JP4549518B2 - 蓄熱槽、及びこれを備えた蓄熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、夜間電力を使って氷蓄熱し、これを昼間の冷房空調に利用する蓄熱槽、及びこれを備えた蓄熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力供給の増加に対する発電供給能力の逼迫から、夜間電力を有効利用して電力供給の平準化を図る試みが実用化されている。この観点から、発電供給能力に余裕のある夜間電力を蓄え、昼間の需要最盛時に利用するものとして、電力を氷蓄熱する技術がある。
【０００３】
氷蓄熱する技術は、例えば、特開平７−１９０６５８号公報に記載された、蓄熱部材、蓄熱槽を利用して実施されている。この蓄熱槽は、複数の蓄熱部材を結束した蓄熱部材群と蓄熱槽とを備え、該蓄熱部材群を蓄熱槽内に配設して構成される。各蓄熱部材内には、塩化カリウム水溶液などの蓄熱剤が充填され、蓄熱槽内には熱媒体が充満されている。
【０００４】
この蓄熱槽による氷蓄熱は、夜間電力を利用してポンプを駆動し、熱媒体（冷媒）を蓄熱槽内に供給、循環する。熱媒体は、各蓄熱部材内の蓄熱剤と熱交換しながら蓄熱槽内を流通し、該熱媒体の冷熱により蓄熱剤を凝固して氷蓄熱する。
また、昼間における冷房空調は、ポンプを駆動し、熱媒体を蓄熱槽内に供給、循環する。熱媒体は、凝固した蓄熱剤と熱交換しながら蓄熱槽内を流通し、該蓄熱剤の融解による放熱（冷熱）により冷却される。そして、冷却された熱媒体は、空調機等に導入され、室内等の冷房空調に利用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄熱槽では、氷蓄熱を利用して冷房空調するとき、凝固した蓄熱剤と熱媒体との熱交換を、蓄熱部材を介在して間接的に行う構成を採用している。このため、凝固した蓄熱剤の融解による放熱（冷熱）は、蓄熱部材を通して熱媒体に伝熱されるので、氷蓄熱した熱エネルギを有効に利用して、熱媒体を充分に冷却することができない。即ち、蓄熱剤の融解による放熱の一部は、蓄熱部材を冷却するために費やされ、これにより、熱媒体を充分に冷却できないのである。この結果、熱媒体を充分に冷却するためには、氷蓄熱量を多くする必要があり、これにより多くの電力を消費することになる。衆知の如く、過冷却のままでは顕熱蓄熱が進むのみで所定蓄熱時間内に蓄熱できる冷熱量は僅かに過ぎない。例えば、水の顕熱量は１ｃａｌ／ｇ・℃に対し、水から氷への相変化に伴う潜熱量は８０ｃａｌ／ｇである。限られたスペースに所定の電力使用時間内に多くの熱量を蓄熱するためには潜熱として蓄えることが圧倒的に有利である。そのためには、速やかに過冷却状態を解消して氷生成に移行させることが必要である。
【０００６】
本発明の目的は、氷蓄熱した熱エネルギを有効に利用して、蓄熱槽内の伝熱流体を充分に冷却することのできる蓄熱槽、及びこれを備える蓄熱装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及びその効果】
本発明の請求項１に記載の蓄熱槽は、内部に空所を有する槽本体を備え、槽本体の内部空所内に蓄熱ユニットを配設し、伝熱流体を貯留してなるものである。
また、請求項１に記載の蓄熱槽は、蓄熱ユニットが、両端部の開口した外部筒体と、外部筒体内に、該外部筒体との間に空間をもって挿入された内部筒体と、外部筒体と内部筒体との間の空間に充填された伝熱流体と、空間の両端部をそれぞれ封止する２つの蓋体とを備え、冷媒供給源から供給された冷媒が内部筒体内を流通するように構成されたものである。そして、請求項１に記載の蓄熱槽は、各蓋体のうち少なくとも一方に、槽本体の内部空所と空間とを連通する流通穴を形成し、槽本体内に貯留された伝熱流体と、蓄熱ユニットの空間に充填された伝熱流体とを、流通穴を通して置換可能に構成したものである。
【０００８】
この請求項１に記載の蓄熱槽では、蓄熱ユニットの内部筒体内に冷媒を流通し、蓄熱ユニット内（空間内）の伝熱流体を冷却、凝固することにより、該冷媒の冷熱を蓄熱ユニット内の伝熱流体に氷蓄熱（蓄冷）する。また、冷房空調は、蓄熱槽内に貯留された伝熱流体を流動し、該伝熱流体と蓄熱ユニット内で凝固した伝熱流体との熱交換により、蓄熱槽内の伝熱流体を冷却する。この熱交換は、蓄熱ユニットの外部筒体を通して間接的に行われると共に、各蓋体の流通穴を通して直接行われる。そして、熱交換により、凝固した伝熱流体が適度に融解すると、蓄熱槽内の伝熱流体は、流通穴を通して蓄熱ユニットの空間内に流入し、該空間内で凝固した伝熱流体との熱交換により直接冷却される。また、蓄熱槽内の伝熱流体が空間内に流入すると、該空間内で融解した伝熱流体は、流通穴を通して蓄熱槽内に流出することになる。これにより、蓄熱槽内の伝熱流体と蓄熱ユニット内の伝熱流体とは、相互に置換され、蓄熱槽内の伝熱流体は、空間から流出する伝熱流体と直接熱交換して、急激、充分に冷却されることになる。そして、冷却された伝熱流体を利用して冷房空調を行う。
【０００９】
このように、請求項１に記載の蓄熱槽によれば、蓄熱ユニットの伝熱流体を凝固して氷蓄熱した後、蓄熱槽内の伝熱流体と蓄熱ユニット（空間）内の伝熱流体とを置換することにより、蓄熱槽内の伝熱流体を急激、充分に冷却することができる。この結果、氷蓄熱した熱エネルギを有効に利用して、蓄熱槽内の伝熱流体を充分に冷却でき、ひいては氷蓄熱量を多くすることなく、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００１０】
本発明となる請求項２に記載の蓄熱槽は、請求項１に記載のものに、蓄熱ユニットの複数個が、槽本体内に配設され、各蓄熱ユニットの内部筒体が直列的に連結されて１つの流路を形成するように構成されてなるものである。
【００１１】
この請求項２に記載の蓄熱槽では、冷媒を１つの流路内に流通することにより、各蓄熱ユニット内の伝熱流体を凝固して氷蓄熱できる。そして、蓄熱槽内に配設する蓄熱ユニットの数を適宜選択することで、氷蓄熱量を最適なものにできる。また、冷房空調は、請求項１に記載と同様に、蓄熱槽内の伝熱流体と各蓄熱ユニット内の伝熱流体とを、相互に置換することにより、蓄熱槽内の伝熱流体は、各蓄熱ユニットの空間から流出する伝熱流体と直接熱交換して、急激、充分に冷却されることになる。そして、冷却された伝熱流体を利用して冷房空調を行う。
【００１２】
このように、請求項２に記載の蓄熱槽によれば、冷房空調するとき、複数個の蓄熱ユニット内で氷蓄熱した伝熱流体と、蓄熱槽内の伝熱流体とを置換するので、蓄熱槽内全体の伝熱流体にわたって、急激、充分に冷却することが可能となる。
【００１３】
本発明となる請求項３に記載の蓄熱槽は、請求項１又は請求項２に記載のものに、空間を形成する内部筒体の外周面及び外部筒体の内摺面の、一部又は全面に氷核活性剤が塗布されてなるものである。
【００１４】
この請求項３に記載の蓄熱槽によれば、蓄熱ユニットの空間に充填された伝熱流体に接触する外部筒体、内部筒体の一部又は全面に氷核活性剤を塗布しているので、氷蓄熱において、空間内の伝熱流体の過冷却化を抑制できる。また、蓄熱ユニット内の伝熱流体に対する氷蓄熱（凝固、融解）を繰り返し実施しても、氷核活性剤が伝熱流体中に凝集することを防止できる。これにより、氷蓄熱を繰り返し実施しても、氷核活性剤の凝集を防止して、伝熱流体の過冷却化を抑制できるので、少ない消費電力により、短時間で氷蓄熱することが可能となる。衆知の如く、過冷却のままでは顕熱蓄熱が進むのみで所定蓄熱時間内に蓄熱できる冷熱量は僅かに過ぎない。例えば、水の顕熱量は１cal／g・℃に対し、水→氷の相変化に伴う潜熱量は80cal／gである。限られたスペースに所定の電力使用時間内に多くの熱量を蓄熱するためには潜熱として蓄えることが圧倒的に有利である。そのためには、速やかに過冷却状態を解消して氷生成に移行させることが必要である。
【００１５】
なお、蓄熱槽では、内部筒体を、熱伝導性に優れた金属製管体で構成し、外部筒体を、プラスチック製管体で構成することが好ましい。また、蓄熱槽では、蓄熱ユニットの空間内に充填する伝熱流体と蓄熱槽内に貯留する伝熱流体とを同一のもの、例えば、水、塩化ナトリウム水溶液、塩化アンモニウム水溶液、塩化カリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、炭酸ソーダ水溶液、エチレングリコール水溶液などの無機系及び有機系溶質を含む水溶液等を使用する。さらに、蓄熱槽では、氷核活性剤を、硫化銅、ヨウ化銀、コレステロール、メタアルデヒド、キサンタンガム、ゼオライト、繊維状タンパク質、合成ケイ酸塩、雲母、クラファイトの中から選ばれた１種類以上の物質からなるものとする。また、蓄熱槽では、槽本体の内容積に占める蓄熱ユニットの容積を５０％以上とすることが好ましい。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の蓄熱装置は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の蓄熱槽と、蓄熱槽の有する前記蓄熱ユニットの内部筒体内に冷媒を供給，循環させる冷媒供給手段とを備えてなるものである。
【００１７】
この請求項４に記載の蓄熱装置では、夜間電力を使って冷媒供給手段を駆動し、蓄熱ユニットの内部筒体内に冷媒を流通することにより、蓄熱ユニット内の伝熱流体を凝固して氷蓄熱する。蓄熱ユニットから流出した冷媒は、冷媒供給手段に戻され、該冷媒供給手段により蓄熱ユニットに循環される。また、冷房空調を実施するときには、槽本体内の伝熱流体と蓄熱ユニット内の伝熱流体とを置換することにより、槽本体内の伝熱流体を冷却する。そして、槽本体から冷却した伝熱流体を室内に循環させることにより、冷房空調を実施する。
【００１８】
このように、請求項４に記載の蓄熱装置によれば、蓄熱ユニット、蓄熱槽の有する効果により、蓄熱ユニットの伝熱流体を凝固して氷蓄熱した後、蓄熱槽内の伝熱流体と蓄熱ユニット（空間）内の伝熱流体とを置換することにより、蓄熱槽内の伝熱流体を急激、充分に冷却することができる。この結果、氷蓄熱した熱エネルギを有効に利用して、蓄熱槽内の伝熱流体を充分に冷却でき、ひいては氷蓄熱量を多くすることなく、消費電力を少なくすることが可能となる。さらに、冷媒を蓄熱ユニットと冷媒供給手段との間で循環させることにより、一定量の冷媒により氷蓄熱でき、経済的なものとなる。
【００１９】
また、蓄熱装置では、冷媒を、フレオン系冷媒又はアンモニア等の自然系冷媒、又はブライン等からなるものとする。また、冷媒の温度は、凝固点よりも少なくとも３℃以上低くすることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態における蓄熱槽、及び蓄熱装置について、図１〜図３を参照して説明する。なお、説明の便宜上、蓄熱槽を備えた蓄熱装置について説明する。また、図１は、蓄熱槽、蓄熱装置を示す模式図である。
【００２１】
図１において、蓄熱装置１は、蓄熱槽２と、複数の蓄熱ユニット３と、冷媒供給手段４と、ファン・コイルユニット５とを備えて構成される。
【００２２】
図１に示すように、蓄熱槽２は、内部に貯留空所Ｇを有する槽本体６を備え、該槽本体６の貯留空所Ｇ内に複数の蓄熱ユニット３を配設している。また、槽本体６の貯留空所Ｇ内には、伝熱流体７を充満しており、該伝熱流体７中に各蓄熱ユニット３を浸している。伝熱流体７としては、水、塩化ナトリウム水溶液、塩化アンモニウム水溶液、塩化カリウム水溶液、炭酸水素カリウム水溶液、炭酸ソーダ水溶液、エチレングリコール水溶液等の無機系及び有機系溶質を含む水溶液等を使用する。なお、伝熱流体７としては、以下、水を例に説明する。
【００２３】
図１に示すように、複数の蓄熱ユニット３は、槽本体６内で並設され、ジョイント管８を通して相互に接続されている。また、両側に位置する蓄熱ユニット３は、冷媒供給手段４に接続されている。
【００２４】
図１に示すように、冷媒供給手段４は、冷媒管９と、冷却機１０とを備えている。冷媒管９は、槽本体６内で両側に位置する蓄熱ユニット３の夫々に接続されている。また、冷却機１０は、槽本体６外側の冷媒管９中に配設され、図示しないポンプや熱交換器等により構成される。この冷媒供給手段４は、冷却機１０を駆動することにより、冷媒を各蓄熱ユニット１に供給、循環させる。また、冷媒としては、フレオン系冷媒、アンモニア等の自然冷媒、又はブライン等の液体を使用する。
【００２５】
図１に示すように、ファン・コイルユニット５は、コイル管１１と、ファン１２と、ポンプ１３とを備えている。コイル管１１は、槽本体６の上下側に夫々接続され、冷房空調する室内Ｐまで延設している。また、ファン１２は、コイル管１１に対峙して、室内Ｐに配設されている。ポンプ１３は、槽本体６外側のコイル管１１中に配設され、槽本体６内から伝熱流体７を吸引し、コイル管１１に吐出する。このポンプ１３の駆動により、槽本体６内の伝熱流体７は、槽本体６内を流動し、コイル管１１を通して室内Ｐと槽本体６との間で循環される。
【００２６】
次に、蓄熱ユニット３の具体的な構成について、図２及び図３により説明する。図２は、蓄熱ユニットを示す縦断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａから見た断面図である。
【００２７】
図２及び図３において、複数の蓄熱ユニット３は、冷媒の冷熱を氷蓄熱（蓄冷）するものである。この蓄熱ユニット３は、外部筒体１５と、内部筒体１６と、２つの蓋体１７，１８及び伝熱流体１９とを備え、各筒体１５，１６により２重筒構造にされている。外部筒体１５は、両端部の開口した円筒状に形成され、熱伝導性に優れた銅やアルミ等の金属製管体からなる。また、外部筒体１５は、熱伝導を高め、軽量化を図り、曲げ加工を容易（可塑性）にするため、強度を損なわない範囲内で薄く形成されている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、内部筒体１６は、外部筒体１５より小径の円筒状に形成されている。この内部筒体１６は、外部筒体１５内に挿入され、該外部筒体１５との間に環状空間Ｓを形成している。内部筒体１６の両端部は、外部筒体１５の両端部から夫々突出されて、ジョイント部１６ａ，１６ｂを構成している。また、内部筒体１６は、熱伝導性に優れた銅やアルミ等の金属製管体からなり、熱伝導を高め、軽量化を図り、曲げ加工を容易にするため、強度を損なわない範囲内で薄く形成されている。
【００２９】
図２及び図３に示すように、各筒体１５，１６は、２つの間隔子２０により連結されている。各間隔子２０は、リング材２１と、リング材２１の外周から放射状に突出する複数のリブ２２とから構成されている。これら各間隔子２０は、外部筒体１５内の両端部に嵌挿入され、リング材２１を内部筒体１６の外周に嵌め込むと共に、各リブ２２を外部筒体１５の内周に当接している。これにより、各間隔子２０は、内部筒体１６を外部筒体１５に対して同心に位置決めし、各筒体１５，１６の間に環状空間Ｓを形成する。
【００３０】
図２及び図３に示すように、２つの蓋体１７，１８は、外部筒体１５の両端部に夫々嵌め込まれ、環状空間Ｓの両端部を封止している。また、各蓋体１７，１８には、環状空間Ｓ内と槽本体６内とを連通する流通穴２３，２４が夫々形成されている。
【００３１】
図２及び図３に示すように、伝熱流体１９は、環状空間Ｓ内に充填され、各蓋体１７，１８の流通穴２３，２４を通して槽本体６内に流出可能にされている。
この伝熱流体１９としては、槽本体６内の伝熱流体７と同じもので、例えば、水を使用する。
【００３２】
そして、図１に示すように、複数の蓄熱ユニット３は、槽本体６内で各蓋体１７，１８が上下に位置するように各筒体２，３を並設して、各ジョイント管８により直列的に連結されている。各ジョイント管８は、互いに隣接する内部筒体１６のジョイント部１６ａ，１６ｂに嵌め込まれ、各蓄熱ユニット３を連結している。また、両側に位置する各蓄熱ユニット３は、ジョイント部１６ａ，１６ｂを通して冷媒管９に夫々接続されている。これにより、各蓄熱ユニット３の内部筒体１６、及び各ジョイント管８とは、冷媒管９により供給、循環される冷媒を各蓄熱ユニット３内に流通させる１つの流路２５を形成する。
【００３３】
次に、蓄熱装置１、及び蓄熱槽２による氷蓄熱、及び冷房空調を、図１及び図２により説明する。
【００３４】
図１に示すように、蓄熱装置１による氷蓄熱は、夜間電力を使って冷媒供給手段４の冷却機１０を駆動することにより開始する。冷却機１０は、冷媒を冷却して冷媒管９に吐出し、各蓄熱ユニット３の流路２５に供給する。この冷媒は、図２に示すように、各蓄熱ユニット３の内部筒体１６を順々に流通し、この流通において、各環状空間Ｓ内の伝熱流体１９（水）と熱交換する。これにより、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９は、冷媒の冷熱により凝固して氷結晶となって氷蓄熱（蓄冷）する。また、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９と熱交換した冷媒は、図１に示すように、流路２５から冷媒管９に流出し、冷却機１０に戻される。そして、戻された冷媒は、再び、冷却機１０により冷却された後、各蓄熱ユニット３の流路２５に循環される。このように、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９を凝固した後、冷媒供給手段４の冷却機１０を停止し、氷蓄熱を完了する。なお、蓄熱装置１では、複数の蓄熱ユニット３の伝熱流体１９を充分に凝固させるため、冷媒の温度を凝固点よりも少なくとも３℃以上低くすることが好ましい。
【００３５】
図１に示すように、蓄熱装置１による冷房空調は、昼間において、ファン・コイルユニット５のポンプ１３を駆動し、ファン１２を回転することにより開始する。ポンプ１３は、図１に示すように、槽本体６下側のコイル管１１から伝熱流体７を吸引・加圧し、室内Ｐ側のコイル管１１に吐出する。これにより、槽本体６内の伝熱流体７は、該槽本体６の上側から下側に流動しながら各蓄熱ユニット３内の凝固した伝熱流体１９（氷）と熱交換し、該氷の融解による放熱（冷熱）により冷却される。この熱交換は、図２に示すように、各蓄熱ユニット３の外部筒体１５から間接的に行われると共に、各蓋体１７，１８の流通穴２３，２４を通して直接行われ、槽本体６内で流動する伝熱流体７を冷却する。
【００３６】
図２に示すように、伝熱流体７と伝熱流体１９との熱交換により、凝固した伝熱流体１９（氷）は融解し、環状空間Ｓ内において、固液相（冷水と氷との相）の状態になる。この状態になると、槽本体６内を流動する伝熱流体７は、各蓄熱ユニット３上側の流通穴２３から環状空間Ｓ内に流入し、下側の流通穴２４から融解した伝熱流体１９（冷水と氷）を槽本体６内に流出させる。これにより、環状空間Ｓに流入した伝熱流体７は、伝熱流体１９（冷水と氷）と直接、熱交換して冷却され、槽本体６内に流出した伝熱流体１９は、伝熱流体７と直接、熱交換して、該伝熱流体７を冷却する。そして、遂には、各蓄熱ユニット３の環状空間Ｓから全ての伝熱流体１９が槽本体６内に流出され、環状空間Ｓ内は伝熱流体７に置換される。このとき、伝熱流体７，１９の置換は、槽本体６内に並設した複数の蓄熱ユニット３にて行われることから、槽本体６内の全体にわたって伝熱流体７を急激、充分に冷却する。
【００３７】
図１に示すように、冷却された伝熱流体７は、槽本体６の下側からコイル管１１に流入し、該コイル管１１を通して室内Ｐと槽本体６との間で循環される。この循環において、伝熱流体７は、ファン１２によりコイル管１１に吹き付けられる空気と熱交換し、該空気を冷却する。そして、冷却された空気は、室内Ｐに吹き出されて、室内Ｐを冷房空調する。なお、冷房空調を終了するときは、ファン・コイルユニット５のポンプ１３とファン１２を停止する。
【００３８】
このように、本発明の実施形態における蓄熱装置１、蓄熱槽２によれば、各蓄熱ユニット３の伝熱流体１９を凝固して氷蓄熱した後、槽本体６内の伝熱流体７と蓄熱ユニット３（環状空間Ｓ）内の伝熱流体１９とを置換することにより、槽本体６内の伝熱流体７を急激、充分に冷却することができる。この結果、氷蓄熱した熱エネルギを有効に利用して、槽本体６内の伝熱流体７を充分に冷却でき、ひいては氷蓄熱量を多くすることなく、消費電力を少なくすることが可能となる。
【００３９】
また、蓄熱装置１では、槽本体６内に複数の蓄熱ユニット３を並設し、これらの各蓄熱ユニット３にて伝熱流体７，１９の置換を行うので、槽本体６内の全体にわたって伝熱流体７を、急激、充分に冷却することが可能となる。この観点からして、蓄熱装置１、蓄熱槽２では、槽本体６の内容積に占める蓄熱ユニット３の容積を５０％以上とすることが好ましい。
【００４０】
次に、蓄熱装置１、蓄熱槽２における第１及び第２変形例を、図２〜図４により説明する。
【００４１】
（１）第１変形例の蓄熱装置１、蓄熱槽２：
図２及び図３において、第１変形例の蓄熱装置１は、蓄熱ユニット３に氷核活性剤３１（過冷却防止剤）を形成したものである。氷核活性剤３１は、伝熱流体１９（水）の過冷却化を抑制し、氷結晶の成長を促進するものである。この氷核活性剤３１は、環状空間Ｓを形成する各筒体１５，１６の一部又は全面に塗布され、図２及び図３では、外部筒体１５の内周面及び内部筒体１６の外周面との全面に塗布したものを示している。また、氷核活性剤３１の塗布は、各筒体１５，１６から剥離しないようにされている。氷核活性剤３１としては、硫化銅、ヨウ化銀、コレステロール、メタアルデヒド、キサンタンガム、ゼオライト、繊維状タンパク質、合成ケイ酸塩、雲母、グラファイト等の中から選ばれた１種類以上の物質とする。また、氷核活性剤３１を塗布すると、各筒体１５，１６は氷核活性剤３１の層により被覆され、該層により各筒体１５，１６の耐蝕性を高める場合もある。
【００４２】
この第１変形例の蓄熱装置１による氷蓄熱は、図１と同様に、冷媒を各蓄熱ユニット３の内部筒体１６内に流通し、冷媒と空間Ｓ内の伝熱流体１９との熱交換により、該冷媒の冷熱を氷蓄熱（蓄冷）する。この氷蓄熱の過程では、各筒体１５，１６の氷核活性剤３１により伝熱流体１９の過冷却化が抑制され、氷結晶の成長が促進される。また、各筒体２，３の全面に氷核活性剤３１を塗布すると、環状空間Ｓの全体にわたって伝熱流体１９の過冷却化が抑制され、氷結晶の成長も均一になる。このように、蓄熱装置１では、氷核活性剤３１により伝熱流体１９の過冷却化を抑制し、氷結晶の成長を促進することで、冷媒の冷熱を氷蓄熱する。
【００４３】
また、第１変形例の蓄熱装置１による冷房空調は、図１と同様に、ファン・コイルユニット５のポンプ１３を駆動し、槽本体６内で伝熱流体７を流動させる。
これにより、伝熱流体７は、各蓄熱ユニット３内の凝固した伝熱流体１９と熱交換し、該伝熱流体１９の融解による放熱（冷熱）により冷却される。そして、槽本体６内の伝熱流体７と各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９とを置換し、槽本体６内の伝熱流体７を急激、充分に冷却する。このとき、氷核活性剤３１は、融解した伝熱流体１９（水）中に凝集されることなく、各筒体１５，１６を覆っている。これにより、再び、氷蓄熱するため、冷媒を各蓄熱ユニット３の内部筒体１６に流通しても、伝熱流体１９の過冷却化を抑制しつつ氷蓄熱できる。このことは、蓄熱装置１において、氷蓄熱を繰り返し実施しても、伝熱流体１９の過冷却化を抑制しつつ氷蓄熱でき、少ない消費電力により、短時間で氷蓄熱することが可能となる。
【００４４】
（２）第２変形例の蓄熱装置１、蓄熱槽２：
図４において、第２変形例の蓄熱装置１は、図１のものに対して、コイル管１１を蓄熱槽２に接続することなく、各蓄熱ユニット３に直接接続したものである。なお、図４において、図１と同一符号は、同一部材を示し、その説明を省略する。
【００４５】
図４に示すように、コイル管１１は、並設された両側の蓄熱ユニット３であって、各ジョイント部１６ａ，１６ｂの夫々に切換え弁３１，３２により接続される。各切換え弁３１は、冷媒管９とコイル管１１との間に設けられ、各蓄熱ユニット３を冷媒管９とコイル管１１とに切換え接続する。
【００４６】
図４に示すように、ファン・コイルユニット５は、ポンプ１３に換えて圧縮機３３を備えている。この圧縮機３３は、槽本体６外側のコイル管１１中に配設され、冷媒をコイル管１１及び各蓄熱ユニット３に循環させる。また、冷媒は、冷媒管９内に循環される冷媒と同じものが使用される。
【００４７】
図４に示すように、第２変形例の蓄熱装置１による氷蓄熱は、各切換え弁３１，３２を操作して、各蓄熱ユニット３を冷媒管９に接続する。これと同時に、冷媒供給手段４の冷却機１０を駆動する。これにより、冷媒は、図１及び図２と同様に、各蓄熱ユニット３の内部筒体１６を順々に流通し、各環状空間Ｓ内の伝熱流体１９（水）と熱交換する。これにより、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９は、冷媒の冷熱により凝固して氷結晶となって氷蓄熱する。なお、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９を凝固した後、冷却機１０を停止することにより、氷蓄熱を完了する。
【００４８】
図４に示すように、第２変形例の蓄熱装置１による冷房空調は、昼間において、各切換え弁３１，３２を操作し、各蓄熱ユニット３をコイル管１１に接続する。これと同時に、ファン・コイルユニット５の圧縮機３３を駆動し、ファン１２を回転する。圧縮機３３は、切換え弁３２側のコイル管１１から冷媒を吸引・加圧し、室内Ｐ側のコイル管１１に吐出する。これにより、コイル管１１内の冷媒は、切換え弁３１から各蓄熱ユニット３の流路２５に供給され、各蓄熱ユニット３の内部筒体１６内を流通しながら凝固した伝熱流体１９（氷）と熱交換し、該氷の融解による放熱（冷熱）により冷却される。
【００４９】
図４に示すように、冷却された冷媒は、切換え弁３２からコイル管１１に流入し、該コイル管１１を通して室内Ｐと各蓄熱ユニット３との間で循環される。この循環において、冷媒は、ファン１２によりコイル管１１に吹き付けられる空気と熱交換し、該空気を冷却する。そして、冷却された空気は、室内Ｐに吹き出されて、室内Ｐを冷房空調する。
【００５０】
そして、上述のように、冷房空調を開始すると、槽本体６内の伝熱流体７（水）は、各蓄熱ユニット３内で凝固した伝熱流体１９（氷）との温度差（伝熱流体７の温度＞伝熱流体１９の温度）により、槽本体６の上側から下側に流動する。
この流動により、伝熱流体７は、各蓄熱ユニット３の凝固した伝熱流体１９（氷）と熱交換し、該氷の融解による放熱（冷熱）により冷却される。この熱交換は、図１及び図２と同様に、各蓄熱ユニット３に対して間接的、及び直接行われ、遂には、各蓋体１７，１８の流通穴２３，２４を通して、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９と槽本体６内の伝熱流体７との置換が行われる。これにより、伝熱流体７は、槽本体６内の全体にわたって、各蓄熱ユニット３内から流出する伝熱流体１９（冷水と氷）により冷却され、該伝熱流体１９の冷熱を蓄熱する。即ち、伝熱流体７は、伝熱流体１９の冷熱を蓄熱する、蓄熱剤として機能するものである。そして、各伝熱流体７，１９の温度が均衡になると、槽本体６内での流動がなくなる。
【００５１】
続いて、冷媒と伝熱流体１９との熱交換により、各伝熱流体７，１９とに温度差（伝熱流体７の温度＜伝熱流体１９の温度）が生じると、伝熱流体７は、槽本体６の上側から下側に流動する。この流動により、各蓄熱ユニット３内の伝熱流体１９は、各蓋体１７，１８の流通穴２３，２４を通して槽本体６内の伝熱流体７（冷水）と置換される。これにより、各蓄熱ユニット３内を流通する冷媒は、置換された伝熱流体とで熱交換し、該伝熱流体の冷熱により冷却される。そして、槽本体６内の伝熱流体７は、各蓋体１７，１８の流通穴２３，２４から順次、各環状空間Ｓ内に流入又は槽本体６内に流出し、冷媒と熱交換することになる。
【００５２】
この第２変形例の蓄熱装置１、蓄熱槽２では、各蓄熱ユニット３内に氷蓄熱した熱エネルギにより、冷媒を冷却すると共に、槽本体６内の伝熱流体７を冷却して蓄熱（蓄冷）する。そして、伝熱流体７の蓄熱（蓄冷）により、冷媒を冷却するものである。
【００５３】
このように、第２変形例の蓄熱装置１、蓄熱槽２によれば、図１と同様に、氷蓄熱した熱エネルギを有効に利用して、冷房空調に用いられる冷媒を充分に冷却でき、ひいては氷蓄熱量を多くすることなく、消費電力を少なくすることが可能となる。なお、第２変形例の蓄熱装置１、蓄熱槽２においても、各筒体１５，１６の一部、又は全面に氷核活性剤を塗布する構成を採用できる。
【００５４】
なお、本発明の実施形態における蓄熱装置１、及び蓄熱槽２は、図１〜図４に示すものに限定されるものでなく、次のような態様も採用できる。
（１）蓄熱ユニット３の配設数、蓄熱ユニット３の寸法は、氷蓄熱する蓄熱量や蓄熱槽２を設置する施設の収納スペース等により適宜選択される。
（２）蓄熱槽２内に配設する蓄熱ユニット３は、各筒体１５，１６を可塑性なものとすることで、図５に示すように、ジグザグ形状に曲げ加工し、図６に示すように、渦巻き形状に曲げ加工することもできる。即ち、蓄熱槽２の容積に応じて、蓄熱ユニット３の形状を適宜選択するものである。
（３）流通穴２３，２４は、各蓋体１７，１８の夫々に形成したものを示したが、少なくとも一方の蓋体１７，１８に形成することもできる。また、流通穴２３，２４の数は、１つ形成するものに限定されず、複数形成する構成も採用できる。
（４）蓄熱ユニット３の外部筒体１５は、金属製管体で構成するもに限定されず、プラスチック等の樹脂製管体により構成することもできる。特に、可塑性を有する樹脂製管体によれば、蓄熱ユニット３を配設する蓄熱槽２の容積に応じた形状にできる。また、各間隔子２０もプラスチック等の樹脂により構成すると、外部筒体１５と各間隔子２０とを一体成形できる。
（５）氷核活性剤３１は、蓄熱ユニット３の各筒体１５，１６全面に塗布するものに限定されず、これら各筒体１５，１６の一部に塗布することもできる。このとき、内部筒体１６内を冷媒が流通し、伝熱流体１９と熱交換することから、少なくとも内部筒体１６の外周面に氷核活性剤３１を塗布することが好ましい。
（６）蓄熱ユニット３の各筒体１５，１６をメッキ等の防錆皮膜で被覆することもできる。このとき、防錆皮膜上に氷核活性剤３１を塗布する。
（７）蓄熱ユニット３の各筒体２，３の形状は、円筒状に限定されず、断面４角形状、楕円形状等、種々の形状を採用できる。
（８）蓄熱装置１、蓄熱槽２では、図１に示すように、複数の蓄熱ユニット３を直列的に連結したものを結束等して蓄熱ユニット群となし、この蓄熱ユニット群を槽本体６内で複数並列的に並設しても良い。各蓄熱ユニット群の夫々には、冷媒を供給，循環できるように、冷媒管９を分岐して接続する。また、蓄熱ユニット群の数は、氷蓄熱する蓄熱量や蓄熱槽２を設置する施設の収納スペース等により適宜選択される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱槽、蓄熱装置を示す模式図である。
【図２】図１における蓄熱ユニットの具体的な構成を示す縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａから見た断面図である。
【図４】本発明の第２変形例の蓄熱槽、蓄熱装置を示す模式図である。
【図５】蓄熱槽内に配設される蓄熱ユニットの変形例を示す図である。
【図６】蓄熱槽内に配設される蓄熱ユニットの変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 蓄熱装置
２ 蓄熱槽
３ 蓄熱ユニット
４ 冷媒供給手段
５ ファン・コイルユニット
６ 槽本体
７ 伝熱流体
１５ 外部筒体
１６ 内部筒体
１７ 蓋体
１８ 蓋体
１９ 伝熱流体
２３ 流通穴
２４ 流通穴
２５ 流路

Claims (4)

1. 内部に空所を有する槽本体を備え、該槽本体の前記内部空所内に蓄熱ユニットを配設し、且つ伝熱流体を貯留してなる蓄熱槽であって、
   前記蓄熱ユニットが、両端部の開口した外部筒体と、該外部筒体内に、該外部筒体との間に空間をもって挿入された内部筒体と、前記外部筒体と前記内部筒体との間の空間に充填された伝熱流体と、前記空間の両端部をそれぞれ封止する２つの蓋体とを備え、冷媒供給源から供給された冷媒が前記内部筒体内を流通するように構成された蓄熱槽において、
   前記各蓋体のうち少なくとも一方に、前記槽本体の内部空所と前記空間とを連通せしめる流通穴を形成し、前記槽本体内に貯留された前記伝熱流体と、前記蓄熱ユニットの空間内に充填された伝熱流体とを、前記流通穴を通して置換可能に構成したことを特徴とする蓄熱槽。
2. 前記蓄熱ユニットの複数個が、前記槽本体内に配設され、該各蓄熱ユニットの内部筒体が直列的に連結されて１つの流路を形成するように構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱槽。
3. 前記空間を形成する前記内部筒体の外周面及び前記外部筒体の内周面の、一部又は全面に氷核活性剤が塗布されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄熱槽。
4. 前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の蓄熱槽と、該蓄熱槽の有する前記蓄熱ユニットの内部筒体内に冷媒を供給，循環させる冷媒供給手段とを備えてなることを特徴とする蓄熱装置。

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