JPH0674497A

JPH0674497A - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JPH0674497A
Application number: JP22904792A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kameyama; 秀雄亀山; Kiyouko Yamamoto; 協子山本; Toshiharu Okazaki; 俊春岡崎; Masaru Hongo; 賢本郷
Original assignee: Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1994-03-15

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、氷蓄熱装置に関し、蓄熱体として水
を含んだ吸水性高分子材料を用い、また蓄熱槽と凝縮
器、熱交換器との間で閉回路を構成することにより、フ
ロンガス系冷媒を用いない高効率の密封型氷蓄熱装置を
提供することを目的とする。【構成】電磁弁１０、１１を閉じた状態で一次真空ポン
プ４により蓄熱槽内および凝縮器２内を減圧し、夜間
に、二次真空ポンプ５を作動させて蓄熱槽１内の吸水性
高分子ゲルからなる蓄熱体Ｇを製氷させる。次いで昼間
に、電磁弁６、７を閉じて、電磁弁１０、１１を開いた
状態で循環水ポンプ９を作動させて、蓄熱体Ｇを解氷し
て生成される水を熱交換器８に供給して、熱交換器８で
得られる冷水Ｓを冷房用に利用する。再度電磁弁６、７
および１０、１１を切換えることにより、蓄熱槽１内の
減圧状態が保持されたまま冷蓄熱運転に移ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷房装置等に適用され
る氷蓄熱装置に関し、特に、吸水性高分子材料を蓄熱体
として用いた氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境分野におけるオゾン層の
保護は、最も重要な課題の一つである。また、近年の電
力需要は、夏期において昼夜の差が拡大してきている。
この差を低減する目的で、電力の貯蔵、夜間蓄熱システ
ム等の実用化がすすめられてきている。その中でも氷の
潜熱を利用した氷蓄熱システムが最近特に注目されてい
るが、従来の蓄熱式空調システムは、水の温度差を利用
する方式が主流であり、大容量の蓄熱槽のスペースの確
保が困難であるという欠点が普及の障害となっていた。

【０００３】上記の欠点を解決する方法として、水−氷
の潜熱を利用して蓄熱密度を上げる方法が提案され、実
用化の段階に入ろうとしている（”氷蓄熱の最新動向”
雑誌「省エネルギー」特集号、４１巻、No.7、（１９８
７年）（財）省エネルギーセンター発行）。現在、応用
されている氷蓄熱システムは、何れもフロン系の冷媒を
用い、冷媒と水との熱交換により製氷している。このよ
うな氷蓄熱を利用した冷房装置は国内外のいくつかのメ
ーカーにより開発され、そのエネルギー効率（ＣＯＰ）
は２．５前後の値で実用化の段階に入っている。

【０００４】因みに、これまでに開発された氷蓄熱装置
における製氷・解凍方法は、何れもフロンガス系の冷媒
を用いた冷凍方式又はヒートパイプ方式であり、製氷・
解凍用の熱交換器と蓄熱槽の相互関係がシステム構成上
の要点となっている。この場合の製氷方法は、熱交換面
に氷を成長させそのまま貯蔵するスタティックタイプ
と、熱交換面から連続又は間欠的に氷を剥がして貯蔵槽
全体に分散した状態で貯蔵するタイナミックタイプに二
分される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなフロンガス系の冷媒を用いた製氷・解凍方式の氷
蓄熱装置においては、製氷時の伝熱性をいかに向上させ
ることができるか、また伝熱速度を低下させずにいかに
氷充填率を上げることができるかといった面で、効率を
向上させるのが非常に困難であった。また、何れの場合
にも、冷凍機にはフロンガス系の冷媒が用いられてお
り、今後進むと思われるフロンガス規制に対応すること
ができないといった欠点もあった。

【０００６】そこで、本発明は、蓄熱体として水を含ん
だ吸水性高分子材料を用い、また蓄熱槽と凝縮器、熱交
換器との間で閉回路を構成することにより、フロンガス
系冷媒を用いない高効率の密封型氷蓄熱装置を提供する
ことを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、水を含んだ吸水性高分子材料
からなる蓄熱体を収納した蓄熱槽と、該蓄熱槽に接続さ
れた凝縮器と、蓄熱槽および凝縮器に接続され、蓄熱槽
内および凝縮器内を減圧させる第１排気手段と、蓄熱槽
と凝縮器とを接続する経路中に配置され、蓄熱槽から凝
縮器に向けて排気する第２排気手段と、蓄熱槽と凝縮器
とを接続する経路中に配置され、蓄熱槽と凝縮器との接
続を遮断可能な第１遮断手段と、蓄熱槽に接続された熱
交換器と、蓄熱槽と熱交換器とを接続する経路中に配置
され、蓄熱槽から熱交換器に向けて送水する送水手段
と、蓄熱槽と熱交換器とを接続する経路中に配置され、
蓄熱槽と熱交換器との接続を遮断可能な第２遮断手段
と、を有することを特徴としている。

【０００８】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１の構成に加え、前記蓄熱槽と送水手段
の間の経路中に循環水タンクを配置したことを特徴とし
ている。請求項３記載の発明は、上記課題を解決するた
め、請求項２の構成に加え、前記凝縮器で生成された水
が循環水タンクに供給されるように、凝縮器と循環水タ
ンクとが接続されたことを特徴としている。

【０００９】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項１の構成に加え、前記第２排気手段が、
第１排気手段を兼用したことを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明では、第１排気手段により
蓄熱槽内を減圧し、第２遮断手段により蓄熱槽と熱交換
器との接続を遮断した状態で、第２排気手段の排気動作
により蓄熱槽内の蓄熱体を蒸発させて凝縮器で凝縮させ
る。このとき、蓄熱体に残る水は蒸発潜熱により氷にな
る。次いで、第１遮断手段により蓄熱槽と凝縮器との接
続を手段し、第２遮断手段による遮断を解除して、蓄熱
槽内で解氷された冷水を送水ポンプにより熱交換器に送
り熱交換を行う。

【００１１】請求項２記載の発明では、請求項１の作用
に加え、蓄熱槽内で解氷された冷水が循環水タンクに一
次的に蓄えられ、熱交換器に十分な流速流量の冷水が供
給される。請求項３記載の発明では、請求項２の作用に
加え、凝縮器で生成された水が循環水タンクに直接供給
され、水補給動作を最小限に抑えた連続運転が可能にな
る。

【００１２】請求項４記載の発明では、請求項１の作用
に加え、第２排気手段が第１排気手段を兼用し、装置が
小型化される。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１は本発明に係る氷蓄熱装置の一実施例を示す図であ
り、冷房装置に適用した例である。まず、構成を説明す
る。

【００１４】図１において、１は蓄熱槽であり、蓄熱槽
１は、水を含んだゲル状の吸水性高分子（ＷＡＰ：Ｗａ
ｔｅｒＡｂｓｏｒｂａｂｌｅＰｏｌｙｍｅｒ）材料
からなる蓄熱体Ｇを収納している。吸水性高分子は、お
むつ・衛生用品等に用いられており、材質により自重の
数〜数十倍、時には数百倍の水を吸水してゲル状にな
り、固体としての形状を保つ。しかも、十分多量に吸水
したゲル中の大部分の水は通常の水とほぼ同じ融点が０
℃の自由水であり、水の蒸発、凝縮、及び凝固は通常の
水に近い条件で起こると考えられている（「高吸水性ポ
リマー」１９８７年）。吸水性高分子は、デンプン系、
セルロース系、合成ポリマー系（例えばポリアクリル酸
塩系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリルアミド
系、ポリオキシエチレン系等）の公知の材料の中から適
宜選択して使用することができ、水の蒸発面積を大きく
するものであれば、その形状は粉末状（球状・無定
形）、シート状または繊維状（短繊維・長繊維・不織
布）等の何れの形状であってもよい。

【００１５】蓄熱槽１内では、熱伝導性の良好な均熱材
により蓄熱体が支持されるのが好ましく、このようにす
ることにより、製氷時および解氷時に槽内の温度を均一
に保つことができ、製氷および解氷を均一にすることが
でき、効率を向上することができる。具体的には、例え
ば粉末状の吸水性高分子の受け皿として銅やアルミニウ
ムの板や網を使用したり、フィルム状の吸水性高分子を
銅やアルミニウムの薄膜や板等と貼り合わせて使用した
りすることができる。

【００１６】蓄熱槽１には凝縮器２が接続されており、
蓄熱槽１および凝縮器２には電磁弁３を介して一次真空
ポンプ（第１排気手段）４が接続されている。一次真空
ポンプ４は、蓄熱槽１内および凝縮器２内を減圧させる
ものである。蓄熱槽１と凝縮器２とを接続する経路中に
は二次真空ポンプ（第２排気手段）５が配置され、蓄熱
槽１から凝縮器２に向けて排気する。さらに蓄熱槽１と
凝縮器２とを接続する経路中には、蓄熱槽１と凝縮器２
との接続を遮断可能な電磁弁（第１遮断手段）６、７が
配置されている。

【００１７】また、蓄熱槽１には熱交換器８が接続され
ており、この蓄熱槽１と熱交換器８とを接続する経路中
には循環水ポンプ（送水手段）９が配置されている。循
環水ポンプ９は、蓄熱槽１から熱交換器８に向けて送水
するものである。また、蓄熱槽１と熱交換器８とを接続
する経路中には、蓄熱槽１と熱交換器８との接続を遮断
可能な電磁弁（第２遮断手段）１０、１１が配置されて
いる。

【００１８】本実施例では、蓄熱槽１と循環水ポンプ９
の間の接続経路中に、循環水タンク１２が配置されてい
る。また、凝縮器２で生成された水が循環水タンク１２
に供給されるように、凝縮器２と循環水タンク１２とが
接続されている。さらに、本実施例では、第１排気手段
と第２排気手段を別々の真空ポンプにより構成したが、
第２排気手段が第１排気手段を兼用、すなわち二次真空
ポンプ５が、第１、第２排気手段の両方の機能を有する
ように、電磁弁や仕切弁および排気経路を構成してもよ
い。

【００１９】１３は脱イオン水タンク、１４は電磁弁、
１５は定圧調整弁、１６〜２０は仕切弁、２１は散水ノ
ズルである。システム内に水を供給する場合には、脱イ
オン水タンク１３から脱イオン水が供給され、システム
内の水抜きは、循環水ポンプ９と熱交換器８の間で行わ
れるようになっている。また熱交換器８から蓄熱槽に戻
る水は、散水ノズル２１により蓄熱槽１内の蓄熱体に均
一に散水されるようになっている。

【００２０】次に、作用を説明する。 (1) 減圧まず、電磁弁６、１０、１１、１４を閉じ、電磁弁３、
７を開いた状態で、一次真空ポンプ４を作動させて、蓄
熱槽１内を４．５ｍｍＨｇの圧力まで減圧する。 (2) 冷蓄熱次いで夜間に、電磁弁３を閉じて電磁弁６を開き、二次
真空ポンプ５および定圧調整弁１５を挟んで蓄熱槽１側
が４．５ｍｍＨｇ、凝縮器２側が３５ｍｍＨｇになるよ
うに、夜間電力を利用して二次真空ポンプ５を作動させ
る。０℃の水の蒸気圧は、４．５ｍｍＨｇであるから、
この運転により、蓄熱体に含まれる水の温度は０℃まで
下がり過冷却の現象がない場合には蒸発潜熱は全て製氷
に使われて、吸水性高分子蓄熱体Ｇに残った水分が氷に
なって冷蓄熱される。なお、０℃において１ｋｇの水を
蒸発させることで、約７ｋｇの氷を作ることができる。
また、凝縮器２には低温の、例えば１５℃の冷却水Ｓが
供給されているが、この冷却水Ｓは熱交換により暖めら
れて２０℃の冷却水Ｒとなって排出され、この場合、装
置の製氷時のＣＯＰが６〜１０となる。また、凝縮器２
側の圧力を高めることで高温の冷却水が得られ、この高
温の冷却水Ｒを暖房等に利用することもでき、例えば、
５０℃の高温水を得る場合は、ＣＯＰは３前後が見込ま
れる。 (3) 冷房次いで昼間に、電磁弁６、７を閉じて電磁弁１０、１１
を開き、循環水ポンプ９を作動させて、蓄熱槽１内の蓄
熱体を解氷させながら循環水タンク１２内の０〜４℃の
冷水を熱交換器８に送る。一方、熱交換器８には例えば
１５℃の冷水Ｒが供給されており、この冷水Ｒは熱交換
により８℃の冷水Ｓとなって、冷房用冷水として利用さ
れる。

【００２１】上記本実施例によれば、以下のような効果
を得ることができる。第１に、蓄熱槽１と凝縮器２およ
び熱交換器８との間で閉回路を形成しているので、蓄熱
槽１内の圧力は減圧状態のままで、夜間の蓄熱運転から
昼間の冷房運転に移り、また再び夜間の蓄熱運転に移る
ことができるので、蓄熱槽１内を運転状態が変わる度に
真空引きするといった作業をなくすことができ、真空引
きのエネルギーロスを低減することができる。

【００２２】第２に、吸水性高分子材料に水を吸収させ
て蓄熱体Ｇとして用いているので、水の蒸発面積を非常
に大きくすることができ、蓄熱時の熱交換効率を大幅に
向上することができる。第３に、吸水性高分子材料は無
公害物質であるため、フロンガス系冷媒を用いた冷凍機
により生じる環境破壊を防止することができる。

【００２３】第４に、冷蓄熱時の運転を電気料金の安い
夜間電力を用いて行っているので、省エネルギーに寄与
することができる。第５に、凝縮器２で熱交換される熱
量を暖房等に利用することもできる。第６に、本装置は
簡単な部材により構成されているため、蓄熱量を小さ
く、あるいは大きくするのに、装置の小型化、あるいは
大型化により容易に対処することができ、家庭用から、
ビル等の業務用、都市の地域冷暖房熱源に容易に応用す
ることができる。

【００２４】第７に、第１排気手段と第２排気手段とが
一つの真空ポンプにより構成されるようにした場合、装
置を小型化することができる。なお、地域冷房等に本装
置を適用する場合、工場等でまとめて高吸水性高分子の
氷を作るようにしてもよい。この場合、砂利と同じ用な
感覚で、各利用先にトラック搬送をすることができ、一
般的な地域冷房熱源で必要な配管等の搬送設備を省略す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、蓄熱槽内で製氷された
蓄熱体を解氷する際、また再び製氷する際に、蓄熱槽内
の圧力を減圧状態のまま保持することができるので、蓄
熱槽内の真空引きのエネルギーロスを低減することがで
き、運転効率を向上することができる。本装置おける製
氷時のＣＯＰは６〜１０であり、高温水を得る場合でも
ＣＯＰは３前後と推定される。

【００２６】また、吸水性高分子材料に水を吸収させて
蓄熱体として用いているので、水の蒸発面積を容易に大
きくすることができ、蓄熱時の熱交換効率を大幅に向上
することができる。さらに、吸水性高分子材料は無公害
物質であるため、フロンガス系冷媒を用いた冷凍機によ
り生じる環境破壊を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る氷蓄熱装置の一実施例の構成を示
すその概略図。

【符号の説明】

１蓄熱槽２凝縮器４一次真空ポンプ（第１排気手段）５二次真空ポンプ（第２排気手段）６、７電磁弁（第１遮断手段）８熱交換器９循環水ポンプ（送水手段）１０、１１電磁弁（第２遮断手段）１２循環水タンクＧ蓄熱体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎俊春東京都中央区日本橋蛎殼町１丁目35番８号三建設備工業株式会社内 (72)発明者本郷賢東京都中央区日本橋蛎殼町１丁目35番８号三建設備工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水を含んだ吸水性高分子材料からなる蓄熱
体を収納した蓄熱槽と、該蓄熱槽に接続された凝縮器と、蓄熱槽および凝縮器に接続され、蓄熱槽内および凝縮器
内を減圧させる第１排気手段と、蓄熱槽と凝縮器とを接続する経路中に配置され、蓄熱槽
から凝縮器に向けて排気する第２排気手段と、蓄熱槽と凝縮器とを接続する経路中に配置され、蓄熱槽
と凝縮器との接続を遮断可能な第１遮断手段と、蓄熱槽に接続された熱交換器と、蓄熱槽と熱交換器とを接続する経路中に配置され、蓄熱
槽から熱交換器に向けて送水する送水手段と、蓄熱槽と熱交換器とを接続する経路中に配置され、蓄熱
槽と熱交換器との接続を遮断可能な第２遮断手段と、を
有することを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項２】前記蓄熱槽と送水手段の間の経路中に循環
水タンクを配置したことを特徴とする請求項１記載の氷
蓄熱装置。
【請求項３】前記凝縮器で生成された水が循環水タンク
に供給されるように、凝縮器と循環水タンクとが接続さ
れたことを特徴とする請求項２記載の氷蓄熱装置。
【請求項４】前記第２排気手段が、第１排気手段を兼用
したことを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置。