JP2005207640A - 蓄冷熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成によって蓄冷熱媒体を効率良く攪拌することができ、かつ、メンテナンスの容易な蓄冷熱装置を提供する。
【解決手段】 水等の蓄冷熱媒体を貯留させた蓄冷熱槽内に伝熱管でなる蓄冷熱交換器を浸漬させた蓄冷熱装置であって、蓄冷熱槽の蓄冷熱媒体に全部又は主要部を浸漬させて立設された筒状部材（４４）と、筒状部材の内部にプロペラ（４５）が挿入され、このプロペラを回転させて筒状部材の一端部から他端部に蓄冷熱媒体の流れを生じさせるプロペラ送水器（４５，４６）とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、添加材を含む水（以下、単に水という）等の蓄冷熱媒体を貯留させた蓄冷熱槽内に伝熱管でなる蓄冷熱交換器を浸漬させた蓄冷熱装置に関する。

従来より、蓄冷熱槽に貯留した水等の蓄冷熱媒体を冷却して凍らせ、蓄冷熱媒体の潜熱として冷熱を蓄える蓄冷熱装置が知られている。近年、蓄冷熱装置は空気調和機等と組み合わせて利用されている。つまり、夜間に製氷を行って冷熱を蓄える一方、昼間には蓄えた冷熱を利用して冷房運転を行う。このような運転により安価な深夜電力を利用することにより空気調和機の運転コストを低減すると共に、夜間と昼間の電力需要の平準化を図っている。

蓄冷熱装置としては、蓄冷熱槽の内部に蓄冷熱媒体が貯留され、伝熱管を直線状の直管部と半円弧状の曲管部とが交互に連続し上下に蛇行する形状に成形された蓄冷熱交換器を蓄冷熱媒体に浸漬させるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、成形された伝熱管は一定の間隔で配列され、これらの伝熱管の間には１つおきに固定板が設けられている。この固定板は上下方向に等間隔で３個ずつ設けられその両側に位置する直管を支持するようになっている。

また、これらの固定板のうち、伝熱管の直管部における最も下段に設置される固定板にはそれぞれエア配管が一体に取り付けられている。このエア配管には空気を吹き出す吹出孔が形成されている。この吹出孔は各伝熱管の直管部に対応して１つずつ形成されている。そして、伝熱管の周囲の氷が解けて伝熱管と氷との間に生じた隙間に空気を吹き出し、隙間の内部を伝熱管の直管部に沿って浮力によって流動せしめ、例えば、蓄冷熱媒体である水を攪拌するように構成されている。
特開２００１−２１２８３号公報

上述した従来の蓄冷熱装置は、伝熱管を固定する固定板のうち最下段の固定板にそれぞれエア配管を一体的に取り付けると共に、共通のエア供給管に接続しなければならず、構造が複雑で製造コストが嵩んでしまうという問題があった。

また、蓄冷熱媒体に含まれる塵埃等によって空気の吹出孔が目詰まりしたとき、そのメンテナンス作業が難しくなるという問題もあった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、簡易な構成によって蓄冷熱媒体を効率良く攪拌することができ、かつ、メンテナンスの容易な蓄冷熱装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、水等の蓄冷熱媒体を貯留させた蓄冷熱槽内に伝熱管でなる蓄冷熱交換器を浸漬させた蓄冷熱装置において、蓄冷熱槽の蓄冷熱媒体に全部又は主要部を浸漬させて立設された筒状部材と、筒状部材の内部にプロペラが挿入され、このプロペラを回転させて筒状部材の一端部から他端部に蓄冷熱媒体の流れを生じさせるプロペラ送水器と、を備えたことを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、水等の蓄冷熱媒体を貯留させた蓄冷熱槽内に伝熱管でなる蓄冷熱交換器を浸漬させた蓄冷熱装置において、蓄冷熱槽の縁部に回転可能に嵌装され、歯車伝動が可能な歯を備えた環状部材と、小歯車を介して環状部材を駆動する駆動手段と、先端部が蓄冷熱媒体に浸漬するように基端部が環状部材の周方向に所定の間隔で固着された複数の攪拌用の羽根と、を備えたことを特徴とするものである。

上記のように構成したことにより、簡易な構成によって蓄冷熱媒体を効率良く攪拌することができ、かつ、メンテナンスの容易な蓄冷熱装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る蓄冷熱装置を空気調和機に適用した系統図であり、室外機１と室内機３との間に蓄冷熱機２が接続される。このうち、室外機１は、圧縮機１１の吐出側が四方弁１２の一方の切替経路を通して室外熱交換器１３の一端に接続され、この室外熱交換器１３の他端が室外機内蔵絞り装置１４を介して接栓１ｂに接続され、圧縮機１１の吸い込み側が四方弁１２の他方の切替経路を通して接栓１ａに接続されている。

蓄冷熱機２は、室外機１の接栓１ａ及び１ｂにそれぞれ接続する接栓２ａ及び２ｂと、室内機３に接続する接栓２ｃ及び２ｄとを備えている。そして、接栓２ａと接栓２ｃとが直接接続され、接栓２ｂと接栓２ｄとが開閉弁２６及び冷媒流量調節弁２７を介して接続されている。接栓２ａ及び接栓２ｃを接続する管路が、開閉弁２２を介して、蓄冷熱装置２１の一端に接続されている。また、接栓２ｂ及び開閉弁２６を接続する管路が、開閉弁２３を介して、蓄冷熱装置２１の他端に接続されている。さらに、蓄冷熱装置２１の一端と、開閉弁２６及び冷媒流量調節弁２７を接続する管路との間に、開閉弁２４が接続されている。また、蓄冷熱装置２１の他端と、開閉弁２６及び冷媒流量調節弁２７を接続する管路との間に、冷媒流量調節弁２５が接続されている。なお、蓄冷熱装置２１はその内部に、伝熱管でなる蓄冷熱交換器を有している。

室内機３は蓄冷熱機２の接栓２ｃ及び接栓２ｄにそれぞれ接続する接栓３ａ及び３ｂを有し、これらの接栓３ａ間に室内熱交換器３１が接続されている。

図１の系統図に示された空気調和機の概略動作について以下に説明する。先ず、冷房を必要とする季節であっても、室内の冷房が不要となる夜間に、安価な深夜電力で室外機１及び蓄冷熱機２を運転する。このとき、開閉弁２２及び２３は開放され、開閉弁２４及び開閉弁２６は閉鎖される。従って、圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧縮機１１→四方弁１２→室外熱交換器１３→室外機内蔵絞り装置１４→開閉弁２３→蓄冷熱装置２１→開閉弁２２→四方弁１２→圧縮機１１の経路で循環する。このとき、室外熱交換器１３が凝縮器として機能し、蓄冷熱装置２１の伝熱管が蒸発器として機能するため、蓄冷熱装置２１の蓄熱媒体である水が冷却されて製氷が行われると共に、冷蓄熱動作が行われる。

次に、昼間の冷房運転時には開閉弁２３を開放させたままで開閉弁２２を閉鎖させ、夜間に閉鎖されていた開閉弁２４が開放される。従って、圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧縮機１１→四方弁１２→室外熱交換器１３→室外機内蔵絞り装置１４→開閉弁２３→蓄冷熱装置２１→開閉弁２４→冷媒流量調節弁２７→室内熱交換器３１→四方弁１２→圧縮機１１の経路で循環する。このとき、室外熱交換器は蒸発器として機能すると同時に、蓄冷熱装置２１で蓄えた冷熱を取り出して冷房運転が行われる。従って、蓄冷熱装置２１の解氷運転を利用した分の消費電力が減少して昼間の消費電力の軽減が図られる。

なお、蓄冷熱機２を機能させる必要のない通常の冷房運転時には開閉弁２２、開閉弁２３及び開閉弁２４を全て閉鎖し、開閉弁２６のみを開放する。これによって、圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧縮機１１→四方弁１２→室外熱交換器１３→室外機内蔵絞り装置１４→開閉弁２６→冷媒流量調節弁２７→室内熱交換器３１→四方弁１２→圧縮機１１の経路で循環する。

次に、暖房を必要とする季節であっても、室内の暖房が不要となる夜間に、安価な深夜電力で室外機１及び蓄冷熱機２を運転する。このとき、開閉弁２２及び２３は開放され、開閉弁２４及び開閉弁２６は閉鎖される。また、四方弁１２は図示した実線の経路から点線の経路に切り替えられる。従って、圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧縮機１１→四方弁１２→開閉弁２２→蓄冷熱装置２１→開閉弁２３→室外機内蔵絞り装置１４→室外熱交換器１３→四方弁１２→圧縮機１１の経路で循環する。このとき、室外熱交換器１３が蒸発器として機能し、蓄冷熱装置２１の伝熱管が凝縮器として機能するため、蓄冷熱装置２１の蓄熱媒体である水が加熱されて蓄熱媒体である水の顕熱として蓄えられる。

次に、昼間の暖房運転時には開閉弁２３を開放させたままで開閉弁２２を閉鎖させ、夜間に閉鎖されていた開閉弁２４が開放される。従って、圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧縮機１１→四方弁１２→室内熱交換器３１→冷媒流量調節弁２７→開閉弁２４→蓄冷熱装置２１→開閉弁２３→室外機内蔵絞り装置１４→室外熱交換器１３→四方弁１２→圧縮機１１の経路で循環する。このとき、蓄熱運転で蓄冷熱装置２１に蓄えた温熱を取り出すと同時に、室外熱交換器１３による暖房運転が行われる。従って、蓄冷熱装置２１の加熱運転を利用した分の消費電力が減少して昼間の消費電力の軽減が図られる。

なお、蓄冷熱機２を機能させる必要のない通常の暖房運転時には開閉弁２２、開閉弁２３及び開閉弁２４を全て閉鎖し、開閉弁２６のみを開放する。これによって、圧縮機１１から吐出された冷媒は、圧縮機１１→四方弁１２→室内熱交換器３１→冷媒流量調節弁２７→開閉弁２６→室外機内蔵絞り装置１４→室外熱交換器１３→四方弁１２→圧縮機１１の経路で循環する。

上記の冷房運転又は暖房運転に際して、蓄冷熱装置２１の冷熱又は温熱の利用量を調整する場合には、冷媒流量調節弁２５の開度を調節する。

図２は蓄冷熱装置２１の詳細な構成を示す縦断面図である。これは円筒状の側壁を有し、上端が開放された蓄冷熱槽４１の内部に、蓄冷熱媒体としての水４３が貯留されている。伝熱管を直線状の直管部と半円弧状の曲管部とが交互に連続し上下に蛇行する形状に成形された、蓄冷熱交換器を構成する多数の熱交換用配管４２が図示省略の保持部材によって、その入口及び出口を除く主要部が水４３に浸漬する状態で保持されている。これらの熱交換用配管４２の入口は、例えば、開閉弁２３に繋がる管路に共通接続され、出口は、例えば、開閉弁２２に繋がる管路に共通接続されている。熱交換用配管４２は蓄冷熱槽４１の中心部を除いた内周部に並設され、その中心部には、蓄冷熱槽４１と軸芯がほぼ一致するように筒４４が立設されている。

筒４４の内部には、駆動軸が鉛直上方に向けられたプロペラ４５が、水４３に浸漬するように挿入され、蓄冷熱槽４１の中心部の上方に保持されたモータ４６によって回転されるように取り付けられ、これらがプロペラ送水器を構成している。ここで、プロペラ４５を回転させると水４３は、矢印にて示したように、筒４４の内部では下から上に向かって流れ、筒４４の外部では上から下に向かって流れる。このとき、蓄冷熱槽４１の内部全体で水４３の攪拌が行われるが、筒４４の内部には熱交換用配管４２はなく、流速も速いため、特に、製氷が行われる冷蓄熱動作に際して筒４４の内部を最も遅く凍らせることが可能となる。また、水４３を蓄冷熱槽４１の軸芯部にて、その下方から上方へ向かう水流を生じさせるため、底壁等に衝突させる場合と比較して水流が安定しやすい。

この実施例ではプロペラ４５の下部に温度センサ４７を設けている。これによって、循環してきた水４３の平均温度に近い温度を測定することができる。また、温度センサ４７はプロペラ４５の近傍の温度を測定しているため、水４３が凍結する前にプロペラ４５を停止するような制御を行うことができる。

かくして、第１実施例によれば、蓄冷熱槽４１の水４３に全部を浸漬させて立設された筒４４と、筒４４の内部にプロペラ４５が挿入され、このプロペラ４５を回転させて筒４４の一端部から他端部に水４３の流れを生じさせるプロペラ送水器とを備えているため、簡易な構成によって水４３を効率良く攪拌することができ、かつ、メンテナンスが容易になるという効果が得られる。

図３は本発明に係る蓄冷熱装置の第２実施例の構成を示す縦断面図であり、図中、第１実施例を示す図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した蓄冷熱装置２１Ａは、上端部を水４３の表面より上方に突出させて吐出口４８とする筒４４ａを設けると共に、吐出口４８からその周囲に溢れて降下する位置に、リング状のフィルタ４９を設けた点が図２に示す第１実施例と構成を異にし、これ以外は図２と同一に構成されている。

このように構成することによって、第１実施例と同様な効果が得られる他、水４３に混入する固形の不純物を除去することができる。また、フィルタ４９を水面よりも上に出しているため、そのメンテナンスも容易であるという効果も得られる。

図４は本発明に係る蓄冷熱装置の第３実施例の構成を示す縦断面図であり、図中、第１実施例を示す図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した蓄冷熱装置２１Ｂは、上端部を水４３の表面より上方に突出させ、その先端に散水管５０を設けた点が図２と構成を異にし、これ以外は図２と全て同一に構成されている。ここで、散水管５０は下端の軸心部に筒４４の上端の吐出口を結合させる孔を有し、その周囲にはそれぞれ下方に水を噴出させる散水口が所定の間隔で多数設けられている。この場合、散水管５０は水４３が凍結して膨張しても接触しない高さまで水面から離されている。

このように構成することによって、第１実施例と同様な効果が得られる他、水４３を広範囲に攪拌することができるという効果も得られる。

図５は本発明に係る蓄冷熱装置の第４実施例の構成を示す縦断面図であり、図中、第１実施例を示す図２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示した蓄冷熱装置２１Ｃは、水４３に浸漬される熱交換用配管４２の直管部の上端部及び下端部に、細長い孔５１ａを形成してその側端に熱交換用配管４２を保持する一対の端板５１を設け、プロペラ４５を回転させることによって筒４４の中を上方に流れ、端板５１に設けた孔５１aもしくはそれ以外の孔より水４３を流出、入させる。なお、端板５１はそれぞれ水４３中に浸漬させた状態で装着されるため、プロペラ４５を逆回転させることにより、筒４４を通る水流の向きを逆にすることもできる。

このように構成することによって、第１実施例と同様な効果が得られる他、熱交換されやすい配管表面の水を効果的に攪拌することができるという効果も得られる。

図６は本発明に係る蓄冷熱装置の第５実施例の構成を示す縦断面図である。ここに示した蓄冷熱装置２１Ｄは、図１中の筒４４及びプロペラ４５を除去し、その代わりに、蓄冷熱槽４１の縁部に回転可能に嵌装され、歯車伝動が可能な歯５２ａを備えた環状部材としての内歯車状リング５２と、ピニオン５４を介して内歯車状リング５２を駆動する駆動手段としてのモータ４６と、先端部が水４３に浸漬するように基端部が内歯車状リング５２の周方向に所定の間隔で固着された複数の攪拌用の羽根５３とを設けたものである。

このように構成することによって、第１実施例と同様な効果が得られる他、水４３全体を攪拌することができるという効果も得られている。

他の実施例

なお、図６に示す第５実施例では内周部に歯５２ａを形成するものについて説明したが、その上端面に歯を設け、モータ４６の出力軸を横にして、ピニオン５４を介して回転させるようにすることもできる。
また、上記の各実施例では、開閉弁によって管路の切替を行ったがその一部又は全部に三方弁を採用しても管路の切替が可能である。

本発明に係る蓄冷熱装置を空気調和機に適用した空気調和機の系統図。 本発明に係る蓄冷熱装置の第１実施例の構成を示す縦断面図。 本発明に係る蓄冷熱装置の第２実施例の構成を示す縦断面図。 本発明に係る蓄冷熱装置の第３実施例の構成を示す縦断面図。 本発明に係る蓄冷熱装置の第４実施例の構成を示す縦断面図。 本発明に係る蓄冷熱装置の第５実施例の構成を示す縦断面図。

符号の説明

１ 室外機
２ 蓄冷熱機
３ 室内機
１１ 圧縮機
１２ 四方弁
１３ 室外熱交換器
２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ 蓄冷熱装置
３１ 室内熱交換器
４１ 蓄冷熱槽
４２ 熱交換用配管
４３ 水
４４ 筒
４５ プロペラ
４６ モータ
４８ 吐出口
４９ フィルタ
５０ 散水管
５１ 端板
５２ 内歯車状リング
５３ 攪拌用の羽根
５４ ピニオン

Claims (2)

1. 水等の蓄冷熱媒体を貯留させた蓄冷熱槽内に伝熱管でなる蓄冷熱交換器を浸漬させた蓄冷熱装置において、
   前記蓄冷熱槽の蓄冷熱媒体に浸漬させて立設された筒状部材と、
   前記筒状部材の内部にプロペラが挿入され、このプロペラを回転させて前記筒状部材の一端部から他端部に蓄冷熱媒体の流れを生じさせるプロペラ送水器と、
   を備えたことを特徴とする蓄冷熱装置。
2. 水等の蓄冷熱媒体を貯留させた蓄冷熱槽内に伝熱管でなる蓄冷熱交換器を浸漬させた蓄冷熱装置において、
   前記蓄冷熱槽の縁部に回転可能に嵌装され、歯車伝動が可能な歯を備えた環状部材と、
   小歯車を介して前記環状部材を駆動する駆動手段と、
   先端部が蓄冷熱媒体に浸漬するように基端部が前記環状部材の周方向に所定の間隔で固着された複数の攪拌用の羽根と、
   を備えたことを特徴とする蓄冷熱装置。

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