JP2006207985A - 自然環境冷熱利用の季節間冷熱システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 蓄冷管、冷熱コレクタ及び冷媒からなるシステムにおいて、冬期の自然冷熱環境の冷熱を蓄冷管に蓄冷し、その冷熱を温暖期(春、夏、秋)において季節間冷温貯蔵等の冷熱源へ用いる。上記冷熱コレクタは、冷温貯蔵庫等の外に置き冬期の自然冷熱環境から冷熱を吸収する。上記蓄冷管は、多数の充填物(カプセル等)及び冷媒で満たされている。左記充填物内には冬期の上記自然冷熱環境から冷熱コレクタを用いて得られる低温度で凝固する液体が満されている。
【選択図】図1
Description
(1)寒冷外気による氷塊の製造
寒冷外気冷熱エネルギにより大きな氷塊を製造し、季節間冷温貯蔵及び冷房へ利用する方式の以下の研究・実用化が行われている。
a)堂腰純らは、冬期に寒冷外気をファンにより蓄冷用室内(水を満たしたバスケット、または水槽を多数配置)に導き氷塊を得る方式の研究・実用化を行っている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)。
b)Vigneaultらは、氷塊の生成において氷の成長厚みの増加による伝熱抵抗の増大を防ぐ方式として寒冷外気中で断続的に散水を行い氷を成長させる方式の研究を行っている(例えば、非特許文献2参照)。
(2)雪の利用
媚山政良らは、冬期積雪を貯雪庫へトラック及び除雪機等を用い堆積し、季節間冷温貯蔵及び冷房へ利用する方式の研究・実用化を行っている(例えば、非特許文献3参照)。
氷冷熱の利用においては 1.冬期自然冷熱環境からの蓄冷が主に寒冷外気の温度の利用であり、氷生成のための自然冷熱環境影響要因(外気温度、風速及び放射冷却量)を生かしていない。 2.また、冬期の氷の生成において以下の伝熱問題を抱えている。1)寒冷外気の(寒冷外気側境膜の)伝熱抵抗が大きい。2)氷の熱伝導率は小さく(2.2 W・m−1・K−1(0℃))、このことによる氷の成長厚みの増加による伝熱抵抗の増大が大きい。
蓄冷管は、多数の充填物(カプセル等)及び冷媒で満たされている。左記充填物内には冬期の上記自然冷熱環境から下記冷熱コレクタを用いて得られる低温度で凝固する液体(蓄冷材(水等))が満(若干空隙)されている。左記構造によりこの蓄冷管は、(冬期の蓄冷において)冷媒単位容積当たりの蓄冷材凝固生成面積が格段に増加され、かつ蓄冷材凝固層の成長厚みの増加による伝熱抵抗の増大を低下させた高熱効率の構造となっている。
冷熱コレクタは、冷温貯蔵庫等の建築物の外に置かれ冬期の自然冷熱環境(外気温度、風速、放射冷却)から冷熱を冷媒に吸収することを目的としている。この冷熱コレクタは、傾斜多数管(管列の傾斜配列構造)の管内へ冷媒が流れ、冷媒単位容積当たりの冷熱吸収能力の各段に増加された以下の構造及び配置となっている。
a)冷媒単位容積当たりの冷却面積が、多数の管の構造であることにより外気温度、風速に対して格段に増加されている。なお、風速はフアンによるものであってもよい。
b)管列の傾斜配列構造は、管列の垂直配列構造に比べ天空への放射面積を増加させ、天空への放射冷却量を増加させる。さらに、この冷熱コレクタは、左記放射冷却効果を高効率化させるため、その傾斜多数管を高熱放射率表面(黒色等)管、または透明管とし、左記透明管の場合は冷媒を黒色等の高熱放射率の液体とする。
c)日中の日射による冷媒の温度上昇を防ぐため傾斜面の天空側垂直軸を北側向きに、また日射を遮蔽する構造物及び建築物により遮蔽して置かれる。
d)なお、夏期等の温暖期には、傾斜多数管の管内への冷媒の循環は行わない。
冷媒は、冬期に上記冷熱コレクタと蓄冷管を循環し、冷熱を冷熱コレクタから蓄冷管へ移動させ蓄冷管充填物内の蓄冷材を凝固させる。左記冷媒は、本システム使用の冬期の自然冷熱環境で凍結を生じない無機(塩化カルシウム、酢酸カリウム等)、有機(プロピレングリコール、エチレングリコール等)またはそれら無機、有機の混合物の不凍結溶液を用いる。不凍結溶液への自然冷熱環境冷熱の吸収は、左記冷熱エネルギの高密度化となり、また冷熱エネルギの利用性を格段に向上させる。
本システムの冬期の蓄冷には、夜間時間帯の積極的利用が望まれる。夜間の外気温度は、(一日の平均外気温度に対して)低温度が長時間維持される。このため蓄冷材の凝固物の生成量が多く、さらに低コストな夜間電力が利用できることになる。
従来の冬期雪氷の季節間冷温貯蔵及び冷房等への利用技術は、
氷冷熱の利用においては 1.冬期自然冷熱環境からの蓄冷が主に寒冷外気の温度の利用であり、氷生成のための自然冷熱環境影響要因を生かしていない。しかし、本発明では、上記冷熱コレクタの構造により冬期の外気温度、外気風速及び天空放射冷却の3条件を積極的に生かしている。このことは、左記3条件の内の2つ、または1つの条件が劣っていても、本システムの利用地域と成り得る可能性を持つ。このことは、従来氷冷熱の利用が困難であった温暖寒冷地域等での利用が可能となることを意味することになる。
図1,2における本発明のシステムは、基本的に蓄冷管S1,S2、冷熱コレクタR及び冷媒Jから構成される。冷媒Jは、冬期に蓄管冷S1,S2と冷熱コレクタRを循環する。なお、温暖期には、冷熱コレクタRへの冷媒Jの循環は行わない。以下に各構成要素別にその働きを詳細に述べる。
r1 大口径管
r2 小口径管
S1,S2 蓄冷管
C カプセル
J 循環不凍液体(冷媒)
P 冷媒循環ポンプ
A 冷温貯蔵庫
F 日射遮蔽物
G 穀物
Claims (7)
- 冬期の自然冷熱環境(外気(温度、風速)及び天空放射冷却)の冷熱を蓄冷管に蓄冷し、温暖期(春、夏、秋)においてその冷熱を季節間冷温貯蔵等の冷熱源へ用いる以下の蓄冷管・槽(以下蓄冷管)、冷熱コレクタ及び循環不凍液体(以下冷媒)からなるシステム。
(1)蓄冷管
蓄冷管には、充填物(カプセル等)が充填されており、充填物内には上記の冬期自然冷熱環境から冷媒に得られる冷熱温度で凝固する液体(以下蓄冷材)が満(若干空隙)されている。充填物間の空隙には冷媒が満たされている。
上記蓄冷管は、冷温貯蔵庫内に置かれ、温暖期において蓄冷管低温度外表面の空気自然対流及び放射冷却により貯蔵庫内の温熱を吸収し貯蔵庫内を冷却する。
また、この蓄冷管は、蓄冷管低温度外表面の結露により、貯蔵庫内を高湿度に保持する。
(2)冷熱コレクタ
冷熱コレクタは、上記の冬期自然冷熱環境から冷熱を冷媒に吸収することを目的としている。この冷熱コレクタは、傾斜多数管の管内へ冷媒が流れ、冷媒単位容積当たりの冷熱吸収能力の各段に増加された以下の構造及び配置とする。
a)冷熱コレクタは、屋外寒冷外気中に置かれ、冷熱コレクタの傾斜面の天空側垂直軸を北側に向け、かつ昼間の日射を遮蔽して置かれる。
b)傾斜多数管は、高熱放射率表面(黒色等)管、または透明管とし、左記透明管の場合は冷媒を黒色等の高熱放射率の液体とする。
c)温暖期には、傾斜多数管の管内への冷媒の循環は行わない。
(3)冷媒
冷媒は、冬期の自然冷熱環境の上記冷熱コレクタ内で不凍の液であり、冬期に上記冷熱コレクタと蓄冷管を循環し冷熱を移動させ蓄冷管充填物内の蓄冷材を凝固させる。 - 請求項1において、冬期の冷熱コレクタから蓄冷管への冷媒の流れを自然落水としたシステム。
- 請求項2において、冷熱コレクタにおける冷媒の温度の低下が十分でない場合、自然落水流量を減少、または停止させ冷熱コレクタ内の冷媒の温度を低下させる仕組みを持たせた冷熱コレクタを用いたシステム。なお、左記自然落水の停止の場合は、冷媒が必要低温度になった時点で自然落水させる。
- 請求項1又請求項2又請求項3において、蓄冷管の外表面にかび防止及び防汚効果をもたせたもの。
- 請求項1又請求項2又請求項3又請求項4において、冷管内の充填物の充填密度を高めるため、大きさの異なる2種類以上の充填物を充填した蓄冷管を用いたもの。
- 請求項1又請求項4又請求項5の構造の蓄冷管を屋内または屋外に保温して設置し、かつ請求項1又請求項2又請求項3の冷熱コレクタ及び請求項1の冷媒を用い、冬期に蓄冷管に蓄冷を行い、温暖期に(蓄冷管から)左記冷媒を被低温度化箇所・物へ直接循環することにより、またはその冷媒を冷凍機の温熱源として用い被低温度化箇所・物へ用いるシステム。
- 請求項1又請求項4又請求項5の蓄冷管の構造及び屋内への設置において、冬期間に冷温貯蔵庫内の冷熱を蓄冷管外表面から吸収し、かつ充填物内の液体の凝固を未完了状態に保つことにより、冬期の貯蔵庫内の温度を外気の温度よりも高く保ち農作物等の冬期の凍結障害防止の貯蔵技術とした蓄冷管。
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