JPS6367630B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は氷蓄冷と冷水製造機構とを組合せた氷
蓄冷式の空調冷房システムに関するものである。

水の顕熱を利用した冷房システムに代り、近
年、水を凍らせて、氷の持つ融解熱を利用して、
蓄冷槽の容積を小さくした氷蓄冷式の空調冷房シ
ステムが検討されている。このシステムでは安価
な深夜電力を利用して、夜間に蓄冷装置を運転し
て製氷し、昼間の空調冷房時に氷と循環冷水を熱
交換し、これを空調機器に循環させて運転経費を
安くすることができる利点がある。

この種の氷蓄冷式の空気調和システムでは、従
来種々の蓄冷装置が開発されている。最も新しい
蓄冷装置としては、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
の蒸発器と、負荷側回路に選択的に接続遮断可能
とした冷房用冷水循環回路の蓄冷槽とを複数本の
ヒートパイプで接続したものである。この装置で
は蓄冷槽内に挿着したヒートパイプの表面部に着
氷させて、ここに厚く氷を形成し、冷房時に冷水
を通して氷を融解させて循環冷水とするものであ
る。この構造では冷凍回路の冷媒管の表面に直接
製氷するものに比べ、ヒートパイプの表面を着氷
面として利用できるため冷凍機の負荷変動も少な
く、冷媒管路の簡略化も図ることができる。

しかしながら、このような氷蓄冷式による空調
冷房システムでは、夏期の冷房をまかなうだけの
十分の量の氷を製造するには装置を大型化しなけ
ればならない。例えば第１図のグラフに曲線で示
すように、昼間にピークのある空調負荷があると
すると、これに見合う冷房能力が必要となる。従
来の装置で夜間に冷凍機を運転して製氷し、昼間
に氷を融解して冷熱を取り出すとすると、第２図
に示すように夜間の製氷による氷蓄冷量ａ＋ｂ
と、昼間に放出する冷熱取出し量ｃとは等しくな
る必要がある。このため空調負荷の大きい夏期の
昼間に十分な冷房を行うためには、運転能力の大
きい大型の冷凍機を必要とする上、十分な量の氷
を製氷するため大容量の氷蓄冷槽が必要となり設
備が大型化しこれによつて電力消費量も大きく、
設備費も高くなる欠点があつた。

本発明はかかる点に鑑み種々研究を行つた結
果、氷蓄冷と冷水製造機構とを併設し、空調負荷
の大きい昼間に両者を同時に運転して、設備の小
型化を図ると共に、設備費と運転経費の低減を図
つた氷蓄冷式空調冷房システムを開発したもので
ある。

即ち本発明は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の蒸
発器と、負荷側回路に選択的に接続遮断可能とし
た冷房用冷水循環回路の蓄冷槽とを複数本のヒー
トパイプで接続して、蓄冷槽内のヒートパイプ表
面に着氷させた氷と循環冷水とを熱交換させて蓄
冷、冷房を行う氷蓄冷式空調冷房システムにおい
て、前記冷凍回路の圧縮機と凝縮器に接続する別
個の蒸発器を設けた冷凍バイパス回路を形成する
と共に、この蒸発器を通り負荷側回路に接続する
負荷バイパス回路を形成したことを特徴とするも
のである。

以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。

第４図は本発明の一実施例による空調冷房シス
テムを示すものである。

図において１は蓄冷装置を示すもので、上部に
蒸発器２が、下部に蓄冷槽３が仕切板４を介して
設けられ、これらの外周は断熱材５により被覆さ
れている。この蓄冷装置１の内部には仕切板４を
上下に貫挿して複数本のヒートパイプ６が挿着さ
れ、ヒートパイプ６の上部６ａは蒸発器２に、下
部６ｂは蓄冷槽３内に夫々配置されている。また
蓄冷槽３内には各ヒートパイプ６…間に位置して
複数枚の邪魔板７…が、上下方向に交互に間隔を
設けて取付けられ、内部を流通する循環冷水８が
上下に蛇行する流水通路が形成されている。

蓄冷槽３の流水通路の入口側と出口側とには、
冷水８が循環する冷水循環回路Ａが設けられてい
る。この冷水循環回路Ａには蓄冷時の冷水８の流
動と空調時の冷熱取り出しを兼用する循環ポンプ
９と、バルブ１０ａとが設けられ、これらは制御
コントロール盤１１に接続されている。

更に前記冷水循環回路Ａはバルブ１０ｂ，１０
ｃを介して、室内に設けた空調機器１２…を通る
負荷側回路Ｂが接続されている。この負荷側回路
Ｂには空調ポンプ１３が設けられ、冷水循環回路
Ａから送られてきた冷水８を、負荷側回路Ｂの空
調機器１２に循環させるようになつている。

蒸発器２の冷媒流路の入口側と出口側とに接続
して冷凍回路Ｃが設けられ、この冷凍回路Ｃには
圧縮機１４と凝縮器１５および膨張装置１６とが
設けられている。

また前記冷凍回路Ｃに設けられた圧縮機１４と
凝縮器１５とを通つて、別に設けた膨張装置１７
と水冷却器１８とを通る冷凍バイパス回路Ｄが設
けられている。更にこの冷凍バイパス回路Ｄの水
冷却器１８を通り前記負荷側回路Ｂに接続する負
荷側バイパス回路Ｅが形成されている。１９はこ
の負荷側バイパス回路Ｅに設けられた循環ポンプ
で冷水８を循環させるものである。

なお図において２０は蓄冷槽３内のヒートパイ
プ６の表面に形成され氷、１０ｄ，１０ｅ，１０
ｆ，１０ｇは切替えバルブを夫々示す。

次に上記構成を成す蓄冷式空調冷房装置を運転
する場合の動作を説明する。

まず、蓄冷運転動作について説明する。例えば
深夜電力を使つて氷蓄冷する場合、負荷側回路Ｂ
のバルブ１０ｂ，１０ｃを閉じ、冷凍バイパス回
路Ｄのバルブ１０ｆ，１０ｇを閉じ、他は開放し
ておく。この状態で冷房用冷水循環回路Ａと、冷
凍回路Ｃの運転を行う。

冷凍回路Ｃでは圧縮機１４で圧縮された冷媒ガ
スは凝縮器１５、膨張装置１６を経て蒸発器２に
達し、ここでヒートパイプ６の上部６ａと熱交換
して、再び冷媒ガスは圧縮機１４に戻されるよう
になつている。

一方、冷却用冷水循環回路Ａでは循環ポンプ９
の運転により冷水８は蓄冷槽入口から蓄冷槽３の
内部に流入し、蓄冷槽３内に設けた邪魔板７によ
り上下にジグザグに形成された流水通路を通つて
槽内を一様に流動する。

このとき、蒸発器２に流入した冷媒ガスがヒー
トパイプ６の上部６ａを冷却し、ヒートパイプ６
の高速均一熱伝達作用により、蓄冷槽３内に挿着
された下部６ｂから吸熱して、この表面が冷却さ
れる。この結果、蓄冷槽３内を停止又は流動する
冷水８がヒートパイプ６の下部６ｂに接して、こ
の表面で着氷し、次第に氷２０が厚く成長して行
く。

以上の動作により、蓄冷槽３内のヒートパイプ
６の表面に所要量の氷２０が形成されると、制御
コントロール盤１１から停止信号が出され、圧縮
機１４と循環ポンプ９の運転が停止される。ここ
で着氷した氷２０は断熱材５によつて保冷され、
空調運転開始時間になるまで蓄冷槽３内に保存さ
れる。

空調運転開始時間となつたとき、制御コントロ
ール盤１１からのバルブ切換信号によつてバルブ
１０ａ，１０ｄ，１０ｅを閉じ、バルブ１０ｂ，
１０ｃ，１０ｆ，１０ｇを開放して、冷却用冷水
循環回路Ａと負荷側回路Ｂとを接続すると共に、
冷凍バイパス回路Ｄと、負荷側バイパス回路Ｅと
を運転する。この切替えが完了した時点で空調ポ
ンプ１３、循環ポンプ９，１９と圧縮機１４とを
運転開始する。

この結果、循環ポンプ９と空調ポンプ１３の運
転により、蓄冷槽３内の冷水８はヒートパイプ６
の表面に着氷した氷２０と接触して徐々に溶かし
ながら、ジグザグ状の流水通路を通つて冷却さ
れ、冷水循環回路Ａから負荷側回路Ｂに流入し
て、室内に設けた空調機器１２で熱交換して室内
の冷房を行う。負荷側回路Ｂを循環する冷水８
は、空調機器１２の負荷変動に応じて作動するバ
ルブ１０ｃの制御を受け、一部の冷水８は冷水循
環回路Ａに導かれて蓄冷槽３に入り、氷２０を
徐々に溶かして冷却され、残りの冷水８は負荷側
回路Ｂを循環する。

一方、圧縮機１４と凝縮器１５との運転によ
り、冷凍バイパス回路Ｄが運転され、冷媒ガスは
圧縮機１４と凝縮器１５とを通り、膨張装置１７
を経て別に設けた水冷却器１８に導かれる。また
この水冷却器１８を通る負荷側バイパス回路Ｅに
は負荷側回路Ｂから分岐した管路を通つて冷水８
が水冷却器１８に導かれ、ここで前記冷凍バイパ
ス回路Ｄを通る冷媒ガスを熱交換を行つて冷却さ
れ、循環ポンプ１９により負荷側回路Ｂに戻され
る。

この運転動作による蓄冷と放冷との関係を示す
と、第３図のグラフに示すように、夜間に冷凍機
を運転して、製氷した氷蓄冷量ａ＋ｂとすると、
昼間の空調負荷時には氷蓄冷量ａ＋ｂに見合う冷
熱取出し量ｃと冷凍バイパス回路Ｄの運転により
製造された冷水の冷熱量ｄとの合計量を放冷する
ことになる。

従つて昼間の空調負荷時には、氷蓄冷された冷
熱を取出して冷房すると同時に、冷凍バイパス回
路Ｄの水冷却器１８を運転して冷水８を製造する
ので、夜間に蓄冷された氷２０の時間当りの消費
量を少なくすることができる。このため第２図お
よび第３図のグラフから明らかなように、従来の
ものに比べて消費する氷２０が少ないので、冷凍
機は小さい能力で十分であり、しかも蓄冷槽３を
小型化できると共に、冷凍回路Ｃの圧縮機１４と
凝縮器１５を冷凍バイパス回路Ｄで共用している
ので、設備費が従来のシステムに比べて約40％低
減できると共に、消費電力量も約15％低減するこ
とができる。

また冷凍回路Ｃの蒸発器２か、冷凍バイパス回
路Ｄの水冷却器１８の何れか一方が故障や修理の
場合でも完全に運転を停止することなく、冷房が
可能である。

なお上記実施例では、昼間の空調負荷時の氷蓄
冷からの冷熱取出しと、冷凍バイパス回路Ｄによ
る冷水の製造とを同時に行なう場合について示し
たが、空調負荷が少ない場合には氷蓄冷からの冷
熱取出しのみを行つて冷房を行つても良い。

また上記実施例では蓄冷槽３と蒸発器２とを仕
切板４を介して隔離し、ここにヒートパイプ６を
貫挿した場合について示したが、蓄冷槽３内にヒ
ートパイプ６を配置し、ヒートパイプ６の上部に
夫々蒸発器２を取付けた構造のものでも良い。

以上説明した如く、本発明に係る氷蓄冷式空調
冷房システムによれば、氷蓄冷と冷水製造装置と
を併設し、空調負荷の大きい昼間に両者を同時に
運転し、氷消費を少なくして、設備の小型化を図
り、設備費を低減すると共に、運転経費を低減す
ることができるなど顕著な効果を有するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は空調負荷の時間の経過による変動を示
すグラフ、第２図は従来の氷蓄冷方式による氷蓄
冷量と冷熱取出し量との関係を示すグラフ、第３
図は本発明の一実施例による空調冷房システムの
氷蓄冷量と、冷熱取出し量および冷水の冷熱量と
の関係を示すグラフ、第４図は本発明の一実施例
による空調冷房システムを示す系統図である。 １……蓄冷装置、２……蒸発器、３……蓄冷
槽、６……ヒートパイプ、８……冷水、９，１９
……循環ポンプ、１０ａ〜１０ｇ……バルブ、１
２……空調機器、１４……圧縮機、１５……凝縮
器、１６，１７……膨張装置、１８……水冷却
器、２０……氷、Ａ……冷水循環回路、Ｂ……負
荷側回路、Ｃ……冷凍回路、Ｄ……冷凍バイパス
回路、Ｅ……負荷側バイパス回路。

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の蒸発器と、負
   荷側回路に選択的に接続遮断可能とした冷房用冷
   水循環回路の蓄冷槽とを複数本のヒートパイプで
   接続して、蓄冷槽内のヒートパイプ表面に着氷さ
   せた氷と循環冷水とを熱交換させて蓄冷、冷房を
   行う氷蓄冷式空調冷房システムにおいて、前記冷
   凍回路の圧縮機と凝縮器に接続する別個の蒸発器
   を設けた冷凍バイパス回路を形成すると共に、こ
   の蒸発器を通り負荷側回路に接続する負荷バイパ
   ス回路を形成したことを特徴とする氷蓄冷式空調
   冷房システム。