JPH0198846A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、割安な夜間の電力にエリヒートポンプシステ
ムなどを駆動して蓄（冷）熱をし、それを必要時（主と
して昼間）に取り出して冷房または暖房に利用すること
ができる蓄（冷）熱装置に関するものである。

〈従来技術〉 ビルディングの空調システムでは、ヒートポンプ装置な
どに工り夏季には冷水を、また冬季には温水を生成して
地下室内などの大きな貯水槽（タンク）に蓄積し、それ
を空調を必要とする各室のファンコイルユニットなどに
ポンプを介して送り出すところのいわゆる冷温水システ
ムと称する空調システムが従来から採用されていた。と
ころが最近の中小規模ビルディングなどでは、敷地面積
に比して高層化される例が多くなり、地下室内いっばい
に設けたタンクでもビル内の空調負荷に対処しきれなく
なった。また、地下基金てをタンクが占めてしまっては
地下室の有効利用もできないｎそこで、同じ能力を保ち
ながら、タンクを省スペース化する必要性が生じ、夏季
における冷房の場合には冷水による冷熱貯蔵の代りに、
氷による冷熱貯蔵としたいわゆる氷蓄熱冷房方式が開発
されてきた。このものであれば、タンク寸法を従来型の
約１１５にもコンパクト化できるともいわれている。と
ころが、このコンパクト化した貯蔵槽を次に冬季におけ
る暖房の場合の温水貯蔵槽にその一２２利用しょうとす
ると従来の暖房に必要な温度である４５℃〜５５℃の温
水貯蔵では、暖房負荷に対処しきれないことは自明であ
る。このため、８５℃〜９０℃以上のきわめて高温で貯
蔵する必要が生じるが、この工うな高温を発生できる民
生用のヒートポンプ装置は、まだ開発されていない。な
お、このような高温水をいわゆるボイラーで生成するこ
とは簡単であるが、高温で貯蔵して少流量で暖房に供す
ることは、タンクおよび配管部からの放熱ロスが無視で
きなくなって、エネルギー利用効率もきわめて悪くなる
。

この暖房用蓄熱における上述の問題点を解決するため、
最近では５０℃〜５５℃前後で融解または凝固する特殊
ワックスを直径５０ｍ８度の樹脂製容器に詰めて、これ
を潜熱蓄熱材とした暖房専用のコンパクトサイズ省スペ
ース化の蓄熱槽も開発されてきている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 さて、上述の工９な潜熱蓄熱形暖房専用コンパクト化蓄
熱槽を、冷房時の氷蓄熱槽に兼用しょうとしても、直径
５０ｗ程度の形状がやや大きな潜熱蓄熱材がほぼいっば
いに詰められているため、その隙間を流れる冷水の置傘
てを氷にして蓄冷したとしても冷房負荷に合うわけもな
く、また負荷への冷水取り出し用流路が必要なため、全
てを氷にすることは不可能である。結局、上述の潜熱蓄
熱形貯蔵槽を冷暖房兼用にすることは不可能であり、冷
房用には既に説明した水蓄熱形貯蔵槽、暖房用にはこの
潜熱蓄熱形貯蔵槽の二つの専用貯蔵槽を持った装置とな
る〇 この工うなシステムにおいて、空調負荷となるファンコ
イルユニットなどへの冷暖房エネルギーの供給方法は、
冷房の場合は氷蓄熱槽内の氷を除々に融解した冷水とし
て、″また、暖房の場合は５０〜５５℃前後の潜熱蓄熱
材と熱交換した温水としてポンプ全弁して送り出すとこ
ろのいわゆる従来の冷温水空調方弐七形式的には同じで
ある。しかし、氷を融かす場合も潜熱交換であり、比較
的大きな形状での潜熱交換は熱伝達が悪くて時間がかか
るため、従来の大きな貯蔵槽による冷温水のみの顕熱貯
蔵方式に比して空調負荷の急増に対する応答性がきわめ
て悪い。

そこで、この応答性の悪さを改善するために、冷房用氷
蓄熱の場合において蓄（冷）熱媒体として不凍液を採用
し、この不凍液中の水分をシャーベット状に凍らせて貯
蔵しておき、冷房負荷のファンコイルユニットなどへは
このシャーベット状の１まスラリーポンプなどで供給す
る方式が試みられている。シャーベット状の氷は氷の各
粒子が微細であるので融けやすく、ファンコイルユニッ
ト内で直接融けて潜熱交換するので冷房負荷の急増に対
する応答性が大変によい。しかし不凍液中の水分は一般
には凍りにくく、いわゆる過冷却状態になってから凍り
出すため、こ′ｒＬを凍らせるだめのヒートポンプ冷凍
サイクル装置での作動冷媒の蒸発温度は０２０℃以下に
もなってヒートポンプシステムとしての成績係数（ｃｏ
ｐ）はきわめて悪いものとなる。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、氷蓄
熱装置として不凍液中の水分をシャーベット状に凍らせ
て貯蔵するシステムを採用するとともに、これを凍らせ
るヒートポンプシステムのＣＵＰの改善を計りながらさ
らに該蓄熱貯蔵槽を暖房用の温熱貯蔵槽としても兼用で
きる工うにし、そして、まだ開発されていないところの
、暖房時においてもファンコイルユニット内で直接潜熱
交換できて、暖房負荷の急増に対する応答性も改善でき
る潜熱蓄熱装置の提供を目的とするものであるＯ く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明は割安な夜間の電力
に工りヒートポンプシステムを駆動して夏季の冷房用冷
熱を貯蔵する装置としていわゆる不凍液中の水分をシャ
ーベット状に凍らせて貯蔵するリキッドアイス形氷蓄熱
装置として構成すると共に、該装置を冬季の暖房用温熱
を貯蔵する装置としても利用するために、該不凍液中に
５５℃前後で融解したり凝固したりして潜熱交換をする
物質例えばワックスなどをマイクロカプセルにして混入
しであるものである。

〈作用〉 本発明に係る蓄（冷）熱装置は上述したエラに構成され
ているため、夏季の冷房時はシャーベット状のリキッド
アイスとして蓄冷された冷熱がスラリーポンプに工り直
接冷房負荷となるファンコイルユニット内に運ばれて潜
熱交換し、冬季の暖房時は不凍液中に混入されているマ
イクロカプセル式ワックスに蓄熱された温熱がやはりス
ラリーポンプにより直接暖房負荷となっている７７ノコ
イルユニツト内に運ばれて潜熱交換するきわめて効率的
な空調システムとして作用するものである。

〈実施例〉 以下、添付図面を参照して本発明の１実施例について説
明するＯ Ｉは割安な夜間の電力などに工り駆動されて夏季には冷
熱を、冬季には温熱を外気などから汲み上げるヒートポ
ンプ装置、２はヒートポンプ装置ｌで作られた冷熱また
は温熱を貯蔵槽３に搬送して蓄えるための媒体移送用ス
ラリーポンプ、４は貯蔵槽３に蓄えられている冷熱また
は温熱を空調負荷となるファンコイルユニット５などに
搬送するだめの媒体移送用スラリーポンプである。

次に、上述したように構成される本装置における動作に
ついて説明する。まず、冬季の暖房用として機能する場
合について説明すると、ヒートポンプ装置１には貯蔵槽
３からマイクロカプセル化した特殊ワックスを混入した
不凍液がスラリーポンプ２によって循環されており、ヒ
ートポンプ装置１で作られた温熱は該不凍液を温水化し
、この温水温度が例えば５５℃程度になると混入されて
いるマイクロカプセル内のワックスが融解を始めて潜熱
として温熱を吸収し蓄積作用を行う。そしてスラリーポ
ンプ２により循環して結局貯蔵槽３内に５５℃前後の温
熱がマイクロカプセル化した特殊ワックスの潜熱として
貯蔵されることになる〇尚、ヒートポンプ装置１の能力
に余力が生じて混入されているマイクロカプセル内ワッ
クスが全部融解したのちは貯蔵槽３内の温度が５５℃前
後工りさらに上昇するこ七となる０また、マイクロカプ
セル内のワックスが融解すると固体のときニジ体積膨張
するがマイクロカプセルは柔軟性をもっているため破壊
されることはない。

このようにして貯蔵槽３内に蓄えられた温熱を暖房負荷
となるファンコイルユニット５に移送シて利用するには
、やはりスラリーポンプ４に工って該マイクロカプセル
化ワックスが混入している温水（不凍液）をファンコイ
ルユニット５に送り込ム。ファンコイルユニット５では
暖房負荷によってマイクロカプセル内の融解していたワ
ックスが凝固することに二って５５℃の潜熱を放出する
。

この潜熱放出はマイクロカプセルであるがためにきわめ
て速やかに行われ、負荷の急増に対する応答が工く、な
おかつファンコイルユニット５の熱交換器内で直接暖房
負荷に対して放出されるため効率も大変よい。

以上が、暖房時の例であるが、次に夏季の冷房用として
機能する場合について説明する。すなわちヒートポンプ
装置１にはやはり貯蔵槽３からマイクロカプセルを混入
した不凍液がスラリーポンプ２によって循環している。

そしてヒートポンプ装置ｌで作られた冷熱は該不凍液を
冷却し、ついには不凍液中の水分をシャーベット状に凍
らせて全体ｔＶキッドアイス形状にして貯蔵槽３に蓄え
るに至る。しかしここで注目しなければならないのは、
従来のようにマイクロカプセルを混入していない単なる
不凍液システムであると、該不凍液中の水分は過冷却状
態になってからしか凍り出さないため、ヒートポンプ装
置の作動冷媒の蒸発温度を０２０℃以下のきわめて低い
温度に設定する必要が生じ、ヒートポンプのＣＯＰが大
変悪くなる。ところが本発明のシステムでは不凍液中に
上述した暖房用に利用するマイクロカプセルが混入され
であるため、この混入されたマイクロカプセルが氷核の
役目を果たすことになり、不凍液中の水分は過冷却状態
にならずにこのマイクロカプセルを氷核として凍り出す
ので、従来の不凍液システムに比してヒートポンプ装置
の作動冷媒の蒸発温度をそれほど低くする必要もな（ｅ
ｌ　Ｏ℃程度で工いためヒートポンプのＣＯＰが大幅に
改善される。そして、混入されているマイクロカプセル
を氷核としてシャーベット状になったリキッドアイスが
スラリーポンプ２に１リヒートポンプ装置１から循環し
て貯蔵槽８に蓄えられる。

上述のようにして貯蔵槽３内に蓄えられた冷熱を次にフ
ァンコイルユニット５の冷房負荷へ供給するにはスラリ
ーポンプ４に工りシャーベット状のリキッドアイスのま
ま貯蔵槽３工り移送する〇ファンコイルユニット５内に
入ったリキッドアイスはファンコイルユニット５の熱交
換器内で冷房負荷の熱と直接熱交換して融解して水に戻
る。そして今まで氷核となっていたマイクロカプセルと
共に該熱交換器から出て貯蔵槽３に循環する。このよう
にして冷房負荷に対処するが、リキッドアイスは微細氷
であるために融解が速やかに行われ、冷房負荷の急増に
対する応答性がきわめてよい。

なおかつ、ファンコイルユニット５の熱交換器内で直接
冷房負荷に対して氷の融解熱（潜熱）が放出されるため
効率も大変によい。

〈発明の効果〉 本発明は、上述したように、割安な夜間の電力で冷暖房
用（冷）熱を発生するヒートポンプ等の煕媒体とそこで
作られ九（冷）熱を貯蔵する貯蔵槽とこれら双方の間に
不凍液中に特殊ワックスを封入したマイクロカプセルを
混入したものをスラリーポンプに工って循環させる装置
であり、さらには該特殊不凍液全スラリーポンプに工っ
で冷暖房負荷となるファンコイルユニットにも循環させ
る蓄（冷）熱装置である。従って、既存ヒートポンプ装
置のＣＯＰを犠牲にすることもなく持てる能力を充分に
働かせて（冷）熱を蓄積することができる。

また、貯蔵した（冷）熱を潜熱のまま負荷端に移送して
利用することができ、システム効率を飛躍的に向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の一実施例に係る蓄（冷）熱装置の構
成を表すシステム図である。 １・・・ヒートポンプ装置　２・・・スラリーポンプ３
・・・（冷）熱貯蔵槽　４・・・スラリーポンプ　５・
・・ファンコイルユニット

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷房用冷熱または暖房用温熱をタンクに蓄積して利
   用する蓄熱装置において、前記蓄 熱媒体として不凍液を用いると共に該不凍液中に特定の
   温度で潜熱交換する物質を混入したことを特徴とする蓄
   熱装置。