(57)【要約】【課題】冷熱運転時または温熱運転時における蓄熱運転及び放熱運転での蓄熱槽内流れを同一方向とすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することで設計、製作工数を削減し、故障リスクやイニシャルコストの軽減を図ることができる潜熱利用蓄熱装置を提供する。【解決手段】冷熱発生機器側２０の熱交換器から出た低温の伝熱媒体を、冷熱使用機器側２６から蓄熱槽１の上部に通して蓄熱し、この蓄熱槽１の下部から出た伝熱媒体を再び冷熱発生機器側２０の熱交換器に循環し、この蓄熱槽１の伝熱媒体の流れを蓄熱／放熱モード時において同一向きの流れとすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系の簡略化が可能になると共に、蓄熱槽１内では、低温の伝熱媒体が下部に向って移動することで放熱モード時に温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱体１８から熱を取り出すことができる。【選択図】    図２
2004324995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄熱槽１の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽１内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、
蓄熱動作をするための冷熱蓄熱モード時に於いては、冷熱源機２０から出た伝熱媒体を、冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通して上記蓄熱槽１の上部６に通し、この蓄熱槽１の下部８から出た伝熱媒体をポンプＰによって再び冷熱源機２０に循環するように構成し、放熱動作をするための冷熱放熱モード時に於いては、上記蓄熱槽１の下部８から出た伝熱媒体を、ポンプＰによって冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０を通したのち冷熱使用機器２６側の熱交換器２８に通し、この熱交換器２８から出た伝熱媒体を蓄熱槽１の上部６に循環するように構成し、上記冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽１内に於いて上部から下部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
【請求項２】
蓄熱槽３０の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽３０内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、
蓄熱動作をするための冷熱蓄熱モード時に於いては、冷熱源機２０から出た伝熱媒体を上記蓄熱槽３０の上部６に通し、この蓄熱槽３０の下部８から出た伝熱媒体を、ポンプＰによって冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通過させたのち再び冷熱源機２０に循環するように構成し、放熱動作をするための冷熱放熱モード時に於いては、上記蓄熱槽３０の下部８から出た伝熱媒体を、ポンプＰを介して冷熱使用機器２６側の熱交換器２８に通し、この熱交換器２８から出た伝熱媒体を冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０に通したのち蓄熱槽３０の上部６に通して循環するように構成し、上記冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽３０内に於いて上部から下部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
【請求項３】
蓄熱槽３１の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽３１内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、
蓄熱動作をするための温熱蓄熱モード時に於いては、温熱源機４０から出た伝熱媒体を、温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通して上記蓄熱槽３１の下部に通し、この蓄熱槽３１の上部６から出た伝熱媒体をポンプＰによって再び温熱源機４０に循環するように構成し、放熱動作をするための温熱放熱モード時に於いては、上記蓄熱槽３１の上部６から出た伝熱媒体をポンプＰによって温熱発生機器４０側あるいはそのバイパス管４４を通したのち温熱使用機器４６側の熱交換器４８に通し、この熱交換器４８から出た伝熱媒体を蓄熱槽３１の下部８に通して循環するように構成し、上記温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽３１内に於いて下部から上部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
【請求項４】
蓄熱槽３６の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽３６内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、
蓄熱動作をするための温熱蓄熱モード時に於いては、温熱源機４０から出た伝熱媒体を上記蓄熱槽３６の下部８に通し、この蓄熱槽３６の上部６から出た伝熱媒体を、ポンプＰによって温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通過させたのち再び温熱源機４０に循環するように構成し、放熱動作をするための温熱放熱モード時に於いては、蓄熱槽３６の上部６から出た伝熱媒体を、ポンプＰを介して温熱使用機器４６側の熱交換器４８に通し、この熱交換器４８から出た伝熱媒体を温熱発生機器４０側あるいはそのバイパス管４４に通したのち蓄熱槽３６の下部８に通して循環するように構成し、上記温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽３６内に於いて下部から上部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建屋内を冷、暖房する空調システムや冷却、加熱を必要とするプロセスに適用し、電気料金の割安な夜間電力で熱源機を運転して蓄熱し、昼間の時間帯に放熱するように空調機器を運転するようにした潜熱利用蓄熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の潜熱利用蓄熱装置として、内部に多数の小球状蓄熱体を充填した蓄熱槽をヒートポンプなどの熱発生機器に接続し、空調機器が運転休止している深夜の時間帯には割安な深夜電力を使用して熱発生機器を運転し、
この熱発生機器で生成した熱量を伝熱媒体として蓄熱槽に蓄熱するとともに、昼間の時間帯には蓄熱槽を放熱モードにしてこの蓄熱槽と空調機器との間で伝熱媒体を循環させて空調機器を運転するようにした蓄熱装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このような従来の蓄熱装置は、次のような改善すべき点を有している。すなわち、蓄熱装置で使用される蓄熱槽では、横型構成の蓄熱槽に対して伝熱媒体を一方の流入口から他方の流出口に槽内を横向きに送流するようにしている。
【０００４】
従って、蓄熱槽内を通過する伝熱媒体は、上下方向の熱対流の影響を受けて蓄熱槽内の上部側では液温が高く、底部側では逆に液温が低くなるため、伝熱媒体と蓄熱槽内に充填した小球状蓄熱体との間の熱交換率が上部領域と下部領域とでは不均一となる。
【０００５】
このことから、例えば冷熱用の蓄熱槽についてみれば、蓄熱モードでは蓄熱槽内の下部領域に較べて上部領域の冷熱蓄熱量が少なくなるのに対し、放熱モードでは外部より還流した液温の高い伝熱媒体が、蓄熱量が少ない上部領域に流れ、蓄熱量の多い下部領域に低温の伝熱媒体が流れるようになる結果、蓄熱槽のもつ蓄熱能力が十分に生かされない効率上の問題を有することになる。
【０００６】
そこで、上記のような問題を解決した蓄熱装置として、蓄熱槽内部の伝熱流体の流れに温度成層流を形成し易くするために、蓄冷または蓄熱運転時に伝熱媒体を蓄熱槽の下部から上部または上部から下部へ流し、放冷または放熱運転時に伝熱媒体を蓄熱槽の上部から下部または下部から上部へ流すようにしたものが知られている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特公平５−８２８３２号公報（９頁、１１頁、第２図、第９図、
第１０図）
【特許文献２】
特開平９−１４５２７５号公報（段落００１９〜段落００２３、
図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような蓄熱装置では、蓄熱運転、放熱運転で流れの向きを蓄熱槽の下部から上部、または上部から下部へ逆流させる必要があるため、余分な配管ラインやそれによる余分な制御弁および制御システム、ないし双方向流量が計測可能な流量計が必要となり、配管系、制御系及び計装系が複雑な構成となる問題を有していた。
【０００９】
従って、本発明の目的とする所は、冷熱運転時または温熱運転時における蓄熱運転及び放熱運転での蓄熱槽内流れを同一方向とすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することで設計、製作工数を削減し、故障リスクやイニシャルコストの軽減を図ることができる潜熱利用蓄熱装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するために、本発明は次の技術的手段を有する。即ち、実施の形態に対応する添付図面に使用した符号を用いて説明すると、蓄熱槽１の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽１内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、蓄熱動作をするための冷熱蓄熱モード時に於いては、冷熱源機２０から出た伝熱媒体を、冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通して上記蓄熱槽１の上部６に通し、この蓄熱槽１の下部８から出た伝熱媒体をポンプＰによって再び冷熱源機２０に循環するように構成し、放熱動作をするための冷熱放熱モード時に於いては、上記蓄熱槽１の下部８から出た伝熱媒体を、ポンプＰによって冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０を通したのち冷熱使用機器２６側の熱交換器２８に通し、この熱交換器２８から出た伝熱媒体を蓄熱槽１の上部６に循環するように構成し、上記冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽１内に於いて上部から下部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置である。
上記によれば、冷熱蓄熱モード時では、冷熱源機２０から出た低温の伝熱媒体は、伝熱管２５ａ、冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通して伝熱管２５ｂから分岐した導入管２３ａにより蓄熱槽１の上部６に通し、蓄熱槽１の上部６から下部８に通過する過程で蓄熱し、その下部８から出た伝熱媒体は排出管２３ｂを介して伝熱管２５ｂに戻り再び冷熱源機２０に循環する。また、冷熱放熱モード時では、蓄熱槽１の下部８から出た伝熱媒体は、排出管２３ｂから伝熱管２５ｂに合流し、冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０を経て伝熱管２５ａ、冷熱使用機器２６側の熱交換器２８に通して放熱し、この熱交換器２８から出た伝熱媒体は伝熱管２５ｂから分岐した導入管２３ａにより再び蓄熱槽１の上部に循環する。
従って、冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける蓄熱槽１内での伝熱媒体の流れを上部から下部に向く同一流れとすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができる。
更に蓄熱槽１内では、低温の伝熱媒体が上部から下部に向って移動することで放熱モード時に温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱体１８から熱を取り出すことができる。
【００１１】
また本発明は、蓄熱槽３０の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽３０内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、蓄熱動作をするための冷熱蓄熱モード時に於いては、冷熱源機２０から出た伝熱媒体を上記蓄熱槽３０の上部６に通し、この蓄熱槽３０の下部８から出た伝熱媒体を、ポンプＰによって冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通過させたのち再び冷熱源機２０に循環するように構成し、放熱動作をするための冷熱放熱モード時に於いては、上記蓄熱槽３０の下部８から出た伝熱媒体を、ポンプＰを介して冷熱使用機器２６側の熱交換器２８に通し、この熱交換器２８から出た伝熱媒体を冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０に通したのち蓄熱槽３０の上部６に通して循環するように構成し、上記冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽３０内に於いて上部から下部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置である。
上記によれば、冷熱蓄熱モード時では、冷熱源機２０から出た低温の伝熱媒体は、伝熱管２５ａから分岐した導入管２３ａにより蓄熱槽３０の上部に通し、蓄熱槽３０の上部６から下部８に通過する過程で蓄熱し、その下部８から出た伝熱媒体は排出管２３ｂを介して導入管２５ａに戻り、ポンプＰを介して冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通過し、伝熱管２５ｂから再び冷熱源機２０に循環する。また、冷熱放熱モード時では、蓄熱槽３０の下部８から出た伝熱媒体は、伝熱管２５ａからポンプＰによって冷熱使用機器２６側の熱交換器２８を通過させて放熱し、伝熱管２５ｂ、冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０、伝熱管２５ａ、導入管２３ａを通して蓄熱槽３０の上部に循環する。
従って、冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける蓄熱槽３０内での伝熱媒体の流れを上部から下部に向く同一流れとすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができる。
更に蓄熱槽３０内では、低温の伝熱媒体が上部から下部に向って移動することで放熱モード時に温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱体１８から熱を取り出すことができる。
【００１２】
また本発明は、蓄熱槽３１の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽３１内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、蓄熱動作をするための温熱蓄熱モード時に於いては、温熱源機４０から出た伝熱媒体を、温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通して上記蓄熱槽３１の下部８に通し、この蓄熱槽３１の上部６から出た伝熱媒体をポンプＰによって再び温熱源機４０に循環するように構成し、放熱動作をするための温熱放熱モード時に於いては、上記蓄熱槽３１の上部６から出た伝熱媒体をポンプＰによって温熱発生機器４０側あるいはそのバイパス管４４を通したのち温熱使用機器４６側の熱交換器４８に通し、この熱交換器４８から出た伝熱媒体を蓄熱槽３１の下部８に通して循環するように構成し、上記温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽３１内に於いて下部から上部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置である。
上記によれば、温熱蓄熱モード時では、温熱源機４０から出た高温の伝熱媒体は、伝熱管４５ａ、温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通して伝熱管４５ｂから分岐した導入管４３ａにより蓄熱槽３１の下部８に通し、蓄熱槽３１の下部８から上部６に通過する過程で蓄熱し、その上部６から出た伝熱媒体は排出管４３ｂを介して伝熱管４５ｂに戻り再び温熱源機４０に循環する。また、温熱放熱モード時では、蓄熱槽３１の上部６から出た伝熱媒体は、排出管４３ｂから伝熱管４５ｂに合流し、温熱源機４０側のバイパス管４４あるいは温熱源機４０を経て伝熱管４５ａ、温熱使用機器４６側の熱交換器４８に通して放熱し、この熱交換器４８から出た伝熱媒体は伝熱管４５ｂから分岐した導入管４３ａにより再び蓄熱槽３１の下部８に循環する。
従って、温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける蓄熱槽３１内での伝熱媒体の流れを下部から上部に向く同一流れとすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができる。
更に蓄熱槽３１内では、高温の伝熱媒体が下部から上部に向って移動することで放熱モード時に温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱体１８から熱を取り出すことができる。
【００１３】
また本発明は、蓄熱槽３６の内部に蓄熱材が封入された小球状蓄熱体１８を密に収容し、外部より上記蓄熱槽３６内に伝熱媒体を通して蓄熱／放熱を行なう潜熱利用蓄熱装置に於いて、蓄熱動作をするための温熱蓄熱モード時に於いては、温熱源機４０から出た伝熱媒体を上記蓄熱槽３６の下部８に通し、この蓄熱槽３６の上部６から出た伝熱媒体を、ポンプＰによって温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通過させたのち再び温熱源機４０に循環するように構成し、放熱動作をするための温熱放熱モード時に於いては、蓄熱槽３６の上部６から出た伝熱媒体を、ポンプＰを介して温熱使用機器４６側の熱交換器４８に通し、この熱交換器４８から出た伝熱媒体を温熱発生機器４０側あるいはそのバイパス管４４に通したのち蓄熱槽３６の下部８に通して循環するように構成し、上記温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が上記蓄熱槽３６内に於いて下部から上部に向く同一流れとなるよう構成されていることを特徴とする潜熱利用蓄熱装置である。
上記によれば、温熱蓄熱モード時では、温熱源機４０から出た高温の伝熱媒体は、伝熱管４５ａから分岐した導入管４３ａにより蓄熱槽３６の下部８に通し、蓄熱槽３６の下部８から上部６に通過する過程で蓄熱し、その上部６から出た伝熱媒体は排出管４３ｂを介して伝熱管４５ａに戻り、ポンプＰを介して温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通過し、伝熱管４５ｂから再び温熱源機４０に循環する。また、温熱放熱モード時では、蓄熱槽３６の上部６から出た伝熱媒体は、伝熱管４５ａからポンプＰによって温熱使用機器４６側の熱交換器４８を通過させて放熱し、伝熱管４５ｂ、温熱源機４０側のバイパス管４４あるいは温熱源機４０、伝熱管４５ａ、導入管４３ａを通して蓄熱槽３６の下部８に循環する。
従って、温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける蓄熱槽３６内での伝熱媒体の流れを下部から上部に向く同一流れとすることで、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができる。
更に、蓄熱槽３６内では、高温の伝熱媒体が下部から上部に向って移動することで放熱モード時に温度成層流が形成されるので、移動の過程に於いて流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱体１８から熱を取り出すことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明に係る蓄熱槽の実施例であって、（Ａ），（Ｂ）は円筒型胴体の蓄熱槽の一部断面を示す側面図、（Ｃ）は矩形胴体の蓄熱槽の斜視図である。
【００１５】
図１（Ａ）〜（Ｃ）における符号１は、本発明の蓄熱装置として使用される蓄熱槽の実施例であって、この蓄熱槽１は、円筒形あるいは矩形の胴体２と、円筒形の場合では上下あるいは左右両端に取着された胴体蓋４，５とを有している。
【００１６】
円筒形の場合では、上下あるいは左右両端の胴体蓋４，５中央には夫々上下の接続口６，８が設けられており、これら上下の接続口６，８には図示しない伝熱管が接続されている。上記胴体蓋４，５の内部には、上下の接続口６，８に対向して配設された伝熱媒体の分散器１０，１２が設置されており、これら分散器１０，１２には、胴体内部１６に伝熱媒体を拡散流通させる多数の小孔が形成されている。
【００１７】
上記分散器１０，１２によって仕切られる胴体２の内部には、周知の小球状蓄熱体１８（例えば特公平５−８１８３２号公報）が多数、密に充填されており、これら小球状蓄熱体１８は、相変化温度で液相から固相に変わる時に固化の潜熱として冷熱を蓄熱し、固相から液相に相変化する時に先に蓄熱した冷熱を放出する蓄熱材を球状のシェル内に封入したものであり、好適な蓄熱材としては、例えば、Ｈ２Ｏ（水）に発核剤を微量添加した組成物を主液としている。
【００１８】
勿論、温熱を対象とする場合には、小球状蓄熱体１８内に封入された蓄熱材は、相変化温度で融解した時に蓄熱し、凝固した時に潜熱を放出する。
【００１９】
次に、図２〜図４に従い本発明の好適な実施形態に付き詳述する。図２は本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置の冷熱蓄熱モード時における説明図、図３は同じく、蓄熱装置の放熱ピーク時に冷熱源機を併用運転している放熱モード時の説明図であり、図４は同じく、蓄熱装置の冷熱放熱モード時における説明図である。
【００２０】
先ず、図２〜図４に示される共通の装置に付き説明する。以下に説明する全図において、開閉弁のバルブ記号は黒塗りが閉弁状態、白塗りが開弁状態、また半分黒塗り、半分白塗りが閉弁状態、開弁状態のいずれかのケースもあり得ることを示している。図２〜図４に示す２０は冷熱源機であって、２２は冷熱を発生する冷凍機などの冷凍装置を示し、２８は冷熱使用機器２６側の熱交換器である。冷熱源機２０側の冷凍装置２２下流側には、伝熱管２５ａを介して冷熱使用機器２６側の熱交換器２８に接続されている。
【００２１】
冷熱使用機器２６は、例えば冷房装置などの空調機であってこの空調機は、熱交換器２８で冷やされた伝熱流体をポンプＰ１によってＯＵＴ側からＩＮ側に循環させる過程で放冷されるようになっている。
【００２２】
この熱交換器２８の下流側は、伝熱管２５ｂから分岐した導入管２３ａが蓄熱槽１上部の接続口６に接続され、蓄熱槽１下部の接続口８に接続される排出管２３ｂは伝熱管２５ｂに接続されており、ポンプＰを介して再び冷凍装置２２に接続され伝熱媒体を循環させる循環路が形成されている。
【００２３】
そして、冷凍装置２２、冷熱使用機器２６側の熱交換器２８、蓄熱槽１前後の伝熱管２５ａ，２５ｂには、それぞれ開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５を備えたバイパス管２４，２７及び２９が接続され、冷凍装置２２、熱交換器２８の上流側及び蓄熱槽１の下流側にはそれぞれ開閉弁Ｖ１，Ｖ４ないしＶ６が設けられている。
【００２４】
次に、上記のように構成された第１実施形態に係る一連の動作に付き図２〜図４を参照して説明する。
【００２５】
図２は第１実施形態に係る冷熱蓄熱モードを示しており、通常この冷熱蓄熱動作は、電力使用料の安い深夜の時間帯を利用して行なわれる。
【００２６】
この冷熱蓄熱モードに於いては、図示しない制御装置の制御により、冷熱を発生する冷熱源機２０側の冷凍装置２２が駆動され且つポンプＰが駆動されると、冷凍装置２２で冷却された伝熱媒体が、伝熱管２５ａにより冷熱使用機器２６側のバイパス管２７、開閉弁Ｖ３を通過したのち、その下流の伝熱管２５ｂから分岐した導入管２３ａを介して蓄熱槽１上部の接続口６に入り、蓄熱槽１の上部から下部に通過する過程で蓄熱し、蓄熱槽１下部の接続口８から出た伝熱媒体は排出管２３ｂから伝熱管２５ｂに戻り再び冷熱源機２０の冷凍装置２２に循環する。
【００２７】
詳しくは、蓄熱槽１の上部接続口６から仕切室１４に入った低温の伝熱媒体は、分散器１０の多数の小孔を通して胴体内部１６に移動し、胴体内部１６では、多数の小球状蓄熱体１８が伝熱媒体と共に充填されており、上部接続口６から胴体内部１６に入った低温の伝熱媒体は、小球状蓄熱体１８の間を上方から下方に向けて通過する際に、小球状蓄熱体１８の外周に接触することで小球状蓄熱体１８内の蓄熱材を凝固点において固化させる。この凝固時に固化の潜熱としての冷熱が小球状蓄熱体１８の蓄熱材中に蓄熱される。
【００２８】
そして、図４は、冷熱放熱モード時を示したもので、ポンプＰの駆動によって蓄熱槽１下部の接続口８から出た低温の伝熱媒体は、排出管２３ｂ、開閉弁Ｖ６を通過して伝熱管２５ｂに合流し、冷熱源機２０側のバイパス管２４あるいは冷熱源機２０、開閉弁Ｖ２あるいは開閉弁Ｖ１から伝熱管２５ａを通過すると共に、冷熱使用機器２６側の開放された開閉弁Ｖ４から熱交換器２８に通して放熱し、熱交換器２８から出た伝熱媒体は、開放された開閉弁Ｖ３を介してバイパス管２７を通過した伝熱媒体と伝熱管２５ｂで合流し、伝熱管２５ｂから分岐した導入管２３ａにより再び蓄熱槽１の上部に循環し、その一部は伝熱管２９から開閉弁Ｖ５を通り、開閉弁Ｖ６からの伝熱媒体と合流する。
【００２９】
詳しくは、蓄熱槽１の上部接続口６から仕切室１４に入った低温の伝熱媒体が、胴体内部１６を上部から下部に向けて通過する際に、小球状蓄熱体１８内の蓄熱材が融解点に達するとそれを融解し、先に蓄熱した冷熱を融解の潜熱として伝熱媒体に放出する。
【００３０】
従って、日中の外気温度が一番上昇するピーク時に、蓄熱槽１内の放熱量が不足した場合に、図３に示すように放熱モード時に冷熱源機の併用運転が行なわれる。
【００３１】
図３は、放熱ピーク時に冷熱源機を併用運転している放熱モード時を示したもので、ポンプＰの駆動によって冷熱源機２０の冷凍装置２２で冷却された伝熱媒体は、伝熱管２５ａにより冷熱使用機器２６側の開放された開閉弁Ｖ４から熱交換器２８を通して放熱し、これと並行してバイパス管２７、開閉弁Ｖ３を通過したのち、伝熱管２５ｂから分岐した導入管２３ａを介して蓄熱槽１上部の接続口６に入り、その一部は開閉弁Ｖ５の開放によりバイパス管２９を通過する。
【００３２】
蓄熱槽１上部の接続口６に入った伝熱媒体は、その上部から下部に通過する過程で小球状蓄熱体１８からの放熱により冷却され、下部の接続口８から出たのち排出管２３ｂを介して伝熱管２５ｂに合流し再び冷熱源機２０の冷凍装置２２に循環する。
【００３３】
従って、ポンプＰの駆動によって冷熱源機２０の冷凍装置２２でも、伝熱媒体を介して伝熱管２５ａにより冷熱使用機器２６側の開放された開閉弁Ｖ４から熱交換器２８を通して放熱しているので、蓄熱槽１内の放熱量が不足した場合に冷熱量を補うことができる。
【００３４】
上記のように、蓄熱槽１における伝熱媒体は、胴体内部１６の小球状蓄熱体１８の間を上部から下方に向けて通過させる冷熱蓄熱モード時、冷熱放熱モード時、並びに放熱ピーク時に冷熱源機２０を併用運転している冷熱放熱モード時において、上部から下部への同一流れにすることができる。
【００３５】
従って、蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができるので、設計、製作工数を削減すると共に故障リスクやイニシャルコストの軽減を図ることができる。
【００３６】
更に、蓄熱槽１の内部では、低温の伝熱媒体が上部から下部に向って移動することで放熱モード時において、温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける温度成層流の乱れがなく効率良く小球状蓄熱体１８から熱を取り出すことができる。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態に付き図５〜図７を参照して説明する。
【００３８】
図５〜図７には第２実施形態としての他の回路構成が示されており、図５は第２実施形態に係る他の回路構成における、蓄熱装置の冷熱蓄熱モード時における説明図、図６は他の回路構成における、蓄熱装置の放熱ピーク時に冷熱源機を併用運転している冷熱放熱モード時の説明図であり、図７は他の回路構成における、蓄熱装置の冷熱放熱モード時における説明図である。
【００３９】
この回路構成は、冷熱源機２０側の冷凍装置２２に接続される伝熱管２５ａから分岐した導入管２３ａが、蓄熱槽３０の上部に接続されると共に蓄熱槽３０の下部に排出管２３ｂが接続されている。
【００４０】
この排出管２３ｂは、導入管２３ａと排出管２３ｂの間に開閉弁Ｖ５を介して接続されたバイパス管２９と共に伝熱管２５ｂに接続されている。
【００４１】
これら排出管２３ｂ、バイパス管２９が接続された下流側の伝熱管２５ａは、ポンプＰを介して冷熱使用機器２６側の熱交換器２８流入口に接続され、この熱交換器２８の流出口は、熱交換器２８の流出入口間に開閉弁Ｖ３を介して接続されたバイパス管２７と共に、伝熱管２５ｂ、開閉弁Ｖ１を介して冷凍装置２２に接続され伝熱媒体を循環させる循環路が構成されている。
【００４２】
次に、第２実施形態に係る一連の動作に付き図５〜図７を参照して説明する。図５は第２実施形態に係る冷熱蓄熱モードを示しており、通常この冷熱蓄熱動作は、上記と同様に電力使用料の安い深夜の時間帯を利用して行なわれる。
【００４３】
この冷熱蓄熱モードに於いては、冷凍装置２２が駆動され且つポンプＰが駆動されると、冷凍装置２２で冷却された伝熱媒体が、伝熱管２５ａから分岐した導入管２３ａ、開閉弁Ｖ６を介して蓄熱槽３０上部の接続口６に入り、伝熱媒体が上部から下部に移動する過程で上記第１実施形態と同じ相変化により蓄熱が行なわれる。
【００４４】
この蓄熱槽３０下部の接続口８を出た伝熱媒体は、排出管２３ｂからポンプＰを介して伝熱管２５ａに戻り、冷熱使用機器２６側のバイパス管２７を通過したのち、その下流の伝熱管２５ｂを通過し開閉弁Ｖ１を介して冷熱源機２０の冷凍装置２２に循環する。
【００４５】
次に、図７に示す蓄熱装置の冷熱放熱モード時に於いては、蓄熱槽３０下部の接続口８から出た低温の伝熱媒体は、熱交換器２８を介して冷熱を放熱したのち、バイパス管２７、開閉弁Ｖ３を通過した伝熱媒体と共に伝熱管２５ｂを通過し、冷凍装置２２側の開放された開閉弁Ｖ２あるいは開閉弁Ｖ１、バイパス管２４あるいは冷熱源機２０を通過して伝熱管２５ａから導入管２３ａ、開閉弁Ｖ６を介して蓄熱槽３０上部の接続口６に循環する。
【００４６】
また、図６に示す放熱ピーク時に冷熱源機２０を併用運転している放熱モード時に於いては、冷凍装置２２が駆動され且つポンプＰが駆動されると、冷凍装置２２で冷却された伝熱媒体は、伝熱管２５ａから導入管２３ａ、開閉弁Ｖ６を介して蓄熱槽３０上部の接続口６に入り、上記のように伝熱媒体が上部から下部に移動する過程で小球状蓄熱体１８からの放熱により冷却され、その一部は開閉弁Ｖ５の開放によりバイパス管２９を通過して蓄熱槽３０から出た伝熱媒体と共に伝熱管２５ａで合流する。
【００４７】
合流した伝熱媒体は、ポンプＰを介して伝熱管２５ａから冷熱使用機器２６側の開放された開閉弁Ｖ４、熱交換器２８を介して冷熱を放熱すると共に、これと並行してバイパス管２７、開閉弁Ｖ３を通過した伝熱媒体は、熱交換器２８から出た伝熱媒体と共に伝熱管２５ｂを通過し、開閉弁Ｖ１を介して冷凍装置２２に循環する。
【００４８】
従って、上記第１実施形態と同様に、冷熱源機２０の冷凍装置２２でも、伝熱媒体を介して伝熱管２５ａにより冷熱使用機器２６側の熱交換器２８を通して放熱しているので、蓄熱槽１内の放熱量が不足した場合に冷熱量を補うことができる。
【００４９】
上記のように構成された他の回路構成では、蓄熱槽３０における胴体内部１６の小球状蓄熱体１８の間を下方に向けて通過させる冷熱蓄熱モード時、冷熱放熱モード時、並びに放熱ピーク時に冷熱源機２０を併用運転している放熱モード時における伝熱媒体の流れは、上部から下部への同一流れにすることができ、上記実施形態と同一効果を奏することができる。
【００５０】
次に、本発明の第３実施形態に付き図８〜図１０を参照して説明する。図８は本発明の第３実施形態に係る蓄熱装置の温熱蓄熱モード時における説明図、図９は同じく、蓄熱装置の放熱ピーク時に温熱源機を併用運転している温熱放熱モード時の説明図であり、図１０は同じく、蓄熱装置の温熱放熱モード時における説明図である。
【００５１】
図８〜図１０に示す４０は温熱発生側であって、４２は温熱を発生する加熱装置を示し、４８は温熱使用機器４６側の熱交換器である。温熱発生機器４０側の加熱装置４２下流側には、伝熱管４５ａを介して温熱使用機器４６側の熱交換器４８に接続されている。
【００５２】
温熱使用機器４６は、例えば暖房器具などの空調機であってこの空調機は、熱交換器４８で加熱された伝熱流体をポンプＰ１によってＯＵＴ側からＩＮ側に循環させる過程で放熱されるようになっている。
【００５３】
この熱交換器４８の下流側には、伝熱管４５ｂが導入管４３ａを介して蓄熱槽３１の下部に接続され、蓄熱槽３１の上部に接続される排出管４３ｂは伝熱管４５ｂに接続されており、ポンプＰを介して再びボイラーなどの加熱装置４２に接続され伝熱媒体を循環させる循環路が形成されている。
【００５４】
そして、加熱装置４２の温熱使用機器４６側の熱交換器４８、蓄熱槽３１前後の伝熱管４５ａ，４５ｂには、それぞれ開閉弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５を備えたバイパス管４４，４７及び４９が接続され、加熱装置４２、熱交換器４８の上流側ないし蓄熱槽３１の下流側にはそれぞれ開閉弁Ｖ１，Ｖ４ないしＶ６が設けられている。
【００５５】
次に、上記のように構成された第３実施形態に係る一連の動作に付き図８〜図１０を参照して説明する。図８は第３実施形態に係る温熱蓄熱モードを示しており、通常この温熱蓄熱動作は、電力使用料の安い深夜の時間帯を利用して行なわれる。
【００５６】
この温熱蓄熱モードでは、図示しない制御装置の制御により、温熱を発生する温熱発生機器４０側の加熱装置４２が駆動され且つポンプＰが駆動されると、加熱装置４２で加熱された伝熱媒体が、伝熱管４５ａにより温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８、開閉弁Ｖ３あるいは開閉弁Ｖ４を通過したのち、その下流の伝熱管４５ｂから導入管４３ａを介して蓄熱槽３１下部の接続管８に入り、蓄熱槽３１の下部から上部に通過する過程で蓄熱し、蓄熱槽３１の上部６から出た高温の伝熱媒体は、排出管４３ｂ、開閉弁Ｖ６を通過して伝熱管４５ｂに戻り再び温熱源機４０側の加熱装置４２に循環する。
【００５７】
詳しくは、蓄熱槽３１の下部接続口８から仕切室１５に入った高温の伝熱媒体は、分散器１２の多数の小孔を通して胴体内部１６に移動する。この胴体内部１６では、図１に示すように多数の小球状蓄熱体１８が伝熱媒体と共に充填されており、下部接続口８から胴体内部１６に入った高温の伝熱媒体が小球状蓄熱体１８の間を上方に向けて通過する際に、小球状蓄熱体１８の外周に接触することで小球状蓄熱体１８内の蓄熱材が加熱されたときに蓄熱され、冷却されたときに放熱される。
【００５８】
次に、図１０に示す蓄熱装置の温熱放熱モード時に於いては、ポンプＰの駆動によって蓄熱槽３１上部の接続口６から出た高温の伝熱媒体は、排出管４３ｂ、開閉弁Ｖ６を通過して伝熱管４５ｂに合流し、温熱発生機器４０側のバイパス管４４あるいは温熱発生機器４０、開閉弁Ｖ２あるいは開閉弁Ｖ１から伝熱管４５ａを通過し、温熱使用機器４６側の開放された開閉弁Ｖ４から熱交換器４８に通して放熱し、熱交換器４８出た伝熱媒体は、開放された開閉弁Ｖ３を介してバイパス管４７を通過した伝熱媒体と伝熱管４５ｂで合流し、伝熱管４５ｂから分岐した導入管４３ａにより再び蓄熱槽３１の上部に循環し、その一部は伝熱管４９から開閉弁Ｖ５を通り、開閉弁Ｖ６からの伝熱媒体と合流する。
【００５９】
従って、外気温度が一番低下するピーク時に、蓄熱槽３１内の放熱量が不足した場合に、図９に示すように放熱モード時に温熱源機の併用運転が行なわれる。
【００６０】
図９は放熱ピーク時に温熱源機を併用運転している温熱放熱モード時を示したもので、ポンプＰの駆動によって加熱装置４２で加熱された伝熱媒体は、伝熱管４５ａにより温熱使用機器４６側の開放された開閉弁Ｖ４を介して熱交換器４８を通して放熱したのち、これと並行してバイパス管４７、開閉弁Ｖ３を通過する。
【００６１】
伝熱管４５ｂから分岐した導入管４３ａを介して蓄熱槽３１に入った伝熱媒体は、その下部接続口８から上部接続口６に通過する過程で小球状蓄熱体１８からの放熱により加熱され、上部の接続口６から出た伝熱媒体は、開閉弁Ｖ５の開放によりバイパス管４９を通過した伝熱媒体と合流し加熱装置４２に循環する。
【００６２】
従って、ポンプＰの駆動によって蓄熱槽３１上部の接続口６から出た高温の伝熱媒体が、温熱発生機器４０でも加熱され、伝熱管４５ａを通過して、温熱使用機器４６側の開放された開閉弁Ｖ４から熱交換器４８に通して放熱しているので、蓄熱槽３１内の放熱量が不足した場合に温熱量を補うことができる。
【００６３】
上記のように、蓄熱槽３１における伝熱媒体は、胴体内部１６の小球状蓄熱体１８の間を上方に向けて通過させる温熱蓄熱モード時、放熱ピーク時に温熱源機４０を併用運転している放熱モード時、及び温熱放熱モード時において同一流れにすることができ、上記実施形態と同一効果を奏することができる。
【００６４】
更に、本発明の第４実施形態に付き図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は第４実施形態に係る他の回路構成における、蓄熱装置の温熱蓄熱モード時における説明図、図１２は他の回路構成における、蓄熱装置の放熱ピーク時に温熱源機を併用運転している温熱放熱モード時の説明図であり、図１３は他の回路構成における、蓄熱装置の温熱放熱モード時における説明図である。
【００６５】
この回路構成は、温熱発生機器４０側の加熱装置４２に接続される伝熱管４５ａから分岐した導入管４３ａが蓄熱槽３６の下部に接続されている。
【００６６】
そして、蓄熱槽３６上部に接続される排出管４３ｂは、伝熱管４５ａを介して温熱使用機器４６側の熱交換器４８に接続され、この熱交換器４８の下流側は伝熱管４５ｂ、開閉弁Ｖ１を介して加熱装置４２に接続され伝熱媒体を循環させる循環路を形成している。
【００６７】
次に、第４実施形態に係る一連の動作に付き図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は第４実施形態に係る温熱蓄熱モードを示しており、通常この温熱蓄熱動作は、上記と同様に電力使用料の安い深夜の時間帯を利用して行なわれる。
【００６８】
この温熱蓄熱モードに於いては、加熱装置４２が駆動され且つポンプＰが駆動されると、加熱装置４２で加熱された伝熱媒体が、伝熱管４５ａから導入管４３ａ、開閉弁Ｖ６を介して蓄熱槽３６下部の接続口８に入り、伝熱媒体が下部から上部に移動する過程で上記第３実施形態と同じ相変化により蓄熱が行なわれる。
【００６９】
この蓄熱槽３６を出た伝熱媒体は、排出管４３ｂからポンプＰを介して伝熱管４５ａに戻り、温熱使用機器４６側のバイパス管４７あるいは熱交換器４８を通過したのち、その下流の伝熱管４５ｂを通過し開閉弁Ｖ１を介して温熱発生機器４０側の加熱装置４２に循環する。
【００７０】
次に、図１３に示す蓄熱装置の他の回路構成における、蓄熱装置の温熱放熱モード時に於いては、蓄熱槽３６上部の接続口６から出た高温の伝熱媒体は、熱交換器４８を介して温熱を放熱したのち、バイパス管４７、開閉弁Ｖ３を通過した伝熱媒体と共に伝熱管４５ｂを通過し、加熱装置４２側の開放された開閉弁Ｖ２あるいは開閉弁Ｖ１、バイパス管４４あるいは温熱源機４０を通過して伝熱管４５ａから導入管４３ａ、開閉弁Ｖ６を介して蓄熱槽３６下部の接続口６に循環する。
【００７１】
また、図１２に示す放熱ピーク時に温熱源機４０を併用運転している放熱モード時に於いては、加熱装置４２が駆動され且つポンプＰが駆動されると、加熱装置４２で加熱された伝熱媒体は、伝熱管４５ａから導入管４３ａ、開閉弁Ｖ６を介して蓄熱槽３６に入り、上記のように伝熱媒体が下部から上部に移動する過程で小球状蓄熱体１８からの放熱により加熱され、その一部は開閉弁Ｖ５の開放によりバイパス管４９を通過して蓄熱槽３６を通過した伝熱媒体と共に合流する。
【００７２】
合流した伝熱媒体は、ポンプＰを介して伝熱管４５ａから温熱使用機器４６側の開放された開閉弁Ｖ４、熱交換器４８を介して温熱を放熱すると共に、これと並行してバイパス管４７、開閉弁Ｖ３を通過した伝熱媒体は、熱交換器４８から出た伝熱媒体と共に伝熱管４５ｂを通過し、開閉弁Ｖ１を介して加熱装置４２に循環する。
【００７３】
従って、上記第３実施形態と同様に、温熱源機４０の加熱装置４２でも、伝熱媒体を介して伝熱管４５ａにより温熱使用機器４６側の熱交換器４８を通して放熱しているので、蓄熱槽３６内の放熱量が不足した場合に温熱量を補うことができる。
【００７４】
上記のように構成された他の回路構成では、蓄熱槽３６における伝熱媒体は、胴体内部１６の小球状蓄熱体１８の間を上方に向けて通過させる温熱蓄熱モード時、放熱ピーク時に温熱源機４０を併用運転している放熱モード時、並びに温熱放熱モード時において同一流れにすることができ、上記実施形態と同一効果を奏することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によると次の様な効果を奏する。
【００７６】
即ち、請求項１及び請求項２によると、蓄熱槽内での流れを、冷熱蓄熱モード時と冷熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が、上部から下部への同一流れとすることで蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができる。
更に蓄熱槽内では、低温の伝熱媒体が上部から下部に向って移動することで放熱モード時において温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱から熱を取り出すことができる。
【００７７】
また請求項３及び請求項４によると、蓄熱槽内での流れを、温熱蓄熱モード時と温熱放熱モード時に於ける上記伝熱媒体が下部から上部への同一流れとすることで蓄熱システムの配管系、制御系、計装系を簡略化することができる。
更に蓄熱槽内では、高温の伝熱媒体が上記蓄熱槽内に於いて下部から上部に向って移動することで放熱モード時に温度成層流が形成されるので、移動の過程に於ける流れの乱れがなく効率良く小球状蓄熱体から熱を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄熱槽の実施例であって、（Ａ），（Ｂ）は円筒型蓄熱槽の一部断面を示す側面図、（Ｃ）は矩形型蓄熱槽の斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る蓄熱装置の冷熱蓄熱モード時における説明図である。
【図３】同じく、蓄熱装置の放熱ピーク時に冷熱源機を併用運転している冷熱放熱モード時の説明図である。
【図４】同じく、蓄熱装置の冷熱放熱モード時における説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る他の回路構成における、蓄熱装置の冷熱蓄熱モード時における説明図である。
【図６】同じく、他の回路構成における、蓄熱装置の放熱ピーク時に冷熱源機を併用運転している冷熱放熱モード時の説明図である。
【図７】同じく、他の回路構成における、蓄熱装置の冷熱放熱モード時における説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る蓄熱装置の温熱蓄熱モード時における説明図である。
【図９】同じく、蓄熱装置の放熱ピーク時に温熱源機を併用運転している温熱放熱モード時の説明図である。
【図１０】同じく、蓄熱装置の温熱放熱モード時における説明図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る他の回路構成における、蓄熱装置の温熱蓄熱モード時における説明図である。
【図１２】同じく、他の回路構成における、蓄熱装置の放熱ピーク時に温熱源機を併用運転している温熱放熱モード時の説明図である。
【図１３】同じく、他の回路構成における、蓄熱装置の温熱放熱モード時における説明図である。
【符号の説明】
１                      蓄熱槽
２                      胴体
４，５                  胴体蓋
６                      上部接続口
８                      下部接続口
１０，１２              分散器
１４，１５              仕切室
１６                    胴体内部
１８                    小球状蓄熱体
２０                    冷熱源機
２２                    冷凍装置
２３ａ                  導入管
２３ｂ                  排出管
２４，２７，２９        バイパス管
２５ａ，２５ｂ          伝熱管
２６                    冷熱使用機器
２８                    熱交換器
３０，３１，３６        蓄熱槽
４０                    温熱源機
４２                    加熱装置
４３ａ                  導入管
４３ｂ                  排出管
４４，４７，４９        バイパス管
４５ａ，４５ｂ          伝熱管
４６                    温熱使用機器
４８                    熱交換器
Ｐ                      ポンプ
Ｖ１〜Ｖ６              開閉弁
【図１】
2004324995.tif 000003
【図２】
2004324995.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004324995.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004324995.tif 000011
【図１０】
2004324995.tif 000012
【図１１】
2004324995.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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