JPH0229595A - 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、冷房、冷却、冷凍などに必要な冷熱量を、実
質的に潜熱として低温蓄冷させる蓄冷装置に関する。

「従来の技術」 潜熱蓄冷装置は、顕熱蓄冷に比較して蓄冷密度が高く而
も一定温度の冷熱エネルギの取り出しが容易であり、又
システム自体も小型で且つ構成も簡単である事からその
利用範囲は大きく、食品その他の産業用や、空調等の民
生用等の種々の分野に利用されている。

そしてかかる蓄冷装置には、無機水和塩その他の蓄冷材
を封入した多数のカプセルを蓄冷槽内に充填した後、該
カプセルに直接ブラインを接触させながら潜熱蓄冷と冷
熱エネルギの取り出しを行う、いわゆるカプセル方式の
ものと、蓄冷槽内に貯溜された水又はエチレングリコー
ル等のブライン水溶液を直接冷却管を利用して凝固させ
、潜熱蓄冷を行った後、該凝固体の融解潜熱を利用して
冷熱エネルギの取り出しを行う、いわゆるアイスバンク
方式のもの等に大別される。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら前者の方式では、冷熱エネルギの伝達方式
が［カプセル］を介在させたが故に、［冷凍機の冷媒］
−［ブライン］→［カプセル］と二段階になり、結果と
してその分冷凍機の冷媒の蒸発温度を低く設定せねばな
らず、熱効率が低下する。

又カプセルは一般に球形又は円筒状に形成されている為
に、隣接するカプセル相互間に多数の空隙部が発生し、
而もカプセル自体にも一定の肉厚を有する為に、蓄冷槽
の単位容積に占める蓄冷材の容積密度が必然的に小にな
る。

又前記蓄冷剤を封入するカプセルは、蓄冷剤の封入容易
化、及びコスト的の面より一般に樹脂材を用いて形成さ
れるが、樹脂材は金属に比較して熱伝導率が低く且つ肉
厚である為に、又該カプセルと接触する冷凍機の冷媒温
度もこれに対応して蓄冷剤の凝固温度より低く設定する
必要がある為に、前記カプセル中の蓄冷剤を凝固させる
為のブラインの冷熱エネルギが不必要に増加し、その分
冷凍機の動力の増大と運転時間が増大する。

又潜熱化した冷熱エネルギを取り出す際もカプセル容器
を介在させる為に、必然的に熱伝導効率が低くなり、こ
の為大容量の冷熱エネルギーを一度に取り出す事が困難
になる。

一方後者においては、例えば水の潜熱を用いて蓄冷する
構成を取った場合には０℃の温度域の潜熱しか利用出来
ず、又エチレングリコール等のブライン水溶液を凝固さ
せて蓄冷する構成においては、木又は濃度の薄い水溶液
が順次冷却管に着氷する構成を取る為に、結果として高
濃度の（冷却管内の冷媒では凝固し得ない）水溶液が液
相として残り蓄冷槽内に貯溜した水溶液の一部しか潜熱
として有効利用出来ないのみならず、水又は濃度の■い
水溶液が冷却管に着氷する為に必要な冷却温度の潜熱エ
ネルギーを得る事が困難であるという欠点を有す。

而も冷却管に着氷する氷は冷却管と一体的に強固に着氷
する為に、氷の成長に伴なって、熱交換効率が低下し、
又前記蓄冷槽を蒸発器として機能させる公知の冷媒サイ
クルにおいては、氷の成長に伴なってその凝固点降下に
より冷却管内の冷媒サイクルの蒸発温度も低下（低下さ
せなければ着水した外周にある液相部分を凝固させる事
が困難）する事により冷媒サイクルとしての効率低下と
能力低下を引き起こし易い。

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、蓄冷温度の変動
防止と且つ大容量の冷熱エネルギの取り出しが容易にし
て、更には熱交換効率を低下させる巷なく単位容積当り
の蓄冷容量を大幅に向上し得る蓄冷装置を提供する事を
目的とする。

［課題を解決する為の手段」 本発明は、かかる技術的課題を達成する為に、 ■冷媒サイクルの蒸発器として機能する熱交換器２を有
する蓄冷槽ｌ内に常温で液相状態にある共融混合物３．
好ましくは常温で液相状態で且つ粘性の低い共融混合物
３を貯溜させた点 ■前記共融混合物３の共融点温度を熱交換器２中の冷媒
蒸発温度より高く設定した点 ■共融混合物３が、前記熱交換器２周囲に直接凝着可能
に構成した点 を構成要件とする蓄冷装置を提案する。

尚、好ましくは、前記蓄冷槽ｌを循環経路４．６を介し
て負荷側と連通させ、前記共融混合物３が直接負荷２０
側と熱交換可能に構成するのがよく、 又ポンプを介して負荷側と熱交換される循環経路４，６
、又蓄冷槽内に設けたエアレーション７等の流動性付与
手段を設ける事により前記共融混合物が所定の流動性を
もって熱交換器２と接触可能に構成するのがよい。

「作用」 かかる技術手段によれば蓄冷媒体として機能する共融混
合物３を直接、冷媒サイクルの蒸発器として機能する熱
交換器２に凝着可能に構成し、而も前記共融混合物３を
直接食荷装Ｍ２０側のブラインとして機能させたが故に
、冷熱エネルギの伝達方式が［冷凍機の冷媒］→［負荷
側ブラインして機能する共融混合物３］と一段階で済み
、結果として熱効率と冷凍機の動力効率が向上する。

而も本発明は、蓄冷媒体として共融混合物３を用いた為
に、液相３Ａ状態にある共融混合物３を冷却した場合に
所定温度の共融点に至るまで固体として生成する市なく
、共融点で始めて液相３Ａと同じ割合の固相混合物が析
出し、そして前記熱交換器２を介して共融点景下の蒸発
温度で冷却を継続させても、前記液相３Ａの全てが固相
混合物３Ｂとして析出するまで冷却温度がほとんど下が
る事がない。（過冷却や冷却温度の偏在により１〜２℃
程度低下する場合はあるが） 従ってエチレングリコール等の水溶液を冷却する場合の
ように冷却温度の低下に従って、水又は濃度の薄い水溶
液が順次冷却管に着氷するのではなく１、共融点に至る
まで液相３Ａ状態にある共融混合物３が固体として析出
する事がない為に、結果として高蓄冷密度で且つ一定温
度の冷熱エネルギの蓄冷が容易である。

又前記液相３Ａ全てが固相混合物３Ｂとして析出するま
で一定温度を維持し得る事は、逆に冷媒サイクル１０と
負荷装置２０との間に本装置を介在させて、前記共融混
合物３を液相／固相の共存状態に置いた状態で、該液相
部分３Ａの共融混合物３をブラインとして負荷装置２ｏ
側に供給循環させる事により、常に一定温度のブライン
が負荷装置２ｏ側に供給される事となり、結果として負
荷装置２ｏ側の動力や熱交換器の熱通過率が向上すると
ともに、精密な温度制御が可能となり、その実用的価値
は極めて大である。

又固体として析出する共融混合物３は、液相と同じ濃度
割合の固相混合物３Ｂである為に、前記水溶液のように
密に熱交換器２表面に着氷する事なく、而も固体として
析出する時点では、熱交換器２に着氷した固相混合物３
Ｂの外側に位置する液相部分３Ａもほぼ共融点近辺にま
で温度低下している為に、前記固相析出が速やかに行わ
れ熱通過効率が低下する事なく、結果として冷媒サイク
ルｌＯの蒸発温度を低下させる事なく固相成長が容易で
ある為に、前記熱交換器２が蒸発器として機能させる冷
媒サイクル１０の効率低下を引き起こす恐れがない。

又、負荷側冷却温度が低いほど、単位熱量を冷却するの
に要する冷凍機動力は増加するが、蓄熱材の融解潜熱量
は低温になってもそれほど低下しないため低温になるほ
ど、同じ電力量をピークカットするのに必要な蓄熱材の
容量は少なくてすみ、蓄熱槽も小さなもので蓄熱が可能
となる。

而も本発明においては前記液相状態にある共融混合物３
が熱交換器２に所定の流動性をもって接触するようにし
た為に、前記共融混合物３の冷却温度が偏在する事なく
一層の均一冷却化、熱伝導効率の向上、固相析出後の速
やかな固相成長を達成出来るとともに、負荷側より戻入
されてきた高温共融混合物３を速やかに蓄冷槽！内で温
度均化を達成し得る為に、温度変動が生じる事なく容易
に大容量の冷熱エネルギーを取り出す事が出来る。

更に本発明に使用される共融混合物３の共融点は、蓄冷
槽ｌ内に浸漬された熱交換器２中を流れる冷媒の蒸発温
度より高く設定されている為に、冷媒サイクル１０を円
滑に達成し得るとともに、常温で液相状態である為に、
取扱いの面より極めて有利である。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の実施例に係る蓄冷装置、第２図は該蓄
冷装置と冷媒サイクル１ｏが組込まれたシステム構成図
である。

ｌは後記する共融混合物３が貯溜された蓄冷槽ｌで、該
蓄冷槽ｌ内に冷媒サイクルｌｏの蒸発器として機能する
熱交換器２を浸漬するとともに、その下方の蓄冷槽１底
面側に沿ってエアレーション筒７を配置し、熱交換器２
周囲に気泡が接触し且つ該蓄冷槽１内の共融混合物３が
攪拌可能に構成する。

４．８は負荷装置２０側の熱交換器２と連絡する取水管
と戻り管で、ポンプ５により蓄冷槽！内の液相状態にあ
る共融混合物３を循環可能に構成している。

尚図中１１及び１２は冷媒サイクル１０を構成する圧ｌ
ａ機と凝縮器であり、該冷媒サイクル１０の蒸発温度を
一２５℃に設定している。

一方前記共融混合物３には、低粘度の有機共融混合物３
を用い、例えば共融点が一２２℃であるアデカエバクー
ル（商品名：旭電化工業（株）製造）を用いる。

次にかかる実施例の熱交換サイクルを例示的に説明する
。

冷媒サイクルｌＯとして循環されるフロン２２は前記熱
交換器２内で蒸発して一２５℃の奪熱エネルギが付与さ
れ、該熱交換器２周囲の液相状態にある共融混合物３を
共融点近くまで冷却するとともに、エアレーション７に
より攪拌と流動性が付与され、蓄冷槽１内の共融混合物
３がほぼ均一に一２２℃前後にまで低下すると、熱交換
器２周囲に固相混合物３Ｂが析出し始め、冷熱エネルギ
の蓄冷が行われる。

そしてこの固相／液相混合状態にある状態で、ポンプ５
を運転して、液相状態にある共融混合物３を負荷装置２
０側の熱交換器２に供給すると、例えば−２０℃の共融
混合物３が負荷装置２０側のブラインに冷熱エネルギを
付与して一１５℃まで冷却させた後、−１７℃まで温度
上昇した共融混合物３を蓄冷相内に戻入し、該蓄冷槽ｉ
内で固相状態にある一２２℃の共融混合物３と熱交換し
、以下同様なサイクルを繰り返す。

第３図は前記冷媒サイクルｌＯの凝縮器１２側に潜熱蓄
熱槽を設けた他の実施例で、給湯システムその他の熱負
荷装置３０を構成する熱交換器３１が配置された蓄熱槽
４０を用意し、該蓄熱槽４０内に前記凝縮器１２の凝縮
熱により液化可能な蓄熱材４１を貯溜しておく、尚図中
４２及び４３は放熱塔、４４．４５．３２はポンプであ
る。

次に本実施例の作用を前記蓄熱側に限定して説明するに
、前記凝縮器１２の凝縮熱を利用して液化させた蓄熱材
４１を蓄熱槽４０内に貯溜しておいた状態で、例えば前
記熱負荷装置３０を動作させると蓄熱材４１の潜熱が奪
熱されて熱交換器３１周囲に蓄熱材４１が凝着するが、
該凝着された蓄熱材４１が凝縮器１２側と循環しながら
凝縮熱が付与された蓄熱材４１により再度液化され、以
下これを繰り返す、尚前記蓄熱材４１は、凝縮器の凝縮
熱により液化可能なものであれば特に共融混合物に限定
されず、例エバパラフィン系、カプリン酸やラウリン酸
等の有機酸、台木弗化カリ等の含水無機物その他の２０
〜１００℃前後に融点を有する各種蓄熱材４１を用いる
ｊｔＧが出来る。

従ってかかる実施例によれば冷却負荷装置２０及び熱負
荷装置３０のいずれの側においても蓄冷１及び蓄熱装置
４０が介在している為に、熱利用効率が数段向上すると
ともに、特に熱変動や断続運転の激しい熱（冷却）負荷
装置を用いる場合でも円滑比つ効果的に熱利用を図る事
が可能となる。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、いわゆるアイスバン
ク式とカプセル式の夫々の欠点を解消して、蓄冷温度の
変動防止と且つ大容量の冷熱エネルギの取り出しが容易
にして、更には熱交換器の熱通過効率を低下させる事な
く単位容積当りの蓄冷容量を大幅に向上し得る蓄冷装置
を提供する事が出来る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る蓄冷装置、第２図は該蓄
冷装置と冷媒サイクルが組込まれたシステム構成図であ
る。第３図は冷媒サイクルの蒸発器側に蓄冷装置を、又
凝縮器側に蓄熱装置を組込んだシステム構成図である。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）冷媒サイクルの蒸発器として機能する熱交換器を有
   する蓄冷槽内に常温で液相状態にある共融混合物を貯溜
   させるとともに、該共融混合物の共融点温度を−５℃以
   下に設定し、該共融混合物が、前記熱交換器周囲に直接
   凝着可能に構成した事を特徴とする蓄冷装置２）前記蓄
   冷槽を循環経路を介して負荷側と連通させ、前記共融混
   合物が直接負荷側と熱交換可能に構成した事を特徴とす
   る蓄冷装置 ３）前記共融混合物が所定の流動性をもって熱交換器と
   接触可能に構成した事を特徴とする蓄冷装置 ４）前記共融混合物への流動性付与手段が、ポンプを介
   して負荷側と熱交換される循環経路、又は／及び蓄冷槽
   内に設けたエアレーションである請求項１）又は３）記
   載の蓄冷装置