(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却壁により区画された同心状の内外房室からなる二重構造の一次熱交換器を冷房用の二次熱交換器に接続し、一次熱交換器の内房室には、効率的に熱交換を行うための攪拌羽根を同心状かつ羽根外縁と冷却壁間に約１ｍｍの隙間を残すように配置し、内房室に液状の尿素水混合液を導入し、攪拌羽根を回転させて熱交換を行い、熱交換により、尿素水混合液から、等軸晶結晶と液体が共存した尿素水混合シャーベットに変態させ、この尿素水混合シャーベットを蓄冷材として、冷房対象に付設された二次熱交換器に搬送し、熱交換により、尿素水混合シャーベットから尿素水混合液に変態させ、爾後一次熱交換器に戻して循環利用することを特徴とする冷房方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は冷暖房方法に関するものであり、さらに詳しくは流動性を有する蓄冷・蓄熱材を用いた動的タイプの冷暖房方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
このような流動性の蓄冷・蓄熱材を用いた動的タイプの冷暖房システムとしては特願２００１−１９９４００号に開示されたものがある。この従来技術においては、エタノール水混合がその液相線と固相線とが異なり、固液共存相を形成することに着目したもので、エタノール水混合液を蓄冷材として利用している。
【０００３】
より具体的には、エタノール水混合液を一次熱交換器において固液共存状のシャーベットとし、その流動性を利用して該シャーベットを二次熱交換器に搬送し、熱交換により冷房を行うとともに液状に変態させ、爾後一次熱交換器に戻して循環利用するものである。
【０００４】
しかしこの従来技術にはいくつかの改善を要する欠点がある。まず潜熱量（すなわち相変化するために周囲との間で与奪する熱量）が氷蓄熱と比較した場合不充分であるが故に、一定の冷却効果を得るために必要な蓄冷材の流量が大きい点である。つまり一次熱交換器から二次熱交換器へと蓄冷材を搬送するための管路を大径にする必要がある。これは冷房対象が静止体である場合はよいとしても、移動体、例えば航空機や船舶である場合はかなり不利な構造上の問題となる。
【０００５】
つぎにエタノールが蒸発し易い物質であるので、引火性が高い点である。これは例えば電気回路が多用される環境では、かなり深刻な安全上の問題となる。
【０００６】
さらにエタノールはかなり臭いが強い物質であるので、冷房対象が例えば食品などの場合は使用が制約され、汎用性の点で問題がある。
【０００７】
加えてエタノールは比較的高価であるので、経済性の点で問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術の現状に鑑みてこの発明の目的は、構造的に小型であり、引火の危険が全んど無く、汎用性に富みかつ経済的な動的タイプの冷暖房方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため第１の発明においては、冷却壁により区画された同心状の内外房室からなる二重構造の一次熱交換器を冷房用の二次熱交換器に接続し、一次熱交換器の内房室には攪拌羽根を同心状かつ羽根外縁と冷却壁間に約１ｍｍの隙間を残すように配置し、内房室に液状の尿素水混合液を導入し、攪拌羽根を回転させ、熱交換により得られた固液共存状の尿素水混合シャーベットを蓄冷材として二次熱交換器に搬送し、熱交換により尿素水混合液に変態させ、爾後一次熱交換器に戻して循環利用することを要旨とするものである。
【００１０】
また第２の発明においては、一次熱交換器を暖房用の二次熱交換器に接続し、内房室に固液共存状の尿素水混合シャーベットを導入し、熱交換により得られた液状の尿素水混合液を蓄熱材として二次熱交換器に搬送し、熱交換により尿素水混合シャーベットに変態させ、爾後一次熱交換器に戻して循環利用することを要旨とするものである。
【００１１】
【作用】
いずれの発明においても、蓄冷材または蓄熱材は一次熱交換により液状と固液共存状との間で相変態し、その後冷房または暖房対象の位置に搬送されて二次熱交換により逆の相変態をして元の相に戻り、この相変態を繰り返しながらシステム内を循環する。
【００１２】
尿素水混合液の濃度としては、使用目的にもよるが、３０〜５０％くらいの範囲が一般に採用される。
【００１３】
【実施例】
図２に示すのは尿素水混合物の状態図であり、横軸に尿素濃度を縦軸に温度（℃）をとってある。グラフ中で●で示すのが液相線であり、○で示すのが固相線である。濃度のほぼ３０％を境にして左側では水が固相を呈し、右側では尿素が固相を呈する。
【００１４】
尿素水混合物を蓄冷材として用いる場合には、状態図中の左側の固液共存相を利用するもので、一次熱交換において液相から固液共存相に変態させ、二次熱交換において固液共存相から液相に変態させる。
【００１５】
尿素水混合物を蓄熱材として用いる場合には、状態図中の右側の固液共存相を利用するもので、一次熱交換において固液共存相から液相に変態させ、二次熱交換において液相から固液共存相に変態させる。
【００１６】
図１に示すのはこの発明による冷房方法を実施するシステムの一例である。一次熱交換器１をタンク３およびポンプ５を介して冷房用の二次熱交換器７に接続し、この二次熱交換器７を一次熱交換器１に接続して、全体を閉回路構成とする。
【００１７】
一次熱交換器１は、円筒状の冷却壁により区画された同心状の内外房室からなる二重構造とし、その内房室には縦型の攪拌羽根を同心状に配置して、羽根の外縁と冷却壁との間に約１ｍｍの隙間を残すようにする。外房室は冷媒の供給排出管を接続するとともに、内房室には尿素水混合物の流出・流入管を接続する。これらの流出・流入管は二次熱交換器に接続されている。
【００１８】
冷房作業に際しては、一次熱交換器の内房室に尿素水混合液を充填してから、循環冷媒により冷却して効率的な熱交換のため攪拌羽根を連続回転駆動する。これにより尿素水混合液は固液共存相の尿素水混合シャーベットに変態するが、この間に等軸晶結晶成長が進むので、尿素水混合シャーベットは流動性を呈して冷却壁に付着しないのである。この方法は尿素水混合物に限らず、等軸晶を発生する混合物に適用できる。
【００１９】
このようにして得られた尿素水混合シャーベットは一旦タンク３に貯蔵されてから、ポンプ５の作用により冷房対象に付設された二次熱交換器に搬送される。
【００２０】
二次熱交換器においては熱交換により冷房対象を冷房した後に、尿素水混合シャーベットは液相に変態して尿素水混合液となり、一次熱交換器に送り戻され、爾後同様な過程で循環使用される。
【００２１】
暖房作業に際しては、まず一次熱交換器に尿素水混合シャーベットを充填し、循環熱媒により加熱しては固液共存相の尿素水混合シャーベットを液相の尿素水混合液に変態させる。もっとも加熱の方法は必ずしも循環熱媒による必要はなく、太陽熱利用など適宜公知の方法によってもよい。
【００２２】
このようにして得られた尿素水混合液は一旦タンク３に貯蔵されてから、ポンプ５の作用により暖房対象に付設された二次熱交換器に搬送される。
【００２３】
二次熱交換器においては熱交換により暖房対象を暖房した後に、尿素水混合液は固液体共存相に変態して尿素水混合シャーベットとなり、一次熱交換器に送り戻され、爾後同様な過程で循環使用される。
【００２４】
図３に示すのはエタノール水混合物と尿素水混合物の潜熱量の比較であるが、図から明らかなように、使用濃度範囲である３０〜５０％においては、尿素水混合物の潜熱量はエタノール水混合物の潜熱量の３倍近い値を示している。冷暖房に使用するための尿素水混合物の流量は必ずしも潜熱量に反比例するものではないが、エタノール水混合物を用いた場合に比べて尿素水混合物を用いた場合には、同じ冷暖房効果を上げるのにかなり流量を小さくできることが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
このように尿素水混合物を蓄冷材または蓄熱材として用いた場合には、所期の冷暖房効果を上げるための流量が小さくて済むので、搬送管路を細くすることができ、構造的にシステム全体を小型とすることができる。また引火の危険が全んど無く、臭いがないので汎用性に富み、かつ尿素は自然界に豊富に得られるので経済的にも非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法による冷暖房システムの一例を示す模型的斜視図である。
【図２】尿素水混合物の融点状態を示すグラフである。
【図３】エタノール水混合物と尿素水混合物の潜熱量を示すグラフである。
【符号の説明】
１：  一次熱交換器
７：  二次熱交換器
【図１】
0004363808.tif 000002
【図２】
0004363808.tif 000003
【図３】
0004363808.tif 000004