JP2649078B2 - 蓄熱式冷暖房法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は氷蓄熱を利用した冷暖房法に関するものであ
る。

〔発明の背景および従来技術〕

建物内に配設したフアンコイルユニットの各コイル或
いは水熱源ヒートポンプユニットの各水側熱交換器に冷
温水を循環させて冷暖房を行なう空気調和方式が普及し
ているが，その冷温水を建物の地下ピット等を利用して
構築した蓄熱水槽に一たん蓄え，これを建物内の該二次
側熱交換器群に循環する方式が普通に行われている。そ
のさい，冷水または温水の蓄熱は，蓄熱水槽内の水を熱
源機器に循環するいわゆる蓄熱運転によって行なうのが
一般である。この蓄熱を夜間電力を利用して行なうこと
も一般化している。細菌，冷房時の冷水を蓄える方式と
して水の潜熱の形態で蓄えるようにした氷蓄熱方式も注
目されており，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
換器に循環する方式が各種提案されている。

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であ
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。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63−12
9274〜５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号公報には，過冷却水を製造してこれか
らシャーベット状の氷を製氷する方法および装置を提案
した。

〔発明の目的〕

本発明は，先に提案した特開昭63−217171号公報およ
び特開昭63−231157号公報に記載の過冷却水利用の製氷
技術を一層改善し，冷房用はもとより暖房用にも適用で
きる新しい蓄熱式冷暖房法の実現を目的としたものであ
る。特に通常の市水を用いても過冷却水を安定して連続
製造でき且つその過冷却状態の解除を確実に行なうこと
ができ，既存の水熱源空調設備をそのまま利用してより
高い蓄熱効率のもとで稼働できる融通性のある経済的な
冷暖房法の提供を目的としたものである。

〔発明の構成〕

本発明は，その一つの態様として，熱源側の一次側熱
交換器と冷暖房用の二次側熱交換器との間を循環する冷
暖房用冷温水回路と，前記の一次側熱交換器と，蓄熱槽
との間を循環する熱源側冷温水回路と，前記蓄熱槽とシ
エルアンドチューブ型熱交換器との間を循環する水の冷
却加熱回路と，前記のシエルアンドチューブ型熱交換器
とヒートポンプ装置との間を循環する冷媒回路と，から
なる設備を使用した冷暖房法であって，冷房時に該冷却
加熱回路の水を該シエルアンドチューブ型熱交換器にお
いて該冷媒回路の冷媒によって零℃以下にまで冷却して
過冷却水とし，この過冷却水をこの熱交換器から過冷却
水の連続流れとして吐出させ，この吐出流をその過冷却
状態を解除しつつ該蓄熱槽に供給して該蓄熱槽に氷−水
スラリーを蓄え，暖房時に該冷却加熱回路の水を該シエ
ルアンドチューブ型熱交換器において該冷媒回路の冷媒
によって温水に加熱して該蓄熱槽に供給し，冷房運転時
に前記蓄熱槽内の氷−水スラリーの水を一次側熱交換器
に循環させ，暖房運転時に前記蓄熱槽内の温水を一次側
熱交換器に循環させることを特徴とするものである。

さらに本発明は，別の態様として，冷温水を蓄える蓄
熱槽と冷暖房用の二次側熱交換器との間を循環する冷暖
房用冷温水回路と，該蓄熱槽とシエルアンドチューブ型
熱交換器との間を循環する水の冷却加熱回路と，この水
の冷却加熱回路における該熱交換器と蓄熱槽との間の経
路に介装された予備槽と，この予備槽と該シエルアンド
チューブ型熱交換器との間を循環する水の予備循環路
と，該シエルアンドチューブ型熱交換器とヒートポンプ
装置との間を循環する冷媒回路とからなる設備を使用し
た冷暖房法であって，冷房時に該蓄熱槽および／または
予備槽の水を該シエルアンドチューブ型熱交換器におい
て該冷媒回路の冷媒によって零℃以下にまで冷却して過
冷却水とし，この過冷却水をこの熱交換器から過冷却水
の連続流れとして吐出させ，この吐出流をその過冷却状
態を解除しつつ該予備槽に供給し，この予備槽で生成す
る氷−水スラリーを該蓄熱槽に供給して氷−水スラリー
を蓄え，暖房時に該蓄熱槽および／または予備槽の水を
該シエルアンドチューブ型熱交換器において該冷媒回路
の冷媒によって温水に加熱して該蓄熱槽に蓄え，冷房運
転時に前記蓄熱槽内の氷−水スラリーの水を二次側熱交
換器に循環させ，暖房運転時に前記蓄熱槽内の温水を二
次側熱交換器に循環させることを特徴とするものであ
る。

以下に図面の実施例に従って本発明法を具体的に説明
する。

〔実施例〕

第１図は，前記の本発明の第一の態様を実施する装置
の配置を示した略断面図であり，第２図は該装置の主要
部分を平面的に見た図である。この態様の蓄熱式冷暖房
設備は，熱源側の一次側熱交換器１と冷暖房用の二次側
熱交換器２との間を循環する冷暖房用冷温水回路Ａと，
前記の一次側熱交換器１と蓄熱槽３との間を循環する熱
源側冷温水回路Ｂと，蓄熱槽３とシエルアンドチューブ
型熱交換器４との間を循環する水の冷却加熱回路Ｃと，
シエルアンドチューブ型熱交換器４とヒートポンプ装置
５との間を循環する冷媒回路Ｄとからなっている。

建物の各室の冷暖房は，各室に配置されたフアンコイ
ルユニットFCUによって行われる。このFCUには二次側熱
交換器２であるコイルと，通常のフイルター６およびフ
アン７が内装され，室内の空気を取入れてコイル２で冷
却または加熱して室内に給気される。このFCUは建物の
規模に応じて多数配設され，各FCUのコイルと二次側熱
交換器１とを冷温水が一次側ポンプ８によって循環する
冷温水回路Ａが施設される。一次側熱交換器１は例えば
プレート式の水対水熱交換器であり，ここで，熱源側冷
温水回路Ｂの冷温水と熱交換が行われる。

熱源側冷温水回路Ｂは普通の市水を熱媒とする水循環
路であり，蓄熱槽３と一次側熱交換器１との間を一次側
ポンプ９によって市水からなる冷温水が循環される。そ
のさい，蓄熱槽３の下部から槽内の水が取り出され，蓄
熱槽３への槽の水面上部に設置した散水装置10から戻り
水が槽内に散水される。冷房運転時において槽内にシャ
ーベット状の氷が堆積する場合にはその氷の上に散水さ
れることになる。

水の冷却加熱回路Ｃは本発明の特徴をなす回路であ
る。蓄熱槽３内の水は水循環ポンプ11によってシエルア
ンドチューブ型熱交換器４に給送されここで冷媒回路Ｄ
の冷媒と熱交換されて蓄熱槽３に戻される。暖房時には
この熱交換器４において循環水が高温冷媒によって加熱
されて温水が製造され，この温水が蓄熱槽３に蓄えられ
る。冷房時にはこの熱交換器４が過冷却器として機能し
て循環水は零℃以下の温度の過冷却水とされる。そして
この過冷却水からシャーベット状の微細氷が連続的に製
造され，これが蓄熱槽３で蓄えられる。すなわち冷房シ
ーズンにおいて過冷却水の製造と過冷却水からのシャー
ベット状の氷の製氷を行なうのである。このため，シエ
ルアンドチューブ型熱交換器４は，後述の第３〜４図で
説明するような構造のものを使用する。一方，この水冷
却加熱回路Ｃには，蓄熱槽３内に設置された一次フイル
ター12,蓄熱槽３から熱交換器４に至る経路に介装され
た氷捕集フイルター13,電気ヒータ14および乱流発生手
段15が存在する。またシエルアンドチューブ型熱交換器
４からの吐出流が蓄熱槽３に落下するまでに邪魔板16に
衝突するようにしてある。これらの詳細は後述する。

冷媒回路Ｄは，シエルアンドチューブ型熱交換器４に
冷媒を循環させる回路であり，この冷媒はヒートポンプ
装置５によって冷熱または温熱を付与される。ヒートポ
ンプ装置５は図示の例では空気熱源ヒートポンプが使用
されており，冷媒回路を循環する冷媒としてはブライン
が用いられている。すなわちヒートポンプ装置５は，空
気側熱交換器17と水側熱交換器18との間に圧縮機19およ
び膨張弁20を介して例えばＲ−22の冷媒を使用した冷凍
サイクルが形成され，四方弁21の切替によって冷暖の可
逆運転ができるものであり，水側熱交換器18に該回路Ｄ
のブラインが通液される。シエルアンドチューブ型熱交
換器４において過冷却水を製造する製氷運転時において
は，このヒートポンプ装置５は空気側熱交換器17を凝縮
器，水側熱交換器18を蒸発器として機能させ，温水を製
造するときは逆に空気側熱交換器17を蒸発器，水側熱交
換器18を凝縮器として機能させる。冷媒（ブライン）回
路Ｄには冷媒ポンプ22が設置され，ヒートポンプ装置５
の水側熱交換器18とシエルアンドチューブ型熱交換器４
のシエル内をブラインを循環させる。そのさい，回路Ｄ
には膨張タンク23が設けられ，また必要に応じて水側熱
交換器18をバイパスする，電磁弁24介装のバイパス管25
が設けられている。

第２図に見られるように，本例では，一基の蓄熱槽３
に対して，二基のシエルアンドチューブ型熱交換器4a,4
bが設置され，このため，水冷却加熱回路Ｃは電気ヒー
タ14を経たあと各熱交換器4a,4bに分岐し，各熱交換器4
a,4bからの吐出流はそれぞれの邪魔板16a,16bに衝突し
たあと蓄熱槽３で合流するようにしてある。また，ヒー
トポンプ装置も各々独立駆動可能な二つの冷凍サイクル
を形成しており，各々水側熱交換器を通過したブライン
を冷媒回路Ｄに合流して取り入れるようにしてある。

次に，水の冷却加熱回路Ｃに設けられたシエルアンド
チューブ型熱交換器4,邪魔板16,氷捕集フイルター13,電
気ヒータ14,乱流発生手段15等について説明する。これ
らは製氷運転を行なう場合の本発明設備の特徴的なもの
であり，したがって製氷運転を行う場合を想定して説明
する。この場合，シエルアンドチューブ型熱交換器４
は，その冷媒側には零℃以下のブラインが流され，水を
零℃以下に冷却して過冷却水を製造する過冷却器とな
る。したがって，以下の説明において製氷運転時の該熱
交換器４を過冷却器４と呼ぶことがある。

第３図〜第５図はシエルアンドチューブ型熱交換器４
の詳細を示したものであり，第３図はその全体の外観
を，第４図はその側面を，第５図は部分断面を示す。シ
エル28およびチューブ29は実施例ではいずれもステンレ
ス鋼製であり，全長≒4m,外径≒140mmのシエル28内に多
数本のチューブ29が内装されている。各チューブ29は，
シエル28の両端の隔壁プレート30,31を貫通してこれら
に支持される。シエル28にはブラインが，チューブ29に
は水が導入され，チューブ29管壁を通じて熱交換が行わ
れるのであるが，チューブ29の水入口端32は，隔壁プレ
ート30より若干突出した位置に存在し，シエル28と同軸
的にフランジ接合された水ヘッダー管33内に該水入口端
32が開口している。34は水ヘッダー管33への水導入口を
示す。他方，チューブ29の水吐出端35は，隔壁プレート
31よりも僅かな距離をもって外方に突出した位置に存在
し大気に開口している。そのさい，この外方に突出する
実質的長さ部分が，シエル28と同軸的な保護管36によっ
て覆われており，この保護管36の外側端に設けた断熱板
37に各チューブ29が貫通し，この断熱板37の外方まじか
に大気に開口した水吐出端35が位置している。保護管36
の内部空間は，隔壁プレート31よりチューブ29が突出す
る部分を外気と遮断する断熱層を形成している。シエル
28には，冷媒導入口39よりブラインが導入された冷媒出
口40より流出する。一方，水ヘッダー管33の水導入口34
から導入された水は，水入口端32から各チューブ29に入
り，シエル28内を流れるブラインと熱交換して水吐出端
35から連続的な吐出流として大気に吐出する。

本発明者らは，先に特願昭62−271922号（特開平１−
114682号公報）において，連続流れの水と接触する管壁
温度がマイナス5.8℃以下とはならない温度（但し零℃
以下）に伝熱管（図例の場合にはチューブ29）を冷却す
れば，水流のレイノルズ数（つまり，流速や管の径），
伝熱管に入る前の水温，伝熱管を出る水温等とは無関係
に零℃以下の過冷却水が連続的に製造できることを明ら
かにした。したがって，本発明においても，過冷却水を
製造する製氷運転の場合には，チューブ29の内壁温度が
−5.8℃以下とはならない温度（但し零℃以下）に制御
する。これは，実際にはチューブ29に導入するブライン
の温度を制御する。この制御を行なうことによって，チ
ューブ29の各水吐出端35からは，チューブ29に供給され
る水の水温や流速が変動しても過冷却水が連続流れとし
て吐出される。

第１図の設備において，シエルアンドチューブ型熱交
換器４（過冷却器４）は，その軸をほぼ水平にして，そ
のチューブの水吐出端35が，蓄熱槽３の水面より上方の
槽側面から槽内に露出するように，設置されている。従
って，水吐出端35からの吐出流は水平方向に槽内上方に
吐出し，放物線を描いて槽内を落下することになる。前
記の過冷却水を吐出させる製氷運転においては，この過
冷却水の吐出流を槽内に設置した邪魔板16に衝突させ，
その衝撃によって過冷却状態を解除し，微細な氷を連続
的に析出させる。図示の例では，吐出する過冷却水流が
まだ水平方向のベクトルを比較的多く持っている落下上
部の位置において，ほぼ水平にした邪魔板16の上面でそ
の連続流れを衝突させるようにしてあり，従って，吐出
流は邪魔板16の上面に衝突してバウンドしてから槽内に
落下する。この邪魔板16は第２図に示すように支持杆42
に裏面で支持され，この支持杆42が槽外のハンドル43で
軸回りに回転できるようにしてある。すなわち，ハンド
ル43によって邪魔板16の水平角が自在に調整できるよう
にしてある。このようにして，ほぼ水平方向にした邪魔
板16の上面で水平方向のベクトルをもった吐出流を衝突
させることによって，その跳ね返り飛沫がチューブの水
吐出端35側に飛来する量を少なくすることができる。ま
た，水吐出端35の近傍には，第５図で説明したように，
保護管36および断熱材37が存在するので，微細氷がこの
付近に逆飛来しても，ここに集積することは防止され，
これによって付着氷が過冷却水の過冷却状態を解除する
トリガーとなることが防止される。なお，邪魔板16は，
場合によっては吐出流をジグザグ状に受け止めるように
複数の板を多段に設置したり，樋状にしたりすることも
できる。いずれにしても，吐出流がもつ運動エネルギー
と落差エネルギーを利用した衝突という物理的作用だけ
で過冷却状態を解除することができ，これによって過冷
却度（マイナス温度）に相当する量の氷を微細な状態で
（微細な薄片，針状で）連続的に析出させることができ
ることがわかった。落差を十分に持たせれば特に邪魔板
16を設置しなくてもよい場合もあるが（水面または堆積
する氷の上に落下衝突させる），邪魔板16によって飛沫
を分散させて槽内に落下させた方が氷の堆積分布を良好
にする面でも好都合である。

このようにして，過冷却水からは過冷却度に相当する
量の微細氷が生成し，水と氷が混在したスラリー状態で
槽内に落下し，落下後は，氷と水との比重差等によって
微細氷の集団は槽の上方に，水は下方に自然に分かれて
堆積する。すなわち，氷−水スラリーの蓄積状態では水
面が微細氷の集団の中に生成する。したがって，本発明
による場合には，製氷運転の発停は水面の設定レベルを
指示値として非常に簡単に行なうことができる。すなわ
ち，水面が設定レベルより上に存在しているときは製氷
運転を続け，水面が設定レベルより下がったら製氷運転
を停止すればよい。これによって高い氷充填率を常時維
持した状態に簡単に制御ができる。

氷−水スラリーの堆積した蓄熱槽３内からは，その下
方の水を水循環ポンプ11によって過冷却器４のチューブ
29内に循環させるのであるが，この循環水中に微細氷が
存在すると過冷却器４で連結トラブルを起こすことがあ
る。これを完全に防止するために，槽内の一次フイルタ
ー12（第１図）のほかに，本例では，氷捕集フイルター
13を回路Ｃに介装させると共に，水加熱器としての電気
ヒータ14および滞流（乱流）発生手段15を回路Ｃに設け
てある。

氷捕集フイルター13は，水循環ポンプ11の吸込側管路
に取付けられており，これは，実願昭63−76854号（実
開平２−527号公報）の明細書および図面に提案したよ
うなカートリッジ型フイルターまたは実願昭63−111103
号（実開平２−34925号公報）の明細書および図面に提
案した充填物装填の屈曲通路をもつフイルターが好適で
ある。このようなフイルターを給水路に介在させること
によって，その給水中に氷核が同伴したとしても，フイ
ルターを通過するさいに圧損を受けて乱流化され，この
乱流化作用によって氷核が水中に融解する。また水循環
ポンプ11も乱流化作用を付与して融解を助成する。この
ポンプとしては片吸込渦巻ポンプが好適である。なお，
水捕集フイルター13の取り換え操作のために，また，こ
れは過冷却水製造時に役立つものであり温水製造時には
特に必要ではないので，このフイルター13をバイパスす
る管路45を設け，必要に応じてこのバイパス管路45を用
いてフイルター13を迂回して給水できるようにしてあ
る。

水加熱器としての電気ヒータ14は，水循環ポンプ11の
吐出側給水路に介装される。これは，実願昭63−111103
号（実開平２−34925号公報）明細書および図面に提案
したようなプラグ式ヒータをチーズ部に取付けるのが好
適である。

滞流発生手段15は，実願昭63−14563号（実開平１−1
20022号公報）明細書および図面に提案したように，給
水路を方向変換させる蛇行管とするのが好便である。す
なわち給水管路内において流れ方向を強制的に逆転させ
て管路内水流を乱流化させ且つ管路を延長して管路内で
の滞留時間を増大させるものである。これによって仮に
氷核が給水路中に同伴したり生成したとしても水流中に
拡散溶融させることができる。

回路Ｃに設ける氷捕集フイルター13,水加熱器14,滞流
発生手段15はいずれも過冷却器４に入る前の循環水中に
微細氷が同伴したり生成したりする場合に必要なもので
あるが，水加熱器14と滞流発生手段15は必ずしも必要と
しない場合もある。このため，氷捕集フイルター13のバ
イパス管45と同様に，図示されていないが水加熱器14と
滞流発生手段15にもバイパスする管路を設けておき，こ
のバイパス管路への流路切替によって水加熱器14と滞流
発生手段15は必要に応じて使用するように構成しておく
とよい。

以上の構成になる第１〜２図の本発明の第一の態様の
設備によれば，普通の市水を蓄熱体としてシャーベット
状の氷を連続製氷できる。そして蓄熱槽３における氷の
充填率（I.P.F.）は原理的には100％近くにすることも
可能である。（実操業ではI.P.F.が70〜80％のところの
水位に維持するのがよい）。また過冷却器４における過
冷却水の製造が連続的に行われ，凍結の問題も解決され
た。この過冷却水の製造は，伝熱面上に氷を生成させる
製氷技術とは異なり，熱の伝達が良好に行われるのでヒ
ートポンプ装置５の成績係数（C.O.P.）は非常に高い水
準に維持でき省動力が達成される。この製氷運転は夜間
電力を利用して行えば一層有利である。もちろんフアン
コイルユニットが稼働している冷房運転時に製氷運転を
同時に行なうこともでき，この場合には，蓄熱槽３内の
水位を指示値として自動制御が簡単に行なえる。これに
よって，二次側の冷房負荷がかなり大きな多層階建物で
あっても，一次側熱交換器１にはほぼ零℃に近い熱源水
を常時循環させることができる。しかも製氷設備の規模
はそれほど大きくしなくても高い成績係数のもとで大き
な負荷に対処することができる。加えて，温水の製造も
同じ設備で実施することができる。すなわち暖房時に
は，ヒートポンプ装置５で高温の冷媒を作りこれを冷媒
回路Ｄに循環させればよく，シエルアンドチューブ型熱
交換器４は加熱器として機能し，得られる温水は蓄熱槽
３に蓄えればよい。もちろん，場合によっては，製氷ま
では至らない低温の冷水を製造し，これを蓄熱槽３に蓄
えることも可能である。したがって，二次側の建物内負
荷の状況に応じて，夜間電力を利用した製氷蓄熱運転，
温水蓄熱運転，冷水運転を任意に行なうことができると
共に，フアンコイルユニットが稼働している時間帯にお
いても製氷運転，温水運転，冷水運転を同時に行なうこ
とができ，全く新しい冷暖房方法を実現し得る。なお，
二次側の冷温水回路Ａには既設の冷却塔が存在する場合
には必要に応じてこれを利用することも可能である。

次に，第６図に示した本発明の第二の態様について説
明する。これは，冷暖房用の冷温水を蓄える大型の蓄熱
槽（地下ピット等を利用した蓄熱水槽）をもつ建物に対
して，この蓄熱槽自体を氷蓄熱に利用するものであり，
このために，第一の態様で説明した蓄熱槽３は予備槽と
して機能させ，この予備槽から該大型蓄熱槽に氷−水ス
ラリーを搬送するようにしたものである。すなわち，こ
の第二の態様の蓄熱式冷暖房設備は，冷温水を蓄える蓄
熱槽50と冷暖房用の二次側熱交換器２′との間を循環す
る冷暖房用冷温水回路Ａ′と，前記蓄熱槽50とシエルア
ンドチューブ型熱交換器４との間を循環する水の冷却加
熱回路Ｅと，この水の冷却加熱回路Ｅにおける該熱交換
器４と蓄熱槽50との間の経路に介装された予備槽３′
と，この予備槽３′と該シエルアンドチューブ型熱交換
器４との間を循環する水の予備循環路Ｃ′と，該シエル
アンドチューブ型熱交換器４とヒートポンプ装置５との
間を循環する冷媒回路Ｄとからなっている。この第６図
において，第１〜２図と同じ参照数字を付した部材は第
１〜２図の態様で説明したものと同じ内容を有するもの
である。

この設備によって，冷房時に該蓄熱槽50および／また
は予備槽３′の水をシエルアンドチューブ型熱交換器４
において冷媒回路Ｄの冷媒によって零℃以下にまで冷却
して過冷却水とし，この過冷却水をこの熱交換器４から
過冷却水の連続流れとして吐出させ，この吐出流をその
過冷却状態を解除しつつ予備槽３′に供給し，この予備
槽３′で生成する氷−水スラリーを蓄熱槽50に供給して
氷−水スラリーを蓄え，他方，暖房時には必要に応じて
蓄熱槽50および／または予備槽３′の水をシエルアンド
チューブ型熱交換器４において冷媒回路Ｄの冷媒によっ
て温水に加熱して蓄熱槽50に蓄えるものであり，冷房運
転時には蓄熱槽50内の氷−水スラリーの水を二次側熱交
換器２′に循環させ，暖房運転時には蓄熱槽50内の温水
を二次側熱交換器２′に循環させて冷暖房を行なうもの
である。建物の地下ピット等を利用した大型の蓄熱槽50
では蓄熱効率を上げるためのに幾つかの小槽に区分され
ているのが通常であるが，本発明ではその区分された小
槽の幾つかを氷蓄熱槽として利用するだけでも十分な冷
熱量を蓄えることができ，さらにその数を増やせば極め
て多量の冷熱を蓄えることが可能であり，大型の建物で
あってもその冷房負荷を十分にまかなうことができるこ
とになる。

この大型蓄熱槽50を利用する場合においても，本発明
では通常の市水を蓄熱体とすることができるので，蓄熱
槽50の水を直接シエルアンドチューブ型熱交換器４に給
水することができる。51はこのための給水ポンプを示し
ている。予備槽３′では製氷運転時には該熱交換器４が
過冷却器として機能し，先の態様と同様に，そのチュー
ブの水吐出端35から過冷却水が連続的に吐出し，邪魔板
16に衝突して過冷却状態が解除されて氷−水スラリーと
なるが，この氷−水スラリーをポンプ52によって蓄熱槽
50に供給する。このポンプ52としてはモーノポンプを使
用するのが好適である。周知のとおりモーノポンプは，
ステーター内に軸回りに回転する蛇行ローターを挿入し
たものであり，ステーターと蛇行ローターとの間で生じ
る隙間を軸方向に連続移行させることによってこの隙間
の流体を送り出すものである。邪魔板16から落下する氷
−水スラリーをこのモーノポンプ52に，例えば多孔板等
を介して出来るだけ水分を分離しつつ供給することによ
って，氷密度の高い濃度スラリーを蓄熱槽50に搬送する
ことができる。そして，予備槽３′に溜まる水は，先の
態様と同様に循環ポンプ11によって水回路Ｃ′を経て過
冷却器４に送り返せばよい。そのさい，蓄熱槽50からの
給水回路Ｅに水回路Ｃ′を合流させることもできる。第
６図の53はこの合流点を示している。

このようにして蓄熱槽50には必要量の氷−水スラリー
を自由に蓄えることができ，冷房運転時にはその水を二
次側熱交換器２′にポンプ８によって循環させればよ
い。この二次側熱交換器２′はフアンコイルユニットの
コイルであってもよく，また空調用水熱源ヒートポンプ
ユニットの水側熱交換器であってもよい。蓄熱槽50は地
下ピット等を利用した大型のものでは，この氷蓄熱のみ
ならず，冷水蓄熱，温水蓄熱などにも適用されるもので
あり，このために，周知の水熱源冷暖房システムと同様
に，冷却塔設備や通常の熱源機器等が，ヒートポンプ装
置５や熱交換器４とは別個に，付設されたものであって
もよく，このような従来の既設または新設の水熱源冷暖
房システムに対して，これを氷蓄熱用に簡単に造作でき
る点が，本発明の第二の態様の特徴である。

以上のように，本発明によると，通常の市水を用いて
過冷却水を安定して製造し，これからシャーベット状の
氷−水スラリーを生成させて氷蓄熱を行なう冷暖房法が
実現されたのであり，高い氷充填率と高い成績係数のも
とで稼働できる経済的冷暖房システムとして，ビニル空
調や向上空調に大きな貢献をなすものである。

なお，実施例では，シエルアンドチューブ型熱交換器
のシエル側にはブラインを通液する例を示したが，この
熱交換器を過冷却器として機能させるさいには，該シエ
ルを冷凍サイクルの蒸発器として機能させることもでき
るのであり，直膨型熱交換器に構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の態様を実施する設備の略断面配
置図，第２図は第１図の設備の主要部分の平面的配置を
示す図，第３図はシエルアンドチューブ型熱交換器の全
体を示す正面図，第４図は該熱交換器の側面図，第５図
は該熱交換器の拡大部分断面図，第６図は本発明の第二
の態様を実施する設備の略断面配置図である。 １……一次側熱交換器， ２……フアンコイルユニットのコイル（二次側熱交換
器）， ３……蓄熱槽,3′……予備槽 ４……シエルアンドチューブ型熱交換器， ５……ヒートポンプ装置， ８……二次側冷温水ポンプ， ９……一次側冷温水ポンプ， 10……散水装置， 11……水循環ポンプ， 13……氷捕集フイルター， 14……電気ヒータ， 15……乱流発生手段， 16……邪魔板（過冷却状態解除装置）， 18……ヒートポンプ装置の水側熱交換器， 35……熱交換器４の水吐出端， 50……蓄熱槽（地下ピットを利用した蓄熱水槽）， 51……給水ポンプ， 52……モーノポンプ。 Ａ……冷暖房用（二次側）冷温水回路， Ｂ……熱源側（一次側）冷温水回路， Ｃ……水の冷却加熱回路， Ｄ……冷媒回路， Ｅ……給水回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷野 正幸 神奈川県川崎市多摩区西生田３―20―９ (72)発明者 中西 正人 神奈川県川崎市多摩区西生田３―20―９ (56)参考文献 特開 昭63−14063（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−13945（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−243261（ＪＰ，Ａ)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱源側の一次側熱交換器と冷暖房用の二次
   側熱交換器との間を循環する冷暖房用冷温水回路と，前
   記の一次側熱交換器と蓄熱槽との間を循環する熱源側冷
   温水回路と，前記蓄熱槽とシエルアンドチューブ型熱交
   換器との間を循環する水の冷却加熱回路と，前記のシエ
   ルアンドチューブ型熱交換器とヒートポンプ装置との間
   を循環する冷媒回路と，からなる設備を使用した冷暖房
   法であって， 冷房時に該冷却加熱回路の水を該シエルアンドチューブ
   型熱交換器において該冷媒回路の冷媒によって零℃以下
   にまで冷却して過冷却水とし，この過冷却水をこの熱交
   換器から過冷却水の連続流れとして吐出させ，この吐出
   流をその過冷却状態を解除しつつ該蓄熱槽に供給して該
   蓄熱槽に氷−水スラリーを蓄え， 暖房時に該冷却加熱回路の水を該シエルアンドチューブ
   型熱交換器において該冷媒回路の冷媒によって温水に加
   熱して該蓄熱槽に供給し， 冷房運転時に前記蓄熱槽内の氷−水スラリーの水を一次
   側熱交換器に循環させ，暖房運転時に前記蓄熱槽内の温
   水を一次側熱交換器に循環させることを特徴とする蓄熱
   式冷暖房法。
2. 【請求項２】水の冷却加熱回路における蓄熱槽からシエ
   ルアンドチューブ型熱交換器に至る経路に微細氷を捕集
   するフイルターおよび水加熱器が介装される請求項１に
   記載の蓄熱式冷暖房法。
3. 【請求項３】水の冷却加熱回路における蓄熱槽からシエ
   ルアンドチューブ型熱交換器に至る経路に滞流発生手段
   が介装される請求項１または２に記載の蓄熱式冷暖房
   法。
4. 【請求項４】シエルアンドチューブ型熱交換器から吐出
   する過冷却水は，蓄熱槽の水面より上方に設置された邪
   魔板に衝突させることによって過冷却状態が解除される
   請求項1,2または３に記載の蓄熱式冷暖房法。
5. 【請求項５】二次側熱交換器はフアンコイルユニットの
   コイルである請求項1,2,3または４に記載の蓄熱式冷暖
   房法。
6. 【請求項６】ヒートポンプ装置は，空気側熱交換器と水
   側熱交換器との間で冷凍サイクルを形成した空気熱源ヒ
   ートポンプ装置である請求項1,2,3,4または５に記載の
   蓄熱式冷暖房法。
7. 【請求項７】冷媒回路の冷媒はブラインであり，このブ
   ラインがヒートポンプ装置の水側熱交換器とシエルアン
   ドチューブ型熱交換器のシエル内とを循環する請求項６
   に記載の蓄熱式冷暖房法。
8. 【請求項８】水の冷却加熱回路にはシエルアンドチュー
   ブ型熱交換器が複数基設置され，蓄熱槽内の水がこの複
   数基のシエルアンドチューブ型熱交換器に分岐して供給
   され，複数の過冷却水の吐出流が該蓄熱槽に向けて吐出
   される請求項1,2,3,4,5,6または７に記載の蓄熱式冷暖
   房法。
9. 【請求項９】熱源側冷温水回路の蓄熱槽への戻り水は蓄
   熱槽の水面より上に設置された散水装置を経て該槽に散
   水される請求項1,2,3,4,5,6,7または８に記載の蓄熱式
   冷暖房法。
10. 【請求項１０】冷温水を蓄える蓄熱槽と冷暖房用の二次
    側熱交換器との間を循環する冷暖房用冷温水回路と，前
    記蓄熱槽とシエルアンドチューブ型熱交換器との間を循
    環する水の冷却加熱回路と，この水の冷却加熱回路にお
    ける該熱交換器と蓄熱槽との間の経路に介装された予備
    槽と，この予備槽と該シエルアンドチューブ型熱交換器
    との間を循環する水の予備循環路と，該シエルアンドチ
    ューブ型熱交換器とヒートポンプ装置との間を循環する
    冷媒回路とからなる設備を使用した冷暖房法であって， 冷房時に該蓄熱槽および／または予備槽の水を該シエル
    アンドチューブ型熱交換器において該冷媒回路の冷媒に
    よって零℃以下にまで冷却して過冷却水とし，この過冷
    却水をこの熱交換器から過冷却水の連続流れとして吐出
    させ，この吐出流をその過冷却状態を解除しつつ該予備
    槽に供給し，この予備槽で生成する氷−水スラリーを該
    蓄熱槽に供給して氷−水スラリーを蓄え， 暖房時に該蓄熱槽および／または予備槽の水を必要に応
    じて該シエルアンドチューブ型熱交換器において該冷媒
    回路の冷媒によって温水に加熱して該蓄熱槽に蓄え， 冷房運転時に前記蓄熱槽内の氷−水スラリーの水を二次
    側熱交換器に循環させ，暖房運転時に前記蓄熱槽内の温
    水を二次側熱交換器に循環させることを特徴とする蓄熱
    式冷暖房法。
11. 【請求項１１】予備槽の氷−水スラリーはモーノポンプ
    によって蓄熱槽に供給される請求項（10）に記載の蓄熱
    式冷暖房法。
12. 【請求項１２】蓄熱槽は建物の地下ピットに形成される
    蓄熱水槽である請求項（11）に記載の蓄熱式冷暖房法。
13. 【請求項１３】蓄熱槽には冷却塔で冷却された冷却水お
    よび該シエルアンドチューブ型熱交換器以外の熱源機器
    によって加熱された温水も同時に蓄えられる請求項10,1
    1または12に記載の蓄熱式冷暖房法。