JP2002349910A

JP2002349910A - 蓄熱装置

Info

Publication number: JP2002349910A
Application number: JP2001151762A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kawabe; 義和川邉; Tomoaki Ando; 智朗安藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】蓄熱密度が高く、製氷時の効率が良い蓄熱装
置を提供する。【解決手段】蓄熱のための水を蓄える蓄熱槽１と、蓄
熱槽１の底部に設けられ、前記蓄熱槽１の水平断面と概
略同形状で板状の氷Ｂを生成する熱交換器２とを備え、
熱交換器２の製氷部に所定の厚みに製氷した後、解氷し
て蓄熱槽１に放ち、これを繰り返して氷Ｂを蓄える。こ
れにより、蓄熱槽１の水平断面と概略同形状の薄い氷Ｂ
を作って整然と積層することができるので、氷Ｂ間の隙
間を最小限に抑え、氷Ｂの成長による効率の低下を抑え
ることができて、高蓄熱密度、高効率で氷蓄熱を行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温冷熱を蓄熱する蓄
熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機などに利用する従来の蓄熱装
置の例としては、特開昭５８−１１７９３７号公報に開
示された蓄熱装置が挙げられる。

【０００３】図５に示すように、この蓄熱装置５０は、
蓄熱水槽５１の内部下方に配設された冷却器５２と、低
温冷媒を貯溜した低温冷媒タンク５３と、高温冷媒を貯
溜した高温冷媒タンク５４と、冷凍機５５と、冷却塔５
６と、２つの三方弁５７、５８と、低温冷媒タンク５３
および高温冷媒タンク５４にそれぞれ設けられた熱交換
器５９、６０と、冷媒を冷却器５２に送出すポンプ６１
とを備えている。そして、蓄熱水槽５１の冷却器５２に
より製氷と解氷とを繰り返して氷を浮遊させ、蓄熱水槽
５１内に氷を蓄える構成とされている。

【０００４】また、特開平５−３１２３５９号公報に開
示されているように、蓄熱水槽の上に設けた熱交換器で
製氷と解氷とを繰り返し、氷を脱落させて蓄熱水槽に蓄
えたり、過冷却水を蓄熱水槽で過冷却の解除を行ってシ
ャーベット状の氷を蓄えるダイナミック方式や、特開平
６−１１１５８号公報に開示されているように、冷媒を
通すコイルに氷を形成するアイスオンコイル方式などを
採用した蓄熱装置もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の蓄熱装置においては次のような課題がある。まず、
特開昭５８−１１７９３７号公報に開示されている蓄熱
装置５０においては、単に氷を浮かせて蓄積する構成で
あるため、氷塊どうしの隙間が大きくなり易く、氷の充
填率が上げられず蓄熱密度が低いという課題がある。こ
れは、特開平６−１１１５８号公報に開示されているよ
うなダイナミック方式の蓄熱装置においても同様であ
る。また、特開平６−１１１５８号公報に開示されてい
るようなアイスオンコイル方式では、氷の厚みが厚くな
るに従い冷凍機の効率が低下するという課題がある。

【０００６】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、蓄熱密度が高く、製氷時の効率が良い蓄熱
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の蓄熱装置は、蓄熱のための水を蓄える蓄熱槽
と、前記蓄熱槽の底部に設けられ、氷を生成する熱交換
器とを備え、前記熱交換器の製氷部で製氷し、その後、
前記製氷した氷を解氷して前記蓄熱槽に放ち、これを繰
り返して氷を蓄える蓄熱装置において、前記熱交換器を
前記蓄熱槽の水平断面と概略同形状とすることを特徴と
する。

【０００８】この構成によれば、蓄熱密度が高く、製氷
時の冷凍効率が良い蓄熱装置を提供することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の蓄熱装
置は、蓄熱のための水を蓄える蓄熱槽と、前記蓄熱槽の
底部に設けられ、氷を生成する熱交換器とを備え、前記
熱交換器の製氷部で製氷し、その後、前記製氷した氷を
解氷して前記蓄熱槽に放ち、これを繰り返して氷を蓄え
る蓄熱装置において、前記熱交換器を前記蓄熱槽の水平
断面と概略同形状とすることを特徴とする。

【００１０】この構成によれば、蓄熱槽の水平断面と概
略同形状の薄い氷を作って整然と積層することができる
ので、氷間の隙間を最小限に抑え、氷の成長による効率
の低下を抑えることができて、高蓄熱密度、高効率で氷
蓄熱を行うことができる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
蓄熱装置において、熱交換器の製氷部が平板形状である
ことを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求項１に
記載の蓄熱装置において、熱交換器の製氷部が波板状、
あるいは一方向に山折れ、谷折れを交互に繰り返す折れ
板状であることを特徴とする。

【００１２】この構成によれば、波板状あるいは折れ板
状の氷が積層時に重なり合い、氷間の隙間を最小限に抑
えつつ、蓄熱槽の同一水平断面積で広い伝熱面積の氷を
得ることができて、高い蓄熱密度で氷蓄熱を行うことに
加え、単位時間あたりの製氷量を増すことができる。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何
れかに記載の蓄熱装置において、熱交換器を、蓄熱槽の
底部に加えて、前記蓄熱槽の側面にも設けたことを特徴
とする。

【００１４】この構成によれば、蓄熱槽の底面に加え、
側面にも熱交換器が設けられるため、伝熱面積を一層増
すことができて、高い蓄熱密度で氷蓄熱を行うことに加
え、単位時間あたりの製氷量をより一層増すことができ
る。

【００１５】請求項５記載の発明は、請求項４に記載の
蓄熱装置において、側面に設けた熱交換器を、下方ほど
中央に寄るように傾斜させて配置したことを特徴とす
る。この構成によれば、側面に設けられた熱交換器の傾
きによって氷が側面から離れる際に氷が良好に水平に浮
上するように助長され、積層時に氷が縦向きとなったま
まとなるような不具合を防止することができ、安定して
氷の積層貯蔵を行うことができる。

【００１６】請求項６記載の発明は、請求項４または５
に記載の蓄熱装置において、製氷開始時は底面と側面と
に設けられた熱交換器を用い、所定量の氷が蓄えられた
時点で底面の熱交換器のみで製氷する制御方法を用いた
ことを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、製氷開始時は底面と側
面との熱交換器により大きな伝熱面積で製氷を行うこと
ができ、後半は底面の熱交換器のみで製氷を行って、安
定して氷の生成離脱を行うことができる。

【００１８】請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何
れかに記載の蓄熱装置において、蓄熱槽内に、水と異な
る相変化温度を有する潜熱材を混合したことを特徴とす
る。請求項８記載の発明は、請求項７記載の蓄熱装置に
おいて、潜熱材がマイクロカプセルであることを特徴と
する。

【００１９】この構成によれば、マイクロカプセルを氷
の未氷結の部分に集め、製氷量の低下を抑えて暖房用蓄
熱量を増すことができる。以下、本発明の実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００２０】図１に示すように、本発明の実施の形態に
かかる蓄熱装置２０は、蓄熱のための水Ａおよび氷Ｂ
（Ｂ１，Ｂ２・・）を蓄える蓄熱槽１と、蓄熱槽１の底
面に配設された底面熱交換器２と、蓄熱槽１の両側面下
部に配設された側面熱交換器３，４と、底面熱交換器２
および側面熱交換器３，４に対してフロンなどの冷媒を
供給するための第１、第２のヘッダー５，６と、第１の
ヘッダー５と側面熱交換器３，４との間に介装されてい
る第１、第２の遮断弁７，８などを備えている。底面熱
交換器２および側面熱交換器３，４は蓄熱槽１の水平断
面と概略同形状をしている。

【００２１】製氷時に、第１のヘッダー５は、冷凍機
（図示せず）側から供給された冷却用の冷媒Ｃを配管９
ａ，９ｂ，９ｃを介して底面熱交換器２および側面熱交
換器３，４へ分配し、第２のヘッダー６は、配管１０
ａ，１０ｂ，１０ｃを介して底面熱交換器２および側面
熱交換器３，４から戻ってきた冷媒Ｃを冷凍機側へ戻す
ように構成されている。このとき、遮断弁７，８は開か
れ、底面熱交換器２および側面熱交換器３，４は蒸発器
として機能し、水Ａと接する表面（製氷部）２ａ、３
ａ、４ａに氷が形成される。

【００２２】運転を続けると、氷が成長して熱抵抗とな
り、運転性能が低下するため、氷が所定の厚みになった
ところで冷凍機の運転モードを切り替えて、加熱用のホ
ットガスを冷媒Ｄとして第２のヘッダー６へ送る。第２
のヘッダー６で分配された冷媒Ｄは、配管１０ａ，１０
ｂ，１０ｃを介して底面熱交換器２および側面熱交換器
３，４に供給され、この後、配管９ａ，９ｂ，９ｃを介
して第１のヘッダー５から戻される。この際、底面熱交
換器２および側面熱交換器３，４では製氷部２ａ、３
ａ、４ａに形成された氷Ｂが解かされる。したがって、
底面熱交換器２および側面熱交換器３，４の製氷部２
ａ、３ａ、４ａで生成、解氷された氷Ｂは浮力で水Ａの
水面に向かって浮上する。

【００２３】こうして、製氷、解氷を繰り返すうち、生
成した氷Ｂは蓄熱槽１の水平断面と概略同形状の積層氷
Ｂ１〜Ｂ５として整然と積層するため、氷Ｂの隙間はわ
ずかなものとなり、高蓄熱密度で蓄熱を行うことができ
る。さらに、氷Ｂは一枚ずつ製氷後に分離されるため、
氷Ｂの成長による運転性能の低下を抑えて高効率で蓄熱
を行うことができる。

【００２４】底面熱交換器２および側面熱交換器３，４
の製氷部２ａ、３ａ、４ａの形状は、平面形状が加工し
やすい利点を有するが、波形や、山折れ谷折れを一方向
に繰り返す三角波形状の面にしてもよく、このような形
状とすれば伝熱面積が増し、単位時間あたりの製氷能力
を増すことができる。ここで、図２は底面熱交換器２を
波形にした例を示す。

【００２５】図２に示すように、底面熱交換器２の内部
には流路２ｂが設けられ、冷媒Ｃ，Ｄが流れて冷却ある
いは加熱を行う。底面熱交換器２の上面である製氷部２
ａで製氷および解氷が行われ、離脱した氷Ｂは浮力で水
面へと上昇していく。底面熱交換器２の下面は凍結によ
り底面熱交換器２が破損するのを防ぐため、蓄熱槽１の
底面１ａに密着させている。図２に示すように、先に積
層した積層氷Ｂ４，Ｂ５はそれぞれの山部と谷部どうし
が重なり、氷Ｂ間の隙間Ｅはわずかである。

【００２６】ところで、側面熱交換器３，４を設けるこ
となく、底面熱交換器２のみを設けただけでも、蓄熱槽
１の水平断面と概略同形状の積層氷Ｂを生成することは
可能である。しかし、底面熱交換器２に加えて側面熱交
換器３，４を使用することで、より大きな伝熱面積を設
けることができ、単位時間あたりの製氷能力をより一層
増すことができる。

【００２７】さらに、側面熱交換器３，４は、図３に示
すように、鉛直方向に対し角度αの傾き（下方ほど中央
に寄るような傾斜姿勢）で設置することが望ましい。こ
の構成によれば、離脱した氷Ｂは傾いた状態で浮上して
いく。このため、氷Ｂは浮上の途中や、既に積層してい
る氷Ｂに接触した際に水平姿勢に回転しやすくなり、安
定した状態で積層することができる。

【００２８】ただし、氷Ｂの積層が進み、積層した氷Ｂ
の下面が側面熱交換器３，４の上端よりも下方に位置す
るようになると側面熱交換器３，４での氷Ｂの形成や、
良好な積層状態とすることが困難となる。従って、側面
熱交換器３，４は蓄熱槽１の側面における下部に設けら
れているが、積層した氷Ｂの下面が側面熱交換器３，４
の上端よりも下方に位置しそうになった時以降は、遮断
弁７，８を閉じて底面熱交換器２のみで製氷、解氷を行
う。これにより安定して積層氷を形成することができ
る。

【００２９】ところで、水Ａと異なる相変化温度を有す
る潜熱材として、マイクロカプセルＭがある。マイクロ
カプセルＭは、例えばパラフィンなどの潜熱材を芯にし
て親水性の樹脂で外殻を形成した安定な粒径２０ミクロ
ン以下の材料である。

【００３０】上記実施の形態において、図４に示すよう
に蓄熱槽１にマイクロカプセルＭを混入させると水Ａよ
り軽いマイクロカプセルＭは水Ａの上層部に高い濃度で
存在する。

【００３１】そこへ、蓄熱槽１の底部で製氷された積層
氷Ｂが浮上してくると、積層した氷Ｂに働く水Ａに対す
る浮力と慣性とで、マイクロカプセルＭは水Ａとともに
流動し、氷Ｂと蓄熱槽１との隙間や積層した氷Ｂどうし
の隙間Ｅなどに入り込む。従って、氷蓄熱時に蓄積でき
る氷Ｂの量は、マイクロカプセルＭの混入していない場
合と比べて大きく減じることはなく、蓄熱量としてはマ
イクロカプセルＭの比熱の減少分を合わせても、蓄熱材
の蓄熱による暖房用の蓄熱量の増加により年間の積算蓄
熱量を増加させることができる。

【００３２】なお、この蓄熱装置２０において、暖房用
の蓄熱を行うには、底面熱交換器２および側面熱交換器
３，４を凝縮器として使用する。なお、この実施の形態
では冷媒を循環させて蓄熱を行ったが、ブラインを用い
て冷却、加熱しても同様の効果が得られることは言うま
でもない。

【００３３】

【発明の効果】上記実施の形態から明らかなように、蓄
熱槽の底部に設けられ、氷を生成する熱交換器を前記蓄
熱槽の水平断面と概略同形状とすることにより、積層氷
を整然とわずかな隙間で積層して、氷の成長による効率
低下を抑えながら、高蓄熱密度、高効率で蓄熱を行うこ
とのできる蓄熱装置を得ることができる。

【００３４】また、波板状や、山折れ谷折れを一方向に
繰り返す折れ板形状の製氷面を持った熱交換器を備える
ことで、製氷面が平面である場合よりも、伝熱面積が増
し、単位時間あたりの製氷能力を増すことができる。

【００３５】また、蓄熱槽の底面に加え、蓄熱槽の側面
にも熱交換器を設けることにより、伝熱面積をさらに増
して、単位時間あたりの製氷能力をより一層増すことが
できる。

【００３６】また、蓄熱槽の側面に配置される熱交換器
を傾斜させて配置し、氷が離れる際に水平に浮上するこ
とを助長して積層時の不具合を防ぐことで、安定して氷
の積層貯蔵を行うことができて、信頼性が向上する。

【００３７】また、製氷開始時は底面と側面とに設けら
れた熱交換器を両方用い、所定量の氷が蓄えられた時点
で底面の熱交換器のみで製氷することで、大きな製氷能
力を得つつ、後半は安定した氷の生成離脱に重点をおい
て運転を行うことができ、製氷完了時間の短縮と蓄熱密
度の向上を最適に行うことができる。

【００３８】また、水と異なる相変化温度を有する潜熱
材を内包したマイクロカプセルを混合することで、氷蓄
熱時は未氷結の部分に集中させて、製氷量の低下を抑え
て暖房用蓄熱量を増すことができる。

【００３９】これらにより、製氷完了時間の短縮と蓄熱
密度の向上を最適に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる蓄熱装置の部分切
欠斜視図

【図２】同蓄熱装置の要部拡大斜視図

【図３】同蓄熱装置の蓄熱槽の断面図

【図４】同蓄熱装置の蓄熱槽内上部の状態を示す断面図

【図５】従来の蓄熱装置を示す図

【符号の説明】

１蓄熱槽２底面熱交換器３，４側面熱交換器５第１のヘッダー６第２のヘッダー７第１の遮断弁８第２の遮断弁２０蓄熱装置Ａ水Ｂ，Ｂ１〜Ｂ５氷Ｃ，Ｄ冷媒Ｍマイクロカプセル（潜熱材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱のための水を蓄える蓄熱槽と、前記
蓄熱槽の底部に設けられ、氷を生成する熱交換器とを備
え、前記熱交換器の製氷部で製氷し、その後、前記製氷
した氷を解氷して前記蓄熱槽に放ち、これを繰り返して
氷を蓄える蓄熱装置において、前記熱交換器を前記蓄熱
槽の水平断面と概略同形状とすることを特徴とする蓄熱
装置。
【請求項２】熱交換器の製氷部が平板形状であること
を特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項３】熱交換器の製氷部が波板状、あるいは一
方向に山折れ、谷折れを交互に繰り返す折れ板状である
ことを特徴とする請求項１に記載の蓄熱装置。
【請求項４】熱交換器を、蓄熱槽の底部に加えて、前
記蓄熱槽の側面にも設けたことを特徴とする請求項１〜
３の何れかに記載の蓄熱装置。
【請求項５】側面に設けた熱交換器を、下方ほど中央
に寄るように傾斜させて配置したことを特徴とする請求
項４に記載の蓄熱装置。
【請求項６】製氷開始時は底面と側面とに設けられた
熱交換器を用い、所定量の氷が蓄えられた時点で底面の
熱交換器のみで製氷する制御方法を用いたことを特徴と
する請求項４または５に記載の蓄熱装置。
【請求項７】蓄熱槽内に、水と異なる相変化温度を有
する潜熱材を混合したことを特徴とする請求項１〜６の
何れかに記載の蓄熱装置。
【請求項８】潜熱材がマイクロカプセルであることを
特徴とする請求項７記載の蓄熱装置。