JPH02293550A - 蓄冷装置 - 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、空気調和システム等の冷凍サイクルに採用
するに適した蓄冷装置に係り、特に、冷凍サイクルに必
要な冷却エネルギーを、水と冷媒の直接接触の活用によ
り蓄冷するようにした蓄冷装置に関する． 《従来技術》 従来、冷えば、ビルディングの空気調和システムの冷凍
サイクルにおいては、夜間電力の有効利用により昼間電
力消費の節約を図るため、蓄冷用水を内蔵した蓄冷槽を
その冷凍サイクルの低圧系統に介装して、同冷凍サイク
ルの循環冷媒を蓄冷槽内の蓄冷用水を通し循環させると
共にこの循環時に循環冷媒を蓄冷用水に直接接触させる
ことにより蓄冷槽内にリキッドアイスを生成し、このリ
キッドアイスの蓄冷エネルギーを昼間の冷房エネルギー
として活用するようにしたものがある．（発明が解決し
ようとする課題） ところで、このような構成において、ガス永和物を生成
する冷媒を循環冷媒として用いる場合には、上述のよう
なリキッドアイスの生成時にガス水和物が副生成物とし
て蓄冷槽内に生成されてしまう．このため、ガス水和物
を生成しない冷媒を選定しなければならないという制限
があるだけでなく、ガス水和物を生成する場合は、蓄冷
槽内の蓄冷エネルギーが、氷結温度よりも高いガス水和
物の生成温度でもって蓄わえられることとなり、その結
果、所望の温度、即ち、氷結温度での十分な蓄冷が困難
である．また、蓄冷過程において、循環冷媒が蓄冷用水
中を通るので、蓄冷用水の温度が循環冷媒のそれよりも
高過ぎると、循環冷媒の蓄冷槽内での爆発的沸騰が起り
蓄冷槽内の蓄冷用水及びガス水和物が冷凍サイクルの配
管系統に流出しこれを閉塞してしまうという不具合もあ
る．そこで、本発明は、以上のようなことに対処すべく
、蓄冷装置において、氷の生成をガス水和物の生成に優
先させるようにして氷結温度での蓄冷を十分に行うよう
にしようとするものである．（課題を解決するための手
段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、第１図に
て例示するごとく、冷凍サイクル１の低温冷媒循環通路
の上流部１ａと下流部１ｂとの間に介装されて蓄冷用水
を収容してなる蓄冷槽２と、前記蓄冷用水の温度を検出
する温度検出手段３と、前記低温冷媒循環通路の上流部
１ａから冷媒を流入されて前記蓄冷用水を非接触下にて
予冷する予冷手段４と、前記検出温度が前記蓄冷用水の
予冷完了温度より高いか否かを判別する判別手段５と、
この判別手段らの高いとの判別のとき予冷手段４への冷
媒の流入及びその後の同冷媒の前記低温冷媒循環通路の
下流部１ｂへの流出をもたらし、一方、判別手段５の高
くないとの判別のとき前記低温冷媒循環通路の上流部１
ａからの冷媒を前記蓄冷用水中に直接流入させるととも
に、その後、同冷媒を前記低温冷媒循環通路の下流部１
ｂに流出させるように制御する制御手段６とを備えるよ
うにしたことにある． （作用》 このように本発明を構成したことにより、判別手段５が
、前記検出温度の方が前記予冷完了温度よりも高いと判
別したときには、制御手段６による制御のもとに冷凍サ
イクル１の作動状態にてその低温冷媒循環通路の上流部
１ａから流出する冷媒が予冷手段４に流入する．すると
、この予冷手段４がその流入冷媒により前記蓄冷用水を
予冷する．ついで、同流入冷媒が前記低温冷媒循環通路
の下流部１ｂに流入する。

然る後、判別手段５が、前記検出温度が前記予冷完了温
度に低下したと判別すると、制御手段６による制御のも
とに上流部１ａからの冷媒が、前記蓄冷用水中に直接流
入して同蓄冷用水を冷却し、ついで前記低温冷媒循環通
路の下流部１ｂに同冷媒を流出させる．しかして、かか
る過程にて、蓄冷槽２内にては、冷媒と蓄冷用水の上述
のような直接接触のもとにリキッドアイスの生成がなさ
れ蓄冷される． （効果） このように、前記検出温度が前記予冷完了温度よりも高
い場合には、前記蓄冷用水を予冷した後に、上述のよう
に冷媒と蓄冷用水との直接接触を実現させて蓄冷するよ
うにしたので、前記予冷完了温度を前記蓄冷用水中の不
凍液濃度に対する水の凝固温度よりも高目の温度に定め
ておけば、前記蓄冷用水を前記凝固温度に近い温度に予
め冷却した上で、冷媒と蓄冷用水との直接接触による蓄
冷が常に実現されることとなる．このことは、氷の生成
を優先的にし、かつ冷媒の爆発的な沸騰による悪影響を
未然に防止しつつ蓄冷がなされることを意味する．かか
る場合、ガス水和物を生成する冷媒を用いても、氷結温
度下において、リキッドアイスが、ガス水和物よりも優
先的に生成されるので、氷結温度での十分な蓄冷が可能
となる．また、冷媒の爆発的な沸騰が起らないので、冷
凍サイクルの冷媒循環路の閉塞という問題も生じない． （実施例》 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第２
図は、ビルディング等の空気調和システムに採用するに
適した冷凍サイクルに本発明が適用された例を示してい
る．冷凍サイクルはコンブレッサ１０を備えており、こ
のコンブレッサ１０は、その電動機１０ａにより駆動さ
れて流入冷媒を圧縮し高温高圧の圧縮冷媒として配管ｐ
ｔを通しオイルセパレータ２０内に吐出する．このオイ
ルセパレータ２０は、流入圧縮冷媒中の含有オイル成分
を配管Ｐ２を通しコンブレッサ１０に還流させるととも
に、残余の冷媒成分を循環冷媒として配管Ｐ１を通しコ
ンデンサ３０に流入させるゆコンデンサ３０はその流入
循環冷媒を凝縮し凝縮冷媒として配管Ｐ４を通しレシー
バ４０に流入させる．レシーバ４０はその流入凝縮冷媒
を気液分離し液相成分のみを循゛環冷媒として配管Ｐ５
を通し膨張弁５０に流入させる．膨張弁５０はその流入
循環冷媒を膨張させ低温低圧の気液二相の膨張冷媒とし
て配管Ｐ６内に流入させる． 二方向切換型電磁弁６０は、その内蔵のソレノイド６０
ａの消磁下にて配管Ｐ６を配管Ｐ７のみに連通させ、一
方、ソレノイド６０ａの励磁により配管Ｐ６を配管Ｐ８
に連通させる．蓄冷槽７０は、不凍液（例えば、エチレ
ングリコール）を含有する蓄冷用水を収容してなるもの
で、この蓄冷槽７０内にはその底壁７１を介し、配管Ｐ
８の先端に設けたノズルＰ８ｍが、選択的に開口し、電
磁弁６０及び配管Ｐ８を介する配管Ｐ６から蓄冷槽７０
内への冷媒の噴出を許容する．また、蓄冷槽７０内には
、螺旋管からなる熱交換器８０が、蓄冷槽７０の底壁７
１から上壁７２に向けて配設されており、この熱交換器
８０は、その下端部８１にて蓄冷槽７０の底壁７１を通
し配管Ｐ？に接続され、その上端部８２にて蓄冷槽７０
の上壁７２を介し上方へ延出し二方向切換型電磁弁９０
に接続されている．しかして、熱交換器８０は、電磁弁
６０及び配管Ｐフを介し配管Ｐ６から冷媒を流入されて
、同流入冷媒に応じ蓄冷用水を冷却氷結させリキッドア
イス７３を生成してゆく。

電磁弁９０は、その内蔵のソレノイド９０ａの消磁のも
とに、蓄冷檜７０内にその上壁７２から連通する配管Ｐ
９を配管ＰＩＧに連通させる．蓄冷槽７０内の冷却の配
管Ｐ１。内への流入を許容する．また、電磁弁９０は、
ソレノイド９０ａの励磁により、熱交換器８０を配管ｐ
ｔｏに連通させて同熱交換器８０から配管ＰＩＧ内に流
入させる．水分離器１００は、配管ｐｔｏからの冷媒中
の含有水分を配管Ｐｉｔを通し蓄冷槽７０内に還流させ
、残余の冷媒を循環冷媒として配管Ｐ１２＋チェック弁
１１０及び配管Ｐｌ３を通しコンプレッサ１０に還流さ
せる． 次に、コンブレッサ１０及び両電磁弁６０．９０のため
の電気回路構成について説明すると、温度センサ１２０
は、蓄冷槽７０内の底壁７１近傍にて蓄冷用水中に配設
されて同蓄冷用水の温度を検出し温度検出信号として発
生する，Ａ−Ｄ変換器１３０は温度センサ１２０からの
温度検出信号をディジタル変換しディジタル温度信号と
して発生する．マイクロコンピュータ１４０は、第３図
に示すフローチャートに従い、Ａ−Ｄ変換器１３０との
協働によりコンピュータプログラムを実行し、この実行
中において、電動機１０ａ、ソレノイド６０ａ及びソレ
ノイド９０ａにそれぞれ接続した各駆動回路１５０〜１
７０の駆動に必要な演算処理をする． 以上のように構成した本実施例において、夜間に蓄冷槽
７０に蓄冷すべくマイクロコンピュータ１４０を作動さ
せれば、このマイクロコンピュータ１４０が、第３図の
フローチャートに従いコンピュータプログラムをステッ
プ２００ａにて実行し始め、ステップ２１０にて、初期
化の処理を行うとともに、電動機１０ａの駆動に必要な
駆動出力信号を発生し、ステップ２２０にてＡ−Ｄ変動
器１３０からのディジタル信号の値をディジタル温度Ｔ
として入力される． 上記のようにマイクロコンピュータ１４０から駆動出力
信号が発生すると、駆動回路１５０が電動機１０ａを駆
動し、コンブレッサ１０が駆動されて配管Ｐ１３から循
環冷媒を吸入圧縮し高温高圧の圧縮冷媒として配管Ｐ１
、オイルセバレータ２０及び配管Ｐ３を通しコンデンサ
３０に流入させる．すると、コンデンサ３０がその流入
圧縮冷媒を凝縮し凝縮冷媒として配管Ｐ４を通しレシー
バ４０に流入させ、同レシーバ４０が、同流入凝縮冷媒
を気液分離し、液相成分のみを循環冷媒として配管Ｐ５
を通し膨張弁５０に流入させ、同膨張弁５０がその流入
冷媒を低温低圧の膨張冷媒として配管Ｐ６内に流入させ
る． また、現段階においてステップ２２０におけるディジタ
ル温度Ｔが予冷完了温度Ｔ１よりも高ければ、マイクロ
コンピュータ２３０が、ステップ２３０にてｒＹＥｓＪ
と判断する．但し、予冷完了温度Ｔ１は、蓄冷槽７０内
の蓄冷用水中の不凍液濃度に対する水の凝固温度よりも
やや高い温度に相当しマイクロコンピュータのＲＯＭＧ
こ予め記憶されている． しかして、ステップ２３０でのｒＹＥ３Ｊとの判別後、
マイクロコンピュータ１４０が、各ステップ２３０ａ、
２３０ｂにて、各ソレノイド６０ａ、９０ａをそれぞれ
励磁するに必要な第１及び第２の励磁出力信号を消滅状
態に維持する．従って、膨張弁５０から配管Ｐ６内へ流
入する膨張冷媒が、電磁弁６０及び配管Ｐ７を通り熱交
換器８０内に流入して蓄冷槽７０内の蓄冷用水を冷却し
、然る後、電磁弁９０、配管Ｐ１０、水分離器１００、
配管Ｐ１２、チェック弁１１０及び配管Ｐ１３を通りコ
ンプレッサ１０に還流する． このような状態においてステップ２２０で最新のディジ
タル温度Ｔが予冷完了温度Ｔ１に低下すると、マイクロ
コンピュータ１４０が、蓄冷用水の予冷完了との判断の
もとに、ステップ２３０にて「ＮＯ」と判別し、各ステ
ップ２４０、２５０にて第１及び第２の励磁出力信号を
順次発生する．すると、電磁弁６０が、ソレノイド６０
ａにて、マイクロコンピュータ１４０からの第１励磁出
力信号に応答し駆動回路１６０により励磁されて配管Ｐ
６を配管Ｐ８のみに連通させる．このため、配管Ｐ６内
の膨張冷媒が、電磁弁６０及び配管Ｐ８を通りノズルＰ
．ａから蓄冷槽７０内の蓄冷用水中に噴射される．この
ことは、膨張冷媒の蓄冷用水との直接接触により蓄冷槽
７０内での蓄冷が行われることを意味する． かかる場合、、蓄冷用水が上述のように予冷完了温度Ｔ
１まで予冷されているので、膨張冷媒が、蓄冷用水との
直接接触にもかかわらず、沸騰することなく円滑に蒸発
しつつ蓄冷用水を冷却して氷結させていく．従って、蓄
冷槽７０内でのリキッドアイス７３の生成が円滑に行わ
れてゆく．また、ガス水和物を生成する冷媒の場合はこ
めようなリキッドアイスの生成に伴いガス水和物も生成
されるが、上述のような予冷を前提とするため、氷結温
度下において、リキッドアイスがガス水和物よりも高い
結晶成長速度でかつ均一に生成されてゆく．また、上述
のように冷媒が蓄冷用水との直接接触しても沸騰しない
ので、蓄冷槽７０の内部から蓄冷用水やガス水和物が配
管Ｐ９内に流出することが殆どない．このことは、ガス
水和物による冷媒サイクルの冷媒循環通路の閉寒が生じ
ないことを意味する．従って、蓄冷槽７０内の蒸発冷媒
のみが、配管Ｐ９、電磁弁９０、配管ＰＩＧを通り水分
離器１００内に流入し更に循環してゆく。

然る後、蓄冷槽７０内の底部の温度が所定蓄冷温度Ｔ２
に遠すると、マイクロコンピュータ１４０がステップ２
６０にてｒＹＥＳＪと判別する．但し、所定蓄冷温度Ｔ
２は、蓄冷槽７０内での成氷率約８０％に相当する温度
（例えば、−１０℃）としてマイクロコンピュータ１４
０のＲＯＭに予め記憶されている．かかる場合、ステッ
プ２６０でのｒＹＥＳ，との判別は、蓄冷槽７０内での
蓄冷完了を意味する．ついで、マイクロコンピュータ１
４０が、ステップ２７０にて、駆動出力信号並びに第１
及び第２の励磁出力信号を消滅させて電動機１０ａを停
止させるとともに両ソレノイド６０ａ、９０ａを消磁さ
せる．なお、マイクロコンピュータ１４０はステップ２
００ｂにてその実行を停止する． 以上説明したように、ディジタル温度Ｔ〉予冷完了温度
Ｔ１が成立するときは、冷凍サイクルの循環冷媒を熱交
換器８０を通し循環させて蓄冷用水を予冷し，然るｆｉ
　Ｔ　＝　Ｔユが成立すると、冷凍サイクルの循環冷媒
冷媒を蓄冷槽７０内の蓄冷用水に直接接触させるように
循環させ、同蓄冷用水をリキッドアイスとして氷結させ
て蓄冷するようにしたので、蓄冷槽７０内での冷媒の沸
騰を招くことなく、同冷媒を円滑に蒸発させて上述の蓄
冷を実現し得る．従って、氷結温度での蓄冷が適正に行
なわれるので、蓄冷槽７０内の蓄冷エネルギーを有効に
活用して昼間時における冷房を電力消費のもとに十分に
達成し得る．また、上述のような予冷のために蓄冷槽７
０内での冷媒の沸騰という現象は未然に防止できるので
、冷凍サイクルの冷媒通路に蓄冷用水やガス水和物が侵
入して閉寒させるということもない．なお、ステップ２
６０でのｒＹＥ　Ｓ　，との判別後、電動機１０ａ及び
両ソレノイド６０ａ、９０ａへの電動エネルギーの供給
が自動的に停止されるので、不必要な電力消費の軽減に
有効である． なお、本発明の実施にあたっては、第４図に示すごとく
、蓄冷槽７０内において熱交換器８０の上端部８２を蓄
冷用水の表面（第４図にて符号ＬＰ９を省略し、配管Ｐ
ＩＯを配管Ｐ９に代えて蓄冷槽７０内に連通させるよう
にしてもよい．かかる場合には、熱交換器８０の蓄冷槽
７０外への露出部分が減少するので、外部からの熱侵入
を減少できる．また、電磁弁９０の省略がコスト低減に
役立つ．なお、その他の楕成及び作用効果は前記実施例
と同様である． また、本発明にあたっては、第５図に示すごとく、前記
実施例にて述べた熱交換器８０に代えて、ヒートパイプ
８０Ａを蓄冷槽７０の上壁７２を介し蓄冷用水中に侵入
させるとともに蓄冷槽７０内にてヒートバイプ８０Ａに
フィン８０Ｂを付設し、ヒートパイブ８０Ａの上端部に
液溜槽８０Ｃをその上壁から嵌装し、電磁弁６０のソレ
ノイド６０ａの消磁下にて配管Ｐ６からの冷媒を配管Ｐ
１４を通し液溜槽８０Ｃ内に貯溜させ、この液溜槽８０
Ｃ内の冷媒を配管Ｐ１５を通し電磁弁９０のソレノイド
９０ａの消磁下にて配管ｐｔｏ内に流入させるようにし
て、液溜槽８０Ｃ内の冷媒によりヒートパイプ８０Ａを
冷却するようにすれば、フィン８ＯＢを介し蓄冷用水の
予冷を前記実施例と同様に確保できる，かかる場合、ヒ
ートパイプ８０Ａの等温性及び熱伝動高速性並びに外部
からの熱侵入低減等に基き蓄冷用水の予冷効率を高め得
る．なお、その他の横成及び作用効果は前記実施例と実
質的に同様である．

【図面の簡単な説明】

第１図は特許請求の範囲の記載に対する対応図、第２図
は冷凍サイクルに本発明を適用した一実施例を示すブロ
ック図、第３図は第２図のマイクロコンピュータの作用
を示すフローチャート、並びに第４図及び第５図は前記
実施例の各変形例を示す要部ブロック図である． 符号の説明 １０・・・コンブレッサ、３０・・・コンデンサ、５０
・・・膨張弁、６０、９０・・・電磁弁、７０・・・蓄
冷槽、８０・・・熱交換器、８０Ａ・・ヒートバイプ、
８０Ｂ・・・フィン、８０Ｃ・液溜槽、１２０・・・温
度センサ、１４０・マイクロコンピュータ、Ｐ１〜Ｐ１
５・配管．

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷凍サイクルの低温冷媒循環通路の上流部と下流部との
   間に介装されて蓄冷用水を収容してなる蓄冷槽と、前記
   蓄冷用水の温度を検出する温度検出手段と、前記低温冷
   媒循環通路の上流部から冷媒を流入されて前記蓄冷用水
   を非接触下にて予冷する予冷手段と、前記検出温度が前
   記蓄冷用水の予冷完了温度より高いか否かを判別する判
   別手段と、この判別手段の高いとの判別のとき前記予冷
   手段への冷媒の流入及びその後の同冷媒の前記低温冷媒
   循環通路の下流部への流出をもたらし、一方、前記判別
   手段の高くないとの判別のとき前記低温冷媒循環通路の
   上流部からの冷媒を前記蓄冷用水中に直接流入させると
   ともに、その後、同冷媒を前記低温冷媒循環通路の下流
   部に流出させるように制御する制御手段とを備えるよう
   にした蓄冷装置。