JPH06241674A - ヒートパイプ凝縮部の冷熱蓄熱式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ランニングコストの低減化および装置の小型
化等を図る。 【構成】 冷熱蓄熱剤３を有する冷却槽２内にヒートパ
イプ１の凝縮部１ａと冷凍機４の冷却部５とを取り付
け、ヒートパイプ１の凝縮部１ａを冷熱蓄熱剤３を介し
て冷凍機４の冷却部５により冷却するようにした。そし
て、ヒートパイプ１のの凝縮部１ａに対する冷凍機の負
荷が落ちる深夜、電力単価の相対的に低い深夜電力を利
用して冷凍機を作動させ、冷熱蓄熱剤に冷熱を蓄熱する
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はヒートパイプの凝縮部
から熱を奪って冷却を行なう装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートパイプは真空脱気した密閉管内に
所定の作動流体を封入したものであり、外部からの熱に
よりその蒸発部で作動流体を蒸発させ、また凝縮部にお
いて作動流体の蒸発潜熱を外部に放出して作動流体が凝
縮することにより、熱輸送を行なうものである。したが
って、ヒートパイプを冷却手段として使用する場合、こ
のヒートパイプの凝縮部を他の冷却手段により冷却する
必要がある。

【０００３】図２は冷却手段として使用されるヒートパ
イプ１００に関して、そのヒートパイプ凝縮部の冷却装
置の一例を示している。図中１０１は内部に不凍液１０
２を有する冷却水槽であり、この冷却水槽１０１には不
凍液１０２を冷却するための冷凍機４の蒸発器５が取り
付けられている。また、図中１０３はヒートパイプ１０
０の凝縮部１００ａを冷却するための熱交換器ユニット
であり、この熱交換器ユニット１０３と冷却水槽１０１
との間には不凍液の循環ができるよう循環ポンプ１０４
と連絡配管１０５，１０６が取り付けられている。そし
て、循環ポンプ１０４等を介して、冷却された不凍液１
０２が熱交換器ユニット１０３に送られることにより、
ヒートパイプ１００の凝縮部１００ａが冷却され、内部
の作動流体が凝縮液化される。また、熱交換器ユニット
１０３で加熱された不凍液１０２は冷却水槽１０１に送
られ、冷凍機４の蒸発器５で冷却される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蒸気の
ヒートパイプ１００を用いた冷却装置等の冷却設備は、
相対的に気温が高く生産活動等の活発な昼間に多く使用
されるものであるため、昼間の稼動率が高くなり、当
然、その冷凍機４の圧縮機６や不凍液１０２用の循環ポ
ンプ１０４の駆動電動機等は主として昼間に作動するこ
ととなる。したがって電力消費が昼間に集中し、またラ
ンニングコストが高くなる。

【０００５】さらに、上記ヒートパイプ凝縮部の冷却装
置では冷却水槽１０１、熱交換器ユニット１０３および
循環ポンプ１０４等を必要とするため、装置の大型化を
招き、装置を設置する機械室の大型化をも招いてしまう
という問題があった。

【０００６】この発明は上記事情を背景としてなされた
ものであり、ランニングコストの低減化を図ることがで
き、かつ、装置のコンパクト化を図ることができるヒー
トパイプ凝縮部の冷熱蓄熱式冷却装置を提供することを
目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、潜熱の形で冷熱の蓄熱が可能な冷熱
蓄熱材を収容した冷却槽内に、ヒートパイプの凝縮部と
冷凍機の冷却部とが、前記冷熱蓄熱材との間で熱授受可
能に配置されていることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】冷熱蓄熱剤を有する冷却槽内にヒートパイプの
凝縮部と冷凍機の冷却部とが取り付けられているため、
冷凍機を作動させ、その冷却部で冷熱蓄熱剤を冷却すれ
ば、この冷熱蓄熱剤にてヒートパイプの凝縮部が冷却さ
れる。一方、ヒートパイプを冷却手段として使用する場
合、このヒートパイプの負荷は昼間等に比べ深夜には低
下するため、深夜における冷凍機の負荷、すなわち、作
動時間も短くなる。また、冷凍機を作動させるための深
夜電力は昼間等に比べ電力単価が相対的に低い。

【０００９】そこで、電力単価が相対的に低い深夜に冷
凍機を能力一杯に作動させ、冷熱蓄熱剤を液体から固体
への相変化させることにより、冷熱蓄熱剤に潜熱の形で
冷熱を蓄熱させる。そして、深夜に比べ電力単価が相対
的に高い昼間等に冷熱蓄熱剤に蓄えた冷熱を利用して、
ヒートパイプの凝縮部の冷却を行う。

【００１０】

【実施例】つぎにこの発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例であるヒートパイプ
凝縮部の冷却装置の系統図を示している。

【００１１】図中１は電力ケーブル用の洞道や防災トラ
フなどの冷却手段として使用され、吸熱部である蒸発部
（図示せず）と放熱部である凝縮部１ａから構成される
ループ式ヒートパイプを示している。このヒートパイプ
１は、真空脱気した密閉管の内部にフロンやアルコール
等の目的温度範囲で蒸発・凝縮する流体を作動流体とし
て封入したものであり、蒸発部における外部からの吸熱
によって作動流体を蒸発させ、その蒸気を凝縮部１ａに
移動させて凝縮させることによりその熱を外部に放出さ
せるものである。すなわち、ヒートパイプ１は作動流体
の蒸発潜熱の形で熱の輸送を行うものである。なお、ル
ープ式ヒートパイプとは作動流体の蒸気通路と液還流の
通路とが分離した形式のヒートパイプである。

【００１２】このヒートパイプ１の蒸発部は例えば地中
の洞道内に設置され、この洞道内に布設される電力ケー
ブルからの放散熱を吸熱しているとともに、ヒートパイ
プ１の凝縮部１ａはコイル状に巻かれて冷却槽２内に取
り付けられている。そして、この冷却槽２内には例えば
エチレングリコールのような冷熱蓄熱剤３がヒートパイ
プ１の凝縮部１ａを覆うように満たされており、ヒート
パイプ１の凝縮部１ａはこの冷熱蓄熱剤３により冷却さ
れて熱が吸収される。この場合、この冷熱蓄熱剤３は液
体から固体に相変化することにより、ヒートパイプ１の
凝縮部１ａの冷却用の冷熱が、潜熱の形で蓄熱されるよ
うになっている。

【００１３】また、冷却槽２内のヒートパイプ１の凝縮
部１ａの内方には冷熱蓄熱剤３を冷却し、この冷熱蓄熱
剤３から熱を奪う冷凍機４の蒸発器５が取り付けられて
いる。この冷凍機４は圧縮器６、凝縮器７、膨張弁８お
よびこの蒸発器５等からなる公知のものであり、例えば
アンモニア等の冷媒を圧縮機６で断熱圧縮した後、凝縮
器７で冷却して液化し、この液状の冷媒を膨張弁８にて
断熱膨張させてエンタルピーを下げ、この冷媒を蒸発器
５に通して蒸発させつつ、この蒸発器５により冷熱蓄熱
剤３を冷却するものである。なお、凝縮器７には冷却用
のファン７ａが取り付けられている。

【００１４】この場合、圧縮機６や凝縮器７のファン７
ａは電動機６ａ，７ｂによって駆動されており、この圧
縮機６やファン７ａの電動機６ａ，７ｂは、例えば冷熱
蓄熱剤３の温度によってオン・オフコントロールされる
ようになっている。すなわち、冷熱蓄熱剤３の温度が設
定温度より上昇すれば、圧縮機６や凝縮器７のファン７
ａは駆動され、冷熱蓄熱剤の温度が設定温度より下降す
れば、圧縮機６や凝縮器７のファン７ａの駆動は停止さ
れる。

【００１５】つぎにこのヒートパイプ凝縮部の冷却装置
の動作を説明する。まず、この冷却装置の昼間等におけ
る動作を説明する。洞道内の電力ケーブルから発生した
熱はヒートパイプ１の蒸発部に吸収され、ヒートパイプ
１内の作動流体を蒸発させる。そして、蒸気となった作
動流体はヒートパイプ１の凝縮部１ａに移動し、冷却槽
２内の冷熱蓄熱剤３により冷却されて、この冷熱蓄熱剤
３側に蒸発潜熱を放出して凝縮液化する。そして、液化
した作動流体は再び洞道内のヒートパイプ１の蒸発部に
移動し、同様な熱輸送を繰り返す。また、ヒートパイプ
１の凝縮部１ａから熱を吸収した冷熱蓄熱剤３は、冷却
槽２内の冷凍機４の蒸発器５により直ちに冷却され、そ
の熱を冷凍機４の冷媒側に移動させる。そして最終的
に、電力ケーブルから発生した熱は冷凍機４の凝縮器７
においてファン７ａを介して外部に放出される。

【００１６】この場合、このヒートパイプ凝縮部の冷却
装置では、冷熱蓄熱剤３を有する冷却槽２内にヒートパ
イプ１の凝縮部１ａと冷凍機４の蒸発器５とが一体的に
取り付けられているため、この冷却槽２のみを介してヒ
ートパイプ１の凝縮部１ａから冷凍機４側への熱輸送を
行うことができ、従来の冷却装置と比べ熱交換器ユニッ
トやポンプ等が不要となって、装置を小型でコンパクト
にすることができる。また、このことにより、この冷却
装置の低コスト化、設置の容易化および装置の設置空間
の小型化を図ることができるようになる。特に、地下の
洞道内を冷却するヒートパイプ１においては、機器の設
置空間に限度があるため、設置空間の小型化を図ること
のできるこの冷却装置は、このようなヒートパイプ１に
とって最適なものとなる。

【００１７】つぎに深夜におけるこのヒートパイプ凝縮
部の冷却装置の動作を説明する。深夜においては電力使
用量が昼間等に比べて減少するため、洞道内の電力ケー
ブルによる電力量も減少し、この電力ケーブルからの放
熱量も小さくなる。このため、ヒートパイプ１の蒸発部
への吸熱量が小さくなり、ヒートパイプ１の凝縮部１ａ
からの放熱量も少くなる。したがって、冷却槽２内の冷
熱蓄熱剤３による吸熱も小さくなり、冷凍機４の圧縮機
６や凝縮器７のファン７ａの作動時間も減少してくる。

【００１８】一方、深夜の所定時間帯になれば、電力単
価が相対的に低くなる。そこで、電力単価が相対的に低
い深夜の所定時間帯に入ると、冷凍機４の圧縮機６や凝
縮器７のファン７ａの駆動を制御するこの冷熱蓄熱剤３
のコントロール設定温度をこの冷熱蓄熱剤３の凝固点以
下に下げ、冷凍機４の圧縮機６や凝縮器７のファン７ａ
を連続作動させる。これにより冷却槽２内の冷熱蓄熱剤
３は連続的に冷却され、冷熱蓄熱剤３が液状から固体状
に相変化することにより、この冷熱蓄熱剤３内に多量の
冷熱が蓄熱される。そして、冷熱蓄熱剤３がすべて凝固
し所定温度まで下がれば、その後は冷凍機４の圧縮機６
はヒートパイプ１の蒸発部の吸熱に合わせてオン・オフ
コントロールされる。

【００１９】つぎに電力単価が相対的に低い深夜の時間
帯を過ぎれば、冷却槽２側への外部からの熱の侵入をで
きるだけ抑え、かつ、昼間での電力の使用をできるだけ
抑えるために、冷凍機４に対する冷熱蓄熱剤３のコント
ロール設定温度を通常の設定温度まで上げる。このこと
により、冷凍機４の圧縮機６等の駆動は完全に停止され
る。そして、昼間等になって、ヒートパイプ１の蒸発部
からの吸熱が増加しても、ヒートパイプ１の凝縮部１ａ
は冷熱蓄熱剤３が液化することにより冷却され、冷凍機
４の圧縮機６等は駆動されない。すなわち、電力単価が
相対的に低い深夜電力を利用して、ヒートパイプ１の凝
縮部１ａの冷却ができるのである。そして冷熱蓄熱剤３
がすべて液化し、その温度が設定温度以上に上昇すれ
ば、冷凍機４の圧縮機６等がはじめて駆動され冷熱蓄熱
剤３が冷却される。

【００２０】なお、上記実施例においては電力ケーブル
用の洞道内を冷却するヒートパイプ１に関して、その凝
縮部１ａの冷却装置について説明したが、これに限ら
ず、ヒートパイプの凝縮部の冷却量が昼間等に比べ深夜
に減少する冷却装置、または昼夜を通してヒートパイプ
の凝縮部の冷却量に変化はないが、冷凍機の能力に余裕
のある冷却装置であれば、この発明を適用できる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
によれば、ヒートパイプの凝縮部を冷却するために、冷
熱蓄熱剤を有する冷却槽内にこのヒートパイプの凝縮部
と冷凍機の冷却部とを取り付けているため、装置の小型
化およびコンパクト化を図ることができ、装置の設置ス
ペースの小型化を図ることができる。

【００２２】また、冷凍機の冷却部によりヒートパイプ
の凝縮部を冷却するにあたり、冷却媒体として潜熱の形
で冷熱の蓄熱が可能な冷熱蓄熱剤を使用しているため、
冷凍機の冷却能力を落すことができる深夜、電力単価の
相対的に低い深夜電力を利用して冷凍機をフル稼動さ
せ、冷熱蓄熱剤に冷熱を蓄熱することができ、ランニン
グコストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例であるヒートパイプ凝縮部
の冷却装置の系統図である。

【図２】従来技術に関するヒートパイプ凝縮部の冷却装
置の系統図である。

【符号の説明】

１…ヒートパイプ、 １ａ…凝縮部、 ２…冷却槽、
３…冷熱蓄熱剤、 ４…冷凍機、 ５…蒸発器（冷却
部）。

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 雅彦 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斎藤 祐士 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 青山 文明 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 潜熱の形で冷熱の蓄熱が可能な冷熱蓄熱
   材を収容した冷却槽内に、ヒートパイプの凝縮部と冷凍
   機の冷却部とが、前記冷熱蓄熱材との間で熱授受可能に
   配置されていることを特徴とするヒートパイプ凝縮部の
   冷熱蓄熱式冷却装置。