JPH04327790A - 潜熱蓄熱方法 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、０℃未満の温度で、特
定の一定温度の冷熱として潜熱を取り出す潜熱蓄熱方法
に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来の潜熱蓄熱方法としては、例えば特
開昭６２−６２１９２号公報記載の蓄熱方法が知られて
いる。この蓄熱方法は、冷凍機を構成している蒸発器を
熱交換器として蓄熱槽に設け、この蓄熱槽に貯留された
潜熱蓄熱剤を、前記熱交換器から供給される熱にて加熱
または冷却して負荷側に設けた熱交換器に循環させる方
法を採っている。

【０００４】そして、前記潜熱蓄熱剤は、０℃未満の凝
固点を有する物質からなる２成分系で、この２成分系の
凝固融解するときの潜熱を、共晶温度から０℃未満の温
度までの冷熱として取り出して利用している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の蓄熱方法は
、０℃未満で潜熱を蓄熱でき、被冷却体との温度差を大
きくとることができ、冷却効果の増大が図れる。

【０００６】しかし、被冷却体との温度差が大きいこと
は、披冷却体の冷却速度は速くなるものの、被冷却体の
冷却に要する動力は、被冷却体との温度差が大きくなる
ほど増加することになる。

【０００７】また、蓄熱剤の凝固点と融解点との間に温
度差があると、蓄熱に要する冷凍機動力の増大を引き起
こし、蓄熱効率を低下させる。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされ
たもので、被冷却体の冷却に要する動力の増加を防止し
、蓄熱効率の高い潜熱蓄熱方法を提供することにある。

【０００９】〔発明の構成〕

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の潜熱蓄熱方法は
、圧縮機と凝縮器と蒸発器とを順次接続して構成された
冷凍サイクルと、循環路を介して負荷側に連通し前記蒸
発器が設けられた蓄熱槽と、前記蓄熱槽に貯留され前記
負荷側を循環する潜熱蓄熱剤とを備え、前記潜熱蓄熱剤
は、水の凝固点降下剤と水とからなる凝固点降下剤水溶
液で、前記凝固点降下剤水溶液における前記凝固点降下
剤の濃度が、前記水との共晶濃度の６０％以上９８％以
下になるものである。

【００１１】

【作用】本発明の潜熱蓄熱方法は、圧縮機と凝縮器と蒸
発器とを順次接続して構成された冷凍サイクルを運転す
ると、前記蒸発器が熱交換器として作用して、蓄熱槽に
貯留された潜熱蓄熱剤を冷却する。この潜熱蓄熱剤は、
水の凝固点降下剤と水とからなる凝固点降下剤水溶液で
あり、この凝固点降下剤水溶液における凝固点降下剤の
濃度が、水との共晶濃度の６０％以上９８％以下になっ
ているので、この凝固点降下剤水溶液の凝固点にて凍結
を開始し、略一定温度を保持しながら潜熱を蓄熱する。 そして、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱剤を循環路を介して負
荷側に供給すると、この潜熱蓄熱剤は、前記凝固点降下
剤水溶液の融点にて融解して略一定温度を保持しながら
潜熱を放出し、この潜熱を略特定の一定温度の冷熱とし
て取り出すことができる。

【００１２】

【実施例】本発明の潜熱蓄熱方法の一実施例を図１乃至
図２に基づいて説明する。

【００１３】図１において、１は圧縮機で、この圧縮機
１の吐出側には凝縮器２が接続されている。この凝縮器
２には、膨脹弁３を介して蒸発器４が接続され、さらに
、この蒸発器４は圧縮機１の吸入側に接続されることに
より、冷凍サイクル５が構成されている。

【００１４】また、６は蓄熱槽で、この蓄熱槽６には潜
熱蓄熱剤Ａが貯留され、前記蒸発器４がこの潜熱蓄熱剤
Ａに浸漬されている。さらに、この蓄熱槽６は、ポンプ
７を有する循環路８を介して負荷側としての熱交換器９
に接続している。そして、この熱交換器９には、前記潜
熱蓄熱剤Ａと熱交換を行う３次冷媒や負荷側作動流体が
流通する。

【００１５】前記潜熱蓄熱剤Ａは、水の凝固点降下剤と
水とからなる２成分系で、水の凝固点降下剤を水に溶解
した凝固点降下剤水溶液になっている。

【００１６】上記の凝固点降下剤は、水に溶解させたと
きに凝固点としての凍結温度と融点としての融解温度と
の温度差が小さく、水に対してそれぞれ固有の共晶点を
持つものである。このような水の凝固点降下剤としては
、例えば、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリ
ウムなどの塩化物、臭化ナトリウムなどの臭化物などの
ハロゲン化物、燐酸３アルカリ塩、燐酸２アルカリ塩、
燐酸１アルカリ塩などの燐酸塩、硝酸ナトリウム、硝酸
カリウムなどの硝酸塩、硫酸ナトリウムなどの硫酸塩、
炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムな
どの炭酸塩、酢酸ナトリウムなどの酢酸塩などの塩類、
グリシン、尿素、グリセリンなどがある。また、そのう
ち数種について、水と共晶となる凝固点降下剤の共晶濃
度および共晶温度を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】さらに、前記凝固点降下剤水溶液における
凝固点降下剤の濃度は、この凝固点降下剤と水とが共晶
となる共晶濃度の６０％以上９８％以下になるように、
この凝固点降下剤水溶液を作製する。

【００１９】次に本実施例の作用について説明する。

【００２０】前記潜熱蓄熱剤Ａの実施例１として、凝固
点降下剤として硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３　）を用い
、表２に示すように、硝酸ナトリウムの濃度が水との共
晶濃度の９３％にあたる３８ｗｔ％の硝酸ナトリウム水
溶液を用いて、この潜熱蓄熱剤の潜熱の蓄熱および放熱
を行った場合について説明する。

【００２１】

【表２】

【００２２】最初に、蓄熱槽６に蓄熱する蓄熱過程とし
ての硝酸ナトリウム水溶液の凍結過程について説明する
。まず、冷凍サイクル５を運転して、フロンガスなどの
１次冷媒を圧縮機１にて圧縮して吐出し、吐出された１
次冷媒を凝縮器２にて凝縮する。次に、膨脹弁３を介し
て１次冷媒の圧力を下げて蒸発器４に流入させる。

【００２３】この蒸発器４は、熱交換器として作動し、
１次冷媒は、蒸発器４を浸漬する潜熱蓄熱剤Ａと熱交換
を行って蒸発し、再び圧縮機１の吸入側に流入する。

【００２４】この時、潜熱蓄熱剤Ａは、冷却されて徐々
に温度が低下し、表２および図２に示すように、温度−
２０．９℃で、凍結を開始して氷が生成していく。さら
に、潜熱蓄熱剤Ａは、この温度を略一定に保持しながら
、凍結に伴い徐々に潜熱を蓄熱し、蓄熱槽６に貯留され
た潜熱蓄熱剤Ａの総量に対する生成した氷の割合となる
ＩＰＦ（氷充填率：Ｉｃｅ　Ｐａｃｋｉｎｇ　Ｆａｃｔ
ｏｒ）が増加していく。そして、ＩＰＦが３０〜８０％
に達した時点ｔｏで、蓄熱過程を終える。

【００２５】次に、潜熱を放熱する放熱過程としての硝
酸ナトリウム水溶液の融解過程について説明する。ポン
プ７を作動させて、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱剤Ａの氷や
凝固点降下剤の水和物などを、循環路８を介して熱交換
器９に供給する。すると、この熱交換器９では、蓄熱し
た潜熱蓄熱剤Ａは温度−１９．５℃で融解を開始する。 さらに、この温度を略一定に保持しながら、融解に伴う
潜熱を放熱して、この潜熱を略−１９℃の冷熱として熱
交換器９から取り出せる。

【００２６】なお、比較のために、比較例１として、硝
酸ナトリウムの濃度が水との共晶濃度の６０％よりも低
濃度の４１％にあたる１７ｗｔ％の硝酸ナトリウム水溶
液を潜熱蓄熱剤Ａとして、この潜熱蓄熱剤Ａの潜熱の蓄
熱および放熱を行った場合について説明する。この場合
、潜熱蓄熱剤Ａの凍結過程では、凍結にともない潜熱蓄
熱剤Ａの温度が低下するので、前記蒸発器４にて蒸発す
る１次冷媒の蒸発温度が低下して、蓄熱に要する冷凍サ
イクル５の動力が徐々に増加する。また、図２に示すよ
うに、融解過程において、潜熱を取り出している時の温
度が−１５℃から−５℃となって一定にならず、特定の
一定温度の冷熱として取り出すことができないので、蓄
熱効率は低くなる。

【００２７】また、比較例２として、硝酸ナトリウムの
濃度が水との共晶濃度となる４１ｗｔ％の硝酸ナトリウ
ム水溶液を潜熱蓄熱剤Ａとして、この潜熱蓄熱剤Ａの潜
熱の蓄熱および放熱を行った場合について説明する。こ
の場合、潜熱蓄熱剤Ａの凍結過程では、前記蒸発器４の
内部の１次冷媒の温度が、潜熱蓄熱剤Ａの共晶温度より
低いために、この蒸発器４の外面に生成した氷の表面温
度が共晶温度よりも下がる。そこで、氷表面近傍の潜熱
蓄熱剤Ａの液体部が過冷却されると、凍結に伴い析出し
た凝固点降下剤の結晶が氷に付着できずに、蓄熱槽６の
底部に堆積する現象が生じる。このため、融解過程にお
いて、この堆積した凝固点降下剤の結晶が潜熱蓄熱剤Ａ
の液体部に溶解しにくいので、凝固点降下剤の結晶の溶
解速度が全体的に遅くなり、潜熱を一定温度の冷熱とし
て取り出すことのできる時間が短いので、蓄熱効率は低
くなる。

【００２８】このように上記実施例に示すように、凝固
点降下剤水溶液における凝固点降下剤の濃度を、水との
共晶濃度の６０％以上９８％以下とすれば、潜熱の蓄熱
過程において、凍結を開始した潜熱蓄熱剤Ａは、略一定
温度を保持しながら潜熱を蓄熱していくので、前記蒸発
器４において蒸発する１次冷媒の蒸発温度の低下を防止
して、蓄熱に要する冷凍サイクル５の動力の増加を防止
できる。

【００２９】また、潜熱蓄熱剤Ａの凍結温度と融解温度
とが略同一温度であり、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱剤Ａは
略一定温度を保持しながら融解するので、融解する際の
潜熱を、この一定温度を特定の温度とする冷熱として取
り出すことができる。

【００３０】さらに、前記凝固点降下剤水溶液における
凝固点降下剤の濃度は、共晶濃度に近いながらもこの共
晶濃度よりも低濃度なので、潜熱蓄熱剤Ａの凍結過程に
おいて、凝固点降下剤の結晶が、潜熱蓄熱剤Ａの液体部
の過冷却により、氷に付着できずに蓄熱槽６の底部に堆
積する現象を防止できる。このため、放熱過程において
、凝固点降下剤の結晶の溶解速度を早くすることができ
る。そして、融解する際の潜熱を特定の一定温度の冷熱
として取り出せる時間を長くとることができる。

【００３１】従って、蓄熱効率を高くすることができる
。

【００３２】また、凍結過程に置ける潜熱蓄熱剤ＡのＩ
ＰＦを１００％未満としているので、潜熱蓄熱剤Ａの一
部は常に液体であるから、この潜熱蓄熱剤Ａを循環媒体
として直接負荷側の熱交換器９に供給できる。このため
、被冷却体の冷却目標温度と略同じ温度となる凝固融解
温度を有する凝固点降下剤水溶液を作製することによっ
て、熱量の損失を低減し、蓄熱効率を高くすることがで
きる。

【００３３】なお、前記凝固点降下剤水溶液に、必要に
応じて防蝕剤や防バイ剤などを添加することもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱過程において、凍
結を開始した潜熱蓄熱剤は、略一定温度を保持しながら
潜熱を蓄熱していく。このため、この潜熱蓄熱剤を冷却
する冷凍サイクルの蒸発器において、この冷凍サイクル
を循環し前記蒸発器にて蒸発する１次冷媒の蒸発温度の
低下を防止して、蓄熱に要する冷凍サイクルの動力の増
加を防止できる。また、潜熱蓄熱剤の凍結温度と融解温
度とが略同一温度になり、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱剤は
略一定温度を保持しながら融解するので、融解する際の
潜熱を、この一定温度を特定の温度とする冷熱として取
り出すことができる。さらに、前記凝固点降下剤水溶液
における凝固点降下剤の濃度は、共晶濃度よりも低濃度
なので、放熱過程において、凝固点降下剤の結晶の溶解
速度を早くすることができる。従って、この潜熱を特定
の一定温度の冷熱として取り出せる時間を長くとること
ができる。また、潜熱蓄熱剤を負荷側に直接循環できる
ので、熱量の損失を低減させることができる。従って、
蓄熱効率を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の潜熱蓄熱方法の一実施例を示す構成図
である。

【図２】同上潜熱の蓄熱および放熱を行った場合の凝固
融解特性図である。

【符号の説明】

１　　　　圧縮機 ２　　　　凝縮器 ４　　　　蒸発器 ５　　　　冷凍サイクル ６　　　　蓄熱槽 ８　　　　循環路 ９　　　　負荷側としての熱交換器 Ａ　　　　潜熱蓄熱剤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮機と凝縮器と蒸発器とを順次接続
   して構成された冷凍サイクルと、循環路を介して負荷側
   に連通し前記蒸発器が設けられた蓄熱槽と、前記蓄熱槽
   に貯留され前記負荷側を循環する潜熱蓄熱剤とを備え、
   前記潜熱蓄熱剤は、水の凝固点降下剤と水とからなる凝
   固点降下剤水溶液で、前記凝固点降下剤水溶液における
   前記凝固点降下剤の濃度が、前記水との共晶濃度の６０
   ％以上９８％以下になることを特徴とする潜熱蓄熱方法
   。