(57)【要約】    【課題】  冷凍サイクルは、圧縮機を有するため電力を必要とし、資源が枯渇していきつつある現在では、更なる省エネルギ化が求められている。更に、圧縮機を含む冷凍サイクルは、冷却熱量より加熱熱量のほうが大きいため、夏季におけるヒートアイランド現象や地球温暖化の原因になっている。  【解決手段】  凝縮器１、第１の弁Ｃ８、受液器２、第２の弁Ａ3、膨張弁４、蒸発器５、第３の弁Ｂ６、膨張タンク７で構成されるサイクル内に冷媒を封入し、冬季の冷熱を蓄熱し、夏季に使用する。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凝縮器、第１の弁、受液器、第２の弁、膨張弁、蒸発器、第３の弁、膨張タンクが順次接続されたことを特徴とする冷媒蓄熱システム。
【請求項２】
凝縮器、第１の弁、受液器、第２の弁、膨張弁、蒸発器、第３の弁、膨張タンクが順次接続された冷媒蓄熱システムを使用した冷媒蓄熱方法において、蓄熱時に第２の弁及び第３の弁を閉止し、第１の弁を開け、冷却時に第２の弁及び第３の弁を開け、第１の弁を閉止することを特徴とする冷媒蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒蓄熱システム及び冷媒蓄熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の冷凍冷却装置の冷媒回路は、冷媒ガスが圧縮機において圧縮され、高圧ガスとされ、凝縮器に送られる。そして、凝縮器において、冷媒高圧ガスは冷やされ、液体化された冷媒にされる。液体化された冷媒は圧力が高いため、減圧装置である膨脹弁にて圧力を低下させて、蒸発器に送ることにより、低温度で蒸発し、冷却または冷凍作用を行うことができる。このように冷媒を冷媒回路内に循環させることによって、冷却・冷凍作用を行っている。
【０００３】
上記冷凍冷却装置の一例として冷房機能を有する空調機が挙げられる。この空調機は、冷房の負荷に応じて圧縮機の制御を行い、冷房運転を行っている。
【０００４】
また、通常の冷凍冷却装置に冷媒低圧圧力容器を設けることにより割安な夜間電力を使用し、冷媒低圧圧力容器の内圧を下げる蓄熱運転を行い、昼間の冷凍冷却を行う冷媒蓄熱装置が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷凍サイクルは、圧縮機を有するため電力を必要とし、資源が枯渇していきつつある現在では、更なる省エネルギ化が求められている。更に、圧縮機を含む冷凍サイクルは、冷却熱量より加熱熱量のほうが大きいため、夏季におけるヒートアイランド現象や地球温暖化の原因になっている。
【０００７】
本発明は、冷媒蓄熱システムをの消費電力を低減することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために、本発明の一実施態様では、冷媒蓄熱システムを、凝縮器、第１の弁、受液器、第２の弁、膨張弁、蒸発器、第３の弁、膨張タンクが順次接続された構成としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷媒蓄熱システムの消費電力を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
前述の課題を解決するために本発明にかかる冷媒蓄熱システムは、以下の特徴を有する。
図１にて構成されるサイクルにおいて、凝縮器１、第１の弁（弁Ｃ）８、受液器２、第２の弁（弁Ａ）3、膨張弁４、蒸発器５、第３の弁（弁Ｂ）６、膨張タンク７を有する。
【００１１】
上記サイクル内に冷媒を封入し、冬季は第２の弁（弁Ａ）3、第３の弁（弁Ｂ）６を閉止し第１の弁（弁Ｃ）８を開け、膨張タンク７内の冷媒を凝縮器1にて凝縮し、受液器２に蓄える。このとき膨張タンク７は、受液器２の上部に位置させないと膨張タンク７に液冷媒が貯まり受液器２に冷媒が貯まらなくなるので注意が必要である。
【００１２】
春などの中間期には第２の弁（弁Ａ）３及び第１の弁（弁Ｃ）８を閉止し、受液器２内の冷媒が蒸発し、膨張タンク７内に流入しないようにする。
【００１３】
夏季には第２の弁（弁Ａ）３及び第３の弁（弁Ｂ）６を開け、第１の弁（弁Ｃ）８を閉止することにより冷却運転が可能となる。
【００１４】
そして冬季には再び前述に記載の通り膨張タンク７内の冷媒を凝縮器1にて凝縮し、受液器２に蓄える。
【００１５】
図３に本発明をモリエル線図上で説明する。冬季における受液器２内の液冷媒のエンタルピはｉ5で示され、膨張タンク７内のガス冷媒のエンタルピはｉ２で示される。冬季から夏季に移り変わる間に受液器２内の液冷媒のエンタルピは、ｉ５からｉ４へ飽和線上を移動し、受液器２内の圧力も上昇する。また、膨張タンク７内のガス冷媒のエンタルピは、ｉ２からｉ６へ定比容積線図上を移動する。
【００１６】
このときの膨張タンク７内の圧力は，冬季に比べて若干上昇するが，弁Ａ３及び弁Ｃ８を閉止している為，膨張タンク７内の圧力上昇は，ボイル−シャルルの法則で温度Ｔが上昇することによる圧力Ｐの上昇分として表され、飽和曲線によって圧力が上昇する受液器２の圧力よりも十分に低い値となる。このため冷却運転時は受液器２の液冷媒が膨張弁４にて膨張タンク７内圧力まで減圧され，低温の液冷媒となり，蒸発器５にて冷熱を放出し，ガス冷媒となり，膨張タンク７に流入する。
【００１７】
冷却運転開始時、蓄熱サイクルから得られる冷媒の有効なエンタルピ差は、（ｉ７−ｉ１）で示される。冷却運転時間が経過するに従い、膨張タンク７の内圧が上昇し、蒸発器側の蒸発温度が高くなってゆく。（図３中の冷却運転時間経過後に示す。）
冷却運転開始時の受液器２、膨張タンク７内の冷媒の様子を図４に、冷却運転時間経過後の受液器２、膨張タンク７内の冷媒の様子を図５に示す。冷却運転開始時は、受液器２に液冷媒が多く貯まっており、膨張タンク７のガス密度は低い。冷却運転時間経過後は、冷媒が受液器２から膨張タンク７へ移動するため、受液器２の液冷媒が減り、膨張タンク７のガス密度が高くなる。
【００１８】
次に実際の蓄熱量の概算計算方法について説明する。
【００１９】
膨張タンクの容積        ；Ｖｂ
夏季の飽和ガス密度      ；ρ３
夏季の飽和ガスエンタルピ；ｉ３
夏季の飽和液エンタルピ  ；ｉ１
冬季の飽和ガス密度      ；ρ２
とすると下記式にて表せる。
【００２０】
夏季に蒸発する冷媒量  ｍ＝Ｖｂ（ρ３−ρ２）・・・・式1
蓄熱量                Ｑe＝ｍ（ｉ３−ｉ１）・・・・式２
式1において夏季に蒸発する冷媒量ｍは、夏季冷却運転開始時の膨張タンク７内の冷媒量Ｖｂ×ρ２と夏季冷却運転終了後の膨張タンク７の冷媒量Ｖｂ×ρ３の差を表す。上述した式を用いて実際に1kW冷却運転に必要な膨張タンクの容積と冷媒量を以下にて算出する。
【００２１】
算出条件として、(1)使用冷媒；Ｒ７１７（アンモニア）
(2)冬季外気温度；０℃
(3)夏季外気温度；３０℃
(4)必要蓄熱量；4320000kJ（1kW    ×3600s×12hr  ×100days）
（必要能力×１日の運転時間×運転日数）
【００２２】
【表１】
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【００２３】
蓄熱量                Ｑｅ＝ｍ（ｉ３−ｉ１）・・・・式２
式２より冷却運転に必要な冷媒量ｍは、下式となる。
必要な冷媒量              ｍ＝Qe／（ｉ３−ｉ１）・・・・式２'
表1よりQe＝4320000 kJ
ｉ３＝1486 kJ/kg
ｉ1＝342 kJ/kgとなり
ｍ＝3776ｋｇとなる
また、式１より冷却運転に必要な膨張タンクの容積は下式となる。
【００２４】
必要な膨張タンクの容積Ｖｂ＝ｍ／（ρ3−ρ2）・・・・式１'
表１よりρ３＝9.046ｋｇ/ｍ3
ρ２＝3.460ｋｇ/ｍ3となり
Ｖｂ＝675ｍ3となる。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
【００２６】
図１にて構成されるサイクルにおいて、凝縮器１、第１の弁Ｃ８、受液器２、第２の弁Ａ3、膨張弁４、蒸発器５、第３の弁Ｂ６、膨張タンク７を有するサイクル内に冷媒を封入し、冬季は第２の弁Ａ3、第３の弁Ｂ６を閉止し第１の弁Ｃ８を開け、膨張タンク７内の冷媒を凝縮器1にて凝縮し、受液器２に蓄える。このとき膨張タンク７は、受液器２の上部に位置させないと膨張タンク７に液冷媒が貯まり受液器２に冷媒が貯まらなくなるので注意が必要である。
また、膨張タンク７に図には示していない圧力センサを付属し、膨張タンク７の内圧の飽和温度より外気温度が低い場合、凝縮器１を運転し、膨張タンク７のガス冷媒を凝縮させる。
一方、膨張タンク７の内圧の飽和温度より外気温度が高い場合、第１の弁Ｃ８を閉止し、受液器内の冷媒の蒸発を防ぐ。
【００２７】
春などの中間期には第２の弁Ａ３及び第１の弁Ｃ８を閉止し、受液器２内の冷媒が蒸発しないようにする。
【００２８】
夏季には第２の弁Ａ３及び第３の弁Ｂ６を開け、第１の弁Ｃ８を閉止することにより冷却運転が可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図２にて構成されるサイクルにおいて、請求項１の構成より凝縮器１を省略し、冬季における凝縮は、膨張タンク７の外表面にて行う。
【００３０】
本発明に係る冷媒蓄熱システムによれば、従来の冷凍サイクルは、圧縮機を有するため電力を必要としているのに対し、電力を一切使用せずに夏季の冷却運転が可能となり、大幅な省エネルギ化が実現できる。
【００３１】
また、圧縮機を含む冷凍サイクルは、冷却熱量より加熱熱量のほうが大きいため、夏季におけるヒートアイランド現象や地球温暖化の原因になっているのに対し、本発明の蓄熱システムは、冬季の冷熱を蓄熱し、夏季に使用する方式を採用しているため、夏季の冷却運転中は外気温度をむしろ低下させる効果があるため、ヒートアイランド現象を防止する役割も果たす。
また、本発明の蓄熱システムは、構造がシンプルで圧縮機などの稼動部がないため、熱交換器の洗浄等のメンテナンスを行えば、半永久的に使用できる。
【００３２】
更に、使用する冷媒は、従来使用しているフロン系冷媒は元よりアンモニア、二酸化炭素、水と気液二相状態になる流体なら何れも使用可能である。
【００３３】
また、本発明は、冬季の冷熱を蓄熱し、夏季に使用する方式であるが昼夜の温度差を利用した同形態の蓄熱システムも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る冷媒蓄熱システムの実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係る冷媒蓄熱システムの実施形態を示す図である。
【図３】本発明を説明したモリエル線図である。
【図４】冷却運転開始時の受液器２、膨張タンク７内の冷媒の様子を示す図である。
【図５】冷却運転時間経過後の受液器２、膨張タンク７内の冷媒の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・凝縮器、２・・・受液器、３・・・第２の弁Ａ、４・・・膨張弁、５・・・蒸発器、６・・・第３の弁Ｂ、７・・・膨張タンク、８・・・第１の弁Ｃ
【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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