuuming pipe;
With
The evaporation / condensation pipe of the water tank includes a cooling water circulation system that circulates cooling water using a cooling water pump to a cooling tower that exchanges heat with the atmosphere, and a chilled water circulation system that circulates cooling water using a cooling water pump to a cooling coil of an air conditioner. Switch to connect
The heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe are configured to switch and connect an air conditioning hot water circulation system and an exhaust heat recovery heat medium circulation system via a facility-side heat exchanger. So, it is easy to use for air-conditioning energy that has a large amount of use as a society, cold water that is a heating medium sent to the cooling coil of the air conditioner for cooling use (at a feed temperature of about 7 ° C to 10 ° C, about 12 ° C to 18 ° C) Range of return temperature), it can be taken out as warm water (heating temperature of about 50 ° C. to 60 ° C. and return temperature of about 45 ° C. to 50 ° C.) which is a heating medium sent to the hot water coil of the air conditioner for heating use.
〈2〉前記熱媒油管に入口ヘッダを介して接続され前記熱媒油を流入させる熱媒油流入管を流入側油カップリングを介して分割し、
前記熱媒油管に出口ヘッダを介して接続された熱媒油排出管を流出側油カップリングを介して分割し、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管の入口出口タッピングにそれぞれ、流入側水カップリング、流出側水カップリングを付属させて、それぞれ相カップリング付きの外部可撓管と接続可能としたうえで、
前記反応槽と、前記水槽と、前記真空ポンプと、
前記反応槽と水槽とを連接する外部水蒸気配管と、
該外部水蒸気配管の接続部と前記真空ポンプを接続する真空引き配管と、
前記外部水蒸気配管の接続部から見て水槽側の外部水蒸気配管に設けられた第一真空バルブと、前記外部水蒸気配管の接続部から見て反応槽側の外部水蒸気配管に設けられた第二真空バルブと、前記真空引き配管に設けられた第三真空バルブと、
前記熱媒油管の入口ヘッダから流入側油カップリングまでの熱媒油流入管と、
前記熱媒油管の出口ヘッダから流出側油カップリングまでの熱媒油流出管と、
を移動可能な架台上に備え、
排熱施設に移動した場合は、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に、流入側水カップリング及び流出側水カップリングを介して前記冷却水循環系を接続し、かつ、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに、流入側油カップリング及び流出側油カップリングを介して施設側の熱媒油流入管及び施設側の熱媒油流出管に接続して施設側熱交換器に油を循環させ、該施設側熱交換器を介して前記排熱回収熱媒循環系に接続し、
熱利用施設に移動した場合は、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に、流入側水カップリング及び流出側水カップリングを介して前記冷水循環系を接続し、かつ、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに、流入側油カップリング及び流出側油カップリングを介して施設側の熱媒油流入管及び施設側の熱媒油流出管に接続して施設側熱交換器に油を循環させ、該施設側熱交換器を介して前記空調用温水循環系に接続するよう構成されているので、排熱施設と熱利用施設との場所的ミスマッチを解消し、従来は捨てられていた200℃以下の排熱を利用して、社会として利用量が多い空調エネルギーを、貯蔵して輸送して利用しまた排熱を貯蔵するという循環利用ができる。
<2> A heat medium oil inflow pipe connected to the heat medium oil pipe via an inlet header and allowing the heat medium oil to flow in is divided through an inflow side oil coupling,
Dividing the heat transfer oil discharge pipe connected to the heat transfer oil pipe via an outlet header via an outflow oil coupling;
After attaching an inflow side water coupling and an outflow side water coupling to the inlet / outlet tapping of the evaporation / condensation tube of the water tank, respectively, and enabling connection with an external flexible tube with a phase coupling,
The reaction tank, the water tank, and the vacuum pump;
An external steam pipe connecting the reaction tank and the water tank;
A vacuum pulling pipe for connecting the connecting portion of the external water vapor pipe and the vacuum pump;
A first vacuum valve provided in the external steam pipe on the water tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe, and a second vacuum provided in the external steam pipe on the reaction tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe A valve and a third vacuum valve provided in the vacuuming pipe;
A heat transfer oil inflow pipe from the inlet header of the heat transfer oil pipe to the inflow side oil coupling;
Heat medium oil outflow pipe from the outlet header of the heat medium oil pipe to the outflow side oil coupling,
On a movable base,
If you move to a waste heat facility,
The cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation pipe of the water tank via an inflow-side water coupling and an outflow-side water coupling, and the heating medium oil inflow pipe and the heating medium oil outflow pipe, through the inlet-side oil coupling and the outlet-side oil coupling connected to the thermal oil outlet pipe of the heat transfer oil inflow pipe of the facility and the facility by circulating oil to the facility-side heat exchanger, the facility heat Connected to the exhaust heat recovery heat medium circulation system through an exchanger,
If you move to a heat utilization facility,
The cold water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank via an inflow-side water coupling and an outflow-side water coupling, and to the heat-medium oil inflow tube and the heat-medium oil outflow tube, through the inlet-side oil coupling and the outlet-side oil coupling connected to the thermal oil outlet pipe of the heat transfer oil inflow pipe of the facility and the facility by circulating oil to the facility-side heat exchanger, the facility heat Since it is configured to be connected to the hot air circulation system for air conditioning through an exchanger, the spatial mismatch between the exhaust heat facility and the heat utilization facility is eliminated, and exhaust heat of 200 ° C. or less, which was conventionally discarded, is eliminated. It can be used to circulate and use air-conditioning energy, which is used in large quantities as a society, to store, transport, and store waste heat.
〈3〉〈4〉前記水和反応により放熱し、加熱による脱水反応により蓄熱する粒状の蓄熱材は、塩化カルシウム(または臭化カルシウム)であり、
前記水槽に所定量水を充填し、
第三真空バルブ及び第二真空バルブを開けた後真空ポンプを運転して反応槽内圧を2〜50Paまで低圧とした後、第二真空バルブを閉じて第一真空バルブを開けて真空ポンプの吸引により前記水槽内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧とした後に前記真空ポンプを停止する脱気運転の後、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷水循環系を接続して冷熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して空調用温水循環系を接続して温熱を、水和反応により熱源としてそれぞれ同時に取り出し、
その後、前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷却水循環系を接続して水槽中の水の凝縮熱放熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して排熱回収熱媒循環系を接続し200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱し、
これを繰り返して行えるよう構成されているので、
排熱として多量にあるにもかかわらず、温度ポテンシャルの低い200℃以下の排熱を利用して、社会として利用量が多い空調エネルギーに利用しやすい、冷房用途として空調機の冷却コイルに送られる熱媒である冷水(7℃〜10℃程度の送り温度で、12℃〜18℃程度の還り温度の範囲)、暖房用途として空調機の温水コイルに送られる熱媒である温水(50℃〜60℃程度の送り温度で、45℃〜50℃程度の還り温度)として取り出すことができる
<3><4> The granular heat storage material that dissipates heat by the hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating is calcium chloride (or calcium bromide),
Filling the water tank with a predetermined amount of water,
After opening the third vacuum valve and the second vacuum valve, the vacuum pump is operated to reduce the internal pressure of the reaction tank to 2-50 Pa, then the second vacuum valve is closed and the first vacuum valve is opened to suck the vacuum pump. After deaeration operation to stop the vacuum pump after setting the water tank internal pressure to 1 to 3 kPa of the saturated water vapor pressure of the water temperature,
Connect the cold water circulation system to the evaporation / condensation pipe of the water tank to connect cold heat, and connect the hot water circulation system for air conditioning to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe via a facility-side heat exchanger. Then, heat is taken out simultaneously as a heat source by hydration reaction,
Thereafter, the cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank to dissipate heat of condensation in the water tank, and a facility-side heat exchanger is connected to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe. Through the exhaust heat recovery heat medium circulation system through the exhaust heat of 200 ℃ or less, to store heat by dehydration reaction,
Since it is configured to repeat this,
Despite a large amount of exhaust heat, waste heat of 200 ° C or less with low temperature potential is used, and it is sent to the cooling coil of an air conditioner as a cooling application that is easy to use for air conditioning energy that is used in large quantities as a society. Cold water (heating temperature of about 7 ° C to 10 ° C, return temperature range of about 12 ° C to 18 ° C), which is a heating medium, hot water (50 ° C to about 50 ° C to about 18 ° C) It can be taken out at a feed temperature of about 60 ° C and a return temperature of about 45 ° C to 50 ° C).
〈5〉前記熱媒油流入管に、流入される熱媒油の温度を計測する流入熱媒油温度計、前記熱媒油排出管に、排出される熱媒油の温度を計測する排出熱媒油温度計、を備えるとともに、
水和反応時の所定の流入熱媒油温度に、所定の差分を加算した設定排出熱媒油温度を、前記排出熱媒油温度計で計測した排出熱媒油温度が下回った時点で、
前記反応槽内の前記蓄熱材が所定の割合で水和反応を終えたと判断し、
第一真空バルブ及び第二真空バルブを開から閉に動作させて、冷熱及び温熱の取り出しを終了させるよう制御する制御部と
で構成されているので、
真空引きをして反応が分かりづらい水和反応を確実に、しかも安価な測定器で把握可能に、効率よく冷熱温熱の取り出しを制御することができる。
<5> An inflow heat medium oil thermometer that measures the temperature of the heat medium oil flowing into the heat medium oil inflow pipe, and an exhaust heat that measures the temperature of the heat medium oil discharged into the heat medium oil discharge pipe A medium temperature thermometer,
When the exhaust heat medium oil temperature measured by the exhaust heat medium oil thermometer falls below the set exhaust heat medium oil temperature obtained by adding a predetermined difference to the predetermined inflow heat medium oil temperature during the hydration reaction,
Judging that the heat storage material in the reaction tank has finished the hydration reaction at a predetermined rate,
Since the first vacuum valve and the second vacuum valve are operated from open to closed, and the control unit is configured to control the end of the extraction of the cold and hot heat,
It is possible to control the extraction of cold and hot heat efficiently by evacuation so that the hydration reaction whose reaction is difficult to understand can be reliably grasped with an inexpensive measuring instrument.
〈6〉前記反応槽に内部の圧力を計測する反応槽圧力計、
前記蒸発・凝縮管に、流入される熱媒水の温度を計測する流入熱媒水温度計と排出される熱媒水の温度を計測する排出熱媒水温度計、
前記水槽に、内部に貯蔵される水の水位を計測する水位計と、内部の圧力を計測する水槽圧力計を備えるとともに、
蓄熱運転の際に、
反応槽圧力計の圧力値が、水槽圧力計の圧力値より所定量大きくなった時点で第一真空バルブ及び第二真空バルブを閉から開へ動作させて、脱水反応を開始し、
前記水位計の水位計測値が所定量に達した時点で第一真空バルブ及び第二真空バルブを開から閉に動作させて、蓄熱運転を終了させるよう制御する制御部で構成されているので、
真空引きをして反応が分かりづらい脱水反応を確実に、しかも安価な測定器で把握可能に、効率よく蓄熱を制御することができる。
<6> a reaction vessel pressure gauge for measuring an internal pressure in the reaction vessel,
An inflow heat medium water thermometer that measures the temperature of the heat medium water that flows into the evaporation / condensation pipe, and an exhaust heat medium water thermometer that measures the temperature of the heat medium water that is discharged,
The water tank is equipped with a water level meter for measuring the water level of water stored therein, and a water tank pressure gauge for measuring the internal pressure,
During heat storage operation,
When the pressure value of the reaction tank pressure gauge becomes larger than the pressure value of the water tank pressure gauge by operating the first vacuum valve and the second vacuum valve from closed to open, the dehydration reaction is started,
Since the water level measurement value of the water level meter reaches a predetermined amount, the first vacuum valve and the second vacuum valve are operated from open to closed, and the control unit is configured to control the heat storage operation to be finished.
The heat storage can be controlled efficiently so that the dehydration reaction whose reaction is difficult to understand by evacuation can be surely grasped by an inexpensive measuring instrument.
〈7〉水和反応により冷熱と温熱とをそれぞれ同時に取り出し、200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱するそれぞれの運転に切り替える際に、反応槽圧力計がリーク設定圧力よりも高い計測値を測定した場合には、再度脱気運転を行った後、それぞれの運転になるように制御する制御部で構成されているので、
反応槽や水槽の水和反応や脱水反応を所定の圧力温度で制御することができ、効率よく蓄熱や冷熱温熱の取り出しを制御することができる。
<7> When cooling and warm heat are simultaneously taken out by hydration reaction and switching to each operation of storing heat by dehydration reaction using exhaust heat of 200 ° C. or less, the reaction vessel pressure gauge is higher than the leak set pressure When the measured value is measured, it consists of a control unit that controls each operation after deaeration operation again,
The hydration reaction and dehydration reaction of the reaction tank and water tank can be controlled at a predetermined pressure temperature, and the heat storage and the extraction of cold / hot heat can be controlled efficiently.
〈8〉前記熱交換器に充填された蓄熱材が、水和材と吸着材との混合材からなるので、水和材に塩化カルシウムを使用してもその潮解を抑制することができる。 <8> Since the heat storage material filled in the heat exchanger is made of a mixed material of a hydrated material and an adsorbent, deliquescence can be suppressed even if calcium chloride is used as the hydrated material.
〈9〉前記蓄熱材の水和材と吸着材とを次式(a)に基づく混合比率で混合しているので、水和材と吸着材の混合比が潮解を回避する時間tavから求めることができる。
式中、hadは吸着材の単位蓄熱量、hhyは水和材の単位蓄熱量、αは水和材の混合比、treは反応時間、tavは潮解を回避する時間、hgは吸着材より追加的に得られる単位発熱量を示す。 In the formula, ad is the unit heat storage amount of the adsorbent, h hy is the unit heat storage amount of the hydrated material, α is the mixing ratio of the hydrated material, t re is the reaction time, t av is the time to avoid deliquescence, h g Indicates the unit calorific value additionally obtained from the adsorbent.
〈10〉前記熱交換器に設けられた水蒸気管と熱媒油管の径が16mm〜22mm、水蒸気管の中心と熱媒油管の中心との間隔が40mm〜60mmであるので、蓄熱材の層を通過する水蒸気の圧力損失を必要な範囲内に抑えることができる。 <10> The diameter of the steam pipe and the heat transfer oil pipe provided in the heat exchanger is 16 mm to 22 mm, and the distance between the center of the steam pipe and the center of the heat transfer oil pipe is 40 mm to 60 mm. The pressure loss of the passing water vapor can be suppressed within a necessary range.
〈11〉前記蓄熱材を構成する水和材と吸着材の粒体の径が0.7mm〜2.5mmであるので、蓄熱材の層を通過する水蒸気の圧力損失を必要な範囲内に抑えることができる。 <11> Since the diameter of the particles of the hydrated material and the adsorbent constituting the heat storage material is 0.7 mm to 2.5 mm, the pressure loss of water vapor passing through the layer of the heat storage material is suppressed within a necessary range. be able to.
本発明の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムを実施するための形態を実施例の図に基づいて説明する。
図1は、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムの概略全体構成を示すシステム構成図である。この図に示される如く、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム1は、基本的には、水槽10、真空ポンプ20、反応槽30、外部水蒸気管22、真空引き配管23、第一真空バルブ25、第二真空バルブ26、第三真空バルブ27、真空ポンプ20、熱媒油流入管35,熱媒油流出管35’、並びに前記水槽10、反応槽30、第一真空バルブ25、第二真空バルブ26、第三真空バルブ27及び真空ポンプ20を制御する制御部2、までを有するシステム中心部と、
冷却塔60、冷却水ポンプ63、冷却塔60の冷却水を循環する冷却水還り管61、冷却水往き管62、及び蒸発・凝縮管との接続共用配管部を有する冷却水循環系67と、
図示しない空調機に組み込まれる冷水コイルなどを冷熱負荷とし熱媒とする冷水コイルへ送る微小高温冷水と蒸発・凝縮管に流す冷水とを熱交換する水−水熱交換器68、蒸発・凝縮管に流す水循環管路89、冷水ポンプ88、及び蒸発・凝縮管との接続共用配管部を有する冷水循環系69と、
排熱を運ぶ排熱熱媒(排ガスまたは排熱を帯びた液体)と反応槽30へ導入する熱媒油とを熱交換する施設側熱交換器70、施設側熱交換器70の1次側に設ける熱媒油流出排熱回収利用2次配管72,熱媒油流入排熱回収利用2次配管71、及び排熱回収用熱媒油ポンプ73を有する排熱回収熱媒循環系86と、
図示しない空調機に組み込まれる温水コイルなどを温熱負荷とし熱媒とする温水と反応槽30へ導入する熱媒油とを熱交換する施設側熱交換器77、施設側熱交換器77の1次側に設ける熱媒油流出温水利用2次配管81、熱媒油流入温水利用2次配管78、及び温水利用系熱媒油ポンプ79を有する空調用温水加熱循環系87と、
までを含んだ全体構成で構成されている。
水槽10は真空容器であり、水槽内に貯蔵した水を加熱し、前記反応槽から送られてきた水蒸気を冷却凝縮する熱媒水を流通させる蒸発・凝縮管11、前記水槽内に貯蔵される水の水位を計測する水位計12、水槽内の圧力を測定する水槽圧力計13が設けられている。また、前記蒸発・凝縮管11には、水槽に流入される熱媒水の温度を計測する流入熱媒水温度計14と排出される熱媒水の温度を計測する排出熱媒水温度計15が設けられている。なお、前記流入熱媒水温度計14と排出熱媒水温度計15は、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムの運転が正常に行われているかの監視計器であり、制御部2へ表示信号として出力する。
前記水槽10と反応槽30は、外部水蒸気管22で連接されていて、放熱(発熱)運転が行われる時は外部水蒸気管22を通じて水槽10から反応槽30に水蒸気が送られ、蓄熱(吸熱)運転が行われる時は外部水蒸気管22を通じて反応槽30から水槽10に水蒸気が送られる。
なお、本実施例においては、反応槽30内の蓄熱材がまんべんなく水和反応及び脱水反応が行えるよう反応槽30の前側と後側から水蒸気の供給・取出しが行えるように2本の外部水蒸気管22が反応槽30に連接されている。
EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing the waste heat storage air-conditioning heat source system using the chemical heat storage of this invention is demonstrated based on the figure of an Example.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a schematic overall configuration of an exhaust heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage. As shown in this figure, the waste heat storage air conditioning
A
A water-
Facility
A facility-
It is composed of the whole structure including the above.
The
The
In this embodiment, two external steam pipes are provided so that steam can be supplied and taken out from the front side and the rear side of the
真空ポンプ20は、反応槽30と水槽10から(不用な)空気を吸引し真空状態を確保するもので、外部水蒸気配管22と外部水蒸気配管23の接続点から延長される真空引き配管24を接続し、真空引き配管24と外部水蒸気配管22により水槽10に、真空引き配管24と外部水蒸気配管23により反応槽30に連接されている。
前記外部水蒸気配管22、外部水蒸気配管23及び真空引き配管24には、配管の途中にそれぞれ第一真空バルブ25、第二真空バルブ26及び第三真空バルブ27が設けられていて反応槽30と水槽10から(不用な)空気を吸引したり、水槽10と反応槽30間で水蒸気の授受を行ったりする際に、それぞれの用途に応じて制御部2からの出力信号により開閉される。
The
The external
冷却塔60と水槽10とは、蒸発・凝縮管11と冷却水還り管61、冷却水往き管62により連接されている。前記冷却水還り管61には冷却水ポンプ63と切り換えバルブ64、前記冷却水往き管62には切り換えバルブ65が設けられていて、これらにより冷却水循環系67を構成している。
水和反応時に取り出せる冷熱は、図示しない空調機に組み込まれる冷水コイルなどを冷熱負荷に対し、冷水コイルへ送る微小高温冷水と蒸発・凝縮管に流す冷水とを熱交換する水−水熱交換器68と水槽10とを、蒸発・凝縮管に流す水循環管路89と該水循環管路89の途中に設けられる冷水ポンプ88により連接されていて、これらにより冷水循環系69を構成している。
前記水槽10には前記蒸冷水循環系67と冷水循環系69が、切り換えバルブ64及び切り換えバルブ65の組と、切り換えバルブ84及び切り換えバルブ85の組で切り換えられるように接続されている。
前記熱媒油流入管35と前記熱媒油流出管35’とには、施設側熱交換器70に連接された施設側熱交換器70の1次側に設ける熱媒油流出排熱回収利用2次配管72、施設側熱交換器70の1次側に設ける熱媒油流入排熱回収利用2次配管71を介して及び排熱回収用熱媒油ポンプ73で熱媒油を循環するよう連接されていて、これらにより排熱回収熱循環系86を構成している。
また、水和反応時に取り出せる冷熱は、図示しない空調機に組み込まれる温水コイルなどを温熱負荷とし、温水と反応槽30へ導入する熱媒油とを熱交換する施設側熱交換器77及び施設側熱交換器77の1次側に設ける熱媒油流出温水利用2次配管81を介して、施設側熱交換器77と反応槽とが連接されていて、これらにより空調用温水加熱循環系87を構成している。
熱媒油流出管35’の先は分岐し切り換えバルブ83,切り換えバルブ82が設けられ、熱媒油流入管35の先は分岐し切り換えバルブ74,切り換えバルブ80が設けられ、前記配管78には熱媒油ポンプ79がそれぞれ設けられ、これらを切り換えることで、排熱回収熱循環系86、または、空調用温水加熱循環系87を切り換える。
The
The cold heat that can be taken out during the hydration reaction is a water-water heat exchanger that exchanges heat between the chilled water coil that is installed in the air conditioner (not shown) and the chilled water that is sent to the cold water coil and the cold water that flows to the evaporation / condensation tube. 68 and the
The steam
The heat medium
The cold heat that can be taken out during the hydration reaction uses a hot water coil incorporated in an air conditioner (not shown) as a thermal load, and heat exchange between the hot water and the heat transfer oil introduced into the
The tip of the heat transfer
図2は、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムの概略中心部構成を示す。
前記図1と同様な構成については、説明を省略している。
同図に示すように、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム1は、前記水槽内には、貯蔵される水の水位を計測する水槽水位計12、水槽内の圧力を測定する圧力計13を、前記蒸発・凝縮管11には、水槽に流入される熱媒水の温度を計測する流入熱媒水温度計14、排出される熱媒水の温度を計測する排出熱媒水温度計15を、前記熱媒油流入管35には、反応槽30内の熱交換器40に送り込まれる熱媒油の温度を計測する流入熱媒油温度計51を、熱媒油排出管35’には反応槽3から排出される熱媒油の温度を計測する排出熱媒油温度計52を、反応槽30には、反応槽30内の圧力を測定する圧力計38を、それぞれ計測器として備え、それらの計測器からの計測信号に基づいて、
第二真空バルブ26、第三真空バルブ27及び真空ポンプ20並びに前記水槽10、反応槽30、第一真空バルブ25、第二真空バルブ26、第三真空バルブ27及び真空ポンプ20を制御する制御部2とで構成されている。
水槽10は真空容器であり、水槽内に貯蔵した水を加熱し、前記反応槽から送られてきた水蒸気を冷却凝縮する熱媒水を流通させる蒸発・凝縮管11、前記水槽内に貯蔵される水の水位を計測する水位計12、水槽内の圧力を測定する圧力計13が設けられている。また、前記蒸発・凝縮管11には、水槽に流入される熱媒水の温度を計測する流入熱媒水温度計14と排出される熱媒水の温度を計測する排出熱媒水温度計15が設けられている。
なお、前記流入熱媒水温度計14と排出熱媒水温度計15は、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムの運転が正常に行われているかの監視計器であり、制御部2へ表示信号として出力する。
FIG. 2 shows a schematic central configuration of an exhaust heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage.
The description of the same configuration as in FIG. 1 is omitted.
As shown in the figure, a waste heat storage air conditioning
The
The
The inflow heat
真空ポンプ20は、反応槽30と水槽10から(不用な)空気を吸引し真空状態を確保するもので、外部水蒸気配管22と外部水蒸気配管23の接続点から延長される真空引き配管24を接続し、真空引き配管24と外部水蒸気配管22により水槽10に、真空引き配管24と外部水蒸気配管23により反応槽30に連接されている。
前記外部水蒸気配管22、外部水蒸気配管23及び真空引き配管24には、配管の途中にそれぞれ第一真空バルブ25、第二真空バルブ26及び第三真空バルブ27が設けられていて反応槽30と水槽10から(不用な)空気を吸引したり、水槽10と反応槽30間で水蒸気の授受を行ったりする際に、それぞれの用途に応じて制御部2からの出力信号により開閉される。
The
The external
図3に反応槽30の外観を示す。
前記反応槽30は、真空容器であり長方形の本体31と真空フランジ蓋32、33で構成されている。
前記真空フランジ蓋32、33には水蒸気を流出入するための水蒸気管34、熱媒油を流入するための熱媒油流入管35及び熱媒油を流出するための熱媒油排出管35’を通す真空継手36が設けられている。なお本実施例では、前記外部水蒸気配管23と前記水蒸気管34を異なる符号をつけて説明しているが前記外部水蒸気配管23で前記水蒸気管34を兼ねてもよい。
真空継手36は、図3(b)の拡大断面図に示すように熱媒油流入管35及び熱媒油排出管35’を通すように鞘管になっていてその先端に設けたOリング37で熱媒油流入管35及び熱媒油排出管35’との間隙を塞いで反応槽30内の気密を保ち、また反応槽から水蒸気が漏出しないようになっている。
そして、反応槽30には反応槽30内の圧力を測定する圧力計38(図2参照)が設けられている。
FIG. 3 shows the appearance of the
The
The
As shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 3B, the vacuum joint 36 is a sheath pipe through which the heat transfer
The
前記反応槽30には、熱交換器40が設けられている。図4はその熱交換器40の構成を示す斜視図である。また図5は、熱交換器40及び反応槽30の平面断面図である。
両図に見られるように、熱交換器40は、外観上長方形の本体41と熱交換器蓋である熱交換器底板42及び熱交換器蓋である熱交換器蓋板43から構成されている。前記熱交換器40は、気体−液体熱交換器形状、いわゆるコイル形状をしており、その内部に充填される水和反応により放熱し、加熱による脱水反応により蓄熱する粒状の蓄熱材47を充填している。
前記熱交換器40の構造は、該蓄熱材47を加熱し該蓄熱材47から発熱した熱を受取る熱媒油を循環させるよう入口ヘッダ50と出口ヘッダ50’とで複数本に分岐しまた合流する熱媒油管48と、前記蓄熱材47の水和反応に必要な水蒸気を与え、前記蓄熱材47の脱水反応により取り出された水蒸気を受け取る側面に開口を多数有する複数の水蒸気管49と、並行して固定される前記熱媒油管48と前記水蒸気管49とのそれぞれの外側面に各管の軸芯に直交する方向に接するように固定される多数のフィン44と、該フィン44と直交する方向の上面及び下面には開放された面とを有し、前記フィンと直交する方向の前記上面及び前記下面について、底の前記熱交換蓋である前記熱交換器底板42を閉鎖した後に、粒状の前記蓄熱材47を前記フィン44間隙間に充填し、さらに上部の熱交換蓋である熱交換器蓋板43で閉鎖して全体をなしている。
前記フィン44間に充填される蓄熱材47は、水和材45であったり、水和材45が、例えば塩化カルシウムの場合は、水和材45と吸着材46の混合材からなっている。
また前記熱交換器40には、熱媒油流入管35と接続され前記複数本の熱媒油管48に熱媒油を分配して供給する熱媒油ヘッダ50が設けられていて、前記熱媒油は熱媒油流入管35から熱媒油ヘッダ50へ入り複数本の熱媒油管48へ分流され他方の熱媒油ヘッダ50’で合流された後、熱媒油排出管35’を介して反応槽30外に搬出される。
前記熱媒油流入管35には、反応槽30内の熱交換器40に送り込まれる熱媒油の温度を計測する流入熱媒油温度計51が、熱媒油排出管35’には反応槽3から排出される熱媒油の温度を計測する排出熱媒油温度計52が設けられている。
前記流入熱媒油温度計51及び排出熱媒油温度計52はそれぞれの計測信号を制御部2へ出力し、水和反応時の所定の流入熱媒油温度に所定の差分を加算した設定排出熱媒油温度を、前記排出熱媒油温度計52で計測した排出熱媒油温度が下回った時点で、前記反応槽30内の前記蓄熱材47が所定の割合で水和反応を終えたと判断し、第一真空バルブ25及び第二真空バルブ26を開から閉に動作させて、冷熱及び温熱の取り出しを終了させるよう制御する。
前記流入熱媒油温度計51は後述する塩化カルシウムが潮解する危険性の判断のためにも使用される。
The
As can be seen in both figures, the
The
The
The
The heat medium
The inflow heat
The inflow heat
前記制御部2は、前記反応槽30に設けられた反応槽圧力計38、前記熱媒油流入管35に設けられた流入熱媒油温度計51、前記熱媒油排出管35’に設けられた排出熱媒油温度計52、前記水槽10に設けられた水位計12と水槽圧力計13、前記蒸発・凝縮管11に設けられた流入熱媒水温度計14と排出熱媒水温度計15の各測定器からの計測値に基づいて、真空ポンプ20、及び第一真空バルブ25、第二真空バルブ26及び第三真空バルブ27の動作を制御し、化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムの運転状況を制御する。
The
図6は、前記熱交換器40内における水和材45と吸着材46に対する水蒸気と熱の授受の関係を示す図である。同図において、熱を取り出す水和反応における熱と水蒸気の授受を矢印で示す。水和反応では水蒸気管49から水蒸気が水和材45及び吸着材46に供給され、発熱した熱を熱媒油管48、熱媒油ヘッダ50’、熱媒油排出管35’を介して反応槽30外に搬出される。
前記蓄熱材47は、水和反応に伴って放熱(発熱)し脱水に伴って蓄熱(吸熱)する構成とされている。
本実施例では、蓄熱材47として、100数十度で脱水反応(再生)が可能な塩化カルシウム(CaCl2)からなる水和材45と、100℃以下で再生可能な合成ゼオライトからなる吸着材46の混合材が採用されている。
したがって、反応槽30内では、以下に示す反応で蓄熱、放熱を可逆的に繰り返し得る構成とされている。
CaCl2(s)+H2O(g)⇔CaCl2・H2O(s)+Q1(653kJ/kg) 無水和物⇔一水和物
CaCl2・H2O(s)+H2O(g)⇔CaCl2・2H2O(s)+Q2(409kJ/kg) 一水和物⇔二水和物
反応熱Q1及びQ2については、mol基準ではなく水和数の少ない側(式の左側)の質量を基準とした質量基準で示している。
FIG. 6 is a view showing the relationship between the transfer of water vapor and heat to the
The
In this embodiment, as the
Therefore, in the
CaCl 2 (s) + H 2 O (g) ⇔ CaCl 2 · H 2 O (s) + Q1 (653 kJ / kg) Non-hydrate ⇔ Monohydrate
CaCl 2 · H 2 O (s) + H 2 O (g) ⇔CaCl 2 · 2H 2 O (s) + Q2 (409 kJ / kg) Monohydrate⇔Dihydrate For reaction heat Q1 and Q2, Not based on mol, but on a mass basis based on the mass on the side with the lower hydration number (left side of the formula).
図7に上記反応の概要をアレニウスプロット上に示す。ここで塩化カルシウムの反応平衡と飽和水蒸気圧(水蒸気と水の反応平衡)を示している。
同図において縦軸は、絶対圧、横軸は温度を示している。また、線X(左から数えて一番左側の実線)は、無水和物から一水和物に変化する温度と圧力の条件を表し、線Y(左から数えて二番目の点線)は、一水和物から二水和物に変化する温度と圧力の条件を表し、線Z(左から数えて三番目の実線)は、水の飽和線で水が沸騰する条件を圧力と温度で表す。
FIG. 7 shows an outline of the above reaction on an Arrhenius plot. Here, the reaction equilibrium of calcium chloride and the saturated water vapor pressure (reaction equilibrium of water vapor and water) are shown.
In the figure, the vertical axis represents absolute pressure and the horizontal axis represents temperature. The line X (the leftmost solid line from the left) represents the temperature and pressure conditions for changing from the anhydride to the monohydrate, and the line Y (the second dotted line from the left) is The temperature and pressure conditions that change from monohydrate to dihydrate are represented, and the line Z (the third solid line from the left) represents the conditions under which water boils at the water saturation line in terms of pressure and temperature. .
本実施例の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム1の運転動作(放熱・蓄熱)について、図8(a)〜(c)に基づいて、水和材45に塩化カルシウムを用いる場合を、図7も参照しつつ説明する。なお、図8においては、制御部2を省略している。
また、運転動作における温度と圧力については運転条件の一例でありこれに限定されるものではない。
最初に次の手順により脱気運転(a)を行う。
底の前記熱交換蓋である前記熱交換器底板42を閉鎖した後に、前記水和材45である塩化カルシウム(無水物)と吸着材46である蓄熱材47を前記熱交換器40のフィン44間隙間に充填し、上部の熱交換蓋である熱交換器蓋板43で閉鎖した前記熱交換器40を内蔵するよう、前記熱交換器40の側面と相対する側面蓋である2つの真空フランジ蓋32の内どちらかを通じて内部に前記熱交換器を入れ込む反応槽30をセッティングした中心部1において、
水槽10に水を充填する。真空ポンプ20を運転した状態で第二真空バルブ26及び第三真空バルブ27を開放して反応槽30内の空気を排出する。これは、粒状の蓄熱材47の微細孔や熱交換器40の隙間部分などに空気が溜まっているのである程度の時間真空引きする。反応槽圧力計38の計測値により、内圧を2〜50Paまで低圧としたと制御部2が判断した後、次の動作に移る。前記内圧2Pa〜50Paという値は、反応を阻害する要因である空気を極力系外へ排出できる経済的に真空引きできる値である、この内圧にすれば、水和反応を起こす水蒸気をまんべんなく蓄熱材47に接触させることができ、水和反応での水蒸気の水槽10から反応槽30への移動力を付与できる。
次に、真空バルブ26を閉止し、25を開放して水槽内10の空気を排出する。
これは、水槽10内部水面上に気体として存在したり、貯留水にとけ込んでたりして含まれる空気を、系外に真空引きで引き抜くためある程度の時間真空引きする。水槽圧力計13の計測値により、内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧としたと制御部2が判断した後、次の動作に移る。この飽和水蒸気圧1〜3kPaは、水温8℃〜25℃という前述の冷水系の水温、及び大気での熱交換を行う冷却塔への冷却水循環系でのある程度冷却された水温が、前記蒸発・凝縮管により間接で熱だけ与えられる水槽内水温での、飽和水蒸気圧である。
水槽10内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧としたと制御部2が判断したした後、第一真空バルブ25及び第3真空バルブ27を閉止し、真空ポンプ20を停止する。
About the operation (heat dissipation / heat storage) of the exhaust heat storage air conditioning
Further, the temperature and pressure in the driving operation are an example of the operating conditions, and are not limited thereto.
First, the deaeration operation (a) is performed according to the following procedure.
After closing the heat
The
Next, the
In order to extract the air contained in the water surface of the
After the
次に放熱(水和反応)運転(b)について説明する。
上記のように反応槽30内及び水槽内10が前述の内圧によりある程度の真空状態になった状態で、反応槽30の熱媒油流入管35から50℃の熱媒油を反応槽30内の熱交換器40に送り込み熱媒油管48内を循環させる。また、水槽10内の蒸発・凝縮管11に12℃の熱媒水を送り込み蒸発・凝縮管11内を循環させる。この当初時の状態は例えば、水槽10内の圧力は水12℃の飽和水蒸気圧約1.4kPaであり、反応槽30は数Pa程度の低圧である。
50℃の熱媒油は、施設側熱交換器を介して、54℃供給温で、温熱負荷の温水コイルからの44℃還り温を有する温水の加熱源として、反応槽で55℃以上まで加熱されて利用される。蒸発・凝縮管の12℃の熱媒水は、冷水の還り温度であり、汎用の冷凍機の蒸発器の設計値である12℃の還り冷水温度となっている。
次に第一真空バルブ25及び第2真空バルブ26を開放すると、図7に示すように水槽10と反応槽30の圧力差△P1により前記水槽10に接続されている水蒸気管34から反応槽30内の熱交換器40内に水蒸気が供給され、図7の線Xから左側の無水和物に水が吸着されると水和反応が生じ同線Xの右側の一水和物に変化する。そしてこの時熱Q1が放熱(発熱)される。この時の反応部は高温となるが、排出熱媒油温度計52の計測値:熱媒油出口温度は70℃程度の温度まで昇温し、水和反応が起きている反応槽内圧力は1kPaである(c点)。この線X上での発熱は、反応槽30内の様々な蓄熱材47と水蒸気との間で生じ、上記の熱媒油出口温度や反応槽内圧力が継続し、多量の熱が取り出せる。
さらに、反応槽30内の無水物がある程度1水和物に変わっていく過程で、今度は、その状態の一水和物(線Xと線Yの間)に水が吸着すると水和反応が生じ線Yの右側の二水和物に変化する。そしてこの時熱Q2が放熱(発熱)される。この時の排出熱媒油温度計52の計測値:熱媒油出口温度は55℃、水和反応が起きている反応槽内圧力は1kPaである(b点)。
Next, the heat release (hydration reaction) operation (b) will be described.
As described above, in the state where the inside of the
The heat transfer oil at 50 ° C is heated to 55 ° C or higher in the reaction tank as a heating source of hot water having a return temperature of 44 ° C from the hot water coil of the heat load through the facility-side heat exchanger at a supply temperature of 54 ° C. To be used. The heat transfer water of 12 ° C. in the evaporation / condensation tube has a return temperature of cold water, and a return cold water temperature of 12 ° C., which is a design value of an evaporator of a general-purpose refrigerator.
Next, when the
Furthermore, in the process in which the anhydride in the
一方、反応槽30側では塩化カルシウムの水和反応による熱Q1、Q2を、熱交換器40内の熱媒油管48の管側面を介して熱媒油により取り出し、熱媒油排出管35’を介して反応槽30外部へ搬出する。この熱は温熱として利用される。このとき熱媒油排出管35’から排出される熱媒油の温度は、前述の当初は70℃〜2水和反応時には55℃である。
また、水槽内10では水蒸気が反応槽30へ移動して圧力が低下する方向に変化するが、12℃の熱媒水を熱源として水が7〜10℃で沸騰するため、この飽和水蒸気圧では水槽10内の圧力は平衡する。
このとき水槽10内の温度は10℃程度で、圧力は1.2kPaになる(a点)。
そして、熱媒水は水槽10内で沸騰する水に蒸発熱Q3を奪われ、10℃以下の低温となり水槽外へ搬出され、冷熱として利用される。
反応槽30に充填した蓄熱材の80%程度が二水和物となった時点で熱媒油排出管35’から排出される熱媒油の温度は54℃になる。熱媒油排出管35’に設けられている排出熱媒油温度計52によって熱媒油排出管35’から排出される熱媒油の温度が54℃になったことを確認した時点で真空バルブ25、26を閉止し、水槽10から反応槽30への水蒸気の供給を停止し、放熱運転を終了する。
On the other hand, on the
Further, in the
At this time, the temperature in the
Then, the heat transfer water is deprived of the evaporation heat Q3 by the water boiling in the
When about 80% of the heat storage material filled in the
図8(c)によって放熱運転後の蓄熱運転について説明する。まず、放熱運転時にリークにより反応槽30、水槽10内に侵入した空気をそれぞれ真空ポンプ20により排出する。
次に、反応槽30の熱媒油流入管35から、排熱施設の施設側熱交換器を介して排熱熱媒と熱交換した130℃程度の熱媒油を反応槽30内の熱交換器40に送り込み熱媒油管48内を循環させる。また、水槽10内の蒸発・凝縮管11に20℃の熱媒水を送り込み蒸発・凝縮管11内を循環させる。
蒸発・凝縮管の20℃の熱媒水は、外気と熱交換する冷却塔により外気熱で冷却される冷却水の還り温度であり、中間期よりも寒い時期には充分外気だけで20℃まで冷却でき、夏期は、追加冷熱として冷凍機で冷やした熱媒により更に冷やして20℃にして供給する。
このとき熱交換器40内の塩化カルシウムの二水和物は熱媒油管48から熱を受け、まず一水和物(e点)へ変化し、その後無水物(f点)となり、それぞれの反応において脱水し水蒸気を排出する。このとき吸収する熱はそれぞれQ2とQ1である。
前記のように蓄熱材47が加熱されると塩化カルシウムの二水和物、及び一水和物からの脱水は水蒸気となり反応槽30内の圧力が上昇する。反応槽30に設けられた圧力計38により反応槽30内の圧力が水槽10の圧力よりも高圧となった時点で真空バルブ25・26を開放すると、反応槽30内に排出された水蒸気は圧力差△P2により水槽10へ移動する。水槽10内では反応槽30より移動した水蒸気を蒸発・凝縮管11の表面で冷却し凝縮させる(d点)。水槽10内に設けられた水位計12により水槽内10の貯留水の水位を確認し、脱水が完了した時点で第一真空バルブ25及び第2真空バルブ26を閉止し蓄熱運転を終了する。
The heat storage operation after the heat radiation operation will be described with reference to FIG. First, air that has entered the
Next, the heat transfer oil in the
The heat transfer water at 20 ° C in the evaporation / condensation tube is the return temperature of the cooling water cooled by the outside air heat by the cooling tower that exchanges heat with the outside air. It can be cooled, and in summer, it is further cooled to 20 ° C. with a heat medium cooled in a refrigerator as additional cooling.
At this time, the calcium chloride dihydrate in the
As described above, when the
上記のように、図7の線Yより右側の二水和物に熱媒油管からQ2の熱を加えると脱水反応が起こり二水化物から水が外れ一水和物に変化する。この時の温度は100℃、圧力は8kPaである。
さらに、上記一水和物に熱媒油管48からQ1の熱を加えると脱水反応が起こり一水化物から水が外れ無水和物に変化する。この時の温度は130℃、圧力は10kPaである。
As described above, when the heat of Q2 is applied to the dihydrate on the right side of the line Y in FIG. 7 from the heat transfer oil pipe, a dehydration reaction occurs and water is removed from the dihydrate to change to a monohydrate. The temperature at this time is 100 ° C., and the pressure is 8 kPa.
Further, when the heat of Q1 is applied from the heat
前述したように塩化カルシウムは周囲の温度・水蒸気圧により水和状態が変化する。加えて塩化カルシウムは一定の温度・水蒸気圧条件を境に潮解(水溶液化)する範囲が存在する。図9はこの塩化カルシウムの安定域と潮解域を示す説明図であり、縦軸を水蒸気圧(絶対圧Pa)、横軸を温度(℃)として示している。
図9に示したa−a線は、塩化カルシウムの無水和物と一水和物との状態を分ける線で、a−a線から左側が無水和物CaCl2として安定する領域、a−a線からb−b線の間が一水和物CaCl2・H2Oとして安定する領域、b―b線からc−c線の間が二水和物CaCl2・2H2Oとして安定する領域である。そしてc−c線よりさらに右側の領域が潮解域である。
As described above, the hydration state of calcium chloride changes depending on the ambient temperature and water vapor pressure. In addition, calcium chloride has a deliquescent (aqueous solution) boundary at a certain temperature and water vapor pressure. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the stable region and deliquescent region of calcium chloride, with the vertical axis representing water vapor pressure (absolute pressure Pa) and the horizontal axis representing temperature (° C.).
The aa line shown in FIG. 9 is a line that separates the state of calcium chloride anhydrate and monohydrate, and the left side of the aa line is a stable region as the anhydrate CaCl 2 , aa The region between the line and the bb line is stable as the monohydrate CaCl 2 · H 2 O, and the region between the line bb and the cc line is stable as the dihydrate CaCl 2 · 2H 2 O It is. The area on the right side of the line cc is the deliquescent area.
本実施例では、熱交換器40から熱を取り出す水和反応時には、まず図9に示すA点における反応(CaCl2→CaCl2・H2O)による熱Q1を熱媒油管48により取り出し、次いでB点における反応(CaCl2・H2O→CaCl2・2H2O )による熱Q2を取り出す。B点における熱媒油の温度は通常の状態では50℃であり、水和反応が完了したCaCl2・2H2O もこの温度の状態であればCaCl2・2H2O として安定的である。しかし、その水蒸気圧力条件のまま水和反応が完了したCaCl2・2H2O が冷却されると、条件は矢印の方向へ移動するため、C点を超えて潮解域に入ってしまう。潮解すると、それまで粒体層として安定形状であったものが流動化し、熱交換器40の下部に移動し熱交換器40内部で材料が偏在してしまい、熱交換ができなくなってしまう。さらに、潮解した塩化カルシウムは腐食性が強いため、熱交換器40の熱媒油管48、及び水蒸気管49に腐食を生じさせてしまうという問題を生じる。
In this embodiment, at the time of the hydration reaction for extracting heat from the
図10は水蒸気圧を一定とした場合の温度に対する水和材と吸着材の水分量比を示す図である。同図において縦軸は水分量比、横軸は温度を示している。
本実施例においては、塩化カルシウムの潮解を抑制するために、塩化カルシウムに吸着材46を混合している。この吸着材46を混合する効果について同図で説明する。
同図は、水蒸気圧を一定とした場合の温度に対する水分量比を、塩化カルシウムについては階段状の線で、吸着材46については左上がりの曲線で示している。
ここで塩化カルシウム及び吸着材46の水分量比は130℃で脱水した状態(ア)を基準(ゼロ)として示している。
FIG. 10 is a graph showing the water content ratio of the hydrated material and the adsorbent with respect to the temperature when the water vapor pressure is constant. In the figure, the vertical axis represents the water content ratio, and the horizontal axis represents the temperature.
In this embodiment, an adsorbent 46 is mixed with calcium chloride in order to suppress deliquescence of calcium chloride. The effect of mixing the adsorbent 46 will be described with reference to FIG.
The figure shows the water content ratio with respect to temperature when the water vapor pressure is constant, as a step-like line for calcium chloride, and as a curve rising to the left for the adsorbent 46.
Here, the water content ratio between the calcium chloride and the adsorbent 46 is shown based on the state (a) dehydrated at 130 ° C. (zero).
反応槽30内の蓄熱材47を熱媒油管48に流入する熱媒油で冷却すると塩化カルシウムの温度が低下する。このとき真空バルブ25・26を解放し水槽10から蓄熱材47に水蒸気を供給すると、水蒸気は吸着材46に吸着され、塩化カルシウムの水分量比は増加せずゼロレベルを保つ。そして塩化カルシウムの温度が約70℃に低下した時点で急激に水蒸気と水和反応を起こし水分量比が0.16に上昇し無水和物CaCl2から一水和物CaCl2・H2Oに変化して発熱する(イの状態)。
さらに熱媒油による温度低下が続き温度が60℃を下回る時点で再度塩化カルシウムの水和反応が起こり、水分量比を0.32に上げて一水和物CaCl2・H2Oから二水和物CaCl2・2H2Oに変化して発熱する(ウの状態)。
この際の反応槽30内の水蒸気圧は1.2kPaである。
When the
Furthermore, when the temperature drops due to the heat transfer oil and the temperature drops below 60 ° C, the hydration reaction of calcium chloride occurs again, and the water content ratio is increased to 0.32 from the monohydrate CaCl2 · H2O to the dihydrate CaCl2・ Changes to 2H2O and generates heat (U state).
At this time, the water vapor pressure in the
反応槽30へ流入する熱媒油の温度(図8 T1in)を50℃とすると、この温度では塩化カルシウムCaCl2・2H2Oは粒状体として安定に存在する。しかし、熱利用側の条件の変化(熱負荷の変化)により、反応槽30に流入する熱媒油の温度が30℃程度(T1in’)まで低下(図10中(エ))すると、CaCl2・2H2Oの温度も同様に30℃まで低下する。この温度では図8について前述したようにCaCl2・2H2Oは潮解してしまう。
この塩化カルシウムの潮解は塩化カルシウムに吸着材46を混合することにより抑制できる。吸着材46は図10中の水分量比の線のように、一定水蒸気圧の条件下で温度が低下すると、水分量比(吸着量)が上昇し、吸着により発熱するという特徴をもつ。この特徴により、前述の反応槽10に流入する熱媒油の温度が低下した場合、吸着材46は図中矢印のようにさらに吸着できる水分量を増加させるため、温度低下と同時に水分を吸着して発熱し、蓄熱材全体の温度低下を抑制する機能を持つ。つまり、図11に示すように、T1in(反応槽への熱媒油流入温度)が潮解温度以下に低下した場合に、吸着材46を塩化カルシウムに混合しておくと、潮解温度以下に蓄熱材47の温度が低下するまでの時間を、塩化カルシウムのみの場合より遅らせることができ(図11においては約10分)、T1inの温度変動に対する安全性を向上させる効果がある。
上記のように本実施例においては、T1in(反応槽への熱媒油流入温度)が潮解温度以下に低下した場合に蓄熱材47の温度が潮解温度以下に低下するまでの時間を延長することができるが、前記流入熱媒油温度計51によりT1inがある一定時間以上(例えば図13では10分)低温が継続したことが確認された場合は、潮解を回避するためにT1inの流入を閉止するように構成されている。
Assuming that the temperature of the heat transfer oil flowing into the reaction tank 30 (T1in in FIG. 8) is 50 ° C.,
This deliquescence of calcium chloride can be suppressed by mixing the adsorbent 46 with calcium chloride. The adsorbent 46 has a characteristic that, when the temperature is lowered under the condition of a constant water vapor pressure, the water content ratio (adsorption amount) is increased and heat is generated by the adsorption, as indicated by the water content ratio line in FIG. Due to this feature, when the temperature of the heat transfer oil flowing into the
As described above, in this embodiment, when T1in (the temperature of the heat transfer oil flowing into the reaction tank) is lowered below the deliquescence temperature, the time until the temperature of the
水和材45と吸着材46の蓄熱材47の脱水について図12に示す。水和材45と吸着材46とがそれぞれ反応がほぼ終了した状態で温度が放熱時の反応槽10に流入する熱媒油の温度(T1in)50℃と同程度の状態であり、真空バルブ(図7 25、26)が閉止した状態から脱水をスタートする。
まず反応槽30に流入する熱媒油の温度(T1in)を130℃として循環を開始する。また水槽10への熱媒水の流入温度(T2in)を25℃として循環を行う。反応槽30の水和材45、吸着材46の温度が上昇し、100℃程度(キ)までは吸着材46のみから水蒸気が発生し反応槽30内の圧力が上昇する。反応槽30内の圧力が水槽10内の圧力より高くなった時点で真空バルブ(図8 25、26)を開放する。その後100℃程度(キ)でCaCl2・2H2OがCaCl2・H2Oに変化し、さらに130℃でCaCl2に変化する。
The dehydration of the
First, the temperature (T1in) of the heat transfer oil flowing into the
図11のように潮解の危険のある温度まで反応槽30への流入熱媒油温度(T1in)が低下した場合、一定時間この水和材45の潮解を抑制するためには、ある割合の吸着材46の混合が必要となる。
図13に水和材45の割合を横軸に、蓄熱量を縦軸として水和材45、吸着材46の蓄熱量、熱媒油温度が低下した場合に吸着材46から追加的に得られる蓄熱量を示す。
この関係を式(i〜iv)により説明する。
As shown in FIG. 11, when the temperature of the heat transfer medium oil (T1in) flowing into the
In FIG. 13, when the ratio of the
This relationship will be described using equations (i to iv).
式(i)は蓄熱材47の単位蓄熱量(qmix)を求める式で、(had)は吸着材の単位蓄熱量(600kJ/kg)、hhyは水和材の単位蓄熱量(1,130kJ/kg)、αは水和材45の混合比を示す。次に式(ii)により、放熱速度(v)を求める式で、treは反応時間を示す。そして式(iii)は潮解を一定時間(tav)回避するための熱量(vtav)を吸着材46から追加的に得られる熱量によりキャンセルさせる関係式であり、hgは吸着材46より追加的に得られる単位発熱量(230kJ/kg)である。これら式(i)〜(iii)より式(iv)が得られ、同式より水和材45の混合比αが求められる。
例えばこの蓄熱材47を2.5時間で放熱させるとして、この放熱速度のまま熱媒油温度低下による潮解を10分間回避するための割合は、式(iv)から水和材45の72%に対して吸着材46は28%となる。
Formula (i) is a formula for obtaining the unit heat storage amount (q mix ) of the
For example, assuming that the
水蒸気管49の径はこの水蒸気管を通過する水蒸気の圧力損失により適する範囲が存在する。図7の水和反応における圧力差(△P1)は約230Paであり、水槽10から反応槽30の間、反応槽30内の水蒸気管49、及び水蒸気管49と熱媒油管48と分熱フィン44による空隙に充填する蓄熱材層である粒体層それぞれを通過する圧力損失を230Pa以下に抑える必要がある。なかでも圧力損失が大きいのは水蒸気管49においてであり、図14の水蒸気管の外径寸法と水蒸気管における圧力損失及び熱媒油管・水蒸気管の占有率を示す図から水蒸気管49の外径を約16〜22mmとした。水蒸気管49の径が拡大すると、図14に見られるように容器全体に対する水蒸気管49、熱媒油管48の占有率が大きくなり、蓄熱材47の充填量が減少することを配慮し、水蒸気管49の径は16〜22mmが適当とした。このとき、水蒸気管48を通過する水蒸気の圧力損失は、170〜22Paである。
また反応槽30と水槽10の間の配管22,23を通過する水蒸気の圧力損失は配管の径を250mmとして24Paであるから、粒体層を通過する水蒸気の圧力損失を30Pa程度以下とする必要がある。
The diameter of the
Moreover, since the pressure loss of the water vapor | steam which passes the piping 22 and 23 between the
図15に水蒸気管49と熱媒油管48の寸法、図16に粒体の径、粒体層厚さに対する粒体層を通過する水蒸気の圧力損失を示す。水蒸気管49と熱媒油管48の間隔は40〜60mm、水蒸気管49の径16〜22mmにより水蒸気管49から最も遠い点までの距離は熱媒油管48の間隔が40mm、水蒸気管49の径16mmの場合27mmであり、熱媒油管48の間隔が60mm、水蒸気管49の径16mmの場合45mmでありこの幅がある。粒体層の厚さは27〜45mmである。この粒体層の厚さで圧力損失が30Pa以下になる粒体の径は熱媒油管48の間隔が27mmの場合0.7mm以上、熱媒油管48の間隔が45mmの場合1.2mm程度以上となる。また本実施例では分熱フィン44のピッチを4〜10mmとしているので、粒体の径の最大値を分熱フィン44のピッチの1/4程度以下とし、粒状体の径としては圧力損失が低く適切である0.7mm〜2.5mmとした。
FIG. 15 shows the dimensions of the
図17により、他の実施例として化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムを移動式に使用した概略全体構成を説明する。
前記図1の説明で説明している箇所と同じものは省略する。
本実施例は、自動車、鉄道または船舶で移動できる架台上に、水槽10、真空ポンプ20、反応槽30、外部水蒸気管22、真空引き配管23、第一真空バルブ25、第二真空バルブ26、第三真空バルブ27、真空ポンプ20並びに前記水槽10、反応槽30、第一真空バルブ25、第二真空バルブ26、第三真空バルブ27及び真空ポンプ20を制御する制御部2からなる化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システムを設置し、排熱施設の排熱回収熱媒循環系86及び冷却水循環系67と着脱可能であり、熱利用施設の空調用温水加熱循環系87及び冷水循環系69と着脱可能なように、熱媒油流入管に流入側油カップリングを、熱媒油流出管に流出側油カップリングを、水槽の前記蒸発・凝縮管の入口出口タッピングにそれぞれ、流入側水カップリング、流出側水カップリングを付属させて、排熱施設と熱利用施設との間を移動させ、カップリングで着脱することで、排熱、冷熱の有効利用を図るものである。
同図(A)では、排熱施設へ接続して蓄熱するために脱水反応を行わせ、同図(b)では、熱利用施設へ接続して放熱するために水和反応を行わせている様子を示している。
With reference to FIG. 17, a schematic overall configuration using an exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage in a mobile manner will be described as another embodiment.
The same parts as described in the description of FIG. 1 are omitted.
In this embodiment, a
In the same figure (A), a dehydration reaction is performed in order to store heat by connecting to an exhaust heat facility, and in the same figure (b), a hydration reaction is performed in order to connect to a heat utilization facility and release heat. It shows a state.
1:冷熱温熱同時利用化学蓄熱装置
2:制御部
10: 水槽
20:真空ポンプ
22、23、24:配管
25、26、27:真空バルブ
30:反応槽
31:反応層本体
32、33:真空フランジ蓋
34:水蒸気管
35:熱媒油流入管
35’:熱媒油排出管
36:真空継手
38:圧力計
40:熱交換器
41:熱交換器本体
42:熱交換器底板
43:熱交換器蓋板
44:分熱フィン
45:水和材
46:吸着材
47:蓄熱材
48:熱媒油管
49:水蒸気管
50、50‘:熱媒油ヘッダ
1: Cold and hot simultaneous use chemical heat storage device 2: Control unit
10: Aquarium
20: Vacuum pump
22, 23, 24: Piping 25, 26, 27: Vacuum valve 30: Reaction tank 31:
46: Adsorbent 47: Heat storage material 48: Heat transfer oil pipe 49:
Claims (11)
該蓄熱材を加熱し該蓄熱材から発熱した熱を受取る熱媒油を循環させるよう入口ヘッダと出口ヘッダとで複数本に分岐しまた合流する熱媒油管と、
前記蓄熱材の水和反応に必要な水蒸気を与え、前記蓄熱材の脱水反応により取り出された水蒸気を受け取る側面に開口を多数有する複数の水蒸気管と、
前記熱媒油管と前記水蒸気管とのそれぞれの外側面に管の軸芯に直交する方向に接するように固定されるフィンとを有し、側面に前記複数の水蒸気管内部を外部と連通するよう固定する、気体−液体熱交換コイル形状の熱交換器と、
前記熱交換器の前記フィンと直交する方向の上面及び下面とをそれぞれ塞ぐ熱交換器蓋と、
底の前記熱交換蓋を閉鎖した後に、前記蓄熱材を前記熱交換器のフィン間隙間に充填し、上部の熱交換蓋で閉鎖した前記熱交換器を内蔵する、前記熱交換器の側面と相対する側面蓋に水蒸気導入管の端部を位置させ、2つの側面蓋の内どちらかを通じて内部に前記熱交換器を入れ込む反応槽を備え、
さらに、内部に貯蔵した水を加熱し、また前記熱交換器で生じた水蒸気を冷却凝縮する熱媒水を流通させる蒸発・凝縮管を備えた水槽と、
前記蓄熱材を大気圧より低い圧力の環境下で反応させるため、反応槽と水槽内の空気を排除して大気圧より低い内圧にする真空ポンプと、
前記反応槽側壁を貫通して前記熱交換器の前記熱媒油管に入口ヘッダを介して接続され前記熱媒油を流入させる熱媒油流入管、及び前記熱媒油管に出口ヘッダを介して接続された熱媒油排出管と、
前記反応槽と水槽とを連接する外部水蒸気配管と、
該外部水蒸気配管の接続部と前記真空ポンプを接続する真空引き配管と、
前記外部水蒸気配管の接続部から見て水槽側の外部水蒸気配管に設けられた第一真空バルブと、前記外部水蒸気配管の接続部から見て反応槽側の外部水蒸気配管に設けられた第二真空バルブと、前記真空引き配管に設けられた第三真空バルブと、
を備え、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管には、大気と熱交換する冷却塔に冷却水ポンプで冷却水を循環する冷却水循環系と、空調機の冷却コイルに冷水ポンプで冷水を循環する冷水循環系とを切り換えて接続し、
前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とには、施設側熱交換器を介して空調用温水循環系と、排熱回収熱媒循環系とを切り換えて接続する
ことを特徴とする化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 A granular heat storage material that dissipates heat by a hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating,
A heat transfer oil pipe that branches into and merges with a plurality of inlet headers and outlet headers so as to circulate heat transfer oil that heats the heat storage material and receives heat generated from the heat storage material;
A plurality of steam pipes that provide water vapor necessary for the hydration reaction of the heat storage material and have a large number of openings on the side surface that receives the water vapor extracted by the dehydration reaction of the heat storage material;
Fins fixed to the outer side surfaces of the heat transfer oil pipe and the steam pipe so as to be in contact with the direction perpendicular to the axis of the pipe, and the inside of the plurality of steam pipes communicate with the outside on the side surface A gas-liquid heat exchange coil-shaped heat exchanger to be fixed;
A heat exchanger lid that respectively closes an upper surface and a lower surface in a direction orthogonal to the fins of the heat exchanger;
After closing the heat exchange lid at the bottom, the heat storage material is filled between the fin gaps of the heat exchanger, and the heat exchanger closed by the upper heat exchange lid is built in. An end of the water vapor introduction pipe is positioned on the opposite side cover, and a reaction tank is provided for inserting the heat exchanger into one of the two side covers,
Furthermore, a water tank provided with an evaporation / condensation tube for heating the water stored therein and circulating a heat transfer water for cooling and condensing the water vapor generated in the heat exchanger;
In order to make the heat storage material react in an environment at a pressure lower than atmospheric pressure, a vacuum pump that eliminates air in the reaction tank and the water tank and makes the internal pressure lower than atmospheric pressure;
A heat medium oil inflow pipe for passing the heat medium oil through the reaction tank side wall and connected to the heat medium oil pipe of the heat exchanger via an inlet header, and a heat medium oil pipe connected to the heat medium oil pipe via an outlet header A heated heat oil discharge pipe,
An external steam pipe connecting the reaction tank and the water tank;
A vacuum pulling pipe for connecting the connecting portion of the external water vapor pipe and the vacuum pump;
A first vacuum valve provided in the external steam pipe on the water tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe, and a second vacuum provided in the external steam pipe on the reaction tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe A valve and a third vacuum valve provided in the vacuuming pipe;
With
The evaporation / condensation pipe of the water tank includes a cooling water circulation system that circulates cooling water using a cooling water pump to a cooling tower that exchanges heat with the atmosphere, and a chilled water circulation system that circulates cooling water using a cooling water pump to a cooling coil of an air conditioner. Switch to connect
The heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe are connected by switching between a hot water circulation system for air conditioning and an exhaust heat recovery heat medium circulation system via a facility-side heat exchanger. Waste heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage.
前記熱媒油管に出口ヘッダを介して接続された熱媒油排出管を流出側油カップリングを介して分割し、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管の入口出口タッピングにそれぞれ、流入側水カップリング、流出側水カップリングを付属させて、それぞれ相カップリング付きの外部可撓管と接続可能としたうえで、
前記反応槽と、前記水槽と、前記真空ポンプと、
前記反応槽と水槽とを連接する外部水蒸気配管と、
該外部水蒸気配管の接続部と前記真空ポンプを接続する真空引き配管と、
前記外部水蒸気配管の接続部から見て水槽側の外部水蒸気配管に設けられた第一真空バルブと、前記外部水蒸気配管の接続部から見て反応槽側の外部水蒸気配管に設けられた第二真空バルブと、前記真空引き配管に設けられた第三真空バルブと、
前記熱媒油管の入口ヘッダから流入側油カップリングまでの熱媒油流入管と、
前記熱媒油管の出口ヘッダから流出側油カップリングまでの熱媒油流出管と、
を移動可能な架台上に備え、
排熱施設に移動した場合は、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に、流入側水カップリング及び流出側水カップリングを介して前記冷却水循環系を接続し、かつ、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに、流入側油カップリング及び流出側油カップリングを介して施設側の熱媒油流入管及び施設側の熱媒油流出管に接続して施設側熱交換器に油を循環させ、該施設側熱交換器を介して前記排熱回収熱媒循環系に接続し、
熱利用施設に移動した場合は、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に、流入側水カップリング及び流出側水カップリングを介して前記冷水循環系を接続し、かつ、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに、流入側油カップリング及び流出側油カップリングを介して施設側の熱媒油流入管及び施設側の熱媒油流出管に接続して施設側熱交換器に油を循環させ、該施設側熱交換器を介して前記空調用温水循環系に接続することを特徴とする請求項1に記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 A heat medium oil inflow pipe connected to the heat medium oil pipe via an inlet header and allowing the heat medium oil to flow in is divided through an inflow side oil coupling,
Dividing the heat transfer oil discharge pipe connected to the heat transfer oil pipe via an outlet header via an outflow oil coupling;
After attaching an inflow side water coupling and an outflow side water coupling to the inlet / outlet tapping of the evaporation / condensation tube of the water tank, respectively, and enabling connection with an external flexible tube with a phase coupling,
The reaction tank, the water tank, and the vacuum pump;
An external steam pipe connecting the reaction tank and the water tank;
A vacuum pulling pipe for connecting the connecting portion of the external water vapor pipe and the vacuum pump;
A first vacuum valve provided in the external steam pipe on the water tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe, and a second vacuum provided in the external steam pipe on the reaction tank side as viewed from the connection part of the external steam pipe A valve and a third vacuum valve provided in the vacuuming pipe;
A heat transfer oil inflow pipe from the inlet header of the heat transfer oil pipe to the inflow side oil coupling;
Heat medium oil outflow pipe from the outlet header of the heat medium oil pipe to the outflow side oil coupling,
On a movable base,
If you move to a waste heat facility,
The cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation pipe of the water tank via an inflow-side water coupling and an outflow-side water coupling, and the heating medium oil inflow pipe and the heating medium oil outflow pipe, through the inlet-side oil coupling and the outlet-side oil coupling connected to the thermal oil outlet pipe of the heat transfer oil inflow pipe of the facility and the facility by circulating oil to the facility-side heat exchanger, the facility heat Connected to the exhaust heat recovery heat medium circulation system through an exchanger,
If you move to a heat utilization facility,
The cold water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank via an inflow-side water coupling and an outflow-side water coupling, and to the heat-medium oil inflow tube and the heat-medium oil outflow tube, through the inlet-side oil coupling and the outlet-side oil coupling connected to the thermal oil outlet pipe of the heat transfer oil inflow pipe of the facility and the facility by circulating oil to the facility-side heat exchanger, the facility heat The exhaust heat storage air conditioning heat source system using chemical heat storage according to claim 1, wherein the exhaust heat storage air conditioning heat source system is connected to the hot water circulation system for air conditioning via an exchanger.
前記水槽に所定量水を充填し、
第三真空バルブ及び第二真空バルブを開けた後真空ポンプを運転して反応槽内圧を2〜50Paまで低圧とした後、第二真空バルブを閉じて第一真空バルブを開けて真空ポンプの吸引により前記水槽内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧とした後に前記真空ポンプを停止する脱気運転の後、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷水循環系を接続して冷熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して空調用温水循環系を接続して温熱を、水和反応により熱源としてそれぞれ同時に取り出し、
その後、前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷却水循環系を接続して水槽中の水の凝縮熱放熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して排熱回収熱媒循環系を接続し200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱し、
これを繰り返して行える
ことを特徴とする請求項1記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 The granular heat storage material that dissipates heat by the hydration reaction and stores heat by a dehydration reaction by heating is calcium chloride,
Filling the water tank with a predetermined amount of water,
After opening the third vacuum valve and the second vacuum valve, the vacuum pump is operated to reduce the internal pressure of the reaction tank to 2-50 Pa, then the second vacuum valve is closed and the first vacuum valve is opened to suck the vacuum pump. After deaeration operation to stop the vacuum pump after setting the water tank internal pressure to 1 to 3 kPa of the saturated water vapor pressure of the water temperature,
Connect the cold water circulation system to the evaporation / condensation pipe of the water tank to connect cold heat, and connect the hot water circulation system for air conditioning to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe via a facility-side heat exchanger. Then, heat is taken out simultaneously as a heat source by hydration reaction,
Thereafter, the cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank to dissipate heat of condensation in the water tank, and a facility-side heat exchanger is connected to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe. Through the exhaust heat recovery heat medium circulation system through the exhaust heat of 200 ℃ or less, to store heat by dehydration reaction,
The exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage according to claim 1, wherein this can be repeated.
前記水槽に所定量水を充填し、
第三真空バルブ及び第二真空バルブを開けた後真空ポンプを運転して反応槽内圧を2〜50Paまで低圧とした後、第二真空バルブを閉じて第一真空バルブを開けて真空ポンプの吸引により前記水槽内圧をその水温の飽和水蒸気圧の1〜3kPaまで低圧とした後に前記真空ポンプを停止する脱気運転の後、
前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷水循環系を接続して冷熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して空調用温水循環系を接続して温熱を、水和反応により熱源としてそれぞれ同時に取り出し、
その後、前記水槽の前記蒸発・凝縮管に前記冷却水循環系を接続して水槽中の水の凝縮熱放熱を、前記熱媒油流入管と前記熱媒油流出管とに施設側熱交換器を介して排熱回収熱媒循環系を接続し200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱し、
これを繰り返して行える
ことを特徴とする請求項1記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 The granular heat storage material that dissipates heat by the hydration reaction and stores heat by the dehydration reaction by heating is calcium bromide,
Filling the water tank with a predetermined amount of water,
After opening the third vacuum valve and the second vacuum valve, the vacuum pump is operated to reduce the internal pressure of the reaction tank to 2-50 Pa, then the second vacuum valve is closed and the first vacuum valve is opened to suck the vacuum pump. After deaeration operation to stop the vacuum pump after setting the water tank internal pressure to 1 to 3 kPa of the saturated water vapor pressure of the water temperature,
Connect the cold water circulation system to the evaporation / condensation pipe of the water tank to connect cold heat, and connect the hot water circulation system for air conditioning to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe via a facility-side heat exchanger. Then, heat is taken out simultaneously as a heat source by hydration reaction,
Thereafter, the cooling water circulation system is connected to the evaporation / condensation tube of the water tank to dissipate heat of condensation in the water tank, and a facility-side heat exchanger is connected to the heat medium oil inflow pipe and the heat medium oil outflow pipe. Through the exhaust heat recovery heat medium circulation system through the exhaust heat of 200 ℃ or less, to store heat by dehydration reaction,
The exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage according to claim 1, wherein this can be repeated.
水和反応時の所定の流入熱媒油温度に、所定の差分を加算した設定排出熱媒油温度を、前記排出熱媒油温度計で計測した排出熱媒油温度が下回った時点で、
前記反応槽内の前記蓄熱材が所定の割合で水和反応を終えたと判断し、
第一真空バルブ及び第二真空バルブを開から閉に動作させて、冷熱及び温熱の取り出しを終了させるよう制御する制御部と
で構成されてなることを特徴とする請求項1記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 Before SL thermal oil inflow pipe, flows heat transfer oil thermometer to measure the temperature of the heat transfer oil that flows in the heat transfer oil discharging pipe, exhaust heat transfer oil to measure the temperature of the thermal oil discharged A thermometer,
When the exhaust heat medium oil temperature measured by the exhaust heat medium oil thermometer falls below the set exhaust heat medium oil temperature obtained by adding a predetermined difference to the predetermined inflow heat medium oil temperature during the hydration reaction,
Judging that the heat storage material in the reaction tank has finished the hydration reaction at a predetermined rate,
The chemical heat storage according to claim 1, further comprising: a control unit that controls the first vacuum valve and the second vacuum valve to open and close to finish taking out cold and hot heat. Used exhaust heat storage air conditioning heat source system.
前記蒸発・凝縮管に、流入される熱媒水の温度を計測する流入熱媒水温度計と排出される熱媒水の温度を計測する排出熱媒水温度計、
前記水槽に、内部に貯蔵される水の水位を計測する水位計と、内部の圧力を計測する水槽圧力計を備えるとともに、
蓄熱運転の際に、
反応槽圧力計の圧力値が、水槽圧力計の圧力値より所定量大きくなった時点で第一真空バルブ及び第二真空バルブを閉から開へ動作させて、脱水反応を開始し、
前記水位計の水位計測値が所定量に達した時点で第一真空バルブ及び第二真空バルブを開から閉に動作させて、蓄熱運転を終了させるよう制御する制御部で構成されてなる
ことを特徴とする請求項1記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 A reaction vessel pressure gauge for measuring the internal pressure of the reaction vessel,
An inflow heat medium water thermometer that measures the temperature of the heat medium water that flows into the evaporation / condensation pipe, and an exhaust heat medium water thermometer that measures the temperature of the heat medium water that is discharged,
The water tank is equipped with a water level meter for measuring the water level of water stored therein, and a water tank pressure gauge for measuring the internal pressure,
During heat storage operation,
When the pressure value of the reaction tank pressure gauge becomes larger than the pressure value of the water tank pressure gauge by operating the first vacuum valve and the second vacuum valve from closed to open, the dehydration reaction is started,
When the water level measurement value of the water level gauge reaches a predetermined amount, the first vacuum valve and the second vacuum valve are operated from open to closed to control the heat storage operation to be completed. The exhaust heat storage air-conditioning heat source system using chemical heat storage according to claim 1.
水和反応により冷熱と温熱とをそれぞれ同時に取り出し、200℃以下の排熱を用いて、脱水反応により蓄熱するそれぞれの運転に切り替える際に、反応槽圧力計がリーク設定圧力よりも高い計測値を測定した場合には、再度脱気運転を行った後、それぞれの運転になるように制御する制御部で構成されてなる
ことを特徴とする請求項4記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 After the deaeration operation,
When cooling and hot heat are taken out simultaneously by the hydration reaction, and when switching to each operation of storing heat by dehydration reaction using exhaust heat of 200 ° C or less, the reaction tank pressure gauge shows a measured value higher than the leak set pressure. The exhaust heat storage air-conditioning system using chemical heat storage according to claim 4, wherein the exhaust heat storage air conditioning system uses chemical heat storage according to claim 4. Heat source system.
請求項1乃至請求項5の何れか1に記載の化学蓄熱を利用した排熱蓄熱空調熱源システム。 The chemical heat storage according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat storage material filled in the heat exchanger is a mixture of a hydrated material and an adsorbent. Waste heat storage air conditioning heat source system.
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