JPH10288360A - 蓄熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】開放式で複数の単位槽を連結した蓄熱装置で、
蓄熱装置内の温度成層状態を崩さず、蓄熱効率を向上さ
せる。 【解決手段】熱交換器からの戻り側配管を各槽へ繋ぎ、
電動弁をその戻り側配管それぞれに取り付け、各槽内に
は温度指示コントローラ２５〜２８を取り付ける。低温
側の槽から取り出された温度の低い冷水が熱交換器でほ
とんど放熱せず、温度が低いまま戻される場合、各槽内
の温度指示コントローラ２５〜２８により熱交換器から
戻る系統を変更させ、熱交換器からの戻り温度と最も近
い槽内へ戻すように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蓄熱槽の望ましい基本的な特性
の一つとして、蓄熱槽内で極力温度の異なる水が混合し
ないことがあげられる。この目的に対して蓄熱槽を分類
すると、蓄熱槽を多数の槽に区切りその槽毎の冷水を完
全に混合する連結完全混合型と各槽それぞれが温度成層
を保つ温度成層型のまったく異なる二つの方法の蓄熱槽
がある。

【０００３】従来、開放式蓄熱槽のうち連通方式で配管
を使用するものには、図１に示す連通管方式と図２に示
す配管誘導方式がある。図１（ａ）は連通管方式の平面
図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す平面図のＡ−Ｂ−Ｃ
−Ｄ−Ｅ−Ｆ断面図を示す。また、図２（ａ）は配管誘
導方式の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す平面図
のＧ−Ｈ−Ｉ−Ｊ−Ｋ−Ｌ断面図を示す。連通管方式は
連続完全混合型、配管誘導方式は温度成層型である。

【０００４】連通管方式は、直径２００〜５００mm程度
の連通管１〜７で槽と槽をつなぐ方式であり、各槽の混
合を促進し滞留する部分を少なくするため連通管部の流
速を早くし、位置も短絡流れのないように計画する。ま
た、槽内の水を撹拌する装置を入れて混合を促進する方
法もある。連通管方式では槽数が十槽以上でないと効率
が良くならない。また、一つ一つの槽内の水は完全に混
合させるが、槽と槽を直列に数多くつなげることによ
り、蓄熱装置全体は水の混合を抑制することができる。

【０００５】配管誘導方式は、蓄熱槽内の槽と槽を繋ぐ
連通管８〜１０配管を立てて設置し、水を蓄熱槽内の上
下方向に誘導することによって、温度成層型にするよう
にしたものである。温度成層型は温度の違いにより異な
る水の密度差を利用して、温度が高く密度の小さい水と
温度が低く密度の大きい水とを極力混合させずに蓄え、
利用する。夜間に冷凍機などによりつくられた低温度の
冷水は、蓄熱槽の底部に近い部分に設けられた開口部か
ら静かに槽内へ放流され、既に空調機の熱交換器で放熱
された高温度の冷水をゆっくり押し上げるように移動す
る。この温度の異なる二種類の水は密度差から高温度の
冷水は上部に、低温度の冷水は下部に分かれたまま流れ
る。このような温度成層型とするには、蓄熱槽内の水が
ある高さで急激に温度が変わることが望ましく、各槽内
の水の混合を押さえるようにする必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に蓄熱槽の望まし
い基本的な特性の一つとして、蓄熱槽内で温度の異なる
水が極力混合しないことがあげられる。温度成層型蓄熱
槽では、温度の違いにより異なる水の密度差を利用し
て、温度が高く密度の小さい水と温度が低く密度の高い
水とを極力混合させずに蓄熱させることが理想である。
しかし、冷凍機や熱交換器からの還水を蓄熱槽内に放流
させる際に、蓄熱槽内の水を混合させたり、温度の低い
槽に温度の高い還水を混合させると蓄熱効率を低減させ
てしまう。

【０００７】空調機の熱交換器はある流量以上は流量が
増えても熱交換能力の増加が少なくなる。従って、冷水
の出入り口温度差を確保する意味でも最大流量の制御を
行う必要がある。熱交換器を流れる流量の制御を確実に
行って、熱交換器出入口の温度差を確保することによ
り、蓄熱槽を有効に利用することが出来る。しかし、熱
交換器で流量制御が十分に行えないと、冷房負荷が少な
く熱交換器の稼働率が低い際に、冷水温度がほとんど変
化しない状態のまま冷水が蓄熱槽に戻ることになる。蓄
熱槽低温側の冷水はほとんど放熱せずに高温側へ戻さ
れ、高温側の蓄熱槽内温度を下げてしまう。冷凍機は蓄
熱槽高温側から水を取り出す為、高温側の温度が低くな
るほど冷凍機の効率を低下させる要因となる。

【０００８】本発明の目的は冷房負荷が少なく空調機の
稼働率が低く、冷水温度が熱交換器でほとんど上昇しな
い状態の時、冷水を蓄熱槽の高温側ではなく低温側に戻
し、蓄熱槽における温度の異なる水の混合を抑制するこ
とによって、蓄熱効率を向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、本発明は以下に述べるような手段を講じた。すな
わち、本発明の構成は、開放式で複数の単位槽を連結し
てなる蓄熱装置であり、各槽間を連結する連通管を蓄熱
装置の底面付近に取り付け、連通管を間仕切り壁に沿っ
て立ち上げる。熱交換器から戻ってくる昇温した冷水を
蓄熱装置内へ放流する際、蓄熱装置内の水の混合を抑制
するため、整流板を冷水が直接当たるような配置に水面
と共に高さが変動する整流板を設置する。逆に冷凍機か
ら戻ってくる低温の冷水を蓄熱装置内へ放流する際、蓄
熱装置内の上部から下部へ向かう誘導管を設置し、低温
の冷水が蓄熱装置内の下部から静かに放流される構造に
する。

【００１０】熱交換器からの戻り側配管を各槽へつな
ぎ、電動弁をその戻り側配管それぞれに取り付け、各槽
には温度指示コントローラを取り付ける。低温側の槽か
ら取り出された温度の低い冷水が熱交換器でほとんど放
熱せず、温度が低いまま戻される場合、各槽の温度指示
コントローラにより熱交換器から蓄熱装置へ戻る系統を
変更させ、熱交換器からの戻り温度と最も近い槽内へ戻
すように制御する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図３ないし図６
を用いて説明する。

【００１２】図３は水槽１１から水槽１４までの単位槽
を一列に連結してなる蓄熱装置の実施例を示した断面図
である。単位槽の連結部分の底面付近には連通管１５〜
１７を通し、間仕切り壁１８〜２０に沿って立ち上げる
配管誘導方式を採用し、温度成層型の蓄熱装置にしてい
る。槽外には一次ポンプ３０、冷凍機、及び二次ポンプ
２９、熱交換器が配置してある。それぞれの系統は両端
の水槽、水槽１１から水槽１４につながる冷水回路系統
３２及び二次回路系統３１により形成される。水槽１１
から水槽１４までそれぞれに温度指示コントローラ２５
〜２８が取り付けられ、水槽１１から水槽１４へ分岐さ
れた二次回路系統３１の電動弁２１〜２４を開閉させる
ことによって、二次回路系統３１からどの槽へも冷水を
戻すことが可能になっている。

【００１３】図４は図１の水槽１４の熱交換器からの戻
り水の放流先に取り付けた可動式の整流板３７を示した
ものである。水面上に整流板３７を取り付け水面の変化
と共に移動し、熱交換器からの温度の高い戻り水が整流
板３７に当たり、水面上に静かに広がることによって水
槽内の冷水との混合を抑制することが出来る。また、整
流板３７には中心に穴が明いており、その中に支え棒３
６が入っているため上下方向以外への移動を押さえてい
る。

【００１４】図５は図１の水槽１１の放流先である冷水
戻り管４０の出口に設置した水槽内の混合を抑制するた
めの誘導管３９を示す図である。冷水戻り管４０は水面
上で開放になっているが、誘導管３９を経由して水槽底
面まで流れていくことによって、水槽内の混合を抑制す
ることができる。

【００１５】蓄熱時は電動弁３３，３４を開、電動弁３
５を閉じ、水槽１４から取り出した水を冷凍機で冷や
し、水槽１１へ戻す。水槽１１に戻された低温度の冷水
は密度が大きいため底部に沈み、前から入っていた水を
押し上げ水槽１２へ流していく。水槽１２でも新しく入
ってきた低温度の冷水は底部に沈む。こうして蓄熱装置
内は温度成層状態を保ちながら蓄熱していく。

【００１６】逆に放熱時は電動弁３５を開き、電動弁３
３，３４を閉じ蓄熱時とは逆の流れとなり水槽１１から
取り出した低温度の冷水が熱交換器にて放熱され、水槽
１４へ戻される。

【００１７】基本的に蓄熱装置は、夜間の安い電力によ
って蓄熱された熱を使用し昼間の空調を行うが、蓄熱槽
の容量等により昼間の追い掛け運転が必要になったり、
夜間で空調を行う必要が生じた場合等、蓄熱運転と放熱
運転を同時に行わなければならないことが生ずる。冷房
負荷の小さい時では水槽１１で取り出した低温度の冷水
が、熱交換器でほとんど放熱されずに戻されることにな
る。このとき高温側の槽である水槽１４へ低温度の冷水
を戻すと、水槽１４の温度が低下するため冷凍機の入口
温度が下がり冷凍機の効率を落としてしまう。これを防
ぐために各水槽内に取り付けた温度指示コントローラ２
５〜２８により、熱交換器からの戻り温度と最も近い槽
に戻すようにする。その結果、蓄熱装置全体の温度成層
状態を保つことが可能になり、蓄熱装置及び冷凍機の効
率を向上させることができる。

【００１８】蓄熱装置内の温度が十分に下がっていなか
ったり、急速に空調を行う必要がある場合、電動弁３５
を開き、電動弁３３，３４を閉じ、冷凍機によって冷や
された低温度の冷水を蓄熱槽へ戻さずに直接熱交換器へ
送ることにより、蓄熱装置を使用する時よりも熱交換器
の入口温度が低くできる。しかし、この場合冷水の循環
路が開放であるためにポンプによる搬送動力が大きくな
ってしまう。

【００１９】図６は熱交換器の揚程が大きい場合で、蓄
熱装置で空調を行う開回路系と冷凍機で空調を行う閉回
路系を別々に用意した時の実施例の断面図である。

【００２０】電動弁４１，４４〜４６，４８を開き、電
動弁４２，４３，４７，４９を閉じると、熱交換器５１
は冷凍機と閉回路になり、熱交換器５２は蓄熱装置と開
回路となる。熱交換器５１側は閉回路となるため、熱交
換器５２よりも高層階における空調を搬送動力が少なく
行うことができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、この蓄熱装置は電動弁
と温度指示コントローラにより空調機からの戻り配管系
統を変更することによって、蓄熱装置内における温度の
違う水の混合を抑制することができ、温度成層状態を保
つことが可能になる。よって、蓄熱装置の有効容積を高
めることができ、蓄熱装置の効率を向上することができ
る。また、温度成層状態であるため、常に蓄熱装置内の
最も温度の高い水を冷凍機に送ることによって、冷凍機
の効率の良い運転を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術である連通管式を示す説明図。

【図２】従来の技術である配管誘導式を示す説明図。

【図３】本発明の蓄熱装置の実施例を示す説明図。

【図４】本発明の空調機からの戻り水を受ける整流装置
を示す説明図。

【図５】本発明の冷凍機からの戻り水を水槽の下部へ誘
導する誘導管を示す説明図。

【図６】本発明の蓄熱装置でオープン・クローズド方式
の実施例を示す説明図。

【符号の説明】

１５〜１７…連通管、１１〜１４…水槽、１８〜２０…
間仕切り壁、２１〜２４，３３，３５…電動弁、２５〜
２８…温度指示コントローラ、２９，３０…ポンプ、３
１…二次回路系統、３２…冷水回路系統。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 哲哉 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式 会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者 藤原 育 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式 会社日立製作所情報通信事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷水及び温水の熱を一時的に蓄える蓄熱槽
   において、上記蓄熱槽の内部が壁で仕切られ多数の槽で
   構成される連続形で、上記蓄熱槽内の冷温水が温度の成
   層を構成しながら循環して蓄熱と放熱を行う構造とし、
   低温側の槽から取り出された上記冷水の温度が熱交換器
   で上昇しない場合、冷水を上記蓄熱槽の高温側へ戻すの
   ではなく低温側へ戻す配管系統を有することを特徴とす
   る蓄熱装置。
2. 【請求項２】高温側の槽から取り出された上記温水の温
   度が上記熱交換器で低下しない場合、上記温水を上記蓄
   熱槽の高温側へ戻す配管系統を有する請求項１に記載の
   蓄熱装置。
3. 【請求項３】上記蓄熱槽を構成する各槽内への戻り配管
   をそれぞれ設置し、戻り水温に応じて戻り配管系統を変
   更出来る構造とし、戻り水温に一番近い槽へ冷水又は温
   水を戻すように制御する請求項１に記載の蓄熱装置。
4. 【請求項４】熱交換器から戻ってくる昇温した冷水を上
   記蓄熱槽へ放流する際、上記蓄熱槽内の水の混合を抑制
   するため、水面と共に高さが変動する整流板を冷水が直
   接当たるような配置に設置し、戻り冷水を上記整流板に
   直接当てることにより、戻り冷水が上記蓄熱槽内を撹拌
   させることなく、上記蓄熱槽内の温度成層状態を保つよ
   うにする請求項１に記載の蓄熱装置。
5. 【請求項５】蓄熱時に冷凍機を出た低温の冷水を上記蓄
   熱槽へ放流する際、上記蓄熱槽内の水の混合を抑制する
   ため、上記蓄熱槽内の上部から下部へ向かう誘導管を設
   置し、冷水を上記誘導管内を通し上記蓄熱槽の下部から
   静かに放流させることによって、上記蓄熱槽内の温度成
   層状態を保つようにする請求項１に記載の蓄熱装置。