(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき、冷暖兼用の冷凍機によって１年を通じて冷・温熱を切替えて蓄熱できる冷・温熱蓄熱槽と、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき、冷却専用の冷凍機によって通年冷熱を蓄熱できる冷熱蓄熱槽と、前記冷熱蓄熱槽に蓄熱された冷熱を利用して冷却を行う冷却システムと、前記冷・温熱蓄熱槽に蓄熱された冷熱または温熱を利用して冷暖房を行う空調システムとを備え、前記冷・温熱蓄熱槽と前記冷熱蓄熱槽とは開閉自在なバルブを介して連通されており、さらに前記冷・温熱蓄熱槽に冷熱を蓄熱する時には、前記冷熱蓄熱槽に貯蔵された水・ブライン混合液は冷却システムを経由したのち、空調システムまたは冷・温熱蓄熱槽の何れかに流入し、さらに前記冷熱蓄熱槽に還流するようにしたことを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
建物内の空調などを行う空調システムと、使用温度の異なる複数の冷蔵ショーケースや冷蔵庫などの被冷却体を冷却する冷却システムと、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき、冷暖兼用の冷凍機によって１年を通じて冷・温熱を切替えて蓄熱できる冷・温熱蓄熱槽と、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき冷却専用の冷凍機によって通年冷熱を蓄熱できる冷熱蓄熱槽とからなり、前記空調システムと前記冷却システムとを必要に応じて独立して運転できるシステムにおいて、前記冷暖兼用の冷凍機を所定の時間帯に運転して前記冷・温熱蓄熱槽内に冷熱を蓄熱しておくとともに前記冷却専用の冷凍機を所定の時間帯に運転して前記冷熱蓄熱槽に冷熱を蓄熱しておき、所定の時間帯に冷暖兼用の冷凍機および冷却専用の冷凍機の運転を停止し、冷熱蓄熱槽内の冷却された水ーブライン混合液を冷却システム内の温度の低い被冷却体から順次循環させ、さらに空調システムに循環させて、前記空調システムおよび冷却システムを水ーブライン混合液により直接冷却できるようにしたことを特徴とする蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コストの安い夜間電力等を利用して冷熱、温熱を蓄熱できる冷・温熱蓄熱槽および冷熱のみを蓄熱できる冷熱蓄熱槽の２種類の蓄熱槽を備え、これらの蓄熱槽内に蓄熱した冷熱あるいは温熱を必要に応じて該蓄熱槽から取り出して有効利用することができる蓄熱システムに関するものであり、さらに詳細には、夏季においては夜間等の安価な電力を利用して冷暖切替冷凍機を冷却運転し冷・温熱蓄熱槽内に貯蔵した水・ブライン混合液を冷却して冷熱を冷・温熱蓄熱槽に、また、ショーケース等の冷凍機や運転休止中の他システムの冷凍機を運転して冷熱蓄熱槽内に貯蔵した水・ブライン混合液を冷却して冷熱を冷熱蓄熱槽に蓄熱し、気温の高い昼間などの高負荷時等に、前記各蓄熱槽内に蓄熱された過冷却状態の水・ブライン混合液を冷蔵ショーケースや冷蔵庫等からなる冷却システムや空調システムに直接供給しその時間帯において各システム内の冷凍機を停止または部分運転しながら、該氷・ブライン混合液により前記冷却システムや空調システムを直接冷却できるようにした蓄熱システムに関するものである。
【０００２】
また、冬季においては、冷蔵ショーケースや冷蔵庫等の冷却システムから排熱される熱によって冷・温熱蓄熱槽内に貯蔵した水・ブライン混合液を加温するとともに必要に応じて冷暖切替冷凍機を暖房運転して冷・温熱蓄熱槽内の水・ブライン混合液を加温して温熱を蓄熱し、また冷蔵ショーケースや冷蔵庫等の冷凍機の運転により冷熱蓄熱槽内には冷熱を蓄熱し冷蔵ショーケースや冷蔵庫等を冷却しつつ前記冷・温熱蓄熱槽内に貯蔵した温熱を空調用の暖房用システムに有効活用できるエネルギー節約型の蓄熱システムに関するものである。
なお、本明細書中で使用する冷却システムは、冷凍、冷蔵などを含む広義の用語として、また空調システムは建物内に配置される複数の空調系全体を含む広義の用語として使用する。
【０００３】
【従来の技術】
最近の電力需要の伸びにより、真夏の電力消費ピーク時には電力不足等が心配される事態となってきている。一方、電力は貯蔵ができないため、ピーク負荷に合わせて発電施設を作らなくてはならず、昼夜間または季節間の需要格差の拡大は電力コストの大きな要因となっている。
また、冬季においては、常時運転している冷蔵ショーケースや冷蔵庫等の冷却システムから排熱される熱をそのまま戸外に排出しているため、熱の有効利用の点において改善の余地があるシステムとなっている。
このため、電力会社は、電気のムダな使用を極力排除するため、あるいは電力需要格差を解消するために、負荷の平準化を目指して、業務用蓄熱調整契約やピーク時間調整契約等の制度を設け、蓄熱システムの奨励を実施している。
【０００４】
こうした蓄熱システムの中の一例として図９に示すものがある。
このシステムは、運転に余力のある熱源ユニット（空調系または冷凍系の内、余力のある冷凍機）によって冷却された冷媒やブラインを蓄熱槽内の冷却コイルに循環させ、氷蓄熱槽内の水を冷却蓄熱し、必要とする時に冷却された水を熱交換器に供給し、この熱交換器で冷蔵ショーケースや冷蔵・冷凍庫等からなる冷凍機システム内の冷媒（冷媒液）を間接的に過冷却状態に冷却することにより、冷凍機本体の消費電力を抑制するようにしている。
【０００５】
しかし、このシステムでは、主たる冷却はその系を受け持つ冷凍機から供給される冷媒によるものであり、蓄熱槽からの冷却は間接的かつ補助的であり、冷凍機の運転を停止することはできない。又、蓄熱槽内に蓄熱、製氷する際に、冷却されたブラインを利用して蓄熱槽内に貯留されている水を冷却し、製氷するため、冷却時に蓄熱槽内の熱交換器（図示せず）周囲に氷結し、氷ができた場合には熱伝導が低下し、冷却効率が著しく低下する等の問題がある。更に、蓄熱槽内に蓄熱される熱量は、余力を利用してのことであり、負荷の大きい時期に於ける冷凍機運転への補助率は大変少ない。また、冷却媒体として氷ー水を使用しているため零度以下の冷却には利用できず、例えば−５°Ｃの冷却温度を必要とする冷蔵ショーケース等には採用することができない等の致命的な欠陥がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておく冷・温熱蓄熱槽および冷熱蓄熱槽とを用意し、冷房の必要な夏季においては各蓄熱槽内の混合液を冷暖切替可能な冷凍機あるいはショーケース等を冷却するための冷凍機でありながら負荷の減少により余裕が生じた冷凍機、さらには必要に応じて他の休止している冷凍機等を利用してブライン濃度に応じた０°Ｃ以下の氷結温度にまで至らしめ、混合液体中の水をして０°Ｃ以下の氷を作ると共に、ブラインをも低温化させて蓄熱し、空調システムには前記過冷却状態の混合液を供給して空調動作を行わせるとともに、ショーケース等の冷却システムの最大負荷時にも前記過冷却状態の混合液を同冷却システムに供給し、システム内の冷凍機の運転停止または部分運転をさせることにより電力の消費を押さえ、上記問題点を解決することを目的とする。
また、暖房の必要な冬季には、夜間大幅な冷却負荷が減少するショーケース用の冷凍機により冷熱蓄熱槽内に冷熱を蓄熱しつつ、その時の冷凍機からの排熱を冷・温熱蓄熱槽内に回収蓄熱し、夫々の蓄熱槽内に蓄熱された冷熱あるいは温熱を、運転状況に応じて有効利用することにより冬季においてもできるだけ無駄な電力の消費を押さえる蓄熱システムを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明では、前記２種類の蓄熱槽内に冷熱を蓄熱する場合には、冷暖切替可能な冷凍機（あるいは休止している冷凍機）を冷房運転するとともにショーケース等の冷凍機を運転し、各蓄熱槽内に配置した熱交換器に極低温に冷却された高濃度のブラインや、フロン冷媒を供給し、各蓄熱槽内に貯留してある水・ブライン混合液を蓄熱槽内の熱交換器を介して水の凝固点以下に低下させ、水が氷となってブライン内に混入しているシャーベット状の液を作り、このシャーベット状混合液によって冷熱を蓄熱する。そしてこの冷熱を空調システムあるいは冷却システムに直接供給して省電力化を図るものである。
【０００８】
氷蓄熱槽内で作られたシャーベット状の混合液は、氷蓄熱槽内の熱交換器に真水の様に固く氷結することがなく、混合液体を効率よく零度以下の必要とする温度にまで冷却することができる。即ち、混合液を冷却してゆくと、そのブライン濃度に特有の濃度ー氷結温度の氷結曲線の傾向にそってブライン中の水が氷結し、混合液にはシャーベット状の氷が生成される。このため、混合液を過冷却状態にしても氷蓄熱槽内の熱交換器周囲に氷が付着することが少なく、付着したとしてもその氷はシャーベット状であり、真水の氷とは異なり水分の多い氷であるため、水を冷却コイルに氷結させる方法に比較し、熱伝達率が向上し、蓄熱効率を大幅に高めることができる。さらにシャーベット状の氷を含んだ混合液は、そのまま、あるいは隔離板等を利用して氷を分離濾過した状態でポンプにより必要とする冷却システムに供給することができ、その混合液により直接的にかつ効果的に冷却システムを冷やすことが可能となる。
【０００９】
また、混合液はブライン濃度によって冷却温度をある程度の低温域にまで低下させることができるため、冷却、冷凍温度の異なる機器（たとえば冷蔵ショーケースや冷蔵庫など）を複数直列に接続しておき、温度の低い機器から順次、過冷却混合液を循環させて行くことで、一度に異なった温度領域の多数の機器を有する冷却システムを冷却できることになり、利用温度幅を増大させることにより供給熱媒量を少なくすることができ、その搬送用電力消費の抑制に極めて多大の効果を発揮する。
【００１０】
さらに、本発明では、前記冷・温熱蓄熱槽内に温熱を蓄熱し、前記冷熱蓄熱槽内に冷熱を蓄熱する場合には、冷蔵運転している冷蔵ショーケースや冷蔵庫等の冷却システムから排熱される熱を有効利用するために、その排熱を冷・温熱蓄熱槽内に回収蓄熱し、その温熱を冬季における空調システムに有効に利用する。即ち、このシステムでは、冬季においてはショーケースや冷蔵庫用の冷凍機を運転してショーケース等を冷却しつつ、冷凍機から排熱される熱を冷・温熱蓄熱槽に温熱蓄熱し、この温熱を利用して、暖房用の補助熱源とし、冬季における電気の有効利用を図る。
【００１１】
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき、冷暖兼用の冷凍機によって１年を通じて冷・温熱を切替えて蓄熱できる冷・温熱蓄熱槽と、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき、冷却専用の冷凍機によって通年冷熱を蓄熱できる冷熱蓄熱槽と、前記冷熱蓄熱槽に蓄熱された冷熱を利用して冷却を行う冷却システムと、前記冷・温熱蓄熱槽に蓄熱された冷熱または温熱を利用して冷暖房を行う空調システムとを備え、前記冷・温熱蓄熱槽と前記冷熱蓄熱槽とは開閉自在なバルブを介して連通されており、さらに前記冷・温熱蓄熱槽に冷熱を蓄熱する時には、前記冷熱蓄熱槽に貯蔵された水・ブライン混合液は冷却システムを経由したのち、空調システムまたは冷・温熱蓄熱槽の何れかに流入し、さらに前記冷熱蓄熱槽に還流するようにしたことを特徴とする蓄熱システムであり、
【００１２】
また、建物内の空調などを行う空調システムと、使用温度の異なる複数の冷蔵ショーケースや冷蔵庫などの被冷却体を冷却する冷却システムと、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき、冷暖兼用の冷凍機によって１年を通じて冷・温熱を切替えて蓄熱できる冷・温熱蓄熱槽と、水とブラインとを所定の割合で混合した水・ブライン混合液を貯蔵しておき冷却専用の冷凍機によって通年冷熱を蓄熱できる冷熱蓄熱槽とからなり、前記空調システムと前記冷却システムとを必要に応じて独立して運転できるシステムにおいて、前記冷暖兼用の冷凍機を所定の時間帯に運転して前記冷・温熱蓄熱槽内に冷熱を蓄熱しておくとともに前記冷却専用の冷凍機を所定の時間帯に運転して前記冷熱蓄熱槽に冷熱を蓄熱しておき、所定の時間帯に冷暖兼用の冷凍機および冷却専用の冷凍機の運転を停止し、冷熱蓄熱槽内の冷却された水ーブライン混合液を冷却システム内の温度の低い被冷却体から順次循環させ、さらに空調システムに循環させて、前記空調システムおよび冷却システムを水ーブライン混合液により直接冷却できるようにしたことを特徴とする蓄熱システムである。
【００１３】
削除
【００１４】
削除
【００１５】
【実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係わる蓄熱システムは、冷熱または温熱を切り替えて蓄熱できる蓄熱槽（以下冷・温蓄熱槽という）４と、冷熱のみを蓄熱する蓄熱槽（以下冷熱蓄熱槽という）５との２種類の蓄熱槽を備えており、これら２種類の蓄熱槽内に蓄熱した冷熱あるいは温熱を有効に利用できるようにしている。
なお、本明細書では、前記空調機器を作動するシステム系を空調システムとし、ショーケース等を作動するシステム系を冷却システムと定義し、これらの各システムを組み合わせることにより本発明に係わる蓄熱システムが構成される。
また、以下の第１冷凍機（Ｒ−１）は冷暖切替可能な冷凍機であり、また、第２冷凍機（Ｒ−２）はショーケース等の専用冷凍機であってこの専用冷凍機からは冬季において排熱を回収する。またシステム内に配置した空調機器（ＡＣ）は特別な冷凍機は備えておらず、熱交換器によって冷房・暖房を行うようになっているが、従来型と同様に空調機器ＡＣにも冷凍機を備えていてもよい。この場合には空調機器ＡＣ内に水・ブライン混合液からの熱を回収する熱交換器が必要となる。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係わる蓄熱システムの構成図である。
図において、１は冷・温熱蓄熱槽４に冷熱または温熱を蓄熱するための冷暖切替可能な第１冷凍機（Ｒ−１）、２は冷蔵ショーケースや冷蔵庫等からなる冷却システム用の第２冷凍機（Ｒ−２）、３は前記第２冷凍機（Ｒ−２）からの排熱を冷却する冷却塔、４は冷熱または温熱を蓄熱する冷・温熱蓄熱槽、５は冷熱のみを蓄熱する冷熱蓄熱槽、６は空調システムを構成する空調機器（ＡＣ）、７〜９は第１〜第３ショウーケース（ＳＣ−１〜ＳＣ−３）であり、これらは、図示のようにパイプラインで接続されている。そしてこのパイプライン中には、第１〜第５ポンプＰ−１〜Ｐ−５、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５、第１調整用バルブ１１、第２調整用バルブ１２が配置されている。
【００１７】
前記空調システムは基本的には空調機器６、冷・温熱蓄熱槽４、第３ポンプＰ−３から構成され構成されるシステムであり第３ポンプＰ−３によって冷・温熱蓄熱槽４から汲み上げた水・ブライン混合液によって冷房あるいは暖房を行う。空調機器６は冷暖房を必要とする容積に応じて台数を増減することができる。
前記冷却システムは基本的には冷熱蓄熱槽５、第４ポンプＰ−４、複数のショーケース、冷蔵庫等から構成され構成されるシステムであり第４ポンプＰ−４によって冷熱蓄熱槽５から汲み上げた水・ブライン混合液によってショーケース７〜９や図示せぬ冷蔵庫の冷却を行う。
【００１８】
以下各構成要素の詳細を説明すると、
前記第１冷凍機（Ｒ−１）１は、後述する構造からなる冷・温熱蓄熱槽４に冷熱または温熱を切り替えて蓄熱するための冷暖切替可能な冷凍機であり、冷却運転の時には冷熱を、加温運転の時には温熱を冷・温熱蓄熱槽４内に蓄熱できる従来公知の冷凍機である。
第２冷凍機（Ｒ−２）は、冷却システムとしての第１〜第３ショウーケース（ＳＣ−１〜ＳＣ−３）さらには図示せぬ冷蔵庫等の専用の冷凍機であり、この第２冷凍機（Ｒ−２）運転時には冷熱蓄熱槽５に冷熱のみを蓄熱するできる従来公知の冷凍機である。
冷却塔３は第２冷凍機（Ｒ−２）が運転中に発生する熱を冷却するためのものであり、この冷却塔３は従来の冷凍機が備えている水冷あるいは空冷の冷却塔と同じ形式のものである。なお、第２冷凍機（Ｒ−２）によって加熱された水・ブライン混合液は前記冷却塔３で冷却することなく、直接、冷・温熱蓄熱槽４に送られ、ここで熱交換され温熱を冷・温熱蓄熱槽４内に蓄熱することもできる。
【００１９】
冷・温熱蓄熱槽４は、断熱槽として構成され、また同槽４内には所定濃度の水・ブライン混合液が貯蔵され、さらに第１冷凍機（Ｒ−１）１からの冷却（または加熱）された濃度の高いブラインを通す図示せぬ熱交換器が設けられている。そして、第１冷凍機（Ｒ−１）１から冷却または加熱されたブラインが冷・温熱蓄熱槽４内の熱交換器に送られると、ここで冷・温熱蓄熱槽４内に貯蔵されている所定濃度の水・ブライン混合液が所定の温度にまで冷却または加熱され、冷・温熱蓄熱槽内い蓄熱できるようになっている。また冷・温熱蓄熱槽４には必要に応じて攪拌機を設け、水・ブライン混合液を攪拌できるようになっている。
また、水・ブライン混合液の代わりに、各冷凍機から直接冷媒（フロン等）を供給することも可能であり、この場合には第１、第２ポンプ（Ｐ−１）、（Ｐ−２）は不要である。
なお冷・温熱蓄熱槽４内に冷熱を蓄熱する際に、−５°Ｃ前後の水・ブライン混合液を作る場合には、蓄熱槽内の水・ブライン混合液はそれに対応した濃度の水・ブライン混合液としておくとともに、第１冷凍機（Ｒ−１）１から熱交換器に供給される冷却ブラインは−１０°Ｃ程度にまで冷却しておく必要がある。こうすることによって、冷・温熱蓄熱槽内には確実に−５°Ｃ前後の水・ブライン混合液を貯蔵することができる。
【００２０】
冷熱蓄熱槽５は、冷・温熱蓄熱槽４と同様に断熱槽として構成され、同槽５内には冷・温熱蓄熱槽４内の水・ブライン混合液と共通濃度の水・ブライン混合液が貯蔵され、また同槽５内には第２冷凍機（Ｒ−２）２によって冷却された濃度の高いブラインを通す図示せぬ熱交換器が設けられている。また冷熱蓄熱槽５には必要に応じて攪拌機を設け、水・ブライン混合液を攪拌できるようになっている。
【００２１】
前記冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５は基本的には同じ構造をしており、同じ濃度の水・ブライン混合液を貯蔵しており、冷・温熱蓄熱槽４は運転状況によって冷熱を蓄熱する冷熱槽や温熱を蓄熱する温熱槽に切り換えて使用する。また、前記冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５はパイプラインで接続されておりパイプライン中の第１バルブＶ１を開くことにより連通可能に構成してあり、前記冷・温熱蓄熱槽４内に冷熱を蓄熱した状態の時には冷熱蓄熱槽５と連通され、共通の冷熱蓄熱槽としての機能を果たすことができる。
空調機器（ＡＣ）は室内温度調整をする空調システム用の機器であり、この空調機器（ＡＣ）は単なる熱交換器のみからなる形式のものでも良いし、従来の冷暖兼用の空調機器を使用することもできる。
【００２２】
第１ポンプＰ−１は、第１冷凍機（Ｒ−１）１によって極低温（たとえばマイナス１０°Ｃ）にまで冷却されたブラインを、冷・温熱蓄熱槽４内の熱交換器に循環する機能を備えている。
第２ポンプＰ−２は、第２冷凍機（Ｒ−２）２によって極低温（たとえばマイナス１０°Ｃ）にまで冷却されたブラインを、冷熱蓄熱槽５内の熱交換器に循環する機能を備えている。
前記した如く、冷媒を直接用いる場合には第１、第２ポンプ（Ｐ−１）、（Ｐ−２）は不要となる。
また第３ポンプＰ−３は、冷・温熱蓄熱槽４内あるいは冷却システムを構成するショーケース内の水・ブライン混合液を第１調整用バルブ１１を介してＡＣ機器に循環する機能を備え、さらに第４ポンプＰ−４は、第２冷凍機（Ｒ−２）２によって冷却された冷熱蓄熱槽５内の水・ブライン混合液をショーケースに循環する機能を備えている。さらに第５ポンプＰ−５は、第２冷凍機（Ｒ−２）２運転中に発生する熱を逃がすために加温された水・ブライン混合液を冷・温熱蓄熱槽４内の熱交換器に送り、冷・温熱蓄熱槽４内に温熱を蓄熱するための機能を有するポンプである。
【００２３】
冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５、空調機器ＡＣ６、ショーケース７〜９は図に示すようにパイプラインで接続され、このパイプラインおよび冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５、空調機器ＡＣ６には共通の水・ブライン混合液が満たされている。
またパイプライン中には、冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５との間に設けられた第１バルブＶ１、ショーケースと第１調整用バルブ１１との間に設けられた第２バルブＶ２、ショーケースと冷熱蓄熱槽５との間に設けられた第３バルブＶ３、冷・温熱蓄熱槽４と第２調整用バルブ１２との間に設けられた第４バルブＶ４、第２冷凍機と冷・温熱蓄熱槽４との間に設けられた第５バルブＶ５が図に示す位置に配置されており、また、第１調整用バルブ１１、第２調整用バルブ１２が図に示す位置に配置されている。上記第１〜第５バルブや第１、第２調整用バルブを切替えることで後述する態様で蓄熱システムを構成する。
【００２４】
前記ショウーケースについては、冷却温度が、たとえば第１ショウーケース７は−５°Ｃ〜０°Ｃの範囲、第２ショウーケース８では０°Ｃ〜＋５°Ｃの範囲、第３ショウーケース９では＋５°Ｃ〜１０°Ｃの範囲のように冷却温度が図中下方に行くにしたがって高くなるようなものとしてある。なお、ショーケースは図のように３台に限定することなく、冷却温度勾配をもったものを３台以上接続することも可能であり、さらに冷蔵庫なども接続することができるが、冷却システムの最終の冷却温度は、空調システムの空調機器（ＡＣ）の冷却温度よりも低いことが重要である。
【００２５】
つづいて、上記構成の蓄熱システムの夏期に於ける運転状態を図２〜図５を参照して説明する。なお、図中太線で示されるパイプラインが運転中のラインを示しており、また、パイプライン中の各バルブの開閉状態は図中に示す図形により開閉状態を表している。
（１）図２は夏期において電力各社によって定められた安価な電気を使用することのできる夜間の時間帯を利用して冷・温熱蓄熱槽４および冷熱蓄熱槽５に冷熱を蓄熱する状態の図であり、図中太線が作動中の流路である。なお、この状態の時にはショーケース等の冷却システムは食品の鮮度を維持するために運転中となっている。
この状態の時には、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を開いて前記冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５とを連通状態としており、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を閉じておき、第２調整バルブ１２は冷却塔３から第２冷凍機への水・ブライン混合液の流れのみを許容した状態となっている。また、第１冷凍機（Ｒ−１）、第２冷凍機（Ｒ−２）、第１ポンプＰ−１、第２ポンプＰ−２、第４ポンプＰ−４、第５ポンプＰ−５は運転状態となっており、第３ポンプＰ−３は運転が停止されている。
【００２６】
即ち、この時間帯は夜間であるためオフィスなどでは空調機器（ＡＣ）は運転されず空調システムは停止中であり、また冷蔵ショーケースは商品の品質を保持するために冷却状態となっており、第１冷凍機（Ｒ−１）で過冷却（例えば−１０°Ｃ）されたブラインは第１ポンプＰ−１によって冷・温熱蓄熱槽４内の熱交換器に流され、同槽４内の水・ブライン混合液を冷却し、冷熱を蓄熱する。
また、第２冷凍機（Ｒ−２）で過冷却（例えば−１０°Ｃ）されたブラインは第２ポンプＰ−２によってを冷熱蓄熱槽５内の熱交換器に流され、同槽５内の水・ブライン混合液を冷却し、冷熱を蓄熱する。
【００２７】
冷熱蓄熱槽５内で冷却された水・ブライン混合液は第４ポンプＰ−４によって汲み上げられショーケースを通過して温度の異なる複数のショーケースを順次冷却し、その後第２バルブＶ２→冷・温熱蓄熱槽４→第１バルブ１を介して再び冷熱蓄熱槽５に還流する。この流れのなかで、冷熱蓄熱槽５内の攪拌機を作動させておくと、温度の上がった水・ブライン混合液が冷熱蓄熱槽５にもどってきても、冷熱蓄熱槽５内では氷が溶けるまで略一定の温度が保たれるため冷却システムの温度の変動を少なくできる。また冷・温熱蓄熱槽４では攪拌しないでおくと、下層の低温の水・ブライン混合液が冷熱蓄熱槽５側に流入するため、冷熱蓄熱槽内での液温の急激な上昇を防止できる。
【００２８】
冷熱蓄熱作動状態の時には第１冷凍機（Ｒ−１）１のブラインは冷・温熱蓄熱槽４内の目標冷却温度よりも低温のブラインとし、これにより冷・温熱蓄熱槽４内の水・ブライン混合液は目標温度にまで過冷却状態となる。即ち、この状態の時には混合液中の水はシャーベット状となりながら蓄熱し、従来の水のみに比較して蓄熱効率を大幅に高めることができる。
またこの運転状態の時には、第２冷凍機（Ｒ−２）からでる排熱は水・ブライン混合液で回収され、第５ポンプＰ−５によって汲み上げられ冷却塔３で冷却され再び第２冷凍機（Ｒ−２）に還流する構成となっている。
【００２９】
（２）図３は電気料金が夜間でありながら通常料金の時間帯であり、冷蔵ショーケースのみを連続運転している状態の図である。
この状態の時には、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を開いて前記冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５とを連通状態としており、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を閉じておき、第２調整バルブ１２は冷却塔３から第２冷凍器への水・ブライン混合液の流れのみを許容した状態となっている。また、第１冷凍機（Ｒ−１）は運転停止状態、第２冷凍機（Ｒ−２）、第２ポンプＰ−２、、第４ポンプＰ−４、第５ポンプＰ−５は運転状態となっており、第１ポンプＰ−１、第３ポンプＰ−３は運転が停止されている。
即ち、夜間であるためオフィスなどでは空調機器（ＡＣ）は運転されず、また冷蔵ショーケースは商品の品質を保持するために第２冷凍機（Ｒ−２）２により冷熱蓄熱槽内に過冷却ブラインを供給状態としている。
【００３０】
冷熱蓄熱槽５内で冷却された水・ブライン混合液は第４ポンプＰ−４によって汲み上げられ第１ショーケース（ＳＣ−１）から第３ショーケース（ＳＣ−３）に向かって順次供給されそれぞれのショーケースを所定の温度に冷却する。その後第２バルブＶ２→冷・温熱蓄熱槽４→第４バルブ４を介してに再び冷熱蓄熱槽５に還流する。この流れのなかで、冷・温熱蓄熱槽４内の攪拌機を作動させておくと、温度の上がった水・ブライン混合液が冷・温熱蓄熱槽４にもどってきても、冷・温熱蓄熱槽４内では氷が溶けるまで略一定の温度が保たれるため冷却システムの温度の変動を少なくできる。このため、冷・温熱蓄熱槽４から低温の水・ブライン混合液が冷熱蓄熱槽５側に流入するため、冷熱蓄熱槽内での液温の急激な上昇を防止できる。
またこの運転状態の時には、第２冷凍機（Ｒ−２）からでる排熱は水・ブライン混合液で回収され、第５ポンプＰ−５によって汲み上げられ冷却塔３で冷却され再び第２冷凍機（Ｒ−２）に還流する構成となっている。
また、この時間帯は電気料金が昼間と変わらないため、第１冷凍機Ｒ−１による冷・温熱蓄熱槽４への蓄熱作動は行わない。
【００３１】
（３）図４は電気料金が通常料金の時間帯であり、空調機器（ＡＣ）と、冷蔵ショーケースを同時運転している状態の図である（たとえば、店舗が営業開始された直後等、一度に大容積の空間を冷房する必要のある時）。
この状態の時は、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を開いて前記冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５とを連通状態としており、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を閉じ、第１調整バルブ１１は開いて第３ポンプＰ−３によって第２バルブＶ２側および冷・温熱蓄熱槽４から水・ブライン混合液をくみ上げ空調機器６側に供給できるようになっている。また第２調整バルブ１２は冷却塔３から第２冷凍機への水・ブライン混合液の流れのみを許容した状態となっている。
【００３２】
第１冷凍機（Ｒ−１）、第２冷凍機（Ｒ−２）、第１ポンプＰ−１、第２ポンプＰ−２、第３ポンプＰ−３、第４ポンプＰ−４、第５ポンプＰ−５はいずれも運転状態となっている。
冷熱蓄熱槽５内で冷却された水・ブライン混合液は第４ポンプＰ−４によって汲み上げられ第１ショーケース（ＳＣ−１）から第３ショーケース（ＳＣ−３）に向かって順次供給されそれぞれのショーケースを所定の温度に冷却する。さらに空調機器（ＡＣ）を冷却するために、第２バルブＶ２を経た後、第３ポンプＰ−３の運転により空調システムが必要とする冷熱を冷・温熱蓄熱槽４から供給された低温の水・ブライン混合液と第１調整用バルブ１１を経て混合され、空調システム側に供給され、その後、冷・温熱蓄熱槽４を経て再び冷熱蓄熱槽５に還流する。
【００３３】
この状態の時は、各蓄熱槽内の蓄熱が使用され、次項に記す時間帯に使用する蓄熱量が不足する。そのため、各冷凍機を運転し、その消費量を補う。
第３ポンプＰ−３によってショーケース側で低温で使用した水・ブライン混合液を汲み上げ、さらに空調機器（ＡＣ）に供給して、使用温度域を拡大させる。またこの運転状態の時には、第２冷凍機（Ｒ−２）からでる排熱は水・ブライン混合液で回収され、第５ポンプＰ−５によって汲み上げられ冷却塔３で冷却され再び第２冷凍機（Ｒ−２）に還流する構成となっている。
この流れのなかで、冷・温熱蓄熱槽４内の攪拌機を作動させておくと、温度の上がった水・ブライン混合液が冷・温熱蓄熱槽４にもどってきても、冷・温熱蓄熱槽４内では氷が溶けるまで略一定の温度が保たれるため冷却システムの温度の変動を少なくできる。このため、冷・温熱蓄熱槽４から低温の水・ブライン混合液が冷熱蓄熱槽５側に流入するため、冷熱蓄熱槽内での液温の急激な上昇を防止できる。
【００３４】
（４）図５は第１、第２冷凍機等を停止することによりその使用電力を低減した値に応じて電気料金がペイバックされる時間帯であり、この時間帯は空調機器およびショーケースの冷却は冷・温熱蓄熱槽４、冷熱蓄熱槽５からの蓄熱により完全に補っている状態の図である。したがって電気料金は大幅に節約できる。
この状態の時は、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を開いて前記冷・温熱蓄熱槽４と冷熱蓄熱槽５とを連通状態としており、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を閉じ、第１調整バルブ１１は開き、第２調整バルブ１２は閉じた状態となっている。また、第１冷凍機（Ｒ−１）、第２冷凍機（Ｒ−２）、第１ポンプＰ−１、第２ポンプＰ−２、第５ポンプＰ−５は停止状態となっており、第３ポンプＰ−３、第４ポンプＰ−４は運転状態となっている。
【００３５】
即ち、この状態では、第１、第２冷凍機は運転が停止され、電力消費は極めて小さい状態となっている。そして、冷蔵ショーケースは第４ポンプＰ−４によって汲み上げられる冷熱蓄熱槽５からの水・ブライン混合液によって冷却温度の低い冷蔵ショーケース７から順次冷却される。さらに空調機器（ＡＣ）を冷却するために、第２バルブＶ２を経た後、第３ポンプＰ−３の運転により空調システムが必要とする冷熱を冷・温熱蓄熱槽４から供給された低温の水・ブライン混合液と第１調整用バルブ１１を経て混合され、空調システム側に供給され、その後、冷・温熱蓄熱槽４を経て再び冷熱蓄熱槽５に還流する。
【００３６】
この図の場合では、例えば、冷蔵ショーケース（ＳＣー１）は温度が−５°Ｃ〜０°Ｃであり、冷蔵ショーケース（ＳＣー２）は温度が０°Ｃ〜＋５°Ｃであり、冷蔵ショーケース（ＳＣー３）は温度が＋５°Ｃ〜プラス１０°Ｃであり、空調機器（ＡＣ）は１０°Ｃ〜２０°Ｃであり、これらを各々を冷却するため、水・ブライン混合液は冷蔵ショーケース（ＳＣー１）→冷蔵ショーケース（ＳＣー２）→冷蔵ショーケース（ＳＣー３）→空調機器（ＡＣ）の順に循環され、それぞれの部分で冷却作用を行う。
この流れのなかで、冷・温熱蓄熱槽４内の攪拌機を作動させておくと、温度の上がった水・ブライン混合液が冷・温熱蓄熱槽４にもどってきても、冷・温熱蓄熱槽４内では氷が溶けるまで略一定の温度が保たれるため冷却システムの温度の変動を少なくできる。このため、冷・温熱蓄熱槽４から低温の水・ブライン混合液が冷熱蓄熱槽５側に流入するため、冷熱蓄熱槽内での液温の急激な上昇を防止できる。
こうして冷・温熱蓄熱槽４および冷熱蓄熱槽５に蓄熱した熱を有効に利用して冷却を行うため、僅かな量の熱媒供給で賄えるため、その搬送用電力消費を抑制でき、省電力化を図ることができ、極めて有利なコストで各種機器の運転が可能となる。
【００３７】
つづいて、図６を参照して冬季に於ける電力の有効利用に関する蓄熱システムの説明をする。冬季の蓄熱システムは、前述した夏期に於けるシステムとは、第２冷凍機（Ｒ−２）の排熱を空調機器の暖房用に利用した点で異なっている。
図６は冬季において、時間帯は例えば午後１０時から午前８時までの間で空調系は休止状態にあり、第２冷凍機（Ｒ−２）を運転することにより冷、温熱を取り出す時間帯である。冷蔵ショーケース系は冷却運転ができるとともに、同時に第２冷凍機からの排熱で温熱蓄熱が行われる。夜間の冷蔵ショーケース系から排熱される熱は冷・温熱蓄熱槽４に蓄熱回収されるが、この蓄熱回収量が第２冷凍機（Ｒ−２）運転による温熱蓄熱では不十分なとき、第１冷凍機（Ｒ−１）を暖房運転することにより蓄熱槽内に十分蓄熱することができる形態である。
【００３８】
この状態の時には、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を閉じ、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を開き、第１調整バルブ１１は閉じ、第２調整バルブ１２は第５ポンプにより冷・温熱蓄熱槽４から水・ブライン混合液を汲み上げることができるように流路が開かれている。
即ち、この時間帯は夜間であるためオフィスなどでは空調機器（ＡＣ）は運転されず、また冷蔵ショーケースは商品の品質を保持するために第２冷凍機（Ｒ−２）２のみが連続運転状態となっており、冷熱蓄熱槽５内を冷却し続けている。冷熱蓄熱槽５内の水・ブライン混合液は第４ポンプＰ−４によって各ショーケースに循環され、冷熱蓄熱槽５に還流される。
【００３９】
また、第２冷凍機（Ｒ−２）からでる高い温度の水・ブライン混合液は第５ポンプＰ−５によって冷・温熱蓄熱槽４内に循環され、ここで温熱を蓄熱する。この時、余った排熱は必要に応じて冷却塔３で冷却され（図中太い点線で示す）、再び第２冷凍機（Ｒ−２）に還流する（図中太点線にて示す）。
また冷・温熱蓄熱槽４への温熱の蓄熱が第２冷凍機（Ｒ−２）２では不足する場合には第１冷凍機（Ｒ−１）１を暖房運転することで冷・温熱蓄熱槽４への温熱の蓄熱を行い蓄熱不足を補う。
このため、夜間の安価な電力を使用して運転中の冷蔵ショーケース系の回路から排熱される温熱を冷・温熱蓄熱槽４内に蓄熱することができ、また冷蔵ショーケース系の回路からの排熱では不足する場合には第１冷凍機（Ｒ−１）１を暖房運転すことで夜間において十分な温熱蓄熱が可能となる。
【００４０】
図７は電気料金が通常の時間帯である昼間の運転状態（たとえば午前９時から午後８時までの間）を示す図である。
この状態の時には、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を閉じ、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を開き、第１調整バルブ１１は第３ポンプＰ−３と冷・温熱蓄熱槽４とを連通し、第２調整バルブ１２は第５ポンプＰ−５により冷・温熱蓄熱槽４から水・ブライン混合液を汲み上げることができ、また冷却塔側からも水・ブライン混合液を汲み上げることができるように流路が開かれている。
【００４１】
即ち、この時間帯は昼間であるためオフィスなどでは空調機器（ＡＣ）は暖房運転中、冷蔵ショーケース系でも冷却運転中であるため、第１冷凍機（Ｒ−１）が運転状態、第２冷凍機（Ｒ−２）が運転状態となっており、冷・温熱蓄熱槽４からは、第３ポンプＰ−３により温度の高い水・ブライン混合液が空調機器（ＡＣ）ＡＣに供給され暖房用として使用される。また、第２冷凍機（Ｒ−２）２内において発生する排熱は第５ポンプＰ−５を駆動することによって冷・温熱蓄熱槽内の水・ブライン混合液を加熱する。なお、この場合、第２冷凍機（Ｒ−２）２内において発生する排熱に余剰がある場合には一部を冷却塔３に流し、ここで水・ブライン混合液を冷却する（図中太点線にて示す）。
また、第１冷凍機（Ｒ−１）は、冷・温熱蓄熱槽４の蓄熱量および第２冷凍機（Ｒ−２）の排熱回収量に応じて運転を行う。
さらに冷蔵ショーケースは、第２冷凍機（Ｒ−２）２によって冷却されている水・ブライン混合液を冷熱蓄熱槽５から第４ポンプＰ−４で汲み上げ循環することによって冷却されている。
【００４２】
図８は時間帯は例えば午前８時〜午前９時および午後８時〜午後１０時の間で空調系は休止状態にあり、冷蔵ショーケース系は冷却運転中であり、冷蔵ショーケース系からの排熱により温熱蓄熱を行っている状態である。即ち、夜間の冷蔵ショーケース系から排熱される熱を蓄熱しておく形態である。
この状態の時には、第１バルブＶ１、第２バルブＶ２を閉じ、第３バルブＶ３、第４バルブＶ４、第５バルブＶ５を開き、第１調整バルブ１１は閉じ、第２調整バルブ１２は第５ポンプにより冷・温熱蓄熱４から水・ブライン混合液を汲み上げることができるように流路が開かれ、また冷却塔側からも水・ブライン混合液を汲み上げることができるように流路が開かれている。
【００４３】
冷蔵ショーケース７〜９は、第２冷凍機（Ｒ−２）２の部分運転（図中太点線で示す）によって冷却されている冷熱蓄熱槽５からの水・ブライン混合液を第４ポンプで循環することによって冷却されている。
第２冷凍機（Ｒ−２）２内において発生する排熱は第５ポンプＰ−５を駆動することによって冷・温熱蓄熱槽内の水・ブライン混合液を加熱し、第２冷凍機（Ｒ−２）２内において発生する排熱に余剰がある場合には一部を冷却塔３に流し、ここで水・ブライン混合液を冷却する（図中太点線にて示す）。
この時間帯は、例えば朝早い時間でありオフィスなどでは空調機器（ＡＣ）は運転されず、冷蔵ショーケース系が連続冷蔵運転中であるため、第２冷凍機（Ｒ−２）のみを運転状態としている。こうして冷・温熱蓄熱槽４内に第２冷凍機（Ｒ−２）の排熱を蓄熱することができ、省電力化を図るとともに、極めて有利なコストで各種機器の運転が可能となる。
【００４４】
以上のように本蓄熱システムでは電気料金の安価の時間帯に、専用の第１冷凍機（Ｒ−１）１あるいは余剰熱が発生した冷凍機を運転して冷・温熱蓄熱槽４および冷熱蓄熱槽５に蓄熱しておき、低減電力に応じて料金が割引きされる時間帯に冷凍機の運転を停止して各蓄熱槽に蓄熱しておいた水・ブライン混合液を利用して冷却するため、電気料金の大幅な節約ができるとともに、効率的な冷却を実現できる。特に水・ブライン混合液を使用し、冷却時に氷の大きな潜熱を有効に活用できるため、蓄熱槽自身の容積を小さくすることが可能となり、さらに、冷却温度も零度以下の極めて低い温度とすることができるため、水・ブライン混合液を循環するだけで複数の冷却システムを順次冷却することが可能となる。この結果、効率的な冷却システムを構築することができる。
【００４５】
以上、本発明に係わる氷蓄熱システムの実施の形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内で種々の形態を実施することが可能である。
たとえば、冷・温熱蓄熱槽や冷熱蓄熱槽への蓄熱の時間帯、蓄熱するために使用する冷凍機の選択、冷・温熱蓄熱槽や冷熱蓄熱槽に蓄熱した熱量の有効利用（たとえばバルブの切換や第１冷凍機、第２冷凍機の運転優先順位の選択）などは、対象とするシステムに応じて容易に変更することができる。また、各ポンプやバルブの切換は図示せぬ制御機器によって夫々の状態に合って制御されることは当然である。また、冷・温熱蓄熱槽への蓄熱は上記例では専用の第１冷凍機を使用しているが、他の休止している冷凍機を利用して蓄熱することも可能である。
【００４６】
なお、各冷凍機および各システムの運転組み合わせ例を表１に示す。
【表１】
0003856572.tif 000002
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、電気料金の安価の時間帯に、冷凍機を運転して蓄熱槽に蓄熱しておき、低減電力に応じて料金が割引きされる時間帯に冷却システム内の冷凍機の運転を停止して蓄熱槽に蓄熱しておいた水・ブライン混合液を利用して冷却システムを冷却するため、日中の消費電力ピークをカットすることができ、その結果として、電気料金における基本料金や消費電力量を夜間にシフトすることにより従量料金を低減できる。特に水・ブライン混合液を使用し、冷却時に氷の大きな潜熱を有効に活用できるため、蓄熱槽自身の容積を小さくすることが可能となる。さらに、冷却温度も零度以下の極めて低い温度とすることができるため、水・ブライン混合液を循環するだけで複数の冷却システムを順次冷却することができ、効率的な冷却システムを構築することができる。
また  このシステムでは蓄熱槽を２槽に分離することにより、冬季において冷蔵運転中の冷蔵ショーケース等の冷却システムから排熱される熱を有効利用して蓄熱し、空調機器の暖房用に有効に利用することができる、また夏季の冷却時においては利用温度差を拡大させており、このことから発生する高・低温度の水・ブライン共存を冷・温熱蓄熱槽４の潜熱利用により処理し、冷熱蓄熱槽より取り出す温度を低温に安定させることができる、等の優れた効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わる氷蓄熱システムの共通構成図である。
【図２】電力各社によって定められた安価な電力を使用することのできる夜間の時間帯を利用して冷・温熱蓄熱槽４に蓄熱する状態の図である。
【図３】電気料金が通常の時間帯であり、冷蔵ショーケースを運転している状態の図である。
【図４】電気料金が通常料金の時間帯であり、空調機器（ＡＣ）と冷蔵ショーケースを同時に運転している状態の図である。
【図５】冷凍機等を停止することによりその使用電力を低減した値に応じて電気料金が割引きされる時間帯であり、この時間帯を氷蓄熱システムにより完全に補っている状態の図である。
【図６】温熱蓄熱システムにおいて、時間帯は例えば午後１０時から午前８時までの間で空調系は休止状態にあり、電力各社によって定められた安価な電力を使用することのできる夜間の時間帯で冷蔵ショーケース系は冷却運転中であり、温熱蓄熱を行っている状態である。
【図７】温熱蓄熱システムにおいて、電気料金が通常の時間帯である昼間の運転状態（たとえば午前９時から午後８時までの間）を示す図である。
【図８】温熱蓄熱システムにおいて、時間帯は例えば午前８時〜午前９時および午後８時〜午後１０時の間で空調系は休止状態にあり、冷蔵ショーケース系は冷却運転中であり、温熱蓄熱を行っている状態の図である。
【図９】従来の蓄熱利用のショーケースの冷却システムの構成図である。
【符号の説明】
１              第１冷凍機（Ｒ−１）
２              第２冷凍機（Ｒ−２）
３              冷却塔
４              冷・温熱蓄熱槽
５              冷熱蓄熱槽
６              空調機器（ＡＣ）
７〜９          第１〜第３ショーケース（ＳＣ−１〜ＳＣ−３）
１１            第１調整用バルブ
１２            第２調整用バルブ
【図１】
0003856572.tif 000003
【図２】
0003856572.tif 000004
【図３】
0003856572.tif 000005
【図４】
0003856572.tif 000006
【図５】
0003856572.tif 000007
【図６】
0003856572.tif 000008
【図７】
0003856572.tif 000009
【図８】
0003856572.tif 000010
【図９】
0003856572.tif 000011