JP3353692B2 - 氷蓄熱式空気調和装置及び氷蓄熱槽 - Google Patents
氷蓄熱式空気調和装置及び氷蓄熱槽Info
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Description
た伝熱部の内部に冷却用媒体を流すことによって製氷あ
るいは解氷を行う氷蓄熱式空気調和装置及びそれに用い
られる氷蓄熱槽に関する。
としてはスタティック方式とダイナミック方式の二種類
があり、スタティック方式は蓄熱槽内部に設けられた伝
熱部の表面に氷を着氷させて成長させるもので、氷厚の
増大に伴って伝熱抵抗が大きくなり、製氷効率が低下す
る問題がある。ダイナミック方式は氷蓄熱槽の底部に設
けた伝熱部の内部に低温低圧の冷却用媒体を流し氷を生
成させ、次に高温高圧の冷却用媒体を流すことによって
成長した氷を伝熱部の表面より剥ぎ取り、氷自身の浮力
によって蓄熱槽の上部まで浮上させて蓄熱槽内に氷とし
て蓄熱していくもので、例えば特開平8−42878号
公報記載のものが知られている。
生成に伴う熱抵抗の増大の抑制や槽内の水の容積に対す
る氷の充填率の向上は解決できるものの、氷蓄熱槽の底
部に伝熱部としてプレ−ト式蒸発器を設けているため氷
蓄熱槽内の容器空間に対する氷の充填率(占有率)は低下
する問題がある。また、氷をある周期で蒸発器となる伝
熱部から剥ぎ取るためその周囲の水を温めてしまう問題
があった。
し、氷蓄熱槽内の製氷に寄与しない未利用部を削減させ
て氷蓄熱槽内の氷の充填率を向上させる、あるいは過剰
着氷による伝熱部の破損が防止される氷蓄熱式空気調和
装置及びそれに用いられる氷蓄熱槽を提供することにあ
る。
部に熱交換器が設置された氷蓄熱式空気調和装置におい
て、それぞれの断面が矩形であり、かつ前記氷蓄熱槽の
底部から容器上端付近に至るまでの高さ方向の大きさを
持ち偏平状とされたプレ−ト型伝熱部が複数枚その厚さ
方向に10〜50mmの間隔で積層される前記熱交換器
を備え、内部に前記プレ−ト型伝熱部が水没するように
水が入れられ、冷媒は前記プレ−ト型伝熱部の下部から
流入し上部へ流出して前記プレ−ト型伝熱部の表面に製
氷して冷熱を蓄えるものである。
熱部が偏平状のプレ−ト型で氷蓄熱槽の略容器高さの大
きさで、かつ厚さ方向に積層されているので、氷蓄熱槽
内に未利用部として製氷に利用できない間隙がなくな
り、氷の充填率を向上させることができる。
は偏平状のプレ−ト型でその厚さ方向に積層され氷は各
伝熱部の表面に成長されるので、製氷方法がスタティッ
ク方式でありながら氷厚が必要以上に増大することがな
く、伝熱抵抗を小さくできる。また、同時に未利用部と
して製氷に利用できない間隙が無くなるので、氷の充填
率を向上させることができる。
未利用部として製氷に利用できない間隙を少なくして、
氷の充填率が従来65%程度であったものが87%程度
まで向上させることができる。
熱部の下部から流入するので、下部から製氷し、製氷過
程において水が閉じこめられることなく上部へと逃げて
行く。よって、製氷に利用できない部分が無くなり、氷
の充填率が向上すると共に閉じこめ部分がその後凍って
膨張することにより生じる伝熱部の破損も回避できる。
記プレ−ト型伝熱部の内部に冷媒の流路を分岐、合流を
繰り返すように整流具を複数配置したものである。これ
により、冷媒の混合が良くなり製氷厚さを一様化でき
る。
レ−ト型伝熱部の内部に穴を有するしきり板を複数配置
したものである。これにより、プレ−ト型伝熱部の内面
としきり板との接触が低減される。そして、プレ−ト型
伝熱部の外側からプレ−ト型伝熱部の内部を流れる冷媒
までの熱抵抗を小さく、かつ均一化できる。
レ−ト型伝熱部は2枚のプレートが張り合わせられるこ
とによって流路が形成されるものである。これにより、
部品点数が低減される。
レ−ト型伝熱部は2枚のプレートが張り合わせられるこ
とによって流路が形成され、その内部に傾斜角の異なる
凹凸状の整流具が複数配置されたものである。これによ
り、部品点数が少なくかつ冷媒の分岐、合流を促進でき
プレ−ト型伝熱部内の圧力損失を小さくできる。
ないし図15を参照して詳細に説明する。図1は本発明
の一実施の形態である氷蓄熱層を示す構成図、図2は他
の実施の形態である氷蓄熱層を示す構成図、図3はさら
に他の実施の形態である氷蓄熱層を示す構成図、図4は
さらに他の実施の形態である氷蓄熱層を示す構成図、図
5は一実施の形態であるプレ−ト型伝熱部を示す構成
図、図6は他の実施の形態であるプレ−ト型伝熱部を示
す構成図、図7はさらに他の実施の形態であるプレ−ト
型伝熱部を示す構成図、図8はさらに他の実施の形態で
あるプレ−ト型伝熱部を示す構成図、図9はさらに他の
実施の形態であるプレ−ト型伝熱部を示す構成図、図1
0はさらに他の実施の形態であるプレ−ト型伝熱部を示
す構成図、図11は図10におけるプレ−ト型伝熱部の
AA'断面図、図12はさらに他の実施の形態であるプレ
−ト型伝熱部を示す構成図、図13は図12におけるプ
レ−ト型伝熱部の斜視図、図14は氷蓄熱式空気調和装
置の基本構成図、図15は従来例による伝熱管の製氷時
の断面図である。
に圧縮機6と室外熱交換器4等をまとめた室外ユニット
7と、氷蓄熱槽1及び分岐配管等をまとめた蓄熱ユニッ
ト8、室内熱交換器5を有する室内ユニット9を備えて
いる。主に夜間、深夜電力を利用して冷凍サイクルを動
かし、氷蓄熱槽1に冷熱を氷として蓄えておき、昼間こ
の冷熱を空調に利用する。氷蓄熱槽1に冷熱を蓄熱する
際は、 氷蓄熱槽1内の伝熱管(伝熱部)3を冷凍サイ
クルの蒸発器とすることにより、その表面に製氷して冷
熱を蓄える。
の冷媒が凝縮器である室外熱交換器4、開度が制御され
た膨張弁24a、蒸発器としての蓄熱槽内1の伝熱管3
及びバルブ25を通って圧縮機1に戻るようになる。膨
張弁24bは全閉である。
槽1内の熱交換器を冷凍サイクルの凝縮器の一部とする
ことにより、熱交換器内に高温高圧の冷却用媒体を流
し、伝熱管3の製氷面側から氷2を解氷して冷熱を取り
出す。冷凍サイクルは、圧縮機6、凝縮器としての室外
熱交換器4及び蓄熱槽1、膨張弁24b、蒸発器として
の室内熱交換器5の順となる(バルブ25は全閉であ
る)。
熱管3として円形断面の銅パイプ(外径約7〜9mm)を
蛇腹状に折り曲げたものが用いられている。このため、
この銅パイプ表面に生成される氷も図16のように断面が
ほぼ円形のチュ−ブ状となり、上下左右に隣り合う伝熱
管(銅パイプ)3から生成される氷2との間に製氷できな
い未利用部10が生じる。よって、氷充填率(氷の体積/
全水はり量)は65%程度が限界であった。
まで高めるためには、伝熱管3の表面に厚み60〜70
mmの氷2を製氷させなければならず、氷2の生成にし
たがって伝熱面の表面から氷の生成面までの熱抵抗も増
し、製氷完了までには長時間を要する。
管3から成長してくる氷2が未利用部10の水を閉じ込
めて水の逃げ場がなくなるため、その後、未利用部10
の水が凍って膨張して伝熱管3を破損させてしまう恐れ
もあった。
1aにプレ−ト型伝熱部14を水没するように複数枚そ
の厚さ方向に積層して垂直に充填している。これによ
り、隣り合う伝熱部3の間の未利用部10と冷媒入口側
ヘッダ11と出口側ヘッダ12の製氷に利用できない間
隙をなくし、氷の充填率を向上させることができる。例
えば、円筒型蓄熱槽(φ1100×1775)では水張り量1520m
3に対して伝熱部が円形断面の銅パイプの場合、着氷量
が0.988m3(パイプφ8、全長208m)であり氷の充填率は
65%程度である。これに対して同サイズの円筒型氷蓄
熱槽に厚さ5mmのプレ−ト型伝熱部14をピッチ25
mm間隔で43枚その厚さ方向に積層して垂直に充填し
た場合、氷の充填率を87%まで向上させることができ
る。矩形断面の蓄熱槽であれば、さらに隙間を少なくプ
レ−ト型伝熱部14を配置でき、氷充填率を更に増加で
きる。
冷媒出口側ヘッダ12をプレ−ト型伝熱部14の上部に配置
することにより、プレ−ト型伝熱部14は、円筒型蓄熱槽
1aの上部から挿入すれば良いので、製作性を向上でき
る。
で、入口側ヘッダ11へ不均一に着氷して伝熱管が破損
することを防ぐことができる。さらに、伝熱管の断面が
円形である場合、周囲にできる氷も断面が円形上に製氷
され、蓄熱が進むにつれて熱抵抗の増加率が大きくなる
が、図1に示すようにプレ−ト型伝熱部14用いること
により、製氷厚さに比例した熱抵抗となり、蓄熱時間も
短縮することができる。
伝熱部14の下部から流入してきた冷媒が上部に流出し
ていく間に冷媒13はプレ−ト型伝熱部14と円筒型氷
蓄熱槽1aの間に充填された水から熱を奪って蒸発して
いくため、プレ−ト型伝熱部14の高さ方向に乾き度の
異なる気液二相流状態となる。よって、プレ−ト型伝熱
部14の内部には圧力損失の小さい整流具を設けて、プ
レ−ト型伝熱部14の幅方向に対する冷媒の混合を良く
して製氷厚さを一様にすることが望ましい。
は、HFC407Cに代表される非共沸混合冷媒が望ま
しいが、これは蒸発が進むにしたがって蒸発温度が上昇
していく特徴をもっている。よって、冷媒はプレ−ト型
伝熱部14の下部から流入し上部へとぬけていくが、蒸
発が進むにしたがって蒸発温度が上がっていくため、製
氷量はプレ−ト型伝熱部14の下部で厚く、上部ほど薄
くなる。即ち製氷過程においてプレ−ト型伝熱部14間
の水は閉じ込められることなく上部へと逃げていくこと
となり、水が閉じ込められることによる伝熱部の破損が
回避される。
−ト型伝熱部14を円筒型蓄熱槽1aの高さ方向に水没す
るまで垂直に多数枚挿入しているが、一枚一枚のプレ−
ト型伝熱部14の幅を円筒型蓄熱槽1aの各挿入個所に合わ
せるのではなく、基本幅aと基本幅bの2種類のプレ−ト
型伝熱部14a、14bを対象とする蓄熱槽1aに対して高密度
になるように組み合わせて挿入している。
プレ−ト型伝熱部14を揃えるのではなくいくつかの基本
幅のプレ−ト型伝熱部14を組み合わせて高密度となるよ
うに充填することにより、共通部品を多くしてコスト低
減を図ることができる。
14を角型蓄熱槽1bに用いれば円筒型蓄熱槽1aに用いた場
合よりもさらに高密度に充填することができ、氷の充填
率もより向上する。さらに、ヘッダを上部に集中させる
ことにより、既設の蓄熱槽に対して従来の蛇腹状の伝熱
管群を取り除き、プレ−ト型伝熱部14を槽の上部から挿
入して既設の氷蓄熱槽の氷充填率を向上させることがで
きる。
伝熱部14のみでなく、湾曲したプレ−ト型伝熱部14
cとを組み合わせて円筒型氷蓄熱槽1a内に水没するよ
うに充填させている。これにより、円筒型氷蓄熱槽1a
の内壁付近での氷の占有率が向上し、全体の氷の充填率
を向上させることができる。
19の中に円盤状の整流具15aを多数個充填したもの
である。円盤状の整流具15aの縁は両面に対して面取り
を施しているので、整流具15aどうしが接するように充
填されても冷媒13の流路は面取り部によって確保され
る。よって、冷媒13の混合を良くして製氷厚さを一様
にすることができる。またプレ−ト型伝熱部14のケ−
シング19と整流具15とを一体もしくは冷却用媒体の
流路23のための間隙を設けながら固定しなくてもすむ
ため生産性を向上できる。
グ19の中に,紐状の整流具15bを多数個充填し、紐状の
整流具15bの充填割合を変えてケ−シング19の大きさに
応じた冷却用媒体の流路23の確保している。さらにプレ
−ト型伝熱部14の高さ方向にも紐状の整流具15bの充填
割合を変えることによって冷媒の流路23の大きさを気
液二相流の組成状態に応じて容易に変えることができ
る。
にひし形の整流具15がお互いに重なり合わないよう固定
位置をずらした形で多数個設けたものである。図5のも
のは、プレ−ト型伝熱部14の高さ方向及び幅方向のみで
冷却用媒体13の均一に混合されていたが、図7のもので
は高さ方向、幅方向に加え厚み方向での冷媒13の均一な
混合も可能となり、気液二相流冷媒の一様化をより促進
させることができる。
内に穴21を設けたしきり板20を冷却用媒体の流路23を形
成する整流具15としてプレ−ト型伝熱部14の高さ方向と
幅方向に多数枚設けたものである。図5に示したものに
比べプレ−ト型伝熱部14のケ−シング19と整流具15との
接触部を減らすことができるため、プレ−ト型伝熱部14
の外側の水からプレ−ト型伝熱部14の内部を流れる冷媒
13までの熱抵抗を減らし、かつ伝熱面に対して熱抵抗を
より均一化することができる。
体13を導入するための冷却用媒体入口配管16を一方向
(図ではケ−シングの厚み方向)に偏平化させてケ−シン
グとの隙間を小さくしておくことにより整流具15として
のしきり板20の役割を持たせたものである。また冷却用
媒体配管16の一部にくびれ部22を設けることにより、そ
の箇所を冷却用媒体の流路23とさせることが可能であ
る。これにより、プレ−ト型伝熱部14の外部に冷却用媒
体配管16を接合する行程を減らすことができ、かつしき
り板20の一部を偏平化させた冷却用媒体配管16で代用さ
せたため図8のものに比べ、部品点数を減らすことがで
きる。
レ−ト27a、27bを張り合わせて冷媒の配管16及び冷媒の
流路23を形成させたものであり、一方のプレ−ト27aに
は張り合わせる面側に押し出された突起26を複数個設け
ている。これにより、構成部品の点数を大幅に削減で
き、図7に示したものにおける整流具を固定するための
接合作業あるいは切削加工等なども省略できる。また、
突起26部の板厚をプレ−ト27aのその他の部分と同一に
保てるため、突起26付近の熱抵抗の増大を防ぐことがで
きる。
の下部に冷却用媒体13中に混じっていた圧縮機6の潤滑
油18を再び圧縮機6に戻すための油戻し管17を設けると
良い。冷却用媒体入口配管16とプレ−ト型伝熱部14と冷
却用媒体出口配管28及び油戻し管17全てを一体成形した
ものを張り合わせ接合しているため、プレ−ト型伝熱部
14と冷却用媒体入口配管16との接合部等をなくすことが
でき、これら接合部の腐食を防止して信頼性を向上させ
ることができる。
様、伝熱部を形成するプレ−ト27を張り合わせて冷却用
媒体入口配管16もプレ−ト27と一体成形としている。そ
して、冷却用媒体13を分岐合流させるために、これらプ
レ−ト27の内側に傾斜角の異なる凹凸状の整流具28を冷
媒13の流れ方向に対して交互に組み合わせて固定してい
る。冷媒13は整流具28の凹凸部とプレ−ト27の内壁によ
ってつくられる筒状となった冷却用媒体の流路23(矩形
断面)を流れる。
合わされた凹凸状の整流具28同士を図13に示すようにオ
フセットをもたせた配置とする。よって、冷媒13が凹凸
状の整流具28からその下流側の整流具28へ流れ込むとき
に分岐合流を行わせることができる。
間をもたせてることによって、冷却用媒体13の分岐合流
をより促進させることができる。これにより、凹凸状の
整流具28を流れる冷媒13は各段において一方向のみに整
流されるため、図5、図7に示したものに比較して、プ
レ−ト27内の圧力損失を低く押さえることができ、かつ
凹凸状の整流具28は各段に対して一体成形が可能なため
部品点数(加工行程)を削減できる。
蒸発器となる伝熱部が偏平状のプレ−ト型で氷蓄熱槽の
容器上端付近に至る大きさで、かつ複数枚がその厚さ方
向に積層されているので、氷蓄熱槽内に未利用部として
製氷に利用できない間隙がなくなり、氷蓄熱槽の氷の充
填率を向上させた氷蓄熱式空気調和装置を得ることがで
きる。
プレ−ト型でその厚さ方向に積層され氷は各伝熱部の表
面に成長されるので、製氷方法がスタティック方式であ
りながら氷厚が必要以上に増大することがなく、伝熱抵
抗を小さくされた氷蓄熱式空気調和装置を得ることがで
きる。
平状のプレ−ト型伝熱部をその厚さ方向に積層し、冷媒
をプレ−ト型伝熱部の下部から流入し上部へ流出するよ
うにしたので、下部から製氷し、水が閉じこめられるこ
となく上部へと製氷して行く。よって、水の閉じこめ部
分がその後、凍って膨張することにより生じる伝熱部の
破損を回避した氷蓄熱式空気調和装置を得ることができ
る。
から略容器高さに至るまでの高さ方向の大きさを持ち、
偏平状のプレ−ト型伝熱部を複数枚その厚さ方向に積層
したので、未利用部として製氷に利用できない間隙がな
くなり、氷の充填率を向上させた氷蓄熱槽を得ることが
できる。
ト型伝熱部を複数枚その厚さ方向に積層し、冷媒はプレ
−ト型伝熱部の下部から流入し上部へ流出するように
し、水が閉じこめられることなく上部へと製氷して行く
ので、水の閉じこめ部分がその後、凍って膨張して伝熱
部を破損することのない氷蓄熱槽を得ることができる。
成図である。
ある。
成図である。
成である。
成図である。
構成図である。
を示す構成図である。
部を示す構成図である。
を示す構成図である。
部を示す構成図である。
図である。
部を示す構成図である。
ある。
る。
槽、2…氷、3…伝熱管、4…室外熱交換器、5…室内熱交
換器、6…圧縮機、7…室外ユニット、8…蓄熱ユニッ
ト、9…室内ユニット、10…未利用部、11…入口側ヘッ
ダ、12…出口側ヘッダ、13…冷媒、14…プレ−ト型伝熱
部、14a…基本幅aのプレ−ト型伝熱部、14b…基本幅bの
プレ−ト型伝熱部、14c…湾曲したプレ−ト型伝熱部、1
5…整流具、15a…円盤状の整流具、15b…紐状の整流
具、16…冷却用媒体入口配管、17…油戻し管、18…潤滑
油、19…ケ−シング、20…しきり板、24a、24b…膨張
弁、29…冷却用媒体出口配管。
Claims (5)
- 【請求項1】氷蓄熱槽の内部に熱交換器が設置された氷
蓄熱式空気調和装置において、それぞれの断面が矩形であり、かつ 前記氷蓄熱槽の底部
から容器上端付近に至るまでの高さ方向の大きさを持ち
偏平状とされたプレ−ト型伝熱部が複数枚その厚さ方向
に10〜50mmの間隔で積層される前記熱交換器を備
え、内部に前記プレ−ト型伝熱部が水没するように水が
入れられ、冷媒は前記プレ−ト型伝熱部の下部から流入
し上部へ流出して前記プレ−ト型伝熱部の表面に製氷し
て冷熱を蓄えることを特徴とする氷蓄熱式空気調和装
置。 - 【請求項2】請求項1に記載のものにおいて、前記プレ
−ト型伝熱部の内部に穴を有するしきり板を複数配置し
たことを特徴とする氷蓄熱式空気調和装置。 - 【請求項3】請求項1に記載のものにおいて、前記プレ
−ト型伝熱部は2枚のプレートが張り合わせられること
によって流路が形成され、その内部に傾斜角の異なる凹
凸状の整流具が複数配置されたことを特徴とする氷蓄熱
式空気調和装置。 - 【請求項4】内部に熱交換器が設置された氷蓄熱槽にお
いて、それぞれの断面が矩形であり、かつ前記氷蓄熱槽
の底部から容器上端付近に至るまでの高さ方向の大きさ
を持ち偏平状とされたプレ−ト型伝熱部が複数枚その厚
さ方向に10〜50mmの間隔で積層され、前記プレ−
ト型伝熱部が水没するように水が入れられ、冷媒は前記
プレ−ト型伝熱部の下部から流入し上部へ流出して前記
プレ−ト型伝熱部の表面に製氷して冷熱を蓄えることを
特徴とする氷蓄熱槽。 - 【請求項5】請求項4に記載のものにおいて、いくつか
の基本幅の前記プレ−ト型伝熱部を組み合わせて充填し
たことを特徴とする氷蓄熱槽。
Priority Applications (6)
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JP06252298A JP3353692B2 (ja) | 1998-03-13 | 1998-03-13 | 氷蓄熱式空気調和装置及び氷蓄熱槽 |
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