JP4873293B2 - 太陽電池を用いたパッケージエアコン性能低下防止システム - Google Patents
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Description
そこで、太陽電池にて生じた直流電流によって直接熱交換を行なうペルチェ素子を空調装置として用いて設備費を低減する処法も開示されている(特許文献4)。
熱利用側熱交換器は熱の利用先を直膨方式で冷却するものであり、冷却対象は空気のような気体である。排熱用熱交換器は例えば水冷または空冷の凝縮器であり、これを備えたパッケージエアコンのシステムでさらに冷媒を冷却するのは、盛夏など屋外の熱負荷が大きい場合である。ここでは付加する冷媒冷却手段として太陽電池を採用したので、日射の程度と屋外の温度をほぼ比例する関係とみなせることから、高負荷であるほど高効率なシステムが構築できる。また、冷房その他熱負荷の冷却時に室内機で熱交換されてガス化された冷媒を液化して圧縮機に導くに際し、太陽電池から供給される直流電流を複雑な構成を採ることなく簡易に構成されたシステムで、冷媒の冷却ができる。ペルチェ素子は管路に巻きまわしてもよいし、ユニット化して後述のように管路に対して間接的に(冷)熱を付与してもよい。
社団法人日本冷凍空調学会刊「冷凍空調技術」(平成13年4月1日大2次改訂版 185ページ
編集・発行(社)日本冷凍空調学会 図3、4)では南の方位で12時から14時、西の方位で16時から17時、東の方位で8時から9時の間に熱負荷のピーク(いずれも4000W以上)に至ることが示されている。本発明に係る太陽電池を、負荷の大きい時間帯に対応した方位に設ければ、太陽電池から受ける(冷)熱量を多くできる。また、冷却ユニットを排熱用熱交換器の前段に設けることで、室外機に改造を要さずにその運転負荷を低減する。
矩形の外形とすることで平坦な面に載置しやすく、この矩形内壁面と管路の円形外壁面の隙間に作動流体を充填すれば、ペルチェ素子の伝熱面と冷媒管の外壁面との間でエネルギーの移動が活発に行われ、設置面積に対して熱交換効率が向上した冷却システムが構築できる。
この構成により、太陽電池は冷却システムに補助熱を付与するほか室外機のひさしの機能を持ち、輻射熱や機内の熱のこもり等に由来する日射による効率低下を防止する。
本発明では主要部材である太陽電池とペルチェ素子を一体化して配管や電気・通信配線を一体化ユニット廻りに集約することが可能である。
この構成によれば、前述した効果を規格化された構成で得ることが可能となる。
太陽電池1としてはシリコン系のものや色素増感型等公知のものが採用でき、形状はパネル型であり両面受光型も採用できるがここではコストの関係から表面のみで受光する形式を採用している。
そして、太陽電池1はペルチェ素子4に電線7を介して接続され、受光パネルで得た太陽光により生成した電流をペルチェ素子4の電極板に供給する。太陽電池の発電能力はペルチェ素子の最大冷却能力に合わせ、太陽電池本体面積、設置方位、設置角度を決定する。
以上のような構成によれば、既設設備の冷却能力を向上させるリニューアルが容易である。すなわち室内機と室外機には一切改造をせず、太陽電池を新設し工事はこれと冷媒管廻りに施すだけ(冷媒管に被覆された断熱材をペルチェ素子の取付部位で剥がす必要はある)で、OA機器による内部負荷の増大などに簡単に対応できる。
筒体カバー14aの管軸方向の開口は、吸熱効率を落とさないようキャップで閉止されている。このキャップは冷媒往管5aと筒体カバー14aとの間に隙間が生じないよう、例えば軟質で接着性のあるものが施工上好ましい。このように筒体カバー14aは気密に形成される。ここではペルチェ素子の吸熱面が冷媒冷媒往管5aの管外壁に接してもよいが、間隔が空いていてもよい。後者の場合は密閉された空気層が冷熱の伝達媒体となる。
以上の構成では、太陽電池から電力を供給されるペルチェ素子が冷媒配管のカバーを兼ねている。通常、ビル用マルチの冷媒配管を屋外配管する場合、配管部分の風雨からの保護と見栄えを良くするため、プラスチック製もしくは鋼板製のカバーを掛けているが、このシステムでは、冷媒液配管部分がペルチェ素子(内蔵)のカバーで囲む方法とすることで、上記目的を満足し、またペルチェ素子の取付けを簡易に行えるようにしている。
なお、図5では圧縮機3b1と凝縮器3b2を機内に備える室外機3bが図示され、冷媒は室内機3a→冷却ユニット24→室外機3bの順で循環するが、これは例えばターボ冷凍機を用いた中央熱源方式からパッケージエアコンによる個別空調方式に改修する場合等に、既設の冷却塔を使用して効果を高める例である。この意味で冷却塔8はエアワッシャ等の既設の気液接触手段や別の系統の冷水還管(例えば工場であれば生産装置を冷却した後の水)や消火用水も用いられ、熱交換器を介する方式では手洗い水のような雑用水・再利用水、さらにまた場合によってはトイレ排水等の汚水を用いることもできる。
太陽電池で発電された直流電流は、ペルチェ素子に供給され、冷媒配管の冷却に使用される。冷媒配管からペルチェ素子が奪った熱と太陽電池の発電による発熱を冷却水で奪い、奪った熱を冷却塔で放熱するような仕組みになっている。冷却水による水冷方式の採用は、空冷と比較し太陽電池の効率とペルチェ素子の放熱の向上に貢献する。
水冷システムの概略エネルギーフローを図7に示すとおりである。なお、冷却ユニットの設置は図4の説明の太陽電池2の位置に冷却ユニット24を設置する態様を例示できる。
2 太陽電池
3 パッケージエアコン
3a 室内機
3b 室外機
3b1 圧縮機
3b2 凝縮器
4 冷却ユニット
8 冷却塔
14、24 冷却ユニット
Claims (5)
- 圧縮機と冷房時に凝縮器として機能する排熱用熱交換器を備えた室外機と、熱利用側熱交換器を備えた室内機と減圧装置からなるパッケージエアコンによる冷却システムにおいて、さらに太陽電池を付設し、圧縮機の出口の下流または凝縮器の下流と室内機近傍の膨張弁との間の冷媒往管に、冷媒を過冷却するペルチェ素子を屋外に、前記管路の少なくとも一部を覆うように設け、前記ペルチェ素子は、吸熱面を前記冷媒往管の管外壁側とする一方、放熱面を前記筒体カバーの外壁面として水で冷却する構成とし、さらに前記ペルチェ素子に前記太陽電池から直流電源を供給するようにしたことを特徴とする、太陽電池を用いたパッケージエアコン性能低下防止システム。
- 前記太陽電池は、建物の冷房負荷の大きな時間帯に対応した方位に設置され、前記ペルチェ素子は冷却ユニットとして前記管路に沿って短く構成した前記筒体カバーを接続して前記管路を連続的に覆い、かつ、前記冷却ユニットの外壁から外側に向けてフィンが筒体カバーの間に挟まれることで断続的に取り付けられていることを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池を用いたパッケージエアコン性能低下防止システム。
- 前記冷却ユニットは矩形の外形であり、前記冷却ユニットとその内部の前記管路の間には、潜熱蓄熱カプセルまたは相変化可能な作動流体が充填されていることを特徴とする、請求項2に記載の太陽電池を用いたパッケージエアコン性能低下防止システム。
- 前記太陽電池と前記ペルチェ素子とは一体化され、この一体化されたペルチェ素子の放熱面と太陽電池裏面の間に冷却水を供給することで、ペルチェ素子の吸熱効率および太陽電池の発電効率を上げ、前記冷媒を冷却することを特徴とする、請求項1、2、または3に記載の太陽電池を用いたパッケージエアコン性能低下防止システム。
- 前記水冷却手段は冷却塔であり、前記太陽電池と前記冷却ユニットが一体化されたユニットは日射を受ける面を太陽電池、その背面を冷却ユニットの関係で一体化され、かつ、前記冷却ユニットは前記ペルチェ素子を挟んで日射を受ける側に水、その背面側に冷媒が導かれ、前記水は冷却塔、前記冷媒は前記管路との間を循環するよう構成されたことを特徴とする、請求項4に記載の太陽電池を用いたパッケージエアコン性能低下防止システム。
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