(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体を冷却する冷凍機と、
冷熱を蓄冷するために、少なくとも、第１蓄熱材が配置された第１蓄熱槽と、前記第１蓄熱材より融点が高い第２蓄熱材が配置された第２蓄熱槽と、前記第２蓄熱材より融点が高い第３蓄熱材が配置された第３蓄熱槽とを有し、前記第１蓄熱槽から前記第２蓄熱槽へと前記熱媒体が流れ、前記第２蓄熱槽から前記第３蓄熱槽へと前記熱媒体が流れるように配置された蓄熱槽と、
前記冷凍機および前記蓄熱槽の間で前記熱媒体を循環させるポンプと、
前記第３蓄熱材が固体状態であるか否かを判定する状態判定手段と、
前記冷凍機で冷却された前記熱媒体の温度である冷凍機出口温度を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記冷凍機出口温度が第１目標温度となるように制御した後に、前記状態判定手段が前記第３蓄熱材は固体状態であると判定すると、前記冷凍機出口温度が前記第１目標温度よりも低い第２目標温度となるように制御する
ことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
前記第１目標温度は、
前記第１蓄熱材の融点より高く、かつ、前記第２蓄熱材の融点より低く、
前記第２目標温度は、
前記第１蓄熱材の融点より低い
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記第１蓄熱槽をバイパスする第１バイパス流路と、
前記第１バイパス流路を作動させる第１作動手段と、を更に備え、
前記制御手段が前記冷凍機出口温度を前記第１目標温度となるように制御する際に、前記第１作動手段は前記第１バイパス流路を作動させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記第３蓄熱槽をバイパスする第２バイパス流路と、
前記第２バイパス流路を作動させる第２作動手段と、を更に備え、
前記制御手段が前記冷凍機出口温度を前記第２目標温度となるように制御する際に、前記第２作動手段は前記第２バイパス流路を作動させる
ことを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項５】
熱媒体を冷却する冷凍機と、
冷熱を蓄冷するために、少なくとも、第１蓄熱材が配置された第１蓄熱槽と、前記第１蓄熱材より融点が高い第２蓄熱材が配置された第２蓄熱槽と、前記第２蓄熱材より融点が高い第３蓄熱材が配置された第３蓄熱槽とを有し、前記第１蓄熱槽から前記第２蓄熱槽へと前記熱媒体が流れ、前記第２蓄熱槽から前記第３蓄熱槽へと前記熱媒体が流れるように配置された蓄熱槽と、
前記冷凍機および前記蓄熱槽の間で前記熱媒体を循環させるポンプと、
前記第３蓄熱材が固体状態であるか否かを判定する状態判定手段と、
前記冷凍機で冷却された前記熱媒体の温度である冷凍機出口温度を制御する制御手段と、
を備える蓄熱システムの蓄熱方法であって、
前記制御手段は、
前記冷凍機出口温度が第１目標温度となるように制御するステップと、
前記状態判定手段が前記第３蓄熱材は固体状態であると判定すると、前記冷凍機出口温度が前記第１目標温度よりも低い第２目標温度となるように制御するステップと、
を実行する
ことを特徴とする蓄熱システムの蓄熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機で冷却した冷熱を蓄冷する蓄熱槽を備え、蓄熱槽に蓄冷された冷熱を冷熱負荷に供給する蓄熱システムおよび蓄熱システムの蓄熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄熱システムは、電力の安価な時間帯（例えば、夜間）に、冷水を冷却する冷凍機と、冷凍機と蓄熱槽との間で冷水を循環させるポンプと、を運転して蓄熱槽に蓄冷し、別の時間帯（例えば、昼間）に蓄熱槽から冷熱負荷（例えば、冷房運転する空調機器）に冷熱を供給することにより、電力コストを低減させるシステムである。
【０００３】
または、蓄熱システムは、単位時間当たりの電力使用量が少ない時間帯に冷凍機およびポンプを運転して蓄熱槽に蓄冷し、単位時間当りの電力使用量が多い時間帯に蓄熱槽から冷熱負荷に冷熱を供給することにより、単位時間当りの電力使用量の最大値の増大を抑制するシステムである。なお、業務用電力の電気料金は、単位時間当りの電力使用量が最も大きい値を最大需用電力として基本料金が設定されるようになっている（例えば、"業務用電力（契約電力500kW未満）"、［online］、東京電力株式会社、［平成24年2月29日検索］、インターネット〈URL：http://www.tepco.co.jp/e-rates/corporate/charge/c
harge09-j.html〉参照）。即ち、単位時間当りの電力使用量の最大値を低減することにより、電力コストを低減させることができる。
【０００４】
蓄熱システムとして、特許文献１には、潜熱蓄熱槽を用いた潜熱蓄熱式冷房システムが開示されている。特許文献１に開示された潜熱蓄熱槽の内部には、潜熱蓄熱材が備えられ、蓄熱槽の容積当りの蓄熱効率を高くすることができるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−３３２７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような蓄熱システムにおいて、蓄冷時の消費エネルギ（例えば、冷凍機やポンプが消費する電力）の更なる低減が求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、蓄冷時の消費エネルギを低減させる蓄熱システムおよび蓄熱システムの蓄熱方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明は、熱媒体を冷却する冷凍機と、冷熱を蓄冷するために、少なくとも、第１蓄熱材が配置された第１蓄熱槽と、前記第１蓄熱材より融点が高い第２蓄熱材が配置された第２蓄熱槽と、前記第２蓄熱材より融点が高い第３蓄熱材が配置された第３蓄熱槽とを有し、前記第１蓄熱槽から前記第２蓄熱槽へと前記熱媒体が流れ、前記第２蓄熱槽から前記第３蓄熱槽へと前記熱媒体が流れるように配置された蓄熱槽と、前記冷凍機および前記蓄熱槽の間で前記熱媒体を循環させるポンプと、前記第３蓄熱材が固体状態であるか否かを判定する状態判定手段と、前記冷凍機で冷却された前記熱媒体の温度である冷凍機出口温度を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記冷凍機出口温度が第１目標温度となるように制御した後に、前記状態判定手段が前記第３蓄熱材は固体状態であると判定すると、前記冷凍機出口温度が前記第１目標温度よりも低い第２目標温度となるように制御することを特徴とする蓄熱システムである。
【０００９】
また、本発明は、熱媒体を冷却する冷凍機と、冷熱を蓄冷するために、少なくとも、第１蓄熱材が配置された第１蓄熱槽と、前記第１蓄熱材より融点が高い第２蓄熱材が配置された第２蓄熱槽と、前記第２蓄熱材より融点が高い第３蓄熱材が配置された第３蓄熱槽とを有し、前記第１蓄熱槽から前記第２蓄熱槽へと前記熱媒体が流れ、前記第２蓄熱槽から前記第３蓄熱槽へと前記熱媒体が流れるように配置された蓄熱槽と、前記冷凍機および前記蓄熱槽の間で前記熱媒体を循環させるポンプと、前記第３蓄熱材が固体状態であるか否かを判定する状態判定手段と、前記冷凍機で冷却された前記熱媒体の温度である冷凍機出口温度を制御する制御手段と、を備える蓄熱システムの蓄熱方法であって、前記制御手段は、前記冷凍機出口温度が第１目標温度となるように制御するステップと、前記状態判定手段が前記第３蓄熱材は固体状態であると判定すると、前記冷凍機出口温度が前記第１目標温度よりも低い第２目標温度となるように制御するステップと、を実行することを特徴とする蓄熱システムの蓄熱方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、蓄冷時の消費エネルギを低減させる蓄熱システムおよび蓄熱システムの蓄熱方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る蓄熱システムの構成図である。
【図２】第２実施形態に係る蓄熱システムの構成図である。
【図３】第２実施形態に係る蓄熱システムの蓄冷運転処理のフローチャートである。
【図４】第３実施形態に係る蓄熱システムの構成図である。
【図５】第３実施形態に係る蓄熱システムの蓄冷運転処理のフローチャートである。
【図６】第４実施形態に係る蓄熱システムの構成図である。
【図７】比較例に係る蓄熱システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１３】
≪第１実施形態≫
図１を用いて、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１について説明する。図１は、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１の構成図である。
蓄熱システムＳ１は、冷水を冷却する冷凍機１と、冷水が供給される冷水コイル２（冷熱負荷）と、蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）と、ポンプ３１，３２と、インバータ４１，４２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御装置）５０と、各種温度センサ（６０，６１，６２，７１，７２，７３）と、冷水が流通可能な配管３，４ａ，５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ，８を備えている。
【００１４】
冷凍機１の出口と接続された配管３は、第１蓄熱槽２１の下部に接続されている。第１蓄熱槽２１の上部と接続された配管４ａは、第２蓄熱槽２２の下部に接続されている。第２蓄熱槽２２の上部と接続された配管５ａは、ポンプ３１の入口に接続されている。ポンプ３１の出口に接続された配管５ｂは、冷凍機１の入口に接続されている。
このように、冷水が流通可能な配管３，４ａ，５ａ，５ｂが接続されることにより、冷凍機１の出口から配管３、第１蓄熱槽２１、配管４ａ、第２蓄熱槽２２、配管５ａ、ポンプ３１、配管５ｂを介して冷凍機１の入口に接続する第１冷水回路が形成されている。
【００１５】
また、第１蓄熱槽２１の下部と接続された配管７ａは、ポンプ３２の入口に接続されている。ポンプ３２の出口と接続された配管７ｂは、冷水コイル２の入口に接続されている。冷水コイル２の出口と接続された配管８は、第２蓄熱槽２２の上部に接続されている。
このように、冷水が流通可能な配管７ａ，７ｂ，８が接続されることにより、第１蓄熱槽２１の下部から、配管７ａ、ポンプ３２、配管７ｂ、冷水コイル２、配管８、第２蓄熱槽２２、配管４ａを介して第１蓄熱槽２１の上部に接続する第２冷水回路が形成されている。
【００１６】
冷凍機１は、配管５ｂが接続された冷凍機１の入口から流入した冷水を冷却して、配管３が接続された冷凍機１の出口から流出させることができるようになっている。なお、冷凍機１は、ＥＣＵ５０により、その動作が制御されるようになっている。
【００１７】
冷水コイル２は、例えば、冷水コイル２の設置された空調空間内の室内空気９を冷却する空気調和機（図示せず）の熱交換器であり、配管７ｂが接続された冷水コイル２の入口から流入した冷水と、室内空気９とを熱交換させることにより、室内空気９を冷却し、空調空間内を冷房することができるようになっている。そして、室内空気９と熱交換することにより吸熱した冷水は、配管８が接続された冷水コイル２の出口から流出させることができるようになっている。
【００１８】
第１蓄熱槽２１には、蓄熱材が封入された蓄熱材容器１１が複数個配置されており、蓄熱材の潜熱により蓄冷することができるようになっている。蓄熱材容器１１に封入された蓄熱材は、例えば、融点が８℃の蓄熱材である。
第２蓄熱槽２２には、蓄熱材が封入された蓄熱材容器１２が複数個配置されており、蓄熱材の潜熱により蓄冷することができるようになっている。蓄熱材容器１２に封入された蓄熱材は、例えば、融点が１０℃の蓄熱材であり、蓄熱材容器１１に封入された蓄熱材よりも高い融点を有する蓄熱材を用いる。
【００１９】
ポンプ３１は、第１冷水回路において、冷凍機１と蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）との間で冷水を循環させることができるようになっている。なお、ポンプ３１は、インバータ４１を介して、ＥＣＵ５０により、その回転速度が制御され、流量を制御することができるようになっている。
なお、ポンプ３１は、蓄熱槽（第２蓄熱槽２２）の上部から冷凍機１の入口へと接続する配管５ａ，５ｂに配置するものとして説明するが、これに限られるものではなく、冷凍機１の出口から蓄熱槽（第１蓄熱槽２１）の下部へと接続する配管３に配置するものであってもよい。
【００２０】
ポンプ３２は、第２冷水回路において、蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）と冷水コイル２との間で冷水を循環させることができるようになっている。なお、ポンプ３２は、インバータ４２を介して、ＥＣＵ５０により、その回転速度が制御され、流量を制御することができるようになっている。
なお、ポンプ３２は、蓄熱槽（第１蓄熱槽２１）の下部から冷水コイル２の入口へと接続する配管７ａ，７ｂに配置するものとして説明するが、これに限られるものではなく、冷水コイル２の出口から蓄熱槽（第２蓄熱槽２２）の上部へと接続する配管８に配置するものであってもよい。
【００２１】
ＥＣＵ５０は、各種温度センサ（６０，６１，６２，７１，７２，７３）の検出温度に基づいて、冷凍機１の動作を制御するとともに、インバータ４１，４２を介してポンプ３１，３２の流量を制御することにより、蓄熱システムＳ１の運転を制御することができるようになっている。
【００２２】
温度センサ６０は、配管５ａに設けられ、冷凍機１の入口に流入する冷水の温度（冷凍機入口温度）を検出することができるようになっている。なお、温度センサ６０は、配管５ｂに設けられていてもよい。
温度センサ６１は、配管３に設けられ、冷凍機１の出口から流出する冷水の温度（冷凍機出口温度）を検出することができるようになっている。
温度センサ６２は、配管４ａに設けられ、ポンプ３１が動作する際の第１蓄熱槽２１から第２蓄熱槽２２に流入する冷水の温度（第１蓄熱槽出口温度）を検出することができるようになっている。また、温度センサ６２は、ポンプ３２が動作する際の第２蓄熱槽２２から第１蓄熱槽２１に流入する冷水の温度を検出することができるようになっている。
【００２３】
温度センサ７１は、配管７ｂに設けられ、冷水コイル２の入口に流入する冷水の温度を検出することができるようになっている。なお、温度センサ７１は、配管７ａに設けられていてもよい。
温度センサ７２は、配管８に設けられ、冷水コイル２の出口から流出する冷水の温度を検出することができるようになっている。
温度センサ７３は、空気調和機（図示せず）に設けられ、冷水コイル２で冷却された室内空気９の温度（空調空気温度）を検出することができるようになっている。
【００２４】
次に、ＥＣＵ５０が実行する蓄熱システムＳ１の運転制御について説明する。
ＥＣＵ５０は、冷凍機１およびポンプ３１を動作させて蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）に蓄冷する蓄冷運転と、ポンプ３２を動作させて蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）に蓄冷された冷熱を冷水コイル２（冷熱負荷）に供給する冷熱供給運転と、をすることができるようになっている。
【００２５】
＜蓄冷運転＞
まず、蓄熱材容器１１の蓄熱材および蓄熱材容器１２の蓄熱材が液体の状態であり、第１蓄熱槽２１および第２蓄熱槽２２に蓄冷された冷熱が全て使用された状態から、冷凍機１およびポンプ３１を動作させて蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）に蓄冷する蓄冷運転について説明する。
【００２６】
第１蓄熱槽２１および第２蓄熱槽２２に蓄冷された冷熱が全て使用された状態では、第１蓄熱槽２１の内部の冷水の温度は蓄熱材容器１１の蓄熱材の融点８℃より高くなっており、また、第２蓄熱槽２２の内部の冷水の温度は蓄熱材容器１２の蓄熱材の融点１０℃より高くなっている。
【００２７】
ＥＣＵ５０はポンプ３１を動作させて、配管５ａ，５ｂを介して、第２蓄熱槽２２の上部から冷凍機１の入口に冷水を流入させる。この際、冷凍機入口温度は、１０℃以上となる。
ＥＣＵ５０は温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度が所定の温度（例えば、５．０℃）となるように冷凍機１を動作させる。
これにより、冷凍機１およびポンプ３１は、第２蓄熱槽２２の上部から供給された１０℃以上の冷水を５．０℃まで冷却し、配管３を介して、第１蓄熱槽２１の下部に供給する。
【００２８】
第１蓄熱槽２１の下部から供給された５．０℃の冷水は、蓄熱材容器１１の蓄熱材（融点８℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１１の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約７．５℃まで上昇する。
そして、約７．５℃の冷水は、配管４ａを介して、第１蓄熱槽２１の上部から第２蓄熱槽２２の下部へと供給される。
【００２９】
第２蓄熱槽２２の下部から供給された約７．５℃の冷水は、蓄熱材容器１２の蓄熱材（融点１０℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１２の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約９．５℃まで上昇する。
そして、約９．５℃の冷水は、第２蓄熱槽２２の上部から冷凍機１の入口へと供給される。冷凍機１は、第２蓄熱槽２２の上部から供給された約９．５℃の冷水を５．０℃まで冷却し、再び、第１蓄熱槽２１の下部に供給する。
【００３０】
なお、蓄熱材容器１１の蓄熱材および蓄熱材容器１２の蓄熱材が固体の状態となり、第１蓄熱槽２１および第２蓄熱槽２２の蓄冷が完了すると、冷凍機入口温度が冷凍機入口温度と略等しくなる。ＥＣＵ５０は、温度センサ６０で検出した冷凍機入口温度と温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度とが略等しくなったら（温度センサ６０で検出した冷凍機入口温度と温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度との温度差が所定の閾値未満となったら）、第１蓄熱槽２１および第２蓄熱槽２２の蓄冷が完了したと判定して、冷凍機１およびポンプ３１を停止させて蓄冷運転を終了する。
【００３１】
＜冷熱供給運転＞
次に、蓄熱材容器１１の蓄熱材および蓄熱材容器１２の蓄熱材が固体の状態であり、ポンプ３２を動作させて蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２）に蓄冷された冷熱を冷水コイル２に供給する冷熱供給運転について説明する。
【００３２】
ＥＣＵ５０はポンプ３２を動作させて、配管７ａ，７ｂを介して、第１蓄熱槽２１の下部から冷水コイル２の入口に冷水を流入させる。この際、第１蓄熱槽２１および第２蓄熱槽２２の内部の冷水の温度は、冷熱が蓄冷された状態では、約５．０℃〜８℃であり、この温度の冷水が冷水コイル２に供給される。
【００３３】
冷水コイル２に供給された冷水は室内空気９を冷却することにより吸熱して、１４℃程度となって、配管８を介して、第２蓄熱槽２２の上部に流入する。
【００３４】
第２蓄熱槽２２の上部から供給された１４℃程度の冷水は、蓄熱材容器１２の蓄熱材（融点１０℃）と熱交換することにより、約１０．５℃まで冷却される。
そして、約１０．５℃の冷水は、配管４ａを介して、第２蓄熱槽２２の下部から第１蓄熱槽２１の上部へと供給される。
【００３５】
第１蓄熱槽２１の上部から供給された約１０．５℃の冷水は、蓄熱材容器１１の蓄熱材（融点８℃）と熱交換することにより、約８．５℃まで冷却される。
そして、約８．５℃の冷水は、第１蓄熱槽２１の下部から冷水コイル２の入口へと供給される。
【００３６】
＜効果＞
図７に示す比較例に係る蓄熱システムＳｃと対比しつつ、図１に示す第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１の効果について説明する。
図７は、比較例に係る蓄熱システムＳｃの構成図である。比較例に係る蓄熱システムＳｃは、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と比較して、融点８℃の蓄熱材が封入された蓄熱材容器１１が蓄熱槽（第１蓄熱槽２１）に複数個配置されており、蓄熱材の融点が１種類のみである点で相違する。また、配管５ａは、第１蓄熱槽２１の上部とポンプ３１の入口とを接続するようになっている。また、配管８は、冷水コイル２の出口と第１蓄熱槽２１の上部とを接続するようになっている。その他の構成は、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と同様であり、説明を省略する。
【００３７】
比較例に係る蓄熱システムＳｃの蓄冷運転において、ＥＣＵ５０はポンプ３１を動作させるとともに、温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度が所定の温度（例えば、５．０℃）となるように冷凍機１を動作させる。
ここで、第１蓄熱槽２１の下部から供給された５．０℃の冷水は、蓄熱材容器１１の蓄熱材（融点８℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１１の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約７．５℃まで上昇する。
【００３８】
このように、比較例に係る蓄熱システムＳｃの蓄冷運転において、冷凍機１は約７．５℃の冷水を５．０℃まで冷却するように動作する。これに対し、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１の蓄冷運転において、冷凍機１は約９．５℃の冷水を５．０℃まで冷却するように動作する。
【００３９】
ここで、配管や蓄熱槽壁面からの放熱等によるロスを無視するものとして、冷凍機１で生成した冷熱の全量が蓄熱槽に蓄熱されたとすると、冷凍機１が蓄熱槽に蓄熱した冷熱の熱量（蓄冷熱量）は、以下の式（１）で表すことができる。
【００４０】
蓄冷熱量＝（冷凍機入口温度−冷凍機出口温度）×冷凍機ポンプ３１の流量  …（１）
【００４１】
第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と、比較例に係る蓄熱システムＳｃとを比較する。比較例に係る蓄熱システムＳｃは、冷凍機入口温度を高くすることができない、即ち、「冷凍機入口温度−冷凍機出口温度」を大きくすることができない。このため、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と、比較例に係る蓄熱システムＳｃとにおいて、同量の蓄冷熱量を蓄冷する場合、比較例に係る蓄熱システムＳｃは、冷凍機ポンプ３１の流量（回転速度）を高くする必要がある。換言すれば、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１は、「冷凍機入口温度−冷凍機出口温度」を大きくすることにより、冷凍機ポンプ３１の流量を小さくすることができる。
これにより、冷凍機ポンプ３１で消費されるエネルギを削減することができる。また、高価な大流量ポンプを必要としないため、その点において、蓄熱システムＳ１を安価に構成することができる。また、ランニングコストの低減、即ち、ＣＯ2 の排出抑制にもなる。
【００４２】
ここで、前述した温度を例に説明する。
第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１の冷凍機出口温度が５．０℃であり、冷凍機入口温度が約９．５℃であったとすると、冷凍機１の出入口の温度差は約４．５℃となる。
これに対し、比較例に係る蓄熱システムＳ１の冷凍機出口温度が５．０℃であったとすると、冷凍機入口温度は約７．５℃となり、冷凍機１の出入口の温度差は約２．５℃となる。
【００４３】
このように、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１は、比較例に係る蓄熱システムＳｃと比較して、温度差を約２倍にすることができるので、冷凍機ポンプ３１の流量を約１／２とすることができる。
なお、ポンプの流量が５０％〔1/2〕となると、ポンプの消費エネルギは１２．５％〔(1/2)3〕まで減少することが知られている。比較例に係る蓄熱システムＳｃにおいて蓄熱時に消費するエネルギ（冷凍機１の消費エネルギ、冷凍機ポンプ３１の消費エネルギ等の総和）のうち冷凍機ポンプ３１の消費エネルギが占める割合が１０％であったとした場合、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１はシステム全体の消費エネルギを約９％削減することができる。
【００４４】
さらに、冷凍機出口温度が同じ場合、冷凍機入口温度が高いほど、冷凍機１のＣＯＰ（Coefficient Of Performance；成績係数）が向上することが知られている。このため、冷凍機１においても消費エネルギを削減することができる。また、ＣＯ2 の排出抑制にもなる。
【００４５】
このように、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１によれば、蓄冷運転時の消費エネルギを削減して、蓄熱システムＳ１全体の運転効率を向上させることができる。
【００４６】
≪第２実施形態≫
次に、図２を用いて、第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２について説明する。図２は、第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２の構成図である。なお、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と共通する点については、説明を省略する。
蓄熱システムＳ２は、蓄熱槽として３つの蓄熱槽を備えている。即ち、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１（図１参照）に加え、第３蓄熱槽２３と、配管４ｂと、温度センサ６３と、を更に備えている。
【００４７】
第２蓄熱槽２２の上部と接続された配管４ｂは、第３蓄熱槽２３の下部に接続されている。また、配管５ａは、第３蓄熱槽２３の上部とポンプ３１の入口とを接続するようになっている。また、配管８は、冷水コイル２の出口と第３蓄熱槽２３の上部とを接続するようになっている。
【００４８】
第３蓄熱槽２３には、蓄熱材が封入された蓄熱材容器１３が複数個配置されており、蓄熱材の潜熱により蓄冷することができるようになっている。蓄熱材容器１３に封入された蓄熱材は、例えば、融点が１３℃の蓄熱材であり、蓄熱材容器１２に封入された蓄熱材よりも高い融点を有する蓄熱材を用いる。
【００４９】
温度センサ６３は、配管４ｂに設けられ、ポンプ３１が動作する際の第２蓄熱槽２２から第３蓄熱槽２３に流入する冷水の温度（第２蓄熱槽出口温度）を検出することができるようになっている。また、温度センサ６３は、ポンプ３２が動作する際の第３蓄熱槽２３から第２蓄熱槽２２に流入する冷水の温度を検出することができるようになっている。
【００５０】
＜蓄冷運転＞
次に、ＥＣＵ５０が実行する蓄熱システムＳ２の蓄冷運転制御について説明する。図３は、第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２の蓄冷運転処理のフローチャートである。
【００５１】
第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２および第３蓄熱槽２３に蓄冷された冷熱が全て使用された状態では、第１蓄熱槽２１の内部の冷水の温度は蓄熱材容器１１の蓄熱材の融点８℃より高くなっており、また、第２蓄熱槽２２の内部の冷水の温度は蓄熱材容器１２の蓄熱材の融点１０℃より高くなっており、また、第３蓄熱槽２３の内部の冷水の温度は蓄熱材容器１３の蓄熱材の融点１３℃より高くなっている。
【００５２】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、冷凍機１およびポンプ３１を動作させる。ここで、ＥＣＵ５０は温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度が所定の温度Ｔ１（例えば、８．５℃）となるように冷凍機１を動作させる。ここで、所定の温度Ｔ１は、蓄熱材容器１１の蓄熱材の融点（８℃）より高く、かつ、蓄熱材容器１２の蓄熱材の融点（１０℃）および蓄熱材容器１３の蓄熱材の融点（１３℃）よりも低い温度が設定される。
【００５３】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、温度センサ６０で検出した冷凍機入口温度と温度センサ６３で検出した第２蓄熱槽出口温度との温度差が所定の閾値Ｘ１未満であるか否かを判定する。ここで、所定の閾値Ｘ１は、冷凍機入口温度（第３蓄熱槽出口温度）と第２蓄熱槽出口温度（第３蓄熱槽入口温度）とが略等しいか否かを判定するための閾値である。
【００５４】
温度差が所定の閾値Ｘ１未満でない場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理は、ステップＳ１０２を繰り返す。温度差が所定の閾値Ｘ１未満である場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理は、ステップＳ１０３に進む。
【００５５】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度が所定の温度Ｔ２（例えば、５．０℃）となるように冷凍機１を動作させる。ここで、所定の温度Ｔ２は、蓄熱材容器１１の蓄熱材の融点（８℃）よりも低い温度が設定される。
【００５６】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、温度センサ６０で検出した冷凍機入口温度と温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度との温度差が所定の閾値Ｘ２未満であるか否かを判定する。ここで、所定の閾値Ｘ２は、冷凍機入口温度と冷凍機出口温度とが略等しいか否かを判定するための閾値である。
【００５７】
温度差が所定の閾値Ｘ２未満でない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の処理は、ステップＳ１０４を繰り返す。温度差が所定の閾値Ｘ２未満である場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の処理は、ステップＳ１０５に進む。
【００５８】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、冷凍機１およびポンプ３１を停止させて蓄冷運転を終了する。
【００５９】
＜効果＞
図２および図３に示す第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２の効果について説明する。
【００６０】
ステップＳ１０１に示すように、ＥＣＵ５０は、ポンプ３１を動作させるとともに、温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度がＴ１（例えば、８．５℃）となるように冷凍機１を動作させるようになっている。
【００６１】
第１蓄熱槽２１の下部から供給された８．５℃の冷水は、蓄熱材容器１１の蓄熱材の融点（８℃）より高温であるため、第１蓄熱槽２１では、蓄熱材の潜熱による温度上昇はしないで、配管４ａを介して、第１蓄熱槽２１の上部から第２蓄熱槽２２の下部へと供給される。
【００６２】
第２蓄熱槽２２の下部から供給された冷水は、蓄熱材容器１２の蓄熱材（融点１０℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１２の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約９．５℃まで上昇する。
そして、約９．５℃の冷水は、配管４ｂを介して、第２蓄熱槽２２の上部から第３蓄熱槽２３の下部へと供給される。
【００６３】
第３蓄熱槽２３の下部から供給された約９．５℃の冷水は、蓄熱材容器１３の蓄熱材（融点１３℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１３の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約１２．５℃まで上昇する。
そして、約１２．５℃の冷水は、第３蓄熱槽２３の上部から冷凍機１の入口へと供給される。冷凍機１は、第３蓄熱槽２３の上部から供給された約１２．５℃の冷水を８．５℃まで冷却し、再び、第１蓄熱槽２１の下部に供給する。
【００６４】
ステップＳ１０２に示すように、ＥＣＵ５０は、冷凍機入口温度（第３蓄熱槽出口温度）と第２蓄熱槽出口温度（第３蓄熱槽入口温度）とが略等しいか否かを判定することにより、蓄熱材容器１３の蓄熱材（融点１３℃）が全て固体の状態へと相変化したか否かを判定するようになっている。ここで、蓄熱材容器１３の蓄熱材（融点１３℃）が全て固体の状態へと相変化すると、蓄熱材容器１２の蓄熱材の潜熱のみにより冷水の温度が上昇することとなるため、冷凍機入口温度を高くすることができず、即ち、「冷凍機入口温度−冷凍機出口温度」を大きくすることができない。このため、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２・Ｙｅｓと判定して、ステップＳ１０３の処理に進み、温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度がＴ２（例えば、５．０℃）となるように冷凍機１を動作させるようになっている。
【００６５】
第１蓄熱槽２１の下部から供給された５．０℃の冷水は、蓄熱材容器１１の蓄熱材（融点８℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１１の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約７．５℃まで上昇する。
そして、約７．５℃の冷水は、配管４ａを介して、第１蓄熱槽２１の上部から第２蓄熱槽２２の下部へと供給される。
【００６６】
第２蓄熱槽２２の下部から供給された約７．５℃の冷水は、蓄熱材容器１２の蓄熱材（融点１０℃）を冷却して、蓄熱材を液体の状態から固体の状態へと相変化させる。冷水の温度は、蓄熱材容器１２の蓄熱材に冷熱を供給したことにより約９．５℃まで上昇する。
そして、約９．５℃の冷水は、配管４ｂを介して、第２蓄熱槽２２の上部から第３蓄熱槽２３の下部へと供給される。
【００６７】
第３蓄熱槽２３の下部から供給された約９．５℃の冷水は、蓄熱材容器１３の蓄熱材（融点１３℃）が全て固体の状態へと相変化しているため、蓄熱材の潜熱による温度上昇はしない。
そして、約９．５℃の冷水は、第３蓄熱槽２３の上部から冷凍機１の入口へと供給される。冷凍機１は、第３蓄熱槽２３の上部から供給された約９．５℃の冷水を５．０℃まで冷却し、再び、第１蓄熱槽２１の下部に供給する。
【００６８】
そして、ステップＳ１０４に示すように、ＥＣＵ５０は、冷凍機入口温度と冷凍機出口温度とが略等しいか否かを判定することにより、蓄熱材容器１１の蓄熱材、蓄熱材容器１２の蓄熱材および蓄熱材容器１３の蓄熱材が固体の状態となり、蓄熱槽（第１蓄熱槽２１、第２蓄熱槽２２および第３蓄熱槽２３）の蓄冷が完了したか否かを判定して、蓄冷運転を終了するようになっている。
【００６９】
ここで、冷凍機出口温度を高くすると、冷凍機１のＣＯＰ（Coefficient Of Performance；成績係数）が向上することが知られている。このため、第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２によれば、冷凍機出口温度をＴ１およびＴ２の２段階で制御して蓄冷することができるため、冷凍機出口温度をＴ２のみで制御して蓄冷する蓄熱システムと比較して、冷凍機１の消費エネルギを削減することができる。
【００７０】
また、Ｔ１は、蓄熱材容器１２の蓄熱材の融点（１０℃）および蓄熱材容器１３の蓄熱材の融点（１３℃）より小さくなるように設定される。このようにＴ１を設定することにより、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と同様に「冷凍機入口温度−冷凍機出口温度」を大きくして、ポンプ３１の消費エネルギを削減することができる。
【００７１】
また、蓄熱材容器１３の蓄熱材（融点１３℃）が全て固体の状態へと相変化したと判定すると（Ｓ１０２・Ｙｅｓ参照）、ＥＣＵ５０は冷凍機出口温度がＴ１からＴ２となるように制御するので、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１と同様に「冷凍機入口温度−冷凍機出口温度」を大きくして、ポンプ３１の消費エネルギを削減することができる。
【００７２】
このように、第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２によれば、蓄冷運転時の消費エネルギを削減して、蓄熱システムＳ２全体の運転効率を向上させることができる。
【００７３】
≪第３実施形態≫
次に、図４を用いて、第３実施形態に係る蓄熱システムＳ３について説明する。図４は、第３実施形態に係る蓄熱システムＳ３の構成図である。なお、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１および第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２と共通する点については、説明を省略する。
【００７４】
蓄熱システムＳ３は、冷凍機１の出口と第１蓄熱槽２１の下部とを接続する配管３に替えて、配管３ａと、第１バルブ８１と、配管３ｂとを備えている。
また、蓄熱システムＳ３は、配管６ａと、第２バルブ８２と、配管６ｂとを備え、配管３ａと第２蓄熱槽２２の下部とを接続するようになっている。
また、蓄熱システムＳ３は、第３蓄熱槽２３の上部とポンプ３１の入口とを接続する配管５ａに替えて、配管５ａａと、第３バルブ８３と、配管５ａｂとを備えている。
また、蓄熱システムＳ３は、配管６ｃと、第４バルブ８４と、配管６ｄとを備え、配管４と配管５ａｂとを接続するようになっている。
【００７５】
第１バルブ８１は、ＥＣＵ５０により開閉が制御される電磁弁であり、開弁状態で配管３ａと配管３ｂを流通可能とし、閉弁状態で配管３ａと配管３ｂの流通を閉塞するようになっている。
第２バルブ８２は、ＥＣＵ５０により開閉が制御される電磁弁であり、開弁状態で配管６ａと配管６ｂを流通可能とし、閉弁状態で配管６ａと配管６ｂの流通を閉塞するようになっている。
第３バルブ８３は、ＥＣＵ５０により開閉が制御される電磁弁であり、開弁状態で配管５ａａと配管５ａｂを流通可能とし、閉弁状態で配管５ａａと配管５ａｂの流通を閉塞するようになっている。
第４バルブ８４は、ＥＣＵ５０により開閉が制御される電磁弁であり、開弁状態で配管６ｃと配管６ｄを流通可能とし、閉弁状態で配管６ｃと配管６ｄの流通を閉塞するようになっている。
【００７６】
＜蓄冷運転＞
次に、ＥＣＵ５０が実行する蓄熱システムＳ３の蓄冷運転制御について説明する。図５は、第３実施形態に係る蓄熱システムＳ３の蓄冷運転処理のフローチャートである。
ここで、蓄熱システムＳ３の蓄冷運転処理（図４参照）は、蓄熱システムＳ２の蓄冷運転処理（図２参照）と比較して、Ｓ１０１およびＳ１０３に替えて、Ｓ１０１ＡおよびＳ１０３Ａを実行する点で異なっている。他の点は同様であり説明を省略する。
【００７７】
ステップＳ１０１Ａにおいて、ＥＣＵ５０は、第１バルブ８１および第４バルブ８４を閉弁し、第２バルブ８２および第３バルブ８３を開弁し、冷凍機１およびポンプ３１を動作させる。ここで、ＥＣＵ５０は温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度が所定の温度Ｔ１（例えば、８．５℃）となるように冷凍機１を動作させる。
【００７８】
ステップＳ１０３Ａにおいて、ＥＣＵ５０は、第１バルブ８１および第４バルブ８４を開弁し、第２バルブ８２および第３バルブ８３を閉弁し、温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度が所定の温度Ｔ２（例えば、５．０℃）となるように冷凍機１を動作させる。
【００７９】
＜効果＞
図４および図５に示す第３実施形態に係る蓄熱システムＳ３の効果について説明する。
【００８０】
ステップＳ１０１Ａに示すように、ＥＣＵ５０は、第１バルブ８１および第４バルブ８４を閉弁し、第２バルブ８２および第３バルブ８３を開弁し、ポンプ３１を動作させるとともに、温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度がＴ１（例えば、８．５℃）となるように冷凍機１を動作させるようになっている。
【００８１】
このように、第１〜第４バルブ８１〜８４を切り替えることにより、冷凍機１の出口から配管３ａ、配管６ａ、第２バルブ８２、配管６ｂ、第２蓄熱槽２２、配管４ｂ、第３蓄熱槽２３、配管５ａａ、第３バルブ８３、配管５ａｂ、ポンプ３１、配管５ｂを介して冷凍機１の入口に接続する冷水回路が形成され、温度Ｔ１の冷水では蓄熱材が固体状態とならない第１蓄熱槽２１をバイパスするようになっている。
これにより、冷水が第１蓄熱槽２１を流れる際の圧損を低減して、ポンプ３１の負荷を低減し、ポンプ３１の効率を向上させることができる。
【００８２】
ステップＳ１０３Ａに示すように、ＥＣＵ５０は、第１バルブ８１および第４バルブ８４を開弁し、第２バルブ８２および第３バルブ８３を閉弁し、ポンプ３１を動作させるとともに、温度センサ６１で検出した冷凍機出口温度がＴ２（例えば、５．０℃）となるように冷凍機１を動作させるようになっている。
【００８３】
このように、第１〜第４バルブ８１〜８４を切り替えることにより、冷凍機１の出口から配管３ａ、第１バルブ８１、配管３ｂ、第１蓄熱槽２１、配管４ａ、第２蓄熱槽２２、配管４ｂ、配管６ｃ、第４バルブ８４、配管６ｄ、配管５ａｂ、ポンプ３１、配管５ｂを介して冷凍機１の入口に接続する冷水回路が形成され、既に蓄熱材が固体状態となっている第３蓄熱槽２３をバイパスするようになっている。
これにより、冷水が第１蓄熱槽２１を流れる際の圧損を低減して、ポンプ３１の負荷を低減し、ポンプ３１の効率を向上させることができる。
【００８４】
このように、第３実施形態に係る蓄熱システムＳ３によれば、第１実施形態に係る蓄熱システムＳ１および第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２の効果に加え、蓄冷運転時のポンプ３１の負荷を低減できるので、蓄冷運転時の消費エネルギを削減して、蓄熱システムＳ３全体の運転効率を向上させることができる。
【００８５】
≪変形例≫
なお、本実施形態（第１〜第３実施形態）に係る蓄熱システム（Ｓ１〜Ｓ３）は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
【００８６】
第１に係る蓄熱システムＳ１は２つの蓄熱槽を備え、第２，第３実施形態に係る蓄熱システムＳ２，Ｓ３は３つの蓄熱槽を備えるものとして説明したが、これに限られるものではなく、複数あってもよい。
【００８７】
第１〜第３実施形態に係る蓄熱システムＳ１〜Ｓ３は、独立した蓄熱槽を配管で接続するものとして説明したが、これに限られるものではない。
例えば、図６に示す第４実施形態に係る蓄熱システムＳ４のように、もぐりぜき式蓄熱槽２０に、もぐりぜきで区切られた蓄熱槽２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂに蓄熱材が封入された蓄熱材容器１１，１２，１３を配置するものであってもよい。なお、図６に示す第４実施形態に係る蓄熱システムＳ４の運転は、第２実施形態に係る蓄熱システムＳ２の運転（図３参照）と同様であり、説明を省略する。
【符号の説明】
【００８８】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４  蓄熱システム
１                      冷凍機
２                      冷水コイル（冷熱負荷）
６ａ，６ｂ              配管（第１バイパス流路）
６ｃ，６ｄ              配管（第２バイパス流路）
１１，１２，１３        蓄熱材容器
２０                    もぐりぜき式蓄熱槽
２１                    第１蓄熱槽
２２                    第２蓄熱槽
２３                    第３蓄熱槽
２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ  蓄熱槽
３１，３２              ポンプ
４１，４２              インバータ
５０                    ＥＣＵ（制御手段、状態判定手段）
６０，６１，６２，６３  温度センサ（状態判定手段）
７１，７２，７３        温度センサ
８１                    第１バルブ
８２                    第２バルブ（第１作動手段）
８３                    第３バルブ（第２作動手段）
８４                    第４バルブ
【図１】
0005875925.tif 000002
【図２】
0005875925.tif 000003
【図３】
0005875925.tif 000004
【図４】
0005875925.tif 000005
【図５】
0005875925.tif 000006
【図６】
0005875925.tif 000007
【図７】
0005875925.tif 000008