(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒液が貯留された蓄熱槽と、
前記蓄熱槽から取り出された前記熱媒液を冷却する冷凍機と、
前記冷凍機で冷却された熱媒液によって蓄冷される蓄冷材と、
前記蓄熱槽を、前記蓄冷材が配置される第１区域と前記蓄冷材が配置されない第２区域とに区画する区画壁と、
前記冷凍機で冷却された熱媒液を前記第１区域または前記第２区域に供給する供給部と、を備え、
前記区画壁の上端は、
前記蓄冷材よりも上側であって前記熱媒液の液面よりも下側の位置に設けられ、
前記蓄熱槽は、
前記熱媒液の取出口を、前記第１区域における前記蓄冷材よりも上側であって前記区画壁の上端よりも下側の位置に有し、
前記供給部は、
前記蓄熱槽から取り出された熱媒液の温度に応じて、前記第１区域に供給する熱媒液の量と前記第２区域に供給する熱媒液の量を調整する
ことを特徴とする潜熱蓄冷システム。
【請求項２】
前記供給部は、
前記蓄熱槽から取り出された熱媒液の温度を検出する温度センサと、
前記第１区域へ供給する熱媒液の量と前記第２区域へ供給する熱媒液の量とを弁開度に応じて調整する弁と、
前記温度センサで検出された温度に応じて前記弁の弁開度を定める制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の潜熱蓄冷システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記冷凍機での目標冷却温度と前記温度センサの検出温度との温度差が判断基準値以上の場合に、前記第１区域へ熱媒液の全量が供給されるように前記弁の弁開度を定め、
前記温度差が前記判断基準値未満の場合に、前記第２区域へ一部の熱媒液が供給されるように前記弁の弁開度を定める
ことを特徴とする請求項２に記載の潜熱蓄冷システム。
【請求項４】
前記制御部は、
前記蓄冷材を冷却した後の熱媒液温度が低くなる程、前記第２区域へ供給される熱媒液の量が増えるように前記弁の弁開度を定める
ことを特徴とする請求項３に記載の潜熱蓄冷システム。
【請求項５】
前記蓄熱槽は、
前記第１区域に前記熱媒液を供給する第１供給口を、前記第１区域における前記蓄冷材よりも下側に有するとともに、前記第２区域に前記熱媒液を供給する第２供給口を、前記第２区域の槽底面付近に有する
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の潜熱蓄冷システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱槽内に配置された蓄冷材を用いる潜熱蓄冷システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄冷材を冷却して蓄冷する潜熱蓄冷システムが知られている。例えば、特許文献１には、槽一端部に熱媒液の取出口を設け、槽他端部に熱媒液の戻し口を設け、槽一端部と槽他端部の途中に熱媒液の中間取出口を設けて蓄熱する潜熱蓄熱システムが記載されている。この潜熱蓄熱システムでは、熱媒液の戻し口と中間取出口との後に蓄熱材が配置されている。そして、冷熱蓄熱運転においては中間取出口における熱媒液の温度が設定温度以上の間は熱媒液を中間取出口から取り出し、設定温度よりも低くなった後は熱媒液を槽一端部の取出口から取り出し、熱源装置で冷却後に戻し口に戻している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の潜熱蓄熱システムでは、中間取出口から取り出されなかった熱媒液が下流側に流れるので、中間取出口よりも下流側において熱媒液の温度が低くなる。このため、槽一端部の取出口から取り出された熱媒液の温度がその分だけ早めに下がり、熱媒液の目標冷却温度との差が小さくなってしまうため、冷凍機の成績係数が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄冷運転における冷凍機の成績係数の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の潜熱蓄冷システムは、熱媒液が貯留された蓄熱槽と、前記蓄熱槽から取り出された前記熱媒液を冷却する冷凍機と、前記冷凍機で冷却された熱媒液によって蓄冷される蓄冷材と、前記蓄熱槽を、前記蓄冷材が配置される第１区域と前記蓄冷材が配置されない第２区域とに区画する区画壁と、前記冷凍機で冷却された熱媒液を前記第１区域または前記第２区域に供給する供給部とを備え、前記区画壁の上端は、前記蓄冷材よりも上側であって前記熱媒液の液面よりも下側の位置に設けられ、前記蓄熱槽は、前記熱媒液の取出口を、前記第１区域における前記蓄冷材よりも上側であって前記区画壁の上端よりも下側の位置に有し、前記供給部は、前記蓄熱槽から取り出された熱媒液の温度に応じて、前記第１区域に供給する熱媒液の量と前記第２区域に供給する熱媒液の量を調整することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、蓄冷運転においては供給部が第２区域へ熱媒液の一部を供給すると、第２区域に貯留された熱媒液が区画壁を越えて第１区域に流入する。これにより、第１区域の上部において、第１区域内の蓄冷材で冷却された熱媒液と第２区域から流入した冷却されていない熱媒液とが混ざる。その結果、蓄冷材を通過した後の熱媒液よりも高い温度の熱媒液を冷凍機に送ることができ、冷凍機の成績係数の低下を抑制できる。
【０００８】
かかる潜熱蓄冷システムにおいて、前記供給部が、前記蓄熱槽から取り出された熱媒液の温度を検出する温度センサと、前記第１区域へ供給する熱媒液の量と前記第２区域へ供給する熱媒液の量とを弁開度に応じて調整する弁と、前記温度センサで検出された温度に応じて前記弁の弁開度を定める制御部とを備えている場合には、蓄熱槽から取り出される熱媒液の温度を容易に調整できる。
【０００９】
かかる潜熱蓄冷システムにおいて、前記制御部が、前記冷凍機での目標冷却温度と前記温度センサの検出温度との温度差が判断基準値以上の場合に、前記第１区域へ熱媒液の全量が供給されるように前記弁の弁開度を定め、前記温度差が前記判断基準値未満の場合に、前記第２区域へ一部の熱媒液が供給されるように前記弁の弁開度を定めるように構成されている場合には、第１区域の熱媒液が目標冷却温度付近まで冷却されても、冷凍機の成績係数の低下を抑制できる。
【００１０】
かかる潜熱蓄冷システムにおいて、前記制御部が、前記蓄冷材を冷却した後の熱媒液温度が低くなる程、前記第２区域へ供給される熱媒液の量が増えるように前記弁の弁開度を定めるように構成されている場合には、冷凍機の成績係数の低下をより確実に抑制できる。
【００１１】
かかる潜熱蓄冷システムにおいて、前記蓄熱槽が、前記第１区域に前記熱媒液を供給する第１供給口を、前記第１区域における前記蓄冷材よりも下側に有するとともに、前記第２区域に前記熱媒液を供給する第２供給口を、前記第２区域の槽底面付近に有する場合には、冷却された熱媒液が第１区域または第２区域の下側から満たされていくので、温度の高い熱媒液を第１区域または第２区域から多く取り出すことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓄冷運転における冷凍機の成績係数の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】潜熱蓄冷システムの構成を説明する図である。
【図２】水槽の内部構成を説明する斜視図である。
【図３】水槽の内部構成を説明する断面図である。
【図４】水槽の平面図である。
【図５】（ａ）は蓄冷材の正面図である。（ｂ）は蓄冷材モジュールを説明する斜視図である。
【図６】蓄冷運転における水の流れを説明する図であって、水槽から取り出された水の温度と目標冷却温度との差が判断基準値よりも大きい場合の流れを説明する図である。
【図７】蓄冷運転における水の流れを説明する図であって、水槽から取り出された水の温度と目標冷却温度との差が判断基準値以下の場合の流れを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の潜熱蓄冷システムは、水槽１と、冷凍機２と、温度センサ３と、弁４と、ポンプ５と、制御部６とを有する。
【００１６】
水槽１は、熱媒液としての水を貯留する部分であり、蓄熱槽に相当する。この水槽１には、蓄冷材２１（図５を参照）を内包する蓄冷材ユニット２３が複数配置されており、蓄冷材２１を凍らせることで蓄冷を行う。この水槽１は、蓄冷材ユニット２３が配置される第１区域１１と蓄冷材ユニット２３が配置されない第２区域１２とに分割されている。そして、第１区域１１の上部には上部流出入口１３が設けられ、第１区域１１の下部には第１下部流出入口１４が設けられ、第２区域１２の下部には第２下部流出入口１５が設けられている。これらの流出入口１３〜１５は、蓄冷運転や放冷運転において、水槽１から水を取り出す取出口となったり、水槽１内に水を供給する供給口となったりする。なお、水槽１については後で詳しく説明する。
【００１７】
冷凍機２は、蓄冷運転において水槽１から取り出された水を目標冷却温度まで冷却する装置であり、冷却された水は水槽１へ戻される。水槽１から取り出され冷凍機２に入る水の温度が目標冷却温度に近すぎて温度差が小さいと、冷凍機２が部分負荷運転となり、その成績係数が低下する。
【００１８】
温度センサ３は、蓄冷運転にあっては水槽１から冷凍機２に送られる水の温度を検出する。本実施形態の温度センサ３は、上部流出入口１３とつながる上部配管７ａに設けられている。そして、温度センサ３による検出信号は制御部６に出力される。なお、温度センサ３は、弁４及び制御部６とともに、冷凍機２で冷却された水を水槽１（第１区域１１、第２区域１２）に供給する供給部として機能する。
【００１９】
弁４は、下部配管７ｂを通じて冷凍機２と接続され、第１個別配管７ｃを通じて第１下部流出入口１４と接続され、第２個別配管７ｄを通じて第２下部流出入口１５と接続されている。この弁４は、冷凍機２から送出される水を第１下部流出入口１４または第２下部流出入口１５へ流すための弁装置であり、制御部６によって動作が制御される。
【００２０】
ポンプ５は、水槽１から取り出した水を冷凍機２へ送る。このポンプ５も制御部６によって動作が制御される。
【００２１】
制御部６は、冷凍機２、ポンプ５及び弁４の制御を行う部分であり、リレー等によって構成されたり、ＣＰＵやメモリを含んで構成されたりする。本実施形態の制御部６は、蓄冷運転において、温度センサ３による検出温度に応じて弁４における弁開度を定める。すなわち、冷凍機２から送出される水に関し、水槽１の第１区域１１へ供給する量と第２区域１２へ供給する量の比率を定める。
【００２２】
次に、上記の水槽１について詳しく説明する。
【００２３】
図２〜図４に示すように、水槽１は周囲から区画され、その内部は直方体状の空間になっている。本実施形態では幅Ｗが５ｍ、長さＬが７ｍ、高さＨが３ｍの大きさとされる。水槽１内には区画壁１６が設けられている。この区画壁１６は、水槽１内を第１区域１１と第２区域１２とに区画する部材であり、非透水性の板状部材によって構成される。この区画壁１６は、水槽１の底面から立ち上げられる。また、区画壁１６の高さは、熱媒液の液面よりは低く、上部流出入口１３よりは高い位置になるように定められている。この構成により、区画壁１６の上側部分（上部流出入口１３の上端よりも上の部分）を越えて第１区域１１と第２区域１２との間で水が流れる。
【００２４】
第１区域１１の下側であって水槽１の底面よりも少し高い位置（詳しくは第１下部流出入口１４の上端よりも若干高い位置）には、架台１７が配置される。この架台１７は、蓄冷材ユニット２３が載置される部材であり、蓄冷材ユニット２３よりも下側に流水用のスペースを形成する。この架台１７は、例えば複数本の部材を縦横方向に隙間を空けて組んだ井桁状に構成される。
【００２５】
上部流出入口１３は、第１区域１１内に、その下端が蓄冷材ユニット２３の上端よりも上側となる位置に設けられている。第１下部流出入口１４は、第１区域１１内の蓄冷材ユニット２３よりも下の位置に設けられている。第２下部流出入口１５は、図３に示すように、第２区域１２内の水槽底面付近に設けられている。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、蓄冷材２１は、パラフィン系ゲルを縦長の袋体に充填したものであり、１６℃まで冷却されるとゲル状から固体状へと相変化が生じる。すなわち、１６℃以下の温度で蓄冷材２１は凝固状態になる。そして、温度が１６℃を越えると、凝固状態の蓄冷材２１から放冷が生じてゲル状に戻る。図５（ｂ）に示すように、蓄冷材ユニット２３は、通水用の開口部が天井部及び底部に設けられた箱２２に、複数の蓄冷材２１を立てた状態で詰め込んだものである。この蓄冷材ユニット２３では、箱２２の内部において蓄冷材２１同士の間に縦方向の空間が形成されている。このため、上下方向の通水性を確保しつつ蓄冷材２１の周囲を流れる水との間で熱交換を行える。
【００２７】
次に、潜熱蓄冷システムの蓄冷運転における動作について説明する。
【００２８】
蓄冷運転において制御部６は温度センサ３からの検出信号を取得し、上部流出入口１３から流れる水の温度を認識する。なお、この段階での水温は、目標冷却温度である１３℃よりも十分（例えば６℃）高い温度であるとする。すなわち、水温と目標冷却温度との温度差が判断基準値以上であるとする。
【００２９】
この場合、図６に示すように、制御部６は、第１下部流出入口１４側へ全量が流れるように弁４の弁開度を定める。すなわち、第１下部流出入口１４側の弁については十分に開く一方、第２下部流出入口１５側の弁を全閉にする。これにより、冷凍機２で冷却された水の全てが第１下部流出入口１４（第１供給口）を通じて第１区域１１に流れ込み、蓄冷材２１の冷却に用いられる。なお、第２区域１２には冷凍機２からの水は流れ込まないので、冷凍機２から供給された水を蓄冷材２１の冷却に無駄なく使用できる。
【００３０】
その後、蓄冷材２１が冷却されて第１区域１１内の水温が下がり、水温と目標冷却温度との温度差が判断基準値未満になると、制御部６は、第２区域１２へ一部の水が供給されるように弁４の弁開度を定める。すなわち、第１下部流出入口１４側の弁を少し絞り、第２下部流出入口１５側の弁を全閉から少し開く。これにより、図７に示すように、第２下部流出入口１５（第２供給口）を通じて第２区域１２にも水が流れ込むので、第２区域１２から区画壁１６を越えて第１区域１１へ水が流れ込む。このときに流れ込む水は、第２区域１２に貯留された水であり、蓄冷材２１を通過した水よりも十分高い温度である。このため、第１区域１１の上部で蓄冷材２１を通過した水と混ざることで、水温を上昇させることができる。そして、冷凍機２に送られる水の温度と目標冷却温度との間に十分な温度差を確保することができ、冷凍機２の成績係数の低下を抑制することができる。
【００３１】
そして、このシステムでは、冷凍機２で冷却された水が第１区域１１または第２区域１２の下側から満たされるので、温度の高い水を第１区域１１または第２区域１２から多く取り出すことができる。また、蓄冷材ユニット２３の上面よりも上方から第２区域１２からの水を流入させ、上部流出入口１３を蓄冷材ユニット２３の上面よりも上方に設けているので、混ざった水は下方に行き難い。このため、混ざった水によって蓄冷材２１が暖められてしまう不具合を抑制できる。
【００３２】
その後、制御部６は、温度センサ３からの検出信号の監視を継続し、上部流出入口１３からの水の温度が下がる都度、第２区域１２への水の流入量が増えるように弁４の弁開度を定める。すなわち、第１区域１１側への流入量を定める弁の弁開度を少なくし、第２区域１２側への流入量を定める弁の弁開度を大きくする。このように、蓄冷材２１を通過した水の温度が低くなる程、第２区域１２への水の流入量を増やしているので、第１区域１１の水が目標冷却温度付近まで冷却されても、冷凍機の成績係数の低下を抑制できる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の潜熱蓄冷システムでは、蓄冷運転において、第１区域１１から取り出された水の温度が目標冷却温度に近付くと、冷凍機２からの水の一部が第２区域１２へ供給される。これにより、第２区域１２に貯留された十分高い温度の水が第１区域１１の上部に流れ込み、冷凍機２へ送られる水の温度と目標冷却温度との間に十分な温度差を確保でき、冷凍機２の成績係数の低下を抑制できる。
【００３４】
ところで、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００３５】
例えば、本実施形態では、区画壁１６を用いて水槽１内を第１区域１１と第２区域１２とに区画していたが、この構成に限定されない。例えば、複数の区画壁１６によって、第１区域１１を水槽１内に分散配置してもよい。要するに、水槽１内が蓄冷材２１が配置される区域と配置されない区域とに区画されていればよい。
【００３６】
区画壁１６に関し、非透水性であればどのような材質のものであってもよい。そして、区画壁１６として断熱性を有する部材を用いると、第１区域１１と第２区域１２との間での熱交換を抑制でき、水温の調節が容易になる。
【００３７】
上部流出入口１３や第１下部流出入口１４を設ける位置は、上部流出入口１３が蓄冷材２１よりも上側に位置し、第１下部流出入口１４が蓄冷材２１よりも下側に位置していれば、適宜に定めることができる。
【００３８】
弁４に関し、三方弁で構成してもよいし、二方弁を用いてもよい。要するに、熱媒液の流量を調整できればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  水槽
２  冷凍機
３  温度センサ
４  弁
５  ポンプ
６  制御部
７ａ〜７ｄ  配管
１１  第１区域
１２  第２区域
１３  上部流出入口（熱媒液の取出口）
１４  第１下部流出入口（第１供給口）
１５  第２下部流出入口（第２供給口）
１６  区画壁
１７  架台
２１  蓄冷材
２２  箱
２３  蓄冷材ユニット
【図１】
0005414118.tif 000002
【図２】
0005414118.tif 000003
【図３】
0005414118.tif 000004
【図４】
0005414118.tif 000005
【図５】
0005414118.tif 000006
【図６】
0005414118.tif 000007
【図７】
0005414118.tif 000008