JP2023097935A - 蓄熱システムおよび蓄熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機において、冷凍機の冷熱を蓄熱して、冷凍倉庫で用いられる冷凍機の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することのできる蓄熱システムを提供する。【解決手段】蓄熱システム１は、グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０と、冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンク２０と、ブラインタンクに連結されて、対象物を冷凍する冷凍倉庫４０と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンク６０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機から取り出される冷熱を蓄熱する蓄熱システムおよび蓄熱方法に関する。

例えば、食品の宅配で利用されている蓄冷材は、冷凍倉庫で凍結、保管される。冷凍機で所定温度に冷却された冷凍倉庫に常温の蓄冷材を搬入し、庫内の低温空気で蓄冷材を凍結させて、使用する時に搬出する。この搬入、凍結、搬出工程を常時繰り返しており、一箇所の冷凍倉庫で一週間に数千から数万個の蓄冷材が処理されている。

冷凍倉庫の冷却に間膨式の冷凍機を使用する場合には、冷凍機で発生する冷熱をブラインと熱交換させて庫内に設置されたエアクーラーを冷却して、ファンを用いて冷風を庫内に行きわたらせる（例えば、下記の特許文献１参照）。常温の蓄冷材を冷凍倉庫に搬入すると、庫内の負荷が増えるため、冷凍機の冷凍能力および消費電力が増大する。

一方で、太陽光、風力、太陽熱といった変動性再生可能エネルギーを有効活用することが求められている。変動性再生可能エネルギーは、温室効果ガスを排出せず、国内で生産できることから、エネルギー安全保障にも寄与できる有望かつ多様で、重要な低炭素・脱炭素の国産エネルギー源である。特に、変動性再生可能エネルギーの導入の進む日本では、変動性再生可能エネルギーの余剰電力の蓄電方法や余剰電力を他分野で使用するセクターカップリングの検討が進められている。

以上から、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機において、冷凍機の冷熱を蓄熱して、冷凍倉庫で用いられる冷凍機の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成する蓄熱システムが求められている。

特開平９－１９６４８５号公報

本発明者らは、上述した蓄熱システムに要望される各種性能を実現すべく、鋭意努力した結果、最適な構造を発明するに至ったものである。

本発明は、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機において、冷凍機の冷熱を蓄熱して、冷凍倉庫で用いられる冷凍機の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することのできる蓄熱システムおよび蓄熱方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る蓄熱システムは、冷熱を蓄熱する蓄熱システムである。蓄熱システムは、電力系統（以下、グリッドと記す）の中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機と、前記冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンクと、前記ブラインタンクに連結されて、対象物を冷凍する冷凍倉庫と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンクと、を有する。

また、上記目的を達成する本発明に係る蓄熱方法は、グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機と、前記冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンクと、前記ブラインタンクに連結されて、対象物を冷凍する冷凍倉庫と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンクと、を有する蓄熱システムによって蓄熱する蓄熱方法である。蓄熱方法は、前記冷凍機を運転することによって、前記ブラインタンク内の前記ブラインを冷却して、前記ブラインに冷熱を蓄熱する。

上述の蓄熱装置および蓄熱方法によれば、変動性再生可能エネルギーの余剰電力を用いて冷凍機を運転することによって、ブラインタンク内のブラインを冷却して、ブラインに冷熱を蓄熱することができる。そして、冷熱が蓄熱されたブラインを冷凍倉庫に供給して、冷凍倉庫内を冷却することができ、冷凍倉庫で用いられる冷凍機の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することができる。したがって、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機において、冷凍機の冷熱を蓄熱して、冷凍倉庫で用いられる冷凍機の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することのできる蓄熱システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る蓄熱システムを示す概略図である。 第１実施形態に係る蓄熱システムの蓄熱方法を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る蓄熱システムの各種パラメータの時間推移を示す図である。 比較例における各種パラメータの時間推移を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る蓄熱システムを示す概略図である。 第２実施形態に係る蓄熱システムの蓄熱方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る蓄熱システムの各種パラメータの時間推移を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る蓄熱システムを示す概略図である。 第３実施形態に係る蓄熱システムの蓄熱方法を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る蓄熱システムの蓄熱方法の変形例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る蓄熱システムの各種パラメータの時間推移を示す図である。 図１０の蓄熱方法における各種パラメータの時間推移を示す図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を、図１を参照しつつ説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明の第１実施形態に係る蓄熱システム１を示す概略図である。

第１実施形態に係る蓄熱システム１は、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転可能な冷凍機１０が発生させる冷熱をブラインに蓄熱して、蓄熱した冷熱を用いて、冷凍倉庫４０内を冷却するためのシステムである。本システムは、特に限定されないが、蓄冷材、冷凍食品、薬品等の冷凍倉庫、スケートリンク、データセンター、植物工場、養殖または事務所の冷房等の冷熱源として適用可能である。

蓄熱システム１は、図１に示すように、冷凍機１０と、冷凍機１０によって冷却されるブラインが貯蔵されるブラインタンク２０と、冷凍機１０およびブラインタンク２０を連結する第１配管３０と、冷凍する対象物が保管される冷凍倉庫４０と、ブラインタンク２０および冷凍倉庫４０を連結する第２配管５０と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンク６０と、液化ガスタンク６０内の液化ガスを外部に供給する供給ライン７０と、変動性再生可能エネルギーの電力を冷凍機１０に給電するタイミングを制御する制御部（不図示）と、を有する。

冷凍機１０は、図１に示すように、グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される。具体的に、「余剰電力による運転」とは、需給調整市場における電力市場価格を考慮して、冷凍機１０を運転することである。

冷凍機１０は、図１に示すように、オンサイトの変動性再生可能エネルギーによっても運転される。このように冷凍機１０がオンサイトの変動性再生可能エネルギーによって運転されることによって、より効率的に省電力を達成することができる。

冷凍機１０は、変動性再生可能エネルギーとして太陽光発電を用いる場合、昼間に発生する可能性が高い余剰電力を用いて、冷凍機１０をオンにして、ブラインタンク２０内のブラインを冷却する。そして余剰電力が無い時には、冷凍機１０をオフにするまたは運転台数を減らす。冷凍機１０のオン・オフは、制御部によって行われる。このように、冷凍機１０は、変動性再生可能エネルギーの余剰電力を活用した間欠運転を行うことで、変動性再生可能エネルギーの有効活用と変動性再生可能エネルギーの電力を熱の形で溜めることができるため、カーボンニュートラルの実現に貢献する。なお、冷凍機の制御は運転台数に限定せず、インバータ制御を用いてもよい。

冷凍機１０としては、ブラインタンク２０内のブラインを好適に冷却することのできるものであれば特に限定されないが、成績係数の観点から、例えば、蒸気圧縮式冷凍機を用いることができる。冷凍機１０の冷媒としては、特に限定されないが、例えばアンモニアが用いられる。

ブラインタンク２０には、ブラインが貯蔵される。ブラインとしては、特に限定されないが、例えば不凍液を用いることができる。

ブラインタンク２０には、図１に示すように、第１配管３０および第２配管５０が連結される。ブラインタンク２０内のブラインは、第２配管５０内を循環する。ブラインタンク２０には、ブラインタンク２０内のブラインを、第２配管５０を介して、冷凍倉庫４０に供給するためのポンプＰ１が配置されている。ポンプＰ１としては、公知のものを用いることができる。

第１配管３０は、冷凍機１０およびブラインタンク２０を連結する。第１配管３０には、冷凍機の冷媒またはブラインタンク２０内に貯蔵されたブラインが循環する。

冷凍倉庫４０は、冷凍する対象物が配置される。ブラインタンク２０内のブラインによって所定温度（例えば－３５℃）に冷却された冷凍倉庫４０に、常温の対象物が搬入されて、冷凍倉庫４０内の低温空気で対象物を凍結させて、使用するときに搬出される。冷凍倉庫４０では、この搬入、凍結、搬出工程が繰り返されている。冷凍する対象物が例えば蓄冷材である場合、一か所の冷凍倉庫４０において、一週間で数千個から数万個の蓄冷材が処理されている。

冷凍倉庫４０には、冷凍倉庫４０内の温度を測定するための温度計Ｔ１が配置されている。

第２配管５０は、ブラインタンク２０および冷凍倉庫４０を連結する。第２配管５０には、ブラインタンク２０内に貯蔵されたブラインが循環する。

第２配管５０は、図１に示すように、ブラインタンク２０から冷凍倉庫４０に向かう往路配管５１と、冷凍倉庫４０からブラインタンク２０に向かう復路配管５２と、を有する。

往路配管５１には、往路配管５１を流れるブラインの温度を測定するための温度計Ｔ２が配置される。復路配管５２には、復路配管５２を流れるブラインの温度を測定するための温度計Ｔ３が配置される。ブラインは冷凍倉庫４０において冷熱を供給するために、復路配管５２を流れるブラインの温度は、往路配管５１を流れるブラインの温度よりも一般的に高くなる。

液化ガスタンク６０には、液化ガスが貯蔵されている。ここで液化ガスとは特に限定されないが、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）、液体水素、液体窒素、液化アンモニア等を挙げることができる。

液化ガスタンク６０には、液化ガスタンク６０内の液化ガスを外部に供給するためのポンプＰ２が配置されている。ポンプＰ２としては、公知のものを用いることができる。また、液化ガスタンク６０には、内部に貯蔵されている液化ガスの温度を測定するための温度計Ｔ４が配置されている。

供給ライン７０は、外部の球型タンクまたは枕型タンク、供給配管に接続されている。

制御部は、例えば冷凍機１０のオン・オフを制御する。制御部は、各種構成の制御を行う。制御部は、例えば、ＰＬＣである。

次に、図２を参照して、第１実施形態に係る蓄熱システム１の蓄熱方法について説明する。図２は、第１実施形態に係る蓄熱システム１の蓄熱方法を示すフローチャートである。第１実施形態に係る蓄熱システム１の蓄熱方法は、概説すると、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転可能な冷凍機１０の冷熱を、ブラインタンク２０内のブラインに蓄冷熱して、蓄冷熱されたブラインを用いて、冷凍倉庫４０を冷却する方法である。

まず、制御部は、需給調整市場における電力市場価格を考慮して、余剰電力かを判断する（ステップＳ０１）。

次に、制御部は、変動性再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、冷凍機１０を運転する（ステップＳ０２）。

次に、制御部は、冷凍機１０の冷熱によってブラインタンク２０内のブラインに蓄冷熱する（ステップＳ０３）。

次に、制御部は、蓄冷熱されたブラインタンク２０内のブラインを、冷凍倉庫４０に供給して、冷凍倉庫４０内を冷却する（ステップＳ０４）。

以上のように、冷凍機１０によって冷却されたブラインを、冷凍倉庫４０内へ供給させることによって、冷凍倉庫４０内を冷却することができる。したがって、ブラインの蓄冷熱利用によって、冷凍機１０の省電力を達成することができる。

次に、図３を参照して、第１実施形態に係る蓄熱システム１の各種パラメータの時間推移について説明する。図３は、第１実施形態に係る蓄熱システム１の各種パラメータの時間推移を示す図である。図３（Ａ）は、変動性再生可能エネルギーの出力の時間推移を示す。図３（Ｂ）は、温度計Ｔ２、Ｔ３で測定されるブラインの温度の時間推移を示す。図３（Ｃ）は、温度計Ｔ１で測定される冷凍倉庫４０内の温度の時間推移を示す。図３（Ｄ）は、冷凍機１０の消費電力（運転台数に対応）の時間推移を示す。なお、以下において説明する具体的な数は、これに限定されるものではなく、一例である。

図３（Ａ）、図３（Ｄ）に示すように、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、冷凍機１０を運転する。ここでは例えば、再生可能エネルギーの余剰電力が、蓄冷材の荷出しから荷入れの間に発生し、蓄冷材の荷入れから荷出しの間には発生しない場合を例に挙げて説明する。

蓄冷材の荷出しから荷入れの間において、図３（Ｄ）に示すように、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、例えば７台分の冷凍機１０を運転するとする。このとき、７台の冷凍機１０のうち、５台分の冷凍機１０の冷熱がブラインタンク２０内のブラインの冷却に用いられ、２台分の冷凍機１０の冷熱が冷凍倉庫４０への侵入熱の冷却に用いられるとする。この結果、図３（Ｂ）に示すように、蓄冷材の荷出しから荷入れの間に、温度計Ｔ２、Ｔ３で測定されるブラインの温度は、低下する。

一方、蓄冷材の荷入れから荷出しの間において、図３（Ｄ）に示すように、例えばオンサイトの再生可能エネルギーを用いて、２台分の冷凍機１０を運転する。２台分の冷凍機１０の冷熱は、冷凍倉庫４０への侵入熱の冷却に用いられるとする。荷入れされた蓄冷材の冷却は、ブラインタンク２０内のブラインに蓄えられた冷熱を用いて行われる。なお、冷凍倉庫４０内の温度は、図３（Ｃ）に示すように、例えば－３５℃に維持される。このように、冷熱が蓄熱されたブラインを冷凍倉庫４０に供給して、冷凍倉庫４０内を冷却することができ、冷凍倉庫４０で用いられる冷凍機１０の平均的な電力料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することができる。

次に、図４を参照して、比較例における各種パラメータの時間推移について説明する。図４は、比較例における各種パラメータの時間推移を示す図である。図４（Ａ）は、蓄冷材の温度推移を示す図である。図４（Ｂ）は、温度計Ｔ１で測定される冷凍倉庫４０内の温度の時間推移を示す。図４（Ｃ）は、冷凍機１０の消費電力（運転台数に対応）の時間推移を示す。

比較例では、ブラインによって蓄冷熱することなく、冷凍機によって冷凍倉庫４０を直接冷却する。また、冷凍機は変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転せず、荷入れ時に冷凍機を運転する方法が採用される。

このような比較例では、図４（Ｃ）に示すように、荷入れ時に冷凍機を全台（例えば７台）運転する。このとき、例えば７台の冷凍機のうち、５台分の冷熱が蓄冷材の冷却に使用され、２台分の冷熱が冷凍倉庫４０への侵入熱の冷却に使用される。

荷入れ時において、冷凍機を７台運転することによって、図４（Ａ）に示すように、冷凍倉庫４０内の蓄冷材は、例えば１５℃から－２５℃に低下する。また、図４（Ｂ）に示すように、温度計Ｔ１で測定される冷凍倉庫４０内の温度は－３５℃に維持される。

このように比較例では、変動性再生可能エネルギーの余剰電力を用いることなく冷凍機を運転するため、冷凍機の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することができない。

以上説明したように、第１実施形態に係る蓄熱システム１は、冷熱を蓄熱する蓄熱システム１である。蓄熱システム１は、グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０と、冷凍機１０に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンク２０と、ブラインタンク２０に連結されて、蓄冷材を冷凍する冷凍倉庫４０と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンク６０と、を有する。このように構成された蓄熱システム１によれば、変動性再生可能エネルギーの余剰電力を用いて冷凍機１０を運転することによって、ブラインタンク２０内のブラインを冷却して、ブラインに冷熱を蓄熱することができる。そして、冷熱が蓄熱されたブラインを冷凍倉庫４０に供給して、冷凍倉庫４０内を冷却することができ、冷凍倉庫４０で用いられる冷凍機１０の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することができる。したがって、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０において、冷凍機１０の冷熱を蓄熱して、冷凍倉庫４０で用いられる冷凍機１０の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することのできる蓄熱システム１を提供することができる。

また、冷凍機１０は、オンサイトの変動性再生可能エネルギーによっても運転される。このように構成された蓄熱システム１によれば、変動性再生可能エネルギーを用いて冷凍機１０を運転することができるため、冷凍機１０の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化をより達成することができる。

また、以上説明したように、第１実施形態に係る蓄熱システム１の蓄熱方法は、グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０と、冷凍機１０に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンク２０と、ブラインタンク２０に連結されて、蓄冷材を冷凍する冷凍倉庫４０と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンク６０と、を有する蓄熱システム１によって蓄熱する蓄熱方法である。蓄熱方法は、冷凍機１０を運転することによって、ブラインタンク２０内のブラインを冷却して、ブラインに冷熱を蓄熱する。この蓄熱方法によれば、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０において、冷凍機１０の冷熱を蓄熱して、冷凍倉庫４０で用いられる冷凍機１０の平均的な電気料金の低下およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図５を参照して、第２実施形態に係る蓄熱システム２の構成について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る蓄熱システム２を示す概略図である。

第１実施形態と共通する部分は説明を省略し、第２実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、冷凍倉庫４０からブラインタンク２０に向かうブラインおよび液化ガスを熱交換する熱交換部９０を有する点などが異なる。

第２実施形態に係る蓄熱システム２は、図５に示すように、冷凍機１０と、冷凍機１０によって冷却されるブラインが貯蔵されるブラインタンク２０と、冷凍機１０およびブラインタンク２０を連結する第１配管３０と、冷凍する対象物が保管される冷凍倉庫４０と、ブラインタンク２０および冷凍倉庫４０を連結する第２配管５０と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンク６０と、液化ガスタンク６０内の液化ガスを外部に供給する供給ライン１７０と、変動性再生可能エネルギーを冷凍機１０に給電するタイミングを制御する制御部（不図示）と、冷凍倉庫４０からブラインタンク２０に向かうブラインおよび液化ガスを熱交換する熱交換部９０と、を有する。

冷凍機１０、ブラインタンク２０、第１配管３０、冷凍倉庫４０、第２配管５０、液化ガスタンク６０、および制御部の構成は、上述した第１実施形態に係る蓄熱システム１と同様であるため、説明は省略する。

以下、第２実施形態に係る蓄熱システム２の供給ライン１７０および熱交換部９０の構成について説明する。

供給ライン１７０には、供給ライン１７０から分岐される第１分岐ライン１７１、および供給ライン１７０から分岐される第２分岐ライン１７２が設けられる。

供給ライン１７０には、図５に示すように、上流側から順に弁１７３、１７４が設けられる。第１分岐ライン１７１には、図５に示すように、弁１７５が設けられる。第２分岐ライン１７２には、図５に示すように、弁１７６が設けられる。

制御部によって、弁１７３、１７４、１７５、１７６の開閉を適宜制御することによって、熱交換部９０を流れる液化ガスの量や、外部のタンクに供給される液化ガスの量が調整される。

熱交換部９０は、第２配管５０の復路配管５２を流れるブラインおよび供給ライン１７０を流れる液体状態の液化ガスで熱交換される。供給ライン１７０において、熱交換部９０を通過した液体状態の液化ガスは、ブラインに冷熱を渡して、ガス状態となり、ガス状態となった液化ガスは、外部に供給される。一方、第２配管５０の復路配管５２において、熱交換部９０を通過したブラインは、液体状態の液化ガスから冷熱を受け取って、温度が低下する。この結果、ブラインタンク２０内のブラインの温度がさらに低下されることによって、冷凍機１０の冷凍負荷が低減される。

次に、図６を参照して、第２実施形態に係る蓄熱システム２の蓄熱方法について説明する。図６は、第２実施形態に係る蓄熱システム２の蓄熱方法を示すフローチャートである。第２実施形態に係る蓄熱システム２の蓄熱方法は、第１実施形態に係る蓄熱システム１の蓄熱方法と比較して、熱交換部９０において、供給ライン１７０を流れる液化ガスの冷熱を、第２配管５０の復路配管５２を流れるブラインに供給する点が異なる。

第２実施形態に係る蓄熱方法では、第１実施形態に係る蓄熱方法と同様に、ステップＳ０１～ステップＳ０３が行われる。ステップＳ０１～ステップＳ０３は、上述した工程と同様の工程であるため、説明は省略する。

第２実施形態に係る蓄熱方法では、ステップＳ１３が行われる。ステップＳ１３において、制御部は、弁１７４を開くとともに弁１７６を閉じた状態で、液化ガスタンク６０内の液化ガスを外部に供給する。このとき、熱交換部９０において、液化ガスの冷熱が第２配管５０の復路配管５２を流れるブラインに供給されて、ブラインが冷却される（ステップＳ１３）。弁１７５は開度調整によって熱交換器９０を流れる液化ガス量を調整する。

このように第２実施形態に係る蓄熱システム２では、ブラインは冷凍機１０による冷却に加えて、液化ガスの冷熱も受け取るため、冷凍機１０の省電力をより効率的に行うことができる。

次に、図７を参照して、第２実施形態に係る蓄熱システム２の各種パラメータの時間推移について説明する。図７は、第２実施形態に係る蓄熱システム２の各種パラメータの時間推移を示す図である。図７（Ａ）は、変動性再生可能エネルギーの出力の時間推移を示す。図７（Ｂ）は、温度計Ｔ２、Ｔ３で測定されるブラインの温度の時間推移を示す。図７（Ｃ）は、温度計Ｔ１で測定される冷凍倉庫４０内の温度の時間推移を示す。図７（Ｄ）は、冷凍機１０の消費電力（運転台数に対応）の時間推移を示す。

図７（Ａ）、図７（Ｄ）に示すように、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、冷凍機１０を運転する。ここでは例えば、再生可能エネルギーの余剰電力が、蓄冷材の荷出しから荷入れの間に発生し、蓄冷材の荷入れから荷出しの間には発生しない場合を例に挙げて説明する。

蓄冷材の荷出しから荷入れの間において、図７（Ｄ）に示すように、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、例えば７台分の冷凍機１０を運転する。このとき、７台の冷凍機１０のうち、５台分の冷凍機１０の冷熱がブラインタンク２０内のブラインの冷却に用いられ、２台分の冷凍機１０の冷熱が冷凍倉庫４０への侵入熱の冷却に用いられる。この結果、図７（Ｂ）に示すように、蓄冷材の荷出しから荷入れの間に、温度計Ｔ２、Ｔ３で測定されるブラインの温度は、低下する。

一方、蓄冷材の荷入れから荷出しの間において、図７（Ｄ）に示すように、冷凍機１０の運転を停止する。第１実施形態に係る蓄熱システム１と比較して、液化ガスの冷熱によってブラインタンク２０内のブラインの温度を低下させることができるため、例えば２台運転させていた冷凍機１０の運転台数を０台にすることができる。

冷凍倉庫４０内の温度は、図７（Ｃ）に示すように、例えば－３５℃に維持される。また、熱交換部９０において、液化ガスからブラインに冷熱が供給されるため、温度計Ｔ３で測定されるブラインの温度は、第１実施形態に係る蓄熱システム１の温度計Ｔ３で測定されるブラインの温度よりも低下する（図７（Ｂ）の矢印参照）。

以上のように、第２実施形態に係る蓄熱システム２では、冷凍倉庫４０からブラインタンク２０に向かうブラインおよび液化ガスを熱交換する熱交換部９０をさらに有する。このように構成された蓄熱システム２によれば、液化ガスの冷熱によってブラインの温度を低下させることができるため、冷凍機１０の省電力をより効率的に達成することができる。

＜第３実施形態＞
次に、図８を参照して、第３実施形態に係る蓄熱システム３の構成について説明する。図８は、本発明の第３実施形態に係る蓄熱システム２を示す概略図である。

第１実施形態および第２実施形態と共通する部分は説明を省略し、第３実施形態のみに特徴のある箇所について説明する。なお、上述した第１実施形態および第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付して説明し、重複した説明は省略する。第３実施形態は、第２実施形態と比較して、ブラインタンク２０および液化ガスタンク６０を連結する第３配管８０を有する点が異なる。

第３実施形態に係る蓄熱システム３は、図８に示すように、冷凍機１０と、冷凍機１０によって冷却されるブラインが貯蔵されるブラインタンク２０と、冷凍機１０およびブラインタンク２０を連結する第１配管３０と、冷凍する対象物が保管される冷凍倉庫４０と、ブラインタンク２０および冷凍倉庫４０を連結する第２配管５０と、液化ガスが貯蔵される液化ガスタンク６０と、液化ガスタンク６０内の液化ガスを外部に供給する供給ライン１７０と、変動性再生可能エネルギーを冷凍機１０に給電するタイミングを制御する制御部（不図示）と、冷凍倉庫４０からブラインタンク２０に向かうブラインおよび液化ガスを熱交換する熱交換部９０と、ブラインタンク２０および液化ガスタンク６０を連結する第３配管８０と、を有する。

冷凍機１０、ブラインタンク２０、第１配管３０、冷凍倉庫４０、第２配管５０、液化ガスタンク６０、供給ライン１７０、制御部、および熱交換部９０の構成は、上述した第１実施形態に係る蓄熱システム１と同様であるため、説明は省略する。

以下、第３実施形態に係る蓄熱システム３の第３配管８０の構成について説明する。第３配管８０は、図８に示すように、ブラインタンク２０および液化ガスタンク６０を連結する。第３配管８０には、ブラインタンク２０内に貯蔵されたブラインが循環する。このように、ブラインタンク２０内に貯蔵されたブラインが第３配管８０を介して、液化ガスタンク６０に流れることによって、液化ガスタンク６０内の液化ガスに冷熱を供給することができる。

このように、液化ガスタンク６０内の液化ガスに冷熱が供給されることによって、液化ガスのＢＯＧの抑制、および液化ガスへの蓄冷熱が可能となる。

液化ガスに冷熱が供給されることによって、液化ガスはサブクール状態となり、ＢＯＧが抑制される。以下、サブクール状態について説明する。液化ガスは、通常、液相および気相の境界の飽和状態にある。この飽和状態にある液化ガスをブラインの冷熱で冷却することによって、サブクール状態となる。サブクール状態にある液化ガスは、完全に液体の状態にあるため、ＢＯＧが発生することを抑制できる。

また、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０の冷熱をブラインタンク２０のブラインおよび液化ガスタンク６０内の液化ガスに蓄冷熱することができる。このため、第１実施形態および第２実施形態に係る蓄熱システム１、２と比較して、より好適に冷凍機１０の省電力および平均的な電気料金の低減およびエネルギーの低炭素化・脱炭素化を達成することができる。

次に、図９、図１０を参照して、第３実施形態に係る蓄熱システム３の蓄熱方法について説明する。図９は、第３実施形態に係る蓄熱システム３の蓄熱方法を示すフローチャートである。図１０は、第３実施形態に係る蓄熱システム３の蓄熱方法の変形例を示すフローチャートである。第３実施形態に係る蓄熱システム３の蓄熱方法は、第１実施形態および第２実施形態に係る蓄熱方法と比較して、変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機１０が発生させる冷熱を液化ガスにも蓄冷熱する点、および液化ガスのＢＯＧを抑制する点が異なる。

第３実施形態に係る蓄熱方法では、第２実施形態に係る蓄熱方法と同様に、ステップＳ０１～ステップＳ０３、およびステップＳ１３が行われる。ステップＳ０１～ステップＳ０３、およびステップＳ１３は、上述した工程と同様の工程であるため、説明は省略する。

第３実施形態に係る蓄熱方法では、図９に示すように、ステップＳ１４が行われる。ステップＳ１４において、蓄冷熱されたブラインが第３配管８０を介して、液化ガスタンク６０に供給されて、液化ガスが冷却される。この結果、液化ガスのＢＯＧの発生が抑制されるとともに、液化ガスにも蓄冷熱することができる。

なお、図１０に示すように、弁１７４を閉じるとともに弁１７６を開いた状態で、サブクール状態の液化ガスを外部に供給することなく、供給ライン１７０を循環させて（ステップＳ１５）、液化ガスのサブクールを維持させつつ、熱交換部９０において、ブラインに冷熱を供給する構成であってもよい。

次に、図１１、図１２を参照して、第３実施形態に係る蓄熱システム３の各種パラメータの時間推移について説明する。図１１（Ａ）、図１２（Ａ）は、変動性再生可能エネルギーの出力の時間推移を示す。図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）は、温度計Ｔ２、Ｔ３で測定されるブラインの温度の時間推移を示す。図１１（Ｃ）、図１２（Ｃ）は、温度計Ｔ１で測定される冷凍倉庫４０内の温度の時間推移を示す。図１１（Ｄ）、図１２（Ｄ）は、温度計Ｔ４で測定される液化ガスの温度の時間推移を示す。図１１（Ｅ）、図１２（Ｅ）は、冷凍機１０の消費電力（運転台数に対応）の時間推移を示す。

図１１（Ａ）、図１１（Ｅ）に示すように、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、冷凍機１０を運転する。ここでは例えば、再生可能エネルギーの余剰電力が、蓄冷材の荷出しから荷入れの間に発生し、蓄冷材の荷入れから荷出しの間には発生しない場合を例に挙げて説明する。

蓄冷材の荷出しから荷入れの間において、図１１（Ｅ）に示すように、再生可能エネルギーの余剰電力を用いて、例えば９台分の冷凍機１０を運転する。このとき、９台の冷凍機１０のうち、５台分の冷凍機１０の冷熱がブラインタンク２０内のブラインの冷却に用いられ、２台分の冷凍機１０の冷熱が冷凍倉庫４０への侵入熱の冷却に用いられ、２台分の冷凍機１０の冷熱が液化ガスタンク６０の侵入熱の冷却に用いられる。この結果、図１１（Ｂ）に示すように、蓄冷材の荷出しから荷入れの間に、温度計Ｔ２、Ｔ３で測定されるブラインの温度は、低下する。また、図１１（Ｄ）に示すように、温度計Ｔ４で測定される液化ガスの温度も低下する。

一方、蓄冷材の荷入れから荷出しの間において、図１１（Ｅ）に示すように、冷凍機１０の運転を停止する。第２実施形態に係る蓄熱システム２と比較して、液化ガスタンク６０内の液化ガスにも蓄冷熱することができるため、液化ガスタンク６０への侵入熱による液化ガスタンク６０の温度上昇を抑制でき、冷凍機１０の運転台数を０台の状態で冷凍倉庫内の荷入れ量を増やすことができる。

冷凍倉庫４０内の温度は、図１１（Ｃ）に示すように、例えば－３５℃に維持される。また、熱交換部９０において、液化ガスからブラインに冷熱が供給されるため、温度計Ｔ３で測定されるブラインの温度は、第１実施形態に係る蓄熱システム１の温度計Ｔ３で測定されるブラインの温度よりも低下する（図１１（Ｂ）の矢印参照）。また、図１１（Ｄ）に示すように、温度計Ｔ４によって測定される液化ガスタンク６０内の液化ガスの温度は、冷凍機１０の運転によって低下する。このとき、液化ガスの温度は、飽和温度よりも低い状態を維持し、ＢＯＧの発生が抑制される。

なお、上述した図１０の蓄熱方法の場合、図１２（Ｄ）に示すように、図１１（Ｄ）と比較して液化ガスの温度は上昇する（図１２（Ｄ）の矢印参照）が、飽和温度よりも低い状態は維持されるため、液化ガスのサブクール状態を維持しつつ、熱交換部９０において、ブラインに冷熱を供給することができる。

以上、実施形態を通して本発明について説明したが、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変することができる。

例えば、上述した第１実施形態では、冷凍機１０は、オンサイトの変動性再生可能エネルギーによっても運転されたが、冷凍機１０は、オンサイトの変動性再生可能エネルギーによって運転されなくてもよい。

また、上述した実施形態および変形例では、蓄熱システムに蓄熱された冷熱の使用対象として、冷凍倉庫４０の冷却やＢＯＧの発生の抑制に用いられた。しかしながら、蓄熱システムに蓄熱された冷熱の使用対象としては、冷凍食品、薬品等の凍結・保管、チルド温度帯の冷蔵倉庫、冷凍設備、スケートリンク、データセンター、植物工場、養殖または事務所の冷房等の冷熱源としても利用可能である。

また、上述した蓄熱システムにおいて、冷凍倉庫４０に設けられた対象物（例えば蓄冷材）に冷熱を蓄熱して、対象物の管理によって冷凍倉庫４０の冷却が行われてもよい。

１、２、３ 蓄熱システム、
１０ 冷凍機、
２０ ブラインタンク、
３０ 第１配管、
４０ 冷凍倉庫、
５０ 第２配管、
６０ 液化ガスタンク、
７０、１７０ 供給ライン、
８０ 第３配管、
９０ 熱交換部。

Claims (8)

1. 冷熱を蓄熱する蓄熱システムであって、
   グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機と、
   前記冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンクと、
   前記ブラインタンクに連結されて、対象物を冷凍する冷凍倉庫と、
   液化ガスが貯蔵される液化ガスタンクと、を有する蓄熱システム。
2. 前記冷凍機は、オンサイトの変動性再生可能エネルギーによっても運転される、請求項１に記載の蓄熱システム。
3. 前記冷凍倉庫から前記ブラインタンクに向かう前記ブラインおよび前記液化ガスを熱交換する熱交換部をさらに有する、請求項１または２に記載の蓄熱システム。
4. 前記ブラインタンクおよび前記液化ガスタンクは連結される、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄熱システム。
5. グリッドの中にある変動性再生可能エネルギーの余剰電力によって運転される冷凍機と、
   前記冷凍機に連結されて、ブラインを貯蔵可能なブラインタンクと、
   前記ブラインタンクに連結されて、対象物を冷凍する冷凍倉庫と、
   液化ガスが貯蔵される液化ガスタンクと、を有する蓄熱システムによって蓄熱する蓄熱方法であって、
   前記冷凍機を運転することによって、前記ブラインタンク内の前記ブラインを冷却して、前記ブラインに冷熱を蓄熱する蓄熱方法。
6. 前記蓄熱システムは、前記冷凍倉庫から前記ブラインタンクに向かう前記ブラインおよび前記液化ガスを熱交換する熱交換部をさらに有し、
   前記熱交換部において、前記ブラインは前記液化ガスから冷熱を受け取る、請求項５に記載の蓄熱方法。
7. 前記蓄熱システムにおいて、前記ブラインタンクおよび前記液化ガスタンクは連結され、
   前記冷熱が蓄熱された前記ブラインが前記液化ガスタンクに供給されて、前記液化ガスタンク内の前記液化ガスに蓄冷熱される、請求項５または６に記載の蓄熱方法。
8. 前記冷熱が蓄熱された前記ブラインが前記液化ガスタンクに供給されて、前記液化ガスタンク内の前記液化ガスのＢＯＧの発生を抑制する、請求項７に記載の蓄熱方法。

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