JP3445077B2 - 氷蓄熱装置 - Google Patents

氷蓄熱装置

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JP3445077B2 JP32972496A JP32972496A JP3445077B2 JP 3445077 B2 JP3445077 B2 JP 3445077B2 JP 32972496 A JP32972496 A JP 32972496A JP 32972496 A JP32972496 A JP 32972496A JP 3445077 B2 JP3445077 B2 JP 3445077B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、氷蓄熱装置に係
り、例えば深夜電力を利用して氷を生成し、昼間の冷房
に利用する氷蓄熱装置に関する。 【0002】 【従来の技術】氷蓄熱装置は、大別して、配管の周りに
固い氷を生成させるスタティック型と、シャーベットの
ような柔らかい氷を生成させるダイナミック型に分類す
ることができる。スタティック型は、蓄熱槽を小型化で
きる利点を備えているが、追加製氷が困難なため、運転
コストが大きくなる欠点を有している。 【0003】一方、シャーベット状の氷の生成が可能な
ダイナミック型は、追加製氷が可能な利点を有する。シ
ャーベット状の氷を生成させる手段は種々あるが、最も
構成が簡単な方式として、熱交換器内で水を冷却して過
冷却水を生成し、その過冷却水の過冷却状態を解除させ
て、槽内に氷を貯めていく装置が知られている(例え
ば、実開平1−136832号公報)。 【0004】従来のダイナミック型の氷蓄熱装置は、過
冷却水を生成する熱交換器を槽上部へ設置し、過冷却水
を槽上部より槽内の過冷却解除装置もしくは水面(実開
平4−43742号公報)へ噴出させたり、或いは、槽
上部に設置した過冷却解除装置へ向かって噴出させたり
していた(特開平6−147561号公報)。 【0005】このため、ダイナミック型はスタティック
型に比べ装置の大型化を招き、或いは装置の密閉化が困
難なため頻繁に水質管理を行う必要があった。しかし、
ダイナミック型は元来大規模ビル向け空調設備であるた
め、この大型化,頻繁な水質管理は大きな問題にはなら
なかった。また、ダイナミック型の氷蓄熱装置は、ポン
プが過冷却水を吸い込むことにより製氷の安定性がやや
欠け、効率の悪化を招く場合があった。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、中小ビ
ル用空調では、氷蓄熱装置の大きさやメンテナンス性が
重要であり、氷蓄熱装置をスタティック型に近い大きさ
まで小型化し、メンテナンス性を向上させる必要があ
る。そこで、本発明の目的は、装置を小型化すると共に
メンテナンス性を改善し、低コスト化,高効率化を可能
にした氷蓄熱装置を提供することである。 【0007】 【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項1記載の発明は、冷凍機を用いて水を過冷却水
へ変化させる熱交換器と、該熱交換器により生成された
過冷却水より氷を生成する過冷却解除装置と、該過冷却
解除装置により生成された氷を蓄える蓄熱槽と、該蓄熱
槽から前記熱交換器へ水を送水するポンプとを備えた氷
蓄熱装置において、前記過冷却解除装置は、前記噴出さ
れた過冷却水を受け止める金属板部と、前記送水ポンプ
の水導入口への氷塊の侵入を防止する氷塊防止フィルタ
とを備えてなり、 前記金属板部と氷塊防止フィルタとを
熱伝導不良体を介して接続したことを特徴とする。 【0008】 【0009】 【0010】 【0011】この発明によれば、例えば、図3(A),
(B)に示すように、過冷却解除装置4Aが金属板部1
2と氷塊侵入防止用フィルタ13を熱伝導不良体14を
介して接続させた構造であるため、過冷却水の衝突面
が熱伝導の良い金属板であるため、過冷却水の解除効率
が高い。氷塊侵入防止用フィルタにより、槽内の氷塊
がポンプ2への給水管路へ侵入する心配がない。金属
板12の温度は、過冷却水の衝突で氷の温度より低くな
るものの、氷塊侵入防止用フィルタ13は熱伝導不良体
14を介して接続されているため、フィルタ13は氷の
温度より低くならない。このため、フィルタ13の冷却
による過冷却水の発生が無くなり、給水管路へ過冷却水
が吸い込まれる確率が少なくなり、システムの信頼性、
効率が高くなる。 【0012】 【0013】 【0014】 【0015】 【0016】 【0017】 【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態例
に基づいて説明する。 【0018】(1)第1実施形態例 図1は本実施形態例の氷蓄熱装置C1 のブロック図であ
る。図1に示すように、氷蓄熱装置C1 は、横幅の広い
蓄熱槽1と、ポンプ2と、熱交換器3と、過冷却解除装
置4と、氷核がポンプの導入口へ侵入するのを防止する
侵入防止フィルタ5と、前記熱交換器3にて水を過冷却
させるための冷凍機6等を備えている。 【0019】更に、蓄熱槽1の側面には過冷却水噴出用
の穴7が形成され、該穴7には蓄熱槽1の水を外部へ漏
洩させないためのシール材8が装着されている。また、
過冷却水生成用熱交換器3は、支持台9により支持され
ている。 【0020】係る構成において、製氷は以下のように行
われる。即ち、ポンプ2が蓄熱槽1より水を吸い込み、
過冷却水生成用熱交換器3へと給水する。該熱交換器3
において、冷凍機6が水を冷却し過冷却水へと変化させ
る。前記熱交換器3の出口より噴出した過冷却水は、穴
7を通って蓄熱槽1内へと噴出し、該噴出方向に対して
斜めに配置された板状の過冷却解除装置4に衝突し氷へ
と変化する。かかる動作の繰り返しにより蓄熱槽1に氷
Iが堆積していく。なお、本実施形態例では蓄熱槽1を
密閉に近い構造にできるため、槽内の蓄熱材(水もしく
は水溶液)の腐敗を防止でき、水質管理が容易になる。 【0021】[変形例]図2に示す本例は、第1実施形
態例の変形例である。図2は、過冷却水を生成させる手
段として、前述の冷媒により直接冷凍サイクルで冷やす
直膨型氷蓄熱システムではなく、間接式冷却システムに
用いられる液体を循環させるブライン回路10,第2ポ
ンプ2A,第2熱交換器3Aを用いた氷蓄熱装置C2 で
ある。このように構成すると、ブライン(二次冷媒)は
熱容量が大きいので、サイクルの温度制御が容易になる
という効果がある。 【0022】(2)第2実施形態例 図3(A)は本実施形態例の氷蓄熱装置C3 のブロック
図、図3(B)は過冷却解除装置4Aを構成する第1,
第2金属板12,13等の拡大図である。なお、以下の
説明において、それまでに説明した部分には同一符号を
付し、重複記載を省略する。 【0023】本実施形態例と第1実施形態例との相違点
は、第1実施形態例の過冷却解除装置4が一枚の金属板
からなるのに対し、本実施形態例の過冷却解除装置4A
は次のように構成した点である。その他の点は同一であ
る。即ち、図3(A),(B)に示すように、氷蓄熱装
置C3 の過冷却解除装置4Aは、第1金属板12と、氷
核侵入防止用の金網13aを持つ第2金属板13と、該
第1,第2金属板12,13を接続する熱伝導不良体と
してのプラスチック継ぎ手14等により構成されてい
る。 【0024】係る構成において、ポンプ2が蓄熱槽1よ
り水を過冷却水生成用の熱交換器3へと送る。該熱交換
器3において、冷凍機6が水を冷却して過冷却水へと変
化させる。過冷却水は、蓄熱槽側面の穴7より槽内へと
噴出し、過冷却解除装置4Aの第1金属板12に衝突す
る。第1金属板12上で過冷却水は、その状態を解除し
氷となって、蓄熱槽1内に堆積していく。 【0025】一方、水は第2金属板13に取り付けられ
た金網13aを通って、再びポンプ2へと吸い込まれ
る。しかし、第2金属板13と第1金属板12とは熱伝
導不良体の継ぎ手14で接続されているので、第1金属
板12が過冷却水との接触により冷却されても、第2金
属板13がそれほど冷却されることがない。従って、第
2金属板13が槽内の水を過冷却状態にすることがな
く、ポンプ2へ過冷却水が吸い込まれる確率が低くな
る。なお、本実施形態例では過冷却解除装置4Aの下側
を金属板(第2金属板13)としたが、この下側を機械
的強度の大きな熱伝導不良体のプラスチックで構成して
もよい。 【0026】(3)第3実施形態例 図4(A)は本実施形態例の氷蓄熱装置C4 のブロック
図、図4(B),(C)は要部拡大図である。本実施形
態例と第1実施形態例との相違点は、過冷却水生成用熱
交換器3の過冷却水噴出出口に、噴出方向に向けて断面
積が小さくなるノズル15を撥水性パッキン16を介し
て装着した点である。16Aは氷片の衝突を防止する筒
である。 【0027】係る構成において、ポンプ2が蓄熱槽1よ
り水を過冷却水生成用熱交換器3へと送る。該熱交換器
3において、冷凍機6が水を冷却して過冷却水へと変化
させる。過冷却水は、熱交換器3の出口に装着されたノ
ズル15により槽内へと噴出し、過冷却解除装置4に衝
突する。ノズル15の出口口径及び長さは、過冷却水が
過冷却解除装置4へ衝突すると共に、槽内で噴出が乱れ
ないように調節可能である。過冷却解除装置4に衝突し
た過冷却水は、氷へと変化し著熱槽1内へと堆積してい
く。 【0028】(4)第4実施形態例 図5は本実施形態例の氷蓄熱装置C5 のブロック図であ
る。図5に示すように、氷蓄熱装置C5 は、蓄熱槽1と
ポンプ2と過冷却水生成用熱交換器3と過冷却解除装置
4と氷核融解用熱交換器17と膨脹弁18a,18b,
18cと電磁弁19等からなる蓄熱ユニット、および室
外熱交換器22と圧縮機23等からなる室外ユニット、
および室内ユニット21a,21b等により構成されて
いる。 【0029】係る構成において、氷蓄熱時にポンプ2
は、蓄熱槽1より熱交換器3へ給水を行う。熱交換器3
では、圧縮機23より室外熱交換器22と氷核融解用熱
交換器17を経て膨脹弁18aで絞られ吐出した冷媒と
水の熱交換が起こり、過冷却水が生成される。過冷却水
は、蓄熱槽1の穴7より蓄熱槽1内へと噴出し、過冷却
解除装置4により氷へと変化させられる。 【0030】一方、冷房時には、冷媒は圧縮機23→室
外熱交換器22→氷核融解用熱交換器17→電磁弁19
→室内ユニット21a,21bへと流れた後、再び圧縮
機23へと戻る。水は、蓄熱槽1→ポンプ2と流れた
後、熱交換器17にて冷媒と熱交換し暖められる。そし
て熱交換器3へと流れ、槽1側面の穴7より槽内へと噴
出される。噴出された水は、過冷却過冷却解除装置4に
衝突し、飛散水Hとなって蓄熱槽1内の氷へ降り注ぎ、
槽内の氷を効率良く融解させる。 【0031】(5)第5実施形態例 図6(A),(B)は本実施形態例の氷蓄熱装置C6 の
ブロック図および要部拡大図である。図6(A)に示す
ように、氷蓄熱装置C6 は、蓄熱槽1とポンプ2と次に
説明する過冷却水生成用熱交換器3Bと過冷却解除装置
4と氷核侵入防止用フィルタ5および前記熱交換器3B
にて水を過冷却させるための冷凍機6等により構成され
ている。 【0032】図6(B)に示すように、前記熱交換器3
Bは、プレート式(積層型)熱交換器であり、冷媒は入
口31より流入し出口32より流出する。一方、水は、
入口33より流入し出口34より流出し、水と冷媒の流
れは並行流となっている。 【0033】係る構成において、ポンプ2が蓄熱槽1よ
り水を過冷却水生成用熱交換器3Bへと送る。前記熱交
換器3Bにおいて、冷凍機6が水を冷却して過冷却水へ
と変化させる。過冷却水は、熱交換器3Bの出口34よ
り蓄熱槽1内へと噴出し、過冷却解除装置4に衝突する
ことにより氷へと変化し、槽内には氷が堆積していく。 【0034】 【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、 (1)過冷却水の衝突面が熱伝導の良い金属板であるた
め、過冷却水の解除効率を高くできる。 (2)氷塊侵入防止用フィルタにより、槽内の氷塊がポ
ンプへの給水管路へ侵入する心配がない。 (3)金属板の温度は、過冷却水の衝突で氷の温度より
低くなるものの、氷塊侵入防止用フィルタは、熱伝導不
良体を介して接続されているため、氷の温度より低くな
らない。このため、フィルタの冷却による過冷却水の発
生が無くなり、給水管路へ過冷却水が吸い込まれる確率
が少なくなり、システムの信頼性が向上し、効率を改善
することができる。 【0035】
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1実施形態例のブロック図である。 【図2】同第2実施形態例のブロック図である。 【図3】同第3実施形態例のブロック図および要部拡大
図である。 【図4】同第4実施形態例のブロック図および要部拡大
図である。 【図5】同第5実施形態例のブロック図である。 【図6】同第6実施形態例のブロック図および要部拡大
図である。 【符号の説明】 1 蓄熱槽 2 ポンプ 3 過冷却水生成用の熱交換器 4 過冷却解除装置 5 フィルタ 6 冷凍機 7 蓄熱槽の側面部に設けた穴 8 シール材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−240474(JP,A) 特開 平4−222372(JP,A) 特開 平7−198173(JP,A) 特開 平6−147561(JP,A) 実開 平4−8025(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 5/00 102

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 冷凍機を用いて水を過冷却水へ変化させ
    る熱交換器と、該熱交換器により生成された過冷却水よ
    り氷を生成する過冷却解除装置と、該過冷却解除装置に
    より生成された氷を蓄える蓄熱槽と、該蓄熱槽から前記
    熱交換器へ水を送水するポンプとを備えた氷蓄熱装置に
    おいて、前記過冷却解除装置は、前記噴出された過冷却水を受け
    止める金属板部と、前記送水ポンプの水導入口への氷塊
    の侵入を防止する氷塊防止フィルタとを備えてなり、 前記金属板部と氷塊防止フィルタとを熱伝導不良体を介
    して接続したことを 特徴とする氷蓄熱装置。
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