JP2004177054A

JP2004177054A - 氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット

Info

Publication number: JP2004177054A
Application number: JP2002346121A
Authority: JP
Inventors: Chika Sasaki; 親佐々木
Original assignee: Toyox Co Ltd
Current assignee: Toyox Co Ltd
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4218869B2

Abstract

【課題】熱交換効率が高く、配管での圧力損失が少なく冷媒の圧送が容易な氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットを提供する。
【解決手段】フレキシブルで細い熱交換パイプ２４が多数設けられ、各々中間部２４ｃで折り返されて、その一端部２４ａが長手方向に沿って各々接続された供給ヘッダ２３と、その他端部２４ｂが各々長手方向に沿って接続された排出ヘッダ２５とから成る。供給ヘッダ２３と排出ヘッダ２５とが、互いに近接して平行に位置し、パイプマット２８を構成する。パイプマット２８の供給ヘッダ２３と排出ヘッダ２５を、氷蓄熱タンク２２の内周面近傍に所定間隔で位置させ、各熱交換パイプ２４を氷蓄熱タンク２２の中心に向かって渦巻き状に配置する。熱交換パイプ２４の中間部２４ｃが、氷蓄熱タンク２２の中央部に位置するようにして、熱交換パイプ２４の螺旋角が氷蓄熱タンク２２の中央部に向かうに従い大きくなるように配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、夜間電力を利用して冷却装置を運転し水を氷に変換してその潜熱による冷却エネルギーを蓄積し、この氷を冷却源として利用可能にする氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平３−６７９４０号公報
【特許文献２】特開２０００−９７４５５号公報
従来、いわゆる氷蓄熱装置１０は、図５及び特許文献１，２に開示されているように、円筒状の氷蓄熱タンク１２に収納され不凍液が通される熱交換パイプ１４と、この熱交換パイプ１４の一端部が複数本長手方向に沿って接続され、熱交換パイプ１４に不凍液を供給する供給ヘッダ１３と、熱交換パイプ１４の他端部が長手方向に沿って接続された排出ヘッダ１５とから成る。そして、供給ヘッダ１３と複数の熱交換パイプ１４及び排出ヘッダを広げた状態でシート状になるものを、螺旋状に多数回巻き回して氷蓄熱タンク１２内に挿入している。特に、シート状の熱交換パイプ１４等を２層にして、螺旋状に巻き回して成り、一方の熱交換パイプ１４ａを外方から内方に向けて不凍液が流れるようにし、他方の熱交換パイプ１４ｂには内方から外方に不凍液が流れるようにし、氷蓄熱タンク１２の中央部と外側部とで均一に熱交換が成されるようにしている。
【０００３】
ここで、深夜電力により蓄熱を行う場合、６〜８時間の間に蓄熱する必要があり、熱交換効率のために熱交換パイプ１４の配管間隔はかなり密度の高いものとしなければならず、おのずからパイプ長が長くなるものであった。さらに、エネルギー効率よく水を凍らせるには、不凍液の温度を下げすぎない方が良く、流量を増やすことにより冷却効率を上げている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の場合、１または２対の供給ヘッダ１３と排出ヘッダ１５間に熱交換パイプ１４を設けて、これを螺旋状に巻き回して氷蓄熱タンク２内に挿入しているので、熱交換パイプ１４の管路長が例えば５０ｍ程度と長く、管路抵抗が大きく、熱交換効率を上げるために管径を細くするには限界があった。また、流量を増やして効率を上げるには、管径を太くしなければならず、熱交換効率の向上とは互いに相反する問題であった。また、流量を増やすために管径を変えずに送圧をあげるには、架橋ポリエチレン管の肉厚を厚くしなければならず、これは熱交換効率及び管径に対してマイナス要因であった。
【０００５】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、熱交換効率が高く、配管での圧力損失が少なく冷媒の圧送が容易な氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、フレキシブルで細い熱交換パイプと、この熱交換パイプが多数設けられ各々中間部で折り返されてその一端部が長手方向に沿って各々接続された管状の供給ヘッダと、上記熱交換パイプの他端部が各々長手方向に沿って接続された管状の排出ヘッダとから成り、上記供給ヘッダと排出ヘッダとが互いに近接して平行に位置した平板状のパイプマットを複数設け、このパイプマットの上記供給ヘッダと排出ヘッダを円筒状の氷蓄熱タンクの内周面近傍に所定間隔で位置させ、各熱交換パイプを円筒状の上記氷蓄熱タンクの中心に向かって渦巻き状に配置し、上記熱交換パイプの折り返された中間部が上記氷蓄熱タンクの中央部に位置するようにして、この複数のパイプマットを円筒状に相対的に等角の間隔で配置した氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットである。
【０００７】
上記熱交換パイプは、外側から内側に向かって、その螺旋角が大きくなるように配置され、その中間部の折返し部が円筒状の中央部に位置している。上記熱交換パイプは、渦巻き状に且つ上記氷蓄熱タンクの外側から中心部に向かってその間隔が狭くなるように配置されている。また、上記熱交換パイプの中間部は、上記円筒状の氷蓄熱タンクの中央部で、中心に向かって所定間隔で異なる半径方向位置に配置されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１〜図３は、この発明の一実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット２０を示す。この氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット２０は、円筒状の氷蓄熱タンク２２内に収納され冷媒である不凍液が通される、ポリプロピレン等のフレキシブルで細い熱交換パイプ２４を有する。この熱交換パイプ２４の一端部２４ａは、熱交換パイプ２４に不凍液を供給する供給ヘッダ２３に接続され、中間部２４ｃで折り返されて、熱交換パイプ２４の他端部２４ｂが、その熱交換パイプ２４から不凍液が送り出される排出ヘッダ２５に接続されている。
【０００９】
供給ヘッダ２３と排出ヘッダ２５には、図３に示すように、各々熱交換パイプ２４の両端部２４ａ，２４ｂが長手方向に沿って接続され、内部が連通している。熱交換パイプ２４は、各々中間部２４ｃで折り返されて、その途中には熱交換パイプ２４の間隔を一定に保つスペーサー部材２６が取り付けられている。供給ヘッダ２３と排出ヘッダ２５は、互いに近接して平行に位置され、図３に示すように、多数の熱交換パイプ２４と供給ヘッダ２３、排出ヘッダ２５により、平板状のパイプマット２８を形成している。
【００１０】
このパイプマット２８は、図２に示すように、供給ヘッダ２３と排出ヘッダ２５を円筒状の氷蓄熱タンク２２内の内周面近傍に位置させ、熱交換パイプ２４を氷蓄熱タンク２２の中心に向かって渦巻き状に配置し、熱交換パイプ２４の折り返された中間部２４ｃが氷蓄熱タンク２２の中央部に位置するように配置する。熱交換パイプ２４は、方向が約１８０°〜３６０°回転しながら氷蓄熱タンク２２の中央部に向かい、この実施形態では図２に示すように、ほぼ３６０°回転して徐々に半径が小さくなるような渦巻き状に熱交換パイプ２４が形成され、その中間部２４ｃが氷蓄熱タンク２２の中央部に位置している。従って、多数のパイプマット２８は、円筒状の氷蓄熱タンク２２内で相対的に互いに等角の間隔で配置され、氷蓄熱タンク２２の外側から中心部に向かって徐々に螺旋角が大きくなるようにし、各々の熱交換パイプ２４が渦巻き状に氷蓄熱タンク２２の外側から中心部に向かって、隣接するパイプマット２８の熱交換パイプ２４との間隔が徐々に狭くなるように配置されている。また、同じパイプマット２８の各熱交換パイプ２４同士は、スペーサー部材２６により正確に等間隔に保持されている。
【００１１】
氷蓄熱タンク２２の内周面近傍に等間隔で多数配置された各供給ヘッダ２３は、図示しない供給用配管に接続され、不凍液を冷却する図示しない熱交換器の不凍液出口に接続されている。同様に氷蓄熱タンク２２の外周部に、各供給ヘッダ２３と並んで多数配置された各排出ヘッダ２５も、図示しない配管を介して上記熱交換器の不凍液入り口に接続されている。
【００１２】
この実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット２０の配管は、このパイプマット２８を渦巻き状に図２に示すように巻き回して、供給ヘッダ２３、排出ヘッダ２５が垂直になるようにして、多数のパイプマット２８を氷蓄熱タンク２２に挿入する。そして、各供給ヘッダ２３は、図示しない供給用配管を介して図示しない熱交換器の不凍液出口に接続し、各排出ヘッダ２５は図示しない熱交換器の不凍液入り口に接続する。
【００１３】
この状態で、氷蓄熱装置の氷蓄熱タンク２２に水が充填され、熱交換パイプ２４内に不凍液を流し、図示しない熱交換器から送られた−数℃程度の不凍液が、供給ヘッダ２３、熱交換パイプ２４及び排出ヘッダを経て、図示しない配管を介して図示しない上記熱交換器との間を循環することにより、氷蓄熱タンク２２内の水が凍結する。このとき、氷蓄熱タンク２２内の水は、不凍液が入ってくる供給ヘッダ２３のある周辺部と熱交換パイプ２４が密になる中心部とから凍り始める。また、氷蓄熱タンク２２の中央部の熱交換パイプ２４が配置されない部分は最後に凍るので、凍結により膨張した水はこの中央部で上方へ逃げるので、水の凍結による膨張により氷蓄熱タンク２２を破損することはない。
【００１４】
また、この氷蓄熱タンク２２内の氷を冷熱源として利用する場合は、同様に不凍液を循環させて、図示しない熱交換器により不凍液に熱を吸収させ、供給ヘッダ２３を介して熱交換パイプ２４により氷蓄熱タンク２２内で不凍液を冷却し、再び図示しない上記熱交換器へ送る。これによって、氷蓄熱タンク２２内の氷の潜熱により、図示しない上記熱交換器を介して外部の熱を吸収することができる。
【００１５】
この実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット２０によれば、管径が太く管路抵抗の少ない供給ヘッダ２３と排出ヘッダ２５が氷蓄熱タンク２２の外周部に多数並列に配置される一方、熱交換パイプ２４の管路を短くして、例えば数ｍ程度にして熱交換パイプ２４を氷蓄熱タンク内に渦巻き状に配置することができる。しかも、熱交換パイプ２４の長さが相対的に短いので圧力損失が小さく、熱交換パイプ２４をより細くすることができ、熱交換効率を高いものにすることができる。さらに、隣り合うパイプマット２８同士を、渦巻き状に且つ互いに等角の間隔で、氷蓄熱タンク２２の外側から中心部に向かって螺旋角が大きくなるようにし、その間隔が徐々に狭くなるように配置したので、熱交換パイプ２４の氷蓄熱タンク内での配管長、即ち表面積も大きいものとすることができ、より熱交換効率の高いものとすることができる。
【００１６】
次に、この氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット２０の他の実施形態について、図４を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この熱交換パイプ２４の中間部２４ｃは、一部の熱交換パイプ２４の中間部２４ｃが円筒状の氷蓄熱タンク２２の中央部で、中心に向かってさらに延びて他の熱交換パイプ２４の中間部２４ｃとは異なる半径方向位置に配置されているものである。
【００１７】
この実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット２０によれば、氷蓄熱タンク２２内の中央部の水の凍結の遅れが少なくなり、より効率的な蓄熱が可能となる。
【００１８】
なお、この発明の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットは、上記実施形態に限定されるものではなく、パイプマットの熱交換パイプの本数や長さは適宜設定することができ、渦巻き状の螺旋角も適宜設定することができるものである。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットは、比較的細い熱交換パイプを使用して熱交換効率の高いものとすることができ、しかも熱交換パイプ内での圧力損失が少なく、不凍液の流量を多くすることができ、よりエネルギー効率が高い氷蓄熱装置を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットを部分的に模式的に示す斜視図である。
【図２】この発明の一実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットの平面図である。
【図３】この発明の一実施形態の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットのパイプマットを示す斜視図である。
【図４】この発明の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットの他の実施形態を示す平面図である。
【図５】従来の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニットを示す平面図である。
【符号の説明】
２０氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット
２２氷蓄熱タンク
２３供給ヘッダ
２４熱交換パイプ
２４ｃ中間部
２５排出ヘッダ
２８パイプマット

Claims

フレキシブルで細い熱交換パイプと、この熱交換パイプが多数設けられ各々中間部で折り返されてその一端部が長手方向に沿って各々接続された管状の供給ヘッダと、上記熱交換パイプの他端部が各々長手方向に沿って接続された管状の排出ヘッダとから成り、上記供給ヘッダと排出ヘッダとが互いに近接して平行に位置した平板状のパイプマットを複数設け、このパイプマットの上記供給ヘッダと排出ヘッダを円筒状の氷蓄熱タンクの内周面近傍に所定間隔で位置させ、各熱交換パイプを上記氷蓄熱タンクの中心に向かって渦巻き状に配置し、上記熱交換パイプの折り返された中間部が上記氷蓄熱タンクの中央部に位置するようにして、この複数のパイプマットを円筒状に相対的に等角の間隔で配置したことを特徴とする氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット。
上記熱交換パイプは、外側から内側に向かって、その螺旋角が大きくなるように配置して、その中間部の折返し部が円筒状の中央部に位置していることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット。
上記熱交換パイプは、渦巻き状に且つ上記氷蓄熱タンクの外側から中心部に向かってその間隔が狭くなるように配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット。
上記熱交換パイプの中間部は、上記円筒状の氷蓄熱タンクの中央部で、中心に向かって所定間隔で異なる半径方向位置に配置されていることを特徴とする請求項１，２または３記載の氷蓄熱装置用熱交換パイプユニット。