JP2593600B2

JP2593600B2 - 氷蓄熱装置

Info

Publication number: JP2593600B2
Application number: JP33474991A
Authority: JP
Inventors: 宏竹田; 正治寺井; 正克迎; 和征相葉; 寛木村; 隆司志賀; 和弘上田; 晃一大畑; 忠明中野; 秀雄青木
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1991-12-18
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JPH05164366A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビルの空調や、氷温
にて冷却，冷蔵される食品生産，加工などに用いられる
氷蓄熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の氷蓄熱装置を示す系統図で
あり、図において、１は冷凍装置であり、これが圧縮機
２，凝縮器３，減圧装置４，蒸発器５を主要構成機器と
して備えている。６は氷と水を蓄える蓄熱槽、７は過冷
却を安定化させるためにある種の塩類を加えた水溶液、
８は生成した氷、９は過冷却した水溶液から氷を生成さ
せるための過冷却解除装置、１０は蒸発器５へ送水する
水から氷を除去する氷除去装置、１１はその送水用ポン
プである。なお、蓄熱槽６内の冷水は、別のポンプ１３
により、負荷熱交換器１４へ送られる。

【０００３】なお、水の過冷却を安定化させるために添
加する上記ある種の塩類については、何種類かの薬剤が
あるが、腐蝕性などを考慮して、最も実用的な添加物は
カリウム塩であり、また、その最適添加濃度は、用いる
水道水の水質に大きく依存するとはいえ、約０．１〜
０．３ｗｔ％の範囲である。

【０００４】また、過冷却解除装置９は、空気中にコー
ルドフィンガーを設けて、そこから氷微結晶を蓄熱槽６
の液表面に供給することができるもので、非接触を特徴
とする。そして、過冷却水溶液とコールドフィンガーと
が非接触であるため、接触タイプの過冷却解除装置に比
べて、多くの不都合、例えば生成した氷が過冷却解除装
置９上に積層する不都合を避けることができ、上記効用
は変わらない。

【０００５】次に動作について説明する。まず、冷凍装
置１は周知の冷凍サイクルを構成し、蒸発器５が冷却作
用を持つ。そして、この冷凍装置１の蒸発器５で氷点以
下数度（マイナス２℃程度）まで過冷却された水溶液７
は、配管１２によって蓄熱槽６の上部に導かれて、配管
１２の出口近傍に設けた過冷却解除装置９、つまり小容
量のマイナス５℃程度の低温発生装置により過冷却状態
が破られ、過冷却熱量分に相当する小片の氷８を生成
し、残りの水溶液７とともに蓄熱槽６中に放出される。

【０００６】氷８は蓄熱槽６内で、氷点温度の水溶液７
の上部に浮遊する。蓄熱槽６の下部の水溶液７は、氷除
去装置１０を通り、送水用ポンプ１１によって冷凍装置
１に送水され、再び過冷却されて、過冷却解除装置９へ
と送られる。

【０００７】以上により、蓄熱槽６内に連続的に氷片が
生成され、氷の占有率が高まる。この蓄熱運転は、安価
な深夜電力を利用して行い、昼間の冷房等にこの冷熱を
利用するため、氷点温度の水溶液をポンプ１３により、
負荷熱交換器１４へ送り、昇温した水溶液を蓄熱槽６に
戻し、氷８を融解することで、その潜熱を利用する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の氷蓄熱装置は以
上のように構成されているので、翌日の運転開始時にお
ける蓄熱槽６内の温度、すなわち昇温上限が水溶液の過
冷却安定性を支配し、昇温上限が低温であればあるほ
ど、過冷却安定性が小さくなり、場合によっては蒸発器
５の熱交換器内で凍結するおそれがあるなどの問題点が
あった。

【０００９】また、この現象は、水溶液７中における氷
様構造（氷の結晶構造に類似した氷の液体構造）の温存
度と関係しており、温存度が高いと、過冷却安定性が小
さくなりやすくなるなどの問題点があった。

【００１０】この請求項１の発明は上記のような問題点
を解消するためになされたもので、翌日の運転開始時に
おける蓄熱槽の昇温上限にかかわりなく、所期の過冷却
安定性を確保できる氷蓄熱装置を得ることを目的とす
る。

【００１１】また、この請求項２の発明は水溶液に対し
振動を直接伝えることにより、所期の過冷却安定性を確
実に高めることができる氷蓄熱装置を得ることを目的と
する。

【００１２】さらに、この請求項３の発明は水溶液に対
し振動を間接的に伝えても、略十分な過冷却安定性をえ
ることができる氷蓄熱装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この請求項１の発明に係
る氷蓄熱装置は、水溶液と氷を収容する蓄熱槽から冷凍
装置の蒸発器に至る水溶液の配管の途中に、吸振材のパ
イプを介して接続され、かつ小室に超音波振動子を取り
付けた加振部を設けたものである。

【００１４】また、この請求項２の発明に係る氷蓄熱装
置は、水溶液と氷を収容する蓄熱槽から冷凍装置の蒸発
器に至る水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介し
て接続され、かつ小室内に支持ばねで支持された振動板
に超音波振動子を取り付けた加振部を設けたものであ
る。

【００１５】また、この請求項３の発明に係る氷蓄熱装
置は、水溶液と氷を収容する蓄熱槽から冷凍装置の蒸発
器に至る水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介し
て接続され、かつ超音波振動子を取り付けた小室の底部
に、この小室内に突出する振動板が固定された加振部を
設けたものである。

【００１６】

【作用】この請求項１の発明における超音波振動子は、
小室の壁を介してこれの中を通過する水溶液に高周波振
動を付与し、水溶液の過冷却安定性を維持するととも
に、吸振材のパイプはこの高周波振動が氷除去装置，送
水用ポンプ，蒸発器などに伝わるのを防止する。

【００１７】また、この請求項２の発明における超音波
振動子は、直接水溶液に触れるため、この水溶液に直接
超音波振動を伝えることができるようになり、水溶液の
過冷却安定性を十分に高められるようにする。

【００１８】さらに、この請求項３の発明における超音
波振動子は、小室を介してこの小室内の振動子に振動を
間接的に伝えるものの、略十分な過冷却安定性を確保で
きるようにする。

【００１９】

【実施例】

実施例１．以下、この請求項１の発明の一実施例を図に
ついて説明する。図１において、１は冷凍装置であり、
これが圧縮機２，凝縮器３，減圧装置４，蒸発器５を主
要構成機器として備えている。６は氷と水を蓄える蓄熱
槽、７は過冷却を安定化させるためにある種の塩類を加
えた水溶液、８は生成した氷、９は過冷却した水溶液か
ら氷を生成させるための過冷却解除装置、１０は蒸発器
５へ送水する水から氷を除去する氷除去装置、１１はそ
の送水用ポンプである。なお、蓄熱槽６内の冷水は、別
のポンプ１３により、負荷熱交換器１４へ送られる。ま
た、１５は氷除去装置１０および送水用ポンプ１１間に
接続された超音波振動子をもつ加振部である。

【００２０】この加振部１５は図２に示すような構造と
なっており、１５ａは小室、１６はこの小室１５ａに設
けられた超音波振動子、１７は氷除去装置１０および送
水用ポンプ１１を小室１５ａに接続するのに用いられる
吸振材のパイプとしてのゴムホースである。

【００２１】また、上記超音波振動子１６の発振周波数
は数１０キロヘルツ、通常は４０〜５０キロヘルツであ
り、その高周波出力は数１０から数１００ワットであ
る。この高周波出力は、送水用ポンプ１１の循環水量に
応じて選べばよく、水量が多いほど高周波出力も大きく
することが望ましい。

【００２２】さらに、上記小室１５ａは１２０×１２０
×１２０ｍｍの立方形のステンレス製とし、氷除去装置
１０および送水用ポンプ１１とを連結する上記ゴムホー
ス１７は例えば外径が５０ｍｍ程度のものを用いる。

【００２３】次に動作について説明する。この実施例で
は、冷凍サイクルおよび氷蓄熱用の氷片生成工程が上記
従来と全く同様にして実施されるため、その重複する説
明を省略する。一方、この実施例では、蓄熱運転開始と
ともに、超音波振動子１６の電源も同時に入り、また、
蓄熱運転終了とともに、その超音波振動子１６の電源も
切れるようにする。こうすることにより、蓄熱運転中に
蓄熱槽６，氷除去装置１０，送水用ポンプ１１，蒸発器
５，配管１２を循環する水溶液は、必ず超音波振動によ
る攪拌を受ける。

【００２４】この結果、上記水溶液中に残存する氷様構
造が破壊され、水溶液中の水分子の構造が均質化され
る。すなわち、前日の蓄熱槽６の昇温上限に関係なく、
常に、一定の過冷却安定性が得られ、蒸発器４内のパイ
プの凍結事故を回避できることになる。

【００２５】なお、前日の運転で蓄熱槽６中の氷がすっ
かり消滅し、その水温が室温近くまで上昇した場合に
は、超音波振動子１６の電源をしばらくカットしてお
き、例えば水温が１０℃以下の場合にのみ、超音波振動
子１６を作動させるなど、運転状況に応じて、超音波振
動子１６の電源のオン，オフを制御することが望まし
い。

【００２６】実施例２．図３はこの請求項２の発明にお
ける他の加振部１５Ａを示す断面図である。この実施例
では、超音波振動子１６が防水構造体の中に封入され、
かつ小室１５ａ内に配置した複数段組付け構造の振動板
１８の中心に固定されている。また、その振動板１８は
支持ばね１９によって、上下の四隅から吊り下げられて
いる。

【００２７】従って、このような加振部１５Ａでは、小
室１５ａ自体に振動を惹き起こさせることなく、水溶液
自体に直接的に超音波振動を伝えることができる。ま
た、このとき、上記支持ばね１９は振動板１８の自在振
動を許容するだけでなく、振動板１８が小室１５ａの壁
面に接触するのを防止する。

【００２８】さらに、振動板１８の枚数やその間隔な
ど、その構造を最適に設計することにより、効率良く超
音波振動を水溶液に伝えることができ、従って、用いる
超音波振動子１６は図２に示すものに比べて小さくする
ことができ、コストを低減できる。また、超音波振動が
外部に漏れにくいため、騒音が少なく、静かである。

【００２９】実施例３．図４はこの請求項３の発明にお
ける他の加振部１５Ｂを示す。この実施例は、基本的に
実施例１に類似し、振動板１８を小室１５ａの底部に固
定した点が異なるものである。これによれば、上記実施
例１と実施例２の中間的な効果が得られ、具体的には、
小室１５ａに超音波振動子１６によって伝えられる超音
波振動を、水溶液に直接接触する振動板１８に伝えるこ
とができる。

【００３０】従って、実施例１に示すものよりも、水溶
液中に残存する氷様構造を効率的に破壊することがで
き、水溶液中の水分子の構造を均質化できる。この結
果、蓄熱槽６の昇温上限に拘らず、一定の過冷却安定状
態を形成して、蒸発器４内のパイプが凍結するのを未然
に防止することができる。

【００３１】なお、上記各実施例において、超音波振動
が水溶液に与える熱エネルギーはそれほど大きくないの
で、循環する水溶液に不利な温度上昇はほとんど生じ
ず、熱収支からみて、このシステムが不利をもたらすこ
とはない。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、この請求項１の発明によ
れば、水溶液と氷を収容する蓄熱槽から冷凍装置の蒸発
器に至る水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介し
て接続され、かつ小室に超音波振動子を取り付けた加振
部を設けた構成としたので、循環する水溶液に超音波振
動を与えて、水の構造を均質化することができ、従って
常に卓越した過冷却安定性を生み出すことができ、結果
として氷蓄熱装置の定常安定運転を実現できるものが得
られる効果がある。

【００３３】また、この請求項２の発明によれば、水溶
液と氷を収容する蓄熱槽から冷凍装置の蒸発器に至る水
溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介して接続さ
れ、かつ小室内に支持ばねで支持された振動板に超音波
振動子を取り付けた加振部を設けた構成としたので、水
溶液に対し振動を直接伝えることができ、従って、十分
かつ確実な過冷却安定性を確保できるものが得られる。

【００３４】さらに、この請求項３の発明によれば、水
溶液と氷を収容する蓄熱槽から冷凍装置の蒸発器に至る
水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介して接続さ
れ、かつ超音波振動子を取り付けた小室の底部に、この
小室内に突出する振動板が固定された加振部を設けた構
成としたので、水溶液に対する加振が間接的になされる
にも拘らず、略十分な過冷却安定性を確保できるものが
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この請求項１の発明の一実施例による氷蓄熱装
置を示す系統図である。

【図２】図１における加振部を示す断面図である。

【図３】この請求項２の発明における加振部を示す断面
図である。

【図４】この請求項３の発明における加振部を示す断面
図である。

【図５】従来の氷蓄熱装置を示す系統図である。

【符号の説明】

１冷凍装置５蒸発器６蓄熱槽９過冷却解除装置１０氷除去装置１１送水用ポンプ１２配管１５，１５Ａ，１５Ｂ加振部１５ａ小室１６超音波振動子１７パイプ１８振動板１９支持ばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者迎正克長崎市丸尾町６番14号三菱電機株式会社長崎製作所内 (72)発明者相葉和征長崎市丸尾町６番14号三菱電機株式会社長崎製作所内 (72)発明者木村寛尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者志賀隆司和歌山市手平６丁目５番66号三菱電機株式会社和歌山製作所内 (72)発明者上田和弘和歌山市手平６丁目５番66号三菱電機株式会社和歌山製作所内 (72)発明者大畑晃一大阪市北区堂島二丁目２番２号三菱電機株式会社関西支社内 (72)発明者中野忠明大阪市北区堂島二丁目２番２号三菱電機株式会社関西支社内 (72)発明者青木秀雄長崎市旭町８番23号三菱電機エンジニアリング株式会社長崎事業所内 (56)参考文献特開平４−332363（ＪＰ，Ａ) 特開平１−75869（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶液と氷を収容する蓄熱槽と、該蓄熱
槽内の水溶液を氷を除去して取り出す氷除去装置と、該
氷除去装置を通して送られる水溶液を、冷凍装置の蒸発
器に通過させるように送出する送水用ポンプと、上記蒸
発器を通過した過冷却の水溶液から小片の氷を生成し
て、上記蓄熱槽内に放出する過冷却解除装置とを備えた
氷蓄熱装置において、上記蓄熱槽から上記蒸発器に至る
水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介して接続さ
れ、かつ、小室に超音波振動子を取り付けた加振部を設
けたことを特徴とする氷蓄熱装置。
【請求項２】水溶液と氷を収容する蓄熱槽と、該蓄熱
槽内の水溶液を氷を除去して取り出す氷除去装置と、該
氷除去装置を通して送られる水溶液を、冷凍装置の蒸発
器に通過させるように送出する送水用ポンプと、上記蒸
発器を通過した過冷却の水溶液から小片の氷を生成し
て、上記蓄熱槽内に放出する過冷却解除装置とを備えた
氷蓄熱装置において、上記蓄熱槽から上記蒸発器に至る
水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介して接続さ
れ、かつ、小室内に支持ばねにて支持された振動板に超
音波振動子を取り付けた加振部を設けたことを特徴とす
る氷蓄熱装置。
【請求項３】水溶液と氷を収容する蓄熱槽と、該蓄熱
槽内の水溶液を氷を除去して取り出す氷除去装置と、該
氷除去装置を通して送られる水溶液を、冷凍装置の蒸発
器に通過させるように送出する送水用ポンプと、上記蒸
発器を通過した過冷却の水溶液から小片の氷を生成し
て、上記蓄熱槽内に放出する過冷却解除装置とを備えた
氷蓄熱装置において、上記蓄熱槽から上記蒸発器に至る
水溶液の配管の途中に、吸振材のパイプを介して接続さ
れ、かつ、超音波振動子を取り付けた小室の底部に、該
小室内に突出するように振動板が固定された加振部を設
けたことを特徴とする氷蓄熱装置。