JP2000320990A - 蓄冷式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蓄冷運転時および放冷運転時における蓄冷材
の温度分布の不均一化を抑制し得る蓄冷式熱交換器を提
供することにある。 【解決手段】 蓄冷材（２ａ〜２ｄ）と、複数の管路
（３ａ〜３ｄ）とを用いて蓄冷式熱交換器１を構成す
る。管路３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは、並列に一方向に
配列された複数の直管部（４ａ〜４ｅ）と直管部間を連
結する曲管部５とで形成し、一の管路内を流れる冷媒が
それ以外の管路内を流れないように互いに独立に構成す
る。さらに、管路３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄを、内部を
流れる冷媒が蓄冷材（２ａ〜２ｄ）と熱交換でき、直管
部（４ａ〜４ｅ）の配列方向がそれぞれ鉛直方向（Ｚ軸
方向）となるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蓄冷材を備えた蓄冷
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有効利用
して昼間の被冷却空間（例えば、冷凍庫内や冷蔵庫内）
を冷却する蓄冷冷却システムが種々提案されている。蓄
冷冷却システムは、一般に、圧縮機や凝縮器等からなる
冷凍機に、蓄冷材を備えた蓄冷式熱交換器を付加して構
成されている。

【０００３】蓄冷冷却システムでは、冷凍機のみを稼働
させる通常運転に加え、蓄冷運転および放冷運転が行わ
れる。蓄冷運転とは、電力料金の割安な夜間において、
蓄冷式熱交換器に備えられた蓄冷材を冷却・凝固して、
蓄冷材に冷熱を蓄えさせる運転をいう。放冷運転とは、
電力料金が割高な昼間において、蓄冷運転で蓄えられた
冷熱を利用して、被冷却空間内を冷却する運転をいう。

【０００４】放冷運転には直接冷却方式と冷媒過冷却方
式とがある。放冷運転は、蓄冷式熱交換器の設置場所に
応じ、これらの運転方式の内どちらか一方又は両方の方
式によって行われる。直接冷却方式による放冷運転は、
主に蓄冷式熱交換器が被冷却空間内に設置されている場
合に行われる。直接冷却方式による場合は、蓄冷材へ送
風されて冷却された空気を被冷却空間内に循環させるこ
とによって、被冷却空間が冷却される。

【０００５】冷媒過冷却方式による放冷運転は、主に蓄
冷式熱交換器が被冷却空間の外に設置されている場合に
行われる。冷媒過冷却方式による場合は、蓄冷材と直接
的又は間接的に接触するよう配管された管路に、凝縮器
から直接冷媒を送ってこれを冷却し、この冷却された冷
媒をさらに冷凍機の蒸発器に送ることによって、被冷却
空間が冷却される。

【０００６】このように蓄冷冷却システムは、蓄冷式熱
交換器を備えることによって、電力需要ピークの抑制を
図っている。蓄冷冷却システムの性能は蓄冷式熱交換器
の性能に負うところが大きいと言える。図４は従来より
用いられている蓄冷式熱交換器を示す図である。図４に
おいて蓄冷式熱交換器４１は地面に設置された状態にあ
る。Ｚ軸方向は鉛直方向を示しており、Ｘ、Ｙ軸方向は
水平方向を示している。なお、管路４３を支持するため
のフレームや、蓄冷式熱交換器４１を収納するためのケ
ース、蓄冷式熱交換器４１を設置するための土台等につ
いては省略して示している。

【０００７】図４に示すように、蓄冷式熱交換器４１は
管路４３と蓄冷材（４２ａ〜４２ｄ）とで構成されてい
る。管路４３は、並列に配列された複数の直管部４４と
複数のＵ字形の曲管部４５とで構成されており、入口４
６から出口４７までの間に分岐のない連続した構造を有
している。各蓄冷材（４２ａ〜４２ｄ）は包袋部材に収
容された状態で配置されている。

【０００８】従って、蓄冷運転時において、冷却された
冷媒を管路４３の入口４６から出口４７へと供給すれ
ば、蓄冷材（４２ａ〜４２ｄ）が冷却されて蓄冷が行わ
れる。一方、放冷運転時において、蓄冷状態にある蓄冷
材より温度が高い冷媒を管路４３の入口４６から出口４
７へと供給すれば（冷媒過冷却方式）、又は蓄冷材（４
２ａ〜４２ｄ）に直接送風を行えば（直接冷却方式）、
蓄冷材（４２ａ〜４２ｄ）に蓄えられた冷熱が取り出さ
れ、この冷熱によって被冷却空間（図示せず）が冷却さ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図４に
示す蓄冷式熱交換器４１を用いて蓄冷運転を行なった場
合、その構造上、冷媒は出口４７に近いほど温度が高い
ため、蓄冷材（４２ａ〜４２ｄ）の温度分布は不均一と
なってしまう。このような温度分布が不均一な状態で蓄
冷運転を続けた場合、温度の高低差が大きい程、深夜電
力料金が適用される時間内に全ての蓄冷材を完全に冷却
・凝固すること（蓄冷を完了すること）が困難となり、
放冷運転時に必要な冷熱が十分に蓄えられていないとい
う事態が生じることがある。この問題を解決する手段と
しては、冷凍機の出力を高めることによる冷媒の低温化
や、管部材の増設等が挙げられるが、いずれもコスト高
となるため、好ましい手段ではない。

【００１０】また、図４に示す蓄冷式熱交換器を用いて
冷媒過冷却方式によって放冷運転を行った場合も、蓄冷
材（４２ａ〜４２ｄ）は入口４６に近い位置にあるもの
から融解していくため、蓄冷材の温度分布は不均一とな
ってしまう。さらに、送風手段を用いて放冷運転を行な
った場合も、送風方向の上流側にある蓄冷材から融解し
ていくため、蓄冷材の温度分布は不均一となってしま
う。

【００１１】この場合、相対的に低温度の蓄冷材を基準
にして放冷完了温度を設定すると、基準となっていない
蓄冷材の温度上昇により、放冷運転完了前の時間帯にお
いて冷却能力が不足してしまったり、次の蓄冷運転時に
おいて電力が余分に必要となるといった事態が生じてし
まう。

【００１２】一方、相対的に高温度の蓄冷材を基準にし
て放冷完了温度を設定すると、基準となっていない蓄冷
材には未だ潜熱（冷熱）が蓄えられた状態にあるため、
放冷時間の短縮や放冷熱量の不足といった事態が生じて
しまう。また、この事態の解消には蓄冷材のトータル量
を増加させることが有効であるが、コストやスペースの
点で好ましいものではない。

【００１３】本発明の課題は、上記問題を解決し、蓄冷
運転時および放冷運転時における蓄冷材の温度分布の不
均一化を抑制し得る蓄冷式熱交換器を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の蓄冷式熱交換器
は、次の特徴を有するものである。 （１） 蓄冷材と、複数の管路とを少なくとも有し、各
管路は、並列に一方向に配列された複数の直管部と直管
部間を連結する曲管部とを有し、一の管路内を流れる冷
媒がそれ以外の管路内を流れないように互いに独立に構
成されており、且つ、その内部を流れる冷媒が蓄冷材と
熱交換でき、直管部の配列方向が互いに一致又は略一致
するように配置されていることを特徴とする蓄冷式熱交
換器。

【００１５】（２） 上記複数の直管部が、当該蓄冷式
熱交換器を地面に設置したときに、その配列方向が鉛直
方向となるように配列されており、冷媒が最下部に位置
する直管部から最上部に位置する直管部へと順に流れる
ように供給されている上記（１）記載の蓄冷式熱交換
器。

【００１６】（３） 上記蓄冷材が包袋部材に収容され
た状態で、一の管路を構成する直管部と、それ以外の管
路を構成する直管部とに同時に熱交換するように配置さ
れている上記（１）または上記（２）のいずれかに記載
の蓄冷式熱交換器。

【００１７】（４） 蓄冷材に送風する送風手段をさら
に有し、上記複数の直管部が送風手段の送風方向に沿っ
て配列されており、冷媒が送風方向の上流側にある直管
部から送風方向の下流側にある直管部へと順に流れるよ
うに供給されている上記（１）記載の蓄冷式熱交換器。

【００１８】

【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一例を示す
図であり、斜視図で示している。図１において、蓄冷式
熱交換器１は地面に設置された状態にある。図中に示す
Ｚ軸方向は鉛直方向を示しており、Ｘ、Ｙ軸方向は水平
方向を示している。なお、管路（３ａ〜３ｄ）を支持す
るためのフレームや、蓄冷式熱交換器１を収納するため
のケース、蓄冷式熱交換器１を設置するための土台等に
ついては省略して示している。

【００１９】図１の例に示すように、本発明の蓄冷式熱
交換器１は、蓄冷材（２ａ〜２ｄ）と、複数の管路（３
ａ〜３ｄ）とを少なくとも有している。複数の管路（３
ａ〜３ｄ）には、蓄冷材（２ａ〜２ｄ）と熱交換するた
めの冷媒が流される。各管路、即ち管路３ａ、３ｂ、３
ｃ及び３ｄは、並列に一方向に配列された複数の直管部
（４ａ〜４ｅ）と、直管部間を連結するための曲管部５
とで形成されている。管路３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄ
は、一の管路内を流れる冷媒がそれ以外の管路内を流れ
ないように互いに独立に構成されている。なお、図１で
は、直管部（４ａ〜４ｅ）の配列方向は鉛直方向（Ｚ軸
方向）となっている。

【００２０】また、管路３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは、
その内部を流れる冷媒が蓄冷材（２ａ〜２ｄ）と熱交換
でき、直管部（４ａ〜４ｅ）の配列方向が互いに一致又
は略一致するように配置されている。図１では、複数の
管路（３ａ〜３ｄ）は蓄冷運転時においては蓄冷用管路
として用いられ、放冷運転時においては放冷用管路とし
て用いられる。

【００２１】このように、本発明の蓄冷式熱交換器１で
は複数の管路（３ａ〜３ｄ）を備えており、各管路を流
れる冷媒は独立したものであるため、従来の蓄冷式熱交
換器に比べ、蓄冷材の温度分布の不均一化を抑制するこ
とができる。

【００２２】図１の例では、一の管路を構成する直管部
と、それ以外の管路を構成する直管部とは、水平方向に
並列に配列された状態にある。蓄冷材２ａ、２ｂ、２ｃ
及び２ｄは、包袋部材に収容された状態で、一の管路を
構成する直管部と、それ以外の他の管路を構成する直管
部とに同時に熱交換するように配置されている。例え
ば、蓄冷材２ｄは水平方向に並んだ四本の直管部４ｅの
上にこれらに接触して載置され、熱交換可能とされてい
る。

【００２３】供給管６は、蓄冷材（２ａ〜２ｄ）と熱交
換するための冷媒（蓄冷用および放冷用の冷媒）を複数
の管路（３ａ〜３ｄ）に供給するためのものである。供
給管６からの冷媒は分流され、管路３ａ、管路３ｂ、管
路３ｃ及び管路３ｄへと送られる。

【００２４】また、図１の例では、冷媒は最下部に位置
する直管部４ｅから最上部に位置する直管部４ａへと順
に流れるように供給されている。このため、冷媒過冷却
方式による放冷運転を行なった場合、最下部の蓄冷材２
ｄから順に融解されるが、未だ融解されていない又は融
解の程度が低い蓄冷材による冷気が下に降りていくた
め、蓄冷材間に生じる温度差は低減される。即ち、本発
明の蓄冷式熱交換器１では、冷媒過冷却方式による放冷
運転において、複数の管路を設けたことによる温度分布
の不均一化の抑制に加え、冷媒を下から上に流すことに
よっても温度分布の不均一化の抑制を図っている。

【００２５】排出管７は、熱交換後の冷媒を排出するた
めのものである。最上部に位置する直管部４ａは全て排
出管７に連結されている。なお、図１の例では、複数の
管路（３ａ〜３ｄ）は蓄冷用および放冷用の両方の管路
として用いられているが、本発明においては、例えば、
管路３ａと３ｃとを蓄冷用とし、管路３ｂと３ｄとを放
冷用としても良い。この場合は、管路３ａと３ｃとを蓄
冷用の冷媒を送る供給管に、管路３ｂと３ｄとを放冷用
の冷媒を供給する供給管に別々に連結すれば良い。さら
に、本発明においては、複数の管路（３ａ〜３ｄ）を蓄
冷用としてのみ用い、放冷運転を送風手段によって行っ
ても良い。

【００２６】図２は、本発明の蓄冷式熱交換器の他の例
を示す図であり、斜視図で示している。図２において、
蓄冷式熱交換器１０は地面に設置された状態にある。図
中に示すＺ軸方向は鉛直方向を示しており、Ｘ、Ｙ軸方
向は水平方向を示している。なお、図１と同様に、管路
（３ａ〜３ｃ）を支持するためのフレームや、蓄冷式熱
交換器１０を収納するためのケース、蓄冷式熱交換器１
０を設置するための土台等については省略して示してい
る。

【００２７】図２の例に示すように、蓄冷式熱交換器１
０も、図１の例と同様に蓄冷材（２ａ〜２ｃ）と複数の
管路（３ａ〜３ｃ）とを少なくとも有している。管路３
ａ、３ｂ及び３ｃは、図１の例と同様に複数の直管部
（４ａ〜４ｇ）と複数の曲管部（５ａ、５ｂ）とで形成
されており、互いに独立に構成されている。また、管路
３ａ、３ｂ及び３ｃは、それらの内部を流れる冷媒が蓄
冷材（２ａ〜２ｃ）と熱交換でき、直管部（４ａ〜４
ｇ）の配列方向が互いに一致又は略一致するように配置
されている。

【００２８】このように、本発明の蓄冷式熱交換器１０
においても、複数の管路（３ａ〜３ｃ）を備えており、
各管路には独立した冷媒が流されるため、従来の蓄冷式
熱交換器に比べ、蓄冷材の温度分布の不均一化を抑制す
ることができる。

【００２９】図２の例では、蓄冷式熱交換器１０は、図
１で示した蓄冷式熱交換器１と異なり、蓄冷材２に送風
するための送風手段１１を更に有している。放冷運転
は、この送風手段１１によって行われる。複数の直管部
（４ａ〜４ｇ）は、送風手段の送風方向（Ｘ軸方向）に
並列に配列されている。なお、直管部（４ａ〜４ｇ）は
送風方向に二列で配列されているため、管路３ａ、３ｂ
及び３ｃは螺旋状の形態を有している。また、管路３
ａ、３ｂ及び３ｃは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に並んで設
置されている。

【００３０】また図２の例では、蓄冷材（２ａ〜２ｃ）
は螺旋の内側に設置されている。供給管６からの冷媒
は、図１の例と同様に、分流されて管路３ａ、３ｂ及び
３ｃへと送られる。管路３ａ、３ｂ及び３ｃを通って蓄
冷材と熱交換した冷媒は排出管７から排出される。な
お、送風手段１１による放冷運転に加え、供給管６から
放冷用の冷媒を供給して冷媒過冷却方式による放冷運転
を同時に行うこともできる。

【００３１】さらに図２の例では、冷媒は送風方向の上
流側にある直管部４ａから送風方向の下流側にある直管
部４ｇへと順に流れるように供給されている。このた
め、蓄冷材２ａ、２ｂ及び２ｃは、放冷運転時において
送風方向の上流側の直管部４ａ付近から融解していく
が、蓄冷運転時において直管部４ａに近い部分ほど温度
が低くなっているので、送風手段による放冷運転におけ
る蓄冷材の温度分布の不均一化を抑制でき、冷熱の有効
利用を図ることができる。

【００３２】送風手段１１としては、既知の多翼送風機
や管流送風機などの遠心送風機、プロペラ形やチューブ
形の軸流送風機、斜流送風機、クロスフロー送風機等を
利用すれば良い。送風手段１１に要求される能力は特に
限定されるものではなく、被冷却空間の大きさ等に応じ
て適宜決定すれば良い。送風手段の設置台数も特に限定
されるものではない。

【００３３】本発明において管路は、蓄冷材を冷却する
ための蓄冷用管路として、冷却された蓄冷材から冷熱を
取り出すための放冷用管路として、又は蓄冷用管路及び
放冷用管路として使用できる。管路は一の管路内を流れ
る冷媒がそれ以外の管路内を流れないように互いに独立
に構成されたものであれば良い。即ち、本発明において
は、図４に示したような一本の管路で一本の流路のみが
形成された態様は除かれる。

【００３４】本発明において管路は、図１、２に示すよ
うに、並列に一方向に配列された複数の直管部と、直管
部間を連結する曲管部とで構成されているのが好まし
い。この場合、管路は図１で示したような蛇行状の形
態、又は図２で示したような螺旋状の形態を有している
のが好ましい。なお、直管部が並列に配列されていると
は、一の直管部と他の直管部とが略平行な状態にあっ
て、且つ、軸方向に垂直な方向において互いに隣合って
いることをいう。また、一の管路における直管部の配列
は、図１に示すように一方向（鉛直方向）に一列であっ
ても良いし、図２に示すように一方向（送風方向）に二
列であっても良い、更に一方向に三列以上であっても良
い。

【００３５】一の管路を構成する直管部と曲管部とは一
体的なものであっても良いし、別個の部品であっても良
い。前者の例としては、一本の長尺の管材を一箇所又は
二箇所以上で折り曲げて管路を形成した場合が挙げられ
る。この場合、折り曲げ部以外の部分が直管部となり、
折り曲げ部が曲管部となる。後者の例としては、複数の
管材とＵ字形の継手とで管路を形成した場合が挙げられ
る。

【００３６】管路の数、全長、内径、形状といった仕様
は、本発明の蓄冷式熱交換器に要求される能力、蓄冷時
間や放冷時間といった諸条件に応じて適宜決定すれば良
い。管路を形成する材料としては、銅、銅合金、アルミ
ニウム、鋼といった金属材料やポリエチレンなどの高分
子材料等が挙げられる。このうち、加工性や熱伝導性が
優れている点から銅を用いるのが好ましい。

【００３７】本発明において、蓄冷材は蓄冷可能なもの
であれば特に限定されるものではなく、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、無機水和塩、塩水、エチレングリコール
等の有機物等が挙げられる。蓄冷材の設置を容易にする
点からは、蓄冷材は包袋部材に収容された状態で用いる
のが好ましい態様である。

【００３８】包袋部材は、蓄冷材を漏洩することなく収
容し得るものであれば、特に限定されるものではない
が、可撓性を有する材料で形成されているのが好まし
い。包袋部材や容器を形成する材料としては、例えば、
ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、これら高
分子材料とアルミニウムなどの金属との複合材料等が挙
げられる。このうち耐寒性、耐水性及び熱伝導性に優れ
ている点からは、ポリエチレンフィルムとナイロンフィ
ルムとアルミ箔とを積層してなる複合材料が好ましい。

【００３９】包袋部材や容器の形状は、蓄冷時の蓄冷材
の膨張等によって管路等に物理的（機械的）な悪影響が
及ぼされないように設定する必要がある。具体的には、
図１および図２に示すプレート状等のような直管部の鉛
直方向上側に載せることが可能な形状であるのが好まし
い。

【００４０】本発明の蓄冷式熱交換器はどのような用途
に使用しても良く、例えば冷蔵庫、冷凍庫、保冷庫等に
用いられる蓄冷冷却システムが主な用途として挙げられ
る。図３は、図１で示した蓄冷式熱交換器１を用いた蓄
冷冷却システム２０を示す図である。同図では、蓄冷冷
却システム２０を構成する各機器は簡略化して示してい
る。

【００４１】図３の例に示すように、蓄冷冷却システム
２０は、冷凍機と蓄冷式熱交換器１とで構成されてい
る。冷凍機は圧縮機２１と、凝縮器２２と、膨張弁２３
と、蒸発器２４とを冷媒配管で連結して構成されてい
る。３７は冷却対象となる被冷却空間である。供給管６
は、凝縮器２２と膨張弁２３とを連結する第一の冷媒配
管３１から分岐した分岐管３３と分岐管３４とに連結さ
れている。排出管７は、上記分岐の下流で第一の冷媒配
管３１に合流する合流管３６と、蒸発器２４と圧縮機２
１と連結する第二の冷媒配管３２に合流する合流管３５
とに連結されている。

【００４２】分岐管３３、分岐管３４、合流管３５、合
流管３６および第一の冷媒配管３１には、それそれバル
ブ２６、２７、２９、２８および２５が設けられてい
る。分岐管３４には更にバルブ２７の下流側に蓄冷用膨
張弁３０が設けられている。従って、蓄冷冷却システム
２０において通常運転のみを行うのであれば、バルブ２
５のみを開き、バルブ２６〜２９を閉じれば良い。

【００４３】蓄冷運転のみを行うのであれば、バルブ２
７とバルブ２９とを開き、バルブ２５、バルブ２６及び
バルブ２８を閉じれば良い。この場合、蓄冷用膨張弁３
０を通って冷却された冷媒は、分流されて各管路３に送
られ、蓄冷材２を均一に冷却する。なお、このときバル
ブ２５を開けば、通常運転と蓄冷運転との併用運転とす
ることができる。

【００４４】放冷運転のみを行うのであれば、バルブ２
６とバルブ２８とを開き、バルブ２５、バルブ２７及び
バルブ２９を閉じれば良い。この場合、凝縮器２２から
送られた冷媒は分流されて各管路３に送られ、蓄冷材２
を均一に融解して冷熱を取り出す。冷熱を取り出した冷
媒は更に膨張弁２３を通り、蒸発器２４に送られ、被冷
却空間３７を冷却する。このように、本発明の蓄冷式熱
交換器を用いて蓄冷冷却システムを構築すれば、効率良
く蓄冷及び放冷を行うことができ、電力需要ピーク抑制
に大きく貢献することができる。

【００４５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示
す。

【００４６】実施例１ 実際に図１に示す蓄冷式熱交換器を作製し、これを用い
て図３に示す蓄冷冷却システムを構築した。 〔蓄冷式熱交換器の作製〕管路は全部で６本とした。一
の管路は外径９．５ｍｍ、内径７．９ｍｍ、長さ１３０
０ｍｍの銅製の管部材（９６本）と、同様の外径及び内
径をもつＵ字形の継手とを用い、管部材の中心間ピッチ
（鉛直方向におけるピッチ）を３７ｍｍに設定して構成
した。各管路は、隣合う管路と管路との間の距離が７０
ｍｍとなるように設置した。

【００４７】蓄冷材としては、塩化ナトリウム系水溶液
を主剤としたものを使用し、これを厚み０．１ｍｍの積
層フィルム（ポリエチレンフィルムとアルミニウム箔と
ナイロンフィルムとの積層フィルム）からなる包袋部材
（大きさ４００ｍｍ×２００ｍｍ）に収容した。一の包
袋部材に収容された蓄冷材の重量は１ｋｇであった。ま
た、蓄冷材の総重量は２００ｋｇであった。次に、管路
に蓄冷材を載置し、更に断熱材（硬質ウレタンフォーム
又はポリスチレンフォーム）で形成した断熱壁で管路及
び蓄冷材を囲み、本発明の蓄冷式熱交換器を完成させ
た。

【００４８】〔蓄冷冷却システムの構築〕上記で得た蓄
冷式熱交換器を、被冷却空間の外側に設置し、図３に示
すように冷凍機（圧縮機の能力：押しのけ量１５．８ｍ
³ ／ｈ、一日の冷凍能力：１．９法定トン）に取り付
け、蓄冷冷却システムを構築した。被冷却空間の庫内体
積は３５．６ｍ³ であった。

【００４９】上記で得た蓄冷冷却システムを用い、庫内
を一定温度（−２０±２℃）に保ちながら蓄冷運転を行
なったところ、全ての蓄冷材を完全に凝固するのにかか
った時間は９時間であった。その際、蓄冷式熱交換器の
管路を流れる冷媒の温度は−２５℃〜−３５℃であっ
た。なお、図１で示したように冷媒は最下部の直管部か
ら最上部の直管部へと供給している。

【００５０】次に、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
冷媒過冷却方式による放冷運転を行なったところ、放冷
完了に要した時間は１２時間であった（放冷完了は蓄冷
式熱交換器内の制御温度が設定温度幅の上限に達した時
（−１８℃）とした。）。この運転の際の蓄冷式熱交換
器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃であった。放冷
運転終了後、蓄冷材の温度測定を行ったところ、全蓄冷
材の最も温度が高い部分と最も温度が低い部分との温度
差は鉛直方向（Ｚ軸方向）にあり、最大４℃であった。

【００５１】実施例２ 蓄冷式熱交換器の管路を流れる冷媒の方向を逆にした以
外は、実施例１と同様に蓄冷式熱交換器を作製し、蓄冷
冷却システムを構築した。

【００５２】上記で得た蓄冷冷却システムを用い、庫内
を一定温度（−２０±２℃）に保ちながら蓄冷運転を行
なったところ、全ての蓄冷材を完全に凝固するのにかか
った時間は８．５時間であった。その際、蓄冷式熱交換
器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃〜−３５℃であ
った。

【００５３】次に、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
冷媒過冷却方式による放冷運転を行なったところ、放冷
完了に要した時間は１３時間であった（放冷完了は蓄冷
式熱交換器内の制御温度が設定温度幅の上限に達した時
（−１８℃）とした。）。この運転の際の蓄冷式熱交換
器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃であった。放冷
運転終了後、蓄冷材の温度測定を行ったところ、全蓄冷
材の最も温度が高い部分と最も温度が低い部分との温度
差は鉛直方向（Ｚ軸方向）にあり、最大６℃であった。

【００５４】実施例３ 実施例１と同様の蓄冷式熱交換器に、プロペラ軸流送風
機（送風機出力０．１ｋｗ、風量３０ｍ³ ／ｍｉｎ）二
台を取り付け、さらに実施例１と同様の冷凍機にこの蓄
冷式熱交換器を取り付け、蓄冷冷却システムを構築し
た。なお、本例においては、実施例１と異なり、蓄冷式
熱交換器は被冷却空間内に設置し、断熱壁は設けなかっ
た。二台の送風機は、送風方向が直管部の中心軸に垂直
であって水平方向に平行（Ｘ軸方向）となるようにし、
直管部の中心軸方向（Ｙ軸方向）に並列に配置した。

【００５５】上記で得た蓄冷冷却システムを用い、庫内
を一定温度（−２０±２℃）に保ちながら蓄冷運転を行
なったところ、全ての蓄冷材を完全に凝固するのにかか
った時間は８時間であった。その際、蓄冷式熱交換器の
管路を流れる冷媒の温度は−２５℃〜−３５℃であっ
た。

【００５６】次に、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
冷媒過冷却方式による放冷運転を行なったところ、放冷
完了に要した時間は１２．５時間であった（放冷完了は
蓄冷式熱交換器内の制御温度が設定温度幅の上限に達し
た時（−１８℃）とした。）。この運転の際の蓄冷式熱
交換器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃であった。
放冷運転終了後、蓄冷材の温度測定を行ったところ、全
蓄冷材の最も温度が高い部分と最も温度が低い部分との
温度差は鉛直方向（Ｚ軸方向）にあり、最大３℃であっ
た。

【００５７】また、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
送風機を稼働して直接冷却方式による放冷運転をおこな
ったところ、放冷に要した時間は３．５時間であった
（放冷完了は蓄冷式熱交換器内の制御温度が設定温度幅
の上限に達した時（−１８℃）とした。）。放冷運転終
了後、蓄冷材の温度測定を行ったところ、全蓄冷材の最
も温度が高い部分と最も温度が低い部分との温度差は送
風方向（Ｘ軸方向）にあり、最大４℃であった。

【００５８】実施例４ 図２に示す蓄冷式熱交換器を作製し、これを用いて図３
に示す蓄冷冷却システムを構築した。 〔蓄冷式熱交換器の作製〕管路は全部で８本とした。一
の管路は外径９．５ｍｍ、内径７．９ｍｍ、長さ１３０
０ｍｍの銅製の管部材（９６本）と、同様の外径及び内
径をもつＵ字形の継手とを用い、管部材の中心間ピッチ
（鉛直方向（Ｚ軸方向）におけるピッチ）を３７ｍｍに
設定して構成した。各管路は、隣合う管路と管路との間
の距離が７０ｍｍとなるように設置した。送風機は実施
例３と同様のものを二台用い、図２と同様の位置に並べ
て設置した。

【００５９】蓄冷材としては、塩化ナトリウム系水溶液
を主剤としたものを使用し、これを厚み０．１ｍｍの積
層フィルム（ポリエチレンフィルムとアルミニウム箔と
ナイロンフィルムとの積層フィルム）からなる包袋部材
（大きさ４００ｍｍ×２００ｍｍ）に収容した。一の包
袋部材に収容された蓄冷材の重量は１ｋｇであった。ま
た、蓄冷材の総重量は２００ｋｇであった。

【００６０】〔蓄冷冷却システムの構築〕上記で得た蓄
冷式熱交換器を、実施例１と同様の冷凍機に取り付け、
蓄冷冷却システムを構築した。但し、本例においても実
施例３と同様に蓄冷式熱交換器は被冷却空間内に設置し
た。

【００６１】上記で得た蓄冷冷却システムを用い、庫内
を一定温度（−２０±２℃）に保ちながら蓄冷運転を行
なったところ、全ての蓄冷材を完全に凝固するのにかか
った時間は８．７時間であった。その際、蓄冷式熱交換
器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃〜−３５℃であ
った。

【００６２】次に、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
冷媒過冷却方式による放冷運転を行なったところ、放冷
完了に要した時間は１３時間であった（放冷完了は蓄冷
式熱交換器内の制御温度が設定温度幅の上限に達した時
（−１８℃）とした。）。この運転の際の蓄冷式熱交換
器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃であった。放冷
運転終了後、蓄冷材の温度測定を行ったところ、全蓄冷
材の最も温度が高い部分と最も温度が低い部分との温度
差は送風方向（Ｘ軸方向）にあり、最大４℃であった。

【００６３】また、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
送風機を稼働して直接冷却方式による放冷運転をおこな
ったところ、放冷に要した時間は３時間であった（放冷
完了は蓄冷式熱交換器内の制御温度が設定温度幅の上限
に達した時（−１８℃）とした。）。放冷運転終了後、
蓄冷材の温度測定を行ったところ、全蓄冷材の最も温度
が高い部分と最も温度が低い部分との温度差は送風方向
（Ｘ軸方向）にあり、最大３℃であった。

【００６４】比較例 図４に示す蓄冷式熱交換器を作製し、これを用いて図３
と同様の蓄冷冷却システムを構築した。 〔蓄冷式熱交換器の作製〕外径９．５ｍｍ、内径７．９
ｍｍ、長さ１３００ｍｍの銅製の管部材（９６本）と、
同様の外径及び内径をもつＵ字形の継手とを用い、管部
材の中心間ピッチを３７ｍｍに設定して一本の管路を構
成した。

【００６５】蓄冷材としては、塩化ナトリウム系水溶液
を主剤としたものを使用し、これを厚み０．１ｍｍの積
層フィルム（ポリエチレンフィルムとアルミニウム箔と
ナイロンフィルムとの積層フィルム）からなる包袋部材
（大きさ４００ｍｍ×２００ｍｍ）に収容した。一の包
袋部材に収容された蓄冷材の重量は１ｋｇであった。ま
た、蓄冷材の総重量は２００ｋｇであった。次に、管路
に蓄冷材を載置し、更に断熱材（硬質ウレタンフォーム
又はポリスチレンフォーム）で形成した断熱壁で管路及
び蓄冷材を囲み、本発明の蓄冷式熱交換器を完成させ
た。

【００６６】〔蓄冷冷却システムの構築〕上記で得た蓄
冷式熱交換器を、被冷却空間の外側に設置し、実施例１
と同様の冷凍機に取り付け、蓄冷冷却システムを構築し
た。

【００６７】上記で得た蓄冷冷却システムを用い、庫内
を一定温度（−２０±２℃）に保ちながら蓄冷運転を行
なったところ、全ての蓄冷材を完全に凝固するのにかか
った時間は１０時間であった。その際、蓄冷式熱交換器
の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃〜−３５℃であっ
た。なお、図１で示したように冷媒は最下部の直管部か
ら最上部の直管部へと供給している。

【００６８】次に、外気温３２℃〜３５℃の条件下で、
冷媒過冷却方式による放冷運転を行なったところ、放冷
完了に要した時間は１６時間であった（放冷完了は蓄冷
式熱交換器内の制御温度が設定温度幅の上限に達した時
（−１８℃）とした。）。この運転の際の蓄冷式熱交換
器の管路を流れる冷媒の温度は−２５℃であった。放冷
運転終了後、蓄冷材の温度測定を行ったところ、全蓄冷
材の最も温度が高い部分と最も温度が低い部分との温度
差は鉛直方向（Ｚ軸方向）にあり、最大１５℃であっ
た。

【００６９】以下の表１は、上記実施例１〜４及び比較
例の結果を示すものである。

【００７０】

【表１】

【００７１】上記実施例および比較例より、本発明の蓄
冷式熱交換器を用いれば、蓄冷運転において、蓄冷を完
了するまでの時間を短くでき、夜間の所定の時間内に必
要なだけの冷熱を蓄えることができる。また、放冷運転
においては、冷媒過冷却方式による場合、送風機を用い
た直接冷却方式による場合のいずれにおいても、本発明
の蓄冷式熱交換器を用いれば、蓄えられた冷熱を従来に
比べ短い時間で放出できるので、冷熱を有効に利用でき
る。

【００７２】

【発明の効果】このように本発明の蓄冷式熱交換器を用
いることにより、蓄冷運転時および放冷運転時におい
て、蓄冷材の温度分布の均一化を図ることができる。よ
って、本発明によれば、夜間電力料金が適用される所定
の時間内に蓄冷を完了することができ、又この蓄えられ
た冷熱を有効に利用することもできる。さらに、電力需
要ピークの抑制にも大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄冷式熱交換器の一例を示す図であ
る。

【図２】本発明の蓄冷式熱交換器の他の例を示す図であ
る。

【図３】図１に示す蓄冷式熱交換器を用いた蓄冷冷却シ
ステムを示す図である。

【図４】従来より用いられている蓄冷式熱交換器を示す
図である。

【符号の説明】

１ 蓄冷式熱交換器 ２ａ〜２ｄ 蓄冷材 ３ａ〜３ｄ 管路 ４ａ〜４ｅ 直管部 ５ 曲管部 ６ 供給管 ７ 排出管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄冷材と、複数の管路とを少なくとも有
   し、 各管路は、並列に一方向に配列された複数の直管部と直
   管部間を連結する曲管部とを有し、一の管路内を流れる
   冷媒がそれ以外の管路内を流れないように互いに独立に
   構成されており、且つ、その内部を流れる冷媒が蓄冷材
   と熱交換でき、直管部の配列方向が互いに一致又は略一
   致するように配置されていることを特徴とする蓄冷式熱
   交換器。
2. 【請求項２】 上記複数の直管部が、当該蓄冷式熱交換
   器を地面に設置したときに、その配列方向が鉛直方向と
   なるように配列されており、 冷媒が最下部に位置する直管部から最上部に位置する直
   管部へと順に流れるように供給されている請求項１記載
   の蓄冷式熱交換器。
3. 【請求項３】 上記蓄冷材が包袋部材に収容された状態
   で、一の管路を構成する直管部と、それ以外の管路を構
   成する直管部とに同時に熱交換するように配置されてい
   る請求項１または２のいずれかに記載の蓄冷式熱交換
   器。
4. 【請求項４】 蓄冷材に送風する送風手段をさらに有
   し、上記複数の直管部が送風手段の送風方向に沿って配
   列されており、 冷媒が送風方向の上流側にある直管部から送風方向の下
   流側にある直管部へと順に流れるように供給されている
   請求項１記載の蓄冷式熱交換器。