JPH06300471A - 蓄冷型ヒートパイプ式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置の小型化を図る。 【構成】 冷凍サイクル１２の蒸発器１８の周囲に蓄熱
材を設けて蓄冷槽１３とするとともに、蒸発器１８の前
後に三方弁２０，２１を設けてループ型ヒートパイプ１
４の凝縮部側を接続し、前記切換弁２０，２１を切換え
操作することによって前記冷凍サイクル１２の蒸発器１
８をループ型ヒートパイプ１４の凝縮部１４ｂとして作
動させ、冷凍サイクル１２で生産して蓄熱槽１３に貯蔵
された冷熱を、必要時にループ型ヒートパイプ１４で取
出して冷却を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、夜間電力や自家発電
の余剰電力等を有効に利用して冷凍サイクルを運転し、
これによって生産された冷熱を一旦貯蔵しておき、冷却
を行う際に貯蔵しておいた冷熱をヒートパイプにより取
出して使用する冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電力料金の割安な夜間電力を使用して、
夜間に冷凍サイクルを運転して冷熱を生産し、この冷熱
を蓄冷槽等に一旦貯蔵しておき、昼間等に冷熱を必要と
する際に取出して、ルームクーラや種々の機器の冷却等
の冷熱源に使用する従来のシステムとして、例えば図２
に示す装置がある。これは、電力ケーブル等を収容した
洞道内の冷却システムで、電力ケーブル（図示せず）等
から発生する熱によって洞道１内が高温とならないよう
に冷却するもので、圧縮機２ａと凝縮器２ｂと膨張弁２
ｃおよび蒸発器２ｄとを備えた冷凍サイクル２の前記蒸
発部２ｄが、蓄冷槽３内に配設されている。

【０００３】また、洞道１内の冷却を行うループ型ヒー
トパイプ４は、その蒸発部４ａを、冷却を行う洞道１内
に、この洞道１内の雰囲気との間で熱交換可能に配設さ
れており、その凝縮部４ｂは熱交換器５内に配設されて
いる。また、この熱交換器５と前記蓄冷槽３との間に
は、蓄冷槽３から吸収した冷熱によって冷却された冷水
を循環ポンプ６ａによって循環させる冷水循環配管６が
設けられており、熱交換器５内の配管中を流通する冷水
と、前記ループ型ヒートパイプ４の凝縮部４ｂとの間で
熱交換が行われるように構成されている。

【０００４】したがって、蓄冷槽３に貯蔵された冷熱を
使用する場合は循環ポンプ７ａの電源スイッチを投入す
ると、冷水循環配管７によって蓄冷槽３から冷熱が取出
され、その冷熱が熱交換器５に運ばれて、この熱交換器
５内に配設されている凝縮部４ｂを冷却する。その結
果、ループ型ヒートパイプ４が作動して、洞道５内に配
設されている蒸発部４ａが高温の洞道内雰囲気に加熱さ
れ、封入されている作動流体が沸騰して蒸発し、その作
動流体の蒸気は、凝縮部４ｂに移動して、低温の凝縮部
４ｂにおいて熱を奪われて凝縮し、液相に戻って蒸発部
４ａに還流し、蒸発部４ａにおいて再び加熱される。こ
のようにして作動流体が液相と気相とに相変化を繰り返
して循環することにより、洞道１内の雰囲気が熱を奪わ
れて冷却される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の蓄冷型
ヒートパイプ式冷却装置においては、割安の夜間電力を
使用して冷熱を生産して蓄冷槽３に貯蔵しておき、必要
に応じてループ型ヒートパイプ４により冷熱を取出して
使用できるため、冷熱の生産コストを低減することがで
きるが、蓄冷槽３に貯蔵された冷熱を、熱交換器５を介
して取出す構造のため、この熱交換器５の体積分だけ装
置が大型化するという問題があった。

【０００６】この発明は、上記の事情に鑑みなされたも
ので、コンパクトな蓄冷型ヒートパイプ式冷却装置を提
供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段としてこの発明は、蓄冷部に貯蔵された冷熱
を、必要時にヒートパイプで取出すとともに所定の位置
まで熱輸送して冷却用冷熱として使用する蓄冷型ヒート
パイプ式冷却装置において、圧縮機と凝縮器と膨張弁と
蒸発器とを順に接続した環状配管内に冷媒を循環させる
冷凍サイクルの前記蒸発器の周囲に蓄熱材を設けて蓄冷
部とするとともに、前記環状配管の蒸発器の前後に切換
弁をそれぞれ介設し、前記冷凍サイクルの冷媒を作動流
体とするループ型ヒートパイプの凝縮部側を前記切換弁
を介して前記蒸発器を経由するよう接続し、かつその蒸
発部を冷却する位置に配設して、前記切換弁を切換え操
作することによって前記冷凍サイクルの蒸発器をループ
型ヒートパイプの凝縮部として作動させることを特徴と
している。

【０００８】

【作用】上記のように構成することにより、先ず冷凍サ
イクルを運転して、この冷凍サイクルの蒸発器の周囲の
蓄熱材に冷熱を貯蔵しておく。そして、冷熱を使用する
際には、前記冷凍サイクルの蒸発器の前後に介設された
切換弁よって、この蒸発器をループ型ヒートパイプ側に
接続すると、この蒸発器を凝縮部とし、かつ冷凍サイク
ルの冷媒の一部を作動流体とするループ型ヒートパイプ
が形成される。したがって、冷却を行う部分に配設され
たループ型ヒートパイプの蒸発部が加熱されると、作動
流体が沸騰して蒸気となり、ヒートパイプの凝縮部とな
っている前記冷凍サイクルの蒸発部へ移動し、蓄冷部に
貯蔵された冷熱に熱を奪われて凝縮し、液相の作動流体
に戻って蒸発部に還流する。したがって、切換弁を切換
え操作するだけで、蓄冷部に貯蔵された冷熱が取出され
て冷却が行われる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の蓄冷型ヒートパイプ式冷却
装置を、洞道内冷却装置に適用した一実施例について図
１を参照して説明する。

【００１０】この冷却装置は、例えば多種類の地中電力
ケーブルが一括布設されている洞道１１内等を冷却する
装置で、電力需要の少ない夜間に、夜間電力を使用して
冷凍サイクル１２を運転し、生産された冷熱を蓄冷槽１
３に一旦貯蔵しておき、昼間等に、洞道１１内の温度が
上昇して冷却する必要が生じた時に、前記蓄冷槽１３を
冷熱源として使用して、ループ式ヒートパイプ１４を作
動させて冷却を行う装置である。

【００１１】前記冷凍サイクル１２は、圧縮機１５と凝
縮器１６と膨張弁１７と蒸発器１８とを、圧縮機１５と
凝縮器１６との間に第１三方弁１９を、膨張弁１７と蒸
発器１８との間に第２三方弁２０を、さらに、蒸発器１
８と前記圧縮機１５との間には第３三方弁２１をそれぞ
れ介設して環状に配管接続し、この配管１２ａ内に凝縮
性の冷媒を封入して冷凍サイクル１２が形成されるとと
もに、この冷凍サイクル１２の蒸発器１８の周囲に蓄熱
材（図示せず）が配設されて、生産される冷熱を貯蔵す
る蓄冷槽１３が形成されている。

【００１２】また前記ループ型ヒートパイプ１４は、そ
の蒸発部１４ａが冷却を行う洞道１１内に、内部雰囲気
との間で熱交換可能に配設されるとともに、この蒸発部
１４ａ内で蒸発した作動流体の蒸気が凝縮部１４ｂに向
けて流れる蒸気流路１４ｃの先端を、前記冷凍サイクル
１２の環状配管１２ａの第３三方弁２１と圧縮機１５と
の間に第４三方弁２２を介設してこの第４三方弁２２に
接続し、さらに、前記第１三方弁１９と第３三方弁２１
とを直接配管接続して、圧縮機１５に吸入圧縮された蒸
気が、第１三方弁１９から第３三方弁２１を経由して冷
凍サイクル１２の蒸発器１８に流入するように連通し
て、この蒸発器１８をループ型ヒートパイプ１４の凝縮
部１４ｂとして共用させる一方、凝縮部１４において熱
を奪われて気相（蒸気）から液相に戻った作動流体を、
第２三方弁２０から前記蒸発部１４ａに還流させる液流
路１４ｄには逆止弁２３が介設されている。

【００１３】次に、上記のように構成されるこの実施例
の作用を説明する。

【００１４】この冷却装置は、冷凍サイクル１２の蓄冷
槽１３に冷熱を蓄積させる場合には、圧縮機１５、第１
三方弁１９、凝縮器１６、膨張弁１７、第２三方弁２
０、蒸発器１８、第３三方弁２１、第４三方弁２２の順
で冷媒が移動するように、第１〜第４の各三方弁１９，
２０，２１，２２を切換え操作した後、夜間電力を使用
してこの冷凍サイクル１２を運転すると、封入されてい
る低温冷媒ガスが圧縮機１５に吸込まれて圧縮され、高
温高圧の過熱蒸気となって第１三方弁１９を経て凝縮器
１６に送られ、この過熱蒸気は凝縮器１６で空気等で冷
却されて凝縮する。そして、液化した冷媒液は過冷却状
態まで冷却された後、膨張弁１７を通過する際に減圧さ
れて断熱膨張し、その一部は蒸発して気液混合状態の冷
媒となり、第２三方弁２０を経て蒸発器１８に入り、こ
の蒸発器１８において冷媒は矢印Ｒ方向に流れ、低温の
冷媒液が周囲から熱を奪って昇温し、蒸発して低温冷媒
ガスとなって再び圧縮機１５に吸入される。この圧縮−
凝縮−減圧−蒸発の過程を連続して繰返すことにより、
蒸発器１８が配設されている蓄冷槽１３の蓄熱材の熱が
奪われることにより冷熱が蓄積される。

【００１５】そして、蓄冷槽１３に貯蔵された冷熱によ
って洞道１１内の冷却を行う場合には、ループヒートパ
イプ１４内に作動流体として封入された冷媒が、蒸発部
１４ａ、蒸気流路１４ｃ、第４三方弁２２、圧縮機１
５、第１三方弁１９、第３三方弁２１、蓄冷槽１３内の
蒸発器１８、第２三方弁２０、逆止弁２３を経由して蒸
発部１４ａの順に移動するように第１〜第４の各三方弁
１９，２０，２１，２２をそれぞれ切換え操作すると、
洞道１１内に配設されている蒸発部１４ａ内の作動流体
Ｌが、高温の洞道内雰囲気の熱を吸収して蒸発し、蒸気
となって蒸気流路１４ｃを経由し、さらに第４三方弁２
２を経て圧縮機１５に吸入される。そして、圧縮機１５
で圧縮された蒸気は、第１三方弁１９と第３三方弁２１
とを経由して蓄冷槽１３内の凝縮部１４ｂ（冷凍サイク
ル１２の蒸発器１８と共通）内を矢印Ｈ方向に流れて、
周囲の蓄熱材に貯蔵されている冷熱によって冷却されて
凝縮し、液化して第２三方弁２０と逆止弁２３とを経由
して蒸発部１４ａに還流し、洞道内雰囲気の熱を吸収し
て再び加熱される。

【００１６】このように冷熱源を、電力需要が低く、電
力料金が割安な夜間電力を使用して生産でき、また、洞
道１１内の雰囲気が高温となって冷却する必要が生じた
時に、４つの三方弁１９，２０，２１，２２を切換える
だけでループ型ヒートパイプ１４が作動して、蓄冷槽１
３に貯蔵されている冷熱を取出し、かつ洞道１１内まで
熱輸送して冷却することができる。

【００１７】なお、この実施例においては、この発明の
蓄冷型ヒートパイプ式冷却装置を洞道内冷却装置に適用
した場合について説明したが、他の冷却装置にも好適に
実施することができる。

【００１８】また、この実施例においては、夜間電力を
使用して冷熱を生産する場合について説明したが、他
に、例えばコージェネレーションシステムの自家発電設
備を備えたビルや工場等においては余剰電力を活用して
冷熱を生産し、ビルや工場の冷房あるいは機器の冷却等
に供するのに適している。

【００１９】

【発明の効果】以上、説明したようにこの発明は、冷凍
サイクルの蒸発器の周囲に蓄熱材を設けて蓄冷部とする
とともに、前記蒸発器の前後に切換弁をそれぞれ介設し
てループ型ヒートパイプの凝縮部側を接続し、かつその
蒸発部を冷却する位置に配設して、前記切換弁を切換え
操作することによって前記冷凍サイクルの蒸発器をルー
プ型ヒートパイプの凝縮部として作動させる構造とした
ので、熱交換器を介さずに蓄冷部から冷熱を直接取出す
ことができるため、熱交換器が不要となった分だけ装置
を小型化することができる。また、一旦蓄えた冷熱をヒ
ートパイプで取出して使用するため、夜間電力や自家発
電の余剰電力等を使用することにより運転コストを低減
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の蓄冷型ヒートパイプ式冷却装置の一
実施例を示すシステムフロー図である。

【図２】従来の蓄冷型ヒートパイプ式冷却装置の一例を
示すシステムフロー図である。

【符号の説明】

１１…洞道、 １２…冷凍サイクル、 １３…蓄冷槽、
１４…ループ型ヒートパイプ、 １４ａ…蒸発部、
１４ｂ…凝縮部、 １５…圧縮機、 １６…凝縮器、
１７…膨張弁、 １８ａ…蒸発器、 １９，２０，２
１，２２…三方弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 伊藤 雅彦 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 青山 文明 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄冷部に貯蔵された冷熱を、必要時にヒ
   ートパイプで取出すとともに所定の位置まで熱輸送して
   冷却用冷熱として使用する蓄冷型ヒートパイプ式冷却装
   置において、 圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とを順に接続した環状
   配管内に冷媒を循環させる冷凍サイクルの前記蒸発器の
   周囲に蓄熱材を設けて蓄冷部とするとともに、前記環状
   配管の蒸発器の前後に切換弁をそれぞれ介設し、前記冷
   凍サイクルの冷媒を作動流体とするループ型ヒートパイ
   プの凝縮部側を前記切換弁を介して前記蒸発器を経由す
   るよう接続し、かつその蒸発部を冷却する位置に配設し
   て、前記切換弁を切換え操作することによって前記冷凍
   サイクルの蒸発器をループ型ヒートパイプの凝縮部とし
   て作動させることを特徴とする蓄冷型ヒートパイプ式冷
   却装置。