JP4714935B2

JP4714935B2 - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JP4714935B2
Application number: JP2005067712A
Authority: JP
Inventors: 潤一松澤; 晃中川
Original assignee: Toyox Co Ltd
Current assignee: Toyox Co Ltd
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2006250441A

Description

この発明は、夜間電力を利用して冷却装置を運転し水を氷に変換してその潜熱による冷却エネルギーを蓄積し、この氷を冷却源として利用可能にする氷蓄熱装置に関する。

従来、いわゆる氷蓄熱装置は、例えば上方が開口した矩形の氷蓄熱タンクが設けられ、氷蓄熱タンクの上端開口部付近には、互いに平行な一対の辺の内側に沿って、供給側主配管と、戻り側主配管が設けられている。供給側主配管と戻り側主配管は、一端部が閉鎖され、他端部は氷蓄熱タンクの側面を貫通して外側に挿通されている。そして、供給側主配管は、供給用の固定配管に接続され不凍液を冷却する熱交換器の不凍液出口に接続され、戻り側主配管は、戻り用の固定配管に接続され熱交換器の不凍液入口に接続されている。

供給側主配管には、接続用の透孔が所定間隔で設けられ、この透孔に供給側メインパイプが接続されている。供給側メインパイプには、細い熱交換パイプが一体に複数本接続され、この熱交換パイプの先端は、氷蓄熱タンクの中を通過して戻り側メインパイプに接続されている。戻り側メインパイプは、さらに戻り側主配管に設けられた接続用の透孔に差し込まれている。
特開２０００−９７４５５号公報特開２００１−２４１７０４号公報

上記従来の技術の場合、供給側主配管と戻り側主配管を氷蓄熱タンクの内側に配置すると、その部分には熱交換パイプが位置しないにもかかわらず、その分氷蓄熱タンクの大きさが大きくなり、設置効率が悪いという問題があった。一方、供給側主配管と戻り側主配管を氷蓄熱タンクの上方に配置した場合、メインパイプとともに熱交換パイプを交換する際に、供給側主配管と戻り側主配管を外さないと交換できないという問題があった。さらに、供給側主配管と戻り側主配管に各メインパイプが直接固定されているため、熱交換パイプを交換する際にメインパイプを外すとき、供給側主配管と戻り側主配管も氷蓄熱タンクから外さなければならない構造であった。

従って、一部の熱交換パイプとメインパイプだけを自由に取り外したり取り付けたりすることができず、熱交換パイプやメインパイプの補修には手間がかかり、メンテナンスに時間と工数がかかり、不便であった。

また、氷蓄熱装置の熱効率を向上させるためには、より細い熱交換パイプをより多く取り付けて不凍液を流すことが好ましいが、熱交換パイプが細くて数が多いほど、各熱交換パイプに均一に不凍液を流すことが困難であった。

この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換パイプのメンテナンスを容易に行うことが可能であり、熱交換効率も良好な氷蓄熱装置を提供することを目的とする。

本発明は、断熱性を有する氷蓄熱タンクと、前記氷蓄熱タンクの開口部上方に設置され前記氷蓄熱タンクに不凍液を循環させる供給側主配管と戻り側主配管とを備え、前記供給側主配管と前記戻り側主配管の間隔は、前記供給側主配管及び前記戻り側主配管に対して垂直に位置した前記氷蓄熱タンクの側面の幅の約１／２乃至僅かに広い幅に設定され、前記供給側主配管と前記戻り側主配管の下に設置され前記供給側主配管と前記戻り側主配管の間隔よりも短く形成された供給用メインパイプと戻り用メインパイプと、前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプの側面に両端が各々接続され前記氷蓄熱タンクの底部近傍まで達して折り返された多数の熱交換パイプと、前記供給側主配管と前記供給用メインパイプを連通させる供給口連結管と、前記戻り側主配管と前記戻り用メインパイプを連通させる戻り口連結管とが設けられ、前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプ及びその間に接続された前記熱交換パイプを一体の熱交換パイプマットとして、前記熱交換パイプマットは、前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプの長手方向が平行であり、前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプの長手方向の両端が長手方向に垂直な方向でほぼそろえられ、前記供給側主配管及び前記戻り側主配管に対して垂直に位置した前記氷蓄熱タンクの側面の幅の約１／２より狭い幅に設定され、前記供給側主配管と前記戻り側主配管に対してほぼ垂直に位置し、この熱交換パイプマットを前記供給側主配管と前記戻り側主配管の間から出し入れ可能とした氷蓄熱装置である。

さらに、前記供給側主配管と前記戻り側主配管の側面には、複数のコネクタが設けられ、前記供給側主配管のコネクタには前記供給口連結管が接続され、前記戻り側主配管のコネクタには前記戻り口連結管が接続され、各連結管は各コネクタに着脱自在に接続されているものである。

前記熱交換パイプマットは、前記供給側主配管と戻り側主配管に沿って２列に複数設置されている。そして、前記供給口連結管は、前記供給側主配管から一対が互いに反対方向に突出して設けられ、２列に設置された前記熱交換パイプマットの前記各供給用メインパイプに各々連結され、前記戻り口連結管は、前記戻り側主配管から一対が互いに反対方向に突出して設けられ、２列に設置された前記熱交換パイプマットの前記各戻り用メインパイプに各々連結されているものである。

本発明の氷蓄熱装置は、熱交換パイプマットの着脱が、供給側主配管や戻り側主配管主配管等を移動することなく、熱交換パイプマット毎又はそれを複数組み合わせたモジュール毎に可能であり、メンテナンスが容易である。そして供給用メインパイプと戻り用メインパイプの長さが短く形成されているため、不凍液の流通が各熱交換パイプ毎に均一で熱交換効率が良好である。さらに請求項２の構造によれば、熱交換パイプマットの交換作業がより容易となる。

またこの発明の請求項３によれば、熱交換パイプマットを２列に配置して、多数の熱交換パイプを効率良く設けることができ、熱交換パイプマットの交換作業が容易なものとなる。さらに、請求項４の構造によれば、供給口連結管と戻り口連結管は、供給側主配管または戻り側主配管の両側に一対ずつ複数個が設けられているため、２列の熱交換パイプマットに均等に不凍液を流すことができる。

以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１〜図３はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態の氷蓄熱装置１０は、四角筒状に形成され上方に開口した氷蓄熱タンク１２が設けられている。氷蓄熱タンク１２は、断熱性を有する構造である。

氷蓄熱タンク１２の一つの側面１２ａには、直角に隣接する他の側面１２ｂとの角部近傍で氷蓄熱タンク１２の上方開口部付近に、供給側主配管１４が挿通されて設けられている。供給側主配管１４は、側面１２ａに対してほぼ直角に挿通され、氷蓄熱タンク１２の中で側面１２ｂに対してほぼ平行に位置している。そして供給側主配管１４の先端は、側面１２ｂと直角に位置する側面１２ｃの内側近傍に達し、閉鎖されている。また、氷蓄熱タンク１２の側面１２ｃには、直角に隣接する側面１２ｄとの角部近傍で、供給側主配管１４とほぼ同じ高さに、戻り側主配管１６が挿通されて設けられている。戻り側主配管１６は、側面１２ｃに対してほぼ直角に挿通され、氷蓄熱タンク１２の中で側面１２ｄに対してほぼ平行に位置している。そして戻り側主配管１６の先端は、側面１２ａの内側近傍に達し、閉鎖されている。供給側主配管１４と戻り側主配管１６は、氷蓄熱タンク１２の上方に位置し、氷蓄熱タンク１２内面に設けられた図示しない固定部材に支持されている。供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間隔は、氷蓄熱タンク１２の側面１２ｃの幅の約１／２程度か僅かに広い幅に設定されている。

供給側主配管１４には、側面１２ｂに面している部分に、供給側主配管１４の内外を連通させるコネクタ２０が設けられている。コネクタ２０は、供給側主配管１４の長手方向に沿って等間隔に複数個が取り付けられ、後述する供給用メインパイプ３６に接続される供給口連結管２２が着脱自在に連結されている。また、供給側主配管１４のコネクタ２０と反対側の部分にも、供給側主配管１４の内外を連通させるコネクタ２４が設けられている。コネクタ２４は、コネクタ２０と同数が同じ間隔で、供給側主配管１４の長手方向に沿って取り付けられ、後述する供給用メインパイプ４２に接続される供給口連結管２６が着脱自在に連結されている。

戻り側主配管１６には、側面１２ｄに面している部分に、戻り側主配管１６の内外を連通するコネクタ２８が設けられている。コネクタ２８は、供給側主配管１４のコネクタ２０と同数が同間隔で、戻り側主配管１６の長手方向に沿って取り付けられている。そして、コネクタ２８には、後述する戻り用メインパイプ４４に接続される戻り口連結管３０が着脱自在に連結されている。また、戻り側主配管１６のコネクタ２８と反対側の部分にも、戻り側主配管１６の内外を連通するコネクタ３２が設けられている。コネクタ３２は、コネクタ２８と同数が同じ間隔で、戻り側主配管１６の長手方向に沿って取り付けられ、後述する戻り用メインパイプ３８に接続される戻り口連結管３４が着脱自在に連結されている。

氷蓄熱タンク１２には、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の中間に仮想の境界線を設けて２等分した区分のうち、供給側主配管１４の下に位置する部分に、供給用メインパイプ３６と戻り用メインパイプ３８が、互いに平行に交互に並べられて設けられている。供給用メインパイプ３６と戻り用メインパイプ３８は、供給側主配管１４に対してほぼ直角に設置され、氷蓄熱タンク１２の側面１２ａの幅の約１／２より僅かに短い程度で、且つ供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間隔よりも短いものである。これにより、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間から容易に出し入れが可能となっている。

また、供給用メインパイプ３６には、氷蓄熱タンク１２の側面１２ｂ側の端部が、上方に折り曲げられて供給口３７が設けられ、供給口３７に供給口連結管２２が着脱自在に接続され、供給側主配管１４に連通されている。供給用メインパイプ３６の、側面１２ｄ側の端部は閉鎖されている。一方、戻り用メインパイプ３８は、側面１２ｂ側の端部が閉鎖され、側面１２ｄ側の端部は、上方に折り曲げられて戻り口３９が設けられ、戻り口３９には、戻り口連結管３４が着脱自在に接続され、戻り側主配管１６に連通されている。

供給用メインパイプ３６には、使用状態で下側に面する部分に、長手方向に沿って等間隔に、細い熱交換パイプ４０が、供給用メインパイプ３６に対してほぼ直角に下垂して設けられている。熱交換パイプ４０は、図２に示すように供給用メインパイプ３６近傍で交互に２方向に僅かに屈曲して下方に延び、氷蓄熱タンク１２の底部１２ｅ近傍で折り返され、隣接する戻り用メインパイプ３８の近傍で再び僅かに屈曲して、戻り用メインパイプ３８の下側に面する部分に接続されている。

熱交換パイプ４０の配列は、効率良い氷形成及び熱交換が可能なように、図４に示すような保持部材１８とスペーサ１９とにより、等間隔に設定されて位置決めされている。保持部材１８は、平板状の部材から成り、熱交換パイプ４０の一方の列を位置決めする溝５０と、この溝５０間に設けられた浅い保持凹部５４とが長手方向に沿って両側縁に設けられている。さらに、溝５０の底部にも、熱交換パイプ４０を保持する保持凹部５２が形成されている。そして、各保持凹部５２と、反対側の側縁の保持凹部５４が互いに対向するように、互いに１ピッチずれて配置されている。この保持部材１８により、２列の熱交換パイプ４０の配列が等間隔に保持され、効率良い氷形成及び熱交換が可能となる。

保持部材１８は、一対の供給用メインパイプ３６と戻り用メインパイプ３８に対応して設けられ、各々１本の熱交換パイプ４０の両端側が保持部材１８の両側縁に保持され、同じ一対の供給用メインパイプ３６と戻り用メインパイプ３８に接続された熱交換パイプ４０が同じ保持部材１８に保持されている。また、隣り合う熱交換パイプ４０同士の間隔は、図４に示すようなスペーサ１９により一定間隔に保持されている。スペーサ１９には、保持凹部５６が一側縁に形成され、熱交換パイプ４０の一方の列に保持され、互いに間隔を維持させる。

さらに、氷蓄熱タンク１２には、戻り側主配管１６の下に位置する部分にも、供給用メインパイプ４２と戻り用メインパイプ４４が、互いに平行に交互に並べられて設けられている。供給用メインパイプ４２と戻り用メインパイプ４４は、戻り側主配管１６に対してほぼ直角に設置され、氷蓄熱タンク１２の側面１２ａの幅の約１／２より僅かに短い程度で、且つ供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間隔よりも短いものである。これにより、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間から出し入れが容易に可能となっている。

また、供給用メインパイプ４２には、氷蓄熱タンク１２の側面１２ｂ側の端部が、上方に折り曲げられて供給口４３が設けられ、供給口４３に供給口連結管２６が着脱自在に接続され、供給側主配管１４に連通されている。供給用メインパイプ４２の、側面１２ｄ側の端部は閉鎖されている。一方、戻り用メインパイプ４４は、側面１２ｂ側の端部が閉鎖され、側面１２ｄ側の端部は、上方に折り曲げられて戻り口４５が設けられ、戻り口４５に戻り口連結管３０が着脱自在に接続され、戻り側主配管１６に連通されている。また、供給用メインパイプ４２と戻り用メインパイプ４４にも、供給用メインパイプ３６と戻り用メインパイプ３８と同様に、使用状態で下側に面する部分に、長手方向に沿って等間隔に、細い熱交換パイプ４０が、供給用メインパイプ４２に対してほぼ直角に下垂して設けられている。

ここで、供給用メインパイプ３６と戻り用メインパイプ３８、及びこれらに接続され保持部材１８により位置決めされた熱交換パイプ４０が、一つの扁平状の熱交換パイプマット４６を構成する。また、供給用メインパイプ４２と戻り用メインパイプ４４、及びこれらに接続された熱交換パイプ４０も、同じ大きさで同じ形状の熱交換パイプマット４６を構成する。熱交換パイプマット４６は、保持部材１８により少し厚みを有する板状となり、熱交換パイプマット４６毎に氷蓄熱タンク１２から取り外して交換や修理等のメンテナンスをすることができる。さらに、この熱交換パイプマット４６を複数連結して一つのモジュールとして、氷蓄熱タンク１２内に設置するようにしても良い。氷蓄熱タンク１２の内側には、熱交換パイプマット４６が仮想の中央境界線を挟む２列に所定間隔で配置されている。

また、氷蓄熱タンク１２内には、供給用メインパイプ３６，４２、戻り用メインパイプ３８，４４の浮き上がりを防止し、位置を規制する支持部材５８が、２列の熱交換パイプマット４６に沿って２本ずつ平行に４本設けられている。さらに、熱交換パイプマット４６の氷蓄熱タンク１２内での動きを規制するために、側面１２ａ，１２ｃと平行に蓄熱タンク１２内に規制部材６０が取り付けられている。

次に、この実施形態の氷蓄熱装置１０の使用方法について説明する。供給側主配管１４は、図示しない配管を介して熱交換器の不凍液出口に接続される。戻り側主配管１６は、図示しない配管を介して熱交換器の不凍液入口に接続される。

そして、氷蓄熱タンク１２に水を充填し、冷凍機等で−数℃程度に設定された不凍液を、供給側主配管１４、供給口連結管２２，２６、供給用メインパイプ３６，４２を通過して熱交換パイプ４０内に流す。熱交換パイプ４０に流れた不凍液は、戻り用メインパイプ３８，４４、戻り口連結管３０，３４、戻り側主配管１６を通過して、熱交換器の不凍液入口へ戻り、再度所定温度に冷却される。このように不凍液を循環させることにより、氷蓄熱タンク１２内の水が凍結する。

また、この氷蓄熱タンク１２内の氷を冷熱源として利用する場合は、同様に不凍液を循環させて図示しない熱交換により不凍液に熱を吸収させ、熱交換パイプを循環させ氷蓄熱タンク１２内の氷により不凍液を冷却し、再び熱交換器へ送る。

次に、供給側主配管１４の下方に位置する熱交換パイプマット４６又はそのモジュールを、メンテナンス等で交換するときは、交換する供給用メインパイプ３６の供給口連結管２２と、戻り用メインパイプ３８の戻り口連結管３４とを、それぞれコネクタ２０，３２で外し、供給側主配管１４と戻り側主配管１６から分離する。そしてモジュール又は熱交換パイプマット４６を、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間に移動させて引き上げ、氷蓄熱タンク１２から取り出す。次に新しいモジュール又は熱交換パイプマット４６を、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間から氷蓄熱タンク１２の中に入れ、供給側配管１４の下方の所定位置に移動させ、供給用メインパイプ３６の供給口連結管２２と、戻り用メインパイプ３８の戻り口連結管３４を、それぞれコネクタ２０，３２で連結する。これにより供給側主配管１４と戻り側主配管１６と連通し、不凍液が循環する。なお、この交換は、供給口３７と戻り口３９でメインパイプ３６，３８を外して行っても良い。

これと同様に、戻り側主配管１６の下方に位置するモジュール又は熱交換パイプマット４６を交換するときは、交換する供給用メインパイプ４２の供給口連結管２６と、戻り用メインパイプ４４の戻り口連結管３０とを、それぞれコネクタ２４，２８で外し、供給側主配管１４と戻り側主配管１６から分離する。そしてモジュール又は熱交換パイプマット４６を、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間に移動させて引き上げ、氷蓄熱タンク１２から取り出す。次に新しいモジュール又は熱交換パイプマット４６を、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間から氷蓄熱タンク１２の中に入れ、戻り側主配管１６の下方の所定位置に移動させ、供給用メインパイプ４２の供給口連結管２６と、また戻り用メインパイプ４４の戻り口連結管３０を、それぞれコネクタ２４，２８で連結する。これにより供給側主配管１４と戻り側主配管１６と連続し、不凍液が循環する。この交換も、供給口４３と戻り口４５でメインパイプ４２，４４を外して行っても良い。

この実施形態の氷蓄熱装置１０によれば、供給用メインパイプ３６，４２と熱交換パイプ４０、戻り用メインパイプ３８，４４が、一体に形成されて熱交換パイプマット４６となり、このモジュール単位で交換が可能であり、メンテナンスが容易である。また組み立てるときも、この熱交換パイプマット４６又はモジュール毎に氷蓄熱タンク１２に入れることができ、組立工程も容易となる。供給用メインパイプ３６，４２、戻り用メインパイプ３８，４４による熱交換パイプマット４６は、供給側主配管１４と戻り側主配管１６の間を通過する長さであるため、供給側主配管１４または戻り側主配管１６を氷蓄熱タンク１２から外す必要がなく、また周囲の熱交換パイプマット４６が組立状態のまま目的のモジュールまたは熱交換パイプマット４６のみを取り外しすることが可能であり、メンテナンスが簡単である。また、供給用メインパイプ３６，４２は、氷蓄熱タンク１２の設置する方向の約半分の長さに形成され、例えば長い一本の供給用メインパイプに不凍液を通過させるよりも、不凍液の流れが均一で熱交換効率が良い。さらに、熱交換パイプ４０に均一に不凍液を流すためには、太い供給用メインパイプが必要であるが、この実施形態のメインパイプは相対的に短いことから、径が細い供給用メインパイプ３６でも対応することができ、コストが安価で、小型化が可能で熱交換パイプ４０を密集して設けることができる。

なお、この発明の氷蓄熱装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、熱交換パイプマットやモジュールの大きさ、数は変更可能であり、３列以上に設置することも可能である。各パイプの径や連結方法、設置する向き等は、自由に変更可能である。また、氷蓄熱タンクには、蓋部材を着脱可能に取り付けることができる。

この発明の一実施形態の氷蓄熱装置の平面図である。この実施形態の氷蓄熱装置の縦断面図である。この実施形態の氷蓄熱装置の図２を右側面から見た縦断面図である。この実施形態の氷蓄熱装置の熱交換パイプを保持した保持部材を示す平面図である。

１０氷蓄熱装置
１２氷蓄熱タンク
１４供給側主配管
１６戻り側主配管
２０，２４，２８，３２コネクタ
２２，２６供給口連結管
３０，３４戻り口連結管
３６，４２供給用メインパイプ
３７，４３供給口
３８，４４戻り用メインパイプ
３９，４５戻り口
４０熱交換パイプ
４６熱交換パイプマット

Claims

断熱性を有する氷蓄熱タンクと、
前記氷蓄熱タンクの開口部上方に設置され前記氷蓄熱タンクに不凍液を循環させる供給側主配管と戻り側主配管とを備え、
前記供給側主配管と前記戻り側主配管の間隔は、前記供給側主配管及び前記戻り側主配管に対して垂直に位置した前記氷蓄熱タンクの側面の幅の約１／２乃至僅かに広い幅に設定され、
前記供給側主配管と前記戻り側主配管の下に設置され前記供給側主配管と前記戻り側主配管の間隔よりも短く形成された供給用メインパイプと戻り用メインパイプと、
前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプの側面に両端が各々接続され前記氷蓄熱タンクの底部近傍まで達して折り返された多数の熱交換パイプと、
前記供給側主配管と前記供給用メインパイプを連通させる供給口連結管と、
前記戻り側主配管と前記戻り用メインパイプを連通させる戻り口連結管とが設けられ、
前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプ及びその間に接続された前記熱交換パイプを一体の熱交換パイプマットとして、
前記熱交換パイプマットは、前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプの長手方向が平行であり、前記供給用メインパイプと前記戻り用メインパイプの長手方向の両端が長手方向に垂直な方向でほぼそろえられ、前記供給側主配管及び前記戻り側主配管に対して垂直に位置した前記氷蓄熱タンクの側面の幅の約１／２より狭い幅に設定され、前記供給側主配管と前記戻り側主配管に対してほぼ垂直に位置し、
この熱交換パイプマットを前記供給側主配管と前記戻り側主配管の間から出し入れ可能としたことを特徴とする氷蓄熱装置。
前記供給側主配管と前記戻り側主配管の側面には、複数のコネクタが設けられ、前記供給側主配管のコネクタには前記供給口連結管が接続され、前記戻り側主配管のコネクタには前記戻り口連結管が接続され、各連結管は各コネクタに着脱自在に接続されていることを特徴とする請求項１記載の氷蓄熱装置。
前記熱交換パイプマットは、前記供給側主配管と戻り側主配管に沿って２列に複数設置されていることを特徴とする請求項１または２記載の氷蓄熱装置。
前記供給口連結管は、前記供給側主配管から一対が互いに反対方向に突出して設けられ、２列に設置された前記熱交換パイプマットの前記各供給用メインパイプに各々連結され、前記戻り口連結管は、前記戻り側主配管から一対が互いに反対方向に突出して設けられ、２列に設置された前記熱交換パイプマットの前記各戻り用メインパイプに各々連結されていることを特徴とする請求項３記載の氷蓄熱装置。