JP2007064616A - 蓄熱空調システム - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (12)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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