(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンを回転駆動することにより外気を室内に流通させるための外気導入部と排気部を備えた断熱室と、
該断熱室内に設けられた水槽と、
該水槽上部に設けられた製氷用水供給部、前記水槽の一側の上部に設けられて多数の孔が穿設された横方向に延びるヘッダー管からなる散水部、及び前記水槽の他側に設けられて多数の孔が穿設された横方向に延びるヘッダー管からなる取水部と、
空調用熱交換部と、
外気温を検出する外気温検出部と、
前記水槽の満水位を検知する水位センサーと、
所定時間毎に外気温・時間を積算する外気温・時間積算手段とを具備し、
前記取水部から前記空調用熱交換部を経て前記散水部に至る熱源水循環系統を構成し、
製氷する冬期において、前記製氷用水供給部から前記水槽内に製氷用水を所定時間給水して所定量給水した後、次回以降、前記外気温・時間積算手段が設定した外気温・時間を積算したとき、前記製氷用水供給部から前記水槽内に製氷用水を所定時間給水して所定量給水するとともに、前記外気温・時間積算手段の積算値をクリアすることを繰り返し、前記水位センサーが満水位を検知したとき、前記水槽内への製氷用水の給水を停止する一方、前記外気温検出部が設定した外気温を検出したとき、前記ファンを駆動して前記外気導入部と前記排気部により前記断熱室内に氷点下の外気を流通させることにより前記水槽内に順次層状に製氷して、冷房期まで断熱保存し、
冷房期において、前記水槽内の氷上に前記散水部から熱源水を散水して、水槽に対して均一な一方向流として氷を均一に融解させ、前記取水部から取水して前記熱源水循環系統の空調用熱交換部により空調用冷熱源として利用する構成としたことを特徴とする自然冷気を利用した蓄熱空調システム。
【請求項２】
前記水槽の他側に隣接して取水槽を構成し、融解した水を取水槽を介して取水して前記熱源水循環系統に導入する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の自然冷気を利用した蓄熱空調システム。
【請求項３】
複数の前記水槽の前記散水部と前記取水部を直列に接続して直列の熱源水循環系統を構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の自然冷気を利用した蓄熱空調システム。
【請求項４】
複数の前記水槽の前記散水部と前記取水部を夫々並列に接続して並列の熱源水循環系統を構成したことを特徴とする請求項１〜３までのいずれか１項に記載の自然冷気を利用した蓄熱空調システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然冷気を利用した蓄熱空調システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冬期の自然冷気を蓄熱して、冷房期における空調用冷熱源として利用するシステムが従来から提案されている。
例えば特開２０００−２８２４０号公報は、底部に熱交換用冷媒管を配置した水槽を構成し、冬期において、水槽内に水を供給して、氷点下の外気を供給することを日々繰り返すことにより層状に氷結させて冷房期まで保存し、冷房期においては、冷媒管と熱交換器により構成した循環経路にエチレングリコール等を含有した不凍液を循環させることにより氷の冷熱を回収して冷熱源として利用するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなものでは、氷の冷熱の回収を、水槽の底部に設置した冷媒管を流れる冷媒との熱交換により行うので、次のような課題がある。
ａ．構成が複雑となり、冷媒管の設置コストがかかる。
ｂ．単位時間あたりの冷熱回収量が比較的少ない。
ｃ．伝熱性の維持や冷媒管の上側の氷の荷重を受けるための工夫が必要となる。
本発明はこのような課題を解決することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明では、ファンを回転駆動することにより外気を室内に流通させるための外気導入部と排気部を備えた断熱室と、該断熱室内に設けられた水槽と、該水槽上部に設けられた製氷用水供給部、前記水槽の一側の上部に設けられて多数の孔が穿設された横方向に延びるヘッダー管からなる散水部、及び前記水槽の他側に設けられて多数の孔が穿設された横方向に延びるヘッダー管からなる取水部と、空調用熱交換部と、外気温を検出する外気温検出部と、前記水槽の満水位を検知する水位センサーと、所定時間毎に外気温・時間を積算する外気温・時間積算手段とを具備し、前記取水部から前記空調用熱交換部を経て前記散水部に至る熱源水循環系統を構成し、製氷する冬期において、前記製氷用水供給部から前記水槽内に製氷用水を所定時間給水して所定量給水した後、次回以降、前記外気温・時間積算手段が設定した外気温・時間を積算したとき、前記製氷用水供給部から前記水槽内に製氷用水を所定時間給水して所定量給水するとともに、前記外気温・時間積算手段の積算値をクリアすることを繰り返し、前記水位センサーが満水位を検知したとき、前記水槽内への製氷用水の給水を停止する一方、前記外気温検出部が設定した外気温を検出したとき、前記ファンを駆動して前記外気導入部と前記排気部により前記断熱室内に氷点下の外気を流通させることにより前記水槽内に順次層状に製氷して、冷房期まで断熱保存し、冷房期において、前記水槽内の氷上に前記散水部から熱源水を散水して、水槽に対して均一な一方向流として氷を均一に融解させ、前記取水部から取水して前記熱源水循環系統の空調用熱交換部により空調用冷熱源として利用する構成とした自然冷気を利用した蓄熱空調システムを提案する。
【０００５】
また本発明では、上記の構成において、水槽の他側に隣接して取水槽を構成し、融解した水を取水槽を介して取水して熱源水循環系統に導入する構成とすることを提案する。
【０００６】
そして本発明では、以上の構成において、複数の水槽の散水部と取水部を接続して直列の熱源水循環系統を構成したり、又は複数の水槽の散水部と取水部を夫々並列に接続して熱源水循環系統を構成したり、複数の水槽の散水部と取水部を直並列に接続して熱源水循環系統を構成することを提案する。
【０００７】
このように、本発明によれば、冷房期には水槽内の氷上に散水部から熱源水を散水して融解させ、取水部から取水して熱源水循環系統の空調用熱交換部により空調用冷熱源として利用するので、氷と熱交換するための冷媒管等の設備は不要であり、また氷からの冷熱の回収は、氷上に散水した水により直接的に行うので、冷熱の回収を効率的に行うことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の自然冷気を利用した蓄熱空調システムの全体構成の実施の形態を概念的に示す系統図である。
符号１は地下等に設置した断熱室であり、この断熱室には外気導入部２と排気部３を構成して、外気を室内に流通可能に構成しており、そしてこれらの外気導入部２と排気部３は不使用時において断熱性の蓋（図示省略）等により閉とすることができるように構成している。
【０００９】
この断熱室１内に上部を開口した水槽４を設置しており、水槽４には、その上部の適所に製氷用水供給部５を構成している。また水槽４の一側の上部に散水部６を構成すると共に他側に取水部７を構成している。尚、散水部６と製氷用水供給部５は兼用する構成とすることができる。
【００１０】
符号８は熱源水槽であり、上記取水部７から熱源水槽８に至り、熱源水槽８から散水部６に還流する熱源水循環系統９を構成している。この熱源水循環系統９には適所にポンプ１０やバルブ１１等を設けることができる。
【００１１】
符号１２は空調機、１３はその熱交換器であり、上記熱源水槽８から熱交換器１３に至り、熱交換器１３から熱源水槽８に還流する第２の熱源水循環系統１４を構成している。この第２の熱源水循環系統１４にも適所にポンプ１５、バルブ等を設けることができる。
【００１２】
以上の構成において、冬期には、水槽４に製氷用水供給部５から所定量の水を供給して溜め、外気が氷点下となった際に、外気導入部２から氷点下の空気を断熱室１内に導入すると共に、その分の断熱室１内の空気を排気部３から排気すると、断熱室１内に導入された外気は開口を介して水槽内の水と直接に接触する。従って水槽内に溜っている水は氷点下の外気により冷却されて氷結する。外気は、外気導入部２、排気部３に設けたファン１６を動作させることにより、効率的に導入することができる。
【００１３】
この際、氷点下の外気により水槽４内の水を氷結させる方法は、上述した文献等に開示されるような方法、例えば、水槽内に水を供給して、氷点下の外気を供給することを繰り返すことにより層状に氷結させるような方法を適用することができるし、他の適宜の方法を用いることもできる。
【００１４】
また以上の製氷においては、断熱室１に対する外気の流通を、外気の温度を検出して自動的に行うようにすることができるし、また温度や電気抵抗による氷結センサを設ける等により、供給した水が全て凍った後に、次の給水を自動的に行うこともでき、その制御方法は適宜である。
【００１５】
以上の製氷における給水及びファン１６の制御手法の一例を次に説明する。
この例では、ファン１６は、製氷期間、例えば１２月〜３月において、外気温を検出してＯＮ，ＯＦＦ制御を行い、また水槽４への給水は、外気温・時間の積算値でＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。
例えばファン１６は、外気温が−２℃以下でＯＮとし、−１℃以上でＯＦＦとするように制御する。
一方、水槽４への給水は、給水弁をＯＮ、即ち開としてタイマーにより所定時間給水し、即ち一定量の給水を行い、給水弁をＯＦＦ、即ち閉として給水を停止すると共に、それまでの外気温・時間の積算値をクリアして新たに外気温・時間の積算を開始する。この外気温・時間の積算は、例えば１時間毎に行い、その値が設定値を越えた時点で、上述の給水により水槽４に供給された水が氷結したものと見做して、上述と同様に次の給水を行う。この際、上記設定値は予めの実験等により、上記給水量に対して導出して設定することができる。例えば水槽４に１０ｃｍの深さで給水を行った水を全て氷結させるのに、−５℃の外気温で６日間必要とする場合には、外気温・時間の積算値、
−５（℃）×２４（時間）×６（日）＝−７２０（℃・時間）
を設定値の下限とすればよい。
このようにして水槽４内に層状の氷を次第に形成して行き、給水において水槽４内が満水状態となった場合には、これを水位センサー等で検出して給水弁を閉とすると共に、ファン１６をＯＮとして最上層の製氷を行う。
【００１６】
以上のようにして水槽４内に所定の氷ができたら、外気導入部２及び排気部３を閉とし、断熱状態で冷房期まで保存する。尚、氷は符号１７で示す。
【００１７】
冷房期において、氷の冷熱を利用するには、熱源水循環系統９，１４を動作させる。即ち、水槽４内の一側の散水部６から氷１７の上に市水や地下水を散水すると、氷が融解して、散水した水と混合して冷水となり、この冷水１８を取水部７から取水して熱源水循環系統９により熱源水槽８に導入する。一方、熱源水槽８内の水は熱源水循環系統９により還流して再び散水部６から散水されて氷１７の融解に供される。
【００１８】
そして熱源水循環系統９により水槽４から冷水を供給されて温度が低下した熱源水槽８内の水は第２の熱源水循環系統１４により空調機１２の熱交換器１３に供給されて冷熱源として利用される。
【００１９】
このように冬期に水槽４内に作った氷１７からの冷熱の回収は、その氷１７の上に散水した水により融解させ、融解した水を熱源水槽８に導入することにより行うので、冷熱の回収を直接的に効率的に行うことができる。このため氷と間接的に熱交換するための冷媒管等は不要である。
【００２０】
図２は散水部６と取水部７の実施の形態を示すものであり、この散水部６と取水部７は、夫々横方向に延びるヘッダー管１９に多数の孔２０を設けて構成され、この構成では、散水部６から散水されて取水部７に至る水は、水槽４に対して均一な一方向流となり、氷を均一に融解することができる。
【００２１】
次に図３〜図６は本発明の自然冷気を利用した蓄熱空調システムの全体構成の第２の実施の形態と、その動作を概念的に示す系統図である。この実施の形態において、図１の構成要素に対応する要素は、同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、図３〜図６においては、説明の便宜上、各図には必ずしも全ての構成要素を表示しておらず、説明に必要な要素のみを表示している。
即ち、この実施の形態では、水槽４の他側に隣接して取水槽２１を構成している。取水槽２１内には下部を連通した隔壁２２を設けており、また取水槽２１と水槽４との隔壁２３には上部連通部２４と下部連通部２５とを構成している。
【００２２】
まず図３は冬期の製氷状況を示すもので、下部連通部２５にはキャップ２６を装着している。このような状態において、散水部５から所定量の水を供給して、それを外気導入部２から導入される氷点下の外気により氷結させ、氷結後に再び散水部５から水を供給するという動作を繰り返し行うことにより、層状の氷１７、例えば５〜１０ｃｍ厚さの多層の氷を製氷することができる。
このような繰り返し動作は、上述した制御手法を用いたり、タイマーや温度センサ等を用いて自動化することができる。
【００２３】
図４は、図３により水槽内に多層の氷を製氷した状態で保存し、冷房期において空調の冷熱源として利用する前の状態を示すものである。
即ち、冷熱源として利用する前には、下部連通部２５のキャップ２６を外した後、水位センサを用いた制御により給水部２７から水を供給する。
給水部２７から供給される水は次第に取水槽２１に溜り、ついには隔壁２３の上部連通部２４から水槽４内に流入して氷１７上に溜まり、水槽４と取水槽２１とが上部連通部２４を介して所定の連通状態となった時点で水位センサがＯＮとなって給水を停止する。
【００２４】
図５は、冷熱源として利用している状態を示すもので、符号１３は上述したとおり空調機の熱交換器を示すもので、この熱交換器１３は例えばＡＨＵとすることができる。
図５において、取水槽２１内の水は、熱源水循環系統９の還流経路により散水部６に還流されて、散水部６から水槽４の一側に散水される。一方、水槽４内に溜っている水、即、冷水１８は上部連通部２４を介して取水槽２１内に流入し、こうして取水槽２１から散水部６に至り、水槽４内から上部連通部２４を経て取水槽２１に還流する水、即ち熱源水の循環が行われる。
【００２５】
一方、取水槽２１内の冷水は、ポンプ１５により熱源水循環系統１４の往き経路を流れて熱交換器１３に至り、そこで冷風の発生等の空調における熱源水としての利用に供された後、熱源水循環系統１４の還流経路を流れて取水槽２１に流入して熱源水の循環が行われる。以上の動作説明から分かるように、取水槽２１は、図１の構成における熱源水槽８と同様な機能を有している。
【００２６】
以上の運転により、氷１７は、図中２点鎖線に示すように熱源水１８と接している上部から次第に融解して行き、全て融解して水槽４内の水温が所定以上になった時点で熱源水としての利用を停止する。
【００２７】
次いで、必要な場合には、図６に示すように、取水槽２１の底部に設けた排水系統２８のバルブ２９を開として適宜の排水槽３０に排水したり、熱源水循環系統９の還流経路から分岐した排水系統３１のバルブ３２を開として雨水槽等に排水する。
水槽４内の水は、下部連通部２５の位置まで排水され、その位置をできるだけ低く設定することにより、水槽４内の水を殆ど排水することができる。
このような排水は省略することもできる。
【００２８】
以上のようにして水槽４及び取水槽２１内の排水が完了したら、次の冬期における製氷の準備として、下部連通部２５にキャップ２６を装着する。
【００２９】
尚、以上の実施の形態において、製氷用水供給部５、散水部６及び給水部２７は部材を共通化することができるものである。
【００３０】
また以上の実施の形態の説明においては、キャップ２６は製氷時に下部連通部２５に装着しておき、冷熱源として利用する前に外して水を供給するようにしているが、これとは異なり、キャップ２６は製氷の開始時に仮に下部連通部２５に装着し、下部連通部２５の位置の水が氷結した後には取り外しておくことも可能であり、この場合には、冷熱源として利用する際に取り外す手間が省かれる。
【００３１】
次に図７は本発明の自然冷気を利用した蓄熱空調システムの第３の実施の形態を示すもので、この実施の形態では、概ね、第２の実施の形態に示すように、水槽４に隣接して取水槽２１を設けたものを複数構成し、これらの散水部５と取水部６を接続して直列の熱源水循環系統を構成したものである。従って第２の実施の形態と同様な構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
この実施の形態では、上流側の取水槽２１には、下流側の取水槽２１に設けられているような隔壁２２は設けられておらず、この取水槽２１から下流側の水槽４の一側にポンプ３３を設けた熱源水中継経路３４を構成している。一方、この上流側の水槽４の一側には、熱交換器１３の熱源水循環系統１４の還流経路が散水部５に接続されており、この散水部５からは下流側の取水槽２１からの熱源水循環系統９の還流経路を経て熱源水と、熱交換器１３を経た熱源水が上流側の水槽４内に散水される構成となっている。一方、下流側の取水槽２１については第２の実施の形態と同様に、熱源水循環系統１４の往き経路と還流経路及び熱源水循環系統９の還流経路が接続されている。
【００３２】
以上の直列構成により、空調機の熱交換器１３に供給する熱源水の温度を低くすることができる。
【００３３】
また本発明の蓄熱空調システムの他の実施の形態として、図示は省略しているが、複数の水槽の散水部と取水部を夫々並列に接続して並列の熱源水循環系統を構成することもでき、この場合には、一つの熱源水循環系統当たりの蓄熱容量を大きくすることができる。
【００３４】
本発明の蓄熱空調システムの更に他の実施の形態として、図示は省略しているが、複数の水槽を直並列に接続して一つの熱源水循環系統を構成することもできる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は以上のとおり、断熱室内に設置した水槽は、製氷部と、空調用の冷熱の供給部を兼用する構成であるので、従来のものと比較して次のような効果がある。
ａ．氷から冷熱を回収するための冷媒管が不要であるので、構成が簡単となり、設置コストがかからない。
ｂ．単位時間あたりの冷熱回収量を大きくすることができる。
ｃ．冷媒管が不要であるから、これに関する伝熱性の維持や冷媒管の上側の氷の荷重を受けるための工夫等が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱空調システムの全体構成の実施の形態を概念的に示す系統図である。
【図２】散水部及び取水部の構成の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】本発明の蓄熱空調システムの全体構成の第２の実施の形態と、その動作の一局面を概念的に示す系統図である。
【図４】本発明の蓄熱空調システムの全体構成の第２の実施の形態と、その動作の他の局面を概念的に示す系統図である。
【図５】本発明の蓄熱空調システムの全体構成の第２の実施の形態と、その動作の更に他の局面を概念的に示す系統図である。
【図６】本発明の蓄熱空調システムの全体構成の第２の実施の形態と、その動作の更に他の局面を概念的に示す系統図である。
【図７】本発明の蓄熱空調システムの構成の第３の実施の形態を概念的に示す系統図である。
【符号の説明】
１                    断熱室
２                    外気導入部
３                    排気部
４                    水槽
５                    製氷用水供給部
６                    散水部
７                    取水部
８                    熱源水槽
９，１４              熱源水循環系統
１０，１５            ポンプ
１１                  バルブ
１２                  空調機
１３                  熱交換器
１６                  ファン
１７                  氷
１８                  冷水
１９                  ヘッダー管
２０                  孔
２１                  取水槽
２２，２３            隔壁
２４                  上部連通部
２５                  下部連通部
２６                  キャップ
２７                  給水部
２８，３１            排水系統
２９，３２            バルブ
３０                  排水槽
３３                  ポンプ
３４                  熱源水中継経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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