JP2624441B2

JP2624441B2 - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JP2624441B2
Application number: JP5114637A
Authority: JP
Inventors: 宣治丹羽; 孝志亀田; 誠一中西; 潔一老固
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH06249474A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、氷蓄熱式の冷房シス
テムなどに使用される氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力需要の増大に伴って昼夜における電
力負荷の格差はますます拡大する傾向にある。この電力
負荷の平準化、およびスペースの有効利用対策として氷
蓄熱装置が地域冷房、ビル冷房などに設備されるように
なってきている。

【０００３】この種、氷蓄熱装置として、例えば、特公
平４−４９０２４号公報がある。

【０００４】この装置は、水を封入した適宜の大きさの
プラスチック製のカプセル多数個を蓄熱槽に密に充填
し、夜間の低コストの電力を利用して蓄熱槽に冷媒を通
してカプセル内の水を凍結させて冷熱蓄熱し、昼間にカ
プセル内の氷を解氷して氷の保有する冷熱を取り出し、
これを空気調和などに活用して省エネルギーを図るよう
にしたもので、一般にカプセル型と呼ばれる。

【０００５】また、別の蓄熱式冷却方法として、特開平
４−６４８３９号公報がある。

【０００６】この蓄熱式冷却方法は、冷媒を吸水させた
多数の微小吸水性ポリマーと疏水性ブライン（例えば、
油）の混合物とし、この冷媒を蓄熱槽と熱交換器との間
に構成される循環経路に循環させて蓄熱槽内の冷却され
た冷媒をもって熱交換器を冷却させることにより空気な
どの目的物を冷却するようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記するプラスチック
製のカプセルを用いる氷蓄熱装置においては、次のよう
な課題がある。

【０００８】(１) 水を封入したカプセルを大量に蓄
熱槽に密に充填しなければならず、カプセル単価が高く
つくため、装置全体が高価なものとなる。

【０００９】(２) 蓄熱槽内に冷媒を通してカプセル
内の水との熱交換はカプセル表面で間接的になされ、プ
ラスチック製のカプセルは熱伝導性が悪いため、蓄熱・
放熱の時間が長い。

【００１０】(３) プラスチック製のカプセル内の水
は過冷却で凍結しにくいので、冷媒温度を下げる必要が
あり、過冷却防止材を必要とする。

【００１１】一方、冷媒として吸水させた微小吸水性ポ
リマーと疏水性ブラインの混合物を用いる蓄熱式冷却方
法においては、次のような課題がある。

【００１２】（１）微小吸水性ポリマーが繊維質の場
合、各ポリマーを形態的に完全球形にすることはでき
ず、また、冷媒が流動して管路およびポンプ内を通過す
るに際して生じる圧力変化などによって吸水状態にある
ポリマーの変形もあり、分散状態にある各ポリマーの自
立性が確実に保持できないため、疏水性ブラインに対す
る吸水性ポリマーの混合比率が高いと、冷媒流動中にポ
リマー同士の結合（絡まり）が生じ、これが次第に大き
く成長（ゲル化）して冷媒の流動に支障を来し、所期の
目的が達成できなくなる。

【００１３】（２）疏水性ブラインに対する吸水性ポ
リマーの混合比率を低くすると、冷媒流動中におけるポ
リマー同士の結合は軽減もしくはなくすることができ、
冷媒の安定した流動性は得られるが、冷熱中に含まれる
水量が減少するので蓄熱量を著しく低下させる。

【００１４】この発明は上述の点に鑑みなされたもので
あって、蓄熱槽内において水／氷結体と冷媒を直接に接
触させて熱交換を行い、しかも、両者の接触面積を拡大
して熱交換効率を高めた氷蓄熱装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めのこの発明の第１の発明の要旨とするところは、粉状
またはペレット状をなす吸水性物質を通水性資材からな
る外被体に収容し、吸水性物質を水で膨潤させて適宜大
きさの球状、棒状、その他の任意形状の含水蓄熱体を形
成し、該含水蓄熱体の多数個を水と相溶性のない冷媒と
ともに蓄熱槽内に充填し、含水蓄熱体は蓄熱槽外へ流出
しないようにし、蓄熱槽内に冷媒を流動させて含水蓄熱
体を凍結・解凍することを特徴とする氷蓄熱装置であ
り、第２の発明の要旨とするところは、吸水性繊維を布
状、縄状などに紡織した吸水体を水で膨潤させて含水蓄
熱体を形成し、該含水蓄熱体を蓄熱槽内に支持部材によ
り支持して並列状に配装充填するとともに蓄熱槽内に水
と相溶性のない冷媒を充填し、含水蓄熱体間に形成され
る隙間に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍する
ことを特徴とする氷蓄熱装置であり、第３の発明の要旨
とするところは、吸水性繊維を布状、縄状などに紡織し
た吸水体を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、該含水
蓄熱体とスペーサを蓄熱槽内に交互に配装充填するとと
もに蓄熱槽内に水と相溶性のない冷媒を充填し、スペー
サ部に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍するこ
とを特徴とする氷蓄熱装置である。

【００１６】

【作用】蓄熱槽内で冷媒と含水蓄熱体を形成する水は相
溶性がなく、冷媒は含水蓄熱体の間を流動して含水蓄熱
体の水／氷結体と直接に接触して水の凍結・解凍が行わ
れる。従って、冷媒と含水蓄熱体との熱交換効率が高く
なる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。

【００１８】図１はこの発明の装置の概略構成図であ
る。

【００１９】図において、１は蓄熱槽、２は蓄熱槽１内
に冷媒３とともに充填される含水蓄熱体である。

【００２０】蓄熱槽１は、密閉構造とされる円筒縦型、
横型、角型などに構成され、対向的に冷媒の出入り口４
ａ，４ｂを有するもので、含水蓄熱体２は蓄熱槽１外へ
流出しないようにしている。

【００２１】冷媒３は、凝固点マイナス１０°Ｃ以下、
沸点５０°Ｃ以上の水と相溶性のない有機化合物、例え
ば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素、四塩化炭素等の有機ハロゲン化合
物、アルキルポリシロキサン等の有機珪素化合物などが
用いられる。

【００２２】この発明の第１実施例の含水蓄熱体２は、
図２に示すように、吸水性の粉状またはペレット状樹脂
などの吸水性物質２ａを通水性資材からなる外被体２ｂ
に収容し、吸水性物質２ａを水で膨潤させた状態で適宜
大きさの球状、棒状、その他の任意形状をなすようにし
たもので、蓄熱槽１内において冷媒３中で半浮遊状態に
あって冷媒３と直接に接触させている。ここで用いる通
水性のある外被体２ｂの材料としては、織布、不織布、
和紙、細かいメッシュの金属または合成樹脂製の網など
が用いられ、外被体２ｂの大きさとしては、吸水性物質
２ａが水で膨潤して蓄熱槽１外に漏出しないように設定
される。

【００２３】なお、上記する第１実施例において、蓄熱
槽１内に冷媒３とともに含水蓄熱体２を充填して、蓄熱
槽１下部における含水蓄熱体２に対して上部含水蓄熱体
２からの圧縮力が掛からないようにするために、蓄熱槽
１内の適所に棚段５を設けるようにしてもよい。

【００２４】また、冷媒３として、例えば、シリコーン
オイル（アルキルポリシロキサン）を用いる場合、シリ
コーンオイルを蓄熱槽１の上部に空間をもたせた状態で
満たし、これに含水蓄熱体２を投入し、蓄熱槽１を含水
蓄熱体２と冷媒３で満たし、シリコーンオイルの比重は
１で含水蓄熱体２の比重１と同じくするから、含水蓄熱
体２の比重調整は必要なく含水蓄熱体２はシリコーンオ
イル中に全体に亘って漂い、含水蓄熱体２の水がシリコ
ーンオイルに接触する。

【００２５】また、冷媒３としてヘキサンを使用する場
合は、ヘキサンの比重は水に比べて小さいので、含水蓄
熱体２にバルーンを混合するなどしてヘキサンとの比重
差が少ないようにすることが好ましい。

【００２６】この発明の第２実施例の含水蓄熱体２は、
図３に示すように、吸水性繊維を布状、縄状などに紡織
した吸水体２ｃを水で膨潤させて形成し、該含水蓄熱体
２を蓄熱槽１内に並列状に配して支持部材１ａにより懸
垂状態に支持して充填したもので、隣合う含水蓄熱体２
間に形成される隙間に冷媒３を流動させるようにしてい
る。

【００２７】この発明の第３実施例の含水蓄熱体２は、
図４に示すように、吸水性繊維を布状、縄状などに紡織
した吸水体２ｃを水で膨潤させて形成し、該含水蓄熱体
２とスペーサ２ｄを蓄熱槽１内に交互に配して充填した
もので、スペーサ２ｄ部に冷媒３を流動させるようにし
ている。ここで用いるスペーサ２ｄは冷媒３が通過する
部分であるから、網状体、連続多孔体などのように含水
蓄熱体２間に空間を保持し、かつ、冷媒３を通過せしめ
る作用を有する適宜の物体が選択される。

【００２８】なお、上記する第２実施例および第３実施
例において用いられる吸水性繊維としては、セルロース
繊維を一部カルボキシメチルセルロース化したもの、ア
クリル繊維の外層をポリアクリル酸塩化したものなどが
ある。

【００２９】また、吸水体２ｃは、吸水繊維を布状、縄
状などに紡織する方法、または紡織した繊維を上述のよ
うにカルボキシメチルセルロース化やポリアクリル酸ナ
トリウム化して吸水性を与え、布状、縄状などにする方
法があり、いずれも適用可能である。

【００３０】また、含水蓄熱体２の大きさは、蓄熱槽１
の使用される状況によって決められるが、布状のもので
は厚さ１mm〜１００mm（特に５mm〜２０mm程度が最
適）、幅５０mm以上、長さ１０００mm以上のものが好ま
しい。

【００３１】図５はこの発明の装置を冷房システムに適
用した一例を示すシステムの構成図である。

【００３２】蓄冷時には、含水蓄熱体２および冷媒３を
充填した蓄熱槽１と、冷凍機６間に冷媒３を循環させ
る。ここで、冷媒３の冷熱が含水蓄熱体２に伝達されて
含水蓄熱体２は凍結して冷熱蓄熱がなされる。このよう
に冷熱蓄熱した冷熱を取り出すには、蓄熱槽１と水熱交
換器７間に冷媒３を循環させて凍結した含水蓄熱体２と
熱交換し、また、水熱交換器７と冷房負荷８との間に冷
房用水を循環させて冷房に利用する。ただし、冷房負荷
８が小さい時には蓄熱槽１と水熱交換器７との中間に設
けた補助循環ライン９、および三方弁１０を介して冷媒
３の一部を水熱交換器７との間に循環させて温度の調整
を行う。また、三方弁１０の制御は水熱交換器７と冷房
負荷８との間に流動する冷房用水温度を検出器１１によ
り検出して行う。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したこの発明によれば、次の
ような効果を奏する。

【００３４】(１) 蓄熱槽内において冷媒と含水蓄熱
体を形成する水は相溶性がなく、蓄熱槽内において含水
蓄熱体の水／氷結体と冷媒が直接接触させて熱交換を行
うから、表面熱伝達率を高めることができて冷媒を有効
に冷却して熱交換効率が高い。

【００３５】(２) 含水蓄熱体は、吸水性繊維をはじ
め、吸水性の粉末、ペレット状樹脂など、市販の吸水性
物質が使用されるから、装置が安価に提供できて経済的
な冷熱蓄熱が可能で、従来のカプセル型の氷蓄熱装置に
比べて汎用性があり、どこでも簡単に実施できる。

【００３６】（３）含水蓄熱体を形成する水／氷結体
は蓄熱槽内にあって、冷媒と共に蓄熱槽外には流動する
ことがないから、含水蓄熱体中の水量と冷媒量の比率な
どにとらわれることなく熱交換効率を高くすることがで
きる。

【００３７】（４）製氷機や製氷管などを必要としな
いから、設備を小型化でき、また、蓄熱槽の空間に占め
る含水蓄熱体の比率を高めることができるので、冷熱蓄
熱密度を高くでき、配置スペースの有効利用が図られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の概略構成図である。

【図２】この発明の第２実施例の含水蓄熱体の断面図
である。

【図３】この発明の第３実施例の含水蓄熱体の一部断
面図である。

【図４】この発明の第４実施例の含水蓄熱体の横断面
図である。

【図５】この発明の装置を冷房システムに適用した一
例を示すシステムの構成図である。

【符号の説明】

１…蓄熱槽２…含水蓄熱体３…冷媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者老固潔一兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内 (56)参考文献特開平４−366333（ＪＰ，Ａ) 特開平２−219933（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】粉状またはペレット状をなす吸水性物質
を通水性資材からなる外被体に収容し、吸水性物質を水
で膨潤させて適宜大きさの球状、棒状、その他の任意形
状の含水蓄熱体を形成し、該含水蓄熱体の多数個を水と
相溶性のない冷媒とともに蓄熱槽内に充填し、含水蓄熱
体は蓄熱槽外へ流出しないようにし、蓄熱槽内に冷媒を
流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍することを特徴とす
る氷蓄熱装置。
【請求項２】吸水性繊維を布状、縄状などに紡織した
吸水体を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、該含水蓄
熱体を蓄熱槽内に支持部材により支持して並列状に配装
充填するとともに蓄熱槽内に水と相溶性のない冷媒を充
填し、含水蓄熱体間に形成される隙間に冷媒を流動させ
て含水蓄熱体を凍結・解凍することを特徴とする氷蓄熱
装置。
【請求項３】吸水性繊維を布状、縄状などに紡織した
吸水体を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、該含水蓄
熱体とスペーサを蓄熱槽内に交互に配装充填するととも
に蓄熱槽内に水と相溶性のない冷媒を充填し、スペーサ
部に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍すること
を特徴とする氷蓄熱装置。