JPH02219933A - 蓄冷システム - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍機、蓄冷容器、ポンプ、これ等の機器を
接続する配管及びこれら機器間を循環する媒体等により
構成される蓄冷システムに関するものである。

〔従来技術〕

従来、夏期、昼間の冷房等による重力をピークカットす
る目的で、夜間に冷水を製造し、該冷水を貯蔵しておき
、昼間にこの冷水により冷房を行なうシステムがある。

しかしながら、この場合は冷熱を水の顕熱によってのみ
蓄えるので、昼間の冷房負荷をまかなうためには、膨大
な蓄水量が必要であった。

このため、最近では冷水にかわり氷を蓄えるシステムが
注目されている。即ち、このシステムは氷の潜熱を利用
して冷熱を蓄えるので水に比べて約１／１０の容積で蓄
冷することが可能であることから、近年の地価高騰に対
し、システムの設置スペースが小さくて済むという利点
を有している。

第３図は一般に使用されている氷蓄熱システムの例を示
す図である。冷凍機は圧縮機１０１、凝縮器１０２、減
圧装置１０３、蒸発器１０４、これら機器間を接続する
冷媒配管１１１，１１２゜１１３，１１４から構成され
ている。圧縮機１０１にて圧縮された冷媒は凝縮器１０
２において、総風機１２１により送られる外気等により
冷却及び凝縮する。凝縮した冷媒体は減圧装置１０３に
より減圧され低温となり、冷媒配管１１３により蒸発器
１０４に送り出される。この蒸発器１０４において冷媒
体は、配管１４１から送られるブラインにより、加熱蒸
発され、再び圧縮機１に戻り循環している。

一方、ポンプ１３１により配管１４１から送られてくる
ブラインは、蒸発器１０４で冷却され、配管１４２を通
って蓄冷容器１３２に送られ、蓄冷容器１３２中の水を
氷結させながら、自身は加熱され、配管１４３を通って
ポンプ１３１に戻る。

上記構成の氷蓄熱システムは夜間冷房負荷のない時に、
上記のように運転し、氷を蓄冷していく。また、昼間の
冷房負荷時には、配管１５１から送られる冷房負荷流体
が直接蓄冷容器１３２に送られ、氷の潜熱により直接冷
却きれ、配管１５２から冷房負荷に供される。勿論、昼
間時においても冷凍機は運転を続けており、その冷房能
力から足らない分だけが解氷されるのである。従って氷
蓄熱システムでは夏期昼間の電力のピークカットや、冷
凍機の／Ｊ％容量化、設置面積がノ」蔦さくで済む等の
利点を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような氷蓄熱システムには、下記のよ
うな重大な問題点を有している。即ち、第１に蓄冷容器
１３２内に直接冷房負荷流体が送られるので、その通路
が必要なこと、またブラインとの熱交換のためにフィル
があったり１．て、蓄冷容器１３２内に作られるＩ　Ｐ
Ｆ（総容積に対する氷の体積比）が約３０％〜５０％で
あり、蓄冷容器が大きくなってしまうので氷蓄熱の利点
が生かきれない。

第２に氷結が進んでくると、ブラインと水閘の伝熱が悪
くなってくる。

第３に氷結時に水より太りは体積が大きくなるので、蓄
冷容器の破裂事故等を起こし易く、安全性においていま
一歩で、且つメンテナンスが大変である。

第４に昼間運転時の冷凍機の蒸発温度が、製氷時と同等
の約−１５℃と低くする必要があり、効率が悪い。本発
明は上述の点に鑑みてな妨れたもので、小型で、蓄冷容
器内の伝熱効率が良く、安全でメンテナンスが容易で且
つ蓄冷効率のよい蓄冷システムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明は蓄冷システムを、冷凍
機、蓄冷容器、ポンプ、これらの機器を接続する配管及
びこれら機器間を循環する媒体等により構成される蓄冷
システムにおいて、蓄冷容器内に水を保持した高吸水性
樹脂体を充填し、蓄冷時に冷凍機により冷却された媒体
により高吸水性＃Ｍ詣体を冷却し、該高吸水性樹脂体に
保持された水を氷結させ、この氷の潜熱により蓄冷する
ことを特徴とする。

〔作用〕

蓄冷システムを上記の如く構成することにより、冷凍機
で冷却された媒体と水を保持する高吸水性樹脂体が直接
接触して熱交換するので伝熱が非常によくなる。

また、そのために熱交換のためのコイル等が不要になり
ＩＦＦが大きくなり冷却容器をコンパクトにすることが
できる。

また、高吸水性樹上そのものに、氷結時の体積膨張分の
空間があるのでこの体積膨張により起こる事故等もなく
、安全性、確実性が向上し、且つメンテナンスが賽易に
なる。

更に、昼間運転時の冷凍機の蒸発温度は製氷時よりも約
１５℃高い約０°Ｃであるので、従来のものに比べて非
常に効率が良くなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る蓄冷システムの構成を示す図であ
る。冷凍機は圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、蒸発器
４、これらの機器を接続する冷媒配管１１，１２，１３
．１４から構成されている。ＥＥ圧縮機にて圧縮された
冷媒は、凝縮器２において、送風機２１により送られる
外気などにより冷却される。この凝縮器２で凝縮した冷
媒体は減圧装置３により減圧きれ低温となり、蒸発器４
において配管４２かも送られてくる媒体により加熱、蒸
発され、再び圧縮機１に戻り循環している。一方ボンブ
３１により配管４１、三方向弁３４、配管４２を通って
送られる媒体は蒸発器４で冷却され、配管４３、流量調
節弁３５、配管４４を通って蓄冷容器３２に送られる。

蓄冷容器３２内には水を保持した粒状高吸水性の樹脂体
３３が充填されており、冷凍機により冷却された媒体は
これら樹脂体３３の粒間の間隙を流れ、それと直接接触
熱交換して、その高吸水性の樹脂体３３内に保持された
水を氷結させ、自身は加熱され配管４５を通ってポンプ
３１に戻り循環している。夜間冷房負荷のない時は上記
のように運転して冷熱を氷の潜熱の状態で蓄えていく。

一方、昼間、冷房負荷のある時は、三方弁３４が切り替
わって、ポンプ３１から出た媒体は配管４６を通って熱
交換器３６に送られる。なお、媒体としては例えばＲ−
１１３やＲ−２２５のように水と溶は難い液体や、塩化
力ルシュウムブラインやエチレングリコールブライン等
の水と比重が異なるものが好ましい。

熱交換器３６では配管５１から送られる冷房負荷流体は
冷却跡れ、配管５２から出て冷房負荷に供される。また
、熱交換器３６にて加熱され、出た媒体は配管４７、三
方向弁３４、配管４２を通って冷凍機の蒸発器４に送ら
れ、冷却される。そして配管４３、流量調節弁３５を通
って蓄冷容器３２に送られ、この蓄冷容器３２内の高吸
水性の樹脂体３３内にある氷結した氷により、更に冷却
され、ポンプ３１に戻り循環する。

上記実施例においては、特に製氷時にも解氷時にも冷凍
機により冷却きれた媒体により、直接接触熱交換を行な
うので、伝熱性能が非常によく蓄冷容器３２内の氷の製
造能力が大きい。

また、高吸水性の樹脂体３３は、例えば粒状であったり
、スポンジ的な空洞を有する構造であるから、氷形成時
の体積膨張は、粒間に吸収され、従来の氷結による体積
膨張で破壊等の事故がなく、メンテナンスが容易となる
。

また、昼間冷房時の冷凍機内の蒸発器４の温度レベルを
言えば、例えば第３図に示す従来例において、配管１５
１内の冷房負荷流体温度は１２℃で配管１５２内では７
℃となり、蓄冷容器１３２では５℃に冷却される。一方
蓄冷容器１３２内は氷なので略０℃に保たれる。従って
、冷凍機によって熱を取るためには配管１４３内のブラ
イン温度は少なくとも０℃以下にしなければならず、一
般には一５℃、配管１４２内のブライン温度は一１０℃
程度となるから、蒸発器１０４の冷媒蒸発温度は一１５
°Ｃとなり、冷凍機のｃｏｐ（成績係数）は非常に悪い
。

これに対して本実施例では配管５１．配管５２内の冷房
負荷流体の温度がそれぞれ１２℃、７°Ｃであると、配
管４６．配管４７内の媒体温度はそれぞれ２℃、７℃程
度となる。この７℃から２℃に冷やすために蒸発器４と
蓄冷容器３２がシリーズになっているので、配管４３内
では略４３５℃程度となる（蒸発器４で取る熱量と解氷
によって取る熱量を同等と考えて）、従って、蒸発器４
内の冷媒蒸発温度は約０°Ｃとなり、従来形に比べ蒸発
温度が非常に高くなり冷凍機のＣＯＰが非常によくなる
。

この冷凍機の蒸発温度をもっと高くする蓄冷システム構
成を第２図に示す。同図において、第１図と同一符号を
付した部分は同−又は相当部分を示す。このシステムは
図示するように、冷凍機内に氷蓄熱用の蒸発器４と昼間
冷房時用の蒸発器７を並列に配置するものである。冷房
負荷流体の配管５１，５２．５３内で温度はそれぞれ１
２℃。

９．５℃、７℃の如くなるので、蒸発器７内の蒸発温度
は約５℃となって冷凍機のＣｏＰはより向上する。なお
、第２図において、８，５は弁、６は減圧装置、３７は
三方向弁である。

第２図の蓄冷システムにおいて、蓄冷時は弁５を開き、
弁８を閉じ、三方向弁３４．３７の開き方向は配管４１
→配管４２→配管４３と媒体が流れるようになる。また
、昼間冷房時は弁５を閉じ、弁８を開き、三方向弁３４
．３７の開き方向は配管４．９→配管４２→配管５０と
なり、蓄冷時と放冷時でこれらの弁が切りかわる。

以上の説明は、冷凍機により冷却された冷媒を用いて蓄
冷を行なう場合であった。更に、第４図に孕おいて、冷
凍機は圧縮機１、凝縮器２、減圧装置３、蓄冷容器３２
及びこれらの機器を接続する冷媒配管１１，１２，１３
．１４から構成されている。蓄冷容器３２内には高吸水
性の樹脂体３３に保たれた水が充填してあり、それ以外
に冷媒負荷流体用の配管５１．５２が施されている。

上記装置において、蓄冷時には冷凍機内を作動する媒体
により直接冷却されて蓄冷容器３２内の高吸水性の樹脂
体３３に保持された水を氷結させる。一方、放冷時には
この氷結した氷により配管５１より送られる冷房負荷流
体を冷却する。

上記のように冷凍機内を作動する媒体により直接蓄冷を
行なう構成の場合も上述の作用効果を有することは勿論
である。この場合“樹脂体に保持された水と接触する媒
体″と“冷媒”とが同一なので、冷媒としてもまた媒体
としても好ましい例えばＲ−１３４ａなどが用いられる
。

本発明の別の態様としては下記のようなシステムがある
。

その一つは、冷凍機部分と蓄冷容器３２を連絡する配管
４２，４３，４４、バルブ３４．３５などを一体として
、“室外ユニット”としたエアコンシステムである。こ
の場合は第１図の負荷流体用の配管５１は室内空気の還
気、配管５２は吹出空気となる。このシステムは両ユニ
ットのＪ略記管内の液体がＲ−１１３やＲ−２２５など
の液体が使用されるので、従来のセパレート形エアコン
のように圧力が高くなく、また、水を用いるシステムと
比較して凍結のおそれもない。更に、室内ユニットを第
５図の３６．３６’　、３６”のように複数台とする多
室冷房システムの設計が容易となる。即ち、従来の多室
冷房システムは配管部内流体が相変化を伴う冷媒である
ので、両二ニットの配置などが制限されるなどの欠点が
あったが、このシステムではこの欠点を解消できる。ま
た、夜間や朝など長期間運転による負荷平準化により、
１室冷房の場合の通常の電源容量で２〜３室の冷房が可
能となる。

また、別のシステムとしては、ｒ高吸水性樹脂体が媒体
と共に冷凍機と蓄冷容器間を循環するシステム」である
。即ち、第２図において、配管４３から媒体と媒体内に
混入した高吸水性樹脂体が蒸発器４に流入して冷却きれ
ることになる。この方式では媒体と高吸水性樹脂体が一
緒に流動するので、この両者の熱伝達が良いという長所
がある。

また、配管４９，４３，４４．４８が長い場合はこれら
の配管が、蓄冷容器を兼ねることになるので、蓄冷容器
３２を省略できる場合もある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、蓄冷容器内に水を
保持した高吸水性樹脂体を充填し、蓄冷時に冷凍機によ
り冷却された媒体により高吸水性樹脂体を冷却し、高吸
水性樹脂体に保持された水を氷結させてこの氷の潜熱に
より蓄冷するので、下記のような優れた効果が得られる
。

（１）蓄冷容器内の有効氷結体積が増え、蓄冷容器をフ
ンバクトにすることが可能となる。

＜２）媒体と高吸水性樹脂体に保持された水との間で直
接接触熱交換を行なうので、蓄冷容器内での製氷時と解
氷時の伝熱が極めて良好となる。

（３）氷結時の体積膨張は、高吸水性樹脂体の粒間の空
間に吸収されるから、体積膨張により破壊等の事故がな
く、安全性、確実性が向上し、メンテナンスが容易とな
る。

（４〉また、蒸発器内の冷媒蒸発温度が従来形に比べ非
常に高くなり冷房負荷運転時の冷凍機のＣＯＰが非常に
よくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明に係る蓄冷システム
構成を示す図、第３図は従来の蓄冷システム構成を示す
図、第４図及び第５図はそれぞれ本発明に係る他の蓄冷
システム構成を示す図である。 図中、１・・・・圧縮機、２・・・・凝縮器、３・・・
・減圧装置、４・・・・蒸発器、５・・・・弁、６・・
・・減圧装置、７・・・・蒸発器、８・・・・弁、３１
・・・・ポンプ、３２・・・・蓄冷容器、３３・・・・
高吸水性の樹脂体、３４・・・・三方向弁、３５・・・
・流量調節弁、３６・・・・熱交換器、３６．３６’　
、３６′′・・・・室内ユニット、３７・・・・三方向
弁。 出願人　株式会社荏原総合研究所 代理人　弁理士　熊谷隆（外１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷凍機、蓄冷容器、ポンプ、これ等の機器を接続
   する配管及びこれら機器間を循環する媒体等により構成
   される蓄冷システムにおいて、該蓄冷容器内に水を保持
   した高吸水性樹脂体を充填し、蓄冷時に前記冷凍機によ
   り冷却された前記媒体により前記高吸水性樹脂体を冷却
   し、該高吸水性樹脂体に保持された水を氷結させること
   を特徴とする蓄冷システム。
2. （２）前記媒体が難水溶性液体であることを特徴とする
   請求項（１）記載の蓄冷システム。
3. （３）前記媒体が水と比重が異なる液体であることを特
   徴とする請求項（１）記載の蓄冷システム。