JP2007093204A - 氷蓄熱システムにおけるスタティック型製氷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱を氷として蓄えるようにした氷蓄熱システムのうちスタティック型製氷装置を提供する。
【解決手段】製氷槽１内に，縦方向に延びる冷却板２の複数枚を，横方向に適宜ピッチＳの間隔で略平行に並べて配設すると共に，この各冷却板の表面２ａ及び裏面２ｂにおける上端部に対して水を散布するようにした散布手段３を配設する一方，前記各冷却板の各々に，内部を冷却媒体が流れ，且つ，直径が前記冷却板における板厚さよりも大きくて横向きに延びる冷却パイプ６の複数本を，縦方向に適宜ピッチＰの間隔で一体に設けて成り，前記各冷却板における各冷却パイプの中心を，当該冷却パイプの一部が前記冷却板の表面及び裏面の両方に突出するように，その軸線方向から見て前記冷却板における板厚さＴの中心に位置する。
【選択図】図４

Description

本発明は，例えば，電力需要の平均化を図るために，夜間における電力を利用して水を凍らせ，この氷によって昼間における冷房等を行うようにした氷蓄熱システムにおいて，水を凍らせるためのスタティック型製氷装置に関するものである。

一般に，氷蓄熱システムに使用する製氷装置には，水を，内部を冷却媒体が流れる冷却体にて，この表面に氷を付着することなく凍らせるか，或いは，前記冷却体の表面から氷を落としながら凍らせると言うダイナミック型と，水を，冷却体の表面に予め付着した氷に更に重ねた状態で所定の厚さに凍らせると言うスタティック型とが存在する。

そして，前記した後者のスタティック型製氷装置は，製氷槽内に，横向きに又は縦向きに延びる冷却パイプの多数本を，縦方向及び横方向にマトリックス状に並べて設けて，この各冷却パイプの内部に冷却媒体を流す一方，前記各冷却パイプの全体を水に浸漬するか，或いは，各冷却パイプの全表面に水を散布することにより，各冷却パイプの表面において氷を所定の厚さに成長すると言う構成にしている。

ところで，このスタティック型製氷装置において，その各冷却パイプの表面において凍らせた氷を使用しての冷房等は，前記各冷却パイプの表面に付着している氷に対して水を接触して，前記氷を融解することにより，その冷熱を利用して行うものであるから，前記各冷却パイプの表面に付着している氷は，当該氷の表面から順次融解し，その厚さが次第に薄くなると言う形態を呈する。

これに対し，従来におけるスタティック型製氷装置においては，前記したように，各冷却パイプの表面に，氷を所定の厚さに成長させると言う方式であって，各冷却パイプの表面において成長した氷は円柱状であることにより，この各冷却パイプの表面に付着している氷の表面積は，当該氷が融解してその厚さが薄く，従って，直径が小さくなるに伴って急激に減少することになる。

このために，前記各冷却パイプの表面における氷から取り出される冷熱の熱量は，当該氷の融解が進行するにつれて急激に低下することになるから，冷熱を安定した状態で取り出すことができないと言う問題があった。しかも，従来のスタティック型製氷装置においては，その各冷却パイプの表面においてのみ凍らせるもので，その製氷面積は，各冷却パイプの表面積に限られるから，製氷面積を増大するには，前記冷却パイプの本数を多くしなければならないのである。

これに加えて，前記各冷却パイプの相互間には，その表面に氷を所定の厚さに成長した後の状態においてもこの氷を融解するための水が充分に流れることができるような隙間を確保することが必要であり，このために，各冷却パイプの相互間の間隔寸法を，縦方向に並び横方向のいずれにおいても相当大きくしなければならず，これにより，前記各冷却パイプを収容する製氷槽における単位体積当たりの氷の保有量が小さくなるから，前記したように冷却パイプの本数を多くしなければならないことと相俟って，前記製氷槽が大型化し，ひいては，製氷装置の全体が大型化すると言う問題もあった。

本発明は，これらの問題を解消するようにしたスタティック型製氷装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「製氷槽内に，縦方向に延びる冷却板の複数枚を，横方向に適宜ピッチの間隔で略平行に並べて配設すると共に，この各冷却板の表面及び裏面における上端部に対して水を散布するようにした散布手段を配設する一方，前記各冷却板の各々に，内部を冷却媒体が流れ，且つ，直径が前記冷却板における板厚さよりも大きくて横向きに延びる冷却パイプの複数本を，縦方向に適宜ピッチの間隔で一体に設けて成り，前記各冷却板における各冷却パイプの中心を，当該冷却パイプの一部が前記冷却板の表面及び裏面の両方に突出するように，その軸線方向から見て前記冷却板における板厚さの中心に位置した。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記各冷却板における各冷却パイプを，各冷却板の相互間において千鳥状の配列にした。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記各冷却板の各冷却パイプにおける縦方向の間隔を，各冷却板の上端部において狭くした。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項４は，
「前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記各冷却板を，冷却パイプを備えた単位冷却板の複数枚を縦方向に当該各単位冷却板が互いに密接するように並べたものに構成した。」
ことを特徴としている。

この構成において，各冷却板における表面及び裏面には，その上部における散布手段から水が散布されることにより，この水は，前記各冷却板における表裏両面，及びこれに設けた各冷却パイプの表面を伝いながら流下する一方，前記各冷却板及び各冷却パイプは，各冷却パイプ内を流れる冷却媒体によって冷却されているから，前記したように，各冷却板における表裏両面及び各冷却パイプの表面を伝いながら流下する水は，各冷却板における表裏両面及び各冷却パイプの表面において凍って，所定の厚さの氷に成長するのである。

つまり，氷は，各冷却板における表裏両面及び各冷却パイプの表面に対して板状にて成長するものであることにより，この氷の表面積は，当該氷の厚さとは無関係に略一定であるから，この氷を，各冷却板の上端に対して散布した水によって融解することにより，冷熱として取り出す場合において，取り出される冷熱の熱量が，当該氷の融解が進行するにつれて急激に低下することを回避でき，冷熱を，略一定の状態に取り出すことができるのである。

しかも，各冷却板は，これに固着した各冷却パイプに対して熱を伝達するためのフインとしての作用を行うことにより，製氷面積を，冷却パイプのみの従来の場合よりも大幅に増大できるのであり，これに加えて，各冷却板の相互間にのみ，氷を融解するための水が充分に流れることができるような隙間を確保するだけで良いから，製氷槽における単位体積当たりの氷の保有量を，従来の場合よりも多くすることができるから，これら製氷面積を増大できることと，製氷槽における単位体積当たりの氷の保有量を増大できることとが相俟って，製氷槽，ひいては，製氷装置の全体を小型化できるのである。

その上，本発明は，冷却板における板厚さよりも大きい直径にした冷却パイプを，前記冷却板に対して，当該冷却パイプの一部が前記冷却板の表面及び裏面の両方に突出するように，その軸線方向から見て，当該冷却パイプの中心を前記冷却板における板厚さの中心に位置して一体に設けるというに構成にしたことにより，前記冷却板の表面における氷の厚さと，前記冷却板の裏面における氷の厚さとを常に同じようにすることができる。

ところで，前記した構成では，各冷却パイプ内を冷却媒体が流れることにより，その各冷却板における表裏両面及び各冷却パイプの表面において成長する氷の厚さは，各冷却板のうち各冷却パイプの部分において厚く，各冷却板のうち各冷却パイプの間の部分において薄くなる傾向を呈するものであることにより，各冷却板における各冷却パイプを，各冷却板の各々について同じ高さの部位に設けた場合には，各冷却板のうち氷が最も厚くなる部分が同じ高さに位置するから，各冷却板の相互間の間隔を，各冷却板のうち氷が最も厚くなる部分に所定の隙間を確保するように大きくしなければならない。

これに対して，本発明は，請求項２に記載したように，各冷却板における各冷却パイプを，各冷却板の相互間において千鳥状の配列に設けることを提案するもので，これにより，各冷却板において氷の厚さが最も厚くなる部分と，氷の厚さの最も薄くなる部分とが交互に同じ高さに位置し，氷の厚さが最も厚くなる部分が，氷の厚さが最も薄くなる部分に入り込むようになるから，前記各冷却板の相互間の間隔を，各冷却板における各冷却パイプを各冷却板の各々について同じ高さの部位に設けた場合よりも狭くできて，製氷槽内に設けることができる冷却板の数を増大でき，従って，製氷槽における単位体積当たりの氷の保有量をより増大できて製氷装置をより小型化できる。

また，冷熱を取り出すに際しては，各冷却板の上端に対して散布した水によって各冷却板における氷を融解するものであることにより，各冷却板における氷は，当該氷のうち冷却板の上端部の部分が先に溶けて無くなってしまうことになるから，このようになった場合には，取り出す冷熱が大きく変化する。

これに対して，本発明は，請求項３に記載したように，各冷却板の各冷却パイプにおける縦方向の間隔を，各冷却板の上端部において狭くすることを提案するもので，これにより，各冷却板のうち上端部に部分における氷の厚さを，各冷却板の下端部における氷の厚さよりも厚くすることができるから，冷熱の取り出しの際に，各冷却板における氷のうち冷却板の上端部の部分が先に溶けて無くなることを確実に低減できて，冷熱を長い時間にわたって安定した状態で取り出すことができる。

その上，本発明は，請求項４に記載したように，各冷却板を，冷却パイプを一体に備えた単位冷却板の複数枚を縦方向に当該各単位冷却板が互いに密接するように並べたものに構成したことにより，前記単位冷却板を，アルミニウムによる押し出し成形にて製造できるから，製造コストを，冷却板に冷却パイプを溶接にて固着する場合よりも大幅に低減することができる利点がある。

以下，本発明の実施の形態を図面について説明する。図１〜図５は，第１の実施形態を示す。この図において符号１は，製氷槽を示し，この製氷槽１内には，縦方向に延びるアルミ等の冷却板２の複数枚を，横方向に適宜ピッチＳの間隔で略平行に並べて配設されている。

また，前記製氷槽１内のうち前記各冷却板２の上方の部分には，各冷却板２の表面２ａ及び裏面２ｂにおける上端部に対して水を散布するための散布管３が，各冷却板２の箇所ごとに設けられている。

前記各散水管３にて各冷却板２の表面２ａ及び裏面２ｂに散布された水は，各冷却板２の表裏両面２ａ，２ｂを伝って流下して，製氷槽１内の底に溜まったのち，循環ポンプ４にて再び前記各散布管３に送られて，各冷却板２に対して散布されると言う循環を繰り返すように構成され，前記循環ポンプ４から各散布管３に至る水循環管路５中には，冷熱を取り出すための熱交換器９が設けられている。

そして，前記各冷却板２の各々には，当該冷却板２における板厚さＴよりも大きい直径Ｄで横方向に延びるように構成した冷却パイプ６の複数本が，縦方向に適宜ピッチＰの間隔で一体に設けられており，この各冷却パイプ６内の各々には，図示しない冷凍機にて冷却した冷却媒体が一端に接続した供給管７より供給されたのち他端に接続した排出管８より流出するように構成されている。

この場合において，前記各冷却板２における各冷却パイプ６は，各冷却板２のうち相隣接する二枚の冷却板２の相互間において，一方の冷却板２における各冷却パイプ６が，他方の冷却板２における各冷却パイプ６の間の部分に位置するように，千鳥状の配列に構成されている。

しかも，前記各冷却板２の各々に，当該冷却板２における板厚さＴよりも大きい直径Ｄにした冷却パイプ６の複数本を一体に設けるに際しては，図４に示すように構成している。

すなわち，前記各冷却パイプ６の中心を，当該冷却パイプ６の一部が前記冷却板２の表面２ａ及び裏面２ｂの両方に突出するように，その軸線方向から見て前記冷却板２における板厚さＴの中心に位置するように構成する。

なお，前記冷却板２における表面２ａ及び裏面２ｂは，前記冷却パイプ６のうち前記表面２ａ及び裏面２ｂより突出する部分における外周面６ａ，６ｂに対して，凹んだ形状の湾曲面２ａ′，２ｂ′を介して滑らかに連続するという構成にしている。

一方，前記各冷却板２の各々を，図４及び図５に示すように，単位幅寸法Ｐにした単位冷却板２′の複数枚して，この単位冷却板２′の各々に前記冷却パイプ６を前記した構成で一体に設け，そして，この単位冷却板２′の複数枚を，縦方向に当該単位冷却板２′が互いに密接するようにして並べて成るものに構成している。

この構成において，前記各冷却板２における表面２ａ及び裏面２ｂには，その上部における散布管３から水が散布されることにより，この水は，前記各冷却板２における表裏両面２ａ，２ｂ及びこれに設けた各冷却パイプ６の外周面６ａ，６ｂを伝いながら流下する一方，前記各冷却板２及び各冷却パイプ６は，各冷却パイプ６内を流れる冷却媒体によって冷却されているから，前記したように，各冷却板２における表裏両面２ａ，２ｂ及び各冷却パイプ６の外周面６ａ，６ｂを伝いながら流下する水は，各冷却板２における表裏両面２ａ，２ｂ及び各冷却パイプ６の外周面６ａ，６ｂにおいて凍結して，図４に二点鎖線で示すように，所定の厚さの氷に成長するのである。

そして，このようにして各冷却板２の表裏両面において凍らせた氷の冷熱を取り出すときには，前記各冷却板２における各冷却パイプ６への冷却媒体の供給を停止するか，或いは，冷却媒体の供給を継続した状態で，製氷槽１内の底に溜る水をポンプ４に散布管３に送って，各冷却板２の上端の表裏両面に散布することにより，各冷却板２の表裏両面における氷を水にて融解するのである。

この場合において，前記各冷却板２における表裏両面２ａ，２ｂ及び各冷却パイプ６の外周面６ａ，６ｂにおける氷は，板状になっていることにより，この氷の表面積は，当該氷の厚さとは無関係に略一定であるから，この氷を，各冷却板２の上端に対して散布した水によって融解することにより，冷熱として取り出す場合において，取り出される冷熱の熱量が，当該氷の融解が進行するにつれて急激に低下することを回避でき，冷熱を，略一定の状態に取り出すことができるのである。

しかも，前記各冷却板２に複数本の冷却パイプ６を一体に設けるに際し，この各冷却パイプ６の中心を，当該冷却パイプ６の一部が前記冷却板２の表面２ａ及び裏面２ｂの両方に突出するように，その軸線方向から見て前記冷却板２における板厚さＴの中心に位置するように構成したことにより，前記冷却板２の表面２ａ側における氷の厚さと，前記冷却板２の裏面２ｂ側における氷の厚さとを，図４に二点鎖線で示すように，常に同じようにすることができる。

ところで，前記した構成においては，各冷却板２における各冷却パイプ６内を冷却媒体が流れることにより，その各冷却板２における表裏両面２ａ，２ｂ及び各冷却パイプ６の外周面６ａ，６ｂにおいて成長する氷の厚さは，図４に二点鎖線で示すように，各冷却板２のうち各冷却パイプ６の部分において厚く，各冷却板２のうち各冷却パイプ６の間の部分において薄くなる傾向を呈するものである。

そこで，各冷却板２における各冷却パイプ６を，各冷却板２のうち相隣接する二枚の冷却板２の相互間において，一方の冷却板２における各冷却パイプ６が，他方の冷却板２における各冷却パイプ６の間の部分に位置するように，千鳥状の配列にすることにより，各冷却板２において氷の厚さが最も厚くなる部分と，氷の厚さの最も薄くなる部分とは交互お同じ高さに位置し，氷の厚さが最も厚くなる部分が，氷の厚さが最も薄くなる部分に入り込むようになるから，前記各冷却板２の相互間の間隔Ｓを，各冷却板２における各冷却パイプ６を各冷却板２の各々について同じ高さの部位に設けた場合よりも更に狭くすることができるのである。

また，冷熱を取り出すに際しては，各冷却板２の上端に対して散布した水によって各冷却板２における氷を融解するものであることにより，各冷却板２における氷は，当該氷のうち冷却板２の上端部の部分が先に溶けて無くなってしまうことになる。

そこで，各冷却板２における各冷却パイプ６の縦方向の間隔Ｐを，図６に示す第２の実施の形態のように，各冷却板２の上端部において狭く，各冷却板２の下端に行くにつれて次第に大きくなるように構成することにより，各冷却板１のうち上端部に部分における氷の厚さを，各冷却板２の下端部における氷の厚さよりも厚くすることができて，冷熱の取り出しの際に，各冷却板２における氷のうち冷却板２の上端部の部分が先に溶けて無くなることを確実に低減できるから，冷熱をより安定して取り出すことができるのである。

更にまた，前記各冷却板２を，前記したように，単位幅寸法Ｐにした単位冷却板２′の複数枚にして，この単位冷却板２′の各々に前記冷却パイプ６を一体に設け，そして，この単位冷却板２′の複数枚を，縦方向に当該単位冷却板２′が互いに密接するようにして並べて成るものに構成したことにより，前記冷却パイプ６を備えた各単位冷却板２′を，アルミニウムの押し出し成形にて製作することができるから，前記各冷却板２における製造コストを，前記したように，冷却パイプを溶接にて固着する場合によりも大幅に低減できる。

なお，前記各冷却板２及び冷却パイプ６は，アルミニウム等の金属製にすることに限らず，熱伝導性を付与した合成樹脂等の他の材料製にしても良いことは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態を示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す一部切欠斜視図である。 図１の要部拡大図である。 前記実施の形態に使用する単位冷却板を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態を示す縦断正面図である。

符号の説明

１ 製氷槽
２ 冷却板
２ａ 冷却板の表面
２ｂ 冷却板の裏面
３ 散布管
４ 循環ポンプ
５ 水循環管路
６ 冷却パイプ
６ａ 冷却パイプの外周面
６ｂ 冷却パイプの外周面
７ 冷却媒体供給管
８ 冷却媒体排出管

Claims (4)

1. 製氷槽内に，縦方向に延びる冷却板の複数枚を，横方向に適宜ピッチの間隔で略平行に並べて配設すると共に，この各冷却板の表面及び裏面における上端部に対して水を散布するようにした散布手段を配設する一方，前記各冷却板の各々に，内部を冷却媒体が流れ，且つ，直径が前記冷却板における板厚さよりも大きくて横向きに延びる冷却パイプの複数本を，縦方向に適宜ピッチの間隔で一体に設けて成り，前記各冷却板における各冷却パイプの中心を，当該冷却パイプの一部が前記冷却板の表面及び裏面の両方に突出するように，その軸線方向から見て前記冷却板における板厚さの中心に位置したことを特徴とする氷蓄熱システムにおけるスタティック型製氷装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記各冷却板における各冷却パイプを，各冷却板の相互間において千鳥状の配列にしたことを特徴とする氷蓄熱システムにおけるスタティック型製氷装置。
3. 前記請求項１又は２の記載において，前記各冷却板の各冷却パイプにおける縦方向の間隔を，各冷却板の上端部において狭くしたことを特徴とする氷蓄熱システムにおけるスタティック型製氷装置。
4. 前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記各冷却板を，冷却パイプを備えた単位冷却板の複数枚を縦方向に当該各単位冷却板が互いに密接するように並べたものに構成したことを特徴とする氷蓄熱システムにおけるスタティック型製氷装置。

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