JPH0449024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は冷房、冷凍装置に係わり、更に詳しく
は、潜熱蓄熱装置を付加して冷房、冷凍負荷をま
かなうようにした装置の改良に関する。 従来から、熱利用装置に蓄熱装置を付加する技
術が種々提案されている。これは安い深夜電力を
利用して、熱量を貯えておき、必要な時に負荷の
要求に応じて放熱するので、熱の供給と需要との
間の時間的なズレを調整し、省エネルギーに寄与
する。 そして、冷房、冷凍の分野でも当然の事ながら
このような考え方の多数が提案されている。例え
ば実公昭46−443号公報にみられる。即ち蒸発器
と冷却器の間に於けるブライン循環系に冷熱蓄熱
槽を付加し、この冷熱蓄熱槽内に、冷熱媒体をシ
エル内に収容して成る冷熱蓄熱体の多数を収容し
た技術が提案されている。この従来技術に於ける
冷熱媒体を収容せるシエルを観ると、即ち冷熱媒
体をみると、この冷熱媒体はシエル内に密に充填
されている。従つてシエル内の空間に最大限冷熱
媒体を収容することとなるから、蓄熱容量を大き
くとれる利点を有するものの、液相から固相への
変化時に於ける冷熱媒体の体積膨張の為の対策に
何等の工夫が施されていない。故に繰返し使用に
伴なうシエルの破損、耐久性の考慮がなく実用す
る上ではシエルの材質検討等幾つかの解決課題を
有している。 そこで、この冷熱媒体に関し、それをシエル内
に充填する時に、冷熱媒体の体積膨張を100％吸
収できるようにシエル内に予め比較的大きな空間
をつくつて充填する技術が考慮される。例えば特
開昭53−55547にみられる。この従来技術にれば、
冷熱媒体の体積膨張時、この膨張量を上記空間が
吸収することとなる為、この体積膨張を原因とす
るシエルの破損がない。所が、このように体積膨
張量全部を吸収する為に必要な空間を当初から十
分残す為に冷熱媒体の収容量がその十分必要な分
だけ少なくなり、蓄熱容量が小となる。これは冷
熱蓄熱槽内に収容される冷熱媒体の数が多数であ
ることから無視できない点である。 本発明は述上の点に鑑み成されたもので、その
要旨とする所は、蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張
弁を備え、上記蒸発器と冷却器の間をブライン循
環系によつて接続し、このブライン循環系に冷熱
蓄熱槽を付設し、上記冷熱蓄熱槽内には、冷熱媒
体を球状シエル内に収容して成る蓄熱体の多数が
収容され、上記冷熱媒体は液相から固相に変わる
時に固化の潜熱として冷熱を蓄熱し、固相から液
相に変わる時に先に蓄熱した冷熱を放熱する性質
を有し、而も液相から固相へ変化した時に、その
体積が膨張する性質を有し、上記冷熱媒体の液相
時には上記球状シエル内に空間が残るように設定
された冷房、冷凍装置に於いて、上記冷熱媒体が
液相時に残る上記球状シエル内の空間の容積は、
上記冷熱媒体が液相から固相へ変化した時の冷熱
媒体の体積膨張量の全てを吸収できるように定め
られていず、体積膨張量の一部のみを吸収する大
きさに定められていると共に、上記体積膨張量全
部の内の残りの体積膨張量を上記球状シエルの同
心円的な膨張によつて吸収できるように上記球状
シエルを上記冷熱媒体の体積膨張に応じて同心円
的に膨らむ材質によつて形成し、而も球状シエル
の同心円的な膨らみの範囲は、球状シエルの材質
の弾性限界内に設定されている事を特徴とする冷
房、冷凍装置であつて、その目的とする所は、冷
熱媒体の体積膨張時には、その膨張量をシエル内
に僅かに残した空間と、シエルの同心円的な膨張
により吸収可能とする事により冷熱媒体の体積膨
張量を十分吸収でき実用的に実施可能とすると共
にシエルの耐久性を図り、同時に可及的に多くの
潜熱蓄熱の為の冷熱媒体をシエル内に収容可能と
し、限られた大きさの冷熱蓄熱槽に多くの冷熱蓄
熱容量を確保するにある。 次に添付図面に従い本発明の実施例を詳細に説
明する。第１図に於いて、蒸発器１で発生する冷
媒蒸気は圧縮機２で圧縮されて高圧の過熱蒸気と
なり、凝縮器３で冷却水に熱を奪われて液体とな
る。この高圧の液を膨張弁４で減圧し、低圧低温
の冷媒を蒸発器１で蒸発させて、凝固点の低いブ
ラインから蒸発熱をとつて、それを冷却し、この
ブラインをブライン循環系５を介して冷却器６に
送り冷房、冷凍の用に供する。そして、上記ブラ
イン循環系５に冷熱を蓄熱し、放熱する蓄熱槽７
を付設する。この例では蒸発器１を中にして、そ
の上流と下流を管８で接続し、管８の中間に蓄熱
槽７を配した例を示してある。そして、上記管８
と並列にバイパス管９を設ける。上記管８とブラ
イン循環系５の接続箇所及び管９とブライン循環
系５の接続箇所には各々三方向制御弁１０，１
１，１２，１３を配設し、又ブライン循環系５中
に蒸発器循環用ポンプ１４、放冷用ポンプ１５を
配置する。上記蓄熱槽７内には、第２図で示す如
き球状蓄熱体１６の多数が収容されている。この
球状蓄熱体１６は、凝固温度で液相から固相に変
わる時に、固化の潜熱として冷熱を蓄熱し、固相
から液相に変わる時に先に蓄熱した冷熱を放出す
る冷熱媒体１７を球状のシエル１８内に充填した
ものである。 上記球状蓄熱体１６の個々の大きさは、直径20
mm〜200mmの範囲、例えば65mm程度であるが、こ
の事は冷房、冷凍装置の条件、蓄放熱運転条件等
によつて必要な蓄熱槽全体の蓄、放熱量が決定さ
れるから、その必要蓄、放熱量を確保するに十分
な伝熱面積を確保することを基準として定めれば
よい。望ましくは同時に、蓄熱槽７の一定容積中
に収容する数が多くなればなるほど、即ち個々の
球状蓄熱体１６の直径が小さくなればなるほど製
作費が高くなるから、上記の条件を満すと同時
に、この製作上の条件を満すようにして加工する
とよい。更に、この球状蓄熱体１６を蓄熱槽７中
に収容するにあたつては、図示せざるも例えば、
蓄熱槽７の一方の入口又は出口と、他方の入口又
は出口付近に、多数の流通孔の形成された板を装
設し、上記板と板の間に球状蓄熱体１６を収容す
るとよい。このようにすることによつて、蓄熱槽
７中にブラインが出入りする際に、上記板によつ
てブラインが分散して蓄熱槽７中に出入し、多数
収容されている球状蓄熱体１６に平均に接触せし
められる。更にブラインの蓄熱槽７内に於ける移
動速度は極くゆつくりとしたもので、例えば１時
間当り５m³のブラインの移動量が確保されるよう
に速度を設定する等装置の条件に応じて定める。 さて、冷熱媒体１７については、本例に於いて
は共融混合体を用いる。即ち、塩類等の熱媒体の
水溶液は一定の濃度で最低の凝固温度が得られる
が、その最も低温度が得られるときの濃度の溶液
を用いるものである。この共融濃度の共融混合体
によれば、最も低温度で、塩類等の熱媒体と水が
あたかも単一の物質のように凝固する。従つて融
解−凝固のサイクルに対して確実に且つ安定して
動作する。この時凝固の潜熱として冷熱媒体１７
が熱を蓄熱する。 このような共融混合体の数例を次に示す。

【表】 上記の共融濃度は重量濃度である。 このような例の共融混合体の冷熱媒体によれば
凝固、融解時に凝固、融解熱が50〜72Kcal／Kg
程生ずるものである。 これらの冷熱媒体１７には、勿論過冷却防止と
しての炭酸カルシウム等の発核剤や、ポリアクリ
ル酸ソーダ等の結晶水分離防止剤、並びにヨウ化
銀等の結晶加速剤が添加される。即ち、過冷却防
止に関しては、発核剤を使用しない場合、本来の
凝固点を大幅（10〜20℃）に下回ることが多い
が、従来用いられている熱媒体各に対応する種々
の発核剤を用いると最大でも２℃程度に抑えるこ
とができ動作が安定する。又結晶水の分離防止剤
については、多くの水和塩の融点は包晶点である
が、この場合融点において均一融解がおこらな
い。即ち元の結晶と異なる組成（結晶水が小さ
い）の結晶と、これと平衡する組成の融液との二
相に分離する。この為にゲル化剤としての粘土を
微量加えることが有効である。 そして、特にこの発明では、冷熱媒体１７が、
液相の時に、シエル１８内に冷熱媒体１７の非占
有の空間１９、が形成するようにシエル１８の大
きさを定めるものである。しかし単に空間を形成
するだけでなく同時に冷熱媒体の凝固による体積
膨張時の膨張量を、上記空間１９とシエル１８の
同心円的な膨張の双方によつて、吸収するように
空間１９の大きさを定めるものである。 そして冷熱媒体が固相から液相に変わつた時に
は、シエル１８も収縮するがシエル１８は当初設
定した大きさの空間１９を残して収縮を止める。
例えば冷熱媒体１７が強固した時、液体の時の体
積1.08倍、即ち８％膨張したとすると、空間１９
で5.5％、シエル１８の膨張で2.5％その膨張量を
吸収するように空間１９の大きさを定めるもので
ある。換言すれば冷熱媒体１７を、中空成型法、
真空成型法等で加工した球状シエル１８内に注入
等により充填する際は、当然のように冷熱媒体１
７は液体であるが、その液体の冷熱媒体１７を充
填する際に、空間１９として上記の例では5.5％
相当を残して充填するものである。 球状シエル１８自体は固い球穀であるが、薄肉
に形成されるので、凝固冷熱媒体の膨張時の内圧
によつて、冷熱媒体の膨張に応じて膨張し、冷熱
媒体が液相に変化した時には当初の空間を残して
自然に原状に復するものであり、例えば軟化点90
℃以上の合成樹脂中でも他の耐力性、耐熱性、加
工性をも考慮すると高密度ポリプロピレン、高密
度ポリエチレンが好適である。 上述したように球状シエル１８は膨張し、収縮
するものであるが、球状シエルの同心円的な膨ら
みの範囲は球状シエルの材質の弾性限界内に設定
される。これにより繰り返しの膨張、収縮に耐え
て常に球状シエル１８を球形に保つ。 次にこの実施例の各動作を第４図〜第８図に従
い説明する。 第４図に示した運転例は蓄熱動作のみである。 この場合は、蒸発器１によつて蒸発熱をとられ
ることによつて冷却されたブラインを矢示２０で
示す如くポンプ１４によつて蒸発器と冷熱蓄熱槽
７間にのみ循環させる。これにより蓄熱槽７内に
多数の球状蓄熱体１６とブラインが接触すること
により、球状蓄熱体１６が冷却されて共融点に於
いて凝固する。凝固時に固化の潜熱としての冷熱
が球状蓄熱体１６の冷熱媒体１７中に蓄熱され
る。 第５図に示した運転例は、蓄熱しながら圧縮機
２を駆動して冷房、冷凍運転している場合であ
る。即ち、矢示２１で示すようにブラインをポン
プ１５によつて冷却器６に循環させながら冷房、
冷凍の負荷に応じつつ、ポンプ１４によつて冷熱
蓄熱槽７へも循環させ蓄熱する例である。この例
の場合、冷却器６を出たブラインはバイパス管９
を経由して再び冷却器６に戻される。従つて戻り
量の程度に応じてブラインの温度が調節され、冷
房、冷凍結合が調節される。 第６図に示した運転例は、蓄熱槽の放熱動作の
みで冷房、冷凍運転している例である。即ち、矢
示２２で示すように冷房、冷凍サイクル系の圧縮
機２の運転を停止して、ブラインをポンプ１５に
より冷熱蓄熱槽７と冷却器６の間に循環させるも
のである。冷却器６を経由した後のブラインが冷
熱蓄熱槽７に流入すると、その熱が冷熱蓄熱槽７
の球状蓄熱体１６に伝えられ、共融点に至ると冷
熱媒体１７が融解し、先に蓄熱した冷熱を融解の
潜熱としてブラインに放出する。従つてブライン
が冷却されて、冷房、冷凍負荷に応ずる。この例
の場合は冷却器６を出たブラインの一部はバイパ
ス管９を経由して再び冷却器６に戻され、ブライ
ンの温度を調節する。第７図、第８図に示した例
は、矢示２３，２４で示すように蓄熱槽の放熱動
作と、圧縮機２の駆動動作の双方で、冷房、冷凍
運転している例である。但し第７図の例は、冷却
器６を出たブラインの一部はバイパス管９を経由
して再び冷却器６に戻される。 上記の種々の冷房、冷凍運転、蓄熱、放熱運転
を可能にする為に三方向制御弁１０，１１，１
２，１３及びポンプ１４，１５が従来周知の制御
方法により場合ごとに、それぞれに応じて切換動
作、発停動作せしめられる。 そして、通常上記の冷熱蓄熱槽７による冷熱の
蓄熱は、料金の安い深夜に圧縮機を駆動して行な
われ、負荷需要の多い時に放熱される。この為
に、第３図に例示する如く、冷房、冷凍負荷の要
求パターンでＡが示されていて、例えば蓄熱装置
を有さない場合には、最大負荷時の略14〜15時刻
頃には圧縮機の容量が100KW程度必要であつた
とした場合、蓄熱装置を有すると安い深夜電力の
使用できる他の時間帯に圧縮機を駆動して蓄熱ａ
し、それを冷房、冷凍必要時間帯に放熱ｂするこ
ができるから、例えば圧縮器の容量を50KWの如
くに小容量化でき、省エネルギーに資する。 さて、上記蓄熱、放熱の過程に於いて、本発明
に用いる球状蓄熱体１６中の冷熱媒体１７は、共
融濃度の共融混合体なので、凝固点降下を格段と
可能ならしめ、その降下した凝固、融解温度に於
いて相変化する時の潜熱を効果的に蓄熱し、放熱
するものである。又上記の融解−凝固動作は、あ
たかも単一の物質のように行なわれるので動作が
安定し、実用的となる。 而して、シエル１８内に液相の冷熱媒体１７を
封入する際に、シエル１８内に空間１９が存する
ように定めて封入するだけでなく、冷熱媒体１７
の液相から固相への変化による冷熱媒体１７の体
積膨張時には、その膨張量を上記空間１９と冷熱
媒体１７の体積膨張に応ずるシエル１８の同心円
的な膨張により吸収するようにしたので、冷熱媒
体の凝固時の体積膨張に応ずることができると共
に、可及的に冷熱媒体を多く充填できるので、一
つ一つの球状蓄熱体の蓄熱量を大とすることがで
き、蓄熱槽の全体の蓄熱容量をより大にすること
ができるものである。 更に、球状潜熱蓄熱体１６なので、これらを密
に収容しても、球状潜熱蓄熱体１６同志の接触は
点接触であるから温水の流動に大きな抵抗を与え
ず、望ましい流動、通過を確保できる。故に、密
に充填可能だから、熱交換量を増大できる。且
つ、これら球状潜熱蓄熱体群を蓄熱槽中に保持し
且つ温水の分散流入を可能ならしめる為の温水分
散板が必要最低限でよく、加工がし易い。 更に蓄熱槽中への球状蓄熱体の充填も、並べる
ことなく単に投入すれば自づと規則正しく整列す
るので充填も容易である。 以上詳述した如くこの発明によれば、潜熱蓄熱
の為の冷熱媒体が液相から固相へ変化する時、体
積膨張するが、この体積膨張量を、当初シエル内
に残した空間で吸収すると共に、空間だけではな
く、シエルの同心円的な膨らみにより吸収するの
で、実用的な実施に十分適う。而も球状シエルの
同心円的な膨らみの範囲は球状シエルの材質の限
界内に設定されている。故にシエル破損もなく、
耐久性に富む。特に上記空間の大きさは、空間自
体全部で上記の冷熱媒体の体積膨張を吸収する大
きさに定めていないので、即ち体積膨張の一部は
シエルの同心円的な膨らみで吸収するから、その
分だけより多くの潜熱蓄熱の為の冷熱媒体を収容
できる。故に１つ１つの潜熱蓄熱体の蓄熱容量が
大となると共に、蓄熱槽の限られた大きさのスペ
ース内の蓄熱容量が大きくとれる。加えてシエル
の膨らみは同心円的に実施されるから、シエルに
局部的なストレスがかからず、この意味でも耐久
性に富む等実用上各種の利点を呈するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は配
管系統図、第２図は球状蓄熱体の例図、第３図は
蓄熱運転のパターン例図、第４図〜第８図は各々
動作例図であり、図中１は蒸発器、２は圧縮機、
３は凝縮機、４は膨張弁、５はブライン循環系、
６は冷却器、７は冷熱蓄熱槽、１６は球状蓄熱
体、１７は冷熱媒体、１８は球状シエル、１９は
空間である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸発器１、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４を
   備え、上記蒸発器１と冷却器６の間をブライン循
   環系５によつて接続し、このブライン循環系５に
   冷熱蓄熱槽７を付設し、上記冷熱蓄熱槽７内に
   は、冷熱媒体１７を球状シエル１８内に収容して
   成る蓄熱体１６の多数が収容され、上記冷熱媒体
   １７は液相から固相に変わる時に固化の潜熱とし
   て冷熱を蓄熱し、固相から液相に変わる時に先に
   蓄熱した冷熱を放熱する性質を有し、而も液相か
   ら固相へ変化した時に、その体積が膨張する性質
   を有し、上記冷熱媒体１７の液相時には上記球状
   シエル１８内に空間が残るように設定された冷
   房、冷凍装置に於いて、上記冷熱媒体１７が液相
   時に残る上記球状シエル１８内の空間の容積は、
   上記冷熱媒体が液相から固相へ変化した時の冷熱
   媒体の体積膨張量の全てを吸収できるように定め
   られていず、体積膨張量の一部のみを吸収する大
   きさに定められていると共に、上記体積膨張量全
   部の内の残りの体積膨張量を上記球状シエル１８
   の同心円的な膨張によつて吸収できるように上記
   球状シエル１８を上記冷熱媒体の体積膨張に応じ
   て同心円的に膨らむ材質によつて形成し、而も球
   状シエル１８の同心円的な膨らみの範囲は、球状
   シエル１８の材質の弾性限界内に設定されている
   事を特徴とする冷房、冷凍装置。