(57)【要約】【課題】中低温度帯である０℃以上の冷水の余熱を有効利用できると共に、蓄熱材を用いた蓄熱システムによるエネルギーの有効利用に寄与する、蓄熱空調システムを提供する。【解決手段】気体の温度及び又は湿度を調整して空調対象空間に放出する空調機１と、この空調機１の熱負荷を処理する熱源機１０と、空調機１と熱源機１０との間において冷水を循環させるための管路であって、熱源機１０から空調機１に至る往路管路２１と、空調機１から熱源機１０に至る復路管路２２とを有する循環管路２０と、空調機１から熱源機１０に至る復路管路上に配置された蓄熱装置３０とを備える。この蓄熱装置３０は、復路管路２２を流れる冷水との間で熱交換を行う蓄熱材３２を備える。【選択図】図１
2007064616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の温度及び又は湿度を調整して空調対象空間に放出する空調機と、
前記空調機と所定の熱源との間において熱搬送媒体を循環させるための管路であって、前記熱源から前記空調機に至る往路管路と、前記空調機から前記熱源に至る復路管路と、を有する循環管路と、
前記復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための蓄熱材を、収容体の内部に設けて構成された蓄熱装置と、
を備えたことを特徴とする蓄熱空調システム。
【請求項２】
気体の温度及び又は湿度を調整して空調対象空間に放出する空調機と、
前記空調機と所定の熱源との間において熱搬送媒体を循環させるための管路であって、前記熱源から前記空調機に至る往路管路と、前記空調機から前記熱源に至る復路管路と、を有する循環管路と、
前記復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための蓄熱材と、気体を前記蓄熱材に対して熱交換可能に導入する通気路とを、収容体の内部に設けて構成された蓄熱装置と、
を備えたことを特徴とする蓄熱空調システム。
【請求項３】
前記蓄熱材との間で熱交換した前記気体を、前記空調機に導入可能としたこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱空調システム。
【請求項４】
前記復路管路は、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記第１の復路管路、又は、前記第２の復路管路に、選択的に導入する第１の切替え手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【請求項５】
前記復路管路は、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、
前記空調機から出て前記第１の復路管路又は前記第２の復路管路に至る前記熱搬送媒体の流量を制御する流量制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【請求項６】
前記循環管路は、
前記往路管路と前記復路管路とを、前記空調機を介することなく接続する接続管路と、
前記熱源から出て前記往路管路を流れる前記熱搬送媒体を、前記空調機、又は、前記接続管路を介して前記復路管路に、選択的に導入する第２の切替え手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【請求項７】
前記空調機は、前記気体の一次調和を行う外気調和機であること、
を特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【請求項８】
前記復路管路は、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記第１の復路管路、又は、前記第２の復路管路に、選択的に導入する第１の切替え手段とを備え、
前記第２の復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための前記蓄熱材を、前記収容体にて断熱被覆したこと、
を特徴とする請求項１に記載の蓄熱空調システム。
【請求項９】
前記復路管路は、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、
前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、
前記空調機から出て前記第１の復路管路又は前記第２の復路管路に至る前記熱搬送媒体の流量を制御する流量制御手段とを備え、
前記第２の復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための前記蓄熱材を、前記収容体にて断熱被覆したこと、
を特徴とする請求項１に記載の蓄熱空調システム。
【請求項１０】
前記空調機として、前記気体の一次調和を行う一次空調機と、この一次空調機にて一次調和された前記気体の二次調和を行う複数の二次空調機とを設け、
前記復路管路は、前記一次空調機及び又は前記二次空調機から出た前記熱搬送媒体を前記蓄熱装置に導入可能としたこと、
を特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【請求項１１】
前記蓄熱材を、前記熱搬送媒体の潜熱を蓄熱する潜熱蓄熱材としたこと、
を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【請求項１２】
前記蓄熱材を、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材を用いて構成したこと、
を特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の蓄熱空調システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建築物の居住空間の如き各種の空間に対して空気調和（以下、空調）を行うための空調システムに関し、特に蓄熱材を用いて熱交換を行う蓄熱空調システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一般住宅やオフィス等の各種の空間に対して空調を行うため、様々な空調システムが提案されている。このような空調システムの中でも、温水等の各種の媒体との間で熱を多段的に交換するカスケード熱交換システムは、この媒体の熱エネルギーを有効利用できる点において好ましい。例えば、特開２００４−７７０３１号公報には、低温、中温、高温といった作動温度の異なる複数の冷却器をパイプラインによって連通し、同一の冷媒を低温、中温、高温という温度順で順次冷却する冷却設備が開示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の各種の熱交換システムの中でも、蓄熱材を利用して蓄熱を行う蓄熱空調システムは、電力需要の少ない時間帯に熱源を運転して生み出した熱を蓄熱し、電力需要の多い時間帯に放熱して利用するものであり、電力負荷平準化を目的とする電力料金体系の基でエネルギーコストメリットを活用するよう普及が図られている。蓄熱空調システムは、その他に空調熱負荷をピークシフトし、装置容量の削減に寄与する点、および電力需要の少ない時間帯に行う蓄熱のための運転が、熱源の定格運転につながり高効率に熱を生み出すため、エネルギーを有効利用する点において好ましい。例えば、特開２０００−１３０８０３号公報には、空調対象室に面する天井裏空間等に蓄熱体を配置し、この蓄熱体を用いて空調を行う空調設備が開示されている（特許文献２参照)。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−７７０３１号公報
【特許文献２】特開２０００−１３０８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の空調システムのうち、カスケード熱交換システムとして、上記特許文献１のように、冷熱を段階的に熱交換するシステムがあるが、冷凍、冷蔵、一般空調など、異なる温度帯を組み合わせる条件下で有効に利用されるものであり、一般空調と異なる温度帯を少なくとも１つは存する用途に限定されて用いられる。ここで「一般空調」とは、オフィスなどの人が過ごす空間において、主として人が過ごすために行う空調を指す。一般空調の温度帯を主たる対象とする空調システムにおいては、冷却コイルを多段に配設しても後段の冷却コイルで余熱を有効に利用することが困難なことから、空調機で熱交換した後の熱搬送媒体は、有している余熱が有効に利用されず、そのまま熱源に還されていた。そのため、熱負荷が大きくない状態では、往きと還りとの温度差が十分にとれず、熱源は定格から外れた状態で運転され、熱源のエネルギー利用効率を減ずる大きな要因となっていた。従って、一般空調の温度帯で、空調機で１次熱交換した後の熱搬送媒体の余熱を有効に２次利用し、往きとの温度差を拡大して所定の還り温度で熱源に還すことにより、熱源を定格に近い状態で、高いエネルギー利用効率となるよう、運転させる空調システムが要望されていた。
【０００６】
また、従来の蓄熱空調システムは、対象空間を空調する時間帯とは別の時間帯、主に夜間に専ら蓄熱材への蓄熱を行うよう、運転モードを切り替えて行うものである。この他、上記文献２のごとく空調機を運転すると同時に蓄熱を行う形態の蓄熱空調システムもあるが、このようなシステムにおいても、蓄熱を行う為には、空調機を本来の空調とは別の時間帯に運転している。具体的には、上記文献２においては、空調機の出口流路を切り替えることにより、夜間には専ら蓄熱材への蓄熱を行う目的で空調機を運転し、昼間には専ら対象空間を空調する目的で空調機を運転し蓄熱は行わない。すなわち文献２のシステムは、空調機を「蓄熱材へ蓄熱する」という本来的ではない時間帯及び目的で使用するものであり、空調機を「対象空間を空調する」という本来的な時間帯及び目的で使用すると同時に、当該空調機で熱交換した後の熱搬送媒体の余熱を有効利用するものではない。そのため文献２のシステムにおいても、空調機で熱交換した後の熱搬送媒体は、有している余熱が有効に利用されず、そのまま熱源に還されていた。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、一般空調の温度帯で利用され、蓄熱により空調熱負荷をピークシフトしさらに、空調機で熱交換した後の熱搬送媒体の余熱を有効利用するとともに、熱源を定格に近い状態で運転させ、エネルギーの有効利用に寄与する、空調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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、気体の温度及び又は湿度を調整して空調対象空間に放出する空調機と、前記空調機と所定の熱源との間において熱搬送媒体を循環させるための管路であって、前記熱源から前記空調機に至る往路管路と、前記空調機から前記熱源に至る復路管路と、を有する循環管路と、前記復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための蓄熱材を、収容体の内部に設けて構成された蓄熱装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の本発明は、気体の温度及び又は湿度を調整して空調対象空間に放出する空調機と、前記空調機と所定の熱源との間において熱搬送媒体を循環させるための管路であって、前記熱源から前記空調機に至る往路管路と、前記空調機から前記熱源に至る復路管路と、を有する循環管路と、前記復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための蓄熱材と、気体を前記蓄熱材に対して熱交換可能に導入する通気路とを、収容体の内部に設けて構成された蓄熱装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の本発明において、前記蓄熱材との間で熱交換した前記気体を、前記空調機に導入可能としたこと、を特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の本発明において、前記復路管路は、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記第１の復路管路、又は、前記第２の復路管路に、選択的に導入する第１の切替え手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の本発明において、前記復路管路は、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、前記空調機から出て前記第１の復路管路又は前記第２の復路管路に至る前記熱搬送媒体の流量を制御する流量制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の本発明において、前記循環管路は、前記往路管路と前記復路管路とを、前記空調機を介することなく接続する接続管路と、前記熱源から出て前記往路管路を流れる前記熱搬送媒体を、前記空調機、又は、前記接続管路を介して前記復路管路に、選択的に導入する第２の切替え手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７に記載の本発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の本発明において、前記空調機は、前記気体の一次調和を行う外気調和機であること、を特徴とする。
【００１５】
また、請求項８に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記復路管路は、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記第１の復路管路、又は、前記第２の復路管路に、選択的に導入する第１の切替え手段とを備え、前記第２の復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための前記蓄熱材を、前記収容体にて断熱被覆したこと、を特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記復路管路は、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介することなく前記熱源に搬送する第１の復路管路と、前記空調機から出た前記熱搬送媒体を、前記蓄熱装置を介して前記第１の復路管路に導入する第２の復路管路と、前記空調機から出て前記第１の復路管路又は前記第２の復路管路に至る前記熱搬送媒体の流量を制御する流量制御手段とを備え、前記第２の復路管路を流れる前記熱搬送媒体との間で熱交換するための前記蓄熱材を、前記収容体にて断熱被覆したこと、を特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０に記載の本発明は、請求項１から９のいずれか一項に記載の本発明において、前記空調機として、前記気体の一次調和を行う一次空調機と、この一次空調機にて一次調和された前記気体の二次調和を行う複数の二次空調機とを設け、前記復路管路は、前記一次空調機及び又は前記二次空調機から出た前記熱搬送媒体を前記蓄熱装置に導入可能としたこと、を特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１に記載の本発明は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の本発明において、前記蓄熱材を、前記熱搬送媒体の潜熱を蓄熱する潜熱蓄熱材としたこと、を特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に記載の本発明は、請求項１から１１のいずれか一項に記載の本発明において、前記蓄熱材を、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材を用いて構成したこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、空調機にて熱交換を行った後の熱搬送媒体の余熱を蓄熱装置に蓄熱できるので、一般空調の温度帯を主たる対象とする空調システムにおいて、蓄熱により空調熱負荷をピークシフトしさらに、熱源に戻る熱搬送媒体の温度を上げて熱源を定格に近い状態で運転させることができ、空調システム全体のＣＯＰ（成績係数：Coefficient of Performance）を向上させることができる。
【００２１】
また、請求項２に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、気体を通気路を介して蓄熱材に対して熱交換可能に導入できるので、蓄熱装置に蓄熱した冷熱を利用して気体の一次冷却を行うことができ、多段的に熱交換を行うカスケード放熱システムを０℃以上の熱搬送媒体にも好適なように構築して、空調システム全体の熱効率を向上させることができる。
【００２２】
また、請求項３に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、蓄熱材との間で熱交換した気体を空調機に導入でき、蓄熱装置にて一次冷却した気体を空調機に導入して二次冷却できるため、空調機導入前の空気を冷却することで空調機の熱負荷を低減できる。
【００２３】
また、請求項４に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、第１の復路管路と第２の復路管路とを第１の切替え手段を用いて選択的に切替えることで、蓄熱装置にて蓄熱を行う蓄熱モードや放熱を行う放熱モードと、蓄熱装置を介することなく空調を行う非蓄熱モードとを切替えることができ、状況に応じて最適な空調モードを選択できる。
【００２４】
また、請求項５に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、第１の復路管路や第２の復路管路に至る熱搬送媒体の流量を流量制御手段を介して制御することで、熱源機に戻る熱搬送媒体の温度を一定に維持し、この熱源機を定格運転することができ、空調システム全体の熱効率を一層向上させることができる。
【００２５】
また、請求項６に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、熱搬送媒体を空調機又は接続管路を介して復路管路に第２の切替え手段を介して選択的に導入することで、空調機を介することなく熱搬送媒体を蓄熱装置に導入でき、空調機で無駄な熱損失を生じさせることなく、熱搬送媒体の冷熱を高効率で蓄熱材に蓄熱できるので、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００２６】
また、請求項７に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、熱搬送媒体の余熱を利用して外気を冷却してから外気調和機に導入できるので、熱負荷ピーク時における一次調和負荷を低減でき、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００２７】
また、請求項８に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、第１の復路管路と第２の復路管路とを第１の切替え手段を用いて選択的に切替えることで、蓄熱装置にて蓄熱を行う蓄熱モードや放熱を行う放熱モードと、蓄熱装置を介することなく空調を行う非蓄熱モードとを切替えることができ、状況に応じて最適な空調モードを選択できる。また、蓄熱材に蓄熱した冷熱を断熱材にて保持して温存でき、この冷熱を熱負荷の最大ピーク時等に利用することで、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００２８】
また、請求項９に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、第１の復路管路や第２の復路管路に至る熱搬送媒体の流量を流量制御手段を介して制御することで、熱源機に戻る熱搬送媒体の温度を一定に維持し、この熱源機を定格運転することができ、空調システム全体の熱効率を一層向上させることができる。また、蓄熱材に蓄熱した冷熱を断熱材にて保持して温存でき、この冷熱を熱負荷の最大ピーク時等に利用することで、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００２９】
また、請求項１０に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、一次空調機及び又は二次空調機から出た熱搬送媒体を蓄熱装置に導入でき、これら一次空調機や二次空調機からの熱搬送媒体の冷熱を利用して蓄熱を行うことができるので、各階に二次空調機を配置するような多層階の建屋においても、中規模又は大規模のカスケード熱交換システムを構築することができる。
【００３０】
また、請求項１１に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、潜熱蓄熱材は融点近傍の作用温度では蓄熱材自身の温度を殆ど変えることなく、蓄熱および放熱ができる性質を有することから、蓄熱材を潜熱蓄熱材とすることで、蓄熱時には復路管路の熱搬送媒体と蓄熱材との温度差が小さくともその差を保つことができるので有効に蓄熱を行うことができるし、放熱時には放熱先である、熱搬送媒体もしくは通気路内の空気と、蓄熱材との温度差が小さくともその差を保つことができるので、有効に放熱を行うことができる。また、潜熱蓄熱材は融点近傍の作用温度での凝固・融解による熱授受を含めた「見かけの比熱」が大きいことから、容積に対する蓄熱容量が大きく、蓄熱材を潜熱蓄熱材とすることで、蓄熱効率の向上を図ることができる。
【００３１】
また、請求項１２に係る本発明の蓄熱空調システムによれば、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材を用いることで、熱搬送媒体が様々な温度を取り得る場合においても、各温度に適した融点を有する蓄熱材を用いて潜熱蓄熱を行うことがてき、蓄熱空調システムの蓄熱効率を高めることができる。例えば、冷房運転と暖房運転とを行う場合に、冷房時には冷熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材を用い、暖房時には温熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材を用いることで、冷房時と暖房時の両方において高い蓄熱効率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る蓄熱空調システムの各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る蓄熱空調システムは、一般住宅やオフィス等、空調の対象になる各種の空間（以下、空調対象空間）に対する空調を行うためのシステムに関する。ここで、空調対象空間としては、１つの領域として区画された空間の他、複数の領域や、あるいは、明確な区画のない開放又は半開放領域を含む。
【００３４】
この蓄熱空調システムの基本的構成を図１に示す。この図１に示すように、蓄熱空調システムは、概略的には、空調対象空間に温湿度を調整した気体を送出する空調機１、空調システム全体の熱負荷を主に処理する熱源機１０、熱搬送媒体を循環させる循環管路２０、及び、蓄熱を行う蓄熱装置３０を備えて構成されている。ここで、空調機１の具体的構成は任意であり、循環処理用の空調機の他、外気処理用の外気空調機をも含み得る。また、熱源機１０の具体的構成も任意であり、冷凍機の他、必要に応じて、冷却塔等の付帯設備を含み得る。これら空調機１と熱源機１０とが循環管路２０にて接続されており、この循環管路２０に熱搬送媒体を循環させることによって熱交換が可能となっている。この熱搬送媒体は、水、冷媒、又は、水和物スラリーを含み得るが、以下の説明では水（冷水）を用いるものとして説明する。また、蓄熱装置３０は、収容体３１の内部に蓄熱材３２を設けて構成されており、循環管路２０にて循環されている熱搬送媒体との間で熱交換して蓄熱し、この熱を用いて空気との間で熱交換する。
【００３５】
このような構成において、各実施の形態に共通の特徴の一つは、蓄熱装置３０を循環管路２０における冷水の復路管路上に配置していることである。すなわち、循環管路２０は、熱源機１０から空調機１に至る往路管路２１と、空調機１から熱源機１０に至る復路管路２２とを備えて構成されており、熱源機１０にて冷却された水は、往路管路２１を介して空調機１に至って最初（初段）の熱交換を行い、さらに復路管路２２を介して熱源機１０に戻る前に、蓄熱装置３０にて２回目（次段）の熱交換を行う。このように初段と次段による多段的な熱交換を行うカスケード熱交換システムを構築することで、冷水の熱を有効利用することができる。特に、各実施の形態は、空調システムが一般空調の温度帯で利用されることを前提としており、空調機１を出た後の約１２℃程度の水（冷水）を用いて蓄熱材３２への蓄熱を行うことを想定し、従来無駄にされていた０℃以上の中低温度帯の余熱を、有効利用可能なシステムを構築することができる。さらに、このようなシステムによれば、蓄熱のためのみに熱源機１０を駆動する必要がなく、あくまで空調のためにのみ熱源機１０を駆動し、その余剰分の熱エネルギーを蓄熱して有効利用することができる。さらに、熱源に戻る熱搬送媒体の温度を上げて熱源を定格に近い状態で運転させることができ、空調システム全体のＣＯＰを向上させることができる。また、図２に示すように、蓄熱装置３０の収容体３１には、気体を蓄熱材３２に対して熱交換可能に導入する通気路Ａ３を設けることもできる。この場合には、気体を通気路Ａ３を介して蓄熱装置３０に導入し、蓄熱材３２との間で熱交換させた後の気体を、通気路Ａ２を介して空調機１に導入でき、気体に対する熱交換を多段的に行うことができる。また、蓄熱材３２との間で熱交換させた後の気体は、空調機１以外にも、任意の数の図示しない他の空調機に導入してもよい。以下、このようなシステムを実現する各実施の形態の具体的内容について説明する。
【００３６】
〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る蓄熱空調システムの各実施の形態の具体的内容について説明する。
【００３７】
〔実施の形態１〕
まず、本発明の実施の形態１について説明する。ここでは、蓄熱空調システムの構成について説明した後、この蓄熱空調システムを用いて行われる調整処理の内容について説明する。
【００３８】
（蓄熱空調システムの構成）
図３は、本実施の形態１に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図３に示すように、本実施の形態１に係る蓄熱空調システムは、空調機１、熱源機１０、循環管路２０、及び、蓄熱装置３０を備えて構成されている。これら各機器の配置位置は任意であるが、例えば、空調機１及び蓄熱装置３０は、空調対象空間の上部を区画する天井Ｃの上方（天井裏）に配置され、熱源機１０は、建屋屋上等の屋外に配置されている。
【００３９】
このうち、空調機１は、気体の温度及び又は湿度を調整して空調対象空間に放出するもので、例えば、熱交換コイル２及び送風機３を備えて構成されており、熱交換コイル２の内部を流れる冷水の冷熱によって空気を冷却した後、この冷却空気を送風機３にて送風する。この空調機１は、天井Ｃの近傍に配置されており、この天井Ｃに形成された開口を介して送風機３にて送風された空気が空調対象空間に排出される。なお当然のことながら、空調機１は同一又は類似のものを複数台併設することができるが、ここでは説明の簡便のため、空調機１が１台であるものとして説明を行う。
【００４０】
この空調機１に対して空気を導入するため、実施の形態１においては、２つの通気路Ａ１、Ａ２が設けられている。このうち、通気路Ａ２は、蓄熱装置３０から空調機１に至る経路であり、通気路Ａ１は、天井Ｃに形成された吸気口ＲＡを介して吸気された空気（還気：ＲＡ：Return Air）を空調機１に戻すための経路である（なお、吸気口は複数であってもよい。図示においては吸気口ＲＡから通気路Ａ１に至る部分が省略された形態の「天井チャンバー方式」を示しているが、吸気口ＲＡから通気路Ａ１に至る部分をすべてダクト等で接続してもよいし、その前記ダクト等の一部分を省略した形態の「天井チャンバー方式」であってもよい。以下同じ）。これら２つの通気路Ａ１、Ａ２の接続箇所には、切替ダンパＤ１が設けられており、この切替ダンパＤ１によって２つの通気路Ａ１、Ａ２のいずれか一方の空気のみが選択的に空調機１に導入される。
【００４１】
また、熱源機１０は、空調機１の熱負荷を処理するもので、具体的には、熱搬送媒体である水を冷却して空調機１に送出する。この熱源機１０の具体的構成は任意であるが、例えば、熱源機１０は、図示しない冷却コイルと送水ポンプとを備えて構成されており、冷却コイルで冷却した冷水を送水ポンプにて循環管路２０に圧送する。
【００４２】
また、循環管路２０は、空調機１と熱源機１０との間において熱搬送媒体を循環させるための管路であって、往路管路２１と復路管路２２とを有する。このうち、往路管路２１は、熱源機１０にて冷却された水を空調機１に導入するための往路側の冷水配管である。また、復路管路２２は、空調機１にて熱交換された水を熱源機１０に戻すための復路側の冷水配管であり、特許請求の範囲における第１の復路管路２２に対応する。この復路管路２２からは、引き込み管路２３が分岐されている。この引き込み管路２３は、復路管路２２を流れる冷水を蓄熱装置３０に引き込むためのもので、特許請求の範囲における第２の復路管路２２に対応する。また、これら復路管路２２と引き込み管路２３との相互の接続箇所には三方弁Ｖ１が設けられており、この三方弁Ｖ１によって冷水の流路を復路管路２２又は引き込み管路２３に選択的に導入することができる。すなわち、この三方弁Ｖ１は、特許請求の範囲における第１の切替え手段に対応する。
【００４３】
また、蓄熱装置３０は、循環管路２０における復路管路上に配置されたもので、収容体３１の内部に、蓄熱材３２を充満させた容器３３を収容して構成されている。この収容体３１は、金属ダクトないしチャンバーなどの主たる目的として通気路に類して用いる材料および構成に限ったものではなく、通気路Ａ２に至る通気路を成していれば、建築の構造材や非構造部材であってもよく、例えばコンクリートの床スラブと石膏ボードの天井材とで構成された「天井チャンバー」などの形態であってもよい。この蓄熱材３２の内部には、上記した引き込み管路２３が引き込まれており（この意味において、引き込み管路２３は蓄熱装置３０の一要素を構成する）、この引き込み管路２３の少なくとも一部が蓄熱材３２によって覆われている。また、蓄熱材３２を収容する容器と収容体３１との相互間には、空気を蓄熱材３２と熱交換可能に導入するための通気路Ａ３が形成されている。
【００４４】
ここで、蓄熱材３２は、空調機１において熱交換を終えた冷水の冷熱を蓄熱し、この冷熱によって空気を冷却する蓄熱手段である。特に、本実施の形態１においては、蓄熱材３２として、冷水の冷熱を蓄熱する潜熱蓄熱材が用いられており、顕熱蓄熱材を用いる場合に比べて、比熱の高い潜熱を蓄熱可能として、蓄熱効率の一層の向上が図られている。この蓄熱材３２としては、空調機１を出て蓄熱材３２に至る冷水によって凝固され得る融点を持つものであることが好ましく、例えば、蓄熱材３２に導入される冷水の温度が約１２℃である場合には、１５〜２０℃程度の融点を持つ蓄熱材３２を用いることが好ましい。
【００４５】
（蓄熱空調システムの運転形態）
次に、このように構成された蓄熱空調システムによる運転形態について説明する。ここでは、運転モードとして、少なくとも、空調停止−蓄熱モード、空調運転−放熱モード、及び、空調運転−蓄熱モードの３つのモードを想定しており、これらを相互に任意のタイミングで任意の手段によって切り替えることができる。
【００４６】
まず、空調停止−蓄熱モードについて説明する。図４は、空調停止−蓄熱モードにおける蓄熱空調システムの運転状況を示す図である。この空調停止−蓄熱モードは、空調対象空間に対する空調を停止した状態で、蓄熱材３２に対する蓄熱のみを行うモードであり、例えば、夜間等の熱負荷の少ない時間帯に実行される。ここでは、空調機１の送風機３の運転が停止されており、空気はアクティブには流動しない。一方、復路管路２２から引き込み管路２３に冷水が循環するように、三方弁Ｖ１が切替られる。
【００４７】
このような設定状態において、熱源機１０にて７℃程度に冷却された冷水が往路管路２１を通り空調機１に導入される。この冷水は、空調機１が運転を停止していることから、この空調機１においては熱交換を行わず、１０℃程度に自然温度上昇した後、復路管路２２から引き込み管路２３に至り、蓄熱装置３０の蓄熱材３２に導入される。そして、冷水は、蓄熱材３２との間で熱交換を行うことにより、この蓄熱材３２を冷却し凝固させる。この際、冷水は、１５℃程度に温度上昇し、復路管路２２を経て熱源機１０に戻る。このような運転形態によれば、夜間等の熱負荷の少ない時間帯に駆動させた熱源機１０による熱を蓄熱材３２に蓄熱でき、後述する空調運転−放熱モードにおける熱負荷ピーク時の放熱を可能として、熱負荷分散を行うことができる。
【００４８】
次に、空調運転−放熱モードについて説明する。図５は、空調運転−放熱モードにおける蓄熱空調システムの運転状況を示す図である。この空調運転−放熱モードは、空調対象空間に対する空調を行うと同時に、蓄熱材３２からの放熱を行うモードであり、例えば、昼間の熱負荷ピーク時の時間帯に実行される。ここでは、空気が、通気路Ａ２から空調機１に導入されるように切替ダンパＤ１が切替えられる。また、冷水が、復路管路２２から引き込み管路２３に至ることなく熱源機１０に直接戻るように、三方弁Ｖ１が切替えられる。
【００４９】
このような設定状態において、熱源機１０にて７℃程度に冷却された冷水が往路管路２１を通り空調機１に導入される。この冷水は、空調機１が運転していることから、空調機１の熱交換コイル２の周囲を流れる空気との間で初段の熱交換を行い、空気を１６℃程度に冷却する。この熱交換によって１５℃程度に温度上昇した冷水は、復路管路２２を介して熱源機１０に直接戻り、再び７℃程度まで冷却される。一方、空調機１で冷却された空気は、空調対象空間に放出された後、２８℃程度に温度上昇し、吸気口ＲＡから吸気されて、通気路Ａ３を介して蓄熱装置３０に導入される。そして、この蓄熱装置３０の蓄熱材３２との間で熱交換を行うことで２４℃程度に冷却され、通気路Ａ２を介して再び空調機１に導入される。このような運転形態によれば、夜間等の熱負荷の少ない時間帯に蓄熱させた冷熱を、熱負荷のピーク時に放熱して空気を一次冷却でき、二次冷却を行う空調機１の熱負荷を低減させることができる。
【００５０】
次に、空調運転−蓄熱モードについて説明する。図６は、空調運転−蓄熱モードにおける蓄熱空調システムの運転状況を示す図である。この空調運転−蓄熱モードは、空調対象空間に対する空調を行うと同時に、蓄熱材３２に対する蓄熱を行うモードであり、例えば、午前中など熱負荷の少ない時間帯と多い時間帯との間の時間帯に実行される。ここでは、空気が、通気路Ａ１から空調機１に導入されるように切替ダンパが切替えられる。また、冷水が、復路管路２２から引き込み管路２３を通って蓄熱材３２に導入されるように、三方弁Ｖ１が切替えられる。
【００５１】
このような設定状態において、熱源機１０にて７℃程度に冷却された冷水が往路管路２１を通り空調機１に導入される。この冷水は、空調機１が運転していることから、空調機１の熱交換コイル２の周囲を流れる空気との間で初段の熱交換を行い、空気を冷却する。この熱交換によって１２℃程度に温度上昇した冷水は、復路管路２２から引き込み管路２３に至り、蓄熱装置３０の蓄熱材３２に導入され、蓄熱材３２との間で次段の熱交換を行うことにより、この蓄熱材３２を冷却し凝固させる。この熱交換で１５℃程度に温度上昇した水は、復路管路２２を経て熱源機１０に戻る。一方、空調機１で１６℃程度に冷却された空気は、空調対象空間に放出された後、２８℃程度に温度上昇し、吸気口ＲＡから吸気されて、通気路Ａ１を介して、蓄熱装置３０に至ることなく空調機１に導入される。このような運転形態によれば、空調機１にて初段の熱交換を行った後の冷水の余熱を次段で蓄熱でき、この熱を次の空調運転−放熱モードにおいて空気の冷却に利用できるので、多段的なカスケード放熱システムを構築して、空調システム全体の熱効率を向上させることができる。
【００５２】
（実施の形態１の効果）
このように本実施の形態１によれば、空調機１にて初段の熱交換を行った後の冷水の余熱を次段で蓄熱でき、この熱を次の空調運転−放熱モードにおいて有効利用できるので、多段的に熱交換を行うカスケード放熱システムを中低温度帯である０℃以上の冷水にも好適なように構築して、空調システム全体の熱効率を向上させることができる。また、蓄熱運転モードにおいて熱源機１０に戻る冷水の温度が上がるので、空調システム全体のＣＯＰを向上させることができる。
【００５３】
〔実施の形態２〕
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、熱源機１０にて冷却された冷水を、空調機１を介することなく蓄熱装置３０に直接導入可能とした形態である。
【００５４】
（蓄熱空調システムの構成）
図７は、本実施の形態２に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図７に示すように、本実施の形態２に係る蓄熱空調システムは、概略的に、空調機１、熱源機１０、循環管路２０、及び、蓄熱装置３０を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
ここで、往路管路２１と復路管路２２とは、空調機１の近傍において接続管路２４を介して直接接続されており、これら接続管路２４と往路管路２１との相互の接続箇所には、三方弁Ｖ２が配置されている。この三方弁Ｖ２は、熱源機１０から出て往路管路２１を流れる冷水を、空調機１、又は、接続管路２４を介して復路管路２２に、選択的に導入するもので、特許請求の範囲における第２の切替手段に対応する。
【００５６】
（蓄熱空調システムの運転形態）
このように構成された蓄熱空調システムにおいて、空調停止−蓄熱モード時には、冷水が、往路管路２１から接続管路２４を介して引き込み管路２３に至るように、三方弁Ｖ２が切替えられる。そして、熱源機１０にて７℃程度に冷却された冷水が、空調機１を介することなく直接的に蓄熱装置３０に導入され、７℃程度の温度をほぼ維持したまま蓄熱材３２と熱交換を行って当該蓄熱材３２を凝固し、復路管路２２を介して熱源機１０に戻る。
【００５７】
（実施の形態２の効果）
このように本実施の形態２によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、冷水を、空調機１を介することなく蓄熱装置３０に直接的に導入でき、空調機１で無駄な熱損失を生じさせることなく、冷水の冷熱を高効率で蓄熱材３２に蓄熱できるので、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００５８】
〔実施の形態３〕
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３は、蓄熱装置に導入する冷水の流量を制御可能とした形態である。
【００５９】
（蓄熱空調システムの構成）
図８は、本実施の形態３に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図８に示すように、本実施の形態３に係る蓄熱空調システムは、概略的に、空調機１、熱源機１０、循環管路２０、及び、蓄熱装置３０を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６０】
ここで、復路管路２２と引き込み管路２３との相互の接続箇所には、流量制御三方弁Ｖ３が設けられている。この流量制御三方弁Ｖ３は、空調機１を出て復路管路２２を流れる冷水のうち、引き込み管路２３に導入する冷水の流量を制御するもので、特許請求の範囲における流量制御手段に対応する。また、復路管路２２における熱源１０の入り口付近には、温度センサ２８が設けられている。この温度センサ２８は、復路管路２２を介して熱源１０に戻る冷水の温度を計測する温度計測手段であり、測定した温度を出力する。また、本実施の形態３に係る蓄熱空調システムには、弁制御部ＶＣが設けられている。この弁制御部ＶＣは、温度センサ２８から出力された温度に基づいて、流量制御三方弁Ｖ３を制御する弁制御手段である。
【００６１】
このような構成において、熱源機１０に戻す冷水の温度がほぼ一定になるように、流量制御が行われる。すなわち、熱源機１０によって冷水を高効率で冷却するためには、熱源機１０に戻す冷水の温度を一定化させて、この熱源機１０を定格運転させることが好ましい。このため、熱源機１０の入り口付近の冷水の温度が温度センサ２８にて計測され、弁制御部ＶＣに出力される。この弁制御部ＶＣでは、計測された冷水の温度を、自己に記憶された所定の基準温度と比較する。
【００６２】
そして、弁制御部ＶＣは、計測された温度が基準温度より低い場合には、引き込み管路２３に流れ込む冷水の量を増やすよう、流量制御三方弁Ｖ３に制御信号を出力する。この制御信号を受けた流量制御三方弁Ｖ３は、弁の引き込み管路側に開度を増やすことで、引き込み管路２３に流れ込む冷水の量を増やす。このことにより、蓄熱材３２と熱交換して冷熱を奪われる冷水の量が増えるので、熱源機１０に戻る冷水の温度を上げることができる。
【００６３】
一方、弁制御部ＶＣでは、計測された冷水の温度が基準温度より高い場合には、引き込み管路２３に流れ込む冷水の量を減らすよう、流量制御三方弁Ｖ３に制御信号を出力する。この制御信号を受けた流量制御三方弁Ｖ３は、弁の開度を減らすことで、引き込み管路２３に流れ込む冷水の量を減らす。このことにより、蓄熱材３２と熱交換して冷熱を奪われる冷水の量が減るので、熱源機１０に戻る冷水の温度を下げることができる。
【００６４】
（実施の形態３の効果）
このように本実施の形態３によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、蓄熱装置３０に至る冷水の流量を制御することで、熱源機１０に戻す冷水の温度をほぼ一定に維持することができ、この熱源機１０を定格運転できるので、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００６５】
〔実施の形態４〕
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４は、空調機１を外気調和機として構成した形態である。
【００６６】
（蓄熱空調システムの構成）
図９は、本実施の形態４に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図９に示すように、本実施の形態４に係る蓄熱空調システムは、概略的に、外気調和機（一次空調機）４、熱源機１０、循環管路２０、及び、蓄熱装置３０を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
ここで、蓄熱装置３０には、外気（ＯＡ：Outdoor Air）が導入され、この外気が蓄熱材３２にて冷却される。この外気は、切替ダンパＤ１によって選択的に外気調和機４に導入され、この外気調和機４において冷水との間で熱交換を行うことで一次調和される。そして、冷却された空気は、図示しない二次空調機に導入され、この二次空調機を介して二次調和された後、空調対象空間に放出される。
【００６８】
（実施の形態４の効果）
このように本実施の形態４によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、冷水の余熱を利用して外気を冷却してから外気調和機４に導入できるので、熱負荷ピーク時における一次調和負荷を低減でき、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００６９】
〔実施の形態５〕
次に、本発明の実施の形態５について説明する。実施の形態５は、蓄熱材３２に蓄熱した冷熱を、空気冷却ではなく、冷水冷却にのみ用いる形態である。
【００７０】
（蓄熱空調システムの構成）
図１０は、本実施の形態５に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図１０に示すように、本実施の形態５に係る蓄熱空調システムは、概略的に、空調機１、熱源機１０、循環管路２０、及び、蓄熱装置３４を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７１】
ここで、蓄熱装置３４は、冷熱を蓄熱して冷水冷却のみを行うもので、空気冷却を行う必要がないことから図３の如き通気路Ａ３が省略される一方で、その蓄熱材３２を充満させた容器３３の周囲が、断熱材３５にて略完全に覆われている。この断熱材３５は、蓄熱材３２を周囲から遮断することで、この蓄熱材３２にて蓄積された冷熱が外気に放熱されることを防止する。
【００７２】
このような構成において、熱負荷の非ピーク時には、空調運転−蓄熱モードにて運転を行うべく、冷水が復路管路２２及び引き込み管路２３を順次介して蓄熱装置３４に至るように、三方弁Ｖ１を切替える。そして、空調機１にて熱交換を行った後の冷水を蓄熱装置３４に導入して、その冷熱を蓄熱材３２に蓄熱する。次いで、熱負荷の中間ピーク時には、空調運転−非蓄熱モードにて運転を行うべく、冷水が蓄熱装置３４を経ることなく直接熱源機１０に至るように三方弁Ｖ１を切替える。そして、熱源機１０にて冷却された冷水を空調機１のみにて熱交換させ、蓄熱材３２に蓄熱した熱を温存する。そして、熱負荷の最大ピーク時には、空調運転−放熱モードにて運転を行うべく、冷水が復路管路２２及び引き込み管路２３を順次介して蓄熱装置３４に至るように、三方弁Ｖ１を切替える。そして、空調機１にて熱交換されることで温度上昇した冷水を蓄熱材３２にて一次冷却し、これを熱源機１０にて二次冷却した後で、空調機１に導入する。
【００７３】
（実施の形態５の効果）
このように本実施の形態５によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、蓄熱材３２に蓄熱した冷熱を断熱材３５にて保持して温存でき、この冷熱を熱負荷の最大ピーク時等に利用することで、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００７４】
〔実施の形態６〕
次に、本発明の実施の形態６について説明する。実施の形態６は、熱源機１０に加えて冷却塔を備えた形態である。
【００７５】
（蓄熱空調システムの構成）
図１１は、本実施の形態６に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図１１に示すように、本実施の形態６に係る蓄熱空調システムは、概略的に、空調機１、熱源機１０、循環管路２０、蓄熱装置３０、及び、冷却塔１１を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７６】
ここで、冷却塔１１は、熱源機１０と同様に水と熱交換することでこの水を冷却するもので、例えば、建屋の屋上に配置され、水滴状にした水に送風を行って外気と接触させることで、水の冷却を行う。また、復路管路２２と冷却塔１１とは冷却管路２５にて相互に接続され、冷却塔１１と往路管路２１とは冷却管路２６にて相互に接続されている。ここで、冷却管路２５及び冷却管路２６と、これら冷却管路２５及び冷却管路２６から熱源機１０に至る管路には、図示のように二方弁Ｖ４〜Ｖ７が設けられている。
【００７７】
このような構成において、空調停止−蓄熱モードにて運転を行うべく、復路管路２２からの戻りの冷水が冷却塔１１を介して往路管路２１に導入されるように、かつ、冷水が復路管路２２から引き込み管路２３を介して蓄熱装置３０に導入されるように、三方弁Ｖ１を切替える。また、外気の自然冷熱を利用（フリークーリング）するために、冷水が復路管路２２から冷却塔１１を介して往路管路２１に至るように、二方弁Ｖ４、Ｖ５を閉じると共に、二方弁Ｖ６、Ｖ７を開く。そして、冷却塔１１にて冷却された冷水にて蓄熱材３２を凝固させ、蓄熱を行う。特に、水蒸気分圧を示す外気の湿球温度が低い程、水が蒸発することによる蒸発潜熱を多く得ることができ、この蒸発潜熱を利用して水を冷却する冷却塔１１の冷却能力が向上するので、外気の湿球温度が低い時に上記のような運転を行うことで、多量の冷熱を蓄熱できる。
【００７８】
ここで、放熱形態としては、蓄えた冷熱を冷水に放熱する形態と、空気に放熱する形態との２通りが存在する。まず潜熱蓄熱材の融点が冬季の冷却塔で得られる冷水のレベルであり、熱負荷ピーク時の還りの冷水温度より低い場合、冷水還り温度の低下を目的として冷水に放熱する。熱負荷のピーク時には、空調運転−放熱モードを行うべく、冷水が復路管路２２から引き込み管路２３を介して蓄熱装置３０に導入されるように、三方弁Ｖ１を切替える。また、復路管路２２からの戻りの冷水が熱源機１０のみを介して往路管路２１に至るように、かつ、冷却塔１１にて冷却された冷水が熱源機１０に送出されるように、二方弁Ｖ４、Ｖ５を開くと共に、二方弁Ｖ６、Ｖ７を閉じる。もう１つの放熱形態は、空気に放熱する場合であり、放熱時には熱源機１０を停止し、復路管路２２、往路管路２１の冷水の流れを停止する。蓄熱装置３０に蓄熱した冷熱を、通気路Ａ２を介して空調機１に導入される空気に放熱する。
【００７９】
（実施の形態６の効果）
このように本実施の形態６によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、冷却塔１１によって生成された冷熱を蓄熱材３２に蓄熱し、この冷熱を熱負荷ピーク時等に利用することで、熱交換効率を一層向上させることができる。
【００８０】
〔実施の形態７〕
次に、本発明の実施の形態７について説明する。実施の形態７は、多層階の建屋に蓄熱空調システムを配置した形態である。
【００８１】
（蓄熱空調システムの構成）
図１２は、本実施の形態７に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８２】
この図１２に示すように、本実施の形態７に係る蓄熱空調システムは、概略的に、建屋に、熱源機１０、一次空調機５、複数の二次空調機６、循環管路２０、及び、蓄熱装置３０を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
一次空調機５は、複数の二次空調機６に供給するための空気を集約的に一次調和する。また、二次空調機６は、建屋の各階Ｆ１〜Ｆ３に配置され、一次空調機５で一次調和された空気を二次調和して、各階Ｆ１〜Ｆ３の空調対象空間に対して放出する。これら熱源機１０、一次空調機５、蓄熱装置、及び、複数の二次空調機６は、共通の往路管路２１、復路管路２２、及び、通気路Ａ３を介して図示のように接続されている。
【００８４】
このような構成において、熱源機１０にて冷却された冷水は、往路管路２１を介して一次空調機５に導入され、この一次空調機５において空気を一次冷却するとともに、各階の二次空調機６に供給されて空気を二次冷却した後、復路管路２２を経て、蓄熱装置３０に導入される。この冷水は、蓄熱装置３０の蓄熱材３２を冷却して凝固させた後、熱源機１０に戻る。一方、建屋の外部から導入された空気は、蓄熱装置３０において蓄熱材３２と熱交換して初段冷却され、一次空調機５において一次調和されて、通気路Ａ３を介して複数の二次空調機６の各々に導入される。この空気は、これら二次空調機６の内部において冷水と熱交換を行って二次調和された後、各空調対象空間に放出される。
【００８５】
（実施の形態７の効果）
このように本実施の形態７によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、複数の二次空調機６からの復路管路２２の冷水の冷熱を利用して蓄熱を行うことができ、多層階の建屋における中規模なカスケード熱交換システムを構築することができる。
【００８６】
〔実施の形態８〕
次に、本発明の実施の形態８について説明する。実施の形態８は、多層階の建屋の各階に各機器を配置した形態である。
【００８７】
（蓄熱空調システムの構成）
図１３は、本実施の形態８に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図１３に示すように、本実施の形態８に係る蓄熱空調システムは、概略的に、建屋に、熱源機１０、複数の一次空調機５、複数の二次空調機６、循環管路２０、及び、複数の蓄熱装置３０を備えて構成されている。なお、実施の形態７と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態７で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８８】
建屋の屋上等の外部には、熱源機１０が配置され、また、建屋の複数階Ｆ１〜Ｆ３の各々には、蓄熱装置３０、一次空調機５、及び、複数の二次空調機６がそれぞれ配置されている。そして、熱源機１０、各階Ｆ１〜Ｆ３の蓄熱装置３０、各階の一次空調機５、及び、複数の二次空調機６は、共通の往路管路２１、復路管路２２、及び、通気路Ａ３を介して接続されている。
【００８９】
このような構成において、熱源機１０にて冷却された冷水は、共通の往路管路２１を介して各階Ｆ１〜Ｆ３の一次空調機５に供給され、この一次空調機５において空気を一次冷却するとともに、各階Ｆ１〜Ｆ３の複数の二次空調機６のそれぞれに供給されて空気を二次冷却した後、復路管路２２を介して蓄熱装置３０に導入される。この冷水は、蓄熱装置３０の蓄熱材３２を冷却して凝固させた後、熱源機１０に戻る。一方、建屋の外部から導入された空気は、蓄熱装置３０において蓄熱材３２と熱交換して初段冷却され、各階Ｆ１〜Ｆ３の一次空調機５において一次調和され、さらに各階Ｆ１〜Ｆ３の複数の二次空調機６の各々に導入される。この空気は、これら数の二次空調機６の各々の内部において冷水と熱交換を行って二次調和された後、各空調対象空間に放出される。
【００９０】
（実施の形態８の効果）
このように本実施の形態８によれば、実施の形態７の基本的効果と略同様の効果に加えて、各階Ｆ１〜Ｆ３に配置された複数の二次空調機６からの復路管路２２の冷水の冷熱を利用して蓄熱を行うことができ、多層階における大規模なカスケード熱交換システムを構築することができる。
【００９１】
〔実施の形態９〕
次に、本発明の実施の形態９について説明する。実施の形態９は、蓄熱材を、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材を用いて構成した形態である。
【００９２】
（蓄熱空調システムの構成）
図１４は、本実施の形態９に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。この図１４に示すように、本実施の形態９に係る蓄熱空調システムは、概略的に、空調機１、熱源機１０、循環管路２０、及び、蓄熱装置４０を備えて構成されている。なお、実施の形態１と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態１で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９３】
蓄熱装置４０は、一つの容器３３の内部に２種類の蓄熱材３２、４１を隣接状に収容して構成されており、これら２種類の蓄熱材３２、４１には共通の引き込み管路２３が順次導入されている。一方の蓄熱材３２は、実施の形態１と同様に、空調機１において熱交換を終えた冷水の冷熱を蓄熱すると共に、この冷熱によって空気を冷却する、潜熱蓄熱材（ＰＣＭ）である。他方の蓄熱材４１は、空調機１において熱交換を終えた温水の温熱を蓄熱すると共に、この温熱によって空気を加熱する潜熱蓄熱材である。すなわち、本実施の形態９では、蓄熱空調システムを用いて冷房運転と暖房運転との両方を行うことを意図しており、冷房運転時には冷熱蓄熱を行い、暖房運転時には温熱蓄熱を行う。このため、冷熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材３２と、温熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材４１とを用いることで、冷房時と暖房時の両方において高い蓄熱効率を得ることを可能としている。これら蓄熱材３２、４１のそれぞれの具体的な融点は任意であるが、例えば、蓄熱材３２に関しては、実施の形態１と同様に、当該蓄熱材３２に導入される冷水の温度が約１２℃である場合には、１５〜２０℃程度の融点を持つことが好ましい。また、蓄熱材４１に関しては、当該蓄熱材４１に導入される温水の温度が約４０〜４５℃である場合には、３０〜３５℃程度の融点を持つことが好ましい。このような融点を有する蓄熱材３２、４１のエンタルピと温度との関係を図１５のグラフに例示する。
【００９４】
このような構成において、冷房運転時における蓄熱モード時には、実施の形態１と同様に、引き込み管路２３の冷水と蓄熱材３２との間で熱交換が行なわれ、この蓄熱材３２に冷熱が蓄熱される。また同時に、冷水は、蓄熱材３２を通過する前に蓄熱材４１を通過し、この際に蓄熱材４１との間において熱交換を行なう。この際、蓄熱材４１の融点が比較的高いために、蓄熱材４１にて潜熱蓄熱を行うには至らないが、蓄熱材４１の温度を下げることで、当該蓄熱材４１にも冷熱を蓄熱することができる。そして、冷房運転時における放熱モード時には、このように蓄熱材３２、４１に蓄熱した冷熱を用いて冷水を冷却し、蓄熱効率の向上に寄与させることができる。
【００９５】
一方、暖房運転時における蓄熱モード時には、熱源機１０にて加熱された温水が、往路管路２１を通って空調機１に導入されて熱交換を行ない、さらに引き込み管路２３にて蓄熱材３２、４１に導入されて、これら蓄熱材３２、４１と熱交換を行なう。この際、蓄熱材４１は、温水の熱を奪って融解すると共に潜熱蓄熱を行う。また同時に、温水は、蓄熱材４１を通過した後に蓄熱材３２を通過し、この際に蓄熱材３２との間において熱交換を行なう。この際、蓄熱材３２の融点が比較的低いために、蓄熱材３２にて潜熱蓄熱を行うには至らないが、蓄熱材３２の温度を上げることで、当該蓄熱材３２にも温熱を蓄熱することができる。そして、暖房運転時における放熱モード時には、このように蓄熱材３２、４１に蓄熱した温熱を用いて温水を加熱し、蓄熱効率の向上に寄与させることができる。
【００９６】
（実施の形態９の効果）
このように本実施の形態９によれば、実施の形態１の基本的効果と略同様の効果に加えて、冷熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材３２と、温熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材４１とを用いることで、冷房時と暖房時の両方において蓄熱効率を高めることができる。
【００９７】
〔実施の形態１０〕
次に、本発明の実施の形態１０について説明する。実施の形態１０は、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材をそれぞれ異なる容器に収容した形態である。
【００９８】
（蓄熱空調システムの構成）
図１６は、本実施の形態１０に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。この図１６に示すように、本実施の形態１０に係る蓄熱空調システムは、蓄熱装置５０を備えて構成されている。なお、蓄熱装置５０以外の部分については実施の形態９と同様であるためにその説明を省略し、また、実施の形態９と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態９で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９９】
蓄熱装置５０は収容体３１を２つ備えており、一方の収容体３１の容器３３には蓄熱材３２を収容し、他方の収容体３１の容器３３には蓄熱材４１を収容して構成されている。引き込み管路２３は、当該蓄熱装置５０の内部上流側において２本の引き込み管路２３ａ、２３ｂに分岐されており、一方の引き込み管路２３ａは蓄熱材３２の内部に導入され、他方の引き込み管路２３ｂは蓄熱材４１の内部に導入される。これら引き込み管路２３ａ、２３ｂの分岐点近傍の下流位置には、図示のように二方弁Ｖ８、Ｖ９が設けられており、引き込み管路２３ａ、２３ｂに対する冷水又は温水の引き込みを制御することができる。収容体３１には、それぞれ通気路Ａ３が設けられており、各通気路Ａ３には空調対象空間からの還気が導入され、さらに共通の通気路Ａ２を介して図１４のダンパＤ１に至る。ただし、図１７に示すように、一つの収容体３１の内部に２つの容器３３を収容して、通気路Ａ３を共通化してもよい。
【０１００】
このような構成において、冷房運転時には、二方弁Ｖ８を開くと共に、二方弁Ｖ９を閉じることで、冷水を引き込み管路２３ａを介して蓄熱材３２のみに導入する。この場合、実施の形態１と同様に、蓄熱材３２のみを用いて冷熱を蓄熱又は放熱することができる。一方、暖房運転時には、二方弁Ｖ８を閉じると共に、二方弁Ｖ９を開くことで、温水を引き込み管路２３ｂを介して蓄熱材４１のみに導入する。この場合、蓄熱材４１のみを用いて温熱を蓄熱又は放熱することができる。
【０１０１】
（実施の形態１０の効果）
このように本実施の形態１０によれば、実施の形態９の基本的効果と略同様の効果に加えて、冷房時には冷熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材３２のみを用い、暖房時には温熱蓄熱に適した融点を有する蓄熱材４１のみを用いることができ、空調状態に応じた最適な蓄熱材のみを選択的に使用して、冷房時と暖房時の両方において蓄熱効率を高めることができる。
【０１０２】
〔実施の形態１１〕
次に、本発明の実施の形態１１について説明する。実施の形態１１は、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材をそれぞれ異なる小型容器に収容した形態である。
【０１０３】
（蓄熱空調システムの構成）
図１８は、本実施の形態１１に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。この図１８に示すように、本実施の形態１１に係る蓄熱空調システムは、蓄熱装置６０を備えて構成されている。なお、蓄熱装置６０以外の部分については実施の形態９と同様であるためにその説明を省略し、また、実施の形態９と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態９で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１０４】
蓄熱装置６０は、容器３３を備えて構成されており、この容器３３の内部には、水６１が充填されている。また、容器３３には、引き込み管路２３が当該容器３３に対して開放状に導入されており、この引き込み管路２３を介して、冷水を当該容器３３中の水６１に対して導入でき、あるいは、水６１を熱源機に向けて導出することができる。ここで、容器３３の内部の水６１には、蓄熱材３２、４１が収容されている。ここで、これら蓄熱材３２、４１は、具体的には、それぞれ複数の中空球状（カプセル状）の小型容器に充填された状態で、容器３３の内部に収容されている。この小型容器の具体的構造は任意であるが、伝熱効率の高い素材にて製造されることが好ましい。このように、蓄熱材３２、４１を小型容器に充填することで、蓄熱材３２、４１を分割配置でき、実施の形態９のように集約的に充填する場合に比べて、分割された各々の蓄熱材３２、４１の熱容量を低減でき、その融解又は凝固を促進することができる。
【０１０５】
このような構成において、冷房運転時には、引き込み管路２３を介して容器３３の水６１に導入された冷水が、蓄熱材３２、４１と熱交換する。一方、暖房運転時には、引き込み管路２３ａを介して容器３３の水６１に導入された温水が、蓄熱材３２、４１と熱交換する。
【０１０６】
なお、このように、蓄熱材３２、４１を小型容器に充填する場合においても、図１８の構成に代えて、図１９の構成を採用することができる。この図１９では、容器３３が省略されており、収容体３１の内部の空気６２中には閉鎖構造の引き込み管路２３が導入されると共に、この引き込み管路２３の周囲には小型容器に充填された蓄熱材３２、４１が収容されている。この場合には、引き込み管路２３を介して収容体３１に導入された冷水又は温水が、空気６２を介して蓄熱材３２、４１と熱交換を行なう。
【０１０７】
（実施の形態１１の効果）
このように本実施の形態１１によれば、実施の形態９の基本的効果と略同様の効果に加えて、融点の異なる蓄熱材３２、４１をそれぞれ異なる小型容器に分割収容したので、分割された各々の蓄熱材３２、４１の熱容量を低減でき、その融解又は凝固を促進することができる。
【０１０８】
〔実施の形態１２〕
次に、本発明の実施の形態１２について説明する。実施の形態１２は、融点の異なる複数種類の潜熱蓄熱材を混合状態とした形態である。
【０１０９】
（蓄熱空調システムの構成）
図２０は、本実施の形態１２に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。この図２０に示すように、本実施の形態１２に係る蓄熱空調システムは、蓄熱装置７０を備えて構成されている。なお、蓄熱装置７０以外の部分については実施の形態９と同様であるためにその説明を省略し、また、実施の形態９と略同様の構成要素については、必要に応じて、実施の形態９で用いたのと同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１１０】
蓄熱装置７０は、容器３３の内部に蓄熱材７１を収容して構成されており、この蓄熱材７１には引き込み管路２３が導入されている。この蓄熱材７１は、実施の形態９の蓄熱材３２、４１を所定比率で相互に混合して形成されたものであり、この結果、図２１のグラフに示すように、蓄熱材３２の融点と蓄熱材４１の融点との両方の融点を有し、これら複数の融点において潜熱蓄熱が可能なものである。
【０１１１】
このような構成において、冷房運転時における蓄熱モード時には、引き込み管路２３を介して容器３３の内部に導入された冷水が蓄熱材７１と熱交換し、この蓄熱材７１が蓄熱材３２の融点に達した時点で、冷熱が潜熱蓄熱される。一方、暖房運転時における蓄熱モード時には、引き込み管路２３を介して容器３３の内部に導入された温水が蓄熱材７１と熱交換し、この蓄熱材７１が蓄熱材４１の融点に達した時点で、温熱が潜熱蓄熱される。
【０１１２】
（実施の形態１２の効果）
このように本実施の形態１２によれば、実施の形態９の基本的効果と略同様の効果に加えて、融点の異なる蓄熱材３２、４１を混合して蓄熱材７１としたので、この蓄熱材７１に冷熱蓄熱に適した融点と温熱蓄熱に適した融点との両方を持たせることができ、冷房時と暖房時の両方において蓄熱効率を高めることができる。
【０１１３】
〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【０１１４】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
また、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。例えば、蓄熱空調システムの全体の熱効率が従来の空調システムの熱効率に比べて厳密には向上していない場合においても、少なくとも空調機１から排出された中低温度帯である０℃以上の水の余熱を利用して空調を行うことができる限りにおいて、本発明の課題が達成されている。
【０１１５】
（システム構成について）
上記各実施の形態で示したシステム構成は、当業者の公知技術の範囲において任意に追加・変更でき、例えば、１つの蓄熱空調システム内に複数の熱源機１０を併設してもよい。また熱源は、対象とする建物に設けられる熱源に限定されるものでなく、複数の建物を対象とする地域冷暖房を利用する形態であってもよい。また、各運転モードの相互の切替えについては、任意のタイミングで任意の方法にて行うものとして説明を行ったが、熱負荷の状態や蓄熱材３２の蓄熱状態を公知の技術で測定し、この測定結果に応じた最適なモードを所定のロジックにて制御装置が自動的に選択して、三方弁の切替えや空調機１の運転制御を行うようにしてもよい。また、三方弁に代えて、分岐された配管の各々に２方弁を設けてもよく、この場合には各２方弁を開閉することによって、実質的に３方弁と同様に流路切替えを行うことができる。
【０１１６】
（蓄熱装置の構成について）
また、蓄熱装置の具体的構成についても、上記説明した構成以外の種々の構成を採用することができる。例えば、上記各実施の形態においては、通気路Ａ３を蓄熱材３２と収容体３１との相互間に配置したが、この通気路Ａ３を、蓄熱材３２の内部を貫通するように設けてもよい。このことにより、実施の形態５（図１０）に示したように、蓄熱材３２を断熱材３５で覆ったような場合においても、蓄熱材３２と、この蓄熱材３２を貫通する通気路Ａ３を流れる空気との間で熱交換させることができ、この空気を空調機１等に導入することが可能になる。また、実施の形態５においては、蓄熱材３２を断熱材３５にて覆っているが、このように蓄熱材３２を断熱するための手段としては、断熱材３５以外の任意の手段を用いることができる。例えば、実施の形態１のように、蓄熱材３２の周囲に通気路Ａ３を設けた構成において、この通気路Ａ３の両端をダンパ等にて遮断することで、通気路Ａ３に対する気体の流入及び流出を遮断し、この気体層を断熱層として利用することもできる。
【０１１７】
（空調機等の構成について）
また、空調機周りの具体的構成についても、上記説明した構成以外の図示しない種々の構成を採用することができる。上記各実施の形態においては、空調機を天井内に配置し、直接空調対象空間に空気を供給し、天井に還気（ＲＡ）の吸込口を設けた形態で主に説明したが、空調機を設備シャフトや機械室等などに配置されてもよいし、空調対象空間への空気の供給をダクト等を介して吹出口から行ってもよいし、空調対象空間からの空気の還りを壁や床から行ってもよい。
【０１１８】
（複数種類の蓄熱材の利用構造について）
実施の形態９〜１２においては、２種類の蓄熱材（またはこれらを混合して形成された蓄熱材）を用いるものとして説明したが、３種類以上の蓄熱材（またはこれらを混合して形成された蓄熱材）を用いてもよい。また、実施の形態９のように複数の蓄熱材を配置する場合において、これら蓄熱材の位置を相互に入れ替えてもよい。また、複数種類の蓄熱材を配置する場合において、各蓄熱材を複数個所に配置してもよく、例えば、蓄熱材３２と蓄熱材４１とを隣接配置した後、さらに蓄熱材３２を隣接配置してもよい。また、実施の形態９の容器３３の内部に単一又は複数種類の蓄熱材を配置し、さらに、この蓄熱材の内部に、実施の形態１１のように小型容器に収容した蓄熱材を散在させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
この発明は、０℃以上の中低温度帯の余熱に対してカスケード熱交換を行うことによって当該余熱を利用することに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の各実施の形態に係る蓄熱空調システムの基本的構成を示す図である。
【図２】本発明の各実施の形態に係る蓄熱空調システムの他の基本的構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図４】空調停止−蓄熱モードにおける蓄熱空調システムの運転状況を示す図である。
【図５】空調運転−放熱モードにおける蓄熱空調システムの運転状況を示す図である。
【図６】空調運転−蓄熱モードにおける蓄熱空調システムの運転状況を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図８】実施の形態３に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図９】実施の形態４に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図１０】実施の形態５に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図１１】実施の形態６に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図１２】実施の形態７に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図１３】実施の形態８に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図１４】実施の形態９に係る蓄熱空調システムの構成を示す図である。
【図１５】実施の形態９における蓄熱材のエンタルピと温度との関係を示すグラフである。
【図１６】実施の形態１０に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。
【図１７】図１６の変形例に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。
【図１８】実施の形態１１に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。
【図１９】図１８の変形例に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。
【図２０】実施の形態１２に係る蓄熱空調システムの蓄熱装置の構成を示す図である。
【図２１】実施の形態１２における蓄熱材のエンタルピと温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２１】
１    空調機
２  熱交換コイル
３  送風機
４  外気調和機
１０  熱源機
１１  冷却塔
２０  循環管路
２１  往路管路
２２  復路管路
２３、２３ａ、２３ｂ  引き込み管路
２４  接続管路
２５、２６  冷却管路
２８  温度センサ
３０、３４、４０、５０、６０、７０  蓄熱装置
３１  収容体
３２、４１、７１  蓄熱材
３３  容器
３５  断熱材
Ａ１、Ａ２、Ａ３  通気路
Ｄ１  切替ダンパ
Ｃ  天井
Ｖ１〜Ｖ３  三方弁
Ｖ４〜Ｖ９  二方弁
ＶＣ  弁制御部
【図１】
2007064616.tif 000003
【図２】
2007064616.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007064616.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007064616.tif 000010
【図９】
2007064616.tif 000011
【図１０】
2007064616.tif 000012
【図１１】
2007064616.tif 000013
【図１２】
2007064616.tif 000014
【図１３】
2007064616.tif 000015
【図１４】
2007064616.tif 000016
【図１５】
2007064616.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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