JPH0635893B2 - 蓄熱方法および蓄熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、蓄熱方法および蓄熱装置に関し、特に、複
数の蓄熱槽を直列接続した蓄熱装置の蓄熱効率を改善し
た技術に関する。

《従来の技術》 蓄熱装置は、夏季の冷房時には冷水を蓄えるとともに、
冬期の暖房時には温水を蓄えて、必要に応じてこれらの
冷，温水を２次側に接続された空調機やファンコイルな
どに供給し、冷暖房に用いられており、余剰電力を有効
に活用する手段として知られている。

この種の蓄熱装置の一種として、複数の蓄熱槽を連通路
で直列接続した連通路式蓄熱装置が提供されており、こ
の形式の蓄熱装置は、例えば、建築構造物の床下空間な
どに設置されている。

第３図は、従来から採用されている連通路式の蓄熱装置
の代表的な例を示している。

同図に示す蓄熱装置は、断熱部材からなる外壁１内に、
複数の隔壁２を設けて区画された、始端槽Ｃ１、中間槽
Ｃ２〜Ｃ６および終端槽Ｃ７からなる７個の蓄熱槽を有
している。

隔壁２には、それぞれこれを貫通する連通路ｌ１〜ｌ６
が形成されており、連通路ｌ１〜ｌ６は千鳥状に配置さ
れて、始端槽Ｃ１から終端槽Ｃ７までを直列接続して蓄
熱槽列を構成している。

始端槽Ｃ１と終端槽Ｃ７との間には、熱源装置Ｇが設置
され、熱源装置Ｇと始端槽Ｃ１とは蓄熱媒体を供給路３
で連通され、供給路３には、熱源装置Ｇから送出される
蓄熱媒体Ｍの温度を検出し、これが設定値に達すると前
記熱源装置Ｇを停止させるセンサーＴが設置されてい
る。

なお、図示は省略しているが、始端槽Ｃ１と終端槽Ｃ７
との間には、蓄熱を取出す空調機などの負荷が熱源装置
Ｇと並列になるように設置される。

熱源装置Ｇの後流側には、終端槽Ｃ７と連通するリター
ン通路４が接続され、このリターン通路４の途中には、
混合バブルＭＶと循環ポンプＰ１とが介装されている。

混合バブルＭＶには、始端槽Ｃ１に連通する第２リター
ン通路５が接続されており、混合バブルＭＶはリターン
通路４，５から流入する蓄熱媒体Ｍを混合して循環ポン
プＰ１を介して熱源装置Ｇに送り込む。

このような構造の蓄熱装置では、通常、蓄熱媒体Ｍとし
て、水が用いられているが、その蓄熱方法には、以下に
説明する技術的課題があった。

《発明が解決しようとする課題》 すなわち、第３図に示した蓄熱装置で、夏季の冷房用に
冷水を蓄える場合を想定すると、蓄熱の初期には、熱源
装置Ｇから低温の冷水が始端槽Ｃ１に送り込まれ、始端
槽Ｃ１から越流した冷水は連通路ｌ１を通って中間槽Ｃ
２，Ｃ３，……と順次送り込まれ蓄熱が進行する。

この蓄熱の過程では、第３図に示した蓄熱装置は、連通
路ｌ１〜ｌ６が千鳥状に配置されているので、中間槽Ｃ
２，Ｃ４，Ｃ６では冷水が上部から流入して下部から流
出し、中間槽Ｃ３，Ｃ５ではこれとは逆に下部から流入
して上部から流出する。

このとき、各中間槽Ｃ２〜Ｃ６には、空調機等の負荷か
らの返り水（通常、１２〜１４℃）が満たされており、
そこに返り水よりも比重が大きい冷水が流入することに
なる。

このような条件で蓄熱が進行すると、中間槽Ｃ３，Ｃ５
では、高温の返り水を押し上げるようにして蓄熱される
ので、水面の近傍を除いて冷水で満たされ、水面の近傍
に極僅かの死水領域Ｄ３，Ｄ５しか発生しないが、中間
槽Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６では、上部から流入した冷水は、返
り水よりも比重が大きいので、返り水の下に潜り込むよ
うにして下部から流出することになり、第３図（Ｂ）に
示すように、蓄熱が完了した状態では、中間槽Ｃ２，Ｃ
４，Ｃ６の上部側にそれぞれ大きな死水領域Ｄ２，Ｄ
４，Ｄ６が生じる。

一方、冬期の暖房時には、第３図（Ｃ）に示すように、
返り水よりも比重が小さい温水が始端槽Ｃ１から送り込
まれるので、上述した現象とは逆の状態になり、中間槽
Ｃ３，Ｃ５の下部側に大きな死水領域Ｄ３，Ｄ５が発生
し、このように冷房および暖房のいずれの場合にも発生
する死水領域Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ３，Ｄ５がこの種の
蓄熱装置の蓄熱効率を大きく低下させる原因となってい
た。

このような問題に対しては、例えば、中間槽Ｃ１〜Ｃ６
に攪拌機を設置することも考えられるが、この解決手段
では、攪拌が必要な槽は冷房、暖房時によって異なるの
で、その制御が必要となり、構造が複雑になるととも
に、騒音も増大する。

この発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、構造の複雑化を招くことなく蓄熱効率を大幅
に向上できる蓄熱方法および蓄熱装置を提供することに
ある。

《課題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、複数の蓄熱槽を
千鳥状に配置された連通路により直列接続した蓄熱槽列
を有する蓄熱装置の蓄熱方法において、前記蓄熱槽の一
端側から他端側に順次蓄熱した後に、前記蓄熱槽列の他
端側から再度順次蓄熱することを特徴とする。

また、複数の蓄熱槽と、これらの蓄熱槽間に千鳥状に配
置され、前記蓄熱槽を直列接続して蓄熱槽列を形成する
複数の連通路と、前記蓄熱槽列の一端側と他端側との間
に設置された熱源装置とを備えた蓄熱装置において、前
記蓄熱槽列の一端側から蓄熱が進行し他端側に到達した
時に、前記熱源装置からの蓄熱媒体を前記蓄熱槽列の他
端側に導入する分岐供給路を有することを特徴とする。

《作用》 上記構成の蓄熱方法および蓄熱装置によれば、蓄熱槽列
の一端側から他端側に順次蓄熱した後に、再度蓄熱槽列
の他端側から一端側に順次蓄熱するので、冷水蓄熱時に
上部から供給された冷水が下部側から流出する蓄熱槽、
および、温水蓄熱時に下部側から供給された温水が上部
側から流出する蓄熱槽では、連通路が千鳥状に配置され
ていることから、他端側から一端側に向けて蓄熱する際
には、冷水は下部から供給されて上部側から流出すると
ともに、温水は下部側から供給されて上部側から流出す
ことになる。

従って、蓄熱槽列の一端側から他端側に向けて蓄熱した
時に、上記条件の蓄熱槽でそれぞれ発生する死水領域
は、冷水蓄熱時には押し上げられるとともに、温水蓄熱
時には押し下げられ、これにより蓄熱が完了した時点で
死水領域を大幅に減少させることができる。

《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について添付図面を参照
にして詳細に説明する。

第１図および第２図は、この発明にかかる蓄熱方法およ
び蓄熱装置の一実施例を示している。

なお、同図に示す蓄熱装置では、前述した従来の蓄熱装
置と同一若しくは相当する部分には、同符号を使用して
いる。

まず、本発明にかかる蓄熱装置について説明すると、断
熱部材からなる外壁１内に、複数の隔壁２で区画された
始端槽Ｃ１、中間槽Ｃ２〜Ｃ６および終端槽Ｃ７からな
る７個の蓄熱槽を有しており、各隔壁２には連通路ｌ１
〜ｌ６が形成されており、連通路ｌ１〜ｌ６は上下左右
の千鳥状に配置されて、始端槽Ｃ１から終端槽Ｃ７まで
を直列接続して蓄熱槽列Ｃを構成している。

また、始端槽Ｃ１と終端槽Ｃ７との間には、熱源装置Ｇ
が設置され、熱源装置Ｇと始端槽Ｃ１とは蓄熱媒体を供
給する供給路３で連通され、供給路３には、熱源装置Ｇ
から送出される蓄熱媒体Ｍの温度を検出し、その検出値
に基づいて熱源装置Ｇを制御するセンサーＴが設置され
ている。

熱源装置Ｇの後流側には、終端槽Ｃ７と連通するリター
ン通路４が接続され、このリターン通路４の途中には、
混合バルブＭＶと循環ポンプＰ１とが介装されていて、
混合バルブＭＶには、始端槽Ｃ１に連通する第２のリタ
ーン通路５が接続されており、混合バルブＭＶはリター
ン通路４，５から流入する蓄熱媒体Ｍを混合して循環ポ
ンプＰ１を介して熱源装置Ｇに送り込む。

さらに、本発明の蓄熱装置でも蓄熱媒体Ｍとして、水が
用いられており、蓄熱装置としての基本的な構成は、前
述した従来の装置と同じであるが、同図に示す蓄熱装置
は、以下に説明する点に特徴がある。

すなわち、上記供給路３の途中に分岐供給路１０を設
け、この分岐供給路１０を終端槽Ｃ７に接続するととも
に、蓄熱槽列Ｃの一端側から他端側に向けて順次蓄熱
し、この方向での蓄熱が終了した時に、蓄熱媒体Ｍを蓄
熱槽列Ｃの他端側に供給するために、供給路３および分
岐供給路１０にそれぞれ開閉弁Ｖ１，Ｖ２が設置されて
いる。

次に、以上のように構成された蓄熱装置に蓄熱する方法
について説明する。

第１図は、蓄熱槽列Ｃに冷水を蓄熱する場合を示してい
る。

同図に示す方法では、蓄熱槽列Ｃに熱源装置Ｇと並列接
続される負荷との関係を考慮して、まず、同図（Ａ），
（Ｂ）に示す第一段階では、開閉弁Ｖ２を開いて、冷水
を分岐供給路１０から終端槽Ｃ７に供給する。

この場合の冷水の温度としては、熱源装置Ｇの形式など
によって異なるが、例えば、ヒートポンプ形式の冷凍機
においては、後述する第二段階の冷水温度よりもエネル
ギーポテンシャルが小さくなるように設定され、より具
体的には、第二段階の冷水温度が７℃であれば、これよ
りも高い９℃程度に設定される。

そして、終端槽Ｃ７に供給された冷水が連通路ｌ１〜ｌ
６を介して順次中間槽Ｃ６からＣ２および始端槽Ｃ１へ
と供給され、第一段階の蓄熱が終了すると、第１図
（Ｂ）に示すように、蓄熱槽列Ｃの中間槽Ｃ３，Ｃ５で
は、冷水と返り水との比重の関係および連通路ｌの配置
状態から、前述したように大きな死水領域Ｄ３，Ｄ５が
発生することになる。

そこで、この実施例で示す蓄熱方法では、第二段階とし
て、第１図（Ｃ）に示すように、開閉弁Ｖ２閉じるとと
もに、開閉弁Ｖ１を開いて、供給路３から冷水を始端槽
Ｃ１に供給するようにした。

このような第二段階の蓄熱を行うと、中間槽Ｃ２，Ｃ
４，Ｃ６では、冷水が上部側から供給されて下部側から
流出することになるが、これらの各中間槽Ｃ２，Ｃ４，
Ｃ６では、前述した第一段階で既に冷水が水面近傍を除
いた部分に満たされているので、比重差による死水領域
は発生しない。

一方、中間槽Ｃ３，Ｃ５では、第一段階とは逆に冷水が
下部側から供給されて上部側から流出することになり、
このため、第一段階で発生していた死水領域Ｄ３，Ｄ５
はは押し上げられることになる。

その結果、第二段階での蓄熱が完了すると、各中間槽Ｃ
１〜Ｃ６には、その水面近傍にのみ僅かな死水領域Ｄ１
〜Ｄ６が残る状態になる。

第２図は、温水での蓄熱方法を示しており、同図
（Ａ），（Ｂ）に示す第一段階では、上述した冷水と同
様に開閉弁Ｖ２を開弁して、温水が終端槽Ｃ７に供給さ
れる。

ここでの温水の条件は、蓄熱装置がヒートポンプ式のも
のであれば、冷水と同様に第二段階のエネルギーポテン
シャルよりも小さいものが選択され、例えば、第二段階
が４６℃であれば、第一段階では４０℃程度に設定され
る。

そして、温水の蓄熱が終端槽Ｃ７から各中間槽Ｃ６〜Ｃ
２および始端槽Ｃ１と進行し、第一段階の蓄熱が終了す
ると、第２図（Ｂ）に示すように、中間槽Ｃ２，Ｃ４，
Ｃ６にそれぞれ大きな死水領域Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６が発生
する。

続く第２図（Ｃ）に示す第二段階では、開閉弁Ｖ２を閉
じて、開閉弁Ｖ１を開き、温水は今度は始端槽Ｃ１に供
給され、蓄熱が始端槽Ｃ１から終端槽Ｃ７に向けて行わ
れる。

このようにして第二段階の蓄熱を行うと、第一段階で中
間槽Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６で発生していた死水領域Ｄ２，Ｄ
４，Ｄ６は、第二段階では温水が上部側から供給されて
下部側から流出することになるので、押し下げられる。

この結果、第二段階での蓄熱が完了した状態では、各中
間槽Ｃ１〜Ｃ６では、その下方の一部に僅かな死水領域
Ｄ１〜Ｄ６が発生した状態になる。

さて、以上のような方法で蓄熱すると、冷水および温水
のいずれを蓄熱する場合においても、死水領域が僅かな
ものとなり、各中間槽Ｃ１〜Ｃ６での蓄熱状態が均一化
されるとともに、蓄熱効率も大幅に向上する。

また、このような効果を得るためには、従来の蓄熱装置
に分岐供給路１０を追加し、供給路３とこの分岐供給路
１０にそれぞれ開閉弁Ｖ１，Ｖ２を設ければ良いので、
既存の蓄熱装置を簡単な改造により蓄熱効率を向上させ
ることができる。

なお、上記実施例では、負荷の接続状態を考慮して第一
段階では終端槽Ｃ７側から蓄熱する場合を例示したが、
この発明の実施はこれに限定されるものでなく、第一段
階で始端槽Ｃ１側から蓄熱するようにしても良い。

《発明の効果》 以上実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる蓄
熱方法および蓄熱装置では、蓄熱槽列の一端側から蓄熱
した後に、他端側から再度蓄熱させるので、熱媒体の比
重差と連通路の配置状態に起因して発生する蓄熱槽の死
水領域を大幅に低減させて蓄熱効率を向上させるととも
に、各蓄熱槽の蓄熱状態も均一化させることができる。

また、このような効果が得られる蓄熱装置は、分岐通路
と開閉弁を設置するという簡単な構成によって得られ、
既存の蓄熱装置に容易に取付けることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の蓄熱装置および蓄熱方法
の一実施例を示しており、第１図は冷水を蓄熱する場合
の説明図、第２図は温水を蓄熱する場合の説明図、第３
図は従来の蓄熱装置およびその蓄熱方法の説明図であ
る。 Ｃ……蓄熱槽列 Ｃ１……始端槽 Ｃ２〜Ｃ６……中間槽 Ｃ７……終端槽 ｌ１〜ｌ６……連通路 Ｍ……蓄熱媒体 Ｖ１，Ｖ２……開閉弁 １０……分岐通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の蓄熱槽を千鳥状に配置された連通路
   により直列接続した蓄熱槽列を有する蓄熱装置の蓄熱方
   法において、前記蓄熱槽列の一端側から他端側に順次蓄
   熱した後に、前記蓄熱槽列の他端側から再度順次蓄熱す
   ることを特徴とする蓄熱方法。
2. 【請求項２】複数の蓄熱槽と、これらの蓄熱槽間に千鳥
   状に配置され、前記蓄熱槽を直列接続して蓄熱槽列を形
   成する複数の連通路と、前記蓄熱槽列の一端側と他端側
   との間に設置された熱源装置とを備えた蓄熱装置におい
   て、前記蓄熱槽列の一端側から蓄熱が進行し他端側に到
   達した時に、前記熱源装置からの蓄熱媒体を前記蓄熱槽
   列の他端側に導入する分岐供給路を有することを特徴と
   する蓄熱装置。