JPH01114638A

JPH01114638A - ヒートポンプ用蓄冷槽

Info

Publication number: JPH01114638A
Application number: JP62271139A
Authority: JP
Inventors: Akira Horie; 堀江　旭; Mikio Sei; 三喜男清
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-10-27
Filing date: 1987-10-27
Publication date: 1989-05-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は、ヒートポンプ用蓄冷槽に関するものである
。

〔背景技術〕

近年、冷房用のヒートポンプに蓄冷槽を組み合わせ、夜
間等の冷房が不要である時間帯にヒートポンプを運転し
て蓄冷槽に冷熱を蓄え、この冷熱を昼間の冷房装置の運
転時に利用する冷房システムが実施されている。この冷
房システムは、冷房装置の能力を１日の最大熱負荷より
小さい値に選び、それを超える熱負荷は蓄冷槽に蓄えて
これを冷熱として昼間放出させるようにしたものであり
、冷房設備がコンパクトになることから冷房装置の設置
スペース・設備費・運転費を節約できることや、深夜電
力等の安価で間欠的なエネルギーの利用でさらに運転費
を節約できる等の利点が知られている。

第３図はこのような冷房システムの従来例を示すもので
、蓄冷槽たる水槽２１には水２３が入っており、槽内下
方に設けられている取水口２１ａと槽内上方に設けられ
ている出水口２１ｂの間に、循環ポンプ２２ａおよび冷
房用熱交換器２２ｂが管２２ｃで繋がれており、この循
環ポンプ２２ａの駆動により水２３が前記経路を循環す
るようになっている。ヒートポンプは蒸発器２４、コン
プレッサー２５、凝縮器２６および膨張弁２７を備えて
なり、水槽２１内に設置された前記蒸発器２４が水２３
から大量の熱を奪う。このようにして冷却された水が前
記冷房用熱交換器２２ｂにおける熱交換で放出する冷熱
を冷房に利用するのである。

この従来例のように、冷熱を冷水の形で蓄える冷水蓄冷
の場合、通常の冷房規模で利用するためには大量の水が
必要となり、蓄冷槽が大型になるのは避けられないこと
であった。

そこで、蓄冷槽が大型となる冷水蓄冷に代わって、最近
では、水が凝固・融解する際の大きな潜熱を利用し、氷
の形で蓄冷することも行われるようになった。氷は融解
して水になる際に水の比熱の約８０倍、７９．７　ｋｃ
ａｌ／　ｋｇの潜熱を吸収する。

したがって、蓄冷槽の容積を非常に小さくすることがで
きる。

しかし、冷房用として最終的に必要とされる冷水の温度
が１０’Ｃ程度であるのに対して、この氷蓄冷の場合、
水を氷にするために非常に低い温度（−３℃以下）に冷
却することが必須となるため、ヒートポンプの冷媒の蒸
発温度を通常−５℃〜−１゛０℃まで低下させる必要が
あり、ヒートポンプの動作係数（ＣＯＰ）が低（なる、
すなわち、ヒートポンプの能率・経済性が著しく低下す
る等の欠点があった。そのうえ、熱を吸収する際にヒー
トポンプの蒸発器２４の管壁周囲にまず氷が形成される
ので、蒸発器２４と水２３の間の伝熱がこの結氷層を介
して行われることになり、全体の熱伝達率が低下し、そ
の点でもヒートポンプのＣＯＰが低くなり、能率・経済
性が悪い等の欠点があった・〔発明の目的〕この発明は、上記事情に鑑みてなされたちであって、容
積が小さくても蓄冷容量が大きく、ヒートポンプの能率
・経済性を高く保つことができるヒートポンプ用蓄冷槽
を提供することを目的としている。

〔発明の開示〕

上記目的を達成するため、この発明のヒートポンプ用蓄
冷槽は、ヒートポンプに冷熱を供給するための冷熱源た
る水を貯えたヒートポンプ用蓄冷槽において、水に潜熱
を供給してこの水の凝固を防止する潜熱蓄熱材を槽内に
収容したことを特徴とするヒートポンプ用蓄冷槽をその
要旨とする。

以下、これを、その実施例をあられす図面を参照しつつ
詳しく説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す系統図である。蓄冷
用の水を貯える水槽１内には、潜熱蓄熱材が樹脂でカプ
セル化されてなる多数のカプセル８・・・が水３ととも
に収容され、ヒートポンプの蒸発器４も設けられている
。水槽１の側壁下方には取水口１ａが、同上方には出水
口１ｂが、それぞれ設けられており、これらと循環ポン
プ２ａおよび冷房用熱交換器２ｂが管２Ｃで繋がれてお
り、循環ポンプ２ａの駆動で水が循環するようになって
いる。潜熱蓄熱材が封入されたカプセル２は、水槽１の
上方に浮かぶように、その比重が調整されている。たと
えば、０．９９以下になるように調整されている。ヒー
トポンプは、前記蒸発器４、コンプレッサー５、凝縮器
６および膨張弁７を備えてなり、前記蒸発器４は水槽１
の内項に位置している。

循環ポンプ２ａを作動した場合、前記蒸発器４で冷却さ
れた冷水が取水口１ａを出て冷房用熱交換器２ｂに送ら
れ、熱交換によって熱を吸収したのちに、出水口１ｂを
経て水槽１に還流するようになっている。第２図はこの
発明の別の実施例を示す系統図であるが、蒸発器１４は
、水槽１１外に、別個に設けられた冷却器１９に収容さ
れている。水槽１１の側壁下方には取水口１１ａ、１１
Ｃが、同上方には出水口１１ｂ、ｌｉｄが、それぞれ設
けられている。１２ａは循環ポンプであり、前記取水口
１１ａ、出水口１１ｂおよび冷房用熱交換器１２ｂと管
１２ｃで繋がれている。１９ａは別の循環ポンプであり
、これと前記取水口１１ｃ、出水口ｌｉｄ、ともに冷却
器側壁下方に設けられた出水口１９Ｃおよび１９ｄが管
Ｌ９ｂで繋がれている。また、前記蒸発器１４、コンブ
レソサー１５、凝縮器１６および膨張弁１７は、ヒート
ポンプを構成している。なお、水槽１１内上方には、第
１の実施例と同様に、潜熱蓄熱材が封入されたカプセル
１８が収容されている。

カプセル８内に封じ込められている潜熱蓄熱材には、そ
の相転移温度が水の凝固点よりも高い０〜８℃の温度域
にある潜熱蓄熱材、たとえば、商品名サーモトップ（旭
電化工業■製、相転移温度４．５℃、潜熱量４３　ｋｃ
ａｌ／ｋｇ）やｎ−テトラデカン（Ｃ，、Ｈ，。、相転
移温度５．５℃）等が選ばれている。

この構成において、循環ポンプ２ａを作動せずにヒート
ポンプを運転すると、水槽１内の水３は、ヒートポンプ
の蒸発器４に熱を供給しつつ、それ自体は冷却されて水
温が降下する。水温が前記潜熱蓄熱材の、水の凝固点よ
り高い、相転移温度に達したとき、潜熱蓄熱材は、その
一部がカプセル２内で相変化を始め水３に潜熱を供給す
る。このため、すべての潜熱蓄熱材が相変化するまでの
間、水温はこの相転移温度に留まったまま降下せず、水
槽１内の水３の温度が氷点まで達することがない。言い
換えれば、従来の氷蓄熱のように、蒸発器４によって水
を凝固させるまでの低い温度（−３℃以下）に冷却する
必要がなく、ヒートポンプの動作係数（ＣＯＰ）を高（
保つことができる。さらに、最も水温が下がる部位であ
る蒸発器４の管壁周囲においても氷が形成することがな
く、従来のように、蒸発器４−水３間の熱伝達率の低下
やヒートポンプの熱の汲み上げの悪化が原因してヒート
ポンプのＣＯＰが低くなる等の欠点もなくなるのである
。

このようにして、水３は顕熱の形で、潜熱蓄熱材は潜熱
の形で、それぞれ冷熱を蓄え、蓄冷が実施されるのであ
る。

なお、カプセル２に封入される潜熱蓄熱材は、その全潜
熱量が、上記蓄冷実施中に水３が奪われる総熱量を上回
るように調整されていることが好ましい。このようにす
れば、水３が蒸発器４に大量の熱を奪われても、潜熱蓄
熱材がこの熱量につりあう熱量を水３に供給するので、
水３が氷点まで冷却されることは決してないからである
。

上記蓄冷時において、水槽１内の蒸発器４周囲の水が０
℃から４℃の温度域に冷却される時、この水はその温度
範囲内では密度が低くなっているので、水槽内でいわゆ
る温度成層現象が起き、常に、下層の水は温度が低く上
層の水は温度が高いという状態に保たれるため、水槽１
中上方に浮いているカプセル８が常に最も低い温度の水
と接触することになり、カプセル８内の潜熱蓄熱材は最
も効率良く熱を放出することができるのである。

冷房時には、循環ポンプ２ａを作動して冷房用熱交換器
２ｂで冷房を行う。取水口１ａを出て熱交換器２ｂで熱
交換し温められた水が出水口１ｂから水槽１内に帰って
くる。この時、上記蓄冷時とは異なり、水槽１内では、
上方になるほど高温の水の層が、下方になるほど低温の
水の層が形成される。その結果、水槽１の上方に浮いて
いるカプセル８は最も温度の高い水と接触することにな
り、潜熱蓄熱材が効率よく熱を吸収することができるの
である。

なお、これまでは、この発明のヒートポンプ用蓄冷槽の
構造について、上記実施例に基づいてのみ説明してきた
が、この発明は上記実施例に限定されるものではないの
である。

たとえば、上記実施例では、潜熱蓄熱材が樹脂でカプセ
ル化されたものであったので、体積に対する表面積が大
きく、熱交換の効率を高くすることができたのであるが
、潜熱蓄熱材は必ずしもカプセル化される必要はない。

また、潜熱蓄熱材が水中上方に浮かぶように収容されて
いたが、これらは必ずしも浮かんでいる必要はなく、比
重が大きくても、適宜の手段で水槽内上方に支持されて
おればよいのである。さらには、潜熱蓄熱材は水槽内上
方に位置しなくてもよいのである。使用される潜熱蓄熱
材としては、水を凝固点まで冷却されないようにするた
めと、冷房用に供給する冷水の温度の関係から、０℃〜
１０℃の温度範囲に相転移温度を有するものが好ましい
が、この蓄冷槽は、冷房用に供給することには限定され
ないので、必ずしもこのようなものに躍られる必要はな
い。また、第１実施例ではヒートポンプの蒸発器が水槽
内に設けられ熱交換が行われていたが、必ずしもこの方
法である必要はない。たとえば、第２実施例のように、
冷却器が別個に設けられ、蒸発器の熱交換が蓄冷槽外で
行われてもよいのであるこの発明のヒートポンプ用蓄冷
槽は、冬期は温熱を貯える蓄熱槽として用いてもよい。

このとき、熱は潜熱ではなく、顕熱の形で水に蓄熱され
るが、冷水を貯える時と異なり、常温の水と大きな温度
差を持つ温水を貯えることができるので、この発明の、
従来より小型化された、ヒートポンプ用蓄冷槽の規模で
あっても、充分な熱容量を貯えることができるのである
。

〔発明の効果〕

この発明にがかるヒートポンプ用蓄冷槽は、上記のよう
であり、ヒートポンプに冷熱を供給するための冷？！源
たる水を貯えたヒートポンプ用蓄冷槽において、水に潜
熱を供給してこの水の凝固を防止する潜熱蓄熱材を槽内
に収容しているため、容積が小さくて蓄冷容量が大きく
、ヒートポンプの能率・経済性を高く保つことができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にがかるヒートポンプ用蓄冷槽の一実
施例を利用した冷房システムを説明するための系統図、
第２図は他の実施例の同系統図、第３図は従来のヒート
ポンプ用蓄冷槽を使用した冷房システムを説明するため
の系統図である。１．１１．２１・・・水槽　４，１４．２４・・・蒸発
器　５，１５．２５・・・コンプレッサー　６．１６．
２６・・・凝縮器　７．１７．２７・・・膨張弁　８゜
１８・・・潜熱蓄熱材封入カプセル代理人　弁理士　　松　本　武　彦第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ヒートポンプに冷熱を供給するための冷熱源たる
水を貯えたヒートポンプ用蓄冷槽において、水に潜熱を
供給してこの水の凝固を防止する潜熱蓄熱材を槽内に収
容したことを特徴とするヒートポンプ用蓄冷槽。
（２）潜熱蓄熱材がカプセル化されたものである特許請
求の範囲第１項記載のヒートポンプ用蓄冷槽。
（３）潜熱蓄熱材が槽内上方の水中に保持されている特
許請求の範囲第１項または第２項記載のヒートポンプ用
蓄冷槽。