(57)【要約】  【課題】  カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化することができると共に、効率の良い熱交換を行なうことができるカプセル式潜熱蓄熱システムを提供する。  【解決手段】  熱源機４、蓄熱槽１、空調機５等の各使用機器を結んで配管した伝熱流体循環管路８，１２を備え、蓄熱運転時に、熱源機４と蓄熱槽１との間で液体の伝熱流体１５を循環して熱源機４の生成熱を蓄熱槽１に蓄熱し、放熱運転時に、蓄熱運転時における液体の伝熱流体１５で満たされた蓄熱槽１の内部に直接空気を吹き込み、この気泡流と液体の伝熱流体１５との２相流によって蓄熱槽１内部で蓄熱カプセル２と熱交換され、この蓄熱槽１から出た空気を空調機５との間で循環して熱負荷に対応させることで、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化し、効率の良い熱交換を行なうことができるようにした。【選択図】    図４
2005114236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機４、蓄熱槽１、空調機５等の各使用機器を結んで配管した伝熱流体循環管路８，１２を備え、蓄熱運転として上記熱源機４と蓄熱槽１との間で液体の伝熱流体１５を循環して熱源機４の生成熱を蓄熱槽１に蓄熱し、放熱運転として上記蓄熱槽１と空調機５との間で伝熱流体を循環して熱負荷に対応するカプセル式潜熱蓄熱システムに於いて、
蓄熱材が充填された複数の蓄熱カプセル２と蓄熱運転時における液体の伝熱流体１５で満たされた蓄熱槽１の内部に伝熱流体となる気体を吹き込み、放熱運転時に上記蓄熱槽１内部で熱交換されて該蓄熱槽１から出た気体を上記空調機５との間で循環して熱負荷に対応するようにしたことを特徴とするカプセル式潜熱蓄熱システム。
【請求項２】
冷熱蓄熱運転時には、冷熱源機４ａから出た液体の伝熱流体１５を上記蓄熱槽１の下部あるいは上部に通し、上記液体の伝熱流体１５の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を凝固させてこの蓄熱槽１の上部あるいは下部から出た液体の伝熱流体１５をポンプ６によって再び冷熱源機４ａに循環させるように構成し、冷熱放熱運転時には上記蓄熱槽１の下部から該蓄熱槽１内部に吹込まれた気体の気泡流と上記液体の伝熱流体１５との２相流によって上記蓄熱カプセル２内の蓄熱材を融解し、上記蓄熱槽１内部を上昇する過程で冷却されて該蓄熱槽１の上部から出た気体を上記空調機５との間で循環して冷熱負荷に対応するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のカプセル式潜熱蓄熱システム。
【請求項３】
温熱蓄熱運転時には、温熱源機４ｂから出た液体の伝熱流体１５を上記蓄熱槽１の上部あるいは下部に通し、上記液体の伝熱流体１５の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を融解させてこの蓄熱槽１の下部あるいは上部から出た液体の伝熱流体１５をポンプ６によって再び温熱源機４ｂに循環させるように構成し、温熱放熱運転時には上記蓄熱槽１の下部から該蓄熱槽１内部に吹込まれた気体の気泡流と上記液体の伝熱流体１５との２相流によって上記蓄熱カプセル２内の蓄熱材を凝固し、上記蓄熱槽１内部を上昇する過程で加熱されて該蓄熱槽１の上部から出た気体を上記空調機５との間で循環して温熱負荷に対応するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のカプセル式潜熱蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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カプセル式潜熱蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のカプセル式潜熱蓄熱システムは、図５に示すように熱源機３０１と蓄熱槽３０２を伝熱流体循環管路３０６で連結し、ポンプＰ１を介して伝熱流体を循環して熱源機３０１の生成熱を蓄熱槽３０２に蓄熱する蓄熱回路と、蓄熱槽３０２と熱交換器３０４を伝熱流体循環管路３０８で連結し、蓄熱槽３０２から出た伝熱流体を、ポンプＰ２を介して熱交換器３０４との間で循環して放熱する放熱回路と、上記熱交換器３０４で熱交換された伝熱流体をポンプＰ３を介して最終熱負荷となる空調器との間で循環する熱負荷回路とから構成されていた。
【０００３】
ところが、このような従来のカプセル式潜熱蓄熱システムは、蓄熱運転・放熱運転共に液体の伝熱流体で熱交換するシステムであるため、最終熱負荷形態が冷暖房や冷凍庫および冷蔵庫で冷風或いは温風となる場合、蓄熱槽から最終負荷形態までに１次側流体および２次側流体間の熱交換器や、２次側流体と空気間の熱交換器など複数の熱交換器が必要となり、複雑且つ高価なものとなる問題を有していた。
【０００４】
このような問題を解決したカプセル式潜熱蓄熱システムとして、氷蓄熱槽と熱交換槽を鉛直に配設された連通管路を介して上下に接続し、下部の氷蓄熱槽で蓄熱媒（熱導性部材からなる球形の袋材内に水を封入した冷却材）をブライン中に侵る液量として蓄熱し、液量を増やしていくことで比重の差により上記冷却材の浮上により上記冷却材を熱交換槽内に収容し、この後に連通管路にてブラインだけを流下させて液量を減らすことで熱交換槽に蓄熱された冷却材のみを残留させた状態で、該熱交換槽に吸気管から排気管へ空気を供給させて冷却材と空気との間で熱交換を行なうようにしたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
この熱交換槽で熱交換を行なうに際し、ブラインを排出したのち空調設備から吸気管を介して熱交換槽内部に送り込まれた被冷却空気は、熱交換槽内部上壁から垂下されている仕切り板の下端を通過して排気管へ流れて行く過程で冷却材と十分に冷却材と接しながら均一に抜けて行き、冷却材の表面に沿って流れるときに熱交換が行なわれ冷却材内部で氷結している水から熱を奪って冷却されるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６７７３号公報（段落００１５〜００１７，００２１、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のカプセル式潜熱蓄熱システムは、氷蓄熱槽内で蓄熱された複数の冷却材に空気を通して熱交換するために、氷蓄熱槽の上部に連通管路を介して上記複数の冷却材を送り込む熱交換槽を配置した複雑な構成となる問題を有するだけでなく、熱交換時にはブラインだけを氷蓄熱槽に流下させて熱交換槽内部に送り込まれた被冷却空気を残留した複数の冷却材に通すことで冷却材表面に沿って流れるときに熱交換を行うようになっているため、蓄熱時には再び冷却材を氷蓄熱槽に戻さなければならないため熱交換効率が低下する問題を有していた。
【０００８】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化することができると共に、効率の良い熱交換を行なうことができるカプセル式潜熱蓄熱システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を解決するために、本発明の請求項１に記載のカプセル式潜熱蓄熱システムは、熱源機４、蓄熱槽１、空調機５等の各使用機器を結んで配管した伝熱流体循環管路８，１２を備え、蓄熱運転として上記熱源機４と蓄熱槽１との間で液体の伝熱流体１５を循環して熱源機４の生成熱を蓄熱槽１に蓄熱し、放熱運転として上記蓄熱槽１と空調機５との間で伝熱流体を循環して熱負荷に対応するカプセル式潜熱蓄熱システムに於いて、
蓄熱材が充填された複数の蓄熱カプセル２と蓄熱運転時における液体の伝熱流体１５で満たされた蓄熱槽１の内部に伝熱流体となる気体を吹き込み、放熱運転時に上記蓄熱槽１内部で熱交換されて該蓄熱槽１から出た気体を上記空調機５との間で循環して熱負荷に対応するようにしたことを特徴とするカプセル式潜熱蓄熱システムである。
上記のカプセル式潜熱蓄熱システムによれば、蓄熱運転時には、熱源機４と蓄熱材が充填された複数の蓄熱カプセル２を密に収容した蓄熱槽１との間で液体の伝熱流体１５を循環して熱源機４の生成熱を蓄熱槽１に蓄熱し、放熱運転時には、蓄熱槽１の内部に伝熱流体となる気体を吹き込み上記蓄熱槽１内部で熱交換されて該蓄熱槽１から出た気体を空調機５との間で循環して熱負荷に対応させる。
【００１０】
本発明の請求項２に記載のカプセル式潜熱蓄熱システムは、冷熱蓄熱運転時には、冷熱源機４ａから出た液体の伝熱流体１５を上記蓄熱槽１の下部あるいは上部に通し、上記液体の伝熱流体１５の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を凝固させてこの蓄熱槽１の上部あるいは下部から出た液体の伝熱流体１５をポンプ６によって再び冷熱源機４ａに循環させるように構成し、冷熱放熱運転時には上記蓄熱槽１の下部から該蓄熱槽１内部に吹込まれた気体の気泡流と上記液体の伝熱流体１５との２相流によって上記蓄熱カプセル２内の蓄熱材を融解し、上記蓄熱槽１内部を上昇する過程で冷却されて該蓄熱槽１の上部から出た気体を上記空調機５との間で循環して冷熱負荷に対応するようにしたことを特徴とするカプセル式潜熱蓄熱システムである。
上記のカプセル式潜熱蓄熱システムによれば、冷熱蓄熱運転時には、冷熱源機４ａから出た液体の伝熱流体１５を蓄熱槽１の下部あるいは上部に通して上部あるいは下部に移動する該伝熱流体１５の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を凝固させ、この蓄熱槽１の上部あるいは下部から出た液体の伝熱流体１５をポンプ６によって再び冷熱源機４ａに循環させるようにし、冷熱放熱運転時には、蓄熱槽１の下部から該蓄熱槽１内部に吹込まれた気体の気泡流と上記液体の伝熱流体１５との２相流によって蓄熱カプセル２内の蓄熱材を融解し、蓄熱槽１内部を気泡が上昇する過程で冷却されて該蓄熱槽１の上部から出た気体を空調機５との間で循環して冷熱負荷に対応させる。
【００１１】
本発明の請求項３に記載のカプセル式潜熱蓄熱システムは、温熱蓄熱運転時には、温熱源機４ｂから出た液体の伝熱流体１５を上記蓄熱槽１の上部あるいは下部に通し、上記液体の伝熱流体１５の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を融解させてこの蓄熱槽１の下部あるいは上部から出た液体の伝熱流体１５をポンプ６によって再び温熱源機４ｂに循環させるように構成し、温熱放熱運転時には上記蓄熱槽１の下部から該蓄熱槽１内部に吹込まれた気体の気泡流と上記液体の伝熱流体１５との２相流によって上記蓄熱カプセル２内の蓄熱材を凝固し、上記蓄熱槽１内部を上昇する過程で加熱されて該蓄熱槽１の上部から出た気体を上記空調機５との間で循環して温熱負荷に対応するようにしたことを特徴とするカプセル式潜熱蓄熱システムである。
上記のカプセル式潜熱蓄熱システムによれば、温熱蓄熱運転時には、温熱源機４ｂから出た液体の伝熱流体１５を蓄熱槽１の上部あるいは下部に通し、下部あるいは上部に移動する液体の伝熱流体１５の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を融解させ、この蓄熱槽１の下部あるいは上部から出た液体の伝熱流体１５をポンプ６によって再び温熱源機４ｂに循環させるようにし、温熱放熱運転時には、蓄熱槽１の下部から該蓄熱槽１内部に吹込まれた気体の気泡流と上記液体の伝熱流体１５との２相流によって蓄熱カプセル２内の蓄熱材を凝固し、蓄熱槽１内部を気泡が上昇する過程で加熱されて該蓄熱槽１の上部から出た気体を空調機５との間で循環して温熱負荷に対応させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以下の効果を奏する。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、蓄熱運転時には従来システムと同様に液体の伝熱流体による蓄熱運転とし、放熱運転時には蓄熱槽の内部に直接気体を吹込み、蓄熱槽内部で熱交換された気体を直接熱負荷と対応させることで、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化し、効率の良い熱交換を行なうことができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、冷熱蓄熱運転時には、従来システムと同様に液体の伝熱流体による冷熱蓄熱運転を行い、冷熱放熱運転時には蓄熱槽の内部に直接気体を吹込み蓄熱槽内部で熱交換された冷却気体を直接冷熱負荷と対応させることで、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、温熱蓄熱運転時には、従来システムと同様に液体の伝熱流体による温熱蓄熱運転を行い、温熱放熱運転時には蓄熱槽の内部に直接気体を吹込み蓄熱槽内部で熱交換された加熱気体を直接温熱負荷と対応させることで、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、先ず図1は本発明の一実施例におけるカプセル式潜熱蓄熱システムの回路図、図２は内部に充填された多数の蓄熱カプセルを透視した状態を示す蓄熱槽の正面図、図３は同じく内部に充填された多数の蓄熱カプセルを透視した状態を示す蓄熱槽の側面図であり、図４は温熱蓄熱・放熱運転時における蓄熱槽の内部断面を示す作用説明図である。
【００１８】
先ず、図1には本発明の実施例としてのカプセル式潜熱蓄熱システムにおける蓄熱槽１が示されており、この蓄熱槽１は、伝熱流体循環管路８を介して接続された熱源機４が、電力料金が割安となる夜間電力により蓄熱運転され、ポンプ６を介して液体の伝熱流体を循環して熱源機４の生成熱を蓄熱槽１に蓄熱し、昼間の放熱運転時には、蓄熱槽１の内部に伝熱流体となる気体（空気）を吹き込み、この蓄熱槽１内で熱交換されて蓄熱槽１を出た空気を、伝熱流体循環管路１２を介して接続された空調機５との間で送風機１０を介して循環して熱負荷に対応するようになっている。
【００１９】
蓄熱槽１は、図２、図３に示すように、架台１４の上部に縦長直方体状に形成された筐体１６が設置されており、この筐体１６内部の底面上に支持されたパンチングメタル（孔明き鋼鈑）１８の上面には、多数の蓄熱カプセル２が密に充填されており、これらの蓄熱カプセル２はその上面を超える液体の伝熱流体１５内に浸漬されている。
【００２０】
筐体１６の下部には伝熱流体循環管路８を介して冷熱を生成する熱源機４ａ（図１参照）に接続される下部多孔管２２が配設されており、この下部多孔管２２は、多数の孔が形成された部分が筐体１６の底面とパンチングメタル１８で形成される隙間に配管され、同じ隙間内には送風機などに接続されて筐体１６の底面に空気を送り込む多孔送気管２４が多数の穿孔部分を臨ませるように配管されており、筐体１６の上部には、多数の蓄熱カプセル２の間を上昇した伝熱流体を伝熱流体循環管路８を介して冷熱源機４ａ（図１参照）に点線矢印に沿って循環する上部多孔管２０が配設されている。
【００２１】
一方、筐体１６の上面には、温熱を生成する温熱源機４ｂ（図１参照）に接続される上部多孔管２０が配設されており、この上部多孔管２０は多数の孔が形成された部分が蓄熱カプセル２の上面に臨み液体の伝熱流体１５内に浸漬されるように配管されており、筐体１６の下部には、多数の蓄熱カプセル２の間を流下した伝熱流体を、伝熱流体循環管路８を介して温熱源機４ｂ（図１参照）に実線矢印に沿って循環する下部多孔管２２が配設されている。そして、筐体１６の上面には筐体１６の内部で熱交換された空気を空調機５に送り出すための排気口３０が形成されている。
【００２２】
次に、上記のカプセル式潜熱蓄熱システムの作用に付き、図１及び図４を参照して詳述する。
【００２３】
先ず、夜間の熱負荷に対応する冷熱蓄熱運転時には、冷熱源機４ａから出た図４に示す伝熱流体（白塗り矢印Ｃ）は、伝熱流体循環管路８を点線矢印（図１参照）に沿って移動し、蓄熱槽１の筐体１６下部から内部に臨む下部多孔管２２の多数の孔より蓄熱カプセル２間を通して上昇し、この伝熱流体の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を凝固させつつ、筐体１６上部の上部多孔管２０から出た伝熱流体（白塗り矢印Ｃ）は、ポンプ６により伝熱流体循環管路８を介して点線矢印方向に移動し再び冷熱源機４ａに循環される。
【００２４】
また、冷熱放熱運転時には、蓄熱槽１の筐体１６下部において二点鎖線で示す伝熱流体循環管路１２（図１参照）から送風機１０によって送られてくる図４に示す空気（黒塗り矢印Ａ）は、この伝熱流体循環管路１２に接続された多孔送気管２４の多数の穿孔部分より筐体１６内部の下方に直接吹込まれ、その上昇移動する気泡流と伝熱流体との２相流によって蓄熱カプセル２内の蓄熱材を融解し、筐体１６内部を上昇する過程で冷却されて筐体１６上部の排気口３０を出た冷却空気（黒塗り矢印Ａ）は、伝熱流体循環管路１２を介して再び空調機５に循環して冷熱負荷に対応する。
【００２５】
一方、夜間の熱負荷に対応する温熱蓄熱運転時には、温熱源機４ｂから出た図４に示す伝熱流体（ハッチ塗り矢印Ｈ）は、伝熱流体循環管路８を実線矢印（図１参照）に沿って移動し、蓄熱槽１の筐体１６上部から内部に臨む上部多孔管２０の多数の孔より蓄熱カプセル２間を通して下降し、この伝熱流体の単相流によって蓄熱カプセル２内部の蓄熱材を凝固させつつ、筐体１６下部の下部多孔管２２から出た伝熱流体（ハッチ塗り矢印Ｈ）は、ポンプ６により伝熱流体循環管路８を介して実線矢印方向に移動し再び冷熱源機４ａに循環される。
【００２６】
また、温熱放熱運転時には、蓄熱槽１の筐体１６上部において二点鎖線で示す伝熱流体循環管路１２（図１参照）から送風機１０によって送られてくる図４に示す空気（黒塗り矢印Ａ）は、上記と同様に伝熱流体循環管路１２に接続された多孔送気管２４の多数の穿孔部分より筐体１６内部の下方に直接吹込まれ、その上昇移動する気泡流と伝熱流体との２相流によって蓄熱カプセル２内の蓄熱材を凝固し、筐体１６内部を上昇する過程で加熱されて筐体１６上部の排気口３０を出た加熱空気（黒塗り矢印Ａ）は、伝熱流体循環管路１２を介して再び空調機５に循環して温熱負荷に対応する。
【００２７】
このように、冷熱蓄熱運転時には、従来システムと同様に液体の伝熱流体による冷熱蓄熱運転を行い、冷熱放熱運転時には蓄熱カプセル２と冷熱蓄熱運転時の伝熱流体で満たされた蓄熱槽１の内部に直接空気を吹込み蓄熱槽１内部で熱交換された冷却空気を直接冷熱負荷と対応させることで、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化することができる。
【００２８】
また、温熱蓄熱運転時には、従来システムと同様に液体の伝熱流体による温熱蓄熱運転を行い、温熱放熱運転時には蓄熱カプセル２と温熱蓄熱運転時の伝熱流体で満たされた蓄熱槽１内部に直接気体を吹込み蓄熱槽内部で熱交換された加熱気体を直接温熱負荷と対応させることで、カプセル式潜熱蓄熱システムを簡略化することができる。
【００２９】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例におけるカプセル式潜熱蓄熱システムの回路図である。
【図２】内部に充填された多数の蓄熱カプセルを透視した状態を示す蓄熱槽の正面図である。
【図３】同じく内部に充填された多数の蓄熱カプセルを透視した状態を示す蓄熱槽の側面図である。
【図４】温熱蓄熱・放熱運転時における蓄熱槽の内部断面を示す作用説明図である。
【図５】従来のカプセル式潜熱蓄熱システムの回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１          蓄熱槽
２          蓄熱カプセル
４          熱源機
４ａ        冷熱源機
４ｂ        温熱源機
５          空調機
６          ポンプ
１０        送風機
８，１２    伝熱流体循環管路
１４        架台
１５        液体の伝熱流体
１６        筐体
１８        パンチングメタル
２０        上部多孔管
２２        下部多孔管
２４        多孔送気管
２６        マンホール
３０        排気口
【図１】
2005114236.tif 000003
【図２】
2005114236.tif 000004
【図３】
2005114236.tif 000005
【図４】
2005114236.tif 000006
【図５】
2005114236.tif 000007