JPS6333051B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蓄冷槽を設けた空調方式の蓄冷方法
の効率化、省容積化、および製作・運転経常費の
節減を目的としたヒートパイプ利用の蓄冷式空調
冷房方法に関するものである。

従来この種の空調方式には、通常の水の顕熱を
利用した蓄冷方式が用いられているが、水自体の
利用熱量が限られていることから大きな蓄冷容積
を必要とし建設費も高価なものとなる等の欠点が
ある。これを改善する方法として、水を凍らせ氷
の持つ融解熱を利用することによつて、蓄冷槽の
容積を小さくし上記の欠点を無くす工夫が色々と
試みられている。その主な方法として、０℃以下
に冷却することのできる不凍液を冷凍機で冷却し
て、その冷熱を使用する方法と、もう一つの方法
は、冷凍機の冷媒ガスを蓄冷槽内に設けた冷却コ
イルに直接流してコイル表面に氷を作るものであ
る。しかしながら、この方式が従来の水冷却方式
に比べて普及しないのは、前者には、冷却方式が
直接的でなく効率が悪いことと、装置が複雑化し
て高価なものになる等の欠点があり、後者では、
冷却コイルに直接氷を付着させるので冷却コイル
の氷の成長に伴つて、熱抵抗がたえず変化して、
冷凍機の負荷変動に対する制御が複雑化すること
と、冷却コイルの単位長さ当りの熱抵抗が大きく
なつてしまうので長いコイルを必要とし、それを
収容するには、大きな水槽が必要となる等の欠点
があるためである。

本発明は、これらの欠点を除去するようになし
たもので、上記の公知例との基本的な違いは、氷
の形成部分にヒートパイプを使用して、ヒートパ
イプ自体に氷の形成時の熱抵抗負荷をかけ、冷凍
機で冷媒を蒸発させて発生させた冷熱でヒートパ
イプ内部の作動液を凝縮させる高効率の熱交換を
行うことである。このため冷凍機冷媒蒸発温度も
低くでき、したがつて、ヒートパイプ単位長さ当
りの着氷量を増加させることができ、冷凍機能力
に応じて最低必要着氷面積からヒートパイプの太
さ、長さと数等を換算すればよく、従来に比べて
相当小形の装置とすることができる。

更に、本発明は、蒸発器、蓄冷槽間に蓄冷槽内
の長さを蒸発器内の長さよりも大なるように位置
させ互いに独立させて配設した複数本のヒートパ
イプに所要の製氷量を考慮した着氷状態で一様に
生長した氷が互いに接触しないように着氷半径を
保持し、連結着氷を生じることなくヒートパイプ
の表面に氷を均一に成形すると共に潜熱を利用す
る蓄冷槽内のヒートパイプ着氷を多くすることに
より、高効率の蓄冷を行つて装置の小形化をはか
るものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。

図に於て１は既存の冷凍装置に用いられる蒸発
器で、蒸発器内部には、ヒートパイプ２の一部で
ある熱交換部２ａが組込まれている。蒸発器外面
は断熱材３で被覆され、この蒸発器１の下部には
蓄冷槽４を接するようにして配置し、該槽内には
ヒートパイプ２の冷却部２ｂが挿入され、この部
分で槽内の水を冷却して氷を成形する。水槽内部
には複数枚の仕切板を上下あるいは左右より交互
に配し、これにより流水通路を形成されこの仕切
板５で仕切られる各室に上記各ヒートパイプの冷
却部２ｂが設けられ、蓄冷槽外部は断熱材６で保
温されている。

以上の如く蓄冷装置の本体が構成される。

次に、配管回路について説明する。

蓄冷槽内の流水通路の入口側と出口側とを接続
するようにして冷熱循環回路Ａが設けられると共
に該回路Ａには蓄冷時の水の流動と空調時の冷熱
取り出しを兼用する循環ポンプ７とバルブ９が設
けてあり、更にこの冷熱循環回路Ａには負荷側回
路Ｂが接続される。負荷側回路Ｂにはバルブ８，
１０が設けられ、之等両回路Ａ，Ｂにおけるバル
ブ８，９，１０は蓄冷と空調運転の切替え手段
で、制御コントロール盤１１にて制御される。

これ以外の制御コントロール盤の制御対象に
は、回路Ｂに空調用ポンプ１２と、冷凍装置の蒸
発器１を接続する冷凍回路Ｃに接続された冷凍機
圧縮機１４があり、これらの発停を行なう。

尚図示の実施例では冷凍装置の蒸発器を一つの
室とし、これに多数のヒートパイプ熱交換部２ａ
を挿通せしめているが、冷媒との接触効率を向上
せしめるため、各ヒートパイプ毎に蒸発器を、即
ち一つの蒸発器内に一本のヒートパイプの熱交換
部を挿入せしめ、多数並列される蒸発器間を直列
的に接続して冷凍回路を構成するか、あるいは蒸
発器を二以上に分け、これに二乃至三以上のヒー
トパイプを配置し、このブロツク間を直列的に接
続せしめることも可能であり、更に蒸発器と蓄冷
槽とは横方向に接するようにして配置しても同様
な作用を得られるものである。

以下その作動法について説明する。

本装置は蓄冷運転動作と冷熱取り出し空調運転
動作の順序で行なわれる。第１図は蓄冷運転動作
を示すもので、冷凍機圧縮機１４で圧縮された冷
媒ガスは冷凍回路中の凝縮器１５、膨張装置１６
を経て蒸発器１に達し、ヒートパイプを冷却す
る。このときの水の流れは循環ポンプ７が運転さ
れ、また、バルブ９は開、バルブ８，１０は閉の
状態にあつて冷熱循環回路Ａが構成されて、管路
の流水は蓄冷槽入口４ａから蓄冷槽４の内部へ流
入する。流入水は蓄冷槽内部の仕切板５で構成さ
れた左右又は上下方向にジグザグした流路によつ
て、槽内の温度を一様になるように流動し、この
際、ヒートパイプの熱伝達率もこの流動によつて
向上することになる。この流動の形式は、第３
図、第４図に示される上下蛇行流あるいは第５，
６図の水平蛇行流である。

この運転で、蓄冷槽４内部の水は次第に０℃に
近づく。そのとき、制御コントロール盤１１内蔵
タイマーの停止信号によつて、循環ポンプを一時
停止する。循環ポンプの停止時間は、蓄冷槽内水
温の降下速度をもとに予め設定された時間であ
る。以降、循環ポンプ７は蓄冷槽内の水温を均一
にするためにコントロール盤１１内蔵タイマーに
よつて、発停を繰り返しヒートパイプ２の氷成形
動作を助ける。

この流動水中にあるヒートパイプ２の氷成形動
作は第７図によつて示される如く蒸発器１に入つ
た冷媒ガスがヒートパイプの熱交換部２ａを冷却
して、ヒートパイプ固有の動作を起こさせる。つ
まり、ヒートパイプの蒸発〜凝縮サイクルの動作
によつて、ヒートパイプの冷却部２ｂの表面から
流水の持つ顕熱および潜熱を吸収して、この表面
に氷１７を成長させることである。

以上の動作で所要の氷が蓄積されるまで運転さ
れる。所要の氷が成形された状態（所要の製氷量
を考慮した着氷状態）でヒートパイプに一様に生
長した氷の着氷半径は第８図に示すごとくヒート
パイプの半径の２乃至３倍で隣接する着氷は互い
に接触しない状態にあり、この状態に達した時点
で制御コントロール盤１１から停止信号が冷凍機
圧縮機１４および循環ポンプ７に送られて装置の
動作は全て停止する。ここで、ヒートパイプ冷却
部２ｂに着氷した氷１７は、蓄冷槽４内に断熱材
６によつて、空調運転開始時間になるまで保存さ
れる。

次に、第２図に示す空調運転動作について説明
する。

空調運転開始時間となつたとき、制御コントロ
ール盤からのバルブ切替え信号によつて、バルブ
８，１０を開、バルブ９を閉にして、二つの回路
即ち冷熱循環回路Ａに負荷側回路Ｂを接続された
一つの回路を構成する。この切替えが完了した時
点で空調ポンプ１２が連動運転することで、回路
Ｂの水が循環される。回路Ｂの循環水は、負荷１
３の要求に応じて作動するバルブ１０の制御を受
けて、一部の水は回路Ａの配管に導かれ蓄冷槽４
に流入し、残りの水は回路Ｂを循環する。

蓄冷槽４に水が流入すると同時に、回路Ａの循
環ポンプ７が運転して、回路Ｂから流入した量と
同量の水が回路Ｂに送られる。このときの水は、
蓄冷槽内部の仕切板５で構成された流水通路を通
過したもので、第８図に示される氷１７を徐々に
溶かした冷熱を含んだものである。

このようにして、回路Ｂに送り込まれた冷水は
回路Ｂの循環水と混合して空調用冷水となり負荷
１３に供給されて、所望の冷房に用いられる。

また、負荷１３の冷熱の要求がない場合には、
蓄冷槽４への水の流入もないので、循環ポンプ７
は停止して、再度負荷１３の要求あるまで、その
冷熱取り出し動作は一時休止する。

本発明は、蓄冷式空調冷房法において、冷凍回
路の蒸発器と内部に冷水の循環水路を構成するよ
うになした蓄冷槽とを密接せしめ、この蒸発器、
蓄冷槽間に蓄冷槽内の長さを蒸発器内の長さより
も大なるように位置させ互いに独立させて配設し
た複数本のヒートパイプに所要の製氷量を考慮し
た着氷状態で一様に生長した氷が互いに接触しな
いように着氷半径を保持し、蒸発器内の冷熱を該
ヒートパイプを介し蓄冷槽冷水中に沈漬せしめた
ヒートパイプ外周面に伝え、冷水流路を閉塞しな
い状態に保ち着氷させて蓄冷し、且つこれを循環
冷水と熱交換せしめて所望の蓄冷、冷房を行うよ
うになしたから、潜熱を利用する蓄冷槽内のヒー
トパイプを蒸発器内よりも長くして高効率の蓄冷
を行うとともに、隣接するヒートパイプ間の着氷
が連結着氷を生じることがなく蓄冷槽のヒートパ
イプには互いに独立して着氷するので氷を各ヒー
トパイプの表面に均一に成形することで効率よく
蓄冷でき、また、冷熱の取出しも複数本のヒート
パイプに互いに独立して着氷した氷を均一に溶か
すことで無駄なく利用することができて、装置を
小形化して適宜の建物、適宜の場所に設置自在と
するとともに、製作コストの低減をはかり得る効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートパイプ利用の蓄冷式空調冷房方
法の系統図で蓄冷運転動作の説明図、第２図は同
空調運転動作の説明図、第３図は蓄冷槽上下蛇行
流形の平面図、第４図は第３図の側断面図、第５
図は異りたる実施例で、流水通路を水平蛇行流形
とした平面図、第６図は第５図の側断面図、第７
図及び第８図はヒートパイプの着氷状態を示す詳
細図である。 １…蒸発器、２…ヒートパイプ、２ａ…ヒート
パイプ熱交換部、２ｂ…ヒートパイプ冷却部、３
…蒸発器断熱材、４…蓄冷槽、４ａ…蓄冷槽入
口、４ｂ…蓄冷槽出口、５…仕切板、６…蓄冷槽
断熱材、７…循環ポンプ、８，９，１０…バル
ブ、１１…制御コントロール盤、１２…空調ポン
プ、１３…負荷、１４…冷凍機圧縮機、１５…凝
縮器、１６…膨張装置、１７…氷、Ａ…冷熱循環
回路、Ｂ…負荷側回路、Ｃ…冷凍回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷媒ガスを循環させて凝縮、気化を繰り返す
   ことによつて冷却を行う冷凍回路と、負荷側回路
   に選択的に連続遮断可能とした冷房用冷水循環回
   路とを具備し、上記冷凍回路の冷熱を冷水と熱交
   換を行い冷水循環回路中に具備せしめた蓄冷槽に
   蓄えて空調冷房を行う方法に於て、上記冷凍回路
   の蒸発器と内部に冷水の循環水路を構成するよう
   になした蓄冷槽とを密接せしめ、この蒸発器、蓄
   冷槽間に蓄冷槽内の長さを蒸発器内の長さよりも
   大なるように位置させ互いに独立させて配設した
   複数本のヒートパイプに所要の製氷量を考慮した
   着氷状態で一様に生長した氷が互いに接触しない
   ように着氷半径を保持し、蒸発器内の冷熱を該ヒ
   ートパイプを介し蓄冷槽冷水中に沈漬せしめたヒ
   ートパイプ外周面に伝え、冷水流路を閉塞しない
   状態に保ち着氷させて蓄冷し、且つこれを循環冷
   水と熱交換せしめて所望の蓄冷、冷房を行うよう
   になしたことを特徴とする蓄冷式空調冷房法にお
   ける蓄冷方法。