JP2000171126A

JP2000171126A - 蓄冷冷却システム

Info

Publication number: JP2000171126A
Application number: JP10349719A
Authority: JP
Inventors: Katsunobu Hosoya; 勝宣細谷; Akira Kano; 陽狩野
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けることな
く、昼間の電力消費量を低減でき、電力需要ピークの抑
制に貢献し得る蓄冷冷却システムを提供することにあ
る。【解決手段】圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、
蓄冷材７を有する蒸発器５とを順に冷媒配管によって接
続してなる冷凍サイクルシステムと、蒸発器５で冷却さ
れた空気を被冷却空間１２内に循環させる送風手段とを
用いて蓄冷冷却システム１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄冷冷却システム
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要ピークを抑制するため、
昼間と夜間の電力料金に格差を設けた電力料金制度が実
施されている。そのため、夜間の安価な電力を有効利用
して昼間の被冷却空間（例えば、冷凍庫内や冷蔵庫内）
を冷却する蓄冷冷却システムが種々提案されている。

【０００３】蓄冷冷却システムは、圧縮機、凝縮器、膨
張弁及び蒸発器等を順に冷媒配管で接続して構成された
冷凍機（冷凍サイクルシステム）と、冷却されると凝固
して冷熱を蓄える蓄冷材を備えた蓄冷式熱交換器とから
なる。蓄冷式熱交換器としては種々のものが従来より開
示されているが、一般には、上記した蓄冷材と、この蓄
冷材を冷却するための冷却管とで構成されている。冷却
管は、冷凍機を構成する管路に設けられたバイパス管路
の一部を構成している。この冷却管に凝縮器からの冷却
された冷媒が流れることで、蓄冷材は冷却され蓄冷す
る。

【０００４】このような蓄冷冷却システムは、夜間にお
いて蓄冷式熱交換器によって蓄冷材に冷熱を蓄えさせ、
更に昼間において蓄えられた冷熱を放散させて被冷却空
間の冷却を行うことで、昼間の電力消費量の軽減を図っ
ている。即ち、従来の蓄冷冷却システムにおいては、冷
凍機とは別に蓄冷式熱交換器を設けることで、夜間電力
の有効利用を図り、ひいては電力需要ピークの抑制に貢
献している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷凍機
と別に蓄冷式熱交換器を設けた蓄冷冷却システムでは、
蓄冷材を冷却するためのバイパス管路が必要なため、蓄
冷冷却システム全体の配管が長く複雑になってしまう。
また、配管全長が長くなる分、圧力損失が大きく、冷媒
もそれだけ多く必要になる。更に、蓄冷式熱交換器を設
置するための設置スペースを確保する必要もある。

【０００６】本発明の課題は、冷凍機と別に蓄冷式熱交
換器を設けることなく、昼間の電力消費量を低減でき、
電力需要ピークの抑制に貢献し得る蓄冷冷却システムを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の蓄冷冷却システ
ムは、次の特徴を有するものである。（１）圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蓄冷材を有す
る蒸発器とを順に冷媒配管によって接続してなる冷凍サ
イクルシステムと、前記蒸発器で冷却された空気を被冷
却空間内に循環させる送風手段とを有することを特徴と
する蓄冷冷却システム。

【０００８】（２）蒸発器が、間隔を置いて設置され
た複数の板状のフィンと、それらを厚み方向に貫通する
複数の管部材とを有し、蓄冷材が包袋部材に収容され、
フィンとフィンとの間に挟み込まれている上記（１）記
載の蓄冷冷却システム。

【０００９】（３）蒸発器が複数の管部材を有し、蓄
冷材が一以上の管部材の周囲の少なくとも一部に接触す
るように配置されている上記（１）記載の蓄冷冷却シス
テム。

【００１０】（４）上記複数の管部材が地面に平行又
は略平行に設置され、各管部材は互いに平行又は略平行
な位置関係にあり、蓄冷材は包袋部材に収容されて管部
材の上側に載置されている上記（３）記載の蓄冷冷却シ
ステム。

【００１１】

【作用】上記に示すように、本発明の蓄冷冷却システム
では、冷凍機を構成する蒸発器に蓄冷材を設けており、
蒸発器に従来の蓄冷式熱交換器と同様の機能を付与して
いる。よって、本発明の蓄冷冷却システムにおいては、
従来のように冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けること
なく、昼間の電力消費量を低減でき、電力需要ピークの
抑制を図ることが出来る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は、本発明の蓄冷冷却システムの一例を
示す図であり、正面図で示している。図１では圧縮機
２、凝縮器３、膨張弁４については概略的に示してい
る。図１の例に示すように、本発明の蓄冷冷却システム
１は、冷凍サイクルシステムと送風手段６とで構成され
ている。冷凍サイクルシステムは圧縮機２と、凝縮器３
と、膨張弁４と、蓄冷材７を有する蒸発器５とを順に冷
媒配管によって接続して構成された冷凍機である。送風
手段６は蒸発器５で冷却された空気を被冷却空間１２内
に循環させている。なお、蒸発器５で冷却された空気と
は、冷熱を蓄えた蓄冷材７によって、又は蒸発器５内を
通る冷媒が蒸発することによって冷却された蒸発器５の
周囲の空気をいう。

【００１３】図１の例では、蒸発器５は被冷却空間１２
内に配置されており、間隔を置いて設置された複数の板
状のフィン８と、それらを厚み方向に貫通する複数の管
部材９とで構成されている。複数の管部材９はＵ字形の
連結管１０で接続されて一つの、即ち連続した管路とな
っており、この管路の入口は膨張弁４に接続され、出口
は圧縮機２と接続されている。蓄冷材７は包袋部材１１
に収容されている。この包袋部材１１に収容された蓄冷
材７は、フィン８の両側において、互いに対向するフィ
ン８とフィン８との間に挟み込まれている。

【００１４】図１の例に示す蓄冷冷却システム１では時
間帯に応じて次のように運転が行われる。例えば夜間料
金が適用される時間帯においては、以下の二通りの運転
が行われる。一つは、送風手段６を停止し、圧縮機２を
稼働させて管部材９に冷却された冷媒を送り、蓄冷材７
を冷却する蓄冷運転であり、この運転により蓄冷材７に
冷熱が蓄えられる。もう一つは、蓄冷運転時に被冷却空
間１２の温度が高くなってしまった場合に行う運転であ
り、送風手段６を稼働させて蓄冷とともに被冷却空間の
冷却も同時に行う運転である。

【００１５】また、電力需要が高くなる昼間の時間帯に
おいては、圧縮機２を停止し、送風手段６のみを稼働さ
せ、蓄冷材７に蓄えられた冷熱によって冷却された蒸発
器周囲の空気を被冷却空間１２内に循環させる放冷運転
が行われる。この場合、蓄冷冷却システム１で消費され
る電力は、送風手段６で消費される電力のみであり、蓄
冷材が備えられていない通常の冷凍機に比べて消費電力
は大幅に低減されている。また、圧縮機２も稼働させて
放冷運転と通常運転の両方を行うこともできる。なお、
この場合においても通常の運転に比べて消費電力は低減
されている。

【００１６】これら以外の時間帯においては、圧縮機２
と送風手段６とを稼働させる通常運転が行われる。通常
運転時では、圧縮機２、凝縮器３及び膨張弁４を通過し
て冷却された冷媒は、管部材９を通る際に蒸発して蒸発
器５周囲の空気を冷却する。この冷却された空気は送風
手段６によって被冷却空間１２内で循環され、被冷却空
間１２は冷却される。

【００１７】このように、本発明の蓄冷冷却システムで
は、従来のように別途蓄冷式熱交換器を備えることな
く、料金の安い夜間電力を利用して被冷却空間の冷却を
行うことができる。よって、従来の蓄冷冷却システムに
比べ配管を簡略化でき、省スペース化を図ることができ
る。

【００１８】本発明における蒸発器は、蓄冷材を有する
ものであれば良く、図１に示した態様のものに限定され
ることはない。従って、本発明における蒸発器は、フィ
ンが管部材に平行に取り付けられた態様や、らせん状に
取り付けられた態様のものであっても良い。また、フィ
ンを備えていない態様であっても良い。

【００１９】図２は本発明の蓄冷冷却システムを構成す
る蒸発器の他の例を示す図である。図２の例で示す蒸発
器５も、図１の例で示した蒸発器と同様に複数の管部材
（図示せず）と蓄冷材７とで構成されている。１０は図
１で示した連結管と同様のものである。また、蓄冷材７
は包袋部材１１に収容され、フィン８とフィン８との間
に挟み込まれている。但し、図２の例では、蓄冷材７は
フィンの一方側にのみ集中して設置されている。

【００２０】このように蓄冷材をフィンの一方側にのみ
集中して設置すれば、送風手段による空気の流路を十分
に確保でき、通常運転及び放冷運転の効率を向上させる
ことができる。一方、図１で示したように蓄冷材をフィ
ンの両側に設置すれば蓄冷運転の効率を向上させること
ができる。よって、被冷却空間内における負荷の昼／夜
間比等を考慮し、設計段階で蓄冷材量、配置、単重量、
フィン面積、枚数、ピッチ等を任意に設定し、最適化を
図っておくのが良い。

【００２１】図３は本発明の蓄冷冷却システムを構成す
る蒸発器の他の例を示す図である。図３に示す蒸発器５
は、複数の管部材９を有し、蓄冷材７が各管部材９の周
囲の少なくとも一部に接触するように配置されて構成さ
れている。図３の例では、複数の各管部材９は地面に平
行又は略平行に設置されている。管部材９はそれぞれ互
いに平行又は略平行な位置関係にあり、管部材９の長手
方向から見たときにマトリックス状となるように配列さ
れている。各隣り合う管部材９は、図１及び図２の例と
同様にＵ字形の連結管１０で接続されて一つの、即ち、
連続した管路を形成している。

【００２２】さらに、図３の例でも図１及び図２の例と
同様に、蓄冷材７は包袋部材１１に収容されている。包
袋部材１１に収容された蓄冷材７は、水平方向に配列さ
れた管部材９ごとに、それらの上側に載置されている。
なお、図３の例では、管部材９は蓄冷材７の自重又は上
からの押圧によって蓄冷材７にめり込んでおり、蓄冷材
７と管部材９とは、蓄冷材７が管部材９の周囲の一部を
囲むように接触している。蓄冷材７が載置された管部材
９の上側にある管部材９と、蓄冷材７の上面との間には
隙間が設けられており、送風手段６を稼働させたときに
空気が流れるようになっている。

【００２３】本発明における蒸発器を構成する管部材
は、冷媒を送ることができるものであれば特に限定され
るものではなく、従来より蒸発器に用いられているもの
が利用できる。図１及び図２の例では管部材は蓄冷部材
と直接に接触していないが、この場合も図３の例と同様
に蓄冷部材の一部と直接に接触していても良い。なお、
複数の管部材とは、図１〜３の例に示すように独立した
部材が複数ある場合に限られず、例えば、一本の長尺の
管を一箇所又は二箇所以上で折り曲げて蛇行させた場合
の、折り曲げ部以外の部分をもいう。

【００２４】管部材の本数、内径、長さといった仕様
は、本発明の蓄冷冷却システムに要求される能力、蓄冷
時間や放冷時間といった諸条件に応じて適宜決定すれば
良い。管部材を構成する材料としては、アルミニウム、
銅、銅合金、鋼などの金属材料や、ポリエチレンなどの
高分子材料等が挙げられる。このうち、加工性、熱伝導
性に優れている点からは、銅を用いるのが好ましい。

【００２５】図１、２の例において蒸発器を構成する板
状のフィンは、蓄冷部材と良好に熱交換し得るものであ
れば良く、その大きさ、厚み、形状、フィンとフィンと
の間隔等は、設置される蓄冷材の量に応じて適宜設定す
れば良い。フィンを形成する材料としては、アルミニウ
ム、銅、銅合金、鋼などが挙げられる。このうち、作製
後の重量（軽量化）及び熱伝導度の点から、アルミニウ
ムが好ましいものとして挙げられる。

【００２６】本発明で用いる蓄冷材は、冷熱を蓄えるこ
とが可能なもの（蓄冷可能なもの）であれば良く、従来
より使用されているものや、今後開発されるものも利用
できる。具体的には、水、塩水、無機水和塩、エチレン
グリコール等の有機物が挙げられる。蓄冷材の量や種類
は、本発明の蓄冷冷却システムに要求される能力に応じ
て適宜設定すれば良い。

【００２７】蓄冷材は図１〜３の例で示したように包袋
部材に収容されていても良い。包袋部材は、蓄冷材を漏
洩することなく収容し得るものであれば、特に限定され
るものではないが、可撓性を有する材料で形成されてい
るのが好ましい。包袋部材を形成する材料としては、例
えば、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ
塩化ビニル、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、こ
れら高分子材料とアルミニウムなどの金属との複合材料
等が挙げられる。このうち、耐寒性、耐水性及び熱伝導
性に優れている点からは、ポリエチレンフィルムとナイ
ロンフィルムとアルミ箔とを積層してなる複合材料が好
ましいものとして挙げられる。

【００２８】図１、２の例では、包袋部材に収容された
蓄冷材は、フィンとフィンとで単に挟み込まれているだ
けであるが、フィンに接着剤等で固定されていても良
い。また、包袋部材に収容された蓄冷材は、図１、２に
示すようにフィンの厚み方向に一個だけで挟み込まれて
いても良いし、フィンの厚み方向に複数個を重ねて挟み
込まれていても良い。図３のように管部材の上に載置す
る態様においては、複数の蓄冷材が積層されていても良
い。

【００２９】本発明の蓄冷冷却システムを構成する送風
手段は、蒸発器で冷却された空気を被冷却空間内で循環
させる機能を有するものであれば、特に限定されるもの
ではない。送風手段の具体例としては、多翼送風機や管
流送風機などの遠心送風機、プロペラ形やチューブ形の
軸流送風機、斜流送風機、クロスフロー送風機等が挙げ
られる。送風手段に要求される能力は、被冷却空間の大
きさ等に応じて適宜決定すれば良い。

【００３０】本発明の蓄冷冷却システムを構成する圧縮
機は、冷媒を圧縮し高温高圧の状態にするものである。
圧縮機としては、往復動圧縮機、スクリュウ圧縮機、遠
心圧縮機、ロータリー圧縮機等の既存の冷凍機で使用さ
れているものを利用することができる。

【００３１】凝縮器は、圧縮機で高温高圧にされた冷媒
を放熱して液化し、過冷却するものである。凝縮器とし
ても、既存の水冷式、空冷式、蒸発式の凝縮器を利用す
ることができる。膨張弁は、凝縮器で液化された冷媒を
膨張させ、低圧低温の気液混合状態とするものである。
膨張弁としても既存の冷却器で使用される膨張弁を利用
することができる。

【００３２】本発明の蓄冷冷却システムは、時間帯や負
荷に応じて運転形態を変えて運転されるものである。従
って、本発明の蓄冷冷却システムには、被冷却空間内の
温度を検知するセンサー、蓄冷手段の温度を検知するセ
ンサー、外気温度を検知するセンサー、時刻に応じて信
号を送るタイマー手段、、これらからの信号に応じて蓄
冷冷却システムの運転形態を制御する制御手段などを設
けるのが好ましい。

【００３３】温度センサーとしては、熱電対、測音抵抗
体、サーミスタ等が挙げられる。タイマー手段として
は、時計、タイムスイッチ、シーケンサ内タイマー等が
挙げられる。制御手段としては、リレーシーケンスにあ
る制御、マイコン制御等が挙げられる。

【００３４】本発明の蓄冷冷却システムで冷却する被冷
却空間としては、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、保冷庫等が
挙げられる。

【００３５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。実際に図１に示す蓄冷冷却システムを作製し、被冷
却空間の冷却を行なった。

【００３６】実施例フィンとして、アルミニウム製の板材（３００ｍｍ×６
００ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）を２００枚用い、管部材と
して、銅製のパイプ（外径１２．７ｍｍ、内径１１．７
ｍｍ）を８８本使用した。次に、フィンとフィンとの間
隔を６．３５ｍｍに設定して、各管部材を板部材に厚み
方向に貫通させ、径を拡張させて固定した。さらに、管
部材と管部材とを図１に示すように連結管で接続して一
つの管路とした。

【００３７】蓄冷材としては、塩化ナトリウム系水溶液
を用い、厚み０．１ｍｍのポリエチレン／ナイロン／ア
ルミニウムの複合材で形成された矩形の包袋部材（３０
０ｍｍ×２００ｍｍ）に収容した。一つの包袋部材に収
容する蓄冷材は０．５ｋｇとした。包袋部材に収容され
た蓄冷材をフィンとフィンとの間で挟み込み、本発明の
蒸発器を完成させた。なお、設置した蓄冷材の全重量は
２００ｋｇとなった。

【００３８】次に、庫内体積３５．６４ｍ³の冷凍庫
に、上記で得た蒸発器、圧縮機（押しのけ量１５．８ｍ
³／ｈ、一日の冷凍能力：１．９法定トン）、凝縮器、
膨張弁を設置して配管し、さらに送風手段としてプロペ
ラ形軸流送風機（送風機出力０．１ｋｗ、風量７０ｍ³
／ｍｉｎ）を２台設置して本発明の蓄冷冷却システムを
完成させた。

【００３９】〔評価〕次に、得られた蓄冷冷却システム
について、送風手段を稼働させて通常運転を行なったと
ころ、温度０℃の上記冷凍庫内を−２０℃まで冷却する
のに必要な時間は２時間であった。また、蓄冷運転を行
い、蓄冷材を完全に凝固させ、送風手段を稼働させて放
冷運転を行なったところ、温度−２０℃の上記冷凍庫内
を設定温度幅４℃に維持することのできる時間は３．５
時間であった。これは従来の蓄冷式熱交換器が別個に設
けられている蓄冷冷却システムと同等の能力である。こ
のことから本発明の蓄冷冷却システムを用いれば、蓄冷
式熱交換器を別個に設けることなく、従来と同等の冷却
能力を確保できることが確認できる。

【００４０】

【発明の効果】このように、本発明の蓄冷冷却システム
を用いれば、従来のように冷凍機と別に蓄冷式熱交換器
を設けることなく、昼間の電力消費量を低減でき、電力
需要ピークの抑制を図ることが出来る。また、蓄冷式熱
交換器を別個に設けなくてよいため、配管を簡略でき、
低コスト化を図ることができる。さらに、省スペース化
を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄冷冷却システムの一例を示す図であ
る。

【図２】本発明の蓄冷冷却システムを構成する蒸発器の
他の例を示す図である。

【図３】本発明の蓄冷冷却システムを構成する蒸発器の
他の例を示す図である。

【符号の説明】

１蓄冷冷却システム２圧縮機３凝縮器４膨張弁５蒸発器６送風手段７蓄冷材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3L045 AA04 BA01 BA10 CA02 DA02 EA01 GA04 HA01 KA16 PA04 PA05 3L065 BA07 BA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蓄冷材
を有する蒸発器とを順に冷媒配管によって接続してなる
冷凍サイクルシステムと、前記蒸発器で冷却された空気
を被冷却空間内に循環させる送風手段とを有することを
特徴とする蓄冷冷却システム。
【請求項２】蒸発器が、間隔を置いて設置された複数
の板状のフィンと、それらを厚み方向に貫通する複数の
管部材とを有し、蓄冷材が包袋部材に収容され、フィンとフィンとの間に
挟み込まれている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項３】蒸発器が複数の管部材を有し、蓄冷材が
一以上の管部材の周囲の少なくとも一部に接触するよう
に配置されている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項４】上記複数の管部材が地面に平行又は略平
行に設置され、各管部材は互いに平行又は略平行な位置
関係にあり、蓄冷材は包袋部材に収容されて管部材の上
側に載置されている請求項３記載の蓄冷冷却システム。