| 【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】冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けることなく、昼間の電力消費量を低減でき、電力需要ピークの抑制に貢献し得る蓄冷冷却システムを提供することにある。
【解決手段】圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蓄冷材７を有する蒸発器５とを順に冷媒配管によって接続してなる冷凍サイクルシステムと、蒸発器５で冷却された空気を被冷却空間１２内に循環させる送風手段とを用いて蓄冷冷却システム１を構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蓄冷材を有する蒸発器とを順に冷媒配管によって接続してなる冷凍サイクルシステムと、前記蒸発器で冷却された空気を被冷却空間内に循環させる送風手段とを有することを特徴とする蓄冷冷却システム。
【請求項２】 蒸発器が、間隔を置いて設置された複数の板状のフィンと、それらを厚み方向に貫通する複数の管部材とを有し、蓄冷材が包袋部材に収容され、フィンとフィンとの間に挟み込まれている請求項１記載の蓄冷冷却システム。
【請求項３】 蒸発器が複数の管部材を有し、蓄冷材が一以上の管部材の周囲の少なくとも一部に接触するよう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４】 上記複数の管部材が地面に平行又は略平行に設置され、各管部材は互いに平行又は略平行な位置関係にあり、蓄冷材は包袋部材に収容されて管部材の上側に載置されている請求項３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。
【０００３】蓄冷冷却システムは、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器等を順に冷媒配管で接続して構成された冷凍機（冷凍サイクルシステム）と、冷却されると凝固して冷熱を蓄える蓄冷材を備えた蓄冷式熱交換器とからなる。蓄冷式熱交換器としては種々のものが従来より開示されているが、一般には、上記した蓄冷材と、この蓄冷材を冷却するための冷却管とで構成されている。冷却管は、冷凍機を構成する管路に設けられたバイパス管路の一部を構成している。この冷却管に凝縮器からの冷却された冷媒が流れることで、蓄冷材は冷却され蓄冷する。
【０００４】このような蓄冷冷却システムは、夜間において蓄冷式熱交換器によって蓄冷材に冷熱を蓄えさせ、更に昼間において蓄えられた冷熱を放散させて被冷却空間の冷却を行うことで、昼間の電力消費量の軽減を図っている。即ち、従来の蓄冷冷却システムにおいては、冷凍機とは別に蓄冷式熱交換器を設けることで、夜間電力の有効利用を図り、ひいては電力需要ピークの抑制に貢献している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けた蓄冷冷却システムでは、蓄冷材を冷却するためのバイパス管路が必要なため、蓄冷冷却システム全体の配管が長く複雑になってしまう。また、配管全長が長くなる分、圧力損失が大きく、冷媒もそれだけ多く必要になる。更に、蓄冷式熱交換器を設置するための設置スペースを確保する必要もある。
【０００６】本発明の課題は、冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けることなく、昼間の電力消費量を低減でき、電力需要ピークの抑制に貢献し得る蓄冷冷却システムを提供することにある。
【０００７】
【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） 圧縮機と、凝縮器と、膨張弁と、蓄冷材を有する蒸発器とを順に冷媒配管によって接続してなる冷凍サイクルシステムと、前記蒸発器で冷却された空気を被冷却空間内に循環させる送風手段とを有することを特徴とする蓄冷冷却システム。
【０００８】（２） 蒸発器が、間隔を置いて設置された複数の板状のフィンと、それらを厚み方向に貫通する複数の管部材とを有し、蓄冷材が包袋部材に収容され、フィンとフィンとの間に挟み込まれている上記（１）記載の蓄冷冷却システム。
【０００９】（３） 蒸発器が複数の管部材を有し、蓄冷材が一以上の管部材の周囲の少なくとも一部に接触するように配置されている上記（１）記載の蓄冷冷却システム。
【００１０】（４） 上記複数の管部材が地面に平行又は略平行に設置され、各管部材は互いに平行又は略平行な位置関係にあり、蓄冷材は包袋部材に収容されて管部材の上側に載置されている上記（３）記載の蓄冷冷却システム。
【００１１】
【作用】上記に示すように、本発明の蓄冷冷却システムでは、冷凍機を構成する蒸発器に蓄冷材を設けており、蒸発器に従来の蓄冷式熱交換器と同様の機能を付与している。よって、本発明の蓄冷冷却システムにおいては、従来のように冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けることなく、昼間の電力消費量を低減でき、電力需要ピークの抑制を図ることが出来る。
【００１２】
【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、正面図で示している。図１では圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４について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送風手段６とで構成されている。冷凍サイクルシステムは圧縮機２と、凝縮器３と、膨張弁４と、蓄冷材７を有する蒸発器５とを順に冷媒配管によって接続して構成された冷凍機である。送風手段６は蒸発器５で冷却された空気を被冷却空間１２内に循環させている。なお、蒸発器５で冷却された空気とは、冷熱を蓄えた蓄冷材７によって、又は蒸発器５内を通る冷媒が蒸発することによって冷却された蒸発器５の周囲の空気をいう。
【００１３】図１の例では、蒸発器５は被冷却空間１２内に配置されており、間隔を置いて設置された複数の板状のフィン８と、それらを厚み方向に貫通する複数の管部材９とで構成されている。複数の管部材９はＵ字形の連結管１０で接続されて一つの、即ち連続した管路となっており、この管路の入口は膨張弁４に接続され、出口は圧縮機２と接続されている。蓄冷材７は包袋部材１１に収容されている。この包袋部材１１に収容された蓄冷材７は、フィン８の両側において、互いに対向するフィン８とフィン８との間に挟み込まれている。
【００１４】図１の例に示す蓄冷冷却システム１では時間帯に応じて次のように運転が行われる。例えば夜間料金が適用される時間帯においては、以下の二通りの運転が行われる。一つは、送風手段６を停止し、圧縮機２を稼働させて管部材９に冷却された冷媒を送り、蓄冷材７を冷却する蓄冷運転であり、この運転により蓄冷材７に冷熱が蓄えられる。もう一つは、蓄冷運転時に被冷却空間１２の温度が高くなってしまった場合に行う運転であり、送風手段６を稼働させて蓄冷とともに被冷却空間の冷却も同時に行う運転である。
【００１５】また、電力需要が高くなる昼間の時間帯においては、圧縮機２を停止し、送風手段６のみを稼働させ、蓄冷材７に蓄えられた冷熱によって冷却された蒸発器周囲の空気を被冷却空間１２内に循環させる放冷運転が行われる。この場合、蓄冷冷却システム１で消費される電力は、送風手段６で消費される電力のみであり、蓄冷材が備えられていない通常の冷凍機に比べて消費電力は大幅に低減されている。また、圧縮機２も稼働させて放冷運転と通常運転の両方を行うこともできる。なお、この場合においても通常の運転に比べて消費電力は低減されている。
【００１６】これら以外の時間帯においては、圧縮機２と送風手段６とを稼働させる通常運転が行われる。通常運転時では、圧縮機２、凝縮器３及び膨張弁４を通過して冷却された冷媒は、管部材９を通る際に蒸発して蒸発器５周囲の空気を冷却する。この冷却された空気は送風手段６によって被冷却空間１２内で循環され、被冷却空間１２は冷却される。
【００１７】このように、本発明の蓄冷冷却システムでは、従来のように別途蓄冷式熱交換器を備えることなく、料金の安い夜間電力を利用して被冷却空間の冷却を行うことができる。よって、従来の蓄冷冷却システムに比べ配管を簡略化でき、省スペース化を図ることができる。
【００１８】本発明における蒸発器は、蓄冷材を有するものであれば良く、図１に示した態様のものに限定されることはない。従って、本発明における蒸発器は、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。また、フィンを備えていない態様であっても良い。
【００１９】図２は本発明の蓄冷冷却システムを構成する蒸発器の他の例を示す図である。図２の例で示す蒸発器５も、図１の例で示した蒸発器と同様に複数の管部材（図示せず）と蓄冷材７とで構成されている。１０は図１で示した連結管と同様のものである。また、蓄冷材７は包袋部材１１に収容され、フィン８とフィン８との間に挟み込まれている。但し、図２の例では、蓄冷材７はフィンの一方側にのみ集中して設置されている。
【００２０】このように蓄冷材をフィンの一方側にのみ集中して設置すれば、送風手段による空気の流路を十分に確保でき、通常運転及び放冷運転の効率を向上させることができる。一方、図１で示したように蓄冷材をフィンの両側に設置すれば蓄冷運転の効率を向上させることができる。よって、被冷却空間内における負荷の昼／夜間比等を考慮し、設計段階で蓄冷材量、配置、単重量、フィン面積、枚数、ピッチ等を任意に設定し、最適化を図っておくのが良い。
【００２１】図３は本発明の蓄冷冷却システムを構成する蒸発器の他の例を示す図である。図３に示す蒸発器５は、複数の管部材９を有し、蓄冷材７が各管部材９の周囲の少なくとも一部に接触するように配置されて構成されている。図３の例では、複数の各管部材９は地面に平行又は略平行に設置されている。管部材９はそれぞれ互いに平行又は略平行な位置関係にあり、管部材９の長手方向から見たときにマトリックス状となるように配列されている。各隣り合う管部材９は、図１及び図２の例と同様にＵ字形の連結管１０で接続されて一つの、即ち、連続した管路を形成している。
【００２２】さらに、図３の例でも図１及び図２の例と同様に、蓄冷材７は包袋部材１１に収容されている。包袋部材１１に収容された蓄冷材７は、水平方向に配列された管部材９ごとに、それらの上側に載置されている。なお、図３の例では、管部材９は蓄冷材７の自重又は上からの押圧によって蓄冷材７にめり込んでおり、蓄冷材７と管部材９とは、蓄冷材７が管部材９の周囲の一部を囲むように接触している。蓄冷材７が載置された管部材９の上側にある管部材９と、蓄冷材７の上面との間には隙間が設けられており、送風手段６を稼働させたときに空気が流れるようになっている。
【００２３】本発明における蒸発器を構成する管部材は、冷媒を送ることができるものであれば特に限定されるものではなく、従来より蒸発器に用いられているものが利用できる。図１及び図２の例では管部材は蓄冷部材と直接に接触していないが、この場合も図３の例と同様に蓄冷部材の一部と直接に接触していても良い。なお、複数の管部材とは、図１〜３の例に示すように独立した部材が複数ある場合に限られず、例えば、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た場合の、折り曲げ部以外の部分をもいう。
【００２４】管部材の本数、内径、長さといった仕様は、本発明の蓄冷冷却システムに要求される能力、蓄冷時間や放冷時間といった諸条件に応じて適宜決定すれば良い。管部材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、熱伝導性に優れている点からは、銅を用いるのが好ましい。
【００２５】図１、２の例において蒸発器を構成する板状のフィンは、蓄冷部材と良好に熱交換し得るものであれば良く、その大きさ、厚み、形状、フィンとフィンとの間隔等は、設置される蓄冷材の量に応じて適宜設定すれば良い。フィンを形成する材料としては、アルミニウム、銅、銅合金、鋼などが挙げられる。このうち、作製後の重量（軽量化）及び熱伝導度の点から、アルミニウムが好ましいものとして挙げられる。
【００２６】本発明で用いる蓄冷材は、冷熱を蓄えることが可能なもの（蓄冷可能なもの）であれば良く、従来より使用されているものや、今後開発されるものも利用できる。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。蓄冷材の量や種類は、本発明の蓄冷冷却システムに要求される能力に応じて適宜設定すれば良い。
【００２７】蓄冷材は図１〜３の例で示したように包袋部材に収容されていても良い。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、特に限定されるものではないが、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。
【００２８】図１、２の例では、包袋部材に収容された蓄冷材は、フィンとフィンとで単に挟み込まれているだけであるが、フィンに接着剤等で固定されていても良い。また、包袋部材に収容された蓄冷材は、図１、２に示すようにフィンの厚み方向に一個だけで挟み込まれていても良いし、フィンの厚み方向に複数個を重ねて挟み込まれていても良い。図３のように管部材の上に載置する態様においては、複数の蓄冷材が積層されていても良い。
【００２９】本発明の蓄冷冷却システムを構成する送風手段は、蒸発器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。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。
【００３０】本発明の蓄冷冷却システムを構成する圧縮機は、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。
【００３１】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、蒸発式の凝縮器を利用することができる。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。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。
【００３２】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蓄冷冷却システムの運転形態を制御する制御手段などを設けるのが好ましい。
【００３３】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。
【００３４】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。
【００３５】
【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に示す蓄冷冷却システムを作製し、被冷却空間の冷却を行なった。
【００３６】実施例フィンとして、アルミニウム製の板材（３００ｍｍ×６００ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）を２００枚用い、管部材として、銅製のパイプ（外径１２．７ｍｍ、内径１１．７ｍｍ）を８８本使用した。次に、フィンとフィンとの間隔を６．３５ｍｍに設定して、各管部材を板部材に厚み方向に貫通させ、径を拡張させて固定した。さらに、管部材と管部材とを図１に示すように連結管で接続して一つの管路とした。
【００３７】蓄冷材としては、塩化ナトリウム系水溶液を用い、厚み０．１ｍｍのポリエチレン／ナイロン／アルミニウムの複合材で形成された矩形の包袋部材（３００ｍｍ×２００ｍｍ）に収容した。一つの包袋部材に収容する蓄冷材は０．５ｋｇとした。包袋部材に収容された蓄冷材をフィンとフィンとの間で挟み込み、本発明の蒸発器を完成させた。なお、設置した蓄冷材の全重量は２００ｋｇとなった。
【００３８】次に、庫内体積３５．６４ｍ3 の冷凍庫に、上記で得た蒸発器、圧縮機（押しのけ量１５．８ｍ3 ／ｈ、一日の冷凍能力：１．９法定トン）、凝縮器、膨張弁を設置して配管し、さらに送風手段としてプロペラ形軸流送風機（送風機出力０．１ｋｗ、風量７０ｍ3 ／ｍｉｎ）を２台設置して本発明の蓄冷冷却システムを完成させた。
【００３９】〔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、蓄冷運転を行い、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。これは従来の蓄冷式熱交換器が別個に設けられている蓄冷冷却システム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、蓄冷式熱交換器を別個に設けることなく、従来と同等の冷却能力を確保できることが確認できる。
【００４０】
【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、従来のように冷凍機と別に蓄冷式熱交換器を設けることなく、昼間の電力消費量を低減でき、電力需要ピークの抑制を図ることが出来る。また、蓄冷式熱交換器を別個に設けなくてよいため、配管を簡略でき、低コスト化を図ることができる。さらに、省スペース化を図ることもできる。
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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９日（１９９８．１２．９） |
| 【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２０００−１７１１２６（Ｐ２０００−１７１１２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４９７１９ |
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