JPH05339561A

JPH05339561A - 加熱冷却方法

Info

Publication number: JPH05339561A
Application number: JP4176107A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Udagawa; 一彦宇田川; Fumiyoshi Ono; 文義小野; Minoru Yamada; 実山田
Original assignee: CHUBU GAS; CHUBU GAS KK; COSMO ENG KK
Current assignee: CHUBU GAS; CHUBU GAS KK; COSMO ENG KK
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1992-06-09
Publication date: 1993-12-21
Anticipated expiration: 2016-02-19
Also published as: JP3136330B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】加熱装置や冷却装置において、最大負荷時の
負荷以下の能力のものでその最大負荷をまかない、加熱
装置や冷却装置の規模を小さくする。【構成】熱媒体を加熱冷却装置と負荷に循環させ、且
つ循環途中に、蓄熱するための蓄熱具を内含する熱媒体
滞留タンクを有する加熱冷却法であって、該蓄熱具は可
撓性プラスチック容器とその中に充填された蓄熱具とか
らなり、該蓄熱剤の３０％以上が凝固すると、膨張して
蓄熱具全体の比重が熱媒体以下になるように調整したも
の。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱媒体及び加熱冷却装
置を使用する加熱冷却方法に関するものである。ここ
で、加熱冷却装置という語は、一般の加熱装置又は冷却
装置という概念即ち熱を付与又は除去する装置である。

【０００２】

【従来の技術】以下、加熱冷却装置で熱媒体を使用する
例として、冷媒を用いる冷却システムについて説明す
る。冷媒を使用する冷却システムの一般的なフロー図を
図５に示す。冷却機１１で冷却された冷媒が冷媒タンク
１２に貯留され、それが負荷１３（冷却すべき物質との
熱交換器等）に導入される。そこで昇温された冷媒が冷
却機１１に戻る。

【０００３】時間当たりの負荷と冷却機の冷却能力が一
致しており、１日中それが不変の場合には、負荷に見合
うだけの冷却機を備えればよく何等問題はない。しか
し、通常負荷は変動するものである。変動する場合は、
最大負荷時であっても、適切に冷却できるように、冷却
機の能力は最大負荷に合わせる。この場合、最大負荷時
が比較的時間が短い場合、例えば１日のうちの１〜２時
間、冷却機はその短い時間のために大きな能力を持った
大きなものが必要となる。１日のトータル冷却能力は全
負荷よりも充分大きくても、最大負荷時に対応できなけ
ればより大きな装置が必要となるのである。そして、通
常は能力を落として使用するのである。特に、都市ガス
の脱水のための冷却装置等はこの問題が大きい。なぜな
らば、都市ガスの使用量は、１日の夜中の最小量と、夕
方のピーク時では１０倍以上の差があるためである。こ
のようなトータル能力として不必要な大きな装置の導入
は、据付面積の問題、最大契約電力の問題等から非常に
不利益である。

【０００４】よって、できるだけ小さな冷却能力の冷却
機で１日の負荷をカバーすることが要望されている。そ
こで、熱媒体の循環経路中に設けられた冷媒タンクに、
蓄熱具を導入することが考案された。これは、熱媒体の
使用温度内に凝固点を有する物質であり、冷却能力が余
剰の場合にはその能力でこれを凝固させ、冷却能力が不
足した時に、その凝固潜熱により不足分を補うものであ
る。

【０００５】これによると、最大負荷の能力を有する冷
却装置を持つ必要がなく、冷却装置の規模が小さくでき
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
蓄熱具はすべてその位置が固定されて設置されているか
また、球状の硬質容器に蓄熱剤を充填したものかであっ
た。これでは、次のような欠点があった。

【０００７】図６は、冷媒タンク１２に蓄熱具１４を多
数導入したものの概略図である。この例は、球状の蓄熱
具１４が網等で位置を固定されている。今冷却能力に余
力があり、蓄熱具を冷却凝固させていく過程を考える。
この場合、温度の低い熱媒体が入口１５から入り、温度
が上昇して出口１６から排出される。この低い温度の熱
媒体が通過する部分の蓄熱具１４が冷却され凝固してい
くが、その経路は比較的底部に近い部分となる。なぜな
らば、タンク内の液よりも低い温度の熱媒体が導入され
るためである。そして、全体として動きがないためその
経路を重点的に通過することとなる。この結果、熱媒体
が十分に熱交換されずに排出されることとなり、蓄熱具
が十分に凝固しない。

【０００８】また、逆に冷却能力が不足してくると、温
度の高い熱媒体が導入されることとなり、比較的上方部
を通過する。これは、温度の高い熱媒体が軽いため、入
口付近ですぐに上方に進行するためである。よって、凝
固した蓄熱具の部分よりも、上方を通過することとな
り、熱媒体が十分に熱交換（冷却）されずに排出される
こととなる。勿論、長時間の間には熱交換されることと
なるが、急速に冷却しなければならないような場合には
間に合わないことともなる。

【０００９】更に、球状であるため、その流れの部分に
集まり、流れが悪くなることも考えられる。

【００１０】以上は、冷却工程について説明したが、逆
の加熱装置においてもまったく同様であり、同様の欠点
を有する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような現状に鑑み、
本発明者は鋭意研究の結果本発明方法を完成させたもの
であり、その特徴とするところは、熱媒体を加熱冷却装
置と負荷に循環させ、且つ循環途中に、蓄熱するための
蓄熱具を内含する熱媒体滞留タンクを有する加熱冷却方
法であって、該蓄熱具は可撓性プラスチック容器とその
中に充填された蓄熱剤とからなり、該蓄熱剤の３０％以
上が凝固すると、膨張して蓄熱具全体の比重が熱媒体以
下になるように調整した点にある。

【００１２】熱媒体とは、エチレングリコールやそれの
水溶液等の冷媒、その他冷却機と負荷との熱のやりとり
に媒体として使用されるものであればどのようなもので
もよい。また、熱媒体滞留タンクとは、熱媒体を貯留す
るためのもので本発明では蓄熱具も導入する容器であ
る。タンク自体はどのようなものでもよく、従来のもの
でよい。

【００１３】蓄熱具とは、可撓性プラスチック容器に蓄
熱剤が充填されたものである。可撓性であることは本発
明の必須要件であり、蓄熱具全体の体積が変化できるこ
とが必要である。可撓性とは、内部の充填物の状態や、
外圧によって容易に変形できるような性質を言う。材質
としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等が安価で好
適である。変形可能とする理由は、蓄熱剤が凝固又は融
解した場合の体積の膨張、収縮による容器の損傷を大き
く軽減できることと、変形により容器自体の体積が変化
して、その結果全体としての比重が変化し浮き沈みさせ
るためである。また、形状はどのようなものでもよい
が、ビール壜やマヨネーズの容器等のように細い部分と
太い部分があるものがよい。この形状によれば、熱媒体
の流れをスムーズにし、且つブロッキング等が防止でき
る。

【００１４】蓄熱具は、上記の容器によって重さが調整
できればそれでよいが、そうでない場合には、錘を固着
又は挿入してもよい。これは、比重調整のためと、静止
時の蓄熱具の位置（どちらを下にするか）を決めるため
に用いる。勿論、すべての蓄熱具を同じようにする必要
はない。

【００１５】次に、蓄熱剤とは前記プラスチック容器に
充填されるもので、凝固、融解によって熱の出納を行な
うものである。これは、熱媒体の使用温度範囲内に凝固
点を有するものであることが必要である。また、本発明
の最大のポイントである３０％以上凝固した場合、その
使用する熱媒体の比重以下になる必要がある。蓄熱剤が
水として計算すると次のようになる。蓄熱具の容器が３
０ｇ、体積が３０ｃｍ³。水の重量が５００ｇ、体積は
５００ｃｍ³。これに、重さが２０ｇで体積が３ｃｍ³
の錘をいれる。よって、全体の比重は、（３０＋５００＋２０）／（３０＋５００＋３）＝１．０３２この水が３０％凍ったとする。水が凍ると、体積は１．
０９３倍となり、容器はそれにつれて膨張するが、自身
の体積は変化しないとする。全体積＝３０＋５００×０．７＋（５００×０．３×１．０９３）＋３＝５４３．９５全比重＝５５０／５４３．９５＝１．０１１となる。

【００１６】よって、熱媒体として、比重が１．０３２
以下で、１．０１１以上のものを使用すると、蓄熱剤が
液状の時に沈んで、３０％以上が凍ると浮くこととな
る。このような比重を有するものは通常多数存在するた
め、特別特殊なものを選択する必要はない。例えば、冷
媒を例にとると、エチレングリコールが８％程度の水溶
液であればよい。

【００１７】図１は、前記の蓄熱剤（この場合、水）の
凍る割合によって、蓄熱具全体の比重がどのように低下
していくかを示すグラフである。すべて液状の場合の比
重は１．０３２であり、すべて凝固した場合の比重は
０．９４９である。よって、この蓄熱具の比重はこの間
を変化することとなる。このグラフによると、熱媒体の
比重が決まると、何％以上の蓄熱剤が凝固すれば浮き上
がるかも判断できる。例えば、熱媒体の比重が０．９８
９のものを使用すると、全体の５０％以上が凍ればよい
こととなる。

【００１８】また、逆に熱媒体が決まっている場合に
は、上記と逆に計算すれば、どのような蓄熱剤を充填す
ればよいか、また錘をどのようにすればよいか等を決め
ることができる。結局、本発明では、熱媒体の比重蓄熱剤の液の時と凝固した時の比重錘の重さと体積何％凝固した時に浮き上がらせたいか等を条件に合うように調整すればよいということとな
る。

【００１９】勿論、蓄熱剤の凝固点が熱媒体の使用温度
範囲内にあることが前提である。熱媒体の使用温度と
は、熱媒体の最高温度と最低温度の範囲という意味であ
る。例えば、運転時に、冷媒を冷却機で−５℃まで冷却
し、負荷との熱交換で８℃になり再度冷却機で−５℃に
冷却される場合では、−５℃〜８℃の間ということであ
る。また、太陽熱を利用したソーラー加熱装置等で、熱
媒体を利用する方式のもの（即ち、熱媒体はクローズド
システム内で循環するだけ）では、１０〜７０℃程度が
一般的である。

【００２０】蓄熱剤は、純物質である必要はなく混合物
でよい。例えば、水、エチレングリコール等によって、
凝固点や比重を調整したものでよい。また、加熱装置の
場合には凝固点が高くなるためパラフィン等から選択す
ればよい。

【００２１】本発明蓄熱具は、上記したような熱媒体が
１パスのものばかりでなく、加熱冷却機側と負荷側とが
別のループになったものや、別のループであるが中間の
タンクで混合されているもの等どのようなものでもよ
い。要するに、加熱冷却機により直接又は間接に加熱又
は冷却される熱媒体が通過する容器があればよいという
ことである。

【００２２】

【実施例】以下図面に示す実施例に基づき本発明をより
詳細に説明する。図２は、本発明蓄熱具１を示す斜視図
である。これは、形状的にはほとんどビール壜と同じで
あるポリエチレンの容器に、凝固点が−５℃の蓄熱剤を
充填したものである。この蓄熱剤の成分は、エチレング
リコールが約１４％の水溶液である。凝固した場合の体
積の膨張は、前記したすべてが水の場合と比較して、わ
ずかに小さいが、あまり差はない。

【００２３】図３は、図２の蓄熱具を冷媒タンク１２に
入れたもので、図５と同様の図である。蓄熱具１４が多
数下方に位置しているのが分かる。温度の低い熱媒体が
入口から導入されるので、そのほとんどが蓄熱具に接触
し、出口にショートパスすることが少ない。

【００２４】次に、熱量について説明する。勿論、蓄熱
剤の凝固点が−５℃であるため、配管中の冷媒の凝固点
はそれ以下であることは言うまでもない。いまここで、
この冷却条件を次のように仮定する。冷却機能力：100,000 kcal／h 負荷ピーク時：200,000 kcal／h (3.2時間) 通常時： 50,000 kcal／h (20.8 時間) 液体の凝固熱： 80 kcal／kg

【００２５】ピーク時の 3.2時間は、100,000 kcal／h
の能力が不足するため、負の熱量が100,000 × 3.2＝32
0,000 必要である。よって、320,000 ÷80＝4,000 kgの
液体が必要となる。そして、すでに凝固している蓄熱剤
が融解することによって、この分の熱量を吸収するので
ある。

【００２６】ピーク時が終了すると、負荷が50,000kcal
／h にダウンするため、冷却機の能力が過剰になる。こ
の過剰の能力で、蓄熱具の蓄熱剤を再び凝結させるので
ある。この例では、320,000 ÷50,000＝6.4 時間とな
る。よって、6.4 時間だけ負荷の量にかかわらず能力一
杯の運転をし、それ以降は能力を半分に落として50,000
kcal／h 運転をすればよい。このようにすると、最大負
荷が200,000 kcal／h であるにもかかわらず、冷却機の
能力としては、100,000 kcal／h でよいのである。

【００２７】冷媒の流れは、負荷及び冷媒タンクに設け
られたバイパスへの量を制御して行なえばよい。これ
は、各ポイントでの温度を見ながらできる。本発明は蓄
熱具であって、運転の方法等は特別なものである必要は
ない。また、タンクに入れる蓄熱具すべてが、本発明の
蓄熱具でなくともよい。

【００２８】図３の状態で、冷却機１１に能力の余裕が
あれば、蓄熱具１４が徐々に凝固し約３０％以上凝固し
た時点から浮きはじめる。そして、ほとんどすべての蓄
熱具が浮遊した状態が図４である。この状態で、冷却機
の能力が不足すると、入口温度が上昇し、導入される熱
媒体の温度が高くなり、容器に入るとすぐに上方に進行
する。その位置付近に蓄熱具が多数存在するので、凝固
した蓄熱具により熱量を奪われ、冷却されることとな
る。これにより、不足する冷却能力が補われるばかりで
なく、前記同様熱媒体のショートパスがなく熱交換が十
分に行なわれる。

【００２９】上記実施例では、冷却機を用いた例につい
て説明したが、これは加熱装置についてもまったく同様
（加熱と冷却は逆であり、入口出口の位置等も逆にな
る）である。

【００３０】

【発明の効果】本発明加熱冷却方法によると、次のよう
な効果がある。加熱冷却機の最大能力を小さくできる。既設のプラントにも、すぐに簡単に実施できる。蓄
熱具のブロッキング等が生じないため、冷媒タンクに応
力がかからず、従来のものが使用できる。蓄熱具の容器自体、簡単に製造でき安価である。ま
た、中の充填剤も安価である。蓄熱具が浮沈するため、流れのショートパスがない
ばかりか、攪拌効果もあるため熱交換が、効率よく迅速
に行なわれる。よって、冷却機の能力が不足した場合
に、迅速に補なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明蓄熱具の比重の例を示すグラフである。

【図２】本発明蓄熱具の１例を示す斜視図である。

【図３】本発明の方法を示す概略フローシートである。

【図４】本発明の方法を示す概略フローシートである。

【図５】従来の例を示す概略フローシートである。

【図６】従来の例を示す概略フローシートである。

【符号の説明】

１１冷却機１２冷媒タンク１３負荷１４蓄熱具１５入口１６出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田実大阪市中央区島之内一丁目20番19号コスモエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱媒体を加熱冷却装置と負荷に循環さ
せ、且つ循環途中に、蓄熱するための蓄熱具を内含する
熱媒体滞留タンクを有する加熱冷却方法であって、該蓄
熱具は可撓性プラスチック容器とその中に充填された蓄
熱剤とからなり、該蓄熱剤の３０％以上が凝固すると、
膨張して蓄熱具全体の比重が熱媒体以下になるように調
整したことを特徴とする加熱冷却方法。