JPH0522837B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、潜熱蓄冷槽としても又潜熱蓄熱槽と
して機能し得る熱エネルギー貯溜槽を用い、特に
夜間電力を利用して得られた蓄冷熱源を前記槽内
に蓄積し、該蓄冷熱源を昼間の冷暖房運転の熱エ
ネルギーとして利用する冷暖房システムに関す
る。

「従来の技術」 夏期の冷房において夜間電力を使用することは
電力負荷平準化に役立つものとして特に奨励され
ており、従来より安価な深夜電力を利用して冷凍
機を運転して、昼間の冷房分を氷の潜熱でアイス
バンク等の蓄冷槽に蓄冷し、昼間冷房運転時は主
として前記氷潜熱を用いて冷房運転を行い、一方
冬期暖房時には前記冷房機はヒートポンプとして
稼動させて夜間電力で温水を作り、これを地下に
据え付けた大きな蓄熱槽に蓄熱し、該蓄熱槽内の
熱エネルギーを利用して昼間の暖房運転を行う、
いわゆる深夜電力利用型の冷暖房システムは公知
である。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながらこの種の冷暖房システムにおいて
は、夏期冷房における蓄冷槽と異なり、冬期暖房
の為に使用する蓄熱槽は顕熱利用である為に、蓄
冷槽より相当大なる容積を必要とし、強度上及び
保温の面より機械設備と隔離して地下設置となる
為に、地下タンクを設ける為の建築コストが大に
なるのみならず、圧縮機その他の機械設備とを接
続する為の配管工事費が余分にかかる。

又ビル冷暖房では前記機械設備を一般に屋上に
配置するのが常であるが、前記のような構成を取
ると、揚水の為のポンプ動力が余計にかかり、運
転コストも大になる。

一方前記夏期冷房に使用するアイスバンク等の
蓄冷槽を冬期における蓄熱槽としての兼用利用が
出来れば前記欠点は解消されるが、蓄冷槽はその
融点温度が０℃であり、前記冬期暖房に温水蓄熱
として利用する温度域（35〜55℃）が異なり、熱
量が不足する為に兼用が不可能であり、どうして
も35〜55℃の温水蓄熱が可能な蓄熱槽を０℃の温
度域の蓄冷が可能な蓄冷槽とを夫々別個に設ける
必要があり、前述した通り建設コストと共に、設
置スペースが大になり易い。

従つて夜間電力により蓄積した蓄冷熱源を、昼
間の冷暖房運転の熱エネルギーとして利用するこ
とは、冷暖房コストの面からも又、電力利用の平
準化の面からも有利であり、社会的要請に適つて
いるにも拘らず、前記冷暖房システムの採用が
中々困難であつた。

本発明は従来技術のかかる欠点を解消し、冷房
時と暖房時の何れも単一の熱エネルギー貯溜槽を
利用して潜熱蓄熱が可能となるとともに、特に冬
期暖房時に前記潜熱蓄熱を利用して時間差を有す
る二段圧縮運転が可能とならしめこれにより、動
力コストの大幅低減を図ることが出来る冷暖房シ
ステムを提供する事を目的とする。

「問題点を解決しようとする手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、 夜間電力を利用して得られた蓄冷熱源を熱エネ
ルギー貯溜槽内に蓄積し、該蓄冷熱源を昼間の冷
暖房運転の熱エネルギーとして利用する冷暖房シ
ステムにおいて 冷媒循環系が連通された熱交換手段と、該熱
交換手段と接触させる事により略０℃前後の融
点を有する潜熱蓄冷体として槽内部に貯溜可能
な液体と、槽内部に充填され、20〜30℃前後の
融点を有する潜熱蓄熱剤を封入したカプセル部
材と、を収納した熱エネルギー貯溜槽を設けた
点、 尚、好ましくは前記カプセル部材に封入した
潜熱蓄熱剤を20〜30℃の範囲で複数段階の融解
潜熱を有するように設定するのがよい。

尚、前記潜熱蓄熱剤と熱交換手段との伝熱媒
体としては該熱交換手段と接触する液体が用い
られる。この場合前記液体はスプレー方式、流
下方式、浸漬方式のいずれを採用してもよい。

又、前記蓄熱剤を封入する部材は球形又は円
筒形その他の形状の樹脂系又は熱伝導性の良い
金属で成形されたカプセルで形成するのが好ま
しい。

前記熱交換手段を冷媒循環系の蒸発器若しく
は凝縮器として機能させるヒートポンプサイク
ルを設けた点、 前記貯溜槽内に貯溜可能な液体を夏期冷房用
の潜熱蓄冷材として、カプセル部材に封入した
潜熱蓄熱剤を冬期暖房用の潜熱蓄熱材として機
能させた点 少なくとも冬期暖房時、ヒートポンプの夜間
運転により前記カプセル部材に、略20〜30℃前
後の潜熱蓄熱を行ない、 昼間運転時に、前記夜間運転により蓄熱され
た20〜30℃前後の顕熱を含む潜熱エネルギーを
熱源とし、前記液体を循環させながらヒートポ
ンプ運転を行ない、該液体を50℃前後まで加温
して暖房に供する点 を特徴とする冷暖房システムを提案する。

「作用」 かかる技術手段によれば、冷房運転時は夜間に
冷媒側で冷凍サイクルを構成し、前記熱エネルギ
ー槽に前記液体の０℃前後の氷潜熱を蓄冷する。

この場合、夜間の外気温度は昼間の外気温度よ
り低い為に、昼間冷房に比して低い圧縮比で足り
而も安い深夜電力を使用する為、前記蓄冷の為の
電力コストは低くて済む。

そして昼間の冷房運転時には、圧縮機を停止さ
せて循環ポンプにより負荷側で冷房に使われた清
水を循環させ、貯溜槽５上部よりスプレーする事
により、液体の潜熱と冷水及びカプセル部材の顕
熱の夜間貯えられた蓄冷剤により繰り返し冷却さ
れ、所定の冷房運転がなされる。

一方、冷房時は、前記潜熱蓄熱剤を、10〜30℃
の略常温付近の融点を有する潜熱蓄熱剤で構成す
る事により、該温度は二段圧縮機の中間温度にな
る為に、深夜電力を利用して前記潜熱蓄熱剤を融
解して潜熱蓄熱を行つた後、該潜熱蓄熱を利用し
て昼間暖房を行う事により、冬期暖房時に時間差
を有する二段圧縮運転が可能となり、動力コスト
の低減を図ることが出来る。

この場合に、前記潜熱蓄熱剤と触媒の量を適宜
増減し、融点が19〜20℃、23〜24℃、27〜28℃の
２又は３段階の融解潜熱を有するように構成する
ことにより、冬期暖房時に蓄熱の為に行う夜間運
転時の圧縮運転が圧縮初期には19〜20℃、次に23
〜24℃、最後に27〜28℃と順次圧縮負荷を引き上
げて運転することができ、温度巾を大にとれ、圧
縮比の低い処から蓄熱ができ、なだらかな圧縮運
転となる為に、ヒートポンプの圧縮効率と耐久性
が向上する。

尚、前記異なる融点を有する潜熱蓄熱剤を封入
したカプセル毎に着色識別させれば保守及び交換
が容易になる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を
例示的に詳しく説明する。ただしこの実施例に記
載されている構成部品の寸法、材質、形状、その
相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、
この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではな
く、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の実施例に係る熱エネルギー貯
溜槽５で、該槽５内には蒸発器として又凝縮器と
しても機能するコイル管７がヘアピン状に配置さ
れると共に、槽５上部にスプレー部２５を配置し
て構成される。

又槽５内には略直径30〜80mmの球状ボール２９
が充填されており、該ボール２９内には融点が20
〜22℃、融解潜熱が35〜37Kcal／cm²有する
CaCl₂6H₂Oが封入されている。

尚、前記CaCl₂6H₂Oは単一で用いてもよく、
又触媒を混入して融点が19〜20℃、23〜24℃、27
〜27℃になるように形成し、かかる潜熱剤を充填
した球状ボール２９を順次積層して三段に分けて
配置してもよい。この場合は前記スプレー部２５
より清水を噴霧し、コイル管７の外面に結氷を作
るよう構成する。（第１実施例） 又、前記球状ボール２９内に、清水を封入した
ものと、CaCl₂6H₂Oの潜熱剤を封入したものを
夫々上層部と下層部とに半々に分けて充填させて
構成してもよく、この場合は前記スプレー部２５
より不凍液を噴霧するよう構成する。そして清水
を封入した球状ボール２９と、CaCl₂6H₂Oの潜
熱剤を封入した球状ボール２９は夫々分けし、交
換が容易なように構成する。（第２実施例） 第２図はかかる実施例に適用される冷暖房シス
テムを示す。

先ず清水又はブラインの循環経路について説明
するに、２１は清水又は不凍液からなるブライン
を循環させる循環ポンプ、４は熱交換器を内蔵す
るチラー４で、負荷と接続された配管２０、三方
切換弁２７、戻り管２３を経て、チラー４により
一次冷却された後、三方切換弁２８、配管２４を
経て熱エネルギー貯溜槽５に戻り、夏期冷房時及
び冬期暖房時における夜間運転時（低段側圧縮運
転）の循環経路を構成する。

一方、冬期暖房時における昼間運転時（高段側
圧縮運転）においてはポンプ２２とバイパス管２
６により熱エネルギー貯溜槽５を通る循環経路と
チラー４を通る循環経路とを夫々個別に形成し、
熱エネルギー貯溜槽５側ではコイル管７を蒸発器
として、又チラー４側では凝縮器として夫々機能
させる。

尚、５０はソーラ温水器で、循環ポンプ２１の
出口側の配管２０を分岐させてスプレー部２５と
接続し、冬期の清水又はブライン加温時、圧縮機
１と共に清水又は該ブラインをソーラ温水器５０
にて加温させ、圧縮機１の負荷軽減と電力コスト
の低減を図る。

次に冷媒循環系を説明するに、１は回転圧縮
機、２は内部に熱交換器３が内蔵された外気熱源
式凝縮器兼蒸発器で、四方切換弁１７、三方切換
弁１８、１９及び膨張弁８，８−１，８−２を介
して、前記熱エネルギー貯溜槽５ののコイル管７
及びチラー４内熱交換器６と配管９〜１６を介し
て接続され、前記四方切換弁１７と三方切換弁１
８，１９を適宜切り替えることにより後記する所
定の冷媒循環経路を構成する。

かかる構成に基づく作用を夏期冷房時と冬期暖
房時に分けて説明する。

Ａ） 夏期冷房時 Ａ−１） 夜間の熱エネルギー蓄熱 先ず熱エネルギー貯溜槽５の清水又はブライン
循環経路を、ポンプ２１、バイパス管２２により
バイパスさせると共に、冷媒側で冷凍サイクルを
構成し、前記熱エネルギー貯溜槽５に氷潜熱を蓄
冷する。

即ち第１実施例において、バイパス管２２によ
り負荷側を通らない閉回路を循環する清水は先ず
チラー４内の熱交換器６（蒸発器）で０℃以上の
一次チラー温度で冷却され、配管２４を通つて熱
エネルギー貯溜槽５内のスプレー部２５よりの散
水はコイル管７を（蒸発器）浸漬やどぶ漬けによ
り二次冷却し、凍結点以下の温度でコイル管７外
面に結氷する。この場合においてカプセル内蓄熱
剤のCaCl₂6H₂Oは固化状態にあり、顕熱として
０℃以下に保冷されることとなる。

一方コイル管７内の奪熱された冷媒は、配管１
４より三方切換弁１８、四方切換弁１７、三方切
換弁１９、を経て圧縮機１により圧縮された後、
外気熱源式凝縮器兼蒸発器２の熱交換器３内に入
り、ここで凝縮された後、膨張弁８，８−２を介
して熱エネルギー貯溜槽５内のコイル管７とチラ
ー４内の熱交換器６で蒸発気化し、前記清水を冷
却する。以下これを繰り返して氷潜熱の蓄冷と球
状ボール２９の顕熱蓄冷を行う。

尚、夜間の外気温度は昼間の外気温度より低い
為に、昼間冷房に比して低い圧縮比で足り而も安
い深夜電力を使用する為、前記蓄冷の為の電力コ
ストは低くて済む。

又、第２実施例の場合はスプレー部２５より噴
霧される不凍液自体ではなく球状ボール２９内に
封入された清水が氷潜熱として蓄冷されることと
なる。

Ａ−２） 昼間の冷房運転 昼間は三方切換弁２７を負荷側に切り替え、循
環ポンプ２１により熱エネルギー貯溜槽５−負荷
−チラー４間を清水又はブラインが循環するよう
構成し、昼間圧縮機１を停止させる。

そして循環ポンプ２１を運転することにより、
負荷側で冷房に使われた清水は、戻り管２３より
チラー４を経て、又、蓄冷槽槽５上部よりスプレ
ーされ、氷の潜熱と冷水及び球状ボール２９の顕
熱の夜間貯えられた蓄冷剤により繰り返し冷却さ
れ、所定の冷房運転がなされる。

この場合は圧縮機１の昼間運転停止により、電
力コストの低減に加えて夏期の冷房ピークカツト
による電力平準化に役立つ。

又前記圧縮機１は停止せずにチラー４の熱交換
器６のみの冷房運転を行つてもよい。

即ち、前記熱エネルギー貯溜槽５内で冷却され
た清水又はブラインは負荷側で冷房を行つた後、
チラー４により一次冷却された後、三方切換弁２
８、配管２４を経て熱エネルギー貯溜槽５に戻
り、コイル管７に結氷した氷潜熱により二次冷却
され、以下これを繰り返して冷房運転を行うもの
である。

従つてかかる場合においても昼間冷房において
は前記熱エネルギー貯溜槽５内に結氷した清水
（コイル管７表面又は球状ボール２９内）、の氷潜
熱を利用して二次冷却を行う為に、圧縮機１側の
冷凍サイクルはチラー４のみの冷却が足り、而も
該チラー４は０℃以上の一次冷却を行う為に、低
い圧縮比で足り、電力コストの大幅低減が可能で
ある。

Ｂ） 冬期暖房時 Ｂ−１） 夜間の熱エネルギー蓄熱 一方、冬期暖房加熱運転はヒートポンプ運転に
より圧縮機１が夜間運転され、外気熱源により蒸
発器兼凝縮器２の熱交換器３（蒸発器）により吸
熱された冷媒は圧縮機１により圧縮された後、四
方切換弁１７の点線を経て配管１４，１５よりコ
イル管７及び熱交換器６に導入され、配管２０〜
２４内を循環する清水又は不凍液により凝縮熱を
放出する。

そして前記凝縮熱により加温された清水又は不
凍液がスプレー部２５より噴霧されることによ
り、球状ボール２９体に封入されている
CaCl₂6H₂Oに、二段圧縮におけるの低段圧縮側
の凝縮温度即ち中間温度で前記20〜30℃前後の潜
熱と顕熱を含む常温域に熱エネルギーが蓄熱され
る。

Ｂ−２） 昼間の暖房運転 昼間は三方切換弁２７を負荷側に切り替え、熱
エネルギー貯溜槽５のコイル管７を蒸発器とし
て、又チラー４側の熱交換器６を凝縮器として使
用すると共に、三方切換弁２８を切り替え、ポン
プ２１とバイパス管２６により熱エネルギー貯溜
槽５を通る循環経路とチラー４を通る循環経路と
を夫々個別に形成する。

そして前記構成により、前記夜間運転により蓄
熱された20〜30℃前後の潜熱と顕熱を含む熱エネ
ルギーを熱源とし、チラー４側の暖房負荷と循環
する循環経路内の清水又は不凍液を、暖房に必要
な50℃前後まで加温するヒートポンプサイクルが
構成され、低い圧力比による圧縮運転で暖房運転
が可能となり、従つて電力コストの安い深夜電力
を効率的に利用した時間差を有する二段圧縮運転
となり、昼間の電力消費量を大幅に低減し、電力
平滑化を可能ならしめると共に、全体としても電
力コストが少なくて済む。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、深夜電力利用
の冷暖房システムに利用することにより、本発明
によれば、冬期暖房時、及び夏期冷房時のいずれ
も潜熱を利用して蓄冷と潜熱が可能である為に、
特に冬期暖房時の蓄熱槽を従来技術に比して大幅
に小形化が可能となり、この結果、一体化した前
記熱エネルギー貯溜槽を前記圧縮機等の機械設備
と共に、ビルの屋上等に設置しても建築強度上何
等問題とならず、建設費の大幅低減、揚水を行う
ポンプ動力の不要化、配管の簡略化等が達成出
来、運転コスト及び保守コストも大幅に低減が可
能である。

特に冬期暖房時に前記潜熱蓄熱を利用して時間
差を有する二段圧縮運転が可能とならしめこれに
より、動力コストの大幅低減を図ることが出来
る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る熱エネルギー貯
溜槽の概略断面図、第２図はかかる熱エネルギー
貯溜槽を利用した冷暖房システムの概略説明図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 夜間電力を利用して得られた蓄冷熱源を熱エ
   ネルギー貯溜槽内に蓄積し、該蓄冷熱源を昼間の
   冷暖房運転の熱エネルギーとして利用する冷暖房
   システムにおいて 冷媒循環系が連通された熱交換手段と、該熱交
   換手段と接触させる事により略０℃前後の融点を
   有する潜熱蓄冷体として槽内部に貯溜可能な液体
   と、槽内部に充填され、20〜30℃前後の融点を有
   する潜熱蓄熱剤を封入したカプセル部材と、を収
   納した熱エネルギー貯溜槽と、 前記熱交換手段を冷媒循環系の蒸発器若しくは
   凝縮器として機能させるヒートポンプサイクルと
   を有し、 前記貯溜槽内に貯溜可能な液体を夏期冷房用の
   潜熱蓄冷材として、カプセル部材に封入した潜熱
   蓄熱剤を冬期暖房用の潜熱蓄熱材として機能させ
   るとともに、 少なくとも冬期暖房時、ヒートポンプの夜間運
   転により前記カプセル部材に、略20〜30℃前後の
   潜熱蓄熱を行ない、一方昼間運転時に、前記夜間
   運転により蓄熱された20〜30℃前後の顕熱を含む
   潜熱エネルギーを熱源とし、前記液体を循環させ
   ながらヒートポンプ運転を行ない、該液体を50℃
   前後まで加温して暖房に供する事を特徴とする冷
   暖房システム。 ２ 前記カプセル部材に封入した潜熱蓄熱剤を20
   〜30℃の範囲で複数段階の融解潜熱を有するよう
   に設定した請求項１記載の冷暖房システム。