JP2000205774A

JP2000205774A - カプセル式蓄熱装置

Info

Publication number: JP2000205774A
Application number: JP11006445A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiko Kitagawa; 希代彦北川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】冷熱と温熱を一つの設備で同時に供給すること
ができ、総体的に効率の良い設備構成とすることにあ
る。【解決手段】袋体のカプセル内に蓄熱媒体を充填し、そ
の蓄熱媒体を凝固させて固体にし、その顕熱及び潜熱を
蓄熱させるとともに、その凝固した蓄熱媒体を融解させ
て放熱するカプセル式蓄熱装置において、カプセル内に
低融点蓄熱媒体３を充填した低融点カプセル２を冷却媒
体４と共に収容してなる低温蓄熱槽１を冷凍機５の冷却
一次側に設け、カプセル内に高融点蓄熱媒体１４を充填
した高融点カプセル１５を加熱媒体４と共に収容してな
る高温蓄熱槽１３を冷凍機５の二次側冷却系に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、夜間余剰電力を利
用した冷暖房設備等に適用され、伝熱性能に優れた潜熱
蓄熱体を用いてビル空調や地域熱供給に冷熱と温熱を供
給するカプセル式蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業及び民間部門では冷房及び暖
房の普及により、電気エネルギーの消費が増加の一途を
たどっており、ひと頃のように最大電力消費が夏期の昼
間に集中していたのに対し、最近では冬期の昼間でも最
大電力が集中し、年間の電力消費量は夏期冬期を問わず
昼間だけ増加する傾向にある。

【０００３】このように電力消費料が昼夜間で格差が生
じると、電力設備を昼間の電力消費量にあわせて設備投
資する必要があるが、これでは設備の稼働率が悪くな
る。

【０００４】最近では夜間の余剰電力を利用して製氷
し、昼間解氷して冷水を取り出し、冷房に供給するとい
う氷蓄熱装置や夜間に温水を生成し、昼間その温水を暖
房に供給する温水装置が普及しつつある。

【０００５】これらの装置は昼間の冷暖房ピーク負荷に
対し、電力消費量を低減させる一方、夜間のオフピーク
時、余剰電力を活用し、電力の安定供給や冷暖房の経済
的運用など、供給者側と需要者側との双方の利益のバラ
ンスを図ったものである。

【０００６】その一例として、空調設備において、蓄熱
槽内の袋体のカプセルに、例えば蓄熱媒体である潜熱蓄
熱体を充填し、夜間に余剰電力を利用して冷凍機または
ヒーターを駆動し、冷凍機またはヒーターから蓄熱槽に
供給するブライン８でカプセルに充填されている蓄熱媒
体を凝固させ、または蓄熱媒体を融解させ、その冷熱ま
たは温熱を潜熱蓄熱体に蓄熱しておき、昼間、潜熱蓄熱
体に蓄熱した冷熱または温熱を取り出し、その冷水また
は温水で冷暖房運転を行うというシステムがある。

【０００７】ところで、供給者側と需要者側との双方の
利益のバランスを図った冷熱・温熱蓄熱装置として、カ
プセル式蓄熱装置がある。

【０００８】図８はかかる従来のカプセル式蓄熱装置の
構成例を示すものである。

【０００９】図８において、１は蓄熱槽で、この蓄熱槽
１には低融点蓄熱媒体３を充填した複数個の袋体のカプ
セル２がブライン４と共に収容されている。

【００１０】また、５は蓄熱槽１内に供給するブライン
４を冷却する冷凍機、６は冷凍機５と蓄熱槽１との間に
形成された循環路に設けられ、ブライン４を循環させる
ブラインポンプ、７は冷凍機５と並列的に設けられ、ブ
ラインポンプ６により循環するブライン４に温熱を与え
るヒータ、８はブライン循環路を冷凍機５側又はヒータ
７側のいずれかに切換える三方弁である。

【００１１】また、９は冷凍機５で熱交換された二次冷
却水を外部に放熱する冷却塔、１０は冷凍機５と冷却塔
９との間に形成された循環路に設けられ、二次冷却水を
循環させる二次冷却水ポンプである。

【００１２】一方、１１は蓄熱槽１内のブライン４を供
給ポンプ１２により循環させて温熱又は冷熱として利用
する空調機である。

【００１３】このような構成のカプセル式蓄熱装置にお
いて、冷熱蓄熱運転時には夜間の余剰電力を利用して冷
凍機５と低温ブラインポンプ６を駆動し、冷凍機５から
低融点蓄熱媒体３の凝固点以下に冷却されたブライン４
を低温ブラインポンプ６を介して蓄熱槽１に送り、蓄熱
槽１に充填されているカプセル２内の低融点蓄熱媒体３
と熱交換することにより，凝固させて潜熱蓄熱する。

【００１４】他方、温熱蓄熱時には夜間の余剰電力を利
用して蓄熱槽１からのブライン４をヒーター７に通すこ
とにより加熱させ、その加熱ブライン４を蓄熱槽１に循
環させて温熱蓄熱している。

【００１５】また、昼間、蓄熱槽１に蓄熱された冷熱・
温熱を冷暖房に利用する場合、冷凍機５及びヒーター７
は停止させ、代わって空調機１１が運転を行っている。

【００１６】このように従来の冷熱・温熱蓄熱装置は、
夜間の余剰電力を利用して冷熱または温熱を蓄熱槽１に
蓄熱させておき、昼間冷房用または暖房用の熱源として
活用することで、電力の昼夜における消費の平準化を図
っている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
カプセル式蓄熱装置では冷熱源と温熱源を別個に保有す
る必要があるため、設備的に大きなものになっていた。
また、冷熱蓄熱運転と温熱蓄熱運転を同時に実施するこ
とができず、夏期の冷熱蓄熱運転、冬期の温熱蓄熱運転
と季節ごとの運転しかできなかった。このため、廃熱回
収等が実現できす、熱的に無駄が多く、かつ冷熱と温熱
の同時供給ができなかった。

【００１８】さらに、冷熱蓄熱運転時には冷凍機の二次
側冷却系の塔用冷却水の蒸発による水資源の消費が多量
にあり、また温熱蓄熱運転時には加熱電力の消費が追加
発生するという問題があった。

【００１９】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、冷熱と温熱を一つの設備で同時に供給するこ
とができ、廃熱を回収して冷暖房の大幅な需要増及び夏
期の温熱、冬期の冷熱需要に対応することで、総体的に
効率の良い設備構成となし得るカプセル式蓄熱装置を提
供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段によりカプセル式蓄熱装置
を構成するものである。

【００２１】請求項１に対応する発明は、袋体のカプセ
ル内に蓄熱媒体を充填し、その蓄熱媒体を凝固させて固
体にし、その顕熱及び潜熱を蓄熱させるとともに、その
凝固した蓄熱媒体を融解させて放熱するカプセル式蓄熱
装置において、カプセル内に低融点蓄熱媒体を充填した
低融点カプセルを冷却媒体と共に収容してなる低温蓄熱
槽を冷凍機の冷却一次側に設け、カプセル内に高融点蓄
熱媒体を充填した高融点カプセルを加熱媒体と共に収容
してなる高温蓄熱槽を前記冷凍機の二次側冷却系に設け
たものである。

【００２２】従って、上記請求項１に対応する発明のカ
プセル式蓄熱装置にあっては、冷凍機による冷熱を低温
蓄熱槽に蓄熱しつつ、同時に冷凍機から出る廃熱を高温
蓄熱槽に蓄熱して、異なる温度域の蓄熱を行うことがで
きる。

【００２３】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のカプセル式蓄熱装置において、冷凍機の二
次側冷却系で、並列または直列に高温蓄熱槽と冷却塔ま
たは冷却ファンを配し、三方弁を介して高温蓄熱槽の温
熱蓄熱系と冷却塔の二次冷却水系とに冷凍機の二次側冷
却系を区分するようにしたものである。

【００２４】従って、上記請求項２に対応する発明のカ
プセル式蓄熱装置にあっては、冷熱蓄熱運転時に冷凍機
の二次側冷却系に高温蓄熱槽と冷却塔が配されているの
で、二次冷却水の冷却を冷却塔で大気放熱して行うとと
もに、大気放熱する温熱の一部又は全部を高温蓄熱槽に
自動的に蓄熱することができる。

【００２５】請求項３に対応する発明は、請求項２に対
応する発明のカプセル式蓄熱装置において、冷凍機の一
次側の低温蓄熱槽に冷熱を蓄熱する冷熱蓄熱運転中に、
冷凍機の二次側の高温蓄熱槽の温熱蓄熱系には冷凍機の
廃熱の温熱蓄熱を同時に並行させて自動運転を行い、二
次冷却水系の冷却塔または冷却ファンと自動切替え、或
いは自動分流可能にしたものである。

【００２６】従って、上記請求項３に対応する発明のカ
プセル式蓄熱装置にあっては、冷凍機の二次側冷却熱量
と高温蓄熱槽に温熱を蓄熱することにより放出される冷
熱が量的にマッチングしていない場合、必要冷却熱量を
得るために冷却塔と高温蓄熱槽の分岐点に設けた三方弁
で自動制御することにより、高温蓄熱槽に温熱を蓄熱完
了した時点で自動的に冷却塔へ切り替えて冷却運転を行
うことができる。

【００２７】請求項４に対応する発明は、請求項１乃至
請求項３のいずれかに対応する発明のカプセル式蓄熱装
置において、温熱蓄熱系の高温蓄熱槽に廃熱供給用系統
を接続したものである。

【００２８】従って、上記請求項４に対応する発明のカ
プセル式蓄熱装置にあっては、高温蓄熱槽の温熱蓄熱系
に廃熱回収用熱交換器の温熱供給系を設けているので、
温熱需要に対して、温熱を供給することができる請求項
５に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか
に対応する発明のカプセル式蓄熱装置において、夜間の
余剰電力で蓄熱された高温蓄熱槽に廃熱回収熱交換器か
らなる廃熱供給系統を設け、且つ低温蓄熱槽に蓄熱され
た冷熱の熱交換後の供給水の一部又は全部を高温蓄熱槽
に戻す系統を設けて、温熱を蓄熱して供給可能にしたも
のである。

【００２９】従って、上記請求項５に対応する発明のカ
プセル式蓄熱装置にあっては、冷熱と温熱の需要と廃熱
回収量のバランスによっては冷凍機の二次側の冷却容量
が不足する場合があるので、需要供給量の調整用として
冷却塔を設け、且つ冷熱使用後の一次冷却水の温熱も系
統的に接続することにより、一次側及び二次側の廃熱を
回収することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００３１】図１は本発明によるカプセル式蓄熱装置の
第１の実施の形態を示す構成図であり、従来装置として
説明した図８と同一部分については同一符号を付して説
明する。

【００３２】図１において、１は低温蓄熱槽で、この低
温蓄熱槽１内には液体からなる低融点蓄熱媒体３を充填
した複数個の袋体の低融点カプセル２がブライン４と共
に収容されている。

【００３３】また、１３は高温蓄熱槽で、この高温蓄熱
槽１３内には液体からなる高融点蓄熱媒体１４を封入し
た複数個の袋体の高融点カプセル１５がブライン３と共
に収容され、蓄熱用冷熱供給源である冷凍機５の一次側
に低温蓄熱槽１、二次側に高温蓄熱槽１３が配設されて
いる。

【００３４】上記低温蓄熱槽１をライン内に持つ冷熱蓄
熱系と高温蓄熱槽１３をライン内に持つ温熱蓄熱系とに
は、それぞれ低温ブラインポンプ６と高温ブラインポン
プ１６を有し、冷凍機１の一次側と二次側のブラインを
循環させる機能を持っている。低温蓄熱槽１を含む冷熱
蓄熱系には冷熱供給系が接続され、冷熱供給熱交換器と
して空調機１１で冷熱を供給できる構成となっている。

【００３５】次に上記のように構成されたカプセル式蓄
熱槽の作用を述べる。

【００３６】冷熱蓄熱運転を行うに際して、冷熱供給源
である冷凍機１及び低温ブラインポンプ６が駆動される
と、低温蓄熱槽１に収容されたブライン４は低融点カプ
セル２内の低融点蓄熱媒体３の凝固点以下に冷却された
状態で、低温ブラインポンプ６によって低温蓄熱槽１内
と冷凍機５との間を循環する。

【００３７】これにより、低融点カプセル２内の低融点
蓄熱媒体３がブライン４と熱交換することによって凝固
し、冷熱として潜熱と顕熱を蓄熱する。そして、低温蓄
熱槽１内の低融点カプセル２が全数低融点蓄熱媒体３の
凝固点以下に冷却されると、低融点カプセル２の低融点
蓄熱媒体３が固体となり、冷熱蓄熱が完了する。

【００３８】次に冷熱を取り出す際は、冷熱供給ポンプ
１２によって空調機１１にブライン４を循環させ、冷熱
蓄熱した低融点カプセル２内の低融点蓄熱媒体３を融解
させることにより、冷熱をブライン４を媒体として取り
出し、これによって冷却されたブライン４を空調機１１
へ送ることにより冷熱を供給する。

【００３９】一方、温熱蓄熱運転は、冷熱供給源である
冷凍機５が駆動される際に、冷凍機５の二次側冷却系か
ら排出された廃熱により高温蓄熱槽１３に収容された高
融点カプセル１５内の高融点蓄熱媒体１４の融点より高
温になったブライン４が冷凍機５の二次側と高温蓄熱槽
１３との間を循環し、高融点カプセル１５内の高融点蓄
熱媒体１４を融解させることにより温熱を蓄熱する。そ
して、高温蓄熱槽１３内の高融点カプセル１５が全数融
解した時点で、温熱蓄熱が完了する。

【００４０】従って、従来では放熱されていた冷凍機１
の二次側の廃熱を回収することにより、冷熱・温熱を同
時に蓄熱できるものである。

【００４１】上記作用を具体的に説明すると、冷凍機５
内部では沸点が低くて蒸発し易い冷媒を使用した冷凍サ
イクルを形成している。熱は水が高い所から低い所へ流
れるように高温側より低温側へ流れていき、全体として
同じ温度になろうとする。この作用に逆らって低温側よ
り熱流量を吸収し、高温側へ熱流量を運ぶ作用を行って
いる。

【００４２】ここで、低温側を蒸発器と称し、高温側を
凝縮器と称する。いま、蒸発器熱流量をＱｌ［ｋＷ］、
凝縮器熱流量をＱｈ［ｋＷ］、蒸発器温度をＴｌ
［Ｋ］、凝縮器温度をＴｈ［Ｋ］とすると、冷凍機５の
成績係数ＣＯＰはＣＯＰ＝Ｑ１／（Ｑｈ−Ｑ１）＝Ｔ１／（Ｔｈ−Ｔ１）で表される。

【００４３】冷凍サイクルには図２に示すように種々あ
るが、理想的な冷凍サイクルは２つの断熱変化と２つの
等温変化からなるカルノー冷凍サイクルであり、その経
済性の指標として上記成績係数ＣＯＰが上げられる。

【００４４】図３に理想的なカルノーサイクルを示す。

【００４５】ここで、理想的なカルノーサイクルに近い
のは蒸気圧縮冷凍サイクルであり、冷媒としては主にフ
ロン系ガスが使用される。

【００４６】図４に一段式蒸気圧縮冷凍サイクルを示
す。

【００４７】図３及び図４において、飽和蒸気( １´）
や過熱蒸気（１）の状態の冷媒ガスを圧縮機で吸収して
高圧高温の過熱ガス（２´）や（２）の状態まで圧縮
し、凝縮器で周囲にある空気や冷却水を用いて飽和液
（３´）や過冷却液（３）の状態まで冷却する。この冷
媒液を膨脹弁で低圧低温の湿り蒸気（４´）や（４）の
状態まで減圧して蒸発器に入れ、ここで、空気やブライ
ンと称する不凍液などの低温の被冷却体より熱を吸収し
て（１´）や（１）の状態となり、再び圧縮機に吸収さ
れる。

【００４８】これが基本的な冷凍サイクルであり、図３
中の（１´）と（１）の冷媒ガスの温度差△Ｔｈ＝Ｔ₁
−Ｔ₁' を過熱度、（３）と（３' ）の冷媒液の温度差
△Ｔｃ＝Ｔ₃' −Ｔ₃を過冷却度といい、一般に△Ｔｈ
＝５℃ぐらいで運転することが多い。

【００４９】冷凍能力Ｑ１［ｋＷ］、圧縮動力Ｗ［ｋ
Ｗ］、動作係数ε_ｒは次式で求められる。

【００５０】Ｑ₁＝ｍ_rｑ_r＝Ｖ₀・η_υ（ｈ₁−ｈ₄）／υ₁ Ｗ＝ｍ_r（ｈ₂−ｈ₁）／η_adη_m ＝（ｍ_r／η_adη_m）・ｋ／（ｋ−１）・ＲＴ₁［（Ｐ¹／Ｐ_h）^(k-1)/k−１］＝Ｑ₁／［（ｈ₁−ｈ₄）・η_ad・η_m］＝Ｑ₁／（ε_rth・η_ad・η_m） ε_r＝Ｑ₁／Ｗ＝（ｈ₁−ｈ₄）／［（ｈ₂−ｈ₁）・η_ad・η_m］＝ε_rth・η_ad・η_m ｍ_r＝Ｖ₀・η_υ／υ₁( ｋｇ／ｓｅｃ):冷媒流量Ｖ₀＝（ｍ³／ｓｅｃ）：ピストン押しのけ量 υ₁＝（ｍ³／ｋｇ）：圧縮機入口冷媒ガス比容積 η_υ ：体積効率ｈ（ＫＪ／ｋｇ）：比エンタルピ η_ad ：断熱圧縮効率 η_m ：機械効率 κ＝Ｃ_p／Ｃ_υ ：比熱比Ｔ（Ｋ）：温度Ｒ（ＫＪ／ｋｇ・Ｋ）：ガス定数Ｐ（Ｐａ）：圧力 ε_rth ：理論的動作係数Ｑ_l ：冷凍能力ｑ_r＝ｈ₁−ｈ₄（ＫＪ／ｋｇ）：冷凍効果冷凍能力Ｑ_lや圧縮動力Ｗは、Ｔ₁、Ｔ_h、△Ｔ_c、△
Ｔ_hなどの運転条件によって大幅に変化するので、従来
のｔ_l＝−１５℃、ｔ_h＝３０℃、△Ｔ_h＝０℃、△Ｔ
_c＝５℃の基準冷凍サイクルに対して用途に応じた冷凍
サイクルを決めることができる。

【００５１】また、低温側より高温側に運ばれる熱流量
Ｑｈに注目し、これを利用して暖房や給湯などの加熱を
行うとき、この冷凍装置をヒートポンプまたは熱ポンプ
といい、このときの熱流量Ｑ_hや動作係数εｈなどは次
式で求められる。

【００５２】Ｑ_h＝（Ｖ₀・η_υ／υ₁）・［（ｈ₂−ｈ₁）／η_ad＋（ｈ₁−ｈ₄）］＝ｍ_r［（ｈ₂−ｈ₁）／η_ad＋ｑ_r］ ε_h＝Ｑ_h／Ｗ＝［（ｈ₂−ｈ₁）／η_ad＋（ｈ₁−ｈ₄）］／［（ｈ₂−ｈ₁）／η_ad η_m］＝η_m＋ε_r ＝η_m（１＋ε_rthη_ad）上記式より分かるように、ε_r、ε_hは冷媒流量ｍ_rす
なわち冷凍機やヒートポンプの大きさには関係なく、使
用温度条件のみにより決まる値である。また、ε_h＝約
１＋ε_r、ε_hth＝１＋ε_rthとヒートポンプの動作係
数が冷凍機の動作系数より１大きいので、同じ動力に対
してＱ_h＝ε_hＷ＝約（１＋ε_r）Ｗ＝Ｗ＋Ｑ₁とな
り、冷凍機として用いるよりヒートポンプとして用いる
ほうが有利となる。本発明はこのような冷凍機１の特性
を応用したものである。

【００５３】冷凍機１において、圧縮機の状態は冷凍装
置の運転状態により変化する。すなわち、凝縮温度は凝
縮圧力を決定し、これに吐出し配管での圧力損失を加味
して圧縮機の吐出し圧力が決まる。

【００５４】次に蒸発温度は蒸発圧力を決定し、これに
吸込配管での圧力損失を見込んで圧縮機の吸込圧力が定
まる。そして、蒸発器での冷媒蒸発量に対する蒸気量が
吸込まれて、冷媒循環量を定める。冷凍能力も所要動力
も凝縮温度と蒸発温度の条件に対応して定まるが、この
場合、圧縮機吸込み蒸気の過熱度△Ｔ_hおよび凝縮器出
口の液の過冷却度（サブクール度）△Ｔｃはある条件を
与えている。

【００５５】冷凍機１で冷媒が蒸発するときの圧力は、
要求される蒸発温度（被冷却物の冷却温度より数℃低
い）に相当する飽和圧力で、大気圧より高いことが望ま
しい。これは圧力機の吸込圧力が真空になることによっ
て起こる冷媒系統への空気の漏入、吸込圧力が低下して
圧力比が増大することによる圧縮機の体積効率の低下や
非能率運転を避けることが大切である。

【００５６】このため、冷媒の沸点は冷凍装置にとって
重要な指標となる。すなわち、図５に示すように沸点の
低い冷媒は低温用（冷凍用）に、沸点の高い冷媒は高温
用（冷媒用など）に使われる。また他の特性も考慮に入
れた選定がなされる。

【００５７】このように冷凍機１の所要冷却水量は、そ
の凝縮器熱負荷率から求めると、凝縮器熱負荷率＝所要
冷却能力＋入力／飽和凝縮温度−冷却水入口温度の関係
式で求まり、冷却水温度は冷凍機１の最大廃熱量で決ま
る。

【００５８】ここで、図６の冷凍能力線図を例にとる
と、飽和凝縮温度は４５℃までとれ、例えば冷媒を図５
に示すＲ２２とした場合、理論的に冷却水入口温度を３
２℃とすると冷却水出口温度は４０．５℃とすることが
できる。図７にその計算例を示す。

【００５９】この場合、４０℃付近の転移融解温度をも
つ高融点蓄熱媒体１４を使用すれば良い。この温度域の
高融点蓄熱媒体１４には例えば図８に示すようなものが
あり、これらの高融点蓄熱媒体を使用することにより、
家庭用給湯（風呂）等の温熱の供給が、潜熱を利用した
コンパクトな蓄熱装置で可能となる。

【００６０】従って、上記のような作用により排熱の有
効利用が可能なカプセル式蓄熱装置が提供できる。

【００６１】図９は本発明によるカプセル式蓄熱装置の
第２の実施の形態を示す構成図であり、冷熱及び温熱蓄
熱系統の構成に関しては前述した第１の実施の形態と同
様なので図１と同一部分には同一符号を付してその説明
を省略し、ここでは異なる点について述べる。

【００６２】第２の実施の形態では、冷凍機５の二次側
に配設した温熱蓄熱系に廃熱回収熱交換器１７を設けて
温熱供給系統を構成したものである。

【００６３】この温熱供給系統には、温熱供給ポンプ１
８が設けられ、高温蓄熱槽１３に蓄熱された温熱は廃熱
回収熱交換器１７を介して温熱需要元へ供給されるシス
テムとなっている。

【００６４】また、冷凍機５の二次側冷却系に高温蓄熱
槽１３と並列的に冷却塔９を配設し、二次側冷却系に設
けられた三方弁１９を介して高温蓄熱槽１３と切換え可
能な構成となっている。

【００６５】上記のように構成されたカプセル式蓄熱装
置の作用について説明する。

【００６６】冷熱蓄熱運転を行うに際して、冷熱供給源
である冷凍機５を駆動すると、この冷凍機５は冷却され
た二次冷却水を供給することによって冷凍サイクルが成
立する。冷凍機５の二次側に高温蓄熱槽１３のみを配し
た場合、冷凍機１の必要冷却熱量と温熱蓄熱量とのバラ
ンスが成り立たなければ、冷熱蓄熱運転そのものは成り
立たなくなる。

【００６７】そこで、冷凍機５の二次側に冷却塔１１を
並列または直列に配することにより、高温蓄熱槽１３と
の熱交換によって得られる冷熱量より必要冷熱量が多い
場合は、冷却塔１１を起動して三方弁１９を切り替える
ことにより、冷熱供給バランスをとることができる。ま
た、必要ない場合は、冷却塔１１の運転を停止して、ラ
ンニングコストを下げることができる。

【００６８】従って、このようなカプセル式蓄熱装置と
すれば、冷凍機５への冷熱必要量と高温蓄熱槽１３への
温熱蓄熱により得られる冷熱量とのバランスが悪い場合
も、効率的に冷熱・温熱蓄熱が可能となる。

【００６９】また、冷却塔１１での放熱を必要最低限に
することにより、冷却塔９による二次冷却水の蒸発水量
を必要最低限にでき、水資源の無駄遣いを防止するとい
う効果がある。

【００７０】図１０は本発明によるカプセル式蓄熱装置
の第３の実施の形態を示す構成図であり、冷熱及び温熱
蓄熱系統の構成に関しては前述した第１の実施の形態と
同様なので図１と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

【００７１】第３の実施の形態では、低温蓄熱槽１と空
調機１１からなる冷熱蓄熱系と、高温蓄熱槽１３と冷凍
機５からなる温熱蓄熱系とを三方弁２０を介して接続し
た構成とするものである。

【００７２】上記のように構成されたカプセル式蓄熱装
置の作用について説明する。

【００７３】冷熱供給運転を行うに際して、空調機１１
で熱交換されたブライン４は、温熱を保有した状態で戻
ってラインに送られるが、その一部を高温蓄熱槽１３に
送ることによって前記温熱の一部を高温蓄熱槽１３に蓄
熱する。

【００７４】従って、このようなカプセル式蓄熱装置と
すれば、空調機１１での廃熱を高温蓄熱槽１３に回収で
きるため廃熱回収率が向上し、かつ低温蓄熱槽１へ還流
する温熱が少なくなるので、冷熱供給時間を増大できる
効果がある。

【００７５】図１１は本発明によるカプセル式蓄熱装置
の第４の実施の形態を示す構成図であり、冷熱及び温熱
蓄熱系統の構成に関しては前述した第１の実施の形態と
同様なので図１と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる点について述べる。

【００７６】第４の実施の形態では、例えば清涼飲料水
の自動販売機等のように、冷飲料と温飲料を同時販売す
るように、冷熱と温熱を必要とする装置にカプセル式蓄
熱装置を適用する場合において、冷熱蓄熱運転は、夜間
の安い余剰電力の時間帯になると自動的に冷凍機５が起
動して冷熱蓄熱運転を始めるように自動制御装置を組込
むものである。

【００７７】冷凍機５の二次側には高温蓄熱槽１３を配
設してあるので、冷熱蓄熱運転時に冷凍機５の廃熱が二
次側冷却水系に放熱されるので、同時に温熱蓄熱運転も
開始する制御とする。夜間電力料金が終了する時間帯に
なると冷凍機５は自動停止する。昼間の販売時間になる
と新規に入れる飲料缶等の冷却や加温を電力を使用しな
いで夜間に蓄熱してあった冷熱及び温熱を取り出すこと
によって使用するものである。

【００７８】例えば電力需要が多い夏場の昼間に冷飲料
２１用として蓄熱した冷熱を放熱するには、夜間電力時
間帯が終了すると冷凍機５が自動停止するとともに冷熱
供給ポンプ１２および冷熱負荷ポンプ２２が自動起動
し、低温蓄熱槽１に蓄熱された冷熱を取り出すべく、運
転が始まる。これは、昼間の冷熱需要が多い時間帯（例
えば午前１１：００〜午後２：００）の間の自動運転に
限定しても良い。これにより、昼間の電力を使用しない
で冷房負荷に対応させることができる。

【００７９】また、同時に温飲料２３用としての温熱も
同様に、夜間電力時間時の冷凍機１自動停止とともに温
熱供給ポンプ１８および温熱負荷ポンプ２４が自動起動
し、高温蓄熱槽１３に蓄熱された温熱を取り出すべく、
運転が始まる。

【００８０】使用温度域によっては冷凍機１廃熱だけで
は温飲料２３の温度としては不足する場合もあるため、
加熱用ヒーター等も設ける場合がある。しかしながら、
温熱蓄熱分だけ昼間の加熱用電力を節約できるものであ
る。

【００８１】このようなカプセル式蓄熱装置において、
自動販売機等のあまり売れない（販売機内の出入りがあ
まりない）時間帯、つまり夜間の電力需要が少ない時間
帯に電力使用量が大きい冷凍機５を運転して安い電力で
大まかな蓄熱を実施でき、また昼間の電力需要が大き
く、且つ電力料金が高い時間帯においては電力消費量の
小さいポンプのみの運転でよく、経済的効果を上げるこ
とができる。

【００８２】従って、このようなカプセル式蓄熱装置と
すれば、冷熱と温熱を同時に必要とする系内に於いて、
冷熱と温熱を同時に蓄熱できる効果があり、さらに販売
量が少ない夜間に冷熱・温熱ともに蓄熱できる効果があ
り、さらに販売量が少ない夜間に冷熱・温熱ともに蓄熱
することにより、昼間の電力消費量を抑制し、安い電力
料金で運営できる効果がある。

【００８３】これは、単一の自動販売機のみに限らず、
自動販売機センター等の集合販売センター等では、冷熱
・温熱の必要量が相対的に増加し、さらに効率的に運営
できるものである。

【００８４】また、冷熱と温熱の同時需要は、自動販売
機に限らず、夏場の冷房と風呂・給湯、冬場の冷凍庫・
冷蔵庫と暖房等のように地域冷暖房と家庭や大、中規模
販売店の冷熱・温熱需要を組み合わせることにより、そ
の効果を上げることは可能である。

【００８５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、最小
限の設備で冷熱と温熱を同時蓄熱ができると同時に供給
が可能となり、且つ冷凍機の二次側冷却塔の使用範囲を
最小限にできるので、水資源の使用量も最小限にできる
カプセル式蓄熱装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるカプセル式蓄熱装置の第１の実施
例を示す構成図。

【図２】冷凍サイクルの種類を説明するための図。

【図３】同実施の形態における冷凍サイクルとしてカル
ノー冷凍サイクルの特性図。

【図４】同実施の形態における冷凍機の基本回路を説明
するための構成図。

【図５】同実施の形態において、冷媒の種類と沸点を他
の特性と共に説明するための図。

【図６】同実施の形態における冷凍能力線図を示す図。

【図７】同実施の形態において、凝縮器熱負荷率を具体
的な数値を用いた計算例を説明するための図。

【図８】同実施の形態において、高融点蓄熱媒体の種類
を説明するための図。

【図９】本発明によるカプセル式蓄熱装置の第２の実施
の形態を示す構成図。

【図１０】本発明によるカプセル式蓄熱装置の第３の実
施の形態を示す構成図。

【図１１】本発明によるカプセル式蓄熱装置の第４の実
施ｋ形態を示す構成図。

【図１２】従来のカプセル式蓄熱装置の一例を示す構成
図。

【符号の説明】

１……低温蓄熱槽２……カプセル３……低融点蓄熱媒体４……ブライン５……冷凍機６……低温ブラインポンプ９……冷却塔１１……空調機１２……冷熱供給ポンプ１３……高温蓄熱槽１４……高融点蓄熱媒体１５……高融点カプセル１６……高温ブラインポンプ１７……廃熱回収熱交換器１８……温熱ブラインポンプ１９，２０……三方弁２２……熱負荷ポンプ２４……温熱負荷ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】袋体のカプセル内に蓄熱媒体を充填し、
その蓄熱媒体を凝固させて固体にし、その顕熱及び潜熱
を蓄熱させるとともに、その凝固した蓄熱媒体を融解さ
せて放熱するカプセル式蓄熱装置において、カプセル内
に低融点蓄熱媒体を充填した低融点カプセルを冷却媒体
と共に収容してなる低温蓄熱槽を冷凍機の冷却一次側に
設け、カプセル内に高融点蓄熱媒体を充填した高融点カ
プセルを加熱媒体と共に収容してなる高温蓄熱槽を前記
冷凍機の二次側冷却系に設けたことを特徴とするカプセ
ル式蓄熱装置。
【請求項２】請求項１記載のカプセル式蓄熱装置にお
いて、冷凍機の二次側冷却系で、並列または直列に高温
蓄熱槽と冷却塔または冷却ファンを配し、三方弁を介し
て高温蓄熱槽の温熱蓄熱系と冷却塔の二次冷却水系とに
冷凍機の二次側冷却系を区分することを特徴としたカプ
セル式蓄熱装置。
【請求項３】請求項２記載のカプセル式蓄熱装置にお
いて、冷凍機の一次側の低温蓄熱槽に冷熱を蓄熱する冷
熱蓄熱運転中に、冷凍機の二次側の高温蓄熱槽の温熱蓄
熱系には冷凍機の廃熱の温熱蓄熱を同時に並行させて自
動運転を行い、二次冷却水系の冷却塔または冷却ファン
と自動切替え、或いは自動分流可能にしたことを特徴と
したカプセル式蓄熱装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のカプセル式蓄熱装置において、温熱蓄熱系の高温蓄熱
槽に廃熱供給用系統を接続したことを特徴とするカプセ
ル式蓄熱装置。
【請求項５】請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
のカプセル式蓄熱装置において、夜間の余剰電力で蓄熱
された高温蓄熱槽に廃熱回収熱交換器からなる廃熱供給
系統を設け、且つ低温蓄熱槽に蓄熱された冷熱の熱交換
後の供給水の一部又は全部を高温蓄熱槽に戻す系統を設
けて、温熱を蓄熱して供給可能にしたことを特徴とする
カプセル式蓄熱装置。