JP2001012769A

JP2001012769A - 氷蓄熱方法及び装置

Info

Publication number: JP2001012769A
Application number: JP11186311A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ito; 勝規伊藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】過冷却水の過冷却状態を解除することにより
氷を生成して蓄氷する際に、過冷却器内において過冷却
が解除されることがないようにする。【解決手段】蓄熱体となる水４を、零度以下に冷却し
た低温冷媒２と過冷却器４４にて熱交換することにより
零度以下まで液相のまま過冷却し、過冷却状態を解除す
ることにより氷７へ相変化させて氷蓄熱槽８内に蓄氷す
る氷蓄熱方法であって、過冷却器４４に導く水４を昇圧
することにより、水が氷に相変化する凝固点を予め零度
以下にしておき、低温冷媒２との熱交換により水４を零
度以下の凝固点以上まで凍結させずに冷却した後、過冷
却器４４から噴射して圧力を解放することにより水から
氷への相変化を行わせて氷蓄熱槽８に蓄氷する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱方法及び装
置に関するものであり、より詳しくは、過冷却器内にお
いて過冷却水の過冷却状態が解除されるのを防止するよ
うにした氷蓄熱方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】氷の持つ冷熱を利用して蓄冷を行わせる
ようにした氷蓄熱装置が実施されている。

【０００３】氷蓄熱装置には様々な製氷方式が考えられ
ているが、それらは大きく分けて、過冷却方式に代表さ
れる「ダイナミック方式」と冷却コイルを用いた「スタ
ティック方式」に分類することができ、それぞれの方式
の一例を図面を挙げて説明する。

【０００４】水の過冷却現象を利用して蓄氷を行う「ダ
イナミック方式」の氷蓄熱装置の一例を図１０に示す。
図１０に示す氷蓄熱装置は、過冷却器６と冷凍機３との
間に、供給側流路１ａと戻り側流路１ｂからなる低温冷
媒循環流路１を設け、冷凍機３からの低温冷媒２を供給
側流路１ａに設けたポンプ３ａにより過冷却器６に循環
供給して水４を摂氏零度以下にまで過冷却することによ
り過冷却水５を得るようにしている。

【０００５】過冷却器６を出た過冷却水５は、氷蓄熱槽
８の内部に貯留した水４の水面や内部に設けられた図示
しない衝突板などに衝突させ、その衝撃力によって強制
的に過冷却状態を解除させて氷７を生成するようになっ
ている。

【０００６】氷蓄熱槽８には、氷蓄熱槽８内の水４を循
環ポンプ９を用いて循環させ、スプレーノズル１０から
噴射することにより氷７を融解させるためのスプレー用
流路１１と、冷熱取出流路１２を介して氷蓄熱槽８との
間で熱交換媒体１３を循環させることにより、氷蓄熱槽
８の水４と熱交換を行わせて、熱交換媒体１３が得た冷
熱を空調などに利用するようにしたビルの空調設備など
の熱利用設備１４と、氷蓄熱槽８の水４を取出して再び
過冷却器６に送る水ポンプ１６を有する水供給流路１５
とが備えられている。

【０００７】更に、上記氷蓄熱装置における水供給流路
１５の途中には、水４に混入して過冷却状態に悪影響を
及ぼすダストや氷７の粒などを除去するためのストレー
ナ１７及びフィルタ１８などが設けられており、更に水
供給流路１５から過冷却器６に供給される水４の温度を
調節するための加熱器と冷却器とからなる温度調節器２
０が、熱交換器１９を介して配設されている。

【０００８】そして、上記過冷却器６は、基本的に、過
冷却水５を流す過冷却水流路２１と、該過冷却水流路２
１に接するように低温冷媒２を流して過冷却水流路２１
内を流れる過冷却水５を冷却する低温冷媒流路２２とで
構成されている。

【０００９】通常の氷貯蓄冷装置では、例えば図１１に
示すように複数の過冷却器６を備えるようにしている。
図１１の例では３個の過冷却器６が備えられており、各
過冷却器６の過冷却水流路２１には水供給流路１５によ
る水４が分岐されて供給されるようになっている。ま
た、前記過冷却器６に対応して冷凍機３からの低温冷媒
が循環されるようになっている。図１１の氷蓄熱装置で
は図１０の装置に比して大容量の氷蓄熱が行えるように
なっている。

【００１０】過冷却器６は、例えば、図１２に示すよう
に、過冷却水流路２１が１本の導水管２３であり、低温
冷媒流路２２が導水管２３を包囲する外管２４である二
重管式のものや、図１３に示すように、過冷却水流路２
１が複数本の導水管２５であり、低温冷媒流路２２が複
数本の導水管２５を同時に包囲する外胴２６であるシェ
ル・アンド・チューブ式のものや、図１４に示すよう
に、過冷却水流路２１が導水樋２７であり、低温冷媒流
路２２が導水樋２７を上に置くようにした低温冷媒ジャ
ケット２８である樋式のものなどがある。

【００１１】また、冷凍機３は、図１５に示すように、
代替フロンなどの第一の低温冷媒（冷媒）の蒸気２９を
冷却水３０などによって凝縮するための凝縮器３１と、
凝縮器３１で凝縮されて液化した第一の低温冷媒の液３
２と過冷却器６へ送るための前記低温冷媒２とを熱交換
させ、過冷却器６へ送る低温冷媒２を冷却させる蒸発器
３３と、蒸発器３３で熱交換により発生された第一の低
温冷媒の蒸気２９を圧縮して凝縮器３１へ送る圧縮機３
４とを有する間接冷却方式のものが一般的に使用されて
いる。尚、図中、符号３５はポンプである。

【００１２】上記冷凍機３は、図１６に示すように、代
替フロンなどの第一の低温冷媒（冷媒）の蒸気２９を冷
却水３０などによって凝縮するための凝縮器３１と、凝
縮器３１で凝縮されて液化した第一の低温冷媒の液３２
と第二の低温冷媒３７とを熱交換させる蒸発器３３と、
蒸発器３３で熱交換により発生された第一の低温冷媒の
蒸気２９を圧縮して凝縮器３１へ送る圧縮機３４と、第
二の低温冷媒３７と過冷却器６へ送られる前記低温冷媒
２とを熱交換させる中間熱交換器３８とを有する間接冷
却方式のものとしても良い。尚、図中、符号３６はポン
プである。

【００１３】或いは、上記冷凍機３として、図１７に示
すように、図１５の蒸発器３３を備えておらず、過冷却
器６の低温冷媒流路２２を蒸発器３３の代りに使って、
過冷却器６の低温冷媒流路２２にて低温冷媒２を蒸発さ
せ、蒸発の潜熱を利用して水４を過冷却水５とするよう
にした直接冷却方式のものが現在開発されている。直接
冷却方式のものは、中間低温冷媒が不要となり、且つ、
冷凍機３を小型化できるという利点がある。

【００１４】上記したように構成された氷蓄熱装置で
は、冷凍機３において例えば−６℃〜−１０℃に低温化
された低温冷媒２は、低温冷媒循環流路１の供給側流路
１ａを介して各過冷却器６の低温冷媒流路２２へと供給
され、過冷却器６の低温冷媒流路２２で使用された低温
冷媒２は、低温冷媒循環流路１の戻り側流路１ｂを介し
て冷凍機３へ戻され、以後、上記循環を繰返す。

【００１５】同時に、氷蓄熱槽８の水４は、水ポンプ１
６により揚水され、水供給流路１５を介して過冷却器６
の過冷却水流路２１へと送られ、途中、ストレーナ１７
やフィルタ１８によって、過冷却状態に悪影響を及ぼす
ダストや氷７の粒などが除去されたり、温度調節器２０
を備えた熱交換器１９によって、ストレーナ１７やフィ
ルタ１８などでは除去できない細かい氷７の粒が加熱に
より消失され、更にこの時、水４の温度が０．３℃〜
０．５℃程度になるように調整される。

【００１６】前記過冷却器６の過冷却水流路２１へ送ら
れた水４は、冷凍機３から過冷却器６の低温冷媒流路２
２へ送られた低温冷媒２によって摂氏零度以下例えば−
２℃程度に冷却されて過冷却水５となる。摂氏零度以下
にまで冷却された過冷却水５のエネルギ状態は、極めて
不安定で、過冷却水５は、エネルギの極小値である氷相
へ相変化を起しやすい状態にある。

【００１７】そこで、過冷却器６の過冷却水流路２１に
て冷却された過冷却水５を、氷蓄熱槽８内に落下させ、
氷蓄熱槽８の内部に貯留した水４の水面や内部に設けら
れた図示しない衝突板に衝突させることにより、衝撃力
で過冷却水５の過冷却状態を強制的に解除させ、氷７を
生成させるようにする。

【００１８】このように、氷７の状態にして冷熱を蓄積
させることにより、水の状態で蓄冷する場合に比べて、
容積の小さな氷蓄熱槽８でより大きな蓄冷能力を得るこ
とが可能となる。

【００１９】そして、氷蓄熱槽８内の氷７は、需要があ
るまでそのままの状態で保存され、需要が生じた場合に
は、氷蓄熱槽８内の水４を、循環ポンプ９及びスプレー
用流路１１を介してスプレーノズル１０から氷７へ向け
て噴射することにより、氷７を融解させ、このときの融
解熱で冷熱取出流路１２内を流れる熱交換媒体１３を冷
却し、冷却された熱交換媒体１３をビルの空調設備など
の熱利用設備１４へ送って、空調などに利用させるよう
にする。

【００２０】上記したように、過冷却器６にて摂氏零度
以下に冷却された過冷却水５を、氷蓄熱槽８に導いて過
冷却状態を解除して氷７を生成するには、過冷却水に衝
撃を与えることが有効であるが、その衝撃を与える手段
としては、例えば、過冷却水に超音波を作用させたり、
或いは複数備えた過冷却器から噴出する過冷却水同士を
勢いよく衝突させたり、更には高い位置から落下する過
冷却水を氷蓄熱槽内部に設けた衝突板などの衝突部材に
衝突させるなどの方法が採用されている。

【００２１】一方、氷蓄熱槽内にコイルを配置（アイス
オンコイル）して氷蓄熱槽内の水を冷却することにより
氷を製造するようにしている「スタティック方式」の氷
蓄熱装置の一例を図１８に示す。図１８に示す氷蓄熱装
置は、氷蓄熱槽３９の内部に蓄熱媒体としての水４が収
容されており、更に、氷蓄熱槽３９の内部には冷凍機３
に接続された冷却コイル４０が配設されている。冷凍機
３は、ポンプ３ａにより低温冷媒２を冷却コイル４０に
循環させることにより、氷蓄熱槽３９内の水４を凝固点
以下に冷却するようにしている。また、冷却コイル４０
は、水４を相変化させるだけの十分な熱伝導率と伝熱面
積を有しており、図１９に示すように冷却コイル４０表
面上に氷７を形成させて蓄氷するようになっている。冷
熱需要が発生したときには、ポンプ４１を作動させて液
配管４２より熱負荷４３へ冷水４を送液し、氷７として
蓄熱した冷熱を消費する。図１８では、冷凍機３内部の
図示しない蒸発器で蒸発させることにより低温冷媒２を
冷やし、冷却コイル４０に通すことで、冷却コイル４０
の周囲に氷７を生成する場合を示したが、冷凍機３の蒸
発器を冷却コイル４０に置き換えて配置した「直膨式」
と呼ばれるものも、提案されている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た「ダイナミック方式」及び「スタティック方式」の氷
蓄熱装置は、何れも以下のような問題を有していた。

【００２３】即ち、図１０に示した「ダイナミック方
式」の氷蓄熱装置は、高効率での蓄氷が可能であり、ま
た解氷時にも氷７の均一解氷が行なわれ易いという利点
がある反面、水の過冷却現象は不安定な状態にあり、時
として過冷却器６の内部で過冷却状態が解除する場合が
あり、この場合には過冷却器６の内部が氷７で閉塞され
てしまい氷蓄熱装置の運転が不能になってしまう。

【００２４】また、過冷却現象を安定して持続させるた
めには、水質の管理が重要であり、細密なフィルタ１８
による微細粒子の除去と、配管内に発生する水生生物や
錆の発生防止が重要である。過冷却器６内に、これらの
物質が混入或いは発生すると、それが起点となって、過
冷却状態が解除するおそれがある。一方、これらの対策
を十分にとったとしても、過冷却の解除は、極めて確率
的要素が強いため、絶対とは言えない。そこで実用機で
は、図１１に示すように、過冷却器６を複数台同時に運
転し、ある一つの過冷却器６が閉塞によって運転が中止
されても、残りの過冷却器６がバックアップし、閉塞し
た過冷却器６に供給している低温冷媒２を加熱器で加熱
することにより凍結した氷７を融解・排除するようにし
ている。氷蓄熱装置が蓄氷運転する時期は、一般的に安
価な深夜電力が利用できる時間帯であり、昼間に氷７の
解氷運転を行い、昼間の電力消費、特に夏季昼間のピー
ク電力消費量の低減を行っている。そのため、製氷・蓄
熱運転の停滞は、蓄熱量の減少につながるとともに、過
冷却器１６内で閉塞した氷７を急速に融解させる設備を
あらかじめ設置する必要があるため、初期建設コストが
比較的高価になり、設備が大型化するという短所を有し
ている。

【００２５】また、図１８に示した「スタティック方
式」の氷蓄熱装置は、コンパクトでパッケージ化しやす
く、既設ビルなどへの入れ替え導入がしやすいなど、小
口の需要には最適な方式といえる一方で、図１９に示す
ように、氷７が冷却コイル４０の周りに成長するため
に、時間経過と共に冷却コイル４０の「見かけ」の伝熱
性能が劣化し、更に、解氷時に冷却コイル４０間に渡る
氷７が流動抵抗となって、氷７の均一解氷が妨げられる
といった短所を有している。

【００２６】本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑
みてなしたもので、過冷却水の過冷却状態を解除するこ
とにより氷を生成して蓄氷する際に、過冷却器内におい
て過冷却が解除しないようにした氷蓄熱方法及び装置を
提供することを目的とするものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、蓄熱体となる
水を、零度以下に冷却した低温冷媒と過冷却器にて熱交
換することにより零度以下まで液相のまま過冷却し、過
冷却状態を解除することにより氷へ相変化させて氷蓄熱
槽内に蓄氷する氷蓄熱方法であって、過冷却器に導く水
を昇圧することにより、水が氷に相変化する凝固点をあ
らかじめ零度以下にしておき、低温冷媒との熱交換によ
り水を零度以下の凝固点以上まで凍結させずに冷却した
後、過冷却器から噴射して圧力を解放することにより水
から氷への相変化を行わせて氷蓄熱槽に蓄氷することを
特徴とする氷蓄熱方法、に係るものである。

【００２８】本発明は、蓄熱体となる水を、零度以下に
冷却した低温冷媒と過冷却器にて熱交換することにより
零度以下まで液相のまま過冷却し、過冷却状態を解除す
ることにより氷へ相変化させて氷蓄熱槽内に蓄氷する氷
蓄熱装置であって、過冷却器に水を導く水供給流路に設
けた昇圧ポンプと、過冷却器に導かれる昇圧された水を
零度以下に冷却する冷凍機と、過冷却器にて零度以下に
冷却された加圧低温水を大気解放して氷蓄熱槽に噴出す
るよう過冷却器に設けた絞り部とを備えていることを特
徴とする氷蓄熱装置、に係るものである。

【００２９】上記手段において、氷蓄熱槽内における過
冷却器からの過冷却水の落下位置に、羽根車発電装置を
備えるようにしても良い。

【００３０】上記手段によれば、高効率での蓄氷と解氷
時における氷の均一解氷が可能な「ダイナミック方式」
の氷蓄熱装置において、過冷却器内で過冷却状態が解除
されて過冷却器が閉塞するという問題を確実に解決する
ことができ、よって氷蓄熱装置の能力の向上と信頼性の
大幅な向上が図れる。

【００３１】氷蓄熱槽内における過冷却器からの過冷却
水の落下位置に、羽根車発電装置を備えると、過冷却器
から噴射される過冷却水によって発電することができ、
よって氷蓄熱装置の消費電力を低減して、システム効率
の改善を図ることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００３３】図１は、本発明の実施の形態の一例を示す
概略系統図である。氷蓄熱装置の基本構成については、
図１０〜図１７と同様であるため、同一の部分について
は同一の符号を付すことにより説明を省略する。

【００３４】図１中、４４は過冷却器であり、過冷却器
４４を構成している内側の過冷却水流路２１の一端に
は、氷蓄熱槽８の水４を昇圧して送る昇圧ポンプ４５を
備えた水供給流路４６が接続されており、また過冷却水
流路２１の他端には、絞り部４７が設けられており、絞
り部４７で過冷却水流路２１の出口部口径を絞ることに
よって過冷却水流路２１内に所定の高圧を保持できるよ
うにしている。昇圧ポンプ４５には、プランジャーポン
プなどの高圧ポンプを用いる。

【００３５】過冷却器４４を構成している外側の低温冷
媒流路２２には、過冷却水流路２１内部を流れる水４を
熱交換によって冷却するための供給側流路１ａと戻り側
流路１ｂからなる低温冷媒循環流路１が接続されてお
り、低温冷媒循環流路１を低温冷媒２がループ状に循環
するようになっている。このループは、前述した図１７
のように、冷凍機３の蒸発器が置き換わった形式であっ
ても良い。

【００３６】氷蓄熱槽８内の水４は、昇圧ポンプ４５に
より取出されて所定圧力まで昇圧され、熱交換器１９に
より所定の温度にまで冷却されることにより温度が安定
されるようになっている。所定の圧力・温度になった水
４は過冷却器４４内で低温冷媒２との熱交換により冷却
されることにより加圧低温水となる。加圧低温水の到達
温度は、零度以下で、しかも過冷却器４４内圧力での凝
固点以上になるように、過冷却器４４の伝熱、昇圧ポン
プ４５による加圧圧力、過冷却水流路２１の絞り部４７
の口径などの設計を行う。

【００３７】水供給流路４６及び過冷却器４４は、圧力
に耐え得る構造とする必要があり、また、過冷却器４４
は、例えば図２及び図３に示すように、細い口径として
耐圧強度と熱交換性能を維持し、且つ複数の過冷却水流
路２１を備えることにより、加圧低温水の流量を確保す
るようにしている。

【００３８】図４は水の飽和曲線であり、縦軸は温度、
横軸は圧力を示している。点Ｔは水の３重点であり、温
度２７３．１６Ｋ、圧力６１１．２×１０^-6ＭＰａとい
う水特有の値を示す。この点では、水、蒸気、氷が共存
できることを示している。曲線Ａは気相と液相の境界線
である飽和蒸気圧曲線、曲線Ｂは気相と固相（氷）の境
界線、曲線Ｃは液相と固相の境界線を示している。

【００３９】大気圧下では、水の凝固点は２７３．１５
Ｋであるが、圧力を高めていくと、その凝固点が曲線Ｃ
に沿って降下していくのが知られている。その変化率は
約−０．００７５Ｋ／１気圧である。本発明は、この現
象を利用して、零下で凍結しない水をあらかじめ生成し
ておき、その後圧力を抜くことで製氷を実現するように
したものである。

【００４０】以下に、上記形態例の作用を説明する。

【００４１】図１において、過冷却器４４に入る水４
は、氷蓄熱槽８から昇圧ポンプ４５により吸入されて所
定の圧力まで加圧された後、熱交換器１９により所定の
温度（例えば＋０．２℃）に冷却して温度を安定させ
る。昇圧ポンプ４５により加圧され、熱交換器１９によ
って温度が調整された高圧の水は、過冷却器４４に送ら
れて低温冷媒２との熱交換により冷却されることにより
加圧低温水となる。

【００４２】例えば、過冷却器４４内で水４を−２℃ま
で冷却する場合においては、昇圧ポンプ４５によって水
４の圧力を約２８ＭＰａまで高める。すると、過冷却器
４４内の加圧低温水の凝固点は−２．１℃となり、よっ
て、過冷却器４４で水を−２．０℃まで冷却しても、過
冷却器４４内で氷が生成して閉塞を起こすような問題は
生じない。

【００４３】過冷却器４４で低温に冷却された加圧低温
水は、過冷却水流路２１の絞り部４７から噴射される
が、このとき、圧力が解放されて大気圧まで低下するこ
とにより、凝固点が０℃となり、即ち過冷却状態となる
ために、噴射の衝撃、或いは氷蓄熱槽８上の水への衝突
による衝撃、更には氷蓄熱槽８内に設置した図示しない
過冷却解除器などに衝突させることによる衝撃によっ
て、過冷却が解除され、氷蓄熱槽８内に氷７が生成され
る。氷蓄熱槽８に蓄積された氷７は、熱利用設備１４の
熱交換媒体１３により解氷されて冷熱が取り出される。

【００４４】上記したように、高圧による凝固点降下を
利用した凍らない過冷却器４４を達成したことにより、
従来の「ダイナミック方式」の氷蓄熱装置のように過冷
却器内で過冷却水の過冷却状態が解除されて過冷却器が
閉塞するといった問題の発生を確実に防止でき、また従
来の「スタティック方式」の氷蓄熱装置のように伝熱面
への氷の付着による伝熱性能劣化の問題がない。また、
過冷却に影響を及ぼす水質の影響も全くなく、そのめ
に、コストが大きい水質管理のための費用を最低限度に
押えることができる。

【００４５】このように、「ダイナミック方式」の氷蓄
熱装置の特徴である高い製氷効率と均一な氷溶解による
冷熱の取出し性の優れた点を有効に利用しながら、氷蓄
熱装置の確実な連続運転を可能にして設備の信頼性を飛
躍的に向上することができる。

【００４６】また、上記したように、過冷却器４４の絞
り部４７から加圧低温水を噴出させることで過冷却状態
を解除し、その衝撃で氷７を生成させるようにしている
ので、図５に示すように、生成した氷を含む氷水４８
を、氷が付着し難い樹脂製の搬送管４９などを用いて、
遠く離れた氷蓄熱槽８まで搬送することができる。よっ
て、設置空間が狭く、設備を分割設置しなければならな
い場合に有効な方式となる。また、大規模な設備で、複
数の冷熱需要先に１カ所の氷蓄熱装置から冷熱を供給す
る場合に、従来の供給温度である５℃〜７℃を大きく下
回る０℃という低温の氷水４８を搬送することができる
ため、同じ冷熱量に対して搬送配管径を細くできるとい
う利点がある。

【００４７】また、図１では、氷蓄熱槽８の内部におけ
る、過冷却器４４からの過冷却水５が落下する位置に、
過冷却水５の落下の衝撃力により回転して発電を行うよ
うにした羽根車発電装置５０を設けている。またこのと
き、図１に示した過冷却器４４は水平に設けられてお
り、過冷却器４４の左側端部から氷蓄熱槽８に向けて過
冷却水５が落下されるようになっている。

【００４８】図６は、前記羽根車発電装置５０の一例を
示したものであり、この羽根車発電装置５０は、下側の
固定部５１と、固定部５１に対して鉛直方向の軸５２を
中心に回転可能に支持された回転部５３とを備えてお
り、且つ回転部５３の外周に、上部から落下してくる過
冷却水５によって回転力を得るようにした複数の翼５４
を等間隔に固定することによって、軸流式羽根車５５を
構成している。前記翼５４は、落下する過冷却水５によ
って回転部５３が効率よく回転するように流線形を有し
ていてもよい。固定部５１の内部には、回転部５３によ
る軸５２の回転によって発電を行うようにした発電機５
６を設けている。

【００４９】軸流式羽根車５５及び固定部５１の外周に
は、それらを所要の隙間を有して包囲するようにした均
一径の案内筒５７が設けられている場合がある。上記固
定部５１及び案内筒５７は、軸流式羽根車５５の下端が
氷蓄熱槽８の水面に略一致し、固定部５１が略水中に没
入した状態になるように、氷蓄熱槽８の水底部或いは側
面部に設けた図示しない支持部材によって強固に固定す
るか、或いは若干移動できる状態に係留している。

【００５０】図７は羽根車発電装置５０の他の例を示し
たものであり、水平方向の軸５８の外周に複数の羽根５
９を等間隔に放射状に固定することにより水車式羽根車
６０を構成しており、軸５８の一側（図７では軸５８の
右側）の羽根５９上に過冷却水５が落下することによ
り、水車式羽根車６０が垂直方向に回転されるようにな
っている。水車式羽根車６０の軸５８には、水車式羽根
車６０の回転によって発電を行うようにした発電機６１
が接続されている。上記水車式羽根車６０の軸５８は、
氷蓄熱槽８の水底部或いは側面部に設けた図示しない支
持部材によって氷蓄熱槽８の水面より高い所定の位置に
支持されている。

【００５１】また、水車式羽根車６０の羽根５９は、図
８に示すように、過冷却器４４から落下してくる過冷却
水５の落下エネルギを受け易いように曲げられた湾曲羽
根５９ａとしてもよい。更にこのとき、過冷却水５の落
下のエネルギを受け易いように、湾曲羽根５９ａの形状
をスプーン状に湾曲させるようにしてもよい。このよう
な湾曲羽根５９ａを用いると、図８のように水車式羽根
車６０の下部が氷蓄熱槽８の水面に没入した状態にあっ
ても、回転方向後方において湾曲羽根５９ａが水面から
抜け易くなることにより、水車式羽根車６０の回転抵抗
を減少できる効果がある。

【００５２】羽根車発電装置５０は、その外面に氷７が
付着しにくい塗料を塗布している。或いはテフロン（登
録商標）、フッ素を主成分とする材料や、アクリル、ポ
リ塩化ビニル、ポリプロピレンなどの高分子材料或いは
それらを主とする材料の膜を形成する。このように羽根
車発電装置５０の表面に、氷７が付着し難い膜を形成し
ておくと、過冷却状態の解除により生成した氷が滑落し
易くなり、よって羽根車発電装置５０に氷が付着・生長
するのを防止することができる。

【００５３】図１に示すように、上部に設けられた過冷
却器４４から落下する過冷却水５は、氷蓄熱槽８内に設
けた羽根車発電装置５０に衝突することにより過冷却が
解除され、その一部が氷７に相変化する。

【００５４】一方このとき、落下する過冷却水５が羽根
車発電装置５０に衝突することにより発電が行われる。
このとき、羽根車発電装置５０が図６の軸流式羽根車５
５で構成されている場合には、衝突する過冷却水５によ
って軸流式羽根車５５が軸５２を中心に水平回転し、こ
れにより発電機５６が回転されて発電が行われる。ま
た、羽根車発電装置５０が図７、図８の水車式羽根車６
０で構成されている場合には、衝突する過冷却水５によ
って水車式羽根車６０が軸５８を中心に垂直方向に回転
し、これにより発電機６１が回転されて発電が行われ
る。

【００５５】過冷却器４４から放出される過冷却水５
は、運動エネルギと氷蓄熱槽８の水面高さに対する位置
エネルギとを有しており、そのエネルギの一部が、上記
によって発電という形で有効に回収されるようになる。
このように、過冷却水５の落下エネルギを電力として回
収することにより、氷蓄熱装置のシステム全体の消費電
力の低減、いわゆるシステム効率の改善を図ることがで
きる。

【００５６】図９は本発明の実施の形態の他の例を示す
概略系統図であり、図１では過冷却器４４が水平に設け
られていたのに対し、図９では、下端から羽根車発電装
置５０に向けて過冷却水５を落下するように鉛直の過冷
却器４４’を設けた場合を示している。このように鉛直
に設けた過冷却器４４’によれば、過冷却器における過
冷却水流路２１の絞り部４７から噴出する高速の過冷却
水５のエネルギを羽根車発電装置５０で有効に回収する
ことができ、よって羽根車発電装置５０の回転力を高め
て発電量を増加することができる。

【００５７】尚、本発明は、上述の実施の形態例にのみ
限定されるものではなく、過冷却器には図示例に限らず
種々の構成のものを適用できること、その他本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得るこ
と、などは勿論である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の氷蓄熱方
法及び装置によれば、以下のような優れた効果を奏し得
る。１）従来の「ダイナミック方式」の氷蓄熱装置に比べ
て、過冷却器内が氷で閉塞される危険性が全くなく、よ
って、所定の時間内で伝熱性能を落とすことなく連続製
氷が可能となり、設備の信頼性を大幅に向上できる。２）従来の「スタティック方式」の氷蓄熱装置に比べ
て、伝熱性能を大幅に向上できる。３）過冷却器と氷蓄熱槽が分離できるため、設置スペー
スが限られた場所への設置が容易であり、また大規模地
域冷暖房システムに対して高性能に対応できる。４）過冷却器から氷蓄熱槽に過冷却水が落下する位置
に、過冷却水の衝突により過冷却状態を解除し、且つ過
冷却水の衝突により回転して発電を行うようにした羽根
車発電装置を備えると、過冷却状態の解除による製氷と
同時に、羽根車の回転エネルギを電気エネルギとして取
り出すことができ、氷蓄熱装置の消費電力を低減して、
システム効率の改善を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略系統図で
ある。

【図２】過冷却器の一例を示す切断側面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。

【図４】水の飽和曲線図である。

【図５】本発明の実施の形態の他の例を示す概略系統図
である。

【図６】羽根車発電装置が軸流式羽根車の場合の一例を
示す概略側面図である。

【図７】羽根車発電装置が水車式羽根車の場合の一例を
示す概略側面図である。

【図８】図７の水車式羽根車の変形例を示す概略側面図
である。

【図９】本発明の実施の形態の更に他の例を示す概略系
統図である。

【図１０】従来の「ダイナミック方式」の氷蓄熱装置の
概略系統図である。

【図１１】過冷却器が複数並設された従来の氷蓄熱装置
の概略系統図である。

【図１２】従来の過冷却器の一例を示す概略側方断面図
である。

【図１３】従来の過冷却器の他の例を示す概略側方断面
図である。

【図１４】従来の過冷却器の更に他の例を示す概略斜視
図である。

【図１５】間接冷却方式の冷凍機を有する氷蓄熱装置の
概略系統図である。

【図１６】間接冷却方式の冷凍機を有する他の氷蓄熱装
置の概略系統図である。

【図１７】直接冷却方式の冷凍機を有する氷蓄熱装置の
概略系統図である。

【図１８】従来の「スタティック方式」の氷蓄熱装置の
概略系統図である。

【図１９】冷却コイルに氷ができる状態を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

２低温冷媒３冷凍機４水５過冷却水８氷蓄熱槽４４過冷却器４４’ 過冷却器４５昇圧ポンプ４６水供給流路４７絞り部５０羽根車発電装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱体となる水を、零度以下に冷却した
低温冷媒と過冷却器にて熱交換することにより零度以下
まで液相のまま過冷却し、過冷却状態を解除することに
より氷へ相変化させて氷蓄熱槽内に蓄氷する氷蓄熱方法
であって、過冷却器に導く水を昇圧することにより、水
が氷に相変化する凝固点をあらかじめ零度以下にしてお
き、低温冷媒との熱交換により水を零度以下の凝固点以
上まで凍結させずに冷却した後、過冷却器から噴射して
圧力を解放することにより水から氷への相変化を行わせ
て氷蓄熱槽に蓄氷することを特徴とする氷蓄熱方法。
【請求項２】蓄熱体となる水を、零度以下に冷却した
低温冷媒と過冷却器にて熱交換することにより零度以下
まで液相のまま過冷却し、過冷却状態を解除することに
より氷へ相変化させて氷蓄熱槽内に蓄氷する氷蓄熱装置
であって、過冷却器に水を導く水供給流路に設けた昇圧
ポンプと、過冷却器に導かれる昇圧された水を零度以下
に冷却する冷凍機と、過冷却器にて零度以下に冷却され
た加圧低温水を大気解放して氷蓄熱槽に噴出するよう過
冷却器に設けた絞り部とを備えたことを特徴とする氷蓄
熱装置。
【請求項３】氷蓄熱槽内における過冷却器からの過冷
却水の落下位置に、羽根車発電装置を備えたことを特徴
とする請求項２記載の氷蓄熱装置。