JP4194131B2

JP4194131B2 - 潜熱蓄熱式の熱源システム

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Publication number: JP4194131B2
Application number: JP11822798A
Authority: JP
Inventors: 清和中村
Original assignee: Taikisha Ltd
Current assignee: Taikisha Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11311454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調などに用いる潜熱蓄熱式の熱源システムに関し、詳しくは、潜熱蓄熱剤を装備した蓄熱槽と冷凍機（又は加熱機）との間で熱媒を循環させて冷凍機の発生冷熱（又は加熱機の発生温熱）を蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転と、蓄熱槽と負荷熱交換器との間で熱媒を循環させて蓄熱槽における蓄熱冷熱（又は蓄熱温熱）を負荷熱交換器で消費する放熱運転とを行う潜熱蓄熱式の熱源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の熱源システムでは（図５参照）、蓄熱槽３に装備する潜熱蓄熱剤Ｘとして、負荷熱交換器１での必要熱媒温度ｔｉに見合った相変化温度ｔｐｘ（≒ｔｉ）を有するものを選定し、その潜熱蓄熱剤Ｘを備えさせた一種の蓄熱槽３（実質的に一つの蓄熱槽）のみを用いて蓄熱を行っていた。２は冷凍機、７は蓄熱運転において熱媒Ｗを循環させる蓄熱用循環路、１１は放熱運転において熱媒を循環させる放熱用循環路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来システムでは（同図５参照）、蓄熱運転の際、その開始当初は放熱終了後の蓄熱槽３から高温の熱媒Ｗ（すなわち、放熱運転において負荷熱交換器１から蓄熱槽３に戻る熱媒Ｗと同等温度の熱媒）が冷凍機２に導入されることから、冷凍機２は最大出力での連続運転（連続全負荷運転）になるが、その後、潜熱蓄熱剤Ｘの相変化が始まって潜熱蓄熱の工程に移ると、潜熱蓄熱剤Ｘの相変化温度ｔｐｘとほぼ等しい低温の熱媒Ｗが冷凍機２に導入されるようになる為、設計出口熱媒温度ｔｔｏが潜熱蓄熱剤Ｘの相変化温度ｔｐｘに近い冷凍機２（例えば、潜熱蓄熱剤Ｘの相変化温度ｔｐｘが７℃であるのに対し設計出口熱媒温度ｔｔｏが５℃の冷凍機）では、入口と出口の熱媒温度差Δｔｔ（＝ｔｔｉ−ｔｔｏ）が過小になって、装置機能面や装置保護の面からもはや最大出力での連続運転が不能になり、この為、主の蓄熱工程である潜熱蓄熱工程において、冷凍機２の出力を低下させる部分負荷運転や、冷凍機２の発停を繰り返して冷凍機２の平均出力を低下させるＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になっていた。
【０００４】
そして、このような部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転の為に、最大出力での連続運転に比べ、蓄熱能率が低下して蓄熱の完了までに要する時間が長くなる、また、冷凍機２の成績係数が低下して消費動力が嵩む問題があり、特に、ＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転では、冷凍機２の運転停止期間に潜熱蓄熱剤Ｘの相変化温度ｔｐｘよりも高温の熱媒Ｗ（非冷却の熱媒）が冷凍機２から蓄熱槽３に供給される状態になって、それまでの冷凍機運転で相変化させた潜熱蓄熱剤Ｘの逆向きの相変化が生じ、このことで蓄熱完了までの所要時間が一層長くなるとともに、大きな熱ロスを招く問題があった。
【０００５】
また、この問題を回避するのに、設計出口熱媒温度ｔｔｏがより低い低温仕様の冷凍機を用いることも考えられるが、この場合、蓄熱の完了までの所要時間は短くし得るものの、低温仕様の冷凍機では、蒸発温度が低くて成績係数が一層低くなることから消費動力の低減は期待できず、むしろ、装置コストが高くなるとともに消費動力が一層嵩む問題があり、また、低温仕様の冷凍機の採用に伴い、例えば凍結防止の上から熱媒Ｗに水を使用できなくなって熱媒Ｗにブラインを用いることが必要になる等、使用する熱媒Ｗが制限され、この為にシステムコストが高く付いたりシステムの管理が難しくなる問題もあった。
【０００６】
なお、この種の問題は、冷凍機の発生冷熱を蓄熱槽に蓄熱する冷熱の熱源システムに限られるものではなく、冷熱と温熱との違いはあるが、加熱機の発生温熱を蓄熱槽に蓄熱する温熱の熱源システムにおいても同様である。
【０００７】
以上の実情に対し、本発明の主たる課題は、冷凍機の発生冷熱や加熱機の発生温熱を蓄熱槽に潜熱蓄熱することにおいて、合理的な蓄熱形態を採ることにより上記の如き問題を解消する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔１〕請求項１記載の発明では、蓄熱槽として、相変化温度の低い低温潜熱蓄熱剤を装備した低温蓄熱槽と、その低温潜熱蓄熱剤よりも相変化温度の高い高温潜熱蓄熱剤を装備した高温蓄熱槽とを設け、そして、これら蓄熱槽と冷凍機との間で熱媒を循環させて冷凍機の発生冷熱を蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転では、熱媒を低温蓄熱槽から高温蓄熱槽の順に通過させる循環形態、すなわち、冷凍機による冷却熱媒を先ず低温蓄熱槽の低温潜熱蓄熱剤に対し冷却作用させた後、高温蓄熱槽の高温潜熱蓄熱剤に対し冷却作用させる循環形態を採ることで、上流側に位置する低温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱（低温潜熱蓄熱剤を相変化させての冷熱蓄熱）が優先的に進むようにするとともに、このように低温蓄熱槽への潜熱蓄熱を優先させながら両蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱を進めることにおいて、下流側に位置する高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱（高温潜熱蓄熱剤を相変化させての冷熱蓄熱）が完了するまで、高温蓄熱槽から冷凍機に戻る熱媒の温度（冷凍機の入口熱媒温度）が高温潜熱蓄熱剤の相変化によって高温潜熱蓄熱剤の相変化温度とほぼ等しい温度に保たれるようにする。
【０００９】
また、蓄熱槽と負荷熱交換器との間で熱媒を循環させて蓄熱槽における蓄熱冷熱を負荷熱交換器で消費する放熱運転では、蓄熱運転とは逆に、熱媒を高温蓄熱槽から低温蓄熱槽の順に通過させる循環形態を採ることにより、負荷熱交換器から戻る高温の熱媒（負荷熱交換器での冷熱消費で昇温した熱媒）を先ず高温蓄熱槽で冷熱蓄熱状態の高温潜熱蓄熱剤により予冷し、これに続き、その熱媒を低温蓄熱槽で冷熱蓄熱状態の低温潜熱蓄熱剤により負荷熱交換器の必要熱媒温度まで冷却して負荷熱交換器に供給する。
【００１０】
つまり、この熱源システムでは、低温潜熱蓄熱剤として負荷熱交換器の必要熱媒温度に見合った相変化温度を有する潜熱蓄熱剤を選定しておくことで、負荷熱交換器での必要熱媒温度を得るが、これに対し、前記の如く、低温蓄熱槽への潜熱蓄熱を優先させながら両蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱を進めることにおいて、下流側に位置する高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了するまで、高温蓄熱槽から冷凍機に戻る熱媒の温度を高温潜熱蓄熱剤の相変化温度（低温潜熱蓄熱剤の相変化温度よりも高い温度）に保ち得ることから、高温潜熱蓄熱剤に低温潜熱蓄熱剤との相変化温度差がある程度大きな潜熱蓄熱剤を選定しておけば、冷凍機として設計出口熱媒温度が低温潜熱蓄熱剤の相変化温度に近い冷凍機（例えば、低温潜熱蓄熱剤の相変化温度が７℃であるのに対し設計出口熱媒温度が５℃の冷凍機）を用いても、主たる蓄熱工程である潜熱蓄熱工程において、その冷凍機における入口と出口の熱媒温度差を充分に大きく保つことができる。
【００１１】
したがって、この熱源システムでは、設計出口熱媒温度が低温潜熱蓄熱剤の相変化温度に近い冷凍機を用いながらも、冷凍機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を不要にして蓄熱完了まで冷凍機を最大出力で連続運転できる、あるいは、部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になるにしても、これら運転による冷凍機の出力低下幅を小さくすることができ、これにより、従来システムに比べ、蓄熱能率を高く保って蓄熱完了までの所要時間を短くすることができ、また、冷凍機の成績係数を高く保つとともにＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転での冷凍機停止に原因する潜熱蓄熱剤の逆向きの相変化を抑止して消費動力も低減でき、さらにまた、部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を回避するために低温仕様の冷凍機を用いることで使用熱媒が制限されてシステムコストが高く付いたりシステム管理が難しくなるといったことも回避できる。
【００１２】
そしてまた、請求項１記載の発明では、冷凍機による冷却熱媒を低温蓄熱槽から高温蓄熱槽の順に通過させる前記蓄熱運転において高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了したとき、その蓄熱完了の検出に基づいて冷凍機と蓄熱槽との間での熱媒循環及び冷凍機の運転を自動停止することにより、高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了した後における無駄な部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を確実に防止し、また、冷凍機の入口と出口の熱媒温度差が過小になることが原因の冷凍機トラブルを確実に防止する。
【００１３】
つまり、冷凍機による冷却熱媒を低温蓄熱槽から高温蓄熱槽の順に通過させる熱媒循環形態での蓄熱運転では、下流側の高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了した後も蓄熱運転を継続すると、冷凍機に導入される熱媒の温度が高温潜熱蓄熱剤の相変化温度から次第に低下するようになり、この為、冷凍機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になり、また、これら部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転による冷凍機の出力低下幅を次第に大きくすることが必要になるが、上記の如く下流側の高温蓄熱槽に対する冷熱潜熱蓄熱の完了検出に基づき蓄熱運転を自動停止するようにすれば、このような無駄な部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を確実に防止して不必要な動力消費を回避でき、また、冷凍機における入口と出口の熱媒温度差が過小になることが原因の冷凍機トラブルも確実に防止できる。
【００１４】
さらに、請求項１記載の発明では、低温蓄熱槽と高温蓄熱槽とを、冷凍機による冷却熱媒を低温蓄熱槽から高温蓄熱槽の順に通過させる前記蓄熱運転において高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了するよりも先に、低温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了する蓄熱特性関係にすることにより、主蓄熱槽である低温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱を完了するのに、冷凍機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になる、あるいは、これら運転による冷凍機の出力低下幅を大きくすることが必要になるのを回避する。
【００１５】
つまり、冷凍機による冷却熱媒を低温蓄熱槽から高温蓄熱槽の順に通過させる熱媒循環形態での蓄熱運転では、下流側の高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了した後も蓄熱運転を継続する場合、前記の如く、高温潜熱蓄熱剤の相変化温度よりも低温の熱媒が冷凍機に導入されるようになることから、低温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了する前に下流側の高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了してしまうと、その後、低温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱を完了するのに冷凍機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になる、あるいは、これら運転による冷凍機の出力低下幅を大きくすることが必要になるが、低温蓄熱槽と高温蓄熱槽を上記の如き蓄熱特性関係にしておけば、このような事態を回避することができ、これにより、前記効果が一層有効に発揮される形態にして、蓄熱に要する時間の短縮や消費動力の低減を一層効果的に達成できる。
【００１６】
〔２〕請求項２記載の発明では、蓄熱槽として、相変化温度の高い高温潜熱蓄熱剤を装備した高温蓄熱槽と、その高温潜熱蓄熱剤よりも相変化温度の低い低温潜熱蓄熱剤を装備した低温蓄熱槽とを設け、そして、これら蓄熱槽と加熱機との間で熱媒を循環させて加熱機の発生温熱を蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転では、熱媒を高温蓄熱槽から低温蓄熱槽の順に通過させる循環形態、すなわち、加熱機による加熱熱媒を先ず高温蓄熱槽の高温潜熱蓄熱剤に対し加熱作用させた後、低温蓄熱槽の低温潜熱蓄熱剤に対し加熱作用させる循環形態を採ることで、上流側に位置する高温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱（高温潜熱蓄熱剤を相変化させての温熱蓄熱）が優先的に進むようにするとともに、このように高温蓄熱槽への潜熱蓄熱を優先させながら両蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱を進めることにおいて、下流側に位置する低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱（低温潜熱蓄熱剤を相変化させての温熱蓄熱）が完了するまで、低温蓄熱槽から加熱機に戻る熱媒の温度（加熱機の入口熱媒温度）が低温潜熱蓄熱剤の相変化によって低温潜熱蓄熱剤の相変化温度とほぼ等しい温度に保たれるようにする。
【００１７】
また、蓄熱槽と負荷熱交換器との間で熱媒を循環させて蓄熱槽における蓄熱温熱を負荷熱交換器で消費する放熱運転では、蓄熱運転とは逆に、熱媒を低温蓄熱槽から高温蓄熱槽の順に通過させる循環形態を採ることにより、負荷熱交換器から戻る低温の熱媒（負荷熱交換器での温熱消費で降温した熱媒）を先ず低温蓄熱槽で温熱蓄熱状態の低温潜熱蓄熱剤により予熱し、これに続き、その熱媒を高温蓄熱槽で温熱蓄熱状態の高温潜熱蓄熱剤により負荷熱交換器の必要熱媒温度まで加熱して負荷熱交換器に供給する。
【００１８】
つまり、この熱源システムでは、高温潜熱蓄熱剤として負荷熱交換器の必要熱媒温度に見合った相変化温度を有する潜熱蓄熱剤を選定しておくことで、負荷熱交換器での必要熱媒温度を得るが、これに対し、前記の如く、高温蓄熱槽への潜熱蓄熱を優先させながら両蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱を進めることにおいて、下流側に位置する低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了するまで、低温蓄熱槽から加熱機に戻る熱媒の温度を低温潜熱蓄熱剤の相変化温度（高温潜熱蓄熱剤の相変化温度よりも低い温度）に保ち得ることから、低温潜熱蓄熱剤に高温潜熱蓄熱剤との相変化温度差がある程度大きな潜熱蓄熱剤を選定しておけば、加熱機として設計出口熱媒温度が高温潜熱蓄熱剤の相変化温度に近い加熱機（例えば、高温潜熱蓄熱剤の相変化温度が５０℃であるのに対し設計出口熱媒温度が５２℃の加熱機）を用いても、主たる蓄熱工程である潜熱蓄熱工程において、その加熱機における入口と出口の熱媒温度差を充分に大きく保つことができる。
【００１９】
したがって、この熱源システムでは、設計出口熱媒温度が高温潜熱蓄熱剤の相変化温度に近い加熱機を用いながらも、加熱機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を不要にして蓄熱完了まで加熱機を最大出力で連続運転できる、あるいは、部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になるにしても、これら運転による加熱機の出力低下幅を小さくすることができ、これにより、従来システムに比べ、蓄熱能率を高く保って蓄熱完了までの所要時間を短くすることができ、また、加熱機の成績係数を高く保つとともにＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転での加熱機停止に原因する潜熱蓄熱剤の逆向きの相変化を抑止して消費動力も低減でき、さらにまた、部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を回避するために設計出口温度のより高い高温仕様の加熱機を用いることで使用熱媒が制限されてシステムコストが高く付いたりシステム管理が難しくなるといったことも回避できる。
【００２０】
そしてまた、請求項２記載の発明では、加熱機による加熱熱媒を高温蓄熱槽から低温蓄熱槽の順に通過させる前記蓄熱運転において低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了したとき、その蓄熱完了の検出に基づいて加熱機と蓄熱槽との間での熱媒循環及び加熱機の運転を自動停止することにより、低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了した後における無駄な部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を確実に防止し、また、加熱機の入口と出口の熱媒温度差が過小になることが原因の加熱機トラブルを確実に防止する。
【００２１】
つまり、加熱機による加熱熱媒を高温蓄熱槽から低温蓄熱槽の順に通過させる熱媒循環形態での蓄熱運転では、下流側の低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了した後も蓄熱運転を継続すると、加熱機に導入される熱媒の温度が低温潜熱蓄熱剤の相変化温度から次第に上昇するようになり、この為、加熱機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になり、また、これら部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転による加熱機の出力低下幅を次第に大きくすることが必要になるが、上記の如く下流側の低温蓄熱槽に対する温熱潜熱蓄熱の完了検出に基づき蓄熱運転を自動停止するようにすれば、このような無駄な部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転を確実に防止して不必要な動力消費を回避でき、また、加熱機における入口と出口の熱媒温度差が過小になることが原因の加熱機トラブルも確実に防止できる。
【００２２】
さらに、請求項２記載の発明では、高温蓄熱槽と低温蓄熱槽とを、加熱機による加熱熱媒を高温蓄熱槽から低温蓄熱槽の順に通過させる前記蓄熱運転において低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了するよりも先に、高温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了する蓄熱特性関係にすることにより、主蓄熱槽である高温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱を完了するのに、加熱機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になる、あるいは、これら運転による加熱機の出力低下幅を大きくすることが必要になるのを回避する。
【００２３】
つまり、加熱機による加熱熱媒を高温蓄熱槽から低温蓄熱槽の順に通過させる熱媒循環形態での蓄熱運転では、下流側の低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了した後も蓄熱運転を継続する場合、前記の如く、低温潜熱蓄熱剤の相変化温度よりも高温の熱媒が加熱機に導入されるようになることから、高温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了する前に下流側の低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了してしまうと、その後、高温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱を完了するのに加熱機の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になる、あるいは、これら運転による加熱機の出力低下幅を大きくすることが必要になるが、高温蓄熱槽と低温蓄熱槽を上記の如き蓄熱特性関係にしておけば、このような事態を回避することができ、これにより、前記効果が一層有効に発揮される形態にして、蓄熱に要する時間の短縮や消費動力の低減を一層効果的に達成できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は負荷熱交換器１（例えば冷房用空調機）に冷熱供給する潜熱蓄熱式の熱源システムを示し、２は冷凍機、３は低温蓄熱槽、４は高温蓄熱槽であり、低温蓄熱槽３には、液相と固相の間の相変化温度ｔｐｘ（凝固点）が負荷熱交換器１の必要熱媒温度ｔｉとほぼ等しい低温潜熱蓄熱剤Ｘを多数の容器５に充填して装備し、高温蓄熱槽４には、液相と固相の間の相変化温度ｔｐｙが低温潜熱蓄熱剤Ｘよりも高い高温潜熱蓄熱剤Ｙを多数の容器６に充填して装備してある。
【００２５】
７は循環ポンプ８により冷凍機２と両蓄熱槽３，４との間で熱媒Ｗを循環させる蓄熱用循環路であり、冷凍機２の発生冷熱を両蓄熱槽３，４に蓄熱する蓄熱運転では、この蓄熱用循環路７において低温蓄熱槽３から高温蓄熱槽４の順に熱媒通過させる方向で熱媒Ｗを循環させる循環路構成にしてある。
【００２６】
つまり、蓄熱運転において熱媒Ｗを低温蓄熱槽３から高温蓄熱槽４の順に通過させる熱媒循環形態を採ることにより、冷凍機２による冷却熱媒Ｗを先ず低温蓄熱槽３の低温潜熱蓄熱剤Ｘに対し冷却作用させた後、高温蓄熱槽４の高温潜熱蓄熱剤Ｙに対し冷却作用させるようにして、上流側に位置する低温蓄熱槽３への冷熱の潜熱蓄熱（すなわち、低温潜熱蓄熱剤Ｘを液相から固相に相変化させての冷熱蓄熱）が優先的に進むようにする。
【００２７】
また、このように低温蓄熱槽３への潜熱蓄熱を優先させながら両蓄熱槽３，４への冷熱の潜熱蓄熱を進めることにおいて、下流側に位置する高温蓄熱槽４への冷熱の潜熱蓄熱（すなわち、高温潜熱蓄熱剤Ｙを液相から固相に相変化させての冷熱蓄熱）が完了するまで、高温蓄熱槽４から冷凍機２に戻る熱媒Ｗの温度ｔｔｉが高温潜熱蓄熱剤Ｙの相変化によって高温潜熱蓄熱剤Ｙの相変化温度ｔｐｙとほぼ等しい温度（ｔｔｉ＝ｔｐｙ）に保たれるようにし、これにより、設計出口熱媒温度ｔｔｏが低温潜熱蓄熱剤Ｘの相変化温度ｔｐｘに近い冷凍機２を用いながらも、冷熱の潜熱蓄熱工程において、冷凍機２の入口と出口の熱媒温度差Δｔｔ（＝ｔｔｉ−ｔｔｏ）を充分に大きく保った状態で、冷凍機２を最大出力で連続運転できるようにする。
【００２８】
９は高温蓄熱槽４から送出される熱媒Ｗの温度ｔｔｉ（すなわち、冷凍機２の入口熱媒温度）を検出する温度センサ、１０はシステム制御器であり、このシステム制御器１０は温度センサ９により検出される熱媒温度ｔｔｉが高温潜熱蓄熱剤Ｙの相変化温度ｔｐｙよりも低下した状態になると、高温蓄熱槽４への冷熱の潜熱蓄熱が完了したと判定して、循環ポンプ８及び冷凍機２を自動停止する。
【００２９】
つまり、この熱源システムでは、蓄熱運転において高温蓄熱槽４への冷熱の潜熱蓄熱が完了したとき、その蓄熱完了の検出に基づいて蓄熱運転を自動停止するようにしてあり、これにより、高温蓄熱槽４への冷熱の潜熱蓄熱が完了した後、高温蓄熱槽４から冷凍機２に導入される熱媒Ｗの温度ｔｔｉが高温潜熱蓄熱剤Ｙの相変化温度ｔｐｙから次第に低下する状況の下で冷凍機２を無駄に部分負荷運転することやＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転することを防止する。
【００３０】
また、この熱源システムにおいて、低温蓄熱槽３と高温蓄熱槽４は、各潜熱蓄熱剤Ｘ，Ｙの装備量の設定などにより、蓄熱運転において高温蓄熱槽４への冷熱の潜熱蓄熱が完了するよりも先に、低温蓄熱槽３への冷熱の潜熱蓄熱が完了する蓄熱特性関係にしてあり、これにより、低温蓄熱槽３への冷熱の潜熱蓄熱が完了する前に下流側の高温蓄熱槽４への冷熱の潜熱蓄熱が完了してしまうことで、その後、主蓄熱槽である低温蓄熱槽３への冷熱の潜熱蓄熱を完了するのに、冷凍機２の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になることを回避する。
【００３１】
１１は循環ポンプ１２により負荷熱交換器１と両蓄熱槽３，４との間で熱媒Ｗを循環させる放熱用循環路であり、両蓄熱槽３，４における蓄熱冷熱を負荷熱交換器１で消費する放熱運転では、この放熱用循環路１１において蓄熱運転とは逆に高温蓄熱槽４から低温蓄熱槽３の順に熱媒通過させる方向で熱媒循環させ、これにより、負荷熱交換器１から戻る高温ｔｏの熱媒Ｗ（負荷熱交換器１での冷熱消費で昇温した熱媒）を先ず高温蓄熱槽４で冷熱蓄熱状態の高温潜熱蓄熱剤Ｙにより予冷し、これに続き、その熱媒Ｗを低温蓄熱槽３で冷熱蓄熱状態の低温潜熱蓄熱剤Ｘにより負荷熱交換器１の必要熱媒温度ｔｉまで冷却して負荷熱交換器１に供給する。
【００３２】
なお、本第１実施形態における熱源システムの具体的諸元の一例としては次の例を挙げることができる。
熱媒Ｗ＝水
負荷熱交換器１の入口熱媒温度ｔｉ（必要熱媒温度）＝７℃
負荷熱交換器１の出口熱媒温度ｔｏ＝１５℃
低温潜熱蓄熱剤Ｘの相変化温度ｔｐｘ＝７℃
高温潜熱蓄熱剤Ｙの相変化温度ｔｐｙ＝９℃
冷凍機２の設計出口温度ｔｔｏ＝５℃
冷凍機２の入口温度ｔｔｉ＝１５℃（ｔｏ）〜９℃（ｔｐｙ）
冷凍機２の入口出口熱媒温度差Δｔｔ＝１０℃ｄｅｇ〜４℃ｄｅｇ
【００３３】
〔第２実施形態〕
図２は負荷熱交換器２１（例えば暖房用空調機）に温熱供給する潜熱蓄熱式の熱源システムを示し、２２は加熱機、２３は高温蓄熱槽、２４は低温蓄熱槽であり、高温蓄熱槽２３には、液相と固相の間の相変化温度ｔｐｘ（凝固点）が負荷熱交換器２１の必要熱媒温度ｔｉとほぼ等しい高温潜熱蓄熱剤Ｘ’を多数の容器２５に充填して装備し、低温蓄熱槽２４には、液相と固相の間の相変化温度ｔｐｙが高温潜熱蓄熱剤Ｘ’よりも低い低温潜熱蓄熱剤Ｙ’を多数の容器２６に充填して装備してある。
【００３４】
２７は循環ポンプ２８により加熱機２２と両蓄熱槽２３，２４との間で熱媒Ｗを循環させる蓄熱用循環路であり、加熱機２２の発生温熱を両蓄熱槽２３，２４に蓄熱する蓄熱運転では、この蓄熱用循環路２７において高温蓄熱槽２３から低温蓄熱槽２４の順に熱媒通過させる方向で熱媒Ｗを循環させる循環路構成にしてある。
【００３５】
つまり、蓄熱運転において熱媒Ｗを高温蓄熱槽２３から低温蓄熱槽２４の順に通過させる熱媒循環形態を採ることにより、加熱機２２による加熱熱媒Ｗを先ず高温蓄熱槽２３の高温潜熱蓄熱剤Ｘ’に対し加熱作用させた後、低温蓄熱槽２４の低温潜熱蓄熱剤Ｙ’に対し加熱作用させるようにして、上流側に位置する高温蓄熱槽２３への温熱の潜熱蓄熱（すなわち、高温潜熱蓄熱剤Ｘ’を固相から液相に相変化させての温熱蓄熱）が優先的に進むようにする。
【００３６】
また、このように高温蓄熱槽２３への潜熱蓄熱を優先させながら両蓄熱槽２３，２４への温熱の潜熱蓄熱を進めることにおいて、下流側に位置する低温蓄熱槽２４への温熱の潜熱蓄熱（すなわち、低温潜熱蓄熱剤Ｙ’を固相から液相に相変化させての温熱蓄熱）が完了するまで、低温蓄熱槽２４から加熱機２２に戻る熱媒Ｗの温度ｔｔｉが低温潜熱蓄熱剤Ｙ’の相変化によって低温潜熱蓄熱剤Ｙ’の相変化温度ｔｐｙとほぼ等しい温度（ｔｔｉ≒ｔｐｙ）に保たれるようにし、これにより、設計出口熱媒温度ｔｔｏが高温潜熱蓄熱剤Ｘ’の相変化温度ｔｐｘに近い加熱機２２を用いながらも、温熱の潜熱蓄熱工程において、加熱機２２の入口と出口の熱媒温度差Δｔｔ（＝ｔｔｉ−ｔｔｏ）を充分に大きく保った状態で、加熱機２２を最大出力で連続運転できるようにする。
【００３７】
２９は低温蓄熱槽２４から送出される熱媒Ｗの温度ｔｔｉ（すなわち、加熱機２２の入口熱媒温度）を検出する温度センサ、３０はシステム制御器であり、このシステム制御器３０は温度センサ２９により検出される熱媒温度ｔｔｉが低温潜熱蓄熱剤Ｙ’の相変化温度ｔｐｙよりも上昇した状態になると、低温蓄熱槽２４への温熱の潜熱蓄熱が完了したと判定して、循環ポンプ２８及び加熱機２２を自動停止する。
【００３８】
つまり、この熱源システムでは、蓄熱運転において低温蓄熱槽２４への温熱の潜熱蓄熱が完了したとき、その蓄熱完了の検出に基づいて蓄熱運転を自動停止するようにしてあり、これにより、低温蓄熱槽２４への温熱の潜熱蓄熱が完了した後、低温蓄熱槽２４から加熱機２２に導入される熱媒Ｗの温度ｔｔｉが低温潜熱蓄熱剤Ｙ’の相変化温度ｔｐｙから次第に上昇する状況の下で加熱機２２を無駄に部分負荷運転することやＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転することを防止する。
【００３９】
また、この熱源システムにおいて、高温蓄熱槽２３と低温蓄熱槽２４は、各潜熱蓄熱剤Ｘ'，Ｙ'の装備量の設定などにより、蓄熱運転において低温蓄熱槽２４への温熱の潜熱蓄熱が完了するよりも先に、高温蓄熱槽２３への温熱の潜熱蓄熱が完了する蓄熱特性関係にしてあり、これにより、高温蓄熱槽２３への温熱の潜熱蓄熱が完了する前に下流側の低温蓄熱槽２４への冷熱の潜熱蓄熱が完了してしまうことで、その後、主蓄熱槽である高温蓄熱槽２３への温熱の潜熱蓄熱を完了するのに、加熱機２２の部分負荷運転やＯＮ・ＯＦＦ容量制御運転が必要になることを回避する。
【００４０】
３１は循環ポンプ３２により負荷熱交換器２１と両蓄熱槽２３，２４との間で熱媒Ｗを循環させる放熱用循環路であり、両蓄熱槽２３，２４における蓄熱温熱を負荷熱交換器２１で消費する放熱運転では、この放熱用循環路３１において蓄熱運転とは逆に低温蓄熱槽２４から高温蓄熱槽２３の順に熱媒通過させる方向で熱媒循環させ、これにより、負荷熱交換器２１から戻る低温ｔｏの熱媒Ｗ（負荷熱交換器２１での温熱消費で降温した熱媒）を先ず低温蓄熱槽２４で温熱蓄熱状態の低温潜熱蓄熱剤Ｙ’により予熱し、これに続き、その熱媒Ｗを高温蓄熱槽２３で温熱蓄熱状態の高温潜熱蓄熱剤Ｘ’により負荷熱交換器２１の必要熱媒温度ｔｉまで加熱して負荷熱交換器２１に供給する。
【００４１】
なお、本第２実施形態における熱源システムの具体的諸元の一例としては次の例を挙げることができる。
熱媒Ｗ＝水
負荷熱交換器２１の入口熱媒温度ｔｉ（必要熱媒温度）＝５０℃
負荷熱交換器２１の出口熱媒温度ｔｏ＝４３℃
高温潜熱蓄熱剤Ｘ’の相変化温度ｔｐｘ＝５０℃
低温潜熱蓄熱剤Ｙ’の相変化温度ｔｐｙ＝４８℃
加熱機２２の設計出口温度ｔｔｏ＝５２℃
加熱機２２の入口温度ｔｔｉ＝４３℃（ｔｏ）〜４８℃（ｔｐｙ）
加熱機２２の入口出口熱媒温度差Δｔｔ＝９℃ｄｅｇ〜４℃ｄｅｇ
【００４２】
〔その他の実施形態〕
次にその他の実施形態を列記する。
【００４３】
請求項１に記載の発明の実施にあたっては、第１実施形態で示した２槽構成に限らず、図３に示す如く、相変化温度ｔｐｘが低い低温潜熱蓄熱剤Ｘを装備した低温蓄熱槽３と、相変化温度ｔｐｙが低温潜熱蓄熱剤Ｘよりも高い高温潜熱蓄熱剤Ｙを装備した高温蓄熱槽４と、相変化温度ｔｐｍが低温潜熱蓄熱剤Ｘよりも高くかつ高温潜熱蓄熱剤Ｙよりも低い中温潜熱蓄熱剤Ｍを装備した中温蓄熱槽１３とを設け、そして、冷凍機２の発生冷熱を各蓄熱槽３，４，１３に蓄熱する蓄熱運転では、冷凍機２との間で循環させる熱媒Ｗを低温蓄熱槽３−中温蓄熱槽１３−高温蓄熱槽４の順に通過させ、一方、各蓄熱槽３，４，１３における蓄熱冷熱を負荷熱交換器１で消費する放熱運転では、負荷熱交換器１との間で循環させる熱媒Ｗを高温蓄熱槽４−中温蓄熱槽１３−低温蓄熱槽３の順に通過させるシステム構成にしてもよい。
【００４４】
また、低温蓄熱槽と高温蓄熱槽とに加え２槽以上の中温蓄熱槽を設ける形態で、装備潜熱蓄熱剤の相変化温度が順次に高くなる４槽以上の蓄熱槽を設け、そして、蓄熱運転では、冷凍機との間で循環させる熱媒を、相変化温度が低い潜熱蓄熱剤を備える低温側の蓄熱槽から各蓄熱槽に対し順次に通過させ、一方、放熱運転では、負荷熱交換器との間で循環させる熱媒を、相変化温度が高い潜熱蓄熱剤を備える高温側の蓄熱槽から各蓄熱槽に対し順次に通過させるシステム構成にしてもよい。
【００４５】
同様に、請求項２に記載の発明の実施にあたっては、第２実施形態で示した２槽構成に限らず、図４に示す如く、相変化温度ｔｐｘが高い高温潜熱蓄熱剤Ｘ'を装備した高温蓄熱槽２３と、相変化温度ｔｐｙが高温潜熱蓄熱剤Ｘ'よりも低い低温潜熱蓄熱剤Ｙ'を装備した低温蓄熱槽２４と、相変化温度ｔｐｍが高温潜熱蓄熱剤Ｘ'よりも低くかつ低温潜熱蓄熱剤Ｙ'よりも高い中温潜熱蓄熱剤Ｍ'を装備した中温蓄熱槽３３とを設け、そして、加熱機２２の発生温熱を各蓄熱槽２３，２４，３３に蓄熱する蓄熱運転では、加熱機２２との間で循環させる熱媒Ｗを高温蓄熱槽２３−中温蓄熱槽３３−低温蓄熱槽２４の順に通過させ、一方、各蓄熱槽２３，２４，３３における蓄熱温熱を負荷熱交換器２１で消費する放熱運転では、負荷熱交換器２１との間で循環させる熱媒Ｗを低温蓄熱槽２４−中温蓄熱槽３３−高温蓄熱槽２３の順に通過させるシステム構成にしてもよい。
【００４６】
また、低温蓄熱槽と高温蓄熱槽とに加え２槽以上の中温蓄熱槽を設ける形態で、装備潜熱蓄熱剤の相変化温度が順次に低くなる４槽以上の蓄熱槽を設け、そして、蓄熱運転では、加熱機との間で循環させる熱媒を、相変化温度が高い潜熱蓄熱剤を備える高温側の蓄熱槽から各蓄熱槽に対し順次に通過させ、一方、放熱運転では、負荷熱交換器との間で循環させる熱媒を、相変化温度が低い潜熱蓄熱剤を備える低温側の蓄熱槽から各蓄熱槽に対し順次に通過させるシステム構成にしてもよい。
【００４７】
前述の各実施形態では、潜熱蓄熱剤の固相と液相との間での相変化により潜熱蓄熱する形態を示したが、場合によっては、潜熱蓄熱剤の液相と気相との間での相変化により潜熱蓄熱する形態や、潜熱蓄熱剤の固相と気相との間での相変化により潜熱蓄熱する形態を採用してもよい。
【００４８】
熱媒は水に限定されるものではなく、各種ブラインを初め種々の流体を採用できる。
【００４９】
蓄熱冷熱や蓄熱温熱の消費用途は、冷房や暖房などの空調に限定されるものではなく、どのような用途であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態を示すシステム構成図
【図２】第２実施形態を示すシステム構成図
【図３】その他の実施形態を示すシステム構成図
【図４】その他の実施形態を示すシステム構成図
【図５】従来例を示すシステム構成図
【符号の説明】
１負荷熱交換器
２冷凍機
３低温蓄熱槽
４高温蓄熱槽
Ｘ低温潜熱蓄熱剤
Ｙ高温潜熱蓄熱剤
２１負荷熱交換器
２２加熱機
２３高温蓄熱槽
２４低温蓄熱槽
Ｘ’ 高温潜熱蓄熱剤
Ｙ’ 低温潜熱蓄熱剤

Claims

潜熱蓄熱剤を装備した蓄熱槽と冷凍機との間で熱媒を循環させて前記冷凍機の発生冷熱を前記蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転と、
前記蓄熱槽と負荷熱交換器との間で熱媒を循環させて前記蓄熱槽における蓄熱冷熱を前記負荷熱交換器で消費する放熱運転とを行う潜熱蓄熱式の熱源システムであって、
前記蓄熱槽として、相変化温度の低い低温潜熱蓄熱剤を装備した低温蓄熱槽と、その低温潜熱蓄熱剤よりも相変化温度の高い高温潜熱蓄熱剤を装備した高温蓄熱槽とを設け、
前記蓄熱運転では、前記冷凍機との間で循環させる熱媒を前記低温蓄熱槽から前記高温蓄熱槽の順に通過させ、
前記放熱運転では、前記負荷熱交換器との間で循環させる熱媒を前記高温蓄熱槽から前記低温蓄熱槽の順に通過させる構成にし、
前記低温蓄熱槽と前記高温蓄熱槽とを、前記蓄熱運転において前記高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了するよりも先に、前記低温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了する蓄熱特性関係にするとともに、
前記蓄熱運転において前記高温蓄熱槽への冷熱の潜熱蓄熱が完了したとき、その蓄熱完了の検出に基づいて前記冷凍機と前記蓄熱槽との間での熱媒循環及び前記冷凍機の運転を自動停止する構成にしてある潜熱蓄熱式の熱源システム。
潜熱蓄熱剤を装備した蓄熱槽と加熱機との間で熱媒を循環させて前記加熱機の発生温熱を前記蓄熱槽に蓄熱する蓄熱運転と、
前記蓄熱槽と負荷熱交換器との間で熱媒を循環させて前記蓄熱槽における蓄熱温熱を前記負荷熱交換器で消費する放熱運転とを行う潜熱蓄熱式の熱源システムであって、
前記蓄熱槽として、相変化温度の高い高温潜熱蓄熱剤を装備した高温蓄熱槽と、その高温潜熱蓄熱剤よりも相変化温度の低い低温潜熱蓄熱剤を装備した低温蓄熱槽とを設け、
前記蓄熱運転では、前記加熱機との間で循環させる熱媒を前記高温蓄熱槽から前記低温蓄熱槽の順に通過させ、
前記放熱運転では、前記負荷熱交換器との間で循環させる熱媒を前記低温蓄熱槽から前記高温蓄熱槽の順に通過させる構成にし、
前記高温蓄熱槽と前記低温蓄熱槽とを、前記蓄熱運転において前記低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了するよりも先に、前記高温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了する蓄熱特性関係にするとともに、
前記蓄熱運転において前記低温蓄熱槽への温熱の潜熱蓄熱が完了したとき、その蓄熱完了の検出に基づいて前記加熱機と前記蓄熱槽との間での熱媒循環及び前記加熱機の運転を自動停止する構成にしてある潜熱蓄熱式の熱源システム。