JPH02208429A

JPH02208429A - 蓄冷熱システム

Info

Publication number: JPH02208429A
Application number: JP1024481A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kihara; 均木原
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-02-02
Publication date: 1990-08-20
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH0796942B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、蓄冷熱システム、詳しくはホスト剤とゲスト
剤の反応により生成されるガスクラスレートを蓄冷熱剤
として用いる蓄冷熱システムに関する。

〔従来の技術〕

最近、ヒートポンプ式の冷房装置が普及し、オフィスば
かりでなく、家庭や電車にまで浸透している。真夏には
、電力需要に極端なピークが起こることもある。そこで
、このような観点からも冷源を蓄えておき使用したい時
に使用する蓄冷熱システムが要求されている。

蓄冷装置として潜熱を利用した氷蓄冷熱システムもある
が、氷よりも高い温度で相変化し蓄冷容量の大きいガス
クラスレートを利用する蓄冷熱システムが注目を浴びて
いる。このガスクラスレートは、水等のホスト剤の原子
または分子が結合して出来た三次元構造の骨組の内部に
形成された空隙内に、メタン、エタン、プロパン等の炭
化水素やＲ１１，Ｒ１２，Ｒ２１等のフロン系冷媒のガ
ス状ゲスト剤を取り込んで構成される特定の結晶構造で
ある。

ガスクラスレートを利用した蓄冷熱システムとして、例
えば、特開昭６１−１２５５５０号公報に示すものが知
られている（第２図図示）。

図において、２１は圧縮機、２２は凝縮器、２３は膨張
弁、２４は蓄冷槽、２５は整流器で、これらを記述した
順番に配管で連結することによって蓄冷サイクル系２６
が構成されている。

２７は循環ポンプ、２８は利用側熱交換器、２９は絞り
弁等の絞り装置、３０は蓄冷槽２４内のガス域に配設さ
れた噴霧ノズル、３１は蓄冷槽２４内の液体中に浸漬さ
れたフィルタで、これらを記述した順番に配管で連結す
ることによって放冷サイクル系３２が構成されている。

蓄冷槽２４は、耐減圧力構造で、その内部には、ホスト
剤としての水と、ゲスト剤としてのフロンとが収容され
ている。

蓄冷熱運転時には、循環ポンプ２７を停止することによ
って放冷サイクル系３２の運転を停止し、圧縮機２１を
起動することによって蓄冷サイクル系２６を運転する。

この運転状態において、蓄冷槽２４のガス域から整流器
２５を介してフロンガスが取り出され、圧縮機２１で圧
縮される。圧縮されたフロンガスは凝縮器２２内に入り
、ここで凝縮してフロン液となって膨張弁２３に入り、
ここで断熱膨張して蓄冷槽２４に入る。そして、蓄冷槽
２４内で、フロン（ゲスト剤）を蒸発させることにより
この蒸発したフロンと水（ホスト剤）とが反応してガス
クラスレートが生成される。

放冷熱運転時には、圧縮機２１を停止して蓄冷サイクル
系２６の運転を停止し、循環ポンプ２７を起動して放冷
サイクル３２を運転する。循環ポンプ２７により蓄冷槽
２４内の冷却されたフロン液をフィルタ３１を介して取
り出して利用側熱交換器２８に送り、ここで放冷させる
。放冷した後のフロン液を絞り装置２９を経て噴霧ノズ
ル３０から蓄冷槽２４内に噴出させる。蓄冷槽２４内で
は、ガスクラスレートは循環するフロン液の熱を吸収し
て分解し、このフロン液を冷却する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の蓄冷熱システムにあっては、蓄冷槽２４内には、
ホスト剤としての水と、ゲスト剤としてのフロンとが収
容されている。

ここで、ゲスト剤として種々のものがあるが、例えばフ
ロン系冷媒Ｒ１１（）リクロロフルオロメタン）は、難
水溶性、蒸発圧力が低い（１０°Ｃで約０．６２ｋｇ／
　Ｃ１１ｌ　ａｂｓ）という性質を有するため、ホスト
剤としての水と約８°ＣＯガスクラスレート（氷状物質
）を作り、蓄冷剤として適当である。このＲ１１をゲス
ト剤として採用した場合、蓄冷槽２４内で液体状態のＲ
１１を蒸発させることによりホスト剤の水と反応させて
ガスクラスレートを生成させるためには、蓄冷槽２４内
での液体状態のＲ１１にかかる圧力を低（し、このＲ１
１を蒸発させ易くする必要がある。

ところが、蓄冷槽２４内では、液体のＲ１１の比重（１
０°Ｃで１．５１　ｇ　／　ｃｕｆｆ）が水の比重より
大きいため、Ｒ１１が最下層に溜まり、その上の層にガ
スクラスレートが溜まり、さらに、このガスクラスレー
トの上の最上層に水が溜まった状態となっている。

従って、蓄冷槽２４内の最下層のＲ１１には、最上層に
溜まっている水の水圧が掛り、この状態でのＲ１１にか
かる圧力が高くなるので、Ｒ１１が蒸発し難くなり、ガ
スクラスレートの生成効率が落ち、ひいては蓄冷効率が
悪くなるという問題がある。

なお、蓄冷槽２４の深さを低くして、ホスト剤として収
容されている水の水深を浅（すれば、Ｒ１１にかかる水
の圧力も低くなり、Ｒ１１が蒸発し易くなり、ガスクラ
スレートの生成効率を良くすることができるが、蓄冷槽
２４内に収容されるホスト剤としての水の量が少ないの
で、ガスクラスレートの生成量が少な（、小容量の蓄冷
しか出来ない。大容量の蓄冷を得ようとすれば、蓄冷槽
２４の床面積を広くしなければならず、いたずらにスペ
ースを取り好ましくない。

また、従来の蓄冷熱システムでは、蓄冷槽２４の構造は
、耐減圧力構造となっているが、これにより、ガスクラ
スレートの生成時に、蓄冷槽２４内への外気の浸入を防
止し、蓄冷槽２４内のＲ１工の圧力を低い状態に保持す
ることができるが、蓄冷槽２４を大容量にすると、大規
模の耐減圧力構造を施すことが余儀なくされ、高価にな
る。

そして、上述のように、フロン系冷媒として低蒸発圧力
のＲ１１を利用した場合について説明したが、フロン系
冷媒として大気圧よりも蒸発圧力の高いものを利用する
場合には、蓄冷槽２４からフロン系冷媒が漏洩しないよ
うに蓄冷槽２４の構造を、耐圧力構造とする必要がある
が、蓄冷槽２４を大容量にすると、大規模の耐圧力構造
を施すことが余儀なくされ、高価になる。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は、蓄冷槽の床面積が小さくても、ガスク
ラスレートの生成効率を良くするとともに、大容量の蓄
冷が可能で、しかも、大容量の蓄冷槽に対して、大規模
の耐圧力構造または耐減圧力構造を施なくて済む蓄冷熱
システムを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、蓄冷槽。

圧縮機、凝縮器、膨張弁を有する蓄冷サイクル系と、こ
の蓄冷サイクル系にその蓄冷槽を介して接続する放冷サ
イクル系とから構成され、蓄冷槽内に、ホスト剤及びこ
のホスト剤に溶け難いゲスト剤を収容し、蓄冷槽内のゲ
スト剤を蓄冷サイクル系に循環させ、蓄冷槽内でゲスト
剤を蒸発させることによりこの蒸発したゲスト剤とホス
ト剤とが反応してガスクラスレートを生成し、このガス
クラスレートを放冷サイクル系の蓄冷熱剤として用いる
蓄冷熱システムにおいて、前記蓄冷槽は、ガスクラスレ
ートを生成するガスクラスレート生成部と、ガスクラス
レートを溜めるとともに内部のガス域を大気圧近辺に制
御する圧力調整管が設けられた貯蔵部とを備え、ガスク
ラスレート生成部を蓄冷サイクル系の途中に配するとと
もに、貯蔵部を放冷サイクル系の途中に配し、ガスクラ
スレート生成部と貯蔵部とをガスクラスレート移送管を
介して連結し、ガスクラスレート移送管の途中に、シー
ルバルブまたは容積型ポンプを介装したものである。

〔作　用〕

本発明において、蓄冷熱運転時、蓄冷サイクル系の液体
状態のゲスト剤が蓄冷槽のガスクラスレート生成部に入
る。ガスクラスレート生成部内でゲスト剤が蒸発し、こ
の蒸発熱により蓄冷槽内のホスト剤及びゲスト剤が冷却
され、蒸発したゲスト剤とホスト剤とが反応してガスク
ラスレートが生成される。このガスクラスレート生成時
、シールバルブを閉じるか或いは容積型ポンプを停止さ
せることにより、ガスクラスレート生成部のガス域と貯
蔵部のガス域を遮断する。この時、ガスクラスレート生
成部のガス域は所定の圧力となっている。一方、貯蔵部
のガス域は、圧力調整管によって窒素等の適当な気体を
供給され、或いは、ガスを抜かれて大気圧に近い圧力に
保持されている。

そして、ガスクラスレート生成部にガスクラスレートが
溜まると、シールバルブを開くか或いは容積型ポンプを
作動させることにより、ガスクラスレート生成部から、
ガスクラスレートが、ガスクラスレート移送管を介して
貯蔵部に送られる。

一方、放冷熱運転時、シールバルブを開くか或いは容積
型ポンプを作動させ、これにより、放冷サイクル系にゲ
スト剤が循環する準備が整う。

そして、蓄冷槽の貯蔵部で、蓄冷剤としてのガスクラス
レートと、放冷サイクル系を循環するゲスト剤とが熱交
換され、ガスクラスレートが分解し、ゲスト剤が冷却さ
れる。この冷却されたゲスト剤が放冷サイクル系を循環
し、負荷が冷却される。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の実施例に係る蓄冷熱システムを示す。

図において、１は蓄冷サイクル系で、その途中には、圧
縮機２．凝縮器３．膨張弁４．蓄冷槽５を構成するガス
クラスレート生成部６が順番に配されている。蓄冷槽５
のガスクラスレート生成部６は、床面積が小さく、その
内部には、ホスト剤としての水と、ゲスト剤としてのフ
ロン系冷媒Ｒ１１（）ＩＪクロロフルオロメタン）とが
収容すしている。また、タラスレート生成部６内には、
撹拌器７が設けられている。

８は放冷サイクル系で、その途中には、循環ポンプ９．
開閉バルブ１０．負荷と熱交換される熱交換器１１．開
閉バルブ１２．蓄冷槽５のガスクラスレート生成部６．
蓄冷槽５を構成する貯蔵部１３が順番に配されている。

貯蔵部１３内にはフィルタ１３Ａが配設されており、こ
のフィルタ１３Ａから循環ポンプ９にＲ１１が流れるよ
うになっている。また、貯蔵部１３には、パージガス供
給管１３Ｂが設けられている。ガスクラスレート生成部
６と貯蔵部１３はガスクラスレート移送管１４で連結さ
れ、ガスクラスレート移送管１４の一端側はタラスレー
ト生成部６内に所定の高さで開口している。ガスクラス
レート移送管１４の途中には、ロータリバルブの如きシ
ールバルブ１４Ｂが介装されている。

そして、放冷サイクル系８の開閉バルブ１０の上流側と
開閉バルブ１２の下流側とに、バイパス通路１５が接続
し、このバイパス通路１５の途中には切換えバルブ１５
Ａが介装されている。

また、貯蔵部１３の上部側と、放冷サイクル系８の循環
ポンプ９と開閉バルブ１０の途中とに、配管１６が接続
されている。

なお、図中、１７はガスクラスレート生成部６内の液面
を検出する液面スイッチである。

次に、本実施例の作用を説明する。

蓄冷熱運転時には、開閉バルブ１０．１２を閉状態にす
るとともに切換えバルブ１５Ａを開状態にして循環ポン
プ９を起動させ、実線矢印で示すように熱交換器１１を
作用させないように放冷サイクル系８を部分的に用いる
とともに、圧縮機２を起動することによって蓄冷サイク
ル系１を運転する。この運転状態において、蓄冷槽５の
ガスクラスレート生成部６のガス域から気体のＲ１１が
取り出され、圧縮機２で圧縮される。圧縮されたＲ１１
は凝縮器３内に入り、ここで凝縮してフロン液となって
膨張弁４に入り、ここで断熱膨張してガスクラスレート
生成部６に入る。

ガスクラスレート生成時、ガスクラスレートの生成量が
少ない時には、ガスクラスレート生成部６の液面６Ａが
下がった位置にあり、この液面６Ａの位置を液面スイッ
チ１７で検出してシールバルブ１４Ｂが閉じており、ガ
スクラスレート生成部６のガス域と貯蔵部１３のガス域
を遮断する。

この時、ガスクラスレート生成部６のガス域は低い圧力
となっている。一方、貯蔵部１３のガス域は、パージガ
ス供給管１３Ｂから窒素ガスを供給することにより大気
圧に近い圧力に保持されている。

そして、ガスクラスレート生成部６内で、Ｒ１１を蒸発
させ、この蒸発熱によりクラスレート生成部６内の水及
びＲ１１が冷却されるとともに、蒸発したＲ１１とホス
ト剤としての水が反応してガスクラスレートが生成され
る。撹拌器７でガスクラスレート生成部６の内部を撹拌
することにより、水とＲ１１との接触面積が大きくなり
、ガスクラスレートの生成効率が高くなっている。

そして、蓄冷槽５のガスクラスレート生成部６で生成さ
れたガスクラスレートは、液体状態のＲ１１、水ととも
にガスクラスレート移送管１４の頂部１４Ａからオーバ
ーフローしてガスクラスレート移送管１４の中に零れ落
ち、貯蔵部１３に運ばれる。

貯蔵槽１３内では、その最下層Ａに最も比重の大きい液
体状態のＲ１１が溜まり、このＲ１１の上の層Ｂにシャ
ーベット状のガスクラスレートが溜まり、さらにこのガ
スクラスレートの上の層Ｃに水が溜まっている。貯蔵部
１３からは、最下層Ａに位置する液体状態のＲ１１がフ
ィルタ１３Ａを介して、又、最上層Ｃに位置する水がフ
ィルタ１３Ｃを介して循環ポンプ９に運ばれ、この液体
状態のＲ１１及び水がガスクラスレート生成部６に運ば
れ、ガスクラスレートが生成される。このように、貯蔵
部１３では、液体のＲ１１及び水がガスクラスレートか
ら分離されるので、液体状態のＲ１１及び水の量が少な
くなり、ガスクラスレートの貯蔵量が大きくなっている
。

ガスクラスレート生成部６でガスクラスレートが生成さ
れ、ガスクラスレート生成部６の液面６Ａが上がり、ガ
スクラスレートの生成量が所定の量より多くなると、こ
の液面６Ａの位置を液面スイッチ１７で検出してシール
バルブ１４Ｂが開く。

これにより、ガスクラスレート生成部６から、ガスクラ
スレートが、ガスクラスレート移送管１４を介して貯蔵
部１３に送られる。

一方、放冷熱運転時には、シールバルブ１４Ｂを開き、
これにより、放冷サイクル系８にＲ１１が循環する準備
が整う。圧縮機２を停止して蓄冷サイクル系１の運転を
停止し、開閉パルプ１０゜１２を開状態にするとともに
切換えパルプ１５Ａを閉状態にして循環ポンプ９を起動
して点線矢印で示すように放冷サイクル８を運転する。

Ｗｉ環ポンプ９により貯蔵部１３内の冷却された液体状
態のＲ１１をフィルタ１３Ａを介して取り出して熱交換
器１１に送り、ここで放冷させ、負荷と熱交換される。

放冷した後の液体状態のＲ１１はガスクラスレート生成
部６に戻り、さらに貯蔵部１３に流れる。

貯蔵部１３では、蓄冷剤としてのガスクラスレートと、
放冷サイクル系を循環する液体状態のＲ１１とが熱交換
され、ガスクラスレートが分解し、液体状態のＲ１１が
冷却される。

以上の如き構成によれば、ガスクラスレート生成部６に
、その最下層に比重の大きいゲスト剤としてのＲ１１が
、このＲ１１の上層に浅い水深でホスト剤としての水が
溜まるので、Ｒ１１に作用する水の圧力が小さく、従っ
て、Ｒ１１が蒸発し易くなり、ガスクラスレートの生成
効率を良くし、蓄冷効率を向上させることができる。

また、ガスクラスレート生成部６で生成されたガスクラ
スレートは、貯蔵部１３に運ばれるので、ガスクラスレ
ート生成部６では、常にガスクラスレートを生成するス
ペースがあり、ガスクラスレート生成部６の床面積が小
さくても、ガスクラスレートの生成の制限を受けず、貯
蔵部１３に大量のガスクラスレートを貯蔵することがで
き、従って、蓄冷容量を大きくすることができる。

要するに、ガスクラスレート生成部６０床面積が小さく
ても、ガスクラスレートの生成効率を良くするとともに
、大容量の蓄冷を可能にすることができる。

さらに、ガスクラスレート生成時、シールバルブ１４Ｂ
を閉じ、シールバルブ１４Ｂにより、ガスクラスレート
生成部６のガス域と貯蔵部１３のガス域を遮断すること
により、ガスクラスレート生成部６内のガス域を、低い
圧力に保持することができ、一方、パージガス供給管１
３Ｂから窒素ガスを貯蔵部Ｉ３の内部のガス域に供給す
ることにより、貯蔵部１３内のガス域の圧力を大気圧近
くの圧力に保持することができ、従って、貯蔵部１３の
構造を、耐減圧力構造とする必要がなくなる効果を奏す
る。

なお、本実施例においては、フロン系冷媒として、Ｒ１
１を挙げて説明したが、Ｒ１１に限定されることはない
。例えば、フロン系冷媒Ｒ１１とＲ１１４（１，２ジク
ロロ−１，１，２，２テトラフルオロエタン）を混ぜた
ものやフロン系冷媒Ｒ２１（ジクロロモノフルオロメタ
ン）を使用することもできる。ここで、Ｒ１１４の蒸発
圧力は１０°Ｃでし３ｋｇ／　ｃ＋ｆｉ　ａｂｓＸＲ２
１の蒸発圧力は１０℃で１．０８ｋｇ／ＣＩａａｂｓで
ある。また、フロン系冷媒として、Ｒ１１とＲ１２（ジ
クロロジフルオロメタン）を混ぜたものでも良い。

また、本実施例においては、貯蔵部１３には、パージガ
ス供給部１３Ｂが接続しているが、フロン系冷媒として
高圧のものを利用する場合には、このパージガス供給管
１３Ｂに代えて、ガス抜き管を接続し、このガス抜き管
により貯蔵部１３内のガス域空間を減圧し、大気圧近辺
の値にすることもできる。

さらに、本実施例においては、ガスクラスレート移送管
１４の途中には、シールバルブ１４Ｂが介装されている
が、シールバルブ１４Ｂに代えて容積型のポンプを用い
ることもできる。

そして、本実施例においては、パージガスとして窒素ガ
スが使用されているが、これに限定されることはない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明に係る蓄冷熱システムによれ
ば、ガスクラスレート生成部に、その最下層に比重の大
きいゲスト剤が、このゲスト剤の上層に浅い水深でホス
ト剤が溜まるので、ゲスト剤に作用するホスト剤の液圧
が小さく、従って、ゲスト剤が蒸発し易くなり、ガスク
ラスレートの生成効率を良くし、蓄冷効率を同上させる
ことができる。

また、ガスクラスレート生成部で生成されたガスクラス
レートは、貯蔵部に運ばれるので、ガスクラスレート生
成部では、常にガスクラスレートを生成するスペースが
あり、ガスクラスレート生成部の床面積が小さくても、
ガスクラスレートの生成の制限を受けず、貯蔵部に大量
のガスクラスレートを貯蔵することができ、従って、蓄
冷容量を大きくすることができる。

要するに、ガスクラスレート生成部の床面積が小さくて
も、ガスクラスレートの生成効率を良くとともに、大容
量の蓄冷を可能にすることができる効果を奏する。

さらに、ガスクラスレート生成時、シールバルブを閉じ
るか或いは容積型ポンプを停止させ、シールバルブまた
は容積型ポンプにより、ガスクラスレート生成部のガス
域と貯蔵部のガス域を遮断することにより、ガスクラス
レート生成部内のガス域を、所定の圧力に保持すること
ができ、一方、貯蔵部内のガス域に、圧力調整管を介し
てパージガスを供給するかガスを抜くことにより、貯蔵
部内のガス域の圧力を大気圧近くの圧力に保持すること
ができ、従って、貯蔵部の構造を、耐圧力或いは耐減圧
力構造とする必要がなくなる効果を奏する。

８　・　・１３　・３ＢＩ　４　・４Ｂ放冷サイクル系・貯蔵部。

・・パージガス供給管・ガスクラスレート移送管・・シールバルブ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る蓄冷熱システムの構成図
である。第２図は従来における蓄冷熱システムの構成図である。〔主要な部分の符号の説明〕１・・・蓄冷サイクル系２・・・圧縮機３・・・凝縮器４・・・膨張弁５・・・蓄冷槽６・・・ガスクラスレート生成部箪図？０３（才り／？＠刀に東ジ第図ｑ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）蓄冷槽、圧縮機、凝縮器、膨張弁を有する蓄冷サ
イクル系と、この蓄冷サイクル系にその蓄冷槽を介して
接続する放冷サイクル系とから構成され、蓄冷槽内に、
ホスト剤及びこのホスト剤に溶け難いゲスト剤を収容し
、蓄冷槽内のゲスト剤を蓄冷サイクル系に循環させ、蓄
冷槽内でゲスト剤を蒸発させることによりこの蒸発した
ゲスト剤とホスト剤とが反応してガスクラスレートを生
成し、このガスクラスレートを放冷サイクル系の蓄冷熱
剤として用いる蓄冷熱システムにおいて、前記蓄冷槽は
、ガスクラスレートを生成するガスクラスレート生成部
と、ガスクラスレートを溜めるとともに内部のガス域を
大気圧近辺に制御する圧力調整管が設けられた貯蔵部と
を備え、ガスクラスレート生成部を蓄冷サイクル系の途
中に配するとともに、貯蔵部を放冷サイクル系の途中に
配し、ガスクラスレート生成部と貯蔵部とをガスクラス
レート移送管を介して連結し、ガスクラスレート移送管
の途中に、シールバルブまたは容積型ポンプを介装した
ことを特徴とする蓄冷熱システム。