JPS60196558A - 冷房，冷凍装置 - 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】 本発明は冷房、冷凍装置に係わり、更に詳しくは、潜熱
蓄熱装置を付加して冷房、冷凍負荷をまかなうようにし
た装置に関する。

従来から、熱利用装置に蓄熱装置を（＝ｊ加する技術が
種々提案されている。これは安い深夜電力を利用して、
熱量を貯えておき、必要な時に負荷の請求に応じて放熱
するので、熱の供給と需要との間の時間的なズレを調整
し、省エネルギーに寄与する。そして蓄熱体の顕妨を利
用するよりも、蓄熱密度が大であってかなりの〃１量が
得られることや、装置をコンパクトにまとめることがで
きる等の理由により、潜熱蓄熱の技術が利用されている
。

即ち、温幼を対象とする場合には物質ぐ一般に熱媒体又
は蓄熱媒体という。本明細書では以下熱媒体と記載する
。）を融解させて熱を蓄熱し、逆に凝固させて熱を放出
すること、又は冷熱を対象とする場合には熱媒体を凝固
させて冷熱を蓄熱し、融解させて冷熱を放出することを
原理とする方法を用いている。

所が、従来の熱媒体は略５℃以上のものがほとんどなの
で、従来提案されている蓄熱装置付熱利用装置は取扱い
が比較的やさしい太陽熱利用装置等の温熱を対象として
固相、液相間の相変化に伴なう融解潜熱利用装置であり
、冷房、冷凍装置に冷熱を蓄熱する蓄熱装置を付加した
実用可能な技術は提案されていない。

本発明は途上の点に鑑み成されたもので、その要旨とす
る所は蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備え、上記蒸
発器と冷却器の間をブライン循環系によって接続した冷
房、冷凍装置に於いて、上記ブライン循環系に冷熱蓄熱
槽を付設し、上記冷熱蓄熱槽内には、冷熱媒体を球状の
シェル内に充てんして成る球状蓄熱体の多数が収容され
、上記冷熱媒体は水が加えられた水溶液であって、共融
濃度の共融混合体であり、共融点で液相から固相に変わ
る時に同化の潜熱として冷熱を蓄熱し、同相から液相に
変わる時に先に蓄熱した冷熱を放熱するものであり、且
つ上記球状シェルは球状シェル内に液相の冷熱媒体を封
入する際に、球状シェル内に空間が存するように定めて
封入するとともに、冷熱媒体の液相から固相への変化に
よる冷熱媒体の体積膨張時には、その膨張量を上記空間
と冷熱媒体の体積膨張に応じる球状シェルの同心円的な
膨張により吸収するように定められていることを特徴ど
する冷房、冷凍装置であって、その目的とする所は、０
℃以下の冷熱を蓄熱し、放熱するに好適な冷熱媒体を用
いた蓄熱装置を付加した・冷房、冷凍装置を提供するに
あり、それにより、冷房、冷清負荷をまかなう為の所要
電力を時間的に分散させることができ、この電力需要の
平滑化により圧縮機等の小容量化が可能にされ、省エネ
ルギーを可能にする装置を提供するにある。

次に添付図面に従かい本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図に於いて、蒸発器１で発生する冷媒蒸気は圧縮機
２で圧縮されて高圧の過熱蒸気となり、凝縮器３で冷却
水に熱を奪われて液体となる。この高圧の液を膨張弁４
で減圧し、低圧低温の冷媒を蒸発器１て蒸発させて、凝
固点の低いブラインから蕉発熱をとって、それを冷却し
、このブラインをブライン循環系５を介して冷却器６に
送り冷房、冷凍の用に供する。

以上は冷房、冷凍の一般的な装置であるが、このような
ものに於いて、上記ブライン循環系５に冷熱を蓄熱し、
放熱する蓄熱槽７を付設する。この例では蒸発器１を中
にして、その上流と下流を管８で接続し、管８の中間に
蓄熱槽７を配した例を示しである。そして、上記管８と
並列にバイパス管９を設ける。上記管８とブライン循環
系５の接続箇所及び管９とブライン循環系５の接続箇所
には各々三方向制御弁１０．１１，１２．１３を配設し
、又ブライン循環系５中に蒸発器循環用ポンプ１４、放
冷用ポンプ１５を配置する。上記蓄熱槽７内には、第２
図で示す如き球状蓄熱体１６の多数が収容されている。

この球状蓄熱体１６は、凝固温度で液相から同相に変わ
る時に、固化の潜熱として冷熱を蓄熱し、同相から液相
に変わる時に先に蓄熱した冷熱を放出する冷熱媒体１７
を球状のシェル１８内に充てんしたものである。

上記球状蓄熱体１６の個々の大きさは、直径２０　ｍｍ
　〜２００　ｍｍの範囲、例えば６５ｍｍ程度であるが
、この事は冷房、冷凍装置の条件、蓄放熱運転条件等に
よって必要な蓄熱槽全体の蓄、放熱量が決定されるから
、その必要蓄、放熱量を確保するに十分な伝熱面積を確
保することを基準として定めればよい。望ましくは同時
に、ｉ熱槽７の一定容積中に収容する数が多くなればな
るほど、即ち個々の球状蓄熱体１６の直径が小さくなれ
はなるほど製作費が高くなるから、上記の条件を満すと
同時に、この製作上の条件を満すようにして加工すると
よい。更に、この球状蓄熱体１６を蓄熱槽７中に収容す
るにあたっては、図示せざるも例えは、蓄熱槽７の一方
の入口又は出口と、他方の人口又は土日付近に、多数の
流通孔の形成された板を装設し、上記板と板の間に球状
Ｗ熱体１Ｇを収容するとよい。このようにすることによ
って、蓄熱槽７中にブラインが出入する際に、上記板に
よってブラインが分散して蓄熱槽７中に出入し、多数収
容されている球状蓄熱体１６に平均に接触せしめられる
。更にブラインの蓄熱槽７内に於ける移動速度は極くゆ
っくりとしたもので、例えは１時間当り５ｍ”のブライ
ンの移動量が確保されるように速度を設定する等装置の
条件に応して定める。

さて、冷熱媒体Ｉ７については、本発明に於いては共融
混合体を用いる。即ち、塩類等の熱媒体の水溶液は一定
の濃度で最底の凝固温度が得られるが、その最も低温度
が得られるときの）農産の溶液を用いるものである。こ
の共融濃度の共ｉ８！混合体によれば、最も低温度で、
塩類等の熱媒体と水があたかも単一の物質のように凝固
する。従って融解−凝固のサイクルに対して確実に且つ
安定して動作する。この時凝固の潜熱として冷熱媒体１
７が熱を蓄熱する。

このような共融混合体の数例を次に示す。

上記の共融濃度は重量濃度である。

このような例の共融混合体の冷熱媒体によれは凝固、融
解時に凝固、融解熱が５０〜７２Ｋｃａｌ／Ｋｇ程生ず
るものである。

これらの冷熱媒体１７には、勿論過冷却防止としての発
核剤や、結晶水分離防止剤、並びに結晶加速剤が添加さ
れる。即ち、過冷却防止に関しては、発核剤を使用しな
い場合、本来の凝固点を大幅（１０〜２０℃）に下回る
ことが多いが、従来用いられている熱媒体各に対応する
種々の発核剤を用いると最大でも２℃程度に抑えること
ができ動作が安定する。又結晶水の分離防止剤について
は、多くの水和塩の融点は包晶点であるが、この場合融
点において均一融解がおこらない。即ち元の結晶と異な
る組成（結晶水が小さい）の結晶と、これと平衡する組
成の融液との二相に分離する。

この為にゲル化剤としての粘土を微量加えることが有効
である。

又、上記球状シェルの材質としては、金属、合成樹脂等
積々あり、外力及び内方に抗して球状を保持できる点や
、耐熱性の点、生産加工上の点等から選んで用いられる
が、この発明では、冷熱媒体１７゛が、液相の時に、シ
ェル１８内に冷熱媒体１７非占有の空間１９、が形成す
るようにシェル１８の大きさを定めるものである。同時
に冷熱媒体の凝固による体積膨張時の膨張量を、上記空
間１９とシェル１８の膨張によって、吸収するように空
間１９の大きさを定めるものである。シェル１８の膨張
は凝固冷熱媒体の膨張時の圧力によって可能にされ、又
冷熱媒体が同相から液相に変わった時には、シェル１８
も収縮するがシェル１８は当初設定した大きさの空間１
９を残して収縮を止める。例えば冷熱媒体１７が凝固し
た時に、液体の時の体積１．０８倍、即ち８％膨張した
とすると、空間１９で５．５％、シェル１８の膨張て２
．５％その膨張量を吸収するように空間１９の大きさを
定めるものである。換言すれば冷熱媒体１７を、中空成
型法、真空成型法等で加工した球状シェル１８内に注入
等により充てんする際は、当然のように冷熱媒体１７は
液体であるが、その液体の冷熱媒体１７を充てんする際
に、空間１９として上記の例では５．５％相当を残して
充てんするものである。

球状シェル１８自体は固い球殻であるが、薄肉に形成さ
れるので、凝固冷熱媒体の膨張時の内圧によって、冷熱
媒体の膨張に応じて膨張し、冷熱媒体が液相に変化した
時には当初の空間を残して１怨に原状に復するから、材
質的には金属、合成樹脂等種々選択できるが、上記のシ
ェル膨張をより容易にする為に膨張、収縮性に冨むもの
がよく、軟化点９０℃以上の合成樹脂中でも他の耐力性
、耐熱性、加工性をも考慮すると高密度ポリプロピレン
、高密度ポリエチレンが好適である。更にシェル１８の
」−記の膨張に関しては、設計」−次の事を考慮する。

即ち、凝固冷熱媒体１７の体積膨張時の内部圧力によっ
てシェル１８を膨張させるものであるが、その際材料破
壊を生じない程度のシェル１８の膨張度合を定め得るよ
うに、用いる熱媒体の体積膨張１を考慮して空間１７の
大きさを定める。この為には、シェル１８の膨張、収縮
をシェル１８の材質、半径、薄い肉厚の厚さ等によって
定まる弾性域の範囲にとどめるとか、シェル１８の材質
等によって定まる引っ張強さく極限強さ）に安全率を見
込んだ範囲内で膨張を可能ならしめるとかの種々の工学
的手法を用いるものである。

次にこの実施例の各動作を第４図〜第８図に従がい説明
する。

第４図に示した運転例は蓄熱動作のみである。

この場合は、蒸発器１によって蒸発熱をとられることに
よって冷却されたブラインを矢示２０で示ず如くポンプ
】４によって蒸発器と冷熱蓄熱槽７間にのみ循環させる
。これにより蓄熱槽７内の多数の球状蓄熱体１６とブラ
インが接触することにより、球状蓄熱体１６が冷却され
て共融点に於いて凝固する。凝固時に固化の潜熱として
の冷熱が球状蓄熱体１６の冷熱媒体１７中に蓄熱される
。

第５図に示した運転例は、蓄熱しながら圧縮機２を駆動
じて冷房、冷凍運転している場合である。

即ち矢示２１て示すようにブラインをポンプ１５によっ
て冷却器６に循環させながら冷房、冷凍の負荷に応しつ
つ、ポンプ１４によって冷熱蓄熱槽７へも循環させ蓄熱
する例である。この例の場合、冷却器６を出たブライン
はバイパス管９を経由して再び冷却器６に戻される。従
って戻り量の程度に応じてブラインの温度が調節され、
冷房、冷凍度合が調節される。

第６図に示した運転例は、蓄熱槽の放熱動作のみで冷房
、冷凍運転している例である。即ち、矢示２２て示すよ
うに冷房、冷凍サイクル系の圧縮機２の運転を停止して
、ブラインをポンプ１５により冷熱蓄熱槽７と冷却器６
０間に循環させるものである。冷却器６を経由した後の
ブラインが冷熱蓄熱槽７中に流入すると、その熱が冷熱
蓄熱槽７の球状蓄熱体１６に伝えられ、共融点に至ると
冷熱媒体１７が融解し、先に蓄熱した冷熱を融解の潜熱
としてブラインに放出する。従ってブラインが冷却され
て、冷房、冷凍負荷に応する。この例の場合は冷却器６
を出たブラインの一部はバイパス管９を経由して再び冷
却器６に戻され、ブラインの温度を調節する。第７図第
８図に示した例は、矢示２３，２４で示すように蓄熱槽
の放熱動作と、圧縮機２の駆動動作の双方で、冷房、冷
凍運転している例である。但し第７図の例は、冷却器６
を出たブラインの一部はバイパス管９を経由して再び冷
却器６に戻される。

上記の種々の冷房、冷凍運転、蓄熱、放熱運転を可能に
する為に三方向制御弁１０．ＩＩ、１２゜１３及びポン
プ１４．１５が従来周知の制御方法により場合ことに、
それぞれに応して切換動作、発停動作せしめられる。

そして、通常上記の冷熱蓄熱槽７による冷熱の蓄熱は、
利金の安い深夜に圧縮機を駆動して行なわれ、負荷需要
の多い時に放熱される。この為に、第３図に例示する如
く、冷房、冷凍負荷の要求パターンがＡで示されていて
、例えば蓄熱装置を有さない場合には、最大負荷時の略
１４〜１５時刻頃には圧縮機の容量がＩ（ＩＯＫＷ程度
必要であったとした場合、蓄熱装置を有すると安い深夜
電力の使用できる他の時間帯に圧縮機を駆動して蓄熱ａ
し、それを冷房冷凍必要時間帯に放熱ｌ）することがで
きるから、例えば圧縮器の容量をδＯＫ　Ｗの如くに小
容量化でき、省エネルギーに資する。

さて、上記蓄熱、放熱の過程に於いて、本発明に用いる
球状蓄熱体１６中の冷熱媒体１７は、共融潤度の共融混
合体なので、凝固点降下を格段と可能ならしめ、その降
下した凝固、融解温度に於いて相変化する時の潜熱を効
果的ｔこ蓄熱し、放熱するものである。又上記の融解−
凝固動作は、あたかも単一の物質のように行なわれるの
で動作が安定し、実用的となる。

以−ヒ詳述した如く本発明は蒸発器、圧縮機、凝縮器、
膨張弁を備え、上記蒸発器と冷却器の間をブライン循環
系によって接続した冷房、冷凍装置に於いて、上記ブラ
イン循環系に冷熱蓄熱槽を付設し、上記冷熱蓄熱槽内に
は、冷熱媒体を球状のシェル内に充てんして成る球状蓄
熱体の多数か収　４容され、上記冷熱媒体は水が加えら
れた水溶液であって、共融濃度の共融混合体であり、共
融点て液相から固相に変わる時に同化の潜熱として冷熱
を蓄熱し、同相から液相に変わる時に先に蓄熱した冷熱
を放熱するものであり、且つ上記球状シェルは球状シェ
ル内に液相の冷熱媒体を封入する際に、球状シェル内に
空間が存するように定めて封入するとともに、冷熱媒体
の液相から同相への変化による冷熱媒体の体積膨張時に
は、その膨張量を」二記空間と冷熱媒体の体積膨張に応
しる球状シェルの同心円的な膨張により吸収するように
定められていることを特徴とする冷熱、冷凍装置なので
、０℃以下の冷熱を蓄熱し、放熱するに好適な熱媒体を
用いた蓄熱装置を付加した冷房、冷凍装置を提供でき、
それにより冷房、冷凍負荷をまかなう為の所要電力を時
間的に分散させることができ、この電力需要の平滑化に
より圧縮機の小容量化か可能にされ省エネルギーを可能
にするものである。

【図面の簡単な説明】

添ＩＪ図面ｕ本発明の実施例を示し、第１図は配管系統
図、第２図は球状蓄熱体の倒閣、第３図は蓄熱運転のパ
ターン倒閣、第４図〜第８図は各々動作倒閣であり、図
中１は蒸発器、２は圧縮機、３は凝縮機、４は膨張弁、
５はブライン循環系、６は冷却器、７は冷熱蓄熱槽、１
６は球状蓄熱体、１７！ま冷熱媒体、１８は球状シェル
、１９は空間である。 特許出願人　三菱商事株式会社 特許出願人　株式会社亀山鉄工所 特許出願人　株式会社テクノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁を備え、上記蒸発器と
   冷却器の間をブライン循環系によって接続した冷房、冷
   凍装置に於いて、上記ブライン循環系に冷熱蓄熱槽を付
   設し、上記冷熱蓄熱槽内には、冷熱媒体を球状のシェル
   内に充てんして成る球状蓄熱体の多数が収容され、上記
   冷熱媒体は水が加えられた水溶液であって、共融濃度の
   共融混合体であり、共融点て液相から固相に変わる時に
   同化の潜熱として冷熱を蓄熱し、同相から液相に変わる
   時に先に蓄熱した冷熱を放熱するものであり、且つ上記
   球状シェルは球状シェル内に液相の冷熱媒体を封入する
   際に、球状シェル内に空間が存するように定めて封入す
   るとともに、冷熱媒体の液相から同相への変化による冷
   熱媒体の体積膨張時には、その膨張量を上記空間と冷熱
   媒体の体積膨張に応しる球状シェルの同心円的な膨張に
   より吸収するように定められていることを特徴とする冷
   房、冷凍装置。