JP2000283506A - 蓄熱槽による冷却方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 常に７℃以下の冷液ができるだけ長い時間に
わたって取り出せるよう、また４℃以下の冷液も取り出
せるような冷熱用蓄熱槽を提供しようとする。 【解決手段】 外融式蓄熱槽において、冷液の戻し口を
冷液の取出口の設けられた側壁に対向する側壁に設ける
とともに、蓄熱槽の下部から気体を気泡として噴出させ
て、気泡が冷液中を上昇するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄熱槽とくに空
気調和を目的とする蓄熱槽による冷却方法及び装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】エネルギーを有効に利用しようとして、
最近ビルディングでは空気調和のために蓄熱槽が設置さ
れるようになった。蓄熱槽は、常時熱を貯えている容器
であって、熱を必要とする場所へいつでも熱を供給でき
るように用意している容器である。

【０００３】蓄熱槽には温熱を貯えているものと、冷熱
を貯えているものとがある。温熱の蓄熱槽は空気等を暖
めるために用いられるものであり、冷熱の蓄熱槽は空気
等を冷やすために用いられるものである。

【０００４】実際に使用されている冷熱用蓄熱槽は、蓄
熱物質として水又はグリセリン若しくはエチレングリコ
ール水溶液のような液体を使用するものである。蓄熱槽
の中には外融式と内融式のものとがある。そのうち、外
融式の蓄熱槽は、液体を常に冷却された状態にして貯え
ており、冷熱を必要とする場所へこの液体を送り出し、
送った先で放熱具により冷熱を放出させ、その結果暖め
られた使用済みの冷液を再び蓄熱槽へ戻し、蓄熱槽内で
冷却して再使用に供する、という循環を行っている。こ
の発明は外融式蓄熱槽に関するものである。

【０００５】外融式の冷熱用蓄熱槽は、冷液を循環させ
るために冷液の取出口と冷液の戻し口とを備えている。
取出口は蓄熱槽の側壁下部に設けられ、戻し口は蓄熱槽
の側壁上部に設けられるが、蓄熱槽の中には戻し口を取
出口と同じ側壁に設けたものと、反対側にある対向側壁
に設けたものとがある。

【０００６】冷熱用蓄熱槽は、上述のように使用済みの
液体を蓄熱槽内で冷却するために、その中に熱交換器を
備えている。その熱交換器は、一組の主管の間に多数の
蛇管又は螺旋管のような曲管を接続した構造のものであ
って、曲管の中に冷媒を流し冷媒の持つ冷熱を水槽内に
貯えられた液体へ移すことによって、液体を常に冷液と
して保持している。

【０００７】外融式蓄熱槽では、蓄熱槽から取り出され
た冷液が、前述のように、放熱具を経て使用済みとなっ
たのちに戻し口から蓄熱槽へ戻される。戻された冷液
は、暖められていて密度が小さいから、初めは蓄熱槽内
で上部に位置する。ところが、戻された冷液は、熱交換
器に触れ冷却されると、次第に大きい密度を持つように
なる。だから、戻された冷液は戻し口から取出口へ進む
に従って、次第に冷却されて密度が大きくなる。一般
に、水は４℃で最大の密度を持つから、水を冷却すれば
底には常に４℃の冷液が溜まることとなる。

【０００８】実用上は、冷熱用蓄熱槽の取出口から７℃
以下の冷液を取り出せば、それで蓄熱槽による冷却の目
的は達せられる、とこれまで考えられて来た。従って、
冷熱用蓄熱槽では、蓄熱槽の下部から冷液を取り出すこ
ととすれば、それで足りると考えられて来た。

【０００９】そればかりでなく、外融式冷熱用蓄熱槽の
内部では冷液を攪拌すべきでない、と教えられて来た。
そのような教示は、例えば、平成９年５月２５日に日本
工業出版社から発行された「蓄熱式空調システムの計画
・設計マニュアル」第３１頁に記載されている。その記
載によれば、蓄熱槽の一側壁の下部から冷液を取り出
し、上記側壁に対向する側壁の上部から使用済みの冷液
を蓄熱槽内に戻すようにした蓄熱槽では、蓄熱槽内を攪
拌しなければ、冷液は熱交換器に接触して次第に冷却さ
れ、戻り口側から取出口側に向かって、縦に延びる等温
線を描きながら、徐々に取出口へ進む。だから、取出口
付近には大量の冷液が溜まることとなる。従って、取出
口からは定常的に大量の冷液を取り出すことができる。
ところが、蓄熱槽内を攪拌すると、上述の縦に延びる等
温線が崩れて斜めに延びる等温線となり、取り出すに適
した冷液は、少量が取出口近くに存在するだけとなっ
て、取出口から取り出すに適した冷液を定常的に取り出
すことができなくなる。だから、蓄熱槽内の冷液を攪拌
すべきでない、と説明されて来た。

【００１０】ところが、実際に蓄熱槽を長時間運転する
と、熱交換器による冷却が充分であるに拘わらず、取出
口から７℃以下の冷液を定常的に取り出せないことが起
きた。そこで、図１に示したように、蓄熱槽内の熱交換
器の間に整流板を設け、整流板を蓄熱槽の下側で開口さ
せたり蓄熱槽の上側で開口させたりして開口位置を交互
に変え、蓄熱槽内の冷液が戻し口から取出口に向かう間
に槽内を上がったり下がったりするようにして、冷液が
熱交換器によりよく冷却されるようにして来た。しか
し、整流板の付設は、蓄熱槽の構造を大きくするととも
に複雑にするという欠点があり、またその割合には効果
に乏しいものであった。

【００１１】また、最近は蓄熱槽から４℃以下の冷液を
取り出す必要が起きた。ところが、蓄熱槽の下部に取出
口を設けただけの蓄熱槽では、この必要に応じられない
ことが判明した。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、従来の蓄
熱槽が持つ上述の欠点を改良しようとしてなされたもの
である。すなわち、この発明は、長時間継続して稼働さ
せても常に７℃以下の冷液が取り出せるような、また必
要に応じて４℃以下の冷液も取り出せるような、冷熱用
蓄熱槽を提供しようとしてなされたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】蓄熱槽内に直接冷液が貯
えられ、冷液が蓄熱槽内に付設された熱交換器によって
冷却され、冷却された蓄熱槽内の冷液が蓄熱槽から取り
出されて循環使用される、という外融式の冷熱用蓄熱槽
では、上述のように、冷液を攪拌しないでおくべきだ、
とこれまで教示されて来た。冷液が攪拌されないので、
戻し口から蓄熱槽に入った使用済みの冷液は、時に熱交
換器により充分冷却されないままに、短絡して取出口か
ら取り出されることになり、その結果、長時間継続して
常に７℃以下の冷液を安定して取り出せないこととな
る、とこの発明者は考えた。そこで、この発明者は、槽
内の冷液を攪拌する必要があると考えた。

【００１４】ところが、冷熱用蓄熱槽では、通常の攪拌
のように、槽内冷液を激しく攪拌することは、槽内の全
冷液を均一の温度とするので、従来の教示のように避け
なければならない。また、激しい攪拌は、熱交換器を損
傷することにもなるので有利でない。そこで、この発明
者は、冷液の戻し口を取出口の設けられた側壁に対向す
る側壁に設けるとともに、冷液に縦に延びる等温線を保
持させながら、主として上下方向だけに静かに攪拌する
ことを試みた。その結果、７℃以下に冷却された冷液を
定常的に継続して取り出すことができることを見出し
た。

【００１５】具体的には、この発明者は、蓄熱槽内の冷
液中に少量の気体を吹き込み、生じた気泡が静かに上昇
するに伴って、冷液が静かに上昇するという程度の攪拌
が、有効であることを見出した。さらに、この発明者
は、気体としては蓄熱槽の上部に存在する気体を用いる
のが、熱効率を下げない点で有利であることを見出し
た。この発明は、このような知見に基づいて完成したも
のである。

【００１６】この発明は、蓄熱槽による冷却方法と冷却
装置とを含んでいる。そのうちの冷却方法の発明は、蓄
熱槽内に設置した熱交換器に冷媒を通し蓄熱槽内の液体
を冷却して冷液とし、蓄熱槽の側壁下部から冷液を取り
出して冷却用に使用し、使用済みの冷液を上記側壁に対
向する側壁上部から蓄熱槽内に戻して冷液を循環使用す
る冷却方法において、蓄熱槽の下部から気体を冷液中に
気泡として噴出させて、気泡が熱交換器に接する冷液中
を上昇するようにしたことを特徴とするものである。

【００１７】また、冷却装置に関する発明は、冷液と、
冷液を冷却するための熱交換器とを収容している蓄熱槽
の側壁下部に冷液の取出口を設け、上記側壁に対向する
側壁上部に冷液の戻し口を設け、取出口から冷熱放出具
を経て戻し口に連なる冷液循環通路を設けた冷却装置に
おいて、蓄熱槽内下部に送気管を付設し、送気管には上
記熱交換器の下方位置に多数の気泡噴出孔を設けたこと
を特徴とするものである。

【００１８】上述のように、この発明は、冷却装置とし
ては、蓄熱槽内下部に送気管を付設し、送気管には上記
熱交換器の下方位置に多数の気泡噴出孔を設けることを
最大の特徴とし、また冷却方法としては、蓄熱槽の下部
から気体を冷液中に気泡として噴出させ、気泡が熱交換
器に接する冷液中を上昇するようにすることを最大の特
徴とし、これによって冷液を主として上下方向に静かに
攪拌することに主眼を置いている。

【００１９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の一例は、図２に
示されている。図２に示された実施態様では、送気管は
できるだけ蓄熱槽内を通るようにされている。それは、
蓄熱槽内を通すと、熱の損失が少ないからである。送気
管には気体を流すためにブロワーが付設されるが、ブロ
ワーは蓄熱槽の外に設けるのが好ましい。送気管の下部
は、蓄熱槽の底近くに位置して、底の全面にわたって均
等に広がるように蛇管となっていることが好ましいが、
また多数の送気管を平行に並べて、蓄熱槽の底全体に広
がるようにしてもよい。

【００２０】送気管に設けられる気泡噴出孔は、熱交換
器の下方位置に熱交換器の全体にわたって均等に分布し
ていることが好ましい。噴出孔の間隔は１００〜２００
ｍｍの範囲とすることが好ましい。また、気泡噴出孔の
直径は１〜２ｍｍとすることが好ましい。

【００２１】気泡は、１ｍｍないし数ｃｍ程度の大きさ
の泡が、１つの噴出口から数ｃｍないし数拾ｃｍの間隔
をおいて、冷液中を上昇するように噴出させることが好
ましい。そのためには、気泡噴出孔の大きさとブロワー
の能力とを調節することが必要である。上述のような大
きさの気泡を上述のような間隔をおいて発生させると、
発生した気泡は、熱交換器の間、例えば蛇管の間に存在
する冷液中をゆっくりと上昇するので、これに伴い冷液
もゆっくりと上昇し、これによって冷液は主として上下
方向に静かに攪拌される。このため、この発明によれ
ば、戻し口から蓄熱槽に入った使用済みの冷液を、熱交
換器に均等に接触させることができ、これによって戻し
口から取出口にわたって冷液に縦に延びる等温線を描か
せながら、徐々に取出口に向かって進行させることがで
きる。その結果、取り出しに適した冷液が取出口近くに
大量に溜まることとなり、従って長時間にわたって継続
的に７℃以下の冷液を、とくに０℃の冷液をも取り出す
ことができる。

【００２２】

【発明の効果】この発明によれば、蓄熱槽内下部に送気
管を付設し、送気管には熱交換器の下方位置に多数の気
泡噴出孔を設けたので、送気管に気体を送ることによ
り、蓄熱槽の下部から気体を冷液中に気泡として噴出さ
せて、気泡が熱交換器に接する冷液中を上昇するように
することができる。従って、この発明に係る装置は、こ
の発明方法を容易に実施させるものである。

【００２３】また、この発明方法によれば、蓄熱槽の下
部から気体を冷液中に気泡として噴出させて、気泡が熱
交換器に接する冷液中を上昇するようにするので、冷液
は主として上下方向に静かに攪拌されることとなる。だ
から、蓄熱槽内の冷液は縦に延びる等温線を描きながら
戻し口から取出口へ徐々に進行することとなる。従っ
て、取出口の近くには取り出すに適した冷液が大量に縦
に延びる帯状となって存在する。その結果、長時間にわ
たって継続して７℃以下の冷液を取り出すことができ
る。また、従来取り出せなかった０℃の冷液をも取り出
すことができる。

【００２４】また、送気管の吸込口を蓄熱槽内の上部に
ある気体中で開口させると、蓄熱槽内の上部にある気体
を冷液中に気泡とすることになり、蓄熱槽内上部の気体
は既に冷却されているから、それだけ熱の損失を少なく
することができる。この発明は、このような利益をもた
らすものである。

【００２５】以下に実施例と比較例とを挙げて、この発
明のすぐれている所以を具体的に明らかにする。

【００２６】

【実施例１】蓄熱槽は、内法で縦１．８ｍ、横４ｍ、高
さ２．４ｍの繊維強化ポリエステル樹脂製の水槽内に高
さ２ｍのところまで水を入れ、その中に蛇管を設置して
これを構成し、蛇管内に冷媒を通して水槽内の水を氷ま
じりの冷液として、この冷液を蓄熱槽から取り出すよう
にした。冷液は蓄熱槽の１つの側壁の下部に設けた取出
口から取り出し、使用済みの冷液は上記側壁と対向する
側壁の上部に設けた戻し口から蓄熱槽内に戻して、冷液
を循環使用するようにした。

【００２７】この蓄熱槽には、図３に示したように送気
管を付設した。送気管は送気主管と送気支管とで構成し
た。そのうちの送気主管としては内径が２０ｍｍの塩化
ビニル樹脂管を用い、送気支管としては内径が１３ｍｍ
の塩化ビニル樹脂管を用いた。送気主管は、上側の端を
蓄熱槽の上部にある気体内で開口させ、開口に近接する
主管の一部を一旦蓄熱槽の外へ出してここにブロワーを
付設し、次いで再び蓄熱槽内に入るようにし、蓄熱槽内
では初め蓄熱槽の蓋に沿って延びるように配置し、その
間に４本に分岐するようにして、分岐した４本の各送気
主管は、何れも４ｍの辺を持った１つの側壁に沿って垂
下し、次いで底に沿い長さ１．８ｍの辺と平行に延びて
終わるように配置した。底に沿って延びる各送気主管に
は、適当な間隔をおいて４本の送気支管を接続し、各送
気支管を蓄熱槽の底に沿い底の長さ４ｍの辺と平行に延
びるように配置した。各送気支管は長さを０．９５ｍと
し、その長さ方向に沿い等しい間隔をおいて、直径１ｍ
ｍの気泡噴出孔を８個穿設した。

【００２８】冷液を取り出すにあたっては、追いかけ運
転を止めて、すなわち冷媒を蛇管内に流して冷液をさら
に冷却することを止めてブロワーを作動させ、送気主管
の開口から蓄熱槽内の空気を吸わせ、送気支管の噴出孔
から毎時合計５ｍ³ の空気を噴出させて気泡を作り、こ
の気泡を蛇管の間に滞留している冷液の間に通して上昇
させた。この状態を続けながら、取出口から冷液を取り
出し、使用済みの冷液を戻し口から蓄熱槽内へ戻して、
取出口と戻し口とにおける冷液の温度差を５℃となるよ
うに負荷を与えて冷液を循環させた。なお、この場合、
蓄熱量の取出時間率を３時間とした。

【００２９】すると、冷液の供給開始から１時間以内は
ほぼ０℃の冷液を取出口から取り出すことができた。ま
た、冷液供給開始から２時間２０分までは４℃以下の冷
液を取り出すことができ、２時間５０分経過した時点に
至って初めて取出口における冷液の温度が７℃となっ
た。従って、４℃以下の冷液を取り出すことができ、ま
た２時間５０分までは、氷蓄熱槽として使用できた。

【００３０】

【比較例１】実施例１において、戻し口を取出口と同じ
側壁の上部に付設することとした以外は、実施例１と全
く同様にして実施した。すなわち、実施例１と全く同様
に、蓄熱槽内の上部にある空気を気泡にして冷液の中を
上昇させながら、冷液を循環させた。

【００３１】すると、冷液の供給開始直後には取出口か
ら４℃の冷液を取り出すことができたが、冷液供給開始
から数分経過すると取出口における冷液の温度が徐々に
上昇し始め、供給開始から１時間３０分経過した時点で
は冷液の温度が７℃になった。従って、４℃より低い冷
液を取り出すことができず、また冷液供給開始から１時
間半、氷蓄熱槽として使用できたに過ぎない。

【００３２】

【比較例２】比較例１において、送気管からの空気の噴
出を止めることとした以外は、比較例１と全く同様にし
て実施した。すなわち、空気の噴出を止め、戻し口を取
出口と同じ側壁の上部に設けて、冷液を循環させた。

【００３３】すると、冷液供給開始から１時間までは４
℃の冷液を取出口から取り出すことができたが、１時間
経過した時点から取出口における冷液の温度が徐々に上
昇し始め、２時間１０分経過した時点では７℃になっ
た。従って、４℃より低い冷液を取り出すことができ
ず、また冷液供給開始から２時間１０分、氷蓄熱槽とし
て使用できたに過ぎない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の蓄熱槽の模型図である。

【図２】この発明に係る冷却装置の模型図である。

【図３】この発明に係る冷却装置の斜視図である。

【符号の説明】

図面中で各部の説明をしたから省略する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱槽内に設置した熱交換器に冷媒を通
   し蓄熱槽内の液体を冷却して冷液とし、蓄熱槽の側壁下
   部から冷液を取り出して冷却用に使用し、使用済みの冷
   液を上記側壁に対向する側壁上部から蓄熱槽内に戻して
   冷液を循環使用する冷却方法において、蓄熱槽の下部か
   ら気体を冷液中に気泡として噴出させて、気泡が熱交換
   器に接する冷液中を上昇するようにしたことを特徴とす
   る、蓄熱槽による冷却方法。
2. 【請求項２】 気体として蓄熱槽内の上部にある気体を
   吸収して気泡とすることを特徴とする、請求項１に記載
   の蓄熱槽による冷却方法。
3. 【請求項３】 冷液と、冷液を冷却するための熱交換器
   とを収容している蓄熱槽の側壁下部に冷液の取出口を設
   け、上記側壁に対向する側壁上部に冷液の戻し口を設
   け、取出口から冷熱放出具を経て戻し口に連なる冷液循
   環通路を設けた冷却装置において、蓄熱槽内下部に送気
   管を付設し、送気管には上記熱交換器の下方位置に多数
   の気泡噴出孔を設けたことを特徴とする、蓄熱槽による
   冷却装置。
4. 【請求項４】 送気管の吸込口を蓄熱槽内上部にある気
   体中で開口させていることを特徴とする、請求項３に記
   載の蓄熱槽による冷却装置。