JP2532578Y2 - 空調用氷蓄熱装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は，空調用の熱源水を氷の
形態で蓄熱するようにした氷蓄熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物内に配設したフアンコイルユニット
や水熱源ヒートポンプユニットの水側熱交換器に冷温水
を循環させて冷暖房を行なうさいに，冷房時の冷熱を蓄
熱槽内において氷の形態で蓄えるいわゆる氷蓄熱方式が
注目されており，一部稼働されるようになった。これ
は，例えば夜間電力で冷凍機を駆動して製氷し，氷の状
態で多量の冷熱を蓄熱槽で蓄えたうえ，冷房運転時にそ
の氷の冷熱を冷水として取出して二次側熱交換器に循環
するものであり，水の潜熱を利用するので小規模装置で
も多量の冷熱を蓄えることができる。

【０００３】この氷蓄熱方式には，製氷法の相違によっ
て蓄える氷の形態が氷塊状 (ソリッド状) のものとシャ
ーベット状 (微細氷と水とが混在したリキッド状または
スラリー状) のものとに分けられる。両者にはそれぞれ
得失があるが，氷塊方式では氷塊を蓄熱水槽で生成させ
る (熱交換器の表面で生成させる) 場合に氷層が厚くな
るとそれに伴って熱の伝導が低下するので大きな厚みに
することには限界があり，したがって，氷の充填率 (I.
P.F.) は10％前後にしかならず, 蓄熱効率が悪くなるこ
とは避けられない。I.P.F.を向上させるために添加剤を
加えた特殊溶液を使用したり，蓄熱水槽自体を圧力容器
に構成する例なども報告されているが,既設建物の蓄熱
式の水熱源冷暖房設備をそのまま氷蓄熱方式に適用する
には問題が多い。

【０００４】一方シャーベット状の氷を製造する場合に
はI.P.F.は非常に大きくすることができるが，大容量の
水をシャーベット状にするには一般には非常に大規模な
設備を必要とする。このシャーベット状の蓄熱方式につ
いては，例えば特開昭63-123９６８〜9号公報, 特開昭6
3-129274〜5号公報に記載のものなどが知られている。
また同一出願人に係る特開昭63-217171号公報および特
開昭63-231157号公報に過冷却水からから微細な氷を製
氷する方法および装置を提案し，この過冷却水を伝熱管
で連続製造することを要件として，それらの改善等につ
いて, 特開昭63-271074号公報, 特開昭64-75869号公報,
特開昭64-90973号公報, 特開平1-114682号公報, 実開
昭63-139459号公報, 実開平1-88235号公報, 実開平1-88
236号公報, 実開平1-88237号公報, 実開平1-97135号公
報, 実開平1-112345号公報, 実開平1-120022号公報, 実
開平1-125940号公報, 実開平1-136832号公報, 実開昭1-
148538号公報, 実開平1-178528号公報, 実開平2-527号
公報等に様々な提案を行った。

【０００５】いずれにしても，これらに提案した過冷却
水からシャーベット状の氷を製造する製氷システムの過
冷却器は，水がその中を通水する伝熱管を冷却容器内に
配置し，この冷却容器内に冷却媒体として冷凍機のブラ
インを通液するか，或いは冷却容器をヒートポンプ装置
の蒸発器として機能するように構成するものである。こ
れらを総称して本考案では過冷却器とよぶ。過冷却器内
の伝熱管の内壁温度を零度℃以下ではあるが−5.8℃以
上に維持すれば水の入口温度や流量等の変動に拘わらず
管内で凍結を起こすことなく伝熱管の吐出口から過冷却
水の連続流れを取り出すことができることも既に明らか
にした（例えば前記の特開平1-114682号公報) 。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】過冷却器の伝熱管の吐
出口から過冷却水を連続流れとして吐出させる場合，伝
熱管を横方向に配置した場合には，該吐出流は大気中を
放物線を描いて落下することになる。この放物線は終端
近くでは流線の広がりを起こすし，吐出圧や流量によっ
て放物線自体が変化し，また多数本の伝熱管から同時に
吐出させる場合にはその吐出流が相互に触れ合うことも
ある。このようなことから，伝熱管を横置き式にした過
冷却器は，管内流れに対して重力の作用を軽微にするこ
とができるという利点はあるものの，吐出流の広がりや
変化が起こり易く，このために槽内への受入れ面積を比
較的広くとることが必要となる。また飛沫が伝熱管の吐
出口付近に跳ね返り，吐出口近辺の管外に氷が付着成長
するという事態が生ずることもある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本考案は，水が通水する
伝熱管を管外壁から冷却してこの伝熱管の吐出口から零
℃以下の過冷却水を連続的に吐出させる過冷却器を，空
調用熱源水を蓄える蓄熱槽の水面より上方の位置に設置
し，該過冷却水の吐出流をいったん分散板に衝突させて
から該蓄熱槽内に落下させるようにした空調用氷蓄熱装
置において，前記過冷却器の伝熱管が吐出口を下方に向
けた縦管からなり，前記の分散板が頂点を上にした円錐
板からなり，この円錐板の頂点を過冷却水の吐出流束の
ほぼ中心に位置させてこの円錐板から放射状に氷滴を飛
散させるようにしたことを特徴とする空調用氷蓄熱装置
を提供する。

【０００８】

【実施例】図１は，本考案装置の一実施例を示したもの
である。１は蓄熱槽，２は過冷却器，３は循環ポンプで
あり，蓄熱槽１内の水はポンプ３の駆動により水路４を
経て過冷却器２に連続供給され，この過冷却器２によっ
て零度℃以下の過冷却水５となって大気中に吐出し，こ
の過冷却水５の吐出流は，分散板６に衝突したうえ蓄熱
槽１内に落下する。この分散板６への落下衝撃により過
冷却状態が解除されて微細な氷となり，蓄熱槽１内には
シヤーベット状の氷７が溜まる。

【０００９】図示のように，過冷却器２は，多数本の伝
熱管 (チユーブ）９をシエル10内に垂直に配置した縦型
のシエルアンドチユーブ熱交換器からなっている。各チ
ユーブ９ (以下，伝熱管９と言う) は, シエル10 (以
下, 冷却容器10と呼ぶ) を上下に貫通して配置され，上
端は入口ヘッダー部11に開口し，下端は大気に開放して
いることから，水入口ヘッダー部11に導入された水は各
伝熱管９内を垂直に流下して下端の吐出口15より大気中
に垂直に吐出する。

【００１０】シエル側の冷却容器10は, 各伝熱管９の内
壁温度が零℃以下であって−5.8℃以上となるように，
各伝熱管９をその外壁から冷却するものである。この冷
却媒体としては，冷凍機で製造したブラインを使用する
こともできるが，図示の例ではヒートポンプ装置の蒸発
器として機能させている。すなわち, 蒸発器 (つまり冷
却容器10), 圧縮機12, 凝縮器13, 膨脹弁14, 蒸発器10
を順に経る冷媒回路をもってヒートポンプ装置が構成さ
れている。このヒートポンプ装置の駆動により冷却容器
10が蒸発器となり，各伝熱管９を前記温度に冷却する。
なお，この冷却容器10内を冷媒液で満たし, この液冷媒
を伝熱管９からの受熱によって沸騰させる沸騰型の蒸発
器となるようにヒートポンプ装置を組立てることもでき
る。

【００１１】このようにして，本考案装置では過冷却器
２を縦型とし，その吐出口15から過冷却水を垂直吐出流
として蓄熱槽１に落下させるのであるが，その途中に円
錐型の分散板６を配置し，ここで過冷却状態の解除と槽
内への分散を行う。過冷却水の吐出流を直接的に蓄熱槽
に落下させても過冷却状態の解除はできるが，そのまま
では析出した微細な氷がピラミッド型に順次堆積し，や
がて吐出口近くまで至ることもあり，過冷却器の凍結ト
ラブルの原因となる。

【００１２】 本考案では，頂点を上にした円錐形の分
散板６に吐出流５を落下させることによって，落下の衝
撃で過冷却状態が解除されて生成する微細な氷滴を，該
円錐分散板６から放射状に反射させ，これを蓄熱槽１内
に落下させる。すなわち，図１に示したように多数本か
らなる互いに平行な吐出流５の束よりも大きな面積をも
つ円錐分散板６を，その頂点が吐出流５の束のほぼ中心
に位置するように配置することによって，円錐分散板６
の周囲に放射状に氷滴を飛散させる。この円錐分散板６
はステンレス鋼板等の滑らかな表面をもつ耐食性金属材
料で構成するが，その表面には樹脂コート例えばテフロ
ンコートを施しておくのが好ましい。

【００１３】この円錐分散板６は蓄熱槽１の水面より上
方であって槽壁高さ以内の槽内に吊り具16によって吊り
込まれている。この吊り具16の詳細を, 図２およびその
X-X線断面図の図３に示した。図示のように，円錐分散
板６は円筒状の支持台17の上に固定され，この円筒支持
台17を吊り具16によって受ける。吊り具16は金属薄板の
条片を鉛直部18と水平部19をもつ鉤型に加工したもの
で，その薄板の広面側が円錐分散板６の中心から半径方
向に向かう面と平行となるように配置してある。図示の
例では４本の吊り具16で円筒支持台17を90^o間隔で受け
ている。この吊り具16はフック20によって図１に見られ
るように蓄熱槽１の槽壁上縁から吊り込まれる。また,
この吊り具16を構成する金属薄板は，図４の断面に見ら
れるように内側縁部をエッジ21をもつ刀型にしてあり，
これによって氷が吊り具16に付着するのを防止する。

【００１４】以上のようにして，本考案装置によれば，
縦型の過冷却器２から垂直下向きに吐出する過冷却水流
れを取出し，これを円錐分散板６に衝突反射させること
によって過冷却状態の解除とこの解除によって生成する
氷滴を蓄熱槽１内に分散して落下させることができ，蓄
熱槽１内にはシヤーベット状の氷７が溜まる。

【００１５】なお，蓄熱槽１内において氷７と共存する
水（冷水）は，図示されてはいないが，建物内に配置さ
れるフアンコイルユニットやヒートポンプユニットの水
側熱交換器に循環され，空調用の熱源水（冷熱源）に供
され，再びこの蓄熱槽１内に戻される。過冷却水の製造
装置の運転（熱源機器の運転）と空調運転（負荷側の運
転）を同時に行うこともできるし，前者を安価な夜間電
力を利用して行うことにより夜間に蓄熱しこれを昼間の
冷房に利用してもよい。また，暖房運転の場合には，過
冷却水の製造装置は休止し，図示されていない熱源機器
例えばボイラーやヒートポンプ装置によって蓄熱槽１内
に温水を蓄え，この温水を負荷側に供給する。

【考案の効果】本考案によると，過冷却器の伝熱管を縦
型とし，この伝熱管から過冷却水を垂直下向きに吐出さ
せるようにしたので，吐出流が曲線を描くことがなくな
って水流パターンが安定する。そしてこの吐出流を円錐
分散板を用いて放射状に氷滴を分散させるので偏りのな
い均一分散と過冷却状態の解除が確実に行える。加えて
蓄熱槽は，横型過冷却器に比べて開口面積は小さくて済
み，このため縦長の蓄熱槽に構築することができる。縦
長の蓄熱槽では氷と水の比重差分離を行う上で有利であ
り，氷の充填率も高くすることができるし，設置面積も
少なくて済む。このため，小型でも十分な蓄熱容量をも
つ氷蓄熱装置に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に従う空調用氷蓄熱装置の全体を示す略
断面図である。

【図２】図１の円錐分散板の吊り具の詳細を示す側面図
である。

【図３】図１のＸ−Ｘ線矢視断面図である。

【図４】図１のＹ−Ｙ線矢視断面図である。

【符号の説明】

１ 蓄熱槽 ２ 過冷却器 ３ ポンプ ５ 過冷却水の連続流れ ６ 円錐分散板 ７ シャーベット状の氷 ９ 伝熱管 10 冷却容器 11 上部ヘッダー 12 圧縮機 13 凝縮器 14 膨脹弁 16 吊り具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 衛藤 一典 東京都町田市森野４−15−12 寺田ビル 森野Ｂ−311 (72)考案者 守屋 充 神奈川県座間市相模ケ丘３−７−25 サ ンライトヒルズ203 (72)考案者 谷野 正幸 神奈川県相模原市共和２−８−21−101 (56)参考文献 特開 平３−291472（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−178528（ＪＰ，Ｕ)

Claims (4)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 水が通水する伝熱管を管外壁から冷却し
   てこの伝熱管の吐出口から零℃以下の過冷却水を連続的
   に吐出させる過冷却器を，空調用熱源水を蓄える蓄熱槽
   の水面より上方の位置に設置し，該過冷却水の吐出流を
   いったん分散板に衝突させてから該蓄熱槽内に落下させ
   るようにした空調用氷蓄熱装置において，前記過冷却器
   の伝熱管が吐出口を下方に向けた縦管からなり，前記の
   分散板が頂点を上にした円錐板からなり，この円錐板の
   頂点を過冷却水の吐出流束のほぼ中心に位置させてこの
   円錐板から放射状に氷滴を飛散させるようにしたこと特
   徴とする空調用氷蓄熱装置。
2. 【請求項２】 円錐板の表面は，樹脂コートが施されて
   いる請求項１に記載の空調用氷蓄熱装置。
3. 【請求項３】 円錐板は，蓄熱槽の水面より上方であっ
   て槽壁高さ以内の槽内に吊り込まれている請求項１また
   は２に記載の空調用氷蓄熱装置。
4. 【請求項４】 過冷却水の伝熱管は，その内壁温度が零
   ℃以下で−5.8℃以上の温度に維持される請求項１，２
   または３に記載の空調用氷蓄熱装置。