JPH05203202A

JPH05203202A - 蓄冷熱装置

Info

Publication number: JPH05203202A
Application number: JP4012435A
Authority: JP
Inventors: Masashi Urano; 雅司浦野; Toshinao Tsutsui; 利尚筒井; Masasuke Tsukamoto; 政介塚本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-10

Abstract

(57)【要約】【目的】内部に熱交換器１１を有し蓄熱材１５が入れ
られる蓄熱槽１と放熱器９とが配管８で接続され、配管
８内に蓄熱材１５が流されるようになっており、蓄熱材
１５として、連続相となる水性媒体にこの媒体に不溶で
同媒体よりも高い温度で融解する相変化材料が分散され
てなる分散液が用いられている蓄冷熱装置において、暖
房時に蓄熱材１５の顕熱を利用する場合、蓄熱材１５で
ある分散液が高温（たとえば６０℃以上）になると、連
続相である水が蒸発して分散液が分離破壊しやすいとい
う欠点をなくす。【構成】蓄熱槽１が、内部の蓄熱材１５の水位を検知
する水位センサー２およびこの水位センサー２と連動し
て作動する給水装置３を有している。水位が低下すると
給水装置３から蓄熱槽１に給水されて水位が一定に保た
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、相変化に伴って発生
する潜熱を利用した潜熱蓄熱材（以下、「Ｐ．Ｃ．
Ｍ．」と言うことがある。）を用いて、蓄熱（蓄冷）ま
たは熱搬送する装置（またはシステム）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄冷熱装置（「蓄冷熱システム」
とも言う）は、スラリー状をした氷をつくるダイナミッ
ク製氷方式を採用している。この方式は、非常に複雑な
構造をした分散部を必要とし、この方式で製作されたス
ラリー状の氷は凝集しやすく、一般に搬送することがで
きなかった。

【０００３】一般に、別の蓄冷熱装置でも、潜熱蓄熱材
を放熱器まで搬送することはできなかった。図２にみる
ように、アイスオンコイル式の蓄冷熱装置は、蓄熱槽２
１中に製氷コイル２２を有しており、製氷コイル２２を
覆うように水２３が満たされている。熱源２４からの熱
により製氷コイル２２の周囲の水が冷却されて固化し、
製氷コイル２２に氷２３０が付着する（図２中のＢ参
照）。この製氷状態のときに、蓄熱槽２１中の冷却され
た水２３を循環ポンプ２５によりファンコイル等の端末
２６へ送って冷房を行い、その後蓄熱槽２１に戻すよう
になっている。この装置では、水２３は製氷コイル２２
の周囲では液相−固相間の相転移を起こしているが、相
転移を起こした状態で放熱器まで搬送されるわけではな
く、冷却された水が搬送されている。アイスオンコイル
方式や蓄熱カプセル式などの製氷装置は、潜熱蓄熱材が
静止体であるため、製氷時・解氷時の熱交換効率が悪
く、その分有効潜熱量が小さくなる（蓄熱槽が大きくな
る）上、製氷配管が極めて長いものが必要であったり、
蓄熱材表面積を極めて大きく取る必要があるので非常に
コスト高になるという欠点があった。

【０００４】このような欠点をなくすため、相変化材料
をこれよりも融点の低い液体中に分散させてなる分散液
（エマルションまたはサスペンション）を潜熱蓄熱材に
用いた蓄冷熱装置が考えられた。この装置では、相変化
材料が固相になっているときでも分散媒が液相を保持す
ることが可能であるので、分散液を放熱器まで搬送し、
そこで外部と潜熱などの熱のやりとりを行った後、蓄熱
槽に戻すことができる。しかし、潜熱蓄熱材が１つの融
点、たとえば冷房用の融点しか持たない場合、蓄熱式の
冷房しか行えない。

【０００５】１つの装置で蓄熱式の冷房と暖房の両方を
行うためには、前記分散液に前記冷房用融点とは異なる
暖房用融点を有する相変化材料を混合する必要がある。
しかし、このような分散液は、蓄熱材含有率（分散相の
含有比率）が５０％を越えるため、搬送性能がかなり低
下し、装置の蓄熱槽容量が大きくなるという欠点があ
る。

【０００６】他方、図３にみるように、低融点蓄熱材タ
ンク３１ａと高融点蓄熱材タンク３１ｂとを備えた蓄冷
熱装置を用いて蓄熱式の冷房と暖房の両方を行うことも
考えられる。低融点蓄熱材タンク３１ａには冷房用融点
を有する相変化材料が分散されてなる分散液（冷房用の
エマルション蓄熱材（または蓄冷材））３２ａを入れ、
高融点蓄熱材タンク３１ｂには暖房用融点を有する相変
化材料が分散されてなる分散液（暖房用のエマルション
蓄熱材）３２ｂを入れて、三方弁３３、３４を切り替え
てポンプ３５の働きによりそれらのいずれか一方をファ
ンコイル等の端末４０へ送って冷房（エマルション蓄冷
材３２ａを送ったとき）または暖房（エマルション蓄熱
材３２ｂを送ったとき）を行い、その後各蓄熱槽３１
ａ，３１ｂに戻すようになっている。各タンク３１ａ，
３１ｂには、加熱・冷熱源３６が接続された冷熱コイル
３８ａ，加熱コイル３８ｂがそれぞれ設けられている。
３７は屋外機、３９ａはエマルション蓄冷材３２ａ用配
管、３９ｂはエマルション蓄熱材３２ｂ用配管である。
しかし、この装置では、エマルション蓄冷材３２ａとエ
マルション蓄熱材３２ｂの両方を使用するため、蓄熱槽
容量が大きくなる（たとえば、２倍になる）という欠点
がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エマルション蓄冷材の
顕熱を利用して暖房を行う蓄冷熱装置では、冷房用と暖
房用の２つの融点を有するエマルション蓄熱材を利用す
る蓄冷熱装置に比べると、蓄熱槽容量を大きくする必要
がないという利点がある。しかし、エマルション蓄冷材
の顕熱を利用する装置は、暖房を行うときに分散液が高
温（たとえば６０℃以上）になることから連続相である
水などが蒸発しやすく、ひいては当該エマルションが分
離破壊しやすいなどの欠点があった。

【０００８】以上の欠点を鑑みて、この発明は、熱交
換効率が高く、製氷装置が簡便で、しかも冷暖房両
用にできる蓄冷熱装置を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、内部に熱交換器を有し蓄熱材が入れら
れる蓄熱槽と放熱器とが配管で接続され、配管内に前記
蓄熱材が流されるようになっており、前記蓄熱材とし
て、連続相となる水性媒体にこの媒体に不溶で同媒体よ
りも高い温度で融解する相変化材料が分散されてなる分
散液が用いられている蓄冷熱装置であって、前記蓄熱槽
が、内部の分散液の量を検知する手段およびこの検知手
段と連動して作動する給水手段を有していることを特徴
とする蓄冷熱装置を提供する。

【００１０】蓄熱槽内部の分散液の量を検知する手段
は、たとえば、水位センサーであるが、これに限定され
ない。給水手段は、蓄熱槽内に水を供給する装置であ
る。水は、水道水などの市水である。給水手段は、水位
センサーなどの検知手段と連動して作動するようになっ
ている。たとえば、水位センサーからの電気信号により
給水管のバルブが適宜開いて蓄熱槽に給水する。このよ
うにして蓄熱槽内部が一定水位を保つようにするのであ
る。なお、蓄熱槽内部の分散液を攪拌しながら給水する
と、分散液が分離破壊することなく暖房に用いられる。

【００１１】攪拌は、蓄熱槽に設けられた簡易な分散手
段（分散部）により行われる。簡易な分散手段は、たと
えば、蓄熱槽の上部（または下部）から分散液を取り出
し、同蓄熱槽の下部（または上部）に戻す配管とこの配
管内に分散液を通すためのポンプ（または循環ポンプ）
からなっているもの、および／または、蓄熱槽内に配置
された攪拌インペラーからなっているものである。前記
ポンプやインペラーは、給水手段が作動することと連動
するようになっていると、分散液を攪拌しながら給水す
ることが容易になる。

【００１２】連続相としては、たとえば、エチレングリ
コール水溶液、プロピレングリコール水溶液などの水溶
液、または、単なる水などの水性媒体（または液体）が
使用される。分散相としては、その連続相の媒体よりも
高い温度で融解する（または凝固する）相変化材料（融
点（凝固点）の高い相変化材料）が使用され、たとえ
ば、その連続相の媒体に不溶であるもの、パラフィン、
油脂、オレフィンなどが挙げられる。相変化材料は、た
とえば、使用しようとする放熱温度などに応じて適宜の
融点を有するものが使用される。

【００１３】分散相である相変化材料が融解していると
きには、潜熱蓄熱材はエマルションであり、凝固してい
るときには、潜熱蓄熱材はサスペンションである。この
発明では、たとえば、分散液中の相変化材料の融点が冷
房用（たとえば、融点約２０℃以下）であって、暖房用
には蓄熱材の顕熱を利用する。放熱器は、たとえば、熱
交換器が使われるが、これに限定されない。なお、放熱
器では、潜熱蓄熱材からの放熱および／または潜熱蓄熱
材への吸熱が行われる。

【００１４】

【作用】蓄熱槽に入れる分散液として、冷房用の融点を
有する相変化材料が水性媒体に分散されてなる分散液
（エマルション蓄冷材）が用いられた場合、冷房時に
は、低融点利用のエマルション蓄冷材を蓄熱槽内部で蓄
冷して相変化材料を凝固させ、この状態で搬送を行い、
放熱部で相変化材料の融解熱で冷房を行い、エマルショ
ン蓄冷材を蓄熱槽に戻すのである。

【００１５】他方、暖房時は、当該エマルション蓄冷材
の顕熱を利用する。すなわち、蓄熱槽内部でエマルショ
ン蓄冷材の温度上昇により熱を蓄え（相変化材料は融解
している。）、この状態で搬送を行い、放熱部で相変化
材料や分散媒の温度低下で暖房を行い、エマルション蓄
冷材（相変化材料は融解したままである。）を蓄熱槽に
戻すのである。

【００１６】顕熱を利用して暖房を行う際、エマルショ
ン蓄冷材が高温になると、その連続相が水性媒体である
ので、該連続相が蒸発しやすい。そこで、槽全体の水位
を検知し、一定水位を保つように攪拌しながら給水する
と、エマルション蓄冷材が分離破壊することなく、暖房
に用いることができる。

【００１７】

【実施例】以下に、この発明を、その１実施例を表す図
面を参照しながら説明するが、この発明は下記実施例に
限定されない。図１は、この発明の蓄冷熱装置の１実施
例を表す。図１にみるように、この蓄冷熱装置は、蓄熱
槽１内部に熱源（ヒートポンプ１２）の蒸発器（熱交換
器１１）を設け、槽内の蓄熱材１５を冷却するようにな
っている。熱源は、四方弁１３にて加熱源にもなる構造
とし、補助熱源としてヒータ１４が蓄熱槽１に設けられ
ている。

【００１８】蓄熱槽１と放熱器（冷暖房用ファンコイル
ユニット）９を配管８にて接続し、配管８の途中にポン
プ（または循環ポンプ）７を設ける。蓄熱材１５とし
て、連続相（エチレングリコール水溶液、プロピレング
リコール水溶液など、または、単なる水）に当該連続相
より融点（凝固点）の高い分散相（パラフィン、油脂、
オレフィンなど）を分散させたエマルション（あるいは
サスペンション）を用いる。

【００１９】冷房時には、熱交換器１１にて蓄熱材１５
をこれに含まれている分散相の融点（たとえば、テトラ
デカンを分散相に持つ場合、約５℃）以下に冷却し（こ
の場合、連続相は凝固しない温度にする。）、この蓄熱
材１５をポンプ７で放熱器９に送って冷気を得、蓄熱材
１５を蓄熱槽１に戻す。この循環を継続させて冷房を行
うことができる。

【００２０】暖房時には、蓄熱槽１の水位を検知する水
位センサー（水位検知器）２、および、水位センサー２
と連動して作動する給水装置３を設け、加熱用に切り替
えた熱交換器（凝縮器）１１あるいは補助熱源１４で高
温（たとえば、約６０℃）に加熱し、エマルション蓄熱
材１５の顕熱を利用する。この場合、蓄熱材１５から蒸
発し易い連続相（たとえば水）の量を逐一水位にて検知
しながら、蓄熱材１５を放熱器９に循環させ、暖房を行
う。この際、簡易な分散部にて、水位検知と連動して給
水させるために設けた給水装置（三方弁）３から市水１
０が給水される毎に攪拌させる。

【００２１】前記簡易な分散部は、蓄熱槽１の上部（ま
たは下部）から取り出し、同蓄熱槽１の下部（または上
部）に戻す配管５とポンプ（循環ポンプ）４からなる。
このポンプ４は前記給水装置３が作動することと連動す
る（給水、循環の順である）。また、簡易な分散部の別
の例は、蓄熱槽１内に配置された攪拌インペラー６から
なる。インペラー６は、前記給水装置３が作動すること
と連動する（給水・循環）。

【００２２】

【発明の効果】この発明の蓄冷熱装置によれば、冷房用
のエマルション蓄熱材を暖房にも利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の蓄冷熱装置の１実施例の説明図であ
る。

【図２】従来の蓄冷熱装置の１例の説明図である。

【図３】従来の蓄冷熱装置の別の１例の説明図である。

【符号の説明】

１蓄熱槽２水位センサー３給水装置（三方弁）４ポンプ５配管６攪拌インペラー７ポンプ８配管９放熱器（冷暖房用ファンコイルユニット）１０市水１１熱交換器１２ヒートポンプ１３四方弁１４ヒータ１５蓄熱材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に熱交換器を有し蓄熱材が入れられ
る蓄熱槽と放熱器とが配管で接続され、配管内に前記蓄
熱材が流されるようになっており、前記蓄熱材として、
連続相となる水性媒体にこの媒体に不溶で同媒体よりも
高い温度で融解する相変化材料が分散されてなる分散液
が用いられている蓄冷熱装置であって、前記蓄熱槽が、
内部の分散液の量を検知する手段およびこの検知手段と
連動して作動する給水手段を有していることを特徴とす
る蓄冷熱装置。