JP2000220978A - 蓄冷式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄冷運転時及び放冷運転時における蓄冷材の
温度分布の不均一を抑制し得る新規な蓄冷式熱交換器を
提供することにある。 【解決手段】 波板状の形態を有するフィン２４に、波
の進行方向に沿って、一以上の管部材２５をフィン２４
の二以上の部位を貫通するように取り付け、容器に収容
した蓄冷材１４をフィン２４の二以上の波と接触するよ
うに設置して蓄冷式熱交換器２３を構成する。 【効果】 蓄冷材への蓄冷が高効率となって、夜間電力
を有効利用できる。蓄冷材からの冷熱の出力が安定し、
被冷却空間内の温度制御が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄冷式熱交換器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要ピークを抑制するため、
昼間と夜間の電力料金に格差を設けた電力料金制度が実
施されている。そのため、夜間の安価な電力を昼間に被
冷却空間、例えば冷凍庫内や冷蔵庫内などを冷却するた
めに利用せんとする蓄冷式冷却システムが種々提案され
ている。

【０００３】蓄冷式冷却システムは、一般に、圧縮機や
凝縮器などを含む冷凍サイクルと、蓄冷式熱交換器とを
有する。蓄冷式熱交換器は、蓄冷材とそれと熱交換を行
なう冷却管とを有する。蓄冷式冷却システムでは、蓄冷
材との熱交換を行なうことなく冷凍サイクルのみを使用
して被冷却空間を冷却する通常運転に加えて、蓄冷運転
および放冷運転も行われる。蓄冷運転では、夜間の割安
な電力を利用して、蓄冷式熱交換器を構成する冷却管に
低温度の熱媒体を送って蓄冷材を冷却し、蓄冷材に冷熱
を蓄えさせる。放冷運転では、電力料金が割高な昼間に
おいて、蓄冷運転にて蓄えた冷熱を利用して被冷却空間
を冷却する。

【０００４】蓄冷式熱交換器においては、蓄冷材と冷却
管内を流れる熱媒体との熱交換効率を良好とするため
に、冷却管の外面に多数のフィンを設ける場合がある。
例えば特開平９−２８０７１４号公報には、管部材に複
数の独立したフィンが取り付けられた蓄冷式熱交換器が
開示されている。また、一般に蓄冷式熱交換器では、そ
れの設置のために与えられた一定のスペースを有効に利
用するために、冷却管は、通常、該スペース内一杯に蛇
行配管されており、蓄冷材はフィンとフィンとの間など
に設置される。さらに、多くの場合、冷却管、それに取
り付けられたフィン及び蓄冷材は、断熱性壁を有する槽
などのケース内に収容されている。

【０００５】かかる状態において蓄冷運転のために、低
温度の熱媒体を蛇行配管された冷却管内に連続的に流す
と、ケース内の蓄冷材は均一に冷却されるものと予想さ
れたにも拘らず、予想に反してケース内の左右の両端お
よびその付近に位置する蓄冷材は良好に冷却されている
が、その両端間、即ちケースの内部中央部およびその付
近に位置する蓄冷材は冷却が不十分となっており、内部
中央部の蓄冷材の温度が両端側のそれより高くなってい
る。即ち、従来の蓄冷式熱交換器を用いて蓄冷運転を行
なった場合においては、設置された蓄冷材の温度分布が
不均一になるという問題がある。

【０００６】一方、放冷運転のために冷凍機から比較的
高温度の熱媒体を上記の熱交換器内に連続的に流した場
合では、蓄冷運転の場合とは逆に、ケース内の両端側の
蓄冷材の温度上昇が速く、ために両端側の蓄冷材は常に
内部中央部の蓄冷材より高温度となっている。即ち、従
来の蓄冷式熱交換器を用いて放冷運転を行なった場合に
おいても、設置された蓄冷材の温度分布が不均一になる
という問題がある。

【０００７】蓄冷運転時において蓄冷材の温度分布が不
均一になる理由は未だ定かではないが、蓄冷式熱交換器
の構造上の理由が考えられる。上述したように冷却管は
蛇行配管されているが、蓄冷材は冷却管の直線部分にお
いて設置され、曲線部分（Ｕ字管）には設置されていな
い。また、冷却管は直線部分の両端で支持部材によって
支持されており、曲線部分は支持部材から外側に突出し
た状態にある。つまり、ケース内の左右の両端およびそ
の付近に設置された蓄冷材は、冷却管の曲線部分および
支持部材によっても冷却され、それ以外の蓄冷材に比べ
て温度が低くなってしまうと考えられる。

【０００８】いずれにせよ蓄冷式熱交換器に設置された
蓄冷材に温度分布の不均一が生じると、蓄冷運転並びに
放冷運転と共に、夜間電力の有効利用において問題を引
き起こしてしまう。即ち、蓄冷運転時では、ケース内部
中央部の蓄冷材を所望の低温度に冷却するのに多量の電
力が必要となるという問題がある。一方、放冷運転時で
は、一部の蓄冷材がそれ以外の蓄冷材よりも先に潜熱域
を越えて温度上昇してしまい、冷熱を取り出すための熱
媒体の温度を上昇させてしまうという問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかして本発明の課題
は、蓄冷運転時及び放冷運転時における蓄冷材の温度分
布の不均一を抑制し得る新規な蓄冷式熱交換器を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の蓄冷式熱交換器
の一の態様は次の特徴を有するものである。 （１） 波板状の形態を有するフィンと、一以上の管部
材および蓄冷材とを少なくとも有し、管部材が波の進行
方向にフィンの二以上の部位を貫通していることを特徴
とする蓄冷式熱交換器。

【００１１】（２） フィン、一以上の管部材および蓄
冷材がケースに収容されている上記（１）記載の蓄冷式
熱交換器。

【００１２】（３） フィンの波形が、正弦波状、三角
形状、または方形状である上記（１）記載の蓄冷式熱交
換器。

【００１３】（４） 蓄冷材が容器内に収容され、フィ
ンの二以上の波と接触するように設置されている上記
（１）記載の蓄冷式熱交換器。

【００１４】また、本発明の蓄冷式熱交換器の第二の態
様は次の特徴を有するものである。 （５） 間隔をおいて配列された複数の板状のフィン
と、これらを厚み方向に貫通する一以上の管部材と、蓄
冷材とを少なくとも有し、隣接するフィン同士は熱伝導
性部材にて接続されており、蓄冷材は容器に収容され、
該複数の板状のフィンの少なくとも一つと該容器が接触
するように設置されていることを特徴とする蓄冷式熱交
換器。

【００１５】（６） 複数の板状のフィン、一以上の管
部材および蓄冷材がケースに収容されている上記（５）
記載の蓄冷式熱交換器。

【００１６】

【作用】上記（１）〜（４）に記載の蓄冷式熱交換器
は、波板状の形態を有するフィンと、波の進行方向に該
フィンの二以上の部位を貫通する管部材とを有してい
る。換言すると、フィンは管部材の長手方向に波形で連
続している。また、上記（５）、（６）に記載の発明の
蓄冷式熱交換器は、独立した複数のフィンと一以上の管
部材とを少なくとも有し、隣接するフィン同士が熱伝導
性部材にて接続されており、この態様においてもフィン
は管部材の長手方向に連続している。このように、本発
明の蓄冷式熱交換器には管部材の長手方向に連続したフ
ィンが設けられているため、蓄冷材に不均一な温度分布
が生じた場合であっても、フィンの連続性による良好な
熱伝導にて不均一な温度分布は短時間で低減あるいは解
消し得る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて詳細に
説明する。図１は本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様
の一例を示す側面図である。図１では、蓄冷式熱交換器
は一部分のみを示している。図１の例に示すように、本
発明の蓄冷式熱交換器２３は、波板状の形態を有するフ
ィン２４と、一以上の管部材２５と、蓄冷材１４とを少
なくとも有している。管部材２５は波の進行方向にフィ
ン２４の二以上の部位を貫通している。

【００１８】図１の例では、フィン２４の波形は方形状
である。各管部材２５は連結されて一つの管路を形成し
ている（管部材２５間を連結する管については省略して
いる。）蓄冷材１４は容器内に収容され、断面形状が楕
円形又はそれに類似の形状である柱状体に形成されてい
る。蓄冷材１４はフィン２４の波と接触するように設置
されている。蓄冷材１４のうちフィン２４の端部に設置
されたもの以外は、フィン２４の二以上の波と接触して
いる。蓄冷材１４は管部材２５にも接触している。

【００１９】また、図１の例では蓄冷式熱交換器２３
は、複数のフィン２４を重ねてなる構造を有しており、
各フィン２４の波の頂上部分は、隣接するフィン２４に
設置された蓄冷材１４に接触している。このため、図１
の態様では蓄冷材の温度分布の均一化が、フィン２４の
波の進行方向だけでなく、それと垂直な方向においても
行われている。フィン２４と蓄冷材１４との間の空間
は、送風機などを用いて放冷運転を行う場合の通風路と
して機能できる。

【００２０】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様で
は、図１に示すようにフィンは波板状の形態を有するも
のであれば良い。但し、フィンの波形は図１に示した方
形状に限定されるものではなく、正弦波状、三角形状な
どであっても良い。

【００２１】図２〜図７はいずれも本発明の蓄冷式熱交
換器の第一の態様の他の例を示す図であり、斜視図で示
している。図２〜図７において蓄冷式熱交換器２３は、
一部分のみが示されている。また、蓄冷材については省
略している。

【００２２】図２〜図７の例に示すように、２４はフィ
ンであり、２５〜２７は管部材である。またＨはフィン
２４の波の高さ、Ｗはフィン２４の幅、Ｌはフィン２４
の波のピッチである。図２〜図７において、蓄冷式熱交
換器２３は波板状の形態を有する板状のフィン２４と該
フィン２４を貫通する管部材２５（図２〜図４の場
合）、あるいは管部材２５〜２７（図５〜図７の場合）
とからなる。なおフィン２４の波形は、図２と図５、図
３と図６、図４と図７とがそれぞれ互いに同じ波形であ
って、図２と図５では正弦波またはそれに類似の形であ
り、図３と図６では三角形であり、図４と図７では方形
である。

【００２３】図２〜図４では一本の管部材２５を有する
場合が、図５〜図７では三本の管部材２５〜２７を有す
る場合が示されているが、本発明においてはフィンを貫
通する管部材の本数は一以上であれば特に制限がなく、
三本以上の例では例えば、４〜５００本程度であり、場
合によってはそれ以上とすることもできる。それらの複
数本の全部を蓄冷専用として使用してもよく、あるいは
前記した通り蓄冷と放冷とを兼務させることもできる。
さらに１〜５本程度の蓄冷専用管部材のグループと１〜
５本程度の放冷専用管部材のグループとを交互に、ある
いはランダムに配置することもできる。

【００２４】図２〜図７に示す各蓄冷式熱交換器２３
は、フィン２４の原材料となる長尺の板材を予め図示す
る通りに波形に加工しておいて、それに管部材２５また
は管部材２５〜２７を串刺し状に貫通せしめることによ
り製造することができる。あるいは、通常のフィン付き
管、即ち管部材の上に多数の且つ互いに独立せるフィン
を有する管を先ず用意し、ついで隣接するフィンの先端
同士を直接あるいは他の熱伝導性の部材を介して溶接な
どにて接続して製造することもできる。

【００２５】図８は本発明の蓄冷式熱交換器の第二の態
様の一例を示す図であり、斜視図で示している。図８で
は、蓄冷式熱交換器２３は一部分のみが示されており、
蓄冷材については省略されている。図８の例に示すよう
に、本発明の蓄冷式熱交換器２３は、間隔をおいて配列
された複数の独立した板状のフィンと、これらを厚み方
向に貫通する一以上の管部材２５と、蓄冷材（図示せ
ず）とを少なくとも有している。隣接するフィン２４同
士は熱伝導性部材２４１にて接続されている。蓄冷材は
容器に収容され、複数の板状のフィンの少なくとも一つ
と該容器が接触するように設置される。Ｈはフィン２４
の波の高さ、Ｗはフィン２４の幅、ｌはフィン２４間の
ピッチである。

【００２６】図８の例では、複数のフィン２４は、その
面方向が管部材２５に対し垂直となるように、管部材２
５の長手方向に一定のピッチｌにて配置されている。ま
た、隣接するフィン２４とフィン２４とは、その先端よ
り同図に示す高さｈだけ低い位置で、熱伝導性部材２４
１を溶接して接続されている。熱伝導性部材２４１によ
るフィン２４の接続は、図示する通り、フィン２４の上
下で交互になされている。図８の例に示す蓄冷式熱交換
器２３は、複数のフィン２４を熱伝導性部材２４１にて
溶接して同図に示す通りの方形の波形に連結し、この連
結されたフィン２４に管部材２５を貫通せしめて製造す
ることができる。

【００２７】本発明の蓄冷式熱交換器２３の複数のフィ
ン２４は、熱伝導性部材２４１にて接続されない状態に
おいては、その各根元は管部材２５を通じて熱的に互い
に接触しているので根元では温度差は僅かであるが、そ
の先端に近いほど隣接フィンとの温度差が生じ易くな
る。よって本発明において図８でのフィン２４のように
熱伝導性部材２４１にて接続する場合は、熱伝導性部材
２４１の設置位置の範囲（図８での高さｈの範囲）は、
フィン２４の高さＨの半分の１／５以下、特に１／１０
以下とすることが好ましい。

【００２８】また、図９は本発明の蓄冷式熱交換器の第
二の態様の他の例を示す図であり、斜視図で示してい
る。図９においても蓄冷式熱交換器２３は一部分のみが
示されており、蓄冷材については省略されている。図８
と同様、Ｈはフィン２４の波の高さ、Ｗはフィン２４の
幅、ｌはフィン２４間のピッチである。

【００２９】図９の例においても図８の例と同様に、複
数のフィン２４は、その面方向が管部材２５に対し垂直
となるように、管部材２５の長手方向に一定のピッチｌ
にて配置されている。図９の例では、各フィン２４の上
端と下端とはそれぞれ溶接されて長尺平板状の熱伝導性
部材２４１にて接続されている。図９の例に示す蓄冷式
熱交換器２３は、図８のそれと同様に、複数のフィン２
４をその上下で熱伝導性部材２４１にて溶接などによ
り、図９に示す通りの断面梯子状に先ず形成し、ついで
それに管部材２５を貫通して製造することができる。あ
るいは複数の独立フィンを有する通常の熱交換器を利用
して、それの独立フィン上に熱伝導性部材２４１を溶接
することによっても製造することができる。

【００３０】図２〜図９におけるフィン２４の形成材
料、あるいは図８〜図９における熱伝導性部材２４１の
形成材料としては、一般的に熱伝導性と機械的強度の良
好な金属材料、例えば銅、黄銅、タフピッチ銅、ネーバ
ル黄銅、りん青銅、洋白、アルミニウム青銅、ベリリウ
ム青銅などの銅系材料、各種の構造用アルミニウム合金
などのアルミニウム系材料、あるいはその他の材料が用
いられる。

【００３１】フィン２４の厚み、フィン２４の波のピッ
チＬ（第二の態様ではフィン２４間のピッチｌ）、フィ
ン２４の高さＨ、およびフィン２４の幅Ｗは、蓄冷式熱
交換器２３の全体の寸法、フィン２４を貫通する管部材
の外径や貫通本数、熱交換容量などによって異なる。一
般的には、フィン２４の厚みは０．２ｍｍ〜２ｍｍ程度
が好ましく、フィン２４の波のピッチＬは４ｍｍ〜１０
０ｍｍ程度が好ましい。

【００３２】管部材が一本である図２〜図４および図８
〜図９の場合におけるフィン２４の高さＨおよび幅Ｗ
は、管部材２５の外径が５ｍｍ〜３０ｍｍ程度の場合に
おいて、それぞれ１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であれば良
く、１０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるのが好ましい。管部
材２５〜２７を有する図５〜図７の場合、さらには一層
多数本の管部材を使用する場合には、対応するフィン２
４の幅Ｗは、管部材数の増加分に応じて上記の各数値範
囲を大きくすればよい。

【００３３】熱伝導性部材２４１は、隣接するフィンの
温度、就中フィンの先端部間の温度差を可及的に少なく
する機能を有するので、その厚みや幅はフィン２４のそ
れらと同程度であってよい。

【００３４】本発明の蓄冷式熱交換器を構成する管部材
としては、従来の熱交換器で使用されている銅、アルミ
ニウム、ＳＵＳなどの金属材料で形成されたものが利用
できる。管部材としては、管の内面壁に管部材の長手方
向に平行な、あるいは長手方向に螺旋する多数の溝を形
成した銅管などの熱伝導性管なども使用できる。

【００３５】本発明の蓄冷式熱交換器において管部材内
部に流す熱媒体としては、斯界で使用あるいは周知され
ているもの、例えば、Ｒ−２２（フロン）を用いること
ができる。

【００３６】本発明の蓄冷式熱交換器を構成する蓄冷材
は、蓄冷可能なものであれば良く、従来より使用されて
いるものや今後開発されるものも利用できる。具体的に
は、水、各種無機塩の不飽和〜過飽和の水溶液、無機塩
水和物などの無機物類、エチレン−酢酸ビニル共重合体
などの有機高分子とパラフィンとの均一混合物、エチレ
ングリコールなどの有機物類など、蓄冷運転と放冷運転
の温度域において流動性あるいは非流動性の蓄冷材が挙
げられる。なお、流動性の蓄冷材は、一般的に取り扱い
が不便であり、それを収容するケースが破損した際には
流出して周囲を汚染する問題もあるので、非流動性の蓄
冷材が好ましい。

【００３７】また、蓄冷材は図１で示したように、容器
に収容されているのが好ましい。容器としては、蓄冷材
を漏洩することなく収容し得るものであれば特に制限は
ない。但し、可撓性を有する材料、例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、
ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコールなどの
有機高分子材料、あるいは該有機高分子材料とアルミニ
ウムなどの金属との複合材料などからなるものが好まし
い。これらのうちでも、耐寒性、耐水性および熱伝導性
に優れている点からは、ポリエチレンフィルム−ナイロ
ンフィルム−アルミニウム箔−ナイロンフィルムなる四
層構造の複合材料製の容器、特に袋体が好ましい。非流
動性の蓄冷材は、適当な大きさや厚みの板状、ブロック
状、シート状などの形状にて用いると便利である。

【００３８】蓄冷材は、熱交換器の管部材内を流動する
熱媒体とフィン（容器に収容されている場合はその容
器）を介して熱交換し得る位置に設置すればよい。例え
ば、図１〜７に示した蓄冷式熱交換器であれば、蓄冷材
の少なくとも一部の表面がフィンと接触するように設置
するのが好ましい。また図８、９に示した蓄冷式熱交換
器であれば、蓄冷材の少なくとも一部の表面がフィンお
よび／または熱伝導性部材と直接接触するように設置す
ることが好ましい。しかして蓄冷材（容器に収容されて
いる場合はその容器）の全表面のうち、フィンや熱伝導
性部材と直接接触する部分は、該全表面の少なくとも１
０％、特に少なくとも３０％とすることが好ましい。

【００３９】本発明でいう波板状とは、正反対の向きに
盛り上がった山状の部分が交互に形成されていることを
いう。また本発明においては、各山状の部分の形状や大
きさは、互いに多少相違していても良い。

【００４０】例えば、図１〜７で示したフィンは基準面
（例えば図２においてフィンの幅方向に平行であって、
管部材２５の中心軸を含む面）の両側に交互に山状の部
分（以下、単に「山」という。）がある構造を有してい
る。また、フィンは板状物であるので、各山には山の内
側や内面と外側や外面とがある。

【００４１】山のかかる内外の区別を一層明確にするた
めに、図１〜７で示した基準面の上下に交互に山がある
場合を取り上げると、その場合の下山の内側や内面（凹
面）は、自然の山において谷間と通称される個所に相当
する。下山は、基準面において上山と連接している。よ
って下山の内面は、上山の外面（凸面）に連らなってい
ることになる。基準面の左右に交互に山がある場合に
は、上記と同様に考えて例えば右山の内面は、左山の外
面に連らなっていることになる。なお後記の図４や図７
に示す方形の波形では、上山と下山の各側壁が合わさっ
て一つの連続せる平面状の側壁を形成している。

【００４２】次に、本発明の蓄冷式熱交換器への蓄冷材
の設置例を説明する。波のかかる位置関係において、蓄
冷材として短尺あるいは長尺の板状のものを用いる場合
には、それをフィンの二以上の波と接触するように、換
言すると、基準面の一方の側に存在する二以上の山の外
面と接触するように設置する方法（後記の図１０参
照）、蓄冷材としてブロック状のものを用いて、これを
山の主として内側に、且つその内面の少なくとも一部と
接触するように設置する方法（後記の図１１参照）、あ
るいは後記の図１３に示すような設置方法などが例示さ
れる。

【００４３】蓄冷材のさらに他の設置例としては、例え
ば各フィン２４が独立したものである場合において後述
の図１２に示すようにブロック状やシート状の蓄冷材を
フィンとフィンとの間に設置した態様や、隣接するフィ
ン同士を接続する熱伝導性部材の上に設置した態様が挙
げられる。

【００４４】本発明の蓄冷式熱交換器を通風性の構造と
すると、換言すると蓄冷式熱交換器の一方の側から他方
の側に風が抜け得る通風路を有する構造とすると、蓄冷
材に蓄冷された冷熱を適当な送風手段による送風により
取り出すことができる。かかる通風性の蓄冷式熱交換器
は、例えば、蓄冷材として孔明きシート状物などの通風
性のものを用いる方法、図１に示したように蓄冷材とし
てブロック状物を用い、ブロック状物間に通風路となる
隙間を残す方法、管部材と蓄冷材との間や熱交換器のフ
ィンと蓄冷材との間に通風路を設ける方法、あるいはそ
の他の方法により実現可能である。

【００４５】図１０、１１はいずれも本発明の蓄冷式熱
交換器の第一の態様の他の例を示す図であり、斜視図で
示している。図１２は本発明の蓄冷式熱交換器の第二の
態様の他の例を示す図であり、斜視図で示している。

【００４６】図１０の例では、図２で示した蓄冷式熱交
換器２３のフィン２４の上に、且つフィンの二以上の波
の外面と接触するように、長尺板状の蓄冷材１４が設置
されている。この実施例では、蓄冷材１４とフィン２４
との間の空間３１が通風路として機能する。

【００４７】図１１の例では、図４で示した蓄冷式熱交
換器２３のフィン２４の各谷間、即ち二つの上山の外側
面２４３、２４３にて挟まれた空間（下山の内側の空間
２４２）に、蓄冷材１４が充填設置されている。この例
では、蓄冷材１４が未充填の空間３１が通風路として機
能する。

【００４８】図１２の実施例は、図９で示した蓄冷式熱
交換器と類似の構造を有しており、さらに送風機３も有
している。図１２に示した蓄冷式熱交換器２３は、複数
のフィン２４と管部材２５、２６とからなる。各フィン
２４はその面方向が管部材２５、２６に対し垂直となる
ように、管部材２５、２６の長手方向に一定のピッチｌ
にて配置されている。各フィン２４の両端にはそれぞれ
長尺平板状の熱伝導性部材２４１が溶接されている。図
上で上下三段に位置する計三本の管部材２５と、同じく
上下三段に位置する計三本の管部材２６の二組計六本の
管部材が、多数のフィン２４を貫通しており、各組の管
部材はそれぞれ半円形の継手２５１、２６１により接続
されている。また隣接するフィン２４同士の各間は、図
示する通りに一つ置きに蓄冷材１４が両側のフィン２４
と接触して設置されている。蓄冷材１４が設置されてい
ないフィン２４同士の各空間３１は、通風路として機能
している。

【００４９】図１３は、本発明の蓄冷式熱交換器の第一
の態様の他の例を示す断面図である。図１３の例では、
蓄冷式熱交換器２３は、図３で示した波形が三角形のフ
ィン２４を有する蓄冷式熱交換器を多数用いて構成され
ている。各フィン２４は、その各山の外面先端同士が互
いに突き合うように上下に積み重ねられている。この積
み重ねにより生じた断面菱形の各空間には、円柱状の蓄
冷材１４がフィン２４の一部の壁面と接して装填されて
いる。円柱状の蓄冷材１４の周囲に残存する蓄冷材未充
填の空間３１が通風路として機能する。

【００５０】本発明の蓄冷式熱交換器は被冷却空間の内
部、外部の何方に設置しても良い。また、本発明の蓄冷
式熱交換器はケースに収容された態様、即ち、フィン、
一以上の管部材および蓄冷材がケースに収容された態様
であっても良い。

【００５１】かかるケースとしては、蓄冷式熱交換器を
被冷却空間の外部に設置するのであれば、断熱性の壁、
例えば、高機械強度を有する有機樹脂や金属などの構造
材からなる内壁と外壁との間に有機樹脂の発泡体やガラ
スウールなどの断熱材を充填した多層壁にて形成された
断熱性槽が挙げられる。蓄冷式熱交換器を被冷却空間の
内部に設置するのであれば、低断熱性あるいは実質的に
断熱性でない壁、例えば、高機械強度を有する有機樹脂
や金属などの構造材からなる壁にて形成された非断熱性
槽などが挙げられる。

【００５２】ケースの形状や内容積については特に制限
はない。ケースの形状としては、例えば、立方体、円筒
体、あるいはその他の形状が挙げられる。ケースを被冷
却空間の外部に設置する場合には、該被冷却空間の内容
積や冷却所要温度に対応し得るようにケースの内容積を
決めればよい。ケースを被冷却空間の内部に設置する場
合には、ケースの内容積に加えて被冷却空間内を効果的
に冷却し得る形態、例えば壁面に送風機から送られる空
気の通風路が設けられた形態とするのが良い。

【００５３】図１４は、本発明の蓄冷式熱交換器２３の
概念的な例を示す図であり、断面で示している。図１４
の例では、１１は蓄冷材を収容するケースの一例として
の蓄冷槽、１３は蓄冷槽１１の上に施された断熱材層、
１４は蓄冷材、２０と２１とは蓄冷槽１１内で蛇行配管
された管路、２４はフィンである。蓄冷槽１１は、断熱
材層１３によりその全周囲が外気から断熱されており、
その内部には蓄冷材１４が収容されている。管路２０、
２１は、それぞれ例えば後記の図１５に基づいて説明す
る蓄冷用バイパス管路や放冷用バイパス管路に接続され
ている。管路２０と２１とは両方ともフィン２４を貫通
するように配置されている。なお図１４では、管路２１
は管路２０よりも上に位置しており、両者の上下の位置
は一致していないが、実際には管路２０と管路２１との
上下の位置は一致しており、両者は水平方向に並んでい
る。

【００５４】このうち蓄冷用の管路２０は、熱媒体供給
源（図示せず）から供給される低温度の熱媒体を輸送し
て蓄冷槽１１内の蓄冷材１４を冷却する機能をなし、よ
ってそのフィン２４は管路２０内を流れる熱媒体が有す
る低温度を放出（放熱）して蓄冷材１４に冷熱を付与す
る冷却用フィンとしての機能をなす。一方、放冷用の管
路２１は、蓄冷材１４に蓄冷された冷熱を取得して該冷
熱にて被冷却空間を冷却する機能を有している。フィン
２４は蓄冷材１４が有する冷熱を取得（吸熱）し、この
冷熱を蓄冷式熱交換器２３内における熱媒体供給源から
供給された未だ高温度の熱媒体に伝達してこれを冷却す
る機能も有している。

【００５５】図１４においては、蓄冷槽１１内に蓄冷用
の管路２０と放冷用の管路２１の二本を設置した例を示
したが、場合によっては一本または二本以上の管路にて
蓄冷と放冷とを兼務させることができる。その際のフィ
ンは、ある時は冷却用としてまたある時は吸熱用として
それぞれ機能する。よって本発明においては、フィンの
構造や性能を含めて、管路２０と管路２１とに構造上の
区別を設ける必要性は特にない。

【００５６】図１４においては、蓄冷槽１１内一杯に管
路２０、２１を蛇行配管した例が示されているが、本発
明の課題たる蓄冷材の温度分布の均一化を図るために
は、蓄冷槽１１の配管のうちで少なくとも蓄冷槽１１の
両端側にはフィンを設けるのが良い。なお、両端のＵ字
状の部分などでは、フィンが設けられていない管を用い
れば良い。

【００５７】本発明の蓄冷式熱交換器においては、管部
材は、上述の通り蛇行配管することができる。蛇行配管
の方法については特に制限はないが、例えば、５本〜１
００本程度の管部材を水平方向に配列し、更に同様にそ
の上下にも配列し、隣接する上下段の管部材間または水
平方向に隣り合う管部材間をＵ字継ぎ手などにて接続し
て蛇行配管する。かかる複数段構造の蛇行配管におい
て、蓄冷材の温度差がケース内の左右の両側端と内部中
央部との間のみならず、ケース内の上側端（天井側）と
下側端（底面側）との間でも生じることがある。この上
下側端間の温度差は、特に放冷運転の際に生じ易い。即
ち、蓄冷運転による冷熱は概してケースの底側に蓄冷さ
れ易い傾向があるので、放冷運転の際には熱媒体は、最
下段の管部材から最上段の管部材に向けて移動するよう
に熱交換器に流される。かくすると蓄冷材の温度は、ケ
ース内の上側端に近い程上昇し易くなる。したがってそ
のような場合には、図１に示したようにフィンの熱的な
接続をケースの水平方向のみならず上下方向にも施すこ
とが好ましい。

【００５８】かかるフィンの水平方向と上下方向との両
接続は、例えば、図１、図１３の例においてフィンの多
数を図示する通りに上下に積み重ねる際に、上下のフィ
ン同士の接触個所の少なくともその一部、好ましくは大
部分または全部を溶接又はその他の方法にて物理的に接
続することにより、あるいは図５〜７の例のように、多
数本の管部材を一つの大きな波形のフィンに多段で貫通
設置する方法により達成することができる。

【００５９】つぎに本発明の蓄冷式熱交換器の具体例を
挙げて、その効果を明らかにする。厚さ１ｍｍ、幅４０
０ｍｍの長尺のアルミニウム平板を加工して、図４に示
すような方形波形のフィンを作成した。その際のフィン
は、高さＨが５３０ｍｍ、幅Ｗが４００ｍｍ、ピッチＬ
が５０ｍｍであり、該加工物は２３ピッチを有し、長さ
は１１５０ｍｍである。一方、外径１５．９ｍｍ、内径
１３．５ｍｍ、長さ１２５０ｍｍの蓄冷用の銅製管部材
と外径９．５ｍｍ、内径７．９ｍｍ、長さ１２５０ｍｍ
の放冷用の銅製管部材とを各７０本、合計１４０本用意
し、これらを上記の方形波の高さ５３０ｍｍ×幅４００
ｍｍの面に１４段で貫通せしめた。１４段の各段には、
蓄冷用銅製管部材と放冷用銅製管部材とが各５本づつ、
交互に且つ管の長手方向の中心間の距離が３８ｍｍの間
隔で存在しており、ｎ段目とｎ＋１段目での管の長手方
向の中心間の上下間距離も３８ｍｍで存在している。最
後に蓄冷用銅製管部材と放冷用銅製管部材の各端をＵ字
管で接続して蛇行状とし、かくして熱交換器を得た。

【００６０】蓄冷材として、塩化ナトリウム水溶液系の
組成の蓄冷材（潜熱温度：２１℃）をポリエチレンフィ
ルム−ナイロンフィルム−アルミニウム箔−ナイロンフ
ィルムなる四層構造の複合材料製の容器（４００ｍｍ×
２３０ｍｍ×２０ｍｍ）に収容したものを使用し、これ
を上記の１４段の各段の管部材上に且つその両側に存在
するフィン壁の少なくとも片側面に接するように設置し
た。

【００６１】次に、上記で得られた蓄冷式熱交換器をア
ルミニウムで形成されたケース（内部の寸法：１４００
ｍｍ×６００ｍｍ×６００ｍｍ）に収容して完成させ
た。上記の蓄冷用銅製管部材に−３０℃の熱媒体（フロ
ンＲ−２２）を流す蓄冷運転時におけるケース内の両端
側と内部中央部での蓄冷材の最大温度差は、１．８℃で
あり、上記の放冷用銅製管部材に３０℃の熱媒体（同
上）を流す放冷蓄冷運転時におけるケース内の両端側と
内部中央部での蓄冷材の最大温度差は、２．３℃であっ
た。

【００６２】一方、上記蓄冷式熱交換器からフィンを取
り除いた以外は同様にして構成された蓄冷式熱交換器に
おいても、上記と同様に熱媒体を流したところ、蓄冷運
転時における最大温度差は７．２℃であった。また、放
冷運転時における最大温度差は１１．５℃であった。こ
のことから、本発明の蓄冷式熱交換器を用いれば、蓄冷
材の温度分布の均一化を図り得ることが確認できる。

【００６３】本発明の蓄冷式熱交換器は、例えば、冷蔵
庫、冷凍庫、保冷庫などに用いられる冷却システム、就
中、蓄冷式冷却システム用として好適である。よって以
下に、本発明の蓄冷式熱交換器を蓄冷式冷却システムに
利用した例を説明する。図１５は本発明の蓄冷式熱交換
器を用いた蓄冷冷却システムの一例を示す図である。こ
の蓄冷冷却システムは、夜間電力を利用して蓄冷材に冷
熱を蓄冷し、昼間の負荷の大きいときに蓄冷材から冷熱
を取り出して冷凍庫などの被冷却空間を冷却するもので
ある。

【００６４】図１５において蓄冷式冷却システム４は、
冷凍サイクル５０、蓄冷用バイパス管路６０、放冷用バ
イパス管路７０、および蓄冷式熱交換器４１とからな
る。冷凍サイクル５０は、圧縮機５１、凝縮器５２、バ
ルブ５３、膨張弁５４、および蒸発器５５とが順次第一
の熱媒体配管５６によって接続され、一方、蒸発器５５
と圧縮機５１とが第二の熱媒体配管５７によって接続さ
れたループ構造となっている。

【００６５】蓄冷用バイパス管路６０は、第一の熱媒体
配管５６のうちで凝縮器５２とバルブ５３とを結ぶ間の
部分から分岐し、バルブ６１、バルブ６２、膨張弁６
３、および蓄冷式熱交換器４１の管路２０を順次接続し
て蒸発器５５の下流で第二の熱媒体配管５７に合流して
いる。放冷用バイパス管路７０は、蓄冷用バイパス管路
６０のうちでバルブ６１とバルブ６２とを結ぶ間の部分
から分岐し、バルブ７１と蓄冷式熱交換器４１内の管路
２１を順次接続して膨張弁５４の手前で第一の熱媒体配
管５６に合流している。

【００６６】蓄冷式熱交換器４１としては、図１、図１
０〜図１３に示すような通気路を有し、且つケースに通
気窓と冷気放出窓（いずれの窓も図示せず）とを有し、
さらに該冷気放出窓に送風機３を設置したものが用いら
れている。蓄冷式熱交換器４１は、蒸発器５５と共に冷
凍庫内などの被冷却空間８内に設置されており、送風機
３は蓄冷式熱交換器４１から得られる冷熱を被冷却空間
８内に向けて送風することができる。

【００６７】図１５において通常運転を行なう場合に
は、バルブ５３を開きバルブ６１を閉じて凝縮器５２か
らの熱媒体を第一の熱媒体配管５６に流す。かくすると
熱媒体は、膨張弁５４を通る際に膨張して低圧低温の気
液混合状態となり蒸発器５５で被冷却空間８内を冷却す
る。一方、蓄冷運転の際には、バルブ５３とバルブ７１
とを閉じ、バルブ６１とバルブ６２とを開いて凝縮器５
２からの熱媒体を蓄冷用バイパス管路６０に流す。かく
すると熱媒体は、膨張弁６３を通る際に膨張して低圧低
温の気液混合状態となり、管路２０を通る際に蓄冷式熱
交換器４１内の蓄冷材（図示せず）を冷却する。放冷運
転の際には、バルブ５３とバルブ６２とを閉じ、バルブ
６１とバルブ７１とを開いて凝縮器５２からの熱媒体を
放冷用バイパス管路７０に流す。かくすると未だ比較的
高温度の熱媒体は、管路２１を通過する間に蓄冷式熱交
換器４１内の蓄冷材の冷熱にて冷却され、ついで膨張弁
５４を通る際に膨張してさらに低圧低温の気液混合状態
となって蒸発器５５で冷却空間８内を冷却する。なお、
被冷却空間８内の冷却は、熱媒体を流さずに、送風手段
３を働かせて蓄冷式熱交換器４１内の冷熱を直接被冷却
空間８内に送り込んでもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明のように本発明の蓄冷式熱交
換器を用いれば、蓄冷運転時および放冷運転時での熱媒
体と蓄冷材との熱交換の際、設置された蓄冷材の温度分
布の不均一化を抑制できる。この結果、蓄冷運転時にお
ける蓄冷材への蓄冷の効率が良くなって夜間電力を一層
有効に利用することができる。また放冷運転時では、冷
熱を効率よく取り出すことができ、且つ、冷熱の出力が
安定して、被冷却空間内の温度制御が安定すると共に温
度制御が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の一例を
示す側面図である。

【図２】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の例
を示す図である。

【図３】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の例
を示す図である。

【図４】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の例
を示す図である。

【図５】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の例
を示す図である。

【図６】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の例
を示す図である。

【図７】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の例
を示す図である。

【図８】本発明の蓄冷式熱交換器の第二の態様の一例を
示す図である。

【図９】本発明の蓄冷式熱交換器の第二の態様の他の例
を示す図である。

【図１０】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の
例を示す図である。

【図１１】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の
例を示す図である。

【図１２】本発明の蓄冷式熱交換器の第二の態様の他の
例を示す図である。

【図１３】本発明の蓄冷式熱交換器の第一の態様の他の
例を示す断面図である。

【図１４】本発明の蓄冷式熱交換器の概念的な例を示す
図である。

【図１５】本発明の蓄冷式熱交換器を用いた蓄冷冷却シ
ステムの一例を示す図である。

【符号の説明】

１４ 蓄冷材 ２３ 蓄冷式熱交換器 ２４ フィン ２５ 管部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA01 CA11 DC03 DD07 FA03 FA04 KA04 KA05 3L045 AA04 BA01 CA02 DA02 EA01 GA04 JA02 JA14 PA04 PA05 3L103 AA37 BB33 CC22 DD03 DD33 DD62

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波板状の形態を有するフィンと、一以上
   の管部材および蓄冷材とを少なくとも有し、管部材が波
   の進行方向にフィンの二以上の部位を貫通していること
   を特徴とする蓄冷式熱交換器。
2. 【請求項２】 フィン、一以上の管部材および蓄冷材が
   ケースに収容されている請求項１記載の蓄冷式熱交換
   器。
3. 【請求項３】 フィンの波形が、正弦波状、三角形状、
   または方形状である請求項１記載の蓄冷式熱交換器。
4. 【請求項４】 蓄冷材が容器内に収容され、フィンの二
   以上の波と接触するように設置されている請求項１記載
   の蓄冷式熱交換器。
5. 【請求項５】 間隔をおいて配列された複数の板状のフ
   ィンと、これらを厚み方向に貫通する一以上の管部材
   と、蓄冷材とを少なくとも有し、 隣接するフィン同士は熱伝導性部材にて接続されてお
   り、 蓄冷材は容器に収容され、該複数の板状のフィンの少な
   くとも一つと該容器が接触するように設置されているこ
   とを特徴とする蓄冷式熱交換器。
6. 【請求項６】 複数の板状のフィン、一以上の管部材お
   よび蓄冷材がケースに収容されている請求項５記載の蓄
   冷式熱交換器。