| 【発明の名称】 |
蓄冷冷却システム |
| 【発明者】 |
【氏名】細谷 勝宣
【氏名】狩野 陽
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| 【要約】 |
【課題】蒸発器用及び蓄冷手段用の両方を兼ねることができる送風手段を有し、低コスト化及び省スペース化を図りうる蓄冷冷却システムを提供する。
【解決手段】冷凍サイクルシステムと、蓄冷用バイパス管路９と、蓄冷手段６と、蓄冷手段用膨張弁７と、送風手段１０とで蓄冷冷却システム１を構成する。冷凍サイクルシステムは圧縮機２、凝縮器３、蒸発器用膨張弁４、被冷却空間１１内に設置される蒸発器５を順に冷媒配管で接続して構成する。さらに、蒸発器５と蓄冷手段６とを、送風手段１０による空気の流れに沿って直列に配置する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機、凝縮器、蒸発器用膨張弁、被冷却空間内に設置される蒸発器を順に冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルシステムと、蓄冷用バイパス管路と、蓄冷手段と、蓄冷手段用膨張弁と、送風手段とを有し、蓄冷用バイパス管路は、凝縮器と蒸発器用膨張弁とを接続する第一の冷媒配管から分岐し、蓄冷手段用膨張弁および蓄冷手段を順に通過して、蒸発器と圧縮機とを接続する第二の冷媒配管に合流するよう設けられており、蓄冷手段は、蓄冷用バイパス管路を通る冷媒によって冷熱を蓄え、該冷熱によってその周囲の空気を冷却し得るよう構成されており、送風手段は、蒸発器および蓄冷手段で冷却された空気を被冷却空間内で循環させるものであり、蒸発器および蓄冷手段は、送風手段による空気の流れに沿って配置されていることを特徴とする蓄冷冷却システム。
【請求項２】 蒸発器と蓄冷手段とが送風手段による空気の流れに沿って直列に配置されている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項３】 蒸発器が、複数の板状のフィンとそれらを厚み方向に貫通する一以上の管部材とで構成されており、蓄冷手段が、前記管部材とは別の複数の管部材と、それらに接触するように配置された蓄冷材とで構成されている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項４】 凝縮器から送られてくる冷媒の一部又は全部が、蓄冷用バイパス管路に流れるように、冷媒流路を切り替える切替手段が設けられている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項５】 蓄冷手段で蓄えられた冷熱を蒸発器へと運ぶための放冷用バイパス管路をさらに有し、放冷用バイパス管路は、第一の冷媒配管から分岐し、蓄冷手段を通過して、該分岐より下流側で再度第一の冷媒配管に合流するよう設けられている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項６】 凝縮器から送られてくる冷媒の一部又は全部が、蓄冷用バイパス管路または放冷用バイパス管路に流れるように、冷媒流路を切り替える切替手段が設けられている請求項５記載の蓄冷冷却システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄冷冷却システムに関する。
【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、凝縮器及び蒸発器等からなる冷凍サイクルシステム（冷凍機）と、蓄冷材を備えた蓄冷手段とで構成されている。蓄冷手段は、通常、蓄冷材と蓄冷材を冷却するための冷却管とで構成されている。
【０００３】このような蓄冷冷却システムでは、次の三つの態様で運転が行われる。■一つは冷凍サイクルシステムのみを稼働させる通常運転である。通常運転では、圧縮機で冷媒を圧縮し、これを凝縮器で放熱させて液化し、この液化された冷媒を被冷却空間内の設置された蒸発器で蒸発させることで、被冷却空間を冷却している。■また、一つは蓄冷運転である。蓄冷運転では、電力料金の割安な夜間電力を利用して、圧縮機及び凝縮器から蓄冷手段の冷却管に冷媒を送り、蓄冷材を冷却・凝固する。これによって蓄冷材に冷熱を蓄えている。■さらに、一つは電力料金が割高な昼間において行われる放冷運転である。放冷運転では、蓄冷運転で蓄えられた冷熱を利用して被冷却空間を冷却している。
【０００４】また、蓄冷冷却システムには、通常、送風機等の送風手段が備えられている。送風手段は、蒸発器での冷媒の蒸発によって冷却された空気や、蓄えられた冷熱によって冷却された空気を被冷却空間内で循環させ、冷却効率を高めるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の蓄冷冷却システムは、被冷却空間に蒸発器が設置された既存の冷凍機に追加工事によって蓄冷手段を付加して完成されるものが数多くある。その場合、蒸発器と蓄冷手段とは別々に隔離して配置されており、送風手段は蒸発器用と蓄冷手段用にそれぞれ設置する必要がある。
【０００６】しかしながら、蒸発器用の送風手段と、蓄冷手段用の送風手段とは、両者とも機能的には殆ど同一のものであり、このように機能が同一のものを二つ備えることはコストやスペース効率の点から好ましくない。
【０００７】本発明の課題は、蒸発器用及び蓄冷手段用の両方を兼ねることができる送風手段を有し、低コスト化及び省スペース化を図りうる蓄冷冷却システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の蓄冷冷却システムは、次の特徴を有するものである。
（１） 圧縮機、凝縮器、蒸発器用膨張弁、被冷却空間内に設置される蒸発器を順に冷媒配管で接続してなる冷凍サイクルシステムと、蓄冷用バイパス管路と、蓄冷手段と、蓄冷手段用膨張弁と、送風手段とを有し、蓄冷用バイパス管路は、凝縮器と蒸発器用膨張弁とを接続する第一の冷媒配管から分岐し、蓄冷手段用膨張弁および蓄冷手段を順に通過して、蒸発器と圧縮機とを接続する第二の冷媒配管に合流するよう設けられており、蓄冷手段は、蓄冷用バイパス管路を通る冷媒によって冷熱を蓄え、該冷熱によってその周囲の空気を冷却し得るよう構成されており、送風手段は、蒸発器および蓄冷手段で冷却された空気を被冷却空間内で循環させるものであり、蒸発器および蓄冷手段は、送風手段による空気の流れに沿って配置されていることを特徴とする蓄冷冷却システム。
【０００９】（２） 蒸発器と蓄冷手段とが送風手段による空気の流れに沿って直列に配置されている上記（１）記載の蓄冷冷却システム。
【００１０】（３） 蒸発器が、複数の板状のフィンとそれらを厚み方向に貫通する一以上の管部材とで構成されており、蓄冷手段が、前記管部材とは別の複数の管部材と、それらに接触するように配置された蓄冷材とで構成されている上記（１）記載の蓄冷冷却システム。
【００１１】（４） 凝縮器から送られてくる冷媒の一部又は全部が、蓄冷用バイパス管路に流れるように、冷媒流路を切り替える切替手段が設けられている上記（１）記載の蓄冷冷却システム。
【００１２】（５） 蓄冷手段で蓄えられた冷熱を蒸発器へと運ぶための放冷用バイパス管路をさらに有し、放冷用バイパス管路は、第一の冷媒配管から分岐し、蓄冷手段を通過して、該分岐より下流側で再度第一の冷媒配管に合流するよう設けられている上記（１）記載の蓄冷冷却システム。
【００１３】（６） 凝縮器から送られてくる冷媒の一部又は全部が、蓄冷用バイパス管路または放冷用バイパス管路に流れるように、冷媒流路を切り替える切替手段が設けられている上記（５）記載の蓄冷冷却システム。
【００１４】
【作用】上記に示すように、本発明の蓄冷冷却システムにおいては、蒸発器と蓄冷手段とを送風手段による空気の流れに沿って配置している。このため、一の送風手段によって、蒸発器で冷却された空気と蓄冷手段で冷却された空気の両方を、被冷却空間内に循環させることができる。特に上記（２）に示す態様とすれば、より効率的に冷却された空気を循環させることができる。
【００１５】
【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は本発明の蓄冷冷却システムの一例を示す図であり、各機器は概略的に示している。図１の例に示すように、本発明の蓄冷冷却システム１は冷凍サイクルシステムと、蓄冷用バイパス管路９と、蓄冷手段６と、蓄冷手段用膨張弁７と、送風手段１０とを有している。冷凍サイクルは、圧縮機２、凝縮器３、蒸発器用膨張弁４、被冷却空間１１内に設置される蒸発器５を順に冷媒配管で接続して構成されている。蓄冷用バイパス管路９は、凝縮器３と蒸発器用膨張弁４とを接続する第一の冷媒配管８ａから分岐し、蓄冷手段用膨張弁７および蓄冷手段６を順に通過して、蒸発器５と圧縮機２とを接続する第二の冷媒配管８ｂに合流するように設けられている。蓄冷手段６は、蓄冷用バイパス管路９を通る冷媒によって冷熱を蓄え、この冷熱によってその周囲の空気を冷却し得るよう構成されている。
【００１６】また、図１の例に示すように、送風手段１０は、蒸発器５および蓄冷手段６で冷却された空気を被冷却空間１１内で循環させるよう構成されている。蒸発器５および蓄冷手段６は、送風手段１０による空気の流れに沿って配置されている。図１の例では、蒸発器５と蓄冷手段６とは、送風手段１０による空気の流れに沿って直列に配置されており、冷却効率を考えた配置となっている。
【００１７】なお、本発明においては送風手段１０、蒸発器５および蓄冷手段６の位置関係は図１の例に限定されるものではなく、例えば、蓄冷手段６が送風手段１０の手前にある位置関係であっても良いし、送風手段１０が蓄冷手段側にあり、送風手段１０からの風が蓄冷手段６、蒸発器５を順に通過する位置関係であっても良い。
【００１８】このように本発明の蓄冷冷却システム１では、蒸発器５で冷却された空気と、蓄冷手段６で冷却された空気の両方が、送風手段１０によって被冷却空間１１内を循環する。本発明の蓄冷冷却システムを用いれば、従来のように送風手段を蒸発器用および蓄冷手段用として別々に設ける必要がなく、低コスト化、省スペース化を図ることができる。
【００１９】また図１の例では、切替手段１２が設けられている。切替手段１２は、凝縮器３から送られてくる冷媒の一部又は全部が、蓄冷用バイパス管路９に流れるように、冷媒流路を切り替えるものである。この切替手段１２を操作することにより、蓄冷冷却システム１の運転形態を、通常運転と蓄冷運転とに切替えることができる。
【００２０】具体的には、バルブ１２ａを開き、バルブ１２ｂを閉じて冷媒を流せば通常運転を行うことができる。逆に、バルブ１２ａを閉じ、バルブ１２ｂを開けば蓄冷運転を行うことができる。バルブ１２ａおよびバルブ１２ｂの両方を閉じ、送風手段１０を稼働させれば、放冷運転を行うことができる。
【００２１】切替手段１２は、図１の例では、第一の冷媒配管における分岐点の下流側に設けたバルブ１２ａと、蓄冷用バイパス管路９における蓄冷手段用膨張弁７の上流側に設けたバルブ１２ｂとで構成されている。但し、本発明では切替手段は、このようなバルブを組み合わせたものに限定されず、例えば分岐点に設けた三方弁などであっても良い。
【００２２】図２は、図１に示す蓄冷冷却システムを構成する蒸発器及び蓄冷手段を具体的に示す図であって、蒸発器及び蓄冷手段を上方から見た上面図である。図２の例に示すように、蒸発器５は、複数の板状のフィン１４とそれらを厚み方向に貫通する一以上の管部材１３とで構成されている。図２の例では各管部材１３は互いに平行な位置関係にあって、地面に対し水平に配列されている。さらに、各管部材１３はＵ字管１３ａによって連結され、一つの管路を形成している。この管部材１３で形成された管路の入口は蒸発器用膨張弁４に接続され、出口は第二の冷媒配管８ｂに接続されている。また、蒸発器５はフレーム１７によって蓄冷手段６と連結されている。
【００２３】また、図２の例に示すように蓄冷手段６は、管部材１３とは別の複数の管部材１５と、それらに接触するように配置された蓄冷材１６とで構成されている。図２の例では、各管部材１５も管部材１３と同様に、互いに平行な位置関係にあって、地面に対し水平に配列されている。また、各管部材１５もＵ字管１４ａによって連結され、一つの管路を形成している。この管部材１５で形成された管路は蓄冷用バイパス管路９の一部となっている。
【００２４】蓄冷材１６は包袋部材に収容され、板状のような管部材１５の上に載せることが可能な形状となっている。蓄冷材１６は、配列された管部材１５の上に載置されている。本発明においては、蓄冷材としては、従来より使用されているものや、今後開発されるものが利用できる。具体的には、水、塩水、無機水和塩、エチレングリコール等の有機物が挙げられる。
【００２５】蓄冷材１６を収容するための包袋部材は、蓄冷材を漏洩することなく収容し得るものであれば良いが、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ものとして挙げられる。
【００２６】なお、図２の例では、管部材１３及び管部材１５は水平方向に一列に配置された態様のみを示しているが、同様の水平方向の列が鉛直方向に多数並んだ態様（管部材の長手方向から見たときに管部材がマトリックス状に並んだ態様）であっても良い。管部材１３及び管部材１５の本数、配列態様、口径、長さなどは特に限定されるものではなく、蒸発器や蓄冷手段に要求される能力に応じて適宜決定すればよい。また、管部材１３及び管部材１５は、一本の長尺の管を一箇所又は二箇所以上で折り曲げて蛇行させて形成したものであっても良い。管部材１３及び管部材１５を構成する材料としては、アルミニウム、銅、銅合金、鋼などの金属材料や、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、熱伝導性、耐熱性、耐衝撃性に優れている点から、銅が好ましいものとして挙げられる。
【００２７】本発明においては、蓄冷冷却システム１を構成する蒸発器５および蓄冷手段６は、図２の例に示す態様に限定されるものではない。例えば、蒸発器においては、フィンが管部材に平行に取り付けられた態様や、らせん状に取り付けられた態様のものであっても良い。蓄冷手段においては、フィンが取り付けられた態様や、蓄冷槽に液状の蓄冷材が充填され、その中に管部材が浸漬された態様のものであっても良い。なお、この場合においても前記した蓄冷材を用いることができる。
【００２８】本発明で用いられる送風手段は、蒸発器及び蓄冷手段で冷却された空気を被冷却空間内で循環させる機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。また、本発明の蓄冷冷却システムにおいては、送風手段が蒸発器用及び蓄冷手段用の両用として用いられているのであれば、複数台が設置されていても良い。送風手段の具体例としては、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が挙げられる。送風手段に要求される能力は、被冷却空間の大きさ等に応じて適宜決定すれば良い。
【００２９】本発明の蓄冷冷却システムにおいては、蓄冷手段で蓄えれた冷熱を蒸発器へと運ぶための放冷用バイパス管路がさらに設けられていても良い。図３は、図１に示す蓄冷冷却システムに放冷用バイパス管路をさらに設けた例を示している。図３に示す蓄冷冷却システムは、放冷用バイパス管路１８が設けられた以外は図１と同様に構成されている。図３の例では、放冷用バイパス管路１８は、第一の冷媒配管８ａから分岐し、蓄冷手段６の内部を通過して、該分岐より下流側で再度第一の冷媒配管８ａに合流するように設けられている。
【００３０】放冷用バイパス管路１８の蓄冷手段６内部における態様としては、図２に示した蓄冷手段６を例にとると、管部材１５とは別の複数の管部材を蓄冷材１６と接触するように配置し、これらを放冷用バイパス管路とする態様が挙げられる。また、管部材１５で形成された管路の入口および出口に流路切替用のバルブをそれぞれ設け、管部材１５で形成された管路を蓄冷用バイパス管路又は放冷用バイパス管路として使い分ける態様も挙げられる。
【００３１】また、図３の例では、放冷用バイパス管路１８には、蓄冷用バイパス管路９に設けられたバルブ１２ｂと同様のバルブ１２ｃが設けられている。バルブ１２ｃは、バルブ１２ａ及びバルブ１２ｂと組み合わされて切替手段１２を構成している。この切替手段１２を操作することにより、凝縮器３から送られてくる冷媒の一部又は全部が蓄冷用バイパス管路９または放冷用バイパス管路１８に流れるように冷媒流路を切り替えることができる。
【００３２】このように、放冷用バイパス管路を設けた態様では、送風手段を用いた直接的な熱交換による冷却に加え、冷媒による冷却をも行える。よって、蓄冷冷却システムの冷却能力の向上を図ることができ、特に、急速冷却能力を向上させることもでき、被冷却物の温度上昇を極力避けたい場合に効果がある。
【００３３】本発明の蓄冷冷却システムを構成する冷凍サイクルシステムは、図１に示したように圧縮機、凝縮器、蒸発器用膨張弁、被冷却空間内に設置される蒸発器を順に冷媒配管で接続し構成されている。これらの構成要素のうち圧縮機は、冷媒を圧縮し高温高圧の状態にするものである。圧縮機としては、往復動圧縮機、スクリュウ圧縮機、遠心圧縮機、ロータリー圧縮機等の既存の冷凍機で使用されているものを利用することができる。
【００３４】凝縮器は、圧縮機で高温高圧にされた冷媒を放熱して液化し、過冷却するものである。凝縮器としても、既存の水冷式、空冷式、蒸発式、カスケード式の凝縮器を利用することができる。蒸発器用膨張弁は、凝縮器で液化された冷媒を膨張させ、低圧低温の気液混合状態とするものである。蒸発器用膨張弁としても既存の冷却器で使用される膨張弁を利用することができる。
【００３５】蓄冷用バイパス管路に設けられる蓄冷手段用膨張弁も、蒸発器用膨張弁と同様に、凝縮器で液化された冷媒を膨張させ、低圧低温の気液混合状態とするものである。この膨張弁についても既存の冷却器で使用される膨張弁を利用することができる。なお、配管の態様を変更することにより、蓄冷手段用膨張弁と蒸発器用膨張弁とを兼用しても良い。
【００３６】本発明の蓄冷冷却システムは、時間帯や負荷に応じて運転形態を変えて運転されるものである。従って、本発明の蓄冷冷却システムには、被冷却空間内の温度を検知するセンサー、蓄冷手段の温度を検知するセンサー、外気温度を検知するセンサー、時刻に応じて信号を送るタイマー手段、これらからの信号に応じて切替手段を制御する制御手段などを設けるのが好ましい。
【００３７】温度センサーとしては、熱電対、測音抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。タイマー手段としては、時計、タイムスイッチ、シーケンサ内タイマー等が挙げられる。制御手段としては、リレーシーケンスにある制御、マイコン制御等が挙げられる。
【００３８】本発明の蓄冷冷却システムで冷却する被冷却空間としては、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、保冷庫等が挙げられる。
【００３９】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示す。実際に図１、２に示す蓄冷冷却システムを作製した。
【００４０】〔蒸発器の作製〕アルミニウム製の板材（３００ｍｍ×２００ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、２００枚）をピッチ６．３５ｍｍで配置し、これらに銅製の管部材（外径９．５２ｍｍ、内径８．５２ｍｍ、長さ１３００ｍｍ、８８本）を貫通させ、各管部材をＵ字形の連結管で連結して蒸発器を完成させた。
【００４１】〔蓄冷手段の作製〕銅製の管部材（外径１２．７ｍｍ、内径１１．７ｍｍ、長さ１３００ｍｍ、９６本）を、長手方向から見たときにマトリックス状となるように、水平方向に６本、鉛直方向に１６本並べて配置した。水平方向における管部材間のピッチは７０ｍｍ、鉛直方向における管部材間のピッチは３８ｍｍに設定した。また、各管部材はＵ字形の連結管で接続して一つの管路とした。
【００４２】次に、包袋部材に収容された蓄冷材を、水平方向の列ごとに管部材に載置して蓄冷手段を完成させた。なお、蓄冷材としては、塩化ナトリウム系水溶液を用い、これを包袋部材ごとに１ｋｇ充填した。設置した蓄冷材の全重量は２００ｋｇである。包袋部材としては、大きさ４００ｍｍ×２００ｍｍで形成されたものを使用した。
【００４３】〔蓄冷冷却システムの作製〕送風手段としては、送風機出力が０．１ｋｗ、風量が７０ｍ3 ／ｍｉｎのプロペラ形軸流送風機を使用した。上記で作製された蒸発器および蓄冷手段を図１に示すように被冷却空間（庫内体積３５．６４ｍ3 ）内に配置し、これらを冷凍サイクルシステム（圧縮機の能力：押しのけ量１５．８ｍ3 ／ｈ、一日の冷凍能力：１．９法定トン）に接続して本発明の蓄冷冷却システムを完成させた。
【００４４】〔評価〕次に、得られた蓄冷冷却システムについて、送風手段を稼働させて通常運転を行なったところ、温度０℃の上記冷凍庫内を−２０℃まで冷却するのに必要な時間は２時間であった。また、蓄冷運転を行って蓄冷材を完全に凝固させ、送風手段を稼働させて放冷運転を行なったところ、温度−２０℃の上記冷凍庫内を設定温度幅４℃に維持することのできる時間は３．５時間であった。これは従来の送風手段が別個に設けられたものと同等の能力である。このことから本発明の蓄冷冷却システムを用いれば、従来と同等の冷却能力を確保しつつ、送風手段を共用できる。また、放冷運転を３．５時間行なったときの電力消費量は、通常の冷凍機のみのシステムを用いて−２０℃の冷凍庫内を設定温度幅４℃で３時間維持したときの電力消費量の約１０％程度となっていた。
【００４５】
【発明の効果】このように本発明の蓄冷冷却システムを用いれば、送風手段を共用できるようになり、従来に比べて低コスト化、省スペース化を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２６３
【氏名又は名称】三菱電線工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月２日（１９９８．１２．２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０７９１
【弁理士】
【氏名又は名称】高島 一
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７１１０９（Ｐ２０００−１７１１０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４３３９５ |
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