JP6591857B2 - 冷温熱供給装置、温熱生成方法及び冷熱生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷温熱供給装置、温熱生成方法及び冷熱生成方法に関する。

従来の潜熱蓄熱材ＰＣＭ（Phase Change Material）には、蓄熱密度（ＰＣＭの凝固潜
熱）の大きさに基づく蓄熱量当たりのコストの問題がある。また、ＰＣＭの凝固点（融点）に応じて利用温度が限定されるため、冷房・暖房といった空調用途では年間を通しては利用することができないという稼働率の問題がある。なお、稼働率の問題とは、稼働時間当たりのコストが高いという費用対効果の問題ともいえる。

また、吸着質を吸着可能であって、吸着することにより吸着熱を放出する吸着剤を含む少なくとも１つの容器と、吸着質含有ガスを、容器の内部を通して運ぶガス送出デバイスとを含み、容器内の吸着熱によって暖められたガスを、昇温で暖められるべき場所に導く暖房デバイスも提案されている（例えば、特許文献１）。

特表２０１５−５１６９０９号公報

かねてよりエネルギーの浪費は問題にされている。蓄熱技術によれば、エネルギーの生産と消費を行う時間又は場所をずらすことができるが、上述した蓄熱量当たりのコストや、稼働率の問題といった経済的な理由から、システムの普及が進まないという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑み、稼働率を向上させ、冷熱及び温熱の生成コストを抑えることができる装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷温熱供給装置は、吸着質を吸着させることにより発熱する吸着剤を内蔵する蓄熱槽と、吸着剤の機能を再生するための気体を生成（調製）する蓄熱用熱交換器と、気体を前記蓄熱槽に供給する送気手段と、吸着剤を発熱させて生成した高温低湿気体と熱交換して当該高温低湿気体を冷却するための冷却用熱交換器と、冷却用熱交換器を用いて熱交換した後の高温低湿気体を、液体の気化熱を利用してさらに冷却する気化冷却器と、高温低湿気体、又は当該高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて、負荷に供給される熱媒と熱交換を行う冷温熱兼用熱交換器とを備える。

吸着により発熱する吸着剤を用いることで、ＰＣＭ等とは異なり、凝固点（融点）による利用温度の制限がない蓄熱材を実現することができる。また、上述のような構成における冷温熱兼用熱交換器によれば、冷水の生成及び温水の生成を切り替えられる冷温熱供給装置を提供することができる。したがって、通年で利用することができるため、稼働時間当たりの費用対効果を向上させることができる。すなわち、稼働率を向上させ、冷水及び温水の生成コストを抑えることができるようになる。

また、冷温熱供給装置は、冷温熱兼用熱交換器から排出される気体と、蓄熱用熱交換器に取り入れる系外気体との間で熱交換を行う熱回収用熱交換器をさらに備えるようにして
もよい。このようにすれば、排気と給気との温度差に係る熱ロスを低減させることができる。

また、蓄熱用熱交換器に供給される熱媒は、再生可能エネルギー源から供給される熱又は所定の排熱であってもよい。このようにすれば、より低コストで冷水又は温水を生成するシステムを形成することができる。

また、冷温熱供給装置は、冷却用熱交換器に、冷却塔からの冷媒又は井戸水が供給されるようにしてもよい。具体的には、このような冷媒等によって、高温低湿気体のあら熱を除去することができる。

また、冷温熱供給装置は、冷温熱兼用熱交換器を通過した気体について、冷温熱供給装置内を循環させる量を調節するダンパをさらに含むようにしてもよい。このような構成によっても、排気と給気との温度差に応じて生じる熱ロスを低減させることができる。

また、冷温熱供給装置は、吸着剤の発熱能力が所定の基準を下回る場合、冷温熱兼用熱交換器へ導入される水の量を減少させるための弁をさらに含むようにしてもよい。このようにすれば、例えば吸着剤から十分な発熱能力が得られない場合に、生成する冷水又は温水の量を調節することで、冷水又は温水を目標となる温度に近づけることができる。

また、本発明の他の側面に係る温熱生成方法は、吸着質を吸着させることにより発熱する吸着剤を内蔵する蓄熱槽と、吸着剤の機能を再生するための気体を生成する蓄熱用熱交換器と、当該気体を前記蓄熱槽に供給する送気手段と、吸着剤を発熱させて生成した高温低湿気体と熱交換して当該高温低湿気体を冷却するための冷却用熱交換器と、高温低湿気体、又は当該高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて熱交換を行う冷温熱兼用熱交換器とを備える冷温熱供給装置を用いて行う。具体的には、蓄熱用熱交換器が供給する気体によって吸着剤の機能を再生する工程と、高温低湿気体を用いて冷温熱兼用熱交換器が、負荷に供給される熱媒と熱交換を行い、温熱を生成する工程とを含む。

また、本発明の他の側面に係る冷熱生成方法は、吸着質を吸着させることにより発熱する吸着剤を内蔵する蓄熱槽と、吸着剤の機能を再生するための気体を生成する蓄熱用熱交換器と、当該気体を前記蓄熱槽に供給する送気手段と、吸着剤を発熱させて生成した高温低湿気体と熱交換して当該高温低湿気体を冷却するための冷却用熱交換器と、高温低湿気体、又は当該高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて熱交換を行う冷温熱兼用熱交換器とを備える冷温熱供給装置を用いて行う。具体的には、蓄熱用熱交換器が供給する気体によって吸着剤の機能を再生する工程と、冷却用熱交換器が高温低湿気体を冷却する工程と、高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて冷温熱兼用熱交換器が、負荷に供給される熱媒と熱交換を行い、冷熱を生成する工程とを含む。

なお、上記課題を解決するための手段の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、稼働率を向上させ、冷熱又は温熱の生成コストを抑えることができる装置を提供できる。

蓄熱運転を説明するための図である。 放熱運転を説明するための図である。 冷温水供給装置の蓄熱運転のフローを示す図である。 冷温水供給装置の放熱運転のうち、温水生成時のフローを示す図である。 冷温水供給装置の放熱運転のうち、冷水生成時のフローを示す図である。 実験装置を示す図である。 蓄熱運転における蓄熱槽出入口と蓄熱槽内の温度を示すグラフである。 蓄熱運転における蓄熱槽出入口の湿度を示すグラフである。 放熱運転における蓄熱槽出入口と蓄熱槽内の温度を示すグラフである。 放熱運転における蓄熱槽出入口の湿度を示すグラフである。 実施形態において生成される冷水の温度の予測値を説明するための図である。 実施形態において生成される冷水の温度の予測値を説明するための図である。 実施形態において生成される冷水の温度の予測値を説明するための図である。 冷却用熱交換器に井戸水を導入する例を説明するための図である。 冷却用熱交換器に井戸水を導入する例を説明するための図である。 変形例１に係る冷温水供給装置の構成を示す図である。 変形例２に係る冷温水供給装置の構成を示す図である。 変形例２に係る冷温水供給装置の構成を示す図である。 ダンパ制御処理の一例を示す処理フロー図である。 直接接触型熱交換器を有する気化冷却器を採用する例を示す図である。 ロータ式の熱回収熱交換器を備える冷温水供給装置を示す図である。 冷媒循環系を有する熱回収熱交換器を設ける例を示す図である。

次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜実施形態＞
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る蓄熱槽を説明するための図である。図１Ａは、蓄熱運転（「脱着運転」とも呼ぶ）を説明するための図である。図１Ｂは、放熱運転（「吸着運転」とも呼ぶ）を説明するための図である。図１Ａ及び図１Ｂに示す蓄熱槽１１は、蓄熱材が充填された容器である。本実施形態では、蓄熱材として、吸着質を吸着させることにより発熱する吸着剤を用いる。すなわち、本実施形態における蓄熱とは、吸着剤から吸着質を脱着して、吸着剤の発熱する機能を再生する処理をいう。なお、図１Ａ及び図１Ｂでは、矢印によって気体の流れを示している。具体的には、例えば、容器の入口及び出口には分配チャンバが設けられ、吸着剤は、容器の入口側及び出口側の両端を目の細かい金網で固定される。なお、図１では蓄熱槽１１の上下方向に空気を流通させているが、実際は鉛直方向に空気を流通させるように蓄熱槽１１を設置してもよいし、水平方向に空気を流通させるように蓄熱槽１１を設置してもよい。

図１Ａに示すように、蓄熱槽１１内の吸着剤の水分を脱着する場合、高温空気を蓄熱槽１１に供給して吸着剤を乾燥させる。上述のように、本実施形態に係る吸着剤は水分の吸着時に放熱するため、吸着剤からの水分の脱着処理は吸着剤の吸着機能を再生する処理であり、本実施形態における蓄熱運転といえる。一方、図１Ｂに示すように、放熱運転時には、湿潤空気を蓄熱槽１１に供給する。なお、湿潤空気は、例えば外気である。外気は、吸着剤を通過して生成された乾燥空気と比較して湿潤であるため、本実施形態では、湿潤空気と呼ぶものとする。また、外気は、屋外空気のほか別室の空気であってもよく、系外空気をいうものとする。このとき、吸着剤は水分の吸着熱を発し、蓄熱槽１１の出口からは相対的に高温低湿となった空気を得ることができる。吸着剤としては、シリカゲル、ゼオライト、非晶質アルミニウムケイ酸塩と低結晶性粘土からなる複合体、例えばハスクレ
イ（登録商標）、高分子収着材等のような材料を用いて、通風抵抗や熱伝達率、物質伝達率等について所望の性能を有する造粒体を生成し、利用することができる。

＜冷温水供給装置の構成＞
図２〜図４は、本実施形態に係る冷温水供給装置の構成及び動作を説明するための図である。本実施形態に係る冷温水供給装置１は、蓄熱槽１１と、ダンパ１２１〜１２７と、ファン１３と、蓄熱用熱交換器１４と、冷却用熱交換器１５と、気化冷却器１６と、冷温水兼用熱交換器１７とを含み、これらがダクトを介して接続されている。

＜蓄熱運転＞
図２は、冷温水供給装置の蓄熱運転のフローを示す図である。ダンパ１２１は、冷温水供給装置１への外気の導入量を調整する。図２の例ではダンパ１２１は全開になっている。ファン１３は、ダンパ１２１を介して外気を取り込み、蓄熱用熱交換器１４へ送る。なお、矢印は、取り込まれた外気の流れを表す。

蓄熱用熱交換器１４は、所定の熱源から熱媒が供給され、取り込まれた外気との間で熱交換を行うための熱交換器である。蓄熱用熱交換器１４は、図２に示すように蓄熱運転において稼働する。なお、蓄熱用熱交換器１４へは、例えば、いわゆるコジェネレーションシステムの排熱や、太陽熱のような再生可能エネルギー源からの熱が供給されることが好ましい。蓄熱用熱交換器１４を通過することで昇温された空気は、相対的に外気よりも高温で且つ相対的湿度が低い空気となる。

ダンパ１２２〜ダンパ１２５は、蓄熱槽１１の出入口に設けられ、開閉によって蓄熱槽１１に接続される流路を切り替え、蓄熱槽１１を気体が通過する方向を変更することができる。蓄熱用熱交換器１４の下流側は、ダンパ１２２及びダンパ１２３を介して蓄熱槽１１と接続されている。蓄熱槽１１は、その内部に吸着剤を含む容器であり、空気の出入口を逆に切り替えることで蓄熱運転と放熱運転とを切り替える。ダンパ１２２は、蓄熱槽１１を基準として、冷温水供給装置１が形成する気体の流路の上流側、且つ蓄熱運転時における蓄熱槽１１の入口側に設けられている。また、ダンパ１２３は、冷温水供給装置１が形成する気体の流路の上流側、且つ放熱運転時における蓄熱槽１１の入口側に設けられている。ダンパ１２４は、冷温水供給装置１が形成する気体の流路の下流側、且つ蓄熱運転時における蓄熱槽１１の出口側に設けられている。また、ダンパ１２５は、冷温水供給装置１が形成する気体の流路の下流側、且つ放熱運転時における蓄熱槽１１の出口側に設けられている。図２に示すように、蓄熱運転時においては、ダンパ１２２及びダンパ１２４が開かれ、蓄熱用熱交換器１４によって生成された高温低湿の空気によって、蓄熱槽１１の吸着剤から水分が脱着される。以上のようにして、蓄熱槽１１の吸着剤が再生され、放熱運転が可能となる。

なお、蓄熱運転においては、冷却用熱交換器１５、気化冷却器１６及び冷温水兼用熱交換器１７は稼働しない。また、開閉により冷温水供給装置１内の流路を循環させるか否か切り替えるためのダンパ１２６は閉じられ、冷温水供給装置１を循環した空気を循環系から排気するためのダンパ１２７は開かれている。

＜温水生成処理（放熱運転）＞
図３は、冷温水供給装置の放熱運転のうち、温水生成時のフローを示す図である。ダンパ１２１は、冷温水供給装置１への外気の導入量を調整する。図３では、ダンパ１２１が半開にされている。ファン１３は、ダンパ１２１を介して外気を取り込むと共に、冷温水供給装置１内を循環する空気を半開状態のダンパ１２６を介して取り込み、送風する。外気と循環空気は混合され、ファン１３から蓄熱用熱交換器１４へ送られる。なお、温水生成処理において蓄熱用熱交換器１４は稼働しない。したがって、蓄熱運転時よりも湿潤な
空気（相対湿度が高い空気）が蓄熱槽１１へ送られることになる。

また、図３に示すように、放熱運転時においては、ダンパ１２３及びダンパ１２５が開かれ、蓄熱槽１１の吸着剤に空気中の水分が吸着される。このとき、吸着剤が発熱して空気が昇温され、高温且つ低湿の空気が生成される。

また、生成された高温低湿の空気は冷温水兼用熱交換器１７へ送られ、当該冷温水兼用熱交換器１７へ導入される水との間で熱交換が行われる。そして、冷温水兼用熱交換器１７へ導入される水が昇温され、温水が生成される。

なお、温水生成処理においては、冷却用熱交換器１５及び気化冷却器１６は稼働しない。また、図３では、開閉により冷温水供給装置１内の流路の循環量を調整するためのダンパ１２６、及び冷温水供給装置１を循環した空気を排気するためのダンパ１２７はそれぞれ半開にされている。なお、ダンパの開度は、例えば、ダンパ１２７が全開の場合はダンパ１２６を全閉にするように、ダンパ１２６とダンパ１２７との開度の合計が１００％になるように制御してもよい。また、ダンパ１２１とダンパ１２６との開度の合計も１００％になるように（すなわち、ダンパ１２１及びダンパ１２７の開度が同じになるように）制御してもよい。

＜冷水生成処理（放熱運転）＞
図４は、冷温水供給装置の放熱運転のうち、冷水生成時のフローを説明するための図である。ダンパ１２１は、冷温水供給装置１への外気の導入量を調整する。図４でも、ダンパ１２１は半開にされている。ファン１３は、ダンパ１２１を介して外気を取り込むと共に、冷温水供給装置１内を循環する空気を送風する。空気は、ファン１３から蓄熱用熱交換器１４へ送られる。なお、冷水生成処理においても蓄熱用熱交換器１４は稼働しない。また、蓄熱槽１１内の空気の流れは前述の通りである。

また、図４に示すように、放熱運転時においては、ダンパ１２３及びダンパ１２５が開かれ、蓄熱槽１１の吸着剤に空気中の水分が吸着される。このとき、吸着剤が発熱して高温且つ低湿の空気が生成され、冷却用熱交換器１５に送られる。

また、冷水生成処理においては、冷却用熱交換器１５には所定の冷却水が供給される。冷却水は、例えば、冷却塔から供給される３２℃程度の水を用いる。そして、冷却用熱交換器１５に送られた高温低湿の空気と冷却水との間で熱交換が行われ、例えば３５℃程度までの、あら熱が除去された空気が生成される。

次に、あら熱が除去された空気は気化冷却器１６へ導入される。気化冷却器１６は、例えば空気の流路に直接水を噴霧し、導入された空気から気化熱を奪って低温の空気を生成するエアワッシャである。なお、気化冷却器１６は、例えばあら熱が除去された空気が流通するコイルに水を散水または噴霧し、間接的に気化熱を奪うような形式の装置であってもよい。

また、気化冷却器１６によって生成された低温の空気は、冷温水兼用熱交換器１７へ送られ、当該冷温水兼用熱交換器１７へ別途導入される水との間で熱交換が行われる。そして、冷温水兼用熱交換器１７へ導入される水が冷却され、冷水が生成される。本実施形態では、例えば２０℃弱程度の冷水が生成される。また、温水生成処理及び冷水生成処理において説明したように、単一の冷温水兼用熱交換器１７が、負荷へ供給される熱媒の加熱機能及び冷却機能を兼ねている。

なお、図４では冷水生成処理においても、開閉により冷温水供給装置１内の流路の循環
量を調整するためのダンパ１２６、及び冷温水供給装置１を循環した空気を排気するためのダンパ１２７は、それぞれ半開にされている。

＜効果＞
以上のように、本実施形態に係る冷温水供給装置１は、温水の生成及び冷水の生成のいずれにも蓄熱を利用できる。したがって、通年で使用できる稼働率の高い蓄熱システムを実現でき、蓄熱システムの費用対効果は向上する。

＜実験結果＞
図５は、蓄熱運転及び放熱運転における蓄熱槽内部の温度等を測定する実験装置を示す図である。図５の実験装置は、給気部と、調温／湿部と、蓄熱槽部とを備える。給気部は、ファンを有し、空気を送風する。調温／湿部は、除湿器と、流量制御器Ｆと、加湿器と、加熱ヒーターと、温度検出器Ｔと、湿度検出器Ｈとを有し、目標とする温度及び湿度の空気を生成することができる。蓄熱槽部は、吸着剤が充填された蓄熱槽と、蓄熱槽の入口付近の温度を測定する温度検出器Ｔと、蓄熱槽の入口から出口へ向かって吸着剤の５か所に設けられた温度検出器Ｔと、蓄熱槽の出口付近の温度を測定する温度検出器Ｔと、実験装置の出口付近に設けられた温度検出器Ｔと、湿度検出器Ｈと、流量制御器Ｆとを有する。なお、蓄熱槽の容器内の形状は１１７×１１７×１０００（Ｈ）［ｍｍ］であり、充填された吸着剤の容積は１３．６９Ｌであった。また、蓄熱運転及び放熱運転において、蓄熱槽の出入口付近の温度及び湿度ととともに、蓄熱槽の高さ方向が異なる５点における吸着剤の温度を測定した。なお、吸着剤は、ゼオライト（ゼオライト１３Ｘ）の造粒物を用いた。

図６Ａは、蓄熱運転における蓄熱槽出入口と蓄熱槽内の温度の経時的変化を示すグラフである。縦軸は温度、横軸は運転時間を表す。図６Ｂは、蓄熱運転における蓄熱槽出入口の湿度の経時的変化を示すグラフである。縦軸は湿度（相対湿度と絶対湿度）又は脱着速度、横軸は運転時間を表す。蓄熱運転では、調温／湿部から蓄熱槽へ、約１３０℃の空気を供給した。実験装置の熱容量の影響により、図６Ａのように蓄熱槽内入口温度は常温から上昇し、約１時間後に１２０℃に達した。蓄熱槽内の温度は入口に近い側から順に上昇した。そして、蓄熱槽内出口温度は、約１．５時間後に上昇を開始し、約３．０時間後に１２０℃に達した。約３．０時間後の時点においては、図６Ｂに示すように蓄熱槽内出口相対湿度はほぼ０％ＲＨであった。すなわち、蓄熱槽内の吸着剤は乾燥状態となり、蓄熱運転は完了した。

図７Ａは、放熱運転における蓄熱槽出入口と蓄熱槽内の温度の経時的変化を示すグラフである。縦軸は温度、横軸は運転時間を表す。図７Ｂは、放熱運転における蓄熱槽出入口の湿度を示すグラフである。縦軸は湿度（相対湿度と絶対湿度）又は吸着速度、横軸は運転時間を表す。放熱運転では、蓄熱槽に約３０℃且つ約５０％ＲＨの常温空気を供給した。すると、図７Ａに示すように、まず蓄熱槽内の入口に近い側の吸着剤が水分を吸着して温度が上昇した。そして、入口に近い側から順に発熱し、蓄熱槽内出口温度は約０．３時間後に急上昇し、７０℃以上に達した。その後、約２．０時間後以降は蓄熱槽内出口温度は低下して、約３．０時間後には蓄熱槽内出口温度は蓄熱槽内入口温度と同等の常温となり、放熱運転は完了した。約２．０時間後以降では図７Ｂに示すように、蓄熱槽内出口相対湿度は急上昇し約５０％ＲＨを示した。

なお、図５に示した実験装置よりも蓄熱槽の規模を拡大することで、上述した冷温水供給装置の運転時間を延ばすことができる。

＜予測値＞
図８Ａから図８Ｃは、実施形態の図４において生成される冷水の温度の予測値を説明す
るための図である。図７Ａに示した放熱運転における０．５〜２．０時間の蓄熱槽１１出口の温度及び湿度に基づいて、生成される冷水温度を図８Ｃの空気線図のように推算した。図８Ｂの表のように、（２）蓄熱槽１１出口の、乾球温度７７．９℃且つ絶対湿度２．５ｇ／ｋｇＤＡの空気は、絶対湿度２．５ｇ／ｋｇＤＡ一定の下で予熱用熱交換器１５において３２℃の冷却水によって冷却され、（３）冷却用熱交換器１５出口の空気の乾球温度３５．０℃になったとき、その比エンタルピーは４１．６２ｋＪ／ｋｇと推定できる。ここでは、予冷熱用熱交換器１５のアプローチを３ｄｅｇと仮定した。さらに、比エンタルピー４１．６２ｋＪ／ｋｇ一定の下で気化冷却器１６において水噴霧によってさらに冷却され、その（４）気化冷却器１６出口の空気は、乾球温度１４．８℃且つ絶対湿度１０．６ｇ／ｋｇＤＡと推定できる。予冷熱用熱交換器と同様に冷温水兼用熱交換器のアプローチを３ｄｅｇと仮定すると、図８Ａのような冷温水供給装置１において約１７．８℃の冷水生成が可能になる。この冷水は、例えば天井放射パネルでの使用に適した温度といえる。

図９Ａ及び図９Ｂは、冷却用熱交換器１５に井戸水を導入する変形例を説明するための図である。冷温水供給装置１で得られる冷水の温度は、吸着槽１１から得られる高温低湿空気の温度及び湿度、あら熱を除去する冷却用熱交換器１５に導入される冷却水の温度、及び冷温水兼用熱交換器１７の効率（アプローチ）に依存する。ここで、冷却水温度を、実施形態の約３２℃とする代わりに、図９Ａのように冷却水温度を井戸水に相当する約１７℃として、（３）冷却用熱交換器１５出口の空気の乾球温度２０．０℃、且つ絶対湿度２．５ｇ／ｋｇＤＡ、且つ比エンタルピー２６．４６ｋＪ／ｋｇを推定した。さらに、比エンタルピー２６．４６ｋＪ／ｋｇ一定の下で、（４）気化冷却器１６出口の空気の乾球温度８．８℃且つ絶対湿度７．０ｇ／ｋｇＤＡを推定した。冷温水兼用熱交換器１７のアプローチを３ｄｅｇと仮定すると、図９Ａのような冷温水供給装置１において約１１．８℃の冷水生成が可能になる。

＜変形例１＞
図１０は、変形例１に係る冷温水供給装置の構成を示す図である。上述した図７Ｂの放熱運転の０．５〜２．０時間における蓄熱槽の出口の乾球温度は７０℃以上であり、図３に示した実施形態の温水生成処理において、冷温水供給装置１は、６０℃程度の温水の生成が十分に可能である。ここで、供給温水の温度を６０℃、供給温水の出入口温度差を１０ｄｅｇ（すなわち、戻り水の温度を５０℃）と仮定すると、図３の冷温水兼用熱交換器１７の出口の空気温度は５０℃以上になる。このとき、ダンパ１２７からの排気の温度も５０℃以上であり、排気と外気の温度差に相当する熱ロスが生じることになる。

そこで、図１０の変形例１では、ダンパ１２７から排出される排気とダンパ１２１が取り入れる外気との間で熱交換を行う熱回収用熱交換器（「顕熱回収用熱交換器」とも呼ぶ）１８を設けた。その他の構成は実施形態と同様であるため、構成要件に対応する符号を付して詳細な説明は省略する（以下、変形例について同様）。熱回収用熱交換器１８は、例えば５０℃の排気と３２℃の外気との間で熱交換を行い、排気からの熱回収を行う。熱回収により、蓄熱槽１１の入口の空気温度は外気温度よりも高温になるため、吸着剤の水分吸着に応じた発熱によって昇温された蓄熱槽１１の出口の高温低湿空気は、熱回収用熱交換器１８を設けない場合よりも高温になる。したがって、熱回収により、温水の生成効率（すなわち、蓄熱の利用率）を高めることができる。

＜変形例２＞
図１１Ａ及び図１１Ｂは、変形例２に係る冷温水供給装置の構成を示す図である。図１１Ａの冷温水供給装置１は、蓄熱槽１１の出入口にそれぞれ設けられた温度検出器Ｔ及び湿度検出器Ｈと、温度検出器Ｔ及び湿度検出器Ｈがそれぞれ検出した温度及び湿度に基づいて蓄熱槽１１の蓄熱量を算出する演算部１９とを備える。演算部１９は、マイクロプロ
セッサやマイクロコントローラ等の処理装置である。また、冷温水兼用熱交換器１７に導入される水の量を調整する弁１７１を備える。そして、演算部１９はダンパ１２６及び弁１７１の開度を調節することにより、冷温水兼用熱交換器１７が生成する温水又は冷水の温度及び量を変更することができる。また、後述する蓄熱利用率に応じて、ダンパ及び弁の制御を行うか、ダンパのみの制御を行うか切り替えるようにしてもよい。

また、図１１Ｂの冷温水供給装置１は、図１１Ａの構成に加え、ダンパ１２７から排出される排気とダンパ１２１が取り入れる外気との間で熱交換を行う熱回収用熱交換器１８を備えている。熱回収用熱交換器１８の機能は、図１０に示した変形例１と同様である。このように、ダンパ１２６及び弁１７１の開度の制御と、排気と吸気との間での熱回収とを併用するようにしてもよい。

＜ダンパ制御処理＞
図１２は、ダンパ制御処理の一例を示す処理フロー図である。処理は、主として蓄熱運転モード、放熱運転モード及び運転を停止する保管モードを含む。なお、本処理では、放熱運転時に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示したダンパ１２６及び弁１７１の開度を制御する。

まず、演算部１９は、例えばユーザから運転モードの入力を受ける（Ｓ１）。そして、運転モードが蓄熱運転モードである場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、演算部１９は、蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ’［ｇ］の初期値に、予め保持している放熱完了時の蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ（ｒ）を代入する（Ｓ３）。また、演算部１９は、ファン１３から運転信号と、ファンの回転数（風量Ｇ）のデータを取得する（Ｓ４）。また、演算部１９は、蓄熱槽１１の入口及び出口に設けられた温度検出器Ｔ及び湿度検出器Ｈから、温度及び湿度のデータを取得する（Ｓ５）。なお、Ｓ４とＳ５の処理は順序が逆であってもよいし、並列に実行してもよい。そして、演算部１９は、ファン１３の運転信号に基づいて運転の有無を判断し（Ｓ６）、ファンが稼働していない場合（Ｓ６：ＮＯ）、Ｓ４の処理へ戻る。

一方、ファンが稼働している場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、演算部１９は、蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ［ｇ］を算出する（Ｓ７）。水分量Ｍ_ｗ［ｇ］は、以下の式（１）によって求めることができる。
Ｍ_ｗ＝Ｍ_ｗ’＋Ｇ・（Ｘ_ｉｎ−Ｘ_ｏｕｔ）・Δｔ ・・・（１）
なお、Δｔは時間［ｓ］、Ｍ_ｗ’はΔｔ前の蓄熱槽１１内水分量［ｇ］、Ｇは風量［ｋｇ／ｓ］、Ｘ_ｉｎは入口空気の絶対湿度［ｇ／ｋｇ］、Ｘ_ｏｕｔは出口空気の絶対湿度［ｇ／ｋｇ］である。なお、絶対湿度Ｘは、温度と湿度（相対湿度）とを用いて算出できる。また、絶対湿度を直接、検出しても良い。

そして、演算部１９は、蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ’をＭ_ｗで更新する（Ｓ８）。その後、演算部１９は、所定の蓄熱完了時間が経過したか、又は入口空気の絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気の絶対湿度Ｘ_ｏｕｔとが同一であるか判断する（Ｓ９）。所定の蓄熱完了時間が経過しておらず、且つ入口空気の絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気の絶対湿度Ｘ_ｏｕｔとが同一でない場合（Ｓ９：ＮＯ）、Ｓ４の処理に戻る。

一方、所定の蓄熱完了時間が経過したか、入口空気の絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気の絶対湿度Ｘ_ｏｕｔとが同一である場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、蓄熱完了時の蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ（ｓ）として算出したＭ_ｗを記憶し（Ｓ１０）、蓄熱運転を終了する。このように、蓄熱運転モードでは、測定される蓄熱槽１１出入口空気の温度Ｔ及び湿度Ｈのデータを用いてＭ_ｗを演算し、蓄熱完了時の槽内水分量Ｍ_ｗ（ｓ）を求める。また、入口空気絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気絶対湿度Ｘ_ｏｕｔとがほぼ同一であるという条件で蓄熱完了した場合は、その時の相対湿度ＨによってＭ_ｗ（ｓ）を補正するようにしてもよい。

また、Ｓ２において運転モードが蓄熱運転モードでない場合（Ｓ２：ＮＯ）、演算部１９は、運転モードが放熱運転モードであるか判断する（Ｓ１１）。運転モードが放熱運転モードである場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、演算部１９は、蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ’［ｇ］の初期値に、予め保持している蓄熱完了時の蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ（ｓ）を代入する（Ｓ１２）。そして、演算部１９は、外気の温度及び湿度に基づいて、放熱完了時の蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ（ｒ）［ｇ］を設定する（Ｓ１３）。本ステップでは、以下の式（２）に基づいて利用可能な熱量Ｑ_ｓ［Ｊ］を求める。
Ｑ_ｓ＝潜熱［Ｊ／ｇ］・（Ｍ_ｗ（ｒ）−Ｍ_ｗ（ｓ）） ・・・（２）

また、演算部１９は、ファン１３から運転信号と、ファンの回転数（風量Ｇ）のデータを取得する（Ｓ１４）。また、演算部１９は、蓄熱槽１１の入口及び出口に設けられた温度検出器Ｔ及び湿度検出器Ｈから、温度及び湿度のデータを取得する（Ｓ１５）。なお、Ｓ１４とＳ１５の処理は順序が逆であってもよいし、並列に実行してもよい。そして、演算部１９は、ファン１３の運転信号に基づいて運転の有無を判断し（Ｓ１６）、ファンが稼働していない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１４の処理へ戻る。

一方、ファンが稼働している場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、演算部１９は、蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ［ｇ］を算出する（Ｓ１７）。水分量Ｍ_ｗ［ｇ］は、上述の式（１）によって求めることができる。

そして、演算部１９は、以下の式（３）を用いて、利用した蓄熱量Ｑ［Ｊ］を算出する（Ｓ１８）。
Ｑ＝潜熱［Ｊ／ｇ］・（Ｍ_ｗ−Ｍ_ｗ（ｓ）） ・・・（３）
また、演算部１９は、以下の式（４）を用いて、蓄熱利用率ηを求める。
η＝Ｑ／Ｑ_ｓ ・・・（４）

また、演算部１９は、ηが所定の設定値よりも小さいか判断する（Ｓ１９）。なお、放熱運転モードにおいては、ηの演算結果に応じて、ダンパの制御又はダンパ及び弁の制御の２種類の制御を切り替え、目標温度の温水を得る。ηが所定の設定値よりも小さい場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、蓄熱槽１１の発熱能力は十分に大きいと判断し、ダンパの制御のみを行う（Ｓ２０）。一方、ηが所定の設定値以上である場合（Ｓ１９：ＮＯ）、蓄熱槽１１の発熱能力が不十分であると判断し、ダンパ制御及び冷温水兼用熱交換器１７に供給される水の流量を減少させる制御を行う（Ｓ２１）。

図７Ａに示した約２時間後以降のデータのように、放熱運転の終盤には蓄熱槽１１の水分吸着能力（発熱能力）が低下し、蓄熱槽１１内出口温度が低温化する。よって、蓄熱槽１１の発熱能力はηの関数として定式化できる。ここで、必要な温水生成能力と比べて、蓄熱槽１１の発熱能力が十分に大きい場合（すなわち、算出されたηが所定の値η(設定
値)よりも小さい場合）には、生成される温水の計測値と目標値に応じて、再循環系のダ
ンパ１２６の開度を調節する。このとき、排気系のダンパ１２７から排気される空気の量も決まる。放熱過程が進行し、蓄熱槽１１の発熱能力が低下した場合（算出されたηが所定の値η(設定値)以上の場合）は、ダンパ制御に加えて冷温水兼用熱交換器１７の弁制御を行う。すなわち、生成する温水の量（温水生成能力）を低減させることで、ダンパ１２６の調節により温水温度の目標値を達成できるようにする。

Ｓ２０又はＳ２１の後、演算部１９は、蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ’をＭ_ｗで更新する（Ｓ２２）。その後、演算部１９は、所定の放熱完了時間が経過したか、又は入口空気の絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気の絶対湿度Ｘ_ｏｕｔとが同一であるか判断する（Ｓ２３）。所定の放熱完了時間が経過しておらず、且つ入口空気の絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気の絶対湿
度Ｘ_ｏｕｔとが同一でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ１４の処理に戻る。

一方、所定の放熱完了時間が経過したか、入口空気の絶対湿度Ｘ_ｉｎと出口空気の絶対湿度Ｘ_ｏｕｔとが同一である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、放熱完了時の蓄熱槽１１内の水分量Ｍ_ｗ（ｒ）として算出したＭ_ｗを記憶し（Ｓ２４）、放熱運転を終了する。

また、Ｓ１１において放熱運転モードでないと判断された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、演算部１９及びは処理を行わない保管モードに移行する（Ｓ２５）。

このようなダンパ制御により、目標となる温度の温水又は冷水を得ることができる。

＜変形例３＞
図１３は、負荷に供給される冷媒と熱交換する直接接触型熱交換器を有する気化冷却器１６ａを採用する例を示す図である。実施形態に係る冷温水兼用熱交換器１７のアプローチを０ｄｅｇと仮定することと同意となり、冷却用熱交換器１５の冷却水温度が約３２℃の場合の気化冷却器１６ａの供給冷水は１４．８℃（図８Ｂの（４）気化冷却器出口の乾球温度）となり、冷却水温度を約１７℃とした場合の供給冷水は８．８℃（図９Ｂの（４）気化冷却器出口の乾球温度）となり、より低温の冷水（すなわち、エクセルギーの高い冷水）が供給できるようになる。

＜変形例４＞
図１４は、ロータ式の熱回収熱交換器１８ａを備える冷温水供給装置１を示す図である。ロータ式の熱回収熱交換器１８ａは、図１０に示した熱回収熱交換器１８と同様に、冷温水供給装置１の排気系の流路と給気系の流路との間で熱交換を行う。例えば、ロータ式の熱回収熱交換器１８ａは、排気系と給気系とを区画する筐体内に回転自在に取り付けられたロータを有する。ロータは、回転することで、排気系を構成していた部分と給気系を構成していた部分とが入れ替わる。そして、排気が通過する際にロータに蓄熱されると共に、給気が通過する際に給気はロータの熱で昇温される。このようなロータ式の熱回収熱交換器１８ａを用いることでも、排気と外気の温度差に相当する熱ロスを低減することができる。

＜変形例５＞
図１５は、フロンなどの冷媒循環系を有する熱回収熱交換器１８ｂを設ける例を示す。この場合、系内に圧縮機を設置した蒸気圧縮式冷媒サイクルの構成でも、ヒートパイプでも良い。熱回収熱交換器１８ｂも、図１０に示した熱回収熱交換器１８と同様に、冷温水供給装置１の排気系の流路と給気系の流路との間で熱交換を行う。このような熱回収熱交換器１８を用いることでも、排気と外気の温度差に相当する熱ロスを低減することができる。

＜その他＞
上述した実施形態及び変形例では、冷温水兼用熱交換器１７において冷水又は温水を得るものとしたが、このような例には限定されない。例えばフロン系冷媒に熱を移して供給するものであってもよい。すなわち、負荷へ供給される熱媒は水に限定されず、冷温熱兼用熱交換器を備える冷温熱供給装置としてもよい。

上述した実施形態及び変形例では、放熱運転において外気をそのまま蓄熱槽に導入するものとしたが、加湿処理を行ってから蓄熱槽に導入するようにしてもよい。このようにすれば、季節によって外気の湿度が異なる場合も、蓄熱槽での発熱量を制御することができる。

上述のような冷温水供給装置は、都市域や工場・工業団地において、コジェネレーションシステムの廃熱のほか、工場廃熱、太陽熱、ヒートポンプ廃熱から冷暖房熱源を再生する大規模地域熱ネットワークにおいて用いることもできる。実施形態及び変形例に示した放熱運転時に蓄熱槽で生成される高温低湿の空気は、各種のバイオマス工場をはじめ、工場の乾燥工程等への利用に好適である。また、冷温水供給装置によれば、温熱利用だけでなく冷熱利用も可能であり、使用期間が所定の季節に限定されるような稼働率の問題は解決される。よって、熱ネットワークにおける生産側と利用側の統合システムに上述の冷温水供給装置を採用することで、空調システム系外からの熱を利用して空調システムのエネルギー消費を低減させることができる。

なお、上述した実施形態及び変形例の内容は、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において可能な限り組み合わせることができる。

１ 冷温水供給装置
１１ 蓄熱槽
１２１〜１２７ ダンパ
１３ ファン
１４ 蓄熱用熱交換器
１５ 冷却用熱交換器
１６ 気化冷却器
１７ 冷温水兼用熱交換器
１８ 熱回収用熱交換器
１９ 演算部

Claims (8)

1. 吸着質を吸着することにより発熱する吸着剤を内蔵する蓄熱槽と、
   前記吸着剤の機能を再生するための気体を生成する蓄熱用熱交換器と、
   当該気体を前記蓄熱槽に供給する送気手段と、
   前記吸着剤を発熱させて生成した高温低湿気体と熱交換して当該高温低湿気体を冷却するための冷却用熱交換器と、
   前記冷却用熱交換器を用いて熱交換した後の前記高温低湿気体を、液体の気化熱を利用してさらに冷却する気化冷却器と、
   前記高温低湿気体、又は当該高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて、負荷に供給される熱媒と熱交換を行う冷温熱兼用熱交換器と、
   を備える冷温熱供給装置。
2. 前記冷温熱兼用熱交換器から排出される気体と、前記蓄熱用熱交換器に取り入れる系外気体との間で熱交換を行う熱回収用熱交換器
   をさらに備える請求項１に記載の冷温熱供給装置。
3. 前記蓄熱用熱交換器に供給される熱媒は、再生可能エネルギー源から供給される熱又は所定の排熱である
   請求項１又は２に記載の冷温熱供給装置。
4. 前記冷却用熱交換器に、冷却塔からの冷媒又は井戸水が供給される
   請求項１から３のいずれか一項に記載の冷温熱供給装置。
5. 前記冷温熱兼用熱交換器を通過した気体について、前記冷温熱供給装置内を循環させる量を調節するダンパをさらに含む
   請求項１から４のいずれか一項に記載の冷温熱供給装置。
6. 前記吸着剤の発熱能力が所定の基準を下回る場合、前記冷温熱兼用熱交換器へ導入される水の量を減少させるための弁をさらに含む
   請求項５に記載の冷温熱供給装置。
7. 吸着質を吸着させることにより発熱する吸着剤を内蔵する蓄熱槽と、前記吸着剤の機能を再生するための気体を生成する蓄熱用熱交換器と、当該気体を前記蓄熱槽に供給する送気手段と、前記吸着剤を発熱させて生成した高温低湿気体と熱交換して冷却するための冷却用熱交換器と、前記高温低湿気体、又は当該高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて、負荷に供給される熱媒と熱交換を行う冷温熱兼用熱交換器とを備える冷温熱供給装置を用いて行う温熱生成方法であって、
   前記蓄熱用熱交換器が供給する前記気体によって前記吸着剤の機能を再生する工程と、
   前記高温低湿気体を用いて前記冷温熱兼用熱交換器が熱交換を行い、温熱を生成する工程と、
   を含む温熱生成方法。
8. 吸着質を吸着させることにより発熱する吸着剤を内蔵する蓄熱槽と、前記吸着剤の機能を再生するための気体を前記蓄熱槽に供給する蓄熱用熱交換器と、前記吸着剤を発熱させて生成した高温低湿気体と熱交換して冷却するための冷却用熱交換器と、前記高温低湿気体、又は当該高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて熱交換を行う冷温熱兼用熱交換器とを備える冷温熱供給装置を用いて行う冷熱生成方法であって、
   前記蓄熱用熱交換器が供給する前記気体によって前記吸着剤の機能を再生する工程と、
   前記冷却用熱交換器が前記高温低湿気体を冷却する工程と、
   前記高温低湿気体を冷却した後の気体を用いて前記冷温熱兼用熱交換器が熱交換を行い、冷熱を生成する工程と、
   を含む冷熱生成方法。

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