JP2005156050A - 蓄熱装置及び蓄熱制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の蓄熱装置を利用しつつ、更なる消費電力の削減を可能とする蓄熱装置を提供する。
【解決手段】 氷蓄熱槽（２０）の水を高温槽（１１）に送水するための循環ポンプ（４）及び循環パイプ（４００）を氷蓄熱槽（２０）と高温槽（１１）との間に設け、循環ポンプ（４）を運転させて、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（４００）を通じて高温槽（１１）へ送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させ、氷蓄熱槽（２０）の保有する水を５℃の水に変換する。そして、氷蓄熱槽（２０）の保有する水が５℃の水に変換された時点で、循環ポンプ（４）を停止させ、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させて氷蓄熱槽（２０）において氷を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ビルや工場などの建物を対象とした空調（冷房）システムなどに好適な冷熱用の蓄熱装置及びその蓄熱装置の蓄熱制御方法に関するものである。

近年、ビルや工場などの建物を対象とした冷房システムの一つとして、夜間の電力を利用して冷熱を生成し、その生成した冷熱を蓄熱槽に貯蔵し、その貯蔵した冷熱を昼間に利用して冷房を行う蓄熱装置がある。従来の蓄熱装置は、冷水を蓄熱槽に貯蔵する水蓄熱方式が採用されていたが、この冷水を氷として貯蔵することで蓄熱槽の容積が１／６〜１／８程度に小さくできることから、近年では氷蓄熱方式が採用されている。以下に、図８〜図１０を参照しながら従来の氷蓄熱方式の蓄熱装置の構成について説明する。なお、図８は、従来の氷蓄熱装置の概略構成を示す図であり、図９は、図８に示す冷水槽（１０）の詳細な内部構成を示す図であり、図１０は、図８に示す氷蓄熱槽（２０）の詳細な内部構成を示す図である。

氷蓄熱方式の蓄熱装置は、図８に示すように、冷水槽（１０）と、氷蓄熱槽（２０）と、を有して構成されており、冷水槽（１０）は更に、高温槽（１１）と、中間槽（１２）と、低温槽（１３）と、に区分して構成されている。

高温槽（１１）は、１５℃の水を保有する冷水槽であり、低温槽（１３）は、５℃の水を保有する冷水槽であり、中間槽（１２）は高温槽（１１）と低温槽（１３）との中間の温度の水を保有する冷水槽である。なお、中間槽（１２）は、図９に示すように、複数の槽に区分して構成されている。なお、図８に示す空調機などの熱負荷（５０）の熱容量よりも水冷却機（４０）の熱容量が大きい場合（熱負荷の熱容量＜水冷却機の熱容量）は、冷水槽（１０）の水は低温の水の割合が多くなる（蓄熱）。また、空調機などの熱負荷（５０）の熱容量よりも水冷却機（４０）の熱容量が小さい場合（熱負荷の熱容量＞水冷却機の熱容量）は、冷水槽（１０）の水は高温の水の割合が多くなる（放熱）。

氷蓄熱槽（２０）は、氷を製氷し、冷熱を貯蔵する槽であり、図１０に示すように、複数の槽に区分して構成されている。

次に、図１１、図１２を参照しながら、上記構成からなる蓄熱装置の制御動作について、蓄熱運転時と放熱運転時とに区分して説明する。

（蓄熱運転時における制御動作）
まず、図１１を参照しながら、蓄熱運転時における蓄熱装置の制御動作について説明する。蓄熱運転時は、冷熱負荷（建物内の冷房）が停止している深夜の時間帯に行われる制御動作であり、電気料金の安価な夜間電力を利用して行われる。

まず、蓄熱運転時は、循環ポンプ（１）と循環ポンプ（２）とを停止させ、循環パイプ（１００）と循環パイプ（２００）とによる送水を停止する。そして、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させる。これにより、ブライン循環ポンプ（３１）によりマイナス温度に冷却された低温のブラインが、図１１に示すように循環することになり、氷蓄熱槽（２０）に組み込まれた熱交換機（３２）の周囲に氷が製氷され、この氷を氷蓄熱槽（２０）内に蓄氷することになる。また、水冷却機（４０）と循環ポンプ（３）とを運転させて、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を循環パイプ（３００）を通じて水冷却機（４０）に送水し、水冷却機（４０）で５℃の水に冷却する。そして、５℃に冷却した水を低温槽（１３）に送水し、低温槽（１３）で５℃の水を貯蔵することになる。

（放熱運転時における制御動作）
次に、図１２を参照しながら、放熱運転時における蓄熱装置の制御動作について説明する。放熱運転時は、空調機などの熱負荷（５０）を使用する昼間の時間帯に行われ、夜間時に氷蓄熱槽（２０）で蓄氷した冷熱を放熱して熱負荷に供給する低温槽（１３）の保有する水を冷却することになる。

まず、放熱運転時は、図１２に示すように、循環ポンプ（１）と循環ポンプ（２）とを運転させ、低温槽（１３）の保有する５℃の水を循環パイプ（１００）を通じて空調機などの熱負荷（５０）に送水する。そして、空調機などの熱負荷（５０）において、循環パイプ（１００）を通じて送水された５℃の水が１５℃の水に熱変換され、高温槽（１１）へと送水されることになる。また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を循環パイプ（２００）を通じて氷蓄熱槽（２０）に送水し、氷蓄熱槽（２０）に組み込まれた熱交換機（３２）の周囲に製氷された氷を徐々に溶かし、５℃の冷却水として低温槽（１３）に供給することになる。なお、放熱運転時には、氷蓄熱槽（２０）と低温槽（１３）との間に設けられた温度測定器（７０）の水温検出値を基に循環パイプ（２００）の具備する水制御弁（６０）の弁開度を調整し、循環パイプ（２００）を通じて氷蓄熱槽（２０）に送水する一部の水をバイパスし冷水バイパス管（６１）に分流することで、低温槽（１３）に供給する冷水を５℃に設定することになる。また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を用いて氷蓄熱槽（２０）内の氷を溶かしていることから、氷蓄熱槽（２０）内の氷が溶け終わった後の水の温度は１５℃となる。

このように、従来の蓄熱装置は、夜間の安価な電力を使用してブライン冷凍機（３０）を運転し、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水から氷を製造し、昼間に、その製造した氷を高温槽（１１）の保有する１５℃の水を用いて溶かしながら冷房などに用いていたことになる。

なお、本発明より先に出願された技術文献として、氷より氷点が高い重水を利用して、氷蓄熱温度に至るまでの消費エネルギーを減らして、氷蓄熱システムの効率を向上させる氷蓄熱システムがある。この氷蓄熱システムは、冷凍機により氷蓄熱槽内に氷を作り、該氷を融解しながら熱交換装置によって熱を作り出すようにした氷蓄熱システムにおいて、前記氷蓄熱槽内に重水を収容して重水の氷を作り、該重水の氷から前記熱の取り出しを行うことを特徴とするものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−５５６４３号公報

しかしながら、図８に示す従来の蓄熱装置の具備する氷蓄熱槽（２０）のブライン冷凍機（３０）は、冷水槽（１０）の水冷却機（４０）と比べると効率が悪く、消費電力が大きくなることが懸念されており、氷蓄熱槽内に氷を製造する際の消費電力の削減を図る必要がある。また、特許文献１のように、氷蓄熱槽内に重水を収容して重水の氷を作り、該重水の氷から熱の取り出しを行うことでも氷蓄熱温度に至るまでの消費エネルギーを減らして、消費電力を削減することは可能であるが、図８に示す既存の蓄熱装置をそのまま利用して消費電力の削減を図ることが設備費用の面でも好ましいと考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、既存の蓄熱装置を利用しつつ、更なる消費電力の削減を可能とする蓄熱装置及び蓄熱制御方法を提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するために本発明は以下の特徴を有する。

本発明にかかる第１の蓄熱装置は、冷媒液を保有する冷媒液槽と蓄熱槽とを有し、冷媒液槽は高温槽と低温槽とに少なくとも区分されており、高温槽の保有する高温冷媒液の温度は低温槽の保有する低温冷媒液の温度よりも高く、冷熱需要側となる冷熱負荷に対して低温槽の保有する低温冷媒液を供給し熱交換を行い、且つ、高温槽の保有する高温冷媒液を蓄熱槽に供給し、蓄熱槽の保有する冷媒液の凝固体を溶かして低温冷媒液を生成し、該生成した低温冷媒液を低温槽に供給する蓄熱装置であって、低温槽の保有する低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させ、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却し凝固体を生成することを特徴とするものである。この第１の蓄熱装置により、冷媒液を凝固させる際に、従来の蓄熱装置に比べて低温の冷媒液から凝固させることとなり、より少ないエネルギーで冷熱を蓄積できることになる。

また、本発明にかかる第２の蓄熱装置は、冷却機をさらに有し、該冷却機を運転することで、高温槽の保有する高温冷媒液を冷却して低温冷媒液として低温槽に供給し、該供給された低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させ、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成することを特徴とするものである。この第２の蓄熱装置により、冷媒液を凝固させる際に、従来の蓄熱装置に比べて低温の冷媒液から凝固させることとなり、より少ないエネルギーで冷熱を蓄積できることになる。

また、本発明にかかる第３の蓄熱装置は、蓄熱槽の保有する冷媒液を高温槽に供給する供給手段をさらに有し、該供給手段により、蓄熱槽の保有する冷媒液を高温槽に供給し、低温槽の保有する低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させ、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成することを特徴とするものである。この第３の蓄熱装置により、蓄熱開始時に比較的温度が上昇している蓄熱槽内の冷媒液を、本来温度が比較的高い冷媒液を保有する高温槽へと供給し、同時に、低温槽内の低温冷媒液を、自然に蓄熱槽へと逆流させることができることになる。

また、本発明にかかる第４の蓄熱装置は、高温槽の保有する高温冷媒液を蓄熱槽に供給すること及び蓄熱槽の保有する冷媒液を高温槽に供給することの両方を行うことができる供給手段を有しており、供給手段により低温槽の低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させ、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成することを特徴とするものである。この第４の蓄熱装置により、放熱動作時に冷媒液を高温槽から蓄熱槽へと供給する手段と、蓄熱動作時に冷媒液を蓄熱槽から高温槽へと供給する手段を一つの手段でまかなうことができ、蓄熱装置の小型化を図ることができることになる。

また、本発明にかかる第５の蓄熱装置は、蓄熱槽には、蓄熱槽の保有する冷媒液の温度を検知する検知手段を有しており、検知手段が所定の温度を検知した際に、蓄熱槽において低温冷媒液を冷却し凝固体を生成することを特徴とするものである。この第５の蓄熱装置により、蓄熱槽内の冷媒液が低温冷媒液に確実に置きかえられてから、冷媒液の凝固を開始することができ、本発明にかかる蓄熱装置の効果を最大限に引き出すことができることになる。

また、本発明にかかる第６の蓄熱装置は、冷媒液は水であることを特徴とするものである。この第６の蓄熱装置により、融解熱が比較的大きい水を冷媒液として用いることで、単位体積あたりに多くの冷熱を蓄えることができ、蓄熱槽の小型化を図ることができることになる。

また、本発明にかかる第１の蓄熱制御方法は、冷媒液を保有する冷媒液槽と蓄熱槽とを有し、冷媒液槽は高温槽と低温槽とに少なくとも区分されており、高温槽の保有する高温冷媒液の温度は低温槽の保有する低温冷媒液の温度よりも高く、放熱動作時に、冷熱需要側となる冷熱負荷に対して低温槽の保有する低温冷媒液を供給し熱交換を行い、且つ、高温槽の保有する高温冷媒液を蓄熱槽に供給し、蓄熱槽の保有する冷媒液の凝固体を溶かして低温冷媒液を生成し、該生成した低温冷媒液を低温槽に供給する蓄熱装置における蓄熱制御方法であって、蓄熱動作時に、低温槽の保有する低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させるステップと、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却し凝固体を生成して冷熱を蓄積するステップと、を行うことを特徴とするものである。この第１の蓄熱制御方法により、冷媒液を凝固させる際に、従来の蓄熱装置に比べて低温の冷媒液から凝固させることとなり、より少ないエネルギーで冷熱を蓄積できることになる。

また、本発明にかかる第２の蓄熱制御方法は、蓄熱動作時に、高温槽の保有する高温冷媒液を冷却して低温冷媒液として低温槽に供給するステップと、該供給した低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させるステップと、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成して冷熱を蓄積するステップと、を行うこと特徴とするものである。この第２の蓄熱制御方法により、冷媒液を凝固させる際に、従来の蓄熱装置に比べて低温の冷媒液から凝固させることとなり、より少ないエネルギーで冷熱を蓄積できることになる。

また、本発明にかかる第３の蓄熱制御方法は、蓄熱動作時に、蓄熱槽の保有する冷媒液を高温槽に供給し、低温槽の保有する低温冷媒液を蓄熱槽に逆流させるステップと、蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成して冷熱を蓄積するステップと、を行うことを特徴とするものである。この第３の蓄熱制御方法により、蓄熱動作開始時に比較的温度が上昇している蓄熱槽内の冷媒液を、本来温度が比較的高い冷媒液を保有する高温槽へと供給し、同時に、低温槽内の低温冷媒液を、自然に蓄熱槽へと逆流させることができることになる。

また、本発明にかかる第４の蓄熱制御方法は、蓄熱槽の保有する冷媒液が所定の温度となってから、冷熱を蓄積するステップを行うことを特徴とするものである。この第４の蓄熱制御方法により、蓄熱槽内の冷媒液が低温冷媒液に確実に置きかえられてから、冷媒液の凝固を開始することができ、本発明にかかる蓄熱制御方法の効果を最大限に引き出すことができることになる。

本発明の蓄熱装置及び蓄熱方法によれば、冷媒液を凝固させる際に、従来の蓄熱装置及び方法に比べて低温の冷媒液から凝固させることとなり、より少ないエネルギーで冷熱を蓄積することができる。

以下において、冷媒液を水として説明するが、必ずしもこれに限られるものではない。蓄熱装置や熱負荷の動作温度により、適切な物質を冷媒液として選択することができる。尚、冷媒液を水として説明するために、以下において、冷媒液槽を冷水槽と、蓄熱槽を氷蓄熱槽と、冷却機を水冷却機と、高温冷媒液を高温冷水と、低温冷媒液を低温冷水と、凝固体を氷と表記する。

本発明にかかる蓄熱装置は、氷蓄熱槽（２０）の水を高温槽（１１）に送水するための循環ポンプ（４）及び循環パイプ（４００）を氷蓄熱槽（２０）と高温槽（１１）との間に新たに設け、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させて氷蓄熱槽（２０）において氷を生成する前に、循環ポンプ（４）を運転させて、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（４００）を通じて高温槽（１１）へ送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させることを特徴とするものである。これにより、氷蓄熱槽（２０）の保有する水は５℃の水に変換されることになり、５℃の水に変換された時点で、循環ポンプ（４）を停止させ、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させて氷蓄熱槽（２０）において氷を生成することで、従来、効率の悪いブライン冷凍機（３０）を運転して１５℃の水から氷を生成していた処理を、５℃の水から氷を生成することになるため、１５℃の水を５℃の水に冷却するまでの消費電力を削減することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる蓄熱装置について説明する。
まず、図１を参照しながら、本発明にかかる蓄熱装置の構成について説明する。

本発明にかかる蓄熱装置は、冷水槽（１０）と、氷蓄熱槽（２０）と、を有して構成されている。

冷水槽（１０）は、蓄熱水槽とも称され、急激な熱負荷の変動に対応できるようにした水槽であり、１５℃の水を保有する高温槽（１１）と、５℃の水を保有する低温槽（１３）と、高温槽（１１）の保有する１５℃の水と低温槽（１３）の保有する５℃の水との中間の温度の水を保有する中間槽（１２）と、に区分して構成されている。

氷蓄熱槽（２０）は、氷蓄熱槽（２０）の保有する水を氷にして蓄氷し、その蓄氷した氷を用いて冷熱した水を低温槽（１３）に供給するための水槽である。氷の融解熱量は８０Ｋｃａｌ／ｋｇなので、水の８０倍の熱量を氷蓄熱槽（２０）に蓄えることができることになる。なお、氷蓄熱槽（２０）の保有する水を氷にするにはブライン冷凍機（３０）を用いて行うことになり、ブライン冷凍機（３０）でマイナス温度に冷却されたブラインがブライン循環ポンプ（３１）により図３に示すように循環することになり、氷蓄熱槽（２０）内に組み込まれた熱交換機（チューブ）（３２）の周囲に氷が生成され、この氷を氷蓄熱槽（２０）内に蓄氷することになる。なお、ブラインとは不凍液のことであり、０℃になっても凍らない液体である。

また、本発明にかかる蓄熱装置は、低温槽（１３）の保有する５℃の水を用いて空調機などの熱負荷（５０）を使用するために、循環ポンプ（１）及び循環パイプ（１００）が空調機などの熱負荷（５０）を介して低温槽（１３）と高温槽（１１）との間に設けられている。

また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に送水するための循環ポンプ（２）及び循環パイプ（２００）が高温槽（１１）と氷蓄熱槽（２０）との間に設けられている。また、循環パイプ（２００）には、氷蓄熱槽（２０）に送水する一部の水をバイパスし、冷水バイパス管（６１）に分流させるための水制御弁（６０）が設けられている。

また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を５℃の水に変換し低温槽（１３）に送水するための水冷却機（４０）と循環ポンプ（３）及び循環パイプ（３００）とが高温槽（１１）と低温槽（１３）との間に設けられている。

なお、本発明にかかる蓄熱装置は、氷蓄熱槽（２０）の水を高温槽（１１）に送水するための循環ポンプ（４）及び循環パイプ（４００）を氷蓄熱槽（２０）と高温槽（１１）との間に新たに設け、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させて氷蓄熱槽（２０）において氷を生成する前に、循環ポンプ（４）を運転させて、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（４００）を通じて高温槽（１１）へ送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させることになる。これにより、氷蓄熱槽（２０）の水は５℃の水に変換されることになり、５℃の水に変換された時点で、循環ポンプ（４）を停止させ、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させて氷蓄熱槽（２０）において氷を生成することで、従来、効率の悪いブライン冷凍機（３０）を運転して１５℃の水から氷を生成していた処理を、５℃の水から氷を生成することになるため、１５℃の水を５℃の水に冷却するまでの消費電力を削減することが可能となる。以下、図２〜図４を参照しながら本発明にかかる蓄熱装置の制御動作について、蓄熱運転時と放熱運転時とに区分して説明する。

（蓄熱運転時における制御動作）
まず、図２、図３を参照しながら、蓄熱運転時における蓄熱装置の制御動作について説明する。蓄熱運転時は、冷熱負荷（建物内の冷房）が停止している深夜の時間帯に行われる制御動作であり、電気料金の安価な夜間電力を利用して行われる。

まず、蓄熱運転時は、循環ポンプ（１）と循環ポンプ（２）とを停止させる。そして、図２に示すように、循環ポンプ（３）と循環ポンプ（４）とを運転させ、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を循環パイプ（３００）を通じて水冷却機（４０）に送水し、水冷却機（４０）において１５℃の水を５℃の水に冷却する。そして、その５℃に冷却した水を低温槽（１３）に送水し、低温槽（１３）において５℃の水を貯蔵することになる。また、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（４００）を通じて高温槽（１１）に送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させて氷蓄熱槽（２０）の保有する水を５℃の水に変換する。

次に、氷蓄熱槽（２０）の保有する水が５℃に変換したと判定した場合に、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させ、ブライン循環ポンプ（３１）を通じて氷点下温度に冷却された低温のブラインが、図３に示すように循環することになり、氷蓄熱槽（２０）に組み込まれた熱交換機（３２）の周囲に氷が形成され、この氷を氷蓄熱槽（２０）内に蓄積することになる。なお、氷蓄熱槽（２０）には、温度測定器（７１）が設けられており、この温度測定器（７１）が検出した水温値により氷蓄熱槽（２０）の保有する水が５℃の水に変換されたと判定した場合に、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させることになる。

（放熱運転時における制御動作）
次に、図４を参照しながら、放熱運転時における蓄熱装置の制御動作について説明する。放熱運転時は、空調機などの熱負荷（５０）を使用する昼間の時間帯に行われ、夜間時に氷蓄熱槽（２０）で氷として蓄えた冷熱を放熱して空調機などの熱負荷（５０）に供給する低温槽（１３）の保有する水を冷却することになる。

まず、放熱運転時は、図４に示すように、循環ポンプ（１）と循環ポンプ（２）とを運転させ、低温槽（１３）の保有する５℃の水を循環パイプ（１００）を通じて空調機などの熱負荷（５０）に送水する。そして、空調機などの熱負荷（５０）において、循環パイプ（１００）を通じて送水された５℃の水が１５℃の水に熱変換され、高温槽（１１）へと送水されることになる。また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を循環パイプ（２００）を通じて氷蓄熱槽（２０）に送水し、氷蓄熱槽（２０）に組み込まれた熱交換機（３２）の周囲に製氷された氷を徐々に溶かし、５℃の冷却水として低温槽（１３）に供給することになる。なお、放熱運転時には、氷蓄熱槽（２０）と低温槽（１３）との間に設けられた温度測定器（７０）が検出した水温値を基に水制御弁（６０）の弁開度を調整し、循環パイプ（２００）を通じて氷蓄熱槽（２０）に送水する一部の水をバイパスし冷水バイパス管（６１）に分流することで、低温槽（１３）に供給する冷水を５℃に設定することになる。また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を用いて氷蓄熱槽（２０）内の氷を溶かしていることから、氷蓄熱槽（２０）内の氷が溶け終わった後の水の温度は１５℃となる。

このように、本発明にかかる蓄熱装置は、蓄熱運転時において、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を水冷却機（４０）において５℃の水に冷却して低温槽（１３）に送水する。そして、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（４００）を通じて高温槽（１１）に送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させて氷蓄熱槽（２０）の保有する水を５℃の水に変換する。そして、５℃の水に変換した時点で、循環ポンプ（４）を停止させ、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させて氷蓄熱槽（２０）において氷を生成する。この蓄熱運転時の制御により、従来効率の悪いブライン冷凍機（３０）を運転して１５℃の水から氷を生成していたところを、５℃の水から氷を生成することになるため、１５℃の水を５℃に冷却するまでの消費電力を削減することが可能となる。

例えば、１０００ｋｇの水を１５℃から５℃に冷却するために必要な冷熱は、１０００×（１５−５）÷３０２４＝３．３（ＲＴ）である。この冷熱を発生させるために効率が１．３（ｋＷｈ/ＲＴ）のブライン冷凍機を使用すると、１．３×３．３＝４．２９（ｋＷｈ）の電力が必要である。本願発明によれば、この冷熱を比較的高効率の水冷却機により発生させていることになるので、水冷却機の効率を０．８（ｋＷｈ／ＲＴ）とすると、０．８×３，３＝２．６４（ｋＷｈ）の電力が必要であり、ブライン冷凍機を用いる場合に比べて４．２９−２．６４＝１．６５（ｋＷｈ）の電力が削減できる。なお、ＲＴとは、熱量の単位であり、１ＲＴ＝３０２４ｋｃａｌとなり（米ＲＴの場合）、１Ｋｗｈ／ＲＴは、３０２４ｋｃａｌの冷熱を発生させる際に必要な電力が１ｋＷｈであることを示す。

次に、第２の実施例について説明する。
第１の実施例は、図１に示すように、氷蓄熱槽（２０）の水を高温槽（１１）に送水するための循環ポンプ（４）及び循環パイプ（４００）を氷蓄熱槽（２０）と高温槽（１１）との間に新たに設け、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（４００）を通じて高温槽（１１）へ送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させることで、氷蓄熱槽（２０）の水を５℃の水に変換してから、氷蓄熱槽（２０）において氷を生成することとしたが、第２の実施例は、放熱運転時に高温槽（１１）の保有する１５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に送水する循環ポンプ（２）及び循環パイプ（２００）を用いて、蓄熱運転時に氷蓄熱槽（２０）の保有する水を高温槽（１１）に流入させることで、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させることとする。以下、図５〜図７を参照しながら第２の実施例における蓄熱装置の制御動作について、蓄熱運転時と放熱運転時とに区分して説明する。

（蓄熱運転時における制御動作）
まず、図５、図６を参照しながら、第２の実施例における蓄熱運転時における蓄熱装置の制御動作について説明する。

まず、蓄熱運転時は、循環ポンプ（１）を停止させ、送水制御を停止する。そして、図５に示すように、循環ポンプ（２）と循環ポンプ（３）とを運転させ、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を循環パイプ（３００）を通じて水冷却機（４０）に送水し、水冷却機（４０）において１５℃の水を５℃の水に冷却する。そしてその冷却した５℃の水を低温槽（１３）に送水し、低温槽（１３）において５℃の水を貯蔵することになる。また、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（２００）を通じて高温槽（１１）に送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させて氷蓄熱槽（２０）の保有する水を５℃の水に変換する。このとき、水制御弁（６０）の弁開度は冷水バイパス管（６１）に分流しないように制御されている。

次に、氷蓄熱槽（２０）の保有する水が５℃に変換されたと判定した場合に、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させ、ブライン循環ポンプ（３１）により氷点下温度に冷却された低温のブラインが、図６に示すように循環することになり、氷蓄熱槽（２０）に組み込まれた熱交換機（３２）の周囲に氷が形成され、この氷を氷蓄熱槽（２０）内に蓄氷することになる。なお、氷蓄熱槽（２０）には、温度測定器（７１）が設けられており、この温度測定器（７１）が検出した水温値により氷蓄熱槽（２０）の保有する水が５℃に変換されたと判定した場合に、ブライン冷凍機（３０）とブライン循環ポンプ（３１）とを運転させることになる。

（放熱運転時における制御動作）
次に、図７を参照しながら、放熱運転時における蓄熱装置の制御動作について説明する。

まず、放熱運転時は、循環ポンプ（２）による水の送水方向を切り替えて、図７に示すように、循環ポンプ（１）と循環ポンプ（２）とを運転させ、低温槽（１３）の保有する５℃の水を循環パイプ（１００）を通じて空調機などの熱負荷（５０）に送水する。そして、空調機などの熱負荷（５０）において、循環パイプ（１００）を通じて送水された５℃の水が１５℃の水に変換され、高温槽（１１）へと送水されることになる。また、高温槽（１１）の保有する１５℃の水を循環パイプ（２００）を通じて氷蓄熱槽（２０）に送水し、氷蓄熱槽（２０）に組み込まれた熱交換機（３２）の周囲に製氷された氷を徐々に溶かし、５℃の冷却水として低温槽（１３）に供給することになる。

このように、第２の実施例における蓄熱装置は、放熱運転時と、蓄熱運転時と、で循環ポンプ（２）による水の送水方向を切り替えて、氷蓄熱槽（２０）の保有する１５℃の水を循環パイプ（２００）を通じて高温槽（１１）に送水し、低温槽（１３）の保有する５℃の水を氷蓄熱槽（２０）に流入させて氷蓄熱槽（２０）の保有する水を５℃の水に変換してから、氷蓄熱槽（２０）において氷を生成することで、効率の悪いブライン冷凍機（３０）を運転して１５℃の水から氷を生成していた制御を、５℃の水から氷を生成することになるため、１５℃の水を５℃に冷却するまでの消費電力を削減することが可能となる。

次に、第３の実施例について説明する。
第１の実施例や、第２の実施例は、放熱運転時に、空調機などの熱負荷（５０）を運転し、夜間等の蓄熱運転時に停止することとしたが、第３の実施例では、昼間の放熱運転時や、夜間の蓄熱運転時に関係なく、空調機などの熱負荷（５０）を運転することとする。これは、事務所ビルなどでは、夜間に空調機などの熱負荷（５０）を停止するが、工場などは、２４時間運転を行うことが多いためである。また、水冷却機（４０）も同様に、放熱運転時や、蓄熱運転時に関係なく運転することが可能である。また、水冷却機（４０）の運転台数を夜間時に多く運転させ、昼間時に、少なく運転するように制御することも可能である。

なお、上述する実施例は、本発明の好適な実施例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。例えば、上記蓄熱装置を構成する循環ポンプ（１）及び循環パイプ（１００）を複数設けることも可能であり、空調機などの熱負荷（５０）に応じて運転台数を増減することも可能である。また、水冷却機（４０）を複数台設けることも可能であり、目的に応じて運転台数を増減することは可能である。また、ブライン冷凍機（３０）を複数台設けることも可能である。

本発明にかかる蓄熱装置及び蓄熱制御方法は、ビルや工場などの建物を対象とした空調（冷房）システムなどに適用可能である。

本発明にかかる第１の実施例における蓄熱装置の概略構成を示す図である。 本発明にかかる第１の実施例における蓄熱装置の蓄熱運転時の制御動作を示す第１の図であり、ブライン冷凍機を運転する前の制御動作を示す図である。 本発明にかかる第１の実施例における蓄熱装置の蓄熱運転時の制御動作を示す第２の図であり、ブライン冷凍機を運転した際の制御動作を示す図である。 本発明にかかる第１の実施例における蓄熱装置の放熱運転時の制御動作を示す図である。 本発明にかかる第２の実施例における蓄熱装置の蓄熱運転時の制御動作を示す第１の図であり、ブライン冷凍機を運転する前の制御動作を示す図である。 本発明にかかる第２の実施例における蓄熱装置の蓄熱運転時の制御動作を示す第２の図であり、ブライン冷凍機を運転した際の制御動作を示す図である。 本発明にかかる第２の実施例における蓄熱装置の放熱運転時の制御動作を示す図である。 従来の蓄熱装置の概略構成を示す図である。 従来の蓄熱装置の具備する中間槽の詳細な内部構成を示す図である。 従来の蓄熱装置の具備する氷蓄熱槽の詳細な内部構成を示す図である。 従来の蓄熱装置の蓄熱運転時の制御動作を示す図である。 従来の蓄熱装置の放熱運転時の制御動作を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４ 循環ポンプ
１０ 冷水槽
１１ 高温槽
１２ 中間槽
１３ 低温槽
２０ 氷蓄熱槽
３０ ブライン冷凍機
３１ ブライン循環ポンプ
３２ 熱交換機
４０ 水冷却機
５０ 空調機などの熱負荷
６０ 水制御弁
６１ 冷水バイパス管
７０、７１ 温度測定器
１００、２００、３００、４００ 循環パイプ

Claims (10)

1. 冷媒液を保有する冷媒液槽と蓄熱槽とを有し、前記冷媒液槽は高温槽と低温槽とに少なくとも区分されており、前記高温槽の保有する高温冷媒液の温度は前記低温槽の保有する低温冷媒液の温度よりも高く、冷熱需要側となる冷熱負荷に対して前記低温槽の保有する低温冷媒液を供給し熱交換を行い、且つ、前記高温槽の保有する高温冷媒液を前記蓄熱槽に供給し、前記蓄熱槽の保有する前記冷媒液の凝固体を溶かして低温冷媒液を生成し、該生成した低温冷媒液を前記低温槽に供給する蓄熱装置であって、
   前記低温槽の保有する低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させ、前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却し凝固体を生成することを特徴とする蓄熱装置。
2. 冷却機をさらに有し、該冷却機を運転することで、前記高温槽の保有する高温冷媒液を冷却して低温冷媒液として前記低温槽に供給し、該供給された低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させ、前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成することを特徴とする請求項１記載の蓄熱装置。
3. 前記蓄熱槽の保有する冷媒液を前記高温槽に供給する供給手段をさらに有し、該供給手段により、前記蓄熱槽の保有する冷媒液を前記高温槽に供給し、前記低温槽の保有する低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させ、前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成することを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱装置。
4. 前記高温槽の保有する高温冷媒液を前記蓄熱槽に供給すること及び前記蓄熱槽の保有する前記冷媒液を前記高温槽に供給することの両方を行うことができる供給手段を有しており、前記供給手段により前記低温槽の低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させ、前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成することを特徴とする請求項１または２記載の蓄熱装置。
5. 前記蓄熱槽には、前記蓄熱槽の保有する前記冷媒液の温度を検知する検知手段を有しており、
   前記検知手段が所定の温度を検知した際に、前記蓄熱槽において前記低温冷媒液を冷却し凝固体を生成することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の蓄熱装置。
6. 前記冷媒液は水であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の蓄熱装置。
7. 冷媒液を保有する冷媒液槽と蓄熱槽とを有し、前記冷媒液槽は高温槽と低温槽とに少なくとも区分されており、前記高温槽の保有する高温冷媒液の温度は前記低温槽の保有する低温冷媒液の温度よりも高く、放熱動作時に、冷熱需要側となる冷熱負荷に対して前記低温槽の保有する低温冷媒液を供給し熱交換を行い、且つ、前記高温槽の保有する高温冷媒液を前記蓄熱槽に供給し、前記蓄熱槽の保有する前記冷媒液の凝固体を溶かして低温冷媒液を生成し、該生成した低温冷媒液を前記低温槽に供給する蓄熱装置における蓄熱制御方法であって、
   蓄熱動作時に、前記低温槽の保有する低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させるステップと、
   前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却し凝固体を生成して冷熱を蓄積するステップと、
   を行うことを特徴とする蓄熱制御方法。
8. 蓄熱動作時に、前記高温槽の保有する高温冷媒液を冷却して低温冷媒液として前記低温槽に供給するステップと、
   該供給した低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させるステップと、
   前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成して冷熱を蓄積するステップと、
   を行うこと特徴とする請求項７記載の蓄熱制御方法。
9. 蓄熱動作時に、前記蓄熱槽の保有する冷媒液を前記高温槽に供給し、前記低温槽の保有する低温冷媒液を前記蓄熱槽に逆流させるステップと、
   前記蓄熱槽において該逆流させた低温冷媒液を冷却して凝固体を生成して冷熱を蓄積するステップと、
   を行うことを特徴とする請求項７または８記載の蓄熱制御方法。
10. 前記蓄熱槽の保有する冷媒液が所定の温度となってから、前記冷熱を蓄積するステップを行うことを特徴とする請求項７から請求項９の何れか一項に記載の蓄熱制御方法。

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