JP2001317888A

JP2001317888A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP2001317888A
Application number: JP2000138216A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Mizutani; 和秀水谷; Koji Matsuoka; 弘二松岡
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】冷蓄熱運転及び温蓄熱運転のいずれの運転に
おいてもＣＯＰの高い蓄熱装置を提供する。【解決手段】冷媒回路(1)に設けられた蓄熱機構(5)
は、蓄熱槽(34)と、蓄熱槽(34)に貯留された蓄熱媒体(4
0)と、伝熱コイル(35)とを有している。蓄熱媒体(40)
は、蓄熱カプセルと水とが混合した蓄熱カプセルスラリ
ーによって形成されている。蓄熱カプセルのカプセル内
には、融点が５℃〜２５℃の充填材が充填されている。
冷蓄熱運転及び温蓄熱運転の両方の運転において、潜熱
蓄熱を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱装置に係り、
特に、冷熱を蓄える冷蓄熱運転と温熱を蓄える温蓄熱運
転とを選択的に実行自在な蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、負荷の小さなときに冷熱また
は温熱を蓄えておき、負荷の大きなときにこれら蓄熱を
利用するようにした蓄熱装置は知られている。このよう
な蓄熱装置を用いることにより、夜間電力を利用して昼
間の空調負荷を軽減する等、電力需要の平準化が図られ
ている。

【０００３】近年、このような蓄熱装置として、氷蓄熱
装置が普及し始めている。氷蓄熱装置は、蓄熱媒体とし
て水を利用するものであり、冷熱を蓄える冷蓄熱運転の
際には、水を凍結させることにより潜熱蓄熱を行うもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、氷蓄熱装置
は、蓄熱媒体が水であるので、温熱を蓄える温蓄熱運転
の際には、潜熱蓄熱を行うことはできなかった。そのた
め、十分な量の温熱を蓄えるためには、蓄熱槽内の水温
をかなり高温（例えば４０℃程度）にまで上昇させる必
要があった。従って、温蓄熱運転のときには水の加熱温
度を比較的高温にする必要があったため、ＣＯＰの飛躍
的向上は難しかった。

【０００５】また、水の凝固点が０℃であることから、
冷蓄熱運転の際に水を０℃にまで冷却しなければならな
かった。そのため、例えば冷媒回路を用いて水を冷却す
る場合には、冷媒の蒸発温度を０℃よりも低温にする必
要があった。従って、冷却温度を相当低くしなければな
らなかったために、冷蓄熱運転時のＣＯＰは十分高いと
は言い難かった。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、冷蓄熱運転及び温蓄
熱運転のいずれの運転においても高ＣＯＰを実現する蓄
熱装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、冷蓄熱運転及び温蓄熱運転のいずれの運
転においても潜熱蓄熱を行うこととした。

【０００８】具体的には、本発明に係る蓄熱装置は、冷
熱を蓄える冷蓄熱運転と温熱を蓄える温蓄熱運転とを選
択的に実行自在な蓄熱装置であって、上記冷蓄熱運転及
び上記温蓄熱運転の両方の運転において潜熱蓄熱を行う
蓄熱媒体(40)を備えていることとしたものである。

【０００９】このことにより、冷蓄熱運転及び温蓄熱運
転の両運転において潜熱蓄熱を行うので、冷蓄熱運転の
際の冷却温度を比較的高温にすることができるととも
に、温蓄熱運転の際の加熱温度を比較的低温にすること
ができる。つまり、冷蓄熱及び温蓄熱のいずれにおいて
も潜熱蓄熱を行うので、冷却温度が比較的高温であって
も十分な量の冷熱を蓄えることができるとともに、加熱
温度が比較的低温であっても十分な量の温熱を蓄えるこ
とができる。従って、冷蓄熱運転及び温蓄熱運転の両方
のＣＯＰを向上させることができる。

【００１０】ところで、蓄熱媒体の相変化の温度が低す
ぎると、温蓄熱運転の際に、潜熱を低い温度域でしか利
用できなくなる。一方、蓄熱媒体の相変化の温度が高す
ぎると、冷蓄熱運転の際に、潜熱を高い温度域でしか利
用できなくなる。そこで、蓄熱媒体(40)は、５℃〜２５
℃の融点を有していることが好ましい。このことによ
り、蓄熱媒体は冷蓄熱及び温蓄熱の双方の運転にとって
好適な温度域で相変化を行うことになる。

【００１１】上記蓄熱媒体(40)は、蓄熱カプセルを含ん
でいることが好ましい。このことにより、蓄熱媒体は劣
化しにくくなり、蓄熱媒体による潜熱蓄熱は安定して行
われる。

【００１２】上記蓄熱カプセルは、カプセルと、該カプ
セルの内部に充填された充填材とにより形成され、上記
充填材は、ｎ−パラフィン（但しｎ＝１〜１６）、硫酸
ナトリウム・１０水塩、トリメチロールエタン／尿素／
水、グリセロール、カプリン酸、酢酸、エチレンジアミ
ン、ポリグリコール、及びエリスリタンのうちの１また
は２以上の物質を含んでいてもよい。

【００１３】このように好適な充填材を利用することに
より、冷蓄熱運転及び温蓄熱運転のＣＯＰは効果的に向
上する。

【００１４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷蓄熱
運転及び温蓄熱運転の両方において潜熱蓄熱を行うの
で、両運転のＣＯＰを共に向上させることができる。

【００１５】５℃〜２５℃の融点を有する蓄熱媒体を用
いることにより、冷蓄熱及び温蓄熱の両方に対して好適
な温度域で潜熱蓄熱を行うことができる。

【００１６】蓄熱カプセルを利用することにより、蓄熱
媒体の耐久性の向上及び高寿命化を図ることができ、潜
熱蓄熱を長年に渡って安定的に行うことができる。

【００１７】カプセル内部に充填する充填材を、ｎ−パ
ラフィン、硫酸ナトリウム・１０水塩、トリメチロール
エタン／尿素／水、グリセロール、カプリン酸、酢酸、
エチレンジアミン、ポリグリコール、及びエリスリタン
のうちの１または２以上の物質を含んだ充填材とするこ
とにより、冷蓄熱運転及び温蓄熱運転の双方においてＣ
ＯＰを効果的に向上させることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１９】図１に示すように、実施形態に係る蓄熱装
置は、蓄熱機構(5)に冷熱または温熱を蓄え、これら冷
熱または温熱を冷房または暖房に利用する蓄熱式冷凍装
置である。本蓄熱式冷凍装置の冷媒回路(1)は、互いに
並列に設けられた第１及び第２圧縮機(2a,2b)と、熱源
側熱交換器としての室外熱交換器(4)と、蓄熱機構(5)
と、利用側熱交換器としての室内熱交換器(6)とを備え
ている。なお、図１では室内熱交換器(6)を１つしか図
示しておらず、他の室内熱交換器の図示は省略している
が、実際には室内熱交換器(6)は複数設けられており、
本蓄熱式冷凍装置はいわゆるマルチ式の冷凍装置として
構成されている。

【００２０】第１圧縮機(2a)及び第２圧縮機(2b)の吐出
側は、吐出配管(3)によって互いに接続されている。こ
の吐出配管(3)には、電磁弁(7)が設けられている。第２
圧縮機(2b)の吐出側には、三方弁(11)の第１ポートが接
続されている。三方弁(11)の第２ポートには、配管(30)
を介して室外熱交換器(4)が接続されている。なお、三
方弁(11)の第３ポートには、一端が圧縮機(2a,2b)の吸
入側配管(23)に接続された配管(31)が接続されている。

【００２１】室外熱交換器(4)と各室内熱交換器(6)とを
接続する液側配管(18)には、電動弁(13)が設けられてい
る。電動弁(13)と室内熱交換器(6)との間には、電磁弁
(20)と、各室内熱交換器(6)の近傍に設けられた室内側
電動弁(21)とが設けられている。

【００２２】各室内熱交換器(6)に接続されたガス側配
管(19)は、三方弁(22)の第１ポートに接続されている。
三方弁(22)の第２ポートは、吸入側配管(23)に接続され
ている。三方弁(22)の第３ポートは、配管(24)を介して
液側配管(18)（詳しくは、液側配管(18)における電動弁
(13)と電磁弁(20)との間）に接続されている。配管(24)
には、三方弁(22)から液側配管(18)に向かって順に、電
磁弁(25)及び電動弁(26)が設けられている。また、吸入
側配管(23)と配管(24)とは、電磁弁(28)が設けられた配
管(27)によって接続されている。この配管(27)の一端
は、配管(24)における電磁弁(25)と電動弁(26)との間に
接続されている。

【００２３】配管(24)と圧縮機(2a,2b)の吐出側とは、
配管(29)を介して接続されている。配管(29)の一端は、
配管(24)における三方弁(22)と電磁弁(25)との間に接続
されている。

【００２４】蓄熱機構(5)は、蓄熱媒体(40)を収容する
蓄熱槽(34)と、蓄熱槽(34)の内部に設けられた伝熱コイ
ル(35)とを備えている。なお、伝熱コイル(35)は、蓄熱
媒体(40)と接触している。伝熱コイル(35)の一端は、配
管(24)における電磁弁(25)と電動弁(26)との間に接続さ
れている。一方、伝熱コイル(35)の他端は、液側配管(1
8)における電磁弁(20)と室内側電動弁(21)との間に接続
されている。この伝熱コイル(35)の他端側には、電動弁
(36)が設けられている。

【００２５】蓄熱媒体(40)は、カプセル（図示せず）と
当該カプセルの内部に充填された充填材とから成るいわ
ゆる蓄熱カプセルを含んでおり、当該蓄熱カプセルと水
とが混合した蓄熱カプセルスラリーによって形成されて
いる。なお、蓄熱媒体(40)を蓄熱カプセルのみで構成す
ることも勿論可能である。しかし、蓄熱カプセルスラリ
ーを利用することとすると、伝熱コイル(35)の周りに空
気層が発生することを防止することができ、熱伝達を向
上させることができるため、特に好ましい。なお、蓄熱
カプセルスラリーを構成する液体は水に限定されるもの
ではなく、他の種類の液体であってもよいことは言うま
でもない。

【００２６】充填材は、融点が５℃〜２５℃のものが好
ましく、例えば、ｎ−パラフィン（但しｎは１〜１６の
自然数）、硫酸ナトリウム・１０水塩、トリメチロール
エタン／尿素／水、グリセロール、カプリン酸、酢酸、
エチレンジアミン、ポリグリコール、及びエリスリタン
のうちの１または２以上の物質を含んでいる充填材を好
適に用いることができる。

【００２７】本蓄熱式冷凍装置では、蓄熱機構(5)に冷
熱を蓄える冷蓄熱運転と、負荷の小さな条件下において
蓄熱を利用して冷房を行う低負荷蓄熱利用冷房運転と、
負荷の大きな条件下において蓄熱を利用して冷房を行う
高負荷蓄熱利用冷房運転と、蓄熱を利用せずに冷房を行
う非蓄熱利用冷房運転と、蓄熱機構(5)に温熱を蓄える
温蓄熱運転と、蓄熱を利用して暖房を行う蓄熱利用暖房
運転と、蓄熱を利用せずに暖房を行う非蓄熱利用暖房運
転等を選択的に実行する。冷蓄熱運転と温蓄熱運転は、
安価な深夜電力を有効活用するために夜間に行われる。
次に、図２〜図８を参照しながら、これらの各運転につ
いて説明する。なお、図２〜図８においては、理解が容
易なように冷媒の循環経路を太線にて示している。

【００２８】−冷蓄熱運転− 冷蓄熱運転においては、冷媒は図２に示すように循環す
る。すなわち、本運転にあっては、圧縮機(2a,2b)から
吐出された冷媒は、室外熱交換器(4)において凝縮し、
電動弁(36)で減圧された後、蓄熱機構(5)の伝熱コイル
(35)の内部で蒸発する。この際、冷媒の蒸発に伴って蓄
熱媒体(40)は冷却され、カプセル内の充填材は液相から
固相に相変化する。これにより、潜熱蓄熱が行われる。
そして、蓄熱媒体(40)を冷却した冷媒は、伝熱コイル(3
5)から流出し、圧縮機(2a,2b)に吸入される。

【００２９】なお、上記の運転において、蓄熱媒体(40)
の融点は５℃〜２５℃であるので、伝熱コイル(35)にお
ける冷媒の蒸発温度は、比較的高い温度で足りる。その
ため、冷媒回路(1)の低圧側圧力を比較的高くすること
ができるので、圧縮機(2a,2b)の運転効率を向上させる
ことができる。従って、ＣＯＰは向上する。

【００３０】−低負荷蓄熱利用冷房運転− 低負荷蓄熱利用冷房運転においては、冷媒は図３に示す
ように循環する。すなわち、本運転にあっては、第１圧
縮機(2a)から吐出された冷媒は、室外熱交換器(4)にお
いて凝縮した後、蓄熱機構(5)の伝熱コイル(35)に流入
する。伝熱コイル(35)に流入した冷媒は、蓄熱槽(34)内
の蓄熱媒体(40)と熱交換を行い、過冷却される。この
際、蓄熱媒体(40)のカプセル内の充填材は、固相から液
相へと相変化する。伝熱コイル(35)から流出した冷媒
は、電動弁(36)または(21)によって減圧された後、室内
熱交換器(6)において蒸発する。この際、冷媒の蒸発に
伴って室内空気は冷却され、室内の冷房が行われること
になる。そして、室内空気を冷却した冷媒は室内熱交換
器(6)から流出し、第１圧縮機(2a)に吸入される。

【００３１】−高負荷蓄熱利用冷房運転− 高負荷蓄熱利用冷房運転においては、冷媒は図４に示す
ように循環する。すなわち、本運転にあっては、第２圧
縮機(2b)から吐出された冷媒は、室外熱交換器(4)にお
いてその一部が凝縮し、電動弁(26)によって圧力が調整
された後、第１圧縮機(2a)から吐出されたガス冷媒と合
流する。合流した冷媒は、伝熱コイル(35)に流入し、蓄
熱槽(34)内の蓄熱媒体(40)と熱交換を行って凝縮する。
この際、蓄熱媒体(40)のカプセル内の充填材は、固相か
ら液相へと相変化する。伝熱コイル(35)から流出した冷
媒は、電動弁(36)または(21)によって減圧された後、室
内熱交換器(6)において室内空気と熱交換を行って蒸発
する。これにより、室内空気は冷却され、室内の冷房が
行われることになる。そして、室内熱交換器(6)から流
出した冷媒は、圧縮機(2a,2b)に吸入される。

【００３２】−非蓄熱利用冷房運転− 非蓄熱利用冷房運転においては、冷媒は図５に示すよう
に循環する。すなわち、本運転にあっては、圧縮機(2a,
2b)から吐出された冷媒は、室外熱交換器(4)において凝
縮し、電動弁(13)または(21)によって減圧された後、室
内熱交換器(6)において蒸発する。これにより、室内空
気は冷却され、室内の冷房が行われることになる。そし
て、室内熱交換器(6)から流出した冷媒は、圧縮機(2a,2
b)に吸入される。

【００３３】−温蓄熱運転− 温蓄熱運転においては、冷媒は図６に示すように循環す
る。すなわち、本運転にあっては、圧縮機(2a,2b)から
吐出された冷媒は、蓄熱機構(5)の伝熱コイル(35)の内
部で凝縮し、蓄熱槽(34)内の蓄熱媒体(40)を加熱する。
これにより、蓄熱媒体(40)のカプセル内の充填材は固相
から液相へと相変化し、潜熱蓄熱が行われる。伝熱コイ
ル(35)から流出した冷媒は、電動弁(13)によって減圧さ
れた後、室外熱交換器(4)において蒸発する。そして、
室外熱交換器(4)から流出した冷媒は、圧縮機(2a,2b)に
吸入される。

【００３４】なお、上記の運転において、蓄熱媒体(40)
の融点は５℃〜２５℃であるので、伝熱コイル(35)にお
ける冷媒の凝縮温度は、比較的低い温度で十分である。
そのため、冷媒回路(1)の高圧側圧力を比較的低く抑え
ることができるので、圧縮機(2a,2b)の運転効率を向上
させることができる。従って、ＣＯＰは向上する。

【００３５】−蓄熱利用暖房運転− 蓄熱利用暖房運転においては、冷媒は図７に示すように
循環する。すなわち、本運転にあっては、圧縮機(2a,2
b)から吐出された冷媒は、室内熱交換器(6)において凝
縮する。この冷媒の凝縮により、室内空気は加熱され、
室内の暖房が行われることになる。室内熱交換器(6)か
ら流出した冷媒は、電動弁(36)によって減圧され、伝熱
コイル(35)に流入する。伝熱コイル(35)内の冷媒は、蓄
熱槽(34)の蓄熱媒体(40)と熱交換を行って蒸発する。こ
の際、蓄熱媒体(40)のカプセル内の充填材は、液相から
固相へと相変化する。そして、伝熱コイル(35)から流出
した冷媒は、圧縮機(2a,2b)に吸入される。

【００３６】−非蓄熱利用暖房運転− 非蓄熱利用暖房運転においては、冷媒は図８に示すよう
に循環する。すなわち、本運転にあっては、圧縮機(2a,
2b)から吐出された冷媒は、室内熱交換器(6)に流入し、
室内空気と熱交換を行って凝縮する。この際、室内空気
は加熱され、室内の暖房が行われることになる。そし
て、室内熱交換器(6)から流出した冷媒は、電動弁(13)
によって減圧され、室外熱交換器(4)において蒸発した
後、圧縮機(2a,2b)に吸入される。

【００３７】−実施形態の効果− 以上のように、本蓄熱式冷凍装置によれば、冷蓄熱運転
及び温蓄熱運転の両方において潜熱蓄熱を行うので、冷
蓄熱運転の際に伝熱コイル(35)における冷媒蒸発温度を
比較的高くすることができ、また、温蓄熱運転の際に伝
熱コイル(35)における冷媒凝縮温度を比較的低くするこ
とができる。そのため、冷蓄熱運転及び温蓄熱運転の双
方において、ＣＯＰの高い運転を実現することができ
る。

【００３８】蓄熱媒体(40)は蓄熱カプセルを含んでいる
ので、耐久性が高い。そのため、潜熱蓄熱を長期間に渡
って安定して行うことができる。

【００３９】蓄熱カプセルの充填材を、５℃〜２５℃の
融点を有する充填材としたので、冷蓄熱運転及び温蓄熱
運転の双方にとって好適な温度域で蓄熱を行うことがで
きると共に、蓄熱利用冷房運転（低負荷蓄熱利用冷房運
転及び高負荷蓄熱利用冷房運転）並びに蓄熱利用暖房運
転にとって好適な温度域で蓄熱を利用することができ
る。

【００４０】蓄熱媒体(40)の温度が比較的高くても十分
な量の冷熱を蓄えることができ、また、その温度が比較
的低くても十分な量の温熱を蓄えることができるので、
蓄熱時における蓄熱媒体(40)と外気との温度差を小さく
することができる。そのため蓄熱槽(34)からの熱損失を
低減することができ、蓄熱の利用効率を向上させること
ができる。また、蓄熱槽(34)に必要とされる断熱性能は
従来よりも低くてもよいので、蓄熱槽(34)の薄型化を図
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】蓄熱式冷凍装置の冷媒回路図である。

【図２】冷蓄熱運転時の冷媒循環を示す冷媒回路図であ
る。

【図３】低負荷蓄熱利用冷房運転時の冷媒循環を示す冷
媒回路図である。

【図４】高負荷蓄熱利用冷房運転時の冷媒循環を示す冷
媒回路図である。

【図５】非蓄熱利用冷房運転時の冷媒循環を示す冷媒回
路図である。

【図６】温蓄熱運転時の冷媒循環を示す冷媒回路図であ
る。

【図７】蓄熱利用暖房運転時の冷媒循環を示す冷媒回路
図である。

【図８】非蓄熱利用暖房運転時の冷媒循環を示す冷媒回
路図である。

【符号の説明】

(1) 冷媒回路 (2a) 第１圧縮機 (2b) 第２圧縮機 (4) 室外熱交換器 (5) 蓄熱機構 (6) 室内熱交換器 (18) 液側配管 (19) ガス側配管 (34) 蓄熱槽 (35) 伝熱コイル (40) 蓄熱媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷熱を蓄える冷蓄熱運転と温熱を蓄える
温蓄熱運転とを選択的に実行自在な蓄熱装置であって、上記冷蓄熱運転及び上記温蓄熱運転の両方の運転におい
て潜熱蓄熱を行う蓄熱媒体(40)を備えている蓄熱装置。
【請求項２】請求項１に記載の蓄熱装置において、蓄熱媒体(40)は、５℃〜２５℃の融点を有している蓄熱
装置。
【請求項３】請求項２に記載の蓄熱装置において、蓄熱媒体(40)は、蓄熱カプセルを含んでいる蓄熱装置。
【請求項４】請求項３に記載の蓄熱装置において、蓄熱カプセルは、カプセルと、該カプセルの内部に充填
された充填材とにより形成され、上記充填材は、ｎ−パラフィン（但しｎ＝１〜１６）、
硫酸ナトリウム・１０水塩、トリメチロールエタン／尿
素／水、グリセロール、カプリン酸、酢酸、エチレンジ
アミン、ポリグリコール、及びエリスリタンのうちの１
または２以上の物質を含んでいる蓄熱装置。