JPH01244225A - 畜熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、氷を蓄熱材とする蓄熱装置において、水を
冷却材に直接接触させて氷を生成する形態のものに関す
る。

（従来の技術） 例えば、冷房機による電力需要の集中を避けるために、
深夜電力によって氷を生成し、これを冷熱源として冷房
を行うようにした蓄熱式の空調システムが近年検討され
ている。この種の蓄熱装置において、水と冷媒とを直接
接触させて能率良く氷を生成する直接接触方式の蓄熱装
置が考えられている。これはタンク等に貯溜された水中
に冷媒液を噴出し、冷媒が蒸発するときの潜熱で水を氷
化するものであるが、第一に、冷媒蒸気中に混入した水
分が膨張弁で凍結するおそれがあり、蒸気通路に水分離
器を付加する必要があること、第二に、圧縮機の潤滑油
が水に混入し、蓄熱時に悪影響を及ぼすこと等の不利を
免れない。

水が冷媒の循環系内で氷化されることによる、上記のよ
うな不利を避けるために、冷熱の移送系から隔離された
密閉容器内で氷を生成して蓄熱を行うことが提案されて
いる。これは、第２４回日本伝熱シンポジウム講演論文
集（１９８７−５）中の「冷媒の直接接触伝熱を利用す
る氷蓄冷装置の研究Ｊ（４９２〜４９４頁）に開示され
ており、第３図に示す装置によって氷を生成する。

上記の氷蓄冷装置は、冷熱を供給する冷凍機（２５）と
、密閉容器状の蓄熱タンク（２６）とを有し、タンク（
２６）内に水（２７）と製氷冷媒（２８）を上部に空間
を残して封入し、さらにタンク（２６）内に漏斗状の流
下ガイド（２つ）を配設したものである。製氷用冷媒（
２８）は水（２７）より比重が大きく非水溶性の液体、
例えばフロン１２からなる。タンク（２６）の上部外面
には凝縮管（３０）が配置されており、この管（３０）
を通過する低温液によってタンク（２６）内の冷媒蒸気
（２８ａ）を凝縮させ、凝縮しだ液滴を流下ガイド（２
９）を介して製氷用冷媒（２８）の液層に戻す。冷媒蒸
気（２８ａ）の凝縮によってタンク（２６）内の圧力が
減少すると、製氷用冷媒（２８）の飽和温度が水の凝固
温度以下になり、水（２７）との界面において沸騰を生
じる。この沸騰によって水（２７）が冷却されて固化し
、生成された氷（３１）は水（２７）の層の上方に浮遊
状に集積する。水（２７）及び氷（３１）を冷却した後
の冷媒蒸気（２８ａ）は、再び凝縮管（３０）で液化さ
れて流下ガイド（２９）を介して液層に戻される。なお
、冷熱の取り出しはタンク（２６）の下部に設けられた
放熱管（３２）を介して行う。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような蓄熱装置では、蓄熱タンク（２６）が密閉
されている必要があり、氷の生成と貯蔵とを１個のタン
ク内で行わざるを得ない。そのため、タンク（２６）内
に占める氷（３１）の容積比率（水充填率）を−室以上
に大きくすることができず、しかもタンク上部に気相空
間を確保する必要があるため、タンク（２６）、が大形
化する欠点がある。また、タンク（２６）を圧力容器と
して構成する必要があり、タンク（２６）が大形化する
ことと相俟って、蓄熱装置の製造コストが高く付く不利
がある。

さらに、氷層部の成長に伴って沸騰ガスの通過が阻まれ
る傾向を生じ、経時的に冷媒（２８）の循環が緩慢にな
って製氷効率が低下しやすくなる。

また、蓄熱タンク（２６）が大形にならざるを得ないた
め、大きな設置空間を冷凍機（２５）との兼ね合いで確
保する必要があり、設置場所に関して自由度が低い不利
がある。

この発明は上記の問題点を解消するものであって、蓄熱
装置における製氷機構の改良を行うことによって、蓄熱
タンクの小形化を実現し、あるいは同一容量のタンクで
あれば水充填率を著しく向上できるようにして、冷熱の
貯蔵を能率良く行えるようにすることを目的とする。

この発明の他の目的は、生成された氷を製氷部から強制
的に排除して常に好適な状態で製氷を行えるようにし、
製氷効率を向上することにある。

この発明の他の目的は、生成された氷の貯蔵を大気開放
も可能な蓄熱タンクで行えるようにして、蓄熱タンクの
構造を簡素化し、その保守管理を容易化するとともに、
蓄熱装置の製造コストを低減することにある。

（課題を解決するための手段） この発明では、氷温以下に冷却された製氷液に原水を通
して氷を生成し、生成された氷を循環水とともに還流さ
せて製氷部から分離して専用のタンクで貯蔵できるよう
にする。

具体的には、第１図に示すように、水（１１ａ）及び製
氷液（１０〉を貯溜する製氷タンク（２）と、このタン
ク（２）に配設されて製氷液（１０）を氷温以下に冷却
する熱交換器（８）と、製氷タンク（２）で生成された
氷（３）及び原水（１］ｂ）を貯溜する蓄熱タンク（４
）等で蓄熱装置を構成する。そして、製氷タンク（２）
と蓄熱タンク（４）との間に設けた原水供給手段（１２
）で、原水（１１ｂ）を製氷タンク（２）内の製氷液（
１０）の層と水（１１ａ）の層とのそれぞれに送給でき
るようにし、さらに、製氷タンク（２）で生成された氷
（３）を氷送路（１９）を介して蓄熱タンク（４）に送
給できるようにする。製氷液（１０）は水（１］、ａ）
より比重が大きく非水溶性の不凍液体からなり、従来装
置における冷媒のように液層から気相への相変化を伴う
ことなく、液状態のままで原水（１１ｂ）を冷却する。

ここで、上記原水供給手段（１２）が、原水（１ｌ　ｂ
）を送給するポンプ（１３）と、このポンプ（１３）の
吐出路（１４）に接続されて製氷タンク（２）の内底に
連通ずる原水通路（１５）と、前記吐出路（１４）に接
続されて製氷タンク（２）の上部に連通ずる流水通路（
１６）と、これら両通路（１５）、（１６）を開閉する
止水弁（１７）、　　（１８）とからなるものとしても
よい。

また、蓄熱タンク（４）を製氷タンク（２）内の水（１
１ａ）の水位線より下方に設け、製氷タンク（２）内で
生成された氷（３）を水（１１ａ）とともに、氷送路（
１９）を介して流下させて蓄熱タンク（４）に回収する
ように構成してもよい。

また、製氷液としては例えばフッ素系オイルが用いられ
る。

（作用） この発明の蓄熱装置では、氷温以下に冷却した製氷液（
１０）中を原水（１ｌ　ｂ）が粒状で浮揚しながら氷化
することで氷（３）を生成する。つまり、従来装置のよ
うに冷媒の沸騰作用で水の冷却を行うものではなく、製
氷液（１０）が単なる熱伝導媒体として機能する状態で
原水（１１ｂ）を直接冷却する。従って、蓄熱タンク（
４）はもちろん製氷タンク（２）も圧力容器として構成
する必要がない。

また、製氷タンク（２）で生成された氷（３）を、製氷
タンク（２）から蓄熱タンク（４）に還流する水（１１
ａ）とともに蓄熱タンク（４）に送給して、製氷タンク
（２）から強制的に分離できるようにするので、氷（３
）の貯蔵を専用の蓄熱タンク（４）で能率良く行うこと
ができ、製氷タンク（２）での製氷作用が生成された氷
（３）によって阻害されることもない。

（実施例） 第１図はこの発明の実施例を示す。

蓄熱装置は、冷凍機（１）から冷熱を受けて製氷タンク
（２）で氷（３）を生成し、この氷（３）を蓄熱タンク
（４）に貯蔵して蓄熱を行う。冷凍機（１）は、圧縮機
（５）、凝縮器（６）、膨張弁（７）及び製氷タンク（
２）に冷熱を供給する熱交換器（８）などで構成する。

製氷タンク（２）には製氷液（１０）と水（１１ａ）が
貯溜される。製氷液（１０）としては、フッ素系オイル
のように水（１１ａ）より比重が大きく非水溶性の不凍
液体が適用され、貯溜状態において水（１１ａ）と製氷
液（１０）が上下に層を為す状態で製氷タンク（２）に
貯溜される。

前記熱交換器（８）は製氷液（１０）の成層部に対応す
るタンク下部に配設してあり、その内部を通過する冷媒
の冷熱によって、製氷液（１０）を氷温以下に冷却する
。製氷タンク（２）の容量はさほど大きいものである必
要はなく、冷凍機（１）の冷凍能力に見合う量の製氷液
（１０）と、製氷液（１０）と氷（３）との層を上下に
分離する量の水（１１ａ）を収容し、これに若干の余裕
空間を備えた大きさであればよい。

蓄熱タンク（４）は原水（１１ｂ）を貯蔵しており、こ
の原水（１１ｂ）を原水供給手段（１２）で製氷タンク
（２）に送って氷（３）にし、生成された氷（３）を回
収して貯蔵する。原水供給手段（１２）は、蓄熱タンク
（４）の内底部から原水（１ｌ　ｂ）を吸引して加圧送
給するポンプ（１３）と、このポンプ（１３）の吐出路
（１４）にそれぞれ接続される原水通路（１５）及び流
水通路（１６）と、両道路（１５）、（１６）を開閉す
る止水弁（１７）、　　（１８）などで構成する。

原水通路（１５）は製氷タンク（２）の内底部に接続し
、流水通路（１６）は製氷タンク（２）の上部に接続す
る。上記ポンプ（１３）は通常の水ポンプ、あるいはス
ラリポンプのいずれであってもよい。

製氷タンク（２）で生成された氷（３）を蓄熱タンク（
４）に送給するために、両タンク（２）。

（４）を氷送路（１９）で連通している。氷送路（９）
は製氷タンク（２）の上部でタンク内部と連通しており
、この連通口の高さに水（１１ａ）の液位が決定される
ようになっている。氷（３）は還流水とともに氷送路（
１９）を流下して蓄熱タンク（４）に回収され、そのた
めに、蓄熱タンク（４）は水（１１ａ）の液位線より下
方に設けられる。

蓄熱時には、冷凍機（１）を運転して製氷液（１０）を
熱交換器（８）で冷却する。同時に原水通路（１５）の
止水弁（１７）を開操作して、ポンプ（１３）から送給
される原水（１１ｂ）の全てが原水通路（１５）を介し
て製氷タンク（２）に送られるようにする。このとき、
原水（１１ｂ）は製氷液（１０）中を粒状で浮揚しなが
ら冷却された後、水（１１ａ）とともに氷送路（１９）
を介して蓄熱タンク（４）に還流する。蓄熱タンク（４
）内の原水（１ｌ　ｂ）の温度が０℃付近にまで低下し
たら、流水通路（１６）側の止水弁（１８）を開操作し
て、原水（１１ｂ）が製氷タンク（２）の水（１１ａ）
の層に直接供給されるようにし、さらに、原水通路（１
５）の止水弁（１７）の開度を小さくして、原水通路（
１５）から製氷液（１０）に供給される原水（１１ｂ）
の量を減少させる。

製氷液（１０）及び原水（１ｌ　ｂ）の冷却が進行する
のに伴って、原水（１１ｂ）は製氷液（１０）中を上昇
する間に氷化し、そのまま水（１１ａ）の層を浮上して
液面に浮遊する。このとき、製氷タンク（２）には流水
通路（１６）を介して原水（１１ａ）が連続的に供給さ
れているので、水（１１ａ）の表層には流水通路（１６
）側から氷送路（１９）に向う水流が形成されている。

そのため、液面に浮上した氷（３）は前記水流に案内さ
れて氷送路（１９）へと流下し、還流水とともに蓄熱タ
ンク（４）へ送給され、原水（１１，ｂ）上に浮遊する
状態で貯蔵される。以後、原水（１１ｂ）を繰り返し製
氷タンク（２）に送給することにより、所定量の氷（３
）が蓄熱タンク（４）に回収されるまで運転状態を維持
する。

蓄熱タンク（４）に貯蔵された氷（３）の冷熱を取り出
すときには、図示したように熱交換器（２０）を介して
、あるいは原水（１１ｂ）をファンコイルユニット等に
直接供給して放熱させる。

（変形例） 上記の実施例では、製氷タンク（２）が断面円形である
ことを想定しているが、その断面形を第２図に示すよう
に台形状に設定し、流水通路（１６）から氷送路に向っ
て液面幅が徐々に狭くなるようにすると、氷（３）の氷
送路（１９）への流入をより確実に行うことができる。

製氷タンク（２）で生成された氷（３）を蓄熱タンク（
４）へ送給するについては、スラリポンプを用いるなど
機械力によって行うこともできるので、実施例で説明し
た流下作用による送給には限定しない。従って、蓄熱タ
ンク（４）の配設位置は、水（１１ａ）の水位線との関
連で上下位置を定める必要もない。また、原水通路（１
５）及び流水通路（１６）の製氷タンク（２）に対する
接続位置や、止水弁（１７）、（１８）の開閉制御の仕
方は、必ずしも実施例で説明した通りである必要はない
。例えば、原水通路（１５）の出口を複数に分岐し、各
分岐口から同時に原水（１１ｂ）を供給することもでき
る。さらに、原水（１１ｂ）が製氷液（１０）中にパル
ス状に送給されるようにすることも考えられる。

必要があれば、製氷タンク（２）の製氷液（１０）の層
中に邪魔板を配置し、原水（１ｌ　ｂ）の製氷液（１０
）中での滞留時間を増加できるようにすることもできる
。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）〜（４）の発明では
、氷温以下に冷却した製氷液（１０）中に原水（１１ｂ
）を通して氷（３）を生成し、生成された氷（３）を製
氷タンク（２）からの還流水とともに蓄熱タンク（４）
に回収して貯蔵するようにしたので、蓄熱タンク（４）
の機能を氷（３）あるいは原水（１１ｂ）の貯蔵のみに
限定できる。従って、製氷と氷の貯蔵を同一タンクで行
っていた従来装置に比べて、蓄熱熱量を同じにする場合
は、蓄熱タンク（４）を小形化することができ、同一の
タンク容量であれば水充填率を著しく向上して、冷熱の
貯蔵を能率良く行うことができる。

製氷タンク（２）で連続的に生成される氷（３）を還流
水とともに回収して、氷（３）を製氷タンク（２）から
強制的に排除するようにしたので、氷（３）が製氷部に
滞留することがなく、製氷タンク（２）での製氷を常に
好適な状態で効率良（行うことができる。

原水（１１ｂ）を製氷液（１０）に直接接触させて氷（
３）を生成するについて、液相から気相への相変化を伴
うことなく原水（１ｌ　ｂ）を直接冷却して氷（３）を
生成することができるので、蓄熱タンク（４）はもちろ
ん製氷タンク（２）も圧力容器として構成する必要がな
い。従って、蓄熱タンク（４）の構造を簡素化すること
ができ、その保守管理を容易にできるとともに、蓄熱装
置の製造コストを低減することができる。

製氷タンク（２）では氷（３）の生成のみを行い、氷（
３）の貯蔵は蓄熱タンク（４）で行うようにするので、
製氷タンク（２）の大きさを製氷に必要な大きさに限定
することができ、その設置位置を冷凍機（１）側の機器
を基準にして自由に設定でき、蓄熱装置の設置場所に関
して自由度を向上できる点で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す、蓄熱装置の原理説明図
である。 第２図は製氷タンクの変形例を示す横断平面図である。 第３図は従来装置の原理説明図である。 （２）・・・製氷タンク、（３）・・・氷、（４）・・
・蓄熱タンク、（８）・・・熱交換器、（１０）・・・
製氷液、（１１ａ）−・・水、（１１ｂ）−・・原水、
（１２）−・・原水供給手段、（１３）・・・ポンプ、
（１４）・・・吐出路、（１５）・・・原水通路、（１
６）・・・流水通路、（１７）・・・止水弁、（１８）
・・・止水弁、（１９）・・・氷送路。 特許出願人　ダイキン工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水（１１ａ）及び製氷液（１０）を貯溜する製氷
   タンク（２）と、この製氷タンク（２）に配設されて製
   氷液（１０）を氷温以下に冷却する熱交換器（８）と、
   前記製氷タンク（２）で生成された氷（３）及び原水（
   １１ｂ）を貯蔵する蓄熱タンク（４）とを備えており、 前記製氷液（１０）は水（１１ａ）より比重が大きく、
   非水溶性の不凍液体からなり、 前記製氷タンク（２）内の製氷液（１０）の層及び水（
   １１ａ）の層のそれぞれに原水（１１ｂ）を送給する原
   水供給手段（１２）が、製氷タンク（２）と蓄熱タンク
   （４）との間に設けられており、 前記製氷タンク（２）と蓄熱タンク（４）とは製氷タン
   ク（２）内で生成された氷（３）を蓄熱タンク（４）に
   送給する氷送路（１９）で連通されていることを特徴と
   する蓄熱装置。
2. （２）原水供給手段（１２）が、原水（１１ｂ）を送給
   するポンプ（１３）と、このポンプ（１３）の吐出路（
   １４）に接続されて製氷タンク（２）の内底に連通する
   原水通路（１５）と、前記吐出路（１４）に接続されて
   製氷タンク（２）の上部に連通する流水通路（１６）と
   、これら両通路（１５）、（１６）を開閉する止水弁（
   １７）、（１８）とからなる請求項（１）記載の蓄熱装
   置。
3. （３）蓄熱タンク（４）を製氷タンク（２）内の水（１
   １ａ）の水位線より下方に設け、製氷タンク（２）内で
   生成された氷（３）を水（１１ａ）とともに、氷送路（
   １９）を介して流下させて蓄熱タンク（４）に回収する
   ように構成した請求項（１）または（２）記載の蓄熱装
   置。
4. （４）製氷液（１０）がフッ素系オイルである請求項（
   １）、（２）または（３）記載の蓄熱装置。