JPH06249474A - 氷蓄熱装置 - Google Patents

氷蓄熱装置

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JPH06249474A
JPH06249474A JP11463793A JP11463793A JPH06249474A JP H06249474 A JPH06249474 A JP H06249474A JP 11463793 A JP11463793 A JP 11463793A JP 11463793 A JP11463793 A JP 11463793A JP H06249474 A JPH06249474 A JP H06249474A
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Senji Niwa
宣治 丹羽
Takashi Kameda
孝志 亀田
Seiichi Nakanishi
誠一 中西
Kiyokazu Oiko
潔一 老固
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水/氷結体と冷媒を直接に接触させて熱交換
を行い、熱交換効率を高めた氷蓄熱装置を提供する。 【構成】 吸水性繊維などからなる吸水性物質を水で膨
潤させて含水蓄熱体2を形成し、該含水蓄熱体を水と相
溶性のない冷媒3とともに蓄熱槽1内に充填し、含水蓄
熱体の間に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍す
ることを特徴とする氷蓄熱装置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、氷蓄熱式の冷房シス
テムなどに使用される氷蓄熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力需要の増大に伴って昼夜における電
力負荷の格差はますます拡大する傾向にある。この電力
負荷の平準化、およびスペースの有効利用対策として氷
蓄熱装置が地域冷房、ビル冷房などに設備されるように
なってきている。
【0003】この種、氷蓄熱装置として、例えば、特平
4−49024号公報がある。
【0004】この装置は、水を封入した適宜の大きさの
プラスチック製のカプセル多数個を蓄熱槽に密に充填
し、夜間の低コストの電力を利用して蓄熱槽に冷媒を通
してカプセル内の水を凍結させて冷熱蓄熱し、昼間にカ
プセル内の氷を解氷して氷の保有する冷熱を取り出し、
これを空気調和などに活用して省エネルギーを図るよう
にしたもので、一般にカプセル型と呼ばれる。
【0005】また、別の蓄熱式冷却方法として、特平4
−64839号公報がある。
【0006】この蓄熱式冷却方法は、冷媒を吸水させた
多数の微小吸水性ポリマーと疏水性ブライン(例えば、
油)の混合物とし、この冷媒を蓄熱槽と熱交換器との間
に構成される循環経路に循環させて蓄熱槽内の冷却され
た冷媒をもって熱交換器を冷却させることにより空気な
どの目的物を冷却するようにしたものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記するプラスチック
製のカプセルを用いる氷蓄熱装置においては、次のよう
な課題がある。
【0008】(1) 水を封入したカプセルを大量に蓄
熱槽に密に充填しなければならず、カプセル単価が高く
つくため、装置全体が高価なものとなる。
【0009】(2) 蓄熱槽内に冷媒を通してカプセル
内の水との熱交換はカプセル表面で間接的になされ、プ
ラスチック製のカプセルは熱伝導性が悪いため、蓄熱・
放熱の時間が長い。
【0010】(3) プラスチック製のカプセル内の水
は過冷却で凍結しにくいので、冷媒温度を下げる必要が
あり、過冷却防止材を必要とする。
【0011】一方、冷媒として吸水させた微小吸水性ポ
リマーと疏水性ブラインの混合物を用いる蓄熱式冷却方
法においては、次のような課題がある。
【0012】(1) 微小吸水性ポリマーが繊維質の場
合、各ポリマーを形態的に完全球形にすることはでき
ず、また、冷媒が流動して管路およびポンプ内を通過す
るに際して生じる圧力変化などによって吸水状態にある
ポリマーの変形もあり、分散状態にある各ポリマーの自
立性が確実に保持できないため、疏水性ブラインに対す
る吸水性ポリマーの混合比率が高いと、冷媒流動中にポ
リマー同士の結合(絡まり)が生じ、これが次第に大き
く成長(ゲル化)して冷媒の流動に支障を来し、所期の
目的が達成できなくなる。
【0013】(2) 疏水性ブラインに対する吸水性ポ
リマーの混合比率を低くすると、冷媒流動中におけるポ
リマー同士の結合は軽減もしくはなくすることができ、
冷媒の安定した流動性は得られるが、冷熱中に含まれる
水量が減少するので蓄熱量を著しく低下させる。
【0014】この発明は上述の点に鑑みなされたもので
あって、蓄熱槽内において水/氷結体と冷媒を直接に接
触させて熱交換を行い、しかも、両者の接触面積を拡大
して熱交換効率を高めた氷蓄熱装置を提供することを目
的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めのこの発明の第1の発明の要旨とするところは、吸水
性繊維を適宜大きさの球状、棒状、その他の任意形状に
整形し、該繊維を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、
該含水蓄熱体の多数個を水と相溶性のない冷媒とともに
蓄熱槽内に充填し、蓄熱槽内に冷媒を流動させて含水蓄
熱体を凍結・解凍することを特徴とする氷蓄熱装置であ
り、第2の発明の要旨とするところは、粉状またはペレ
ット状をなす吸水性物質を通水性資材からなる外被体に
収容し、吸水性物質を水で膨潤させて適宜大きさの球
状、棒状、その他の任意形状の含水蓄熱体を形成し、該
含水蓄熱体の多数個を水と相溶性のない冷媒とともに蓄
熱槽内に充填し、蓄熱槽内に冷媒を流動させて含水蓄熱
体を凍結・解凍することを特徴とする氷蓄熱装置であ
り、第3の発明の要旨とするところは、吸水性繊維を布
状、縄状などに紡織した吸水体を水で膨潤させて含水蓄
熱体を形成し、該含水蓄熱体を蓄熱槽内に並列状に配装
充填するとともに蓄熱槽内に水と相溶性のない冷媒を充
填し、含水蓄熱体間に形成される隙間に冷媒を流動させ
て含水蓄熱体を凍結・解凍することを特徴とする氷蓄熱
装置であり、第4の発明の要旨とするところは、吸水性
繊維を布状、縄状などに紡織した吸水体を水で膨潤させ
て含水蓄熱体を形成し、該含水蓄熱体とスペーサを蓄熱
槽内に交互に配装充填するとともに蓄熱槽内に水と相溶
性のない冷媒を充填し、スペーサ部に冷媒を流動させて
含水蓄熱体を凍結・解凍することを特徴とする氷蓄熱装
置である。
【0016】
【作用】蓄熱槽内で冷媒と含水蓄熱体を形成する水は相
溶性がなく、冷媒は含水蓄熱体の間を流動して含水蓄熱
体の水/氷結体と直接に接触して水の凍結・解凍が行わ
れる。従って、冷媒と含水蓄熱体との熱交換効率が高く
なる。
【0017】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。
【0018】図1はこの発明の装置の概略構成図であ
る。
【0019】図において、1は蓄熱槽、2は蓄熱槽1内
に冷媒3とともに充填される含水蓄熱体である。
【0020】蓄熱槽1は、密閉構造とされる円筒縦型、
横型、角型などに構成され、対向的に冷媒の出入り口4
a,4bを有する。
【0021】冷媒3は、凝固点マイナス10°C以下、
沸点50°C以上の水と相溶性のない有機化合物、例え
ば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素、トルエン、キシレン
等の芳香族炭化水素、四塩化炭素等の有機ハロゲン化合
物、アルキルポリシロキサン等の有機珪素化合物などが
用いられる。
【0022】この発明の第1実施例の含水蓄熱体2は、
吸水性繊維を単独に、または吸水性繊維と一般繊維を混
紡したものを綿状にしたもの、不織布にしたもの、また
は織布したものを球状、棒状、その他の任意形状に整形
してこれを水で膨潤させて形成したもので、蓄熱槽1内
において冷媒3中に全体的に漂うようにしている。
【0023】この発明の第2実施例の含水蓄熱体2は、
図2に示すように、吸水性の粉状またはペレット状樹脂
などの吸水性物質2aを通水性資材からなる外被体2b
に収容し、吸水性物質2aを水で膨潤させた状態で適宜
大きさの球状、棒状、その他の任意形状をなすようにし
たもので、蓄熱槽1内において冷媒3中に全体的に漂う
ようにしている。ここで用いる通水性のある外被体2b
の材料としては、織布、不織布、和紙、細かいメッシュ
の金属または合成樹脂製の網などが用いられ、外被体2
bの大きさとしては、吸水性物質2aが水で膨潤して外
部に漏出しないように設定される。
【0024】なお、上記する第1実施例および第2実施
例において、蓄熱槽1内に冷媒3とともに含水蓄熱体2
を充填して、蓄熱槽1下部における含水蓄熱体2に対し
て上部含水蓄熱体2からの圧縮力が掛からないようにす
るために、蓄熱槽1内の適所に棚段5を設けるようにし
てもよい。
【0025】また、冷媒3として、例えば、シリコーン
オイル(アルキルポリシロキサン)を用いる場合、シリ
コーンオイルを蓄熱槽1の上部に空間をもたせた状態で
満たし、これに含水蓄熱体2を投入し、蓄熱槽1を含水
蓄熱体2と冷媒3で満たし、シリコーンオイルの比重は
1で含水蓄熱体2の比重1と同じくするから、含水蓄熱
体2の比重調整は必要なく含水蓄熱体2はシリコーンオ
イル中に全体に亘って漂い、含水蓄熱体2の水がシリコ
ーンオイルに接触する。
【0026】また、冷媒3としてヘキサンを使用する場
合は、ヘキサンの比重は水に比べて小さいので、含水蓄
熱体2にバルーンを混合するなどしてヘキサンとの比重
差が少ないようにすることが好ましい。
【0027】この発明の第3実施例の含水蓄熱体2は、
図3に示すように、吸水性繊維を布状、縄状などに紡織
した吸水体2cを水で膨潤させて形成し、該含水蓄熱体
2を蓄熱槽1内に並列状に配して支持部材1aにより懸
垂状態に支持して充填したもので、隣合う含水蓄熱体2
間に形成される隙間に冷媒3を流動させるようにしてい
る。
【0028】この発明の第4実施例の含水蓄熱体2は、
図4に示すように、吸水性繊維を布状、縄状などに紡織
した吸水体2cを水で膨潤させて形成し、該含水蓄熱体
2とスペーサ2dを蓄熱槽1内に交互に配して充填した
もので、スペーサ2d部に冷媒3を流動させるようにし
ている。ここで用いるスペーサ2dは冷媒3が通過する
部分であるから、網状体、連続多孔体などのように含水
蓄熱体2間に空間を保持し、かつ、冷媒3を通過せしめ
る作用を有する適宜の物体が選択される。
【0029】なお、上記する第3実施例および第4実施
例において用いられる吸水性繊維としては、セルロース
繊維を一部カルボキシメチルセルロース化したもの、ア
クリル繊維の外層をポリアクリル酸塩化したものなどが
ある。
【0030】また、吸水体2cは、吸水繊維を布状、縄
状などに紡織する方法、または紡織した繊維を上述のよ
うにカルボキシメチルセルロース化やポリアクリル酸ナ
トリウム化して吸水性を与え、布状、縄状などにする方
法があり、いずれも適用可能である。
【0031】また、含水蓄熱体2の大きさは、蓄熱槽1
の使用される状況によって決められるが、布状のもので
は厚さ1mm〜100mm(特に5mm〜20mm程度が最
適)、幅50mm以上、長さ1000mm以上のものが好ま
しい。
【0032】図5はこの発明の装置を冷房システムに適
用した一例を示すシステムの構成図である。
【0033】蓄冷時には、含水蓄熱体2および冷媒3を
充填した蓄熱槽1と、冷凍機6間に冷媒3を循環させ
る。ここで、冷媒3の冷熱が含水蓄熱体2に伝達されて
含水蓄熱体2は凍結して冷熱蓄熱がなされる。このよう
に冷熱蓄熱した冷熱を取り出すには、蓄熱槽1と水熱交
換器7間に冷媒3を循環させて凍結した含水蓄熱体2と
熱交換し、また、水熱交換器7と冷房負荷8との間に冷
房用水を循環させて冷房に利用する。ただし、冷房負荷
8が小さい時には蓄熱槽1と水熱交換器7との中間に設
けた補助循環ライン9、および三方弁10を介して冷媒
3の一部を水熱交換器7との間に循環させて温度の調整
を行う。また、三方弁10の制御は水熱交換器7と冷房
負荷8との間に流動する冷房用水温度を検出器11によ
り検出して行う。
【0034】
【発明の効果】以上、説明したこの発明によれば、次の
ような効果を奏する。
【0035】(1) 蓄熱槽内において冷媒と含水蓄熱
体を形成する水は相溶性がなく、蓄熱槽内において含水
蓄熱体の水/氷結体と冷媒が直接接触させて熱交換を行
うから、表面熱伝達率を高めることができて冷媒を有効
に冷却して熱交換効率が高い。
【0036】(2) 含水蓄熱体は、吸水性繊維をはじ
め、吸水性の粉末、ペレット状樹脂など、市販の吸水性
物質が使用されるから、装置が安価に提供できて経済的
な冷熱蓄熱が可能で、従来のカプセル型の氷蓄熱装置に
比べて汎用性があり、どこでも簡単に実施できる。
【0037】(3) 含水蓄熱体を形成する水/氷結体
は蓄熱槽内にあって、冷媒と共に蓄熱槽外には流動する
ことがないから、含水蓄熱体中の水量と冷媒量の比率な
どにとらわれることなく熱交換効率を高くすることがで
きる。
【0038】(4) 製氷機や製氷管などを必要としな
いから、設備を小型化でき、また、蓄熱槽の空間に占め
る含水蓄熱体の比率を高めることができるので、冷熱蓄
熱密度を高くでき、配置スペースの有効利用が図られ
る。
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の装置の概略構成図である。
【図2】 この発明の第2実施例の含水蓄熱体の断面図
である。
【図3】 この発明の第3実施例の含水蓄熱体の一部断
面図である。
【図4】 この発明の第4実施例の含水蓄熱体の横断面
図である。
【図5】 この発明の装置を冷房システムに適用した一
例を示すシステムの構成図である。
【符号の説明】
1…蓄熱槽 2…含水蓄熱体 3…冷媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 誠一 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番1 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 老固 潔一 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社明石工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸水性繊維を適宜大きさの球状、棒状、
    その他の任意形状に整形し、該繊維を水で膨潤させて含
    水蓄熱体を形成し、該含水蓄熱体の多数個を水と相溶性
    のない冷媒とともに蓄熱槽内に充填し、蓄熱槽内に冷媒
    を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍することを特徴と
    する氷蓄熱装置。
  2. 【請求項2】 粉状またはペレット状をなす吸水性物質
    を通水性資材からなる外被体に収容し、吸水性物質を水
    で膨潤させて適宜大きさの球状、棒状、その他の任意形
    状の含水蓄熱体を形成し、該含水蓄熱体の多数個を水と
    相溶性のない冷媒とともに蓄熱槽内に充填し、蓄熱槽内
    に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍することを
    特徴とする氷蓄熱装置。
  3. 【請求項3】 吸水性繊維を布状、縄状などに紡織した
    吸水体を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、該含水蓄
    熱体を蓄熱槽内に並列状に配装充填するとともに蓄熱槽
    内に水と相溶性のない冷媒を充填し、含水蓄熱体間に形
    成される隙間に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解
    凍することを特徴とする氷蓄熱装置。
  4. 【請求項4】 吸水性繊維を布状、縄状などに紡織した
    吸水体を水で膨潤させて含水蓄熱体を形成し、該含水蓄
    熱体とスペーサを蓄熱槽内に交互に配装充填するととも
    に蓄熱槽内に水と相溶性のない冷媒を充填し、スペーサ
    部に冷媒を流動させて含水蓄熱体を凍結・解凍すること
    を特徴とする氷蓄熱装置。
JP5114637A 1992-12-28 1993-05-17 氷蓄熱装置 Expired - Lifetime JP2624441B2 (ja)

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JP4-348135 1992-12-28
JP34813592 1992-12-28
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0464839A (ja) * 1990-07-03 1992-02-28 Shinko Kogyo Co Ltd 蓄熱式冷却方法
JPH04366333A (ja) * 1991-06-12 1992-12-18 Taikisha Ltd 潜熱蓄熱装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0464839A (ja) * 1990-07-03 1992-02-28 Shinko Kogyo Co Ltd 蓄熱式冷却方法
JPH04366333A (ja) * 1991-06-12 1992-12-18 Taikisha Ltd 潜熱蓄熱装置

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