JP3525246B2 - 自然製氷による氷蓄熱システム - Google Patents
自然製氷による氷蓄熱システムInfo
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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、寒冷地域で冬季の
低温を利用して氷蓄熱し、夏季高温期に冷熱負荷に利用
することのできる自然製氷による氷蓄熱システムを提供
しようとするものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、湖沼における天然氷または降雪に
よる圧密した雪を食品冷蔵に使用しているが、毎日の外
気温度と、その時間帯を想定して人工的に氷塊を作る技
術は開発されていなかった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】地下などに設けられた
水槽に外気を吸引して製氷するとき、効率的に冬季低温
期間に大容積の氷塊を生成する必要がある。また、夏季
高温期に冷熱負荷に利用するとき、氷塊は下部より融解
してゆくが、融解水は体積収縮して融解水と氷塊とに空
間を生じ断熱層を形成するため、氷塊を有効に冷熱負荷
に利用できない。 【０００４】 【課題を解決するための手段】前項における課題を解決
するための方策として、 １．冬季間、外気温が０℃以下の温度と時間帯を想定
し、毎日の給水量を決定し、水槽内において層状に製氷
する。その場合、外気温が０℃以下になると吸引ファン
により外気を水槽内に吸引し、毎日層状に結氷させて冬
季間中に水槽内で製氷する。また、毎日層状に結氷させ
ることにより、結氷時の体積膨張による水槽内壁への応
力を緩和させる。 ２．夏季の高温期に冷熱負荷として氷蓄熱を利用する
と、水槽下部に設置してある冷媒管の周辺より結氷部分
は融解してゆき、結氷部分は水槽の内壁に支持される。
融解水は体積収縮し、結氷と融解水との間に負圧の空間
を生じて、その空間は断熱層を形成することとなり、氷
蓄熱の有効利用を阻害することとなる。そのため、その
空間を外部からの補給水で充填することにより、氷と融
解水の伝熱性を向上させ、氷蓄熱の有効利用を図るもの
である。 【０００５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例にもとづき図面を参照して説明する。１は本発明シス
テムを実現する自然製氷蓄熱装置１である。まず、自然
製氷蓄熱装置１は下記のように構成されている。２は水
槽で、所定容量を有するよう鉄筋コンクリートなどで構
成された水槽構造体２Ａと、この水槽構造体の内周面に
積層添着された内部断熱材２Ｂから構成され、水槽構造
体２Ａは、底面２Ａ１と底面に起立連設された側壁２Ａ
２と側壁の頂部に張設された天板２Ａ３から構成されて
いる。３は水槽構造体２Ａの天板２Ａ３に連結された外
気吸引口で、吸引バルブ３Ａを介して外気と水槽構造体
内とが連通するよう構成されている。４は水槽構造体２
Ａの天板２Ａ３に連結された排気口で、水槽構造体側か
ら配設された排気バルブ４Ａ、吸引ファン４Ｂを介して
外気と水槽構造体内とが連通するよう構成されている。 【０００６】５は給水部で給水槽５Ａと給水管５Ｂから
構成され、給水槽５Ａは水槽構造体の外上方部に設けら
れ、給水管５Ｂは給水槽から分岐して引出された上方給
水管５Ｂ１と下方給水管５Ｂ２から構成され、上方給水
管５Ｂ１は給水バルブ５Ｂ１１を介して水槽構造体の側
壁２Ａ２における上方位置で当該水槽構造体内と連通さ
れ、下方給水管５Ｂ２は給水バルブ５Ｂ１２を介して水
槽構造体の側壁２Ａ２における下方位置で当該水槽構造
体内と連通するよう構成されている。 【０００７】６は冷媒部で、冷媒管６Ａと熱交換機６Ｂ
から構成され、冷媒管６Ａは水槽構造体２Ａ内における
底部近傍に水平状態で平面蛇行状に配管され、水槽構造
体の外部に設けられた熱交換機６Ｂから引出された往き
冷媒パイプ６Ｂ１は冷媒ポンプ６Ｂ１１を介して冷媒管
６Ａの始端に連結され、冷媒管６Ａの終端に連結された
還り冷媒パイプ６Ｂ２は熱交換機６Ｂに連結され、エチ
レングリコールなどを含有した不凍液が循環するよう構
成されている。 【０００８】７は補助冷凍機部で、冷媒管７Ａと補助冷
凍機７Ｂから構成され、冷媒管７Ａは水槽構造体２Ａ内
における天板近傍に水平状態で平面蛇行状に配管され、
水槽構造体の外部に設けられた補助冷凍機７Ｂから引出
された往き冷媒パイプ７Ｂ１は冷媒管７Ａの始端に連結
され、冷媒管７Ａの終端に連結された還り冷媒パイプ７
Ｂ２は補助冷凍機７Ｂに連結されている。 【０００９】ついで、自然製氷蓄熱装置１の運転方法を
説明する。 １．冬季低温期において、毎日の０℃以下の外気温度
と、その時間帯を想定して、その冷熱による製氷可能水
量を図１において説明すると、水槽２内に給水バルブ５
Ｂ１１により給水し、外気吸引口３より吸引ファン４Ｂ
を介して外気を水槽２内に吸引して、給水量に応じて毎
日層状に結氷させる。層状に結氷させることにより、水
槽に対する結氷時の体積膨張応力を緩和し得るよう構成
されている。 ２．夏季の冷熱負荷には、吸引バルブ３Ａ，排気バルブ
４Ａを閉として、冷媒管６Ａに不凍液を循環し、熱交換
機６Ｂで冷熱を回収する。その場合、水槽下部から氷は
融解してゆくが、その融解水と結氷部分との間に空間が
生じ、その空間は断熱層を形層するため、給水バルブ５
Ｂ１２を開にして、その空間に補給水を充填することに
より、融解水と結氷部分との伝熱性の向上を図る。ま
た、冬季間の製氷能力が不足する地域では、補助的に補
助冷凍機７Ｂを併用して、夏季高温期使用の冷凍機の省
エネルギーを図る。以上により、冬季間に毎日層状に自
然製氷して氷蓄熱し、夏季高温期に冷熱利用できる氷蓄
熱を実現することができる。 【００１０】 【実施例】冬季間、札幌市を例に、１１月２０日〜３月
２０日までの４ケ月間の毎日０℃以下となる時間帯を利
用し、１日平均２〜３ｃｍの層状に給水し、結氷させ
て、冬季間中に２．４〜３．０ｍの厚さに結氷させるこ
とが可能である。０℃以下のとき、排気口４における吸
引ファン４Ｂが起動し、外気は外気吸引口３より吸気さ
れ、排気口より排気される。毎日の外気温度及びその発
生時間帯を想定し、その外気による冷房能力に対応した
水量を給水バルブ５Ｂ１１の操作により上方給水管５Ｂ
１より給水する。以上により毎日の氷層Ｉ１，Ｉ２，Ｉ
３，．．．Ｉｎと積み上げてゆく。冬季の製氷期間外は
外気の吸引バルブ３Ａ、排気バルブ４Ａを「閉」とし
て、夏季の高温期は冷媒管６Ａにエチレングリコールな
どを含有した不凍液を熱交換機６Ｂを介して循環させ
る。水槽内の氷は冷房負荷により融解してゆくが、その
融解水８と氷９との間には負圧の空間１０が生ずる。そ
の負圧の空間１０は、断熱層となるため、氷蓄熱を融解
水８への伝熱を阻害させることになるため、給水バルブ
５Ｂ１２の操作により下方給水管５Ｂ２より給水して、
その空間を充填し、氷層と水層との伝熱性を向上させる
ものである。以上により冷媒管６Ａと熱交換機６Ｂによ
り氷蓄熱の有効利用を図る。また、冬季間製氷能力が不
足する地域の場合、氷蓄熱に補助冷凍機７Ｂ及び還り冷
媒パイプ７Ｂ２を併用して外気温度低下時の冷凍効率の
向上を図る。 【００１１】 【発明の効果】冬季間の外気温度低下時に効率的に氷塊
を製造し、夏季高温期に冷房などの冷熱負荷に利用する
もので、自然エネルギーの有効活用に資することができ
る。また、冬季低温期の製氷能力が不足する地域では、
補助的に冷凍機を併用して製氷し、夏季の冷房用電力負
荷を冬季にシフトさせるとともに、省エネルギーに効果
的である。
低温を利用して氷蓄熱し、夏季高温期に冷熱負荷に利用
することのできる自然製氷による氷蓄熱システムを提供
しようとするものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、湖沼における天然氷または降雪に
よる圧密した雪を食品冷蔵に使用しているが、毎日の外
気温度と、その時間帯を想定して人工的に氷塊を作る技
術は開発されていなかった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】地下などに設けられた
水槽に外気を吸引して製氷するとき、効率的に冬季低温
期間に大容積の氷塊を生成する必要がある。また、夏季
高温期に冷熱負荷に利用するとき、氷塊は下部より融解
してゆくが、融解水は体積収縮して融解水と氷塊とに空
間を生じ断熱層を形成するため、氷塊を有効に冷熱負荷
に利用できない。 【０００４】 【課題を解決するための手段】前項における課題を解決
するための方策として、 １．冬季間、外気温が０℃以下の温度と時間帯を想定
し、毎日の給水量を決定し、水槽内において層状に製氷
する。その場合、外気温が０℃以下になると吸引ファン
により外気を水槽内に吸引し、毎日層状に結氷させて冬
季間中に水槽内で製氷する。また、毎日層状に結氷させ
ることにより、結氷時の体積膨張による水槽内壁への応
力を緩和させる。 ２．夏季の高温期に冷熱負荷として氷蓄熱を利用する
と、水槽下部に設置してある冷媒管の周辺より結氷部分
は融解してゆき、結氷部分は水槽の内壁に支持される。
融解水は体積収縮し、結氷と融解水との間に負圧の空間
を生じて、その空間は断熱層を形成することとなり、氷
蓄熱の有効利用を阻害することとなる。そのため、その
空間を外部からの補給水で充填することにより、氷と融
解水の伝熱性を向上させ、氷蓄熱の有効利用を図るもの
である。 【０００５】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例にもとづき図面を参照して説明する。１は本発明シス
テムを実現する自然製氷蓄熱装置１である。まず、自然
製氷蓄熱装置１は下記のように構成されている。２は水
槽で、所定容量を有するよう鉄筋コンクリートなどで構
成された水槽構造体２Ａと、この水槽構造体の内周面に
積層添着された内部断熱材２Ｂから構成され、水槽構造
体２Ａは、底面２Ａ１と底面に起立連設された側壁２Ａ
２と側壁の頂部に張設された天板２Ａ３から構成されて
いる。３は水槽構造体２Ａの天板２Ａ３に連結された外
気吸引口で、吸引バルブ３Ａを介して外気と水槽構造体
内とが連通するよう構成されている。４は水槽構造体２
Ａの天板２Ａ３に連結された排気口で、水槽構造体側か
ら配設された排気バルブ４Ａ、吸引ファン４Ｂを介して
外気と水槽構造体内とが連通するよう構成されている。 【０００６】５は給水部で給水槽５Ａと給水管５Ｂから
構成され、給水槽５Ａは水槽構造体の外上方部に設けら
れ、給水管５Ｂは給水槽から分岐して引出された上方給
水管５Ｂ１と下方給水管５Ｂ２から構成され、上方給水
管５Ｂ１は給水バルブ５Ｂ１１を介して水槽構造体の側
壁２Ａ２における上方位置で当該水槽構造体内と連通さ
れ、下方給水管５Ｂ２は給水バルブ５Ｂ１２を介して水
槽構造体の側壁２Ａ２における下方位置で当該水槽構造
体内と連通するよう構成されている。 【０００７】６は冷媒部で、冷媒管６Ａと熱交換機６Ｂ
から構成され、冷媒管６Ａは水槽構造体２Ａ内における
底部近傍に水平状態で平面蛇行状に配管され、水槽構造
体の外部に設けられた熱交換機６Ｂから引出された往き
冷媒パイプ６Ｂ１は冷媒ポンプ６Ｂ１１を介して冷媒管
６Ａの始端に連結され、冷媒管６Ａの終端に連結された
還り冷媒パイプ６Ｂ２は熱交換機６Ｂに連結され、エチ
レングリコールなどを含有した不凍液が循環するよう構
成されている。 【０００８】７は補助冷凍機部で、冷媒管７Ａと補助冷
凍機７Ｂから構成され、冷媒管７Ａは水槽構造体２Ａ内
における天板近傍に水平状態で平面蛇行状に配管され、
水槽構造体の外部に設けられた補助冷凍機７Ｂから引出
された往き冷媒パイプ７Ｂ１は冷媒管７Ａの始端に連結
され、冷媒管７Ａの終端に連結された還り冷媒パイプ７
Ｂ２は補助冷凍機７Ｂに連結されている。 【０００９】ついで、自然製氷蓄熱装置１の運転方法を
説明する。 １．冬季低温期において、毎日の０℃以下の外気温度
と、その時間帯を想定して、その冷熱による製氷可能水
量を図１において説明すると、水槽２内に給水バルブ５
Ｂ１１により給水し、外気吸引口３より吸引ファン４Ｂ
を介して外気を水槽２内に吸引して、給水量に応じて毎
日層状に結氷させる。層状に結氷させることにより、水
槽に対する結氷時の体積膨張応力を緩和し得るよう構成
されている。 ２．夏季の冷熱負荷には、吸引バルブ３Ａ，排気バルブ
４Ａを閉として、冷媒管６Ａに不凍液を循環し、熱交換
機６Ｂで冷熱を回収する。その場合、水槽下部から氷は
融解してゆくが、その融解水と結氷部分との間に空間が
生じ、その空間は断熱層を形層するため、給水バルブ５
Ｂ１２を開にして、その空間に補給水を充填することに
より、融解水と結氷部分との伝熱性の向上を図る。ま
た、冬季間の製氷能力が不足する地域では、補助的に補
助冷凍機７Ｂを併用して、夏季高温期使用の冷凍機の省
エネルギーを図る。以上により、冬季間に毎日層状に自
然製氷して氷蓄熱し、夏季高温期に冷熱利用できる氷蓄
熱を実現することができる。 【００１０】 【実施例】冬季間、札幌市を例に、１１月２０日〜３月
２０日までの４ケ月間の毎日０℃以下となる時間帯を利
用し、１日平均２〜３ｃｍの層状に給水し、結氷させ
て、冬季間中に２．４〜３．０ｍの厚さに結氷させるこ
とが可能である。０℃以下のとき、排気口４における吸
引ファン４Ｂが起動し、外気は外気吸引口３より吸気さ
れ、排気口より排気される。毎日の外気温度及びその発
生時間帯を想定し、その外気による冷房能力に対応した
水量を給水バルブ５Ｂ１１の操作により上方給水管５Ｂ
１より給水する。以上により毎日の氷層Ｉ１，Ｉ２，Ｉ
３，．．．Ｉｎと積み上げてゆく。冬季の製氷期間外は
外気の吸引バルブ３Ａ、排気バルブ４Ａを「閉」とし
て、夏季の高温期は冷媒管６Ａにエチレングリコールな
どを含有した不凍液を熱交換機６Ｂを介して循環させ
る。水槽内の氷は冷房負荷により融解してゆくが、その
融解水８と氷９との間には負圧の空間１０が生ずる。そ
の負圧の空間１０は、断熱層となるため、氷蓄熱を融解
水８への伝熱を阻害させることになるため、給水バルブ
５Ｂ１２の操作により下方給水管５Ｂ２より給水して、
その空間を充填し、氷層と水層との伝熱性を向上させる
ものである。以上により冷媒管６Ａと熱交換機６Ｂによ
り氷蓄熱の有効利用を図る。また、冬季間製氷能力が不
足する地域の場合、氷蓄熱に補助冷凍機７Ｂ及び還り冷
媒パイプ７Ｂ２を併用して外気温度低下時の冷凍効率の
向上を図る。 【００１１】 【発明の効果】冬季間の外気温度低下時に効率的に氷塊
を製造し、夏季高温期に冷房などの冷熱負荷に利用する
もので、自然エネルギーの有効活用に資することができ
る。また、冬季低温期の製氷能力が不足する地域では、
補助的に冷凍機を併用して製氷し、夏季の冷房用電力負
荷を冬季にシフトさせるとともに、省エネルギーに効果
的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】自然製氷蓄熱装置の縦断面図である。
【図２】同上における氷層成長の説明図である。
【図３】自然製氷蓄熱装置内における冷熱負荷による融
解時の融解水と氷と負圧の空間の関係を説明する縦断面
図である。 【符号の説明】 １ 自然製氷蓄熱装置 ２ 水槽 ２Ａ 水槽構造体 ２Ｂ 内部断熱材 ３ 外気吸引口 ３Ａ 吸引バルブ ４ 排気口 ４Ａ 排気バルブ ４Ｂ 吸引ファン ５ 給水部 ５Ａ 給水槽 ５Ｂ 給水管 ５Ｂ１ 上方給水管 ５Ｂ２ 下方給水管 ５Ｂ１１ 給水バルブ ５Ｂ１２ 給水バルブ ６ 冷媒部 ６Ａ 冷媒管 ６Ｂ 熱交換機 ６Ｂ１ 往き冷媒パイプ ６Ｂ２ 還り冷媒パイプ ６Ｂ１１ 冷媒ポンプ ７ 補助冷凍機部 ７Ａ 冷媒管 ７Ｂ 補助冷凍機 ７Ｂ１ 往き冷媒パイプ ７Ｂ２ 還り冷媒パイプ
解時の融解水と氷と負圧の空間の関係を説明する縦断面
図である。 【符号の説明】 １ 自然製氷蓄熱装置 ２ 水槽 ２Ａ 水槽構造体 ２Ｂ 内部断熱材 ３ 外気吸引口 ３Ａ 吸引バルブ ４ 排気口 ４Ａ 排気バルブ ４Ｂ 吸引ファン ５ 給水部 ５Ａ 給水槽 ５Ｂ 給水管 ５Ｂ１ 上方給水管 ５Ｂ２ 下方給水管 ５Ｂ１１ 給水バルブ ５Ｂ１２ 給水バルブ ６ 冷媒部 ６Ａ 冷媒管 ６Ｂ 熱交換機 ６Ｂ１ 往き冷媒パイプ ６Ｂ２ 還り冷媒パイプ ６Ｂ１１ 冷媒ポンプ ７ 補助冷凍機部 ７Ａ 冷媒管 ７Ｂ 補助冷凍機 ７Ｂ１ 往き冷媒パイプ ７Ｂ２ 還り冷媒パイプ
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−313591（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−27471（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−164937（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−75465（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−254274（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−30629（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−220828（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F25C 1/02
F24F 5/00 102
F25C 1/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 外部と断熱した水槽（２）の上面には外
気を吸排気するための外気吸引口（３）及び排気口
（４）を有し、吸引ファン（４Ｂ）により水槽（２）内
に外気を誘引通風し、水槽（２）には水槽内上部及び下
部に給水部（５）より給水し得るものとし、また、水槽
底部には冷媒管（６Ａ）及び水槽上部には冷媒管（７
Ａ）を有し、冬季低温期には毎日の０℃以下の外気温度
と、その時間帯を想定して水槽（２）内に外気を誘引し
て、その外気の保有する冷熱量に相当した製氷可能水量
を水槽（２）内に上方給水管（５Ｂ１）より給水し、毎
日層状に結氷させ、冬季低温期間に水槽（２）内を自然
製氷し充填し、夏季高温期の熱負荷には、水槽底部の冷
媒管（６Ａ）より冷熱を回収し、その場合、水槽下部よ
り氷は融解してゆくが、その融解水の体積収縮による融
解水と結氷間に生ずる空間には下方給水管（５Ｂ２）よ
り給水し、融解水と結氷間との伝熱性の向上と結氷部の
自重を支持し、冬季間の製氷能力が不足する地域では補
助的に補助冷凍部（７）を併用して、高温期使用の冷凍
機の省エネルギーを図ることで、冬季間に毎日層状に自
然製氷して氷蓄熱し、夏季高温期に冷熱利用するよう構
成したことを特徴とする自然製氷による氷蓄熱システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21196998A JP3525246B2 (ja) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | 自然製氷による氷蓄熱システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21196998A JP3525246B2 (ja) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | 自然製氷による氷蓄熱システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000028240A JP2000028240A (ja) | 2000-01-28 |
| JP3525246B2 true JP3525246B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=16614718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21196998A Expired - Lifetime JP3525246B2 (ja) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | 自然製氷による氷蓄熱システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3525246B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101480309B1 (ko) * | 2012-10-08 | 2015-01-21 | 구자호 | 2-순환의 원리를 이용한 냉기저장과 얼음생산 장치 및 방법. |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100781733B1 (ko) * | 2006-04-04 | 2007-12-03 | 김영기 | 얼음 제조 장치 및 냉방 에어 공급 장치 |
| CN100458293C (zh) * | 2007-07-05 | 2009-02-04 | 南京大学 | 自循环式蓄冷空调系统 |
| JP5271049B2 (ja) * | 2008-11-19 | 2013-08-21 | 株式会社土谷特殊農機具製作所 | 人工雪による冷房冷蔵方法 |
| CN101825317B (zh) * | 2009-03-06 | 2012-07-25 | 武汉凯迪控股投资有限公司 | 季节性低位能地表水蓄冷空调方法及其设备 |
| JP5388888B2 (ja) * | 2010-02-04 | 2014-01-15 | 株式会社ドーコン | 氷層を活用した冷温倉庫の建設方法 |
| KR101251407B1 (ko) * | 2011-04-18 | 2013-04-05 | 부경대학교 산학협력단 | 동굴을 이용한 수자원 저장장치 및 방법 |
| CN112212429A (zh) * | 2020-09-24 | 2021-01-12 | 西安工程大学 | 一种基于蒸发冷却与季节性储冷的低能耗空调冷却系统 |
-
1998
- 1998-07-10 JP JP21196998A patent/JP3525246B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101480309B1 (ko) * | 2012-10-08 | 2015-01-21 | 구자호 | 2-순환의 원리를 이용한 냉기저장과 얼음생산 장치 및 방법. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000028240A (ja) | 2000-01-28 |
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Legal Events
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